JPH08199338A - 被覆硬質合金 - Google Patents
被覆硬質合金Info
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- JPH08199338A JPH08199338A JP7025918A JP2591895A JPH08199338A JP H08199338 A JPH08199338 A JP H08199338A JP 7025918 A JP7025918 A JP 7025918A JP 2591895 A JP2591895 A JP 2591895A JP H08199338 A JPH08199338 A JP H08199338A
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Landscapes
- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、ＴｉとＡｌを含有する窒化物、炭
窒化物皮膜の耐酸化性をさらに改善し、酸化が連続的に
進む高速切削において、より長寿命を示す皮膜を提供す
ることを目的とする。 【構成】 主成分としてＴｉとＡｌ及び／またはその固
溶体の窒化物、炭窒化物、炭化物より構成された０．５
〜１５μｍの膜厚から成る硬質皮膜の主成分の１部をイ
ットリウムで置換した被覆硬質合金の該皮膜組成をモル
比において、（Ｔｉa Ａｌb Ｙc ）ＣxＮ1-x と表した
場合、ａ、ｂ、ｃ、ｘがそれぞれ、ａ＋ｂ＋Ｃ＝１、
０．３≦ａ≦０．７、０．３≦ｂ≦０．７、０．０１＜
ｃ≦０．２０、０≦ｘ≦１、より構成する。
窒化物皮膜の耐酸化性をさらに改善し、酸化が連続的に
進む高速切削において、より長寿命を示す皮膜を提供す
ることを目的とする。 【構成】 主成分としてＴｉとＡｌ及び／またはその固
溶体の窒化物、炭窒化物、炭化物より構成された０．５
〜１５μｍの膜厚から成る硬質皮膜の主成分の１部をイ
ットリウムで置換した被覆硬質合金の該皮膜組成をモル
比において、（Ｔｉa Ａｌb Ｙc ）ＣxＮ1-x と表した
場合、ａ、ｂ、ｃ、ｘがそれぞれ、ａ＋ｂ＋Ｃ＝１、
０．３≦ａ≦０．７、０．３≦ｂ≦０．７、０．０１＜
ｃ≦０．２０、０≦ｘ≦１、より構成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本願発明は、耐摩耗性、耐欠損性
に優れる切削工具として用いられる被覆切削工具及び耐
摩耗工具として用いられる被覆耐摩工具に関する。
に優れる切削工具として用いられる被覆切削工具及び耐
摩耗工具として用いられる被覆耐摩工具に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来ＰＶＤ法による硬質皮膜は、ＴｉＮ
が主流であったが、最近ＴｉＣＮ膜あるいは（ＴｉＡ
ｌ）Ｎといった新しい種類の皮膜が開発され注目されて
きている。ＴｉＣＮはビッカース硬さが３０００近くあ
り、ＴｉＮのビッカース硬さ２２００に比べ格段に硬く
耐摩耗性を著しく高める効果も持つ。一方（ＴｉＡｌ）
ＮはＴｉとＡｌの比率により異なるが、概略２３００〜
２８００のビッカース硬さを有し、ＴｉＮに比べ耐摩耗
性を高める一方耐酸化性が優れるため刃先が高温になる
切削条件下などで優れた特性を発揮するものである。
が主流であったが、最近ＴｉＣＮ膜あるいは（ＴｉＡ
ｌ）Ｎといった新しい種類の皮膜が開発され注目されて
きている。ＴｉＣＮはビッカース硬さが３０００近くあ
り、ＴｉＮのビッカース硬さ２２００に比べ格段に硬く
耐摩耗性を著しく高める効果も持つ。一方（ＴｉＡｌ）
ＮはＴｉとＡｌの比率により異なるが、概略２３００〜
２８００のビッカース硬さを有し、ＴｉＮに比べ耐摩耗
性を高める一方耐酸化性が優れるため刃先が高温になる
切削条件下などで優れた特性を発揮するものである。
【０００３】又、（ＴｉＡｌ）Ｎ膜の皮膜の改善として
Ｔｉ／Ａｌの比率を限定した特公平５−６７７０５号
や、（ＴｉＡｌＺｒ）Ｎ、（ＴｉＡｌＶ）Ｎといった更
に多元系の皮膜にした米国特許４８７１４３４号等が提
案され、更に改善が計られている。しかしながらこれら
