JP2023163982A - Hard coating film and cutting tool using the film - Google Patents

Hard coating film and cutting tool using the film Download PDF

Info

Publication number
JP2023163982A
JP2023163982A JP2022075251A JP2022075251A JP2023163982A JP 2023163982 A JP2023163982 A JP 2023163982A JP 2022075251 A JP2022075251 A JP 2022075251A JP 2022075251 A JP2022075251 A JP 2022075251A JP 2023163982 A JP2023163982 A JP 2023163982A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
hard coating
less
thickness
cutting tool
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2022075251A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
誠 瀬戸山
Makoto Setoyama
高畑 敏彦
Toshihiko Takahata
秀樹 森口
Hideki Moriguchi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon ITF Inc
Original Assignee
Nippon ITF Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon ITF Inc filed Critical Nippon ITF Inc
Priority to JP2022075251A priority Critical patent/JP2023163982A/en
Priority to PCT/JP2023/016190 priority patent/WO2023210606A1/en
Publication of JP2023163982A publication Critical patent/JP2023163982A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23BTURNING; BORING
    • B23B27/00Tools for turning or boring machines; Tools of a similar kind in general; Accessories therefor
    • B23B27/14Cutting tools of which the bits or tips or cutting inserts are of special material
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23FMAKING GEARS OR TOOTHED RACKS
    • B23F1/00Making gear teeth by tools of which the profile matches the profile of the required surface
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/14Metallic material, boron or silicon
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/14Metallic material, boron or silicon
    • C23C14/16Metallic material, boron or silicon on metallic substrates or on substrates of boron or silicon
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/24Vacuum evaporation

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

To achieve a hard coating film or the like stably exerting high performance under broad processing conditions.SOLUTION: A hard coating film 12 has a structure in which A layer (A1-An) consisting of AlxCr1-xN and B layer (B1-Bn) consisting of Ti1-ySiyN are alternately laminated. The thickness of C layer is 7nm or more but 18nm or less when a set of A layer and B layer in which the A layer and the B layer are alternately laminated is defined as C layer (C1-Cn). The total thickness of C layers is 1 μm or more but 6 μm or less, and the thickness of A layer and that of B layer are less than 10nm, respectively (here, x is 0.6 or more but 0.7 or less, and y is more than 0.05 but less than 0.08).SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、硬質被膜およびこれを用いた切削工具に関する。 The present invention relates to a hard coating and a cutting tool using the same.

鋼等の金属材料の加工を行うために用いられる切削工具は、切削対象が高硬度であるため、切削時には、切削工具に対し大きな衝撃が加わると共に、800℃以上もの高熱が加わる場合もある。そこで、通常、切削工具の耐摩耗性、耐熱性等を高めるために、切削工具の表面の被覆が行われる。 Cutting tools used to process metal materials such as steel have high hardness, so when cutting, a large impact is applied to the cutting tool and high heat of 800 ° C. or more may be applied. Therefore, in order to improve the wear resistance, heat resistance, etc. of the cutting tool, the surface of the cutting tool is usually coated.

前記被覆は、例えば、ハイス鋼、超硬合金等の基材に対し、チタン、クロムなどの窒化物を蒸着し、薄膜を生成することによって行われる。前記耐摩耗性等を高めるため、これまでに種々の方法が提案されている。 The coating is performed by, for example, depositing a nitride such as titanium or chromium on a base material such as high-speed steel or cemented carbide to form a thin film. Various methods have been proposed so far to improve the wear resistance and the like.

例えば、特許文献1には、少なくとも一つの(AlCr1-y)X層(0.2≦y≦0.7)、および/または一つの(TiSi1-z)X層(0.01≦z≦0.3)を備えた硬物質層が、さらに一つの(AlCrTiSi)X混合層、次にさらに一つの(TiSi1-z)X層、次にさらに一つの(AlCrTiSi)X混合層、次にさらに一つの(AlCr1-y)X層という構成を備える、少なくとも一つの層パッケージを備えた硬物質層が提案されている。前記Xは例えばNである。 For example, Patent Document 1 describes at least one (Al y Cr 1-y )X layer (0.2≦y≦0.7) and/or one (Ti z Si 1-z )X layer (0 .01≦z≦0.3), then one further (AlCrTiSi)X mixed layer, then one further (Ti z Si 1-z )X layer, then one further (AlCrTiSi) A hard material layer is proposed with at least one layer package comprising a mixed layer )X and then a further (Al y Cr 1-y )X layer. The X is, for example, N.

特開2013-176837号公報Japanese Patent Application Publication No. 2013-176837

特許文献1には、前記硬物質層におけるAlCr1-yN層およびTiSi1-zN層の最適な層厚が、寿命改善のために必要である旨が記載されている(特許文献1の〔0016〕)。前記最適な層厚は、AlCr1-yN層では75~200nm、望ましくは120~170nmとされ、TiSi1-zN層では50~150nm、望ましくは70~120nmとされている。 Patent Document 1 describes that the optimal layer thicknesses of the Al y Cr 1-y N layer and the Ti z Si 1-z N layer in the hard material layer are necessary for improving the lifespan ( [0016] of Patent Document 1). The optimum layer thickness is 75 to 200 nm, preferably 120 to 170 nm for the Al y Cr 1-y N layer, and 50 to 150 nm, preferably 70 to 120 nm for the T z Si 1-z N layer. .

AlCrNおよびTiSiNは、切削工具の被覆に一般的に用いられる材料である。AlCrNは、低温での耐欠損性に優れるという長所を有するが、高温下では、Nが脱落することに起因して硬度および強度が低下するという欠点を有する。また、TiSiNは、耐摩耗性に優れ、高速での切削作業に適しているという長所を有するが、硬くて脆い性質を持つという欠点を有する。そのため、AlCrNおよびTiSiNを含有する硬質被膜には、前記長所を併せ持ち、かつ、前記欠点を表出させないことが求められる。 AlCrN and TiSiN are materials commonly used for coating cutting tools. AlCrN has the advantage of being excellent in fracture resistance at low temperatures, but has the disadvantage of reduced hardness and strength at high temperatures due to the loss of N. Furthermore, TiSiN has the advantage of being excellent in wear resistance and suitable for high-speed cutting operations, but has the disadvantage of being hard and brittle. Therefore, a hard coating containing AlCrN and TiSiN is required to have both the above-mentioned advantages and not exhibit the above-mentioned disadvantages.

特許文献1に記載の硬物質層は、前記混合層を含み、かつ、AlCr1-yN層およびTiSi1-zN層の層厚が厚いため、AlCrNおよびTiSiNの平均的な特性を示すか、前記欠点のいずれかが表出する蓋然性が高い。それゆえ、前記硬物質層は、広汎な加工条件下で安定して高い性能を発揮するという観点からは、改善の余地があるものであった。 The hard material layer described in Patent Document 1 includes the mixed layer, and since the Al y Cr 1-y N layer and the Ti z Si 1-z N layer are thick, the average thickness of AlCrN and TiSiN is There is a high probability that one of the above-mentioned defects will be exhibited. Therefore, there is room for improvement in the hard material layer from the viewpoint of stably exhibiting high performance under a wide range of processing conditions.

また、その他の従来の硬質被膜についても、AlCrNおよびTiSiNのいずれかの欠点の表出という問題を回避することはできていない。そのため、当該硬質被膜で被覆した切削工具は、被膜の硬度、耐熱性、耐摩耗性、耐欠損性等の特性が不十分であり、特に過酷な切削条件下では短寿命であるという問題があった。 Furthermore, other conventional hard coatings have not been able to avoid the problem of exposing the defects of either AlCrN or TiSiN. Therefore, cutting tools coated with the hard coating have insufficient properties such as hardness, heat resistance, wear resistance, and chipping resistance, and have a short lifespan, especially under harsh cutting conditions. Ta.

そこで、本発明の一態様は、AlCrNおよびTiSiNの長所を併せ持ち、広汎な加工条件下で安定して高い性能を発揮する硬質被膜およびこれを用いた切削工具を実現することを目的とする。 Therefore, one aspect of the present invention aims to realize a hard coating that has both the advantages of AlCrN and TiSiN and stably exhibits high performance under a wide range of processing conditions, and a cutting tool using the same.

本発明者は、AlCrNおよびTiSiNの長所を併せ持つ硬質被膜の組成および構造について検討した。その結果、AlCrNおよびTiSiNを特定の組成とし、かつ、AlCrNの層とTiSiNの層とを特定の積層構造とすることにより、広汎な加工条件下で安定して高い性能を発揮する硬質被膜を実現可能であることを見出し、本発明に想到した。 The present inventor studied the composition and structure of a hard coating that has both the advantages of AlCrN and TiSiN. As a result, by using a specific composition of AlCrN and TiSiN and a specific laminated structure of the AlCrN layer and TiSiN layer, we have realized a hard coating that stably exhibits high performance under a wide range of processing conditions. They found that it is possible and came up with the present invention.

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る硬質被膜は、AlCr1-xNからなるA層と、Ti1-ySiNからなるB層とが交互に積層されてなる構造を備え、交互に積層されてなる前記A層と前記B層との一組の組み合わせをC層としたとき、前記C層の厚さが7nm以上18nm以下であり、前記C層の厚さの合計が1μm以上6μm以下であり、前記A層および前記B層の厚さは、それぞれ10nm未満である。(ここで、前記xは0.6以上0.7以下であり、前記yは0.05超0.08未満である。) In order to solve the above problems, a hard coating according to one embodiment of the present invention has layers A made of Al x Cr 1-x N and layers B made of Ti 1-y Si y N stacked alternately. When the C layer is a combination of the A layer and the B layer which are alternately laminated, the C layer has a thickness of 7 nm or more and 18 nm or less; The total thickness is 1 μm or more and 6 μm or less, and the thicknesses of the A layer and the B layer are each less than 10 nm. (Here, the x is 0.6 or more and 0.7 or less, and the y is more than 0.05 and less than 0.08.)

