JP5483071B2 - 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潤滑油剤に代替する被覆膜の潤滑特性が一段と重要となっている。   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 in lubrication and lubrication characteristics of coating films that replace lubricants are 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TiAlN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。また、TiAlの窒化物からなる被覆膜の耐熱性および硬度を向上させて、耐摩耗性を改善する方法として、TiAlの窒化物にSiを添加したTiAlSiの窒化物からなる被覆膜が知られている。たとえば特許文献1では、(AlxTi1-x-ySiy)(Nz1-z)(ただし、式中xは0.05≦x≦0.75、式中yは0.01≦y≦0.1、式中zは0.6≦z≦1)で示される化学組成からなる硬質皮膜が提案されている。 To improve wear resistance and surface protection function, a single layer of TiAlN is used as a hard coating on the surface of cutting tools and wear-resistant tools made of hard base materials such as WC-base cemented carbide, cermet, and high-speed steel. Alternatively, it is well known to form a multilayer. As a method for improving the heat resistance and hardness of a coating film made of TiAl nitride and improving wear resistance, a coating film made of TiAlSi nitride obtained by adding Si to TiAl nitride is known. It has been. For example, in Patent Document 1, (Al x Ti 1-xy Si y ) (N z C 1-z ) (where x is 0.05 ≦ x ≦ 0.75, and y is 0.01 ≦ y) A hard film having a chemical composition represented by ≦ 0.1, where z is 0.6 ≦ z ≦ 1) has been proposed.

しかしながら、最近の高速、ドライ加工では、TiAlNまたはTiAlSiN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。   However, in recent high-speed and dry processing, a sufficient tool life cannot be obtained with a coating film made of TiAlN or TiAlSiN.

このような状況下、高速切削時における硬質被覆膜の温度上昇を抑制し、長い工具寿命を実現する方法として、TiAlNからなる硬質被覆膜の上にさらに固体潤滑被覆膜を形成する方法が提案されている。   Under such circumstances, as a method of suppressing the temperature rise of the hard coating film during high-speed cutting and realizing a long tool life, a method of further forming a solid lubricating coating film on the hard coating film made of TiAlN Has been proposed.

たとえば、特許文献2では、高速度鋼および超硬合金を基材としてなる表面被覆切削工具の切れ刃部を含む刃の一部ないし全部に、膜厚が0.5μm〜10.0μmのTiAlNからなる硬質被覆膜を形成し、この硬質被覆膜の上にさらに膜厚が0.05μm〜2.0μmのMoNからなる固体潤滑被覆膜を被覆した表面被覆切削工具が提案されている。   For example, in Patent Document 2, a part or all of a blade including a cutting edge portion of a surface-coated cutting tool using a high-speed steel and a cemented carbide as a base material is made of TiAlN having a film thickness of 0.5 μm to 10.0 μm. There has been proposed a surface-coated cutting tool in which a hard coating film is formed and a solid lubricating coating film made of MoN having a thickness of 0.05 μm to 2.0 μm is further coated on the hard coating film.

特開平07−310174号公報JP 07-310174 A 特開2001−179533号公報JP 2001-179533 A

上記特許文献2の表面被覆切削工具は、たとえば切削速度が20m/min以下のような低速切削の条件では、硬質被覆膜の上に形成した固体潤滑被覆膜に含まれるMoNの効果により、被削材との溶着による摩耗を抑えることができ、確かに工具寿命を向上させることができる。しかしながら、切削速度が20m/minを超える高速切削の条件では、MoNからなる固体潤滑被覆膜が早期に摩耗して失われてしまうことにより、被削材との溶着による摩耗を防止する効果が損なわれやすく、結果として工具寿命を向上させることができないという問題があった。   The surface-coated cutting tool of Patent Document 2 described above is based on the effect of MoN contained in the solid lubricating coating film formed on the hard coating film, for example, under conditions of low-speed cutting such as a cutting speed of 20 m / min or less. Wear due to welding with the work material can be suppressed, and the tool life can be improved. However, under the conditions of high-speed cutting where the cutting speed exceeds 20 m / min, the solid lubricating coating film made of MoN is worn and lost at an early stage, so that it has the effect of preventing wear due to welding with the work material. There was a problem that the tool life could not be improved as a result.

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、MoNの特性とTiAlSiNの特性とを兼備し、特に耐摩耗性に優れた被覆膜を備えた表面被覆切削工具を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above situation, and the object of the present invention is to provide a coating film that has both the characteristics of MoN and the characteristics of TiAlSiN, and is particularly excellent in wear resistance. It is to provide a surface-coated cutting tool.

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、MoNz(ただし式中zは0.01≦z≦0.2)で表されるMoとNとの固溶体、Mo2N、MoNまたはこれらの混合体からなるA層と、Ti1-x-yAlxSiyN(ただし式中xは0.3≦x≦0.7、式中yは0.01≦y≦0.25)からなるB層とが交互に各々2層以上積層されてなり、該A層の層厚λaと該B層の層厚λbとは、それぞれ2nm以上1000nm以下であり、その層厚比λa/λbは、基材側から被覆膜の最表面側にかけて増大し、かつ基材に最も近いA層とB層の層厚比λa/λbは0.1以上0.7以下であり、最表面側に最も近いA層とB層の層厚比λa/λbは1.5以上10以下であることを特徴としている。 The surface-coated cutting tool of the present invention comprises a substrate and a coating film formed thereon, and the coating film is MoN z (wherein z is 0.01 ≦ z ≦ 0.2). A solid layer of Mo and N, an A layer made of Mo 2 N, MoN or a mixture thereof, and Ti 1-xy Al x Si y N (where x is 0.3 ≦ x ≦ 0.7 In the formula, y is formed by alternately laminating two or more B layers each having 0.01 ≦ y ≦ 0.25), and the layer thickness λa of the A layer and the layer thickness λb of the B layer are: The layer thickness ratio λa / λb increases from the substrate side to the outermost surface side of the coating film, and the layer thickness ratio λa / λb between the A layer and the B layer closest to the substrate. Is 0.1 or more and 0.7 or less, and the layer thickness ratio λa / λb of the A layer and the B layer closest to the outermost surface side is 1.5 or more and 10 or less.

ここで、本発明の表面被覆切削工具は、上記基材と上記被覆膜との間に、さらに中間層を備え、該中間層は、0.1μm以上1μm以下の層厚を有し、かつTiN、CrN、Ti、およびCrからなる群より選ばれる少なくとも1種で構成されることが好ましい。   Here, the surface-coated cutting tool of the present invention further includes an intermediate layer between the substrate and the coating film, and the intermediate layer has a layer thickness of 0.1 μm to 1 μm, and It is preferably composed of at least one selected from the group consisting of TiN, CrN, Ti, and Cr.

また、上記被覆膜は、その全体の膜厚が0.5μm以上20μm以下であることが好ましく、物理的蒸着法により形成されることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the said coating film has the whole film thickness of 0.5 micrometer or more and 20 micrometers or less, and it is preferable to form by a physical vapor deposition method.

