KR101787496B1 - 절삭 공구 - Google Patents

절삭 공구 Download PDF

Info

Publication number
KR101787496B1
KR101787496B1 KR1020147000916A KR20147000916A KR101787496B1 KR 101787496 B1 KR101787496 B1 KR 101787496B1 KR 1020147000916 A KR1020147000916 A KR 1020147000916A KR 20147000916 A KR20147000916 A KR 20147000916A KR 101787496 B1 KR101787496 B1 KR 101787496B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
coating layer
flank
droplets
rake
face
Prior art date
Application number
KR1020147000916A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20140039290A (ko
Inventor
요시키 사카모토
마사히로 와키
야오찬 주
Original Assignee
쿄세라 코포레이션
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 쿄세라 코포레이션 filed Critical 쿄세라 코포레이션
Publication of KR20140039290A publication Critical patent/KR20140039290A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101787496B1 publication Critical patent/KR101787496B1/ko

Links

Images

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
    • B23B27/148Composition of the cutting inserts
    • 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
    • C23C30/00Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process
    • C23C30/005Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process on hard metal substrates
    • 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
    • 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
    • C23C28/042Coating 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 including a refractory ceramic layer, e.g. refractory metal oxides, ZrO2, rare earth oxides
    • 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
    • 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
    • B23B2228/00Properties of materials of tools or workpieces, materials of tools or workpieces applied in a specific manner
    • B23B2228/08Properties of materials of tools or workpieces, materials of tools or workpieces applied in a specific manner applied by physical vapour deposition [PVD]
    • 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
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T407/00Cutters, for shaping
    • Y10T407/27Cutters, for shaping comprising tool of specific chemical composition

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)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

[과제] 내용착성, 내마모성이 뛰어난 절삭 공구를 제공한다.
[해결 수단] 레이크면(3)과 플랭크면(4)의 교차 능선에 절삭날(5)을 갖고, 기체(2)의 표면에 CraM1 -a(C1 - xNx)(단, M은 Ti, Al, Si, W, Mo, Ta, Hf, Nb, Zr 및 Y로부터 선택되는 적어도 1종, 0.01≤a≤0.5, 0≤x≤1) 피복층(6)을 피복하고, 피복층(6)의 표면에는 드롭렛(7)이 존재함과 아울러 레이크면(3)에 존재하는 드롭렛(7)의 평균 조성이 플랭크면(4)에 존재하는 드롭렛(7)의 평균 조성에 비해서 Cr의 함유 비율이 높은 절삭 공구(1)이다.

