JPS60152677A - 立方晶窒化硼素被覆硬質体の製造方法 - Google Patents

立方晶窒化硼素被覆硬質体の製造方法

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JPS60152677A
JPS60152677A JP704384A JP704384A JPS60152677A JP S60152677 A JPS60152677 A JP S60152677A JP 704384 A JP704384 A JP 704384A JP 704384 A JP704384 A JP 704384A JP S60152677 A JPS60152677 A JP S60152677A
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boron nitride
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cubic boron
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hard
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Katsuhiro Mitsusaka
三坂 勝弘
Shuji Yatsu
矢津 修示
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING 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
    • C23CCOATING 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
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/34Nitrides
    • C23C16/342Boron nitride
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23BTURNING; BORING
    • B23B27/00Tools for turning or boring machines; Tools of a similar kind in general; Accessories therefor
    • B23B27/14Cutting tools of which the bits or tips or cutting inserts are of special material
    • B23B27/148Composition of the cutting inserts

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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】 〔本発明の技術分野〕 本発明は切削工具として使用するのに適する耐摩耗性に
優れた立方晶窒化硼素(Cubic BoronNit
ride以下CBNと略す。)の表面層で被覆さ些た硬
質体およびその製造方法に関するものである。
〔従来の切削工具〕
現在、主として結合金属と共に少なくとも1種の膨化物
を含有する焼結された硬質基体の表面に、 Ti(j、
TiN又はA/203等を被覆した工具が使用されてい
る。この現状の被覆工具は、靭性の高い基体にこれより
も高硬度で耐摩耗性忙優れた前記被覆層をつけることに
より、靭性と耐摩耗性の双方に優れたものである。
しかし、切削速度の高速化に伴い刃先温度が上昇するが
、前記被覆層では1)化学的安定性による被剛材との反
応を少なくする2)高熱伝導率による刃先温度を下げる
ことができない。その結果、前記被覆層からなる切削工
具では、その寿命を伸ばすことが不可能であった。
本発明者らは前記の1)、2)Kついて被覆層のs類を
検討することKよって、高速切削で優れた性能を発揮す
る工具材質を開発すべく研究を重ねた結果、本発明を完
成したものである。
〔本発明の目的〕
すなわち、本発明の目的は、高速で切削した場合であっ
ても、刃先温度が大きく上昇せず、また、被剛材との反
応による摩耗も少ない被覆硬質体及びその製造方法を提
供するにある。
〔本発明の構成〕
そして、本発明は上記目的を達成する手段として、被覆
層としてCBNを選定したものであり、また、この被覆
層を硬質基体表面、または、予柘中間被覆層を施こした
硬質基体表面に形成させる手段として、まず、アモルフ
ァス状の留化硼素を被覆させ、次いで、これをCB l
(K変換させる点にある。すなわち、本発明は、(1)
