JP6016269B2 - 表面被覆窒化硼素焼結体工具 - Google Patents
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Description
本発明にかかる表面被覆窒化硼素焼結体工具の少なくとも切れ刃部分は、立方晶窒化硼素焼結体(以下では「cBN焼結体」と記す。「cBN」は「cubic Boron Nitride」の略語である。)と、cBN焼結体の表面上に形成された被覆層とを含む。このような基本的構成を有する表面被覆窒化硼素焼結体工具は、焼結合金や難削鋳鉄の機械加工(たとえば切削加工)または焼入鋼の加工において特に有効に用いることができる他、これら以外の一般的な金属の各種加工においても好適に用いることができる。
cBN焼結体は、表面被覆窒化硼素焼結体工具の切れ刃部分のうち当該工具の基材を構成するものであり、30体積%以上80体積%以下の立方晶窒化硼素(以下では「cBN」と記す)を含み、結合相をさらに含む。ここで、結合相は、元素の周期表の第4族元素、第5族元素および第6族元素の窒化物、炭化物、硼化物、酸化物ならびにこれらの固溶体からなる群の中から選択された少なくとも1種の化合物とアルミニウム化合物と不可避不純物とを含み、cBN同士を互いに結合する。cBN焼結体が30体積%以上のcBNを含んでいれば、表面被覆窒化硼素焼結体工具の基材の耐摩耗性の低下を防止できる。また、cBN焼結体が80体積%以下のcBNを含んでいれば、cBN焼結体においてcBNを分散させることができるので、結合相によるcBN同士の接合強度を確保することができる。本明細書では、cBNの含有体積率は次に示す方法にしたがって求められたものである。cBN焼結体を鏡面研磨し、任意の領域のcBN焼結体組織の反射電子像を電子顕微鏡にて2000倍で写真撮影する。このとき、cBNからなる粒子(以下では「cBN粒子」と記す。)は黒色領域となり、結合相は灰色領域または白色領域となる。撮影されたcBN焼結体組織の写真からcBN焼結体領域と結合相領域とを画像処理により2値化し、cBN粒子の占有面積を求める。求められたcBN粒子の占有面積を以下に示す式に代入すれば、cBNの含有体積率が求まる。
(cBNの含有体積率)=(cBN粒子の占有面積)÷(撮影されたcBN焼結体組織の面積)×100。
被覆層は、A層とB層とを含む。本発明の被覆層は、A層とB層とを含む限り、A層およびB層以外に他の層を含んでいても差し支えない。このような他の層としては、たとえば後述のようなA層とB層との間に設けられるC層または最下層であるD層等を挙げることができるが、これらのみに限られるものではない。
A層は、MLaza1(Mは元素の周期表の第4族元素、第5族元素および第6族元素、AlならびにSiの1種以上を表わし、LaはB、C、NおよびOの1種以上を表わし、za1は0.85以上1.0以下である)からなる。これにより、A層は、滑らかに摩耗する。別の言い方をすると、A層は、剥離、割れ、または、チッピング等を伴うことなく摩耗する。よって、表面被覆窒化硼素焼結体工具の耐クレータ摩耗性または耐逃げ面摩耗性などを高めることができる。
B層は、組成の異なる2種以上の化合物層が交互にそれぞれ1つ以上積層されてなる。以下では、B層として、B1化合物層とB2化合物層とが交互にそれぞれ1つ以上積層されて構成されたものを挙げるが、本発明のB層は、B1化合物層とB2化合物層とを含む限り、B1化合物層およびB2化合物層以外に他の層を含んでいても差し支えない。B層の厚さは、0.05μm以上5μm以下である。
(B層全体におけるSi組成の平均値)={(B層を構成する各層のSi組成)×(当該各層の厚さ)の総和}÷(B層全体の厚さ)。
(B1化合物層の平均厚さt1)=(B1化合物層の厚さの合計)÷(B1化合物層の層数)。
B1化合物層の厚さを測定することが困難である場合には、次の計算式を用いてB1化合物層の平均厚さt1を求めることができる。B2化合物層の平均厚さt2についても同様である。
(B1化合物層の平均厚さt1)=(B1化合物層のみを積層して形成されたB層の厚さ)÷(B1化合物層の積層数)。
好ましくは、被覆層がA層とB層との間に設けられたC層をさらに含むことであり、C層がMcLczc(Mcは元素の周期表の第4族元素、第5族元素および第6族元素、AlならびにSiの1種以上を表わし、LcはB、C、NおよびOの1種以上を表わし、zcは0以上0.85以下である)からなることである。これにより、A層とB層との密着性を高めることができる。また、A層がB層よりも表面側に設けられている場合には、A層で発生したクラックの基材側への伝搬をC層で止めることができる。
