JPWO2019004018A1 - 被覆工具、切削工具及び切削加工物の製造方法 - Google Patents
被覆工具、切削工具及び切削加工物の製造方法 Download PDFInfo
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Abstract
一態様の被覆工具は、第１面を有する基体と、第１面の上に位置する被覆層とを備えている。被覆層は、複数のα−Ａｌ２Ｏ３の結晶粒子を含有する第１層を有している。α−Ａｌ２Ｏ３の結晶粒子の少なくとも１つは、配向が異なる異配向領域を少なくとも２つ有する異配向結晶粒子である。
Description
本態様は、切削加工において用いられる被覆工具に関する。
金属などの被削材を切削加工する際に用いられる切削工具として、例えば、国際公開第２０１７／００９９２８（特許文献１）に記載の表面被覆切削工具（以下、単に被覆工具とする）が知られている。特許文献１に記載の被覆工具は、基材と、この基材の上に形成された被覆とを備えている。
被覆は、複数のα‐Ａｌ２Ｏ３の結晶粒を含み、（００１）配向を示している。このとき、複数の結晶粒の粒界は、ＣＳＬ（対応格子：Coincidence Site Lattice）粒界及び一般粒界を含んでいる。すなわち、特許文献１に記載の被覆工具における被覆は、互いに配向の異なる複数の結晶粒を含み、これらの結晶粒の粒界の一部がＣＳＬ粒界となっている。
特許文献１に記載の被覆工具においては、被覆が互いに配向の異なる複数の結晶粒を含んでいる。しかしながら、それぞれの結晶粒における配向は１つである。そのため、特許文献１に記載の被覆工具を用いて切削加工を行った場合には、切屑の流れる方向によっては、一部の結晶粒が摩耗し易くなり、被覆の全体としての耐摩耗性が低下するおそれがある。今般においては、耐摩耗性が高められた被覆を有する被覆工具が求められている。
一態様に基づく被覆工具は、第１面を有する基体と、前記第１面の上に位置する被覆層とを備えている。前記被覆層は、複数のα−Ａｌ２Ｏ３の結晶粒子を含有する第１層を有している。前記α−Ａｌ２Ｏ３の結晶粒子の少なくとも１つは、配向が異なる異配向領域を少なくとも２つ有する異配向結晶粒子である。
以下、実施形態の被覆工具１について、図面を用いて詳細に説明する。但し、以下で参照する各図は、説明の便宜上、下記の実施形態を説明する上で必要な主要部材のみを簡略化して示したものである。したがって、被覆工具１は、参照する各図に示されていない任意の構成部材を備え得る。また、各図中の部材の寸法は、実際の構成部材の寸法及び各部材の寸法比率等を忠実に表したものではない。
＜被覆工具＞
実施形態の被覆工具１は、図１などに示すように、基体３及び被覆層５を備えている。図２に示す一例における基体３は、第１面７（図２における上面）と、第１面７の反対側に位置する第２面９（図２における下面）と、第１面７及び第２面９の間に位置する第３面１１（図２における側面）とを有している。
実施形態の被覆工具１は、図１などに示すように、基体３及び被覆層５を備えている。図２に示す一例における基体３は、第１面７（図２における上面）と、第１面７の反対側に位置する第２面９（図２における下面）と、第１面７及び第２面９の間に位置する第３面１１（図２における側面）とを有している。
被覆層５は、基体３の少なくとも第１面７の上に位置している。被覆層５は、第１面７のみの上に位置していてもよく、また、基体３における第１面７以外の他の面の上に位置していてもよい。図２に示す一例においては、第１面７に加えて第３面１１の上にも被覆層５が位置している。被覆層５は、切削加工における被覆工具１の耐摩耗性及び耐チッピング性などの特性を向上させるために備えられている。
被覆工具１における基体３の第１面７及び第３面１１に対応する面が交わる稜線の少なくとも一部には切刃１３が位置していてもよい。被削材を切削加工するために被覆工具１が用いられる場合においては、切刃１３を被削材に接触させることによって切削加工を行うことができる。
