JPS6334227B2 - - Google Patents

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JPS6334227B2
JPS6334227B2 JP54138572A JP13857279A JPS6334227B2 JP S6334227 B2 JPS6334227 B2 JP S6334227B2 JP 54138572 A JP54138572 A JP 54138572A JP 13857279 A JP13857279 A JP 13857279A JP S6334227 B2 JPS6334227 B2 JP S6334227B2
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hard
hard coating
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layer
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Takeshi Itabane
Shotaro Matsumoto
Takeshi Abe
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Description

【発明の詳細な説明】
この発明は、硬質被覆層の付着強度がきわめて
高い切削工具用表面被覆超硬質合金部材の製造法
に関するものである。 従来、一般に周期律表の4a、5a、および6a族
の金属の炭化物、窒化物、および炭窒化物のうち
の１種または２種以上を硬質相形成成分として含
有し、鉄族金属のうちの１種または２種以上を結
合相形成成分として含有する超硬質合金（以下単
に超硬質合金と略記する）の基体表面に、炭化チ
タン（以下TiCで示す）、窒化チタン（以下TiN
で示す）、炭窒化チタン（以下TiCNで示す）、炭
窒酸化チタン（以下TiCNOで示す）、および炭酸
化チタン（以下TiCOで示す）のうちの１種の単
層また２種以上の複層からなる層厚0.5〜10μｍの
硬質被覆層を形成してなる表面被覆超硬質合金部
材が切削工具として使用されていることは良く知
られているところである。 また、上記従来切削工具用表面被覆超硬質合金
部材における硬質被覆層の形成に際しては、化学
蒸着法による場合よりも、物理蒸着法による場合
の方が低温での処理が可能であり、この結果高温
処理すれば基体表面部での形成が避けられない脆
化層の形成が回避でき、基体部材の靭性低下が防
止できるという利点をもつものである。 しかしながら、物理蒸着法による場合には、基
体表面に対する硬質被覆層の付着強度はきわめて
弱く、切削時に前記硬質被覆層に剥離現象が多発
することから広く実用に供されていないのが現状
である。 本発明者等は、上述のような観点から、上記従
来切削工具用表面被覆超硬質合金部材における硬
質被覆層の超硬質合金基体への付着強度を向上す
べく研究を行なつた結果、 上記超硬質合金基体を高温加熱した状態で、前
記基体の表面に、TiイオンあるいはTi原子を蒸
着すると、前記高温加熱によつて、前記基体を構
成する成分と形成せんとする下地Ti被覆層中の
Tiとの原子同士の直接結合が著しく促進される
ようになることから、前記超硬質合金基体の表面
には、付着強度が高く、表面活性化した下地Ti
被覆層が形成されるようになり、 さらに、引続いて、上記下地Ti被覆層の上に、
同じく前記超硬質合金基体を高温加熱した状態
で、上記の硬質被覆層を蒸着形成すると、この硬
質被覆層形成に際して発生し、かつ付着強度低下
の原因となるばかりでなく、脆化層を形成して部
材の靭性を著しく低下させる原因となる、前記硬
質被覆層の構成成分である炭素、窒素、および酸
素が、前記高温加熱と、前記下地Ti被覆層のも
つすぐれた表面活性化と合まつて、前記下地Ti
被覆層中に完全に固溶するようになることから、
前記超硬質合金基体の表面には、脆化層の形成な
く、下地Ti被覆層を介して付着強度のきわめて
高い硬質被覆層が形成されるようになるという知
見を得たのである。 したがつて、この発明は、上記知見にもとづい
てなされたものであつて、 周期律表の4a、5a、および6a族の金属の炭化
物、窒化物、および炭窒化物のうちの１種または
２種以上を硬質相形成成分として含有し、鉄族金
属のうちの１種または２種以上を結合相形成成分
として含有する超硬質合金基体の表面に、 まず、前記超硬質合金基体を構成する成分と形
成せんとする下地Ti被覆層中のTiとの原子同士
の直接接合を促進するために、前記超硬質合金基
体を高温加熱した状態で、TiイオンあるいはTi
原子を蒸着して、付着強度が高く、かつ表面活性
化した層厚：0.1〜1μｍ未満の下地Ti被覆層を形
成し、 引続いて、硬質被覆層の形成に際して発生し、
かつ表面活性度低下の原因となる炭素、窒素、お
よび酸素を上記下地Ti被覆層中に固溶させるた
めに、同じく上記超硬質合金基体を高温加熱した
