JPH10204639A - 硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を有する表面被覆超硬合金製切削工具 - Google Patents
硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を有する表面被覆超硬合金製切削工具Info
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- JPH10204639A JPH10204639A JP361597A JP361597A JPH10204639A JP H10204639 A JPH10204639 A JP H10204639A JP 361597 A JP361597 A JP 361597A JP 361597 A JP361597 A JP 361597A JP H10204639 A JPH10204639 A JP H10204639A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を有す
る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 層を含む硬質被覆層、例えばＴｉＣ層、ＴｉＮ層、Ｔ
ｉＣＮ層、ＴｉＯ2 層、ＴｉＣＯ層、ＴｉＮＯ層、およ
びＴｉＣＮＯ層からなるＴｉ化合物層のうちの１種また
は２種以上と、Ａｌ2 Ｏ3 層で構成された硬質被覆層を
２〜２０μｍ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おいて、前
記硬質被覆層を構成するＡｌ2 Ｏ3 層が、異なったＸ線
回折パターンを示す２層以上のＡｌ 2 Ｏ3 単位層からな
り、かつ前記Ａｌ2 Ｏ3 単位層が、２θで２５．５度、
同３５．５度、同３７．２度、および６８．４度のいず
れかに最強ピークが現われ、前記最強ピーク高さ
（Ｈ1 ）と同じＸ線回折パターンにおける２番目のピー
ク高さ（Ｈ2 ）の比（Ｈ1 ）／（Ｈ2 ）が１．５〜２．
７であるＸ線回折パターンを示すＡｌ2 Ｏ3 複合層から
なる。
る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 層を含む硬質被覆層、例えばＴｉＣ層、ＴｉＮ層、Ｔ
ｉＣＮ層、ＴｉＯ2 層、ＴｉＣＯ層、ＴｉＮＯ層、およ
びＴｉＣＮＯ層からなるＴｉ化合物層のうちの１種また
は２種以上と、Ａｌ2 Ｏ3 層で構成された硬質被覆層を
２〜２０μｍ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おいて、前
記硬質被覆層を構成するＡｌ2 Ｏ3 層が、異なったＸ線
回折パターンを示す２層以上のＡｌ 2 Ｏ3 単位層からな
り、かつ前記Ａｌ2 Ｏ3 単位層が、２θで２５．５度、
同３５．５度、同３７．２度、および６８．４度のいず
れかに最強ピークが現われ、前記最強ピーク高さ
（Ｈ1 ）と同じＸ線回折パターンにおける２番目のピー
ク高さ（Ｈ2 ）の比（Ｈ1 ）／（Ｈ2 ）が１．５〜２．
７であるＸ線回折パターンを示すＡｌ2 Ｏ3 複合層から
なる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、硬質被覆層がす
ぐれた耐チッピング性を有し、したがって例えば鋼や鋳
鉄の高速切削や、高送りおよび高切込みなどの重切削な
どの苛酷な条件で用いた場合にも切刃にチッピング（微
小欠け）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
工具と云う）に関するものである。
ぐれた耐チッピング性を有し、したがって例えば鋼や鋳
鉄の高速切削や、高送りおよび高切込みなどの重切削な
どの苛酷な条件で用いた場合にも切刃にチッピング（微
小欠け）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
工具と云う）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、一般に、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、α型酸化
アルミニウム（以下、Ａｌ2 Ｏ3 で示す）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、ＴｉＯ2
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で示す）層からなるＴｉ化合物層の
うちの１種または２種以上と、Ａｌ2 Ｏ3 層とで構成さ
れた硬質被覆層を２〜２０μｍの平均層厚で化学蒸着お
よび／または物理蒸着してなる被覆超硬工具が知られて
おり、またこの被覆超硬工具が鋼や鋳鉄などの連続切削
や断続切削に用いられていることも知られている。
合金基体（以下、超硬基体という）の表面に、α型酸化
アルミニウム（以下、Ａｌ2 Ｏ3 で示す）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、ＴｉＯ2
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で示す）層からなるＴｉ化合物層の
うちの１種または２種以上と、Ａｌ2 Ｏ3 層とで構成さ
れた硬質被覆層を２〜２０μｍの平均層厚で化学蒸着お
よび／または物理蒸着してなる被覆超硬工具が知られて
おり、またこの被覆超硬工具が鋼や鋳鉄などの連続切削
や断続切削に用いられてい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、近年の切削装置
の高性能化および高出力化はめざましく、かつ省力化に
対する要求も強く、これに伴い、切削加工は高速化並び
に高送りおよび高切込みなどの重切削化の傾向にある
が、上記の従来被覆超硬工具においては、これを構成す
る硬質被覆層のうち、特にＡｌ2 Ｏ3 層は耐酸化性と熱
的安定性にすぐれ、さらに高硬度を有するが、他の構成
層であるＴｉ化合物層に比して相対的に強度が低く、か
つ脆いことが原因で、例えば鋼や鋳鉄などの高速切削や
重切削などの苛酷な条件での切削では切刃にチッピング
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。
の高性能化および高出力化はめざましく、かつ省力化に
対する要求も強く、これに伴い、切削加工は高速化並び
に高送りおよび高切込みなどの重切削化の傾向にある
が、上記の従来被覆超硬工具においては、これを構成す
る硬質被覆層のうち、特にＡｌ2 Ｏ3 層は耐酸化性と熱
的安定性にすぐれ、さらに高硬度を有するが、他の構成
層であるＴｉ化合物層に比して相対的に強度が低く、か
つ脆いことが原因で、例えば鋼や鋳鉄などの高速切削や
重切削などの苛酷な条件での切削では切刃にチッピング
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、これの強度および靭性向
上を図るべく研究を行った結果、一般に、上記の従来被
覆超硬工具の硬質被覆層を構成するＡｌ2 Ｏ3層は、化
学蒸着装置を用いた場合、例えば、 （Ａ）反応ガス組成 容量％で、ＡｌＣｌ3 ：１〜３％、ＣＯ2 ：１．５〜
４．５％、ＨＣｌ：３〜９％、Ｈ2 Ｓ：１〜２％、Ｈ
2 ：残り、 （Ｂ）反応温度：９００〜１１００℃、 （Ｃ）反応圧力：２５〜１００ｔｏｒｒ、 の条件で形成されるが、上記条件での上記Ａｌ2 Ｏ3 層
の形成に先だって、超硬基体表面に対して、 （ａ）反応ガス組成 容量％で、ＡｌＣｌ3 ：２０〜２５％、ＣＯ2 ：３５〜
３７．５％、Ｈ2 ：残り、 （ｂ）反応温度：１０００〜１２００℃、 （ｃ）反応圧力：０．０１〜１ｔｏｒｒ、 （ｄ）時間：１０〜６０分、 の条件で結晶核形成前処理を行ない、この結晶核形成前
処理後の超硬基体表面に上記の（Ａ）〜（Ｃ）の条件で
所定厚さのＡｌ2 Ｏ3 層を形成すると、上記の（ａ）〜
（ｄ）の条件での結晶核形成前処理を行なわないで形成
した従来Ａｌ2 Ｏ 3 層では、図５に例示されるＸ線回折
パターンを示していたものが、前記結晶核形成前処理条
件を調整することによって、図１〜４にそれぞれ例示さ
れる通り、２θで２５．５度、同３５．５度、同３７．
２度、および６８．４度のいずれかに最強ピークが現わ
れ、前記最強ピーク高さ（Ｈ1 ）と同じＸ線回折パター
ンにおける２番目のピーク高さ（Ｈ2 ）の比（Ｈ1 ）／
（Ｈ2 ）が１．５〜２．７であるＸ線回折パターンを示
すようになり、これをＡ2 Ｏ3 単位層とし、異なったＸ
線回折パターンを示す２層以上の前記Ａ2 Ｏ3 単位層で
Ａ2 Ｏ3 層を構成すると、この結果のＡ2 Ｏ3 複合層
は、上記従来Ａｌ2 Ｏ3 層に比して高強度および高靭性
をもつようになることから、硬質被覆層はすぐれた耐チ
ッピング性を有するようになり、したがって被覆超硬工
具は、鋼や鋳鉄などの高速切削や重切削などの苛酷な条
件での切削にも切刃にチッピングの発生がなく、すぐれ
た切削性能を長期に亘って発揮するようになるという研
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、これの強度および靭性向
上を図るべく研究を行った結果、一般に、上記の従来被
覆超硬工具の硬質被覆層を構成するＡｌ2 Ｏ3層は、化
学蒸着装置を用いた場合、例えば、 （Ａ）反応ガス組成 容量％で、ＡｌＣｌ3 ：１〜３％、ＣＯ2 ：１．５〜
４．５％、ＨＣｌ：３〜９％、Ｈ2 Ｓ：１〜２％、Ｈ
2 ：残り、 （Ｂ）反応温度：９００〜１１００℃、 （Ｃ）反応圧力：２５〜１００ｔｏｒｒ、 の条件で形成されるが、上記条件での上記Ａｌ2 Ｏ3 層
の形成に先だって、超硬基体表面に対して、 （ａ）反応ガス組成 容量％で、ＡｌＣｌ3 ：２０〜２５％、ＣＯ2 ：３５〜
３７．５％、Ｈ2 ：残り、 （ｂ）反応温度：１０００〜１２００℃、 （ｃ）反応圧力：０．０１〜１ｔｏｒｒ、 （ｄ）時間：１０〜６０分、 の条件で結晶核形成前処理を行ない、この結晶核形成前
処理後の超硬基体表面に上記の（Ａ）〜（Ｃ）の条件で
所定厚さのＡｌ2 Ｏ3 層を形成すると、上記の（ａ）〜
（ｄ）の条件での結晶核形成前処理を行なわないで形成
した従来Ａｌ2 Ｏ 3 層では、図５に例示されるＸ線回折
パターンを示していたものが、前記結晶核形成前処理条
件を調整することによって、図１〜４にそれぞれ例示さ
れる通り、２θで２５．５度、同３５．５度、同３７．
２度、および６８．４度のいずれかに最強ピークが現わ
