JP5382594B2 - Surface coated cutting tool - Google Patents

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Description

本発明は、表面被覆切削工具に関する。   The present invention relates to a surface-coated cutting tool.

超硬合金等の基材を各種の被膜で被覆した表面被覆切削工具が、各種の材料を切削する切削工具として用いられている。このような切削工具を高速切削条件で使用すると、刃先温度が最高で約850℃以上になることが知られている。刃先が高温になれば、その熱は被膜を通って、基材まで伝達されることになるが、基材が高温に曝されると種々の悪影響が及ぼされるので、熱の伝達を防止することが望まれる。   A surface-coated cutting tool obtained by coating a base material such as cemented carbide with various coatings is used as a cutting tool for cutting various materials. It is known that when such a cutting tool is used under high-speed cutting conditions, the cutting edge temperature is about 850 ° C. or higher at the maximum. If the cutting edge becomes hot, the heat will be transferred to the base material through the coating, but if the base material is exposed to high temperature, various adverse effects will be exerted, thus preventing heat transfer. Is desired.

昨今、切削加工による生産性を高めるため、従来よりも高速または高送りの切削条件が採用される傾向にあり、たとえば300〜600m/min以上の高速で切削可能な切削工具の開発に対する要求が各種の産業界、特に自動車メーカーやオートバイメーカーで高まっている。   In recent years, in order to increase productivity by cutting, there has been a tendency to adopt higher-speed or higher-feed cutting conditions than before, and there are various demands for the development of cutting tools capable of cutting at a high speed of 300 to 600 m / min or more, for example. The industry is growing, especially in the auto and motorcycle manufacturers.

そこで、上記のような切削条件下において基材を高温の適用から保護すべく、断熱性に優れる素材として知られるZrO2(酸化ジルコニウム)またはZrを酸化アルミニウムと併用した被膜を形成した各種の表面被覆切削工具が提案されている(特開2010−110833号公報(特許文献1)、特開2009−045729号公報(特許文献2)、特開平08−188879号公報(特許文献3))。 Therefore, in order to protect the substrate from high-temperature application under the above-described cutting conditions, various surfaces formed with a coating using ZrO 2 (zirconium oxide) or Zr in combination with aluminum oxide, which are known as materials having excellent heat insulation properties. Coated cutting tools have been proposed (Japanese Patent Laid-Open No. 2010-110833 (Patent Document 1), Japanese Patent Laid-Open No. 2009-045729 (Patent Document 2), Japanese Patent Laid-Open No. 08-188879 (Patent Document 3)).

特開2010−110833号公報JP 2010-110833 A 特開2009−045729号公報JP 2009-045729 A 特開平08−188879号公報Japanese Patent Laid-Open No. 08-188879

特許文献1は、AlとZrとの原子比Zr/(Al+Zr)を0.002〜0.01の範囲で有する被膜を用いた表面被覆切削工具を開示している。しかしながら、この被膜は、上記のようにZrの含有量が低く、またZrがZrO2として独立して存在するのではなく、Alとの固溶体酸化物として存在する。特許文献1は、このようなZrの含有形態を採用する理由として、Zrを原子比で0.01以上含有するとZrO2が析出し強度が低下することを挙げているが、断熱性に優れるZrの含有量が制限されるため、十分な断熱性を得ることができないと考えられる。 Patent Document 1 discloses a surface-coated cutting tool using a film having an atomic ratio Zr / (Al + Zr) between Al and Zr in the range of 0.002 to 0.01. However, this film has a low Zr content as described above, and Zr does not exist independently as ZrO 2 but exists as a solid solution oxide with Al. Patent Document 1 mentions that as a reason for adopting such a Zr-containing form, when Zr is contained in an atomic ratio of 0.01 or more, ZrO 2 precipitates and the strength decreases, but Zr is excellent in heat insulation. It is considered that sufficient heat insulation cannot be obtained because the content of is limited.

特許文献2は、酸化ジルコニウムを含有した酸化アルミニウム層を含む被膜を形成した表面被覆切削工具を開示している。しかしながら、この酸化ジルコニウムを含有した酸化アルミニウム層は、α型酸化アルミニウムの単独層の直上に形成されており、酸化アルミニウムの結晶粒子が両層に連続して存在する形態を有している。このため、酸化ジルコニウムによる断熱性はある程度期待されるものの、切削加工時に被膜に亀裂が生じるとこの連続する酸化アルミニウムの結晶粒子に沿ってその亀裂が伝播し、その結果として断続切削性能が劣ることになる。   Patent Document 2 discloses a surface-coated cutting tool in which a film including an aluminum oxide layer containing zirconium oxide is formed. However, the aluminum oxide layer containing zirconium oxide is formed immediately above the single layer of α-type aluminum oxide, and has a form in which aluminum oxide crystal grains are continuously present in both layers. For this reason, although heat insulation by zirconium oxide is expected to some extent, if a crack occurs in the coating during cutting, the crack propagates along the continuous aluminum oxide crystal particles, resulting in poor intermittent cutting performance. become.

特許文献3は、ZrO2を含有するAl23被膜を形成した表面被覆切削工具を開示しており、このZrO2は正方晶から単斜晶に変態された結晶構造を有するため、強度および耐欠損性に優れるとされている。この被膜により、ある程度の断熱性は期待されるものの、昨今の切削条件によっては更なる断熱性の向上が望まれる。 Patent Document 3 discloses a surface-coated cutting tool in which an Al 2 O 3 coating containing ZrO 2 is formed. Since this ZrO 2 has a crystal structure transformed from tetragonal to monoclinic, strength and It is said to have excellent fracture resistance. Although a certain degree of heat insulation is expected by this coating, further improvement of the heat insulation is desired depending on recent 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、被膜の断熱効果と切削性能とを両立させた表面被覆切削工具を提供することにある。   This invention is made | formed in view of the above present conditions, The place made into the objective is to provide the surface coating cutting tool which made the heat insulation effect and cutting performance of a film compatible.

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討を重ねたところ、Al23とZrO2とを併用し、その場合におけるZrO2の混合割合と結晶構造とを制御することが課題解決に最も有効であるとの知見を得、この知見に基づきさらに検討を重ねることにより本発明を完成させたものである。 The present inventor made extensive studies to solve the above problems, and as a result, it was possible to use Al 2 O 3 and ZrO 2 in combination, and to control the mixing ratio and crystal structure of ZrO 2 in that case. The present invention has been completed by obtaining the knowledge that it is the most effective for the above and further studying based on this knowledge.

すなわち、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含み、該被膜は、酸化アルミニウム層と酸化物混合層とを含み、該酸化アルミニウム層は、酸化物としてAl23を含み、該酸化物混合層は、酸化物としてAl23とZrO2とを、AlとZrとの原子比が0.01≦Zr/(Al+Zr)≦0.5となる範囲で含み、該ZrO2は、その結晶構造として少なくとも立方晶が存在する状態で含まれることを特徴とする。 That is, the surface-coated cutting tool of the present invention includes a substrate and a coating formed on the substrate, the coating includes an aluminum oxide layer and an oxide mixed layer, and the aluminum oxide layer is oxidized. Al 2 O 3 is included as an oxide, and the oxide mixed layer includes Al 2 O 3 and ZrO 2 as oxides, and an atomic ratio of Al to Zr is 0.01 ≦ Zr / (Al + Zr) ≦ 0.5. The ZrO 2 is included in a state where at least cubic crystals are present as its crystal structure.