結合剤金属と共に少なくとも1種の炭化物を含有する焼
結された硬質基体に、直接または中間層を介して厚さo
、5〜20μの立方晶窒化釦素の被覆層を有することを
特徴とする立方晶窒化硼素被覆硬質体、および (2)結合剤金属と共に少なくとも1釉の炭化物を含有
する焼結された硬質基体または予め周期律表の第4a、
5a族金属の炭化物、窒化物、酸化物及び硼化物の1種
又はそれ以上の被覆が施された上記硬質基体表面に、厚
さ0.5〜20μのアモルファス状の窒化硼素を気相法
により被覆し、この被覆された硬質体をA/および/又
はAI!化合物と接した状態で立方晶窒化鉤素の熱力学
的安定領域に保持することKよって、アモルファス状の
窒化硼素の全てを立方晶窒化硼素忙変換することを特徴
とする立方晶窒化硼素被覆硬質体の製造方法 である。
以下、本発明の詳細な説明すると、本発明者らは、OB
Nが、ダイヤモンドに次ぐ高硬度の物質であり、また、
熱伝導性に優れ、高温における鉄族金属との反応性が少
ない物質であることを知り、そして、OBNが、結合金
属と共に少なくとも1種の炭化物を含有する焼結された
硬質基体に直接に又は周期律表の第4a、5a族金属の
炭化物、窒化物、酸化物、硼化物の1種又はそれ以上の
被覆の1層又はそれ以上の中間層を介して厚さ0.5〜
20μに被覆された硬質体が従来にない性能を有してい
ることを見い出した。
ところで、CBNを気相合成する研究は広く行われてい
るが、未だ雫実な方法が見い出きれていない。ただ、ア
モルファス状の窃化硼率は、プラズマcvn、イオンブ
レーティング、イオンビーム蒸着などの手段により均一
な膜を作ることは比較的容易である。本発明者らはこの
点に着目したものであって、一旦アモルファス状の窒化
硼素薄膜(勿論部分的にOBNを含んだものであっても
良いが)を被覆し、これをA7及び/またはAI! 化
合物と接触した状態で、OBNの安定領域である高圧、
高温にさらすことにより、(38Nの膜に転換せしめる
ものである。この手段によれば、容易にCBNのみから
なる強固な被覆層が得られ、かつ、硬質基体との密着強
度も高いものである。
前述した如<OBNは、硬度、熱伝導性及び高温におけ
る化学的安定性の各性質が非常に優れているため、OB
Nを表面に被覆した硬質体は高速で切削した場合におい
ても、刃先温度が大きく上昇せず又被剛材との反応によ
る摩耗も少ないものである。
本発明において、基体としては、結合剤金属と共に少な
くともiaiの炭化物を含有する焼結された硬質基体を
用いるものであり、例えば、wa基とか(Mo、W) 
G超超硬合金、Tieを主体とするサーメット等公知の
ものから任意に選ぶことができる。
本発明において、表面のOBN被覆層の厚みハ0.5〜
20μの範囲とするが、その埋山は0.5μ未満では、
硬度、熱伝導性、被剛材に対する化学的安定性等の特性
が充分でなく製品間のバラツキも大きくなるからであり
、また20μを超えると、被覆層内での歪が発生し易く
層自体の強度が低くなり、切削時に被覆層に微小欠損が
生じ工具性能が低下してしまうからである。
また、本発明において、CBN層をNo基超超硬合金被
覆する場合、アモルファス状窒化硼素を直接に被覆する
と密着度の弱いものしか得られず、下地として予め周期
律表の第4 a、Sa族金属の炭化物、審化物、酸化物
、硼化物の1種又はそれ以上の被覆の1層又はそれ以上
の中間層の被覆を行い、その上にアモルファス状窒化硼
素の被覆を行えばよい。しかし例えば硬質基体がTiO
、TiNを含有する場合には、直接にアモルファス状情
化硼素を密着度よく被覆することが可能である。
この中間層の厚みは、その有利な性質を保持する一定限
界内で変えることができる。本発明により好適な中間層
を得るためKは、厚みは少なくとも0.5μである。最
良の結果は1〜10μで見出された。この中間層は、良
く知られているPVD、CVD等の方法で被覆を行う。
CBN層の被覆においては、本発明によれば例えば硬質
基体をBC/4 およびNH3含有ガス流れ内に置いて
温度6oo〜1000tll’、圧力Oj 〜10 w
 Hg 条件下のプラズマCVD法でアモルファス状の
9化硼素を被覆し、この被覆された硬質基体とAI!お
よび/又はA77層物とをか接するようにして金属容器
、例えばMo、 W等の中に充填し、その容器を高温高
圧発生室内に配し、第1図に示したCBNの熱力学的安
定な領域すなわちA域で数分間以上曝す。(なお、第1
図において、1は立方晶−六方晶型密化硼素平衡線であ
り、Aは高正相型窒化硼素安定域であり、Bは六方晶型
密化硼素安定域である。)この間にアモルファス状窒化
硼素は、AI! および/又はA/ 化合物の触媒作用
により0BNK変換し、硬質基体の表面にClBN層が
