JPH0811004A - 高硬度複合被覆工具 - Google Patents
高硬度複合被覆工具Info
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- JPH0811004A JPH0811004A JP6170397A JP17039794A JPH0811004A JP H0811004 A JPH0811004 A JP H0811004A JP 6170397 A JP6170397 A JP 6170397A JP 17039794 A JP17039794 A JP 17039794A JP H0811004 A JPH0811004 A JP H0811004A
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- Japan
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- film
- tool
- coating film
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- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 工具上に直接にｃＢＮ膜を形成しようとする
ものではなく、混合層あるいは中間層を介在させて密着
性を高めて十分に工具に適用される性能を有する高硬度
な被覆膜を得ること。 【構成】 超硬合金、サ−メット、セラミックのいずれ
かが母材質となる工具に、被覆膜の成分がＴｉＮ、Ｔｉ
ＣＮ、ＴｉＣ、ＴｉＣＮＯを含む膜厚が０．２μｍ〜
２．０μｍの最下層を有し、その層上に、ＣＢＮ、ｈＢ
Ｎ、ｗＢＮ、アモルファス状ＢＮ、ＴｉＢＮ、または
ＴｉＢ2 のうち２種以上の成分及びＴｉＮ、ＴｉＣ
Ｎ、ＴｉＣ、ＴｉＯ、ＴｉＣＮＯ成分の内１種乃至２種
を含む膜厚が０．３μｍ〜２．５μｍで最上層を有し、
この２層間に金属あるいは硼素等の単体を含ませること
なく積層し、かつ全体の膜厚が０．５〜４．０μｍの範
囲にある高硬度複合被覆工具。
ものではなく、混合層あるいは中間層を介在させて密着
性を高めて十分に工具に適用される性能を有する高硬度
な被覆膜を得ること。 【構成】 超硬合金、サ−メット、セラミックのいずれ
かが母材質となる工具に、被覆膜の成分がＴｉＮ、Ｔｉ
ＣＮ、ＴｉＣ、ＴｉＣＮＯを含む膜厚が０．２μｍ〜
２．０μｍの最下層を有し、その層上に、ＣＢＮ、ｈＢ
Ｎ、ｗＢＮ、アモルファス状ＢＮ、ＴｉＢＮ、または
ＴｉＢ2 のうち２種以上の成分及びＴｉＮ、ＴｉＣ
Ｎ、ＴｉＣ、ＴｉＯ、ＴｉＣＮＯ成分の内１種乃至２種
を含む膜厚が０．３μｍ〜２．５μｍで最上層を有し、
この２層間に金属あるいは硼素等の単体を含ませること
なく積層し、かつ全体の膜厚が０．５〜４．０μｍの範
囲にある高硬度複合被覆工具。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は物理蒸着法により積層被
覆を施した金属材料等の切削加工用の高硬度複合被覆工
具に関する。
覆を施した金属材料等の切削加工用の高硬度複合被覆工
具に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の物理蒸着法による被覆工具はＴｉ
Ｎを中心として各種の切削工具に応用されている。物理
蒸着法ではイオンプレ−ティングやスパッタイオンプレ
−ティングが用いられ、６００℃以下といった低温での
被覆が可能なため熱処理を必要とする高速度工具鋼やダ
イス鋼にも用いられ、また薄膜であるため超硬合金やセ
ラミックスの最終工程でも処理が可能となり急速に用途
が広まりつつある。一方、窒化硼素いわゆるｃＢＮはこ
れらの方法やあるいはイオンアシスト法等で成膜が試み
られているが実用的な工具に適用され市販されるに至っ
てはいない。
Ｎを中心として各種の切削工具に応用されている。物理
蒸着法ではイオンプレ−ティングやスパッタイオンプレ
−ティングが用いられ、６００℃以下といった低温での
被覆が可能なため熱処理を必要とする高速度工具鋼やダ