の新しい皮膜は、上述の長所を有するものの耐酸化性に
おいてはまだ十分に満足されるものではない。
Ｔｉ／Ａｌの比率を限定した特公平５−６７７０５号
や、（ＴｉＡｌＺｒ）Ｎ、（ＴｉＡｌＶ）Ｎといった更
に多元系の皮膜にした米国特許４８７１４３４号等が提
案され、更に改善が計られている。しかしながらこれら
の新しい皮膜は、上述の長所を有するものの耐酸化性に
おいてはまだ十分に満足されるものではない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】その理由は、上述のＡ
ｌを含む皮膜は確かに酸化開始温度は、ＴｉＮ、ＴｉＣ
Ｎに比べ高く、耐酸化性には優れるものの酸化が連続的
に進行する条件下においては酸化進行速度は、ＴｉＮ、
ＴｉＣＮと比べほとんど変わりのないものである。つま
り、酸化により生成する酸化皮膜は、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ
の場合と同様Ａｌを含有する皮膜においても、ルチル構
造を有し、ポーラスな皮膜である。従って、酸化進行に
対する抵抗は、ルチル構造であるがために極めて低い結
果となるわけである。
ｌを含む皮膜は確かに酸化開始温度は、ＴｉＮ、ＴｉＣ
Ｎに比べ高く、耐酸化性には優れるものの酸化が連続的
に進行する条件下においては酸化進行速度は、ＴｉＮ、
ＴｉＣＮと比べほとんど変わりのないものである。つま
り、酸化により生成する酸化皮膜は、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ
の場合と同様Ａｌを含有する皮膜においても、ルチル構
造を有し、ポーラスな皮膜である。従って、酸化進行に
対する抵抗は、ルチル構造であるがために極めて低い結
果となるわけである。
【０００５】
【本発明の目的】本発明は、ＴｉとＡｌを含有する窒化
物、炭窒化物皮膜の耐酸化性をさらに改善し、酸化が連
続的に進む高速切削において、より長寿命を示す皮膜を
提供するものである。
物、炭窒化物皮膜の耐酸化性をさらに改善し、酸化が連
続的に進む高速切削において、より長寿命を示す皮膜を
提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】そのため、本発明は（Ｔ
ｉＡｌ）Ｎを基本にこれに各種元素を添加する検討を行
った結果、Ｙの添加により耐酸化性が著しく改善される
知見を得た。表１は、３μｍの（ＴｉＡｌ）Ｎ皮膜をア
ークイオンプレーティング法により、バイアス電圧１２
０Ｖ、窒素圧力１０-1Ｐａの条件下で成膜するときにＹ
を添加した場合の酸化開始温度、及び８５０℃大気中で
の酸化速度を、３μｍのＴｉＮ、（Ｔｉ0.5Ａｌ0.5）Ｎ
皮膜と比較した結果を示す。
ｉＡｌ）Ｎを基本にこれに各種元素を添加する検討を行
った結果、Ｙの添加により耐酸化性が著しく改善される
知見を得た。表１は、３μｍの（ＴｉＡｌ）Ｎ皮膜をア
ークイオンプレーティング法により、バイアス電圧１２
０Ｖ、窒素圧力１０-1Ｐａの条件下で成膜するときにＹ
を添加した場合の酸化開始温度、及び８５０℃大気中で
の酸化速度を、３μｍのＴｉＮ、（Ｔｉ0.5Ａｌ0.5）Ｎ
皮膜と比較した結果を示す。
【０００７】
【表１】
【０００８】表１より、（ＴｉＡｌ）Ｎ皮膜中にＹを固
溶体化させることにより、皮膜の耐酸化性が向上するこ
とがわかる。よって、本願発明は、主成分としてＴｉと
Ａｌ及び／またはその固溶体の窒化物、炭窒化物、炭化
物より構成された０．５〜１５μｍの膜厚から成る硬質
皮膜の主成分の１部をイットリウムで置換した被覆硬質
合金の該皮膜組成をモル比において、（Ｔｉa Ａｌb Ｙ
c ）ＣxＮ1-x と表した場合、ａ、ｂ、ｃ、ｘがそれぞ
れ、ａ＋ｂ＋Ｃ＝１、０．３≦ａ≦０．７、０．３≦ｂ
≦０．７、０．０１＜ｃ≦０．２０、０≦ｘ≦１、より
成る膜であり、更に、主成分の一部をＹで置換された
（ＴｉＡｌＹ）の窒化物、炭窒化物、炭化物の層と、Ａ
ｌの窒化物または炭窒化物、またはＴｉの窒化物または
炭窒化物、またはＴｉＡｌの固溶体の窒化物または炭窒
化物から成る層を５層以上の多層または積層にして、耐
酸化性・高硬度を達成したものである。
