JPWO2017111073A1 - 被覆工具 - Google Patents

被覆工具 Download PDF

Info

Publication number
JPWO2017111073A1
JPWO2017111073A1 JP2017558279A JP2017558279A JPWO2017111073A1 JP WO2017111073 A1 JPWO2017111073 A1 JP WO2017111073A1 JP 2017558279 A JP2017558279 A JP 2017558279A JP 2017558279 A JP2017558279 A JP 2017558279A JP WO2017111073 A1 JPWO2017111073 A1 JP WO2017111073A1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
thickness
layers
coated tool
substrate
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.)
Granted
Application number
JP2017558279A
Other languages
English (en)
Other versions
JP6978942B2 (ja
Inventor
聡史 森
聡史 森
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kyocera Corp filed Critical Kyocera Corp
Publication of JPWO2017111073A1 publication Critical patent/JPWO2017111073A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6978942B2 publication Critical patent/JP6978942B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23BTURNING; BORING
    • B23B27/00Tools for turning or boring machines; Tools of a similar kind in general; Accessories therefor
    • B23B27/14Cutting tools of which the bits or tips or cutting inserts are of special material
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/04Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material
    • C23C28/044Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material coatings specially adapted for cutting tools or wear applications
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/0664Carbonitrides
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23BTURNING; BORING
    • B23B51/00Tools for drilling machines
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23CMILLING
    • B23C5/00Milling-cutters
    • B23C5/16Milling-cutters characterised by physical features other than shape
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/0641Nitrides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/24Vacuum evaporation
    • C23C14/32Vacuum evaporation by explosion; by evaporation and subsequent ionisation of the vapours, e.g. ion-plating
    • C23C14/325Electric arc evaporation
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/40Coatings including alternating layers following a pattern, a periodic or defined repetition
    • C23C28/42Coatings including alternating layers following a pattern, a periodic or defined repetition characterized by the composition of the alternating layers
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23BTURNING; BORING
    • B23B2224/00Materials of tools or workpieces composed of a compound including a metal
    • B23B2224/36Titanium nitride
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23BTURNING; BORING
    • B23B2228/00Properties of materials of tools or workpieces, materials of tools or workpieces applied in a specific manner
    • B23B2228/10Coatings
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23CMILLING
    • B23C2224/00Materials of tools or workpieces composed of a compound including a metal
    • B23C2224/13Chromium nitride
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23CMILLING
    • B23C2224/00Materials of tools or workpieces composed of a compound including a metal
    • B23C2224/36Titanium nitride
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23CMILLING
    • B23C2228/00Properties of materials of tools or workpieces, materials of tools or workpieces applied in a specific manner
    • B23C2228/10Coating
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/0635Carbides

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Drilling Tools (AREA)

Abstract

一態様の被覆工具は、基体と、該基体上に位置する被覆層とを有する。該被覆層は、(TibNbdMe)CxN1−x(ただし、MはTi及びNb以外の周期表4、5、6族金属並びにAlのうちの1種以上、0.2≦b≦0.8、0.01≦d≦0.2、0≦e≦0.7、b+d+e=1、0<x<1)を含有する第1層と、M’N(ただし、M’はNb以外の周期表4、5、6族金属)を含有する第2層との交互層を有する。

