JPH09295205A - 被覆超硬合金製スローアウェイインサート及びその製法 - Google Patents
被覆超硬合金製スローアウェイインサート及びその製法Info
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- JPH09295205A JPH09295205A JP8131052A JP13105296A JPH09295205A JP H09295205 A JPH09295205 A JP H09295205A JP 8131052 A JP8131052 A JP 8131052A JP 13105296 A JP13105296 A JP 13105296A JP H09295205 A JPH09295205 A JP H09295205A
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Landscapes
- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本願発明は、硬質被覆層と超硬合金基体との
密着性の改善を改善した被覆超硬合金製スローアウェイ
インサートを提供することを目的とする。 【構成】 硬質皮膜を被覆した被覆超硬合金製スローア
ウェイインサートにおいて、基体超硬合金に重量比で
0.01以上5.0%以下のCrを含有し、さらに、硬
質被覆層をアークイオンプレーティング法で形成したも
のである。
密着性の改善を改善した被覆超硬合金製スローアウェイ
インサートを提供することを目的とする。 【構成】 硬質皮膜を被覆した被覆超硬合金製スローア
ウェイインサートにおいて、基体超硬合金に重量比で
0.01以上5.0%以下のCrを含有し、さらに、硬
質被覆層をアークイオンプレーティング法で形成したも
のである。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本願発明は、硬質被覆層と超硬合
金基体との密着性が極めて優れる被覆超硬合金製スロー
アウェイインサートに関するものである。
金基体との密着性が極めて優れる被覆超硬合金製スロー
アウェイインサートに関するものである。
【0002】
【従来の技術】一般に、正面フライスや旋盤での切削加
工において、CVD(化学蒸着)法やPVD(物理蒸
着)法を用いたセラミックコーティングが、超硬合金製
のスローアウェイインサートに施されるのが一般的とな
ってきており、近年の切削加工における高速・高能率化
に対応するために超硬合金製スローアウェイインサート
にセラミックコーティングを施し上記対応しようとして
いるが、そこで重要となるのが超硬合金基体とセラミッ
クコーティング皮膜の密着性ある。これらの高速・高能
率化に対し、セラミックコーティング、いわゆる硬質皮
膜の密着性を高めるために特開平8−39317号など
にみられるような密着性を高める研究がなされている。
工において、CVD(化学蒸着)法やPVD(物理蒸
着)法を用いたセラミックコーティングが、超硬合金製
のスローアウェイインサートに施されるのが一般的とな
ってきており、近年の切削加工における高速・高能率化
に対応するために超硬合金製スローアウェイインサート
にセラミックコーティングを施し上記対応しようとして
いるが、そこで重要となるのが超硬合金基体とセラミッ
クコーティング皮膜の密着性ある。これらの高速・高能
率化に対し、セラミックコーティング、いわゆる硬質皮
膜の密着性を高めるために特開平8−39317号など
にみられるような密着性を高める研究がなされている。
【0003】しかしながら、近年では熱処理後(焼き入
れ後)の鋼等の高硬度材を直接加工する傾向が強く、こ
の様な高硬度材切削においては、切削応力が極めて高い
ため、従来の技術では十分にに満足されるような密着
性、強いては満足のいく工具寿命が得られていないのが
現状である。
れ後)の鋼等の高硬度材を直接加工する傾向が強く、こ
の様な高硬度材切削においては、切削応力が極めて高い
ため、従来の技術では十分にに満足されるような密着
性、強いては満足のいく工具寿命が得られていないのが
現状である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このように被加工物が
