JPH09234606A - 高硬度・高圧縮応力多層コートの工具 - Google Patents
高硬度・高圧縮応力多層コートの工具Info
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- JPH09234606A JPH09234606A JP9048354A JP4835497A JPH09234606A JP H09234606 A JPH09234606 A JP H09234606A JP 9048354 A JP9048354 A JP 9048354A JP 4835497 A JP4835497 A JP 4835497A JP H09234606 A JPH09234606 A JP H09234606A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 優秀な耐ひび割れ性と耐摩耗性有する切削工
具の提供。 【解決手段】切削工具において３層のＰＶＤコーテイン
グをその上にもつ硬質の基板から成るものが与えられて
いる。最も内側の第１層はＩＶＢグループ（チタニウ
ム、ハフニウム又はジルコニウム）金属合金から成り立
つ。中間又は第２層はＩＶＢグループのカーボニトライ
ドから成り立つ。最も外側の又は第３層はＩＶＢグルー
プ金属の窒化物より成り立つ。ＰＶＤコーテイングは高
い硬度と高い残留圧縮応力によって特徴づけられる。
具の提供。 【解決手段】切削工具において３層のＰＶＤコーテイン
グをその上にもつ硬質の基板から成るものが与えられて
いる。最も内側の第１層はＩＶＢグループ（チタニウ
ム、ハフニウム又はジルコニウム）金属合金から成り立
つ。中間又は第２層はＩＶＢグループのカーボニトライ
ドから成り立つ。最も外側の又は第３層はＩＶＢグルー
プ金属の窒化物より成り立つ。ＰＶＤコーテイングは高
い硬度と高い残留圧縮応力によって特徴づけられる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本願発明はＰＶＤコートの工具の
分野に関するものである。
分野に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】公知の技術において工具鋼及びセメンテ
ーションされたカーバイド切削工具は機械加工中の切削
の寿命を高めるためＣＶＤ（化学蒸着）によってコート
されていた。適用された代表的なコートは、チタニウム
カーバイド、チタニウムカーボニトライド、チタニウム
窒化物及びアルミナである。
ーションされたカーバイド切削工具は機械加工中の切削
の寿命を高めるためＣＶＤ（化学蒸着）によってコート
されていた。適用された代表的なコートは、チタニウム
カーバイド、チタニウムカーボニトライド、チタニウム
窒化物及びアルミナである。
【０００３】ＣＶＤコートの１つの好ましい型式は３相
のコートでこの中ではチタニウムカーバイド層が基板に
接着され、チタニウムカーボニトライドの層がチタニウ
ムカーバイド層に接着され、それからのチタニウム窒化
物の層がチタニウムカーボニトライド層の外側に接着さ
れる（例えばＥ．Ｎ．スミス外の米国特許第４．０３
５．５４１号及びＷ．シントルマイスター米国特許第
４．１０１．７０３号参照）。
のコートでこの中ではチタニウムカーバイド層が基板に
接着され、チタニウムカーボニトライドの層がチタニウ
ムカーバイド層に接着され、それからのチタニウム窒化
物の層がチタニウムカーボニトライド層の外側に接着さ
れる（例えばＥ．Ｎ．スミス外の米国特許第４．０３
５．５４１号及びＷ．シントルマイスター米国特許第
４．１０１．７０３号参照）。
【０００４】ＰＶＤ（物理蒸着）コートは工具鋼及びセ
メンテーションされたカーバイド切削工具に適用された
（例えば小林外の米国特許第４．１６９．９１３号参
照）公知の技術においてＰＶＤチタニウム窒化物のコー
トは商業的に直接工具鋼とセメンテーションされたカー
バイドの基板に適用された。
メンテーションされたカーバイド切削工具に適用された
（例えば小林外の米国特許第４．１６９．９１３号参
照）公知の技術においてＰＶＤチタニウム窒化物のコー
トは商業的に直接工具鋼とセメンテーションされたカー
バイドの基板に適用された。
【０００５】欧州特許公開第０１９１５５４号（特開昭
６１−１７０５５９号）によればセメンテーションされ
たカーバイドの基板は、靭性を減少させる結果を来す基
板のカーバイドとＰＶＤコートの中のチタニウムカーバ
イド間の拡散を避けるために、若し最初に０．１から１
マイクロメータの間のＰＶＤ ＴｉＮコート（１）が適
用されるならば、この基板はＴｉＣ又はＴｉＣＮでＰＶ
Ｄコートされてもよいことを教えている。更にＰＶＤの
ＴｉＮ層はＰＶＤのＴｉＣ又はＴｉＣＮの上に適用され
るべきことも教えている。
６１−１７０５５９号）によればセメンテーションされ
たカーバイドの基板は、靭性を減少させる結果を来す基
板のカーバイドとＰＶＤコートの中のチタニウムカーバ
イド間の拡散を避けるために、若し最初に０．１から１
マイクロメータの間のＰＶＤ ＴｉＮコート（１）が適
用されるならば、この基板はＴｉＣ又はＴｉＣＮでＰＶ
Ｄコートされてもよいことを教えている。更にＰＶＤの
ＴｉＮ層はＰＶＤのＴｉＣ又はＴｉＣＮの上に適用され
