JP5245174B2 - 表面被覆切削工具 - Google Patents

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Description

本発明は、基材とその上に形成された被覆膜とを備える表面被覆切削工具に関する。
最近の切削工具の動向として、地球環境保全の観点から切削油剤を用いないドライ加工が求められていること、被削材が多様化していること、加工能率を一層向上させるため切削速度がより高速になってきていることなどの理由から、工具刃先温度はますます高温になる傾向にあり、工具材料に要求される特性は厳しくなる一方である。特に工具材料の要求特性として、基材上に形成される被覆膜の高温での安定性(耐酸化特性や被覆膜の密着性)はもちろんのこと、切削工具寿命に関係する耐摩耗性の向上や潤滑油剤に代替する被覆膜の潤滑特性が一段と重要となっている。
耐摩耗性および表面保護機能改善のため、WC基超硬合金、サーメット、高速度鋼等の硬質基材からなる切削工具や耐摩耗工具等の表面には、硬質被覆膜としてCrAlNを単層または複層形成することはよく知られているところである。しかしながら、最近の高速、ドライ加工では、CrAlNからなる硬質被覆膜では十分な工具寿命が得られないのが現状である。
そこで、高速切削時における硬質被覆膜の温度上昇を抑制することにより、長い工具寿命を実現する方法として、CrAlNからなる硬質被覆膜に潤滑性および耐溶着性を向上させる元素としてVを添加する試みが提案されている。
たとえば、特許文献1では、(Alb[Cr1-αα]c)(C1-dd)(ただし式中b、c、d、αはそれぞれ0.5≦b≦0.8、0.2≦c≦0.5、b+c=1、0.05≦α≦0.95、0.5≦d≦1)からなる硬質被覆膜を有する表面被覆切削工具が提案されている。
また、別の試みとして特許文献2では、基材の硬質被覆膜を上部層と下部層で構成し、上部層と下部層はいずれもCrとAlとVの複合窒化物からなり、上部層の層厚は0.5μm以上1.5μm以下であり、下部層の層厚は2μm以上6μm以下であり、上部層は薄層Aと薄層Bの交互積層構造を有し、薄層Aと薄層Bはいずれも一層の平均層厚がそれぞれ5nm以上20nm以下であって、薄層Aは[Cr1-(E+F)AlEF]N(ただし式中E、Fは0.05≦E≦0.20、0.40≦F≦0.55)を満足するCrとAlとVとの複合窒化物からなり、薄層Bは[Cr1-(M+N)AlMN]N(ただし式中M、Nは0.50≦M≦0.65、0.01≦N≦0.10)を満足するCrとAlとVの複合窒化物からなり、下部層は組成式[Cr1-(X+Y)AlxY]N(ただし式中X、Yは0.50≦X≦0.65、0.01≦Y≦0.10)を満足するCrとAlとVの複合窒化物の単一の層構造である硬質被覆層を形成した表面被覆切削工具が提案されている。
特開2003−034859号公報 特開2007−105842号公報
特許文献1では、Vの組成範囲を0.01≦α×c≦0.475としているが、Vの組成範囲α×cが0.475に近いと、潤滑性、耐溶着性は優れたものとなるが、耐摩耗性、耐熱性が劣ったものとなり、Vの組成範囲α×cが0.01に近いと耐摩耗性、耐熱性は優れたものとなるが、潤滑性、耐溶着性が劣ったものとなるという課題があった。
また、特許文献2においては、基材上の硬質被覆膜を上部層と下部層の2層構造とし、上部層ではV組成を多くすることにより、潤滑性、耐溶着性を高めるとともに、下部層ではV組成を少なくすることにより、耐摩耗性、耐熱性を高めることを試みているが、上部層のV組成の多いA層でもVの組成比は0.40〜0.55程度であるため、VNの優れた潤滑性、耐溶着性を十分に活かしきれていないという問題があった。
本発明は、上記のような現状に鑑みなされたものであって、その目的とするところは、VNの特性とCrAlNの特性とを兼備し、特に耐摩耗性に優れた被覆膜を備えた表面被覆切削工具を提供することにある。
