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JPS595665B2 - 表面被覆超硬合金部品及びその製造法 - Google Patents
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JPS595665B2 - 表面被覆超硬合金部品及びその製造法 - Google Patents

表面被覆超硬合金部品及びその製造法

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Publication number
JPS595665B2
JPS595665B2 JP51072490A JP7249076A JPS595665B2 JP S595665 B2 JPS595665 B2 JP S595665B2 JP 51072490 A JP51072490 A JP 51072490A JP 7249076 A JP7249076 A JP 7249076A JP S595665 B2 JPS595665 B2 JP S595665B2
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cemented carbide
coated
chip
carbide
layer
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JP51072490A
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正明 飛岡
光雄 児玉
稔 中野
毅 浅井
孝春 山本
昭夫 原
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/32Carbides

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  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 WCもしくは/およびTi、Zr、、Hf、、V、Nb
、Ta、Cr、Mo、Wの炭化物および/もしくは炭窒
化物の一種もしくはそれ以上の混合物もしくは固溶体を
鉄属金属を結合した超硬合金を母材とし、表面にTi、
Zr、Hfの炭化物、炭窒化物を数ミクロンの厚さに被
覆したいわゆるコーティングチップは母材の靭性と表面
の耐摩耗性を兼ねそなえており、切削工具として従来の
超硬合金よりもすぐれた性能を有することは広く知られ
た事実である。
本発明の目的は、このようなコーティングチップの特性
を一段と向上させたものを安定して提供することにある
これまで、このコーティングチップの改良は主として被
覆層を多重化したり、被覆層の種類を変えることに向け
られていたが、これらは耐摩耗性は向上させるが靭性に
関しては何らの解決とはなつていない。
本発明の最大の特徴は今日まで超硬合金としては不良品
であると考えられて来た遊離炭素を含む合金によつて、
コーティングチップの靭性を大巾に改良できることを見
出したことにある。
超硬合金に接する最内層はTi、Zr、Hf、V、Nb
、、Ta、、Cr、、Moもしくは/およびwの炭化物
もしくは/および炭窒化物が適するが、以下Tiを例に
して述べる。
Tiの炭化物、炭窒化物を超硬合金に被覆するには通常
Tiのハロゲン化物(−4、には四塩化チタン)、炭化
水素(一般にはメタン)窒素および水素ガスを所定の割
合で混合したガスから1000℃近辺の高温にて炭化チ
タン、炭窒化チタンを析出させて超硬合金に被覆するい
わゆる化学蒸着法が用いられる。炭窒化チタンについて
は、炭化チタンと同様であるので以下炭化チタンを例に
して述べる。
上記化学蒸着法による炭化チタンの析出反応の反応過程
は、非常に複雑ではあるが、簡単には以下の1式による
遊離チタンの生成と、2式の遊離チタンの炭化の2段階
によつて示される。2式の遊離チタンの炭化は混合ガス
中の炭化水素の分解によつて生じる遊離炭素および超硬
合金母材より供給される炭素によつて行なわれる。
混合ガス中に炭化水素濃度が低いと炭化チタン生成に必
要な大部分が超硬合金母材の炭素の拡散によつて供給さ
れると、炭化チタン被覆層直下にη相とよばれる脆い脱
炭層が形成され、コーテイングチツプの靭性を著しく阻
外する。一方、混合ガス中の炭化水素濃度を上げると炭
化チタン生成に必要な炭素は大部分気相より供給され、
上記η相もほとんど存在しないコーテイングチツプを作
ることが可能であるものの、炭化水素濃度が一定量以上
になると遊離炭素が、被覆膜中に生成し、これも著しく
コーテイングチツプの靭性、耐摩耗性を阻外する。入こ