硬くなったり、また、高能率化のため高い送りを付与す
るような場合においては、切削応力が高く、硬質皮膜が
容易に剥離する傾向にある。このような場合、皮膜の剥
離によって剥離部分に異常摩耗が発生し、工具寿命に至
らしめる。本願発明は、このような切削条件において
も、更に長い工具寿命を得るために硬質皮膜と超硬合金
基体との密着性を著しく改善することを課題とするもの
である。
硬くなったり、また、高能率化のため高い送りを付与す
るような場合においては、切削応力が高く、硬質皮膜が
容易に剥離する傾向にある。このような場合、皮膜の剥
離によって剥離部分に異常摩耗が発生し、工具寿命に至
らしめる。本願発明は、このような切削条件において
も、更に長い工具寿命を得るために硬質皮膜と超硬合金
基体との密着性を著しく改善することを課題とするもの
である。
【0005】
【課題を解決するための手段】近年、環境等の問題から
コーティング前の洗浄においてフロンが使用できなくな
り、酸または、アルカリ性水溶液や水で洗浄することが
主流になりつつある。本発明者らは、硬質皮膜と超硬合
金基体との密着性を著しく改善するために、この水洗浄
に関し、鋭意研究を行った結果、次のような知見を得
た。通常、アークイオンプレーティング法のようなPV
D(物理蒸着)法は、コーティング前処理の工程で必要
に応じて加工されたスローアウェイインサートの表面を
洗浄するために、アルカリ性水溶液や水が使用される。
超硬合金に使用される金属Coは、このアルカリ性溶剤
を用いた洗浄により、溶剤中のアミンと反応し、Co錯
体を形成し、超硬合金中から溶出してしまう。従って、
洗浄中にスローアウェイインサートの加工中に付着する
研削液や油、その他、塵等が除去されるのと同時に超硬
合金中のWCをとりまく結合相であるCoが溶出してし
まうため、このCoが溶出した部分が欠陥(ポア)とな
り残ってしまう。
コーティング前の洗浄においてフロンが使用できなくな
り、酸または、アルカリ性水溶液や水で洗浄することが
主流になりつつある。本発明者らは、硬質皮膜と超硬合
金基体との密着性を著しく改善するために、この水洗浄
に関し、鋭意研究を行った結果、次のような知見を得
た。通常、アークイオンプレーティング法のようなPV
D(物理蒸着)法は、コーティング前処理の工程で必要
に応じて加工されたスローアウェイインサートの表面を
洗浄するために、アルカリ性水溶液や水が使用される。
超硬合金に使用される金属Coは、このアルカリ性溶剤
を用いた洗浄により、溶剤中のアミンと反応し、Co錯
体を形成し、超硬合金中から溶出してしまう。従って、
洗浄中にスローアウェイインサートの加工中に付着する
研削液や油、その他、塵等が除去されるのと同時に超硬
合金中のWCをとりまく結合相であるCoが溶出してし
まうため、このCoが溶出した部分が欠陥(ポア)とな
り残ってしまう。
【0006】このような欠陥のある表面に硬質皮膜を被
覆した場合、超硬合金中のWC硬質層と皮膜の間には、
良好な密着性が得られるものの、基体表面及び、硬質皮
膜直下、いわゆる基体と皮膜の界面がミクロ的に極めて
ポーラスな状態となっている。従って、このようなスロ
ーアウェイインサートを用いて切削加工を行っても皮膜
そのものが剥離するのではなく、皮膜に前述のWCが付
着したままの状態でこのポーラスな部分からの基体成分
を含有した皮膜剥離を生じてしまうことになる。例え
ば、90wt%WC−10wt%Co超硬合金をアルカ
リ性水溶液及び水で洗浄し、皮膜を機械的に剥離させ、
その剥離させた裏側について成分分析を行ったところ、
25wt%のWを検出したが、一方、フロン洗浄したも
のについても同様に調査したところ、2wt%のWが検
出された。上記のように、アルカリ性水溶液及び水で洗
浄することによる基体中Coの溶出が著しく皮膜と基体
の密着性を劣化させていることは明白であり、この基体
中のCo溶出を抑制することが著しく皮膜の密着性を改
善し得るのである。
覆した場合、超硬合金中のWC硬質層と皮膜の間には、
良好な密着性が得られるものの、基体表面及び、硬質皮
膜直下、いわゆる基体と皮膜の界面がミクロ的に極めて
ポーラスな状態となっている。従って、このようなスロ
ーアウェイインサートを用いて切削加工を行っても皮膜
