JP6992231B1 - 切削工具 - Google Patents
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Abstract
基材と、上記基材の上に設けられている硬質層と、上記硬質層の上に設けられている炭窒化チタン層とを含む切削工具であって、上記炭窒化チタン層の厚みは、２μｍ以上であり、室温における上記炭窒化チタン層の硬度は、３５ＧＰａ以上であり、室温における上記炭窒化チタン層のヤング率は、６５０ＧＰａ以下である、切削工具。
Description
本開示は、切削工具に関する。
従来より、基材上に被膜を被覆した切削工具が用いられている。たとえば、特開２０１９－０９８４３０号公報（特許文献１）は、基材と、該基材の表面に形成された被覆層とを備える被覆切削工具であって、前記被覆層が、Ｔｉと、Ｃ、Ｎ、Ｏ及びＢからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素とのＴｉ化合物からなるＴｉ化合物層を１層以上有する下部層と、α型Ａｌ２Ｏ３からなるα型Ａｌ２Ｏ３層を有する中間層と、ＴｉＣＮからなるＴｉＣＮ層を有する上部層とを含み、前記各層が、前記基材側から前記被覆層の表面側に向かって、この順序で積層されており、前記被覆層の平均厚さが、５．０μｍ以上３０．０μｍ以下であり、前記中間層の表面から、基材側に向かって１μｍまでの範囲内であって、前記基材の表面と平行な断面において、方位差Ａが式（１）（ＲＳＡ≧４０）で表される条件を満たし、前記上部層の表面から、基材側に向かって１μｍまでの範囲内であって、前記基材の表面と平行な断面において、方位差Ｂが式（２）（ＲＳＢ≧４０）で表される条件を満たす、被覆切削工具を開示している。
本開示に係る切削工具は、
基材と、上記基材の上に設けられている硬質層と、上記硬質層の上に設けられている炭窒化チタン層とを含む切削工具であって、
上記炭窒化チタン層の厚みは、２μｍ以上であり、
室温における上記炭窒化チタン層の硬度は、３５ＧＰａ以上であり、
室温における上記炭窒化チタン層のヤング率は、６５０ＧＰａ以下である。
基材と、上記基材の上に設けられている硬質層と、上記硬質層の上に設けられている炭窒化チタン層とを含む切削工具であって、
上記炭窒化チタン層の厚みは、２μｍ以上であり、
室温における上記炭窒化チタン層の硬度は、３５ＧＰａ以上であり、
室温における上記炭窒化チタン層のヤング率は、６５０ＧＰａ以下である。
[本開示が解決しようとする課題]
特許文献１では、上記のような構成の被膜を有することにより、耐摩耗性及び耐欠損性が向上し、以って切削工具の寿命が長くなることが期待されている。
特許文献１では、上記のような構成の被膜を有することにより、耐摩耗性及び耐欠損性が向上し、以って切削工具の寿命が長くなることが期待されている。
しかしながら、近年の切削加工においては、高速化及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傾向があった。このため、切削工具の被膜の機械特性（例えば、耐摩耗性、耐欠損性、耐塑性変形性等）を更に向上させることが求められている。
本開示は、上記事情に鑑みてなされたものであり、上記機械特性のうち耐摩耗性及び耐欠損性が向上した切削工具を提供することを目的とする。
[本開示の効果]
本開示によれば、耐摩耗性及び耐欠損性が向上した切削工具を提供することが可能になる。
本開示によれば、耐摩耗性及び耐欠損性が向上した切削工具を提供することが可能になる。
[本開示の実施形態の説明]
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
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、
基材と、上記基材の上に設けられている硬質層と、上記硬質層の上に設けられている炭窒化チタン層とを含む切削工具であって、
上記炭窒化チタン層の厚みは、２μｍ以上であり、
室温における上記炭窒化チタン層の硬度は、３５ＧＰａ以上であり、
室温における上記炭窒化チタン層のヤング率は、６５０ＧＰａ以下である。
基材と、上記基材の上に設けられている硬質層と、上記硬質層の上に設けられている炭窒化チタン層とを含む切削工具であって、
上記炭窒化チタン層の厚みは、２μｍ以上であり、
室温における上記炭窒化チタン層の硬度は、３５ＧＰａ以上であり、
室温における上記炭窒化チタン層のヤング率は、６５０ＧＰａ以下である。
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、耐摩耗性及び耐欠損性が向上する。ここで、「耐摩耗性」とは、切削加工に用いた場合炭窒化チタン層の摩耗に対する耐性を意味する。「耐欠損性」とは、切削加工に用いた場合炭窒化チタン層の欠けに対する耐性を意味する。
［２］上記炭窒化チタン層の厚みは、２μｍ以上４μｍ以下であることが好ましい。このように規定することで、耐摩耗性が更に向上する。
［３］室温における上記炭窒化チタン層の硬度は、３５ＧＰａ以上４０ＧＰａ以下であることが好ましい。このように規定することで、耐摩耗性が更に向上する。
［４］室温における上記炭窒化チタン層のヤング率は、５００ＧＰａ以上６５０ＧＰａ以下であることが好ましい。このように規定することで、耐欠損性が更に向上する。
［５］上記硬質層は、酸化アルミニウム、又は窒化アルミニウムチタンを含むことが好ましい。このように規定することで、耐摩耗性及び耐欠損性に加えて、耐酸化性が向上する。
［６］上記基材と上記硬質層との間に設けられている下地層を更に含むことが好ましい。このように規定することで、耐摩耗性及び耐欠損性に加えて、上記基材と上記硬質層との密着性が向上する。
[本開示の実施形態の詳細]
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「Ｘ～Ｚ」という形式の表記は、範囲の上限下限（すなわちＸ以上Ｚ以下）を意味し、Ｘ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、Ｘ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「ＴｉＣ」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「ＴｉＣ」の化学式には、化学量論組成「Ｔｉ１Ｃ１」のみならず、例えば「Ｔｉ１Ｃ０．８」のような非化学量論組成も含まれる。このことは、「ＴｉＣ」以外の化合物の記載についても同様である。