好ましくは、被覆層が基材とB層との間に設けられたD層をさらに含むことであり、D層がMdLdzd(Mdは元素の周期表の第4族元素、第5族元素および第6族元素、AlならびにSiの1種以上を表わし、LdはB、C、NおよびOの1種以上を表わし、zdは0.85以上1.0以下である)からなることである。このようなD層はcBN焼結体との密着性に優れる。よって、被覆層がD層をさらに含むのであれば、cBN焼結体と被覆層との密着性を高めることができる。より好ましくは、LdがNであることである。
本発明にかかる表面被覆窒化硼素焼結体工具の製造方法は、たとえば、cBN焼結体を少なくとも切れ刃部分に有する基材を準備する工程と、少なくともcBN焼結体上に被覆層を形成する工程とを含む。基材を準備する工程は、cBN焼結体を形成する工程を含むことが好ましく、cBN焼結体を形成する工程は、cBN粒子と結合相の原料粉末との混合物を高温高圧下で焼結させる工程を含むことが好ましい。基材を準備する方法は、所定の形状を有する基材本体にcBN焼結体を接合させる工程をさらに含むことがより好ましい。
図1は、実施例における表面被覆窒化硼素焼結体工具の構成の一例を示す断面図である。図2は、実施例における表面被覆窒化硼素焼結体工具の要部の構成の一例を示す断面図である。
<cBN焼結体Aの形成>
まず、原子比でTi:N=1:0.6となるように、平均粒子径が1μmのTiN粉末と平均粒子径が3μmのTi粉末とを混合した。得られた混合物を真空中で1200℃で30分間、熱処理してから、粉砕した。これにより、TiN0.6からなる金属間化合物粉末を得た。
形状がISO規格のDNGA150408であり、超硬合金材料(K10相当)からなる基材本体を準備した。準備した基材本体の刃先(コーナ部分)に上記cBN焼結体A(形状:頂角が55°であり当該頂角を挟む両辺がそれぞれ2mmである二等辺三角形を底面とし、厚さが2mmの三角柱状のもの)を接合した。接合には、Ti−Zr−Cuからなる口ウ材を用いた。接合体の外周面、上面および下面を研削し、刃先にネガランド形状(ネガランド幅が150μmであり、ネガランド角が25°)を形成した。このようにして、切れ刃部分がcBN焼結体Aからなる基材3を得た。
<D層の形成>
上記成膜装置内でD層20を基材3上に形成した。具体的には、以下に示す条件で、厚さが0.5μmであるD層を蒸着により形成した。
ターゲット:Alを70原子%、Crを30原子%含む
導入ガス:N2
成膜圧力:4Pa
アーク放電電流:120A
基板バイアス電圧:−50V
テーブル回転速度:5rpm。
上記成膜装置内でB層30をD層20上に形成した。具体的には、以下に示す条件で、全体の厚さが0.03μmであるB層30を蒸着により形成した。このとき、B1化合物層31の厚さが7nmとなるように、且つ、B2化合物層32の厚さが10nmとなるように、ターゲットB1、B2のアーク電流と基材をセットした回転テーブルの回転速度とを調整した。
ターゲットB1:Tiを75原子%、Siを15原子%、Crを10原子%含む
ターゲットB2:Alを60原子%、Crを10原子%、Tiを30原子%含む
導入ガス:N2
成膜圧力:1Pa
基板バイアス電圧:−50V。
上記成膜装置内でC層40をB層30上に形成した。具体的には、以下に示す条件で、厚さが0.1μmであるC層40を蒸着により形成した。
ターゲット:Tiを50原子%、Alを50原子%含む
導入ガス:N2
成膜圧力:0.1Pa
アーク放電電流:150A
基板バイアス電圧:−100V
テーブル回転速度:5rpm。
上記成膜装置内でA層50をC層40上に形成した。具体的には、以下に示す条件で、厚さが2μmであるA層を蒸着により形成した。
ターゲット:Tiを50原子%、Alを50原子%含む
導入ガス:N2
成膜圧力:4Pa
アーク放電電流:120A
基板バイアス電圧:−600V
テーブル回転速度:5rpm。
B1化合物層およびB2化合物層の層数を表2に示す数値に変更してB層の全体の厚さを変更したことを除いては上記試料1の製造方法にしたがって、試料2〜6を製造した。なお、表2における層数には、B1化合物層の層数とB2化合物層の層数との合計を記している。
cBN焼結体におけるcBNの含有率が表3に示す数値となるようにcBN粒子と結合相の原料粉末とを配合したことを除いては上記cBN焼結体Aの形成方法にしたがって、cBN焼結体Dを得た。得られたcBN焼結体Dを用いて、上記試料1の基材の製造方法にしたがって、試料7の基材を形成した。
