JP6439201B2 - Method for manufacturing surface-coated cutting tool - Google Patents

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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.

従来より、基材上に被膜を形成した表面被覆切削工具が用いられてきた。たとえば、特開2006−198735号公報(特許文献1)は、Σ3型結晶粒界がΣ3−29型結晶粒界に占める割合が60−80%となるα−Al23層を含む被膜を有する表面被覆切削工具を開示している。 Conventionally, a surface-coated cutting tool in which a coating is formed on a substrate has been used. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-198735 (Patent Document 1) discloses a coating film including an α-Al 2 O 3 layer in which the proportion of the Σ3 type crystal grain boundary to the Σ3-29 type crystal grain boundary is 60-80%. A surface-coated cutting tool is disclosed.

また、特表2014−526391号公報(特許文献2)は、Σ3型結晶粒界の長さがΣ3−29型結晶粒界の長さの80%超となるα−Al23層を含む被膜を有する表面被覆切削工具を開示している。 In addition, JP 2014-526391 A (Patent Document 2) includes an α-Al 2 O 3 layer in which the length of the Σ3-type grain boundary is more than 80% of the length of the Σ3-29-type grain boundary. A surface-coated cutting tool having a coating is disclosed.

特開2006−198735号公報JP 2006-198735 A 特表2014−526391号公報Special table 2014-526391 gazette

多結晶のα−Al23からなるα−Al23層を含む被膜において、α−Al23層に含まれる粒界におけるΣ3型結晶粒界の占める割合が高くなるほど機械特性をはじめとする種々の特性が向上し、以って耐摩耗性や耐欠損性が向上することから切削工具の寿命が長くなることが期待される。 In coatings containing α-Al 2 O 3 layer consisting of α-Al 2 O 3 polycrystal, the higher the mechanical properties ratio of Σ3 type crystal grain boundaries in a grain boundary contained in the α-Al 2 O 3 layer is higher It is expected that the life of the cutting tool will be extended because various characteristics such as the improvement are improved and the wear resistance and fracture resistance are improved.

しかしながら、近年の切削加工においては、高速化および高能率化が進行し、切削工具にかかる負荷が増大し、切削工具の寿命が短期化することが問題となっていた。このため、切削工具の被膜の機械特性をさらに向上させ、切削工具の寿命をさらに長寿命化することが求められている。   However, in recent cutting work, there has been a problem that speeding up and efficiency improvement have progressed, the load applied to the cutting tool has increased, and the life of the cutting tool has been shortened. For this reason, it is required to further improve the mechanical properties of the coating film of the cutting tool and further extend the life of the cutting tool.

本発明は、このような状況に鑑みなされたものであって、その目的とするところは、被膜の機械特性を向上させ、切削工具の寿命をさらに長寿命化し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 such circumstances, and an object of the present invention is to provide a surface-coated cutting tool that improves the mechanical properties of the coating and further extends the life of the cutting tool. It is in.

本発明の一態様に係る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、該被膜は、α−Al23層を含み、該α−Al23層は、複数のα−Al23の結晶粒を含み、かつ(001)配向を示し、該結晶粒の粒界は、CSL粒界と一般粒界とを含み、該CSL粒界のうちΣ3型結晶粒界の長さは、Σ3−29型結晶粒界の長さの80%超であり、かつ該Σ3−29型結晶粒界の長さと該一般粒界の長さとの和である全粒界の合計長さの10%以上50%以下である。 The surface-coated cutting tool according to one aspect of the present invention includes a base material and a coating formed on the base material, and the coating includes an α-Al 2 O 3 layer, and the α-Al 2 O The three layers include a plurality of α-Al 2 O 3 crystal grains and exhibit (001) orientation, and the grain boundaries of the crystal grains include a CSL grain boundary and a general grain boundary. Of these, the length of the Σ3-type grain boundary is more than 80% of the length of the Σ3-29 type grain boundary, and is the sum of the length of the Σ3-29 type grain boundary and the length of the general grain boundary. It is 10% or more and 50% or less of the total length of all the grain boundaries.

上記によれば、被膜の機械特性が向上し、切削工具の寿命をさらに長寿命化することができる。   According to the above, the mechanical properties of the coating are improved, and the life of the cutting tool can be further extended.

[本発明の実施形態の説明]
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。
[Description of Embodiment of the Present Invention]
First, embodiments of the present invention will be listed and described.

[1]本発明の一態様に係る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た表面被覆切削工具であって、該被膜は、α−Al23層を含み、該α−Al23層は、複数のα−Al23の結晶粒を含み、かつ(001)配向を示し、該結晶粒の粒界は、CSL粒界と一般粒界とを含み、該CSL粒界のうちΣ3型結晶粒界の長さは、Σ3−29型結晶粒界の長さの80%超であり、かつ該Σ3−29型結晶粒界の長さと該一般粒界の長さとの和である全粒界の合計長さの10%以上50%以下である。この表面被覆切削工具は、被膜の機械特性が向上し、寿命が長寿命化されたものとなる。 [1] A surface-coated cutting tool according to an aspect of the present invention is a surface-coated cutting tool including a base material and a coating film formed on the base material, and the coating film is α-Al 2 O. The α-Al 2 O 3 layer includes a plurality of α-Al 2 O 3 crystal grains and exhibits (001) orientation, and the grain boundaries of the crystal grains are generally CSL grain boundaries. The length of the Σ3-type grain boundary of the CSL grain boundary is more than 80% of the length of the Σ3-29-type grain boundary, and the length of the Σ3-29-type grain boundary. And the length of the general grain boundary is 10% or more and 50% or less of the total length of all grain boundaries. In this surface-coated cutting tool, the mechanical properties of the coating are improved and the life is extended.

[2]上記CSL粒界は、上記Σ3型結晶粒界、Σ7型結晶粒界、Σ11型結晶粒界、Σ17型結晶粒界、Σ19型結晶粒界、Σ21型結晶粒界、Σ23型結晶粒界、およびΣ29型結晶粒界からなり、上記Σ3−29型結晶粒界の長さは、上記CSL粒界を構成するΣ3型結晶粒界、Σ7型結晶粒界、Σ11型結晶粒界、Σ17型結晶粒界、Σ19型結晶粒界、Σ21型結晶粒界、Σ23型結晶粒界、およびΣ29型結晶粒界のそれぞれの長さの総計であることが好ましい。これにより、上記の効果が十分に発揮される。   [2] The CSL grain boundaries are the Σ3-type grain boundaries, Σ7-type grain boundaries, Σ11-type grain boundaries, Σ17-type grain boundaries, Σ19-type grain boundaries, Σ21-type grain boundaries, and Σ23-type crystal grains. And the length of the Σ3-29 type crystal grain boundary is the Σ3 type crystal grain boundary, Σ7 type crystal grain boundary, Σ11 type crystal grain boundary constituting the CSL grain boundary, Σ17 The total length of each of the type grain boundaries, Σ19 type grain boundaries, Σ21 type crystal grain boundaries, Σ23 type crystal grain boundaries, and Σ29 type crystal grain boundaries is preferable. Thereby, said effect is fully exhibited.

[3]上記α−Al23層は、2〜20μmの厚みを有することが好ましい。これにより、上記の特性が最も効果的に発揮される。 [3] The α-Al 2 O 3 layer preferably has a thickness of 2 to 20 μm. Thereby, said characteristic is exhibited most effectively.

[4]上記α−Al23層は、表面粗さRaが0.2μm未満であることが好ましい。これにより、被削材と工具刃先との凝着摩耗が抑制され、その結果として刃先の耐チッピング性が向上したものとなる。 [4] The α-Al 2 O 3 layer preferably has a surface roughness Ra of less than 0.2 μm. As a result, adhesive wear between the work material and the tool edge is suppressed, and as a result, the chipping resistance of the edge is improved.

[5]上記α−Al23層は、上記被膜の表面側から2μm以内の領域に圧縮応力の絶対値が最大となる地点を含み、該地点における圧縮応力の絶対値は1GPa未満であることが好ましい。これにより、断続切削加工時に発生する機械的、熱的疲労による工具刃先の欠損が抑制され、その結果として刃先の信頼性が向上したものとなる。 [5] The α-Al 2 O 3 layer includes a point where the absolute value of the compressive stress is maximum in a region within 2 μm from the surface side of the coating, and the absolute value of the compressive stress at the point is less than 1 GPa. It is preferable. Thereby, the chip | tip of the tool blade edge | tip by the mechanical and thermal fatigue which generate | occur | produces at the time of an intermittent cutting process is suppressed, As a result, the reliability of a blade edge | tip improves.

[6]上記被膜は、上記基材と上記α−Al23層との間にTiCxy層を含み、該TiCxy層は、0.6≦x/(x+y)≦0.8という関係の原子比を満たすTiCxyを含むことが好ましい。これにより、基材とα−Al23層との密着性が向上する。 [6] The coating includes a TiC x N y layer between the base material and the α-Al 2 O 3 layer, and the TiC x N y layer is 0.6 ≦ x / (x + y) ≦ 0. It is preferable that TiC x N y satisfying the atomic ratio of .8 is included. This improves the adhesion between the substrate and the α-Al 2 O 3 layer.

[本発明の実施形態の詳細]
以下、本発明の実施形態(以下「本実施形態」とも記す)についてさらに詳細に説明する。
[Details of the embodiment of the present invention]
Hereinafter, embodiments of the present invention (hereinafter also referred to as “present embodiments”) will be described in more detail.

<表面被覆切削工具>
本実施形態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た構成を有する。このような被膜は、基材の全面を被覆することが好ましいが、基材の一部がこの被膜で被覆されていなかったり、被膜の構成が部分的に異なったりしていたとしても本実施形態の範囲を逸脱するものではない。
<Surface coated cutting tool>
The surface-coated cutting tool of the present embodiment has a configuration including a base material and a film formed on the base material. Such a coating preferably covers the entire surface of the substrate. However, even if a part of the substrate is not covered with this coating or the configuration of the coating is partially different, this embodiment It does not deviate from the scope.