ここで、該ZrO2は、平均粒径1μm以下の結晶粒として含まれることが好ましく、該酸化アルミニウム層は、該酸化物混合層の直下に配置されることが好ましい。 Here, the ZrO 2 is preferably contained as crystal grains having an average grain size of 1 μm or less, and the aluminum oxide layer is preferably disposed immediately below the oxide mixed layer.

また、該酸化アルミニウム層と該酸化物混合層とは、これら両層にまたがって存在するAl23の結晶粒を含まないことが好ましく、該被膜は、2500〜10000Js-1/2-2-1の熱浸透率を有することが好ましい。 Further, the aluminum oxide layer and the oxide mixed layer preferably do not contain Al 2 O 3 crystal grains existing across both layers, and the coating film has a thickness of 2500 to 10,000 Js −1/2 m −. It preferably has a thermal permeability of 2 K −1 .

本発明の表面被覆切削工具は、被膜の断熱効果に優れ切削加工時に基材を有効に保護するとともに、切削性能にも優れるという極めて優れた効果を有する。   The surface-coated cutting tool of the present invention has an extremely excellent effect of being excellent in the heat insulating effect of the coating and effectively protecting the base material during cutting, and also in cutting performance.

以下、本発明についてさらに詳細に説明する。
<表面被覆切削工具>
本発明の表面被覆切削工具は、基材と該基材上に形成された被膜とを備えるものである。このような構成を有する本発明の表面被覆切削工具は、例えばドリル、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、歯切り工具、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などとして極めて有効に用いることができる。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
<Surface coated cutting tool>
The surface-coated cutting tool of the present invention comprises a base material and a coating film formed on the base material. The surface-coated cutting tool of the present invention having such a configuration is, for example, a drill, end mill, milling or turning cutting edge replacement cutting tip, metal saw, gear cutting tool, reamer, tap, or pin shaft milling of a crankshaft. It can be used very effectively as an industrial chip.

<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無く使用することができる。例えば、超硬合金(例えば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。
<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 any particular limitation. For example, cemented carbide (for example, WC-based 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.

このような基材として超硬合金を使用する場合、そのような超硬合金は組織中に遊離炭素やη相と呼ばれる異常相を含んでいても本発明の効果は示される。なお、これらの基材は、その表面が改質されたものであっても差し支えない。たとえば、超硬合金の場合はその表面に脱β層が形成されていたり、サーメットの場合には表面硬化層が形成されていたりしてもよく、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。   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. 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. The effect of the invention is shown.

<被膜>
本発明の表面被覆切削工具の上記基材上に形成される被膜は、断熱性を有することにより基材を高温から保護する作用を有するとともに、耐摩耗性や耐欠損性等の切削性能を向上する作用を示す。このような本発明の被膜は、少なくとも酸化アルミニウム層と酸化物混合層とを含む。
<Coating>
The coating formed on the base material of the surface-coated cutting tool of the present invention has an effect of protecting the base material from high temperatures by having heat insulation properties, and improves cutting performance such as wear resistance and fracture resistance. Shows the effect of Such a film of the present invention includes at least an aluminum oxide layer and an oxide mixed layer.

本発明における被膜は、このように酸化アルミニウム層と酸化物混合層とを含む限り、さらに他の層を含んでいても差し支えない。なお、本発明における被膜は、基材上の全面を被覆するものであっても良いし、基材を部分的に被覆するものであっても良い。   As long as the coating in the present invention includes the aluminum oxide layer and the oxide mixed layer as described above, the coating may further include other layers. In addition, the film in this invention may coat | cover the whole surface on a base material, and may coat | cover a base material partially.

なお、膜厚の測定方法としては、表面被覆切削工具を切断し、その断面をSEM(走査型電子顕微鏡)または金属顕微鏡にて観察することにより測定することができる。また、被膜の組成および結晶構造の同定は、電界放出型走査電子顕微鏡付属のエネルギー分散型X線分析装置により組成を特定することができ、X線回折装置を用いて結晶構造を特定することができる。   In addition, as a measuring method of a film thickness, it can measure by cut | disconnecting a surface coating cutting tool and observing the cross section with SEM (scanning electron microscope) or a metal microscope. The composition and crystal structure of the coating can be identified by an energy dispersive X-ray analyzer attached to the field emission scanning electron microscope, and the crystal structure can be specified by using an X-ray diffractometer. it can.

以下、本発明の被膜に含まれる各層について説明する。
<酸化物混合層>
本発明の酸化物混合層は、酸化物としてAl23とZrO2とを、AlとZrとの原子比が0.01≦Zr/(Al+Zr)≦0.5となる範囲で含み、該ZrO2は、その結晶構造として少なくとも立方晶が存在する状態で含まれることを特徴とする。すなわち、本発明の酸化物混合層は、上記のような条件でAl23とZrO2とを含む層であり、本発明の被膜はこのような酸化物混合層を1以上含むものである。
Hereinafter, each layer contained in the coating film of the present invention will be described.
<Oxide mixed layer>
The oxide mixed layer of the present invention contains Al 2 O 3 and ZrO 2 as oxides in a range where the atomic ratio of Al to Zr is 0.01 ≦ Zr / (Al + Zr) ≦ 0.5, ZrO 2 is characterized by being contained in a state where at least cubic crystals exist as its crystal structure. That is, the oxide mixed layer of the present invention is a layer containing Al 2 O 3 and ZrO 2 under the above conditions, and the coating of the present invention includes one or more such oxide mixed layers.

一般に、切削加工時に発生する熱が切削工具の基材に蓄積されるような過酷な切削条件では、基材をその熱から保護することが求められる。その熱により基材が変形または変質すると、切削性能に悪影響を及ぼすからである。ZrO2(酸化ジルコニウム、ジルコニア)は、熱伝導率がAl23(酸化アルミニウム、アルミナ)より低く、断熱性に優れることが知られる。そこで、被膜の構成要素として、このZrO2を用いることが考えられるが、ZrO2はAl23に比し硬度が低く単独で被膜を構成することは困難であった。このため、従来Al23と併用されていたが、ZrO2の配合比がAlとZrとの原子比で0.01以上になるとZrO2が析出し強度が低下すると考えられていた。 Generally, under severe cutting conditions in which heat generated during cutting is accumulated on the base material of the cutting tool, it is required to protect the base material from the heat. This is because if the base material is deformed or altered by the heat, the cutting performance is adversely affected. ZrO 2 (zirconium oxide, zirconia) has a lower thermal conductivity than Al 2 O 3 (aluminum oxide, alumina) and is known to have excellent heat insulation. Therefore, it is conceivable to use this ZrO 2 as a constituent element of the coating, but ZrO 2 has a hardness lower than that of Al 2 O 3 and it is difficult to form a coating alone. Therefore, had been used with the conventional Al 2 O 3, the proportion of ZrO 2 is 0.01 or more in atomic ratio between Al and Zr ZrO 2 is deposited strength was thought to decrease.

