JPH0377272B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕 この発明は、表面に硬質の被覆層が形成されて
いる切削工具用表面被覆高速度鋼部材の製造方法
に関し、特に、表面の硬質のチタン化合物被覆層
が形成されている、耐久性に優れた切削工具用表
面被覆高速度鋼部材を、反応性の物理蒸着法を利
用して製造する方法に関するものである。 〔従来の技術〕 従来、高速度鋼（以下、ハイスという）は、高
速切削に耐える高い硬さと優れた靭性を有するの
で、切削工具の素材として広く使用されている
が、このハイス表面に炭化チタンや窒化チタンの
ようなチタン化合物からなる硬質被覆層を設ける
と、それによつて耐溶着性と対焼付性および耐摩
耗性が向上し、工具寿命が飛躍的に延びるところ
から、最近ではこのような被覆層をハイス表面に
設けることも工業的に盛んに利用されており、例
えば反応性の物理蒸着法を利用してスローアウエ
イチツプ表面に2μｍ程度の炭化チタンや窒化チ
タン層を被覆したコーテイングチツプが普及して
いる。 このような炭化チタンまたは窒化チタンの表面
被覆層を有する切削工具用ハイス部材は、反応性
の物理蒸着法により、まずハイス基体を圧力：
10^-5〜10^-3Torrの真空雰囲気中で温度：400〜
450℃に加熱してから、圧力：10^-4〜10^-2Torrに
おいてアルゴンによるイオンエツチングを随意に
この基体に施した後、引続きこの温度と圧力を維
持しながら、炭化チタンまたは窒化チタンによる
被覆反応を起こすこと、すなわち電子ビームなど
によつて蒸発させた金属チタンおよび被覆炉中に
供給されたアセチレンまたは窒素ガスをそれぞれ
イオン化してTi⁺およびC⁺またはN⁺とし、これ
らのイオンを負に帯電させた基体上に電気的に引
寄せてそれぞれ炭化チタンまたは窒化チタンから
なる被膜を基体表面に形成させること、によつて
製造されている。 〔発明が解決しようとする問題点〕 しかしながら、上記のように400〜450℃におい
て炭化チタンまたは窒化チタンのようなチタン化
合物をハイス基体にコーテイングすると、これら
のチタン化合物によつて形成される被覆層とハイ
ス基体との直接的な結合および被覆層の基体に対
する拡散が殆ど生じないため、その被覆層は密着
性に乏しく、このようにして得られた表面被覆ハ
イス切削工具は切削時に剥離を生じ易く、したが
つて工具寿命が短いという欠点があつた。 〔研究に基づく知見事項〕 そこで、本発明者等は、このような問題を解決
するために種々研究を重ねた結果、 (1) 炭化チタン、窒化チタン、炭窒化チタン、炭
窒酸化チタンおよび炭酸化チタン（以下、これ
らをそれぞれTiC、TiN、TiCN、TiCNOおよ
びTiCOで表わし、また便宜上これらを総称し
てチタンの炭・窒・酸化物という）を、反応性
の物理蒸着法によつてハイス基体にコーテイン
グする場合、基体の温度をハイスの焼戻し温度
よりも高くすると、ハイスの変態に伴う被覆層
と基体との直接的な反応および被覆層の基体へ
の拡散が増進して、両者の間の密着性が向上す
ること、 (2) ハイスの焼戻し温度は一般に530〜650℃と低
いため、前記の基体温度を極端に上昇させた
り、あるいはその上昇させた温度を長時間保持
すると、ハイスがなまつて軟化するので、その
温度は560〜650℃で、コーテイング時間は２〜
10分間が適していること、 (3) 前記コーテイングでは十分な厚さの被覆層が
得られないが、これを予備的なコーテイングと
し、その後本コーテイングによつて、この予備
コーテイングによつて形成された予備被覆層の
上に全体で厚さ0.5〜10μｍとなる本被覆層を形
成させれば、全体として密着性の優れた被覆層
が得られ、その結果工具寿命が飛躍的に延びた
切削工具用表面被覆ハイス部材が得られるこ
と、 (4) 予備コーテイングの後に施す本コーテイング
時の基体温度を従来より若干高めてもハイスに
対して悪影響を及ぼすことなく、前記予備被覆
層となじみのよい本被覆層が得られ、本コーテ
イング温度としては450〜500℃が適しているこ
と、 (5) 前記予備コーテイング終了後、予備コーテイ
ングの温度により降温しながら本コーテイング
を開始した場合でも前述のとおり密着性に優れ
た被覆層が得られること、 を見出した。 〔問題点を解決するための手段〕 この発明は、上記知見に基づいて発明されたも
