JP7415222B2 - 表面被覆切削工具 - Google Patents
表面被覆切削工具 Download PDFInfo
- Publication number
- JP7415222B2 JP7415222B2 JP2020021539A JP2020021539A JP7415222B2 JP 7415222 B2 JP7415222 B2 JP 7415222B2 JP 2020021539 A JP2020021539 A JP 2020021539A JP 2020021539 A JP2020021539 A JP 2020021539A JP 7415222 B2 JP7415222 B2 JP 7415222B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- average
- tool
- tin
- cutting
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 title claims description 57
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 196
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical group [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 44
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 21
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 15
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 claims description 14
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 claims description 12
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 13
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 description 12
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 12
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 10
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 10
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 9
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 8
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 7
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 7
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 6
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 5
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 description 5
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 5
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001018 Cast iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- -1 carbide Chemical class 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000002149 energy-dispersive X-ray emission spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 1
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 238000005019 vapor deposition process Methods 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Description
本発明は、特に、ステンレス鋼の連続切削加工に用いても、硬質皮膜層（硬質被覆層）が優れた耐剥離性、耐チッピング性を有し、長期の使用にわたって優れた切削性能を発揮する表面被覆切削工具（以下、被覆工具ということがある）に関するものである。
被覆工具には、各種の鋼や鋳鉄などの被削材の旋削加工や平削り加工にバイトの先端部に着脱自在に取り付けて用いられるインサート、被削材の穴あけ切削加工などに用いられるドリルやミニチュアドリル、さらに被削材の面削加工や溝加工、肩加工などに用いられるソリッドタイプのエンドミルなどがあり、またインサートを着脱自在に取り付けてソリッドタイプのエンドミルと同様に切削加工を行うインサート式エンドミルなどがある。
そして、工具基体と硬質皮膜層との界面に注目して、切削性能の改善を目的として種々の提案がなされている。
そして、工具基体と硬質皮膜層との界面に注目して、切削性能の改善を目的として種々の提案がなされている。
例えば、特許文献１には、工具基体直上に低温蒸着処理をしたＴｉＮまたはＴｉＣＮが被覆された第１層と、該第１層上にＴｉの炭化物、窒化物、炭窒化物、またはＡｌ２Ｏ３から構成される第２層とを有し、前記第１層により前記第２層への工具基体に含まれるＷ、Ｃｏ等の拡散を抑制した被覆工具が記載されている。
また、例えば、特許文献２には、基材と該基材上に形成された被覆膜とを含み、前記被覆膜は、１または２以上の層を含み、前記層のうち前記基材と接する層は、ＴｉＮ層であり、前記ＴｉＮ層は、ＴｉＮとともにＣを含み、前記Ｃは、前記ＴｉＮ層の厚み方向に濃度分布を有しており、前記濃度分布は、前記Ｃの濃度が前記基材側から前記被覆膜の表面側にかけて減少する領域を含み、前記濃度分布において、前記Ｃの最大濃度と最小濃度の差は、１０原子％以上である、被覆工具が記載されている。
さらに、例えば、特許文献３には、ＷＣ基超硬合金基材の表面に、Ｃｏ：０．０１～１．０質量％およびＷ：０．０１～２５質量％を含有し、残部がＴｉＣからなる平均層厚が０．２～３μｍの下方下地層と、ＴｉＣＮまたはＴｉＮからなる平均層厚が０．２～３μｍの上方下地層と、ＴｉＣからなる平均層厚が１～１０μｍの内層と、ＴｉＣ、ＴｉＣＮＯ、および、Ａｌ２Ｏ３のうちの１層または２層以上の複層からなる平均層厚が０．５～１０μｍの外層で構成された硬質被覆層を２～２０μｍの平均層厚で被覆した被覆工具が記載されている。
特許文献１に記載された被覆工具は、ステンレス鋼の連続切削に用いたとき、第１層の成膜温度が低いため、第１層へのＷ、Ｃｏの拡散量が少なく、被覆層が付着強度不足により剥離してしまう。
また、特許文献２に記載した被覆工具は、ＴｉＮ層へのＷ、Ｃｏの拡散量は多いものの、ステンレス鋼の連続切削に用いたときには、耐摩耗性が十分でなく、特許文献３に記載された被覆工具では、ステンレス鋼の連続切削に用いたとき、下方下地層として用いられるＴｉＣＮ層は靭性が不足して硬質皮膜（硬質被覆層）の剥離が起こってしまうことがある。
また、特許文献２に記載した被覆工具は、ＴｉＮ層へのＷ、Ｃｏの拡散量は多いものの、ステンレス鋼の連続切削に用いたときには、耐摩耗性が十分でなく、特許文献３に記載された被覆工具では、ステンレス鋼の連続切削に用いたとき、下方下地層として用いられるＴｉＣＮ層は靭性が不足して硬質皮膜（硬質被覆層）の剥離が起こってしまうことがある。
そこで、本発明は、このような状況を鑑みてなされたものであって、ステンレス鋼の連続切削加工に供しても、優れた耐剥離性、耐チッピング性を示し、長期の使用にわたって優れた切削性能を発揮する切削工具を提供することを目的とする。
本発明者は、前記課題を解決すべく、ステンレス鋼の連続切削における硬質皮膜（硬質被覆層）の剥離やチッピングの発生について鋭意検討したところ、次のような知見を得た。
（１）工具基体表面の炭素含有量を高めることにより、工具基体上の下部層としてのＴｉＮ層へＣが拡散してＴｉＮ粒子が微細となり、該層中へ工具基体中のＷ、Ｃｏが拡散しやすくなって工具基体とＴｉＮ層との密着性が向上すること。
（２）下部層のＴｉＮ層上にＮ２：４０．０～５０．０容量％の反応ガス組成範囲で、上部層としてのＴｉＮ層を成膜すると、この上部層のＴｉＮ層は、Ｎ２分圧が高いため粒成長が進んで、緻密な層となり、Ｗ、Ｃｏの拡散が抑制された層になっていること。
本発明は、この知見に基づくものであって、次のとおりのものである。
「（１）工具基体と該工具基体の表面に第１層とその上部の第２層を含む複数の層を有する表面被覆切削工具であって、
前記工具基体はＣｏを含むＷＣ超硬合金であり、
前記第１層は、前記工具基体と接するＴｉＮ層であり、前記工具基体側にありＴｉＮ結晶粒子の平均粒径が３０ｎｍ以下で、５．０～３５．０原子％のＣを含む下部層と、前記第２層側にありＴｉＮ結晶粒子の平均粒径が５０ｎｍ以上である上部層を有しており、
前記第２層は硬質被覆層である、
ことを特徴とする表面被覆切削工具。
（２）前記下部層は０．０７～０．７５μｍの平均層厚であり、前記上部層は０．０３～０．２５μｍの平均膜厚であって、前記下部層と前記上部層の平均層厚比が（２．３～３．５）：１であることを特徴とする前記（１）の表面被覆切削工具。
