JP5286626B2 - Surface-coated cutting tool and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

本発明は、表面被覆切削工具に関し、特に、すくい面側の表面と逃げ面側の表面とで異なる表面粗さを有する基材に対して被膜を被覆した表面被覆切削工具に関する。   The present invention relates to a surface-coated cutting tool, and more particularly to a surface-coated cutting tool in which a coating is coated on a substrate having different surface roughnesses on a rake face side surface and a flank face side surface.

表面被覆切削工具の耐摩耗性および表面保護性を向上するために、WC超硬合金、サーメット等からなる基材の表面に、Ti、TiAl等の窒化物を単層または複数層積層した被膜を被覆することはよく知られている。   In order to improve the wear resistance and surface protection of surface-coated cutting tools, a coating made of a single layer or multiple layers of nitrides such as Ti and TiAl on the surface of a substrate made of WC cemented carbide, cermet, etc. Coating is well known.

最近の切削工具の動向として、地球環境保護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、加工能率を一層向上させるために切削速度がより高速になってきていることなどから、工具材料に要求される性能は厳しさを増す一方である。特に鋳鉄や合金工具鋼の加工においては、被膜の耐熱性を向上させることはもちろん、凝着による膜剥離を防ぐために、基材と被膜を強固に密着させる必要がある。   Recent trends in cutting tools include the need for dry machining that does not require cutting fluids from the viewpoint of protecting the global environment, and the fact that cutting speeds have become faster in order to further improve machining efficiency. The performance required for tool materials is becoming increasingly severe. Particularly in the processing of cast iron and alloy tool steel, it is necessary not only to improve the heat resistance of the film, but also to firmly adhere the substrate and the film in order to prevent film peeling due to adhesion.

たとえば特許文献1では、基材表面に、0.5μm以上30μm以下の面粗度Rmaxの凹凸を形成し、該凹凸が形成された基材上に被膜を形成する技術が開示されている。このような凹凸表面の基材に被膜を形成することにより、基材と被膜との間にアンカー効果を作用させて、基材と被膜との密着性の向上を図っている。 For example, Patent Document 1 discloses a technique in which irregularities having a surface roughness R max of 0.5 μm or more and 30 μm or less are formed on a substrate surface, and a coating film is formed on the substrate on which the irregularities are formed. By forming a film on the substrate having such an uneven surface, an anchor effect is caused to act between the substrate and the film, thereby improving the adhesion between the substrate and the film.

また、特許文献2には、基材表面に平均高さが0.05μm以上0.5μm以下の略三角形状の凸状結合相を形成し、かかる凸状結合相上に被膜を形成する技術が開示されている。このようにして被膜を形成することにより、凸状結合相と被膜とを密着させることをもって、基材と被膜との密着性の向上を図っている。   Patent Document 2 discloses a technique in which a substantially triangular convex binder phase having an average height of 0.05 μm or more and 0.5 μm or less is formed on the surface of a base material, and a film is formed on the convex binder phase. It is disclosed. By forming the coating in this way, the adhesiveness between the substrate and the coating is improved by bringing the convex binder phase and the coating into close contact.

また、特許文献3には、被膜の面粗さRmaxが0.2μm以下の滑らかな形状にする技術が開示されている。特許文献4には、被膜を構成する結晶粒として、微粒の結晶粒と粗粒の結晶粒とを含むことにより、切削時に生じやすい大規模な凝着剥離を抑制する技術が開示されている。また、特許文献5には、被膜にSiを混入することにより、耐熱性および耐摩耗性を向上せしめた表面被覆切削工具が開示されている。 Patent Document 3 discloses a technique for forming a smooth shape with a surface roughness R max of 0.2 μm or less. Patent Document 4 discloses a technique for suppressing large-scale adhesion separation that is likely to occur during cutting by including fine crystal grains and coarse crystal grains as crystal grains constituting the coating. Further, Patent Document 5 discloses a surface-coated cutting tool in which heat resistance and wear resistance are improved by mixing Si into the coating.

特開平04−280972号公報JP 04-280972 A 特開2007−031779号公報JP 2007-031779 A 特公平07−073802号公報Japanese Patent Publication No. 07-0773802 特開2008−284636号公報JP 2008-284636 A 特開平08−118106号公報JP 08-118106 A

特許文献1に示されるように、基材表面の特にすくい面に5μm以上の面粗度Rmaxの凹凸を形成した場合、その上に形成される被膜の表面にも、上記の基材表面と同様の凹凸が反映されるため、表面被覆切削工具の表面が基材の表面と同様の面粗度を有することとなる。このため、工具表面の凹凸で切屑排出時の接触抵抗が増大し、凝着が促進されることになるため、凝着剥離を抑制することができなかった。 As shown in Patent Document 1, when unevenness having a surface roughness R max of 5 μm or more is formed on the rake face of the base material surface, the surface of the base material is also formed on the surface of the coating film formed thereon. Since the same unevenness is reflected, the surface of the surface-coated cutting tool has the same surface roughness as the surface of the substrate. For this reason, contact resistance at the time of chip discharge | emission increases with the unevenness | corrugation of a tool surface, and adhesion will be accelerated | stimulated, Therefore Adhesion peeling could not be suppressed.

特許文献2に示されるように、基材としてWC超硬合金を用いる場合、基材に含まれる結合相は基材表面において、表面全体の10%程度を占めるのみに留まる。このため、基材表面に位置する結合相の全てを理想的に被膜に接合させたとしても、基材と被膜とを強固に密着させることはできなかった。   As shown in Patent Document 2, when a WC cemented carbide is used as a base material, the binder phase contained in the base material only occupies about 10% of the entire surface on the base material surface. For this reason, even if all of the binder phases located on the surface of the base material are ideally bonded to the film, the base material and the film cannot be firmly adhered.

特許文献3では、高速切削すると刃先が非常に高温となるため、やはり凝着が発生しやすくなり、凝着剥離を抑制することができなかった。また、特許文献4では、被膜を構成する結晶粒を微粒化したことに伴い、基材を構成する硬質粒子も微粒にする必要がある。このため、基材を構成する材料が大幅に制限されることになる。また、特許文献5に開示される被膜は、Siを含有するため、圧縮残留応力が非常に高くなり、被膜が基材から剥離しやすいことが課題であった。   In Patent Document 3, since the cutting edge becomes very hot when cutting at high speed, adhesion is likely to occur, and adhesion peeling cannot be suppressed. Moreover, in patent document 4, it is necessary to also make the hard particle | grains which comprise a base material fine according to atomizing the crystal grain which comprises a film. For this reason, the material which comprises a base material will be restrict | limited significantly. Further, since the coating disclosed in Patent Document 5 contains Si, the compressive residual stress is very high, and the coating is easily peeled off from the substrate.

以上、要するに、切削時の被削材の凝着を抑制するとともに、基材と被膜との密着性を向上させる試みは従来から検討されているが、ドライ切削、高切削速度等のような過酷な切削条件に耐え得るほど、基材と被膜とを密着させることはできていなかった。   In short, attempts to suppress the adhesion of the work material during cutting and to improve the adhesion between the base material and the coating have been studied in the past, but severe conditions such as dry cutting and high cutting speed have been studied. The substrate and the coating could not be brought into close contact with each other to withstand various cutting conditions.

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、基材と被膜との密着性を良好に保ち、かつ被削材が凝着しにくい表面被覆切削工具を提供することである。   The present invention has been made in view of the above-described situation, and the object of the present invention is to provide surface-coated cutting that maintains good adhesion between the base material and the coating and that the work material is less likely to adhere. Is to provide a tool.

本発明の表面被覆切削工具は、基材と、該基材上に形成された被膜とを備えるものであって、該基材は、硬質粒子と該硬質粒子を結合する結合相とを含み、被膜に接する硬質粒子は、被膜に接する側の表面に凹凸が形成されており、表面被覆切削工具のすくい面に対する法線を含む平面で表面被覆切削工具を切断したときの断面において、基材の逃げ面側の表面は、その表面に位置する長さ50μmの逃げ面側基準線における面粗度Rz,nが1μm以上30μm以下であり、基材のすくい面側の表面は、その表面に位置する長さ50μmのすくい面側基準線における面粗度Rz,sが0.5μm以上5μm以下であり、かつRz,nはRz,sよりも大きく、逃げ面側基準線における硬質粒子の凹凸を構成する凹部のうち、少なくとも1つの凹部において、該凹部を挟む両端の凸部の先端を結ぶ線分Anの長さLnは、0.1μm以上0.8μm以下であり、線分Anに平行でかつ凹部の最深部に接する線分Bnと、線分Anとの距離Dnは、0.1μm以上0.8μm以下であり、該すくい面側基準線における硬質粒子の凹凸を構成する凹部のうち、少なくとも1つの凹部において、該凹部を挟む両端の凸部の先端を結ぶ線分Asの長さLsは、0.05μm以上0.5μm以下であり、線分Asに平行でかつ凹部の最深部に接する線分Bsと、線分Asとの距離Dsは、0.05μm以上0.5μm以下であり、Lnは、Lsよりも大きく、逃げ面側の硬質粒子と被膜との接触線の長さをSnとし、該接触線には1または複数の凹部が含まれ、該凹部のそれぞれの長さLnの和をTnとすると、比Tn/Snは、0.1以上であり、すくい面側の硬質粒子と被膜との接触線の長さをSsとし、該接触線には1または複数の凹部が含まれ、該凹部のそれぞれの長さLsの和をTsとすると、比Ts/Ssは、0.1以上であることを特徴とする。   The surface-coated cutting tool of the present invention comprises a base material and a coating formed on the base material, and the base material includes hard particles and a binder phase that binds the hard particles, The hard particles in contact with the coating have irregularities formed on the surface in contact with the coating, and in the cross section when the surface-coated cutting tool is cut along a plane including the normal to the rake face of the surface-coated cutting tool, The surface on the flank side has a surface roughness Rz, n of 1 μm or more and 30 μm or less at the flank side reference line of 50 μm in length located on the surface, and the surface on the rake face side of the substrate is located on the surface The surface roughness Rz, s at the rake face side reference line with a length of 50 μm is 0.5 μm or more and 5 μm or less, and Rz, n is larger than Rz, s. Among the recesses that constitute the at least one recess, the recess The length Ln of the line segment An connecting the tips of the convex portions at both ends sandwiching the line segment is 0.1 μm or more and 0.8 μm or less, the line segment Bn parallel to the line segment An and in contact with the deepest part of the recess, The distance Dn to An is 0.1 μm or more and 0.8 μm or less, and at least one of the concave portions constituting the concave and convex portions of the hard particles on the rake face side reference line, the convex portions at both ends sandwiching the concave portion The length Ls of the line segment As that connects the tips of the line segments is 0.05 μm or more and 0.5 μm or less, and the distance Ds between the line segment Bs parallel to the line segment As and in contact with the deepest part of the concave portion and the line segment As is 0.05 μm or more and 0.5 μm or less, Ln is larger than Ls, and the length of the contact line between the hard particles on the flank side and the coating is Sn, and the contact line has one or more concave portions. And the ratio Tn / Sn is 0.1 or more, where Tn is the sum of the respective lengths Ln of the recesses, When the length of the contact line between the hard particle on the rake face side and the coating is Ss, the contact line includes one or more recesses, and the sum of the lengths Ls of the recesses is Ts, the ratio Ts / Ss is 0.1 or more.

