JP2013136115A - Surface-coated cutting tool exhibiting excellent chipping resistance in hard coating layer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高熱発生を伴うとともに、切れ刃に断続的・衝撃的負荷が作用する各種の鋼や鋳鉄の高速断続切削加工において、硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を備えることにより、長期の使用に亘ってすぐれた切削性能を発揮する表面被覆切削工具（以下、被覆工具という）に関するものである。 In the present invention, high-speed intermittent cutting of various steels and cast irons with high heat generation and intermittent / impact loads acting on the cutting edge, the hard coating layer has excellent chipping resistance, which makes it possible to The present invention relates to a surface-coated cutting tool (hereinafter referred to as a coated tool) that exhibits excellent cutting performance over use.
従来、一般に、炭化タングステン（以下、ＷＣで示す）基超硬合金または炭窒化チタン（以下、ＴｉＣＮで示す）基サーメットで構成された工具基体（以下、これらを総称して工具基体という）の表面に、
（ａ）下部層が、いずれも化学蒸着形成された、Ｔｉの炭化物（以下、ＴｉＣで示す）層、窒化物（以下、同じくＴｉＮで示す）層、炭窒化物（以下、ＴｉＣＮで示す）層、炭酸化物（以下、ＴｉＣＯで示す）層および炭窒酸化物（以下、ＴｉＣＮＯで示す）層のうちの１層または２層以上からなるＴｉ化合物層、
（ｂ）上部層が、化学蒸着形成された酸化アルミニウム層、
以上（ａ）および（ｂ）で構成された硬質被覆層を形成してなる被覆工具が知られており、この被覆工具は、各種の鋼や鋳鉄などの切削加工に用いられていることが知られている。
ただ、前記被覆工具は、切れ刃に大きな負荷がかかる切削条件では、チッピング損等を発生しやすく、工具寿命が短命であるという問題があるため、これを解消するために、従来からいくつかの提案がなされている。
Conventionally, the surface of a tool substrate (hereinafter collectively referred to as a tool substrate) generally composed of tungsten carbide (hereinafter referred to as WC) -based cemented carbide or titanium carbonitride (hereinafter referred to as TiCN) -based cermet. In addition,
(A) Ti carbide (hereinafter referred to as TiC) layer, nitride (hereinafter also referred to as TiN) layer, carbonitride (hereinafter referred to as TiCN) layer formed by chemical vapor deposition of the lower layers. A Ti compound layer consisting of one or more of a carbon oxide (hereinafter referred to as TiCO) layer and a carbonitride oxide (hereinafter referred to as TiCNO) layer,
(B) the upper layer is an aluminum oxide layer formed by chemical vapor deposition;
A coated tool formed by forming a hard coating layer composed of (a) and (b) above is known, and this coated tool is known to be used for cutting various steels and cast irons. It has been.
However, the above-described coated tool has a problem that chipping loss or the like is likely to occur under a cutting condition in which a heavy load is applied to the cutting edge, and the tool life is short-lived. Proposals have been made.
例えば、特許文献１には、Ｔｉ等の炭化物層、窒化物層、炭窒化物層、酸化物層、炭酸化物層、窒酸化物層および炭窒酸化物層からなるＴｉ化合物層のうち１種または２種以上と、酸化アルミニウム層とで構成された硬質被覆層を２〜２０μｍの平均層厚で化学蒸着および／または物理蒸着してなる表面被覆超硬合金製切削工具において、硬質被覆層を構成する酸化アルミニウム層を、酸化アルミニウムの主体がα型結晶構造を有し、かつ、上側層と下側層（基体側）で異なる結晶組織を有し、上側部を柱状結晶粒が縦方向に並列配置した結晶組織とし、下側部を粒状結晶組織とした酸化アルミニウム層とすることによって、すぐれた耐チッピング性を奏することが開示されている。 For example, Patent Document 1 discloses one kind of Ti compound layers composed of carbide layers such as Ti, nitride layers, carbonitride layers, oxide layers, carbonate layers, nitride oxide layers, and carbonitride oxide layers. Alternatively, in a surface-coated cemented carbide cutting tool formed by chemical vapor deposition and / or physical vapor deposition of a hard coating layer composed of two or more types and an aluminum oxide layer with an average layer thickness of 2 to 20 μm, the hard coating layer is The aluminum oxide layer is composed of an aluminum oxide mainly having an α-type crystal structure and different crystal structures in the upper layer and the lower layer (substrate side), with columnar crystal grains in the vertical direction on the upper side. It is disclosed that excellent chipping resistance can be achieved by forming an aluminum oxide layer having a crystal structure arranged in parallel and a lower side part having a granular crystal structure.
また、特許文献２には、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｉの１種以上の炭化物、窒化物、炭窒化物、硼化物、硼窒化物の１種以上からなる内層および０．０１〜０．５μｍの粒度のアモルファスアルミナと結晶化アルミナとで構成されるアルミナからなる外層からなる被覆層を有する被覆超硬合金工具が開示されている。 Patent Document 2 discloses an inner layer composed of at least one of Ti, V, Cr, Mo, W, and Si, one or more of carbide, nitride, carbonitride, boride, and boronitride, and 0.01. A coated cemented carbide tool having a coating layer composed of an outer layer made of alumina composed of amorphous alumina having a particle size of ˜0.5 μm and crystallized alumina is disclosed.
さらに、特許文献３には、母材表面に硬質膜を被覆した硬質膜被覆部材において、硬質膜が非柱状晶組織のアルミニウム酸化物あるいは酸窒化物から成り、硬質膜の膜厚が４〜１５μｍである硬質膜被覆部材が開示されている。 Further, in Patent Document 3, in a hard film covering member in which a hard film is coated on a base material surface, the hard film is made of aluminum oxide or oxynitride having a non-columnar crystal structure, and the film thickness of the hard film is 4 to 15 μm. A hard film covering member is disclosed.
近年の切削加工における省力化および省エネ化の要求は強く、これに伴い、被覆工具は一段と過酷な条件下で使用されるようになってきているが、例えば、前記特許文献１乃至３に示される被覆工具においても、高熱発生を伴うとともに、より一段と切れ刃に断続的・衝撃的負荷が作用する高速断続切削加工に用いられた場合には、上部層の熱伝導率が高く、熱遮蔽効果が十分ではないために、切削加工時の高負荷によって切れ刃にチッピング、欠損が発生しやすく、その結果、比較的短時間で使用寿命に至るのが現状である。 In recent years, there is a strong demand for energy saving and energy saving in cutting, and along with this, coated tools have come to be used under severer conditions. For example, Patent Documents 1 to 3 show the above. Even when a coated tool is used for high-speed intermittent cutting with high heat generation and more intermittent and impact loads on the cutting edge, the thermal conductivity of the upper layer is high and the heat shielding effect is high. Since it is not sufficient, chipping and chipping are likely to occur on the cutting edge due to a high load during cutting, and as a result, the service life is reached in a relatively short time.