B1化合物層の厚さおよびB2化合物層の厚さがそれぞれ表2に示す数値であるB層を形成したことを除いては上記試料7の製造方法にしたがって、試料8〜13を製造した。
cBN焼結体におけるcBNの含有率が表3に示す数値となるようにcBN粒子と結合相の原料粉末とを配合したことを除いては上記cBN焼結体Aの形成方法にしたがって、cBN焼結体Bを得た。得られたcBN焼結体Bを用いて、上記試料1の基材の製造方法にしたがって、試料14の基材を形成した。
A層の形成時の導入ガスを変更したことを除いては上記試料14の製造方法にしたがって、試料15〜19を製造した。たとえば試料15のA層は以下のようにして形成された。つまり、A層の形成開始時からA層の厚さが1.6μmとなるまでの間は、N2のみを導入して成膜圧力を3Paとした。そののち、CH4を徐々に増やしながらN2を徐々に減らして、A層をさらに0.3μm形成した。このとき、組成がTiC0.3N0.7となるまで、CH4を徐々に増やしながらN2を徐々に減らした。そののち、CH4およびN2のそれぞれの供給量を変更することなくA層をさらに0.1μm形成した。そののち、CH4の供給を停止し、N2の供給量を増加して、A層をさらに0.5μm形成した。
cBN焼結体におけるcBNの含有率が表3に示す数値となるようにcBN粒子と結合相の原料粉末とを配合したことを除いては上記cBN焼結体Aの形成方法にしたがって、cBN焼結体Cを得た。得られたcBN焼結体Cを用いて、上記試料1の基材の製造方法にしたがって、試料20〜25の基材を形成した。
cBN焼結体におけるcBNの含有率が表3に示す数値となるようにcBN粒子と結合相の原料粉末とを配合したことを除いては上記cBN焼結体Aの形成方法にしたがって、cBN焼結体Eを得た。得られたcBN焼結体Eを用いて、上記試料1の基材の製造方法にしたがって、試料26の基材を形成した。
ターゲット:Tiを80原子%、Crを10原子%、Wを10原子%含む。
導入ガス:Ar
成膜圧力:4Pa
アーク放電電流:150A
基板バイアス電圧:−30V。
ArとN2とを導入して表1に示す組成からなるC層を形成したことを除いては上記試料26の製造方法にしたがって、試料27〜32を製造した。
平均粒径が0.5μmのcBN粒子と結合相の原料粉末とを配合したことを除いては上記cBN焼結体Dの形成方法にしたがって、cBN焼結体Fを得た。得られたcBN焼結体Fを用いて、上記試料1の基材の製造方法にしたがって、試料33〜38の基材を形成した。
平均粒径が3μmのcBN粒子と結合相の原料粉末とを配合したことを除いては上記cBN焼結体Dの形成方法にしたがって、cBN焼結体Gを得た。得られたcBN焼結体Gを用いて、上記試料1の基材の製造方法にしたがって、試料39〜44の基材を形成した。
表1に示すcBN焼結体を用いて、上記試料1の基材の製造方法にしたがって、試料45〜51の基材を形成した。次に、上記試料1、7の製造方法にしたがって、D層、B層、C層およびA層を順に形成した。これにより、試料45〜51を製造した。
まず、原子比でTi:C:N=1:0.3:0.3となるように、平均粒子径が1μmのTiCN粉末と平均粒子径が3μmのTi粉末とを混合した。得られた混合物を真空中で1200℃で30分間、熱処理してから、粉砕した。これにより、TiC0.3N0.3からなる金属間化合物粉末を得た。
まず、原子比でTi:C=1:0.6となるように、平均粒子径が1μmのTiC粉末と平均粒子径が3μmのTi粉末とを混合した。得られた混合物を真空中で1200℃で30分間、熱処理してから、粉砕した。これにより、TiC0.6からなる金属間化合物粉末を得た。
B層、C層およびD層を形成しなかったことを除いては上記試料1の製造方法にしたがって、試料54を製造した。
A層およびC層を形成しなかったことを除いては上記試料1の製造方法にしたがって、試料55を製造した。
製造された試料1〜55を用いて、以下に示す切削条件にしたがって切削加工(切削距離:4km)を行った。そののち、光学顕微鏡を用いて逃げ面摩耗量VBを測定し、JIS規格にしたがって被削材表面の面粗度Rzを測定した。逃げ面摩耗量VBの測定結果を表6の「VB(mm)」の欄に示し、被削材表面の面粗度Rzの測定結果を表6の「Rz(μm)」の欄に示す。VBが小さいほど、表面被覆窒化硼素焼結体工具は耐逃げ面摩耗性に優れる。Rzが小さいほど、表面被覆窒化硼素焼結体工具は耐境界摩耗性に優れる。本実施例では、Rzが3μm以下であれば良好であるとしている。
