JPWO2020170572A1 - 切削工具 - Google Patents
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Abstract
Description
基材と、上記基材を被覆する被膜とを備える切削工具であって、
上記被膜は、上記基材上に設けられたα−アルミナ層を含み、
上記α−アルミナ層は、α−アルミナの結晶粒を含み、
上記α−アルミナ層は、下側部と上側部とを含み、
上記下側部は、上記基材の側の第一界面から厚み方向に0.2μm離れた地点を通る上記第一界面に平行な仮想平面Aと、上記仮想平面Aから更に厚み方向に1.3μm離れた地点を通る上記第一界面に平行な仮想平面Bとに挟まれた領域であり、
上記上側部は、上記基材の側と反対の第二界面から厚み方向に0.5μm離れた地点を通る上記第二界面に平行な仮想平面Cと、上記仮想平面Cから更に厚み方向に1μm離れた地点を通る上記第二界面に平行な仮想平面Dとに挟まれた領域であり、
上記第一界面は、上記第二界面に平行であり、
上記第二界面の法線を含む平面で上記α−アルミナ層を切断したときの断面に対し、電界放射型走査顕微鏡を用いた電子後方散乱回折像解析によって上記α−アルミナの結晶粒のそれぞれの結晶方位を特定し、これに基づいたカラーマップを作成した場合に、
上記カラーマップにおいて、
上記上側部は、(006)面の法線方向が上記第二界面の法線方向に対して±15°以内となる上記α−アルミナの結晶粒の占める面積比率が50%以上であり、
上記下側部は、(012)面、(104)面、(110)面、(113)面、(116)面、(300)面、(214)面、及び(006)面それぞれの結晶面において、当該結晶面の法線方向が上記第二界面の法線方向に対して±15°以内となる上記α−アルミナの結晶粒の占める面積比率が5%以上50%未満であり、
上記α−アルミナ層の厚みが3μm以上20μm以下である。
特許文献1及び特許文献2では、上記のような構成のα−Al2O3層を含む被膜を有することにより、切削工具の耐摩耗性、耐欠損性(例えば、耐チッピング性等)といった機械特性が向上し、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。
本開示によれば、耐チッピング性が向上した切削工具を提供することが可能になる。
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
基材と、上記基材を被覆する被膜とを備える切削工具であって、
上記被膜は、上記基材上に設けられたα−アルミナ層を含み、
上記α−アルミナ層は、α−アルミナの結晶粒を含み、
上記α−アルミナ層は、下側部と上側部とを含み、
上記下側部は、上記基材の側の第一界面から厚み方向に0.2μm離れた地点を通る上記第一界面に平行な仮想平面Aと、上記仮想平面Aから更に厚み方向に1.3μm離れた地点を通る上記第一界面に平行な仮想平面Bとに挟まれた領域であり、
上記上側部は、上記基材の側と反対の第二界面から厚み方向に0.5μm離れた地点を通る上記第二界面に平行な仮想平面Cと、上記仮想平面Cから更に厚み方向に1μm離れた地点を通る上記第二界面に平行な仮想平面Dとに挟まれた領域であり、
上記第一界面は、上記第二界面に平行であり、
上記第二界面の法線を含む平面で上記α−アルミナ層を切断したときの断面に対し、電界放射型走査顕微鏡を用いた電子後方散乱回折像解析によって上記α−アルミナの結晶粒のそれぞれの結晶方位を特定し、これに基づいたカラーマップを作成した場合に、
上記カラーマップにおいて、
上記上側部は、(006)面の法線方向が上記第二界面の法線方向に対して±15°以内となる上記α−アルミナの結晶粒の占める面積比率が50%以上であり、
上記下側部は、(012)面、(104)面、(110)面、(113)面、(116)面、(300)面、(214)面、及び(006)面それぞれの結晶面において、当該結晶面の法線方向が上記第二界面の法線方向に対して±15°以内となる上記α−アルミナの結晶粒の占める面積比率が5%以上50%未満であり、
上記α−アルミナ層の厚みが3μm以上20μm以下である。
上記内部層は、TiCNを含む。このように規定することで、耐チッピング性に加えて、耐摩耗性が向上する。
上記中間層は、チタン元素と、炭素、窒素、ホウ素及び酸素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み、
上記中間層は、上記内部層とは組成が異なる。このように規定することで、耐チッピング性に加えて、基材と被膜との密着力が向上する。
