JPH09272001A - 耐欠損性のすぐれた表面被覆超硬合金製切削工具 - Google Patents
耐欠損性のすぐれた表面被覆超硬合金製切削工具Info
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- JPH09272001A JPH09272001A JP8400796A JP8400796A JPH09272001A JP H09272001 A JPH09272001 A JP H09272001A JP 8400796 A JP8400796 A JP 8400796A JP 8400796 A JP8400796 A JP 8400796A JP H09272001 A JPH09272001 A JP H09272001A
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- cutting tool
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 耐欠損性のすぐれた表面被覆超硬合金製切削
工具を提供する。 【解決手段】 ＷＣ基超硬合金基体の表面に、Ａｌ2 Ｏ
3 を主成分とするＡｌ2Ｏ3 系化合物層を含む硬質被覆
層を３〜２０μｍの平均層厚で化学蒸着および／または
物理蒸着してなる表面被覆超硬合金製切削工具にして、
前記Ａｌ2 Ｏ3 系化合物層が、重量％で、Ｔｉ：１．５
〜１５％、Ｃｌ：０．００５〜０．１％、Ｎ：０．００
１〜０．１％、Ｚｒおよび／またはＨｆ：０．５〜１０
％を含有する。
工具を提供する。 【解決手段】 ＷＣ基超硬合金基体の表面に、Ａｌ2 Ｏ
3 を主成分とするＡｌ2Ｏ3 系化合物層を含む硬質被覆
層を３〜２０μｍの平均層厚で化学蒸着および／または
物理蒸着してなる表面被覆超硬合金製切削工具にして、
前記Ａｌ2 Ｏ3 系化合物層が、重量％で、Ｔｉ：１．５
〜１５％、Ｃｌ：０．００５〜０．１％、Ｎ：０．００
１〜０．１％、Ｚｒおよび／またはＨｆ：０．５〜１０
％を含有する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、硬質被覆層を構
成する酸化アルミニウム（以下、Ａｌ2 Ｏ3 で示す）を
主成分とするＡｌ2 Ｏ3 系化合物層が、これを厚膜化し
てもその層厚が均一化し、かつすぐれた層間密着性を有
し、したがって例えば鋼や鋳鉄などの連続切削は勿論の
こと、特に断続切削に用いた場合にも切刃に欠けやチッ
ピング（微小欠け）などの欠損の発生なく、長期に亘っ
てすぐれた切削性能を発揮する表面被覆超硬合金製切削
工具（以下、被覆超硬工具という）に関するものであ
る。
成する酸化アルミニウム（以下、Ａｌ2 Ｏ3 で示す）を
主成分とするＡｌ2 Ｏ3 系化合物層が、これを厚膜化し
てもその層厚が均一化し、かつすぐれた層間密着性を有
し、したがって例えば鋼や鋳鉄などの連続切削は勿論の
こと、特に断続切削に用いた場合にも切刃に欠けやチッ
ピング（微小欠け）などの欠損の発生なく、長期に亘っ
てすぐれた切削性能を発揮する表面被覆超硬合金製切削
工具（以下、被覆超硬工具という）に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、炭化タングステン基超硬合金基体
（以下、超硬基体という）の表面に、Ａｌ2 Ｏ3 層を含
む硬質被覆層、例えば、Ｔｉの炭化物（以下、ＴｉＣで
示す）層、窒化物（以下、同じくＴｉＮで示す）層、炭
窒化物（以下、ＴｉＣＮで示す）層、酸化物（以下、Ｔ
ｉＯ2 で示す）層、炭酸化物（以下、ＴｉＣＯで示す）
層、窒酸化物（以下、ＴｉＮＯで示す）層、および炭窒
酸化物（以下、ＴｉＣＮＯで示し、かつこれらを総称し
てＴｉ炭・窒・酸化物という）層のうちの１種または２
種以上と、Ａｌ2 Ｏ3 層とからなる硬質被覆層を３〜２
０μｍの平均層厚で化学蒸着および／または物理蒸着し
てなる被覆超硬工具が知られている。また、特に上記被
覆超硬工具の硬質被覆層を構成するＡｌ2 Ｏ3 層が、反
応ガスとして、容量％で 三塩化アルミニウム（以下、ＡｌＣｌ3 で示す）：１〜
２０％、 二酸化炭素（以下、ＣＯ2 で示す）：０．５〜３０％、 ［必要に応じて一酸化炭素（ＣＯ）または塩化水素（Ｈ
Ｃｌ）：１〜３０％］、 水素：残り、からなる組成を有する水素系反応ガスを用
い、 反応温度：９５０〜１１００℃、 雰囲気圧力：２０〜２００ｔｏｒｒ、 の条件で形成されることも知られている。
（以下、超硬基体という）の表面に、Ａｌ2 Ｏ3 層を含
む硬質被覆層、例えば、Ｔｉの炭化物（以下、ＴｉＣで
示す）層、窒化物（以下、同じくＴｉＮで示す）層、炭
窒化物（以下、ＴｉＣＮで示す）層、酸化物（以下、Ｔ
ｉＯ2 で示す）層、炭酸化物（以下、ＴｉＣＯで示す）
層、窒酸化物（以下、ＴｉＮＯで示す）層、および炭窒
酸化物（以下、ＴｉＣＮＯで示し、かつこれらを総称し
てＴｉ炭・窒・酸化物という）層のうちの１種または２
