JP2011067883A - Surface coated cutting tool - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a surface coated cutting tool with a coating compatibly satisfying wear resistance and rigidity, and having excellent adhesion to a substrate. <P>SOLUTION: The surface coated cutting tool includes the substrate; and the coating formed on the substrate. The coating includes a first coating layer. The first coating layer includes a fine structure region and a coarse structure region. A compound constituting the fine structure region has a mean crystal grain size of 10-200 nm. The fine structure region exists occupying a range from the surface side of the first coating layer to a thickness of 50% or more with respect to the entire thickness of the first coating layer, and has an average compressive stress that is stress in the range of &ge;-4 GPa and &le;-2 GPa. The first coating layer has a stress distribution in the thickness direction thereof, and has two or more maximum or minimum values in the stress distribution. These maximum or minimum values located closer to the surface side in the thickness direction have higher compressive stress. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、表面被覆切削工具に関し、特に耐摩耗性等の特性を向上させる被膜を形成した表面被覆切削工具に関する。   The present invention relates to a surface-coated cutting tool, and more particularly to a surface-coated cutting tool having a coating film that improves properties such as wear resistance.

従来、切削用の工具としては、超硬合金(WC−Co合金もしくはこれにTi(チタン)、Ta(タンタル)、Nb(ニオブ)等の炭窒化物を添加した合金)が用いられてきた。しかし、近年の切削の高速化に伴い、超硬合金、サーメット、またはアルミナ系や窒化珪素系のセラミックスを基材として、その表面にCVD(Chemical Vapor Deposition)法やPVD(Physical Vapor Deposition)法で元素周期表のIVa族、Va族、VIa族金属やAl(アルミニウム)等の炭化物、窒化物、炭窒化物、ホウ窒化物、酸化物からなる被膜を3〜20μmの厚さに被覆した工具の使用割合が増大している。   Conventionally, cemented carbides (WC-Co alloys or alloys obtained by adding carbonitrides such as Ti (titanium), Ta (tantalum), Nb (niobium), etc.) have been used as cutting tools. However, with the recent increase in cutting speed, cemented carbide, cermet, or alumina-based or silicon nitride-based ceramics is used as a base material, and the surface is subjected to CVD (Chemical Vapor Deposition) or PVD (Physical Vapor Deposition). A tool in which a coating made of carbide, nitride, carbonitride, boronitride, oxide such as IVa group, Va group, VIa group metal or Al (aluminum) of the periodic table is coated to a thickness of 3 to 20 μm. The usage rate is increasing.

特に、PVD法による被膜は、基材強度の劣化を招かずに耐摩耗性を高めることができることから、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(スローアウェイ)チップなどの強度の要求される切削工具に多く使用されている。   In particular, the coating by the PVD method can increase the wear resistance without causing deterioration of the base material strength, so that the strength of a drill, end mill, milling or turning cutting edge replaceable type (throw away) tip can be increased. It is often used for required cutting tools.

近年、切削加工能率向上のため、切削速度がより高速になりつつあり、それに伴い工具には耐摩耗性、靱性、密着性等の諸特性の一層の向上が要求されている。この要求に応える試みとして、たとえば特許文献1には耐摩耗性、靱性、密着性を向上させる試みとして、基材側から被膜表面側に向かって連続的または段階的に圧縮応力を高めて密着性と耐摩耗性とを両立させる試みがなされている。しかしながら、上記のような提案の切削工具は、その被膜の圧縮応力が被膜表面側から基材表面側にかけて一律に増加または減少するものであり、靱性を顕著に向上させるには圧縮応力を基材側から被膜表面側にかけて増加させる必要があり、耐摩耗性を向上させるには圧縮応力を被膜表面側から基材側にかけて増加させる必要があった。そのため、靱性を向上させようとすると耐摩耗性が不足し、逆に耐摩耗性を向上させようとすると靱性が低下してしまい耐摩耗性と靱性との両立は困難であった。   In recent years, in order to improve the cutting efficiency, the cutting speed is becoming faster, and accordingly, tools are required to further improve various characteristics such as wear resistance, toughness, and adhesion. As an attempt to meet this requirement, for example, in Patent Document 1, as an attempt to improve wear resistance, toughness, and adhesion, adhesiveness is increased by increasing compressive stress in a continuous or stepwise manner from the substrate side to the coating surface side. Attempts have been made to achieve both wear resistance and wear resistance. However, in the proposed cutting tool as described above, the compressive stress of the coating increases or decreases uniformly from the coating surface side to the substrate surface side, and the compressive stress is applied to the substrate to remarkably improve toughness. It was necessary to increase from the side to the coating surface side, and in order to improve the wear resistance, it was necessary to increase the compressive stress from the coating surface side to the substrate side. Therefore, wear resistance is insufficient when attempting to improve toughness, and conversely, when attempting to improve wear resistance, the toughness is reduced and it is difficult to achieve both wear resistance and toughness.

また、特許文献2では基板バイアス電圧を連続的または段階的に変化させることにより、被膜内部に高い圧縮残留応力を発生させ耐摩耗性と靱性とを両立させようとする試みがなされている。また特許文献3では被膜中の圧縮応力に最大点と最小点を持たせ、被膜表面側の圧縮応力を低くすることで、耐摩耗性と靱性との向上を両立させるとともに被膜の微少な剥離を抑制しようとする試みがなされている。しかしながら、特許文献2および3では被膜の最表面の圧縮応力が低く設定されているため、耐摩耗性に欠けるという問題があった。   In Patent Document 2, an attempt is made to generate both high wear resistance and toughness by generating a high compressive residual stress inside the coating by changing the substrate bias voltage continuously or stepwise. In Patent Document 3, the maximum and minimum points are given to the compressive stress in the film, and the compressive stress on the surface side of the film is lowered, so that both wear resistance and toughness are improved, and the film is slightly peeled off. Attempts have been made to control. However, in Patent Documents 2 and 3, since the compressive stress on the outermost surface of the coating is set low, there is a problem of lack of wear resistance.

特開2003−094208号公報JP 2003-094208 A 特開2001−315006号公報JP 2001-315006 A 特開2006−055938号公報JP 2006-055938 A

本発明は、上記のような現状に鑑みなされたものであって、その目的とするところは、耐摩耗性と靭性とを両立させたとともに、基材との密着性にも優れた被膜を備えた表面被覆切削工具を提供することにある。   The present invention has been made in view of the current situation as described above. The object of the present invention is to provide a coating that has both wear resistance and toughness and excellent adhesion to the substrate. Another object is to provide a surface-coated cutting tool.

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねたところ、被膜の結晶粒径を制御することにより被膜中に結晶の粗大組織領域と微細組織領域とを形成することで、被膜全体にわたって均一組織を有しているよりも、亀裂の伝播を抑制して靱性を向上させるとともに微細組織領域によって耐摩耗性を向上させ、さらに基材側の被膜組織を粗大組織領域とすることで基材との密着性を向上させることができるという知見を得た。本発明は、これらの知見に基づいてさらに種々の検討を重ねた結果、完成されたものである。   The present inventor has made extensive studies to solve the above-mentioned problems, and by controlling the crystal grain size of the film, the coarse film region and the fine structure region of the crystal are formed in the film, so that the entire film is formed. Rather than having a uniform structure over the entire area, the propagation of cracks is suppressed to improve toughness, wear resistance is improved by the fine structure area, and the coating structure on the substrate side is made a coarse structure area. The knowledge that the adhesiveness with a material can be improved was acquired. The present invention has been completed as a result of further various studies based on these findings.

すなわち、本発明の表面被覆切削工具は、基材と該基材上に形成された被膜とを備え、該被膜は、第1被膜層を含み、該第1被膜層は、それを構成する化合物の平均結晶粒径が微小である微細組織領域と該平均結晶粒径が粗大である粗大組織領域とを含み、該微細組織領域は、該化合物の平均結晶粒径が10〜200nmであり、かつ該第1被膜層の表面側から該第1被膜層の全体の厚みに対して50%以上の厚みとなる範囲を占めて存在し、かつ−4GPa以上−2GPa以下の範囲の応力である平均圧縮応力を有し、該第1被膜層は、その厚み方向に応力分布を有しており、その応力分布において2つ以上の極大値または極小値を持ち、それらの極大値または極小値は厚み方向表面側に位置するものほど高い圧縮応力を有することを特徴としている。   That is, the surface-coated cutting tool of the present invention includes a base material and a coating formed on the base material, the coating includes a first coating layer, and the first coating layer is a compound constituting the first coating layer. A fine texture region having a fine average crystal grain size and a coarse texture region having a coarse average crystal grain size, wherein the fine texture region has an average crystal grain size of the compound of 10 to 200 nm, and An average compression that occupies a range of 50% or more of the total thickness of the first coating layer from the surface side of the first coating layer and is a stress in a range of −4 GPa to −2 GPa. The first coating layer has a stress distribution in its thickness direction, and has two or more maximum values or minimum values in the stress distribution, and these maximum values or minimum values are in the thickness direction. It is characterized by having higher compressive stress at the surface side It is.

ここで、上記第1被膜層は、最表面において最も高い圧縮応力を有することが好ましく、上記微細組織領域は、上記第1被膜層の表面側から上記第1被膜層の全体の厚みに対して50%以上80%以下の厚みとなる範囲を占めて存在することが好ましい。   Here, it is preferable that the first coating layer has the highest compressive stress on the outermost surface, and the microstructure region is from the surface side of the first coating layer to the entire thickness of the first coating layer. It is preferable to occupy a range where the thickness is 50% or more and 80% or less.

