JPH04310302A - Cutting tool and manufacture thereof - Google Patents

Cutting tool and manufacture thereof

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JPH04310302A
JPH04310302A JP10052191A JP10052191A JPH04310302A JP H04310302 A JPH04310302 A JP H04310302A JP 10052191 A JP10052191 A JP 10052191A JP 10052191 A JP10052191 A JP 10052191A JP H04310302 A JPH04310302 A JP H04310302A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
thin film
aluminum oxide
oxide thin
base material
crystalline aluminum
Prior art date
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Pending
Application number
JP10052191A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kiyoshi Nehashi
清 根橋
Shiko Matsuda
至康 松田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
IHI Corp
Original Assignee
Ishikawajima Harima Heavy Industries Co Ltd
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Publication date
Application filed by Ishikawajima Harima Heavy Industries Co Ltd filed Critical Ishikawajima Harima Heavy Industries Co Ltd
Priority to JP10052191A priority Critical patent/JPH04310302A/en
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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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は、母材表面に高硬度の薄
膜を形成した形態の切削工具およびその製造方法に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cutting tool having a thin film of high hardness formed on the surface of a base material, and a method for manufacturing the same.

【0002】0002

【従来の技術】この種の切削工具として、金属やセラミ
ックス等の母材の表面に、結晶性の酸化アルミニウム薄
膜を形成したものが知られている。この場合、結晶性酸
化アルミニウム薄膜を母材の表面に直接的に形成するこ
ともあるが、それらの間に中間層として他の薄膜(たと
えばチタン薄膜、窒化チタン薄膜、炭化チタン薄膜等)
を形成することもある。
2. Description of the Related Art As this type of cutting tool, one in which a crystalline aluminum oxide thin film is formed on the surface of a base material such as metal or ceramics is known. In this case, a crystalline aluminum oxide thin film may be formed directly on the surface of the base material, but other thin films (for example, titanium thin film, titanium nitride thin film, titanium carbide thin film, etc.) may be formed as an intermediate layer between them.
may also form.

【0003】0003

【発明が解決しようとする課題】ところで、結晶性酸化
アルミニウム薄膜は、結晶粒子径が比較的大きなもので
あるのでその表面が粗く(中心線平均粗さRaが0.3
μm程度である)、そのため、そのような結晶性酸化ア
ルミニウム薄膜が表面に形成されてなる切削工具は必ず
しも十分に満足し得る切削性能や耐久性が得られるもの
ではなかった。
[Problems to be Solved by the Invention] Incidentally, since the crystalline aluminum oxide thin film has a relatively large crystal grain size, its surface is rough (center line average roughness Ra is 0.3).
(on the order of μm), therefore, cutting tools having such crystalline aluminum oxide thin films formed on their surfaces have not always had sufficiently satisfactory cutting performance and durability.

【0004】また、結晶性酸化アルミニウム薄膜は、結
晶粒子が粗大であることから粒子の欠落が生じたり、結
晶粒子間に粒界が発生してその粒界を起点とした破壊や
内部欠陥が起こりやすい、といった不具合があった。
[0004] In addition, crystalline aluminum oxide thin films have coarse crystal grains, which may result in missing particles, or grain boundaries may occur between the crystal grains, causing fractures or internal defects originating from the grain boundaries. There was a problem that it was easy to use.

【0005】さらに、結晶性酸化アルミニウム薄膜は一
般に熱CVD法により形成するのであるが、結晶性酸化
アルミニウム薄膜は膜成長速度が遅い(2〜3オングス
トローム/秒程度)ために膜厚を厚くする場合には成膜
処理に長時間を要してしまうものである。また、熱CV
D法による場合は成膜温度が1000℃以上もの高温と
なるので、母材はそのような高温に耐え得る耐熱材料に
限定されることは勿論のこと、成膜後に再熱処理が必要
となったり、母材が熱変形してしまったり、さらには、
成膜処理の際に母材と結晶性酸化アルミニウム薄膜との
境界(中間層を設ける場合においては中間層と結晶性酸
化アルミニウム薄膜との境界)で相互拡散が生じ、その
結果、それらの境界において脆化現象が生じて薄膜の剥
離が生じやすいという問題もあった。
Furthermore, although crystalline aluminum oxide thin films are generally formed by thermal CVD, crystalline aluminum oxide thin films have a slow film growth rate (approximately 2 to 3 angstroms/second), so it is difficult to increase the film thickness. However, the film forming process takes a long time. In addition, thermal CV
When using the D method, the film formation temperature is as high as 1000°C or higher, so the base material must of course be limited to heat-resistant materials that can withstand such high temperatures, and reheat treatment may be required after film formation. , the base material may be thermally deformed, or even
During the film formation process, interdiffusion occurs at the boundary between the base material and the crystalline aluminum oxide thin film (or the boundary between the intermediate layer and the crystalline aluminum oxide thin film if an intermediate layer is provided), and as a result, at the boundary between them, There was also the problem that embrittlement occurred and the thin film was likely to peel off.

