JP2023128173A - 表面被覆切削工具 - Google Patents
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Abstract
【課題】鋳鉄の切削で耐溶着性を確保し、優れた耐摩耗性、耐チッピング性を有する被覆工具を提供【解決手段】基体と該基体の表面に設けられた被覆層を有する表面被覆切削工具であって、前記被覆層は、積層単位を１以上含む積層体層を有し、前記積層単位は、基体から工具表面に向かって、順に、第１層、第２層、第３層を含み、前記第１層は、その平均厚さが０．３μｍ以上、３．０μｍ以下のＴｉＣｘＮ１－ｘ（ｘの平均値ｘａｖｇが、０．５０≦ｘａｖｇ≦０．６５）であり、前記第２層は、その平均厚さが０．３μｍ以上、３．０μｍ以下のＴｉＣｙＮ１－ｙ（ｙの平均値ｙａｖｇが、０．６５＜ｙａｖｇ≦０．７５）であり、前記第３層は、その平均厚さが０．３μｍ以上、３．０μｍ以下のＴｉＣｚＮ１－ｚ（ｚの平均値ｚａｖｇが、０．７５＜ｚａｖｇ≦１．００）であることを特徴とする表面被覆切削工具【選択図】図１
Description
本発明は、表面被覆切削工具（以下、被覆工具ということがある）に関するものである。
切削工具の切削性能の改善を目的として、従来、炭化タングステン（以下、ＷＣで示す）基超硬合金等の基体の表面に、被覆層を蒸着法により被覆形成した被覆工具があり、これは、優れた耐摩耗性を発揮することが知られている。
前記従来の被覆層を被覆形成した被覆工具は、耐摩耗性に優れものであるが、さらなる被覆層の改善についての種々の提案がなされている。
前記従来の被覆層を被覆形成した被覆工具は、耐摩耗性に優れものであるが、さらなる被覆層の改善についての種々の提案がなされている。
例えば、特許文献１および２には、被覆層が複数個の柱状晶を有する被覆層を含み、前記柱状晶のそれぞれは、ＴｉＣｘＮｚ－ｘ（０．４５≦ｘ＜０．７０、０．８０≦ｚ≦１．２０）の第１単位層と、ＴｉＣｙＮＡ－ｙ（０．７０≦ｙ≦１、０．８０≦Ａ≦１．２０）の第２単位層とが交互に積層された多層構造を有する被覆工具が記載され、この被覆工具は、耐摩耗性、耐チッピング性に優れているとされている。
本発明は前記事情や提案を鑑みてなされたものであって、特に、鋳鉄の切削加工において耐溶着性を確保した上で、優れた耐摩耗性、耐チッピング性を有する被覆工具を提供することを目的とする。
本発明の実施形態に係る表面被覆切削工具は、
基体と該基体の表面に設けられた被覆層を有し、
前記被覆層は、積層単位を１以上含む積層体層を有し、
前記積層単位は、基体から工具表面に向かって、順に、第１層、第２層、第３層を含み、
前記第１層は、その平均厚さが０．３μｍ以上、３．０μｍ以下のＴｉＣｘＮ１－ｘ（ｘの平均値ｘａｖｇが、０．５０≦ｘａｖｇ≦０．６５）であり、
前記第２層は、その平均厚さが０．３μｍ以上、３．０μｍ以下のＴｉＣｙＮ１－ｙ（ｙの平均値ｙａｖｇが、０．６５＜ｙａｖｇ≦０．７５）であり、
前記第３層は、その平均厚さが０．３μｍ以上、３．０μｍ以下のＴｉＣｚＮ１－ｚ（ｚの平均値ｚａｖｇが、０．７５＜ｚａｖｇ≦１．００）である。
基体と該基体の表面に設けられた被覆層を有し、
前記被覆層は、積層単位を１以上含む積層体層を有し、
前記積層単位は、基体から工具表面に向かって、順に、第１層、第２層、第３層を含み、
前記第１層は、その平均厚さが０．３μｍ以上、３．０μｍ以下のＴｉＣｘＮ１－ｘ（ｘの平均値ｘａｖｇが、０．５０≦ｘａｖｇ≦０．６５）であり、
前記第２層は、その平均厚さが０．３μｍ以上、３．０μｍ以下のＴｉＣｙＮ１－ｙ（ｙの平均値ｙａｖｇが、０．６５＜ｙａｖｇ≦０．７５）であり、
前記第３層は、その平均厚さが０．３μｍ以上、３．０μｍ以下のＴｉＣｚＮ１－ｚ（ｚの平均値ｚａｖｇが、０．７５＜ｚａｖｇ≦１．００）である。
さらに、前記実施形態に係る表面被覆切削工具は、次の（１）～（３）の事項の１以上を満足してもよい。
