JPH11309607A - 被覆工具 - Google Patents
被覆工具Info
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- JPH11309607A JPH11309607A JP4601399A JP4601399A JPH11309607A JP H11309607 A JPH11309607 A JP H11309607A JP 4601399 A JP4601399 A JP 4601399A JP 4601399 A JP4601399 A JP 4601399A JP H11309607 A JPH11309607 A JP H11309607A
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Landscapes
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 物理蒸着法における酸化物被覆の密着性、靱
性等の問題点等を解決し、酸素を含有する皮膜と酸化物
皮膜の密着性を著しく改善した被覆工具を提供する。 【構成】 硬質被覆層を被覆してなるハイス、超硬合
金、サーメット等の超硬質合金を基体とする工具におい
て、前記硬質被覆層は周期律表の４ａ、５ａ、６ａ族及
びＡｌの炭化物、窒化物、酸化物及びそれらの混合体ま
たは固溶体の２種以上又は３種以上からなる層を２０層
以上積層させ、かつ、各々の層は酸化物を含有する層と
炭化物、窒化物を含有する層を交互に積層させ、前記硬
質被覆層の最外層をＡｌＯとすることにより構成する。
性等の問題点等を解決し、酸素を含有する皮膜と酸化物
皮膜の密着性を著しく改善した被覆工具を提供する。 【構成】 硬質被覆層を被覆してなるハイス、超硬合
金、サーメット等の超硬質合金を基体とする工具におい
て、前記硬質被覆層は周期律表の４ａ、５ａ、６ａ族及
びＡｌの炭化物、窒化物、酸化物及びそれらの混合体ま
たは固溶体の２種以上又は３種以上からなる層を２０層
以上積層させ、かつ、各々の層は酸化物を含有する層と
炭化物、窒化物を含有する層を交互に積層させ、前記硬
質被覆層の最外層をＡｌＯとすることにより構成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、皮膜の耐酸化性、耐摩
耗性に優れた被覆工具に関する。
耗性に優れた被覆工具に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ等の皮膜が汎用
的に用いられ、また化学蒸着法ではアルミナが一般的に
用いられている。物理蒸着法でも特開平７−３３８８１
１号公報に提案されているように、酸化物を含む層を最
表層に被覆する例がある。特に、ＴｉＡｌＮ等の様にＡ
ｌを含有させた被膜を工具に用いると、切削により生じ
る熱により、ＴｉＡｌＮ等の一部が酸化の影響を受け、
一部Ｏを含有する化合物に変化することにより耐摩耗
性、耐酸化性を向上させることが特公平４−５３６４２
号公報に記載されている。次に、物理蒸着法による酸化
物、特にアルミナ被覆は様々な方法が検討されている
が、アルミナそのものが絶縁体であるため、蒸着を継続
してある程度の膜厚に成膜することが
的に用いられ、また化学蒸着法ではアルミナが一般的に
用いられている。物理蒸着法でも特開平７−３３８８１
１号公報に提案されているように、酸化物を含む層を最
表層に被覆する例がある。特に、ＴｉＡｌＮ等の様にＡ
ｌを含有させた被膜を工具に用いると、切削により生じ
る熱により、ＴｉＡｌＮ等の一部が酸化の影響を受け、
一部Ｏを含有する化合物に変化することにより耐摩耗
性、耐酸化性を向上させることが特公平４−５３６４２
号公報に記載されている。次に、物理蒸着法による酸化
物、特にアルミナ被覆は様々な方法が検討されている
が、アルミナそのものが絶縁体であるため、蒸着を継続
してある程度の膜厚に成膜することが
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、化合物
そのものを酸素含有にすると酸化物自体は安定である
が、アルミナに見られるように多様な結晶構造が存在
し、非常に不安定なものしかできておらず、従来例にお
いても最表層のみで、内層には密着性に優れるＴｉＮ、
ＴｉＡｌＮ等の層を設けてその弊害が生じないようにし
ている。まず、耐酸化性を試験するため、実際の切削に
近似するようＴｉＡｌＮ被膜を大気中で加熱し酸化させ
るテストを行うと皮膜表面のＡｌが最表面に拡散しそこ
