JP2002205203A - Multilayer covering tool - Google Patents

Multilayer covering tool

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JP2002205203A
JP2002205203A JP2001003044A JP2001003044A JP2002205203A JP 2002205203 A JP2002205203 A JP 2002205203A JP 2001003044 A JP2001003044 A JP 2001003044A JP 2001003044 A JP2001003044 A JP 2001003044A JP 2002205203 A JP2002205203 A JP 2002205203A
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JP
Japan
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layer
film
zirconium
titanium
carbonitride
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Application number
JP2001003044A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshio Ishii
敏夫 石井
Yuzo Fukunaga
有三 福永
Shiro Okayama
史郎 岡山
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Moldino Tool Engineering Ltd
Original Assignee
Hitachi Tool Engineering Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a covering tool having a titanium zirconium carbonitroxide film to be further excellent in oxidation resistance and resistance to cracking of a film than those of a conventional covering tool and extremely excellent in a tool life. SOLUTION: A multilayer covering tool is featured that a layer having a diploid structure consisting of a titanium zirconium carbonitroxide layer and a zirconium carbonitride layer forms a unit layer and/or a layer having a diploid structure consisting of a titanium zirconium carbonitroxide layer and a zirconium carbonitroxide layer forms a unit layer and a tool substrate is covered by at least one unit layer.

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、切削工具、耐摩工
具等として用いる被覆工具に関するものであり、より詳
しくは、工具基体表面上に、周期律表の4a、5a、6
a族金属並びにアルミニウムの炭化物、窒化物、炭窒化
物、炭酸化物、窒酸化物、炭窒酸化物のうち、いずれか
二種以上の層からなる多層膜を有し、該多層膜の中に炭
窒酸化チタンジルコニウム膜及び炭窒化ジルコニウム膜
又は炭窒酸化ジルコニウム膜を少なくともそれぞれ一層
以上有する多層被覆工具に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a coated tool used as a cutting tool, a wear-resistant tool or the like.
Group A metal and aluminum carbide, nitride, carbonitride, carbonate, nitride, and carbonitride have a multilayer film composed of any two or more layers. The present invention relates to a multi-layer coated tool having at least one zirconium carbonitride oxide film and at least one zirconium carbonitride film.

【0002】[0002]

【従来の技術】超硬合金、高速度鋼、又は特殊鋼などか
らなる工具基体の表面に、単層又は多層の硬質皮膜を施
した被覆工具は、皮膜の耐摩耗性と基体の強靭性とを兼
ね備えているため、広く実用に供されている。特に、高
速で切削する場合や切削液を用いずに旋削加工する場合
には、切削工具の刃先温度が1000℃前後にまで達す
るため、高温環境下における被削材との接触による摩耗
や断続切削等の機械的衝撃に耐える必要があり、耐摩耗
性と靭性の両特性に優れた被覆工具が常用されている。
2. Description of the Related Art A coated tool in which a single-layer or multi-layer hard coating is applied to the surface of a tool base made of cemented carbide, high-speed steel, special steel, or the like has a high wear resistance and a high toughness of the base. It is widely used for practical use. In particular, when cutting at high speed or when turning without using a cutting fluid, the cutting edge temperature of the cutting tool reaches around 1000 ° C, so wear and intermittent cutting due to contact with the work material in a high temperature environment It is necessary to withstand mechanical shocks such as those described above, and coated tools excellent in both wear resistance and toughness are commonly used.

【0003】一般に、被覆工具の硬質皮膜としては、耐
摩耗性及び靭性に優れることが要求されるため、周期律
表の4a、5a、6a族金属の炭化物、窒化物、又は炭
窒化物からなる膜が用いられており、また耐酸化性に優
れる酸化アルミニウム膜なども用いられている。これら
硬質皮膜は、良く知られているように、CVD法又はP
VD法により成膜される。PVD法は、多数の元素を含
有する膜を比較的容易に成膜できるという特徴を有する
が、CVD法により成膜した皮膜に比べて、基体と膜の
間、及び皮膜相互間の密着性が劣るという欠点がある。
これに対して、CVD法は、化学反応を用いて成膜する
ために多数の元素を含有する膜を成膜することが困難で
あるという欠点はあるが、600〜1050℃の高温で
成膜するために、膜の密着性が高いこと、高い温度で使
用しても膜特性の劣化が少ないこと、などの特徴があ
る。
[0003] Generally, a hard film of a coated tool is required to have excellent wear resistance and toughness, and is therefore made of a carbide, nitride or carbonitride of a metal belonging to Group 4a, 5a or 6a of the periodic table. A film is used, and an aluminum oxide film having excellent oxidation resistance is also used. As is well known, these hard films are formed by CVD or P
The film is formed by the VD method. The PVD method has a feature that a film containing a large number of elements can be formed relatively easily, but the adhesion between the substrate and the film and between the films is smaller than that of the film formed by the CVD method. There is a disadvantage that it is inferior.
On the other hand, the CVD method has a drawback that it is difficult to form a film containing a large number of elements because the film is formed by using a chemical reaction, but the film is formed at a high temperature of 600 to 1050 ° C. Therefore, the film has characteristics such as high adhesion of the film and little deterioration of film characteristics even when used at a high temperature.

【0004】このため、切削加工時に刃先が比較的高い
温度まで上昇する旋削工具等の皮膜としては、CVD法
で成膜されたTiC、TiN、TiCN、Al
などが実用化されているにすぎない。これら実用化され
ている皮膜のうち、TiC、TiN、TiCN膜は、常
温で測定したビッカース硬度Hvが約3200、210
0、2700と非常に硬く、耐摩耗性に優れているた
め、旋削用工具の皮膜として多用されている。しかし、
これらの膜、例えばTiCN膜などは、刃先の温度が1
000℃を越える高温域に達すると、硬度が落ちるとと
もに酸化しやすく、膜中にクラックが入って結晶粒が脱
落するなど、工具寿命が劣る欠点がある。
[0004] For this reason, TiC, TiN, TiCN, Al 2 O 3 films and the like formed by a CVD method have been put into practical use as films for turning tools and the like whose cutting edges rise to relatively high temperatures during cutting. It's just that. Among these commercially available films, the TiC, TiN, and TiCN films have Vickers hardnesses Hv of about 3200, 210 measured at room temperature.
Since it is very hard at 0 and 2700 and has excellent wear resistance, it is frequently used as a film of a turning tool. But,
These films, such as a TiCN film, have a blade edge temperature of 1
When the temperature reaches a high temperature range exceeding 000 ° C., there is a drawback that the tool life is inferior, for example, the hardness is reduced and the film is easily oxidized, and cracks are formed in the film and crystal grains are dropped.

【0005】これら皮膜の特性を改善したものとして、
例えば、TiCN層のX線回折における最高ピーク強度
を示す面を規定したもの(特開平6−158324号、
特開平6−158325号、及び特開平7−62542
号)や、膜中の塩素の含有量を規定したもの(特開平7
−100701号)等が提案されており、本願出願人も
膜厚や組織等を特定したものを提案した(特許第266
0180号)。
[0005] As an improvement in the properties of these films,
For example, a surface defining the highest peak intensity in the X-ray diffraction of the TiCN layer (JP-A-6-158324,
JP-A-6-158325 and JP-A-7-62542
No.) and those defining the chlorine content in the film (Japanese Patent Application Laid-Open No.
-100701) and the like, and the applicant of the present application has also proposed one in which the film thickness, the structure and the like are specified (Japanese Patent No. 266).
0180).

【0006】また、これらTiC、TiN、TiCN膜
の特性を改善するために、(Ti、Al)N、(Ti、
Zr)N、(Ti、Zr)C等、二種類以上の金属成分
を含有した膜が検討されている。しかしながら、これら
二種類以上の金属成分を含有する公知の膜は、いずれも
スパッタ法やイオンプレーティング法等のPVD法、又
はプラズマCVD法により成膜されたものであり、成膜
温度が低いために、膜の密着性に問題がある。また、膜
の硬度が低く、耐摩耗性にも問題がある。
In order to improve the characteristics of these TiC, TiN, and TiCN films, (Ti, Al) N, (Ti,
Films containing two or more types of metal components such as Zr) N and (Ti, Zr) C have been studied. However, known films containing these two or more metal components are all formed by a PVD method such as a sputtering method or an ion plating method, or a plasma CVD method, and the film formation temperature is low. In addition, there is a problem in the adhesion of the film. Further, the hardness of the film is low, and there is a problem in abrasion resistance.

【0007】一方、熱CVD法で成膜することにより、
引張残留応力を有するZr含有膜を得て密着性を改善す
ることが、特開平1−252305号公報、特開平5−
177412号公報、特開平5−177413号公報等
に開示され提案されている。しかし、これら公報に開示
された発明における膜は、ZrC膜、ZrN膜、ZrC
N膜、ZrCO膜、ZrCNO膜であり、いずれも金属
成分がZrのみからなるCVD膜である。ZrC膜等の
ように金属元素がZr単独からなる膜の硬度は、室温に
おける膜硬度が低い。このため、湿式切削又は低速切削
などのように、刃先温度が比較的低い温度で使用される
ような場合においては、耐摩耗性が劣る欠点がある。
On the other hand, by forming a film by a thermal CVD method,
To improve the adhesion by obtaining a Zr-containing film having a residual tensile stress is disclosed in JP-A-1-252305 and JP-A-5-205305.
No. 177412 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-177413 disclose and are proposed. However, the films in the inventions disclosed in these publications include a ZrC film, a ZrN film, and a ZrC film.
An N film, a ZrCO film, and a ZrCNO film, all of which are CVD films in which the metal component consists only of Zr. The hardness of a film such as a ZrC film in which the metal element is made of Zr alone is low at room temperature. Therefore, when the cutting edge temperature is used at a relatively low temperature, such as wet cutting or low-speed cutting, there is a disadvantage that the wear resistance is poor.

【0008】また、複数の金属成分、例えばTiとZr
の両者を含有する膜として、特開平3−267361号
公報により、プラズマCVD法により成膜した(Ti、
Zr)N膜が開示されている。しかし、公知のプラズマ
CVD法を用いた成膜方法では、前述したように成膜温
度が低いことに起因する問題があり、また、膜中に塩素
が残留し、膜の硬度が低くなって工具としての耐摩耗性
が劣るという欠点がある。また、この公報記載の発明に
おいては、基板にアルミナ板を用いており、基板自体の
靭性が低いために、工具として使用した時に欠落を生じ
易く、切削耐久特性に問題がある。
Further, a plurality of metal components, for example, Ti and Zr
As a film containing both, a film was formed by a plasma CVD method according to JP-A-3-267361 (Ti,
A Zr) N film is disclosed. However, the known film forming method using the plasma CVD method has a problem due to a low film forming temperature as described above, and chlorine remains in the film, and the hardness of the film becomes low, so that a tool is formed. However, there is a defect that the abrasion resistance is poor. Further, in the invention described in this publication, an alumina plate is used for the substrate, and since the substrate itself has low toughness, the substrate tends to be chipped when used as a tool, and there is a problem in cutting durability characteristics.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、上記従
来技術における被覆工具の欠点を解決するために、鋭意
研究した結果、金属成分としてチタン及びジルコニウム
を含有する硬質膜、例えば(Ti、Zr)CN膜等にお
いて、特定の条件を満たした場合には、高温においても
膜硬度が急激に低下せず、膜の密着性と耐摩耗性に優れ
た膜を実現できることを見いだし、先に特願平11−1
82622号及び特願平11−355004号として出
願し、当該技術を開示した。
SUMMARY OF THE INVENTION The present inventors have conducted intensive studies to solve the above-mentioned drawbacks of the coated tool in the prior art, and as a result, have found that a hard film containing titanium and zirconium as metal components, for example, (Ti, It has been found that, when specific conditions are satisfied in a Zr) CN film or the like, the film hardness does not decrease sharply even at a high temperature, and a film having excellent film adhesion and wear resistance can be realized. 11-1
No. 82622 and Japanese Patent Application No. 11-355004 have disclosed the technology.