図１に示す一例における基体３は四角板形状であり、第１面７が四角形である。また、第２面９も四角形である。そのため、第３面１１の数は４つとなっている。図１に示す一例においては、第１面７の少なくとも一部（例えば、第１面７及び第３面１１が交わる稜線から２ｍｍの幅の範囲）がすくい面領域であり、第３面１１の少なくとも一部（例えば、第１面７及び第３面１１が交わる稜線から２ｍｍの幅の範囲）が逃げ面領域である。ただし、第１面７の少なくとも一部が逃げ面領域であり、第３面１１の少なくとも一部がすくい面領域であっても何ら問題無い。
基体３の形状としては、四角板形状に限定されるものではなく、例えば第１面７が、三角形、五角形、六角形又は円形であってもよい。また、基体３は、板形状に限定されるものではなく、例えば柱形状であってもよい。
図４に示す一例における被覆層５は、複数のα−Ａｌ２Ｏ３（α−アルミナ）の結晶粒子１５を含有する第１層１７を有している。第１層１７は、α−Ａｌ２Ｏ３を主成分として含有しているが、α−Ａｌ２Ｏ３以外の成分を含有していてもよい。例えば、第１層１７が、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｖ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｃｒ及びＷなどの金属成分を含有していてもよい。
また、アルミナとして、例えば、γ−Ａｌ２Ｏ３（γ−アルミナ）及びκ−Ａｌ２Ｏ３（κ−アルミナ）を含有していてもよい。なお、上記の「主成分」とは、他の成分と比較して質量％の値が最も大きい成分であることを意味している。
第１層１７に含有される成分の元素分析は、例えば走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）に付属するエネルギー分散型Ｘ線分光器（ＳＥＭ−ＥＤＸ）、或いは、電子線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）を用いた分析によって評価することができる。
第１層１７に含有されているアルミナがα−Ａｌ２Ｏ３、γ−Ａｌ２Ｏ３又はκ−Ａｌ２Ｏ３のいずれであるかは、例えば、Ｘ線回折（ＸＲＤ：X-Ray Diffraction）分析を行い、ＪＣＰＤＳカードと照合することによって評価してもよい。
図４に示す一例におけるα−Ａｌ２Ｏ３の結晶粒子１５の少なくとも１つは、配向が異なる異配向領域（以下、単に領域ともいう。）１５ａａ、１５ａｂを少なくとも２つ有する異配向結晶粒子１５ａである。すなわち、例えばα−Ａｌ２Ｏ３の結晶粒子１５の２つを第１結晶粒子及び第２結晶粒子とした場合に、単に第１結晶粒子の配向と第２結晶粒子の配向とが互いに異なるというものではない。
なお、視覚的な理解を容易にするため、図４において、複数のα−Ａｌ２Ｏ３の結晶粒子１５のうち互いに配向が異なる領域１５ａａ、１５ａｂを少なくとも２つ有する異配向結晶粒子１５ａを、灰色にて示している。
１つの異配向結晶粒子１５ａが、配向が異なる領域１５ａａ、１５ａｂを少なくとも２つ有している場合には、被覆層５の耐摩耗性が高い。これは、以下の理由による。
被削材の切削加工時において切屑がすくい面領域の上を流れるため、被覆層５におけるすくい面領域に対応する部分に切屑が接触する。このとき、α−Ａｌ２Ｏ３の結晶粒子１５の配向が同じであっても切屑の流れる方向によって、α−Ａｌ２Ｏ３の結晶粒子１５が摩耗し易い場合とα−Ａｌ２Ｏ３の結晶粒子１５が摩耗しにくい場合とがある。
それぞれのα−Ａｌ２Ｏ３の結晶粒子１５の配向が１つのみであるときには、結晶粒子１５の一部の摩耗が進行し易く、これらの結晶粒子１５を起点として被覆層５の全体としての摩耗が進行し易くなる場合がある。しかしながら、上記した２つの領域１５ａａ、１５ａｂの配向が異なっていることから、仮に２つの領域の一方１５ａａが摩耗し易くても、２つの領域のもう一方１５ａｂが摩耗しにくいため、異配向結晶粒子１５ａの全体としての耐摩耗性が高い。
