JPS62246429A - 強靭セラミツクス工具の製造方法 - Google Patents
強靭セラミツクス工具の製造方法Info
- Publication number
- JPS62246429A JPS62246429A JP8969986A JP8969986A JPS62246429A JP S62246429 A JPS62246429 A JP S62246429A JP 8969986 A JP8969986 A JP 8969986A JP 8969986 A JP8969986 A JP 8969986A JP S62246429 A JPS62246429 A JP S62246429A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- tool
- ceramic
- coating
- base material
- cutting
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
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。
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
本発明は強靭セラミックス工具の製造方法に関する。更
に詳しくいえば、セラミックス焼結体母材とこれに被覆
された薄膜層とからなり、極めて高い耐摩耗性並びに靭
性を有するセラミックス切削工具の製造方法に関するも
のである。
に詳しくいえば、セラミックス焼結体母材とこれに被覆
された薄膜層とからなり、極めて高い耐摩耗性並びに靭
性を有するセラミックス切削工具の製造方法に関するも
のである。
従来の技術
近年、超硬工具材料としてのタングステン資源の枯渇の
ために、これに代る超硬工具材料の開発が活発に行われ
ている。このような新しい材料として耐摩耗性、耐食性
、耐熱性等に優れていることから、切削工具材料として
超硬合金が注目され、WC−Co、 WC−(WTiT
aNb) 、C−Co系のWC基超硬合金製の工具が開
発された。また、これ以外にもTi C−Ni−Mo系
サーメット工具、純^1□03またはA1□03+TI
C系等のセラミックス工具および焼結ダイヤモンド工具
などが開発され、実用に供されている。
ために、これに代る超硬工具材料の開発が活発に行われ
ている。このような新しい材料として耐摩耗性、耐食性
、耐熱性等に優れていることから、切削工具材料として
超硬合金が注目され、WC−Co、 WC−(WTiT
aNb) 、C−Co系のWC基超硬合金製の工具が開
発された。また、これ以外にもTi C−Ni−Mo系
サーメット工具、純^1□03またはA1□03+TI
C系等のセラミックス工具および焼結ダイヤモンド工具
などが開発され、実用に供されている。
この中で、セラミックス工具は常温並びに高温での硬度
が高く、高温度下で刃先が酸化されるので切屑の溶着を
回避でき、従って高速度での切削が可能であり、被加工
物(被削材)の適用範囲が広く、取扱い易い等という各
種の利点がある。しかしながら、他方において超硬合金
製工具と比較して特に問題となる点は抗折力、即ち靭性
の点で劣っていることにある。そこで、この抗折力の問
題を解決するために種々の方法が提案されてきた。
が高く、高温度下で刃先が酸化されるので切屑の溶着を
回避でき、従って高速度での切削が可能であり、被加工
物(被削材)の適用範囲が広く、取扱い易い等という各
種の利点がある。しかしながら、他方において超硬合金
製工具と比較して特に問題となる点は抗折力、即ち靭性
の点で劣っていることにある。そこで、この抗折力の問
題を解決するために種々の方法が提案されてきた。
例えば、特公昭53−13276号公報発明にみられる
ように、A1□o3焼結体あるいはAl2O3に硬質炭
化物および/または硬質窒化物、例えばTi、 Zr5
Hf。
ように、A1□o3焼結体あるいはAl2O3に硬質炭
化物および/または硬質窒化物、例えばTi、 Zr5
Hf。
Bなどの炭化物および/または窒化物を添加して得た焼
結体を母材とし、その表面にAl2O3膜を被覆したセ
ラミックス工具が知られている。
結体を母材とし、その表面にAl2O3膜を被覆したセ
ラミックス工具が知られている。
また、特公昭59−13475号公報発明はSi3N、
を主成分とし、焼結助剤としてMgO1Y203、Ta
205、ZrO□、A1□0.などを添加して得た焼結
体の表面に、化学気相蒸着法(CVD法)によってAl
2O3および/またはAl0Nの被覆薄膜を形成したセ
ラミックス・スローアウェイチップの製造方法を開示し
ている。
を主成分とし、焼結助剤としてMgO1Y203、Ta
205、ZrO□、A1□0.などを添加して得た焼結
体の表面に、化学気相蒸着法(CVD法)によってAl
2O3および/またはAl0Nの被覆薄膜を形成したセ
ラミックス・スローアウェイチップの製造方法を開示し
ている。
更に、特開昭60−127905号公報発明にはA14
0sを主成分とし、hotを焼結助剤として添加して得
た焼結体の表面に、上記同様にAlzos被覆薄膜を形
成したセラミックス工具が提案されている。
0sを主成分とし、hotを焼結助剤として添加して得
た焼結体の表面に、上記同様にAlzos被覆薄膜を形
成したセラミックス工具が提案されている。
しかしながら、上記のようなセラミックス焼結体母材と
