JPH0137475B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 族および族金属の窒化物層、炭化物層、
硼化物層又は珪化物層の複数の層を含む20μｍ以
下厚さの金属切削工具の多層コーテイング膜にお
いて、 前記族金属の窒化物層又は炭化物層と前記
族金属の窒化物層、炭化物層、硼化物層又は珪化
物層とを交互に多数回重ね、かつ、前記族金属
の窒化物層又は炭化物層の各層厚さが0.05ないし
0.5μｍであり、そして前記族金属の窒化物層、
炭化物層、硼化物層又は珪化物層の各層厚さが前
記族金属の窒化物層又は炭化物層の各層厚さの
15ないし40％であることを特徴とする金属切削工
具の多層コーテイング膜。

技術分野 本発明は金属加工、より詳しく述べるならば、
金属切削工具の多層コーテイング膜に関するもの
である。

背景技術 ひとつが族金属の窒化物又は炭化物の層であ
つて、他方が純金属の層である２つの構成要素の
層を交互に重ねることによつて構成した多層コー
テイング膜が当業者に知られている。（R.F.
Bunshan and Shebaik，Research／
Development，June，1975参照）。

族金属の窒化物又は炭化物の層の微少硬度は
2200ないし3000Kg／mm²であり、そして純金属の層
の微少硬度は600ないし900Kg／mm²である。純金属
のソフトな層が脆い層のクラツク発生を防止し、
かつ全体としてコーテイング膜の強さを高めるの
に寄与する。このようなコーテイング膜は構造用
鋼の加工中にかかる変動負荷での破損に対して高
い抵抗力がありかつ工具がその切削表面のひとつ
に再ドレツシングを施こされるときにも割れな
い。しかしながら難切削材料（高合金材料）の切
削において、コーテイング膜材および被切削部分
の粘着によつて生じる付着摩耗のために工具の耐
久性は低い。切削領域での高温（前述の材料の低
い熱伝導の結果でもある）および難切削材料の切
削についての低い切削速度特性が粘着プロセスを
助長する。可塑性の活性純金属はそのより硬くか
つ不活発な化合物よりも切削した材料に容易に粘
着する。したがつて、コーテイング膜中の純金属
層包含物が全体としてコーテイング膜のより速い
付着摩耗を招く。

発明の開示 本発明の目的は、金属切削工具の多層コーテイ
ング膜を提供することであり、このコーテイング
膜が含んでいる構成要素はコーテイング膜の高強
度を保持し同時に難切削材料をも含む各種材料の
加工で低い粘着能力を特色としており、それによ
つてコーテイング膜の付着摩耗が最小にされかつ
コーテイング膜の摩耗抵抗が全体として高められ
る。

この目的は、族および族金属の窒化物層、
炭化物層、硼化物層又は珪化物層の複数の層を含
む20μｍ以下の厚さの金属切削工具の多層コーテ
イング膜において、族金属の窒化物層又は炭化
物層と族金属の窒化物層、炭化物層、硼化物層
又は珪化物層とを交互に多数回重ね、かつ、族
金属の窒化物層又は炭化物層の各層厚さが0.05な
いし0.5μｍであり、そして族金属の窒化物層、
炭化物層、硼化物層又は珪化物層の各層厚さが
族金属の窒化物層又は炭化物層の各層厚さの15な
いし40％であることを特徴とする金属切削工具の
多層コーテイング膜によつて達成される。

本発明に係る２つの構成要素（族金属化合物
および族金属化合物）を含んでなりかつ上述し
た層厚さを有する多層コーテイング膜は被加工材
との付着相互作用の低いことを特徴としており、
その結果コーテイング膜の摩耗は減少しかつこの
ようなコーテイング膜を有する工具の摩耗抵抗は
向上する。

難切削材料の加工において、族金属の炭化物
および窒化物の高微少硬度がコーテイング膜表面
に対して直角に向けられた塑性変形を防止する。
強化されたコーテイング膜は、界面で分けられた
族金属化合物層および族金属化合物層の交互
に重なつている層を500以下含んでなる。各界面
は、切削過程における上側層内のクラツク形成の
際にクラツク形成エネルギーを散逸させかつ実質
的にクラツクが下側層内へ伸びるのを抑える。

より薄い層を形成している族金属化合物は摩
耗抵抗を改善し、切削領域内で高温にて酸化され
た摩耗生成物が硬い潤滑材として働き、このよう
にして工具切削リツプの摩耗、切削力および温度
を下げ、そしてモリブデン、クロムおよびタング
ステンの酸化物が不活性バリヤを形成し、このバ
リヤがコーテイング膜と被加工材料との間の付着
相互作用を防止しかつコーテイング膜の摩耗を全
体として減らす。

金属化合物層の厚さは、最適の潤滑特性および
コーテイング膜と被加工材料との間の付着相互作
用のため対策を考慮して、実験によつて定めた。

発明を実施するための最良の形態 本明細書中で提案した多層コーテイング膜は簡
単な技術によつて、例えば、従来のイオン衝撃を
伴なう材料の凝結方法によつて作ることができ
る。

上述した構成要素の複数の層を単一プロセスサ
イクルによつてコーテイングする。この目的のた
めに金属切削工具を真空室内部の回転プラツトホ
ーム上に置く。この真空室は族耐火金属製カソ
ードおよび族耐火金属製カソードを備えてい
る。工具を陰極としてアーク放電を工具とこれら
カソードとの間の空間に発生させる。その結果、
カソードから追い出された金属相原子がアーク領
域内でイオン化される。結果としてのプラスイオ
ンが工具の陰極によつて加速され、工具表面に衝
突してこの表面をクリーニングしかつ加熱する。