種以上と、Ａｌ2 Ｏ3 層とからなる硬質被覆層を３〜２
０μｍの平均層厚で化学蒸着および／または物理蒸着し
てなる被覆超硬工具が知られている。また、特に上記被
覆超硬工具の硬質被覆層を構成するＡｌ2 Ｏ3 層が、反
応ガスとして、容量％で 三塩化アルミニウム（以下、ＡｌＣｌ3 で示す）：１〜
２０％、 二酸化炭素（以下、ＣＯ2 で示す）：０．５〜３０％、 ［必要に応じて一酸化炭素（ＣＯ）または塩化水素（Ｈ
Ｃｌ）：１〜３０％］、 水素：残り、からなる組成を有する水素系反応ガスを用
い、 反応温度：９５０〜１１００℃、 雰囲気圧力：２０〜２００ｔｏｒｒ、 の条件で形成されることも知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】一方、近年の切削加工
のＦＡ化はめざましく、かつ省力化に対する要求も強
く、これに伴い、被覆超硬工具には使用寿命のさらなる
延命化が求められ、これに対応する手段として、これを
構成する硬質被覆層のうち、特に耐酸化性と熱的安定性
にすぐれ、さらに高硬度を有するＡｌ2 Ｏ3 層の厚膜化
が広く検討されているが、前記Ａｌ2 Ｏ3 層は、これを
厚くすると、上記の従来Ａｌ2 Ｏ3 層形成手段では層厚
が局部的に不均一になり、切刃の逃げ面、すくい面、お
よび前記逃げ面とすくい面の交わるエッジ部の間には層
厚に著しいバラツキが発生するようになり、さらに硬質
被覆層を構成する他の層、例えばＴｉ炭・窒・酸化物層
との層間密着性が十分でないことと相まって、これを、
例えば鋼や鋳鉄などの断続切削に用いた場合に切刃に欠
けやチッピングなどの欠損が発生し易く、これが原因で
比較的短時間で使用寿命に至るのが現状である。
のＦＡ化はめざましく、かつ省力化に対する要求も強
く、これに伴い、被覆超硬工具には使用寿命のさらなる
延命化が求められ、これに対応する手段として、これを
構成する硬質被覆層のうち、特に耐酸化性と熱的安定性
にすぐれ、さらに高硬度を有するＡｌ2 Ｏ3 層の厚膜化
が広く検討されているが、前記Ａｌ2 Ｏ3 層は、これを
厚くすると、上記の従来Ａｌ2 Ｏ3 層形成手段では層厚
が局部的に不均一になり、切刃の逃げ面、すくい面、お
よび前記逃げ面とすくい面の交わるエッジ部の間には層
厚に著しいバラツキが発生するようになり、さらに硬質
被覆層を構成する他の層、例えばＴｉ炭・窒・酸化物層
との層間密着性が十分でないことと相まって、これを、
例えば鋼や鋳鉄などの断続切削に用いた場合に切刃に欠
けやチッピングなどの欠損が発生し易く、これが原因で
比較的短時間で使用寿命に至るのが現状である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者等は、
上述のような観点から、被覆超硬工具の硬質被覆層を構
成するＡｌ2 Ｏ3 層に着目し、厚膜化した場合の層厚の
局部的バラツキの減少と、他の構成層に対する層間密着
性の向上を図るべく研究を行った結果、化学蒸着法およ
び／または物理蒸着法にて、反応ガスとして、上記の従
来水素系反応ガスに代って、容量％で、基本的に、 ＡｌＣｌ3 ：１〜１０％、 水素（以下、Ｈ2 で示す）：１〜５％、 窒素酸化物（以下、ＮＯで示す）：１６〜３０％、 四塩化チタン（以下、ＴｉＣｌ4 で示す）：０．０５〜
０．７％、 四塩化ジルコニウム（以下、ＺｒＣｌ4 で示す）および
／または四塩化ハフニウム（以下、ＨｆＣｌ4 で示
す）：０．０１〜１％、 不活性ガス：残り、からなる組成を有する不活性ガス系
反応ガスを用い、反応温度および雰囲気圧力は以下の条
件、すなわち、 反応温度：８５０〜１１００℃、 雰囲気圧力：２０〜２００ｔｏｒｒ、 の条件で層形成を行うと、形成された層中に、Ｔｉ、Ｃ
ｌ、およびＮ、さらにＺｒおよび／またはＨｆが含有す
るようになり、この場合ＴｉおよびＣｌの含有割合を、
主に上記不活性ガス系反応ガスの組成および反応雰囲気
を調整することにより、重量％で、Ｔｉ：１．５〜１５
％およびＣｌ：０．００５〜０．１％となるようにする
と、厚膜化しても、その層厚に局部的バラツキが著しく
少なく、切刃の逃げ面、すくい面、および前記逃げ面と
すくい面の交わるエッジ部の層厚が相互に均一化するよ
うになり、加えてＮの含有割合を同じく０．００１〜
０．１％となるように調整すると、Ｔｉとの共存で硬質
被覆層を構成する他の層、例えばＴｉ炭・窒・酸化物層
との層間密着性が著しく向上するようになり、また同じ
くＺｒおよび／またはＨｆの含有割合を０．５〜１０％
となるように調整すると、層厚が厚くなっても結晶粒の
粗大化が抑制されるようになり、したがって、この結果
のＡｌ2 Ｏ3 系化合物層は、Ａｌ2 Ｏ3 を主成分とする
ので、Ａｌ2 Ｏ3の具備する特性、すなわち、すぐれた
耐酸化性と熱的安定性、および高硬度を有することと相
まって、このＡｌ2 Ｏ3 系化合物層を含む硬質被覆層を
形成した被覆超硬工具は、例えば鋼や鋳鉄などの連続切
削は勿論のこと、断続切削に用いた場合にも切刃に欠け
やチッピングなどの欠損の発生なく、長期に亘ってすぐ