Description

本態様は、被覆工具に関する。
切削に用いられる被覆工具として、例えば、WC基超硬合金及びTiCN基サーメットなどの硬質基体と、この硬質基体の表面に位置する様々な被覆層とを備えた被覆工具が知られている。かかる被覆工具における被覆層として、TiCN層やTiAlN層が一般的に採用されているが、耐摩耗性及び耐欠損性の向上を目的として種々の被覆層が開発されている。
例えば、特開2011−302832号公報(特許文献1)には、下層がTiAlN層であるとともに、上層がTiNbAlN層である被覆層が開示されている。また、特開2010−076084号公報(特許文献2)には、TiNbSiNからなるA層とTiAlNからなるB層とが交互に積層された構成の被覆層が開示されている。
近年、被覆工具の技術分野においては、被覆層の耐摩耗性及び耐欠損性をさらに高めることが望まれている。
一態様の被覆工具は、基体と、該基体上に位置する被覆層とを有する。該被覆層は、(TiNb)C1−x(ただし、MはTi及びNb以外の周期表4、5、6族金属並びにAlのうちの1種以上、0.2≦b≦0.8、0.01≦d≦0.2、0≦e≦0.7、b+d+e=1、0<x<1)を含有する第1層と、M’N(ただし、M’はNb以外の周期表4、5、6族金属)を含有する第2層とが交互に積層された交互層を有する。
一実施形態の被覆工具の概略斜視図である。 図1の被覆工具における被覆層付近を拡大した模式図である。 第1変形例の被覆工具における被覆層付近を拡大した模式図である。 第2変形例の被覆工具における被覆層付近を拡大した模式図である。 第3変形例の被覆工具における被覆層付近を拡大した模式図である。
(被覆工具)
一実施形態の被覆工具1について図1及び図2を用いて説明する。
図1に示す被覆工具1は、第1面20と、第2面22と、第1面20及び第2面22の交わる部分の少なくとも一部に位置する切刃24とを有する。図1に示す被覆工具1は、ホルダ(図示せず)の先端の所定の位置に取り付けられて使用される交換型の切削インサートの一例である。
第1面20は、図1において上面として示されており、少なくとも一部がすくい面である。また、第2面22は、図1において側面として示されており、少なくとも一部が逃げ面である。なお、第1面20の少なくとも一部が逃げ面であり、第2面22の少なくとも一部がすくい面であっても何ら問題ない。
また、被覆工具1は、図2に示すように、基体2と、基体2上に位置する被覆層4とを有する。本実施形態において、被覆層4は、(TiNb)C1−x(ただし、MはTi及びNb以外の周期表4、5、6族金属、並びにAlのうちの1種以上、0.2≦b≦0.8、0.01≦d≦0.2、0≦e≦0.7、b+d+e=1、0<x<1)を含有する第1層7と、M’N(ただし、M’はNb以外の周期表4、5、6族金属)を含有する第2層8とが交互に積層された交互層6を有する。なお、交互層6は、第1層7と第2層8との組み合わせを1つの集合としたときに、この集合を2つ以上有する。交互層6は、好適には、上記の集合を5以上有する。
第1層7は上記の組成であることから硬度及び耐酸化性が高い。第2層8は上記の組成であることから靭性が高い。また、本実施形態における第1層7と第2層8とは相性が良いため、良好な接合性を有する。それゆえ、交互層6は耐摩耗性及び耐欠損性に優れたものであることから、被覆工具1は寿命が長い。
本実施形態における交互層6のマイクロビッカース硬度は25GPa以上である。なお、マイクロビッカース硬度の測定条件は、ナノインデンターによって荷重20mNにて測定する。
本実施形態によれば、交互層6が複数の第1層7及び複数の第2層8を有しており、複数の第1層7の厚みtの平均値と複数の第2層8の厚みtの平均値とがそれぞれ1〜100nmである。この範囲であれば、耐摩耗性と耐欠損性とのバランスに優れる。複数の第1層7の厚みtの平均値は、例えば、10〜50nmであり、複数の第2層8の厚みtの平均値は、例えば、12〜100nmである。
ここで、第1層7の厚みtの平均値とは、複数の第1層7のそれぞれの厚みを測定し、これら合計厚みを層の数で割った値を指す。第2層8も同様である。なお、第1層7の厚みtの平均値及び第2層8の厚みtの平均値は、切削加工前であれば、第1面20であっても第2面22であってもよいが、切削加工後であれば、逃げ面となる面を測定対象とすればよい。
そして、交互層6の総厚みは、例えば、0.5〜3μmである。交互層6の総厚みが0.5〜3μmであるときには、交互層6の耐摩耗性が高いとともに、交互層6の内部応力が高くなりすぎないため耐欠損性が高い。
複数の第1層7の厚みtの平均値及び複数の第2層8の厚みtの平均値において、第2層8の厚みtの平均値が、第1層7の厚みtの平均値よりも大きくてもよい。このような場合には、交互層6の内部応力が緩和され、交互層6が剥離又はチッピングすることなく厚膜化しやすい。