そのものが剥離するのではなく、皮膜に前述のWCが付
着したままの状態でこのポーラスな部分からの基体成分
を含有した皮膜剥離を生じてしまうことになる。例え
ば、90wt%WC−10wt%Co超硬合金をアルカ
リ性水溶液及び水で洗浄し、皮膜を機械的に剥離させ、
その剥離させた裏側について成分分析を行ったところ、
25wt%のWを検出したが、一方、フロン洗浄したも
のについても同様に調査したところ、2wt%のWが検
出された。上記のように、アルカリ性水溶液及び水で洗
浄することによる基体中Coの溶出が著しく皮膜と基体
の密着性を劣化させていることは明白であり、この基体
中のCo溶出を抑制することが著しく皮膜の密着性を改
善し得るのである。
【0007】
【作用】本発明者らは、このような観点から更に鋭意研
究を行った結果、基体である超硬合金にCrを含有させ
ることが著しく、基体中のCoの溶出を抑制するという
知見を得た。従って、被覆超硬合金スローアウェイイン
サートにおいて超硬合金基体中にCrを添加することが
極めて基体と硬質皮膜との密着性を改善し、工具寿命を
著しく長くする結果となることを見出したのである。
究を行った結果、基体である超硬合金にCrを含有させ
ることが著しく、基体中のCoの溶出を抑制するという
知見を得た。従って、被覆超硬合金スローアウェイイン
サートにおいて超硬合金基体中にCrを添加することが
極めて基体と硬質皮膜との密着性を改善し、工具寿命を
著しく長くする結果となることを見出したのである。
【0008】また、上記、超硬合金製基体を使用し、コ
ーティングをする過程では、洗浄→ヒーティング→ボン
バード→コーティング→クーリングというような過程を
持つのが普通である。通常、洗浄工程で除去しきれない
研削液や油、その他塵、及び洗浄による欠陥(ポア)
は、コーティング工程のボンバードによって、更に表面
のクリーニングを受ける。このボンバードもコーティン
グ方法により、様々であるがArイオン等の不活性ガス
を用いたボンバード法をとるコーティング方法では不十
分であり、よりハードに表面をクリーニングする作用を
もたらすためには、アークイオンプレーティング法によ
り、ターゲット材でボンバードしたものが、他の方法よ
りも表面を洗浄する力が大きく、著しく効果が見られ
た。ところが、上記アークイオンプレーティングの方法
をとっても、従来の超硬合金製基体(主にJIS・P
種)では、表面の残留研削液や油、その他塵等は除去で
きても、表面欠陥を取り除くには不十分であった。本願
発明は、この従来の超硬合金製の基体にCrを添加する
ことにより、洗浄工程による表面欠陥を著しく減少さ
せ、且つ、アークイオンプレーティング法によるボンバ
ード処理にて表面欠陥を十分に取り除くことができると
いうことを見出したものである。
ーティングをする過程では、洗浄→ヒーティング→ボン
バード→コーティング→クーリングというような過程を
持つのが普通である。通常、洗浄工程で除去しきれない
研削液や油、その他塵、及び洗浄による欠陥(ポア)
は、コーティング工程のボンバードによって、更に表面
のクリーニングを受ける。このボンバードもコーティン
グ方法により、様々であるがArイオン等の不活性ガス
を用いたボンバード法をとるコーティング方法では不十
分であり、よりハードに表面をクリーニングする作用を
もたらすためには、アークイオンプレーティング法によ
り、ターゲット材でボンバードしたものが、他の方法よ
りも表面を洗浄する力が大きく、著しく効果が見られ
た。ところが、上記アークイオンプレーティングの方法
をとっても、従来の超硬合金製基体(主にJIS・P
種)では、表面の残留研削液や油、その他塵等は除去で
きても、表面欠陥を取り除くには不十分であった。本願
発明は、この従来の超硬合金製の基体にCrを添加する
ことにより、洗浄工程による表面欠陥を著しく減少さ
せ、且つ、アークイオンプレーティング法によるボンバ
ード処理にて表面欠陥を十分に取り除くことができると
いうことを見出したものである。
【0009】次に、Cr添加量を限定した理由について
説明する。Crは、その添加量を0.01wt%未満と
した場合、基体結合相中に固溶はするが、Co溶出に対
し著しい効果は得られない。また、5.0wt%を越え
て添加すると焼結を行った後の焼結炉内の冷却速度など
