JP2000024808A - Covered cemented carbide cutting tool - Google Patents

Covered cemented carbide cutting tool

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JP2000024808A
JP2000024808A JP19000098A JP19000098A JP2000024808A JP 2000024808 A JP2000024808 A JP 2000024808A JP 19000098 A JP19000098 A JP 19000098A JP 19000098 A JP19000098 A JP 19000098A JP 2000024808 A JP2000024808 A JP 2000024808A
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JP
Japan
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layer
cemented carbide
aluminum oxide
cutting tool
inner layer
Prior art date
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Application number
JP19000098A
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Japanese (ja)
Inventor
Katsuya Uchino
克哉 内野
Akihiko Ikegaya
明彦 池ケ谷
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the abrasion resistance of a cover layer and prevent the occurrence of damage and peeling by forming an outer layer with κ-type aluminum oxide, and providing a region where grains having the α-type crystal structure and grains having the κ-type crystal structure are mixed directly above an inner layer. SOLUTION: Cemented carbide is used as a base material, an inner layer and an outer layer are provided on the surface, and the inner layer is formed with two layers or more of Ti(CwBxNyOz), where w+x+y+z=1 and w, x, y, z>=0. The mixing ratio of α-type aluminum oxide grains and κ-type aluminum grains directly above the inner layer is preferably set to κ/α=1 to 4 to obtain the κ-type aluminum oxide layer on the outer layer. When the κ/α ratio is kept in this range, high degree of adhesion and the formation of the final κ-type crystal structure aluminum oxide layer can be easily reconciled. The mixed state of κ/αexists not only in the first line, and the κ/α ratio is decreased toward the upper layer and becomes zero in the film.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、強靭かつ耐摩耗性
に優れる被覆超硬合金切削工具に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a coated cemented carbide cutting tool which is tough and has excellent wear resistance.

【0002】[0002]

【従来の技術】超硬合金切削工具の表面に炭化チタン、
窒化チタン、炭窒化チタンあるいは酸化アルミニウム等
の被覆層を蒸着することにより切削工具の寿命を向上さ
せることが行われており、一般に化学蒸着法、プラズマ
CVD法、物理蒸着法などを用いて生成された被覆層等
が広く普及している。
2. Description of the Related Art Titanium carbide,
The life of cutting tools is improved by depositing a coating layer such as titanium nitride, titanium carbonitride or aluminum oxide, and is generally produced using a chemical vapor deposition method, a plasma CVD method, a physical vapor deposition method, or the like. Coating layers and the like are widely used.

【0003】しかし、これらの被覆切削工具を用いて加
工を行った場合、特に鋼の高速切削加工や高速での鋳鉄
の加工のように高温での被覆層の耐摩耗性及び耐クレー
ター性が必要な加工、あるいは小物部品加工のように加
工数が多く被削材への食いつき回数が多い加工等で被覆
層の耐摩耗性が不足したり、被覆層の損傷、剥離が発生
することによる工具寿命の低下が発生していた。
However, when machining is performed using these coated cutting tools, the wear resistance and crater resistance of the coating layer at high temperatures are required, especially in high-speed cutting of steel and high-speed processing of cast iron. Tool life due to insufficient wear resistance of the coating layer, damage or peeling of the coating layer due to the large number of processing such as the processing of small parts or the processing of a large number of bites on the work material such as the processing of small parts Had been reduced.

【0004】これらの課題を克服する手法として、多層
被覆層をもつ構造として内層に超硬合金との密着度に優
れ、高硬度を有する炭化チタン、炭窒化チタン等を用
い、外層に酸化アルミニウムを用いた構造において被覆
層の組織制御、配向性の制御などが検討されてきた。例
えば特表平9-507528号公報では、高温特性を向上させる
ことを狙い、高温安定型のα型結晶構造の酸化アルミニ
ウムを一定の配向性をもたせて成膜することがなされて
いる。従来より、α型結晶構造の酸化アルミニウムは、
高温特性に優れることから鋼の超高速や難削材の高速切
削など工具刃先の温度が非常に高くなる切削などでは効
果が発揮される。しかし一般に言われる鋼の高速切削等
の酸化アルミニウム被覆超硬合金が広く汎用的に用いら
れる切削条件においては、結晶粒が粗粒であること、及
び強度が低いことの悪影響が顕在化し、十分高性能が得
られているとは言えないのが現状であった。このことか
ら、α型酸化アルミニウムに比べると、結晶粒径が微細
で強度も高く、下地との密着度も比較的良好であるκ型
結晶構造を有する酸化アルミニウムが広く用いられてき
たが、これについても耐剥離性が十分とは言えないのが
現状であった。
As a method of overcoming these problems, as a structure having a multilayer coating layer, the inner layer is made of titanium carbide or titanium carbonitride having high hardness and excellent hardness with a cemented carbide, and the outer layer is made of aluminum oxide. In the structure used, control of the structure and orientation of the coating layer has been studied. For example, Japanese Patent Publication No. Hei 9-507528 discloses that high-temperature-stable aluminum oxide having an α-type crystal structure is formed with a certain orientation in order to improve high-temperature characteristics. Conventionally, aluminum oxide having an α-type crystal structure has been
Because of its excellent high-temperature properties, it is effective in cutting where the temperature of the tool edge is extremely high, such as ultra-high-speed cutting of steel and high-speed cutting of difficult-to-cut materials. However, under the cutting conditions in which aluminum oxide-coated cemented carbide is widely used for general purposes such as high-speed cutting of steel, the adverse effects of coarse crystal grains and low strength become apparent, and At present, it cannot be said that performance has been obtained. For this reason, aluminum oxide having a κ-type crystal structure, which has a finer crystal grain size, higher strength, and relatively good adhesion to the substrate as compared with α-type aluminum oxide, has been widely used. At present, the peeling resistance is not sufficient.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の被覆
切削工具に比較し、κ型結晶構造を有する微細アルミニ
ウム膜の耐摩耗性、耐クレーター性及び膜の強度等の膜
質を高いレベルに維持しつつ切削における被覆層の耐剥
離性を大きく向上させることにより工具の寿命を安定し
て飛躍的に向上させることを目的とする。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention provides a high level of film quality such as abrasion resistance, crater resistance and film strength of a fine aluminum film having a κ-type crystal structure as compared with a conventional coated cutting tool. An object of the present invention is to stably and dramatically improve the life of a tool by greatly improving the peel resistance of a coating layer during cutting while maintaining the same.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】このために、本発明は以
下の構造をとる。炭化タングステンを主成分とし、IV
a、Va、VIa族金属の炭化物、窒化物、炭窒化物の少
なくとも1種を含む硬質相とCoを主とする結合相から
なる超硬合金を基材とし、その表面に内層および外層か
らなるセラミック被覆層を有し、前記内層が、Ti(C
wBxNyOz)(ここでw+x+y+z=1、w、x、
y、z≧0)の少なくとも1層以上からなり、前記外層
は前記内層と接する位置に酸化アルミニウムの層を有
し、この酸化アルミニウムの層は、実質的にκ型酸化ア
ルミニウムからなり、内層に接する直上においてα型結
晶構造を持つ粒子とκ型結晶構造をもつ粒子が混在する
領域が存在し、かつ本領域のα型酸化アルミニウムの結
晶粒中に実質的にポアを含まない構造を有する。
To this end, the present invention has the following structure. IV mainly containing tungsten carbide
a, Va, a cemented carbide consisting of a hard phase containing at least one of carbides, nitrides and carbonitrides of Group VIa metals and a binder phase mainly composed of Co as a base material, and having an inner layer and an outer layer on its surface A ceramic coating layer, wherein the inner layer is Ti (C
wBxNyOz) (where w + x + y + z = 1, w, x,
y, z ≧ 0), the outer layer has an aluminum oxide layer at a position in contact with the inner layer, and the aluminum oxide layer is substantially composed of κ-type aluminum oxide. There is a region in which particles having an α-type crystal structure and particles having a κ-type crystal structure coexist immediately above and in contact with, and the α-type aluminum oxide crystal grains in this region have substantially no pores.

