JPH06190606A - 被覆超硬合金工具 - Google Patents
被覆超硬合金工具Info
- Publication number
- JPH06190606A JPH06190606A JP35833792A JP35833792A JPH06190606A JP H06190606 A JPH06190606 A JP H06190606A JP 35833792 A JP35833792 A JP 35833792A JP 35833792 A JP35833792 A JP 35833792A JP H06190606 A JPH06190606 A JP H06190606A
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- JP
- Japan
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- cemented carbide
- ion implantation
- cutting
- ion
- carbide tool
- 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
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明被覆超硬工具は、化学蒸着法で種々の
膜を被覆した後、残留する引張応力を減少及び／または
解消することにり、切削時の耐欠損性、耐摩耗性に優れ
る長寿命な切削工具を提供することを目的とする。 【構成】 化学蒸着法で種々の膜を被覆した後、イオン
注入法によりイオンを１０16〜１０20／ｃｍ2注入する
ことにより、皮膜に残留する応力を減少及び／または解
消させ、膜質本来の性能が発揮される。
膜を被覆した後、残留する引張応力を減少及び／または
解消することにり、切削時の耐欠損性、耐摩耗性に優れ
る長寿命な切削工具を提供することを目的とする。 【構成】 化学蒸着法で種々の膜を被覆した後、イオン
注入法によりイオンを１０16〜１０20／ｃｍ2注入する
ことにより、皮膜に残留する応力を減少及び／または解
消させ、膜質本来の性能が発揮される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は工具寿命を一段と改善
した被覆超硬合金工具に関するものである。
した被覆超硬合金工具に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に、元素周期表の４ａ、５ａ、およ
び６ａ族金属の炭化物、窒化物、および炭窒化物のうち
の１種または２種以上と、Ｃｏ、Ｎｉ、およびＦｅのう
ちの１種または２種以上とを含有する組成をもった超硬
合金工具は公知であり、さらに前記超硬合金工具の表面
に、前記４ａ、５ａ、および６ａ族金属の炭化物、炭窒
化物、窒化物、酸化物、酸炭化物、酸窒化物、および酸
炭窒化物、ならびにアルミニウム酸化物のうちの１種か
らなる単層または２種以上からなる複層の硬質層を被覆
して、工具寿命の延命化をはかった被覆超硬合金工具も
提案されている。
び６ａ族金属の炭化物、窒化物、および炭窒化物のうち
の１種または２種以上と、Ｃｏ、Ｎｉ、およびＦｅのう
ちの１種または２種以上とを含有する組成をもった超硬
合金工具は公知であり、さらに前記超硬合金工具の表面
に、前記４ａ、５ａ、および６ａ族金属の炭化物、炭窒
化物、窒化物、酸化物、酸炭化物、酸窒化物、および酸
炭窒化物、ならびにアルミニウム酸化物のうちの１種か
らなる単層または２種以上からなる複層の硬質層を被覆
して、工具寿命の延命化をはかった被覆超硬合金工具も
提案されている。
【０００３】しかしながら、上記超硬合金工具において
は、上記硬質層が上記超硬合金基体に比して熱膨張係数
が異なり、前記基体自体のもつ熱膨張係数が前記被覆層
の熱膨張係数より大きく、被覆層には引張応力が残留す
ることになる。また、物理蒸着法においては、加速され
た物質を表面に打ち込むため、化学蒸着法とは反対に圧
縮応力が残留するようになる。
は、上記硬質層が上記超硬合金基体に比して熱膨張係数
が異なり、前記基体自体のもつ熱膨張係数が前記被覆層
の熱膨張係数より大きく、被覆層には引張応力が残留す
ることになる。また、物理蒸着法においては、加速され
た物質を表面に打ち込むため、化学蒸着法とは反対に圧