また、上記基材は、超硬合金、サーメット、高速度鋼、セラミックス、立方晶型窒化硼素焼結体、またはダイヤモンド焼結体のいずれかにより構成されることが好ましい。   The base material is preferably composed of any one of cemented carbide, cermet, high speed steel, ceramics, cubic boron nitride sintered body, and diamond sintered body.

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、MoNの特性とTiAlSiNの特性とを兼備し、特に耐摩耗性に優れたものである。   Since the surface-coated cutting tool of the present invention has the above-described configuration, it has both the characteristics of MoN and the characteristics of TiAlSiN, and is particularly excellent in wear resistance.

基材直上にB層が形成され、最表面層にA層が形成された態様の被覆膜を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the coating film of the aspect by which B layer was formed immediately on the base material, and A layer was formed in the outermost surface layer. 基材直上にA層が形成され、最表面層にB層が形成された態様の被覆膜を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the coating film of the aspect by which A layer was formed immediately on the base material, and B layer was formed in the outermost surface layer. 基材直上にB層が形成され、最表面層にもB層が形成された態様の被覆膜を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the coating film of the aspect by which B layer was formed immediately on the base material, and B layer was formed also in the outermost surface layer. 基材直上にA層が形成され、最表面層にもA層が形成された態様の被覆膜を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the coating film of the aspect by which A layer was formed directly on the base material and A layer was formed also in the outermost surface layer. 層厚比λa/λbが連続的に増大することを概念的に示したグラフである。6 is a graph conceptually showing that the layer thickness ratio λa / λb continuously increases. 層厚比λa/λbが段階的に増大することを概念的に示したグラフである。6 is a graph conceptually showing that the layer thickness ratio λa / λb increases stepwise. 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、層厚または膜厚は走査型電子顕微鏡(SEM)または透過型電子顕微鏡(TEM)により測定し、その組成はエネルギー分散型X線分析装置(EDS)により測定するものとする。   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 layer thickness or film thickness is measured by a scanning electron microscope (SEM) or a transmission electron microscope (TEM), and the composition is measured by an energy dispersive X-ray analyzer (EDS). To do.

<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 replacement type cutting tip, a metal saw, a gear 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>
本発明の被覆膜は、MoNz(ただし式中zは0.01≦z≦0.2)で表されるMoとNとの固溶体、Mo2N、MoNまたはこれらの混合体からなるA層と、Ti1-x-yAlxSiyN(ただし式中xは0.3≦x≦0.7、式中yは0.01≦y≦0.25)からなるB層とが交互に各々2層以上積層されてなり、該A層の層厚λaと該B層の層厚λbとは、それぞれ2nm以上1000nm以下であり、その層厚比λa/λbは、基材側から被覆膜の最表面側にかけて増大し、かつ基材に最も近いA層とB層の層厚比λa/λbは0.1以上0.7以下であり、最表面側に最も近いA層とB層の層厚比λa/λbは1.5以上10以下であることを特徴としている。
<Coating film>
The coating film of the present invention has a solid solution of Mo and N represented by MoN z (wherein z is 0.01 ≦ z ≦ 0.2), Mo 2 N, MoN, or a mixture thereof. And B layers composed of Ti 1-xy Al x Si y N (where x is 0.3 ≦ x ≦ 0.7 and y is 0.01 ≦ y ≦ 0.25) alternately Two or more layers are laminated, and the layer thickness λa of the A layer and the layer thickness λb of the B layer are 2 nm or more and 1000 nm or less, respectively, and the layer thickness ratio λa / λb is coated from the substrate side. The layer thickness ratio λa / λb of the A layer and B layer closest to the substrate increases from 0.1 to 0.7 and increases toward the outermost surface side of the film, and is closest to the outermost surface side. The layer thickness ratio λa / λb is 1.5 or more and 10 or less.

このような本発明の被覆膜は、基材上の全面を被覆する態様を含むとともに、部分的に被覆膜が形成されていない態様をも含み、さらにまた部分的に被覆膜の一部の積層態様が異なっているような態様をも含む。また、本発明の被覆膜は、その全体の膜厚が0.5μm以上20μm以下であることが好ましい。0.5μm未満であると耐摩耗性に劣る場合があり、20μmを超えると被覆膜に残存する圧縮応力に耐え切れず被覆膜が自己破壊する場合がある。このような被覆膜の特に好ましい膜厚は2μm以上15μm以下である。   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 0.5 micrometer or more and 20 micrometers or less of the whole film thickness. If the thickness is less than 0.5 μm, the wear resistance may be inferior, and if it exceeds 20 μm, the coating film may not withstand the compressive stress remaining in the coating film, and the coating film may self-destruct. A particularly preferable film thickness of such a coating film is 2 μm or more and 15 μm or less.

以下、このような被覆膜についてさらに詳細に説明する。
<A層>
被覆膜を構成するA層は、MoNz(ただし式中zは0.01≦z≦0.2)で表されるMoとNとの固溶体、Mo2N、MoNまたはこれらの混合体であることを特徴とする。このようなA層は潤滑性、耐溶着性に優れるため、被削材の加工品位の向上や、高速、ドライ加工時の刃先温度低下に効果的である。なお、上記においてMoNz(ただし式中zは0.01≦z≦0.2)で表されるMoとNとの固溶体とは、置換型固溶体または侵入型固溶体のいずれであってもよい。また、Mo2NおよびMoNとは、それぞれMoとNとで構成される結晶を示し、MoとNの比は2:1および1:1の場合のみに限られるものではなく、これらの原子比から多少外れた比率のものであってもよいし、酸素等の不純物元素をさらに含むものであってもよく、従来公知の原子比を全て含むものであり、両者の原子比は特に限定されない。
Hereinafter, such a coating film will be described in more detail.
<A layer>
The A layer constituting the coating film is a solid solution of Mo and N represented by MoN z (wherein z is 0.01 ≦ z ≦ 0.2), Mo 2 N, MoN or a mixture thereof. It is characterized by being. Since such A layer is excellent in lubricity and welding resistance, it is effective in improving the work quality of the work material and reducing the cutting edge temperature during high speed and dry processing. In the above, the solid solution of Mo and N represented by MoN z (wherein z is 0.01 ≦ z ≦ 0.2) may be either a substitutional solid solution or an interstitial solid solution. Mo 2 N and MoN are crystals composed of Mo and N, respectively, and the ratio of Mo to N is not limited to 2: 1 and 1: 1, but the atomic ratio of these elements is not limited. The ratio may be slightly deviated from the above, or may further include an impurity element such as oxygen, and includes all conventionally known atomic ratios, and the atomic ratio between them is not particularly limited.