れ、前記最強ピーク高さ（Ｈ1 ）と同じＸ線回折パター
ンにおける２番目のピーク高さ（Ｈ2 ）の比（Ｈ1 ）／
（Ｈ2 ）が１．５〜２．７であるＸ線回折パターンを示
すようになり、これをＡ2 Ｏ3 単位層とし、異なったＸ
線回折パターンを示す２層以上の前記Ａ2 Ｏ3 単位層で
Ａ2 Ｏ3 層を構成すると、この結果のＡ2 Ｏ3 複合層
は、上記従来Ａｌ2 Ｏ3 層に比して高強度および高靭性
をもつようになることから、硬質被覆層はすぐれた耐チ
ッピング性を有するようになり、したがって被覆超硬工
具は、鋼や鋳鉄などの高速切削や重切削などの苛酷な条
件での切削にも切刃にチッピングの発生がなく、すぐれ
た切削性能を長期に亘って発揮するようになるという研
究結果を得たのである。
【０００５】なお、図１に示すＸ線回折パターンは、通
常の化学蒸着装置にて、後述する超硬基体Ａの表面に、 （ａ）反応ガス組成 容量％で、ＡｌＣｌ3 ：２２％、ＣＯ2 ：３７％、Ｈ
2 ：残り、 （ｂ）反応温度：１１５０℃、 （ｃ）反応圧力：０．１ｔｏｒｒ、 （ｄ）時間：４０分、 の条件で結晶核形成前処理を行ない、この結晶核形成前
処理後の超硬基体表面に、通常の条件、すなわち、 （Ａ）反応ガス組成 容量％で、ＡｌＣｌ3 ：２％、ＣＯ2 ：８％、ＨＣｌ：
３％、Ｈ2 Ｓ：３％、Ｈ2 ：残り、 （Ｂ）反応温度：１０００℃、 （Ｃ）反応圧力：５０ｔｏｒｒ、 （Ｄ）時間：３００分（実施例の平均層厚は時間で調
整）、 の条件で形成した平均層厚：５μｍのＡｌ2 Ｏ3 層（以
下の実施例で、以上の条件で形成したＡｌ2 Ｏ3 層をＡ
ｌ2 Ｏ3 単位層アと云う）で、Ｈ1 が２θ：２５．５度
に現れ、Ｈ1 ／Ｈ2 ：１．６を示すものである。
常の化学蒸着装置にて、後述する超硬基体Ａの表面に、 （ａ）反応ガス組成 容量％で、ＡｌＣｌ3 ：２２％、ＣＯ2 ：３７％、Ｈ
2 ：残り、 （ｂ）反応温度：１１５０℃、 （ｃ）反応圧力：０．１ｔｏｒｒ、 （ｄ）時間：４０分、 の条件で結晶核形成前処理を行ない、この結晶核形成前
処理後の超硬基体表面に、通常の条件、すなわち、 （Ａ）反応ガス組成 容量％で、ＡｌＣｌ3 ：２％、ＣＯ2 ：８％、ＨＣｌ：
３％、Ｈ2 Ｓ：３％、Ｈ2 ：残り、 （Ｂ）反応温度：１０００℃、 （Ｃ）反応圧力：５０ｔｏｒｒ、 （Ｄ）時間：３００分（実施例の平均層厚は時間で調
整）、 の条件で形成した平均層厚：５μｍのＡｌ2 Ｏ3 層（以
下の実施例で、以上の条件で形成したＡｌ2 Ｏ3 層をＡ
ｌ2 Ｏ3 単位層アと云う）で、Ｈ1 が２θ：２５．５度
に現れ、Ｈ1 ／Ｈ2 ：１．６を示すものである。
【０００６】また、図２に示すＸ線回折パターンは、同
じく超硬基体Ａの表面に、 （ａ）反応ガス組成 容量％で、ＡｌＣｌ3 ：２０％、ＣＯ2 ：３５％、Ｈ
2 ：残り、 （ｂ）反応温度：１０５０℃、 （ｃ）反応圧力：０．０５ｔｏｒｒ、 （ｄ）時間：１０分、 の条件で結晶核形成前処理を行ない、この結晶核形成前
処理後の超硬基体表面に、通常の条件、すなわち、 （Ａ）反応ガス組成 容量％で、ＡｌＣｌ3 ：２％、ＣＯ2 ：１０％、ＨＣ
ｌ：５％、Ｈ2 Ｓ：２％、Ｈ2 ：残り、 （Ｂ）反応温度：１０２０℃、 （Ｃ）反応圧力：５０ｔｏｒｒ、 （Ｄ）時間：２８０分（実施例の平均層厚は時間で調
整）、 の条件で形成した平均層厚：５μｍのＡｌ2 Ｏ3 層（以
下の実施例で、以上の条件で形成したＡｌ2 Ｏ3 層をＡ
ｌ2 Ｏ3 単位層イと云う）で、Ｈ1 が２θ：３５．５度
に現れ、Ｈ1 ／Ｈ2 ：２．７を示すものである。
じく超硬基体Ａの表面に、 （ａ）反応ガス組成 容量％で、ＡｌＣｌ3 ：２０％、ＣＯ2 ：３５％、Ｈ
2 ：残り、 （ｂ）反応温度：１０５０℃、 （ｃ）反応圧力：０．０５ｔｏｒｒ、 （ｄ）時間：１０分、 の条件で結晶核形成前処理を行ない、この結晶核形成前
処理後の超硬基体表面に、通常の条件、すなわち、 （Ａ）反応ガス組成 容量％で、ＡｌＣｌ3 ：２％、ＣＯ2 ：１０％、ＨＣ
ｌ：５％、Ｈ2 Ｓ：２％、Ｈ2 ：残り、 （Ｂ）反応温度：１０２０℃、 （Ｃ）反応圧力：５０ｔｏｒｒ、 （Ｄ）時間：２８０分（実施例の平均層厚は時間で調
整）、 の条件で形成した平均層厚：５μｍのＡｌ2 Ｏ3 層（以
下の実施例で、以上の条件で形成したＡｌ2 Ｏ3 層をＡ
ｌ2 Ｏ3 単位層イと云う）で、Ｈ1 が２θ：３５．５度
に現れ、Ｈ1 ／Ｈ2 ：２．７を示すものである。
【０００７】図３に示すＸ線回折パターンは、同じく超
硬基体Ａの表面に、 （ａ）反応ガス組成 容量％で、ＡｌＣｌ3 ：２２％、ＣＯ2 ：３７％、Ｈ
2 ：残り、 （ｂ）反応温度：１１００℃、 （ｃ）反応圧力：０．０１ｔｏｒｒ、 （ｄ）時間：５０分、 の条件で結晶核形成前処理を行ない、この結晶核形成前
処理後の超硬基体表面に、通常の条件、すなわち、 （Ａ）反応ガス組成 容量％で、ＡｌＣｌ3 ：２％、ＣＯ2 ：８％、ＨＣｌ：
５％、Ｈ2 Ｓ：２％、Ｈ2 ：残り、 （Ｂ）反応温度：９６０℃、 （Ｃ）反応圧力：５０ｔｏｒｒ、 （Ｄ）時間：３４０分（実施例の平均層厚は時間で調
整）、 の条件で形成した平均層厚：５μｍのＡｌ2 Ｏ3 層（以
下の実施例で、以上の条件で形成したＡｌ2 Ｏ3 層をＡ
ｌ2 Ｏ3 単位層ウと云う）で、Ｈ1 が２θ：３７．２度
に現れ、Ｈ1 ／Ｈ2 ：２．４を示すのものである。