縮応力が残留するようになる。
【０００４】従って、このように引張応力が残留する
と、工具表面に生じた微細なクラック等が引張応力を解
消するように作用するため、皮膜の剥離、欠落等を生じ
やすく、甚だしい場合には欠損する事も有った。また圧
縮応力が残留する方法では、低温で処理されるため密着
性に劣るも、強度的な問題は基体自身の強度とほぼ同様
に扱えた。イオン注入に関しては低温処理が可能な事よ
り切削工具特に小径ドリル等のものへの応用が計られて
いるが、イオン注入法自体、基体の改善であり、また、
大口径のビームが出来にくい事より単位ｃｍ2当たりの
打ち込み量が充分でないため表面改質という点からは不
十分であり、切削工具として、物理蒸着法のような皮膜
を生成するものではないため、性能上、不満足であっ
た。そのためイオン注入法と物理蒸着法を組み合わせる
方法（特開昭６１−２７２３６４）も検討されている。
と、工具表面に生じた微細なクラック等が引張応力を解
消するように作用するため、皮膜の剥離、欠落等を生じ
やすく、甚だしい場合には欠損する事も有った。また圧
縮応力が残留する方法では、低温で処理されるため密着
性に劣るも、強度的な問題は基体自身の強度とほぼ同様
に扱えた。イオン注入に関しては低温処理が可能な事よ
り切削工具特に小径ドリル等のものへの応用が計られて
いるが、イオン注入法自体、基体の改善であり、また、
大口径のビームが出来にくい事より単位ｃｍ2当たりの
打ち込み量が充分でないため表面改質という点からは不
十分であり、切削工具として、物理蒸着法のような皮膜
を生成するものではないため、性能上、不満足であっ
た。そのためイオン注入法と物理蒸着法を組み合わせる
方法（特開昭６１−２７２３６４）も検討されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従って、本願発明は化
学蒸着法で成膜した後に、窒素原子のイオン注入を行
い、皮膜に残留している引張応力をイオン注入により減
少及び／または解消させ、切削時に加わる応力によって
引張応力が開放されるときに生じる剥離・チッピング・
欠損等を減少させ、刃先強度を高めることにある。
学蒸着法で成膜した後に、窒素原子のイオン注入を行
い、皮膜に残留している引張応力をイオン注入により減
少及び／または解消させ、切削時に加わる応力によって
引張応力が開放されるときに生じる剥離・チッピング・
欠損等を減少させ、刃先強度を高めることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本願発明は、上述のよう
な被覆超硬合金工具のもつ問題点を解決した被覆超硬合
金工具を提供するもので、元素周期律表の４ａ、５ａ、
および６ａ族金属の炭化物、窒化物、および炭窒化物の
うちの１種または２種以上と、Ｃｏ、Ｎｉ、およびＦｅ
のうちの１種または２種以上とを含有する超硬合金基体
の表面に、被覆層が４ａ、５ａ、および６ａ族金属の炭
化物、窒化物、炭窒化物、酸化物、酸炭化物、酸窒化
物、および酸炭窒化物、ならびにアルミニウム酸化物の
うちの１種からなる１層または２種以上からなり、かつ
その蒸着後に、窒素原子のイオン注入を行い、残留引張
応力を減少及び／または解消させたもので、そのＮ注入
量が１０16／ｃｍ2以上であることを特長とするもので
ある。
な被覆超硬合金工具のもつ問題点を解決した被覆超硬合
金工具を提供するもので、元素周期律表の４ａ、５ａ、
および６ａ族金属の炭化物、窒化物、および炭窒化物の
うちの１種または２種以上と、Ｃｏ、Ｎｉ、およびＦｅ
のうちの１種または２種以上とを含有する超硬合金基体
の表面に、被覆層が４ａ、５ａ、および６ａ族金属の炭
化物、窒化物、炭窒化物、酸化物、酸炭化物、酸窒化
物、および酸炭窒化物、ならびにアルミニウム酸化物の
うちの１種からなる１層または２種以上からなり、かつ
その蒸着後に、窒素原子のイオン注入を行い、残留引張
応力を減少及び／または解消させたもので、そのＮ注入
量が１０16／ｃｍ2以上であることを特長とするもので
ある。
【０００７】以下にこの発明の被覆超硬合金工具におい
て、イオン注入について上述のように限定した理由を説
明する。窒素原子のイオン注入を行い、Ｎ注入量が１０
16、望ましくは１０20／ｃｍ2以上であることを特長と
するものである。そのため、本願発明による被覆層には
特に限定なく、一般の化学蒸着法で生成された膜質であ