（１）前記積層単位が、１以上３０以下であること。
（２）前記積層体層の平均厚さが３．０μｍ以上、１６．０μｍ以下であること。
（３）前記積層体層の最も工具表面にある層の前記工具表面の側に、ＴｉＣＮ層を介してまたは介さないで、ＴｉＮ層、ＴｉＣＮＯ層、Ａｌ２Ｏ３層、ＡｌＴｉＮ層のいずれか１層以上を有すること。
（４）前記基体と積層体層との間にＴｉＣ層、ＴｉＮ層、ＴｉＣＮ層、ＴｉＣＮＯ層のいずれか１層以上を有すること。
（２）前記積層体層の平均厚さが３．０μｍ以上、１６．０μｍ以下であること。
（３）前記積層体層の最も工具表面にある層の前記工具表面の側に、ＴｉＣＮ層を介してまたは介さないで、ＴｉＮ層、ＴｉＣＮＯ層、Ａｌ２Ｏ３層、ＡｌＴｉＮ層のいずれか１層以上を有すること。
（４）前記基体と積層体層との間にＴｉＣ層、ＴｉＮ層、ＴｉＣＮ層、ＴｉＣＮＯ層のいずれか１層以上を有すること。
前記表面被覆切削工具は、特に、鋳鉄の切削加工において、耐溶着性を確保した上で、優れた耐摩耗性、耐チッピング性を有する。
本発明者の検討によれば、特許文献１および２に記載された被覆工具は、耐摩耗性、耐チッピング性に優れている反面、特に、鋳鉄の切削加工において耐溶着性が不十分であることが判明した。
その理由を調査したところ、成膜ガスとしてＣ２Ｈ４等の炭化水素ガスを用いて成膜されたＴｉＣＮ層は微細な結晶粒であるため、耐摩耗性が優れるものの、Ｃ含有量が増加することにより被削材に含まれるＦｅとの親和性が高くなって、耐溶着性が低下するとの知見を得た。
以下では、本発明の実施形態に係る被覆工具について詳細に説明する。
なお、本明細書および特許請求の範囲において、数値範囲を「Ｍ～Ｎ」（Ｍ、Ｎは共に数値）で表現するときは、「Ｍ以上、Ｎ以下」と同義であって、その範囲は上限値（Ｎ）および下限値（Ｍ）を含んでおり、上限値（Ｎ）のみに単位が記載されているときは、上限値（Ｎ）と下限値（Ｍ）の単位は同じである。
また、式を用いて組成を表していない化合物の組成は、化学量論的組成に限定されず、従来公知のすべての原子比の組成を含むものである。
なお、本明細書および特許請求の範囲において、数値範囲を「Ｍ～Ｎ」（Ｍ、Ｎは共に数値）で表現するときは、「Ｍ以上、Ｎ以下」と同義であって、その範囲は上限値（Ｎ）および下限値（Ｍ）を含んでおり、上限値（Ｎ）のみに単位が記載されているときは、上限値（Ｎ）と下限値（Ｍ）の単位は同じである。
また、式を用いて組成を表していない化合物の組成は、化学量論的組成に限定されず、従来公知のすべての原子比の組成を含むものである。
図１は、本発明の実施形態に係る表面被覆切削工具の被覆層の縦断面（基体の表面の微小な凹凸を無視して、平坦な面と扱ったときのこの表面に垂直な断面）の一例を示す模式図であり、基体（１）の表面に、被覆層（１０）があり、被覆層（１０）は、下地層（２）、積層体層（７）、中間層（８）、および、上部層（９）を有している。積層体層（７）は、第１層（２）、第２層（３）および第３層（４）を含む積層単位（６）を２有している。なお、下地層（２）、中間層（６）、および、上部層（７）は、以下に説明するようにそれぞれ、選択的に設ければよい。この実施形態について、以下に詳細に説明する。
１．被覆層
被覆層について説明する。
被覆層について説明する。
（１）積層体層
積層体層は、基体側から工具表面に向かって、順に第１層、第２層、第３層の３の層の積層単位の繰返しを１以上有する。
この繰返しは２以上、３０以下がより好ましい。その理由は、この範囲の繰返し数であれば、前述の目的が確実に達成できるためである。
積層体層は、基体側から工具表面に向かって、順に第１層、第２層、第３層の３の層の積層単位の繰返しを１以上有する。
この繰返しは２以上、３０以下がより好ましい。その理由は、この範囲の繰返し数であれば、前述の目的が確実に達成できるためである。
ここで、
第１層は、ＴｉＣｘＮ１－ｘ（ｘの平均値ｘａｖｇが、０．５０≦ｘａｖｇ≦０．６５）が、