るべきことも教えている。
【０００６】ＰＶＤコートはセメンテーションされたカ
ーバーイドと工具鋼の基板の上に例えばイオンプレーテ
イング、磁気的なスパッタリング及びアーク蒸発のよう
な色々な技術によって適用される。更に夫々の技術は多
くの変形を有している。これらの各種の技術並びにその
変形は色々な物性を有するＰＶＤコート工具を生む結果
を生じていることが観察されている。コートを沈着させ
るために用いられる正確な技術に基いて、コートの硬
度、残留応力、反応の傾向又は基板への接着はプラス側
に又はその反対に影響される。
ーバーイドと工具鋼の基板の上に例えばイオンプレーテ
イング、磁気的なスパッタリング及びアーク蒸発のよう
な色々な技術によって適用される。更に夫々の技術は多
くの変形を有している。これらの各種の技術並びにその
変形は色々な物性を有するＰＶＤコート工具を生む結果
を生じていることが観察されている。コートを沈着させ
るために用いられる正確な技術に基いて、コートの硬
度、残留応力、反応の傾向又は基板への接着はプラス側
に又はその反対に影響される。
【０００７】これらのＰＶＤ技術とその結果のコートの
物性は、ビユール外の“鋼上のＴｉＮコードシンソリッ
ドフイルム８０巻（１９８１年）２６５−２７０頁、ビ
ユール外の米国特許第４．４４８．８０２号（前記のも
のは申請者がここで用いたバルツアーＡＧのイオンプレ
ーテイング技術と装置を記述している）、ムンツ外の
“工具上の硬い摩擦を減少させるＴｉＮコートの形成の
ための高率のスパッタリングプロセス”シンソリッドフ
イルム９６巻（１９８２年）７９−８６頁、ムンツ外の
米国特許第４．４２６．２６７号、カマキ外の“ＣＶＤ
及びＰＶＤ法によるＴｉＮでコートされたセメンテーシ
ョンされたカーバイドの切削チップの中の残留応力の比
較とその減退した抵抗への影響”サーフエシングジャー
ナルインターナショナル第１巻３号（１９８６）８２−
８６頁、ヴオルフエ外の“カーバイドの平削り工具にお
ける硬質コートの役割り”ジャナールオブヴアキューム
サイエンステクノロジーＡ３（１９８６）２７４７−２
７５４頁、キントー外の”物理的及び化学的蒸着による
硬質コートの高温のマイクロ硬度”シンソリッドフイル
ム第１５３巻（１９８７）１９−３６頁、ジンダール外
の“ＷＣ−Ｃ。
物性は、ビユール外の“鋼上のＴｉＮコードシンソリッ
ドフイルム８０巻（１９８１年）２６５−２７０頁、ビ
ユール外の米国特許第４．４４８．８０２号（前記のも
のは申請者がここで用いたバルツアーＡＧのイオンプレ
ーテイング技術と装置を記述している）、ムンツ外の
“工具上の硬い摩擦を減少させるＴｉＮコートの形成の
ための高率のスパッタリングプロセス”シンソリッドフ
イルム９６巻（１９８２年）７９−８６頁、ムンツ外の
米国特許第４．４２６．２６７号、カマキ外の“ＣＶＤ
及びＰＶＤ法によるＴｉＮでコートされたセメンテーシ
ョンされたカーバイドの切削チップの中の残留応力の比
較とその減退した抵抗への影響”サーフエシングジャー
ナルインターナショナル第１巻３号（１９８６）８２−
８６頁、ヴオルフエ外の“カーバイドの平削り工具にお
ける硬質コートの役割り”ジャナールオブヴアキューム
サイエンステクノロジーＡ３（１９８６）２７４７−２
７５４頁、キントー外の”物理的及び化学的蒸着による
硬質コートの高温のマイクロ硬度”シンソリッドフイル
ム第１５３巻（１９８７）１９−３６頁、ジンダール外
の“ＷＣ−Ｃ。
【０００８】基板上の物理的及化学的蒸着による硬質コ
ートの接着の測定”第５４巻（１９８７）３６１−３７
５頁、ジンダール外の“硬質コートのマイクロ硬度の負
荷依存性”サーフエスアンドコーテイングテクノロジー
第３６巻（１９８８）６８３−６９４頁（第１５回金属
学的コートについての国際会議、１９８８年４月１１〜
１５日、米国カリフオルニア州サンデイエゴにて開催、
にて発表された）、リッカービー外の“物理的蒸着硬質
コートの構造と物性のプロセスとシステムのパラメータ
ーの関連性”シンソリッドフイルム第１５７巻（１９８
８年２月）１９５−２２２頁（２００頁２０１頁及び２
１９−２２１頁参照）、キント外の“化学的蒸着及び物
理的蒸着によりコートされたカーバイド工具の機械的な
物性、構造及び性能”マテリアルズサイエンスアンドエ
ンジニアリングＡ１０５／１０６（１９８８）４４３−
４５２頁（第３回硬質材料の科学についての国際会議１
９８７年１１月９−１３日バナッサウにて開催にて発表
された）等に記載されている。
ートの接着の測定”第５４巻（１９８７）３６１−３７
５頁、ジンダール外の“硬質コートのマイクロ硬度の負
荷依存性”サーフエスアンドコーテイングテクノロジー
第３６巻（１９８８）６８３−６９４頁（第１５回金属
学的コートについての国際会議、１９８８年４月１１〜
１５日、米国カリフオルニア州サンデイエゴにて開催、
にて発表された）、リッカービー外の“物理的蒸着硬質
コートの構造と物性のプロセスとシステムのパラメータ
ーの関連性”シンソリッドフイルム第１５７巻（１９８
８年２月）１９５−２２２頁（２００頁２０１頁及び２
１９−２２１頁参照）、キント外の“化学的蒸着及び物
理的蒸着によりコートされたカーバイド工具の機械的な
物性、構造及び性能”マテリアルズサイエンスアンドエ