そのため、複数のα−Ａｌ２Ｏ３の結晶粒子１５の少なくとも１つが、配向が異なる領域１５ａａ、１５ａｂを少なくとも２つ有する異配向結晶粒子１５ａである場合には、被覆層５の全体としての耐摩耗性が高い。
なお、第１層１７は少なくとも１つの異配向結晶粒子１５ａを有していればよいが、第１層１７が複数の異配向結晶粒子１５ａを有している場合には、第１層１７の耐摩耗性がより高い。また、異配向結晶粒子１５ａの少なくとも１つが、領域を３つ以上有していても何ら問題ない。１つの異配向結晶粒子１５ａが、領域を３つ以上有している場合には、異配向結晶粒子１５ａの全体としての耐摩耗性がさらに高い。
α−Ａｌ２Ｏ３の結晶粒子１５の配向性は、電子後方散乱回折（ＥＢＳＤ：Electron BackScatter Diffraction）を利用して、α−Ａｌ２Ｏ３の結晶粒子１５の方位解析を行うことで評価してもよい。ＥＢＳＤによって得られた画像において、カラーリングを調整することで、配向性に応じてα−Ａｌ２Ｏ３の結晶粒子１５を異なる色で示しつつ、隣り合う結晶粒子１５の間を例えば黒色で示すことが可能である。
上記のようにカラーリングを調整することによって、第１層１７に含有される複数のα−Ａｌ２Ｏ３の結晶粒子１５の境界を容易に判断できる。また、配向性に応じて表示されるα−Ａｌ２Ｏ３の結晶粒子１５の色が異なるため、各々のα−Ａｌ２Ｏ３の結晶粒子１５の配向が１つのみであるか、又は、互いに配向が異なる２つ以上の領域を有しているかを容易に評価できる。
図４に示す一例における結晶粒子１５は、上記の通りα−Ａｌ２Ｏ３を含有している。このα−Ａｌ２Ｏ３は、六方晶系である六方晶結晶格子の結晶構造を有している。すなわち、α−Ａｌ２Ｏ３の結晶粒子１５において、α−Ａｌ２Ｏ３の結晶は、概ね六角柱形状となっている。このとき、六角柱における六角形の端面に相当する面が、α−Ａｌ２Ｏ３の結晶における（００１）面である。そのため、α−Ａｌ２Ｏ３の結晶は、（００１）面に直交する方向に延びた形状となっている。
六方晶系であるα−Ａｌ２Ｏ３の結晶粒子１５において、（００１）面の法線方向と第１層１７の厚み方向とのなす角をθ１、（２１０）面の法線方向と第１層１７の厚み方向とのなす角をθ２、（１２０）面の法線方向と第１層１７の厚み方向とのなす角をθ３とする。例えば、（００１）面の法線方向と第１層１７の厚み方向とが同じである場合には、（θ１、θ２、θ３）＝（０°、９０°、９０°）となる。
（θ１、θ２、θ３）の値は、電子後方散乱回折を利用して得られた画像におけるα−Ａｌ２Ｏ３の結晶粒子１５の方位解析によって評価できる。例えば、（００１）面、（２１０）面及び（１２０）面のそれぞれの法線方向の成分を比較することによって（θ１、θ２、θ３）の値を算出してもよい。
２つの領域１５ａａ、１５ａｂにおいて互いに配向が異なっている場合には、２つの領域の一方１５ａａにおける（θ１、θ２、θ３）の値が、２つの領域のもう一方１５ａｂにおける（θ１、θ２、θ３）の値と異なる。
２つの領域１５ａａ、１５ａｂのそれぞれにおける（θ１、θ２、θ３）の値は特定の値に限定されるものではない。例えば、２つの領域１５ａａ、１５ａｂのそれぞれにおいてθ１がθ２及びθ３より小さくてもよい。
２つの領域１５ａａ、１５ａｂのそれぞれにおいてθ１がθ２及びθ３より小さい場合には、α−Ａｌ２Ｏ３の結晶が比較的第１層１７の厚み方向に延びた形状になり易い。そのため、２つの領域１５ａａ、１５ａｂのそれぞれの耐摩耗性が高い。θ１がθ２及びθ３より小さい場合における２つの領域１５ａａ、１５ａｂの配向は、例えば（００１）、（１０４）、（１０５）又は（０１８）で示されるが、２つの領域１５ａａ、１５ａｂの配向がこれらに限定されないことは言うまでもない。
第１面７に直交する断面に示される異配向結晶粒子１５ａの少なくとも１つにおいて、領域１５ａａ、１５ａｂの境界が第１層１７の厚み方向に沿って延びていてもよい。なお、図４に示す一例においては、領域１５ａａ、１５ａｂの境界が２点鎖線にて示されている。