のように炭化チタンを生成するに要する炭素の大部分を
気相より供給されたコーテイングチツプでは、被覆Ti
C層と、超硬合金母材との間でハク離が起りやすく、こ
れも著しくコーテイングチツプの耐摩耗性を阻外する。
そこで、発明者は以上で述べてきたη相の発生及び被覆
層のハク離の両者を解決する為に以下のように考えた。
被覆層のハク離を防ぐ為に、超硬合金母材よりの拡散に
よる炭素供給を十分に保ちつつ、η相の発生を防ぐには
、超硬合金母材に遊離炭素の形で炭素を化学蒸着法によ
つてTiCを被覆する前に蓄積しておけばよいと考えた
一般に超硬合金に於ては遊離炭素が存在すると著しく耐
摩耗性が損なわれることが知られているが、本発明の場
合、耐摩耗性は表面被覆層によるところが大な為、遊離
炭素を含んだ超硬合金母材を用いても耐摩耗性はあまり
低下しないと考えた。以上のような考えに従つて遊離炭
素を含む超硬合金母材に炭化チタンを化学蒸発法によつ
て被覆したところη相が全く存在しない。
かつ、被覆層のハク離が殆んど切削中に起らないコーテ
イングチツプを作成することが可能となつた。なお、炭
化チタン生成に寄与する超硬合金母材中の遊離炭素は通
常の化学蒸着法による被覆条件では表面より、ほぼ50
μまでということが判明したので、それ以上の深さまで
遊離炭素が析出していればよいことが判明した。
又、遊離炭素量の制限として0.01〜0.50重量%
とあるが0.01重量%以下では効果が認められず、又
、0.50重量%では被覆後の耐摩耗性が損なわれる故
である。
そのうちでも最も効果のある範囲は0.05〜0.35
重量%である。以上は単層被覆に関する利点であるが最
内層がA,.vlaの炭化物もしくは炭窒化物であれば
、その上に各種窒化物、酸化物、炭化物および/もしく
はこれらの混合物、化合物等を一層もしくは多層に被覆
した多重被覆チツプに関しても同様な効果が期待できる
。さらに酸化物を一層または多層に被覆する場合には次
のような効果も期待できる。たとえば、周期律表第〜族
に属する酸化物で鉄属金属に対し融点近傍まで不活性で
あるもの、たとえば酸化マグネシウム、酸化ベリリウム
、酸化トリウム、酸化ハフニウム、酸化チタン、酸化ジ
ルコニウム、酸化クロム、酸化アルミニウムまたは、こ
れらの酸化物の少なくとも1つとアルミニウムの混合物
、化合物、固溶体さらには酸化アルミニウムと酸化カル
シウムと酸化硅素との3元固溶体たとえばゲレナイト等
を超硬合金表面に被覆すると極めて耐摩耗性が向上する
ことが判つている。
しかし、これらの被覆は超硬合金母材中への酸素の拡散
をひきおこすので、母材を脆化させてしまう欠点を有し
ている。これを防止するためにはA.Va、a族の炭化
物、窒化物、炭窒化物および/またはこれらに酸素を含
有する化合物を中間層として母材と酸化物層との間には
さみ拡散の障壁として使用する技術がある。たとえば、
最外層に酸化アルミニウム、中間層に酸化チタン、最内
層に上記炭化物をコーテイングするなどである。ところ
で、この障壁としての炭化物、窒化物、炭窒化物および
/またはこれらに酸素を含有する化合物はともに非金属
成分の金属成分に対する比が高くなればなる程、酸素の
拡散の障壁として有効に働くが、遊離炭素を含む母材を
用いると上記の比の値が極めて高くなり母材中への酸素
の拡散を抑え、極めて靭性の高い切削用チツプを得るこ
とができる。
また酸化物たとえば酸化アルミニウム、酸化ジルコニウ
ムを主成分とする酸化物で被覆する場合、超硬合金に接
する最内層には炭化チタン等の炭化物・炭窒化物を、酸
化物層と接する内層には酸素を含んだチタンの炭化物、
窒化物、炭窒化物をはさむと後者層の酸素ポテンシャル
が高くなり、酸化物層の分解による酸素流入が少なくな
つたり、なくなつたりするので、さらに効果的である。
以下実施例について述べる。
実施例 1 市販1S0−P3O超硬合金と全く同じ組成にて遊離炭
素を0.08重量%ふくむ超硬合金母材(型番SNU4
32)をインコネル(インコ社ニツケルベース合金商品
名)製反応容器中にて1000℃に加熱、H286%T
iCl47%、CH47%の混合ガスを40t0rrに
て流し、所定の厚さに炭化チタンが被覆した。
冷却後、チツプを取り出して、切断して調べたところ炭
化チタンが5μ被覆されており、η相は全く存在してい
なかつtらこのチツプと、市販の遊離炭素を含まないI
SO−P3O超硬合金チツプ(型番計化432.)に全
く同様条件にて5μTiCを被覆したコーテイングチツ
プ(以下通常のTiC被覆チツプと呼ぶ)とで、以下の
条件にて切削テストを行なつた。本発明のチツプではブ
ランク摩耗0.2311!通常のTiC被覆チツプでも
ブランク摩耗0.2211とほとんど差がなかつた。
上記の条件にて100回切削したところ、本発明のチツ