れた切削性能を示すという研究結果を得たのである。
上述のような観点から、被覆超硬工具の硬質被覆層を構
成するＡｌ2 Ｏ3 層に着目し、厚膜化した場合の層厚の
局部的バラツキの減少と、他の構成層に対する層間密着
性の向上を図るべく研究を行った結果、化学蒸着法およ
び／または物理蒸着法にて、反応ガスとして、上記の従
来水素系反応ガスに代って、容量％で、基本的に、 ＡｌＣｌ3 ：１〜１０％、 水素（以下、Ｈ2 で示す）：１〜５％、 窒素酸化物（以下、ＮＯで示す）：１６〜３０％、 四塩化チタン（以下、ＴｉＣｌ4 で示す）：０．０５〜
０．７％、 四塩化ジルコニウム（以下、ＺｒＣｌ4 で示す）および
／または四塩化ハフニウム（以下、ＨｆＣｌ4 で示
す）：０．０１〜１％、 不活性ガス：残り、からなる組成を有する不活性ガス系
反応ガスを用い、反応温度および雰囲気圧力は以下の条
件、すなわち、 反応温度：８５０〜１１００℃、 雰囲気圧力：２０〜２００ｔｏｒｒ、 の条件で層形成を行うと、形成された層中に、Ｔｉ、Ｃ
ｌ、およびＮ、さらにＺｒおよび／またはＨｆが含有す
るようになり、この場合ＴｉおよびＣｌの含有割合を、
主に上記不活性ガス系反応ガスの組成および反応雰囲気
を調整することにより、重量％で、Ｔｉ：１．５〜１５
％およびＣｌ：０．００５〜０．１％となるようにする
と、厚膜化しても、その層厚に局部的バラツキが著しく
少なく、切刃の逃げ面、すくい面、および前記逃げ面と
すくい面の交わるエッジ部の層厚が相互に均一化するよ
うになり、加えてＮの含有割合を同じく０．００１〜
０．１％となるように調整すると、Ｔｉとの共存で硬質
被覆層を構成する他の層、例えばＴｉ炭・窒・酸化物層
との層間密着性が著しく向上するようになり、また同じ
くＺｒおよび／またはＨｆの含有割合を０．５〜１０％
となるように調整すると、層厚が厚くなっても結晶粒の
粗大化が抑制されるようになり、したがって、この結果
のＡｌ2 Ｏ3 系化合物層は、Ａｌ2 Ｏ3 を主成分とする
ので、Ａｌ2 Ｏ3の具備する特性、すなわち、すぐれた
耐酸化性と熱的安定性、および高硬度を有することと相
まって、このＡｌ2 Ｏ3 系化合物層を含む硬質被覆層を
形成した被覆超硬工具は、例えば鋼や鋳鉄などの連続切
削は勿論のこと、断続切削に用いた場合にも切刃に欠け
やチッピングなどの欠損の発生なく、長期に亘ってすぐ
れた切削性能を示すという研究結果を得たのである。
【０００５】この発明は、上記の研究結果に基づいてな
されたものであって、超硬基体の表面に、Ａｌ2 Ｏ3 を
主成分とするＡｌ2 Ｏ3 系化合物層を含む硬質被覆層、
例えば、ＴｉＣ層、ＴｉＮ層、ＴｉＣＮ層、ＴｉＯ2
層、ＴｉＣＯ層、ＴｉＮＯ層、およびＴｉＣＮＯ層から
なるＴｉ炭・窒・酸化物層のうちの１種または２種以上
と、前記Ａｌ2 Ｏ3 系化合物層とからなる硬質被覆層を
３〜２０μｍの平均層厚で形成してなる被覆超硬工具に
して、前記Ａｌ2 Ｏ3 系化合物層が、重量％で、Ｔｉ：
１．５〜１５％、Ｃｌ：０．００５〜０．１％、
Ｎ：０．００１〜０．１％、Ｚｒおよび／またはＨ
ｆ：０．５〜１０％、を含有することにより、特に厚膜
化した場合の層厚の均一化および層間密着性向上をはか
り、これによって切刃の耐欠損性を向上せしめた被覆超
硬工具に特徴を有するものである。
されたものであって、超硬基体の表面に、Ａｌ2 Ｏ3 を
主成分とするＡｌ2 Ｏ3 系化合物層を含む硬質被覆層、
例えば、ＴｉＣ層、ＴｉＮ層、ＴｉＣＮ層、ＴｉＯ2
層、ＴｉＣＯ層、ＴｉＮＯ層、およびＴｉＣＮＯ層から
なるＴｉ炭・窒・酸化物層のうちの１種または２種以上
と、前記Ａｌ2 Ｏ3 系化合物層とからなる硬質被覆層を
３〜２０μｍの平均層厚で形成してなる被覆超硬工具に
して、前記Ａｌ2 Ｏ3 系化合物層が、重量％で、Ｔｉ：
１．５〜１５％、Ｃｌ：０．００５〜０．１％、
Ｎ：０．００１〜０．１％、Ｚｒおよび／またはＨ
ｆ：０．５〜１０％、を含有することにより、特に厚膜
化した場合の層厚の均一化および層間密着性向上をはか
り、これによって切刃の耐欠損性を向上せしめた被覆超
硬工具に特徴を有するものである。
【０００６】なお、この発明の被覆超硬工具の硬質被覆
層を構成するＡｌ2 Ｏ3 系化合物層におけるＴｉおよび
Ｃｌは、上記の通り、これら両成分が共存して層厚の均
一化に作用するものであり、したがって、これら両成分
のうちのＴｉの含有量が１．５％未満でも、またＣｌの
含有量が０．００５％未満でも前記作用に所望の効果が
得られず、一方これら両成分のうちのいずれかの含有量
でもＴｉ：１５％およびＣｌ：０．１％を越えると、Ａ
ｌ2 Ｏ3 系化合物層のもつ特性が損なわれるようになる
ものであり、これらの結果から、その含有量を、それぞ
れＴｉ：１．５〜１５％、Ｃｌ：０．００５〜０．１％
と定めた。また、同じくＮ成分には、上記の通りＡｌ2
Ｏ3 系化合物層の他の構成層、例えば上記Ｔｉ炭・窒・
酸化物層に対する層間密着性をＴｉとの共存下で向上さ
せる作用があり、したがってその含有量が０．００１％