Description

절삭 공구{CUTTING TOOL}
본 발명은 기체의 표면에 피복층이 성막되어 있는 절삭 공구에 관한 것이다.
현재, 절삭 공구나 내마 부재, 슬라이딩 부재와 같은 내마모성이나 슬라이딩성, 내결손성을 필요로 하는 부재에는 초경 합금이나 서멧 등의 소결 합금, 다이아몬드나 cBN(입방정 질화붕소)의 고경도 소결체, 알루미나나 질화규소 등의 세라믹스로 이루어지는 기체의 표면에 피복층을 성막하여 내마모성, 슬라이딩성, 내결손성을 향상시키는 방법이 사용되고 있다.
또한, 상기 물리 증착법으로서 아크 이온 플레이팅법이나 스퍼터링법을 이용하고 Ti나 Al을 주성분으로 하는 질화물층이 활발히 연구되고 있고, 공구 수명을 연명시키기 위한 개량이 계속되고 있다. 이들 표면 피복 공구는 절삭 속도의 고속화를 비롯한 절삭 환경의 변화, 피삭재의 다양화에 대응하기 위해서 피복 재료 원소 이외에도 다양한 연구가 시행되어 오고 있다.
예를 들면, 특허문헌 1에서는 기체의 표면에 TiAlN 등의 피막을 피복한 표면 피복 공구에 있어서, Ti의 비율을 레이크면보다 플랭크면에 있어서 높게 하는 것이 기재되어 있다. 또한, 특허문헌 2에서는 기재의 표면에 두께가 1~5㎛인 TiAlN계의 경질 피막을 형성하고, 경질 피막에 존재하는 막두께 이상의 크기를 가진 조대 입자가 5면적% 이하이고, 그 표면 거칠기(Ra)가 0.1㎛ 이하, 또는 표면 거칠기(Rz)가 1㎛ 이하로 하는 것이 기재되어 있다. 또한, 특허문헌 3에서는 기재 표면에 (AlCrV)N 등의 조성으로 이루어지는 피복막을 형성함과 아울러 피복막의 표면에 존재하는 매크로 파티클을 감소시킨 것이 개시되어 있다.
일본 특허 공개 2008-264975 호 공보 일본 특허 공개 2002-346812 호 공보 일본 특허 공개 2005-271155 호 공보
그러나, 특허문헌 1에 기재된 레이크면보다 플랭크면에 있어서 Ti의 비율을 높게 한 구성에서도 레이크면에 있어서의 피복층의 내열성과 내산화성이 불충분하고, 또한 플랭크면에 있어서는 내결손성이 불충분했다. 또한, 특허문헌 2에 기재되어 있는 조대 입자를 최대한 감소시킨 구성에서도 피복층의 내결손성이 불충분하다는 문제가 있었다. 또한, 특허문헌 3과 같이 TiAlN에 제 3 금속으로서 Cr을 함유시킨 조성에 있어서도 내마모성은 향상되지만 더욱 개선이 필요하고, 특히 피복층의 내부 응력에 의해 치핑이나 막의 박리가 발생하는 경우가 있어 더욱 내결손성의 향상이 요망되고 있었다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 것이고, 그 목적은 국소마다 최적의 절삭 성능을 발휘할 수 있는 피복층을 구비한 절삭 공구를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 절삭 공구는 기체의 표면에 CraM1 -a(C1 - xNx)(단, M은 Ti, Al, Si, W, Mo, Ta, Hf, Nb, Zr 및 Y로부터 선택되는 적어도 1종, 0.01≤a≤0.5, 0≤x≤1)로 이루어지는 피복층을 피복해서 이루어짐과 아울러 레이크면과 플랭크면의 교차 능선에 절삭날을 갖고 있고, 상기 피복층의 표면에는 드롭렛이 존재함과 아울러 상기 레이크면에 존재하는 상기 드롭렛의 평균 조성이 상기 플랭크면에 존재하는 상기 드롭렛의 평균 조성에 비해서 Cr의 함유 비율이 높은 것이다.
[발명의 효과]
본 발명의 절삭 공구에 의하면, 기체를 피복하는 피복층의 표면에 드롭렛이 존재하지만, 절삭 시에 레이크면 상을 절삭 부스러기가 통과해도 Cr의 함유량이 많은 드롭렛의 존재에 의해 절삭 부스러기가 레이크면에 전체면 접촉하지 않아 피복층의 표면이 그다지 고온으로 되지 않는다. 또한, 레이크면 쪽이 플랭크면에 비해서 Cr의 함유 비율이 높으므로 레이크면 상에 존재하는 드롭렛의 윤활성이 높아 절삭 부스러기와의 마찰 저항을 작게 할 수 있음과 아울러 플랭크면에 있어서는 드롭렛 내의 Cr 비율이 적으므로 조기에 소멸해버려 가공 시의 마무리면 상태가 개선된다.
도 1은 본 발명의 절삭 공구의 일례를 나타내고, (a)는 개략 사시도, (b)는 (a)의 X-X 단면도이다.
본 발명의 절삭 공구에 대한 적합한 실시형태 예인 도 1[(a)는 개략 사시도, (b)는 (a)의 X-X 단면도]을 이용해서 설명한다.
도 1에 의하면, 절삭 공구(1)는 주면에 레이크면(3)을, 측면에 플랭크면(4)을, 레이크면(3)과 플랭크면(4)의 교차 능선에 절삭날(5)을 갖고, 기체(2)의 표면에 피복층(6)을 성막한 구성으로 되어 있다.
그리고, 기체(2)의 표면에 CraM1 -a(C1 - xNx)(단, M은 Ti, Al, Si, W, Mo, Ta, Hf, Nb, Zr 및 Y로부터 선택되는 적어도 1종, 0.01≤a≤0.5, 0≤x≤1)로 이루어지는 피복층(6)을 피복하고, 도 1(b)에 나타내는 바와 같이 피복층(6)의 표면에는 드롭렛(7)이라 불리우는 피복층(6)의 조성과는 다른 조성의 입상 물질이 존재한다. 그리고, 레이크면(3)에 존재하는 드롭렛(7)의 평균 조성은 플랭크면(4)에 존재하는 드롭렛(7)의 평균 조성에 비해서 Cr의 함유 비율이 높은 구성으로 되어 있다. 여기서, 본 발명에 있어서의 레이크면(3) 및 플랭크면(4)에 존재하는 드롭렛의 평균 조성은 레이크면(3) 및 플랭크면(4)에 대하여 현미경 관찰을 행해 1시야 10㎛×10㎛의 임의 영역 내에 존재하는 직경 0.3㎛ 이상의 드롭렛 각각의 조성을 에너지 분산 분광 분석(EDS)에 의해 측정하고, 이것들의 평균값을 가리킨다.
이 구성에 의하면, 절삭 시에 레이크면(3) 상을 절삭 부스러기가 통과해도 드롭렛(7)의 존재에 의해 절삭 부스러기가 레이크면에 전체면 접촉하지 않아 피복층(6)의 표면이 그다지 고온으로 되지 않는다. 또한, 레이크면(3) 쪽이 플랭크면(4)에 비해서 드롭렛(7) 내의 Cr의 함유 비율이 높으므로, 레이크면(3) 상에 존재하는 드롭렛(7)의 윤활성이 높고, 또한 절삭액을 피복층(6)의 표면에서 액을 유지하는 효과도 발휘함과 아울러 플랭크면(4)에 있어서는 드롭렛(7) 내의 Cr의 함유 비율이 낮아서 조기에 소멸해버려 가공 시의 마무리면 상태가 개선된다.
또한, 피복층(6)으로서는 상기 조성식에 있어서 M으로서 적어도 Ti 또는 Al 중 어느 한쪽을 필수로서 함유하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 피복층(6)의 경도 및 인성(靭性)을 높일 수 있어 절삭 공구(1)의 내마모성 및 내결손성이 향상된다. 또한, 피복층(6)의 바람직한 조성은 M으로서 Ti를 필수로서 포함하는 것이나, M으로서 Ti와 Al을 필수로서 포함함과 아울러, 또한 Si, W, Mo, Ta, Hf, Nb, Zr 및 Y로부터 선택되는 적어도 1종(M')을 함유하는 것이 좋다. 구체적으로는 CraTibAlcM'd (C1 - xNx)(단, M'은 Si, W, Mo, Ta, Hf, Nb, Zr 및 Y로부터 선택되는 적어도 1종, 0.01≤a≤0.25, 0.3≤b≤0.8, 0≤c≤0.6, 0≤d≤0.25, a+b+c+d=1, 0≤x≤1)로 이루어진다. 이 조성이면, 피복층(6)은 산화 개시 온도가 높아져서 내산화성이 높고 또한 내재하는 내부 응력을 저감할 수 있어서 내결손성이 높다. 또한, 피복층(6)은 경도 및 기체(2)와의 밀착성도 높으므로, 피복층(6)은 난삭재(難削材)의 가공이나 건식 절삭, 고속 절삭 등의 가혹한 절삭 조건에 있어서의 내마모성 및 내결손성이 뛰어난 것으로 된다.
즉, 피복층(6)에 있어서 a(금속 Cr 조성 비율)가 0.01보다 작으면 피복층(6)의 내산화성 및 윤활성이 저하한다. a(금속 Cr 조성 비율)가 0.5보다 크면 피복층(6)의 내마모성이 저하한다. a의 특히 바람직한 범위는 0.04≤d≤0.15이다. b(Ti 조성 비율)가 0.3 이상이면 피복층(6)의 결정 구조가 입방정으로부터 육방정으로 변화하지 않고, 경도가 높아서 내마모성이 높다. b(Ti 조성 비율)가 0.8 이하이면 피복층(6)의 내산화성 및 내열성이 높다. b의 특히 바람직한 범위는 0.45≤a≤0.5이다. 또한, c(Al 조성비)가 0.6 이하이면 피복층(6)의 결정 구조가 입방정으로부터 육방정으로 변화하지 않고 높은 경도가 유지된다. c의 특히 바람직한 범위는 0.48≤b≤0.52이다. 또한, d(금속 M 조성 비율)가 0.25 이하이면 피복층(6)의 내산화성 또는 경도가 저하하지 않고 높은 내마모성이 유지된다. d의 특히 바람직한 범위는 0.03≤d≤0.22이다.
또한, 금속 M'은 Si, W, Mo, Ta, Hf, Nb, Zr, Y로부터 선택되는 1종 이상이지만, 그 중에서도 Si 또는 W를 함유하는 것이 경도가 뛰어난 점에서 바람직하고, Nb 또는 Mo를 함유하는 것이 내마모성ㆍ내산화성이 뛰어난 점에서 바람직하다.
또한, 피복층(6)의 비금속 성분인 C, N은 절삭 공구에 필요한 경도 및 인성이 뛰어난 것이며, x(N 조성 비율)의 특히 바람직한 범위는 0.9≤x≤1이다. 여기서, 본 발명에 의하면 상기 피복층(6)의 조성은 에너지 분산형 X선 분광 분석법(EDX) 또는 X선 광전자 분광 분석법(XPS)에 의해 측정할 수 있다.
또한, 피복층(6)의 레이크면(3)의 표면에 형성되는 드롭렛(7)의 Cr 함유 비율(CrDR)은 플랭크면(4)의 표면에 형성되는 드롭렛(7)의 Cr 함유 비율(CrDF)에 대하여 1.05≤CrDR/CrDF≤1.60인 것이 레이크면(3) 및 플랭크면(4)에 있어서의 내마모성을 함께 최적화할 수 있는 점에서 바람직하다.
또한, 존재하는 드롭렛(7)의 수는 레이크면(3)에 있어서의 10㎛×10㎛ 사방에서 0.3㎛ 이상의 드롭렛(7)이 15~50개, 바람직하게는 18~30개인 것이 절삭 부스러기의 통과에 의한 발열 완화의 점에서 바람직하다. 또한, 레이크면(3)에 있어서의 드롭렛(7)의 수가 플랭크면(4)에 존재하는 드롭렛(7)의 수보다 많은 것이 레이크면(3)이 절삭 부스러기의 통과에 의해 고온으로 되는 것을 완화함과 아울러 플랭크면(4)의 표면을 매끄럽게 해서 마무리면 품위를 향상시키는 점에서 바람직하다.
또한, 레이크면(3)에 있어서의 피복층(6)의 평균 조성에 있어서의 Cr의 비율이 플랭크면(4)에 있어서의 피복층(6)의 평균 조성보다 큰 것이 윤활성의 향상에 의해 크레이터 마모의 억제, 및 절삭 부스러기 배출성이 향상되는 점에서 바람직하다.
또한, 피복층(6)이 Al을 함유할 경우 레이크면(3)의 표면에 형성되는 드롭렛(7)의 Al 함유 비율(AlDR)은 플랭크면(4)의 표면에 형성되는 드롭렛(7)의 Al 함유 비율(AlDF)에 대하여 1.00≤AlDR/AlDF≤1.10인 것이 레이크면(3) 및 플랭크면(4)에 있어서의 내마모성을 함께 최적화할 수 있는 점에서 바람직하다. 비율(AlDR/AlDF)의 특히 바람직한 범위는 1.00≤AlDR/AlDF≤1.02이다. 또한, 피복층(6)의 레이크면(3)의 표면에 형성되는 드롭렛(7)의 Ti 함유 비율(TiDR)은 플랭크면(4)의 표면에 형성되는 드롭렛(7)의 Ti 함유 비율(TiDF)에 대하여 0.91≤TiDR/TiDF≤0.97인 것이 레이크면(3) 및 플랭크면(4)에 있어서의 내치핑성을 함께 최적화할 수 있는 점에서 바람직하다. 비율(TiDR/TiDF)의 특히 바람직한 범위는 0.94≤TiDR/TiDF≤0.97이다.
또한, 다른 일 실시형태에서는 피복층(6)은 제 1 층(6a)과 제 2 층(6b) 등의 복수층이 반복해 교대로 적층된 교대 적층으로 이루어진다. 이 구성에 의하면, 피복층(6)의 경도가 향상됨과 아울러 크랙의 진전을 억제할 수 있어서 내결손성도 향상된다. 또한, 이 실시형태에서는 제 1 층(6a), 제 2 층(6b)… 등의 모든 박층이 Cr을 함유하는 것에 한정되지 않고, 제 1 층(6a), 제 2 층(6b)… 중 어느 1층 이상에서 Cr을 함유하는 것이면 좋다.
표면 피복층(6)의 성막 방법으로서는 이온 플레이팅법이나 스퍼터링법 등의 물리 증착(PVD)법이 적응 가능하고, 이러한 드롭렛(7)을 피복층(6) 표면 상에 형성하는 방법으로서는 아크 이온 플레이팅법이 적합하게 이용된다.
여기서, 레이크면(3)에 있어서의 피복층(6) 내 Cr의 함유 비율이 플랭크면(4)에 있어서의 피복층(6) 내 Cr의 함유 비율보다 많은 것이 절삭 공구(1)의 내마모성과 절삭 부스러기 처리성의 밸런스를 좋게 하는데 바람직하다.
또한, 기체(2)로서는 탄화텅스텐이나 탄질화티타늄을 주성분으로 하는 경질상과 코발트, 니켈 등의 철족 금속을 주성분으로 하는 결합상으로 이루어지는 초경 합금이나 서멧의 경질 합금, 질화규소나 산화알루미늄을 주성분으로 하는 세라믹스, 다결정 다이아몬드나 입방정 질화붕소로 이루어지는 경질상과 세라믹스나 철족 금속 등의 결합상을 초고압 하에서 소성하는 초고압 소결체 등의 경질 재료가 적합하게 사용된다.
(제조 방법)
이어서, 본 발명의 절삭 공구의 제조 방법에 대해서 설명한다.
우선, 공구 형상의 기체를 종래 공지의 방법을 이용해서 제작한다. 이어서, 기체의 표면에 피복층을 성막한다. 피복층의 성막 방법으로서 이온 플레이팅법이나 스퍼터링법 등의 물리 증착(PVD)법이 적합하게 적응 가능하다. 성막 방법의 일례에 대해서 상세히 설명하면, 피복층을 이온 플레이팅법으로 제작할 경우에는 금속 티타늄(Ti), 금속 알루미늄(Al), 금속 크롬(Cr), 및 소정의 금속(M)(단, M은 Si, W, Mo, Ta, Hf, Nb, Zr 및 Y로부터 선택되는 적어도 1종 이상)을 각각 독립적으로 함유하는 금속 타겟, 복합화한 합금 타겟 또는 소결체 타겟을 이용하여 챔버의 측벽면 위치에 세팅한다.
이때, 본 발명에 의하면 메인 타겟을 챔버의 측면에 세팅하고, 또한 다른 금속에 비해서 Cr의 함유 비율이 많은 타겟을 챔버의 상면에, 다른 금속의 함유 비율이 높은 타겟을 챔버의 측면에 세팅하고, 각각의 타겟에 아크 전류를 흘려서 성막한다. 그 결과, 성막된 피복층의 조성 및 드롭렛의 조성을 본 발명의 구성으로 할 수 있다. 또한, 타겟의 제작 방법으로서는 금속 분말을 혼합해서 소성해 굳힌 소결 타겟을 이용하면, 금속 성분을 용융시키고 다시 고화시킨 합금 타겟을 이용하는 것 보다 피복층의 표면에 석출되는 드롭렛의 양이 많아지는 경향이 있다.
성막 조건으로서는 이들 타겟을 이용하고, 아크 방전이나 글로우 방전 등에 의해 금속원을 증발시켜 이온화함과 동시에, 질소원인 질소(N2) 가스나 탄소원인 메탄(CH4)/아세틸렌(C2H2) 가스와 반응시키는 이온 플레이팅법 또는 스퍼터링법에 의해 피복층 및 드롭렛을 성막한다. 이때, 기체의 세팅 위치는 플랭크면이 챔버의 측면과 거의 평행하게, 또한 레이크면이 챔버의 상면과 거의 평행한 방향으로 세팅한다. 이때, 메인 타겟에는 100~200A, 상면의 Cr 성분을 많이 함유하는 서브 타겟에는 80~200A, 소망에 의해 측면에 배치하는 서브 타겟에는 120~250A의 아크 전류를 흘린다.
그리고, 발생한 아크 플라즈마에 대하여 타겟의 방향과 평행한 방향으로 자석을 배치하는 등의 방법에 의해 발생한 아크 플라즈마에 자장을 가함으로써, 플라즈마 내에 존재하는 증발한 각 금속 성분의 존재 상태를 변화시킴으로써 드롭렛의 조성을 소정의 범위로 제어할 수 있다. 또한, 이온 플레이팅법이나 스퍼터링법으로 상기 피복층을 성막할 때에는 피복층의 결정 구조를 고려해서 고경도의 피복층을 제작할 수 있음과 아울러 기체와의 밀착성을 높이기 위해서 35~200V의 바이어스 전압을 인가하는 것이 바람직하다.
실시예
평균 입경 0.8㎛의 탄화텅스텐(WC) 분말을 주성분으로 하고, 평균 입경 1.2㎛인 금속 코발트(Co) 분말을 10질량%, 평균 입경 1.0㎛인 탄화바나듐(VC) 분말을 0.1질량%, 평균 입경 1.0㎛인 탄화크롬(Cr3C2) 분말을 0.3질량%의 비율로 첨가해 혼합하고, 프레스 성형에 의해 DCGT11T302MFCQ 형상의 스로어웨이 팁 형상으로 성형한 후, 탈바인더 처리를 실시하고, 0.01㎩의 진공 중, 1450℃에서 1시간 소성해서 초경 합금을 제작했다. 또한, 각 시료의 레이크면 표면을 블라스트 가공, 브러시 가공 등에 의해 연마 가공했다. 또한, 제작한 초경 합금에 브러시 가공에 의해 날끝 처리(호닝)를 실시했다.
이와 같이 해서 제작한 기체에 대하여, 표 1에 나타내는 바이어스 전압을 인가하고, 메인 타겟, 측면의 서브 타겟, 상면의 서브 타겟에 대하여 소정의 아크 전류를 각각 흘리고, 또한 아크 전류를 발생시킨 타겟재에 대하여 챔버의 상하면에 링 형상의 영구 자석을 끼워 넣어서 타겟 방향으로부터 자장을 가하면서 성막 온도 540℃로 해서 표 2에 나타내는 레이크면 조성으로 표 4에 나타내는 플랭크면 조성의 피복층을 성막했다.
Figure 112014003301916-pct00001
Figure 112014003301916-pct00002
얻어진 시료에 대하여, 피복층 표면의 레이크면 및 플랭크면 각 면의 임의 3개소 및 레이크면 및 플랭크면 표면 상에 형성된 드롭렛을 관찰하고, 1시야에 있어서의 10㎛×10㎛의 임의 영역에 있어서의 직경 0.3㎛ 이상의 드롭렛의 개수를 측정하고, 측정 개소 5개소에 있어서의 평균 개수를 산출했다. 또한, 직경 0.3㎛ 이상의 각 드롭렛의 조성을 에너지 분산 분광 분석(EDS)(아메텍사제 EDAX)에 의해 측정하고, 이것들의 평균값을 피복층의 레이크면, 플랭크면 및 각 면 표면 상의 드롭렛의 평균 조성으로서 산출했다. 표 3 중, 레이크면에 형성된 드롭렛에 대해서 Cr, Al, Ti의 평균 함유량(원자%)을 각각 CrDR, AlDR, TiDR, 플랭크면에 형성된 드롭렛에 대해서 Cr, Al, Ti의 평균 함유량(원자%)을 각각 CrDF, AlDF, TiDF로 표기했다.
Figure 112014003301916-pct00003
이어서, 얻어진 외경 절삭 공구 DCGT11T302MFCQ 형상의 스로어웨이 팁을 이용해서 이하의 절삭 조건으로 절삭 시험을 행했다. 결과는 표 4에 나타냈다.
절삭 방법 : 외경 선삭 가공
피삭재 : 탄소강(S45C)
절삭 속도 : 130m/분
이송 : 0.05㎜/rev
슬릿 : 1.2㎜
절삭 상태 : 습식
평가 방법 : 500개 가공 후의 레이크면을 관찰해서 용착 상태를 확인했다. 또한, 공구 수명까지 가공할 수 있었던 가공수를 확인하고, 그때의 마모 형태를 확인했다.
Figure 112014003301916-pct00004
표 1~4에 나타내는 결과로부터 레이크면에 존재하는 드롭렛의 평균 조성이 플랭크면에 존재하는 드롭렛의 평균 조성에 비해서 Cr의 함유 비율이 낮은 시료 No.11에서는 레이크면에 있어서의 피삭재의 용착이 격렬하여 크레이터 마모의 진행이 빨라서 조기에 공구 수명으로 되고, 레이크면과 플랭크면에 존재하는 드롭렛의 평균 조성에 대한 Cr의 함유 비율이 동일한 시료 No.12에서도 레이크면에 있어서의 용착이 많아 조기에 마모가 진행됐다.
이것에 대하여, 본 발명의 범위 내인 시료 No.1~10에서는 모두 내마모성이 뛰어남과 아울러 평활한 가공면으로 가공할 수 있어서 양호한 절삭 성능을 발휘했다.
1 : 절삭 공구 2 : 기체
3 : 레이크면 4 : 플랭크면
5 : 절삭날 6 : 피복층
7 : 드롭렛

Claims (5)

  1. 기체의 표면에 CraM1 -a(C1 - xNx)(단, M은 Ti, Al, Si, W, Mo, Ta, Hf, Nb, Zr 및 Y로부터 선택되는 적어도 1종, 0.01≤a≤0.5, 0≤x≤1)로 이루어지는 피복층을 피복해서 이루어짐과 아울러 레이크면과 플랭크면의 교차 능선에 절삭날을 갖고 있고, 상기 피복층의 표면에는 드롭렛이 존재함과 아울러 상기 레이크면에 존재하는 상기 드롭렛의 평균 조성이 상기 플랭크면에 존재하는 상기 드롭렛의 평균 조성에 비해서 Cr의 함유 비율이 높은 것을 특징으로 하는 절삭 공구.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 피복층은 CraTibAlcM'd(C1 - xNx)(단, M'은 Si, W, Mo, Ta, Hf, Nb, Zr 및 Y로부터 선택되는 적어도 1종, 0.01≤a≤0.25, 0.3≤b≤0.8, 0≤c≤0.6, 0≤d≤0.25, a+b+c+d=1, 0≤x≤1)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 절삭 공구.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 레이크면에 존재하는 드롭렛의 수가 상기 플랭크면에 존재하는 드롭렛의 수보다 많은 것을 특징으로 하는 절삭 공구.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 레이크면에 있어서의 상기 피복층 내의 Cr의 함유 비율은 상기 플랭크면에 있어서의 상기 피복층 내의 Cr의 함유 비율보다 많은 것을 특징으로 하는 절삭 공구.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 피복층은 다른 조성의 복수의 박층을 교대로 반복해 적층한 교대 적층 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 절삭 공구.
KR1020147000916A 2011-07-25 2012-07-25 절삭 공구 KR101787496B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2011-162250 2011-07-25
JP2011162250 2011-07-25
PCT/JP2012/068793 WO2013015302A1 (ja) 2011-07-25 2012-07-25 切削工具

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20140039290A KR20140039290A (ko) 2014-04-01
KR101787496B1 true KR101787496B1 (ko) 2017-10-18

Family

ID=47601143

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020147000916A KR101787496B1 (ko) 2011-07-25 2012-07-25 절삭 공구

Country Status (6)

Country Link
US (1) US9085032B2 (ko)
EP (1) EP2737967B1 (ko)
JP (1) JP5174292B1 (ko)
KR (1) KR101787496B1 (ko)
CN (1) CN103648692B (ko)
WO (1) WO2013015302A1 (ko)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101758691B1 (ko) * 2012-06-27 2017-07-18 쿄세라 코포레이션 절삭 공구
US10179366B2 (en) * 2014-03-25 2019-01-15 Kanefusa Kabushiki Kaisha Cutting tool
JP6419220B2 (ja) * 2015-01-28 2018-11-07 京セラ株式会社 被覆工具
EP3479938A4 (en) * 2016-06-29 2020-03-04 Sumitomo Electric Hardmetal Corp. CUTTING TOOL
RU2639189C1 (ru) * 2017-03-10 2017-12-20 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный технический университет" Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента
KR102009687B1 (ko) * 2017-12-28 2019-08-12 한국야금 주식회사 경질피막이 형성된 절삭공구
CN113853265B (zh) * 2019-08-06 2024-03-01 住友电工硬质合金株式会社 切削工具
US11103944B2 (en) 2019-08-12 2021-08-31 Deere & Company Self-sharpening cutting tooth for a felling apparatus
KR20230134254A (ko) * 2022-03-14 2023-09-21 한국야금 주식회사 경질피막 절삭공구

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010188512A (ja) 2009-01-21 2010-09-02 Kyocera Corp 切削工具
JP2010228016A (ja) 2009-03-26 2010-10-14 Kyocera Corp 切削工具

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3825399C5 (de) * 1988-07-23 2005-05-12 Cemecon Ag PVD- oder Plasma- CVD-Beschichtung
JP4112836B2 (ja) * 2001-06-19 2008-07-02 株式会社神戸製鋼所 切削工具用硬質皮膜を形成するためのターゲット
JP2002346812A (ja) * 2001-05-25 2002-12-04 Ngk Spark Plug Co Ltd 切削工具及びホルダ付き工具
JP4132931B2 (ja) * 2002-04-11 2008-08-13 株式会社神戸製鋼所 硬質皮膜被覆工具およびその製造方法
US7226670B2 (en) * 2003-04-28 2007-06-05 Oc Oerlikon Balzers Ag Work piece with a hard film of AlCr-containing material, and process for its production
JP4575009B2 (ja) * 2004-03-25 2010-11-04 住友電工ハードメタル株式会社 被覆切削工具
CN101400465A (zh) * 2006-03-28 2009-04-01 京瓷株式会社 表面被覆工具
US7960016B2 (en) * 2007-03-23 2011-06-14 Oerlikon Trading Ag, Truebbach Wear resistant hard coating for a workpiece and method for producing the same
JP5046726B2 (ja) * 2007-04-24 2012-10-10 京セラ株式会社 表面被覆切削工具
CN101855035B (zh) * 2007-10-12 2013-03-27 日立工具股份有限公司 被覆有硬质被膜的部件及其制造方法
WO2009119682A1 (ja) * 2008-03-26 2009-10-01 京セラ株式会社 切削工具
US8623525B2 (en) * 2010-03-29 2014-01-07 Kyocera Corporation Cutting tool
WO2011122554A1 (ja) 2010-03-29 2011-10-06 京セラ株式会社 切削工具

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010188512A (ja) 2009-01-21 2010-09-02 Kyocera Corp 切削工具
JP2010228016A (ja) 2009-03-26 2010-10-14 Kyocera Corp 切削工具

Also Published As

Publication number Publication date
EP2737967A1 (en) 2014-06-04
EP2737967B1 (en) 2017-02-01
WO2013015302A1 (ja) 2013-01-31
CN103648692B (zh) 2015-11-25
KR20140039290A (ko) 2014-04-01
CN103648692A (zh) 2014-03-19
JPWO2013015302A1 (ja) 2015-02-23
EP2737967A4 (en) 2015-06-03
US9085032B2 (en) 2015-07-21
JP5174292B1 (ja) 2013-04-03
US20140271000A1 (en) 2014-09-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101787496B1 (ko) 절삭 공구
KR101635487B1 (ko) 절삭 공구
KR101685446B1 (ko) 절삭 공구
KR101635488B1 (ko) 절삭 공구
JP5066301B2 (ja) 切削工具
KR101710501B1 (ko) 절삭 공구
KR101758691B1 (ko) 절삭 공구
JP5922546B2 (ja) 切削工具
JP5713663B2 (ja) 切削工具
JP2014144506A (ja) 切削工具

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant