JP5315533B2 - Surface coated cutting tool - 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。   The present invention relates to a surface-coated cutting tool including a substrate and a coating film formed thereon.

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耐欠損性の向上が一段と重要になっている。   Recent cutting tool trends include the need for dry machining without cutting fluids from the viewpoint of global environmental conservation, the diversification of work materials, and higher cutting speeds to further improve machining efficiency. For example, the tool edge temperature tends to be higher, and the characteristics required for the tool material are becoming stricter. In particular, as a required characteristic of tool materials, the coating film formed on the base material has high temperature stability (oxidation resistance and coating film adhesion) as well as wear resistance related to the cutting tool life. Improvement of crack resistance and fracture resistance is becoming more important.

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TiAlの窒化物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、TiAlの窒化物からなる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。   In order to improve wear resistance and surface protection function, TiAl nitride is used as a hard coating on the surface of cutting tools and wear-resistant tools made of hard base materials such as WC-based cemented carbide, cermet, and high-speed steel. It is well known to form a single layer or multiple layers. However, in recent high-speed and dry processing, a sufficient tool life cannot be obtained with a coating film made of TiAl nitride.

このような状況下、被覆膜の耐熱性を向上し、長い工具寿命を実現する方法として、特許文献1には、TiとAlとの複合窒化物において、さらにSiを添加した被覆膜が提案されている。このようにSiを含む被覆膜は、その表面にSiを含有する緻密な酸化保護膜が形成されることから、TiAlの窒化物からなる被覆膜よりも耐熱性が優れるという利点がある。しかし、その一方で特許文献1に開示される被覆膜は、その硬度および靭性の性能が十分ではないという問題があった。   Under such circumstances, as a method for improving the heat resistance of the coating film and realizing a long tool life, Patent Document 1 discloses a coating film in which Si is further added to a composite nitride of Ti and Al. Proposed. Thus, the coating film containing Si has an advantage that the heat resistance is superior to the coating film made of a nitride of TiAl because a dense oxidation protective film containing Si is formed on the surface thereof. On the other hand, however, the coating film disclosed in Patent Document 1 has a problem that its performance of hardness and toughness is not sufficient.

他方、特許文献2〜4では、物理蒸着法を用いて酸化物を形成することによって、被覆膜の耐熱性を向上させる試みがなされている。   On the other hand, Patent Documents 2 to 4 attempt to improve the heat resistance of the coating film by forming an oxide using a physical vapor deposition method.

特開平07−310174号公報JP 07-310174 A 特開2004−124246号公報JP 2004-124246 A 特表2008−533310号公報Special table 2008-533310 gazette 特表2010−506049号公報Special table 2010-506049 gazette

しかしながら、被覆膜中の酸素含有量が多いことに起因して、硬度が低下することになるため、耐摩耗性が十分ではないという問題があった。   However, since the hardness is lowered due to the high oxygen content in the coating film, there is a problem that the wear resistance is not sufficient.

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、耐摩耗性、耐欠損性、および密着性を兼ね備えた被覆膜を表面に有する表面被覆切削工具を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-described situation, and an object of the present invention is to provide a surface-coated cutting tool having a coating film on the surface that has wear resistance, fracture resistance, and adhesion. Is to provide.

本発明者らは、上記の課題を解決するために、被覆膜の組成について種々の検討を重ねたところ、被覆膜の表面側に酸素を含有せしめることにより、高速・ドライ加工において良好な工具性能を示すという知見を得た。かかる知見に基づいて、AlTiNからなる層、およびAlCrNからなる層の原子比についてさらに鋭意検討を重ねることにより、ついに本発明を完成させたものである。   In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have made various studies on the composition of the coating film, and as a result, by incorporating oxygen on the surface side of the coating film, it is favorable in high-speed and dry processing. The knowledge that it shows tool performance was acquired. Based on this knowledge, the present invention was finally completed by further intensive studies on the atomic ratio of the layer made of AlTiN and the layer made of AlCrN.

すなわち、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、AlaTibcde(ただし式中、0.35≦a≦0.7、0<c≦0.3、a+b+c=1、0<d≦1、0≦e<1、d+e=1)からなるA層と、AlfCrgMehde(ただし式中、0.25≦g≦0.5、0≦h≦0.3、f+g+h=1、0<d≦1、0≦e<1、d+e=1)からなるB層とが交互に各2層以上積層された積層体を含み、式中MおよびMeは、それぞれ独立してV、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W、およびSiからなる群より選ばれる1種以上の元素を示し、被覆膜の表面から被覆膜の厚み方向に被覆膜全体の厚みの10%以上50%以下の領域が、酸素を含有する酸素含有領域となっており、該酸素含有領域において、A層およびB層は、e>0であることを特徴とする。 That is, the surface-coated cutting tool of the present invention includes a base material and a coating film formed thereon, and the coating film is Al a Ti b M c N d O e (where 0. 35 ≦ a ≦ 0.7, 0 <c ≦ 0.3, a + b + c = 1, 0 <d ≦ 1, 0 ≦ e <1, d + e = 1), and Al f Cr g Me h N d A layer B composed of O e (wherein, 0.25 ≦ g ≦ 0.5, 0 ≦ h ≦ 0.3, f + g + h = 1, 0 <d ≦ 1, 0 ≦ e <1, d + e = 1) In which M and Me are each independently selected from the group consisting of V, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W, and Si. An area containing 10% or more and 50% or less of the entire thickness of the coating film in the thickness direction of the coating film from the surface of the coating film is an oxygen-containing region containing oxygen. In oxygen-containing regions, A and B layers is characterized by a e> 0.

上記の酸素含有領域において、eは、0.002≦e≦0.1であることが好ましく、上記のeは、被覆膜の厚み方向で変化し、1以上の極大値および1以上の極小値を有し、いずれか1の極大値と、いずれか1の極小値との差は、0.005以上であることが好ましい。   In the oxygen-containing region, e is preferably 0.002 ≦ e ≦ 0.1, and the e varies in the thickness direction of the coating film, and is 1 or more maximum value and 1 or more minimum. It is preferable that the difference between any one local maximum value and any one local minimum value is 0.005 or more.

