JPH09241825A - 高強度被覆体 - Google Patents
高強度被覆体Info
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- JPH09241825A JPH09241825A JP7104096A JP7104096A JPH09241825A JP H09241825 A JPH09241825 A JP H09241825A JP 7104096 A JP7104096 A JP 7104096A JP 7104096 A JP7104096 A JP 7104096A JP H09241825 A JPH09241825 A JP H09241825A
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/009—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone characterised by the material treated
-
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- C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
- C04B41/52—Multiple coating or impregnating multiple coating or impregnating with the same composition or with compositions only differing in the concentration of the constituents, is classified as single coating or impregnation
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 （ＴｉＡｌ）Ｎ被膜を被覆した従来の被覆部
材は、被膜の耐剥離性が劣ることから、被膜の剥離に伴
って、急激な摩耗の進行，熱衝撃性による劣化および被
削材との溶着が生じて短寿命になるという課題がある。 【解決手段】 金属材料，焼結合金またはセラミックス
焼結体でなる基体上に、アモルファスＴｉまたはＴｉ含
有のアモルファス物質を５０体積％以上含有する中間層
と、該中間層の表面に（Ｔｉa，Ａｌ1-a）ＣxＮ1-x［但
し、式中のＴｉはチタン、Ａｌはアルミニウム、ａはＴ
ｉの原子比を、ｘは炭素の原子比を表す。また、０．４
５≦ａ≦０．７、 ０≦ｘ≦０．５の関係にある］で表
わされるチタンとアルミニウムとを含む複合化合物でな
る外層が被覆されていることを特徴とする高強度被覆
体。
材は、被膜の耐剥離性が劣ることから、被膜の剥離に伴
って、急激な摩耗の進行，熱衝撃性による劣化および被
削材との溶着が生じて短寿命になるという課題がある。 【解決手段】 金属材料，焼結合金またはセラミックス
焼結体でなる基体上に、アモルファスＴｉまたはＴｉ含
有のアモルファス物質を５０体積％以上含有する中間層
と、該中間層の表面に（Ｔｉa，Ａｌ1-a）ＣxＮ1-x［但
し、式中のＴｉはチタン、Ａｌはアルミニウム、ａはＴ
ｉの原子比を、ｘは炭素の原子比を表す。また、０．４
５≦ａ≦０．７、 ０≦ｘ≦０．５の関係にある］で表
わされるチタンとアルミニウムとを含む複合化合物でな
る外層が被覆されていることを特徴とする高強度被覆
体。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は金属、合金またはセ
ラミックス焼結体の基体上に、密着性を高めてＴｉとＡ
ｌとを含む化合物の被膜を被覆させた高強度被覆体に関
し、具体的には、金属、合金またはセラミックス焼結体
の基体上に高硬度、高靭性を有した被膜を被覆して、例
えば旋削工具，フライス工具，ドリル，エンドミルに代
表される切削用工具、スリッタ−などの切断刃，裁断刃
とダイス，パンチなどの型工具とノズルなどの耐腐食耐
摩耗部材として代表される耐摩耗用工具、ビットに代表
される土木建設用工具として最適な高強度被覆体に関す
る。
ラミックス焼結体の基体上に、密着性を高めてＴｉとＡ
ｌとを含む化合物の被膜を被覆させた高強度被覆体に関
し、具体的には、金属、合金またはセラミックス焼結体
の基体上に高硬度、高靭性を有した被膜を被覆して、例
えば旋削工具，フライス工具，ドリル，エンドミルに代
表される切削用工具、スリッタ−などの切断刃，裁断刃
とダイス，パンチなどの型工具とノズルなどの耐腐食耐
摩耗部材として代表される耐摩耗用工具、ビットに代表
される土木建設用工具として最適な高強度被覆体に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】金属、合金およびセラミックスの基体上
に厚さが２０μｍ以下のセラミックスの被膜を被覆し、
基体と被膜とのそれぞれの特性を有効に引き出して、長
寿命を達成しようとした被覆部材が多数提案されてい
る。この被覆部材に被膜を被覆する方法は、大別すると
化学蒸着法（ＣＶＤ法）と物理蒸着法（ＰＶＤ法）があ
る。これらのうち、特にＰＶＤ法により被覆された被膜
は、基体の強度を劣化させることなく耐摩耗性を高める
利点がある。そのために、一般に強度，耐欠損性を重要
視するドリル、エンドミル、フライス用スロ−アウェイ
チップに代表される被覆切削工具の被膜は、ＰＶＤ法に
より被覆されているのが現状である。
に厚さが２０μｍ以下のセラミックスの被膜を被覆し、
基体と被膜とのそれぞれの特性を有効に引き出して、長
