JP2002355704A - 切削工具インサート - Google Patents

切削工具インサート

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JP2002355704A JP2002092667A JP2002092667A JP2002355704A JP 2002355704 A JP2002355704 A JP 2002355704A JP 2002092667 A JP2002092667 A JP 2002092667A JP 2002092667 A JP2002092667 A JP 2002092667A JP 2002355704 A JP2002355704 A JP 2002355704A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、少なくとも１層のＴｉＢ２を被膜
した超硬合金の切削工具インサートを提供する。 【解決手段】 本発明の基材と少なくとも１層のＴｉＢ
２被膜とからなる切削工具インサートは、ＴｉＢ２層が
繊維状微細組織であり、ＴｉＢ２層の粒径が、５〜５０
ｎｍ好ましくは１０〜３０ｎｍの直径であり、長さと直
径との比率ｌ／ｄが＞２好ましくは＞５であって２５０
ｎｍ以上好ましくは４００ｎｍ以上の長さとであり、且
つ基材の表面に対して実質的に垂直に配向する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、切屑除去による機
械加工用の切削工具に関し、切削工具は超硬合金、サー
メット、セラミックまたは高速度鋼からなり、且つ硬質
で耐磨耗性の耐熱被膜を備える。好ましい態様に従っ
て、この被膜は、１層または複数層の耐熱性化合物から
なり、この耐熱性化合物の少なくとも１層は、低圧縮応
力硼化物層であり、すなわち、化学蒸着法（ＰＶＤ）に
よって蒸着したＴｉＢ２またはＺｒＢ ２好ましくはＴｉ
Ｂ２である。ＴｉＢ２及び、存在するならばこの層の残
部は、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｖ、Ｔａ、Ｍｏ、ＺＲ、Ｃ
ｒ、Ｗ及びＡｌから選択された金属元素を有する金属の
窒化物及び／または炭化物及び／または酸化物である。
【０００２】
【従来の技術】ＰＶＤ法によるＴｉＢ２層の工業的用途
は、このような層によって通常生じる非常に大きな圧縮
応力のために、今までは厳しく限定されていた。最近
に、新しい超硬質薄層を蒸着するために、ＰＶＤ工程を
改良することに非常に努力がなされてきた。すなわち、
この超硬質薄層は、特に、切削工具の摩耗特性のための
炭化ボロン（Ｂ４Ｃ）、２硼化チタン（ＴｉＢ２）、及
び立方晶窒化ボロン（ｃ−ＢＮ）である。これらの層材
料は、工具工業界では非常に人目を引くものであるが、
それらはまだ商業化されていない。
【０００３】ＴｉＢ２の高硬度および高ヤング率、並び
に耐化学性すなわち耐薬品性は、結晶組織と原子結合の
ためである。ＴｉＢ２においては、Ｔｉ原子は金属六方
晶構造を形成する。六方晶細密の通常表記ＡＢＡＢＡＢ
からの類推において、ＴｉＢ ２中のＴｉの積層順番はＡ
ＡＡとなる。ボロン（Ｂ）原子は、強く共有結合する六
方晶のネットを形成するＡ層の間に侵入型として位置す
る。この順番は、ＡＨＡＨＡＨとして記載され、ここで
Ｈはボロン層である。金属Ｔｉ、及び強く共有結合する
Ｂの組合せは、熱的及び電気的に高い伝導率、並びに高
降伏強度と耐化学性とを備えた化合物を生じる。
【０００４】ＴｉＢ２層は種々のＰＶＤ技術によって蒸
着され、この技術は、反応スパッタのような、蒸着であ
り、最も一般的にはマグネトロンスパッタである。しか
しながら、ＴｉＢ２層のバルク材は非常に関心のある特
性であるにもかかわらず、これらの層は商業的関心が一
般的に少ない。これらの層の応力レベルは、非常に高
く、実用的な付着力を制限する。それによって、この層
は厚くなる。さらに、大きな固有応力が加わった層はあ
まりにも脆いので、粘着欠陥のため容易に破壊する。
【０００５】米国特許第４,０１９,８７３号は、被覆し
た超硬合金の切削工具インサートを開示する。これらの
被膜は、高耐磨耗性の外側層を含む２層の重なった層か
ら成り立っていて、この外側層は、アルミニウム酸化物
及び/またはジルコニウム酸化物から実質的に構成され
る。この内側層は、チタン、ジルコニウム、ハフニウ
ム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデ
ン及びタングステンの元素の硼化物からなる群から選択
された少なくとも１種の硼化物から成り立っている。
【０００６】米国特許第４，２６８，５８２号は、超硬
合金基材からなる被覆した超硬合金の切削工具インサー
トを開示し、この基材の表面領域は、ボロン、珪素また
はアルミニウムのような元素が基材内部へと拡散する。
さらに、このインサートは拡散した基材上に蒸着された
層を含み、この層は、硼化チタン、硼化ハフニウム、硼
化ジルコニウムまたは硼化タンタルのような硼化物であ
る。別の実施態様において、さらに被覆超硬合金製品
は、拡散基材と硼化物層の間に内側サンドイッチ層を含
む。
【０００７】上記二つの特許は、ＣＶＤによってＴｉＢ
２層を蒸着する。しかしながら、ＣＶＤ工程の際の高温
度により、望ましくない硼化コバルト相が形成される。
このため、ＷＣ−Ｃｏベース基材上へのＴｉＢ２のＰＶ
Ｄ蒸着が望ましい。
【０００８】M. Berger, M. Larsson及びS. Hogmark, S
urf. Coat. Technol., 124(2000)253〜261においては、
−２２０Ｖ〜−５０Ｖで変化するマイナス基材バイアス
を用いるマグネトロンスパッタでもってＴｉＢ２層を成
長させるが、この残留応力は非常に高くなった（すなわ
ち、−１０．２ＧＰａ〜−７．９ＧＰａである）。ま
た、０Ｖを用いたそのバリアントが成長し、−６．１Ｇ
Ｐａの非常に高い圧縮残留応力を生じた。この研究で
は、プラスバイアスを使用して層を成長させなかった。
【０００９】C. Mitterer, M. Rauter及びP. Rodhamme
r, Surf. Coat. Technol., 41(1990)351〜363において
は、マイナス基材バイアスを用いてマグネトロンスパッ
タでＴｉＢ２及びＴｉ−Ｂ−Ｎ−Ｃ化合物層を成長させ
た。ＴｉＢ２層は高圧縮算慮御応力であった（〜−４Ｇ
Ｐａ）。
【００１０】R. Wiedemann及びH. Oettel, Surface Eng
ineering, 144(1998)299〜304においては、マグネトロ
ンスパッタを用いてＴｉＢ２層を成長させた。マイナス
基材バイアスが使用され、〜−２ＧＰａの固有圧縮応力
が生じた。硬さは低かった（２５〜２９ＧＰａ）。
【００１１】低圧縮応力状態を達成するための一つの可
能性は、硼化物層を例えば高圧力で成長させることであ
り、または別の条件のイオンボンバートを減少させるこ
とである。しかしながら、これは柱状組織を備えた層で
あり、ほとんど密度が不足する粒界と、カリフラワ状の
表面形態を伴う。この組織は、ＴｉＢ２層層の典型的な
適用が、例えば軟質で粘着質のアルミニウムの機械加工
であり、これは積層切れ刃（build-up edge）を形成す
る傾向を減少するために非常に滑らかな表面を必要とす
るので、切削工具の被膜を必要とする。当然、緻密でな
い粒界は被膜の耐磨耗性に関して有害である。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、ＴｉＢ２を