硬基体Ａの表面に、 （ａ）反応ガス組成 容量％で、ＡｌＣｌ3 ：２２％、ＣＯ2 ：３７％、Ｈ
2 ：残り、 （ｂ）反応温度：１１００℃、 （ｃ）反応圧力：０．０１ｔｏｒｒ、 （ｄ）時間：５０分、 の条件で結晶核形成前処理を行ない、この結晶核形成前
処理後の超硬基体表面に、通常の条件、すなわち、 （Ａ）反応ガス組成 容量％で、ＡｌＣｌ3 ：２％、ＣＯ2 ：８％、ＨＣｌ：
５％、Ｈ2 Ｓ：２％、Ｈ2 ：残り、 （Ｂ）反応温度：９６０℃、 （Ｃ）反応圧力：５０ｔｏｒｒ、 （Ｄ）時間：３４０分（実施例の平均層厚は時間で調
整）、 の条件で形成した平均層厚：５μｍのＡｌ2 Ｏ3 層（以
下の実施例で、以上の条件で形成したＡｌ2 Ｏ3 層をＡ
ｌ2 Ｏ3 単位層ウと云う）で、Ｈ1 が２θ：３７．２度
に現れ、Ｈ1 ／Ｈ2 ：２．４を示すのものである。
【０００８】さらに、図４に示すＸ線回折パターンは、
同じく超硬基体Ａの表面に、 （ａ）反応ガス組成 容量％で、ＡｌＣｌ3 ：２５％、ＣＯ2 ：３７．５％、
Ｈ2 ：残り、 （ｂ）反応温度：１２００℃、 （ｃ）反応圧力：０．１ｔｏｒｒ、 （ｄ）時間：３０分、 の条件で結晶核形成前処理を行ない、この結晶核形成前
処理後の超硬基体表面に、通常の条件、すなわち、 （Ａ）反応ガス組成 容量％で、ＡｌＣｌ3 ：２％、ＣＯ2 ：１０％、ＨＣ
ｌ：２％、Ｈ2 Ｓ：１％、Ｈ2 ：残り、 （Ｂ）反応温度：９６０℃、 （Ｃ）反応圧力：５０ｔｏｒｒ、 （Ｄ）時間：３３０分（実施例の平均層厚は時間で調
整）、 の条件で形成した平均層厚：５μｍのＡｌ2 Ｏ3 層（以
下の実施例で、以上の条件で形成したＡｌ2 Ｏ3 層をＡ
ｌ2 Ｏ3 単位層エと云う）で、Ｈ1 が２θ：６８．４度
に現れ、Ｈ1 ／Ｈ2 ：２．１を示すののものである。
同じく超硬基体Ａの表面に、 （ａ）反応ガス組成 容量％で、ＡｌＣｌ3 ：２５％、ＣＯ2 ：３７．５％、
Ｈ2 ：残り、 （ｂ）反応温度：１２００℃、 （ｃ）反応圧力：０．１ｔｏｒｒ、 （ｄ）時間：３０分、 の条件で結晶核形成前処理を行ない、この結晶核形成前
処理後の超硬基体表面に、通常の条件、すなわち、 （Ａ）反応ガス組成 容量％で、ＡｌＣｌ3 ：２％、ＣＯ2 ：１０％、ＨＣ
ｌ：２％、Ｈ2 Ｓ：１％、Ｈ2 ：残り、 （Ｂ）反応温度：９６０℃、 （Ｃ）反応圧力：５０ｔｏｒｒ、 （Ｄ）時間：３３０分（実施例の平均層厚は時間で調
整）、 の条件で形成した平均層厚：５μｍのＡｌ2 Ｏ3 層（以
下の実施例で、以上の条件で形成したＡｌ2 Ｏ3 層をＡ
ｌ2 Ｏ3 単位層エと云う）で、Ｈ1 が２θ：６８．４度
に現れ、Ｈ1 ／Ｈ2 ：２．１を示すののものである。
【０００９】なお、図５に示すＸ線回折パターンは、同
じく超硬基体Ａの表面に、通常の条件、すなわち、 （Ａ）反応ガス組成 容量％で、ＡｌＣｌ3 ：２％、ＣＯ2 ：１０％、ＨＣ
ｌ：５％、Ｈ2 Ｓ：１％、Ｈ2 ：残り、 （Ｂ）反応温度：１０２０℃、 （Ｃ）反応圧力：５０ｔｏｒｒ、 （Ｄ）時間： 分（実施例の平均層厚は時間で調
整）、 の条件で形成した平均層厚：５μｍの従来Ａｌ2 Ｏ3 層
（以下の実施例で、以上の条件で形成したＡｌ2 Ｏ3 層
をＡｌ2 Ｏ3 単一層オと云う）のものである。
じく超硬基体Ａの表面に、通常の条件、すなわち、 （Ａ）反応ガス組成 容量％で、ＡｌＣｌ3 ：２％、ＣＯ2 ：１０％、ＨＣ
ｌ：５％、Ｈ2 Ｓ：１％、Ｈ2 ：残り、 （Ｂ）反応温度：１０２０℃、 （Ｃ）反応圧力：５０ｔｏｒｒ、 （Ｄ）時間： 分（実施例の平均層厚は時間で調
整）、 の条件で形成した平均層厚：５μｍの従来Ａｌ2 Ｏ3 層
（以下の実施例で、以上の条件で形成したＡｌ2 Ｏ3 層
をＡｌ2 Ｏ3 単一層オと云う）のものである。
【００１０】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 層
を含む硬質被覆層、例えばＴｉＣ層、ＴｉＮ層、ＴｉＣ
Ｎ層、ＴｉＯ2 層、ＴｉＣＯ層、ＴｉＮＯ層、およびＴ
ｉＣＮＯ層からなるＴｉ化合物層のうちの１種または２
種以上と、Ａｌ2 Ｏ3 層とで構成された硬質被覆層を２
〜２０μｍの平均層厚で形成してなる被覆超硬工具にお
いて、前記硬質被覆層を構成するＡｌ2 Ｏ3 層を、異な
ったＸ線回折パターンを示す２層以上のＡｌ2 Ｏ3 単位
層からなり、かつ前記Ａｌ2 Ｏ3 単位層が、２θで２
５．５度、同３５．５度、同３７．２度、および６８．
４度のいずれかに最強ピークが現われ、前記最強ピーク
高さ（Ｈ1 ）と同じＸ線回折パターンにおける２番目の
ピーク高さ（Ｈ2 ）の比（Ｈ1 ）／（Ｈ2 ）が１．５〜
２．７であるＸ線回折パターンを示すＡｌ2 Ｏ3 複合層
で構成してなる、硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性
を有する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 層
を含む硬質被覆層、例えばＴｉＣ層、ＴｉＮ層、ＴｉＣ
Ｎ層、ＴｉＯ2 層、ＴｉＣＯ層、ＴｉＮＯ層、およびＴ
ｉＣＮＯ層からなるＴｉ化合物層のうちの１種または２
種以上と、Ａｌ2 Ｏ3 層とで構成された硬質被覆層を２
〜２０μｍの平均層厚で形成してなる被覆超硬工具にお