寿命を達成しようとした被覆部材が多数提案されてい
る。この被覆部材に被膜を被覆する方法は、大別すると
化学蒸着法（ＣＶＤ法）と物理蒸着法（ＰＶＤ法）があ
る。これらのうち、特にＰＶＤ法により被覆された被膜
は、基体の強度を劣化させることなく耐摩耗性を高める
利点がある。そのために、一般に強度，耐欠損性を重要
視するドリル、エンドミル、フライス用スロ−アウェイ
チップに代表される被覆切削工具の被膜は、ＰＶＤ法に
より被覆されているのが現状である。
【０００３】従来から耐摩耗性を向上させるために窒化
チタンの被膜を被覆することはよく知られている。しか
しながら、窒化チタンを代表とする金属窒化物は高温で
酸化されやすく、耐摩耗性が著しく劣化するという問題
がある。この窒化チタン被膜の酸化の問題を改善しょう
として１９８０年代中頃から提案されたものに、（Ｔｉ
Ａｌ）Ｎまたは（ＴｉＡｌ）（ＣＮ）の被膜に代表され
る被覆部材に関するものがあり、その代表的なものとし
て特開昭６２−５６５６５号公報および特開平７−１９
７２３５号公報がある。その他、Ｔｉ金属の中間層を介
在させて（ＴｉＡｌ）Ｎの被膜を被覆したものとして特
開平４−１２８３６２号公報および特開平７−２０４９
０７号公報がある。
チタンの被膜を被覆することはよく知られている。しか
しながら、窒化チタンを代表とする金属窒化物は高温で
酸化されやすく、耐摩耗性が著しく劣化するという問題
がある。この窒化チタン被膜の酸化の問題を改善しょう
として１９８０年代中頃から提案されたものに、（Ｔｉ
Ａｌ）Ｎまたは（ＴｉＡｌ）（ＣＮ）の被膜に代表され
る被覆部材に関するものがあり、その代表的なものとし
て特開昭６２−５６５６５号公報および特開平７−１９
７２３５号公報がある。その他、Ｔｉ金属の中間層を介
在させて（ＴｉＡｌ）Ｎの被膜を被覆したものとして特
開平４−１２８３６２号公報および特開平７−２０４９
０７号公報がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ＴｉＡｌ化合物の被膜
に関する先行技術としての特開昭６２−５６５６５号公
報および特開平７−１９７２３５号公報には、基体の表
面にＴｉとＡｌとを含む炭化物，窒化物および炭窒化物
のうちの１種の単層または２種以上の多層でなる硬質被
覆層を形成した耐摩耗性に優れた表面被覆硬質部材につ
いて記載されている。
に関する先行技術としての特開昭６２−５６５６５号公
報および特開平７−１９７２３５号公報には、基体の表
面にＴｉとＡｌとを含む炭化物，窒化物および炭窒化物
のうちの１種の単層または２種以上の多層でなる硬質被
覆層を形成した耐摩耗性に優れた表面被覆硬質部材につ
いて記載されている。
【０００５】上記両公報に記載の表面被覆硬質部材は、
開発当初の通りにＴｉ化合物の被膜に比べて耐酸化性お
よび耐摩耗性の向上した被覆硬質部材ではあるが、逆に
基体と硬質被覆層との密着性の低下および硬質被覆層の
機械的性質の劣化が生じ、工具、特に苛酷な条件で用い
られる切削工具へ適用した場合に切削性能が低下すると
いう問題がある。つまり、両公報に記載の表面被覆硬質
部材は、被膜中にＡｌを含有させることにより、Ｔｉ化
合物の被膜に比較して被膜表面の化学的性質の向上を達
成した反面、破壊靭性値が低下すること、耐剥離性が低
下すること、特に高速切削用切削工具として用いると、
高温による被膜の酸化，急激な摩耗の進行，熱衝撃性に
よる劣化および被削材との溶着により短寿命になるとい
う問題がある。
開発当初の通りにＴｉ化合物の被膜に比べて耐酸化性お
よび耐摩耗性の向上した被覆硬質部材ではあるが、逆に
基体と硬質被覆層との密着性の低下および硬質被覆層の
機械的性質の劣化が生じ、工具、特に苛酷な条件で用い
られる切削工具へ適用した場合に切削性能が低下すると
いう問題がある。つまり、両公報に記載の表面被覆硬質
部材は、被膜中にＡｌを含有させることにより、Ｔｉ化
合物の被膜に比較して被膜表面の化学的性質の向上を達
成した反面、破壊靭性値が低下すること、耐剥離性が低
下すること、特に高速切削用切削工具として用いると、
高温による被膜の酸化，急激な摩耗の進行，熱衝撃性に
よる劣化および被削材との溶着により短寿命になるとい
う問題がある。
【０００６】一方、特開平４−１２８３６２号公報およ
び特開平７−２０４９０７号公報には、鉄系材料の基体
上にＴｉ金属の中間層と、ＴｉとＡｌとを含む窒化物で
なる硬質被覆層を被覆した被覆鋼材について開示されて
いる。
び特開平７−２０４９０７号公報には、鉄系材料の基体
上にＴｉ金属の中間層と、ＴｉとＡｌとを含む窒化物で
なる硬質被覆層を被覆した被覆鋼材について開示されて
いる。
【０００７】これら両公報に記載の被覆鋼材は、Ｔｉ金
属でなる中間層の結晶が粗大化しやすく、その表面が凹
凸を有し、その結果中間層と、ＴｉとＡｌとを含む窒化
物の硬質被覆層との密着性を期待されるほどには高める
までに至らなく、切削用工具のような苛酷な用途では剥
離またはチッピングを生じ易くて短寿命になるという問
題がある。
属でなる中間層の結晶が粗大化しやすく、その表面が凹
凸を有し、その結果中間層と、ＴｉとＡｌとを含む窒化
物の硬質被覆層との密着性を期待されるほどには高める
までに至らなく、切削用工具のような苛酷な用途では剥
離またはチッピングを生じ易くて短寿命になるという問
題がある。
【０００８】本発明は、上述のような問題点を解決した
もので、具体的には、低温領域から高温領域に至るまで
の広い領域において、高靭性，高硬度性，耐摩耗性，耐
酸化性，耐熱衝撃性，耐欠損性，耐溶着性のある被膜お
よび耐剥離性の被膜を被覆したことにより一層長寿命と