被削材:高硬度鋼(SCM415H/HRC60)
切削速度:200m/min
送り:f=0.1mm/rev
切り込み:ap=0.1mm
切削油:エマルジョン(日本フルードシステム学会製造の商品名「システムカット96」)を20倍希釈したもの(wet状態)。
製造された試料1〜55を用いて、上記切削条件にしたがって切削加工を行った。具体的には、一定の切削間隔だけ切削加工を行った後に表面粗さ計を用いて被削材の面粗度Rzを測定するということを繰り返し行った。被削材の面粗度Rzが3.2μmを超えると、切削加工を停止し、そのときの切削距離{(一定の切削間隔)×(被削材の面粗度Rzが3.2μmを超えたときの切削回数n)}を求めた。また、被削材の面粗度Rzが3.2μmを超える直前の切削距離{(一定の切削間隔)×(n−1)}も求めた。そして、被削材の面粗度Rzが3.2μmを超えたときの被削材の面粗度Rzの具体的な数値およびそのときの切削距離と、被削材の面粗度Rzが3.2μmを超える直前の被削材の面粗度Rzの具体的な数値およびそのときの切削距離とを用い、切削距離と被削材の面粗度Rzとの関係を直線で近似して、被削材の面粗度Rzが3.2μmとなった時点の切削距離を求めた。その結果を表6の「切削距離」の欄に示す。切削距離が長いほど、表面被覆窒化硼素焼結体工具は耐逃げ面摩耗性、耐クレータ摩耗性および耐境界摩耗性に優れる。本実施例では、切削距離が8km以上であれば良好であるとしている。
まず、試料10と試料55とについて考察する。B層の組成、D層の組成、D層の厚さおよび被覆層の厚さは、試料10と試料55とで互いに酷似しているが、A層は、試料10では設けられているのに対して試料55では設けられていない。そして、試料10では、Rzは2.5μm以下であり切削距離は12km以上であったのに対して、試料55では、VBは試料10の2倍程度でありRzは3μmよりも大きく切削距離は4km程度であった。
試料1〜6では、B1化合物層およびB2化合物層のそれぞれの層数が互いに異なるので、B層の厚さが互いに異なる。試料1、6では、Rzは3μmよりも大きく、切削距離は4km程度であった。一方、試料2〜5では、Rzは2.5μm程度であり、切削距離は8km以上であった。B層全体の厚さが0.05μm以上5μm以下であれば、被削材の面粗度を表面被覆窒化硼素焼結体工具の寿命判定基準とする高精度加工において工具性能が高まることが分かった。
試料7〜13では、B1化合物層の厚さおよびB2化合物層の厚さのそれぞれが互いに異なる。試料7では、Rzは3μmよりも大きく、切削距離は3.5km程度であった。試料8〜12では、B1化合物層の厚さおよびB2化合物層の厚さのそれぞれが大きくなるにつれて、Rzは小さくなり、切削距離は長くなった。しかし、B1化合物層の厚さおよびB2化合物層の厚さのそれぞれがさらに大きくなると、Rzは徐々に大きくなり、切削距離は徐々に短くなった。具体的には、Rzは試料10において最低であり、切削距離は試料10において最長であった。これらのことから、B1化合物層の厚さおよびB2化合物層の厚さには好ましい上限値があることが分かった。そして、試料13では、Rzは3μmよりも大きく、切削距離は3.5kmであった。以上より、B1化合物層の厚さおよびB2化合物層の厚さのそれぞれが0.5nm以上30nm未満であれば、被削材の面粗度を表面被覆窒化硼素焼結体工具の寿命判定基準とする高精度加工において工具性能が高まることが分かった。
試料14〜19では、A層の組成が互いに異なるが、Rzは3μm以下であり、切削距離は9km以上であった。これらのことから、試料14〜19は、耐逃げ面摩耗性、耐クレータ摩耗性および耐境界摩耗性に優れていることが分かった。
試料20〜25では、B1化合物層の組成が互いに異なる。試料20、25では、Rzは3.5μm以上であり、切削距離は3km程度であった。一方、試料21〜24では、Rzは3μm以下であり、切削距離は8km以上であった。これらのことから、B1化合物層のSi組成が0.01以上0.25以下であれば、被削材の面粗度を表面被覆窒化硼素焼結体工具の寿命判定基準とする高精度加工において工具性能が高まることがわかった。
試料26〜32では、C層のNの組成が互いに異なるが、Rzは3μm以下であり、切削距離は8km以上であった。また、試料28〜31では、Rzは2.5μm以下であり、切削距離は10km以上であった。これらのことから、C層のNの組成は0以上0.85以下であることが好ましく、0よりも大きく0.7よりも小さいことがより好ましく、0.2以上0.5以下であることがさらに好ましいということが分かった。