（３）前記第２層は、Ａｌの酸化物層または窒化物層、あるいは、Ｔｉの窒化物層、炭化物層、炭窒化物層、炭酸化物層、または、炭窒化酸化物層の少なくとも一つであって、その合計平均層厚が１．０～２０．０μｍであることを特徴とする前記（１）または（２）の表面被覆切削工具。
（４）前記下部層は、前記ＴｉＮ結晶粒子の粒界に、Ｗを３．０～１５．０原子％、Ｃｏを３．０～１５．０原子％含むことを特徴とする前記（１）ないし（３）のいずれかの表面被覆切削工具。」
「（１）工具基体と該工具基体の表面に第１層とその上部の第２層を含む複数の層を有する表面被覆切削工具であって、
前記工具基体はＣｏを含むＷＣ超硬合金であり、
前記第１層は、前記工具基体と接するＴｉＮ層であり、前記工具基体側にありＴｉＮ結晶粒子の平均粒径が３０ｎｍ以下で、５．０～３５．０原子％のＣを含む下部層と、前記第２層側にありＴｉＮ結晶粒子の平均粒径が５０ｎｍ以上である上部層を有しており、
前記第２層は硬質被覆層である、
ことを特徴とする表面被覆切削工具。
（２）前記下部層は０．０７～０．７５μｍの平均層厚であり、前記上部層は０．０３～０．２５μｍの平均膜厚であって、前記下部層と前記上部層の平均層厚比が（２．３～３．５）：１であることを特徴とする前記（１）の表面被覆切削工具。
（３）前記第２層は、Ａｌの酸化物層または窒化物層、あるいは、Ｔｉの窒化物層、炭化物層、炭窒化物層、炭酸化物層、または、炭窒化酸化物層の少なくとも一つであって、その合計平均層厚が１．０～２０．０μｍであることを特徴とする前記（１）または（２）の表面被覆切削工具。
（４）前記下部層は、前記ＴｉＮ結晶粒子の粒界に、Ｗを３．０～１５．０原子％、Ｃｏを３．０～１５．０原子％含むことを特徴とする前記（１）ないし（３）のいずれかの表面被覆切削工具。」
本発明の表面被覆切削工具は、ステンレス鋼の連続切削加工においても、優れた耐剥離性、および、耐チッピング性を発揮する。
以下、本発明の被覆工具について、より詳細に説明する。なお、本明細書、特許請求の範囲の記載において、数値範囲を「Ａ～Ｂ」（Ａ、Ｂは共に数値）を用いて表現する場合、その範囲は上限（Ｂ）および下限（Ａ）の数値を含むものである。また、上限（Ｂ）および下限（Ａ）は同じ単位である。
本明細書において、Ｔｉの窒化物（ＴｉＮ）、炭化物、窒化物、炭酸化物、炭窒酸化物、および、炭窒化物、ならびに、Ａｌの酸化物、および窒化物の組成は、必ずしも化学量論的範囲のものに限定されない。
硬質皮膜の構造と組成：
硬質皮膜は、図１に模式的に示すように、工具基体から工具表面に向かって、第１層、第２層の少なくとも２層を有しており、第１層は上部層と下部層を有している。ただし、上部層と下部層の境界の図示は省略している。
以下、各層について説明する。
硬質皮膜は、図１に模式的に示すように、工具基体から工具表面に向かって、第１層、第２層の少なくとも２層を有しており、第１層は上部層と下部層を有している。ただし、上部層と下部層の境界の図示は省略している。
以下、各層について説明する。
１．第１層
第１層は、工具基体に接するＴｉＮ層であって、下部層と上部層を有している。第１層の平均層厚は０．１０～１．００μｍがより好ましい。その理由は、この範囲にあるとより一層確実にステンレス鋼の連続切削加工において、優れた耐剥離性と耐チッピング性を発揮することができるためである。
第１層は、工具基体に接するＴｉＮ層であって、下部層と上部層を有している。第１層の平均層厚は０．１０～１．００μｍがより好ましい。その理由は、この範囲にあるとより一層確実にステンレス鋼の連続切削加工において、優れた耐剥離性と耐チッピング性を発揮することができるためである。
（１）下部層
下部層は、第１層の工具基体側にあるＴｉＮ層であり、Ｃを５．０～３５．０原子％含有し、ＴｉＮ結晶粒子の平均粒径が３０ｎｍ以下の層である。
Ｃを５．０～３５．０原子％含有しているため、ＴｉＮ結晶粒子の平均粒径が３０ｎｍ以下の微粒となり、工具基体に由来するＷ、Ｃｏが拡散する経路が多くなって、ＴｉＮ結晶粒子の粒界はＷ、Ｃｏに富み、下部層は工具基体に強固に密着する。
ここで、Ｃの含有範囲を前記範囲とする理由は、５．０原子％未満であるとＴｉＮ結晶粒の平均粒径を十分に小さくすることができず、一方、３５．０原子％を超えるとＣが過剰になって、ＴｉＮ層の靱性が損なわれるためである。
下部層は、第１層の工具基体側にあるＴｉＮ層であり、Ｃを５．０～３５．０原子％含有し、ＴｉＮ結晶粒子の平均粒径が３０ｎｍ以下の層である。
Ｃを５．０～３５．０原子％含有しているため、ＴｉＮ結晶粒子の平均粒径が３０ｎｍ以下の微粒となり、工具基体に由来するＷ、Ｃｏが拡散する経路が多くなって、ＴｉＮ結晶粒子の粒界はＷ、Ｃｏに富み、下部層は工具基体に強固に密着する。
ここで、Ｃの含有範囲を前記範囲とする理由は、５．０原子％未満であるとＴｉＮ結晶粒の平均粒径を十分に小さくすることができず、一方、３５．０原子％を超えるとＣが過剰になって、ＴｉＮ層の靱性が損なわれるためである。