によっては、第3相の炭化物として析出してしまい、超
硬合金自体の靱性低下を招くため特許請求の範囲に限定
した。よって、Cr添加量は、Crが炭化物として析出
せず、結合相に固溶するため超硬合金自体の靱性低下を
招くものではないのである。以下、実施例に基づいて詳
細に説明する。
説明する。Crは、その添加量を0.01wt%未満と
した場合、基体結合相中に固溶はするが、Co溶出に対
し著しい効果は得られない。また、5.0wt%を越え
て添加すると焼結を行った後の焼結炉内の冷却速度など
によっては、第3相の炭化物として析出してしまい、超
硬合金自体の靱性低下を招くため特許請求の範囲に限定
した。よって、Cr添加量は、Crが炭化物として析出
せず、結合相に固溶するため超硬合金自体の靱性低下を
招くものではないのである。以下、実施例に基づいて詳
細に説明する。
【0010】
実施例1 本願発明は、原料粉として、WC粉末、Co粉末、Ti
C粉末、TaC粉末を用い、JIS P30相当の組成
に、表1に示すようなCr量(wt%)をCr粉末を用
いて配合しボールミルで72hr混合した後、SEE4
2TN型スローアウェイインサートの形状の圧粉体に成
形し、1350〜1450℃の範囲内の所定の温度にて
約1hr焼結することによって、Crの配合添加量と同
一量の焼結体中のCr量を有する合金を得た後、全周研
磨することにより、上記SEE42TN型スローアウェ
イインサートを作成した。
C粉末、TaC粉末を用い、JIS P30相当の組成
に、表1に示すようなCr量(wt%)をCr粉末を用
いて配合しボールミルで72hr混合した後、SEE4
2TN型スローアウェイインサートの形状の圧粉体に成
形し、1350〜1450℃の範囲内の所定の温度にて
約1hr焼結することによって、Crの配合添加量と同
一量の焼結体中のCr量を有する合金を得た後、全周研
磨することにより、上記SEE42TN型スローアウェ
イインサートを作成した。
【0011】
【表1】
【0012】また、この時の比較のためCr量を添加し
たもの7〜9、従来材として10(Cr添加なし)を作
成した。これらの試料を用いて所定の洗浄を行い、PV
D(物理蒸着)法中のHCD(中空陰極放電)法によっ
て、TiNコーティングを1.5〜2.0μm施し、正
面フライス盤を用いてフライス切削を切削速度100m
/min、1刃当たりの送り量0.1mm/刃、切り込
み深さ2mm、被削材にSKD61(HRC45)材、
125mm巾、250mm長さを用い、乾式でフライス
切削試験を行い、硬質皮膜の剥離及び、超硬合金基体か
らの剥離が起きるまでの切削可能距離を比較し、その結
果を表1に併記した。表1に示す結果より、従来品と比
較して本発明品である超硬合金製スローアウェイインサ
ートは、Crを特許請求の範囲内に限定する添加で著し
く硬質皮膜との密着性を向上させ、切削性能を改善させ
ることができた。これは、比較品または、従来品におい
ては、コーティング前の洗浄工程において、Co溶出の
抑制ができないため密着性が悪化するのである。また、
過度の添加は、基体自体の靱性が低下してしまうため切
削中に欠損が生じ、満足な工具寿命が得られなかった。
たもの7〜9、従来材として10(Cr添加なし)を作
成した。これらの試料を用いて所定の洗浄を行い、PV
D(物理蒸着)法中のHCD(中空陰極放電)法によっ
て、TiNコーティングを1.5〜2.0μm施し、正
面フライス盤を用いてフライス切削を切削速度100m
/min、1刃当たりの送り量0.1mm/刃、切り込
み深さ2mm、被削材にSKD61(HRC45)材、
125mm巾、250mm長さを用い、乾式でフライス
切削試験を行い、硬質皮膜の剥離及び、超硬合金基体か
らの剥離が起きるまでの切削可能距離を比較し、その結
果を表1に併記した。表1に示す結果より、従来品と比
較して本発明品である超硬合金製スローアウェイインサ
ートは、Crを特許請求の範囲内に限定する添加で著し
く硬質皮膜との密着性を向上させ、切削性能を改善させ
ることができた。これは、比較品または、従来品におい
ては、コーティング前の洗浄工程において、Co溶出の
抑制ができないため密着性が悪化するのである。また、
過度の添加は、基体自体の靱性が低下してしまうため切