上記の被膜は、柱状晶の結晶組織からなり、逃げ面側の凹部に接する被膜の柱状晶の結晶の幅Wnは、Lnよりも小さく、すくい面側の凹部に接する被膜の柱状晶の結晶の幅Wsは、Lsよりも小さいことが好ましい。長さLnおよび距離Dnが0.1μm以上0.5μm以下であり、長さLsおよび距離Dsが0.05μm以上0.3μm以下であることが好ましい。   The above-mentioned film has a columnar crystal structure, and the width Wn of the columnar crystal of the film in contact with the recess on the flank side is smaller than Ln and the columnar crystal of the film in contact with the recess on the rake face side. The width Ws is preferably smaller than Ls. It is preferable that the length Ln and the distance Dn are 0.1 μm or more and 0.5 μm or less, and the length Ls and the distance Ds are 0.05 μm or more and 0.3 μm or less.

被膜は、Ti、Al、Si、およびCrからなる群より選ばれる1種以上の第1元素の炭化物、窒化物、または炭窒化物を含み、該第1元素に占めるSiの原子比は、20原子%以下であることが好ましい。第1元素に占めるSiの原子比は、3原子%以上10原子%以下であることが好ましい。基材は、硬質粒子と結合相とを焼結した後に、その表面を処理されるものであって、表面を処理する前の基材の表面の面粗度をRzとすると、Rz,nは、Rzよりも大きい。   The coating includes one or more first element carbides, nitrides, or carbonitrides selected from the group consisting of Ti, Al, Si, and Cr, and the atomic ratio of Si in the first elements is 20 It is preferably at most atomic%. The atomic ratio of Si in the first element is preferably 3 atomic percent or more and 10 atomic percent or less. The base material is a material whose surface is treated after sintering the hard particles and the binder phase. When the surface roughness of the surface of the base material before the surface treatment is Rz, Rz, n is , Larger than Rz.

本発明は、表面被覆切削工具の製造方法に関し、該表面被覆切削工具の製造方法は、表面被覆切削工具のすくい面に対する法線を含む平面で該表面被覆切削工具を切断した場合の断面における基材の逃げ面側の表面に位置する長さ50μmの逃げ面側基準線において、1μm以上30μm以下の面粗度Rz,nを形成する第1ステップと、上記断面における基材のすくい面の表面に位置する長さ50μmのすくい面側基準線において、0.5μm以上5μm以下の面粗度Rz,sを形成する第2ステップと、被膜に接する側の基材の表面に位置する硬質粒子に、凹凸を形成する第3ステップと、基材上に、物理的蒸着法により被膜を形成する第4ステップとを含むことを特徴とする。   The present invention relates to a method of manufacturing a surface-coated cutting tool, and the method of manufacturing the surface-coated cutting tool is based on a cross section when the surface-coated cutting tool is cut along a plane including a normal to the rake face of the surface-coated cutting tool. A first step of forming a surface roughness Rz, n of 1 μm or more and 30 μm or less on a flank side reference line having a length of 50 μm located on the flank side surface of the material, and the surface of the rake face of the substrate in the cross section A second step of forming a surface roughness Rz, s of 0.5 μm or more and 5 μm or less on a rake face side reference line having a length of 50 μm, and hard particles located on the surface of the substrate on the side in contact with the coating The method includes a third step of forming irregularities and a fourth step of forming a film on the substrate by physical vapor deposition.

上記第1ステップは、ブラスト処理またはレーザー加工によって行なわれることが好ましい。第2ステップ、および第3ステップはいずれも、イオンボンバード処理によって行なわれることが好ましい。   The first step is preferably performed by blasting or laser processing. Both the second step and the third step are preferably performed by ion bombardment.

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、基材と被膜との密着性を良好に保ち、かつ被削材が基材に凝着しにくいという効果を示す。   Since the surface-coated cutting tool of the present invention has the above-described configuration, the adhesion between the base material and the coating film is kept good, and the work material is less likely to adhere to the base material.

基材の被膜に接する側の表面近傍の断面を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the cross section of the surface vicinity of the side which contact | connects the film of a base material. 基材の被膜に接する側の表面に位置する硬質粒子の断面を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the cross section of the hard particle located in the surface of the side in contact with the film of a base material. 本発明の表面被覆切削工具を作製するための成膜装置の模式図である。It is a schematic diagram of the film-forming apparatus for producing the surface covering cutting tool of this invention. 基材の被膜に接する側の逃げ面近傍の断面をSEMで観察したときの画像である。It is an image when the cross section near the flank on the side in contact with the coating of the substrate is observed with an SEM. 基材の被膜に接する側の表面に位置する硬質粒子の断面をSEMで観察したときの画像である。It is an image when the cross section of the hard particle located in the surface of the side in contact with the film of a base material is observed with SEM.

以下、本発明について、詳細に説明する。なお、以下の実施の形態の説明では、図面を用いて説明しているが、本願の図面において同一の参照符号を付したものは、同一部分または相当部分を示している。なおまた、本発明において、膜厚は走査型電子顕微鏡(SEM:Scanning Electron Microscope)により測定し、被膜の組成はエネルギー分散型X線分析装置(EDS:Energy Dispersive x-ray Spectroscopy)により測定するものとする。   Hereinafter, the present invention will be described in detail. In the following description of the embodiments, the description is made with reference to the drawings. In the drawings of the present application, the same reference numerals denote the same or corresponding parts. In the present invention, the film thickness is measured by a scanning electron microscope (SEM), and the composition of the film is measured by an energy dispersive x-ray spectrometer (EDS). And

<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。
<Surface coated cutting tool>
The surface-coated cutting tool of the present invention comprises a base material and a film formed thereon. The surface-coated cutting tool of the present invention having such a basic configuration is, for example, a drill, an end mill, a milling or turning cutting edge replaceable cutting tip, a metal saw, a cutting tool, a reamer, a tap, or a crankshaft pin. It can be used very effectively as a chip for milling.

<基材>
本発明の表面被覆切削工具の基材としては、硬質粒子と該硬質粒子を結合する結合相とを含むものであれば、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)、立方晶型窒化硼素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。上記の中でも、被膜との密着性を良好に保つという観点から、WC基超硬合金、サーメット等を用いることが好ましい。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。
<Base material>
The base material of the surface-coated cutting tool of the present invention can be used without particular limitation as long as it contains hard particles and a binder phase that binds the hard particles. For example, cemented carbide (for example, WC base cemented carbide, including WC, including Co, or further including carbonitride such as Ti, Ta, Nb, etc.), cermet (TiC, TiN, TiCN, etc.) As a main component), cubic boron nitride sintered bodies, and the like can be given as examples of such a substrate. Among these, from the viewpoint of maintaining good adhesion to the coating, it is preferable to use a WC-based cemented carbide, cermet or the like. When a cemented carbide is used as the base material, the effect of the present invention is exhibited even if such a cemented carbide contains an abnormal phase called free carbon or η phase in the structure.

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。   In addition, these base materials may have a modified surface. For example, in the case of cemented carbide, a de-β layer may be formed on the surface, and in the case of cermet, a surface hardened layer may be formed, and even if the surface is modified in this way, The effect is shown.

本発明において、基材を構成する硬質粒子は、基材の主成分として含まれるものであり、基材の硬度を高めるために含まれるものである。一方、結合相は、上記硬質粒子同士を結合させるために設けられるものである。超硬合金からなる基材を用いる場合、硬質粒子としてはたとえばWC、TiC、TiCN等が用いられ、結合相としてはたとえばCo、Ni等が用いられる。一方、サーメットからなる基材を用いる場合、硬質粒子としてはたとえばTiC、TiN、TiCN、WC等が用いられ、結合相としてはたとえばCo、Ni等が用いられる。   In this invention, the hard particle which comprises a base material is contained as a main component of a base material, and is contained in order to raise the hardness of a base material. On the other hand, the binder phase is provided to bond the hard particles. When using a substrate made of a cemented carbide, for example, WC, TiC, TiCN or the like is used as the hard particles, and Co, Ni or the like is used as the binder phase. On the other hand, when using a substrate made of cermet, for example, TiC, TiN, TiCN, WC or the like is used as the hard particles, and Co, Ni or the like is used as the binder phase.

本発明に用いられる基材は、その表面にマクロな凹凸が形成されているが、該凹凸とは別に、基材の表面に位置する硬質粒子の被膜側の表面にミクロな凹凸が形成されることを特徴とする。本発明において、前者のマクロな凹凸(基材表面の凹凸)を面粗度というパラメータによって規定し、後者のミクロな凹凸(硬質粒子表面の凹凸)を凹部を挟む凸部の先端を結ぶ線分の長さと該線分から凹部の最深部までの深さというパラメータによって規定する。   The substrate used in the present invention has macro unevenness formed on the surface thereof, but apart from the unevenness, micro unevenness is formed on the surface of the hard particle positioned on the surface of the substrate. It is characterized by that. In the present invention, the former macro unevenness (surface unevenness of the substrate) is defined by a parameter called surface roughness, and the latter micro unevenness (hard particle surface unevenness) is a line segment connecting the tips of the protrusions sandwiching the recesses. And the parameters of the depth from the line segment to the deepest part of the recess.

そして、前者のマクロな凹凸が基材と被膜との密着性の向上に寄与し、後者のミクロな凹凸が被膜を構成する結晶の幅WsおよびWnを緻密にすることに寄与する。本発明の基材は、前者のマクロな凹凸と後者のミクロな凹凸とが組み合わせられた表面性状を備えることにより、これらの各凹凸によって得られる効果が相俟って、従来技術では予測し得ないほど基材と被膜との密着性を向上させることができ、もって過酷な切削条件に耐え得る表面被覆切削工具を提供することができる。   The former macro unevenness contributes to improving the adhesion between the substrate and the film, and the latter micro unevenness contributes to the fineness of the widths Ws and Wn of the crystals constituting the film. The base material of the present invention is provided with a surface property in which the former macro unevenness and the latter micro unevenness are combined, so that the effects obtained by each of these unevenness are combined, and can be predicted in the prior art. Thus, it is possible to provide a surface-coated cutting tool that can improve the adhesion between the substrate and the coating film as much as possible, and can withstand severe cutting conditions.