また、上記粗大組織領域は、上記化合物の平均結晶粒径が300〜1500nmであることが好ましく、上記第1被膜層を構成する上記化合物は、元素周期律表のIVa族元素、Va族元素、VIa族元素、アルミニウム、ホウ素、ケイ素およびゲルマニウムからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素と、ホウ素、炭素、窒素および酸素からなる群より選ばれる少なくとも1種の元素とで構成される化合物であることが好ましい。   The coarse tissue region preferably has an average crystal grain size of 300 to 1500 nm of the compound, and the compound constituting the first coating layer is composed of an IVa group element, a Va group element of the periodic table, It is a compound composed of at least one element selected from the group consisting of Group VIa elements, aluminum, boron, silicon and germanium, and at least one element selected from the group consisting of boron, carbon, nitrogen and oxygen It is preferable.

また、上記被膜は、上記第1被膜層以外に1層または2層以上の層を含むことができる。   In addition to the first coating layer, the coating may include one layer or two or more layers.

本発明の表面被覆切削工具は、上記のような構成を有することにより、耐摩耗性と靭性とを両立させたとともに、基材との密着性にも優れた被膜を備えたものである。   The surface-coated cutting tool of the present invention has a coating having excellent wear resistance and toughness as well as excellent adhesion to the substrate by having the above-described configuration.

本発明の第1被膜層の厚み方向の応力分布を概念的に表わしたグラフである。It is the graph which represented notionally the stress distribution of the thickness direction of the 1st coating layer of this invention. 本発明の第1被膜層の厚み方向の応力分布を概念的に表わした図1とは異なるグラフである。It is a graph different from FIG. 1 which represented notionally the stress distribution of the thickness direction of the 1st coating layer of this invention.

以下、本発明についてさらに詳細に説明する。
<表面被覆切削工具>
本発明の表面被覆切削工具は、基材と該基材上に形成された被膜とを備えた構成を有している。このような被膜は、基材に対して耐摩耗性を向上させたり、靭性を向上させたりする作用を示すものであるため、基材の全面を被覆することが好ましいが、基材の一部がこの被膜で被覆されていなかったり、被膜の構成が部分的に異なっていたとしても本発明の範囲を逸脱するものではない。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
<Surface coated cutting tool>
The surface-coated cutting tool of the present invention has a configuration including a base material and a coating film formed on the base material. Since such a film exhibits an effect of improving wear resistance or toughness with respect to the base material, it is preferable to cover the entire surface of the base material. However, it is not deviated from the scope of the present invention even if it is not covered with this film or the structure of the film is partially different.

このような本発明の表面被覆切削工具は、ドリル、エンドミル、ドリル用刃先交換型切削チップ、エンドミル用刃先交換型切削チップ、フライス加工用刃先交換型切削チップ、旋削加工用刃先交換型切削チップ、メタルソー、歯切工具、リーマ、タップなどの切削工具として好適に使用することができる。とりわけ、断続的に衝撃の加わるようなフライス加工の用途に特に適したものとなっており、これらの用途で靱性と耐摩耗性とに特に優れたものとなる。   Such a surface-coated cutting tool of the present invention includes a drill, an end mill, a cutting edge replacement cutting tip for a drill, a cutting edge replacement cutting tip for an end mill, a cutting edge replacement cutting tip for milling, a cutting edge replacement cutting tip for turning, It can be suitably used as a cutting tool such as a metal saw, gear cutting tool, reamer, and tap. In particular, it is particularly suitable for milling applications where impacts are intermittently applied, and in these applications it is particularly excellent in toughness and wear resistance.

<基材>
本発明の表面被覆切削工具に用いられる基材は、この種の基材として従来公知のものであればいずれのものも使用することができる。たとえば、超硬合金(たとえばWC基超硬合金、WCの他、Coを含み、あるいはTi、Ta、Nb等の炭窒化物を添加したものも含む)、サーメット(TiC、TiN、TiCN等を主成分とするもの)、高速度鋼、セラミックス(炭化チタン、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウムなど)、立方晶型窒化硼素焼結体、またはダイヤモンド焼結体のいずれかであることが好ましい。
<Base material>
Any substrate can be used as the substrate used in the surface-coated cutting tool of the present invention as long as it is conventionally known as this type of substrate. For example, cemented carbide (for example, WC-based cemented carbide, including WC, including Co or containing carbonitride such as Ti, Ta, Nb, etc.), cermet (TiC, TiN, TiCN, etc.) Component), high-speed steel, ceramics (titanium carbide, silicon carbide, silicon nitride, aluminum nitride, aluminum oxide, etc.), cubic boron nitride sintered body, or diamond sintered body preferable.

これらの各種基材の中でも、特にWC基超硬合金、サーメット、立方晶型窒化硼素焼結体を選択することが好ましい。これは、これらの基材が特に高温における硬度と強度とのバランスに優れ、上記用途の表面被覆切削工具の基材として優れた特性を有するためである。   Among these various substrates, it is particularly preferable to select a WC-based cemented carbide, cermet, and cubic boron nitride sintered body. This is because these substrates are particularly excellent in the balance between hardness and strength at high temperatures, and have excellent characteristics as substrates for surface-coated cutting tools for the above applications.

<被膜>
本発明の表面被覆切削工具において、基材上に形成される被膜は、少なくとも第1被膜層を含む。すなわち、本発明の被膜は、第1被膜層のみによって構成されていてもよいし(この場合は第1被膜層が基材に接して形成されることになる)、このような第1被膜層以外に1層または2層以上の他の層を含んでいてもよい。このような第1被膜層以外の層は、後述のように基材と第1被膜層との間に形成されていてもよいし、第1被膜層上に形成されていてもよい。ただし、そのような層が第1被膜層上に形成される場合であっても、切削加工に関与する刃先部分においては第1被膜層が最外層(被膜表面を構成する層)となることが好ましい。
<Coating>
In the surface-coated cutting tool of the present invention, the coating formed on the substrate includes at least a first coating layer. That is, the coating of the present invention may be constituted only by the first coating layer (in this case, the first coating layer is formed in contact with the substrate), or such a first coating layer. In addition, one or two or more other layers may be included. Such layers other than the first coating layer may be formed between the base material and the first coating layer as described later, or may be formed on the first coating layer. However, even when such a layer is formed on the first coating layer, the first coating layer may be the outermost layer (a layer constituting the coating surface) in the cutting edge portion involved in the cutting process. preferable.

なお、本発明において、切削に関与する刃先部分とは、被削材と直接接する部分を含むとともに、その周辺部分(被削材とは直接接することはないが切削加工時に温度が上昇する部分等)を含むものとする。   In the present invention, the cutting edge part involved in cutting includes a part that is in direct contact with the work material, and a peripheral part thereof (a part that is not in direct contact with the work material but increases in temperature during cutting, etc.) ).

このような本発明の被膜は、工具の耐摩耗性、耐酸化性、靱性、使用済み刃先部の識別のための色付性等の諸特性を向上させる作用を有するものであり、その化学組成は特に限定されるものではなく従来公知のものをいずれも採用することができる。   Such a coating film of the present invention has an effect of improving various characteristics such as wear resistance, oxidation resistance, toughness, and coloring property for identifying a used blade edge, and its chemical composition. Is not particularly limited, and any conventionally known one can be adopted.

<第1被膜層およびその構造>
本発明の第1被膜層は、それを構成する化合物の平均結晶粒径が微小である微細組織領域と該平均結晶粒径が粗大である粗大組織領域とを含む層をいう。このような第1被膜層は、化合物の結晶粒子が集合して構成されるものであるが、その結晶粒子の平均結晶粒径が10〜200nmとなる結晶粒子が集合した領域を微細組織領域とし、その平均結晶粒径が200nmを超える結晶粒子が集合した領域を粗大組織領域とするものである。
<First coating layer and its structure>
The 1st coating layer of this invention says the layer containing the fine structure area | region where the average crystal grain diameter of the compound which comprises it is minute, and the coarse structure area | region where this average crystal grain diameter is coarse. Such a first coating layer is formed by aggregating crystal particles of a compound, and a region where the crystal particles having an average crystal grain size of 10 to 200 nm are aggregated is defined as a microstructure region. A region where crystal grains having an average crystal grain size exceeding 200 nm are aggregated is defined as a coarse tissue region.

そして、この微細組織領域は、第1被膜層の表面側(基材に対向する面とは反対側の面(基材から遠くなる方の面)を表面というものとする)から該第1被膜層の全体の厚みに対して50%以上の厚みとなる範囲を占めて存在することを特徴とする。すなわち、この第1被膜層は、厚み方向において2つの領域から構成され、基材側には粗大組織領域が存在し、表面側には微細組織領域が存在する構成となっており、かつ微細組織領域の厚みが第1被膜層の全体に対して50%以上を占めることを特徴とするものである。   And this fine structure area | region is this 1st coating film from the surface side (The surface on the opposite side to the surface which opposes a base material (surface which is far from a base material.) Is called a surface.) It is characterized by occupying a range of 50% or more of the total thickness of the layer. That is, the first coating layer is composed of two regions in the thickness direction, a coarse tissue region is present on the substrate side, and a fine tissue region is present on the surface side. The thickness of the region occupies 50% or more with respect to the entire first coating layer.