そこで、本発明者らは、前述のような観点から、高熱発生を伴い、かつ、切れ刃に断続的・衝撃的負荷が作用する高速断続切削加工に用いられた場合でも、硬質被覆層がすぐれた靭性を備え、その結果、長期の使用に亘ってすぐれた耐チッピング性、耐欠損性を発揮する被覆工具について鋭意研究を行った結果、以下の知見を得たのである。 In view of the above, the inventors of the present invention have an excellent hard coating layer even when used in high-speed intermittent cutting with high heat generation and intermittent and impact loads acting on the cutting edge. As a result of earnest research on a coated tool that has excellent toughness and, as a result, excellent chipping resistance and fracture resistance over a long period of use, the following knowledge has been obtained.
即ち、硬質被覆層として、前記従来の酸化アルミニウムからなる上部層を形成したものにおいては、酸化アルミニウムが基体的に垂直方向に柱状をなして形成されている。そのため、耐摩耗性は向上するが、その反面、酸化アルミニウムの異方性が高くなるほど酸化アルミニウム層の靭性が低下する。その結果、耐チッピング性、耐欠損性を発揮することができず、また、工具寿命も満足できるものであるとはいえなかった。 That is, in the case where the conventional upper layer made of aluminum oxide is formed as the hard coating layer, the aluminum oxide is formed in a columnar shape in the vertical direction as a base. Therefore, although the wear resistance is improved, the toughness of the aluminum oxide layer decreases as the anisotropy of the aluminum oxide increases. As a result, the chipping resistance and fracture resistance could not be exhibited, and the tool life could not be satisfied.
そこで、本発明者らは、硬質被覆層の上部層を構成する酸化アルミニウム層について鋭意研究したところ、酸化アルミニウム層中に微粒酸化アルミニウムをバイモーダルな粒径分布で存在させることにより、主として粒径の大きな微粒酸化アルミニウムが酸化アルミニウム層の異方性を緩和すると共に、粒径の小さな微粒酸化アルミニウムが酸化アルミニウム層の熱伝導率を抑制し、熱遮蔽効果を向上させることができる。その結果、粒径の大きな微粒酸化アルミニウムが奏する効果と粒径の小さな微粒酸化アルミニウムが奏する効果との相乗効果により硬質被覆層の耐チッピング性、耐欠損性を飛躍的に向上させることができるという新規な知見を見出したのである。 Therefore, the present inventors have conducted intensive research on the aluminum oxide layer that constitutes the upper layer of the hard coating layer. By making fine aluminum oxide exist in a bimodal particle size distribution in the aluminum oxide layer, the particle size is mainly increased. The fine aluminum oxide having a large diameter relaxes the anisotropy of the aluminum oxide layer, and the fine aluminum oxide having a small particle size can suppress the thermal conductivity of the aluminum oxide layer and improve the heat shielding effect. As a result, it is possible to dramatically improve the chipping resistance and chipping resistance of the hard coating layer by the synergistic effect of the effect of the fine aluminum oxide having a large particle size and the effect of the fine aluminum oxide having a small particle size. I found new findings.
具体的には、上部層を構成する酸化アルミニウム層を柱状縦長成長酸化アルミニウム結晶組織で構成すると共に、その組織内に微粒酸化アルミニウムをバイモーダルな粒径分布で存在させることにより、硬質被膜層の耐チッピング性、耐欠損性を向上させることができる。 Specifically, the aluminum oxide layer constituting the upper layer is composed of a columnar vertically grown aluminum oxide crystal structure, and the fine aluminum oxide is present in the structure in a bimodal particle size distribution, thereby forming a hard coating layer. Chipping resistance and chipping resistance can be improved.
そして、前述のような構成の酸化アルミニウム層は、例えば、以下の化学蒸着法によって成膜することができる。 The aluminum oxide layer having the above-described configuration can be formed by, for example, the following chemical vapor deposition method.
工具基体表面に、反応ガス組成（容量％）を、ＡｌＣｌ３：２．０〜２．２％、ＣＯ２：４．６〜５．０％、ＨＣｌ：１．９〜２．１％、Ｈ２Ｓ：０．１〜０．３％、Ｈ２：残、として、反応雰囲気圧力を、５〜１０ｋＰａとして、反応雰囲気温度を、８７０〜１０４０℃として、化学蒸着法を行うことにより柱状縦長成長酸化アルミニウム結晶組織を成膜する工程中に、前記反応ガス中に、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）を高濃度（０．８〜１．４５％）および低濃度（０．２５〜０．７５％）と交互に濃度を変えて添加することにより、バイモーダルの粒径分布を有する微粒酸化アルミニウムが組織内に存在する柱状縦長成長酸化アルミニウム結晶組織を得ることができる。この時、微粒酸化アルミニウムの存在により柱状縦長成長酸化アルミニウム結晶組織が分断されることなく、柱状組織のまま成長することを見出した。その結果、柱状縦長成長酸化アルミニウム結晶組織が有する靭性を低下させることなく、むしろバイモーダルな粒径分布を有する微粒酸化アルミニウムの存在により柱状縦長成長酸化アルミニウムの異方性が増加することにより、靱性が向上するとともに、熱伝導率が抑制され、熱遮蔽効果が向上する。そのため、硬質被覆層の耐チッピング性、耐欠損性を向上させることができる。 On the surface of the tool base, the reaction gas composition (volume%) is AlCl 3 : 2.0 to 2.2%, CO 2 : 4.6 to 5.0%, HCl: 1.9 to 2.1%, H 2 S: 0.1 to 0.3%, H 2 : the balance, the reaction atmosphere pressure is 5 to 10 kPa, the reaction atmosphere temperature is 870 to 1040 ° C., and columnar vertical growth is performed by performing chemical vapor deposition. During the step of forming an aluminum oxide crystal structure, TMA (trimethylaluminum) is added at a high concentration (0.8 to 1.45%) and a low concentration (0.25 to 0.75%) in the reaction gas. By alternately changing the concentration, a columnar vertically grown aluminum oxide crystal structure in which fine aluminum oxide having a bimodal particle size distribution is present in the structure can be obtained. At this time, it has been found that the columnar vertically grown aluminum oxide crystal structure grows in a columnar structure without being divided due to the presence of fine aluminum oxide. As a result, without increasing the toughness of the columnar vertically grown aluminum oxide crystal structure, the toughness is increased by increasing the anisotropy of the columnar vertically grown aluminum oxide due to the presence of fine aluminum oxide having a bimodal particle size distribution. Is improved, the thermal conductivity is suppressed, and the heat shielding effect is improved. Therefore, the chipping resistance and chipping resistance of the hard coating layer can be improved.