第２層は、ＴｉＣｙＮ１－ｙで（ｙの平均値ｙａｖｇが、０．６５＜ａｖｇｙ≦０．７５）が、
第３層は、ＴｉＣｚＮ１－ｚ（ｚの平均値ｚａｖｇが、０．７５＜ｚａｖｇ≦１．００）が、
それぞれ好ましい。
ｘａｖｇ、ｙａｖｇ、ｚａｖｇは、それぞれ、全ての第１層、第２層、第２層における平均値である。
第１層は、ＴｉＣｘＮ１－ｘ（ｘの平均値ｘａｖｇが、０．５０≦ｘａｖｇ≦０．６５）が、
第２層は、ＴｉＣｙＮ１－ｙで（ｙの平均値ｙａｖｇが、０．６５＜ａｖｇｙ≦０．７５）が、
第３層は、ＴｉＣｚＮ１－ｚ（ｚの平均値ｚａｖｇが、０．７５＜ｚａｖｇ≦１．００）が、
それぞれ好ましい。
ｘａｖｇ、ｙａｖｇ、ｚａｖｇは、それぞれ、全ての第１層、第２層、第２層における平均値である。
ｘａｖｇ、ｙａｖｇおよびｚａｖｇを前記範囲とすることが好ましい理由は、この範囲であれば組成の違いによる熱膨張係数の差が適切となり、応力緩和層としての作用を確実に発揮できるためである。
第１層の平均厚さは、０．３μｍ以上、３．０μｍ以下、
第２層の平均厚さは、０．３μｍ以上、３．０μｍ以下、
第３層の平均厚さは、０．３μｍ以上、３．０μｍ以下、
が好ましい。各層が、この平均厚さであれば、切削加工時に発生するクラックの伝搬をより確実に抑えることができる（第１層、第２層、第３層の平均厚さは、それぞれ、同じであっても異なっていてもよい）。そして、積層体層の平均厚さが３．０μｍ以上、１６．０μｍ以下のとき、より一層確実に、切削加工時に発生するクラックの伝播が抑えられる。
第２層の平均厚さは、０．３μｍ以上、３．０μｍ以下、
第３層の平均厚さは、０．３μｍ以上、３．０μｍ以下、
が好ましい。各層が、この平均厚さであれば、切削加工時に発生するクラックの伝搬をより確実に抑えることができる（第１層、第２層、第３層の平均厚さは、それぞれ、同じであっても異なっていてもよい）。そして、積層体層の平均厚さが３．０μｍ以上、１６．０μｍ以下のとき、より一層確実に、切削加工時に発生するクラックの伝播が抑えられる。
（２）上部層
積層体層の最も工具表面側に、上部層として、それぞれの平均厚さが０．１μｍ以上、２０．０μｍ以下であるＴｉＮ層、ＴｉＣＮＯ層、Ａｌ２Ｏ３層、ＡｌＴｉＮ層のうちのいずれかの１層以上を、合計平均厚さを１．０μｍ以上、２５．０μｍ以下で設けてもよい（設けなくても前述の目的は達成される）。この上部層を設けると、被覆工具はより一層優れた耐摩耗性、耐チッピング性を発揮することができる。ここで、上部層の合計平均厚さが１．０μｍ未満では上部層の働きが十分になされず、一方、２５．０μｍを超えると上部層の結晶粒が粗大化しやすくなり、チッピングを発生しやすくなる。
積層体層の最も工具表面側に、上部層として、それぞれの平均厚さが０．１μｍ以上、２０．０μｍ以下であるＴｉＮ層、ＴｉＣＮＯ層、Ａｌ２Ｏ３層、ＡｌＴｉＮ層のうちのいずれかの１層以上を、合計平均厚さを１．０μｍ以上、２５．０μｍ以下で設けてもよい（設けなくても前述の目的は達成される）。この上部層を設けると、被覆工具はより一層優れた耐摩耗性、耐チッピング性を発揮することができる。ここで、上部層の合計平均厚さが１．０μｍ未満では上部層の働きが十分になされず、一方、２５．０μｍを超えると上部層の結晶粒が粗大化しやすくなり、チッピングを発生しやすくなる。
（３）中間層
中間層は、積層体層と上部層との間に両層の密着性を向上させるために、該両層の間に設けることがより一層好ましい（図１では、上部層と中間層を設けた実施形態を示しているが、上部層を設ける場合であっても、中間層はなくてもよい）。中間層は、ＴｉＣＮＯ層が好ましく、その合計の平均厚さは０．３～３．０μｍであることが好ましい。平均厚さがこの範囲にあると、積層体層と上部層との密着性がより一層向上する。
中間層は、積層体層と上部層との間に両層の密着性を向上させるために、該両層の間に設けることがより一層好ましい（図１では、上部層と中間層を設けた実施形態を示しているが、上部層を設ける場合であっても、中間層はなくてもよい）。中間層は、ＴｉＣＮＯ層が好ましく、その合計の平均厚さは０．３～３．０μｍであることが好ましい。平均厚さがこの範囲にあると、積層体層と上部層との密着性がより一層向上する。