削中に欠損が生じ、満足な工具寿命が得られなかった。
【0013】実施例2 次に、実施例1で用意した超硬合金製基体を用いて所定
の洗浄を行った後、PVD(物理蒸着)法のうち、中空
陰極放電法、アークイオンプレーティング法、直流マグ
ネトロンスパッタリング法の3方法を用いて、それぞれ
の方法でTiN、TiCN、TiAlNの硬質皮膜を超
硬合金製基体上に2.0μm被覆させ、フライス盤を用
い、フライス切削を切削速度120m/min、1刃あ
たりの送り量0.1mm/刃、切り込み深さ2mm、被
削材にSKD61(HRC50)材、125mm巾、2
50mm長さ用い、乾式で切削試験を行い、硬質皮膜の
剥離、及び超硬合金基体からの剥離が起きるまでの切削
可能距離を比較し、その結果を表2、3、4に示した。
の洗浄を行った後、PVD(物理蒸着)法のうち、中空
陰極放電法、アークイオンプレーティング法、直流マグ
ネトロンスパッタリング法の3方法を用いて、それぞれ
の方法でTiN、TiCN、TiAlNの硬質皮膜を超
硬合金製基体上に2.0μm被覆させ、フライス盤を用
い、フライス切削を切削速度120m/min、1刃あ
たりの送り量0.1mm/刃、切り込み深さ2mm、被
削材にSKD61(HRC50)材、125mm巾、2
50mm長さ用い、乾式で切削試験を行い、硬質皮膜の
剥離、及び超硬合金基体からの剥離が起きるまでの切削
可能距離を比較し、その結果を表2、3、4に示した。
【0014】
【表2】
【0015】尚、表2にはTiNを被覆した場合、表3
にはTiCN、表4にはTiAlNをそれぞれ被覆した
時の結果を示す。表中には各コーティング法について、
中空陰極放電法=HCD、アークイオンプレーティング
法=Arc、直流マグネトロンスパッタリング法=DC
−MSと表記する。
にはTiCN、表4にはTiAlNをそれぞれ被覆した
時の結果を示す。表中には各コーティング法について、
中空陰極放電法=HCD、アークイオンプレーティング
法=Arc、直流マグネトロンスパッタリング法=DC
−MSと表記する。
【0016】
【表3】
【0017】
【表4】
【0018】また、コーティング方法においても、中空
陰極放電法や直流マグネトロンスパッタリング法による
被覆において、これらの方法のボンバードでは、基体の
表面欠陥を十分に除去するほどの効果が見られないた
め、その後コーティングしても硬質皮膜と基体中WCと
の密着性が良好でも界面に形成されてしまうポアのため
に切削加工中に剥離や欠損が起きてしまい、十分な工具
寿命が得られない。また、アークイオンプレーティング
法のようにターゲット材料で高エネルギーなボンバード
が可能である方法では、洗浄後、基体表面に欠陥ができ
てしまっても、それを取り除くことができ、そのため、
硬質皮膜と基体表面との密着性が向上し、切削加工にお
いても十分な工具寿命が得られるわけである。
陰極放電法や直流マグネトロンスパッタリング法による
被覆において、これらの方法のボンバードでは、基体の
表面欠陥を十分に除去するほどの効果が見られないた
め、その後コーティングしても硬質皮膜と基体中WCと
の密着性が良好でも界面に形成されてしまうポアのため
に切削加工中に剥離や欠損が起きてしまい、十分な工具
寿命が得られない。また、アークイオンプレーティング
法のようにターゲット材料で高エネルギーなボンバード
が可能である方法では、洗浄後、基体表面に欠陥ができ
てしまっても、それを取り除くことができ、そのため、
硬質皮膜と基体表面との密着性が向上し、切削加工にお
いても十分な工具寿命が得られるわけである。
【0019】
【発明の効果】上記のごとく、本発明の超硬合金製スロ
ーアウェイインサートを用い、アークイオンプレーティ
ング法にて、硬質皮膜を被覆したもの、つまり、本被覆
超硬合金製スローアウェイインサートを用いれば著しく
優れた工具寿命が得られるわけである。
ーアウェイインサートを用い、アークイオンプレーティ
ング法にて、硬質皮膜を被覆したもの、つまり、本被覆
超硬合金製スローアウェイインサートを用いれば著しく
優れた工具寿命が得られるわけである。
Claims (2)
- 【請求項1】 硬質皮膜を被覆した被覆超硬合金製スロ
ーアウェイインサートにおいて、基体超硬合金が重量比
で0.01以上5.0%以下のCrを含有したことを特