ンジニアリングＡ１０５／１０６（１９８８）４４３−
４５２頁（第３回硬質材料の科学についての国際会議１
９８７年１１月９−１３日バナッサウにて開催にて発表
された）等に記載されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本願発明者の意見では
最良のＰＶＤコートを与える技術は上記にビユール外の
特許と論文に記載されたものであってこれはバルツアー
ＡＧのイオンプレーテイング技術及装置を利用するもの
である。この信ずる処は色々な形式のＰＶＤコートされ
た工具の分析に基いて居り、この結果、ＰＶＤＴｉＮコ
ートにおいて最高の硬度と最高の圧縮残留応力がバルツ
アーＡＧのイオンプレートされたＰＶＤコート（以下Ｂ
ＩＰと云う）において得られた。これらの物性は他のＰ
ＶＤコートされた切削工具がもつものよりもより高い耐
摩耗性と端が欠けたり破損することに対するより少い故
障発生率を有する切削工具を生み出す。
最良のＰＶＤコートを与える技術は上記にビユール外の
特許と論文に記載されたものであってこれはバルツアー
ＡＧのイオンプレーテイング技術及装置を利用するもの
である。この信ずる処は色々な形式のＰＶＤコートされ
た工具の分析に基いて居り、この結果、ＰＶＤＴｉＮコ
ートにおいて最高の硬度と最高の圧縮残留応力がバルツ
アーＡＧのイオンプレートされたＰＶＤコート（以下Ｂ
ＩＰと云う）において得られた。これらの物性は他のＰ
ＶＤコートされた切削工具がもつものよりもより高い耐
摩耗性と端が欠けたり破損することに対するより少い故
障発生率を有する切削工具を生み出す。
【００１０】しかし乍らＢＩＰのＰＶＤコートの高い残
留圧縮応力は又問題を生じた、本願発明者がその上にＢ
ＩＰ−ＰＶＤのＴｉＣＮコートを有する切削工具を製作
しようとした時に、製造されたＴｉＣＮコートははげ易
かった。同様な結果がＢＩＰ−ＰＶＤのＴｉＣコートに
おいても観察された。工具を分析した結果ＢＩＰ−ＰＶ
Ｄ ＴｉＣＮは非常に高い残留圧縮応力を含んでいるこ
が示され、多分これはＢＩＰ−ＰＶＤ ＴｉＮの場合に
見出されたものの２倍の高さであったが、前述の欧州特
許公開第０１９１５５４号（特開昭６１−１７０５５９
号）に報告されたようなかたいがもろい拡散相はなかっ
た。従ってこれがはげ落ちる問題の原因であることが理
論付けられた。この問題は最初に基板の表面にＢＩＰ−
ＰＶＤＴｉＣＮコートを行い、次いでＢＩＰ−ＰＶＤ
ＴｉＮコートを行うことによって解決された。工具鋼と
セメンテーテションされたカーバイド工具で前述のＢＩ
Ｐ−ＰＶＤのＴｉＮ／ＴｉＣＮの２層のコートをもつも
のがそれ以来公開された。
留圧縮応力は又問題を生じた、本願発明者がその上にＢ
ＩＰ−ＰＶＤのＴｉＣＮコートを有する切削工具を製作
しようとした時に、製造されたＴｉＣＮコートははげ易
かった。同様な結果がＢＩＰ−ＰＶＤのＴｉＣコートに
おいても観察された。工具を分析した結果ＢＩＰ−ＰＶ
Ｄ ＴｉＣＮは非常に高い残留圧縮応力を含んでいるこ
が示され、多分これはＢＩＰ−ＰＶＤ ＴｉＮの場合に
見出されたものの２倍の高さであったが、前述の欧州特
許公開第０１９１５５４号（特開昭６１−１７０５５９
号）に報告されたようなかたいがもろい拡散相はなかっ
た。従ってこれがはげ落ちる問題の原因であることが理
論付けられた。この問題は最初に基板の表面にＢＩＰ−
ＰＶＤＴｉＣＮコートを行い、次いでＢＩＰ−ＰＶＤ
ＴｉＮコートを行うことによって解決された。工具鋼と
セメンテーテションされたカーバイド工具で前述のＢＩ
Ｐ−ＰＶＤのＴｉＮ／ＴｉＣＮの２層のコートをもつも
のがそれ以来公開された。
【００１１】その後耐摩耗性を改善し外観を良くするた
めに上述のＢＩＰ−ＰＶＤ ＴｉＮ／ＴｉＣＮコートの
上に更にＢＩＰ−ＰＶＤ ＴｉＮコートを行うことが希
望された。しかし乍ら，色々なコートの中の高い圧縮残
留応力のために現存するＢＩＰ−ＰＶＤ ＴｉＣＮコー
トにＢＩＰ−ＰＶＤ ＴｉＮがよく付着して結合され得
るかどうかは知られていなかった。
めに上述のＢＩＰ−ＰＶＤ ＴｉＮ／ＴｉＣＮコートの
上に更にＢＩＰ−ＰＶＤ ＴｉＮコートを行うことが希
望された。しかし乍ら，色々なコートの中の高い圧縮残
留応力のために現存するＢＩＰ−ＰＶＤ ＴｉＣＮコー
トにＢＩＰ−ＰＶＤ ＴｉＮがよく付着して結合され得
るかどうかは知られていなかった。
【００１２】本願発明に従えば基板とこれに付着して結
合したコートを有する工具が与えられる。この基板はよ
く知られた工具鋼、セメンテーションされたカーバイド
又はサーメット（陶性冶金）の中の１つから成立ってい
る。コートは物理的蒸着によって沈着され、第１層は基
板に付着して結合されたＩＶＢグループ金属（チタニウ
ム、ジルコニウム、ハフニウム）の窒化物より成り、第
２層はＩＶＢグループのカーボニトライドで第１層の外
側に付着して結合されたものより成り、第３層は又第２
層の外側に付着して結合されたＩＶＢ金属の窒化物グル
ープから成立っている。本願発明に従ったＰＶＤコート
は優秀な耐ひび割れ性と耐摩耗性の特徴を有し、夫々３
５０ｋｇ／ｍｍ２を越え好ましくは４００ｋｇ／ｍｍ２
を越える圧縮残留応力とヴイツカースに硬度番号（５０
ｇｍ負荷）で２６００−３１００好ましくは２７５０−
３１００ｋｇ／ｍｍ２によって示されている。