このような本実施形態の表面被覆切削工具は、ドリル、エンドミル、ドリル用刃先交換型切削チップ、エンドミル用刃先交換型切削チップ、フライス加工用刃先交換型切削チップ、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、タップなどの切削工具として好適に使用することができる。   Such a surface-coated cutting tool according to this embodiment includes a drill, an end mill, a cutting edge exchangeable cutting tip for a drill, a cutting edge exchangeable cutting tip for an end mill, a cutting edge exchangeable cutting tip for milling, and a cutting edge exchangeable cutting tip for turning. It can be suitably used as a cutting tool such as a metal saw, a gear cutting tool, a reamer, and a tap.

<基材>
本実施形態の表面被覆切削工具に用いられる基材は、この種の基材として従来公知のものであればいずれのものも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Ti、Ta、Nb等の炭窒化物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、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウムなど)、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であることが好ましい。
<Base material>
As the base material used in the surface-coated cutting tool of the present embodiment, any material can be used as long as it is conventionally known as this type of base material. For example, cemented carbide (for example, WC-based cemented carbide, including WC, including Co, or including carbonitrides such as Ti, Ta, Nb), cermet (TiC, TiN, TiCN, etc.) Component), high-speed steel, ceramics (titanium carbide, silicon carbide, silicon nitride, aluminum nitride, aluminum oxide, etc.), cubic boron nitride sintered body, or diamond sintered body preferable.

これらの各種基材の中でも、特にWC基超硬合金、サーメット(特にTiCN基サーメット)を選択することが好ましい。これは、これらの基材が特に高温における硬度と強度とのバランスに優れ、上記用途の表面被覆切削工具の基材として優れた特性を有するためである。   Among these various substrates, it is particularly preferable to select a WC-based cemented carbide or cermet (particularly TiCN-based cermet). This is because these substrates are particularly excellent in the balance between hardness and strength at high temperatures, and have excellent characteristics as substrates for surface-coated cutting tools for the above applications.

なお、表面被覆切削工具が刃先交換型切削チップ等である場合、このような基材は、チップブレーカを有するものも、有さないものも含まれ、また、刃先稜線部は、その形状がシャープエッジ(すくい面と逃げ面とが交差する稜)、ホーニング(シャープエッジに対してアールを付与したもの)、ネガランド(面取りをしたもの)、ホーニングとネガランドとを組み合せたもののいずれのものも含まれる。   In addition, when the surface-coated cutting tool is a cutting edge replacement type cutting tip or the like, such a substrate includes those having a chip breaker and those having no chip breaker, and the cutting edge ridge line portion has a sharp shape. Included are edges (edges where the rake face and flank face intersect), honing (sharp edges are added to the edges), negative lands (chamfered), and combinations of honing and negative lands. .

<被膜>
本実施形態の被膜は、α−Al23層を含む限り、他の層を含んでいてもよい。他の層としては、たとえばTiN層、TiCN層、TiBNO層、TiCNO層、TiB2層、TiAlN層、TiAlCN層、TiAlON層、TiAlONC層等を挙げることができる。なお、その積層の順も特に限定されない。
<Coating>
The coating of this embodiment may contain other layers as long as it includes the α-Al 2 O 3 layer. Examples of the other layer include a TiN layer, a TiCN layer, a TiBNO layer, a TiCNO layer, a TiB 2 layer, a TiAlN layer, a TiAlCN layer, a TiAlON layer, and a TiAlONC layer. Note that the order of stacking is not particularly limited.

なお、本実施形態において、「TiN」、「TiCN」、「TiCxy」等の化学式において特に原子比を特定していないものは、各元素の原子比が「1」のみであることを示すものではなく、従来公知の原子比が全て含まれるものとする。 In the present embodiment, those having no particular atomic ratio in the chemical formulas such as “TiN”, “TiCN”, and “TiC x N y ” indicate that the atomic ratio of each element is only “1”. It is not shown and all conventionally known atomic ratios are included.

このような本実施形態の被膜は、基材を被覆することにより、耐摩耗性や耐チッピング性等の諸特性を向上させる作用を有するものである。   The coating film of this embodiment has an effect of improving various characteristics such as wear resistance and chipping resistance by coating the base material.

このような本実施形態の被膜は、3〜30μm(3μm以上30μm以下、なお本願において数値範囲を「〜」を用いて表わす場合、その範囲は上限および下限の数値を含むものとする)、より好ましくは5〜20μmの厚みを有することが好適である。その厚みが3μm未満では、耐摩耗性が不十分となる場合があり、30μmを超えると、断続加工において被膜と基材との間に大きな応力が加わった際に被膜の剥離または破壊が高頻度に発生する場合がある。   Such a film of the present embodiment has a thickness of 3 to 30 μm (3 μm or more and 30 μm or less, and in the present application, when a numerical range is expressed using “to”, the range includes upper and lower numerical values), more preferably It is preferable to have a thickness of 5 to 20 μm. If the thickness is less than 3 μm, the wear resistance may be insufficient. If it exceeds 30 μm, peeling or breaking of the coating is frequently caused when a large stress is applied between the coating and the substrate in intermittent processing. May occur.

<α−Al23層>
本実施形態の被膜は、α−Al23層を含む。このα−Al23層は、当該被膜中に一層または二層以上含まれることができる。
<Α-Al 2 O 3 layer>
The coating of this embodiment includes an α-Al 2 O 3 layer. This α-Al 2 O 3 layer can be included in the coating film in one layer or in two or more layers.

このα−Al23層は、複数のα−Al23(結晶構造がα型である酸化アルミニウム)の結晶粒を含んだ層である。すなわち、この層は、多結晶のα−Al23により構成される。通常この結晶粒は、約100〜2000nm程度の大きさの粒径を有する。 This α-Al 2 O 3 layer is a layer including crystal grains of a plurality of α-Al 2 O 3 (aluminum oxide whose crystal structure is α-type). That is, this layer is composed of polycrystalline α-Al 2 O 3 . Usually, this crystal grain has a grain size of about 100 to 2000 nm.

また、このα−Al23層は、(001)配向を示す。ここで、「(001)配向を示す」とは、(001)面に対する法線方向がα−Al23層表面(被膜表面側に位置する表面とする)の法線方向に対して±20°以内となる結晶粒(α−Al23)の割合がα−Al23層中で50%以上となる場合を言うものとする。具体的には、後述の電子線後方散乱回折(EBSD)として知られる走査型電子顕微鏡(SEM)を用いてα−Al23層の垂直断面(上記α−Al23層表面の法線方向に平行な断面)を観察し、それをカラーマッピングによる画像処理をした場合、α−Al23層に占める上記の結晶粒の面積比率が50%以上となる場合をいうものとする。 In addition, this α-Al 2 O 3 layer exhibits (001) orientation. Here, “shows (001) orientation” means that the normal direction to the (001) plane is ± with respect to the normal direction of the α-Al 2 O 3 layer surface (the surface located on the coating surface side). The case where the proportion of crystal grains (α-Al 2 O 3 ) within 20 ° is 50% or more in the α-Al 2 O 3 layer shall be said. Specifically, the law of the vertical cross section (the α-Al 2 O 3 layer surface of the α-Al 2 O 3 layer with a scanning electron microscope which is known as electron backscatter diffraction described below (EBSD) (SEM) When a cross section parallel to the line direction is observed and image processing is performed by color mapping, the area ratio of the crystal grains in the α-Al 2 O 3 layer is 50% or more. .

そして、上記複数のα−Al23の結晶粒の粒界(以下、単に「結晶粒界」とも記す)は、CSL粒界と一般粒界とを含み、CSL粒界のうちΣ3型結晶粒界の長さは、Σ3−29型結晶粒界の長さの80%超であり、かつΣ3−29型結晶粒界の長さと一般粒界の長さとの和である全粒界の合計長さの10%以上50%以下であることを特徴とする。これにより、本実施形態の被膜(α−Al23層)は、機械特性が向上し、以って切削工具の寿命をさらに長寿命化することができる。 The plurality of α-Al 2 O 3 crystal grain boundaries (hereinafter, also simply referred to as “crystal grain boundaries”) include CSL grain boundaries and general grain boundaries, and among the CSL grain boundaries, Σ3-type crystals The length of the grain boundary is more than 80% of the length of the Σ3-29 type grain boundary, and the total of all grain boundaries, which is the sum of the length of the Σ3-29 type grain boundary and the length of the general grain boundary It is characterized by being 10% or more and 50% or less of the length. As a result, the coating film (α-Al 2 O 3 layer) of the present embodiment has improved mechanical properties, which can further extend the life of the cutting tool.

結晶粒界は、結晶粒成長などの物質特性、クリープ特性、拡散特性、電気特性、光学特性、および機械特性に大きな影響を及ぼす。考慮すべき重要な特性としては、たとえば、物質中の結晶粒界密度、界面の化学組成、および結晶学的組織、すなわち結晶粒界面方位および結晶粒方位差である。特に、対応格子(CSL)結晶粒界が特殊な役割を果たしている。CSL結晶粒界(単に「CSL粒界」ともいう)は、多重度インデックス(multiplicity index)Σによって特徴付けられ、それは結晶粒界で接している2つの結晶粒の結晶格子部位密度と、両結晶格子を重ね合わせた場合に対応する部位の密度との比率として定義される。単純な構造の場合、低Σ値の結晶粒界は、低界面エネルギーおよび特殊な特性を有する傾向にあることが一般的に認められている。したがって、特殊結晶粒界の割合およびCSLモデルから推定される結晶粒方位差の分布の制御は、セラミック被膜の特性およびこれらの特性を向上させる方法にとって重要であると考えられる。   Grain boundaries have a significant effect on material properties such as grain growth, creep properties, diffusion properties, electrical properties, optical properties, and mechanical properties. Important properties to consider are, for example, grain boundary density in the material, chemical composition of the interface, and crystallographic structure, ie, grain interface orientation and grain orientation difference. In particular, the corresponding lattice (CSL) grain boundaries play a special role. A CSL grain boundary (also referred to simply as “CSL grain boundary”) is characterized by a multiplicity index Σ, which is the density of crystal lattice sites of two grains in contact with the grain boundary, It is defined as the ratio with the density of the corresponding part when the lattices are overlapped. For simple structures, it is generally accepted that low Σ value grain boundaries tend to have low interfacial energy and special properties. Therefore, the control of the ratio of the special grain boundaries and the distribution of grain orientation difference estimated from the CSL model is considered to be important for the characteristics of the ceramic coating and the method for improving these characteristics.

