JPH0468388B2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- JPH0468388B2 JPH0468388B2 JP58094744A JP9474483A JPH0468388B2 JP H0468388 B2 JPH0468388 B2 JP H0468388B2 JP 58094744 A JP58094744 A JP 58094744A JP 9474483 A JP9474483 A JP 9474483A JP H0468388 B2 JPH0468388 B2 JP H0468388B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- film
- frequency power
- cutting tool
- coating
- torr
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
- C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
- C23C16/40—Oxides
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Description
(イ) 技術分野
本発明は、耐熱性に優れた被覆硬質部材の製造
法に関するものである。 (ロ) 従来の背景 超硬合金の表面に耐摩耗性に優れたTiC，
TiN，Al2O3などの硬質物質の一種又は二種以上
を、一層又は二層以上被覆した被覆超硬合金部材
は、従来の超硬合金に比べて、より優れた切削工
具材料として広く実用に供している。そのなかで
もAl2O3をもちいた二重被覆超硬合金部材は、
Al2O3のもつ優れた耐熱性、耐酸化性等のため、
特に優れた切削工具材料として知られている。近
年切削工具材料に要求される切削条件は、年々苛
酷になつてきており切削速度も300m／minを越
える場合も多くなつてきており、より耐摩耗性に
富む切削工具材料が要求されてきている。これ等
の要求に対し、Al2O3被覆層の膜厚を厚くする方
向が知られている。しかしながらAl2O3の被覆法
として知られているCVD法（化学蒸着法。以下
CVD法と称す。）においては、Al2O3の成長速度
がTiC，TiNと比べ1/10〜1/5と極めて遅く、厚
膜化を図ることが工業生産上著しく困難であるこ
と。又Al2O3の成長速度が極めて遅いため、その
反応雰囲気は通常10Torr以上、好ましくは
20Torr〜60Torrで行ねわれ、それ以下にする
と、工業上十分な成長速度が得られない。CVD
法において、膜厚のバラツキは、反応雰囲気が高
真空である程均一になることが知られているのが
Al2O3の場合、その成長速度の関係から、十分な
高真空で被覆が行なえないため、膜厚のバラツキ
が大きく、工業生産上歩留りの低下が著しく好ま
しくなかつた。 (ハ) 発明の開示 本発明は膜厚Al2O3被覆膜を、工業生産上好ま
しい、改善された成長速度でかつ、歩留りの著し
く改善された製造法を提供するものである。従来
のCVD法で、改善された成長速度をもつAl2O3被
覆膜を得る方法として、特開昭54−10314号に、
CVD法の反応ガス（Al2O3，CO2および／又は
CO，H2）にTi，Zrおよび／又はHfイオンを0.08
〜0.5容量％添加する方法が開示されている。し
かしながらこの方法は、たしかにAl2O3被覆膜の
成長速度に関しては、改善されるものの、膜厚の
バラツキには何の改善ももたらすものではなかつ
た。 本発明の特徴を要約すると下記の通りである。 (1) プラズマによつて活性化された、いわゆるプ
ラズマCVD法でAl2O3膜を生成する。 (2) AlCl3とTiCl4を容量で0.2〜30の比率で反応
ガスとして用いる。 プラズマによつて活性化されたプラズマCVD
法では、その反応速度が母材の温度に依存すると
いうよりは、プラズマの電子温度（通常数千度と
いわれる。）に依存するといわれ、従来のCVD法
に比べ、同一母材温度では、著しくその成長速度
が改善されることが知られている。さらに加えて
Tiのイオンを反応ガスに添加すると、生成した
Al2O3中にTiの酸化物が固溶し、Alイオンの表面
拡散速度を向上させるため、さらに成長速度が改
善される。又本発明では、Al2O3の成長速度が十
分に改善されているため、反応雰囲気を高真空に
しても、工業生産上、適した成長速度が得られる
ため、膜厚のバラツキについても著しく改善しう
る。Al2O3の原料ガスとしては、H2，COと／又
はCO2及びAlCl3，TiCl4チタンの混合ガスで四塩
化チタン／三塩化アルミニウムの比率は0.2〜30
であるが、好ましくは0.2〜20である。0.2以下で
は成長速度の向上に余り効果なく30を越えると