合したコートを有する工具が与えられる。この基板はよ
く知られた工具鋼、セメンテーションされたカーバイド
又はサーメット（陶性冶金）の中の１つから成立ってい
る。コートは物理的蒸着によって沈着され、第１層は基
板に付着して結合されたＩＶＢグループ金属（チタニウ
ム、ジルコニウム、ハフニウム）の窒化物より成り、第
２層はＩＶＢグループのカーボニトライドで第１層の外
側に付着して結合されたものより成り、第３層は又第２
層の外側に付着して結合されたＩＶＢ金属の窒化物グル
ープから成立っている。本願発明に従ったＰＶＤコート
は優秀な耐ひび割れ性と耐摩耗性の特徴を有し、夫々３
５０ｋｇ／ｍｍ２を越え好ましくは４００ｋｇ／ｍｍ２
を越える圧縮残留応力とヴイツカースに硬度番号（５０
ｇｍ負荷）で２６００−３１００好ましくは２７５０−
３１００ｋｇ／ｍｍ２によって示されている。
【００１３】
【発明の実施の形態】本願発明に従って、ＳＰＧＮ−４
２３として示される切削インサート本体１０が図１に示
されている。切削インサート本体１０はレーキ面１４の
接合部に形成された切削エッジ１２とその側面１６とを
有する。切削エッジ１２は好ましくはとがっている。即
ちＣＶＤコートされたインサートには通例であるように
ホーニングされたり面取りされてはいない。切削インサ
ート１０は工具鋼、セメンテーションされたカーバイド
又はサーメットのようなよく知られた硬い材料から成り
立つ基板をもっている。
２３として示される切削インサート本体１０が図１に示
されている。切削インサート本体１０はレーキ面１４の
接合部に形成された切削エッジ１２とその側面１６とを
有する。切削エッジ１２は好ましくはとがっている。即
ちＣＶＤコートされたインサートには通例であるように
ホーニングされたり面取りされてはいない。切削インサ
ート１０は工具鋼、セメンテーションされたカーバイド
又はサーメットのようなよく知られた硬い材料から成り
立つ基板をもっている。
【００１４】基板に付着して結合されて本願発明に従っ
たＰＶＤコートがある。好ましくは全体のレーキ面１
４、側面１６及び切削エッジ１２がコートされている。
示されている凸面のレーキの形式のインサートに対して
は底面（これは示されていない）はレーキ面と反対側に
ありコートされる必要はない。
たＰＶＤコートがある。好ましくは全体のレーキ面１
４、側面１６及び切削エッジ１２がコートされている。
示されている凸面のレーキの形式のインサートに対して
は底面（これは示されていない）はレーキ面と反対側に
ありコートされる必要はない。
【００１５】ＰＶＤコートは３層から成り立つ、最初の
キの即ち最も内部の層はＩＶＢ（チタニウム、ジルコニ
ウム、ハフニウム）グループ金属の窒化物から成り、第
２又は中間層はＩＶＢグループ金属のカーボニトライド
から成り、外側の即ち第３の層はＩＶＢグループ金属の
窒化物から成り立っている。好ましくは第１、第２、第
３の層は夫々次の組成を有する。
キの即ち最も内部の層はＩＶＢ（チタニウム、ジルコニ
ウム、ハフニウム）グループ金属の窒化物から成り、第
２又は中間層はＩＶＢグループ金属のカーボニトライド
から成り、外側の即ち第３の層はＩＶＢグループ金属の
窒化物から成り立っている。好ましくは第１、第２、第
３の層は夫々次の組成を有する。
【００１６】ＴｉＮ／ＴｉＣＮ／ＴｉＮ。 コーテイング及び個々の層が基板に対し又夫々に付着す
ることをたしかにするために、所要の耐摩耗性の大きさ
と破砕に対する抵抗の大きさを与える一方で、これらの
厚さは次のように制御される。
ることをたしかにするために、所要の耐摩耗性の大きさ
と破砕に対する抵抗の大きさを与える一方で、これらの
厚さは次のように制御される。
【００１７】平削り又は其の他の非連続的切削作業に用
いられる切削インサートのためには、窒化材料の最初の
層は１ｌよりも大きく、しかし３ｌよりも小さく、且つ
より好ましくは約１．５から約２．５ｌの間の平均の厚
さを有する。この厚さは切削工具の重要な範囲（即ち切
削刃と近くのフランク及びレーキ面）が全く窒化物層で
覆はれるので第２層のカーボニトライド材は基板と直接
の接触はしない保証を与える。若し第２層が基板領域に
接触すると非常に高い圧縮残留応力が形成されてはがれ
易くなってしまう。
いられる切削インサートのためには、窒化材料の最初の
層は１ｌよりも大きく、しかし３ｌよりも小さく、且つ
より好ましくは約１．５から約２．５ｌの間の平均の厚
さを有する。この厚さは切削工具の重要な範囲（即ち切
削刃と近くのフランク及びレーキ面）が全く窒化物層で
覆はれるので第２層のカーボニトライド材は基板と直接
の接触はしない保証を与える。若し第２層が基板領域に
接触すると非常に高い圧縮残留応力が形成されてはがれ
易くなってしまう。
【００１８】第２層はカーボニトライド材から成り、好
ましくは約１．２から３ｌの平均の厚さを有する。この
カーボニトライド層はその硬度と耐摩耗性が窒化物層に
較べて優れているのでこの層を出来るだけ厚くすること
がのぞましい一方で、不連続的な切削作業に対するのぞ
ましい割れに対する靭性を与えるのに十分な圧縮残留応
力が残ることを保証するためにその厚さは約３ｌを超え
るべきではない。残留圧縮応力はコートの厚さが増加す
ると共に減少する。