【0007】前記外層の酸化アルミニウムの層に前記内
層と接しない位置にTi(CwBxNyOz)(ここでw+
x+y+z=1、w、x、y、z≧0)の少なくとも一
層以上を含むとさらに好ましい。また、内層に接する直
上においてα型結晶構造を持つ粒子とκ型結晶構造をも
つ粒子を混在させることにより、従来にない高い剥離性
能が得られる。従来下地との界面部分の酸化アルミニウ
ムの結晶をα型のみとするあるいはα型とκ型の混在に
するとこの部分のα粒子内には多くのポアを含有するこ
とが知られている。この界面付近のポアによる膜強度低
下に起因する破壊→膜剥離メカニズムにより、酸化アル
ミニウム膜の剥離が発生していた。
Ti (CwBxNyOz) (here, w +
x + y + z = 1, w, x, y, z ≧ 0). In addition, by mixing particles having an α-type crystal structure and particles having a κ-type crystal structure immediately above the inner layer, unprecedented high peeling performance can be obtained. Conventionally, it is known that if the crystal of aluminum oxide at the interface with the base is made only of α-type or a mixture of α-type and κ-type, the α-particles in this part contain many pores. The aluminum oxide film peeled off due to the destruction → film peeling mechanism caused by the decrease in film strength due to pores near the interface.

【0008】本発明では、本領域のα型酸化アルミニウ
ムの結晶粒中に実質的にポアを含まない構造とすること
により密着強度の低下を抑制しつつ、α型とκ型の酸化
アルミニウムの層を混在させることにより、界面付近の
酸化アルミニウムの層の強度を大幅に向上させることを
可能にしたものである。下地層との界面上の第一列目を
α型とκ型の酸化アルミニウムの層が一定の割合で混在
する構造とし、酸化アルミニウムの層の成長の過程でα
型構造の酸化アルミニウムの層がκ型構造の酸化アルミ
ニウムの層により淘汰されることにより、切削環境下で
優れた機械的、化学的耐摩耗性及び膜の破壊特性を有す
るκ型結晶構造の酸化アルミニウムの層を最終的に成長
させることが可能となる。
According to the present invention, the α-type and κ-type aluminum oxide layers are formed while suppressing a decrease in adhesion strength by adopting a structure substantially free of pores in the crystal grains of the α-type aluminum oxide in this region. Is mixed, so that the strength of the aluminum oxide layer near the interface can be greatly improved. The first column on the interface with the underlayer has a structure in which α-type and κ-type aluminum oxide layers are mixed at a certain ratio, and α
Oxidation of the κ-type crystal structure, which has excellent mechanical and chemical wear resistance and film destruction characteristics in a cutting environment, because the layer of the aluminum oxide of the type structure is removed by the layer of aluminum oxide of the κ-type structure. Finally, a layer of aluminum can be grown.

【0009】以上のように本構造により優れた膜質を有
するκ型の酸化アルミニウムの層を非常に高い密着度で
内層上に生成する事が可能となり、切削性能を飛躍的に
向上させることが可能となる。
As described above, a κ-type aluminum oxide layer having excellent film quality can be formed on the inner layer with a very high degree of adhesion by the present structure, and the cutting performance can be drastically improved. Becomes

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】本発明は、超硬合金を基材とし、
その表面に内層及び外層を有する構造となっており、第
1図に本構造を示す。内層は、Ti(CwBxNyOz)
(ここでw+x+y+z=1、w、x、y、z≧0)の
2層以上からなり、かつ柱状組織を有する炭窒化チタン
層を必須かつ主とすることを特徴とすることにより、断
続切削や、部品加工などの切削において、外層の酸化ア
ルミニウムの層からの損傷を防ぐのみでなく、内層にお
ける膜の破壊、基材と内層間の膜剥離を防止しつつ非常
に高い耐摩耗性を得ることが可能となり、工具性能を飛
躍的に向上させることが可能となる。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention uses a cemented carbide as a base material,
The structure has an inner layer and an outer layer on its surface, and FIG. 1 shows this structure. The inner layer is Ti (CwBxNyOz)
(Here, w + x + y + z = 1, w, x, y, z ≧ 0), characterized by being essentially and mainly composed of a titanium carbonitride layer having a columnar structure, so that intermittent cutting can be performed. In addition to preventing damage from the outer aluminum oxide layer during cutting of parts processing, etc., it also obtains extremely high wear resistance while preventing the destruction of the film in the inner layer and the peeling of the film between the base material and the inner layer And tool performance can be dramatically improved.

【0011】また、外層においてκ型酸化アルミニウム
層を得るためには、内層と接する直上のα型酸化アルミ
ニウム粒子とκ型アルミニウム粒子の混在割合が、κ/
α=1〜4であることが望ましい。この範囲にκ/α比
を保つことにより、高密着度と最終的なκ型結晶構造酸
化アルミニウム層の成膜の両立がより容易になる。ま
た、κ/αの混在状態は、第1列目のみではなく、その
割合が上層に向かうに従い減少し、膜中でゼロとなるほ
うがより好ましい。これは、1列目の粒子のみ混在して
いる場合、結晶構造の分布の急速な変化によるひずみに
より、この部分の膜強度が低下する影響がでるケースが
ありうることによる。ただし、これらの混在領域は、内
層との界面から1.5μm以内であることがより好まし
い。これは、混在領域がこれを越えると、α型結晶構造
の酸化アルミニウム層の存在による膜質低下の影響が出
始めるためである。
Further, in order to obtain a κ-type aluminum oxide layer in the outer layer, the mixing ratio of α-type aluminum oxide particles and κ-type aluminum particles immediately above the inner layer is κ /
It is desirable that α = 1 to 4. By maintaining the κ / α ratio in this range, it becomes easier to achieve both high adhesion and the final formation of the κ-type crystal structure aluminum oxide layer. It is more preferable that the mixed state of κ / α is not only in the first row, but that the ratio decreases toward the upper layer and becomes zero in the film. This is because, when only the particles in the first row are mixed, there is a possibility that distortion due to a rapid change in the distribution of the crystal structure may have an effect of reducing the film strength in this portion. However, these mixed regions are more preferably within 1.5 μm from the interface with the inner layer. This is because when the mixed region exceeds this, the influence of the film quality deterioration due to the presence of the aluminum oxide layer having the α-type crystal structure starts to appear.

【0012】なお、本発明の構造において、内層上の酸
化アルミニウム層の初期生成核の密度は、多い程密着強
度の向上効果がより大きくなる傾向にある。この際、α
型酸化アルミニウムとκ型酸化アルミニウムが混在する
内層に接する直上の粒子の大半が、200nm以下の粒
径となるレベルの核生成密度である場合にこの効果は顕
著に得られる。ここで粒子径は、TEMによる100,
000倍の断面写真を用い、任意の1μm長さにおい
て、第1層目に並ぶ粒子数でこれを除する(1/粒子
数)ことにより求めたものとした。
In the structure of the present invention, as the density of the initially formed nuclei of the aluminum oxide layer on the inner layer increases, the effect of improving the adhesion strength tends to increase. At this time, α
This effect is remarkably obtained when most of the particles immediately above the inner layer in which the mixed type aluminum oxide and the κ-type aluminum oxide are in contact with each other have a nucleation density at a level of a particle size of 200 nm or less. Here, the particle size is 100,
Using a 000-fold cross-sectional photograph, at an arbitrary length of 1 μm, it was determined by dividing the number by the number of particles arranged in the first layer (1 / number of particles).