また、ＴｉＮ結晶粒子の粒界に含まれるＷ、Ｃｏは、共に、３．０～１５．０原子％であることがより好ましい。その理由は、この範囲にあると工具基体と第１層がより強固に密着するためである。
ここで、ＴｉＮ粒子の粒界および粒内におけるＣの含有量、および粒界のＣｏ、Ｗの含有量は、粒界を、硬質被覆層の縦断面（工具基体に垂直な断面）を電界放出型電子顕微鏡で観察し、ＥｓＢ検出器を用いた組成像により判断した後、それぞれ、透過型電子顕微鏡を用いて観察し、エネルギー分散型Ｘ線分光法により測定する。
ここで、ＴｉＮ粒子の粒界および粒内におけるＣの含有量、および粒界のＣｏ、Ｗの含有量は、粒界を、硬質被覆層の縦断面（工具基体に垂直な断面）を電界放出型電子顕微鏡で観察し、ＥｓＢ検出器を用いた組成像により判断した後、それぞれ、透過型電子顕微鏡を用いて観察し、エネルギー分散型Ｘ線分光法により測定する。
さらに、ＴｉＮ結晶粒子の平均粒径は３０ｎｍ以下であるが、その下限は特に制約がない。ただし、後述する製造方法の一例では１．０ｎｍ程度が下限となる。
くわえて、下部層の平均層厚は０．０７～０．７５μｍであることがより好ましい。この範囲にあると、界面の密着力と膜の耐摩耗性をより確実に両立することができる。
ここで、平均層厚は、例えば、集束イオンビーム装置（ＦＩＢ：Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ ｓｙｓｔｅｍ）、クロスセクションポリッシャー装置（ＣＰ：Ｃｒｏｓｓ ｓｅｃｔｉｏｎ Ｐｏｌｉｓｈｅｒ）等を用いて、硬質皮膜を任意の位置の縦断面（工具基体表面に垂直な面）で切断して観察用の試料を作製し、その断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）により複数箇所（例：５箇所）を観察して、単純平均することにより得ることができる。
そして、他の層の平均層厚も同様にして求めることができる。
そして、他の層の平均層厚も同様にして求めることができる。
（２）上部層
上部層は第１層の第２層側にあるＴｉＮ層であり、ＴｉＮの平均粒径が５０ｎｍ以上の層である。平均粒径を５０ｎｍ以上とすることにより、Ｗ、Ｃｏが拡散する経路が少なくなり、第２層へのＷ、Ｃｏの拡散を防止することができ、上部層は拡散防止層の役割を果たすことできる。この役割をより確実に果たすためには、上部層のＴｉＮ結晶の粒界におけるＷ、Ｃｏの含有割合（測定方法は前述したとおり）は、それぞれ、１原子％以下となるようにすることよりが好ましい。
上部層は第１層の第２層側にあるＴｉＮ層であり、ＴｉＮの平均粒径が５０ｎｍ以上の層である。平均粒径を５０ｎｍ以上とすることにより、Ｗ、Ｃｏが拡散する経路が少なくなり、第２層へのＷ、Ｃｏの拡散を防止することができ、上部層は拡散防止層の役割を果たすことできる。この役割をより確実に果たすためには、上部層のＴｉＮ結晶の粒界におけるＷ、Ｃｏの含有割合（測定方法は前述したとおり）は、それぞれ、１原子％以下となるようにすることよりが好ましい。
ＴｉＮの平均粒径の上限は特に制約がないが、１００ｎｍ以下であることがより好ましい。その理由は、１００ｎｍ以下であると、耐摩耗性がより一層向上するからである。
また、上部層の平均層厚は０．０３～０．２５μｍであることがより好ましい。この範囲にあると、Ｗの拡散を抑制し、耐摩耗性が向上する。
さらに、下部層と上部層の平均層厚比が（２．３～３．５）：１であれば、より確実に、優れた耐摩耗性、耐剥離性、および、耐チッピング性を発揮する。
さらに、下部層と上部層の平均層厚比が（２．３～３．５）：１であれば、より確実に、優れた耐摩耗性、耐剥離性、および、耐チッピング性を発揮する。
上部層と下部層は平均粒径によって識別することができる。上部層は平均粒径が５０ｎｍ以上の層であり、下部層は平均粒径が３０ｎｍ以下の層である。また上部層と下部層の境界は平均粒径３０ｎｍ超え、５０ｎｍ未満の箇所とする。また、前記境界は厚み０．１～１０ｎｍであることが好ましい。
なお、平均粒径は以下のようにして求めたものである。
まず、前述したように、工具基体に垂直な断面（縦断面）の電界放出型電子顕微鏡で観察を行い、ＥｓＢ検出器を用いた組成像によりＴｉＮ結晶粒の粒界を判別する。次に、工具基体表面から層厚方向に工具表面に向かって３ｎｍ間隔で、工具基体に平行な直線を何本も引く。各直線の長さ（Ｌｉ）は、それぞれ、ＴｉＮ結晶粒子の粒界を６７個以上貫通する長さとし、Ｌｉを貫通する６７個以上のＴｉＮ結晶粒子の粒界数で除したものを平均粒径とする。
すなわち、各直線における平均粒径Ｄｉ＝Ｌｉ／（ＴｉＮ結晶粒子の粒界数）である。
まず、前述したように、工具基体に垂直な断面（縦断面）の電界放出型電子顕微鏡で観察を行い、ＥｓＢ検出器を用いた組成像によりＴｉＮ結晶粒の粒界を判別する。次に、工具基体表面から層厚方向に工具表面に向かって３ｎｍ間隔で、工具基体に平行な直線を何本も引く。各直線の長さ（Ｌｉ）は、それぞれ、ＴｉＮ結晶粒子の粒界を６７個以上貫通する長さとし、Ｌｉを貫通する６７個以上のＴｉＮ結晶粒子の粒界数で除したものを平均粒径とする。