なる高強度被覆体の提供を目的とする。
もので、具体的には、低温領域から高温領域に至るまで
の広い領域において、高靭性，高硬度性，耐摩耗性，耐
酸化性，耐熱衝撃性，耐欠損性，耐溶着性のある被膜お
よび耐剥離性の被膜を被覆したことにより一層長寿命と
なる高強度被覆体の提供を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、超硬合金
の基体上にＴｉとＡｌとを含む窒化物の被膜を被覆した
被覆部材が、低温領域で使用すると割合に優れた効果を
発揮するのに対し、高温領域で使用するとその効果が低
減されるという問題を検討していたところ、基体と、Ｔ
ｉとＡｌとを含む窒化物または炭窒化物の被膜との密着
性に大きな原因があり、この両者の間にアモルファスＴ
ｉまたはＴｉ含有のアモルファス物質の中間層を介在さ
せると密着性が向上すること、この系の被膜としてはア
モルファス化が困難であったのに対し所定の条件により
アモルファス比率の高い中間層とすることができたこ
と、さらにＴｉとＡｌとを含む窒化物または炭窒化物の
被膜におけるＴｉとＡｌとの含有比率、および窒素と炭
素との含有比率が被膜の特性に大きく影響するのみでな
く、基体と被膜との密着性にも大きく影響するという知
見を得て、本発明を完成するに至ったものである。
の基体上にＴｉとＡｌとを含む窒化物の被膜を被覆した
被覆部材が、低温領域で使用すると割合に優れた効果を
発揮するのに対し、高温領域で使用するとその効果が低
減されるという問題を検討していたところ、基体と、Ｔ
ｉとＡｌとを含む窒化物または炭窒化物の被膜との密着
性に大きな原因があり、この両者の間にアモルファスＴ
ｉまたはＴｉ含有のアモルファス物質の中間層を介在さ
せると密着性が向上すること、この系の被膜としてはア
モルファス化が困難であったのに対し所定の条件により
アモルファス比率の高い中間層とすることができたこ
と、さらにＴｉとＡｌとを含む窒化物または炭窒化物の
被膜におけるＴｉとＡｌとの含有比率、および窒素と炭
素との含有比率が被膜の特性に大きく影響するのみでな
く、基体と被膜との密着性にも大きく影響するという知
見を得て、本発明を完成するに至ったものである。
【００１０】本発明の高強度被覆体は、金属材料，焼結
合金またはセラミックス焼結体でなる基体上に、アモル
ファスＴｉまたはＴｉ含有のアモルファス物質を５０体
積％以上含有する中間層と、該中間層の表面に（Ｔ
ｉa，Ａｌ1-a）ＣxＮ1-x［但し、式中のＴｉはチタン、
Ａｌはアルミニウム、ａはＴｉの原子比を、ｘは炭素の
原子比を表す。また、０．４５≦ａ≦０．７、 ０≦ｘ
≦０．５の関係にある］で表わされるチタンとアルミニ
ウムとを含む複合化合物でなる外層が被覆されているこ
とを特徴とするものである。
合金またはセラミックス焼結体でなる基体上に、アモル
ファスＴｉまたはＴｉ含有のアモルファス物質を５０体
積％以上含有する中間層と、該中間層の表面に（Ｔ
ｉa，Ａｌ1-a）ＣxＮ1-x［但し、式中のＴｉはチタン、
Ａｌはアルミニウム、ａはＴｉの原子比を、ｘは炭素の
原子比を表す。また、０．４５≦ａ≦０．７、 ０≦ｘ
≦０．５の関係にある］で表わされるチタンとアルミニ
ウムとを含む複合化合物でなる外層が被覆されているこ
とを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の態様】本発明の高強度被覆体における基
体は、被膜を被覆するときに加熱する温度に耐えること
ができる金属部材，焼結合金またはセラミックス焼結体
でなり、具体的には、例えばステンレス鋼，耐熱合金，
高速度鋼，ダイス鋼，Ｔｉ合金，Ａｌ合金に代表される
金属部材、超硬合金，サ−メット，粉末ハイスでなる焼
結合金、Ａｌ2Ｏ3系焼結体，Ｓｉ3Ｎ4系焼結体，サイア
ロン系焼結体，ＺｒＯ2系焼結体でなるセラミックス焼
結体を挙げることができる。これらのうち、切削用工具
または耐摩耗用工具として用いるときには、超硬合金，
窒素含有ＴｉＣ系サ−メットもしくはセラミックス焼結
体の基体が好ましい。
体は、被膜を被覆するときに加熱する温度に耐えること
ができる金属部材，焼結合金またはセラミックス焼結体
でなり、具体的には、例えばステンレス鋼，耐熱合金，
高速度鋼，ダイス鋼，Ｔｉ合金，Ａｌ合金に代表される
金属部材、超硬合金，サ−メット，粉末ハイスでなる焼
結合金、Ａｌ2Ｏ3系焼結体，Ｓｉ3Ｎ4系焼結体，サイア
ロン系焼結体，ＺｒＯ2系焼結体でなるセラミックス焼
結体を挙げることができる。これらのうち、切削用工具
または耐摩耗用工具として用いるときには、超硬合金，
窒素含有ＴｉＣ系サ−メットもしくはセラミックス焼結
体の基体が好ましい。
【００１２】これらの基体は、基体自体の強度，破壊靭
性値および硬度の特性をバランスよく保持している超硬
合金でなることが特に好ましく、具体的には、Ｃｏおよ
び／またはＮｉを主成分として含有する結合相が４〜１
５重量％と、残部が炭化タングステン、または炭化タン
グステンと周期律表の４ａ，５ａ，６ａ族元素の炭化
物，炭窒化物およびこれらの相互固溶体でなる立方晶系
化合物との硬質相からなる超硬合金である。
性値および硬度の特性をバランスよく保持している超硬
合金でなることが特に好ましく、具体的には、Ｃｏおよ
び／またはＮｉを主成分として含有する結合相が４〜１
５重量％と、残部が炭化タングステン、または炭化タン
グステンと周期律表の４ａ，５ａ，６ａ族元素の炭化
物，炭窒化物およびこれらの相互固溶体でなる立方晶系
化合物との硬質相からなる超硬合金である。
【００１３】さらに、特に好ましい基体としての超硬合
