JPS6220862A - 表面被覆超硬合金部材の製造方法 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、表面に硬質の被覆層が形成されている切削
工具用および耐摩耗工具用表面被覆超硬合金部材の製造
方法に関し、特に、表面に硬質のチタン化合物被覆層が
形成されている、耐久性に浸れた切削工具用および耐摩
耗工具用表面被覆超硬合金部材を、反応性の物理蒸着法
を利用して製造する方法に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、Ｔｉ　、Ｚｒ　＋Ｈｆ　＋Ｖ、Ｎｈ　＋　Ｔａ　
＋Ｃｒ　＋Ｍｏ　＋Ｗ＋Ｔｈの炭化物、窒化物、ホウ化
物または珪化物のような硬質粉体をｌ；’６　、　Ｃｏ
　、　Ｎｉ等の金属を結合剤として高温で焼結した所謂
超硬合金は、硬さが高く、かつ耐熱性に浸れているため
、種々の切削工具や耐摩耗工具の素材として広く使用さ
れているが、この超硬合金表面に炭化チタンや窒化チタ
ンのようなチタン化合物からなる硬質被り層を設けると
、それによって耐溶着ヰと対焼付ヰおよび耐摩耗性が向
上し、工具寿命が飛躍的に延びるところから、最近では
このような被覆層を超硬合金表面に設けることも工業的
に盛んに利用されており、例えば反応性の物理蒸着法を
利用してスローアウェイチップ表面に２μｍ程度の炭化
チタンや窒化チタン層を被膜したコーティングテップが
普及している、このような炭化チタンまたは窒化チタン
の表面被覆層を有する切削工具用および耐摩耗工具用超
硬合金部材は、反応性の物理蒸着法により、まず超硬合
金基体を圧力、１０　〜１０　　Ｔｏｒｒの真空雰囲気
中で温度：　４００〜７００°Ｃに加熱してから、圧カ
ニ　１０−’　〜１０−２Ｔｏｒｒにおいてアルゴン）
＝よるエツチングを随意にこの基体に施した後、引続き
この温度と圧力を維持しながら、炭化チタンまたは窒化
チタンによる被櫟反応を起こすこと、すなわち電子ビー
ムなどによって蒸発させた金属チタンおよび被膜炉中に
供給されたアセチレンまたは窒素ガスをそれぞれイオン
化してＴｉ＋およびＣ＋または虻とし、これらのイオン
を負に帯電させた基体上に電気的に引寄せてそれぞれ炭
化チタンまたは窒化チタンからなる被膜を基体表面に形
成させること、 によって製造されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記のように４００〜７００°Ｃにおい
て炭化チタンまたは窒化チタンのようなチタン化合物を
超硬合金基体にコーティングすると、これらのチタン化
合物によって形成される被覆層と超硬合金基体との直接
的な結合および被覆層の基体に対する拡散が殆ど生じな
いため、その被覆層は密着性に乏しく、このようにして
得られた表面被校超硬合金切削工具および耐摩耗工具は
使用中に剥離を生じ易く、したがって工具寿命が短いと
いう欠点があった。

［研究に基づく知見軍功］ そこで、本発明者等は、このような間融を解決するため
に種々研究を重ねた結果、 （１）炭化チタン、窒化チタン、炭窒化チタン、炭窒酸
化チタンおよび炭酸化チタン（以下、これらをそれぞれ
ＴｉＣｒ　ＴｉＮ　＋　Ｔ１ＣＮ　＋　ＴｉＣ’ＮＯお
よびＴｉＣ０で表わし、また便宜上これらを総称してチ
タンの炭・窒・酸化物という）を、反応性の物理蒸着法
によって超硬合金基体にコーティングする場合、基体温
度を高くすると、基体と被覆層との直接的な反応および
基体の靭性を低下させるほどでない基体の被覆層への拡
散が増進して、両者の間の密着性が回且すること、 （２１前記の基体温度を極端にと昇させたり、あるいは
その上昇させた温度を長時間保持すると、基体のＩｐＡ
ｆ！！Ｆを低下させるη相が基体内部に生ずるので、そ
の温度は８５０〜９５０℃で、コーティング時間は２〜
３０分間が適していること、（３）　　前記コーティン
グでは＋・分な厚さの被覆層が得られないが、これを予
備的なコーティングとし、その後本コーティングによっ
て、この予備コーティングによって形成された予備被覆
層の上に全体で厚さ０．５〜１０μｍとなる本被覆層を
形成させれば、全体として密着性の優れた被覆層が得ら
れ、その結果工具寿命が飛躍的に延びた切削工具用およ
びｌ耐摩耗工具用表面被接超硬合金部材が得られること
、 （４）予備コーテイング後に施す本コーティング時の基
体温度を従来より若干高めても超硬合金に対して悪影響
を及ぼすことなく、前記予備被覆層となじみのよい本被
覆層が得られ、その温度としては７５０〜８００℃が適
していること、（５）前記予備コーティング終了後、予
備コーティングの温度より降温しながら本コーティング
を開始した場合でも前述のとおり密着性に優れた被覆層
が得られること、 を見出した。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は、上記知見に基づいて発明されたもので、 反応性の物理蒸着法を利用して、炭化チタン、窒化チタ
ン、炭窒化チタン、炭窒酸化チタンおよび炭酸化チタン
のうちから選ばれたいずれか１棟の被覆成分を切削工具
用および耐摩耗工具用超硬合金基体にコーティングする
ことによって、前記被核成分からなる被覆層が表面に形
成されている切削工具用または耐摩耗工具用表面被覆超
硬合金部材を製造する方法において、前記基体を真空中
で温度二８５０〜９５０℃に昇温した後、直ちにこの温
度において前記被覆成分を前記基体に２〜３０分聞予備
コーティングして、前記基体表面に前記被核成分からな
る予備被覆層を形成させ、ついでこのように予備コーテ
ィングされた前記基体を温度＝７５０〜８００℃まで降
温した後、またはその降温途中および前記降温後におい
て、前記予備被核層を形成させるために使用した被覆成
分と同じ被り成分を前記予備被覆層の上に本コーティン
グして、前記予備被覆層表面に前記被覆成分からなる本
被覆層を形成させ、それによって前記予備被覆層と本被
覆層とからなる、全体で厚さ＝０．５〜１０μｍの被覆
層を前記基体にコーティングすることを特徴とする、前
記切削工具用および耐摩耗工具用表面被覆超硬合金部材
の製造方法を提供するものである。

