JPH10128602A - 被覆切削工具 - Google Patents
被覆切削工具Info
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- JPH10128602A JPH10128602A JP28875496A JP28875496A JPH10128602A JP H10128602 A JPH10128602 A JP H10128602A JP 28875496 A JP28875496 A JP 28875496A JP 28875496 A JP28875496 A JP 28875496A JP H10128602 A JPH10128602 A JP H10128602A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】切削速度の一層の高速化にも十分対応できる窒
化珪素質の被覆切削工具を提供する。 【解決手段】窒化珪素質母材表面に、Ｔｉの窒化物、炭
化物又は炭窒化物からなる第１層、アルミニウム化合物
からなる第２層、Ｔｉの窒化物または酸窒化物とＡｌの
酸化物または酸窒化物の複合化合物固溶体層〔（Ｔｉ，
Ａｌ）（Ｎ，Ｏ）層〕の第３層を順次配した硬質被覆膜
を形成した。
化珪素質の被覆切削工具を提供する。 【解決手段】窒化珪素質母材表面に、Ｔｉの窒化物、炭
化物又は炭窒化物からなる第１層、アルミニウム化合物
からなる第２層、Ｔｉの窒化物または酸窒化物とＡｌの
酸化物または酸窒化物の複合化合物固溶体層〔（Ｔｉ，
Ａｌ）（Ｎ，Ｏ）層〕の第３層を順次配した硬質被覆膜
を形成した。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、フライス加工工具
等の切削工具であって窒化珪素質材料からなる切削工具
に関し、特に窒化珪素質の母材表面に、耐摩耗性の優れ
た硬質被覆膜を形成した被覆切削工具に関するものであ
る。
等の切削工具であって窒化珪素質材料からなる切削工具
に関し、特に窒化珪素質の母材表面に、耐摩耗性の優れ
た硬質被覆膜を形成した被覆切削工具に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】切削工具には、サーメット工具や超硬工
具などのように耐摩耗性を向上させるため工具母材表面
にＴｉ等の窒化物や炭化物よりなる硬質被覆膜を形成す
ることが行われているものがある。
具などのように耐摩耗性を向上させるため工具母材表面
にＴｉ等の窒化物や炭化物よりなる硬質被覆膜を形成す
ることが行われているものがある。
【０００３】その方法としては、ＣＶＤ法（化学的蒸着
法）及びＰＶＤ法（物理的蒸着法）の他、イオンプレー
ティング法やスパッタリング法によりＴｉＮ，ＴｉＡｌ
Ｎ，，ＴｉＡｌＣ，或いはＴｉＡｌＣＮ等の被覆が行わ
れてきた。
法）及びＰＶＤ法（物理的蒸着法）の他、イオンプレー
ティング法やスパッタリング法によりＴｉＮ，ＴｉＡｌ
Ｎ，，ＴｉＡｌＣ，或いはＴｉＡｌＣＮ等の被覆が行わ
れてきた。
【０００４】特公平４−５３６４２号は、このような被
覆切削工具に関連した発明で、ＷＣ基超硬合金またはＴ
ｉＣＮ基サーメットで構成された基体部材の表面に、
（Ｔｉ，Ａｌ）Ｃ，（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ，および（Ｔｉ，
Ａｌ）ＣＮのうちの１種の単層または２種以上の被覆か
らなる硬質被覆層をＣＶＤ法やＰＶＤ法などを用いて、
０．５〜１０μm の平均層厚で蒸着してなる耐摩耗性の
すぐれた表面被覆工具を内容としたものであった。
覆切削工具に関連した発明で、ＷＣ基超硬合金またはＴ