【0006】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
で、優れた切削性能と耐久性が得られる切削工具および
その製造方法を提供することを目的としている。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a cutting tool that provides excellent cutting performance and durability, and a method for manufacturing the same.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】請求項1の発明の切削工
具は、金属やセラミックスからなる母材の表面に結晶性
酸化アルミニウム薄膜を形成するとともに、その結晶性
酸化アルミニウム薄膜の表面にアモルファス酸化アルミ
ニウム薄膜を形成してなることを特徴とするものである
[Means for Solving the Problems] The cutting tool of the invention of claim 1 forms a crystalline aluminum oxide thin film on the surface of a base material made of metal or ceramics, and also forms an amorphous oxide film on the surface of the crystalline aluminum oxide thin film. It is characterized by forming a thin aluminum film.

【0008】また、請求項2の発明の製造方法は、請求
項1に記載の切削工具を製造するに際して、母材を所定
の成膜温度に加熱してイオンプレーティング法によりそ
の表面にまず結晶性酸化アルミニウム薄膜を形成し、次
いで、母材温度を低下させて同じくイオンプレーティン
グ法により前記結晶性酸化アルミニウム薄膜の表面にア
モルファス酸化アルミニウム薄膜を重ねて形成すること
を特徴とするものである。
[0008] Furthermore, in the manufacturing method of the invention of claim 2, when manufacturing the cutting tool of claim 1, the base material is heated to a predetermined film forming temperature and crystals are first formed on the surface of the base material by an ion plating method. This method is characterized by forming a crystalline aluminum oxide thin film, and then lowering the base material temperature and forming an amorphous aluminum oxide thin film on the surface of the crystalline aluminum oxide thin film using the same ion plating method.

【0009】[0009]

【作用】非結晶性のアモルファス酸化アルミニウム薄膜
は、硬度自体は結晶性酸化アルミニウム薄膜に比して低
いが、その表面は結晶性酸化アルミニウム薄膜に比して
極めて滑らかであり、また、非結晶性であるために顕著
な粒界が発生しないので膜内部の欠陥が生じ難いもので
あり、したがって、そのようなアモルファス酸化アルミ
ニウム薄膜が最外層に形成されている切削工具は優れた
耐久性を有するものとなる。また、アモルファス酸化ア
ルミニウム薄膜の下層側により高硬度の結晶性酸化アル
ミニウム薄膜が形成されているので、アモルファス酸化
アルミニウム薄膜が摩滅した後においてもその結晶性酸
化アルミニウム薄膜により切削性能と耐久性が維持され
る。さらに、結晶性酸化アルミニウム薄膜およびアモル
ファス酸化アルミニウム薄膜の双方をイオンプレーティ
ング法により形成することにより、熱CVD法による場
合に比して成膜温度が低下し、かつ、成膜速度が向上す
る。
[Function] Although the hardness of an amorphous aluminum oxide thin film is lower than that of a crystalline aluminum oxide thin film, its surface is extremely smooth compared to a crystalline aluminum oxide thin film. Because of this, no noticeable grain boundaries occur, making it difficult for defects to occur inside the film. Therefore, cutting tools with such an amorphous aluminum oxide thin film formed as the outermost layer have excellent durability. becomes. In addition, since a highly hard crystalline aluminum oxide thin film is formed on the lower layer side of the amorphous aluminum oxide thin film, cutting performance and durability are maintained by the crystalline aluminum oxide thin film even after the amorphous aluminum oxide thin film is worn away. Ru. Furthermore, by forming both the crystalline aluminum oxide thin film and the amorphous aluminum oxide thin film by the ion plating method, the film forming temperature is lowered and the film forming rate is improved compared to the case of using the thermal CVD method.

