JP3061041B2 - 被覆超硬合金工具 - Google Patents
被覆超硬合金工具Info
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- JP3061041B2 JP3061041B2 JP31287698A JP31287698A JP3061041B2 JP 3061041 B2 JP3061041 B2 JP 3061041B2 JP 31287698 A JP31287698 A JP 31287698A JP 31287698 A JP31287698 A JP 31287698A JP 3061041 B2 JP3061041 B2 JP 3061041B2
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- coating film
- cutting tool
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING 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
- C23C—COATING 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
- C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
- C23C28/04—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material
- C23C28/044—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material coatings specially adapted for cutting tools or wear applications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING 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
- C23C—COATING 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
- C23C30/00—Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process
- C23C30/005—Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process on hard metal substrates
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- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は切削工具に関し、特
に鋼および鋳鉄の切削加工に使用する被覆超硬合金製切
削工具として最適であり、耐摩耗性と耐欠損性に同時に
優れるようにしたものである。
に鋼および鋳鉄の切削加工に使用する被覆超硬合金製切
削工具として最適であり、耐摩耗性と耐欠損性に同時に
優れるようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、金属材料切削用の工具材質として
は、超硬合金（ＷＣ−Ｃｏ合金もしくはＷＣ−Ｃｏ合金
にＴｉやＴａ、Ｎｂの炭窒化物を添加した合金）が用い
られてきたが、近年は切削条件が高速化してきた結果、
超硬合金にＣＶＤやＰＶＤで元素周期律表IVａ、Ｖａ、
VIａ族金属およびＡｌ等の炭化物、窒化物、炭窒化物、
炭酸化物又はホウ窒化物、酸化物またはこれらの固溶体
からなる被覆膜を３〜１５μｍの厚さに被覆した超硬合
金工具の使用割合が増大している。被覆膜厚はさらに厚
くなる傾向にあり、２０μｍ以上の膜厚のＣＶＤ被覆超
硬合金も提案されている。このようなＣＶＤ被覆超硬合
金工具では被覆膜と母材の熱膨張係数の違いから、コー
ティング後の冷却過程で被覆膜中に引張り残留応力が発
生し、工具の耐欠損性が低下するという問題点が指摘さ
れていた。
は、超硬合金（ＷＣ−Ｃｏ合金もしくはＷＣ−Ｃｏ合金
にＴｉやＴａ、Ｎｂの炭窒化物を添加した合金）が用い
られてきたが、近年は切削条件が高速化してきた結果、
超硬合金にＣＶＤやＰＶＤで元素周期律表IVａ、Ｖａ、
VIａ族金属およびＡｌ等の炭化物、窒化物、炭窒化物、
炭酸化物又はホウ窒化物、酸化物またはこれらの固溶体
からなる被覆膜を３〜１５μｍの厚さに被覆した超硬合
金工具の使用割合が増大している。被覆膜厚はさらに厚
くなる傾向にあり、２０μｍ以上の膜厚のＣＶＤ被覆超
硬合金も提案されている。このようなＣＶＤ被覆超硬合
金工具では被覆膜と母材の熱膨張係数の違いから、コー
ティング後の冷却過程で被覆膜中に引張り残留応力が発
生し、工具の耐欠損性が低下するという問題点が指摘さ
れていた。
【０００３】これに対して、被覆超硬合金の表面に機械
的衝撃をブラストなどの方法で与え、被覆膜中に母材ま
で貫通したクラックを導入し、耐欠損性を改善する提案
（特公平７−６０６６号公報）がなされた。この提案の
方法では、ある程度、耐欠損性が向上することが確認さ
れたが、母材まで貫通した亀裂を予め被覆膜中に導入し
たため、グリフィスの予亀裂長さが長くなり、この長い
亀裂がもとで耐欠損性が低下したり、被覆膜の摩耗に乱
れが生じ、耐摩耗性が低下する問題点があった。
的衝撃をブラストなどの方法で与え、被覆膜中に母材ま
で貫通したクラックを導入し、耐欠損性を改善する提案
（特公平７−６０６６号公報）がなされた。この提案の
方法では、ある程度、耐欠損性が向上することが確認さ
れたが、母材まで貫通した亀裂を予め被覆膜中に導入し
たため、グリフィスの予亀裂長さが長くなり、この長い
亀裂がもとで耐欠損性が低下したり、被覆膜の摩耗に乱
れが生じ、耐摩耗性が低下する問題点があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来の表
面被覆超硬合金工具では耐摩耗性を増大させるために被
覆膜の厚さを増加させると工具の耐欠損性が低下した
り、比較的厚さの大きい被覆膜中に亀裂を予め付与する
場合にも付与された亀裂の状態によってかえって耐摩耗
性が低下するという問題があり、これは未だ解消されて
いない。本発明は、かかる従来の事情に鑑み、耐欠損性
と耐摩耗性の両特性を向上させ、工具寿命を長寿命化さ
せた被覆超硬合金工具を提供することを目的とする。
面被覆超硬合金工具では耐摩耗性を増大させるために被
覆膜の厚さを増加させると工具の耐欠損性が低下した
り、比較的厚さの大きい被覆膜中に亀裂を予め付与する
場合にも付与された亀裂の状態によってかえって耐摩耗
性が低下するという問題があり、これは未だ解消されて
いない。本発明は、かかる従来の事情に鑑み、耐欠損性
と耐摩耗性の両特性を向上させ、工具寿命を長寿命化さ
せた被覆超硬合金工具を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明者らは、鋭意研究を行った結果、ＷＣをマト
リックスとし、鉄族金属を結合相とした超硬合金を基体
とし、その表面に特定の膜質、構造のセラミック膜を被
覆後、熱的もしくは機械的手法により、被覆膜中に導入
する亀裂長さおよび亀裂間隔を厳密に制御することで、
耐欠損性と耐摩耗性の両特性を向上させ、工具寿命を大
幅に長寿命化できることを見いだした。すなわち、本発
明は下記に要約したとおりの特定された各発明からな
る。
め、本発明者らは、鋭意研究を行った結果、ＷＣをマト
リックスとし、鉄族金属を結合相とした超硬合金を基体
とし、その表面に特定の膜質、構造のセラミック膜を被
