JP5988164B2 - 立方晶窒化ほう素基焼結材料製切削工具 - Google Patents
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Description
例えば、特許文献1に示すように、硬質相としてのcBNを20〜80体積%含有し、残部が、周期律表の4a、5a、6aの炭化物、窒化物、ほう化物等のセラミックス化合物を結合相としたcBN工具が知られている。
しかし、前記従来のcBN工具、複合高密度相BN焼結体工具においては、高硬度鋼等の断続切削加工の様に切れ刃に高負荷が作用する切削条件では、cBN粒子と結合相との付着強度が依然として十分でなく、そのため、欠損を発生し易く、工具寿命が短命であった。
そこで、本発明は、高硬度鋼等の断続切削加工においても、すぐれた耐欠損性を示し、長期の使用にわたりすぐれた切削性能を発揮するcBN工具を提供することを目的とする。
なお、ALDとは、真空チャンバ内の基材に、原料化合物の分子を一層ごと反応させ、Arや窒素によるパージを繰り返し行うことで成膜する方法で、CVD法の一種である。
「(1)硬質相成分として立方晶窒化ほう素(cBN)粒子を含有する立方晶窒化ほう素基焼結材料製切削工具(cBN工具)において、前記立方晶窒化ほう素(cBN)粒子の内の少なくとも一部については、その表面が平均膜厚10〜100nmの酸素含有窒化アルミニウム膜(AlN(O)膜)により被覆され、前記酸素含有窒化アルミニウム膜(AlN(O)膜)中の平均酸素濃度は1〜15原子%であることを特徴とする立方晶窒化ほう素基焼結材料製切削工具(cBN工具)。
(2)前記酸素含有窒化アルミニウム膜(AlN(O)膜)には、部分的に切れ間が形成されていることを特徴とする前記(1)に記載の立方晶窒化ほう素基焼結材料製切削工具(cBN工具)。
(3)前記酸素含有窒化アルミニウム膜(AlN(O)膜)で被覆されている立方晶窒化ほう素(cBN)粒子の断面画像を観察し、立方晶窒化ほう素(cBN)粒子の表面に沿って形成されている酸素含有窒化アルミニウム膜(AlN(O)膜)の部分的切れ間の平均形成割合を求めた場合、0.02≦h/H≦0.08を満足することを特徴とする前記(2)に記載の立方晶窒化ほう素基焼結材料製切削工具(cBN工具)。
但し、hは酸素含有窒化アルミニウム膜(AlN(O)膜)の切れ間長、Hは立方晶窒化ほう素(cBN)粒子の周囲長。
(4)前記立方晶窒化ほう素粒子の平均粒径は0.5〜8μmであることを特徴とする前記(1)〜(3)の何れかに記載の立方晶窒化ほう素基焼結材料製切削工具。」
に特徴を有するものである。
cBN焼結体は、通常、硬質相成分と結合相成分からなるが、本発明のcBN工具の基材であるcBN焼結体は、硬質相成分としてAlN(O)膜あるいは部分的な切れ間を持つAlN(O)膜によって被覆されたcBN粒子を含有する。
また、cBN焼結体中の他の構成成分としては、例えば、Tiの窒化物、炭化物、炭窒化物及び硼化物、Alの窒化物及び硼化物等、cBN焼結体に通常含まれる成分が含有される。
本発明で用いるcBN粒子の平均粒径は、特に限定されるものではないが、0.5〜8μmの範囲であることが好ましい。
硬質なcBN粒子を焼結体内に含むことにより耐欠損性を高める効果に加えて、平均粒径が0.5μm〜8μmのcBN粒子を焼結体内に分散することにより、工具使用中に工具表面のcBN粒子が脱落して生じる刃先の凹凸形状を起点とするチッピングを抑制するだけでなく、工具使用中に刃先に加わる応力により生じるcBN粒子と結合相との界面から進展するクラック、あるいはcBN粒が割れて進展するクラックの伝播を焼結体中に分散したcBN粒子により抑制することにより、優れた耐欠損性を有することができる。