イス鋼にも用いられ、また薄膜であるため超硬合金やセ
ラミックスの最終工程でも処理が可能となり急速に用途
が広まりつつある。一方、窒化硼素いわゆるｃＢＮはこ
れらの方法やあるいはイオンアシスト法等で成膜が試み
られているが実用的な工具に適用され市販されるに至っ
てはいない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ｃＢＮはダイヤモンド
に次ぐ硬度を有し、その工具への適用が期待されてい
る。しかしながら、密着性の問題やｃＢＮと同時にｈＢ
Ｎやアモルファス状の膜成分が混在し、十分に工具に適
用されて性能を得るには至っていない。特開平３−２６
００５４号公報にはｃＢＮを平行磁界を利用して熱陰極
放電形イオンプレ−ティングにより成膜する方法が提示
されている。しかし、この方法でも赤外吸収分光線図に
は１４００ｃｍ-1付近にｈＢＮのピ−クが検出されてい
るので完全なものとは異なり、十分に工具に適用される
性能は期待できなかった。又、特開平６−３３２２２号
公報で、イオンアシスト（ダイナミックミキシングある
いはイオンミキシングともいう）を用いた方法が提案さ
れている。しかし、この方法も特開平３−２６００５４
号公報のものと同様に窒化硼素を主に成膜を試みるた
め、混合層あるいは中間層を介在させて密着性を高める
といった手法を用いたものであるが、十分に工具に適用
される性能は期待できなかった。
に次ぐ硬度を有し、その工具への適用が期待されてい
る。しかしながら、密着性の問題やｃＢＮと同時にｈＢ
Ｎやアモルファス状の膜成分が混在し、十分に工具に適
用されて性能を得るには至っていない。特開平３−２６
００５４号公報にはｃＢＮを平行磁界を利用して熱陰極
放電形イオンプレ−ティングにより成膜する方法が提示
されている。しかし、この方法でも赤外吸収分光線図に
は１４００ｃｍ-1付近にｈＢＮのピ−クが検出されてい
るので完全なものとは異なり、十分に工具に適用される
性能は期待できなかった。又、特開平６−３３２２２号
公報で、イオンアシスト（ダイナミックミキシングある
いはイオンミキシングともいう）を用いた方法が提案さ
れている。しかし、この方法も特開平３−２６００５４
号公報のものと同様に窒化硼素を主に成膜を試みるた
め、混合層あるいは中間層を介在させて密着性を高める
といった手法を用いたものであるが、十分に工具に適用
される性能は期待できなかった。
【０００４】本発明の課題は、工具上に直接にｃＢＮ膜
を形成しようとするものではなく、混合層あるいは中間
層を介在させて密着性を高めて十分に工具に適用される
性能を有する高硬度な被覆膜を得ることにある。
を形成しようとするものではなく、混合層あるいは中間
層を介在させて密着性を高めて十分に工具に適用される
性能を有する高硬度な被覆膜を得ることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】このため本発明は、超硬
合金、サ−メット、セラミックのいずれかが母材質とな
る工具において次の（ａ）から（ｄ）の条件を満足させ
た、（ａ）被覆膜の成分がＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＣ、
ＴｉＣＮＯを含む最下層を有し、その層上に、ＣＢＮ、
ｈＢＮ、ｗＢＮ、アモルファス状ＢＮ、ＴｉＢＮ、また
は ＴｉＢ2 のうち２種以上の成分及びＴｉＮ、Ｔｉ
ＣＮ、ＴｉＣ、ＴｉＯ、ＴｉＣＮＯ成分の内１種乃至２
種を含む最上層を有する、（ｂ）（ａ）の成分の最下層
は膜厚が０．２μｍ〜２．０μｍであり、上層の膜厚は
０．３μｍ〜２．５μｍであって、この２層間に金属あ
るいは硼素等の単体を含ませることなく積層し、かつ全
体の膜厚が０．５〜４．０μｍの範囲にあること、
（ｃ）前記被覆工具もしくはそれと同時処理した同母材
種のテストピ−スが工具部材の機能要部と同等の被覆が
施されている部分の特性が1.母材質は８５ＨＲＡ以上の
硬度を有し、被覆膜が ０．５μｍ〜４．０μｍであ
り、５０ｇのマイクロヴィッカ−ス硬度計で ２２００
以上、８０００ＨＶ以下、Ｒａ５μｍ以下の面粗さとな
る。2.前記被覆膜に通常のロックウェル（Ａスケ−ル）