覆後、熱的もしくは機械的手法により、被覆膜中に導入
する亀裂長さおよび亀裂間隔を厳密に制御することで、
耐欠損性と耐摩耗性の両特性を向上させ、工具寿命を大
幅に長寿命化できることを見いだした。すなわち、本発
明は下記に要約したとおりの特定された各発明からな
る。
【０００６】（１）ＷＣをマトリックスとし、鉄族金属
を結合相とした超硬合金を基体とし、その基体の表面に
複数の被覆層を設けた被覆超硬合金製切削工具におい
て、（ａ）該被覆層の基体に隣接する最内層が厚み０．
１〜３μｍ、好ましくは０．３〜１μｍの窒化チタンで
あり、その上層に厚み０．５〜１０μｍ、好ましくは１
〜５μｍのアルミナが少なくとも一層被覆されており、
（ｂ）前記工具の鏡面研磨した断面組織上で、刃先稜線
部の被覆膜中の平均亀裂間隔が逃げ面の被覆膜中の平均
亀裂間隔より小さく、（ｃ）前記刃先稜線部の被覆膜中
の亀裂のうち、基体側の亀裂の先端が前記最内層の窒化
チタン内もしくは窒化チタンよりも上層内もしくはそれ
らの層間の界面（窒化チタンとその直上層との界面、上
層内各層間の界面）にあるものが５０％以上であり、
（ｄ）前記刃先稜線部の被覆膜中の亀裂の平均長さが逃
げ面での被覆膜厚の平均値よりも短く、（ｅ）前記アル
ミナ層の少なくとも一層が刃先稜線部の少なくとも一部
で除去されて該アルミナ層の下層の表面が露出されてい
ることを特徴とする被覆超硬合金製切削工具。
を結合相とした超硬合金を基体とし、その基体の表面に
複数の被覆層を設けた被覆超硬合金製切削工具におい
て、（ａ）該被覆層の基体に隣接する最内層が厚み０．
１〜３μｍ、好ましくは０．３〜１μｍの窒化チタンで
あり、その上層に厚み０．５〜１０μｍ、好ましくは１
〜５μｍのアルミナが少なくとも一層被覆されており、
（ｂ）前記工具の鏡面研磨した断面組織上で、刃先稜線
部の被覆膜中の平均亀裂間隔が逃げ面の被覆膜中の平均
亀裂間隔より小さく、（ｃ）前記刃先稜線部の被覆膜中
の亀裂のうち、基体側の亀裂の先端が前記最内層の窒化
チタン内もしくは窒化チタンよりも上層内もしくはそれ
らの層間の界面（窒化チタンとその直上層との界面、上
層内各層間の界面）にあるものが５０％以上であり、
（ｄ）前記刃先稜線部の被覆膜中の亀裂の平均長さが逃
げ面での被覆膜厚の平均値よりも短く、（ｅ）前記アル
ミナ層の少なくとも一層が刃先稜線部の少なくとも一部
で除去されて該アルミナ層の下層の表面が露出されてい
ることを特徴とする被覆超硬合金製切削工具。
【０００７】（２）前記最内層の窒化チタンの上層に、
厚み３〜３０μｍ、好ましくは５〜１５μｍのアスペク
ト比５以上、好ましくは１０〜５０の柱状晶からなる炭
窒化チタン、さらにその上層に厚み０．５〜１０μｍ、
好ましくは１〜５μｍのアルミナが少なくとも一層被覆
されていることを特徴とする上記（１）に記載の被覆超
硬合金製切削工具。（３）前記刃先稜線部の被覆膜中の
亀裂のうち、基体側の亀裂の先端が前記最内層の窒化チ
タン内、前記柱状晶からなる炭窒化チタン内、もしくは
前記窒化チタンと前記柱状晶からなる炭窒化チタンとの
界面にあるものが５０％以上、好ましくは８０〜１００
％であることを特徴とする上記（２）に記載の被覆超硬
合金製切削工具。
厚み３〜３０μｍ、好ましくは５〜１５μｍのアスペク
ト比５以上、好ましくは１０〜５０の柱状晶からなる炭
窒化チタン、さらにその上層に厚み０．５〜１０μｍ、
好ましくは１〜５μｍのアルミナが少なくとも一層被覆
されていることを特徴とする上記（１）に記載の被覆超
硬合金製切削工具。（３）前記刃先稜線部の被覆膜中の
亀裂のうち、基体側の亀裂の先端が前記最内層の窒化チ
タン内、前記柱状晶からなる炭窒化チタン内、もしくは
前記窒化チタンと前記柱状晶からなる炭窒化チタンとの
界面にあるものが５０％以上、好ましくは８０〜１００
％であることを特徴とする上記（２）に記載の被覆超硬
合金製切削工具。
【０００８】（４）前記刃先稜線部の被覆膜中の亀裂間
隔の平均値は１０μｍ以下であることを特徴とする上記
（１）〜（３）のいずれかに記載の被覆超硬合金製切削
工具。 （５）前記断面組織上で刃先稜線部の被覆膜中の亀裂間
隔のうち、亀裂間隔の平均値をＸ、逃げ面の被覆膜中の
亀裂間隔の平均値をＹとしたとき、Ｙ／Ｘの値が２以
上、好ましくは５以上の関係を満たすことを特徴とする
上記（１）〜（４）のいずれかに記載の被覆超硬合金製
切削工具。 （６）前記アルミナ層が除去された部分で表面に露出し
た被覆層Ａが厚み３〜３０μｍ、好ましくは５〜１５μ
ｍのアスペクト比が５以上、好ましくは１０〜５０の柱
状晶からなる炭窒化チタンであることを特徴とする上記
（２）〜（５）のいずれかに記載の被覆超硬合金製切削
工具。 （７）前記アルミナ層が除去された部分で表面に露出し
た被覆層Ａ中の亀裂間隔が０．５〜５μｍ、好ましくは
１〜３μｍであることを特徴とする上記（１）〜（６）
のいずれかに記載の被覆超硬合金製切削工具。
隔の平均値は１０μｍ以下であることを特徴とする上記
（１）〜（３）のいずれかに記載の被覆超硬合金製切削
工具。 （５）前記断面組織上で刃先稜線部の被覆膜中の亀裂間
隔のうち、亀裂間隔の平均値をＸ、逃げ面の被覆膜中の
亀裂間隔の平均値をＹとしたとき、Ｙ／Ｘの値が２以
上、好ましくは５以上の関係を満たすことを特徴とする
上記（１）〜（４）のいずれかに記載の被覆超硬合金製
切削工具。 （６）前記アルミナ層が除去された部分で表面に露出し
た被覆層Ａが厚み３〜３０μｍ、好ましくは５〜１５μ
ｍのアスペクト比が５以上、好ましくは１０〜５０の柱
状晶からなる炭窒化チタンであることを特徴とする上記
（２）〜（５）のいずれかに記載の被覆超硬合金製切削
工具。 （７）前記アルミナ層が除去された部分で表面に露出し
た被覆層Ａ中の亀裂間隔が０．５〜５μｍ、好ましくは
１〜３μｍであることを特徴とする上記（１）〜（６）
のいずれかに記載の被覆超硬合金製切削工具。
【０００９】（８）前記刃先稜線部の被覆膜中の亀裂の
うち、前記柱状晶からなる炭窒化チタン膜にのみ存在
し、その上下の被覆層に貫通していないものが５０％以
上、好ましくは７０〜１００％であることを特徴とする
上記（２）〜（７）のいずれかに記載の被覆超硬合金製
切削工具。 （９）前記超硬合金表面には脱β層を有することを特徴
とする上記（１）〜（８）のいずれかに記載の被覆超硬
合金製切削工具。
うち、前記柱状晶からなる炭窒化チタン膜にのみ存在
し、その上下の被覆層に貫通していないものが５０％以
上、好ましくは７０〜１００％であることを特徴とする
上記（２）〜（７）のいずれかに記載の被覆超硬合金製
切削工具。 （９）前記超硬合金表面には脱β層を有することを特徴
とする上記（１）〜（８）のいずれかに記載の被覆超硬
合金製切削工具。
【００１０】（１０）前記除去されたアルミナ層はκ−
アルミナであることを特徴とする上記（１）〜（９）の
いずれかに記載の被覆超硬合金製切削工具。 （１１）前記刃先稜線部の被覆膜中の亀裂はコーティン
グ後に機械的に導入されたことを特徴とする上記（１）
〜（１０）のいずれかに記載の被覆超硬合金製切削工
具。 （１２）前記柱状晶からなる炭窒化チタンが有機ＣＮ化
合物を反応ガスとするＣＶＤ法によって８００℃以上１
０００℃以下、好ましくは８５０〜９５０℃の温度で被
覆されたことを特徴とする上記（２）〜（１１）のいず
れかに記載の被覆超硬合金製切削工具。 （１３）亀裂が各被覆層の膜厚の１／２以上の亀裂長さ
を有することを特徴とする上記（１）〜（１２）のいず
れかに記載の被覆超硬合金製切削工具。 （１４）被覆層の厚みの合計が３〜５０μｍの範囲にあ
ることを特徴とする上記（１）〜（１３）のいずれかに
記載の被覆超硬合金製切削工具。 なお、前記最内層に被覆した窒化チタンと前記柱状晶の
炭窒化チタンの間および前記柱状晶の炭窒化チタンと前
記アルミナ層の間には中間層が被覆されていても構わな