しかも、基材の逃げ面側の表面に形成されるマクロな凹凸が、基材のすくい面側の表面に形成されるマクロな凹凸よりも粗く、かつ逃げ面側の硬質粒子の表面に形成されるミクロな凹凸が、基材のすくい面側の表面に形成されるミクロな凹凸よりも粗いことを特徴とする。このように逃げ面側の基材の表面凹凸を粗くすることによって、基材と被膜との密着性を高める一方で、すくい面側の表面凹凸を微細にすることによって、基材上に形成される被膜の表面を平滑化して被削材を凝着しにくくする。以下においては、図1を用いて、前者のマクロな凹凸(基材表面の面粗度)を説明し、図2を用いて、後者のミクロな凹凸(硬質粒子表面の凹凸)を説明する。なお、図1および図2はいずれも、基材の逃げ面側の表面を示しているが、基材のすくい面側の表面も凹凸の粗さが異なる他は同様である。   Moreover, the macro unevenness formed on the flank side surface of the base material is rougher than the macro unevenness formed on the rake surface side surface of the base material, and is formed on the surface of the hard particles on the flank side. The micro unevenness is rougher than the micro unevenness formed on the surface on the rake face side of the substrate. By roughening the surface unevenness of the base material on the flank side in this way, while improving the adhesion between the base material and the coating, it is formed on the base material by making the surface unevenness on the rake face side fine. The surface of the coating film is smoothed to make it difficult to adhere the work material. In the following, the former macro unevenness (surface roughness of the substrate surface) will be described with reference to FIG. 1, and the latter micro unevenness (hard particle surface unevenness) will be described with reference to FIG. 1 and 2 both show the surface on the flank side of the substrate, but the surface on the rake surface side of the substrate is the same except that the roughness of the unevenness is different.

<基材表面の面粗度>
図1は、表面被覆切削工具のすくい面に対する法線を含む平面で切断したときの断面であって、基材の被膜に接する側の逃げ面近傍を示す模式図である。本発明の基材は、図1に示される表面被覆切削工具のすくい面に対する法線を含む平面で切断したときの断面において、基材の逃げ面側の表面は、その表面に位置する長さ50μmの逃げ面側基準線における面粗度Rz,nが1μm以上30μm以下であることを特徴とする。ここで、面粗度Rz,nは、基準線内の基材の凸部の最大値(最高高さ)と凹部の最小値(最低高さ)との差であり、その値が大きいほど凹凸の段差が粗いことを示す。
<Roughness of substrate surface>
FIG. 1 is a cross-sectional view of the surface-coated cutting tool taken along a plane including a normal line to the rake face, and is a schematic view showing the vicinity of the flank on the side in contact with the coating film of the substrate. In the cross section when the base material of the present invention is cut along a plane including the normal to the rake face of the surface-coated cutting tool shown in FIG. 1, the surface on the flank side of the base material is the length located on the surface. The surface roughness Rz, n at the 50 μm flank reference line is 1 μm or more and 30 μm or less. Here, the surface roughness Rz, n is the difference between the maximum value (maximum height) of the convex portion of the base material within the reference line and the minimum value (minimum height) of the concave portion. Indicates that the step is rough.

このような逃げ面の面粗度を有する基材は、その上に形成される被膜との接触面積が大きくなるため、被膜との密着性を向上させることができる。逃げ面側基準線における面粗度Rz,nが1μm未満であると、基材と被膜との接触面積を確保することができず、十分な密着性を確保することができなくなる。一方、30μmを超えると、基材の表面の凹凸が、その上に形成される被膜にまで影響を与え、被削材が被膜に凝着しやすくなり凝着剥離を起こしやすくなる。   Since the base material having such a flank surface roughness has a large contact area with the coating film formed thereon, the adhesion to the coating film can be improved. If the surface roughness Rz, n on the flank side reference line is less than 1 μm, the contact area between the substrate and the coating cannot be secured, and sufficient adhesion cannot be secured. On the other hand, when the thickness exceeds 30 μm, the unevenness of the surface of the base material affects even the coating film formed thereon, so that the work material easily adheres to the coating film and easily causes adhesive peeling.

図示はしないが、表面被覆切削工具のすくい面に対する法線を含む平面で切断したときの断面において、基材のすくい面側の表面は、その表面に位置する長さ50μmのすくい面側基準線における面粗度Rz,sが0.5μm以上5μm以下であることを特徴とする。このようなすくい面の面粗度を有する基材は、その上に形成される被膜の表面が平滑に形成されるため、凝着剥離の発生を抑制することができる。上記のすくい面側基準線における面粗度Rz,sが0.5μm未満であると、基材と被膜との接触面積を確保することができず、十分な密着性を確保することができなくなる。一方、5μmを超えると、基材の面粗度が、基材上に形成される被膜の表面の面粗度に影響を及ぼすため、凝着剥離が生じやすくなる。   Although not shown, in the cross section when cut along a plane including the normal line to the rake face of the surface-coated cutting tool, the rake face side surface of the substrate is a rake face side reference line having a length of 50 μm located on the surface. The surface roughness Rz, s is characterized by being 0.5 μm or more and 5 μm or less. Since the surface of the coating film formed on the base material having such a rake face roughness can be formed smoothly, the occurrence of adhesion peeling can be suppressed. When the surface roughness Rz, s at the rake face side reference line is less than 0.5 μm, the contact area between the substrate and the coating cannot be secured, and sufficient adhesion cannot be secured. . On the other hand, if it exceeds 5 μm, the surface roughness of the base material affects the surface roughness of the surface of the coating film formed on the base material, so that adhesion peeling is likely to occur.

上述のような理由で、本発明の基材は、逃げ面側の基材の面粗度Rz,nが、すくい面側の基材の面粗度Rz,sよりも大きいことを特徴とする。すなわち、基材の逃げ面側は、被膜との密着性を向上させるために面粗度を粗くし、基材のすくい面側は、その上に形成される被膜表面の平滑性を高めるため、面粗度を小さく形成する。これにより基材と被膜との密着性が高く、かつ被削材を凝着しにくい表面被覆切削工具とすることができる。   For the reasons described above, the base material of the present invention is characterized in that the surface roughness Rz, n of the base material on the flank side is larger than the surface roughness Rz, s of the base material on the rake face side. . That is, the flank side of the substrate is roughened to improve the adhesion with the coating, and the rake side of the substrate is to improve the smoothness of the coating surface formed thereon, The surface roughness is reduced. Thereby, it can be set as the surface covering cutting tool with high adhesiveness of a base material and a film, and being hard to adhere a work material.

上記の基材の逃げ面側の面粗度Rz,nおよびすくい面側の面粗度Rz,sは、次のようにして算出する。まず、被膜のすくい面に対する法線を含む平面に沿って被膜および基材を切断し、その断面を機械研磨する。そして、その断面に対する垂直方向からSEMを用いて2500倍〜5000倍で観察する(図1は観察画像の模式図である)。この観察画像において、逃げ面側基準線内の基材の凸部の最大値と凹部の最小値との差が面粗度Rz,nとなり、すくい面側基準線内の基材の凸部の最大値と凹部の最小値との差が面粗度Rz,sとなる。   The surface roughness Rz, n on the flank side and the surface roughness Rz, s on the rake face side of the substrate are calculated as follows. First, the coating and the substrate are cut along a plane including a normal line to the rake face of the coating, and the cross section is mechanically polished. And it observes by 2500 times-5000 times using SEM from the perpendicular | vertical direction with respect to the cross section (FIG. 1 is a schematic diagram of an observation image). In this observation image, the difference between the maximum value of the convex portion of the base material within the flank side reference line and the minimum value of the concave portion is the surface roughness Rz, n, and the convex portion of the base material within the rake face side reference line The difference between the maximum value and the minimum value of the recess is the surface roughness Rz, s.

本発明において、基材は、硬質粒子と結合相とを焼結した後に、その表面を処理されるものであって、上記表面を処理する前の基材の表面の面粗度をRzとすると、Rz,nは、Rzよりも大きいことが好ましい。ここで、硬質粒子と結合相とを焼結した後で、該基材の表面を処理する前の基材の表面のことを「焼結肌」と記す。上記の測定方法に基づいて測定した焼結肌の面粗度Rzは、通常1μm以上3μm以下であるが、このような焼結肌の基材の表面に被膜を形成した従来の表面被覆切削工具は、凝着剥離を十分に抑制することができなかった。本発明は、かかる従来技術の課題を克服するために、逃げ面の面粗度Rz,nを3μm以上とすることが好ましい。   In the present invention, the surface of the base material is treated after sintering the hard particles and the binder phase, and the surface roughness of the surface of the base material before the surface treatment is Rz. , Rz, n is preferably larger than Rz. Here, after sintering the hard particles and the binder phase, the surface of the base material before processing the surface of the base material is referred to as “sintered skin”. The surface roughness Rz of the sintered skin measured based on the above measurement method is usually 1 μm or more and 3 μm or less, but a conventional surface-coated cutting tool in which a film is formed on the surface of the base material of the sintered skin. Could not sufficiently suppress adhesion peeling. In the present invention, in order to overcome such problems of the prior art, the surface roughness Rz, n of the flank is preferably 3 μm or more.