すなわち、各直線における平均粒径Ｄｉ＝Ｌｉ／（ＴｉＮ結晶粒子の粒界数）である。
ここで、各直線の長さを、ＴｉＮ結晶粒子を６７個以上貫通する長さとした理由は、６７個以上であれば、平均粒径の値が収束することが実験事実から判明しているためである。上述の方法に従って、工具基体から３ｎｍの間隔で平均粒径を求め、３０ｎｍ以下の領域（工具基体から最遠の３０ｎｍ以下の平均粒径を与える前記直線までの領域）を下部層、５０ｎｍ以上の領域（工具基体から最近の５０ｎｍ以上の平均粒径を与える前記直線から第１層の工具表面側までの領域）を上部層と定義する。そして、下部層、上部層のぞれぞれの平均粒径は、各直線が与える平均粒径Ｄｉの平均値であり、平均層厚は前記各領域の層厚方向の距離を観察視野内の５点で測定して求めたものとする。
２．第２層
第２層は、表面被覆切削工具に耐溶着性、耐チッピング性を与えるために設けるものであって、公知の表面被覆工具に硬質被覆層として用いられるものであればよい。その中で、特に、Ａｌの酸化物層または窒化物層、あるいは、Ｔｉの窒化物層、炭化物層、炭窒化物層、炭酸化物層、または、炭窒化酸化物層の少なくとも一つが好ましく、その合計平均層厚が１．０～２０．０μｍであることが好ましい。
ここで、合計平均層厚を１．０～２０．０μｍとする理由は、１．０μｍ未満では、第２層を設ける目的が十分に達成できず、２０．０μｍを超えると結晶粒が粗大化しやすくなり、耐チッピング性が低下するためである。
第２層は、表面被覆切削工具に耐溶着性、耐チッピング性を与えるために設けるものであって、公知の表面被覆工具に硬質被覆層として用いられるものであればよい。その中で、特に、Ａｌの酸化物層または窒化物層、あるいは、Ｔｉの窒化物層、炭化物層、炭窒化物層、炭酸化物層、または、炭窒化酸化物層の少なくとも一つが好ましく、その合計平均層厚が１．０～２０．０μｍであることが好ましい。
ここで、合計平均層厚を１．０～２０．０μｍとする理由は、１．０μｍ未満では、第２層を設ける目的が十分に達成できず、２０．０μｍを超えると結晶粒が粗大化しやすくなり、耐チッピング性が低下するためである。
３．工具基体
工具基体は、Ｃｏを含むＷＣ超硬合金であれば、本発明の目的を達成することを阻害するものでない限り、いずれのものも使用できる。
工具基体は、Ｃｏを含むＷＣ超硬合金であれば、本発明の目的を達成することを阻害するものでない限り、いずれのものも使用できる。
４．製造方法
本発明の被覆工具の第１層および第２層は、例えば、以下のようにして成膜することができる。
本発明の被覆工具の第１層および第２層は、例えば、以下のようにして成膜することができる。
第１層成膜工程
（１）成膜前の工程
反応ガス組成（容量％）：Ｎ２：４０．０～６０．０％、Ｈ２：残
反応雰囲気温度：９００～１１００℃
反応雰囲気圧力：５．０～２０．０ｋＰａ
反応時間：１２０分～１８０分
（２）下部層の成膜工程
反応ガス組成（容量％）：ＴｉＣｌ４：３．５～５．０％、Ｎ２：１５．０～３５．０％、
Ｈ２：残
反応雰囲気温度：９００～１１００℃
反応雰囲気圧力：５．０～２０．０ｋＰａ
（３）上部層の成膜工程
反応ガス組成（容量％）：ＴｉＣｌ４：３．５～５．０％、Ｎ２：４０．０～５０．０％、
Ａｒ：残
反応雰囲気温度：９００～１１００℃
反応雰囲気圧力：５．０～２０．０ｋＰａ
（１）成膜前の工程
反応ガス組成（容量％）：Ｎ２：４０．０～６０．０％、Ｈ２：残
反応雰囲気温度：９００～１１００℃
反応雰囲気圧力：５．０～２０．０ｋＰａ
反応時間：１２０分～１８０分
（２）下部層の成膜工程
反応ガス組成（容量％）：ＴｉＣｌ４：３．５～５．０％、Ｎ２：１５．０～３５．０％、
Ｈ２：残
反応雰囲気温度：９００～１１００℃
反応雰囲気圧力：５．０～２０．０ｋＰａ
（３）上部層の成膜工程
反応ガス組成（容量％）：ＴｉＣｌ４：３．５～５．０％、Ｎ２：４０．０～５０．０％、
Ａｒ：残
反応雰囲気温度：９００～１１００℃
反応雰囲気圧力：５．０～２０．０ｋＰａ
２．第２層の成膜工程
第２層の成膜工程は、表面被覆工具硬質被覆層として用いられる公知のものでよい。例えば、第２層として好ましいＡｌの酸化物層または窒化物層、あるいは、Ｔｉの窒化物層、炭化物層、炭窒化物層、炭酸化物層、または、炭窒化酸化物層の少なくとも一つを成膜するための公知の方法を適宜採用すればよい。
第２層の成膜工程は、表面被覆工具硬質被覆層として用いられる公知のものでよい。例えば、第２層として好ましいＡｌの酸化物層または窒化物層、あるいは、Ｔｉの窒化物層、炭化物層、炭窒化物層、炭酸化物層、または、炭窒化酸化物層の少なくとも一つを成膜するための公知の方法を適宜採用すればよい。
次に、実施例について説明する。
ここでは、本発明の被覆工具の具体例として、工具基体としてＷＣ基超硬合金を用いたインサート切削工具に適用したものについて述べるが、工具基体は前述のとおりＷＣに限定されることはなく、また、工具としてドリル、エンドミル等に適用した場合も同様である。