また、第2層8の厚みtの平均値に対する第1層7の厚みtの平均値の比率t/tが0.6〜0.9であってもよい。このような場合には、交互層6をより厚膜化しやすい。
次に、第1層7について説明する。第1層7の(TiNb)C1−xの組成に関して、bが0.2より大きいため第1層7の硬度が高い。また、bが0.8より小さいため、被覆層4の耐摩耗性が高い。また、dが0.01より大きいため、交互層6の耐酸化性が高く、被覆層4の耐熱性が高い。dが0.2以下であるため、交互層6の硬度が高い。
第1層7における金属Mは、Ti及びNb以外の周期表4、5、6族金属、並びにAlのうちの1種以上からなるが、中でも、金属MとしてAlを含有する場合には、交互層6の硬度が向上するとともに、耐酸化性が向上する。他にも、第1層7がCr及びWの1種以上を含有する場合には、交互層6の耐酸化性が高まる。
次に、第2層8について説明する。第2層8のM’N(ただし、M’はNb以外の周期表4、5、6族金属)の組成において、M’として、特に、Ti、Cr及び/Wの少なくともいずれか1つを含有する場合には、第2層8の靭性が向上して、被覆層4の耐欠損性が向上する。特に、M’がTi、すなわち第2層8がTiNからなる場合には、第2層8の内部応力が小さく交互層6の内部応力が緩和される。これにより、交互層6が自己破壊によって基体2などからの剥離又はチッピングが生じるおそれが小さくなるため、耐摩耗性及び耐欠損性が向上する。
なお、M’はNb以外の周期表4、5、6族金属であるが、第2層8にNbを一切含んでいてはならないというものではない。第2層8は、第1層7と交互に積層されているものであるため、第1層7におけるNbが第2層8に拡散する場合がある。そのため、第2層8は、第1層7におけるNbの含有比率dに対して1/10以下程度の比率でNbを僅かに含有していてもよい。
交互層6中の各元素の含有比率は、電子顕微鏡測定装置に備え付けられたエネルギー分散型X線分光(EDS)分析装置を用いて測定することができる。ここで、EDS分析法におけるTiのLα線のピーク(エネルギー0.4keV付近)については、N(窒素のKα線のピークと重なって正確な測定ができない場合がある。そのため、Nが含有される可能性がある場合には、TiのLα線のピークの代わりにTiのKα線のピーク(エネルギー4.5keV付近)を用いてTiの含有量を求めればよい。また、金属M及び金属M’の測定に際しては、それぞれ被覆層4の任意の5以上の箇所で含有量を測定し、測定された値の平均値をそれぞれ金属M及び金属M’の含有量として評価すればよい。
基体2の材料としては、例えば、超硬合金、サーメット、セラミックス、超高圧焼結体及び鋼が挙げられる。超硬合金及びサーメットとしては、例えば、炭化タングステン及び/又は炭窒化チタンを主成分とする硬質相と、コバルト及びニッケルなどの鉄族金属を主成分とする結合相とで構成されるものが挙げられる。セラミックスとしては、例えば、窒化ケイ素又は酸化アルミニウムを主成分とするものが挙げられる。超高圧焼結体としては、例えば、多結晶ダイヤモンド又は立方晶窒化ホウ素(cBN)からなる硬質相と、セラミックス及び鉄族金属などの結合相とを超高圧下で焼成してなる硬質材料が挙げられる。
次に、被覆層4は、交互層6と基体2との間に、厚みが0.1〜1μmである、TiN層又はCrN層を含有する中間層11を有していてもよい。このような場合には、基体2に対する交互層6の密着性が向上するため、交互層6の剥離が抑制される。特に、基体2がcBNを含有している場合には、中間層11を有する被覆層4が有効である。また、中間層11の厚みが、複数の第1層7及び複数の第2層8のいずれの厚みよりも厚くてもよい。このような場合には、交互層6の剥離がより確実に抑制される。
また、第2層8が中間層11に隣接していてもよい。このような場合には、第1層7が中間層11に隣接しているときよりも、交互層6と中間層11の接合性が高められる。これは、(TiNb)C1−xの組成で示される第1層7よりもM’Nの組成で示される第2層8の方が、中間層11に接合され易いからである。
また、中間層11を有する場合において、基体2が、TiC又はTiNを含有する場合には、特に中間層11による交互層6が抑制される効果を高めることができ、密着性が向上する。
また、交互層6の上(基体2から遠ざかる位置)に、TiN又はCrNからなる表面層(図示せず)が位置していてもよい。被覆層4が、表面層を有している場合には、被覆層4の色を使用確認がしやすい色に設定することが可能であり、また、被覆層4の摺動性が高められる。
なお、上記の実施形態では、概略板状の被覆工具1について説明したが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、概略板状以外にも適用可能である。また、被覆工具1は、ドリル、エンドミル、リーマ、タップ又は刃物などに適用可能である。さらに、被覆工具1は、金型などの耐摩耗部材及び掘削工具などの切削以外の用途への適用も可能である。