したがって、本発明で用いるcBN粒子の平均粒径は、0.5〜8μmの範囲とすることが好ましい。
なお、cBN焼結体に占めるcBN粒子の含有割合が50容積%未満となった場合には、工具としての耐欠損性が低下傾向を示し、一方、cBN粒子の含有割合が80容積%を超える場合には、焼結体中にクラックの起点となる空隙が生成しやすくなり、耐欠損性が低下することから、cBN焼結体に占めるcBN粒子の含有割合は、50〜80容積%とすることが好ましい。
本発明でcBN粒子表面に被覆形成されるAlN(O)膜の平均膜厚、また、部分的に切れ間が形成され、この切れ間にcBN粒子表面が露出しているAlN(O)膜の平均膜厚は、10〜100nmとすることが必要である。
AlN(O)膜の平均膜厚が10nm未満であると、被覆する効果が低減し、結果として、耐欠損性が不十分となるため好ましくない。一方、AlN(O)膜の平均膜厚が100nmを超える場合には、焼結体におけるcBN粒子表面のAlN(O)膜内の引張残留応力が大となるため、工具として使用した際に、cBN粒子表面とAlN(O)膜の界面にクラックが生じやすくなり、耐欠損性を低下させることになる。
したがって、本発明では、cBN粒子表面に被覆形成されるAlN(O)膜の平均膜厚は、10〜100nmとする。
なお、AlN(O)膜の膜厚を厚くする場合には、部分的切れ間が形成されたAlN(O)膜を形成することによって、cBN粒子表面と、AlN(O)膜との熱膨張特性差に起因する界面のクラック発生を低減することが望ましい。
cBN粒子表面を被覆するAlN(O)膜中の平均酸素濃度が1原子%未満であると、cBN粒子表面へのAlN(O)膜の付着力向上を図ることができず、一方、AlN(O)膜中の平均酸素濃度が15原子%を超えても、さらなる付着力向上効果は期待できないことから、AlN(O)膜中の平均酸素濃度は1〜15原子%とする。
なお、cBN焼結体あるいはcBN工具において、cBN粒子表面に形成されるAlN(O)膜中の平均酸素濃度は、後記するALD法によるcBN粒子作製時のcBN粒子表面に被覆する酸化アルミニウム(Al2O3)膜の膜厚と、該酸化アルミニウム(Al2O3)膜表面に被覆する窒化アルミニウム(AlN)膜の膜厚比で制御することができる。
cBN粒子表面を被覆するAlN(O)膜中の平均酸素濃度は、cBN焼結体を作製した後、その断面を研磨後、FIB(Focused Ion Beam)を用いて薄片加工し、透過型電子顕微鏡(TEM)により、透過電子像を取得する。ついで、同断面画像内におけるcBN粒子からAlN(O)膜にかけた領域のAl、Ti、O、Nの4元素について元素ライン分析を行い、この4元素の分析結果を基にした各元素の原子%を算出することによって、cBN粒子周囲のAlN(O)膜中の平均酸素濃度Yを求めることができる。
ライン分析の際の位置の細かさは観察精度の観点から、1.0nm程度で行うことが好ましい。加工する薄片の厚さは、30nm〜130nmが好ましい。30nmより薄いとハンドリングが困難であるためであり、130nmより厚いと像の解析が困難になるため好ましくない。平均酸素濃度Yを求める際、AlN(O)膜の膜厚を利用することから、観察倍率は、cBN界面とAlN(O)膜の膜全体が分かる倍率とし、倍率×80k程度が好ましい。透過電子像は、厚み方向に含まれる情報を投影する事から、研磨面に対してcBN界面が垂直になっている部位を観察することが好ましい。
より具体的に、cBN粒子周囲のAlN(O)膜中の平均酸素濃度Yの算出手順を述べると、以下のとおりである。
M = 測定数>3
C = 測定中心
Y = cBN粒子周囲のAlN(O)膜中の平均酸素濃度Y
P = 元素ライン分析する際の膜の厚み方向の位置の細かさ(測定機器での調整)
