JP6863649B1 - 切削工具 - Google Patents
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Abstract
Description
すくい面と逃げ面とを含む切削工具であって、
上記切削工具は、立方晶窒化ホウ素焼結体からなる基材と、上記基材上に設けられている被膜とからなり、
上記立方晶窒化ホウ素焼結体は、立方晶窒化ホウ素を含み、
上記被膜は、MAlN層を含み、
上記MAlN層におけるMは、チタン、クロム又はその両方を含む金属元素を示し、
上記MAlN層は、立方晶型のMxAl1−xNの結晶粒を含み、
上記MxAl1−xNにおける金属元素Mの原子比xは0.3以上0.7以下であり、
上記立方晶窒化ホウ素の含有割合は、上記立方晶窒化ホウ素焼結体に対して、20体積%以上であり、
上記逃げ面の法線を含む平面で上記MAlN層を切断したときの断面において、上記逃げ面における上記MAlN層の100μm長さあたりの空隙の数をnFとし、
上記すくい面の法線を含む平面で上記MAlN層を切断したときの断面において、上記すくい面における上記MAlN層の100μm長さあたりの空隙の数をnRとした場合、
nF<nRを満たし、
上記逃げ面の法線を含む平面で上記MAlN層を切断したときの断面において、上記逃げ面における上記MAlN層の100μm長さあたりのドロップレットの数nDが3以下である。
例えば、特開平08−119774号公報(特許文献1)では、立方晶型窒化硼素を20体積%以上含むCBN焼結体からなる基材またはダイヤモンドを40%以上含むダイヤモンド焼結体からなる基材を有する工具用の複合高硬度材料において、C、NおよびOの中から選択される少なくとも1種の元素と、Tiと、Alとを主成分とした少なくとも1層の硬質耐熱被膜を少なくとも切削に関与する箇所に有することを特徴とする工具用複合高硬度材料が開示されている。更に特許文献1では、上記硬質耐熱被膜をイオンプレーティング法等の既存のPVD法(物理蒸着法)で形成したことが開示されている。
本開示によれば、耐摩耗性及び耐剥離性に優れる切削工具を提供することが可能になる。
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
[1]本開示に係る切削工具は、
すくい面と逃げ面とを含む切削工具であって、
上記切削工具は、立方晶窒化ホウ素焼結体からなる基材と、上記基材上に設けられている被膜とからなり、
上記立方晶窒化ホウ素焼結体は、立方晶窒化ホウ素を含み、
上記被膜は、MAlN層を含み、
上記MAlN層におけるMは、チタン、クロム又はその両方を含む金属元素を示し、
上記MAlN層は、立方晶型のMxAl1−xNの結晶粒を含み、
上記MxAl1−xNにおける金属元素Mの原子比xは0.3以上0.7以下であり、
上記立方晶窒化ホウ素の含有割合は、上記立方晶窒化ホウ素焼結体に対して、20体積%以上であり、
上記逃げ面の法線を含む平面で上記MAlN層を切断したときの断面において、上記逃げ面における上記MAlN層の100μm長さあたりの空隙の数をnFとし、上記すくい面の法線を含む平面で上記MAlN層を切断したときの断面において、上記すくい面における上記MAlN層の100μm長さあたりの空隙の数をnRとした場合、
nF<nRを満たし、
上記逃げ面の法線を含む平面で上記MAlN層を切断したときの断面において、上記逃げ面における上記MAlN層の100μm長さあたりのドロップレットの数nDが3以下である。