(変形例)
次に、上記の実施形態の被覆工具1の変形例について図面を用いて説明する。なお、以下においては、上記の実施形態の被覆工具1と変形例とが相違する点について述べ、上記の実施形態の被覆工具1と変形例とで一致する点については説明を省略する。
上記の実施形態として図2に示す被覆工具1においては、複数の第1層7および複数の第2層8のそれぞれの厚みが概ね一定である例を示しているが、交互層6としては上記の構成に限定されるものではない。第1〜第3変形例について説明する。
図3に示すように、第1変形例においては、複数の第1層7のうち、基体2から最も離れて位置する第1層7の厚みが、他の第1層7の厚みよりも厚い。また、交互層6における基体2から最も離れた位置に、厚みの厚い第1層7が位置している。交互層6において、上記の構成である場合には、切削加工時に最も被削材の近くに位置して、切削加工に伴う負荷が局所的に集中し易い第1層7の厚みが厚いことから、被覆層4の耐久性が高められるため、被覆層4の耐摩耗性が高まる。
また、図4に示すように、第2変形例においては、複数の第1層7のうち、基体2の最も近くに位置する第1層7の厚みが、他の第1層7の厚みよりも厚くてもよい。第1層7は、その厚みが大きくなる程に耐欠損性が高くなる。上記の構成である場合には、基体2の最も近くに位置する第1層7の耐欠損性が高いことから、交互層6における表面側の一部が部分的に欠損することがあっても、基体2の最も近くに位置する第1層7が欠損しにくく、交互層6の大部分が一度に欠損することが避けられ易い。そのため、被覆層4の耐久性が高まる。
また、図4に示すように、第2変形例においては、複数の第2層8のうち、基体2の最も近くに位置する第2層8の厚みが、他の第2層8の厚みよりも厚くてもよい。第2層8もまた、その厚みが大きくなる程に耐欠損性が高くなる。そのため、上記の構成である場合には、基体2の最も近くに位置する第2層8の耐欠損性が高いことから、交互層6における表面側の一部が部分的に欠損することがあっても、基体2の最も近くに位置する第2層8が欠損しにくく、交互層6の大部分が一度に欠損することが避けられ易い。そのため、被覆層4の耐久性が高まる。
被覆層4の耐摩耗性及び耐久性を高める観点から、交互層6を図5に示す第3変形例の構成としてもよい。第3変形例における複数の第1層7は、基体2の最も近くに位置する第1層7の厚みが最も厚く、基体2から最も離れて位置する第1層7の厚みが次いで厚い。すなわち、複数の第1層7のうち基体2の最も近くに位置する第1層7の厚みが、他の第1層7の厚みよりも厚く、さらに、複数の第1層7のうち、基体2から最も離れて位置する第1層7の厚みが、基体2の最も近くに位置する第1層7を除く、他の第1層7の厚みよりも厚い。これにより、被覆層4の耐摩耗性及び耐久性が高まる。
第3変形例における複数の第1層7の構成は、下記のように言い換えることもできる。本変形例における複数の第1層7は、基体2の最も近くに位置する第1層7を含み、基体2から離れるにしたがって第1層7の厚みが薄くなる領域と、この領域よりも基体2から離れて位置し、基体2から離れるにしたがって第1層7の厚みが厚くなる領域とを有している。そのため、被覆層4の耐摩耗性及び耐久性が高まる。
(製造方法)
次に、本実施形態の被覆工具の製造方法について説明する。
まず、工具形状の基体2を従来公知の方法を用いて作製する。次に、基体2の表面に、被覆層4を成膜する。被覆層4の成膜方法として、イオンプレーティング法やスパッタリング法などの物理蒸着(PVD)法が好適に適応可能である。
被覆層4をイオンプレーティング法で作製する場合、成膜方法の一例について説明する。まず、第1層7を構成するターゲットとして、金属チタン(Ti)、金属ニオブ(Nb)、金属M及び炭素を含有する第1ターゲットを準備する。また、第2層8を構成するターゲットとして、金属M’を含有する第2ターゲットを準備する。
そして、第1層7を構成する第1ターゲットと第2層8を構成する第2ターゲットとを、成膜装置のチャンバの側壁面に配置する。第1ターゲットと第2ターゲットは、望ましくは基体2を間に挟んで対向する位置に配置する。そして、基体2を回転させながら成膜する。成膜条件としては、アーク放電やグロー放電などにより金属源を蒸発させイオン化すると同時に、窒素源の窒素ガス(N)と反応させることによって、基体2の表面に、第1層7及び第2層8を交互に堆積させることによって交互層6を成膜することができる。なお、基体2は2〜10rpmで回転させながら成膜することによって、第1層7及び第2層8の各層の厚みを制御することができる。
