JPS5941466A - 硬質層を被覆した高速切削用工具 - Google Patents

硬質層を被覆した高速切削用工具

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JPS5941466A
JPS5941466A JP15128882A JP15128882A JPS5941466A JP S5941466 A JPS5941466 A JP S5941466A JP 15128882 A JP15128882 A JP 15128882A JP 15128882 A JP15128882 A JP 15128882A JP S5941466 A JPS5941466 A JP S5941466A
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JP
Japan
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coating layer
thickness
titanium
coating
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JP15128882A
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English (en)
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Hidetoshi Baba
馬場 英俊
Hiroshi Tanaka
博 田中
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Nippon Tokushu Togyo KK
Niterra Co Ltd
Original Assignee
NGK Spark Plug Co Ltd
Nippon Tokushu Togyo KK
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/04—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C30/00—Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process
    • C23C30/005—Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process on hard metal substrates

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は旋盤削り、フライス盤削りなどに使用する切
削工具の表面に、硬質被覆層を施した高速切削用工具に
係り、従来周知の硬質被覆層を施した高速切削用工具に
比し高速切削に於いて優れた耐摩耗性と靭性をもった高
速切削用工具を提供することを目的とするものである。
従来こうした高速切削用工具には酸化アルミニウムおよ
び/または炭化チタンを主体とするセラミック工具が用
いられてきたが、これらのセラミック工具は高速切削で
耐摩耗性が高いが靭性に乏しい欠点があり、例えば重切
削に於けるように、刃先に大きな荷重がかかる場合に於
いて欠は易いゲ「点があった。
これに対し靭性はあるが高速切削で耐摩耗性の乏しい超
硬合金に対し、この表面に耐摩耗性の炭化チタンや窒化
チタンを被覆した工具が従来の被ri層をもたない超硬
合金に比し、優れた耐摩耗性をもつことが知られている
が、150〜200 m /分取上の高速切削に於いて
は耐摩耗性がセラミック工具に比しなお劣っていた。ま
た前記チタン等の炭化物や窒化物の被覆を施した上に更
に耐摩耗性の高い酸化アルミニウムや酸化ジルコニウム
の被覆を設けた二重被覆層をもつ切削用工具も開発され
たが超硬合金に被覆したチタン等の炭化物や窒化物と酸
化アルミニウムとのこれら2つの層の間の基本的な化学
的結合様式の違いにより化学的親和性が乏しく、結合強
度が十分に得られないために、重切削に用いた場合、被
覆層の剥離や異常摩耗等が起こって酸化物本来の耐摩耗
性が十分に発揮できないという問題があった。
さらに最外層に酸化アルミニウムを?!!!覆した場合
に刃先を形成するコーナ一部分が取扱時や切削初期に刃
こぼれを生じやすく、また表面が黒色となるため使用時
に未使用コーナーと使用済みコーナーの判別がしにくい
欠点があった。
本発明はかかる耐摩耗性材料の被覆を施した切削工具の
欠陥を改良し、超硬工具表面に強靭で耐摩耗性の強い被
覆層を設けた高速切削用工具を提供するもので、超硬合
金よりなる基体上に1〜5μの厚みをもつ炭化チタン、
窒化チタン、および炭窒化チタンの1種よりなる第1被
覆層を設け、その外側に0.5〜5μの厚みをもつ窒化
アルミニウムおよび/または酸窒化アルミニウムの1種
または2種よりなる第2被@層を設け、さらにその外側
に0.5〜5μの厚みをもつ酸化アルミニウムよりなる