い。中間層としては厚さ０．１〜５μｍ程度の硼窒化チ
タン、炭化チタン、炭窒酸化チタン等からなる層が挙げ
られる。
アルミナであることを特徴とする上記（１）〜（９）の
いずれかに記載の被覆超硬合金製切削工具。 （１１）前記刃先稜線部の被覆膜中の亀裂はコーティン
グ後に機械的に導入されたことを特徴とする上記（１）
〜（１０）のいずれかに記載の被覆超硬合金製切削工
具。 （１２）前記柱状晶からなる炭窒化チタンが有機ＣＮ化
合物を反応ガスとするＣＶＤ法によって８００℃以上１
０００℃以下、好ましくは８５０〜９５０℃の温度で被
覆されたことを特徴とする上記（２）〜（１１）のいず
れかに記載の被覆超硬合金製切削工具。 （１３）亀裂が各被覆層の膜厚の１／２以上の亀裂長さ
を有することを特徴とする上記（１）〜（１２）のいず
れかに記載の被覆超硬合金製切削工具。 （１４）被覆層の厚みの合計が３〜５０μｍの範囲にあ
ることを特徴とする上記（１）〜（１３）のいずれかに
記載の被覆超硬合金製切削工具。 なお、前記最内層に被覆した窒化チタンと前記柱状晶の
炭窒化チタンの間および前記柱状晶の炭窒化チタンと前
記アルミナ層の間には中間層が被覆されていても構わな
い。中間層としては厚さ０．１〜５μｍ程度の硼窒化チ
タン、炭化チタン、炭窒酸化チタン等からなる層が挙げ
られる。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明によれば、ＷＣをマトリッ
クスとし、鉄族金属を結合相とした超硬合金又は必要に
応じてこれに更にＴｉ、Ｔａ、Ｎｂ等の炭窒化物を添加
した合金を基体とし、その基体の表面に複数の被覆層を
設けた被覆超硬合金製切削工具において、（ａ）該被覆
層の基体に隣接する最内層が厚み０．１〜３μｍ、好ま
しくは０．３〜１μｍの窒化チタンとし、さらにその上
層に０．５〜１０μｍ、好ましくは１〜５μｍのアルミ
ナを少なくとも一層被覆する。更に好ましくは、その前
記窒化チタンと前記アルミナの間に厚み３〜３０μｍ、
好ましくは５〜１５μｍのアスペクト比５以上、好まし
くは１０〜５０の柱状晶からなる炭窒化チタンを被覆す
る。（ｂ）前記工具の鏡面研磨した断面組織上で、刃先
稜線部の被覆膜中の平均亀裂間隔が逃げ面の被覆膜中の
平均亀裂間隔より狭くする。（ｃ）前記刃先稜線部の被
覆膜中の亀裂のうち、基体側の亀裂の先端が前記最内層
の窒化チタン内、もしくは窒化チタンよりも上層内もし
くはそれらの層間の界面にあるものが５０％以上、好ま
しくは８０〜１００％である。前記最内層の窒化チタン
の上層に前記柱状晶からなる炭窒化チタンを被覆した場
合には、前記最内層の窒化チタン内、前記柱状晶からな
る炭窒化チタン内、もしくは前記窒化チタンと前記柱状
晶からなる炭窒化チタンとの界面にあるものが５０％以
上、好ましくは８０〜１００％である。（ｄ）前記刃先
稜線部の被覆膜中の亀裂の平均長さが逃げ面での被覆膜
厚の平均値よりも短くする。（ｅ）前記アルミナ層の少
なくとも一層を刃先稜線部の少なくとも一部で除去する
ことが重要である。
クスとし、鉄族金属を結合相とした超硬合金又は必要に
応じてこれに更にＴｉ、Ｔａ、Ｎｂ等の炭窒化物を添加
した合金を基体とし、その基体の表面に複数の被覆層を
設けた被覆超硬合金製切削工具において、（ａ）該被覆
層の基体に隣接する最内層が厚み０．１〜３μｍ、好ま
しくは０．３〜１μｍの窒化チタンとし、さらにその上
層に０．５〜１０μｍ、好ましくは１〜５μｍのアルミ
ナを少なくとも一層被覆する。更に好ましくは、その前
記窒化チタンと前記アルミナの間に厚み３〜３０μｍ、
好ましくは５〜１５μｍのアスペクト比５以上、好まし
くは１０〜５０の柱状晶からなる炭窒化チタンを被覆す
る。（ｂ）前記工具の鏡面研磨した断面組織上で、刃先
稜線部の被覆膜中の平均亀裂間隔が逃げ面の被覆膜中の
平均亀裂間隔より狭くする。（ｃ）前記刃先稜線部の被
覆膜中の亀裂のうち、基体側の亀裂の先端が前記最内層
の窒化チタン内、もしくは窒化チタンよりも上層内もし
くはそれらの層間の界面にあるものが５０％以上、好ま
しくは８０〜１００％である。前記最内層の窒化チタン
の上層に前記柱状晶からなる炭窒化チタンを被覆した場
合には、前記最内層の窒化チタン内、前記柱状晶からな
る炭窒化チタン内、もしくは前記窒化チタンと前記柱状
晶からなる炭窒化チタンとの界面にあるものが５０％以
上、好ましくは８０〜１００％である。（ｄ）前記刃先
稜線部の被覆膜中の亀裂の平均長さが逃げ面での被覆膜
厚の平均値よりも短くする。（ｅ）前記アルミナ層の少
なくとも一層を刃先稜線部の少なくとも一部で除去する
ことが重要である。
【００１２】以下に上記発明（１）における、（ａ）〜
（ｅ）及びその他の発明の限定理由について説明する。 （ａ）最内層を窒化チタンとしたのは超硬合金素材に対
する密着力に優れている上、被覆膜中の亀裂が母材に貫
通するのを防ぐ膜質として非常に優れているからであ
る。その厚みは０．１μｍ未満ではその効果が期待でき
ず、３μｍよりも厚くすると耐摩耗性が低下するためこ
のように限定した。さらに上層のアルミナ膜は鋼や鋳鉄
を高速切削したさいにすくい面摩耗抑制の観点から必要
で、その厚みが０．５μｍ未満であるとその効果が小さ
く、１０μｍを越えると耐欠損性の低下が著しいためこ
のように限定した。特に好ましいのは１〜５μｍであ
る。ここでアルミナ層は複数設けてもよく、その場合Ｔ
ｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＣ、ＴｉＢＮ、ＴｉＢＮＯ層など
と適宜にサンドウィッチ状に積層することができる。更
に、アルミナ層の内側には、ＴｉＣ、ＴｉＢＮ、Ｔｉ
Ｎ、ＴｉＢＮＯ、ＴｉＣＯ、ＴｉＣＮＯなどの各層、外
側にはＴｉＣＮ、ＴｉＢＮ、ＴｉＮなどの各層を適宜に
設けることができる。例えば、ＴｉＣＮＯ層をＴｉＣＮ
層とＡｌ2 Ｏ3 層の間に設ける場合は両者の接着力の増
加に役立ち、またＡｌ2 Ｏ3 層の外側のＴｉＮ層は切削
時の使用済コーナーの色別、金色化による商品価値の向
上に役立つ。また最内層のＴｉＮ層に隣接する層として
はＴｉＣＮ、Ａｌ2 Ｏ3 のほかにＴｉＣ、ＴｉＢＮ、Ｔ
ｉＣＮＯ、ＴｉＣＯの各層を設けることができる。さら
に好ましくは、前記窒化チタンと前記アルミナの間に炭
窒化チタン膜を被覆する。この炭窒化チタン膜は耐摩耗
性の観点から被覆することが好ましく、アスペクト比が
５以上の柱状晶膜とすることで、亀裂を導入しやすく、
膜そのものも強靱となるためこのように限定した。ま
た、このアスペクト比は１０〜５０の範囲にあると特に
優れた性能を期待できる。その厚みは３μｍ未満では耐
摩耗性向上効果が小さく、３０μｍよりも厚くなると耐
欠損性の低下が著しくなるのでこのように限定した。
（ｅ）及びその他の発明の限定理由について説明する。 （ａ）最内層を窒化チタンとしたのは超硬合金素材に対
する密着力に優れている上、被覆膜中の亀裂が母材に貫
通するのを防ぐ膜質として非常に優れているからであ
る。その厚みは０．１μｍ未満ではその効果が期待でき
ず、３μｍよりも厚くすると耐摩耗性が低下するためこ
のように限定した。さらに上層のアルミナ膜は鋼や鋳鉄
を高速切削したさいにすくい面摩耗抑制の観点から必要
で、その厚みが０．５μｍ未満であるとその効果が小さ
く、１０μｍを越えると耐欠損性の低下が著しいためこ
のように限定した。特に好ましいのは１〜５μｍであ
る。ここでアルミナ層は複数設けてもよく、その場合Ｔ
ｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＣ、ＴｉＢＮ、ＴｉＢＮＯ層など
と適宜にサンドウィッチ状に積層することができる。更
に、アルミナ層の内側には、ＴｉＣ、ＴｉＢＮ、Ｔｉ
Ｎ、ＴｉＢＮＯ、ＴｉＣＯ、ＴｉＣＮＯなどの各層、外
側にはＴｉＣＮ、ＴｉＢＮ、ＴｉＮなどの各層を適宜に