本発明は、第1被膜層をこのような構成としたことにより、耐摩耗性と靱性とを高度に両立させることに成功したものである。すなわち、微細組織領域を形成することによって、被膜が破壊する単位が小さくなり、以って耐摩耗性が向上する。しかも、結晶粒子が微小化することで結晶粒界が増加し、これにより被膜表面側で発生した亀裂が容易に基材側に向かって進展せず靱性が向上する。さらに、被膜中に結晶粒径の異なる界面が設けられることによって、亀裂の進展が微細組織領域と粗大組織領域との界面で抑制され、更なる靱性の向上が期待できる。一方、基材側に粗大な結晶粒子を集合させたのは、これにより基材を構成している硬質粒子と第1被膜層とが倣って成長することによって、被膜と基材との密着性を向上させるためである。このようにして、本発明の第1被膜層は、靭性と耐摩耗性とを高度に両立するとともに、基材との密着性をも向上させる作用を有するものである。   The present invention succeeds in achieving both high wear resistance and high toughness by adopting such a configuration for the first coating layer. That is, by forming the fine structure region, the unit that the coating breaks down, and thus the wear resistance is improved. In addition, the crystal grain boundaries increase as the crystal grains are miniaturized, and as a result, the cracks generated on the coating surface side do not easily progress toward the substrate side, and the toughness is improved. Furthermore, by providing an interface having a different crystal grain size in the coating, the progress of cracks is suppressed at the interface between the fine structure region and the coarse structure region, and further improvement in toughness can be expected. On the other hand, the coarse crystal particles are gathered on the base material side because the hard particles constituting the base material and the first coating layer grow in accordance with this, thereby the adhesion between the coating film and the base material. It is for improving. Thus, the 1st coating layer of this invention has the effect | action which improves toughness and abrasion resistance highly, and also improves adhesiveness with a base material.

上記効果を奏するためには、微細組織領域における結晶粒子の平均結晶粒径を10〜200nmにすることが必要である。該平均結晶粒径が10nm未満では、非晶質と区別がつかなくなってしまい結晶粒径を小さくすることにより得られる上記のような効果が得られなくなり、また該平均結晶粒径が200nmを超えると靭性が低下する。   In order to achieve the above effect, it is necessary to set the average crystal grain size of the crystal grains in the fine structure region to 10 to 200 nm. If the average crystal grain size is less than 10 nm, it cannot be distinguished from amorphous, and the above effect obtained by reducing the crystal grain size cannot be obtained, and the average crystal grain size exceeds 200 nm. And toughness decreases.

一方、基材を構成する硬質粒子の大きさによって粗大組織領域の結晶粒子の平均結晶粒径の最適な範囲は異なるが、好ましくは300〜1500nmである。該平均結晶粒径が300nm未満では、微細組織領域との粒径差が小さくなり、このため微細組織領域との界面における亀裂進展の抑制効果が低下することに加え、基材との密着性が低下する場合があり、また該平均結晶粒径が1500nmを超えると靭性が著しく低下する傾向を示す。   On the other hand, the optimum range of the average crystal grain size of the crystal grains in the coarse tissue region varies depending on the size of the hard particles constituting the base material, but is preferably 300 to 1500 nm. If the average crystal grain size is less than 300 nm, the difference in grain size from the microstructure region becomes small, and therefore, the effect of suppressing crack propagation at the interface with the microstructure region is reduced, and the adhesion to the substrate is reduced. The toughness tends to be remarkably lowered when the average crystal grain size exceeds 1500 nm.

また、微細組織領域の厚みは、上記のように第1被膜層全体の厚みの50%以上を占めることを要し、より好ましくは50%以上80%以下を占めるようにすることが望ましい。微細組織領域の厚みが50%未満であると、耐摩耗性と靱性の向上が達成されなくなる。一方、その厚みが80%を超えると基材との密着性が低下する場合がある。たとえば、成膜したままの状態で微細組織領域が55%以上占める場合であっても、後加工によって微細組織領域の表面側15%が除去された場合には、後加工した状態での微細組織領域の占める割合が上記範囲外となるため、十分な耐摩耗性および靱性が得られないので好ましくない。   Further, the thickness of the fine structure region needs to occupy 50% or more of the total thickness of the first coating layer as described above, and more preferably 50% or more and 80% or less. When the thickness of the microstructure region is less than 50%, improvement in wear resistance and toughness cannot be achieved. On the other hand, if the thickness exceeds 80%, the adhesion to the substrate may be reduced. For example, even if the fine structure region occupies 55% or more in the state of film formation, if the surface side 15% of the fine structure region is removed by post-processing, the fine structure in the post-processed state Since the proportion of the area is out of the above range, it is not preferable because sufficient wear resistance and toughness cannot be obtained.

なお、本発明において、化合物(結晶粒子)の平均結晶粒径は以下の様にして求めることができる。すなわち、基材と基材上に形成された被膜(第1被膜層)とを一体的に切断してその断面を樹脂に埋め込み、ラッピング処理により鏡面研磨する。そして、その断面をFE−SEM(電解放出型走査型電子顕微鏡)によって観察する。その際、反射電子像として観察することによって、同じ結晶方位を有した部分は同じコントラストで観察され、この同一コントラスト部分を一つの結晶粒子とみなす。   In the present invention, the average crystal grain size of the compound (crystal particles) can be determined as follows. That is, the base material and the coating film (first coating layer) formed on the base material are integrally cut, the cross section is embedded in resin, and mirror-polished by a lapping process. And the cross section is observed by FE-SEM (electrolytic emission type scanning electron microscope). At that time, by observing as a reflected electron image, portions having the same crystal orientation are observed with the same contrast, and the same contrast portion is regarded as one crystal particle.

次いで、このようにして得られた画像に対して、第1被膜層の任意の箇所において基材表面に対して平行な任意長さ(好ましくは400μm相当)の直線を引く。そして、その直線に含まれる結晶粒子の個数を測定し、その直線の長さを結晶粒子の個数で除したものを、第1被膜層のその部分における平均結晶粒径とする。   Next, a straight line having an arbitrary length (preferably corresponding to 400 μm) parallel to the substrate surface is drawn at an arbitrary position of the first coating layer with respect to the image thus obtained. Then, the number of crystal grains included in the straight line is measured, and the length obtained by dividing the length of the straight line by the number of crystal grains is defined as the average crystal grain diameter in that portion of the first coating layer.

なお、微細組織領域と粗大組織領域との界面は、たとえば透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて被膜(第1被膜層)の断面を観察することにより、基材表面に対して垂直な方向の結晶の配向性が変化する地点とする。またあるいは、そのような結晶の配向性がある地点を境として明確な変化を示さず、ある程度の幅(基材表面に対する垂直な方向の長さ)をもって変化する場合は、その幅の中間点を微細組織領域と粗大組織領域との界面とする。   In addition, the interface between the fine structure region and the coarse structure region is observed in a direction perpendicular to the substrate surface by observing a cross section of the coating (first coating layer) using, for example, a transmission electron microscope (TEM). The point where the crystal orientation changes. Alternatively, if there is no clear change at the point where such crystal orientation is present, and if it changes with a certain width (the length in the direction perpendicular to the substrate surface), the intermediate point of the width An interface between the fine tissue region and the coarse tissue region.

<第1被膜層の厚み>
本発明の第1被膜層の厚みは、特に限定されるものではないが0.1μm以上20μm以下であることが好ましい。第1被膜層の厚みが0.1μm未満では、上記のような効果が十分に発現しなくなる場合があり、20μmを超えると被膜自体が容易に剥離する場合がある。
<Thickness of the first coating layer>
Although the thickness of the 1st coating layer of this invention is not specifically limited, It is preferable that they are 0.1 micrometer or more and 20 micrometers or less. If the thickness of the first coating layer is less than 0.1 μm, the above effects may not be sufficiently exhibited, and if it exceeds 20 μm, the coating itself may be easily peeled off.

<第1被膜層の応力分布>
本発明の第1被膜層において、その微細組織領域は、−4GPa以上−2GPa以下の範囲の応力である平均圧縮応力を有することを要する。上記応力が−4GPaを超えると、切削工具の形状によっては刃先稜線部で被膜が剥離するため好ましくない。また、上記応力が−2GPaより小さい圧縮応力であると、十分な靱性が得られない。
<Stress distribution of the first coating layer>
In the first coating layer of the present invention, the microstructure region needs to have an average compressive stress that is a stress in a range of −4 GPa to −2 GPa. When the stress exceeds −4 GPa, the coating peels off at the edge of the cutting edge depending on the shape of the cutting tool, which is not preferable. Further, if the stress is a compressive stress smaller than −2 GPa, sufficient toughness cannot be obtained.

また、第1被膜層全体の応力は、平均応力で−0.5〜−4GPaであることが好ましい。−0.5GPaより小さい圧縮応力であると十分な靭性が得られない場合があり、また−4GPaを超えると被膜内部から剥離(破壊)する場合があるためである。   Moreover, it is preferable that the stress of the whole 1st coating layer is -0.5--4GPa by an average stress. This is because sufficient toughness may not be obtained if the compressive stress is less than -0.5 GPa, and peeling (breakage) may occur from the inside of the coating if it exceeds -4 GPa.

一方、本発明の第1被膜層は、その厚み方向に応力分布を有しており、その応力分布において2つ以上の極大値または極小値を持ち、それらの極大値または極小値は厚み方向表面側に位置するものほど高い圧縮応力を有することを要する。以下、図1を例示して説明する。   On the other hand, the first coating layer of the present invention has a stress distribution in the thickness direction, and has two or more maximum values or minimum values in the stress distribution, and these maximum values or minimum values are the surface in the thickness direction. The one located on the side needs to have a higher compressive stress. Hereinafter, description will be given with reference to FIG.

図1は、第1被膜層の厚み方向の応力分布を概念的に表わしたグラフである。すなわち、本発明の第1被膜層は、図1に示された応力分布曲線のような応力分布を有している。図1中、点Aおよび点Bが極大値を示し、点Dおよび点Eが極小値を示している。なお、図1では、極大値と極小値とをそれぞれ2つずつ示しているが、本発明における極大値と極小値とはそれぞれ2つずつの場合に限られるものではなく、極大値または極小値が2つ以上ある限りその個数は特に限定されない(したがって極大値または極小値のいずれかが1つの場合も含む)。   FIG. 1 is a graph conceptually showing the stress distribution in the thickness direction of the first coating layer. That is, the first coating layer of the present invention has a stress distribution such as the stress distribution curve shown in FIG. In FIG. 1, point A and point B indicate maximum values, and point D and point E indicate minimum values. In FIG. 1, two maximum values and two minimum values are shown, but the maximum value and the minimum value in the present invention are not limited to two each, and the maximum value or the minimum value is not limited. As long as there are two or more, the number is not particularly limited (and therefore includes the case where there is only one local maximum or local minimum).

