JPS6146550B2 - - Google Patents
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- JPS6146550B2 JPS6146550B2 JP53059907A JP5990778A JPS6146550B2 JP S6146550 B2 JPS6146550 B2 JP S6146550B2 JP 53059907 A JP53059907 A JP 53059907A JP 5990778 A JP5990778 A JP 5990778A JP S6146550 B2 JPS6146550 B2 JP S6146550B2
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- coating layer
- reaction
- coated tool
- manufacturing
- alcohol
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING 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
- C23C—COATING 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
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/22—Chemical 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
- C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
- C23C16/32—Carbides
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- Organic Chemistry (AREA)
- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Description
この発明は、特に切削用および耐摩性用などと
して適用される、靭性および耐摩耗性にすぐれた
被覆層を有する表面被覆工具部品およびその製造
法に関するものである。
従来、一般に切削用および耐摩性用工具部品が
工具鋼、高速度鋼、ダイス鋼、および超硬合金な
どの材料で製造されることは公知であり、さらに
特性向上をはかる目的で、タングステン（以下Ｗ
で示す）およびタングステンカーバイド（以下Ｗ
炭化物という）のうちの１種または２種からなる
被覆層を化学蒸着法によつて前記従来工具部品の
表面に形成することもよく知られるところであ
る。
上記従来表面被覆工具部品における被覆層は、
多くの場合層厚５μｍ以下と比較的薄く、その結
晶粒径も１μｍ以下となつているため、すぐれた
靭性および耐摩耗性をもつものになつている。
しかし、近年、寸法精度の向上をはかるための
被覆層の研削および工具部品再利用のための被覆
層の再研削の必要性が要求される傾向にあり、こ
れを反映して比較的層厚の厚い、すなわち具体的
には層厚５〜1000μｍ、望ましくは50μｍ以上の
被覆層を有する表面被覆工具部品が求められるよ
うになつている。
しかしながら、上記の比較的薄い被覆層を有す
る従来表面被覆工具部品において、その被覆層を
層厚５μｍ以上に厚くすると、結晶粒径を１μｍ
以下におさえることができず、この結果前記被覆
層の靭性および耐摩耗性が著しく劣化するように
なつて実用に供し得ないものとなるのが現状であ
る。
そこで、本発明者等は、上述のような観点か
ら、ＷおよびＷ炭化物のうちの１種または２種か
らなる被覆層の層厚を、寸法精度の向上および再
使用をはかる目的で５〜1000μｍと厚くしても、
結晶粒径が１μｍ以下を有し、すぐれた靭性およ
び耐摩耗性を保持する表面被覆工具部品を得べく
研究を行なつた結果、
(a) 表面被覆工具部品における上記被覆層に、フ
ツ素および塩素のうちの１種または２種を、
0.005〜１原子％、望ましくは0.1〜0.5原子％含
有させると、前記被覆層の層厚が５〜1000μｍ
と厚くなつても結晶粒成長が抑制されて結晶粒
径１μｍ以下の微細組織の被覆層が安定的に得
られ、この結果前記被覆層はすぐれた靭性およ
び耐摩耗性を有すること。
(b) 上記フツ素および塩素のうちの１種または２
種を含有し、ＷおよびＷ炭化物のうちの１種ま
たは２種からなる被覆層は、
Ｗのフツ化物および塩化物のうちの１種ま
たは２種、
アルコール、
水素および炭化水素のうちの１種または２
種、
必要に応じて酸化性ガス、
以上〜の反応成分を含有する不活性ガス
で、工具部品表面を加熱処理することによつて
形成することができること。
(c) 上記被覆層形成に際しては、上記反応成分と
上記不活性ガスの相対割合を、反応ガス全量に
対して、
反応成分：１〜50容量％、
不活性ガス：50〜99容量％、
とする必要があり、これは不活性ガスを99容量
％を越えて多くすると、相対的に反応成分の含
有量が１容量％未満となり、所望の結晶粒成長
抑制効果が得られず、被覆層の層厚が増すにし
たがつて結晶粒の成長が生じるようになり、一
方不活性ガスの含有量を50容量％未満にする
と、相対的に反応成分の含有量が50容量％を越
えて多くなりすぎ、この結果結晶性が悪化し、
ある条件下では非晶質状態のものが発生し、こ
の状態では脆いために結晶化のための熱処理を
必要とするようになるという理由にもとづくも
のであること。
(d) 上記被覆層形成に際しては、反応加熱温度を
700〜1100℃にするのが望ましく、これは、反
応加熱温度が700℃未満では、反応速度が遅す
ぎて被覆層を厚膜化することが困難であり、一
方、1100℃を越えて高くすると、反応成分とし
てのＷのフツ化物および塩化物が化学的安定性
を失うようになつて所望の被覆層を安定的に形
成することができなくなるという理由にもとづ
くものであること。なお、反応は減圧下でも常
圧下でも行なうことができ、したがつて実操業
上の観点から0.01〜１気圧とするのが望ましい
こと。
(e) 上記被覆層形成に際しては、上記反応成分に
おけるＷのフツ化物および塩化物に対するアル
コールの割合をモル比で１：0.1〜10にする必
要があり、これは、その割合が0.1未満では被
覆層中におけるフツ素および／または塩素の含
有量が１原子％を越えて多くなりすぎ、このよ
うにフツ素および／または塩素が１％を越えて
多く含有すると、多くの場合フツ素および／ま
たは塩素が濃縮された領域が層状に現われるよ
うになり、この層状領域は脆く、しかも前記層
状領域を有する被覆層は全体的に工具部品表面
との付着強度が低いものであり、一方その割合