でアルミナを形成する。このことは、耐酸化性が向上す
る理由である。また、その破面を観察すると、最表面の
酸化物が生成した領域は、酸化による体積増加のため緻
密な被膜が粉状に変化している。更にその内側では、部
分的に熱の影響を受け、酸化が進行して物理蒸着法特有
の柱状晶組織がくずれる現象が生じる。このような特徴
に加えて実際の切削では切削そのものによる負荷が作用
するため、蒸着組織がくずれるような状態の皮膜ではこ
すり摩耗等により皮膜が容易に持ち去られてしまい、そ
の結果として寿命を延ばすことができない。特に、高速
切削等の普及により、工具自体の熱的影響を無視出来な
くなったため、高速切削時の耐摩耗性を向上させるには
解決しなければならない課題であった。
そのものを酸素含有にすると酸化物自体は安定である
が、アルミナに見られるように多様な結晶構造が存在
し、非常に不安定なものしかできておらず、従来例にお
いても最表層のみで、内層には密着性に優れるＴｉＮ、
ＴｉＡｌＮ等の層を設けてその弊害が生じないようにし
ている。まず、耐酸化性を試験するため、実際の切削に
近似するようＴｉＡｌＮ被膜を大気中で加熱し酸化させ
るテストを行うと皮膜表面のＡｌが最表面に拡散しそこ
でアルミナを形成する。このことは、耐酸化性が向上す
る理由である。また、その破面を観察すると、最表面の
酸化物が生成した領域は、酸化による体積増加のため緻
密な被膜が粉状に変化している。更にその内側では、部
分的に熱の影響を受け、酸化が進行して物理蒸着法特有
の柱状晶組織がくずれる現象が生じる。このような特徴
に加えて実際の切削では切削そのものによる負荷が作用
するため、蒸着組織がくずれるような状態の皮膜ではこ
すり摩耗等により皮膜が容易に持ち去られてしまい、そ
の結果として寿命を延ばすことができない。特に、高速
切削等の普及により、工具自体の熱的影響を無視出来な
くなったため、高速切削時の耐摩耗性を向上させるには
解決しなければならない課題であった。
【０００４】
【本発明の目的】上記の如く、物理蒸着法における酸化
物被覆の密着性、靱性等の問題点等を解決し、酸素を含
有する皮膜の密着性を著しく改善すると共に、最外層に
酸化物皮膜を設けた被覆工具を提供することを目的とす
る。
物被覆の密着性、靱性等の問題点等を解決し、酸素を含
有する皮膜の密着性を著しく改善すると共に、最外層に
酸化物皮膜を設けた被覆工具を提供することを目的とす
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明者らは皮膜の耐酸
化性を改善すべく、内層中に薄い層として酸素を含有さ
せ、かつ、最外層をアルミナより形成すると、前者によ
り切削により熱的影響を受ける部分の酸化の進展をを防
止することができ、後者により酸化そのものの進展を著
しく進まないように改善することができることが分かっ
た。そのため、本願発明は、硬質被覆層を被覆してなる
ハイス、超硬合金、サーメット等の超硬質合金を基体と
する工具において、前記硬質被覆層は周期律表の４ａ、
５ａ、６ａ族及びＡｌの炭化物、窒化物、酸化物及びそ
れらの混合体または固溶体の２種以上又は３種以上から
なる層を２０層以上積層させ、かつ、各々の層は酸化物
を含有する層と炭化物、窒化物を含有する層を交互に積
層させ、前記硬質被覆層の最外層をＡｌＯとしたことを
特徴とするものであり、更に、前記ＡｌＯ層はアモルフ
ァス状で、その厚さを０．１〜５μｍとしたものであ
る。
化性を改善すべく、内層中に薄い層として酸素を含有さ
せ、かつ、最外層をアルミナより形成すると、前者によ
り切削により熱的影響を受ける部分の酸化の進展をを防
止することができ、後者により酸化そのものの進展を著
しく進まないように改善することができることが分かっ
た。そのため、本願発明は、硬質被覆層を被覆してなる
ハイス、超硬合金、サーメット等の超硬質合金を基体と
する工具において、前記硬質被覆層は周期律表の４ａ、
５ａ、６ａ族及びＡｌの炭化物、窒化物、酸化物及びそ
れらの混合体または固溶体の２種以上又は３種以上から
なる層を２０層以上積層させ、かつ、各々の層は酸化物
を含有する層と炭化物、窒化物を含有する層を交互に積
層させ、前記硬質被覆層の最外層をＡｌＯとしたことを
特徴とするものであり、更に、前記ＡｌＯ層はアモルフ
ァス状で、その厚さを０．１〜５μｍとしたものであ
る。
【０００６】
【作用】まず、膜中の酸化の進行を防ぐには、酸化物層
自体、酸素の拡散に対しバリヤー効果が大きいため酸素
を含有させた皮膜を用いることが考えられる。そのため