上記の境界が第１層１７の厚み方向に沿って延びている場合には、切削加工時において被削材に異配向結晶粒子１５ａが接触する際に、２つの領域１５ａａ、１５ａｂの両方が被削材に接触し易い。これにより、異配向結晶粒子１５ａが摩耗しにくいため、被覆層５の全体としての耐摩耗性が高い。
なお、領域１５ａａ、１５ａｂの境界が第１層１７の厚み方向に沿って延びているとは、上記の領域における基体３の側の端部と表面側の端部とを結ぶ仮想直線が第１層１７の厚み方向に対してなす角度が、３０°以下であることを意味している。
また、領域１５ａａ、１５ａｂを２つ以上有する異配向結晶粒子１５ａの少なくとも１つにおいて、異配向結晶粒子１５ａにおける基体３から離れた側の部分にわたって境界が延びていてもよい。この場合には、第１層１７の耐摩耗性がさらに高い。これは、上記の場合には、切削加工時において被削材に異配向結晶粒子１５ａが接触する際に、２つの領域１５ａａ、１５ａｂの両方が被削材に接触し易いからである。
なお、異配向結晶粒子１５ａにおける基体３から離れた側の部分とは、上記の厚み方向に沿った方向における異配向結晶粒子１５ａの中央よりも基体３から離れた側に位置する部分を意味する。
上記の厚み方向に沿って異配向結晶粒子１５ａを４等分したうちの最も基体３から離れた側の部分にわたって領域１５ａａ、１５ａｂの境界が延びていてもよい。この場合には、切削加工時において被削材に異配向結晶粒子１５ａが接触する際に、２つの領域１５ａａ、１５ａｂの両方が被削材にさらに接触し易い。
図４に示す第１層１７は、基体３と対向する面１７Ａと、この面１７Ａと反対側に位置する面１７Ｂとを有している。このとき、異配向結晶粒子１５ａの少なくとも１つは、面１７Ａから面１７Ｂにかけて位置していてもよい。異配向結晶粒子１５ａが上記のように位置している場合には、厚み方向の広い範囲において第１層１７の耐久性が高い。そのため、長期にわたって切削加工を行った場合においても第１層１７の耐摩耗性が高い。
図４に示す第１層１７は、複数の異配向結晶粒子１５ａを有している。このとき、第１層１７は、複数の異配向結晶粒子１５ａのうちの少なくとも２つが隣接している部分を有していてもよい。耐摩耗性に優れた異配向結晶粒子１５ａのうち少なくとも２つが隣接している場合には、第１層１７の耐摩耗性がさらに優れる。
具体的には、例えば、複数の異配向結晶粒子１５ａのうち少なくとも２つが、第１層１７の厚み方向に沿って隣接していてもよい。長時間の切削加工によって、上記した２つの異配向結晶粒子１５ａのうち第１層１７の厚み方向における基体３から離れて位置する側の異配向結晶粒子１５ａが摩耗した場合であっても、上記した２つの異配向結晶粒子１５ａのうち第１層１７の厚み方向における基体３の近くに位置する側の異配向結晶粒子１５ａによって第１層１７の耐摩耗性が高く維持される。そのため、長時間にわたる切削加工に対しても第１層１７の耐久性が高い。
また、例えば、複数の異配向結晶粒子１５ａのうち少なくとも２つが、第１層１７の厚み方向に直交する方向に沿って隣接していてもよい。この場合には、切削加工時においてこれら２つの異配向結晶粒子１５ａの両方が同時に被削材に接触し易い。そのため、これら２つの異配向結晶粒子１５ａが被削材に接触している際の第１層１７の耐久性が高い。
また、第１面７に直交する断面において、複数のα−Ａｌ２Ｏ３の結晶粒子１５のうち、領域１５ａａ、１５ａｂを有する異配向結晶粒子１５ａの平均粒径が、異配向結晶粒子１５ａ以外の結晶粒子１５の平均粒径より大きくてもよい。この場合にも、第１層１７の耐摩耗性が高い。これは、領域を有する異配向結晶粒子１５ａにおいては、異配向結晶粒子１５ａ以外の、配向が１つのみの結晶粒子１５と比較して、各領域の占める体積が小さくなり易いが、上記の場合には、各領域の占める体積が大きく確保され易いからである。
複数のα−Ａｌ２Ｏ３の結晶粒子１５のうち、領域として２つの領域１５ａａ、１５ａｂを有する異配向結晶粒子１５ａにおける第１層１７の厚み方向に直交する方向の平均幅が、異配向結晶粒子１５ａ以外の結晶粒子１５における第１層１７の厚み方向に直交する方向の平均幅より大きくてもよい。この場合には、第１層１７の耐摩耗性が高い。