が10を越えると、被覆層中に部分的に酸化物や
酸水素化物が形成されて２相の層状組織が現わ
れるようになり、前記酸化物や酸水素化物は炭
化物に比して硬さが低く、かつ工具部品表面と
の付着強度が低いことから、靭性および耐摩耗
性に劣つたものとなるという理由にもとづくも
のであること。
また、同じくＷのフツ化物および塩化物に対
する水素および炭化水素の割合をモル比で、そ
れぞれ１：0.1〜２および１：0.2〜５とする必
要があり、これはその割合がそれぞれ0.1およ
び0.2未満では、アルコールの場合と同様に被
覆層中におけるフツ素および／または塩素の含
有量が１原子％を越えて多く含有するようにな
つて望ましくなく、一方その割合がそれぞれ２
および５を越えると、被覆層中におけるフツ素
および／または塩素の含有量が0.005原子％未
満となつて結晶粒が成長し易くなり、多くの場
合部分的ではあるが、１μｍ以上の粗大化した
結晶粒径をもつた領域が現われるようになり、
しかもこのような粗大化した結晶粒が存在する
被覆層においては、その層厚が10μｍ以上にな
ると柱状晶を形成し、靭性および耐摩耗性が劣
化するようになるという理由にもとづくもので
あること。
(f) また、上記被覆層形成に際して、反応成分と
して酸化性ガスを含有させると、被覆層中にポ
ア（小孔）や亀裂の発生なく、フツ素および／
または塩素の含有量を抑制することができるよ
うになり、この効果は工具部品表面と被覆層と
の界面で顕著に現われ、この結果これら両者の
付着強度が著しく向上するようになるが、その
含有量をアルコールとの相対割合で30容量％を
越えて多くすると、被覆層中にポアや亀裂が発
生し易くなり、被覆層の靭性が劣化するように
なるので、酸化性ガスの含有量はアルコールと
の全体量割合で30容量％以下にすべきであるこ
と。
以上(a)〜(f)に示される知見を得たのであつて、
この発明は上記知見にもとづいてなされたもので
ある。
つぎに、この発明を実施例により説明する。
実施例 １
WC：80％、Co：10％、TiC：８％、TaC：２
％（以上重量％）からなる組成をもつたISO規格
30グレードの超硬合金製工具部品を、耐熱合金製
反応容器内に挿入し、
反応ガス組成：WCl6：５モル％、
CH3OH：５モル％、
CH4：３モル％、
Ar：残り、
（WCl6：CH3OH：CH4＝１：１：0.6（モル
比））
反応ガス流量：2l／min、
反応加熱温度：1000℃、
反応時間：１時間、
の条件で加熱処理を施し、反応後、容器内の残留
ガスを除去し、冷却して取り出したところ、
組成：0.05〜0.1原子％の塩素を含有した
W2CとWCとの混合体、
断面研磨後のビツカース硬さ：2500〜3200
Kg／mm３（荷重：300ｇ）、
層厚：30μｍ、
結晶粒径：１μｍ以下にして、その大部分が
0.5μｍ以下、
以上〜を具備した被覆層で全面が均一に被
覆された本発明表面被覆工具部品（以下本発明部
品という）１が得られた。
また、比較の目的で、反応加熱温度を950℃と
すると共に、Ｗ塩化物に対するアルコールおよび
炭化水素の割合が本発明範囲から低い方に外れた
反応ガス、すなわち、
WCl6：５モル％、
CH3OH：2.5モル％、
CH4：0.5モル％、
Ar：残り、
（WCl6：CH3OH：CH4＝１：0.5：0.1（モル
比））、
からなる反応ガスを適用する以外は、上記実施例
におけると同一の条件で加熱処理して比較表面被
覆工具部品（以下比較部品という）１を製造した
が、この比較部品１における被覆層は、層状組織
を有し、しかも塩素の濃縮された領域では塩素：
３原子％を含有した。
さらに、比較の目的で、Ｗ塩化物に対するアル
コールおよび炭化水素の割合が本発明範囲から高
い方に外れた反応ガス、すなわち、
WCl6：１モル％、
CH3OH：１モル％、
H2：３モル％、
Ar：残り、
（WCl6：CH3OH：H2＝１：１：３（モル
比））、
からなる反応ガスを使用する以外は、上記実施例
１におけると同一の条件で加熱処理して製造した
比較部品２においては、その被覆層表面付近が柱
状晶化しており、しかも塩素含有量は0.005原子
％未満であつた。
この結果得られた本発明部品１および比較部品
１，２に対して大越式摩耗試験機を使用して摩耗
試験を施したところ、それぞれ
本発明部品：0.5mm、
比較部品２：2.5mm、
の摩耗巾を示し、比較部品１においては試験中に
被覆層が剥離して測定不能であり、このように本
発明部品１はすぐれた耐摩耗性をもつことが明ら
かである。
ついで、さらに上記本発明部品および比較部品
１，２、並びに上記被覆層形成前の超硬合金製工
具部品に対して、
被削材：JIS・SNOM―８（ブリネル硬さ：
270）、
切削速度：30ｍ／min、
送り：0.3mm／rev、
切込み：1.5mm、
切削時間：10min、
の条件で湿式切削試験を施し、フランク摩耗およ
びクレーター摩耗を測定した。この測定結果を下
表に示す。
The present invention relates to a surface-coated tool component having a coating layer with excellent toughness and wear resistance, which is used particularly for cutting and wear resistance, and a method for manufacturing the same. Traditionally, it is known that cutting and wear-resistant tool parts are generally manufactured from materials such as tool steel, high-speed steel, die steel, and cemented carbide. W
) and tungsten carbide (hereinafter referred to as W
It is also well known to form a coating layer of one or two carbides on the surface of the conventional tool part by chemical vapor deposition. The coating layer in the above conventional surface-coated tool parts is:
In most cases, the layer thickness is relatively thin, 5 μm or less, and the crystal grain size is 1 μm or less, so it has excellent toughness and wear resistance. However, in recent years, there has been a tendency to require grinding of the coating layer to improve dimensional accuracy and re-grinding of the coating layer to reuse tool parts. There is a growing need for surface-coated tool parts with thick coating layers, ie in particular layer thicknesses of 5 to 1000 μm, preferably 50 μm or more. However, in the conventional surface-coated tool parts having the above-mentioned relatively thin coating layer, when the coating layer is thickened to 5 μm or more, the crystal grain size is reduced to 1 μm.
As a result, the toughness and abrasion resistance of the coating layer deteriorate significantly, making it unusable for practical use. Therefore, from the above-mentioned viewpoint, the present inventors set the thickness of the coating layer made of one or two of W and W carbide to 5 to 1000 μm for the purpose of improving dimensional accuracy and reuse. Even if it is thick,
As a result of conducting research to obtain surface-coated tool parts having a crystal grain size of 1 μm or less and maintaining excellent toughness and wear resistance, we found that (a) fluorine and One or two types of chlorine,
When the content is 0.005 to 1 at%, preferably 0.1 to 0.5 at%, the thickness of the coating layer is 5 to 1000 μm.
Even if the coating layer becomes thick, grain growth is suppressed and a coating layer with a fine structure having a crystal grain size of 1 μm or less can be stably obtained, and as a result, the coating layer has excellent toughness and wear resistance. (b) One or two of the above fluorine and chlorine.
The coating layer contains seeds and is composed of one or two of W and W carbides, one or two of W fluoride and chloride, alcohol, hydrogen, and hydrocarbon. or 2
It can be formed by heat-treating the surface of the tool part with an inert gas containing seeds, an oxidizing gas if necessary, and the reactive components listed above. (c) When forming the above coating layer, the relative proportions of the above reaction component and the above inert gas are as follows: Reaction component: 1 to 50% by volume, Inert gas: 50 to 99% by volume, based on the total amount of reaction gas. This is because if the inert gas is increased to more than 99% by volume, the content of the reactive components will be relatively less than 1% by volume, and the desired effect of suppressing grain growth will not be obtained, and the coating layer will be Grain growth occurs as the layer thickness increases, and on the other hand, when the inert gas content is less than 50% by volume, the content of reactive components relatively increases beyond 50% by volume. too much, resulting in poor crystallinity,
This is based on the fact that under certain conditions an amorphous state occurs, and in this state it is brittle and requires heat treatment for crystallization. (d) When forming the above coating layer, the reaction heating temperature should be adjusted.
