JPS62290861A - 被膜密着性および耐摩耗性に優れたチタン化合物被覆材 - Google Patents

被膜密着性および耐摩耗性に優れたチタン化合物被覆材

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JPS62290861A
JPS62290861A JP13107986A JP13107986A JPS62290861A JP S62290861 A JPS62290861 A JP S62290861A JP 13107986 A JP13107986 A JP 13107986A JP 13107986 A JP13107986 A JP 13107986A JP S62290861 A JPS62290861 A JP S62290861A
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JP
Japan
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coating
adhesion
layer
wear resistance
film
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Pending
Application number
JP13107986A
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English (en)
Inventor
Kazuhiro Suzuki
一弘 鈴木
Masao Iguchi
征夫 井口
Ujihiro Nishiike
西池 氏裕
Yasuhiro Kobayashi
康宏 小林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JFE Steel Corp
Original Assignee
Kawasaki Steel Corp
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Publication date
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  • Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
  • Physical 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。

Description

【発明の詳細な説明】 3、発明の詳細な説明 (産業上の利用分野) この発明(ま、被膜密着性および耐摩耗性に侵れたチタ
ン化合物被覆材に関し、とくにスローアウェイチップや
金型などの工具にチタン化合物を密着性良く被覆させる
ことによって耐摩耗性の向上を図ったものである。
(従来の技術) 従来から、金属材料に耐食性や耐摩耗性などの性質を付
与するために、窒化チタン、炭化チタンなどのセラミッ
ク膜を物理蒸着法や化学蒸着法によって被覆することが
行われている。
しかしながら、従来法で得られた被膜は、基材との密着
性が不充分で、特に膜厚が5μm以上の厚膜になると、
基材との熱膨張率の差によって生じる熱的応力や薄膜内
の結晶のひずみによる残留応力が犬となって、膜のは(
離が生じ易くなる欠点があった。
この点を解決するものとして、基材への印加電圧を堆積
される膜厚に応じて制御する方法(特開昭60−967
54号公報)や、同様に膜厚に応じて基板温度を制御す
る方法(特開昭57−104661号公報)などが提案
されている。
上述の方法によれば密着性が向上し、30μm程度の厚
膜被覆が可能となったが、いずれの手法においても通常
法と比較すると、被膜の表面近傍の結晶組織が緻密でな
くなるために硬度が低下し、耐摩耗性の点で問題があっ
た。
その池基材に予め高融点金属めっきを行ってからPVD
を行う手法も公開されている(特開昭59−17812
2号公報)。しかしながらこの手法では中間層の形成手
段として湿式めっきという工程が新たに加わるために、
経済的な面や廃液処理等の環境(IF生上の面で著しく
不利となるだけでなく、新たな工程の増加のほどには密
着性向上の実効は得られないところに問題を残していた
。
(発明が解決しようとする問題点) 上述したように、現在までのところ、被膜密着性および
耐摩耗性とも充分に満足のいく程のセラミック被覆工具
は存在せず、その開発が要望されていた。
この発明は、上述した現状に鑑みて開発されたもので、
被膜硬度の低下ひいては耐摩耗性の劣化を招く不利なし
に、被膜密着性を向上させた新規なセラミック被覆材を
提案することを目的とする。
(問題点を解決するための手段) すなわちこの発明は、基体表面に、内層として厚み: 
0.05μm以上の金属チタン層と、外層として該金属
チタン層に重ねて被成したTiN、 TiCないしTi
(C,N)の少なくとも一種よりなるチタン化合物の被
覆層とをそなえることを特(敦とする、被膜密着性およ
び耐摩耗性に浸れたチタン化合物被覆相である。
この発明において、内層の金属チタンの層の厚みが0.
05μmに満たないとこの発明で所期した程の良好な被