また、第１面７に直交する断面において、複数の異配向結晶粒子１５ａの１つにおける２つの領域１５ａａ、１５ａｂの境界が、Σ３型結晶粒界であってもよい。この場合には、２つの領域１５ａａ、１５ａｂの接合性が高い。そのため、この異配向結晶粒子１５ａの強度が高い。
なお、２つの領域１５ａａ、１５ａｂの境界がΣ３型結晶粒界であるとは、この境界の全体がΣ３型結晶粒界であることに限定されるものではない。この境界が、例えば、Σ７型結晶粒界、Σ１１型結晶粒界、Σ１７型結晶粒界、Σ１９型結晶粒界、Σ２１型結晶粒界、Σ２３型結晶粒界又はΣ２９型結晶粒界を部分的に有していてもよい。ただし、これらの結晶粒界を部分的に有している場合であっても、第１面７に直交する断面において、これらの結晶粒界の長さの和よりもΣ３型結晶粒界の長さが長いことを意味する。
被覆層５は、第１層１７のみを有する構成であってもよく、また、第１層１７に加えて別の層を有していてもよい。例えば、図３に示すように、被覆層５が、第１層１７に加えて、第１層１７及び基体３の間に位置する第２層１９と、第１層１７の上に位置する第３層２１とを有していてもよい。
図３に示す一例における第２層１９は、第１層１７及び基体３の間に位置して第１層１７及び基体３に接しており、チタン化合物を含有している。第２層１９に含有されているチタン化合物としては、例えば、チタンの炭化物、窒化物、酸化物、炭窒化物、炭酸化物及び炭窒酸化物が挙げられる。第２層１９は、上記の化合物のいずれか１つのみを含有する構成であってもよく、また、上記の化合物のうち複数を含有する構成であってもよい。
また、第２層１９は、単層の構成であってもよく、また、複数の層が積層された構成であってもよい。例えば、第２層１９が、基体３の側に位置して、窒化チタン（ＴｉＮ）を含有する層１９ａと、第１層１７の側に位置して、炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）を含有する層１９ｂとが順に位置する構成であってもよい。
第２層１９が窒化チタンを含有する層を有している場合には、基体３及び被覆層５の接合性が高められる。また、第２層１９が炭窒化チタンを含有する層を有している場合には、第１層１７及び第２層１９の接合性が高い。
図３に示す一例における第３層２１は、第１層１７の上に接して位置しており、チタン化合物を含有している。第３層２１に含有されているチタン化合物としては、第２層１９と同様に、例えば、チタンの炭化物、窒化物、酸化物、炭窒化物、炭酸化物及び炭窒酸化物が挙げられる。
第２層１９及び第３層２１の各層に含有される成分の元素分析は、第１層１７における元素分析と同様に、例えばＳＥＭ−ＥＤＸ、或いは、ＥＰＭＡを用いた分析によって評価できる。
本態様の被覆工具１においては、複数のα−Ａｌ２Ｏ３の結晶粒子１５の少なくとも１つが、配向が異なる領域１５ａａ、１５ａｂを少なくとも２つ有する異配向結晶粒子１５ａであることから、仮に第３層２１が摩耗して第１層１７が露出した場合であっても、２つの領域１５ａａ、１５ａｂを有する異配向結晶粒子１５ａにおいて第１層１７の摩耗の進行が抑えられる。
なお、第２層１９及び第３層２１は、チタン化合物以外の成分を含有していてもよい。例えば、第２層１９及び第３層２１がアルミナを含有している場合には、第１層１７と、第２層１９及び第３層２１の接合性が高い。また、第２層１９及び第３層２１がチタン化合物を含有していることから、第１層１７がチタンを含有している場合にも、第１層１７と、第２層１９及び第３層２１との接合性が高い。
基体３の材質としては、例えば、超硬合金、サーメット及びセラミックスなどの無機材料が挙げられる。なお、基体３の材質は、これらに限定されない。
