超硬工具コーティング：種類、利点、および用途

超硬工具コーティングとは何か？

超硬工具コーティングとは、TiCやTiN、HfN、Al2O3などの耐火性金属化合物の耐摩耗性薄層を、化学気相成長法（CVD）などの方法で超硬チップの表面に塗布するプロセスを指す。これにより、コーティングされた超硬合金の表面が形成される。コーティング技術は、工具の性能を向上させる主要な方法の一つである。切削工具をコーティングすることで、様々な摩耗に対する耐性が向上し、工具寿命が延び、加工部品の表面精度が向上し、切削速度と送り速度が向上するため、金属の切削効率が向上する。

超硬合金コーティングの特性

超硬コーティングは主に切削工具に使用され、次のような特徴がある：

コーティングは効果的に強化する 炭化物の耐摩耗性, 加工物と工具表面間の摩擦係数を低減し、切削抵抗を減少させ、切削温度を低下させる。その結果、工具寿命を損なうことなく切削速度を向上させることが可能となる。.

コーティング工具は、チタン合金やオーステナイト系ステンレス鋼のような材料の加工には適さない。現在、表面被覆超硬合金は、主に中仕上げ加工や仕上げ加工に使用されている。コーティング技術の発展とプロセスの改善により、これらの合金の適用範囲はさらに拡大すると予想される。

超硬工具コーティングの種類と用途

異なるコーティング材料に基づく、 コーティング超硬工具 の4種類に分類される：

TiCコート・インサート；

コーティングの厚さ：5～7μm；
コーティング硬度HV 3200-3250；
特徴初めて登場したコーティングインサートである。コーティングの硬度が高く、基材への拡散性が良いため、コーティングと基材が強固に結合する。しかし、コーティングと基材との間で脱炭が起こり、これはコーティングの厚さとともに増加する。このため、曲げ強度が低下し、脆性が増し、切削時にチッピングが発生しやすくなる。

TiNコーティングインサート；

コーティングの厚さ：8～12μm；
コーティング硬度：TiCより低い；
特徴TiNコーティングはTiCコーティングに比べ硬度が低く、基材との結合力もTiCに劣る。TiNコーティングは良好な熱伝導性を示し、鉄系材料との摩擦係数が低いため、耐エッジ摩耗性が向上する。さらに、TiNコーティングは、コーティングと基材との間に形成される脆性相の影響を受けにくいため、TiCと比較してコーティングを厚くすることができる。

TiN-TiC複合コーティングインサート；

コーティングの厚さ：基板表面の最初の層はTiCで、厚さは約1μm、その後にTiN外層が続く。
特徴最初のTiC層の目的は、強固な結合を達成することである。その後、炭化物と窒化物が相互に浸透した複合皮膜が形成され、外層はTiNとなる。純粋なTiCコーティングと比較して、この複合コーティングの利点には、高い熱伝導性、耐接着摩耗性、基材との強固な結合などがある。言い換えれば、この複合コーティングは、TiNとTiCコーティングの両方の利点を兼ね備えている。

メタルセラミック（Al2O3）コーティングインサートとダブルコーティングインサート；

前者は超硬基材にAl2O3をコーティングするもので、後者はTiCコーティングされたチップにAl2O3をコーティングするものである。ダブルコーティングチップは、鋼や鋳鉄部品の加工に使用でき、切削速度は5～6.7m/s（300～400m/min）、工具寿命は900秒である。

上記の超硬チップをベースとしたコーティングでは、鋼を切削する場合にはK01を基材として使用し、鋳鉄部品を切削する場合にはK20を使用する。

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