【0010】0010

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図1は本発明の一実施例である切削工具の構造を
示すものであって、符号1は金属やセラミックスからな
る母材、2は母材1の表面に形成された結晶性酸化アル
ミニウム薄膜、3はその結晶性酸化アルミニウム薄膜2
の表面に形成されたアモルファス(非結晶性)酸化アル
ミニウム薄膜である。それら結晶性酸化アルミニウム薄
膜2とアモルファス酸化アルミニウム薄膜3の厚みは適
宜設定すれば良いが、一例をあげれば、前者を0.1〜
20μm好ましくは1〜10μmの範囲で設定し、後者
を0.1〜20μm好ましくは0.2〜10μmの範囲
で設定すると良い。
Embodiments Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows the structure of a cutting tool according to an embodiment of the present invention, in which reference numeral 1 denotes a base material made of metal or ceramics, 2 a crystalline aluminum oxide thin film formed on the surface of the base material 1, 3 is the crystalline aluminum oxide thin film 2
It is an amorphous (non-crystalline) aluminum oxide thin film formed on the surface of. The thickness of the crystalline aluminum oxide thin film 2 and the amorphous aluminum oxide thin film 3 may be set as appropriate;
The latter is preferably set in the range of 20 μm, preferably 1 to 10 μm, and the latter is preferably set in the range of 0.1 to 20 μm, preferably 0.2 to 10 μm.

【0011】なお、図1に示すものは、母材1の表面に
まず結晶性酸化アルミニウム薄膜2が形成された後、そ
の表面にあらためてアモルファス酸化アルミニウム薄膜
3が形成されることにより、それら薄膜2、3の間に明
確な境界が形成されたものとなっているが、それら薄膜
2、3を連続的に形成することによって、図2に示すよ
うに結晶性酸化アルミニウム薄膜2がアモルファス酸化
アルミニウム薄膜3に連続的に変化していくようにして
も良い。
In the case shown in FIG. 1, a crystalline aluminum oxide thin film 2 is first formed on the surface of a base material 1, and then an amorphous aluminum oxide thin film 3 is formed on the surface of the base material 1. , 3, but by forming these thin films 2 and 3 continuously, the crystalline aluminum oxide thin film 2 becomes an amorphous aluminum oxide thin film as shown in FIG. It may be configured to change continuously to 3.

【0012】また、図1および図2に示すものはいずれ
も結晶性酸化アルミニウム薄膜2を母材1の表面に直接
的に形成した場合の例であるが、図3および図4に示す
ように、母材1と結晶性酸化アルミニウム薄膜2との間
に中間層として他の薄膜4を適宜形成しても良い。
1 and 2 are examples in which the crystalline aluminum oxide thin film 2 is directly formed on the surface of the base material 1, but as shown in FIGS. 3 and 4, , another thin film 4 may be formed as an intermediate layer between the base material 1 and the crystalline aluminum oxide thin film 2.

【0013】上記の各切削工具は、たとえば図5に示す
ような高周波励起式イオンプレーティング装置や、図6
に示すようなアーク放電式イオンプレーティング装置を
用いて、母材1の表面に結晶性酸化アルミニウム薄膜2
とアモルファス酸化アルミニウム薄膜3とを順次形成す
ることにより、効率的に製造し得る。
[0013] Each of the above-mentioned cutting tools is, for example, a high frequency excitation type ion plating device as shown in FIG.
Using an arc discharge type ion plating apparatus as shown in FIG.
By sequentially forming the amorphous aluminum oxide thin film 3 and the amorphous aluminum oxide thin film 3, it can be manufactured efficiently.

【0014】図5に示す高周波励起式イオンプレーティ
ング装置は、真空チャンバー5内にガス導入管6から反
応ガスGたとえばアルゴンガスおよび酸素ガスを導入し
て真空チャンバー5内を所定圧力たとえば1〜9×10
−4Torr程度に保持し、ルツボ7内の蒸発材料M(
アルミニウムもしくは酸化アルミニウム)を電子銃9に
より溶解させて蒸発させるとともに、蒸発させた蒸発材
料Mと反応ガスGとを高周波電源10によりたとえば1
3.56MHzの高周波が印加される高周波コイル11
によって正にイオン化し、それらの正イオンを、直流電
源12により負電圧が印加されているとともにヒータ1
3により加熱されている母材1に吸着させるように構成
したものである。
The high frequency excitation type ion plating apparatus shown in FIG. 5 introduces a reactive gas G such as argon gas and oxygen gas into a vacuum chamber 5 from a gas introduction pipe 6 to maintain the inside of the vacuum chamber 5 at a predetermined pressure, for example 1 to 9. ×10
The evaporated material M (
Aluminum or aluminum oxide) is melted and evaporated by an electron gun 9, and the evaporated evaporation material M and reaction gas G are heated to
High frequency coil 11 to which a high frequency of 3.56 MHz is applied
The positive ions are ionized positively by the heater 1 while a negative voltage is applied by the DC power supply 12.
3, it is configured to be adsorbed onto the base material 1 which is being heated.