T = 元素ライン分析する部位におけるAlN(O)膜の膜厚
K = AlN(O)膜内の測定個数
W = 膜の厚み方向に対して垂直方向の測定中心からの幅
Z = cBN界面位置を0として、AlN(O)膜方向に(C−1)個の元素ライン分析より求めた酸素原子%の合計値
と定義した場合、
取得した透過電子像内でcBN界面とAlN(O)膜の膜厚全体が分かる部位において測定中心Cを決め、Al、Ti、O、Nの4元素について元素ライン分析を行い、この4元素の分析結果を基にした各元素の原子%を算出する。また、元素ライン分析を行った部分のAlN(O)膜の膜厚TCを測定する。この時、元素ライン分析する際の位置の細かさPは事前に決めておく。例えば、P=1.0nmとして測定し、図1に示すような横軸を分析位置、縦軸を酸素原子%のグラフを得る。
AlN(O)膜の膜厚TCをライン分析の位置の細かさPで割り、AlN(O)膜内の測定個数KC(=TC/P)を求める。cBN界面位置を0としてAlN(O)膜の膜厚方向のKC−1個に対応するAlN(O)膜の部分の酸素原子%をすべて足し合わせた値ZCを求める。
KC−1個とするのは、ライン分析の際の位置の細かさと膜厚によっては割り切れない値が存在するため、確実にAlN(O)膜内の酸素原子%の情報を得るためである。
AlN(O)膜内の酸素原子%の合計ZCを(KC−1)で割った値をAlN(O)膜中の平均酸素濃度YCとする。
図1より従来品(AlN膜)の平均酸素濃度は0.5原子%、本発明品の平均酸素濃度は2.9原子%となる。
測定中心Cから±Wの幅においても同様の測定を行い、Y−W、Y−W+1、・・・、Y−1、YC、Y1、・・・、YW−1、YWを求める。Y−W、Y−W+1、・・・、Y−1、YC、Y1、・・・、YW−1、YWの平均値Y1を求める。少なくとも異なる3ヶ所において平均値YMを測定し、それらY1、Y2、・・・、YMの平均値をcBN粒子周囲のAlN(O)膜中の平均酸素濃度Yとする。Wは測定中心部Cにて測定したAlN(O)膜の膜厚Tの15%〜30%が好ましい。
cBN粒子の表面を所定の酸素濃度のAlN(O)膜によって覆うことにより、cBN粒子と結合相間の付着強度を高めることができる。
ここで、cBN焼結体は、1000℃以上の高温で焼結を行い、次いで室温にまで冷却することにより作製する。よって、cBN粒子表面に被覆したAlN(O)膜には、熱膨張特性の違いから、引張残留応力が発生する。そのため、負荷が高い切削加工条件時における断続的・衝撃的負荷と前記引張残留応力との相乗作用により、cBN粒子とAlN(O)膜の界面にはクラックが発生しやすくなる。このクラックが起点となり、工具刃先のチッピングや欠損が生じる。この前記界面のクラック発生を防止するために、cBN粒子の表面を覆うAlN(O)膜には、部分的に切れ間を形成することが望ましい。
この切れ間では、cBN粒子表面がcBN焼結体の結合相成分(例えば、Tiの窒化物、炭化物、炭窒化物及び硼化物、Alの窒化物及び硼化物等)と実質的に接していることになる。
ここで、cBN粒子の表面に沿って形成されているAlN(O)膜の切れ間長をhで表し、また、cBN粒子の表面の周囲長をHで表した場合、切れ間の平均形成割合h/Hが0より大きい(即ち、切れ間が形成されている)と、cBN粒子の表面を覆うAlN(O)膜に生じる引張残留応力が低減されるため、高硬度鋼等での負荷が大きな断続切削加工条件に用いた場合、cBN粒子とAlN(O)膜の界面にクラックが発生しにくくなり、工具刃先におけるチッピングの発生、欠損の発生を抑制できる。
なお、切れ間の平均形成割合h/Hが0.02以上0.08以下の範囲であるとクラック発生抑制効果がより高くなるので望ましい。