ので、 反応性の物理蒸着法を利用して、チタンの炭・
窒・酸化物のうちから選ばれたいずれか１種の被
覆成分を切削工具用高速度鋼基体にコーテイング
することによつて、前記被覆成分からなる被覆層
が表面に形成されている切削工具用表面被覆高速
度鋼部材を製造する方法において、前記基体を真
空中で温度：560〜650℃に昇温した後、直ちにこ
の温度において前記被覆成分を前記基体に２〜10
分間予備コーテイングして、前記基体表面に前記
被覆成分からなる予備被覆層を形成させ、ついで
このように予備コーテイングされた前記基体を温
度：450〜500℃まで降温した後、またはその降温
途中および前記降温後において、前記予備被覆層
を形成させるために使用した被覆成分と同じ被覆
成分を前記予備被覆層の上に本コーテイングし
て、前記予備被覆層表面に前記被覆成分からなる
本被覆層を形成させ、それによつて、前記予備被
覆層と本被覆層とからなる、全体で厚さ：0.5〜
10μｍの被覆層を前記基体にコーテイングするこ
とを特徴とする、前記切削工具用表面被覆高速度
鋼部材の製造方法 を提供するものである。 ついで、この発明において、予備コーテイング
温度、予備コーテイング時間、本コーテイング温
度および被覆層の厚さをそれぞれ上記のとおりに
限定した理由を述べる。 (a) 予備コーテイング温度 予備コーテイング温度が560℃未満では予備
被覆層と基体との直接的な反応およびその被覆
層の基体への拡散が十分に達成されないために
両者の間で所望の密着性が得られず、一方それ
が650℃を越えると２〜10分間の予備コーテイ
ング中にナイスがなまつて軟化してしまうこと
ころから、その予備コーテイング温度を560〜
650℃と定めた。 (b) 予備コーテイング時間 予備コーテイング時間が２分未満であると、
基体を前記の予備コーテイング温度まで上昇さ
せても、予備被覆層と基体との直接席な反応お
よびその被覆層の基体への拡散が十分に進行し
ないために両者の間で所望の密着性が得られ
ず、一方それが10分を越すと、基体を上記温度
に保つてもハイスがなまつて軟化してしまうと
こから、前記時間を２〜10分間と定めた。 (c) 本コーテイング温度 一般に、本コーテイング時の基体温度と予備
コーテイング時とのそれとの差が小さい方が予
備被覆層と本被覆層とのなじみがよくなつて耐
久性に富んだ被覆層が得られるとともに、従来
よりもコーテイングの温度を若干、すなわち50
℃上昇させてもハイスに悪影響が現われないと
ころから、従来の400〜450℃というコーテイン
グ温度の代りに、この発明においては本コーテ
イングの温度を450〜500℃と定めた。 (d) 被覆層の厚さ 被覆層全体の厚さが0.5μｍ未満では優れた切
削性能を示す切削工具用表面被覆ハイス部材が
得られず、一方それが10μｍを越えても切削性
能の上で格別の向上効果が得られないことか
ら、その厚さを0.5〜10μｍと定めた。 この発明は、従来、チタンの炭・窒・酸化物被
膜をハイス基体表面に付着させるのに一般に利用
されている反応性の物理蒸着法によつて遂行さ
れ、それには、アセチレン、窒素または一酸化炭
素のようなガスが導入されて、10^-4〜10^-2Torr
の圧力に保たれている被覆炉中で金属チタンを電
子ビームなどによつて蒸発させるとともにこれら
の反応成分を放電現象を利用してイオン化して
Ti⁺、N⁺、C⁺、O⁺等のイオンを生成させ、そし
てこれらの陽イオンをマイナス・チヤージに負荷
されているハイス基体上に電気的吸引力によつて
付着させ、それによつて基体表面上にチタンの
炭・窒・酸化物の被膜を形成させる。 この発明は種々の切削工具用表面被覆ハイス部
材の製造に適用できるが、特にスローアウエイチ
ツプに特有なコーテイングチツプの製造に対して
好都合に利用することができる。 〔実施例〕 ついで、この発明を実施例により比較例と対比
しながら説明する。 鋼種：SKH2のハイスを焼戻し温度：560〜580
℃において焼戻すことによつて得られた、硬さ：
HRC（ロツクウエル硬さＣスケール）64を有する
ハイスから形状：TPP322のスローアウエイチツ
プを多数製作し、これらのチツプを基体として、
10^-5Torrの真空度に保持した被覆炉中でこの基
体を560〜600℃の間の温度に昇温させた後、直ち