さらに、本発明者らは、酸化アルミニウム層中に存在させる微粒酸化アルミニウムの粒径分布と硬質被覆層の諸特性の関係について、鋭意研究を重ねた結果、微粒酸化アルミニウムの粒径分布が、次のようなバイモーダルな分布であるとき最もすぐれた効果が奏されることを確認した。 Furthermore, as a result of intensive studies on the relationship between the particle size distribution of fine aluminum oxide present in the aluminum oxide layer and various characteristics of the hard coating layer, the present inventors have found that the particle size distribution of fine aluminum oxide is as follows. It was confirmed that the best effect was achieved when the distribution was bimodal.
すなわち、本発明者らは、微粒酸化アルミニウムの粒径分布と膜特性との関係を詳細に調べた結果、その粒径分布が、図２に示すように、第１ピークが１０〜２０ｎｍに存在し、微粒酸化アルミニウム径２ｎｍごとに微粒酸化アルミニウムを数えたときの第１ピークにおける微粒酸化アルミニウム数密度が２００〜５００個／μｍ２であって、第２ピークが５０〜１００ｎｍに存在し、微粒酸化アルミニウム径２ｎｍごとに微粒酸化アルミニウムを数えたときの第２ピークにおける微粒酸化アルミニウム数密度が１０〜３０個／μｍ２である時、最もすぐれた膜特性を示すことを見出した。
図２に示した微粒酸化アルミニウムの粒径分布グラフは、次のような方法によって作成することができる。
まず、上部層に存在する微粒酸化アルミニウムの数を、工具基体と垂直方向は上部層膜厚分の厚さに亘って、工具基体と水平方向は長さ合計１０μｍに亘って、走査型電子顕微鏡（倍率５００００倍）及び透過電子顕微鏡（倍率２０００００倍）を用いて測定し、粒径２ｎｍごとに微粒酸化アルミニウムの数密度（個／μｍ２）を求め、図２として示される微粒酸化アルミニウムの粒径ごとの数密度分布グラフを作成する。
That is, as a result of examining the relationship between the particle size distribution of fine aluminum oxide and the film characteristics in detail, the present inventors have found that the first peak exists at 10 to 20 nm as shown in FIG. The fine aluminum oxide number density in the first peak when the fine aluminum oxide diameter is counted for every 2 nm of fine aluminum oxide diameter is 200 to 500 / μm 2 , and the second peak is present in 50 to 100 nm. It has been found that the best film characteristics are exhibited when the number of fine aluminum oxide particles in the second peak when the fine aluminum oxide particle diameter is counted every 2 nm is 10 to 30 / μm 2 .
The particle size distribution graph of fine aluminum oxide shown in FIG. 2 can be prepared by the following method.
First, the number of fine aluminum oxides present in the upper layer is measured over the thickness of the upper layer in the direction perpendicular to the tool base, and the total length of the tool base in the horizontal direction is 10 μm. (Magnification: 50000 times) and transmission electron microscope (magnification: 200000 times), the number density of fine aluminum oxide (pieces / μm 2 ) was determined for each particle size of 2 nm, and the particles of fine aluminum oxide shown in FIG. Create a number density distribution graph for each diameter.
本発明は、前記知見に基づいてなされたものであって、
「（１） 炭化タングステン基超硬合金または炭窒化チタン基サーメットで構成された工具基体の表面に硬質被覆層を設けた表面被覆切削工具において、
前記硬質被覆層が化学蒸着された下部層と上部層とからなるとともに、
（ａ）前記下部層は、少なくとも１層のＴｉの炭窒化物層を含み、かつ、３〜２０μｍの合計平均層厚を有する１層または２層以上からなるＴｉ化合物層、
（ｂ）前記上部層は、２〜２５μｍの平均層厚を有する酸化アルミニウム層、
からなり、
前記（ｂ）の上部層を構成する酸化アルミニウム層は、柱状縦長成長酸化アルミニウム結晶組織を有しており、その組織内に微粒酸化アルミニウムが存在しており、該微粒酸化アルミニウムが粒状酸化アルミニウム結晶相又はアモルファス酸化アルミニウム相若しくは粒状酸化アルミニウム結晶相とアモルファス酸化アルミニウム相との混合相であり、柱状縦長成長酸化アルミニウム結晶の最大粒子幅は５０〜２０００ｎｍ、該最大粒子幅と膜厚方向の最大粒子長さとのアスペクト比が５〜５０であり、前記微粒酸化アルミニウムの最大粒径が１０ｎｍ〜１５０ｎｍであり、該微粒酸化アルミニウムの上部層中での分布形態がバイモーダルな分布をとることを特徴とする表面被覆切削工具。
（２） 前記微粒酸化アルミニウムの分布の第１ピークが１０〜２０ｎｍに存在し、微粒酸化アルミニウム径２ｎｍごとに微粒酸化アルミニウムを数えたときの第１ピークにおける微粒酸化アルミニウム数密度が２００〜５００個／μｍ２であって、該微粒酸化アルミニウムの第２ピークが５０〜１００ｎｍに存在し、微粒酸化アルミニウム径２ｎｍごとに微粒酸化アルミニウムを数えたときの第２ピークにおける微粒酸化アルミニウム数密度が１０〜３０個／μｍ２であることを特徴とする（１）に記載の表面被覆切削工具。」
に特徴を有するものである。
The present invention has been made based on the above findings,
“(1) In a surface-coated cutting tool in which a hard coating layer is provided on the surface of a tool base composed of tungsten carbide-based cemented carbide or titanium carbonitride-based cermet,
The hard coating layer is composed of a lower layer and an upper layer chemically vapor-deposited,
(A) The lower layer includes at least one Ti carbonitride layer, and has a total average layer thickness of 3 to 20 μm, a Ti compound layer composed of one layer or two or more layers,
(B) the upper layer is an aluminum oxide layer having an average layer thickness of 2 to 25 μm;
Consists of
The aluminum oxide layer constituting the upper layer of (b) has a columnar vertically grown aluminum oxide crystal structure, and fine aluminum oxide is present in the structure, and the fine aluminum oxide is a granular aluminum oxide crystal. Phase or amorphous aluminum oxide phase or a mixed phase of a granular aluminum oxide crystal phase and an amorphous aluminum oxide phase, and the columnar vertically grown aluminum oxide crystal has a maximum particle width of 50 to 2000 nm, the maximum particle width and the maximum particle in the film thickness direction The aspect ratio to the length is 5 to 50, the maximum particle size of the fine aluminum oxide is 10 nm to 150 nm, and the distribution form of the fine aluminum oxide in the upper layer is bimodal. A surface-coated cutting tool.