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「Ｘ～Ｚ」という形式の表記は、範囲の上限下限（すなわちＸ以上Ｚ以下）を意味し、Ｘ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、Ｘ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「ＴｉＣ」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「ＴｉＣ」の化学式には、化学量論組成「Ｔｉ１Ｃ１」のみならず、例えば「Ｔｉ１Ｃ０．８」のような非化学量論組成も含まれる。このことは、「ＴｉＣ」以外の化合物の記載についても同様である。
≪切削工具≫
本開示に係る切削工具は、
基材と、上記基材の上に設けられている硬質層と、上記硬質層の上に設けられている炭窒化チタン層とを含む切削工具であって、
上記炭窒化チタン層の厚みは、２μｍ以上であり、
室温における上記炭窒化チタン層の硬度は、３５ＧＰａ以上であり、
室温における上記炭窒化チタン層のヤング率は、６５０ＧＰａ以下である。
本開示に係る切削工具は、
基材と、上記基材の上に設けられている硬質層と、上記硬質層の上に設けられている炭窒化チタン層とを含む切削工具であって、
上記炭窒化チタン層の厚みは、２μｍ以上であり、
室温における上記炭窒化チタン層の硬度は、３５ＧＰａ以上であり、
室温における上記炭窒化チタン層のヤング率は、６５０ＧＰａ以下である。
本実施形態の切削工具５０は、基材１０と、上記基材１０上に設けられている硬質層２１と、上記硬質層２１の上に設けられている炭窒化チタン層２０とを備える（以下、単に「切削工具」という場合がある。）（図２）。上記切削工具５０は、上記炭窒化チタン層２０及び上記硬質層２１の他にも、上記基材１０と上記硬質層２１との間に設けられている下地層２２を更に含んでいてもよい（図３）。下地層２２等の他の層については、後述する。
なお、上記基材１０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５０は上記基材１０上に設けられている被膜４０を備え、上記被膜４０は上記炭窒化チタン層２０及び上記硬質層２１を含む。また、上記被膜４０は、上記下地層２２を更に含んでいてもよい。
なお、上記基材１０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５０は上記基材１０上に設けられている被膜４０を備え、上記被膜４０は上記炭窒化チタン層２０及び上記硬質層２１を含む。また、上記被膜４０は、上記下地層２２を更に含んでいてもよい。
上記切削工具は、例えば、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、タップ等であり得る。
＜基材＞
本実施形態の基材は、この種の基材として従来公知のものであればいずれの基材も使用することができる。例えば、上記基材は、超硬合金（例えば、炭化タングステン（ＷＣ）基超硬合金、ＷＣの他にＣｏを含む超硬合金、ＷＣの他にＣｒ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ等の炭窒化物を添加した超硬合金等）、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、酸化アルミニウム等）、立方晶型窒化硼素焼結体（ｃＢＮ焼結体）及びダイヤモンド焼結体からなる群より選ばれる少なくとも１種を含むことが好ましい。上記基材は、超硬合金、サーメット及びｃＢＮ焼結体からなる群より選ばれる少なくとも１種を含むことがより好ましい。
本実施形態の基材は、この種の基材として従来公知のものであればいずれの基材も使用することができる。例えば、上記基材は、超硬合金（例えば、炭化タングステン（ＷＣ）基超硬合金、ＷＣの他にＣｏを含む超硬合金、ＷＣの他にＣｒ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ等の炭窒化物を添加した超硬合金等）、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、酸化アルミニウム等）、立方晶型窒化硼素焼結体（ｃＢＮ焼結体）及びダイヤモンド焼結体からなる群より選ばれる少なくとも１種を含むことが好ましい。上記基材は、超硬合金、サーメット及びｃＢＮ焼結体からなる群より選ばれる少なくとも１種を含むことがより好ましい。
これらの各種基材の中でも、特にＷＣ基超硬合金又はｃＢＮ焼結体を選択することが好ましい。その理由は、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、上記用途の切削工具の基材として優れた特性を有するためである。
基材として超硬合金を使用する場合、そのような超硬合金は、組織中に遊離炭素又はη相と呼ばれる異常相を含んでいても本実施形態の効果は示される。なお、本実施形態で用いる基材は、その表面が改質されたものであっても差し支えない。例えば、超硬合金の場合はその表面に脱β層が形成されていたり、ｃＢＮ焼結体の場合には表面硬化層が形成されていてもよく、このように表面が改質されていても本実施形態の効果は示される。
図１は、切削工具の基材の一態様を例示する斜視図である。このような形状の基材は、例えば、旋削加工用刃先交換型切削チップの基材として用いられる。上記基材１０は、すくい面１と、逃げ面２と、上記すくい面１と逃げ面２とが交差する刃先稜線部３とを有する。すなわち、すくい面１と逃げ面２とは、刃先稜線部３を挟んで繋がる面である。刃先稜線部３は、基材１０の切刃先端部を構成する。
上記切削工具が刃先交換型切削チップである場合、上記基材１０は、チップブレーカーを有する形状も、有さない形状も含まれる。刃先稜線部３の形状は、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形状）、ネガランド（面取りをした形状）、ホーニングとネガランドを組み合わせた形状の中で、いずれの形状も含まれる。
以上、基材１０の形状及び各部の名称を、図１を用いて説明したが、本実施形態に係る切削工具５０において、上記基材１０に対応する形状及び各部の名称については、上記と同様の用語を用いることとする。すなわち、上記切削工具は、すくい面と、逃げ面と、上記すくい面及び上記逃げ面を繋ぐ刃先稜線部とを有する。
＜被膜＞
本実施形態に係る被膜４０は、上記基材１０上に設けられている硬質層２１と、上記硬質層２１の上に設けられている炭窒化チタン層２０を含む（図２参照）。「被膜」は、上記基材の少なくとも一部（例えば、切削加工時に被削材と接するすくい面等）を被覆することで、切削工具における耐欠損性、耐摩耗性、耐塑性変形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、上記基材の一部に限らず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。