本発明では、cBN粒子表面に被覆したAlN(O)膜に形成した切れ間長hと、cBN粒子の表面の周囲長Hとの割合は、例えば、以下の様な測定法により算出することができる。
即ち、図2に模式図で示す焼結体を作製後、焼結体の断面を研磨し、さらに、図3に示すようにFIB(Focused Ion Beam)で断面を加工し、SIM(Scanning Ion Microscopy)により、図4に示すような奥行きの異なる複数の断面画像を取得する。
図3は、FIBで焼結体を断面加工する場合の例を示し、直方体形状の焼結体の正面の一部であって、縦および横の寸法がそれぞれ20μmの正方形の領域(観察領域)について、SIM観察像を取得する。
FIB加工は、奥行き方向で200nmごとに行い、その都度前記観察領域のSIM像を取得する。これは、奥行き方向で粒全体が前記複数の断面画像に収まっているcBN粒のデータを、後の分析に必要とされる充分数、取得するためである。断面加工する長さ(奥行き)は、(使用したcBN粒子の平均粒径+1μm)以上とする。
図4は、断面加工長さ(奥行き)0〜5.0μmにおける、それぞれの奥行きにおける断面画像を示す。
上述の手順で得られた断片的かつ複数の断面画像(例えば、図5に示す断面画像)において、1つのcBN粒子の全容が分かるcBN粒子に注目する。ここで、1つのcBN粒子の全容が分かるとは、前記観察領域中に、そのcBN粒子全体像が含まれ、かつ奥行き方向で粒全体が前記複数の断面画像に収まっていることを意味する。そのcBN粒子について、cBN粒子の表面の周囲長H1と、切れ間の合計長さh1を測定し、切れ間の形成割合h1/H1を求める。さらに、少なくとも10個以上のcBN粒子について、同じく切れ間の形成割合hn/Hnを測定し、これらの平均値から、切れ間の平均形成割合h/Hの値を算出することができる。但し、cBN粒子表面にAlN(O)膜が被覆されていない場合は除く。
N = 測定するcBN粒子総数
n = 測定するcBN粒子の識別番号 ≦ N
M = cBN粒子nにおいて測定に使用する総取得画像数
m = cBN粒子nにおいて測定に使用する取得画像の識別番号 ≦ M
H = cBN粒の周囲長
h = AlN(O)膜の切れ間長
と定義した場合、
(a)まず、ある1つのcBN粒子nにおける1断面画像において長さ情報を測定する。
例えば、総取得画像数が30枚、cBN粒子の識別番号=1とする粒子が1画像目から28画像目で全容が分かり、10画像目において長さ情報を測定する場合(n=1、M=30、m=10)、
cBN粒の周囲長 = Hmn = H101 = a1+a2+a3+a4+c
AlN(O)膜の切れ間長 = hmn = h101 =a1+a2+a3+a4
となる(図6参照)。
(b)次いで、ある1つのcBN粒子nにおける切れ間の形成割合を算出する。
例えば、総取得画像数が30枚、cBN粒子の識別番号=1とする粒子が1画像目から28画像目で全容が分かり、これらから切れ間の割合を算出する場合(n=1、M=30、m=1〜28)、
cBN粒子の表面の全周平均長さHn
= [(H1n+H2n+・・・+Hmn)/M]
であるから、
H1 = [(H11+H21+・・・+ H281)/30]
となる。
また、切れ間の合計平均長さhn
= [(h1n+h2n+・・・+hmn)/M]
であるから、
h1 = [(h11+h21+・・・+h281)/30]
となる。
よって、切れ間の形成割合hn/Hnは、
hn/Hn = h1/H1
となる。
(c)次いで、切れ間の平均形成割合を算出する。
例えば、cBN粒子を15個測定する場合(N=15、n=1〜15)、
切れ間の平均形成割合[h/H]
=[((h1/H1)+(h2/H2)+・・・+(hn/Hn))/N]
である。
したがって、切れ間の平均形成割合[h/H]は、
[h/H]