（４）下地層
下地層は、基体と積層体層との密着性を向上させるために、両者の間に設けてもよい（設けなくても前述の目的は達成される）。下地層は、ＴｉＣ層、ＴｉＮ層、ＴｉＣＮ層、ＴｉＣＮＯ層のいずれか１層以上のＴｉ化合物層であって、その合計の平均厚さは、０．１～３．０μmであることが好ましい。合計の平均厚さがこの範囲にあると、両者の密着性がより一層向上する。
下地層は、基体と積層体層との密着性を向上させるために、両者の間に設けてもよい（設けなくても前述の目的は達成される）。下地層は、ＴｉＣ層、ＴｉＮ層、ＴｉＣＮ層、ＴｉＣＮＯ層のいずれか１層以上のＴｉ化合物層であって、その合計の平均厚さは、０．１～３．０μmであることが好ましい。合計の平均厚さがこの範囲にあると、両者の密着性がより一層向上する。
（５）その他の層
成膜ガスの切り換え時に、意図せずに、第１層、第２層、第３層、Ａｌ２Ｏ３層、ＡｌＴｉＮ層、ＴｉＮ層、ＴｉＣＮＯ層とは違う層がごくわずかであるが製造されることがある。
成膜ガスの切り換え時に、意図せずに、第１層、第２層、第３層、Ａｌ２Ｏ３層、ＡｌＴｉＮ層、ＴｉＮ層、ＴｉＣＮＯ層とは違う層がごくわずかであるが製造されることがある。
２．基体
（１）組成
基体は、この種の基体として従来公知の基材であれば、本発明の目的を達成することを阻害するものでない限り、いずれのものも使用可能である。例を挙げるならば、超硬合金（ＷＣ基超硬合金、ＷＣの他、Ｃｏを含み、さらに、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ等の炭窒化物を添加したものも含むもの等）、サーメット（ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ等を主成分とするもの等）、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）、ｃＢＮ焼結体であり、これらのいずれかであることが好ましい。
（１）組成
基体は、この種の基体として従来公知の基材であれば、本発明の目的を達成することを阻害するものでない限り、いずれのものも使用可能である。例を挙げるならば、超硬合金（ＷＣ基超硬合金、ＷＣの他、Ｃｏを含み、さらに、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ等の炭窒化物を添加したものも含むもの等）、サーメット（ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ等を主成分とするもの等）、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）、ｃＢＮ焼結体であり、これらのいずれかであることが好ましい。
（２）形状
基体の形状は、切削工具として用いられている形状であれば特段の制約はなく、インサートの形状、ドリルの形状が例示できる。
基体の形状は、切削工具として用いられている形状であれば特段の制約はなく、インサートの形状、ドリルの形状が例示できる。
３．測定方法
（１）組成
各層の組成の測定方法に関しては、透過型電子顕微鏡（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＴＥＭ）、エネルギー分散型Ｘ線分析（Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ－ｒａｙ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ＥＤＳ）を用いて複数個所（例えば、５箇所）で観察して、各層を特定し、各層の組成を測定してそれぞれ平均することにより得ることができる。
（１）組成