【0010】なお、被覆工具において旧来より用いられ
ている炭窒化チタン膜、炭窒化チタン膜等の耐摩耗性を
改善するために、炭窒化チタンジルコニウム等の膜を工
具基体上に被覆する方法が最近提案された(特表平11
−510856号)。この方法は、少なくとも2種の金
属元素を含む炭窒化物膜を、CN化合物ガスを用いてC
VD法で被覆する方法である。しかし、本発明者等が当
該公報記載の技術に従い再現検討した結果では、得られ
た炭窒化チタンジルコニウム膜は結晶粒径が大きく、工
具としての耐摩耗性や耐チッピング性が必ずしも満足で
きるものではなかった。
[0010] In order to improve the wear resistance of a titanium carbonitride film, a titanium carbonitride film, etc., which has been conventionally used in coated tools, a method of coating a film of titanium zirconium carbonitride on a tool substrate is known. Recently proposed (Tokuheihei 11
510856). In this method, a carbonitride film containing at least two kinds of metal elements is formed by using a CN compound gas to form a carbon nitride film.
This is a method of coating by the VD method. However, as a result of the inventors' re-examination according to the technology described in the publication, the obtained titanium-zirconium carbonitride film has a large crystal grain size, and does not necessarily satisfy the wear resistance and chipping resistance as a tool. Did not.

【0011】本発明は、上記本願発明者らが先に提案し
た発明、すなわち、金属成分としてチタン及びジルコニ
ウムを含有する硬質膜に係る発明を更に発展させ、耐摩
耗性、耐チッピング性、高温硬度等に優れ、工具寿命の
永い被覆工具を提供することを課題とするものである。
すなわち、これらの実状を踏まえ本発明が解決しようと
する課題は、従来に比して膜の耐酸化性や耐クラック性
が優れており、格段に工具寿命の優れる炭窒酸化チタン
ジルコニウム膜を有する被覆工具を提供することにあ
る。
The present invention is a further development of the invention previously proposed by the inventors of the present invention, that is, the invention relating to a hard film containing titanium and zirconium as metal components, and has abrasion resistance, chipping resistance, and high-temperature hardness. It is an object of the present invention to provide a coated tool having excellent tool life and a long tool life.
That is, the problem to be solved by the present invention based on these actual conditions is to have a titanium zirconium oxycarbonitride film in which the oxidation resistance and crack resistance of the film are superior to those of the prior art and the tool life is remarkably excellent. An object of the present invention is to provide a coated tool.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上述したような従来の発
明は、いずれも、チタンの炭窒化物層やチタンジルコニ
ウムの炭窒化物層自体にのみ着目し、それらを改善した
内容のものが多い。本願発明者らは、個々の膜の特性改
善を検討するとともに膜相互の関連性についても検討し
た結果、高温耐摩耗性が優れ、結晶粒径が小さい炭窒酸
化チタンジルコニウム膜と、耐クラック性と耐酸化性が
優れた炭窒化ジルコニウム膜又は炭窒酸化ジルコニウム
膜とを組み合わせることにより、両者の特徴を併せ持つ
とともに耐クラック性をより一層高めることができるこ
とを見出し、本発明を完成した。
All of the conventional inventions described above focus on only the carbonitride layer of titanium or the carbonitride layer of titanium-zirconium, and many of them have improved contents. . The inventors of the present application studied the improvement of the properties of the individual films and also examined the relativity of the films. As a result, the titanium zirconium carbonitride oxide film having excellent high-temperature abrasion resistance and a small crystal grain size was obtained. By combining a zirconium carbonitride film or a zirconium carbonitride oxide film having excellent oxidation resistance, it has been found that both characteristics can be combined and the crack resistance can be further enhanced, and the present invention has been completed.

【0013】すなわち本発明は、工具基体表面上に、周
期律表の4a、5a、6a族金属並びにアルミニウムの
炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸化物、窒酸化物、炭窒
酸化物の層のうち、いずれか二種以上の層からなる多層
膜を有し、前記多層膜の中に、炭窒酸化チタンジルコニ
ウム層と炭窒化ジルコニウム層からなる複層構造の層を
単位層又は/及び炭窒酸化チタンジルコニウム層と炭窒
酸化ジルコニウム層とからなる複層構造の層を単位層と
し、前記単位層を工具基体上に少なくとも1単位層以上
含有していることを特徴とする多層被覆工具である。
That is, the present invention provides a method for forming a layer of a metal of Group 4a, 5a, or 6a of the periodic table and a carbide, nitride, carbonitride, carbonate, oxynitride, or carbonitride of aluminum on the surface of a tool base. Among them, a multilayer film composed of any two or more kinds of layers, and in the multilayer film, a layer having a multilayer structure composed of a titanium zirconium carbonitride oxide layer and a zirconium carbonitride layer is formed as a unit layer or / and / or a carbon layer. A multilayer coated tool comprising: a unit layer having a multilayer structure composed of a titanium zirconium oxynitride layer and a zirconium carbonitride oxide layer; and at least one unit layer on the tool base. is there.

【0014】本発明の多層被覆工具は炭窒酸化チタンジ
ルコニウム層と炭窒化ジルコニウム層からなる複層構造
の単位層や炭窒酸化チタンジルコニウム層と炭窒酸化ジ
ルコニウム層とからなる複層構造の単位層をそれぞれ単
独で含有するだけではなく、これらの両単位層を混合し
て含有していてもよい。
The multilayer coated tool of the present invention is a unit layer having a multilayer structure composed of a titanium zirconium carbonitride layer and a zirconium carbonitride layer, or a unit layer having a multilayer structure composed of a titanium zirconium carbonitride layer and a zirconium carbonitride layer. In addition to containing each layer alone, these two unit layers may be mixed and contained.

【0015】本発明によれば、超硬合金やサーメット、
高速度鋼、特殊鋼等からなる周知の工具基体を用い、少
なくとも一単位層、好ましくは二単位層以上の複合構造
の層を含むように多層膜を構成することにより、優れた
工具寿命を持つ多層被覆工具が得られる。その理由は明
確ではないが、高温耐摩耗性が優れ、結晶粒径の小さい
炭窒酸化チタンジルコニウム膜と、耐クラック性と耐酸
化性とが優れた炭窒化ジルコニウム層又は炭窒酸化ジル
コニウム層とを組み合わせることにより高温耐摩耗性と
熱伝導性及び耐酸化性のいずれもがバランス良く優れ、
更に、単位層における外側の膜中に発生したクラックが
両膜の境界領域で遮断されて膜厚方向に伝搬し難くなる
ことによって、より一層耐クラック性が向上し、優れた
工具寿命を持つ被覆層が得られるものと考えられる。
According to the present invention, cemented carbide, cermet,
Using a well-known tool base made of high-speed steel, special steel, etc., and having a multilayer film including at least one unit layer, preferably a composite structure layer of two or more unit layers, has an excellent tool life. A multilayer coated tool is obtained. Although the reason is not clear, the high-temperature wear resistance is excellent, the titanium zirconium carbonitride film having a small crystal grain size, and the zirconium carbonitride or zirconium carbonitride layer having excellent crack resistance and oxidation resistance. The combination of high-temperature abrasion resistance, thermal conductivity and oxidation resistance are all well-balanced,
Furthermore, the cracks generated in the outer film of the unit layer are blocked at the boundary region between the two films and are hardly propagated in the film thickness direction, so that the crack resistance is further improved, and the coating having excellent tool life is provided. It is believed that a layer is obtained.

【0016】本発明において、前記炭窒酸化チタンジル
コニウム層と炭窒化ジルコニウム層又は炭窒酸化ジルコ
ニウム層とからなる複層構造の単位層は、多層膜中に少
なくとも一単位層以上存在する必要があるが、二単位層
以上を含有している多層被覆膜であることが好ましい。
こうすることにより、炭窒酸化チタンジルコニウム層と
炭窒化ジルコニウム層又は炭窒酸化ジルコニウム層との
間でクラックが膜厚方向に走りにくくなるため、耐クラ
ック性が更に向上して、更に良好な工具寿命を持つ被覆
層が得られる効果があると考えられる。
In the present invention, at least one unit layer having a multilayer structure composed of the titanium zirconium carbonitride layer and the zirconium carbonitride or zirconium carbonitride layer must be present in the multilayer film. Is preferably a multilayer coating film containing two or more unit layers.
This makes it difficult for cracks to run in the film thickness direction between the titanium zirconium carbonitride layer and the zirconium carbonitride layer or the zirconium carbonitride layer, so that crack resistance is further improved, and a more favorable tool is provided. It is considered that a coating layer having a long life can be obtained.

【0017】また、本発明において、少なくとも一つの
単位層における炭窒化ジルコニウム層又は炭窒酸化ジル
コニウム層は、炭窒酸化チタンジルコニウム層の上に成
膜されていることが好ましい。工具摩耗が進行しても、
耐酸化性に富む炭窒化ジルコニウム層又は炭窒酸化ジル
コニウム層が外側に存在することにより、内層の酸化を
防止するとともに耐クラック性も良好であるなど、両層
の特徴がより顕著に現れる効果がある。
In the present invention, the zirconium carbonitride layer or the zirconium carbonitride in at least one unit layer is preferably formed on the titanium zirconium carbonitride. Even if tool wear progresses,
The presence of the zirconium carbonitride layer or the zirconium carbonitride oxide layer, which is rich in oxidation resistance, prevents the oxidation of the inner layer and has good crack resistance. is there.

【0018】本発明において、上記単位層における炭窒
酸化チタンジルコニウム層と炭窒化ジルコニウム層又は
炭窒酸化ジルコニウム層は、その膜厚比(炭窒酸化チタ
ンジルコニウム層/炭窒化ジルコニウム層又は炭窒酸化
チタンジルコニウム層/炭窒酸化ジルコニウム層)を
0.5〜100の範囲とするのが良く、好ましくは1〜
50の範囲とする。膜厚比が、0.5未満や100を越
えると複層構造の層とする効果が少なく、耐クラック性
が低下する。好ましい範囲では、耐クラック、耐酸化
性、及び膜硬度のバランスが特に良くなり、優れた工具
特性を得ることが出来る。
In the present invention, the titanium zirconium oxycarbonitride layer and the zirconium carbonitride or zirconium carbonitride layer in the unit layer have a thickness ratio (titanium oxynitride / zirconium carbonitride layer / zirconium carbonitride layer or carbonitride oxide). (Titanium zirconium layer / zirconium carbonitride layer) should be in the range of 0.5 to 100, preferably 1 to 100.
The range is 50. When the thickness ratio is less than 0.5 or more than 100, the effect of forming a layer having a multilayer structure is small, and crack resistance is reduced. In a preferred range, the balance among crack resistance, oxidation resistance, and film hardness is particularly improved, and excellent tool characteristics can be obtained.

【0019】本発明において、複層構造の単位層を構成
する炭窒酸化チタンジルコニウム層と炭窒化ジルコニウ
ム層又は炭窒酸化ジルコニウム層の間に、炭化チタン、
窒化チタン、炭窒化チタン、窒化チタンアルミニウム、
炭化ジルコニウム、窒化ジルコニウム等の薄層を挿入
し、両層間の密着性等を更に高めることも有効である。
In the present invention, titanium carbide, zirconium carbonitride layer or zirconium carbonitride layer, which constitutes a unit layer having a multilayer structure, is provided between titanium carbide,
Titanium nitride, titanium carbonitride, titanium aluminum nitride,
It is also effective to insert a thin layer of zirconium carbide, zirconium nitride or the like to further enhance the adhesion between the two layers.

