JPS6411596B2 - - Google Patents

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Publication number
JPS6411596B2
JPS6411596B2 JP6302984A JP6302984A JPS6411596B2 JP S6411596 B2 JPS6411596 B2 JP S6411596B2 JP 6302984 A JP6302984 A JP 6302984A JP 6302984 A JP6302984 A JP 6302984A JP S6411596 B2 JPS6411596 B2 JP S6411596B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
coating layer
ratio
cutting
atomic ratio
volume
Prior art date
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Expired
Application number
JP6302984A
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English (en)
Other versions
JPS60204688A (ja
Inventor
Taijiro Sugisawa
Noribumi Kikuchi
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.)
Mitsubishi Metal Corp
Original Assignee
Mitsubishi Metal Corp
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Publication date
Application filed by Mitsubishi Metal Corp filed Critical Mitsubishi Metal Corp
Priority to JP6302984A priority Critical patent/JPS60204688A/ja
Publication of JPS60204688A publication Critical patent/JPS60204688A/ja
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  • Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
この発明は、特に被加工材や被削材が鋼および
鋳鉄である、ロール、ガイドローラー、シールリ
ング、ロツカーアームチツプ、ノズル類、及びダ
イス等の耐摩耗工具や、切削工具として用いるの
に適した表面被覆窒化珪素(以下Si3N4で示す)
基セラミツク工具部材に関するものである。 一般に、Si3N4基セラミツクは、優れた高温強
度及び耐摩耗性を有するので、高温において用い
られる耐摩耗工具や切削工具として使用されてい
る。 上記のSi3N4基セラミツクとしては、まず、重
量%で(以下%は重量%を示す)、 Al、Mg、Zr、Y、及びSiの酸化物、並びにAl
の窒化物のうちの1種以上:2〜15%、 を含有し、残りがSi3N4と不可避不純物からなる
組成を有し、かつ気孔率が5容量%以下のものが
知られている。 このSi3N4基セラミツクで製造された工具部材
は、Ni基耐熱合金などの切削に対しては、実用
的な性能を発揮するものの、Si3N4は鉄との親和
性が強く、鉄と反応し易いために、鋳鉄や鋼を被
削材とする場合や、これを被加工材とする場合に
は比較的短かい工具寿命しか示さない。 また、上記のSi3N4基セラミツクに、鉄との反
応を抑制し、もつて工具寿命の延命化をはかる目
的で、元素周期表の4a族(即ちTi、Zr、及び
Hf)の炭化物、窒化物、及び炭窒化物のうちの
1種以上を5〜37%の割合で含有させたSi3N4基
セラミツクが提案されている。 しかし、このSi3N4基セラミツクにしても、そ
の工具寿命は充分満足できるものではない。 そこで、本発明者等は、耐摩耗工具および切削
工具として実用に供されている上記の従来Si3N4
基セラミツクに着目し、これの工具寿命の延命化
をはかるべく研究を行なつた結果、上記の従来
Si3N4基セラミツク工具部材の少なくとも摩耗を
生じる面あるいは切削面に、スパツタリング法あ
るいはイオンビーム法を用い、 B/N原子比:1.0〜1.2を有する窒化硼素(以
下BNで示す)からなり、かつ非晶質BNからな
る素地に、2〜30容量%の割合で立方晶窒化硼素
(以下CBNで示す)が分散した組織を有する被覆
層を0.2〜10μmの平均層厚で形成すると、前記被
覆層は、鉄との親和性が極めて低く、かつビツカ
ーズ硬さで3700〜5000Kg/mm2の高硬度をもつこと
から、耐摩耗性が向上し、例えば高硬度鋼の切削
において、被覆層を形成しない場合に比して4〜
6倍の工具寿命の延命化がはかれるようになると
いう知見を得たのである。 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、 元素周期表の4a族の炭化物、窒化物、及び炭
窒化物(以下、これらを総称して4a族の炭・窒