Al2O3の気相堆積膜とで構成される被覆セラミック
ス工具は、依然として靭性、特に耐熱衝撃性並びに耐熱
疲労靭性の点で著しく劣るために、耐摩耗性に極めて優
れているにも拘らず、その適用分野は著しく制限された
ものでしかなかった。
Al2O3の気相堆積膜とで構成される被覆セラミック
ス工具は、依然として靭性、特に耐熱衝撃性並びに耐熱
疲労靭性の点で著しく劣るために、耐摩耗性に極めて優
れているにも拘らず、その適用分野は著しく制限された
ものでしかなかった。
そこで、これら緒特性を改善する目的で、Al2O3被
覆薄膜としてAl2O3にTiC,TiN5Ti (C
O)、VJC,7,rO□などを添加し、その靭性を改
善した強靭セラミックス工具が開発されている。しかし
ながら、上記添加物を添加することにより確かに靭性の
改善を達成し得るものの、逆に耐摩耗性が犠牲となり、
その劣化は無視できないものであった。
覆薄膜としてAl2O3にTiC,TiN5Ti (C
O)、VJC,7,rO□などを添加し、その靭性を改
善した強靭セラミックス工具が開発されている。しかし
ながら、上記添加物を添加することにより確かに靭性の
改善を達成し得るものの、逆に耐摩耗性が犠牲となり、
その劣化は無視できないものであった。
また、最近の材料開発の成果として、^120.の代り
に5isN<を主成分とするセラミックス工具が提案さ
れてきた。このSi3N、系セラミックスは、Al2O
3系セラミックスと比較して耐熱衝撃性並びに耐熱疲労
靭性の点で極めて優れているので、従来のセラミックス
材料と比較して著しく優れたセラミックス材料といえる
。しかしながら、このように優れた特性の5i3Na系
セラミツクス材料も切削工具用材料として考えた場合に
は、被削材としての鉄とが反応することから、切屑の工
具表面への拡散が問題となる鋼の切削には全く利用でき
ず、切屑の工具表面への拡散が問題とならない鋳物のみ
の切削に利用できるに過ぎない。ところで、鋳物の切削
において最も重要な点は、高温における硬度であるが、
Si3N、はAl2O3と比較するとこの点において劣
っているために、鋳物の切削においても従来多用されて
きたAl2O*/TiC焼結体切削工具と比較すると靭
性の点では確かに格段に優れているものの、耐摩耗性の
点では比較にならないものであった。
に5isN<を主成分とするセラミックス工具が提案さ
れてきた。このSi3N、系セラミックスは、Al2O
3系セラミックスと比較して耐熱衝撃性並びに耐熱疲労
靭性の点で極めて優れているので、従来のセラミックス
材料と比較して著しく優れたセラミックス材料といえる
。しかしながら、このように優れた特性の5i3Na系
セラミツクス材料も切削工具用材料として考えた場合に
は、被削材としての鉄とが反応することから、切屑の工
具表面への拡散が問題となる鋼の切削には全く利用でき
ず、切屑の工具表面への拡散が問題とならない鋳物のみ
の切削に利用できるに過ぎない。ところで、鋳物の切削
において最も重要な点は、高温における硬度であるが、
Si3N、はAl2O3と比較するとこの点において劣
っているために、鋳物の切削においても従来多用されて
きたAl2O*/TiC焼結体切削工具と比較すると靭
性の点では確かに格段に優れているものの、耐摩耗性の
点では比較にならないものであった。
以上述べてきたように、513N4を主成分とするセラ
ミックス工具は、Al2O3焼結体切削工具(ご比べて
、靭性の点では改善されたものの、切削工具として重要
なもう一つの特性である耐摩耗性が劣化した。この点を
改善するために、従来技術においては、この靭性に優れ
たセラミックス焼結体を母材と゛し、その表面に数μm
の厚さのA1□03薄膜を被覆した被覆セラミックス工
具が提案されている。
ミックス工具は、Al2O3焼結体切削工具(ご比べて
、靭性の点では改善されたものの、切削工具として重要
なもう一つの特性である耐摩耗性が劣化した。この点を
改善するために、従来技術においては、この靭性に優れ
たセラミックス焼結体を母材と゛し、その表面に数μm
の厚さのA1□03薄膜を被覆した被覆セラミックス工
具が提案されている。
発明が解決しようとする問題点
バイト等の切削工具としての、特にセラミックス工具に
要求される特性は抗折力、即ち靭性と耐摩耗性である。
要求される特性は抗折力、即ち靭性と耐摩耗性である。
前述のようにA I 203系の工具は耐摩耗性に優れ
るが靭性の点で不十分であり、そこで種々の解決策が提
案されたが、いずれも不満足であり、例えばSi3N、
系工具のように靭性が改善されはしたものの逆に耐摩耗
性が犠牲となりAlaOs系工具に比して著しく劣るも
のとなった。このような情況の下で、靭性の点で有利な
Si3N4系セラミックス焼結体を母材とし、その表面
を耐摩耗性の点で性別なAl2O3薄膜を設けた被覆セ
ラミックス工具が提案されている。
るが靭性の点で不十分であり、そこで種々の解決策が提
案されたが、いずれも不満足であり、例えばSi3N、
系工具のように靭性が改善されはしたものの逆に耐摩耗
性が犠牲となりAlaOs系工具に比して著しく劣るも
のとなった。このような情況の下で、靭性の点で有利な
Si3N4系セラミックス焼結体を母材とし、その表面
を耐摩耗性の点で性別なAl2O3薄膜を設けた被覆セ
ラミックス工具が提案されている。
このように、セラミックス工具として母材(靭性の高い
もの)に耐摩耗性の良好なAl2O3薄膜を被覆するこ
とにより、母材の低い耐摩耗性が補償される。実際特に