このとき、第1ターゲットが炭素を含有していることから、炭素を含有する第1層7が成膜される。一方、第2ターゲットが炭素を含有しないことから、炭素を殆ど含有しない第2層8が成膜される。ただし、第2ターゲットが炭素を含有しない場合であっても、第1ターゲットが炭素を含有していることから、第2層8には第1層7から拡散してくる不可避の炭素が含まれる場合がある。
なお、イオンプレーティング法やスパッタリング法で上記の被覆層4を成膜する際には、被覆層4の結晶構造を考慮してアーク電流を印加することによって特定の高硬度な被覆層4を作製できる。このとき、30〜200Vのバイアス電圧を印加することによって、基体2と被覆層4との密着性を高めることができる。
また、中間層11を成膜する場合には、中間層11を成膜する第3ターゲットを準備する。第3ターゲットは、Ti又はCrを含有する。そして、第3ターゲットをチャンバの側壁面に載置して、交互層6を成膜する前に、上記と同じ条件で成膜することによって、中間層11を成膜することができる。なお、中間層11と第2層8との金属成分が同じである場合には、第3ターゲットを第2ターゲットで代用することができる。
平均粒径0.8μmの炭化タングステン(WC)粉末に対して、金属コバルト(Co)粉末を10質量%、炭化クロム(Cr)粉末を0.6質量%の割合で添加、混合した後、成形して焼成した。そして、研削工程を経た後、アルカリ、酸、蒸留水の順によって表面を洗浄して、超硬合金からなる基体を作製した。
そして、表1に示す第1ターゲット、第2ターゲット及び第3ターゲットを装着したアークイオンプレーティング装置内に上記の基体をセットし、基体を500℃に加熱して、基体の回転数3〜6rpm、アーク電流150Aにて表1に示す被覆層を成膜することにより各試料を得た。なお、成膜条件はNガスを総圧力4Paの雰囲気中、バイアス電圧35Vとした。
得られた各試料について、キーエンス社製走査型電子顕微鏡(VE8800)及び透過型電子顕微鏡を用いて組織観察を行い、被覆層を構成する結晶や膜厚を確認した。同装置に付随のEDAXアナライザ(AMETEK EDAX-VE9800)を用いて加速電圧15kVにてEDS分析法の一種であるZAF法により被覆層の組成の定量分析を行い、被覆層(第1層、第2層及び中間層)の組成を算出した。なお、膜厚の測定においては、第1層と第2層との厚みがそれぞれ観察できる倍率で観察される一視野内の複数層の第1層と第2層の厚みをそれぞれ測定し、さらに観察視野を任意3視野以上の観察ポイントについて測定して、これを平均して、第1層の厚みt、第2層の厚みtを算出した。また、中間層については、t、tの測定時に走査型電子顕微鏡にて測定した。
さらに、各試料について以下の切削条件にて切削試験を行った。結果は表2に記載した。
切削方法:肩削り(ミリング加工)
被削材 :SKD11
切削速度:150m/分
送り :0.12mm/刃
切り込み:横切り込み10mm、深さ切り込み3mm
切削状態:乾式
評価方法:10分間切削した時点でチッピング状態を測定し、続けて切削加工できた加工数を評価した。
表1、2から明らかであるように、上記(TiNb)C1−xからなる第1層と、上記M‘Nからなる第2層とが交互に繰り返し配置されてなる交互層を有する試料No.1は、切刃が定常摩耗状態であり、試料No.2〜4と比較して加工数も多かった。
平均粒径2μmの立方晶窒化ホウ素(cBN)粉末を50質量%、窒化チタン(TiN)粉末を46質量%、金属アルミニウム(Al)粉末を4質量%の割合で添加、混合し、超高圧焼成装置によって、1400℃、5GPaの条件で焼成した。得られたcBN焼結体を切り出して、台金のコーナ部にロウ付けし、研磨加工することによって、cBN焼結体からなる基体を作製した。
実施例1と同様に、アークイオンプレーティング法にて表3に示す構成の被覆層を成膜した。
次に、各試料について、実施例1と同様に被覆層の膜厚(t、t、中間層厚み)の確認及び被覆層の組成の定量分析を行った。また、試料No.5−13について、マイクロビッカース硬度を測定したところ、いずれも25〜25GPaであった。
さらに、得られた各試料について下記条件にて切削試験を行った。結果は表3、4に示した。
切削方法:外径切削(旋削加工)
被削材 :SCM415H
切削速度:150m/分
送り :0.1mm/刃
切り込み:0.2mm
切削状態:乾式
評価方法:3分間切削した時点でチッピング状態を測定するとともに、切削加工できた切削時間を評価した。
表3、4から明らかであるように、上記(TiNb)C1−xからなる第1層と、上記M’Nからなる第2層との交互層を有する試料No.5−13は、試料No.14〜15と比較して加工時間が長かった。特に、基体がcBN焼結体からなるとともに、TiN又はCrNからなる中間層が位置する試料No.5−12では、加工時間が長いものであった。また、中間層の厚みが0.1〜1μmの試料No.5−10では、被覆層の剥離が発生しなかった。
1 被覆工具
2 基体
4 被覆層
6 交互層
7 第1層
8 第2層
11 中間層

Claims (10)

  1. 基体と、
    該基体上に位置する被覆層とを有し、
    該被覆層が、(TiNb)C1−x(ただし、MはTi及びNb以外の周期表4、5、6族金属、並びにAlのうちの1種以上、0.2≦b≦0.8、0.01≦d≦0.2、0≦e≦0.7、b+d+e=1、0<x<1)を含有する第1層と、M’N(ただし、M’はNb以外の周期表4、5、6族金属)を含有する第2層とが交互に積層された交互層を有する被覆工具。
  2. 前記第2層の厚みの平均値が、前記第1層の厚みの平均値よりも大きい、請求項1に記載の被覆工具。
  3. 前記第2層の厚みの平均値に対する前記第1層の厚みの平均値の比率が0.6〜0.9である、請求項2に記載の被覆工具。
  4. 複数の前記第1層のうち、前記基体の最も近くに位置する前記第1層の厚みが、他の前記第1層の厚みよりも厚い、請求項1〜3のいずれか1つに記載の被覆工具。
  5. 複数の前記第2層のうち、前記基体の最も近くに位置する前記第2層の厚みが、他の前記第2層の厚みよりも厚い、請求項1〜4のいずれか1つに記載の被覆工具。
  6. 複数の前記第1層のうち、前記基体から最も離れて位置する前記第1層の厚みが、前記基体の最も近くに位置する前記第1層を除く、他の前記第1層の厚みよりも厚い、請求項1〜5のいずれか1つに記載の被覆工具。
  7. 前記被覆層は、前記交互層と前記基体との間に、0.1〜1μmの厚みのTiN層又はCrN層を含有する中間層を有する、請求項1〜6のいずれか1つに記載の被覆工具。
  8. 前記中間層の厚みが、複数の前記第1層及び複数の前記第2層のいずれの厚みよりも厚い、請求項7に記載の被覆工具。
  9. 前記第2層が、前記中間層に隣接している、請求項7又は8に記載の被覆工具。
  10. 前記基体がcBN焼結体からなる、請求項1〜9のいずれか1つに記載の被覆工具。
JP2017558279A 2015-12-22 2016-12-22 被覆工具 Active JP6978942B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015249948 2015-12-22
JP2015249948 2015-12-22
PCT/JP2016/088472 WO2017111073A1 (ja) 2015-12-22 2016-12-22 被覆工具