=[((h1/H1)+(h2/H2)+・・・+(h15/H15))/15]
から求めることができる。
AlN(O)膜が被覆されていないcBN粒子数をq、焼結体に含まれる全cBN粒子数をQとした場合、AlN(O)膜が被覆されている(部分的な切れ間が形成されている場合を含む)cBN粒子数の割合(Q−q)/Qが0.85以上である場合、即ち、焼結体中の全cBN粒子中の85%以上のcBN粒子がAlN(O)膜で被覆されている(部分的な切れ間が形成されている場合を含む)場合に、cBN粒子と結合相の界面の付着強度向上効果が顕著であることから、(Q−q)/Qは0.85以上であることが望ましい。
本発明では、AlN(O)膜が被覆されている(部分的な切れ間が形成されている場合を含む)cBN粒子の含有割合は、例えば、以下の様な測定法により算出することができる。
即ち、図2に模式図で示す焼結体を作製後、焼結体の断面を研磨し、さらに、図3に示すようにFIBで断面を加工し、SIMにより、場所の異なる複数の断面画像を取得する。
FIB加工は、奥行き方向に200nm行い、観察領域のSIM像を取得する。FIB加工後の観察領域についてSIM像を取得するのは、FIB加工前の試料表面の汚れ等の影響を無くすためである。観察領域は、取得したSIM画像において、画像内で対角線を引いた際、対角線と接するcBN粒の数Qが10個以上とする。また、観察する領域は、場所が異なる領域で5場所以上とする。
前記手順で得られた場所の異なる複数の断面画像において、各断面画像で対角線を引き、接したcBN粒子に注目する。各断面画像において対角線に接したcBN粒子数Q1と、その中でAlN(O)膜がついていないcBN粒子数q1を測定し、AlN(O)膜で覆われた(部分的な切れ間が形成されている場合を含む)cBN粒子数の含有割合(Q1−q1)/Q1を求める。さらに少なくとも4枚以上の場所の異なるSIM像について、AlN(O)膜で覆われた(部分的な切れ間が形成されている場合を含む)cBN粒子数の含有割合(Qn−qn)/Qnを求め、これらの平均値から、AlN(O)膜で覆われた(部分的な切れ間が形成されている場合を含む)cBN粒子数の含有割合(Q−q)/Qを算出することができる。
AlN(O)膜で被覆されたcBN粒子、あるいは、部分的な切れ間を持つAlN(O)膜で被覆されたcBN粒子は、例えば、以下の工程(a)、(b)で作製することができる。
なお、ALD法によれば、cBN粒子表面に、原料化合物の分子を一層ごと反応させて酸化アルミニウム(Al2O3)膜あるいは窒化アルミニウム(AlN)膜を成膜させていくことができるので、cBN粒子の凝集を引き起こすことなく、均一でかつ薄層の酸化アルミニウム(Al2O3)膜と窒化アルミニウム(AlN)膜の2層構造を形成することができる。
次いで、炉内を350℃程度に昇温し、Ar+Al(CH3)3ガス流入工程、Arガスパージ工程、Ar+NH3ガス流入工程、Arガスパージ工程を1サイクルとして、このサイクルを目標窒化アルミニウム(AlN)膜厚になるまで繰り返し行う。例えば、2時間かけて成膜することにより、膜厚20nmの窒化アルミニウム(AlN)膜を、酸化アルミニウム(Al2O3)膜表面に被覆形成する。
なお、混合するcBN粒子に対する超硬合金製ボールの重量比が大きくなると切れ間の形成割合は大きくなり、また、cBN粒子と超硬合金製ボールとの混合時間が長くなると切れ間の形成割合は大きくなる。
前記の工程(a)で作製した均一で切れ間のない酸化アルミニウム(Al2O3)と窒化アルミニウム(AlN)との2層構造の薄膜で被覆されたcBN粒子、あるいは、前記の工程(b)で作製した部分的な切れ間を持ち、所定の膜厚の酸化アルミニウム(Al2O3)と窒化アルミニウム(AlN)との2層構造からなる薄膜によって被覆されたcBN粒子を原料粉末として、以下に示す(c)の工程でcBN焼結体を作製し、さらに、(d)の工程でcBN工具を作製する。