未満では、所望の層間密着性向上効果が得られず、一方
その含有量が０．１％を越えるとＡｌ2 Ｏ3 系化合物層
のもつ特性が損なわれるようになることから、その含有
量を０．００１〜０．１％と定めた。同じくＺｒおよび
Ｈｆには、上記の通り、特に層厚を厚くした場合、層特
性低下の原因となる結晶粒粗大化を抑制する作用があ
り、したがって、その含有量が０．５％未満では、前記
作用に所望の作用効果が得られず、一方その含有量が１
０％を越えると、Ａｌ2 Ｏ3 によってもたらされるすぐ
れた層特性に低下傾向が現れるようになることから、そ
の含有量を０．５〜１０％と定めた。さらに、硬質被覆
層の平均層厚を３〜２０μｍとしたのは、その層厚が３
μｍ未満では所望のすぐれた耐摩耗性を確保することが
できず、一方その層厚が２０μｍを越えると、耐欠損性
が低下するようになるという理由からである。
層を構成するＡｌ2 Ｏ3 系化合物層におけるＴｉおよび
Ｃｌは、上記の通り、これら両成分が共存して層厚の均
一化に作用するものであり、したがって、これら両成分
のうちのＴｉの含有量が１．５％未満でも、またＣｌの
含有量が０．００５％未満でも前記作用に所望の効果が
得られず、一方これら両成分のうちのいずれかの含有量
でもＴｉ：１５％およびＣｌ：０．１％を越えると、Ａ
ｌ2 Ｏ3 系化合物層のもつ特性が損なわれるようになる
ものであり、これらの結果から、その含有量を、それぞ
れＴｉ：１．５〜１５％、Ｃｌ：０．００５〜０．１％
と定めた。また、同じくＮ成分には、上記の通りＡｌ2
Ｏ3 系化合物層の他の構成層、例えば上記Ｔｉ炭・窒・
酸化物層に対する層間密着性をＴｉとの共存下で向上さ
せる作用があり、したがってその含有量が０．００１％
未満では、所望の層間密着性向上効果が得られず、一方
その含有量が０．１％を越えるとＡｌ2 Ｏ3 系化合物層
のもつ特性が損なわれるようになることから、その含有
量を０．００１〜０．１％と定めた。同じくＺｒおよび
Ｈｆには、上記の通り、特に層厚を厚くした場合、層特
性低下の原因となる結晶粒粗大化を抑制する作用があ
り、したがって、その含有量が０．５％未満では、前記
作用に所望の作用効果が得られず、一方その含有量が１
０％を越えると、Ａｌ2 Ｏ3 によってもたらされるすぐ
れた層特性に低下傾向が現れるようになることから、そ
の含有量を０．５〜１０％と定めた。さらに、硬質被覆
層の平均層厚を３〜２０μｍとしたのは、その層厚が３
μｍ未満では所望のすぐれた耐摩耗性を確保することが
できず、一方その層厚が２０μｍを越えると、耐欠損性
が低下するようになるという理由からである。
【０００７】
【発明の実施の形態】つぎに、この発明の被覆超硬工具
を実施例により具体的に説明する。原料粉末として、平
均粒径：２．８μｍを有する中粒ＷＣ粉末、同４．９μ
ｍの粗粒ＷＣ粉末、同１．５μｍの（Ｔｉ，Ｗ）Ｃ（重
量比で、以下同じ、ＴｉＣ／ＷＣ＝３０／７０）粉末、
同１．２μｍの（Ｔｉ，Ｗ）ＣＮ（ＴｉＣ／ＴｉＮ／Ｗ
Ｃ＝２４／２０／５６）粉末、同１．２μｍの（Ｔａ，
Ｎｂ）Ｃ（ＴａＣ／ＮｂＣ＝９０／１０）粉末、および
同１．１μｍのＣｏ粉末を用意し、これら原料粉末を表
１に示される配合組成に配合し、ボールミルで７２時間
湿式混合し、乾燥した後、ＩＳＯ・ＣＮＭＧ１２０４０
８（超硬基体Ａ〜Ｄ用）および同ＳＥＥＮ４２ＡＦＴＮ
１（超硬基体Ｅ用）に定める形状の圧粉体にプレス成形
し、この圧粉体を同じく表１に示される条件で真空焼結
することにより超硬基体Ａ〜Ｅをそれぞれ製造した。さ
らに、上記超硬基体Ｂに対して、１００ｔｏｒｒのＣＨ
4 ガス雰囲気中、温度：１４００℃に１時間保持後、徐
冷の浸炭処理を施し、処理後、超硬基体表面に付着する
カーボンとＣｏを酸およびバレル研磨で除去することに
より、表面から１１μｍの位置で最大Ｃｏ含有量：１
５．９重量％、深さ：４２μｍのＣｏ富化帯域を基体表
面部に形成した。また、上記超硬基体ＡおよびＤには、
焼結したままで、表面部に表面から１７μｍの位置で最
大Ｃｏ含有量：９．１重量％、深さ：２３μｍのＣｏ富
化帯域が形成されており、残りの超硬基体ＣおよびＥに
は、前記Ｃｏ富化帯域の形成がなく、全体的に均質な組
織をもつものであった。なお、表１には、上記超硬基体
Ａ〜Ｅの内部硬さ（ロックウエル硬さＡスケール）をそ
れぞれ示した。
を実施例により具体的に説明する。原料粉末として、平
均粒径：２．８μｍを有する中粒ＷＣ粉末、同４．９μ
ｍの粗粒ＷＣ粉末、同１．５μｍの（Ｔｉ，Ｗ）Ｃ（重
量比で、以下同じ、ＴｉＣ／ＷＣ＝３０／７０）粉末、
同１．２μｍの（Ｔｉ，Ｗ）ＣＮ（ＴｉＣ／ＴｉＮ／Ｗ
Ｃ＝２４／２０／５６）粉末、同１．２μｍの（Ｔａ，
Ｎｂ）Ｃ（ＴａＣ／ＮｂＣ＝９０／１０）粉末、および
同１．１μｍのＣｏ粉末を用意し、これら原料粉末を表
１に示される配合組成に配合し、ボールミルで７２時間
湿式混合し、乾燥した後、ＩＳＯ・ＣＮＭＧ１２０４０
８（超硬基体Ａ〜Ｄ用）および同ＳＥＥＮ４２ＡＦＴＮ