Tiの酸化物の析出物を生じTiの酸化物はAl2O3に
比し耐摩耗性で劣るため好ましくない。（反応炉
内の圧力は、0.1〜10Torr好ましくは、0.1〜
2Torrである。）0.1Torr未満ではプラズマ発生が
不安定で、10Torrを越えると膜厚均一性に効果
がなくなる。プラズマを発生させるには、13，
56MHzの高周波電力のほかマイクロ波を用いたも
のでも当然のことながら効果は同じである。プラ
ズマCVD法を用いるもう１つの特徴は、Al2O3の
膜質を制御することにある。即ち、従来技術で
は、α，κ型の結晶質のものしか生成し得ない
が、本発明によれば、温度、高周波電力の大きさ
を制御て、アモルフアス、非晶質のものを調整す
ることができる。13、56MHzの高周波電力を用い
る場合、500〜800℃では100W〜3KW，800〜
1000℃間では200〜1000W，1000℃〜1200℃では
500W以下の電力が好ましい。析出するAl2O3膜
の特性は反応温度が低く高周波電力が低いほど、
アモルフアスあるいは、結晶質との混合相のもの
が得られ、又高電力、高温度になるにつれ、アモ
ルフアス、κ−，α−のAl2O3が得られる。
Al2O3の混合相は、若干、耐摩耗性が劣るが靫性
は良いので高周波電力と反応温度を選定すること
で結晶質単体かあるいは混合相にするかによつて
任意の膜質が得られる。本条件外では温度、高周
波電力が高い値のところで粗粒化し、低い値のと
ころでは、充分な成長速度が得られない。 上記したように、本発明では従来のAl2O3単体
よりも靫性の高い膜質が得られるため、基体とし
ては、超硬合金のほかIVa，Va，VIa族元素の炭
化物、窒化物、炭窒化物等の硬質相からなるサー
メツト及びAl2O3を主成分とするセラミツクある
いはSiC，Si3N4のセラミツク等の靫性の低い基
体にも応用できる。又当然のことながら高速度鋼
のような靭性の高い母材にも応用できる。以下実
施例にて説明する。 実施例 １ 市販のTiCコーテイングチツプ（商品名
AC720）型番SNMN432に酸化アルミニウムを被
覆した。なお酸化アルミニウムの被覆条件は以下
の通りであつた。 反応気体組成 H2 90容量％ Al2Cl3 ３ 〃 CO2 ６ 〃 TiCl4 0.5 〃 CO 0.5 〃 反応気体流速 2m／秒 反応気体圧力 2Torr 温 度 900，1000℃ 反応時間 ５〜10時間 又、この条件にて13、56MHzの高周波電力
500WでAl2O3をコーテイングした。これらの結
果から単位時間当りの成長速度を第１図に示し
た。従来の方法での活性化エネルギーは、
32kcal／mol、本発明では7kcol／molであり、
温度変化による膜厚分布のバラツキが少なくなつ
ている。本条件においての0.1Torrではプラズマ
が不安定で10Torrをこえると膜厚分布が大きく
なつた。 実施例 ２ 市販のTiCコーテイングチツプ、型番
SNMN432にて以下の条件にてAl2O3の被覆を行
つた。なお反応ガスの組成以外は実施例１の条件
（高周波電力500W）と同じである。（反応時間
3Hr）
法に関するものである。 (ロ) 従来の背景 超硬合金の表面に耐摩耗性に優れたTiC，
TiN，Al2O3などの硬質物質の一種又は二種以上
を、一層又は二層以上被覆した被覆超硬合金部材
は、従来の超硬合金に比べて、より優れた切削工
具材料として広く実用に供している。そのなかで
もAl2O3をもちいた二重被覆超硬合金部材は、
Al2O3のもつ優れた耐熱性、耐酸化性等のため、
特に優れた切削工具材料として知られている。近
年切削工具材料に要求される切削条件は、年々苛
酷になつてきており切削速度も300m／minを越
える場合も多くなつてきており、より耐摩耗性に
富む切削工具材料が要求されてきている。これ等
の要求に対し、Al2O3被覆層の膜厚を厚くする方
向が知られている。しかしながらAl2O3の被覆法
として知られているCVD法（化学蒸着法。以下
CVD法と称す。）においては、Al2O3の成長速度
がTiC，TiNと比べ1/10〜1/5と極めて遅く、厚
膜化を図ることが工業生産上著しく困難であるこ
と。又Al2O3の成長速度が極めて遅いため、その
反応雰囲気は通常10Torr以上、好ましくは
20Torr〜60Torrで行ねわれ、それ以下にする
と、工業上十分な成長速度が得られない。CVD
法において、膜厚のバラツキは、反応雰囲気が高
真空である程均一になることが知られているのが
Al2O3の場合、その成長速度の関係から、十分な
高真空で被覆が行なえないため、膜厚のバラツキ
が大きく、工業生産上歩留りの低下が著しく好ま
しくなかつた。 (ハ) 発明の開示 本発明は膜厚Al2O3被覆膜を、工業生産上好ま
しい、改善された成長速度でかつ、歩留りの著し
く改善された製造法を提供するものである。従来