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2017111073A1 true JPWO2017111073A1 (ja) 2018-10-04
JP6978942B2 JP6978942B2 (ja) 2021-12-08

Family

ID=59090499

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017558279A Active JP6978942B2 (ja) 2015-12-22 2016-12-22 被覆工具

Country Status (6)

Country Link
US (1) US11224920B2 (ja)
JP (1) JP6978942B2 (ja)
KR (1) KR102109492B1 (ja)
CN (1) CN108472749B (ja)
DE (1) DE112016005895B4 (ja)
WO (1) WO2017111073A1 (ja)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111032260B (zh) * 2017-08-29 2021-03-26 京瓷株式会社 涂层刀具以及具备该涂层刀具的切削刀具
CN111032261B (zh) * 2017-08-29 2021-03-23 京瓷株式会社 涂层刀具和具备其的切削刀具
JP7092866B2 (ja) * 2018-03-20 2022-06-28 京セラ株式会社 インサート及びこれを備えた切削工具
WO2023276066A1 (ja) * 2021-06-30 2023-01-05 住友電工ハードメタル株式会社 切削工具

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010076084A (ja) * 2008-09-29 2010-04-08 Sumitomo Electric Hardmetal Corp 表面被覆切削工具
WO2011122554A1 (ja) * 2010-03-29 2011-10-06 京セラ株式会社 切削工具
JP2013023745A (ja) * 2011-07-22 2013-02-04 Sumitomo Metal Mining Co Ltd 窒化チタンスパッタリングターゲットおよびその製造方法
US20130071620A1 (en) * 2010-05-27 2013-03-21 Kyocera Corporation Cutting tool

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4105795B2 (ja) 1998-04-24 2008-06-25 株式会社神戸製鋼所 耐摩耗性、耐割れ性に優れる硬質皮膜と硬質皮膜被覆部材
PT1219723E (pt) 2000-12-28 2007-01-31 Kobe Steel Ltd Película dura para ferramentas de corte
SE525745C2 (sv) * 2002-11-19 2005-04-19 Sandvik Ab Ti(C-(Ti,Nb,W)(C,N)-Co-legering för svarvskärtillämpningar för finbearbetning och medelfin bearbetning
WO2007029290A1 (ja) * 2005-09-01 2007-03-15 Osg Corporation 硬質積層被膜、および硬質積層被膜被覆工具
JP4774080B2 (ja) * 2007-08-02 2011-09-14 株式会社神戸製鋼所 硬質皮膜被覆材および冷間塑性加工用金型
US8507110B2 (en) * 2008-04-18 2013-08-13 Sandvik Intellectual Property Ab Coated cutting tool and a method of making thereof
JP5234931B2 (ja) * 2008-06-23 2013-07-10 株式会社神戸製鋼所 硬質皮膜被覆部材および成形用冶工具
WO2011083457A1 (en) * 2010-01-11 2011-07-14 Iscar Ltd. Coated cutting tool