【0015】また、図6に示すアーク放電式イオンプレ
ーティング装置は、上記の高周波励起式イオンプレーテ
ィング装置における高周波コイル11に代えて、直流電
源15により直流電圧が印加される直流放電プローブ1
6により蒸発材料Mと反応ガスGとを正イオン化するよ
うにしたものであり、その他の構成は高周波励起式イオ
ンプレーティング装置と同様である。
Furthermore, the arc discharge type ion plating apparatus shown in FIG.
6 to positively ionize the evaporation material M and the reaction gas G, and the other configurations are the same as the high frequency excitation type ion plating apparatus.

【0016】そして、高周波励起式イオンプレーティン
グ装置による場合も、アーク放電式イオンプレーティン
グ装置による場合も、結晶性酸化アルミニウム薄膜2を
形成する際の成膜温度は450℃以上たとえば550℃
程度とし、アモルファス酸化アルミニウム薄膜3を形成
する際の成膜温度はそれより低くして200〜450℃
程度の範囲に設定する。アモルファス酸化アルミニウム
薄膜3を形成する際の成膜温度が450℃以上の高温で
あると、形成される薄膜が結晶化して結晶性酸化アルミ
ニウム薄膜となってしまう場合があるからである。
[0016]Whether using a high-frequency excitation type ion plating device or an arc discharge type ion plating device, the film forming temperature when forming the crystalline aluminum oxide thin film 2 is 450° C. or higher, for example, 550° C.
The film forming temperature when forming the amorphous aluminum oxide thin film 3 is lower than that, at 200 to 450°C.
Set within a range of degrees. This is because if the film formation temperature when forming the amorphous aluminum oxide thin film 3 is a high temperature of 450° C. or higher, the formed thin film may crystallize and become a crystalline aluminum oxide thin film.

【0017】なお、成膜温度のみならず、必要に応じて
蒸発させた蒸発材料Mや反応ガスGのイオン化も同時に
制御するようにしても良い。すなわち、結晶性酸化アル
ミニウム薄膜2を形成する際にはイオン化が相対的に促
進され、アモルファス酸化アルミニウム薄膜3を形成す
る際にはイオン化が相対的に抑制されるように高周波コ
イル11や直流放電プローブ16の作動もしくは電子銃
9の作動や反応ガスGの導入量を制御すれば良い。
Note that not only the film forming temperature but also the ionization of the evaporation material M and the reaction gas G may be controlled at the same time as necessary. That is, when forming the crystalline aluminum oxide thin film 2, ionization is relatively promoted, and when forming the amorphous aluminum oxide thin film 3, the ionization is relatively suppressed. 16, the operation of the electron gun 9, and the amount of introduced reaction gas G may be controlled.

【0018】また、図2および図4に示したように、結
晶性酸化アルミニウム薄膜2からアモルファス酸化アル
ミニウム薄膜3に連続的に変化させる場合には、成膜温
度が徐々に低下するように連続的に変化させれば良く、
その場合、必要に応じて蒸発させた蒸発材料Mや反応ガ
スGのイオン化も徐々に小さくなるように連続的に変化
させれば良い。
In addition, as shown in FIGS. 2 and 4, when the crystalline aluminum oxide thin film 2 is continuously changed to the amorphous aluminum oxide thin film 3, the film is continuously changed so that the film forming temperature gradually decreases. All you have to do is change it to
In that case, the ionization of the evaporated material M and the reaction gas G may be continuously changed as needed so as to gradually become smaller.