いて、前記硬質被覆層を構成するＡｌ2 Ｏ3 層を、異な
ったＸ線回折パターンを示す２層以上のＡｌ2 Ｏ3 単位
層からなり、かつ前記Ａｌ2 Ｏ3 単位層が、２θで２
５．５度、同３５．５度、同３７．２度、および６８．
４度のいずれかに最強ピークが現われ、前記最強ピーク
高さ（Ｈ1 ）と同じＸ線回折パターンにおける２番目の
ピーク高さ（Ｈ2 ）の比（Ｈ1 ）／（Ｈ2 ）が１．５〜
２．７であるＸ線回折パターンを示すＡｌ2 Ｏ3 複合層
で構成してなる、硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性
を有する被覆超硬工具に特徴を有するものである。
【００１１】なお、この発明の被覆超硬工具において、
硬質被覆層のうちのＡｌ2 Ｏ3 複合層を構成するＡｌ2
Ｏ3 単位層のＸ線回折パターンにおける最強ピーク高さ
（Ｈ 1 ）と２番目のピーク高さ（Ｈ2 ）の比（Ｈ1 ）／
（Ｈ2 ）：１．５〜２．７は、経験的に定めたものであ
って、その比が１．５未満であるＸ線回折パターンを示
すＡｌ2 Ｏ3 単位層がＡｌ2 Ｏ3 複合層中に存在した場
合、所望の高強度および高靭性を確保することができ
ず、この結果硬質被覆層に所望の耐チッピング性向上効
果が現われず、一方その比を２．７を越えて高くするこ
とはきわめて困難であるという理由によるものであり、
この場合その比を２．０〜２．５とするのが望ましく、
また、硬質被覆層の平均層厚を２〜２０μｍとしたの
は、その層厚が２μｍ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
であり、望ましくは３〜１０μｍの平均層厚とするのが
よい。
硬質被覆層のうちのＡｌ2 Ｏ3 複合層を構成するＡｌ2
Ｏ3 単位層のＸ線回折パターンにおける最強ピーク高さ
（Ｈ 1 ）と２番目のピーク高さ（Ｈ2 ）の比（Ｈ1 ）／
（Ｈ2 ）：１．５〜２．７は、経験的に定めたものであ
って、その比が１．５未満であるＸ線回折パターンを示
すＡｌ2 Ｏ3 単位層がＡｌ2 Ｏ3 複合層中に存在した場
合、所望の高強度および高靭性を確保することができ
ず、この結果硬質被覆層に所望の耐チッピング性向上効
果が現われず、一方その比を２．７を越えて高くするこ
とはきわめて困難であるという理由によるものであり、
この場合その比を２．０〜２．５とするのが望ましく、
また、硬質被覆層の平均層厚を２〜２０μｍとしたの
は、その層厚が２μｍ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
であり、望ましくは３〜１０μｍの平均層厚とするのが
よい。
【００１２】
【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：３μｍの中粒ＷＣ粉末、同５μｍ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（重量比で、以下同じ、ＴｉＣ／Ｔｉ
Ｎ／ＷＣ＝２４／２０／５６）粉末、同１．３μｍの
（Ｔａ，Ｎｂ）Ｃ（ＴａＣ／ＮｂＣ＝９０／１０）粉
末、および同１．２μｍ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・ＣＮＭＧ
１２０４０８（超硬基体Ａ〜Ｄ用）および同ＳＥＥＮ４
２ＡＦＴＮ１（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、１００ｔｏ
ｒｒのＣＨ4 ガス雰囲気中、１４００℃に１時間保持
後、徐冷の浸炭処理を施し、処理後、基体表面に付着す
る炭素とＣｏを酸およびバレル研磨で除去することによ
り、表面から深さ：１０μｍの位置で最大Ｃｏ含有量：
１５重量％、深さ：４０μｍ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、表面から深さ：１５μｍの位置で最大Ｃ
ｏ含有量：９重量％、深さ：２０μｍのＣｏ富化帯域が
表面部に形成されており、残りの上記超硬基体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：３μｍの中粒ＷＣ粉末、同５μｍ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（重量比で、以下同じ、ＴｉＣ／Ｔｉ
Ｎ／ＷＣ＝２４／２０／５６）粉末、同１．３μｍの
（Ｔａ，Ｎｂ）Ｃ（ＴａＣ／ＮｂＣ＝９０／１０）粉
末、および同１．２μｍ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・ＣＮＭＧ
１２０４０８（超硬基体Ａ〜Ｄ用）および同ＳＥＥＮ４
２ＡＦＴＮ１（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、１００ｔｏ
ｒｒのＣＨ4 ガス雰囲気中、１４００℃に１時間保持
後、徐冷の浸炭処理を施し、処理後、基体表面に付着す
る炭素とＣｏを酸およびバレル研磨で除去することによ
り、表面から深さ：１０μｍの位置で最大Ｃｏ含有量：
１５重量％、深さ：４０μｍ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、表面から深さ：１５μｍの位置で最大Ｃ
ｏ含有量：９重量％、深さ：２０μｍのＣｏ富化帯域が
