JP2006181705A - Surface coated cutting tool and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a surface coated cutting tool, preventing a defect at the knife edge of a cutting tool and the oxidation of a base material, and having a coating layer exhibiting excellent cutting performance, and a manufacturing method thereof. <P>SOLUTION: This surface coated cutting tool includes a base material, and the coating film laminated on the surface of the base material, wherein the coating film is composed of an A layer, a B layer and a C layer, the A layer is made of a nitride of Ti<SB>a</SB>Si<SB>b</SB>(wherein 0<b<0.3, a+b=1) formed directly on the base material, the B layer is made of nitride, carbonitride, nitroxide or carbonitride of Al<SB>c</SB>Ti<SB>d</SB>M<SB>e</SB>(wherein 0.4<c<0.75, 0<e<0.3, c+d+e=1 )(M is one or more kinds of elements selected from a group of Si, Cr, V, Y, Zr, B, Zn, Mo and Mn), and the C layer is made of carbonitride of Ti<SB>f</SB>Si<SB>g</SB>(wherein 0<g<0.3, f+g=1) formed directly on the B layer. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、ドリル、エンドミル、フライス加工用または旋削加工用刃先交換型チップ、メタルソー、歯切工具、リーマまたはタップなどの切削工具に関し、特にその表面に耐摩耗性を有する被覆層を形成した切削工具およびその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a cutting tool such as a drill, an end mill, a milling or turning cutting edge replaceable tip, a metal saw, a cutting tool, a reamer, or a tap, and in particular, a cutting in which a coating layer having wear resistance is formed on the surface thereof. The present invention relates to a tool and a manufacturing method thereof.

最近の切削工具の動向として、地球環境保全の観点から切削油剤を用いないドライ加工が求められていること、被削材が多様化していること、加工能率を一層向上させるため切削速度がより高速になってきていることなどの事情があり、工具刃先温度はますます高温になる傾向である。その結果工具寿命は短くなるので、工具材料に要求される特性は厳しくなる一方である。   Recent cutting tool trends include the need for dry machining without cutting fluids from the viewpoint of global environmental conservation, the diversification of work materials, and higher cutting speeds to further improve machining efficiency. For example, the tool edge temperature tends to become higher. As a result, the tool life is shortened, and the properties required for the tool material are becoming stricter.

特に、工具材料の要求特性として、高温での被覆膜の安定性(耐酸化特性や被覆膜の密着性)はもちろんのこと、切削工具寿命に関係する耐摩耗性、すなわち被覆膜の高温における硬度の向上や潤滑油剤に変わる被覆膜の潤滑特性が一段と重要になっている。   In particular, the required properties of the tool material include not only the stability of the coating film at high temperatures (oxidation resistance and adhesion of the coating film), but also the wear resistance related to the cutting tool life, ie the coating film Improvements in hardness at high temperatures and lubrication properties of coating films that replace lubricants are becoming increasingly important.

ここで、一般的な切削工具の刃先の構造について説明する。図1に切削工具の典型的刃先の断面模式図を示す。図1において、工具1は基材2と基材2の表面上に形成された被覆層3とを含む。また、刃先は工具のすくい面4と工具の逃げ面5とによって構成され、多くの場合、すくい面4と逃げ面5とがつくる角度は鋭角または直角である。このような工具刃先に被覆層を形成すると、被覆層の膜厚は図に示されるように、すくい面膜厚6、逃げ面膜厚7に比べ、刃先稜線部の膜厚8が最も厚くなる。   Here, the structure of the cutting edge of a general cutting tool will be described. FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of a typical cutting edge of a cutting tool. In FIG. 1, a tool 1 includes a base material 2 and a coating layer 3 formed on the surface of the base material 2. The cutting edge is constituted by the rake face 4 of the tool and the flank face 5 of the tool. In many cases, the angle formed by the rake face 4 and the flank face 5 is an acute angle or a right angle. When the coating layer is formed on such a tool blade edge, the film thickness of the coating edge layer 8 becomes the largest compared to the rake face film thickness 6 and the flank face film thickness 7 as shown in the figure.

さらに、工具刃先での理想的な摩耗進行を図2(a)〜(c)を用いて説明する。工具としての理想的な摩耗は、まず、図2(a)のように被覆層が膜厚8で示した鋭角または直角の部分から除々に摩耗し、やがて図2(b)の様に基材に達したのち、ついには図2(c)の様に被覆層と基材とが共に露出して摩耗することである。   Furthermore, the ideal wear progress at the tool edge will be described with reference to FIGS. The ideal wear as a tool is that the coating layer gradually wears away from the acute angle or right-angled portion indicated by the film thickness 8 as shown in FIG. 2 (a), and eventually the substrate as shown in FIG. 2 (b). After reaching the above, finally, as shown in FIG. 2C, the coating layer and the base material are both exposed and worn.

しかし、発明者らが詳細に工具摩耗部を調査した結果、刃先先端の摩耗は上述の図2のようには進行せず、切削初期に図3のように刃先稜線部分が既に、線Xで示すチッピングにより基材まで無くなっており、基材の部分10が完全に露出、その形態から欠損していることがわかった。また、その欠陥部分の基材11はすでに酸化しており、いくら膜の耐酸化性や耐摩耗性が良くとも、切削初期に基材が露出してしまっては工具寿命を著しく向上させることは難しいと考えられる。   However, as a result of detailed investigations of the tool wear part by the inventors, the wear at the tip of the cutting edge does not proceed as shown in FIG. 2 described above, and the edge of the cutting edge is already at line X as shown in FIG. It was found that the base material was lost due to the chipping shown, and the portion 10 of the base material was completely exposed and lost from its form. In addition, the base material 11 of the defective portion has already been oxidized, and no matter how good the oxidation resistance and wear resistance of the film, if the base material is exposed at the initial stage of cutting, the tool life is remarkably improved. It seems difficult.

従って、高速加工やドライ加工といった過酷な条件での切削工具においては、被覆膜の耐酸化性を向上させることはもちろんであるが、切削初期に起こる刃先の欠損やチッピング、すなわち基材の露出をいかに抑制させるかが非常に重要である。   Therefore, in cutting tools under severe conditions such as high speed machining and dry machining, not only the oxidation resistance of the coating film is improved, but also the chipping or chipping of the cutting edge that occurs at the beginning of cutting, that is, the exposure of the substrate It is very important how to suppress this.

一方、下記非特許文献1には、耐摩耗性および表面保護機能改善のため、WC基超硬合金、サーメット、高速度鋼等の切削工具や耐摩耗性工具等の硬質基材の表面には、硬質被覆層としてTiAlの窒化物を単層または複数層形成することが開示されている。   On the other hand, in Non-Patent Document 1 below, the surface of a hard base material such as a cutting tool such as a WC-based cemented carbide, cermet, and high-speed steel, or a wear-resistant tool is used to improve wear resistance and surface protection function. In addition, it is disclosed that a single layer or a plurality of layers of TiAl nitride are formed as a hard coating layer.