化物という)のうちの1種以上:5〜37%、 Al、Mg、Zr、Y、及びSiの酸化物、並びにAl
の窒化物(以下、これらを総称して酸化物・
AlNという)のうちの1種以上:2〜15%、 を含有し、残りがSi3N4と不可避不純物からなる
組成を有し、かつ気孔率が5%以下のSi3N4基セ
ラミツク基体の少なくとも摩耗を生ずる面あるい
は切削面に、 B/N原子比:1.0〜1.2を有するBNからなり、
かつ非晶質BNからなる素地に、2〜30容量%の
割合でCBNが分散した組織を有する被覆層を、
0.2〜10μmの平均層厚で形成してなる表面被覆
Si3N4基セラミツク工具部材に特徴を有するもの
である。 なお、この発明の表面被覆Si3N4基セラミツク
工具部材において、上記被覆層は、高純度のホツ
トプレス六方晶BN板材をターゲツトとして用
い、N2含有Arガス雰囲気中で高周波スパツタす
るスパツタリング法や、BとNのイオンビームを
同時に蒸着させるイオンビーム法や、さらにBの
みを通常の化学蒸着法などを用いて蒸着し、つい
でこのB膜の中にNのイオンビームを打ち込む方
法などによつて形成することができ、また、この
場合、例えばスパツタリング法であれば、基体温
度やN2含有Arガス雰囲気中のN2分圧、さらにバ
イアス電圧などを制御することにより、B/N原
子比を調整することができ、この結果として
CBNの割合が調整されるようになるものであり、
さらに上記被覆層におけるB/N原子比はオージ
エによる半定量的分析により同定することがで
き、また同CBNの割合は電子顕微鏡による電子
線回折により同定することができる。 つぎに、この発明の表面被覆Si3N4基セラミツ
ク工具部材において、基体の成分組成、並びに被
覆層のB/N原子比およびCBN割合、さらに平
均層厚を上記の通りに限定した理由を説明する。 A 基体の成分組成 (a) 4a族の炭・窒化物 これらの成分には、鉄との親和性を抑制
し、もつて耐摩耗性を向上させる作用がある
が、その含有量が5%未満では前記作用に所
望の効果が得られず、一方その含有量が37%
を越えると、焼結性が低下し、常温強度が低
下するようになるほか、相対的にSi3N4含有
量が少なくなりすぎ、Si3N4によつてもたら
される優れた高温強度及び耐熱衝撃性が低下
するようになることから、その含有量を5〜
37%と定めた。 (b) 酸化物・AlN これらの成分は、焼結助剤として作用する
が、その含有量が2%未満では所望の焼結性
を確保することができず、一方その含有量が
15%を越えると、液相量が多くなりすぎ、粒
成長も著しく、強度及び硬さが低下するよう
になることから、その含有量を2〜15%と定
めた。 (c) 気孔率 基体の気孔率が5%を越えると、硬さが低
下し、優れた耐摩耗性を確保するのが困難に
なることから、基体の気孔率を5%以下と定
めた。 B 被覆層 (a) B/N原子比およびCBN割合 B/N原子比は、非晶質BN素地に分散生
成されるCBNの割合に影響を及ぼすもので
あり、したがつてB/N原子比が1未満の場
合には、CBNの割合が2容量%未満になつ
てしまい、被覆層の硬さが低下し、ビツカー
ス硬さで3700Kg/mm2以上の高硬度を確保する
ことができなくなり、一方B/N原子比が
1.2を越えると、CBNの割合が30容量%を越
えて多くなり、ビツカース硬さで5000Kg/mm2
を越えた高硬度をもつようになる反面、気孔
が発生し易くなつて、緻密な被覆層が得られ
なくなるほか、基体に対する付着強度も低下
するようになり、実用に際しては欠けや剥離
が発生し易くなることから、B/N原子比を
1.0〜1.2とし、これによつてCBNの割合を2
〜30容量%としたのである。 (b) 平均層厚 この発明にかかるBN被覆層は、上記のよ
うに高硬度を有し、かつ鉄との親和性の著し
く低いものであり、実用に際して優れた耐摩
耗性を発揮するが、その平均層厚が0.2μm未
満では所望の耐摩耗性を確保することができ
ず、一方その平均層厚が10μmを越えると、
被覆層にチツピングが発生し易くなることか
ら、その平均層厚を0.2〜10μmと定めた。 なお、被覆層に不可避不純物として酸素(O)
を含有する場合があるが、その含有量が多すぎる
と被覆層の特性に悪影響を及ぼすようになること
から、O/N原子比で0.15以下であることが望ま
しい。 つぎに、この発明の表面被覆Si3N4基セラミツ
ク工具部材を実施例により具体的に説明する。 原料粉末として、いずれも0.3〜0.8μmの範囲
内の平均粒径を有するα−Si3N4粉末、各種の4a
族の炭・窒化物粉末、並びに各種の酸化物・
AlN粉末を用意し、これら原料粉末をそれぞれ
第1表に示される配合組成に配合し、ボールミル
で50時間湿式混合し、乾燥した後、1ton/cm2の圧
力で圧粉体にプレス成形し、ついでこの圧粉体
を、窒素気流中、温度:1800℃に30分間保持の条
件で焼結し、研削してISO規格SNGN432の形状
とすることにより、実質的に配合組成と同一の成
分組成、並びに第1表に示される気孔率及び硬さ
をもつたSi3N4基セラミツク基体を製造し、つぎ
にこの基体の片側すくい面に、六方
【表】 (*印:本発明範囲外)
晶BNのターゲツトを用い、高周波スパツタリン
グ法により、基本加熱温度:200〜500℃、雰囲
気:N2/Ar比が1/1〜1/20のN2含有Ar、