逃げ面及びすくい面における被膜の剥離及び被膜のチッピングは、逃げ面のアブレイシブ摩耗と共に、逃げ面における被膜の摩耗(逃げ面摩耗)として現れる。すくい面に存在する空隙は、切り屑から加わる膜表面に対して略平行な力(衝撃)を吸収するため、逃げ面摩耗に現れる被膜の剥離及び被膜のチッピングを抑える効果がある。逃げ面におけるアブレイシブ摩耗は、すくい面における衝撃と比べて繰り返しはない上、逃げ面においては切り屑からの衝撃よりもアブレイシブ摩耗による衝撃が大きい。そのため逃げ面においては、アブレイシブ摩耗による逃げ面摩耗を抑制する空隙の少ない膜構造が要求される。これらの物性に関して研究を重ねた結果、MAlN層において、nF<nRを満たすことで最も良好な耐逃げ面摩耗性(耐剥離性、耐チッピング性、耐摩耗性)を得られることが判明した。すなわち、上記切削工具は、上述のような構成を備えることによって、優れた耐摩耗性及び優れた耐剥離性を有することが可能になる。ここで、「耐剥離性」とは、上記基材から上記MAlN層が剥離することに対する耐性を意味する。
上記刃先面の法線を含む平面で上記MAlN層を切断したときの断面において、上記刃先面における上記MAlN層の100μm長さあたりの空隙の数をnCとした場合、
nF<nC<nRを満たすことが好ましい。このように規定することで、上記切削工具は更に優れた耐剥離性を有するようになる。
nF<100/Rを満たすことが好ましい。このように規定することで、上記切削工具は更に優れた耐剥離性を有するようになる。
以下、本開示の一実施形態(以下「本実施形態」と記す。)について説明する。ただし、本実施形態はこれに限定されるものではない。本明細書において「A〜Z」という形式の表記は、範囲の上限下限(すなわちA以上Z以下)を意味し、Aにおいて単位の記載がなく、Zにおいてのみ単位が記載されている場合、Aの単位とZの単位とは同じである。さらに、本明細書において、例えば「TiN」等のように、構成元素の組成比が限定されていない化学式によって化合物が表された場合には、その化学式は従来公知のあらゆる組成比(元素比)を含むものとする。このとき上記化学式は、化学量論組成のみならず、非化学量論組成も含むものとする。例えば「TiN」の化学式には、化学量論組成「Ti1N1」のみならず、例えば「Ti1N0.8」のような非化学量論組成も含まれる。このことは、「TiN」以外の化合物の記載についても同様である。
本開示に係る切削工具は、
すくい面と逃げ面とを含む切削工具であって、
上記切削工具は、立方晶窒化ホウ素焼結体からなる基材と、上記基材上に設けられている被膜とからなり、
上記立方晶窒化ホウ素焼結体は、立方晶窒化ホウ素を含み、
上記被膜は、MAlN層を含み、
上記MAlN層におけるMは、チタン、クロム又はその両方を含む金属元素を示し、
上記MAlN層は、立方晶型のMxAl1−xNの結晶粒を含み、
上記MxAl1−xNにおける金属元素Mの原子比xは0.3以上0.7以下であり、
上記立方晶窒化ホウ素の含有割合は、上記立方晶窒化ホウ素焼結体に対して、20体積%以上であり、
上記逃げ面の法線を含む平面で上記MAlN層を切断したときの断面において、上記逃げ面における上記MAlN層の100μm長さあたりの空隙の数をnFとし、上記すくい面の法線を含む平面で上記MAlN層を切断したときの断面において、上記すくい面における上記MAlN層の100μm長さあたりの空隙の数をnRとした場合、
nF<nRを満たし、
上記逃げ面の法線を含む平面で上記MAlN層を切断したときの断面において、上記逃げ面における上記MAlN層の100μm長さあたりのドロップレットの数nDが3以下である。
なお、上記基材上に設けられている上述の各層をまとめて「被膜」と呼ぶ場合がある。すなわち、上記切削工具10は上記基材11を被覆する被膜20を備える(図2、図3)。上記被膜20は上記MAlN層12を含む(図4)。また、上記被膜20は、上記下地層13、又は上記表面層14を更に含んでいてもよい(図5)。