各層の組成の測定方法に関しては、透過型電子顕微鏡（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＴＥＭ）、エネルギー分散型Ｘ線分析（Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ－ｒａｙ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ＥＤＳ）を用いて複数個所（例えば、５箇所）で観察して、各層を特定し、各層の組成を測定してそれぞれ平均することにより得ることができる。
（２）平均厚さ
被覆層を構成する各層の平均厚さは、例えば、集束イオンビーム装置（ＦＩＢ：Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ ｓｙｓｔｅｍ）、クロスセクションポリッシャー装置（ＣＰ：Ｃｒｏｓｓ ｓｅｃｔｉｏｎ Ｐｏｌｉｓｈｅｒ）等を用いて、被覆層を任意の位置の縦断面で切断して観察用の試料を作製し、その縦断面をＳＥＭまたは透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）、走査型透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）、あるいはＳＥＭまたはＴＥＭ付帯のエネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ：Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ－ｒａｙ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）装置を用いて複数箇所（例えば、５箇所）で観察して、各層を特定し、各層の厚さを測定して平均することにより得ることができる。
被覆層を構成する各層の平均厚さは、例えば、集束イオンビーム装置（ＦＩＢ：Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ ｓｙｓｔｅｍ）、クロスセクションポリッシャー装置（ＣＰ：Ｃｒｏｓｓ ｓｅｃｔｉｏｎ Ｐｏｌｉｓｈｅｒ）等を用いて、被覆層を任意の位置の縦断面で切断して観察用の試料を作製し、その縦断面をＳＥＭまたは透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）、走査型透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）、あるいはＳＥＭまたはＴＥＭ付帯のエネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ：Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ－ｒａｙ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）装置を用いて複数箇所（例えば、５箇所）で観察して、各層を特定し、各層の厚さを測定して平均することにより得ることができる。
平均厚さを求めるにあたり、厚さ方向の長さの起点となる基体の表面とは、基体にほぼ垂直な縦断面（ほぼ厚さ方向）の観察像における、基体と被覆層（後述する下地層があれば下地層である）の界面粗さの基準線とする。すなわち、基体がインサートのような平面の表面を有するときは、前記縦断面においてＥＤＳを用いた元素マッピングを実施し、得られた元素マップに対して公知の画像処理を行うことで被覆層と基体との界面を定め、こうして得られた被覆層と基体との界面の粗さ曲線について、平均線ｙ０を算術的に求め、これを基体の表面とする。
ここで、算術的に平均線ｙ０を求める方法は、例えば、縦断面の厚さ方向にｙ軸、その垂直方向にｘ軸をとった際に、界面粗さをｆ（ｘ）（ｘは、基体表面に平行な方向の距離）で近似し、数［１］で示す演算を行う。ここで、ｌの長さは４μｍ以上が好ましい。