It is desirable to set the reaction heating temperature to 700 to 1100°C, because if the reaction heating temperature is less than 700°C, the reaction rate is too slow and it is difficult to thicken the coating layer, whereas if it is higher than 1100°C, This is based on the reason that the fluoride and chloride of W as a reaction component lose their chemical stability, making it impossible to stably form the desired coating layer. Incidentally, the reaction can be carried out under reduced pressure or normal pressure, and therefore, from the viewpoint of practical operation, it is desirable to set the pressure to 0.01 to 1 atm. (e) When forming the above-mentioned coating layer, it is necessary to set the ratio of alcohol to the fluoride and chloride of W in the above-mentioned reaction components in a molar ratio of 1:0.1 to 10. If the content of fluorine and/or chlorine in the layer becomes too high, exceeding 1 atomic %, and in this way, the content of fluorine and/or chlorine exceeds 1%, in many cases, fluorine and/or Regions in which chlorine is concentrated appear in a layered manner, and this layered region is brittle, and the coating layer having the layered region has overall low adhesion strength to the surface of the tool component; When the hardness exceeds the hardness, oxides and oxyhydrides are partially formed in the coating layer, and a two-phase layered structure appears, and the oxides and oxyhydrides have lower hardness than carbides. This is also because the adhesion strength to the tool component surface is low, resulting in poor toughness and wear resistance. Similarly, the molar ratio of hydrogen and hydrocarbon to fluoride and chloride of W needs to be 1:0.1 to 2 and 1:0.2 to 5, respectively, which means that the ratio is less than 0.1 and 0.2, respectively. In this case, as in the case of alcohol, the content of fluorine and/or chlorine in the coating layer exceeds 1 atomic %, which is undesirable.
If it exceeds 5, the content of fluorine and/or chlorine in the coating layer becomes less than 0.005 atomic percent, and crystal grains tend to grow, and in many cases, although partially, they become coarser than 1 μm. A region with a grain size begins to appear,
Furthermore, this is based on the reason that in a coating layer containing such coarse crystal grains, if the layer thickness exceeds 10 μm, columnar crystals will be formed and the toughness and wear resistance will deteriorate. . (f) In addition, when forming the above-mentioned coating layer, if an oxidizing gas is included as a reaction component, fluorine and/or
Alternatively, the content of chlorine can be suppressed, and this effect is noticeable at the interface between the surface of the tool part and the coating layer, and as a result, the adhesive strength between both is significantly improved. If the amount of oxidizing gas exceeds 30% by volume relative to alcohol, pores and cracks are likely to occur in the coating layer, and the toughness of the coating layer will deteriorate. The total volume ratio should be 30% or less by volume. Having obtained the findings shown in (a) to (f) above,
This invention was made based on the above findings. Next, the present invention will be explained by examples. Example 1 WC: 80%, Co: 10%, TiC: 8%, TaC: 2
ISO standard with a composition consisting of % (or more by weight)
A tool part made of 30 grade cemented carbide was inserted into a heat-resistant alloy reaction vessel, and the reaction gas composition: WCl 6 : 5 mol%, CH 3 OH: 5 mol%, CH 4 : 3 mol%, Ar: remainder. , (WCl 6 : CH 3 OH: CH 4 = 1:1:0.6 (molar ratio)) Reaction gas flow rate: 2 l/min, reaction heating temperature: 1000°C, reaction time: 1 hour. Heat treatment was performed under the following conditions. After the reaction, the residual gas in the container was removed, cooled, and taken out. Composition: Contained 0.05 to 0.1 at% chlorine.