被覆膜は、1μm以上10μm以下の厚みであることが好ましい。A層およびB層はそれぞれ、2nm以上10nm以下の厚みであることが好ましい。被覆膜は、アークイオンプレーティング法により形成されることが好ましい。   The coating film preferably has a thickness of 1 μm or more and 10 μm or less. Each of the A layer and the B layer preferably has a thickness of 2 nm to 10 nm. The coating film is preferably formed by an arc ion plating method.

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、耐摩耗性、耐欠損性、および密着性を兼ね備えるという優れた効果を示す。   Since the surface-coated cutting tool of the present invention has the above-described configuration, it exhibits an excellent effect of having wear resistance, fracture resistance, and adhesion.

基材直上にA層およびB層が交互に積層された積層体を有する被覆膜を形成した表面被覆切削工具の模式的な断面図である。It is typical sectional drawing of the surface coating cutting tool which formed the coating film which has the laminated body on which the A layer and the B layer were laminated | stacked alternately on the base material. アークイオンプレーティング装置の概略図である。It is the schematic of an arc ion plating apparatus.

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、各層の厚みは走査型電子顕微鏡(SEM:Scanning Electron Microscope)または透過型電子顕微鏡(TEM:Transmission Electron Microscope)により測定し、被覆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 thickness of each layer is measured by a scanning electron microscope (SEM) or a transmission electron microscope (TEM), and the composition of the coating film is an energy dispersive X-ray analysis. It shall be measured by an apparatus (EDS: Energy Dispersive x-ray Spectroscopy).

<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。
<Surface coated cutting tool>
The surface-coated cutting tool of the present invention comprises a substrate and a coating 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、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。
<Base material>
As the base material of the surface-coated cutting tool of the present invention, a conventionally known material known as such a cutting tool base material can be used without particular limitation. 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.) High-speed steel, ceramics (titanium carbide, silicon carbide, silicon nitride, aluminum nitride, aluminum oxide, and mixtures thereof), cubic boron nitride sintered body, diamond sintered body Etc. can be mentioned as examples of such a substrate. When a cemented carbide is used as such a 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.

<被覆膜>
図1は、基材直上にA層およびB層が交互に積層された積層体を有する被覆膜を形成した表面被覆切削工具の模式的な断面図である。本発明の被覆膜101は、図1に示されるように、AlaTibcde(ただし式中、0.35≦a≦0.7、0<c≦0.3、a+b+c=1、0<d≦1、0≦e<1、d+e=1)からなるA層102と、AlfCrgMehde(ただし式中、0.25≦g≦0.5、0≦h≦0.3、f+g+h=1、0<d≦1、0≦e<1、d+e=1)からなるB層103とが交互に各2層以上積層された積層体を含み、上記式中のMおよびMeは、それぞれ独立してV、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、WおよびSiからなる群より選ばれる1種以上の元素を示し、被覆膜101の表面から被覆膜の厚み方向に被覆膜全体の厚みの10%以上50%以下の領域が、酸素を含有する酸素含有領域104となっており、該酸素含有領域104において、A層およびB層は、e>0であることを特徴としている。
<Coating film>
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a surface-coated cutting tool in which a coating film having a laminate in which A layers and B layers are alternately laminated on a base material is formed. As shown in FIG. 1, the coating film 101 of the present invention has Al a Ti b M c N d O e (where 0.35 ≦ a ≦ 0.7, 0 <c ≦ 0.3, and a + b + c = 1,0 < d ≦ 1,0 ≦ e <1, d + e = 1) a layer 102 made of, Al f Cr g Me h N d O e ( although Shikichu, 0.25 ≦ g ≦ 0. 5 and 0 ≦ h ≦ 0.3, f + g + h = 1, 0 <d ≦ 1, 0 ≦ e <1, d + e = 1) and a laminate in which two or more layers are alternately stacked. M and Me in the above formula each independently represent one or more elements selected from the group consisting of V, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W and Si, and from the surface of the coating film 101 A region of 10% to 50% of the entire thickness of the coating film in the thickness direction of the coating film is an oxygen-containing region 104 containing oxygen, and the oxygen-containing region In 104, A and B layers is characterized in that an e> 0.

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、その全体の厚みが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を超えると靭性が低下するため好ましくない。このような被覆膜の特に好ましい厚みは2μm以上7μm以下である。なお、上記の被覆膜は、A層、およびB層以外の他の任意の層を含んでいてもよい。   Such a coating film of the present invention includes an aspect in which the entire surface of the substrate is coated, and also includes an aspect in which the coating film is not partially formed. The aspect which the lamination | stacking aspect of a part differs is also included. Moreover, it is preferable that the coating film of this invention is 1 micrometer or more and 10 micrometers or less in the whole thickness. If it is less than 1 μm, the abrasion resistance may be inferior, and if it exceeds 10 μm, the toughness decreases, which is not preferable. A particularly preferable thickness of such a coating film is 2 μm or more and 7 μm or less. In addition, said coating film may contain other arbitrary layers other than A layer and B layer.

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>
積層体を構成するA層は、AlaTibcde(ただし式中、0.35≦a≦0.7、0<c≦0.3、a+b+c=1、0<d≦1、0≦e<1、d+e=1)からなることを特徴とする。このようなA層は、耐熱性、硬度、および応力バランスに優れるため、高速、ドライ加工時の刃先の耐欠損性に効果的である。上記aは0.5≦a≦0.65であり、上記cは0≦c≦0.1であることがより好ましい。この場合耐熱性、硬度、および圧縮残留応力のバランスがさらに良好なものとなる。上記式中、aが0.35未満であるか、またはcが0.3を超えると、耐酸化性および硬度を向上させる効果を十分に得ることができず、aが0.7を超えると、被覆膜の硬度が大きく低下して耐摩耗性が低下するため好ましくない。なお、A層における窒素の原子比dおよび酸素の原子比eの好適な数値範囲に関しては後述する。
Hereinafter, such a coating film will be described in more detail.
<A layer>
The A layer constituting the laminate is Al a Ti b M c N d O e (where 0.35 ≦ a ≦ 0.7, 0 <c ≦ 0.3, a + b + c = 1, 0 <d ≦ 1, 0 ≦ e <1, d + e = 1). Such an A layer is excellent in heat resistance, hardness, and stress balance, and therefore effective for high-speed, chipping resistance of the cutting edge during dry processing. The a is preferably 0.5 ≦ a ≦ 0.65, and the c is more preferably 0 ≦ c ≦ 0.1. In this case, the balance of heat resistance, hardness, and compressive residual stress is further improved. In the above formula, if a is less than 0.35 or c exceeds 0.3, the effect of improving the oxidation resistance and hardness cannot be sufficiently obtained, and if a exceeds 0.7 , Since the hardness of the coating film is greatly reduced and the wear resistance is lowered. Note that suitable numerical ranges of the atomic ratio d of nitrogen and the atomic ratio e of oxygen in the A layer will be described later.

