JP7274107B2 - 被覆切削工具 - Google Patents

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Description

本発明は、被覆切削工具に関する。
従来、超硬合金からなる基材の表面に化学蒸着法により３～２０μｍの総膜厚で被覆層を蒸着形成してなる被覆切削工具が、鋼や鋳鉄等の切削加工に用いられていることは、よく知られている。被覆層としては、例えば、Ｔｉの炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸化物及び炭窒酸化物並びに酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）からなる群より選ばれる１種の単層又は２種以上の複層からなる被覆層が知られている。
また、超硬合金あるいは立方晶窒化ホウ素焼結体からなる基材の表面に物理蒸着法により、Ｔｉ－Ａｌ系の複合窒化物層を蒸着形成してなる被覆切削工具が知られており、これらは、優れた耐摩耗性を発揮することが知られている。しかしながら、従来のＴｉ－Ａｌ系の複合窒化物層を物理蒸着法により形成してなる被覆切削工具は、比較的耐摩耗性に優れるものの、高速で、且つ、断続的に負荷がかかる加工の切削条件で用いた場合に亀裂が発生しやすいことから、被覆層の改善についての種々の提案がなされている。
例えば、特許文献１には、硬質材料で被覆され、ＣＶＤによって塗布された複数の層を有する物体であって、Ｔｉ1-xＡｌxＮ層及び／又はＴｉ1-xＡｌxＣ層及び／又はＴｉ1-xＡｌxＣＮ層（各式中、０．７≦ｘ≦０．９である）の上にＡｌ2Ｏ3層が外層として配置され、ＴｉＮ層及び／又はＴｉＣＮ層は、超硬合金、サーメット、又はセラミックからなる基体本体に対する接合層であり、Ｔｉ1-xＡｌxＮ層及び／又はＴｉ1-xＡｌxＣＮ層が六方晶ＡｌＮを含有し、六方晶ＡｌＮが２５％以下で存在する、硬質材料で被覆された物体が開示されている。
例えば、特許文献２には、基材及びコーティングを含むコーティング付き切削工具であって、コーティングが、厚さ４～１４μｍのＴｉ1-xＡｌxＮの内層、０．０５～１μｍのＴｉＣＮの中間層、及び１～９μｍのα－Ａｌ2Ｏ3の少なくとも１つの外層を含み、前記α－Ａｌ2Ｏ3層が、ＣｕＫα線及びシータ－２シータスキャンを使用して測定した場合にＸ線回折パターンを示し、テクスチャー係数ＴＣ（ｈ，ｋ，ｌ）がＨａｒｒｉｓ式
Figure 0007274107000001
 ［式中、使用される（ｈ，ｋ，ｌ）反射は（０，２，４）、（１，１，６）、（３，０，０）、及び（０，０，１２）であり、Ｉ（ｈ，ｋ，ｌ）＝（ｈ，ｋ，ｌ）反射の測定される強度（ピーク強度）、Ｉ０（ｈ，ｋ，ｌ）＝ＩＣＤＤのＰＤＦカードＮｏ．００－０４２－１４６８による標準強度、ｎ＝計算に使用される反射の数である］にしたがって定義され、３＜ＴＣ（０，０，１２）＜４であることを特徴とするコーティング付き切削工具が開示されている。
特表２０１１－５１６７２２号公報 特表２０２０－５０６８１１号公報
近年の切削加工における省力化及び省エネ化の要求は強く、これに伴い、切削加工は一段と高速化及び高効率化の傾向にある。そのため、被覆切削工具には、より一層、耐摩耗性が求められるとともに、長期の使用に亘って優れた耐チッピング性及び耐欠損性が求められている。
特許文献１には、硬質材料で被覆された物体がＡｌ2Ｏ3層を有することが開示されているが、Ａｌ2Ｏ3層の特性に関しては、一切考慮されていない。そのため、特許文献１に記載の硬質材料で被覆された物体は、耐摩耗性や耐欠損性が不十分であり、改善の余地がある。
特許文献２に記載のコーティング付き切削工具は、α－Ａｌ2Ｏ3層の配向が考慮されている点で、耐クレータ摩耗性は、向上している。しかしながら、特許文献２に記載のコーティング付き切削工具は、α－Ａｌ2Ｏ3層の粒径が考慮されていないため、粒子脱落に起因したチッピングが生じる場合があり、耐欠損性が不十分であり、改善の余地がある。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、優れた耐摩耗性及び耐欠損性を有することによって工具寿命を延長することができる被覆切削工具を提供することを目的とする。
本発明者は、上述の観点から、被覆切削工具の工具寿命の延長について研究を重ねた。その結果、被覆切削工具の被覆層として、特定の組成の化合物層を含有する下部層と、α型Ａｌ2Ｏ3層を含有する上部層とをこの順で含み、α型Ａｌ2Ｏ3層の粒子の粒径分布を特定の範囲に制御とすることで、α型Ａｌ2Ｏ3層の粒子の脱落に起因するチッピングの発生を抑制できるため、耐摩耗性に優れるだけでなく、特に耐欠損性が向上し、その結果、被覆切削工具の工具寿命を延長できることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明の要旨は以下の通りである。
［１］
基材と、該基材の表面に形成された被覆層とを備え、
前記被覆層が、前記基材側から前記被覆層の表面側に向かって、下部層及び上部層をこの順で含み、前記下部層の表面に前記上部層が形成されており、
前記下部層が、下記式（１）で表される組成を有する化合物を含有し、
（ＡｌxＴｉ1-x）Ｎ・・・（１）
［式（１）中、ｘはＡｌ元素とＴｉ元素との合計に対するＡｌ元素の原子比を表し、０．７０≦ｘ≦０．９０を満足する。］、
前記下部層の平均厚さが、１．０μｍ以上１５．０μｍ以下であり、
前記上部層が、α型Ａｌ2Ｏ3からなるα型Ａｌ2Ｏ3層を含有し、
前記上部層の平均厚さが、０．５μｍ以上１５．０μｍ以下であり、
前記α型Ａｌ2Ｏ3層の粒子において、粒径が０．０５μｍ以上０．５μｍ未満である粒子の割合が、５０面積％以上８０面積％以下である、被覆切削工具。
