KR102107879B1

KR102107879B1 - 표면 피복 절삭 공구

Info

Publication number: KR102107879B1
Application number: KR1020167017663A
Authority: KR
Inventors: 다카노리 데타니; 신야 이마무라; 히데아키 가나오카; 아농색 파수트
Original assignee: 스미또모 덴꼬오 하드메탈 가부시끼가이샤
Priority date: 2015-10-09
Filing date: 2015-10-09
Publication date: 2020-05-07
Also published as: CN106856658B; CN106856658A; US20170259344A1; JPWO2017061058A1; US9844816B2; EP3311939A1; EP3311939B1; JP5884004B1; KR20180021632A; WO2017061058A1; EP3311939A4

Abstract

본 발명에 따른 표면 피복 절삭 공구는, 기재와 상기 기재 상에 형성된 피막을 구비하고, 상기 피막은 복수의α-Al₂O₃의 결정립을 포함한 α-Al₂O₃층을 포함하며, 상기 α-Al₂O₃층은 상기 기재측에 배치된 하층부와, 상기 하층부 상에 배치된 중간부와, 상기 중간부 상에 배치된 상층부를 포함하고, 상기 α-Al₂O₃층의 단면 연마면에 대한 전자선 후방 산란 회절 장치를 이용한 결정 방위 맵핑에 있어서, 상기 하층부는, (001) 배향한 α-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율이 35% 미만이 되고, 상기 중간부는 (001) 배향한 α-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율이 35% 이상이 되며, 상기 상층부는 (001) 배향한 α-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율이 35% 미만이 되고, 상기 α-Al₂O₃층의 두께는 4~18 ㎛이며, 상기 중간부의 두께는 상기 α-Al₂O₃층의 두께의 50% 이상을 차지하고, 상기 하층부 및 상기 상층부의 두께는 모두 1 ㎛ 이상이다.

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. 예를 들면, 일본 특허 공개 공보 제2013-063504호(특허문헌 1)에는, Ti 화합물층을 하부층으로 하고, 이 하부층 상에 α형의 결정 구조를 갖는 Al₂O₃층으로 이루어지는 상부층을 배치한 피막을 갖는 표면 피복 절삭 공구가 제안되어 있다. 특히, 이 표면 피복 절삭 공구에서는, 상부층의 하부층과의 계면에서의 (11-20) 배향을 30~70 면적%로 하고, 상부층 전체에서의 (0001) 배향을 45 면적% 이상으로 한 구성이 개시되어 있다. 그 한편으로, α-Al₂O₃층의 깊이 방향에서의 (001) 배향의 분포에 관해서는 개시가 없다.

일본 특허 공개 공보 평성10-204639호(특허문헌 2)에는, 상이한 X선 회절 패턴을 나타내는 2층 이상의 α형 산화알루미늄 단위층으로 이루어지고, α형 산화알루미늄 단위층이 2θ에서 25.5도, 35.5도, 37.2도, 및 68.4도 중 어느 하나에 최강 피크가 나타나며, 최강 피크 높이(H₁)와 동일한 X선 회절 패턴에서의 2번째의 피크 높이(H₂)의 비(H₁)/(H₂)가 1.5~2.7인 X선 회절 패턴을 나타내는 α형 산화알루미늄 복합층으로 구성된 경질 피복층을 구비하는 표면 피복 초경합금제 절삭 공구가 제안되어 있다.

일본 특허 공개 공보 제2000-218410호(특허문헌 3)에는, 결정 배향이 높은 하부층과 결정 배향이 낮은 상부층으로 이루어지고, 상부층의 층두께를 하부층과의 합계에 차지하는 비율로 10~40%에 해당하는 층두께로 한 α형 결정 구조의 산화알루미늄층을 포함하는 경질 피복층을 구비한 표면 피복 초경합금제 절삭 공구가 제안되어 있다.