<B層>
上記のA層とともに被覆膜を構成するB層は、Ti1-x-yAlxSiyN(ただし式中xは0.3≦x≦0.7、式中yは0.01≦y≦0.25)であることを特徴とする。このようなB層は耐摩耗性と靭性とのバランスに優れるが、さらなる高速、ドライ加工へ対応するためにはそれ単体では限界があるため、本発明においては上記のA層と積層されるものである。ここで、上記xは0.4≦x≦0.65であることがさらに好ましく、この場合耐摩耗性と耐酸化性と靭性とのバランスが一層良好なものとなる。上記式中、xが0.3未満では、耐摩耗性が著しく低下する結果となり、xが0.7を超えても耐摩耗性が著しく低下する結果となる。
<B layer>
The B layer constituting the coating film together with the A layer is Ti 1-xy Al x Si y N (wherein x is 0.3 ≦ x ≦ 0.7 and y is 0.01 ≦ y ≦ 0.25). Such a B layer is excellent in the balance between wear resistance and toughness, but in order to cope with higher speed and dry processing, there is a limit in itself, so in the present invention, it is laminated with the above A layer. It is. Here, x is more preferably 0.4 ≦ x ≦ 0.65. In this case, the balance of wear resistance, oxidation resistance and toughness is further improved. In the above formula, when x is less than 0.3, the wear resistance is remarkably lowered, and even when x exceeds 0.7, the wear resistance is remarkably lowered.

また、上記yは0.02≦y≦0.15であることがより好ましく、この場合耐摩耗性、靭性、および圧縮残留応力のバランスが良好なものとなる。上記式中、yが0.01未満であると、Si添加による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、yが0.25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とともに、被覆膜の圧縮残留応力が大きくなることにより、工具刃先で被覆膜が剥離しやすくなるため好ましくない。   The y is more preferably 0.02 ≦ y ≦ 0.15. In this case, the balance of wear resistance, toughness, and compressive residual stress is good. In the above formula, if y is less than 0.01, the effect of improving the oxidation resistance and hardness due to Si addition cannot be sufficiently obtained. If y exceeds 0.25, the hardness of the coating film is It is not preferable because the coating film is easily peeled off by the tool blade edge due to a significant decrease in wear resistance and an increase in the compressive residual stress of the coating film.

なお、Ti1-x-yAlxSiyNという表記において、「Ti1-xAlxSiy」と「N」との比は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。 In the notation of Ti 1-xy Al x Si y N, the ratio of “Ti 1-x Al x Si y ” to “N” is not limited to 1: 1 but can be a composition ratio. All the ratios can be included, and the ratio between the two is not particularly limited.

<被覆膜の積層構造>
本発明の被覆膜は、上記のA層と上記のB層とが交互に各々2層以上積層されていることを基本とする。これは、潤滑性、耐溶着性に優れるA層と、耐摩耗性と靭性とに優れるB層とを交互に積層させることにより、これらの両層が有するそれぞれの特性を享受することを期待したものである。しかし、これら両層を均一な層厚で単純に積層させただけでは両層が有する特性を両立させることはできず、特に耐摩耗性が不十分なものとなる。
<Laminated structure of coating film>
The coating film of the present invention is based on the fact that two or more layers of the A layer and the B layer are alternately laminated. This was expected to enjoy the respective characteristics of both layers by alternately laminating the A layer with excellent lubricity and welding resistance and the B layer with excellent wear resistance and toughness. Is. However, by simply laminating these two layers with a uniform layer thickness, the properties of both layers cannot be made compatible, and the wear resistance is particularly insufficient.

そこで、本発明は、種々の検討を重ねた結果、該A層の層厚をλaとし、該B層の層厚をλbとする場合、その層厚比λa/λbが基材側から被覆膜の最表面側にかけて増大する場合において、上記両層の特性が両立される傾向が示され、特に基材に最も近いA層とB層の層厚比λa/λbを0.1以上0.7以下とし、最表面側に最も近いA層とB層の層厚比λa/λbを1.5以上10以下とした場合に、両層の特性が何等損ねられることなく十分に発揮されることを見出し、本発明を完成させたものである。すなわち、本発明の被覆膜は、高速、ドライ加工における工具寿命を著しく改善することに成功したものである。   Accordingly, as a result of various investigations, the present invention has shown that when the layer thickness of the A layer is λa and the layer thickness of the B layer is λb, the layer thickness ratio λa / λb is coated from the substrate side. In the case of increasing toward the outermost surface side of the film, there is a tendency that the characteristics of the two layers are compatible, and the layer thickness ratio λa / λb between the A layer and the B layer closest to the substrate is 0.1 or more and 0.00. When the layer thickness ratio λa / λb between the A layer and the B layer closest to the outermost surface side is 1.5 or more and 10 or less, the characteristics of both layers are sufficiently exhibited without any loss. And the present invention has been completed. That is, the coating film of the present invention has succeeded in remarkably improving the tool life in high speed and dry processing.

このように、基材側においてB層を厚くすることにより、特に耐摩耗性と耐酸化性と靭性とのバランスが優れたものとなる。基材に最も近いA層とB層の層厚比λa/λbが0.1未満の場合、後述の物理的蒸着法による成膜が困難となり、0.7を超えると耐摩耗性が低下したり靭性が低下し切削中に被覆膜が破壊する結果となる。基材に最も近いA層とB層の層厚比λa/λbは、さらに好ましくは0.2以上0.5以下である。   Thus, by thickening the B layer on the base material side, the balance among wear resistance, oxidation resistance and toughness is particularly excellent. When the layer thickness ratio λa / λb of the A layer and B layer closest to the substrate is less than 0.1, film formation by the physical vapor deposition method described later becomes difficult, and when it exceeds 0.7, the wear resistance decreases. As a result, the toughness decreases and the coating film breaks during cutting. The layer thickness ratio λa / λb between the A layer and the B layer closest to the substrate is more preferably 0.2 or more and 0.5 or less.

一方、最表面側ではA層を厚くすることにより、特に潤滑効果による刃先温度の低下や被削材の加工品位が向上することになる。最表面側に最も近いA層とB層の層厚比λa/λbが1.5未満の場合、A層による潤滑効果や耐溶着性の改善効果が発揮できない結果となり、10を超えると耐摩耗性や靭性が低下する結果となる。最表面側に最も近いA層とB層の層厚比λa/λbは、さらに好ましくは2以上5以下である。   On the other hand, by increasing the thickness of the A layer on the outermost surface side, the cutting edge temperature is lowered due to the lubrication effect and the work quality of the work material is improved. If the layer thickness ratio λa / λb of the A layer and B layer closest to the outermost surface side is less than 1.5, the effect of improving the lubrication effect and welding resistance by the A layer cannot be exhibited. As a result, the properties and toughness are reduced. The layer thickness ratio λa / λb of the A layer and B layer closest to the outermost surface side is more preferably 2 or more and 5 or less.

ここで、A層の層厚λaおよびB層の層厚λbはそれぞれ2nm以上1000nm以下であり、より好ましくは5nm以上100nm以下である。これらの層厚が2nm未満の場合、後述のように成膜装置の基材をセットする回転テーブルの回転数が非常に早くなり、装置スペック上成膜が困難となり、1000nmを超えると層厚が厚すぎるため、A層とB層とを組合せる効果が低減する。   Here, the layer thickness λa of the A layer and the layer thickness λb of the B layer are each 2 nm to 1000 nm, more preferably 5 nm to 100 nm. When these layer 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 becomes very fast as described later, making film formation difficult due to the apparatus specifications. Since it is too thick, the effect of combining the A layer and the B layer is reduced.