(2) The first peak of the distribution of the fine aluminum oxide exists at 10 to 20 nm, and the fine aluminum oxide number density at the first peak when the fine aluminum oxide is counted for every 2 nm of the fine aluminum oxide diameter is 200 to 500. / Μm 2 , the second peak of the fine aluminum oxide is present at 50 to 100 nm, and the fine aluminum oxide number density at the second peak when the fine aluminum oxide is counted for every 2 nm of the fine aluminum oxide diameter is 10 to 10 nm. The surface-coated cutting tool according to (1), wherein the number is 30 / μm 2 . "
It has the characteristics.
本発明について、以下に詳細に説明する。 The present invention will be described in detail below.
下部層のＴｉ化合物層：
少なくとも１層のＴｉの炭窒化物層を含み、かつ、３〜２０μｍの合計平均層厚を有する１層または２層以上のＴｉ化合物層からなる下部層は、通常の化学蒸着条件で形成することができる。下部層を構成するＴｉ化合物層は、それ自体が高温強度を有し、これの存在によって硬質被覆層が高温強度を具備するようになるほか、工具基体と酸化アルミニウムからなる上部層のいずれにも強固に密着し、よって硬質被覆層の工具基体に対する密着性向上に寄与する作用をもつが、その合計平均層厚が３μｍ未満では、前記作用を十分に発揮させることができず、一方、その合計平均層厚が２０μｍを越えると、チッピングを発生しやすくなることから、その合計平均層厚を３〜２０μｍと定めた。
Lower Ti compound layer:
The lower layer composed of one or more Ti compound layers including at least one Ti carbonitride layer and having a total average layer thickness of 3 to 20 μm should be formed under normal chemical vapor deposition conditions. Can do. The Ti compound layer constituting the lower layer itself has a high temperature strength, and the presence of the Ti compound layer makes the hard coating layer have a high temperature strength, as well as both the tool base and the upper layer made of aluminum oxide. It has an effect of firmly adhering, and thus contributing to an improvement in the adhesion of the hard coating layer to the tool substrate. However, when the total average layer thickness is less than 3 μm, the above-mentioned effect cannot be exhibited sufficiently, while the total When the average layer thickness exceeds 20 μm, chipping tends to occur. Therefore, the total average layer thickness is set to 3 to 20 μm.
上部層の酸化アルミニウム層：
上部層を構成する酸化アルミニウム層が、高温硬さと耐熱性を備えることは既に良く知られているが、その平均層厚が２μｍ未満では、長期の使用に亘っての耐摩耗性を確保することができず、一方、その平均層厚が２５μｍを越えると酸化アルミニウム結晶粒が粗大化し易くなり、その結果、高温硬さ、高温強度の低下に加え、高速断続切削加工時の耐チッピング性、耐欠損性が低下するようになることから、その平均層厚を２〜２５μｍと定めた。
Upper aluminum oxide layer:
It is well known that the aluminum oxide layer constituting the upper layer has high-temperature hardness and heat resistance. However, if the average layer thickness is less than 2 μm, it should ensure wear resistance over a long period of use. On the other hand, when the average layer thickness exceeds 25 μm, the aluminum oxide crystal grains are likely to be coarsened. As a result, in addition to the decrease in high-temperature hardness and high-temperature strength, the chipping resistance, Since the deficiency is lowered, the average layer thickness is set to 2 to 25 μm.
更に本発明は、前記の構成に加えて、以下の条件を併せ持つとき、より一層、すぐれた効果を発揮する。 Furthermore, in addition to the above-described configuration, the present invention exhibits a further excellent effect when it has the following conditions.
すなわち、上部層の酸化アルミニウム層は、柱状縦長成長酸化アルミニウム結晶組織を有しており、その組織内に微粒酸化アルミニウムが存在する構成とする。そして、上部層中における微粒酸化アルミニウムがバイモーダルな粒径分布形態をとるとき上部層の酸化アルミニウム層は前述の効果を一層発揮する。 That is, the upper aluminum oxide layer has a columnar vertically grown aluminum oxide crystal structure, and fine aluminum oxide is present in the structure. When the fine aluminum oxide in the upper layer takes a bimodal particle size distribution form, the upper aluminum oxide layer further exhibits the aforementioned effects.
また、柱状縦長成長酸化アルミニウム結晶の最大粒子幅が５０ｎｍよりも小さいと、長期間使用した際に耐摩耗性が低下する傾向があり、一方、２０００ｎｍを超えると、粒子の粗大化により耐チッピング性、耐欠損性が低下する傾向がある。したがって、柱状縦長成長酸化アルミニウム結晶の最大粒子幅は、５０〜２０００ｎｍとすることがより好ましい。 In addition, if the maximum particle width of the columnar vertically grown aluminum oxide crystal is smaller than 50 nm, the wear resistance tends to decrease when used for a long period of time. , The chipping resistance tends to decrease. Therefore, the maximum particle width of the columnar vertically grown aluminum oxide crystal is more preferably 50 to 2000 nm.
さらに、前記最大粒子幅と膜厚方向の最大粒子長さとのアスペクト比が５より小さいと、柱状縦長成長酸化アルミニウムの特徴である高い耐摩耗性が低下する傾向があり、一方、５０を超えると、かえって靭性が低下し、耐チッピング性、耐欠損性が低下する傾向がある。したがって、柱状縦長成長酸化アルミニウム結晶の最大粒子幅と膜厚方向の最大粒子長さとのアスペクト比は５〜５０とすることがより好ましい。 Furthermore, when the aspect ratio between the maximum particle width and the maximum particle length in the film thickness direction is smaller than 5, high wear resistance, which is a characteristic of columnar vertically grown aluminum oxide, tends to be reduced. On the contrary, the toughness tends to decrease, and the chipping resistance and fracture resistance tend to decrease. Therefore, the aspect ratio between the maximum grain width of the columnar vertically grown aluminum oxide crystal and the maximum grain length in the film thickness direction is more preferably 5-50.
ここで、最大粒子幅と最大粒子長さとは、柱状縦長成長酸化アルミニウム結晶の１つの粒子を計測したとき、粒子の幅（短辺）で最も大きい値を最大粒子幅と呼び、一方、粒子の高さ（長辺）で最も大きい値を最大粒子長さと呼ぶ。 Here, the maximum particle width and the maximum particle length are, when one particle of a columnar vertically grown aluminum oxide crystal is measured, the largest value of the particle width (short side) is called the maximum particle width, The largest value in height (long side) is called the maximum particle length.