특허문헌 1 : 일본 특허 공개 공보 제2013-063504호 특허문헌 2 : 일본 특허 공개 공보 평성10-204639호 특허문헌 3 : 일본 특허 공개 공보 제2000-218410호

상기 특허문헌 1~3에서 제안되는 바와 같이, α-Al₂O₃의 막질(膜質) 개량을 도모함으로써, 초경합금으로 이루어지는 절삭 공구의 성능 향상, 특히 내(耐)크레이터 마모성 및 내(耐)치핑성을 향상시키는 것이 기대되고 있다. 그러나 막질 개량에 관하여, 상기 특허문헌 1과 같이, Al₂O₃의 결정립의 특정 방향으로의 배향성에 착안하는 것만으로는, 막강도가 향상되는 효과가 얻어지는 한편으로 여러 가지 문제를 포함하게 된다.

예를 들면, α-Al₂O₃의 결정립의 (001) 배향은, 기재 표면과 평행한 방향에 대하여 열팽창 계수가 높아지는 경향을 나타내기 때문에, 성막 후의 냉각시에 피막에 균열이 다수 발생할 우려가 있다. 또한, (001) 배향하는 α-Al₂O₃의 결정립은, 속도가 빠른 조건 하에서 성장이 진행하기 때문에, 결정립이 조대화하여 내마모성이 저하될 우려도 있다. 한편으로, 상기 특허문헌 2, 3과 같이 배향성이 상이한 복수의 Al₂O₃의 결정립을 포함한 피막에 착안하는 것만으로는, 특정 방향(예를 들면, (001) 면방향)으로 배향하는 α-Al₂O₃의 결정립의 비율이 낮아지기 때문에, 막강도가 향상되는 효과를 충분히 얻기 어려워진다.

본 발명은, 상기 실정을 감안하여 이루어지고, 막강도가 향상되는 효과를 충분히 얻은 뒤에 결정립의 조대화를 막고, 냉각 시의 피막의 균열 발생을 막는 것이 가능한 표면 피복 절삭 공구를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 양태에 따른 표면 피복 절삭 공구는, 기재와 상기 기재 상에 형성된 피막을 구비하고, 상기 피막은 복수의 α-Al₂O₃의 결정립을 포함한 α-Al₂O₃층을 포함하며, 상기 α-Al₂O₃층은, 상기 기재측에 배치된 하층부와, 상기 하층부 상에 배치된 중간부와, 상기 중간부 상에 배치된 상층부를 포함하고, 상기 하층부는 상기 α-Al₂O₃층의 단면 연마면에 대한 전자선 후방 산란 회절 장치를 이용한 결정 방위 맵핑에 있어서, (001) 배향한 α-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율이 35% 미만이 되고, 상기 중간부는 상기 결정 방위 맵핑에 있어서, (001) 배향한 α-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율이 35% 이상이 되며, 상기 상층부는, 상기 결정 방위 맵핑에 있어서, (001) 배향한 α-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율이 35% 미만이 되고, 상기 α-Al₂O₃층의 두께는 4~18 ㎛이며, 상기 중간부의 두께는 상기 α-Al₂O₃층의 두께의 50% 이상을 차지하고, 상기 하층부 및 상기 상층부의 두께는 어느 것이나 1 ㎛ 이상이다.

상기에 따르면, 막강도가 향상되는 효과를 충분히 얻은 뒤에 결정립의 조대화를 막고, 냉각 시의 피막의 균열 발생을 막을 수 있다.

[본 발명의 실시형태의 설명]

최초에 본 발명의 실시양태를 열거하여 설명한다.