さらに、上記極大値または極小値は、厚み方向表面側に位置するものほど高い圧縮応力を有することを要する。すなわち、図1に示されるように、点Aの極大値よりも点Bの極大値の方が高い圧縮応力を有し、点Dの極小値よりも点Eの極小値の方が高い圧縮応力を有することになる。このように極大値も極小値も2つ以上ある場合は、両者とも厚み方向表面側に位置するものほど高い圧縮応力を有することが好ましい。そして、図1の点Cで示されるように、第1被膜層の最表面において最も高い圧縮応力が示されることが好ましい。   Further, the maximum value or the minimum value needs to have a higher compressive stress as it is located on the surface side in the thickness direction. That is, as shown in FIG. 1, the local maximum value at point B has a higher compressive stress than the local maximum value at point A, and the local compressive stress at point E is higher than the local minimum value at point D. Will have. Thus, when there are two or more maximum values and minimum values, it is preferable that both of them have higher compressive stress as they are located on the surface side in the thickness direction. And as shown by the point C of FIG. 1, it is preferable that the highest compressive stress is shown in the outermost surface of a 1st coating layer.

なお、本発明における第1被膜層の応力分布は、このような図1に示される態様のみに限られるものではなく、たとえば図2のような態様も含まれる。すなわち、本発明の「極大値」および「極小値」とは、数学的な意味での極大値および極小値を示すばかりではなく、図2に示されるように応力がある範囲(すなわち第1被膜層におけるある厚み)で一定の数値を示す場合をも含む概念である。すなわち、図2におけるa1〜a2で示される範囲およびb1〜b2で示される範囲は本発明でいう「極大値」に含まれ、d1〜d2で示される範囲およびe1〜e2で示される範囲は「極小値」に含まれる。また、最表面において示される最も高い圧縮応力は、図2のc1〜c2の範囲で示されるようにある範囲(すなわち最表面からのある厚みの範囲)で継続する場合をも含む概念を示す。 In addition, the stress distribution of the 1st coating layer in this invention is not restricted only to such an aspect shown by FIG. 1, For example, an aspect like FIG. 2 is also included. That is, the “maximum value” and “minimum value” of the present invention not only indicate a maximum value and a minimum value in a mathematical sense, but also a range where stress is present as shown in FIG. This is a concept including a case where a certain numerical value is indicated by a certain thickness in a layer. That is, the range indicated by the range and b 1 ~b 2 represented by a 1 ~a 2 in FIG. 2 are included in the "maximum value" in the present invention, the scope and e 1 ~ represented by d 1 to d 2 The range indicated by e 2 is included in the “minimum value”. Moreover, the highest compressive stresses indicated in the outermost surface is a concept including a case to continue in the range (i.e., a range of thickness from the outermost surface) in as indicated by the scope of c 1 to c 2 in FIG. 2 Show.

なお、上記のa1〜a2、b1〜b2、c1〜c2、d1〜d2、e1〜e2で示される各範囲は、特に限定されるものではないが第1被膜層全体の厚みに対して10〜30%の厚みとすることが好ましい。このような範囲の厚みとする限り、「極大値」および「極小値」が図1のように「点」として表わされる場合と同様の効果を示すことができるからである。 Incidentally, each range shown by the above-described a 1 ~a 2, b 1 ~b 2, c 1 ~c 2, d 1 ~d 2, e 1 ~e 2 is not particularly limited first The thickness is preferably 10 to 30% with respect to the thickness of the entire coating layer. This is because as long as the thickness is in such a range, the same effect as when the “maximum value” and the “minimum value” are expressed as “points” as shown in FIG. 1 can be exhibited.

この場合、第1被膜層の最も基材側に近い部分の応力は、−2GPa以上−0.5GPa以下の範囲となることが好ましく、第1被膜層の最表面は、−5GPa以上−4GPa以下の範囲の応力となる圧縮応力を有していることが好ましい。なお、本発明において、「第1被膜層の最表面」とは、観念的にはその文言通り最表面を示すものであるが、実際の測定条件としては表面から厚み0.5μmまでの平均圧縮応力を意味するものとする。   In this case, the stress in the portion closest to the base material side of the first coating layer is preferably in the range of −2 GPa or more and −0.5 GPa or less, and the outermost surface of the first coating layer is −5 GPa or more and −4 GPa or less. It is preferable to have a compressive stress that is a stress in the range of. In the present invention, the “outermost surface of the first coating layer” conceptually indicates the outermost surface as the word indicates, but as an actual measurement condition, an average compression from the surface to a thickness of 0.5 μm is used. It shall mean stress.

本発明の第1被膜層がこのような応力分布を有することにより、上記で説明した第1被膜層の構造と相俟って、耐摩耗性と靭性とが高度に両立されるとともに、基材と被膜との密着性が一層向上したものとなる。これは、基材側の圧縮応力を低くすることにより、基材と第1被膜層(被膜)との密着性を確保しつつ、最表面に向けて圧縮応力を徐々に高めることにより、被膜自身の応力による被膜の内部破壊を防止し、かつ極大値または極小値を2つ以上持つことおよび最表面に向けて結晶組織を微細化することにより切削加工時等に被膜表面に発生する亀裂の進展が抑えられるためであると考えられる。   When the first coating layer of the present invention has such a stress distribution, the wear resistance and toughness are highly compatible with the structure of the first coating layer described above, and the substrate The adhesion between the film and the coating is further improved. This is because by reducing the compressive stress on the base material side, while ensuring the adhesion between the base material and the first coating layer (coating film), gradually increasing the compressive stress toward the outermost surface, the coating itself Propagation of cracks that occur on the surface of the coating during cutting, etc. by preventing internal fracture of the coating due to stress, and having two or more maximum or minimum values and by refining the crystal structure toward the outermost surface It is thought that this is because

ここで、本発明でいう圧縮応力とは、被膜中に存在する内部応力(固有ひずみ)の1種であり、「−」(マイナス)の数値(単位:GPa)で表されるものである。このため、圧縮応力(内部応力)が高いという表現は、上記数値の絶対値が大きくなることを示し、また圧縮応力(内部応力)が低いという表現は、上記数値の絶対値が小さくなることを意味している。因みに、上記数値が「+」(プラス)で表わされるものは引張応力である。   Here, the compressive stress referred to in the present invention is one type of internal stress (intrinsic strain) present in the film, and is represented by a numerical value (unit: GPa) of “−” (minus). For this reason, the expression that the compressive stress (internal stress) is high indicates that the absolute value of the numerical value is large, and the expression that the compressive stress (internal stress) is low indicates that the absolute value of the numerical value is small. I mean. Incidentally, what the above numerical value is represented by “+” (plus) is tensile stress.

また、本発明の平均圧縮応力および応力分布は、以下のsin2ψ法で測定される。X線を用いたsin2ψ法は、多結晶材料の残留応力の測定方法として広く用いられている。この測定方法は、「X線応力測定法」(日本材料学会、1981年株式会社養賢堂発行)の54頁〜66頁に詳細に説明されているが、本発明ではまず並傾法と側傾法とを組み合わせてX線の進入深さを固定し、測定する応力方向と測定位置に立てた試料表面法線とを含む面内で種々のψ方向に対する回折角度2θを測定して2θ−sin2ψ線図を作成し、その勾配からその深さ(被膜表面側からの距離)までの平均圧縮応力を求めることができる。本発明の場合、被膜の断面観察によって微細組織領域の被膜表面側からの厚みを求め、その厚み(深さ)までの平均圧縮応力を測定することにより微細組織領域の平均圧縮応力とすることができる。また、その厚み方向に順次平均圧縮応力(より正確には引張応力を含み得るため平均応力である)を求めることにより、応力分布を測定することができる。すなわち、本発明の応力分布とは、被膜表面側からその厚みまでの平均応力の集合として捉えることができる。この点、被膜中のある地点の平均応力とは、被膜表面からその地点までの平均応力を示す。 The average compressive stress and stress distribution of the present invention are measured by the following sin 2 ψ method. The sin 2 ψ method using X-rays is widely used as a method for measuring the residual stress of a polycrystalline material. This measurement method is described in detail on pages 54 to 66 of "X-ray stress measurement method" (Japan Society for Materials Science, published by Yokendo Co., Ltd. in 1981). The X-ray penetration depth is fixed in combination with the tilt method, and the diffraction angle 2θ with respect to various ψ directions is measured in a plane including the stress direction to be measured and the sample surface normal set at the measurement position, and 2θ− A sin 2 ψ diagram can be created, and the average compressive stress from the gradient to the depth (distance from the coating surface side) can be determined. In the case of the present invention, the thickness from the coating surface side of the fine structure region is obtained by observing the cross section of the coating, and the average compressive stress up to the thickness (depth) is measured to obtain the average compressive stress of the fine structure region. it can. Further, the stress distribution can be measured by sequentially obtaining an average compressive stress in the thickness direction (more accurately, it is an average stress because it can include a tensile stress). That is, the stress distribution of the present invention can be understood as a set of average stresses from the coating surface side to its thickness. In this respect, the average stress at a certain point in the film indicates the average stress from the surface of the film to that point.