れば特に制限はない。本発明に於いて使用されるイオン
注入法は、大口径のイオンビームを使用し、１つのイオ
ンを大量に注入し、膜の改質を行い窒化層を高密度に厚
く生成するものである。
て、イオン注入について上述のように限定した理由を説
明する。窒素原子のイオン注入を行い、Ｎ注入量が１０
16、望ましくは１０20／ｃｍ2以上であることを特長と
するものである。そのため、本願発明による被覆層には
特に限定なく、一般の化学蒸着法で生成された膜質であ
れば特に制限はない。本発明に於いて使用されるイオン
注入法は、大口径のイオンビームを使用し、１つのイオ
ンを大量に注入し、膜の改質を行い窒化層を高密度に厚
く生成するものである。
【０００８】
【実施例】以下、実施例に基づき説明する。炭化タング
ステン８４．５％、炭化チタン２％、窒化チタン ０．
５％、炭化タンタル５％、コバルト８％（以上重量％）
からなる組成を持ったチップ（ＳＮＭ４３２）を真空度
２×１０-2torrの真空中、焼結温度１４００℃に６０分
間保持して焼結し、切削テスト用チップを製作した。次
いで、化学蒸着法により、例えばＴｉＣＮまたはＴｉＮ
皮膜については、 ＴｉＣｌ4＋２Ｎ2＋２Ｈ2→ＴｉＮ＋４ＨＣｌ ＣＨ4 →Ｃ＋２Ｈ2 Ｔｉ＋Ｃ →ＴｉＣ あるいは、 ＴｉＣｌ4＋２Ｈ2→Ｔｉ＋４ＨＣｌ Ｔｉ＋１／２Ｎ2 →ＴｉＮ のように、Ｔｉのハロゲン化物を気化し、還元及び炭化
あるいは窒化反応によって成膜し、ついで ＡｌＣｌ3＋ＣＯ2＋ＣＯ＋Ｈ2→Ａｌ2Ｏ3＋ＣＯ＋４Ｈ
Ｃｌ １．５μｍのＡｌ2Ｏ3層を被覆した。これらの組み合わ
せにより表１に示すような様々な膜厚・膜質のチップを
製作した。
ステン８４．５％、炭化チタン２％、窒化チタン ０．
５％、炭化タンタル５％、コバルト８％（以上重量％）
からなる組成を持ったチップ（ＳＮＭ４３２）を真空度
２×１０-2torrの真空中、焼結温度１４００℃に６０分
間保持して焼結し、切削テスト用チップを製作した。次
いで、化学蒸着法により、例えばＴｉＣＮまたはＴｉＮ
皮膜については、 ＴｉＣｌ4＋２Ｎ2＋２Ｈ2→ＴｉＮ＋４ＨＣｌ ＣＨ4 →Ｃ＋２Ｈ2 Ｔｉ＋Ｃ →ＴｉＣ あるいは、 ＴｉＣｌ4＋２Ｈ2→Ｔｉ＋４ＨＣｌ Ｔｉ＋１／２Ｎ2 →ＴｉＮ のように、Ｔｉのハロゲン化物を気化し、還元及び炭化
あるいは窒化反応によって成膜し、ついで ＡｌＣｌ3＋ＣＯ2＋ＣＯ＋Ｈ2→Ａｌ2Ｏ3＋ＣＯ＋４Ｈ
Ｃｌ １．５μｍのＡｌ2Ｏ3層を被覆した。これらの組み合わ
せにより表１に示すような様々な膜厚・膜質のチップを
製作した。
【０００９】
【表１】 試料番号 １層 ２層 ３層 ４層 ５層 １ TiN 5 ２ TiN 1 TiCN 5 ３ TiC 5 Al2O3 2 ４ TiC 5 Al2O3 2 TiN 0.5 ５ TiN 1 TiCN 5 Al2O3 2 TiN 1 ６ TiCN 2 TiC 5 Al2O3 2 TiN 1 ７ TiN 2 TiCN 2 TiC 2 TiCN 2 TiN 1 （単位 μｍ）
【００１０】次に、各切削用チップにイオン注入を行っ
た。 １）イオン注入法 イオン源：窒素、イオンビーム出力：４０ＫＶ、０．２
Ａ（連続）０．４Ａ（パルス）で１０16イオン／ｃｍ2
注入した。 イオン注入法 イオン源：窒素、イオンビーム出力：４０ＫＶ、０．２
Ａ（連続）０．４Ａ（パルス）で１０20イオン／ｃｍ2
注入した。 無処理
た。 １）イオン注入法 イオン源：窒素、イオンビーム出力：４０ＫＶ、０．２
Ａ（連続）０．４Ａ（パルス）で１０16イオン／ｃｍ2
注入した。 イオン注入法 イオン源：窒素、イオンビーム出力：４０ＫＶ、０．２
Ａ（連続）０．４Ａ（パルス）で１０20イオン／ｃｍ2
注入した。 無処理
【００１１】さらに、これらの処理した後、Ｘ線回折に
より残留応力を測定した結果、イオン注入前には３０〜
７０ｋｇ／ｍｍ／ｍｍで有ったのに対し、処理後は残留
圧縮応力５０〜引張応力５０ｋｇ／ｍｍ／ｍｍと広範囲
に渡って応力が残留していた。
より残留応力を測定した結果、イオン注入前には３０〜
７０ｋｇ／ｍｍ／ｍｍで有ったのに対し、処理後は残留
圧縮応力５０〜引張応力５０ｋｇ／ｍｍ／ｍｍと広範囲
に渡って応力が残留していた。
【００１２】次に上記本願発明のチップと、イオン注入
を行わないチップについて 被削材 ；ＳＮＣＭ−８（ＨＳ５０、４ッ溝入り） 切削速度；１２０ｍ／ｍｉｎ 送り量 ；０．３ｍｍ／ｒｅｖ 切削時間；１０ｍｉｎ チップ数；１０ヶ の諸元で断続切削試験を実施した。更に上記チップを用
