JPH0711459A - 被覆サーメット合金 - Google Patents
被覆サーメット合金Info
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- JPH0711459A JPH0711459A JP17497993A JP17497993A JPH0711459A JP H0711459 A JPH0711459 A JP H0711459A JP 17497993 A JP17497993 A JP 17497993A JP 17497993 A JP17497993 A JP 17497993A JP H0711459 A JPH0711459 A JP H0711459A
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Landscapes
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- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 本願発明は、切削工具材料、耐摩耗工具材
料、耐衝撃工具材料に用いる被覆サーメットの皮膜の多
層化、傾斜させる事により長寿命な工具を提供すること
を目的とする。 【構成】 切削工具、耐摩耗工具、耐衝撃工具等に用い
る被覆サーメット合金に最下層としてＴｉＮ膜を被覆し
ＴｉＣＮ等の膜と多層化すると共に、多層膜の中間に連
続的にＣ濃度を変化させた中間層を介在させる構成とし
た被覆サーメット合金。
料、耐衝撃工具材料に用いる被覆サーメットの皮膜の多
層化、傾斜させる事により長寿命な工具を提供すること
を目的とする。 【構成】 切削工具、耐摩耗工具、耐衝撃工具等に用い
る被覆サーメット合金に最下層としてＴｉＮ膜を被覆し
ＴｉＣＮ等の膜と多層化すると共に、多層膜の中間に連
続的にＣ濃度を変化させた中間層を介在させる構成とし
た被覆サーメット合金。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は切削工具材料、耐摩耗工
具材料、耐衝撃工具材料に用いる被覆サーメット合金に
関する。
具材料、耐衝撃工具材料に用いる被覆サーメット合金に
関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に超硬合金、叉はサーメット等の焼
結合金に硬質被覆を成形する方法としては、化学蒸着法
（ＣＶＤ法）と物理蒸着法（ＰＶＤ法）に大別される。
Ｔｉの化合物を基とするサーメット合金を基体とし、Ｐ
ＶＤ法においてＴｉＣＮ膜を成膜する場合、ＴｉＮ膜に
比べ高い残留圧縮応力を有するため、サーメット合金へ
の密着力が弱いく、事実上、切削工具、耐摩工具、耐衝
撃工具として使用に耐え得る被覆サーメット合金を得る
事ができなかった。
結合金に硬質被覆を成形する方法としては、化学蒸着法
（ＣＶＤ法）と物理蒸着法（ＰＶＤ法）に大別される。
Ｔｉの化合物を基とするサーメット合金を基体とし、Ｐ
ＶＤ法においてＴｉＣＮ膜を成膜する場合、ＴｉＮ膜に
比べ高い残留圧縮応力を有するため、サーメット合金へ
の密着力が弱いく、事実上、切削工具、耐摩工具、耐衝
撃工具として使用に耐え得る被覆サーメット合金を得る
事ができなかった。
【０００３】叉、ＣＶＤ法においては高温で処理を行う
ため、Ｋ．ＲＴＳＣＨ等が示すように（Ｊｏｕｒｎａｌ
ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ２２
（１９８７））に示されているように、サーメット合金
中に含有される金属Ｎｉと被覆成分であるＴｉが反応
し、皮膜内にＴｉとＮｉから成る金属間化合物を形成
し、使用に耐え得る被覆サーメット合金を得る事ができ
なかった。
ため、Ｋ．ＲＴＳＣＨ等が示すように（Ｊｏｕｒｎａｌ
ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ２２
（１９８７））に示されているように、サーメット合金
中に含有される金属Ｎｉと被覆成分であるＴｉが反応
し、皮膜内にＴｉとＮｉから成る金属間化合物を形成
し、使用に耐え得る被覆サーメット合金を得る事ができ
なかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上述のような
課題を解決したもので、具体的にはＰＶＤ法において、
ＴｉＣＮ膜よりも残留圧縮応力が低く、且つ、ＴｉＣＮ
膜よりも軟らかく基体との密着性に優れるＴｉＮ膜との
組み合わせにより、使用に耐え得るＴｉＣＮ膜を被覆し
た被覆サーメット合金を提供する事を目的とする。
課題を解決したもので、具体的にはＰＶＤ法において、
ＴｉＣＮ膜よりも残留圧縮応力が低く、且つ、ＴｉＣＮ
膜よりも軟らかく基体との密着性に優れるＴｉＮ膜との
組み合わせにより、使用に耐え得るＴｉＣＮ膜を被覆し
た被覆サーメット合金を提供する事を目的とする。
【０００５】叉、ＣＶＤ法においてはサーメット合金中
の金属Ｎｉと被覆成分であるＴｉが反応する温度以上で
のＣＶＤ法の採用により、皮膜中にＮｉとＴｉの金属化
合物の存在しない純料な硬質膜を実現し、使用に耐え得
るＴｉＣＮ膜を被覆した被覆サーメット合金を提供する
事を目的とする。
の金属Ｎｉと被覆成分であるＴｉが反応する温度以上で
のＣＶＤ法の採用により、皮膜中にＮｉとＴｉの金属化
合物の存在しない純料な硬質膜を実現し、使用に耐え得
るＴｉＣＮ膜を被覆した被覆サーメット合金を提供する
事を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段及び作用】そのため、本発
明者らはサーメット合金にＴｉＣＮ膜を被覆する事を検
討していたところ、ＰＶＤ法においてはＴｉＣＮ膜より
も残留圧縮応力の小さいＴｉＮ膜との多層構造を採用す
る事により、ＴｉＣＮ膜がサーメット合金上にも容易に
形成し得る知見を得た。
明者らはサーメット合金にＴｉＣＮ膜を被覆する事を検
討していたところ、ＰＶＤ法においてはＴｉＣＮ膜より
も残留圧縮応力の小さいＴｉＮ膜との多層構造を採用す
る事により、ＴｉＣＮ膜がサーメット合金上にも容易に
形成し得る知見を得た。
【０００７】そのため、本発明の被覆サーメット合金
は、多層化すればするほど、それぞれのＴｉＣＮ膜が薄
くなりＴｉＣＮ膜の残留圧縮応力が低減され、しいては
皮膜全体の残留圧縮応力が低減され密着性が向上され、
ＴｉＣＮ膜の残留圧縮応力を更に吸収、緩和で皮膜全体
の圧縮応力を低減でき、望ましくは最下層の皮膜は上記
残留圧縮応力、硬さの低いＴｉＮ膜であれば更に基体と
の密着性が向上する。更に、多層膜同士の密着性が中間
に連続的にＣ濃度を変化させた中間層を介在させる事に
より、より強固なものになり、使用中に膜内の層剥離、
破壊という減少を更に抑制できるということからなる。
は、多層化すればするほど、それぞれのＴｉＣＮ膜が薄
くなりＴｉＣＮ膜の残留圧縮応力が低減され、しいては
皮膜全体の残留圧縮応力が低減され密着性が向上され、
ＴｉＣＮ膜の残留圧縮応力を更に吸収、緩和で皮膜全体
の圧縮応力を低減でき、望ましくは最下層の皮膜は上記
残留圧縮応力、硬さの低いＴｉＮ膜であれば更に基体と
の密着性が向上する。更に、多層膜同士の密着性が中間
に連続的にＣ濃度を変化させた中間層を介在させる事に
より、より強固なものになり、使用中に膜内の層剥離、
破壊という減少を更に抑制できるということからなる。
【０００８】つまり、コーティング中に皮膜に圧縮応力
が形成されるが、サーメット合金の場合一般に熱膨張係
数がＴｉＮ、ＴｉＣＮ皮膜のそれより大きいため冷却工
程において皮膜の残留圧縮応力が増加する。そのため冷
却速度をゆっくりとすること、あるいは被覆後に熱処理
を行うことにより残留圧縮応力が低減し、本発明被覆サ
ーメット合金は、更に特徴を発揮するものとなる。
が形成されるが、サーメット合金の場合一般に熱膨張係
数がＴｉＮ、ＴｉＣＮ皮膜のそれより大きいため冷却工
程において皮膜の残留圧縮応力が増加する。そのため冷
却速度をゆっくりとすること、あるいは被覆後に熱処理
を行うことにより残留圧縮応力が低減し、本発明被覆サ
ーメット合金は、更に特徴を発揮するものとなる。
【０００９】さらに、多層化すればするほど皮膜の硬さ
が向上し耐摩耗性が向上する傾向にある。この減少は１
０層以上において顕著に現れるものであり、耐摩耗性を
向上したい場合には１０層以上の被覆が望ましい。この