形成される。保持終了後圧力を保持した状態で加熱のみ
を停止し、高温高圧発生室内が室温付近まで冷却された
後に、保持圧力を除々に解除して常圧に戻す。回収され
た試料は金属反応容器を酸処理することによりCBN被
覆硬質体が得られる。
アモルファス状窒化硼素の硬質基体への被覆は、上記し
たプラズマCVD法以外に、イオンビーム蒸着、または
イオンブレーティングなどの方法も本発明で適用できる
ものである。
以下本発明の実施例をあげて、本発明をより詳細に説明
する。
〔実施例1〕 we基超超硬合金重量基準で9.5%Co、 12%T
i0 、6%TaOおよび残余we)の基体な用いて5
NG452の切削チップを作成した。これに予めCVD
法でTi(3を1μ被後したものと無被覆のものとをB
C/’ 、 NH3,H2を各々重量で15%、40%
、45%含有する混合ガス流れ内に置いて温度aooc
、圧力0.51IIIHg)条件下で15.56Mh 
2001f)高周波を用いたプラズマCVD法よりアモ
ルファス状窒化硼素の被覆処理を行った。処理時間は2
時間であった。この処理の結果、厚さ約4μのアモルフ
ァス状窒化硼素を得た。これらを被覆層とA/粉が接す
るようKしてMo 容器に充填し、容器を温度1200
C,圧力40 kb に1層分間保持した。その結果ア
モルファス状窒化硼素は全て0BNK変換していた。こ
れらのチップを表1に示す条件で切削テストを行った。
尚、比較として前記基体にCVD法で直接AI!2o3
を被覆したチップを用いた。結果を表2に示す。
表 1 表 2 〔実施例2〕 硬質基体として表5に示す6種を用いた。
表 5 表5の硬質基体を用いて、5NG452のチップを作成
し実施例1と同条件のプラズマOVD法にて被覆処理を
行った。処理時間は3時間であった。この処理の結果、
厚さ5.4μのアモルファス状窒化磯素を得た。これら
を被援層とAI!N粉が接するよ5KしてMo 容器に
充填し、容器を温度1250tZ’45kb [10分
間保持した。その結果アモルファス状窒化硼素は全てC
BNに変換していたこれらのチップを実施例1の条件1
と同条件で切削テストを行った。比較として表6に示す
ig、cの基体にOVD法にて直接Al2O3を被1し
たチップを用いた。
(各々比較材−1,−2とする)結果を表4に示す。
表 4 〔実施例5〕 実施例2の硬質基体mAを用いて実施例1と同様にして
CBN被覆されたチップ(SNG 452)を作成した
。これらのCBN層の厚みと処理時間を表5に示す。こ
れらを実施例1の条件2゜3によって切削テストを行っ
た結果を表5に示す。尚比軟材として基体A K AI
!203を5μ被情したチップを用いた。
表 5 〔本発明の効果〕 本発明は、以上詳記したよ5に、切削工具として使用す
るのに優れた性能、すなわち、高速切削時においても、
刃先温度が大きく上昇せず、また、被剛材との反応によ
る摩耗も少ないものが得られる効果が生するものである
【図面の簡単な説明】
第1図は高圧相型窒化硼素の圧力一温度相図上における
熱力学的な安定領域を示したものである。・ 1:立も晶−六方晶型窒化硼素平衡線 A:高圧相型窒化硼素安定域 B:六方晶型密化硼素安定域 代理人 内 1) 明 代理人 萩原亮− 第1図 湿 度 (0C)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 0) 結合剤金属と共に少なくとも1種の炭化物を含有
    する焼結された硬質基体に1直接または中間層を介して
    厚さ0.5〜20μの立方晶窒化硼素の被覆層を有する
    ことを特徴とする立方晶窒化硼素被覆硬質体。 (2) 中間層が周期律表の第4a、5a族金属の炭化
    物、窒化物、酸化物及び硼化物の1種またはそれ以上の
    被覆の1層またはそれ以上の層である特許請求の範囲第
    1項記載の立方晶窒化硼素被覆硬質体。 (3)結合剤金属と共に少なくとも1wiの炭化物を含
    有する焼結された硬質基体または予め周期律表の第4a
    、5a族金属の炭化物、窒化物、酸化物及び硼化物の1
    種又はそれ以上の被覆が施された上記硬質基体表面に、
    厚さ0.5〜20μのアモルファス状の窒化硼素を気相
    法により被覆し、この被覆された硬質体をA/および/
    又はjL/化合物と接した状態で立方晶窒化硼素の熱力
    学的安定領域に保持することによって、アモルファス状
    の9化硼素の全てを立方晶賭化側1素に変換することを
    特徴とする立方晶窒化硼素被覆硬質体の製造方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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