いて 被削材 ；ＳＮＣＭ−８（ＨＳ５０） 切削速度；２００ｍ／ｍｉｎ 切り込み深さ；１．５ｍｍ 送り量 ；０．３ｍｍ／ｒｅｖ の諸元で３０分長手連続切削試験を実施した。その結果
を表２に示す。
を行わないチップについて 被削材 ；ＳＮＣＭ−８（ＨＳ５０、４ッ溝入り） 切削速度；１２０ｍ／ｍｉｎ 送り量 ；０．３ｍｍ／ｒｅｖ 切削時間；１０ｍｉｎ チップ数；１０ヶ の諸元で断続切削試験を実施した。更に上記チップを用
いて 被削材 ；ＳＮＣＭ−８（ＨＳ５０） 切削速度；２００ｍ／ｍｉｎ 切り込み深さ；１．５ｍｍ 送り量 ；０．３ｍｍ／ｒｅｖ の諸元で３０分長手連続切削試験を実施した。その結果
を表２に示す。
【００１３】
【表２】 試料番号 断続試験 長手連続切削試験 欠損コーナ数 正常コーナ数 フランク摩耗量（ｍｍ） 本発明１ ０ １０ ０．４０ｍｍ ２ ０ １０ ０．３５ ３ ２ ８ ０．２５ ４ １ ９ ０．１５ ５ ２ ８ ０．１６ ６ ２ ８ ０．２０ ７ ０ １０ ０．３０ 比較例２ ２ ８ ０．３９ ３ ６ ４ ０．３２ ４ ８ ２ ０．２６ ５ ８ ２ ０．２５ ６ ７ ３ ０．２８ ７ ４ ６ ０．３９
【００１４】本願発明チップは、断続試験後も正常摩耗
を示していたのに対し、イオン注入を行わない比較例で
は、チッピングが数多く観察され、皮膜の一部が剥離し
ていた。またチップの欠損に対する安定性ではイオン注
入後のものが膜質の影響により差はあるものの引張応力
が減少または解消されているため数段優れた結果が得ら
れた。
を示していたのに対し、イオン注入を行わない比較例で
は、チッピングが数多く観察され、皮膜の一部が剥離し
ていた。またチップの欠損に対する安定性ではイオン注
入後のものが膜質の影響により差はあるものの引張応力
が減少または解消されているため数段優れた結果が得ら
れた。
【００１５】炭化タングステン７１％、炭化チタン９
％、窒化チタン０．５％、炭化タンタル１０％、コバル
ト９．５％（以上 重量％）からなるＪＩＳＰ３０相当
の合金組成を持ったチップ（ＳＰＣ４３２）を真空度２
×１０-2ｔｏｒｒの真空中焼結温度１４００℃に６０分
間保持して焼結しチップを製作した。化学蒸着法により
ＴｉＮ−ＴｉＣＮを実施例１と同様な方法で３μｍ被覆
し、イオン注入を行いフライス試験に供した。 被削材 ；ＳＣＭ４４０（ＨＳ５０） 切削速度；１００ｍ／ｍｉｎ 送り量 ；０．５ｍｍ／ｒｅｖ 切削時間；１０ｍｉｎ カッター；ＤＰ（コーナー角２５°） チップ数；１０ヶ の諸元でフライス試験を実施した結果、本願発明チップ
は０／１０ヶ、比較チップは５／１０ヶの欠損を示し
た。フライスの様に切刃の食いつきに伴う衝撃によるチ
ッピング等は旋削以上に複雑な要因を含むが、本願発明
チップは優れた耐衝撃性を持つ事が明らかである。さら
に、本願発明チップは６０分切削後で正常摩耗を示して
いたのに対し、比較チップは、１０分切削後チッピング
を伴う欠損により寿命となった。本願発明によるイオン
注入により、強度は大幅に改善され優れた耐衝撃性を持
つと同時に耐摩耗性、密着性では化学蒸着法の性能を維
持している。
％、窒化チタン０．５％、炭化タンタル１０％、コバル
ト９．５％（以上 重量％）からなるＪＩＳＰ３０相当
の合金組成を持ったチップ（ＳＰＣ４３２）を真空度２
×１０-2ｔｏｒｒの真空中焼結温度１４００℃に６０分
間保持して焼結しチップを製作した。化学蒸着法により
ＴｉＮ−ＴｉＣＮを実施例１と同様な方法で３μｍ被覆
し、イオン注入を行いフライス試験に供した。 被削材 ；ＳＣＭ４４０（ＨＳ５０） 切削速度；１００ｍ／ｍｉｎ 送り量 ；０．５ｍｍ／ｒｅｖ 切削時間；１０ｍｉｎ カッター；ＤＰ（コーナー角２５°） チップ数；１０ヶ の諸元でフライス試験を実施した結果、本願発明チップ
は０／１０ヶ、比較チップは５／１０ヶの欠損を示し
た。フライスの様に切刃の食いつきに伴う衝撃によるチ
ッピング等は旋削以上に複雑な要因を含むが、本願発明
チップは優れた耐衝撃性を持つ事が明らかである。さら
に、本願発明チップは６０分切削後で正常摩耗を示して
いたのに対し、比較チップは、１０分切削後チッピング
を伴う欠損により寿命となった。本願発明によるイオン
注入により、強度は大幅に改善され優れた耐衝撃性を持
つと同時に耐摩耗性、密着性では化学蒸着法の性能を維