第3被5Nを設け、最外層として0.5〜5μの厚みを
もつ窒化チタンよりなる第4被覆層を設け、これら4つ
の被覆層の厚みの合計が2.5〜15μであることを特
徴とした高速切削用工具を要旨とするものである。
ここで第1被5を層として炭化チタン、窒化チタンまた
は炭窒化チタンの1種を選んだのは、硬質材料の中で最
も化学的性質が超硬合金に近いため化学的親和性が高く
超硬合金との接着力が極めて高く且つ第2被BEの窒化
アルミニウムまたは酸窒化アルミニウムとの化学的親和
性も超硬合金と窒化アルミニウムまたは酸窒化アルミニ
ウムとの化学的親和性より良好であるためである。また
その厚みを1〜5μとしたのはこの第2被覆層への結合
層としての効果が、1μ以下では現れず1μ以上より効
果が現れる。
然し5μ以上では高速切削時の刃先の熱を基体に放熱す
るのを妨げたり、熱膨張差により内部応力が増大するた
めに却ってはがれ易くなるためで好ましくは2〜4μが
望ましい。
次に第2層として窒化アルミニウムおよび/または酸窒
化アルミニウムを選んだのは、その化学的親和性が第1
被覆層の炭化チタン、窒化チタンまたは炭窒化チタンと
第3被覆層の酸化アルミニウムまたは酸窒化アルミニウ
ムの双方に高く、両液@、層と良好な接着強度を保つこ
とができるためである。即ち第3被覆層の酸化アルミニ
ウムは前記超硬合金酸いはチタンの炭化物や窒化物の原
子結合様式とは余りにも異なり第1被覆層の炭化チタン
、窒化チタンまたは炭窒化チタンとの化学的親和性が乏
しいが、窒化アルミニウムや酸窒化アルミニウムはその
原子結合様式がチタンの炭化物や窒化物と同様で化学的
親和性が高く容易に緊密な接着性を得ることができる。
また一方第3被覆層である酸化アルミニウムとはアルミ
ニウムイオンを介して結合することができるために結合
性がよくそれ自身の強靭な性質と相まって、極めて強靭
な接着層を得ることができるのである。またその熱伝導
率はアルミナよりかなり高いため刃先の熱を有効に他部
へ分散することができ刃先温度を下げる働きがある。そ
してその厚さを0.5〜5μとしたのは5μ以下では上
記の如き第3被覆層を第1被i層に結合する効果が十分
には現れず、また5μ以上では熱膨張差のために眉間内
部応力を大きくして却って剥離の原因となるもので好ま
しくは1〜4μが望ましい。
次に第3被覆層に酸化アルミニウムを選んだのは、これ
がセラミック工具の主成分として高速切削工具に用いら
れることからも判るように硬度、耐熱性、耐摩耗性が富
温は勿論、高温に於いても極めて高いために高速切削に
於ける耐摩耗性が極めて大きいためである。またこの厚
みは0.5μ以下では耐摩耗性向上の効果が乏しくまた
5μ以上では熱膨張差から来る層間内部応力のために剥
離や異常摩耗を起こすためで好ましくは1〜3μが望ま
しい。次に最外層である第4被覆層に窒化チタンを選ん
だのは被覆層として選ばれる硬質材料の中できわめて靭
性が大きいためであり、さらに窒化チタンは黄金色のあ
ざやかな色調をもっているためスローアウェイチップと
して用いた場合未使用コ“−す−と使用済コーナーが明
瞭に区別できる利点をもっているからである。この厚み
は0.5μ未満では酸化アルミニウム屓のチッピング防
止の効果がなく、5μを超えると逆に切削時に刃先が高
温となった場合に溶着が生じ磨耗を促進する。この範囲
は1〜2μがより望ましい。
第1〜第4被覆層の4層の厚みの合計を、2.5〜15
としたのは、2.5μ以下では耐摩耗性を向上する効果
が乏しく15μ以上では基体と被NM間の熱膨張係数の
違いから起こる層間内部の応力のために剥離したり異常
摩耗を起し、好ましくは5〜12μが望ましい。
被覆層を設けるには化学蒸着法又は気相蒸着法と呼ばれ
、一般にCV D (Chemical  Vapor
Deposi tion)と称される公知の方法で行わ
れるが、イオン・ブレーティング法など他の方法でも良
い。
詳細は以下に記載する実施例により一層明瞭に理解され
る。
実施例1 本発明の1実施例を第1図によって説明すると、ステン
レス製反応容器1の中に超硬合金基体(118M20.
5NP432)2を装填し約1100℃に加熱した後、
ガスポンへ3a、3bより導いたH2およびC駒の混合
ガスと蒸発装置4により蒸発させたTiC1+の混合ガ
スを反応容器中に1時間流入した。この時の容器内圧力
は30Torrで混合ガスの前記三成分混合割合は、H
87%、CI+、5%T r CIF、 8%である。
これにより超硬合金基体の表面に約3μの厚さをもつ炭
化チタンの内層を析出させることができた。その後前記
混合ガスの流入を停止し次に同じ容器中で前記被覆を施
した超硬合金基体の温度を1050℃とし、ガスボンベ
を取りかえN245%、N245%と蒸発装置にて蒸発
したAlCl3のガス10%の混合ガスを反応容器中に
1.5時間流入し2μの厚さの窒化アルミニウムのIv
層を析出させた。次に前記混合ガスの流入を停止し、ガ
スポンへを取りかえ、N259%、0030%、ΔIc
138%の混合ガスを2時間流入した。この時の温度、
圧力は1100℃、30Torrでこの結果、厚み1.