本発明の一態様によれば、AlCrNおよびTiSiNの長所を併せ持ち、広汎な加工条件下で安定して高い性能を発揮する硬質被膜およびこれを用いた切削工具を実現することができる。すなわち、優れた耐摩耗性、耐熱性、耐欠損性を備え、かつ、優れた膜強度を有する硬質被膜を提供することができる。 According to one aspect of the present invention, it is possible to realize a hard coating that has both the advantages of AlCrN and TiSiN and stably exhibits high performance under a wide range of processing conditions, and a cutting tool using the same. That is, it is possible to provide a hard coating having excellent abrasion resistance, heat resistance, chipping resistance, and excellent film strength.

本発明の一実施形態に係る硬質被膜を備えた切削工具の表面の構造を模式的に示す縦断面図である。FIG. 1 is a vertical cross-sectional view schematically showing the surface structure of a cutting tool provided with a hard coating according to an embodiment of the present invention. アーク蒸発装置の構造の一例を模式的に示す縦断面図である。FIG. 1 is a vertical cross-sectional view schematically showing an example of the structure of an arc evaporator. 図2に示すアーク蒸発装置を鉛直上方から観察したときの上面図である。FIG. 3 is a top view of the arc evaporator shown in FIG. 2 when observed from vertically above. AlCrNとTiSiNとを積層させた硬質被膜を備える二種類の切削工具(試料1および試料2)をX線回折に供し、得られたX線回折パターンである。This is an X-ray diffraction pattern obtained by subjecting two types of cutting tools (Sample 1 and Sample 2) each having a hard film made of a laminated layer of AlCrN and TiSiN to X-ray diffraction. 図4の2θ=34~40°付近の拡大図である。5 is an enlarged view of the vicinity of 2θ=34° to 40° in FIG. 4. FIG. AlCrNとTiSiNとを積層させた硬質被膜を備える三種類の切削工具(試料3~5)をX線回折に供し、得られたX線回折パターンである。These are the X-ray diffraction patterns obtained by subjecting three types of cutting tools (samples 3 to 5) having hard coatings made of laminated AlCrN and TiSiN to X-ray diffraction. 図6の2θ=34~40°付近の拡大図である。7 is an enlarged view of the vicinity of 2θ=34° to 40° in FIG. 6. FIG. 実施例で得られた切削工具の一つについて、硬質被膜を走査型透過電子顕微鏡(STEM)によって観察した結果を示す。The results of observing the hard coating of one of the cutting tools obtained in Examples using a scanning transmission electron microscope (STEM) are shown. 図8の左図に示す硬質被膜を倍率100万倍で観察した結果である。This is the result of observing the hard coating shown in the left diagram of FIG. 8 at a magnification of 1,000,000 times.

本発明の一実施形態に関して以下に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明は、以下に説明する各構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態に関しても本発明の技術的範囲に含まれる。なお、本明細書において特記しない限り、数値範囲を表す「A~B」は、「A以上、B以下」を意味する。 An embodiment of the present invention will be described below, but the present invention is not limited thereto. The present invention is not limited to each configuration described below, and various changes can be made within the scope of the claims, and technical means disclosed in different embodiments may be combined as appropriate. The obtained embodiments also fall within the technical scope of the present invention. In this specification, unless otherwise specified, the numerical range "A to B" means "A or more and B or less".

〔実施形態1:硬質被膜〕
本発明の一実施形態に係る硬質被膜は、AlCr1-xNからなるA層と、Ti1-ySiNからなるB層とが交互に積層されてなる構造を備え、交互に積層されてなる前記A層と前記B層との一組の組み合わせをC層としたとき、前記C層の厚さが7nm以上18nm以下であり、前記C層の厚さの合計が1μm以上6μm以下であり、前記A層および前記B層の厚さは、それぞれ10nm未満である。(ここで、前記xは0.6以上0.7以下であり、前記yは0.05超0.08未満である。)
図1は、本発明の一実施形態に係る硬質被膜を備えた切削工具の表面の構造を模式的に示す縦断面図である。図中、11は基材、12は硬質被膜、10は切削工具である。図1は、A層をn層、B層をn層積層する場合を示しており、A層をA~Aとして表し、B層をB~Bとして表している。図中、「・・・」はAからBn-1までの記載を省略していることを意味する。なお、図1には基材1の表面をA層で被覆し、当該A層上にB層を積層する態様が示されているが、これに限定されるものではなく、基材1の表面をB層で被覆し、当該B層上にA層を積層してもよい。
[Embodiment 1: Hard coating]
A hard coating according to an embodiment of the present invention has a structure in which layers A made of Al x Cr 1-x N and layers B made of Ti 1-y Si y N are alternately laminated. When a combination of the A layer and the B layer stacked together is a C layer, the thickness of the C layer is 7 nm or more and 18 nm or less, and the total thickness of the C layer is 1 μm or more and 6 μm. The thickness of the A layer and the B layer are each less than 10 nm. (Here, the x is 0.6 or more and 0.7 or less, and the y is more than 0.05 and less than 0.08.)
FIG. 1 is a vertical cross-sectional view schematically showing the surface structure of a cutting tool provided with a hard coating according to an embodiment of the present invention. In the figure, 11 is a base material, 12 is a hard coating, and 10 is a cutting tool. FIG. 1 shows a case where n layers of A layers and n layers of B layers are laminated, and the A layers are represented as A 1 to A n , and the B layers are represented as B 1 to B n . In the figure, "..." means that the descriptions from A 3 to B n-1 are omitted. Although FIG. 1 shows a mode in which the surface of the base material 1 is coated with layer A and layer B is laminated on the layer A, the present invention is not limited to this. may be covered with a B layer, and the A layer may be laminated on the B layer.

図1では、A層とB層とが交互に積層されている。交互に積層されてなる前記A層と前記B層との一組の組み合わせであるC層(例えば、図中のC、CおよびC)は厚さが7nm以上18nm以下である。 In FIG. 1, layers A and B are alternately stacked. The C layer (for example, C 1 , C 2 , and C n in the figure), which is a combination of the A layer and the B layer stacked alternately, has a thickness of 7 nm or more and 18 nm or less.

前記「A層とB層とが交互に積層されてなる構造」とは、例えば、A層の表面とB層の表面とが接しており、前記B層の表面のうち、前記A層と接している表面に対向する面が、別のA層の表面と接する、という構造が繰り返されていることを言う。つまり、A層とB層との一組の組み合わせを繰り返し単位とする積層構造を言う。例えば図中のA層の表面と図中のB層の表面とが接しており、A層と接していないB層の表面がA層と接するという構造の繰り返しである。 The above-mentioned "structure in which layers A and B layers are alternately laminated" means, for example, that the surface of layer A is in contact with the surface of layer B, and the surface of layer B is in contact with layer A. This means that the structure in which the surface opposite to the surface of the A layer is in contact with the surface of another A layer is repeated. In other words, it refers to a laminated structure in which a set of A layer and B layer is a repeating unit. For example, the structure is repeated in which the surface of the A1 layer in the figure is in contact with the surface of the B1 layer in the figure, and the surface of the B1 layer, which is not in contact with the A1 layer, is in contact with the A2 layer.

前記A層を構成するAlCr1-xNは、前述したように、低温での耐欠損性に優れるという長所を有するが、高温下では、Nが脱落することに起因して硬度および強度が低下するという欠点を有する。また、前記B層を構成するTi1-ySiNは、耐摩耗性に優れ、高速での切削作業に適しているという長所を有するが、硬くて脆い性質を持つという欠点を有する。 As mentioned above, Al x Cr 1-x N constituting the A layer has the advantage of being excellent in fracture resistance at low temperatures, but at high temperatures, the hardness and strength decrease due to the loss of N. It has the disadvantage of decreasing. Further, Ti 1-y Si y N constituting the B layer has the advantage of being excellent in wear resistance and being suitable for high-speed cutting work, but has the disadvantage of being hard and brittle.

C層を、厚さ7nm以上18nm以下という薄層にすることにより、前記長所のみを表出させ、前記欠点を表出させない硬質被膜を実現することができる。以下、この点について説明する。 By making the C layer a thin layer with a thickness of 7 nm or more and 18 nm or less, it is possible to realize a hard coating that exhibits only the above-mentioned advantages and does not exhibit the above-mentioned defects. This point will be explained below.

C層の厚さを7nm以上18nm以下とすることにより、硬質被膜では、層厚が薄いC層が積層された状態で、一つのA層が二つのB層によって挟持される。一つのA層が二つのB層によって挟持されるため、A層の露出面は側面のみとなる。前記C層が薄層であるため、前記側面の層厚はごく薄い。よって、A層のAlCr1-xNが有するNは、高温下においても、Ti1-ySiNによって脱落がブロックされる。 By setting the thickness of the C layer to 7 nm or more and 18 nm or less, in the hard coating, one A layer is sandwiched between two B layers in a state in which thin C layers are laminated. Since one A layer is sandwiched between two B layers, only the side surfaces of the A layer are exposed. Since the C layer is a thin layer, the layer thickness on the side surface is extremely thin. Therefore, the N contained in the Al x Cr 1-x N of the A layer is blocked from falling off by the Ti 1-y Si y N even at high temperatures.

また、C層の厚さを7nm以上18nm以下とすることにより、硬質被膜では、層厚が薄いC層が積層された状態で、一つのB層が二つのA層によって挟持される。前記C層が薄層であり、かつ、一つのB層が二つのA層によって挟持されるため、Ti1-ySiNが有する前記欠点に起因する欠陥またはクラック等の進展は、AlCr1-xNによって阻止される。 Further, by setting the thickness of the C layer to 7 nm or more and 18 nm or less, in the hard coating, one B layer is sandwiched between two A layers with thin C layers stacked. Since the C layer is a thin layer and one B layer is sandwiched between two A layers, the development of defects or cracks caused by the defects of Ti 1-y Si y N is less likely to occur than Al x Blocked by Cr 1-x N.

このように、各C層においてAlCr1-xNおよびTi1-ySiNが有する欠点の表出が阻まれる。本発明の一実施形態に係る硬質被膜は、前記欠点の表出が阻止された各C層が積層された構成を有するため、硬質被膜全体としても、前記欠点が表出されず、前記長所のみを表出させることができる。 In this way, the defects of Al x Cr 1-x N and Ti 1-y Si y N are prevented from appearing in each C layer. Since the hard coating according to an embodiment of the present invention has a structure in which each C layer is laminated so that the above-mentioned defects are prevented from being exposed, the above-mentioned defects are not exposed in the hard coating as a whole, and only the above-mentioned advantages are maintained. can be expressed.