１（超硬基体Ｅ用）に定める形状の圧粉体にプレス成形
し、この圧粉体を同じく表１に示される条件で真空焼結
することにより超硬基体Ａ〜Ｅをそれぞれ製造した。さ
らに、上記超硬基体Ｂに対して、１００ｔｏｒｒのＣＨ
4 ガス雰囲気中、温度：１４００℃に１時間保持後、徐
冷の浸炭処理を施し、処理後、超硬基体表面に付着する
カーボンとＣｏを酸およびバレル研磨で除去することに
より、表面から１１μｍの位置で最大Ｃｏ含有量：１
５．９重量％、深さ：４２μｍのＣｏ富化帯域を基体表
面部に形成した。また、上記超硬基体ＡおよびＤには、
焼結したままで、表面部に表面から１７μｍの位置で最
大Ｃｏ含有量：９．１重量％、深さ：２３μｍのＣｏ富
化帯域が形成されており、残りの超硬基体ＣおよびＥに
は、前記Ｃｏ富化帯域の形成がなく、全体的に均質な組
織をもつものであった。なお、表１には、上記超硬基体
Ａ〜Ｅの内部硬さ（ロックウエル硬さＡスケール）をそ
れぞれ示した。
【０００８】ついで、これらの超硬基体Ａ〜Ｅの表面
に、ホーニングを施した状態で、通常の化学蒸着装置を
用い、表２（表中のｌ−ＴｉＣＮは特開平６−８０１０
号公報に記載される縦長成長結晶組織をもつものであ
り、また同ｐ−ＴｉＣＮは通常の粒状結晶組織をもつも
のである）および表３［表中のＡｌ2 Ｏ3 （ａ）〜
（ｏ）はＡｌ2 Ｏ3 系化合物層を示し、Ａｌ2 Ｏ
3 （ｐ）はＡｌ2 Ｏ3 層を示す。これは表４、５におい
ても同じ］に示される条件にて、表４、５に示される組
成および目標層厚（切刃の逃げ面での層厚）の硬質被覆
層を形成することにより本発明被覆超硬工具１〜１７お
よび従来被覆超硬工具１〜１０をそれぞれ製造した。こ
の結果得られた各種の被覆超硬工具の硬質被覆層を構成
するＡｌ2 Ｏ3 系化合物層およびＡｌ2 Ｏ3 層（なお、
表６、７には、これらを総称してＡｌ2 Ｏ3層で示す）
について、切刃の逃げ面とすくい面の交わるエッジ部の
最大層厚を測定し、さらに前記エッジ部からそれぞれ１
mm内側の箇所の逃げ面とすくい面における層厚を測定し
た。この測定結果を表６、７に示した。なお、硬質被覆
層を構成するＡｌ2 Ｏ3 系化合物層およびＡｌ2 Ｏ3 層
以外のその他の層の層厚には、いずれも局部的バラツキ
がほとんどなく、目標層厚とほぼ同じ値を示すものであ
った。
に、ホーニングを施した状態で、通常の化学蒸着装置を
用い、表２（表中のｌ−ＴｉＣＮは特開平６−８０１０
号公報に記載される縦長成長結晶組織をもつものであ
り、また同ｐ−ＴｉＣＮは通常の粒状結晶組織をもつも
のである）および表３［表中のＡｌ2 Ｏ3 （ａ）〜
（ｏ）はＡｌ2 Ｏ3 系化合物層を示し、Ａｌ2 Ｏ
3 （ｐ）はＡｌ2 Ｏ3 層を示す。これは表４、５におい
ても同じ］に示される条件にて、表４、５に示される組
成および目標層厚（切刃の逃げ面での層厚）の硬質被覆
層を形成することにより本発明被覆超硬工具１〜１７お
よび従来被覆超硬工具１〜１０をそれぞれ製造した。こ
の結果得られた各種の被覆超硬工具の硬質被覆層を構成
するＡｌ2 Ｏ3 系化合物層およびＡｌ2 Ｏ3 層（なお、
表６、７には、これらを総称してＡｌ2 Ｏ3層で示す）
について、切刃の逃げ面とすくい面の交わるエッジ部の
最大層厚を測定し、さらに前記エッジ部からそれぞれ１
mm内側の箇所の逃げ面とすくい面における層厚を測定し
た。この測定結果を表６、７に示した。なお、硬質被覆
層を構成するＡｌ2 Ｏ3 系化合物層およびＡｌ2 Ｏ3 層
以外のその他の層の層厚には、いずれも局部的バラツキ
がほとんどなく、目標層厚とほぼ同じ値を示すものであ
った。
【０００９】さらに、いずれも切刃の耐欠損性を評価す
る目的で、上記本発明被覆超硬工具１〜８および従来被
覆超硬工具１〜４については、 被削材：ＪＩＳ・ＳＣＭ４４０の丸棒、 切削速度：３００ｍ／ｍｉｎ．、 切込み：２ｍｍ、 送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：１５分、 の条件での合金鋼の乾式連続切削試験、並びに、 被削材：ＪＩＳ・ＳＣＭ４４０の長さ方向等間隔４本縦
溝入り丸棒、 切削速度：１５０ｍ／ｍｉｎ．、 切込み：３ｍｍ．、 送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：５分、 の条件での合金鋼の乾式断続切削試験を行い、いずれの
切削試験でも切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。
る目的で、上記本発明被覆超硬工具１〜８および従来被
覆超硬工具１〜４については、 被削材：ＪＩＳ・ＳＣＭ４４０の丸棒、 切削速度：３００ｍ／ｍｉｎ．、 切込み：２ｍｍ、 送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：１５分、 の条件での合金鋼の乾式連続切削試験、並びに、 被削材：ＪＩＳ・ＳＣＭ４４０の長さ方向等間隔４本縦