試料33〜38では、C層の厚さが互いに異なるが、Rzは3μm以下であり、切削距離は8km以上であった。また、試料34〜36では、Rzは2.5μm以下であり、切削距離は11km以上であった。これらのことから、C層の厚さは、0μm以上1μm以下であることが好ましく、0.005μm以上0.5μm以下であることがより好ましく、0.01μm以上0.2μm以下であることがさらに好ましいということが分かった。
試料39〜44では、B2化合物層のAl組成が互いに異なる。試料39、44では、Rzは3μmよりも大きく、切削距離は3〜4km程度であった。一方、試料40〜43では、Rzは2.6μm以下であり、切削距離は9km以上であった。これらのことから、B2化合物層のAl組成が0.23以上0.8以下であれば、表面被覆窒化硼素焼結体工具の耐逃げ面摩耗性、耐クレータ摩耗性および耐境界摩耗性が高まるということが分かった。
試料45〜53では、cBN焼結体の組成が互いに異なるが、VBはそれほど大きくなく、Rzは3μm以下であり、切削距離は8km以上であった。また、試料47〜53では、Rzは2.5μm以下であり、切削距離は10km以上であった。これらのことから、cBN焼結体におけるcBNの体積含有率は、30体積%以上85体積%以下であることが好ましく、50体積%以上65体積%以下であることがより好ましいことがわかった。
Claims (21)
- 少なくとも切れ刃部分が立方晶窒化硼素焼結体と前記立方晶窒化硼素焼結体の表面上に形成された被覆層とを含む表面被覆窒化硼素焼結体工具であって、
前記立方晶窒化硼素焼結体は、立方晶窒化硼素を30体積%以上80体積%以下含み、Tiの窒化物、炭化物、炭窒化物および硼化物からなる群の中から選択された少なくとも1種の化合物とアルミニウムの硼化物と不可避不純物とを含む結合相をさらに含み、
前記被覆層は、A層とB層とを含み、
前記A層は、MLaza1(MはTi、Al、SiおよびCrの1種以上を表わし、LaはCおよびNの1種以上を表わし、za1は0.85以上1.0以下である)からなり、
前記B層は、組成の異なる2種以上の化合物層が交互にそれぞれ1つ以上積層されてなり、
前記化合物層のそれぞれの厚さは、0.5nm以上30nm未満であり、
前記化合物層の1種であるB1化合物層は、(Ti1-xb1-yb1Sixb1M1yb1)(C1-zb1Nzb1)(M1はCr、Nb、WおよびAlの1種以上を表わし、xb1は0.01以上0.25以下であり、yb1は0以上0.7以下であり、zb1は0.4以上1以下である)からなり、
前記化合物層の1種であって前記B1化合物層とは異なるB2化合物層は、(Al1-xb2M2xb2)(C1-zb2Nzb2)(M2はTi、Nb、V、CrおよびSiの1種以上を表わし、xb2は0.2以上0.77以下であり、zb2は0.4以上1以下である)からなり、
前記A層の厚さは、0.2μm以上10μm以下であり、
前記B層の厚さは、0.05μm以上5μm以下であり、
前記被覆層全体の厚さは、0.25μm以上15μm以下であり、
前記立方晶窒化硼素焼結体と前記被覆層との界面では、
前記立方晶窒化硼素からなる粒子が前記結合相よりも前記被覆層側に突出しており、
前記立方晶窒化硼素からなる粒子と前記結合相との段差が0.05μm以上1.0μm以下であり、
前記B1化合物層の平均厚さt1と前記B2化合物層の平均厚さt2との比であるt2/t1が、1<t2/t1≦5.0を満たす表面被覆窒化硼素焼結体工具。 - 前記A層は、(Ti1-xaMaxa)(C1-za2Nza2)(MaはAl、SiおよびCrのの1種以上を表わし、xaは0以上0.7以下であり、za2は0以上1以下である)からなる請求項1に記載の表面被覆窒化硼素焼結体工具。
- 前記A層では、Nの組成za2が、前記立方晶窒化硼素焼結体側から当該A層の表面側へ向かってステップ状または傾斜状に変化する請求項2に記載の表面被覆窒化硼素焼結体工具。
- 前記A層は、当該A層の表面側に、前記立方晶窒化硼素焼結体側よりもCの組成の大きな領域を有する請求項2または3に記載の表面被覆窒化硼素焼結体工具。
- 前記M2はTiおよびCrの少なくとも1つを表わし、前記M2の組成xb2は0.25以上0.5以下である請求項1〜4のいずれか1項に記載の表面被覆窒化硼素焼結体工具。
- 前記B層は、前記A層よりも前記立方晶窒化硼素焼結体側に設けられており、