［２］
前記α型Ａｌ2Ｏ3層の粒子において、粒径が０．５μｍ以上１．０μｍ未満である粒子の割合が、１０面積％以上５０面積％以下である、［１］に記載の被覆切削工具。
［３］
前記α型Ａｌ2Ｏ3層の粒子において、粒径が１．０μｍ以上３．０μｍ以下である粒子の割合が、０面積％以上１０面積％以下である、［１］又は［２］に記載の被覆切削工具。
［４］
前記上部層において、全粒界の合計長さ１００％に対するΣ３粒界の長さの割合が、０％以上１０％以下である、［１］～［３］のいずれかに記載の被覆切削工具。
［５］
前記被覆層全体の平均厚さが、２．０μｍ以上２０．０μｍ以下である、［１］～［４］のいずれかに記載の被覆切削工具。
［６］
前記基材が、超硬合金、サーメット、セラミックス又は立方晶窒化硼素焼結体のいずれかである、［１］～［５］のいずれかに記載の被覆切削工具。
本発明によると、優れた耐摩耗性及び耐欠損性を有することによって、工具寿命を延長することができる被覆切削工具を提供することができる。
本発明の被覆切削工具の一例を示す模式図である。
以下、必要に応じて図面を参照しつつ、本発明を実施するための形態（以下、単に「本実施形態」という。）について詳細に説明するが、本発明は下記本実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。なお、図面中、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。更に、図面の寸法比率は図示の比率に限られるものではない。
本実施形態の被覆切削工具は、基材と、該基材の表面に形成された被覆層とを備え、被覆層が、基材側から被覆層の表面側に向かって、下部層及び上部層をこの順で含み、下部層の表面に上部層が形成されており、下部層が、下記式（１）で表される組成を有する化合物を含有し、
（ＡｌxＴｉ1-x）Ｎ・・・（１）
［式（１）中、ｘはＡｌ元素とＴｉ元素との合計に対するＡｌ元素の原子比を表し、０．７０≦ｘ≦０．９０を満足する。］、
下部層の平均厚さが、１．０μｍ以上１５．０μｍ以下であり、上部層が、α型Ａｌ2Ｏ3からなるα型Ａｌ2Ｏ3層を含有し、上部層の平均厚さが、０．５μｍ以上１５．０μｍ以下であり、α型Ａｌ2Ｏ3層の粒子において、粒径が０．０５μｍ以上０．５μｍ未満である粒子の割合が、５０面積％以上８０面積％以下ある。
本実施形態の被覆切削工具は、上記の構成を備えることにより、耐摩耗性及び耐欠損性を向上させることができ、その結果、工具寿命を延長することができる。本実施形態の被覆切削工具の耐摩耗性及び耐欠損性が向上する要因は、以下のように考えられる。ただし、本発明は、以下の要因により何ら限定されない。すなわち、まず、本実施形態の被覆切削工具は、被覆層が、基材側から被覆層の表面側に向かって、下部層及び上部層をこの順で含み、下部層の表面に上部層が形成されており、下部層が上記式（１）で表される組成を有する化合物を含有する。被覆層は、上記式（１）におけるＡｌ元素の原子比ｘが、０．７０以上であると、固溶強化により、硬さが向上するため、耐摩耗性が向上し、また、Ａｌ含有量が高くなることにより、耐酸化性が向上する。この結果、本実施形態の被覆切削工具は、耐クレータ摩耗が向上するため、切れ刃の強度低下を抑制することにより、耐欠損性が向上する。また、被覆層は、上記式（１）におけるＡｌ元素の原子比ｘが０．９０以下であると、Ｔｉを含有することによる靭性が向上するので、サーマルクラックの発生を抑制することができる。この結果、本実施形態の被覆切削工具は、耐欠損性が向上する。また、本実施形態の被覆切削工具は、下部層の平均厚さが１．０μｍ以上であることにより、耐摩耗性が向上する。一方、本実施形態の被覆切削工具は、下部層の平均厚さが１５．０μｍ以下であることにより、基材（例えば、超硬合金）との密着性が向上し、サーマルクラックの発生を抑制することができ、耐欠損性が向上する。また、本実施形態の被覆切削工具は、上部層がα型Ａｌ2Ｏ3からなるα型Ａｌ2Ｏ3層を含有することにより、硬くなるため、耐摩耗性が向上する。また、上部層の平均厚さが、０．５μｍ以上であると、被覆切削工具の耐クレータ摩耗が向上する。一方、上部層の平均厚さが、１５．０μｍ以下であると、粒径の粗大化を抑制することができるため、チッピングを起因とする欠損の発生を抑制することができる。その結果、本実施形態の被覆切削工具は耐欠損性が向上する。また、本実施形態の被覆切削工具は、α型Ａｌ2Ｏ3層の粒子において、粒径が０．０５μｍ以上０．５μｍ未満である粒子の割合が、５０面積％以上であることにより、粒径が０．５μｍ以上の粗大粒子の割合が減少するため、チッピングを起因とする欠損の発生を抑制することができる。その結果、本実施形態の被覆切削工具は耐欠損性が向上する。一方、本実施形態の被覆切削工具は、α型Ａｌ2Ｏ3層の粒子において、粒径が０．０５μｍ以上０．５μｍ未満である粒子の割合が、８０面積％以下であると、容易に製造することができる。
そして、これらの構成が組み合わされることにより、本実施形態の被覆切削工具は、耐摩耗性及び耐欠損性が向上し、その結果、工具寿命を延長することができるものと考えられる。
図１は、本実施形態の被覆切削工具の一例を示す断面模式図である。被覆切削工具５は、基材１と、基材１の表面に形成された被覆層４とを備え、被覆層４には、下部層２、上部層３がこの順序で上方向（基材側から被覆層の表面側）に積層されている。
本実施形態の被覆切削工具は、基材とその基材の表面に形成された被覆層とを備える。被覆切削工具の種類として、具体的には、フライス加工用若しくは旋削加工用刃先交換型切削インサート、ドリル及びエンドミルを挙げることができる。