溝入り丸棒、 切削速度：１５０ｍ／ｍｉｎ．、 切込み：３ｍｍ．、 送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：５分、 の条件での合金鋼の乾式断続切削試験を行い、いずれの
切削試験でも切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。
【００１０】また、同じく上記本発明被覆超硬工具９〜
１３および従来被覆超硬工具５、６については、 被削材：ＪＩＳ・ＦＣＤ７００の丸棒、 切削速度：３５０ｍ／ｍｉｎ．、 切込み：２ｍｍ、 送り：０．４ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：１５分、 の条件でのダクタイル鋳鉄の乾式連続切削試験、並び
に、 被削材：ＪＩＳ・ＦＣＤ７００の長さ方向等間隔４本縦
溝入り丸棒、 切削速度：１５０ｍ／ｍｉｎ．、 切込み：３ｍｍ．、 送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：５分、 の条件でのダクタイル鋳鉄の乾式断続切削試験を行い、
いずれの切削試験でも切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。
１３および従来被覆超硬工具５、６については、 被削材：ＪＩＳ・ＦＣＤ７００の丸棒、 切削速度：３５０ｍ／ｍｉｎ．、 切込み：２ｍｍ、 送り：０．４ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：１５分、 の条件でのダクタイル鋳鉄の乾式連続切削試験、並び
に、 被削材：ＪＩＳ・ＦＣＤ７００の長さ方向等間隔４本縦
溝入り丸棒、 切削速度：１５０ｍ／ｍｉｎ．、 切込み：３ｍｍ．、 送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：５分、 の条件でのダクタイル鋳鉄の乾式断続切削試験を行い、
いずれの切削試験でも切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。
【００１１】また、同じく本発明被覆超硬工具１４およ
び従来被覆超硬工具７については、 被削材：ＪＩＳ・ＳＣｒ４２０の丸棒、 切削速度：３５０ｍ／ｍｉｎ．、 切込み：２ｍｍ．、 送り：０．４ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：１５分、 の条件での合金鋼の乾式連続切削試験、並びに、 被削材：ＪＩＳ・ＳＣｒ４２０の長さ方向等間隔４本縦
溝入り丸棒、 切削速度：１５０ｍ／ｍｉｎ．、 切込み：３ｍｍ．、 送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：５分、 の条件での合金鋼の乾式断続切削試験を行い、いずれの
切削試験でも切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。
び従来被覆超硬工具７については、 被削材：ＪＩＳ・ＳＣｒ４２０の丸棒、 切削速度：３５０ｍ／ｍｉｎ．、 切込み：２ｍｍ．、 送り：０．４ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：１５分、 の条件での合金鋼の乾式連続切削試験、並びに、 被削材：ＪＩＳ・ＳＣｒ４２０の長さ方向等間隔４本縦
溝入り丸棒、 切削速度：１５０ｍ／ｍｉｎ．、 切込み：３ｍｍ．、 送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：５分、 の条件での合金鋼の乾式断続切削試験を行い、いずれの
切削試験でも切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。
【００１２】同じく本発明被覆超硬工具１５および従来
被覆超硬工具８については、 被削材：ＪＩＳ・Ｓ４５Ｃの丸棒、 切削速度：３５０ｍ／ｍｉｎ．、 切込み：２ｍｍ．、 送り：０．４ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：１５分、 の条件での炭素鋼の乾式連続切削試験、並びに、 被削材：ＪＩＳ・Ｓ４５Ｃの長さ方向等間隔４本縦溝入
り丸棒、 切削速度：１５０ｍ／ｍｉｎ．、 切込み：３ｍｍ．、 送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：５分、 の条件での炭素鋼の乾式断続切削試験を行い、いずれの
切削試験でも切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。
被覆超硬工具８については、 被削材：ＪＩＳ・Ｓ４５Ｃの丸棒、 切削速度：３５０ｍ／ｍｉｎ．、 切込み：２ｍｍ．、 送り：０．４ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：１５分、 の条件での炭素鋼の乾式連続切削試験、並びに、 被削材：ＪＩＳ・Ｓ４５Ｃの長さ方向等間隔４本縦溝入