しかし、最近の高速加工およびドライ加工では、工具の刃先温度が900℃以上に達するため、TiAlN被膜では十分な工具寿命が得られないのが現状である。   However, in recent high-speed machining and dry machining, the cutting edge temperature of the tool reaches 900 ° C. or higher, and therefore, a sufficient tool life cannot be obtained with the TiAlN coating.

また、下記特許文献1および下記特許文献2には、耐熱性向上のため、Siを適量含有したTiを主成分とする窒化物、炭窒化物、窒酸化物または炭窒酸化物と、TiおよびAlを主成分とする窒化物、炭窒化物、窒酸化物または炭窒化物の積層被膜とが、切削工具に適用されることが開示されている。TiSi系被膜は最表面にSiを含有する緻密な酸化保護膜が形成され、TiAl系被膜より耐熱性が優れる。   Further, Patent Document 1 and Patent Document 2 listed below describe nitrides, carbonitrides, nitride oxides or carbonitride oxides containing Ti as a main component and containing Ti in an appropriate amount for improving heat resistance, and Ti and It is disclosed that a nitride, carbonitride, nitrided oxide, or carbonitride multilayer coating containing Al as a main component is applied to a cutting tool. The TiSi-based film has a dense oxidation protective film containing Si formed on the outermost surface, and has better heat resistance than the TiAl-based film.

しかしながら、TiSi系被膜自身は脆性が高いため、切削時の衝撃で被膜全体が破壊または剥離することが問題であった。当該特許文献に記載の発明においては、基材と被膜の密着性を向上させるため、基材直上にはTiNやTiAlを主成分とする被膜を形成しているが、切削が進行するにつれ被膜が摩耗し、TiNやTiAlを主成分とする被膜が表面に露出すると、酸化の進行が速くなり、基材内部まで酸化して工具寿命に至り、問題であった。   However, since the TiSi-based coating itself is highly brittle, there has been a problem that the entire coating is broken or peeled off by an impact during cutting. In the invention described in the patent document, in order to improve the adhesion between the base material and the film, a film mainly composed of TiN or TiAl is formed immediately above the base material. When the coating composed of TiN or TiAl as a main component is exposed on the surface, the progress of the oxidation is accelerated and the interior of the substrate is oxidized to reach the tool life, which is a problem.

さらに、下記特許文献3には、TiSiの窒化物を基材直上に配しているが、当該文献3に開示される成膜条件では膜中の圧縮応力が非常に高く、基材との圧力差による被膜の密着強度が極端に低下することが問題であった。
特許第3347687号公報 特許第3248897号公報 特許第3480086号公報 神戸製鋼技報Vo.41 No.3(1991)第10頁
Furthermore, in Patent Document 3 below, TiSi nitride is arranged directly on the base material, but under the film forming conditions disclosed in Reference Document 3, the compressive stress in the film is very high, and the pressure with the base material The problem is that the adhesion strength of the coating due to the difference is extremely lowered.
Japanese Patent No. 3347687 Japanese Patent No. 3248897 Japanese Patent No. 3480086 Kobe Steel Engineering Reports Vo. 41 no. 3 (1991) page 10

本発明は上記従来の技術の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、基材直上に従来より密着性の高いTiSi系被膜を形成するとともに、被膜の積層を特定の構造とすることにより被覆膜に潤滑性機能を付与し、これにより、高速、ドライ加工時の工具刃先温度を低下させることができ、あわせて更なる長寿命が達成可能な表面被覆切削工具およびその製造方法を提供することにある。   The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems of the prior art, and its purpose is to form a TiSi-based film having a higher adhesion directly on the base material and to form a laminate of the film with a specific structure. To provide a lubricating function to the coating film, thereby reducing the temperature of the tool edge during high-speed and dry machining, and at the same time, achieving a longer service life and its manufacture It is to provide a method.

本発明の1つの局面によれば、基材と、該基材の表面上に積層形成された被覆膜とを備える表面被覆切削工具であって、被覆膜は、基材直上に形成されるTiSi(ただし、0<b<0.3,a+b=1)の窒化物からなるA層と、該A層直上に形成されるAlTi(ただし、0.4<c<0.75、0<e<0.3、c+d+e=1)(該MはSi,Cr,V,Y,Zr,B,Zn,MoおよびMnからなる群より選択される元素の一種以上)の窒化物、炭窒化物、窒酸化物または炭窒化物からなるB層と、該B層直上に形成されるTiSi(ただし、0<g<0.3、f+g=1)の炭窒化物からなるC層とからなることを特徴とする表面被覆切削工具が提供される。 According to one aspect of the present invention, there is provided a surface-coated cutting tool comprising a base material and a coating film laminated on the surface of the base material, wherein the coating film is formed directly on the base material. Ti a Si b (However, 0 <b <0.3, a + b = 1) that the a layer made of a nitride of the Al c is formed on the a layer directly Ti d M e (where 0.4 < c <0.75, 0 <e <0.3, c + d + e = 1) (wherein M is one or more elements selected from the group consisting of Si, Cr, V, Y, Zr, B, Zn, Mo and Mn) ) Nitrides, carbonitrides, nitride oxides or carbonitrides, and Ti f Si g (where 0 <g <0.3, f + g = 1) formed immediately above the B layer. A surface-coated cutting tool characterized by comprising a carbon layer made of carbonitride is provided.

好ましくは、被覆層は、その全体の膜厚が0.5μm以上10μm以下の範囲内である。   Preferably, the coating layer has a total film thickness in the range of 0.5 μm to 10 μm.

好ましくは、被覆層は、A層の膜厚が0.05μm以上1.0μm以下の範囲内である。   Preferably, the coating layer has a thickness of the A layer in the range of 0.05 μm to 1.0 μm.

好ましくは、被覆層は、B層およびC層の膜厚がそれぞれ独立して0.05μm以上6μm以下の範囲内である。   Preferably, in the coating layer, the thicknesses of the B layer and the C layer are each independently in the range of 0.05 μm or more and 6 μm or less.

好ましくは、基材が、WC基超硬合金、サーメット、高速度鋼、セラミックス、立方晶型窒化硼素焼結体、ダイヤモンド焼結体、窒化硅素焼結体、酸化アルミニウムおよび炭化チタンからなる群より選択されるいずれかの材料を1つ以上用いてなる基材である。   Preferably, the base material is selected from the group consisting of WC-based cemented carbide, cermet, high speed steel, ceramics, cubic boron nitride sintered body, diamond sintered body, silicon nitride sintered body, aluminum oxide and titanium carbide. A base material using one or more selected materials.