硬度計を用いて押圧した場合に生ずる圧痕を１００倍の
倍率で観察した結果、圧痕の周囲１ｍｍ以上（外側）の
範囲で膜の剥離が認められない、及び、（ｄ）膜の構成
中最上層となる層の反応ガス成分を除く構成元素中硼素
成分の比率が２５％以上７５％以下となることこと、を
特徴とするＴｉ系の高硬度複合被覆工具を提供すること
によって上述した従来技術の課題を解決した。
合金、サ−メット、セラミックのいずれかが母材質とな
る工具において次の（ａ）から（ｄ）の条件を満足させ
た、（ａ）被覆膜の成分がＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＣ、
ＴｉＣＮＯを含む最下層を有し、その層上に、ＣＢＮ、
ｈＢＮ、ｗＢＮ、アモルファス状ＢＮ、ＴｉＢＮ、また
は ＴｉＢ2 のうち２種以上の成分及びＴｉＮ、Ｔｉ
ＣＮ、ＴｉＣ、ＴｉＯ、ＴｉＣＮＯ成分の内１種乃至２
種を含む最上層を有する、（ｂ）（ａ）の成分の最下層
は膜厚が０．２μｍ〜２．０μｍであり、上層の膜厚は
０．３μｍ〜２．５μｍであって、この２層間に金属あ
るいは硼素等の単体を含ませることなく積層し、かつ全
体の膜厚が０．５〜４．０μｍの範囲にあること、
（ｃ）前記被覆工具もしくはそれと同時処理した同母材
種のテストピ−スが工具部材の機能要部と同等の被覆が
施されている部分の特性が1.母材質は８５ＨＲＡ以上の
硬度を有し、被覆膜が ０．５μｍ〜４．０μｍであ
り、５０ｇのマイクロヴィッカ−ス硬度計で ２２００
以上、８０００ＨＶ以下、Ｒａ５μｍ以下の面粗さとな
る。2.前記被覆膜に通常のロックウェル（Ａスケ−ル）
硬度計を用いて押圧した場合に生ずる圧痕を１００倍の
倍率で観察した結果、圧痕の周囲１ｍｍ以上（外側）の
範囲で膜の剥離が認められない、及び、（ｄ）膜の構成
中最上層となる層の反応ガス成分を除く構成元素中硼素
成分の比率が２５％以上７５％以下となることこと、を
特徴とするＴｉ系の高硬度複合被覆工具を提供すること
によって上述した従来技術の課題を解決した。
【０００６】本来ｃＢＮ、あるいはＴｉＢＮといった硬
質膜は硬度がＨＶ３０００以上といわれており、このよ
うな高硬度の膜を工具に応用する場合には切削に関与す
る部分が十分な膜厚を有し、その大きさは通常母材の結
晶粒の大きさより十分大きくないとその物質としての性
能は発揮されにくいと考えられる。これは数μｍの結晶
粒に対し、その数倍がひとつの目安となる。これは切削
時の工具にかかる応力が数十ｋｇ〜数百ｋｇの応力を受
ける。このため数μｍの膜で構成されるＰＶＤの膜では
密着性以前に物質の破壊強度が硬質物質になるに従い小
さくなるため、切削時に破壊し切削に耐えない場合が多
かった。通常膜の場合破壊強度と密着強度は比較的近い
と考えられるが膜の特性として密着性を維持し、切削に
耐えるためには膜に十分な靭性が必要となる。
質膜は硬度がＨＶ３０００以上といわれており、このよ
うな高硬度の膜を工具に応用する場合には切削に関与す
る部分が十分な膜厚を有し、その大きさは通常母材の結
晶粒の大きさより十分大きくないとその物質としての性
能は発揮されにくいと考えられる。これは数μｍの結晶
粒に対し、その数倍がひとつの目安となる。これは切削
時の工具にかかる応力が数十ｋｇ〜数百ｋｇの応力を受
ける。このため数μｍの膜で構成されるＰＶＤの膜では
密着性以前に物質の破壊強度が硬質物質になるに従い小
さくなるため、切削時に破壊し切削に耐えない場合が多
かった。通常膜の場合破壊強度と密着強度は比較的近い
と考えられるが膜の特性として密着性を維持し、切削に
耐えるためには膜に十分な靭性が必要となる。
【０００７】靭性を考慮する場合、多層化がひとつの方
策である『Surface Engineering(GBR)』 (1990)P.538 5
47ではマグネトロンスパッタ法によりＴｉＢ2 ／Ｔｉ
Ｎ、ＴｉＢ2 ／Ｔｉ−Ｂ−Ｎの多層化が試みられてお
り、硬度も高い被覆膜が得られている。この場合、Ｔｉ
Ｂ2 ／ＴｉＮを主体にしたものでありその強度がやや不
明確であったり、工具に適用したものではない。また、
Ｔｉ系の被覆膜が母材との密着性に優れることは知られ