そして、この平均線に対して、垂直な方向を基体に垂直な方向（被覆層の厚さ方向）とする。
そして、この平均線に対して、垂直な方向を基体に垂直な方向（被覆層の厚さ方向）とする。
また、基体がドリルのように曲面の表面を有する場合であっても、被覆層の厚さに対して工具径が十分に大きければ、測定領域における被覆層と基体との間の界面は略平面となることから、同様の手法により基体の表面を決定することができる。すなわち、例えばドリルであれば、軸方向に垂直な断面の被覆層の縦断面においてＥＤＳを用いた元素マッピングを実施し、得られた元素マップに対して公知の画像処理を行うことで被覆層と基体の界面を定め、こうして得られた被覆層と基体との界面の粗さ曲線について、平均線を算術的に求め、これを基体の表面とする。そして、この平均線に対して、垂直な方向を基体に垂直な方向（厚さ方向）とする。
４．製造方法
本発明の被覆層は、例えば、ＣＶＤ法によって以下の成膜条件により製造することができる。
本発明の被覆層は、例えば、ＣＶＤ法によって以下の成膜条件により製造することができる。
（１）積層体層
以下の％は、体積％（容量％）である。
（１－１）第１層
ＴｉＣｌ４：１．０～３．０％、 ＣＨ３ＣＮ：０．５～１．５％、
Ｎ２：１３．０～４０．０％、 Ｈ２：残
温度：８５０～９５０℃
圧力：５．０～７．０ｋＰａ
以下の％は、体積％（容量％）である。
（１－１）第１層
ＴｉＣｌ４：１．０～３．０％、 ＣＨ３ＣＮ：０．５～１．５％、
Ｎ２：１３．０～４０．０％、 Ｈ２：残
温度：８５０～９５０℃
圧力：５．０～７．０ｋＰａ
（１－２）第２層
ＴｉＣｌ４：１．０～２．０％、 ＣＨ３ＣＮ：０．１～１．０％、
Ｃ２Ｈ４：０．３～２．０％、 Ｎ２：０．０～４０．０％、 Ｈ２：残
温度：８５０～９５０℃
圧力：５．０～７．０ｋＰａ
ＴｉＣｌ４：１．０～２．０％、 ＣＨ３ＣＮ：０．１～１．０％、
Ｃ２Ｈ４：０．３～２．０％、 Ｎ２：０．０～４０．０％、 Ｈ２：残
温度：８５０～９５０℃
圧力：５．０～７．０ｋＰａ
（１－３）第３層
ＴｉＣｌ４：１．０～３．０％、 ＣＨ３ＣＮ：０．１～０．８％、
Ｃ２Ｈ４：２．０～３．０％、 Ｎ２：０．０～１５．０％、 Ｈ２：残
温度：８５０～９５０℃
圧力：５．０～７．０ｋＰａ
ＴｉＣｌ４：１．０～３．０％、 ＣＨ３ＣＮ：０．１～０．８％、
Ｃ２Ｈ４：２．０～３．０％、 Ｎ２：０．０～１５．０％、 Ｈ２：残
温度：８５０～９５０℃
圧力：５．０～７．０ｋＰａ
（２）上部層
ＴｉＮ層 ＴｉＣｌ４：２．０～５．０％、 Ｎ２：２５．０～３５．０％、Ｈ２：残
ＴｉＣ層 ＴｉＣｌ４：２．０～５．０％、 ＣＨ４：５．０～１３．０％、Ｈ２：残
ＴｉＣＮＯ層 ＴｉＣｌ４：０．５～３．５％、 ＣＨ３ＣＮ：０．２～１．５％、
ＣＯ：０．１～０．３％、 Ｎ２：３５．０～４５．０％、Ｈ２：残
ＡｌＴｉＮ層 ＡｌＣｌ３：０．２～１．３％、ＴｉＣｌ４：０．１～０．５％、
Ｎ２：１０．０～１６．０％、ＮＨ３：２．０～６．０％、Ｈ２：残
Ａｌ２Ｏ３層 ＡｌＣｌ３：１．０～３．０％、 ＣＯ２：４．５～６．５％、
ＨＣｌ：１．２～４．０％、Ｈ２Ｓ：０．１～０．３％、Ｈ２：残
温度：８５０～１０００℃
圧力：４．０～３０．０ｋＰａ
ＴｉＮ層 ＴｉＣｌ４：２．０～５．０％、 Ｎ２：２５．０～３５．０％、Ｈ２：残
ＴｉＣ層 ＴｉＣｌ４：２．０～５．０％、 ＣＨ４：５．０～１３．０％、Ｈ２：残
ＴｉＣＮＯ層 ＴｉＣｌ４：０．５～３．５％、 ＣＨ３ＣＮ：０．２～１．５％、
ＣＯ：０．１～０．３％、 Ｎ２：３５．０～４５．０％、Ｈ２：残
ＡｌＴｉＮ層 ＡｌＣｌ３：０．２～１．３％、ＴｉＣｌ４：０．１～０．５％、
Ｎ２：１０．０～１６．０％、ＮＨ３：２．０～６．０％、Ｈ２：残
Ａｌ２Ｏ３層 ＡｌＣｌ３：１．０～３．０％、 ＣＯ２：４．５～６．５％、
ＨＣｌ：１．２～４．０％、Ｈ２Ｓ：０．１～０．３％、Ｈ２：残
温度：８５０～１０００℃
圧力：４．０～３０．０ｋＰａ
（３）中間層