しかし、本発明者の研究によりこの従来の知見を覆す全く新たな知見が得られた。すなわち、Al23とZrO2とを、AlとZrとの原子比が0.01≦Zr/(Al+Zr)≦0.5となる範囲で含み、かつZrO2の結晶構造を少なくとも立方晶が存在する状態とすることにより、ZrO2によって優れた断熱効果が供与されるとともに、耐摩耗性等の切削性能も向上することが判明したのである。 However, the inventor's research has provided completely new knowledge that overturns this conventional knowledge. That is, Al 2 O 3 and ZrO 2 are included in a range where the atomic ratio of Al to Zr is 0.01 ≦ Zr / (Al + Zr) ≦ 0.5, and the crystal structure of ZrO 2 is at least cubic. It has been found that the presence of ZrO 2 provides an excellent heat insulating effect and improves the cutting performance such as wear resistance.

ここで、上記AlとZrとの原子比は、より好ましくは0.01≦Zr/(Al+Zr)≦0.2である。この原子比が0.01未満になると、十分な断熱効果が示されなくなり、0.5を超えると切削性能が低下する。   Here, the atomic ratio of Al to Zr is more preferably 0.01 ≦ Zr / (Al + Zr) ≦ 0.2. When this atomic ratio is less than 0.01, a sufficient heat insulating effect is not shown, and when it exceeds 0.5, cutting performance decreases.

また、AlとZrとの原子比が上記範囲を満たすだけでは十分ではなく、ZrO2が上記の結晶構造を有することが必須となる。これは、恐らく被膜中に、立方晶が含まれているので、加工時に刃先温度が上昇しても結晶構造が変化せずに安定しているためではないかと推測される。したがって、単斜晶等の他の結晶構造が単独で構成されることは好ましくなく、立方晶が存在することが重要となる。 Moreover, it is not sufficient that the atomic ratio of Al and Zr satisfies the above range, and it is essential that ZrO 2 has the above crystal structure. It is presumed that this is probably because the film contains a cubic crystal and is stable without changing the crystal structure even if the blade temperature rises during processing. Therefore, it is not preferable that other crystal structures such as monoclinic crystals are formed alone, and it is important that cubic crystals exist.

また、このようなZrO2は、平均粒径1μm以下の結晶粒として含まれることが好ましい。これにより、断熱性の向上効果が高まるからである。なお、ここでいう平均粒径とは、表面被覆切削工具を切断した切断面においてこの酸化物混合層を電界放出型走査電子顕微鏡により観察し、Al23リッチとなっている結晶体の5μm×5μm(層の厚みが5μm未満の場合は層全体)の範囲で、結晶体中に点在するZrO2の結晶粒のそれぞれについて長径(最大となる粒子径)を測定する。この測定を任意の5箇所で行ない、その平均値をZrO2の平均粒径とする。 Such ZrO 2 is preferably contained as crystal grains having an average grain size of 1 μm or less. This is because the effect of improving heat insulation is enhanced. Here, the average particle diameter means that the oxide mixed layer is observed with a field emission scanning electron microscope on the cut surface obtained by cutting the surface-coated cutting tool, and 5 μm of the Al 2 O 3 rich crystal body. The major axis (maximum particle diameter) is measured for each of the ZrO 2 crystal grains interspersed in the crystal within a range of × 5 μm (the whole layer when the layer thickness is less than 5 μm). This measurement is performed at five arbitrary locations, and the average value is taken as the average particle size of ZrO 2 .

このような本発明の酸化物混合層の厚みは、特に限定されないが1μm以上30μm以下とすることが好ましく、より好ましくはその上限が25μm以下、さらに好ましくは20μm以下、その下限が1.5μm以上、さらに好ましくは2μm以上である。その厚みが1μm未満の場合、断熱効果が十分に示されない場合があり、30μmを超えても、より大きな断熱性の改善効果は認められない傾向にあり、また、刃先強度が低下する場合があるため工業的に不利となる。   The thickness of the oxide mixed layer of the present invention is not particularly limited, but is preferably 1 μm or more and 30 μm or less, more preferably the upper limit is 25 μm or less, further preferably 20 μm or less, and the lower limit is 1.5 μm or more. More preferably, it is 2 μm or more. When the thickness is less than 1 μm, the heat insulation effect may not be sufficiently exhibited, and when it exceeds 30 μm, there is a tendency that a greater effect of improving the heat insulation is not recognized, and the blade edge strength may be reduced. Therefore, it becomes industrially disadvantageous.

なお、この酸化物混合層に含まれるAl23については、結晶粒の大きさや結晶構造は特に限定されない。 Note that the crystal grain size and crystal structure of Al 2 O 3 contained in the oxide mixed layer are not particularly limited.

<酸化アルミニウム層>
本発明の酸化アルミニウム層は、酸化物としてAl23を含む。すなわち、本発明の酸化アルミニウム層は、典型的にはAl23からなる層であり、本発明の被膜はこのような酸化アルミニウム層を1以上含むものである。
<Aluminum oxide layer>
The aluminum oxide layer of the present invention contains Al 2 O 3 as an oxide. That is, the aluminum oxide layer of the present invention is typically a layer made of Al 2 O 3 , and the coating of the present invention includes one or more such aluminum oxide layers.

本発明の酸化物混合層は、上記の通り、優れた断熱性を有する層であるが、基材上に直接形成すると密着強度が不十分となる傾向を示す。そこで、この酸化アルミニウム層を形成することにより、基材との密着強度を向上させたものである。したがって、この酸化アルミニウム層は、特に酸化物混合層の直下に配置されることが好ましい。また、このような酸化アルミニウム層を2以上用い、また上記酸化物混合層も2以上用い、これら両者を上下交互に積層した態様とすることもできる。   As described above, the oxide mixed layer of the present invention is a layer having excellent heat insulating properties, but when formed directly on a substrate, the adhesion strength tends to be insufficient. Therefore, the adhesion strength with the base material is improved by forming this aluminum oxide layer. Therefore, this aluminum oxide layer is preferably disposed directly below the oxide mixed layer. In addition, two or more such aluminum oxide layers may be used, and two or more of the oxide mixed layers may be used, and both of them may be alternately stacked.