一方、例えば特許文献1に記載のパッケージ構造では、前述したように、最適な層厚は、AlCr1-yN層では75~200nm、望ましくは120~170nmとされ、TiSi1-zN層では50~150nm、望ましくは70~120nmとされている。 On the other hand, in the package structure described in Patent Document 1, for example, as mentioned above, the optimal layer thickness is 75 to 200 nm for the Al y Cr 1-y N layer, preferably 120 to 170 nm, and the Ti z Si 1- The thickness of the zN layer is 50 to 150 nm, preferably 70 to 120 nm.

このような構成では、層厚が厚いため、AlCr1-yN層のNの脱落を十分に防ぐことができないか、TiSi1-zN層の欠点に起因する欠陥またはクラックの進展を十分に防ぐことができない。また、特許文献1に記載の硬物質層は、複数の混合層を有するが、混合層は、AlCrNおよびTiSiNの平均的な特性を示す層となるか、またはAlCrNおよびTiSiNのいずれかが有する欠点が表出する層となる。 In such a configuration, due to the thick layer thickness, it may not be possible to sufficiently prevent N from falling off from the Al y Cr 1-y N layer, or defects or cracks due to defects in the Ti z Si 1-z N layer may occur. Progress cannot be adequately prevented. Further, the hard material layer described in Patent Document 1 has a plurality of mixed layers, but the mixed layer is a layer exhibiting average characteristics of AlCrN and TiSiN, or a drawback that either AlCrN or TiSiN has. This is the layer that is exposed.

本発明の一実施形態における前記C層の厚さは、9nm以上17nm以下であることがより好ましく、11nm以上15nm以下であることがさらに好ましい。これにより、AlCr1-xNが有するNの脱落およびTi1-ySiNの前記欠点に起因する欠陥もしくはクラック等の進展を、より効率的に阻止することができる。 The thickness of the C layer in one embodiment of the present invention is more preferably 9 nm or more and 17 nm or less, and even more preferably 11 nm or more and 15 nm or less. This makes it possible to more efficiently prevent the development of defects, cracks, etc. caused by the drop-off of N in Al x Cr 1-x N and the aforementioned defects in Ti 1-y Si y N.

本発明の一実施形態に係る硬質被膜において、前記A層および前記B層の厚さは、それぞれ10nm未満である。 In the hard coating according to one embodiment of the present invention, the thicknesses of the A layer and the B layer are each less than 10 nm.

前記硬質被膜が優れた耐摩耗性、耐熱性、耐欠損性、および高い膜強度を示すためには、前記A層と前記B層とが、前記C層中にバランスよく含まれていることが好ましい。よって、前記C層の厚さにおける前記A層の厚さと前記B層の厚さとの比は、2:3~3:2であることが好ましく、4:5~5:4であることがより好ましく、6:7であることが最も好ましい。 In order for the hard coating to exhibit excellent wear resistance, heat resistance, chipping resistance, and high film strength, the A layer and the B layer must be contained in the C layer in a well-balanced manner. preferable. Therefore, the ratio of the thickness of the A layer to the thickness of the B layer in the thickness of the C layer is preferably 2:3 to 3:2, more preferably 4:5 to 5:4. Preferably, the ratio is 6:7, most preferably.

前記C層の厚さの合計は、1μm以上6μm以下である。つまり、前記硬質被膜は、前記C層が非常に多く積層された構造、すなわち超多層構造を有する。 The total thickness of the C layer is 1 μm or more and 6 μm or less. That is, the hard coating has a structure in which a very large number of the C layers are laminated, that is, a super multilayer structure.

前記硬質被膜は、AlCr1-xNおよびTi1-ySiNの長所のみを表出させ得る構造が繰り返し、超多層に渡って積層された構造である。それゆえ、前記硬質被膜は、優れた耐摩耗性、耐熱性、耐欠損性を備え、かつ、優れた膜強度を有する。前記硬質被膜は、これらの優れた性質を有するため、柔らかな材料から硬い材料まで(例えば硬度が20~60HRC)種々の材料を加工対象とし、かつ、種々の加工条件に対応することができる。 The hard coating has a structure in which a structure that can bring out only the advantages of Al x Cr 1-x N and Ti 1-y Si y N is repeated and laminated over a large number of layers. Therefore, the hard coating has excellent abrasion resistance, heat resistance, chipping resistance, and excellent film strength. Since the hard coating has these excellent properties, it can be processed on various materials from soft materials to hard materials (for example, hardness of 20 to 60 HRC), and can correspond to various processing conditions.

したがって、広汎な加工条件下で、安定して高い性能を発揮することができる。なお、前記種々の加工条件としては、低温から高温までの加工温度に対応する条件、ウェット加工、ドライ加工、高速切削等の加工方法に対応する条件等を挙げることができる。 Therefore, it is possible to stably exhibit high performance under a wide range of processing conditions. The various processing conditions include conditions corresponding to processing temperatures ranging from low to high temperatures, conditions corresponding to processing methods such as wet processing, dry processing, and high-speed cutting.

前記硬質被膜は、中でも歯切加工に好ましく用いることができる。歯切加工は、鋼等を複雑な歯車形状とする加工であるが、歯車形状の切り込みが大きい部分の加工は、切削工具の刃に大きな負荷を与える。また、歯車形状の切り込みが小さい部分の加工は、切削工具の刃先にのみ負荷を与える。よって、歯切加工に用いられる硬質被膜には、耐摩耗性、耐熱性、耐欠損性、および高い強度を有することが特に求められる。 The hard coating can be particularly preferably used for gear cutting. Gear cutting is the process of cutting steel or the like into a complicated gear shape, and machining a part of the gear shape with a large cut places a large load on the cutting tool blade. Furthermore, machining a gear-shaped part with a small cut places a load only on the cutting edge of the cutting tool. Therefore, hard coatings used in gear cutting are particularly required to have wear resistance, heat resistance, chipping resistance, and high strength.

耐摩耗性、耐熱性、耐欠損性、および強度のいずれかが弱い硬質被膜では、弱い部分が切削条件の過酷さに耐えられないため、切削工具の短寿命化をもたらし、かつ、加工効率の低下をもたらす。本発明の一実施形態に係る硬質被膜は、前述したように優れた耐摩耗性、耐熱性、耐欠損性を備え、かつ、優れた膜強度を有する。そのため、歯切加工に好適に用いることができる。もちろんこれに限られるものではなく、前記硬質被膜は、他の加工用途にも好適に用い得る。例えば、後述する超硬合金製ブレード、ドリル、エンドミル等の硬質被膜としても、好適に用いることができる。 If a hard coating has weak wear resistance, heat resistance, chipping resistance, or strength, the weak parts will not be able to withstand the harsh cutting conditions, resulting in a shortened cutting tool life and a reduction in machining efficiency. bring about a decline. As described above, the hard coating according to one embodiment of the present invention has excellent wear resistance, heat resistance, chipping resistance, and excellent film strength. Therefore, it can be suitably used for gear cutting. Of course, the hard coating is not limited to this, and the hard coating can also be suitably used for other processing purposes. For example, it can be suitably used as a hard coating for cemented carbide blades, drills, end mills, etc., which will be described later.

前記C層の厚さの合計は、2μm以上4.5μm以下であることがより好ましい。 The total thickness of the C layer is more preferably 2 μm or more and 4.5 μm or less.

前記硬質被膜は、積層構造の端部において、前記C層を形成しないA層が、前記C層を形成しているB層に続いて積層された態様であってもよい。例えば図1に示すB層の次にさらにA層が一層積層された態様であってもよい。同様に、前記硬質被膜は、積層構造の端部において、前記C層を形成しないB層が、前記C層を形成しているA層に続いて積層された態様であってもよい。 The hard coating may have a configuration in which a layer A, which does not form the C layer, is laminated subsequent to a layer B, which forms the C layer, at an end of the laminated structure. For example, an embodiment may be adopted in which a layer A is further laminated next to the B n layer shown in FIG. Similarly, the hard coating may have a configuration in which a layer B, which does not form the layer C, is laminated subsequent to a layer A, which forms the layer C, at an end of the layered structure.

この場合は、A層を二つのB層間に挟持する構造、またはB層を二つのA層間に挟持する構造となるため、C層が整数個積層された場合と同様に、AlCr1-xNが有するNの脱落およびTi1-ySiNが有する長所のみを表出させることができる。 In this case, the structure is such that the A layer is sandwiched between two B layers, or the B layer is sandwiched between two A layers, so the Al x Cr 1- Only the omission of N that x N has and the advantage that Ti 1-y Si y N has can be brought out.

前記AlCr1-xNの前記xは0.6以上0.7以下であり、前記Ti1-ySiNの前記yは0.05超0.08未満である。本発明の一実施形態に係る硬質被膜は、係る組成のAlCr1-xNからなるA層と、Ti1-ySiNからなるB層とが、前記C層の厚さが7nm以上18nm以下であり、前記C層の厚さの合計が1μm以上6μm以下であるという要件を充足する。これにより、前記硬質被膜は、前述した優れた耐摩耗性等を発揮することができる。 The x of the Al x Cr 1-x N is 0.6 or more and 0.7 or less, and the y of the Ti 1-y Si y N is more than 0.05 and less than 0.08. In the hard coating according to an embodiment of the present invention, an A layer made of Al x Cr 1-x N having the above composition and a B layer made of Ti 1-y Si y N are formed such that the thickness of the C layer is 7 nm. The total thickness of the C layer is 1 μm or more and 6 μm or less. Thereby, the hard coating can exhibit the above-mentioned excellent wear resistance.

前記xが0.6以上0.7以下であるAlCr1-xNは、原料のAlCrターゲットの組成、C層形成時のNの圧力、バイアス電圧等の制御によって調製することができる。また、前記yが0.05超0.08未満であるTi1-ySiNは、同様に原料のTiSiターゲットの組成、C層形成時のNの圧力、バイアス電圧等の制御によって調製することができる。 Al x Cr 1-x N in which x is 0.6 or more and 0.7 or less can be prepared by controlling the composition of the raw material AlCr target, the pressure of N 2 when forming the C layer, the bias voltage, etc. . Furthermore, Ti 1-y Si y N in which y is more than 0.05 and less than 0.08 can be similarly prepared by controlling the composition of the raw material TiSi target, the pressure of N 2 during the formation of the C layer, the bias voltage, etc. can do.