状態で、上記下地Ti被覆層の上に、TiC、TiN、
TiCN、TiCNO、およびTiCOのうちの１種の単
層または２層以上の複層からなる層厚：0.5〜10μ
ｍの硬質被覆層を蒸着形成することからなり、 上記の基体構成成分とTiとの原子同士の直接
結合作用、並びに炭素、窒素、および酸素の下地
Ti被覆層中への固溶作用によつて、前記超硬質
合金基体表面への上記硬質被覆層の付着強度の著
しい向上をはかり、もつて前記硬質被覆層の剥離
を防止し、切削寿命の長期に亘る延命化を可能と
した切削工具用表面被覆超硬質合金部材の製造法
に特徴を有するものである。 また、この発明の方法において、下地Ti被覆
層の層厚を0.1〜1μｍ未満と限定したのは、その
層厚が0.1μｍ未満では、硬質被覆層の蒸着形成時
に、これの構成成分である炭素、窒素、および酸
素が超硬質合金基体表面に上記下地Ti被覆層を
通して作用するようになつて、硬質被覆層の超硬
質合金基体表面への強固な付着がそこなわれるよ
うになるばかりでなく、脆化層の形成が見られる
ようになり、一方前記基体構成成分とTiとの原
子同士の直接結合作用、並びに下地Ti被覆層中
への炭素、窒素、および酸素の固溶作用は、1μ
ｍ未満の層厚で十分に行なわれるものであつて、
これ以上の層厚にすることは経済的でないという
理由からである。なお、硬質被覆層の層厚を0.5
〜10μｍとしたのは、その層厚が0.5μｍ未満では、
所望の耐摩耗性が確保できず、一方10μｍを越え
た層厚にすると、硬質被覆層が厚すぎて脆くなり
靭性が低下するようになるという理由にもとづく
ものである。 さらに、この発明の方法における下地Ti被覆
層と硬質被覆層は、通常のイオンプレーテイング
装置、スパツタリング装置、およびプラズマ化学
蒸着装置などの低温蒸着装置を用い、これに特別
に加熱装置を具備せしめ、超硬質合金基体を所定
の温度に加熱しながら反応を行なわしめることに
よつて形成することができる。 つぎに、この発明の方法を実施例により具体的
に説明する。 実施例 １ 超硬質合金基体として、WC−５重量％TiC−
５重量％Coからなる組成をもち、かつJIS・
SNP432に則した形状を有するスローアウエイチ
ツプを用意した。 ついで、真空室内にTi保持部を設け、このTi
保持部のTiに電子ビームをあて、蒸発するTiと
導入ガスをプラズマ中に通過させる方式のイオン
プレーテイング装置を用い、まず、前記真空室の
外周にそつて特設した加熱装置によつて前記真空
室内を750℃の加熱反応温度に加熱した状態で、
Arを導入しながら電子ビームによるTi蒸着を行
なつて、前記スローアウエイチツプの表面に層厚
0.5μｍの下地Ti被覆層を形成し、引続いて、同じ
加熱反応温度を維持した状態で、電子ビームによ
るTi照射を停止する一方、Arガスに代えてN2＋
C2H2＋Arの混合ガスを導入して、前記下地Ti被
覆層の上に層厚3.5μｍのTiCNからなる硬質被覆
層を形成することによつて、この発明の表面被覆
超硬質合金スローアウエイチツプ（以下本発明被
覆チツプという）を製造した。 また、比較の目的で、下地Ti被覆層を形成し
ない以外は、上記本発明被覆チツプの製造条件と
同一の条件にて比較表面被覆超硬質合金スローア
ウエイチツプ（以下比較被覆チツプという）を製
造した。 この結果得られた両被覆チツプについて、ロツ
クウエル硬度計を用い、荷重：50Kgにて被覆チツ
プ表面に圧痕を打ち、この圧痕の周囲における硬
質被覆層の剥離状態を観察した。この結果本発明
被覆チツプにおいては、硬質被覆層に全く剥離が
見られなかつたのに対して、比較被覆チツプにお
いては、圧痕の全周に亘つて硬質被覆層の剥離が
認められた。 ついで、上記本発明被覆チツプ、上記比較被覆
チツプ、および超硬質合金基体として用意した
TiおよびTiCN被覆層のない上記スローアウエイ
チツプ（以下無被覆チツプという）を、それぞれ
JIS・N11R−44型ホルダに取付け、被削材：
JIS・SNCM−８（ブリネル硬さ：220）の丸棒、
切削速度：120ｍ／min、送り：0.2mm／rev.、切
削油：使用の条件で外径旋削試験を行ない、前記
各チツプの逃げ面摩耗が0.3mmに至るまでの切削
時間を測定すると共に、硬質被覆層の状態を観察
した。この測定結果を第１表に示した。 第１表に示されるように、本発明被覆チツプ
は、加熱状態での下地Ti被覆層および硬質被覆
層の形成によつて硬質被覆層に剥離現象は全く見
られず、基体表面に対する付着強度はきわめて高
いものとなつているので、下地Ti被覆層の形成
がないために硬質被覆層に剥離現象が見られた比
較被覆チツプの３倍強、被覆層の形成が全くない
無被覆チツプの10倍のきわめて長い切削時間を示
し、すぐれた切削性能をもつことが明らかであ
る。
【表】 実施例 ２ 超硬質合金基体として、それぞれ第２表に示さ
れる成分組成をもつたスローアウエイチツプを用
意し、このスローアウエイチツプの表面に、実施
例１で用いたイオンプレーテイング装置、さらに
真空容器内に装入したTi製ターゲツトを所定の
