JP2014073533A - 表面被覆切削工具およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】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含み、該被膜は、少なくとも一層のTiB2層を含み、該TiB2層は、TiB2とともにClを含み、該TiB2層において、該基材側界面から厚み0.5μmの領域を第1領域とし、該被膜表面側界面から厚み0.5μmの領域を第2領域とする場合、TiとClとの原子比Cl/(Ti+Cl)は、該第1領域よりも該第2領域で高くなることを特徴とする。
【選択図】なし
Description
<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含む構成を有する。このような被膜は、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。
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。
本発明の被膜は、少なくとも一層のTiB2層を含む限り、他の層を含んでいてもよい。他の層としては、たとえばAl2O3層、TiN層、TiCN層、TiBNO層、TiCNO層、TiAlN層、TiAlCN層、TiAlON層、TiAlONC層等を挙げることができる。なお、本発明において、TiB2層以外の他の層の組成を「TiN」や「TiCN」等の化学式を用いて表わす場合、その化学式において特に原子比を特定していないものは、各元素の原子比が「1」のみであることを示すものではなく、従来公知の原子比が全て含まれるものとする。
本発明の被膜に含まれるTiB2層は、TiB2とともにCl(塩素)を含み、該TiB2層において、該基材側界面から厚み0.5μmの領域を第1領域とし、該被膜表面側界面から厚み0.5μmの領域を第2領域とする場合、TiとClとの原子比Cl/(Ti+Cl)は、該第1領域よりも該第2領域で高くなることを特徴とする。本発明のTiB2層は、このように厚み方向において塩素濃度を制御したことにより、耐摩耗性と耐チッピング性とが高度に向上するという優れた効果を示す。これは、第1領域において相対的にClの量を少なくすることにより、硬度が高くなり、また第2領域において相対的にClの量を多くすることにより、摺動特性および追従性が向上するためである。すなわち、第1領域において硬度が高くなることによって工具の横方向からの力に対して抵抗することができ、また第2領域において摺動特性および追従性が向上したことにより表面に付着する切り屑に対する耐溶着性が向上し、以ってこれらが相乗的に作用することにより上記のような優れた効果が得られるものと推測される。
本発明の被膜は、上記のTiB2層以外に他の層を含むことができる。このような他の層としては、たとえば基材と被膜との密着性をさらに高めるために基材の直上に形成されるTiN、TiC、TiBN等からなる下地層や、このような下地層とTiB2層との密着性を高めるためにこれら両層の間に形成されるTiCN層や、耐酸化性を高めるためにTiB2層上に形成されるAl2O3層や、このようなAl2O3層とTiB2層との密着性を高めるためにこれら両層の間に形成されるTiCNO、TiBNO等からなる中間層や、刃先が使用済か否かの識別性を示すために被膜の最表面に形成されるTiN、TiCN、TiC等からなる最外層等を挙げることができるが、これらのみに限定されるものではない。
<製造方法>
本発明は、基材と該基材上に形成された被膜とを含み、該被膜は少なくとも一層のTiB2層を含む表面被覆切削工具の製造方法にも係わり、該製造方法は、該TiB2層を形成するステップを含み、該ステップは、TiCl4(四塩化チタン)とBCl3(三塩化ホウ素)とを少なくとも含む原料ガスを用いて、該TiB2層を化学蒸着法により形成するステップであり、該原料ガスにおける該TiCl4と該BCl3とのモル比TiCl4/BCl3は、該ステップの開始時において0.6未満であり、終了時において0.6以上となっていることを特徴とする。すなわち、上記で説明した本発明のTiB2層は、このような製造方法により形成することができる。
以下の表1に記載の基材Aおよび基材Bを準備した。具体的には、表1に記載の配合組成からなる原料粉末を均一に混合し、所定の形状に加圧成形した後、1300〜1500℃で1〜2時間焼結することにより、形状がCNMG120408NUXとSEET13T3AGSN−Gとの2種類の形状の超硬合金製の基材を得た。すなわち、各基材毎に2種の異なった形状のものを作製した。
