(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
周期律表の４ａ，５ａ，６ａ族金属の炭化物，窒化物およびこれらの相互固溶体の中の少なくとも１種を主成分とする硬質相とＣｏおよび／またはＮｉを主成分とする結合相とでなる焼結合金の基体上に、中間層を介在させて酸化アルミニウムの外層を被覆した被覆超硬合金において、該中間層は、Ｔｉ含有化合物と基体に含有されている金属とＡｌとで構成される金属間化合物および／または金属との混合相でなることを特徴とする酸化アルミニウム被覆焼結合金。
【請求項２】
上記中間層は、薄膜Ｘ線におけるピ−ク強度比がＴｉ含有化合物の（１１１）結晶面：基体に含有されている金属とＡｌとで構成される金属間化合物または金属の（１１０）結晶面＝１：１００〜１００：１でなることを特徴とする請求項１記載の酸化アルミニウム被覆焼結合金。
【請求項３】
上記中間層は、上記基体に隣接してなる該中間層がＴｉ含有化合物と、Ｃｏおよび／またはＮｉとでなり、上記外層に隣接してなる該中間層がＴｉ含有化合物と、Ａｌ−Ｃｏ，Ａｌ−Ｎｉおよび／またはＡｌ−Ｃｏ−Ｎｉの元素で構成される金属間化合物とでなることを特徴とする請求項１記載の酸化アルミニウム被覆焼結合金。
【請求項４】
上記中間層は、上記基体に隣接してなる該中間層側から上記外層に隣接してなる該中間層側に向かってＡｌ元素の含有量が漸増していることを特徴とする請求項３記載の酸化アルミニウム被覆焼結合金。
【請求項５】
上記外層は、α−酸化アルミニウムを主成分とする酸化アルミニウムでなることを特徴とする請求項１，２，３または４記載の酸化アルミニウム被覆焼結合金。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、焼結合金の基体上に酸化アルミニウムの被膜を被覆してなる酸化アルミニウム被覆焼結合金に関し、具体的には、例えば旋削工具，フライス工具，ドリルなどの切削工具、または型工具，切断刃，裁断刃などの耐摩耗工具として最適な酸化アルミニウム被覆焼結合金に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から超硬合金またはサ−メットに代表される焼結合金の基体上に、各種の硬質被膜を被覆した被覆焼結合金が検討されており、これらの中でも耐摩耗性，耐酸化性に優れた酸化アルミニウムの被膜を、基体上に直接もしくは中間層を介在させて被覆させた酸化アルミニウム被覆焼結合金が検討されている。
【０００３】
この酸化アルミニウム被覆焼結合金について提案されている代表的なものとして、特公昭５３−２８８７２号公報，特公昭６１−１５１４９号公報および特開昭５５−１１３８７４号公報がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の酸化アルミニウム被覆焼結合金としての特公昭５３−２８８７２号公報には、超硬合金の基体に１〜２０μｍの厚さで、不純物を５ｗｔ％以下にしたα−酸化アルミニウムの被膜を被覆した被覆焼結合金について開示されている。また、特公昭６１−１５１４９号公報には、各種の炭化物，窒化物，炭窒化物および／または硼化物の中間層を介在し、８５％以上のκ相と残りα相とからなる酸化アルミニウムの被膜を被覆した被覆焼結合金について開示されている。さらに、特開昭５５−１１３８７４号公報には、非金属化合物の中間層を介在して、１〜２０μｍ厚さのα−酸化アルミニウムの被膜を被覆した被覆焼結合金について開示されている。
【０００５】
これらの従来の酸化アルミニウム被覆焼結合金は、基体と酸化アルミニウムの被膜との付着性または中間層と酸化アルミニウムの被膜との付着性が劣るために、局部的な衝撃もしくは高負荷が加わると酸化アルミニウムの被膜が容易に剥離し、下地物質が現われて急激に摩耗が進行して短寿命になるという問題がある。
【０００６】