被膜した超硬合金の切削工具インサートを提供すること
を目的とする。
【００１３】さらに、本発明の目的は、低い圧縮残留応
力であるＴｉＢ２層を蒸着する方法を提供することであ
る。この低い応力のＴｉＢ２層は、緻密で繊維状の微細
組織と、滑らかな頂上面とを備える。
【００１４】第１の態様にしたがって、本発明は、基材
と、繊維状微細組織を有する少なくとも１層のＴｉＢ２
を含む被膜とからなる切削工具インサートを提供し、繊
維状微細組織の（円柱状の）粒は、平均が約１５ｎｍで
あり、５〜５０ｎｍの直径と、長さと直径の比率ｌ／ｄ
が＞２であって２５０ｎｍ以上の長さとであり、且つ繊
維状粒が基材の表面に対して実質的に垂直に配向する。
【００１５】第２の態様にしたがって、本発明は、基材
と、物理蒸着法（ＰＶＤ）のマグネトロンスパッタによ
る繊維状微細組織を有する少なくとも１層のＴｉＢ２層
を含む被膜とからなる切削工具インサートの製造方法を
提供し、この方法はバイアス電圧Ｖｓを利用し、Ｖｓ＞
０Ｖからなる。
【００１６】
【課題を解決するための手段、及び発明の実施の形態】
次の説明において、残留応力σｔｏｔは、実際の基材上
における被膜の総応力を表す。すなわち、残留応力σ
ｔｏｔは、熱応力σｔｈｅｒｍａｌの合計であり、そし
て熱応力σｔｈｅｒｍａｌは、基材と被膜材との間の熱
膨張係数の相違に基づく。また。固有応力σｉｎｔは、
実際の成長過程から発生し、すなわち、σ ｔｏｔ＝σ
ｔｈｅｒｍａｌ＋σｉｎｔである。
【００１７】図１は、本発明にしたがう比較的薄いＴｉ
Ｂ２層（４μｍ）の横断面における顕微鏡写真を示す。
図２は、対応する厚い層（６０μｍ）の組織写真であ
る。図３は、使用されたマグネトロンスッパタリング装
置を模式的に示す。図４は、走査型電子顕微鏡（ＴＥ
Ｍ）の組織写真で示す薄い層（４μｍ）である。
【００１８】この図において、Ｓ＝基材、Ｐ＝ポンプ装
置、Ｍ＝マグネトロンスパッタ源、Ｖｓ＝基材電位（バ
イアス）、Ｉｓ＝基材電流、Ｖｔ＝ターゲット電位、及
びＩ ｔ＝ターゲット電流である。
【００１９】本発明にしたがい、アルミニウム材料のよ
うな非鉄金属材料の切屑を除去して切削加工するための
切削工具が提供される。切削工具は、硬くて耐磨耗性の
耐熱被膜が蒸着された超硬合金、サーメット、セラミッ
ク、または高速度鋼の硬質合金のボディを含む。耐磨耗
性被膜は、耐熱化合物の１層または複数層からなり、こ
の化合物の少なくとも１層好ましくは最外層がＴｉＢ２
化合物であり、そして存在するならば、基材とＴｉＢ２
層の間の最内層が、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｖ、Ｔａ、Ｍ
ｏ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｗ及びＡｌから選択された金属を有す
る金属の窒化物及び／または炭化物及び／または酸化物
である。ＴｉＢ２層は、以下に記載する緻密で微細な粒
の繊維状形態を有し、割れの存在しない緻密な結晶質Ｔ
ｉＢ２である。
【００２０】また、繊維状ＴｉＢ２層は、超硬合金、サ
ーメット、セラミックまたは高速度鋼の切削工具基材に
直接蒸着することができる。ＴｉＢ２単一層（または複
数層）の厚みは、金属を機械加工するため０．５〜６０
μｍ好ましくは１〜１５μｍの間で変化する。本発明の
ＴｉＢ２層の被膜厚みは、０．１〜１５μｍの間で変化
する非ＴｉＢ２単一層（または複数層）厚みとともに、
０．５〜６０μｍ好ましくは１〜２０μｍの間で変化す
る。さらに、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｖ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｚ
ｒ、Ｃｒ、Ｗ及びＡｌから選択された金属を有する金属
の窒化物及び／または炭化物及び／または酸化物の金属
層は、ＴｉＢ２層の最上部に蒸着することができる。
【００２１】代わりの実施態様において、本発明の工程
は、維持すべき機械的性質と基材に対する付着力とを備
えた５０μｍ以上の厚みの層を蒸着するために使用する
ことができ、行程能力により、５０μｍ以上の厚みの層
は固有応力の無い層が成長する。
【００２２】別に実施態様においては、増加し且つ効果
的な付着力を備えるこの層（０．２〜３μｍ）を蒸着す
ることができる。
【００２３】好ましい実施態様において、ＴｉＢ２層は
最外層であり、５０ｎｍ以下の平均表面粗さＲａを有す
る。
【００２４】本発明は繊維状の形態からなる層について
特に述べる。典型的なＰＶＤ層は柱状形態を有し、すな
わち、ある粒は他の粒のため直径を増加する傾向を有す
る。しかしながら、本発明にしたがうＴｉＢ２層は、
０．２〜６０μｍの層厚みはほとんど影響を受けずにこ
の繊維状形態を維持するように成長する。大きな粒界の
付着強度を達成する場合は、ほぼこの形態が好ましい。
このことは、おそらく、付着摩耗の方向の小さな粒径
と、機械加工操作によって生じる付加圧縮応力の方向の
大きな粒径とによって、強靭な被膜材料が与えられる。
図１は、比較的薄い層（４μｍ）の破壊横断面を示し、
図２は厚い層（６０μｍ）を示す。この形態は膜の厚み
によってほとんど影響されないことの明確な立証であ
る。図４は、薄層（４μｍ）のＴＥＭ顕微鏡写真を示
し、第１の微細粒の核生成領域のあとに、約１００ｎｍ
の繊維状の形態が発達する。円柱状のこの粒は、一般的
に５〜５０ｎｍ好ましくは１０〜３０ｎｍの直径と、平
均で〜１５ｎｍの直径、及び２５０ｎｍ以上好ましくは
４００ｎｍ以上の長さを有し。繊維状の粒は、長さと直
径との比率ｌ／ｄが＞２好ましくは＞５を有し、ｄはこ
の粒の主長さを超えてわずかに変化する。この繊維は基
材の表面に実質的に垂直に配向する。
【００２５】本発明にしたがう微細粒の繊維状結晶体Ｔ
ｉＢ２は、（００１）方向に強く集合組織化し、集合組
織係数ＴＣは次のように定義される。すなわち、 TC(hkl)=(I(hkl)/Io(hkl))((1/n)Σ１ ｎ(I(hkl)/Io(hk
l)))−１ I(hkl)：(hkl)反射方向の測定強度 Io(hkl)：ASTM標準粉末パターン回折資料の標準強度（J
CPDS35-0741） N：計算に用いた反射の数（この場合は８） 用いた反射(hkl)：(001)、(100)、(101)、(110)、((10
2)+(111))、(201)、(112)及び((103)+(210))、 用いた反射において、例えば、((103)+(210))は、これ
らの非常に近い二つの反射が、二つの反射の合計強度を
有する一つの反射として処理することを意味する。本発
明にしたがい、（００１）結晶面の組に対するＴＣは、
５より大きく好ましくは６．５より大きい。
【００２６】さらに、ＷＣ−６ｗｔ％Ｃｏ基材に蒸着し
た場合、本発明にしたがうＴｉＢ２層は、０ＧＰより小
さく−１ＧＰより大きく、好ましくは−０．５ＧＰａで
ある残留応力状態σｔｏｔを示す。これは固有応力状態
σｉｎｔがゼロ近いこと相当する。熱応力σ
ｔｈｅｒｍａｌは、次の式を用いて計算することができ
る。
【００２７】 σthermal＝((Ef)/(1-Vf))×(αf-αsub)×(Tdep-Tana) Ｅｆ及びＶｆは、それぞれ層のヤング率とポアソン比と
である。αｆ及びαｓ ｕｂは、それぞれ層と基材との熱
伝導係数である。Ｔｄｅｐ及びＴａｎａは、Ｋで示すそ
れぞれ蒸着と解析との温度である。（００１）集合組織
のため、ほとんどの粒が、方向が基材面に平行になるよ