最外層、内層に酸素を含有させた皮膜を用いると、酸化
そのものの進行を抑制させると共に、酸素を含有した状
態で緻密な膜としているため、酸化による体積変化を最
小とすることができ、物理蒸着皮膜の特徴であるアモル
ファス状の緻密な膜を維持し、切削による負荷が作用し
ても十分な耐摩耗性を発揮することが出来る。 更に、
ある程度切削が経過すると、最表面は摩耗によりすきと
られるが、酸素を含有する皮膜で十分な耐酸化性を付与
することが可能である。さらに耐酸化性を向上すべく、
種々の第三成分の添加を試みた結果Ｓｉ、Ｙ、Ｎｄにお
いて、皮膜の耐酸化性が著しく向上する結果となった。
これらの成分はＴｉとＡｌの化合物の結晶粒界に偏析し
粒界での酸素の拡散を抑制するため、酸素の含有の効果
といまって皮膜の耐酸化性を向上することが可能であ
る。
自体、酸素の拡散に対しバリヤー効果が大きいため酸素
を含有させた皮膜を用いることが考えられる。そのため
最外層、内層に酸素を含有させた皮膜を用いると、酸化
そのものの進行を抑制させると共に、酸素を含有した状
態で緻密な膜としているため、酸化による体積変化を最
小とすることができ、物理蒸着皮膜の特徴であるアモル
ファス状の緻密な膜を維持し、切削による負荷が作用し
ても十分な耐摩耗性を発揮することが出来る。 更に、
ある程度切削が経過すると、最表面は摩耗によりすきと
られるが、酸素を含有する皮膜で十分な耐酸化性を付与
することが可能である。さらに耐酸化性を向上すべく、
種々の第三成分の添加を試みた結果Ｓｉ、Ｙ、Ｎｄにお
いて、皮膜の耐酸化性が著しく向上する結果となった。
これらの成分はＴｉとＡｌの化合物の結晶粒界に偏析し
粒界での酸素の拡散を抑制するため、酸素の含有の効果
といまって皮膜の耐酸化性を向上することが可能であ
る。
【０００７】次に数値を限定した理由を述べる。積層を
２０層以上としたのは、酸素を含有させた皮膜を１０層
以上設けないと酸化の進展を十分防ぐことができず、ま
た、工具として用いるには１〜１０ミクロン程度の厚さ
が実用的に用いられており０．１ミクロン未満の間隔で
交互に積層させることが望ましい。また、最外層として
ＡｌＯ層を設けるのは酸化物として安定であり、また、
切削温度付近でも硬さの低下が小さく、耐酸化性、耐摩
耗性に優れるためである。また、物理蒸着法で設けると
低温で蒸着できるため、結晶化せず、アモルファス状に
成膜することができる。その厚さを０．０１〜５μｍと
したのは、０．０１μｍ未満では、厚さが薄すぎてその
効果が持続せず、また５μｍを超えると単層として厚く
なりすぎ剥離、チッピング等の欠落等を生じやすくなる
ため０．０１〜５μｍとした。次に、前記酸化物を含有
する層の酸素含有量をガス成分の比率で０．００１〜
０．５としたのは、酸化の進展を防ぐには、酸素は微量
でも効果が大きく、また酸素を大量に含有させることは
密着性そのものを劣化させるため０．００１〜０．５と
した。また、前記炭化物、窒化物を含有する層は窒素含
有量が０．０１〜１．０としたのは、物理蒸着法では窒
化物が多用されていることもあり、窒化物を主体とする
もので良く、また炭化物との固溶体でも良い。以下、実
施例に基づいて本発明を説明する。
２０層以上としたのは、酸素を含有させた皮膜を１０層
以上設けないと酸化の進展を十分防ぐことができず、ま
た、工具として用いるには１〜１０ミクロン程度の厚さ
が実用的に用いられており０．１ミクロン未満の間隔で
交互に積層させることが望ましい。また、最外層として
ＡｌＯ層を設けるのは酸化物として安定であり、また、
切削温度付近でも硬さの低下が小さく、耐酸化性、耐摩
耗性に優れるためである。また、物理蒸着法で設けると
低温で蒸着できるため、結晶化せず、アモルファス状に
成膜することができる。その厚さを０．０１〜５μｍと
したのは、０．０１μｍ未満では、厚さが薄すぎてその
効果が持続せず、また５μｍを超えると単層として厚く
なりすぎ剥離、チッピング等の欠落等を生じやすくなる
ため０．０１〜５μｍとした。次に、前記酸化物を含有
する層の酸素含有量をガス成分の比率で０．００１〜
０．５としたのは、酸化の進展を防ぐには、酸素は微量
でも効果が大きく、また酸素を大量に含有させることは
密着性そのものを劣化させるため０．００１〜０．５と
した。また、前記炭化物、窒化物を含有する層は窒素含
有量が０．０１〜１．０としたのは、物理蒸着法では窒
化物が多用されていることもあり、窒化物を主体とする
もので良く、また炭化物との固溶体でも良い。以下、実
施例に基づいて本発明を説明する。