前記t2/t1は、前記立方晶窒化硼素焼結体側では1<t2/t1≦5.0を満たし、前記A層側に向かうにつれて小さくなり、前記A層側では0.5<t2/t1<2を満たす請求項1〜5のいずれか1項に記載の表面被覆窒化硼素焼結体工具。 - 前記B層全体におけるSi組成の平均値は、0.005以上0.1以下である請求項1〜6のいずれか1項に記載の表面被覆窒化硼素焼結体工具。
- 前記B層全体におけるSi組成の平均値は、0.01以上0.07以下である請求項7に記載の表面被覆窒化硼素焼結体工具。
- 前記A層は、前記B層よりも前記表面被覆窒化硼素焼結体工具の表面側に設けられている請求項1〜8のいずれか1項に記載の表面被覆窒化硼素焼結体工具。
- 前記被覆層は、前記A層と前記B層との間に設けられたC層をさらに含み、
前記C層は、McLczc(McはTi、Al、Si、CrおよびWの1種以上を表わし、LcはCおよびNの1種以上を表わし、zcは0以上0.85以下である)からなり、
前記C層の厚さは、0.005μm以上0.5μm以下である請求項1〜9のいずれか1項に記載の表面被覆窒化硼素焼結体工具。 - 前記Lcの組成zcは0よりも大きく0.7未満である請求項10に記載の表面被覆窒化硼素焼結体工具。
- 前記C層は、前記A層および前記B層を構成する元素の少なくとも1種以上を含む請求項10または11に記載の表面被覆窒化硼素焼結体工具。
- 前記被覆層は、前記立方晶窒化硼素焼結体と前記B層との間に設けられたD層をさらに含み、
前記D層は、MdLdzd(MdはAl、Cr、V、TiおよびSiの1種以上を表わし、LdはNを表わし、zdは0.85以上1.0以下である)からなる請求項1〜12のいずれか1項に記載の表面被覆窒化硼素焼結体工具。 - 前記立方晶窒化硼素焼結体は、前記立方晶窒化硼素を50体積%以上65体積%以下含む請求項1〜13のいずれか1項に記載の表面被覆窒化硼素焼結体工具。
- 前記立方晶窒化硼素焼結体における前記立方晶窒化硼素の体積含有率は、前記立方晶窒化硼素焼結体と前記被覆層との界面から前記立方晶窒化硼素焼結体の内部に向かって高くなる請求項1〜14のいずれか1項に記載の表面被覆窒化硼素焼結体工具。
- 前記立方晶窒化硼素焼結体に含まれる前記立方晶窒化硼素の粒径は、前記立方晶窒化硼素焼結体と前記被覆層との界面から前記立方晶窒化硼素焼結体の内部に向かって大きくなる請求項1〜15のいずれか1項に記載の表面被覆窒化硼素焼結体工具。
- 少なくとも切れ刃部分が立方晶窒化硼素焼結体と前記立方晶窒化硼素焼結体の表面上に形成された被覆層とを含む表面被覆窒化硼素焼結体工具であって、
前記立方晶窒化硼素焼結体は、立方晶窒化硼素を30体積%以上80体積%以下含み、Tiの窒化物、炭化物、炭窒化物および硼化物からなる群の中から選択された少なくとも1種の化合物とアルミニウムの硼化物と不可避不純物とを含む結合相をさらに含み、
前記被覆層は、A層とB層とを含み、
前記A層は、MLa za1 (MはTi、Al、SiおよびCrの1種以上を表わし、LaはCおよびNの1種以上を表わし、za1は0.85以上1.0以下である)からなり、
前記B層は、組成の異なる2種以上の化合物層が交互にそれぞれ1つ以上積層されてなり、
前記化合物層のそれぞれの厚さは、0.5nm以上30nm未満であり、
前記化合物層の1種であるB1化合物層は、(Ti 1-xb1-yb1 Si xb1 M1 yb1 )(C 1-zb1 N zb1 )(M1はCr、Nb、WおよびAlの1種以上を表わし、xb1は0.01以上0.25以下であり、yb1は0以上0.7以下であり、zb1は0.4以上1以下である)からなり、
前記化合物層の1種であって前記B1化合物層とは異なるB2化合物層は、(Al 1-xb2 M2 xb2 )(C 1-zb2 N zb2 )(M2はTi、Nb、V、CrおよびSiの1種以上を表わし、xb2は0.2以上0.77以下であり、zb2は0.4以上1以下である)からなり、
前記A層の厚さは、0.2μm以上10μm以下であり、
前記B層の厚さは、0.05μm以上5μm以下であり、
前記被覆層全体の厚さは、0.25μm以上15μm以下であり、
前記立方晶窒化硼素焼結体と前記被覆層との界面では、
前記立方晶窒化硼素からなる粒子が前記結合相よりも前記被覆層側に突出しており、
前記立方晶窒化硼素からなる粒子と前記結合相との段差が0.05μm以上1.0μm以下であり、
前記B1化合物層の平均厚さt1と前記B2化合物層の平均厚さt2との比であるt2/t1が、0.5<t2/t1≦10.0を満たし、
前記B層は、前記A層よりも前記立方晶窒化硼素焼結体側に設けられており、