<硬質粒子表面の凹凸>
図2は、基材の被膜に接する逃げ面側の表面に位置する硬質粒子の断面を示す模式図である。図2に示されるように、被膜に接する硬質粒子は、被膜に接する側の表面に凹凸が形成されており、上述の逃げ面側基準線における硬質粒子の凹凸を構成する凹部のうち、少なくとも1つの凹部において、該凹部を挟む両端の凸部の先端を結ぶ線分Anの長さLnは、0.1μm以上0.8μm以下であり、線分Anに平行でかつ凹部の最深部に接する線分Bnと、線分Anとの距離Dnは、0.1μm以上0.8μm以下である。一方、上述のすくい面側基準線における硬質粒子の凹凸を構成する凹部のうち、少なくとも1つの凹部において、該凹部を挟む両端の凸部の先端を結ぶ線分Asの長さLsは、0.05μm以上0.5μm以下であり、線分Asに平行でかつ凹部の最深部に接する線分Bsと、線分Asとの距離Dsは、0.05μm以上0.5μm以下であり、かつLnは、Lsよりも大きいことを特徴とする。このような形状の凹部を硬質粒子の表面に形成することにより、その上に形成される被膜を構成する結晶の幅WnをLnよりも小さくし、もって逃げ面においては、逃げ面の摩耗を減少させることができる。しかも、すくい面側の凹部に接する被膜の柱状晶の結晶の幅Wsを、Lsよりも小さくすることができ、もって凝着剥離や被膜の破壊が著しく生じにくくなる。
<Unevenness on hard particle surface>
FIG. 2 is a schematic view showing a cross section of hard particles located on the flank side surface in contact with the coating on the substrate. As shown in FIG. 2, the hard particles in contact with the coating have irregularities formed on the surface in contact with the coating, and at least one of the recesses constituting the irregularities of the hard particles on the flank side reference line described above. In one recess, the length Ln of the line segment An connecting the tips of the convex portions at both ends sandwiching the recess is not less than 0.1 μm and not more than 0.8 μm, and is parallel to the line segment An and touches the deepest part of the recess The distance Dn between the segment Bn and the line segment An is 0.1 μm or more and 0.8 μm or less. On the other hand, the length Ls of the line segment As connecting the tips of the convex portions at both ends sandwiching the concave portion in at least one concave portion among the concave portions constituting the concave and convex portions of the hard particles on the rake face side reference line is 0. The distance Ds between the line segment As and the line segment Bs that is 05 μm or more and 0.5 μm or less, parallel to the line segment As and in contact with the deepest part of the recess is 0.05 μm or more and 0.5 μm or less, and Ln is , Ls. By forming the concave portion having such a shape on the surface of the hard particle, the width Wn of the crystal constituting the film formed thereon is made smaller than Ln, so that the wear on the flank is reduced on the flank. Can be made. In addition, the width Ws of the columnar crystals of the coating in contact with the recess on the rake face side can be made smaller than Ls, so that the adhesion peeling and the destruction of the coating are hardly caused.

本発明においては、少なくとも1つの凹部におけるLnが上述の数値範囲を満たすことを特徴とするものであるが、かかる数値範囲を満たすLnを有する凹部が、逃げ面側基準線に含まれる凹凸の半数以上であることが好ましく、より好ましくは、逃げ面側基準線に含まれる凹凸の全てである。同様に、Lsは、すくい面側基準線に含まれる凹凸の半数以上であることが好ましく、より好ましくは、すくい面側基準線に含まれる凹凸の全てである。   In the present invention, Ln in at least one concave portion satisfies the above numerical range, and the concave portion having Ln that satisfies the numerical range is half the unevenness included in the flank reference line. It is preferable that it is the above, and more preferably, all of the unevenness included in the flank reference line. Similarly, Ls is preferably at least half of the unevenness included in the rake face side reference line, and more preferably all of the unevenness included in the rake face side reference line.

上記の基材の逃げ面において、長さLnおよび距離Dnはいずれも、0.1μm以上0.5μm以下であり、上記の基材のすくい面において、長さLsおよび距離Dsはいずれも、0.05μm以上0.3μm以下であることが好ましい。このような硬質粒子の表面とすることにより、凝着剥離の改善効果および被膜の破壊防止効果を高めることができる。   In the flank of the substrate, the length Ln and the distance Dn are both 0.1 μm or more and 0.5 μm or less, and in the rake surface of the substrate, the length Ls and the distance Ds are both 0. It is preferable that the thickness is 0.05 μm or more and 0.3 μm or less. By setting it as the surface of such a hard particle, the improvement effect of adhesion peeling and the destruction prevention effect of a film can be heightened.

上記の長さLnが0.1μm未満または0.8μmを超えると、被削材を切削加工するときに凝着剥離や被膜を構成する結晶粒の脱落が生じやすくなる。一方、上記の長さLsが0.05μm未満または0.5μmを超えると、被膜を構成する結晶の幅WnおよびWsを微細化しにくく、加工面品位が低下しやすくなる。   When the length Ln is less than 0.1 μm or more than 0.8 μm, adhesion peeling or dropout of crystal grains constituting the film tends to occur when the work material is cut. On the other hand, when the length Ls is less than 0.05 μm or exceeds 0.5 μm, the widths Wn and Ws of the crystals constituting the film are difficult to be miniaturized, and the quality of the processed surface tends to be lowered.

本発明における逃げ面側の硬質粒子の表面に形成される凹凸の形状を示す長さLnおよび距離Dnは、次のようにして算出する。上述の基材表面の面粗度Rz,nを算出するときに得た断面に対し、SEMを用いて25000倍〜50000倍で観察した画像を得る。かかる画像にて観察できる任意の凹部を拡大し、その凹部を挟む凸部の先端を結んで線分Anを描き、その線分Anの長さLnを測定する。そして、該線分Anに平行でかつ凹部の最深部に接する線分Bnと線分Anとの距離Dnを測定する。上記と同様にして、すくい面側の硬質粒子の表面に形成される凹凸の形状を示すLsおよび距離Dsを測定する。   The length Ln and the distance Dn indicating the shape of the irregularities formed on the surface of the hard particles on the flank side in the present invention are calculated as follows. With respect to the cross section obtained when calculating the surface roughness Rz, n of the above-described base material surface, an image observed at 25000 times to 50000 times using SEM is obtained. An arbitrary concave portion that can be observed in such an image is enlarged, the tip of the convex portion sandwiching the concave portion is connected, a line segment An is drawn, and the length Ln of the line segment An is measured. Then, a distance Dn between the line segment Bn parallel to the line segment An and in contact with the deepest part of the recess and the line segment An is measured. In the same manner as described above, Ls and distance Ds indicating the shape of the irregularities formed on the surface of the hard particle on the rake face side are measured.

本発明においては、逃げ面側の硬質粒子と被膜との接触線の長さをSnとし、該接触線には1または複数の凹部が含まれ、該凹部のそれぞれの長さLnの和をTnとすると、比Tn/Snは、0.1以上であり、かつすくい面側の硬質粒子と被膜との接触線の長さをSsとし、接触線には1または複数の凹部が含まれ、該凹部のそれぞれの長さLsの和をTsとすると、比Ts/Ssは、0.1以上であることを特徴とする。ここで、「接触線」とは、表面被覆切削工具のすくい面に対する法線を含む平面で表面被覆切削工具を切断したときの断面において、硬質粒子と被膜とが接触する界面部分を線状で表したものをいう。比Tn/Snおよび比Tn/Snが大きいほど、硬質粒子と被膜とが接触する部分の硬質粒子の表面に凹凸が形成されていることを示す。   In the present invention, the length of the contact line between the flank hard particle and the coating is Sn, and the contact line includes one or a plurality of recesses, and the sum of the lengths Ln of the recesses is defined as Tn. Then, the ratio Tn / Sn is 0.1 or more, and the length of the contact line between the hard particle on the rake face side and the coating is Ss, and the contact line includes one or more recesses, When the sum of the lengths Ls of the recesses is Ts, the ratio Ts / Ss is 0.1 or more. Here, the “contact line” means that the interface part where the hard particles and the coating come into contact with each other in a cross section when the surface-coated cutting tool is cut along a plane including the normal to the rake face of the surface-coated cutting tool is linear. Say what you represent. It shows that the unevenness | corrugation is formed in the surface of the hard particle of the part which a hard particle and a film contact, so that ratio Tn / Sn and ratio Tn / Sn are large.

このような接触線の長さSnおよびSsは、表面被覆切削工具の断面の画像に基づいて直接的に算出する。比Tn/Snの算出方法としては、まず、表面被覆切削工具の断面において、逃げ面側の硬質粒子と被膜との接触線の長さSnが1μmとなる範囲に対し、その長さSnの範囲を占める部分の凹部の個数を求め、それぞれの凹部のそれぞれの長さLnを加算してTnを算出する。このようにして接触線の長さSnに対する凹部の長さの和Tnの比Tn/Snを算出する。比Ts/Ssの算出方法は、上記Tn/Snの算出方法と同様に、すくい面側の硬質粒子と被膜との接触面に着目して算出する。上記の比Tn/SnおよびTs/Ssは、0.2以上であることがより好ましい。一方、比Tn/SnまたはTs/Ssのいずれか一方が0.1未満であると、微細な結晶の割合が低くなり、凝着剥離や被膜破壊を抑制する効果が得られにくくなるため好ましくない。   Such contact line lengths Sn and Ss are directly calculated based on a cross-sectional image of the surface-coated cutting tool. As a method of calculating the ratio Tn / Sn, first, in the cross section of the surface-coated cutting tool, the range Sn of the contact line length Sn between the flank hard particles and the coating is 1 μm. Tn is calculated by adding the lengths Ln of the respective recesses. In this way, the ratio Tn / Sn of the sum Tn of the lengths of the recesses with respect to the length Sn of the contact line is calculated. The calculation method of the ratio Ts / Ss is calculated by paying attention to the contact surface between the hard particles on the rake face side and the coating, similarly to the calculation method of Tn / Sn. The ratios Tn / Sn and Ts / Ss are more preferably 0.2 or more. On the other hand, if either one of the ratios Tn / Sn or Ts / Ss is less than 0.1, the proportion of fine crystals decreases, and it is difficult to obtain the effect of suppressing adhesion peeling and film breakage, which is not preferable. .

<被膜>
本発明における被膜は、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、本発明の被膜は、その全体の膜厚が1μm以上10μm以下であることが好ましい。1μm未満であると耐摩耗性に劣る場合があり、10μmを超えると基材との密着性および耐欠損性が低下する場合がある。このような被膜の特に好ましい膜厚は2μm以上5μm以下である。また、本発明の被膜は、1層のみに限られるものではなく、2層以上積層させたものであってもよい。
<Coating>
The coating in the present invention includes a mode in which the entire surface of the substrate is coated, a mode in which the coating is not partially formed, and a part of the layered mode of the coating is partially different. This embodiment is also included. Moreover, it is preferable that the film thickness of this invention is 1 micrometer or more and 10 micrometers or less of the whole film thickness. If it is less than 1 μm, the abrasion resistance may be inferior, and if it exceeds 10 μm, the adhesion to the substrate and the fracture resistance may be reduced. A particularly preferable film thickness of such a coating is 2 μm or more and 5 μm or less. Moreover, the coating film of the present invention is not limited to only one layer, and may be a laminate of two or more layers.