のCVD法で、改善された成長速度をもつAl2O3被
覆膜を得る方法として、特開昭54−10314号に、
CVD法の反応ガス（Al2O3，CO2および／又は
CO，H2）にTi，Zrおよび／又はHfイオンを0.08
〜0.5容量％添加する方法が開示されている。し
かしながらこの方法は、たしかにAl2O3被覆膜の
成長速度に関しては、改善されるものの、膜厚の
バラツキには何の改善ももたらすものではなかつ
た。 本発明の特徴を要約すると下記の通りである。 (1) プラズマによつて活性化された、いわゆるプ
ラズマCVD法でAl2O3膜を生成する。 (2) AlCl3とTiCl4を容量で0.2〜30の比率で反応
ガスとして用いる。 プラズマによつて活性化されたプラズマCVD
法では、その反応速度が母材の温度に依存すると
いうよりは、プラズマの電子温度（通常数千度と
いわれる。）に依存するといわれ、従来のCVD法
に比べ、同一母材温度では、著しくその成長速度
が改善されることが知られている。さらに加えて
Tiのイオンを反応ガスに添加すると、生成した
Al2O3中にTiの酸化物が固溶し、Alイオンの表面
拡散速度を向上させるため、さらに成長速度が改
善される。又本発明では、Al2O3の成長速度が十
分に改善されているため、反応雰囲気を高真空に
しても、工業生産上、適した成長速度が得られる
ため、膜厚のバラツキについても著しく改善しう
る。Al2O3の原料ガスとしては、H2，COと／又
はCO2及びAlCl3，TiCl4チタンの混合ガスで四塩
化チタン／三塩化アルミニウムの比率は0.2〜30
であるが、好ましくは0.2〜20である。0.2以下で
は成長速度の向上に余り効果なく30を越えると
Tiの酸化物の析出物を生じTiの酸化物はAl2O3に
比し耐摩耗性で劣るため好ましくない。（反応炉
内の圧力は、0.1〜10Torr好ましくは、0.1〜
2Torrである。）0.1Torr未満ではプラズマ発生が
不安定で、10Torrを越えると膜厚均一性に効果
がなくなる。プラズマを発生させるには、13，
56MHzの高周波電力のほかマイクロ波を用いたも
のでも当然のことながら効果は同じである。プラ
ズマCVD法を用いるもう１つの特徴は、Al2O3の
膜質を制御することにある。即ち、従来技術で
は、α，κ型の結晶質のものしか生成し得ない
が、本発明によれば、温度、高周波電力の大きさ
を制御て、アモルフアス、非晶質のものを調整す
ることができる。13、56MHzの高周波電力を用い
る場合、500〜800℃では100W〜3KW，800〜
1000℃間では200〜1000W，1000℃〜1200℃では
500W以下の電力が好ましい。析出するAl2O3膜
の特性は反応温度が低く高周波電力が低いほど、
アモルフアスあるいは、結晶質との混合相のもの
が得られ、又高電力、高温度になるにつれ、アモ
ルフアス、κ−，α−のAl2O3が得られる。
Al2O3の混合相は、若干、耐摩耗性が劣るが靫性
は良いので高周波電力と反応温度を選定すること
で結晶質単体かあるいは混合相にするかによつて
任意の膜質が得られる。本条件外では温度、高周
波電力が高い値のところで粗粒化し、低い値のと
ころでは、充分な成長速度が得られない。 上記したように、本発明では従来のAl2O3単体
よりも靫性の高い膜質が得られるため、基体とし
ては、超硬合金のほかIVa，Va，VIa族元素の炭
化物、窒化物、炭窒化物等の硬質相からなるサー
メツト及びAl2O3を主成分とするセラミツクある
いはSiC，Si3N4のセラミツク等の靫性の低い基
体にも応用できる。又当然のことながら高速度鋼
のような靭性の高い母材にも応用できる。以下実
施例にて説明する。 実施例 １ 市販のTiCコーテイングチツプ（商品名
AC720）型番SNMN432に酸化アルミニウムを被
覆した。なお酸化アルミニウムの被覆条件は以下
の通りであつた。 反応気体組成 H2 90容量％ Al2Cl3 ３ 〃 CO2 ６ 〃 TiCl4 0.5 〃 CO 0.5 〃 反応気体流速 2m／秒 反応気体圧力 2Torr 温 度 900，1000℃ 反応時間 ５〜10時間 又、この条件にて13、56MHzの高周波電力
500WでAl2O3をコーテイングした。これらの結
果から単位時間当りの成長速度を第１図に示し
た。従来の方法での活性化エネルギーは、
32kcal／mol、本発明では7kcol／molであり、
温度変化による膜厚分布のバラツキが少なくなつ
ている。本条件においての0.1Torrではプラズマ
が不安定で10Torrをこえると膜厚分布が大きく
なつた。 実施例 ２ 市販のTiCコーテイングチツプ、型番
SNMN432にて以下の条件にてAl2O3の被覆を行
つた。なお反応ガスの組成以外は実施例１の条件
（高周波電力500W）と同じである。（反応時間
3Hr）
【表】
上記の切削チツプと比較のために、市販の