【0013】本発明の構造において、酸化アルミニウム
層の膜厚は1〜20μmであることがより好ましい。こ
れは、1μmより薄いと、膜質に優れるκアルミナの効
果が十分に発揮できないケースが生じうる。逆に膜厚が
20μmを越えると高強度のκアルミナであっても強度
が不足し、切削中に膜が破壊したり、厚膜化による結晶
粒の粗大化で膜の耐摩耗性が低下する場合が生じること
があるためである。
In the structure of the present invention, the thickness of the aluminum oxide layer is more preferably 1 to 20 μm. If the thickness is less than 1 μm, there may be a case where the effect of κ alumina having excellent film quality cannot be sufficiently exerted. Conversely, if the film thickness exceeds 20 μm, the strength will be insufficient even with high-strength κ-alumina, and the film will break during cutting, or the wear resistance of the film will decrease due to the coarsening of the crystal grains due to the thickening. This is because a case may occur.

【0014】最終的に成膜されている酸化アルミニウム
層の結晶構造が全てκ型であることは、膜表面からのX
線回折により行い、回折ピークが全てκ型構造の酸化ア
ルミニウムからなり、α型構造を含まないことをもって
確認した。また、酸化アルミニウム成膜初期のα型とκ
型粒子の評価は、内層との界面直上の第1列目の任意の
粒子10点以上について、TEMによる電子線回折図形
を解析する事により評価する。2列目以降についても同
様の方法を用い、α型が検出されなくなる列まで解析し
てそれ以降は、表面からのX線回折で全てκ型であるこ
とを加味して全てκ型結晶構造を有すると判断する。成
膜初期の酸化アルミニウム層中のポアの存在の有無は、
TEMによる100,000倍の断面写真から判断す
る。
[0014] The fact that the crystal structure of the aluminum oxide layer finally formed is all κ-type means that X
The analysis was performed by means of line diffraction, and it was confirmed that all the diffraction peaks consisted of aluminum oxide having a κ-type structure and did not include an α-type structure. In addition, α-type and κ at the beginning of aluminum oxide film formation
The evaluation of the shaped particles is performed by analyzing an electron beam diffraction pattern by TEM with respect to 10 or more arbitrary particles in the first row immediately above the interface with the inner layer. Using the same method for the second and subsequent columns, analysis is performed until the column where α-type is no longer detected, and after that, all κ-type crystal structures are taken into account by taking into account that all are κ-type by X-ray diffraction from the surface. Judge to have. The presence or absence of pores in the aluminum oxide layer at the beginning of film formation
Judgment is made from a 100,000-fold cross-sectional photograph by TEM.

【0015】さらに、外層の酸化アルミニウム層と接す
る内層の最上層の膜の組織は、200nm以下の太さの
微細針状組織からなることがより好ましい。これによ
り、直上の酸化アルミニウムの第1番目の粒子が微細か
つ、均一になりやすく、成膜後の酸化アルミニウム粒の
粗大化による膜強度低下を防げる。
Further, the structure of the uppermost film of the inner layer in contact with the outer aluminum oxide layer is more preferably formed of a fine needle-like structure having a thickness of 200 nm or less. Thus, the first particles of the aluminum oxide immediately above are likely to be fine and uniform, and a decrease in film strength due to coarsening of the aluminum oxide particles after film formation can be prevented.

【0016】なお、この層の膜組成は、Ti(CwBxN
yOz)(ここでw+x+y+z=1、x≧0.05)か
らなることがより好ましい。これは、Bを含有させるこ
とにより、酸化アルミニウム成膜初期の内層表面の酸化
を抑制することができ、酸化アルミニウムの、更なる高
密着度化が得られやすくなる事による。なお、本発明の
構造において、κ型結晶構造の酸化アルミニウム層の配
向性は面間隔2.79オングストロームのX線回折強度
が2θ=20〜80゜の間で最も強いことがより好まし
い。
The film composition of this layer is Ti (CwBxN
yOz) (where w + x + y + z = 1, x ≧ 0.05). This is because the inclusion of B makes it possible to suppress the oxidation of the inner layer surface at the initial stage of aluminum oxide film formation, and it is easy to obtain higher adhesion of aluminum oxide. In the structure of the present invention, it is more preferable that the orientation of the aluminum oxide layer having the κ-type crystal structure is the strongest when the X-ray diffraction intensity at a plane spacing of 2.79 angstroms is 2θ = 20 to 80 °.

【0017】本発明の構造とすることにより、さらに膜
の強度と硬度の両方をともに向上させることが可能とな
り、膜の耐摩耗性と耐チッピング性が向上することによ
り工具寿命の向上が可能となる。
By adopting the structure of the present invention, both the strength and hardness of the film can be further improved, and the tool life can be improved by improving the wear resistance and chipping resistance of the film. Become.

【0018】また、さらに、内層の必須成分である柱状
組織の炭窒化チタン層の配向性指数TCが、TC(31
1)で最も大きく、その値が1.3以上3以下である、ある
いは、(422)面と(311)面の配向性指数TC(4
22)、TC(311)がともに1.3以上3以下であることが好ま
しい。
Further, the orientation index TC of the columnar structure titanium carbonitride layer which is an essential component of the inner layer is TC (31
1) is the largest and the value is 1.3 or more and 3 or less, or the orientation index TC (4) of the (422) plane and the (311) plane.
22) and TC (311) are both preferably 1.3 or more and 3 or less.

【0019】[0019]

【数2】 (Equation 2)

【0020】配向性指数を本発明の範囲とすることによ
り、内層膜の耐破壊性を大きく向上させることが可能と
なり、膜の微小チッピングが防止できることから、結果
として耐摩耗性が大きく向上する。ただし、配向性指数
が3を越えると、一定方向の配向が強くなりすぎること
により、逆に膜の破壊性が低下する。以上の内層と外層
の膜質、膜構造の組み合わせにより上述の各効果の相乗
により、工具寿命を、より飛躍的に向上させることが可
能となる。
By setting the orientation index within the range of the present invention, it is possible to greatly improve the breaking resistance of the inner layer film, and it is possible to prevent fine chipping of the film. As a result, the abrasion resistance is greatly improved. However, if the orientation index exceeds 3, the orientation in one direction becomes too strong, and conversely, the destructibility of the film decreases. The combination of the film quality and the film structure of the inner layer and the outer layer described above makes it possible to further improve the tool life by synergistic effects of the above-described effects.

【0021】以下に本発明の構造の製造方法を示す。ま
ず、本発明の炭窒化チタンは、被覆する際の雰囲気をTi
Cl4、CH3CN、N2及びH2とし、前半と後半の条件を次の様
に変更して成膜する。すなわち、成膜初期から120分の
間は(TiCl4+CH3CN)/トータルガス量の比率を後半に比
べて小さくし、かつ、前半のN2/トータルガス量の比
率を後半の2倍以上とすることにより本構造が得られ
る。この際、炭窒化チタンの層厚を10μm未満とするこ
とによりTC(311)の配向性指数を1.3か以上3以下
とすることができ、膜厚を10μm以上とすることにより
TC(311)、TC(422)ともに1.3以上3以下と
することができる。
Hereinafter, a method for manufacturing the structure of the present invention will be described. First, the titanium carbonitride of the present invention has a coating atmosphere of Ti
Cl 4 , CH 3 CN, N 2 and H 2 are used, and the film is formed by changing the first and second half conditions as follows. That is, the ratio of (TiCl 4 + CH 3 CN) / total gas amount during the 120 minutes from the beginning of film formation is made smaller than that in the latter half, and the ratio of N 2 / total gas amount in the first half is twice that in the latter half. With the above, the present structure is obtained. At this time, the orientation index of TC (311) can be set to 1.3 or more and 3 or less by setting the layer thickness of titanium carbonitride to less than 10 μm, and TC (311) by setting the film thickness to 10 μm or more. Both TC (422) can be 1.3 or more and 3 or less.