(立方晶窒化ホウ素焼結体)
本実施形態の基材は、立方晶窒化ホウ素焼結体(cBN焼結体)からなる。上記立方晶窒化ホウ素焼結体は、立方晶窒化ホウ素を含む。本実施形態の一側面において、上記立方晶窒化ホウ素焼結体は、バインダーを更に含むことが好ましい。
本実施形態において「立方晶窒化ホウ素」とは、立方晶型の窒化ホウ素の結晶粒を意味する。すなわち、上記立方晶窒化ホウ素焼結体は、多結晶の立方晶窒化ホウ素を含む。
本実施形態において「バインダー」とは、上記立方晶窒化ホウ素の結晶粒同士を結合させる物質を意味する。上記バインダーは、元素の周期表の第4族元素、第5族元素、第6族元素、Al(アルミニウム)及びSi(ケイ素)からなる群より選ばれる少なくとも1つの元素と、C(炭素)、N(窒素)、B(ホウ素)及びO(酸素)からなる群より選ばれる少なくとも1つの元素とからなる化合物を含むことが好ましい。
上記立方晶窒化ホウ素焼結体は、本開示が奏する効果を損なわない範囲において、不可避不純物を含んでいてもよい。不可避不純物とは、立方晶窒化ホウ素焼結体の原料中に、又はその製造上において微量に含まれる可能性がある元素および化合物の総称をいう。不可避不純物として含まれる各元素及び化合物の含有量(体積%)は、それぞれ0体積%以上5体積%以下であり、これらの総和(すなわち微量不純物の合計含有量)は0体積%以上5体積%以下である。したがって、不可避不純物は、上記立方晶窒化ホウ素焼結体に含まれていてもよく、含まれていなくてもよい。不可避不純物としては、例えば、Li、Mg、Ca、Sr、Ba、Be、Si、Ga、La、Fe、Cuなどが挙げられる。
本実施形態に係る被膜は、MAlN層を含む。上記MAlN層におけるMは、チタン、クロム又はその両方を含む金属元素を示す。「被膜」は、上記基材の少なくとも一部(例えば、すくい面の一部及び逃げ面の一部)を被覆することで、切削工具における耐欠損性、耐摩耗性等の諸特性を向上させる作用を有するものである。上記被膜は、上記基材の全面を被覆することが好ましい。しかしながら、上記基材の一部が上記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てい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。
上記MAlN層は、立方晶型のMxAl1−xNの結晶粒を含む。すなわち、上記MAlN層は、多結晶のMxAl1−xNを含む層である。立方晶型のMxAl1−xNの結晶粒は、例えば、X線回折により得られる回折ピークのパターンにより識別される。
本実施形態において、上記逃げ面の法線を含む平面で上記MAlN層を切断したときの断面において、上記逃げ面における上記MAlN層の100μm長さあたりの空隙の数をnFとし、上記すくい面の法線を含む平面で上記MAlN層を切断したときの断面において、上記すくい面における上記MAlN層の100μm長さあたりの空隙の数をnRとした場合、nF<nRを満たす。
このような当該空隙の数の計数を、少なくとも3箇所の「連続して100μmの長さの範囲」で行い、これらの平均値を当該空隙の数とする。
上記刃先面の法線を含む平面で上記MAlN層を切断したときの断面において、上記刃先面における上記MAlN層の100μm長さあたりの空隙の数をnCとした場合、nF<nC<nRを満たすことが好ましい。
本実施形態において、上記逃げ面の法線を含む平面で上記MAlN層を切断したときの断面において、上記逃げ面における上記MAlN層の100μm長さあたりのドロップレットの数nDが3以下であり、0以上2以下であることが好ましい。
0.75<Lb/La≦1、かつ0.1<La
このような当該ドロップレットの数の計数を、少なくとも3箇所の「連続して100μmの長さの範囲」で行い、これらの平均値を当該ドロップレットの数とする。
本実施形態の効果を損なわない限り、上記被膜は、他の層を更に含んでいてもよい。上記他の層としては、例えば、上記基材と上記MAlN層との間に設けられている下地層及び上記MAlN層上に設けられている表面層、上記下地層と上記MAlN層との間、又は上記MAlN層と上記表面層との間に設けられている中間層等が挙げられる。上記下地層、上記表面層及び上記中間層それぞれの組成は、上記MAlN層と区別が可能であれば、同じであってもよいし、異なっていてもよい。上記下地層は、例えば、TiNで表される化合物からなる層であってもよい。上記表面層は、例えば、CrNで表される化合物からなる層であってもよい。上記中間層は、例えば、AlCrNで表される化合物からなる層であってもよい。上記他の層の厚みは、本実施形態の効果を損なわない範囲において、特に制限はないが例えば、0.1μm以上2μm以下が挙げられる。
本実施形態に係る切削工具の製造方法は、
上記基材を準備する工程(以下、「第1工程」という場合がある。)と、
大電力パルススパッタリング法を用いて、上記基材上に上記MAlN層を形成する工程(以下、「第2工程」という場合がある。)と、を含む。
HiPIMS法は、上述したような原理で成膜されるため、アークカソードイオンプレーティング法に比べて、ドロップレットが生成されにくい。また、HiPIMS法を用いて、立方晶窒化ホウ素焼結体からなる基材上にTiAlN層等のMAlN層を成膜することで、上記空隙は上記基材の表面から形成されていると本発明者らは考えている。このように、上記空隙は基材の種類及び成膜手法に起因すると考えられるため、上記MAlN層以外の層(例えば、下地層、中間層等)を形成するときも上記空隙が生成されると本発明者らは考えている。
第1工程では基材を準備する。上記基材としては、上述の立方晶窒化ホウ素焼結体からなる基材が準備される。当該基材は、市販の基材を用いてもよい。また、当該基材は、後述する実施例に記載の方法によって製造してもよい。次いで当該立方晶窒化ホウ素焼結体に対して、面取り処理等の所定の刃先加工を施すことにより、立方晶窒化ホウ素焼結体からなる基材を製造することができる。
第2工程では、大電力パルススパッタリング法を用いて、上記基材上に上記MAlN層を形成する。その方法としては、形成しようとするMAlN層の組成に応じて、金属元素M(例えば、Ti)と、Alとの量を調整したターゲットを使用する方法が挙げられる。
上記第2工程において、MAlN層の原料は、金属元素M及びAlを含む。MAlN層がTiAlN層である場合、TiAlN層の原料は、Ti及びAlを含む。TiAlN層の原料は、例えばTiとAlとの粉末焼結合金が挙げられる。
不活性ガス:Arガス
温度 :500℃
圧力 :350mPa
電圧 :パルスDC電圧(500V、周波数200kHz)
処理時間 :10分間
本実施形態に係る製造方法では、上述した工程の他にも、基材の上に下地層を形成する工程、上記下地層又は上記MAlN層の上に中間層を形成する工程、上記MAlN層の上に表面層を形成する工程及び、表面処理する工程等を適宜行ってもよい。上述の下地層、中間層及び表面層等の他の層を形成する場合、従来の方法によって他の層を形成してもよい。具体的には、例えば、HiPIMS法とは異なる物理蒸着法(PVD法)によって上記他の層を形成することが挙げられる。表面処理をする工程としては、例えば、弾性材にダイヤモンド粉末を担持させたメディアを用いた表面処理等が挙げられる。
(付記1)