このような酸化アルミニウム層は、このような表面被覆切削工具の被膜を構成する従来公知の構成のものを特に限定することなく採用することができる。したがって、この酸化アルミニウム層に含まれるAl23については、結晶粒の大きさや結晶構造は特に限定されない。ただし、この酸化アルミニウム層と上記酸化物混合層とは、これら両層にまたがって存在するAl23の結晶粒を含まないことが好ましい。なぜなら、これら両層にまたがってAl23の結晶粒が存在すると、被膜に亀裂が生じた場合、その亀裂がこの結晶粒に沿って伝播し、被膜全体を破壊する可能性があるからである。 Such an aluminum oxide layer can be employed without any particular limitation to a conventionally known structure that constitutes a film of such a surface-coated cutting tool. Therefore, the size of crystal grains and the crystal structure of Al 2 O 3 contained in the aluminum oxide layer are not particularly limited. However, it is preferable that the aluminum oxide layer and the oxide mixed layer do not include Al 2 O 3 crystal grains that exist across both layers. This is because if Al 2 O 3 crystal grains exist across these two layers, if a crack occurs in the coating, the crack may propagate along the crystal grains and destroy the entire coating. is there.

このような本発明の酸化物アルミニウム層の厚みは、特に限定されないが1μm以上15μm以下とすることが好ましく、より好ましくはその上限が12μm以下、さらに好ましくは10μm以下、その下限が1μm以上、さらに好ましくは1.5μm以上である。その厚みが1μm未満の場合、酸化物混合層の密着強度を向上させる効果が十分に示されない場合があり、15μmを超えても、より大きな密着強度の改善効果は認められない傾向にあり、また、刃先強度が低下する場合があるため工業的に不利となる。   The thickness of the aluminum oxide layer of the present invention is not particularly limited, but is preferably 1 μm or more and 15 μm or less, more preferably the upper limit is 12 μm or less, more preferably 10 μm or less, and the lower limit is 1 μm or more. Preferably it is 1.5 micrometers or more. When the thickness is less than 1 μm, the effect of improving the adhesion strength of the oxide mixed layer may not be sufficiently exhibited, and even when the thickness exceeds 15 μm, there is a tendency that a greater effect of improving the adhesion strength is not recognized, The blade edge strength may be lowered, which is industrially disadvantageous.

<その他の層>
本発明における被膜は、上記のような酸化物混合層や酸化アルミニウム層以外の他の層をさらに1以上含むことができる。そのような他の層の形成位置は特に限定されない。このような他の層を形成することにより、たとえば、被膜と基材との密着力をさらに向上させたり、種々の切削性能を向上させたり、潤滑性を付与したり、被削材との凝着を抑制したり、使用刃先の識別力を付与させたりすることができるという効果を付与することができる。
<Other layers>
The coating in the present invention may further contain one or more layers other than the oxide mixed layer and the aluminum oxide layer as described above. The formation position of such other layers is not particularly limited. By forming such other layers, for example, the adhesion between the coating and the substrate can be further improved, various cutting performances can be improved, lubricity can be imparted, and the adhesion to the work material can be improved. It is possible to provide an effect that it is possible to suppress wearing or to impart discriminating power to the blade edge used.

このような他の層を構成する化合物や金属としては、例えば元素周期律表のIVa族元素(Ti、Zr、Hf等)、Va族元素(V、Nb、Ta等)、VIa族元素(Cr、Mo、W等)、Al、Si、Cu、Pt、Au、Ag、Pd、Fe、CoおよびNiからなる群から選ばれる少なくとも1種の金属(元素)またはその金属を含む合金、または元素周期律表のIVa族元素、Va族元素、VIa族元素、AlおよびSiからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素と、炭素、窒素、酸素およびホウ素からなる群から選ばれる少なくとも1種の元素とにより構成される化合物等を挙げることができる。より具体的には、AlN、AlCN、AlTiN、TiN、TiCN、TiC、TiCO、TiBN、TiCBN、VN、ZrC、ZrN、ZrCN、CrN、TiAlN、SiAlON、SiC、HfN、HfC、HfCN等を挙げることができる。なお、このような他の層は、0.01μm以上20μm以下、好ましくは0.1μm以上10μm以下の厚みとすることが好ましい。   Examples of compounds and metals constituting such other layers include group IVa elements (Ti, Zr, Hf, etc.), group Va elements (V, Nb, Ta, etc.), group VIa elements (Cr, etc.) in the periodic table of elements. , Mo, W, etc.), Al, Si, Cu, Pt, Au, Ag, Pd, Fe, Co, and Ni, or an alloy containing the metal, or an element period At least one element selected from the group consisting of group IVa elements, group Va elements, group VIa elements, Al and Si in the table, and at least one element selected from the group consisting of carbon, nitrogen, oxygen and boron; And the like. More specifically, AlN, AlCN, AlTiN, TiN, TiCN, TiC, TiCO, TiBN, TiCBN, VN, ZrC, ZrN, ZrCN, CrN, TiAlN, SiAlON, SiC, HfN, HfC, HfCN, etc. it can. Note that such other layers have a thickness of 0.01 μm or more and 20 μm or less, preferably 0.1 μm or more and 10 μm or less.

<熱浸透率>
本発明の上記のような構成を有する被膜は、2500〜10000Js-1/2-2-1の熱浸透率を有することが好ましい。熱浸透率は、断熱効果の指標となるものであり、その数値が0に近づくほど断熱性に優れることを示す。本発明においては、上記被膜の構成、特に酸化物混合層を含むことにより、被膜の熱浸透率を上記範囲とすることができ、これにより十分な断熱性効果が発揮される。
<Heat penetration rate>
The coating film having the above-described configuration of the present invention preferably has a heat permeability of 2500 to 10,000 Js −1/2 m −2 K −1 . The thermal permeability is an index of the heat insulation effect, and the closer the value is to 0, the better the heat insulation. In the present invention, by including the composition of the coating film, in particular, the oxide mixed layer, the thermal permeability of the coating film can be in the above range, thereby exhibiting a sufficient heat insulating effect.

なお、上記熱浸透率が2500Js-1/2-2-1未満になると、優れた断熱性が示されるものの、切削性能が低下する傾向を示す。一方、10000Js-1/2-2-1を超えると、十分な断熱効果が示されない。このような熱浸透率は、熱物性顕微鏡装置を用いて測定することができる。 In addition, when the said heat permeability becomes less than 2500Js < -1/2 > m <-2 > K < -1 >, although the heat insulation property is shown, the tendency for cutting performance to fall is shown. On the other hand, if it exceeds 10,000 Js −1/2 m −2 K −1 , sufficient heat insulating effect is not shown. Such heat permeability can be measured using a thermophysical microscope device.

<製造方法>
本発明の表面被覆切削工具は、基材上に被膜を化学蒸着法(CVD法)で成膜することにより作製することができる。
<Manufacturing method>
The surface-coated cutting tool of the present invention can be produced by forming a film on a substrate by a chemical vapor deposition method (CVD method).

被膜のうち、酸化物混合層を除く、酸化アルミニウム層や他の層は、従来公知のCVD法により形成することができ、特に限定されない。   Of the coating, the aluminum oxide layer and other layers excluding the oxide mixed layer can be formed by a conventionally known CVD method, and are not particularly limited.