次に、この予備焼結体を、WC基超硬合金製支持片と重ね合わせた状態で、通常の超高圧焼結装置に装入し、例えば、通常の焼結条件である圧力:5GPa、温度:1500℃、保持時間:30分間の条件で超高圧高温焼結し、cBN焼結体を作製する。
AlN(O)膜中の平均酸素濃度は、主として、予めcBN粒子表面に被覆した酸化アルミニウム(Al2O3)膜と窒化アルミニウム(AlN)膜の膜厚に依存する。
例えば、酸化アルミニウム(Al2O3)膜を5nm、また、窒化アルミニウム(AlN)膜を45nmの膜厚で被覆した場合には、AlN(O)膜中の平均酸素濃度は6原子%となる。
また、酸化アルミニウム(Al2O3)膜を12nm、また、窒化アルミニウム(AlN)膜を38nmの膜厚で被覆した場合には、AlN(O)膜中の平均酸素濃度は15原子%となる。
平均酸素濃度を15%より大きくするためには、酸化アルミニウム(Al2O3)膜を厚くする必要があるが、酸化アルミニウム(Al2O3)膜を厚くすると上記の焼結に際し、酸化アルミニウム(Al2O3)と窒化アルミニウム(AlN)との2層構造が形成されてしまい、cBN粒に接する単層のAlN(O)膜が形成されなくなる。
したがって、cBN焼結体におけるcBN粒子表面に形成される酸素含有窒化アルミニウム膜(AlN(O)膜)中の平均酸素濃度は、前記工程(a)における酸化アルミニウム(Al2O3)膜と窒化アルミニウム(AlN)膜の膜厚比で制御することができる。
さらに、前記の工程(b)で作製した部分的な切れ間を持つ酸化アルミニウム(Al2O3)と窒化アルミニウム(AlN)との2層構造からなる薄膜を被覆したcBN粒子を原料粉末として用いた場合には、AlN(O)膜に形成される切れ間長h、AlN(O)膜に形成される切れ間の平均形成割合h/Hは、例えば、前記の工程(b)における超硬合金製ボールの混合するcBN粒子に対する重量比、cBN粒子と超硬合金製ボールとの混合時間によって制御することができる。
(a)平均粒径0.5〜8μmのcBN粒子を基材とし、この粒子表面に、ALD(Atomic Layer Deposition)法により、均一かつ薄膜のAl2O3膜を被覆形成し、ついで、この上に、均一かつ薄膜のAlN(O)膜を被覆形成した。
より具体的にいえば、炉内に、例えば、所定粒径のcBN粒子を装入し、炉内を300℃に昇温した。次に、その炉内へ、成膜用ガスとして、Al(CH3)3とH2Oガスを、また、パージ用ガスとしてArガスを使用し、(i)Ar+Al(CH3)3ガス流入工程、(ii)Arガスパージ工程、(iii)Ar+H2Oガス流入工程、(iv)Arガスパージ工程を行った。この(i)から(iv)の工程を1サイクルとして、このサイクルを所望膜厚に応じて繰り返し行った。0.25〜3時間かけて成膜することにより、各所望の膜厚のAl2O3膜を均一にcBN粒子表面に被覆形成した。
次いで、炉内を350℃に昇温し、成膜用ガスとして、Al(CH3)3とNH3ガスを、また、パージ用ガスとしてArガスを使用し、(v)Ar+Al(CH3)3ガス流入工程、(vi)Arガスパージ工程、(vii)Ar+NH3ガス流入工程、(viii)Arガスパージ工程をおこなった。そして、この(v)〜(viii)の工程を1サイクルとして、このサイクルを所望の窒化アルミニウム(AlN)膜厚になるまで繰り返し行った。具体的には、0.5〜9時間かけて成膜することにより、所望膜厚の窒化アルミニウム(AlN)膜を、酸化アルミニウム(Al2O3)膜表面に被覆形成した。