すくい面と逃げ面とを含む表面被覆切削工具であって、
前記表面被覆切削工具は、立方晶窒化ホウ素焼結体からなる基材と、前記基材上に設けられている被膜とからなり、
前記立方晶窒化ホウ素焼結体は、立方晶窒化ホウ素を含み、
前記被膜は、TiAlN層を含み、
前記TiAlN層は、立方晶型のTixAl1−xNの結晶粒を含み、
前記TixAl1−xNにおけるTiの原子比xは0.3以上0.7以下であり、
前記立方晶窒化ホウ素の含有割合は、前記立方晶窒化ホウ素焼結体に対して、20体積%以上であり、
前記逃げ面の法線を含む平面で前記TiAlN層を切断したときの断面において、前記逃げ面における前記TiAlN層の100μm長さあたりの空隙の数をnFとし、前記すくい面の法線を含む平面で前記TiAlN層を切断したときの断面において、前記すくい面における前記TiAlN層の100μm長さあたりの空隙の数をnRとした場合、
nF<nRを満たし、
前記逃げ面の法線を含む平面で前記TiAlN層を切断したときの断面において、前記逃げ面における前記TiAlN層の100μm長さあたりのドロップレットの数nDが3以下である、表面被覆切削工具。
(付記2)
前記nRは、30以下である、付記1に記載の表面被覆切削工具。
(付記3)
前記すくい面と前記逃げ面とを繋ぐ刃先面を更に含み、
前記刃先面の法線を含む平面で前記TiAlN層を切断したときの断面において、前記刃先面における前記TiAlN層の100μm長さあたりの空隙の数をnCとした場合、
nF<nC<nRを満たす、付記1又は付記2に記載の表面被覆切削工具。
(付記4)
前記nFは10未満であり、前記nRは30未満であり、前記nCは20未満である、付記3に記載の表面被覆切削工具。
(付記5)
前記nFは4未満であり、前記nCは5未満である、付記3又は付記4に記載の表面被覆切削工具。
(付記6)
前記立方晶窒化ホウ素の平均粒径をRμmとした場合、
nF<100/Rを満たす、付記1から付記5のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
(付記7)
前記TiAlN層の厚みは、0.05μm以上10μm以下である、付記1から付記6のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
(付記8)
前記被膜の厚みは、0.5μm以上10μm以下である、付記1から付記7のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
≪切削工具の作製≫
<第1工程:基材の準備>
まず、超硬合金製ポット及び、超硬合金製ボールを用いて、バインダーであるTiN、Ti及びAlを混合し、バインダーの原料粉末を得た。次に、バインダーの原料粉末と、立方晶窒化ホウ素粉末(cBN粉末)を混ぜ合わせ混合粉末を得た。得られた混合粉末を容器に充填した。圧力5GPa、温度1400℃の条件下で、容器に充填された混合粉末を20分間焼結し、立方晶窒化ホウ素焼結体を得た。得られた立方晶窒化ホウ素焼結体を、ISO規格DNGA150408の形状に加工し、立方晶窒化ホウ素焼結体の基材を得た。
(第2工程:TiAlN層の作製)
第1工程で得られた立方晶窒化ホウ素焼結体の基材上に、HiPIMS法でMAlN層であるTiAlN層を形成した。すなわち、製膜装置内に複数個のターゲットを配置し、これらのターゲットの中心に設けた回転式基材補治具に上記基材を装着して、以下の手順で成膜した。
試料番号26〜31については、HiPIMS法で上記立方晶窒化ホウ素焼結体の基材と上記TiAlN層との間に下地層を形成した。上記下地層の組成及び厚みを表2に示す。