本実施形態に係る被膜４０は、上記基材１０上に設けられている硬質層２１と、上記硬質層２１の上に設けられている炭窒化チタン層２０を含む（図２参照）。「被膜」は、上記基材の少なくとも一部（例えば、切削加工時に被削材と接するすくい面等）を被覆することで、切削工具における耐欠損性、耐摩耗性、耐塑性変形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、上記基材の一部に限らず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。
上記被膜の厚みは、２μｍを超えて３０μｍ以下であることが好ましく、３μｍ以上２５μｍ以下であることがより好ましい。ここで、被膜の厚みとは、被膜を構成する層それぞれの厚みの総和を意味する。「被膜を構成する層」としては、例えば、後述する炭窒化チタン層、硬質層及び下地層等が挙げられる。上記被膜の厚みは、例えば、走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）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ることが可能である。後述する炭窒化チタン層、硬質層、及び下地層等のそれぞれの厚みを測定する場合も同様である。走査透過型電子顕微鏡としては、例えば、日本電子株式会社製のＪＥＭ－２１００Ｆ（商品名）が挙げられる。
（炭窒化チタン層）
本実施形態における炭窒化チタン層は、後述する硬質層の上に設けられている。ここで「硬質層の上に設けられている」とは、硬質層の直上に設けられている態様（図２参照）に限られず、他の層を介して硬質層の上に設けられている態様も含まれる。すなわち、上記炭窒化チタン層は、本開示の効果が奏する限りにおいて、上記硬質層の直上に設けられていてもよいし、他の層を介して上記硬質層の上に設けられていてもよい。上記炭窒化チタン層は、その上に表面層等の他の層が設けられていてもよい。また、上記炭窒化チタン層は、上記被膜の最表面であってもよい。
本実施形態における炭窒化チタン層は、後述する硬質層の上に設けられている。ここで「硬質層の上に設けられている」とは、硬質層の直上に設けられている態様（図２参照）に限られず、他の層を介して硬質層の上に設けられている態様も含まれる。すなわち、上記炭窒化チタン層は、本開示の効果が奏する限りにおいて、上記硬質層の直上に設けられていてもよいし、他の層を介して上記硬質層の上に設けられていてもよい。上記炭窒化チタン層は、その上に表面層等の他の層が設けられていてもよい。また、上記炭窒化チタン層は、上記被膜の最表面であってもよい。
上記炭窒化チタン層は、炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）のみから構成されていてもよいし、炭窒化チタン及び不可避不純物から構成されていてもよい。上記不可避不純物としては、例えば、酸素、塩素等が挙げられる。
上記炭窒化チタン層の厚みは２μｍ以上であり、２μｍ以上４μｍ以下であることが好ましく、２．２μｍ以上３．５μｍ以下であることがより好ましい。上記炭窒化チタン層の厚みが２μｍ以上であることで、耐摩耗性に更に優れる切削工具となる。上記炭窒化チタン層の厚みが４μｍ以下であることで、耐摩耗性に加えて耐溶着性に優れる切削工具となる。また、上記炭窒化チタン層の厚みは、上述したのと同様の方法で、ＳＴＥＭを用いて基材と被膜の垂直断面を観察することにより確認することができる。
室温における上記炭窒化チタン層の硬度は、３５ＧＰａ以上４０ＧＰａ以下であることが好ましく、３６ＧＰａ以上３８ＧＰａ以下であることがより好ましい。上記炭窒化チタン層の硬度が３５ＧＰａ以上であることで、耐摩耗性に更に優れる切削工具となる。上記炭窒化チタン層の硬度が４０ＧＰａ以下であることで、靱性が更に向上し、もって耐欠損性に更に優れる切削工具となる。
室温における上記炭窒化チタン層のヤング率は、５００ＧＰａ以上６５０ＧＰａ以下であることが好ましく、５５０ＧＰａ以上６２０ＧＰａ以下であることがより好ましい。上記炭窒化チタン層のヤング率が５００ＧＰａ以上であることで、耐欠損性に加えて耐塑性変形性に優れる切削工具となる。上記炭窒化チタン層のヤング率が６５０ＧＰａ以下であることで、靱性が向上し、もって耐欠損性に優れる切削工具となる。
上記硬度及び上記ヤング率は、「ＩＳＯ １４５７７－１： ２０１５ Ｍｅｔａｌｌｉｃ ｍａｔｅｒｉａｌｓ－Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｅｄ ｉｎｄｅｎｔａｔｉｏｎ ｔｅｓｔ ｆｏｒ ｈａｒｄｎｅｓｓ ａｎｄ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ－」において定められている標準手順によるナノインデンテーション法によって、求めることが可能である。本実施形態において「室温」とは、２５℃を意味する。上記硬度及び上記ヤング率を正確に求める観点から、圧子の押し込み深さは、当該圧子の押し込み方向における上記炭窒化チタン層の厚みの１／１０を超えないようにする。圧子の押し込み荷重は、２ｇとする。サンプルは、上記炭窒化チタン層の断面積が上記圧子の面積に対して１０倍の広さを確保できるのであれば、上述の断面サンプルを用いてもよい。また、上記炭窒化チタン層の断面積が上記圧子に対して十分な広さを確保できるように、基材の表面の法線方向に対して傾斜した断面を有するサンプルを用いてもよい。このような測定を少なくとも１０個の断面サンプルについて行い、それぞれのサンプルで求められた硬度及びヤング率の平均値を、当該炭窒化チタン層の硬度及びヤング率とする。なお、一見して異常値と思われるデータについては、除外するものとする。
（硬質層）
上記切削工具は、上記基材の上に設けられている硬質層を含む。ここで「基材の上に設けられている」とは、基材の直上に設けられている態様（図２参照）に限られず、他の層を介して基材の上に設けられている態様（図３参照）も含まれる。すなわち、上記硬質層は、本開示の効果が奏する限りにおいて、上記基材の直上に設けられていてもよいし、後述する下地層等の他の層を介して上記基材の上に設けられていてもよい。上記硬質層は、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、又は窒化アルミニウムチタン（ＡｌＴｉＮ）を含むことが好ましい。上記酸化アルミニウムは、α型の酸化アルミニウム（α－Ａｌ２Ｏ３）であることが好ましい。本実施形態の一側面において、上記硬質層は、酸化アルミニウムのみから構成されていてもよいし、酸化アルミニウム及び不可避不純物から構成されていてもよい。上記硬質層は、窒化アルミニウムチタンのみから構成されていてもよいし、窒化アルミニウムチタン及び不可避不純物から構成されていてもよい。上記不可避不純物としては、例えば、塩素、硫黄等が挙げられる。