また、「基材に最も近いA層とB層」とは、図1や図3に示したようにB層103が基材101と接する(後述の中間層が形成される場合は中間層に接する)ようにしてもよいし、図2や図4に示したようにA層102が基材101に接するようにしてもよい。また、「最表面側に最も近いA層とB層」とは、図1および図4に示すようにA層102が最表面を構成するものであってもよいし、図2および図3に示すようにB層103が最表面を構成するものであってもよい。このように、A層102とB層103の積層順序は、これら両層が交互に積層される限り、基材101上にどちらの層を形成させて積層を開始してもよいし、最表面層としてどちらの層を形成させてその積層を終えてもよい。なお、図1〜図4における点線部分は積層が繰り返されていることを示すものであるが、本発明の積層態様の最少積層数はA層102、B層103がともに2層ずつである計4層の場合である。   Further, “A layer and B layer closest to the base material” means that the B layer 103 is in contact with the base material 101 as shown in FIGS. 1 and 3 (if an intermediate layer described later is formed, The layer A 102 may be in contact with the substrate 101 as shown in FIGS. The “A layer and B layer closest to the outermost surface side” may be those in which the A layer 102 constitutes the outermost surface as shown in FIG. 1 and FIG. As shown, the B layer 103 may constitute the outermost surface. As described above, the stacking order of the A layer 102 and the B layer 103 is such that either layer may be formed on the substrate 101 and the stacking may be started as long as these layers are alternately stacked. Either layer may be formed as a layer and the lamination may be finished. 1 to 4 indicate that the stacking is repeated, the minimum number of stacks in the stacking mode of the present invention is that the A layer 102 and the B layer 103 are both two layers. This is the case of four layers.

一方、基材側から被覆膜の最表面側にかけての層厚比λa/λbの増大の態様は、たとえばその概念を模式的に示すと図5に示すように「連続的」に増大するものであってもよいし、図6に示すように「段階的」に増大するものであってもよい。また、「段階的」に形成した場合、その段差(すなわち層厚比λa/λbの差)は図6に示したように一定でなくても良く、いずれにせよ基材側と最表面側の層厚比λa/λbが上述のように異なっていることが重要である。   On the other hand, the aspect of increasing the layer thickness ratio λa / λb from the base material side to the outermost surface side of the coating film increases, for example, as shown in FIG. Alternatively, it may increase “stepwise” as shown in FIG. Further, when formed in a “stepwise” manner, the level difference (that is, the difference between the layer thickness ratios λa / λb) does not have to be constant as shown in FIG. It is important that the layer thickness ratio λa / λb is different as described above.

<中間層>
本発明の表面被覆切削工具は、上記基材と上記被覆膜との間にさらに中間層を備え、該中間層は、0.1μm以上1μm以下の層厚を有し、かつTiN、CrN、Ti、およびCrからなる群より選ばれる少なくとも1種で構成されることが好ましい。
<Intermediate layer>
The surface-coated cutting tool of the present invention further includes an intermediate layer between the substrate and the coating film, the intermediate layer has a layer thickness of 0.1 μm or more and 1 μm or less, and TiN, CrN, It is preferably composed of at least one selected from the group consisting of Ti and Cr.

このような中間層は、基材表面と上記被覆膜との両者に対して密着性がよいので、基材と被覆膜との密着性を向上させることができる。よって、被覆膜が基材から剥がれることなく切削工具寿命をさらに向上させることができる。このような中間層の厚みが0.1μm未満では密着強度の向上が見られず、逆に1μmを超えても密着強度の更なる向上は見られない。このような中間層のさらに好ましい厚みは、0.2μm以上0.5μm以下である。   Since such an intermediate layer has good adhesion to both the substrate surface and the coating film, the adhesion between the substrate and the coating film can be improved. Therefore, the cutting tool life can be further improved without the coating film being peeled off from the substrate. If the thickness of such an intermediate layer is less than 0.1 μm, the adhesion strength is not improved, and conversely if it exceeds 1 μm, the adhesion strength is not further improved. A more preferable thickness of such an intermediate layer is not less than 0.2 μm and not more than 0.5 μm.

<製造方法>
本発明の被覆膜は、物理的蒸着法(PVD法)により形成されることが好ましい。これは、本発明の被覆膜を基材表面に成膜するためには結晶性の高い化合物を形成することができる成膜プロセスであることが不可欠であり、種々の成膜方法を検討した結果、物理的蒸着法を用いることが最適であることが見出されたからである。物理的蒸着法には、たとえばスパッタリング法、イオンプレーティング法などがあるが、特に原料元素のイオン率が高いカソードアークイオンプレーティング法もしくはスパッタリング法を用いると、被覆膜を形成する前に基材表面に対して金属またはガスイオンボンバードメント処理が可能となるため、被覆膜と基材の密着性が格段に向上するので好ましい。
<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. However, when using cathode arc ion plating method or sputtering method, in which the ion ratio of the raw material elements is particularly high, the base layer is formed before the coating film is formed. Since the metal or gas ion bombardment treatment can be performed on the material surface, the adhesion between the coating film and the substrate is remarkably improved, which is preferable.

したがって、本発明の被覆膜は次のようにして形成することが好ましい。まず、物理的蒸着法の一種であるカソードアークイオンプレーティング法を採用する場合について説明する。図7は、カソードアークイオンプレーティング法に用いられるアークイオンプレーティング装置200の概略図である。対向する蒸発源201と202において、蒸発源201にはA層用のMoターゲットをセットし、蒸発源202にはB層用のTiAlSi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 as follows. First, the case where the cathode arc ion plating method which is a kind of physical vapor deposition method is adopted will be described. FIG. 7 is a schematic diagram of an arc ion plating apparatus 200 used in the cathode arc ion plating method. In the opposing evaporation sources 201 and 202, a Mo target for the A layer is set in the evaporation source 201, and a TiAlSi 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.

なお、蒸発源201にMoターゲットをセットした場合、成膜時に装置内に導入する窒素ガスの量を調整することにより、A層の組成をMoNz(ただし式中zは0.01≦z≦0.2)で表されるMoとNとの固溶体、Mo2N、MoNまたはこれらの混合体のいずれかの組成に調整することができる。すなわち、窒素ガスの導入量を増やすにしたがい、MoNz、MoNzとMo2Nとの混合体、Mo2N、Mo2NとMoNとの混合体、MoNの順に、Moの原子比に対しNの原子比が高くなるようにA層の組成を適宜調整することができる。 When a Mo target is set in the evaporation source 201, the composition of the A layer is changed to MoN z (where z is 0.01 ≦ z ≦) by adjusting the amount of nitrogen gas introduced into the apparatus during film formation. 0.2) and can be adjusted to any composition of a solid solution of Mo and N, Mo 2 N, MoN, or a mixture thereof. That is, in accordance with increasing the introduction amount of nitrogen gas, MoN z, mixture of MoN z and Mo 2 N, Mo 2 N, mixture of Mo 2 N and MoN, in the order of MoN, to the atomic ratio of Mo The composition of the A layer can be adjusted as appropriate so that the atomic ratio of N is high.