うに配向するので、ＴｉＢ２の格子のａ方向における熱
膨張によって熱応力を見積もることが重要である。上式
において、αｓｕｂ＝４．８×１０−６、σ
ＴｉＢ２，ａ＝３．５６×１０−６、Ｅｆ＝６００ＧＰ
ａ、Ｖｆ＝０．２２、Ｔｄｅｐ＝７７３Ｋ，及びＴ
ａｎａ＝２７３Ｋを用いることによって、σ
ｔｈｅｒｍａｌ＝−０．５ＧＰａが求まる。
【００２８】残留応力σｔｏｔは、既知のビーム偏向法
を使用して測定する。
【００２９】固有応力は次の式を適用して得ることがで
きる。
【００３０】σｉｎｔ＝σｔｏｔ−σｔｈｅｒｍａｌプ
ラスバイアスで蒸着した被膜の固有応力σｉｎｔは、し
たがって次のとおりである。
【００３１】σｉｎｔ＝−０．５−（−０．５）＝０Ｇ
Ｐａ、すなわち、これらの被膜は応力の無い状態で成長
する。
【００３２】本発明の方法に従って、低圧縮残留応力を
有するＴｉＢ２層が、次の条件でＴｉＢ２ターゲットの
マグネトロンスパッタによって蒸着される。
【００３３】マグネトロン出力：３〜２０ｋＷ 基材電流Ｉｓ：−１〜−１５Ａ 雰囲気：Ａｒ 圧力：１０−２ｍｂａｒ以下、好ましくは１０−３ｍｂ
ａｒ以下 バイアス電圧Ｖｓ：０以上、このましくは＋５Ｖ以上で
＋６０Ｖ以下 基材電流Ｉｓは、陽極のＶｓのため極性を変化する。こ
れは、成長する層表面の活性の低いイオンボーバンド及
びエレクトロンに相当する。
【００３４】マイナスＶｓを使用して標準技術で蒸着し
た層は、柱状組織を備える。「柱状組織」は、初期核生
成後、粒が直径が大きくなった円錐形状のものと（基材
表面に平行に）、直径の小さくなった別の粒とを有する
層形態を示す。この成長様式は、ある粒が別の粒から成
長するところの異なる粒の競合によって制御される。
【００３５】一方、本発明にしたがいプラスバイアスで
蒸着した層は、繊維状の形態からなる。Ｔｉ、Ｂ及び少
量の不純物Ａｒ以外の元素はこの層に含まれなくて、プ
ラズマ電位はプラス電位を付加されたとき高くなるとは
いえ、チャンバーの壁からのスパッタが生じなかったこ
とを示す。
【００３６】実際の理論に本発明を限定するものではな
いが、本発明にしたがう低応力レベルの層は、次の３つ
の理論の組合せのためと考察する。すなわち、第１は、
バルク温度と吸着原子の可動性、第２は、成長する際の
活性なイオンボンバードの最小化、及び第３は面可動性
を強め核生成速度を増加させた表面のエレクトロン本バ
ードである。また、電子粒(electron current)は、吸着
された水素及び／または水分子の表面からの蒸発速度を
増加させるであろう。これらのことすべてが、マイナス
基材バイアスで成長させた層と比較して残留応力を徹底
的に減少させることになる。
【００３７】本発明にしたがって成長させた層の残留応
力状態は、ほとんど固有応力ない状態にし、すなわち、
測定された僅かな圧縮応力状態は、基材と層との熱伝導
係数の相違のみによって生じる。
【００３８】本発明はＴｉＢ２層に関して説明する。ま
た、本方法は、ＺｒＢ２層または他の硼化物のように、
高圧縮応力が課題となる別の耐磨耗性材料の蒸着に適用
できることは明らかである。
【００３９】
【実施例、及び発明の効果】実施例１ ＴｉＢ２層は、ＴｉＢ２ターゲット（１２.５×２２.５
ｃｍ２）を有するｄｃマグネトロンスパッタ源を装備す
る薄膜蒸着用の商業的に入手可能な蒸着装置で蒸着され
た。
【００４０】６ｗｔ％Ｃｏ及び９４ｗｔ％ＷＣの組成を
有し、且つ鏡面上に磨かれた超硬合金基材を使用した。
ＷＣ粒径は約１μｍであり、その硬さは１６５０ＨＶ
１０であった。
【００４１】蒸着前に、基材は、アルカリ溶液の超音波
浴中及びアルコール中で洗浄された。基材はマグネトロ
ン上方５ｃｍに静止配置され、エレクトロンビームによ
って５０分間約４５０℃まで抵抗加熱された。加熱後、