上記切削工具は、上記基材の上に設けられている硬質層を含む。ここで「基材の上に設けられている」とは、基材の直上に設けられている態様（図２参照）に限られず、他の層を介して基材の上に設けられている態様（図３参照）も含まれる。すなわち、上記硬質層は、本開示の効果が奏する限りにおいて、上記基材の直上に設けられていてもよいし、後述する下地層等の他の層を介して上記基材の上に設けられていてもよい。上記硬質層は、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、又は窒化アルミニウムチタン（ＡｌＴｉＮ）を含むことが好ましい。上記酸化アルミニウムは、α型の酸化アルミニウム（α－Ａｌ２Ｏ３）であることが好ましい。本実施形態の一側面において、上記硬質層は、酸化アルミニウムのみから構成されていてもよいし、酸化アルミニウム及び不可避不純物から構成されていてもよい。上記硬質層は、窒化アルミニウムチタンのみから構成されていてもよいし、窒化アルミニウムチタン及び不可避不純物から構成されていてもよい。上記不可避不純物としては、例えば、塩素、硫黄等が挙げられる。
硬質層の厚みは、３μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましく、３μｍ以上１５μｍ以下であることがより好ましい。硬質層の厚みは、上述したのと同様の方法で、ＳＴＥＭを用いて基材と被膜の垂直断面を観察することにより確認することができる。
（下地層）
上記切削工具は、上記基材１０と上記硬質層２１との間に設けられている下地層２２を更に含むことが好ましい（図３参照）。上記下地層２３は、ＴｉＣＮ、ＴｉＮ又はＴｉＣＮＯを含むことが好ましい。上記下地層がＴｉＣＮの層である場合、上記下地層の構成（組成、厚み、物性等）は、上記炭窒化チタン層と同一であってもよいし、異なっていてもよい。
上記切削工具は、上記基材１０と上記硬質層２１との間に設けられている下地層２２を更に含むことが好ましい（図３参照）。上記下地層２３は、ＴｉＣＮ、ＴｉＮ又はＴｉＣＮＯを含むことが好ましい。上記下地層がＴｉＣＮの層である場合、上記下地層の構成（組成、厚み、物性等）は、上記炭窒化チタン層と同一であってもよいし、異なっていてもよい。
上記下地層の厚みは、０．１μｍ以上１５μｍ以下であることが好ましく、０．３μｍ以上１０μｍ以下であることがより好ましい。このような厚みは、上述したのと同様に走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）等を用いて基材と被膜の垂直断面を観察することにより確認することができる。
（表面層）
上記切削工具は、上記炭窒化チタン層の上に表面層が更に設けられていてもよい。上記表面層は、チタン元素と、Ｃ、Ｎ及びＢからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素とからなる化合物を含むことが好ましい。
上記切削工具は、上記炭窒化チタン層の上に表面層が更に設けられていてもよい。上記表面層は、チタン元素と、Ｃ、Ｎ及びＢからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素とからなる化合物を含むことが好ましい。
上記表面層に含まれる化合物としては、例えば、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ及びＴｉＢ２等が挙げられる。上記表面層がＴｉＣＮの層である場合、上記表面層の構成（組成、厚み、物性等）は、上記炭窒化チタン層と区別が可能であれば、上記炭窒化チタン層と同一であってもよいし、異なっていてもよい。
上記表面層の厚みは、０．１μｍ以上３μｍ以下であることが好ましく、０．３μｍ以上１．５μｍ以下であることがより好ましい。このような厚みは、上述したのと同様に走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）等を用いて基材と被膜の垂直断面を観察することにより確認することができる。
（他の層）
本実施形態に係る切削工具が奏する効果を損なわない範囲において、上記被膜は、他の層を更に含んでいてもよい。上記他の層は、上記炭窒化チタン層、上記硬質層、上記下地層又は上記表面層とは組成が異なっていてもよいし、同じであってもよい。他の層に含まれる化合物としては、例えば、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＢＮ、ＡｌＴｉＮ及びＡｌ２Ｏ３等を挙げることができる。なお、上記他の層は、その積層の順も特に限定されない。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２０μｍ以下が挙げられる。
本実施形態に係る切削工具が奏する効果を損なわない範囲において、上記被膜は、他の層を更に含んでいてもよい。上記他の層は、上記炭窒化チタン層、上記硬質層、上記下地層又は上記表面層とは組成が異なっていてもよいし、同じであってもよい。他の層に含まれる化合物としては、例えば、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＢＮ、ＡｌＴｉＮ及びＡｌ２Ｏ３等を挙げることができる。なお、上記他の層は、その積層の順も特に限定されない。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２０μｍ以下が挙げられる。
≪切削工具の製造方法≫
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、単に「第１工程」という場合がある。）と、
化学気相蒸着法で、上記基材上に上記硬質層を形成する工程（以下、単に「第２工程」という場合がある。）と、
化学気相蒸着法で、上記硬質層上に上記炭窒化チタン層を形成する工程（以下、単に「第３工程」という場合がある。）と、
を含む。以下、第１工程から第３工程について説明する。
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、単に「第１工程」という場合がある。）と、
化学気相蒸着法で、上記基材上に上記硬質層を形成する工程（以下、単に「第２工程」という場合がある。）と、
化学気相蒸着法で、上記硬質層上に上記炭窒化チタン層を形成する工程（以下、単に「第３工程」という場合がある。）と、
を含む。以下、第１工程から第３工程について説明する。
＜第１工程：基材を準備する工程＞
第１工程では基材を準備する。例えば、基材として超硬合金基材が準備される。超硬合金基材は、市販品を用いてもよく、一般的な粉末冶金法で製造してもよい。一般的な粉末冶金法で製造する場合、例えば、ボールミル等によってＷＣ粉末とＣｏ粉末等とを混合して混合粉末を得る。該混合粉末を乾燥した後、所定の形状に成形して成形体を得る。さらに該成形体を焼結することにより、ＷＣ－Ｃｏ系超硬合金（焼結体）を得る。次いで該焼結体に対して、ホーニング処理等の所定の刃先加工を施すことにより、ＷＣ－Ｃｏ系超硬合金からなる基材を製造することができる。第１工程では、上記以外の基材であっても、この種の基材として従来公知の基材であればいずれも準備可能である。