なお、本発明における微粒酸化アルミニウムとは、粒状酸化アルミニウム結晶相又はアモルファス酸化アルミニウム相若しくは粒状酸化アルミニウム結晶相とアモルファス酸化アルミニウム相との混合相であって、最大粒径が１５０ｎｍ以下のものを総称して呼んでいる。 The fine aluminum oxide in the present invention is a generic term for a granular aluminum oxide crystal phase, an amorphous aluminum oxide phase, or a mixed phase of a granular aluminum oxide crystal phase and an amorphous aluminum oxide phase, and having a maximum particle size of 150 nm or less. I am calling.
微粒酸化アルミニウムの形成：
本発明の微粒酸化アルミニウムは、通常の化学蒸着条件で成膜した上部層の形成過程中に次の条件による化学蒸着法を行うことによって形成することができる。
すなわち、微粒酸化アルミニウムの核となるＴＭＡを反応ガス中に低濃度（Ａ条件）と高濃度（Ｂ条件）の２つの条件で交互に変化させながら添加することによって、バイモーダルな粒径分布を持つ微粒酸化アルミニウムが形成される。
反応ガス組成（容量％）：
ＡｌＣｌ３：２．０〜２．２％、
ＴＭＡ：Ａ条件：０．２５〜０．７５％ Ｂ条件：０．８〜１．４５％、
ＣＯ２：４．６〜５．０％、
ＨＣｌ：１．９〜２．１％、
Ｈ２Ｓ：０．１〜０．３％、
Ｈ２：残、
反応雰囲気温度：８７０〜１０４０℃、
反応雰囲気圧力：５〜１０ｋＰａ、
Formation of fine aluminum oxide:
The fine aluminum oxide of the present invention can be formed by performing chemical vapor deposition under the following conditions during the formation process of the upper layer formed under normal chemical vapor deposition conditions.
In other words, by adding TMA, which is the core of fine aluminum oxide, to the reaction gas while changing alternately under two conditions of low concentration (A condition) and high concentration (B condition), a bimodal particle size distribution can be obtained. A fine-grained aluminum oxide is formed.
Reaction gas composition (volume%):
AlCl 3: 2.0~2.2%,
TMA: A condition: 0.25 to 0.75% B condition: 0.8 to 1.45%,
CO 2: 4.6~5.0%,
HCl: 1.9-2.1%
H 2 S: 0.1~0.3%,
H 2 : remaining,
Reaction atmosphere temperature: 870-1040 ° C.
Reaction atmosphere pressure: 5 to 10 kPa,
本発明で、柱状縦長成長酸化アルミニウム結晶組織内に微粒酸化アルミニウムがバイモーダルな粒径分布している構造は、粒径の大きな微粒酸化アルミニウムの存在によって、柱状縦長成長酸化アルミニウム結晶組織に力が加わった際に、１つ１つの柱状縦長成長酸化アルミニウム結晶にずれが生じるため、靭性が向上し、すぐれた耐チッピング性を示す。また、粒径の小さな微粒酸化アルミニウムの存在によって、膜の熱伝導率が抑制されるため、熱遮蔽効果が向上する。なお、微粒酸化アルミニウムの最大粒径が１０ｎｍ未満では、十分な熱遮蔽効果が得られず、一方、１５０ｎｍを超えると粒界部の増加による熱伝導率の抑制効果が十分得られないため好ましくない。そのため、本発明では、微粒酸化アルミニウムの最大粒径を１０ｎｍ〜１５０ｎｍと定めた。
前記バイモーダルな粒径分布としては、第１ピークが１０〜２０ｎｍに存在し、微粒酸化アルミニウム径２ｎｍごとに微粒酸化アルミニウムを数えたときの第１ピークにおける微粒酸化アルミニウム数密度が２００〜５００個／μｍ２であって、該微粒酸化アルミニウムの第２ピークが５０〜１００ｎｍに存在し、微粒酸化アルミニウム径２ｎｍごとに微粒酸化アルミニウムを数えたときの第２ピークにおける微粒酸化アルミニウム数密度が１０〜３０個／μｍ２であることが特に好ましい。その理由は、第１ピークを１０ｎｍ未満にした場合、十分な熱遮蔽効果が得られず、一方、２０ｎｍを超えた場合、粒界部の増加による熱伝導率を抑制する効果が十分でない。また、第１ピークにおける微粒酸化アルミニウム数密度が、２００個／μｍ２未満にした場合、膜の熱伝導率を抑制する効果が十分でなく、一方、５００個／μｍ２を超える場合、柱状縦長成長酸化アルミニウム結晶の成長を阻害し、耐摩耗性が低下するため好ましくない。また、第２ピークを５０ｎｍ未満にした場合、柱状縦長成長酸化アルミニウム結晶に生じるずれが靱性を向上させるほど十分でないため好ましくなく、一方、１００ｎｍを超えた場合、かえって靱性が低下するため好ましくない。また、第２ピークにおける微粒酸化アルミニウム数密度が、１０個／μｍ２未満にした場合、膜の靱性を向上させる効果が十分でなく、一方、３０個／μｍ２を超える場合、柱状縦長成長酸化アルミニウム結晶の成長を阻害し、耐摩耗性が低下するため好ましくない。そのため、前記バイモーダルな粒径分布を前述のように定めた。
In the present invention, the structure in which finely divided aluminum oxide is distributed in a columnar vertically-grown aluminum oxide crystal structure has a force on the columnar vertically-grown aluminum oxide crystal structure due to the presence of fine-grained aluminum oxide having a large particle size. When added, since each columnar vertically grown aluminum oxide crystal is displaced, toughness is improved and excellent chipping resistance is exhibited. In addition, the presence of fine aluminum oxide having a small particle size suppresses the thermal conductivity of the film, thereby improving the heat shielding effect. When the maximum particle size of the fine aluminum oxide is less than 10 nm, a sufficient heat shielding effect cannot be obtained. On the other hand, when the particle size exceeds 150 nm, the effect of suppressing the thermal conductivity due to an increase in the grain boundary cannot be obtained. . Therefore, in the present invention, the maximum particle size of the fine aluminum oxide is determined to be 10 nm to 150 nm.
As the bimodal particle size distribution, the first peak exists at 10 to 20 nm, and the number density of fine aluminum oxide in the first peak when the fine aluminum oxide diameter is counted for every 2 nm of fine aluminum oxide diameter is 200 to 500. / Μm 2 , the second peak of the fine aluminum oxide is present at 50 to 100 nm, and the fine aluminum oxide number density at the second peak when the fine aluminum oxide is counted for every 2 nm of the fine aluminum oxide diameter is 10 to 10 nm. It is particularly preferable that the number is 30 / μm 2 . The reason is that when the first peak is less than 10 nm, a sufficient heat shielding effect cannot be obtained. On the other hand, when it exceeds 20 nm, the effect of suppressing the thermal conductivity due to an increase in grain boundary is not sufficient. Further, when the number density of fine aluminum oxide in the first peak is less than 200 / μm 2 , the effect of suppressing the thermal conductivity of the film is not sufficient, while when it exceeds 500 / μm 2 , This is not preferable because growth aluminum oxide crystals are inhibited from growing and wear resistance is lowered. In addition, when the second peak is less than 50 nm, the shift generated in the columnar vertically grown aluminum oxide crystal is not preferable because it is not sufficient to improve the toughness. On the other hand, when it exceeds 100 nm, the toughness is lowered, which is not preferable. Also, when the number density of fine aluminum oxide in the second peak is less than 10 / μm 2 , the effect of improving the toughness of the film is not sufficient, while when it exceeds 30 / μm 2 , columnar vertically grown oxidation This is not preferable because it inhibits the growth of aluminum crystals and lowers the wear resistance. Therefore, the bimodal particle size distribution was determined as described above.