そして、装置内が真空となるように排気し、Arガスによるスパッタクリーニング(ボンバード)を行なった後、回転テーブル204を3rpmで回転させ、蒸発源201および202をアーク放電させ各ターゲットをイオン化させる。同時に反応ガスである窒素をガス導入口205より導入し、基材210表面に各窒化物(すなわちA層およびB層)を成膜させる。   Then, after evacuating the inside of the apparatus to a vacuum and performing sputter cleaning (bombarding) with Ar gas, the rotary table 204 is rotated at 3 rpm, and the evaporation sources 201 and 202 are arced to ionize each target. At the same time, nitrogen, which is a reactive gas, is introduced from the gas inlet 205, and each nitride (that is, the A layer and the B layer) is 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MoNz(ただし式中zは0.01≦z≦0.2)で表されるMoとNとの固溶体、Mo2N、MoNまたはこれらの混合体からなるA層が積層され、蒸発源202の前を基材210が通過するときにTi1-x-yAlxSiyNからなるB層が成膜され、このように回転テーブル204が回転するのにしたがいA層とB層とを順次交互に積層させることができる。なお、A層は積層中の各層ごとにその組成が異なるものであってもよい。 That is, when the substrate 210 passes in front of the evaporation source 201, a solid solution of Mo and N represented by MoN z (where z is 0.01 ≦ z ≦ 0.2), Mo 2 N, MoN Alternatively, an A layer made of a mixture of these is laminated, and a B layer made of Ti 1-xy Al x Si y N is formed when the substrate 210 passes in front of the evaporation source 202, and thus the turntable As layer 204 rotates, the A layer and the B layer can be alternately stacked. Note that the composition of the layer A may be different for each layer in the stack.

ここで、蒸発源202にセットされるターゲットの組成(TiとAlとSiとの比)によりB層を構成するTi1-x-yAlxSiyNのxおよびyを決定することができる。また、成膜開始直後はたとえば蒸発源201のアーク電流を70Aとし、蒸発源202のアーク電流を150Aにするというように、蒸発源201のアーク電流値を蒸発源202のアーク電流値より小さくすることによって、基材側におけるA層とB層の層厚比λa/λbを最表面側に比し小さくすることができる。すなわち、基材に最も近いA層とB層の層厚比λa/λbを0.1以上0.7以下という関係を満たすように設定することができる。 Here, x and y of Ti 1-xy Al x Si y N constituting the B layer can be determined by the composition of the target set in the evaporation source 202 (ratio of Ti, Al, and Si). Immediately after the start of film formation, the arc current value of the evaporation source 201 is made smaller than the arc current value of the evaporation source 202, for example, the arc current of the evaporation source 201 is set to 70A and the arc current of the evaporation source 202 is set to 150A. Accordingly, the layer thickness ratio λa / λb of the A layer and the B layer on the substrate side can be made smaller than that on the outermost surface side. That is, the layer thickness ratio λa / λb between the A layer and the B layer closest to the substrate can be set to satisfy the relationship of 0.1 or more and 0.7 or less.

一方、成膜継続中において、連続的または段階的に蒸発源201のアーク電流値を大きくし、蒸発源202のアーク電流値を小さくすることにより、層厚比λa/λbを基材側から被覆膜の最表面側にかけて増大させることができる。この場合、電流値の変化を連続的なものとすれば図5に示すように層厚比λa/λbは連続的に増大し、電流値の変化を段階的なものとすれば図6に示すように層厚比λa/λbは段階的に増大することになる。   On the other hand, during film formation, by increasing the arc current value of the evaporation source 201 continuously or stepwise and decreasing the arc current value of the evaporation source 202, the layer thickness ratio λa / λb is controlled from the substrate side. It can be increased toward the outermost surface side of the covering film. In this case, if the change in current value is continuous, the layer thickness ratio λa / λb increases continuously as shown in FIG. 5, and if the change in current value is made stepwise, it is shown in FIG. Thus, the layer thickness ratio λa / λb increases stepwise.

そして、成膜終了直前の蒸発源201のアーク電流を150Aとし、蒸発源202のアーク電流を70Aにするというように、蒸発源201のアーク電流値を蒸発源202のアーク電流値より大きくすることによって、最表面側に最も近いA層とB層の層厚比λa/λbを1.5以上10以下という関係を満たすように設定することができる。   Then, the arc current value of the evaporation source 201 is made larger than the arc current value of the evaporation source 202 so that the arc current of the evaporation source 201 immediately before the film formation is 150 A and the arc current of the evaporation source 202 is 70 A. Thus, the layer thickness ratio λa / λb between the A layer and the B layer closest to the outermost surface side can be set to satisfy the relationship of 1.5 or more and 10 or less.

なお、上記の電流値の変化の態様を種々変更させることにより層厚比λa/λbの変化の態様を種々変化させることができる。たとえば、いずれか一方の電流値を一定にし他方の電流値のみを変化させると、A層またはB層のいずれか一方の層の層厚のみが相対的に変化するというような態様とすることができる。また、蒸発源202のアーク電流値を小さくする代わりに、蒸発源201の増大幅よりは小さくなるような増大幅で増大させることにより、B層の層厚を被覆膜の最表面側にかけて厚くするようにしながらその層厚比λa/λbを増大させることが可能となる。   In addition, the aspect of change of the layer thickness ratio λa / λb can be changed variously by changing the aspect of change of the current value. For example, when either one of the current values is made constant and only the other current value is changed, only the layer thickness of either the A layer or the B layer may be relatively changed. it can. Also, instead of reducing the arc current value of the evaporation source 202, the thickness of the B layer is increased toward the outermost surface side of the coating film by increasing it with an increase width that is smaller than the increase width of the evaporation source 201. Thus, the layer thickness ratio λa / λb can be increased.

以上、回転テーブル204の回転数、アーク電流値により各層の層厚は制御可能である。なお、A層およびB層の各層厚が2nm未満では回転テーブルの回転数が非常に早くなり、装置スペック上成膜が困難となる。また、各層厚が1000nmを超えると層厚が厚すぎることにより、A層とB層とを組合せる効果が低減するため好ましくない。   As described above, the layer thickness of each layer can be controlled by the rotation number of the turntable 204 and the arc current value. If the thickness of each of the A layer and the B layer is less than 2 nm, the number of rotations of the turntable becomes very fast, and film formation becomes difficult due to device specifications. Moreover, when each layer thickness exceeds 1000 nm, since the effect of combining A layer and B layer reduces because the layer thickness is too thick, it is not preferable.