前記t2/t1は、前記立方晶窒化硼素焼結体側では1<t2/t1≦5.0を満たし、前記A層側に向かうにつれて小さくなり、前記A層側では0.5<t2/t1<2を満たす表面被覆窒化硼素焼結体工具。 - 少なくとも切れ刃部分が立方晶窒化硼素焼結体と前記立方晶窒化硼素焼結体の表面上に形成された被覆層とを含む表面被覆窒化硼素焼結体工具であって、
前記立方晶窒化硼素焼結体は、立方晶窒化硼素を30体積%以上80体積%以下含み、Tiの窒化物、炭化物、炭窒化物および硼化物からなる群の中から選択された少なくとも1種の化合物とアルミニウムの硼化物と不可避不純物とを含む結合相をさらに含み、
前記被覆層は、A層とB層とを含み、
前記A層は、MLa za1 (MはTi、Al、SiおよびCrの1種以上を表わし、LaはCおよびNの1種以上を表わし、za1は0.85以上1.0以下である)からなり、
前記B層は、組成の異なる2種以上の化合物層が交互にそれぞれ1つ以上積層されてなり、
前記化合物層のそれぞれの厚さは、0.5nm以上30nm未満であり、
前記化合物層の1種であるB1化合物層は、(Ti 1-xb1-yb1 Si xb1 M1 yb1 )(C 1-zb1 N zb1 )(M1はCr、Nb、WおよびAlの1種以上を表わし、xb1は0.01以上0.25以下であり、yb1は0以上0.7以下であり、zb1は0.4以上1以下である)からなり、
前記化合物層の1種であって前記B1化合物層とは異なるB2化合物層は、(Al 1-xb2 M2 xb2 )(C 1-zb2 N zb2 )(M2はTi、Nb、V、CrおよびSiの1種以上を表わし、xb2は0.2以上0.77以下であり、zb2は0.4以上1以下である)からなり、
前記A層の厚さは、0.2μm以上10μm以下であり、
前記B層の厚さは、0.05μm以上5μm以下であり、
前記被覆層全体の厚さは、0.25μm以上15μm以下であり、
前記立方晶窒化硼素焼結体と前記被覆層との界面では、
前記立方晶窒化硼素からなる粒子が前記結合相よりも前記被覆層側に突出しており、
前記立方晶窒化硼素からなる粒子と前記結合相との段差が0.05μm以上1.0μm以下であり、
前記B層全体におけるSi組成の平均値は、0.01以上0.07以下である表面被覆窒化硼素焼結体工具。 - 少なくとも切れ刃部分が立方晶窒化硼素焼結体と前記立方晶窒化硼素焼結体の表面上に形成された被覆層とを含む表面被覆窒化硼素焼結体工具であって、
前記立方晶窒化硼素焼結体は、立方晶窒化硼素を30体積%以上80体積%以下含み、Tiの窒化物、炭化物、炭窒化物および硼化物からなる群の中から選択された少なくとも1種の化合物とアルミニウムの硼化物と不可避不純物とを含む結合相をさらに含み、
前記被覆層は、A層とB層とを含み、
前記A層は、MLa za1 (MはTi、Al、SiおよびCrの1種以上を表わし、LaはCおよびNの1種以上を表わし、za1は0.85以上1.0以下である)からなり、
前記B層は、組成の異なる2種以上の化合物層が交互にそれぞれ1つ以上積層されてなり、
前記化合物層のそれぞれの厚さは、0.5nm以上30nm未満であり、
前記化合物層の1種であるB1化合物層は、(Ti 1-xb1-yb1 Si xb1 M1 yb1 )(C 1-zb1 N zb1 )(M1はCr、Nb、WおよびAlの1種以上を表わし、xb1は0.01以上0.25以下であり、yb1は0以上0.7以下であり、zb1は0.4以上1以下である)からなり、
前記化合物層の1種であって前記B1化合物層とは異なるB2化合物層は、(Al 1-xb2 M2 xb2 )(C 1-zb2 N zb2 )(M2はTi、Nb、V、CrおよびSiの1種以上を表わし、xb2は0.2以上0.77以下であり、zb2は0.4以上1以下である)からなり、
前記A層の厚さは、0.2μm以上10μm以下であり、
前記B層の厚さは、0.05μm以上5μm以下であり、
前記被覆層全体の厚さは、0.25μm以上15μm以下であり、
前記立方晶窒化硼素焼結体と前記被覆層との界面では、
前記立方晶窒化硼素からなる粒子が前記結合相よりも前記被覆層側に突出しており、
前記立方晶窒化硼素からなる粒子と前記結合相との段差が0.05μm以上1.0μm以下であり、
前記被覆層は、前記A層と前記B層との間に設けられたC層をさらに含み、
前記C層は、McLc zc (McはTi、Al、Si、CrおよびWの1種以上を表わし、LcはCおよびNの1種以上を表わし、zcは0よりも大きく0.7未満である)からなり、