設けることができる。例えば、ＴｉＣＮＯ層をＴｉＣＮ
層とＡｌ2 Ｏ3 層の間に設ける場合は両者の接着力の増
加に役立ち、またＡｌ2 Ｏ3 層の外側のＴｉＮ層は切削
時の使用済コーナーの色別、金色化による商品価値の向
上に役立つ。また最内層のＴｉＮ層に隣接する層として
はＴｉＣＮ、Ａｌ2 Ｏ3 のほかにＴｉＣ、ＴｉＢＮ、Ｔ
ｉＣＮＯ、ＴｉＣＯの各層を設けることができる。さら
に好ましくは、前記窒化チタンと前記アルミナの間に炭
窒化チタン膜を被覆する。この炭窒化チタン膜は耐摩耗
性の観点から被覆することが好ましく、アスペクト比が
５以上の柱状晶膜とすることで、亀裂を導入しやすく、
膜そのものも強靱となるためこのように限定した。ま
た、このアスペクト比は１０〜５０の範囲にあると特に
優れた性能を期待できる。その厚みは３μｍ未満では耐
摩耗性向上効果が小さく、３０μｍよりも厚くなると耐
欠損性の低下が著しくなるのでこのように限定した。
【００１３】（ｂ）工具の断面組織を鏡面加工後、光学
顕微鏡もしくは走査電子顕微鏡で観察したとき、刃先稜
線部の被覆膜中の平均亀裂間隔が逃げ面の被覆膜中の平
均亀裂間隔よりも狭いと断続切削時の耐欠損性が向上
し、耐摩耗性を支配する逃げ面で亀裂を導入しすぎるこ
とによる膜の破壊、脱落、剥離現象が抑制できるため好
ましい。特に、前記断面組織上で刃先稜線部の被覆膜中
の亀裂間隔の平均値をＸ、逃げ面の被覆膜中の亀裂間隔
の平均値をＹとしたときに、Ｙ／Ｘの値が２以上なる関
係、好ましくは５以上を満たしていると、特にこれらの
効果が顕著に現れるためこのように限定した。なお、前
記刃先稜線部とは刃先稜線部の中央部（範囲としてはす
くい面もしくは逃げ面とのつなぎ部までをいう）、前記
逃げ面とは逃げ面中央部、すくい面とは刃先稜線部とす
くい面のつなぎ部からすくい面側に０〜１００μｍ入っ
た位置を指す（図１、２参照）。また、前記の光学顕微
鏡もしくは走査電子顕微鏡による断面組織の観察は、指
定の場所の被覆膜を距離で約５０〜１００μｍ程度の長
さ分、写真撮影し、これを用いて亀裂の導入状態を評価
する。ただし、この観察視野で導入されている亀裂本数
が少ないときには、測定視野を延長し、指定の場所が５
０μｍ未満の長さしかないときは、測定可能な距離だけ
を測定視野とする。ここでいう亀裂とは各被覆層の膜厚
の１／２以上の長さで被覆膜表面と垂直方向に導入され
た亀裂のことを指す（図３参照）。これは、各層の厚み
の１／２以上の亀裂長さの亀裂が導入されたときに、特
に各層の膜が強靱化し、切削性能が向上するためであ
る。また、各被覆層の平均亀裂間隔が異なるときには、
最も小さい平均亀裂間隔を本発明の平均亀裂間隔とし
た。
顕微鏡もしくは走査電子顕微鏡で観察したとき、刃先稜
線部の被覆膜中の平均亀裂間隔が逃げ面の被覆膜中の平
均亀裂間隔よりも狭いと断続切削時の耐欠損性が向上
し、耐摩耗性を支配する逃げ面で亀裂を導入しすぎるこ
とによる膜の破壊、脱落、剥離現象が抑制できるため好
ましい。特に、前記断面組織上で刃先稜線部の被覆膜中
の亀裂間隔の平均値をＸ、逃げ面の被覆膜中の亀裂間隔
の平均値をＹとしたときに、Ｙ／Ｘの値が２以上なる関
係、好ましくは５以上を満たしていると、特にこれらの
効果が顕著に現れるためこのように限定した。なお、前
記刃先稜線部とは刃先稜線部の中央部（範囲としてはす
くい面もしくは逃げ面とのつなぎ部までをいう）、前記
逃げ面とは逃げ面中央部、すくい面とは刃先稜線部とす
くい面のつなぎ部からすくい面側に０〜１００μｍ入っ
た位置を指す（図１、２参照）。また、前記の光学顕微
鏡もしくは走査電子顕微鏡による断面組織の観察は、指
定の場所の被覆膜を距離で約５０〜１００μｍ程度の長
さ分、写真撮影し、これを用いて亀裂の導入状態を評価
する。ただし、この観察視野で導入されている亀裂本数
が少ないときには、測定視野を延長し、指定の場所が５
０μｍ未満の長さしかないときは、測定可能な距離だけ
を測定視野とする。ここでいう亀裂とは各被覆層の膜厚
の１／２以上の長さで被覆膜表面と垂直方向に導入され
た亀裂のことを指す（図３参照）。これは、各層の厚み
の１／２以上の亀裂長さの亀裂が導入されたときに、特
に各層の膜が強靱化し、切削性能が向上するためであ
る。また、各被覆層の平均亀裂間隔が異なるときには、
最も小さい平均亀裂間隔を本発明の平均亀裂間隔とし
た。
【００１４】（ｃ）刃先稜線部の被覆膜中の亀裂のう
ち、母材側の亀裂の先端が前記最内層の窒化チタン内、
前記柱状晶からなる炭窒化チタン内、もしくは前記窒化
チタンと前記柱状晶からなる炭窒化チタンの界面で止ま
っているものが５０％以上あると、母材まで貫通した亀
裂の割合が低くなるため、断続切削時に母材に貫通した
亀裂が応力集中源となって超硬合金が破壊し欠損した
り、被覆膜直下の超硬合金が破壊することによって被覆
膜が剥がれて耐摩耗性が低下する現象が抑制できるため
好ましい。特に好ましいのは８０％以上の時である。な
お、上記理由により、母材側の亀裂の先端が、最内層の
窒化チタンと母材の界面にあり、亀裂が母材に貫通して
いない場合も本発明に含まれるのは当然である。
ち、母材側の亀裂の先端が前記最内層の窒化チタン内、
前記柱状晶からなる炭窒化チタン内、もしくは前記窒化
チタンと前記柱状晶からなる炭窒化チタンの界面で止ま
っているものが５０％以上あると、母材まで貫通した亀
裂の割合が低くなるため、断続切削時に母材に貫通した
亀裂が応力集中源となって超硬合金が破壊し欠損した
り、被覆膜直下の超硬合金が破壊することによって被覆
膜が剥がれて耐摩耗性が低下する現象が抑制できるため
好ましい。特に好ましいのは８０％以上の時である。な
お、上記理由により、母材側の亀裂の先端が、最内層の
窒化チタンと母材の界面にあり、亀裂が母材に貫通して
いない場合も本発明に含まれるのは当然である。
【００１５】（ｄ）前記刃先稜線部の被覆膜中の亀裂の
平均長さが、逃げ面での被覆膜厚の平均値よりも短い
と、表面から母材まで貫通した亀裂が少なくなり、高速
切削時に母材に貫通した亀裂先端で超硬合金母材が酸化
することによる超硬母材の破壊、膜の剥離による摩耗の
増加が抑制できるため好ましい。さらに、前記刃先稜線
部の被覆膜中の亀裂間隔の平均値を１０μｍ以下とする
ことにより、刃先稜線部に負荷された切削応力が特定の
亀裂先端に集中することを防止、すなわち応力分散でき
るため、耐欠損性が向上する上、異常摩耗が抑制される
ため耐摩耗性が向上するので特に好ましい。
平均長さが、逃げ面での被覆膜厚の平均値よりも短い
と、表面から母材まで貫通した亀裂が少なくなり、高速
切削時に母材に貫通した亀裂先端で超硬合金母材が酸化
することによる超硬母材の破壊、膜の剥離による摩耗の
増加が抑制できるため好ましい。さらに、前記刃先稜線
部の被覆膜中の亀裂間隔の平均値を１０μｍ以下とする
ことにより、刃先稜線部に負荷された切削応力が特定の
亀裂先端に集中することを防止、すなわち応力分散でき
るため、耐欠損性が向上する上、異常摩耗が抑制される
ため耐摩耗性が向上するので特に好ましい。
【００１６】（ｅ）前記アルミナ層の少なくとも一層は
刃先稜線部の少なくとも一部で、例えば砥粒を付着、含
有するブラシや弾性砥石などを用いる研磨法又はバレル
処理法、ブラスト処理法により除去して該アルミナ層の
下層の表面を露出させる。これは被覆膜の剥離を防止
し、耐欠損性、耐摩耗性を向上するためにするもので、
アルミナ層を一部除去することで被削材が刃先に溶着す
る現象を抑制し、溶着→切削抵抗の増大→被膜の欠損の
流れが起りにくくなり、またアルミナ層の破壊が抑制で
きるので、破壊したアルミナ粒子が逃げ面を擦過するこ
とによる異常摩耗を抑制することができる。除去の仕方
は、刃先稜線部の切刃全周に及ばせるのが好ましい。な
お、アルミナ層が除去されているかどうかの判断は、Ｓ
ＥＭによって工具表面を観察し、組成像を撮影したり、