なお、アークイオンプレーティング装置200は、蒸発源203を有することができ、中間層を形成する場合は中間層用のターゲットをセットすることができる。また、該装置には、複数のヒータ206が備えられている。   In addition, the arc ion plating apparatus 200 can have the evaporation source 203, and when forming an intermediate layer, a target for the intermediate layer can be set. Further, the apparatus is provided with a plurality of heaters 206.

一方、本発明の被覆膜の形成方法としてスパッタリング法を採用する場合は、次のようになる。なお、スパッタリング法を用いると、層厚比λa/λbの値の制御範囲が広く、また被覆膜の面粗度が改善されて被削材の加工品位が上がるという効果が期待できる。   On the other hand, when the sputtering method is employed as the method for forming the coating film of the present invention, the method is as follows. When the sputtering method is used, the control range of the layer thickness ratio λa / λb can be widened, and the surface roughness of the coating film can be improved to improve the work quality of the work material.

まず、スパッタリング法を採用する場合の装置としては、図7のアークイオンプレーティング装置において、蒸発源201および202にアーク蒸発源の代わりにスパッタ蒸発源を用いたスパッタリング装置を用いれば良い。そして、蒸発源201および202(スパッタ蒸発源)に投入する電力値(パルスDCスパッタ電力)を上記のアークイオンプレーティング法の場合のアーク電流値と同様にして変化させることにより、層厚比λa/λbの値を変化させることができる。   First, as an apparatus in the case of employing the sputtering method, in the arc ion plating apparatus of FIG. 7, a sputtering apparatus using a sputtering evaporation source instead of the arc evaporation source may be used as the evaporation sources 201 and 202. Then, by changing the power value (pulse DC sputtering power) to be supplied to the evaporation sources 201 and 202 (sputter evaporation source) in the same manner as the arc current value in the case of the arc ion plating method, the layer thickness ratio λa The value of / λb can be changed.

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.

図7のようなアークイオンプレーティング装置およびスパッタリング装置を用い、各層形成用のターゲットを蒸発源にセットし、基材温度450℃にて基材上に被覆膜(および中間層を形成するものは基材と被覆膜との間に中間層)を成膜した。   Using an arc ion plating apparatus and a sputtering apparatus as shown in FIG. 7, a target for forming each layer is set in an evaporation source, and a coating film (and an intermediate layer are formed on the substrate at a substrate temperature of 450 ° C. Formed an intermediate layer between the substrate and the coating film.

基材としては、超硬合金製エンドミル(φ10mm、6枚刃)、超硬合金製ドリル(φ8mm)、P20相当超硬合金製旋削加工用刃先交換型切削チップ(形状:CNMG120408N)の3種類を準備し、それぞれに表1に示した実施例1〜23および比較例1〜8の被覆膜を成膜した。   There are three types of base materials: cemented carbide end mills (φ10mm, 6 blades), cemented carbide drills (φ8mm), and P20 equivalent cemented carbide turning edge cutting type cutting tips (shape: CNMG120408N). The coating films of Examples 1 to 23 and Comparative Examples 1 to 8 shown in Table 1 were prepared.

Figure 0005483071
Figure 0005483071

表1中、「成膜方法」の欄の「IP」はカソードアークイオンプレーティング法(成膜装置:アークイオンプレーティング装置)により成膜したことを示し、「SP」はスパッタリング法(成膜装置:スパッタリング装置)により成膜したことを示す。「中間層」の欄が空欄のものは中間層が形成されていないことを示し、それ以外のものは「組成」の欄に記載した組成の中間層が「層厚」の欄に示した層厚で形成されていることを示す。被覆膜は、「組成」の欄に記載した「A層」および「B層」を積層させて構成し、たとえば実施例7の組成のA層の欄に示した「Mo2N+MoN」は、A層の組成がMo2NとMoNとの混合体であることを意味し、実施例14の組成のA層の欄に示した「MoN0.01」のようにMoNz(ただし式中zは0.01≦z≦0.2)で表されるものは、MoとNとの固溶体であることを意味する。また、「基材側」および「最表面側」の欄に基材側および最表面側のA層の層厚(λa)、B層の層厚(λb)、および層厚比λa/λbを示した。なお、この層厚比λa/λbは、基材側から被覆膜の最表面側にかけて増大するものである。また、「層厚比の変化の態様」の欄にその被覆膜の層厚比λa/λbの変化の態様が「連続的」であるか、「段階的」であるかを示した。「全体膜厚」の欄は、被覆膜の膜厚を示している。 In Table 1, “IP” in the column of “Film formation method” indicates that the film was formed by the cathode arc ion plating method (film formation apparatus: arc ion plating apparatus), and “SP” represents the sputtering method (film formation). (Apparatus: Sputtering apparatus) shows that the film was formed. A blank in the “intermediate layer” column indicates that no intermediate layer is formed, and other layers are those in which the intermediate layer having the composition described in the “composition” column is indicated in the “layer thickness” column. It shows that it is formed with thickness. The coating film is formed by laminating “A layer” and “B layer” described in the “Composition” column. For example, “Mo 2 N + MoN” shown in the A layer column of the composition of Example 7 is: It means that the composition of the A layer is a mixture of Mo 2 N and MoN, and MoN z (wherein z is 0), such as “MoN 0.01 ” shown in the column of the A layer of the composition of Example 14. .01 ≦ z ≦ 0.2) means a solid solution of Mo and N. Further, in the columns “base material side” and “outermost surface side”, the layer thickness (λa) of the base material side and the outermost surface side, the layer thickness (λb) of the B layer, and the layer thickness ratio λa / λb are set. Indicated. The layer thickness ratio λa / λb increases from the base material side to the outermost surface side of the coating film. Also, the column “Mode of change in layer thickness ratio” indicates whether the mode of change in the layer thickness ratio λa / λb of the coating film is “continuous” or “stepwise”. The column “total film thickness” indicates the film thickness of the coating film.

たとえば、実施例1は、図7のアークイオンプレーティング装置を用い、蒸発源201、蒸発源202のターゲット材料にMo、Ti0.45Al0.45Si0.1をそれぞれ用いて被覆膜を形成したとともに、中間層用に蒸発源203のターゲット材料にTiを用いて中間層を形成した表面被覆切削工具に関するものである。 For example, Example 1 uses the arc ion plating apparatus of FIG. 7 to form a coating film using Mo and Ti 0.45 Al 0.45 Si 0.1 as target materials of the evaporation source 201 and the evaporation source 202, respectively, The present invention relates to a surface-coated cutting tool in which an intermediate layer is formed using Ti as a target material of an evaporation source 203 for a layer.

まず、Arガスを導入してチャンバー内の圧力を3.0Paに保持しDCバイアス電圧を徐々に上げながら−1000Vとし基材表面のクリーニング(ボンバード)を15分間行なった。その後アルゴンガスを排気した。これにより、Arイオンが基材表面をスパッタクリーニングし強固な汚れや酸化膜が除去された。   First, Ar gas was introduced, the pressure in the chamber was maintained at 3.0 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.