第１工程では基材を準備する。例えば、基材として超硬合金基材が準備される。超硬合金基材は、市販品を用いてもよく、一般的な粉末冶金法で製造してもよい。一般的な粉末冶金法で製造する場合、例えば、ボールミル等によってＷＣ粉末とＣｏ粉末等とを混合して混合粉末を得る。該混合粉末を乾燥した後、所定の形状に成形して成形体を得る。さらに該成形体を焼結することにより、ＷＣ－Ｃｏ系超硬合金（焼結体）を得る。次いで該焼結体に対して、ホーニング処理等の所定の刃先加工を施すことにより、ＷＣ－Ｃｏ系超硬合金からなる基材を製造することができる。第１工程では、上記以外の基材であっても、この種の基材として従来公知の基材であればいずれも準備可能である。
＜化学気相蒸着装置＞
図４は、被膜の製造に用いられる化学気相蒸着装置（ＣＶＤ装置）の一例を示す模式断面図である。以下図４を用いて第２工程及び第３工程について説明する。ＣＶＤ装置３０は、基材１０を保持するための基材セット治具３１の複数と、基材セット治具３１を覆う耐熱合金鋼製の反応容器３２とを備えている。また、反応容器３２の周囲には、反応容器３２内の温度を制御するための調温装置３３が設けられている。反応容器３２にはガス導入口３４を有するガス導入管３５が設けられている。ガス導入管３５は、基材セット治具３１が配置される反応容器３２の内部空間において、鉛直方向に延在し当該鉛直方向を軸に回転可能に配置されている。また、上記ガス導入管３５は、ガスを反応容器３２内に噴出するための複数の噴出孔３６が設けられている。このＣＶＤ装置３０を用いて、次のようにして上記被膜を構成する炭窒化チタン層、及び硬質層等を形成することができる。
図４は、被膜の製造に用いられる化学気相蒸着装置（ＣＶＤ装置）の一例を示す模式断面図である。以下図４を用いて第２工程及び第３工程について説明する。ＣＶＤ装置３０は、基材１０を保持するための基材セット治具３１の複数と、基材セット治具３１を覆う耐熱合金鋼製の反応容器３２とを備えている。また、反応容器３２の周囲には、反応容器３２内の温度を制御するための調温装置３３が設けられている。反応容器３２にはガス導入口３４を有するガス導入管３５が設けられている。ガス導入管３５は、基材セット治具３１が配置される反応容器３２の内部空間において、鉛直方向に延在し当該鉛直方向を軸に回転可能に配置されている。また、上記ガス導入管３５は、ガスを反応容器３２内に噴出するための複数の噴出孔３６が設けられている。このＣＶＤ装置３０を用いて、次のようにして上記被膜を構成する炭窒化チタン層、及び硬質層等を形成することができる。
まず、基材１０を基材セット治具３１に配置し、反応容器３２内の温度および圧力を所定の範囲に制御しながら、上記硬質層用の原料ガスをガス導入管３５から反応容器３２内に導入させる。これにより、基材１０上に硬質層２１が形成される。次に、上記炭窒化チタン層用の原料ガスをガス導入管３５から反応容器３２内に導入させる。これにより、硬質層２１上に炭窒化チタン層２０が形成される。ここで、上記硬質層２１を形成する前に、下地層用の原料ガスをガス導入管３５から反応容器３２内に導入させることにより、基材１０の表面に下地層２２を形成してもよい。
＜第２工程：基材上に硬質層を形成する工程＞
第２工程では、ＣＶＤ法で、上記基材上に上記硬質層を形成する。
第２工程では、ＣＶＤ法で、上記基材上に上記硬質層を形成する。
硬質層用の原料ガスとしては、特に制限されず、公知の原料ガスを用いることができる。例えば、硬質層として、酸化アルミニウムの層を形成する場合、原料ガスはＡｌＣｌ３、ＣＯ２、Ｈ２Ｓ及びＨＣｌの混合ガスを用いる。
原料ガス中におけるＡｌＣｌ３の含有割合は、０．５～６体積％であることが好ましく、１～５体積％であることがより好ましく、２～４体積％であることが更に好ましい。ＡｌＣｌ３の好ましい流量は、０．７５～３．５Ｌ／ｍｉｎである。
原料ガス中におけるＣＯ２の含有割合は、０．３～３体積％であることが好ましく、０．４～２．５体積％であることがより好ましく、０．５～２体積％であることが更に好ましい。ＣＯ２の好ましい流量は、０．２５～２Ｌ／ｍｉｎである。
原料ガス中におけるＨ２Ｓの含有割合は、０．０２～２体積％であることが好ましく、０．０４～１．８体積％であることがより好ましく、０．０５～１．５体積％であることが更に好ましい。Ｈ２Ｓの好ましい流量は、０．５～５Ｌ／ｍｉｎである。
原料ガス中におけるＨＣｌの含有割合は、０．５～６体積％であることが好ましく、０．７～５．５体積％であることがより好ましく、１～５体積％であることが更に好ましい。ＨＣｌの好ましい流量は、０．５～５Ｌ／ｍｉｎであり、より好ましい流量は１～５Ｌ／ｍｉｎである。
反応容器３２内の温度は９５０～１０００℃に制御されることが好ましい。反応容器３２内の圧力は５０～２００ｈＰａに制御されることが好ましい。また、キャリアガスとしてはＨ２を用いることができる。ガス導入時、不図示の駆動部によりガス導入管３５を回転させることが好ましい。これにより、反応容器３２内において各ガスを均一に分散させることができる。
例えば、硬質層として、窒化アルミニウムチタンの層を形成する場合、原料ガスはＡｌＣｌ３、ＴｉＣｌ４及びＮＨ３の混合ガスを用いる。
原料ガス中におけるＡｌＣｌ３の含有割合は、０．５～６体積％であることが好ましく、１～５体積％であることがより好ましく、２～４体積％であることが更に好ましい。ＡｌＣｌ３の好ましい流量は、０．７５～３．５Ｌ／ｍｉｎである。
原料ガス中におけるＴｉＣｌ４の含有割合は、０．３～３体積％であることが好ましく、０．４～２．５体積％であることがより好ましく、０．５～２体積％であることが更に好ましい。ＴｉＣｌ４の好ましい流量は、０．２５～２Ｌ／ｍｉｎである。
原料ガス中におけるＮＨ３の含有割合は、１～１２体積％であることが好ましく、２～１０体積％であることがより好ましく、４～８体積％であることが更に好ましい。ＮＨ３の好ましい流量は、０．５～５Ｌ／ｍｉｎである。
反応容器３２内の温度は７００～８００℃に制御されることが好ましい。反応容器３２内の圧力は１０～４０ｈＰａに制御されることが好ましい。また、キャリアガスとしてはＨ２を用いることができる。ガス導入時、不図示の駆動部によりガス導入管３５を回転させることが好ましい。これにより、反応容器３２内において各ガスを均一に分散させることができる。
上記製造方法に関し、ＣＶＤ法の各条件を制御することによって、各層の態様が変化する。たとえば、反応容器３２内に導入する原料ガスの組成によって、各層の組成が決定される。実施時間（成膜時間）により、各層の厚みが制御される。
＜第３工程：硬質層上に炭窒化チタン層を形成する工程＞
第３工程では、硬質層上に上記炭窒化チタン層を形成する。
第３工程では、硬質層上に上記炭窒化チタン層を形成する。
炭窒化チタン層用の原料ガスとしては、例えば、ＴｉＣｌ４、ＣＨ３ＣＮ、ＮＨ３及びＮ２の混合ガスを用いる。
原料ガス中におけるＴｉＣｌ４の含有割合は、０．８～３体積％であることが好ましく、１～２．７体積％であることがより好ましく、１．５～２．５体積％であることが更に好ましい。ＴｉＣｌ４の好ましい流量は、１～２．５Ｌ／ｍｉｎである。
