JP2018202533A - 表面被覆切削工具 - Google Patents
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Abstract
Description
(1)基材と、前記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、A層、B層及びC層がこの順で繰返し積層された積層構造を含み、
前記A層、前記B層及び前記C層のそれぞれは、周期律表の4族元素、5族元素、6族元素、Al、Si、B及びYからなる群より選ばれる少なくとも2種以上の元素の窒化物であり、
前記A層の格子定数LA、前記B層の格子定数LB及び前記C層の格子定数LCは、以下の式(I)又は式(II)の関係を満たし、
LA<LB<LC 式(I)
LC<LB<LA 式(II)
前記A層と前記C層との格子定数差は0.1100Å以上0.1500Å以下であり、
前記A層、前記B層及び前記C層のそれぞれは、立方晶型結晶構造を有する、
表面被覆切削工具である。
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。
(1)基材と、前記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、A層、B層及びC層がこの順で繰返し積層された積層構造を含み、
前記A層、前記B層及び前記C層のそれぞれは、周期律表の4族元素(Ti、Zr、Hf等)、5族元素(V、Nb、Ta等)、6族元素(Cr、Mo、W等)、Al、Si、B及びYからなる群より選ばれる少なくとも2種以上の元素の窒化物であり、
前記A層の格子定数LA、前記B層の格子定数LB及び前記C層の格子定数LCは、以下の式(I)又は式(II)の関係を満たし、
LA<LB<LC 式(I)
LC<LB<LA 式(II)
前記A層と前記C層との格子定数差は0.1100Å以上0.1500Å以下であり、
前記A層、前記B層及び前記C層のそれぞれは、立方晶型結晶構造を有する、
表面被覆切削工具である。
本発明の一実施形態にかかる表面被覆切削工具の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、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。
(表面被覆切削工具)
図1及び図2に示されるように、表面被覆切削工具10,11は、基材1と、前記基材1上に形成された被膜5とを備え、前記被膜5は、A層2、B層3及びC層4がこの順で繰返し積層された積層構造8を含む。
基材1としては、切削工具の基材として知ら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。例えば、超硬合金(例えばWC基超硬合金、WCの他、Coを含み、あるいは更にTi、Ta、Nb等の炭窒化物等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)、立方晶型窒化硼素焼結体、高速度鋼、セラミックス(炭化チタン、炭化硅素、窒化硅素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、およびこれらの混合体など)、ダイヤモンド焼結体等をこのような基材の例として挙げることができる。
被膜5は、基材上の全面を被覆する態様、部分的に被膜が形成されていない態様、及び、部分的に被膜の一部の積層態様が異なっているような態様のいずれも含む。
A層2、B層3及びC層4のそれぞれは、周期律表の4族元素、5族元素、6族元素、Al、Si、B及びYからなる群より選ばれる少なくとも2種以上の元素の窒化物である。具体的には、AlCrN、AlCrSiN、AlCrHfN、CrSiN、CrAlN、CrTiN、TiAlN、TiSiN、TiTaN、TiWN、TiNbN、TiZrN、TiBN、TiMoN、TiHfN、TiAlYN、AlCrYN等を用いることができる。
測定機器:VG社製、HB501
EDX:KEVEX Super8000 定量トータルシステム
エネルギー分散型X線分析計(Si<Li>半導体検出器、UTW型)
EELS:VG社製、ELS−80分光器(エネルギー分解能:0.56eV)
<測定条件>
加速電圧:100kV
試料吸収電流:10-9 A
計数時間:50〜100秒
分析プローブ径:1nmφ
LA<LB<LC 式(I)
LC<LB<LA 式(II)
A層とC層との格子定数差は0.1100Å以上0.1500Å以下である。ここでA層とC層との格子定数差とは、それぞれの格子定数が上記式(I)の関係を満たす場合は、(LC−LA)で算出される値であり、それぞれの格子定数が上記(II)の関係を満たす場合は、(LA−LC)で算出される値である。表面被覆切削工具は、A層とC層との格子定数差が0.1100Å以上0.1500Å以下であることにより、熱負荷の高い高速、高能率加工において、優れた耐欠損性を示すことが可能となる。この理由は明らかではないが、A層とC層との格子定数差が0.1100Å以上であると、格子整合時の双方の歪みが十分であるため耐欠損性が向上し、格子定数差が0.1500Å以下であると、界面で立方晶型結晶構造の結晶性が良好なため耐欠損性が向上すると推定される。A層とC層との格子定数差は、0.1150Å以上0.1400Å以下が好ましく、0.1200Å以上0.1350Å以下が更に好ましい。
(1)各層の材料が、JCPDSカード(JCPDS:Joint Committee on Powder Diffraction Standards)に記載されている場合は、記載されている格子定数の値。