本発明の別の局面によれば、基材と、該基材の表面上に積層形成された被覆膜とを備える表面被覆切削工具の製造方法であって、基材直上に、TiSi(ただし、0<b<0.3,a+b=1)の窒化物からなるA層を形成する工程と、A層直上に、AlTi(ただし、0.4<c<0.75、0<e<0.3、c+d+e=1)(該MはSi,Cr,V,Y,Zr,B,Zn,MoおよびMnからなる群より選択される元素の一種以上)の窒化物、炭窒化物、窒酸化物または炭窒化物からなるB層を形成する工程と、B層直上に、TiSi(ただし、0<g<0.3、f+g=1)の炭窒化物からなるC層を形成する工程と、を包含する、表面被覆切削工具の製造方法が提供される。 According to another aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a surface-coated cutting tool comprising a base material and a coating film formed on the surface of the base material, wherein Ti a Si is formed directly on the base material. b (where 0 <b <0.3, a + b = 1) a step of forming an A layer made of nitride, and Al c Ti d Me (where 0.4 <c <0 .75, 0 <e <0.3, c + d + e = 1) (wherein M is one or more elements selected from the group consisting of Si, Cr, V, Y, Zr, B, Zn, Mo and Mn) Forming a B layer made of a material, carbonitride, nitride oxide or carbonitride, and carbonitriding of Ti f Si g (where 0 <g <0.3, f + g = 1) immediately above the B layer A method for producing a surface-coated cutting tool is provided, which includes a step of forming a C layer made of an object.

好ましくは、A層を積層形成する工程は、物理的蒸着法を用いて行われ、その際、バイアス電源が0〜30Vの範囲内であり、窒素ガスの圧力が3〜6Paの範囲内であり、基材温度が450℃以上に設定される。   Preferably, the step of laminating and forming the A layer is performed using a physical vapor deposition method, in which the bias power source is in the range of 0 to 30 V and the pressure of the nitrogen gas is in the range of 3 to 6 Pa. The substrate temperature is set to 450 ° C. or higher.

好ましくは、C層を形成する工程は、物理的蒸着法を用い、その際、バイアス電圧を200V以上に設定する。   Preferably, the step of forming the C layer uses a physical vapor deposition method, and the bias voltage is set to 200 V or higher.

本発明の表面被覆切削工具によれば、被覆膜に特定の構造を付与することにより、耐摩耗性、耐酸化性、耐熱性を向上することができ、もって切削工具の寿命を向上させることができる。   According to the surface-coated cutting tool of the present invention, it is possible to improve wear resistance, oxidation resistance, and heat resistance by imparting a specific structure to the coating film, thereby improving the life of the cutting tool. Can do.

本発明について図4を用いて説明する。図4に示すように、本発明の表面被覆切削工具1は、基材2と、基材の表面上に積層形成された被覆膜とを備える。被覆膜は、基材直上に形成されるTiSi(ただし、0<b<0.3,a+b=1)の窒化物からなるA層12と、該A層12直上に形成されるAlTi(ただし、0.4<c<0.75、0<e<0.3、c+d+e=1)(MはSi,Cr,V,Y,Zr,B,Zn,MoおよびMnからなる群より選択される元素の一種以上)の窒化物、炭窒化物、窒酸化物または炭窒化物からなるB層と、当該B層直上に形成されるTiSi(ただし、0<g<0.3、f+g=1)の炭窒化物であるC層とからなることを特徴とする。 The present invention will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 4, the surface-coated cutting tool 1 of the present invention includes a base material 2 and a coating film that is laminated on the surface of the base material. The coating film is formed on the A layer 12 made of nitride of Ti a Si b (where 0 <b <0.3, a + b = 1) formed directly on the substrate, and on the A layer 12. al c Ti d M e (however, 0.4 <c <0.75,0 <e <0.3, c + d + e = 1) (M is Si, Cr, V, Y, Zr, B, Zn, Mo and B layer made of nitride, carbonitride, nitride oxide or carbonitride of one or more elements selected from the group consisting of Mn, and Ti f Si g (provided that 0) <G <0.3, f + g = 1).

このように、本発明の表面被覆切削工具1は、基材2とTiSi(ただし、0<b<0.3,a+b=1)の窒化物からなるA層12との密着性を従来よりも強固にし、さらに、当該A層直上に、AlTi(ただし、0.4<c<0.75、0<e<0.3、c+d+e=1)(MはSi,Cr,V,Y,Zr,B,Zn,MoおよびMnからなる群より選択される元素の一種以上)の窒化物、炭窒化物、窒酸化物または炭窒化物からなるB層を形成し、当該B層直上にTiSi(ただし、0<g<0.3、f+g=1)の炭窒化物であるC層を形成することにより、被覆膜全体として優れた耐摩耗性、耐酸化性、耐熱性を達成でき、したがって、切削工具としての寿命を向上させることができるものである。 As described above, the surface-coated cutting tool 1 of the present invention provides adhesion between the base material 2 and the A layer 12 made of nitride of Ti a Si b (where 0 <b <0.3, a + b = 1). than conventionally is strengthened further, just above the a layer, Al c Ti d M e (however, 0.4 <c <0.75,0 <e <0.3, c + d + e = 1) (M is Si, Forming a B layer made of nitride, carbonitride, nitride oxide or carbonitride of one or more elements selected from the group consisting of Cr, V, Y, Zr, B, Zn, Mo and Mn, By forming a C layer which is a carbonitride of Ti f Si g (where 0 <g <0.3, f + g = 1) just above the B layer, the coating film as a whole has excellent wear resistance and acid resistance. And heat resistance can be achieved, and therefore the life as a cutting tool can be improved.

(被覆層)
本発明の表面被覆切削工具において、被覆層中、TiSi(ただし、0<b<0.3,a+b=1)の窒化物からなるA層が基材直上に形成される。当該A層は、耐酸化性に優れており、被覆膜の摩耗が進行しても、基材の酸化を保護することができる。
(Coating layer)
In the surface-coated cutting tool of the present invention, an A layer made of a nitride of Ti a Si b (where 0 <b <0.3, a + b = 1) is formed directly on the base material in the coating layer. The A layer is excellent in oxidation resistance, and can protect the base material from oxidation even if the wear of the coating film proceeds.

本発明において、当該A層は従来の同一組成の膜に比べて基材との密着性を大幅に向上させていることに特徴を有する。すなわち、従来より、当該膜は一般にアークイオンプレーティング法などの物理的蒸着法により成膜しているが、TiSiNは圧縮残留応力が高く、基材との応力差が大きいため剥離しやすい。   In the present invention, the A layer is characterized in that the adhesion to the substrate is greatly improved as compared with a conventional film having the same composition. That is, conventionally, the film is generally formed by a physical vapor deposition method such as an arc ion plating method, but TiSiN has a high compressive residual stress and is easily peeled off due to a large stress difference from the substrate.

本発明者らは、物理的蒸着法において、基材に印加するバイアス電圧を0〜30Vの範囲内に設定し、窒素ガスの圧力を3〜6Paの範囲内に設定し、基材温度を450℃以上に設定することにより、TiSiNの応力が低減され、よって基材との密着性が大幅に改善されることを見いだした。   In the physical vapor deposition method, the inventors set the bias voltage applied to the substrate within a range of 0 to 30 V, the nitrogen gas pressure within a range of 3 to 6 Pa, and the substrate temperature of 450. It has been found that by setting the temperature to not less than ° C., the stress of TiSiN is reduced, and thus the adhesion to the substrate is greatly improved.

上記の条件は当該分野において従来では想到し難い値であり、すなわち、本発明において、上記条件は従来に比して、バイアス電圧が非常に低く、窒素ガス圧力が非常に高く、基材温度も比較的高く設定されている。   The above condition is a value that is difficult to conceive conventionally in the field, that is, in the present invention, the above condition has a very low bias voltage, a very high nitrogen gas pressure, and a substrate temperature as compared with the conventional condition. It is set relatively high.