ているがその上層に高硬度の被覆膜を形成すると、図３
に示すように積層間で上層の膜が破壊し剥離するような
現象が発生する。図３はＴｉ系の被覆膜ＴｉＢx の上層
に高硬度の被覆膜ＴｉＮを形成した積層被膜と、本発明
のＴｉＮの上層に高硬度の被覆膜Ｔｉ−Ｂ−Ｎを形成し
た積層被膜とをロックウエル圧痕による被覆膜の剥離情
況を示す。本発明はこのような問題を解決する手段とし
て反応性スパッタリングを用い硼素系の硬質物質とＴｉ
系のセラミックが混在するような成分を持つ膜をＴｉ系
被覆膜上に形成させる方法を開発した。
策である『Surface Engineering(GBR)』 (1990)P.538 5
47ではマグネトロンスパッタ法によりＴｉＢ2 ／Ｔｉ
Ｎ、ＴｉＢ2 ／Ｔｉ−Ｂ−Ｎの多層化が試みられてお
り、硬度も高い被覆膜が得られている。この場合、Ｔｉ
Ｂ2 ／ＴｉＮを主体にしたものでありその強度がやや不
明確であったり、工具に適用したものではない。また、
Ｔｉ系の被覆膜が母材との密着性に優れることは知られ
ているがその上層に高硬度の被覆膜を形成すると、図３
に示すように積層間で上層の膜が破壊し剥離するような
現象が発生する。図３はＴｉ系の被覆膜ＴｉＢx の上層
に高硬度の被覆膜ＴｉＮを形成した積層被膜と、本発明
のＴｉＮの上層に高硬度の被覆膜Ｔｉ−Ｂ−Ｎを形成し
た積層被膜とをロックウエル圧痕による被覆膜の剥離情
況を示す。本発明はこのような問題を解決する手段とし
て反応性スパッタリングを用い硼素系の硬質物質とＴｉ
系のセラミックが混在するような成分を持つ膜をＴｉ系
被覆膜上に形成させる方法を開発した。
【０００８】通常、靭性の高いＴｉＮ膜でも物理蒸着
（ＰＶＤ）では数μｍの膜厚を越えると工具として使用
した場合、膜の破壊や剥離を生ずるし、膜厚が薄すぎて
も膜の破壊や剥離を生ずる。このため、最下層ならびに
最上層及び被覆膜の膜厚を上記（ｂ）、（ｃ）に示すよ
うに全体の膜厚が０．５〜４．０μｍの範囲にあるよう
に限定した。物理蒸着で形成される膜は低温で成膜され
るため微細結晶となるが、この成膜は微細であるため欠
陥を多く含み膜に圧縮応力を生じさせ、工具の性能を伸
ばす働きがでるが、一方余りその応力状態が大きくなる
と成膜が困難であったり膜が割れやすくなるといわれ、
又膜厚が薄すぎても膜の破壊や剥離を生ずる。図４は硬
質膜の被覆状態によるロックウエル圧痕による被覆膜の
剥離情況を示す。そのため上記（ｂ）に示すように最上
層膜の膜厚は０．３μｍ〜２．５μｍの範囲にあるよう
に限定した。
（ＰＶＤ）では数μｍの膜厚を越えると工具として使用
した場合、膜の破壊や剥離を生ずるし、膜厚が薄すぎて
も膜の破壊や剥離を生ずる。このため、最下層ならびに
最上層及び被覆膜の膜厚を上記（ｂ）、（ｃ）に示すよ
うに全体の膜厚が０．５〜４．０μｍの範囲にあるよう
に限定した。物理蒸着で形成される膜は低温で成膜され
るため微細結晶となるが、この成膜は微細であるため欠
陥を多く含み膜に圧縮応力を生じさせ、工具の性能を伸
ばす働きがでるが、一方余りその応力状態が大きくなる
と成膜が困難であったり膜が割れやすくなるといわれ、
又膜厚が薄すぎても膜の破壊や剥離を生ずる。図４は硬
質膜の被覆状態によるロックウエル圧痕による被覆膜の
剥離情況を示す。そのため上記（ｂ）に示すように最上
層膜の膜厚は０．３μｍ〜２．５μｍの範囲にあるよう
に限定した。
【０００９】
【実施例】硼素を含むＴｉ系被覆膜の製法ではイオンプ
レ−ティング特にア−ク法や電子銃等を有する多元蒸発
源を使用することも可能であるが硼素とＴｉのスパッタ
収量が比較的近いためスパッタリングを使用する方が容
易である。図１は本発明実施に使用する反応性スパッタ
イオンプレ−ティング装置の構成を示す略図である。こ
のような工具用途の類似のスパッタ装置の原理的な解説
はElsevier Sequoia社が1990年発行した雑誌『Surface
and Coatings Technology 』 Vol.61 (1993)P121-126、
P326-330に詳しい。本発明ではタ−ゲットはマグネトロ
ンソ−スを使用した。図１で、反応性マグネトロンイオ