超硬合金の組成としては、例えば、ＷＣ（炭化タングステン）−Ｃｏ（コバルト）、ＷＣ−ＴｉＣ（炭化チタン）−Ｃｏ及びＷＣ−ＴｉＣ−ＴａＣ（炭化タンタル）−Ｃｏが挙げられる。ここで、ＷＣ、ＴｉＣ及びＴａＣは硬質粒子であり、Ｃｏは結合相である。また、サーメットは、セラミック成分に金属を複合させた焼結複合材料である。具体的には、サーメットとして、ＴｉＣＮ、ＴｉＣ又はＴｉＮを主成分とした化合物が挙げられる。
基体３は、第１面７及び第２面９を貫通する貫通孔２３を有していてもよい。貫通孔２３は、被覆工具１をホルダに固定するための固定部材を挿入するために用いることができる。固定部材としては、例えばネジ及びクランプ部材が挙げられる。
基体３の大きさは特に限定されるものではないが、例えば、第１面７の一辺の長さが３〜２０ｍｍ程度に設定されてもよい。また、第１面７から第２面９までの高さは、２〜２０ｍｍ程度に設定されてもよい。
＜製造方法＞
次に、実施形態に係る被覆工具１の製造方法について説明する。
次に、実施形態に係る被覆工具１の製造方法について説明する。
まず、基体３となる硬質合金を焼成によって形成しうる炭化物、窒化物、炭窒化物及び酸化物などから選択される無機物粉末に、金属粉末、カーボン粉末などを適宜添加及び混合して、混合粉末を作製する。
次に、この混合粉末を公知の成形方法を用いて所定の工具形状に成形することによって成形体を作製する。成形方法としては、例えば、プレス成形、鋳込成形、押出成形及び冷間静水圧プレス成形などが挙げられる。上記の成形体を、真空中又は非酸化性雰囲気中にて焼成することによって基体３を作製する。なお、必要に応じて、基体３の表面に研磨加工及びホーニング加工を施してもよい。
次に、基体３の表面に化学気相蒸着（ＣＶＤ）法によって被覆層５を成膜する。
第１層１７は、以下の方法によって形成することができる。水素（Ｈ２）ガスに、５体積％〜１５体積％の三塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ３）ガスと、０．５体積％〜２．５体積％の塩化水素（ＨＣｌ）ガスと、０．５体積％〜１０体積％の二酸化炭素（ＣＯ２）ガスと、１体積％以下の硫化水素（Ｈ２Ｓ）ガスとを混合して、第１混合ガスを作製する。この第１混合ガスを、成膜温度が９５０℃〜１１００℃、ガス圧が５ｋＰａ〜２０ｋＰａの条件下でチャンバ内に導入する。これによって、被覆層５における第１層１７を形成することができる。
ここで、第１混合ガスにおける二酸化炭素ガスの比率を一定にした状態で第１層１７を形成するのではなく、第１層１７を形成している途中で二酸化炭素ガスの比率を変化させることで、配向が異なる領域１５ａａ、１５ａｂを少なくとも２つ有する異配向結晶粒子１５ａを形成することが可能である。
例えば、第１層１７を形成する初期の段階では三塩化アルミニウムガスよりも二酸化炭素ガスの比率が高く、かつ、第１層１７を形成する後期の段階では二酸化炭素ガスよりも三塩化アルミニウムガスの比率が高くなるように第１層１７を形成している途中で二酸化炭素ガスの比率を減少させることによって互いに配向が異なる２つの領域１５ａａ、１５ａｂを有する異配向結晶粒子１５ａを形成することが可能である。
被覆層５が基体３及び第１層１７の間に位置する第２層１９を有する場合には、この第２層１９は以下の方法によって形成することができる。
まず、水素ガスに、０．５〜１０体積％の四塩化チタンガスと、１０〜６０体積％の窒素ガスとを混合して第２混合ガスを作製する。この第２混合ガスを、成膜温度が８００〜９４０℃、ガス圧が８〜５０ｋＰａの条件下でチャンバ内に導入する。これによって、第２層１９における窒化チタンを含有する層１９ａを形成することができる。
また、水素ガスに、０．５〜１０体積％の四塩化チタンガスと、５〜６０体積％の窒素ガスと、０．１〜３体積％のアセトニトリル（ＣＨ３ＣＮ）ガスとを混合して第３混合ガスを作製する。この第３混合ガスを、成膜温度が７８０〜８８０℃、ガス圧が５〜２５ｋＰａの条件下でチャンバ内に導入する。これによって、第２層１９における炭窒化チタンを含有する層１９ｂを形成することができる。