ブでは破損率0%であつたのに比して、通常のTiC被
覆チツブでは破損率33%と本発明チツプの靭性の良さ
が示された。
実施例 2 実施例1と同じ遊離炭素0.08“%ふくむISOP−
30超硬合金(型番TNMG432ENU)、および遊
離炭素を含まない市販1S0P−30超硬合金(型番T
NMG432ENU)に実施例1と全く同じ条件にて炭
化チタンをそれぞれ5μ被覆して以下の条件にて切削試
験を行なつた。
にて切削したところ本発明のチツプでは112本加工可
能であつたのに対し、通常の炭化チタン被覆チツプでは
被覆層ハク離の為65本しか加工出来なかつた。にて切
削したところ、本発明のチツプでは142↓峠1ヤ;鳴
ヒノ▲^1A.ih轟hノCマ虜番A山パーツh被覆チ
ツプでは98本しか加工出来なかつた。
実施例 3実施例1と同じく遊離炭素0.08%ふくむ
ISO−P3O超硬合金母材(型番TNMG432EN
U)をインコネル製反応容器中にて950℃加熱、H2
8O%、ZrCl45%、CH45%、N2lO% の
混合ガスを80t0rrにて流し炭窒化ジルコニウムを
被覆した。
冷却後チツプを取り出して切断して調べたところ、炭窒
化ジルコニウムが5μ被覆されておりη相は全く存在し
ていなかつた。このチツプにて実施例2の2の条件にて
切削したところ158本切削可能であつた。実施例 4
市販1S0−P3O超硬合金組成にて遊離炭素量がOの
合金Aと0.15%の合金Bなる2種類の超硬合金母材
(型番SNU432)をそれぞれインコネル(インコ社
ニツケルベース合金商品名)製反応容器中にて1000
℃に加熱、H286%、TiCl7%、CH47%の混
合ガスを40T0rrにて流し、炭化チタンを5μ被覆
した。
これにひきつづきH28O%、CO23%、COl2%
およびAlCl35%の組成を有するガスを20T0r
r七て流して、両者とも約1.5μのN2O3の被覆膜
を生成させた。これらのチツプを用いて実施例1の切削
条件1で切削したところチツプAではブランク摩耗0.
217nmチツプBでもブランク摩耗0.20uとほと
んど差がなかつた。
次に実施例1の切削条件2にて100回切削したところ
、チツプAでは破損率67%であつたのに比べ、チツプ
Bでは破損率5%と本発明チツプの靭性の良さが示され
た。
実施例 5 市販1S0−P3O超硬合金組成にて遊離炭素量がO重
量%の合金Cと0.30重量%の合金Dなる2種類の合
金に実施例1とほぼ同様な方法で炭化チタンを4μ、そ
の上に窒化チタンを1μ被覆した。
これらのチツプを用いてS55Cの鍛造材を切削速度1
40m/ml!L、送り0.40m7!L/Rev、切
込み2〜5詣にて切削したところCに比べDはその平均
寿命が1.5倍となつた。実施例 6 実施例4と同じ母材を用いて実施例4と同様な方法でT
iC3μを被覆した上にZrO2を1μ被覆したチツプ
を作成した。
遊離炭素を含まない合金の場合には下層と母材の間に脆
いη相が生成したが遊離炭素を含んだ母材ではη相は観
察されなかつた。
実施例 7 実施例2に同じ母材を用いて実施例1と同様な方法でT
iC3μを被覆した上にゲレナイト(酸化カルシウム一
酸化アルミニウム一酸化硅素系化合物)を2μ被覆した
遊離炭素を含んだ母材では下層と母材間に異相の生成は
なかつたが、遊離炭素を含まない合金では脆化層の生成
が観察された。
【図面の簡単な説明】
第1図は実施例1における切削条件2の被削材の断面形
状を示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 酸化物、炭化物、窒化物および/もしくはこれらの
    混合物、化合物の1種もしくはそれ以上によつて一層も
    しくは多層に被覆され、超硬合金と接する最内層がIVa
    、Va、VIa族の炭化物もしくは/および炭窒化物の1
    種又は複数種より成る超硬合金部品の製造法において、
    該被覆層を形成せしめる母材として、ほゞ均一に0.0
    1〜0.5重量%の遊離炭素を含む超硬合金を用いるこ
    とを特徴とする表面被覆超硬合金部品の製造法。
JP51072490A 1976-06-18 1976-06-18 表面被覆超硬合金部品及びその製造法 Expired JPS595665B2 (ja)

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JPS52155190A JPS52155190A (en) 1977-12-23
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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