JP4812274B2 - 表面被覆切削工具 - Google Patents
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Description
本発明の表面被覆切削工具において、コーティング層は、内層および外層から構成される。
本発明において、内層は、周期律表4a、5aおよび6a族に属する金属、ならびにAlおよびSiからなる群より選択される1種以上の元素と、炭素、窒素および酸素からなる群より選択される1種以上の元素との化合物から構成される。上記の条件を満たす化合物であれば、硬度が高い点で特性を共通するので、本発明における内層として適用した場合に、本発明が奏する同様の効果を得ることができる。
外層は、導電性を有する酸化物膜から構成される。外層が酸化物膜で構成されることにより、高速切削時に切削温度が上昇しても優れた耐熱性、耐酸化性を得ることができるため、工具寿命の安定化、長寿命化を図ることができる。
本発明において、コーティング層における内層および/または外層には1〜7GPaの範囲内の圧縮残留応力を有する。当該範囲の圧縮残留応力を有することで耐欠損性に優れた工具とすることができるためである。圧縮残留応力が1GPaより小さいと耐欠損性向上の効果が小さく、逆に7GPaより大きいと切削中の衝撃で膜が自己破壊するおそれがある。
本発明において、上記外層は、導電性を有する。膜の導電性を特定することは難しいが、4端子法により比抵抗として測定できる。外層膜の比抵抗は0.1Ω・cm以下が好ましく、より好ましくは0.01Ω・cm以下である。このような比抵抗を有すると、異常放電現象が起こりにくく安定した成膜が可能であり、成膜後の治具への付着物の除去処理についても毎バッチおこなうなどの必要性がなく好ましい。
圧縮残留応力を有するコーティング層を基材上に被覆するには、物理蒸着法を用いることが好適である。すなわち、本発明では、内層および外層の双方を物理蒸着法により形成することが好ましい。物理蒸着法には、スパッタリング法、イオンプレーティング法などがあるが、優れた平滑性と密着性のため、特に原料元素のイオン化率が高いアンバランスドマグネトロンスパッタ法(神戸製鋼所技報 Vol.50 No.2(2000)参照、以下、アンバランストマグネトロンスパッタ法(UBMスパッタ法)と呼ぶ)、デュアルマグネトロンスパッタ法やカソードアークイオンプレーティングが適している。
本発明における外層が透明な膜であると好ましい。これは、外層が透明であると、外層に接する内層膜を金、銀、銅、赤紫、青紫などの美しい色調の膜とすることで、本発明の工具全体として美しい外観にすることができ、さらに外観品質を高めることができ、商品価値を高めることができるためである。ここで、本発明において透明とは、内部の層の色彩を視認できる程度にその層が透けていることをいう。また、赤紫にはピンクやオレンジ色の色調も含む。
外層が透明な膜でない場合も外層上に金、銀、銅、赤紫、青紫などの美しい色調の膜を最外層として被覆することで外観品質を高めることができる。本手法は公知技術としてのCVD工具などにおいて、アルミナ上のTiN膜被覆などで実用化されている方法である。
本発明において、コーティング層の合計膜厚は1.0μm以上10μm以下であると、良好な耐摩耗性を示すために好ましい。合計膜厚が1.0μm未満であると、コーティング層の耐摩耗性効果が発揮されにくく、10μmを越えると、コーティング層が欠損したり、剥離し易くなるため好ましくない。最外層を具える場合も、上記合計膜厚の範囲を満たすことが好ましい。
本発明において、基材は、WC基超硬合金、サーメット、高速度鋼、セラミックス、立方晶型窒化硼素焼結体、およびダイヤモンド焼結体のいずれかから構成されるものであることが望ましい。公知の組成のものを利用してもよい。
ISO規格:型番CNMG120408形状、M20超硬合金(Co:8質量%)からなる旋削加工用刃先交換チップ基材に表1に示すコーティング層を被覆した刃先交換チップを作製した。
上記実施例4の被覆膜の外層に0.5μmのTiSiCN膜(SUJ2に対する摩擦係数が0.2で赤紫色)を被覆した以外は、実施例4と同一の試料を実施例7として作製した。なお、実施例7において、実施例4のコーティングを行った直後にコーティング治具の付着物除去を実施せずにアーク蒸発源を用いてTiSiCNのコーティングを行ったが、異常な放電現象もなく正常にコーティングを行うことができた。
上記実施例6の外層膜ZnO−50vol%SnO2の代わりにAl2O3を被覆した以外は実施例6と同様に切削工具を作製し、比較例7の切削工具とした。次いで、上述と同様に、比較例7の工具の切削試験を行ったところ、切削性能は16パス切削可能と優れたものであったが、比較例7の膜を被覆した直後、コーティング治具の付着物除去を行わずに実施例1の工具の被覆を再度行ったところ、最内層被覆時に異常放電が発生し、成膜を正常に実施することができなかった。これは、Al2O3の比抵抗が1010Ω・cmより大きく、外層膜が導電性を有さないためであると考えられる。
Claims (9)
- 基材上にコーティング層を備える表面被覆切削工具であって、
前記コーティング層は、前記基材側から内層および外層をこの順で備え、
前記内層は、周期律表4a族に属する金属、5a族に属する金属、6a族に属する金属
、AlおよびSiからなる群より選択される1種以上の元素と、炭素、窒素および酸素か
らなる群より選択される1種以上の元素との化合物から構成され、
前記外層は、物理蒸着法により形成され、かつ導電性を有する酸化物膜から構成され、
前記導電性を有する酸化物膜は、Zn、In、Sn、FeまたはVのうちの少なくとも1つの元素の酸化物を含む、表面被覆切削工具。 - 前記内層および外層は、それぞれ圧縮残留応力を有することを特徴とする、請求項1に記載の表面被覆切削工具。
- 前記外層は透明であることを特徴とする、請求項1または2に記載の表面被覆切削工具。
- 金色、銀色、銅色、赤紫色、青紫色および虹色からなる群より選択される外観を呈することを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
- 前記コーティング層は、外層の外側にさらに最外層を備え、該最外層は、金色、銀色、銅色、赤紫色および青紫色からなる群より選択される外観を呈することを特徴とする、請求項1〜4のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
- 前記最外層の膜が潤滑性を有することを特徴とする、請求項5に記載の表面被覆切削工具。
- 前記圧縮残留応力は1〜7GPaの範囲内であることを特徴とする、請求項2に記載の表面被覆切削工具。
- 前記基材は、WC基超硬合金、サーメット、高速度鋼、セラミックス、立方晶型窒化硼素焼結体、またはダイヤモンド焼結体のいずれかから構成されることを特徴とする、請求項1〜7のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
- 前記コーティング層は、内層の内側にさらに最内層を備える、請求項1〜8のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
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