たとえば、上記他の層は、各化合物を構成する原料ガスと、水素ガス等のキャリアガスとを用いて、700〜1300℃、70kPa以下の圧力で形成することができる。また酸化アルミニウム層も、例えば、原料ガスとしてAlCl3、CO2、H2S、HCl、H2などのガスを用いて、700〜1500℃、50kPa以下の圧力で形成することができる。 For example, the other layers can be formed at 700 to 1300 ° C. and a pressure of 70 kPa or less using a source gas constituting each compound and a carrier gas such as hydrogen gas. The aluminum oxide layer can also be formed, for example, using a gas such as AlCl 3 , CO 2 , H 2 S, HCl, and H 2 as a source gas at 700 to 1500 ° C. and a pressure of 50 kPa or less.

これに対して、酸化物混合層は下記のようにして形成することが好ましい。
すなわち、まず、反応ガス組成としては、2〜10体積%のAlCl3、2〜6体積%のZrCl4、1〜2体積%のCO2、0.01〜0.02体積%のC24、5〜10体積%のHCl、0.09〜0.5体積%のH2S、7〜20体積%のAr、および残部をH2とする。この組成は、従来知られている組成に比し、ZrCl4の濃度が高い点に特徴がある。
On the other hand, the oxide mixed layer is preferably formed as follows.
That is, first, the reaction gas composition is 2 to 10% by volume of AlCl 3 , 2 to 6% by volume of ZrCl 4 , 1 to 2% by volume of CO 2 , 0.01 to 0.02% by volume of C 2 H. 4, 5-10 vol% of HCl, .09-0.5% by volume of H 2 S, 7 to 20% by volume of Ar, and the remainder to H 2. This composition is characterized in that the concentration of ZrCl 4 is higher than that of conventionally known compositions.

また、反応雰囲気温度は850〜1300℃とし、反応雰囲気圧力は2〜30kPaとし、以上の条件で酸化物混合層を蒸着形成する。この温度および圧力は、従来の条件よりも広範囲に選択できる。   The reaction atmosphere temperature is 850 to 1300 ° C., the reaction atmosphere pressure is 2 to 30 kPa, and the oxide mixed layer is formed by vapor deposition under the above conditions. This temperature and pressure can be selected over a wider range than conventional conditions.

そして、より具体的には、上記反応ガスにおいてAlCl3を先に導入した後にArをパルス状で流しつつ、ZrCl4を導入することによって、化学蒸着装置内の反応ガスの流れがパルス流制御され、これにより上記のような酸化物混合層の組織(すなわちAlとZrとを上記の原子比で含み、ZrO2が特定の結晶構造を有するとともに、平均粒径1μm以下の結晶粒として含まれるような組織)を制御することができる。 More specifically, the flow of the reaction gas in the chemical vapor deposition apparatus is controlled by the pulse flow control by introducing ZrCl 4 while flowing Ar in a pulsed manner after first introducing AlCl 3 in the reaction gas. Thus, the structure of the oxide mixed layer as described above (that is, Al and Zr are included in the above atomic ratio, and ZrO 2 has a specific crystal structure and is included as crystal grains having an average grain size of 1 μm or less. Control).

このようにして、本発明の被膜は、通常の化学蒸着装置にて、化学蒸着法により基材上に形成される。   In this way, the coating film of the present invention is formed on the substrate by a chemical vapor deposition method using a normal chemical vapor deposition apparatus.

なお、酸化アルミニウム層を酸化物混合層の直下に配置する構成とする場合は、上記化学蒸着装置において、酸化アルミニウム層を形成した後に、一旦Arガスを流し、酸化アルミニウム層表面をArガスにより活性化することが好ましい。これにより、Arガスで表面が活性化された酸化アルミニウム層の表面に酸化物混合層が形成され、両層の密着性が向上するとともに、両層にまたがってAl23の結晶粒が存在すること(すなわちAl23の結晶粒が両層にまたがって連続して成長すること)を防止することができる。 In the case where the aluminum oxide layer is arranged immediately below the oxide mixed layer, after forming the aluminum oxide layer in the chemical vapor deposition apparatus, an Ar gas is flowed once, and the surface of the aluminum oxide layer is activated by the Ar gas. Is preferable. As a result, an oxide mixed layer is formed on the surface of the aluminum oxide layer whose surface is activated by Ar gas, and the adhesion between the two layers is improved, and Al 2 O 3 crystal grains exist across both layers. (That is, Al 2 O 3 crystal grains are continuously grown across both layers).

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.

<基材の調製>
1質量%のTiC粉末、3質量%のNbC粉末、1質量%のTaC粉末、1質量%のTaNbC粉末、5質量%のCo粉末、および残部WC粉末からなる原料粉末を用意し、この原料粉末をアセトン中で27時間ボールミルにより混合した。
<Preparation of substrate>
A raw material powder comprising 1% by weight of TiC powder, 3% by weight of NbC powder, 1% by weight of TaC powder, 1% by weight of TaNbC powder, 5% by weight of Co powder, and the balance of WC powder is prepared. Were mixed by ball milling in acetone for 27 hours.

次いで、この混合粉末を低圧乾燥した後、100MPaの圧力で所定形状の圧粉体にプレス形成した。続いて、この圧粉体を6Paの真空中、1300〜1500℃の所定温度で真空焼結した。   Next, the mixed powder was dried under low pressure, and then pressed into a green compact having a predetermined shape at a pressure of 100 MPa. Subsequently, this green compact was vacuum sintered at a predetermined temperature of 1300 to 1500 ° C. in a vacuum of 6 Pa.

その後、得られた焼結体の刃先部にアール(R)が0.060mmとなるようにホーニング加工を施すことによって、ISO CNMG120408に規定するスローアウェイチップ形状をもったWC超硬合金製の基材を得た。   Thereafter, the cutting edge of the obtained sintered body is subjected to honing so that the radius (R) is 0.060 mm, whereby a base made of a WC cemented carbide having a throw-away tip shape defined in ISO CNMG120408 I got the material.

<被膜の形成>
以下の表1に記載した構成の被膜(被膜No.1〜被膜No.12)および表2に記載した構成の被膜(被膜No.13〜被膜No.18)をそれぞれ、上記で得られた基材の表面に化学蒸着法により形成することにより、表面被覆切削工具(刃先交換型切削チップ)を作製した。
<Formation of coating>
Each of the coatings (coating No. 1 to coating No. 12) having the configuration described in Table 1 and the coatings (coating No. 13 to coating No. 18) having the configuration described in Table 2 were obtained above. A surface-coated cutting tool (blade cutting type cutting tip) was produced by forming the surface of the material by chemical vapor deposition.

表1に記載した被膜は、本発明の実施例であり、表2に記載した被膜は比較例である。表2中、Zr含有層とは、本発明の酸化物混合層の比較対照となる層である。   The film described in Table 1 is an example of the present invention, and the film described in Table 2 is a comparative example. In Table 2, the Zr-containing layer is a layer that serves as a comparative reference for the oxide mixed layer of the present invention.