り丸棒、 切削速度：１５０ｍ／ｍｉｎ．、 切込み：３ｍｍ．、 送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：５分、 の条件での炭素鋼の乾式断続切削試験を行い、いずれの
切削試験でも切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。
【００１３】同じく本発明被覆超硬工具１６および従来
被覆超硬工具９については、 被削材：ＪＩＳ・ＦＣ２００の丸棒、 切削速度：４００ｍ／ｍｉｎ．、 切込み：２ｍｍ．、 送り：０．４ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：１５分、 の条件での鋳鉄の乾式連続切削試験、並びに、 被削材：ＪＩＳ・ＦＣ２００の長さ方向等間隔４本縦溝
入り丸棒、 切削速度：１５０ｍ／ｍｉｎ．、 切込み：３ｍｍ．、 送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：５分、 の条件での鋳鉄の乾式断続切削試験を行い、いずれの切
削試験でも切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。
被覆超硬工具９については、 被削材：ＪＩＳ・ＦＣ２００の丸棒、 切削速度：４００ｍ／ｍｉｎ．、 切込み：２ｍｍ．、 送り：０．４ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：１５分、 の条件での鋳鉄の乾式連続切削試験、並びに、 被削材：ＪＩＳ・ＦＣ２００の長さ方向等間隔４本縦溝
入り丸棒、 切削速度：１５０ｍ／ｍｉｎ．、 切込み：３ｍｍ．、 送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：５分、 の条件での鋳鉄の乾式断続切削試験を行い、いずれの切
削試験でも切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。
【００１４】さらに同じく本発明被覆超硬工具１７およ
び従来被覆超硬工具１０については、 被削材：幅１００ｍｍ×長さ５００ｍｍの寸法をもった
ＪＩＳ・ＳＮＣＭ４３９の角材、 使用条件：直径１２５ｍｍのカッターに単刃取り付け、 回転数：５１０ｒ．ｐ．ｍ．、 切削速度：２００ｍ／ｍｉｎ．、 切込み：２．５ｍｍ．、 送り：０．２ｍｍ／刃、 切削時間：３パス（１パスの切削時間：５．３分）、 の条件で合金鋼の乾式フライス切削（断続切削）試験を
行い、切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。これらの測定結
果を表６、７に示した。
び従来被覆超硬工具１０については、 被削材：幅１００ｍｍ×長さ５００ｍｍの寸法をもった
ＪＩＳ・ＳＮＣＭ４３９の角材、 使用条件：直径１２５ｍｍのカッターに単刃取り付け、 回転数：５１０ｒ．ｐ．ｍ．、 切削速度：２００ｍ／ｍｉｎ．、 切込み：２．５ｍｍ．、 送り：０．２ｍｍ／刃、 切削時間：３パス（１パスの切削時間：５．３分）、 の条件で合金鋼の乾式フライス切削（断続切削）試験を
行い、切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。これらの測定結
果を表６、７に示した。
【００１５】
【表１】
【００１６】
【表２】
【００１７】
【表３】
【００１８】
【表４】
【００１９】
【表５】
【００２０】
【表６】
【００２１】
【表７】
【００２２】
【発明の効果】表６、７に示される結果から、いずれも
不活性ガス系反応ガスを用いて、Ａｌ 2 Ｏ3 を主成分と
し、積極的にＴｉ、Ｃｌ、およびＮ、さらにＺｒおよび
／またはＨｆを含有させたＡｌ2 Ｏ3 系化合物層を含む
硬質被覆層を形成してなる本発明被覆超硬工具１〜１７
は、前記Ａｌ2 Ｏ3 系化合物層の層厚に、これを厚膜化
しても局部的バラツキがきわめて少なく、切刃の逃げ
面、すくい面、および逃げ面とすくい面の交わるエッジ
部の層厚が均一化しているのに対して、前記Ａｌ2Ｏ3
層の形成に水素系反応ガスを用いて製造された従来被覆
超硬工具１〜１０においては、逃げ面、すくい面、およ
びエッジ部における層厚のバラツキが著しく、この結果
として本発明被覆超硬工具１〜１７は、前記Ａｌ2 Ｏ3
層が硬質被覆層を構成するＴｉ炭・窒・酸化物層に対し
てすぐれた密着性を示すと共に、Ａｌ 2 Ｏ3 層と同等の
すぐれた耐酸化性と熱的安定性、および高硬度を有する
ことと相まって、鋼および鋳鉄の連続切削ですぐれた耐
摩耗性を示すほか、特に断続切削で、従来被覆超硬工具
１〜１０に比して一段とすぐれた耐欠損性を示すことが
明らかである。上述のように、この発明の被覆超硬工具
は、これの硬質被覆層を構成するＡｌ 2 Ｏ3 系化合物層
に、これを厚膜化しても、局部的バラツキがきわめて少
なく、かつ他の構成層に対する層間密着性にもすぐれて