【0022】次に、本発明の酸化アルミニウムは、AlCl
3及びCO2及びH2を原料ガスとする通常のCVDプロセスに
より製造される。酸化アルミニウム初期のα型構造とκ
型構造の混在領域の具体的な製造法は、以下の方法によ
る。まず、酸化アルミニウム層直下の内層まで被覆後、
2雰囲気でコーティング炉内をクリーニングした後、
CO2とAlCl3を同時に導入するが、この際に、Al
Cl3よりも1分遅らせて定常状態よりも少ない量のC
2を導入し、かつ定常成膜条件に至るまでCO2量を増
加させる。すなわち、10分間かけて初期CO2量/定
常時CO2量が0.1〜0.5→1になるまで連続的あ
るいは段階的に増加させることにより製造できる。この
際の温度は930℃〜1000℃の温度で行う。これに
より、酸化アルミニウム成膜温度に係わらず、初期にα
型とκ型の混在領域を有するκ型の酸化アルミニウムの
成膜が可能となる。そして、これらの初期の条件の設定
により、初期層のα型とκ型の混在比率、厚みを調整す
ることができ、これにより最終的に成膜される酸化アル
ミニウム層の配向性が制御できる。また、同じ酸化条件
を用いて酸化アルミニウムの膜厚を変えることによって
も配向性を変化させることは可能である。
Next, the aluminum oxide of the present invention is
It is manufactured by a normal CVD process using 3 and CO 2 and H 2 as source gases. Α-type structure and κ in the early stage of aluminum oxide
A specific manufacturing method of the mixed region of the mold structure is based on the following method. First, after covering up to the inner layer just below the aluminum oxide layer,
After cleaning the inside of the coating furnace in H 2 atmosphere,
CO 2 and AlCl 3 are introduced at the same time.
1 minute later than Cl 3 and less amount of C than steady state
O 2 is introduced, and the amount of CO 2 is increased until a steady film formation condition is reached. That is, it can be manufactured by continuously or stepwise increasing the amount of initial CO 2 / the amount of CO 2 at steady state from 0.1 to 0.5 → 1 over 10 minutes. The temperature at this time is 930 ° C. to 1000 ° C. Thereby, irrespective of the aluminum oxide film formation temperature, α
It is possible to form a κ-type aluminum oxide film having a mixed region of a κ-type and a κ-type. By setting these initial conditions, the mixture ratio and thickness of α-type and κ-type of the initial layer can be adjusted, whereby the orientation of the finally formed aluminum oxide layer can be controlled. It is also possible to change the orientation by changing the film thickness of aluminum oxide under the same oxidation conditions.

【0023】なお、上述の界面相の作製方法を用いなか
ったり、用いても条件設定が不十分であると、初期のα
型とκ型の混在領域が得られなかったり、得られていて
も最終的にα型の酸化アルミニウムが成膜されてしまっ
たり、更に、混在領域が得られていても従来のようにα
型結晶構造の酸化アルミニウム粒子の中に多くのポアを
含んでしまい、いずれも本発明の効果が発揮できない。
If the above-mentioned method for producing an interface phase is not used, or if the conditions are insufficiently set even if it is used, the initial α
A mixed region of mold type and κ type cannot be obtained, or even if it is obtained, an α-type aluminum oxide film is finally formed, and even if a mixed region is obtained, α
Many pores are contained in the aluminum oxide particles having the type crystal structure, and none of them can exhibit the effects of the present invention.

【0024】被覆後、被覆層の表面にブラスト処理ある
いは、ブラシ処理等の機械的処理により逃げ面とすくい
面の交線で構成される切刃稜線部のみで酸化アルミニウ
ム層が逃げ面中央部の平坦部に比較してスムース化、薄
膜化あるいは除去されるまで表面を処理することによ
り、上述の効果はより大きくなる。ここで、酸化アルミ
ニウム層の表面粗さは、切刃稜線部における10μm長
さにわたっての測定で、Rmax≦0.4μmであることによ
り、より効果が大きくなる。また、切刃のみで最上層が
酸化アルミニウム層であり、その他の平坦部の最外層は
TiNからなることが望ましい。切削条件によっては切
刃以外の位置での被削材の溶着に起因する損傷が発生す
るが、耐溶着性に優れるTiNの効果により、抑制され
る。
After coating, the surface of the coating layer is subjected to mechanical processing such as blasting or brushing so that the aluminum oxide layer is formed at the center of the flank only at the cutting edge ridge formed by the intersection of the flank and the rake face. By treating the surface until it is smoothed, thinned or removed compared to a flat part, the above-mentioned effect is greater. Here, the surface roughness of the aluminum oxide layer is more effective when Rmax ≦ 0.4 μm as measured over a length of 10 μm at the ridge of the cutting edge. It is preferable that the uppermost layer is an aluminum oxide layer only with the cutting edge, and the outermost layer of the other flat portion is made of TiN. Depending on the cutting conditions, damage due to welding of the work material at a position other than the cutting edge occurs, but the damage is suppressed by the effect of TiN having excellent welding resistance.

【0025】なお、この際の処理の程度は、切刃稜線部
の中でも実際に切削時に切り粉が接触する刃先部で確実
にアルミナ層がスムース化、薄膜化あるいは除去されて
いることが必要であるが、処理の程度により、刃先から
離れた位置の稜線部でアルミナ層が一部薄膜化あるいは
除去されていなくても全く問題はなく、本発明の効果は
得られる。また、本発明では、アルミナ層がスムース
化、薄膜化あるいは除去されているのは切り刃稜線部の
みとしているが、処理法によってはチップの座面周辺な
どの切削と関係ない角張った場所でも処理されているこ
とがあるが、これについても実質的には、本発明の効果
には全く影響しない。
The degree of treatment at this time is required to ensure that the alumina layer is smoothly smoothed, thinned or removed at the cutting edge portion of the cutting edge ridge line where the cutting powder actually contacts during cutting. However, depending on the degree of treatment, there is no problem even if the alumina layer is not partially thinned or removed at the ridge portion at a position away from the cutting edge, and the effects of the present invention can be obtained. Further, in the present invention, the alumina layer is smoothed, thinned or removed only at the cutting edge ridge portion. However, depending on the processing method, the alumina layer may be processed even at an angular place not related to cutting, such as around the seating surface of the chip. However, this does not substantially affect the effects of the present invention.

【0026】また、このような膜表面処理により、被覆
後被覆層中に存在する引っ張り残留応力を内層のTiC
N層で10kg/mm2以下まで低減させることにより、膜の耐
破壊に対する効果を向上させることが可能である。
Further, by such a film surface treatment, the tensile residual stress existing in the coating layer after coating is reduced by the TiC of the inner layer.
By reducing it to 10 kg / mm 2 or less in the N layer, it is possible to improve the effect on the breakdown resistance of the film.

【0027】さらに、超硬合金基材の表面部で炭化タン
グステンを除く硬質相が減少または消失した層を有し、
その厚みが平坦部において10μm以上50μm以内であ
る表層部が強靱化された超硬合金と本発明の被覆層およ
び表面処理を組み合わせることにより、超硬合金部表層
付近ごと被覆層が脱落するような損傷に対し、非常に効
果がある。特に、超硬合金基材中にZrを含み、全てが
結合相に固溶しているのではなく、少なくともその一部
が硬質相成分を構成していることにより、基材の高温に
おける硬度、強度の特性を向上させることが可能とな
り、より好ましい。
[0027] Further, the surface of the cemented carbide substrate has a layer in which a hard phase other than tungsten carbide is reduced or disappears,
By combining the coating layer and the surface treatment of the present invention with a toughened superalloy having a surface layer portion having a thickness of 10 μm or more and 50 μm or less in a flat portion, the coating layer falls off along with the surface layer of the cemented carbide portion. Very effective against damage. In particular, Zr is contained in the cemented carbide substrate, and not all are in solid solution in the binder phase, but at least a part thereof constitutes a hard phase component. The strength characteristics can be improved, which is more preferable.