本発明の表面被覆切削工具は、基材とその上に形成された被覆膜とを備え、該被覆膜は、VNからなるA層と、Cr1-xAlxN(ただし式中xは0.3≦x≦0.8)からなるB層とが交互に各々2層以上積層されてなり、該A層の層厚λaと該B層の層厚λbとは、それぞれ2nm以上1000nm以下であり、その層厚比λa/λbは、基材側から被覆膜の最表面側にかけて増大し、かつ基材に最も近いA層とB層の層厚比λa/λbは0.1以上0.7以下であり、最表面側に最も近いA層とB層の層厚比λa/λbは1.5以上10以下であることを特徴としている。
ここで、本発明の表面被覆切削工具は、上記基材と上記被覆膜との間に、さらに中間層を備え、該中間層は、0.1μm以上1μm以下の層厚を有し、かつTiN、CrN、Ti、およびCrからなる群より選ばれる少なくとも1種で構成されることが好ましい。
また、上記被覆膜は、その全体の膜厚が0.5μm以上20μm以下であることが好ましく、物理的蒸着法により形成されることが好ましい。
また、上記基材は、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により構成されることが好ましい。
本発明の表面被覆切削工具は、上記のような構成を有することにより、VNの特性とCrAlNの特性とを兼備し、特に耐摩耗性に優れた被覆膜を備えたものである。
以下、本発明について、詳細に説明する。なお、本発明において、層厚または膜厚は走査型電子顕微鏡(SEM)または透過型電子顕微鏡(TEM)により測定し、その組成はエネルギー分散型X線分析装置(EDS)により測定するものとする。
<表面被覆切削工具>
本発明の表面被覆切削工具は、基材とその上に形成された被覆膜とを備えたものである。このような基本的構成を有する本発明の表面被覆切削工具は、たとえばドリル、エンドミル、フライス加工用または旋削加工用刃先交換型切削チップ、メタルソー、歯切工具、リーマ、タップ、またはクランクシャフトのピンミーリング加工用チップ等として極めて有用に用いることができる。
<基材>
本発明の表面被覆切削工具の基材としては、このような切削工具の基材として知られる従来公知のものを特に限定なく使用することができる。たとえば、超硬合金(たとえばWC基超硬合金、WCの他、Coを含み、あるいはさらにTi、Ta、Nb等の炭窒化物等を添加したものも含む)、サーメット(TiC、TiN、TiCN等を主成分とするもの)、高速度鋼、セラミックス(炭化チタン、炭化硅素、窒化硅素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、およびこれらの混合体など)、立方晶型窒化硼素焼結体、ダイヤモンド焼結体等をこのような基材の例として挙げることができる。このような基材として超硬合金を使用する場合、そのような超硬合金は、組織中に遊離炭素やη相と呼ばれる異常相を含んでいても本発明の効果は示される。
なお、これらの基材は、その表面が改質されたものであっても差し支えない。たとえば、超硬合金の場合はその表面に脱β層が形成されていたり、サーメットの場合には表面硬化層が形成されていてもよく、このように表面が改質されていても本発明の効果は示される。
<被覆膜>
本発明の被覆膜は、VNからなるA層と、Cr1-xAlxN(ただし式中xは0.3≦x≦0.8)からなるB層とが交互に各々2層以上積層されてなり、該A層の層厚λaと該B層の層厚λbとは、それぞれ2nm以上1000nm以下であり、その層厚比λa/λbは、基材側から被覆膜の最表面側にかけて増大し、かつ基材に最も近いA層とB層の層厚比λa/λbは0.1以上0.7以下であり、最表面側に最も近いA層とB層の層厚比λa/λbは1.5以上10以下であることを特徴としている。
このような本発明の被覆膜は、基材上の全面を被覆する態様を含むとともに、部分的に被覆膜が形成されていない態様をも含み、さらにまた部分的に被覆膜の一部の積層態様が異なっているような態様をも含む。また、本発明の被覆膜は、その全体の膜厚が0.5μm以上20μm以下であることが好ましい。0.5μm未満であると耐摩耗性に劣る場合があり、20μmを超えると被覆膜に残存する圧縮応力に耐え切れず被覆膜が自己破壊する場合がある。このような被覆膜の特に好ましい膜厚は2μm以上15μm以下である。
以下、このような被覆膜についてさらに詳細に説明する。
<A層>
被覆膜を構成するA層は、VNであることを特徴とする。このようなA層は潤滑性、耐溶着性に優れるため、被削材の加工品位の向上や、高速、ドライ加工時の刃先温度低下に効果的である。