【0019】さらに、図3および図4に示したように、
母材1と結晶性酸化アルミニウム薄膜2の間に中間層と
して他の薄膜4を形成する場合においては、母材1表面
に予めその薄膜4を形成しておき、その薄膜4の表面に
対して上記のようにして結晶性酸化アルミニウム薄膜2
を形成し、さらに、その表面にアモルファス酸化アルミ
ニウム薄膜3を形成すれば良い。
Furthermore, as shown in FIGS. 3 and 4,
When forming another thin film 4 as an intermediate layer between the base material 1 and the crystalline aluminum oxide thin film 2, the thin film 4 is formed on the surface of the base material 1 in advance, and the surface of the thin film 4 is Crystalline aluminum oxide thin film 2 is prepared as described above.
, and further, an amorphous aluminum oxide thin film 3 may be formed on the surface thereof.

【0020】上記のような切削工具における最外層のア
モルファス酸化アルミニウム薄膜3は、硬度自体は結晶
性酸化アルミニウム薄膜2に比して低いが、このアモル
ファス酸化アルミニウム薄膜3は非結晶性であるため結
晶性酸化アルミニウム薄膜2に比してその表面が極めて
滑らかなものである。すなわち、上述したように、従来
の結晶性酸化アルミニウム薄膜は結晶粒子が粗大でその
中心線平均粗さRaが0.3μm程度であるのに対し、
上記のアモルファス酸化アルミニウム薄膜3は中心線平
均粗さRaが0.02〜0.04μm程度と十分に滑ら
かなものとなる。しかも、アモルファス酸化アルミニウ
ム薄膜3は、非結晶性であるために顕著な粒界が発生し
ないから膜内部での欠陥が生じ難いものであり、したが
って、このようなアモルファス酸化アルミニウム薄膜3
が最外層に形成されている切削工具は、切削の際に被削
材との間で生じる摩擦抵抗が十分に低減することになる
Although the amorphous aluminum oxide thin film 3 as the outermost layer in the above-mentioned cutting tool has a lower hardness than the crystalline aluminum oxide thin film 2, since the amorphous aluminum oxide thin film 3 is non-crystalline, it is not crystalline. Its surface is extremely smooth compared to the aluminum oxide thin film 2. That is, as mentioned above, while the conventional crystalline aluminum oxide thin film has coarse crystal grains and its center line average roughness Ra is about 0.3 μm,
The amorphous aluminum oxide thin film 3 has a center line average roughness Ra of approximately 0.02 to 0.04 μm, which is sufficiently smooth. Moreover, since the amorphous aluminum oxide thin film 3 is non-crystalline and no noticeable grain boundaries occur, defects are unlikely to occur inside the film.
A cutting tool in which the outermost layer is formed has a sufficiently reduced frictional resistance generated between the cutting tool and the workpiece during cutting.

【0021】また、アモルファス酸化アルミニウム薄膜
3の下層側に形成されている結晶性酸化アルミニウム薄
膜2は、イオンプレーティング法により比較的低温で形
成されることから、従来の熱CVD法により形成される
場合に比して結晶粒子が小さなものとなっていて緻密か
つ内部欠陥が生じ難いものとなっている。そして、上記
のアモルファス酸化アルミニウム薄膜3が摩耗した際に
は、この結晶性酸化アルミニウム薄膜2により切削性能
と耐久性が維持されるから、この切削工具は、後述する
耐摩耗性試験の結果に示されるように従来のものに比し
て耐摩耗性が向上して優れた切削性能と耐久性が得られ
るものである。
Furthermore, since the crystalline aluminum oxide thin film 2 formed on the lower layer side of the amorphous aluminum oxide thin film 3 is formed at a relatively low temperature by the ion plating method, it can be formed by the conventional thermal CVD method. The crystal grains are smaller than those in the case, making it dense and less likely to cause internal defects. When the amorphous aluminum oxide thin film 3 is worn out, the crystalline aluminum oxide thin film 2 maintains cutting performance and durability. As shown, the wear resistance is improved compared to the conventional one, and excellent cutting performance and durability can be obtained.