持している。
【００１５】
【発明の効果】上述のように、本発明被覆超硬工具は、
化学蒸着法で種々の膜を被覆した後、イオン注入法によ
りイオンを注入することにより、皮膜に残留する応力を
減少及び／または解消することにり、切削時の耐欠損
性、耐摩耗性が向上し、膜質本来の性能が発揮される。
化学蒸着法で種々の膜を被覆した後、イオン注入法によ
りイオンを注入することにより、皮膜に残留する応力を
減少及び／または解消することにり、切削時の耐欠損
性、耐摩耗性が向上し、膜質本来の性能が発揮される。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ２３Ｃ 14/48 9046−4Ｋ
Claims (2)
- 【請求項１】 元素周期律表の４ａ、５ａ、および６ａ
族金属の炭化物、窒化物、および炭窒化物のうちの１種
または２種以上と、Ｃｏ、Ｎｉ、およびＦｅのうちの１
種または２種以上とを含有する超硬合金基体の表面に、
被覆層が４ａ、５ａ、および６ａ族金属の炭化物、窒化
物、炭窒化物、酸化物、酸炭化物、酸窒化物、および酸
炭窒化物、ならびにアルミニウム酸化物のうちの１種か
らなる１層または２種以上からなり、かつその蒸着後
に、窒素原子のイオン注入を行い、イオン注入によるＮ
注入量が１０16／ｃｍ2以上であることを特長とする被
覆超 硬合金工具。 - 【請求項２】 請求項１において、イオン注入量が１０
20／ｃｍ2以上であることを特長とする被覆超硬合金工
具。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35833792A JPH06190606A (ja) | 1992-12-26 | 1992-12-26 | 被覆超硬合金工具 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35833792A JPH06190606A (ja) | 1992-12-26 | 1992-12-26 | 被覆超硬合金工具 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06190606A true JPH06190606A (ja) | 1994-07-12 |
Family
ID=18458782
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35833792A Pending JPH06190606A (ja) | 1992-12-26 | 1992-12-26 | 被覆超硬合金工具 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06190606A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001322017A (ja) * | 2000-05-19 | 2001-11-20 | Hitachi Tool Engineering Ltd | プリント基板穿孔ドリル |
| JP2006218588A (ja) * | 2005-02-14 | 2006-08-24 | Allied Material Corp | 超硬合金製丸刃 |
| JP2009513828A (ja) * | 2005-10-25 | 2009-04-02 | サン−ゴバン グラス フランス | 基材の処理方法 |
-
1992
- 1992-12-26 JP JP35833792A patent/JPH06190606A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001322017A (ja) * | 2000-05-19 | 2001-11-20 | Hitachi Tool Engineering Ltd | プリント基板穿孔ドリル |
| JP2006218588A (ja) * | 2005-02-14 | 2006-08-24 | Allied Material Corp | 超硬合金製丸刃 |
| JP2009513828A (ja) * | 2005-10-25 | 2009-04-02 | サン−ゴバン グラス フランス | 基材の処理方法 |
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