すなわち、従来の技術常識では、成膜の際、本発明に規定するように、バイアス電圧を低く設定すると、被覆膜中の圧縮応力が低すぎ、被覆膜の強度が極端に低下するおそれがあり、窒素ガス圧を高くすると、真空ポンプの排気能力が不十分で炉内圧力が不安定になるおそれがあり、基材温度を高くすると、被覆膜中の圧縮応力が開放されて、膜強度が低下するおそれがあった。この点で、本発明において、このような条件に設定したことは、当業者が容易に想定できる技術的設計事項の範囲からかけはなれたものといえる。   That is, in the conventional technical common sense, if the bias voltage is set low as defined in the present invention during film formation, the compressive stress in the coating film is too low, and the strength of the coating film may be extremely reduced. If the nitrogen gas pressure is increased, the exhaust capacity of the vacuum pump may be insufficient and the furnace pressure may become unstable.If the substrate temperature is increased, the compressive stress in the coating film is released, There was a possibility that the film strength would decrease. In this respect, it can be said that the setting of such conditions in the present invention is far from the range of technical design items that can be easily assumed by those skilled in the art.

より好ましくは、基材に印加するバイアス電圧は、15〜25Vの範囲内であり、窒素ガスの圧力は、4〜5Paの範囲内であり、基材温度は、500℃以上である。   More preferably, the bias voltage applied to the substrate is in the range of 15 to 25 V, the pressure of the nitrogen gas is in the range of 4 to 5 Pa, and the substrate temperature is 500 ° C. or higher.

本発明において、A層は、TiSi(ただし、0<b<0.3,a+b=1)の窒化物の組成を有する。A層中にTiSiの組成とすることで、高硬度かつ高耐熱性であるという優れた効果を得ることができる。また、これを窒化物とすることで、基材との密着性に優れた膜とすることができる。 In the present invention, the A layer has a nitride composition of Ti a Si b (where 0 <b <0.3, a + b = 1). By setting the composition of TiSi in the A layer, an excellent effect of high hardness and high heat resistance can be obtained. Moreover, it can be set as the film | membrane excellent in adhesiveness with a base material by making this into nitride.

本発明において、上記A層の組成:TiSi(ただし、0<b<0.3,a+b=1)において、0<b<0.3としている。Siが30原子%以上であると、すなわち、bが0.3を超えると、A層の靭性が低下するため好ましくない。より好ましくは、10<b<25である。ここで、a,bは、TiとSiとの原子の組成比を示す。 In the present invention, in the composition of the layer A: Ti a Si b (where 0 <b <0.3, a + b = 1), 0 <b <0.3. When Si is 30 atomic% or more, that is, when b exceeds 0.3, the toughness of the A layer is lowered, which is not preferable. More preferably, 10 <b <25. Here, a and b indicate the composition ratio of atoms of Ti and Si.

本発明において、A層の膜厚は、0.05μm以上1.0μm以下であることが好ましい。0.05μm未満であると、耐熱性の効果が低減され、また、1.0μmを超えると被膜自身の脆性が高いため切削時の衝撃で破壊してしまうおそれがある。より好ましくは、0.1μm以上0.3μm以下である。   In the present invention, the thickness of the A layer is preferably 0.05 μm or more and 1.0 μm or less. When the thickness is less than 0.05 μm, the effect of heat resistance is reduced, and when it exceeds 1.0 μm, the coating itself has high brittleness and may be broken by an impact during cutting. More preferably, it is 0.1 μm or more and 0.3 μm or less.

本発明において、上記A層直上には、B層が形成される。当該B層について以下に説明する。   In the present invention, a B layer is formed immediately above the A layer. The B layer will be described below.

本発明において、B層は、AlTi(ただし、0.4<c<0.75、0<e<0.3、c+d+e=1)(MはSi,Cr,V,Y,Zr,B,Zn,MoおよびMnからなる群より選択される元素の一種以上)の窒化物、炭窒化物、窒酸化物または炭窒化物からなる。AlTiの組成を有することにより、耐摩耗性と靭性とをバランスよく達成することができる。また、当該B層には、金属元素Mとして、Si,Cr,V,Y,Zr,B,Zn,MoおよびMnからなる群より選択される元素の一種以上を含むことにより、さらに硬度が向上する。 In the present invention, B layer, Al c Ti d M e (however, 0.4 <c <0.75,0 <e <0.3, c + d + e = 1) (M is Si, Cr, V, Y, 1 type or more of elements selected from the group consisting of Zr, B, Zn, Mo and Mn) nitride, carbonitride, nitride oxide or carbonitride. By having the composition of AlTi, it is possible to achieve a good balance between wear resistance and toughness. Further, the B layer further includes one or more elements selected from the group consisting of Si, Cr, V, Y, Zr, B, Zn, Mo and Mn as the metal element M, thereby further improving the hardness. To do.

本発明におけるB層中のMは、Si,Cr,V,Y,Zr,B,Zn,MoおよびMnの元素を用いることができるが、これらの元素は、AlTiの窒化物、炭窒化物において、固溶元素として働き、結晶をゆがませるという共通の特徴を有するので、いずれの元素を用いても、硬度を向上する効果を発揮することができる。特に、SiまたはCrは、耐熱性向上の観点から好ましい元素である。   M in the B layer in the present invention can use Si, Cr, V, Y, Zr, B, Zn, Mo, and Mn elements. These elements are used in AlTi nitride and carbonitride. Since it has a common feature of acting as a solid solution element and distorting the crystal, the effect of improving the hardness can be exhibited by using any element. In particular, Si or Cr is a preferable element from the viewpoint of improving heat resistance.

本発明におけるB層において、AlTiは、0.4<c<0.75、0<e<0.3、c+d+e=1の組成比を有する。Alが40原子%以下であると、耐熱性が低下するおそれがあり、75原子%を超えると、すなわち、cが0.75を超えると、被覆膜の強度が低下するおそれがある。より好ましくは、45<c<65である。ここで、c,d,eは、上記原子の組成比を示す。 In B layer in the present invention, Al c Ti d M e has a 0.4 <c <0.75,0 <e < 0.3, the composition ratio of c + d + e = 1. If the Al content is 40 atomic% or less, the heat resistance may be reduced, and if it exceeds 75 atomic%, that is, if c exceeds 0.75, the strength of the coating film may be reduced. More preferably, 45 <c <65. Here, c, d, and e indicate the composition ratio of the atoms.

また、本発明にけるB層において、上記に規定したMは、組成比が30原子%を超えると、B層の靭性が低下するため好ましくない。より好ましくは、3<e<10である。   Further, in the B layer in the present invention, the M defined above is not preferable if the composition ratio exceeds 30 atomic% because the toughness of the B layer is lowered. More preferably, 3 <e <10.