【0022】また、上記の切削工具は、結晶性酸化アル
ミニウム薄膜2とアモルファス酸化アルミニウム薄膜3
の双方をイオンプレーティング法により順次成膜するこ
とで効率的に製造されるが、その際の成膜温度は、従来
の結晶性酸化アルミニウム薄膜を熱CVD法によって成
膜する場合に比して十分に低いものとなり、したがって
、母材1に要求される耐熱性能が軽減されて母材1の適
用範囲が広がるとともに、成膜後の熱処理等が不要にな
り、かつ、母材1の熱変形が抑制されるし、さらに、成
膜の際に母材1(もしくは中間層である他の薄膜4)と
結晶性酸化アルミニウム薄膜2との間で相互拡散が生じ
難くなり、したがって、それらの界面で脆化が生じるよ
うなことがなくなり、その結果、各薄膜の剥離が生じ難
いものとなっている。
The above cutting tool also has a crystalline aluminum oxide thin film 2 and an amorphous aluminum oxide thin film 3.
It is efficiently manufactured by sequentially depositing both of these films using the ion plating method, but the film formation temperature at that time is lower than that of the conventional method of depositing a crystalline aluminum oxide thin film using the thermal CVD method. Therefore, the heat resistance required for the base material 1 is reduced, the range of application of the base material 1 is expanded, heat treatment after film formation is not required, and thermal deformation of the base material 1 is reduced. Furthermore, during film formation, mutual diffusion between the base material 1 (or other thin film 4 as an intermediate layer) and the crystalline aluminum oxide thin film 2 becomes difficult to occur, and therefore the interface between them As a result, peeling of each thin film is less likely to occur.

【0023】さらに、イオンプレーティング法により結
晶性酸化アルミニウム薄膜2およびアモルファス酸化ア
ルミニウム薄膜3を成膜する際には、30〜50オング
ストローム/秒程度の成膜速度が得られるものであって
、熱CVD法による場合に比して格段に高速成膜が可能
であり、その結果、生産性が大きく向上して製品のコス
トダウンを図ることができる。
Furthermore, when forming the crystalline aluminum oxide thin film 2 and the amorphous aluminum oxide thin film 3 by the ion plating method, a film forming rate of about 30 to 50 angstroms/second can be obtained, and the thermal It is possible to form a film at a much higher speed than when using the CVD method, and as a result, productivity can be greatly improved and product costs can be reduced.

【0024】以下に、本発明の切削工具の耐摩耗性を実
証するために行なった試験とその結果について述べる。
Tests conducted to demonstrate the wear resistance of the cutting tool of the present invention and their results will be described below.

【0025】(試験例)以下の5種のサンプルA、B、
C、D、Eを用意し、以下の切削条件で切削を行った後
、それぞれのフランク摩耗量を計測した。その計測結果
を図7に示す。 サンプルA(本発明品);母材表面にイオンプレーティ
ング法により結晶性酸化アルミニウム薄膜を形成し、そ
の表面に同じくイオンプレーティング法によりアモルフ
ァス酸化アルミニウム薄膜を形成したスローアウエイチ
ップ。 サンプルB(比較対象品);母材表面にイオンプレーテ
ィング法により結晶性酸化アルミニウム薄膜のみを形成
したスローアウエイチップ。 サンプルC(比較対象品);母材表面にイオンプレーテ
ィング法によりアモルファス酸化アルミニウム薄膜のみ
を形成したスローアウエイチップ。 サンプルD(従来品);母材表面に熱CVD法により結
晶性酸化アルミニウム薄膜のみを形成したスローアウエ
イチップ。 サンプルE(従来品);母材表面に熱CVD法により窒
化チタン薄膜のみを形成したスローアウエイチップ。 切削条件;被削材S45C、切削速度250m/分、送
り0.46mm/rev.、切り込み1.5mm、切削
時間9分(3分ごとに3回の計測を行なう)。図7に示
される試験結果から、本発明品であるサンプルAは、従
来品であるサンプルD、Eや、比較対象品であるサンプ
ルB、Cに比してフランク摩耗量が小さくなっており、
耐久性に優れていることが確認された。
(Test Example) The following five samples A, B,
C, D, and E were prepared and cut under the following cutting conditions, and then the flank wear amount of each was measured. The measurement results are shown in FIG. Sample A (product of the present invention): A throw-away chip in which a crystalline aluminum oxide thin film was formed on the surface of the base material by an ion plating method, and an amorphous aluminum oxide thin film was also formed on the surface by the same ion plating method. Sample B (comparative product): A throw-away chip in which only a thin crystalline aluminum oxide film was formed on the surface of the base material by ion plating. Sample C (comparative product): Throw-away chip with only an amorphous aluminum oxide thin film formed on the surface of the base material by ion plating. Sample D (conventional product): Throw-away chip with only a crystalline aluminum oxide thin film formed on the surface of the base material by thermal CVD. Sample E (conventional product): Throw-away chip with only a thin titanium nitride film formed on the surface of the base material by thermal CVD. Cutting conditions: Work material S45C, cutting speed 250 m/min, feed 0.46 mm/rev. , depth of cut 1.5 mm, cutting time 9 minutes (3 measurements taken every 3 minutes). From the test results shown in FIG. 7, Sample A, which is a product of the present invention, has a smaller amount of flank wear than Samples D and E, which are conventional products, and Samples B and C, which are comparative products.
It was confirmed that it has excellent durability.