[1] 본 발명의 일 양태에 따른 표면 피복 절삭 공구는, 기재와 상기 기재 상에 형성된 피막을 구비하고, 상기 피막은 복수의 α-Al₂O₃의 결정립을 포함한 α-Al₂O₃층을 포함하며, 상기 α-Al₂O₃층은 상기 기재측에 배치된 하층부와, 상기 하층부 상에 배치된 중간부와, 상기 중간부 상에 배치된 상층부를 포함하고, 상기 하층부는 상기 α-Al₂O₃층의 단면 연마면에 대한 전자선 후방 산란 회절 장치를 이용한 결정 방위 맵핑에 있어서 (001) 배향한 α-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율이 35% 미만이 되고, 상기 중간부는 상기 결정 방위 맵핑에 있어서 (001) 배향한 α-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율이 35% 이상이 되고, 상기 상층부는 상기 결정 방위 맵핑에 있어서 (001) 배향한 α-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율이 35% 미만이 되며, 상기 α-Al₂O₃층의 두께는 4~18 ㎛이고, 상기 중간부의 두께는 상기 α-Al₂O₃층의 두께의 50% 이상을 차지하며, 상기 하층부 및 상기 상층부의 두께는 어느 것이나 1 ㎛ 이상이다. 이러한 구성에 의해 표면 피복 절삭 공구는, 막강도가 향상되는 효과를 충분히 얻은 뒤에 결정립의 조대화를 막고, 냉각 시의 피막의 균열 발생을 막을 수 있다.

[2] 상기 하층부는 상기 결정 방위 맵핑에 있어서 (110) 배향한 α-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율이 40% 이상이 되는 것이 바람직하다. 이에 따라, 결정립의 조대화를 억제하는 효과를 높일 수 있다.

[3] 상기 상층부는 상기 결정 방위 맵핑에 있어서 (110) 배향한 α-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율이 40% 이상이 되는 것이 바람직하다. 이에 따라, 냉각 시의 피막의 균열 발생을 억제하는 효과를 높일 수 있다.

[본 발명의 실시형태의 상세]

이하, 본 발명의 실시형태(이하 「본 실시형태」라고도 함)에 관해서 더 상세하게 설명한다.

<표면 피복 절삭 공구>

본 실시형태의 표면 피복 절삭 공구는, 기재와 상기 기재 상에 형성된 피막을 구비한다. 피막은, 기재의 전면(全面)을 피복하는 것이 바람직하다. 그러나, 기재의 일부가 이 피막으로 피복되어 있거나 피막의 구성이 부분적으로 상이하거나 하고 있었다고 해도, 본 발명의 범위를 일탈하는 것은 아니다.

본 실시형태의 표면 피복 절삭 공구는, 드릴, 엔드밀, 드릴용 날끝 교환형 절삭 팁, 엔드 밀용 날끝 교환형 절삭 팁, 프라이스 가공용 날끝 교환형 절삭 팁, 선삭 가공용 날끝 교환형 절삭 팁, 메탈 톱, 기어 절삭 공구, 리머, 탭 등의 절삭 공구로서 적합하게 사용할 수 있다.

<기재>

기재는, 이 종류의 기재로서 종래 공지의 것이면 어느 것이나 사용할 수 있다. 예를 들면, 초경합금(예를 들면, WC기 초경합금, WC 외에 Co를 포함하고, 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 하나인 것이 바람직하다.

이러한 각종 기재 중에서도 초경합금, 특히 WC기 초경합금, 또는 서멧(특히 TiCN기 서멧)을 선택하는 것이 바람직하다. 이러한 기재는, 특히 고온에서의 경도와 강도의 밸런스가 우수하고, 상기 용도의 표면 피복 절삭 공구의 기재로서 우수한 특성을 갖고 있다.

표면 피복 절삭 공구가 날끝 교환형 절삭 팁 등인 경우, 기재는 칩 브레이커를 갖는 것도, 갖지 않는 것도 포함된다. 또한, 날끝 능선부는, 그 형상이 샤프 에지(절삭면과 여유면이 교차하는 릿지), 호닝(샤프 에지에 대하여 R을 부여한 것), 네거티브 랜드(모따기를 한 것), 호닝과 네거티브 랜드를 조합한 것 중에서 어떠한 것도 포함된다.