ＥＤＳ（ＥＮＥＲＧＹ ＤＩＳＰＥＲＳＩＶＥ ＳＰＥ
ＣＴＲＯＳＣＯＰＹ）分析することによって行えるほ
か、合金の断面を研磨ラッピング後に光学顕微鏡、ＳＥ
Ｍ、ＥＤＳ分析などの方法で行うことができる。
刃先稜線部の少なくとも一部で、例えば砥粒を付着、含
有するブラシや弾性砥石などを用いる研磨法又はバレル
処理法、ブラスト処理法により除去して該アルミナ層の
下層の表面を露出させる。これは被覆膜の剥離を防止
し、耐欠損性、耐摩耗性を向上するためにするもので、
アルミナ層を一部除去することで被削材が刃先に溶着す
る現象を抑制し、溶着→切削抵抗の増大→被膜の欠損の
流れが起りにくくなり、またアルミナ層の破壊が抑制で
きるので、破壊したアルミナ粒子が逃げ面を擦過するこ
とによる異常摩耗を抑制することができる。除去の仕方
は、刃先稜線部の切刃全周に及ばせるのが好ましい。な
お、アルミナ層が除去されているかどうかの判断は、Ｓ
ＥＭによって工具表面を観察し、組成像を撮影したり、
ＥＤＳ（ＥＮＥＲＧＹ ＤＩＳＰＥＲＳＩＶＥ ＳＰＥ
ＣＴＲＯＳＣＯＰＹ）分析することによって行えるほ
か、合金の断面を研磨ラッピング後に光学顕微鏡、ＳＥ
Ｍ、ＥＤＳ分析などの方法で行うことができる。
【００１７】また、前記アルミナ層が除去された部分で
表面に露出した被覆層Ａ中の亀裂間隔が０．５〜５μｍ
であると特に耐溶着性、耐摩耗性に優れ、耐欠損性が素
晴らしく向上するため、特に好ましい。また、前記アル
ミナ層が除去された部分で表面に露出した被覆層Ａが厚
み３〜３０μｍのアスペクト比が５以上好ましくは１０
〜５０の柱状晶からなる炭窒化チタンである場合、もし
くは前記刃先稜線部の被覆膜中の亀裂が前記柱状晶から
なる炭窒化チタン膜にのみ存在し、その上下の被覆層に
貫通していないものが５０％以上であると、前記柱状晶
からなる炭窒化チタン膜の結晶粒は柱状のため、断続切
削時のような衝撃が繰り返し負荷される切削でも亀裂が
膜表面と平行に進展したり、亀裂同士が合体したりする
ことが少なく、膜のチッピングからの溶着欠損や膜の剥
離による急激な摩耗増大現象が抑制できるため好まし
い。本発明の被覆超硬合金において、被覆の総膜厚範囲
は３〜５０μｍとするのが好ましい。
表面に露出した被覆層Ａ中の亀裂間隔が０．５〜５μｍ
であると特に耐溶着性、耐摩耗性に優れ、耐欠損性が素
晴らしく向上するため、特に好ましい。また、前記アル
ミナ層が除去された部分で表面に露出した被覆層Ａが厚
み３〜３０μｍのアスペクト比が５以上好ましくは１０
〜５０の柱状晶からなる炭窒化チタンである場合、もし
くは前記刃先稜線部の被覆膜中の亀裂が前記柱状晶から
なる炭窒化チタン膜にのみ存在し、その上下の被覆層に
貫通していないものが５０％以上であると、前記柱状晶
からなる炭窒化チタン膜の結晶粒は柱状のため、断続切
削時のような衝撃が繰り返し負荷される切削でも亀裂が
膜表面と平行に進展したり、亀裂同士が合体したりする
ことが少なく、膜のチッピングからの溶着欠損や膜の剥
離による急激な摩耗増大現象が抑制できるため好まし
い。本発明の被覆超硬合金において、被覆の総膜厚範囲
は３〜５０μｍとするのが好ましい。
【００１８】次に、前記超硬合金表面に脱β層（ＷＣお
よび結合相金属以外の析出物を有さない層）を有してい
ると、亀裂が切削応力により母材中に進展したときに超
硬母材表面部での靱性が向上しているため、亀裂進展し
にくく、耐欠損性がさらに向上できる。さらに、脱β層
直下に合金内部よりも硬度の高い部分が存在していると
耐欠損性と耐摩耗性のバランスが向上する。脱β層は窒
化物及び／又は炭窒化物を含有する超硬合金粉末を真空
などの脱窒雰囲気で焼結することによって得ることがで
き、その厚さは５〜５０μｍが好ましい。また、前記除
去されたアルミナ層は、刃先稜線部で均一にアルミナ膜
を除去するためには均一な微粒を形成し易いκ−アルミ
ナのほうが好ましく、鋼切削時の逃げ面での耐摩耗性に
も優れているのでκ−アルミナが好ましい。なお、前記
刃先稜線部の被覆膜中の亀裂はコーティング後に機械的
に導入することができ、機械的衝撃の程度を制御するこ
とで本発明の被覆超硬合金製切削工具を製造することが
できる。機械的衝撃を与える方法としてはブラスト処理
の他に、砥粒を付着させたブラシや弾性砥石による研
磨、バレル処理などの方法を挙げることができる。ま
た、前記柱状晶からなる炭窒化チタンがアセトニトリル
（ＣＨ3 ＣＮ）、スクシノニトリル、トルニトリル、ア
クリロニトリル、ブチロニトリルなどの有機ＣＮ化合物
を反応ガスとするＣＶＤ法によって８００℃以上１００
０℃以下の温度で被覆されていると、炭窒化チタン膜が
アスペクト比５以上の柱状晶となりやすく、本発明に記
載の亀裂が導入されやすいため好ましい。
よび結合相金属以外の析出物を有さない層）を有してい
ると、亀裂が切削応力により母材中に進展したときに超
硬母材表面部での靱性が向上しているため、亀裂進展し
にくく、耐欠損性がさらに向上できる。さらに、脱β層
直下に合金内部よりも硬度の高い部分が存在していると
耐欠損性と耐摩耗性のバランスが向上する。脱β層は窒
化物及び／又は炭窒化物を含有する超硬合金粉末を真空
などの脱窒雰囲気で焼結することによって得ることがで
き、その厚さは５〜５０μｍが好ましい。また、前記除
去されたアルミナ層は、刃先稜線部で均一にアルミナ膜
を除去するためには均一な微粒を形成し易いκ−アルミ
ナのほうが好ましく、鋼切削時の逃げ面での耐摩耗性に
も優れているのでκ−アルミナが好ましい。なお、前記
刃先稜線部の被覆膜中の亀裂はコーティング後に機械的
に導入することができ、機械的衝撃の程度を制御するこ
とで本発明の被覆超硬合金製切削工具を製造することが
できる。機械的衝撃を与える方法としてはブラスト処理
の他に、砥粒を付着させたブラシや弾性砥石による研
磨、バレル処理などの方法を挙げることができる。ま
た、前記柱状晶からなる炭窒化チタンがアセトニトリル
（ＣＨ3 ＣＮ）、スクシノニトリル、トルニトリル、ア
クリロニトリル、ブチロニトリルなどの有機ＣＮ化合物
を反応ガスとするＣＶＤ法によって８００℃以上１００
０℃以下の温度で被覆されていると、炭窒化チタン膜が
アスペクト比５以上の柱状晶となりやすく、本発明に記
載の亀裂が導入されやすいため好ましい。
【００１９】
【実施例】以下、実施例により、本発明を説明するが、
これにより本発明が限定されるものではない。 （実施例１）重量％で８７％ＷＣ−４％ＴｉＣ−２％Ｚ
ｒＣ−７％Ｃｏなる組成の超硬合金粉末をプレスし、真
空雰囲気中で１４００℃、１時間保持の条件で焼結し、
平研、刃先処理を行い、ＩＳＯ型番ＣＮＭＧ１２０４０
８の形状の超硬合金製チップを作製した。このチップに
下層から順に次の３種類の被覆膜をＣＶＤ法によりコー
ティングした。 膜質０．３μｍＴｉＣ−８μｍＴｉＣＮ（アスペクト
比３）−０．５μｍＴｉＣＮＯ−１．７μｍα−アルミ
ナ−０．５μｍＴｉＮ（総膜厚１１μｍ） 膜質０．３μｍＴｉＮ−８μｍＴｉＣＮ（アスペクト
比３）−０．５μｍＴｉＣＮＯ−１．７μｍα−アルミ
ナ−０．５μｍＴｉＮ（総膜厚１１μｍ） 膜質０．３μｍＴｉＮ−８μｍＴｉＣＮ（アスペクト
比７）−０．５μｍＴｉＣＮＯ−１．７μｍα−アルミ
ナ−０．５μｍＴｉＮ（総膜厚１１μｍ）
これにより本発明が限定されるものではない。 （実施例１）重量％で８７％ＷＣ−４％ＴｉＣ−２％Ｚ
ｒＣ−７％Ｃｏなる組成の超硬合金粉末をプレスし、真
空雰囲気中で１４００℃、１時間保持の条件で焼結し、
平研、刃先処理を行い、ＩＳＯ型番ＣＮＭＧ１２０４０
８の形状の超硬合金製チップを作製した。このチップに
下層から順に次の３種類の被覆膜をＣＶＤ法によりコー
ティングした。 膜質０．３μｍＴｉＣ−８μｍＴｉＣＮ（アスペクト
比３）−０．５μｍＴｉＣＮＯ−１．７μｍα−アルミ