場合は皮膜の断面観察をしても層の観察されず、単層の
ように見える場合がある。
が向上し耐摩耗性が向上する傾向にある。この減少は１
０層以上において顕著に現れるものであり、耐摩耗性を
向上したい場合には１０層以上の被覆が望ましい。この
場合は皮膜の断面観察をしても層の観察されず、単層の
ように見える場合がある。
【００１０】次に、ＣＶＤ法においては一般に１０００
℃の高温において化学反応を用いＴｉＮ、ＴｉＣＮ膜を
形成するものであるが、本発明者らはＮｉとＴｉの金属
間化合物の形成を詳細に研究した結果、９２０℃以下の
温度では金属間化合物を形成しないという新しい知見を
得た。
℃の高温において化学反応を用いＴｉＮ、ＴｉＣＮ膜を
形成するものであるが、本発明者らはＮｉとＴｉの金属
間化合物の形成を詳細に研究した結果、９２０℃以下の
温度では金属間化合物を形成しないという新しい知見を
得た。
【００１１】一般にＴｉＣＮをＣＶＤ法で形成する場合
は、原料ガスとしてＮ2とＣＨ4を用い、 ２ＴｉＣｌ4＋Ｎ2＋２ＣＨ4→２・ＴｉＣＮ＋８ＨＣｌ なる反応を利用する。しかしながら、この反応は９５０
℃以下の温度では極めて反応速度が遅く、工業上利用す
る事は無理である。本発明者らは、上記の観点より、９
２０℃以下の温度においてもＴｉＣＮ膜の形成が可能で
あるＣＨ3ＣＮガスを用いたＭＴ−ＣＶＤ法（Ｍｏｄｅ
ｒａｔｅ−Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ＣＶＤ法）あるい
はプラズマＣＶＤ法を用いることにより、容易にＮｉと
の反応を防止できるという知見を得た。
は、原料ガスとしてＮ2とＣＨ4を用い、 ２ＴｉＣｌ4＋Ｎ2＋２ＣＨ4→２・ＴｉＣＮ＋８ＨＣｌ なる反応を利用する。しかしながら、この反応は９５０
℃以下の温度では極めて反応速度が遅く、工業上利用す
る事は無理である。本発明者らは、上記の観点より、９
２０℃以下の温度においてもＴｉＣＮ膜の形成が可能で
あるＣＨ3ＣＮガスを用いたＭＴ−ＣＶＤ法（Ｍｏｄｅ
ｒａｔｅ−Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ＣＶＤ法）あるい
はプラズマＣＶＤ法を用いることにより、容易にＮｉと
の反応を防止できるという知見を得た。
【００１２】ＣＶＤ法の場合は、皮膜に残留する反応は
引張応力であり前述したＰＶＤ法における理由説明は適
応でないが、基本的にはＴｉＮ膜が軟らかいこと、多層
化にしたほうが皮膜を形成する粒子の粒成長が抑制され
ること、叉、中間にＣ濃度が連続的に変化する中間層を
介在させることにより、皮膜同士の密着力が向上する事
は共通するものである。
引張応力であり前述したＰＶＤ法における理由説明は適
応でないが、基本的にはＴｉＮ膜が軟らかいこと、多層
化にしたほうが皮膜を形成する粒子の粒成長が抑制され
ること、叉、中間にＣ濃度が連続的に変化する中間層を
介在させることにより、皮膜同士の密着力が向上する事
は共通するものである。
【００１３】本発明による被覆サーメット合金において
は、例えばＴｉＣＮ膜のＴｉの１部、叉は全部をＺｒ、
Ｃｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ａｌ等の他金属成分に置き換える
か、あるいはこれら金属成分の窒化物に置き換えること
も可能であり、この場合の結果は前述した理由と同一で
ある。以下、実施例に基づいて詳細に説明する。
は、例えばＴｉＣＮ膜のＴｉの１部、叉は全部をＺｒ、
Ｃｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ａｌ等の他金属成分に置き換える
か、あるいはこれら金属成分の窒化物に置き換えること
も可能であり、この場合の結果は前述した理由と同一で
ある。以下、実施例に基づいて詳細に説明する。
【００１４】
【実施例】３０ＴｉＣ−３０ＴｉＮ−１０ＷＣ−１０Ｔ
ａＣ−５Ｍｏ2Ｃ−７．５Ｃｏ−７．５Ｎｉ からサー
メット合金上にＰＶＤ法及びＣＶＤ法により４ミクロン
の厚みにＴｉＮ、ＴｉＣＮをそれぞれ成膜し比較合金１
〜４を得た。叉、ＰＶＤ法、ＭＴ−ＣＶＤ法において導
入ガスを切り替える事により多層皮膜された本発明合金
５〜９を製作した。これらの被覆サーメット合金をスク