原料ガス中におけるＣＨ３ＣＮの含有割合は、０．２～１．５体積％であることが好ましく、０．３～１．２体積％であることがより好ましく、０．５～１体積％であることが更に好ましい。ＣＨ３ＣＮの好ましい流量は、０．５～２Ｌ／ｍｉｎである。
原料ガス中におけるＮＨ３の含有割合は、０．１～１体積％であることが好ましく、０．２～０．５体積％であることがより好ましい。ＮＨ３の好ましい流量は、０．２～１Ｌ／ｍｉｎである。
原料ガス中におけるＮ２の含有割合は、１０～３０体積％であることが好ましく、１５～２８体積％であることがより好ましく、１７～２５体積％であることが更に好ましい。Ｎ２の好ましい流量は、１０～２５Ｌ／ｍｉｎである。
反応容器３２内の温度は９５０～１０００℃に制御されることが好ましい。反応容器３２内の圧力は５～５０ｈＰａに制御されることが好ましい。また、キャリアガスとしてはＨ２を用いることができる。なお、ガス導入時、ガス導入管３５を回転させることが好ましいことは、上記と同様である。
＜その他の工程＞
本実施形態に係る製造方法では、上述した工程の他にも、本実施形態の効果を損なわない範囲で追加工程を適宜行ってもよい。上記追加工程としては例えば、上記炭窒化チタン層上に表面層を形成する工程、及び被膜にブラスト処理を行う工程等が挙げられる。表面層を形成する方法としては、特に制限はなく、例えば、ＣＶＤ法等によって形成する方法が挙げられる。
本実施形態に係る製造方法では、上述した工程の他にも、本実施形態の効果を損なわない範囲で追加工程を適宜行ってもよい。上記追加工程としては例えば、上記炭窒化チタン層上に表面層を形成する工程、及び被膜にブラスト処理を行う工程等が挙げられる。表面層を形成する方法としては、特に制限はなく、例えば、ＣＶＤ法等によって形成する方法が挙げられる。
以上の説明は、以下に付記する特徴を含む。
（付記１）
基材と、前記基材の上に設けられている硬質層と、前記硬質層の上に設けられている炭窒化チタン層とを含む切削工具であって、
前記炭窒化チタン層の厚みは、２μｍ以上であり、
室温における前記炭窒化チタン層の硬度は、３５ＧＰａ以上であり、
室温における前記炭窒化チタン層のヤング率は、６５０ＧＰａ以下である、切削工具。
（付記２）
前記硬質層の厚みは、３μｍ以上２０μｍ以下である、付記１に記載の切削工具。
（付記３）
前記基材と前記硬質層との間に設けられている下地層を更に含む、付記１又は付記２に記載の切削工具。
（付記４）
前記下地層の厚みは、０．１μｍ以上１５μｍ以下である、付記３に記載の切削工具。
（付記１）
基材と、前記基材の上に設けられている硬質層と、前記硬質層の上に設けられている炭窒化チタン層とを含む切削工具であって、
前記炭窒化チタン層の厚みは、２μｍ以上であり、
室温における前記炭窒化チタン層の硬度は、３５ＧＰａ以上であり、
室温における前記炭窒化チタン層のヤング率は、６５０ＧＰａ以下である、切削工具。
（付記２）
前記硬質層の厚みは、３μｍ以上２０μｍ以下である、付記１に記載の切削工具。
（付記３）
前記基材と前記硬質層との間に設けられている下地層を更に含む、付記１又は付記２に記載の切削工具。
（付記４）
前記下地層の厚みは、０．１μｍ以上１５μｍ以下である、付記３に記載の切削工具。
以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
≪切削工具の作製≫
＜第１工程：基材を準備する工程＞
基材として、ＴａＣ（２．０質量％）、ＮｂＣ（１．０質量％）、Ｃｏ（１０．０質量％）及びＷＣ（残部）からなる組成（ただし不可避不純物を含む。）の超硬合金製切削チップ（形状：ＣＮＭＧ１２０４０８Ｎ－ＵＸ、住友電工ハードメタル株式会社製、ＪＩＳ Ｂ４１２０（２０１３））を準備した。
＜第１工程：基材を準備する工程＞
基材として、ＴａＣ（２．０質量％）、ＮｂＣ（１．０質量％）、Ｃｏ（１０．０質量％）及びＷＣ（残部）からなる組成（ただし不可避不純物を含む。）の超硬合金製切削チップ（形状：ＣＮＭＧ１２０４０８Ｎ－ＵＸ、住友電工ハードメタル株式会社製、ＪＩＳ Ｂ４１２０（２０１３））を準備した。
＜基材上に下地層を形成する工程＞
準備した基材に対し、ＣＶＤ装置を用いて、下地層を形成させた。下地層の形成条件を以下に示す。なお、各ガス組成に続く括弧内の値は、各ガスの流量（Ｌ／ｍｉｎ）を示す。また、下地層の厚み及び下地層の組成を表１に示す。なお、表１中、ハイフン「－」で示されている箇所は、該当する層を形成しなかったことを意味する。
準備した基材に対し、ＣＶＤ装置を用いて、下地層を形成させた。下地層の形成条件を以下に示す。なお、各ガス組成に続く括弧内の値は、各ガスの流量（Ｌ／ｍｉｎ）を示す。また、下地層の厚み及び下地層の組成を表１に示す。なお、表１中、ハイフン「－」で示されている箇所は、該当する層を形成しなかったことを意味する。
（下地層：ＴｉＣＮの場合）
原料ガス：ＴｉＣｌ４（１５Ｌ／ｍｉｎ）、ＣＨ３ＣＮ（０．８Ｌ／ｍｉｎ）、Ｎ２（２０Ｌ／ｍｉｎ）、Ｈ２（８０Ｌ／ｍｉｎ）
圧力 ：９５ｈＰａ
温度 ：８６０℃
成膜時間：表１に示される厚みとなるように適宜調製した
原料ガス：ＴｉＣｌ４（１５Ｌ／ｍｉｎ）、ＣＨ３ＣＮ（０．８Ｌ／ｍｉｎ）、Ｎ２（２０Ｌ／ｍｉｎ）、Ｈ２（８０Ｌ／ｍｉｎ）
圧力 ：９５ｈＰａ
温度 ：８６０℃
成膜時間：表１に示される厚みとなるように適宜調製した
（下地層：ＴｉＮの場合）
原料ガス：ＴｉＣｌ４（３Ｌ／ｍｉｎ）、Ｎ２（５０Ｌ／ｍｉｎ）、Ｈ２（５０Ｌ／ｍｉｎ）
圧力 ：８０ｈＰａ
温度 ：９００℃
成膜時間：表１に示される厚みとなるように適宜調製した
原料ガス：ＴｉＣｌ４（３Ｌ／ｍｉｎ）、Ｎ２（５０Ｌ／ｍｉｎ）、Ｈ２（５０Ｌ／ｍｉｎ）
圧力 ：８０ｈＰａ
温度 ：９００℃
成膜時間：表１に示される厚みとなるように適宜調製した
＜第２工程：基材上に硬質層を形成する工程＞
下地層が形成された基材、又は基材に対し、ＣＶＤ装置を用いて、硬質層を形成させて、後工程の第３工程に移った。硬質層の形成条件を以下に示す。また、硬質層の厚み及び硬質層の組成を表１に示す。
下地層が形成された基材、又は基材に対し、ＣＶＤ装置を用いて、硬質層を形成させて、後工程の第３工程に移った。硬質層の形成条件を以下に示す。また、硬質層の厚み及び硬質層の組成を表１に示す。
（硬質層：α－Ａｌ２Ｏ３の場合）
原料ガス：ＡｌＣｌ３（２．１Ｌ／ｍｉｎ）、ＣＯ２（０．５Ｌ／ｍｉｎ）、Ｈ２Ｓ（０．５Ｌ／ｍｉｎ）、ＨＣｌ（２．１Ｌ／ｍｉｎ）Ｈ２（５０Ｌ／ｍｉｎ）
圧力 ：１５０ｈＰａ
温度 ：９８０℃
成膜時間：表１に示される厚みとなるように適宜調製した
原料ガス：ＡｌＣｌ３（２．１Ｌ／ｍｉｎ）、ＣＯ２（０．５Ｌ／ｍｉｎ）、Ｈ２Ｓ（０．５Ｌ／ｍｉｎ）、ＨＣｌ（２．１Ｌ／ｍｉｎ）Ｈ２（５０Ｌ／ｍｉｎ）
圧力 ：１５０ｈＰａ
温度 ：９８０℃
成膜時間：表１に示される厚みとなるように適宜調製した
（硬質層：ＡｌＴｉＮの場合）
原料ガス：ＡｌＣｌ３（１．８Ｌ／ｍｉｎ）、ＴｉＣｌ４（０．４Ｌ／ｍｉｎ）、ＮＨ３（４．５Ｌ／ｍｉｎ）、Ｈ２（５０Ｌ／ｍｉｎ）