ましくは約１．２から３ｌの平均の厚さを有する。この
カーボニトライド層はその硬度と耐摩耗性が窒化物層に
較べて優れているのでこの層を出来るだけ厚くすること
がのぞましい一方で、不連続的な切削作業に対するのぞ
ましい割れに対する靭性を与えるのに十分な圧縮残留応
力が残ることを保証するためにその厚さは約３ｌを超え
るべきではない。残留圧縮応力はコートの厚さが増加す
ると共に減少する。
【００１９】第１層の第２層に対する付着性を改善する
ために、第２層の最初の部分においてはその炭素含有量
は次第に増加してのぞましいレベルに達する。好ましく
は第３層は約０．２から約１．７ｌの間の平均の厚さを
持ち、より好ましくは約０，５から約１ｌ以下の厚味を
持つ。この第３層はその高い硬度と残留圧縮応力のため
にもう一つの耐摩耗性の高い割れの靭性の材料の層を与
えるものである。連続した外側の又は第３の層は摩擦の
少い面を与え且つ切削工具に魅力ある金色を与える。好
ましくは全部のコートの平均厚さは、平削り又は他の不
連続的な切削作業に用いられる切削インサートに対して
約２．５から５ｌの間である。
ために、第２層の最初の部分においてはその炭素含有量
は次第に増加してのぞましいレベルに達する。好ましく
は第３層は約０．２から約１．７ｌの間の平均の厚さを
持ち、より好ましくは約０，５から約１ｌ以下の厚味を
持つ。この第３層はその高い硬度と残留圧縮応力のため
にもう一つの耐摩耗性の高い割れの靭性の材料の層を与
えるものである。連続した外側の又は第３の層は摩擦の
少い面を与え且つ切削工具に魅力ある金色を与える。好
ましくは全部のコートの平均厚さは、平削り又は他の不
連続的な切削作業に用いられる切削インサートに対して
約２．５から５ｌの間である。
【００２０】ターニング其他の連続した切削作業に用い
られる切削インサートに対しては、好ましい全体のコー
トの厚さと層の厚さは平削り用として上述したものより
は下に述べるように変化する。ターニング作業において
は、すりへらす摩耗が平削りよりももっと問題となるが
強化された耐摩耗性を与えるために全体のコーテイング
はより厚いことが希まれる。全体の平均のコーテイング
厚さは好ましくは約８から１５ｌで、より好ましくは９
から１２ｌであり最も好ましくは約１０ｌである。好ま
しくは内側の又は第１層は厚さは１から４ｌ、より好ま
しくは厚さ約３ｌである。第２層は好ましくは２から５
ｌでより好ましくは厚さ約４ｌである。第３層は好まし
くは約２から３ｌでより好ましくは約３ｌである。
られる切削インサートに対しては、好ましい全体のコー
トの厚さと層の厚さは平削り用として上述したものより
は下に述べるように変化する。ターニング作業において
は、すりへらす摩耗が平削りよりももっと問題となるが
強化された耐摩耗性を与えるために全体のコーテイング
はより厚いことが希まれる。全体の平均のコーテイング
厚さは好ましくは約８から１５ｌで、より好ましくは９
から１２ｌであり最も好ましくは約１０ｌである。好ま
しくは内側の又は第１層は厚さは１から４ｌ、より好ま
しくは厚さ約３ｌである。第２層は好ましくは２から５
ｌでより好ましくは厚さ約４ｌである。第３層は好まし
くは約２から３ｌでより好ましくは約３ｌである。
【００２１】本願発明は次の例を考えることによって一
層明らかに理解されるが、これは全く本願発明の例証的
なものにすぎない。
層明らかに理解されるが、これは全く本願発明の例証的
なものにすぎない。
【００２２】ＳＰＧＮ−４２３型の指標となるインサー
ト（ＡＮＳＩＢ２１２．４−１９８６参照）は約５．７
重量パーセント（ｗ／ｏ）のコバルト、０．４ｗ／ｏの
クロム及び残りはタングステンカーバイドを含むよく知
られた商業的なタングステンカーバイド−コバルトのセ
メンテーションされたカーバイドから成るものが基板と
して用いられるように選ばれた。この材料はヴイツカー
スのＨＶ３０の硬度で約１８３０、磁気飽和が約９０
％、Ｈｃ（抗磁力）が約３００エルステッド・多孔性で
Ａ０４又はそれ以上且つパームクイストの割れの靭性で
約８６ｋｇ／ｍｍ２によって特徴づけられている。この
材料は試験の目的で作られたので、地下のレーキ表面は
磨かれていた。切削刃は鋭い状態にあった。
ト（ＡＮＳＩＢ２１２．４−１９８６参照）は約５．７
重量パーセント（ｗ／ｏ）のコバルト、０．４ｗ／ｏの
クロム及び残りはタングステンカーバイドを含むよく知
られた商業的なタングステンカーバイド−コバルトのセ
メンテーションされたカーバイドから成るものが基板と
して用いられるように選ばれた。この材料はヴイツカー
スのＨＶ３０の硬度で約１８３０、磁気飽和が約９０
％、Ｈｃ（抗磁力）が約３００エルステッド・多孔性で
Ａ０４又はそれ以上且つパームクイストの割れの靭性で
約８６ｋｇ／ｍｍ２によって特徴づけられている。この
材料は試験の目的で作られたので、地下のレーキ表面は
磨かれていた。切削刃は鋭い状態にあった。
【００２３】基板の表面は（底面を除いては凡て）バル
ツアーのＢＡＩ−８３０（バルツア−ＡＧ・リヒテンシ
ユタイン）のイオンプレーテイングＰＶＤコーテイング
装置で約５００＃Ｃにおいてチタニウム源、カーボンニ
トライドの中間部分のコーテイング周期に導入されるア
セチレンガスを伴った窒素の雰囲気を用いてＰＶＤコー