また、調製したAlCr1-xNのxが0.6以上0.7以下であること、および、Ti1-ySiNのyが0.05超0.08未満であることは、SEMおよび/またはTEMに付帯するEDX分析器によって確認することができる。 In addition, x of the prepared Al x Cr 1-x N is 0.6 or more and 0.7 or less, and y of Ti 1-y Si y N is more than 0.05 and less than 0.08. , can be confirmed by an EDX analyzer attached to SEM and/or TEM.

本発明の一実施形態に係る硬質被膜は、例えば、基材に対しアーク式イオンプレーティングを施す方法によって製造することができる。当該方法に用い得る装置としては、例えば、ステアワン蒸発源を備えたアーク蒸発装置(日本アイ・ティ・エフ株式会社製)のような真空成膜装置を挙げることができる。 The hard film according to one embodiment of the present invention can be manufactured, for example, by a method of applying arc ion plating to a base material. As an apparatus that can be used in this method, for example, a vacuum film forming apparatus such as an arc evaporator (manufactured by Nippon ITF Co., Ltd.) equipped with a Stair One evaporation source can be mentioned.

図2は、前記アーク蒸発装置の構造の一例を模式的に示す縦断面図である。図3は、図2に示すアーク蒸発装置を鉛直上方から観察したときの上面図である。図中、20はアーク蒸発装置、21はCr蒸発源、22はAlCr1-xのアーク蒸発源、23はTi1-ySiのアーク蒸発源、24は回転テーブル、25は小テーブル、26はアーク電源、27はバイアス電源である。小テーブル25は、回転テーブル24とギアによって接続されているため、回転テーブル24が回転することによって自転する。回転テーブル24と小テーブル25とのギア比は、小テーブル25のギア数を1としたとき、6を超える数値であって、かつ整数ではない数値であることが好ましい。 FIG. 2 is a longitudinal sectional view schematically showing an example of the structure of the arc evaporator. FIG. 3 is a top view of the arc evaporator shown in FIG. 2, viewed from vertically above. In the figure, 20 is an arc evaporation device, 21 is a Cr evaporation source, 22 is an Al x Cr 1-x arc evaporation source, 23 is a Ti 1-y Si y arc evaporation source, 24 is a rotary table, and 25 is a small table. , 26 is an arc power supply, and 27 is a bias power supply. Since the small table 25 is connected to the rotary table 24 by a gear, it rotates when the rotary table 24 rotates. The gear ratio between the rotary table 24 and the small table 25 is preferably a value greater than 6 and not an integer when the number of gears of the small table 25 is 1.

アーク蒸発装置20の内部は真空チャンバーになっている。以下、アーク蒸発装置20を用い、本発明の一実施形態に係る硬質被膜によって基材を被覆し、切削工具を製造する方法の一例を説明する。なお、後述する実施例でも当該方法を用いている。 The interior of the arc evaporator 20 is a vacuum chamber. An example of a method for manufacturing a cutting tool by coating a base material with a hard coating according to an embodiment of the present invention using the arc evaporator 20 will be described below. Note that this method is also used in Examples described later.

まず、小テーブル25に基材11を設置した回転テーブル24を、アーク蒸発装置20の内部(炉内)に設置する。 First, the rotary table 24 on which the base material 11 is placed on the small table 25 is installed inside the arc evaporator 20 (inside the furnace).

次に、アーク蒸発装置20の内部を規定の真空度とし、基材11が400℃になるまで、ヒーター(図示せず)によって加熱する。続いて、図3に示すように、アルゴンガスを前記炉内に導入し、炉内の圧力を1Paとする。その後、バイアス電源27によって基材11に-900Vのバイアス電圧を付与し、アルゴンイオンによって基材11のエッチングを行う。アルゴンガスを排気した後、図3に示すように前記炉内に窒素ガスを導入し、当該内部の圧力を4Paとする。 Next, the inside of the arc evaporator 20 is brought to a specified degree of vacuum, and the base material 11 is heated by a heater (not shown) until the temperature reaches 400°C. Subsequently, as shown in FIG. 3, argon gas is introduced into the furnace, and the pressure inside the furnace is set to 1 Pa. Thereafter, a bias voltage of -900V is applied to the base material 11 by the bias power supply 27, and the base material 11 is etched with argon ions. After exhausting the argon gas, nitrogen gas is introduced into the furnace as shown in FIG. 3, and the pressure inside the furnace is set to 4 Pa.

次に、アーク電源26を動作させることにより、アーク蒸発源22からAlCr1-xを150Aでアーク放電させ、アーク蒸発源23からTi1-ySiを140Aでアーク放電させる。これにより、AlCr1-xおよびTi1-ySiを窒素ガス雰囲気中に蒸発させる。 Next, by operating the arc power supply 26, Al x Cr 1-x is arc-discharged from the arc evaporation source 22 at 150A, and Ti 1-y Si y is arc-discharged from the arc evaporation source 23 at 140A. As a result, Al x Cr 1-x and Ti 1-y Si y are evaporated in the nitrogen gas atmosphere.

回転テーブル24は回転しており、基材11は自転しているため、基材11がアーク蒸発源22に正対したときに、AlCr1-xが基材11に蒸着すると同時に、前記窒素ガスと結合し、AlCr1-xNの膜が基材11の表面に成膜される。 Since the rotary table 24 is rotating and the base material 11 is rotating, when the base material 11 directly faces the arc evaporation source 22, Al x Cr 1-x is deposited on the base material 11 and at the same time the Combined with nitrogen gas, a film of Al x Cr 1-x N is formed on the surface of the base material 11 .

一方、基材11がアーク蒸発源23に正対したときに、Ti1-ySiが基材11に蒸着すると同時に、前記窒素ガスと結合し、Ti1-ySiNの膜が基材11の表面に成膜される。 On the other hand, when the base material 11 directly faces the arc evaporation source 23, Ti 1-y Si y is evaporated onto the base material 11 and simultaneously combines with the nitrogen gas, and the Ti 1-y Si y N film forms a base material. A film is formed on the surface of the material 11.

以上の動作を繰り返すことにより、基材11の表面に、本発明の一実施形態に係る硬質被膜を成膜することができる。このとき、基材11にバイアス電圧をかけることにより、蒸発した金属元素(Ti,Si,Al,Cr)のイオンを基材11に強く引き込み、膜を緻密化すると共に、硬質被膜の強度および残留応力の調整を行う。 By repeating the above operations, a hard coating according to an embodiment of the present invention can be formed on the surface of the base material 11. At this time, by applying a bias voltage to the base material 11, ions of the evaporated metal elements (Ti, Si, Al, Cr) are strongly drawn into the base material 11, making the film denser, and increasing the strength of the hard film and reducing the residual Adjust stress.

前記C層の厚さ、および前記C層の厚さの合計は、アーク電流および回転テーブル24の回転数を調整することによって、それぞれ7nm以上18nm以下、1μm以上6μm以下に制御することができる。 The thickness of the C layer and the total thickness of the C layer can be controlled to be 7 nm or more and 18 nm or less and 1 μm or more and 6 μm or less, respectively, by adjusting the arc current and the rotation speed of the rotary table 24.

所定のC層の厚さおよびC層の厚さの合計を有する硬質被膜を成膜した後、炉内の温度が200℃以下になるまで冷却し、炉内を大気解放し、製造された切削工具を取り出す。 After forming a hard coating having a predetermined C layer thickness and a total C layer thickness, the furnace is cooled until the temperature inside the furnace is 200°C or less, and the inside of the furnace is opened to the atmosphere, and the manufactured cutting Take out the tools.

製造した硬質被膜が所定の構造を有することは、例えば走査型透過電子顕微鏡によって前記硬質被膜の縦断面を観察することによって確認することができる。前記所定の構造とは、A層とB層とが交互に積層されてなる構造を備え、前記C層の厚さが7nm以上18nm以下であり、前記C層の厚さの合計が1μm以上6μm以下、という構造である。例えば、後述する図9に示すような観察結果に基づいて、連続した10~20層の厚さの合計を測定し、A層とB層との組み合わせの数で除することにより、C層の厚さを算出することができる。A層の厚さおよびB層の厚さは、5~10層程度の各層の厚さを測定し、平均値を算出することにより、求めることができる。 That the manufactured hard coating has a predetermined structure can be confirmed by observing a longitudinal section of the hard coating using, for example, a scanning transmission electron microscope. The predetermined structure has a structure in which layers A and B are alternately stacked, the thickness of the C layer is 7 nm or more and 18 nm or less, and the total thickness of the C layers is 1 μm or more and 6 μm. The structure is as follows. For example, based on the observation results shown in FIG. 9, which will be described later, the total thickness of 10 to 20 consecutive layers is measured and divided by the number of combinations of layer A and layer B. Thickness can be calculated. The thickness of layer A and the thickness of layer B can be determined by measuring the thickness of about 5 to 10 layers and calculating the average value.

本発明の一実施形態に係る硬質被膜は、前記硬質被膜のX線回折パターンにおいて、サブピークの強度(A)と、メインピークの強度(B)との比率(A/B)が0.4以上0.75以下であることが好ましい。 In the hard coating according to an embodiment of the present invention, in the X-ray diffraction pattern of the hard coating, the ratio (A/B) of the sub-peak intensity (A) to the main peak intensity (B) is 0.4 or more. It is preferably 0.75 or less.

前記メインピークは、前記A層および前記B層の結晶のピークである。サブピークとは、メインピークの近傍(X線回折パターンにおいて、メインピークの低角側および高角側の近傍)に現れるピークであり、前記超多層構造に起因するピークである。前記比率は、前記硬質被膜が、前記超多層構造を備えていることの指標となる。 The main peak is a crystal peak of the A layer and the B layer. The sub-peak is a peak that appears near the main peak (near the low-angle side and high-angle side of the main peak in the X-ray diffraction pattern), and is a peak resulting from the super multilayer structure. The ratio is an indicator that the hard coating has the super multilayer structure.