また、当該B層の膜厚は、0.05μm〜6μmの範囲内であることが好ましい。0.05μm未満であると、成膜時のガス種の切り替え、バイアス電圧の制御などの安定した成膜が難しいため、成膜が困難であり、また、6μmを超えると、被覆膜中の圧縮応力におより、被膜自身が自己破壊しやくすなり、強度が低下するため好ましくない。より好ましくは、2μm〜4μmの範囲内である。   Moreover, it is preferable that the film thickness of the said B layer exists in the range of 0.05 micrometer-6 micrometers. If it is less than 0.05 μm, it is difficult to form a stable film such as switching the gas type at the time of film formation and controlling the bias voltage. Therefore, if it exceeds 6 μm, it is difficult to form a film. Due to the compressive stress, the coating itself is more susceptible to self-destruction and the strength is not preferred. More preferably, it exists in the range of 2 micrometers-4 micrometers.

次に、上記B層直上に形成されるC層について説明する。本発明におけるC層は、TiSi(ただし、0<g<0.3、f+g=1)の炭窒化物である。このような組成を有するC層は、TiSiの組成により優れた耐熱性および潤滑性を発揮し、また、炭窒化物とすることにより、当該被膜中に炭素が分散する構造となるため、窒化物に比べて摩擦係数が低く、潤滑性をさらに向上することができる。 Next, the C layer formed immediately above the B layer will be described. The C layer in the present invention is a carbonitride of Ti f Si g (where 0 <g <0.3, f + g = 1). The C layer having such a composition exhibits excellent heat resistance and lubricity due to the composition of TiSi, and by using carbonitride, it has a structure in which carbon is dispersed in the coating. Compared with the above, the friction coefficient is low, and the lubricity can be further improved.

本発明におけるC層において、Siが30原子%以上であると、被覆膜の強度が低下するおそれがあり問題である。より好ましくは、10<g<25である。   In the C layer in the present invention, if Si is 30 atomic% or more, the strength of the coating film may be lowered, which is a problem. More preferably, 10 <g <25.

本発明におけるC層は、物理的蒸着法、具体的にはアークイオンプレーティング法を用いて成膜することができるが、従来ではバイアス電源を30〜100V程度としていたため、反応ガスであるメタンやアセチレンガスが十分分解されず、緻密なTiSiの炭窒化物が得られていないのが現状であった。このような膜は部分的に炭素が析出した構造となり、耐熱性および強度が低下してしまう。   The C layer in the present invention can be formed by a physical vapor deposition method, specifically, an arc ion plating method. Conventionally, since the bias power source is about 30 to 100 V, methane, which is a reactive gas, is used. And acetylene gas was not sufficiently decomposed, and a dense TiSi carbonitride was not obtained. Such a film has a structure in which carbon is partially deposited, resulting in a decrease in heat resistance and strength.

本発明においては、当該C層の成膜条件として、バイアス電圧を200V以上という従来に比して非常に高い値に設定することで、耐熱性および潤滑性の両者において優れ、かつ緻密なTiSiの炭窒化物を成膜することが可能となった。このような高いバイアス電圧に設定することは、バイアス電圧を高くすると、成膜速度が著しく低下するおそれがあるという従来の技術常識から考えて、極めて画期的であるといえる。   In the present invention, by setting the bias voltage to a very high value of 200 V or more as a film formation condition for the C layer, both heat resistance and lubricity are excellent and dense TiSi is used. It became possible to form a carbonitride film. It can be said that setting such a high bias voltage is extremely epoch-making in view of conventional technical common knowledge that when the bias voltage is increased, there is a possibility that the film forming speed may be significantly reduced.

上述のようにして、本発明による当該C層に優れた潤滑性および耐熱性を付与することにより、工具の刃先温度を低下させて、被覆膜全体としての酸化を防止することができ、あわせて、被削材が切れ刃に溶着することを抑制し、加工面の粗さも向上する。   As described above, by imparting excellent lubricity and heat resistance to the C layer according to the present invention, the cutting edge temperature of the tool can be lowered, and oxidation of the entire coating film can be prevented. Thus, the work material is prevented from welding to the cutting edge, and the roughness of the processed surface is improved.

また、当該C層の膜厚は、0.05μm〜6μmの範囲内であることが好ましい。0.05μm未満であると、成膜時のガス種の切り替え、バイアス電圧の制御などの安定した成膜が難しいため、成膜が困難であり、また、6μmを超えると、被覆膜中の圧縮応力により被膜自身が自己破壊しやすくなり強度が低下するため好ましくない。より好ましくは、1.0μm〜3.0μmの範囲内である。   Moreover, it is preferable that the film thickness of the said C layer exists in the range of 0.05 micrometer-6 micrometers. If it is less than 0.05 μm, it is difficult to form a stable film such as switching the gas type at the time of film formation and controlling the bias voltage. Therefore, if it exceeds 6 μm, it is difficult to form a film. The film itself is easily self-destructed by the compressive stress and the strength is lowered, which is not preferable. More preferably, it exists in the range of 1.0 micrometer-3.0 micrometers.

本発明において、上記のようにA層とB層とC層とを基材上にこの順番で積層することにより、高速加工やドライ加工において工具の性能を向上させることができる。具体的には、A層のみ、B層のみまたはC層のみのような単層構造の場合は、切削時に発生する衝撃によって被覆膜全体が破壊したり、剥離したりすることがあり、極端に工具寿命が低下する問題があるが、上記のようにA,B,Cの3層の積層構造とすることにより、切削時の衝撃による被覆膜の破壊が、それぞれの層間、すなわち、B層とC層との間またはA層とB層との間で抑えられるので、被覆膜の破壊単位が小さくなるというメリットがある。また、B層とC層との格子定数の違いから、それぞれの結晶に歪みが発生し、硬度が上昇する効果も得ることができる。   In the present invention, by laminating the A layer, the B layer, and the C layer in this order on the substrate as described above, the performance of the tool can be improved in high-speed machining and dry machining. Specifically, in the case of a single layer structure such as only the A layer, only the B layer, or only the C layer, the entire coating film may be broken or peeled off by an impact generated during cutting. Although there is a problem that the tool life is reduced, as described above, by using the three-layer structure of A, B, and C, the coating film is destroyed by the impact during cutting, and each layer, that is, B Since it is suppressed between the layer and the C layer or between the A layer and the B layer, there is an advantage that the destruction unit of the coating film is reduced. In addition, due to the difference in lattice constant between the B layer and the C layer, each crystal is distorted and the hardness can be increased.

本発明において、被覆膜の全体の膜厚は、0.5μm以上10μm以下の範囲内であることが好ましい。0.5μm未満であると、耐摩耗性が低減するおそれがあり、10μmを超えると被覆膜の靭性が低下するおそれがある。より好ましくは、2.5μm以上6.0μm以下である。   In the present invention, the total thickness of the coating film is preferably in the range of 0.5 μm or more and 10 μm or less. If it is less than 0.5 μm, the wear resistance may be reduced, and if it exceeds 10 μm, the toughness of the coating film may be reduced. More preferably, it is 2.5 μm or more and 6.0 μm or less.

本発明において、上述した各層の膜厚および被覆層全体の膜厚の測定法としては、工具を切断し、その断面をSEM(走査型電子顕微鏡)を用いて観察して求めることができる。   In the present invention, as a method for measuring the thickness of each layer and the thickness of the entire coating layer described above, the tool can be cut and its cross section can be observed using an SEM (scanning electron microscope).