<피막>

피막은 복수의α-Al₂O₃(결정 구조가 α형인 산화알루미늄)의 결정립을 포함한 α-Al₂O₃층을 포함한다. 예를 들면 피막은, 복수의 α-Al₂O₃의 결정립을 포함한 α-Al₂O₃층을 1층 이상 포함하고, 또 다른 층을 포함한 복수의 층으로 구성할 수 있다. α-Al₂O₃층은 복수의 α-Al₂O₃의 결정립을 포함한 다결정의 α-Al₂O₃를 포함하고 있다. α-Al₂O₃의 결정립은 통상, 약 0.1~2 ㎛ 정도의 크기의 입경을 갖는다.

피막은, 두께가 4~45 ㎛(4 ㎛ 이상 45 ㎛ 이하, 또 본원에 있어서 수치범위를 「~」을 이용하여 나타내는 경우, 그 범위는 상한 및 하한의 수치를 포함하는 것으로 함)이다. 또한 피막의 두께는 5~35 ㎛ 인 것이 적합하다. 이 두께가 4 ㎛ 미만이면, 내마모성이 불충분해질 우려가 있다. 이 두께가 45 ㎛를 초과하면, 단속(斷續) 가공 등에 있어서 피막과 기재와의 사이에 큰 응력이 가해졌을 때에, 피막의 박리 또는 파괴가 고빈도로 발생할 우려가 있다. 또, 본 명세서에 있어서 피막, 후술하는 α-Al₂O₃층, TiCN층 등 각종의 막 및 층의 「두께」란, 「평균 두께」를 의미한다.

상기 다른 층으로서, TiCNO층, TiBN층, TiC층, TiN층, TiAlN층, TiSiN층, AlCrN층, TiAlSiN층, TiAlNO층, AlCrSiCN층, TiCN층, TiSiC층, CrSiN층, AlTiSiCO층, TiSiCN층 등을 예시할 수 있다. 여기서 본 명세서에 있어서 상기한 바와 같이 화합물을 화학식으로 나타낼 때, 원자비를 특별히 한정하지 않는 경우는 종래 공지의 모든 원자비를 포함하고, 화학 양론적 범위의 것에 반드시 한정되는 것은 아니다.

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

다른 층의 예시로서 예를 들면, TiCN층은, α-Al₂O₃층과 기재와의 사이에 배치된다. 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 저온에서 성막할 수 있고, 성막 시의 가열에 의한 기재의 손상을 저감시킬 수 있다.

TiCN층은 그 두께가 2~20 ㎛인 것이 바람직하다. 이 두께를 2 ㎛ 미만으로 하면 마모가 진행하기 쉬워질 우려가 있다. 이 두께가 20 ㎛를 넘으면 내치핑성이 저하될 우려가 있다.

또 다른 층으로서, 최표면층 및 중간층 등도 피막에 포함할 수 있다. 최표면층은 피막의 가장 표면측에 배치되는 층이다. 중간층은 이 최표면층과 α-Al₂O₃층과의 사이, α-Al₂O₃층과 TiCN층의 사이 또는 TiCN 층과 기재와의 사이 등에 배치되는 층이다. 최표면층으로서 예를 들면, TiN층을 예시할 수 있다. 중간층으로서 예를 들면, TiCNO층을 예시할 수 있다.

<α-Al₂O₃층>

α-Al₂O₃층은, 기재측에 배치된 하층부와, 하층부 상에 배치된 중간부와, 중간부 상에 배치된 상층부를 포함한다.

하층부는 α-Al₂O₃층의 단면 연마면에 대한 전자선 후방 산란 회절(EBSD:Electron Back Scatter Diffraction) 장치를 이용한 결정 방위 맵핑에 있어서, (001) 배향한 α-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율이 35% 미만이 된다.

중간부는, 상기 결정 방위 맵핑에 있어서, (001) 배향한 α-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율이 35% 이상이 된다. 상층부는 상기 결정 방위 맵핑에 있어서, (001) 배향한 α-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율이 35% 미만이 된다.