前記X線回折パターンは、例えば以下の条件で、θ‐2θ法によって前記硬質被膜のX線回折測定を行うことにより、得ることができる。前記条件は、測定装置:Bruker AXS 製 X線回折装置D8 DISCOVER、X線源:Cu-Kα、管電圧:40kV、管電流:40mA、スリット幅:0.5°、1次元検出器、ステップ:0.02°、積算時間:0.6秒、スキャン範囲2θ=30~50°である。以下、前記比率(A/B)を決定する方法について説明する。 The X-ray diffraction pattern can be obtained, for example, by performing X-ray diffraction measurement of the hard coating using the θ-2θ method under the following conditions. The conditions are as follows: Measuring device: Bruker AXS X-ray diffractometer D8 DISCOVER, X-ray source: Cu-Kα, tube voltage: 40 kV, tube current: 40 mA, slit width: 0.5°, one-dimensional detector, step: 0.02°, integration time: 0.6 seconds, scan range 2θ=30 to 50°. Hereinafter, a method for determining the ratio (A/B) will be explained.

図4は、AlCrNとTiSiNとを積層させた硬質被膜を備える二種類の切削工具(試料1および試料2)をX線回折に供し、得られたX線回折パターンである。図5は、図4の2θ=34~40°付近の拡大図である。 FIG. 4 shows the X-ray diffraction patterns obtained by subjecting two types of cutting tools (Sample 1 and Sample 2) each having a hard film made of a laminated layer of AlCrN and TiSiN to X-ray diffraction. FIG. 5 is an enlarged view of the vicinity of 2θ=34° to 40° in FIG. 4.

まず、図5に示すように、試料1および試料2のそれぞれにつき、2θ=34°の強度と2θ=39°の強度とを結ぶように直線を引く。次に、36°付近のサブピーク1、36.5°付近のTiSIN(111)面のピーク、37.3°付近のAlCrN(111)面のピーク、37.8°付近のサブピーク2の各ピークと、前記直線との差(図中に示す縦の直線の長さ)を、各ピークの強度I1、I2、I3、I4とする。そして、(I1+I4)/(I2+I3)を、前記比率(A/B)とする。図4に示す試料1および試料2について、前記比率を求めた結果を表1に示す。 First, as shown in FIG. 5, a straight line is drawn for each of Sample 1 and Sample 2 to connect the intensity at 2θ=34° and the intensity at 2θ=39°. Next, subpeak 1 near 36°, peak of TiSIN (111) plane near 36.5°, peak of AlCrN (111) plane near 37.3°, and subpeak 2 near 37.8°, , the difference from the straight line (the length of the vertical straight line shown in the figure) is defined as the intensity I1, I2, I3, and I4 of each peak. Then, let (I1+I4)/(I2+I3) be the ratio (A/B). Table 1 shows the results of determining the ratios for Sample 1 and Sample 2 shown in FIG.

図6は、AlCrNとTiSiNとを積層させた硬質被膜を備える三種類の切削工具(試料3~5)をX線回折に供し、得られたX線回折パターンである。図7は、図6の2θ=34~40°付近の拡大図である。図7に示す直線を引き、試料1および2について説明したのと同様の方法によって、前記比率(A/B)を求めた。結果を表2に示す。 FIG. 6 shows the X-ray diffraction patterns obtained by subjecting three types of cutting tools (Samples 3 to 5) each having a hard coating made of a laminated layer of AlCrN and TiSiN to X-ray diffraction. FIG. 7 is an enlarged view around 2θ=34° to 40° in FIG. 6. The straight line shown in FIG. 7 was drawn, and the ratio (A/B) was determined in the same manner as described for Samples 1 and 2. The results are shown in Table 2.

前記比率は、0.45以上0.72以下であることがより好ましく、0.5以上0.55以下であることがさらに好ましい。これにより、前記硬質被膜が前記超多層構造を備えていることのより有用な指標とすることができる。 The ratio is more preferably 0.45 or more and 0.72 or less, and even more preferably 0.5 or more and 0.55 or less. This can serve as a more useful indicator that the hard coating has the super multilayer structure.

本発明の一実施形態に係る硬質被膜は、圧縮応力が-0.5GPa以上-4.0GPa以下であることが好ましい。当該構成によれば、前記硬質被膜が衝撃に対し強い耐性を有し、破壊されにくい。当該観点より、前記圧縮応力は、-1GPa以上-3GPa以下であることがより好ましく、-1.5GPa以上-2.5GPa以下であることがさらに好ましい。前記圧縮応力は、例えば、X線回折を用いたsinφ法、または試験片を使ったストーニーの式に基づく測定法によって測定することができる。 The hard coating according to an embodiment of the present invention preferably has a compressive stress of −0.5 GPa or more and −4.0 GPa or less. According to this configuration, the hard coating has strong resistance to impact and is not easily destroyed. From this point of view, the compressive stress is more preferably -1 GPa or more and -3 GPa or less, and even more preferably -1.5 GPa or more and -2.5 GPa or less. The compressive stress can be measured, for example, by a sin 2 φ method using X-ray diffraction, or a measurement method based on Stoney's equation using a test piece.

本発明の一実施形態に係る硬質被膜は、表面粗さRaが0.03μm以上0.18μm以下であることが好ましい。表面粗さRaが0.18μmを超えると、前記硬質被膜の表面だけでなく、内部にも凹凸が生じ、前記超多層構造を構成しにくくなる。また、X線回折パターンにおいて、前記サブピークが見出されにくくなる。表面粗さRaの下限値は低いほど良いが、実質上の下限値は0.03μmである。 The hard coating according to one embodiment of the present invention preferably has a surface roughness Ra of 0.03 μm or more and 0.18 μm or less. If the surface roughness Ra exceeds 0.18 μm, unevenness will occur not only on the surface of the hard coating but also inside, making it difficult to form the super multilayer structure. Furthermore, the sub-peaks are less likely to be found in the X-ray diffraction pattern. The lower the lower limit value of the surface roughness Ra, the better, but the practical lower limit value is 0.03 μm.

それゆえ、前記硬質被膜の表面粗さRaが0.03μm以上0.18μm以下であることは、本発明の一実施形態に係る硬質被膜が前記超多層構造を有することの指標となる。また、前記構成によれば、硬質被膜の表面の平滑性が非常に高いと言える。 Therefore, the fact that the hard coating has a surface roughness Ra of 0.03 μm or more and 0.18 μm or less is an indicator that the hard coating according to an embodiment of the present invention has the super multilayer structure. Further, according to the above configuration, it can be said that the surface smoothness of the hard coating is extremely high.

よって、前記硬質被膜は、広汎な加工条件下で安定して高い性能を発揮し得ると共に、平滑性が高いため、加工対象の品質を向上させることができる。 Therefore, the hard coating can stably exhibit high performance under a wide range of processing conditions, and has high smoothness, so it can improve the quality of the workpiece.

当該観点から、前記硬質被膜の表面粗さRaは、0.06μm以上0.15μm以下であることがより好ましく、0.08μm以上0.14μm以下であることがさらに好ましい。 From this viewpoint, the surface roughness Ra of the hard coating is more preferably 0.06 μm or more and 0.15 μm or less, and even more preferably 0.08 μm or more and 0.14 μm or less.

前記表面粗さRaは、例えば以下の方法によって測定することができる。すなわち、表面粗さRaが十分に小さいテストピースの表面を、イオンプレーティング法などを用いて、前記硬質被膜によって被覆し、被覆されたテストピースの表面粗さRaを測定する方法を挙げることができる。 The surface roughness Ra can be measured, for example, by the following method. That is, a method may be mentioned in which the surface of a test piece with a sufficiently small surface roughness Ra is coated with the hard film using an ion plating method or the like, and the surface roughness Ra of the coated test piece is measured. can.

前記テストピースとしては、例えば、表面粗さRaが0.01μm以下であるテストピースを挙げることができる。当該テストピースは、表面粗さRaが十分に小さいため、前記硬質被膜によって被覆されたテストピースの表面粗さRaを、前記硬質被膜の表面粗さRaとみなすことができる。 Examples of the test piece include a test piece having a surface roughness Ra of 0.01 μm or less. Since the test piece has a sufficiently small surface roughness Ra, the surface roughness Ra of the test piece covered with the hard coating can be regarded as the surface roughness Ra of the hard coating.

また、前記表面粗さRaを測定する他の方法としては、例えば以下の方法を挙げることができる。すなわち、基材の表面をイオンプレーティング法などによって被覆した切削工具につき、その縦断面を作製する。次に、走査型電子顕微鏡により、硬質被膜と基材との界面の形状を、基材表面のプロファイルとして取り出し、Raの算出方法に従ってRaを算出する。同様に、硬質被膜表面の形状を膜表面プロファイルとして取り出し、Raの算出方法に従ってRaを算出する。膜表面のRaから、基材表面のRaを差し引いた値を、硬質被膜のRaとする。 Moreover, as another method of measuring the surface roughness Ra, the following method can be mentioned, for example. That is, a longitudinal cross section of a cutting tool whose surface is coated with a base material by ion plating or the like is prepared. Next, using a scanning electron microscope, the shape of the interface between the hard coating and the base material is taken out as a profile of the base material surface, and Ra is calculated according to the Ra calculation method. Similarly, the shape of the hard coating surface is extracted as a film surface profile, and Ra is calculated according to the Ra calculation method. The value obtained by subtracting the Ra of the base material surface from the Ra of the film surface is defined as the Ra of the hard coating.

なお、Raの測定は、例えばDEKTAK製の表面粗さ測定機を用いて行うことができる。 Note that Ra can be measured using, for example, a surface roughness measuring machine manufactured by DEKTAK.

本発明の一実施形態に係る硬質被膜は、ナノインデンテーション硬度が35GPa以上40GPa以下であることが好ましい。 The hard coating according to one embodiment of the present invention preferably has a nanoindentation hardness of 35 GPa or more and 40 GPa or less.

当該構成によれば、前記硬質被膜は十分な強度を有する。よって、硬度の高い材料の加工に対しても十分な耐性を有するため、切削工具の切れ味の向上、切粉の排出性向上等に寄与することができる。 According to this configuration, the hard coating has sufficient strength. Therefore, it has sufficient resistance to machining of materials with high hardness, so it can contribute to improving the sharpness of cutting tools, improving the ability to discharge chips, etc.