、例えば313N4系の焼結体表面にAl2O3を約1
μm被覆したセラミックス工具によれば、セラミックス
工具に必要とされる強靭性と耐摩耗性とを兼備した工具
が実現でき、鋳物切削の分野で広く実用に供されている
。
もの)に耐摩耗性の良好なAl2O3薄膜を被覆するこ
とにより、母材の低い耐摩耗性が補償される。実際特に
、例えば313N4系の焼結体表面にAl2O3を約1
μm被覆したセラミックス工具によれば、セラミックス
工具に必要とされる強靭性と耐摩耗性とを兼備した工具
が実現でき、鋳物切削の分野で広く実用に供されている
。
しかしながら、この切削工具では耐摩耗性の^1□0゜
被覆が約1μmと極めて薄いために、フランク摩耗があ
る程度以上に進行するとAl2O3の被覆効果が著しく
低下してしまうという欠点を有している。
被覆が約1μmと極めて薄いために、フランク摩耗があ
る程度以上に進行するとAl2O3の被覆効果が著しく
低下してしまうという欠点を有している。
そこで、このような従来のセラミックス工具の呈する諸
欠点を解決し、強靭かつ耐摩耗性に優れたセラミックス
工具を開発することは、セラミックス工具の有する特性
を十分に生かして、鋼、鋳鉄等の切削加工を実施する上
で極めて重要であり、当業界においても重要な課題とな
っている。本発明の目的はこのようなセラミックス工具
の製造方法を提供することにあり、また強靭かつ高い耐
摩耗性の耐用寿命の長いセラミックス工具を提供するこ
とも本発明の目的の一つである。
欠点を解決し、強靭かつ耐摩耗性に優れたセラミックス
工具を開発することは、セラミックス工具の有する特性
を十分に生かして、鋼、鋳鉄等の切削加工を実施する上
で極めて重要であり、当業界においても重要な課題とな
っている。本発明の目的はこのようなセラミックス工具
の製造方法を提供することにあり、また強靭かつ高い耐
摩耗性の耐用寿命の長いセラミックス工具を提供するこ
とも本発明の目的の一つである。
問題点を解決するための手段
本発明者等はセラミックス工具の上記のような現状に鑑
みて、靭性並びに耐摩耗性両者の点で優れたセラミック
ス工具を開発すべく種々検討・研究した結果、セラミッ
クス焼結体母材の靭性を維持し、耐摩耗性を確保すると
共に耐用寿命を改善するためには母材と薄膜被覆層との
間の密着強度を高くすることにより目的とする優れた特
性のセラミックス工具を実現できるとの着想の下に、こ
の密着強度の改善が被覆処理温度の十分な制御により達
成しく尋ることを見出し、本発明を完成した。
みて、靭性並びに耐摩耗性両者の点で優れたセラミック
ス工具を開発すべく種々検討・研究した結果、セラミッ
クス焼結体母材の靭性を維持し、耐摩耗性を確保すると
共に耐用寿命を改善するためには母材と薄膜被覆層との
間の密着強度を高くすることにより目的とする優れた特
性のセラミックス工具を実現できるとの着想の下に、こ
の密着強度の改善が被覆処理温度の十分な制御により達
成しく尋ることを見出し、本発明を完成した。
即ち、本発明の強靭セラミックス工具の製造方法はセラ
ミックス焼結体母材を1150〜1500℃の範囲内の
温度にて加熱保持し、該母材の表面を化学気相蒸着法に
よって厚さ0.5〜20μmのAl2O3薄膜で被覆す
ることを特徴とするものである。
ミックス焼結体母材を1150〜1500℃の範囲内の
温度にて加熱保持し、該母材の表面を化学気相蒸着法に
よって厚さ0.5〜20μmのAl2O3薄膜で被覆す
ることを特徴とするものである。
本発明の方法において有用なセラミックス焼結体母材と
しては、特にA1□03を主成分とするものおよび51
3N4を主成分とするものを例示でき、前者は更に5〜
50重量%の割合でTiC,TiN、 Ti(CO )
、WCおよびZrO2からなる群から選ばれる少なくと
も1種の成分を含むことができ、また後者では同様に5
〜50重量%の割合でZr0z 、TiN、Y2O3、
Al2O3およびAlNからなる群から選ばれる少なく
とも1種の成分を含むものであり得る。ここで上記の添
加物を5重量%に満だない量で使用した場合には靭性が
不十分となり、また50重量%を越えて使用した場合に
は耐摩耗性が不十分となり、いずれも好ましくない。本
発明においては、上記の例示のものの他、Al2O3焼
結体の靭性を改善したものであればいかなるものであっ
ても母材としてイ吏用できることはいうまでもない。
しては、特にA1□03を主成分とするものおよび51
3N4を主成分とするものを例示でき、前者は更に5〜
50重量%の割合でTiC,TiN、 Ti(CO )
、WCおよびZrO2からなる群から選ばれる少なくと
も1種の成分を含むことができ、また後者では同様に5
〜50重量%の割合でZr0z 、TiN、Y2O3、
Al2O3およびAlNからなる群から選ばれる少なく
とも1種の成分を含むものであり得る。ここで上記の添
加物を5重量%に満だない量で使用した場合には靭性が
不十分となり、また50重量%を越えて使用した場合に
は耐摩耗性が不十分となり、いずれも好ましくない。本
発明においては、上記の例示のものの他、Al2O3焼
結体の靭性を改善したものであればいかなるものであっ
ても母材としてイ吏用できることはいうまでもない。
本発明の方法において、^i2o、+薄膜被覆層の形成
温度は、既に述べたように極めて重要であり、臨界的な
条件となる。叩ら、下限の1150℃に満たない温度下
で被覆層を形成した場合には十分なAl2O3被覆の耐
用寿命を、即ち十分な密着強度を確保できず、一方15