より具体的には、X線源からのX線を試料に所定角度で入射させ、試料で回折したX線をX線検出器で検出し、該検出値に基づいて内部応力を測定するX線応力測定方法において、試料の任意箇所の試料表面に対して任意の設定角度でX線源よりX線を入射させ、試料上のX線入射点を通り試料表面で入射X線と直角なω軸と、資料台と平行でω軸を回転させた時に入射X線と一致するχ軸を中心に試料とを回転させる時に、試料表面と入射X線とのなす角が一定となるように試料を回転させながら、回折面の法線と試料面の法線とがなす角度ψを変化させて回折線を測定することによって、試料内部の圧縮応力を求めることができる。   More specifically, X-rays that cause X-rays from an X-ray source to enter a sample at a predetermined angle, detect X-rays diffracted by the sample with an X-ray detector, and measure internal stress based on the detected values. In the stress measurement method, an X-ray is incident from an X-ray source at an arbitrary set angle on the sample surface at an arbitrary position of the sample, passes through the X-ray incident point on the sample, and the ω axis is perpendicular to the incident X-ray on the sample surface. When the sample is rotated around the χ axis that coincides with the incident X-ray when the ω axis is rotated in parallel with the data base, the sample is adjusted so that the angle formed by the sample surface and the incident X-ray is constant. The compressive stress inside the sample can be obtained by measuring the diffraction line while changing the angle ψ formed by the normal line of the diffraction surface and the normal line of the sample surface while rotating.

なお、このような被膜の厚み方向の平均応力を測定するためのX線源としては、X線源の質(高輝度、高平行度、波長可変性など)の点で、シンクロトロン放射光(SR)を用いることが好ましい。   As an X-ray source for measuring the average stress in the thickness direction of such a film, synchrotron radiation (in terms of the quality of the X-ray source (high brightness, high parallelism, wavelength variability, etc.)) SR) is preferably used.

また、上記の様に圧縮応力を2θ−sin2ψ線図から求めるためには、被膜のヤング率とポアソン比が必要である。該ヤング率はダイナミック硬度計を用いて測定することができ、ポアソン比は材料によって大きく変化しないことから0.2前後の値を用いれば良い。 Further, in order to obtain the compressive stress from the 2θ-sin 2 ψ diagram as described above, the Young's modulus and Poisson's ratio of the coating are necessary. The Young's modulus can be measured using a dynamic hardness meter, and since the Poisson's ratio does not vary greatly depending on the material, a value of around 0.2 may be used.

<第1被膜層の組成>
本発明の第1被膜層を構成する上記化合物は、この種の用途に使用される従来公知のものを特に限定なく使用することができるが、たとえば元素周期律表のIVa族元素(Ti、Zr、Hf等)、Va族元素(V、Nb、Ta等)、VIa族元素(Cr、Mo、W等)、アルミニウム(Al)、ホウ素(B)、ケイ素(Si)およびゲルマニウム(Ge)からなる群より選ばれる少なくとも1種の元素(以下、「第1元素」とも記す)と、ホウ素、炭素、窒素および酸素からなる群より選ばれる少なくとも1種の元素(以下、「第2元素」とも記す)とで構成される化合物であることが好ましい。当該化合物は、たとえば上記の第2元素に由来して、炭化物、窒化物、酸化物、ホウ化物、炭窒化物、炭酸化物、窒酸化物、炭窒酸化物等が挙げられるとともに、これらの固溶体も含まれる。ただし、上記第1元素および第2元素がともにホウ素である場合は除かれる。
<Composition of the first coating layer>
As the above-mentioned compound constituting the first coating layer of the present invention, conventionally known compounds used for this kind of application can be used without particular limitation. For example, group IVa elements (Ti, Zr) of the periodic table of elements , Hf, etc.), group Va elements (V, Nb, Ta, etc.), group VIa elements (Cr, Mo, W, etc.), aluminum (Al), boron (B), silicon (Si), and germanium (Ge). At least one element selected from the group (hereinafter also referred to as “first element”) and at least one element selected from the group consisting of boron, carbon, nitrogen and oxygen (hereinafter also referred to as “second element”). It is preferable that it is a compound comprised by these. The compound is derived from, for example, the second element, and includes carbides, nitrides, oxides, borides, carbonitrides, carbonates, nitrides, carbonitrides, etc., and solid solutions thereof. Is also included. However, the case where both the first element and the second element are boron is excluded.

このような化合物としては、特に、Ti、Al、(Ti1-xAlx)、(Ti1-xSix)、(Al1-xCrx)、(Ti1-x-ySixAly)または(Al1-x-yCrxy)の窒化物、炭窒化物、窒酸化物または炭窒酸化物等(さらにこれらにB、Cr等を含むものも含む)をその好適な組成として挙げることができる(なお、式中のx、yは1以下の任意の数を示す)。 Examples of such compounds include Ti, Al, (Ti 1-x Al x ), (Ti 1-x Si x ), (Al 1-x Cr x ), (Ti 1-xy Si x Al y ). Or (Al 1-xy Cr x V y ) nitrides, carbonitrides, nitrogen oxides or carbonitride oxides (including those containing B, Cr, etc.) as suitable compositions thereof (In the formula, x and y represent any number of 1 or less).

より好ましくは、TiCN、TiN、TiSiN、TiSiCN、TiAlN、TiAlCrN、TiAlSiN、TiAlSiCrN、AlCrN、AlCrCN、AlCrVN、TiBN、TiAlBN、TiBCN、TiAlBCN、TiSiBCN、AlN、AlCN等を挙げることができる。なお、これらの組成中、各原子比は上記一般式にならうものとする。また、上記第1元素と第2元素との組成比は、1:1を含むとともに、これのみに限られるものではなく、従来公知の組成比がいずれも含まれるものとする。   More preferably, TiCN, TiN, TiSiN, TiSiCN, TiAlN, TiAlCrN, TiAlSiN, TiAlSiCrN, AlCrN, AlCrCN, AlCrVN, TiBN, TiAlBN, TiBCN, TiAlBCN, TiSiBCN, AlN, AlCN and the like can be mentioned. In these compositions, each atomic ratio follows the above general formula. Further, the composition ratio of the first element and the second element includes 1: 1 and is not limited to this, and any conventionally known composition ratio is included.

このような本発明の第1被膜層は、特に該層の全体を通して構成元素の種類が変化なく、その原子比も一定であることが望ましい。これは、構成元素の種類や原子比が一定ではなく変化する場合、第1被覆層中に不必要な応力歪みや組織変化をもたらし、その歪みや変化が生じる界面における強度が低下するためである。   In the first coating layer of the present invention, it is desirable that the kind of constituent elements does not change throughout the layer, and the atomic ratio is also constant. This is because when the type and atomic ratio of the constituent elements are not constant and change, an unnecessary stress strain or structural change is caused in the first coating layer, and the strength at the interface where the strain or change occurs decreases. .

<第1被膜層以外の層>
本発明の被膜は、上記第1被膜層以外に1層または2層以上の層を含むことができる。このような層としては、基材と第1被膜層との間に形成される中間層や第1被膜層上に形成される最外表面層を挙げることができる。これらの層は、上記第1被膜層が上記のような効果を示すのに対して、耐酸化性や潤滑性等の他の作用を付与するために形成することができる。
<Layers other than the first coating layer>
The film of the present invention can contain one layer or two or more layers in addition to the first film layer. Examples of such a layer include an intermediate layer formed between the base material and the first coating layer and an outermost surface layer formed on the first coating layer. These layers can be formed to provide other effects such as oxidation resistance and lubricity, while the first coating layer exhibits the effects as described above.

上記中間層は、耐摩耗性を向上させたり、基材との密着性を向上させることを目的として形成されるものであり、1層または2層以上形成することができる。このような中間層は、たとえばTiN、TiCN、TiSiN、TiAlN、AlCrN、TiAlCrN、TiAlSiN、TiAlCrSiN等により構成することができる。なお、これらの組成中、各原子比は従来公知のものを特に限定することなく採用することができる。このような中間層は、0.2μm以上1μm以下の厚みとして形成することが好ましく、−1GPa以上−0.1GPa以下の平均応力を有していることが好ましい。   The intermediate layer is formed for the purpose of improving wear resistance or improving adhesion to the substrate, and can be formed in one layer or two or more layers. Such an intermediate layer can be made of, for example, TiN, TiCN, TiSiN, TiAlN, AlCrN, TiAlCrN, TiAlSiN, TiAlCrSiN, or the like. In these compositions, conventionally known atomic ratios can be adopted without any particular limitation. Such an intermediate layer is preferably formed with a thickness of 0.2 μm or more and 1 μm or less, and preferably has an average stress of −1 GPa or more and −0.1 GPa or less.

上記最外表面層は、使用済み刃先部の識別のための色付性等を目的として形成されるものであり、1層または2層以上形成することができる。このような最外表面層は、たとえばCr、CrN、TiN、TiCN等により構成することができる。なお、これらの組成中、各原子比は従来公知のものを特に限定することなく採用することができる。このような最外表面層は、0.1μm以上0.3μm以下の厚みとして形成することが好ましい。   The outermost surface layer is formed for the purpose of coloring or the like for identifying used blade edges, and can be formed as one layer or two or more layers. Such an outermost surface layer can be made of, for example, Cr, CrN, TiN, TiCN, or the like. In these compositions, conventionally known atomic ratios can be adopted without any particular limitation. Such an outermost surface layer is preferably formed with a thickness of 0.1 μm or more and 0.3 μm or less.

<被膜の製造方法>
本発明の被膜の製造方法は、従来公知の方法を特に限定することなく採用することができるが、とりわけ物理的蒸着法(PVD法)により形成することが好ましい。これは、第1被膜層の組織の制御を容易に行なうことができるからである。
<Method for producing film>
The method for producing the coating film of the present invention can be employed without any particular limitation on a conventionally known method, but it is particularly preferable to form by a physical vapor deposition method (PVD method). This is because the structure of the first coating layer can be easily controlled.