ここでは、本発明の被覆工具の具体例として、工具基体としてＷＣ基超硬合金を用いたインサート切削工具に適用したものについて述べるが、工具基体は前述のとおりＷＣに限定されることはなく、また、工具としてドリル、エンドミル等に適用した場合も同様である。
まず、原料粉末として、Ｃｏ粉末、ＴｉＣ粉末、ＺｒＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、Ｃｒ３Ｃ２粉末、ＴｉＮ粉末、および、ＷＣ粉末を用意し、これら原料粉末を、表１に示される配合組成に配合し、さらにワックスを加えてボールミルで７２時間湿式混合し、減圧乾燥した後、１００ＭＰａの圧力でプレス成形し、これらの圧粉成形体を焼結し、所定寸法となるように加工して、ＩＳＯ規格ＣＮＭＧ１２０４１２のインサート形状をもったＷＣ基超硬合金製の工具基体Ａ～Ｃを作製した。
つぎに、この工具基体Ａ～Ｃ上に、第１層、第２層を、それぞれ、表２、３に示す条件により成膜し、表４に示す本発明被覆工具１～９を得た。これら各層の成膜条件は、概ね次のとおりである。
第１層成膜工程
（１）成膜前の工程
反応ガス組成（容量％）：Ｎ２：４０．０～６０．０％、Ｈ２：残
反応雰囲気温度：９００～１１００℃
反応雰囲気圧力：５．０～２０．０ｋＰａ
反応時間：１２０分～１８０分
（２）下部層の成膜工程
反応ガス組成（容量％）：ＴｉＣｌ４：３．５～５．０％、Ｎ２：１５．０～３５．０％、
Ｈ２：残
反応雰囲気温度：９００～１１００℃
反応雰囲気圧力：５．０～２０．０ｋＰａ
（３）上部層の成膜工程
反応ガス組成（容量％）：ＴｉＣｌ４：３．５～５．０％、Ｎ２：４０．０～５０．０％、
Ａｒ：残
反応雰囲気温度：９００～１１００℃
反応雰囲気圧力：５．０～２０．０ｋＰａ
（１）成膜前の工程
反応ガス組成（容量％）：Ｎ２：４０．０～６０．０％、Ｈ２：残
反応雰囲気温度：９００～１１００℃
反応雰囲気圧力：５．０～２０．０ｋＰａ
反応時間：１２０分～１８０分
（２）下部層の成膜工程
反応ガス組成（容量％）：ＴｉＣｌ４：３．５～５．０％、Ｎ２：１５．０～３５．０％、
Ｈ２：残
反応雰囲気温度：９００～１１００℃
反応雰囲気圧力：５．０～２０．０ｋＰａ
（３）上部層の成膜工程
反応ガス組成（容量％）：ＴｉＣｌ４：３．５～５．０％、Ｎ２：４０．０～５０．０％、
Ａｒ：残
反応雰囲気温度：９００～１１００℃
反応雰囲気圧力：５．０～２０．０ｋＰａ
２．第２層成膜工程
第２層の成膜工程（条件）は、表２に示したとおりである。
第２層の成膜工程（条件）は、表２に示したとおりである。
また、比較の目的で、工具基体Ａ～Ｃの表面に、表２、３に示される成膜条件により、表４に示された比較被覆工具１～９を製造した。
また、本発明被覆工具１～９、比較被覆工具１～９の被覆層の縦断面を、走査型電子顕微鏡（倍率５０００倍）用いて観察し、観察視野内の５点で各層の層厚を測定して、各層の平均層厚とし、また、第１層の下部層および上部層の平均層厚と平均結晶粒径を求めた。結果を表４に示す。本発明被覆工具１～９は、上部層と下部層の境界がいずれも０．１～１０ｎｍであった。また、比較被覆工具は、いずれも、第１層の下部層および／または上部層を有しないものであった。
続いて、本発明被覆工具１～９、比較被覆工具１～９について、以下の切削試験１～３を行った。結果を表５～７に示す。
切削試験１（湿式切削）
被削材：ＳＵＳ３０４鋼の丸棒（φ １００ｍｍ）
切削速度：２００ｍ／分
切込み：１．５ｍｍ
１回転当たりの送り：０．３ｍｍ
切削時間：１５分
被削材：ＳＵＳ３０４鋼の丸棒（φ １００ｍｍ）
切削速度：２００ｍ／分
切込み：１．５ｍｍ
１回転当たりの送り：０．３ｍｍ
切削時間：１５分
切削試験２（湿式切削）
被削材：ＳＵＳ３１６鋼の丸棒（φ １００ｍｍ）
切削速度：１５０ｍ／分
切込み：２．０ｍｍ
１回転当たりの送り：０．２ｍｍ
切削時間：１５分
被削材：ＳＵＳ３１６鋼の丸棒（φ １００ｍｍ）
切削速度：１５０ｍ／分
切込み：２．０ｍｍ
１回転当たりの送り：０．２ｍｍ
切削時間：１５分
切削試験３（湿式切削）
被削材：ＳＵＳ６３０鋼の六角材（φ ８０ｍｍ）
切削速度：１００ｍ／分
切込み：２．０ｍｍ
１回転当たりの送り：０．１５ｍｍ
切削時間：１５分
被削材：ＳＵＳ６３０鋼の六角材（φ ８０ｍｍ）
切削速度：１００ｍ／分
切込み：２．０ｍｍ
１回転当たりの送り：０．１５ｍｍ
切削時間：１５分
表４～６の切削試験の結果から明らかなように、本発明被覆工具は、いずれの切削試験においても、高熱発生を伴うとともに、切刃部に対して大きな負荷がかかるステンレス鋼の連続切削に対して優れた耐剥離性、耐チッピング性を発揮している。これに対して、第１層に下部層、上部層の少なくともいずれかを有していない比較被覆工具は、短時間で寿命にいったっている。
本発明の表面被覆切削工具は、各種の鋼などの通常の切削条件での切削加工は勿論のこと、特に高熱発生を伴うとともに、切刃部に対して大きな負荷がかかるステンレス鋼の連続切削加工においても、優れた耐溶着性、および、耐チッピング性を発揮し、長期にわたって優れた切削性能を示すものであるから、切削加工装置の高性能化、並びに切削加工の省力化および省エネ化、さらに低コスト化に十分満足に対応できるものである。