覆密着性が得られないので、金属チタン被膜厚は0.0
5μm以上より好ましくは0.2 μm以上の範囲量こ
限定した。なおその上限は2μm程度とするのが好まし
い。
また、外層であるチタン化合物被膜の膜厚は、1.0〜
20μm程度が好適である。
さて薄膜の密着性は、薄膜と基材との結晶整合性や、薄
膜内の内部応力、そして被覆時の基材への印加電圧に依
存すると考えられるが、内層として金属チタン(以下T
1で示す)を利用した場合、このT1被膜は、基材並び
に外層のチタン化合物それぞれに対し結晶整合性が良く
チタン原子はそれぞれに拡散し、しかも密着性を劣化さ
せる金属間化合物を生成することもない。さらに外層の
チタン化合物内の内部応力を緩和させる段溝も併せもつ
ことが判明した。
また、一般に基材への印加電圧が高いほど、薄膜の基は
への付着力は向上し、硬度も増加する。
しかし同時に薄膜内の結晶格子歪が増大して内部応力が
増し、はく離し易くなる。そのため基材への印加電圧に
は、それぞれの膜厚、膜質に応じた適正電圧が存在する
。
以下、この発明を由来するに至った実験結果について説
明する。実験は、イオンブレーティング法として、ホロ
ーカソード放電を利用した反応性イオンブレーティング
法を代表例として採用し、5US304鋼を基材として
内層にTi並びに外層に、窒化チタン(TiN)を被覆
することによって行った。
まずアルゴンガスを導入してホローカソード放電を生じ
させ、ホローカソードから低電圧大電流の電子ビームを
蒸発源に導入してT1を蒸発させた。
その時に不活性ガスあるいは反応性窒素ガスを導入して
ガスや蒸気をイオン化して基材にT1やT + Nを析
出させた。
第1図に、基材印加電圧:マイナス100vにて内層T
iを被覆し、引き続いて反応性窒素ガスを導入し、印加
電圧:マイナス20VにてTiNを10μm厚に被覆し
た際の、内層T1の膜厚と被膜密着性との関係について
調べた結果を示す。なお内層Ti被膜厚並びに外層Ti
N被膜厚は予め較正された膜厚モニターによって被覆処
理中に測定した。また密着性は、液体窒素中に5分間浸
漬し、その時の表面の単位面積当たりのはく離数によっ
て評価した。
同図より明らかなように、内層T1被膜厚が0.05μ
m以上の場合に良好な密着性が得られた。
第2図に、内層T1を0.5 μm厚に被覆し、引続い
てTiNを印加電圧マイナス20で10μm厚に被覆し
た際の、内層TI被被覆−おける印加電圧と密着性との
関係について調べた結果を示す。
同図より明らかなように印加電圧がマイナス20■から
マイナス1000 Vの範囲において良好な被膜密着性
が得られた。
次に第3図に、印加電圧をマイナス100■にして内層
Tiを0.5 μm厚に被覆し、引続き種々の印加電圧
で外層TiNを10μm厚に被覆した際の、外層TiN
被覆時における印加電圧と密着性および被膜硬度との関
係について調べた結果を示す。
被膜硬度はヌープ圧子(荷重25g)を用い測定した。
同図より明らかなように、印加電圧の絶対値が大になる
につれて、密着性は劣化する。一方被膜硬度は印加電圧
の絶対値が大きいほど大である。
この理由は、印加電圧が大になるにつれて被膜内圧縮内
部応力が増加するためと考えろれる。従って印加電圧は
マイナス5■からマイナス500■までの間より好まし
くはマイナスIOVからマイナス30Vまで程度とする
のが好適である。
以上の実験より、この発明に従って基材表面にTIつい
でTiNを被覆する場合、まず内層Ti被膜の被覆に際
しては、その膜厚は0.05μm以上望ましくは0.2
μm以上で、印加電圧が−20Vから−1000■望ま
しくは−90Vから一130■までの間、一方外層Ti
Nの被覆に際しては、印加電圧は一5Vから−500V
望ましくは−10Vから−30Vまでの範囲で行うこと
がとりわけ有利であることが判明した。
なお上記の実験では、T1被膜を被覆後、反応性N2ガ
スのみを導入してTiNの被覆を施す場合について主に
説明したが、反応ガスとしては、C2H2ガスやC2H
2とN2との混合ガスを用いることもてき、かくして外
層被膜としては、TiNの他炭化チタン(TiC)や、
炭窒化チタン〔Ti (C,N> Eを1吏用すること
もできる。その際の内NT1の好適膜厚や、内層T11
外層チタン化合物蒸着時の印加電圧の好適範囲は上記の
TiNの場合とほぼ同様である。
さらに上記の実験では、イオンブレーティング法として
、ホローカソード放電を利用した反応性イオンブレーテ
ィング法(H9C,D、  法)を用いた場合について
主に説明したが、内層T1被膜および外層チタン化合物
被膜の被覆法は、H,C,D、法に限られるものではな
く、たとえば高周波励起イオンブレーティング法やフル
ティアーク法などを利用することもてきる。
ちなみに高周波イオンブレーティング法を利用したとき
の、内層T1被被膜覆時における印加電圧の好適範囲は
−500〜−1000V、まだ外層膜被覆時における好
適印加電圧は−200〜−500(7度である。
(作 用) この発明に従いチタン化合物の被覆に先立って、T1被
膜を被成することによって、耐摩耗性を劣化させること
なしに密着性の向上が達成できるのに次の理由によるも
のと推察される。
それは、T1の下地被++qが通常の硬度を有する外層