ここで、A層を構成するMは、V、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、WおよびSiからなる群より選ばれる1種以上の元素であることを特徴とする。このような元素を30原子%以下の割合でA層に含むことにより、A層中で固溶強化が生じ、A層の硬度を高めることができる。上記の元素の中でも、V、Nb、Mo、W等は、切削時の発熱によって酸化物を形成し、自己潤滑効果が発揮されるため、工具寿命を長寿命化することができるというメリットがある点で好ましい。   Here, M constituting the A layer is one or more elements selected from the group consisting of V, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W, and Si. By including such an element in the A layer at a ratio of 30 atomic% or less, solid solution strengthening occurs in the A layer, and the hardness of the A layer can be increased. Among the above elements, V, Nb, Mo, W, etc. have the merit that the tool life can be extended because an oxide is formed by the heat generated during cutting and the self-lubricating effect is exhibited. This is preferable.

なお、AlaTibcdeという表記において、「AlaTibc」と、「Nde」との組成比は1:1の場合のみに限られるものではなく、組成比として可能である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。 Note that in the notation Al a Ti b M c N d O e, as "Al a Ti b M c", the composition ratio between "N d O e" is 1: not limited only to the case of 1, All possible ratios can be included as the composition ratio, and the ratio between the two is not particularly limited.

<B層>
上記のA層とともに積層体を構成するB層は、AlfCrgMehde(ただし式中、0.25≦g≦0.5、0≦h≦0.3、f+g+h=1、0<d≦1、0≦e<1、d+e=1)からなることを特徴とする。このようなB層は、硬度および耐熱性に優れるが、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耐欠損性に難があるため、本発明においては耐欠損性に優れる上記のA層と交互に積層されるものである。ここで、上記gは0.3≦g≦0.4であり、かつhは0≦h≦0.1であることが好ましい。この場合耐摩耗性と靭性のバランスが一層良好なものとなる。上記式中、hが0.3を超えると、圧縮残留応力が大きくなり、層間剥離が生じやすくなるため好ましくない。
<B layer>
The layer B constituting the laminate together with the layer A is Al f Cr g Me h N d O e (where 0.25 ≦ g ≦ 0.5, 0 ≦ h ≦ 0.3, f + g + h = 1) , 0 <d ≦ 1, 0 ≦ e <1, d + e = 1). Such a B layer is excellent in hardness and heat resistance. However, in order to cope with further high speed and dry processing, the single layer itself has difficulty in fracture resistance. Therefore, in the present invention, the above A layer having excellent fracture resistance. The layers are alternately stacked. Here, it is preferable that g is 0.3 ≦ g ≦ 0.4 and h is 0 ≦ h ≦ 0.1. In this case, the balance between wear resistance and toughness is further improved. In the above formula, if h exceeds 0.3, the compressive residual stress increases, and delamination tends to occur, which is not preferable.

ここで、B層を構成するMeは、上記のA層を構成するMと同様に、V、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W、およびSiからなる群より選ばれる1種以上の元素であることを特徴とする。このような元素を30原子%以下の割合でB層に含むことにより、B層中で固溶強化が生じ、B層の硬度を高めることができる。上記の元素の中でも、V、Nb、Mo、W等は、切削時の発熱によって酸化物を形成し、自己潤滑効果が発揮されるため、工具寿命を長寿命化することができるというメリットがある点で好ましい。   Here, Me constituting the B layer is one or more elements selected from the group consisting of V, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W, and Si, similarly to M constituting the A layer. It is characterized by being. By including such an element in the B layer at a ratio of 30 atomic% or less, solid solution strengthening occurs in the B layer, and the hardness of the B layer can be increased. Among the above elements, V, Nb, Mo, W, etc. have the merit that the tool life can be extended because an oxide is formed by the heat generated during cutting and the self-lubricating effect is exhibited. This is preferable.

なお、AlfCrgMehdeという表記において、「AlfCrgMeh」と「Nde」との組成比は1:1の場合のみに限られるものではなく、組成比として可能である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。 Note that in the notation Al f Cr g Me h N d O e, the composition ratio between the "Al f Cr g Me h", "N d O e" is 1: not limited only to the case of 1, the composition All possible ratios can be included, and the ratio between the two is not particularly limited.