Claims (4)
- 工具基体と該工具基体の表面に第１層とその上部の第２層を含む複数の層を有する表面被覆切削工具であって、
前記工具基体はＣｏを含むＷＣ超硬合金であり、
前記第１層は、前記工具基体と接するＴｉＮ層であり、前記工具基体側にありＴｉＮ結晶粒子の平均粒径が３０ｎｍ以下で、５．０～３５．０原子％のＣを含む下部層と、前記第２層側にありＴｉＮ結晶粒子の平均粒径が５０ｎｍ以上である上部層を有しており、
前記第２層は硬質被覆層である、
ことを特徴とする表面被覆切削工具。 - 前記下部層は０．０７～０．７５μｍの平均層厚であり、前記上部層は０．０３～０．２５μｍの平均膜厚であって、前記下部層と前記上部層の平均層厚比が（２．３～３．５）：１であることを特徴とする請求項１に記載の表面被覆切削工具。
- 前記第２層は、Ａｌの酸化物層または窒化物層、あるいは、Ｔｉの窒化物層、炭化物層、炭窒化物層、炭酸化物層、または、炭窒化酸化物層の少なくとも一つであって、その合計平均層厚が１．０～２０．０μｍであることを特徴とする請求項１または２に記載の表面被覆切削工具。
- 前記下部層は、前記ＴｉＮ結晶粒子の粒界に、Ｗを３．０～１５．０原子％、Ｃｏを３．０～１５．０原子％含むことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2020021539A JP7415222B2 (ja) | 2020-02-12 | 2020-02-12 | 表面被覆切削工具 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2020021539A JP7415222B2 (ja) | 2020-02-12 | 2020-02-12 | 表面被覆切削工具 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2021126719A JP2021126719A (ja) | 2021-09-02 |
| JP7415222B2 true JP7415222B2 (ja) | 2024-01-17 |
Family
ID=77487502
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2020021539A Active JP7415222B2 (ja) | 2020-02-12 | 2020-02-12 | 表面被覆切削工具 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7415222B2 (ja) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000355777A (ja) | 1999-06-14 | 2000-12-26 | Toshiba Tungaloy Co Ltd | 密着性に優れた表面被覆焼結合金およびその製法 |
| JP2008026700A (ja) | 2006-07-24 | 2008-02-07 | Mitsubishi Electric Engineering Co Ltd | デジタル通信システム |
| JP2011218543A (ja) | 2009-12-25 | 2011-11-04 | Mitsubishi Materials Corp | 硬質被覆層がすぐれた耐欠損性を発揮する表面被覆切削工具 |
| JP2013157472A (ja) | 2012-01-30 | 2013-08-15 | Sony Corp | 不良懸念箇所判定装置、不良懸念箇所判定方法、半導体装置の製造方法、及びプログラム |
| JP2013244548A (ja) | 2012-05-24 | 2013-12-09 | Sumitomo Electric Hardmetal Corp | 表面被覆切削工具 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3252711B2 (ja) * | 1996-07-02 | 2002-02-04 | 住友電気工業株式会社 | 被覆窒化珪素系工具 |
-
2020
- 2020-02-12 JP JP2020021539A patent/JP7415222B2/ja active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000355777A (ja) | 1999-06-14 | 2000-12-26 | Toshiba Tungaloy Co Ltd | 密着性に優れた表面被覆焼結合金およびその製法 |
| JP2008026700A (ja) | 2006-07-24 | 2008-02-07 | Mitsubishi Electric Engineering Co Ltd | デジタル通信システム |