圧力 ：３０ｈＰａ
温度 ：７８０℃
成膜時間：表１に示される厚みとなるように適宜調製した
原料ガス：ＡｌＣｌ３（１．８Ｌ／ｍｉｎ）、ＴｉＣｌ４（０．４Ｌ／ｍｉｎ）、ＮＨ３（４．５Ｌ／ｍｉｎ）、Ｈ２（５０Ｌ／ｍｉｎ）
圧力 ：３０ｈＰａ
温度 ：７８０℃
成膜時間：表１に示される厚みとなるように適宜調製した
＜第３工程：硬質層上に炭窒化チタン層を形成する工程＞
上記硬質層が形成された基材に対し、ＣＶＤ装置を用いて、炭窒化チタン層を形成させた。炭窒化チタン層の形成条件を以下に示す。また、炭窒化チタン層の厚み及び炭窒化チタン層の組成を表１に示す。
上記硬質層が形成された基材に対し、ＣＶＤ装置を用いて、炭窒化チタン層を形成させた。炭窒化チタン層の形成条件を以下に示す。また、炭窒化チタン層の厚み及び炭窒化チタン層の組成を表１に示す。
（試料１～１４の炭窒化チタン層：ＴｉＣＮ）
原料ガス：ＴｉＣｌ４（２．０Ｌ／ｍｉｎ）、ＣＨ３ＣＮ（０．８Ｌ／ｍｉｎ）、ＮＨ３（０．２Ｌ／ｍｉｎ）、Ｎ２（２０Ｌ／ｍｉｎ）、Ｈ２（６５Ｌ／ｍｉｎ）
圧力 ：３０ｈＰａ
温度 ：９７５℃
成膜時間：表１に示される厚みとなるように適宜調製した
原料ガス：ＴｉＣｌ４（２．０Ｌ／ｍｉｎ）、ＣＨ３ＣＮ（０．８Ｌ／ｍｉｎ）、ＮＨ３（０．２Ｌ／ｍｉｎ）、Ｎ２（２０Ｌ／ｍｉｎ）、Ｈ２（６５Ｌ／ｍｉｎ）
圧力 ：３０ｈＰａ
温度 ：９７５℃
成膜時間：表１に示される厚みとなるように適宜調製した
（試料１０１～１０９の炭窒化チタン層：ＴｉＣＮ）
原料ガス：ＴｉＣｌ４（２．０Ｌ／ｍｉｎ）、ＣＨ３ＣＮ（１．０Ｌ／ｍｉｎ）、Ｎ２（２０Ｌ／ｍｉｎ）、Ｈ２（７０Ｌ／ｍｉｎ）
圧力 ：３０ｈＰａ
温度 ：９７５℃
成膜時間：表１に示される厚みとなるように適宜調製した
原料ガス：ＴｉＣｌ４（２．０Ｌ／ｍｉｎ）、ＣＨ３ＣＮ（１．０Ｌ／ｍｉｎ）、Ｎ２（２０Ｌ／ｍｉｎ）、Ｈ２（７０Ｌ／ｍｉｎ）
圧力 ：３０ｈＰａ
温度 ：９７５℃
成膜時間：表１に示される厚みとなるように適宜調製した
以上の手順によって、試料１～１４及び試料１０１～１０９の切削工具を作製した。
≪切削工具の特性評価≫
上述のようにして作製した試料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。ここで、試料１～１４は実施例に相当し、試料１０１～１０９は比較例に相当する。
上述のようにして作製した試料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。ここで、試料１～１４は実施例に相当し、試料１０１～１０９は比較例に相当する。
＜被膜を構成する各層の厚みの測定＞
被膜を構成する各層の厚みは、走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）（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。結果を表１に示す。
被膜を構成する各層の厚みは、走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）（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。結果を表１に示す。
＜炭窒化チタン層の硬度及びヤング率＞
「ＩＳＯ １４５７７－１： ２０１５ Ｍｅｔａｌｌｉｃ ｍａｔｅｒｉａｌｓ－Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｅｄ ｉｎｄｅｎｔａｔｉｏｎ ｔｅｓｔ ｆｏｒ ｈａｒｄｎｅｓｓ ａｎｄ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ－」において定められている標準手順によるナノインデンテーション法によって、各切削工具における炭窒化チタン層の硬度とヤング率とを測定した。ここで、圧子の押し込み深さは１００ｎｍに設定した。圧子の押し込み荷重は、２ｇとした。測定温度は、室温（２５℃）とした。また、サンプルは、上記炭窒化チタン層の断面積が上記圧子の面積に対して１０倍の広さを確保できるように鏡面加工した断面サンプルを用いた。測定装置は、株式会社エリオニクス製のＥＮＴ－１１００（商品名）を用いた。上記測定は、１０個の断面サンプルについて行い、それぞれのサンプルで求められた硬度及びヤング率の平均値を、当該炭窒化チタン層の硬度及びヤング率とした。なお、一見して異常値と思われるデータについては、除外した。結果を表２に示す。
「ＩＳＯ １４５７７－１： ２０１５ Ｍｅｔａｌｌｉｃ ｍａｔｅｒｉａｌｓ－Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｅｄ ｉｎｄｅｎｔａｔｉｏｎ ｔｅｓｔ ｆｏｒ ｈａｒｄｎｅｓｓ ａｎｄ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ－」において定められている標準手順によるナノインデンテーション法によって、各切削工具における炭窒化チタン層の硬度とヤング率とを測定した。ここで、圧子の押し込み深さは１００ｎｍに設定した。圧子の押し込み荷重は、２ｇとした。測定温度は、室温（２５℃）とした。また、サンプルは、上記炭窒化チタン層の断面積が上記圧子の面積に対して１０倍の広さを確保できるように鏡面加工した断面サンプルを用いた。測定装置は、株式会社エリオニクス製のＥＮＴ－１１００（商品名）を用いた。上記測定は、１０個の断面サンプルについて行い、それぞれのサンプルで求められた硬度及びヤング率の平均値を、当該炭窒化チタン層の硬度及びヤング率とした。なお、一見して異常値と思われるデータについては、除外した。結果を表２に示す。
≪切削試験≫
（切削評価（１）：断続加工試験、耐欠損性の評価）
上述のようにして作製した試料（試料１～１４及び試料１０１～１０９）の切削工具を用いて、以下の切削条件により、刃先における欠けが発生するまでの、切削可能時間を測定した。その結果を表２に示す。切削可能時間が長い程耐欠損性に優れる切削工具として評価することができる。切削可能時間は、以下の手順で測定した。切削加工を開始してから３０秒毎に切削加工を止め、切削工具の刃先稜線部を実体顕微鏡（倍率１００倍）で観察した。同様の作業を刃先稜線部における欠けが確認されるまで繰り返した。欠けが発生した時点までの、切削加工に要した累積の時間から切削可能時間を算出した。
断続加工の試験条件
被削材 ：ＳＣｒ４４０切欠丸棒
切削速度：１００ｍ／ｍｉｎ
送り速度：０．３ｍｍ／ｒｅｖ
切込み ：２ｍｍ
切削油 ：湿式
（切削評価（１）：断続加工試験、耐欠損性の評価）
上述のようにして作製した試料（試料１～１４及び試料１０１～１０９）の切削工具を用いて、以下の切削条件により、刃先における欠けが発生するまでの、切削可能時間を測定した。その結果を表２に示す。切削可能時間が長い程耐欠損性に優れる切削工具として評価することができる。切削可能時間は、以下の手順で測定した。切削加工を開始してから３０秒毎に切削加工を止め、切削工具の刃先稜線部を実体顕微鏡（倍率１００倍）で観察した。同様の作業を刃先稜線部における欠けが確認されるまで繰り返した。欠けが発生した時点までの、切削加工に要した累積の時間から切削可能時間を算出した。