トされる。（米国特許第４．４４８．８０２参照）コー
テイングの最初の段階においては通例であるように、チ
タニウムの非常に薄い層（高度の分析のＴＥＨによって
のみ探知可能）が基板の上に沈着して基板とチタニウム
窒化物の第１層との間の改良された接着を与える。コー
テイングの周期中基板は連続して動かされる。
ツアーのＢＡＩ−８３０（バルツア−ＡＧ・リヒテンシ
ユタイン）のイオンプレーテイングＰＶＤコーテイング
装置で約５００＃Ｃにおいてチタニウム源、カーボンニ
トライドの中間部分のコーテイング周期に導入されるア
セチレンガスを伴った窒素の雰囲気を用いてＰＶＤコー
トされる。（米国特許第４．４４８．８０２参照）コー
テイングの最初の段階においては通例であるように、チ
タニウムの非常に薄い層（高度の分析のＴＥＨによって
のみ探知可能）が基板の上に沈着して基板とチタニウム
窒化物の第１層との間の改良された接着を与える。コー
テイングの周期中基板は連続して動かされる。
【００２４】最初のインサート上において計測された結
果として生じたＴｉＮ／ＴｉＣ、Ｎ／ＴｉＮのコーテイ
ングは平均内部又は第１層の厚さ約１．７ｌ、平均第２
層の厚さ１．３ｌ、平均第３層の厚さ１．５ｌであっ
た。第２のインサートにおいては計画の結果第２層の成
分は丁度上記から約１原子パーセントの炭素が変化して
約２８．７原子パーセント炭素となった。図２はＡ；窒
素の合計とオーガースペクトルにおける最初のチタニウ
ムのピーク；Ｂ、オーガースペクトルにおける第２のチ
タニウムのピーク；Ｃ、炭素のピーク、に対するコーテ
イングの厚さによるオーガーピークの強度の変化を記入
したものである。
果として生じたＴｉＮ／ＴｉＣ、Ｎ／ＴｉＮのコーテイ
ングは平均内部又は第１層の厚さ約１．７ｌ、平均第２
層の厚さ１．３ｌ、平均第３層の厚さ１．５ｌであっ
た。第２のインサートにおいては計画の結果第２層の成
分は丁度上記から約１原子パーセントの炭素が変化して
約２８．７原子パーセント炭素となった。図２はＡ；窒
素の合計とオーガースペクトルにおける最初のチタニウ
ムのピーク；Ｂ、オーガースペクトルにおける第２のチ
タニウムのピーク；Ｃ、炭素のピーク、に対するコーテ
イングの厚さによるオーガーピークの強度の変化を記入
したものである。
【００２５】このデータは編者がロビンソン外のエレク
トロケミカルソサイアテイＩＮＣ（１９８４）７５７−
７７１頁の第９回ＣＶＤ国際会議の会報のメロトラ外の
論文“ボールウエアスカー技術によるＣＶＤコーテイン
グにおける成分的並びにマイクロ硬度の側面”に記載さ
れた技術を用いてボールウエアスカーのオーガーライン
スキャンを走査することにより得られた。
トロケミカルソサイアテイＩＮＣ（１９８４）７５７−
７７１頁の第９回ＣＶＤ国際会議の会報のメロトラ外の
論文“ボールウエアスカー技術によるＣＶＤコーテイン
グにおける成分的並びにマイクロ硬度の側面”に記載さ
れた技術を用いてボールウエアスカーのオーガーライン
スキャンを走査することにより得られた。
【００２６】中間層又は第２層においては第１層と第２
層の界面から所要の最高値に到達する迄外に向って動く
につれて、炭素含有量は一般的に次第に増加することが
認められる。１の位置（第１層１．３μ厚さ）、２（第
２層２．１μ）、３（第２層）及び４（第３層１．５
μ）におけるコーテイングの大略の成分はオーガーピー
ク強度から計算されて下の表１に原子パーセントで報告
されている。図２及び表２から第２層中の金属カーボニ
トライドの組成は基板からの距離と共に変化するので第
２層が基板から離れて伸びるに従って、第１の最高点
（位置２）とそれから第２の最高点（位置３）が金属カ
ーボニトライドの炭素含有量の中にあることが認められ
る。
層の界面から所要の最高値に到達する迄外に向って動く
につれて、炭素含有量は一般的に次第に増加することが
認められる。１の位置（第１層１．３μ厚さ）、２（第
２層２．１μ）、３（第２層）及び４（第３層１．５
μ）におけるコーテイングの大略の成分はオーガーピー
ク強度から計算されて下の表１に原子パーセントで報告
されている。図２及び表２から第２層中の金属カーボニ
トライドの組成は基板からの距離と共に変化するので第
２層が基板から離れて伸びるに従って、第１の最高点
（位置２）とそれから第２の最高点（位置３）が金属カ
ーボニトライドの炭素含有量の中にあることが認められ
る。
【００２７】第２の最高点（位置３）における炭素含有
量は第１の最高点（位置２）における炭素含有量よりも
大きい。
量は第１の最高点（位置２）における炭素含有量よりも
大きい。
【００２８】第１と第２の最高点の間には金属カーボニ
トライドの炭素含有量は第１の最高点の炭素含有量（位
置２）よりも少い値に達する。第１と第２のピークの間
には炭素レベルは最初のピークの炭素レベル以下に低下
する。位置１及び４で見出された炭素レベル及び凡ての
位置における酸素のレベルはオーガーのサンプルで観察
される通常の残留量である。外側のＴｉＮ層における小
さい炭素のピークと対応する窒素の下降は調査した表面
の局部的な孔によって起された人工のものであろうと思
われる。
トライドの炭素含有量は第１の最高点の炭素含有量（位
置２）よりも少い値に達する。第１と第２のピークの間
には炭素レベルは最初のピークの炭素レベル以下に低下