近年、電子線後方散乱回折(EBSD)として知られる走査型電子顕微鏡(SEM)に基づく技術が出現し、セラミック物質中の結晶粒界の研究に用いられている。EBSD技術は、後方散乱電子によって発生する菊池回折パターンの自動分析に基づいている。   In recent years, a technique based on a scanning electron microscope (SEM) known as electron backscatter diffraction (EBSD) has emerged and is used to study grain boundaries in ceramic materials. The EBSD technique is based on automatic analysis of the Kikuchi diffraction pattern generated by backscattered electrons.

対象とする物質の各結晶粒について、結晶学的方位は、対応する回折パターンのインデックス後に決定される。市販のソフトウェアにより、組織分析および結晶粒界性格分布(GBCD)の決定がEBSDを用いることによって比較的容易に行なわれる。EBSDを界面に適用することにより、界面の大きなサンプル集団について結晶粒界の方位差を決定することが可能である。通常、方位差分布は、物質の処理条件と関連付けられている。結晶粒界方位差は、オイラー角、角/軸対(angle/axis pair)、またはロドリゲスベクトルなどの通常の方位パラメータによって得ることができる。CSLモデルは、特性決定用のツールとして広く用いられている。   For each crystal grain of the material of interest, the crystallographic orientation is determined after indexing the corresponding diffraction pattern. With commercially available software, structure analysis and determination of grain boundary character distribution (GBCD) are made relatively easily by using EBSD. By applying EBSD to the interface, it is possible to determine the grain boundary orientation difference for a sample population with a large interface. Usually, the misorientation distribution is associated with the processing conditions of the substance. Grain boundary orientation differences can be obtained by conventional orientation parameters such as Euler angles, angle / axis pairs, or Rodriguez vectors. The CSL model is widely used as a characterization tool.

本実施形態のCSL粒界は、通常、上記Σ3型結晶粒界の他、Σ7型結晶粒界、Σ11型結晶粒界、Σ17型結晶粒界、Σ19型結晶粒界、Σ21型結晶粒界、Σ23型結晶粒界、およびΣ29型結晶粒界からなる。ただし、上記の電子線後方散乱回折(EBSD)として知られる走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて観察した場合に、Σ3型結晶粒界以外のいずれか1以上の結晶粒界が観察されない場合でも本実施形態の効果を示す限り本実施形態の範囲を逸脱するものではない。   The CSL grain boundaries of the present embodiment are usually Σ7 type crystal grain boundaries, Σ7 type crystal grain boundaries, Σ11 type crystal grain boundaries, Σ17 type crystal grain boundaries, Σ19 type crystal grain boundaries, Σ21 type crystal grain boundaries, It consists of a Σ23 type crystal grain boundary and a Σ29 type crystal grain boundary. However, even when one or more grain boundaries other than the Σ3-type grain boundary are not observed when observed using a scanning electron microscope (SEM) known as electron beam backscatter diffraction (EBSD), As long as the effect of this embodiment is shown, it does not depart from the scope of this embodiment.

本実施形態のΣ3型結晶粒界は、α−Al23のCSL結晶粒界の中で最も低い粒界エネルギーを有するものと考えられ、以って全CSL結晶粒界に占める割合を高くすることにより機械特性(特に耐塑性変形性)を高めることができると考えられる。このため、本実施形態では、全CSL結晶粒界をΣ3−29型結晶粒界という表記で表わし、このΣ3型結晶粒界の長さをΣ3−29型結晶粒界の長さの80%超として規定したものである。Σ3型結晶粒界の長さは、より好ましくはΣ3−29型結晶粒界の長さの83%以上であり、さらに好ましくは85%以上である。このように、その数値は、高くなればなる程好ましく、その上限を規定する必要はないが、多結晶薄膜であるという観点からその上限は99%以下である。 The Σ3-type grain boundary of this embodiment is considered to have the lowest grain boundary energy among the CSL grain boundaries of α-Al 2 O 3 , and thus the proportion of all CSL grain boundaries is high. By doing so, it is considered that mechanical properties (particularly plastic deformation resistance) can be improved. For this reason, in this embodiment, all the CSL crystal grain boundaries are represented by the notation of Σ3-29 type crystal grain boundary, and the length of this Σ3 type crystal grain boundary is more than 80% of the length of the Σ3-29 type crystal grain boundary. Is defined as The length of the Σ3-type grain boundary is more preferably 83% or more, and still more preferably 85% or more of the length of the Σ3-29 type grain boundary. Thus, the higher the value, the better. It is not necessary to define the upper limit, but the upper limit is 99% or less from the viewpoint of a polycrystalline thin film.

ここで、Σ3型結晶粒界の長さとは、EBSDで観察される視野中のΣ3型結晶粒界の合計長さを示し、Σ3−29型結晶粒界の長さとは、EBSDで観察される視野中の、以下で定義されるΣ3−29型結晶粒界の合計長さを示す。すなわち、Σ3−29型結晶粒界の長さとは、それぞれCSL粒界を構成する、Σ3型結晶粒界、Σ7型結晶粒界、Σ11型結晶粒界、Σ17型結晶粒界、Σ19型結晶粒界、Σ21型結晶粒界、Σ23型結晶粒界、およびΣ29型結晶粒界のそれぞれの長さの総計とする。   Here, the length of the Σ3-type grain boundary indicates the total length of the Σ3-type grain boundary in the field of view observed by EBSD, and the length of the Σ3-29 type grain boundary is observed by EBSD. The total length of the Σ3-29 type grain boundary defined below in the visual field is shown. That is, the lengths of the Σ3-29 type grain boundaries are the Σ3-type grain boundaries, Σ7-type grain boundaries, Σ11-type crystal grain boundaries, Σ17-type crystal grain boundaries, and Σ19-type crystal grains respectively constituting the CSL grain boundaries. The total length of each of the boundary, the Σ21-type grain boundary, the Σ23-type crystal grain boundary, and the Σ29-type crystal grain boundary.

一方、このΣ3型結晶粒界は、低い粒界エネルギーを有していることからも明らかなように高い整合性を有する結晶粒界であることから、Σ3型結晶粒界を粒界とする2つの結晶粒は単結晶または双晶類似の挙動を示し、粗粒化する傾向を示す。結晶粒が粗粒化すると、耐チッピング性等の被膜特性が低下するため、粗粒化を抑制する必要がある。そのため、本実施形態では、Σ3型結晶粒界の長さを全粒界の合計長さの10%以上50%以下と規定し、上記の抑制効果を担保したものである。   On the other hand, since this Σ3 type grain boundary is a crystal grain boundary having high consistency as is clear from having a low grain boundary energy, the Σ3 type crystal grain boundary is 2 One crystal grain behaves like a single crystal or twin crystal and tends to coarsen. When the crystal grains are coarsened, film characteristics such as chipping resistance are deteriorated, so that it is necessary to suppress the coarsening. Therefore, in this embodiment, the length of the Σ3-type grain boundary is defined as 10% or more and 50% or less of the total length of all the grain boundaries, and the above-described suppression effect is ensured.

したがって、Σ3型結晶粒界の長さが全粒界の合計長さの50%を超えると結晶粒が粗粒化するため好ましくなく、また10%未満では上記の優れた機械特性が得られなくなる。より好ましい範囲は、20〜45%、さらに好ましい範囲は30〜40%である。   Accordingly, if the length of the Σ3-type grain boundary exceeds 50% of the total length of all the grain boundaries, the crystal grains become undesirably coarse, and if it is less than 10%, the above excellent mechanical properties cannot be obtained. . A more preferable range is 20 to 45%, and a further preferable range is 30 to 40%.

ここで、全粒界とは、CSL結晶粒界以外の結晶粒界とCSL結晶粒界とを加算したものである。なお、CSL結晶粒界以外の結晶粒界は、便宜的に一般粒界と呼ぶものとする。よって、一般粒界とは、EBSDで観察した場合のα−Al23の結晶粒の全粒界からΣ3−29型結晶粒界を除いた残余部分となる。したがって、「全粒界の合計長さ」とは「Σ3−29型結晶粒界の長さと一般粒界の長さの和」として表わすことができる。 Here, the total grain boundary is a sum of a grain boundary other than the CSL grain boundary and the CSL grain boundary. Note that crystal grain boundaries other than CSL crystal grain boundaries are referred to as general grain boundaries for convenience. Therefore, the general grain boundary is a remaining part obtained by removing the Σ3-29 type crystal grain boundary from the whole grain boundary of the α-Al 2 O 3 crystal grain when observed by EBSD. Therefore, the “total length of all grain boundaries” can be expressed as “the sum of the length of the Σ3-29 type grain boundary and the length of the general grain boundary”.

本実施形態において、Σ3型結晶粒界の長さがΣ3−29型結晶粒界の長さの80%超であるか否か、および、Σ3型結晶粒界の長さが全粒界の合計長さの10%以上50%以下であるか否かは、次のようにして確認することができる。   In this embodiment, whether the length of the Σ3-type grain boundary is more than 80% of the length of the Σ3-29 type grain boundary, and the length of the Σ3-type grain boundary is the sum of all the grain boundaries. Whether it is 10% or more and 50% or less of the length can be confirmed as follows.

すなわち、まずα−Al23層を後述の製造方法に基づき形成する。そして、形成されたα−Al23層を(基材なども含め)α−Al23層に垂直な断面が得られるように切断する(すなわち、α−Al23層の表面に対する法線を含む平面でα−Al23層を切断した切断面が露出するように切断する)。その後、その切断面を耐水研磨紙(研磨剤としてSiC砥粒研磨剤を含むもの)で研磨する。 That is, an α-Al 2 O 3 layer is first formed based on the manufacturing method described later. Then, the formed α-Al 2 O 3 layer (including the base material) is cut so that a cross section perpendicular to the α-Al 2 O 3 layer is obtained (that is, the surface of the α-Al 2 O 3 layer). And cut so that the cut surface obtained by cutting the α-Al 2 O 3 layer at a plane including the normal line to is exposed). Thereafter, the cut surface is polished with water-resistant abrasive paper (containing a SiC abrasive abrasive as an abrasive).