【0020】本発明において、前記複層構造を構成する
単位層の少なくとも一組の単位層又は一組の単位層を構
成する炭窒酸化チタンジルコニウム膜の膜中のジルコニ
ウム含有量は、0.3〜50質量%含有されていること
が好ましい。膜中にジルコニウムが0.3〜50質量%
含有されていることにより、ジルコニウム含有による効
果、すなわち、良好な耐熱特性や高温高強度が得られ
る。0.3質量%未満ではジルコニウム含有の効果が小
さく、50質量%を越えるとTiC膜やTiCN膜に比
べて常温での膜硬度が低下し、結果的に切削耐久特性が
低下する傾向が現れる。また、ジルコニウムが1〜40
質量%含有されている場合には、更に良好な耐熱特性や
高温高強度が得られるので、より好ましいジルコニウム
含有量は1〜40質量%である。更にまた、ジルコニウ
ムが5〜30質量%含有されている場合には、ジルコニ
ウム含有膜の最も良好な耐熱特性や高温高強度の特徴が
現れ、最も良好な切削耐久特性が得られるので、ジルコ
ニウムの含有量を5〜30質量%の範囲とするのが最も
好ましい。ジルコニウムの含有量は、後述する製造方法
において、原料ガス中のジルコニウム供給ガス(例え
ば、ZrCl4など)の濃度を適宜調整し、膜中のジル
コニウム量を最適化すること等により調整することがで
きる。
In the present invention, the zirconium content in at least one set of unit layers constituting the multilayer structure or the titanium zirconium oxycarbonitride film constituting one set of unit layers is 0.3%. Preferably, it is contained in an amount of from 50 to 50% by mass. 0.3 to 50% by mass of zirconium in the film
By containing Zirconium, the effect of Zirconium inclusion, that is, good heat resistance and high-temperature high strength can be obtained. If it is less than 0.3% by mass, the effect of containing zirconium is small, and if it exceeds 50% by mass, the film hardness at room temperature is lower than that of the TiC film or TiCN film, and as a result, the cutting durability tends to decrease. In addition, zirconium is 1 to 40
When it is contained by mass%, more favorable heat resistance and high-temperature high strength can be obtained, so the more preferable zirconium content is 1 to 40 mass%. Furthermore, when 5 to 30% by mass of zirconium is contained, the best heat resistance and high temperature and high strength characteristics of the zirconium-containing film appear, and the best cutting durability is obtained. Most preferably, the amount is in the range of 5 to 30% by weight. The content of zirconium can be adjusted by appropriately adjusting the concentration of a zirconium supply gas (for example, ZrCl4 or the like) in the source gas and optimizing the amount of zirconium in the film in a manufacturing method described later.

【0021】また、本発明において、前記複層構造を構
成する単位層の少なくとも一組の単位層又は一組の単位
層を構成する炭窒酸化チタンジルコニウム膜の膜中の酸
素含有量は0.05〜10質量%であることがより望ま
しい。膜中に、酸素が0.05〜10質量%含有されて
いる場合には、炭窒酸化チタンジルコニウム膜の面指数
が(422)又は(311)であるX線回折ピークの強
度が高まり、膜の柱状晶形態が強くなるとともに膜表面
の平均結晶粒径が小さくなり、より優れた切削耐久特性
が得られる。酸素の含有量が0.05質量%未満では酸
素含有の効果が比較的小さい。一方、10質量%を越え
ると常温での膜硬度が低下し、結果的に切削耐久特性が
低下する傾向があらわれる。また、酸素が0.3〜5質
量%含有されている場合は、炭窒酸化チタンジルコニウ
ム膜の上記特徴が更に強くあらわれる。更にまた、酸素
が0.3〜3質量%含有されている場合には、炭窒酸化
チタンジルコニウム膜の上記の特徴が最も顕著にあらわ
れ、最も良好な切削耐久特性が得られる。したがって、
より好ましい酸素含有量は0.3〜5質量%であり、最
も好ましい酸素含有量は0.3〜3質量%の範囲であ
る。
In the present invention, the oxygen content in the titanium zirconium oxycarbonitride film constituting at least one set of the unit layers constituting the multilayer structure or the unit layer constituting the set of unit layers may be 0.1 to 0.1%. More preferably, the content is from 0.05 to 10% by mass. When the film contains 0.05 to 10% by mass of oxygen, the intensity of the X-ray diffraction peak of the titanium zirconium carbonitride film having a surface index of (422) or (311) increases, And the average crystal grain size on the film surface is reduced, and more excellent cutting durability is obtained. If the oxygen content is less than 0.05% by mass, the effect of oxygen content is relatively small. On the other hand, if it exceeds 10% by mass, the film hardness at room temperature decreases, and as a result, the cutting durability tends to decrease. When oxygen is contained in an amount of 0.3 to 5% by mass, the above-mentioned characteristics of the titanium zirconium carbonitride film appear more strongly. When oxygen is contained in an amount of 0.3 to 3% by mass, the above characteristics of the titanium zirconium carbonitride film are most remarkably exhibited, and the best cutting durability is obtained. Therefore,
A more preferred oxygen content is 0.3-5% by weight, and the most preferred oxygen content is in the range of 0.3-3% by weight.

【0022】ここで、作製した炭窒酸化チタンジルコニ
ウム層単独又は炭窒酸化チタンジルコニウム層と炭窒化
ジルコニウム層又は炭窒酸化ジルコニウム層とから成る
単位層のジルコニウム含有量や酸素含有量は、研磨済み
の膜断面をエネルギー分散形X線分析装置(EDX)を
用いて測定することにより測定できる。一般の測定に用
いられる走査電子顕微鏡(SEM)に付属のEDX測定
装置の測定領域は約2μm弱と大きいため、炭窒酸化チ
タンジルコニウム層の厚さが約2μm以上の時は炭窒酸
化チタンジルコニウム層単独の膜中のジルコニウム含有
量や酸素含有量を測定できるが、炭窒酸化チタンジルコ
ニウム層の膜厚が約2μm未満であるときは膜単独のジ
ルコニウム含有量や酸素含有量を測定することは難し
い。この時は、EDXの測定範囲を、測定する多層膜領
域の幅×長さ10μmに広げることにより、多層膜領域
全体の平均ジルコニウム量や平均酸素量を測定すること
が出来、これを用いて単位層を構成する膜厚比で案分す
ることにより炭窒酸化チタンジルコニウム層単独のジル
コニウム含有量や酸素含有量を計算することができる。
また、この場合も、透過電子顕微鏡(TEM)を用いる
ことによって各膜単独のジルコニウム含有量や酸素含有
量を分析することができる。
The zirconium content and oxygen content of the titanium zirconium carbonitride layer alone or the unit layer composed of the titanium zirconium carbonitride oxide layer and the zirconium carbonitride layer or the zirconium carbonitride oxide layer are polished. By using an energy dispersive X-ray analyzer (EDX). Since the measurement area of the EDX measuring device attached to the scanning electron microscope (SEM) used for general measurement is as large as about 2 μm or less, when the thickness of the titanium zirconium carbonitride layer is about 2 μm or more, titanium zirconium carbonitride is used. The zirconium content and oxygen content of the film alone can be measured, but when the thickness of the titanium zirconium carbonitride film is less than about 2 μm, it is not possible to measure the zirconium content or oxygen content of the film alone. difficult. At this time, the average zirconium amount and the average oxygen amount of the entire multilayer film region can be measured by expanding the measurement range of EDX to the width of the multilayer film region to be measured × the length of 10 μm. The zirconium content and the oxygen content of the titanium zirconium carbonitride layer alone can be calculated by proportionally dividing the film thickness ratio of the layers.
Also in this case, the zirconium content and the oxygen content of each film alone can be analyzed by using a transmission electron microscope (TEM).

【0023】炭窒酸化チタンジルコニウム膜や炭窒酸化
ジルコニウム膜を成膜する時に用いる酸化炭素ガスは、
、Cなど公知のガスも使用可能である
が、COガス又はCO2ガス又はこれらの混合ガスを用
いることが好ましい。これらのガスを用いることによ
り、C、Cなど、他の酸化炭素ガスを用い
た場合よりも、安価かつ工業的に安定して酸素が供給出
来できる利点がある。また、膜中の酸素量は、後述する
製造方法等において、原料ガス中のCO、COなどの
酸素供給ガスの濃度を最適化することにより調整するこ
とができ、結晶配向性の高い微細な柱状組織の優れた工
具寿命を得るための、最適な条件を設定することができ
る利点がある。
The carbon oxide gas used for forming the titanium zirconium oxynitride film or the zirconium oxycarbonitride film is as follows:
Known gases such as C 3 O 2 and C 5 O 2 can be used, but it is preferable to use CO gas, CO 2 gas, or a mixed gas thereof. By using these gases, there is an advantage that oxygen can be supplied stably at lower cost and industrially than when other carbon oxide gases such as C 3 O 2 and C 5 O 2 are used. Further, the amount of oxygen in the film can be adjusted by optimizing the concentration of an oxygen supply gas such as CO or CO 2 in a source gas in a manufacturing method or the like to be described later. There is an advantage that optimal conditions can be set for obtaining an excellent tool life with a columnar structure.

【0024】また、本発明において、前記複層構造単位
層の中の少なくとも一つの炭窒酸化チタンジルコニウム
層は、(422)面又は(311)面からの等価X線回
折強度比PRが最大であることが好ましい。これによ
り、前記炭窒酸化チタンジルコニウム層が高い結晶性を
持つとともに、耐摩耗性と靭性とが更に優れることにな
り良好な工具寿命が得られる。この膜は、炭窒酸化チタ
ンジルコニウム層の成膜条件を最適化することによって
成膜できる。例えば、炭窒酸化チタンジルコニウム層の
成膜温度が700〜950℃の温度範囲であるときは、
(422)面及び(311)面の等価X線回折強度比P
Rが大きくなる。950℃を越えるような高温では(2
20)面や(111)面の等価X線回折強度比PRが大
きくなる傾向にある。
In the present invention, at least one of the titanium zirconium carbonitride films in the multilayer structural unit layer has a maximum equivalent X-ray diffraction intensity ratio PR from the (422) plane or the (311) plane. Preferably, there is. As a result, the titanium zirconium oxycarbonitride layer has high crystallinity, as well as more excellent wear resistance and toughness, and a good tool life can be obtained. This film can be formed by optimizing the conditions for forming the titanium zirconium carbonitride film. For example, when the film formation temperature of the titanium zirconium carbonitride is in the temperature range of 700 to 950 ° C,
Equivalent X-ray diffraction intensity ratio P of (422) plane and (311) plane
R increases. At high temperatures exceeding 950 ° C (2
There is a tendency that the equivalent X-ray diffraction intensity ratio PR of the (20) plane and the (111) plane becomes large.

【0025】また、本発明において、前記複層構造単位
層を構成する少なくとも一つの炭窒酸化チタンジルコニ
ウム層は、その膜厚方向に細長い柱状組織を持つことが
好ましい。炭窒酸化チタンジルコニウム層が膜厚方向に
細長く連続することで結晶粒の粗大化が防止でき良好な
工具寿命が得られる。この炭窒酸化チタンジルコニウム
層を成膜するには、例えば、700〜950℃で、ま
た、原料ガスとして、好ましくは有機CN化合物ガス、
チタンのハロゲン化ガス、ジルコニウムのハロゲン化ガ
スを用いて、熱CVD法により成膜することにより製造
できる。
In the present invention, it is preferable that at least one titanium zirconium carbonitride film constituting the multilayer structural unit layer has an elongated columnar structure in its thickness direction. Since the titanium zirconium carbonitride layer is elongated and continuous in the film thickness direction, coarsening of crystal grains can be prevented and a good tool life can be obtained. To form the titanium zirconium carbonitride layer, for example, at 700 to 950 ° C., and preferably, an organic CN compound gas as a source gas,
It can be manufactured by forming a film by a thermal CVD method using a halogenated gas of titanium and a halogenated gas of zirconium.