本発明の被覆工具は、硬質被覆層として、化学蒸着された下部層と上部層とからなり、（ａ）下部層は、少なくとも１層のＴｉの炭窒化物層を含み、かつ、３〜２０μｍの合計平均層厚を有する１層または２層以上からなるＴｉ化合物層、（ｂ）上部層は、２〜２５μｍの平均層厚を有する酸化アルミニウム層、からなり、（ｂ）の上部層を構成する酸化アルミニウム層は、柱状縦長成長酸化アルミニウム結晶組織を有しており、その組織内に微粒酸化アルミニウムが存在しており、該微粒酸化アルミニウムが粒状酸化アルミニウム結晶相又はアモルファス酸化アルミニウム相若しくは粒状酸化アルミニウム結晶相とアモルファス酸化アルミニウム相との混合相であり、柱状縦長成長酸化アルミニウム結晶の最大粒子幅は５０〜２０００ｎｍ、最大粒子幅と膜厚方向の最大粒子長さとのアスペクト比が５〜５０であり、微粒酸化アルミニウムの最大粒径が１０ｎｍ〜１５０ｎｍであり、微粒酸化アルミニウムの上部層中での粒径分布がバイモーダルな分布をとることにより、硬質被膜層の靱性が向上するとともに、熱伝導率が抑制され、熱遮蔽効果が向上するので、鋼や鋳鉄等の高熱発生を伴い、しかも、切れ刃に断続的・衝撃的高負荷が作用する高速断続切削加工に用いた場合でも、耐チッピング性、耐欠損性にすぐれ、その結果、長期の使用に亘ってすぐれた耐摩耗性を発揮し、被覆工具の長寿命化が達成されるものである。 The coated tool of the present invention comprises a chemically vapor-deposited lower layer and an upper layer as a hard coating layer. (A) The lower layer includes at least one Ti carbonitride layer and has a thickness of 3 to 20 μm. Ti compound layer consisting of one or more layers having a total average layer thickness of (b), (b) the upper layer is composed of an aluminum oxide layer having an average layer thickness of 2 to 25 μm, and constitutes the upper layer of (b) The aluminum oxide layer has a columnar vertically grown aluminum oxide crystal structure in which fine aluminum oxide is present, and the fine aluminum oxide is in the form of a granular aluminum oxide crystal phase, an amorphous aluminum oxide phase, or a granular oxide. It is a mixed phase of an aluminum crystal phase and an amorphous aluminum oxide phase, and the maximum particle width of columnar vertically grown aluminum oxide crystals is 50 to 2000 nm, The aspect ratio between the maximum particle width and the maximum particle length in the film thickness direction is 5 to 50, the maximum particle size of the fine aluminum oxide is 10 nm to 150 nm, and the particle size distribution in the upper layer of the fine aluminum oxide is By taking a modal distribution, the toughness of the hard coating layer is improved, the thermal conductivity is suppressed, and the heat shielding effect is improved, resulting in high heat generation such as steel and cast iron, and intermittently on the cutting edge.・ Even when used for high-speed intermittent cutting where impactful high loads are applied, it has excellent chipping resistance and fracture resistance. As a result, it exhibits excellent wear resistance over a long period of use, and the length of the coated tool Life expectancy is achieved.
つぎに、本発明の被覆工具を実施例により具体的に説明する。 Next, the coated tool of the present invention will be specifically described with reference to examples.
原料粉末として、いずれも１〜３μｍの平均粒径を有するＷＣ粉末、ＴｉＣ粉末、ＺｒＣ粉末、ＶＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、Ｃｒ3Ｃ2粉末、ＴｉＮ粉末、およびＣｏ粉末を用意し、これら原料粉末を、表１に示される配合組成に配合し、さらにワックスを加えてアセトン中で２４時間ボールミル混合し、減圧乾燥した後、９８ＭＰａの圧力で所定形状の圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を５Ｐａの真空中、１３７０〜１４７０℃の範囲内の所定の温度に１時間保持の条件で真空焼結し、焼結後、切刃部にＲ：０．０７ｍｍのホーニング加工を施すことによりＩＳＯ・ＣＮＭＧ１２０４０８に規定するインサート形状をもったＷＣ基超硬合金製の工具基体Ａ〜Ｅをそれぞれ製造した。 As raw material powders, WC powder, TiC powder, ZrC powder, VC powder, TaC powder, NbC powder, Cr 3 C 2 powder, TiN powder, and Co powder each having an average particle diameter of 1 to 3 μm are prepared. The raw material powder is blended in the blending composition shown in Table 1, added with wax, ball mill mixed in acetone for 24 hours, dried under reduced pressure, and press-molded into a green compact of a predetermined shape at a pressure of 98 MPa. The green compact is vacuum-sintered in a vacuum of 5 Pa at a predetermined temperature within a range of 1370 to 1470 ° C. for 1 hour. After sintering, the cutting edge is subjected to a honing process of R: 0.07 mm. Thus, tool bases A to E made of WC-base cemented carbide having an insert shape specified in ISO · CNMG120408 were manufactured.
また、原料粉末として、いずれも０．５〜２μｍの平均粒径を有するＴｉＣＮ（質量比でＴｉＣ／ＴｉＮ＝５０／５０）粉末、Ｍｏ2Ｃ粉末、ＺｒＣ粉末、ＮｂＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＷＣ粉末、Ｃｏ粉末、およびＮｉ粉末を用意し、これら原料粉末を、表２に示される配合組成に配合し、ボールミルで２４時間湿式混合し、乾燥した後、９８ＭＰａの圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を１．３ｋＰａの窒素雰囲気中、温度：１５４０℃に１時間保持の条件で焼結し、焼結後、切刃部分にＲ：０．０７ｍｍのホーニング加工を施すことによりＩＳＯ規格・ＣＮＭＧ１２０４０８のインサート形状をもったＴｉＣＮ基サーメット製の工具基体ａ〜ｅを形成した。 In addition, as raw material powders, TiCN (mass ratio TiC / TiN = 50/50) powder, Mo 2 C powder, ZrC powder, NbC powder, TaC powder, WC powder, all having an average particle diameter of 0.5 to 2 μm. Co powder and Ni powder are prepared, and these raw material powders are blended in the blending composition shown in Table 2, wet mixed by a ball mill for 24 hours, dried, and pressed into a compact at a pressure of 98 MPa. The green compact was sintered in a nitrogen atmosphere of 1.3 kPa at a temperature of 1540 ° C. for 1 hour, and after the sintering, the cutting edge portion was subjected to a honing process of R: 0.07 mm. Tool bases a to e made of TiCN-based cermet having an insert shape of standard / CNMG120408 were formed.