本実施形態に用いる基材は、被覆切削工具の基材として用いられ得るものであれば、特に限定されない。そのような基材として、例えば、超硬合金、サーメット、セラミックス、立方晶窒化硼素焼結体、ダイヤモンド焼結体及び高速度鋼を挙げることができる。それらの中でも、基材が、超硬合金、サーメット、セラミックス又は立方晶窒化硼素焼結体のいずれかであると、耐摩耗性及び耐欠損性に更に優れるので好ましく、同様の観点から、基材が超硬合金であるとより好ましい。
なお、基材は、その表面が改質されたものであってもよい。例えば、基材が超硬合金からなるものである場合、その表面に脱β層が形成されてもよい。また、基材がサーメットからなるものである場合、その表面に硬化層が形成されてもよい。これらのように基材の表面が改質されていても、本発明の作用効果は奏される。
本実施形態に用いる被覆層は、その平均厚さが、２．０μｍ以上２０．０μｍ以下であることが好ましく、これにより耐摩耗性が向上する。本実施形態の被覆切削工具は、被覆層全体の平均厚さが２．０μｍ以上であると、耐摩耗性が向上し、被覆層全体の平均厚さが２０．０μｍ以下であると、被覆層の剥離が抑制されることに主に起因して耐欠損性が向上する。同様の観点から、本実施形態に用いる被覆層の平均厚さは、２．５μｍ以上１９．５μｍ以下であることがより好ましく、２．９μｍ以上１９．０μｍ以下であることがさらに好ましい。
なお、本実施形態の被覆切削工具における各層及び被覆層全体の平均厚さは、各層又は被覆層全体における３箇所以上の断面から、各層の厚さ又は被覆層全体の厚さを測定して、その相加平均値を計算する。
［下部層］
本実施形態に用いる下部層は、下記式（１）で表される組成を有する化合物を含有する。
（ＡｌxＴｉ1-x）Ｎ・・・（１）
［式（１）中、ｘはＡｌ元素とＴｉ元素との合計に対するＡｌ元素の原子比を表し、０．７０≦ｘ≦０．９０を満足する。］
本実施形態の被覆切削工具は、基材と上部層との間に、このような下部層を備えると、耐摩耗性及び密着性が向上する。
被覆層は、上記式（１）におけるＡｌ元素の原子比ｘが、０．７０以上であると、固溶強化により、硬さが向上するため、耐摩耗性が向上し、また、Ａｌ含有量が高くなることにより、耐酸化性が向上する。この結果、本実施形態の被覆切削工具は、耐クレータ摩耗が向上するため、切れ刃の強度低下を抑制することにより、耐欠損性が向上する。また、被覆層は、上記式（１）におけるＡｌ元素の原子比ｘが０．９０以下であると、Ｔｉを含有することによる靭性が向上するので、サーマルクラックの発生を抑制することができる。この結果、本実施形態の被覆切削工具は、耐欠損性が向上する。同様の観点から、上記式（１）におけるＡｌ元素の原子比ｘは、０．７２以上０．８９以下であると好ましい。
なお、本実施形態の被覆切削工具において、例えば、被覆層の組成を（Ａｌ0.80Ｔｉ0.20）Ｎと表記する場合は、Ａｌ元素とＴｉ元素との合計に対するＡｌ元素の原子比が０．８０、Ａｌ元素とＴｉ元素との合計に対するＴｉ元素の原子比が０．２０であることを表す。すなわち、Ａｌ元素とＴｉ元素との合計に対するＡｌ元素の量が８０原子％、Ａｌ元素とＴｉ元素との合計に対するＴｉ元素の量が２０原子％であることを意味する。
なお、本実施形態において、下部層は、上記式（１）で表される組成を有する化合物を含有していればよく、本発明の作用効果を奏する限りにおいて、上記式（１）で表される組成を有する化合物以外の成分を含んでもよく、含まなくてもよい。
本実施形態に用いる下部層の平均厚さは、１．０μｍ以上１５．０μｍ以下である。本実施形態の被覆切削工具は、下部層の平均厚さが１．０μｍ以上であることにより、耐摩耗性が向上する。一方、本実施形態の被覆切削工具は、下部層の平均厚さが１５．０μｍ以下であることにより、基材（例えば、超硬合金）との密着性が向上し、サーマルクラックの発生を抑制することができ、耐欠損性が向上する。同様の観点から、下部層の平均厚さは、１．２μｍ以上１３．０μｍ以下であることが好ましく、１．５μｍ以上１２．５μｍ以下であるとより好ましい。
［上部層］
本実施形態に用いる上部層は、α型Ａｌ2Ｏ3からなるα型Ａｌ2Ｏ3層を含有する。本実施形態の被覆切削工具は、上部層がα型Ａｌ2Ｏ3からなるα型Ａｌ2Ｏ3層を含有することにより、硬くなるため、耐摩耗性が向上する。
また、本実施形態の被覆切削工具は、上部層の平均厚さが０．５μｍ以上１５．０μｍ以下である。上部層の平均厚さが、０．５μｍ以上であると、被覆切削工具の耐クレータ摩耗が向上する。一方、上部層の平均厚さが、１５．０μｍ以下であると、粒径の粗大化を抑制することができるため、チッピングを起因とする欠損の発生を抑制することができる。その結果、本実施形態の被覆切削工具は耐欠損性が向上する。同様の観点から、上部層の平均厚さが０．６μｍ以上１４．０μｍ以下であることが好ましく、０．７μｍ以上１３．２μｍ以下であるとより好ましい。
また、本実施形態の被覆切削工具は、α型Ａｌ2Ｏ3層の粒子において、粒径が０．０５μｍ以上０．５μｍ未満である粒子の割合が、５０面積％以上８０面積％以下である。α型Ａｌ2Ｏ3層の粒子において、粒径が０．０５μｍ以上０．５μｍ未満である粒子の割合が、５０面積％以上であることにより、粒径が０．５μｍ以上の粗大粒子の割合が減少するため、チッピングを起因とする欠損の発生を抑制することができる。その結果、本実施形態の被覆切削工具は耐欠損性が向上する。一方、本実施形態の被覆切削工具は、α型Ａｌ2Ｏ3層の粒子において、粒径が０．０５μｍ以上０．５μｍ未満である粒子の割合が、８０面積％以下であると、容易に製造することができる。同様の観点から、α型Ａｌ2Ｏ3層の粒子において、粒径が０．０５μｍ以上０．５μｍ未満である粒子の割合は、５１面積％以上７９面積％以下であることが好ましく、５２面積％以上７９面積％以下であることがより好ましい。