なお、VNという表記は、VとNの原子比が1:1の場合のみに限られるものではなく、従来公知の原子比を全て含み得るものであり、両者の原子比は特に限定されない。
<B層>
上記のA層とともに被覆膜を構成するB層は、Cr1-xAlxN(ただし式中xは0.3≦x≦0.8)であることを特徴とする。このようなB層は耐摩耗性と耐酸化性と靭性とのバランスに優れるが、さらなる高速、ドライ加工へ対応するためにはそれ単体では限界があるため、本発明においては上記のA層と積層されるものである。ここで、上記xは0.5≦x≦0.75であることがさらに好ましく、この場合耐摩耗性と耐酸化性と靭性とのバランスが一層良好なものとなる。上記式中、xが0.3未満では、耐摩耗性が著しく低下する結果となり、xが0.8を超えても耐摩耗性が著しく低下する結果となる。
なお、Cr1-xAlxNという表記において、「Cr1-xAlx」と「N」との比は1:1の場合のみに限られるものではなく、従来公知の比を全て含み得るものであり、両者の比は特に限定されない。
<被覆膜の積層構造>
本発明の被覆膜は、上記のA層と上記のB層とが交互に各々2層以上積層されていることを基本とする。これは、潤滑性、耐溶着性に優れるA層と、耐摩耗性と耐酸化性と靭性とに優れるB層とを交互に積層させることにより、これらの両層が有するそれぞれの特性を享受することを期待したものである。しかし、これら両層を均一な層厚で単純に積層させただけでは両層が有する特性を両立させることはできず、特に耐摩耗性が不十分なものとなる。
そこで、本発明は、種々の検討を重ねた結果、該A層の層厚をλaとし、該B層の層厚をλbとする場合、その層厚比λa/λbが基材側から被覆膜の最表面側にかけて増大する場合において、上記両層の特性が両立される傾向が示され、特に基材に最も近いA層とB層の層厚比λa/λbを0.1以上0.7以下とし、最表面側に最も近いA層とB層の層厚比λa/λbを1.5以上10以下とした場合に、両層の特性が何等損ねられることなく十分に発揮されることを見出し、本発明を完成させたものである。すなわち、本発明の被覆膜は、高速、ドライ加工における工具寿命を著しく改善することに成功したものである。
このように、基材側においてB層を厚くすることにより、特に耐摩耗性と耐酸化性と靭性とのバランスが優れたものとなる。基材に最も近いA層とB層の層厚比λa/λbが0.1未満の場合、後述の物理的蒸着法による成膜が困難となり、0.7を超えると耐摩耗性が低下したり靭性が低下し切削中に被覆膜が破壊する結果となる。基材に最も近いA層とB層の層厚比λa/λbは、さらに好ましくは0.2以上0.5以下である。
一方、最表面側ではA層を厚くすることにより、特に潤滑効果による刃先温度の低下や被削材の加工品位が向上することになる。最表面側に最も近いA層とB層の層厚比λa/λbが1.5未満の場合、A層による潤滑効果や耐溶着性改善効果が発揮できない結果となり、10を超えると耐摩耗性や靭性が低下する結果となる。最表面側に最も近いA層とB層の層厚比λa/λbは、さらに好ましくは2以上5以下である。
ここで、A層の層厚λaおよびB層の層厚λbはそれぞれ2nm以上1000nm以下であり、より好ましくは5nm以上100nm以下である。これらの層厚が2nm未満の場合、後述のように成膜装置の基材をセットする回転テーブルの回転数が非常に早くなり、装置スペック上成膜が困難となり、1000nmを超えると層厚が厚すぎるため、A層とB層とを組合せる効果が低減する。
また、「基材に最も近いA層とB層」とは、図1や図3に示したようにB層103が基材101と接する(後述の中間層が形成される場合は中間層に接する)ようにしてもよいし、図2や図4に示したようにA層102が基材101に接するようにしてもよい。また、「最表面側に最も近いA層とB層」とは、図1および図4に示すようにA層102が最表面を構成するものであってもよいし、図2および図3に示すようにB層103が最表面を構成するものであってもよい。このように、A層102とB層103の積層順序は、これら両層が交互に積層される限り、基材101上にどちらの層を形成させて積層を開始してもよいし、最表面層としてどちらの層を形成させてその積層を終えてもよい。なお、図1〜図4における点線部分は積層が繰り返されていることを示すものであるが、本発明の積層態様の最少積層数はA層102、B層103がともに2層ずつである計4層の場合である。