前記ナノインデンテーション硬度は、例えば、測定装置としてエリオニクス社製ナノインデンターENT-1100を用い、バーコビッチ圧子を用いて、切削工具が表面に備える硬質被膜に2gの荷重を負荷することによって測定することができる。 The nanoindentation hardness can be measured by, for example, using a Nanoindenter ENT-1100 manufactured by Elionix Co., Ltd. as a measuring device and applying a load of 2 g to the hard coating provided on the surface of the cutting tool using a Berkovich indenter. I can do it.

〔実施形態2:切削工具〕
本発明の一実施形態に係る切削工具は、基材と、前記基材の表面を被覆する硬質被膜とを備え、前記硬質被膜が本発明の一実施形態に係る硬質被膜である。
[Embodiment 2: Cutting tool]
A cutting tool according to an embodiment of the present invention includes a base material and a hard coating coating a surface of the base material, and the hard coating is a hard coating according to an embodiment of the present invention.

前記切削工具としては、例えば、ホブ、超硬合金製ブレード、ブローチ、転造平ダイス、シェービングカッタ、ピニオンカッタ等の歯切工具;ドリル;エンドミル;タップ、ねじ切りダイス、チェーザ、ねじ切りフライス、ねじ転造ダイス等のねじ切り工具;インサート等の刃先交換工具;引抜き工具、圧延工具、せん断工具、鍛造工具、金型、電子関連部品用工具、機械取付け部品等の耐摩耗工具を挙げることができる。 Examples of the cutting tools include hobs, cemented carbide blades, broaches, flat rolling dies, shaving cutters, gear cutting tools such as pinion cutters; drills; end mills; taps, thread cutting dies, chasers, thread milling cutters, and thread mills. Examples include thread cutting tools such as molding dies; indexable tools such as inserts; wear-resistant tools such as drawing tools, rolling tools, shearing tools, forging tools, molds, tools for electronic related parts, and machine attachment parts.

本発明の一実施形態に係る硬質被膜は、耐摩耗性、耐熱性、耐欠損性および高い硬度のいずれかではなく、これら全ての特性をバランスよく有する。それゆえ、前記切削工具は、例えば硬度が20~60HRCの幅広いワーク材質に対応可能である。 The hard coating according to one embodiment of the present invention has not only wear resistance, heat resistance, chipping resistance, and high hardness, but all of these properties in a well-balanced manner. Therefore, the cutting tool can be used with a wide range of workpiece materials having a hardness of 20 to 60 HRC, for example.

近年、歯切工具の使用条件は、高速加工化、ドライ加工化が進んでおり、刃先が受ける衝撃が増大し、刃先温度が上昇している傾向にある。また、歯切工具は、例えばホブのように多数の刃先を有するが、歯切加工の特性上、刃先にかかる負荷は、刃先ごとに変化する。 In recent years, the usage conditions for gear cutting tools are increasing, such as high-speed machining and dry machining, which tends to increase the impact that the cutting edge receives and the temperature of the cutting edge. Further, a gear cutting tool has a large number of cutting edges, such as a hob, but due to the characteristics of gear cutting, the load applied to the cutting edge changes from one cutting edge to another.

よって、前記特性のいずれかが弱い硬質被膜を備えた切削工具は、前記使用条件下で安定して使用することができない。また、当該切削工具は、刃先ごとに変化する負荷に対しても対応できないため、歯切工具として用いることができない。本発明の一実施形態に係る切削工具は、前記特性を全て、バランス良く備えるため、前記使用条件下でも安定して作動させることができる。また、歯切工具として好適に用いることができる。 Therefore, a cutting tool provided with a hard coating that is weak in any of the above properties cannot be stably used under the above usage conditions. Furthermore, the cutting tool cannot be used as a gear cutting tool because it cannot cope with loads that vary from cutting edge to cutting edge. Since the cutting tool according to one embodiment of the present invention has all of the above characteristics in a well-balanced manner, it can operate stably even under the above usage conditions. Moreover, it can be suitably used as a gear cutting tool.

前記切削工具は、基材に対して、アーク式イオンプレーティング等の方法によって前記硬質被膜を成膜することにより、得ることができる。その他の方法として、HiPIMS(大電力パルススパッタリング)等のスパッタリング法、蒸着法等を用いることもできる。 The cutting tool can be obtained by forming the hard coating on a base material by a method such as arc ion plating. As other methods, sputtering methods such as HiPIMS (high power pulse sputtering), vapor deposition methods, etc. can also be used.

前記基材としては、ハイス鋼、超硬合金等を用いることができる。前記超硬合金としては、WC-Co系合金、WC-TiC-Co系合金、WC-TaC-Co系合金、WC-TiC-TaC-Co系合金、WC-Ni系合金、WC-Ni-Cr系合金等を用いることができる。 As the base material, high speed steel, cemented carbide, etc. can be used. Examples of the cemented carbide include WC-Co alloy, WC-TiC-Co alloy, WC-TaC-Co alloy, WC-TiC-TaC-Co alloy, WC-Ni alloy, and WC-Ni-Cr. A series alloy etc. can be used.

〔まとめ〕
本発明には、以下の態様が含まれている。
<1>
AlCr1-xNからなるA層と、Ti1-ySiNからなるB層とが交互に積層されてなる構造を備え、
交互に積層されてなる前記A層と前記B層との一組の組み合わせをC層としたとき、前記C層の厚さが7nm以上18nm以下であり、
前記C層の厚さの合計が1μm以上6μm以下であり、
前記A層および前記B層の厚さは、それぞれ10nm未満である、硬質被膜。
〔summary〕
The present invention includes the following aspects.
<1>
It has a structure in which layers A made of Al x Cr 1-x N and layers B made of Ti 1-y Si y N are alternately laminated,
When a combination of the A layer and the B layer stacked alternately is a C layer, the thickness of the C layer is 7 nm or more and 18 nm or less,
The total thickness of the C layer is 1 μm or more and 6 μm or less,
A hard coating, wherein the thickness of the A layer and the B layer are each less than 10 nm.

(ここで、前記xは0.6以上0.7以下であり、前記yは0.05超0.08未満である。)
<2>
前記硬質被膜のX線回折パターンにおいて、サブピークの強度(A)と、メインピークの強度(B)との比率(A/B)が0.4以上0.75以下である、<1>に記載の硬質被膜。
<3>
圧縮応力が-0.5GPa以上-4.0GPa以下である、<1>または<2>に記載の硬質被膜。
<4>
表面粗さRaが0.03μm以上0.18μm以下である、<1>~<3>のいずれかに記載の硬質被膜。
<5>
基材と、前記基材の表面を被覆する硬質被膜とを備え、前記硬質被膜が<1>~<4>のいずれかに記載の硬質被膜である、切削工具。
<6>
前記切削工具は歯切工具である、<5>に記載の切削工具。
(Here, the x is 0.6 or more and 0.7 or less, and the y is more than 0.05 and less than 0.08.)
<2>
In the X-ray diffraction pattern of the hard coating, the ratio (A/B) of the sub-peak intensity (A) to the main peak intensity (B) is 0.4 or more and 0.75 or less, described in <1>. hard coating.
<3>
The hard coating according to <1> or <2>, having a compressive stress of -0.5 GPa or more and -4.0 GPa or less.
<4>
The hard coating according to any one of <1> to <3>, which has a surface roughness Ra of 0.03 μm or more and 0.18 μm or less.
<5>
A cutting tool comprising a base material and a hard coating coating a surface of the base material, wherein the hard coating is the hard coating according to any one of <1> to <4>.
<6>
The cutting tool according to <5>, wherein the cutting tool is a gear cutting tool.

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。 The present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications can be made within the scope of the claims, and embodiments obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments. are also included within the technical scope of the present invention.

以下、実施例および比較例により、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be explained in more detail with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to these Examples.

〔実施例1~13〕
(1)本発明の一実施形態に係る硬質被膜を備えた切削工具の製造
図2および図3に示すアーク蒸発装置20を用いて、図2および図3を参照して前述した方法に基づき、本発明の一実施形態に係る硬質被膜を備えた切削工具を製造した。基材としては、ハイス製のホブ;表面を鏡面ラップした20mm角、厚さ2mmのハイス製テストピース(表面粗さRa=0.01μm以下);幅10mm、長さ20mm、厚さ1mmの超硬合金製テストピースを用いた。本実施例では、直径80mm、長さ150mmのホブを合計13個製造した。これらを実施例1~13に係る切削工具とする。
[Examples 1 to 13]
(1) Manufacturing a cutting tool with a hard coating according to an embodiment of the present invention Based on the method described above with reference to FIGS. 2 and 3 using the arc evaporator 20 shown in FIGS. 2 and 3, A cutting tool provided with a hard coating according to an embodiment of the present invention was manufactured. The base materials include a high-speed steel hob; a 20 mm square, 2 mm thick high-speed steel test piece with a mirror-wrapped surface (surface roughness Ra = 0.01 μm or less); a 10 mm width, 20 mm length, and 1 mm thick A hard metal test piece was used. In this example, a total of 13 hobs each having a diameter of 80 mm and a length of 150 mm were manufactured. These are referred to as cutting tools according to Examples 1 to 13.

実施例1~13に係る切削工具を調製した際の、アーク蒸発源22からアーク放電させたAlCr1-xのxは、それぞれ0.6以上0.7以下であった(表3の「Al組成」欄)。また、アーク蒸発源23からアーク放電させたTi1-ySiのyは、それぞれ0.05超0.08未満であった(表3の「Si組成」欄)。得られた硬質被膜のA層(AlCr1-xNからなる層)におけるAlおよびCrの組成比(atm%)と、B層(Ti1-ySiNからなる層)におけるTiおよびSiの組成比(atm%)とを、表3に示した。また、C層の厚さ、前記硬質被膜の膜厚(C層の厚さの合計)、層数(A層の層数とB層の層数との和)も、表3に示した。 When cutting tools according to Examples 1 to 13 were prepared, x of Al x Cr 1-x arc-discharged from the arc evaporation source 22 was 0.6 or more and 0.7 or less (Table 3). "Al composition" column). Further, y of Ti 1-y Si y arc-discharged from the arc evaporation source 23 was more than 0.05 and less than 0.08 ("Si composition" column in Table 3). The composition ratios (atm%) of Al and Cr in layer A (layer consisting of Al x Cr 1-x N) and Ti and Cr in layer B (layer consisting of Ti 1-y Si y N) of the obtained hard coating. Table 3 shows the Si composition ratio (atm%). Table 3 also shows the thickness of layer C, the thickness of the hard coating (total thickness of layer C), and the number of layers (sum of the number of layers A and B).