上記最外層は、チタン元素と、炭素、窒素及びホウ素からなる群より選ばれる1種の元素とからなる化合物を含む。このように規定することで、耐チッピング性に加えて、被膜の識別性に優れた切削工具を提供することが可能になる。
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〜Y」という形式の表記は、範囲の上限下限(すなわちX以上Y以下)を意味し、Xにおいて単位の記載がなく、Yにおいてのみ単位が記載されている場合、Xの単位とY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。
本開示に係る切削工具は、
基材と、上記基材を被覆する被膜とを備える切削工具であって、
上記被膜は、上記基材上に設けられたα−Al2O3層(α−アルミナ層)を含み、
上記α−Al2O3層は、α−Al2O3(α−アルミナ)の結晶粒を含み、
上記α−Al2O3層は、下側部と上側部とを含み、
上記下側部は、上記基材の側の第一界面から厚み方向に0.2μm離れた地点を通る上記第一界面に平行な仮想平面Aと、上記仮想平面Aから更に厚み方向に1.3μm離れた地点を通る上記第一界面に平行な仮想平面Bとに挟まれた領域であり、
上記上側部は、上記基材の側と反対の第二界面から厚み方向に0.5μm離れた地点を通る上記第二界面に平行な仮想平面Cと、上記仮想平面Cから更に厚み方向に1μm離れた地点を通る上記第二界面に平行な仮想平面Dとに挟まれた領域であり、
上記第一界面は、上記第二界面に平行であり、
上記第二界面の法線を含む平面で上記α−Al2O3層を切断したときの断面に対し、電界放射型走査顕微鏡を用いた電子後方散乱回折像解析によって上記α−Al2O3の結晶粒のそれぞれの結晶方位を特定し、これに基づいたカラーマップを作成した場合に、
上記カラーマップにおいて、
上記上側部は、(006)面の法線方向が上記第二界面の法線方向に対して±15°以内となる上記α−Al2O3の結晶粒の占める面積比率が50%以上であり、
上記下側部は、(012)面、(104)面、(110)面、(113)面、(116)面、(300)面、(214)面、及び(006)面それぞれの結晶面において、当該結晶面の法線方向が上記第二界面の法線方向に対して±15°以内となる上記α−Al2O3の結晶粒の占める面積比率が5%以上50%未満であり、
上記α−Al2O3層の厚みが3μm以上20μm以下である。
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く、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。
本実施形態に係る被膜40は、上記基材10上に設けられたα−Al2O3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(耐チッピング性等)、耐摩耗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。
本実施形態のα−Al2O3層は、α−Al2O3(結晶構造がα型である酸化アルミニウム)の結晶粒(以下、単に「結晶粒」という場合がある。)を含む。すなわち、上記α−Al2O3層は、多結晶のα−Al2O3を含む層である。
上記下側部は、上記基材の側の第一界面から厚み方向に0.2μm離れた地点を通る上記第一界面に平行な仮想平面Aと、上記仮想平面Aから更に厚み方向に1.3μm離れた地点を通る上記第一界面に平行な仮想平面Bとに挟まれた領域であり、
上記上側部は、上記基材の側と反対の第二界面から厚み方向に0.5μm離れた地点を通る上記第二界面に平行な仮想平面Cと、上記仮想平面Cから更に厚み方向に1μm離れた地点を通る上記第二界面に平行な仮想平面Dとに挟まれた領域であり、
上記第一界面は、上記第二界面に平行であり、
上記第二界面の法線を含む平面で上記α−Al2O3層を切断したときの断面に対し、電界放射型走査顕微鏡を用いた電子後方散乱回折像解析によって上記α−Al2O3の結晶粒のそれぞれの結晶方位を特定し、これに基づいたカラーマップを作成した場合に、
上記カラーマップにおいて、
上記上側部は、(006)面の法線方向が上記第二界面の法線方向に対して±15°以内となる上記α−Al2O3の結晶粒(以下、「(006)面配向性結晶粒」とも記す。)の占める面積比率が50%以上であり、
上記下側部は、(012)面、(104)面、(110)面、(113)面、(116)面、(300)面、(214)面、及び(006)面それぞれの結晶面において、当該結晶面の法線方向が上記第二界面の法線方向に対して±15°以内となる上記α−Al2O3の結晶粒の占める面積比率が5%以上50%未満である。
(012)面の法線方向が上記第二界面の法線方向に対して±15°以内となる上記α−Al2O3の結晶粒の占める面積比率、