一方、基材側から被覆膜の最表面側にかけての層厚比λa/λbの増大の態様は、たとえばその概念を模式的に示すと図5に示すように「連続的」に増大するものであってもよいし、図6に示すように「段階的」に増大するものであってもよい。また、「段階的」に形成した場合、その段差(すなわち層厚比λa/λbの差)は図6に示したように一定でなくても良く、いずれにせよ基材側と最表面側の層厚比λa/λbが上述のように異なっていることが重要である。
<中間層>
本発明の表面被覆切削工具は、上記基材と上記被覆膜との間にさらに中間層を備え、該中間層は、0.1μm以上1μm以下の層厚を有し、かつTiN、CrN、Ti、およびCrからなる群より選ばれる少なくとも1種で構成されることが好ましい。
このような中間層は、基材表面と上記被覆膜との両者に対して密着性がよいので、基材と被覆膜との密着性を向上させることができる。よって、被覆膜が基材から剥がれることなく切削工具寿命をさらに向上させることができる。このような中間層の厚みが0.1μm未満では密着強度の向上が見られず、逆に1μmを超えても密着強度の更なる向上は見られない。このような中間層のさらに好ましい厚みは、0.2μm以上0.5μm以下である。
<製造方法>
本発明の被覆膜は、物理的蒸着法(PVD法)により形成されることが好ましい。これは、本発明の被覆膜を基材表面に成膜するためには結晶性の高い化合物を形成することができる成膜プロセスであることが不可欠であり、種々の成膜方法を検討した結果、物理的蒸着法を用いることが最適であることが見出されたからである。物理的蒸着法には、たとえばスパッタリング法、イオンプレーティング法などがあるが、特に原料元素のイオン率が高いカソードアークイオンプレーティング法もしくはスパッタリング法を用いると、被覆膜を形成する前に基材表面に対して金属またはガスイオンボンバードメント処理が可能となるため、被覆膜と基材の密着性が格段に向上するので好ましい。
したがって、本発明の被覆膜は次のようにして形成することが好ましい。まず、物理的蒸着法の一種であるカソードアークイオンプレーティング法を採用する場合について説明する。図7は、カソードアークイオンプレーティング法に用いられるアークイオンプレーティング装置200の概略図である。対向する蒸発源201と202において、蒸発源201にはA層用のVターゲットをセットし、蒸発源202にはB層用のCrAlターゲットをセットする。また、回転テーブル204に基材210(切削工具)をセットする。
そして、装置内が真空となるように排気し、Arガスによるスパッタクリーニング(ボンバード)を行なった後、回転テーブル204を3rpmで回転させ、蒸発源201および202をアーク放電させ各ターゲットをイオン化させる。同時に反応ガスである窒素をガス導入口205より導入し、基材210表面に各窒化物(すなわちA層およびB層)を成膜させる。
すなわち、蒸発源201の前を基材210が通過するときにVNからなるA層が積層され、蒸発源202の前を基材210が通過するときにCr1-xAlxNからなるB層が成膜され、このように回転テーブル204が回転するのに従いA層とB層とを順次交互に積層させることができる。
ここで、蒸発源202にセットされるターゲットの組成(CrとAlの比)によりB層を構成するCr1-xAlxNのxを決定することができる。また、成膜開始直後はたとえば蒸発源201のアーク電流を70Aとし、蒸発源202のアーク電流を150Aにするというように、蒸発源201のアーク電流値を蒸発源202のアーク電流値より小さくすることによって、基材側におけるA層とB層の層厚比λa/λbを最表面側に比し小さくすることができる。すなわち、基材に最も近いA層とB層の層厚比λa/λbを0.1以上0.7以下という関係を満たすように設定することができる。
一方、成膜継続中において、連続的または段階的に蒸発源201のアーク電流値を大きくし、蒸発源202のアーク電流値を小さくすることにより、層厚比λa/λbを基材側から被覆膜の最表面側にかけて増大させることができる。この場合、電流値の変化を連続的なものとすれば図5に示すように層厚比λa/λbは連続的に増大し、電流値の変化を段階的なものとすれば図6に示すように層厚比λa/λbは段階的に増大することになる。