本発明の被膜は、Ti、Al、Si、およびCrからなる群より選ばれる1種以上の第1元素の炭化物、窒化物、または炭窒化物を含み、該第1元素を占めるSiの原子比は、20原子%以下であることが好ましい。Siの原子比が20原子%を超えると、被膜の圧縮残留応力が大きくなりすぎて、被膜自体が自己破壊するため好ましくない。このような組成からなる被膜は、柱状晶の結晶組織からなるものとなる。   The coating of the present invention contains one or more carbides, nitrides, or carbonitrides of a first element selected from the group consisting of Ti, Al, Si, and Cr, and an atomic ratio of Si occupying the first element Is preferably 20 atomic% or less. When the atomic ratio of Si exceeds 20 atomic%, the compressive residual stress of the film becomes too large, and the film itself is undesirably destroyed. The coating film having such a composition has a columnar crystal structure.

従来のようにSiを含まないTiNやTiAlNからなる被膜は、通常0.1μm以上の幅の結晶粒になりやすいが、上記のように被膜の構成成分としてSiを含むことにより、被膜を構成する結晶の幅WnおよびWsを微細化することができ、もって耐熱性および耐摩耗性を向上させることができる。耐熱性および耐摩耗性に加え、自己破壊を発生しにくくするという観点から、Siの原子比は、3原子%以上10原子%以下であることがより好ましい。   Conventionally, a film made of TiN or TiAlN not containing Si is likely to have crystal grains with a width of 0.1 μm or more. However, as described above, the film is formed by containing Si as a component of the film. The crystal widths Wn and Ws can be miniaturized, thereby improving the heat resistance and wear resistance. From the viewpoint of making it difficult for self-destruction to occur in addition to heat resistance and wear resistance, the atomic ratio of Si is more preferably 3 atomic percent or more and 10 atomic percent or less.

上記の被膜において、逃げ面側の凹部に接する被膜の柱状晶の結晶の幅Wnは、Lnよりも小さく、すくい面側の凹部に接する被膜の柱状晶の結晶の幅Wsは、Lsよりも小さいことが好ましい。これにより基材に対する被膜の密着性を向上させることができ、もって被削材の凝着剥離や被膜を構成する粒子の脱落等を著しく発生しにくくすることができる。これによりSiを含有したために、被膜の圧縮残留応力が高くなっても、基材と被膜との密着性が低下しにくくなる。なお、上記の結晶の幅WsおよびWnは、被膜の断面をSEMで観察したときに、被膜を構成する結晶粒の長手方向に対し、垂直方向に最短となる線分の長さをいうものとする。   In the above-described coating, the columnar crystal width Wn of the coating in contact with the recess on the flank side is smaller than Ln, and the columnar crystal width Ws of the coating in contact with the rake side recess is smaller than Ls. It is preferable. As a result, the adhesion of the film to the substrate can be improved, so that it is possible to remarkably hardly cause the adhesion peeling of the work material and the dropping of the particles constituting the film. Thereby, since Si was contained, even if the compressive residual stress of a film becomes high, the adhesiveness of a base material and a film becomes difficult to fall. The widths Ws and Wn of the crystals are the lengths of the line segments that are shortest in the vertical direction with respect to the longitudinal direction of the crystal grains constituting the film when the cross section of the film is observed with an SEM. To do.

<製造方法>
本発明の表面被覆切削工具を作製する方法としては、表面被覆切削工具のすくい面に対する法線を含む平面で該表面被覆切削工具を切断した場合の断面における基材の逃げ面側の表面に位置する長さ50μmの逃げ面側基準線において、1μm以上30μm以下の面粗度Rz,nを形成する第1ステップと、同切断面における基材のすくい面側の表面に位置する長さ50μmのすくい面側基準線において、0.5μm以上5μm以下の面粗度Rz,sを形成する第2ステップと、被膜に接する側の基材の表面に位置する硬質粒子の表面に、凹凸を形成する第3ステップと、該基材上に、物理的蒸着法により被膜を形成する第4ステップとを含むことを特徴とする。
<Manufacturing method>
As a method for producing the surface-coated cutting tool of the present invention, the surface-coated cutting tool is positioned on the flank side surface of the substrate in a cross section when the surface-coated cutting tool is cut along a plane including a normal line to the rake face of the surface-coated cutting tool. A first step of forming a surface roughness Rz, n of 1 μm or more and 30 μm or less on a flank side reference line having a length of 50 μm, and a length of 50 μm located on the rake face side surface of the substrate in the cut surface On the rake face side reference line, a second step for forming a surface roughness Rz, s of 0.5 μm or more and 5 μm or less and irregularities are formed on the surface of the hard particles located on the surface of the base material in contact with the coating. It includes a third step and a fourth step of forming a film on the substrate by physical vapor deposition.

ここで、上記の第1ステップ〜第3ステップにおいて、基材および硬質粒子の表面に凹凸を形成する方法としては、イオンボンバード処理、化学的エッチング処理、ブラスト処理、レーザー処理、およびこれらを組み合わせた処理等を挙げることができる。   Here, in the first step to the third step, as a method for forming irregularities on the surface of the base material and the hard particles, ion bombardment treatment, chemical etching treatment, blast treatment, laser treatment, and a combination thereof are used. And the like.

中でも、第1ステップは、ブラスト処理、レーザー加工、または化学的エッチング処理を用いることが好ましい。これらの表面処理は、基材の表面に対し、比較的大きな面粗度を容易に形成することができるからである。また、第2ステップおよび第3ステップは、イオンボンバード処理を用いることが好ましい。イオンボンバード処理は、基材の表面を処理した後に、それと同一の装置内で被膜を形成するステップを行ない得るため、基材の表面処理から被膜の成膜に至るまでの各ステップを一貫して行なうことができ、生産性に優れるからである。   Among these, the first step preferably uses blasting, laser processing, or chemical etching. This is because these surface treatments can easily form a relatively large surface roughness on the surface of the substrate. Moreover, it is preferable to use an ion bombardment process for the second step and the third step. In ion bombardment, after the surface of the substrate is treated, the film can be formed in the same apparatus, and thus the steps from the surface treatment of the substrate to the film formation are consistent. This is because it can be performed and is excellent in productivity.

なお、本発明における「ブラスト処理」とは、処理対象である基材の表面に対し、所定の噴射速度および噴射圧力で砥粒を噴射することができる方法であれば、どのような加工方法をも用いることができ、たとえば圧縮空気等の圧縮流体を利用して砥粒を噴射する乾式ブラストや湿式ブラスト等の流体式の加工方法、羽根車を回転させて砥粒に遠心力を加えて噴射する遠心式(インペラ式)、打出しロータを用いて砥粒を叩き付けて噴射する平打式等を用いることができる。   The “blast treatment” in the present invention is any processing method as long as it is a method capable of injecting abrasive grains at a predetermined injection speed and injection pressure onto the surface of a substrate to be processed. For example, a fluid processing method such as dry blasting or wet blasting in which abrasive grains are sprayed using a compressed fluid such as compressed air, and a centrifugal force is applied to abrasive grains by rotating an impeller. A centrifugal type (impeller type), a flat type type in which abrasive grains are struck and ejected using a launching rotor, or the like can be used.

本発明の被膜は、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を用いると、被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、被膜と基材との密着性が格段に向上するというメリットがある。したがって、本発明の被膜は、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して形成することが好ましい。以下においては、アークイオンプレーティング装置を用いて本発明の表面被覆切削工具を作製する各ステップを図3を参照しつつ説明する。   The coating of the present invention is preferably formed by physical vapor deposition (PVD method). This is indispensable to be a film forming process capable of forming a compound having high crystallinity in order to form the film of the present invention on the surface of the base material. As a result of examining various film forming methods, This is because it has been found that it is optimal to use physical vapor deposition. Physical vapor deposition methods include, for example, sputtering method, ion plating method, etc. Especially when using cathode arc ion plating method with high ion rate of raw material elements, it is necessary to apply to the substrate surface before forming the film. Since metal or gas ion bombardment treatment is possible, there is a merit that the adhesion between the coating and the substrate is remarkably improved. Therefore, the coating film of the present invention is preferably formed by employing a cathode arc ion plating method which is a kind of physical vapor deposition method. Below, each step which produces the surface coating cutting tool of this invention using an arc ion plating apparatus is demonstrated, referring FIG.

図3は、本発明の表面被覆切削工具を作製するための成膜装置の模式図である。図3に示される装置は、チャンバー1と、該チャンバー1に原料ガスを導入するためのガス導入口2と、原料ガスを外部に排気するためのガス排出口3とを有する。チャンバー1は、真空ポンプ(図示せず)に接続されており、ガス排出口3を通じてチャンバー1の内部の圧力を変化させることができる。   FIG. 3 is a schematic view of a film forming apparatus for producing the surface-coated cutting tool of the present invention. The apparatus shown in FIG. 3 has a chamber 1, a gas inlet 2 for introducing a source gas into the chamber 1, and a gas outlet 3 for exhausting the source gas to the outside. The chamber 1 is connected to a vacuum pump (not shown), and the pressure inside the chamber 1 can be changed through the gas discharge port 3.

また、チャンバー1内には基材5を保持するための基材ホルダー4が設けられており、この基材ホルダー4は、基材バイアス直流電源10の負極に電気的に接続されている。他方、基材バイアス直流電源10の正極はアースされ、かつチャンバー1と電気的に接続されている。チャンバー1の側壁には、アーク式蒸発源6、7が取り付けられており、アーク式蒸発源6、7はそれぞれ、可変電源である直流電源8、9の負極に接続されており、直流電源8、9の正極はアースされている。   A substrate holder 4 for holding the substrate 5 is provided in the chamber 1, and the substrate holder 4 is electrically connected to the negative electrode of the substrate bias DC power supply 10. On the other hand, the positive electrode of the substrate bias DC power supply 10 is grounded and electrically connected to the chamber 1. Arc-type evaporation sources 6 and 7 are attached to the side wall of the chamber 1. The arc-type evaporation sources 6 and 7 are connected to negative electrodes of DC power sources 8 and 9 that are variable power sources, respectively. , 9 are grounded.

<第1ステップ>
第1ステップでは、基材の逃げ面側の表面に位置する長さ50μmの逃げ面側基準線において、1μm以上30μm以下の面粗度Rz,nを形成する。かかる第1ステップは、基材5に対し、逃げ面のみに対するショットブラスト処理を行なうことが好ましい。
<First step>
In the first step, a surface roughness Rz, n of 1 μm or more and 30 μm or less is formed on a flank reference line having a length of 50 μm located on the flank side surface of the substrate. In the first step, it is preferable to perform shot blasting on the flank only on the base material 5.

<第2ステップ>
次に、基材ホルダー4に基材5をセットし、Arガスによるスパッタクリーニング(ボンバード)を兼ねたイオンボンバードを行なう。第2ステップにおいて、基材のすくい面表面の長さ50μmのすくい面側基準線において、0.5μm以上5μm以下の面粗度Rz,sを形成する。かかる第2ステップは、基材5に対し、チャンバー1内の圧力を0.5Pa以上1.5Pa以下の比較的低圧で、−1000V以上−600V以下の比較的高いバイアス電圧を基材に維持してイオンボンバード処理することにより行なわれることが好ましい。
<Second step>
Next, the base material 5 is set in the base material holder 4, and ion bombardment which also serves as sputter cleaning (bombard) with Ar gas is performed. In the second step, a surface roughness Rz, s of 0.5 μm or more and 5 μm or less is formed on the rake face side reference line having a length of 50 μm on the rake face surface of the substrate. The second step maintains a relatively high bias voltage on the substrate 5 at a relatively low pressure of 0.5 Pa or more and 1.5 Pa or less and a pressure of −1000 V or more and −600 V or less with respect to the substrate 5. The ion bombardment treatment is preferably performed.

<第3ステップ>
続く、第3ステップにおいては、基材の被膜に接する側の表面に位置する硬質粒子の表面に凹凸を形成する。かかる第3ステップは、基材5に対し、チャンバー1内の圧力を1.5Pa以上2.5Pa以下の比較的高圧で、−600V以上−300V以下の比較的低いバイアス電圧を基材に維持してイオンボンバード処理することにより行なわれることが好ましい。
<Third step>
In the subsequent third step, irregularities are formed on the surface of the hard particles located on the surface in contact with the coating on the substrate. The third step maintains a relatively low bias voltage of −600 V or more and −300 V or less on the substrate with a relatively high pressure of 1.5 Pa or more and 2.5 Pa or less with respect to the substrate 5. The ion bombardment treatment is preferably performed.

<第4ステップ>
上記のようにして基材表面をイオンボンバード処理を行なった後に、該基材上に、物理的蒸着法により被膜を形成する。まず、アーク式蒸発源7に被膜を構成するターゲットをセットする。ターゲットとしては、TiやCrの種々の金属単体もしくは金属化合物を用いることができる。
<4th step>
After the substrate surface is subjected to ion bombardment as described above, a film is formed on the substrate by physical vapor deposition. First, a target constituting a film is set on the arc evaporation source 7. As the target, various metal simple substances or metal compounds of Ti and Cr can be used.

被膜を構成する金属元素が2種以上である場合、アーク式蒸発源7に加えて、アーク式蒸発源6にターゲットをセットすることが好ましい。なお、図3においては、2個のアーク式蒸発源6、7を備える場合を示しているが、3個以上のアーク式蒸発源を用いてもよいことは言うまでもない。   When there are two or more metal elements constituting the coating, it is preferable to set a target on the arc evaporation source 6 in addition to the arc evaporation source 7. Although FIG. 3 shows a case where two arc evaporation sources 6 and 7 are provided, it goes without saying that three or more arc evaporation sources may be used.

上記のようにターゲットをセットした後に、アーク式蒸発源6、7に直流電流を印加するとともに、アーク式蒸発源6、7とチャンバー1との間に数十から数百V程度の電圧を印加することにより、アーク式蒸発源6、7とチャンバー1との間をアーク放電させる。そして、アーク式蒸発源6、7にセットされたターゲットを部分的に溶解し、アーク式蒸発源6、7から基材5に向けてターゲットを蒸発させる。この蒸発したターゲットが窒素ガス等の原料ガスと反応させて、基材上に被膜を形成する。   After setting the target as described above, a direct current is applied to the arc evaporation sources 6 and 7 and a voltage of about several tens to several hundreds V is applied between the arc evaporation sources 6 and 7 and the chamber 1. As a result, arc discharge is caused between the arc evaporation sources 6 and 7 and the chamber 1. Then, the targets set in the arc evaporation sources 6 and 7 are partially dissolved, and the targets are evaporated from the arc evaporation sources 6 and 7 toward the base material 5. The evaporated target reacts with a source gas such as nitrogen gas to form a film on the substrate.

被膜を被覆するときにチャンバー1内に導入する原料ガスとしては、アルゴンガス、窒素ガス、または酸素ガスの他、メタン、アセチレン、ベンゼンなどの炭化水素ガスなどが挙げられ、これらを1種以上混合して用いてもよい。以上の各ステップを含む製造方法によって、本発明の表面被覆切削工具を製造することができる。   Examples of the raw material gas introduced into the chamber 1 when coating the coating include argon gas, nitrogen gas, or oxygen gas, and hydrocarbon gas such as methane, acetylene, and benzene. May be used. By the manufacturing method including the above steps, the surface-coated cutting tool of the present invention can be manufactured.

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。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated in detail, this invention is not limited to these.

<実施例1>
本実施例の表面被覆切削工具の基材として、その材質がISO P30グレードの超硬合金であって、形状がSFKN12T3AZTNのものを用いた。基材を構成する超硬合金は、硬質粒子としてWCを含み、該硬質粒子をCoからなる結合相によって結合してなるものである。
<Example 1>
As the base material of the surface-coated cutting tool of this example, the material is a cemented carbide of ISO P30 grade and the shape is SFKN12T3AZTN. The cemented carbide constituting the substrate contains WC as hard particles and is formed by bonding the hard particles with a binder phase made of Co.

図3は、本発明の表面被覆切削工具を作製するための成膜装置の模式図である。まず、第1ステップとして、基材の逃げ面に対し、100mmの投射距離で、投射圧を1.25MPaとして、30秒間乾式ブラストを投射した。これにより基材の逃げ面のみを粗面化した。このようにして基材の逃げ面側の表面の面粗度Rz,nを1.3μmとした。   FIG. 3 is a schematic view of a film forming apparatus for producing the surface-coated cutting tool of the present invention. First, as a first step, a dry blast was projected for 30 seconds at a projection distance of 100 mm and a projection pressure of 1.25 MPa on the flank face of the substrate. This roughened only the flank of the substrate. In this way, the surface roughness Rz, n of the surface on the flank side of the substrate was set to 1.3 μm.

次に、上記基材を図3の成膜装置の基材ホルダー4にセットするとともに、アーク式蒸発源7のターゲット材料にTiをセットした。そして、真空ポンプによりチャンバー1の内部の圧力を1.0×10-3Paとなるまで真空引きを行なった。これと同時に、チャンバー内のヒーター(図示せず)により、チャンバー内の温度を450℃まで昇温した。 Next, the substrate was set on the substrate holder 4 of the film forming apparatus of FIG. 3 and Ti was set on the target material of the arc evaporation source 7. And vacuuming was performed by the vacuum pump until the pressure inside the chamber 1 became 1.0 × 10 −3 Pa. At the same time, the temperature in the chamber was raised to 450 ° C. by a heater (not shown) in the chamber.

そして、第2ステップとして、Arガスを導入してチャンバー1の内部の圧力を1.0Paに保持し、直流電源9からDCバイアス電圧を徐々に上げながら−700Vに維持し、イオンボンバード処理を30分間行なった。このようにして基材のすくい面側の表面の面粗度Rz,sを1.2μmとした。   Then, as a second step, Ar gas is introduced to maintain the internal pressure of the chamber 1 at 1.0 Pa, and the DC bias voltage is gradually increased from the DC power source 9 to be maintained at −700 V, and the ion bombarding process is performed. For a minute. In this way, the surface roughness Rz, s of the surface on the rake face side of the substrate was set to 1.2 μm.

次に、第3ステップとして、チャンバー内の圧力が2.0Paとなるようにガス導入口2からアルゴンガスを導入したとともに、DCバイアス電圧を−500Vに維持し、イオンボンバード処理を30分間行なった。このようにして基材の表面に位置する硬質粒子の表面に凹凸を形成した。   Next, as a third step, argon gas was introduced from the gas inlet 2 so that the pressure in the chamber became 2.0 Pa, the DC bias voltage was maintained at −500 V, and ion bombardment was performed for 30 minutes. . In this way, irregularities were formed on the surface of the hard particles located on the surface of the substrate.

その後、チャンバー内の圧力が3.0Paになるようにガス導入口2から窒素ガスを導入するとともに、直流電源9からアーク式蒸発源7に100Aの電流を供給し、アーク式蒸発源7から前方向にTiイオンを蒸発させた。そして、第4ステップとして、アーク式蒸発源7に電流を供給するとともに、ガス導入口2から窒素ガスを導入した。そして、基材バイアス直流電源10の電圧を60Vにセットし、その電圧を一定に保った。これにより基材5の表面でTiイオンと窒素ガスとを反応させて、基材上に3μmの厚みのTiNからなる被膜を形成した。以上のようにして、本実施例の表面被覆切削工具を作製した。   Thereafter, nitrogen gas is introduced from the gas inlet 2 so that the pressure in the chamber becomes 3.0 Pa, and a current of 100 A is supplied from the DC power source 9 to the arc evaporation source 7 to Ti ions were evaporated in the direction. Then, as a fourth step, current was supplied to the arc evaporation source 7 and nitrogen gas was introduced from the gas inlet 2. Then, the voltage of the substrate bias DC power supply 10 was set to 60 V, and the voltage was kept constant. Thereby, Ti ions and nitrogen gas were reacted on the surface of the base material 5 to form a film made of TiN having a thickness of 3 μm on the base material. As described above, the surface-coated cutting tool of this example was produced.

<実施例2〜8および比較例1〜8>
実施例2〜8および比較例1〜8の表面被覆切削工具は、実施例1の表面被覆切削工具に対し、第2ステップおよび第3ステップのイオンボンバード処理の条件が、表1の「第2ステップ」および「第3ステップ」のように異なり、かつ被膜を形成するターゲット材料が表1の「被膜」の欄に示されるように異なる他は、実施例1と同様の方法により作製した。なお、比較例1〜4においては、第3ステップを行なわなかった。なおまた、実施例8のように、被膜を構成する金属元素が多い場合は、図3中のアーク式蒸発源の両方にターゲット材料をセットした。
<Examples 2-8 and Comparative Examples 1-8>
The surface-coated cutting tools of Examples 2 to 8 and Comparative Examples 1 to 8 are different from the surface-coated cutting tool of Example 1 in that the conditions of the second step and the third step of ion bombardment treatment are “second” in Table 1. It was produced by the same method as in Example 1 except that the target material for forming the film was different as shown in the “Coating” column of Table 1 as shown in “Step” and “Third Step”. In Comparative Examples 1 to 4, the third step was not performed. In addition, as in Example 8, when there were many metal elements constituting the film, the target material was set in both of the arc evaporation sources in FIG.

なお、目的の組成からなる被膜を得るために、チャンバー1に原料ガスを供給するためのガス導入口2からは、マスフローコントローラー(図示せず)を介して様々な原料ガスを導入した。   In order to obtain a coating film having a target composition, various source gases were introduced from a gas inlet 2 for supplying source gas to the chamber 1 via a mass flow controller (not shown).

<基材の表面分析>
上記のようにして作製した実施例1の表面被覆切削工具において、被膜のすくい面に対する法線を含む平面に沿って被膜および基材を切断し、その断面を機械研磨した。そして、その断面に対する垂直方向からSEMを用いて25000倍で観察した。実施例1の表面被覆切削工具の断面をSEMで観察した画像を図4に示す。
<Surface analysis of substrate>
In the surface-coated cutting tool of Example 1 produced as described above, the coating and the substrate were cut along a plane including the normal to the rake face of the coating, and the cross section was mechanically polished. And it observed by 25000 times using SEM from the perpendicular | vertical direction with respect to the cross section. The image which observed the cross section of the surface coating cutting tool of Example 1 with SEM is shown in FIG.

図4は、基材の被膜に接する側の逃げ面近傍の断面をSEMで観察したときの画像である。図4に示される断面において、長さ50μmの基準線における最大値と最小値との差を面粗度とし、特に逃げ面の面粗度をRz,n、すくい面の面粗度をRz,sとした。異なる5つの基準線で同様の方法により面粗度Rz,nおよびRz,sを測定し、それぞれ5回の面粗度Rz,nおよびRz,sの測定値の平均を表1の面粗度Rz,nおよびRz,sの欄に示した。   FIG. 4 is an image when a cross section in the vicinity of the flank on the side in contact with the coating on the substrate is observed with an SEM. In the cross section shown in FIG. 4, the difference between the maximum value and the minimum value on the reference line of 50 μm in length is the surface roughness, in particular the surface roughness of the flank is Rz, n, and the surface roughness of the rake face is Rz, s. The surface roughness Rz, n and Rz, s were measured in the same way using five different reference lines, and the average of the measured values of the surface roughness Rz, n and Rz, s for each of the five times was measured as shown in Table 1. Shown in the Rz, n and Rz, s columns.

次に、同断面をSEMを用いて25000倍で観察した。図5は、基材の被膜に接する側の逃げ面側の表面に位置する硬質粒子の断面をSEMで観察したときの画像である。なお、図5においては、凹部のうちの1つを示したものである。基材の逃げ面側の表面に位置する硬質粒子の表面の凹凸を構成する凹部のうちの任意の5つの凹部において、該凹部を挟む凸部の先端を結ぶ線分Anの長さLnを求め、その5点の平均値を算出し、表1の「長さLn」の欄に示した。また、線分Anに平行でかつ凹部の最深部に接する線分Bnを描き、線分Anと線分Bnとの距離Dnを求め、その5点の平均値を算出し、表1の「距離Dn」の欄に示した。上記の逃げ面側の凹凸観察と同様にして基材のすくい面側の表面に位置する硬質粒子の表面の凹凸を観察し、線分Asの長さLs、距離Dsを算出し、それぞれ表1の「長さLn」、「距離Dn」の欄に示した。   Next, the same cross section was observed at 25000 times using SEM. FIG. 5 is an image obtained by observing a cross section of the hard particles located on the flank side surface on the side in contact with the coating film of the base material with an SEM. Note that FIG. 5 shows one of the recesses. The length Ln of the line segment An connecting the tips of the convex portions sandwiching the concave portions is obtained in any of the concave portions constituting the concave and convex portions of the surface of the hard particles located on the flank side surface of the substrate. The average value of the five points was calculated and shown in the “Length Ln” column of Table 1. In addition, a line segment Bn parallel to the line segment An and in contact with the deepest part of the recess is drawn, a distance Dn between the line segment An and the line segment Bn is obtained, and an average value of the five points is calculated. Dn "column. In the same manner as the above-described concavo-convex observation of the flank side, the concavo-convex of the surface of the hard particles located on the surface of the rake face side of the substrate is observed, and the length Ls and the distance Ds of the line segment As are calculated. Of “length Ln” and “distance Dn”.

被膜を構成する結晶粒の幅WsおよびWnとしては、同断面をSEMを用いて25000倍で観察した画像において、断面の観察で区別し得る結晶粒の長手方向に対し、垂直で最短となる線分の長さを算出し、その5回測定の平均値を表1の「結晶の幅Wn」および「結晶の幅Ws」の欄に示した。   The widths Ws and Wn of the crystal grains constituting the coating are the lines that are perpendicular and shortest to the longitudinal direction of the crystal grains that can be distinguished by observing the cross section in an image obtained by observing the same cross section at 25,000 times using an SEM. The length of the minute was calculated, and the average value of the five measurements was shown in the columns of “Crystal width Wn” and “Crystal width Ws” in Table 1.

上記の各実施例の表面被覆切削工具の断面において、逃げ面側の硬質粒子と被膜との接触線の長さSnが1μmを占める範囲の凹部の個数を算出し、そのそれぞれの凹部の長さLnを加算することによりTn/Snを算出した。同様の方法で5回測定し、その平均値を表1の「Tn/Sn」の欄に示した。同様の方法で、すくい面側の硬質粒子と被膜との接触面に基づいてTs/Ssを算出し、表1の「Ts/Ss」の欄に示した。   In the cross section of the surface-coated cutting tool of each of the above embodiments, the number of recesses in the range where the length Sn of the contact line between the hard particles on the flank side and the coating occupies 1 μm is calculated, and the length of each recess Tn / Sn was calculated by adding Ln. The measurement was made five times in the same manner, and the average value was shown in the column of “Tn / Sn” in Table 1. In the same manner, Ts / Ss was calculated based on the contact surface between the hard particle on the rake face side and the coating, and the result is shown in the column of “Ts / Ss” in Table 1.

以上の分析の結果から、各実施例で作製された表面被覆切削工具は、基材と、該基材上に形成された被膜とを備えるものであって、該基材は、硬質粒子と該硬質粒子を結合する結合相とを含み、被膜に接する硬質粒子は、被膜に接する側の表面に凹凸が形成されており、表面被覆切削工具のすくい面に対する法線を含む平面で表面被覆切削工具を切断したときの断面において、基材の逃げ面側の表面は、被膜に接する側の表面に位置する長さ50μmの逃げ面側基準線における面粗度Rz,nが1μm以上30μm以下であり、基材のすくい面側の表面は、被膜に接する側の表面に位置する長さ50μmのすくい面側基準線における面粗度Rz,sが0.5μm以上5μm以下であり、かつRz,nはRz,sよりも大きく、逃げ面側基準線における硬質粒子の凹凸を構成する凹部のうち、少なくとも1つの凹部において、該凹部を挟む両端の凸部の先端を結ぶ線分Anの長さLnは、0.1μm以上0.8μm以下であり、線分Anに平行でかつ凹部の最深部に接する線分Bnと、線分Anとの距離Dnは、0.1μm以上0.8μm以下であり、該すくい面側基準線における硬質粒子の凹凸を構成する凹部のうち、少なくとも1つの凹部において、該凹部を挟む両端の凸部の先端を結ぶ線分Asの長さLsは、0.05μm以上0.5μm以下であり、線分Asに平行でかつ凹部の最深部に接する線分Bsと、線分Asとの距離Dsは、0.05μm以上0.5μm以下であり、Lnは、Lsよりも大きく、逃げ面側の硬質粒子と被膜との接触線の長さをSnとし、該接触線には1または複数の凹部が含まれ、該凹部のそれぞれの長さLnの和をTnとすると、比Tn/Snは、0.1以上であり、すくい面側の硬質粒子と被膜との接触線の長さをSsとし、該接触線には1または複数の凹部が含まれ、該凹部のそれぞれの長さLsの和をTsとすると、比Ts/Ssは、0.1以上であることが確認された。   From the results of the above analysis, the surface-coated cutting tool produced in each example includes a base material and a coating film formed on the base material, and the base material includes hard particles and the The hard particles that are in contact with the coating and have a binder phase that binds the hard particles have irregularities formed on the surface in contact with the coating, and the surface-coated cutting tool is a plane that includes the normal to the rake face of the surface-coated cutting tool. In the cross section when cutting the surface, the surface on the flank side of the substrate has a surface roughness Rz, n of 1 μm or more and 30 μm or less at the flank side reference line with a length of 50 μm located on the surface in contact with the coating. The surface on the rake face side of the substrate has a surface roughness Rz, s of 0.5 μm or more and 5 μm or less at a rake face side reference line of 50 μm in length located on the surface in contact with the coating, and Rz, n Is larger than Rz, s, and the concave of hard particles on the flank reference line In at least one of the recesses constituting the length Ln, the length Ln of the line segment An connecting the tips of the convex portions at both ends sandwiching the recess is 0.1 μm or more and 0.8 μm or less, and is parallel to the line segment An. The distance Dn between the line segment Bn in contact with the deepest part of the recess and the line segment An is not less than 0.1 μm and not more than 0.8 μm, and among the recesses constituting the irregularities of the hard particles on the rake face side reference line The length Ls of the line segment As connecting the tips of the convex portions at both ends sandwiching the concave portion in at least one concave portion is 0.05 μm or more and 0.5 μm or less, and is parallel to the line segment As and the deepest portion of the recess The distance Ds between the line segment Bs in contact with the line segment As and the line segment As is not less than 0.05 μm and not more than 0.5 μm, Ln is greater than Ls, and the length of the contact line between the hard particles on the flank side and the coating Is Sn, and the contact line includes one or more recesses, Assuming that the sum of the lengths Ln is Tn, the ratio Tn / Sn is 0.1 or more, and the length of the contact line between the hard particle on the rake face side and the coating is Ss. The ratio Ts / Ss was confirmed to be 0.1 or more, where Ts is the sum of the lengths Ls of the respective recesses.

<工具寿命の評価>
上記で作製した各実施例および各比較例の表面被覆切削工具のそれぞれについて、乾式の断続切削試験を行なうことにより工具寿命の評価を行なった。断続切削加工の条件は、合金工具鋼(ダイス鋼)SKD11を被削材として用い、切削速度200m/min、送り速度0.2mm/刃、切り込み2.0mmの条件で、基材の表面が露出するまで旋削加工を行なった。そして、基材露出までに切削した切削長さを下記の表2に示した。なお、切削長さが長いほど、工具寿命が長いことを示している。
<Evaluation of tool life>
The life of the tool was evaluated by performing a dry intermittent cutting test on each of the surface-coated cutting tools of each Example and Comparative Example prepared above. The conditions of the intermittent cutting process are as follows: alloy tool steel (die steel) SKD11 is used as a work material, the cutting speed is 200 m / min, the feed speed is 0.2 mm / blade, and the cutting depth is 2.0 mm. Turning was performed until Table 2 below shows the cutting lengths cut until the substrate is exposed. Note that the longer the cutting length, the longer the tool life.

表2の「切削長さ」に示す結果から明らかなように、各実施例の本発明に係る表面被覆切削工具は、各比較例の表面被覆切削工具に比し、工具寿命を向上させていることが明らかである。これは、基材と被膜との密着性が向上したとともに、すくい面において被削材の凝着が起こることを抑制したことによるものと考えられる。以上の評価結果から明らかなように、本発明によれば表面被覆切削工具の工具寿命を向上できることを確認した。   As is clear from the results shown in “Cutting Length” in Table 2, the surface-coated cutting tool according to the present invention in each example improves the tool life as compared with the surface-coated cutting tool in each comparative example. It is clear. This is considered to be due to the improved adhesion between the base material and the coating and the suppression of the adhesion of the work material on the rake face. As is clear from the above evaluation results, it was confirmed that the tool life of the surface-coated cutting tool can be improved according to the present invention.

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。   Although the embodiments and examples of the present invention have been described above, it is also planned from the beginning to appropriately combine the configurations of the above-described embodiments and examples.

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。   It should be understood that the embodiments and examples disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

1 チャンバー、2 ガス導入口、3 ガス排気口、4 基材ホルダー、5 基材、6,7 アーク式蒸発源、8,9 直流電源、10 基板バイアス電源。   1 chamber, 2 gas introduction port, 3 gas exhaust port, 4 base material holder, 5 base material, 6,7 arc evaporation source, 8,9 DC power supply, 10 substrate bias power supply.

Claims (9)

基材と、該基材上に形成された被膜とを備える表面被覆切削工具であって、
前記基材は、硬質粒子と該硬質粒子を結合する結合相とを含み、
前記被膜に接する前記硬質粒子は、前記被膜に接する側の表面に凹凸が形成されており、
前記表面被覆切削工具のすくい面に対する法線を含む平面で前記表面被覆切削工具を切断したときの断面において、前記基材の逃げ面側の表面は、その表面に位置する長さ50μmの逃げ面側基準線における面粗度Rz,nが1μm以上30μm以下であり、前記基材のすくい面側の表面は、その表面に位置する長さ50μmのすくい面側基準線における面粗度Rz,sが0.5μm以上5μm以下であり、かつ前記Rz,nは前記Rz,sよりも大きく、
前記逃げ面側基準線における前記硬質粒子の前記凹凸を構成する凹部のうち、少なくとも1つの凹部において、該凹部を挟む両端の凸部の先端を結ぶ線分Anの長さLnは、0.1μm以上0.8μm以下であり、前記線分Anに平行でかつ前記凹部の最深部に接する線分Bnと、前記線分Anとの距離Dnは、0.1μm以上0.8μm以下であり、
前記すくい面側基準線における前記硬質粒子の前記凹凸を構成する凹部のうち、少なくとも1つの凹部において、該凹部を挟む両端の凸部の先端を結ぶ線分Asの長さLsは、0.05μm以上0.5μm以下であり、前記線分Asに平行でかつ前記凹部の最深部に接する線分Bsと、前記線分Asとの距離Dsは、0.05μm以上0.5μm以下であり、
前記Lnは、前記Lsよりも大きく、
前記逃げ面側の前記硬質粒子と前記被膜との接触線の長さをSnとし、前記接触線には1または複数の凹部が含まれ、該凹部のそれぞれの前記長さLnの和をTnとすると、比Tn/Snは、0.1以上であり、
前記すくい面側の前記硬質粒子と前記被膜との接触線の長さをSsとし、前記接触線には1または複数の凹部が含まれ、該凹部のそれぞれの前記長さLsの和をTsとすると、比Ts/Ssは、0.1以上である、表面被覆切削工具。
A surface-coated cutting tool comprising a substrate and a coating formed on the substrate,
The substrate includes hard particles and a binder phase that binds the hard particles;
The hard particles in contact with the coating have irregularities formed on the surface in contact with the coating,
In the cross section when the surface-coated cutting tool is cut along a plane including a normal line to the rake face of the surface-coated cutting tool, the surface on the flank side of the substrate is a flank having a length of 50 μm located on the surface. The surface roughness Rz, n at the side reference line is 1 μm or more and 30 μm or less, and the surface on the rake face side of the base material has a surface roughness Rz, s at the rake face side reference line having a length of 50 μm. Is 0.5 μm or more and 5 μm or less, and Rz, n is larger than Rz, s,
The length Ln of the line segment An connecting the tips of the convex portions at both ends sandwiching the concave portion in at least one concave portion among the concave portions constituting the concave and convex portions of the hard particles on the flank side reference line is 0.1 μm. The distance Dn between the line segment An and the line segment Bn parallel to the line segment An and in contact with the deepest part of the recess is 0.1 μm or more and 0.8 μm or less.
The length Ls of the line segment As connecting the tips of the convex portions at both ends sandwiching the concave portion in at least one concave portion among the concave portions constituting the concave and convex portions of the hard particles on the rake face side reference line is 0.05 μm. The distance Ds between the line segment As and the line segment Bs parallel to the line segment As and in contact with the deepest part of the recess is 0.05 μm or more and 0.5 μm or less.
Ln is greater than Ls;
The length of the contact line between the hard particles on the flank side and the coating is Sn, and the contact line includes one or more recesses, and the sum of the lengths Ln of the recesses is Tn. Then, the ratio Tn / Sn is 0.1 or more,
The length of the contact line between the hard particles on the rake face side and the coating is Ss, and the contact line includes one or more recesses, and the sum of the lengths Ls of the recesses is Ts. Then, the surface-coated cutting tool whose ratio Ts / Ss is 0.1 or more.
前記被膜は、柱状晶の結晶組織からなり、
前記逃げ面側の前記凹部に接する前記被膜の柱状晶の結晶の幅Wnは、前記Lnよりも小さく、
前記すくい面側の前記凹部に接する前記被膜の柱状晶の結晶の幅Wsは、前記Lsよりも小さい、請求項1に記載の表面被覆切削工具。
The coating consists of a columnar crystal structure,
The columnar crystal width Wn in contact with the recess on the flank side is smaller than the Ln,
2. The surface-coated cutting tool according to claim 1, wherein a columnar crystal width Ws of the coating in contact with the concave portion on the rake face side is smaller than the Ls.
前記長さLnおよび前記距離Dnはいずれも、0.1μm以上0.5μm以下であり、
前記長さLsおよび前記距離Dsはいずれも、0.05μm以上0.3μm以下である、請求項1または2に記載の表面被覆切削工具。
The length Ln and the distance Dn are both 0.1 μm or more and 0.5 μm or less,
The surface-coated cutting tool according to claim 1, wherein both the length Ls and the distance Ds are 0.05 μm or more and 0.3 μm or less.
前記被膜は、Ti、Al、Si、およびCrからなる群より選ばれる1種以上の第1元素の炭化物、窒化物、または炭窒化物を含み、
前記第1元素に占めるSiの原子比は、20原子%以下である、請求項1〜3のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
The coating includes a carbide, nitride, or carbonitride of one or more first elements selected from the group consisting of Ti, Al, Si, and Cr,
The surface-coated cutting tool according to any one of claims 1 to 3, wherein an atomic ratio of Si in the first element is 20 atomic% or less.
前記第1元素に占めるSiの原子比は、3原子%以上10原子%以下である、請求項4に記載の表面被覆切削工具。   The surface-coated cutting tool according to claim 4, wherein an atomic ratio of Si occupying the first element is 3 atomic% or more and 10 atomic% or less. 前記基材は、前記硬質粒子と前記結合相とを焼結した後に、その表面を処理されるものであって、前記表面を処理する前の基材の表面の面粗度をRzとすると、
前記Rz,nは、前記Rzよりも大きい、請求項1〜5のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
The surface of the base material is processed after sintering the hard particles and the binder phase, and the surface roughness of the surface of the base material before processing the surface is Rz.
The surface-coated cutting tool according to claim 1, wherein Rz, n is larger than Rz.
表面被覆切削工具のすくい面に対する法線を含む平面で該表面被覆切削工具を切断した場合の断面における基材の逃げ面側の表面に位置する長さ50μmの逃げ面側基準線において、1μm以上30μm以下の面粗度Rz,nを形成する第1ステップと、
前記断面における基材のすくい面の表面に位置する長さ50μmのすくい面側基準線において、0.5μm以上5μm以下の面粗度Rz,sを形成する第2ステップと、
前記被膜に接する側の前記基材の表面に位置する硬質粒子の表面に、凹凸を形成する第3ステップと、
前記基材上に、物理的蒸着法により被膜を形成する第4ステップとを含み、
前記基材は、硬質粒子と結合相とを焼結した後に、その表面が処理されるものである、表面被覆切削工具の製造方法。
1 μm or more in the flank side reference line having a length of 50 μm located on the surface of the flank side of the substrate in a cross section when the surface coated cutting tool is cut in a plane including a normal line to the rake face of the surface coated cutting tool A first step of forming a surface roughness Rz, n of 30 μm or less;
A second step of forming a surface roughness Rz, s of 0.5 μm or more and 5 μm or less at a rake surface side reference line of 50 μm in length located on the surface of the rake surface of the substrate in the cross section;
A third step of forming irregularities on the surface of the hard particles located on the surface of the substrate on the side in contact with the coating;
On the substrate, seen including a fourth step of forming a coating film by physical vapor deposition,
The base material is a method for producing a surface-coated cutting tool, wherein the surface is treated after sintering hard particles and a binder phase .
前記第1ステップは、ブラスト処理またはレーザー加工によって行なわれる、請求項7に記載の表面被覆切削工具の製造方法。   The method of manufacturing a surface-coated cutting tool according to claim 7, wherein the first step is performed by blasting or laser processing. 前記第2ステップ、および前記第3ステップはいずれも、イオンボンバード処理によって行なわれる、請求項7または8に記載の表面被覆切削工具の製造方法。   The method for manufacturing a surface-coated cutting tool according to claim 7 or 8, wherein both the second step and the third step are performed by an ion bombardment process.
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