ついで、この発明において、予備コーティング温度、予
備コーティング時間、本コーティング温度および被覆層
の厚さをそれぞれ上記のとおりに限定した理由を述べる
。

楓）　予備コーティング温度 予備コーティング温度が８５０℃未満であると予備被核
層と基体との直接的な反応およびその被覆層の基体への
拡散が十分に達成されないために両者の間で所望の定着
性が得られず、一方それが９５０℃を越えると基体にη
相が生じてその靭性が低下するところから、その予備コ
ーティング温度を８５０〜９５０℃と定めた。

（ｈｌ　　予備コーティング時間 予備コーティング時間が２分未満であると、基体を前記
の予備コーティング温度まで上昇させても、予備被覆層
と基体との直接的な反応およびその被９層の基体への拡
散が十分に進行しないために両者の間で所望の＠着性が
得られず、一方それが３０分を越すと、基体を上記温度
に保っても基体にη相が生じてその靭性が低下すること
から、前記時間を２〜３０分間と定めた。

ｆｃｌ　　本コーティング温度 一般に、本コーティング時の基体温度と予備コーティン
グ時とのそれとの差が小さい方が予備被核層と本被覆層
とのなじみがよくなって耐久性に富んだ被り層が得られ
るとともに、従来よりもコーティングの温度を若干り昇
させても超硬合金に悪影響が現われないところから、従
来の４００〜７００℃というコーティング温度の代りに
、この発明においては本コーティングの温度を７５０〜
８００℃と定めた。

ｆｄｌ　　被楡層の厚さ 被ω層全体の厚さが０．５μｍ未満では優れた切削性能
または耐摩耗性をそれぞれ示す切削工具用および耐摩耗
工具用表面被覆超硬合金部材が得られず、一方それが１
０μｍを越えてもそれぞれ切削性能または耐摩耗性の上
で格別の向上効果が得られないことから、その厚さを０
．５〜１０μｍと定めた。

この発明は、従来、チタンの炭・窒・酸化物被膜な超硬
合金基体表面に付着させるのに一般に利用されている反
ｇＳ性の物理蒸着法によって遂行され、それには、アセ
チレン、窒素または一酸化炭素のようなガスが導入され
て、１０〜１０　　Ｔｏｒｒの圧力に保たれている被控
炉中で金属チタンを電子ビームなどによって蒸発させる
とともに、これらの反応成分を放電現象を利用してイオ
ン化してＴｉ＋Ｉ　Ｎ＋Ｉ　Ｃ＋Ｉ　Ｏ＋等のイオンを
生成させ、そしてコレラの陽イオンをマイナス・チャー
ジに負荷されている超硬合金基体上に電気的吸引力によ
って付着させ、それによって基体表面にチタンの炭・窒
・酸化物の被膜を形成させる。

この発明は、種々の切削工具用および耐阜耗工具用表面
被徨部材の製造に適用できるが、特にスロアウエイチッ
プ、エンドミル、ドリルのような切削工具およびパンチ
、ジョンビンのような耐摩耗工具の製造に対して好都合
に利用することができる。