ラッチテスターにより、０から徐々に荷重を上げ、引っ
かいていき膜が剥離する荷重を求めた。その結果を表１
に示した。
ａＣ−５Ｍｏ2Ｃ−７．５Ｃｏ−７．５Ｎｉ からサー
メット合金上にＰＶＤ法及びＣＶＤ法により４ミクロン
の厚みにＴｉＮ、ＴｉＣＮをそれぞれ成膜し比較合金１
〜４を得た。叉、ＰＶＤ法、ＭＴ−ＣＶＤ法において導
入ガスを切り替える事により多層皮膜された本発明合金
５〜９を製作した。これらの被覆サーメット合金をスク
ラッチテスターにより、０から徐々に荷重を上げ、引っ
かいていき膜が剥離する荷重を求めた。その結果を表１
に示した。
【００１５】叉、下記に示す工具が繰り返し衝撃を受け
る切削条件にて切削テストを行い最大摩耗が０．２ｍｍ
に達するまでの寿命時間を求め、その結果を表２に示
す。 切削条件 被削材 （４つ溝付き丸棒）Ｓ５０Ｃ
Ｈｓ３２ 切削速度 ２００ｍ／ｍｉｎ 送り ０．１５ｍｍ／ｒｅｖ 切込み ２ｍｍ チップ形状 ＳＮＭＡ４３２ 切削油 なし
る切削条件にて切削テストを行い最大摩耗が０．２ｍｍ
に達するまでの寿命時間を求め、その結果を表２に示
す。 切削条件 被削材 （４つ溝付き丸棒）Ｓ５０Ｃ
Ｈｓ３２ 切削速度 ２００ｍ／ｍｉｎ 送り ０．１５ｍｍ／ｒｅｖ 切込み ２ｍｍ チップ形状 ＳＮＭＡ４３２ 切削油 なし
【００１６】
【表１】 膜構成 成膜方法 比較合金 １ ＴｉＮ ＰＶＤ ２ ＴｉＣＮ ＰＶＤ ３ ＴｉＮ ＣＶＤ ４ ＴｉＣＮ ＣＶＤ 本発明合金 ５ ＴｉＮ−ＴｉＣＮ ＰＶＤ ６ ＴｉＮ−（傾斜ＴｉＣＮ）−ＴｉＣＮ ＰＶＤ ７ ＴｉＮ−ＴｉＣＮ−ＴｉＮ−ＴｉＣＮ−ＴｉＮ−ＴｉＣＮ ＰＶＤ ８ ＴｉＮ−ＴｉＣＮ ＭＴ−ＣＶＤ ９ ＴｉＮ−（傾斜ＴｉＣＮ）−ＴｉＣＮ ＭＴ−ＣＶＤ
【００１７】
【表２】 膜厚 スクラッチ強度（Ｎ） 切削寿命（ｍｉｎ） 比較合金 １ ４ ２５ ２５（正常摩耗） ２ ４ ６ ５（膜剥離による異状摩耗） ３ ４ ３ １（ 〃 ） ４ ４ ３ １（ 〃 ） 本発明合金 ５ ４ ２０ ５５（正常摩耗） ６ ４ ２４ ６０（ 〃 ） ７ ４ ２８ ８５（ 〃 ） ８ ４ ４５ ５０（１部チッピング発生） ９ ４ ５０ ６２（正常摩耗）
【００１８】実施例１で用いた同じサーメット合金を用
い、超多層被覆を行い本発明合金１０、１１を作製し
た。実施例１を同一の評価に加え、皮膜の硬さの比較を
行った。その結果を表３に示す。
い、超多層被覆を行い本発明合金１０、１１を作製し
た。実施例１を同一の評価に加え、皮膜の硬さの比較を
行った。その結果を表３に示す。
【００１９】
【表３】 皮膜 成膜方法 マイクロビッカース硬さ 比較合金 （ｋｇ／ｍｍ2） １ ＴｉＮ ＰＶＤ ２１００ ２ ＴｉＣＮ ＰＶＤ ２９５０ 本発明合金 ５ ＴｉＮ−ＴｉＣＮ ＰＶＤ ２９００ １１ ＴｉＮ−ＴｉＣＮ ３０層 ＰＶＤ ３０５０ １２ ＴｉＮ−ＴｉＣＮ １００層 ＰＶＤ ３０８０
【００２０】
【表４】 スクラッチ強度（Ｎ） 切削寿命（ｍｉｎ） 比較合金 １ ２５ ２５（正常摩耗） ２ ６ ５（膜剥離によるチッピング） 本発明合金 ５ ２０ ５５（正常摩耗） １１ １８ ９０（ 〃 ） １２ １８ ９０（ 〃 ）
【００２１】
【発明の効果】本発明の被覆サーメット合金は、従来の
ＴｉＮに比べ硬さの高いＴｉＣＮを被覆したものであ
り、耐摩耗性に優れ格段に長い工具寿命が得られるもの
である。また、本発明はサーメットを主に説明してきた
が超硬合金に適用した場合にも優れた効果を現すことは
自明である。
ＴｉＮに比べ硬さの高いＴｉＣＮを被覆したものであ
り、耐摩耗性に優れ格段に長い工具寿命が得られるもの
である。また、本発明はサーメットを主に説明してきた
が超硬合金に適用した場合にも優れた効果を現すことは
自明である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 // Ｃ２２Ｃ 29/00
Claims (4)
- 【請求項１】 切削工具、耐摩耗工具、耐衝撃工具等に
用いる被覆サーメット合金において、最下層をＴｉＮ膜
とし、ＴｉＣＮ及び／またはＴｉ化合物と多層化したこ
とを特徴とする被覆サーメット合金。 - 【請求項２】 請求項１に記載のサーメット合金におい