また、本実施形態の被覆切削工具は、α型Ａｌ2Ｏ3層の粒子において、粒径が０．５μｍ以上１．０μｍ未満である粒子の割合が、１０面積％以上５０面積％以下であることが好ましい。α型Ａｌ2Ｏ3層の粒子において、粒径が０．５μｍ以上１．０μｍ未満である粒子の割合が、５０面積％以下であることにより、粒径が０．５μｍ以上の粗大粒子の割合が減少するため、チッピングを起因とする欠損の発生を抑制することができる傾向にある。その結果、本実施形態の被覆切削工具は耐欠損性が向上する傾向にある。一方、本実施形態の被覆切削工具は、α型Ａｌ2Ｏ3層の粒子において、粒径が０．５μｍ以上１．０μｍ未満である粒子の割合が、１０面積％以上であると、容易に製造することができる。同様の観点から、α型Ａｌ2Ｏ3層の粒子において、粒径が０．５μｍ以上１．０μｍ未満である粒子の割合は、１５面積％以上４８面積％以下であることがより好ましく、２１面積％以上４６面積％以下であることがさらに好ましい。
また、本実施形態の被覆切削工具は、α型Ａｌ2Ｏ3層の粒子において、粒径が１．０μｍ以上３．０μｍ以下である粒子の割合が、０面積％以上１０面積％以下であることが好ましい。α型Ａｌ2Ｏ3層の粒子において、粒径が１．０μｍ以上３．０μｍ以下である粒子の割合が、１０面積％以下であることにより、チッピングを起因とする欠損の発生を抑制することができる傾向にある。その結果、本実施形態の被覆切削工具は耐欠損性が向上する傾向にある。同様の観点から、α型Ａｌ2Ｏ3層の粒子において、粒径が１．０μｍ以上３．０μｍ以下である粒子の割合は、９面積％以下であることがより好ましく、８面積％以下であることがさらに好ましい。
なお、本実施形態において、α型Ａｌ2Ｏ3層の粒子の粒径は、後述の実施例に記載の方法により測定することができる。
また、本実施形態の被覆切削工具は、上部層において、全粒界の合計長さ１００％に対するΣ３粒界の長さの割合が、０％以上１０％以下であることが好ましい。上部層において、全粒界の合計長さ１００％に対するΣ３粒界の長さの割合が、１０％以下であると、比較的高い粒界エネルギーを有するランダム粒界の占める割合が大きくなるため、α型Ａｌ2Ｏ3層の粒界における核生成が容易になるので、微細な結晶の割合が増加する傾向にある。なお、本実施形態において、全粒界の合計長さとは、ＣＳＬ粒界の長さとそれ以外の一般結晶粒界の長さとを合計した長さである。同様の観点から、上部層において、全粒界の合計長さ１００％に対するΣ３粒界の長さの割合は、１％以上１０％以下であることがより好ましい。
本実施形態に用いる上部層は、粒界エネルギーが比較的高い結晶粒界と粒界エネルギーが比較的低い結晶粒界とを有する。通常、結晶粒界は原子の並びが不規則に乱れておりランダムに配列されるため、隙間が多く、比較的高い粒界エネルギーを有する。一方、結晶粒界の中には、原子の並びが規則的であり隙間の少ない粒界もあり、そのような結晶粒界は比較的低い粒界エネルギーを有する。このような比較的低い粒界エネルギーを有する結晶粒界の代表例として対応格子（Ｃｏｉｎｃｉｄｅｎｃｅ Ｓｉｔｅ Ｌａｔｔｉｃｅ）結晶粒界が挙げられる（以下、「ＣＳＬ結晶粒界」と表記し、「ＣＳＬ粒界」とも表記する。）。結晶粒界は、緻密化、クリープ及び拡散のような重要な焼結プロセスに対して、電気的、光学的、及び機械的特性に対してと同様に有意義な影響を及ぼす。結晶粒界の重要性は、いくつかの因子、例えば、物質中の結晶粒界密度、界面の化学組成、及び結晶学的組織、すなわち結晶粒界面方位及び結晶粒方位差に依存する。ＣＳＬ結晶粒界は、特別な役割を果たしている。ＣＳＬ結晶粒界の分布の程度を示す指標として、Σ値が知られており、それは結晶粒界において接する２つの結晶粒の結晶格子点密度と、両方の結晶格子を重ね合わせた際に一致する格子点の密度との比率として定義される。単純な構造の場合、低いΣ値を有する粒界は、低界面エネルギー及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る。したがって、ＣＳＬ結晶粒界の割合及び結晶粒方位差の分布を制御することは、上部層の特性及びその向上にとって重要であると考えられる。
近年、後方散乱電子回折（以下「ＥＢＳＤ」とも記す）として知られる走査型電子顕微鏡（以下「ＳＥＭ」とも記す）をベースとした技術が、物質中の結晶粒界の研究に用いられている。ＥＢＳＤ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。
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を作成した後に決定される。ＥＢＳＤを市販のソフトウェアと共に用いることにより、組織分析及び粒界性格分布（Ｇｒａｉｎ Ｂｏｕｎｄａｒｙ Ｃｈａｒａｃｔｅｒ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ：ＧＢＣＤ）の決定が比較的容易に行われる。界面をＥＢＳＤにより測定及び解析することにより、界面の大きなサンプル集団での結晶粒界の方位差を明らかにすることができる。通常、方位差の分布は、物質の処理及び／又は物性に関連する。結晶粒界の方位差は、オイラー角、角／軸の対（ａｎｇｌｅ／ａｘｉｓ ｐａｉｒ）、又はロドリゲスベクトルなどの通常の方位パラメータから得られる。