ｉＣＮ基サーメットで構成された基体部材の表面に、
（Ｔｉ，Ａｌ）Ｃ，（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ，および（Ｔｉ，
Ａｌ）ＣＮのうちの１種の単層または２種以上の被覆か
らなる硬質被覆層をＣＶＤ法やＰＶＤ法などを用いて、
０．５〜１０μm の平均層厚で蒸着してなる耐摩耗性の
すぐれた表面被覆工具を内容としたものであった。
【０００５】ところで、切削工具として、セラミック工
具は、その優れた高温特性、化学的安定性により、一般
鋼、高硬度材の高速・高能率加工に優れた性能を発揮し
ている。特に、耐摩耗性、耐クレータ性にも優れている
ため超高速切削加工が可能であるとともに、被削材との
親和性が極めて低いため、長時間安定した仕上げ面が維
持されるという特徴をもっている。
具は、その優れた高温特性、化学的安定性により、一般
鋼、高硬度材の高速・高能率加工に優れた性能を発揮し
ている。特に、耐摩耗性、耐クレータ性にも優れている
ため超高速切削加工が可能であるとともに、被削材との
親和性が極めて低いため、長時間安定した仕上げ面が維
持されるという特徴をもっている。
【０００６】その中でも、窒化珪素質セラミックは、強
靱であり、耐欠損性に優れるので、鋳鉄、耐熱合金など
の高速荒加工（Ｖ＝２５０ｍ／ｍｉｎ〜）に用いられ、
湿式加工にも、乾式加工のどちらにも対応可能なもので
あった。
靱であり、耐欠損性に優れるので、鋳鉄、耐熱合金など
の高速荒加工（Ｖ＝２５０ｍ／ｍｉｎ〜）に用いられ、
湿式加工にも、乾式加工のどちらにも対応可能なもので
あった。
【０００７】このようなセラミック工具は、通常、硬質
皮膜を表面に形成することなく用いられている。
皮膜を表面に形成することなく用いられている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら近年、切
削速度の一層の高速化が要望されており、切削条件がよ
り過酷化する傾向にある為、従来の切削工具よりもさら
に耐摩耗性を向上せしめた切削工具が望まれており、こ
れは窒化珪素質工具でも例外でなかった。。
削速度の一層の高速化が要望されており、切削条件がよ
り過酷化する傾向にある為、従来の切削工具よりもさら
に耐摩耗性を向上せしめた切削工具が望まれており、こ
れは窒化珪素質工具でも例外でなかった。。
【０００９】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者は、上
述のような観点から、従来の被覆超硬合金の耐摩耗性を
向上させるべく鋭意検討を続けた結果、Ｔｉ，Ａｌの複
合化合物固溶体層に変更を加え、耐摩耗性を顕著に向上
させることができることを見出した。すなわち、Ｔｉ，
Ａｌの複合化合物固溶体層をＴｉの窒化物または酸窒化
物およびＡｌの酸化物または酸窒化物からなるものと
し、Ａｌ2 Ｏ3 、Ａｌ2 Ｏ3 Ｎ中にＴｉ化合物を分散固
溶させたことによって、耐酸化性に加え、耐欠損性およ
び耐摩耗性が優れ、しかも、この複合化合物固溶体層を
母材表面に形成したＴｉＮ，ＴｉＣ或いはＴｉＣＮのＴ
ｉの窒化物、炭化物又は炭窒化物からなる第１層よりも
外側に形成することによって耐摩耗性を顕著に向上す
る。
述のような観点から、従来の被覆超硬合金の耐摩耗性を
向上させるべく鋭意検討を続けた結果、Ｔｉ，Ａｌの複
合化合物固溶体層に変更を加え、耐摩耗性を顕著に向上
させることができることを見出した。すなわち、Ｔｉ，
Ａｌの複合化合物固溶体層をＴｉの窒化物または酸窒化
物およびＡｌの酸化物または酸窒化物からなるものと
し、Ａｌ2 Ｏ3 、Ａｌ2 Ｏ3 Ｎ中にＴｉ化合物を分散固