ＴｉＣＮＯ層 ＴｉＣｌ４：０．５～３．５％、 ＣＨ３ＣＮ：０．２～１．５％、
ＣＯ：０．１～０．３％、 Ｎ２：３５．０～４５．０％、Ｈ２：残
温度：８５０～１０００℃
圧力：５．０～３０．０ｋＰａ
ＴｉＣＮＯ層 ＴｉＣｌ４：０．５～３．５％、 ＣＨ３ＣＮ：０．２～１．５％、
ＣＯ：０．１～０．３％、 Ｎ２：３５．０～４５．０％、Ｈ２：残
温度：８５０～１０００℃
圧力：５．０～３０．０ｋＰａ
（４）下地層
ＴｉＮ層、ＴｉＣ層、ＴｉＣＮＯ層については上部層の成膜条件と同じ。
ＴｉＣＮ層 ＴｉＣｌ４：１．０～３．０％、 ＣＨ３ＣＮ：０．５～１．５％、
Ｎ２：１３．０～１８．０％、Ｈ２：残
温度：８５０～９５０℃
圧力：５．０～１０．０ｋＰａ
ＴｉＮ層、ＴｉＣ層、ＴｉＣＮＯ層については上部層の成膜条件と同じ。
ＴｉＣＮ層 ＴｉＣｌ４：１．０～３．０％、 ＣＨ３ＣＮ：０．５～１．５％、
Ｎ２：１３．０～１８．０％、Ｈ２：残
温度：８５０～９５０℃
圧力：５．０～１０．０ｋＰａ
次に、実施例について説明する。
ここでは、本発明の被覆工具の具体例として、基体としてＷＣ基超硬合金を用いたインサート切削工具に適用したものについて述べるが、基体は前述のとおりＷＣ基超硬合金に限定されることはなく、また、被覆工具としてドリル、エンドミル等に適用した場合も同様である。
ここでは、本発明の被覆工具の具体例として、基体としてＷＣ基超硬合金を用いたインサート切削工具に適用したものについて述べるが、基体は前述のとおりＷＣ基超硬合金に限定されることはなく、また、被覆工具としてドリル、エンドミル等に適用した場合も同様である。
まず、原料粉末として、Ｃｏ粉末、ＴｉＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、Ｃｒ３Ｃ２粉末、および、ＷＣ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ボールミルで７２時間湿式混合し、減圧乾燥した後、１００ＭＰａの圧力でプレス成形し、これらの圧粉成形体を焼結し、所定寸法となるように加工して、ＩＳＯ規格ＣＮＭＡ１２０４１２のインサート形状をもったＷＣ基超硬合金製の基体Ａ～Ｃを作製した。なお、各粉末には不可避不純物が微量含まれていた。
次に、この基体Ａ～Ｃ上に、表２、表４に示す条件により、表５に示す実施例被覆工具１～８を得た。上部層の層種類の欄に２種の層記載されているものは、左側の層が積層体層側であり、また、それぞれに対応する平均厚さを記載している。
また、比較のために、これら基体Ａ～Ｃの表面に、表３、表４に示す成膜条件で被覆層を形成し、表５に示される比較例被覆工具１～８を得た。
表５において、「－」は存在しないことを示し、上部層の欄で右側にある層が被覆工具表面に存在し、その平均厚さは右側の値である。
続いて、実施例被覆工具１～８、比較例被覆工具１’～８’について、いずれも工具鋼製バイトの先端部に固定治具にてクランプした状態で、以下に示す、湿式切削試験１および２を実施し、切刃の逃げ面摩耗を測定した。それぞれの切削試験の結果を表６、表７に記載した。
切削試験１：湿式連続外径切削加工
被削材：ＦＣＤ７００ 外径φ３００ｍｍの丸棒
切削速度：３００ｍ／ｍｉｎ
切り込み：２．５ ｍｍ
送り量：０．２５ ｍｍ／ｒｅｖ
切削時間：５分
切削油材：水溶性切削油
被削材：ＦＣＤ７００ 外径φ３００ｍｍの丸棒
切削速度：３００ｍ／ｍｉｎ
切り込み：２．５ ｍｍ
送り量：０．２５ ｍｍ／ｒｅｖ
切削時間：５分
切削油材：水溶性切削油
切削試験２：湿式断続端面切削加工
被削材：ＦＣＤ７００ 外径φ３００ｍｍの４スリット入り丸棒
切削速度：２５０ｍ／ｍｉｎ
切り込み：２．０ ｍｍ
送り量：０．２ ｍｍ／ｒｅｖ
切削時間：５分
切削油材：水溶性切削油
被削材：ＦＣＤ７００ 外径φ３００ｍｍの４スリット入り丸棒
切削速度：２５０ｍ／ｍｉｎ
切り込み：２．０ ｍｍ
送り量：０．２ ｍｍ／ｒｅｖ
切削時間：５分
切削油材：水溶性切削油