また、試料番号26〜31については、従来のスパッタ法で上記TiAlN層上に表面層を形成した。上記表面層の組成及び厚みを表2に示す。表2、並びに後述する表1、表3及び表4において、複数の試料にまたがって記載されている項目の事項は、当該複数の試料において同一であることを意味する。例えば、表2における下地層の組成について、試料番号26〜31は、共にTiNであることを示している。
上述のようにして作製した試料番号1〜31の切削工具を用いて、以下のように、切削工具の各特性を評価した。
立方晶窒化ホウ素焼結体中の立方晶窒化ホウ素の平均粒径Rは、上述の走査電子顕微鏡(SEM)を用いた切断法により求めた。結果を表1及び表2に示す。
立方晶窒化ホウ素焼結体中の立方晶窒化ホウ素の含有割合は、上述した方法によって求めた。すなわち、上記立方晶窒化ホウ素焼結体の断面サンプルをSEMで撮影し、その撮影画像を画像解析することによって求めた。結果を表1及び表2に示す。
被膜を構成する各層の厚み(すなわち、下地層、TiAlN層及び表面層それぞれの厚み)は、SEM(日本電子株式会社製、商品名:JEM−2100F)を用いて、基材の表面の法線方向に平行な断面サンプルにおける任意の10点を測定し、測定された10点の厚みの平均値をとることで求めた。このときの観察倍率は、10000倍であった。結果を表1及び表2に示す。
TixAl1−xNにおけるTiの原子比xは、上述した方法によって求めた。すなわち、上述の断面サンプルのTiAlN層における任意の10点それぞれをSEM−EDX装置で測定して上記xの値を求め、求められた10点の値の平均値をTixAl1−xNにおけるxとした。結果を表1及び表2に示す。
下地層及び表面層の組成は、上述の断面サンプルをSEM−EDX装置で、分析の対象となる層の全体を分析することによって求めた。結果を表2に示す。
TiAlN層の100μm長さあたりの空隙の数は、上述した方法により求めた。すなわち、上述の断面サンプルをSEMを用いて倍率5000倍で観察し、SEM画像を得た。このとき上記TiAlN層が連続して100μmの長さの範囲で含まれるようにSEM画像を取得した。得られたSEM画像を目視で確認し、連続して100μmの長さの範囲における空隙の数を計数した。上記空隙の数は、逃げ面、すくい面及び刃先面それぞれにおいて計数した。結果を表3及び表4に示す。
TiAlN層の100μm長さあたりのドロップレットの数は、上述した方法により求めた。すなわち、上述の断面サンプルをSEMを用いて倍率5000倍で観察し、SEM画像を得た。このとき上記TiAlN層が連続して100μmの長さの範囲で含まれるようにSEM画像を取得した。得られたSEM画像を目視で確認し、連続して100μmの長さの範囲におけるドロップレットの数を計数した。結果を表3及び表4に示す。
(切削試験1:外周旋削加工)
上述のようにして作製した試料(試料番号1〜6及び試料番号22〜25)の切削工具を用いて、以下の切削条件により、650個の被削材をそれぞれ1.5m削り加工した。cBN−TA(cBN焼結体のスローアウェイ式旋削工具)による焼入鋼切削加工において逃げ面摩耗は、剥離、チッピング及びアブレイシブ摩耗が複合することで現れるものであることから逃げ面の摩耗幅(逃げ面摩耗幅)を計測した。上記逃げ面摩耗幅を、すくい面及び逃げ面の耐剥離性、並びに逃げ面の耐摩耗性の指標とした。その結果を表3及び表4に示す。逃げ面摩耗幅が100μm以下のものを、耐摩耗性及び耐剥離性に優れる切削工具として評価した。本切削試験において、試料番号1〜3、6及び22〜25が実施例に相当する。試料番号4及び5が比較例に相当する。
切削試験1の条件
被削材 :SCM415丸棒(HRC61)
切削速度 :150m/分
送り量 :0.2mm/rev.