00℃を越える温度の下で薄膜形成を行った場合には被
覆層のAl2O3粒子径が5μm以上の巨大なものとな
ってしまい耐摩耗性が劣化するために好ましくない。
温度は、既に述べたように極めて重要であり、臨界的な
条件となる。叩ら、下限の1150℃に満たない温度下
で被覆層を形成した場合には十分なAl2O3被覆の耐
用寿命を、即ち十分な密着強度を確保できず、一方15
00℃を越える温度の下で薄膜形成を行った場合には被
覆層のAl2O3粒子径が5μm以上の巨大なものとな
ってしまい耐摩耗性が劣化するために好ましくない。
また、本発明の強靭セラミックス工具におG)てへ1□
03薄膜被覆層の厚さも臨界的であり、上記範囲内の値
とすることが好ましい。即ち、下限の0.5μmに満た
ない厚さではAbOs被覆による耐摩耗性の改善効果が
期待できない。一方、上限の20μmはそれ程重要では
なく、これ以上の厚さで適用したとしてもA1゜03被
覆による効果が飽和するため、経済的、工業生産的観点
から20μm以下とすることが有利である。
03薄膜被覆層の厚さも臨界的であり、上記範囲内の値
とすることが好ましい。即ち、下限の0.5μmに満た
ない厚さではAbOs被覆による耐摩耗性の改善効果が
期待できない。一方、上限の20μmはそれ程重要では
なく、これ以上の厚さで適用したとしてもA1゜03被
覆による効果が飽和するため、経済的、工業生産的観点
から20μm以下とすることが有利である。
本発明の方法で使用するセラミックス焼結体母材は常法
に従って所定の成分を混合し、所定の形状に成形し、次
いで焼成し、必要ならば寸法調整等の加工を施すことに
より容易に作製することができる。
に従って所定の成分を混合し、所定の形状に成形し、次
いで焼成し、必要ならば寸法調整等の加工を施すことに
より容易に作製することができる。
次いで、該セラミックス母材表面上にAl2O3薄膜被
覆を施すが、これは各種CVD法、イオンブレーティン
グ法などの物理的蒸着法がいずれも使用できる。ここで
、物理蒸着法で得られる堆積膜に比較して、同一温度で
被覆処理を行ったCVD法により得られる膜は一般に母
材との密着強度に劣ると考えられるが、本発明の方法に
従って上記範囲の温度条件下で被覆処理を実施すること
により、通常の化学蒸着法で十分な強度並びに成長速度
が達成できる。また、このCVD法は付き回り性に優れ
ているために複雑な形状の母材を被覆するのに有利であ
る。
覆を施すが、これは各種CVD法、イオンブレーティン
グ法などの物理的蒸着法がいずれも使用できる。ここで
、物理蒸着法で得られる堆積膜に比較して、同一温度で
被覆処理を行ったCVD法により得られる膜は一般に母
材との密着強度に劣ると考えられるが、本発明の方法に
従って上記範囲の温度条件下で被覆処理を実施すること
により、通常の化学蒸着法で十分な強度並びに成長速度
が達成できる。また、このCVD法は付き回り性に優れ
ているために複雑な形状の母材を被覆するのに有利であ
る。
作用
以上述べたように、セラミックス工具を実用化するため
に最も重要な点は高い靭性と耐摩耗性とを併せ持つ構成
とすることであり、そのために従来から広範な研究がな
されてきた。中でも最も改良が図られたとされている靭
性に富むセラミックス母材と耐摩耗性の点で有利なCV
D法等で形成されたAl20i、Al0Nなどの薄膜と
で構成されるセラミックス工具にあっそも、フランク摩
耗がある程度以上進行すると被覆効果が低下し、十分な
耐摩耗性を維持できなくなってしまう。
に最も重要な点は高い靭性と耐摩耗性とを併せ持つ構成
とすることであり、そのために従来から広範な研究がな
されてきた。中でも最も改良が図られたとされている靭
性に富むセラミックス母材と耐摩耗性の点で有利なCV
D法等で形成されたAl20i、Al0Nなどの薄膜と
で構成されるセラミックス工具にあっそも、フランク摩
耗がある程度以上進行すると被覆効果が低下し、十分な
耐摩耗性を維持できなくなってしまう。
そこで、本発明者等は以下のような切削試験を行い、そ
の際の摩耗曲線を得、切削時間とフランク摩耗との関係
を調べ、結果を添付第1図にプロットした。この切削試
験において被削材としては鋳鉄(F C25)を用い、
切削工具の形状は型番S N G N120408、ホ
ルダーF NIIR−44Aとし、切削剤を使用するこ
となしに以下の条件下で実施した。
の際の摩耗曲線を得、切削時間とフランク摩耗との関係
を調べ、結果を添付第1図にプロットした。この切削試
験において被削材としては鋳鉄(F C25)を用い、
切削工具の形状は型番S N G N120408、ホ
ルダーF NIIR−44Aとし、切削剤を使用するこ
となしに以下の条件下で実施した。
切削速度(V) = 500m/min送り速度(f
) =0.36mm/回転切込み(d)=2mm 第1図において曲線(a)はSi3N<を主成分とする
セラミックス焼結体工具を用いた結果であり、曲線(b
)は(a)で使用した工具にCVD法によりAl2O。
) =0.36mm/回転切込み(d)=2mm 第1図において曲線(a)はSi3N<を主成分とする
セラミックス焼結体工具を用いた結果であり、曲線(b
)は(a)で使用した工具にCVD法によりAl2O。
を厚さ1μmで被覆した工具による結果であり、さらに
曲線(C)はAl2O3/Ticのセラミックス焼結体
工具による結果である。この結果から、従来のセラミッ
クス工具による結果(曲線う))は513N4を主体と
する工具の結果(曲線(a))と比較した場合、耐摩耗