<酸素含有領域>
本発明において、被覆膜の表面から被覆膜の厚み方向に被覆膜全体の厚みの10%以上50%以下の領域が、酸素を含有する酸素含有領域であることを特徴とする。このように被覆膜の表面側から一定の厚みに酸素を含ませることにより、被覆膜の表面側の結晶粒の粗大化を抑制することができ、被覆膜の表面が高硬度化するとともに、耐摩耗性を著しく向上させることができる。しかも、酸素が含有されることにより、被削材との摩耗係数が低減し、もって耐溶着摩耗性を向上させることもできる。上記の酸素含有領域が、被覆膜全体の厚みの10%未満であると、被覆膜の表面を十分に高硬度化することができず、50%を超えると、圧縮応力が増大することによって、基材との密着性が低下するため好ましくない。上記の酸素含有領域は、被覆膜全体の厚みの15%以上45%以下であることが好ましく、より好ましくは20%以上40%以下である。
<Oxygen-containing region>
In the present invention, a region of 10% to 50% of the thickness of the entire coating film in the thickness direction of the coating film from the surface of the coating film is an oxygen-containing region containing oxygen. In this way, by including oxygen in a certain thickness from the surface side of the coating film, it is possible to suppress the coarsening of the crystal grains on the surface side of the coating film, and the surface of the coating film is increased in hardness. At the same time, the wear resistance can be remarkably improved. In addition, by containing oxygen, the wear coefficient with the work material can be reduced, so that the welding wear resistance can be improved. If the oxygen-containing region is less than 10% of the total thickness of the coating film, the surface of the coating film cannot be sufficiently hardened, and if it exceeds 50%, the compressive stress increases. Is not preferable because the adhesion to the substrate is lowered. The oxygen-containing region is preferably 15% to 45% and more preferably 20% to 40% of the total thickness of the coating film.

上記の酸素含有領域において、A層およびB層に含まれる酸素の原子比eは、e>0であることが必須であるが、0.002≦e≦0.1であることが好ましく、より好ましくは0.005≦e≦0.05である。酸素の原子比eが0.002未満であると、被覆膜を構成する結晶粒の粗大化を抑制することができず、0.1を超えると、被覆膜中に酸化物が生成されることによって硬度が低下するため好ましくない。   In the oxygen-containing region, the atomic ratio e of oxygen contained in the A layer and the B layer is essential to be e> 0, but is preferably 0.002 ≦ e ≦ 0.1, and more Preferably 0.005 ≦ e ≦ 0.05. When the atomic ratio e of oxygen is less than 0.002, coarsening of crystal grains constituting the coating film cannot be suppressed, and when it exceeds 0.1, an oxide is generated in the coating film. This is not preferable because the hardness decreases.

上記の酸素含有領域において、酸素の原子比eは、被覆膜の厚み方向で変化し、1以上の極大値および1以上の極小値を有し、いずれか1つの極大値と、いずれか1の極小値との差は0.005以上であることが好ましい。このように被覆膜の厚み方向に酸素の原子比eを変化させることにより、酸素含有領域の結晶粒の結晶成長を効果的に阻害し、もって被覆膜の表面の結晶構造をさらに緻密にして高硬度化することができる。上記の極大値と極小値との差は、0.01以上であることがより好ましく、さらに好ましくは0.015以上である。   In the oxygen-containing region, the oxygen atomic ratio e changes in the thickness direction of the coating film, and has one or more maximum values and one or more minimum values, and any one maximum value or any one The difference from the minimum value is preferably 0.005 or more. In this way, by changing the atomic ratio e of oxygen in the thickness direction of the coating film, the crystal growth of the crystal grains in the oxygen-containing region is effectively inhibited, so that the crystal structure on the surface of the coating film is further refined. To increase the hardness. The difference between the maximum value and the minimum value is more preferably 0.01 or more, and still more preferably 0.015 or more.

<A層およびB層の厚み>
上記のようなA層およびB層はそれぞれ、20nm以下の厚みであることが好ましい。このような厚みのA層およびB層を2層以上交互に積層させることにより、A層およびB層の密着が強固なものとなり、層間の剥離を抑制しつつ、A層およびB層の両層が有するそれぞれの特性を享受することができる。かかるA層およびB層は、層間で剥離しない程度に薄くすることにより密着性を向上できることから、可能な限り薄い厚みであることが好ましいが、製造設備の都合上、2nm以上10nm以下であることがより好ましい。これらの厚みが2nm未満の場合、成膜装置の基材をセットする回転テーブルの回転数が早すぎて、装置のスペック上成膜が困難となり、20nmを超えると厚みが厚すぎるため、A層およびB層の両層が有するそれぞれの特性を享受することができない。
<Thickness of A layer and B layer>
Each of the A layer and the B layer as described above preferably has a thickness of 20 nm or less. By alternately laminating two or more layers of the A layer and the B layer having such a thickness, the adhesion between the A layer and the B layer becomes strong, and both layers of the A layer and the B layer are suppressed while preventing delamination between the layers. You can enjoy the characteristics of each. Since the A layer and the B layer can improve the adhesion by thinning them to such an extent that they do not peel between the layers, the thickness is preferably as thin as possible, but it is 2 nm or more and 10 nm or less for the convenience of manufacturing equipment. Is more preferable. When these thicknesses are less than 2 nm, the number of rotations of the rotary table on which the substrate of the film forming apparatus is set is too fast, making film formation difficult due to the specifications of the apparatus. The respective characteristics of both the B and B layers cannot be enjoyed.

<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、被覆膜と基材との密着性が格段に向上するので好ましい。
<Manufacturing method>
The coating film of the present invention is preferably formed by physical vapor deposition (PVD method). In order to form the coating film of the present invention on the substrate surface, it is indispensable to be a film forming process capable of forming a compound having high crystallinity, and various film forming methods were examined. As a result, 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 ratio of raw material elements, before forming the coating film, On the other hand, since metal or gas ion bombardment treatment is possible, the adhesion between the coating film and the substrate is significantly improved, which is preferable.

したがって、本発明の被覆膜は、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。図2は、アークイオンプレーティング装置の概略図である。対向する蒸発源201、202において、蒸発源201にはA層用のAlTiMターゲットをセットし、蒸発源202にはB層用のAlCrMe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。   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. FIG. 2 is a schematic diagram of an arc ion plating apparatus. In the opposing evaporation sources 201 and 202, an AlTiM target for the A layer is set in the evaporation source 201, and an AlCrMe target for the B layer is set in the evaporation source 202. Further, the base 210 (cutting tool) is set on the rotary table 204.