直ちに、この基材は、−２００Ｖの基材バイアスで３０
分間アルゴンイオンエッチング（イオン電流密度５.４
ｍＡ／ｃｍ２）された。その後、次の７種の異なるバイ
アスボルトＶｓすなわち−２００Ｖ、−１１０Ｖ、＋１
０Ｖ、＋２５Ｖ、＋３５Ｖ及び＋５０Ｖの電圧でＴｉＢ
２蒸着がなされた。約５００Ｖのターゲット電位となる
６ｋＷのマグネトロン出力と、３×１０−３ｍｂａｒの
Ａｒとが、全ての層の蒸着の際に維持された。プラスに
バイアスされて得られた層の厚みは、〜４μｍであっ
た。マイナスにバイアスされた層は、この層の大きな残
留応力による層の破壊を回避するために、幾分薄く作ら
れた（〜３μｍ）。基材温度は基材の穴に装着した熱伝
対で測定した。
【００４２】基材電流Ｉｓは、マイナスのＶｓの電圧に
かかわらず、＋１．２Ａであった。マイナスからプラス
のＶｓに変化するとき、基材電流はプラスからマイナス
に符号が変化した。また、この電流は、＋２５Ｖまで増
加するプラスＶｓとともに増加することが分かり、さら
にＶｓの増加に対して約１３Ａのレベル達する。
【００４３】蒸着の終了時の基材温度Ｔｄｅｐで生じる
プラスのＶｓを用いることは、用いるマイナスＶｓより
高く約２００℃まで増加する。しかしながら、種々のプ
ラスまたはマイナスのＶｓは、Ｔｄｅｐに著しく影響し
ない。
【００４４】ＸＲＤ分析は、全ての膜が六方晶のｈｃｐ
−ＴｉＢ２相を表すことを示し、このｈｃｐ−ＴｉＢ２
相は６.５以上と定義される集合組織係数を有する強い
（００１）集合組織を有し、すなわち、他の検出された
回折ピークはなかった。（００１）ピークのＦＷＨＭ値
は、プラスにバイアスされた層がマイナスＶｓで形成さ
れたそれらより鋭いピークを有することが示された。Ｖ
ｓのプラス範囲内でＦＷＨＭに関して何の影響も見られ
なく、一方マイナスＶｓに対してＦＷＨＭは電圧ととも
に増加した。
【００４５】破断面のＳＥＭの研究が、マイナスＶｓで
蒸着した層に関しては柱状組織を示した。−１１０Ｖに
対してよりも−２００Ｖに対してはさらに著しかった。
プラスのＶｓに対しては、柱状の成長は観察されなかっ
た。しかしながら、高倍率においては、繊維状形態が図
１に示すプラスにバイアスした層において観察された。
ＥＤＳ分析は、全ての層がＢにおいて僅かに化学的量論
をオーバしていた。Ｔｉ／Ｂの比は、Ｖｓには依存せず
全ての層に対して典型的には０．４６であった。マイナ
スＶｓで成長した層は、Ｖｓ＝−２００Ｖで８ａｔ％の
Ａｒを含有していた。一方プラスＶｓを使用した場合、
Ａｒは検出されなかった。Ｔｉ、ＢおよびＡｒ以外の元
素はいずれの層にも観察されなかった。
【００４６】プラスＶｓを付加することによって、値に
影響することなく、低圧縮残留応力状態を有する層は、
σｔｏｔ≒−０．５ＧＰａが得られた。この応力状態は
ほぼ熱応力状態に相当する。一方マイナスＶｓを使用す
ることによって、−７〜−１０ＧＰａの範囲の残留応力
を備える層が得られる。
【００４７】全ての層は、それぞれＨ及びＥの値が５０
〜６００ＧＰａを示した（ナノ刻み技法で測定）。
【００４８】他の層より約５０％速い摩耗速度を示した
Ｖｓ＝−２００Ｖで成長させたものを除いて、付着摩耗
速度は、全ての層に対して約２５〜３０μｍ３／ｍｍＮ
であった。
【００４９】スクラッチ試験から、付着性は全ての層に
対して良好であり、全ての場合、諸気相の破壊は、粘着
タイプであった。プラスバイアスで蒸着した層において
は、臨界荷重ＦＮ、Ｃに著しい相違はなかった。これら
は全てが４２〜４６Ｎの範囲にあった。マイナスＶｓで
蒸着した層は、約２５〜３０Ｎの低いＦＮ、Ｃを示し、
また、プラスＶｓで蒸着した層より、スクラッチのリム
でより多くの粘性破壊が示された。しかし、スクラッチ
