JPH04128363A - 複合材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、切削工具、金型等に用いられる複合材料に関
し、特に表面に硬質被膜が被覆された複合材料に係わる
。

［従来の技術及び課題］ 切削工具の分野では、高速度工具鋼や超硬合金からなる
基材表面にＣＶＤ法やＰＶＤ法によりＴ　ＩＮ　ＳＴ　
ｉＣ％　Ａ　ｆｌ　２０３の被膜を被覆して表面の耐摩
耗性を改善した複合材料が開発され、工具寿命の向上化
が図られている。

前記切削工具の使用条件を考えると、接触部での発熱に
よる酸化の問題がある。例えば、切削工具と被削材との
接触部での摩耗を不活性ガス中での切削により大幅に低
減できることが報告されている。しかしながら、従来の
切削工具での表面被膜は主に硬度の向上に向けられ、耐
熱性の配慮に欠けるという問題があった。

このようなことから、最近、耐熱性を考慮した被膜とし
てＴｉ−ＡΩ−Ｎ系被膜が研究され、切削工具の表面被
膜として応用されている。しかしながら、前記Ｔｉ−Ａ
１１−Ｎ系被膜を反応性イオンブレーティング法で所定
の基材上に成膜し、この被膜を（Ｔ　ｉｌ−Ａｌｌ　−
）　Ｎで表わし、Ｘに対する硬度と耐熱性の変化を調べ
たところ、次のような事実が判明した。

■、前記被膜の硬度は、Ｘが０．４〜０．５の範囲で最
大となり、ＴｉＮと同等もしくはそれ以上となるが、Ｘ
を更に増加させると硬度が急激に低下する。

■、前記被膜の耐熱性は、８００℃、大気中での加熱試
験における酸化増量値で評価すると、特にＸが０．７以
上で良好な特性を示す。

このように前記（Ｔ　ｌ　１−ｘ　Ａり　ｘ　）　Ｎ被
膜では、耐熱性を重視してＡｌ量を増すと硬度の低下が
避けられないという問題がある。

本発明は上記従来の問題点を解決するためになされたも
ので、優れた耐摩耗性と耐熱性（高温耐酸化性）を有す
る複合材料を提供しようとするものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、基材の表面に （Ｔｔ＋−ｘ−−Ａｊｌｌ、−Ｃｒｙ）Ｎ（但し、ｘく
０．８．０．２＜　ｙ　＜　　０．７を示す）で表わさ
れるＴｉ−Ａｌ−Ｃｒ−Ｎ系の被膜を形成してなる複合
材料である。

前記金属基材としては、例えばステンレス鋼、高速度工
具鋼、超硬合金等を挙げることかできる。

前記被膜のＡｇ量（ｘ）を限定した理由は、Ｘが０．８
を越えると硬度（耐摩耗性）が低下するからである。

前記被膜のＣｒｆｆ１（ｙ）を限定した理由は、）の量
を０．２以下にすると耐熱性、耐酸化性か低下し、一方
ｙの量か０．７以上にすると硬度が低下するからである
。

［作用〕 本発明によれば、基材の表面に （”ｚ＋−ｘ−−Ａｎ）１−ＣｒＹ）Ｎ（但し、Ｘ〈０
．８．０．２＜　ｙ　＜　　０．７を示す）で表わされ
るＴｉ−Ａ、１）−Ｃｒ−Ｎ系の被膜を形成することに
よって、優れた耐摩耗性と耐熱性（高温耐酸化性）を有
する複合材料を得ることができる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を詳細に説明する。

実施例１〜５ まず、５ＫＨ５１からなる基材を用意し、この片面を鏡
面研磨し、超音波洗浄を施した後、３点ルツボ式のＥＢ
蒸発源を備えた真空チャンバ内に設置した。つづいて、
下記条件で前記３点ルツボ式のＥＢ蒸発源からＴｉ、Ａ
ｐ、Ｃｒを蒸発すると共に窒素ガスを供給し、基材と前
記蒸発源との間の領域にＨＣＤ銃を用いて生成したＡｒ
プラズマ中でイオン化することにより基材表面に下記第
１表に示す＜Ｔｉ、−、−−Ａｌｘ−Ｃｒｙ）Ｎの被膜
を形成して５種の複合材料を製造した。なお、前記Ｘ１
ｙの比率は各ルツボへの電子ビームの照射時間比を制御
することによって調節した。

［成膜条件コ 基材温度；２００℃ 基材電圧；−１０Ｖ 成膜圧力；　１．３６Ｘ　１Ｏ−３ｔｏｒｒＮ２分圧；
　　２．ＯＸ　１０−’ｔｏｒｒプラズマ電流；　　１
００Ａ プラズマ電圧；約５０Ｖ 比較例１〜６ まず、５ＫＨ５１からなる基材を用意し、この片面を鏡
面研磨し、超音波洗浄を施した後、３点ルツボ式のＥＢ
蒸発源を備えた真空チャンバ内に設置した。つづいて、
実施例１と同様な条件で前記３点ルツボ式のＥＢ蒸発源
からＴｉ、Ａｌｌを蒸発すると共に窒素ガスを供給し、
基材と前記蒸発源との間の領域にＨＣＤ銃を用いて生成
したＡｒプラズマ中でイオン化することにより基材表面
に下記第１表に示す（Ｔ　１１−ｘ　Ａ　ｌ　ｘ　）　
Ｎの被膜を形成して６種の複合材料を製造した。なお、
前記Ｘの比率は各ルツボへの電子ビームの照射時間比を
制御することによって調節した。

得られた実施例１〜５及び比較例１〜６の複合材料につ
いて硬度比及び８００℃の大気中で１０時間加熱した時
の酸化増量を測定した。その結果を同第１表に併記した
。なお、硬度はダイナミック硬度計で測定し、硬度比は
代表的なＴｉＮ被膜に対比して求めた。

上記第１表から明らかにように表面に （Ｔｔ＋−ｘ−・ＡＩ）＊　　・Ｃｒｔ　）Ｎ　（但し
、Ｘく０．８．０．２＜　Ｖ　＜　　０．７を示す）の
被膜が被覆された本実施例１〜５の複合材料は、表面に
（Ｔ　ｉ　１−　　ＡＩ−）　Ｎの被膜が被覆された比
較例１〜６に比べて硬度（耐摩耗性）と耐熱性（高温耐
酸化性）が優れていることがわかる。また、比較例１〜
６の複合材料の表面被膜は８００℃の大気中での加熱ら
より変質し、組織の変化が認められたが、本実施例１〜
５の複合材料の被膜は組織変化等が全く認められなかっ
た。

［発明の効果コ 以上詳述した如く、本発明によれば優れた耐摩耗性と耐
熱性（高温耐酸化性）を有し、長寿命の切削工具等に有
用な複合材料を提供できる。

出願人代理人　弁理士　鈴江武彦

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 基材の表面に （Ｔｉ＿１＿−＿ｘ＿−＿ｙ・Ａｌ＿ｘ・Ｃｒ＿ｙ）Ｎ
   （但し、ｘ＜０．８、０．２＜ｙ＜０．７を示す）で表
   わされるＴｉ−Ａｌ−Ｃｒ−Ｎ系の被膜を形成してなる
   複合材料。