〔実施例〕

ついで、この発明を実施例により比較例と対比しながら
説明する。

１０９６ＷＣ−１０％ＴｉＣ５％’ｒａｃ−ｃｏの組成
な宵する超硬合金から形状：ＪＩＳ　　５Ｎｐ４３２の
スローアウェイチップを多数製作し、これらのチップを
基体として、１０　　Ｔｏｒｒの真空度に保持した被覆
炉中でこの基体を８５０〜９５０℃の間の温度に昇温さ
せた後、直ちにこの温度においてチタンの炭・窒・酸化
物のうちいずれか１種を前記基体表面に５〜２０分間予
備コーティングし、ついで基体を７５０〜８００℃まで
降温した後、予備コーティングにおいて使用した被覆成
分と同じ被覆成分を本コーティングすることによって本
発明コーティングチップ１〜８を製造するとともに、本
発明方法の別法として、前記製造法において基体温度を
７５０〜８００℃まで降温する間に本コーティングを開
始する点、および前記製造法において予備コーティング
する前に、基体温度二８５０〜９５０℃において１０分
間アルゴンによるエツチングを施す点だけがそれぞれ前
記製造法と異っている方法によって、それぞれ本発明コ
ーティングチップ９および１０を製造した。

さらに比較のため、前記本発明コーティングチップ１〜
８を製造する方法において、その製造条件をこの発明の
範囲から外れた条件とした製造法により（外れた条件を
壷印で示す）比較コーティングチップ１および２を製造
するとともに、１０＝Ｔ□ｒｒの真空度に保持した被り
炉中で前記基体を７００℃に昇温させた後、同温度にお
いてアルゴンによるエツチングを基体に施し、引続きそ
の温度においてチタンの炭・窒・酸化物をコーティング
する従来方法によって従来コーティングチップ１〜５を
製造した。

以上の各方法においては、いずれもエツチング時では基
体電圧：　−１，５ＫＶ　、　Ａｒ圧カニ　１０−２Ｔ
ｏｒｒであり、コーティング時では基体電圧：　−Ｏ，
ＳＫＶであった。

各チタン化合物の被覆層を形成させるための反応ガスと
コーティング時の炉内圧力は次の第１表のとおりであっ
た。

このようにして得られた各チップについて、その製造法
種別、予備コーティングの温度および時間、本コーティ
ング温度、および被覆層の成分と厚さを第２表に示した
。

ついで、これらのチップおよび無コートチップについて
、その基体内部において生じたη相の有無を観察すると
ともに、これらの工具寿命を評価するため下記の条件（
＝よる切削試験を実施し、ＶＢ摩耗が０．３■に達する
までの切削時間を測定して、これを工具寿命とした。

切削条件 被削材：ＳＮＣＭ４３９．ＨＢ：２５０゜ホルダ二ＮＩ
　ＩＲ−４４。

切削速ｇ　：　Ｖ−１００ｍ／ｍｉｎ　、　ｄ　＝４ｗ
　。

ｆ　＝　０．４５　ｗ／　ｒｅＶ、。

以上の結果をまとめて第２表に示した。

〔発明の効果〕

第２表に示される結果から、従来コーティングチップは
工具寿命が１５〜３０分であって、その１．４および５
は切削中に被覆層が剥離したのに対し、本発明コーティ
ングチップはいずれも切削中に被覆層が剥離することな
く、その工具寿命が１２０〜１５５分と飛躍的に増大し
、また予備コーティング温度が高すぎるかまたはその時
間が長すぎる方法によって製造された比較コーティング
テップ１および２においては基体中に１１相が生じてそ
の靭性が低下したため、工具寿命は極めて短かかった。

以上述べた説明から明らかなように、この発明によると
、極めて耐摩純性にすぐれ、したがって著しく工具寿命
の長い切削工具用および耐摩耗工具用表面被覆超硬合金
部材を得ることができる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 反応性の物理蒸着法を利用して、炭化チタン、窒化チタ
   ン、炭窒化チタン、炭窒酸化チタンおよび炭酸化チタン
   のうちから選ばれたいずれか１種の被覆成分を切削工具
   用および耐摩耗工具用超硬合金基体にコーティングする
   ことによつて、前記被覆成分からなる被覆層が表面に形
   成されている切削工具用または耐摩耗工具用表面被覆超
   硬合金部材を製造する方法において、前記基体を真空中
   で温度：８５０〜９５０℃に昇温した後、直ちにこの温
   度において前記被覆成分を前記基体に２〜３０分間予備
   コーティングして、前記基体表面に前記被覆成分からな
   る予備被覆層を形成させ、ついでこのように予備コーテ
   ィングされた前記基体を温度：７５０〜８００℃まで降
   温した後、またはその降温途中および前記降温後におい
   て、前記予備被覆層を形成させるために使用した被覆成
   分と同じ被覆成分を前記予備被覆層の上に本コーティン
   グして、前記予備被覆層表面に前記被覆成分からなる本
   被覆層を形成させ、それによつて前記予備被覆層と本被
   覆層とからなる、全体で厚さ：０．５〜１０μｍの被覆
   層を前記基体にコーティングすることを特徴とする、前
   記切削工具用および耐摩耗工具用表面被覆超硬合金部材
   の製造方法。