なお、上記の切断は、たとえばα−Al23層表面(α−Al23層上に他の層が形成されている場合は被膜表面とする)を十分に大きな保持用の平板上にワックス等を用いて密着固定した後、回転刃の切断機にてその平板に対して垂直方向に切断する(該回転刃と該平板とが可能な限り垂直となるように切断する)ものとする。この切断は、このような垂直方向に対して行なわれる限り、α−Al23層の任意の部位で行なうことができるが、後述のような切刃先端部を含むように切断することが好ましい。 The above cleavage is, for example alpha-Al 2 O 3 layer surface (alpha-Al if other layers are formed on the 2 O 3 layer on the film surface) on a plate for a sufficiently large hold And fixed in close contact with wax or the like, and then cut in a direction perpendicular to the flat plate with a rotary blade cutter (cut so that the rotary blade and the flat plate are as vertical as possible) To do. This cutting can be performed at any part of the α-Al 2 O 3 layer as long as it is performed in such a vertical direction. However, the cutting may be performed so as to include a cutting edge tip as described later. preferable.

また、上記の研磨は、当該耐水研磨紙#400、#800、#1500を順に用いて行なうものとする(耐水研磨紙の番号(#)は研磨剤の粒径の違いを意味し、数字が大きくなるほど研磨剤の粒径は小さくなる)。   In addition, the above polishing is performed using the water-resistant abrasive papers # 400, # 800, and # 1500 in order (the number (#) of the water-resistant abrasive paper means a difference in the particle size of the abrasive, and the number is The larger the particle size, the smaller the particle size of the abrasive).

引続き、上記の研磨面をArイオンによるイオンミーリング処理によりさらに平滑化する。イオンミーリング処理の条件は以下の通りである。
加速電圧:6kV
照射角度:α−Al23層表面の法線方向(すなわち該切断面におけるα−Al23層の厚み方向に平行となる直線方向)から0°
照射時間:6時間。
Subsequently, the polished surface is further smoothed by ion milling with Ar ions. The conditions for the ion milling treatment are as follows.
Acceleration voltage: 6 kV
Irradiation angle: 0 ° from the normal direction of the surface of the α-Al 2 O 3 layer (that is, the linear direction parallel to the thickness direction of the α-Al 2 O 3 layer at the cut surface)
Irradiation time: 6 hours.

その後、上記の平滑化された研磨面をEBSDを備えたSEMによって観察する。該観察場所は、特に限定されないが、切削特性との関係を考慮すると切刃先端部を観察することが好ましい。切刃先端部とは、通常すくい面と逃げ面とが交差する刃先稜線部を意味するが、刃先稜線部がホーニング加工や面取り加工されている場合は、その加工範囲内の任意の箇所を観察するものとする。   Thereafter, the smoothed polished surface is observed with an SEM equipped with EBSD. The observation location is not particularly limited, but it is preferable to observe the tip of the cutting edge in consideration of the relationship with the cutting characteristics. The cutting edge tip usually means the edge of the cutting edge where the rake face and flank intersect, but if the edge of the cutting edge is honing or chamfered, observe any part within the machining range. It shall be.

SEMは、HKL NL02 EBSD検出器を備えたZeiss Supra 35 VP(CARL ZEISS社製)を用いる。EBSDデータは、集束電子ビームを各ピクセル上へ個別に位置させることによって順に収集する。   The SEM uses a Zeiss Supra 35 VP (CARL ZEISS) equipped with an HKL NL02 EBSD detector. EBSD data is collected sequentially by placing a focused electron beam onto each pixel individually.

サンプル面(平滑化処理したα−Al23層)の法線は、入射ビームに対して70°傾斜させ、分析は、15kVにて行なう。帯電効果を避けるために、10Paの圧力を印加する。開口径60μmまたは120μmと合わせて高電流モードを用いる。データ収集は、研磨面上、50×30μmの面領域に相当する500×300ポイントについて、0.1μm/ステップのステップにて行なう。 The normal of the sample surface (smoothed α-Al 2 O 3 layer) is tilted by 70 ° with respect to the incident beam, and analysis is performed at 15 kV. In order to avoid the charging effect, a pressure of 10 Pa is applied. The high current mode is used in combination with the opening diameter of 60 μm or 120 μm. Data collection is performed at a step of 0.1 μm / step for 500 × 300 points corresponding to a surface area of 50 × 30 μm on the polished surface.

データ処理は、ノイズフィルタリング有りおよび無しで行なう。ノイズフィルタリングおよび結晶粒界性格分布は、市販のソフトウェア(商品名:「orientation Imaging microscopy Ver 6.2」、EDAX社製)を用いて決定する。結晶粒界性格分布の分析は、Grimmer(H.Grimmer,R.Bonnet,Philosophical Magazine A 61(1990),493-509)から入手可能であるデータに基づいて行なう。ブランドンの条件(Brandon criterion)(ΔΘ<Θ0(Σ)-0.5、ここで、Θ0=15°)を用いて、実験値の理論値からの許容誤差を考慮に入れる(D.Brandon Acta metall.14(1966),1479-1484)。任意のΣ値に対応する特殊結晶粒界を計数し、全結晶粒界に対する比として表すことによって確認することができる。すなわち、以上により、Σ3型結晶粒界の長さ、Σ3−29型結晶粒界の長さ、および全粒界の合計長さを求めることができる。 Data processing is performed with and without noise filtering. Noise filtering and grain boundary character distribution are determined using commercially available software (trade name: “orientation Imaging microscopy Ver 6.2”, manufactured by EDAX). Analysis of grain boundary character distribution is based on data available from Grimmer (H. Grimmer, R. Bonnet, Philosophical Magazine A 61 (1990), 493-509). The Brandon criterion (ΔΘ <Θ 0 (Σ) −0.5 , where Θ 0 = 15 °) is used to take into account the tolerance of the experimental value from the theoretical value (D. Brandon Acta metall 14 (1966), 1479-1484). This can be confirmed by counting the special grain boundaries corresponding to arbitrary Σ values and expressing them as a ratio to the total grain boundaries. That is, the length of the Σ3-type grain boundary, the length of the Σ3-29 type grain boundary, and the total length of all the grain boundaries can be obtained as described above.

一方、α−Al23層が(001)配向を示すか否かは次のようにして確認することができる。すなわち、上記と同様にしてα−Al23層に垂直な断面が得られるようにα−Al23層を切断した後、同じく同様にして研磨および平滑化処理を行なう。 On the other hand, whether or not the α-Al 2 O 3 layer exhibits (001) orientation can be confirmed as follows. That is, after the α-Al 2 O 3 layer is cut so that a cross section perpendicular to the α-Al 2 O 3 layer can be obtained in the same manner as described above, the polishing and smoothing treatment is similarly performed.

そして、このように処理された切断面に対して、上記と同様のEBSDを備えたSEMを用いてα−Al23層が(001)配向を示すか否かを確認する。具体的には、上記と同じソフトウェアを用いて各測定ピクセルの(001)面の法線方向と、α−Al23層表面(被膜表面側に位置する表面とする)の法線方向(すなわち該切断面におけるα−Al23層の厚み方向に平行となる直線方向)とのなす角度を算出し、その角度が±20°以内となるピクセルが選択されるようなカラーマップを作成する。なお、この場合、カラーマップは切断面(すなわちα−Al23層)の全面に亘って作成される。 Then, the treated cut surface thus, the the α-Al 2 O 3 layer using SEM with similar EBSD (001) checks whether showing the orientation. Specifically, using the same software as above, the normal direction of the (001) plane of each measurement pixel and the normal direction of the α-Al 2 O 3 layer surface (the surface located on the coating surface side) ( In other words, the angle formed with the α-Al 2 O 3 layer in the cut plane and a straight line direction parallel to the thickness direction of the α-Al 2 O 3 layer is calculated, and a color map is created so that pixels whose angle is within ± 20 ° are selected. To do. In this case, the color map is created over the entire cut surface (that is, the α-Al 2 O 3 layer).

具体的には、上記ソフトウェアに含まれる「Cristal Direction MAP」の手法を用いて、α−Al23層表面の法線方向と各測定ピクセルの(001)面の法線方向とのTolerance20°(方向差が±20°以内となるもの)のカラーマップを作成する。そして、このカラーマップに基づいて上記ピクセルの面積比を算出することにより、その面積比が50%以上となる場合に「α−Al23層が(001)配向を示す」ものとする。 Specifically, using the method of “Cristal Direction MAP” included in the above software, the Tolerance of 20 ° between the normal direction of the surface of the α-Al 2 O 3 layer and the normal direction of the (001) plane of each measurement pixel A color map (with a direction difference within ± 20 °) is created. Then, by calculating the area ratio of the pixels based on this color map, when the area ratio is 50% or more, it is assumed that “α-Al 2 O 3 layer exhibits (001) orientation”.

<α−Al23層の厚み>
α−Al23層は、2〜20μmの厚みを有することが好ましい。これにより、上記のような優れた効果を発揮することができる。その厚みは、3〜15μmであることがより好ましく、5〜10μmであることがさらに好ましい。
<Thickness of α-Al 2 O 3 layer>
The α-Al 2 O 3 layer preferably has a thickness of 2 to 20 μm. Thereby, the above excellent effects can be exhibited. The thickness is more preferably 3 to 15 μm, still more preferably 5 to 10 μm.

上記厚みが2μm未満である場合、上記のような優れた効果を十分に発揮できない場合があり、20μmを超えると、α−Al23層と下地層等の他の層との線膨張係数の差に起因する界面応力が大きくなり、α−Al23の結晶粒が脱落する場合がある。このような厚みは、走査型電子顕微鏡(SEM)等を用いて基材と被膜の垂直断面観察により確認することができる。 When the thickness is less than 2 μm, the above excellent effects may not be sufficiently exhibited. When the thickness exceeds 20 μm, the linear expansion coefficient between the α-Al 2 O 3 layer and another layer such as an underlayer The interfacial stress due to the difference between the two increases, and the α-Al 2 O 3 crystal grains may fall off. Such a thickness can be confirmed by observation of a vertical cross section of the substrate and the coating using a scanning electron microscope (SEM) or the like.