ナ−０．５μｍＴｉＮ（総膜厚１１μｍ） 膜質０．３μｍＴｉＮ−８μｍＴｉＣＮ（アスペクト
比３）−０．５μｍＴｉＣＮＯ−１．７μｍα−アルミ
ナ−０．５μｍＴｉＮ（総膜厚１１μｍ） 膜質０．３μｍＴｉＮ−８μｍＴｉＣＮ（アスペクト
比７）−０．５μｍＴｉＣＮＯ−１．７μｍα−アルミ
ナ−０．５μｍＴｉＮ（総膜厚１１μｍ）
【００２０】なお、膜質のＴｉＣＮ膜被覆時には有機
ＣＮ化合物としてアセトニトリルを原料として用い、９
００℃で被覆し、アスペクト比が約７の柱状晶ＴｉＣＮ
膜を形成した。また、いずれの膜質もアルミナ膜被覆時
にはＨ2 Ｓガスを添加ガスとして用い、刃先稜線部と逃
げ面中央部の膜厚が均一となるように被覆した。このた
め、いずれの膜質でも被覆膜厚はすくい面部、刃先稜線
部、逃げ面中央部ともに約１１μｍであった。
ＣＮ化合物としてアセトニトリルを原料として用い、９
００℃で被覆し、アスペクト比が約７の柱状晶ＴｉＣＮ
膜を形成した。また、いずれの膜質もアルミナ膜被覆時
にはＨ2 Ｓガスを添加ガスとして用い、刃先稜線部と逃
げ面中央部の膜厚が均一となるように被覆した。このた
め、いずれの膜質でも被覆膜厚はすくい面部、刃先稜線
部、逃げ面中央部ともに約１１μｍであった。
【００２１】さらに、この被覆超硬合金の表面を、鉄球
を用いて鉄球のサイズ、投射スピードを変化させて、表
１に示す被覆膜中の亀裂状態の異なるチップを作製し
た。なお、被覆膜中の亀裂の状態は、各被覆超硬合金を
ダイヤモンドホイールで切断し、切断面が見えるように
樹脂に埋込んだ後、切断面を研削盤で＃１４０のダイヤ
モンド砥石を用い、研削速度３０ｍ／ｓｅｃ、送り速度
２０ｃｍ／ｓｅｃ、切り込み量４μｍ（初期）、２μｍ
（中期）、１μｍ（後期）の条件で約３００μｍの厚さ
を平面研削し、更に、研磨盤で＃１５００のダイヤモン
ドペーストで粗研磨、次に＃３０００のダイヤモンドペ
ーストで仕上げ研磨した面を光学顕微鏡を用いて×１５
００で観察し、定量化した。
を用いて鉄球のサイズ、投射スピードを変化させて、表
１に示す被覆膜中の亀裂状態の異なるチップを作製し
た。なお、被覆膜中の亀裂の状態は、各被覆超硬合金を
ダイヤモンドホイールで切断し、切断面が見えるように
樹脂に埋込んだ後、切断面を研削盤で＃１４０のダイヤ
モンド砥石を用い、研削速度３０ｍ／ｓｅｃ、送り速度
２０ｃｍ／ｓｅｃ、切り込み量４μｍ（初期）、２μｍ
（中期）、１μｍ（後期）の条件で約３００μｍの厚さ
を平面研削し、更に、研磨盤で＃１５００のダイヤモン
ドペーストで粗研磨、次に＃３０００のダイヤモンドペ
ーストで仕上げ研磨した面を光学顕微鏡を用いて×１５
００で観察し、定量化した。
【００２２】
【表１】
【００２３】次にこれらのチップを用いて、図４に示す
ＳＣＭ４３５製被削材（外周に４つの溝があり、断続形
状になる丸棒材）を下記条件で切削し、各工具の耐欠損
性を評価するとともに、ＳＣＭ４３５製被削材を用いて
下記条件で耐摩耗性テスト１を実施した。
ＳＣＭ４３５製被削材（外周に４つの溝があり、断続形
状になる丸棒材）を下記条件で切削し、各工具の耐欠損
性を評価するとともに、ＳＣＭ４３５製被削材を用いて
下記条件で耐摩耗性テスト１を実施した。
【００２４】 寿命判定は欠け発生時点とし、寿命時間は４コーナー平
均とした。
均とした。
【００２５】
【００２６】その結果を表２に示すが、最下層が０．３
μｍのＴｉＮで、その上層にアスペクト比が３もしくは
７の柱状晶のＴｉＣＮ膜が８μｍ被覆された膜質、
〔前記発明（１）の構成要件（ａ）を満たす〕を被覆
し、前記発明（１）の（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）
の構成要件を満たす試料Ｎｏ．１−６、１−１０、１−
１１、１−１４のチップ（本発明品）は最下層がＴｉＮ
でない試料Ｎｏ．１−１から１−３および膜質、で
あるが、構成要件（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）のい
ずれかを満たさない試料Ｎｏ．１−４、１−５、１−
７、１−８、１−９、１−１２、１−１３、１−１５、
１−１６に比べて、優れた耐欠損性、耐摩耗性を示し
た。中でも刃先稜線部の被覆膜中の亀裂間隔の平均値が
１０μｍ以下である試料Ｎｏ．１−１０、１−１１、１
−１４は特に優れた耐欠損性及び耐摩耗性を示した。さ
らに、Ｙ／Ｘ（刃先稜線部の亀裂間隔の平均値Ｘ、逃げ
面の被覆膜中の亀裂間隔の平均値Ｙ）の値が５以上の範
囲にある試料Ｎｏ．１−１０、１−１１は特に優れた耐
欠損性及び耐摩耗性を示した。
μｍのＴｉＮで、その上層にアスペクト比が３もしくは
７の柱状晶のＴｉＣＮ膜が８μｍ被覆された膜質、
〔前記発明（１）の構成要件（ａ）を満たす〕を被覆
し、前記発明（１）の（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）
の構成要件を満たす試料Ｎｏ．１−６、１−１０、１−
１１、１−１４のチップ（本発明品）は最下層がＴｉＮ
でない試料Ｎｏ．１−１から１−３および膜質、で
あるが、構成要件（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）のい
ずれかを満たさない試料Ｎｏ．１−４、１−５、１−
７、１−８、１−９、１−１２、１−１３、１−１５、
１−１６に比べて、優れた耐欠損性、耐摩耗性を示し
た。中でも刃先稜線部の被覆膜中の亀裂間隔の平均値が
１０μｍ以下である試料Ｎｏ．１−１０、１−１１、１
−１４は特に優れた耐欠損性及び耐摩耗性を示した。さ
らに、Ｙ／Ｘ（刃先稜線部の亀裂間隔の平均値Ｘ、逃げ
面の被覆膜中の亀裂間隔の平均値Ｙ）の値が５以上の範
囲にある試料Ｎｏ．１−１０、１−１１は特に優れた耐
欠損性及び耐摩耗性を示した。
【００２７】
【表２】
【００２８】（実施例２）実施例１と同じ超硬合金でＩ
ＳＯ型番ＣＮＭＧ１２０４０８の形状の超硬合金製チッ
プを作製した。このチップに実施例１に記載した被覆膜
質を被覆し、この被覆超硬合金の表面を＃８００のダ
イヤモンド砥粒を内部に埋め込んだナイロン製ブラシを
用いて、刃先稜線部の少なくとも一部でアルミナ膜が除
去されるようにすくい面側から表面処理し、表３に示す
被覆膜中の亀裂状態の異なるチップを作製した。これら
のチップを用いて、実施例１と同じ切削テストを実施し
た。
ＳＯ型番ＣＮＭＧ１２０４０８の形状の超硬合金製チッ
プを作製した。このチップに実施例１に記載した被覆膜
質を被覆し、この被覆超硬合金の表面を＃８００のダ
イヤモンド砥粒を内部に埋め込んだナイロン製ブラシを
用いて、刃先稜線部の少なくとも一部でアルミナ膜が除
去されるようにすくい面側から表面処理し、表３に示す
被覆膜中の亀裂状態の異なるチップを作製した。これら
のチップを用いて、実施例１と同じ切削テストを実施し
た。
【００２９】
【表３】
【００３０】その結果を表４中に記載する。本発明品で
ある試料Ｎｏ．２−３から２−７のチップはいずれも優
れた耐欠損性、耐摩耗性を示したが、中でも刃先稜線部
の被覆膜中の亀裂の母材側の先端が最内層窒化チタン、
炭窒化チタン、もしくは両者の界面にある割合が８０％
以上である試料Ｎｏ．２−６と２−７は、特に優れた耐
欠損性、耐摩耗性を示した。
ある試料Ｎｏ．２−３から２−７のチップはいずれも優
れた耐欠損性、耐摩耗性を示したが、中でも刃先稜線部
の被覆膜中の亀裂の母材側の先端が最内層窒化チタン、
炭窒化チタン、もしくは両者の界面にある割合が８０％
以上である試料Ｎｏ．２−６と２−７は、特に優れた耐
欠損性、耐摩耗性を示した。
【００３１】
【表４】
【００３２】（実施例３）実施例１と同じ超硬合金でＩ
ＳＯ型番ＣＮＭＧ１２０４０８の形状の超硬合金製チッ
プを作製した。このチップに下層から順に１μｍＴｉＮ
−７μｍＴｉＣＮ−３μｍＴｉＣ−２μｍκ−アルミナ