Mixture of W2C and WC, Vickers hardness after cross-section polishing: 2500~3200
Kg/mm 3 (load: 300g), layer thickness: 30μm, crystal grain size: 1μm or less, and most of the
A surface-coated tool component of the present invention (hereinafter referred to as the component of the present invention) 1 was obtained, the entire surface of which was uniformly coated with a coating layer having a thickness of 0.5 μm or less and more than 0.5 μm. For comparison purposes, the reaction heating temperature was set at 950°C, and reaction gases were used in which the ratio of alcohol and hydrocarbon to W chloride was lower than the range of the present invention, that is, WCl 6 :5 mol%, CH 3 OH: 2.5 mol%, CH 4 : 0.5 mol%, Ar: remainder, (WCl 6 : CH 3 OH: CH 4 = 1:0.5:0.1 (molar ratio)), except for applying a reaction gas consisting of Comparative surface-coated tool part (hereinafter referred to as comparative part) 1 was produced by heat treatment under the same conditions as in the above example, but the coating layer in this comparative part 1 had a layered structure and was not enriched with chlorine. Chlorine in the area:
It contained 3 at.%. Furthermore, for comparison purposes, reaction gases in which the ratio of alcohol and hydrocarbon to W chloride is higher than the inventive range, i.e. WCl 6 : 1 mol %, CH 3 OH: 1 mol %, H 2 : The same conditions as in Example 1 above were used, except that a reaction gas consisting of 3 mol%, Ar: remainder, (WCl 6 :CH 3 OH:H 2 = 1:1:3 (molar ratio)) was used. In Comparative Part 2 manufactured by heat treatment, the vicinity of the surface of the coating layer was columnar crystallized, and the chlorine content was less than 0.005 at.%. When the resulting inventive part 1 and comparative parts 1 and 2 were subjected to a wear test using an Okoshi type abrasion tester, the results were as follows: inventive part: 0.5 mm, comparative part 2: 2.5 mm, respectively. In Comparative Part 1, the coating layer peeled off during the test, making measurement impossible; thus, it is clear that Part 1 of the present invention has excellent wear resistance. Next, for the above-mentioned parts of the present invention, comparative parts 1 and 2, and the cemented carbide tool parts before the coating layer was formed, work material: JIS/SNOM-8 (Brinell hardness:
Wet cutting tests were conducted under the following conditions: cutting speed: 30 m/min, feed: 0.3 mm/rev, depth of cut: 1.5 mm, cutting time: 10 min, and flank wear and crater wear were measured. The measurement results are shown in the table below.
【表】
上表に示されるように、本発明部品は被覆層を
有しない工具部品に比してすぐれた耐摩耗性を示
し、被覆層形成効果が顕著であることが明らかで
ある。これに対して、被覆層中の塩素含有量がそ
れぞれ本発明範囲から外れた比較部品１，２にお
いては、いずれも被覆層形成効果が全く存在しな
いものであつた。
実施例 ２
高速度鋼（SKH―４）製工具部品を反応容器
内に挿入し、
反応ガス組成：WCl6：１モル％、
CH3OH：0.47モル％、
CO2：0.03モル％、
H2：１モル％、
Ar：残り、
（WCl6：CH3OH：H2＝１：0.47：１（モル
比）、CO2／CH3OH＝6.4％）、
反応ガス流量：2l／min、
反応加熱温度：800℃、
反応時間：２時間、
の条件で加熱処理したところ、結晶粒径が１μｍ
以下にして、塩素：0.08原子％を含有するＷから
なる層厚15μｍの被覆層で表面被覆された本発明
部品２が得られた。前記本発明部品２の破断面お
よび断面組織を観察したが、いずれの観察でも被
覆層と工具部品表面との界面に亀裂の存在は全く
認められず、被覆層付着の良好なものであつた。
なお、比較の目的で、Ｗ塩化物に対するアルコ
ールおよび水素の割合が本発明範囲から外れた反
応ガス、すなわち、
WCl6：５モル％、
CH3OH：0.3モル％、
H2：２モル％、
Ar：残り、
（WCl6：CH3OH：H2＝１：0.06：0.4（モル
比））、
からなる反応ガスを使用する以外は、上記実施例
２におけると同一の条件で加熱処理することによ
つて製造された比較部品３の破断面および断面組
織を観察したところ、被覆層と工具部品表面との
界面には、塩素を本発明範囲から外れた３原子％
含有することに原因して部分的に亀裂が存在して
いた。
実施例 ３
反応時間を４時間とする以外は、実施例１にお
けると同一の条件で、工具部品としての高速度鋼