する。位置１及び４で見出された炭素レベル及び凡ての
位置における酸素のレベルはオーガーのサンプルで観察
される通常の残留量である。外側のＴｉＮ層における小
さい炭素のピークと対応する窒素の下降は調査した表面
の局部的な孔によって起された人工のものであろうと思
われる。
【００２９】
【００３０】このコートは更に硬度と付着力について特
徴づけられる。このコーテイングはヴイツカース硬度番
号（５０ｇｍ負荷）で約２８４０ｋｇ／ｍｍ２を有す
る。
徴づけられる。このコーテイングはヴイツカース硬度番
号（５０ｇｍ負荷）で約２８４０ｋｇ／ｍｍ２を有す
る。
【００３１】コーテイングの付着力はスクラッチアドヘ
ツションクリテイカルロード、Ｌｃ、（ニユートンズ）
及びインデントアドヘツシヨンクリテイカルロード、Ｐ
ｃｒ、（ｋｇ）によって計測されたとき満足のゆくもの
で夫々〉９０及び＞４５である。コーテイングの厚さを
通しての割れの断面はコーテイングが密で孔のない構造
を持っていることを示している。
ツションクリテイカルロード、Ｌｃ、（ニユートンズ）
及びインデントアドヘツシヨンクリテイカルロード、Ｐ
ｃｒ、（ｋｇ）によって計測されたとき満足のゆくもの
で夫々〉９０及び＞４５である。コーテイングの厚さを
通しての割れの断面はコーテイングが密で孔のない構造
を持っていることを示している。
【００３２】ＰＶＤの硬いコーテイングにおいてより高
い圧縮残留応力はより高い計測されたマイクロ硬度と関
連していることは一般的に知られている。（キントーの
図９“切削工具用硬質コーテイングにおける機械的な特
性と構造の関係”Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．技術、Ａ６
（３）１９８８年５／６月、２１４９〜２１５７頁参
照）ＴｉＣＮに対しては残留応力を計算するために必要
な断性係数Ｅは知られていないが、より高いマイクロ硬
度のＰＶＤ ＴｉＣＮは（ＰＶＤ ＴｉＮに関して約２
４００ｋｇ／ｍｍ２）又ＴｉＮに対する６４０ＧＰａの
想定されたＥの値で計算されたものよりもより高い圧縮
残留応力を持つと想定することは理論に合っている。
（トローク外、“ＴｉＮ、ＴｉＣ、ＺｒＮ及びＨｆＮの
ヤング係数”シンソリッドフイルム１５３巻（１９８
７）３７〜４３頁特に４２頁参照）Ｘ線の回折による残
留応力の計測“Ａｉｎ２法”がキントー外のシンソリツ
ドフイルム１５３巻（１９８７）２１頁に記載されてい
る。
い圧縮残留応力はより高い計測されたマイクロ硬度と関
連していることは一般的に知られている。（キントーの
図９“切削工具用硬質コーテイングにおける機械的な特
性と構造の関係”Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．技術、Ａ６
（３）１９８８年５／６月、２１４９〜２１５７頁参
照）ＴｉＣＮに対しては残留応力を計算するために必要
な断性係数Ｅは知られていないが、より高いマイクロ硬
度のＰＶＤ ＴｉＣＮは（ＰＶＤ ＴｉＮに関して約２
４００ｋｇ／ｍｍ２）又ＴｉＮに対する６４０ＧＰａの
想定されたＥの値で計算されたものよりもより高い圧縮
残留応力を持つと想定することは理論に合っている。
（トローク外、“ＴｉＮ、ＴｉＣ、ＺｒＮ及びＨｆＮの
ヤング係数”シンソリッドフイルム１５３巻（１９８
７）３７〜４３頁特に４２頁参照）Ｘ線の回折による残
留応力の計測“Ａｉｎ２法”がキントー外のシンソリツ
ドフイルム１５３巻（１９８７）２１頁に記載されてい
る。
【００３３】我々の想定ではＢＩＰ−ＰＶＤ ＴｉＮコ
ーテイングにおいて行われた残留応力の計測に基いて、
本願発明によるコーテイングの中の残留応力は約４００
ｋｇ／ｍｍ２を超えると信ぜられる。
ーテイングにおいて行われた残留応力の計測に基いて、
本願発明によるコーテイングの中の残留応力は約４００
ｋｇ／ｍｍ２を超えると信ぜられる。
【図１】本願発明に従って切削工具の好ましい実施例の
等尺性の図を示す。
等尺性の図を示す。
【図２】基板の表面からコーテイングの表面迄のコート
層の成分の変化の走査によるオーガー分析を示す。
層の成分の変化の走査によるオーガー分析を示す。
Claims (16)
- 【請求項１】 切削工具において、 第１の面と第２の面を有する本体と、 当該第１の面と第２の面の接合部に位置する切削刃と、 基板と当該基板に付着して結合するコーテイングとから
なる当該本体と、 工具鋼、セメンテーションされたカーバイド及びサーメ
ッツからなるグループから選択された硬質材料から成る
当該基板と、 物理的な蒸着によって沈着され当該基板に付着して結合
されたＩＶＢ金属グループの窒化物からなる第１層を有
する当該コーテイングと、 物理的な蒸着によって沈着され当該第１層の外側に付着
して結合されたＩＶＢ金属グループのカーボニトライド
からなる第２層を有する当該コーテイングと、物理的な
蒸着によって沈着され当該第２層の外側に付着して結合
されたＩＶＢ金属グループの窒化物からなる第３層を有
する当該コーテイングと、から成り、ここにおいて当該
コーテイングは約３５０ｋｇ／ｍｍ２を超える平均圧縮
残留応力を含み、 ここにおいて当該コーテイングは約２６００から３１０
０ｋｇ／ｍｍ２の間の（５０ｇｍ負荷における）平均ヴ