表面部に形成されており、残りの上記超硬基体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。
【００１３】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に示される条件、並びに上記のＡｌ2 Ｏ3 層
形成条件にて、表３、４に示される組成および平均層厚
のＴｉ化合物層およびＡｌ2 Ｏ 3 層を形成することによ
り本発明被覆超硬工具１〜１２および従来被覆超硬工具
１〜９をそれぞれ製造した。
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に示される条件、並びに上記のＡｌ2 Ｏ3 層
形成条件にて、表３、４に示される組成および平均層厚
のＴｉ化合物層およびＡｌ2 Ｏ 3 層を形成することによ
り本発明被覆超硬工具１〜１２および従来被覆超硬工具
１〜９をそれぞれ製造した。
【００１４】つぎに、上記本発明被覆超硬工具１〜１１
および従来被覆超硬工具１〜８について、 被削材：ＳＣＭ４４０の丸棒、 切削速度：３００ｍ／ｍｉｎ．、 切込み：５ｍｍ、 送り：０．２ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：１０分、 の条件での合金鋼の乾式連続高速高切込み切削試験、並
びに、 被削材：ＳＣＭ４３９の角材、 切削速度：１００ｍ／ｍｉｎ．、 切込み：２．５ｍｍ．、 送り：０．２ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：５分、 の条件での合金鋼の乾式断続高切込み切削試験を行い、
さらに上記本発明被覆超硬工具１２および従来被覆超硬
工具９について、 被削材：ＦＣ２５の角材、 切削速度：１００ｍ／ｍｉｎ．、 切込み：３ｍｍ．、 送り：０．３ｍｍ／刃、 切削時間：４０分、 の条件での鋳鉄の乾式高切込みフライス切削試験を行
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。これらの測定結果を表５に示した。
および従来被覆超硬工具１〜８について、 被削材：ＳＣＭ４４０の丸棒、 切削速度：３００ｍ／ｍｉｎ．、 切込み：５ｍｍ、 送り：０．２ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：１０分、 の条件での合金鋼の乾式連続高速高切込み切削試験、並
びに、 被削材：ＳＣＭ４３９の角材、 切削速度：１００ｍ／ｍｉｎ．、 切込み：２．５ｍｍ．、 送り：０．２ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：５分、 の条件での合金鋼の乾式断続高切込み切削試験を行い、
さらに上記本発明被覆超硬工具１２および従来被覆超硬
工具９について、 被削材：ＦＣ２５の角材、 切削速度：１００ｍ／ｍｉｎ．、 切込み：３ｍｍ．、 送り：０．３ｍｍ／刃、 切削時間：４０分、 の条件での鋳鉄の乾式高切込みフライス切削試験を行
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。これらの測定結果を表５に示した。
【００１５】
【表１】
【００１６】
【表２】
【００１７】
【表３】
【００１８】
【表４】
【００１９】
【表５】
【００２０】
【発明の効果】表３〜５に示される結果から、硬質被覆
層におけるＡｌ2 Ｏ3 層が複層のＡｌ 2 Ｏ3 単位層で構
成されたＡｌ2 Ｏ3 複合層からなる本発明被覆超硬工具
１〜１２は、いずれもＡｌ2 Ｏ3 単一層で構成された従
来被覆超硬工具１〜９に比して、前記Ａｌ2 Ｏ3 複合層
が前記Ａｌ2 Ｏ3 単一層に比して高強度および高靭性を
もつことから、苛酷な切削条件となる鋳鉄および鋼の高
送り切削でも切刃にチッピングの発生なく、すぐれた切
削性能を長期に亘って発揮するのに対して、従来被覆超
硬工具１〜９においては、前記Ａｌ2 Ｏ3 単一層が原因
で切刃にチッピングの発生は避けられず、いずれもこれ
が原因で比較的短時間で使用寿命に至ることが明らかで
ある。上述のように、この発明の被覆超硬工具は、これ
を構成する硬質被覆層のうちのＡｌ2 Ｏ3 層が異なった
Ｘ線回折パターンを示す２層以上のＡｌ2 Ｏ3 単位層か
らなるＡｌ2 Ｏ3 複合層で構成され、これによってすぐ
れた耐チッピング性を有するようになるので、鋼や鋳鉄
などの通常の条件での連続切削や断続切削は勿論のこ
と、高速切削や高送りおよび高切込み切削などの苛酷な
条件での切削に用いた場合にも切刃にチッピングの発生
なく、長期に亘ってすぐれた切削性能を発揮するもので
あり、したがって切削装置の高性能化および高出力化に
十分に対応でき、かつ省力化にも寄与するものである。
層におけるＡｌ2 Ｏ3 層が複層のＡｌ 2 Ｏ3 単位層で構
成されたＡｌ2 Ｏ3 複合層からなる本発明被覆超硬工具
１〜１２は、いずれもＡｌ2 Ｏ3 単一層で構成された従
来被覆超硬工具１〜９に比して、前記Ａｌ2 Ｏ3 複合層
が前記Ａｌ2 Ｏ3 単一層に比して高強度および高靭性を
もつことから、苛酷な切削条件となる鋳鉄および鋼の高
送り切削でも切刃にチッピングの発生なく、すぐれた切
削性能を長期に亘って発揮するのに対して、従来被覆超