| JP2011218543A (ja) | 2009-12-25 | 2011-11-04 | Mitsubishi Materials Corp | 硬質被覆層がすぐれた耐欠損性を発揮する表面被覆切削工具 |
| JP2013157472A (ja) | 2012-01-30 | 2013-08-15 | Sony Corp | 不良懸念箇所判定装置、不良懸念箇所判定方法、半導体装置の製造方法、及びプログラム |
| JP2013244548A (ja) | 2012-05-24 | 2013-12-09 | Sumitomo Electric Hardmetal Corp | 表面被覆切削工具 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2021126719A (ja) | 2021-09-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3747575B1 (en) | Coated tool, and cutting tool comprising same | |
| JPWO2009017053A1 (ja) | Ｔｉ基サーメットおよび被覆サーメット並びに切削工具 | |
| JP6699056B2 (ja) | 表面被覆切削工具 | |
| CN102596456B (zh) | 耐崩刀性优异的表面包覆切削工具 | |
| JP2005305576A (ja) | 被覆切削工具 | |
| JP6614446B2 (ja) | 硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性、耐剥離性を発揮する表面被覆切削工具 | |
| WO2018030329A1 (ja) | 耐溶着チッピング性と耐剥離性にすぐれた表面被覆切削工具 | |
| JP2005271133A (ja) | 被覆切削工具 | |
| JP7415222B2 (ja) | 表面被覆切削工具 | |
| JP5088480B2 (ja) | 表面被覆切削工具 | |
| JP2009028800A (ja) | 表面被覆切削工具 | |
| JP5196122B2 (ja) | 表面被覆切削工具 | |
| JP3087503B2 (ja) | 耐摩耗性および耐欠損性のすぐれた表面被覆炭化タングステン基超硬合金製切削工具の製造法 | |
| JP2005271106A (ja) | 被覆切削工具 | |
| JP2008200778A (ja) | 表面被覆切削工具 | |
| JP3087504B2 (ja) | 耐摩耗性および耐欠損性のすぐれた表面被覆炭化タングステン基超硬合金製切削工具の製造法 | |
| JPH08118105A (ja) | 硬質被覆層がすぐれた層間密着性を有する表面被覆炭化タングステン基超硬合金製切削工具 | |
| JP4575009B2 (ja) | 被覆切削工具 | |
| JP2008178942A (ja) | 表面被覆切削工具 | |
| JP2017177237A (ja) | 硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性、耐剥離性を発揮する表面被覆切削工具 | |
| JP7373110B2 (ja) | 硬質被覆層が優れた耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具 | |
| JP3912494B2 (ja) | 硬質被覆層がすぐれた耐熱塑性変形性を発揮する表面被覆超硬合金製スローアウエイチップ | |
| JP7486045B2 (ja) | 表面被覆切削工具 | |
| EP3747577B1 (en) | Coated tool and cutting tool comprising said coated tool | |
| JP7401850B2 (ja) | 表面被覆切削工具 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20221227 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20230928 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20230929 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20231110 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20231129 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20231212 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7415222 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |