KR102054565B1

KR102054565B1 - 표면 피복 절삭 공구

Info

Publication number: KR102054565B1
Application number: KR1020177000485A
Authority: KR
Inventors: 히데아키 가나오카; 신야 이마무라; 아농색 파수트; 다카노리 데타니
Original assignee: 스미또모 덴꼬오 하드메탈 가부시끼가이샤
Priority date: 2015-10-09
Filing date: 2016-06-21
Publication date: 2019-12-10
Also published as: US9863064B2; JP2017071054A; CN106856660A; EP3360630A1; KR20180026656A; US20170268124A1; CN106856660B; WO2017061144A1; JP6459073B2; EP3360630B1; EP3360630A4

Abstract

표면 피복 절삭 공구는, 기재와 이 기재 상에 형성된 피막을 구비하고, 상기 피막은 α-Al₂O₃층을 포함하고, 상기 α-Al₂O₃층은, 복수의 α-Al₂O₃의 결정립과 함께 복수의 κ-Al₂O₃의 결정립을 포함하며 또한 배향성 지수 TC(hkl)에 있어서 TC(006)가 5를 넘고, 상기 피막에 대한 X선 회절의 측정 데이터로부터 얻어지는 상기 α-Al₂O₃의 결정립의 피크 카운트수의 합계(C_α)와, 상기 측정 데이터로부터 얻어지는 상기 κ-Al₂O₃의 결정립의 피크 카운트수의 합계(C_κ)의 합에 대한 상기 C_κ의 비율[C_κ/(C_α+C_κ)×100](%)은 0.05~7%이다.

Description

표면 피복 절삭 공구{SURFACE-COATED CUTTING TOOL}

본 발명은 표면 피복 절삭 공구에 관한 것이다.

종래부터 기재 상에 피막을 형성한 표면 피복 절삭 공구가 이용되고 있다. 최근 Al₂O₃의 결정 배향성을 변화시킴으로써 피막의 막질 개량을 도모하는 등, 표면 피복 절삭 공구의 성능 향상을 도모한 다양한 기술이 제안되어 있다. 예컨대, 일본 특허공개 2008-246664호 공보(특허문헌 1)에 있어서, 초경합금을 기재로 하는 데다 (006) 집합 조직을 갖는 α-Al₂O₃층을 갖춘 절삭 공구가 제안되어 있다.

또한, 일본 특허공개 평11-335816호 공보(특허문헌 2)에 있어서, 초경합금을 기재로 하는 데다 κ-Al₂O₃의 입자가 혼재하는 영역을 갖는 Al₂O₃층을 갖춘 절삭 공구가 제안되어 있다.

특허문헌 1: 일본 특허공개 2008-246664호 공보 특허문헌 2: 일본 특허공개 평11-335816호 공보

그러나, 상기 특허문헌 1, 2에 기재된 절삭 공구는, 내마모성을 높이고자 하면 내치핑성이 충분히 높아지지 않고, 내치핑성을 높이고자 하면 내마모성이 충분히 높아지지 않는다고 하는 과제가 있었다.

본 발명은 이러한 실정에 감안하여 이루어진 것으로, 우수한 내마모성과 함께 우수한 내치핑성을 갖는 피막을 형성함으로써, 장수명화를 달성할 수 있는 표면 피복 절삭 공구를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 양태에 따른 표면 피복 절삭 공구는, 기재와 이 기재 상에 형성된 피막을 구비하고, 이 피막은 α-Al₂O₃층을 포함하고, 이 α-Al₂O₃층은 복수의 α-Al₂O₃의 결정립과 함께 복수의 κ-Al₂O₃의 결정립을 포함하며 또한 배향성 지수 TC(hkl)에 있어서 TC(006)이 5를 넘고, 상기 피막에 대한 X선 회절의 측정 데이터로부터 얻어지는 상기 α-Al₂O₃의 결정립의 피크 카운트수의 합계(C_α)와, 상기 측정 데이터로부터 얻어지는 상기 κ-Al₂O₃의 결정립의 피크 카운트수의 합계(C_κ)의 합에 대한 상기 C_κ의 비율[C_κ/(C_α+C_κ)×100](%)은 0.05~7%이다.

전술한 바에 따르면, 우수한 내마모성과 함께 우수한 내치핑성을 발휘하여 장수명화를 달성할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 양태에 따른 표면 피복 절삭 공구에 있어서의 피막의 X선 회절(XRD)법에 의한 XRD 패턴의 일례를 도시한 도면이다.

[본 발명의 실시형태의 설명]

본 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위해서 예의 검토를 거듭하여 본 발명에 도달했다. α-Al₂O₃의 결정립의 핵 생성 시에 다량의 CO를 펄스형으로 변동시키면서 도입함으로써, α-Al₂O₃층 중에 κ-Al₂O₃의 결정립을 특정 비율로 혼재시켰다. 이에 따라, 우수한 내마모성과 함께 우수한 내치핑성을 발휘하는 것을 알아냈다.

처음에 본 발명의 실시양태를 열기하여 설명한다.

[1] 본 발명의 일 양태에 따른 표면 피복 절삭 공구는, 기재와 이 기재 상에 형성된 피막을 구비하고, 이 피막은 α-Al₂O₃층을 포함하고, 이 α-Al₂O₃층은, 복수의 α-Al₂O₃의 결정립과 함께 복수의 κ-Al₂O₃의 결정립을 포함하며 또한 배향성 지수 TC(hkl)에 있어서 TC(006)이 5를 넘고, 상기 피막에 대한 X선 회절의 측정 데이터로부터 얻어지는 상기 α-Al₂O₃의 결정립의 피크 카운트수의 합계(C_α)와, 상기 측정 데이터로부터 얻어지는 상기 κ-Al₂O₃의 결정립의 피크 카운트수의 합계(C_κ)의 합에 대한 상기 C_κ의 비율[C_κ/(C_α+C_κ)×100](%)은 0.05~7%이다. 이러한 구성에 의해서 표면 피복 절삭 공구는 우수한 내마모성과 함께 우수한 내치핑성을 갖출 수 있다.

[2] 상기 α-Al₂O₃층은 평균 층 두께가 2~15 ㎛인 것이 바람직하다. 이에 따라, 내마모성과 내치핑성을 양립시킬 수 있다.

[3] 상기 피막은, 그 표면에 Ti의 탄화물, 질화물 또는 붕화물 중 어느 것을 주성분으로 하는 최표면층이 배치되는 것이 바람직하다. 이에 따라, 공구의 코너 식별이 용이하게 된다.

[4] 상기 피막은, 상기 α-Al₂O₃층과 상기 기재 사이에 중간층을 가지고, 상기 중간층은, 바늘형의 TiCNO 또는 바늘형의 TiBN을 포함하며 또한 평균 층 두께가 0.3~1 ㎛이고, 상기 중간층의 최대 두께와 최소 두께의 차가 0.3 ㎛ 이상인 것이 바람직하다. 이에 따라, 피막 중에 있어서의 α-Al₂O₃층의 밀착성을 향상시킬 수 있다.

[5] 상기 α-Al₂O₃층은, 그 표면부에서 내부 방향으로 향하여 깊이 1 ㎛ 이내의 영역을 대상으로 한 전자선 후방 산란 회절 장치를 이용한 해석으로부터 얻어지는 측정 시야 중 모든 Al₂O₃의 결정립에서 차지하는 상기 κ-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율(X)이 0.1~20%인 것이 바람직하다. 이에 따라 우수한 내마모성, 우수한 내치핑성을 유지하면서 절삭 가공 초기에 있어서의 피막의 균열 발생을 효과적으로 억제할 수 있다.

[6] 상기 α-Al₂O₃층은, 그 표면부에서 내부 방향으로 향하여 깊이 1 ㎛를 넘는 영역을 대상으로 한 전자선 후방 산란 회절 장치를 이용한 해석으로부터 얻어지는 측정 시야 중 모든 Al₂O₃의 결정립에서 차지하는 상기 κ-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율(Y)이 상기 면적 비율(X)보다도 작은 것이 바람직하다. 이에 따라, 우수한 내마모성, 우수한 내치핑성을 유지하면서 절삭 가공 초기에 있어서의 피막의 균열 발생을 보다 효과적으로 억제할 수 있다.

[본 발명의 실시형태의 상세]

이하 본 발명의 실시형태(이하 「본 실시형태」라고도 기재한다)에 관해서 더욱 상세히 설명한다.

<표면 피복 절삭 공구>

본 실시형태의 표면 피복 절삭 공구는, 기재와 이 기재 상에 형성된 피막을 구비한다. 피막은 기재의 전면(全面)을 피복하는 것이 바람직하다. 그러나, 기재의 일부가 이 피막으로 피복되어 있거나 피막의 구성이 부분적으로 다르거나 하여도 본 발명의 범위에서 벗어나는 것은 아니다.

본 실시형태의 표면 피복 절삭 공구는, 드릴, 엔드밀, 드릴용 날끝 교환형 절삭 칩, 엔드밀용 날끝 교환형 절삭 칩, 프라이즈 가공용 날끝 교환형 절삭 칩, 선삭 가공용 날끝 교환형 절삭 칩, 메탈 소오, 기어 컷팅 공구, 리머, 탭 등의 절삭 공구로서 적합하게 사용할 수 있다.

<기재>

기재는, 이런 유형의 기재로서 종래 공지된 것이라면 어느 것이나 사용할 수 있다. 예컨대, 초경합금(예를 들어, WC기 초경합금, WC 외에, Co를 포함하거나 혹은 Ti, Ta, Nb 등의 탄질화물을 첨가한 것도 포함함), 서멧(TiC, TiN, TiCN 등을 주성분으로 하는 것), 고속도강, 세라믹스(탄화티탄, 탄화규소, 질화규소, 질화알루미늄, 산화알루미늄 등), 입방정형 질화붕소 소결체 또는 다이아몬드 소결체 중 어느 것인 것이 바람직하다.

이들 각종 기재 중에서도 초경합금, 특히 WC기 초경합금 또는 서멧(특히 TiCN기 서멧)을 선택하는 것이 바람직하다. 이들 기재는 특히 고온에 있어서의 경도와 강도의 밸런스가 우수하여, 전술한 용도의 표면 피복 절삭 공구의 기재로서 우수한 특성을 갖고 있다.

표면 피복 절삭 공구가 날끝 교환형 절삭 칩 등인 경우, 기재는 칩 브레이커를 갖는 것도, 갖지 않는 것도 포함된다. 또한, 날끝 능선부는, 그 형상이 샤프 엣지[레이크면과 플랭크면이 교차하는 능(稜)], 호닝[샤프 엣지에 대하여 아르를 부여한 것], 네거티브 랜드(모따기를 한 것), 호닝과 네거티브 랜드를 조합시킨 것 중에서 어느 것이나 포함된다.

<피막>

피막은 Al₂O₃층을 포함한다. 예컨대 피막은 α-Al₂O₃층을 1층 이상 포함하고, 추가로 다른 층을 포함한 복수의 층으로 구성될 수 있다.

상기 다른 층으로서 TiCNO층 또는 TiBN층, TiC층, TiN층, TiAlN층, TiSiN층, AlCrN층, TiAlSiN층, TiAlNO층, AlCrSiCN층, TiCN층, TiSiC층, CrSiN층, AlTiSiCO층, TiSiCN층 등을 예시할 수 있다. 여기서는 본 명세서에서 전술한 것과 같이 화합물을 화학식으로 나타낼 때, 원자비를 특별히 한정하지 않는 경우는 종래 공지된 모든 원자비를 포함하며, 반드시 화학양론적 범위의 것에 한정되지 않는다.

예컨대 「TiAlN」이라고 기재되어 있는 경우, TiAlN을 구성하는 원자수의 비는 Ti:Al:N=0.5:0.5:1에 한정되지 않고, 종래 공지된 모든 원자비가 포함된다. 이것은, 「TiAlN」 이외의 화합물의 기재에 관해서도 마찬가지이다. 또한, 본 실시형태에 있어서 Ti, Al, Si, Zr 또는 Cr 등의 금속 원소와, N(질소), O(산소) 또는 C(탄소) 등의 비금속 원소는 반드시 화학양론적인 조성을 구성하고 있을 필요가 없다.

피막은, 평균 층 두께가 3~35 ㎛(3 ㎛ 이상 35 ㎛ 이하, 또한 본원에서 수치 범위를 「~」를 이용하여 나타내는 경우, 그 범위는 상한 및 하한의 수치를 포함하는 것으로 함)이다. 또한 피막의 평균 층 두께는 5~20 ㎛인 것이 적합하다. 이 평균 층 두께가 3 ㎛ 미만이면, 내마모성이 불충분하게 될 우려가 있다. 이 평균 층 두께가 35 ㎛를 넘으면, 단속 가공에 있어서 피막과 기재 사이에 큰 응력이 가해졌을 때에, 피막의 박리 또는 파괴가 높은 빈도로 발생할 우려가 있다.

<α-Al₂O₃층>

α-Al₂O₃층은, 복수의 α-Al₂O₃(결정 구조가 α형인 산화알루미늄)의 결정립과 복수의 κ-Al₂O₃(결정 구조가 κ형인 산화알루미늄)의 결정립을 포함하고 있다. 즉, 이 층은, 복수의 α-Al₂O₃의 결정립을 포함한 다결정의 α-Al₂O₃와, 복수의 κ-Al₂O₃의 결정립을 포함한 다결정의 κ-Al₂O₃을 포함하고 있다. 통상 α-Al₂O₃의 결정립은 약 0.1~2 ㎛ 정도의 크기의 입경이고, κ-Al₂O₃의 결정립은 약 0.01~1 ㎛ 정도의 크기의 입경이다.

<α-Al₂O₃층의 TC(006)>

α-Al₂O₃층은 하기 수학식 1로 표시되는 배향성 지수 TC(hkl)에 있어서 TC(006)가 5를 넘는다.

수학식 1에서, I(hkl)은 (hkl) 반사면의 X선 회절 강도를 나타내고, I₀(hkl)은, ICDD의 PDF 카드 번호 00-010-0173에 의한 표준 강도를 나타낸다. 또한 수학식 1에서의 n은 계산에 이용한 반사수를 나타내며, 본 실시형태에서는 8이다. 반사에 이용한 (hkl)면은 (012), (104), (110), (006), (113), (024), (116) 및 (300)이다.

ICDD(등록상표)란, International Centre for Diffraction Data(국제회절데이터센터)의 약칭이다. 또한, PDF(등록상표)란, Powder Diffraction File의 약칭이다.

또한, 본 실시형태의 α-Al₂O₃층의 TC(006)는 하기 수학식 2로 표시할 수 있다.

따라서, 「배향성 지수 TC(hkl)에 있어서 TC(006)가 5를 넘는다」란, 상기 수학식 1에 TC(006)를 대입하여 이루어지는 상기 수학식 2에 의해 구해지는 수치가 5를 넘는 것을 의미한다. 그리고, TC(006)의 값이 5를 넘는 α-Al₂O₃층은, 경도와 영율이 가혹한 절삭 조건에 따른 충격 및 진동에 대하여 우수하게 되기 때문에, 내마모성의 향상에 이바지할 수 있다.

상기 TC(006)의 값은 6을 넘는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 7을 넘는다. TC(006)의 값이 클수록 내마모성을 효과적으로 향상시킬 수 있다. TC(006)의 값의 상한은 제한되지 않지만, 계산에 이용한 반사면이 8개이므로 8 이하로 하면 된다.

이상과 같은 TC(hkl)의 측정은, X선 회절 장치를 이용한 분석에 의해 가능하게 된다. TC(hkl)는, 예컨대, 리가크가부시키가이샤 제조의 SmartLab(등록상표)(스캔 스피드: 21.7°/분, 스텝: 0.01°, 스캔 범위: 15~140°)를 이용하여 다음과 같은 조건으로 측정할 수 있다. 이때, 본 실시형태에 있어서, X선 회절 장치를 이용한 TC(hkl)의 측정 결과를 「XRD 결과」라고 부른다.

특성 X선: Cu-Kα

관 전압: 45 kV

관 전류: 200 mA

필터: 다층 미러

광학계: 집중법

X선 회절법: θ-2θ법.

X선 회절 장치를 이용함에 있어서, 표면 피복 절삭 공구의 플랭크면에 X선을 조사하여도 좋고, 레이크면에 X선을 조사하여도 좋다. 그러나, 통상 레이크면에는 요철이 형성되고, 이에 대하여 플랭크면은 평탄하게 되어 있으므로, 외란 인자를 배제하기 위해서, 플랭크면에 X선을 조사하는 것이 바람직하다. 특히, 날끝 능선부에서부터 2~4 mm 정도의 범위로 넓어지는 플랭크면 상의 부위에 X선을 조사하면 결과의 재현성이 높아지기 때문에 바람직하다.

<κ-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율>

본 실시형태에 있어서, 피막에 대한 X선 회절의 측정 데이터로부터 얻어지는 α-Al₂O₃의 결정립의 피크 카운트수의 합계(C_α)와, 상기 측정 데이터로부터 얻어지는 κ-Al₂O₃의 결정립의 피크 카운트수의 합계(C_κ)의 합에 대한 C_κ의 비율[C_κ/(C_α+C_κ)×100](%)은 0.05~7%이다.

즉, 피막에 대한 X선 회절의 측정 데이터를 이용함으로써, α-Al₂O₃층에 존재하는 α-Al₂O₃의 결정립이 차지하는 면적과 κ-Al₂O₃의 결정립이 차지하는 면적의 합계 중, κ-Al₂O₃의 결정립이 차지하는 면적의 비율(이하 「κ-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율」이라고 함)을 하기 수학식 3으로 규정할 수 있다. 그리고, κ-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율은 하기 수학식 3으로부터 유도되며, 0.05~7%의 범위가 된다.

수학식 3에서, C_α은 피막에 대한 X선 회절의 측정 데이터로부터 얻어진 α-Al₂O₃의 결정립의 피크 카운트수를 나타내고, C_κ는 피막에 대한 X선 회절의 측정 데이터로부터 얻어진 κ-Al₂O₃의 결정립의 피크 카운트수를 나타낸다.

피크 카운트수는, X선 회절 장치를 이용함으로써 산출할 수 있다. 예컨대, 전술한 TC(hkl)의 측정과 마찬가지로, 리가크가부시키가이샤 제조의 SmartLab(등록상표)(스캔 스피드: 21.7°/분, 스텝: 0.01°, 스캔 범위: 15~140°)를 이용하여 산출할 수 있다. 그리고, 전술한 TC(hkl)의 측정과 같은 조건으로 측정하여, 얻어진 피막에 대한 X선 회절 데이터에 기초하여 피크 카운트수를 산출할 수 있다. 피크 카운트수를 산출함에 있어서도 상기 TC(hkl)의 측정과 마찬가지로 표면 피복 절삭 공구의 플랭크면에 X선을 조사하여도 좋고, 레이크면에 X선을 조사하여도 좋다.

도 1은 X선 회절(XRD)법에 의해서 측정된 피막의 XRD 패턴의 일례이다. 도 1의 XRD 패턴으로부터, α-Al₂O₃의 결정립의 피크는, 횡축 2θ의 0° 측에서부터 제1 피크(1), 제2 피크(2), 제3 피크(3), 제4 피크(4), 제5 피크(5), 제6 피크(6), 제7 피크(7)의 총 7개가 존재한다고 인정된다. 그리고, 이들의 피크로부터 C_α를 산출하면 63001이 된다. 한편, κ-Al₂O₃의 결정립의 피크는, 도 1에서 화살표로 나타내어지는 하나의 피크가 존재한다. 그리고, 이 피크로부터 C_κ를 산출하면 2624가 된다.

이 C_α 및 C_κ의 수치를 상기 수학식 3에 적용하면 4%로 산출된다. 즉, 도 1에서 예시된 피막은, 상기 수학식 3에 기초하여, κ-Al₂O₃의 결정립이 4%의 면적 비율로 α-Al₂O₃층 중에 존재하고 있다고 말할 수 있다.

상기 비율[C_κ/(C_α+C_κ)×100](%)은 0.05~5%인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 0.7~4.8%이다. 이에 따라, 특히 우수한 내치핑성을 얻을 수 있다. 이 비율을 0.05% 미만으로 하면 내치핑성이 저하될 우려가 있다. 이 비율이 7%를 넘으면 내마모성에 악영향이 미칠 우려가 있다.

α-Al₂O₃층은 평균 층 두께가 1~15 ㎛인 것이 바람직하다. 이에 따라, 내마모성과 내치핑성을 양립시킬 수 있다. 또한, 평균 층 두께가 2~15 ㎛인 것이 보다 바람직하고, 평균 층 두께는 3~10 ㎛인 것이 특히 바람직하다. 이 평균 층 두께를 1 ㎛ 미만으로 하면 마모가 진행되기 쉽게 될 우려가 있다. 이 평균 층 두께가 15 ㎛를 넘으면 내치핑성이 저하될 우려가 있다.

<α-Al₂O₃층의 2개의 영역에 있어서의 κ-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율>

본 실시형태에 있어서 α-Al₂O₃층은, 그 표면부에서 내부 방향으로 향하여 깊이 1 ㎛ 이내의 영역을 대상으로 한 전자선 후방 산란 회절(EBSD: Electron Back Scatter Diffraction) 장치를 이용한 해석으로부터 얻어지는 측정 시야 중 모든 Al₂O₃의 결정립에서 차지하는 κ-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율(X)이 0.1~20%인 것이 바람직하다. 또한 α-Al₂O₃층은, 그 표면부에서 내부 방향으로 향하여 깊이 1 ㎛를 넘는 영역을 대상으로 한 EBSD 장치를 이용한 해석으로부터 얻어지는 측정 시야 중 모든 Al₂O₃의 결정립에서 차지하는 상기 κ-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율(Y)이 상기 면적 비율(X)보다도 작은 것이 더욱 바람직하다.

이에 따라 α-Al₂O₃층은, 그 표면부측에 있어서, 모든 Al₂O₃의 결정립에서 차지하는 κ-Al₂O₃의 결정립의 비율이 높아진다. κ-Al₂O₃의 결정립은, α-Al₂O₃의 결정립보다도 부드럽고 유연하다는 것을 알 수 있기 때문에, κ-Al₂O₃의 결정립의 비율이 높아짐으로써, 절삭 공구에 가장 부하가 걸리는 절삭 가공 초기에 있어서 피막에 균열이 발생하는 것을 효과적으로 억제할 수 있다. 이와 같이 α-Al₂O₃층은, 그 표면부에서 내부 방향으로 향하여 깊이 1 ㎛ 이내의 영역과, 표면부에서 내부 방향으로 향하여 깊이 1 ㎛를 넘는 영역의 2개의 영역으로 이루어진다.

상술한 XRD 장치는, α-Al₂O₃층을 포함하는 피막을 투과한 X선을 해석하기 때문에, α-Al₂O₃층 전체를 대상으로 했을 때의 상기 비율[C_κ/(C_α+C_κ)×100](%)을 얻을 수 있게 된다. 이에 대하여 EBSD 장치는, 후술하는 것과 같이 α-Al₂O₃층을 포함하는 단면에 대하여 전자선을 입사시켜, 반사되어 오는 후방 산란 전자를 해석하기 때문에, 해석하는 단면 상의 부위를 조정하거나 함으로써, 단면에 나타나고 있는 α-Al₂O₃층의 2개의 영역 각각에 있어서, 측정 시야 중의 모든 Al₂O₃의 결정립에서 차지하는 κ-Al₂O₃의 결정립의 비율(EBSD이기 때문에 면적 비율로서 나타내어짐)을 얻을 수 있게 된다.

여기서, α-Al₂O₃층의 표면부란, 피막 표면측에 위치하는 α-Al₂O₃층의 최상부이며, α-Al₂O₃층 상에 다른 층이 형성되어 있는 경우, 그 다른 층과 α-Al₂O₃층과의 계면을 말하고, α-Al₂O₃층 상에 다른 층이 형성되어 있지 않은 경우, 피막의 표면을 말한다. 또한, 면적 비율(Y)을 산출하는 영역이 되는 α-Al₂O₃층의 표면부에서 내부 방향으로 향하여 깊이 1 ㎛를 넘는 영역의 기재측의 종단은, 기재측에 위치하는 α-Al₂O₃층의 최저부이며, 기재와의 사이에 다른 층이 형성되어 있는 경우, 그 다른 층과 α-Al₂O₃층과의 계면을 가리키고, α-Al₂O₃층이 직접 기재와 접하고 있는 경우, 기재와 α-Al₂O₃층과의 계면을 가리킨다.

본 실시형태에서는, 상술한 것과 같이 α-Al₂O₃층의 2개 영역에 있어서의 κ-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율의 측정을 위해, EBSD 장치를 갖춘 전계 방출형 주사형 전자현미경(FE-SEM)을 이용한다. 구체적으로는, 적어도 α-Al₂O₃층을 기재 표면의 법선 방향과 평행하게 절단하고, 이에 따라 나타난 단면을 연마한 단면 연마면을 측정면으로 하여, 이 단면 연마면에 포함되는 α-Al₂O₃층에 있어서의 κ-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율을 측정한다. 단면 연마면은, 상기 단면을 내수연마지로 연마하고, 또한 아르곤 이온을 이용한 이온 밀링 처리를 행함으로써 얻을 수 있다.

κ-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율을 측정하는 단면 연마면을 준비하기 위한 연마 가공 방법은 다음과 같다.

우선 α-Al₂O₃층을 후술하는 제조 방법에 기초하여 형성한다. 이 α-Al₂O₃층에 대하여, 기재 표면의 법선 방향과 평행한 단면을 얻을 수 있게 절단한다. 그 후, 그 절단면을 내수연마지(연마제로서 SiC 지립 연마제를 포함하는 것)로 연마한다.

상기 절단은, 예컨대 α-Al₂O₃층의 표면(α-Al₂O₃층 상에 다른 층이 형성되어 있는 경우는 피막 표면으로 함)을, 충분히 큰 유지용의 평판 상에 왁스 등을 이용하여 밀착 고정한 후, 회전날의 절단기로 그 평판에 대하여 수직 방향으로 절단한다(상기 회전날과 상기 평판이 가능한 한 수직이 되도록 절단함). 기재의 표면과 α-Al₂O₃층의 표면(피막 표면)은 평행하다고 생각되기 때문이다. 이러한 절단은, 전술한 수직 방향에 대하여 행해지는 한, α-Al₂O₃층의 임의의 부위에서 행할 수 있으며, 이에 따라 얻어진 단면을 다음과 같이 연마 및 평활화함으로써 단면 연마면을 준비할 수 있다.

연마는, 내수연마지 #400, #800, #1500을 순차 이용하여 행한다[내수연마지의 번호(#)는 연마제의 입경 차이를 의미하며, 숫자가 커질수록 연마제의 입경은 작아짐].

이어서, 상기 내수연마지에 의해 연마된 단면을 Ar 이온에 의한 이온 밀링 처리에 의해 더욱 평활화한다. 이온 밀링 처리의 조건은 예컨대 다음과 같다.

가속 전압: 6 kV

조사 각도: 기재 표면의 법선 방향에서부터 0°

조사 시간: 6시간.

그 후, 전술한 바와 같이 평활화된 α-Al₂O₃층의 단면 연마면을, EBSD 장치를 갖춘 FE-SEM에 의해서 관찰하면 된다. 이것은, 집속 전자빔을 각 픽셀 상에 개별로 배치하여 순차 EBSD 데이터를 수집함으로써 관찰될 수 있다. 예컨대, HKL NL02 EBSD 검출기를 갖춘 FE-SEM(상품명: 「Zeiss Supra 35VP」, CARL ZEISS사 제조)을 이용할 수 있다.

EBSD 장치를 갖춘 FE-SEM에 의한 단면 연마면의 관찰은 다음과 같다. EBSD 장치는, 후방 산란 전자에 의해서 발생하는 기쿠치 회절 패턴의 자동 분석에 기초하여, 결정립의 결정 구조와 함께 상기 결정립이 배향되는 결정 방위를 측정할 수 있다. 이 때문에 κ-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율은, EBSD 장치를 갖춘 FE-SEM을 이용하여 단면 연마면을 촬영하고, 이 촬영 화상(시야)의 각 픽셀에 나타난 Al₂O₃의 결정립의 형태를 특정하고, 촬영 화상에 나타난 모든 Al₂O₃의 결정립이 차지하는 면적(Al₂O₃ 결정립이라고 특정된 픽셀의 수) 중, κ형의 결정립이 차지하는 면적(κ형의 Al₂O₃ 결정립이라고 특정된 픽셀의 수)의 비율을 산출함으로써 구할 수 있다.

즉, 면적 비율(X)은, (측정 시야 중) 촬영 영상에 있어서 α-Al₂O₃층의 표면부에서 내부 방향으로 향하여 깊이 1 ㎛ 이내의 영역에 포함되는 모든 Al₂O₃의 결정립에서 차지하는 κ-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율을 의미하게 된다. 또한 면적 비율(Y)은, (측정 시야 중) 촬영 화상에 있어서 α-Al₂O₃층의 표면부에서 내부 방향으로 향하여 깊이 1 ㎛를 넘는 영역에 포함되는 모든 Al₂O₃의 결정립에서 차지하는 κ-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율을 의미하게 된다.

그 결과, 예컨대 본 실시형태의 α-Al₂O₃층에 있어서, 면적 비율(X)은 0.1~20%의 범위가 되는 것이 바람직하다. 또한 면적 비율(Y)은 상기 면적 비율(X)보다도 작은 것이 보다 바람직하다. 면적 비율(X)은 0.3~5%의 범위가 되는 것이 더욱 바람직하고, 면적 비율(Y)은 0.01~0.3%의 범위가 되는 것이 가장 바람직하다.

α-Al₂O₃층의 2개의 영역에 있어서의 κ-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율을 측정함에 있어서, 그 정확성을 담보한다는 관점에서, FE-SEM의 관찰 배율을 3000~30000배의 범위에서 적절하게 선택하며, 또한 1 시야에서 관찰되는 면적을 10~200 ㎛²의 범위에서 적절하게 선택한다. 보다 구체적으로, 1 시야 내에 임의의 1 ㎛(α-Al₂O₃층의 깊이 방향)×10 ㎛(상기 깊이 방향에 대하여 수직이 되는 방향)의 측정 부위가 적어도 포함되게 한다. 또한, κ-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율(X)을 산출함에 있어서는, α-Al₂O₃층의 표면부에서 내부 방향으로 향하여 깊이 1 ㎛ 이내의 영역에 있어서 적어도 3개의 측정 부위를 측정하여, 이들의 측정치의 평균치로서 산출한다. κ-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율(Y)을 산출함에 있어서도, α-Al₂O₃층의 표면부에서 내부 방향으로 향하여 깊이 1 ㎛를 넘는 영역에 있어서 적어도 3개의 측정 부위를 측정하여, 이들의 측정치의 평균치로서 산출한다. 단, 상기 측정 부위는, 동일한 시야에 있더라도 좋고 다른 시야에 있더라도 좋다. 또한, 측정한 측정치가 분명히 이상한 경우에는, 이것을 제외하는 것으로 한다.

EBSD 장치를 이용한 κ-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율은, 예컨대 시판되는 소프트웨어(상품명:「Orientation Imaging Microscopy Ver6.2」, EDAX사 제조)를 이용하여 산출할 수 있다.

<다른 층>

피막은, 상술한 대로, α-Al₂O₃층 이외에 다른 층을 포함할 수 있다. 그와 같은 다른 층으로서 예컨대 TiCN층을 들 수 있다. TiCN층은 예컨대 α-Al₂O₃층과 기재 사이에 배치될 수 있다. 이 TiCN층은 내마모성이 우수하기 때문에, 피막에 보다 적합한 내마모성을 부여할 수 있다. TiCN층은 특히 MT-CVD(medium temperature CVD)법에 의해 형성하는 것이 바람직하다. MT-CVD법은 약 850~900℃라는 비교적 저온으로 성막할 수 있어, 성막 시의 가열에 의한 기재의 손상을 저감할 수 있다.

TiCN층은 평균 층 두께가 2~20 ㎛인 것이 바람직하다. 이 평균 층 두께를 2 ㎛ 미만으로 하면 마모가 진행되기 쉽게 될 우려가 있다. 이 평균 층 두께가 20 ㎛를 넘으면 내치핑성이 저하될 우려가 있다. 또한, 후술하는 최표면층, 중간층 등도 다른 층에 포함된다.

<최표면층>

피막은, 그 표면에 Ti(티탄)의 탄화물, 질화물 또는 붕화물 중 어느 것을 주성분으로 하는 최표면층이 배치되는 것이 바람직하다. 최표면층은, 피막에 있어서 가장 표면 측에 배치되는 층이다. 단, 날끝 능선부에 있어서는 형성되지 않는 경우도 있다. 최표면층은, 예컨대 α-Al₂O₃층 상에 다른 층이 형성되어 있지 않은 경우, α-Al₂O₃층의 바로 위에 배치된다.

「Ti의 탄화물, 질화물 또는 붕화물 중 어느 것을 주성분으로 한다」란, Ti의 탄화물, 질화물 및 붕화물 중 어느 것을 90 질량% 이상 포함하는 것을 의미한다. 또한, 바람직하게는, 불가피한 불순물을 제외하고 Ti의 탄화물, 질화물 및 붕화물 중 어느 것으로 이루어지는 것을 의미한다.

Ti의 탄화물, 질화물 및 붕화물의 어느 것 중, 특히 바람직한 것은 Ti의 질화물(즉 TiN로 나타내어지는 화합물)을 주성분으로서 최표면층을 구성하는 것이다. TiN은 이들 화합물 중 색채가 가장 명료(금색을 띰)하기 때문에, 절삭 사용 후의 절삭 칩의 코너 식별(사용 완료 부위의 식별)이 용이하다고 하는 이점이 있다.

최표면층은 평균 층 두께가 0.05~1 ㎛인 것이 바람직하다. 최표면층의 평균 층 두께의 상한을 바람직하게는 0.8 ㎛로 하고, 더욱 바람직하게는 0.6 ㎛로 한다. 또한, 이 평균 층 두께의 하한을 바람직하게는 0.1 ㎛로 하고, 더욱 바람직하게는0.2 ㎛로 한다. 이 평균 층 두께를 0.05 ㎛ 미만으로 하면, 압축 잔류 응력이 피막에 부여되는 경우에, 그 효과가 충분히 얻어지지 않아 내치핑성의 향상으로 이어지지 않을 우려가 있다. 이 평균 층 두께가 1 ㎛를 넘으면, 최표면층에 인접하는 층과의 밀착성이 저하될 우려가 있다.

<중간층>

피막은 α-Al₂O₃층과 기재 사이에 중간층을 갖는 것이 바람직하다. 중간층은 바늘형의 TiCNO 또는 바늘형의 TiBN을 포함하여 구성된다. 예컨대, 중간층은 α-Al₂O₃층과 기재 사이에 배치되는 TiCN층과 α-Al₂O₃층 사이에 배치되는 것이 바람직하고, α-Al₂O₃층과 TiCN 층 사이에 배치되면서, α-Al₂O₃층 및 TiCN층에 모두 접하여 배치되는 것이 더욱 바람직하다. 피막 중에 있어서의 α-Al₂O₃층의 밀착성이 높아지기 때문이다. 중간층은 공지된 방법에 의해 형성될 수 있다. 한편, 여기서 말하는 「바늘형」이란, TiCNO 및 TiBN의 결정립의 형상이 「바늘형」임을 말한다.

또한 중간층은 평균 층 두께가 0.3~1 ㎛인 것이 바람직하다. 피막 중에 있어서의 α-Al₂O₃층의 밀착성이 더욱 높아지기 때문이다. 중간층의 평균 층 두께는 보다 바람직하게는 0.4~0.8 ㎛이다. 또한, 중간층의 최대 두께와 최소 두께의 차가 0.3 ㎛ 이상인 것이 바람직하다. 이에 따라, 피막 중에 있어서의 α-Al₂O₃층의 밀착성을 확실하게 높일 수 있다. 중간층의 최대 두께와 최소 두께의 차가 0.3 ㎛ 미만이면, α-Al₂O₃층의 밀착성이 향상되는 효과를 충분히 얻지 못할 우려가 있다. 또한, 중간층의 최대 두께와 최소 두께의 차의 상한은 0.9 ㎛이다. 이 상한치 0.9 ㎛를 넘으면, α-Al₂O₃의 결정립이 불균일하게 되어, 중간층과 α-Al₂O₃층의 밀착력이 저하될 우려가 있다.

중간층의 층 두께는, α-Al₂O₃층의 수직 단면에 평행한 피막 단면을 이온 밀링 처리에 의해 연마하고, 그 연마면을 전계 방출형 주사 전자현미경으로 관찰함으로써 측정할 수 있다.

상기 이온 밀링 처리의 조건은 예컨대 다음과 같다.

가속 전압: 6 kV

조사 각도: 법선으로부터 0-5°

조사 시간: 300분.

중간층의 평균 층 두께는, 예컨대, 전술한 측정법에 의해서 중간층의 복수 부위에서 층 두께가 측정되기 때문에, 이로부터 임의의 여러 곳을 선택하고, 이 여러 곳의 층 두께의 평균치를 산출함으로써 결정할 수 있다. 중간층의 최대 두께와 최소 두께도, 상기 측정법에 의해서 측정된 중간층의 복수 부위의 층 두께 중에서 최대치 및 최소치를 선택함으로써 결정할 수 있다.

<피막의 제조 방법>

본 실시형태의 표면 피복 절삭 공구는, 화학 기상 증착(CVD)법에 의해 기재 상에 피막을 형성함으로써 적합하게 제조할 수 있다. CVD법을 이용하면, 성막 온도가 800~1200℃로서 물리 증착법과 비교하여 높고, 기재와의 밀착성이 향상된다. 피막 중, α-Al₂O₃층 이외의 층을 형성하는 경우, 이들 층은 종래 공지된 조건으로 성막할 수 있다.

α-Al₂O₃층은 예컨대 CVD법을 이용하여 이하의 방법에 의해서 형성될 수 있다.

우선, 기재 상에 다른 층을 통해서 또는 다른 층을 통하지 않고서 공지된 방법으로 TiCN층을 형성하고, 이 TiCN층의 표면에 TiCNO층을 형성한다. 또한, TiCNO층의 표면을 산화하여, α-Al₂O₃의 결정립의 핵을 생성한다. 그리고, 이어서 α-Al₂O₃층을 형성한다(α-Al₂O₃의 결정을 성장시킴). α-Al₂O₃의 결정립의 핵 생성 및 α-Al₂O₃층의 형성(α-Al₂O₃의 결정 성장)을 행할 때에는, 도입하는 원료 가스에 배합되는 CO 가스의 배합량을 1~5 체적%에서 선택되는 배합량으로 설정한다. 이 원료 가스의 CO 가스 이외의 각 조성 가스의 배합량은, AlCl₃이 1.3~2.5 체적%, HCl이 2.8~6 체적%, CO₂가 0.4~3 체적%, O₂가 0.002~0.008 체적%이며, 잔부가 H₂이다. 또한, CVD 장치의 노 내부 온도는 970~1020℃, 노 내부 압력은 70~110 hPa이다.

단, 이 α-Al₂O₃ 결정립의 핵 생성 시에 있어서, 원료 가스에 포함되는 CO 가스에 관해서, 순간적으로(펄스형으로) 1~5 체적%에서 선택되는 배합량보다도 높은 배합량으로 바꿔 원료 가스를 도입한다. 즉, 우선 CO 가스의 배합량을 펄스형으로 변조시켜 α-Al₂O₃ 결정립의 핵을 생성하고, 그 후, 전술한 각 조성의 배합량으로 이루어지는 원료 가스로 α-Al₂O₃의 결정립을 성장시켜, α-Al₂O₃층을 형성해 나간다. 이에 따라, 많은 α-Al₂O₃의 결정립 속에, κ-Al₂O₃의 결정립이 혼재하는 α-Al₂O₃층을 형성할 수 있다. 또한, 핵 생성 시에 있어서 CO 가스의 배합량을 순간적으로 높일 때에는, CO₂ 가스의 배합량을 높이는 만큼, 원료 가스의 잔부를 차지하는 H₂ 가스의 배합량을 내림으로써 조정하면 된다. 이에 따라, 그 밖의 가스의 배합량 및 CVD 장치의 노 내부 온도, 노 내부 압력이 변하지 않게 할 수 있어 편리하다.

순간적으로 높이는 CO 가스의 배합량(펄스 높이)은, 1~5 체적%에서 선택되는 배합량에 대하여 130~160%인 것이 바람직하다. 130% 미만이면, 상기 수학식 3에 기초하여 산출되는 κ-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율이 0.05% 미만이 되어, 내치핑성이 저하될 우려가 있다. 또한, 160%를 넘으면 κ-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율이 7%를 넘어, 우수한 내마모성을 얻을 수 없을 우려가 있다.

종래, 성막 시의 CO 가스의 농도를 과도하게 높여 도입하면, 경도가 낮은 κ-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율이 많아져, 내마모성이 저하되는 것이 지적되었다. 본 실시형태의 표면 피복 절삭 공구에서는, 도입하는 CO 가스가 고농도라도, 이것을 펄스형으로 변조시키면서 도입함으로써, κ-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율을 제어할 수 있다. 그리고, 성막된 α-Al₂O₃층에 관해서 상기 수학식 1에 의해 TC(006)를 구했을 때, 5를 넘는 값을 얻을 수 있게 되어, 내마모성을 향상시킬 수 있다. 또한, α-Al₂O₃층에 κ-Al₂O₃의 결정립을, 상기 수학식 3에 기초하여 산출되는 비율에 있어서 0.05~7%로 혼재시킬 수 있어, 내치핑성을 향상시킬 수 있다.

더욱이, 본 실시형태의 표면 피복 절삭 공구는, α-Al₂O₃의 결정립의 핵 생성 후에 계속되는 α-Al₂O₃층의 형성 시에, 원하는 막 두께의 50~90%까지 α-Al₂O₃층이 성막된 시점에서 CO₂ 가스의 배합을 일시적으로 중단하고, 그 후에 CO₂ 가스의 배합을 재개하여 제조하는 것이 바람직하다. 이에 따라, α-Al₂O₃층에 있어서의 표면부 측의 κ-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율을 높일 수 있고, 이로써 절삭 공구에 가장 부하가 걸리는 절삭 가공 초기에 있어서, 피막의 균열 발생이 효과적으로 억제되는 표면 피복 절삭 공구를 제조할 수 있다.

CO₂ 가스의 배합을 일시적으로 중단한 후에 이것을 재개할 때는, CO₂ 가스의 배합량을 상기 원료 가스의 조성으로 되돌린다(즉, 0.4~3 체적%로 설정함). 그 후, 상기 원료 가스의 조성에 의해 α-Al₂O₃층을 계속해서 형성함으로써, 원하는 막 두께로 할 수 있다. CO₂ 가스의 배합을 일시적으로 중단시키는 시간은, κ-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율을 적절한 범위로 한다는 관점에서, 25~70초로 하는 것이 바람직하다. 이에 따라 α-Al₂O₃층에 있어서, 그 표면부에서 내부 방향으로 향하여 깊이 1 ㎛ 이내의 영역을 대상으로 한, 전자선 후방 산란 회절 장치를 이용한 해석으로부터 얻어지는 측정 시야 중 모든 Al₂O₃의 결정립에서 차지하는 κ-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율(X)을 0.1~20%로 할 수 있다. 또한 상기 면적 비율(X)을, α-Al₂O₃층의 표면부에서 내부 방향으로 향하여 깊이 1 ㎛를 넘는 영역을 대상으로 한, 전자선 후방 산란 회절 장치를 이용한 해석으로부터 얻어지는 측정 시야 중 모든 Al₂O₃의 결정립에서 차지하는 κ-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율(Y)보다도 크게 할 수 있다.

여기서, 원료 가스에 포함되는 CO 가스 및 CO₂ 가스의 작용에 관해서 각각 설명한다. 본 실시형태에서는, CO 가스의 배합량을 제어함으로써, α-Al₂O₃ 결정립의 핵 생성 시에 α-Al₂O₃층에 κ-Al₂O₃의 결정립을 혼재시키고 있다. 또한, α-Al₂O₃층의 형성 시(입자 성장 시)에는, CO₂ 가스의 배합량을 제어함(배합을 일시적으로 중단함)으로써, 표면부에 있어서의 모든 Al₂O₃의 결정립에서 차지하는 κ-Al₂O₃의 결정립의 비율을 높이고 있다. CO 가스는 α-Al₂O₃ 형성 시에 반응을 억제하는 작용을 갖는다. 이 때문에 CO 가스는, α-Al₂O₃ 결정립의 핵 생성 시에 α-Al₂O₃층에 있어서 α-Al₂O₃ 결정립의 생성을 억제하게 된다. 따라서, α-Al₂O₃ 결정립의 핵 생성 시에 CO 가스의 배합량을 제어함(순간적으로 배합량을 높임)으로써, α-Al₂O₃층 전체에 걸쳐 소정의 비율로 κ-Al₂O₃의 결정립을 혼재시킬 수 있다. 한편, CO₂ 가스는 α-Al₂O₃ 형성 시에 반응을 촉진하는 작용을 갖는다. 이 때문에 CO₂ 가스는, α-Al₂O₃층에 있어서 α-Al₂O₃ 결정립의 생성(성장)을 촉진하게 된다. 따라서, α-Al₂O₃층의 형성 시(입자 성장 시)에 CO₂ 가스의 배합량을 제어함(배합을 일시적으로 중단함)으로써, α-Al₂O₃층의 표면부에 있어서, 모든 Al₂O₃의 결정립에서 차지하는 κ-Al₂O₃의 결정립의 비율을 높일 수 있다.

또한, α-Al₂O₃층 및 그 밖의 층의 두께는, 성막 시간을 적절하게 조절함으로써 조정할 수 있다(각 층의 성막 속도는 약 0.5~2 ㎛/시간임).

[실시예]

이하 실시예를 들어 본 발명을 상세히 설명하지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1>

<기재의 제조>

JIS(Japanese Industrial Standard) B 4120(1998)에 규정되는 CNMG120408의 형상을 갖는 초경합금 모재(스미토모덴키고교 제조)로 이루어지는 기재를 준비했다. 준비한 기재는, 시료 A1~A8이라고 명명한 8 그룹으로 분류된다. 하나의 그룹마다 3개의 기재를 준비했다. 이들 기재는, 87.0 wt%의 WC와, 8.0 wt%의 Co와, 2.5 wt%의 TiC와, 1.5 wt%의 NbC, 1.0%의 TaC로 이루어지는 조성을 갖는다.

또한, 후술하는 것과 같이, 시료 A1~A3은 실시예가 되고, 시료 A4~A8은 비교예가 되는 것이다.

<피막의 형성>

시료 A1~A8의 기재를 공지된 방법으로 호닝하여, CVD 장치 내에 세팅하고, 그 표면에 각각 CVD법으로 피막을 형성했다. 피막의 형성 조건과 관련하여, α-Al₂O₃층을 제외한 각 층의 형성 조건을 아래 표 1에 나타냈다.

CVD법으로 α-Al₂O₃층을 형성하는 과정에서는, TiCN층의 표면에 형성한 TiCNO층의 표면을 산화시킴으로써 α-Al₂O₃의 결정립의 핵을 생성하고, 이어서 α-Al₂O₃층을 형성했다. 특히, α-Al₂O₃의 결정립의 핵 생성과, 이것에 이어지는 α-Al₂O₃층의 형성 시에는, 도입하는 원료 가스에 포함되는 CO 가스의 배합량을 2 체적%로 설정했다. 또한, 원료 가스의 CO 가스를 포함하는 각 조성의 가스의 배합량 및 CVD 장치의 노 내부 온도, 노 내부 압력은 아래 표 2에 나타내는 것과 같다.

단, α-Al₂O₃의 결정립의 핵 생성 시에는, 순간적으로 CO 가스의 배합량을 2 체적%보다 높여 도입했다. 그 후, 다시 CO 가스의 배합량을 2 체적%로 설정한 상기 원료 가스로 α-Al₂O₃의 결정립을 성장시켜, α-Al₂O₃층을 형성했다.

특히 실시예 1에서는, 시료 A1~A7에 대하여, 순간적으로 배합량을 높여 도입하는 CO 가스의 배합량(펄스 높이) 및 순간적으로 배합량을 높여 CO 가스를 도입하는 시간(펄스 폭), 그 횟수를 각각 다르게 했다. 구체적으로는, 시료 A1~A7에 대하여, 펄스 높이를, 원료 가스의 CO 가스의 배합량인 2 체적%의 150% 또는 170%로 하고, 펄스 폭을 0.5~1.5분의 범위에서 다르게 하고, 순간적으로 배합량을 높여 CO 가스를 도입하는 횟수를 2회 또는 3회로 했다.

또한, 시료 A1~A7과 시료 A8에서는 원료 가스의 조성에 있어서 CO₂의 배합량을 다르게 했다. 그 밖의 원료 가스의 조성 및 CVD 장치의 노 내부 온도, 노 내부 압력 등은 시료 A1~A7과 시료 A8에서 동일하다. 또한, 펄스 폭 및 펄스 높이 등, 시료 A8에 대하여 순간적으로 배합량을 높여 도입하는 CO 가스의 조건은 시료 A2에 대한 조건과 동일하게 했다. 이들 제반 조건은 아래 표 2에 나타내는 것과 같다. 또한 표 2에서, 「펄스 주기」란, 순간적으로 배합량을 높인 CO 가스의 도입을 시작하는 시작점에서부터 다음 시작점까지의 주기를 말한다.

여기서, 시료 A1~A8에서 형성한 피막의 층 구조는, 기재측에서부터 순차적으로 TiN층, TiCN층, TiCNO층, α-Al₂O₃층, TiC층, TiN층이다. 아래 표 3에 시료 A1~A8의 층 구조 및 그 층 두께(㎛)를 나타냈다.

<시험의 내용>

실시예 1에서는 상술한 것과 같이 시료 A1~A8을 각각 3개씩 준비했다. 이 3개 중 1개에 대하여, 플랭크면(특히, 날끝 능선부에서부터 3 mm의 플랭크면 상의 부위)에 X선을 조사하여 α-Al₂O₃층의 TC(006)를 측정했다. 또한, 이 X선 조사로부터 얻어지는 피막의 XRD 패턴에 기초하여, α-Al₂O₃의 결정립의 피크 카운트수(C_α) 및 κ-Al₂O₃의 결정립의 피크 카운트수(C_κ)를 산출하고, 이것을 상기 수학식 3에 적용하여 κ-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율을 도출했다. 또한 다른 1개에 대하여 내마모성을 평가했다. 나머지 1개에 대하여 내치핑성을 평가했다.

내마모성 및 내치핑성의 평가 방법은 각각 이하에 나타내는 것과 같다. 또한, 평가 결과를 아래 표 4에 나타냈다.

<내마모성 시험>

피삭재: SCM435(JIS)

절삭 속도: 270 m/min

이송: 0.35 mm/rev

절삭 깊이: 1.5 mm

절삭유: 건식

절삭 시간: 15 분

평가: 절삭 시간 15 분 후의 플랭크면 마모 폭 Vb(mm)을 측정.

내마모성은, 시료 A1~A8의 절삭 공구를 각각 NC 선반에 세팅하고, 전술한 조건으로 피삭재를 소정 시간 절삭한 후에 상기 절삭 공구의 플랭크면에 형성되는 마모 폭(Vb)을 관찰하여 평가한다. 마모 폭(Vb)의 값이 작을수록 내마모성이 우수하다고 평가할 수 있다.

<내치핑성 시험>

피삭재: SCM435(JIS) 홈이 들어간 재료

절삭 속도: 270 m/min

이송: 0.25 mm/rev

절삭 깊이: 1.5 mm

절삭유: 습식

평가: 결손(치핑)될 때까지의 시간(분)을 측정.

내치핑성은, 시료 A1~A8의 절삭 공구를 각각 NC 선반에 세팅하고, 전술한 조건으로 피삭재를 절삭하여 상기 절삭 공구에 결손(치핑)이 생길 때까지의 시간을 측정하여 평가한다. 결손이 생길 때까지의 시간이 길수록 내치핑성이 우수하다고 평가할 수 있다.

또한, 표 4에서 기호 A 등으로 나타낸 성능 등급은 다음과 같이 정의된다.

A: 내마모성 및 내치핑성이 매우 우수하다(Vb=0.145 이하 및 결손될 때까지의 시간 5분 이상)

B: 내마모성 및 내치핑성이 우수하다(Vb=0.155 이하 및 결손될 때까지의 시간 4.5분 이상)

C: 내마모성 또는 내치핑성이 불충분하다(Vb=0.155 초과 또는 결손될 때까지의 시간 4.5분 미만)

D: 내마모성 및 내치핑성이 매우 불충분하다(Vb=0.155 초과 및 결손될 때까지의 시간 4.5분 미만).

<평가 결과>

표 4로부터 이해되는 것과 같이, 시료 A1~A3인 실시예에 있어서, Vb(mm)가 0.155 이하인 성능이면서 또한 결손까지의 시간이 4.5분 이상인 성능을 보이고, 우수한 내마모성 및 내치핑성을 갖춘다고 평가할 수 있었다. 시료 A1~A3은 모두 α-Al₂O₃층의 TC(006)가 5를 넘고, XRD 패턴에 기초한 κ-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율이 0.7~4.8%였다.

이에 대하여, 시료 A4~A8인 비교예는, 적어도 Vb(mm)가 0.155 이하인 성능 또는 결손까지의 시간이 4.5분 이상인 성능을 보이지 않아, 내마모성 또는 내치핑성이 불충분하다고 평가되었다. 시료 A4~A7은 모두 α-Al₂O₃층의 TC(006)가 5를 넘었다. 그러나, XRD 패턴에 기초한 κ-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율이 0.03 이하 혹은 7.5% 이상이었다. 시료 A8은, XRD 패턴에 기초한 κ-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율이 2%였다. 그러나, α-Al₂O₃층의 TC(006)가 4.53으로, 5 미만이 되었다.

<고찰>

표 4로부터 분명한 것과 같이, 실시예의 표면 피복 절삭 공구는, 비교예의 표면 피복 절삭 공구에 비해서 내마모성 및 내치핑성이 우수하여, 장수명화가 가능하다고 말할 수 있다.

<실시예 2>

<기재의 조제>

실시예 1과 같은 CNMG120408의 형상을 갖는 초경합금 모재(스미토모덴키고교 제조)로 이루어지는 기재를 준비했다. 준비한 기재는, 시료 B1~B3이라고 명명한 3 그룹으로 분류된다. 하나의 그룹마다 기재를 3개씩 준비했다. 이 기재는, 94.0 wt%의 WC와, 5.5 wt%의 Co와, 0.5 wt%의 Cr₃C₂로 구성되어 있다. 또한, 후술하는 것과 같이, 시료 B1은 실시예가 되고, 시료 B2~B3은 비교예가 된다.

<피막의 형성>

실시예 1과 같은 조건으로 시료 B1~B3의 기재를 호닝하고, 또한 CVD 장치 내에 세팅하여 CVD법으로 피막을 형성했다.

CVD법으로 α-Al₂O₃층을 형성하는 과정에서는, TiCN층의 표면에 형성한 TiCNO층의 표면을 산화시킴으로써 α-Al₂O₃의 결정립의 핵을 생성하고, 이어서 α-Al₂O₃층을 형성했다. 특히, α-Al₂O₃의 결정립의 핵 생성과 이에 후속하는 α-Al₂O₃층의 형성 시에는, 실시예 1과 달리, 도입하는 원료 가스에 포함되는 CO 가스의 배합량을 2.2 체적%로 설정했다. 또한, 원료 가스의 CO 가스를 포함하는 각 조성의 가스의 배합량 및 CVD 장치의 노 내부 온도, 노 내부 압력은 아래 표 5에 나타내는 것과 같다.

단, α-Al₂O₃의 결정립의 핵 생성 시에는, 순간적으로 CO 가스의 배합량을 2.2 체적%보다도 높여 도입했다. 그 후, 다시 CO 가스의 배합량을 2.2 체적%로 설정한 상기 원료 가스로 α-Al₂O₃의 결정립을 성장시켜, α-Al₂O₃층을 형성했다.

특히 실시예 2에서는, 시료 B1~B3에 대하여, 순간적으로 배합량을 높여 CO 가스를 도입하는 주기(펄스 주기)를 다르게 하고, 시료 B1에서 펄스 주기를 3분으로 하고, 시료 B2에서 펄스 주기를 1분으로 하고, 시료 B3에서 펄스 주기를 4분으로 했다. 또한, 시료 B1~B3에 대하여 공통적으로, CO 가스의 배합량인 2.2 체적%에 비해서 140%의 펄스 높이 및 2분간의 펄스 폭으로 하고, 배합량을 순간적으로 높여 CO 가스를 2회 도입했다. 이들 제반 조건은 아래 표 5에 나타내는 것과 같다.

시료 B1~B3에서 형성한 피막의 층 구조는 기재측에서부터 순차적으로 TiN층, TiCN층, TiCNO층, α-Al₂O₃층, TiC층, TiN층이다. 아래 표 6에서는 시료 B1~B3의 층 구조 및 그 층 두께(㎛)를 나타내고 있다.

<시험의 내용>

실시예 2에서는 상술한 것과 같이 시료 B1~B3을 각각 3개씩 준비했다. 이 3개에 대하여 실시예 1과 마찬가지로, α-Al₂O₃층의 TC(006) 측정 및 XRD 패턴에 기초한 κ-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율의 산출, 내마모성 평가, 내치핑성 평가를 행했다.

단, 내마모성 및 내치핑성의 평가 방법은 각각 이하에 나타내는 것과 같다. 또한, 평가 결과를 아래 표 7에 나타냈다.

<내마모성 시험>

피삭재: FCD700(JIS)

절삭 속도: 150 m/min

이송: 0.3 mm/rev

절삭 깊이: 1.5 mm

절삭유: 습식

절삭 시간: 10 분

평가: 절삭 시간 10 분 후의 플랭크면 마모 폭 Vb(mm)을 측정.

내마모성은, 시료 B1~B3의 절삭 공구를 각각 NC 선반에 세팅하고, 전술한 조건으로 피삭재를 소정 시간 절삭한 후에 상기 절삭 공구의 플랭크면에 형성되는 마모 폭(Vb)을 관찰하여 평가한다. 마모 폭(Vb)의 값이 작을수록 내마모성이 우수하다고 평가할 수 있다.

<내치핑성 시험>

피삭재: FCD450(JIS) 홈이 들어간 재료

절삭 속도: 200 m/min

이송: 0.2 mm/rev

절삭 깊이: 1.5 mm

절삭유: 습식

평가: 결손(치핑)될 때까지의 시간(분)을 측정.

내치핑성은, 시료 B1~B3의 절삭 공구를 각각 NC 선반에 세팅하고, 전술한 조건으로 피삭재를 절삭하여 상기 절삭 공구에 결손(치핑)이 생길 때까지의 시간을 측정하여 평가한다. 결손이 생길 때까지의 시간이 길수록 내치핑성이 우수하다고 평가할 수 있다.

또한, 표 7에서 기호 A 등으로 나타낸 성능 등급은 다음과 같이 정의된다.

B: 내 마모성 및 내치핑성이 우수하다(Vb=0.155 이하 및 결손될 때까지의 시간 4.5분 이상)

<평가 결과>

표 7로부터 이해할 수 있는 것과 같이, 시료 B1인 실시예에 있어서, Vb(mm)가 0.145인 성능이면서 또한 결손될 때까지의 시간이 5.4분인 성능을 보여, 우수한 내마모성 및 내치핑성을 갖춘다고 평가할 수 있었다. 시료 B1은 α-Al₂O₃층의 TC(006)가 5를 넘고, XRD 패턴에 기초한 κ-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율이 1.8%였다. 이에 대하여, 시료 B2~B3인 비교예에 있어서는, Vb(mm)가 0.155 이하인 성능 또는 결손될 때까지의 시간이 4.5분 이상인 성능을 보이지 않아, 내마모성 또는 내치핑성이 불충분하다고 평가되었다. 시료 B2~B3은 모두 α-Al₂O₃층의 TC(006)가 5를 넘었다. 그러나, XRD 패턴에 기초한 κ-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율이 0.03% 혹은 7.2%였다.

<고찰>

표 7로부터 분명한 것과 같이, 실시예의 표면 피복 절삭 공구는, 비교예의 표면 피복 절삭 공구에 비해서 내마모성 및 내치핑성이 우수하여, 장수명화가 가능하다고 말할 수 있다.

<실시예 3>

<기재의 조제>

실시예 1과 같은 CNMG120408의 형상을 갖는 초경합금 모재(스미토모덴키고교 제조)로 이루어지는 기재를 준비했다. 준비한 기재는, 시료 C1~C6이라고 명명한 6개의 그룹으로 분류된다. 하나의 그룹마다 기재를 4개씩 준비했다. 이 기재는, 89.0 wt%의 WC와, 6.0 wt%의 Co와, 2.5 wt%의 TiC와, 1.5 wt%의 NbC와, 1.0 wt%의 ZrC로 이루어지는 조성을 갖는다. 후술하는 것과 같이, 시료 C1~C4는 실시예가 되고, 시료 C5~C6는 비교예가 된다.

<피막의 형성>

실시예 1과 같은 조건으로 시료 C1~C6의 기재를 호닝하고, 또한 CVD 장치 내에 세팅하여 CVD법으로 피막을 형성했다.

CVD법으로 α-Al₂O₃층을 형성하는 과정에서는, TiCN층의 표면에 형성한 TiCNO층의 표면을 산화시킴으로써 α-Al₂O₃의 결정립의 핵을 생성하고, 이어서 α-Al₂O₃층을 형성했다. α-Al₂O₃의 결정립의 핵 생성과, 이에 후속하는 α-Al₂O₃층의 형성(결정립의 성장) 시에는 실시예 1과 마찬가지로, 도입하는 원료 가스에 포함되는 CO 가스의 배합량을 2 체적%로 설정하고, 또한 α-Al₂O₃의 결정립의 핵 생성 시에 3회만큼, 순간적으로 CO 가스의 배합량을 2 체적%보다 높여(2.8 체적%, 즉 펄스 높이 140%로) 도입했다. 또한 펄스 폭을 0.9분으로 하고, 펄스 주기를 5분으로 했다. 원료 가스의 각 조성의 가스 배합량 및 CVD 장치의 노 내부 온도, 노 내부 압력을 아래 표 8에 나타낸다. 여기서 시료 C1~C6에 있어서, α-Al₂O₃의 결정립의 핵 생성 시에 순간적으로 높인 CO 가스의 배합량 및 횟수, 펄스 폭 그리고 펄스 주기는 같다.

이어서, α-Al₂O₃층의 형성(결정립의 성장) 시에, 각 시료에 따라서 원하는 막 두께의 50~90%가 되는 두께까지 α-Al₂O₃층이 성막된 시점에서, 상기 원료 가스에 포함되는 CO₂ 가스의 배합(1 체적%)을 일시적으로 중단했다. 그 후, CO₂ 가스의 배합량을 1 체적%로 되돌려, 상기 원료 가스의 조성으로 α-Al₂O₃층을 계속해서 형성함으로써 원하는 막 두께로 했다. 예컨대, 시료 C1의 경우, 원하는 α-Al₂O₃층의 막 두께가 5.4 ㎛이기 때문에, α-Al₂O₃층의 형성 시에 있어서, 그 81.5%인 4.4 ㎛의 두께가 될 때까지 α-Al₂O₃층을 성막한 시점에서, 상기 원료 가스에 포함되는 CO₂ 가스의 배합을 30초간 중단했다. 그 후, CO₂ 가스의 배합량을 1 체적%로 되돌려, 표 8에 나타내는 것과 같은 조성의 원료 가스로 α-Al₂O₃층을 계속해서 형성함으로써, 그 막 두께를 5.4 ㎛로 했다. 시료 C1~C6에 있어서 CO₂ 가스의 배합을 일시적으로 중단한 시간은 각각 표 8의 「CO₂ 중단 시간(초)」란에 나타냈다.

시료 C1~C6에서 형성한 피막의 층 구조는 기재측에서부터 순차적으로 TiN층, TiCN층, TiCNO층, α-Al₂O₃층, TiC층, TiN 층이다. 아래 표 9에 시료 C1~C6의 층 구조 및 그 층 두께(㎛)를 나타내고 있다.

<시험의 내용>

실시예 3에서 상술한 것과 같이 시료 C1~C6을 각각 4개씩 준비했다. 이 4개 중 3개를 이용하여, 각각 실시예 1과 마찬가지로 α-Al₂O₃층의 TC(006) 측정 및 XRD 패턴에 기초한 κ-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율의 산출과 내마모성 평가와 내치핑성 평가를 행했다.

내마모성 및 내치핑성의 평가 방법은 각각 이하에 나타내는 것과 같다.

<내마모성 시험>

피삭재: SCM435(JIS)

절삭 속도: 320 m/min

이송: 0.25 mm/rev

절삭 깊이: 1.5 mm

절삭유: 건식

절삭 시간: 15 분

평가: 절삭 시간 15 분 후의 플랭크면 마모 폭 Vb(mm)을 측정.

내마모성은, 시료 C1~C6의 절삭 공구를 각각 NC 선반에 세팅하고, 전술한 조건으로 피삭재를 소정 시간 절삭한 후에 상기 절삭 공구의 플랭크면에 형성되는 마모 폭(Vb)을 관찰하여 평가한다. 마모 폭(Vb)의 값이 작을수록 내마모성이 우수하다고 평가할 수 있다.

<내치핑성 시험>

피삭재: SCM435(JIS) 홈이 들어간 재료

절삭 속도: 250 m/min

이송: 0.2 mm/rev

절삭 깊이: 1.5 mm

절삭유: 습식

평가: 결손(치핑)될 때까지의 시간(분)을 측정.

내치핑성은, 시료 C1~C6의 절삭 공구를 각각 NC 선반에 세팅하고, 전술한 조건으로 피삭재를 절삭하여 상기 절삭 공구에 결손(치핑)이 생길 때까지의 시간을 측정하여 평가한다. 결손이 생길 때까지의 시간이 길수록 내치핑성이 우수하다고 평가할 수 있다.

또한 실시예 3에서는, 시료 C1~C6의 나머지의 각 1개에 관해서, 각각 기재의 표면의 법선 방향을 따라서 피막을 절단하여 나타난 단면에 대하여, EBSD 장치를 갖춘 FE-SEM(상품명: 「SU6600」, 가부시키가이샤히타치하이테크놀로지즈 제조)를 이용하여 상술한 방법에 의해 해석했다. 이에 따라, α-Al₂O₃층의 2개의 영역에 있어서의 측정 시야 중 모든 Al₂O₃의 결정립에서 차지하는 κ-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율(X 및 Y)을 산출했다. 이상의 평가 결과를 아래 표 10에 나타냈다.

본 실시예에 있어서 면적 비율(X)은, α-Al₂O₃층의 표면부(즉, TiC층과의 계면)에서 내부 방향으로 향하여 깊이 1 ㎛ 이내인 영역에 있어서의 측정 시야 중 모든 Al₂O₃의 결정립에서 차지하는 κ-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율이다. 면적 비율(Y)은, α-Al₂O₃층의 표면부(즉, TiC층과의 계면)에서 내부 방향으로 향하여 깊이 1 ㎛를 넘고 나서 TiCNO층과의 계면까지의 영역에 있어서의 측정 시야 중 모든 Al₂O₃의 결정립에서 차지하는 κ-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율이다.

κ-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율(X 및 Y)을 산출하기 위해서 형성한 피막의 단면에 대하여, 상술한 것과 같이 내수연마지로 연마하고, 이어서, Ar 이온에 의한 이온 밀링 처리에 의해 더욱 평활화하여 준비했다. 이온 밀링 장치와 그 처리의 조건은 다음과 같다.

이온 밀링 장치(상품명: 「SM-09010」, 닛폰덴시가부시키가이샤 제조)

가속 전압: 6 kV

조사 각도: 기재 표면의 법선 방향에서부터 0°

조사 시간: 6시간.

표 10에서 기호 A 등으로 나타낸 성능 등급은 다음과 같이 정의된다.

A: 내마모성 및 내치핑성이 매우 우수하다(Vb=0.165 이하 및 결손될 때까지의 시간 5분 이상)

B: 내마모성 및 내치핑성이 우수하다(Vb=0.165 초과 0.200 이하 및 결손될 때까지의 시간 3분 이상 5 미만)

C: 내마모성 또는 내치핑성이 불충분하다(Vb=0.200 초과 또는 결손될 때까지의 시간 3분 미만).

<평가 결과>

표 10으로부터 이해할 수 있는 것과 같이, 시료 C1~C4인 실시예에 있어서, Vb(mm)가 0.200 이하인 성능이면서 또한 결손까지의 시간이 3분 이상인 성능을 보여, 우수한 내마모성 및 내치핑성을 갖춘다고 평가할 수 있었다. 시료 C1~C4는 모두 α-Al₂O₃층의 TC(006)가 5를 넘고, XRD 패턴에 기초한 κ-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율이 0.06~3.5%였다.

특히, 시료 C1~C2는, α-Al₂O₃층의 표면부에서 내부 방향으로 향하여 깊이 1 ㎛ 이내의 영역에 있어서의 측정 시야 중 모든 Al₂O₃의 결정립에서 차지하는 κ-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율(X)이 0.1~20%이기 때문에, 시료 C3~C4보다도 더욱 우수한 내마모성 및 내치핑성을 갖춘다고 평가할 수 있었다.

이에 대하여 시료 C5~C6인 비교예는, 시료 C1~C4인 실시예보다도 성능이 뒤떨어져, 내마모성 또는 내치핑성이 불충분하다고 평가되었다. 시료 C5는, α-Al₂O₃층의 TC(006)가 5 미만이었다. 또한, XRD 패턴에 기초한 κ-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율도 0.03 이하였다. 시료 C6은, α-Al₂O₃층의 TC(006)가 5 이상이지만, XRD 패턴에 기초한 κ-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율이 9%였다. 시료 C5~C6은 모두 α-Al₂O₃층의 표면부에서 내부 방향으로 향하여 깊이 1 ㎛ 이내의 영역에 있어서의 측정 시야 중 모든 Al₂O₃의 결정립에서 차지하는 κ-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율(X)이 0.1~20%의 범위에서 벗어났다.

<고찰>

표 10으로부터 분명한 것과 같이, 실시예의 표면 피복 절삭 공구는, 비교예의 표면 피복 절삭 공구에 비해서 내마모성 및 내치핑성이 우수하여, 장수명화가 가능하다고 말할 수 있다.

이상과 같이 본 발명의 실시형태 및 실시예에 관해서 설명했지만, 상술한 각 실시형태 및 실시예의 구성을 적절하게 조합하거나 여러 가지로 변형하거나 하는 것도 당초부터 예정하고 있다.

이번에 개시된 실시형태 및 실시예는 모든 점에서 예시이며, 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 실시형태가 아니라 청구범위에 의해서 나타내어지며, 청구의 범위와 균등한 의미 및 범위 내에는 모든 변경이 포함되도록 의도된다.

1: 제1 피크, 2: 제2 피크, 3: 제3 피크, 4: 제4 피크, 5: 제5 피크, 6: 제6 피크, 7: 제7 피크.

Claims

기재와 이 기재 상에 형성된 피막을 구비한 표면 피복 절삭 공구로서,
상기 피막은 α-Al₂O₃층을 포함하고,
상기 α-Al₂O₃층은, 복수의 α-Al₂O₃의 결정립과 함께 복수의 κ-Al₂O₃의 결정립을 포함하며 또한 배향성 지수 TC(hkl)에 있어서 TC(006)가 5를 넘고,
상기 피막에 대한 X선 회절의 측정 데이터로부터 얻어지는 상기 α-Al₂O₃의 결정립의 피크 카운트수의 합계(C_α)와, 상기 측정 데이터로부터 얻어지는 상기 κ-Al₂O₃의 결정립의 피크 카운트수의 합계(C_κ)의 합에 대한 상기 C_κ의 비율[C_κ/(C_α+C_κ)×100](%)은 0.05~7%이며,
상기 α-Al₂O₃층은, 그 표면부에서 내부 방향으로 향하여 깊이 1 ㎛ 이내의 영역을 대상으로 한, 전자선 후방 산란 회절 장치를 이용한 해석으로부터 얻어지는 측정 시야 중 모든 Al₂O₃의 결정립에서 차지하는 상기 κ-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율(X)이 0.1~20%이고,
상기 α-Al₂O₃층은, 그 표면부에서 내부 방향으로 향하여 깊이 1 ㎛를 넘는 영역을 대상으로 한, 상기 전자선 후방 산란 회절 장치를 이용한 해석으로부터 얻어지는 측정 시야 중 모든 Al₂O₃의 결정립에서 차지하는 상기 κ-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율(Y)이 상기 면적 비율(X)보다도 작은 것인 표면 피복 절삭 공구.
제1항에 있어서, 상기 α-Al₂O₃층은 평균 막 두께가 2~15 ㎛인 것인 표면 피복 절삭 공구.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 피막은, 그 표면에 Ti의 탄화물, 질화물 또는 붕화물 중 어느 것을 주성분으로 하는 최표면층이 배치되어 있는 것인 표면 피복 절삭 공구.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 피막은 상기 α-Al₂O₃층과 상기 기재 사이에 중간층을 가지고,
상기 중간층은 바늘형의 TiCNO 또는 바늘형의 TiBN을 포함하며, 또한 평균 층 두께가 0.3~1 ㎛이고,
상기 중간층의 최대 두께와 최소 두께의 차가 0.3 ㎛ 이상인 것인 표면 피복 절삭 공구.
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