そして、成膜終了直前の蒸発源201のアーク電流を150Aとし、蒸発源202のアーク電流を70Aにするというように、蒸発源201のアーク電流値を蒸発源202のアーク電流値より大きくすることによって、最表面側に最も近いA層とB層の層厚比λa/λbを1.5以上10以下という関係を満たすように設定することができる。
なお、上記の電流値の変化の態様を種々変更させることにより層厚比λa/λbの変化の態様を種々変化させることができる。たとえば、いずれか一方の電流値を一定にし他方の電流値のみを変化させると、A層またはB層のいずれか一方の層の層厚のみが相対的に変化するというような態様とすることができる。また、蒸発源202のアーク電流値を小さくする代わりに、蒸発源201の増大幅よりは小さくなるような増大幅で増大させることにより、B層の層厚を被覆膜の最表面側にかけて厚くするようにしながらその層厚比λa/λbを増大させることが可能となる。
以上、回転テーブル204の回転数、アーク電流値により各層の層厚は制御可能である。なお、A層およびB層の各層厚が2nm未満では回転テーブルの回転数が非常に早くなり、装置スペック上成膜が困難となる。また、各層厚が1000nmを超える場合、層厚が厚すぎることにより、A層とB層とを組合せる効果が低減するため好ましくない。
なお、アークイオンプレーティング装置200は、蒸発源203を有することができ、中間層を形成する場合は中間層用のターゲットをセットすることができる。また、該装置には、複数のヒータ206が備えられている。
一方、本発明の被覆膜の形成方法としてスパッタリング法を採用する場合は、次のようになる。なお、スパッタリング法を用いると、層厚比λa/λbの値の制御範囲が広く、また被覆膜の面粗度が改善されて被削材の加工品位が上がるという効果が期待できる。
まず、スパッタリング法を採用する場合の装置としては、図7のアークイオンプレーティング装置において、蒸発源201および202にアーク蒸発源の代わりにスパッタ蒸発源を用いたスパッタリング装置を用いれば良い。そして、蒸発源201および202(スパッタ蒸発源)に投入する電力値(パルスDCスパッタ電力)を上記のアークイオンプレーティング法の場合のアーク電流値と同様にして変化させることにより、層厚比λa/λbの値を変化させることができる。
以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
図7のようなアークイオンプレーティング装置およびスパッタリング装置を用い、各層形成用のターゲットを蒸発源にセットし、基材温度450℃にて基材上に被覆膜(および中間層を形成するものは基材と被覆膜との間に中間層)を成膜した。
基材としては、超硬合金製エンドミル(φ10、6枚刃)、超硬合金製ドリル(φ8)、P20相当超硬合金製旋削加工用刃先交換型切削チップ(形状:CNMG120408N−GU)の3種類を準備し、それぞれに表1に示した実施例1〜23および比較例1〜7の被覆膜を成膜した。
Figure 0005245174
表1中、「成膜方法」の欄の「IP」はカソードアークイオンプレーティング法(成膜装置:アークイオンプレーティング装置)により成膜したことを示し、「SP」はスパッタリング法(成膜装置:スパッタリング装置)により成膜したことを示す。「中間層」の欄が空欄のものは中間層が形成されていないことを示し、それ以外のものは「組成」の欄に記載した組成の中間層が「層厚」の欄に示した層厚で形成されていることを示す。被覆膜は、「組成」の欄に記載した「A層」および「B層」を積層させて構成し、「基材側」および「最表面側」の欄に基材側および最表面側のA層の層厚(λa)、B層の層厚(λb)、および層厚比λa/λbを示した。なお、この層厚比λa/λbは、基材側から被覆膜の最表面側にかけて増大するものである。また、「層厚比の変化の態様」の欄にその被覆膜の層厚比λa/λbの変化の態様が「連続的」であるか、「段階的」であるかを示した。「全体膜厚」の欄は、被覆膜の膜厚を示している。