試験は、本発明にしたがう被膜が、マイナスのバイアス
を用いて成長させた被膜と比較して非常に強化された靭
性特性を備えた。
【００５０】表面粗さＲａは、Wyco Md-2000装置を用い
た干渉計方法で測定した。当然、被膜のＲａは、薄い被
膜のために基材の表面粗さに影響され、この例において
は、基材のＲａは〜５ｎｍであり、すなわち、蒸着後の
Ｒａの増加（〜５ｎｍから〜２０ｎｍ）は極めて僅かで
あった。基材バイアスＶｓが表１に見られるようにマイ
ナスからプラスに変化した場合、表面粗さは減少するこ
とが明白である。しかしながら、異なるプラスバイアス
で成長させた種々の被膜の間では著しい相違は見つけら
れなかった。
【００５１】 表１．バイアス電圧とＴｉＢ２層の性質 Vs FWHM σ(GPa) H(GPa) E(GPa) FNC(N) 摩耗速度 Ra 組織 (μm3/mmN) (nm) -200V 0.495 10.5±0.8 50±5 605±70 29±1 61±7 75 柱状 -110V 0.453 7.1±0.6 52±3 600±65 25±1 32±5 60 柱状 +10V 0.287 0.5±0.2 48±4 580±70 45±1 26±6 22 繊維状 +25V 0.304 0.3±0.2 49±7 560±95 43±1 36±8 18 繊維状 +35V 0.286 0.7±0.2 53±7 640±50 46±3 32±7 20 繊維状 +50V 0.290 0.5±0.2 54±9 600±85 42±1 25±3 15 繊維状 実施例２ 超硬合金切削工具インサートは、中実の着脱可能なエン
ドミルタイプのＭＭ１６−２００２０−Ｂ１２０ＰＦ−
Ｍ０４（ＷＣ−６ｗｔ％Ｃｏ）であり、実施例１に従っ
て、＋５０ＶのバイアスＶｓを用いて３０μｍの層厚み
のＴｉＢ２を被覆した。被覆フライスカッタは、被覆を
していないバリアントの同一工具に対して、４０００〜
６０００ｒｐｍ、送り７００ｍｍ／分で、グラファイト
の倣いフライス加工において試験をした。
【００５２】 表２． バリアント 工具寿命（ｈ） 破壊様式 被膜なし １０ フランク摩耗、Ｖｂ最大０．３ｍｍ ＴｉＢ２被膜 ４０ 工具寿命終了迄なし、Ｖｂ最大０．１ｍｍ 実施例３ 実施例１にしたがうＴｉＢ２で被覆したインサートで試
験をした。ＴｉＮの被膜を、それぞれ-１１０Ｖ及び＋
５０ＶのＶｓを用いて蒸着した二つの異なるＴｉＢ２を
被覆したバリアントと比較した。また、被覆しなかった
バリアントも試験をした。この切れ刃と石(edge hone)
は鋭かった。炭化物は、６．０ｗｔ％Ｃｏ、０．５ｗｔ
％ＴａＣ/ＮｂＣ、残部ＷＣの組成であった。インサー
トの被膜は、３．０〜４．０μｍの厚みを有するＴｉＮ
及びＴｉＢ２からなる。
【００５３】作業： 矩形ショルダーフライス加工 加工物： 板 材料： ＡＡ７０７５ インサート形式： ＡＰＥＸ１６０４０８ＦＲ−Ｅ０
８ 切削速度： ８００ｍ／分 送り： ０．２ｍｍ／回転 切り込み深さ： ６．０〜１０．０ｍｍ 備考： 乾式フライス加工 表３． バリアント 積層切れ刃の第１の 積層切れ刃 フランク摩耗 形成までの時間（ｈ） の程度 最大Ｖｂ（ｍｍ） 被膜なし ２．３ 大きい ０．１８ ＴｉＮ １．１ 大きい ０．１１ ＴｉＢ２ ３．８ 小さい ０．０５ (Vs=-110V) ＴｉＢ２ ６．２ なし 測定できず (Vs=+50V) 実施例４ 実施例３と同一の工程を用いたが、積層切れ刃の形成を
促進するためにさらに遅い切削速度を採用した。
【００５４】作業： 矩形ショルダーフライス加工 加工物： 板 材料： ＡＡ７０７５ インサート形式： ＡＰＥＸ１６０４０８ＦＲ−Ｅ０