溶体化させることにより、皮膜の耐酸化性が向上するこ
とがわかる。よって、本願発明は、主成分としてＴｉと
Ａｌ及び／またはその固溶体の窒化物、炭窒化物、炭化
物より構成された０．５〜１５μｍの膜厚から成る硬質
皮膜の主成分の１部をイットリウムで置換した被覆硬質
合金の該皮膜組成をモル比において、（Ｔｉa Ａｌb Ｙ
c ）ＣxＮ1-x と表した場合、ａ、ｂ、ｃ、ｘがそれぞ
れ、ａ＋ｂ＋Ｃ＝１、０．３≦ａ≦０．７、０．３≦ｂ
≦０．７、０．０１＜ｃ≦０．２０、０≦ｘ≦１、より
成る膜であり、更に、主成分の一部をＹで置換された
（ＴｉＡｌＹ）の窒化物、炭窒化物、炭化物の層と、Ａ
ｌの窒化物または炭窒化物、またはＴｉの窒化物または
炭窒化物、またはＴｉＡｌの固溶体の窒化物または炭窒
化物から成る層を５層以上の多層または積層にして、耐
酸化性・高硬度を達成したものである。
【０００９】
【作用】上記のように（ＴｉＡｌ）化合物の皮膜中にＹ
を添加することにより、皮膜の耐酸化性を向上させるこ
とが可能である。特に酸化速度において著しい改善が可
能になる理由は、Ｙを添加した場合、形成される酸化皮
膜の形態がルチル構造ではなくアナターゼ構造を示すた
めである。つまり、Ｙ添加により非常に緻密な酸化膜が
形成され酸化の進行が形成された酸化膜中の酸素の拡散
に律速される形態をとることにより、酸化の進行が著し
く抑制されるわけである。従って、酸化が連続的に進行
する高速切削において、皮膜の酸化がごく表面のみで発
生し、これが酸化に対し保護膜として作用し、皮膜内部
にまで酸化が進行せず、長寿命が得られるわけである。
を添加することにより、皮膜の耐酸化性を向上させるこ
とが可能である。特に酸化速度において著しい改善が可
能になる理由は、Ｙを添加した場合、形成される酸化皮
膜の形態がルチル構造ではなくアナターゼ構造を示すた
めである。つまり、Ｙ添加により非常に緻密な酸化膜が
形成され酸化の進行が形成された酸化膜中の酸素の拡散
に律速される形態をとることにより、酸化の進行が著し
く抑制されるわけである。従って、酸化が連続的に進行
する高速切削において、皮膜の酸化がごく表面のみで発
生し、これが酸化に対し保護膜として作用し、皮膜内部
にまで酸化が進行せず、長寿命が得られるわけである。
【００１０】以下、数値限定した理由に付いて説明す
る。（ＴｉＡｌ）化合物膜中に固溶体／混合体として添
加するＹは、０．０１以下では耐酸化性を向上するのに
必ずしも十分な効果がなく、０．２０を越えると皮膜の
硬さが著しく低下し、著しく劣化する傾向にあるため
０．０１＜ｃ≦０．２０の範囲とした。尚、上記の元素
はターゲット材として固溶体化しても、また各元素を個
別のターゲットとして蒸着時に成分を調整しても、さら
に固溶体ターゲットと個別ターゲットを組み合わせても
同様の効果が得られる。
る。（ＴｉＡｌ）化合物膜中に固溶体／混合体として添
加するＹは、０．０１以下では耐酸化性を向上するのに
必ずしも十分な効果がなく、０．２０を越えると皮膜の
硬さが著しく低下し、著しく劣化する傾向にあるため
０．０１＜ｃ≦０．２０の範囲とした。尚、上記の元素
はターゲット材として固溶体化しても、また各元素を個
別のターゲットとして蒸着時に成分を調整しても、さら
に固溶体ターゲットと個別ターゲットを組み合わせても
同様の効果が得られる。
【００１２】次に、Ｔｉの量は０．７を越えると反対に
Ａｌの含有量が少なくなり、耐酸化性を劣化し０．３未
満であると著しく硬さが低下するため０．３≦ａ≦０．
７とした。皮膜中のＣＮの比率は、０≦ｘ≦１、すなわ
ち炭化物、窒化物、炭窒化物の範囲としたのは、（Ｔｉ
Ａｌ）膜中に固溶体／混合体として添加したＹの効果に
より耐酸化性が改善されるため、窒化物よりさらに耐酸
化性の悪い炭化物でも十分に使用でき、また硬さのやや
低い窒化物、炭窒化物においても極端な耐摩耗性の劣化
はないため０≦ｘ≦１の範囲とした。また、多層叉は積
層化については５層以上にしないと個々の層の粒子の微
細化が実現されず、硬さの向上が認められないため５層
以上とした。以下、実施例により本願発明を詳細に説明
する。
Ａｌの含有量が少なくなり、耐酸化性を劣化し０．３未