본 실시형태의 표면 피복 절삭 공구는, (001) 배향한 α-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율이 35% 이상이 되는 중간부에 의해, α-Al₂O₃층의 특정 방향((001) 면방향)으로의 배향성에 의해서 막강도가 향상되는 효과를 충분히 얻을 수 있다. 또한, 하층부의 (001) 배향한 α-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율이 35% 미만이 되기 때문에, α-Al₂O₃의 결정립의 조대화를 막을 수 있고 내마모성의 저하를 억제할 수 있다. 또한, 상층부의 (001) 배향한 α-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율이 35% 미만이 되기 때문에, 냉각 시의 피막의 균열 발생을 막을 수 있고 내치핑성의 저하를 억제할 수 있다. 즉, 이러한 하층부 및 상층부를 구비함으로써, α-Al₂O₃층의 (001) 면방향으로의 배향성이 너무 높은 것의 단점인 α-Al₂O₃의 결정립의 조대화 및 냉각 시의 피막의 균열 발생을 억제할 수 있다.

여기서, 「(001) 배향한 α-Al₂O₃의 결정립」이란, 기재 표면(피막 표면측에 위치하는 표면으로 함)의 법선에 대하여, (001) 면의 경사각(기재 표면의 법선과 (001) 면의 법선이 이루는 각도)이 0~10°가 되는 α-Al₂O₃의 결정립을 말한다. α-Al₂O₃층에 있어서, 임의의 α-Al₂O₃의 결정립이 (001) 배향하고 있는지 아닌지는, EBSD 장치를 구비한 전계 방출형 주사형 전자 현미경(FE-SEM)을 이용하여 확인할 수 있다. EBSD란 후방 산란 전자에 의해서 발생하는 기쿠치 회절 패턴의 자동 분석에 기초하는 것이다.

예를 들면, EBSD 장치를 구비한 FE-SEM을 이용하여, 기재 표면의 법선을 포함하는 평면으로 α-Al₂O₃층을 절단한 절단면(α-Al₂O₃층의 수직 단면)인 단면 연마면(단면 연마면이, 상기 절단면의 연마되어 이루어지는 면인 것은 후술함)을 촬영한다. 다음으로, 촬영 화상의 각 픽셀의 (001) 면의 법선 방향과, 기재 표면의 법선 방향(즉, 단면 연마면에서의 α-Al₂O₃층의 두께 방향으로 평행하게 되는 직선 방향)이 이루는 각도를 산출한다. 그리고, 그 각도가 0~10° 이내가 되는 픽셀을 선택한다. 이 선택된 픽셀이 기재 표면에 대하여 (001) 면의 경사각이 0~10°가 되는 α-Al₂O₃의 결정립, 즉 (001) 배향한 α-Al₂O₃의 결정립에 대응한다.

그리고, α-Al₂O₃층의 단면 연마면의 소정 영역에서의 (001) 배향한 α-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율은, 결정 방위 맵핑으로서, 단면 연마면의 α-Al₂O₃층에 대하여, 상기 선택된 픽셀을 색 나눔으로써 작성되는 칼라 맵에 기초하여 산출된다. 결정 방위 맵핑에서는, 상기 선택된 픽셀에 미리 정해진 색이 부여되어 있기 때문에, 소정 영역에서의 (001) 배향한 α-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율을, 그 부여된 색을 지표로 하여 산출할 수 있다. 상기 이루는 각도의 산출, 상기 각도가 0~10° 이내인 픽셀의 선택, 및 상기 면적 비율의 산출은, 시판 소프트웨어(상품명:「Orientation Imaging Microscopy Ver 6.2」, EDAX사 제조)를 이용하여 행할 수 있다.