つぎに、これらの工具基体Ａ〜Ｅおよび工具基体ａ〜ｅの表面に、通常の化学蒸着装置を用い、
（ａ）硬質被覆層の下部層として、表３および表４に示される条件かつ表６に示される目標層厚でＴｉ化合物層を蒸着形成する。
（ｂ）次いで、表６に示される目標層厚の上部層（酸化アルミニウム層）からなる硬質被覆層を蒸着形成する。
（ｃ）この時、表４に示されるｋ〜ｏ条件で酸化アルミニウム層を成膜する際に、表４に示されるＴＭＡ（容量％）を２つの異なる濃度（Ａ条件、Ｂ条件）で交互に添加することにより酸化アルミニウム層の組織内にバイモーダルな粒径分布をとる微粒酸化アルミニウムを形成することにより本発明被覆工具１〜１５を製造した。
Next, a normal chemical vapor deposition apparatus is used on the surfaces of these tool bases A to E and tool bases a to e,
(A) As a lower layer of the hard coating layer, a Ti compound layer is formed by vapor deposition under the conditions shown in Tables 3 and 4 and the target layer thickness shown in Table 6.
(B) Next, a hard coating layer composed of an upper layer (aluminum oxide layer) having a target layer thickness shown in Table 6 is formed by vapor deposition.
(C) At this time, when the aluminum oxide layer was formed under the k to o conditions shown in Table 4, the TMA (volume%) shown in Table 4 was alternated at two different concentrations (A condition and B condition). The coated tools 1 to 15 of the present invention were produced by forming fine aluminum oxide having a bimodal particle size distribution in the structure of the aluminum oxide layer.
前記本発明被覆工具１〜１５の上部層を構成する酸化アルミニウム層について、走査型電子顕微鏡（倍率５００００倍）を用いて複数視野に亘って観察したところ、いずれも、図１に示した膜構成模式図に示される柱状結晶の粒界および粒内にバイモーダルな粒径分布をとる微粒酸化アルミニウムが存在する膜構造が確認された。 When the aluminum oxide layer constituting the upper layer of the coated tools 1 to 15 of the present invention was observed over a plurality of visual fields using a scanning electron microscope (magnification 50000 times), all of the film configurations shown in FIG. A film structure in which fine grain aluminum oxide having a bimodal grain size distribution exists in the grain boundaries and in the grains of the columnar crystals shown in the schematic diagram was confirmed.
さらに、前記本発明被覆工具１〜１５の上部層を構成する酸化アルミニウム層について、透過型電子顕微鏡（倍率２０００００倍）を用いて複数の視野に亘って観察したところ、前記微粒酸化アルミニウムは、粒状酸化アルミニウム結晶相又はアモルファス酸化アルミニウム相若しくは粒状酸化アルミニウム結晶相とアモルファス酸化アルミニウム相の混合相であることが確認された。 Furthermore, when the aluminum oxide layer constituting the upper layer of the coated tools 1 to 15 of the present invention was observed over a plurality of fields using a transmission electron microscope (magnification 200000 times), the fine aluminum oxide was granular. It was confirmed to be an aluminum oxide crystal phase or an amorphous aluminum oxide phase or a mixed phase of a granular aluminum oxide crystal phase and an amorphous aluminum oxide phase.
また、比較の目的で、工具基体Ａ〜Ｅおよび工具基体ａ〜ｅの表面に、表３及び表５に示される条件かつ表７に示される目標層厚で本発明被覆工具１〜１５と同様に、硬質被覆層の下部層としてのＴｉ化合物層を蒸着形成した。次いで、硬質被覆層の上部層として、表３および表５に示される条件かつ表７に示される目標層厚で酸化アルミニウム層からなる上部層を蒸着形成した。この時には、ＴＭＡを添加せず、柱状縦長成長酸化アルミニウム結晶組織を形成することにより、表７の比較被覆工具１〜１５を作製した。 For comparison purposes, the surfaces of the tool bases A to E and the tool bases a to e are the same as the coated tools 1 to 15 of the present invention under the conditions shown in Tables 3 and 5 and the target layer thicknesses shown in Table 7. Then, a Ti compound layer as a lower layer of the hard coating layer was formed by vapor deposition. Next, an upper layer composed of an aluminum oxide layer was formed by vapor deposition as the upper layer of the hard coating layer under the conditions shown in Tables 3 and 5 and the target layer thicknesses shown in Table 7. At this time, comparative coated tools 1 to 15 shown in Table 7 were produced by forming columnar vertically grown aluminum oxide crystal structures without adding TMA.
前記比較被覆工具１〜１５の上部層を構成する酸化アルミニウム層について、走査型電子顕微鏡（倍率５００００倍）を用いて複数視野に亘って観察したところ、いずれも、図３に示した膜構成模式図に示される縦長成長柱状酸化アルミニウムからなる酸化アルミニウム層が確認された。 About the aluminum oxide layer which comprises the upper layer of the said comparative coating tools 1-15, when observed over multiple visual fields using the scanning electron microscope (magnification 50000 times), all are the film | membrane structure models shown in FIG. The aluminum oxide layer which consists of the vertically grown columnar aluminum oxide shown by the figure was confirmed.
また、本発明被覆工具１〜１５および比較被覆工具１〜１５の各構成層の断面を、走査型電子顕微鏡（倍率５０００倍）を用いて測定し平均層厚を求めたところ、いずれも表６および表７に示される目標層厚と実質的に同じ平均層厚を示した。 Moreover, when the cross section of each structural layer of this invention coated tool 1-15 and comparative coated tool 1-15 was measured using the scanning electron microscope (magnification 5000 times) and average layer thickness was calculated | required, all are Table 6 And an average layer thickness substantially the same as the target layer thickness shown in Table 7.