金について詳細に説明すると、結合相は、具体的には、
例えばＣｏ，Ｎｉ，Ｃｏ−Ｎｉ，またはこれらにＣｒ，
Ｖ，Ｚｒ，Ｗが固溶したＣｏ−Ｃｒ，Ｃｏ−Ｎｉ−Ｃ
ｒ，Ｃｏ−Ｖ，Ｃｏ−Ｃｒ−Ｖ，Ｃｏ−Ｃｒ−Ｚｒ，Ｃ
ｏ−Ｗ−Ｃｒを挙げることができる。また、硬質相は、
具体的には、例えばＷＣ，ＷＣとその他（ＷＴｉ）Ｃ，
（ＷＴａＴｉ）Ｃ，（ＷＴａＮｂＴｉ）Ｃ，ＴａＣ，
（ＷＴｉ）ＣＮ，（ＷＴａＴｉ）ＣＮの立方晶系化合物
の１種以上を硬質相に対して２０重量％以下含有してい
るものを挙げることができる。
金について詳細に説明すると、結合相は、具体的には、
例えばＣｏ，Ｎｉ，Ｃｏ−Ｎｉ，またはこれらにＣｒ，
Ｖ，Ｚｒ，Ｗが固溶したＣｏ−Ｃｒ，Ｃｏ−Ｎｉ−Ｃ
ｒ，Ｃｏ−Ｖ，Ｃｏ−Ｃｒ−Ｖ，Ｃｏ−Ｃｒ−Ｚｒ，Ｃ
ｏ−Ｗ−Ｃｒを挙げることができる。また、硬質相は、
具体的には、例えばＷＣ，ＷＣとその他（ＷＴｉ）Ｃ，
（ＷＴａＴｉ）Ｃ，（ＷＴａＮｂＴｉ）Ｃ，ＴａＣ，
（ＷＴｉ）ＣＮ，（ＷＴａＴｉ）ＣＮの立方晶系化合物
の１種以上を硬質相に対して２０重量％以下含有してい
るものを挙げることができる。
【００１４】この基体上に被覆される中間層は、アモル
ファスＴｉまたはＴｉ含有のアモルファス物質、具体的
には、例えばＴｉＯy［但し、ｙ≦２を表わす］，Ｔｉ
Ａｌ，（ＴｉＡｌ2）Ｏz［但し、ｚ≦５を表わす］のア
モルファス物質の１種以上を５０体積％以上含有し、残
りは結晶性物質、具体的には、Ｔｉ，ＴｉＯ，Ｔｉ
Ｏ2，ＴｉＡｌ，Ｔｉ3Ａｌ，ＴｉＡｌ3，（ＴｉＡｌ2）
Ｏ4，），（ＴｉＡｌ2）Ｏ5の結晶性物質からなるもの
である。この中間層の含有されるアモルファス物質が５
０体積％未満になると耐剥離性の低下が顕著となる。こ
の中間層は、中間層に対する酸素原子比率が４０％以下
含有している酸化物でなることが特に好ましいことであ
る。
ファスＴｉまたはＴｉ含有のアモルファス物質、具体的
には、例えばＴｉＯy［但し、ｙ≦２を表わす］，Ｔｉ
Ａｌ，（ＴｉＡｌ2）Ｏz［但し、ｚ≦５を表わす］のア
モルファス物質の１種以上を５０体積％以上含有し、残
りは結晶性物質、具体的には、Ｔｉ，ＴｉＯ，Ｔｉ
Ｏ2，ＴｉＡｌ，Ｔｉ3Ａｌ，ＴｉＡｌ3，（ＴｉＡｌ2）
Ｏ4，），（ＴｉＡｌ2）Ｏ5の結晶性物質からなるもの
である。この中間層の含有されるアモルファス物質が５
０体積％未満になると耐剥離性の低下が顕著となる。こ
の中間層は、中間層に対する酸素原子比率が４０％以下
含有している酸化物でなることが特に好ましいことであ
る。
【００１５】この中間層は、基体との密着性および後述
する外層との密着性を目的とするものであり、直径１０
ｎｍ以下の微晶でなるＴｉ，Ｔｉ酸化物の１種以上が含
まれていると、基体および外層との界面となる中間層の
表面の平坦化および平滑化が高くなり、密着性を高める
効果があることから特に好ましいことである。この中間
層中に含有する直径１０ｎｍ以下の微晶は、アモルファ
ス物質でも結晶性物質でもよい。この中間層の層厚さ
は、密着性を目的としていることから０．００５〜０．
５μｍでなることが特に好ましいことである。
する外層との密着性を目的とするものであり、直径１０
ｎｍ以下の微晶でなるＴｉ，Ｔｉ酸化物の１種以上が含
まれていると、基体および外層との界面となる中間層の
表面の平坦化および平滑化が高くなり、密着性を高める
効果があることから特に好ましいことである。この中間
層中に含有する直径１０ｎｍ以下の微晶は、アモルファ
ス物質でも結晶性物質でもよい。この中間層の層厚さ
は、密着性を目的としていることから０．００５〜０．
５μｍでなることが特に好ましいことである。
【００１６】この中間層の表面に被覆される外層は、
（Ｔｉa，Ａｌ1-a）ＣxＮ1-x［但し、式中のＴｉはチタ
ン、Ａｌはアルミニウム、ａはＴｉの原子比を、ｘは炭
素の原子比を表す。また、０．４５≦ａ≦０．７、 ０
≦ｘ≦０．５の関係にある］で表わされるチタンとアル
ミニウムとを含む複合化合物でなるものである。この外
層は、単層または２層以上の多層でなる場合、さらには
単層または多層の中の１層が傾斜組成、具体的には、例
えば（Ｔｉa，Ａｌ1-a）ＣxＮ1-x組成中の各元素の少な
くとも１種の含有量が外層の表面から中間層との界面に
向かって変動している組成でなる場合でもよい。この外
層の層厚さは、耐剥離性および耐摩耗性から０．４５〜
９．５μｍでなることが特に好ましいことである。
（Ｔｉa，Ａｌ1-a）ＣxＮ1-x［但し、式中のＴｉはチタ
ン、Ａｌはアルミニウム、ａはＴｉの原子比を、ｘは炭
素の原子比を表す。また、０．４５≦ａ≦０．７、 ０
≦ｘ≦０．５の関係にある］で表わされるチタンとアル
ミニウムとを含む複合化合物でなるものである。この外
層は、単層または２層以上の多層でなる場合、さらには
単層または多層の中の１層が傾斜組成、具体的には、例
えば（Ｔｉa，Ａｌ1-a）ＣxＮ1-x組成中の各元素の少な
くとも１種の含有量が外層の表面から中間層との界面に
向かって変動している組成でなる場合でもよい。この外
層の層厚さは、耐剥離性および耐摩耗性から０．４５〜
９．５μｍでなることが特に好ましいことである。
【００１７】基体の表面に被覆する中間層と外層との合
計膜厚さは、従来から化学蒸着法および物理蒸着法によ
り被覆されて工具用被覆体として用いられている膜厚さ
である２０μｍ以下であればよく、耐剥離性および耐摩
耗性から０．５〜１０μｍでなることが好ましく、特に
用途および形状により被膜の厚さを選定することが好ま
しく、例えばエンドミル，ドリル，フライス用切削工具
に用いるときには被膜厚さを薄くすることが好ましく、