各実施例について、各実施例と同時に、前記ハイス製テストピースおよび超硬合金製テストピースも前記方法に供した。これらテストピースに成膜された硬質被膜の前記atm%、C層の厚さ、C層の厚さの合計、および層数は、対応する実施例で得られた硬質被膜と同じである。 For each example, the high speed steel test piece and the cemented carbide test piece were also subjected to the method at the same time as each example. The atm %, the thickness of the C layer, the total thickness of the C layer, and the number of layers of the hard coatings formed on these test pieces were the same as the hard coatings obtained in the corresponding examples.

図8は、実施例で得られた切削工具の一つについて、硬質被膜の縦断面を走査型透過電子顕微鏡(STEM)によって観察した結果(明視野像。倍率:5万倍)を示す。 FIG. 8 shows the results (bright field image, magnification: 50,000 times) of a longitudinal section of the hard coating of one of the cutting tools obtained in the example, observed using a scanning transmission electron microscope (STEM).

図9は、図8に示す硬質被膜を倍率100万倍で観察した結果を示す図である。図9に示すように、規則的な積層構造が良好に形成されていることが分かる。図9のような観察結果に基づいて、連続した10~20層の厚さの合計を測定し、A層とB層との組み合わせの数で除することにより、C層の厚さを算出することができる。実施例1~13および比較例1~4で得られた硬質被膜について、STEMによる観察結果に基づいてC層の厚さを算出した。C層の厚さの合計は、前記STEMによって観察されるC層の厚さの合計を測定することによって求めた。 FIG. 9 is a diagram showing the results of observing the hard coating shown in FIG. 8 at a magnification of 1,000,000 times. As shown in FIG. 9, it can be seen that a regular laminated structure is well formed. Based on the observation results shown in Figure 9, calculate the thickness of layer C by measuring the total thickness of 10 to 20 consecutive layers and dividing by the number of combinations of layer A and layer B. be able to. Regarding the hard coatings obtained in Examples 1 to 13 and Comparative Examples 1 to 4, the thickness of the C layer was calculated based on the observation results by STEM. The total thickness of the C layer was determined by measuring the total thickness of the C layer observed by the STEM.

(2)X線回折
実施例1~13で得たホブをX線回折に供し、以下の条件で、θ‐2θ法によって測定を行った。前記条件は、測定装置:Bruker AXS 製 X線回折装置D8 DISCOVER、X線源:Cu-Kα、管電圧:40kV、管電流:40mA、スリット幅:0.5°、ステップ:0.02°、積算時間:0.6秒、スキャン範囲2θ=30~50°である。次に、各ホブについて得られたX線回折パターンから、図3~図6を参照して行った前記方法に基づき、サブピークの強度(A)と、メインピークの強度(B)との比率(A/B)を求めた。結果を表3に示した。
(2) X-ray diffraction The hobs obtained in Examples 1 to 13 were subjected to X-ray diffraction, and measurements were performed using the θ-2θ method under the following conditions. The conditions are: measurement device: Bruker AXS X-ray diffraction device D8 DISCOVER, X-ray source: Cu-Kα, tube voltage: 40 kV, tube current: 40 mA, slit width: 0.5°, step: 0.02°, Integration time: 0.6 seconds, scan range 2θ=30 to 50°. Next, from the X-ray diffraction pattern obtained for each hob, the ratio of the subpeak intensity (A) to the main peak intensity (B) ( A/B) was calculated. The results are shown in Table 3.

(3)硬質被膜の表面粗さRaの測定
実施例1~13と同時に得られたハイス製の表面被覆テストピースの表面粗さRaを、DEKTAK製の表面粗さ測定機を用いて測定し、硬質被膜の表面粗さRaとした。結果を表3に示した。
(3) Measurement of surface roughness Ra of hard coating The surface roughness Ra of the surface coated test pieces made of high speed steel obtained at the same time as Examples 1 to 13 was measured using a surface roughness measuring machine manufactured by DEKTAK, The surface roughness of the hard coating was defined as Ra. The results are shown in Table 3.

(4)硬質被膜のナノインデンテーション硬度の測定
実施例1~13で得られたホブに対し、エリオニクス社製ナノインデンターENT-1100を用い、バーコビッチ圧子を用いて、各切削工具が表面に備える硬質被膜に2gの荷重を負荷して、硬質被膜のナノインデンテーション硬度を測定した。結果を表3に示した。
(4) Measurement of nanoindentation hardness of hard coating Each cutting tool was prepared on the surface of the hob obtained in Examples 1 to 13 using a Berkovich indenter using a nanoindenter ENT-1100 manufactured by Elionix Co., Ltd. A load of 2 g was applied to the hard coating, and the nanoindentation hardness of the hard coating was measured. The results are shown in Table 3.

(5)圧縮応力の測定
実施例1~13で得られた超硬合金製の表面被覆テストピースに対して、DEKTAK製の表面粗さ測定機を用いて反りを測定し、ストーニーの式に基づいて圧縮応力を測定した。結果を表3に示した。
(5) Measurement of compressive stress The warpage of the cemented carbide surface coated test pieces obtained in Examples 1 to 13 was measured using a surface roughness measuring machine manufactured by DEKTAK, and the warpage was measured based on Stoney's formula. The compressive stress was measured. The results are shown in Table 3.

(6)切削試験1
実施例1~7で得られたホブを、切削速度(V)=180m/分、送り2.5mm/rev.、クライムカットの条件で、SCM415製の歯車を加工対象とするドライ加工に供した。100個加工するごとに、刃先の摩耗幅を顕微鏡によって確認した。結果は、前記摩耗幅が0.2mmを超える、もしくは刃先が欠損するまでの加工数によって評価した。結果を表3に示す。
(6) Cutting test 1
The hobs obtained in Examples 1 to 7 were subjected to dry machining using SCM415 gears under the conditions of cutting speed (V) = 180 m/min, feed rate of 2.5 mm/rev., and climb cut. . Every time 100 pieces were processed, the wear width of the cutting edge was confirmed using a microscope. The results were evaluated based on the number of machining operations until the wear width exceeded 0.2 mm or the cutting edge was damaged. The results are shown in Table 3.

(7)切削試験2
実施例8~13で得られたホブを、切削速度(V)=160m/分、送り1.5mm/rev.、クライムカットの条件で、SCR420H製の歯車を加工対象とするドライ加工に供した。100個加工するごとに、刃先の摩耗幅を顕微鏡によって確認した。結果は、前記摩耗幅が0.2mmを超える、もしくは刃先が欠損するまでの加工数によって評価した。結果を表3に示す。
(7) Cutting test 2
The hobs obtained in Examples 8 to 13 were subjected to dry machining using SCR420H gears under the conditions of cutting speed (V) = 160 m/min, feed rate of 1.5 mm/rev., and climb cut. . Every time 100 pieces were processed, the wear width of the cutting edge was confirmed using a microscope. The results were evaluated based on the number of machining operations until the wear width exceeded 0.2 mm or the cutting edge was damaged. The results are shown in Table 3.

〔比較例1~4〕
表3に示す組成のA層およびB層を、実施例1~13と同じ方法によって、ハイス製のホブ;表面を鏡面ラップした20mm角、厚さ2mmのハイス製テストピース;幅10mm、長さ20mm、厚さ1mmの超硬合金製テストピースに対し成膜した。その結果、C層の厚さ、C層の厚さの合計および層数を表3に示す値としたホブおよびテストピースを得た。
[Comparative Examples 1 to 4]
Layer A and layer B having the compositions shown in Table 3 were prepared using the same method as in Examples 1 to 13. A hob made of high speed steel; a 20 mm square, 2 mm thick test piece made of high speed steel with a mirror-wrapped surface; width 10 mm, length A film was formed on a test piece made of cemented carbide with a diameter of 20 mm and a thickness of 1 mm. As a result, hobs and test pieces were obtained in which the thickness of the C layer, the total thickness of the C layer, and the number of layers were as shown in Table 3.

比較例1~4に係る切削工具を調製した際の、アーク蒸発源22からアーク放電させたAlCr1-xのxは、それぞれ、表3の「Al組成」欄に記載した数値であった。また、アーク蒸発源23からアーク放電させたTi1-ySiのyは、それぞれ、表3の「Si組成」欄に記載した数値であった。比較例3および4では、実施例1~13および比較例1、2とはアーク電流および回転テーブル25の回転数を変更し、C層厚さを7nm未満、または18nm超とした。 When the cutting tools according to Comparative Examples 1 to 4 were prepared, x of Al x Cr 1-x arc-discharged from the arc evaporation source 22 was the value listed in the "Al composition" column of Table 3. Ta. Furthermore, y of Ti 1-y Si y arc-discharged from the arc evaporation source 23 was the value listed in the "Si composition" column of Table 3, respectively. In Comparative Examples 3 and 4, the arc current and the rotation speed of the rotary table 25 were changed from Examples 1 to 13 and Comparative Examples 1 and 2, and the C layer thickness was set to less than 7 nm or more than 18 nm.

当該ホブを、実施例1~13と同様に、X線回折、硬質被膜のナノインデンテーション硬度の測定、切削試験1に供した。また、前記ハイス製の表面被覆テストピースを用いて表面粗さRaの測定を行い、前記超硬合金製の表面被覆テストピースを用いて圧縮応力の測定を行った。結果を表3に示す。 The hob was subjected to X-ray diffraction, nanoindentation hardness measurement of the hard coating, and cutting test 1 in the same manner as in Examples 1 to 13. Furthermore, the surface roughness Ra was measured using the surface-coated test piece made of high speed steel, and the compressive stress was measured using the surface-coated test piece made of cemented carbide. The results are shown in Table 3.