溶させたことによって、耐酸化性に加え、耐欠損性およ
び耐摩耗性が優れ、しかも、この複合化合物固溶体層を
母材表面に形成したＴｉＮ，ＴｉＣ或いはＴｉＣＮのＴ
ｉの窒化物、炭化物又は炭窒化物からなる第１層よりも
外側に形成することによって耐摩耗性を顕著に向上す
る。
【００１０】そして、このような構成に加え、上記Ｔ
ｉ，Ａｌの複合化合物固溶体層と第１層の間にアルミニ
ウム化合物を介在させることにより、この効果をさらに
助長することができ、アルミミウム化合物としては、特
に酸化アルミニウムが耐摩耗性の向上に有効である。
ｉ，Ａｌの複合化合物固溶体層と第１層の間にアルミニ
ウム化合物を介在させることにより、この効果をさらに
助長することができ、アルミミウム化合物としては、特
に酸化アルミニウムが耐摩耗性の向上に有効である。
【００１１】この発明は、上記研究結果にもとづいてな
われたものであって、窒化珪素質母材表面に、Ｔｉの窒
化物、炭化物又は炭窒化物からなる第１層、アルミニウ
ム化合物からなる第２層、Ｔｉの窒化物または酸窒化物
とＡｌの酸化物または酸窒化物の複合化合物固溶体層
〔以下、（Ｔｉ，Ａｌ）（Ｎ，Ｏ）層という〕の第３層
を順次配した硬質被覆膜を備えてなる被覆切削工具に特
徴を有するものである。
われたものであって、窒化珪素質母材表面に、Ｔｉの窒
化物、炭化物又は炭窒化物からなる第１層、アルミニウ
ム化合物からなる第２層、Ｔｉの窒化物または酸窒化物
とＡｌの酸化物または酸窒化物の複合化合物固溶体層
〔以下、（Ｔｉ，Ａｌ）（Ｎ，Ｏ）層という〕の第３層
を順次配した硬質被覆膜を備えてなる被覆切削工具に特
徴を有するものである。
【００１２】また、このような上記（Ｔｉ，Ａｌ）
（Ｎ，Ｏ）層において、母材表面側にＴｉを多く存在せ
しめ、外側に離れていくほどＴｉが減少し、最外部分で
はＡｌが主となるような構成とすることにより、複合化
合物固溶体層とその下のＴｉ化合物層との密着性を高め
ることができ、結果として耐欠損性を高めることができ
る。
（Ｎ，Ｏ）層において、母材表面側にＴｉを多く存在せ
しめ、外側に離れていくほどＴｉが減少し、最外部分で
はＡｌが主となるような構成とすることにより、複合化
合物固溶体層とその下のＴｉ化合物層との密着性を高め
ることができ、結果として耐欠損性を高めることができ
る。
【００１３】なお、上記硬質被覆膜としては、前記第１
層〜第３層を同じ順で２回以上積層するのが、一回積層
のものよりも耐摩耗性が高い傾向がある。
層〜第３層を同じ順で２回以上積層するのが、一回積層
のものよりも耐摩耗性が高い傾向がある。
【００１４】また、硬質被覆膜の厚みとしては３．０〜
６．０μm の範囲であることが好ましい。すなわち、上
記厚みが３．０μm 未満では耐摩耗性および耐欠損性に
低くなる恐れがあり、他方６．０μm 以上では、被覆膜
の固着力が小さくなり、剥離の恐れがある。
６．０μm の範囲であることが好ましい。すなわち、上
記厚みが３．０μm 未満では耐摩耗性および耐欠損性に
低くなる恐れがあり、他方６．０μm 以上では、被覆膜
の固着力が小さくなり、剥離の恐れがある。
【００１５】
【実施例】つぎに、この発明の被覆切削工具を実施例に
より具体的に説明する。
より具体的に説明する。
【００１６】実施例１ ＪＩＳ ＣＮＧＮ１２０４０８に適合した形状であり且
つ京セラ製ＳＮ６０００材種のセラミック製の切削工具
（以下チップと呼ぶ）を母材として、公知のＣＶＤ法に
よって多層硬質膜を形成し、これを実施例品１とした。
膜構成をＴｉＮ＋ＴｉＡｌＮ＋（Ｔｉ，Ａｌ）（Ｎ，
Ｏ）＋ＴｉＮ＋ＴｉＡｌＮ＋（Ｔｉ，Ａｌ）（Ｎ，Ｏ）