なる構造の膜を被覆した。なお、ＴｉＣＮ膜はアセトニ
トリル、窒素ガス、ＴｉＣｌ4 、水素ガスを原料ガスも
しくはキャリアガスとして用い、被覆時のコーティング
温度を８００から１０００℃の範囲で変化させ、さらに
炉内圧力、ガス組成比を変化させて被覆することで、ア
スペクト比が５から２０の範囲のものを作製した。さら
に、これらのチップの表面を＃１２００のＳｉＣ砥粒を
内部に埋め込んだ弾性砥石を用いて、すくい面側から表
面処理し、表５に示す被覆膜中の亀裂状態の異なるチッ
プを作製した。これらのチップを用いて、実施例１と同
じ切削テストおよび以下に示す耐摩耗性テスト２を実施
した。
ＳＯ型番ＣＮＭＧ１２０４０８の形状の超硬合金製チッ
プを作製した。このチップに下層から順に１μｍＴｉＮ
−７μｍＴｉＣＮ−３μｍＴｉＣ−２μｍκ−アルミナ
なる構造の膜を被覆した。なお、ＴｉＣＮ膜はアセトニ
トリル、窒素ガス、ＴｉＣｌ4 、水素ガスを原料ガスも
しくはキャリアガスとして用い、被覆時のコーティング
温度を８００から１０００℃の範囲で変化させ、さらに
炉内圧力、ガス組成比を変化させて被覆することで、ア
スペクト比が５から２０の範囲のものを作製した。さら
に、これらのチップの表面を＃１２００のＳｉＣ砥粒を
内部に埋め込んだ弾性砥石を用いて、すくい面側から表
面処理し、表５に示す被覆膜中の亀裂状態の異なるチッ
プを作製した。これらのチップを用いて、実施例１と同
じ切削テストおよび以下に示す耐摩耗性テスト２を実施
した。
【００３３】
【表５】
【００３４】
【００３５】その結果を表６中に記載する。本発明品で
ある試料Ｎｏ．３−３から３−７のチップはいずれも優
れた耐欠損性、耐摩耗性を示したが、中でも前記アルミ
ナ層が除去された部分で表面に露出した被覆層Ａが厚み
３〜３０μｍのアスペクト比が５以上の柱状晶からなる
炭窒化チタンであるＮｏ．３−４から３−７のチップ
は、耐欠損性テスト１及び断続切削による衝撃で膜剥離
しやすい耐摩耗性テスト２で優れた性能を示した。ま
た、被覆層Ａ中の亀裂間隔が０．５〜５μｍの範囲にあ
る試料Ｎｏ．３−５〜３−７のチップは特に優れた耐欠
損性、耐摩耗性を示した。
ある試料Ｎｏ．３−３から３−７のチップはいずれも優
れた耐欠損性、耐摩耗性を示したが、中でも前記アルミ
ナ層が除去された部分で表面に露出した被覆層Ａが厚み
３〜３０μｍのアスペクト比が５以上の柱状晶からなる
炭窒化チタンであるＮｏ．３−４から３−７のチップ
は、耐欠損性テスト１及び断続切削による衝撃で膜剥離
しやすい耐摩耗性テスト２で優れた性能を示した。ま
た、被覆層Ａ中の亀裂間隔が０．５〜５μｍの範囲にあ
る試料Ｎｏ．３−５〜３−７のチップは特に優れた耐欠
損性、耐摩耗性を示した。
【００３６】
【表６】
【００３７】（実施例４）重量％で８７％ＷＣ−４％Ｔ
ｉＣ−２％ＺｒＣＮ−７％Ｃｏなる組成の超硬合金粉末
をプレスし、真空雰囲気中で１４００℃、１時間保持の
条件で焼結し、平研、刃先処理を行い、ＩＳＯ型番ＣＮ
ＭＧ１２０４０８の形状の超硬合金製チップを作製し
た。この超硬合金の断面を鏡面研磨し、組織を光学顕微
鏡で観察したところ合金表面に約２５μｍの脱β層が形
成でき、脱β層の直下に合金内部よりも硬度の高い部分
が形成できていることが断面硬度分布測定により確認で
きた。このチップおよび実施例１で作製した合金表面に
脱β層を有しないチップに実施例３で被覆した被覆膜を
コーティングした。さらに、この被覆超硬合金の表面
を、実施例１と同様にして鉄球を用いて鉄球のサイズ、
投射スピード、投射角度、投射時間を変化させて、ブラ
スト処理し、表７に示す被覆膜中の亀裂状態の異なるチ
ップを作製した。
ｉＣ−２％ＺｒＣＮ−７％Ｃｏなる組成の超硬合金粉末
をプレスし、真空雰囲気中で１４００℃、１時間保持の
条件で焼結し、平研、刃先処理を行い、ＩＳＯ型番ＣＮ
ＭＧ１２０４０８の形状の超硬合金製チップを作製し
た。この超硬合金の断面を鏡面研磨し、組織を光学顕微
鏡で観察したところ合金表面に約２５μｍの脱β層が形
成でき、脱β層の直下に合金内部よりも硬度の高い部分
が形成できていることが断面硬度分布測定により確認で
きた。このチップおよび実施例１で作製した合金表面に
脱β層を有しないチップに実施例３で被覆した被覆膜を
コーティングした。さらに、この被覆超硬合金の表面
を、実施例１と同様にして鉄球を用いて鉄球のサイズ、
投射スピード、投射角度、投射時間を変化させて、ブラ
スト処理し、表７に示す被覆膜中の亀裂状態の異なるチ
ップを作製した。
【００３８】
【表７】
【００３９】次にこれらのチップを用いて、実施例１及
び実施例３と同様にして耐欠損性テスト１、耐摩耗性テ
スト１及び２を実施した。その結果を表８中に記載す
る。本発明品である試料Ｎｏ．４−１〜４−６のチップ
はいずれも優れた耐欠損性、耐摩耗性を示したが、中で
も合金表面に脱β層を有する試料Ｎｏ．４−４〜４−６
は脱β層を有さない試料Ｎｏ．４−１〜４−３と比較し
て、特に優れた耐欠損性、耐摩耗性を有することが確認
できた。中でも亀裂が柱状のＴｉＣＮ膜中にのみ存在す
る割合が５０％以上である試料Ｎｏ．４−５と４−６の
チップは特に優れた耐欠損性、耐摩耗性を有することが
確認できた。
び実施例３と同様にして耐欠損性テスト１、耐摩耗性テ
スト１及び２を実施した。その結果を表８中に記載す
る。本発明品である試料Ｎｏ．４−１〜４−６のチップ
はいずれも優れた耐欠損性、耐摩耗性を示したが、中で
も合金表面に脱β層を有する試料Ｎｏ．４−４〜４−６
は脱β層を有さない試料Ｎｏ．４−１〜４−３と比較し
て、特に優れた耐欠損性、耐摩耗性を有することが確認
できた。中でも亀裂が柱状のＴｉＣＮ膜中にのみ存在す
る割合が５０％以上である試料Ｎｏ．４−５と４−６の
チップは特に優れた耐欠損性、耐摩耗性を有することが
確認できた。
【００４０】
【表８】
【００４１】以上、実施例により本発明を例示的に説明
したが、以上の実施例によって本発明が制限されるもの
ではない。
したが、以上の実施例によって本発明が制限されるもの
ではない。
【００４２】
【発明の効果】本発明により超硬合金の被覆層中の亀裂
の間隔、その先端の位置などを定量的に特定すること
で、優れた耐欠損性と耐摩耗性を得ることができる。
の間隔、その先端の位置などを定量的に特定すること
で、優れた耐欠損性と耐摩耗性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るチップの刃先稜線部、逃げ面、す
くい面等を示すための説明図。
くい面等を示すための説明図。
【図２】図１のチップを上面からみた模式図。
【図３】本発明に係る超硬合金の被覆層中における亀裂
の先端の基体に対する位置関係を示す説明図。
の先端の基体に対する位置関係を示す説明図。
【図４】実施例の切削テストに用いたＳＣＭ４３５製被
削材（丸棒材）の横断面図。
削材（丸棒材）の横断面図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平11−99405（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−15711（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−1403（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−26366（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−246512（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−108258（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B23B 27/14 C23C 16/30 C23C 28/04