なお、表1および表2の被膜構成は、左のものから順に基材上に積層したことを示し、括弧内の数字は厚み(μm)を示す。また、表1および表2中、酸化アルミニウム層および酸化物混合層(Zr含有層)以外の化合物は、上記で述べたその他の層に相当する。   In addition, the film structure of Table 1 and Table 2 shows having laminated | stacked on the base material in order from the left thing, and the number in a parenthesis shows thickness (micrometer). In Tables 1 and 2, compounds other than the aluminum oxide layer and the oxide mixed layer (Zr-containing layer) correspond to the other layers described above.

Figure 0005382594
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各被膜の化学蒸着法による具体的な形成条件は次の通りである。すなわち、基材を通常の化学蒸着装置に装入し、表3〜表5に記載した条件に従って、各被膜の各層を順に形成した。   Specific conditions for forming each film by chemical vapor deposition are as follows. That is, the base material was charged into a normal chemical vapor deposition apparatus, and each layer of each coating was formed in order according to the conditions described in Tables 3 to 5.

たとえば、表1の被膜No.1を例に取ると、基材上に、まず厚み1μmのTiN層を表3の反応ガス組成(4体積%のTiCl4、35体積%のN2、および残部H2)、反応圧力(20kPa)、反応温度(840℃)で形成した後、同じく表3に記載の条件で厚み5μmのTiC層および厚み3μmのAlTiN層を形成した。次いで、厚み2μmの「酸化アルミニウム層1」を表4に記載の条件で形成した(表1および2における「酸化アルミニウム層1」、「酸化アルミニウム層2」、「酸化アルミニウム層3」は、いずれも酸化アルミニウム層であるが、表4のように形成条件が異なることを示す)。 For example, film No. Taking 1 as an example, a TiN layer having a thickness of 1 μm was first formed on a substrate with a reaction gas composition (4 vol% TiCl 4 , 35 vol% N 2 , and the balance H 2 ) shown in Table 3, reaction pressure (20 kPa). ) And a reaction temperature (840 ° C.), a TiC layer having a thickness of 5 μm and an AlTiN layer having a thickness of 3 μm were formed under the same conditions as shown in Table 3. Next, an “aluminum oxide layer 1” having a thickness of 2 μm was formed under the conditions shown in Table 4 (“aluminum oxide layer 1”, “aluminum oxide layer 2”, and “aluminum oxide layer 3” in Tables 1 and 2 Is an aluminum oxide layer, but the formation conditions are different as shown in Table 4).

引続き、上記で形成した「酸化アルミニウム層1」上に厚み20μmの「酸化物混合層1」を形成した。この場合、「酸化アルミニウム層1」の形成後、Arガスを流量30L/分で10分間流し、炉内雰囲気をArに変え、形成された酸化アルミニウム層の表面をArで活性化した。このように本発明の被膜は、被膜No.2〜No.12においても同様に、酸化アルミニウム層の表面をこの条件でArで活性化した後に、酸化物混合層を形成することを特徴としている。   Subsequently, an “oxide mixed layer 1” having a thickness of 20 μm was formed on the “aluminum oxide layer 1” formed above. In this case, after the “aluminum oxide layer 1” was formed, Ar gas was flowed at a flow rate of 30 L / min for 10 minutes, the furnace atmosphere was changed to Ar, and the surface of the formed aluminum oxide layer was activated with Ar. Thus, the coating of the present invention has coating No. 2-No. Similarly, No. 12 is characterized in that after the surface of the aluminum oxide layer is activated with Ar under these conditions, an oxide mixed layer is formed.

その後、このArで活性化された「酸化アルミニウム層1」の表面に表5の反応ガス組成、反応時間(320分)、反応圧力(5kPa)、反応温度(870℃)で「酸化物混合層1」を形成した。この場合、まず反応ガスとしてAlCl3、H2、HCl、CO2、C24、H2Sを炉内へ350秒間導入する。その後、Arをパルス状に流しながら、ZrCl4を炉内へ導入する。Arのパルスの間隔は2秒ごとである。なお、表5に記載の反応ガス組成はZrCl4を炉内へ導入した後の組成(体積%)を示している。なお、このような酸化物混合層は、酸化物混合層2〜8においても同様に、Arをパルス状に流しながらZrCl4を炉内へ導入する方法で形成されることを特徴としている。このように表1における「酸化物混合層1」〜「酸化物混合層8」は、いずれも酸化物混合層であるが、表5のように形成条件が異なることを示している。 Thereafter, an “oxide mixed layer” was formed on the surface of the “aluminum oxide layer 1” activated with Ar at the reaction gas composition, reaction time (320 minutes), reaction pressure (5 kPa), and reaction temperature (870 ° C.) shown in Table 5. 1 "was formed. In this case, first, AlCl 3 , H 2 , HCl, CO 2 , C 2 H 4 , and H 2 S are introduced into the furnace as reaction gases for 350 seconds. Thereafter, ZrCl 4 is introduced into the furnace while flowing Ar in pulses. The Ar pulse interval is every 2 seconds. The reaction gas composition shown in Table 5 indicates the composition (% by volume) after introducing ZrCl 4 into the furnace. Note that such an oxide mixed layer is also formed in the oxide mixed layers 2 to 8 by a method of introducing ZrCl 4 into the furnace while flowing Ar in a pulsed manner. As described above, “Oxide mixed layer 1” to “Oxide mixed layer 8” in Table 1 are all oxide mixed layers, but the formation conditions are different as shown in Table 5.

その後、上記で形成された「酸化物混合層1」の上に、厚み1μmのTiN層および厚み1μmのTiC層を表3の条件で形成することにより、基材上に総厚み33μmの被膜No.1の被膜が形成される。   Thereafter, a 1 μm-thick TiN layer and a 1 μm-thick TiC layer are formed on the “oxide mixed layer 1” formed as described above under the conditions shown in Table 3 to form a coating No. having a total thickness of 33 μm on the substrate. . 1 film is formed.

一方、表2に記載される被膜は、Zr含有層を除き、表1に記載される被膜と同様にして形成した。Zr含有層は、表6に記載の条件に従って形成した。表6中、「開始時」と「終了時」の表示があるものは、Zr含有層を形成するに際し、反応ガス組成と反応温度とを表示されている通り開始時から終了時にかけて徐々に変更したことを示す。また、反応ガス組成からも明らかなように、「Zr含有層1」〜「Zr含有層5」はAl23とZrO2との両者を含むが、「Zr含有層6」はZrO2単独の層である。なお、酸化アルミニウム層上にZr含有層を形成する場合、酸化アルミニウム層の表面に対してArによる活性化は行なわなかった。 On the other hand, the film described in Table 2 was formed in the same manner as the film described in Table 1 except for the Zr-containing layer. The Zr-containing layer was formed according to the conditions described in Table 6. In Table 6, when “start” and “end” are indicated, when forming the Zr-containing layer, the reaction gas composition and reaction temperature are gradually changed from the start to the end as indicated. Indicates that As is clear from the reaction gas composition, “Zr-containing layer 1” to “Zr-containing layer 5” contain both Al 2 O 3 and ZrO 2 , but “Zr-containing layer 6” is ZrO 2 alone. Of layers. When the Zr-containing layer was formed on the aluminum oxide layer, the surface of the aluminum oxide layer was not activated with Ar.