(2)各層の材料が、JCPDSカードに記載されている材料の複合物の場合は、各材料のJCPDSカードに記載の格子定数と、複合物の組成比とを用いて、格子定数を算出した値。例えば、TiACr1−AN(0<A<1)の格子定数LTiCrNは、JCPDSカードに記載されているTiNの格子定数LTiN(4.239Å)と、JCPDSカードに記載されているCrNの格子定数LCrN(4.136Å)を用いて、下記のようにして求める。
LTiCrN=LTiN・A+LCrN(1−A)=(LTiN−LCrN)×A+LCrN=(4.239−4.136)×A+4.136[Å]
(3)格子定数が、上記(2)から算出できない場合は、各層を下記の条件で、基材(K10 超硬合金(JIS))上にアークイオンプレーティング法を用いて成膜し、X線分析法(XRD)のθ/2θ法のピーク角度から、格子定数を算出した値。アークイオンプレーティング法では、チャンバー内の圧力が4.0PaになるようにN2ガスを導入し、基材温度を600℃、アーク電流150A、バイアス電圧−15Vとし、膜厚が2.0μmとなるまで成膜する。成膜後、高温XRDにて真空中650℃でピーク位置が安定するまで加熱し、ピーク位置が安定後にピーク角度を測定する。
測定機器:日立製、商品名:HD−2700
加速電圧:200kV
倍率:20万〜800万倍
積層構造を基材表面に形成(成膜)するためには、立方晶型結晶構造を有する化合物を形成することができる成膜プロセスであることが好ましい。具体的には、物理的蒸着法を用いることが好適である。
(表面被覆切削工具)
図3に示されるように、表面被覆切削工具12は、基材1と積層構造8との間に中間層6を有していてもよい。又、図3に示されるように、表面被覆切削工具12は、積層構造8の基板と反対側の表面に表面層7を有していてもよい。又、図には示されていないが、表面被覆切削工具は、積層構造と表面層との間に、中間層を有していてもよい。
本実施例では、以下の通り表面被覆切削工具を作製し、旋削試験及びフライス切削試験を行い、性能を評価した。
表面被覆切削工具の基材として、旋削試験用には、材質がK20超硬合金(JIS)であり、形状がCNMG120408(JIS)である旋削加工用刃先交換型切削チップを準備した。フライス切削試験用には、材質がP20超硬合金(JIS)であり、形状がSEET13T3AGSN(JIS)であるフライス加工用刃先交換型切削チップを準備した。
試料1と同様の基材を準備した。次に、基材上に、中間層、積層構造及び表面層をこの順で積層して、被膜を形成した。中間層、積層構造及び表面層の形成方法は、中間層、積層構造及び表面層が、それぞれ表1に示す組成及び層厚となるように、ターゲット材料及びスパッタリング条件を適宜変更した他は、試料1と同様の方法で作製した。
上記で作製した試料1〜49の表面被覆切削工具のそれぞれについて、旋削試験及びフライス切削試験を熱負荷の高い高速、高能率加工の条件下で行なうことにより耐欠損性の評価を行なった。旋削試験及びフライス切削試験の具体的な条件は以下の通りである。
被削材:インコネル718丸棒
切削速度:75m/分
切り込み:2.0mm
送り:0.25mm/rev
DRY/WET:WET
被削材:SCM435
切削速度:270m/分
切り込み:1.5mm
送り:0.2mm/rev
DRY/WET:DRY
Claims (6)
- 基材と、前記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、A層、B層及びC層がこの順で繰返し積層された積層構造を含み、
前記A層、前記B層及び前記C層のそれぞれは、互いに組成が異なり、かつ、周期律表の4族元素、5族元素、6族元素、Al、Si、B及びYからなる群より選ばれる少なくとも2種以上の元素の窒化物であり、
前記A層の格子定数LA、前記B層の格子定数LB及び前記C層の格子定数LCは、以下の式(I)又は式(II)の関係を満たし、
LA<LB<LC 式(I)
LC<LB<LA 式(II)
前記A層と前記C層との格子定数差は0.1100Å以上0.1500Å以下であり、
前記A層、前記B層及び前記C層のそれぞれは、立方晶型結晶構造を有する、
表面被覆切削工具。 - 前記A層と前記B層との格子定数差、及び、前記B層と前記C層との格子定数差は、それぞれ0.0500Å以上0.1000Å以下である、請求項1に記載の表面被覆切削工具。
- 前記A層、前記B層及び前記C層は、それぞれ1nm以上110nm以下の層厚を有する、請求項1又は請求項2に記載の表面被覆切削工具。
- 前記積層構造は、合計で0.5μm以上10.0μm以下の厚みを有する、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の表面被覆切削工具。
- 前記被膜は、さらに周期律表の4族元素、5族元素、6族元素、Al及びSiからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素、又は、前記少なくとも1種の元素と、C、N、O及びBからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素とを有する化合物を含む層を1層以上備える、請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の表面被覆切削工具。
- 前記基材は、超硬合金、サーメット、立方晶型窒化硼素焼結体、高速度鋼、セラミックス及びダイヤモンド焼結体からなる群より選択される少なくとも1種を含む、請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の表面被覆切削工具。
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