＋ＴｉＣ，すなわちＴｉＮ＋ＴｉＡｌＮ＋（Ｔｉ，Ａ
ｌ）（Ｎ，Ｏ）の膜構成を２段積み重ねた上にＴｉＣ膜
を形成し、膜厚を約３．５μｍとした。
つ京セラ製ＳＮ６０００材種のセラミック製の切削工具
（以下チップと呼ぶ）を母材として、公知のＣＶＤ法に
よって多層硬質膜を形成し、これを実施例品１とした。
膜構成をＴｉＮ＋ＴｉＡｌＮ＋（Ｔｉ，Ａｌ）（Ｎ，
Ｏ）＋ＴｉＮ＋ＴｉＡｌＮ＋（Ｔｉ，Ａｌ）（Ｎ，Ｏ）
＋ＴｉＣ，すなわちＴｉＮ＋ＴｉＡｌＮ＋（Ｔｉ，Ａ
ｌ）（Ｎ，Ｏ）の膜構成を２段積み重ねた上にＴｉＣ膜
を形成し、膜厚を約３．５μｍとした。
【００１７】このチップを用い以下の条件で切削試験を
行って主切刃ＶB 摩耗量と主切刃ＶB MAX 摩耗量を測定
した。
行って主切刃ＶB 摩耗量と主切刃ＶB MAX 摩耗量を測定
した。
【００１８】 その結果、主切刃ＶB 摩耗量が０．１６ｍｍで、主切刃
ＶB MAX 摩耗量が０．１９ｍｍであった。
ＶB MAX 摩耗量が０．１９ｍｍであった。
【００１９】比較例１ 実施例１と同様に、膜構成をＴｉＮ＋（Ｔｉ，Ａｌ）
（Ｎ，Ｏ）＋ＴｉＮ＋（Ｔｉ，Ａｌ）（Ｎ，Ｏ）＋Ｔｉ
Ｃ，すなわちＴｉＮ＋（Ｔｉ，Ａｌ）（Ｎ，Ｏ）の膜構
成を２段積み重ねた上にＴｉＣ膜を形成し、膜厚を約
３．０μｍとしたチップを作製し、これを比較例品１と
した。この比較例品１を用いて、実施例１と同様の試験
を行った。
（Ｎ，Ｏ）＋ＴｉＮ＋（Ｔｉ，Ａｌ）（Ｎ，Ｏ）＋Ｔｉ
Ｃ，すなわちＴｉＮ＋（Ｔｉ，Ａｌ）（Ｎ，Ｏ）の膜構
成を２段積み重ねた上にＴｉＣ膜を形成し、膜厚を約
３．０μｍとしたチップを作製し、これを比較例品１と
した。この比較例品１を用いて、実施例１と同様の試験
を行った。
【００２０】この結果、主切刃ＶB 摩耗量が０．２２ｍ
ｍで、主切刃ＶB MAX 摩耗量が０．３３ｍｍと、いずれ
も実施例品１よりも摩耗量が多かった。
ｍで、主切刃ＶB MAX 摩耗量が０．３３ｍｍと、いずれ
も実施例品１よりも摩耗量が多かった。
【００２１】これは、本比較例ではＴｉＮ層上に（Ｔ
ｉ，Ａｌ）（Ｎ，Ｏ）層を直接形成したため（Ｔｉ，Ａ
ｌ）（Ｎ，Ｏ）の成膜状態が若干不良となり、他方前記
実施例１では両層の間にＴｉＡｌＮ層を介在させたこと
により（Ｔｉ，Ａｌ）（Ｎ，Ｏ）の成膜状態が良好であ
ったためではないかと推測される。
ｉ，Ａｌ）（Ｎ，Ｏ）層を直接形成したため（Ｔｉ，Ａ
ｌ）（Ｎ，Ｏ）の成膜状態が若干不良となり、他方前記
実施例１では両層の間にＴｉＡｌＮ層を介在させたこと
により（Ｔｉ，Ａｌ）（Ｎ，Ｏ）の成膜状態が良好であ
ったためではないかと推測される。
【００２２】実施例２ ＪＩＳ ＣＮＧＮ１２０４０８に適合した形状であり且
つ京セラ製ＳＮ６０００材種のセラミック製の切削工具
（以下チップと呼ぶ）を母材として、公知のＣＶＤ法に
よって多層硬質膜を形成し、これを実施例品２とした。
膜構成をＴｉＮ＋Ａｌ2 Ｏ3 ＋（Ｔｉ，Ａｌ）（Ｎ，
Ｏ）＋ＴｉＮ＋Ａｌ2 Ｏ3 ＋（Ｔｉ，Ａｌ）（Ｎ，Ｏ）
＋ＴｉＣ，すなわちＴｉＮ＋ＴｉＡｌＮ＋（Ｔｉ，Ａ
ｌ）（Ｎ，Ｏ）の膜構成を２段積み重ねた上にＴｉＣ膜
を形成し、膜厚を約３．５μｍとした。
つ京セラ製ＳＮ６０００材種のセラミック製の切削工具
（以下チップと呼ぶ）を母材として、公知のＣＶＤ法に
よって多層硬質膜を形成し、これを実施例品２とした。
膜構成をＴｉＮ＋Ａｌ2 Ｏ3 ＋（Ｔｉ，Ａｌ）（Ｎ，
Ｏ）＋ＴｉＮ＋Ａｌ2 Ｏ3 ＋（Ｔｉ，Ａｌ）（Ｎ，Ｏ）
＋ＴｉＣ，すなわちＴｉＮ＋ＴｉＡｌＮ＋（Ｔｉ，Ａ
ｌ）（Ｎ，Ｏ）の膜構成を２段積み重ねた上にＴｉＣ膜
を形成し、膜厚を約３．５μｍとした。
【００２３】このチップを用い、以下の条件で切削試験