本発明は、上述のような問題点を解決したもので、具体的には、基体と酸化アルミニウムの被膜との間に、この被膜との付着性に優れたＴｉ含有化合物と金属間化合物および／または金属とを含む混合相でなる中間層を介在させ、かつ外層をα相を主成分とする酸化アルミニウムにすることにより、耐剥離性および耐摩耗性に優れるようにした酸化アルミニウム被覆焼結合金の提供を目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、長年に亘り、焼結合金の基体上に、酸化アルミニウムの被膜を被覆した被覆焼結合金について検討していたところ、酸化アルミミウムの被膜を基体に直接被覆するのではなく、酸化アルミニウムの被膜と基体との間に中間層を介在させると付着性に優れること、中間層がＴｉ含有化合物と金属間化合物および／または金属とからなる場合に、基体および酸化アルミニウムの被膜の両方に対して、より付着性が優れること、酸化アルミニウムの被膜に隣接される中間層の調整と酸化アルミニウムの被覆条件とにより酸化アルミニウムの被膜の結晶構造をコントロ−ルできるという知見を得て、本発明を完成するに至ったものである。
【０００８】
すななち、本発明の酸化アルミニウム被覆焼結合金は、周期律表の４ａ，５ａ，６ａ族金属の炭化物，窒化物およびこれらの相互固溶体の中の少なくとも１種を主成分とする硬質相とＣｏおよび／またはＮｉを主成分とする結合相とでなる焼結合金の基体上に、中間層を介在させて酸化アルミニウムの外層を被覆した被覆超硬合金であって、該中間層は、Ｔｉ含有化合物と金属間化合物および／または金属との混合相でなることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明の被覆焼結合金における基体は、従来からの粉末冶金法により作製されている各種の超硬合金またはサ−メットでなり、特に超硬合金でなる場合には外層である酸化アルミニウムの被膜の耐摩耗性効果を最大に発揮させ得ることから好ましい。
【００１０】
この基体上に被覆される中間層は、Ｔｉ含有化合物と金属間化合物，Ｔｉ含有化合物と金属（合金も含む）またはＴｉ含有化合物と金属間化合物と金属（合金も含む）とからなり、Ｔｉ含有化合物としては、具体的には、例えばＴｉＣ，ＴｉＮ，Ｔｉ（ＣＮ），Ｔｉ（ＣＯ），Ｔｉ（ＮＯ），Ｔｉ（ＣＮＯ），（ＴｉＡｌ）Ｎ，（ＴｉＡｌ）Ｃ，（ＴｉＡｌ）（ＣＮ），（ＴｉＡｌ）（ＣＮＯ）の中の１種以上でなるものを挙げることができる。
【００１１】
また、中間層として混在する金属間化合物は、具体的には、例えばＮｉＡｌ，Ｎｉ3Ａｌ，ＣｏＡｌ，Ｃｏ3Ａｌ，（ＣｏＮｉ）Ａｌ，（ＣｏＮｉ）3Ａｌ，ＴｉＡｌ，Ｎｉ3Ｔｉ，Ｃｏ3Ｔｉの中の１種以上でなるものを挙げることができる。さらに、中間層として混在する金属は、例えばＡｌ，Ｃｏ，Ｎｉ，ＣｏＮｉ合金を挙げることができる。この中間層として混在する金属間化合物および／または金属は、基体に含有されている金属とＡｌとで構成される金属間化合物，金属，合金でなることが好ましく、特にＡｌ−Ｃｏ，Ａｌ−ＮｉまたはＡｌ−Ｃｏ−Ｎｉの元素で構成される金属間化合物でなることが好ましい。
【００１２】
この中間層は、薄膜Ｘ線におけるピ−ク強度比がＴｉ含有化合物の（１１１）結晶面：金属間化合物または金属の（１１０）結晶面＝１：１００〜１００：１でなると中間層と酸化アルミニウムの被膜との付着性が優れることから好ましく、特に１：１０〜１０：１でなることが好ましいことである。この中間層の被膜厚さは、特に制限する必要はないが、基体と外層との付着性から０．１〜１５μｍ、好ましくは１〜８μｍ厚さである。また、この中間層は、基体に隣接してなる中間層側から外層に隣接している中間層側に向かってＡｌ元素の含有量が漸増していることが好ましいことである。
【００１３】
この中間層の表面に被覆される外層は、酸化アルミニウムでなり、特にα−酸化アルミニウムを主成分とする酸化アルミニウムでなることが好ましく、具体的には、５０％以上のα−Ａｌ2Ｏ3と、残りがκ−Ａｌ2Ｏ3および／または非晶質−Ａｌ2Ｏ3でなる酸化アルミニウムの被膜である。その膜厚さが０．５〜１０μｍでなることが好ましく、特に１〜６μｍでなることが好ましい。
【００１４】
また、例えば被膜の色むらを覆隠するための着色または使用前後の判別のための着色として、この外層の表面に黄金色系の最外層、具体的には、ＴｉＮ，Ｔｉ（ＮＣ），Ｔｉ（ＮＯ）またはＴｉ（ＮＣＯ）でなる最外層を被覆することも好ましい。
【００１５】
本発明の被覆焼結合金は、従来の超硬合金またはサ−メットでなる基体の表面に従来から行われている物理蒸着法（ＰＶＤ法），化学蒸着法（ＣＶＤ法）またはプラズマＣＶＤ法を応用して作製することができる。本発明の被覆焼結合金を作製するために、特に重要な点は、外層を成膜する前工程で表面処理を施してから、外層を被覆することである。具体的な例示は、以下の実施例において詳述する。
【００１６】
【作用】
本発明の被覆焼結合金は、中間層が基体と外層との付着性または密着性を高める媒介的作用をし、特に中間層中に存在するＴｉ含有化合物と金属間化合物および／または金属が基体と外層との付着性，密着性を高め、かつ被膜の強度をも高める作用をし、外層が耐摩耗性，耐酸化性，耐溶着性を高める作用をし、主として基体が強度を保持する作用をしているものである。
【００１７】
【実施例１】
８５％ＷＣ−４％ＴｉＣ−４％ＴａＣ−７％Ｃｏ（ｗｔ％）組成の超硬合金をＪＩＳ規格Ｂ４１２０によるＳＮＧＮ１２０４０８の形状に形成した基体を用いて、この基体表面を従来から行われているような有機溶媒による洗浄および乾燥を施した後、ＣＶＤ反応容器内に設置し、従来から行われている条件により基体の表面に表１に示した第１層，第２層，第３層の中間層を被覆した。次いで、温度：１０２０℃，圧力：１０５Ｔｏｒｒ，反応容器内雰囲気：９％ＡｌＣｌ3−９１％Ｈ2ガス組成，保持時間：表１に記載により加熱処理した後、温度：１０２０℃，圧力：１０５Ｔｏｒｒ，反応ガス組成：２％ＡｌＣｌ3−５％ＣＯ2−５％ＨＣｌ−８８％Ｈ2の条件により外層を被覆して本発明品１〜６を得た。
【００１８】
比較として、上述の工程の内、中間層の後の加熱処理工程を除いた以外は、本発明品１〜６と同様に行って比較品１〜６を得た。
【００１９】
こうして得た本発明品１〜６および比較品１〜６の被膜をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）により調査し、それぞれの被膜厚さを求めて表１に併記し、さらにそれぞれの中間層を、Ｃｕタ−ゲット（Ｎｉフイルタ−使用）Ｋα線による薄膜Ｘ線回折を行い、中間層に含まれているＴｉ含有化合物（ＴｉＣ，ＴｉＮ，ＴｉＣＮ）の（１１１）面のピ−ク強度と金属間化合物（ＡｌＣｏ）の（１１０）面のピ−ク強度との比を求めて表２に示した。
（尚、本発明品１〜６の外層は、α−Ａｌ2Ｏ3を主成分とする被膜でなり、比較品１〜６の外層は、κ−Ａｌ2Ｏ3を主成分とする被膜であった）次に、本発明品１〜６および比較品１〜６のそれぞれを、被削材：Ｓ４５Ｃ（ＨＢ２２０），切削速度：２５０ｍ／ｍｉｎ，切込み：１．５ｍｍ，送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ，切削時間：１５ｍｉｎの条件で、乾式切削による旋削試験を行い、そのときの平均逃げ面摩耗量（ＶB）とすくい面のクレ−タ−摩耗深さ（ＫT）を求めて表２に併記した。
【００２０】
【実施例２】
５８％ＴｉＣＮ−１０％ＴａＣ−２％ＮｂＣ−１０％Ｎｉ（ｗｔ％）組成のサ−メットを基体として用いた以外は、実施例１の本発明品１〜６と同様の条件で被覆し、表３に示した本発明品７〜９を作製し、実施例１の比較品１〜６と同様の条件で被覆し、表３に示した比較品７〜９を作製した。
【００２１】
こうして得た本発明品７〜９および比較品７〜９のそれぞれの中間層を実施例１と同様にして調べて、その結果を表４に示した。（尚、本発明品７〜９の外層は、α−Ａｌ2Ｏ3を主成分とする被膜でなり、比較品の外層は、κ−Ａｌ2Ｏ3を主成分とする被膜であった）また、本発明品７〜９および比較品７〜９のそれぞれを、被削材：ＳＣＭ４４０（ＨＢ２００），切削速度：１５０ｍ／ｍｉｎ，切込み：１．０ｍｍ，送り：０．２ｍｍ／ｒｅｖ，切削時間：２０ｍｉｎの条件で、乾式切削による旋削試験を行い、そのときの平均逃げ面摩耗量（ＶB）とすくい面のクレ−タ−摩耗深さ（ＫT）を求めて表４に併記した。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
【表２】
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【００２４】
【表３】
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【００２５】
【表４】
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【００２６】
【発明の効果】
本発明の被覆焼結合金は、従来の被覆焼結合金である比較品に比べて酸化アルミニウムの外層が剥離し難く、被膜全体の強度が優れており、その結果切削試験において酸化アルミニウムの外層が剥離することなく耐摩耗性が顕著に優れており、長寿命であると言う効果がある。