「サブピーク強度比」とは、前記硬質被膜のX線回折パターンにおけるサブピークの強度(A)と、メインピークの強度(B)との比率(A/B)であり、「膜硬度」とは、前記硬質被膜のナノインデンテーション硬度である。 "Sub-peak intensity ratio" is the ratio (A/B) between sub-peak intensity (A) and main peak intensity (B) in the X-ray diffraction pattern of the hard coating, and "film hardness" is This is the nanoindentation hardness of the hard coating.

比較例1はSi組成が5.0atm%であり、5atm%を超えていない。比較例2は、Si組成が8.0atm%であり、8atm%未満ではない。比較例3はC層厚さが5nmであり、7nm以上18nm以下との要件を充足しない。比較例4はC層厚さが20nmであり、7nm以上18nm以下との要件を充足しない。 Comparative Example 1 has a Si composition of 5.0 atm%, which does not exceed 5 atm%. In Comparative Example 2, the Si composition is 8.0 atm% and is not less than 8 atm%. Comparative Example 3 has a C layer thickness of 5 nm, which does not satisfy the requirement of 7 nm or more and 18 nm or less. Comparative Example 4 has a C layer thickness of 20 nm, which does not satisfy the requirement of 7 nm or more and 18 nm or less.

比較例1~4に記載のホブは、サブピーク強度比および表面粗さRaは実施例と同程度であるが、切削試験1の結果が実施例よりも明白に劣っている。これは、本発明の一実施形態に係る硬質被膜が備えるべき要件を充足していないことによると考えられる。 The hobs described in Comparative Examples 1 to 4 have subpeak intensity ratios and surface roughness Ra comparable to those of Examples, but the results of Cutting Test 1 are clearly inferior to those of Examples. This is considered to be because the hard coating according to one embodiment of the present invention does not satisfy the requirements.

一方、実施例1~13に記載のホブは、本発明の一実施形態に係る硬質被膜が備えるべき前記Al組成、Cr組成、Ti組成およびSi組成、C層厚さ、C層厚さの合計を全て充足する。その結果、切削試験の結果が非常に良好であった。 On the other hand, in the hob described in Examples 1 to 13, the total of the Al composition, Cr composition, Ti composition, Si composition, C layer thickness, and C layer thickness that the hard coating according to one embodiment of the present invention should have Satisfy all of the following. As a result, the cutting test results were very good.

このように、本発明の一実施形態に係る硬質被膜は、「AlCr1-xNからなるA層と、Ti1-ySiNからなるB層とが交互に積層されてなる構造を備え、交互に積層されてなる前記A層と前記B層との一組の組み合わせをC層としたとき、前記C層の厚さが7nm以上18nm以下であり、前記C層の厚さの合計が1μm以上6μm以下であり、前記A層および前記B層の厚さは、それぞれ10nm未満である(ここで、前記xは0.6以上0.7以下であり、前記yは0.05超0.08未満である。)」という要件を充足することにより、優れた耐摩耗性、耐熱性、耐欠損性を備え、かつ、優れた膜強度を有する硬質被膜を提供することができることが分かる。 As described above, the hard coating according to an embodiment of the present invention has a structure in which "A layer made of Al x Cr 1-x N and a B layer made of Ti 1-y Si y N are alternately laminated." and when a combination of the A layer and the B layer which are alternately laminated is taken as a C layer, the thickness of the C layer is 7 nm or more and 18 nm or less, and the thickness of the C layer is The total thickness is 1 μm or more and 6 μm or less, and the thickness of the A layer and the B layer is each less than 10 nm (here, the x is 0.6 or more and 0.7 or less, and the y is 0.05 It is possible to provide a hard coating that has excellent abrasion resistance, heat resistance, chipping resistance, and excellent film strength. I understand.

本発明は、広汎な加工条件下で使用される切削工具に好適に利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICATION This invention can be suitably utilized for the cutting tool used under wide range of processing conditions.

10・・・切削工具
11・・・基材
12・・・硬質被膜
~A・・・A層
~B・・・B層
~C・・・C層
20・・・アーク蒸発装置
21・・・Cr蒸発源
22・・・AlCr1-xのアーク蒸発源
23・・・Ti1-ySiのアーク蒸発源
24・・・回転テーブル
25・・・小テーブル
26・・・アーク電源
27・・・バイアス電源
10... Cutting tool 11... Base material 12... Hard coating A 1 - A n ... A layer B 1 - B n ... B layer C 1 - C n ... C layer 20. ... Arc evaporation device 21 ... Cr evaporation source 22 ... Arc evaporation source of Al x Cr 1-x 23 ... Arc evaporation source of Ti 1-y Si y 24 ... Rotary table 25 ... Small table 26...Arc power supply 27...Bias power supply

Claims (6)

AlCr1-xNからなるA層と、Ti1-ySiNからなるB層とが交互に積層されてなる構造を備え、
交互に積層されてなる前記A層と前記B層との一組の組み合わせをC層としたとき、前記C層の厚さが7nm以上18nm以下であり、
前記C層の厚さの合計が1μm以上6μm以下であり、
前記A層および前記B層の厚さは、それぞれ10nm未満である、硬質被膜。
(ここで、前記xは0.6以上0.7以下であり、前記yは0.05超0.08未満である。)
It has a structure in which layers A made of Al x Cr 1-x N and layers B made of Ti 1-y Si y N are alternately laminated,
When a combination of the A layer and the B layer stacked alternately is a C layer, the thickness of the C layer is 7 nm or more and 18 nm or less,
The total thickness of the C layer is 1 μm or more and 6 μm or less,
A hard coating, wherein the thickness of the A layer and the B layer are each less than 10 nm.
(Here, the x is 0.6 or more and 0.7 or less, and the y is more than 0.05 and less than 0.08.)
前記硬質被膜のX線回折パターンにおいて、サブピークの強度(A)と、メインピークの強度(B)との比率(A/B)が0.4以上0.75以下である、請求項1に記載の硬質被膜。 According to claim 1, in the X-ray diffraction pattern of the hard coating, the ratio (A/B) of the sub-peak intensity (A) to the main peak intensity (B) is 0.4 or more and 0.75 or less. hard coating. 圧縮応力が-0.5GPa以上-4.0GPa以下である、請求項1に記載の硬質被膜。 The hard coating according to claim 1, having a compressive stress of -0.5 GPa or more and -4.0 GPa or less. 表面粗さRaが0.03μm以上0.18μm以下である、請求項1に記載の硬質被膜。 The hard coating according to claim 1, having a surface roughness Ra of 0.03 μm or more and 0.18 μm or less. 基材と、前記基材の表面を被覆する硬質被膜とを備え、前記硬質被膜が請求項1から4のいずれか1項に記載の硬質被膜である、切削工具。 A cutting tool comprising a base material and a hard coating covering a surface of the base material, the hard coating being the hard coating according to any one of claims 1 to 4. 前記切削工具は歯切工具である、請求項5に記載の切削工具。 The cutting tool according to claim 5, wherein the cutting tool is a gear cutting tool.
JP2022075251A 2022-04-28 2022-04-28 Hard coating film and cutting tool using the film Pending JP2023163982A (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022075251A JP2023163982A (en) 2022-04-28 2022-04-28 Hard coating film and cutting tool using the film
PCT/JP2023/016190 WO2023210606A1 (en) 2022-04-28 2023-04-25 Hard coating, and cutting tool employing same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022075251A JP2023163982A (en) 2022-04-28 2022-04-28 Hard coating film and cutting tool using the film

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2023163982A true JP2023163982A (en) 2023-11-10

Family

ID=88519002

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2022075251A Pending JP2023163982A (en) 2022-04-28 2022-04-28 Hard coating film and cutting tool using the film

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP2023163982A (en)
WO (1) WO2023210606A1 (en)

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5254552B2 (en) * 2007-02-01 2013-08-07 住友電工ハードメタル株式会社 Surface coated cutting tool
JP5392408B2 (en) * 2010-07-06 2014-01-22 株式会社タンガロイ Coated cBN sintered body tool
JP5879664B2 (en) * 2013-12-26 2016-03-08 住友電工ハードメタル株式会社 Cutting tools
CN104131256B (en) * 2014-07-25 2017-01-11 广东工业大学 Multilayer nanometer composite cutting tool coating and preparation method thereof
KR102456486B1 (en) * 2015-05-21 2022-10-18 발터 악티엔게젤샤프트 Tool with multi-layer arc pvd coating

Also Published As

Publication number Publication date
WO2023210606A1 (en) 2023-11-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108286047B (en) Coated cutting tool
JP6384341B2 (en) Surface coated cutting tool with excellent abnormal damage resistance and wear resistance
EP1710032B1 (en) Cutting tool made of surface-coated super hard alloy, and method for manufacture thereof
WO2017174801A1 (en) Coated cutting tool
JP5035956B2 (en) Surface-coated cutting tool with excellent fracture resistance due to hard coating layer
JP7216914B2 (en) A surface-coated cutting tool that exhibits excellent chipping resistance and wear resistance in high-load cutting.
JP2019528183A (en) Multi-layer hard coating coated cutting tool
JP2017064845A (en) Surface coating cutting tool excellent in chipping resistance and abrasion resistance
JP2009056540A (en) Surface-coated cutting tool, of which hard coating layer achieves excellent chipping resistance
CN109513972B (en) Coated drill bit
JP5315527B2 (en) Surface coated cutting tool
JP2008264971A (en) Hard coat cutting tool
KR20130028080A (en) Cutting tool
WO2023210606A1 (en) Hard coating, and cutting tool employing same
JP5995091B2 (en) Surface coated cutting tool with excellent adhesion strength and chipping resistance
JP6198002B2 (en) A surface-coated cutting tool that exhibits high wear resistance and chipping resistance with a hard coating layer in high-speed cutting.
CN115335166A (en) Surface-coated cutting tool
KR20220024490A (en) coated cutting tools
JP5922546B2 (en) Cutting tools
JP6959577B2 (en) Surface coating cutting tool
CN113714526B (en) Coated cutting tool
JP7463948B2 (en) Coated Cutting Tools
JP7226688B2 (en) Cutting tools
JP2019098502A (en) Surface-coated cutting tool having hard coating layer excellent in thermal cracking resistance
WO2023136212A1 (en) Surface-coated cutting tool