性の点で著しい改善が認められるものの、切削時間が2
5分以上、フランク摩耗が0.3mm以上となると、A
lzO3被覆による耐摩耗性改善効果が失われることを
理解できる。
曲線(C)はAl2O3/Ticのセラミックス焼結体
工具による結果である。この結果から、従来のセラミッ
クス工具による結果(曲線う))は513N4を主体と
する工具の結果(曲線(a))と比較した場合、耐摩耗
性の点で著しい改善が認められるものの、切削時間が2
5分以上、フランク摩耗が0.3mm以上となると、A
lzO3被覆による耐摩耗性改善効果が失われることを
理解できる。
このような短い耐用寿命を改善するためには、A1□0
3被覆膜の膜厚を増大させることが考えられる。そこで
、Al2O3被覆膜々厚を種々変化させて、フランク摩
耗のAl2O3被覆の膜厚依存性を検討した。母材とし
ては313N4を主成分とする焼結体を用い、また得ら
れた製品につき第1図と同様な条件下で切削試験を行い
、フランク摩耗が0.3+mmに達する時間を測定し、
これをA1□03膜々厚に対して添付第2図にプロット
した。この結果は、A1□03膜々厚が1μmに達する
までは膜厚の増加に伴って耐摩耗性は増大するが、膜厚
が1μmを越えると耐摩耗性は急激に低下することを示
している。
3被覆膜の膜厚を増大させることが考えられる。そこで
、Al2O3被覆膜々厚を種々変化させて、フランク摩
耗のAl2O3被覆の膜厚依存性を検討した。母材とし
ては313N4を主成分とする焼結体を用い、また得ら
れた製品につき第1図と同様な条件下で切削試験を行い
、フランク摩耗が0.3+mmに達する時間を測定し、
これをA1□03膜々厚に対して添付第2図にプロット
した。この結果は、A1□03膜々厚が1μmに達する
までは膜厚の増加に伴って耐摩耗性は増大するが、膜厚
が1μmを越えると耐摩耗性は急激に低下することを示
している。
これは膜厚が1μmを越えると、切削時に被覆膜が剥離
してしまうためであると考えられ、更に膜厚が3μmを
越えると剥離が逆に切欠き効果を生じ、未被覆の場合よ
りも摩耗が大きくなるものと思われる。膜厚が厚くなる
と、被覆膜と母材とは剛性に差があるため、当然の結果
として剥離し易くなることは当業者に良く知られた事実
である。
してしまうためであると考えられ、更に膜厚が3μmを
越えると剥離が逆に切欠き効果を生じ、未被覆の場合よ
りも摩耗が大きくなるものと思われる。膜厚が厚くなる
と、被覆膜と母材とは剛性に差があるため、当然の結果
として剥離し易くなることは当業者に良く知られた事実
である。
このような状況の下で、本発明者等は上記試験結果を深
く考察し、検討し従来法の呈する問題を解決するために
は、母材と被覆膜との密着強度の改善を図ることが有利
であることを知った。
く考察し、検討し従来法の呈する問題を解決するために
は、母材と被覆膜との密着強度の改善を図ることが有利
であることを知った。
上記母材と被覆膜との密着強度を改善するためには様々
な方法が考えられるが、本発明の方法におけるように被
覆処理の際の処理温度を特定範囲とすることが最も有効
である。
な方法が考えられるが、本発明の方法におけるように被
覆処理の際の処理温度を特定範囲とすることが最も有効
である。
そこで、まず種々の被覆法に従って作製した被覆セラミ
ックス工具の母材と被覆膜との密着強度を、スイス時計
研究所製のレイテスト/オートマチックを用いて測定し
た。この測定原理は、荷重を掛けたダイヤモンドコーン
により被覆膜をひっかき、膜を破壊するのに要する荷重
を超音波吸収測置で検出し、この荷重〔臨界荷重: L
c (criticalloadと呼ばれる)〕の大
小から接着強度を評価するものである。サンプルとして
は5iiN*を主成分とする焼結体母材に、CVD法イ
オンブレーティング法およびプラズマCVD法によって
、種々の温度条件下で、厚さ1μmのAl2O3薄膜を
被覆した工具を用いた。結果を添付第3図に示したが、
この結果から被覆方法の種類とは無関係にほぼ被覆温度
のみによって密着強度が決定され、被覆温度が高い程密
着強度も高くなることがわかる。
ックス工具の母材と被覆膜との密着強度を、スイス時計
研究所製のレイテスト/オートマチックを用いて測定し
た。この測定原理は、荷重を掛けたダイヤモンドコーン
により被覆膜をひっかき、膜を破壊するのに要する荷重
を超音波吸収測置で検出し、この荷重〔臨界荷重: L
c (criticalloadと呼ばれる)〕の大
小から接着強度を評価するものである。サンプルとして
は5iiN*を主成分とする焼結体母材に、CVD法イ
オンブレーティング法およびプラズマCVD法によって
、種々の温度条件下で、厚さ1μmのAl2O3薄膜を
被覆した工具を用いた。結果を添付第3図に示したが、
この結果から被覆方法の種類とは無関係にほぼ被覆温度
のみによって密着強度が決定され、被覆温度が高い程密
着強度も高くなることがわかる。
ところで、従来のセラミックス工具の製造方法に右ける
この被覆処理温度の上限は約1000℃に制限されてい
た。これは元来、この種の被覆工具作製技術が被覆超硬
合金から進展したものであって、一般に母材が超硬合金
であったため、1000℃以上の高温に保持すると結合
和合RCOの流動性が大きくなり、被覆操作中に被覆膜
中に拡散するCoの量が無視できなくなり、このCoの
拡散のために耐摩耗性の改善がまったく期待できなくな
る。そのため、被覆処理温度の上限は約1000℃とさ