本実施形態において、上部層のＣＳＬ結晶粒界は、Σ３粒界の他、Σ７粒界、Σ１１粒界、Σ１３粒界、Σ１７粒界、Σ１９粒界、Σ２１粒界、Σ２３粒界及びΣ２９粒界を指す。Σ３粒界は、上部層のＣＳＬ結晶粒界の中で最も低い粒界エネルギーを有すると考えられる。ここで、Σ３粒界の長さとは、ＥＢＳＤを備えたＳＥＭで観察される視野（特定の領域）中のΣ３粒界の合計長さを示す。このΣ３粒界は、その他のＣＳＬ結晶粒界と比較して、対応格子点密度が高くなり、低い粒界エネルギーを有する。言い換えれば、Σ３粒界は一致する格子点が多いＣＳＬ結晶粒界であり、Σ３粒界を粒界とする２つの結晶粒は単結晶又は双晶に近い挙動を示し、結晶粒が大きくなる傾向を示す。本実施形態の被覆切削工具は、上部層において、ＣＳＬ結晶粒界の合計長さ１００％に対するΣ３粒界の長さの割合を小さくすることにより、比較的高い粒界エネルギーを有するランダム粒界の占める割合が大きくなるため、α型Ａｌ2Ｏ3層の粒界における核生成が容易になるので、微細な結晶の割合が増加する傾向にある。
ここで、全粒界とは、ＣＳＬ結晶粒界以外の結晶粒界とＣＳＬ結晶粒界とを合計したものである。以下、ＣＳＬ結晶粒界以外の結晶粒界を「一般結晶粒界」という。一般結晶粒界は、ＥＢＳＤを備えたＳＥＭで観察した場合の上部層の結晶粒の全粒界からＣＳＬ結晶粒界を除いた残りの粒界となる。したがって、「全粒界の合計長さ」とは「ＣＳＬ結晶粒界の長さと一般結晶粒界の長さとの和」として表すことができる。
本実施形態において、上部層における全粒界の合計長さ１００％に対するΣ３粒界の長さの割合及びＣＳＬ粒界の合計長さ１００％に対するΣ３粒界の長さの割合は、次のようにして算出することができる。
被覆切削工具において、基材の表面と平行な方向に上部層の断面を露出させて観察面を得る。上部層の断面を露出させる方法としては、例えば、切断及び研磨が挙げられる。このうち、上部層の観察面をより平滑にする観点から研磨が好ましい。特に、観察面は、より平滑である観点から鏡面であると好ましい。上部層の鏡面観察面を得る方法としては、特に限定されないが、例えば、ダイヤモンドペースト又はコロイダルシリカを用いて研磨する方法やイオンミリング等を挙げることができる。
その後、上記の観察面を、ＥＢＳＤを備えたＳＥＭによって観察する。該観察領域としては、平坦な面（逃げ面等）を観察することが好ましい。
ＳＥＭは、ＥＢＳＤ（ＴｅｘＳＥＭ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ社製）を備えたＳＵ６６００（日立ハイテクノロジーズ社製）を用いる。
観察面の法線は、入射ビームに対して７０°傾斜させ、分析は、１５ｋＶの加速電圧及び１．０ｎＡ照射電流で電子線を照射することにより行われる。データ収集は、観察面上、上部層の５０μｍ×３０μｍの面領域に相当する１０００×６００ポイントについて、０．０５μｍ／ステップのステップにて行われる。このデータ収集を５視野の面領域（上部層の５０μｍ×３０μｍ）について行い、その平均値を算出する。
データ処理は、市販のソフトウェアを用いて行われる。任意のΣ値に対応するＣＳＬ結晶粒界を計数し、全結晶粒界に対する比として各粒界の割合を表すことによって確認することができる。以上より、Σ３粒界の長さ、ＣＳＬ粒界の長さ及び全粒界の合計長さを求めて、全粒界の合計長さ１００％に対するΣ３粒界の長さの割合を算出することができる。
なお、本実施形態において、上部層は、α型酸化アルミニウム（α型Ａｌ2Ｏ3）を含有していればよく、本発明の作用効果を奏する限りにおいて、α型酸化アルミニウム（α型Ａｌ2Ｏ3）以外の成分を含んでもよく、含まなくてもよい。
本実施形態の被覆切削工具において、被覆層を構成する各層は、化学蒸着法によって形成されてもよく、物理蒸着法によって形成されてもよい。各層の形成方法の具体例としては、例えば、以下の方法を挙げることができる。ただし、各層の形成方法はこれに限定されない。
（化学蒸着法）
まず、基材の表面に、下部層を化学蒸着法で形成する。次いで、下部層の表面に上部層を化学蒸着法で形成する。
（下部層形成工程）
下部層は、原料組成をＴｉＣｌ4：０．２～０．５ｍｏｌ％、ＡｌＣｌ3：０．５～２．０ｍｏｌ％、ＮＨ3：２．０～５．０ｍｏｌ％、Ｈ2：残部とし、温度を７００～９００℃、圧力を３～５ｈＰａとする化学蒸着法で形成することができる。
下部層における上記式（１）で表される組成を制御するためには、下部層形成工程における原料組成を適宜調整すればよい。より具体的には、ＴｉとＡｌとの比率を制御する方法としては、例えば、下部層形成工程において、原料のＡｌＣｌ3／（ＡｌＣｌ3＋ＴｉＣｌ4）の比率を大きくすると、上記式（１）で表される組成におけるＡｌ元素の原子比ｘが大きくなる傾向にある。具体的には、例えば、原料組成において、ＡｌＣｌ3／（ＡｌＣｌ3＋ＴｉＣｌ4）の比率を０．７以上０．９以下とすることにより、上記式（１）で表される組成におけるＡｌ元素の原子比ｘを上記特定の範囲に制御することができる傾向にある。
（上部層形成工程）
上部層として、例えば、α型Ａｌ2Ｏ3からなるα型Ａｌ2Ｏ3層（以下、単に「Ａｌ2Ｏ3層」ともいう。）を以下のとおり形成することができる。
まず、下部層の表面上にα型Ａｌ2Ｏ3層の核を形成する（核形成工程）。α型Ａｌ2Ｏ3層の核形成工程は、原料組成をＡｌＣｌ3：１．０～２．５ｍｏｌ％、ＣＯ：０．０５～２．０ｍｏｌ％、ＣＯ2：１．０～３．０ｍｏｌ％、ＨＣｌ：２．０～３．０ｍｏｌ％、Ｈ2：残部とし、温度を７５０～８５０℃、圧力を６０～８０ｈＰａの条件で行う。核形成工程の時間は、３～７分であることが好ましい。
その後、α型Ａｌ2Ｏ3層は、原料組成をＡｌＣｌ3：１．０～２．５ｍｏｌ％、ＣＯ2：２．５～４．０ｍｏｌ％、ＨＣｌ：２．０～３．０ｍｏｌ％、Ｈ2Ｓ：０．０５～０．１５ｍｏｌ％、Ｈ2：残部とし、温度を７５０～８５０℃、圧力を６０～８０ｈＰａとする化学蒸着法で形成される（成膜工程）。