上記で得られた基材に対してその表面に被膜を形成した。具体的には、基材を化学蒸着装置内にセットすることにより、基材上に被膜を化学蒸着法により形成した。被膜の形成条件は、以下の表2および表3に記載した通りであり、表4に記載した各厚みとなるように成膜時間を調整した。表2はTiB2層以外の各層の形成条件を示し、表3はTiB2層の形成条件を示している。なお、表2中のTiBNOとTiCNOは後述の表4の中間層であり、それ以外のものも表4中のTiB2層を除く各層に相当することを示す。
TiB2層の臨界剥離応力は、次のようにして測定した。
上記の表2および表3の条件により基材上に被膜を形成することにより、以下の表4に示した実施例1〜20および比較例1〜7の表面被覆切削工具(各被膜毎に2種(基材の形状違い)の刃先交換型切削チップ)を作製した。
上記で得られた表面被覆切削工具を用いて、以下の4種類の切削試験を行なった。
以下の表5に記載した実施例および比較例の表面被覆切削工具(形状がCNMG120408NUXであるものを使用)について、以下の切削条件により逃げ面摩耗量(Vb)が0.25mmとなるまでの切削時間を測定するとともに刃先の最終損傷形態を観察した。その結果を表5に示す。切削時間が長いもの程、耐摩耗性に優れていることを示す。また、最終損傷形態が正常摩耗に近いもの程、耐チッピング性に優れていることを示す。
被削材:Ti6Al4V丸棒外周切削
周速:60m/min
送り速度:0.15mm/rev
切込み量:1.0mm
切削液:あり
以下の表6に記載した実施例および比較例の表面被覆切削工具(形状がCNMG120408NUXであるものを使用)について、以下の切削条件により逃げ面摩耗量(Vb)が0.25mmとなるまでの切削時間を測定するとともに刃先の最終損傷形態を観察した。その結果を表6に示す。切削時間が長いもの程、耐摩耗性に優れていることを示す。また、最終損傷形態が正常摩耗に近いもの程、耐チッピング性に優れていることを示す。
被削材:インコネル718丸棒外周切削
周速:50m/min
送り速度:0.15mm/rev
切込み量:1.0mm
切削液:あり
以下の表7に記載した実施例および比較例の表面被覆切削工具(形状がSEET13T3AGSN−Gであるものを使用)について、以下の切削条件により欠損または逃げ面摩耗量(Vb)が0.25mmになるまでのパス回数および切削距離を測定するとともに刃先の最終損傷形態を観察した。その結果を表7に示す。
被削材:Ti6Al4Vブロック材
周速:70m/min
送り速度:0.3mm/s
切込み量:1.0mm
切削液:あり
カッタ:WGC4160R(住友電工ハードメタル社製)
チップ取付け数:1枚
以下の表8に記載した実施例および比較例の表面被覆切削工具(形状がSEET13T3AGSN−Gであるものを使用)について、以下の切削条件により欠損または逃げ面摩耗量(Vb)が0.25mmになるまでのパス回数および切削距離を測定するとともに刃先の最終損傷形態を観察した。その結果を表8に示す。
被削材:SUS304ブロック材
周速:150m/min
送り速度:0.3mm/s
切込み量:2.0mm
切削液:あり
カッタ:WGC4160R(住友電工ハードメタル社製)
チップ取付け数:1枚
Claims (4)
- 基材と該基材上に形成された被膜とを含み、
前記被膜は、少なくとも一層のTiB2層を含み、
前記TiB2層は、TiB2とともにClを含み、
前記TiB2層において、前記基材側界面から厚み0.5μmの領域を第1領域とし、前記被膜表面側界面から厚み0.5μmの領域を第2領域とする場合、TiとClとの原子比Cl/(Ti+Cl)は、前記第1領域よりも前記第2領域で高くなる、表面被覆切削工具。 - 前記原子比Cl/(Ti+Cl)は、前記第1領域において0.00001〜0.001であり、前記第2領域において0.0001〜0.01である、請求項1記載の表面被覆切削工具。
- 前記TiB2層は、1〜10μmの厚みを有する、請求項1または2に記載の表面被覆切削工具。
- 基材と該基材上に形成された被膜とを含み、該被膜は少なくとも一層のTiB2層を含む表面被覆切削工具の製造方法であって、
前記TiB2層を形成するステップを含み、
前記ステップは、TiCl4とBCl3とを少なくとも含む原料ガスを用いて、前記TiB2層を化学蒸着法により形成するステップであり、
前記原料ガスにおける前記TiCl4と前記BCl3とのモル比TiCl4/BCl3は、前記ステップの開始時において0.6未満であり、終了時において0.6以上となっている、表面被覆切削工具の製造方法。
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