【０００８】
【実施例】超硬合金ＪＩＳ Ｐ３０相当の合金を用いた
スローアウエイチップに、小型アークイオンプレーティ
ング装置を用いて、本発明例、比較例のコーティングを
行い被覆超硬合金製スローアウェイチップを製作した。
尚、本発明例としてはスローアウエィチップを用いて説
明するが、これはスローアウェイチップがエンドミル、
ドリル等に比較して径が大きいため切削速度を上げるこ
とができるためであり、ソリッドのドリル、エンドミル
等においても十分な効果を有する。蒸着時のコーティン
グパラメーターは、バイアス電圧−３００Ｖ、反応ガス
圧力４×１０−２ｍｂｒとし、ターゲットにはＴｉ５０
％、Ａｌ５０％の焼結ターゲットとＡｌターゲットを用
い、反応系ガスとしは、窒化物成膜時の窒素ガス、炭化
物成膜時にメタンガス、酸化物成膜時の酸素ガス又は水
蒸気含有量をコントロールしたガス等を主として用いる
が、炭窒化物成膜時には１酸化炭素ガス、窒化炭素ガス
を、硼化物成膜時にジボラン等を用いるか、または前掲
のガスを組み合わせて行うことができ、例えば、窒素ガ
スを一定量とし、間欠的に他の複合系のガスを短時間流
すことにより成膜した。まず、窒素ガスと酸素ガスとを
用いて、酸素ガスを間欠的に一定時間流し、その流量を
変化させることにより、Ｎ：Ｏの比率を様々に変化させ
た試料を作成した。最外層はＡｌターゲットを用いて蒸
着を行った。その結果を表１に示す。
スローアウエイチップに、小型アークイオンプレーティ
ング装置を用いて、本発明例、比較例のコーティングを
行い被覆超硬合金製スローアウェイチップを製作した。
尚、本発明例としてはスローアウエィチップを用いて説
明するが、これはスローアウェイチップがエンドミル、
ドリル等に比較して径が大きいため切削速度を上げるこ
とができるためであり、ソリッドのドリル、エンドミル
等においても十分な効果を有する。蒸着時のコーティン
グパラメーターは、バイアス電圧−３００Ｖ、反応ガス
圧力４×１０−２ｍｂｒとし、ターゲットにはＴｉ５０
％、Ａｌ５０％の焼結ターゲットとＡｌターゲットを用
い、反応系ガスとしは、窒化物成膜時の窒素ガス、炭化
物成膜時にメタンガス、酸化物成膜時の酸素ガス又は水
蒸気含有量をコントロールしたガス等を主として用いる
が、炭窒化物成膜時には１酸化炭素ガス、窒化炭素ガス
を、硼化物成膜時にジボラン等を用いるか、または前掲
のガスを組み合わせて行うことができ、例えば、窒素ガ
スを一定量とし、間欠的に他の複合系のガスを短時間流
すことにより成膜した。まず、窒素ガスと酸素ガスとを
用いて、酸素ガスを間欠的に一定時間流し、その流量を
変化させることにより、Ｎ：Ｏの比率を様々に変化させ
た試料を作成した。最外層はＡｌターゲットを用いて蒸
着を行った。その結果を表１に示す。
【０００９】
【表１】
【００１０】得られた被覆ＴＡチップを用いて、耐酸化
性を試験するため、上記で説明したのと同様に大気中１
０００度Ｃで所定時間保持し、その破面を観察した。そ
の結果も表１に併記する。表１より明らかなように、酸
素を含有する層を介在させ、かつ、最外層にアルミナを
被覆した例（試料番号１〜８）、及び単層膜の例（試料
番号１０）、ではその酸化の進展が全く異なり、前者で
は、熱による影響が観察されるのみであったのに対し、
後者ではほぼ半分まで酸化による膜質の変化が観察され
た。
性を試験するため、上記で説明したのと同様に大気中１
０００度Ｃで所定時間保持し、その破面を観察した。そ
の結果も表１に併記する。表１より明らかなように、酸
素を含有する層を介在させ、かつ、最外層にアルミナを
被覆した例（試料番号１〜８）、及び単層膜の例（試料
番号１０）、ではその酸化の進展が全く異なり、前者で
は、熱による影響が観察されるのみであったのに対し、
後者ではほぼ半分まで酸化による膜質の変化が観察され
た。
【００１１】次に、本発明例の試料番号１〜５及び比較
例の試料番号１０を用いて、次の切削諸元で切削を行
い、１０ｍ切削後の逃げ面摩耗量を測定した。被削材は
ＳＫＤ６１（ＨＲＣ４２で、巾１００ｍｍ×長さ２５０
ｍｍ）、切削速度２００ｍ／ｍｉｎ、送り量０．１５ｍ
／刃、切込み量１．５ｍｍで行った。その結果、本発明
例の６試料は、１０分切削後の逃げ面平均摩耗量が０．
１８ｍｍ〜０．２５ｍｍで皮膜のチッピング、剥離等は
観察されなかったのに対し、比較例の試料番号１０は
０．４ｍｍを超える値となった。
例の試料番号１０を用いて、次の切削諸元で切削を行
い、１０ｍ切削後の逃げ面摩耗量を測定した。被削材は
ＳＫＤ６１（ＨＲＣ４２で、巾１００ｍｍ×長さ２５０