８ 切削速度： ６５０ｍ／分 送り： ０．２ｍｍ／回転 切り込み深さ： ６．０〜１０．０ｍｍ 備考： 乾式フライス加工 表４． バリアント 積層切れ刃の第１の 積層切れ刃 フランク摩耗 形成までの時間（ｈ） の程度 最大Ｖｂ（ｍｍ） 被膜なし ０．５ 非常に大きい ０．２１ ＴｉＮ 直ちに 非常に大きい ０．１８ ＴｉＢ２ ４．０ 大きい ０．０８ (Vs=-110V) ＴｉＢ２ ６．５ 小さい 測定できず (Vs=+50V)
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明に従って形成された比較的薄い
耐熱層の横断面における顕微鏡写真である。
【図２】図２は、本発明に従って形成された比較的薄い
耐熱層の横断面における顕微鏡写真である。
【図３】図３は、本発明にしたがい利用されるマグネト
ロンスパッタの模式図である。
【図４】図４は、本発明に従って形成された比較的薄い
耐熱層の走査型電子顕微鏡の組織写真である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3C046 FF03 FF04 FF10 FF17 FF19 FF27 4K029 BA53 BB07 BB08 BC02 BD05 CA06 CA13 DC39

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基材と、繊維状微細組織を有する少なく
    とも１層のＴｉＢ２層を含む被膜と、を含む切削工具イ
    ンサートであって、 円柱状の粒は、５〜５０ｎｍの直径と、長さと直径との
    比率ｌ／ｄが＞２であって２５０ｎｍ以上の長さとを有
    し、且つ繊維状の粒が、基材の表面に対して垂直に配向
    する、ことを特徴とする切削工具インサート。
  2. 【請求項２】 前記少なくとも１層のＴｉＢ２層は、
    （００１）方向に優先成長方位を有し、 集合組織係数ＴＣ（ｈｋｌ）が＞５であり、前記集合組
    織係数ＴＣ（ｈｋｌ）が次式で、 TC(hkl)=(I(hkl)/Io(hkl))((1/n)Σ１ ｎ(I(hkl)/Io(hk
    l)))−１ I(hkl)：(hkl)反射方向の測定強度 Io(hkl)：ASTM標準粉末パターン回折資料の標準強度（J
    CPDS35-0741） N：計算に用いた反射の数 用いた反射(hkl)：(001)、(100)、(101)、(110)、((10
    2)+(111))、(201)、(112)及び((103)+(210)) で示されることを特徴とする請求項１記載の切削工具イ
    ンサート。
  3. 【請求項３】 ＴｉＢ２層は固有応力状態σｉｎｔを示
    し、σｉｎｔがゼロに近く＋０.５Ｇｐａ〜−１.０Ｇｐ
    ａの間にあることを特徴とする請求項１記載の切削工具
    インサート。
  4. 【請求項４】 ＴｉＢ２層は、最外層であり且つ５０ｎ
    ｍ以下の平均表面粗さＲａを有する請求項１記載の切削
    工具インサート。
  5. 【請求項５】 前記環状の粒が、１０〜３０ｎｍの直径
    と、長さと直径との比率ｌ／ｄが＞５であって４００ｎ
    ｍ以上の長さと、を有することを特徴とする請求項１記
    載の切削工具インサート。
  6. 【請求項６】 基材と、物理蒸着法のマグネトロンスパ
    ッタによる繊維状微細組織を有する少なくとも１層のＴ
    ｉＢ２層を含む被膜と、を含む切削工具インサートの製
    造方法であって、 前記方法はバイアス電圧Ｖｓを用い、Ｖｓが＞０Ｖであ
    ること特徴とする切削工具インサートの製造方法。
  7. 【請求項７】 前記バイアス電圧が、＋５０Ｖ〜＋６０
    Ｖであることを特徴とする請求項６記載の方法。
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