【0028】さらに、本構造において、表層部の硬度
が、基材内部の平均硬度よりも低く、かつその直下に内
部よりも硬度が高い領域を設けることにより、表層部の
効果による高靭性化、及び高硬度領域による耐塑性変形
性の向上効果が、より顕著になる。なお、ここで基材表
層領域の厚みを10μm以上50μm以下としたのは、5
0μmを越えると切削中に表層部でやや塑性変形あるい
は弾性変形が生じる傾向となるためで、10μm未満で
は、靭性向上に対する効果が小さいためである。また、
表層領域は、従来より知られているような、窒素含有硬
質相原料を用いる方法、または、焼結時の昇温過程で加
窒雰囲気とし、結合相の液相出現後に脱窒、脱炭雰囲気
とすることで製造できる。
Further, in this structure, by providing a region in which the hardness of the surface layer is lower than the average hardness of the inside of the base material and higher than that of the inside immediately below, the toughness can be increased by the effect of the surface layer, And the effect of improving the plastic deformation resistance by the high hardness region becomes more remarkable. Here, the thickness of the substrate surface layer region was set to 10 μm or more and 50 μm or less because 5
If it exceeds 0 μm, a slight plastic deformation or elastic deformation tends to occur in the surface layer during cutting, and if it is less than 10 μm, the effect of improving toughness is small. Also,
The surface layer is formed by a method using a nitrogen-containing hard phase material as conventionally known, or a nitriding atmosphere during a heating process during sintering, and a denitrification or decarburization atmosphere after the appearance of a liquid phase of a binder phase. And can be manufactured.

【0029】[0029]

【実施例】(実施例1) 基材としてWC-9%Co-4
%TiC-2%TaC−1%NbCの組成でCNMG1
20408の形状を有するWC基超硬合金基体を準備し
た。この基体の表面に表1に示す4種の内層構造を用
い、連続してその上に表2に示す外層を積層した。この
際の酸化アルミニウム成膜初期の条件は、表3に示すA
〜E(FとGは比較例)で行った。本発明品のA〜Eの
酸化アルミニウム導入時の手順としてはいずれもこれら
の組合せにより作製した試料を表4に示す(表1〜表3
の記号で記載)。AlCl3導入の1分後に、CO2を定
常状態よりも少ない量導入し、10分かけて定常の量に
持っていった。一方、比較品の下では、AlCl3、C
2を同時に入れ、かつCO2の量は最初から定常の量と
した。また比較品GではAlCl3導入の10分後にC
2を最初から定常導入した。
EXAMPLES (Example 1) WC-9% Co-4 as base material
% TiC-2% TaC-1% NbC
A WC-based cemented carbide substrate having a shape of 20408 was prepared. Four types of inner layer structures shown in Table 1 were used on the surface of the substrate, and outer layers shown in Table 2 were successively laminated thereon. The initial conditions of the aluminum oxide film formation at this time are as follows:
To E (F and G are comparative examples). Table 4 shows samples prepared by combining these aluminum oxides A to E of the present invention (Tables 1 to 3).
Symbol). One minute after the introduction of AlCl 3 , CO 2 was introduced in a smaller amount than the steady state, and brought to a steady amount over 10 minutes. On the other hand, under the comparative products, AlCl 3 , C
O 2 was added at the same time, and the amount of CO 2 was constant from the beginning. In Comparative product G, C was added 10 minutes after AlCl 3 was introduced.
O 2 was constantly introduced from the beginning.

【0030】[0030]

【表1】 [Table 1]

【0031】[0031]

【表2】 [Table 2]

【0032】[0032]

【表3】 [Table 3]

【0033】[0033]

【表4】 [Table 4]

【0034】表1に示した本発明の内層で用いたTiC
N層は被覆後破断し、破断面のSEM(走査型電子顕微
鏡)観察を行ったところいずれも柱状組織となってい
た。また、内層の最上層に用いたTiBN層は、均一厚
みを有する層であり、その組織は200nm以下の太さ
の微細な針状組織となっていた。なお、本TiBN層は
EDXを用いて分析したところ、定量的には不明ながら
もO(酸素)を含んでいることが検出された。また、3
aの条件で、内層のみを成膜した試料を作製し、表面か
らESCAを用いて定量分析を行ったところ、x=0.05
の割合でB(ホウ素)を含んでいることが確認された。
なお、表1には、内層のTiCN層の(311)面と
(422)面の配向性指数を併せて示した。
The TiC used in the inner layer of the present invention shown in Table 1
The N layer was broken after coating, and the SEM (scanning electron microscope) observation of the fractured surface revealed that all of the N layers had a columnar structure. Further, the TiBN layer used as the uppermost layer of the inner layer was a layer having a uniform thickness, and its structure was a fine needle-like structure having a thickness of 200 nm or less. When this TiBN layer was analyzed using EDX, it was detected that it contained O (oxygen) although it was quantitatively unknown. Also, 3
Under the conditions of a, a sample in which only the inner layer was formed was prepared, and quantitative analysis was performed from the surface using ESCA.
Of B (boron).
Table 1 also shows the orientation index of the (311) plane and the (422) plane of the inner TiCN layer.

【0035】ここで、内層のTiCN層の配向性指数
は、X線回折による回折ピークから求めた。この際、T
iCNの(311)面の回折ピークは基材のWCの(1
11)面ピークと重なり、(111)面のピーク強度は
(WCの最強ピークである(101)面の強度)x0.25
であることから、TiCNの(311)位置の強度から
これを減じてWC(111)面による強度分を差し引い
た。
Here, the orientation index of the inner TiCN layer was determined from a diffraction peak by X-ray diffraction. At this time, T
The diffraction peak of the (311) plane of iCN is (1) of WC of the substrate.
11) Overlap with the plane peak, and the peak intensity of the (111) plane is (the intensity of the (101) plane which is the strongest peak of WC) × 0.25.
Therefore, this was subtracted from the intensity at the position (311) of TiCN, and the intensity corresponding to the WC (111) plane was subtracted.

【0036】なお、内層とそれに接する酸化アルミニウ
ム層の界面付近の断面を、TEMを用いて100000
倍の倍率で観察また、各試料において、成膜後、試料表
面側からX線回折により酸化アルミニウムの配向性の評
価を行った。その結果、表中の本発明品では、1列目に
存在する90%以上の粒子は200nm以下の粒径の粒状組
織となっていること、この領域に存在するα型結晶の粒
子にはポアを含まないこと、及び最終的に上層では全て
κ型結晶構造になっていること(表面からのX線回折評
価ではα型は検出されなかった)が確認できた。これに
対し、比較品Fでは、混在領域は存在するが、第1例目
の混在領域に存在するα型の粒子には多くのポアが存在
し、最終的にα型結晶構造となっていた。また、比較品
Fでは、第1列目の結晶粒径は全体に粗粒で、ほとんど
の粒子が粒径300nm以上であった。比較品Gでは最終
的にκ型結晶構造となっていたが初期のκ型とα型の混
在領域は存在しなかった。酸化アルミニウムの配向性に
ついては、初期のκ型とα型の比率が低い本発明品の試
料No.6のみで2.57オングストロームの面の回折
強度が最も強くなっているが、これを除く試料1〜9で
は2.79オングストロームの面の回折強度が最も強く
なっていた。各層の成膜に用いた被覆条件を以下に示
す。
A cross section near the interface between the inner layer and the aluminum oxide layer in contact with the inner layer was taken to be 100,000 by TEM.
In each sample, the orientation of aluminum oxide was evaluated by X-ray diffraction from the surface of the sample after film formation. As a result, in the product of the present invention in the table, 90% or more of the particles present in the first row have a granular structure with a particle size of 200 nm or less, and the α-type crystal particles existing in this region have pores. , And finally, the upper layer had a κ-type crystal structure (X-ray diffraction evaluation from the surface did not detect α-type). On the other hand, in the comparative product F, although the mixed region exists, the α-type particles present in the mixed region of the first example have many pores, and finally have the α-type crystal structure. . In the comparative product F, the crystal grain size in the first row was coarse as a whole, and most of the grains had a grain size of 300 nm or more. Comparative product G finally had a κ-type crystal structure, but did not have an initial mixed region of κ-type and α-type. Regarding the orientation of aluminum oxide, the diffraction intensity of the surface of 2.57 angstroms was the strongest in sample No. 6 of the product of the present invention in which the ratio of κ type and α type was low in the initial stage. In Nos. 1 to 9, the diffraction intensity of the 2.79 Å plane was the strongest. The coating conditions used for forming each layer are shown below.