硬工具１〜９においては、前記Ａｌ2 Ｏ3 単一層が原因
で切刃にチッピングの発生は避けられず、いずれもこれ
が原因で比較的短時間で使用寿命に至ることが明らかで
ある。上述のように、この発明の被覆超硬工具は、これ
を構成する硬質被覆層のうちのＡｌ2 Ｏ3 層が異なった
Ｘ線回折パターンを示す２層以上のＡｌ2 Ｏ3 単位層か
らなるＡｌ2 Ｏ3 複合層で構成され、これによってすぐ
れた耐チッピング性を有するようになるので、鋼や鋳鉄
などの通常の条件での連続切削や断続切削は勿論のこ
と、高速切削や高送りおよび高切込み切削などの苛酷な
条件での切削に用いた場合にも切刃にチッピングの発生
なく、長期に亘ってすぐれた切削性能を発揮するもので
あり、したがって切削装置の高性能化および高出力化に
十分に対応でき、かつ省力化にも寄与するものである。
【図１】Ａｌ2 Ｏ3 単位層アのＸ線回折パターン（Ｈ1
／Ｈ2 ：１．６）を示す図である。
／Ｈ2 ：１．６）を示す図である。
【図２】Ａｌ2 Ｏ3 単位層イのＸ線回折パターン（Ｈ1
／Ｈ2 ：２．７）を示す図である。
／Ｈ2 ：２．７）を示す図である。
【図３】Ａｌ2 Ｏ3 単位層ウのＸ線回折パターン（Ｈ1
／Ｈ2 ：２．４）を示す図である。
／Ｈ2 ：２．４）を示す図である。
【図４】Ａｌ2 Ｏ3 単位層エのＸ線回折パターン（Ｈ1
／Ｈ2 ：２．１）を示す図である。
／Ｈ2 ：２．１）を示す図である。
【図５】従来のＡｌ2 Ｏ3 単一層のＸ線回折パターンを
示す図である。
示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 濱口 雄樹 茨城県結城郡石下町大字古間木1511番地 三菱マテリアル株式会社筑波製作所内
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、α型酸化アルミニウム層を含む硬質被覆層を２〜２
０μｍの平均層厚で化学蒸着および／または物理蒸着し
てなる表面被覆超硬合金製切削工具において、 前記硬質被覆層を構成するα型酸化アルミニウム層を、
異なったＸ線回折パターンを示す２層以上のα型酸化ア
ルミニウム単位層からなり、かつ前記α型酸化アルミニ
ウム単位層が、２θで２５．５度、同３５．５度、同３
７．２度、および６８．４度のいずれかに最強ピークが
現われ、前記最強ピーク高さ（Ｈ1 ）と同じＸ線回折パ
ターンにおける２番目のピーク高さ（Ｈ2 ）の比
（Ｈ1 ）／（Ｈ 2 ）が１．５〜２．７であるＸ線回折パ
ターンを示すα型酸化アルミニウム複合層で構成したこ
とを特徴とする硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を
有する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から
なるＴｉ化合物層のうちの１種または２種以上と、α型
酸化アルミニウム層とで構成された硬質被覆層を２〜２
０μｍの平均層厚で化学蒸着および／または物理蒸着し
てなる表面被覆超硬合金製切削工具において、 前記硬質被覆層を構成するα型酸化アルミニウム層を、
異なったＸ線回折パターンを示す２層以上のα型酸化ア
ルミニウム単位層からなり、かつ前記α型酸化アルミニ
ウム単位層が、２θで２５．５度、同３５．５度、同３
７．２度、および６８．４度のいずれかに最強ピークが
現われ、前記最強ピーク高さ（Ｈ1 ）と同じＸ線回折パ
ターンにおける２番目のピーク高さ（Ｈ2 ）の比
（Ｈ1 ）／（Ｈ 2 ）が１．５〜２．７であるＸ線回折パ
ターンを示すα型酸化アルミニウム複合層で構成したこ
とを特徴とする硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を
有する表面被覆超硬合金製切削工具。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP361597A JPH10204639A (ja) | 1997-01-13 | 1997-01-13 | 硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を有する表面被覆超硬合金製切削工具 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP361597A JPH10204639A (ja) | 1997-01-13 | 1997-01-13 | 硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を有する表面被覆超硬合金製切削工具 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10204639A true JPH10204639A (ja) | 1998-08-04 |
Family
ID=11562406