次に中間層としてTiNを成膜した。チャンバー内の圧力が3PaになるようにN2ガスを導入し基材DCバイアス電圧を−50Vとした。Tiターゲットをアーク電流150Aとしてイオン化しN2ガスと反応させて基材直上にTiNからなる中間層を成膜した。 Next, TiN was deposited as an intermediate layer. N 2 gas was introduced so that the pressure in the chamber was 3 Pa, and the substrate DC bias voltage was set to −50V. The Ti target was ionized with an arc current of 150 A and reacted with N 2 gas to form an intermediate layer made of TiN directly on the substrate.

次いで、A層およびB層を成膜した(すなわち被覆膜を形成した)。チャンバー内の圧力が3PaになるようにN2ガスを導入し基材DCバイアス電圧を−50Vとした。Moターゲットをアーク電流80A、Ti0.45Al0.45Si0.1ターゲットをアーク電流200Aとしてイオン化し、N2ガスと反応させてTiNからなる中間層上にMoNからなるA層とTi0.45Al0.45Si0.1NからなるB層とを、層厚比λa/λbが0.40となるように成膜した。 Next, an A layer and a B layer were formed (that is, a coating film was formed). N 2 gas was introduced so that the pressure in the chamber was 3 Pa, and the substrate DC bias voltage was set to −50V. The Mo target is ionized with an arc current of 80 A and a Ti 0.45 Al 0.45 Si 0.1 target with an arc current of 200 A and reacted with N 2 gas to react with N 2 gas on the intermediate layer of TiN and from the A layer of MoN and Ti 0.45 Al 0.45 Si 0.1 N. The B layer was formed so that the layer thickness ratio λa / λb was 0.40.

その後、連続的にアーク電流を変化させ、成膜終了直前においてMoターゲットをアーク電流180A、Ti0.45Al0.45Si0.1ターゲットをアーク電流60Aとし、最表面側の層厚比λa/λbが3.00となるように成膜することにより、本発明の表面被覆切削工具を製造した。なお、A層とB層の積層数は、それぞれ346層であった。 Thereafter, the arc current is continuously changed, and immediately before the film formation is completed, the Mo target is set to an arc current of 180 A, the Ti 0.45 Al 0.45 Si 0.1 target is set to an arc current of 60 A, and the layer thickness ratio λa / λb on the outermost surface side is 3.00. The surface-coated cutting tool of the present invention was manufactured by forming a film so that The number of layers of the A layer and the B layer was 346 layers.

一方、実施例2は、アンバランスドマグネトロンスパッタ装置(すなわちスパッタリング法)を用い、蒸発源201、蒸発源202のターゲット材料にMo、Ti0.45Al0.45Si0.1をそれぞれ用いて被覆膜を形成したとともに、中間層用に蒸発源203のターゲット材料にCrを用いて中間層を形成した表面被覆切削工具に関するものである。 On the other hand, in Example 2, an unbalanced magnetron sputtering apparatus (that is, sputtering method) was used, and a coating film was formed using Mo and Ti 0.45 Al 0.45 Si 0.1 as target materials of the evaporation source 201 and the evaporation source 202, respectively. In addition, the present invention relates to a surface-coated cutting tool in which an intermediate layer is formed using Cr as a target material of the evaporation source 203 for the intermediate layer.

まず、Arガスを導入してチャンバー内の圧力を3.0Paに保持しDCバイアス電圧を徐々に上げながら−1000Vとすることにより、基材表面のクリーニング(ボンバード)を15分間行なった。その後アルゴンガスを排気した。   First, Ar gas was introduced, the pressure in the chamber was maintained at 3.0 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.

次に中間層としてCrNを成膜した。チャンバー内の圧力が0.6PaになるようにArガスとN2ガスを1:1の流量比で導入し、基材パルスDCバイアス電圧を−90Vとした。CrターゲットをパルスDCスパッタ電力2000Wとしてイオン化しN2ガスと反応させて基材直上にCrNからなる中間層を成膜した。 Next, CrN was deposited as an intermediate layer. Ar gas and N 2 gas were introduced at a flow rate ratio of 1: 1 so that the pressure in the chamber was 0.6 Pa, and the base pulse DC bias voltage was −90V. The Cr target was ionized with a pulse DC sputtering power of 2000 W and reacted with N 2 gas to form an intermediate layer made of CrN directly on the substrate.

次いで、A層およびB層を成膜した。チャンバー内の圧力が0.6PaになるようにArガスとN2ガスを1:1の流量比で導入し、基材パルスDCバイアス電圧を−90Vとした。MoターゲットをパルスDCスパッタ電力600W、Ti0.45Al0.45Si0.1ターゲットをパルスDCスパッタ電力2000Wとしてイオン化し、N2ガスと反応させて、CrNからなる中間層上にMo2NからなるA層とTi0.45Al0.45Si0.1NからなるB層を、層厚比λa/λbが0.30となるように成膜した。 Next, an A layer and a B layer were formed. Ar gas and N 2 gas were introduced at a flow rate ratio of 1: 1 so that the pressure in the chamber was 0.6 Pa, and the base pulse DC bias voltage was −90V. The Mo target is ionized with a pulse DC sputter power of 600 W and the Ti 0.45 Al 0.45 Si 0.1 target is pulsed with DC sputter power of 2000 W, reacted with N 2 gas, and an A layer made of Mo 2 N and Ti on an intermediate layer made of CrN. A B layer made of 0.45 Al 0.45 Si 0.1 N was formed so that the layer thickness ratio λa / λb was 0.30.

その後、段階的にパルスDCスパッタ電力を変化させ、成膜終了直前においてMoターゲットをパルスDCスパッタ電力3200W、Ti0.45Al0.45Si0.1ターゲットをパルスDCスパッタ電力800Wとし、最表面側の層厚比λa/λbが4.00となるように成膜することにより、本発明の表面被覆切削工具を製造した。なお、A層とB層の積層数は、それぞれ303層であった。 Thereafter, the pulse DC sputtering power is changed stepwise, and immediately before the film formation is finished, the Mo target is set to pulse DC sputtering power 3200 W, the Ti 0.45 Al 0.45 Si 0.1 target is set to pulse DC sputtering power 800 W, and the layer thickness ratio λa on the outermost surface side is set. The surface-coated cutting tool of the present invention was manufactured by forming a film so that / λb was 4.00. The number of layers of the A layer and the B layer was 303 layers.

他の実施例および比較例の表面被覆切削工具もこれらのものと同様にして製造した。このようにして得られた表面被覆切削工具(すなわち表面被覆エンドミル、表面被覆ドリル、表面被覆旋削加工用刃先交換型切削チップ)について次に示す切削条件にて評価を行なった。その切削評価の結果を表2に示す。   The surface-coated cutting tools of other examples and comparative examples were produced in the same manner. The surface-coated cutting tool thus obtained (namely, a surface-coated end mill, a surface-coated drill, and a surface-coated turning edge cutting-type cutting tip) was evaluated under the following cutting conditions. The results of the cutting evaluation are shown in Table 2.