（SKH―４）製リード線カツター（直径200mm
φ）の刃先にこの発明の方法にしたがつて層厚
120μｍの被覆層を形成した。
この結果得られた被覆層を有するこの発明のリ
ード線カツターと被覆層を有さない同一材質の従
来公知のリード線カツターとを実地テストにより
比較したところ、この発明の被覆層を有するリー
ド線カツターは、被覆層を有さないものに比して
約３倍の寿命を示した。
実施例 ４
実施例３におけると同様に反応時間を４時間と
する以外は、実施例１におけると同一の条件で、
工具部品としてのダイス鋼（SKD―11）製打ち
抜き用金型およびパンチの表面に、この発明の方
法にしたがつて層厚120μｍの被覆層を形成し
た。
この結果得られたこの発明の被覆層を有する金
型およびパンチと、被覆層を有さない同一材質の
従来公知の金型およびパンチとを、厚さ0.5mmの
けい素鋼板を使用する打ち抜きテストに供したと
ころ、前者は50万シヨツト後でも摩耗量はきわめ
て少なく、さらに使用可能であるのに対して、後
者は10万シヨツトで寿命に達した。
実施例 ５
工具部品としての超硬合金（90重量％WC―10
重量％Co）製アルミニウムカン深絞りしごき用
金型の表面に、
反応ガス組成：WCl6：10モル％、
CH3OH：７モル％、
CH4：20モル％、
Ar：残り、
（WCl6：CH3OH：CH4＝１：0.7：２（モル
比））、
反応ガス流量：2l／min、
反応加熱温度：900℃、
反応時間：10時間、
の条件で加熱処理を施したところ、前記金型の表
面には、結晶粒径が１μｍ以下にして大部分が
0.5μｍ以下の塩素：0.1原子％を含有するW2Cと
WCの混合体からなる層厚600μｍの被覆層が形
成された。
この結果得られたこの発明の被覆層を有する金
型は５億ガンで寿命となつたのに対して、被覆層
を有しない同一材質の従来金型においては、その
１／10の5000万ガンで摩耗のため寿命となつた。
なお、上記実施例では、被覆層に塩素を含有さ
せた場合について述べたが、反応ガス中にＷ塩化
物に代つてＷフツ化物を含有させることによつて
同様にフツ素を含有させることができ、さらにＷ
塩化物とＷフツ化物を反応ガス中に共存させるこ
とによつて塩素とフツ素とも被覆層中に共存させ
ることができ、しかもいずれの場合も塩素含有被
覆層と同等のすぐれた特性をもつことは勿論であ
る。
上述のように、この発明の表面被覆工具部品
は、比較的厚い５〜1000μｍの被覆層を有してい
るのにもかかわらず、フツ素および／または塩素
の含有によつて被覆層における結晶粒径は１μｍ
以下となつていると共に、工具部品表面と被覆層
との付着強度がきわめて高いものとなつているの
で、すぐれた靭性および耐摩耗性を具備するもの
であり、したがつて、特に切削用および耐摩耗性
用工具部品として適用した場合に著しくすぐれた
工具寿命を示し、さらに上記のように被覆層の層
厚が厚いために、寸法精度向上のための研削およ
び再使用のための再研削が可能であるなど工業上
有用な特性を有するものである。[Table] As shown in the above table, the parts of the present invention exhibit superior wear resistance compared to tool parts without a coating layer, and it is clear that the effect of forming the coating layer is significant. On the other hand, in Comparative Parts 1 and 2 in which the chlorine content in the coating layer was outside the range of the present invention, there was no coating layer formation effect at all. Example 2 A tool part made of high speed steel (SKH-4) was inserted into a reaction vessel, and reaction gas composition: WCl 6 : 1 mol%, CH 3 OH: 0.47 mol%, CO 2 : 0.03 mol%, H 2 : 1 mol%, Ar: remainder, (WCl 6 : CH 3 OH: H 2 = 1:0.47:1 (mole ratio), CO 2 /CH 3 OH = 6.4%), Reaction gas flow rate: 2 l/min, Reaction When heat treated under the following conditions: heating temperature: 800℃, reaction time: 2 hours, the crystal grain size was 1μm.
In the following manner, a part 2 of the present invention whose surface was coated with a 15 μm thick coating layer made of W containing 0.08 atom % of chlorine was obtained. The fracture surface and cross-sectional structure of the part 2 of the present invention were observed, and no cracks were observed at the interface between the coating layer and the surface of the tool component, indicating that the coating layer had good adhesion. For the purpose of comparison, reaction gases in which the ratio of alcohol and hydrogen to W chloride is outside the range of the present invention, namely, WCl 6 : 5 mol %, CH 3 OH: 0.3 mol %, H 2 : 2 mol %, Heat treatment was performed under the same conditions as in Example 2 above, except for using a reaction gas consisting of Ar: remainder, (WCl 6 : CH 3 OH: H 2 = 1:0.06:0.4 (molar ratio)). When observing the fracture surface and cross-sectional structure of Comparative Part 3 manufactured by
There were cracks in some areas due to the presence of carbon dioxide. Example 3 A high-speed steel (SKH-4) lead wire cutter (diameter 200 mm) was prepared as a tool part under the same conditions as in Example 1 except that the reaction time was 4 hours.