満であると著しく硬さが低下するため０．３≦ａ≦０．
７とした。皮膜中のＣＮの比率は、０≦ｘ≦１、すなわ
ち炭化物、窒化物、炭窒化物の範囲としたのは、（Ｔｉ
Ａｌ）膜中に固溶体／混合体として添加したＹの効果に
より耐酸化性が改善されるため、窒化物よりさらに耐酸
化性の悪い炭化物でも十分に使用でき、また硬さのやや
低い窒化物、炭窒化物においても極端な耐摩耗性の劣化
はないため０≦ｘ≦１の範囲とした。また、多層叉は積
層化については５層以上にしないと個々の層の粒子の微
細化が実現されず、硬さの向上が認められないため５層
以上とした。以下、実施例により本願発明を詳細に説明
する。
【００１３】
【実施例１】８４ＷＣ−３ＴｉＣ−１ＴｉＮ−３ＴａＣ
−９Ｃｏの組成になるよう市販の２．５μｍのＷＣ粉
末、１．５μｍのＴｉＣ粉末、同ＴｉＮ粉末、１．２μ
ｍのＴａＣ粉末をボールミルにて９６時間混合し、乾燥
造粒の後、ＳＮＭＧ４３２のＴＡインサートをプレス
し、焼結後、所定の形状に加工した。この超硬合金基体
上にＰＶＤ法により、各種（ＴｉＡｌＹ）合金のターゲ
ットを用い、表２に示すような皮膜を形成した。尚、比
較のため従来例で記載した膜も形成した。
−９Ｃｏの組成になるよう市販の２．５μｍのＷＣ粉
末、１．５μｍのＴｉＣ粉末、同ＴｉＮ粉末、１．２μ
ｍのＴａＣ粉末をボールミルにて９６時間混合し、乾燥
造粒の後、ＳＮＭＧ４３２のＴＡインサートをプレス
し、焼結後、所定の形状に加工した。この超硬合金基体
上にＰＶＤ法により、各種（ＴｉＡｌＹ）合金のターゲ
ットを用い、表２に示すような皮膜を形成した。尚、比
較のため従来例で記載した膜も形成した。
【００１４】
【表２】
【００１５】次いで、これらの皮膜をコーティングされ
たスローアウェイインサートを大気中で徐々に昇温し、
酸化増が認められる温度を測定した。また、大気中９０
０℃において、時間とともに酸化増量を測定し、酸化速
度を算出した。これらの結果も表２に併記する。更に、
下記に示す高速切削条件にて切削テストを行い最大摩耗
が０．２ｍｍに達するまでの時間を求め、その結果も表
２に併記する。 被削材 Ｓ５０Ｃ （Ｈｓ３２） 切削速度 ３００ｍ／ｍｉｎ 送り ０．１５ｍｍ／ｒｅｖ 切込み １ｍｍ 切削油 なし
たスローアウェイインサートを大気中で徐々に昇温し、
酸化増が認められる温度を測定した。また、大気中９０
０℃において、時間とともに酸化増量を測定し、酸化速
度を算出した。これらの結果も表２に併記する。更に、
下記に示す高速切削条件にて切削テストを行い最大摩耗
が０．２ｍｍに達するまでの時間を求め、その結果も表
２に併記する。 被削材 Ｓ５０Ｃ （Ｈｓ３２） 切削速度 ３００ｍ／ｍｉｎ 送り ０．１５ｍｍ／ｒｅｖ 切込み １ｍｍ 切削油 なし
【００１６】表２より、Ｙを添加した皮膜は、格段に酸
化速度が遅く、また、そのことが連続高速切削において
著しい長寿命化に寄与している事が明らかである。
化速度が遅く、また、そのことが連続高速切削において
著しい長寿命化に寄与している事が明らかである。
【００１７】
【実施例２】実施例１で用いた同一の超硬合金スローア
ウェイインサートを用い、表３に示す皮膜成分系の多層
叉は積層化を行った。この場合、皮膜の総厚さは８μｍ
に統一した。次いで、耐酸化性の評価を実施例１と同様
に行い、その結果を表４に示す。また、ウルトラマイク
ロビッカース（荷重１０ｇ）にて硬さの測定を行った結
果も表４に併記する。
ウェイインサートを用い、表３に示す皮膜成分系の多層
叉は積層化を行った。この場合、皮膜の総厚さは８μｍ
に統一した。次いで、耐酸化性の評価を実施例１と同様
に行い、その結果を表４に示す。また、ウルトラマイク
ロビッカース（荷重１０ｇ）にて硬さの測定を行った結
果も表４に併記する。
【００１８】
【表３】
【００１９】
【表４】
【００２０】表３より、多層叉は積層化することによ
り、硬さの向上が認められるとともに１６００層（１層
当たり５ｎｍ）の場合には著しい硬さの向上が認められ
ることが明かである。
り、硬さの向上が認められるとともに１６００層（１層
当たり５ｎｍ）の場合には著しい硬さの向上が認められ