【0037】TiN層 温度:920℃、圧力:360torr、 反応ガス組成:容量%で、48%H2−2%TiCl4−50
%N2 本発明品1〜3のTiCN TiCN層(前半120分) 温度:920℃、50torr、 反応ガス組成:容量%で、66.5%H2−3.0%TiCl
4−0.5%CH3CN−30%N2 TiCN層(後半残り) 温度:920℃、50torr、 反応ガス組成:容量%で、78%H2−6%TiCl4−1%CH
3CN−15%N2 TiC層1020℃、圧力50torr、 反応ガス組成:容量%で、96.5%H2−2%TiCl4
1.5%CH4 TiBN層 温度:950℃、圧力:360torr、 反応ガス組成:容量%で、46%H2−4%TiCl4−48
%N2−2%BCl3 Al23層 温度930℃(Al23−A)、1000℃(Al23
−B)、圧力:50torr 反応ガス組成:容量%で、93%H2−5%AlCl3−2%C
O2
TiN layer Temperature: 920 ° C., Pressure: 360 torr, Reaction gas composition: 48% H 2 -2% TiCl 4 -50 in volume%
% N 2 TiCN layer of present invention products 1 to 3 TiCN layer (first half 120 minutes) Temperature: 920 ° C., 50 torr, Reaction gas composition: 66.5% H 2 in volume%, 3.0% TiCl
4 -0.5% CH 3 CN-30 % N 2 TiCN layer (second half left) Temperature: 920 ° C., 50 torr, the reaction gas composition: by volume%, 78% H 2 -6% TiCl 4 -1% CH
3 CN-15% N 2 TiC layer 1020 ° C., pressure 50 torr, reaction gas composition: 96.5% H 2 -2% TiCl 4 − in volume%
1.5% CH 4 TiBN layer Temperature: 950 ° C., pressure: 360 torr, reaction gas composition: 46% H 2 -4% TiCl 4 -48 by volume%
% N 2 -2% BCl 3 Al 2 O 3 layer Temperature 930 ° C. (Al 2 O 3 -A), 1000 ° C. (Al 2 O 3
-B), pressure: 50 torr Reaction gas composition: 93% H 2 -5% AlCl 3 -2% C by volume%
O 2

【0038】以上のサンプルを用い、次に示す切削条件
1、2で性能評価を行った。 切削条件1 被削材:SCM415(HB=170)4溝材 切削速度:230m/min 送り:0.30mm/rev 切り込み:1.5mm 衝撃回数:100回 切削油:水溶性 評価結果を表5に示す。
Using the above samples, performance evaluation was performed under the following cutting conditions 1 and 2. Cutting conditions 1 Work material: SCM415 (HB = 170) 4-groove material Cutting speed: 230 m / min Feed: 0.30 mm / rev Cutting depth: 1.5 mm Number of impacts: 100 Cutting oil: Water solubility Evaluation results are shown in Table 5. Show.

【0039】[0039]

【表5】 [Table 5]

【0040】切削条件2 被削材;FC25 切削速度;180m/min 送り;0.25mm/rev 切り込み;1.5mm 切削時間;30分 切削油;水溶性 評価結果を表6に示す。Cutting conditions 2 Work material: FC25 Cutting speed: 180 m / min Feeding: 0.25 mm / rev Cutting depth: 1.5 mm Cutting time: 30 minutes Cutting oil: Water solubility Evaluation results are shown in Table 6.

【0041】[0041]

【表6】 [Table 6]

【0042】この結果から、本発明品では、従来品に比
較し、膜の耐摩耗性、耐剥離性、耐チッピング性と、耐
クレーター性のいずれにおいても優れていることがわか
る。なお、これらの切削評価後の試料を観察したとこ
ろ、最表面にTiNが被覆されている試料では、アルミ
ナが露出している試料に比較して全体にすくい面上での
被削材の溶着量が少なく抑えられていた。本評価の範囲
では、最表面の膜質が直接摩耗量等に影響は見られなか
ったが、削り込んでいくとすくい面上の損傷に影響がで
てくると思われる。
From these results, it can be seen that the product of the present invention is superior to the conventional product in all of the abrasion resistance, peeling resistance, chipping resistance and crater resistance of the film. Observation of the samples after these cutting evaluations revealed that the amount of deposited work material on the rake face was larger in the samples with the outermost surface coated with TiN than in the samples with exposed alumina. Was kept low. In the range of this evaluation, the quality of the film on the outermost surface did not directly affect the amount of wear and the like, but it is considered that the raked surface has an effect on the damage on the rake face.

【0043】(実施例2) 実施例1で作製した試料
3、4、及び6を用い、被覆後にSiCを含有するナイ
ロンブラシで、膜表面に処理を施した。表面処理時間を
変えて処理レベルの異なる試料を作製した。処理時間1
分、6分、12分の処理を施したものをH1、H6、H12
で示した。各試料の切刃部のアルミナ膜厚/平坦部のア
ルミナ膜厚の比、切刃部での膜表面粗度、及び切刃稜線
部における引っ張り残留応力を表7に示す。
Example 2 Using samples 3, 4, and 6 produced in Example 1, after coating, the film surface was treated with a nylon brush containing SiC. Samples with different treatment levels were produced by changing the surface treatment time. Processing time 1
Minutes, 6 minutes, and 12 minutes, H1, H6, and H12
Indicated by Table 7 shows the ratio of the thickness of the alumina at the cutting edge to the thickness of the alumina at the flat portion, the film surface roughness at the cutting edge, and the tensile residual stress at the ridge of the cutting edge of each sample.

【0044】[0044]

【表7】 [Table 7]

【0045】引っ張り残留応力は、X解折装置を用い
て、sin2ψ法により内層のTiCN層の残留応力を測定
した結果である。これらの試料を用いて実施例1と同一
の切削評価を行った結果を表8、表9に示す。
The tensile residual stress is a result of measuring the residual stress of the inner TiCN layer by a sin2ψ method using an X-fracture apparatus. Tables 8 and 9 show the results of performing the same cutting evaluation as in Example 1 using these samples.

【0046】[0046]

【表8】 [Table 8]

【0047】[0047]

【表9】 [Table 9]

【0048】この結果より、これらの表面処理を行う事
により、膜強度が向上し、膜性能に起因する損傷が、よ
り抑えられることが分かる。また、試料3及び6の表面
処理を施した試料では、いずれも平坦部においては最表
面のTiNが残存し、切刃部ではこれが除去されてい
た。この効果により、表面処理を施した試料では、耐摩
耗性向上の効果が確認されたことが、表中の結果から分
かるが、こればかりでなく、すくい面上の被削材の溶着
量も平坦部にアルミナが露出している試料に比較して少
なく保たれていることも確認できた。
From these results, it can be seen that by performing these surface treatments, the film strength is improved, and damage due to the film performance is further suppressed. In each of the samples 3 and 6, which were subjected to the surface treatment, TiN on the outermost surface remained in the flat portion, and this was removed in the cutting edge portion. From the results, it can be seen from the results in the table that the effect of improving the abrasion resistance of the sample subjected to the surface treatment was confirmed by this effect. Not only this, but also the welding amount of the work material on the rake face was flat. It was also confirmed that the alumina was kept smaller than that of the sample in which the portion was exposed.