ンスパッタリング装置１０と、装置内にそれぞれ配置さ
れた、スパッタリング装置１０内のほぼ中央に配置され
負電圧を印加された基板４、基板４上に図示しない装置
により公転又は自公転可能に支持された被覆部材７、基
板４に対向しかつ正電圧を印加された１対のアノード
３、及び、１対のアノード３を横切って基板４に対向し
かつ正電圧を印加された１対の蒸発源を形成する２種以
上の元素材料のうち１種類がタ−ゲット内に嵌め込まれ
るか又はタ−ゲット上に配置した合金複合タ−ゲット
１、２と、窒素、酸素、炭化水素系の一種又は二種以上
を含む反応ガスをスパッタリング装置内の穴６に選択的
に供給する図示しない反応ガス供給装置と、を含み、基
板４と合金複合タ−ゲット１、２とは合金複合タ−ゲッ
トの幅ｗ以上に離隔して、反応性マグネトロンスパッタ
リングにより切削工具の表面に合金セラミック被覆膜を
形成するようにされている。
レ−ティング特にア−ク法や電子銃等を有する多元蒸発
源を使用することも可能であるが硼素とＴｉのスパッタ
収量が比較的近いためスパッタリングを使用する方が容
易である。図１は本発明実施に使用する反応性スパッタ
イオンプレ−ティング装置の構成を示す略図である。こ
のような工具用途の類似のスパッタ装置の原理的な解説
はElsevier Sequoia社が1990年発行した雑誌『Surface
and Coatings Technology 』 Vol.61 (1993)P121-126、
P326-330に詳しい。本発明ではタ−ゲットはマグネトロ
ンソ−スを使用した。図１で、反応性マグネトロンイオ
ンスパッタリング装置１０と、装置内にそれぞれ配置さ
れた、スパッタリング装置１０内のほぼ中央に配置され
負電圧を印加された基板４、基板４上に図示しない装置
により公転又は自公転可能に支持された被覆部材７、基
板４に対向しかつ正電圧を印加された１対のアノード
３、及び、１対のアノード３を横切って基板４に対向し
かつ正電圧を印加された１対の蒸発源を形成する２種以
上の元素材料のうち１種類がタ−ゲット内に嵌め込まれ
るか又はタ−ゲット上に配置した合金複合タ−ゲット
１、２と、窒素、酸素、炭化水素系の一種又は二種以上
を含む反応ガスをスパッタリング装置内の穴６に選択的
に供給する図示しない反応ガス供給装置と、を含み、基
板４と合金複合タ−ゲット１、２とは合金複合タ−ゲッ
トの幅ｗ以上に離隔して、反応性マグネトロンスパッタ
リングにより切削工具の表面に合金セラミック被覆膜を
形成するようにされている。
【００１０】通常合金タ−ゲットが使用されるがＴｉ−
Ｂの合金は非常に高価であるため、図２に示すはめ込み
型の合金複合タ−ゲットを使用した。合金複合タ−ゲッ
ト１、２は、（ａ）乃至（ｄ）に示すように、プレ−ナ
−型、即ち方形板形、のタ−ゲットホルダ−に装着する
ための枠として合金の一成分である単体元素材料に対
し、単体元素材料、合金元素材料及び／又は燒結体等が
嵌め込みにされており、タ−ゲットの基材材料としてＴ
ｉ板を使用する、嵌め込みされる硼素源は、硼素の圧粉
体、ｃＢＮ燒結体あるいはｈＢＮ燒結体等を用いるのが
良い。圧粉体は安価であるが蒸着を始めるとタ−ゲット
の発熱とスパッタリングによりガスを発生するため、前
処理が必要となる。図２（ａ′）乃至（ｄ′）は（ａ）
乃至（ｄ）の断面図を示す。
Ｂの合金は非常に高価であるため、図２に示すはめ込み
型の合金複合タ−ゲットを使用した。合金複合タ−ゲッ
ト１、２は、（ａ）乃至（ｄ）に示すように、プレ−ナ
−型、即ち方形板形、のタ−ゲットホルダ−に装着する
ための枠として合金の一成分である単体元素材料に対
し、単体元素材料、合金元素材料及び／又は燒結体等が
嵌め込みにされており、タ−ゲットの基材材料としてＴ
ｉ板を使用する、嵌め込みされる硼素源は、硼素の圧粉
体、ｃＢＮ燒結体あるいはｈＢＮ燒結体等を用いるのが
良い。圧粉体は安価であるが蒸着を始めるとタ−ゲット
の発熱とスパッタリングによりガスを発生するため、前
処理が必要となる。図２（ａ′）乃至（ｄ′）は（ａ）
乃至（ｄ）の断面図を示す。
【００１１】スパッタリング装置１０は1.0 ×10-2Pa以
下の圧力まで排気し、1.0 ×10-2Pa以下の圧力を保持し
たまま処理物７を搭載する基板４を輻射加熱及び電子照
射、Ｈｅボンバ−ドあるいは金属ボンバ−ドにより４０
０℃〜７５０℃に加熱後、数分〜数十分表面をＡｒボン
バ−ドでクリ−ニングする。金属ボンバ−ドの場合はク
リ−ニングは不要である。その後、ガス導入口よりＡｒ
を導入し、Ｔｉよりなる第一タ−ゲット１を−２００Ｖ
〜−１０００Ｖ印加し、基板４に−２０Ｖ〜−２００Ｖ
印加して、Ｎ2,Ｃ2,Ｈ2 あるいはＮ2 とＣ2,Ｈ2 の混合
ガスを導入してＴｉ系セラミックを基板に被覆する。そ
して、第一タ−ゲット１を停止させた上、第二タ−ゲッ
ト２を同様な手順で作動させることにより請求項１に相
当する膜を形成した。同様にＴｉＢ2 の第二タ−ゲット
２を用い最下層及び最上層それぞれ２μｍのＴｉＮ＋Ｔ
ｉＢＮなる被覆膜を超硬合金上に形成した。そのロック
ウエル圧痕剥離の状況を図３に示す。本発明品は極めて
靭性が高く剥離を生じていない。この膜の５０ｇマイク
ロヴィッカ−ス硬度では数μｍ圧痕となるため、黒色に
近い膜では非常に硬度計測が難しくなる。その計測では
ほぼ HV2800 であった。また、タ−ゲット材料にＴｉと
は異なりＮｉもしくはＣｏを含有したものを使用したが
同じ特性の膜が得られた。これらの材料もしくはタ−ゲ
ットに含まれる燒結体の材料の含有する場合の特性の限
度として請求項２を付記した。上述の方法で得られた膜
についてＥＳＣＡにより分析した結果硼素含有量は反応
性ガスを除くとほぼ５７％であり、他はＴｉを検出し
た。
下の圧力まで排気し、1.0 ×10-2Pa以下の圧力を保持し
たまま処理物７を搭載する基板４を輻射加熱及び電子照
射、Ｈｅボンバ−ドあるいは金属ボンバ−ドにより４０
０℃〜７５０℃に加熱後、数分〜数十分表面をＡｒボン
バ−ドでクリ−ニングする。金属ボンバ−ドの場合はク
リ−ニングは不要である。その後、ガス導入口よりＡｒ
を導入し、Ｔｉよりなる第一タ−ゲット１を−２００Ｖ
〜−１０００Ｖ印加し、基板４に−２０Ｖ〜−２００Ｖ
印加して、Ｎ2,Ｃ2,Ｈ2 あるいはＮ2 とＣ2,Ｈ2 の混合
ガスを導入してＴｉ系セラミックを基板に被覆する。そ
して、第一タ−ゲット１を停止させた上、第二タ−ゲッ
ト２を同様な手順で作動させることにより請求項１に相
当する膜を形成した。同様にＴｉＢ2 の第二タ−ゲット
２を用い最下層及び最上層それぞれ２μｍのＴｉＮ＋Ｔ
ｉＢＮなる被覆膜を超硬合金上に形成した。そのロック
ウエル圧痕剥離の状況を図３に示す。本発明品は極めて
靭性が高く剥離を生じていない。この膜の５０ｇマイク
ロヴィッカ−ス硬度では数μｍ圧痕となるため、黒色に
近い膜では非常に硬度計測が難しくなる。その計測では
ほぼ HV2800 であった。また、タ−ゲット材料にＴｉと
は異なりＮｉもしくはＣｏを含有したものを使用したが
同じ特性の膜が得られた。これらの材料もしくはタ−ゲ
ットに含まれる燒結体の材料の含有する場合の特性の限
度として請求項２を付記した。上述の方法で得られた膜
についてＥＳＣＡにより分析した結果硼素含有量は反応
性ガスを除くとほぼ５７％であり、他はＴｉを検出し
た。
【００１２】（実施例１） ５Ｒ超硬ボ−ルエンドミル
に上記製法によりＴｉＮ＋（Ｔｉ−Ｂ−Ｎ）を成膜し、
この超硬ボ−ルエンドミルで、被削材：ＳＫＤ１１（HR
C 60）を切削速度： 150m/min(最外周314/min) 10000rp
m 、送り速度： 2000mm/min 、ピックフイード：0.5m、
切削方式：湿式・ダウンカットにより切削した結果を、
図５に示すように、境界摩耗計測：５ｍ切削後（比較品
はそれぞれ２ｍ、１ｍ切削後）測定した結果、本発明品
は極めて高い性能を得た。
に上記製法によりＴｉＮ＋（Ｔｉ−Ｂ−Ｎ）を成膜し、
この超硬ボ−ルエンドミルで、被削材：ＳＫＤ１１（HR
C 60）を切削速度： 150m/min(最外周314/min) 10000rp
m 、送り速度： 2000mm/min 、ピックフイード：0.5m、
切削方式：湿式・ダウンカットにより切削した結果を、
図５に示すように、境界摩耗計測：５ｍ切削後（比較品
はそれぞれ２ｍ、１ｍ切削後）測定した結果、本発明品
は極めて高い性能を得た。
【００１３】
【発明の効果】以上説明したように本発明によると、超
硬合金、サ−メット、セラミックのいずれかが母材質と
なる工具に、被覆膜の成分がＴｉＮ、ＴｉＣＮ、Ｔｉ
Ｃ、ＴｉＣＮＯを含む最下層を有し、その層上に、ＣＢ
Ｎ、ｈＢＮ、ｗＢＮ、アモルファス状ＢＮ、ＴｉＢＮ、
または ＴｉＢ2 のうち２種以上の成分及びＴｉＮ、
ＴｉＣＮ、ＴｉＣ、ＴｉＯ、ＴｉＣＮＯ成分の内１種乃
至２種を含む最上層を有し、最下層は膜厚が０．２μｍ
〜２．０μｍであり、上層の膜厚は０．３μｍ〜２．５
μｍであって、この２層間に金属あるいは硼素等の単体
を含ませることなく積層し、かつ全体の膜厚が０．５〜
４．０μｍの範囲にある高硬度複合被覆工具としたの
で、工具上に直接にｃＢＮ膜を形成しようとするもので
はなく、混合層あるいは中間層を介在させて密着性を高
めて十分に工具に適用される性能を有する高硬度な被覆
膜を得ることができる高硬度複合被覆工具を提供するも
のとなった。
硬合金、サ−メット、セラミックのいずれかが母材質と
なる工具に、被覆膜の成分がＴｉＮ、ＴｉＣＮ、Ｔｉ
Ｃ、ＴｉＣＮＯを含む最下層を有し、その層上に、ＣＢ
Ｎ、ｈＢＮ、ｗＢＮ、アモルファス状ＢＮ、ＴｉＢＮ、
または ＴｉＢ2 のうち２種以上の成分及びＴｉＮ、
ＴｉＣＮ、ＴｉＣ、ＴｉＯ、ＴｉＣＮＯ成分の内１種乃
至２種を含む最上層を有し、最下層は膜厚が０．２μｍ
〜２．０μｍであり、上層の膜厚は０．３μｍ〜２．５
μｍであって、この２層間に金属あるいは硼素等の単体
を含ませることなく積層し、かつ全体の膜厚が０．５〜
４．０μｍの範囲にある高硬度複合被覆工具としたの
で、工具上に直接にｃＢＮ膜を形成しようとするもので
はなく、混合層あるいは中間層を介在させて密着性を高
めて十分に工具に適用される性能を有する高硬度な被覆
膜を得ることができる高硬度複合被覆工具を提供するも
のとなった。
【図１】本発明実施に使用する反応性マグネトロンイオ
ンスパッタリング装置の構成を示す略図。
ンスパッタリング装置の構成を示す略図。
【図２】図１の装置の、２種以上の元素材料のうち１種
類がタ−ゲット内に嵌め込まれるか又はタ−ゲット上に
配置した合金複合タ−ゲット１、２の製作例を示し、
（ａ）乃至（ｄ）は各正面図、（ａ′）乃至（ｄ′）は
対応した各断面図を示す。
類がタ−ゲット内に嵌め込まれるか又はタ−ゲット上に
配置した合金複合タ−ゲット１、２の製作例を示し、
（ａ）乃至（ｄ）は各正面図、（ａ′）乃至（ｄ′）は
対応した各断面図を示す。
【図３】Ｔｉ系の被覆膜ＴｉＢx の上層に高硬度の被覆
膜ＴｉＮを形成した積層被膜と、本発明のＴｉＮの上層
に高硬度の被覆膜Ｔｉ−Ｂ−Ｎを形成した積層被膜とを
ロックウエル圧痕による被覆膜の剥離情況を示す図表。
膜ＴｉＮを形成した積層被膜と、本発明のＴｉＮの上層
に高硬度の被覆膜Ｔｉ−Ｂ−Ｎを形成した積層被膜とを
ロックウエル圧痕による被覆膜の剥離情況を示す図表。
【図４】硬質膜の被覆状態によるロックウエル圧痕によ
る被覆膜の剥離情況を示す図表。
る被覆膜の剥離情況を示す図表。
【図５】５Ｒ超硬ボ−ルエンドミルに本発明によりＴｉ
Ｎ＋（Ｔｉ−Ｂ−Ｎ）を成膜したものを湿式・ダウンカ
ットにより切削した結果を境界摩耗計測： 5m 切削後
（比較品はそれぞれ２ｍ、１ｍ切削後）測定した結果を
示す図表。
Ｎ＋（Ｔｉ−Ｂ−Ｎ）を成膜したものを湿式・ダウンカ
ットにより切削した結果を境界摩耗計測： 5m 切削後
（比較品はそれぞれ２ｍ、１ｍ切削後）測定した結果を
示す図表。
Claims (2)
- 【請求項１】超硬合金、サ−メット、セラミックのいず
れかが母材質となる工具において次の（ａ）から（ｄ）
の条件を満足させたことを特徴とするＴｉ系の高硬度複
合被覆工具。 （ａ）被覆膜の成分がＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＣ、Ｔｉ
ＣＮＯを含む最下層を有し、その層上に、ＣＢＮ、ｈＢ
Ｎ、ｗＢＮ、アモルファス状ＢＮ、ＴｉＢＮ、または
ＴｉＢ2 のうち２種以上の成分及びＴｉＮ、ＴｉＣ
Ｎ、ＴｉＣ、ＴｉＯ、ＴｉＣＮＯ成分の内１種乃至２種