ることが明かである。
【００２１】
【発明の効果】本発明の被覆硬質合金は、従来のＴｉ
Ｎ、ＴｉＡｌＮに比べ、Ｙを添加することにより、耐酸
化性、とりわけ耐酸化速度を向上させ、格段に長い工具
寿命が得られるものである。また、本発明は超硬合金を
主に説明してきたがＴｉＣＮ基サーメットに適用した場
合、及び高速度鋼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。
Ｎ、ＴｉＡｌＮに比べ、Ｙを添加することにより、耐酸
化性、とりわけ耐酸化速度を向上させ、格段に長い工具
寿命が得られるものである。また、本発明は超硬合金を
主に説明してきたがＴｉＣＮ基サーメットに適用した場
合、及び高速度鋼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。
Claims (2)
- 【請求項１】 主成分としてＴｉとＡｌ及び／またはそ
の固溶体の窒化物、炭窒化物、炭化物より構成された
０．５〜１５μｍの膜厚から成る硬質皮膜の主成分の１
部をイットリウムで置換した被覆硬質合金の該皮膜組成
をモル比において、（Ｔｉa Ａｌb Ｙc ）ＣxＮ1-x と
表した場合、ａ、ｂ、ｃ、ｘがそれぞれ、ａ＋ｂ＋Ｃ＝
１、０．３≦ａ≦０．７、０．３≦ｂ≦０．７、０．０
１＜ｃ≦０．２０、０≦ｘ≦１、より成る膜であること
を特徴とする被覆硬質合金。 - 【請求項２】 請求項１記載の被覆硬質合金において、
主成分の一部をＹで置換された（ＴｉＡｌＹ）の窒化
物、炭窒化物、炭化物の層と、Ａｌの窒化物または炭窒
化物、またはＴｉの窒化物または炭窒化物、またはＴｉ
Ａｌの固溶体の窒化物または炭窒化物から成る層を５層
以上の多層または積層にしたことを特徴とする被覆硬質
合金。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02591895A JP3712241B2 (ja) | 1995-01-20 | 1995-01-20 | 被覆切削工具・被覆耐摩耗工具 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02591895A JP3712241B2 (ja) | 1995-01-20 | 1995-01-20 | 被覆切削工具・被覆耐摩耗工具 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08199338A true JPH08199338A (ja) | 1996-08-06 |
| JP3712241B2 JP3712241B2 (ja) | 2005-11-02 |
Family
ID=12179168
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02591895A Expired - Fee Related JP3712241B2 (ja) | 1995-01-20 | 1995-01-20 | 被覆切削工具・被覆耐摩耗工具 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3712241B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7144639B2 (en) * | 2002-01-31 | 2006-12-05 | Mitsubishi Materials Corporation | Surface-coated cutting tool member having hard coating layer and method for forming the hard coating layer on surface of cutting tool |
| US7258933B2 (en) | 2002-06-25 | 2007-08-21 | Mitsubishi Materials Corporation | Coated cutting tool member |
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