Claims (13)
- 【請求項１】 ＷＣをマトリックスとし、鉄族金属を結
合相とした超硬合金を基体とし、その基体の表面に複数
の被覆層を設けた被覆超硬合金製切削工具において、
（ａ）該被覆層の基体に隣接する最内層が厚み０．１〜
３μｍの窒化チタンであり、その上層に０．５〜１０μ
ｍのアルミナが少なくとも一層被覆されており、（ｂ）
前記工具の刃先稜線部の鏡面研磨した断面組織上で、刃
先稜線部の被覆膜中の平均亀裂間隔が逃げ面の被覆膜中
の平均亀裂間隔より小さく、（ｃ）前記刃先稜線部の被
覆膜中の亀裂のうち、基体側の亀裂の先端が前記最内層
の窒化チタン内もしくは窒化チタンよりも上層内もしく
はそれらの層間の界面にあるものが５０％以上であり、
（ｄ）前記刃先稜線部の被覆膜中の亀裂の平均長さが逃
げ面での被覆膜厚の平均値よりも短く、（ｅ）前記アル
ミナ層の少なくとも一層が刃先稜線部の少なくとも一部
で除去されて該アルミナ層の下層の表面が露出されてい
ることを特徴とする被覆超硬合金製切削工具。 - 【請求項２】 前記最内層の窒化チタンの上層に、厚み
３〜３０μｍのアスペクト比５以上の柱状晶からなる炭
窒化チタンが少なくとも一層被覆されていることを特徴
とする請求項１に記載の被覆超硬合金製切削工具。 - 【請求項３】 前記刃先稜線部の被覆膜中の亀裂のう
ち、前記基体側の亀裂の先端が前記最内層の窒化チタン
内、前記柱状晶からなる炭窒化チタン内、もしくは前記
窒化チタンと前記柱状晶からなる炭窒化チタンとの界面
にあるものが５０％以上であることを特徴とする請求項
２に記載の被覆超硬合金製切削工具。 - 【請求項４】 前記刃先稜線部の被覆膜中の亀裂のう
ち、前記基体側の亀裂の先端が前記最内層の窒化チタン
内、前記柱状晶からなる炭窒化チタン内、もしくは前記
窒化チタンと前記柱状晶からなる炭窒化チタンとの界面
にあるものが８０％以上であることを特徴とする請求項
１〜３のいずれかに記載の被覆超硬合金製切削工具。 - 【請求項５】 前記刃先稜線部の被覆膜中の亀裂間隔の
平均値は１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１
〜４のいずれかに記載の被覆超硬合金製切削工具。 - 【請求項６】 前記断面組織上で刃先稜線部の被覆膜中
の亀裂間隔のうち、亀裂間隔の平均値をＸ、逃げ面の被
覆膜中の亀裂間隔の平均値をＹとしたとき、Ｙ／Ｘの値
が２以上の関係を満たすことを特徴とする請求項１〜５
のいずれかに記載の被覆超硬合金製切削工具。 - 【請求項７】 前記アルミナ層が除去された部分で表面
に露出した被覆層Ａ中の亀裂間隔が０．５〜５μｍであ
ることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の被
覆超硬合金製切削工具。 - 【請求項８】 前記アルミナ層が除去された部分で表面
に露出した被覆層Ａが厚み３〜３０μｍのアスペクト比
が５以上の柱状晶からなる炭窒化チタンであることを特
徴とする請求項２〜７のいずれかに記載の被覆超硬合金
製切削工具。 - 【請求項９】 前記刃先稜線部の被覆膜中の亀裂のう
ち、前記柱状晶からなる炭窒化チタン膜にのみ存在し、
その上下の被覆層に貫通していないものが５０％以上で
あることを特徴とする請求項２〜８のいずれかに記載の
被覆超硬合金製切削工具。 - 【請求項１０】 前記超硬合金表面には脱β層を有する
ことを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の被覆
超硬合金製切削工具。 - 【請求項１１】 前記除去されたアルミナ層はκ−アル
ミナであることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか
に記載の被覆超硬合金製切削工具。 - 【請求項１２】 前記刃先稜線部の被覆膜中の亀裂はコ
ーティング後に機械的に導入されたことを特徴とする請
求項１〜１１のいずれかに記載の被覆超硬合金製切削工
具。 - 【請求項１３】 前記柱状晶からなる炭窒化チタンが有
機ＣＮ化合物を反応ガスとするＣＶＤ法によって８００
℃以上１０００℃以下の温度で被覆されたことを特徴と
する請求項２〜１２のいずれかに記載の被覆超硬合金製
切削工具。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31287698A JP3061041B2 (ja) | 1998-01-22 | 1998-11-04 | 被覆超硬合金工具 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10-10054 | 1998-01-22 | ||
| JP1005498 | 1998-01-22 | ||
| JP31287698A JP3061041B2 (ja) | 1998-01-22 | 1998-11-04 | 被覆超硬合金工具 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11267905A JPH11267905A (ja) | 1999-10-05 |
| JP3061041B2 true JP3061041B2 (ja) | 2000-07-10 |
Family
ID=26345230
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31287698A Expired - Lifetime JP3061041B2 (ja) | 1998-01-22 | 1998-11-04 | 被覆超硬合金工具 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3061041B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4518626B2 (ja) * | 2000-05-31 | 2010-08-04 | 住友電工ハードメタル株式会社 | 被覆切削工具 |
| JP4739235B2 (ja) * | 2004-12-14 | 2011-08-03 | 住友電工ハードメタル株式会社 | 表面被覆切削工具 |
| JP2007136631A (ja) | 2005-11-21 | 2007-06-07 | Sumitomo Electric Hardmetal Corp | 刃先交換型切削チップ |
| JP4783153B2 (ja) * | 2006-01-06 | 2011-09-28 | 住友電工ハードメタル株式会社 | 刃先交換型切削チップ |
| SE0602812L (sv) * | 2006-12-27 | 2008-06-28 | Sandvik Intellectual Property | CVD-belagt hårdmetallskär för seghetskrävande korthålsborrningsoperationer |
| JP2012030359A (ja) * | 2011-09-21 | 2012-02-16 | Sumitomo Electric Hardmetal Corp | 刃先交換型切削チップ |
| CN111655410B (zh) * | 2018-03-16 | 2023-01-10 | 住友电工硬质合金株式会社 | 表面被覆切削工具及其制造方法 |
-
1998
- 1998-11-04 JP JP31287698A patent/JP3061041B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11267905A (ja) | 1999-10-05 |
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