すなわち、第1被膜層の組織の制御は、本発明者の研究によると、物理的蒸着法により被膜を形成する時の基板バイアス電圧等の影響を受けることが判明した。たとえば、立方晶となる被膜は基材に対して基板バイアス電圧(本発明では基材にかける電圧を便宜上基板バイアス電圧という)をかけると基材の表面エネルギーが変化し、形成される被膜(結晶)の配向性が変化する。具体的には、たとえば公知のTiAlNの場合、基板バイアス電圧が大きいと形成される被膜の成長方向の配向性は(111)を示し、逆に基板バイアス電圧が小さい場合には(200)となる。   That is, according to the study of the present inventor, it has been found that the control of the structure of the first coating layer is affected by the substrate bias voltage when the coating is formed by physical vapor deposition. For example, a cubic film is formed by changing the surface energy of the substrate when a substrate bias voltage (in the present invention, the voltage applied to the substrate is referred to as a substrate bias voltage for convenience) is applied to the substrate, and the surface energy of the substrate changes. ) Changes in orientation. Specifically, for example, in the case of known TiAlN, when the substrate bias voltage is high, the orientation of the formed film in the growth direction shows (111), and conversely, when the substrate bias voltage is low, it becomes (200). .

一般的に、被膜は配向した面が優先的に成長するが、成長途中で配向性が変化した場合には成長する結晶面が変化するため、被膜の成長する結晶面が変化する。そして、成長する結晶面が変化すると、それにより乱れが生じて形成される結晶は微細になると考えられる。   In general, the oriented plane of the film grows preferentially. However, when the orientation changes during the growth, the crystal plane on which the film grows changes, so that the crystal plane on which the film grows changes. And if the crystal plane to grow changes, the disorder | damage | failure will arise by it and it will be thought that the crystal | crystallization formed becomes fine.

実際に基板バイアス電圧を制御して(200)配向から(111)配向に変化させると、被膜組織は微細化することがわかった。さらに、特許文献1のような連続的な基板バイアス電圧の変化では被膜の成長結晶面は徐々に変化していくため、被膜の配向性が変化するような基板バイアス電圧となっても、しばらくの間は成長を続けてきた結晶組織(配向性)に倣って被膜は成長する。このため、生成する結晶組織は粗大化してしまい、全膜厚に占める微細組織領域の割合は低下することになる。一方、低い基板バイアス電圧で成膜を開始し、成膜初期に高い基板バイアス電圧に変化させると、被膜中の圧縮応力が高くなりすぎるため、膜剥離やチッピングが生じて靱性および密着性が低下することになる。   It was found that when the substrate bias voltage is actually controlled to change from the (200) orientation to the (111) orientation, the coating structure becomes finer. Furthermore, since the growth crystal plane of the film gradually changes when the substrate bias voltage continuously changes as in Patent Document 1, even if the substrate bias voltage changes the orientation of the film, The film grows following the crystal structure (orientation) that has continued to grow. For this reason, the crystal structure produced | generated will coarsen and the ratio of the fine structure area | region which occupies for the whole film thickness will fall. On the other hand, if film formation is started at a low substrate bias voltage and is changed to a high substrate bias voltage at the beginning of film formation, the compressive stress in the film becomes too high, resulting in film peeling and chipping, resulting in reduced toughness and adhesion. Will do.

そこで、被膜中の圧縮応力を緩和するために、低い(絶対値)基板バイアス電圧(たとえば0〜−50V)で一定時間成膜した後に、被膜の配向性が変化する高い(絶対値)基板バイアス電圧(たとえば−90〜−150V)を急激に印加し、その高い基板バイアス電圧を一定時間保持した後で、再度配向性が変化する低い基板バイアス電圧を印加する(このとき、再度印加する低い基板バイアス電圧は最初の低い基板バイアス電圧よりも高く設定し、その後に再度高い基板バイアス電圧を印加する場合も最初の高い基板バイアス電圧よりも高く設定することが好ましい)。このように、基板バイアス電圧を急激に変化させる操作を繰り返すことにより、本発明の第1被膜層における微細組織領域を形成させることが可能となる。また、基板バイアス電圧を急激に変化させることにより、応力分布において極大値または極小値を形成させることができる。一般に、高い基板バイアス電圧で被膜を形成すると高い圧縮応力を有したものとなるため、高い基板バイアス電圧から低い基板バイアス電圧に急激に変化させる際に極大値が形成されることになる。なお、成膜初期に低い基板バイアス電圧で一定時間成膜することにより、被膜中の応力を緩和しながら成膜することができる。このように基板バイアス電圧を制御することにより、膜剥離およびチッピングを抑えつつ、被膜表面側において微細組織領域が広範囲に形成された本発明の第1被膜層を形成することができる。   Therefore, in order to relieve the compressive stress in the film, a high (absolute value) substrate bias in which the orientation of the film changes after film formation for a certain time at a low (absolute value) substrate bias voltage (for example, 0 to −50 V). A voltage (for example, −90 to −150 V) is suddenly applied and the high substrate bias voltage is held for a certain time, and then a low substrate bias voltage whose orientation changes again is applied (at this time, the low substrate to be applied again) It is preferable to set the bias voltage higher than the first low substrate bias voltage and then set the bias voltage higher than the first high substrate bias voltage when a high substrate bias voltage is applied again thereafter. As described above, by repeating the operation of rapidly changing the substrate bias voltage, it is possible to form the microstructure region in the first coating layer of the present invention. In addition, a local maximum value or a local minimum value can be formed in the stress distribution by rapidly changing the substrate bias voltage. In general, when a film is formed with a high substrate bias voltage, the film has a high compressive stress. Therefore, a local maximum value is formed when the film is rapidly changed from a high substrate bias voltage to a low substrate bias voltage. Note that, by forming a film at a low substrate bias voltage for a predetermined time in the initial stage of film formation, the film can be formed while relaxing the stress in the film. By controlling the substrate bias voltage in this way, it is possible to form the first coating layer of the present invention in which the fine texture region is formed in a wide range on the coating surface side while suppressing film peeling and chipping.

なお、本発明においては、基板バイアス電圧が低いとは、該電圧の絶対値が小さくなることをいい、基板バイアス電圧が高いとは、該電圧の絶対値が大きくなることをいう。   In the present invention, a low substrate bias voltage means that the absolute value of the voltage is small, and a high substrate bias voltage means that the absolute value of the voltage is large.

本発明においては、第1被膜層以外の層も物理的蒸着法により形成することで、各層間の密着性を向上させることができるとともに、製造効率を向上させることができる。   In the present invention, by forming the layers other than the first coating layer by physical vapor deposition, it is possible to improve the adhesion between the layers and improve the production efficiency.

このような物理的蒸着法としては、基板バイアス電圧の調整が可能なスパッタリング法、イオンプレーティング法等、従来公知の方法を挙げることができる。特に、それらの各種方法のなかでもイオンプレーティング法またはマグネトロンスパッタリング法を用いることが好ましい。   Examples of such physical vapor deposition include conventionally known methods such as sputtering and ion plating that can adjust the substrate bias voltage. In particular, it is preferable to use an ion plating method or a magnetron sputtering method among these various methods.

ここでイオンプレーティング法とは、金属を陰極とし、真空チャンバーを陽極として、金属を蒸発、イオン化させると同時に基材に負の電圧(基板バイアス電圧)を印加することによりイオンを引き寄せ、基材表面に金属イオンを堆積させる方法をいう。なお、この方法において、真空中に窒素を入れ、金属と反応させれば該金属の窒化物が形成されることになる。例えば、金属としてチタンを用い、窒素と反応させれば窒化チタン(TiN)が形成される。   Here, the ion plating method uses a metal as a cathode and a vacuum chamber as an anode, evaporates and ionizes the metal, and at the same time applies a negative voltage (substrate bias voltage) to the substrate to attract ions, A method of depositing metal ions on the surface. In this method, if nitrogen is put in a vacuum and reacted with a metal, a nitride of the metal is formed. For example, if titanium is used as a metal and reacted with nitrogen, titanium nitride (TiN) is formed.

このようなイオンプレーティング法にも種々のものがあるが、特に原料元素のイオン化率の高いカソードアークイオンプレーティング法を採用することが特に好ましい。このカソードアークイオンプレーティング法を用いると、被膜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、被膜の密着性がさらに向上するという効果を得ることもできる。このため、密着性という観点からもカソードアークイオンプレーティング法は好ましいプロセスである。   There are various types of such ion plating methods, and it is particularly preferable to employ the cathode arc ion plating method in which the ionization rate of the raw material elements is high. When this cathode arc ion plating method is used, it is possible to perform metal ion bombardment treatment on the surface of the base material before forming the coating film, so that the effect of further improving the adhesion of the coating film can be obtained. . For this reason, the cathode arc ion plating method is a preferable process from the viewpoint of adhesion.

一方、マグネトロンスパッタリング法とは、真空チャンバー内を高真空にした後、アルゴンガスを導入してターゲットに高電圧を印加しグロー放電を生じさせ、このグロー放電によりイオン化したアルゴンをターゲットに向けて加速照射させターゲットをスパッタすることにより、飛び出してイオン化されたターゲット原子は、ターゲット−基板間の基板バイアス電圧によって加速され基材上に堆積されることによって形成される方法をいう。このようなマグネトロンスパッタリング法には、バランスドマグネトロンスパッタリング法、アンバランスドマグネトロンスパッタリング法などがある。   On the other hand, in the magnetron sputtering method, after making the inside of a vacuum chamber high vacuum, argon gas is introduced and a high voltage is applied to the target to generate glow discharge, and argon ionized by this glow discharge is accelerated toward the target. A target atom formed by irradiating and sputtering a target to be ejected and ionized is accelerated by a substrate bias voltage between the target and the substrate and deposited on a substrate. Examples of such a magnetron sputtering method include a balanced magnetron sputtering method and an unbalanced magnetron sputtering method.

以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated in detail, this invention is not limited to these.

なお、実施例および比較例中の被膜の化合物組成はXPS(X線光電子分光分析装置)によって確認した。平均圧縮応力は上述したsin2ψ法によって測定した。また、被膜の平均結晶粒径については上述した方法で被膜の断面観察を行なうことによって実施した。 In addition, the compound composition of the film in an Example and a comparative example was confirmed by XPS (X-ray photoelectron spectroscopy analyzer). The average compressive stress was measured by the sin 2 ψ method described above. Further, the average crystal grain size of the coating was carried out by observing the cross section of the coating by the method described above.

また、sin2ψ法による測定において、使用したX線のエネルギーは10keVであり、回折線のピークはTi0.5Al0.5Nの(200)面とした。そして、測定した回折ピーク位置をガウス関数のフィッティングにより決定し、2θ−sin2ψ線図の傾きを求め、ヤング率としてはダイナミック硬度計(MST製ナノインデンター)を用いて求めた値を採用し、ポアソン比にはTiN(0.19)の値を用いた。 In the measurement by the sin 2 ψ method, the energy of the X-ray used was 10 keV, and the peak of the diffraction line was a (200) plane of Ti 0.5 Al 0.5 N. The measured diffraction peak position is determined by fitting a Gaussian function, the slope of the 2θ-sin 2 ψ diagram is obtained, and the value obtained using a dynamic hardness meter (MST nanoindenter) is adopted as the Young's modulus. The value of TiN (0.19) was used as the Poisson's ratio.

なお、以下では被膜をカソードアークイオンプレーティング法により形成しているが、たとえばバランスドまたはアンバランスドマグネトロンスパッタリング法によっても形成することが可能である。また、以下では特定の被膜組成のものを形成しているが、これ以外の立方晶を有する組成のものでも同様の効果を得ることができる。   In the following, the coating is formed by the cathode arc ion plating method, but it can also be formed by, for example, a balanced or unbalanced magnetron sputtering method. Moreover, although the thing of a specific film composition is formed below, the thing with the composition which has a cubic crystal other than this can acquire the same effect.

なお、本発明の被膜は、結晶性が安定しており本発明の効果を容易に得ることができることから結晶構造が立方晶であるものが好ましいが、結晶構造が立方晶であるか否かはX線回折装置(XRD)を用いることにより確認することができる。すなわち、X線源としてはCuKα線を用い、加速電圧を40kV、電流を50mAとし、θ−2θ法により測定範囲を2θ=20°〜80°、ステップ幅を0.02°とすることにより測定することができる。そして、このようにして得られたXRDパターンから、本発明の実施例の被膜の結晶構造が立方晶であることを確認した。   The film of the present invention preferably has a cubic crystal structure because the crystallinity is stable and the effects of the present invention can be easily obtained. However, whether the crystal structure is a cubic crystal or not is preferable. This can be confirmed by using an X-ray diffractometer (XRD). That is, CuKα ray is used as an X-ray source, acceleration voltage is 40 kV, current is 50 mA, measurement range is 2θ = 20 ° -80 ° and step width is 0.02 ° by θ-2θ method. can do. From the XRD pattern thus obtained, it was confirmed that the crystal structure of the film of the example of the present invention was a cubic crystal.

<表面被覆切削工具の作製>
まず、表面被覆切削工具の基材として、SDKN42形状(ISO規格)のP20超硬合金(ISO規格)からなる刃先交換型切削チップを用意し、これを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>
First, as a base material for the surface-coated cutting tool, a blade tip replaceable cutting tip made of PK cemented carbide (ISO standard) in the shape of SDKN42 (ISO standard) was prepared and mounted on a cathode arc ion plating apparatus.

続いて、真空ポンプにより該装置のチャンバーを減圧するとともに、該装置内に設置されたヒーターにより、上記基材の温度を450℃に加熱し、チャンバー内の圧力が1.0×10-4Paとなるまで真空引きを行なった。 Subsequently, while the pressure of the chamber of the apparatus is reduced by a vacuum pump, the temperature of the base material is heated to 450 ° C. by a heater installed in the apparatus, and the pressure in the chamber is 1.0 × 10 −4 Pa. A vacuum was drawn until

次に、アルゴンガスを導入してチャンバー内の圧力を3.0Paに保持し、上記基材の基板バイアス電源の電圧を徐々に上げながら−1500V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。   Next, argon gas was introduced to maintain the pressure in the chamber at 3.0 Pa, the substrate bias power supply voltage of the substrate was gradually increased to −1500 V, and the surface of the substrate was cleaned for 15 minutes. . Thereafter, argon gas was exhausted.

次いで、上記基材に直接接するように形成される被膜(第1被膜層)としてTi0.5Al0.5Nが5μmの厚みで形成されるように、金属蒸発源である合金製ターゲットをセットするとともに、反応ガスとして窒素ガスを導入させながら、基材(基板)温度450℃、反応ガス圧4.0Paとし、基板バイアス電圧を以下の表1の様に変化させることにより、90分間カソード電極に100Aのアーク電流を供給し、アーク式蒸発源から金属イオンを発生させることにより、基材上に被膜が形成された実施例1〜4および比較例1〜4の表面被覆切削工具を作製した。 Next, while setting an alloy target as a metal evaporation source so that Ti 0.5 Al 0.5 N is formed with a thickness of 5 μm as a coating (first coating layer) formed so as to be in direct contact with the substrate, While introducing nitrogen gas as the reaction gas, the base material (substrate) temperature was set to 450 ° C., the reaction gas pressure was set to 4.0 Pa, and the substrate bias voltage was changed as shown in Table 1 below. Surface-coated cutting tools of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 4 in which a film was formed on a substrate were prepared by supplying an arc current and generating metal ions from an arc evaporation source.

Figure 2011067883
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たとえば、実施例1は、成膜初期において、基板バイアス電圧を−30Vで40分間保持し、次いで基板バイアス電圧を−110Vに急激に変化させその−110Vで10分間保持した後、引き続き基板バイアス電圧を−50Vに急激に変化させ、その−50Vで10分間保持した。続いて、基板バイアス電圧を−130Vに急激に変化させその−130Vで10分間保持した後、引き続き基板バイアス電圧を−70Vに急激に変化させ、その−70Vで10分間保持した。その後、再度基板バイアス電圧を−150Vに急激に変化させその−150Vで10分間保持することにより、本発明の第1被膜層を形成した。表1において、実施例2〜4も、この基板バイアス電圧の変化について実施例1と同様の表記を採用している。ただし、実施例3においては、厚み0.3μmのTiN層を中間層として形成した。この中間層は、上記の第1被膜層と異なり、基板バイアス電圧を−30Vとし、5分間変化させず一定として形成した。   For example, in Example 1, the substrate bias voltage is held at −30 V for 40 minutes at the initial stage of film formation, then the substrate bias voltage is rapidly changed to −110 V and held at −110 V for 10 minutes, and then the substrate bias voltage is continued. Was abruptly changed to −50V and held at −50V for 10 minutes. Subsequently, the substrate bias voltage was rapidly changed to −130 V and held at −130 V for 10 minutes, and then the substrate bias voltage was rapidly changed to −70 V and held at −70 V for 10 minutes. Thereafter, the substrate bias voltage was suddenly changed again to -150 V and held at -150 V for 10 minutes to form the first coating layer of the present invention. In Table 1, Examples 2 to 4 also adopt the same notation as Example 1 for the change in the substrate bias voltage. However, in Example 3, a TiN layer having a thickness of 0.3 μm was formed as an intermediate layer. Unlike the first coating layer, the intermediate layer was formed with a substrate bias voltage of −30 V and constant for 5 minutes.

一方、比較例1は、基板バイアス電圧を−30Vで一定とし、90分間保持することにより基材上に被膜を形成したものである。また、比較例2は、成膜初期に低い一定の基板バイアス電圧(−30V)で30分間成膜した後、一定の高い基板バイアス電圧(−150V)にて60分間成膜することにより基材上に被膜を形成したものである。さらに、比較例3は、90分間かけて基板バイアス電圧を−30Vから−150Vまで連続的に変化させる(表1においては「傾斜」と表現した。以下において同じ)ことにより、基材上に被膜を形成したものである。一方、比較例4は、特許文献3の被膜形成方法にかかわるものであり、成膜初期において30分間かけて基板バイアス電圧を−50Vから−150Vまで連続的に変化させ、次いで20分間かけて基板バイアス電圧を−150Vから−50Vまで連続的に変化させ、引き続き20分間かけて基板バイアス電圧を−50Vから−150Vまで連続的に変化させ、最後に20分間かけて基板バイアス電圧を−150Vから−50Vまで連続的に変化させることにより、基材上に被膜を形成したものである。   On the other hand, in Comparative Example 1, the substrate bias voltage was kept constant at −30 V, and the film was formed on the substrate by holding for 90 minutes. In Comparative Example 2, the substrate was formed by forming a film at a constant low substrate bias voltage (−30 V) for 30 minutes at the initial stage of film formation and then forming a film at a constant high substrate bias voltage (−150 V) for 60 minutes. A film is formed thereon. Further, in Comparative Example 3, the substrate bias voltage was continuously changed from −30 V to −150 V over 90 minutes (represented as “inclined” in Table 1. The same applies hereinafter), whereby a film was formed on the substrate. Is formed. On the other hand, Comparative Example 4 relates to the film forming method of Patent Document 3, in which the substrate bias voltage is continuously changed from −50 V to −150 V over 30 minutes at the initial stage of film formation, and then the substrate is applied over 20 minutes. The bias voltage was continuously changed from −150 V to −50 V, the substrate bias voltage was continuously changed from −50 V to −150 V over 20 minutes, and finally the substrate bias voltage was changed from −150 V to −− over 20 minutes. A film is formed on the substrate by continuously changing the voltage to 50V.