れ、これがセラミックス焼結体にそのまま適用されてい
たものと考えられる。
この被覆処理温度の上限は約1000℃に制限されてい
た。これは元来、この種の被覆工具作製技術が被覆超硬
合金から進展したものであって、一般に母材が超硬合金
であったため、1000℃以上の高温に保持すると結合
和合RCOの流動性が大きくなり、被覆操作中に被覆膜
中に拡散するCoの量が無視できなくなり、このCoの
拡散のために耐摩耗性の改善がまったく期待できなくな
る。そのため、被覆処理温度の上限は約1000℃とさ
れ、これがセラミックス焼結体にそのまま適用されてい
たものと考えられる。
そこで、本発明の方法では上記のような被覆超硬合金工
具にみられたCoの流動化・拡散の問題を解決するため
に、このような高温で流動化する成分を含まない、ある
いは極く少量でのみ含有するセラミックス焼結体を母材
として選択した。このことは更に、本発明の方法におけ
るように、従来法よりも一層高温度下での被覆処理を、
上記のような問題を伴うことなしに実施することを可能
とする。
具にみられたCoの流動化・拡散の問題を解決するため
に、このような高温で流動化する成分を含まない、ある
いは極く少量でのみ含有するセラミックス焼結体を母材
として選択した。このことは更に、本発明の方法におけ
るように、従来法よりも一層高温度下での被覆処理を、
上記のような問題を伴うことなしに実施することを可能
とする。
かくして、本発明の方法によれば、被覆処理温度を特定
範囲とし、被覆膜々厚を制限し、かつセラミックス焼結
体母材の組成を上記のように精選したことの総合的な結
果として、靭性並びに耐摩耗性両者の点で満足でき、十
分に実用に耐え得るセラミックス工具を実現することが
できる。このような意味から上記3つの要件はいずれも
本発明の方法において臨界的であり、所定範囲内の条件
下で本発明の方法を実施することにより所期の効果を達
成できる。
範囲とし、被覆膜々厚を制限し、かつセラミックス焼結
体母材の組成を上記のように精選したことの総合的な結
果として、靭性並びに耐摩耗性両者の点で満足でき、十
分に実用に耐え得るセラミックス工具を実現することが
できる。このような意味から上記3つの要件はいずれも
本発明の方法において臨界的であり、所定範囲内の条件
下で本発明の方法を実施することにより所期の効果を達
成できる。
また、本発明の方法によれば、上記条件に従うことによ
り、被覆処理方法の選択範囲が拡大され、一般には高い
密着強度が期待できないとされるCVD法によっても十
分な強度の製品が得られる。
り、被覆処理方法の選択範囲が拡大され、一般には高い
密着強度が期待できないとされるCVD法によっても十
分な強度の製品が得られる。
このCVD法は他の物理的被覆法とし比較して経済的で
あり、工業生産的に有利であるので、CVD法を利用で
きることは本発明の方法を生産性の点でも好ましいもの
とする。
あり、工業生産的に有利であるので、CVD法を利用で
きることは本発明の方法を生産性の点でも好ましいもの
とする。
実施例
以下実施例により本発明の方法を更に具体的に説明する
と共に、本発明の方法の効果を立証するが、本発明の範
囲は以下の例により何等制限されるものではない。
と共に、本発明の方法の効果を立証するが、本発明の範
囲は以下の例により何等制限されるものではない。
実施例1
2rOz29.5重量%、MgO0,5重量%および残
部のAl2O3からなるセラミックス焼結体(型番:S
N G N 120408)を作製し、この母材を1
200℃に加熱保持してAlCl33容量%、CO□1
.5容量%、残部のH2からなる混合ガスを10Tor
rにて1時間流し、Al2O3を5μmの厚さで被覆し
た(工具A)。
部のAl2O3からなるセラミックス焼結体(型番:S
N G N 120408)を作製し、この母材を1
200℃に加熱保持してAlCl33容量%、CO□1
.5容量%、残部のH2からなる混合ガスを10Tor
rにて1時間流し、Al2O3を5μmの厚さで被覆し
た(工具A)。
この工具Aと同一の母材を1000℃にて5μmのAl
2O,で被覆し、得られた工具をBとする。
2O,で被覆し、得られた工具をBとする。
かくして得た工具A、Bにつき、上記の如くレイテスト
/オートマチックで被覆膜と母材との密着強度を測定し
たところ、工具Aは荷重Lcは42Nであったのに対し
て、工具Bでは21Nにすぎなかった。
/オートマチックで被覆膜と母材との密着強度を測定し
たところ、工具Aは荷重Lcは42Nであったのに対し
て、工具Bでは21Nにすぎなかった。
また、工具AおよびB1比較のための同一の母材に10
00℃にてAl2O3を1μm被覆して得た工具Cおよ
び母材のみからなる工具りにつき以下のような条件下で
切削テストを行った。
00℃にてAl2O3を1μm被覆して得た工具Cおよ
び母材のみからなる工具りにつき以下のような条件下で
切削テストを行った。
被削材: SCM435(Ha =280)V= 6
00m/m1n f = 0.36mm /回転 d = 2 mtn ホルダー: F NIIR−44A 切削剤 :使用せず 切削時間:10分 この切削試験の結果、工具Aはフランク摩耗が0.31
mであったのに対して、工具Bは2分15秒間の切削時
点でフランク摩耗が0.5n以上となり切削不能となっ
てしまい、工具Cは6分11秒の切削時点でやはりフラ
ンク摩耗が0.5111ff1以上となってしまい、工
具りにあっては3分38秒の切削後フランク摩耗は0.