また、被覆層５が第１層１７の上に位置する第３層２１を有する場合には、この第３層２１は以下の方法によって形成することができる。水素ガスに、０．１〜１０体積％の四塩化チタン（ＴｉＣｌ４）ガスと、１０〜６０体積％の窒素（Ｎ２）ガスとを混合して第４混合ガスを作製する。この第４混合ガスを、成膜温度が９６０〜１１００℃、ガス圧が１０〜８５ｋＰａの条件下でチャンバ内に導入する。これによって、被覆層５における第３層２１を形成することができる。
その後、必要に応じて、成膜した被覆層５の表面における切刃１３が位置する部分を研磨加工する。このような研磨加工を行った場合には、切刃１３への被削材の溶着が抑制され易くなるため、耐欠損性に優れた被覆工具１となる。
なお、上記の製造方法は、本実施形態の被覆工具１を製造する方法の一例である。したがって、被覆工具１が、上記の製造方法によって作製されたものに限定されないことは言うまでもない。
＜切削工具＞
次に、実施形態の切削工具１０１について図面を用いて説明する。
次に、実施形態の切削工具１０１について図面を用いて説明する。
実施形態の切削工具１０１は、図５及び図６に示すように、第１端（図５における上端）から第２端（図５における下端）に向かって延びる棒状体であり、第１端側にポケット１０３を有するホルダ１０５と、ポケット１０３に位置する上記の被覆工具１とを備えている。実施形態の切削工具１０１においては、稜線における切刃として用いられる部分がホルダ１０５の先端から突出するように被覆工具１が装着されている。
ポケット１０３は、被覆工具１が装着される部分であり、ホルダ１０５の下面に対して平行な着座面と、着座面に対して傾斜する拘束側面とを有している。また、ポケット１０３は、ホルダ１０５の第１端側において開口している。
ポケット１０３には被覆工具１が位置している。このとき、被覆工具１における第１面の反対側の面がポケット１０３に直接に接していてもよく、また、被覆工具１とポケット１０３との間にシートを挟んでいてもよい。
被覆工具１は、稜線における切刃として用いられる部分がホルダ１０５から外方に突出するように装着される。実施形態においては、被覆工具１は、ネジ１０７によって、ホルダ１０５に装着されている。すなわち、被覆工具１の貫通孔にネジ１０７を挿入し、このネジ１０７の先端をポケット１０３に形成されたネジ孔（不図示）に挿入してネジ部同士を螺合させることによって、被覆工具１がホルダ１０５に装着されている。
ホルダ１０５としては、鋼、鋳鉄などを用いることができる。特に、これらの部材の中で靱性の高い鋼を用いることが好ましい。
実施形態においては、いわゆる旋削加工に用いられる切削工具を例示している。旋削加工としては、例えば、内径加工、外径加工及び溝入れ加工が挙げられる。なお、切削工具としては旋削加工に用いられるものに限定されない。例えば、転削加工に用いられる切削工具に上記の実施形態の被覆工具１を用いてもよい。
＜切削加工物の製造方法＞
次に、本発明の実施形態の切削加工物の製造方法について図面を用いて説明する。
次に、本発明の実施形態の切削加工物の製造方法について図面を用いて説明する。
切削加工物は、被削材２０１を切削加工することによって作製される。本実施形態における切削加工物の製造方法は、以下の工程を備えている。すなわち、
（１）被削材２０１を回転させる工程と、
（２）回転している被削材２０１に上記の実施形態に代表される切削工具１０１を接触させる工程と、
（３）切削工具１０１を被削材２０１から離す工程と、
を備えている。
（１）被削材２０１を回転させる工程と、
（２）回転している被削材２０１に上記の実施形態に代表される切削工具１０１を接触させる工程と、
（３）切削工具１０１を被削材２０１から離す工程と、
を備えている。
より具体的には、まず、図７に示すように、被削材２０１を軸Ｏ１の周りで回転させるとともに、被削材２０１に切削工具１０１を相対的に近付ける。次に、図８に示すように、切削工具１０１における切刃を被削材２０１に接触させて、被削材２０１を切削する。そして、図９に示すように、切削工具１０１を被削材２０１から相対的に遠ざける。