【0026】また、また本発明において、前記複層構造
単位層の中の少なくとも一単位の単位層がチタンの炭窒
化物層又はチタンの炭窒酸化物層の直上に形成されてい
ることが好ましい。これにより、前記複層構造単位層の
中の炭窒酸化チタンジルコニウム層は(422)面又は
(311)面からの等価X線回折強度比PRが最大にな
り易くなるとともに、膜厚方向に細長い柱状組織を持ち
やすくなる。この結果、前記炭窒酸化チタンジルコニウ
ム層が高い結晶性を持つとともに、結晶粒の粗大化が防
止でき、耐摩耗性と靭性とが更に優れることになりさら
に良好な工具寿命が得られる。
In the present invention, it is preferable that at least one unit layer in the multilayer structural unit layer is formed immediately above a titanium carbonitride layer or a titanium carbonitride layer. . Thereby, the titanium zirconium oxycarbonitride layer in the multilayer structural unit layer easily has the maximum equivalent X-ray diffraction intensity ratio PR from the (422) plane or the (311) plane, and is elongated in the film thickness direction. It becomes easier to have a columnar structure. As a result, the titanium zirconium oxycarbonitride layer has high crystallinity, crystal grains can be prevented from becoming coarse, wear resistance and toughness are further improved, and a better tool life can be obtained.

【0027】炭窒酸化チタンジルコニウムのX線回折
は、炭窒酸化チタンジルコニウムの膜組成に近い物質の
JCPDSファイル(Powder Diffraction File Publis
hed by JCPDS International Center for Diffraction
Data)のデーターを用いて同様の方法で測定するものと
する。すなわち、後述する実施例等においては、炭窒酸
化チタンジルコニウムのX線回折はJCPDSファイル
に記載がないため、TiCとTiNのX線回折データー
(JCPDSファイルNo.29−1361とNo.3
8−1420)及び本発明品を実測して得たX線回折パ
ターンから求めた表1の面指数と2θ値を基準にして同
定した。
The X-ray diffraction of titanium zirconium oxynitride is based on a JCPDS file (Powder Diffraction File Publis) of a substance close to the film composition of titanium zirconium oxynitride.
hed by JCPDS International Center for Diffraction
Data) in the same manner. That is, in the examples described later, since the X-ray diffraction of titanium zirconium carbonitride is not described in the JCPDS file, the X-ray diffraction data of TiC and TiN (JCPDS files No. 29-1361 and No. 3) are not described.
8-1420) and an X-ray diffraction pattern obtained by actually measuring the product of the present invention.

【0028】[0028]

【表1】 [Table 1]

【0029】ここでX線回折パターンはX線源にCuK
α1線(λ=0.15405nm)を用い、試料の工具
表面平坦部の皮膜部分を測定面として、2θ−θ走査法
により2θ=10〜145°の範囲で測定する。バック
グランドは装置に内蔵されたソフトにより除去した。ま
た、炭窒酸化チタンジルコニウムの格子定数が0.42
〜0.44の範囲で変動するため、表1の2θ値を基準
にして測定したX線回折ピークに現れているTiC、T
iN、WC(JCPDSファイルNo.25−104
7)等のピークとの位置関係も考慮して炭窒酸化チタン
ジルコニウムのX線回折ピークを決定した。
Here, the X-ray diffraction pattern is CuK
with alpha 1 line (lambda = 0.15405 nm), as measured surface of the tool surface film portion of the flat portion of the sample is measured in the range of 2θ = 10~145 ° by 2 [Theta]-theta scan technique. The background was removed by software built in the apparatus. The lattice constant of titanium zirconium oxynitride is 0.42
Since TiC and T appear in the X-ray diffraction peak measured on the basis of the 2θ value in Table 1,
iN, WC (JCPDS file No. 25-104
The X-ray diffraction peak of titanium zirconium carbonitride was determined in consideration of the positional relationship with the peaks such as 7).

【0030】[0030]

【表2】 [Table 2]

【0031】表2より、等価X線回折強度比PR(hl
k)は炭窒酸化チタンジルコニウムの(hlk)面から
のX線回折ピーク強度を定量的に評価するために次式よ
り定義した。この値は表1に記載された等方粒子のX線
回折ピーク強度I0(hkl)に対する実測した皮膜の
X線回折ピーク強度I(hkl)の相対強度を示してい
る。PR(hkl)値が大きい程(hkl)面からのX
線回折ピーク強度が他のX線回折ピーク強度よりも強
く、皮膜の(hkl)面が基体と平行方向に強く配向し
ていることを示している。
From Table 2, the equivalent X-ray diffraction intensity ratio PR (hl
k) was defined by the following formula in order to quantitatively evaluate the X-ray diffraction peak intensity from the (hlk) plane of titanium zirconium carbonitride. This value indicates the relative intensity of the actually measured X-ray diffraction peak intensity I (hkl) of the coating with respect to the X-ray diffraction peak intensity I0 (hkl) of the isotropic particles described in Table 1. As the PR (hkl) value increases, the X from the (hkl) plane increases.
The X-ray diffraction peak intensity is stronger than the other X-ray diffraction peak intensities, indicating that the (hkl) plane of the film is strongly oriented in a direction parallel to the substrate.

【0032】[0032]

【式1】 (Equation 1)

【0033】ここで、Σは(111)、(200)、
(220)、(311)、(222)、(422)、
(420)、(511)の8個の(hkl)で和を取る
ことを示している。
Where Σ is (111), (200),
(220), (311), (222), (422),
(420) and (511) indicate that the sum is obtained by eight (hkl).

【0034】本発明の被覆工具において、上記炭窒酸化
チタンジルコニウム層や炭窒化ジルコニウム層又は炭窒
酸化ジルコニウム層は(Ti、Zr)(C、N、O)、
Zr(C、N)やZr(C、N、O)に限るものではな
い。これらの成分に例えばCr、Ta、Nb、Zr、H
f、Mg、Y、Si、Bを単独又は複数組み合わせて各
元素を0.3〜10質量%添加した層でも良い。0.3
質量%未満ではこれらを添加する効果が現れず、10質
量%を超えると炭窒酸化チタンジルコニウム層や炭窒化
ジルコニウム層の特徴が低くなる欠点が現れる。また、
上記層には本発明の効果を消失しない範囲でW、Co等
の不純物を例えば数質量%程度まで含むことが許容され
る。
In the coated tool of the present invention, the titanium zirconium oxycarbonitride layer, the zirconium carbonitride layer or the zirconium oxycarbonitride layer comprises (Ti, Zr) (C, N, O)
It is not limited to Zr (C, N) or Zr (C, N, O). These components include, for example, Cr, Ta, Nb, Zr, H
A layer in which f, Mg, Y, Si, and B are used alone or in combination of two or more and each element is added by 0.3 to 10% by mass may be used. 0.3
When the amount is less than 10% by mass, the effect of adding these components is not exhibited. When the amount exceeds 10% by mass, the characteristics of the titanium zirconium carbonitride layer and the zirconium carbonitride layer are lowered. Also,
The layer is allowed to contain impurities such as W and Co, for example, up to about several mass% within a range not to lose the effect of the present invention.

【0035】また、本発明の被覆工具において、上記複
層構造の単位層の下地膜はチタンの炭窒化物層やチタン
の炭窒酸化物に限るものではなく、例えば下地膜として
炭化チタン膜や窒化チタン膜、炭化ジルコニウム膜、窒
化ジルコニウム膜、炭窒化ジルコニウム膜を用いること
ができる。更に、本発明の被覆工具において、前記複層
構造の単位層は、必ずしも最外層膜である必要はない。
例えば、さらにその上にα型酸化アルミニウム膜、κ型
酸化アルミニウム膜、酸化ジルコニウム膜、又はこれら
の複合膜、更にその上にチタン化合物(例えば窒化チタ
ン膜や炭窒化チタン膜及びその多層膜)やジルコニウム
の化合物(例えば窒化ジルコニウムや炭化ジルコニウ
ム、炭窒化ジルコニウム及びその多層膜)等を被覆して
もよい。
In the coated tool of the present invention, the base film of the unit layer having the multilayer structure is not limited to a titanium carbonitride layer or a titanium carbonitride, but may be, for example, a titanium carbide film or a base film. A titanium nitride film, a zirconium carbide film, a zirconium nitride film, or a zirconium carbonitride film can be used. Furthermore, in the coated tool of the present invention, the unit layer having the multilayer structure does not necessarily need to be the outermost layer film.
For example, an α-type aluminum oxide film, a κ-type aluminum oxide film, a zirconium oxide film, or a composite film thereof, and a titanium compound (for example, a titanium nitride film or a titanium carbonitride film and a multilayer film thereof), A zirconium compound (for example, zirconium nitride, zirconium carbide, zirconium carbonitride, and a multilayer film thereof) may be coated.

【0036】また、本発明の多層被覆工具において、前
記複層構造の単位層は、熱CVD法により成膜されたも
のであり、膜の残留応力が引張応力であることが好まし
いが、プラズマCVD法又はアークイオンプレーティン
グ法等のPVD法によってもよい。但し、プラズマCV
D法で成膜すると膜中の塩素量が2質量%を越え膜硬度
と耐摩耗性が低下し、工具寿命が低下する欠点が現れ易
い。また、PVD法で成膜すると膜の残留応力が圧縮応
力になるとともに膜の下地に対する密着性が低下し、膜
が剥離しやすくなり、工具寿命が低下する欠点が現れや
すい。
In the multilayer coated tool of the present invention, the unit layer having the multilayer structure is formed by a thermal CVD method, and the residual stress of the film is preferably a tensile stress. Or a PVD method such as an arc ion plating method. However, plasma CV
When the film is formed by the method D, the amount of chlorine in the film exceeds 2% by mass, the film hardness and the wear resistance are reduced, and the disadvantage that the tool life is shortened tends to appear. In addition, when the film is formed by the PVD method, the residual stress of the film becomes a compressive stress, the adhesion of the film to the base is reduced, the film is easily peeled, and the disadvantage that the tool life is shortened is likely to appear.

【0037】[0037]

【発明の実施の態様】以下、本発明の多層被覆工具を、
実施例等によって具体的に説明するが、これら実施例に
より本発明が限定されるものではない。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Hereinafter, the multilayer coated tool of the present invention will be described.
The present invention will be described specifically with reference to examples and the like, but the present invention is not limited to these examples.