断続加工の試験条件
被削材 ：ＳＣｒ４４０切欠丸棒
切削速度：１００ｍ／ｍｉｎ
送り速度：０．３ｍｍ／ｒｅｖ
切込み ：２ｍｍ
切削油 ：湿式
（切削評価（２）：連続加工試験、耐摩耗性の評価）
上述のようにして作製した試料（試料１～１４及び試料１０１～１０９）の切削工具を用いて、以下の切削条件により逃げ面摩耗量（Ｖｂ）が０．３ｍｍになるまでの切削可能時間を測定した。その結果を、表２に示す。切削可能時間が長い程、耐摩耗性に優れる切削工具として評価することができる。
連続加工の試験条件
被削材 ：Ｓ３５Ｃ丸棒
切削速度：２００ｍ／ｍｉｎ
送り速度：０．２ｍｍ／ｒｅｖ
切込み ：２ｍｍ
切削油 ：湿式
上述のようにして作製した試料（試料１～１４及び試料１０１～１０９）の切削工具を用いて、以下の切削条件により逃げ面摩耗量（Ｖｂ）が０．３ｍｍになるまでの切削可能時間を測定した。その結果を、表２に示す。切削可能時間が長い程、耐摩耗性に優れる切削工具として評価することができる。
連続加工の試験条件
被削材 ：Ｓ３５Ｃ丸棒
切削速度：２００ｍ／ｍｉｎ
送り速度：０．２ｍｍ／ｒｅｖ
切込み ：２ｍｍ
切削油 ：湿式
表２の結果から試料１～１４の切削工具（実施例の切削工具）は、切削評価（１）における切削可能時間が、１０分以上という良好な結果が得られた。一方試料１０１～１０９の切削工具（比較例の切削工具）は、切削評価（１）における切削可能時間が、７分以下であった。以上の結果から、実施例の切削工具は、比較例の切削工具に比べて耐欠損性に優れることが分かった。
また、表２の結果から、試料１～１４の切削工具は、切削評価（２）における切削可能時間が、３０分以上の良好な結果が得られた。一方試料１０１～１０９の切削工具（比較例の切削工具）は、切削評価（２）における切削可能時間が、２０分以下であった。試料１０１及び１０４の切削工具は、室温における炭窒化チタン層のヤング率が６５０ＧＰａを超えていたため、異常摩耗を引き起こしたと考えられた。試料１０２の切削工具は、炭窒化チタン層の厚みが２μｍ未満であったため、異常摩耗を引き起こしたと考えられた。試料１０３の切削工具は、室温における炭窒化チタン層の硬度が３５ＧＰａ未満であったため、異常摩耗を引き起こしたと考えられた。試料１０７の切削工具は、室温における炭窒化チタン層の硬度及びヤング率がそれぞれ３５ＧＰａ未満及び６５０ＧＰａ超であったため、異常摩耗を引き起こしたと考えられた。この結果から、実施例の切削工具は、比較例の切削工具に比べて耐摩耗性に優れることが分かった。
以上のように本発明の実施形態及び実施例について説明を行なったが、上述の各実施形態及び各実施例の構成を適宜組み合わせることも当初から予定している。
今回開示された実施の形態及び実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態及び実施例ではなく請求の範囲によって示され、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。
１ すくい面、 ２ 逃げ面、 ３ 刃先稜線部、 １０ 基材、 ２０ 炭窒化チタン層、 ２１ 硬質層、 ２２ 下地層、 ３０ ＣＶＤ装置、 ３１ 基材セット治具、 ３２ 反応容器、 ３３ 調温装置、 ３４ ガス導入口、 ３５ ガス導入管、 ３６ 噴出孔、 ４０ 被膜、 ５０ 切削工具
Claims (3)
- 基材と、前記基材の上に設けられている硬質層と、前記硬質層の上に設けられている炭窒化チタン層とを含む切削工具であって、
前記硬質層は、酸化アルミニウムを含み、
前記硬質層の厚みは、３μｍ以上２０μｍ以下であり、
前記炭窒化チタン層は、最表面であり、
前記炭窒化チタン層の厚みは、２μｍ以上４μｍ以下であり、
室温における前記炭窒化チタン層の硬度は、３５ＧＰａ以上４０ＧＰａ以下であり、
室温における前記炭窒化チタン層のヤング率は、５４０ＧＰａ以上６５０ＧＰａ以下である、切削工具。 - 基材と、前記基材の上に設けられている硬質層と、前記硬質層の上に設けられている炭窒化チタン層とを含む切削工具であって、
前記硬質層は、窒化アルミニウムチタンを含み、
前記硬質層の厚みは、３μｍ以上２０μｍ以下であり、
前記炭窒化チタン層は、最表面であり、
前記炭窒化チタン層の厚みは、４μｍ以上７．７μｍ以下であり、
室温における前記炭窒化チタン層の硬度は、３５ＧＰａ以上４０ＧＰａ以下であり、
室温における前記炭窒化チタン層のヤング率は、５４０ＧＰａ以上６５０ＧＰａ以下である、切削工具。 - 前記基材と前記硬質層との間に設けられている下地層を更に含む、請求項１又は請求項２に記載の切削工具。
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|---|---|---|---|
| PCT/JP2020/022120 WO2021245879A1 (ja) | 2020-06-04 | 2020-06-04 | 切削工具 |
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| JP2009039934A (ja) * | 2007-08-08 | 2009-02-26 | Covalent Materials Corp | 中空セラミックス部品の成形方法および中空セラミックス部品の成形用ピン |
| JP2011252204A (ja) * | 2010-06-02 | 2011-12-15 | Jtekt Corp | 被覆部材 |
| JP2017159409A (ja) * | 2016-03-10 | 2017-09-14 | 三菱マテリアル株式会社 | すぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具 |
| JP2018509528A (ja) * | 2015-02-24 | 2018-04-05 | エリコン・サーフェス・ソリューションズ・アクチェンゲゼルシャフト，プフェフィコーンＯｅｒｌｉｋｏｎ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ Ａｇ， Ｐｆａｅｆｆｉｋｏｎ | 高強度鋼の冷間金属加工のための高性能コーティング |
| JP2019098430A (ja) * | 2017-11-29 | 2019-06-24 | 株式会社タンガロイ | 被覆切削工具 |
-
2020
- 2020-06-04 JP JP2020564685A patent/JP6992231B1/ja active Active
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