【0026】なお、この試験結果を詳細に検討してみる
と、切削当初においてはサンプルCの方がサンプルBよ
り摩耗量が小さいが、切削時間が長くなると逆にサンプ
ルBの方がサンプルCより摩耗量が小さくなっている。 つまり、切削時間が短いうちはアモルファス酸化アルミ
ニウム薄膜を形成したサンプルCの方が耐久性に優れる
が、切削が長時間に及ぶ場合には結晶性酸化アルミニウ
ム薄膜を形成したサンプルBの方が耐久性に優れること
になる。そして、本発明品であるサンプルAは、その両
者の長所を合わせ持ち、切削時間が短いうちは最外層に
形成されているアモルファス酸化アルミニウム薄膜3に
より耐久性が確保され、切削時間が長くなってアモルフ
ァス酸化アルミニウム薄膜3が摩耗した後は、より高硬
度の結晶性酸化アルミニウム薄膜2によりさらに耐久性
が確保され、以上により切削時間の長短に拘わらず優れ
た耐久性が得られるものである。
[0026] A detailed study of this test result shows that at the beginning of cutting, sample C has a smaller amount of wear than sample B, but as the cutting time increases, sample B becomes less worn than sample C. The amount of wear is reduced. In other words, if the cutting time is short, sample C with an amorphous aluminum oxide thin film is more durable, but if the cutting time is long, sample B with a crystalline aluminum oxide thin film is more durable. You will be better at it. Sample A, which is a product of the present invention, combines the advantages of both, and while the cutting time is short, durability is ensured by the amorphous aluminum oxide thin film 3 formed on the outermost layer, while the cutting time is long. After the amorphous aluminum oxide thin film 3 is worn out, durability is further ensured by the crystalline aluminum oxide thin film 2 having higher hardness, and as a result, excellent durability can be obtained regardless of the length of cutting time.

【0027】[0027]

【発明の効果】以上で詳細に説明したように、請求項1
の発明の切削工具は、金属やセラミックスからなる母材
の表面に、結晶性酸化アルミニウム薄膜を直接的にもし
くは中間層としての他の薄膜を介して間接的に形成する
とともに、その結晶性酸化アルミニウム薄膜の表面にア
モルファス酸化アルミニウム薄膜を形成してなるもので
あるので、非結晶性であることから表面が極めて滑らか
であるとともに膜内部での欠陥が生じ難いアモルファス
酸化アルミニウム薄膜によって特に切削当初における耐
久性が確保されるとともに、切削が長時間に及んでアモ
ルファス酸化アルミニウム薄膜が摩耗した後は、より高
硬度の結晶性酸化アルミニウム薄膜により耐久性がさら
に確保され、したがって、優れた切削性能と耐久性を得
ることができる、という効果を奏する。
[Effect of the invention] As explained in detail above, claim 1
In the cutting tool of the invention, a crystalline aluminum oxide thin film is formed directly or indirectly through another thin film as an intermediate layer on the surface of a base material made of metal or ceramics, and the crystalline aluminum oxide thin film is Since it is made by forming an amorphous aluminum oxide thin film on the surface of the thin film, it is non-crystalline, so the surface is extremely smooth, and defects are hard to occur inside the film. In addition, after the amorphous aluminum oxide thin film is worn out due to long-term cutting, durability is further ensured by the crystalline aluminum oxide thin film with higher hardness, resulting in excellent cutting performance and durability. This has the effect that it is possible to obtain the following.