を行って主切刃ＶB 摩耗量と主切刃ＶB MAX 摩耗量を測
定した。
を行って主切刃ＶB 摩耗量と主切刃ＶB MAX 摩耗量を測
定した。
【００２４】 その結果、主切刃ＶB 摩耗量が０．１０ｍｍで、主切刃
ＶB MAX 摩耗量が０．１６ｍｍで、いずれも実施例１よ
りも少ない摩耗量であった。
ＶB MAX 摩耗量が０．１６ｍｍで、いずれも実施例１よ
りも少ない摩耗量であった。
【００２５】これは、ＴｉＮ層と（Ｔｉ，Ａｌ）（Ｎ，
Ｏ）層の間に形成する層を実施例１のＴｉＡｌＮに対し
て酸化アルミニウムで構成したことによるものと思われ
る。
Ｏ）層の間に形成する層を実施例１のＴｉＡｌＮに対し
て酸化アルミニウムで構成したことによるものと思われ
る。
【００２６】実施例３ 実施例２のチップにおいて硬質被覆膜をそれぞれ２．８
μm と６．５μm とした２種類のチップを形成し、実施
例２と同一条件で加工試験を行った。
μm と６．５μm とした２種類のチップを形成し、実施
例２と同一条件で加工試験を行った。
【００２７】その結果、被覆膜厚み２．８μm のチップ
は、主切刃ＶB 摩耗量が０．１８ｍｍで、主切刃Ｖ
B MAX 摩耗量が０．２２ｍｍと実施例１，２よりも大き
かった。
は、主切刃ＶB 摩耗量が０．１８ｍｍで、主切刃Ｖ
B MAX 摩耗量が０．２２ｍｍと実施例１，２よりも大き
かった。
【００２８】また、被覆膜厚み６．５μm のチップで
は、被覆膜が剥離する場合があった。
は、被覆膜が剥離する場合があった。
【００２９】なお、実施例品１、２、３および実験例品
について硬質被覆膜のＥＰＭＡ組成分析を行ったとこ
ろ、実施例品２について、上記（Ｔｉ，Ａｌ）（Ｎ，
Ｏ）層において、母材表面側にＴｉを多く存在せしめ、
外側に離れていくほどＴｉが減少し、最外部分ではＡｌ
が主となるような構成となっていることが確認された。
実施例品２の耐摩耗性が優れていたことの理由として、
このようなＴｉの傾斜的分布があることも考えられる。
について硬質被覆膜のＥＰＭＡ組成分析を行ったとこ
ろ、実施例品２について、上記（Ｔｉ，Ａｌ）（Ｎ，
Ｏ）層において、母材表面側にＴｉを多く存在せしめ、
外側に離れていくほどＴｉが減少し、最外部分ではＡｌ
が主となるような構成となっていることが確認された。
実施例品２の耐摩耗性が優れていたことの理由として、
このようなＴｉの傾斜的分布があることも考えられる。
【００３０】なお、本発明はこれら実施例の形態に限定
されるものでなく、例えば表面にさらにＴｉＮ膜を形成
するなど、本発明の目的を逸脱しない限り、任意の形態
にすることができるのは言うまでもない。
されるものでなく、例えば表面にさらにＴｉＮ膜を形成
するなど、本発明の目的を逸脱しない限り、任意の形態
にすることができるのは言うまでもない。
【００３１】
【発明の効果】叙上のように、本発明によれば、窒化珪
素質母材表面に、Ｔｉの窒化物、炭化物又は炭窒化物か
らなる第１層、アルミニウム化合物からなる第２層、Ｔ
ｉの窒化物または酸窒化物とＡｌの酸化物または酸窒化
物の複合化合物固溶体層〔（Ｔｉ，Ａｌ）（Ｎ，Ｏ）
層〕の第３層を順次配した硬質被覆膜を形成したことに
より、切削工具の耐摩耗性、耐欠損性が顕著に向上させ
た。したがって、経済的であるとともに、切削速度の一
層の高速化にも十分対応していくことができる。
素質母材表面に、Ｔｉの窒化物、炭化物又は炭窒化物か
らなる第１層、アルミニウム化合物からなる第２層、Ｔ
ｉの窒化物または酸窒化物とＡｌの酸化物または酸窒化
物の複合化合物固溶体層〔（Ｔｉ，Ａｌ）（Ｎ，Ｏ）
層〕の第３層を順次配した硬質被覆膜を形成したことに
より、切削工具の耐摩耗性、耐欠損性が顕著に向上させ
