CVDコーティング Mitsubishi

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CVDコーティング母材となる超硬合金の表面に900～1,100℃常圧雰囲気の反応炉中で、ガス反応によって硬質物質を蒸着させます。 1969年にTiCコーティング物質が開発された後、TiN、TiCN、Al2O3などの単層コーティング材種が次々と実用化されてきましたが、1970年代の後半には、二層から多重層コーティング材種へ変遷し、現在は多重層コーティング材種が主流となっています。 C.V.D.法を行う場合は、専用母材が必要になります。 - 以下をクリックして、より詳細を学びましょう！

- 鋳鉄切削加工の場合鋳鉄は鋼に比べ切りくず接触長さが短いため、切れ刃の先端に切削力が集中すること、鋳鉄中のCと超硬合金中のCoが反応して拡散摩耗が生じやすいことから、母材にはCo量の少ない硬質なWC-Co系超硬合金が適しています。また高硬度材の切削加工ｊの場合、耐摩耗性と耐塑性変形性が重要なため、硬質のWC-Co系超硬合金が良好な性能を示します。

- 鋼切削加工の場合鋼切削加工は切削負荷が大きく、切りくず接触長さが長いので、母材には鉄と反応しにくいTiCを含有した強靭超硬合金が適しています。また母材表面（コーティング層のすぐ下）には、以下の理由でCoリッチ（Co量の多い）の強靭層が設けられています。すなわち、コーティング層は非常に硬く靭性が乏しいので、切削負荷がかかると微細なクラックが発生します。このクラックが母材深部へ伝播すると欠損につながるため、クラックの伝播を防止する必要があるからです。

C.V.D.法とP.V.D.法それぞれの特徴を理解することは、使用条件に合った工具材種の選定をする上で非常に重要です。 - 以下のリンクをクリックして、C.V.D.法の長所と短所を参照して下さい。

工具材料の材料特性と切削特性には密接な関係がありますが、実際の切削性能は、様々な材料特性が複合的に影響しあって決まります。つまり、工具材料が複合金属の場合、構成する特定の物質がきわめて優れた性能であるからといって、それだけでただちに切削性能が決まるわけではありません。たとえば、コーティング材種の耐逃げ面摩耗性と耐すくい面摩耗性は、コーティング層を構成する物質の特性とコーティング膜の厚さによって決まります。一方、耐塑性変形性と耐欠損性は、母材（超硬合金）の影響を受けます。下記の表とグラフは、コーティング層を構成する硬質粒子の材料特性を示しています。 - 表のヘッダをクリックすると、その項目についての解説が表示されます。

かたさ（耐逃げ面摩耗性）機械的なこすりによって生じる逃げ面摩耗性は、工具材料のかたさが一番影響します。コーティング物質の中ではTiCが最も硬く、耐逃げ面摩耗性が最も優れています。またコーティング層は厚い方が摩耗進行が遅く長寿命が得られますが、厚くすればするほど結晶粒が粗くなり、もろくなってマイクロチッピングの累積による脆性摩耗*が生じます。これを克服するために、最近ではコーティング物質としてより強靭な炭窒化チタン（TiCN）が使われるようになってきています。

生成自由エネルギ（耐すくい面摩耗性）切りくずが擦過するすくい面は、高温高圧となるため化学変化が起きやすく、コーティング層には熱的に安定した物質が望まれます。物質の熱的安定性を示すのが生成自由エネルギで、マイナスの値が大きいほど安定しています。酸化アルミニウム（Al2O3）が最も安定した硬質物質です。

熱伝導率の低い物質は切削熱の拡散が悪く、刃先が軟化して塑性変形が起きやすくなります。また耐熱亀裂性、熱衝撃係数は次式で求めることができます。表から分かるように、TiCは超硬合金の主成分であるWCより耐熱亀裂性が大幅に劣ります。

酸化性（耐境界摩耗性）切れ刃の切り込み境界部は、高温と常温の境目に位置し、かつ黒皮や加工硬化層と常に接触しています。このためコーティング層のように硬くてきわめて薄い膜は、チッピングや剥離などの損傷が起きやすくなります。チッピングや剥離が起きると、TiCに比べ耐酸化性の悪いWCが露出し、摩耗が促進されます。特に前切れ刃境界摩耗が大きくなると、仕上げ面悪化の原因になります。

Fe（鉄）への溶解度（耐溶着性） WCが1,250℃で鉄中へ7%も溶解するのに対し、TiCは0.5%以下ときわめて少なく、このことはTiCが被削材と反応しにくい（親和性に乏しい）ことを示します。つまりTiCはWCに比べ溶着現象を起こしにくいといえます。

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C.V.D.法によりコーティング可能なAl2O3には、以下の特徴があります。 - 高温でもかたさの低下が少なく、優れた耐摩耗性を示す。炭素鋼（S45C）をTiC、TiCN、Al2O3それぞれ単体の焼結体で切削加工した場合、切削速度（vc）が毎分400mを超えた時点で、Al2O3の耐摩耗性がTiC、TiCNのそれを上回ります。

- 高温下で母材を熱から守る。 Al2O3は、高温下ではTiCやTiCNに比べ熱を伝えにくい特徴があります。このため切削熱が母材である超硬合金に伝わりにくく、熱と過大な切削負荷により発生するすくい面摩耗や、超硬合金母材の塑性変形を防ぎます。

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TiN

Al2O3

TiCN

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