イツカース硬度番号を有し、 且つここにおいて当該第１層は１マイクロメータを超
え、しかし３マイクロメータ以下の厚さを有することを
特徴とする切削工具。 - 【請求項２】 当該圧縮残留応力は約４００ｋｇ／ｍｍ
２を超えることを特徴とする請求項１に記載の切削工
具。 - 【請求項３】 当該第１層は約１．５から約２．５マイ
クロメータの厚さを有することを特徴とする請求項２に
記載の切削工具。 - 【請求項４】 当該基板はセメンテーションされたカー
バイドであることを特徴とする請求項１に記載の切削工
具。 - 【請求項５】 当該第３層はチタニウム窒化物より成る
ことを特徴とする請求項１に記載の切削工具。 - 【請求項６】 当該第３層はチタニウム窒化物より成る
ことを特徴とする請求項３に記載の切削工具。 - 【請求項７】 当該第２層はチタニウムカーボニトライ
ドより成り、当該第１層はチタニウム窒化物より成るこ
とを特徴とする請求項１の記載の切削工具。 - 【請求項８】 当該第２層はチタニウムカーボニトライ
ドより成り、当該第１層はチタニウム窒化物より成るこ
とを特徴とする請求項６に記載の切削工具。 - 【請求項９】 当該平均ヴイッカース硬度数は約２７５
０から３１００ｋｇ／ｍｍ２であることを特徴とする請
求項１に記載の切削工具。 - 【請求項１０】 当該第１層は約１．５から約２．５マ
イクロメーターの厚さを有することを特徴とする請求項
９に記載の切削工具。 - 【請求項１１】 当該基板はセメンテーションされたカ
ーバイドであることを特徴とする請求項９に記載の切削
工具。 - 【請求項１２】 当該第３層はチタニウム窒化物より成
ることを特徴とする請求項９に記載の切削工具。 - 【請求項１３】 当該第３層はチタニウム窒化物より成
ることを特徴とする請求項１０に記載の切削工具。 - 【請求項１４】 当該第２層はチタニウムカーボニトラ
イドより成り、当該第１層はチタニウム窒化物より成る
ことを特徴とする請求項９に記載の切削工具。 - 【請求項１５】 当該第２層はチタニウムカーボニトラ
イドより成り、当該第１層はチタニウム窒化物より成る
ことを特徴とする請求の範囲第１３に記載の切削工具。 - 【請求項１６】 当該コーテイングは４００ｋｇ／ｍｍ
２を超える平均圧縮残留応力によって特徴づけられるこ
とを特徴とする請求項１５に記載の切削工具。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US348241 | 1989-05-05 | ||
| US07/348,241 US5075181A (en) | 1989-05-05 | 1989-05-05 | High hardness/high compressive stress multilayer coated tool |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2507652A Division JPH0683923B2 (ja) | 1989-05-05 | 1990-04-12 | 高硬度・高圧縮応力多層コートの工具 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09234606A true JPH09234606A (ja) | 1997-09-09 |
| JP2824638B2 JP2824638B2 (ja) | 1998-11-11 |
Family
ID=23367181
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2507652A Expired - Fee Related JPH0683923B2 (ja) | 1989-05-05 | 1990-04-12 | 高硬度・高圧縮応力多層コートの工具 |
| JP9048354A Expired - Fee Related JP2824638B2 (ja) | 1989-05-05 | 1997-01-27 | 高硬度・高圧縮応力多層コートの工具 |
Family Applications Before (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2507652A Expired - Fee Related JPH0683923B2 (ja) | 1989-05-05 | 1990-04-12 | 高硬度・高圧縮応力多層コートの工具 |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5075181A (ja) |
| EP (1) | EP0471005B1 (ja) |
| JP (2) | JPH0683923B2 (ja) |
| KR (1) | KR960010136B1 (ja) |
| AT (1) | ATE124324T1 (ja) |
| CA (1) | CA1322496C (ja) |
| DE (1) | DE69020557T2 (ja) |
| ES (1) | ES2029979T3 (ja) |
| WO (1) | WO1990013422A1 (ja) |
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