雰囲気中でスパツターするスパツタリング装置、
および反応容器内で発生させたプラズマ中に混合
ガスを流入させて化学反応を行なわせ、化学蒸着
するプラズマ化学蒸着装置を使用し、これらスパ
ツタリング装置およびプラズマ化学蒸着装置には
加熱装置を設け、それぞれ第２表に示される加熱
反応温度にて、同じく第２表に示される層厚の下
地Ti被覆層および硬質被覆層を形成することに
よつて、本発明被覆チツプａ〜ｅおよび比較チツ
プａ、ｂをそれぞれ製造した。 ついで、この結果得られた本発明被覆チツプａ
〜ｅおよび比較被覆チツプａ、ｂについて、実施
例１におけると同一の条件で、硬質被覆層の剥離
状況の観察並びに丸棒の外径施削試験を行なつ
た。この結果を第２表に合せて示した。 第２表に示されるように、下地Ti被覆層の形
成がない比較被覆チツプａにおいては、硬質被覆
層に剥離が発生し、このため比較的短時間で所定
の摩耗量に達し、また下地Ti被覆層の形成があ
つても硬質被覆層の層厚がこの発明の範囲から高
い方に外れて12μｍと厚い比較被覆チツプｂの場
合には、著しく短かい切削時間でチツピングを起
して寿命に達した。 これに対して、本発明被覆チツプは、加熱状態
【表】 での下地Ti被覆層と硬質被覆層の形成によつて
前記硬質被覆層の付着強度がきわめて高いものと
なつているので、著しくすぐれた耐摩耗性を示
し、長期に亘つての安定した使用が可能なもので
あつた。 上述のように、この発明の方法によれば、高温
加熱状態での下地Ti被覆層と硬質被覆層の形成
によつて、基体を構成する成分と前記下地Ti被
覆層中のTiとの原子同士の直接結合が促進され
ると共に、前記硬質被覆層形成に際して発生し、
かつ表面活性化を低下させ、かつ脆化層形成の原
因となる炭素、窒素、および酸素が前記下地Ti
被覆層中に完全に固溶するようになることから、
超硬質合金基体表面への前記硬質被覆層の付着は
きわめて強固なものとなり、この結果切削中に前
記硬質被覆層が剥離するという現象が皆無となる
ので、長期に亘つて安定した切削性能を確保する
ことができるようになるなどの工業上有用な効果
がもたらされるのである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 周期律表の4a、5a、および6a族の金属の炭
    化物、窒化物、および炭窒化物のうちの１種また
    は２種以上を硬質相形成成分として含有し、鉄族
    金属のうちの１種または２種以上を結合相形成成
    分として含有する超硬質合金基体の表面に、 まず、前記超硬質合金基体を構成する成分と形
    成せんとする下地Ti被覆層中のTiとの原子同士
    の直接接合を促進するために、前記超硬質合金基
    体を高温加熱した状態で、TiイオンあるいはTi
    原子を蒸着して、付着強度が高く、かつ表面活性
    化した層厚：0.1〜1μｍ未満の下地Ti被覆層を形
    成し、 引続いて、硬質被覆層の形成に際して発生し、
    かつ表面活性度低下の原因となる炭素、窒素、お
    よび酸素を上記下地Ti被覆層中に固溶させるた
    めに、同じく上記超硬質合金基体を高温加熱した
    状態で、上記下地Ti被覆層の上に、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の１種の単層または２層
    以上の複層からなる層厚：0.5〜10μｍの硬質被覆
    層を蒸着形成することからなり、 上記の基体構成成分とTiとの原子同士の直接
    結合作用、並びに炭素、窒素、および酸素の下地
    Ti被覆層中への固溶作用によつて、前記超硬質
    合金基体の表面に付着強度の高い硬質被覆層を形
    成することを特徴とする切削工具用表面被覆超硬
    質合金部材の製造法。
JP13857279A 1979-08-09 1979-10-26 Surface coated sintered hard alloy member for cutting tool Granted JPS5662961A (en)

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ES494779A ES494779A0 (es) 1979-08-09 1980-08-08 Procedimiento para la fabricacion de cuchillas dotadas de recubrimiento,para herramientas de corte
US06/399,802 US4450205A (en) 1979-10-26 1982-07-19 Surface-coated blade member of super hard alloy for cutting tools and process for producing same

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