いることから、例えば鋼や鋳鉄などの連続切削は勿論の
こと、特に断続切削においてすぐれた耐欠損性を示し、
長期に亘ってすぐれた切削性能を発揮するので、切削加
工のＦＡ化および省力化に満足に対応することができる
ものである。
不活性ガス系反応ガスを用いて、Ａｌ 2 Ｏ3 を主成分と
し、積極的にＴｉ、Ｃｌ、およびＮ、さらにＺｒおよび
／またはＨｆを含有させたＡｌ2 Ｏ3 系化合物層を含む
硬質被覆層を形成してなる本発明被覆超硬工具１〜１７
は、前記Ａｌ2 Ｏ3 系化合物層の層厚に、これを厚膜化
しても局部的バラツキがきわめて少なく、切刃の逃げ
面、すくい面、および逃げ面とすくい面の交わるエッジ
部の層厚が均一化しているのに対して、前記Ａｌ2Ｏ3
層の形成に水素系反応ガスを用いて製造された従来被覆
超硬工具１〜１０においては、逃げ面、すくい面、およ
びエッジ部における層厚のバラツキが著しく、この結果
として本発明被覆超硬工具１〜１７は、前記Ａｌ2 Ｏ3
層が硬質被覆層を構成するＴｉ炭・窒・酸化物層に対し
てすぐれた密着性を示すと共に、Ａｌ 2 Ｏ3 層と同等の
すぐれた耐酸化性と熱的安定性、および高硬度を有する
ことと相まって、鋼および鋳鉄の連続切削ですぐれた耐
摩耗性を示すほか、特に断続切削で、従来被覆超硬工具
１〜１０に比して一段とすぐれた耐欠損性を示すことが
明らかである。上述のように、この発明の被覆超硬工具
は、これの硬質被覆層を構成するＡｌ 2 Ｏ3 系化合物層
に、これを厚膜化しても、局部的バラツキがきわめて少
なく、かつ他の構成層に対する層間密着性にもすぐれて
いることから、例えば鋼や鋳鉄などの連続切削は勿論の
こと、特に断続切削においてすぐれた耐欠損性を示し、
長期に亘ってすぐれた切削性能を発揮するので、切削加
工のＦＡ化および省力化に満足に対応することができる
ものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大鹿 高歳 埼玉県大宮市北袋町１−297 三菱マテリ アル株式会社総合研究所内
Claims (2)
- 【請求項１】 炭化タングステン基超硬合金基体の表面
に、酸化アルミニウムを主成分とする酸化アルミニウム
系化合物層を含む硬質被覆層を３〜２０μｍの平均層厚
で化学蒸着および／または物理蒸着してなる表面被覆超
硬合金製切削工具にして、前記酸化アルミニウム系化合
物層が、重量％で、 Ｔｉ：１．５〜１５％、 Ｃｌ：０．００５〜０．１％、 Ｎ：０．００
１〜０．１％、 Ｚｒおよび／またはＨｆ：０．５〜１０％、 を含有することを特徴とする耐欠損性のすぐれた表面被
覆超硬合金製切削工具。 - 【請求項２】 炭化タングステン基超硬合金基体の表面
に、Ｔｉの炭化物層、窒化物層、炭窒化物層、酸化物
層、炭酸化物層、窒酸化物層、および炭窒酸化物層のう
ちの１種または２種以上と、酸化アルミニウムを主成分
とする酸化アルミニウム系化合物層とからなる硬質被覆
層を３〜２０μｍの平均層厚で化学蒸着および／または
物理蒸着してなる表面被覆超硬合金製切削工具にして、
前記酸化アルミニウム系化合物層が、重量％で、 Ｔｉ：１．５〜１５％、 Ｃｌ：０．００５〜０．１％、 Ｎ：０．００
１〜０．１％、 Ｚｒおよび／またはＨｆ：０．５〜１０％、 を含有することを特徴とする耐欠損性のすぐれた表面被
覆超硬合金製切削工具。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8400796A JPH09272001A (ja) | 1996-04-05 | 1996-04-05 | 耐欠損性のすぐれた表面被覆超硬合金製切削工具 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8400796A JPH09272001A (ja) | 1996-04-05 | 1996-04-05 | 耐欠損性のすぐれた表面被覆超硬合金製切削工具 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09272001A true JPH09272001A (ja) | 1997-10-21 |
Family
ID=13818554
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8400796A Withdrawn JPH09272001A (ja) | 1996-04-05 | 1996-04-05 | 耐欠損性のすぐれた表面被覆超硬合金製切削工具 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09272001A (ja) |
-
1996
- 1996-04-05 JP JP8400796A patent/JPH09272001A/ja not_active Withdrawn
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20030701 |