5mm以上となりいずれも切削不能となった。この結果
は本発明の有効性を十分に立証するものである。
00m/m1n f = 0.36mm /回転 d = 2 mtn ホルダー: F NIIR−44A 切削剤 :使用せず 切削時間:10分 この切削試験の結果、工具Aはフランク摩耗が0.31
mであったのに対して、工具Bは2分15秒間の切削時
点でフランク摩耗が0.5n以上となり切削不能となっ
てしまい、工具Cは6分11秒の切削時点でやはりフラ
ンク摩耗が0.5111ff1以上となってしまい、工
具りにあっては3分38秒の切削後フランク摩耗は0.
5mm以上となりいずれも切削不能となった。この結果
は本発明の有効性を十分に立証するものである。
実施例2
313N485重量%、ZrozlO重I%、Y2O3
5重量%からなるセラミックス焼結体く型番: 5NG
N120408>を作製し、この母材を1150℃に加
熱保持してAlCl32.5容量%、CO22容量%、
残部のH2からなる混合ガスを15Torrにて1時間
流し、Al2O3を4μm被覆したく工具E)。工具E
と同一の母材に、1000℃にてAl2O3を4μm被
覆して工具Fを得、更に同様に1000℃でAl2O3
を1μm被覆した工具Gを作製した。かくして、得られ
た工具E〜Gにつき以下の切削条件下で切削テストを行
った。
5重量%からなるセラミックス焼結体く型番: 5NG
N120408>を作製し、この母材を1150℃に加
熱保持してAlCl32.5容量%、CO22容量%、
残部のH2からなる混合ガスを15Torrにて1時間
流し、Al2O3を4μm被覆したく工具E)。工具E
と同一の母材に、1000℃にてAl2O3を4μm被
覆して工具Fを得、更に同様に1000℃でAl2O3
を1μm被覆した工具Gを作製した。かくして、得られ
た工具E〜Gにつき以下の切削条件下で切削テストを行
った。
被削材: 鋳鉄F C25
V= 700m/m1n
f =0.36mm /回転
d == 2mrn
ホルダー: F NIIR−44A
切削剤 :使用せず
切削時間:5分
この切削テストの結果、工具Eのフランク摩耗が0.2
4mであったのに対して、工具FおよびGのフランク摩
耗は夫々0.72m+nおよび1順以上であり、更に工
具Gではフランク摩耗1 aonに達するのにわずか3
分14秒であった。尚、市販のAl2O3/TIC製焼
結体工具では4分6秒間の切削により欠損を生じた。
4mであったのに対して、工具FおよびGのフランク摩
耗は夫々0.72m+nおよび1順以上であり、更に工
具Gではフランク摩耗1 aonに達するのにわずか3
分14秒であった。尚、市販のAl2O3/TIC製焼
結体工具では4分6秒間の切削により欠損を生じた。
実施例3
実施例2と同一の母材に種々の条件でAl2O3被覆を
設け11個のサンプルH−Rを作製した。被覆温度、A
l2O5膜厚および実施例2と同一条件下で行った切削
テスト結果は以下の表に示す通りであった。
設け11個のサンプルH−Rを作製した。被覆温度、A
l2O5膜厚および実施例2と同一条件下で行った切削
テスト結果は以下の表に示す通りであった。
第1表
発明の効果
以上詳しく述べたように、本発明の方法によれば、セラ
ミックス焼結体母材を精選し、被覆Al2O3膜々厚を
所定範囲内に制限し、かつ該Al2O3被覆処理温度を
特定の範囲内の値としたことに基き、セラミックス工具
にとって重要な2つの要件、即ち耐摩耗性と靭性に対す
る要件を同時に満足する、実用化に十分耐え寿る被覆セ
ラミックス工具を提供することができた。これはセラミ
ックス焼結体母材とA1□0.被覆層との密着強度を上
記のような3つの要件、中でも特に被覆処理温度を従来
法よりも高くしたことにより達成されたものであり、市
販のAl203/Tt C系の焼結体工具と1ヒ較して
大巾に改善されたフランク摩耗等の緒特性を有するもの
である。
ミックス焼結体母材を精選し、被覆Al2O3膜々厚を
所定範囲内に制限し、かつ該Al2O3被覆処理温度を
特定の範囲内の値としたことに基き、セラミックス工具
にとって重要な2つの要件、即ち耐摩耗性と靭性に対す
る要件を同時に満足する、実用化に十分耐え寿る被覆セ
ラミックス工具を提供することができた。これはセラミ
ックス焼結体母材とA1□0.被覆層との密着強度を上
記のような3つの要件、中でも特に被覆処理温度を従来
法よりも高くしたことにより達成されたものであり、市
販のAl203/Tt C系の焼結体工具と1ヒ較して
大巾に改善されたフランク摩耗等の緒特性を有するもの
である。
また、本発明の方法では生産性、経済性の観点から有利
なCVD法が通常の条件下で十分な堆積速度で利用でき
るので、本発明の方法はセラミックス工具の製造コスト
、量産性の点でも満足し得るものである。
なCVD法が通常の条件下で十分な堆積速度で利用でき
るので、本発明の方法はセラミックス工具の製造コスト
、量産性の点でも満足し得るものである。
添付第1図は、従来のセラミックス工具による鋳鉄の切
削テスト結果をプロットしたグラフであり、 第2図は、従来法で得た被覆セラミックス工具の被覆膜
々厚に伴う、フランク摩耗が0.3mmに達するまでの
時間の変動をプロットしたグラフであり、 第3図は各種成膜法による被覆膜の形成温度と、接着強
度(臨界荷重+Lc)との関係をプロットしたグラフで
ある。 特許出願人 住友電気工業株式会社 ;刀 肖i g守 間 (分) 第1図 Al2O3梳ma厚 (声) W覆n 度 (”C)
削テスト結果をプロットしたグラフであり、 第2図は、従来法で得た被覆セラミックス工具の被覆膜
々厚に伴う、フランク摩耗が0.3mmに達するまでの
時間の変動をプロットしたグラフであり、 第3図は各種成膜法による被覆膜の形成温度と、接着強
度(臨界荷重+Lc)との関係をプロットしたグラフで
ある。 特許出願人 住友電気工業株式会社 ;刀 肖i g守 間 (分) 第1図 Al2O3梳ma厚 (声) W覆n 度 (”C)
Claims (3)
- (1)セラミックス焼結体母材を1150〜1500℃
の範囲内の温度に加熱保持し、その表面を化学気相蒸着
法によって0.5〜20μmの厚さのAl_2O_3薄
膜で被覆することを特徴とする強靭セラミックス工具の
製造方法。 - (2)上記セラミックス焼結体母材がAl_2O_3を