た。したがって、経済的であるとともに、切削速度の一
層の高速化にも十分対応していくことができる。
Claims (2)
- 【請求項１】窒化珪素質母材表面に、Ｔｉの窒化物、炭
化物又は炭窒化物からなる第１層、アルミニウム化合物
からなる第２層、Ｔｉの窒化物または酸窒化物とＡｌの
酸化物または酸窒化物の複合化合物固溶体からなる第３
層を順次配した硬質被覆膜を備えてなる被覆切削工具。 - 【請求項２】上記第２層が酸化アルミニウムからなるこ
とを特徴とする請求項１の被覆切削工具。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28875496A JPH10128602A (ja) | 1996-10-30 | 1996-10-30 | 被覆切削工具 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28875496A JPH10128602A (ja) | 1996-10-30 | 1996-10-30 | 被覆切削工具 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10128602A true JPH10128602A (ja) | 1998-05-19 |
Family
ID=17734279
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28875496A Pending JPH10128602A (ja) | 1996-10-30 | 1996-10-30 | 被覆切削工具 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10128602A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0947607A3 (en) * | 1998-03-16 | 2000-01-19 | Hitachi Tool Engineering, Ltd. | Members with multi-layer coatings |
| DE102008013966A1 (de) * | 2008-03-12 | 2009-09-17 | Kennametal Inc. | Hartstoffbeschichteter Körper |
| CN115948711A (zh) * | 2022-12-14 | 2023-04-11 | 株洲华锐精密工具股份有限公司 | 一种复合硬质涂层及其制备方法与应用 |
-
1996
- 1996-10-30 JP JP28875496A patent/JPH10128602A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0947607A3 (en) * | 1998-03-16 | 2000-01-19 | Hitachi Tool Engineering, Ltd. | Members with multi-layer coatings |
| DE102008013966A1 (de) * | 2008-03-12 | 2009-09-17 | Kennametal Inc. | Hartstoffbeschichteter Körper |
| CN115948711A (zh) * | 2022-12-14 | 2023-04-11 | 株洲华锐精密工具股份有限公司 | 一种复合硬质涂层及其制备方法与应用 |
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