【0038】(実施例1)WC:72質量%、TiC:
8質量%、(Ta、Nb)C:11質量%、Co:9質
量%の組成よりなる超硬合金製スローアウェイチップ上
に、熱CVD法により成膜温度900℃で厚さ0.4μ
mの窒化チタン膜をまず形成した。続いて、成膜温度8
50℃、原料ガスをTiClガス:1.5vol%、
CHCNガス:1.0vol%、Nガス:45vo
l%、残りHキャリヤーガスで構成された原料ガスを
毎分6000mlだけCVD炉内に流し、成膜圧力:
5.0kPaで厚さ1μmの炭窒化チタン膜を成膜し
た。次に、TiClガス1.5vol%、ZrCl
ガス1.5vol%、CHCNガス1.0vol%、
COガスとCOガスの混合ガスを0.5〜2.5vo
l%、Nガス45vol%、残Hキャリヤーガスで
構成された原料ガスを毎分6000mlだけCVD炉内
に流し、成膜圧力5.0kPa、成膜温度750〜95
0℃の範囲で変化させた条件で反応させることによりT
iとZr、C、N、Oからなる炭窒酸化チタンジルコニ
ウム膜を成膜した。続いて、成膜温度700〜950
℃、原料ガスをZrClガス:1.5vol%、CH
CNガス:1.0vol%、Nガス:45vol
%、残りHキャリヤーガスで構成された原料ガスを毎
分6000mlだけCVD炉内に流し、成膜圧力:5.
0kPaで炭窒化ジルコニウム層を成膜した。この炭窒
酸化チタンジルコニウム層と炭窒化ジルコニウム層とを
一組とする複層構造を単位層として、1組〜26組の複
層構造単位層を積層して、全厚が9μmの炭窒酸化チタ
ンジルコニウム層と炭窒化ジルコニウム層とからなる多
層膜を成膜した。なお、全膜厚が9μmになるように、
成膜する組数が1組から25組へと多くなるにつれて、
炭窒酸化チタンジルコニウム層と炭窒化ジルコニウム層
両者の成膜時間を均等に短縮した。それらの試料を表3
に示す。
(Example 1) WC: 72% by mass, TiC:
On a cemented carbide indexable chip having a composition of 8% by mass, (Ta, Nb) C: 11% by mass and Co: 9% by mass, a thickness of 0.4 μm at a film forming temperature of 900 ° C. by a thermal CVD method.
m titanium nitride film was formed first. Subsequently, the film formation temperature 8
50 ° C., the raw material gas was TiCl 4 gas: 1.5 vol%,
CH 3 CN gas: 1.0 vol%, N 2 gas: 45 vol
A raw material gas composed of 1% and the remaining H 2 carrier gas was flowed into the CVD furnace at a rate of 6000 ml / min.
A 1 μm thick titanium carbonitride film was formed at 5.0 kPa. Next, 1.5 vol% of TiCl 4 gas, ZrCl 4
1.5 vol% of gas, 1.0 vol% of CH 3 CN gas,
0.5 to 2.5 vo mixed gas of CO gas and CO 2 gas
1%, 45 vol% of N 2 gas and residual H 2 carrier gas are flowed into the CVD furnace at a rate of 6000 ml / min, a film forming pressure of 5.0 kPa, and a film forming temperature of 750 to 95.
By reacting under the condition changed in the range of 0 ° C., T
A titanium zirconium carbonitride film made of i and Zr, C, N, O was formed. Subsequently, a film forming temperature of 700 to 950
° C, the raw material gas was ZrCl 4 gas: 1.5 vol%, CH
3 CN gas: 1.0vol%, N 2 gas: 45 vol
%, And a source gas composed of the remaining H 2 carrier gas is flowed into the CVD furnace at a rate of 6000 ml / min.
A zirconium carbonitride layer was formed at 0 kPa. The multi-layered structure having the titanium zirconium oxynitride layer and the zirconium carbonitride layer as one set is a unit layer, and 1 to 26 sets of multi-layered structure unit layers are laminated to form a carbon oxynitride having a total thickness of 9 μm. A multilayer film composed of a titanium zirconium layer and a zirconium carbonitride layer was formed. In addition, so that the total film thickness is 9 μm,
As the number of film formation sets increases from one to 25,
The film formation time of both the titanium zirconium carbonitride layer and the zirconium carbonitride layer was reduced uniformly. Table 3 shows the samples.
Shown in

【0039】[0039]

【表3】 [Table 3]

【0040】また、比較のため、以下の試料を作成し
た。比較例27として、炭窒酸化チタンジルコニウム単
層、膜厚9μmの例を、比較例28として、基体上に厚
さ0.4μmの窒化チタン膜、厚さ1μmの炭窒化チタ
ン膜、厚さ7.6μmの炭窒化ジルコニウムを成膜し、
全膜厚9μmの例を製作した。
The following samples were prepared for comparison. As Comparative Example 27, an example of a single layer of titanium zirconium carbonitride and 9 μm in thickness was used. As Comparative Example 28, a titanium nitride film of 0.4 μm in thickness, a titanium carbonitride film of 1 μm in thickness, and a thickness of 7 .6 μm zirconium carbonitride is deposited,
An example having a total film thickness of 9 μm was manufactured.

【0041】図1は、表3に示す試料番号1の炭窒酸化
チタンジルコニウム層と炭窒化ジルコニウム層とから成
る単位層を主層にして構成された複層構造の皮膜部破断
面を、走査電子顕微鏡により撮影したものである。図1
より、本発明品である試料番号1の単位層皮膜を構成す
る炭窒酸化チタンジルコニウム層と炭窒化ジルコニウム
層は、膜厚方向に細長い柱状組織を持ち、炭窒酸化チタ
ンジルコニウム層と炭窒化ジルコニウム層との結晶粒界
が膜厚とほぼ垂直方向に連続していることがわかる。図
2は、作製した炭窒酸化チタンジルコニウム層又は炭窒
酸化チタンジルコニウム層と炭窒化ジルコニウム層から
成る単位層の酸素含有量は、研磨済みの膜断面をエネル
ギー分散形X線分析装置(EDX)を用いて測定した。
炭窒酸化チタンジルコニウム層の厚さが約2μm以上
(試料番号17〜26)の時は炭窒酸化チタンジルコニ
ウム層単独の膜中の酸素量を測定した。炭窒酸化チタン
ジルコニウム層の膜厚が約2μm未満(試料番号1〜1
6)であるときは、EDXの測定範囲を測定する多層膜
の厚さ×長さを10μmに広げて多層膜全体の平均酸素
量を測定した。
FIG. 1 shows a scanning section of a film section of a multilayer structure having a main layer of a unit layer composed of a titanium zirconium carbonitride oxide layer and a zirconium carbonitride layer of Sample No. 1 shown in Table 3. It was taken with an electron microscope. FIG.
The titanium zirconium oxynitride layer and the zirconium carbonitride layer constituting the unit layer film of the sample No. 1 which is the product of the present invention have a columnar structure elongated in the film thickness direction, and the titanium zirconium oxynitride layer and the zirconium carbonitride It can be seen that the crystal grain boundary with the layer is continuous in a direction substantially perpendicular to the film thickness. FIG. 2 shows that the oxygen content of the prepared titanium zirconium carbonitride layer or the unit layer composed of the titanium zirconium carbonitride oxide layer and the zirconium carbonitride layer was determined by measuring the polished cross section of the film by an energy dispersive X-ray analyzer (EDX). It measured using.
When the thickness of the titanium zirconium oxycarbonitride layer was about 2 μm or more (sample numbers 17 to 26), the amount of oxygen in the titanium zirconium oxycarbonitride layer alone was measured. The thickness of the titanium carbonitride zirconium layer is less than about 2 μm (sample numbers 1 to 1).
In the case of 6), the thickness × length of the multilayer film for measuring the measurement range of EDX was expanded to 10 μm, and the average oxygen amount of the entire multilayer film was measured.

【0042】図2は試料番号7の工具表面平坦部におけ
る皮膜部分のX線回折パターン測定結果である。図2の
X線回折パターンから求めた本発明品の炭窒酸化チタン
ジルコニウム膜の、各ピークの2θ値とX線回折強度及
び各2θ値から求めた格子定数を表3にまとめて示す。
図3は図2より求めた試料番号7の炭窒酸化チタンジル
コニウム膜の各(hkl)面の等価X線回折強度比PR
(hkl)をまとめて示したものである。本試料の等価
X線回折強度比PRは(422)面が最大であり、次い
で(311)が大きいことがわかる。
FIG. 2 shows the measurement results of the X-ray diffraction pattern of the coating on the flat part of the tool surface of sample No. 7. Table 3 summarizes the 2θ value of each peak, the X-ray diffraction intensity, and the lattice constant obtained from each 2θ value of the titanium zirconium carbonitride film obtained from the X-ray diffraction pattern of FIG. 2 according to the present invention.
FIG. 3 shows an equivalent X-ray diffraction intensity ratio PR of each (hkl) surface of the titanium zirconium carbonitride oxide film of Sample No. 7 obtained from FIG.
(Hkl) are shown together. It can be seen that the equivalent X-ray diffraction intensity ratio PR of this sample is the largest at the (422) plane, followed by (311).

【0043】上記のようにして得られた本発明の多層被
覆工具を用いて、以下の条件で連続切削を行い、被覆工
具の工具寿命を評価した。 被削材:SCM435(HS40) 切削速度:240m/分 送り:0.40mm/rev 切り込み:2.5mm 乾式切削 ここで、切削状況を2分間隔で調べ、平均逃げ面摩耗量
が0.35mm、クレーター摩耗が0.1mm、境界摩
耗が0.5mmのどれかに達した時間を連続切削寿命と
判断し、これを工具寿命とした。その結果も表3に併記
する。
Using the multilayer coated tool of the present invention obtained as described above, continuous cutting was performed under the following conditions, and the tool life of the coated tool was evaluated. Work material: SCM435 (HS40) Cutting speed: 240 m / min Feed: 0.40 mm / rev Depth of cut: 2.5 mm Dry cutting Here, the cutting condition is checked at 2-minute intervals, and the average flank wear is 0.35 mm. The time when the crater wear reached one of 0.1 mm and the boundary wear reached 0.5 mm was determined as the continuous cutting life, and this was defined as the tool life. The results are also shown in Table 3.

【0044】表3より、本発明による多層被覆工具は、
いずれも連続切削寿命が10分以上と長く優れているこ
とがわかる。また、表3中の、試料番号19、25、2
6の炭窒酸化チタンジルコニウム層単独、試料番号2、
3、14、16中の単位層中の平均酸素量が約1〜2%
である本発明例では、膜中のジルコニウム量や酸素量が
ほぼ同じであっても、複層構造の単位層が1組のものよ
りも2組のものの工具寿命が長く優れており、さらには
3組以上のものがさらに優れていることがわかる。すな
わち、試料番号26と試料番号25とを比較すると単位
数が1組から2組に増えることにより連続切削寿命は1
0分から16分へと1.6倍長くなり、更に単位層が3
組(試料番号19)になると連続切削寿命が22分と更
に1.4倍長くなりさらに優れていることがわかる。そ
して、単位層が5組(試料番号16)、8組(試料番号
15)、15組(試料番号7)と組数が増えるに連れ
て、連続切削寿命が24分、26分、28分と長くなっ
ている。なお、組数が10組以上では連続切削寿命も飽
和していく傾向が見られるが、これは全膜厚を9μmに
限定しており、組数が増えるに連れて単位層の膜厚が薄
くなって行くためと考えられる。全膜厚に対して最適な
単位数の範囲があることがわかる。
From Table 3, it can be seen that the multilayer coated tool according to the present invention is:
In each case, the continuous cutting life is as long as 10 minutes or more, which is excellent. In Table 3, sample numbers 19, 25, and 2
Sample No. 2 of titanium zirconium carbonitride oxide layer 6 alone
The average oxygen content in the unit layer in 3, 14, 16 is about 1-2%
In the present invention example, even when the zirconium content and the oxygen content in the film are almost the same, the tool life of two sets of unit layers having a multilayer structure is longer and better than that of one set. It can be seen that three or more sets are more excellent. That is, when the sample number 26 and the sample number 25 are compared, the number of units increases from one set to two sets, so that the continuous cutting life becomes 1
1.6 times longer from 0 minutes to 16 minutes, and 3 unit layers
In the case of the set (sample No. 19), the continuous cutting life was 22 minutes, which is 1.4 times longer, indicating that the continuous cutting life was even better. As the number of unit layers increased to 5 sets (sample No. 16), 8 sets (sample No. 15), and 15 sets (sample No. 7), the continuous cutting life was 24 minutes, 26 minutes, and 28 minutes. It is getting longer. When the number of sets is 10 or more, the continuous cutting life tends to be saturated. However, the total thickness is limited to 9 μm, and the thickness of the unit layer becomes thinner as the number of sets increases. It is thought to become. It can be seen that there is an optimum range of the number of units for the entire film thickness.