<α−Al23層の表面粗さ>
α−Al23層は、表面粗さRaが0.2μm未満であることが好ましい。これにより、切りくずと工具刃先との間の摩擦係数が低減し、耐チッピング性が向上するだけでなく、安定した切りくず排出性を発揮できる。表面粗さRaは、0.15μm未満であることがより好ましく、0.10μm未満であることがさらに好ましい。このように表面粗さRaは、低くなればなる程好ましく、その下限を規定する必要はないが、被膜は基材の表面性状の影響を受けるという観点からその下限は0.05μm以上である。
<Surface roughness of α-Al 2 O 3 layer>
The α-Al 2 O 3 layer preferably has a surface roughness Ra of less than 0.2 μm. As a result, the coefficient of friction between the chips and the tool cutting edge is reduced, and not only chipping resistance is improved, but also stable chip discharge performance can be exhibited. The surface roughness Ra is more preferably less than 0.15 μm, and even more preferably less than 0.10 μm. Thus, the lower the surface roughness Ra, the better. It is not necessary to define the lower limit, but the lower limit is 0.05 μm or more from the viewpoint that the coating is affected by the surface properties of the substrate.

なお、本願において表面粗さRaは、JIS B 0601(2001)の算術平均粗さRaを意味するものとする。   In addition, in this application, surface roughness Ra shall mean arithmetic mean roughness Ra of JISB0601 (2001).

<α−Al23層の圧縮応力>
α−Al23層は、被膜の表面側から2μm以内の領域に圧縮応力の絶対値が最大となる地点を含み、該地点における圧縮応力の絶対値は1GPa未満であることが好ましい。これにより、断続切削加工時に発生する工具刃先の機械的、熱的疲労に伴う刃先の突発欠損が抑制され、省人/省エネルギー効果を発揮できる。該絶対値は、より好ましくは0.9GPa未満であり、さらに好ましくは0.8GPa未満である。上記絶対値の下限は、特に限定されないが、耐摩耗性と耐欠損性のバランスという観点からその下限は0.2GPa以上である。
<Compressive stress of α-Al 2 O 3 layer>
The α-Al 2 O 3 layer includes a point where the absolute value of the compressive stress is maximum in a region within 2 μm from the surface side of the coating, and the absolute value of the compressive stress at the point is preferably less than 1 GPa. Thereby, the sudden chipping | deletion defect | deletion of the blade edge accompanying the mechanical and thermal fatigue of the tool blade edge which generate | occur | produces at the time of an intermittent cutting process is suppressed, and a labor-saving / energy-saving effect can be exhibited. The absolute value is more preferably less than 0.9 GPa, and still more preferably less than 0.8 GPa. The lower limit of the absolute value is not particularly limited, but the lower limit is 0.2 GPa or more from the viewpoint of a balance between wear resistance and fracture resistance.

ここで、「被膜の表面側」とは、α−Al23層の厚み方向において、基材側とは反対側のサイドを意味し、α−Al23層上に他の層が形成されない場合はα−Al23層の表面を意味する。 Here, the "surface side of the film", in the thickness direction of the α-Al 2 O 3 layer, means a side opposite the side from the substrate side, another layer α-Al 2 O 3 layer on the When it is not formed, it means the surface of the α-Al 2 O 3 layer.

なお、本実施形態における圧縮応力は、従来公知のX線を用いたsin2ψ法、侵入深さ一定法等により測定することができる。 In addition, the compressive stress in this embodiment can be measured by the conventionally known sin 2 ψ method using X-rays, the penetration depth constant method, or the like.

<TiCxy層>
本実施形態の被膜は、基材とα−Al23層との間にTiCxy層を含むことができる。このTiCxy層は、0.6≦x/(x+y)≦0.8という関係の原子比を満たすTiCxyを含むことが好ましい。これにより、基材とα−Al23層との密着性が向上する。
<TiC x N y layer>
The coating of this embodiment can include a TiC x N y layer between the substrate and the α-Al 2 O 3 layer. This TiC x N y layer preferably contains TiC x N y that satisfies an atomic ratio of 0.6 ≦ x / (x + y) ≦ 0.8. This improves the adhesion between the substrate and the α-Al 2 O 3 layer.

該原子比は、より好ましくは0.65≦x/(x+y)≦0.75であり、さらに好ましくは0.67≦x/(x+y)≦0.72である。該x/(x+y)が0.6未満の場合、耐摩耗性が不十分となることがあり、0.8を超えると耐チッピング性が不十分となることがある。   The atomic ratio is more preferably 0.65 ≦ x / (x + y) ≦ 0.75, and further preferably 0.67 ≦ x / (x + y) ≦ 0.72. When x / (x + y) is less than 0.6, the wear resistance may be insufficient, and when it exceeds 0.8, the chipping resistance may be insufficient.

<製造方法>
本実施形態の表面被覆切削工具は、基材上に被膜を化学気相蒸着法により形成することによって製造することができる。被膜のうち、α−Al23層以外の被膜が形成される場合、それらの被膜は従来公知の条件で形成することができる。一方、α−Al23層は、以下のようにして形成することができる。
<Manufacturing method>
The surface-coated cutting tool of this embodiment can be manufactured by forming a film on a substrate by a chemical vapor deposition method. When a film other than the α-Al 2 O 3 layer is formed, these films can be formed under conventionally known conditions. On the other hand, the α-Al 2 O 3 layer can be formed as follows.

すなわち、まず原料ガスとして、AlCl3、HCl、CO2、CO、H2S、O2、およびH2を用いる。配合量は、AlCl3を3〜5体積%、HClを4〜6体積%、CO2を0.5〜2体積%、COを0.1〜1体積%、H2Sを1〜5体積%、O2を0.0001〜0.01体積%とし、残部はH2とする。さらに0.1≦CO/CO2≦1、0.1≦CO2/H2S≦1、0.1≦CO2/AlCl3≦1、0.5≦AlCl3/HCl≦1という体積比を採用することが好ましい。 That is, first, AlCl 3 , HCl, CO 2 , CO, H 2 S, O 2 , and H 2 are used as source gases. The blending amounts are 3-5% by volume of AlCl 3 , 4-6% by volume of HCl, 0.5-2% by volume of CO 2 , 0.1-1% by volume of CO, and 1-5% of H 2 S. %, O 2 is 0.0001 to 0.01% by volume, and the balance is H 2 . Further, volume ratios of 0.1 ≦ CO / CO 2 ≦ 1, 0.1 ≦ CO 2 / H 2 S ≦ 1, 0.1 ≦ CO 2 / AlCl 3 ≦ 1, 0.5 ≦ AlCl 3 / HCl ≦ 1 Is preferably adopted.

また、化学気相蒸着法の諸条件は、温度が950〜1050℃であり、圧力が1〜5kPaであり、ガス流量(全ガス量)が50〜100L/minである。   Moreover, as for the various conditions of a chemical vapor deposition method, temperature is 950-1050 degreeC, a pressure is 1-5 kPa, and a gas flow rate (total gas amount) is 50-100 L / min.

そして、このようにして化学気相蒸着法によりα−Al23層を一旦形成した後、アニールを行なう。アニールの条件は、温度が1050〜1080℃であり、圧力が50〜100kPaであり、時間が120〜300分である。またこのアニールの雰囲気は、20〜30L/minの流量のH2とAr(アルゴン)とを流すことにより行なわれる。 Then, after the α-Al 2 O 3 layer is once formed by chemical vapor deposition in this way, annealing is performed. The annealing conditions are a temperature of 1050 to 1080 ° C., a pressure of 50 to 100 kPa, and a time of 120 to 300 minutes. The annealing atmosphere is performed by flowing H 2 and Ar (argon) at a flow rate of 20 to 30 L / min.

このようにして、所望の厚みの本実施形態のα−Al23層を形成することができる。とりわけ、原料ガス中のO2の体積比を上記の範囲としたことにより、爆発等の危険性を低減させつつ十分な成膜速度を確保することができ、また成膜後に上記のようなアニールを行なうことによりα−Al23層中に硫黄等の不純物が残存することを防止できるため、本実施形態のα−Al23層の製造方法として特に優れたものとなる。 In this way, the α-Al 2 O 3 layer of the present embodiment having a desired thickness can be formed. In particular, by setting the volume ratio of O 2 in the source gas within the above range, it is possible to ensure a sufficient film formation rate while reducing the risk of explosion and the like, and annealing as described above after film formation. it is possible to prevent the impurities such as sulfur remains on α-Al 2 O 3 layer in by performing particularly outstanding as a method for producing α-Al 2 O 3 layer of the present embodiment.

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>
以下の表1に記載の基材Pおよび基材Kの2種類の基材を準備した。具体的には、表1に記載の配合組成からなる原料粉末を均一に混合し、所定の形状に加圧成形した後、1300〜1500℃で1〜2時間焼結することにより、形状がCNMG120408NUX(住友電気工業製、JIS B4120(2013))の超硬合金製の基材を得た。
<Preparation of substrate>
Two types of base materials P and P described in Table 1 below were prepared. Specifically, the raw material powder having the composition shown in Table 1 is uniformly mixed, pressed into a predetermined shape, and then sintered at 1300-1500 ° C. for 1-2 hours, so that the shape is CNMG120408NUX A cemented carbide base material (Sumitomo Electric Industries, JIS B4120 (2013)) was obtained.

Figure 0006439201
Figure 0006439201

<被膜の形成>
上記で得られた各基材に対してその表面に被膜を形成した。具体的には、基材を化学気相蒸着装置内にセットすることにより、基材上に化学気相蒸着法により被膜を形成した。被膜の形成条件は、以下の表2および表3に記載した通りである。表2はα−Al23層以外の各層の形成条件を示し、表3はα−Al23層の形成条件を示している。なお、表2中のTiBNOとTiCNOは後述の表5の中間層であり、それ以外のものも表5中のα−Al23層を除く各層に相当することを示す。また、TiCxy層は、原子比x/(x+y)が0.7であるTiCxyからなるものである。
<Formation of coating>
A film was formed on the surface of each substrate obtained above. Specifically, the base material was set in a chemical vapor deposition apparatus to form a film on the base material by chemical vapor deposition. The film formation conditions are as described in Table 2 and Table 3 below. Table 2 shows the formation conditions of each layer other than the α-Al 2 O 3 layer, and Table 3 shows the formation conditions of the α-Al 2 O 3 layer. Note that TiBNO and TiCNO in Table 2 are intermediate layers in Table 5 described later, and the other layers correspond to the layers other than the α-Al 2 O 3 layer in Table 5. Further, TiC x N y layers are those atomic ratio x / (x + y) consists of TiC x N y is 0.7.