にこの温度においてチタンの炭・窒・酸化物のう
ちのいずれか１種を前記基体表面に５〜10分間予
備コーテイングし、ついで基体を450〜500℃まで
降温した後、予備コーテイングにおいて使用した
被覆成分と同じ被覆成分を本コーテイングするこ
とによつて本発明コーテイングチツプ１〜８を製
造するとともに、本発明方法の別法として、前記
製造法において基体温度を480℃まで降温する間
に本コーテイングを開始する点、および前記製造
法において予備コーテイングする前に、基体温
度：600℃において10〜20分間アルゴンによるエ
ツチングを施す点だけがそれぞれ前記製造法と異
つている方法によつて、それぞれ本発明コーテイ
ングチツプ９および10を製造した。 さらに比較のため、前記本発明コーテイングチ
ツプ１〜８を製造する方法において、その製造条
件をこの発明の範囲から外れた条件とし、かつ温
度：450〜500℃において10〜20分間エツチングを
施すことにより（外れた条件を※印で示す）比較
コーテイングチツプ１および２を製造するととも
に、10^-5Torrの真空度に保持した被覆炉中で前
記基体を450℃に昇温させた後、同温度において
アルゴンによるエツチングを基体に施し、引続き
その温度においてチタンの炭・窒・酸化物をコー
テイングする従来方法によつて、従来コーテイン
グチツプ１〜５を製造した。 以上の各方法においては、いずれもエツチング
時では基体電圧：−1.5KV、Ar圧力：10^-2Torr
であり、コーテイング時では基体電圧：−0.8KV
であつた。 各チタン化合物の被覆層を形成させるための反
応ガスとコーテイング時の炉内圧力は次の第１表
のとおりであつた。

【表】 このようにして得られた各チツプについて、そ
の製造法種別、予備コーテイングの温度および時
間、本コーテイング温度、および被覆層の成分と
厚さを第２表に示した。 ついで、これらのチツプおよび無コートチツプ
のロツクウエル硬さＣスケール（HRC）を測定
するとともに、これらの工具寿命を評価するため
下記の条件による切削試験を実施し、V_B摩耗が
0.3mmに達するまでの切削時間を測定して、これ
を工具寿命とした。 切削条件

【表】

〔発明の効果〕

第２表に示される結果から、従来コーテイング
チツプは工具寿命が15〜30分であつて、その２、
４および５は切削中に被覆層が剥離したのに対
し、本発明コーテイングチツプはいずれも切削中
に被覆層が剥離することなく、その工具寿命が
120〜170分と飛躍的に増大し、また予備コーテイ
ング時間が長すぎるかまたはその温度が高すぎる
方法によつて製造された比較コーテイングチツプ
１および２においては、切削中にハイスがなまつ
て軟化したために工具寿命は極めて短かかつた。 以上述べた説明から明らかなように、この発明
によると、極めて耐摩耗性にすぐれ、したがつて
著しく工具寿命の長い切削工具用表面被覆ハイス
部材が得られるという産業上有用な効果を得るこ
とができる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 反応性の物理蒸着法を利用して、炭化チタ
   ン、窒化チタン、炭窒化チタン、炭窒酸化チタン
   および炭酸化チタンのうちから選ばれたいずれか
   １種の被覆成分を切削工具用高速度鋼基体にコー
   テイングすることによつて、前記被覆成分からな
   る被覆層が表面に形成されている切削工具用表面
   被覆高速度鋼部材を製造する方法において、前記
   基体を真空中で温度：560〜650℃に昇温した後、
   直ちにこの温度において前記被覆成分を前記基体
   に２〜10分間予備コーテイングして、前記基体表
   面に前記被覆成分からなる予備被覆層を形成さ
   せ、ついでこのように予備コーテイングされた前
   記基体を温度：450〜500℃まで降温した後、また
   はその降温途中および前記降温後において、前記
   予備被覆層を形成させるために使用した被覆成分
   と同じ被覆成分を前記予備被覆層の上に本コーテ
   イングして、前記予備被覆層表面に前記被覆成分
   からなる本被覆層を形成させ、それによつて、前
   記予備被覆層と本被覆層とからなる、全体で厚
   さ：0.5〜10μｍの被覆層を前記基体にコーテイン
   グすることを特徴とする、前記切削工具用表面被
   覆高速度鋼部材の製造方法。