雰囲気圧力:1×10-4〜5×10-2mmHg、バイア
ス電圧:50〜200V、反応時間:0.5〜20時間の条
件で、それぞれ第1表に示される被覆層を形成す
ることにより本発明表面被覆Si3N4基セラミツク
切削チツプ(以下、本発明被覆チツプという)1
〜8及び比較表面被覆Si3N4基セラミツク切削チ
ツプ(以下、比較被覆チツプという)1〜4をそ
れぞれ製造した。 なお、比較被覆チツプ1〜4は、いずれも被覆
層の条件(第1表に※印を付す)がこの発明の範
囲から外れたものである。 また被覆層のB/N原子比及びCBN割合は、
オージエ分析と透過電子線回折により測定した。 つぎに、この結果得られた各種の被覆チツプ及
び被覆層の形成を行なう前の上記Si3N4基セラミ
ツク基体のうちの4種(以下、従来チツプ1〜4
という)について、 被削材:HB230を有するFC30の丸棒、 切削速度:500m/mm、 送り:0.3mm、 切込み:2.5mm、 切削油:エマルジヨンタイプ、 の条件で鋳鉄の高速連続切削試験を行ない、使用
寿命とされる切刃のすくい面摩耗深さが200μm
に至るまでの切削時間を測定した。これらの測定
結果を第1表に示した。 第1表に示される結果から、本発明被覆チツプ
1〜8は、被覆層の形成がない従来チツプ1〜4
に比して一段と長い使用寿命を示すのに対して、
比較被覆チツプ1〜4に見られるように、被覆層
の条件のうちのいずれかの条件でもこの発明の範
囲から外れると満足な切削性能を示さないことが
明らかである。 上述のように、この発明の表面被覆Si3N4基セ
ラミツク工具部材は、これを構成する被覆層が高
硬度を有し、基体を構成するSi3N4基セラミツク
との密着性に優れ、かつ鉄に対する親和性の著し
く低いものであることから、特に被加工材や被削
材が鋳鉄や鋼である場合に優れた耐摩耗性を示
し、したがつて、耐摩耗工具や切削工具として用
いた場合に、極めて長期に亘つて優れた性能を発
揮するのである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 元素周期表の4a族の炭化物、窒化物及び炭
    窒化物のうちの1種以上:5〜37%、 Al、Mg、Zr、Y、及びSiの酸化物、並びにAl
    の窒化物のうちの1種以上:2〜15%、 を含有し、残りが窒化珪素と不可避不純物からな
    る組成(以上重量%)を有し、かつ気孔率が5容
    量%以下の窒化珪素基セラミツク基体の少なくと
    も摩耗を生じる面あるいは切削面に、 B/N原子比:1.0〜1.2を有する窒化硼素から
    なり、かつ非晶質窒化硼素からなる素地に、2〜
    30容量%の割合で立方晶窒化硼素が分散した組織
    を有する被覆層を、0.2〜10μmの平均層厚で形成
    してなる表面被覆窒化珪素基セラミツク工具部
    材。
JP6302984A 1984-03-30 1984-03-30 表面被覆窒化珪素基セラミック工具部材 Granted JPS60204688A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP6302984A JPS60204688A (ja) 1984-03-30 1984-03-30 表面被覆窒化珪素基セラミック工具部材

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JP6302984A JPS60204688A (ja) 1984-03-30 1984-03-30 表面被覆窒化珪素基セラミック工具部材

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JPS60204688A JPS60204688A (ja) 1985-10-16
JPS6411596B2 true JPS6411596B2 (ja) 1989-02-27

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ID=13217489

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JP6302984A Granted JPS60204688A (ja) 1984-03-30 1984-03-30 表面被覆窒化珪素基セラミック工具部材

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Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA1155874A (en) * 1980-07-09 1983-10-25 Gte Laboratories Incorporated Abrasion resistant articles based on silicon nitride
JPS6059085B2 (ja) * 1980-12-03 1985-12-23 住友電気工業株式会社 被覆セラミツク工具

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Publication number Publication date
JPS60204688A (ja) 1985-10-16

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