상기 결정 방위 맵핑으로부터, 본 실시형태에 있어서 α-Al₂O₃층은, 그 단면 연마면에 있어서 기재측에 배치되고, (001) 배향한 α-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율이 35% 미만이 되는 하층부를 포함하는 것이 특정된다. 또한, 이 하층부 상에 배치되고, (001) 배향한 α-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율이 35% 이상이 되는 중간부를 포함하는 것이 특정된다. 또한, 이 중간부 상에 배치되고, (001) 배향한 α-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율이 35% 미만의 상층부를 포함하는 것이 특정된다. 또, (001) 배향한 α-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율을 산출함에 있어서, FE-SEM의 관찰 배율을 2000~20000배의 범위로부터 적절하게 선택할 수 있다. 또한 관찰 면적도 200~10000 ㎛², 예를 들면 250 ㎛²가 되도록 시야수(1~10정도)를 조정할 수 있다.

하층부는, 상기 결정 방위 맵핑에 있어서, (001) 배향한 α-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율이 30% 이하가 되는 것이 바람직하다. α-Al₂O₃의 결정립의 조대화를 효과적으로 막을 수 있기 때문이다. 중간부는, 상기 결정 방위 맵핑에 있어서, (001) 배향한 α-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율이 40% 이상이 되는 것이 바람직하다. (001) 면방향으로 배향함으로써 막강도가 향상되는 효과를 충분히 유리하게 얻을 수 있기 때문이다. 상층부는, 상기 결정 방위 맵핑에 있어서, (001) 배향한 α-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율이 30% 이하가 되는 것이 바람직하다. 냉각 시 및 사용 시의 피막의 균열 발생을 효과적으로 막을 수 있기 때문이다.

또, 상기 결정 방위 맵핑에 있어서, 하층부의 (001) 배향한 α-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율의 하한값은 0%인 것이 바람직하다. 중간부의 (001) 배향한 α-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율의 상한값은 100%인 것이 바람직하다. 상층부의 (001) 배향한 α-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율의 하한값은 0%인 것이 바람직하다. 각 층부는 이러한 면적 비율의 범위에 있어서, 각각 상기 효과를 얻을 수 있다.

<α-Al₂O₃층의 두께>

α-Al₂O₃층은 두께가 4~18 ㎛이다. 이러한 두께로 함으로써, 내마모성, 내치핑성을 향상시킬 수 있다. 피삭재의 용착을 억제하는 효과를 얻을 수도 있다. 특히, α-Al₂O₃층의 두께는, 5~15 ㎛인 것이 바람직하다. α-Al₂O₃층의 두께를 4 ㎛ 미만으로 하면 너무 얇아 내마모성의 향상 효과 및 피삭재의 용착을 억제하는 효과가 얻어지지 않을 우려가 있다. α-Al₂O₃층의 두께가 18 ㎛을 넘으면, 너무 두꺼워 피막이 박리하기 쉬워지고, 내치핑성이 저하될 우려가 있다.

<중간부의 두께가 α-Al₂O₃층의 두께에 있어서 차지하는 비율>

중간부의 두께는 α-Al₂O₃층의 두께의 50% 이상을 차지한다. 이에 따라, α-Al₂O₃층 전체에서의 (001) 배향한 α-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율이 높아지고, 막강도가 향상되는 효과를 충분히 얻을 수 있다. 중간부의 두께가 차지하는 비율의 상한값은 80%이다. 상한값인 80%를 넘으면, 상층부 또는 하층부의 두께가 너무 얇아지게 되고, α-Al₂O₃의 결정립의 조대화를 억제하는 효과 또는 균열 발생을 억제하는 효과가 충분히 얻어지지 않게 될 우려가 있다. 중간부의 최적의 두께는 α-Al₂O₃층의 두께의 55~65%이다.

여기서, 하층부, 중간부 및 상층부의 두께는, 다음과 같이 하여 산출할 수 있다. 즉, 상기 단면 연마면에 대하여, 기재 표면의 법선 방향을 따라서, α-Al₂O₃층의 표면(피막 표면측에 위치하는 표면으로 함)으로부터 기재를 향하여 순서대로, EBSD 장치를 구비한 FE-SEM로 1×1 ㎛의 범위를 촬영하고, (001) 배향한 α-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율을 산출해 나간다. 우선, (001) 배향한 α-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율이 35% 미만이 되는 영역을 상층부로서 특정한다. 계속해서, 35% 이상이 되는 영역이 나타나면 중간부라고 특정하고, 그 후 다시 35% 미만이 되는 영역이 나타나면 하층부라고 특정한다. 하층부, 중간부 및 상층부가 특정되었다면, 계속해서 단면 연마면 상의 특정한 각부의 치우치지 않는 5개소에서, 상기 FE-SEM에 의한 1×1 ㎛의 범위의 촬영을 재차 행함으로써, 각 층부의 두께를 결정할 수 있다.

그 결과, 본 실시형태에 있어서 중간부의 두께는 α-Al₂O₃층의 두께의 50% 이상을 차지하게 된다. 또한, 하층부 및 상층부의 두께는 어느 것이나 1 ㎛ 이상이 된다.

또한, α-Al₂O₃층의 두께는, 상기 단면 연마면을 관찰함으로써 측정할 수 있다. 예를 들면, α-Al₂O₃층의 두께는, 에너지 분산형 X선 분석 장치(EDS:Energy Dispersive X-ray Spectroscpy)를 구비한 전계 방출형 주사 전자 현미경(FE-SEM)을 이용하여, α-Al₂O₃층의 단면 연마면을 관찰함으로써 측정할 수 있다. 복수 개소의 α-Al₂O₃층의 단면 연마면을 관찰하고, 그 두께의 평균값을 산출함으로써 결정하면 좋다. 그리고, 본 실시형태에서는 α-Al₂O₃층은, 두께가 4~18 ㎛가 된다.

<하층부 및 상층부에서의 (110) 배향한 α-Al₂O₃의 결정립>

상기 α-Al₂O₃층의 하층부는, 상기 결정 방위 맵핑에 있어서, (110) 배향한 α-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율이 40% 이상이 되는 것이 바람직하다. α-Al₂O₃의 열팽창율은 (110) 면의 법선 방향에서 높고, 평행한 방향에서는 낮다. 그 때문에 하층부의 열팽창율을 상대적으로 낮게 함으로써, 냉각 시의 피막의 균열 발생을 효과적으로 막을 수 있고, 내치핑성의 저하를 유리하게 억제할 수 있기 때문이다. 또, (001) 배향을 얻기 위한 성막 조건 하에 있어서, α-Al₂O₃의 결정립은 조대화하기 쉽기 때문에, (001) 배향이 아닌 α-Al₂O₃층을 배치하고, 이것을 억제하고자 하기 때문이다. 이에 따라, α-Al₂O₃의 결정립의 조대화에 따른 경도 저하를 효과적으로 막을 수 있고, 내마모성의 저하를 유리하게 억제할 수 있다.

또한, 상기 α-Al₂O₃층의 상층부는, 상기 결정 방위 맵핑에 있어서, (110) 배향한 α-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율이 40% 이상이 되는 것이 바람직하다. 이에 따라, 사용 시의 피막의 균열 발생을 효과적으로 막을 수 있고, 내치핑성의 저하를 유리하게 억제할 수 있다.

배향하는 결정면끼리가 이루는 각도(방위차)가 클수록 균열이 진전하기 어려워져 날끝의 치핑을 억제하는 효과가 얻어진다고 고려된다. 그 때문에, 배향하는 결정면끼리가 이루는 각도가 90° 전후인 결정립이 층 중에서 공존할 때, 균열 발생과 진전의 억제 효과를 효과적으로 얻을 수 있을 가능성이 있다.

그리고, α-Al₂O₃의 결정립의 (110) 면은, (001) 면과의 이루는 각도가 90°가 된다. 이 때문에, 본 실시형태에서는, (001) 배향한 α-Al₂O₃의 결정립을 갖는 하층부 및 상층부에 있어서, (110) 배향하는 α-Al₂O₃의 결정립을 갖도록 제어하고, 균열 발생의 억제 효과와 결정립의 조대화의 억제 효과를 얻을 수 있도록 했다.