なお、前記上述の手順で得られたAl2O3膜とAlN膜との2層構造として被覆されたcBN粒子について、断面をSEM(Scanning Electron Microscopy)を用いて観察したところ、cBN粒子表面に均一かつ薄膜のAl2O3膜とAlN膜との2層が被覆されていることが確認された。
なお、混合したcBN粒子と超硬合金製ボールの割合は、重量比で1:10〜20となるように調整した。また、混合時間は、0.25〜1.5時間となるように調整した。
前記で得た各cBN焼結体の断面組織を走査型電子顕微鏡にてcBN焼結体組織を観察し、二次電子像を得た。得られた画像内のcBN粒子の部分を画像処理にて抜き出し、画像解析によって各cBN粒子の最長径を求め、各粒子の直径[μm]とした。
画像解析より求めた各粒子の直径を基に各粒子の体積を計算した。体積は、理想球と仮定して体積の計算を行った(体積=(4×π×半径3)/3)。
縦軸を体積百分率[%]、横軸を直径[μm]としてグラフを描画させ、体積百分率が50%の値をcBN粒子の平均粒径とした。
画像は、200個程度の粒子が1画像内で分かる倍率が望ましく、3画像を前記方法にて処理し求めた値の平均値を測定結果とした。
cBN粒の全体を観察できるようにするために、FIB加工は、200nmごとに行い、また、断面加工する長さ(奥行き)は、使用したcBN粒子の平均粒径に1μmを足した値以上とした。
前記で得られた断片的かつ複数の断面画像により、全容が把握できるcBN粒子に注目し、そのcBN粒子について、cBN粒子の周囲長と、切れ間長を測定し、切れ間の形成割合h1/H1を求めた。さらに、他の15個のcBN粒子についても、同じくcBN粒子の周囲長と、切れ間長を測定し、それぞれのcBN粒子について切れ間の形成割合を求め、これらの平均値から、切れ間の平均形成割合h/Hの値を算出した。
表2に、これらの値を、それぞれ示す。
表4に、前記切削加工試験の結果を示す。
したがって、断続的・衝撃的負荷が作用する高硬度鋼の断続切削加工に用いた場合でも、チッピング、欠損の発生は抑制され、長期の使用にわたってすぐれた切削性能を発揮する。
これに対して、cBN粒子表面にAlN膜のみが被覆されている、あるいは、本発明で規定する範囲から外れるAlN(O)膜が被覆されている比較例cBN工具31〜55では、耐欠損性に劣り、いずれも短命であることが明らかである。
Claims (4)
- 硬質相成分として立方晶窒化ほう素粒子を含有する立方晶窒化ほう素基焼結材料製切削工具において、
前記立方晶窒化ほう素粒子の内の少なくとも一部については、その表面が、平均膜厚10〜100nmの酸素含有窒化アルミニウム膜により被覆され、
前記酸素含有窒化アルミニウム膜中の平均酸素濃度は1〜15原子%であることを特徴とする立方晶窒化ほう素基焼結材料製切削工具 - 前記酸素含有窒化アルミニウム膜には、部分的に切れ間が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の立方晶窒化ほう素基焼結材料製切削工具。
- 前記酸素含有窒化アルミニウム膜で被覆されている立方晶窒化ほう素粒子の断面画像を観察し、立方晶窒化ほう素粒子の表面に沿って形成されている酸素含有窒化アルミニウム膜の部分的切れ間の平均形成割合を求めた場合、0.02≦h/H≦0.08を満足することを特徴とする請求項2に記載の立方晶窒化ほう素基焼結材料製切削工具。
但し、hは酸素含有窒化アルミニウム膜の切れ間長、Hは立方晶窒化ほう素粒子の周囲長。 - 前記立方晶窒化ほう素粒子の平均粒径は0.5〜8μmであることを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載の立方晶窒化ほう素基焼結材料製切削工具。
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