また、表3に示すように、α−Al23層の形成条件はA〜GとX〜Zの10通りであり、このうちA〜Gが実施例の条件であり、X〜Zが比較例(従来技術)の条件である。 In addition, as shown in Table 3, the α-Al 2 O 3 layer has 10 formation conditions of A to G and X to Z, among which A to G are the conditions of the examples, and X to Z are It is conditions of a comparative example (prior art).

なお、A〜Gの条件で形成した実施例のα−Al23層のみについて、表4に記載したアニール時間の間、1050℃、50kPa、H2の流量を20L/min、Arの流量を30L/minの条件でアニールを行なった。 In addition, only about the α-Al 2 O 3 layer of the example formed under the conditions of A to G, the flow rate of 1050 ° C., 50 kPa, H 2 was 20 L / min, and the flow rate of Ar during the annealing time described in Table 4. Was annealed under the condition of 30 L / min.

たとえば、形成条件Aは、3.2体積%のAlCl3、4.0体積%のHCl、1.0体積%のCO2、0.5体積%のCO、2体積%のH2S、0.003体積%のO2、そして残部H2から組成の原料ガスを化学気相蒸着装置へ供給し、圧力3.5kPaおよび温度1000℃の条件下、流量(全ガス量)70L/minの条件で化学気相蒸着法を実行し、その後、上記の条件で180分間アニールすることによってα−Al23層が形成されることを示している。 For example, the formation condition A is 3.2 volume% AlCl 3 , 4.0 volume% HCl, 1.0 volume% CO 2 , 0.5 volume% CO, 2 volume% H 2 S, 0 A material gas having a composition is supplied from 0.003 volume% O 2 and the balance H 2 to a chemical vapor deposition apparatus under conditions of a pressure of 3.5 kPa and a temperature of 1000 ° C., and a flow rate (total gas amount) of 70 L / min. It is shown that an α-Al 2 O 3 layer is formed by performing a chemical vapor deposition method and then annealing for 180 minutes under the above conditions.

なお、表2に記載したα−Al23層以外の各層についても、アニールを行なわないことを除き、同様に化学気相蒸着法により形成した。なお、表2中の「残り」とは、H2が原料ガスの残部を占めることを示している。また、「全ガス量」とは、標準状態(0℃、1気圧)における気体を理想気体とし、単位時間当たりに化学気相蒸着装置に導入された全体積流量を示す(表3のα−Al23層についても同じ)。 In addition, each layer other than the α-Al 2 O 3 layer described in Table 2 was similarly formed by a chemical vapor deposition method, except that annealing was not performed. “Remaining” in Table 2 indicates that H 2 occupies the remainder of the source gas. The “total gas amount” indicates the total volume flow rate introduced into the chemical vapor deposition apparatus per unit time, assuming that the gas in the standard state (0 ° C., 1 atm) is an ideal gas (α− in Table 3). The same applies to the Al 2 O 3 layer).

また、各被膜の組成および厚みは、SEM−EDX(走査型電子顕微鏡−エネルギー分散型X線分光)により確認し、α−Al23層のΣ3型結晶粒界の長さ、Σ3−29型結晶粒界の長さ、および全粒界の合計長さを、上述の方法により確認した。また、α−Al23層の(001)配向の有無も上述の方法により確認した。 The composition and thickness of each coating were confirmed by SEM-EDX (scanning electron microscope-energy dispersive X-ray spectroscopy), and the length of the Σ3-type grain boundary of the α-Al 2 O 3 layer, Σ3-29 The length of the type grain boundary and the total length of all the grain boundaries were confirmed by the method described above. The presence or absence of (001) orientation of the α-Al 2 O 3 layer was also confirmed by the above-described method.

その結果、各被膜の組成および厚みは表5の通りであり、α−Al23層のΣ3型結晶粒界の長さがΣ3−29型結晶粒界の長さの何%であり、かつ全粒界の合計長さの何%になるかを、表4の「Σ3/Σ3−29」、「Σ3/全粒界」の項にそれぞれ示した。また、(001)面に対する法線方向がα−Al23層表面(被膜表面側に位置する表面とする)の法線方向に対して±20°以内となる結晶粒(α−Al23)の割合(%)を、同じく表4の「(001)配向の割合」の項に示した。 As a result, the composition and thickness of each coating are as shown in Table 5, and the length of the Σ3 type grain boundary of the α-Al 2 O 3 layer is what percentage of the length of the Σ3-29 type grain boundary, The percentage of the total length of all grain boundaries is shown in the sections of “Σ3 / Σ3-29” and “Σ3 / total grain boundaries” in Table 4, respectively. Further, crystal grains (α-Al 2 ) whose normal direction to the (001) plane is within ± 20 ° with respect to the normal direction of the surface of the α-Al 2 O 3 layer (the surface located on the coating surface side). The ratio (%) of O 3 ) is also shown in the section “(001) orientation ratio” in Table 4.

Figure 0006439201
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<表面被覆切削工具の作製>
上記の表2〜表4の条件により基材上に被膜を形成することにより、以下の表5に示した実施例1〜15および比較例1〜6の表面被覆切削工具を作製した。なお、各層の厚みは、成膜時間を適宜調節することにより調整した(各層の成膜速度は約0.5〜2.0μm/時間である)。
<Production of surface-coated cutting tool>
Surface-coated cutting tools of Examples 1 to 15 and Comparative Examples 1 to 6 shown in Table 5 below were produced by forming a film on the substrate under the conditions of Tables 2 to 4 above. The thickness of each layer was adjusted by appropriately adjusting the film formation time (the film formation speed of each layer is about 0.5 to 2.0 μm / hour).

たとえば実施例4の表面被覆切削工具は、基材として表1に記載の基材Pを採用し、その基材Pの表面に下地層として厚み0.5μmのTiN層を表2の条件で形成し、その下地層上に厚み5.0μmのTiCxy層を表2の条件で形成し、そのTiCxy層上に中間層として厚み0.5μmのTiBNO層を表2の条件で形成し、その中間層上に厚み5.0μmのα−Al23層を表3および表4の形成条件Bで作成し、その後、最外層として厚み1.0μmのTiN層を表2の条件で形成することにより、基材上に合計厚み12.0μmの被膜を形成した構成であることを示している。この実施例4の表面被覆切削工具のα−Al23層は、Σ3型結晶粒界の長さがΣ3−29型結晶粒界の長さの88%であり、かつ全粒界の合計長さの30%になる。またこのα−Al23層は、(001)配向を示す(すなわち(001)面に対する法線方向がα−Al23層表面の法線方向に対して±20°以内となる結晶粒(α−Al23)の割合がα−Al23層中で57%である)。 For example, the surface-coated cutting tool of Example 4 employs the base material P described in Table 1 as the base material, and a TiN layer having a thickness of 0.5 μm is formed on the surface of the base material P under the conditions of Table 2. Then, a TiC x N y layer having a thickness of 5.0 μm is formed on the underlayer under the conditions of Table 2, and a TiBNO layer having a thickness of 0.5 μm is formed on the TiC x N y layer as an intermediate layer under the conditions of Table 2. An α-Al 2 O 3 layer having a thickness of 5.0 μm is formed on the intermediate layer under the formation conditions B in Table 3 and Table 4, and then a TiN layer having a thickness of 1.0 μm is formed as an outermost layer in Table 2. By forming under conditions, it is shown that a film having a total thickness of 12.0 μm is formed on the substrate. In the α-Al 2 O 3 layer of the surface-coated cutting tool of Example 4, the length of the Σ3-type grain boundary is 88% of the length of the Σ3-29-type grain boundary, and the total of all the grain boundaries. 30% of the length. The α-Al 2 O 3 layer has a (001) orientation (that is, a crystal whose normal direction to the (001) plane is within ± 20 ° with respect to the normal direction of the α-Al 2 O 3 layer surface. The proportion of grains (α-Al 2 O 3 ) is 57% in the α-Al 2 O 3 layer).

なお、比較例1〜6のα−Al23層は全て本発明の方法に従わない従来技術の条件で形成されているため、それらのα−Al23層は、本発明のような特性を示さない結晶組織により構成されることになる(表3および表4参照)。 Since the α-Al 2 O 3 layers of Comparative Examples 1 to 6 are all formed under the conditions of the prior art that do not follow the method of the present invention, these α-Al 2 O 3 layers are as in the present invention. (See Table 3 and Table 4).

なお、表5中の空欄は、該当する層が形成されていないことを示す。   A blank in Table 5 indicates that the corresponding layer is not formed.

Figure 0006439201
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<切削試験>
上記で得られた表面被覆切削工具を用いて、以下の5種類の切削試験を行なった。
<Cutting test>
The following five types of cutting tests were performed using the surface-coated cutting tool obtained above.

<切削試験1>
以下の表6に記載した実施例および比較例の表面被覆切削工具について、以下の切削条件により逃げ面摩耗量(Vb)が0.20mmとなるまでの切削時間を測定するとともに刃先の最終損傷形態を観察した。その結果を表6に示す。切削時間が長いもの程、耐摩耗性に優れ、工具寿命が長くなっていることを示す。また、最終損傷形態が摩耗となるものは、耐チッピング性に優れ、同じく工具寿命が長くなっていることを示す。
<Cutting test 1>
For the surface-coated cutting tools of Examples and Comparative Examples described in Table 6 below, the cutting time until the flank wear amount (Vb) becomes 0.20 mm under the following cutting conditions is measured, and the final damage form of the blade edge Was observed. The results are shown in Table 6. The longer the cutting time, the better the wear resistance and the longer the tool life. In addition, when the final damage form is wear, the chipping resistance is excellent and the tool life is also prolonged.

<切削条件>
被削材:SUJ2丸棒外周切削
周速:350m/min
送り速度:0.2mm/rev
切込み量:2.0mm
切削液:あり。
<Cutting conditions>
Work material: SUJ2 round bar peripheral cutting speed: 350 m / min
Feeding speed: 0.2mm / rev
Cutting depth: 2.0mm
Cutting fluid: Yes.

Figure 0006439201
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表6より明らかなように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に比し、耐摩耗性および耐チッピング性の両者に優れており、工具寿命が長期化していることは明らかである。すなわち、実施例の表面被覆切削工具の被膜の機械特性が向上していることが確認できた。   As is apparent from Table 6, the surface-coated cutting tool of the example is superior in both wear resistance and chipping resistance to the surface-coated cutting tool of the comparative example, and the tool life is prolonged. it is obvious. That is, it was confirmed that the mechanical properties of the coating of the surface-coated cutting tool of the example were improved.