【0049】(実施例3) 実施例1で用いた試料6
(用いた母材をXとする)を用い、母材のみをY:WC
−9%Co−2%ZrC−2%TiC−2%TaC−1
%NbC、Z:WC−9%Co−7%ZrNに変えた試
料を作製した。ここで、昇温中の1200〜1400℃の間をP
N2=50torrの窒素雰囲気にして1450℃、10-2torrの真
空で1時間焼結した試料X1、Y1、Z1も作製した。
ここで、試料Y、Y1、Z、及びZ1においては、いず
れもZrは硬質相成分を構成していることをEPMAの
面分析で確認された。表10に各試料の表面部で炭化タ
ングステンをのぞく硬質相が消失した層の厚み(P)、
基材表層部の硬さと内部硬度の差(Q)及び表層部直下
の高硬度部と内部の硬度の差(R)を示した。ここで、
硬度はマイクロビッカース硬度計を用いて、500g荷重
で測定した値を用いた。
Example 3 Sample 6 used in Example 1
(The used base material is X), and only the base material is Y: WC
-9% Co-2% ZrC-2% TiC-2% TaC-1
% NbC, Z: a sample was changed to WC-9% Co-7% ZrN. Here, P between 1200 and 1400 ° C.
Samples X1, Y1, and Z1 were prepared by sintering at 1450 ° C. and a vacuum of 10 −2 torr for 1 hour in a nitrogen atmosphere of N 2 = 50 torr.
Here, in samples Y, Y1, Z, and Z1, it was confirmed by EPMA surface analysis that Zr constituted a hard phase component. Table 10 shows the thickness (P) of the layer in which the hard phase excluding tungsten carbide disappeared on the surface of each sample,
The difference (Q) between the hardness and the internal hardness of the surface layer portion of the base material and the difference (R) between the internal hardness and the high hardness portion immediately below the surface layer portion are shown. here,
The hardness was measured using a micro Vickers hardness tester under a load of 500 g.

【0050】[0050]

【表10】 [Table 10]

【0051】これらの試料を用いて、以下に示す切削条
件3による耐欠損性の評価、及び切削条件4による耐塑
性変形評価を実施した。結果を表11に示す。ここで、
切削条件3では、12コーナーの平均で欠損率を求め
た。 切削条件3 被削材:SCM435(HB=230)4溝材 切削速度:100m/min 送り:0.15〜0.30mm/rev 切り込み:2.0mm 時間:MAX 30sec コーナー数:12コーナー 切削油:なし
Using these samples, evaluation of fracture resistance under the following cutting conditions 3 and evaluation of plastic deformation resistance under the cutting conditions 4 were performed. Table 11 shows the results. here,
Under the cutting condition 3, the average of 12 corners was used to determine the defect rate. Cutting conditions 3 Work material: SCM435 (HB = 230) 4-groove material Cutting speed: 100 m / min Feed: 0.15 to 0.30 mm / rev Cutting depth: 2.0 mm Time: MAX 30 sec Number of corners: 12 corners Cutting oil: None

【0052】切削条件4 被削材;SK5 切削速度;100m/min 送り;0.65mm/rev 切り込み;1.5mm 切削時間;3分 切削油;なしCutting condition 4 Work material; SK5 Cutting speed; 100 m / min Feed; 0.65 mm / rev Depth; 1.5 mm Cutting time; 3 minutes Cutting oil; None

【0053】[0053]

【表11】 [Table 11]

【0054】なお、これは示していないが、各試料につ
いて、実施例2で示したH12の表面処理を行った試料
についても評価をしてみたところ、耐塑性変形性はほと
んど変わらず、いずれの試料も欠損率が1/2以下に向
上することも併せて確認した。また、基材の組成をYや
Zに変更しても、実施例1で示した切削条件1、2の結
果は全く変わらない(これらの評価は膜質のみに依存し
ていた)ことも併せて確認した。
Although this is not shown, an evaluation was made on each of the samples on which the H12 surface treatment shown in Example 2 was performed. As a result, the plastic deformation resistance hardly changed. It was also confirmed that the defect rate of the sample was improved to 以下 or less. Further, even if the composition of the base material was changed to Y or Z, the results of the cutting conditions 1 and 2 shown in Example 1 did not change at all (these evaluations depended only on the film quality). confirmed.

【0055】[0055]

【発明の効果】本発明の被覆超硬合金切削工具を用いて
切削加工を行った場合、特に鋼の高速切削加工や高速で
の鋳鉄の加工のように高温での被覆層の耐摩耗性及び耐
クレーター性が必要な加工、あるいは小物部品加工のよ
うに加工数が多く被削材への食いつき回数が多い加工等
で、被覆層の耐摩耗性が向上し、損傷、剥離発生を防ぐ
ことにより工具寿命が大幅に向上する効果を有する。
When cutting is performed using the coated cemented carbide cutting tool of the present invention, the wear resistance of the coating layer at a high temperature, such as high-speed cutting of steel or machining of cast iron at high speed, is particularly high. By improving the abrasion resistance of the coating layer and preventing damage and delamination in processing requiring crater resistance or processing with a large number of processing such as small parts processing and a large number of bites on the work material This has the effect of significantly improving tool life.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の被覆超硬合金切削工具の構造を示す図
である。
FIG. 1 is a view showing the structure of a coated cemented carbide cutting tool of the present invention.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C23C 28/04 C23C 28/04 // C23C 14/08 14/08 N Fターム(参考) 3C046 FF03 FF10 FF13 FF16 FF25 FF27 FF32 FF39 FF43 FF52 4K029 AA02 AA04 BA41 BA43 BA44 BA48 BA53 BA54 BA55 BA58 BA60 BB02 BB07 BB08 BC02 BD05 EA01 4K030 AA03 AA09 AA14 AA17 AA18 BA18 BA35 BA36 BA38 BA41 BA42 BA43 BA49 BB01 BB03 BB06 BB12 BB13 CA03 JA01 LA22 4K044 AA09 AB05 BA02 BA10 BA11 BA12 BA18 BB02 BB03 BB04 BC01 CA13 CA14 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) C23C 28/04 C23C 28/04 // C23C 14/08 14/08 NF term (Reference) 3C046 FF03 FF10 FF13 FF16 FF25 FF27 FF32. BA02 BA10 BA11 BA12 BA18 BB02 BB03 BB04 BC01 CA13 CA14