て、多層膜の中間に連続的にＣ濃度を変化させた中間層
を介在させたことを特徴とする被覆サーメット合金。 - 【請求項３】 請求項１ないし２に記載の被覆サーメッ
ト合金において、多層膜が１０層以上であることを特徴
とする被覆サーメット合金。 - 【請求項４】 請求項１ないし３に記載の被覆サーメッ
ト合金において、Ｔｉの１部または全部をＺｒ、Ｃｒ、
Ｈｆ、Ｔａ、Ａｌの金属成分叉はそれらの混合物、固溶
体に置き換えたことを特徴とする被覆サーメット合金。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17497993A JPH0711459A (ja) | 1993-06-22 | 1993-06-22 | 被覆サーメット合金 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17497993A JPH0711459A (ja) | 1993-06-22 | 1993-06-22 | 被覆サーメット合金 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0711459A true JPH0711459A (ja) | 1995-01-13 |
Family
ID=15988102
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17497993A Pending JPH0711459A (ja) | 1993-06-22 | 1993-06-22 | 被覆サーメット合金 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0711459A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009078309A (ja) * | 2007-09-25 | 2009-04-16 | Mitsubishi Materials Corp | 表面被覆切削工具 |
| US20140308083A1 (en) * | 2011-12-14 | 2014-10-16 | Sandvik Intellectual Property Ab | Coated cutting tool and method of manufacturing the same |
| JP2023550788A (ja) * | 2020-11-26 | 2023-12-05 | エービー サンドビック コロマント | 被覆切削工具 |
| JP2023550789A (ja) * | 2020-11-26 | 2023-12-05 | エービー サンドビック コロマント | 被覆切削工具 |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPS569366A (en) * | 1979-07-05 | 1981-01-30 | Hitachi Metals Ltd | Surface coated solid carbide alloy material |
| JPS6256565A (ja) * | 1985-09-06 | 1987-03-12 | Mitsubishi Metal Corp | 耐摩耗性のすぐれた表面被覆硬質部材 |
| JPS62211366A (ja) * | 1986-03-12 | 1987-09-17 | Mitsubishi Metal Corp | 表面被覆硬質合金製切削工具 |
| JPS62214166A (ja) * | 1986-03-13 | 1987-09-19 | Mitsubishi Metal Corp | 表面被覆硬質合金製切削工具 |
| JPH04289003A (ja) * | 1991-03-18 | 1992-10-14 | Mitsubishi Materials Corp | すぐれた靭性を有する表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削工具 |
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