ここで、蒸発源201にセットされるターゲットの組成(AlとTiとMとの比)によりA層を構成するAlaTibcdeのa、b、およびcを決定することができる。また、蒸発源202にセットされるターゲットの組成(AlとCrとMeとの比)によりB層を構成するAlfCrgMehdeのf、g、およびhを決定することができる。また、装置内に導入するN2ガスおよびO2ガスの体積比によって、AlaTibcdeおよびAlfCrgMehdeのdおよびeを決定することができる。 Here, by determining the Al a Ti b M c N d O e of a, b, and c constituting the A layer by (the ratio of the M Al and Ti and) the composition of the target to be set in the evaporation source 201 Can do. Further, f, g, and h of Al f Cr g Me h N d O e constituting the B layer may be determined by the composition of the target set in the evaporation source 202 (ratio of Al, Cr, and Me). it can. Further, d and e of Al a Ti b M c N d O e and Al f Cr g Me h N d O e can be determined by the volume ratio of N 2 gas and O 2 gas introduced into the apparatus. .

そして、装置内が真空となるように排気した後に、装置内をたとえば500℃に加熱した状態で回転テーブル204を5rpmで回転させながら、Arガスによるスパッタクリーニング(ボンバード)を行なう。その後、基材に−50Vのバイアス電圧を印加し、回転テーブル204を3rpmで回転させながら、常に一定のアーク電流により蒸発源201、202をアーク放電させることにより、各ターゲットをイオン化させる。同時に反応ガスであるN2ガスを3Paとなるようにガス導入口205から導入し、基材210の表面にA層およびB層を交互に成膜する。 Then, after the apparatus is evacuated to a vacuum, sputter cleaning (bombarding) with Ar gas is performed while rotating the rotary table 204 at 5 rpm while the apparatus is heated to, for example, 500 ° C. Thereafter, a bias voltage of −50 V is applied to the substrate, and the evaporation sources 201 and 202 are always arc-discharged by a constant arc current while rotating the rotary table 204 at 3 rpm, thereby ionizing each target. At the same time, N 2 gas, which is a reactive gas, is introduced from the gas inlet 205 so as to be 3 Pa, and A layers and B layers are alternately formed on the surface of the substrate 210.

すなわち、蒸発源201の前を基材210が通過するときにAlaTibcNからなるA層が成膜され、蒸発源202の前を基材210が通過するときにAlfCrgMehN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。ここでは、酸素を導入しないため、A層およびB層に酸素は含まれない。 That is, when the substrate 210 passes in front of the evaporation source 201, an A layer made of Al a Ti b M c N is formed, and when the substrate 210 passes in front of the evaporation source 202, Al f Cr g The B layer made of Me h N is formed, and the A layer and the B layer can be alternately stacked sequentially as the turntable 204 rotates in this way. Here, oxygen is not contained in the A layer and the B layer because oxygen is not introduced.

そして、ある程度成膜が進んだ段階で、反応ガスであるN2ガスの一部をO2ガスに代えることにより、A層およびB層の組成の一部に酸素を導入し、酸素含有領域を成膜することが可能となる。このときA層は、AlaTibcdeで表される組成となり、B層は、AlfCrgMehdeで表される組成となる。O2ガスの流量比は、N2ガスの流量およびO2ガスの流量の合計に対し、5体積%以下とすることが好ましい。O2ガスの流量比が5体積%を超えると、A層およびB層に導入される酸素の原子比が大きくなりすぎて、被覆膜の圧縮応力が大きくなるため好ましくない。 Then, at a stage where the film formation has progressed to some extent, oxygen is introduced into part of the composition of the A layer and the B layer by replacing part of the N 2 gas as the reaction gas with O 2 gas, A film can be formed. In this case A layer becomes a composition represented by Al a Ti b M c N d O e, B layer becomes a composition expressed by Al f Cr g Me h N d O e. O 2 gas flow rate ratio is to flow the total of the N 2 gas flow rate and O 2 gas, it is preferably 5 vol% or less. If the flow rate ratio of O 2 gas exceeds 5% by volume, the atomic ratio of oxygen introduced into the A layer and the B layer becomes too large, and the compressive stress of the coating film increases, which is not preferable.

上記のO2ガスの流量比は、経時的に増減させながら酸素含有領域を形成することが好ましい。これにより酸素含有領域における酸素の原子比eを、被覆膜の厚み方向に変化させることができ、被覆膜の表面の結晶構造を微細化することができる。しかも、O2ガスの流量比を変化させて被覆膜を成膜すると、被覆膜の応力分布が変化するためか、その原因は定かではないが、耐欠損性を向上することができる。 It is preferable to form the oxygen-containing region while increasing or decreasing the flow rate ratio of the O 2 gas over time. Thereby, the atomic ratio e of oxygen in the oxygen-containing region can be changed in the thickness direction of the coating film, and the crystal structure on the surface of the coating film can be refined. In addition, when the coating film is formed by changing the flow rate ratio of the O 2 gas, the stress distribution of the coating film changes, but the cause is not clear, but the fracture resistance can be improved.

成膜する間の蒸発源201のアーク電流、およびテーブルの回転数を調整することにより、A層およびB層の厚みを調整することができる。すなわち、上記の蒸発源201、202のアーク電流を低くするほど、A層およびB層の厚みは薄く形成される。ただし、ターゲットの放電を安定させるためにはアーク電流は80A以上とする必要がある。アーク電流を80A未満にすると、アーク放電が不安定になり、A層およびB層の厚みを均一に形成しにくくなる。   By adjusting the arc current of the evaporation source 201 and the rotation speed of the table during film formation, the thicknesses of the A layer and the B layer can be adjusted. That is, the lower the arc current of the evaporation sources 201 and 202, the thinner the A layer and B layer are formed. However, the arc current needs to be 80 A or more in order to stabilize the discharge of the target. When the arc current is less than 80 A, the arc discharge becomes unstable and it becomes difficult to form the thicknesses of the A layer and the B layer uniformly.

また、アーク電流を150A程度とした場合、テーブルの回転数を3rpm以上とすることにより、10nm以下の厚みのA層およびB層を形成することができ、5rpm以上とすることが好ましい。テーブルの回転数を3rpm未満にすると、A層およびB層の厚みが20nmを超える場合があり、15rpmを超えることは製造設備の制約上好ましくない。   When the arc current is about 150 A, the A layer and the B layer having a thickness of 10 nm or less can be formed by setting the number of rotations of the table to 3 rpm or more, and preferably 5 rpm or more. If the number of rotations of the table is less than 3 rpm, the thicknesses of the A layer and the B layer may exceed 20 nm, and exceeding 15 rpm is not preferable because of restrictions on manufacturing equipment.