φ) on the cutting edge according to the method of this invention.
A coating layer of 120 μm was formed. When the lead wire cutter of the present invention having the resulting coating layer was compared with a conventionally known lead wire cutter made of the same material without the coating layer, it was found that the lead wire cutter having the coating layer of the present invention. showed approximately three times the lifespan compared to the one without the coating layer. Example 4 Under the same conditions as in Example 1, except that the reaction time was 4 hours as in Example 3,
A coating layer having a thickness of 120 μm was formed on the surfaces of a punch and a die made of die steel (SKD-11) as tool parts according to the method of the present invention. A punching test was conducted using a silicon steel plate with a thickness of 0.5 mm to test the resulting mold and punch having the coating layer of the present invention and a conventionally known mold and punch made of the same material without the coating layer. When subjected to various tests, the former showed very little wear even after 500,000 shots and was still usable, while the latter reached the end of its life after 100,000 shots. Example 5 Cemented carbide (90 wt% WC-10) as a tool part
Reactive gas composition: WCl 6 : 10 mol%, CH 3 OH: 7 mol%, CH 4 : 20 mol%, Ar: remainder, (WCl 6 : CH 3 OH: CH 4 = 1:0.7:2 (molar ratio)), reaction gas flow rate: 2 l/min, reaction heating temperature: 900°C, reaction time: 10 hours. Most of the surface of the mold has a crystal grain size of 1 μm or less.
Chlorine of 0.5 μm or less: W 2 C containing 0.1 at%
A coating layer with a layer thickness of 600 μm consisting of a mixture of WC was formed. As a result, the life of the mold with the coating layer of the present invention was 500 million guns, whereas the life of the conventional mold made of the same material without the coating layer was 50 million guns, which is 1/10 of that. The lifespan has come to an end due to wear. In addition, in the above example, the case where chlorine was contained in the coating layer was described, but fluorine can be similarly contained by containing W fluoride instead of W chloride in the reaction gas. Yes, even W
By allowing chloride and W fluoride to coexist in the reaction gas, chlorine and fluorine can also coexist in the coating layer, and in either case, the coating layer has excellent properties equivalent to those of a chlorine-containing coating layer. Of course. As mentioned above, although the surface-coated tool part of the present invention has a relatively thick coating layer of 5 to 1000 μm, crystal grains in the coating layer are reduced due to the inclusion of fluorine and/or chlorine. The diameter is 1μm
In addition, the adhesion strength between the tool part surface and the coating layer is extremely high, so it has excellent toughness and wear resistance, and is therefore particularly suitable for cutting and durability. When applied as an abrasive tool component, it exhibits extremely good tool life, and as mentioned above, the thick coating layer allows for grinding to improve dimensional accuracy and re-grinding for reuse. It has industrially useful properties such as.
Claims (1)
よびタングステンカーバイドのうちの１種または
２種からなる被覆層を形成した表面被覆工具部品
にして、 上記被覆層にフツ素および塩素のうちの１種ま
たは２種を0.005〜１原子％含有させて結晶粒径
を１μｍ以下とすることによつて靭性および耐摩
耗性を向上させたことを特徴とする表面被覆工具
部品。 ２ (a) タングステンのフツ化物および塩化物の
うちの１種または２種、 (b) アルコール (c) 水素および炭化水素のうちの１種または２
種、 (d) 必要に応じて酸化性ガス、 以上(a)〜(d)の反応成分を含有する不活性ガス
で、工具部品表面を加熱処理して、前記工具部品
表面に被覆層を形成することを特徴とする表面被
覆工具部品の製造法。 ３ 上記反応成分と不活性ガスの相対割合を、 反応成分：１〜50容量％、 不活性ガス：50〜99容量％、 としたことを特徴とする上記特許請求の範囲第２
項記載の表面被覆工具部品の製造法。 ４ 上記加熱処理を、 反応加熱温度：700〜1100℃、 反応雰囲気圧力：0.01〜１気圧、 の条件で行なうことを特徴とする上記特許請求の
範囲第２項記載の表面被覆工具部品の製造法。 ５ 上記反応成分におけるタングステンのフツ化
物および塩化物のうちの１種または２種：アルコ
ール：水素の割合をモル比で１：0.1〜10：0.1〜
２としたことを特徴とする上記特許請求の範囲第
２項または第３項記載の表面被覆工具部品の製造
法。 ６ 上記反応成分におけるタングステンのフツ化
物および塩化物のうちの１種または２種：アルコ
ール：炭化水素の割合を炭素数でメタン換算した
モル比で１：0.1〜10：0.2〜５としたことを特徴
とする上記特許請求の範囲第２項または第３項記
載の表面被覆工具部品の製造法。 ７ 上記反応成分として酸化性ガスを含有する場
合、前記酸化性ガスの含有量をアルコールとの相
対割合で30容量％以下としたことを特徴とする上
記特許請求の範囲第２項、第３項、第５項、また
は第６項記載の表面被覆工具部品の製造法。[Scope of Claims] 1. A surface-coated tool component having a layer thickness of 5 to 1000 μm and comprising one or two of tungsten and tungsten carbide, the coating layer containing fluorine and A surface-coated tool component characterized in that toughness and wear resistance are improved by containing one or two types of chlorine at 0.005 to 1 atomic % and having a crystal grain size of 1 μm or less. 2 (a) one or two of tungsten fluorides and chlorides; (b) alcohol; (c) one or two of hydrogen and hydrocarbons.
(d) oxidizing gas if necessary; heat-treating the surface of the tool part with an inert gas containing the reactive components of (a) to (d) above to form a coating layer on the surface of the tool part; A method for manufacturing a surface-coated tool part, characterized by: 3. The second claim, characterized in that the relative proportions of the reactive component and the inert gas are: reactive component: 1 to 50% by volume; inert gas: 50 to 99% by volume.
A method for manufacturing a surface-coated tool component as described in Section 1. 4. The method for manufacturing a surface-coated tool component according to claim 2, wherein the heat treatment is carried out under the following conditions: reaction heating temperature: 700 to 1100°C; reaction atmosphere pressure: 0.01 to 1 atm. . 5 The molar ratio of one or two of the tungsten fluoride and chloride:alcohol:hydrogen in the above reaction components is 1:0.1 to 10:0.1.
2. The method for manufacturing a surface-coated tool component according to claim 2 or 3 above. 6 The ratio of one or two of the tungsten fluorides and chlorides in the above reaction components:alcohol:hydrocarbon is set to a molar ratio of 1:0.1 to 10:0.2 to 5 in terms of the number of carbon atoms converted to methane. A method for manufacturing a surface-coated tool component according to claim 2 or 3, characterized in that: 7. Claims 2 and 3 above, characterized in that when an oxidizing gas is contained as the reaction component, the content of the oxidizing gas is 30% by volume or less relative to the alcohol. , 5 or 6.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5990778A JPS54152281A (en) | 1978-05-22 | 1978-05-22 | Surface-coated tool component and manufacturing method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5990778A JPS54152281A (en) | 1978-05-22 | 1978-05-22 | Surface-coated tool component and manufacturing method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS54152281A JPS54152281A (en) | 1979-11-30 |
| JPS6146550B2 true JPS6146550B2 (en) | 1986-10-15 |
Family
ID=13126654
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5990778A Granted JPS54152281A (en) | 1978-05-22 | 1978-05-22 | Surface-coated tool component and manufacturing method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS54152281A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022130706A1 (en) * | 2020-12-16 | 2022-06-23 | 住友電工ハードメタル株式会社 | Cutting tool |
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|---|---|---|---|---|
| JPS58501382A (en) * | 1981-08-03 | 1983-08-18 | エアー・プロダクツ・アンド・ケミカルズ・インコーポレーテッド | High hardness material |
| JPS6283480A (en) * | 1985-10-08 | 1987-04-16 | Kubota Ltd | Blade body for work related to soil and its manufacture |
| UA66913C2 (en) * | 1999-02-11 | 2004-06-15 | Hardid Ltd | Tungsten carbide coatings (variants), a method for manufacture thereof and composite material (variants) |
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| GB0422608D0 (en) | 2004-10-12 | 2004-11-10 | Hardide Ltd | Alloyed tungsten produced by chemical vapour deposition |
| DE102015105999B4 (en) * | 2015-04-20 | 2016-11-10 | Walter Maschinenbau Gmbh | Method and device for material-removing machining of a tool |
-
1978
- 1978-05-22 JP JP5990778A patent/JPS54152281A/en active Granted
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| WO2022130706A1 (en) * | 2020-12-16 | 2022-06-23 | 住友電工ハードメタル株式会社 | Cutting tool |
| JP7119279B1 (en) * | 2020-12-16 | 2022-08-17 | 住友電工ハードメタル株式会社 | Cutting tools |
| US12371795B2 (en) | 2020-12-16 | 2025-07-29 | Sumitomo Electric Hardmetal Corp. | Cutting tool |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS54152281A (en) | 1979-11-30 |
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