JPH08199340A - 被覆硬質合金 - Google Patents
被覆硬質合金Info
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- JPH08199340A JPH08199340A JP2592095A JP2592095A JPH08199340A JP H08199340 A JPH08199340 A JP H08199340A JP 2592095 A JP2592095 A JP 2592095A JP 2592095 A JP2592095 A JP 2592095A JP H08199340 A JPH08199340 A JP H08199340A
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Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 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る０．５〜１５
μｍの膜厚から成る硬質皮膜の主成分の１部をＭで示さ
れる金属成分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 Ｍc ）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、０．００１≦ｃ
≦０．２０、０≦ｘ≦１、より成る皮膜であり、ＭはＣ
ａ、Ｄｙ、Ｎｄ、Ｃｅ、Ｓｒのいづれか１種または２種
以上の合金である被覆硬質合金。
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る０．５〜１５
μｍの膜厚から成る硬質皮膜の主成分の１部をＭで示さ
れる金属成分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 Ｍc ）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、０．００１≦ｃ
≦０．２０、０≦ｘ≦１、より成る皮膜であり、ＭはＣ
ａ、Ｄｙ、Ｎｄ、Ｃｅ、Ｓｒのいづれか１種または２種
以上の合金である被覆硬質合金。
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、酸化進行速度はＴｉＮ、Ｔ
ｉＣＮと比べほとんど変わりのないものである。
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、酸化進行速度はＴｉＮ、Ｔ
ｉＣＮと比べほとんど変わりのないものである。
【０００５】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。
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。
【０００６】
【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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】そこで本発明は、（Ｔｉ
Ａｌ）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、Ｃａ、Ｄｙ、Ｎｄ、Ｃｅ、Ｓｒ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
（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１２０Ｖ窒素圧力１０-1Ｐａの条件
下で成膜するときにこれらの成分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皮膜等と比較した結果を
示す。
Ａｌ）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、Ｃａ、Ｄｙ、Ｎｄ、Ｃｅ、Ｓｒ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
（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１２０Ｖ窒素圧力１０-1Ｐａの条件
下で成膜するときにこれらの成分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皮膜等と比較した結果を
示す。
【０００８】
【表１】
【０００９】表１より（ＴｉＡｌ）Ｎ皮膜中にこれらの
成分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Ｍで示される金属成分で置換し
た被覆硬質合金の該皮膜組成をモル比において、（Ｔｉ
a Ａｌb Ｍc ）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、０．００１≦ｃ≦０．２０、０≦ｘ≦
１、より成る皮膜であり、ＭはＣａ、Ｄｙ、Ｎｄ、Ｃ
ｅ、Ｓｒのいづれか１種または２種以上の合金であり、
さらにそれらの皮膜とＡｌやＴｉの化合物層と（ＴｉＡ
ｌ）の窒化物、炭窒化物、炭化物層のいづれかを５層以
上の多層または積層にして、高硬度を達成したものであ
る。
成分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Ｍで示される金属成分で置換し
た被覆硬質合金の該皮膜組成をモル比において、（Ｔｉ
a Ａｌb Ｍc ）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、０．００１≦ｃ≦０．２０、０≦ｘ≦
１、より成る皮膜であり、ＭはＣａ、Ｄｙ、Ｎｄ、Ｃ
ｅ、Ｓｒのいづれか１種または２種以上の合金であり、
さらにそれらの皮膜とＡｌやＴｉの化合物層と（ＴｉＡ
ｌ）の窒化物、炭窒化物、炭化物層のいづれかを５層以
上の多層または積層にして、高硬度を達成したものであ
る。
【００１０】
【作用】このように（ＴｉＡｌ）化合物の皮膜中にＣ
ａ、Ｄｙ、Ｎｄ、Ｃｅ、Ｓｒ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、これらの
成分を添加された場合、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、これらの成分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。以下、
数値限定した理由に付いて説明する。
ａ、Ｄｙ、Ｎｄ、Ｃｅ、Ｓｒ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、これらの
成分を添加された場合、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、これらの成分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。以下、
数値限定した理由に付いて説明する。
【００１１】（ＴｉＡｌ）化合物膜中に固溶体／混合体
として添加するＣａ、Ｄｙ、Ｎｄ、Ｃｅ、Ｓｒは共通し
て、０．００１未満では耐酸化性を向上するのに十分な
効果がなく、０．２０を越えると皮膜の硬さが著しく低
下して、耐摩耗性が劣化する傾向にあるため０．００１
≦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
は得られる。
として添加するＣａ、Ｄｙ、Ｎｄ、Ｃｅ、Ｓｒは共通し
て、０．００１未満では耐酸化性を向上するのに十分な
効果がなく、０．２０を越えると皮膜の硬さが著しく低
下して、耐摩耗性が劣化する傾向にあるため０．００１
≦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
は得られる。
【００１２】また、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、炭化物の範囲としたの
は、（ＴｉＡｌ）膜中に固溶体／混合体として添加した
これら成分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、多層また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、炭化物の範囲としたの
は、（ＴｉＡｌ）膜中に固溶体／混合体として添加した
これら成分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、多層また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（ＴｉＡｌＭ）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（ＴｉＡｌＭ）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。
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。
【００１６】また、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に達するまでの寿命時
間を求め、その結果も表２に併記する。
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、その結果も表２に併記する。
【００１７】表２のより、これらの成分を添加した皮膜
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。
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。
【００１８】
【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
化を行った。この場合、皮膜の総厚さは８μｍに統一し
た。しかる後、耐酸化性の評価を実施例１と同様に行っ
た。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い、その結果を表４に示す。
ウェイインサートを用い、表３に示す皮膜成分系の多層
化を行った。この場合、皮膜の総厚さは８μｍに統一し
た。しかる後、耐酸化性の評価を実施例１と同様に行っ
た。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い、その結果を表４に示す。
【００１９】
【表３】
【００２０】
【表４】
【００２１】表４より、多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５ｎ
ｍ）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。
向上が認められるとともに１６００層（１層当たり５ｎ
ｍ）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。
【００２２】
【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、Ｃａ、Ｄｙ、Ｎｄ、Ｃｅ、Ｓｒ
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Ｔｉ
ＣＮ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、Ｃａ、Ｄｙ、Ｎｄ、Ｃｅ、Ｓｒ
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Ｔｉ
ＣＮ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Ｍで
示される金属成分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 Ｍc ）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、０．００１
≦ｃ≦０．２０、０≦ｘ≦１、より成る皮膜であり、Ｍ
はＣａ、Ｄｙ、Ｎｄ、Ｃｅ、Ｓｒのいづれか１種または
２種以上の合金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Ｃａ、Ｄｙ、Ｎｄ、Ｃｅ、Ｓｒのいづれ
か１種または２種以上で置換された（ＴｉＡｌＭ）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、もしくはＴｉの窒化物または炭窒化物、もしくは
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 |
|---|---|---|---|
| JP02592095A JP3712242B2 (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 |
|---|---|---|---|
| JP02592095A JP3712242B2 (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 |
|---|---|
| JPH08199340A true JPH08199340A (ja) | 1996-08-06 |
| JP3712242B2 JP3712242B2 (ja) | 2005-11-02 |
Family
ID=12179224
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02592095A Expired - Fee Related JP3712242B2 (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) | JP3712242B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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