切込み :0.2mm
切削油 :湿式
また、表4の結果から、試料番号22〜25の切削工具は、逃げ面摩耗幅が90μm以下の良好な結果が得られた。これらのなかでも、nFが10未満であり、nRが30未満であり、nCが20未満である試料番号22の切削工具は、逃げ面摩耗幅が29μm以下で特に優れていることが確認された。
上述のようにして作製した試料(試料番号7〜14)の切削工具を用いて、以下の切削条件により、被削材を連続して4km削り加工した。その後、逃げ面摩耗幅を計測した。その結果を表3に示す。逃げ面摩耗幅が90μm未満のものを、耐摩耗性及び耐剥離性に優れる切削工具として評価した。逃げ面摩耗幅が小さい程、耐摩耗性及び耐剥離性に優れる切削工具として評価することができる。本切削試験において、試料番号8〜10、12及び13が実施例に相当する。試料番号7、11及び14が比較例に相当する。
切削試験2の条件
被削材 :SCM415丸棒(HRC61)
切削速度 :120m/分
送り量 :0.12mm/rev.
切込み :0.2mm
切削油 :湿式
上述のようにして作製した試料(試料番号15〜21)の切削工具を用いて、以下の切削条件により、被削材を連続して5km削り加工した。その後、逃げ面摩耗幅を計測した。その結果を表3に示す。逃げ面摩耗幅が110μm以下のものを、耐摩耗性及び耐剥離性に優れる切削工具として評価した。本切削試験において、試料番号15〜21が実施例に相当する。
切削試験3の条件
被削材 :SCM415丸棒(HRC61)
切削速度 :150m/分
送り量 :0.1mm/rev.
切込み :0.3mm
切削油 :乾式
上述のようにして作製した試料(試料番号26〜31)の切削工具を用いて、以下の切削条件により、被削材を連続して4km削り加工した。その後、逃げ面摩耗幅を計測した。その結果を表4に示す。逃げ面摩耗幅が145μm以下のものを、耐摩耗性及び耐剥離性に優れる切削工具として評価した。本切削試験において、試料番号26〜31が実施例に相当する。
切削試験4の条件
被削材 :SCM415丸棒(HRC61)
切削速度 :200m/分
送り量 :0.15mm/rev.
切込み :0.3mm
切削油 :湿式
≪切削工具の作製≫
<第1工程:基材の準備>
実験1と同様の方法によって、ISO規格DNGA150408の形状を有する立方晶窒化ホウ素焼結体の基材を得た。
(第2工程:MAlN層の作製)
MAlN層が表5に示す組成となるようにターゲットを変えたこと以外は、実験1と同様の方法によって、基材上にMAlN層を形成した。以上のようにして試料番号32〜53の切削工具を作製した。なお、試料番号32〜52の切削工具は、いずれも被膜中に下地層及び表面層を含まない構成とした。試料番号53の切削工具は、被膜中にTiNの下地層(0.1μm)とCrNの表面層(0.3μm)とを含む構成とした。
上述のようにして作製した試料番号32〜53の切削工具を用いて、実験1と同様に、切削工具の各特性を評価した。結果を表5及び表6に示す。
上述のようにして作製した試料番号32〜53の切削工具を用いて、実験1と同様の切削条件で、切削試験1〜4を行った。なお、実験2では各切削試験における評価基準を以下のようにした。切削試験1では、逃げ面摩耗幅が75μm以下のものを、耐摩耗性及び耐剥離性に優れる切削工具として評価した。切削試験2では、逃げ面摩耗幅が90μm未満のものを、耐摩耗性及び耐剥離性に優れる切削工具として評価した。切削試験3では、逃げ面摩耗幅が105μm以下のものを、耐摩耗性及び耐剥離性に優れる切削工具として評価した。切削試験4では、逃げ面摩耗幅が145μm以下のものを、耐摩耗性及び耐剥離性に優れる切削工具として評価した。本切削試験において、試料番号32、34〜39、41、43〜46、50、51及び53が実施例に相当する。試料番号33、40、42、47〜49及び52が比較例に相当する。結果を表6に示す。
Claims (9)
- すくい面と逃げ面とを含む切削工具であって、
前記切削工具は、立方晶窒化ホウ素焼結体からなる基材と、前記基材上に設けられている被膜とからなり、
前記立方晶窒化ホウ素焼結体は、立方晶窒化ホウ素を含み、
前記被膜は、MAlN層を含み、