(104)面の法線方向が上記第二界面の法線方向に対して±15°以内となる上記α−Al2O3の結晶粒の占める面積比率、
(110)面の法線方向が上記第二界面の法線方向に対して±15°以内となる上記α−Al2O3の結晶粒の占める面積比率、
(113)面の法線方向が上記第二界面の法線方向に対して±15°以内となる上記α−Al2O3の結晶粒の占める面積比率、
(116)面の法線方向が上記第二界面の法線方向に対して±15°以内となる上記α−Al2O3の結晶粒の占める面積比率、
(300)面の法線方向が上記第二界面の法線方向に対して±15°以内となる上記α−Al2O3の結晶粒の占める面積比率、
(214)面の法線方向が上記第二界面の法線方向に対して±15°以内となる上記α−Al2O3の結晶粒の占める面積比率、及び
(006)面の法線方向が上記第二界面の法線方向に対して±15°以内となる上記α−Al2O3の結晶粒の占める面積比率、
のそれぞれが5%以上50%未満である。
加速電圧:6kV
照射角度:α−Al2O3層の第二界面の法線方向(すなわち切断面におけるα−Al2O3層の厚み方向に平行となる直線方向)から0°
照射時間:6時間。
下側部20Aは、上記基材の側の第一界面20aから厚み方向に0.2μm離れた地点を通る上記第一界面に平行な仮想平面Aと、上記仮想平面Aから更に厚み方向に1.3μm離れた地点を通る上記第一界面に平行な仮想平面Bとに挟まれた領域である。すなわち、仮想平面Aと仮想平面Bとの直線距離(最短距離)は、1.3μmであり、これが下側部20Aの厚みとなる。ここで、上記仮想平面A及び仮想平面Bは、作成したカラーマップ上で、第一界面からの距離に基づいて設定することができる。
上側部20Bは、上記基材の側と反対の第二界面20bから厚み方向に0.5μm離れた地点を通る上記第二界面に平行な仮想平面Cと、上記仮想平面Cから更に厚み方向に1μm離れた地点を通る上記第二界面に平行な仮想平面Dとに挟まれた領域である。すなわち、仮想平面Cと仮想平面Dとの直線距離(最短距離)は、1μmであり、これが上側部20Bの厚みとなる。ここで、上記仮想平面C及び仮想平面Dは、作成したカラーマップ上で、第二界面からの距離に基づいて設定することができる。
(1)α−Al2O3層の全体において、(006)面配向性結晶粒の占める面積比率が増加するにつれて、層自体の硬度が高くなる傾向があること
(2)さらに、α−Al2O3層の下側部において結晶粒の配向性が等方的になることによって、被膜に発生した亀裂がα−Al2O3層中を進展しにくくなること。その結果、耐チッピング性が更に高くなる傾向があること
本実施形態において、α−Al2O3層は、その厚みが3〜20μmである。α−Al2O3層はの厚みは、4〜20μmであることが好ましく、5〜15μmであることがより好ましい。これにより、上記のような優れた効果を発揮することができる。ここで、α−Al2O3層の厚みとは、上記第一界面から上記第二界面までの最短距離を意味する。
本実施形態において、上記α−Al2O3の結晶粒は、その平均粒径が0.1〜3μmであることが好ましく、0.2〜2μmであることがより好ましい。本実施形態の一側面において、上記α−Al2O3の下側部における結晶粒は、その平均粒径が0.1〜2μmであることが好ましく、0.1〜1μmであることがより好ましい。上記結晶粒の平均粒径は、例えば、上記カラーマップを用いて求めることが可能である。具体的には、まず、上記カラーマップにおいて、色彩が一致し(すなわち結晶方位が一致し)、かつ周囲が他の色彩(すなわち他の結晶方位)で囲まれている領域を、各結晶粒の個別の領域とみなす。次に、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する。
上記被膜40は、上記基材10と上記α−Al2O3層20との間に設けられている内部層21を更に含み(図3参照)、上記内部層21は、TiCNを含むことが好ましい。上記TiCNは、立方晶であることが好ましい。
上記被膜40は、上記内部層21と上記α−Al2O3層20との間に設けられている中間層22を更に含み(図3参照)、上記中間層22は、チタン元素と、C(炭素)、N(窒素)、B(ホウ素)及びO(酸素)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。ここで、上記中間層は、上記内部層とは組成が異なる。
上記被膜40は、上記α−Al2O3層20上に設けられている最外層23を更に含み(図3参照)、上記最外層23は、チタン元素と、C、N及びBからなる群より選ばれる1種の元素とからなる化合物を含むことが好ましい。