5μのΔ1203の被覆を施ずことができた。更にその
後前記混合ガスの流入を停止しボンベを取りかえ+1L
32%、N260%、 T iCIs 8%の混合ガス
を1.5時間流入した。この時の温度、圧力は1100
°C1500Torrで、析出したTiN被覆層の厚み
は1.5μであった。
以上でこのチップは第1被覆層にTic 3μ、第2被
覆層にAIN 5μ、第3被覆層にA1□031.5μ
第4被rii層にTiN 1.5μの硬質被覆層を形成
しX線回折およびX線マイクロアナライザーの線分析に
よりf1認した。尚第2被覆層、第3被覆層の間にはA
l0Nの中間層が存在した。この工具をNo、1とする
。その一部切欠き斜視図を第2図に示す。2は超硬合金
基体、2aは第1被ri層、2bは第2被覆層、2Cは
第3被覆層、2dは第4被覆層である。次にN001に
用いたと同じ超硬合金基体に第1表に示すような硬質材
料の被覆を施しNo、2〜No、4とした。このように
して得られた本発明による工具を、N011〜No、4
においてTiNの第4被TFi1層を持たない工具No
、5〜N008および厚さ5μの炭化チタンの被覆を上
記方法で施した超硬合金工具N009と従来より用いら
れて来たセラミソク工具No、10と共に下記の条件で
比較切削テストを行い、逃げ面の最大摩耗またはカケ、
チッピングによる損傷が0.3mmになる迄の時間で表
した工具寿命を比較した結果を第1表に示す。
切削条件 被削材   JIS  pc−2o#鉄棒(120朋φ
×400朋l) 切削速度  300 m/分 切り込み  2藁躍 送     リ     0.35m /rev第1表
の如く、従来の方法による第1被覆層に炭化チタンと第
2被51屓に酸化アルミニウムの被覆を施したNo、9
は摩耗が少なく21分で0.3龍の摩耗を示したが、少
々異常摩耗があり未だ満足できるものではなく、またセ
ラミソク工具No、 10は僅か2分で刃先にチッピン
グを起こすことにより逃げ面の損傷がQ、3鯖となって
寿命がなくなった。また炭化チタン、窒化チタンまたは
炭窒化チタンの1種よりなる第1被覆層とその外側に窒
化アルミニウムおよび/または酸窒化アルミニウムの1
種または2種よりなる第2被覆層と更にその外側に酸化
アルミニウムよりなる第3被5L層を設けたNo、5〜
No、8は摩耗がNo、9に較べると少ないが、欠けや
異常摩耗がわずかに観察された。
これに対して本発明品NO61〜NO64は欠けや異常
摩耗もなく  TiNの第4被覆屓を持たないNo、5
〜No、8の1.5倍以上の切削寿命を示したのに加え
、使用済みコーナーと未使用コーナーの判別が容易にで
きることから、本発明が切削加工上、極めて有利に利用
できる切削工具を提供することができるものであること
が確認された。
なお、本実施例ではCVD法による被覆法のみを示した
が、本発明はCVIl法に拘束されることなく 、PV
Dと呼ばれる物理蒸着法またはスバ・ツタリング等によ
っても被覆することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例に使用したCVD装置の概略図
、第2図は本発明工具の一部切欠斜視図である。 l・・・・ステンレス製CvO反応容器、2・・・・超
硬合金基体、3a、 3b、 3c  −・・・蒸着に
用いるガスボンへ、4・・・・蒸着物質の蒸発装置、5
・・・・反応容器1の加熱炉、6・・・・真空ポンプ手
続補正書(方式) 昭和57年12月23日 昭和57年特許願第151288号 2、発明の名称 硬質層を被覆した高速切削用工具 3、補正をする者 事件との関係  特許出願人 郵便番号    467−91 名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 (電話052−264−4821 ) (連絡先 東京営業所50B−1251)4、補正命令
の日付く発送日) 昭和57年11月30日 5、補正の対象 6、補正の内容 別紙の通り

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1) 超硬合金よりなる基体の表面に硬質材料の被覆を
    施した高速切削用工具において、基体上に1〜5μの厚
    みをもつ炭化チタン窒化チタンまたは炭窒化チタンの1
    種よりなる第1被覆層を設け、その外側に0.5〜5μ
    の厚みをもつ窒化アルミニウムおよび/または酸窒化ア
    ルミニウムの1種または2種よりなる第2被覆層を設け
    、その外側に0.5〜5μの厚みをもつ酸化アルミニウ
    ムよりなる第3被覆層を設は最外層として0.5〜5μ
    の厚みをもつ窒化チタンよりなる第4被覆層を設は前記
    4被覆層の厚みの合計が2.5〜15μであることを特
    徴とした高速切削用工具。 2) 前記超硬質合金よりなる基体の表面に設けた第1
    被覆層が炭化チタンである特許請求の範囲第1項記載の
    高速切削用工具。 3)前記超硬質合金よりなる基体の表面に設けた第1被
    覆層が窒化チタンまたは炭窒化チタンである特許請求の
    範囲第1項記載の高速切削用工具。
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