上部層のα型Ａｌ2Ｏ3層の粒子において、粒径が０．０５μｍ以上０．５μｍ未満である粒子の割合を増やすためには、例えば、上部層形成工程において、温度を適宜調整したり、原料組成のＡｌＣｌ3の量を適宜調整する方法が挙げられる。具体的には、例えば、上部層形成工程において、温度を低くすると、α型Ａｌ2Ｏ3層の粒径０．０５μｍ以上０．５μｍ未満である粒子の割合が増大する傾向にあり、また、原料組成のＡｌＣｌ3の量を少なくすると、α型Ａｌ2Ｏ3層の粒径０．０５μｍ以上０．５μｍ未満である粒子の割合が増大する傾向にある。より具体的には、例えば、上部層形成工程（核形成工程及び成膜工程）において、温度を７５０～８５０℃とし、原料組成のＡｌＣｌ3の量を１．０～２．５ｍｏｌ％とすることにより、α型Ａｌ2Ｏ3層の粒径０．０５μｍ以上０．５μｍ未満である粒子の割合を上記特定の範囲に制御することができる傾向にある。
また、上部層と接する基材側の層を、上記式（１）で表される組成（ＡｌxＴｉ1-x）Ｎを有する化合物を含有する下部層とすることにより、α型Ａｌ2Ｏ3層の粒径０．０５μｍ以上０．５μｍ未満である粒子の割合を上記特定の範囲に制御することができる傾向にある。このメカニズムは明らかではないが、本発明者は、上部層と該上部層と接する基材側の層との界面が影響すると推定している。具体的には、上部層と接する基材側の層を、上記式（１）で表される組成（ＡｌxＴｉ1-x）Ｎを有する化合物を含有するような平滑な下部層とすることにより、上部層のα型Ａｌ2Ｏ3層の粒子が微粒化し易くなり、α型Ａｌ2Ｏ3層の粒径０．０５μｍ以上０．５μｍ未満である粒子の割合を上記特定の範囲に制御することができる傾向にあると推定している。一方、上部層と接する基材側の層をＴｉＣＮやＴｉＡｌＣＮＯ等の針状粒子の層とすると、上部層のα型Ａｌ2Ｏ3層の粒子が粗大化する傾向にある。
また、上部層のα型Ａｌ2Ｏ3層の粒子において、粒径が０．５μｍ以上の粒子（以下「粗大粒子」とも記す。）の割合を減らすためには、例えば、上部層形成工程において、温度を適宜調整したり、原料組成のＡｌＣｌ3の量を適宜調整する方法が挙げられる。具体的には、例えば、上部層形成工程において、温度を低くすると、α型Ａｌ2Ｏ3層の粒径０．０５μｍ以上０．５μｍ未満である粒子の割合が増大する傾向にあり、また、原料組成のＡｌＣｌ3の量を少なくすると、α型Ａｌ2Ｏ3層の粗大粒子の割合が減少する傾向にある。より具体的には、例えば、上部層形成工程（核形成工程及び成膜工程）において、温度を７５０～８５０℃とし、原料組成のＡｌＣｌ3の量を１．０～２．５ｍｏｌ％とすることにより、α型Ａｌ2Ｏ3層の粗大粒子の割合が減少し、粒径が０．５μｍ以上１．０μｍ未満である粒子の割合や粒径が１．０μｍ以上３．０μｍ以下である粒子の割合を上記特定の範囲に制御することができる傾向にある。
また、上部層と接する基材側の層を、上記式（１）で表される組成（ＡｌxＴｉ1-x）Ｎを有する化合物を含有する下部層とすることにより、粗大粒子の割合、特に粒径が１．０μｍ以上の粒子の割合を減らすことができる傾向にある。
また、上部層において、全粒界の合計長さ１００％に対するΣ３粒界の長さの割合を小さくするためには、例えば、上部層形成工程において、温度を適宜調整したり、原料組成のＡｌＣｌ3の量を適宜調整する方法が挙げられる。具体的には、例えば、上部層形成工程において、温度を低くすると、全粒界の合計長さ１００％に対するΣ３粒界の長さの割合が小さくなる傾向にあり、また、原料組成のＡｌＣｌ3の量を少なくすると、全粒界の合計長さ１００％に対するΣ３粒界の長さの割合が小さくなる傾向にある。より具体的には、例えば、上部層形成工程（核形成工程及び成膜工程）において、温度を７５０～８５０℃とし、原料組成のＡｌＣｌ3の量を１．０～２．５ｍｏｌ％とすることにより、全粒界の合計長さ１００％に対するΣ３粒界の長さの割合が小さくなり、上記特定の範囲に制御することができる傾向にある。
また、上部層と接する基材側の層を、上記式（１）で表される組成（ＡｌxＴｉ1-x）Ｎを有する化合物を含有する下部層とすることにより、全粒界の合計長さ１００％に対するΣ３粒界の長さの割合を小さくすることができる傾向にある。
本実施形態の被覆切削工具の被覆層における各層の厚さは、被覆切削工具の断面組織を、光学顕微鏡、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、又は電界放射型走査型電子顕微鏡（ＦＥ－ＳＥＭ）等を用いて観察することにより測定することができる。なお、本実施形態の被覆切削工具における各層の平均厚さは、刃先稜線部から被覆切削工具のすくい面の中心部に向かって５０μｍの位置の近傍において、各層の厚さを３箇所以上測定し、その相加平均値として求めることができる。また、本実施形態の被覆切削工具の被覆層における各層の組成は、被覆切削工具の断面組織から、エネルギー分散型Ｘ線分光器（ＥＤＳ）や波長分散型Ｘ線分光器（ＷＤＳ）等を用いて測定することができる。
本実施形態の被覆切削工具は、優れた耐欠損性及び耐摩耗性を有することに起因して、従来よりも工具寿命を延長できるという効果を奏すると考えられる。ただし、工具寿命を延長できる要因は上記に限定されない。
以下、実施例によって本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
基材として、ＩＳＯ規格：ＳＥＭＴ１３Ｔ３のインサート形状に加工し、８７．２％ＷＣ－１２．０％Ｃｏ－０．９％Ｃｒ3Ｃ2（以上質量％）の組成を有する超硬合金を用意した。この基材の刃先稜線部にＳｉＣブラシにより丸ホーニングを施した後、基材の表面を洗浄した。
［発明品１～１８及び比較品１～９］