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α−Al2O3層、上記内部層、上記中間層又は上記最外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、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の製造方法は、
上記基材を準備する第1工程(以下、単に「第1工程」という場合がある。)と、
化学気相蒸着法を用いて、二酸化炭素ガス及び硫化水素ガスを含む原料ガスを用いて、上記基材上に上記α−Al2O3層における下側部を形成する第2工程(以下、単に「第2工程」という場合がある。)と、
化学気相蒸着法を用いて、二酸化炭素ガス及び硫化水素ガスを含む原料ガスを用いて、上記下側部上に上記α−Al2O3層における上側部を形成する第3工程(以下、単に「第3工程」という場合がある。)と、
を含み、
上記第2工程における上記硫化水素ガスに対する上記二酸化炭素ガスの体積比(CO2/H2S)をR1とし、上記第3工程における上記硫化水素ガスに対する上記二酸化炭素ガスの体積比(CO2/H2S)をR2とした場合、1≦(R1/R2)<1.5を満たす。
なお、上述の中側部は第2工程から第3工程へ移る過程で形成される「遷移部」と把握することができる。
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。
第2工程では、化学気相蒸着法(CVD法)を用いて、二酸化炭素ガス及び硫化水素ガスを含む原料ガスを用いて、上記基材上に上記α−Al2O3層における下側部が形成される。
第3工程では、化学気相蒸着法を用いて、二酸化炭素ガス及び硫化水素ガスを含む原料ガスから、上記下側部上に上記α−Al2O3層における上側部が形成される。
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、上記内部層と上記α−Al2O3層との間に中間層を形成する工程、上記α−Al2O3層上に最外層を形成する工程、及び被膜にブラスト処理を行う工程等が挙げられる。中間層及び最外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。
(付記1)
基材と、前記基材を被覆する被膜とを備える表面被覆切削工具であって、
前記被膜は、前記基材上に設けられたα−Al2O3層を含み、
前記α−Al2O3層は、α−Al2O3の結晶粒を含み、
前記α−Al2O3層は、下側部と上側部とを含み、
前記下側部は、前記基材の側の第一界面から厚み方向に0.2μm離れた地点を通る前記第一界面に平行な仮想平面Aと、前記仮想平面Aから更に厚み方向に1.3μm離れた地点を通る前記第一界面に平行な仮想平面Bとに挟まれた領域であり、
前記上側部は、前記基材の側と反対の第二界面から厚み方向に0.5μm離れた地点を通る前記第二界面に平行な仮想平面Cと、前記仮想平面Cから更に厚み方向に1μm離れた地点を通る前記第二界面に平行な仮想平面Dとに挟まれた領域であり、
前記第一界面は、前記第二界面に平行であり、
前記第二界面の法線を含む平面で前記α−Al2O3層を切断したときの断面に対し、電界放射型走査顕微鏡を用いた電子後方散乱回折像解析によって前記α−Al2O3の結晶粒のそれぞれの結晶方位を特定し、これに基づいたカラーマップを作成した場合に、
前記カラーマップにおいて、
前記上側部は、(006)面の法線方向が前記第二界面の法線方向に対して±15°以内となる前記α−Al2O3の結晶粒の占める面積比率が50%以上であり、
前記下側部は、(012)面、(104)面、(110)面、(113)面、(116)面、(300)面、(214)面、及び(006)面それぞれの結晶面において、当該結晶面の法線方向が前記第二界面の法線方向に対して±15°以内となる前記α−Al2O3の結晶粒の占める面積比率が5%以上50%未満である、表面被覆切削工具。
(付記2)
前記α−Al2O3層は、その厚みが3μm以上20μm以下である、付記1に記載の表面被覆切削工具。
(付記3)
前記被膜は、前記基材と前記α−Al2O3層との間に設けられている内部層を更に含み、
前記内部層は、TiCNを含む、付記1又は付記2に記載の表面被覆切削工具。
(付記4)
前記被膜は、前記内部層と前記α−Al2O3層との間に設けられている中間層を更に含み、
前記中間層は、チタン元素と、C、N、B及びO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み、
前記中間層は、前記内部層とは組成が異なる、付記1〜付記3のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