Figure 0005382594
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<評価>
<酸化物混合層の物性>
上記で作製した酸化物混合層およびZr含有層の物性を測定した。
<Evaluation>
<Physical properties of oxide mixed layer>
The physical properties of the oxide mixed layer and the Zr-containing layer prepared above were measured.

まず、各層が酸化物としてAl23とZrO2とを含み、AlとZrとの原子比Zr/(Al+Zr)がどのようになっているかを確認した。具体的には電界放出型走査電子顕微鏡(商品名「SU6600」、日立ハイテク(株)製、以下、「FE−SEM」と記す)付属のエネルギー分散型X線分析装置(商品名:「INCA X−ACT」、オックスフォード・インストゥルメンツ(株)製、以下「EDX」と記す)を用いて、各層の幅(50μm)×各層の厚み(全厚み)の領域を、15kVで測定することにより、Al23とZrO2とを含むこと、およびAlとZrとの原子比Zr/(Al+Zr)を求めた。その結果、各層は、Al23とZrO2とを含み、AlとZrとの原子比Zr/(Al+Zr)は以下の表7の通りであった。 First, each layer contained Al 2 O 3 and ZrO 2 as oxides, and the atomic ratio Zr / (Al + Zr) between Al and Zr was confirmed. Specifically, an energy dispersive X-ray analyzer (trade name: “INCA X”) attached to a field emission scanning electron microscope (trade name “SU6600”, manufactured by Hitachi High-Tech Co., Ltd., hereinafter referred to as “FE-SEM”). -ACT ", manufactured by Oxford Instruments Co., Ltd., hereinafter referred to as" EDX "), by measuring the area of the width of each layer (50 μm) x the thickness (total thickness) of each layer at 15 kV, Al 2 O 3 and ZrO 2 were included, and the atomic ratio Zr / (Al + Zr) between Al and Zr was determined. As a result, each layer contained Al 2 O 3 and ZrO 2 , and the atomic ratio Zr / (Al + Zr) between Al and Zr was as shown in Table 7 below.

次に、各層に含まれるZrO2の結晶構造を確認した。具体的には、各層をX線回折装置(商品名:「X’Pert」、PANalytical(株)製)により測定することによって結晶構造を特定した。測定条件は、薄膜法を用いて、θ〜2θのX線入射角度を0.5°とした。ピーク位置は、JCPDSカード(JCPDSとは、Joint Committee on Powder Diffraction Standardsを示し、特定の物質の結晶面間隔を示す)により±0.3度の範囲内で特定した。なお、正方晶、立方晶、単斜晶のカード番号は、00−050−1089、00−051−1149、00−37−1481である。その結果は、以下の表7に示すとおり、酸化物混合層のZrO2の結晶構造は立方晶が存在したが、Zr含有層のZrO2の結晶構造は全て単斜晶であった。 Next, the crystal structure of ZrO 2 contained in each layer was confirmed. Specifically, the crystal structure was specified by measuring each layer with an X-ray diffractometer (trade name: “X′Pert”, manufactured by PANalytical Co., Ltd.). Measurement conditions were such that the X-ray incident angle of θ to 2θ was 0.5 ° using a thin film method. The peak position was specified within a range of ± 0.3 degrees using a JCPDS card (JCPDS indicates Joint Committee on Powder Diffraction Standards and indicates the crystal plane spacing of a specific substance). The card numbers of tetragonal crystal, cubic crystal, and monoclinic crystal are 00-050-1089, 00-051-1149, and 00-37-1481. As a result, as shown in Table 7 below, the crystal structure of ZrO 2 in the oxide mixed layer was cubic, but the crystal structure of ZrO 2 in the Zr-containing layer was all monoclinic.

さらに、各層に含まれるZrO2の結晶粒の平均粒径を確認した。具体的には、上記のFE−SEMを用いて上記で定義した方法により平均粒径を求めた。FE−SEMの倍率は10000倍、加速電圧は5kVとした。その結果を以下の表7に示す。表7からも明らかなように、酸化物混合層においては、ZrO2が平均粒径1μm以下の結晶粒としてAl23中に分散していることが確認できた。 Further, the average grain size of the ZrO 2 crystal grains contained in each layer was confirmed. Specifically, the average particle size was determined by the method defined above using the FE-SEM. The magnification of FE-SEM was 10,000 times, and the acceleration voltage was 5 kV. The results are shown in Table 7 below. As can be seen from Table 7, in the oxide mixed layer, it was confirmed that ZrO 2 was dispersed in Al 2 O 3 as crystal grains having an average grain size of 1 μm or less.

Figure 0005382594
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なお、表7中、酸化物混合層1は表1の被膜No.1のものを、酸化物混合層2は同被膜No.2のものを、酸化物混合層3は同被膜No.5のものを、酸化物混合層4は同被膜No.8のものを、酸化物混合層5は同被膜No.3のものを、酸化物混合層6は同被膜No.10のものを、酸化物混合層7は同被膜No.11のものを、酸化物混合層8は同被膜No.12のものを、それぞれ測定した。一方、Zr含有層1〜6は表2中の被膜No.13〜18のものをそれぞれ測定した。   In Table 7, the oxide mixed layer 1 is the coating No. in Table 1. 1 and the oxide mixed layer 2 is the same film No. 2 and the oxide mixed layer 3 are the same film Nos. 5, the oxide mixed layer 4 is the same film No. 8 and the oxide mixed layer 5 are the same film Nos. 3 and the oxide mixed layer 6 are the same film Nos. No. 10, the oxide mixed layer 7 is the same film No. 11 and the oxide mixed layer 8 is the same film No. Twelve things were measured respectively. On the other hand, the Zr-containing layers 1 to 6 are coating Nos. Each of 13 to 18 was measured.

表7より明らかなように、本発明の実施例である酸化物混合層1〜8は、Zr含有層1〜5に比し、ZrO2の結晶粒の平均粒径が小さく、またその結晶構造も立方晶が含まれていたことから、上記のような本発明に特有の成膜方法で形成したことによりこれらの性状が具備されたことを示している。 As is clear from Table 7, the oxide mixed layers 1 to 8 as examples of the present invention have a smaller average grain size of ZrO 2 crystal grains than the Zr-containing layers 1 to 5 and their crystal structures. In addition, since cubic crystals were included, it was shown that these properties were provided by the film formation method unique to the present invention as described above.

<熱浸透率>
表1記載の被膜No.1〜No.12および表2記載の被膜No.13〜No.18の各被膜の熱浸透率を、熱物性顕微鏡装置(商品名:「サーマルマイクロスコープ TM3」、BETHEL(株)製)を用いて測定した。なお、測定は室温で、加熱用レーザの周波数を2000kHzとして行なった。その結果を以下の表8に示す。
<Heat penetration rate>
Coating Nos. Listed in Table 1 1-No. 12 and Table 2 listed in Table 2. 13-No. The thermal permeability of each of the 18 coatings was measured using a thermophysical microscope device (trade name: “Thermal Microscope TM3”, manufactured by BETHEL Co., Ltd.). Note that the measurement was performed at room temperature and the heating laser frequency was 2000 kHz. The results are shown in Table 8 below.