Claims (19)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 炭化タングステンを主成分とし、IV
a、Va、VIa族金属の炭化物、窒化物、炭窒化物の少
なくとも1種を含む硬質相とCoを主とする結合相から
なる超硬合金を基材とし、その表面に内層および外層か
らなるセラミック被覆層を有し、前記内層が、Ti(C
wBxNyOz)(ここでw+x+y+z=1、w、x、
y、z≧0)の少なくとも1層以上からなり、前記外層
は、前記内層と接する位置に酸化アルミニウム層を有
し、該酸化アルミニウム層は、実質的にκ型酸化アルミ
ニウムからなり、内層に接する直上においてα型結晶構
造を持つ粒子とκ型結晶構造をもつ粒子が混在する領域
が存在し、かつ本領域のα型酸化アルミニウムの結晶粒
中に実質的にポアを含まないことを特徴とする被覆超硬
合金切削工具。
1. The method according to claim 1, wherein the main component is tungsten carbide.
a, Va, a cemented carbide consisting of a hard phase containing at least one of carbides, nitrides and carbonitrides of Group VIa metals and a binder phase mainly composed of Co as a base material, and having an inner layer and an outer layer on its surface A ceramic coating layer, wherein the inner layer is Ti (C
wBxNyOz) (where w + x + y + z = 1, w, x,
y, z ≧ 0), the outer layer has an aluminum oxide layer at a position in contact with the inner layer, and the aluminum oxide layer is substantially made of κ-type aluminum oxide and is in contact with the inner layer There is a region in which particles having an α-type crystal structure and particles having a κ-type crystal structure are present directly above, and substantially no pores are contained in the α-type aluminum oxide crystal grains in this region. Coated cemented carbide cutting tool.
【請求項2】 前記外層に前記内層と接しない位置に、
Ti(CwBxNyOz)(ここでw+x+y+z=1、
w、x、y、z≧0)の少なくとも一層以上を有するこ
とを特徴とする請求項1記載の被覆超硬合金切削工具。
2. A position where the outer layer is not in contact with the inner layer,
Ti (CwBxNyOz) (where w + x + y + z = 1,
2. The coated cemented carbide cutting tool according to claim 1, wherein at least one of w, x, y, and z ≧ 0).
【請求項3】 前記内層が、2層以上からなり、かつ柱
状組織を有する炭窒化チタン層を主に有することを特徴
とする請求項1記載の被覆超硬合金切削工具。
3. The coated cemented carbide cutting tool according to claim 1, wherein said inner layer mainly comprises a titanium carbonitride layer having two or more layers and having a columnar structure.
【請求項4】 前記α型酸化アルミニウム粒子とκ型ア
ルミニウム粒子の混在する割合が、κ/α=1〜4であ
ることを特徴とする前記請求項1に記載の被覆超硬合金
切削工具。
4. The coated cemented carbide cutting tool according to claim 1, wherein the mixture ratio of the α-type aluminum oxide particles and the κ-type aluminum particles is κ / α = 1 to 4.
【請求項5】 前記α型酸化アルミニウムとκ型酸化ア
ルミニウムが混在する領域が内層との界面から1.5μ
m以内であることを特徴とする請求項1に記載の被覆超
硬合金切削工具。
5. A region in which α-type aluminum oxide and κ-type aluminum oxide are mixed is 1.5 μm from an interface with an inner layer.
The coated cemented carbide cutting tool according to claim 1, wherein the distance is within m.
【請求項6】 前記α型酸化アルミニウムとκ型酸化ア
ルミニウムが混在する内層に接する直上の粒子の大半
が、200nm以下の粒径を有する粒状組織であること
を特徴とする請求項1に記載の被覆超硬合金切削工具。
6. The method according to claim 1, wherein most of the particles immediately above the inner layer in which the α-type aluminum oxide and the κ-type aluminum oxide are mixed have a granular structure having a particle size of 200 nm or less. Coated cemented carbide cutting tool.
【請求項7】 前記酸化アルミニウム層の膜厚が1〜2
0μmであることを特徴とする請求項1に記載の被覆超
硬合金切削工具。
7. The aluminum oxide layer has a thickness of 1-2.
The coated cemented carbide cutting tool according to claim 1, wherein the thickness is 0 µm.
【請求項8】 前記酸化アルミニウム層と接する前記内
層の膜が、200nm以下の太さの針状組織からなるこ
とを特徴とする請求項1に記載の被覆超硬合金切削工
具。
8. The coated cemented carbide cutting tool according to claim 1, wherein the inner layer film in contact with the aluminum oxide layer has a needle-like structure having a thickness of 200 nm or less.
【請求項9】 前記内層の膜がTi(CwBxNyOz)
(ここでw+x+y+z=1、w、y、z≧0、x≧
0.05)からなることを特徴とする請求項8記載の被
覆超硬合金切削工具。
9. The film of the inner layer is made of Ti (CwBxNyOz).
(Where w + x + y + z = 1, w, y, z ≧ 0, x ≧
The coated cemented carbide cutting tool according to claim 8, wherein the cutting tool comprises 0.05).
【請求項10】 前記κ型酸化アルミニウムの配向性は
面間隔2.79オングストロームのX線回折強度が2θ
=20゜〜80゜の間で最も強いことを特徴とする前記
請求項1に記載の被覆超硬合金切削工具。
10. The orientation of the κ-type aluminum oxide is such that the X-ray diffraction intensity at an interplanar spacing of 2.79 angstroms is 2θ.
2. The coated cemented carbide cutting tool according to claim 1, wherein the strength is the strongest between 20 ° and 80 °.
【請求項11】 前記内層の柱状組織の炭窒化チタン層
の配向性指数TCがTC(311)で最も大きく、その
値が1.3以上3以下であることを特徴とする請求項3
に記載の被覆超硬合金切削工具。 【数1】
11. The orientation index TC of the titanium carbonitride layer having a columnar structure of the inner layer is the largest at TC (311), and the value is 1.3 or more and 3 or less.
2. A coated cemented carbide cutting tool according to item 1. (Equation 1)
【請求項12】 前記配向性指数TCがTC(422)
面と(311)面の配向性指数TC(422)、TC
(311)がともに1.3以上3以下であることを特徴
とする請求項11記載の被覆超硬合金切削工具。
12. The method according to claim 1, wherein the orientation index TC is TC (422).
Indices TC (422), TC
The coated cemented carbide cutting tool according to claim 11, wherein (311) is both 1.3 or more and 3 or less.
【請求項13】 切刃稜線部付近の前記酸化アルミニウ
ム層の膜厚が、平坦部に比較し薄くなっているまたは存
在しないことを特徴とする請求項1に記載の被覆超硬合
金切削工具。
13. The coated cemented carbide cutting tool according to claim 1, wherein the thickness of the aluminum oxide layer near the cutting edge ridge is thinner or nonexistent as compared with the flat part.
【請求項14】 切刃稜線部付近の前記被覆層の表面粗
さが、前記切刃稜線部から10μmの幅にわたって、Rm
ax≦0.4μmであることを特徴とする請求項1又は13に
記載の被覆超硬合金切削工具。
14. The surface roughness of the coating layer in the vicinity of the cutting edge ridge portion is Rm over a width of 10 μm from the cutting edge ridge portion.
14. The coated cemented carbide cutting tool according to claim 1, wherein ax ≦ 0.4 μm.
【請求項15】 前記切刃稜線部の最上層が酸化アルミ
ニウム層または、前記内層の膜であり、かつ、その他の
平坦部の最外層がTiNからなることを特徴とする請求
項14記載の被覆超硬合金切削工具。
15. The coating according to claim 14, wherein an uppermost layer of said cutting edge ridge portion is an aluminum oxide layer or said inner layer film, and an outermost layer of another flat portion is made of TiN. Cemented carbide cutting tool.
【請求項16】 少なくとも前記切刃稜線部において、
前記内層の炭窒化チタンの引っ張り残留応力が10kg/m
m2以下であることを特徴とする請求項15に記載の被覆
超硬合金切削工具。
16. At least at the cutting edge ridge portion,
Tensile residual stress of the inner layer titanium carbonitride is 10 kg / m
The coated cemented carbide cutting tool according to claim 15, wherein m is 2 or less.
【請求項17】 前記超硬合金基材の表層部で炭化タン
グステンを除く硬質相が減少または消失した層を有し、
その厚みが平坦部において10μm以上50μm以下であ
ることを特徴とする請求項1に記載の被覆超硬合金切削
工具。
17. A layer in which a hard phase other than tungsten carbide is reduced or disappears in a surface layer portion of the cemented carbide substrate,
The coated cemented carbide cutting tool according to claim 1, wherein the thickness of the flat portion is 10 µm or more and 50 µm or less.
【請求項18】 前記超硬合金基材の表層部の硬度が、
基材内部の平均硬度よりも低く、かつその直下に内部よ
りも硬度が高い領域を有することを特徴とする請求項1
7記載の被覆超硬合金切削工具。
18. The hardness of a surface layer portion of the cemented carbide substrate,
2. A region having a lower hardness than the average hardness of the inside of the substrate and a hardness higher than the inside immediately below the average hardness.
7. The coated cemented carbide cutting tool according to 7.
【請求項19】 前記該超硬合金基材はZrを含み、少
なくともその一部が硬質相成分を構成していることを特
徴とする請求項1又は17に記載の被覆超硬合金切削工
具。
19. The coated cemented carbide cutting tool according to claim 1, wherein the cemented carbide substrate contains Zr, at least a part of which constitutes a hard phase component.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012030308A (en) * 2010-07-29 2012-02-16 Kyocera Corp Cutting tool
JP2012143825A (en) * 2011-01-11 2012-08-02 Mitsubishi Materials Corp Surface-coated cutting tool in which hard coating layer demonstrates excellent chipping resistance
JP2017071054A (en) * 2015-10-09 2017-04-13 住友電工ハードメタル株式会社 Surface-coated cutting tool

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