のチタン化合物(tlv・3000以上)及び母財にそ
れぞれ密着性良く接合し、しかも外型の被膜内内祁応力
を緩和させる機構をもつことによるものと推察される。
(実施例) 実施例1 ホローカソード放電を用いた活性化反応イオンブレーテ
ィング法により、高速度鋼5KII−llのスローアウ
ェイチップの表面にTIついでTiNを被覆した。被覆
条件は表1に示したとおりである。
得られた各スローアウェイチップを用いて、直径?On
+mの545C焼ならし材(Hvl、67)を被切削財
として、切り込み:1.5mm、送り: 0.15m1
Tl/rev、切削速度: 30m/minの条件で切
削試験を行った。
かような連続切削試験を行った時の横逃げ面摩耗幅およ
びクレータ−摩耗深さについて調べた結果を、第4図お
よび第5図に示す。
第4.5図より明らかなように、この発明に従うチタン
化合物被覆材(記号Δ〜D)はいずれも、比較例と比べ
て大きな耐摩耗性を呈し、また無処理材と比較すると同
じ摩耗量では2〜3倍の寿命時間を示した。
さらに表1に示したように摩耗状態もすべて正常摩耗で
比較例に見られるようなはく離は認められなかった。
実施例2 高周波励起イオンブレーティング法により、表2に示し
た条件で、P40グレードの切削用スローアウェイチッ
プにTiついでTi(C,N) (TicO,sNo、
 4)の被覆を刃径した。
かくして得られた各被膜付きスローアウェイチップを用
いて、被切削は:JIS  −Fe12 (硬さ H3
:180) 、切削速度: 200m/min、切り込
み:2mm、送り:45mm/rev、チップ形状: 
SNMN432の条件下に切削試験を行い、その寿命時
間を測定した。その結果を表2に併せて示す。
この発明に従う被覆チップ(記号A−D)はいずれも、
比較材X−Zに比べて長寿命を示し、かつはく離は認め
られずすべて正常摩耗であった。
(発明の効果) かくしてこの発明によれば、耐摩耗性および被膜密着性
とも浸れたチタン化合物被覆材をfGることができ、と
くに切削工具や金型などの用途に適用して偉効を奏する
。
【図面の簡単な説明】
第1図は、内層Ti被膜厚と密着性との関係を示したグ
ラフ、 第2図は、内層Ti被膜被覆時における印加電圧と密着
性との関係を示したグラフ、 第3図は、外層TAN被膜被覆時における印加電圧と密
着性および被膜硬度との関係を示したグラフ、 第4図は、切削時間とフランク摩耗との関係を示したグ
ラフ、 第5図は、切削時間とクレータ−摩耗との関係を示した
グラフである。 特許出願人 川崎・製鉄株式会社 1よ<離数(個/crn’) 纏            昶 〜                 If<  lk
敦(肴1/とm′)           −碇 6口 瑛 ≧

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、基体表面に、内層として厚み:0.05μm以上の
    金属チタン層と、外層として該金属チタン層に重ねて被
    成したTiN、TiCないしTi(C、N)の少なくと
    も一種よりなるチタン化合物の被覆層とをそなえること
    を特徴とする、被膜密着性および耐摩耗性に優れたチタ
    ン化合物被覆材。
JP13107986A 1986-06-07 1986-06-07 被膜密着性および耐摩耗性に優れたチタン化合物被覆材 Pending JPS62290861A (ja)

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JP13107986A JPS62290861A (ja) 1986-06-07 1986-06-07 被膜密着性および耐摩耗性に優れたチタン化合物被覆材

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JPS62290861A true JPS62290861A (ja) 1987-12-17

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ID=15049495

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JP13107986A Pending JPS62290861A (ja) 1986-06-07 1986-06-07 被膜密着性および耐摩耗性に優れたチタン化合物被覆材

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JP (1) JPS62290861A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020104224A (ja) * 2018-12-27 2020-07-09 三菱マテリアル株式会社 表面被覆切削工具

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020104224A (ja) * 2018-12-27 2020-07-09 三菱マテリアル株式会社 表面被覆切削工具

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