【0028】また、請求項2の発明の製造方法は、母材
を所定の成膜温度に加熱してイオンプレーティング法に
よりその表面にまず結晶性酸化アルミニウム薄膜を形成
し、次いで、母材温度を低下させて同じくイオンプレー
ティング法により前記結晶性酸化アルミニウム薄膜の表
面にアモルファス酸化アルミニウム薄膜を重ねて形成す
るようにしたので、結晶性酸化アルミニウム薄膜とアモ
ルファス酸化アルミニウム薄膜の双方を連続的にしかも
高速で成膜することが可能であって生産性に優れるとと
もに、従来一般に採用されている熱CVD法による場合
に比して成膜温度が十分に低いので、母材の耐熱性能が
軽減されて適用範囲が広がるばかりでなく、成膜の際に
母材と薄膜との間で相互拡散が生じ難くなって境界面に
おける脆化や薄膜の剥離が生じ難くなる、等の優れた効
果を奏する。
Further, in the manufacturing method of the invention of claim 2, the base material is heated to a predetermined film forming temperature, a crystalline aluminum oxide thin film is first formed on the surface of the base material by an ion plating method, and then the base material temperature is Since the amorphous aluminum oxide thin film is layered on the surface of the crystalline aluminum oxide thin film using the same ion plating method, both the crystalline aluminum oxide thin film and the amorphous aluminum oxide thin film can be formed continuously. It is possible to form a film at high speed and has excellent productivity, and since the film formation temperature is sufficiently lower than that of the conventional thermal CVD method, the heat resistance of the base material is reduced. Not only does the range of application expand, but it also has excellent effects such as making it difficult for mutual diffusion to occur between the base material and the thin film during film formation, making it difficult for embrittlement at the interface and peeling of the thin film to occur.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

【図1】本発明の一実施例である切削工具の構造を示す
部分断面図である。
FIG. 1 is a partial sectional view showing the structure of a cutting tool that is an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の他の実施例である切削工具の構造を示
す部分断面図である。
FIG. 2 is a partial cross-sectional view showing the structure of a cutting tool according to another embodiment of the present invention.

【図3】本発明のさらに他の実施例である切削工具の構
造を示す部分断面図である。
FIG. 3 is a partial cross-sectional view showing the structure of a cutting tool that is still another embodiment of the present invention.

【図4】本発明のさらに他の実施例である切削工具の構
造を示す部分断面図である。
FIG. 4 is a partial cross-sectional view showing the structure of a cutting tool that is still another embodiment of the present invention.

【図5】本発明の切削工具を製造するためのイオンプレ
ーティング装置の一例を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing an example of an ion plating apparatus for manufacturing the cutting tool of the present invention.

【図6】本発明の切削工具を製造するためのイオンプレ
ーティング装置の他の例を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing another example of the ion plating apparatus for manufacturing the cutting tool of the present invention.

【図7】本発明品および比較対象品ならびに従来品の耐
摩耗性試験の結果を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing the results of a wear resistance test of a product of the present invention, a comparative product, and a conventional product.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1  母材 2  結晶性酸化アルミニウム薄膜 3  アモルファス酸化アルミニウム薄膜4  薄膜(
中間層)。
1 Base material 2 Crystalline aluminum oxide thin film 3 Amorphous aluminum oxide thin film 4 Thin film (
middle class).

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  金属やセラミックスからなる母材の表
面に気相から結晶性酸化アルミニウム薄膜を形成すると
ともに、その結晶性酸化アルミニウム薄膜の表面に気相
からアモルファス酸化アルミニウム薄膜を形成してなる
ことを特徴とする切削工具。
[Claim 1] A crystalline aluminum oxide thin film is formed from the vapor phase on the surface of a base material made of metal or ceramics, and an amorphous aluminum oxide thin film is formed from the vapor phase on the surface of the crystalline aluminum oxide thin film. A cutting tool featuring:
【請求項2】  請求項1に記載の切削工具の製造方法
であって、母材を所定の成膜温度に加熱してイオンプレ
ーティング法によりその表面にまず結晶性酸化アルミニ
ウム薄膜を形成し、次いで、母材温度を低下させて同じ
くイオンプレーティング法により前記結晶性酸化アルミ
ニウム薄膜の表面にアモルファス酸化アルミニウム薄膜
を重ねて形成することを特徴とする切削工具の製造方法
2. The method for manufacturing a cutting tool according to claim 1, wherein the base material is heated to a predetermined film-forming temperature and a crystalline aluminum oxide thin film is first formed on the surface of the base material by an ion plating method, A method for manufacturing a cutting tool, comprising: then lowering the temperature of the base material and forming an amorphous aluminum oxide thin film overlying the surface of the crystalline aluminum oxide thin film using the same ion plating method.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008296356A (en) * 2007-06-04 2008-12-11 Sumitomo Electric Hardmetal Corp Surface coated cutting tool
JP2013132730A (en) * 2011-12-27 2013-07-08 Mitsubishi Materials Corp Surface coated cutting tool having excellent chipping resistance, peeling resistance and wear resistance

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