【0045】更に、試料番号17〜24の3組の単位層
から成る試料では、炭窒酸化チタンジルコニウム層中の
酸素の含有量が11.5質量%の時は、連続切削寿命が
14分であるのに対して、0.05〜10質量%の時は
連続切削寿命が18分以上と長くなり、炭窒酸化チタン
ジルコニウム層中の酸素の含有量が0.3〜5質量%の
時は、連続切削寿命が20分以上と更に長くなり、酸素
含有量が0.3〜3質量%の時には、連続切削寿命が2
2分以上と最も長く、切削耐久特性が最も優れているこ
とがわかる。また、試料番号5〜13では多層膜中の酸
素の含有量が8.4質量%(炭窒酸化チタンジルコニウ
ムと炭窒化ジルコニウムとの膜厚比が約4:1であるこ
とから炭窒酸化チタンジルコニウム層単独に換算すると
約10.5質量%に対応する)の時は、連続切削寿命が
22分であるのに対して、多層膜中の酸素の含有量が
0.05〜7.9質量%(同0.05〜9.9質量%に
対応する)の時は連続切削寿命が24分以上と長くな
り、酸素含有量が0.3〜3.9質量%(同0.3〜
5.0質量%に対応する)の時は連続切削寿命が26分
以上とさらに長くなり、酸素含有量が0.3〜2.3質
量%(同、約0.3〜3.0質量%に対応する)の時に
は、連続切削寿命が28分以上と最も長くなり、切削耐
久特性が最も優れていることがわかる。すなわち、本発
明被覆工具においては、炭窒酸化チタンジルコニウム層
に酸素を含有させることが必須であるが、その含有量は
10%質量以下であることが好ましく、より好ましくは
0.3〜5質量%とする。また、最も優れた特性を得る
ためには、炭窒酸化チタンジルコニウム層の酸素を0.
3〜3質量%の範囲にするのが最も望ましい。
Further, in the sample composed of three sets of unit layers of sample Nos. 17 to 24, when the oxygen content in the titanium zirconium carbonitride film is 11.5% by mass, the continuous cutting life is 14 minutes. On the other hand, when the content is 0.05 to 10% by mass, the continuous cutting life is as long as 18 minutes or more, and when the oxygen content in the titanium zirconium carbonitride is 0.3 to 5% by mass, When the continuous cutting life is longer than 20 minutes and the oxygen content is 0.3 to 3% by mass, the continuous cutting life is 2 minutes.
The longest time is 2 minutes or more, which indicates that the cutting durability is the best. Further, in Sample Nos. 5 to 13, the content of oxygen in the multilayer film was 8.4% by mass (since the thickness ratio between titanium zirconium carbonitride and zirconium carbonitride was about 4: 1, (Corresponding to about 10.5% by mass when converted to a zirconium layer alone), the continuous cutting life is 22 minutes, while the oxygen content in the multilayer film is 0.05 to 7.9% by mass. % (Corresponding to 0.05 to 9.9% by mass), the continuous cutting life becomes longer than 24 minutes, and the oxygen content becomes 0.3 to 3.9% by mass (0.3 to 9.9% by mass).
In the case of 5.0 mass%, the continuous cutting life is further extended to 26 minutes or more, and the oxygen content is 0.3 to 2.3 mass% (same as above, about 0.3 to 3.0 mass%). ), The continuous cutting life is the longest at 28 minutes or more, and it can be seen that the cutting durability characteristics are the most excellent. That is, in the coated tool of the present invention, it is essential to contain oxygen in the titanium zirconium carbonitride layer, but the content is preferably 10% by mass or less, more preferably 0.3 to 5% by mass. %. Further, in order to obtain the most excellent characteristics, the oxygen in the titanium zirconium carbonitride oxide layer is reduced to 0.1.
Most preferably, it is in the range of 3 to 3% by mass.

【0046】また、比較例27の単層の例では、基体と
の密着せず剥離し、初期に寿命となり、また、比較例2
8は、膜の酸化或いは膜中にクラックが発生したため、
摩耗が急速に進行し、連続切削寿命は6分であった。更
に、本発明例、試料番号26の1単位層の被覆の例の工
具寿命が、炭窒酸化チタンジルコニウム単層を被覆して
いる比較例28よりも約1.7倍優れている。
In the case of the single layer of Comparative Example 27, the single layer was peeled off without adhering to the substrate, and the life was initially shortened.
8 is due to oxidation of the film or cracks in the film,
Wear progressed rapidly and the continuous cutting life was 6 minutes. In addition, the tool life of the invention example, one unit layer coating of Sample No. 26, is about 1.7 times better than Comparative Example 28, which coats a single layer of titanium zirconium carbonitride.

【0047】(実施例2)本発明品における炭窒酸化チ
タンジルコニウム層中のZrの含有量による影響を明ら
かにするため、実施例1と同じ切削工具用超硬合金基体
の表面に、厚さ0.4μmの窒化チタン膜を成膜した
後、厚さ1μmの炭窒化チタン膜を成膜した。次いでそ
の直上に、TiClガス0.3〜2.5vol%、Z
rClガス0.3〜2.5vol%、CHCNガス
0.6〜5vol%、COガスとCOガスの混合ガス
を1.0vol%、Nガス25〜45vol%、残H
キャリヤーガスで構成された原料ガスを毎分5500
mlだけCVD炉内に流し、成膜圧力2.7k〜13.
3kPa、成膜温度750〜1000℃の範囲で変化さ
せた条件で反応させることにより所定の厚さのTiとZ
r、C、N、Oからなる様々な炭窒酸化チタンジルコニ
ウム膜を成膜した。続いて、成膜温度750〜1000
℃で、原料ガスをZrClガス:1.5vol%、C
CNガス:1.0vol%、COガスとCOガス
の混合ガスを1.0vol%、Nガス:45vol
%、残りHキャリヤーガスで構成された原料ガスを毎
分6000mlだけCVD炉内に流し、成膜圧力:5.
0kPaで炭窒酸化ジルコニウム層を成膜した。この炭
窒酸化チタンジルコニウム層と炭窒酸化ジルコニウム層
とを一組とする複層構造を一単位層として、3組の複層
構造単位層を積層して、全厚が9μmの炭窒酸化チタン
ジルコニウム層と炭窒酸化ジルコニウム層とからなる多
層膜を成膜し試料番号29〜39とした。この試料番号
30〜39のものについての炭窒酸化チタンジルコニウ
ム層の組織、Zr含有量、酸素含有量、X線回折強度比
PRの最大面、切削寿命を表4に示す。炭窒酸化チタン
ジルコニウム層の酸素含有量はいずれも1.6質量%前
後であった。尚、比較のため、比較例40として、基体
上に厚さ0.4μmの窒化チタン膜、厚さ1μmの炭窒
化チタン膜、更に、炭窒酸化チタン層と炭窒酸化ジルコ
ニウム層とを一組とする複層構造を一単位層として、3
組を積層して、全厚が9μmの炭窒酸化チタン層と炭窒
酸化ジルコニウム層の試料も製作した。
Example 2 In order to clarify the influence of the Zr content in the titanium zirconium carbonitride layer in the product of the present invention, the same thickness as in Example 1 was applied to the surface of the cemented carbide substrate for a cutting tool. After forming a 0.4 μm titanium nitride film, a 1 μm thick titanium carbonitride film was formed. Then, immediately above, 0.3 to 2.5 vol% of TiCl 4 gas, Z
RCL 4 gas 0.3~2.5vol%, CH 3 CN gas 0.6~5vol%, 1.0vol%, a mixed gas of CO gas and CO 2 gas, N 2 gas 25~45vol%, residual H
The raw material gas composed of two carrier gases is supplied at 5500 / min.
ml in a CVD furnace, and a film forming pressure of 2.7k to 13.k.
By reacting under the conditions of 3 kPa and a film formation temperature of 750 to 1000 ° C., Ti and Z having a predetermined thickness are formed.
Various titanium zirconium carbonitride films composed of r, C, N, and O were formed. Subsequently, the film formation temperature 750 to 1000
The raw material gas was ZrCl 4 gas: 1.5 vol%, C
H 3 CN gas: 1.0vol%, 1.0vol%, a mixed gas of CO gas and CO 2 gas, N 2 gas: 45 vol
%, And a source gas composed of the remaining H 2 carrier gas is flowed into the CVD furnace at a rate of 6000 ml / min.
A zirconium oxycarbonitride layer was formed at 0 kPa. The multilayer structure having the titanium zirconium oxynitride layer and the zirconium oxycarbonitride layer as one set is defined as one unit layer, and three sets of multilayer structure unit layers are laminated to form a titanium oxycarbonitride having a total thickness of 9 μm. Sample numbers 29 to 39 were formed by forming a multilayer film composed of a zirconium layer and a zirconium carbonitride layer. Table 4 shows the structure of the titanium zirconium carbonitride oxide layer, the Zr content, the oxygen content, the maximum surface of the X-ray diffraction intensity ratio PR, and the cutting life for the sample numbers 30 to 39. The oxygen content of the titanium zirconium carbonitride layer was about 1.6% by mass. For comparison, as Comparative Example 40, a pair of a titanium nitride film having a thickness of 0.4 μm, a titanium carbonitride film having a thickness of 1 μm, a titanium carbonitride oxide layer and a zirconium carbonitride oxide layer were formed on a substrate. The multi-layered structure as one unit layer
By stacking the sets, a sample of a titanium carbonitride layer and a zirconium carbonitride layer having a total thickness of 9 μm was also prepared.

【0048】[0048]

【表4】 [Table 4]

【0049】表4より、試料番号30〜38のジルコニ
ウムの含有量が0.3〜50質量%では、連続切削寿命
が18分以上と長く、試料番号30〜36の同1〜40
質量%では、連続切削寿命が20分以上と更に長くな
り、試料番号31〜35の同5〜30質量%では、連続
切削寿命が22分以上と最も長くなり、最も切削耐久特
性が優れていることがわかる。本発明では、炭窒酸化チ
タンジルコニウム層のジルコニウムを含有させることが
必須であるが、その含有量は0.3〜50質量%であ
り、より好ましくは1〜40質量%、更に好ましくは5
〜30質量%の範囲である。また、比較例40は、硬度
が相対的に低いためか摩耗が進行し、連続切削寿命は1
1分であった。単位数が3組で対比すると、試料番号2
9の試料は連続切削寿命が16分と比較例40より約
1.5倍長く、炭窒酸化チタンジルコニウム層と炭窒酸
化ジルコニウム層とから成る単位層を被覆している本発
明品の工具寿命が、ジルコニウムを含有しない炭窒酸化
チタン層と炭窒酸化ジルコニウム層とから成る単位層を
被覆している比較例40の試料よりも工具寿命が約1.
5倍以上優れていることがわかった。
As shown in Table 4, when the zirconium content of Sample Nos. 30 to 38 is 0.3 to 50% by mass, the continuous cutting life is as long as 18 minutes or more, and the sample Nos. 30 to 36 are 1 to 40%.
In mass%, the continuous cutting life is further increased to 20 minutes or more, and in 5 to 30 mass% of Sample Nos. 31 to 35, the continuous cutting life is maximized to 22 minutes or more, and the cutting durability is most excellent. You can see that. In the present invention, it is essential to contain zirconium in the titanium zirconium carbonitride layer, but the content is 0.3 to 50% by mass, more preferably 1 to 40% by mass, and still more preferably 5 to 50% by mass.
-30% by mass. In Comparative Example 40, wear progressed probably because the hardness was relatively low, and the continuous cutting life was 1
One minute. When the number of units is compared with three sets, sample number 2
The sample No. 9 has a continuous cutting life of 16 minutes, which is about 1.5 times longer than that of Comparative Example 40, and the tool life of the product of the present invention coated with a unit layer composed of a titanium zirconium oxynitride layer and a zirconium oxycarbonitride layer. Has a tool life of about 1.10 compared to the sample of Comparative Example 40 in which a unit layer comprising a titanium oxycarbonitride layer containing no zirconium and a zirconium oxycarbonitride layer is coated.
It was found to be 5 times or more superior.