本発明において、被覆層の最上層は、C層である。当該C層は、紫色を呈するので、工具としての意匠性を良好にすることができ、商業上有用である。   In the present invention, the uppermost layer of the coating layer is a C layer. Since the C layer exhibits a purple color, the design property as a tool can be improved and is commercially useful.

本発明において、被覆膜を基材の表面に被覆するためには、結晶性の高い化合物を形成することができる成膜プロセスにより作製されることが不可欠である。そこで、種々の成膜方法を検討した結果、物理的蒸着法を用いることが好ましい。当該物理的蒸着法には、バランストおよびアンバランストマグネトロンスパッタリング法、イオンプレーティング法などがあるが、特に、原料元素のイオン率が高いカソードアークイオンプレーティングが一番適している。このカソードアークイオンプレーティングを用いると、被覆層を形成する前に、基材表面に対して金属のイオンボンバードメント処理が可能となるため、基材と被覆層との密着性が格段によくなるので、密着性という意味からも好ましいプロセスである。   In the present invention, in order to coat the coating film on the surface of the base material, it is indispensable to be produced by a film forming process capable of forming a compound having high crystallinity. Therefore, as a result of examining various film forming methods, it is preferable to use a physical vapor deposition method. The physical vapor deposition method includes balanced and unbalanced magnetron sputtering methods, ion plating methods, and the like. Cathode arc ion plating with a high ion ratio of the raw material elements is particularly suitable. When this cathode arc ion plating is used, since the metal ion bombardment treatment can be performed on the surface of the base material before the coating layer is formed, the adhesion between the base material and the coating layer is remarkably improved. This is a preferable process from the viewpoint of adhesion.

(基材)
本発明における基材は、WC基超硬合金、サーメット、高速度鋼、セラミックス、立方晶型窒化硼素焼結体、ダイヤモンド焼結体、窒化硅素焼結体、酸化アルミニウムおよび炭化チタンからなる群より選択されるいずれかの材料を1つ以上用いてなる基材である。
(Base material)
The base material in the present invention is a group consisting of WC-based cemented carbide, cermet, high speed steel, ceramics, cubic boron nitride sintered body, diamond sintered body, silicon nitride sintered body, aluminum oxide and titanium carbide. A base material using one or more selected materials.

特に、被覆被覆切削工具は、ドリル、エンドミル、フライス加工用または旋削加工用刃先交換型チップ、メタルソー、歯切工具、リーマまたはタップであることが好ましい。   In particular, the coated coated cutting tool is preferably a drill, an end mill, a milling or turning cutting edge replaceable tip, a metal saw, a gear cutting tool, a reamer, or a tap.

本実施例により本発明の表面被覆切削工具についてより詳細に説明し、さらに、当該工具の耐摩耗性等の特性がいかに改善されるかを具体的に説明する。実施例において、被覆膜中の組成はXPS(X線光電子分光分析装置)を用いて測定し、被覆膜の硬度はナノインデンター(MTS社製Nano Indenter XP)により確認した。また、被覆膜における膜厚は、上述のとおり、SEMを用いて測定した。   This embodiment will explain the surface-coated cutting tool of the present invention in more detail, and further specifically explain how the characteristics such as wear resistance of the tool are improved. In the examples, the composition in the coating film was measured using XPS (X-ray photoelectron spectroscopy analyzer), and the hardness of the coating film was confirmed by a nanoindenter (Nano Indenter XP manufactured by MTS). Moreover, the film thickness in a coating film was measured using SEM as above-mentioned.

なお、本実施例においては、工具の被覆膜の形成は、カソードアークイオンプレーティング法を用いて行なっているが、これ以外、例えばバランストまたはアンバランストスパッタリング法によっても成膜することは可能である。   In this embodiment, the coating film of the tool is formed by using the cathode arc ion plating method. However, other than this, for example, the film can also be formed by the balanced or unbalanced sputtering method. Is possible.

<表面被覆切削工具の作製>
(1)基材の洗浄
基材として、グレードがJIS規格K10の超硬合金製エンドミル(φ10、6枚刃)、グレードがJIS規格K30の超硬合金製ドリル(φ8)、グレードがJIS規格P30の超硬合金フライス用スローアウェイチップ(形状:SDKN42)を用意し、これを図5に示すようなカソードアークイオンプレーティング装置に装着した。
<Production of surface-coated cutting tool>
(1) Cleaning of base material As a base material, a cemented carbide end mill (φ10, 6 blades) with a grade of JIS standard K10, a cemented carbide drill (φ8) with a grade of JIS standard K30, and a grade of JIS standard P30. A cemented carbide milling throw-away tip (shape: SDKN42) was prepared and mounted on a cathode arc ion plating apparatus as shown in FIG.

図5および図6の装置において、チャンバ101内に、被覆膜を構成するA層、B層およびC層用のアーク式蒸発源106,107,111、および基材を設置するための回転式基材ホルダ104が取り付けられている。アーク式蒸発源106,107,111は、それぞれアーク電源108,109が取り付けられている。また、基材ホルダ104には、バイアス電源110が取り付けられている。また、チャンバ101内には、反応ガス105が投入される口が設けられ、また、チャンバ101内の圧力を調節するための口103から真空ポンプによりガスを吸引できる構造となっている。   In the apparatus of FIGS. 5 and 6, a rotary type for installing arc type evaporation sources 106, 107, 111 for the A layer, the B layer and the C layer constituting the coating film, and the base material in the chamber 101. A substrate holder 104 is attached. Arc power sources 108 and 109 are attached to the arc evaporation sources 106, 107, and 111, respectively. A bias power source 110 is attached to the substrate holder 104. Further, the chamber 101 is provided with a port through which the reaction gas 105 is introduced, and has a structure in which gas can be sucked from the port 103 for adjusting the pressure in the chamber 101 by a vacuum pump.

図5の装置において、まず、真空ポンプによりチャンバ101内を減圧するとともに、基材を回転させながら装置内に設置されたヒーターにより温度を500℃に加熱し、チャンバ内の圧力が1.0×10−4Paとなるまで真空引きを行なった。次に、アルゴンガスを導入してチャンバ101内の圧力を3.0Paに保持し、基板バイアス電源110の電圧を徐々に上げながら、−1000Vとし、基材の表面のクリーニングを15分間行なった。その後、アルゴンガスを排気した。 In the apparatus of FIG. 5, first, the inside of the chamber 101 is depressurized by a vacuum pump, and the temperature is heated to 500 ° C. by a heater installed in the apparatus while rotating the substrate, so that the pressure in the chamber is 1.0 × Vacuuming was performed until 10 −4 Pa was reached. Next, argon gas was introduced to maintain the pressure in the chamber 101 at 3.0 Pa, and while gradually increasing the voltage of the substrate bias power supply 110, the substrate surface was cleaned for 15 minutes. Thereafter, argon gas was exhausted.

(2)被覆膜の成膜
次いで、金属蒸発源であるターゲットとして、TiSi、AlTi(該MはSi,Cr,V,Y,Zr,B,Zn,MoおよびMnからなる群より選択される元素の一種以上)およびTiSiを106,107,111のいずれかに設置した。なお、当該Mは目的とする組成に応じて上記の中から適宜選択したものを用いた。なお、原子の組成比を示すa,b,c,d,e,f,gは、それぞれ表中に示している。
(2) Formation of coating film Next, Ti a Si b , Al c Ti d Me (where M is Si, Cr, V, Y, Zr, B, Zn, Mo and one or more elements selected from the group consisting of Mn) and Ti f Si g was placed in one of 106,107,111. In addition, the said M used what was selected from the above suitably according to the target composition. In addition, a, b, c, d, e, f, and g indicating the atomic composition ratio are shown in the table, respectively.

基材102を中央で回転させた状態で、反応ガスとして窒素ガスを導入させながら、基板温度500℃、反応ガス圧5Pa、基板バイアス電圧を−20Vに維持したまま、アーク式蒸発源であるTiSiターゲットから金属イオンを発生させA層を形成した。   While the substrate 102 is rotated at the center, while introducing nitrogen gas as a reaction gas, the substrate temperature is maintained at 500 ° C., the reaction gas pressure is 5 Pa, and the substrate bias voltage is maintained at −20 V. Metal ions were generated from the target to form the A layer.

次に、上記A層が形成された後、B層を成膜した。A層直上にB層を積層形成するために、チャンバ内の圧力が2.6PaになるようにNガスを導入し、基板温度500℃、基材バイアス電圧を−70Vに設定した。そして、AlTiMターゲットをアーク放電によりイオン化し、Nガスと反応させて(AlTiM)Nを積層した。 Next, after the A layer was formed, a B layer was formed. In order to laminate the B layer directly on the A layer, N 2 gas was introduced so that the pressure in the chamber was 2.6 Pa, and the substrate temperature was set to 500 ° C. and the base material bias voltage was set to −70V. Then, the AlTiM target was ionized by arc discharge and reacted with N 2 gas to laminate (AlTiM) N.

次いで、B層直上にC層を積層形成するために、チャンバ内の圧力を2.6PaになるようにNガスおよびCHガスを導入し、基板温度500℃、基材バイアス電圧を−200Vとした。TiSiターゲットをアーク放電によりイオン化し、NガスおよびCHガスと反応させてTiSiCN膜を成膜した。 Next, in order to laminate the C layer immediately above the B layer, N 2 gas and CH 4 gas are introduced so that the pressure in the chamber becomes 2.6 Pa, the substrate temperature is 500 ° C., and the base material bias voltage is −200 V. It was. The TiSi target was ionized by arc discharge and reacted with N 2 gas and CH 4 gas to form a TiSiCN film.

このようにして、A層、B層およびC層を積層形成した。なお、成膜時間を制御することにより、A,B,C各層の膜厚を制御することができる。   Thus, the A layer, the B layer, and the C layer were laminated. Note that the film thickness of each of the A, B, and C layers can be controlled by controlling the film formation time.

このようにして形成した本発明に従う被覆膜について表1に示し、あわせて従来の切削工具については表2に示す。   Table 1 shows the coating film according to the present invention formed as described above, and Table 2 shows the conventional cutting tool.

下記表1および表2に示す表面被覆切削工具のそれぞれについて、次に示す試験を行い評価した。   Each of the surface-coated cutting tools shown in Table 1 and Table 2 below was evaluated by performing the following tests.

<エンドミル切削試験>
エンドミル切削試験は、基材として6枚刃、外径10mmの超硬合金製エンドミルを用い、被削材はSKD61(HRC53)、側面切削をダウンカットで切削速度:200m/min、送り量:0.025mm/tooth、切り込み量:Ad=10mm、Rd=0.6mm、エアーブローで行った。工具の寿命は切れ刃外周の摩耗幅が0.1mmを超えた時点での切削距離とした。当該試験においては、距離が長いほうが寿命が長いことを示す。
<End mill cutting test>
In the end mill cutting test, a cemented carbide end mill with 6 blades and an outer diameter of 10 mm is used as a base material. 0.025 mm / tooth, cutting depth: Ad = 10 mm, Rd = 0.6 mm, air blow. The tool life was defined as the cutting distance when the wear width on the outer periphery of the cutting edge exceeded 0.1 mm. In this test, the longer the distance, the longer the life.

<ドリル切削試験>
ドリル切削試験は、基材として外径8mmの超硬合金製ドリルを用い、被削材をS50Cとしてこれに穴加工を行い、切削速度:70m/min、送り量:0.25mm/rev、穴深さ:30mmの貫通穴、切削油なしの条件で行った。工具寿命は先端マージン部の摩耗幅が0.2mmを超えた時点での加工穴数とした。当該試験においては、穴数が多いほうが工具の寿命が長いことを示す。
<Drill cutting test>
In the drill cutting test, a cemented carbide drill with an outer diameter of 8 mm is used as a base material, the work material is S50C, and a hole is drilled therein. Cutting speed: 70 m / min, feed rate: 0.25 mm / rev, hole Depth: The test was carried out under conditions of 30 mm through holes and no cutting oil. The tool life was defined as the number of holes processed when the wear width at the tip margin exceeded 0.2 mm. In this test, the longer the number of holes, the longer the tool life.

<フライス切削試験>
フライス切削条件は、基材としてP30相当超硬合金製スローアウェイチップ(形状:SDKN42)のものを用い、直系160mmの正面フライスを行った。被削材をSCM435とし、切削速度:250mm/min、送り量:0.3mm/tooth、切り込み量:2mm、切削油なしの条件で行った。工具寿命は、逃げ面の摩耗幅が0.2mmを超えた時点での切削距離とした。当該試験において、距離が長いほうが工具の寿命が長いことを示す。
<Milling cutting test>
As the milling conditions, a P30-equivalent cemented carbide throw-away tip (shape: SDKN42) was used as a base material, and a direct 160 mm front milling was performed. The work material was SCM435, cutting speed: 250 mm / min, feed rate: 0.3 mm / tooth, cutting amount: 2 mm, and no cutting oil. The tool life was defined as the cutting distance when the wear width of the flank exceeded 0.2 mm. In the test, the longer the distance, the longer the tool life.

Figure 2006181705
Figure 2006181705

Figure 2006181705
Figure 2006181705

表1および表2の結果より、本発明に従う表面被覆切削工具は、従来の切削工具と比べて、工具寿命が著しく向上しており、高速加工およびドライ加工等の厳しい切削条件においても十分な性能を発揮することができる。   From the results shown in Tables 1 and 2, the surface-coated cutting tool according to the present invention has a significantly improved tool life compared with conventional cutting tools, and has sufficient performance even under severe cutting conditions such as high-speed machining and dry machining. Can be demonstrated.

以上のように本発明の実施の形態および実施例について説明を行なったが、上述の各実施の形態および実施例の構成を適宜組み合わせることも当初から予定している。   Although the embodiments and examples of the present invention have been described as described above, it is also planned from the beginning to appropriately combine the configurations of the above-described embodiments and examples.

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   It should be understood that the embodiments and examples disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

従来の切削工具の刃先稜線部分の模式図である。It is a schematic diagram of the blade edge ridgeline part of the conventional cutting tool. 切削工具の摩耗の理想的な進行について示す模式図である。It is a schematic diagram shown about the ideal progress of wear of a cutting tool. 従来の切削工具において生じるチッピングの例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the example of the chipping which arises in the conventional cutting tool. 本発明の表面被覆切削工具の刃先部分の模式図である。It is a schematic diagram of the blade edge | tip part of the surface covering cutting tool of this invention. アークイオンプレーティング法に用いる装置の例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the example of the apparatus used for the arc ion plating method. 図5の装置の概略上面図である。FIG. 6 is a schematic top view of the apparatus of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 工具、2 基材、3 被覆層、4 工具すくい面、5 工具にげ面、6 すくい面の膜厚、7 逃げ面の膜厚、8 稜線部の膜厚、10 基材の露出部分、11 基材の酸化部分、12 A層、13 B層、14 C層、101 チャンバ、102 基材、103 口、104 回転式基材ホルダ、105 反応ガス、106,107,111 アーク式蒸発源、108,109 アーク電源、110 バイアス電源。   1 tool, 2 base material, 3 coating layer, 4 tool rake face, 5 tool rake face, 6 rake face film thickness, 7 flank face film thickness, 8 ridge line thickness, 10 base material exposed part, 11 Oxidized portion of substrate, 12 A layer, 13 B layer, 14 C layer, 101 chamber, 102 substrate, 103 ports, 104 rotating substrate holder, 105 reactive gas, 106, 107, 111 arc evaporation source, 108,109 Arc power supply, 110 Bias power supply.

Claims (8)

基材と、該基材の表面上に積層形成された被覆膜とを備える表面被覆切削工具であって、
前記被覆膜は、基材直上に形成されるTiSi(ただし、0<b<0.3,a+b=1)の窒化物からなるA層と、該A層直上に形成されるAlTi(ただし、0.4<c<0.75、0<e<0.3、c+d+e=1)(該MはSi,Cr,V,Y,Zr,B,Zn,MoおよびMnからなる群より選択される元素の一種以上)の窒化物、炭窒化物、窒酸化物または炭窒化物からなるB層と、該B層直上に形成されるTiSi(ただし、0<g<0.3、f+g=1)の炭窒化物からなるC層とからなることを特徴とする、表面被覆切削工具。
A surface-coated cutting tool comprising a base material and a coating film laminated on the surface of the base material,
The coating film includes an A layer made of a nitride of Ti a Si b (where 0 <b <0.3, a + b = 1) formed immediately above the base material, and an Al formed immediately above the A layer. c Ti d M e (however, 0.4 <c <0.75,0 <e <0.3, c + d + e = 1) ( wherein M is Si, Cr, V, Y, Zr, B, Zn, Mo and B layer made of nitride, carbonitride, nitride oxide or carbonitride of one or more elements selected from the group consisting of Mn, and Ti f Si g (provided that 0) A surface-coated cutting tool comprising: a C layer made of carbonitride of <g <0.3, f + g = 1).
前記被覆層は、その全体の膜厚が0.5μm以上10μm以下の範囲内であることを特徴とする、請求項1に記載の表面被覆切削工具。   2. The surface-coated cutting tool according to claim 1, wherein the total thickness of the coating layer is in a range of 0.5 μm to 10 μm. 前記被覆層は、前記A層の膜厚が0.05μm以上1.0μm以下の範囲内であることを特徴とする、請求項1または2に記載の表面被覆切削工具。   3. The surface-coated cutting tool according to claim 1, wherein the coating layer has a thickness of the A layer in a range of 0.05 μm to 1.0 μm. 前記被覆層は、前記B層および前記C層の膜厚がそれぞれ独立して0.05μm以上6μm以下の範囲内であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載の表面被覆切削工具。   The surface coating according to any one of claims 1 to 3, wherein in the coating layer, the thicknesses of the B layer and the C layer are each independently in the range of 0.05 µm to 6 µm. Cutting tools. 前記基材が、WC基超硬合金、サーメット、高速度鋼、セラミックス、立方晶型窒化硼素焼結体、ダイヤモンド焼結体、窒化硅素焼結体、酸化アルミニウムおよび炭化チタンからなる群より選択されるいずれかの材料を1つ以上用いてなる基材であることを特徴とする、請求項1〜4のいずれかに記載の表面被覆切削工具。   The substrate is selected from the group consisting of WC-based cemented carbide, cermet, high speed steel, ceramics, cubic boron nitride sintered body, diamond sintered body, silicon nitride sintered body, aluminum oxide and titanium carbide. The surface-coated cutting tool according to claim 1, wherein the surface-coated cutting tool is a base material using one or more materials. 基材と、該基材の表面上に積層形成された被覆膜とを備える表面被覆切削工具の製造方法であって、
基材直上に、TiSi(ただし、0<b<0.3,a+b=1)の窒化物からなるA層を形成する工程と、
前記A層直上に、AlTi(ただし、0.4<c<0.75、0<e<0.3、c+d+e=1)(該MはSi,Cr,V,Y,Zr,B,Zn,MoおよびMnからなる群より選択される元素の一種以上)の窒化物、炭窒化物、窒酸化物または炭窒化物からなるB層を形成する工程と、
前記B層直上に、TiSi(ただし、0<g<0.3、f+g=1)の炭窒化物からなるC層を形成する工程と、
を包含する、表面被覆切削工具の製造方法。
A method for producing a surface-coated cutting tool comprising a base material and a coating film laminated on the surface of the base material,
Forming a layer A made of a nitride of Ti a Si b (where 0 <b <0.3, a + b = 1) directly on the substrate;
Directly the A layer, Al c Ti d M e (however, 0.4 <c <0.75,0 <e <0.3, c + d + e = 1) ( wherein M is Si, Cr, V, Y, Zr , B, Zn, Mo, and one or more elements selected from the group consisting of Mn) forming a B layer made of nitride, carbonitride, nitride oxide or carbonitride;
Forming a C layer made of carbonitride of Ti f Si g (where 0 <g <0.3, f + g = 1) directly on the B layer;
A method for manufacturing a surface-coated cutting tool, comprising:
前記A層を積層形成する工程は、物理的蒸着法を用いて行われ、その際、バイアス電源が0〜30Vの範囲内であり、窒素ガスの圧力が3〜6Paの範囲内であり、基材温度が450℃以上に設定されることを特徴とする、請求項6に記載の表面被覆切削工具の製造方法。   The step of laminating and forming the A layer is performed using a physical vapor deposition method, in which the bias power source is in the range of 0 to 30 V, the pressure of the nitrogen gas is in the range of 3 to 6 Pa, The method for manufacturing a surface-coated cutting tool according to claim 6, wherein the material temperature is set to 450 ° C. or higher. 前記C層を形成する工程は、物理的蒸着法を用い、その際、バイアス電圧を200V以上に設定することを特徴とする、請求項6または7に記載の表面被覆切削工具の製造方法。   The method for producing a surface-coated cutting tool according to claim 6 or 7, wherein the step of forming the C layer uses a physical vapor deposition method, and at that time, a bias voltage is set to 200 V or more.
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