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP361597A Withdrawn JPH10204639A (ja) | 1997-01-13 | 1997-01-13 | 硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を有する表面被覆超硬合金製切削工具 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10204639A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009202264A (ja) * | 2008-02-27 | 2009-09-10 | Kyocera Corp | 切削工具及び切削工具の製造方法 |
| WO2015030073A1 (ja) | 2013-08-27 | 2015-03-05 | 京セラ株式会社 | 被覆工具 |
| WO2015093530A1 (ja) | 2013-12-17 | 2015-06-25 | 京セラ株式会社 | 被覆工具 |
| KR20170036028A (ko) | 2014-08-28 | 2017-03-31 | 쿄세라 코포레이션 | 피복 공구 |
| WO2017061058A1 (ja) | 2015-10-09 | 2017-04-13 | 住友電工ハードメタル株式会社 | 表面被覆切削工具 |
| KR20170042323A (ko) | 2014-09-24 | 2017-04-18 | 쿄세라 코포레이션 | 피복 공구 |
| US10744568B2 (en) | 2015-01-28 | 2020-08-18 | Kyocera Corporation | Coated tool |
-
1997
- 1997-01-13 JP JP361597A patent/JPH10204639A/ja not_active Withdrawn
Cited By (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009202264A (ja) * | 2008-02-27 | 2009-09-10 | Kyocera Corp | 切削工具及び切削工具の製造方法 |
| US9970104B2 (en) | 2013-08-27 | 2018-05-15 | Kyocera Corporation | Coated tool |
| WO2015030073A1 (ja) | 2013-08-27 | 2015-03-05 | 京セラ株式会社 | 被覆工具 |
| CN105517738A (zh) * | 2013-08-27 | 2016-04-20 | 京瓷株式会社 | 被覆工具 |
| EP3040143A4 (en) * | 2013-08-27 | 2017-11-01 | Kyocera Corporation | Coated tool |
| CN105517738B (zh) * | 2013-08-27 | 2017-11-10 | 京瓷株式会社 | 被覆工具 |
| WO2015093530A1 (ja) | 2013-12-17 | 2015-06-25 | 京セラ株式会社 | 被覆工具 |
| KR20160088351A (ko) | 2013-12-17 | 2016-07-25 | 쿄세라 코포레이션 | 피복공구 |
| CN105828991A (zh) * | 2013-12-17 | 2016-08-03 | 京瓷株式会社 | 涂层工具 |
| US10174421B2 (en) | 2013-12-17 | 2019-01-08 | Kyocera Corporation | Coated tool |
| KR20170036028A (ko) | 2014-08-28 | 2017-03-31 | 쿄세라 코포레이션 | 피복 공구 |
| US10369632B2 (en) | 2014-08-28 | 2019-08-06 | Kyocera Corporation | Coated tool |
| KR20170042323A (ko) | 2014-09-24 | 2017-04-18 | 쿄세라 코포레이션 | 피복 공구 |
| US10370758B2 (en) | 2014-09-24 | 2019-08-06 | Kyocera Corporation | Coated tool |
| US10744568B2 (en) | 2015-01-28 | 2020-08-18 | Kyocera Corporation | Coated tool |
| KR20180021632A (ko) | 2015-10-09 | 2018-03-05 | 스미또모 덴꼬오 하드메탈 가부시끼가이샤 | 표면 피복 절삭 공구 |
| US9844816B2 (en) | 2015-10-09 | 2017-12-19 | Sumitomo Electric Hardmetal Corp. | Surface-coated cutting tool |
| WO2017061058A1 (ja) | 2015-10-09 | 2017-04-13 | 住友電工ハードメタル株式会社 | 表面被覆切削工具 |
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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: 20040406 |