具体的には、例えば０．５〜５μｍの合計膜厚さでなる
ことが好ましい。
計膜厚さは、従来から化学蒸着法および物理蒸着法によ
り被覆されて工具用被覆体として用いられている膜厚さ
である２０μｍ以下であればよく、耐剥離性および耐摩
耗性から０．５〜１０μｍでなることが好ましく、特に
用途および形状により被膜の厚さを選定することが好ま
しく、例えばエンドミル，ドリル，フライス用切削工具
に用いるときには被膜厚さを薄くすることが好ましく、
具体的には、例えば０．５〜５μｍの合計膜厚さでなる
ことが好ましい。
【００１８】前述した基体のうち、超硬合金またはサー
メットの焼結合金でなる基体の場合には、基体と中間層
との間に、ＣｏとＷとを含む炭化物、またはＴｉとＷと
を含む固溶体の単層または２種以上の複層でなる内層を
形成しておくと、耐摩耗性および耐塑性変形性を高める
ことができることから好ましいことである。この内層
は、具体的には、例えばＣｏ3Ｗ9Ｃ4，Ｃｏ2Ｗ4Ｃ，Ｃ
ｏ3Ｗ3Ｃ，Ｃｏ6Ｗ6Ｃ，（ＣｏＮｉ）2Ｗ4Ｃの炭化物、
または（ＴｉＷ）Ｃ，（ＴｉＷ）Ｎ，（ＴｉＷ）ＣＮの
固溶体の中の１種の単層または２種以上の複層でなるも
のを挙げることができる。
メットの焼結合金でなる基体の場合には、基体と中間層
との間に、ＣｏとＷとを含む炭化物、またはＴｉとＷと
を含む固溶体の単層または２種以上の複層でなる内層を
形成しておくと、耐摩耗性および耐塑性変形性を高める
ことができることから好ましいことである。この内層
は、具体的には、例えばＣｏ3Ｗ9Ｃ4，Ｃｏ2Ｗ4Ｃ，Ｃ
ｏ3Ｗ3Ｃ，Ｃｏ6Ｗ6Ｃ，（ＣｏＮｉ）2Ｗ4Ｃの炭化物、
または（ＴｉＷ）Ｃ，（ＴｉＷ）Ｎ，（ＴｉＷ）ＣＮの
固溶体の中の１種の単層または２種以上の複層でなるも
のを挙げることができる。
【００１９】焼結合金でなる基体上に内層と中間層と外
層を順次形成した被覆体でなる場合には、これらの合計
層膜厚さは、耐剥離性および耐摩耗性から０．５〜１０
μｍでなることが好ましく、前述の膜構成の場合と同様
に用途および形状により被膜の厚さを選定することが好
ましく、例えばエンドミル，ドリル，フライス用切削工
具に用いるときには被膜厚さを薄くすることが好まし
く、具体的には、例えば０．５〜５μｍの合計膜厚さで
なることが好ましい。このときの内層は、層厚さが０．
００５〜１．５μｍでなることが好ましい。
層を順次形成した被覆体でなる場合には、これらの合計
層膜厚さは、耐剥離性および耐摩耗性から０．５〜１０
μｍでなることが好ましく、前述の膜構成の場合と同様
に用途および形状により被膜の厚さを選定することが好
ましく、例えばエンドミル，ドリル，フライス用切削工
具に用いるときには被膜厚さを薄くすることが好まし
く、具体的には、例えば０．５〜５μｍの合計膜厚さで
なることが好ましい。このときの内層は、層厚さが０．
００５〜１．５μｍでなることが好ましい。
【００２０】本発明の高強度被覆体は、従来から市販さ
れているステンレス鋼，耐熱合金，高速度鋼，ダイス
鋼，Ｔｉ合金，Ａｌ合金に代表される金属部材、超硬合
金，サ−メット，粉末ハイスの焼結合金、Ａｌ2Ｏ3系焼
結体，Ｓｉ3Ｎ4系焼結体，サイアロン系焼結体，ＺｒＯ
2系焼結体のセラミックス焼結体を基体とし、好ましく
はＪＩＳ規格Ｂ４０５３の超硬合金の使用選択基準の中
で分類されているＰ２０〜Ｐ４０，Ｍ２０〜４０および
Ｋ１０〜Ｋ２０相当の超硬合金材質、特に好ましくはＰ
３０，Ｍ２０，Ｍ３０相当の超硬合金材質でなる基体を
用いればよい。この基体の表面を、必要に応じて研磨
し、超音波処理，有機溶剤などによる洗浄処理を行った
後、従来から行われている物理蒸着法（ＰＶＤ法），化
学蒸着法（ＣＶＤ法）またはプラズマＣＶＤ法により基
体上に被膜を被覆することにより作製することができ
る。
れているステンレス鋼，耐熱合金，高速度鋼，ダイス
鋼，Ｔｉ合金，Ａｌ合金に代表される金属部材、超硬合
金，サ−メット，粉末ハイスの焼結合金、Ａｌ2Ｏ3系焼
結体，Ｓｉ3Ｎ4系焼結体，サイアロン系焼結体，ＺｒＯ
2系焼結体のセラミックス焼結体を基体とし、好ましく
はＪＩＳ規格Ｂ４０５３の超硬合金の使用選択基準の中
で分類されているＰ２０〜Ｐ４０，Ｍ２０〜４０および
Ｋ１０〜Ｋ２０相当の超硬合金材質、特に好ましくはＰ
３０，Ｍ２０，Ｍ３０相当の超硬合金材質でなる基体を
用いればよい。この基体の表面を、必要に応じて研磨
し、超音波処理，有機溶剤などによる洗浄処理を行った
後、従来から行われている物理蒸着法（ＰＶＤ法），化
学蒸着法（ＣＶＤ法）またはプラズマＣＶＤ法により基
体上に被膜を被覆することにより作製することができ
る。
【００２１】基体上に被膜を被覆する場合は、必要に応
じて被覆する内層を含めて、それぞれの膜質に応じてＰ
ＶＤ法，ＣＶＤ法，またはプラズマＣＶＤ法を使い分け
ることもできる。これらのうち、製造工程上から内層と
中間層と外層の全ての被膜を、イオンプレ−ティング法
またはスパッタリング法に代表されるＰＶＤ法で行うこ
とが好ましく、この中でもイオンプレ−ティング法、特
にア−クイオンプレ−ティング法で被覆処理することが
好ましい。これらのうち、基体が超硬合金でなり、内層
がＣｏとＷとを含む炭化物でなる場合には、超硬合金を
作製するために使用する原料粉末中の含有炭素量を低炭
素領域に調整しておいて、焼結工程時に原料粉末の元素
から内層を形成すること、または焼結後中間層を被覆す
る前段階で脱炭性雰囲気にして原料粉末の元素から内層
を形成することもできる。
じて被覆する内層を含めて、それぞれの膜質に応じてＰ
ＶＤ法，ＣＶＤ法，またはプラズマＣＶＤ法を使い分け
ることもできる。これらのうち、製造工程上から内層と