徴とする被覆超硬合金製スローアウェイインサート。 - 【請求項2】 硬質皮膜を被覆した被覆超硬合金製スロ
ーアウェイインサートにおいて、基体超硬合金が重量比
で0.01以上5.0%以下のCrを含有してなる被覆
超硬合金製スローアウェイインサートにおいて、硬質被
覆層がアークイオンプレーティング法で形成されたこと
を特徴とする被覆超硬合金製スローアウェイインサート
の製法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8131052A JPH09295205A (ja) | 1996-04-26 | 1996-04-26 | 被覆超硬合金製スローアウェイインサート及びその製法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8131052A JPH09295205A (ja) | 1996-04-26 | 1996-04-26 | 被覆超硬合金製スローアウェイインサート及びその製法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09295205A true JPH09295205A (ja) | 1997-11-18 |
Family
ID=15048894
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8131052A Withdrawn JPH09295205A (ja) | 1996-04-26 | 1996-04-26 | 被覆超硬合金製スローアウェイインサート及びその製法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09295205A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0952238A1 (de) * | 1998-04-14 | 1999-10-27 | Hauzer Industries B.V. | Mehrlagen-Hartstoffschicht |
| EP1038989A3 (en) * | 1999-03-26 | 2002-06-26 | Sandvik Aktiebolag | Coated milling insert |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05320913A (ja) * | 1992-05-25 | 1993-12-07 | Mitsubishi Materials Corp | 表面被覆切削工具 |
| JPH05329703A (ja) * | 1992-05-26 | 1993-12-14 | Mitsubishi Materials Corp | 表面被覆超硬合金切削工具 |
| JPH07252579A (ja) * | 1994-03-11 | 1995-10-03 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 切削工具用の被覆超硬合金 |
-
1996
- 1996-04-26 JP JP8131052A patent/JPH09295205A/ja not_active Withdrawn
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05320913A (ja) * | 1992-05-25 | 1993-12-07 | Mitsubishi Materials Corp | 表面被覆切削工具 |
| JPH05329703A (ja) * | 1992-05-26 | 1993-12-14 | Mitsubishi Materials Corp | 表面被覆超硬合金切削工具 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
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| A131 | Notification of reasons for refusal |
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