<切削試験2>
以下の表7に記載した実施例および比較例の表面被覆切削工具について、以下の切削条件により逃げ面摩耗量(Vb)が0.20mmとなるまでの切削時間を測定するとともに刃先の最終損傷形態を観察した。その結果を表7に示す。切削時間が長いもの程、耐摩耗性に優れ、工具寿命が長くなっていることを示す。また、最終損傷形態が摩耗となるものは、耐チッピング性に優れ、同じく工具寿命が長くなっていることを示す。
<Cutting test 2>
For the surface-coated cutting tools of Examples and Comparative Examples described in Table 7 below, the cutting time until the flank wear amount (Vb) becomes 0.20 mm under the following cutting conditions is measured and the final damage form of the blade edge Was observed. The results are shown in Table 7. The longer the cutting time, the better the wear resistance and the longer the tool life. In addition, when the final damage form is wear, the chipping resistance is excellent and the tool life is also prolonged.

<切削条件>
被削材:S50C丸棒外周切削
周速:300m/min
送り速度:0.5mm/rev
切込み量:2.0mm
切削液:あり。
<Cutting conditions>
Work material: S50C round bar peripheral cutting speed: 300 m / min
Feeding speed: 0.5mm / rev
Cutting depth: 2.0mm
Cutting fluid: Yes.

Figure 0006439201
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表7より明らかなように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に比し、耐摩耗性に優れており、工具寿命が長期化していることは明らかである。すなわち、実施例の表面被覆切削工具の被膜の機械特性が向上していることが確認できた。   As is apparent from Table 7, the surface-coated cutting tool of the example is superior in wear resistance and has a longer tool life than the surface-coated cutting tool of the comparative example. That is, it was confirmed that the mechanical properties of the coating of the surface-coated cutting tool of the example were improved.

<切削試験3>
以下の表8に記載した実施例および比較例の表面被覆切削工具について、以下の切削条件により逃げ面摩耗量(Vb)が0.20mmとなるまでの切削時間を測定するとともに刃先の最終損傷形態を観察した。その結果を表8に示す。切削時間が長いもの程、耐摩耗性に優れ、工具寿命が長くなっていることを示す。また、最終損傷形態が摩耗となるものは、耐チッピング性に優れ、同じく工具寿命が長くなっていることを示す。
<Cutting test 3>
For the surface-coated cutting tools of Examples and Comparative Examples described in Table 8 below, the cutting time until the flank wear amount (Vb) becomes 0.20 mm under the following cutting conditions is measured, and the final damage form of the blade edge Was observed. The results are shown in Table 8. The longer the cutting time, the better the wear resistance and the longer the tool life. In addition, when the final damage form is wear, the chipping resistance is excellent and the tool life is also prolonged.

<切削条件>
被削材:FCD600丸棒外周切削
周速:300m/min
送り速度:0.3mm/rev
切込み量:1.5mm
切削液:あり。
<Cutting conditions>
Work material: FCD600 round bar peripheral cutting speed: 300 m / min
Feeding speed: 0.3mm / rev
Cutting depth: 1.5mm
Cutting fluid: Yes.

Figure 0006439201
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表8より明らかなように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に比し、耐摩耗性および耐チッピング性の両者に優れており、工具寿命が長期化していることは明らかである。すなわち、実施例の表面被覆切削工具の被膜の機械特性が向上していることが確認できた。   As is apparent from Table 8, the surface-coated cutting tool of the example is superior to both the surface-coated cutting tool of the comparative example in both wear resistance and chipping resistance, and the tool life is prolonged. it is obvious. That is, it was confirmed that the mechanical properties of the coating of the surface-coated cutting tool of the example were improved.

<切削試験4>
以下の表9に記載した実施例および比較例の表面被覆切削工具について、以下の切削条件により逃げ面摩耗量(Vb)が0.20mmとなるまでの切削時間を測定するとともに刃先の最終損傷形態を観察した。その結果を表9に示す。切削時間が長いもの程、耐摩耗性に優れ、工具寿命が長くなっていることを示す。また、最終損傷形態が摩耗となるものは、耐チッピング性に優れ、同じく工具寿命が長くなっていることを示す。
<Cutting test 4>
For the surface-coated cutting tools of Examples and Comparative Examples described in Table 9 below, the cutting time until the flank wear amount (Vb) becomes 0.20 mm under the following cutting conditions is measured, and the final damage form of the blade edge Was observed. The results are shown in Table 9. The longer the cutting time, the better the wear resistance and the longer the tool life. In addition, when the final damage form is wear, the chipping resistance is excellent and the tool life is also prolonged.

<切削条件>
被削材:FC200丸棒外周切削
周速:500m/min
送り速度:0.25mm/rev
切込み量:1.5mm
切削液:あり。
<Cutting conditions>
Work material: FC200 round bar peripheral cutting speed: 500 m / min
Feeding speed: 0.25mm / rev
Cutting depth: 1.5mm
Cutting fluid: Yes.

Figure 0006439201
Figure 0006439201

表9より明らかなように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に比し、耐摩耗性に優れており、工具寿命が長期化していることは明らかである。すなわち、実施例の表面被覆切削工具の被膜の機械特性が向上していることが確認できた。   As is apparent from Table 9, the surface-coated cutting tool of the example is superior in wear resistance and has a longer tool life than the surface-coated cutting tool of the comparative example. That is, it was confirmed that the mechanical properties of the coating of the surface-coated cutting tool of the example were improved.

<切削試験5>
以下の表10に記載した実施例および比較例の表面被覆切削工具について、以下の切削条件により工具が欠損するまでの切削時間を測定した。その結果を表10に示す。切削時間が長いもの程、耐欠損性に優れ、工具寿命が長くなっていることを示す。
<Cutting test 5>
With respect to the surface-coated cutting tools of Examples and Comparative Examples described in Table 10 below, the cutting time until the tool was lost under the following cutting conditions was measured. The results are shown in Table 10. The longer the cutting time, the better the fracture resistance and the longer the tool life.

<切削条件>
被削材:SCM440(90°×4溝外周切削)
周速:200m/min
送り速度:0.2mm/rev
切込み量:1.5mm
切削液:あり。
<Cutting conditions>
Work material: SCM440 (90 ° × 4 groove outer periphery cutting)
Peripheral speed: 200m / min
Feeding speed: 0.2mm / rev
Cutting depth: 1.5mm
Cutting fluid: Yes.

Figure 0006439201
Figure 0006439201

表10より明らかなように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に比し、耐欠損性に優れており、工具寿命が長期化していることは明らかである。すなわち、実施例の表面被覆切削工具の被膜の機械特性が向上していることが確認できた。   As is apparent from Table 10, the surface-coated cutting tool of the example is superior in fracture resistance to the surface-coated cutting tool of the comparative example, and it is clear that the tool life is prolonged. That is, it was confirmed that the mechanical properties of the coating of the surface-coated cutting tool of the example were improved.

<α−Al23層の表面粗さRaの効果確認>
実施例1、実施例2、および実施例11の表面被覆切削工具に対して、α−Al23層の表面粗さRaをJIS B 0601(2001)に従って測定した。その結果を表11に示す。
<Confirmation of effect of surface roughness Ra of α-Al 2 O 3 layer>
For the surface-coated cutting tools of Example 1, Example 2, and Example 11, the surface roughness Ra of the α-Al 2 O 3 layer was measured in accordance with JIS B 0601 (2001). The results are shown in Table 11.

次いで、上記の各表面被覆切削工具のα−Al23層に対して以下の条件のエアロラップ処理を行なうことによって、それぞれ実施例1A、実施例2A、および実施例11Aの表面被覆切削工具を作製した。そして、これらの各表面被覆切削工具に対して、α−Al23層の表面粗さRaを上記と同様にして測定した。その結果を表11に示す。 Subsequently, the surface-coated cutting tools of Example 1A, Example 2A, and Example 11A were respectively obtained by subjecting the α-Al 2 O 3 layer of each surface-coated cutting tool to an aero lapping process under the following conditions. Was made. Then, for each of these surface-coated cutting tools, the surface roughness Ra of the α-Al 2 O 3 layer was measured in the same manner as described above. The results are shown in Table 11.

<エアロラップ処理の条件>
メディア:平均粒径0.1μmのダイヤモンド砥粒を含んだ直径1mm程度の弾性ゴムメディア(商品名:「マルチコーン」、ヤマシタワークス社製)
投射圧力:0.5bar
投射時間:30秒
湿式/乾式:乾式。
<Aero wrap conditions>
Media: Elastic rubber media with a diameter of about 1 mm containing diamond abrasive grains with an average particle size of 0.1 μm (trade name: “Multicone”, manufactured by Yamashita Towers)
Projection pressure: 0.5 bar
Projection time: 30 seconds wet / dry: dry.

そして、これらの実施例1、1A、2、2A、11、および11Aの表面被覆切削工具について、以下の切削条件により逃げ面摩耗量(Vb)が0.20mmとなるまでの切削時間を測定した。その結果を表11に示す。切削時間が長いもの程、切りくずと工具刃先との間の摩擦係数が低減し、安定した切りくず排出性を発揮できることを示す。   And about these surface-coated cutting tools of Examples 1, 1A, 2, 2A, 11, and 11A, the cutting time until the flank wear amount (Vb) was 0.20 mm was measured under the following cutting conditions. . The results are shown in Table 11. It shows that the longer the cutting time, the lower the coefficient of friction between the chip and the tool edge, and the more stable chip discharge performance can be exhibited.

<切削条件>
被削材:SS400丸棒外周切削
周速:100m/min
送り速度:0.1mm/rev
切込み量:1.0mm
切削液:なし。
<Cutting conditions>
Work material: SS400 round bar peripheral cutting speed: 100 m / min
Feeding speed: 0.1mm / rev
Cutting depth: 1.0mm
Cutting fluid: None.