中間層と外層の全ての被膜を、イオンプレ−ティング法
またはスパッタリング法に代表されるＰＶＤ法で行うこ
とが好ましく、この中でもイオンプレ−ティング法、特
にア−クイオンプレ−ティング法で被覆処理することが
好ましい。これらのうち、基体が超硬合金でなり、内層
がＣｏとＷとを含む炭化物でなる場合には、超硬合金を
作製するために使用する原料粉末中の含有炭素量を低炭
素領域に調整しておいて、焼結工程時に原料粉末の元素
から内層を形成すること、または焼結後中間層を被覆す
る前段階で脱炭性雰囲気にして原料粉末の元素から内層
を形成することもできる。
【００２２】本発明の高強度被覆体における中間層の作
製は、例えばＰＶＤ法で作製する場合にはＴｉ金属を高
電圧でイオン化させて基体に衝突させること、別の表現
をすると、できるだけ低い温度に保持した基体の表面に
高エネルギーのＴｉイオンを衝突させること、または酸
素を含んだ雰囲気中で同様の基体の表面に高エネルギー
のＴｉイオンを衝突させることにより、アモルファス化
の高い中間層が形成される。この点について、さらに具
体的に詳述すると、基体の温度を例えば４００℃以下と
低くし、中間層を形成するための反応炉内のガス圧力を
３０×１０-6Ｔｏｒｒ以上と高くすることである。
製は、例えばＰＶＤ法で作製する場合にはＴｉ金属を高
電圧でイオン化させて基体に衝突させること、別の表現
をすると、できるだけ低い温度に保持した基体の表面に
高エネルギーのＴｉイオンを衝突させること、または酸
素を含んだ雰囲気中で同様の基体の表面に高エネルギー
のＴｉイオンを衝突させることにより、アモルファス化
の高い中間層が形成される。この点について、さらに具
体的に詳述すると、基体の温度を例えば４００℃以下と
低くし、中間層を形成するための反応炉内のガス圧力を
３０×１０-6Ｔｏｒｒ以上と高くすることである。
【００２３】本発明の高強度被覆体における外層の作製
は、例えばＰＶＤ法で作製する場合には、金属源として
は金属チタン、金属アルミニウム、またはＴｉとＡｌの
元素を含有している合金を使用し、この金属源をイオン
化する場合には、ア−ク放電の他、グロ−放電または高
周波加熱などのいずれでもよく、雰囲気ガスは、例えば
窒化物を生成するためのガスの場合には、窒素ガスの
他、窒素を含んだアンモニアなどの化合物ガスを用いて
もよい。この反応ガスを炉内に導入し、金属源としての
金属または合金をイオン化し、基体に負のバイアスを印
加して被膜を合成することが好ましい。
は、例えばＰＶＤ法で作製する場合には、金属源として
は金属チタン、金属アルミニウム、またはＴｉとＡｌの
元素を含有している合金を使用し、この金属源をイオン
化する場合には、ア−ク放電の他、グロ−放電または高
周波加熱などのいずれでもよく、雰囲気ガスは、例えば
窒化物を生成するためのガスの場合には、窒素ガスの
他、窒素を含んだアンモニアなどの化合物ガスを用いて
もよい。この反応ガスを炉内に導入し、金属源としての
金属または合金をイオン化し、基体に負のバイアスを印
加して被膜を合成することが好ましい。
【００２４】
【作用】本発明の高強度被覆体は、中間層が高アモルフ
ァス化により、平坦度および平滑度の高い表面が形成さ
れるようになり、この結果中間層と基体との界面および
中間層と外層との界面における密着性が強化される作用
となっていること、かつ基体と被膜との界面近傍に残留
する応力を緩和する作用をしていること、特に超硬合金
でなる基体の場合には付着性を高める作用をし、これら
の全ての作用により被覆体全体に優れた特性を達成させ
ているものである。
ァス化により、平坦度および平滑度の高い表面が形成さ
れるようになり、この結果中間層と基体との界面および
中間層と外層との界面における密着性が強化される作用
となっていること、かつ基体と被膜との界面近傍に残留
する応力を緩和する作用をしていること、特に超硬合金
でなる基体の場合には付着性を高める作用をし、これら
の全ての作用により被覆体全体に優れた特性を達成させ
ているものである。
【００２５】
【実施例１】市販されている形状ＳＮＧＮ１２０４０８
の超硬合金（ＪＩＳ規格Ｂ４０５３のＰ３０相当材質）
を基体とし、この基体表面を有機溶剤で洗浄した後、ア
ーク放電プラズマ法のチャンバー内に設置し、（逃げ面
とすくい面へ同時に被覆できる治具を用いて設置）、チ
ャンバー内を１．０×１０-5〜３．０×１０-6Ｔｏｒｒ
の真空とした。次いでチャンバー内を表１に示すガス圧
に保持し、各基体を表１に示す温度に加熱して中間層を
形成した。この中間層を形成した後に、表２に示す条件
でもってＴｉ−Ａｌ合金でなるタ−ゲットを約３０分間
放電させて中間層の表面に外層を形成し、本発明品１〜
５および比較品１〜３を得た。
の超硬合金（ＪＩＳ規格Ｂ４０５３のＰ３０相当材質）
を基体とし、この基体表面を有機溶剤で洗浄した後、ア
ーク放電プラズマ法のチャンバー内に設置し、（逃げ面
とすくい面へ同時に被覆できる治具を用いて設置）、チ
ャンバー内を１．０×１０-5〜３．０×１０-6Ｔｏｒｒ
の真空とした。次いでチャンバー内を表１に示すガス圧
に保持し、各基体を表１に示す温度に加熱して中間層を
形成した。この中間層を形成した後に、表２に示す条件
でもってＴｉ−Ａｌ合金でなるタ−ゲットを約３０分間
放電させて中間層の表面に外層を形成し、本発明品１〜
５および比較品１〜３を得た。
【００２６】また、低炭素領域でなる原料粉末のＷＣ，
（ＴｉＴａＷ）Ｃ，およびＣｏを使用して、８０％ＷＣ
−１０％（ＴｉＴａＷ）Ｃ−１０％Ｃｏ組成の超硬合金
を作製し、この超硬合金を基体とし、その他は本発明品