発明品１～１８及び比較品１～９については、基材の表面を洗浄した後、以下のとおり被覆層を化学蒸着法により形成した。まず、基材を外熱式化学蒸着装置に装入し、表２に示す原料組成、温度及び圧力の条件の下、表１に組成を示す下部層を、表１に示す平均厚さになるよう、基材の表面に形成した。その後、表３に示す条件で、下部層の表面上にα型Ａｌ2Ｏ3層の核を形成した。α型Ａｌ2Ｏ3層の核形成後、表４に示す原料組成、温度及び圧力の条件の下、表１に示す組成の上部層を、表１に示す平均厚さになるよう、下部層の表面に形成した。なお、発明品９については上部層を形成しなかった。こうして、発明品１～１８及び比較品１～９の被覆切削工具を得た。
［比較品１０及び１１］
比較品１０及び１１については、基材の表面を洗浄した後、以下のとおり被覆層を化学蒸着法により形成した。まず、基材を外熱式化学蒸着装置に装入し、表２に示す原料組成、温度及び圧力の条件の下、表１に組成を示す下部層を、表１に示す平均厚さになるよう、基材の表面に形成した。その後、表５に示す原料組成、温度及び圧力の条件の下、表１に示す組成の中間層を、表１に示す平均厚さになるよう、下部層の表面に形成した。次いで、ＣＯ2：０．５ｍｏｌ％、Ｈ2：９９．５ｍｏｌ％のガス組成、１０００℃の温度、及び６０ｈＰａの圧力の条件の下、５分間、中間層の表面に酸化処理を施した。その後、表３に示す条件で、中間層の表面上にα型Ａｌ2Ｏ3層の核を形成した。α型Ａｌ2Ｏ3層の核形成後、表４に示す原料組成、温度及び圧力の条件の下、表１に示す組成の上部層を、表１に示す平均厚さになるよう、中間層の表面に形成した。こうして、比較品１０及び１１の被覆切削工具を得た。
Figure 0007274107000002
Figure 0007274107000003
Figure 0007274107000004
Figure 0007274107000005
Figure 0007274107000006
［各層の平均厚さ］
得られた試料の各層の平均厚さを下記のようにして求めた。すなわち、ＦＥ－ＳＥＭを用いて、被覆切削工具の刃先稜線部からすくい面の中心部に向かって５０μｍの位置の近傍における断面での３箇所の厚さを測定し、その相加平均値を平均厚さとして求めた。測定結果を表１に示す。
［各層の組成］
得られた試料の各層の組成は、被覆切削工具の刃先稜線部からすくい面の中心部に向かって５０μｍまでの位置の近傍の断面において、ＥＤＳを用いて測定した。測定結果を表１に示す。
［ＣＳＬ粒界の長さ及びΣ３粒界の長さ］
得られた試料の上部層のＣＳＬ粒界の長さ及びΣ３粒界の長さを下記のとおりに測定した。まず、被覆切削工具において、基材の表面と平行な方向に上部層の断面が露出するまで研磨して観察面を得た。また、得られた観察面を、コロイダルシリカを用いて研磨して鏡面観察面を得た。
その後、上記の観察面を、ＥＢＳＤを備えたＳＥＭによって観察した。該観察領域としては、逃げ面を観察した。
ＳＥＭは、ＥＢＳＤ（ＴｅｘＳＥＭ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ社製）を備えたＳＵ６６００（日立ハイテクノロジーズ社製）を用いた。
観察面の法線は、入射ビームに対して７０°傾斜させ、分析は、１５ｋＶの加速電圧及び１．０ｎＡ照射電流で電子線を照射することにより行われた。データ収集は、観察面上、上部層の５０μｍ×３０μｍの面領域に相当する１０００×６００ポイントについて、０．０５μｍ／ステップのステップにて行った。このデータ収集を５視野の面領域（上部層の５０μｍ×３０μｍ）について行い、その平均値を算出した。
データ処理は、市販のソフトウェアを用いて行われた。任意のΣ値に対応するＣＳＬ結晶粒界を計数し、全結晶粒界に対する比として各粒界の割合を表すことによって確認した。以上より、Σ３粒界の長さ、ＣＳＬ粒界の長さ及び全粒界の合計長さを求めて、全粒界の合計長さ１００％に対するΣ３粒界の長さの割合を算出した。結果を表６に示す。
［粒径］
得られた試料について、α型Ａｌ2Ｏ3層の粒子の粒径を以下のとおり測定した。被覆切削工具において、基材の表面と平行な方向に上部層の断面が露出するまで研磨して観察面を得た。この観察面について、ＥＢＳＤを備えたＦＥ－ＳＥＭで観察した。隣接する測定点の間で５度以上の方位差がある場合はそこを粒界と定義した。粒界で囲まれた領域を１つの結晶粒と定義した。次に、α型Ａｌ2Ｏ3層の粒子の各結晶粒の面積を求め、それと同じ面積を有する円の直径を各結晶粒の粒径とした。そして、測定面積全体を１００面積％としたときの各粒径範囲の粒径分布（面積％）を求めた。結果を表６に示す。
Figure 0007274107000007
得られた発明品１～１８及び比較品１～１１を用いて、下記の条件にて切削試験１及び２を行った。切削試験１及び２の結果を表７に示す。
［切削試験１（耐摩耗性試験）］
被削材：ＳＣＭ４００
被削材形状：２００ｍｍ×１５０ｍｍ×８０ｍｍの直方体形状
切削速度：３５０ｍ／分
切り込み深さ：２．０ｍｍ
切削幅：７５ｍｍ
送り：０．２０ｍｍ／ｔ
クーラント：ＤＲＹ
評価項目（耐摩耗性試験）：試料の逃げ面摩耗幅が０．３ｍｍ以上に至ったときを工具寿命とし、工具寿命までの加工時間を測定した。
［切削試験２（耐欠損性試験）］
被削材：ＳＣＭ４００
被削材形状：φ３０ｍｍの穴が６個ついた２００ｍｍ×１５０ｍｍ×８０ｍｍの直方体形状
切削速度：１６０ｍ／分
切り込み深さ：１．０ｍｍ
切削幅：１００ｍｍ
送り：０．３０ｍｍ／ｔ
クーラント：ＤＲＹ
評価項目（耐欠損性試験）：試料がチッピング（幅０．２ｍｍ以上）あるいは欠損に至ったときを工具寿命とし、工具寿命までに加工した回数を測定した。なお、加工回数については、直方体形状の被削材の上面（２００ｍｍ×１５０ｍｍの被削材の面）を数往復して全面加工したときを１回（１ｐａｓｓ）とした。
