JPS6220863A - 切削工具用表面被覆高速度鋼部材の製造方法 - 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
工具用表面被覆高速度鋼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
久性に優れた切削工具用表面被覆高速度鋼部材を１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、高速度鋼（以下、ハイスという）は、高速切削に
耐える高い硬さと優れた靭性を有するので１切削工具の
素材として広く使用されているが、このハイス表面に炭
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
質被覆層を設けると、それによって耐溶着性と対焼付性
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１最近ではこのような被覆層をハイス表面に設
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覆したコー
ティングチ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
有する切削工具用ハイス部材は１反応性の物理蒸着法に
より、まずハイス基体を圧カニｌＯ””〜１０−３Ｔｏ
ｒｒの真空雰囲気中で温度：　４００〜４５０℃に加熱
してから、圧カニ　１０−’　〜１０−２Ｔｏｒｒにお
いてアルゴンによるイオン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覆反応を起こすこと
、すなわち電子ビームなどによって蒸発させた金属チタ
ンおよび被覆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ｆ１＋およびＣ＋または炉と
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４００〜４５０℃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ハ
イス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ハイ
ス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覆ハイス切削工具は切削
時に剥離を生じ易く１したがって工具寿命が短いという
欠点があった。

〔研究に基づく知見事項〕

そこで１本発明者等は、このような問題を解決するため
に種々研究を重ねた結果。

（１）　　炭化チタン１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ＴｉＣ、ＴｉＮ　、　Ｔ１ＣＮ　、　ＴｉＣＮ０
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１反応性の物理蒸着
法によってハイス基体にコーティングする場合、基体の
温度をハイスの焼戻し温度よりも高くすると、ハイスの
変態に伴う被覆層と基体との直接的な反応および被覆層
の基体への拡散が増進して１両者の間の密着性が向上す
ること。

（２）　　ハイスの焼戻し温度は一般に５３０〜６５０
℃と低いため、前記の基体温度を極端に上昇させたり、
あるいはその上昇させた温度を長時間保持するとハイス
がなまって軟化するので、その温度は５６０〜６５０℃
で、コーティング時間は２〜１０分間が適していること
。

（３）　　前記コーティングでは十分な厚さの被覆層が
得られないが１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０．５〜１
０μｍ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表面被覆ハイス部材が得られること
、（４）予備コーティングの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ハイスに対して悪影
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１本コーティング温度としては４５０〜
５００℃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υ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、チタンの炭・窒・酸化
物のうちから選ばれたいずれか１種の被覆成分を切削工
具用高速度鋼基体にコーティングすることによって、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
工具用表面被覆高速度鋼部材を製造する方法において、
前記基体を真空中で温度＝５６０〜６５０℃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
２〜１０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１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：４５０
〜５００℃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（でよって。

前記予備被覆層と本被覆層とからなる。全体で厚さ１０
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、前記切削工具用表面被覆高速度鋼部材
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
。

（ａ）　　予備コーティング温度 予備コーティング温度が５＆０℃未満では予備被覆層と
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密着性が
得られず、一方それが６５０℃を越えると２〜１０分間
の予備コーティング中にハイスがなまって軟化してしま
うところから。

その予備コーティング温度を５６０〜６５０℃と定めた
。

（ｂ）　　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覆層の基体への拡
散が十分に進行しないために両者の間で所望の密着性が
得られず、一方それが１０分を越すと、基体を上記温度
に保ってもノ・イスがなまって軟化してしまうところか
ら、＠記時間を２〜１０分間と定めた。

（Ｃｊ　　本コーティング温度 一般に２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覆層と本被覆層
とのなじみがよくなって耐久性に富んだ被覆層が得られ
るとともに、従来よりもコーティングの温度を若干、す
なわち５０℃上昇させてもハイスに悪影響が現われない
ところから。

従来の４００〜４５０℃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４５０
〜５００℃と定めた。

（ｄ）　　被覆層の厚さ 被覆層全体の厚さが０．．５μｍ未満では優れた切削性
能を示す切削工具用表面被覆ハイス部材が得られず、一
方それが１０μｍを越えても切削性能の上で格別の向上
効果が得られないことから、その厚さを０．５〜１０μ
ｍと定めた。

この発明は、従来、チタンの炭・窒・酸化物被膜をハイ
ス基体表面に付着させるのに一般に利用されている反応
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”−’〜１０−２Ｔｏｒｒの圧力に保たれている
被覆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”、Ｎ＋、Ｃ”、Ｏ＋等のイオンを生成
させ、そしてこれらの陽イオンをマイナス・チャージに
負荷されているハイス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上にチタンの炭・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表面被覆ノ１イス部材の製
造に適用できるが、特にスローアウェイチップに特有な
コーティングチップ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。

鋼種：５ＫＨ２のハイスを焼戻し温度＝５６０〜５８０
℃において焼戻すことによって得られた、硬す：ＨＲｃ
（ロックウェル硬さＣスケール）６４を有するハイスか
ら形状：　Ｔ　Ｐ　Ｐ　３２２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
−５Ｔｏｒｒの真空度に保持した被覆層、中でこの基体
を５６０〜６００℃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・酸化物のうちのいず
れか１種を前記基体表面に５〜１０分間予備コーティン
グし、ついで基体を４５０〜５００℃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１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４８０℃まで
降温する間に本コーティングを開始する点１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：
６００℃において１０〜２０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、かつ温度：４５０〜５００℃
において１０〜２０分間エツチングを施すことにより（
外れた条件を※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、　ｌ　０−５Ｔｏｒｒの真
空度に保持した被覆炉中で前記基体を４５０℃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１従来コーテ
イングチツプ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圧力、１ＯＴｏｒｒで
あり、コーティング時では基体電圧：　−０，８ＫＶで
あった。

各チタン化合物の被覆層を形成させるだめの反応ガスと
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。

第　　　１　　　表 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１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のロック
ウェル硬さＣスケール（ＨＲＣ）を測定するとともに、
これらの工具寿命を評価するため下記の条件による切削
試験を実施し、　ｖＢ摩耗が０．３認に達するまでの切
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：　ＳＮ０Ｍ８．ＨＢ：　２５０、ホルダ：　Ｐ
２２Ｒ−４４、 切削速度：　Ｖ　＝　６０　ｍ／ｍＲ，ｄ　−１，５ｍ
ｘ、ｆ　−０，１ｍｘ／　ｒｅｖ、。

以上の結果もまとめて第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２．４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１２０〜１７０分と飛躍的に増大し
、また予備コーティング時間が長ずざるかまたはその温
度が高すぎる方法によって製造された比較コーティング
チップ１および２においては、切削中にハイスがなまっ
て軟化したために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
１極めて耐摩耗性にすぐれ、したがって著しく工具寿命
の長い切削工具用表面被覆ハイス部材が得られるという
産業上有用な効果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
   用高速度鋼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
   具用表面被覆高速度鋼部材を製造する方法において、前
   記基体を真空中で温度：５６０〜６５０℃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
   〜１０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：４５０〜
   ５００℃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、前記切削工具用表面被覆高速度鋼部材の
   製造方法。