たとえば、実施例1は、図7のアークイオンプレーティング装置を用い、蒸発源201、蒸発源202のターゲット材料にV、Cr0.3Al0.7をそれぞれ用いて被覆膜を形成したとともに、中間層用に蒸発源203のターゲット材料にTiを用いて中間層を形成した表面被覆切削工具に関するものである。
まず、Arガスを導入してチャンバー内の圧力を3.0Paに保持しDCバイアス電圧を徐々に上げながら−1000Vとし基材表面のクリーニング(ボンバード)を15分間行なった。その後アルゴンガスを排気した。これにより、Arイオンが基材表面をスパッタクリーニングし強固な汚れや酸化膜が除去された。
次に中間層としてTiNを成膜した。チャンバー内の圧力が3PaになるようにN2ガスを導入し基材DCバイアス電圧を−50Vとした。Tiターゲットをアーク電流150Aとしてイオン化しN2ガスと反応させて基材直上にTiNからなる中間層を成膜した。
次いで、A層およびB層を成膜した(すなわち被覆膜を形成した)。チャンバー内の圧力が3PaになるようにN2ガスを導入し基材DCバイアス電圧を−50Vとした。Vターゲットをアーク電流80A、Cr0.3Al0.7ターゲットをアーク電流200Aとしてイオン化し、N2ガスと反応させてTiNからなる中間層上にVNからなるA層とCr0.3Al0.7NからなるB層を、層厚比λa/λbが0.40となるように成膜した。
その後、連続的にアーク電流を変化させ、成膜終了直前においてVターゲットをアーク電流180A、Cr0.3Al0.7ターゲットをアーク電流60Aとし、最表面側の層厚比λa/λbが3.00となるように成膜することにより、本発明の表面被覆切削工具を製造した。なお、A層とB層の積層数は、それぞれ292層であった。
一方、実施例2は、アンバランスドマグネトロンスパッタ装置(すなわちスパッタリング法)を用い、蒸発源201、蒸発源202のターゲット材料にV、Cr0.3Al0.7をそれぞれ用いて被覆膜を形成したとともに、中間層用に蒸発源203のターゲット材料にCrを用いて中間層を形成した表面被覆切削工具に関するものである。
まず、Arガスを導入してチャンバー内の圧力を3.0Paに保持しDCバイアス電圧を徐々に上げながら−1000Vとすることにより、基材表面のクリーニング(ボンバード)を15分間行なった。その後アルゴンガスを排気した。
次に中間層としてCrNを成膜した。チャンバー内の圧力が0.6PaになるようにArガスとN2ガスを1:1の流量比で導入し、基材パルスDCバイアス電圧を−90Vとした。CrターゲットをパルスDCスパッタ電力2000Wとしてイオン化しN2ガスと反応させて基材直上にCrNからなる中間層を成膜した。
次いで、A層およびB層を成膜した。チャンバー内の圧力が0.6PaになるようにArガスとN2ガスを1:1の流量比で導入し、基材パルスDCバイアス電圧を−90Vとした。VターゲットをパルスDCスパッタ電力600W、Cr0.3Al0.7ターゲットをパルスDCスパッタ電力2000Wとしてイオン化し、N2ガスと反応させて、CrNからなる中間層上にVNからなるA層とCr0.3Al0.7NからなるB層を、層厚比λa/λbが0.30となるように成膜した。
その後、段階的にパルスDCスパッタ電力を変化させ、成膜終了直前においてVターゲットをパルスDCスパッタ電力3200W、Cr0.3Al0.7ターゲットをパルスDCスパッタ電力800Wとし、最表面側の層厚比λa/λbが4.00となるように成膜することにより、本発明の表面被覆切削工具を製造した。なお、A層とB層の積層数は、それぞれ315層であった。
他の実施例および比較例の表面被覆切削工具もこれらのものと同様にして製造した。そして、このようにして得られた表面被覆切削工具(すなわち表面被覆エンドミル、表面被覆ドリル、表面被覆旋削加工用刃先交換型切削チップ)について次に示す切削条件にて評価を行なった。その切削評価の結果を表2に示す。
(1)エンドミル評価
表面被覆エンドミルを用いて行なった。すなわち、エンドミル切削条件は基材として6枚刃、外径10mmの超硬合金製エンドミルを用い、被削材はSKD11(HRC61)とし、側面切削をダウンカットで切削速度=200m/min、送り量=0.025mm/刃、切込み量a=10mm、a=0.6mm、エアーブローで行なった。切削長50m時点での切れ刃外周の摩耗幅を測定した。摩耗幅が少ない程、耐摩耗性に優れていることを示している。
(2)ドリル評価
表面被覆ドリルを用いて行なった。すなわち、ドリル切削条件は基材として外径8mmの超硬合金製ドリルを用い、被削材はS50Cとし、穴加工を切削速度=80m/min、送り量=0.25mm/rev、穴深さ30mmの貫通穴、切削油なしで行なった。切削長30m時点での先端マージン部の摩耗幅を測定した。摩耗幅が少ない程、耐摩耗性に優れていることを示している。
(3)旋削チップ評価
表面被覆旋削加工用刃先交換型切削チップを用いて行なった。旋削条件は基材としてP20相当超硬合金製旋削加工用刃先交換型切削チップ(形状:CNMG120408N−GU)を用い、被削材はSCM435(直径350mm)とし、切削速度=300m/min、送り量=0.25mm/rev、切込み量=1.5mm、水溶性切削油で行なった。切削時間15分時点での逃げ面の摩耗幅を測定した。摩耗幅が少ない程、耐摩耗性に優れていることを示している。
Figure 0005245174
表2より、実施例の表面被覆切削工具は、比較例の表面被覆切削工具と比較して工具寿命が著しく向上しており、高速、ドライ加工に十分対応できることがわかった。すなわち、本発明の表面被覆切削工具が、VNの特性とCrAlNの特性とを兼備し、特に耐摩耗性に優れた被覆膜を備えたものであることが確認された。
以上のように本発明の実施の形態および実施例について説明を行なったが、上述の各実施の形態および実施例の構成を適宜組み合わせることも当初から予定している。
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
基材直上にB層が形成され、最表面層にA層が形成された態様の被覆膜を示す概略断面図である。 基材直上にA層が形成され、最表面層にB層が形成された態様の被覆膜を示す概略断面図である。 基材直上にB層が形成され、最表面層にもB層が形成された態様の被覆膜を示す概略断面図である。 基材直上にA層が形成され、最表面層にもA層が形成された態様の被覆膜を示す概略断面図である。 層厚比λa/λbが連続的に増大することを概念的に示したグラフである。 層厚比λa/λbが段階的に増大することを概念的に示したグラフである。 アークイオンプレーティング装置の概略図である。
符号の説明
101,210 基材、102 A層、103 B層、200 アークイオンプレーティング装置、201,202,203 蒸発源、204 回転テーブル、205 ガス導入口、206 ヒータ。

Claims (5)

  1. 基材とその上に形成された被覆膜とを備え、
    前記被覆膜は、VNからなるA層と、Cr1-xAlxN(ただし式中xは0.3≦x≦0.8)からなるB層とが交互に各々2層以上積層されてなり、
    前記A層の層厚λaと前記B層の層厚λbとは、それぞれ2nm以上1000nm以下であり、
    その層厚比λa/λbは、基材側から被覆膜の最表面側にかけて増大し、かつ基材に最も近いA層とB層の層厚比λa/λbは0.1以上0.7以下であり、最表面側に最も近いA層とB層の層厚比λa/λbは1.5以上10以下であることを特徴とする表面被覆切削工具。
  2. 前記基材と前記被覆膜との間に、さらに中間層を備え、
    前記中間層は、0.1μm以上1μm以下の層厚を有し、かつTiN、CrN、Ti、およびCrからなる群より選ばれる少なくとも1種で構成される、請求項1記載の表面被覆切削工具。
  3. 前記被覆膜は、その全体の膜厚が0.5μm以上20μm以下である、請求項1または2記載の表面被覆切削工具。
  4. 前記被覆膜は、物理的蒸着法により形成される、請求項1〜3のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
  5. 前記基材は、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により構成される、請求項1〜4のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
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