切削試験１（耐摩耗性試験）の工具寿命に至るまでの加工時間について、４５分以上を「Ａ」、３０分以上４５分未満を「Ｂ」、３０分未満を「Ｃ」として評価した。また、切削試験２（耐欠損性試験）の工具寿命に至るまでの回数について、８回以上を「Ａ」、５回以上８回未満を「Ｂ」、５回未満を「Ｃ」として評価した。これらの評価では、「Ａ」が最も優れており、次に「Ｂ」が優れており、「Ｃ」が最も劣っていることを意味する。切削試験１の加工時間の評価が、「Ａ」又は「Ｂ」であり、切削試験２の回数の評価が「Ａ」又は「Ｂ」であることは、切削性能に優れることを意味する。得られた評価の結果を表７に示す。
Figure 0007274107000008
表７に示す結果より、発明品の加工時間の評価及び加工回数の評価は、いずれも「Ａ」又は「Ｂ」であり、耐摩耗性及び耐欠損性の両方が優れることが分かった。一方、比較品の加工時間の評価及び加工回数の評価は、いずれかあるいは両方が「Ｃ」であり、発明品に比べて耐摩耗性及び／又は耐欠損性が劣ることが分かった。
以上の結果より、発明品は、耐摩耗性及び耐欠損性の両方が優れる結果、工具寿命が長いことが分かった。
本発明の被覆切削工具は、優れた耐摩耗性及び耐欠損性を有することにより、従来よりも工具寿命を延長できるので、そのような観点から、産業上の利用可能性がある。
１…基材、２…下部層、３…上部層、４…被覆層、５…被覆切削工具

Claims (2)

  1. 基材と、該基材の表面に形成された被覆層とを備え、
    前記被覆層が、前記基材側から前記被覆層の表面側に向かって、下部層及び上部層をこの順で含み、前記下部層の表面に前記上部層が形成されており、
    前記下部層が、下記式（１）で表される組成を有する化合物を含有し、
    （ＡｌxＴｉ1-x）Ｎ・・・（１）
    ［式（１）中、ｘはＡｌ元素とＴｉ元素との合計に対するＡｌ元素の原子比を表し、０．７０≦ｘ≦０．９０を満足する。］、
    前記下部層の平均厚さが、１．０μｍ以上１５．０μｍ以下であり、
    前記上部層が、α型Ａｌ2Ｏ3からなるα型Ａｌ2Ｏ3層を含有し、
    前記上部層の平均厚さが、０．５μｍ以上１５．０μｍ以下であり、
    前記α型Ａｌ2Ｏ3層の粒子において、粒径が０．０５μｍ以上０．５μｍ未満である粒子の割合が、５０面積％以上８０面積％以下であり、
    前記α型Ａｌ 2 Ｏ 3 層の粒子において、粒径が０．５μｍ以上１．０μｍ未満である粒子の割合が、１０面積％以上５０面積％以下であり、
    前記α型Ａｌ 2 Ｏ 3 層の粒子において、粒径が１．０μｍ以上３．０μｍ以下である粒子の割合が、０面積％以上１０面積％以下であり、
    前記上部層において、全粒界の合計長さ１００％に対するΣ３粒界の長さの割合が、０％以上１０％以下であり、
    前記被覆層全体の平均厚さが、２．０μｍ以上２０．０μｍ以下である、被覆切削工具。
  2. 前記基材が、超硬合金、サーメット、セラミックス又は立方晶窒化硼素焼結体のいずれかである、請求項１に記載の被覆切削工具。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010207946A (ja) 2009-03-10 2010-09-24 Kyocera Corp 切削工具
JP2011068960A (ja) 2009-09-28 2011-04-07 Kyocera Corp 表面被覆部材
JP2017042903A (ja) 2016-01-08 2017-03-02 住友電工ハードメタル株式会社 表面被覆切削工具およびその製造方法
JP2019217579A (ja) 2018-06-18 2019-12-26 三菱マテリアル株式会社 硬質被覆層が優れた耐欠損性および耐チッピング性を発揮する表面被覆切削工具

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006082207A (ja) * 2004-09-17 2006-03-30 Sumitomo Electric Hardmetal Corp 表面被覆切削工具
DE102008013965A1 (de) 2008-03-12 2009-09-17 Kennametal Inc. Hartstoffbeschichteter Körper
JP6024981B2 (ja) * 2012-03-09 2016-11-16 三菱マテリアル株式会社 高速断続切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆切削工具
WO2018088114A1 (ja) * 2016-11-14 2018-05-17 株式会社タンガロイ 被覆切削工具
US11286570B2 (en) 2017-01-26 2022-03-29 Walter Ag Coated cutting tool

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010207946A (ja) 2009-03-10 2010-09-24 Kyocera Corp 切削工具
JP2011068960A (ja) 2009-09-28 2011-04-07 Kyocera Corp 表面被覆部材
JP2017042903A (ja) 2016-01-08 2017-03-02 住友電工ハードメタル株式会社 表面被覆切削工具およびその製造方法
JP2019217579A (ja) 2018-06-18 2019-12-26 三菱マテリアル株式会社 硬質被覆層が優れた耐欠損性および耐チッピング性を発揮する表面被覆切削工具

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