6μTiCに5μAl2O3をコーテイングしたもので（No.
５）下記の条件で切削テストを行つた。 被削材 SCM435 切削条件 Ｖ＝400m／min ｆ＝0.3mm／rev ｄ＝1.5mm ３分間切削したところ、No.１〜No.３はフランク
摩耗が、0.25〜0.28mmで切削可能であつた。No.
４、No.５は、0.39mm、０，31mmであつた。 実施例 ３ 10容量％の結合相（Co，Ni）で硬質相が60％
TiC、８％TiN、２％Mo2C、残WCの組成から
なるサーメツト及び95％Al2O3−５％TiCセラミ
ツクを基体として、実施例１と同様の反応ガス組
成で表２の条件でAl2O3を5μコーテイングした。
6μTiCに5μAl2O3をコーテイングしたもので（No.
５）下記の条件で切削テストを行つた。 被削材 SCM435 切削条件 Ｖ＝400m／min ｆ＝0.3mm／rev ｄ＝1.5mm ３分間切削したところ、No.１〜No.３はフランク
摩耗が、0.25〜0.28mmで切削可能であつた。No.
４、No.５は、0.39mm、０，31mmであつた。 実施例 ３ 10容量％の結合相（Co，Ni）で硬質相が60％
TiC、８％TiN、２％Mo2C、残WCの組成から
なるサーメツト及び95％Al2O3−５％TiCセラミ
ツクを基体として、実施例１と同様の反応ガス組
成で表２の条件でAl2O3を5μコーテイングした。
【表】
比較のために従来のCVD法で5μAl2O3コーテイ
ングしたサーメツト（No.12）、セラミツク（No.13）
を実施例２の切削条件で切削テストを行つた（切
削時間５分）フランク摩耗を測定したところ第３
表の結果が得られた。
ングしたサーメツト（No.12）、セラミツク（No.13）
を実施例２の切削条件で切削テストを行つた（切
削時間５分）フランク摩耗を測定したところ第３
表の結果が得られた。
【表】
第１図は、Al2O3被覆速度への反応温度の効果
を示しており、Ａは本発明、Ｂは従来のドーピン
ブのみによる効果を示す。
を示しており、Ａは本発明、Ｂは従来のドーピン
ブのみによる効果を示す。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 超硬合金、高速度鋼、セラミツク、サーメツ
トを母材として該母材上に水素、三塩化アルミニ
ウム、一酸化炭素と／又は二酸化炭素及び四塩化
チタンの混合ガスであつて、かつ四塩化チタンと
三塩化アルミニウムの比率（容積）が、0.2〜30
である該混合ガスを流し、該雰囲気中でプラズマ
CVD法でAl2O3膜を被覆することを特徴とする
Al2O3コーテイング膜を有する切削工具の製造
法。 ２ 特許請求の範囲第１項において、雰囲気中の
圧力が、0.1〜10torrであることを特徴とする
Al2O3コーテイング膜を有する切削工具の製造
法。 ３ 特許請求の範囲第１又は第２項において、プ
ラズマCVD法を、13.56MHzの高周波電力によつ
て行い、かかる電力が反応温度500〜800℃未満に
おいては、100W〜3KW、800〜1000℃未満では、
200W〜1000W、1000℃〜1200℃では、高周波電
力が、500W以下の条件下で、Al2O3膜を被覆す
ることを特徴とするAl2O3コーテイング膜を有す
る切削工具の製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9474483A JPS59219463A (ja) | 1983-05-27 | 1983-05-27 | Ａｌ２Ｏ３コーティング膜を有する切削工具の製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9474483A JPS59219463A (ja) | 1983-05-27 | 1983-05-27 | Ａｌ２Ｏ３コーティング膜を有する切削工具の製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59219463A JPS59219463A (ja) | 1984-12-10 |
| JPH0468388B2 true JPH0468388B2 (ja) | 1992-11-02 |
Family
ID=14118630
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9474483A Granted JPS59219463A (ja) | 1983-05-27 | 1983-05-27 | Ａｌ２Ｏ３コーティング膜を有する切削工具の製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59219463A (ja) |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5011360A (ja) * | 1973-05-30 | 1975-02-05 | ||