表６、表７において、比較被覆工具の寿命に至る切削時間（分）とはチッピング発生が原因で寿命に至るまでの切削時間(分)を示している。
表６、表７に示される結果から、実施例被覆工具１～８は、いずれも被覆層の耐溶着性が確保された上で、優れた耐摩耗性、耐チッピング性を有しているため、鋳鉄の切削加工に用いた場合であってもチッピングの発生がなく、長期にわたって優れた耐摩耗性を発揮する。これに対して、本発明の被覆工具に規定される事項を一つでも満足していない比較例被覆工具１～８は、鋳鉄の切削加工に用いた場合にチッピングが発生し、短時間で使用寿命に至っている。
１ 基体
２ 下地層
３ 第１層
４ 第２層
５ 第３層
６ 積層体単位
７ 積層体層
８ 中間層
９ 上部層
１０ 被覆層
２ 下地層
３ 第１層
４ 第２層
５ 第３層
６ 積層体単位
７ 積層体層
８ 中間層
９ 上部層
１０ 被覆層
Claims (4)
- 基体と該基体の表面に設けられた被覆層を有する表面被覆切削工具であって、
前記被覆層は、積層単位を１以上含む積層体層を有し、
前記積層単位は、基体から工具表面に向かって、順に、第１層、第２層、第３層を含み、
前記第１層は、その平均厚さが０．３μｍ以上、３．０μｍ以下のＴｉＣｘＮ１－ｘ（ｘの平均値ｘａｖｇが、０．５０≦ｘａｖｇ≦０．６５）であり、
前記第２層は、その平均厚さが０．３μｍ以上、３．０μｍ以下のＴｉＣｙＮ１－ｙ（ｙの平均値ｙａｖｇが、０．６５＜ｙａｖｇ≦０．７５）であり、
前記第３層は、その平均厚さが０．３μｍ以上、３．０μｍ以下のＴｉＣｚＮ１－ｚ（ｚの平均値ｚａｖｇが、０．７５＜ｚａｖｇ≦１．００）である
ことを特徴とする表面被覆切削工具。 - 前記積層単位が、１以上３０以下であることを特徴とする請求項１に記載された表面被覆切削工具。
- 前記積層体層の平均厚さが３．０μｍ以上、１６．０μｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載された表面被覆切削工具。
- 前記積層体層の最も工具表面にある層の前記工具表面の側に、ＴｉＣＮ層を介してまたは介さないで、ＴｉＮ層、ＴｉＣＮＯ層、Ａｌ２Ｏ３層、ＡｌＴｉＮ層のいずれか１層以上を有することを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載された表面被覆切削工具。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2022032338A JP2023128173A (ja) | 2022-03-03 | 2022-03-03 | 表面被覆切削工具 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2022032338A JP2023128173A (ja) | 2022-03-03 | 2022-03-03 | 表面被覆切削工具 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2023128173A true JP2023128173A (ja) | 2023-09-14 |
Family
ID=87972112
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2022032338A Pending JP2023128173A (ja) | 2022-03-03 | 2022-03-03 | 表面被覆切削工具 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2023128173A (ja) |
-
2022
- 2022-03-03 JP JP2022032338A patent/JP2023128173A/ja active Pending
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