(付記5)
前記被膜は、前記α−Al2O3層上に設けられている最外層を更に含み、
前記最外層は、チタン元素と、C、N及びBからなる群より選ばれる1種の元素とからなる化合物を含む、付記1〜付記4のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
(付記6)
前記被膜は、その厚みが3μm以上30μm以下である、付記1〜付記5のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
<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。
後述の第2工程の前に、準備した基材に対し、CVD装置を用いて、内部層及び中間層をこの順に形成させた。各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、内部層及び中間層の厚み、並びに、中間層の組成を表1に示す。
原料ガス:TiCl4(12L/min)、CH3CN(2L/min)、N2(15L/min)、H2(80L/min)
圧力 :100hPa
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
(TiCNOの場合)
原料ガス:TiCl4(0.5L/min)、CH4(3L/min)、CO(0.5L/min)、N2(30L/min)、H2(55L/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:TiCl4(4L/min)、CH3CN(2L/min)、N2(25L/min)、H2(75L/min)
圧力 :90hPa
温度 :970℃
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(5L/min)、BCl3(0.7L/min)、N2(20L/min)、H2(70L/min)
圧力 :70hPa
温度 :960℃
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
内部層及び中間層が形成された基材に対し、CVD装置を用いて、α−Al2O3層における下側部を形成させて、後工程の第3工程に移った。α−Al2O3層における下側部の形成条件を以下に示す。また、α−Al2O3層の厚みを表1に示す。
原料ガス:AlCl3(2.4L/min)、CO2(0.1〜4.0L/min)、CO(0.1〜2.0L/min)、H2S(0.1〜0.5L/min)、HCl(2.0L/min)、H2(65L/min)
圧力 :50〜100hPa
温度 :950〜1000℃
成膜時間:下側部の厚みが2μmとなるように適宜調製した
次に、α−Al2O3層における下側部が形成された基材に対し、CVD装置を用いて、α−Al2O3層における上側部を形成させることで、α−Al2O3層を形成した。α−Al2O3層における上側部の形成条件を以下に示す。ここで、上記第2工程における上記H2Sに対する上記CO2の体積比(CO2/H2S)をR1とし、上記第3工程における上記H2Sに対する上記CO2の体積比(CO2/H2S)をR2とした場合における比率R1/R2を表1に示す。
原料ガス:AlCl3(4.8L/min)、CO2(0.1〜4.0L/min)、H2S(0.1〜0.5L/min)、HCl(1.0L/min)、H2(45L/min)
圧力 :50〜100hPa
温度 :950〜1000℃
成膜時間:下側部と上側部との合計の厚みが表1に示される厚みとなるように適宜調製した
最後に、上記α−Al2O3層が形成された基材(ただし、試料7、8及びcを除く。)に対し、CVD装置を用いて、最外層を形成させた。最外層の形成条件を以下に示す。また、最外層の厚み及び組成を表1に示す。
(TiNの場合)
原料ガス:TiCl4(5L/min)、N2(20L/min)、H2(75L/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:TiCl4(3L/min)、CH4(5L/min)、H2(90L/min)
圧力 :400hPa
温度 :1000℃
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(10L/min)、BCl3(0.2L/min)、H2(80L/min)
圧力 :350hPa
温度 :995℃
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
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1〜12は実施例に相当し、試料a〜fは比較例に相当する。
まず、被膜におけるα−Al2O3層の表面(又は界面)に垂直な断面が得られるように上記切削工具を切断した。その後、その切断面を耐水研磨紙(株式会社ノリタケコーテッドアブレーシブ(NCA)製、商品名:WATERPROOF PAPER、#400、#800、#1500)で研磨を実施し、α−Al2O3層の加工面を作製した。引き続き、上記加工面をArイオンによるイオンミーリング処理によりさらに平滑化を行った。イオンミーリング処理の条件は以下の通りである。
加速電圧:6kV
照射角度:α−Al2O3層の第二界面の法線方向(すなわち切断面におけるα−Al2O3層の厚み方向に平行となる直線方向)から0°
照射時間:6時間
(切削評価(1):断続加工試験)
上述のようにして作製した試料(試料1〜12及び試料a〜f)の切削工具を用いて、以下の切削条件により、刃先にチッピングが発生するまでの衝撃回数を測定した。その結果を表3に示す。衝撃回数が多いほど耐チッピング性に優れる切削工具として評価することができる。
断続加工の試験条件
被削材 :SCM415断続材
切削速度:200m/min
送り :0.25mm/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1〜12及び試料a〜f)の切削工具を用いて、以下の切削条件により、10分間切削を行った後の、逃げ面における平均摩耗量を測定した。その結果を表3に示す。平均摩耗量が小さいほど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 :SCr440H
切削速度:250m/min
送り :0.25mm/rev
切込み :2mm
切削油 :湿式
Claims (5)
- 基材と、前記基材を被覆する被膜とを備える切削工具であって、
前記被膜は、前記基材上に設けられたα−アルミナ層を含み、
前記α−アルミナ層は、α−アルミナの結晶粒を含み、
前記α−アルミナ層は、下側部と上側部とを含み、
前記下側部は、前記基材の側の第一界面から厚み方向に0.2μm離れた地点を通る前記第一界面に平行な仮想平面Aと、前記仮想平面Aから更に厚み方向に1.3μm離れた地点を通る前記第一界面に平行な仮想平面Bとに挟まれた領域であり、
前記上側部は、前記基材の側と反対の第二界面から厚み方向に0.5μm離れた地点を通る前記第二界面に平行な仮想平面Cと、前記仮想平面Cから更に厚み方向に1μm離れた地点を通る前記第二界面に平行な仮想平面Dとに挟まれた領域であり、
前記第一界面は、前記第二界面に平行であり、
前記第二界面の法線を含む平面で前記α−アルミナ層を切断したときの断面に対し、電界放射型走査顕微鏡を用いた電子後方散乱回折像解析によって前記α−アルミナの結晶粒のそれぞれの結晶方位を特定し、これに基づいたカラーマップを作成した場合に、
前記カラーマップにおいて、
前記上側部は、(006)面の法線方向が前記第二界面の法線方向に対して±15°以内となる前記α−アルミナの結晶粒の占める面積比率が50%以上であり、
前記下側部は、(012)面、(104)面、(110)面、(113)面、(116)面、(300)面、(214)面、及び(006)面それぞれの結晶面において、当該結晶面の法線方向が前記第二界面の法線方向に対して±15°以内となる前記α−アルミナの結晶粒の占める面積比率が5%以上50%未満であり、
前記α−アルミナ層の厚みが3μm以上20μm以下である、切削工具。 - 前記被膜は、前記基材と前記α−アルミナ層との間に設けられている内部層を更に含み、
前記内部層は、TiCNを含む、請求項1に記載の切削工具。 - 前記被膜は、前記内部層と前記α−アルミナ層との間に設けられている中間層を更に含み、
前記中間層は、チタン元素と、炭素、窒素、ホウ素及び酸素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み、
前記中間層は、前記内部層とは組成が異なる、請求項2に記載の切削工具。 - 前記被膜は、前記α−アルミナ層上に設けられている最外層を更に含み、
前記最外層は、チタン元素と、炭素、窒素及びホウ素からなる群より選ばれる1種の元素とからなる化合物を含む、請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の切削工具。 - 前記被膜の厚みが3μm以上30μm以下である、請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の切削工具。
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