切削工具コーティングの開発と組成

最近、多層およびナノ複合コーティングの研究と応用に注目が集まっています。

英国に本拠を置く Vargus 社の主席科学者兼コーティング開発者である Rachel Israel 氏が、コーティング技術のさまざまなトレンドと、市場の需要を満たすために同社がどのように次世代コーティングを研究開発しているかについて語ります。

レイチェル・イスラエル：生産性 (加工速度) と加工部品の品質に関するますます高まる傾向に加え、環境基準 (最小限の潤滑または無潤滑) への適合により、コーティング (工具) 材料に対する大きな需要が生じています。 高い硬度に加えて、高い耐酸化性と熱安定性が必要です。

化学組成に関しては大きな進歩があります。 異なるコーティングを堆積するために 1 つまたは 2 つ以上の要素が使用されるため、作業はより複雑になっています。 最近、ますます強度が増しているチタン - シリコン [TiSi] ベースのコーティングが見られます。

二ホウ化チタン [TiB2]、二ホウ化クロム [CrB2]、二ホウ化タンタル [TaB2] など、スパッタリングされたホウ化物コーティングの耐酸化性を高める強力な作用があります。 さまざまな元素を含む二ホウ化物コーティングは、TiAl6V4 航空宇宙合金やアルミニウム合金などの加工が難しい材料向けに設計されています。

最適化された一連の特性を備えた TiB2 コーティングは、Ti 合金の機械加工に大きな期待を示します。

大きな進歩が達成され、ターゲットのサプライヤーは、ケイ化物、チタンシリコン [TiSi2]、クロムシリコン [CrSi2] などのさまざまな化合物を含むシリコンとターゲットを合金化できるようになりました。 これらを使用すると、最も近くに堆積されたホウ化物コーティングにシリコンを取り込むことができます。 シリコンはコーティングの温度範囲を劇的に増加させます。 それはより安定性を与えます。

摩耗と腐食の低減は、工具や機械部品の熱安定性の向上とともに、新しいコーティング材料とコーティング設計コンセプトの継続的な開発を必要とする産業上の課題をもたらします。 最近、多層およびナノ複合コーティングの研究と応用に注目が集まっています。 当社の最新の開発では、TiAlN 層と TiSiN 層を交互に堆積させて、ナノ層ナノ複合材 TiAlSiN コーティングを生成しました。 単層の TiAlN および TiSiN コーティングがナノ層コーティングとともに堆積されました。

イスラエル：コーティング目的には基本的に、物理蒸着 (PVD) コーティングと化学蒸着 (CVD) コーティングの 2 つの方法が使用されます。 CVD コーティングは、ステンレス鋼の一般的な旋削加工や鋼への穴あけなど、耐摩耗性に関しては第一の選択肢であり、厚い CVD コーティングがクレーター摩耗に対する耐性を提供します。 ISO P、ISO M、ISO K のフライス材種にも使用されます。

適切な切削工具の選択は、加工する材料、機械で利用可能な動力、治具の安定性、および機械のダイナミクスに基づいて行われ、それが切削工具の材料、材種、形状、切込み深さ、および送りの適切な選択につながります。

イスラエル：コーティング開発の主な目的は、切削工具を摩耗や凝着摩耗から保護することでした。 しかし、コーティング技術が進歩し続けるにつれて、開発者は、耐熱性や摩擦低減など、コーティングが提供できる他の機能を発見しました。

単層の TiAlN および TiSiN コーティングがナノ層コーティングとともに堆積されました。

さまざまな種類のコーティングを開発する場合、使用する用途、切削材料、加工条件などを考慮する必要があります。 その結果、耐摩耗性の向上、耐酸化性の向上、摩擦の低減、耐金属疲労性の向上、耐熱衝撃性の向上が可能となります。

切削工具が適切にコーティングされ、設計どおりに機能すると、エンド ユーザーにとっては、より高い切削データ、より長い工具寿命、およびドライ加工の可能性が得られます。