主成分とし、TiC、TiN、Ti(CO)、WCおよ
びZrO_2からなる群から選ばれる少なくとも1種の
成分を5〜50重量%の割合で含むものであることを特
徴とする特許請求の範囲第1項記載の強靭セラミックス
工具の製造方法。 - (3)上記セラミックス焼結体母材がSi_3N_4を
主成分とし、ZrO_2、TiN、Y_2O_3、Al
_2O_3およびAlNからなる群から選ばれる少なく
とも1種を5〜50重量%の割合で含むものであること
を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の強靭セラミッ
クス工具の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8969986A JPS62246429A (ja) | 1986-04-18 | 1986-04-18 | 強靭セラミツクス工具の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8969986A JPS62246429A (ja) | 1986-04-18 | 1986-04-18 | 強靭セラミツクス工具の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62246429A true JPS62246429A (ja) | 1987-10-27 |
Family
ID=13978016
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8969986A Pending JPS62246429A (ja) | 1986-04-18 | 1986-04-18 | 強靭セラミツクス工具の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62246429A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011093003A (ja) * | 2009-10-27 | 2011-05-12 | Kyocera Corp | 表面被覆部材 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56155079A (en) * | 1980-04-30 | 1981-12-01 | Sumitomo Electric Industries | Coated cutting tool |
| JPS5873764A (ja) * | 1981-10-29 | 1983-05-04 | Hitachi Metals Ltd | 被覆超硬合金およびその製造法 |
-
1986
- 1986-04-18 JP JP8969986A patent/JPS62246429A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56155079A (en) * | 1980-04-30 | 1981-12-01 | Sumitomo Electric Industries | Coated cutting tool |
| JPS5873764A (ja) * | 1981-10-29 | 1983-05-04 | Hitachi Metals Ltd | 被覆超硬合金およびその製造法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011093003A (ja) * | 2009-10-27 | 2011-05-12 | Kyocera Corp | 表面被覆部材 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5503913A (en) | Tool with wear-resistant cutting edge made of cubic boron nitride or polycrystalline cubic boron nitride, a method of manufacturing the tool and its use | |
| US6737178B2 (en) | Coated PCBN cutting tools | |
| KR100432108B1 (ko) | 피복된선삭용인서트및그제조방법 | |
| JP2008183708A (ja) | 被覆されたフライス加工用植刃及びその製造方法 | |
| JPH0929512A (ja) | 切削工具植刃 | |
| JP2007237391A (ja) | 被覆サーメット切削工具 | |
| JP2004100004A (ja) | 被覆超硬合金およびその製造方法 | |
| JP2002543994A (ja) | 金属切削用インサート | |
| KR20130019378A (ko) | 표면 피복 절삭 공구 | |
| JP4142955B2 (ja) | 表面被覆切削工具 | |
| JPH11124672A (ja) | 被覆超硬合金 | |
| JPH10237650A (ja) | Wc基超硬合金およびその製造方法 | |
| JPH0364469A (ja) | 被覆超硬質合金工具 | |
| JPS63306805A (ja) | ダイヤモンド被覆切削工具 | |
| JPH01180980A (ja) | 被覆工具材料 | |
| JPS6244572A (ja) | 表面被覆工具 | |
| JPH10310878A (ja) | 硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具 | |
| JP2648718B2 (ja) | 被覆超硬合金工具の製造方法 | |
| JP2657235B2 (ja) | 被覆超硬質合金工具 | |
| JPH03122280A (ja) | 被覆超硬質合金工具 | |
| JPS631278B2 (ja) | ||
| JPS6111724B2 (ja) | ||
| JPS6136071B2 (ja) | ||
| JPS5925972A (ja) | 被覆硬質部材 | |
| JPH0387368A (ja) | 被覆超硬合金工具の製造方法 |