ｍｍ）、切削速度２００ｍ／ｍｉｎ、送り量０．１５ｍ
／刃、切込み量１．５ｍｍで行った。その結果、本発明
例の６試料は、１０分切削後の逃げ面平均摩耗量が０．
１８ｍｍ〜０．２５ｍｍで皮膜のチッピング、剥離等は
観察されなかったのに対し、比較例の試料番号１０は
０．４ｍｍを超える値となった。
【００１２】
【発明の効果】本発明によれば、酸素を含有する層と窒
化物層を積層させ、かつ、最外層に酸化物層を設けるこ
とにより、酸化物を添加した層の密着性を著しく改善
し、また、最外層を酸化に対するバリヤー層として用い
ることにより酸化をくい止めることが可能となり、被覆
層が破壊、剥離しにくい長寿命の被覆工具とすることが
できる。
化物層を積層させ、かつ、最外層に酸化物層を設けるこ
とにより、酸化物を添加した層の密着性を著しく改善
し、また、最外層を酸化に対するバリヤー層として用い
ることにより酸化をくい止めることが可能となり、被覆
層が破壊、剥離しにくい長寿命の被覆工具とすることが
できる。
Claims (3)
- 【請求項１】 硬質被覆層を被覆してなるハイス、超硬
合金、サーメット等の超硬質合金を基体とする工具にお
いて、前記硬質被覆層は周期律表の４ａ、５ａ、６ａ族
及びＡｌの炭化物、窒化物、酸化物及びそれらの混合体
または固溶体の２種以上又は３種以上からなる層を２０
層以上積層させ、かつ、各々の層は酸化物を含有する層
と炭化物、窒化物を含有する層を交互に積層させ、前記
硬質被覆層の最外層をＡｌＯとしたことを特徴とする被
覆工具。 - 【請求項２】 請求項１記載の被覆工具において、前記
最外層をアモルファス状としたことを特徴とする被覆工
具。 - 【請求項３】 請求項１記載の被覆工具において、前記
最外層の厚さを０．０１〜５μｍとしたことを特徴とす
る被覆工具。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4601399A JPH11309607A (ja) | 1998-02-28 | 1999-02-24 | 被覆工具 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10-64729 | 1998-02-28 | ||
| JP6472998 | 1998-02-28 | ||
| JP4601399A JPH11309607A (ja) | 1998-02-28 | 1999-02-24 | 被覆工具 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11309607A true JPH11309607A (ja) | 1999-11-09 |
Family
ID=26386116
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4601399A Pending JPH11309607A (ja) | 1998-02-28 | 1999-02-24 | 被覆工具 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11309607A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000192183A (ja) * | 1998-12-25 | 2000-07-11 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 摺動部材 |
| KR100379581B1 (ko) * | 2000-12-04 | 2003-04-10 | 한국야금 주식회사 | 절삭공구/내마모성 공구용 고인성 표면 피복 경질부재 |
-
1999
- 1999-02-24 JP JP4601399A patent/JPH11309607A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000192183A (ja) * | 1998-12-25 | 2000-07-11 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 摺動部材 |
| KR100379581B1 (ko) * | 2000-12-04 | 2003-04-10 | 한국야금 주식회사 | 절삭공구/내마모성 공구용 고인성 표면 피복 경질부재 |
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