【0050】(実施例3)本発明品における炭窒酸化チ
タンジルコニウム層と炭窒酸化ジルコニウム層との単位
層からなる多層膜の工具寿命への影響を明らかにするた
め、実施例1と同じ切削工具用超硬合金基体に、厚さ
0.4μmの窒化チタン膜を成膜した後、厚さ1μmの
炭窒化チタン膜を成膜した。次いでその直上に、実施例
1の試料番号5〜13と同じ条件で炭窒酸化チタンジル
コニウム層を成膜し、続いて、成膜温度900℃、原料
ガスをZrClガス:1.5vol%、CHCNガ
ス:1.0vol%、COガスとCOガスの混合ガス
を0.5〜2.5vol%、Nガス:45vol%、
残りHキャリヤーガスで構成された原料ガスを毎分6
000mlだけCVD炉内に流し、成膜圧力:5.0k
Paで炭窒酸化ジルコニウム層を成膜した。この炭窒酸
化チタンジルコニウム層と炭窒酸化ジルコニウム層とを
一組とする複層構造を一単位層として、15組の複層構
造単位層を積層して、全厚が9μmの炭窒酸化チタンジ
ルコニウム層と炭窒酸化ジルコニウム層とからなる多層
膜を成膜し、試料番号40〜49とした。この試料番号
40〜49のものについての炭窒酸化チタンジルコニウ
ム層の組織、酸素含有量、X線回折強度比PRの最大
面、切削寿命を表5に示す。いずれも炭窒酸化チタンジ
ルコニウム層中のジルコニウム含有量は約10質量%で
あった。また、比較例50として、基体上に厚さ0.4
μmの窒化チタン膜、厚さ1μmの炭窒化チタン膜、炭
窒化ジルコニウム層と炭窒化チタンジルコニウム層を一
単位層とした層を3組設け、全厚が9μmの試料も製作
した。
Example 3 The same cutting as in Example 1 was carried out to clarify the effect on the tool life of a multilayer film comprising a unit layer of a titanium zirconium carbonitride and a zirconium carbonitride in the present invention. After a titanium nitride film having a thickness of 0.4 μm was formed on a cemented carbide substrate for a tool, a titanium carbonitride film having a thickness of 1 μm was formed. Next, a titanium zirconium carbonitride oxide layer was formed directly thereon under the same conditions as those of Sample Nos. 5 to 13 in Example 1. Subsequently, a film formation temperature was 900 ° C., and a raw material gas was ZrCl 4 gas: 1.5 vol%. CH 3 CN gas: 1.0vol%, 0.5~2.5vol% a mixed gas of CO gas and CO 2 gas, N 2 gas: 45 vol%,
The source gas composed of the remaining H 2 carrier gas is reduced to 6 per minute.
Flow only 000 ml into the CVD furnace, and deposit pressure: 5.0k
A zirconium carbonitride layer was formed at Pa. The multi-layered structure comprising the titanium zirconium oxynitride layer and the zirconium oxycarbonitride layer as one set is defined as one unit layer, and 15 sets of multi-layered structure unit layers are laminated to form a titanium oxycarbonitride having a total thickness of 9 μm. A multilayer film composed of a zirconium layer and a zirconium oxycarbonitride layer was formed, and sample numbers 40 to 49 were obtained. Table 5 shows the structure of the titanium zirconium carbonitride oxide layer, the oxygen content, the maximum surface of the X-ray diffraction intensity ratio PR, and the cutting life for the sample numbers 40 to 49. In each case, the zirconium content in the titanium zirconium carbonitride layer was about 10% by mass. Further, as Comparative Example 50, a thickness of 0.4
A 3 μm-thick titanium nitride film, a 1 μm-thick titanium carbonitride film, a zirconium carbonitride layer, and three layers each including a titanium zirconium carbonitride layer as one unit layer were provided, and a sample having a total thickness of 9 μm was also manufactured.

【0051】[0051]

【表5】 [Table 5]

【0052】表5、試料番号40〜47の多層膜中の酸
素の含有量が0.05〜10質量%では、連続切削寿命
が22分以上と長く、試料番号40〜44の同0.3〜
5質量%では、連続切削寿命が24分以上と更に長くな
り、試料番号40〜43の同0.3〜3質量%では、連
続切削寿命が26分以上と最も長くなり、切削耐久特性
が最も優れていることがわかる。更に、比較例50の単
位層を3組設けた例では、膜の柱状晶形態が弱く耐クラ
ック性が相対的に劣るためか摩耗が進行し、連続切削寿
命は12分であった。この事は、単位数が3組と本発明
例、試料番号17の試料(酸素量0.05質量%)は連
続切削寿命が18分であり、約1.5倍長く、炭窒酸化
チタンジルコニウム層と炭窒化ジルコニウム層とから成
る単位層を被覆している本発明品の工具寿命が、無酸素
の炭窒化チタンジルコニウム層と炭窒化ジルコニウム層
とから成る単位層を被覆している比較例29の試料より
も工具寿命が約1.5倍以上優れていることがわかっ
た。
In Table 5, when the oxygen content in the multilayer film of Sample Nos. 40 to 47 is 0.05 to 10% by mass, the continuous cutting life is as long as 22 minutes or more, and that of Sample Nos. 40 to 44 is 0.3. ~
At 5% by mass, the continuous cutting life is further extended to 24 minutes or more, and at 0.3 to 3% by mass of sample numbers 40 to 43, the continuous cutting life is the longest at 26 minutes or more, and the cutting durability characteristics are the most. It turns out that it is excellent. Further, in the example of Comparative Example 50 in which three sets of unit layers were provided, abrasion progressed because the columnar crystal form of the film was weak and crack resistance was relatively poor, and the continuous cutting life was 12 minutes. This means that the sample of Sample No. 17 (oxygen amount 0.05 mass%) having three units of the present invention and a sample number of 17 (oxygen amount 0.05 mass%) has a continuous cutting life of 18 minutes, about 1.5 times longer, Example 29 in which the tool life of the present invention coating a unit layer composed of a zirconium carbonitride layer and a unit layer composed of an oxygen-free titanium zirconium carbonitride layer and a zirconium carbonitride layer was compared. It was found that the tool life was about 1.5 times or more superior to that of the sample.

【0053】(実施例4)本発明品における炭窒酸化チ
タンジルコニウム層と炭窒化ジルコニウム層とからなる
複層構造の単位層が、炭窒酸化チタン層の直上に形成さ
れているときの工具寿命への影響を明らかにするため、
実施例1と同じ切削工具用超硬合金基体に、厚さ0.4
μmの窒化チタン膜を成膜した後、TiClガスを
1.5vol%、CHCNガスを2.0vol%、C
OガスとCOガスの混合ガスを1.0vol%、N
ガスを45vol%、残Hキャリヤーガスで構成され
た原料ガスを毎分5500mlだけCVD炉内に流し、
圧力6.6kPa、成膜温度850℃の条件で、厚さ1
μmの炭窒酸化チタン膜を成膜した。次いでその直上
に、実施例1の試料番号7と同じ条件で炭窒酸化チタン
ジルコニウム層と炭窒化ジルコニウム層とから成る単位
層を15組、全厚が9μmの皮膜を成膜し、試料番号5
1とした。また、試料番号51と同じ成膜条件で超硬合
金基体に、厚さ0.4μmの窒化チタン膜を成膜した
後、炭窒酸化チタン膜や炭窒化チタン膜を成膜すること
なく、直接、炭窒酸化チタンジルコニウム層と炭窒化ジ
ルコニウム層とから成る単位層を15組、全厚10μm
の皮膜を成膜し、これを試料番号52とした。この試料
番号51、52の炭窒酸化チタンジルコニウム層の組
織、ジルコニウム含有量、酸素含有量、X線回折強度比
PRの最大面、連続切削寿命を表6にまとめて示す。
(Example 4) Tool life when a unit layer having a multilayer structure comprising a titanium zirconium carbonitride layer and a zirconium carbonitride layer in the product of the present invention is formed immediately above the titanium carbonitride oxide layer. To clarify the impact on
On the same cemented carbide substrate for a cutting tool as in Example 1, a thickness of 0.4
After forming a titanium nitride film having a thickness of μm, 1.5 vol% of TiCl 4 gas, 2.0 vol% of CH 3 CN gas, and C
1.0 vol% of a mixed gas of O gas and CO 2 gas, N 2 gas
A source gas composed of 45 vol% of gas and the remaining H 2 carrier gas was flowed into the CVD furnace at 5500 ml / min.
At a pressure of 6.6 kPa and a film forming temperature of 850 ° C., a thickness of 1
A μm-thick titanium carbonitride film was formed. Then, immediately above it, 15 sets of unit layers composed of a titanium zirconium carbonitride layer and a zirconium carbonitride layer were formed under the same conditions as sample No. 7 of Example 1 to form a coating having a total thickness of 9 μm.
It was set to 1. Further, after forming a titanium nitride film having a thickness of 0.4 μm on a cemented carbide substrate under the same film forming conditions as sample number 51, directly forming a titanium carbonitride oxide film or a titanium carbonitride film, , 15 sets of unit layers composed of a titanium zirconium carbonitride layer and a zirconium carbonitride layer, having a total thickness of 10 μm
Was formed, and this was designated as Sample No. 52. Table 6 summarizes the structure, the zirconium content, the oxygen content, the maximum surface of the X-ray diffraction intensity ratio PR, and the continuous cutting life of the titanium zirconium carbonitride layers of Sample Nos. 51 and 52.

【0054】[0054]

【表6】 [Table 6]

【0055】また、比較のため、同様に、切削工具用超
硬合金からなる基体上に厚さ0.4μmの窒化チタン
膜、厚さ1μmの炭窒化チタン膜を成膜し、更に、炭窒
化ジルコニウム膜を被覆し、全厚9μmの比較例53を
製作した。その試験の結果も表6に併記する。
For comparison, a titanium nitride film having a thickness of 0.4 μm and a titanium carbonitride film having a thickness of 1 μm were similarly formed on a substrate made of a cemented carbide for a cutting tool. Comparative Example 53 having a total thickness of 9 μm was produced by coating with a zirconium film. The results of the test are also shown in Table 6.

【0056】表6及び実施例1の試料番号7より、試料
番号51は、本発明例の単位層が窒化チタン膜の直上に
形成されている試料番号52に比べて、連続切削寿命が
28分、20分と連続切削寿命がさらに優れていること
がわかる。また、比較例53では、逃げ面摩耗が急激に
進み、連続切削寿命が4分と短く、本発明例よりも工具
寿命が劣る。
From Table 6 and Sample No. 7 in Example 1, Sample No. 51 has a continuous cutting life of 28 minutes compared to Sample No. 52 in which the unit layer of the present invention is formed immediately above the titanium nitride film. It can be seen that the continuous cutting life was as excellent as 20 minutes. In Comparative Example 53, the flank wear rapidly increased, the continuous cutting life was as short as 4 minutes, and the tool life was inferior to that of the present invention.