(1)エンドミル評価
表面被覆エンドミルを用いて行なった。すなわち、エンドミル切削条件は基材として上記の通り6枚刃、外径10mmの超硬合金製エンドミルを用い、被削材はSKD11(HRC61)とし、側面切削をダウンカットで切削速度=200m/min、送り量=0.025mm/刃、切込み量a=10mm、a=0.6mm、エアーブローで行なった。切削長50m時点での切れ刃外周の摩耗幅を測定した。摩耗幅が少ない程、耐摩耗性に優れていることを示している。
(1) End mill evaluation It performed using the surface coating end mill. That is, the end mill cutting conditions were as follows: a cemented carbide end mill with 6 blades and an outer diameter of 10 mm was used as the base material, the work material was SKD11 (HRC61), the side cutting was downcut, and the cutting speed was 200 m / min. The feed amount was 0.025 mm / blade, the incision amount a p = 10 mm, a e = 0.6 mm, and air blow. The wear width of the outer periphery of the cutting edge at the cutting length of 50 m was measured. The smaller the wear width, the better the wear resistance.

(2)ドリル評価
表面被覆ドリルを用いて行なった。すなわち、ドリル切削条件は基材として上記の通り外径8mmの超硬合金製ドリルを用い、被削材はS50Cとし、穴加工を切削速度=80m/min、送り量=0.25mm/rev、穴深さ30mmの貫通穴、切削油なしで行なった。切削長30m時点での先端マージン部の摩耗幅を測定した。摩耗幅が少ない程、耐摩耗性に優れていることを示している。
(2) Drill evaluation A surface-coated drill was used. That is, the drill cutting conditions are as follows. A hard metal drill having an outer diameter of 8 mm is used as the base material, the work material is S50C, the drilling speed is 80 m / min, the feed rate is 0.25 mm / rev, This was performed without a through hole having a hole depth of 30 mm and without cutting oil. The wear width of the tip margin at the cutting length of 30 m was measured. The smaller the wear width, the better the wear resistance.

(3)旋削チップ評価
表面被覆旋削加工用刃先交換型切削チップを用いて行なった。旋削条件は基材として上記の通りP20相当超硬合金製旋削加工用刃先交換型切削チップ(形状:CNMG120408N)を用い、被削材はSCM435(直径350mm)とし、切削速度=300m/min、送り量=0.25mm/rev、切込み量=1.5mm、水溶性切削油で行なった。切削時間15分時点での逃げ面の摩耗幅を測定した。摩耗幅が少ない程、耐摩耗性に優れていることを示している。
(3) Turning tip evaluation It was performed using a blade-tip-exchangeable cutting tip for surface coating turning. The turning conditions were as described above, using a P20-equivalent cemented carbide cutting edge-changing cutting tip (shape: CNMG120408N) as the base material, the work material being SCM435 (diameter 350 mm), cutting speed = 300 m / min, feed Amount = 0.25 mm / rev, depth of cut = 1.5 mm, water-soluble cutting oil. 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.

Figure 0005483071
Figure 0005483071

表2より、実施例の表面被覆切削工具は、比較例の表面被覆切削工具と比較して工具寿命が著しく向上しており、高速、ドライ加工に十分対応できることがわかった。すなわち、本発明の表面被覆切削工具が、MoNの特性とTiAlSiNの特性とを兼備し、特に耐摩耗性に優れ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 and dry processing. That is, it was confirmed that the surface-coated cutting tool of the present invention has both the characteristics of MoN and the characteristics of TiAlSiN, and is particularly excellent in wear resistance.

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.

101,210 基材、102 A層、103 B層、200 アークイオンプレーティング装置、201,202,203 蒸発源、204 回転テーブル、205 ガス導入口、206 ヒータ。   101, 210 base material, 102 A layer, 103 B layer, 200 arc ion plating apparatus, 201, 202, 203 evaporation source, 204 rotary table, 205 gas inlet, 206 heater.

Claims (4)

基材とその上に形成された被覆膜と、前記基材と前記被覆膜との間に形成された中間層とを備え、
前記被覆膜は、MoNz(ただし式中zは0.01≦z≦0.2)で表されるMoとNとの固溶体、Mo2N、MoNまたはこれらの混合体からなるA層と、
Ti1-x-yAlxSiyN(ただし式中xは0.3≦x≦0.7、式中yは0.01≦y≦0.25)からなるB層とが交互に各々2層以上積層されてなり、
前記A層の層厚λaと前記B層の層厚λbとは、それぞれ2nm以上1000nm以下であり、
その層厚比λa/λbは、基材側から被覆膜の最表面側にかけて増大し、かつ基材に最も近いA層とB層の層厚比λa/λbは0.1以上0.7以下であり、最表面側に最も近いA層とB層の層厚比λa/λbは1.5以上10以下であ
前記中間層は、0.1μm以上1μm以下の層厚を有し、かつTiN、CrN、Ti、およびCrからなる群より選ばれる少なくとも1種で構成される、表面被覆切削工具。
A base material , a coating film formed thereon, and an intermediate layer formed between the base material and the coating film ,
The coating film includes a solid solution of Mo and N represented by MoN z (wherein z is 0.01 ≦ z ≦ 0.2), an A layer made of Mo 2 N, MoN, or a mixture thereof. ,
Two layers each of which alternately comprise B layers made of Ti 1-xy Al x Si y N (where x is 0.3 ≦ x ≦ 0.7 and y is 0.01 ≦ y ≦ 0.25) More than
The layer thickness λa of the A layer and the layer thickness λb of the B layer are 2 nm or more and 1000 nm or less, respectively.
The layer thickness ratio λa / λb increases from the substrate side to the outermost surface side of the coating film, and the layer thickness ratio λa / λb of the A layer and B layer closest to the substrate is 0.1 or more and 0.7 or less, the layer thickness ratio [lambda] a / [lambda] b of the closest a layer and the B layer on the outermost surface side Ri der 1.5 to 10,
The surface-coated cutting tool , wherein the intermediate layer has a layer thickness of 0.1 μm or more and 1 μm or less and is composed of at least one selected from the group consisting of TiN, CrN, Ti, and Cr .
前記被覆膜は、その全体の膜厚が0.5μm以上20μm以下である、請求項1に記載の表面被覆切削工具。 The surface-coated cutting tool according to claim 1, wherein the coating film has a total film thickness of 0.5 μm or more and 20 μm or less. 前記被覆膜は、物理的蒸着法により形成される、請求項1または2に記載の表面被覆切削工具。 The coating film is formed by physical vapor deposition, surface-coated cutting tool according to claim 1 or 2. 前記基材は、超硬合金、サーメット、高速度鋼、セラミックス、立方晶型窒化硼素焼結体、またはダイヤモンド焼結体のいずれかにより構成される、請求項1〜のいずれかに記載の表面被覆切削工具。 The substrate is cemented carbide, cermet, high-speed steel, ceramics, cubic boron nitride sintered body or formed by any of the diamond sintered body, according to any one of claims 1 to 3 Surface coated cutting tool.
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