工具表面が必要な温度に加熱された後で、反応
ガス（窒素、メタン、シランあるいはボロンな
ど）を真空室内へ導入して耐火金属の耐摩耗性か
つ耐熱性化合物を工具表面に析出させる。

本発明を良く理解するために下記実施例である
本発明の特別な実施態様を説明する。

実施例 １ ISOのＰ，Ｍ系の超硬合金で作られた三角形ス
ローアウエイチツプを使用している切削工具を前
述した方法によつて合計厚さ20μｍの多層コーテ
イング膜で被覆した。多層コーテイング膜はそれ
ぞれの層厚さが0.05μｍと0.015μｍであるTiN層
−Mo₂N層の交互に重なつている層からなつてい
た。すなわち、0.05μｍ厚さのTiN層とその30％
厚さである0.015μｍ厚さのMo₂N層とを交互に多
数積層して20μｍ厚さの多層コーテイング膜を形
成した。

組成（重量％）がＣ 0.03−0.07％、Si＜0.5
％、Mn＜0.4％、Cr13−16％、Ni73％、Ti2.5
％、Al1.45−1.2％、Mo2.8−3.2％、Co1.9−2.2％
およびFe残部である耐熱高合金の旋削によつて
工具サンプルを試験した。

切削条件は切り込み0.3−0.5mm、切削速度37.6
ｍ／min、送り0.15mm／revであつた。

多層コーテイング膜を使用している工具の耐久
度は20.2分に達した。

同様にして実施例２ないし９を本発明明で規定
した範囲で各ケースにおいて多層コーテイング膜
の構成要素およびそれぞれの厚さを変えて行なつ
た。

実施例１ないし９の試験結果を第１表に示す。

加えて、実施例１にて述べた工具と同様であつ
て合計厚さ20μｍのチタン窒化物層およびチタン
層の交互に重なつている層の先行技術のコーテイ
ング膜で被膜した切削工具を比較データを得るた
めに試験した。従来のコーテイング膜を有する切
削工具を試験して得られた結果を第１表中に比較
例ＡおよびＢで示した。

【表】 ※…比較例
上記試験結果から、本発明に係る多層コーテイ
ング膜を有する切削工具の耐久度は先行技術のチ
タン窒化物およびチタンの多層コーテイング膜を
有する切削工具の耐久性よりも４ないし５倍良
い。

実施例 10 W18重量％、V2重量％、Co8重量および残部
Feの合金で作られたヘリングボーンカツター
（直径80×45mm）に上述した方法によつて合計厚
さ20μｍでそれぞれの層厚さが0.05μｍおよび
0.015μｍであるTiN層−Mo₂N層の多層コーテイ
ング膜を被覆した。

このカツターを、Cr20重量％、Mn＜１重量
％、Ti＜１重量％およびFe残部の合金サンプル
を切削して試験した。切削条件は： (a)速度…… 18rpm (b)送り…… 31.5mm／min (c)切り込み…… ４mm であつた。

本発明に係るコーテイング膜を有するカツター
は44部品の切削に耐えることがわかつた。

Tin層−Ti層の交互に重なつている層の従来の
コーテイング膜を有する同様なカツターを試験し
て、このカツターはたつたの８部品の加工に耐え
ることがわかつた。

実施例 11 多層コーテイング膜の構成要素をZrN層−
MoC層としそれぞれの層厚さを0.5μｍおよび
0.15μｍとしたことのみを違えて実施例10と同じ
ようにして試験を行なつた。試験から上述したコ
ーテイング膜を有するカツターが４２部品の加工
に耐えるのに適すること、すなわち、このカツタ
ーの耐久度が先行技術の多層コーテイング膜を有
するカツターの耐久度よにも約５倍良いことがわ
かつた。

実施例 12 多層コーテイング膜の構成要素をHfC層−WC
層としそれぞれの層厚さが0.1μｍおよび0.03μｍ
であることだけを違えて実施例10と同じようにし
て試験を行なつた。試験から上述したコーテイン
グ膜を有するカツターが49部品の加工に耐えるの
に適すること、すなわち、耐久度が約６倍高いこ
とがわかつた。

実施例 13 Ｗ 18重量％およびFe残部の合金で作られた
ブローチ（寸法150×25×30）に上述した寸法に
よつて合計厚さ20μｍでそれぞれの層厚さが0.3μ
ｍおよび0.1μｍであるTiC層−CrC層の交互に重
なつている層からなる多層コーテイング膜を被覆
した。

下記組成（重量％）：C0.13−0.18％、Si＜0.6
％、Mn＜0.6％、Cr11−13％、Ni1.5−2.0％、Ｗ
＜１％、Mo1.35−1.65％、V0.18−0.3％、Nb0.3
％およびFe残部からなるステンレス鋼のサンプ
ルを加工することによつてブローチを試験した。

このブローチが197部品の加工に耐えるとわか
つた。

比較のために、TiN層−Ti層の従来の多層コ
ーテイング膜を有する同様なブローチを試験し
た。先行技術のコーテイング膜を有するブローチ
が45部品の加工に適すること、すなわち、その耐
久度が4.5分１と低いことがわかつた。

実施例 14 多層コーテイング膜の構成要素をZrN層−
MoSi₂層としそれぞれの層厚さが0.2μｍおよび
0.03μｍであることだけを違えて実施例１３の場
合と同様に試験を行なつた。このブローチは165
部品の加工に耐えた、すなわち、ブローチの耐久
度は先行技術の多層コーテイング膜を有するブロ
ーチと比較して3.1倍高い。

産業上の利用可能性 本発明に係る多層コーテイング膜は、ドリル、
カツター、切削工具などあらゆる金属切削工具の
耐久度を高めることを意図した処理に最も有利に
使用することができそして高合金鋼（難切削鋼）
および高合金を加工するのに用いる工具の場合に
特に役立つ。