前記MAlN層におけるMは、チタン、クロム又はその両方を含む金属元素を示し、
前記MAlN層は、立方晶型のMxAl1−xNの結晶粒を含み、
前記MxAl1−xNにおける金属元素Mの原子比xは0.3以上0.7以下であり、
前記立方晶窒化ホウ素の含有割合は、前記立方晶窒化ホウ素焼結体に対して、20体積%以上であり、
前記逃げ面の法線を含む平面で前記MAlN層を切断したときの断面において、前記逃げ面における前記MAlN層の100μm長さあたりの空隙の数をnFとし、前記すくい面の法線を含む平面で前記MAlN層を切断したときの断面において、前記すくい面における前記MAlN層の100μm長さあたりの空隙の数をnRとした場合、
nF<nRを満たし、
前記n R は、30以下であり、
前記逃げ面の法線を含む平面で前記MAlN層を切断したときの断面において、前記逃げ面における前記MAlN層の100μm長さあたりのドロップレットの数nDが3以下である、切削工具。 - 前記すくい面と前記逃げ面とを繋ぐ刃先面を更に含み、
前記刃先面の法線を含む平面で前記MAlN層を切断したときの断面において、前記刃先面における前記MAlN層の100μm長さあたりの空隙の数をnCとした場合、
nF<nC<nRを満たす、請求項1に記載の切削工具。 - すくい面と逃げ面とを含む切削工具であって、
前記切削工具は、立方晶窒化ホウ素焼結体からなる基材と、前記基材上に設けられている被膜とからなり、
前記立方晶窒化ホウ素焼結体は、立方晶窒化ホウ素を含み、
前記被膜は、MAlN層を含み、
前記MAlN層におけるMは、チタン、クロム又はその両方を含む金属元素を示し、
前記MAlN層は、立方晶型のM x Al 1−x Nの結晶粒を含み、
前記M x Al 1−x Nにおける金属元素Mの原子比xは0.3以上0.7以下であり、
前記立方晶窒化ホウ素の含有割合は、前記立方晶窒化ホウ素焼結体に対して、20体積%以上であり、
前記逃げ面の法線を含む平面で前記MAlN層を切断したときの断面において、前記逃げ面における前記MAlN層の100μm長さあたりの空隙の数をn F とし、前記すくい面の法線を含む平面で前記MAlN層を切断したときの断面において、前記すくい面における前記MAlN層の100μm長さあたりの空隙の数をn R とした場合、
n F <n R を満たし、
前記逃げ面の法線を含む平面で前記MAlN層を切断したときの断面において、前記逃げ面における前記MAlN層の100μm長さあたりのドロップレットの数n D が3以下であり、
前記すくい面と前記逃げ面とを繋ぐ刃先面を更に含み、
前記刃先面の法線を含む平面で前記MAlN層を切断したときの断面において、前記刃先面における前記MAlN層の100μm長さあたりの空隙の数をn C とした場合、
n F <n C <n R を満たす、切削工具。 - 前記金属元素Mは、ホウ素、ケイ素、バナジウム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ハフニウム、タンタル、及びタングステンからなる群より選ばれる少なくとも1つの元素を更に含む、請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の切削工具。
- 前記nFは10未満であり、前記nRは30未満であり、前記nCは20未満である、請求項2から請求項4のいずれか一項に記載の切削工具。
- 前記nFは4未満であり、前記nCは5未満である、請求項2から請求項5のいずれか一項に記載の切削工具。
- 前記立方晶窒化ホウ素の平均粒径をRμmとした場合、
nF<100/Rを満たす、請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の切削工具。 - 前記MAlN層の厚みは、0.05μm以上10μm以下である、請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の切削工具。
- 前記被膜の厚みは、0.5μm以上10μm以下である、請求項1から請求項8のいずれか一項に記載の切削工具。
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