を含む最上層を有する。 （ｂ）（ａ）の成分の最下層は膜厚が０．２μｍ〜２．
０μｍであり、上層の膜厚は０．３μｍ〜２．５μｍで
あって、この２層間に金属あるいは硼素等の単体を含ま
せることなく積層し、かつ全体の膜厚が０．５〜４．０
μｍの範囲にあること。 （ｃ）前記被覆工具もしくはそれと同時処理した同母材
種のテストピ−スが工具部材の機能要部と同等の被覆が
施されている部分の特性が1.母材質は８５ＨＲＡ以上の
硬度を有し、被覆膜が ０．５μｍ〜４．０μｍであ
り、５０ｇのマイクロヴィッカ−ス硬度計で ２２００
以上、８０００ＨＶ以下、Ｒａ５μｍ以下の面粗さとな
る。2.前記被覆膜に通常のロックウェル（Ａスケ−ル）
硬度計を用いて押圧した場合に生ずる圧痕を１００倍の
倍率で観察した結果、圧痕の周囲１ｍｍ以上（外側）の
範囲で膜の剥離が認められない。 （ｄ）膜の構成中最上層となる層の反応ガス成分を除く
構成元素中硼素成分の比率が２５％以上７５％以下とな
ること。 - 【請求項２】物理蒸着を使用する請求項１の成分中に膜
中成分としてＮｉまたはＣｏを３０％以下含み、それを
除く成分が請求項１（ａ）〜（ｄ）を満足することを特
徴とする請求項１記載の高硬度複合被覆工具。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6170397A JPH0811004A (ja) | 1994-06-30 | 1994-06-30 | 高硬度複合被覆工具 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6170397A JPH0811004A (ja) | 1994-06-30 | 1994-06-30 | 高硬度複合被覆工具 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0811004A true JPH0811004A (ja) | 1996-01-16 |
Family
ID=15904177
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6170397A Pending JPH0811004A (ja) | 1994-06-30 | 1994-06-30 | 高硬度複合被覆工具 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0811004A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004283995A (ja) * | 2003-03-25 | 2004-10-14 | Nachi Fujikoshi Corp | 高機能ハイス工具 |
| JP2005153126A (ja) * | 2003-11-28 | 2005-06-16 | Nachi Fujikoshi Corp | プラズマ窒化セラミック硬質膜被覆工具 |
| JP2010228088A (ja) * | 2009-03-30 | 2010-10-14 | Mitsubishi Materials Corp | 表面被覆切削工具 |
-
1994
- 1994-06-30 JP JP6170397A patent/JPH0811004A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004283995A (ja) * | 2003-03-25 | 2004-10-14 | Nachi Fujikoshi Corp | 高機能ハイス工具 |
| JP2005153126A (ja) * | 2003-11-28 | 2005-06-16 | Nachi Fujikoshi Corp | プラズマ窒化セラミック硬質膜被覆工具 |
| JP2010228088A (ja) * | 2009-03-30 | 2010-10-14 | Mitsubishi Materials Corp | 表面被覆切削工具 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20020917 |