１と同様に処理して本発明品６を得た。さらに、中間層
の形成のみ除いて、その他は比較品１と同様に処理し
て、基体表面に直接外層を形成して比較品４を得た。
（ＴｉＴａＷ）Ｃ，およびＣｏを使用して、８０％ＷＣ
−１０％（ＴｉＴａＷ）Ｃ−１０％Ｃｏ組成の超硬合金
を作製し、この超硬合金を基体とし、その他は本発明品
１と同様に処理して本発明品６を得た。さらに、中間層
の形成のみ除いて、その他は比較品１と同様に処理し
て、基体表面に直接外層を形成して比較品４を得た。
【００２７】こうして得た本発明品１〜６および比較品
１〜４のそれぞれの被膜は、Ｘ線回折装置、電子顕微鏡
およびＥＤＸ装置により調べて中間層がＴｉと酸素とを
含むアモルファス物質であること、外層が（Ｔｉ、Ａ
ｌ）化合物でなることを確認した。また、本発明品１〜
６および比較品１〜４の被膜組成成分は、Ｘ線回折装置
およびグロー放電発光分析装置により解析し、また、そ
れぞれの被膜厚さは走査型電子顕微鏡で調べて、中間層
の組成成分，層厚さおよび結晶性については表１に併記
し、外層の組成成分，層厚さについては表３に示した。
これらのうち、本発明品６は、基体表面にＷ3Ｃｏ3Ｃの
炭化物でなる内層と中間層と外層が順次形成されてい
た。次いで、本発明品１〜６および比較品１〜４を用い
て被削材：Ｓ４５Ｃ（ＨＢ１９０）、切削速度３００ｍ
／ｍｉｎ、送り：０．５ｍｍ／ｒｅｖ、切込み：２．０
ｍｍ、切削時間：６０ｍｉｎ、乾式切削試験による第１
切削条件と被削材：Ｓ４８Ｃ、切削速度１５０ｍ／ｍｉ
ｎ、送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ、切込み：１．５ｍｍ、
切削時間：３０ｍｉｎ、乾式切削試験による第２切削条
件で、切削試験を行い、それぞれの平均逃げ面摩耗幅を
測定し、その結果を表３に併記した。これらのうち、比
較品は、微小剥離が伴った摩耗損傷状態であった。ま
た、本発明品１〜６および比較品１〜４について、それ
ぞれ外層の表面からスクラッチ試験（引っ掻き硬さ試験
法に相当する試験法）による被膜層の耐剥離試験を行
い、そのときの臨界剥離荷重を求めて表３に併記した。
１〜４のそれぞれの被膜は、Ｘ線回折装置、電子顕微鏡
およびＥＤＸ装置により調べて中間層がＴｉと酸素とを
含むアモルファス物質であること、外層が（Ｔｉ、Ａ
ｌ）化合物でなることを確認した。また、本発明品１〜
６および比較品１〜４の被膜組成成分は、Ｘ線回折装置
およびグロー放電発光分析装置により解析し、また、そ
れぞれの被膜厚さは走査型電子顕微鏡で調べて、中間層
の組成成分，層厚さおよび結晶性については表１に併記
し、外層の組成成分，層厚さについては表３に示した。
これらのうち、本発明品６は、基体表面にＷ3Ｃｏ3Ｃの
炭化物でなる内層と中間層と外層が順次形成されてい
た。次いで、本発明品１〜６および比較品１〜４を用い
て被削材：Ｓ４５Ｃ（ＨＢ１９０）、切削速度３００ｍ
／ｍｉｎ、送り：０．５ｍｍ／ｒｅｖ、切込み：２．０
ｍｍ、切削時間：６０ｍｉｎ、乾式切削試験による第１
切削条件と被削材：Ｓ４８Ｃ、切削速度１５０ｍ／ｍｉ
ｎ、送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ、切込み：１．５ｍｍ、
切削時間：３０ｍｉｎ、乾式切削試験による第２切削条
件で、切削試験を行い、それぞれの平均逃げ面摩耗幅を
測定し、その結果を表３に併記した。これらのうち、比
較品は、微小剥離が伴った摩耗損傷状態であった。ま
た、本発明品１〜６および比較品１〜４について、それ
ぞれ外層の表面からスクラッチ試験（引っ掻き硬さ試験
法に相当する試験法）による被膜層の耐剥離試験を行
い、そのときの臨界剥離荷重を求めて表３に併記した。
【００２８】
【表１】
【００２９】
【表２】
【００３０】
【表３】
【００３１】
【発明の効果】本発明の高強度被覆体は、従来の（Ｔｉ
Ａｌ）Ｎ被膜を被覆した比較品に対比して、耐摩耗性，
耐熱衝撃性，耐欠損性を有し、特に被膜の耐剥離性が顕
著に優れることから、この分野での中速切削領域から高
速切削領域に相当する領域において、長寿命になるとい
う効果がある。したがって、本発明の高強度被覆体は、
従来の被覆部材の領域である低速切削領域から高速切削
領域に至るまで広い領域で長寿命を達成できるという優
れた効果があること、また膜自体が高靭性および高硬度
であることから、軽切削領域から重切削領域においても
優れた効果を発揮できるものである。
Ａｌ）Ｎ被膜を被覆した比較品に対比して、耐摩耗性，
耐熱衝撃性，耐欠損性を有し、特に被膜の耐剥離性が顕
著に優れることから、この分野での中速切削領域から高
速切削領域に相当する領域において、長寿命になるとい
う効果がある。したがって、本発明の高強度被覆体は、
従来の被覆部材の領域である低速切削領域から高速切削
領域に至るまで広い領域で長寿命を達成できるという優
れた効果があること、また膜自体が高靭性および高硬度
であることから、軽切削領域から重切削領域においても
優れた効果を発揮できるものである。
フロントページの続き (72)発明者 幾原 雄一 愛知県名古屋市熱田区六野２−４−１ 日 本セラミックスセンター内
Claims (10)
- 【請求項１】 金属材料，焼結合金またはセラミックス
焼結体でなる基体上に、アモルファスＴｉまたはＴｉ含
有のアモルファス物質を５０体積％以上含有する中間層
と、該中間層の表面に（Ｔｉa，Ａｌ1-a）ＣxＮ1-x［但
し、式中のＴｉはチタン、Ａｌはアルミニウム、ａはＴ
ｉの原子比を、ｘは炭素の原子比を表す。また、０．４
５≦ａ≦０．７、 ０≦ｘ≦０．５の関係にある］で表