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010076084A (ja) * 2008-09-29 2010-04-08 Sumitomo Electric Hardmetal Corp 表面被覆切削工具
WO2011122554A1 (ja) * 2010-03-29 2011-10-06 京セラ株式会社 切削工具
US20130071620A1 (en) * 2010-05-27 2013-03-21 Kyocera Corporation Cutting tool
JP2013023745A (ja) * 2011-07-22 2013-02-04 Sumitomo Metal Mining Co Ltd 窒化チタンスパッタリングターゲットおよびその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
DE112016005895T5 (de) 2018-09-13
JP6978942B2 (ja) 2021-12-08
KR102109492B1 (ko) 2020-05-12
KR20180084977A (ko) 2018-07-25
US20190017178A1 (en) 2019-01-17
DE112016005895B4 (de) 2023-12-21
CN108472749B (zh) 2020-01-17
CN108472749A (zh) 2018-08-31
WO2017111073A1 (ja) 2017-06-29
US11224920B2 (en) 2022-01-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2737967B1 (en) Cutting tool
WO2017111073A1 (ja) 被覆工具
JP5383019B2 (ja) エンドミル
US10309017B2 (en) Laminated hard film and cutting tool
WO2014104111A1 (ja) 切削工具
JP5697750B2 (ja) 表面被覆部材
JP5558558B2 (ja) 切削工具
JP6642836B2 (ja) 被覆ドリル
CN112840062B (zh) 硬质被膜和硬质被膜被覆构件
JP5247377B2 (ja) 切削工具
JP5153969B2 (ja) 切削工具
KR20170137162A (ko) 경질 피막 및 경질 피막 피복 부재
CN104508185A (zh) 涂层切削刀片
JP7110352B2 (ja) 硬質被膜および硬質被膜被覆部材
KR102519787B1 (ko) 경질 피막 및 경질 피막 피복 부재
JP2014076500A (ja) 表面被覆切削工具
JP2014069297A (ja) 切削工具
WO2023008134A1 (ja) 被覆工具および切削工具
KR102519788B1 (ko) 경질 피막 및 경질 피막 피복 부재
JP6092735B2 (ja) 表面被覆工具
JP2011177800A (ja) 耐熱性および耐溶着性にすぐれた表面被覆切削工具
JP2011240437A (ja) 耐熱性および耐溶着性にすぐれた表面被覆切削工具
JP2006175560A (ja) 表面被覆切削工具
JP2014144506A (ja) 切削工具
JP2012106298A (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: 20180608

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190820

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20191017

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20200407

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200618

C60 Trial request (containing other claim documents, opposition documents)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C60

Effective date: 20200618

A911 Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20200626

C21 Notice of transfer of a case for reconsideration by examiners before appeal proceedings

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C21

Effective date: 20200630

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20200901

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20201027

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20201225

A912 Re-examination (zenchi) completed and case transferred to appeal board

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912

Effective date: 20210108

C211 Notice of termination of reconsideration by examiners before appeal proceedings

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C211

Effective date: 20210119

C22 Notice of designation (change) of administrative judge

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C22

Effective date: 20210309

C13 Notice of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C13

Effective date: 20210413

C22 Notice of designation (change) of administrative judge

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C22

Effective date: 20210413

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210422

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20210830

C23 Notice of termination of proceedings

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C23

Effective date: 20210921

C03 Trial/appeal decision taken

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C03

Effective date: 20211026

C30A Notification sent

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C3012

Effective date: 20211026

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20211112

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6978942

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150