KR101386856B1

KR101386856B1 - 표면 피복 절삭 공구

Info

Publication number: KR101386856B1
Application number: KR1020127006046A
Authority: KR
Inventors: 요시오 오카다; 미노루 이토; 히데아키 가나오카; 치에 스즈키; 아농색 파수트
Original assignee: 스미또모 덴꼬오 하드메탈 가부시끼가이샤
Priority date: 2010-11-10
Filing date: 2011-06-10
Publication date: 2014-04-17
Also published as: CN102625737B; EP2638993B1; CN102625737A; JPWO2012063515A1; JP5866650B2; WO2012063515A1; EP2638993A4; US8715838B2; KR20120094467A; EP2638993A1; US20120282049A1

Abstract

표면 피복 절삭 공구(1)의 내마모성 및 내치핑성을 고도로 양립시킨다. 본 발명의 표면 피복 절삭 공구(1)는, 기재(7)와, 그 기재(7) 상에 형성된 피막을 구비하는 것으로, 챔퍼부(4)에서의 제1 피복층(8)은, 그 표면으로부터의 깊이가 2㎛ 이내의 깊이가 되는 깊이 A에서, 잔류 응력의 극소치를 가지며, 그 극소치는 -7GPa 이상 -1GPa 이하이며, 챔퍼부(4) 이외의 제1 피복층(8)은, 경사면 중심 방향 및 여유면 중심 방향으로 진행함에 따라서, 연속적 또는 단계적으로 잔류 응력이 증가하여, 0GPa 이상 2GPa 이하의 잔류 응력이 되고, 제1 피복층(8)은 챔퍼부(4)에서의 깊이 A로부터 깊이 방향으로 더 깊어지는 영역, 및 챔퍼부(4) 이외의 영역에 있어서, 미세 결정 조직 영역(10)에서의 결정보다 큰 결정을 포함하는 조대 결정 조직 영역(9)이다.

Description

표면 피복 절삭 공구{SURFACE-COATED CUTTING TOOL}

본 발명은 표면 피복 절삭 공구에 관한 것으로, 특히 내마모성 및 내치핑성(chipping resistance)을 향상시키는 피막을 피복한 표면 피복 절삭 공구에 관한 것이다.

종래에 절삭용 공구로서는, 초경합금(WC-Co 합금 또는 이것에 Ti(티탄)이나 Ta(탄탈), Nb(니오븀) 등의 탄질화물을 첨가한 합금)이 이용되어 왔다. 그러나, 최근의 절삭 고속화에 따라, 초경합금, 서멧(cermet), 입방정형 질화붕소 소결체 또는 알루미나계나 질화규소계의 세라믹스를 기재(基材)로서 이용하여, 그 표면에 화학 증착법(CVD : Chemical Vapor Deposition) 또는 물리 증착법(PVD : Physical Vapor Deposition)에 의해서, 1층 이상의 피복층으로 피복한 절삭 공구가 보급되고 있다. 이 피복층은 그 두께가 3∼20㎛이며, 또한 원소 주기율표의 IVa족 원소, Va족 원소, VIa족 원소, Al(알루미늄), Si 또는 B에서 선택되는 1종 이상의 제1 원소와, B, C, N 또는 O에서 선택되는 1종 이상의 제2 원소를 포함하는 화합물(단, 제1 원소가 B만인 경우, 제2 원소는 B 이외로 한다)을 포함하는 것이다.

최근 절삭 가공의 에너지 절약화 및 저비용화에 대한 요구는 강하고, 이에 따라 절삭 가공 조건은 한층 더 고속·고이송화되어, 고능률 가공이 요구되고 있다. 또한, 기계 부품의 저비용화, 고강도화, 경량화 등이 진행하여, 부품에 사용되는 피삭재가 난삭재화되고 있어, 피삭재의 가공이 곤란해지고 있다. 이러한 현상에 대응하기 위해서, 절삭 공구의 내치핑성을 높여, 절삭 공구를 장기 수명화하는 시도가 행해지고 있다.

절삭 공구의 장기 수명화를 측정하기 위한 시도로서, 예를 들면 일본국 특허 공개 제2001-062603호 공보(특허 제3661503호, 특허 문헌 1)에서는, 세로 길이 결정 조직으로 이루어지는 피막에 있어서, 피막의 상하에서 다른 잔류 응력을 갖는 피막을 피복하는 것을 개시하고 있다. 구체적으로는, 피막의 상층에 잔류 압축 응력을 부여하는 한편, 피막의 하층에 잔류 인장 응력을 부여하여, 이에 따라 절삭 공구의 내치핑성을 향상시키고 있다.

또한, 일본국 특허 공개 제2001-096404호 공보(특허 문헌 2)에는, Ti 화합물층과, 탄질화 티탄층과, 탄화 티탄층과, 산화알루미늄층을 적층한 경질 피복층을 피복함으로써, 내치핑성을 향상시키는 기술이 개시되어 있다.

또한, 일본국 특허 공개 제2009-078309호 공보(특허 문헌 3)에는, 표면 피복 절삭 공구의 표면을 덮는 경질 피복층에 대하여, 블라스트 처리를 실시함으로써, 외층측에 압축 응력을 도입하여, 내치핑성을 향상하고 있다.

또한, 국제 공개 제2006/064724호 팜플렛(특허 문헌 4)에서는, 인장 응력을 부여한 TiCN을 포함하는 제2 피막을 내층측에 구비하고, 또한 압축 응력을 부여한 α-Al₂O₃를 포함하는 제1 피막을 표면측에 포함하는 피막이 개시되어 있다. 이 피막은, 제1 피막의 인장 응력과, 제2 피막의 압축 응력이 특정한 관계식을 만족함으로써, 인성(靭性)과 내마모성을 향상시킬 수 있다.

특허문헌 1 : 일본 특허 공개 2001-062603호 공보 특허문헌 2 : 일본 특허 공개 2001-096404호 공보 특허문헌 3 : 일본 특허 공개 2009-078309호 공보 특허문헌 4 : 국제 공개 제2006/064724호 팜플렛

상기 특허문헌 1∼4에 개시되는 기술에 의해, 내치핑성에 관해서는 충분한 성능을 얻을 수 있지만, 내마모성에 관해서는 최근의 절삭 공구의 요구를 충분히 만족시키지는 못하였다.

본 발명은 전술한 바와 같은 현상에 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는, 내마모성 및 내치핑성을 고도로 양립시킨 표면 피복 절삭 공구를 제공하는 것에 있다.

본 발명자는 상기 과제를 해결하기 위해서 예의 검토를 거듭한 바, 피막의 챔퍼부의 결정 조직과 피막의 챔퍼부 이외 부분의 결정 조직을 다르게 하고, 각각에 다른 잔류 응력을 부여하는 것이 내마모성과 내치핑성의 양립에는 가장 효과적이라고 하는 지견을 얻어, 이 지견에 기초하여 더욱더 연구를 거듭함으로써 드디어 본 발명을 완성시키는 것에 이른 것이다.

즉, 본 발명의 표면 피복 절삭 공구는, 기재와, 그 기재상에 형성된 피막을 구비하는 것으로, 그 표면 피복 절삭 공구는, 경사면과 여유면이 교차하는 부분이 챔퍼부로 되어 있고, 피막은 1층 이상의 제1 피복층을 포함하고, 그 제1 피복층은 챔퍼부에서의 피막의 최외측 표면층이며, 챔퍼부에서의 제1 피복층은 그 표면으로부터의 깊이가 2㎛ 이내의 깊이가 되는 깊이 A에서, 잔류 응력의 극소치를 가지고, 그 깊이 A로부터 깊이 방향으로 더 깊어짐에 따라서, 연속적 또는 단계적으로 잔류 응력이 증가하여, 그 잔류 응력의 극소치는, -7GPa 이상 -1GPa 이하이며, 챔퍼부 이외에서의 제1 피복층은, 잔류 응력의 극소치보다 큰 잔류 응력을 가지고, 챔퍼부 이외에서의 제1 피복층은, 경사면 중심 방향 및 여유면 중심 방향으로 진행함에 따라서, 연속적 또는 단계적으로 잔류 응력이 증가하여, 기재측에서 0GPa 이상 2GPa 이하의 잔류 응력을 가지며, 챔퍼부에서의 제1 피복층에 있어서, 그 표면으로부터 깊이 A까지의 영역은 10㎚ 이상 200㎚ 이하의 평균 결정 입자 직경의 결정을 포함하는 미세(微細) 결정 조직 영역이며, 제1 피복층은 챔퍼부에서의 깊이 A로부터 깊이 방향으로 더 깊어지는 영역 및 챔퍼부 이외에서의 영역에서, 미세 결정 조직 영역에서의 결정보다 큰 결정을 포함하는 조대(粗大) 결정 조직 영역인 것을 특징으로 한다.

상기한 제1 피복층은, 2㎛ 이상 30㎛ 이하의 층 두께인 것이 바람직하다. 또한, 챔퍼부 이외의 부위에서도, 제1 피복층이 최외측 표면층인 것이 바람직하지만, 반드시 최외측 표면일 필요는 없다.

피막은 IVa족 원소, Va족 원소, VIa족 원소, Al, Si, Y, B 및 S를 포함하는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소와, 붕소, 탄소, 질소 및 산소를 포함하는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소의 화합물을 포함하는 것이 바람직하고, 제1 피복층 이외에 1층 이상의 층을 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 피막은 그 전체 두께가 3㎛ 이상 50㎛ 이하인 것이 바람직하다. 제1 피복층은 알루미나를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 표면 피복 절삭 공구는, 전술한 바와 같은 구성을 갖는 것에 의해, 내마모성 및 내치핑성을 고도으로 양립시키는 것을 가능하게 한 것이다.

도 1은 절삭 가공시에서의 표면 피복 절삭 공구와 피삭재의 접촉 상태를 모식적으로 도시한 개략도이다.
도 2는 경사면이 정방형의 표면 피복 절삭 공구를 모식적으로 도시한 개략도이다.
도 3은 곡면형으로 챔퍼 가공된 챔퍼부를 도시하는 개략 단면도이다.
도 4는 평면형으로 챔퍼 가공된 챔퍼부를 도시하는 개략 단면도이다.
도 5는 제1 피복층의 깊이 A에서 극소치를 갖고, 그 깊이 A로부터 깊이 방향으로 깊어짐에 따라서, 잔류 응력이 연속적으로 증가하는 경우의 응력 분포를 도시하는 그래프이다.
도 6은 제1 피복층의 깊이 A에서 극소치를 갖고, 그 깊이 A로부터 깊이 방향으로 깊어짐에 따라서, 잔류 응력이 단계적으로 증가하는 경우의 응력 분포를 도시하는 그래프이다.
도 7은 챔퍼부 근교에서의 제1 피복층의 결정 구조를 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 8은 챔퍼부의 근교에서의 제1 피복층의 결정 구조를 모식적으로 도시하는 단면도이다.

이하, 본 발명에 관해서 상세히 설명한다. 또, 본 발명에 있어서, 층 두께 또는 막 두께는 주사형 전자 현미경(SEM : Scanning Electron Microscope)에 의해 측정하는 것으로 한다.

<표면 피복 절삭 공구>

본 발명의 표면 피복 절삭 공구는, 기재와 그 위에 형성된 피막을 구비한 것이다. 이러한 기본적 구성을 갖는 본 발명의 표면 피복 절삭 공구는, 예를 들면 드릴, 엔드밀, 드릴용 날끝 교환형 칩, 엔드밀용 날끝 교환형 칩, 밀링 커터 가공용 날끝 교환형 절삭 칩, 선삭(旋削) 가공용 날끝 교환형 절삭 칩, 금속 톱, 기어 절삭 공구, 리머, 탭 등으로서 매우 유용하게 이용할 수 있다.

도 1은 절삭 가공시의 표면 피복 절삭 공구와 피삭재의 접촉 상태를 모식적으로 도시한 개략도이다. 본 발명의 표면 피복 절삭 공구(1)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 절삭 가공시에 있어서 피삭재(5)의 칩(6)과 접촉하는 경사면(2)과, 피삭재 자체에 접촉하는 여유면(3)을 갖는다. 그리고, 이 경사면(2)과 여유면(3)이 교차하는 모서리에 대하여, 날끝 처리를 실시한 부분이 챔퍼부(4)이다. 이러한 챔퍼부(4)는 표면 피복 절삭 공구(1)가 피삭재(5)와 접촉하는 부분이며, 특히 절삭 공구에 있어서 매우 중요한 부분이다.

도 2는 경사면이 정방형 형상의 표면 피복 절삭 공구를 모식적으로 도시한 개략도이다. 본 발명의 표면 피복 절삭 공구(1)가 날끝 교환형 절삭 칩인 경우, 도 2에 도시된 바와 같이, 날끝 교환형 절삭 칩의 경사면(2) 중앙의 표리를 관통하는 관통 구멍(20)이 형성되어 있더라도 좋다. 이 관통 구멍(20)은, 공구에 부착하는 고정 구멍으로서 사용된다. 필요에 따라서, 이 고정 구멍 외에 또는 그 대신에 별도의 고정 수단을 설치할 수도 있다.

<챔퍼부>

도 3은 곡면형으로 챔퍼 가공된 챔퍼부를 도시하는 개략 단면도이며, 도 4는 평면형으로 챔퍼 가공된 챔퍼부를 도시하는 개략 단면도이다. 본 발명에 있어서, 챔퍼부(4)란, 도 3에 도시된 바와 같이, 경사면(2)과 여유면(3)이 교차하는 모서리에 해당하는 부분에 대하여, 날끝 처리가 되어 커브(R)를 갖도록 챔퍼 가공된 부분(호우닝부) 외에, 도 4에 도시된 바와 같이, 경사면(2)과 여유면(3)이 교차하는 모서리에 해당하는 부분을 직선형으로 잘라내어 챔퍼 가공된 부분(네가티브 랜드부)을 의미하는 것도 있다. 또한, 이들 챔퍼 가공이 조합되어 처리된 부분도 포함하는 것으로 한다.

상기 챔퍼부(4)는 경사면(2)과 여유면(3)이 교차하는 모서리에 대하여, 연삭 가공, 브러시 가공, 배럴 가공, 블라스트 가공, 버프 가공, 호우닝 가공 등을 행함으로써 형성된다. 이러한 챔퍼부(4)는 표면 피복 절삭 공구를 경사면 방향 또는 여유면 방향에서 평면에서 보았을 때에(도 4), 챔퍼부의 폭이 0.01㎜ 이상 0.2 ㎜ 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.02㎜ 이상 0.1㎜ 이하이다.

<기재>

본 발명의 표면 피복 절삭 공구의 기재로서는, 이러한 절삭 공구의 기재로서 알려지는 종래 공지의 것을 특히 한정없이 사용할 수 있다. 예를 들면, 초경합금(예를 들면 WC기 초경 합금, WC 외, Co를 포함하거나, 또는 Ti, Ta, Nb 등의 탄질화물 등을 첨가한 것도 포함함), 서멧(TiC, TiN, TiCN 등을 주성분으로 하는 것), 고속도강, 세라믹스(탄화티탄, 탄화규소, 질화규소, 질화알루미늄, 산화알루미늄 및 이들의 혼합체 등), 입방정형 질화붕소 소결체, 다이아몬드 소결체, 질화붕소 소결체 또는 산화알루미늄과 탄화티탄을 포함하는 혼합체 등을 이러한 기재의 예로서 들 수 있다.

이들 기재 중에서도, 초경합금(WC기(基) 초경합금)을 이용하는 것이 바람직하다. 초경합금은, 고경도인 텅스텐 카바이드를 주체로 하여, 코발트 등의 철족 금속을 함유하기 때문에, 경도와 강도를 더불어 갖고, 또한 매우 균형이 잡힌 합금이기 때문이다. 이러한 기재로서 초경합금을 사용하는 경우, 그와 같은 초경합금은 조직중에 유리탄소나 η 상이라고 불리는 이상상(異常相)을 포함하고 있더라도 본 발명의 효과는 나타난다.

또, 이들 기재는 그 표면이 개질된 것이더라도 지장이 없다. 예를 들면, 초경합금의 경우는 그 표면에 탈β층이 형성되어 있거나, 서멧의 경우에는 표면 경화층이 형성되어 있더라도 좋고, 이와 같이 표면이 개질되어 있더라도 본 발명의 효과는 나타난다.

<피막>

본 발명의 표면 피복 절삭 공구에 있어서, 기재상에 형성되는 피막은 적어도 제1 피복층을 포함하는 것을 특징으로 한다. 즉, 본 발명의 피막은, 제1 피복층에의해서만 구성되어 있더라도 좋고(이 경우는 제1 피복층이 기재에 접하여 형성되게 됨), 이러한 제1 피복층 이외에 1층 또는 2층 이상의 다른 층을 포함하고 있더라도 좋다. 이러한 제1 피복층 이외의 층은, 후술과 같이 기재와 제1 피복층 사이에 형성되어 있더라도 좋고, 제1 피복층 상에 형성되어 있더라도 좋다. 단, 제1 피복층 이외의 층이 제1 피복층 상에 형성되는 경우이더라도, 절삭 가공에 관여하는 챔퍼부에서는, 제1 피복층이 최외측 표면층(피막 표면을 구성하는 층)인 것을 특징으로 한다. 이러한 제1 피복층이 부위에 따라서 다른 평균 결정 입자 직경의 결정을 포함함으로써, 그 부위에 알맞은 잔류 응력을 가지고, 내마모성 및 내치핑성을 고도로 양립시킬 수 있다. 또, 제1 피복층의 결정 입자 직경 및 잔류 응력에 관해서는 후술한다.

이러한 본 발명의 피막은, 기재상의 전체 면을 피복하는 양태를 포함하고, 부분적으로 피막이 형성되어 있지 않은 양태도 포함하고, 또한 부분적으로 피막의 일부의 적층 양태가 다르게 되어 있는 양태도 포함한다. 또한, 본 발명의 피막은 그 전체 두께가 3㎛ 이상 50㎛ 이하인 것이 바람직하다. 3㎛ 미만이면 내마모성이 뒤떨어지는 경우가 있고, 50㎛를 넘으면 기재와의 밀착성 및 내치핑성이 저하하는 경우가 있다. 이러한 피막의 특히 바람직한 막 두께는 5㎛ 이상 25㎛ 이하이다.

본 발명의 피막은, 이런 종류의 용도에 사용되는 종래 공지의 것을 특히 한정하지 않고 사용할 수 있지만, 예를 들면 원소 주기율표의 IVa족 원소(Ti, Zr, Hf 등), Va족 원소(V, Nb, Ta 등), VIa족 원소(Cr, Mo, W 등), 알루미늄(Al), 규소(Si), 이트륨(Y), 붕소(B) 및 유황(S)을 포함하는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소와, 붕소, 탄소, 질소, 및 산소를 포함하는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소의 화합물(단, 양 원소가 B인 경우를 제외함)을 포함하는 것이 바람직하다. 그 화합물은, 예를 들면 상기 IVa족 원소(Ti, Zr, Hf 등), Va족 원소(V, Nb, Ta 등), VIa족 원소(Cr, Mo, W 등), 알루미늄(Al), 규소(Si), 이트륨(Y)을 포함하는 군으로부터 선택되는 원소인, 탄화물, 질화물, 산화물, 붕화불, 탄질화물, 탄산화물, 질산화물, 탄질산화물 등을 들 수 있고, 이들의 고용체도 포함된다.

이러한 화합물로서는, 특히 Ti, Al, (Ti_1-xAl_x), (Al_1-xZr_x), (Ti_1-xSi_x), (Al_1-xCr_x), (Ti_1-x-ySi_xAl_y) 또는 (Al_1-x-yCr_xV_y) 의 질화물, 탄화물, 산화물, 탄질화물, 질산화물 또는 탄질산화물 등(또한, 이들에 B, Cr 등을 포함하는 것도 포함함)을 그 적합한 조성으로서 예를 들 수 있다(또, 식 중 x, y는 1 이하의 임의의 수를 나타냄).

보다 바람직하게는, TiCN, TiN, TiSiN, TiSiCN, TiAlN, TiAlCrN, TiAlSiN, TiAlSiCrN, AlCrN, AlCrCN, AlCrVN, TiBN, TiAlBN, TiBCN, TiAlBCN, TiSiBCN, AlN, AlCN, AlO, Al₂O₃, ZrO₂,(AlZr)₂O₃ 등을 예로 들 수 있다. 이하, 피막을 구성하는 제1 피복층을 더욱 더 상세히 설명한다.

<제1 피복층의 잔류 응력>

본 발명에 있어서, 제1 피복층은 그 잔류 응력이 챔퍼부의 심도 및 챔퍼부와, 챔퍼부 이외의 부분에서 크게 다르고, 이하의 (1)∼(5)의 조건을 전부 만족시키는 것을 특징으로 한다.

(1) 챔퍼부에서의 제1 피복층이, 그 표면으로부터의 깊이가 2㎛ 이내의 깊이가 되는 깊이 A에서, 잔류 응력의 극소치를 갖는 것.

(2) 상기 잔류 응력의 극소치가 -7GPa 이상 -1GPa 이하인 것.

(3) 깊이 A로부터 깊이 방향으로 더 깊어짐에 따라서, 연속적 또는 단계적으로 잔류 응력이 증가하는 것.

(4) 챔퍼부 이외에서의 제1 피복층은, 챔퍼부에서의 제1 피복층의 잔류 응력의 극소치보다 큰 잔류 응력을 갖는 것.

(5) 챔퍼부 이외에서의 제1 피복층은, 경사면 중심 방향 및 여유면 중심 방향으로 진행함에 따라서, 연속적 또는 단계적으로 잔류 응력이 증가하여, 기재측에서 0GPa 이상 2GPa 이하의 잔류 응력이 되는 것.

상기 (1)∼(5) 중 (1)∼(3)의 조건을 만족시키는 제1 피복층의 응력 분포의 일례를 도 5 및 도 6에 도시한다. 도 5는 제1 피복층의 깊이 A에서 극소치를 갖고, 그 깊이 A로부터 깊이 방향으로 더 깊어짐에 따라서, 잔류 응력이 연속적으로 증가하는 경우의 응력 분포를 도시하는 그래프이며, 도 6은 잔류 응력의 증가 모양이 단계적인 것이 다르다는 것 외에는 도 5와 동일한 그래프이다.

본 발명의 제1 피복층이 이러한 응력 분포를 갖음으로써, 후술하는 제1 피복층의 결정 구조와 서로 어울려서, 내마모성과 내치핑성이 고도로 양립되고, 기재와 피막의 밀착성이 한층 더 향상된 것이 된다. 더구나, 피막(제1 피복층)의 표면 근방에서 잔류 응력의 극소치를 갖음으로써, 절삭 가공시 등에 피막 표면에 발생하는 균열의 진전을 억제할 수 있다. 이하에, 상기 (1)∼(5)의 조건과 그것에 의하여 초래되는 효과를 설명한다.

(1)의 조건을 만족시킴으로써, 내마모성과 내치핑성의 밸런스를 유지할 수 있다. 잔류 응력의 극소치가 되는 깊이 A는, 제1 피복층의 표면으로부터의 깊이가 0.1㎛ 이상 1㎛ 이하의 위치에 있는 것이 바람직하다. 깊이 A가 제1 피복층의 표면으로부터 2㎛를 넘는 깊이에 있으면, 내마모성과 내치핑성의 밸런스가 무너져, 공구 수명이 저하하는 경우가 있다.

(2)의 조건을 만족시킴으로써, 절삭 가공중에 피막의 자기 파괴가 생기기 어려워지고, 내치핑성이 우수한 표면 피복 절삭 공구로 할 수 있다. 이러한 잔류 응력의 극소치는 -5GPa 이상 -1.5GPa 이하인 것이 바람직하다. -7GPa 미만이면, 제1 피복층의 압축 응력이 너무 높기 때문에, 자기 파괴가 생겨 치핑하기 쉬워진다. 한편, -1GPa를 넘으면, 절삭 공구에 요구되는 내치핑성을 얻을 수 없다. 또, 본 발명에서의「극소치」란, 수학적인 의미에서의 극소치를 나타내는 것은 물론, 예를 들면 후술하는 도 8에 도시된 바와 같이, 잔류 응력이 제1 피복층에서의 두께 방향으로 연속하여 일정한 수치를 나타내는 경우도 포함하는 개념이다.

(3)의 조건은, 잔류 응력이 국소적으로 높은 값 또는 낮은 값을 포함하는 경우를 제외하기 위해서 생성한 것이다. 즉, 잔류 응력이 국소적으로 높은 값 또는 낮은 값을 갖는 경우에는, 그 부분을 기점으로서 치핑이 발생하기 쉬워지지만, 본 조건 (3)을 만족시키는(연속적 또는 단계적으로 잔류 응력이 변화된다) 것에 의해, 이러한 치핑의 발생을 억제할 수 있다.

(4) 및 (5)의 조건을 만족시킴으로써, 제1 피복층의 경사면 중심 방향 또는 여유면의 중심 방향을 향해서 잔류 응력이 서서히 증가하여(압축 응력을 서서히 약하게 하고), 그로 인해서 피막 자체의 응력에 의한 피막의 내부 파괴를 방지한다. 챔퍼부 이외에서의 제1 피복층은 최종적으로는 0GPa 이상 2GPa 이하의 잔류 응력이 되는 것이 바람직하다. 챔퍼부 이외에서의 제1 피복층의 잔류 응력이 2GPa를 넘으면 절삭 공구의 형상에 따라서는 챔퍼부에서 피막이 박리되기 때문에 바람직하지 않다. 또한, 상기 기재측에서의 잔류 응력이 0GPa 보다 작으면, 충분한 내마모성을 얻을 수 없다.

여기서, 「경사면 중심 방향」이란, 챔퍼부인 날끝 능선부 중 어느 1점에서부터 경사면의 중심을 향한 벡터 방향을 의미한다. 마찬가지로「여유면 중심 방향」이란, 챔퍼부인 날끝 능선부 중 어느 1점에서부터 여유면의 중심을 향한 벡터 방향을 의미한다.

여기서, 본 발명에서 말하는 압축 응력이란, 피막중에 존재하는 내부 응력(고유 변형)의 1종이며, 「-」(마이너스)의 수치(단위: GPa)로 나타내는 것이다. 이 때문에, 압축 응력(내부 응력)이 높다고 하는 표현은, 상기 수치의 절대치가 커지는 것을 나타내고, 또한 압축 응력(내부 응력)이 낮다고 하는 표현은, 상기 수치의 절대치가 작아지는 것을 의미하고 있다. 덧붙여서, 상기 수치가 「+」(플러스)로 나타내어지는 것은 인장 응력이다.

여기서, 본 발명의 제1 피복층의 잔류 응력의 분포는, 이하의 sin²ψ법으로 측정된다. X선을 이용한 sin²ψ법은, 다결정 재료의 잔류 응력의 측정 방법으로서 널리 이용되고 있다. 이 측정 방법은, 「X선 응력 측정법」(일본 재료 학회, 1981년 주식회사 요켄도 발행)의 54페이지∼66페이지에 상세히 설명되어 있다.

본 발명에서는 우선 병경법(竝傾法;ISO-inclination method)과 측경법(側傾法; side inclination method)을 조합하여 X선의 진입 깊이를 고정하여, 측정하는 응력 방향과 측정 위치에 세운 시료 표면 법선을 포함하는 면내에서 여러 가지의 ψ 방향에 대한 회절 각도 2θ를 측정하여 2θ-sin²ψ선 도를 작성하고, 그 경사로부터 그 깊이(피막 표면으로부터의 거리)까지의 압축 응력을 구한다.

보다 구체적으로는, X선 응력 측정 방법에서는, X선원으로부터의 X선을 제1 피복층에 정해진 각도로 입사시켜, 제1 피복층에서 회절한 X선을 X선 검출기로 검출하고, 그 검출치에 기초하여 내부 응력을 측정한다.

또, 이러한 피막의 두께 방향의 잔류 응력을 측정하기 위한 X선원으로서는, X선원의 질(고휘도, 고평행도, 파장 가변성 등)의 점에서, 싱크로트론 방사광(SR)을 이용하는 것이 바람직하다.

또한, 전술한 바와 같이 압축 응력을 2θ-sin²ψ선 도로부터 구하기 위해서는, 피막의 영률(세로 탄성 계수)과 프와송 비(比)를 이용하는 것이 바람직하다. 그 영률은 다이내믹 경도계를 이용하여 측정할 수 있고, 프와송 비는 재료에 의해서 크게 변화하지 않기 때문에, 0.2 전후의 값을 이용하면 좋다. 또, 2θ-sin²ψ선 도로부터 압축 응력을 구할 때에는, 반드시 영률을 이용할 필요는 없고, 격자 정수 및 격자면 간격을 대용하여 압축 응력을 산출하더라도 좋다.

<제1 피복층의 조성>

상기 제1 피복층은 원소 주기율표의 IVa족 원소(Ti, Zr, Hf 등), Va족 원소(V, Nb, Ta 등), VIa족 원소(Cr, Mo, W 등), 알루미늄(Al), 규소(Si), 이트륨(Y), 붕소(B) 및 유황(S)을 포함하는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소와, 붕소, 탄소, 질소 및 산소를 포함하는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소의 화합물(단, 양 원소가 B인 경우를 제외한다)을 포함하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 알루미나를 포함하는 것으로, 더욱 더 바람직하게는 α 형의 결정 구조를 갖는 알루미나이다.

<제1 피복층의 결정 구조>

도 7 및 도 8은, 챔퍼부의 근교에서의 제1 피복층의 결정 구조를 모식적으로 도시하는 단면도이다. 또, 도 7 및 도 8은, 피막이 제1 피복층만으로 이루어지는 것을 도시하고 있다. 본 발명의 제1 피복층(8)은, 그것을 구성하는 화합물의 평균 결정 입자 직경이 미소한 미세 결정 조직 영역(10)과 그 평균 결정 입자 직경이 조대한 조대 결정 조직 영역(9)을 포함하는 층이다. 이러한 제1 피복층은, 화합물의 결정입자가 집합되어 구성되는 것이지만, 그 결정 입자의 평균 결정 입자 직경이 10∼200㎚이 되는 결정 입자가 집합된 영역을 미세 결정 조직 영역으로 하고, 그 미세 결정 조직 영역에서의 결정보다 큰 결정 입자가 집합된 영역을 조대 결정 조직 영역으로 한다.

그리고, 그 미세 결정 조직 영역은, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 챔퍼부(4)에서의 제1 피복층(8)의 표면으로부터 깊이 A까지의 영역을 차지한다. 즉, 챔퍼부(4)에서의 제1 피복층(8)은, 두께 방향에서 2개의 영역으로 구성되고, 기재(7)측에는 조대 결정 조직 영역(9)이 존재하고, 표면측에는 미세 결정 조직 영역(10)이 존재하는 구성으로 되어 있고, 또한 미세 결정 조직 영역(10)의 두께가 제1 피복층(8)의 표면으로부터 깊이 A까지의 영역을 차지한다.

본 발명은 제1 피복층(8)을 이러한 구성으로 한 것에 의해, 내마모성과 내치핑성을 고도로 양립시키는 것에 성공한 것이다. 즉, 제1 피복층(8)의 표면에 미세 결정 조직 영역(10)을 형성함으로써, 피막이 파괴되는 단위가 작아지고, 그로 인해 내마모성이 향상된다. 더구나, 결정 입자가 미소화되는 것으로 결정 입자계가 증가하고, 이에 따라 피막 표면측에서 발생한 균열이 기재측을 향하여 진전하지 않고 내치핑성이 향상된다. 또한, 피막중에 결정 입자 직경이 다른 계면이 설치됨으로써, 균열의 진전이 미세 결정 조직 영역과 조대 결정 조직 영역의 계면에서 억제되어, 인성의 향상도 기대할 수 있다. 한편, 기재측에 조대한 결정 입자를 집합시킨 것은, 이로 인해 기재(7)를 구성하고 있는 결정에 따라서 제1 피복층(8)의 결정이 성장함으로써, 제1 피복층(8)과 기재(7)의 밀착성을 향상시키기 때문이다. 이와 같이 하여, 본 발명의 제1 피복층(8)은, 내마모성과 내치핑성을 고도로 양립시키고, 기재(7)와의 밀착성도 향상시키는 작용을 갖는 것이다.

상기 효과를 나타내기 위해서는, 미세 결정 조직 영역에서의 결정 입자의 평균 결정 입자 직경을 10㎚ 이상 200㎚ 이하로 하는 것이 필요하고, 보다 바람직하게는 15㎚ 이상 80㎚ 이하이다. 10㎚ 미만이면, 제1 피복층(8)을 구성하는 결정 조직을 구성하는 입자 사이의 결합력이 약해지기 때문에, 내마모성이 저하한다. 한편, 200㎚를 넘으면, 절삭 표면 피막의 결정 조직이 지나치게 거칠고, 피삭재에 대하여 응착 마모가 발생하여, 내마모성이 저하한다.

한편, 조대 조직 영역의 결정 입자의 평균 결정 입자 직경은, 미세 결정 조직 영역에서의 결정 입자의 평균 결정 입자 직경의 크기에 따라서 최적인 범위는 다르지만, 기본적으로는, 미세 결정 조직 영역에서의 결정 입자의 평균 결정 입자 직경보다 큰 것이면 좋고, 보다 바람직하게는 200㎚ 이상이며, 더욱 바람직하게는 300㎚ 이상 1500㎚ 이하이다.

본 발명에 있어서, 결정 입자의 평균 결정 입자 직경은 이하와 같이 하여 구할 수 있다. 즉, 기재와 기재상에 형성된 피막(제1 피복층)을 FIB 가공재로서 단면이 보이도록 가공하고, 그 단면을 FE-SEM(전해 방출형 주사형 전자 현미경)에 의해서 관찰한다. 그때, 반사 전자상으로서 관찰함으로써, 동일한 결정 방위를 갖는 부분은 동일한 콘트라스트로 관찰되어, 이 동일 콘트라스트 부분을 하나의 결정 입자로 간주한다.

다음에, 이와 같이 하여 얻어진 화상에 대하여, 제1 피복층의 임의 개소에서 기재 표면에 대하여 평행한 임의 길이(바람직하게는 400㎛ 상당)의 직선을 긋는다. 그리고, 그 직선에 포함되는 결정 입자의 개수를 측정하고, 그 직선의 길이를 결정 입자의 개수로 나눈 것을, 제1 피복층의 그 부분에서의 평균 결정 입자 직경으로 한다.

또, 미세 결정 조직 영역과 조대 결정 조직 영역의 계면은, 예를 들면 투과형 전자 현미경(TEM)을 이용하여 피막(제1 피복층)의 단면을 관찰함으로써, 기재 표면에 대하여 수직인 방향의 결정 배향성이 변화하는 지점으로 한다. 또한, 그와 같은 결정 배향성이 있는 지점을 경계로 하여 명확한 변화를 도시하지 않고, 어느 정도의 폭(기재 표면에 대한 수직인 방향의 길이)을 갖고 변화하는 경우는, 그 폭의 중간점을 미세 결정 조직 영역과 조대 결정 조직 영역의 계면으로 한다.

<제1 피복층의 위치>

본 발명에 있어서, 피막이 복수층으로 이루어지는 경우에는, 제1 피복층은 피막의 기재측에 형성되어 있더라도 좋고, 피막의 표면측에 형성되어 있더라도 좋지만, 최외측 표면층인 것이 바람직하다. 이에 따라 제1 피복층이 피삭재와 접하는 것이 되어, 절삭 초기에서의 결손을 억제하여 절삭 성능의 향상과 장기 수명화를 꾀할 수 있기 때문이다. 또, 챔퍼부에서는, 제1 피복층이 피막의 최외측 표면층인 것이 필수적이다.

<제1 피복층의 층 두께>

본 발명에 있어서, 제1 피복층은 2㎛ 이상 30㎛ 이하의 층 두께를 갖는 것이 바람직하다. 또한 그 두께의 상한은 20㎛, 보다 바람직하게는 10㎛이며, 그 하한은 3㎛, 보다 바람직하게는 5㎛이다. 그 두께가 2㎛ 미만이면, 압축 잔류 응력이 부여되는 경우 그 효과가 충분하지 않기 때문에, 내치핑성 향상에 그다지 효과가 없고, 30㎛를 넘으면 기재 또는 제1 피복층의 내측에 위치하는 층과의 밀착성이 저하되는 경우가 있다.

<제1 피복층 이외의 층>

본 발명의 피막은, 상기 제1 피복층 이외에 1층 또는 2층 이상의 층을 포함할 수 있다. 이러한 층으로서는, 기재와 제1 피복층 사이에 형성되는 중간층이나 제1 피복층 상에 형성되는 최외 표면층을 예로 들 수 있다. 이들 층은 상기 제1 피복층이 전술한 바와 같은 효과를 나타내는 데 대하여, 내산화성이나 윤활성 등의 다른 작용을 부여하기 위해서 형성된다.

특히, 상기 중간층은 내마모성을 향상시키거나, 기재와의 밀착성을 향상시키는 것을 목적으로서 형성되는 것으로, 1층 또는 2층 이상 형성할 수 있다. 이러한 중간층은, 예를 들면 TiC, TiN, TiCN, TiCNO, TiSiN, TiAlN, TiZrCN, TiAlCrN, TiAlSiN, TiAlCrSiN 등에 의해 구성할 수 있다. 또, 이들 조성 중, 각 원자비는 종래 공지의 것을 특히 한정하지 않고 채용할 수 있다. 이러한 중간층은 0.2㎛ 이상 1㎛ 이하의 두께로서 형성하는 것이 바람직하고, -1GPa 이상 -0.1GPa 이하의 잔류 응력을 갖고 있는 것이 바람직하다.

상기 최외 표면층은 사용 종료된 날끝부의 식별을 위한 채색성 등을 목적으로 하여 형성되는 것으로, 1층 또는 2층 이상 형성할 수 있다. 이러한 최외 표면층은, 예를 들면 Cr, CrN, TiN, TiCN 등에 의해 구성할 수 있다. 또, 이들 조성 중, 각 원자비는 종래 공지의 것을 특히 한정하지 않고 채용할 수 있다. 이러한 최외 표면층은, 0.1㎛ 이상 0.3㎛ 이하의 두께로서 형성하는 것이 바람직하다.

<제조 방법>

우선, 기재의 경사면과 여유면이 교차하는 모서리에 대하여, 연삭 처리, 브러시 처리, 배럴 처리, 블라스트 처리 등을 함으로써, 챔퍼부를 형성한다. 그리고, 챔퍼부를 형성한 기재에 대하여 피막을 성막한다.

본 발명의 피막의 제조 방법은, 종래 공지의 방법을 특히 한정하지 않고 채용할 수 있지만, 화학 증착법(CVD법)에 의해 형성된 것이 바람직하다. CVD법을 이용하여 피막을 형성함으로써, 피막의 각 층은 인장 잔류 응력을 갖는 것이 되어, 기재와의 밀착성이 매우 높은 것으로 할 수 있다.

그리고, 상기에서 형성한 피막의 특히 제1 피복층의 챔퍼부에 대하여, 국소적으로 블라스트 처리를 행하는 것을 특징으로 한다. 이에 따라 챔퍼부에서의 제1 피복층의 표면측에 압축 응력을 부여하고, 챔퍼부에서의 제1 피복층의 표면으로부터 깊이 A의 위치까지의 결정 입자의 평균 결정 입자 직경이 10㎚ 이상 200㎚ 이하로 미세화된다.

여기서, 블라스트 처리는 지립(砥粒)을 직접 또는 물 등의 용매에 분산시킨 분산 용매를 준비하여, 그것을 제1 피복층의 표면에 충돌시킴으로써 실시한다. 본 발명에 있어서는, 분산 용매에 포함되는 액체의 농도를 연속적 또는 단계적으로 늘려서, 지립 농도를 서서히 묽게 하면서, 분산 용매에 차지하는 지립의 체적 비율을 5체적% 이상 40체적% 이하의 범위에서 변동시켜 블라스트 처리를 행한다. 또, 상기 지립은, 비중 및 경도가 다른 2종 이상의 분말을 혼합시킨 것을 이용하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 고경도로 비중이 낮은 다이아몬드, 질화붕소, 탄화규소 등을 포함하는 분말과, 저경도로 비중이 높은 지르코니아, 탄탈 카바이드, 텅스텐 카바이드 등을 포함하는 분말의 2종을 혼합시킨 것을 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 블라스트 처리를 2단계로 나누어서, 각각 다른 분말을 이용하여 처리를 행하더라도 좋다.

또한, 지립의 충돌 조건은, 피막의 구성이나 부여하는 압축 잔류 응력의 크기 등에 의해 적절하게 조절할 수 있지만, 투사압 0.01MPa 이상 0.5MPa 이하이며, 또한 투사 거리가 0.5㎜ 이상 50㎜ 이하이며, 투사 각도가 챔퍼부에 대하여 직각으로 투사하는 것이 바람직하다. 입자의 충돌 강도가 충분하지 않은 경우에는, 원하는 압축 잔류 응력을 부여할 수 없기 때문에, 적절한 강도로 충돌시키는 것이 바람직하다.

또, 본 발명은 상기 블라스트 처리를 행함으로써, 챔퍼부에서의 제1 피복층의 잔류 응력 및 결정 입자 직경을 변화시키는 것을 특징으로 하는 것이지만, 챔퍼부 이외의 제1 피복층의 일부가, 챔퍼부에서의 제1 피복층과 동등한 잔류 응력 및 결정 입자 직경을 갖는 경우나, 챔퍼부에서의 제1 피복층에 있어서, 부분적으로 상기 잔류 응력 및 결정 입자 직경을 만족하지 않는 경우이더라도, 본 발명의 효과가 손상되지 않는 한, 본 발명의 범위를 일탈하는 것이 아닌 것은 물론이다.

실시예

이하, 실시예를 들어 본 발명을 보다 상세히 설명하지만, 본 발명은 이들로 한정되지 않는다. 또, 실시예 및 비교예 중 피막의 화합물 조성은 XPS(X선 광전자 분광 분석 장치)에 의해서 확인했다.

우선, 86질량%의 WC와, 8.0질량%의 Co와, 2.0질량%의 TiC와, 2.0질량%의 NbC와, 2.0질량%의 ZrC를 배합한 원료 분말을 볼밀을 이용하여 72시간 습식 혼합했다. 계속해서, 그 혼합물을 건조시킨 후에, 프레스 성형하여 진공 분위기 내에서 1420℃의 온도로 1시간의 소결을 행함으로써, WC기(基) 초경합금제의 쓰로우어웨이(throwaway) 팁(형상 : 스미토모덴코우하드메탈(주) 제조 CNMG120408)의 기재를 제작했다.

이러한 기재의 칼날에 대하여, SiC 지립을 포함한 나일론성 브러시에 의해서 챔퍼 가공을 행하고, 챔퍼부로서 둥근 호우닝을 형성했다. 그 후, 기재의 표면을 세정했다.

다음에, 기재의 표면에 대하여, 종래 공지의 열 CVD법을 이용하여, 기재 상에 표 1의「층 구조」란에 표시한 피막의 각 층을 형성했다(표 1의「층 구조」란 중의 우측에 표시되는 조성의 층에서부터 순서대로 기재 상에 형성함). 예를 들면 실시예 3에서는, 기재 측에서부터 순서대로 0.3㎛의 층 두께의 TiN층, 10㎛의 층 두께의 TiCN 층을 형성한 후, 0.5㎛의 층 두께의 TiCNO층 및 4㎛의 층 두께의 κ-Al₂O₃층을 형성했다. 또, 각 실시예에서의 제1 피복층은 최외측 표면층이다.

그리고, 제1 피복층의 챔퍼부에 대하여, 피막보다 경도가 낮고 비중이 큰 지르코니아와, 고경도로 비중이 낮은 다이아몬드 지립을 이용하여, 블라스트 처리를 행했다. 구체적으로는, 액체의 농도를 연속적 또는 단계적으로 늘리면서, 지립 농도를 서서히 묽게 하여, 0.01∼0.5MPa의 투사압으로, 0.5∼50㎜의 투사 거리로 조정함으로써, 피막 챔퍼부의 블라스트 처리를 행했다. 이와 같이 하여 제1 피복층이 하기의 표 1에 표시하는 잔류 응력과 미세한 조직이 되도록 다른 2 종류의 수단으로 처리했다. 또한, 표 1의「증가 양태」란에, 그 잔류 응력의 증가 양태가「연속적」인지, 「단계적」인지를 표시했다. 비교예에 있어서는, 제1 피복층의 잔류 응력의 증가 모양이 일정하기 때문에, 「일정」이라고 표기했다.

각 실시예의 표면 피복 절삭 공구도, 이와 같은 방법에 의해 제작했다. 또, 각 비교예에 있어서는, 상기 블라스트 처리를 행하지 않은 것이 다르다는 것 외에는, 각 실시예와 같은 방법에 의해 제작했다.

상기에서 제작한 표면 피복 절삭 공구에 대하여, 전술한 sin²ψ법에 의해서 제1 피복층의 잔류 응력의 분포를 측정했다. 또한, 제1 피복층의 평균 결정 입자 직경에 대해서는 전술한 방법으로 피막의 단면 관찰을 행하는 것에 의해 실시했다.

또한, sin²ψ법에 의한 측정에 있어서, 사용한 X선의 에너지는 10keV이며, 회절선의 피크는 α 형 Al₂O₃의 (166)면으로 했다. 그리고, 측정한 회절 피크 위치를 가우스 함수의 피팅에 의해 결정하여, 2θ-sin²ψ선도의 기울기를 구하고, 영률로서는 다이내믹 경도계(MST제 나노인덴터)를 이용하여 구한 값을 채용하고, 프와송 비에는 Al₂O₃(0.2)의 값을 이용했다.

표 1 중 각 층의「막 두께」에는 피막의 막 두께를 표시하고, 피막을 구성하는 각 층의 층 두께는, 표 1 중 각 층의 옆에 괄호를 써서 표시했다. 이들의 막 두께 및 층 두께는, 표면 피복 절삭 공구의 표면에 대한 법선을 포함하는 평면으로 절단하고, 그 절단면을 SEM으로 관찰하여 얻어진 값을 채용했다.

또한, 표 1 중「깊이 A」 란에는, 제1 피복층의 표면에서 잔류 응력이 극소치가 되기까지의 거리를 나타내고, 그 잔류 응력의 극소치를 표 1의「극소치」란에 나타냈다. 또한,「증가 모양」란에는, 그 경사면 중심 방향 및 여유면 중심 방향으로 진행함에 따라서 증가하는 잔류 응력의 양태가「연속적」인지, 「단계적」인지를 나타냈다.

또한, 「평균 입자 지름」의「미세」란에는, 챔퍼부에서의 제1 피복층의 표면으로부터 깊이 A까지의 결정 입자 직경(미세 결정 조직 영역)의 평균 결정 입자 직경을 나타내고, 「조대」란에는 상기 미세 결정 조직 영역 이외 부분의 제1 피복층의 결정 입자 직경(조대 결정 조직 영역)의 평균 결정 입자 직경을 나타냈다.

<절삭 시험>

각 실시예 및 각 비교예의 표면 피복 절삭 공구를 이용하여, 이하의 조건으로 선삭 절삭 가공 시험을 행했다.

피삭재 : FCD700 홈 딸린 둥근 막대

절삭 속도 : 230m/min

이송 속도 : 0.15㎜/rev

절삭 깊이 : 1.0㎜

절삭유 : 있음

절삭 시험을 시작하고 나서 표면 피복 절삭 공구에 치핑이 생기기까지의 시간을 표 2의「치핑 발생 시간」란에 나타냈다. 치핑 발생 시간이 길수록, 절삭 공구에 치핑이 생기기 어려운 것을 보이고 있다.

또한, 절삭 시험을 시작하고 나서 1분마다 표면 피복 절삭 공구를 노기스로 측정함으로써, 여유면의 마모 감소폭을 산출하고, 마모 감소폭이 평균적으로 0.25㎜를 넘기까지의 시간을 표 2의「공구 수명」란에 나타냈다. 공구 수명이 길수록, 표면 피복 절삭 공구의 수명이 긴 것을 보이고 있다.

표 2에 표시되는 결과로부터, 각 실시예의 표면 피복 절삭 공구는 각 비교예의 그것에 비하여, 여유면 마모량이 적고, 또한 치핑이 생기기 어려운 것이 분명하다. 이 결과로부터, 각 실시예의 표면 피복 절삭 공구는 각 비교예의 그것에 비하여, 내마모성 및 내치핑성이 우수한 것이라고 할 수 있다. 이와 같이 각 실시예의 표면 피복 절삭 공구의 내마모성 및 내치핑성이 향상된 것은, 챔퍼부에서의 제1 피복층의 결정을 미세화하고, 그 부분의 잔류 응력을 국소적으로 작게 한 것에 의한 것으로 생각된다.

이상의 결과로부터, 실시예의 표면 피복 절삭 공구는 비교예의 표면 피복 절삭 공구에 비하여, 내마모성 및 내치핑성이 우수한 것이 나타났다.

이상과 같이 본 발명의 실시의 형태 및 실시예에 관해서 설명을 했지만, 전술의 각 실시형태 및 실시예의 구성을 적절하게 조합하는 것도 당초부터 예정하고 있다.

이번 개시된 실시형태 및 실시예는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것은 아니라고 생각할 수 있다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니고 청구 범위에 의해서 표시되어, 청구범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것으로 의도된다.

1 : 표면 피복 절삭 공구 2 : 경사면
3 : 여유면 4 : 챔퍼부
5 : 피삭재 6 : 칩
7 : 기재 8 : 제1 피복층
9 : 조대 결정 조직 영역 10 : 미세 결정 조직 영역
20 : 관통 구멍

Claims

기재(7)와, 상기 기재(7) 상에 형성된 피막을 구비하는 표면 피복 절삭 공구(1)로서,
상기 표면 피복 절삭 공구(1)는, 경사면(2)과 여유면(3)이 교차하는 부분이 챔퍼부(4)로 되어 있고,
상기 피막은 1층 이상의 제1 피복층(8)을 포함하고,
상기 제1 피복층(8)은 상기 챔퍼부(4)에서의 상기 피막의 최외측 표면층이며,
상기 챔퍼부(4)에서의 상기 제1 피복층(8)은, 그 표면으로부터의 깊이가 2㎛ 이내의 깊이가 되는 깊이 A에서, 잔류 응력의 극소치를 가지고, 상기 깊이 A로부터 깊이 방향으로 더 깊어짐에 따라서, 연속적 또는 단계적으로 잔류 응력이 증가하며,
상기 잔류 응력의 극소치는, -7GPa 이상 -1GPa 이하이며,
상기 챔퍼부(4) 이외의 제1 피복층(8)은, 상기 잔류 응력의 극소치보다 큰 잔류 응력을 가지며,
상기 챔퍼부(4) 이외의 제1 피복층(8)은, 경사면 중심 방향 및 여유면 중심 방향으로 진행함에 따라서, 연속적 또는 단계적으로 잔류 응력이 증가하여 상기 기재(7)측에서 0GPa 이상 2GPa 이하의 잔류 응력을 가지며,
상기 챔퍼부(4)에서의 제1 피복층(8)에 있어서, 그 표면으로부터 상기 깊이 A까지의 영역은, 10㎚ 이상 200㎚ 이하의 평균 결정 입자 직경의 결정을 포함하는 미세 결정 조직 영역(10)이며,
상기 제1 피복층(8)은, 상기 챔퍼부(4)에서의 상기 깊이 A로부터 깊이 방향으로 더 깊어지는 영역, 및 상기 챔퍼부(4) 이외의 영역에서, 상기 미세 결정 조직 영역(10)에서의 결정보다 큰 결정을 포함하는 조대(粗大) 결정 조직 영역(9)인 것인 표면 피복 절삭 공구(1).
제1항에 있어서, 상기 제1 피복층(8)은, 2㎛ 이상 30㎛ 이하의 층 두께인 것인 표면 피복 절삭 공구(1).
제1항에 있어서, 상기 피막은, IVa족 원소, Va족 원소, VIa족 원소, Al, Si, Y, B 및 S를 포함하는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소와, 붕소, 탄소, 질소 및 산소를 포함하는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소의 화합물을 포함하는 것인 표면 피복 절삭 공구(1).
제1항에 있어서, 상기 피막은, 상기 제1 피복층(8) 이외에 1층 이상의 층을 포함하는 것인 표면 피복 절삭 공구(1).
제1항에 있어서, 상기 피막은, 그 전체 두께가 3㎛ 이상 50㎛ 이하인 것인 표면 피복 절삭 공구(1).
제1항에 있어서, 상기 제1 피복층(8)은, 알루미나를 포함하는 것인 표면 피복 절삭 공구(1).