また、本発明被覆工具１〜１５および比較被覆工具１〜１５については、同じく走査型電子顕微鏡（倍率５０００倍）を用いて、上部層の酸化アルミニウム層を構成する柱状縦長成長酸化アルミニウム結晶の最大粒子幅及び膜厚方向の最大粒子長さを、工具基体と水平方向に長さ合計１０μｍの範囲に存在する柱状縦長成長酸化アルミニウム結晶の各々について測定し、それらの平均をとることによって最大粒子幅及び膜厚方向の最大粒子長さの平均値を求め、それらの比からアスペクト比を求めた。 Moreover, about this invention coated tool 1-15 and comparative coated tool 1-15, the maximum of the columnar vertically grown aluminum oxide crystal which comprises the aluminum oxide layer of an upper layer is similarly used using a scanning electron microscope (magnification 5000 times). The maximum particle width is measured by measuring the maximum particle length in the particle width and film thickness direction for each columnar vertically grown aluminum oxide crystal in the range of a total length of 10 μm in the horizontal direction with respect to the tool substrate, and taking the average of them. And the average value of the maximum grain length in the film thickness direction was determined, and the aspect ratio was determined from these ratios.
つぎに、前記本発明被覆工具１〜１５および比較被覆工具１〜１５について、表８に示す条件で切削加工試験を実施し、いずれの切削試験でも切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。
表９に、この測定結果を示した。
Next, with respect to the inventive coated tools 1-15 and comparative coated tools 1-15, a cutting test was performed under the conditions shown in Table 8, and the flank wear width of the cutting edge was measured in any cutting test.
Table 9 shows the measurement results.
表６および表９に示される結果から、本発明の被覆工具は、硬質被覆層の上部層を構成する酸化アルミニウム層が、柱状縦長成長酸化アルミニウム結晶組織を有しており、その組織内にバイモーダルな粒径分布をとる微粒酸化アルミニウムが存在していることにより、靱性が向上し、熱伝導率が抑制され熱遮蔽効果が向上するため、鋼や鋳鉄等の高熱発生を伴い、しかも、切れ刃に断続的・衝撃的高負荷が作用する高速断続切削加工に用いた場合でも、耐チッピング性、耐欠損性にすぐれ、その結果、長期の使用に亘ってすぐれた耐摩耗性を発揮することが明らかである。 From the results shown in Table 6 and Table 9, in the coated tool of the present invention, the aluminum oxide layer constituting the upper layer of the hard coating layer has a columnar vertically grown aluminum oxide crystal structure, The presence of fine aluminum oxide with a modal particle size distribution improves toughness, suppresses thermal conductivity, and improves the heat shielding effect, resulting in high heat generation of steel, cast iron, etc. Even when used for high-speed intermittent cutting where the blade is subjected to intermittent and shocking high loads, it has excellent chipping resistance and chipping resistance, resulting in excellent wear resistance over a long period of use. Is clear.
これに対して、硬質被覆層の上部層を構成する酸化アルミニウム層にバイモーダルな粒径分布をとる微粒酸化アルミニウムが存在していない比較被覆工具１〜１５については、高熱発生を伴い、しかも、切れ刃に断続的・衝撃的高負荷が作用する高速断続切削加工に用いた場合、チッピング、欠損等の発生により短時間で寿命にいたることが明らかである。 On the other hand, for the comparative coated tools 1 to 15 in which fine aluminum oxide having a bimodal particle size distribution is not present in the aluminum oxide layer constituting the upper layer of the hard coating layer, accompanied by high heat generation, When used for high-speed intermittent cutting where intermittent and impactful high loads act on the cutting edge, it is clear that chipping, chipping, etc. will lead to short life.
前述のように、本発明の被覆工具は、例えば、鋼や鋳鉄等の高熱発生を伴い、かつ、切れ刃に断続的・衝撃的高負荷が作用する高速断続切削加工において、すぐれた耐チッピング性、耐欠損性を発揮し、使用寿命の延命化を可能とするものであるが、高速断続切削加工条件ばかりでなく、高速切削加工条件、高切込み、高送りの高速重切削加工条件等で使用することも勿論可能である。 As described above, the coated tool of the present invention has excellent chipping resistance in high-speed intermittent cutting with high heat generation such as steel and cast iron and intermittent and impact high load acting on the cutting edge. Demonstrate fracture resistance and extend the service life, but not only for high-speed interrupted cutting conditions, but also for high-speed cutting conditions, high cutting depth, high-feed, high-speed heavy cutting conditions, etc. Of course, it is also possible.
Claims (2)
前記硬質被覆層が化学蒸着された下部層と上部層とからなるとともに、
（ａ）前記下部層は、少なくとも１層のＴｉの炭窒化物層を含み、かつ、３〜２０μｍの合計平均層厚を有する１層または２層以上からなるＴｉ化合物層、
（ｂ）前記上部層は、２〜２５μｍの平均層厚を有する酸化アルミニウム層、
からなり、
前記（ｂ）の上部層を構成する酸化アルミニウム層は、柱状縦長成長酸化アルミニウム結晶組織を有しており、その組織内に微粒酸化アルミニウムが存在しており、該微粒酸化アルミニウムが粒状酸化アルミニウム結晶相又はアモルファス酸化アルミニウム相若しくは粒状酸化アルミニウム結晶相とアモルファス酸化アルミニウム相との混合相であり、柱状縦長成長酸化アルミニウム結晶の最大粒子幅が５０〜２０００ｎｍ、該最大粒子幅と膜厚方向の最大粒子長さとのアスペクト比が５〜５０であり、前記微粒酸化アルミニウムの最大粒径が１０ｎｍ〜１５０ｎｍであり、該微粒酸化アルミニウムの上部層中での粒径分布形態がバイモーダルな分布をとることを特徴とする表面被覆切削工具。 In a surface-coated cutting tool in which a hard coating layer is provided on the surface of a tool base composed of tungsten carbide-based cemented carbide or titanium carbonitride-based cermet,
The hard coating layer is composed of a lower layer and an upper layer chemically vapor-deposited,
(A) The lower layer includes at least one Ti carbonitride layer, and has a total average layer thickness of 3 to 20 μm, a Ti compound layer composed of one layer or two or more layers,
(B) the upper layer is an aluminum oxide layer having an average layer thickness of 2 to 25 μm;
Consists of
The aluminum oxide layer constituting the upper layer of (b) has a columnar vertically grown aluminum oxide crystal structure, and fine aluminum oxide is present in the structure, and the fine aluminum oxide is a granular aluminum oxide crystal. Phase or amorphous aluminum oxide phase or a mixed phase of a granular aluminum oxide crystal phase and an amorphous aluminum oxide phase, the maximum particle width of columnar vertically grown aluminum oxide crystals is 50 to 2000 nm, the maximum particle width and the maximum particle in the film thickness direction The aspect ratio to the length is 5 to 50, the maximum particle size of the fine aluminum oxide is 10 nm to 150 nm, and the particle size distribution form in the upper layer of the fine aluminum oxide is bimodal. A surface-coated cutting tool.
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