Figure 0006439201
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表11より明らかなように、0.2μm未満の表面粗さRaを有するα−Al23層を備えた実施例1A、2A、11Aの表面被覆切削工具は、0.2μm以上の表面粗さRaを有するα−Al23層を備えた実施例1、2、11の表面被覆切削工具に比し、切りくずと工具刃先との間の摩擦係数が低減し、安定した切りくず排出性を発揮できることが確認できた。 As is apparent from Table 11, the surface-coated cutting tools of Examples 1A, 2A, and 11A having the α-Al 2 O 3 layer having a surface roughness Ra of less than 0.2 μm have a surface roughness of 0.2 μm or more. Compared to the surface-coated cutting tools of Examples 1, 2, and 11 having an α-Al 2 O 3 layer having a thickness Ra, the coefficient of friction between the chip and the tool edge is reduced, and stable chip discharge is achieved. It was confirmed that it was possible to demonstrate the properties.

<α−Al23層の圧縮応力付与の効果確認>
実施例1、実施例2、および実施例11の表面被覆切削工具に対して、α−Al23層において被膜の表面側から2μm以内の領域に応力の絶対値が最大となる地点があることを確認し、その地点における応力の絶対値を測定した。その結果を表12(「応力値」の項)に示す。なお、応力の測定はX線を用いたsin2ψ法により実行し、表12の「応力値」の項において、数値は絶対値を示し、引張応力は「引張」、圧縮応力は「圧縮」と表記した。
<Confirmation of effect of applying compressive stress to α-Al 2 O 3 layer>
For the surface-coated cutting tools of Example 1, Example 2, and Example 11, there is a point where the absolute value of the stress is maximum in the region within 2 μm from the surface side of the coating in the α-Al 2 O 3 layer. The absolute value of the stress at that point was measured. The results are shown in Table 12 (“Stress Value” section). The stress is measured by the sin 2 ψ method using X-rays. In the section of “Stress Value” in Table 12, the numerical value indicates an absolute value, the tensile stress is “tensile”, and the compressive stress is “compressed”. It was written.

次いで、上記の各表面被覆切削工具のα−Al23層に対して以下の条件の湿式ブラスト処理を行なうことによって、それぞれ実施例1B、実施例1C、実施例2B、実施例2C、および実施例11Bの表面被覆切削工具を作製した。そして、これらの各表面被覆切削工具に対して、上記と同様にしてα−Al23層において被膜の表面側から2μm以内の領域に応力の絶対値が最大となる地点があることを確認し、その地点における応力の絶対値を測定した。その結果を表12(「応力値」の項)に示す。なお、実施例1Bと実施例1C、および実施例2Bと実施例2Cの応力の差異は、湿式ブラスト処理の投射圧力の差異によるものである。 Next, by subjecting the α-Al 2 O 3 layer of each of the above surface-coated cutting tools to wet blasting under the following conditions, Example 1B, Example 1C, Example 2B, Example 2C, and A surface-coated cutting tool of Example 11B was produced. Then, for each of these surface-coated cutting tools, in the same manner as above, it was confirmed that there was a point where the absolute value of the stress was maximum in a region within 2 μm from the surface side of the coating in the α-Al 2 O 3 layer. The absolute value of stress at that point was measured. The results are shown in Table 12 (“Stress Value” section). The difference in stress between Example 1B and Example 1C, and Example 2B and Example 2C is due to the difference in the projection pressure of the wet blasting process.

<湿式ブラスト処理の条件>
メディア:アルミナメディア(φ50μm)
投射圧力:1〜2bar
投射時間:10秒
湿式/乾式:湿式。
<Conditions for wet blasting>
Media: Alumina media (φ50μm)
Projection pressure: 1-2 bar
Projection time: 10 seconds wet / dry: wet.

そして、これらの実施例1、1B、1C、2、2B、2C、11、および11Bの表面被覆切削工具について、以下の切削条件により工具が欠損するまでの切削時間を測定した。その結果を表12に示す。切削時間が長いもの程、断続切削加工時に発生する機械的、熱的疲労による工具刃先の欠損が抑制され、その結果として刃先の信頼性が向上したものとなっていることを示す。   And about these surface-coated cutting tools of Examples 1, 1B, 1C, 2, 2B, 2C, 11 and 11B, the cutting time until the tool was lost under the following cutting conditions was measured. The results are shown in Table 12. It shows that the longer the cutting time is, the more the cutting edge of the tool edge caused by mechanical and thermal fatigue generated during intermittent cutting is suppressed, and the reliability of the edge is improved as a result.

<切削条件>
被削材:SUS304(60°×3溝外周切削)
周速:150m/min
送り速度:0.25mm/rev
切込み量:1.0mm
切削液:なし。
<Cutting conditions>
Work material: SUS304 (60 ° × 3 groove outer periphery cutting)
Peripheral speed: 150m / min
Feeding speed: 0.25mm / rev
Cutting depth: 1.0mm
Cutting fluid: None.

Figure 0006439201
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表12より明らかなように、α−Al23層において被膜の表面側から2μm以内の領域に応力の絶対値が最大となる地点を含み、その地点における応力が引張応力であるよりも、その絶対値が1GPa未満の圧縮応力である方が断続切削加工時に発生する機械的、熱的疲労による工具刃先の欠損が抑制され、その結果として刃先の信頼性が向上したものとなっていることが確認できた。 As apparent from Table 12, the α-Al 2 O 3 layer includes a point where the absolute value of the stress is maximum in a region within 2 μm from the surface side of the coating, and the stress at that point is a tensile stress. When the absolute value of the compressive stress is less than 1 GPa, chipping of the tool edge due to mechanical and thermal fatigue that occurs during intermittent cutting is suppressed, and as a result, the reliability of the edge is improved. Was confirmed.

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たり、様々に変形す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 that the configurations of the above-described embodiments and examples may be appropriately combined and variously modified.

今回開示された実施の形態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実施の形態ではなく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。   The embodiment disclosed this time is to be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above-described embodiment but by the scope of claims, and is intended to include meanings equivalent to the scope of claims and all modifications within the scope.

Claims (4)

基材と、該基材上に形成された被膜とを備えた表面被覆切削工具であって、
前記被膜は、α−Al23層を含み、
前記α−Al23層は、複数のα−Al23の結晶粒を含み、かつ(001)配向を示し、
前記結晶粒の粒界は、CSL粒界と一般粒界とを含み、
前記CSL粒界のうちΣ3型結晶粒界の長さは、Σ3−29型結晶粒界の長さの80%超であり、かつ前記Σ3−29型結晶粒界の長さと前記一般粒界の長さとの和である全粒界の合計長さの10%以上50%以下であり、
前記(001)配向を示すとは、(001)面に対する法線方向が前記α−Al 2 3 層表面の法線方向に対して±20°以内となる前記α−Al 2 3 の結晶粒の割合が前記α−Al 2 3 層中で50%以上となる場合を言う、表面被覆切削工具の製造方法であって、
前記α−Al 2 3 層を化学気相蒸着法により形成する第1工程と、
形成された前記α−Al 2 3 層をアニールする第2工程と、を含み、
前記第1工程は、原料ガスとして、AlCl 3 、HCl、CO 2 、CO、H 2 S、O 2 、およびH 2 を用い、温度が950〜1050℃であり、圧力が1〜5kPaであり、ガス流量が50〜100L/minである条件で実行され、
前記第2工程は、温度が1050〜1080℃であり、圧力が50〜100kPaであり、時間が120〜300分である条件で実行される、表面被覆切削工具の製造方法。
A surface-coated cutting tool comprising a base material and a coating formed on the base material,
The coating includes an α-Al 2 O 3 layer,
The α-Al 2 O 3 layer includes a plurality of α-Al 2 O 3 crystal grains and exhibits a (001) orientation;
The grain boundaries of the crystal grains include CSL grain boundaries and general grain boundaries,
Of the CSL grain boundaries, the length of the Σ3-type grain boundary is more than 80% of the length of the Σ3-29-type grain boundary, and the length of the Σ3-29-type grain boundary and the length of the general grain boundary Ri 50% der less than 10% of the total length of all the grain boundaries is the sum of the length,
The (001) orientation means that the α-Al 2 O 3 crystal has a normal direction with respect to the (001) plane within ± 20 ° with respect to the normal direction of the surface of the α-Al 2 O 3 layer. A method for producing a surface-coated cutting tool , which refers to a case where the proportion of grains is 50% or more in the α-Al 2 O 3 layer ,
A first step of forming the α-Al 2 O 3 layer by chemical vapor deposition;
Annealing the formed α-Al 2 O 3 layer,
In the first step, AlCl 3 , HCl, CO 2 , CO, H 2 S, O 2 , and H 2 are used as source gases , the temperature is 950 to 1050 ° C., the pressure is 1 to 5 kPa, Executed under the condition that the gas flow rate is 50 to 100 L / min,
The said 2nd process is a manufacturing method of the surface covering cutting tool performed on the conditions whose temperature is 1050-1080 degreeC, a pressure is 50-100 kPa, and time is 120-300 minutes.
前記原料ガスは、AlClThe source gas is AlCl 3Three を3〜5体積%、HClを4〜6体積%、CO3-5% by volume, HCl 4-6% by volume, CO 22 を0.5〜2体積%、COを0.1〜1体積%、H0.5-2% by volume, CO 0.1-1% by volume, H 22 Sを1〜5体積%、O1 to 5% by volume of S, O 22 を0.0001〜0.01体積%とし、残部はH0.0001 to 0.01% by volume, the balance being H 22 とする配合量で用いられる、請求項1に記載の表面被覆切削工具の製造方法。The method for producing a surface-coated cutting tool according to claim 1, which is used in an amount of 前記原料ガスは、0.1≦CO/COThe source gas is 0.1 ≦ CO / CO 22 ≦1、0.1≦CO≦ 1, 0.1 ≦ CO 22 /H/ H 22 S≦1、0.1≦COS ≦ 1, 0.1 ≦ CO 22 /AlCl/ AlCl 3Three ≦1、0.5≦AlCl≦ 1, 0.5 ≦ AlCl 3Three /HCl≦1という体積比で用いられる、請求項1または請求項2に記載の表面被覆切削工具の製造方法。The method for producing a surface-coated cutting tool according to claim 1 or 2, which is used at a volume ratio of / HCl ≦ 1. 前記第2工程は、20〜30L/minの流量のHThe second step is H at a flow rate of 20-30 L / min. 22 とArとを流す雰囲気で実行される、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の表面被覆切削工具の製造方法。The manufacturing method of the surface-coated cutting tool of any one of Claims 1-3 performed by the atmosphere which flows Ar and Ar.
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