わされるチタンとアルミニウムとを含む複合化合物でな
る外層が被覆されていることを特徴とする高強度被覆
体。 - 【請求項２】 上記中間層と上記外層との合計層膜厚さ
が０．５〜１０μｍでなることを特徴とする請求項１記
載の高強度被覆体。 - 【請求項３】 焼結合金でなる基体上に、ＣｏとＷとを
含む炭化物またはＴｉとＷとを含む固溶体の単層または
２種以上の複層でなる内層と、該内層の表面にアモルフ
ァスＴｉまたはＴｉ含有のアモルファス物質を５０体積
％以上含有する中間層と、該中間層の表面に（Ｔｉa，
Ａｌ1-a）ＣｘＮ１−ｘ［但し、式中のＴｉはチタン、
Ａｌはアルミニウム、ａはＴｉの原子比を、ｘは炭素の
原子比を表す。また、０．４５≦ａ≦０．７、 ０≦ｘ
≦０．５の関係にある］で表わされるチタンとアルミニ
ウムとを含む複合化合物でなる外層が被覆されているこ
とを特徴とする高強度被覆体。 - 【請求項４】 上記内層と上記中間層と上記外層との合
計層膜厚さが０．５〜１０μｍでなることを特徴とする
請求項３記載の高強度被覆体。 - 【請求項５】 上記内層は、０．００５〜１．５μｍの
層厚さでなることを特徴とする請求項３または４記載の
高強度被覆体。 - 【請求項６】 上記中間層は、該中間層に対する酸素原
子比率が４０％以下の酸化物でなることを特徴とする請
求項１，２，３，４または５記載の高強度被覆体。 - 【請求項７】 上記中間層は、直径１０ｎｍ以下の微晶
でなるＴｉおよび／またはＴｉ酸化物を含有しているこ
とを特徴とする請求項１，２，３，４，５または６記載
の高強度被覆体。 - 【請求項８】 上記中間層は、０．００５〜０．５μｍ
の層厚さでなることを特徴とする請求項１，２，３，
４，５，６または７記載の高強度被覆体。 - 【請求項９】 上記外層は、０．４５〜９．５μｍの層
厚さでなることを特徴とする請求項１，２，３，４，
５，６，７または８記載の高強度被覆体。 - 【請求項１０】 上記基体は、Ｃｏおよび／またはＮｉ
を主成分として含有する結合相が４〜１５重量％と、残
部が炭化タングステン、または炭化タングステンと周期
律表の４ａ，５ａ，６ａ族元素の炭化物，炭窒化物およ
びこれらの相互固溶体でなる立方晶系化合物との硬質相
でなる超硬合金からなることを特徴とする請求項１，
２，３，４，５，６，７，８または９記載の高強度被覆
体。
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|---|---|---|---|
| JP07104096A JP3358696B2 (ja) | 1996-03-01 | 1996-03-01 | 高強度被覆体 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07104096A JP3358696B2 (ja) | 1996-03-01 | 1996-03-01 | 高強度被覆体 |
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|---|---|
| JPH09241825A true JPH09241825A (ja) | 1997-09-16 |
| JP3358696B2 JP3358696B2 (ja) | 2002-12-24 |
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ID=13449022
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|---|---|---|---|
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3358696B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009066681A (ja) * | 2007-09-11 | 2009-04-02 | Sumitomo Electric Hardmetal Corp | 表面被覆切削工具 |
| JP2010030005A (ja) * | 2008-07-30 | 2010-02-12 | Sumitomo Electric Hardmetal Corp | 表面被覆切削工具 |
| JP2010030004A (ja) * | 2008-07-30 | 2010-02-12 | Sumitomo Electric Hardmetal Corp | 表面被覆切削工具 |
| JP2010076029A (ja) * | 2008-09-25 | 2010-04-08 | Sumitomo Electric Hardmetal Corp | 表面被覆切削工具 |
| JP2020127998A (ja) * | 2019-02-12 | 2020-08-27 | 三菱マテリアル株式会社 | 硬質皮膜切削工具 |
-
1996
- 1996-03-01 JP JP07104096A patent/JP3358696B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
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| JP2010076029A (ja) * | 2008-09-25 | 2010-04-08 | Sumitomo Electric Hardmetal Corp | 表面被覆切削工具 |
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