前記C層の厚さは、0.005μm以上0.5μm以下である表面被覆窒化硼素焼結体工具。 - 少なくとも切れ刃部分が立方晶窒化硼素焼結体と前記立方晶窒化硼素焼結体の表面上に形成された被覆層とを含む表面被覆窒化硼素焼結体工具であって、
前記立方晶窒化硼素焼結体は、立方晶窒化硼素を30体積%以上80体積%以下含み、Tiの窒化物、炭化物、炭窒化物および硼化物からなる群の中から選択された少なくとも1種の化合物とアルミニウムの硼化物と不可避不純物とを含む結合相をさらに含み、
前記被覆層は、A層とB層とを含み、
前記A層は、MLa za1 (MはTi、Al、SiおよびCrの1種以上を表わし、LaはCおよびNの1種以上を表わし、za1は0.85以上1.0以下である)からなり、
前記B層は、組成の異なる2種以上の化合物層が交互にそれぞれ1つ以上積層されてなり、
前記化合物層のそれぞれの厚さは、0.5nm以上30nm未満であり、
前記化合物層の1種であるB1化合物層は、(Ti 1-xb1-yb1 Si xb1 M1 yb1 )(C 1-zb1 N zb1 )(M1はCr、Nb、WおよびAlの1種以上を表わし、xb1は0.01以上0.25以下であり、yb1は0以上0.7以下であり、zb1は0.4以上1以下である)からなり、
前記化合物層の1種であって前記B1化合物層とは異なるB2化合物層は、(Al 1-xb2 M2 xb2 )(C 1-zb2 N zb2 )(M2はTi、Nb、V、CrおよびSiの1種以上を表わし、xb2は0.2以上0.77以下であり、zb2は0.4以上1以下である)からなり、
前記A層の厚さは、0.2μm以上10μm以下であり、
前記B層の厚さは、0.05μm以上5μm以下であり、
前記被覆層全体の厚さは、0.25μm以上15μm以下であり、
前記立方晶窒化硼素焼結体と前記被覆層との界面では、
前記立方晶窒化硼素からなる粒子が前記結合相よりも前記被覆層側に突出しており、
前記立方晶窒化硼素からなる粒子と前記結合相との段差が0.05μm以上1.0μm以下であり、
前記立方晶窒化硼素焼結体における前記立方晶窒化硼素の体積含有率は、前記立方晶窒化硼素焼結体と前記被覆層との界面から前記立方晶窒化硼素焼結体の内部に向かって高くなる表面被覆窒化硼素焼結体工具。 - 少なくとも切れ刃部分が立方晶窒化硼素焼結体と前記立方晶窒化硼素焼結体の表面上に形成された被覆層とを含む表面被覆窒化硼素焼結体工具であって、
前記立方晶窒化硼素焼結体は、立方晶窒化硼素を30体積%以上80体積%以下含み、Tiの窒化物、炭化物、炭窒化物および硼化物からなる群の中から選択された少なくとも1種の化合物とアルミニウムの硼化物と不可避不純物とを含む結合相をさらに含み、
前記被覆層は、A層とB層とを含み、
前記A層は、MLa za1 (MはTi、Al、SiおよびCrの1種以上を表わし、LaはCおよびNの1種以上を表わし、za1は0.85以上1.0以下である)からなり、
前記B層は、組成の異なる2種以上の化合物層が交互にそれぞれ1つ以上積層されてなり、
前記化合物層のそれぞれの厚さは、0.5nm以上30nm未満であり、
前記化合物層の1種であるB1化合物層は、(Ti 1-xb1-yb1 Si xb1 M1 yb1 )(C 1-zb1 N zb1 )(M1はCr、Nb、WおよびAlの1種以上を表わし、xb1は0.01以上0.25以下であり、yb1は0以上0.7以下であり、zb1は0.4以上1以下である)からなり、
前記化合物層の1種であって前記B1化合物層とは異なるB2化合物層は、(Al 1-xb2 M2 xb2 )(C 1-zb2 N zb2 )(M2はTi、Nb、V、CrおよびSiの1種以上を表わし、xb2は0.2以上0.77以下であり、zb2は0.4以上1以下である)からなり、
前記A層の厚さは、0.2μm以上10μm以下であり、
前記B層の厚さは、0.05μm以上5μm以下であり、
前記被覆層全体の厚さは、0.25μm以上15μm以下であり、
前記立方晶窒化硼素焼結体と前記被覆層との界面では、
前記立方晶窒化硼素からなる粒子が前記結合相よりも前記被覆層側に突出しており、
前記立方晶窒化硼素からなる粒子と前記結合相との段差が0.05μm以上1.0μm以下であり、
前記立方晶窒化硼素焼結体に含まれる前記立方晶窒化硼素の粒径は、前記立方晶窒化硼素焼結体と前記被覆層との界面から前記立方晶窒化硼素焼結体の内部に向かって大きくなる表面被覆窒化硼素焼結体工具。
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