また、酸素含有領域におけるA層およびB層を成膜するときには、酸素導入による被覆膜の残留応力の増大を防ぐために、基材に印加するバイアス電圧を−100V以下とする必要があり、好ましくは−70V以下とする。このように微量の酸素を導入することにより、炉壁や冶具台車の表面に形成される絶縁物が電気伝導性を示すことになるため、それらの表面に完全な絶縁物が形成されなくなる。このため、次回の成膜の前に、炉壁や冶具台車の表面の絶縁物を取り除くメンテナンス作業がほとんど不要となり、生産性として優れたものとなる。   Further, when forming the A layer and the B layer in the oxygen-containing region, in order to prevent an increase in the residual stress of the coating film due to the introduction of oxygen, the bias voltage applied to the substrate needs to be −100 V or less, preferably Is -70V or less. By introducing a small amount of oxygen in this way, the insulator formed on the surfaces of the furnace wall and the jig cart exhibits electrical conductivity, so that a complete insulator is not formed on those surfaces. For this reason, almost no maintenance work is required to remove the insulator on the surface of the furnace wall or the jig carriage before the next film formation, and the productivity is excellent.

各層の厚みは、回転テーブル204の回転数、およびアーク電流値により制御することができる。なお、A層およびB層の各厚みが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。なお、アークイオンプレーティング装置200は、複数のヒータ206が備えられている。   The thickness of each layer can be controlled by the number of rotations of the turntable 204 and the arc current value. If the thicknesses of the A layer and the B layer are less than 2 nm, the number of rotations of the turntable becomes very fast, and film formation becomes difficult due to the apparatus specifications. The arc ion plating apparatus 200 includes a plurality of heaters 206.

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.

各実施例および各比較例では、図2のようなアークイオンプレーティング装置を用い、各層形成用のターゲットを蒸発源にセットし、基材上に被覆膜を成膜した。   In each example and each comparative example, an arc ion plating apparatus as shown in FIG. 2 was used, a target for forming each layer was set in the evaporation source, and a coating film was formed on the substrate.

基材としては、P20相当超硬合金製フライス用スローアウェイチップ(形状:SDKN42MT)を準備し、それぞれ表1に示した各実施例および各比較例の被覆膜を成膜した。   As a base material, a P20 equivalent cemented carbide milling throw tip (shape: SDKN42MT) was prepared, and the coating films of the examples and comparative examples shown in Table 1 were formed.

Figure 0005315533
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被覆膜は、表1中の「A層」および「B層」の欄に記載した組成のA層およびB層を積層させることにより構成した。なお、酸素含有領域においては、表1中の「A層」および「B層」の欄に記載した組成のうちの窒素の一部を酸素に置き換えたものを作製しているが、酸素の原子比eは厚み方向に変化しており、一定の値をとっていないものがほとんどであって、かつ窒素の原子比に比して十分小さいため、表1中には酸素の原子比を明記しないことにしている。「A層,B層厚み」の欄には、A層およびB層のそれぞれの厚みを示し、「全体厚み」の欄は、被覆膜の厚みを示した。   The coating film was formed by laminating the A layer and the B layer having the composition described in the columns of “A layer” and “B layer” in Table 1. In the oxygen-containing region, a part of the composition described in the columns of “A layer” and “B layer” in Table 1 is replaced with oxygen. The ratio e changes in the thickness direction, and most of them do not take a constant value and are sufficiently smaller than the atomic ratio of nitrogen. Therefore, the atomic ratio of oxygen is not specified in Table 1. I have decided. The column of “A layer and B layer thickness” indicates the thickness of each of the A layer and B layer, and the column of “overall thickness” indicates the thickness of the coating film.

そして、「酸素含有領域」の欄の「厚み」には、被覆膜の全体厚みに占める酸素含有領域の厚みの割合(%)を示し、「平均e」の欄には、酸素含有領域に含まれる酸素の原子比の平均値を示した。また、「極値」の欄には、eの値が極大値および極小値をとるときの個数を示し、「濃度差」の欄には、eの値の極大値とeの値の極小値との差を記載した。なお、酸素の原子比eの極大値および極小値がそれぞれ2以上ある場合は、最大となる極大値と最小となる極小値とを選択して、それらの差を濃度差として算出した。   The “thickness” in the “oxygen-containing region” column indicates the ratio (%) of the thickness of the oxygen-containing region to the total thickness of the coating film, and the “average e” column indicates the oxygen-containing region. The average value of the atomic ratio of oxygen contained is shown. Further, the “extreme value” column indicates the number of values when the value of e takes the maximum value and the minimum value, and the “density difference” column indicates the maximum value of the e value and the minimum value of the e value. The difference from is described. When the maximum value and the minimum value of the atomic ratio e of oxygen were 2 or more, the maximum maximum value and the minimum minimum value were selected, and the difference between them was calculated as the concentration difference.

たとえば、実施例1においては、図2のアークイオンプレーティング装置を用い、蒸発源201のターゲット材料にAl0.5Ti0.5をセットし、蒸発源202のターゲット材料にAl0.55Cr0.35Nb0.1をそれぞれセットして、被覆膜を形成することにより表面被覆切削工具を作製した。被覆膜を目的の組成とするために、N2ガスを反応ガスとして導入し、さらにArガスおよびO2ガスを適宜導入してチャンバー内の圧力を調整した。 For example, in Example 1, the arc ion plating apparatus of FIG. 2 is used, Al 0.5 Ti 0.5 is set as the target material of the evaporation source 201, and Al 0.55 Cr 0.35 Nb 0.1 is set as the target material of the evaporation source 202. Then, a surface-coated cutting tool was produced by forming a coating film. In order to make the coating film have a desired composition, N 2 gas was introduced as a reaction gas, and Ar gas and O 2 gas were introduced as appropriate to adjust the pressure in the chamber.

まず、図2のアークイオンプレーティング装置のチャンバー内の圧力が真空になるように排気した後に、チャンバー内の温度を600℃まで昇温した。そして、Arガスを導入してチャンバー内の圧力を1.0Pa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。   First, after evacuating so that the pressure in the chamber of the arc ion plating apparatus of FIG. 2 became a vacuum, the temperature in the chamber was raised to 600 ° C. Then, Ar gas was introduced, the pressure in the chamber was maintained at 1.0 Pa, the DC bias voltage was gradually increased to −1000 V, and the substrate surface was cleaned (bombarded) for 15 minutes. Thereafter, the argon gas was exhausted. As a result, Ar ions sputter-cleaned the substrate surface, and strong dirt and oxide films were removed.

次に、A層およびB層を成膜した。チャンバー内の圧力が3PaになるようにN2ガスを導入し、回転テーブル204を3rpmの回転数で回転させながら、Al0.5Ti0.5ターゲットおよびAl0.55Cr0.35Nb0.1ターゲットをアーク電流150Aとしてイオン化し、それぞれN2ガスと反応させることにより、基材上に厚み5nmのAl0.5Ti0.5NからなるA層と、厚み5nmのAl0.55Cr0.35Nb0.1NからなるB層とをそれぞれ交互に成膜した。そして、成膜開始から2.5時間経過後に、チャンバー内の圧力を3Paに維持したままN2ガスの一部をO2ガスに代えて、さらにA層およびB層を交互に1時間成膜した。 Next, an A layer and a B layer were formed. N 2 gas is introduced so that the pressure in the chamber becomes 3 Pa, and the Al 0.5 Ti 0.5 target and the Al 0.55 Cr 0.35 Nb 0.1 target are ionized as an arc current 150 A while rotating the rotary table 204 at 3 rpm. , By reacting with N 2 gas, respectively, an A layer made of Al 0.5 Ti 0.5 N having a thickness of 5 nm and a B layer made of Al 0.55 Cr 0.35 Nb 0.1 N having a thickness of 5 nm are alternately formed on the substrate. did. After 2.5 hours from the start of film formation, instead a part of the remained N 2 gas pressure was maintained at 3Pa in the chamber O 2 gas, additional hour deposited alternately A layer and B layer did.

上記のO2ガスの導入量は20分ごとに変えてA層およびB層を交互に成膜した。すなわち、最初の20分は、N2ガスおよびO2ガスの合計に対してO2ガスの流量が4体積%になるように酸素を導入し、次の20分は、N2ガスおよびO2ガスの合計に対してO2ガスの流量が1体積%になるようにO2ガスの導入量を減らし、最後の20分は、N2ガスおよびO2ガスの合計に対してO2ガスの流量が2%となるようにO2ガスを増やして導入した。以上のようにして、実施例1の表面被覆切削工具を作製した。なお、実施例2〜21および比較例1〜6、9〜10においても、上記の実施例1と同様に、O2ガスの流量および導入時間を調整しながら、酸素含有領域を作製した。一方、比較例7および8においては、O2ガスを導入せずに被覆膜を成膜した。 The amount of O 2 gas introduced was changed every 20 minutes, and A layers and B layers were alternately formed. That is, the first 20 minutes, oxygen was introduced so that the flow rate of O 2 gas to the sum of the N 2 gas and O 2 gas is 4 vol%, the next 20 minutes, N 2 gas and O 2 the flow rate of O 2 gas to the total gas reduces the amount of introduction of O 2 gas to be 1 vol%, the last 20 minutes, the O 2 gas to the sum of the N 2 gas and O 2 gas O 2 gas was increased and introduced so that the flow rate was 2%. The surface-coated cutting tool of Example 1 was produced as described above. In Examples 2 to 21 and Comparative Examples 1 to 6 and 9 to 10, oxygen-containing regions were produced while adjusting the flow rate and introduction time of O 2 gas, as in Example 1. On the other hand, in Comparative Examples 7 and 8, a coating film was formed without introducing O 2 gas.

実施例1における被覆膜は、該被覆膜の表面から被覆膜の厚み方向に被覆膜全体の厚みの20%の領域が、酸素を含有する酸素含有領域であった。該酸素含有領域における酸素の原子比eは、被覆膜の厚み方向に変化しており、極大値と極小値とを各1つずつ有し、それらの差は0.03であった。また、酸素含有領域における酸素の原子比eの平均は0.032であった。このようにして形成された被覆膜は、その厚みが4.8μmであり、A層およびB層が交互に各480層積層されたものであった。なお、酸素含有領域における酸素の原子比eの平均値、極大値、および極小値は、EDSによる測定値を採用した。   In the coating film in Example 1, 20% of the thickness of the entire coating film in the thickness direction of the coating film from the surface of the coating film was an oxygen-containing region containing oxygen. The atomic ratio e of oxygen in the oxygen-containing region changed in the thickness direction of the coating film, and had one maximum value and one minimum value, and the difference between them was 0.03. The average oxygen atomic ratio e in the oxygen-containing region was 0.032. The coating film thus formed had a thickness of 4.8 μm, and 480 layers of A layers and B layers were alternately laminated. The average value, maximum value, and minimum value of the atomic ratio e of oxygen in the oxygen-containing region were measured by EDS.

(切削性能評価)
各実施例および各比較例の表面被覆フライス加工用スローアウェイ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。
(Cutting performance evaluation)
The throwaway tip for surface-coated milling in each example and each comparative example was evaluated under the following cutting conditions. The results of the cutting evaluation are shown in Table 2.

(1)フライス連続評価
上記で作製した表面被覆フライス加工用スローアウェイチップを用いてフライス連続試験を行なった。フライス連続切削の条件は、基材として上記の通りP20相当超硬合金製スローアウェイチップ(形状:SDKN42MT)を用い、被削材としてSCM435(長さ300mm×幅200mmのブロック材)を用い、切削速度=200m/min、送り量=0.2mm/t、切込み量=1.5mm、切削油なしで行なった。切削時間15分時点での逃げ面の摩耗幅を測定した。摩耗幅が少ないほど、耐摩耗性に優れていることを示している。
(1) Milling continuous evaluation A milling continuous test was performed using the throw-away tip for surface-coated milling produced above. The conditions for continuous milling are as follows: a P20 equivalent cemented carbide throw-away tip (shape: SDKN42MT) is used as the base material, and SCM435 (block material of length 300 mm × width 200 mm) is used as the work material. The speed was 200 m / min, the feed amount was 0.2 mm / t, the cutting amount was 1.5 mm, and no cutting oil was used. The wear width of the flank at a cutting time of 15 minutes was measured. The smaller the wear width, the better the wear resistance.

(2)フライス断続評価
上記で作製した表面被覆フライス加工用スローアウェイチップを用いてフライス断続試験を行なった。フライス断続切削の条件は、被削材として、S50C(長さ300mm×幅200mm)を用い、これにφ8のドリルで300穴を開けた断続面に対し、切削速度=140m/min、送り量=0.3mm/t、切込み量=1.5mm、切削油なしで行ない、チップの表面が欠損するまでに切削加工した距離を測定した。切削距離が長いほど、耐チッピング性に優れていることを示している。
(2) Milling Intermittent Evaluation A milling intermittent test was performed using the surface-coated milling throwaway tip produced above. Milling interrupted cutting conditions were S50C (length: 300 mm × width: 200 mm) as a work material, cutting speed = 140 m / min, feed rate = for an interrupted surface in which 300 holes were drilled with a φ8 drill. 0.3 mm / t, depth of cut = 1.5 mm, performed without cutting oil, and measured the distance cut until the chip surface was damaged. The longer the cutting distance, the better the chipping resistance.

Figure 0005315533
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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、高速加工およびドライ加工に十分対応できることがわかった。これにより、本発明の表面被覆切削工具が、AlTiMNの特性とAlCrMeNの特性とを兼備し、耐摩耗性、耐欠損性、および密着性を兼ね備えたものであることが確認された。   From Table 2, it was found that the surface-coated cutting tool of the example has a significantly improved tool life as compared with the surface-coated cutting tool of the comparative example, and can sufficiently cope with high-speed machining and dry machining. Thereby, it was confirmed that the surface-coated cutting tool of the present invention has the characteristics of AlTiMN and AlCrMeN, and also has wear resistance, fracture resistance, and adhesion.

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。   Although the embodiments and examples of the present invention have been described as 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.

100 表面被覆切削工具、101 被覆膜、102 A層、103 B層、104 酸素含有領域、110,210 基材、200 アークイオンプレーティング装置、201,202 蒸発源、204 回転テーブル、205 ガス導入口、206 ヒータ。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Surface coating cutting tool, 101 Coating film, 102 A layer, 103 B layer, 104 Oxygen containing area | region, 110,210 Base material, 200 Arc ion plating apparatus, 201,202 Evaporation source, 204 Rotary table, 205 Gas introduction Mouth, 206 Heater.

Claims (5)

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、AlaTibcde(ただし式中、0.35≦a≦0.7、0<c≦0.3、a+b+c=1、0<d≦1、0≦e<1、d+e=1)からなるA層と、AlfCrgMehde(ただし式中、0.25≦g≦0.5、0≦h≦0.3、f+g+h=1、0<d≦1、0≦e<1、d+e=1)からなるB層とが交互に各2層以上積層された積層体を含み、
前記式中MおよびMeは、それぞれ独立してV、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W、およびSiからなる群より選ばれる1種以上の元素を示し、
前記被覆膜の表面から前記被覆膜の厚み方向に前記被覆膜全体の厚みの10%以上50%以下の領域が、酸素を含有する酸素含有領域となっており、
前記酸素含有領域において、前記A層および前記B層は、0.002≦e≦0.1である、表面被覆切削工具。
A substrate and a coating film formed thereon,
The coating film is made of Al a Ti b M c N d O e (where 0.35 ≦ a ≦ 0.7, 0 <c ≦ 0.3, a + b + c = 1, 0 <d ≦ 1, 0 a ≦ e <1, d + e = 1) consisting of A layer, Al f Cr g Me h N d O e ( although Shikichu, 0.25 ≦ g ≦ 0.5,0 ≦ h ≦ 0.3, f + g + h = 1 and 0 <d ≦ 1, 0 ≦ e <1, d + e = 1) and a laminate in which two or more layers are alternately laminated,
In the formula, M and Me each independently represent one or more elements selected from the group consisting of V, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W, and Si;
A region of 10% to 50% of the total thickness of the coating film in the thickness direction of the coating film from the surface of the coating film is an oxygen-containing region containing oxygen,
In the oxygen-containing region, the A layer and the B layer are a surface-coated cutting tool in which 0.002 ≦ e ≦ 0.1 .
前記酸素含有領域において、前記eは、前記被覆膜の厚み方向で変化し、1以上の極大値および1以上の極小値を有し、
いずれか1の前記極大値と、いずれか1の前記極小値との差は、0.005以上である、請求項1に記載の表面被覆切削工具。
In the oxygen-containing region, the e changes in the thickness direction of the coating film, and has a maximum value of 1 or more and a minimum value of 1 or more,
The surface-coated cutting tool according to claim 1, wherein a difference between any one of the maximum values and any one of the minimum values is 0.005 or more.
前記被覆膜は、1μm以上10μm以下の厚みである、請求項1または2に記載の表面被覆切削工具。 The coating film is 10μm or less in thickness than 1 [mu] m, surface-coated cutting tool according to claim 1 or 2. 前記A層および前記B層はそれぞれ、2nm以上10nm以下の厚みである、請求項1〜のいずれかに記載の表面被覆切削工具。 The surface-coated cutting tool according to any one of claims 1 to 3 , wherein each of the A layer and the B layer has a thickness of 2 nm to 10 nm. 前記被覆膜は、アークイオンプレーティング法により形成される、請求項1〜のいずれかに記載の表面被覆切削工具。 The coating film is formed by arc ion plating method, the surface-coated cutting tool according to any one of claims 1-4.
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