| JPS5128600A (ja) * | 1974-09-05 | 1976-03-10 | Kitasato Gakuen | Kayoseipurushianburuunoseizohoho |
| SE406090B (sv) * | 1977-06-09 | 1979-01-22 | Sandvik Ab | Belagd hardmetallkropp samt sett att framstalla en dylik kropp |
-
1983
- 1983-05-27 JP JP9474483A patent/JPS59219463A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59219463A (ja) | 1984-12-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4269899A (en) | Surface hafnium-titanium carbide coated hard alloy and method | |
| USRE31526E (en) | Coated cemented carbide body and method of making such a body | |
| US5920760A (en) | Coated hard alloy blade member | |
| US6902764B2 (en) | Oxide coated cutting tool | |
| US3977061A (en) | Cutting insert and method of making the same | |
| CA1226772A (en) | Coated silicon nitride cutting tools | |
| US4469489A (en) | Coated composite modified silicon aluminum oxynitride cutting tools | |
| US5589223A (en) | Process for producing cermet cutting tools having both longitudinal and granular crystal structures | |
| JPH05230620A (ja) | セラミック酸化物被覆の硬質材料焼結体 | |
| US6207262B1 (en) | Coated cemented carbide endmill having hard-material-coated-layers excellent in adhesion | |
| JPH0576546B2 (ja) | ||
| JPH068010A (ja) | 耐チッピング性にすぐれた表面被覆炭化タングステン基超硬合金製切削工具 | |
| US4264682A (en) | Surface hafnium-titanium compound coated hard alloy material and method of producing the same | |
| US5112649A (en) | Method of depositing micro-crystalline solid particles by hot filament cvd | |
| US6365230B1 (en) | Method of manufacturing a diamond film coated cutting tool | |
| JP3277558B2 (ja) | 被覆切削チップの製造方法 | |
| JP2876132B2 (ja) | 被覆切削工具 | |
| JPS623234B2 (ja) | ||
| JPS6155591B2 (ja) | ||
| JP2800571B2 (ja) | 耐チッピング性にすぐれた表面被覆炭化タングステン基超硬合金製切削工具 | |
| JPS5928565A (ja) | 被覆超硬合金工具 | |
| JP2734311B2 (ja) | 耐チッピング性にすぐれた表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削工具 | |
| JPH0222453A (ja) | 切削工具用表面被覆炭化タングステン基超硬合金 | |
| JPS5824501B2 (ja) | タングステンカ−バイド被膜層の製造方法 | |
| JP2738233B2 (ja) | 耐チッピング性にすぐれた表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削工具 |