このようにして得られた各表面被覆切削工具の被膜(実施例については第1被膜層)の構成を表2および表3に示す。   Tables 2 and 3 show the structures of the coatings (first coating layer in the examples) of each surface-coated cutting tool thus obtained.

Figure 2011067883
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Figure 2011067883
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表2中、比較例においては便宜的に「微細組織領域」とは被膜表面側の領域を示し、「粗大組織領域」とは被膜の基材側の領域を示すものとする。また、「微細組織領域の占める割合」とは、第1被膜層(比較例については被膜)の表面側から第1被膜層の全体の厚みに対して微細組織領域が何%の厚みを占めるかを示す。また、表3中、「第1極大値」、「第1極小値」、「第2極大値」、「第2極小値」とは、それぞれ図1中の点A、点D、点B、点Eに相当し、「位置」とは第1被膜層(比較例については被膜)の表面側から第1被膜層の全体の厚みに対して各点が何%の厚みとなる位置に存在するかを示し、「応力」とはその位置における平均応力を示している。なお、実施例4の「第3極大値」、「第3極小値」については、図1中の記載はないが、上記の「第1極大値」、「第1極小値」等の表記と同様の表記を意味する。また、上記「最表面」とは、図1中の点Cに相当し、「位置」とは第1被膜層(比較例については被膜)の表面側から第1被膜層の全体の厚みに対して何%の厚みとなる部分の平均応力を対象としているかを示し、「応力」とはその平均応力を示している。   In Table 2, in the comparative example, for the sake of convenience, the “fine structure region” indicates the region on the coating surface side, and the “coarse structure region” indicates the region on the substrate side of the coating. In addition, the “ratio occupied by the fine structure region” means what percentage of the fine structure region occupies the entire thickness of the first coating layer from the surface side of the first coating layer (the coating in the comparative example). Indicates. In Table 3, “first maximum value”, “first minimum value”, “second maximum value”, and “second minimum value” are point A, point D, point B, Corresponding to the point E, the “position” is present at a position where each point has a thickness of what percentage with respect to the total thickness of the first coating layer from the surface side of the first coating layer (the coating in the comparative example). “Stress” indicates the average stress at that position. Note that “third maximum value” and “third minimum value” in Example 4 are not described in FIG. 1, but the above-mentioned “first maximum value”, “first minimum value”, and the like It means the same notation. The “outermost surface” corresponds to the point C in FIG. 1, and the “position” refers to the total thickness of the first coating layer from the surface side of the first coating layer (the coating in the comparative example). % Of the thickness of the average stress in the portion, and “stress” indicates the average stress.

<評価>
上記のようにして得られた各表面被覆切削工具について、以下の条件により耐摩耗性評価および靱性評価を実施し、その結果を表4に示す。
<Evaluation>
Each surface-coated cutting tool obtained as described above was subjected to wear resistance evaluation and toughness evaluation under the following conditions, and the results are shown in Table 4.

<耐摩耗性評価>
被削材 :SCM435(硬度HB280)
切削速度:230m/min.
送 り:0.3mm/刃
切り込み:2mm
切削形態:乾式
切削長 :2m
切削方法:フライス切削
評 価:逃げ面摩耗量を測定し、摩耗量が少ないものほど耐摩耗性に優れていると評価した。
<Abrasion resistance evaluation>
Work material: SCM435 (Hardness HB280)
Cutting speed: 230 m / min.
Feed: 0.3 mm / blade Cutting depth: 2 mm
Cutting form: Dry Cutting length: 2m
Cutting method: Milling Evaluation: The amount of flank wear was measured, and the smaller the wear amount, the better the wear resistance.

<靭性評価>
被削材 :S50C穴材
切削速度:150m/min.
送 り:0.10mm/刃から0.05mm/刃間隔で増加
切り込み:2mm
切削形態:乾式
切削長 :0.3m毎に送りを上げる
切削方法:フライス切削
評 価:欠損するまで切削を行ない、欠損時の送りを求めることにより、送りの数値が大きくなるものほど靭性に優れていると評価した。
<Toughness evaluation>
Work material: S50C hole material Cutting speed: 150 m / min.
Feed: Increase from 0.10 mm / blade to 0.05 mm / blade spacing Cutting: 2 mm
Cutting type: Dry Cutting length: Increase feed every 0.3 m Cutting method: Milling cutting Evaluation: Cutting until chipping is performed, and by finding the feed at the time of chipping, the larger the feed value, the better the toughness It was evaluated.

Figure 2011067883
Figure 2011067883

表4より明らかなように、本発明の実施例1〜4の表面被覆切削工具は、比較例1〜4の表面被覆切削工具と比較し、耐摩耗性と靱性との両者に優れていることを確認した。特に、本発明の実施例1〜4の表面被覆切削工具は、同様の微細組織領域を有する比較例2および比較例4と比べて、耐摩耗性と靱性とを両立させていることがわかる。しかも、本発明の実施例1〜4の表面被覆切削工具は、基材と被膜とが剥離することがなく、基材と被膜との密着性に優れるものであった。   As is clear from Table 4, the surface-coated cutting tools of Examples 1 to 4 of the present invention are superior in both wear resistance and toughness compared to the surface-coated cutting tools of Comparative Examples 1 to 4. It was confirmed. In particular, it can be seen that the surface-coated cutting tools of Examples 1 to 4 of the present invention achieve both wear resistance and toughness as compared with Comparative Example 2 and Comparative Example 4 having similar microstructure regions. And the surface-coated cutting tool of Examples 1-4 of this invention was excellent in the adhesiveness of a base material and a film, without a base material and a film peeling.

したがって、本発明の表面被覆切削工具は、耐摩耗性と靭性とを両立させたとともに、基材との密着性にも優れた被膜を備えたものであることは明らかである。   Therefore, it is clear that the surface-coated cutting tool of the present invention is provided with a film having both wear resistance and toughness and excellent adhesion to the substrate.

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.

Claims (6)

基材と該基材上に形成された被膜とを備える表面被覆切削工具であって、
前記被膜は、第1被膜層を含み、
前記第1被膜層は、それを構成する化合物の平均結晶粒径が微小である微細組織領域と該平均結晶粒径が粗大である粗大組織領域とを含み、
前記微細組織領域は、前記化合物の平均結晶粒径が10〜200nmであり、かつ前記第1被膜層の表面側から前記第1被膜層の全体の厚みに対して50%以上の厚みとなる範囲を占めて存在し、かつ−4GPa以上−2GPa以下の範囲の応力である平均圧縮応力を有し、
前記第1被膜層は、その厚み方向に応力分布を有しており、その応力分布において2つ以上の極大値または極小値を持ち、それらの極大値または極小値は厚み方向表面側に位置するものほど高い圧縮応力を有する、表面被覆切削工具。
A surface-coated cutting tool comprising a substrate and a coating formed on the substrate,
The coating includes a first coating layer;
The first coating layer includes a fine structure region in which an average crystal grain size of a compound constituting the first coating layer is minute and a coarse structure region in which the average crystal grain size is coarse,
The fine texture region is a range in which the average crystal grain size of the compound is 10 to 200 nm and the thickness is 50% or more with respect to the total thickness of the first coating layer from the surface side of the first coating layer. And has an average compressive stress that is a stress in the range of −4 GPa or more and −2 GPa or less,
The first coating layer has a stress distribution in its thickness direction, and has two or more maximum values or minimum values in the stress distribution, and these maximum values or minimum values are located on the surface side in the thickness direction. Surface-coated cutting tool with higher compressive stress.
前記第1被膜層は、最表面において最も高い圧縮応力を有する、請求項1記載の表面被覆切削工具。   The surface-coated cutting tool according to claim 1, wherein the first coating layer has the highest compressive stress on the outermost surface. 前記微細組織領域は、前記第1被膜層の表面側から前記第1被膜層の全体の厚みに対して50%以上80%以下の厚みとなる範囲を占めて存在する、請求項1または2に記載の表面被覆切削工具。   3. The microstructural region occupies a range of 50% to 80% of the total thickness of the first coating layer from the surface side of the first coating layer, according to claim 1 or 2. The surface-coated cutting tool described. 前記粗大組織領域は、前記化合物の平均結晶粒径が300〜1500nmである、請求項1〜3のいずれかに記載の表面被覆切削工具。   The surface-coated cutting tool according to any one of claims 1 to 3, wherein the coarse structure region has an average crystal grain size of 300 to 1500 nm of the compound. 前記第1被膜層を構成する前記化合物は、元素周期律表のIVa族元素、Va族元素、VIa族元素、アルミニウム、ホウ素、ケイ素およびゲルマニウムからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素と、ホウ素、炭素、窒素および酸素からなる群より選ばれる少なくとも1種の元素とで構成される化合物である、請求項1〜4のいずれかに記載の表面被覆切削工具。   The compound constituting the first coating layer includes at least one element selected from the group consisting of group IVa element, group Va element, group VIa element, aluminum, boron, silicon and germanium in the periodic table, boron The surface-coated cutting tool according to any one of claims 1 to 4, which is a compound composed of at least one element selected from the group consisting of carbon, nitrogen and oxygen. 前記被膜は、前記第1被膜層以外に1層または2層以上の層を含む、請求項1〜5のいずれかに記載の表面被覆切削工具。   The surface-coated cutting tool according to claim 1, wherein the coating includes one layer or two or more layers in addition to the first coating layer.
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