実施形態においては、軸Ｏ１を固定するとともに被削材２０１を軸Ｏ１の周りで回転させた状態で切削工具１０１をＹ１方向に移動させることによって被削材２０１に近づけている。また、図８においては、回転している被削材２０１にインサート１における切刃を接触させることによって被削材２０１を切削している。また、図９においては、被削材２０１を回転させた状態で切削工具１０１をＹ２方向に移動させることによって遠ざけている。
なお、実施形態の製造方法における切削加工では、それぞれの工程において、切削工具１０１を動かすことによって、切削工具１０１を被削材２０１に接触させる、あるいは、切削工具１０１を被削材２０１から離しているが、当然ながらこのような形態に限定されるものではない。
例えば（１）の工程において、被削材２０１を切削工具１０１に近づけてもよい。同様に（３）の工程において、被削材２０１を切削工具１０１から遠ざけてもよい。切削加工を継続する場合には、被削材２０１を回転させた状態を維持して、被削材２０１の異なる箇所にインサート１における切刃を接触させる工程を繰り返せばよい。
なお、被削材２０１の材質の代表例としては、炭素鋼、合金鋼、ステンレス、鋳鉄、または非鉄金属などが挙げられる。
１・・・被覆工具
３・・・基体
５・・・被覆層
７・・・第１面
９・・・第２面
１１・・・第３面
１３・・・切刃
１５・・・結晶粒子
１５ａ・・異配向結晶粒子
１７・・・第１層
１９・・・第２層
２１・・・第３層
２３・・・貫通孔
１０１・・・切削工具
１０３・・・ポケット
１０５・・・ホルダ
１０７・・・ネジ
２０１・・・被削材
３・・・基体
５・・・被覆層
７・・・第１面
９・・・第２面
１１・・・第３面
１３・・・切刃
１５・・・結晶粒子
１５ａ・・異配向結晶粒子
１７・・・第１層
１９・・・第２層
２１・・・第３層
２３・・・貫通孔
１０１・・・切削工具
１０３・・・ポケット
１０５・・・ホルダ
１０７・・・ネジ
２０１・・・被削材
Claims (11)
- 第１面を有する基体と、前記第１面の上に位置する被覆層とを備えた被覆工具であって、
前記被覆層は、複数のα−Ａｌ２Ｏ３の結晶粒子を含有する第１層を有し、
前記α−Ａｌ２Ｏ３の結晶粒子の少なくとも１つは、配向が異なる異配向領域を少なくとも２つ有する異配向結晶粒子である、被覆工具。 - 前記異配向結晶粒子の少なくとも１つは、前記異配向領域を３つ以上有する、請求項１に記載の被覆工具。
- 前記異配向結晶粒子の少なくとも１つにおいて、前記異配向領域の境界が前記第１層の厚み方向に沿って延びている、請求項１に記載の被覆工具。
- 前記第１層は、
前記基体と対向する面Ａと、
前記面Ａと反対側に位置する面Ｂとを有し、
前記異配向結晶粒子の少なくとも１つは、前記面Ａから前記面Ｂにかけて位置している、請求項３に記載の被覆工具。 - 前記第１層は、複数の前記異配向結晶粒子が隣接している部分を有する、請求項１〜４のいずれか１つに記載の被覆工具。
- 複数の前記異配向結晶粒子は、前記第１層の厚み方向に沿って隣接している、請求項５に記載の被覆工具。
- 複数の前記異配向結晶粒子は、前記第１層の厚み方向に直交する方向に沿って隣接している、請求項５又は６に記載の被覆工具。
- 前記異配向結晶粒子の平均粒径が、前記異配向結晶粒子以外の結晶粒子の平均粒径よりも大きい、請求項１〜７のいずれか１つに記載の被覆工具。
- 前記２つの異配向領域の境界が、Σ３型結晶粒界である、請求項１〜８のいずれか１つに記載の被覆工具。
- 先端側に位置するポケットを有するホルダと、
前記ポケット内に位置する、請求項１〜９のいずれか１つに記載の被覆工具とを有する切削工具。 - 請求項１０に記載の切削工具を回転させる工程と、
回転している前記切削工具を被削材に接触させる工程と、
前記切削工具を前記被削材から離す工程とを備えた切削加工物の製造方法。
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