<切削性能>
表1記載の被膜No.1〜No.12および表2記載の被膜No.13〜No.18の各被膜を形成した表面被覆切削工具それぞれについて切削性能を確認した。切削性能を確認するための試験条件は以下の通りであり、丸棒の被削材による連続切削を行なった。そして、刃先が切削熱からの塑性変形もしくは欠損するまでの時間、あるいは逃げ面最大摩耗幅Vbmaxが0.5mm以上になるまでの時間を測定し、その時間を工具寿命として判定した。なお、刃先は倍率100倍の光学顕微鏡で観察した。その結果を以下の表8に示す。上記工具寿命が長いものほど、切削性能に優れていることを示す。
<Cutting performance>
Coating Nos. Listed in Table 1 1-No. 12 and Table 2 listed in Table 2. 13-No. The cutting performance was confirmed for each surface-coated cutting tool on which each of the 18 coatings was formed. Test conditions for confirming the cutting performance were as follows, and continuous cutting was performed with a round bar work material. Then, the time until the cutting edge was plastically deformed or chipped from the cutting heat, or the time until the flank maximum wear width Vbmax was 0.5 mm or more was measured, and the time was determined as the tool life. The cutting edge was observed with an optical microscope having a magnification of 100 times. The results are shown in Table 8 below. The longer the tool life, the better the cutting performance.

(試験条件)
被削材:S55C(丸棒)
加工方法:旋削加工
切削速度:400m/min
送り:0.5mm/rev
切り込み:1.5mm
切削液:無し(ドライ加工)
(Test conditions)
Work material: S55C (Round bar)
Machining method: Turning Cutting speed: 400 m / min
Feed: 0.5mm / rev
Cutting depth: 1.5mm
Cutting fluid: None (dry processing)

Figure 0005382594
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表8より明らかなように、本発明の実施例である被膜No.1〜No.12を形成した表面被覆切削工具は、比較例である被膜No.13〜No.18を形成した表面被覆切削工具に比し、工具寿命が2倍以上長く、優れた切削性能を示すことは明らかである。表1より明らかなように被膜No.1〜No.12は、いずれも本発明の酸化物混合層を備えており、表8より被膜の熱浸透率が低くなっていることから、これらの被膜が優れた断熱性を示したことにより、切削性能が向上したことは明らかである。   As is apparent from Table 8, the film No. which is an example of the present invention. 1-No. The surface-coated cutting tool formed with No. 12 is a coating No. 1 as a comparative example. 13-No. It is clear that the tool life is twice or more longer than that of the surface-coated cutting tool formed with 18 and shows excellent cutting performance. As is clear from Table 1, the film No. 1-No. No. 12 is provided with the oxide mixed layer of the present invention, and since the thermal permeability of the coating is lower than Table 8, these coatings showed excellent heat insulating properties, so that the cutting performance was It is clear that it has improved.

また、本発明の実施例である被膜No.1〜No.12がこのように優れた断熱効果を示すのは、表7に示されるように各酸化物混合層が本発明で規定する性状を有するためであることは明らかである。   In addition, film No. which is an example of the present invention. 1-No. It is clear that 12 shows such an excellent heat insulating effect because each oxide mixed layer has properties defined in the present invention as shown in Table 7.

なお、本発明の実施例である被膜No.1〜No.12では、酸化物混合層の直下に酸化アルミニウム層が配置されているため、被膜の密着性が高く、被膜のチッピングなどは見られなく、正常摩耗であった。Zr含有層としてZrO2単独で構成した比較例の被膜No.18を形成した表面被覆切削工具は、熱浸透率が低く断熱性に優れるものの、被膜硬度の低下により、クレーターが非常に早い段階で掘れ、工具寿命は極めて短いものとなった。 In addition, film No. which is an example of the present invention. 1-No. In No. 12, since the aluminum oxide layer was disposed directly under the oxide mixed layer, the adhesion of the film was high, and no chipping or the like of the film was observed, and normal wear was observed. As a Zr-containing layer, a comparative film No. 1 composed of ZrO 2 alone was used. Although the surface-coated cutting tool formed with 18 had a low thermal permeability and excellent heat insulation, the crater was dug at a very early stage due to a decrease in coating hardness, and the tool life was extremely short.

このように、本発明の表面被覆切削工具が、被膜の断熱効果に優れ切削加工時に基材を有効に保護するとともに、切削性能にも優れるという極めて優れた効果を示すことが確認できた。   As described above, it was confirmed that the surface-coated cutting tool of the present invention was excellent in the heat insulating effect of the coating and effectively protected the substrate during the cutting process, and also exhibited an extremely excellent effect of being excellent in cutting performance.

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.

Claims (5)

基材と該基材上に形成された被膜とを含み、
前記被膜は、酸化アルミニウム層と酸化物混合層とを含み、
前記酸化アルミニウム層は、酸化物としてAl23を含み、
前記酸化物混合層は、酸化物としてAl23とZrO2とを、AlとZrとの原子比が0.01≦Zr/(Al+Zr)≦0.5となる範囲で含み、
前記ZrO2は、その結晶構造として少なくとも立方晶が存在する状態で含まれる、表面被覆切削工具。
A substrate and a coating formed on the substrate;
The coating includes an aluminum oxide layer and an oxide mixed layer,
The aluminum oxide layer includes Al 2 O 3 as an oxide,
The oxide mixed layer includes Al 2 O 3 and ZrO 2 as oxides in a range where the atomic ratio of Al to Zr is 0.01 ≦ Zr / (Al + Zr) ≦ 0.5,
The ZrO 2 is a surface-coated cutting tool that is included in a state in which at least cubic crystals exist as its crystal structure.
前記ZrO2は、平均粒径1μm以下の結晶粒として含まれる、請求項1記載の表面被覆切削工具。 The surface-coated cutting tool according to claim 1, wherein the ZrO 2 is contained as crystal grains having an average particle diameter of 1 μm or less. 前記酸化アルミニウム層は、前記酸化物混合層の直下に配置される、請求項1または2に記載の表面被覆切削工具。   The surface-coated cutting tool according to claim 1, wherein the aluminum oxide layer is disposed immediately below the oxide mixed layer. 前記酸化アルミニウム層と前記酸化物混合層とは、これら両層にまたがって存在するAl23の結晶粒を含まない、請求項1〜3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 the aluminum oxide layer and the oxide mixed layer do not contain Al 2 O 3 crystal grains existing across both layers. 前記被膜は、2500〜10000Js-1/2-2-1の熱浸透率を有する、請求項1〜4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 4, wherein the coating has a thermal permeability of 2500 to 10,000 Js -1/2 m -2 K -1 .
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