【0057】(実施例5)本発明品の炭窒酸化チタンジ
ルコニウム層と炭窒化ジルコニウム層とからなる複層構
造の単位層における炭窒酸化チタンジルコニウム層が、
膜厚方向に細長い柱状組織と粒状組織である場合との工
具寿命への影響を明らかにするため、実施例1と同じ切
削工具用超硬合金基体に、厚さ0.4μmの窒化チタン
膜を成膜した後、厚さ1μmの炭窒化チタン膜を成膜し
た。次ぎに、成膜温度1050℃、原料ガスをTiCl
ガス:1.5vol%、ZrClガス:1.5vo
l%、CHガス2.5vol%、Nガス:45vo
l%、COガスとCOガスの混合ガス:1.0vol
%、残りHキャリヤーガスで構成された原料ガスを毎
分6000mlだけCVD炉内に流し、成膜圧力:5.
0kPaで炭窒酸化チタンジルコニウム層を成膜した。
続いて、成膜温度1050℃、原料ガスをZrCl
ス:1.5vol%、CHガス:1.0vol%、N
ガス:45vol%、残りHキャリヤーガスで構成
された原料ガスを毎分6000mlだけCVD炉内に流
し、成膜圧力:5.0kPaで炭窒化ジルコニウム層を
成膜した。この炭窒酸化チタンジルコニウム層と炭窒化
ジルコニウム層とからなる複層構造の層を1組の単位層
として、15組の単位層からなり全厚が9μmの炭窒酸
化チタンジルコニウム層と炭窒化ジルコニウム層からな
る皮膜を成膜し試料番号54とした。
(Example 5) The titanium zirconium oxycarbonitride layer in the unit layer of the multilayer structure composed of the titanium zirconium carbonitride oxide layer and the zirconium carbonitride layer according to the present invention is as follows:
In order to clarify the effect on the tool life when the columnar structure and the granular structure are elongated in the film thickness direction, a titanium nitride film having a thickness of 0.4 μm was formed on the same cemented carbide substrate for a cutting tool as in Example 1. After forming the film, a titanium carbonitride film having a thickness of 1 μm was formed. Next, a film forming temperature of 1050 ° C. and a source gas of TiCl
4 Gas: 1.5vol%, ZrCl 4 gas: 1.5vo
l%, CH 4 gas 2.5 vol%, N 2 gas: 45Vo
1%, mixed gas of CO gas and CO 2 gas: 1.0 vol
%, And a source gas composed of the remaining H 2 carrier gas is flowed into the CVD furnace at a rate of 6000 ml / min.
A titanium carbonitride zirconium layer was formed at 0 kPa.
Subsequently, the film forming temperature was 1050 ° C., and the source gas was ZrCl 4 gas: 1.5 vol%, CH 4 gas: 1.0 vol%, N
A source gas composed of 2 gases: 45 vol% and the remaining H 2 carrier gas was flowed into the CVD furnace at a rate of 6000 ml / min, and a zirconium carbonitride layer was formed at a film forming pressure of 5.0 kPa. The multi-layered structure including the titanium zirconium oxynitride layer and the zirconium carbonitride layer is a set of unit layers, and the titanium zirconium oxycarbonitride layer and the zirconium carbonitride having a total thickness of 9 μm, each including 15 sets of unit layers. A film composed of the layers was formed to obtain Sample No. 54.

【0058】この試料番号54の組織は粒状であり、ジ
ルコニウム含有量は10.0%、酸素含有量は1.2
%、X線回折強度比PRの最大面は(220)であり、
連続切削寿命は16分であった。
The structure of Sample No. 54 is granular, having a zirconium content of 10.0% and an oxygen content of 1.2.
%, The maximum plane of the X-ray diffraction intensity ratio PR is (220),
The continuous cutting life was 16 minutes.

【0059】更に、試料番号54と試料番号7とを比較
すると、炭窒酸化チタンジルコニウム層と炭窒化ジルコ
ニウム層とからなる複層構造の単位層における炭窒酸化
チタンジルコニウム層が膜厚方向に細長い柱状組織であ
る場合(試料番号7、連続切削寿命28分)の方が、細
長い柱状組織でない場合(試料番号49、連続切削寿命
16分)より連続切削寿命が長く優れていることがわか
る。
Further, when comparing Sample No. 54 with Sample No. 7, it is found that the titanium zirconium carbonitride zirconium layer in the unit layer having the multilayer structure composed of the titanium zirconium carbonitride and zirconium carbonitride layers is elongated in the film thickness direction. It can be seen that the continuous cutting life is longer and superior in the case of a columnar structure (sample No. 7, continuous cutting life of 28 minutes) than in the case of not having an elongated columnar structure (sample number 49, continuous cutting life of 16 minutes).

【0060】(実施例6)本発明において、単位層を構
成する炭窒酸化チタンジルコニウム層の等価X線回折強
度比PRが最大を示す面の相違による影響を調べるた
め、複層構造の単位層のうちの炭窒酸化チタンジルコニ
ウム層を成膜するときの成膜温度を、950℃(試料番
号55)、1000℃(試料番号56)、1050℃
(試料番号57)に変化させた以外は、実施例1と同じ
方法で、15組の単位層を持つ本発明被覆工具を作製し
た。得られた試料番号55〜57の炭窒酸化チタンジル
コニウム層の組織、ジルコニウム含有量、酸素含有量、
X線回折強度比PRの最大面、連続切削寿命を表7にま
とめて示す。
Embodiment 6 In the present invention, in order to investigate the influence of the difference in the plane where the equivalent X-ray diffraction intensity ratio PR of the titanium zirconium carbonitride oxide layer constituting the unit layer shows the maximum, a unit layer having a multilayer structure was used. The film forming temperature when forming the titanium zirconium carbonitride oxide layer is 950 ° C. (Sample No. 55), 1000 ° C. (Sample No. 56), 1050 ° C.
A coated tool of the present invention having 15 sets of unit layers was produced in the same manner as in Example 1 except that the sample was changed to (Sample No. 57). The structure, zirconium content, and oxygen content of the titanium zirconium carbonitride oxide layers of the obtained sample numbers 55 to 57,
Table 7 summarizes the maximum surface and the continuous cutting life of the X-ray diffraction intensity ratio PR.

【0061】[0061]

【表7】 [Table 7]

【0062】表7より、本発明の単位層における炭窒酸
化チタンジルコニウム層の等価X線回折強度比PRが、
(422)面又は(311)面が最大であるときのほう
が、(111)面及び(220)面が最大であるときよ
り連続切削寿命が長く優れていることがわかる。また、
(111)面が最大である方が(220)面が最大であ
るときよりも連続切削寿命が長く優れていることもわか
る。
From Table 7, the equivalent X-ray diffraction intensity ratio PR of the titanium zirconium carbonitride oxide layer in the unit layer of the present invention is as follows:
It can be seen that the continuous cutting life is longer and superior when the (422) plane or the (311) plane is the maximum than when the (111) plane and the (220) plane are the maximum. Also,
It can also be seen that the continuous cutting life is longer and better when the (111) plane is maximum than when the (220) plane is maximum.

【0063】[0063]

【発明の効果】上述のように、本発明によれば、従来に
比して膜の耐酸化性や耐クラック性及び耐摩耗性がバラ
ンス良く優れ、格段に工具寿命の優れる炭窒酸化チタン
ジルコニウム層と炭窒化ジルコニウム層又は炭窒酸化ジ
ルコニウム層を有する多層被覆工具を実現することがで
きる。
As described above, according to the present invention, titanium zirconium oxycarbonitride having excellent balance of oxidation resistance, crack resistance and abrasion resistance of the film, and remarkably excellent tool life, as compared with the prior art. A multilayer coated tool having a layer and a zirconium carbonitride or zirconium carbonitride layer can be realized.

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

【図1】図1は、本発明例の多層被覆工具のセラミック
材料の組織を示す顕微鏡写真の一例を示す。
FIG. 1 is an example of a micrograph showing the structure of a ceramic material of a multilayer coated tool according to an example of the present invention.

【図2】図2は、本発明例の多層被覆工具のX線回折パ
ターンの一例を示す。
FIG. 2 shows an example of an X-ray diffraction pattern of the multilayer coated tool of the present invention.

【図3】図3は本発明例の多層被覆工具の炭窒酸化チタ
ンジルコニウム膜の等価X線回折強度比PRの一例を示
す図である。
FIG. 3 is a view showing an example of an equivalent X-ray diffraction intensity ratio PR of a titanium zirconium carbonitride film of the multilayer coated tool of the present invention.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 3C046 FF10 FF11 FF16 FF22 4K030 AA03 AA09 AA14 AA17 AA18 BA18 BA22 BA35 BA41 BB01 BB12 CA02 CA03 CA18 FA10 JA09 JA10 LA22  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page F term (reference) 3C046 FF10 FF11 FF16 FF22 4K030 AA03 AA09 AA14 AA17 AA18 BA18 BA22 BA35 BA41 BB01 BB12 CA02 CA03 CA18 FA10 JA09 JA10 LA22

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】炭窒酸化チタンジルコニウム層と炭窒化ジ
ルコニウム層からなる複層構造の層を単位層又は/及び
炭窒酸化チタンジルコニウム層と炭窒酸化ジルコニウム
層とからなる複層構造の層を単位層とし、前記単位層を
工具基体上に少なくとも1単位層以上被覆してなること
を特徴とする多層被覆工具。
1. A multi-layer structure comprising a titanium zirconium carbonitride layer and a zirconium carbonitride layer, and / or a unit structure layer comprising a titanium zirconium carbonitride layer and a zirconium carbonitride layer. A multi-layer coated tool comprising a unit layer, wherein the unit layer is coated on a tool base body at least one unit layer or more.
【請求項2】請求項1記載の多層被覆工具において、上
記複層構造の少なくとも一つの単位層が、炭窒酸化チタ
ンジルコニウム層の上に炭窒化ジルコニウム層又は炭窒
酸化ジルコニウム層を形成して構成されていることを特
徴とする多層被覆工具。
2. The multi-layer coated tool according to claim 1, wherein at least one unit layer of the multilayer structure has a zirconium carbonitride layer or a zirconium carbonitride layer formed on the titanium zirconium oxide carbonitride layer. A multilayer coated tool characterized by being constituted.
【請求項3】請求項1又は2記載の多層被覆工具におい
て、上記複層構造の少なくとも一組の単位層又は一組の
単位層を構成する炭窒酸化チタンジルコニウム膜のジル
コニウム含有量が10質量%以下であることを特徴とす
る被覆工具。
3. The multi-layer coated tool according to claim 1, wherein the zirconium content of the titanium zirconium oxycarbonitride film forming at least one set of unit layers of the multilayer structure or one set of unit layers is 10% by mass. % Or less.
【請求項4】請求項1乃至3のうちのいずれかに記載の
多層被覆工具において、上記複層構造の少なくとも一組
の単位層又は一組の単位層を構成する炭窒酸化チタンジ
ルコニウム膜の膜中酸素含有量が10質量%以下である
ことを特徴とする被覆工具。
4. The multi-layer coated tool according to claim 1, wherein at least one unit layer of said multilayer structure or a titanium zirconium carbonitride film forming one set of unit layers is formed. A coated tool, wherein the oxygen content in the film is 10% by mass or less.
【請求項5】請求項1乃至4のうちのいずれかに記載の
多層被覆工具において、上記単位層のなかの少なくとも
一つの炭窒酸化チタンジルコニウム層は(422)面又
は(311)面からの等価X線回折強度比PRが、最大
であることを特徴とする多層被覆工具。
5. The multilayer coated tool according to claim 1, wherein at least one titanium zirconium oxycarbonitride layer in the unit layer is from the (422) plane or the (311) plane. A multilayer coated tool, wherein the equivalent X-ray diffraction intensity ratio PR is maximum.
【請求項6】請求項1乃至5のうちのいずれかに記載の
多層被覆工具において、上記単位層における少なくとも
一つの炭窒酸化チタンジルコニウム層が、膜厚方向に細
長い柱状組織を有することを特徴とする多層被覆工具。
6. The multi-layer coated tool according to claim 1, wherein at least one titanium zirconium carbonitride in the unit layer has a columnar structure elongated in a film thickness direction. Multi-layer coated tool.
【請求項7】請求項1乃至6のうちのいずれかに記載の
多層被覆工具において、少なくとも一つの上記単位層が
チタンの炭窒化物層又はチタンの炭窒酸化物層の直上に
形成されていることを特徴とする多層被覆工具。
7. A multi-layer coated tool according to claim 1, wherein at least one of said unit layers is formed directly on a titanium carbonitride layer or a titanium carbonitride layer. A multi-layer coated tool characterized by the following.
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