그 한편으로, α-Al₂O₃층의 중간부는, (001) 배향한 α-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율이 35% 이상이다. 이러한 중간부의 (001) 면방향으로의 배향성에 의해서 본 실시형태의 표면 피복 절삭 공구는, 막강도가 향상되는 효과를 충분히 얻을 수 있다.

또, 하층부 및 상층부의 (110) 배향한 α-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율이 40% 이상인 것에 관해서도, 전술한 α-Al₂O₃층의 단면 연마면에 대한 전자선 후방 산란 회절 장치를 이용한 결정 방위 맵핑으로부터 측정할 수 있다. 「(110) 배향한 α-Al₂O₃의 결정립」이란, 기재 표면의 법선에 대하여, (110) 면의 경사각(기재 표면의 법선과 (110) 면의 법선이 이루는 각도)이 0~10°가 되는 α-Al₂O₃의 결정립을 말한다.

즉, EBSD 장치를 구비한 FE-SEM을 이용하여, α-Al₂O₃층의 단면 연마면을 촬영하고, 상기 시판의 소프트웨어를 이용하여, 촬영 화상의 각 픽셀의 (110) 면의 법선 방향과, 기재 표면의 법선 방향의 이루는 각도의 산출, 및 그 각도가 0~10° 이내가 되는 픽셀의 선택을 행한다. 계속해서, 결정 방위 맵핑으로서, 선택된 픽셀을 색 구분하여 칼라 맵을 작성한다. 그 칼라 맵의 색을 지표로 함으로써 α-Al₂O₃층의 하층부 및 상층부에서의 (110) 배향한 α-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율을 산출할 수 있다.

상기 결정 방위 맵핑으로부터, 하층부 및 상층부의 (110) 배향한 α-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율은, 각각 40% 이상인 것이 특정된다. 또, (110) 배향한 α-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율을 산출하는 데 있어서도, 전술한 바와 같이 FE-SEM의 관찰배율을 적절하게 선택하는 것이 바람직하고, 관찰 면적이 적절해지도록 시야수를 조정하는 것이 바람직하다.

또, 하층부 및 상층부의 (110) 배향한 α-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율은 높으면 높을수록 바람직하고, 그 상한은 이상적으로는 100%이다. (110) 배향한 α-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율이 높을수록 하층부에 있어서 결정립의 조대화의 억제 효과를 얻을 수 있고, 상층부에 있어서 균열 발생의 억제 효과를 얻을 수 있다.

<α-Al₂O₃층의 절단면의 연마 가공>

이하, (001) 배향한 α-Al₂O₃의 결정립 및 (110) 배향한 α-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율을 산출하기 위해서 필요한, 혹은 α-Al₂O₃층 및 중간부의 두께를 측정하기 위해서 필요한 α-Al₂O₃층의 절단면(단면 연마면)을 준비하기 위한 연마 가공 방법에 관해서 설명한다.

우선 α-Al₂O₃층을 후술의 제조 방법에 기초하여 형성한다. 형성된 α-Al₂O₃층을, α-Al₂O₃층에 수직한 단면이 얻어지도록 절단한다(즉, 기재 표면의 법선을 포함하는 평면으로 α-Al₂O₃층을 절단하고, 그 절단면을 노출시킴). 그 후, 그 절단면을 내수(耐水) 연마지(연마제로서 SiC 지립 연마제를 포함하는 것)로 연마한다.

상기의 절단은, 예를 들면 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(해당 회전날과 상기 평판이 가능한 한 수직이 되도록 절단함). 이 절단은, 이러한 수직 방향에 대하여 행해지는 한, α-Al₂O₃층의 임의의 부위에서 행할 수 있다.

또한, 상기의 연마는, 상기 내수 연마지 #400, #800, #1500을 순서대로 이용하여 행한다(내수 연마지의 번호(#)는 연마제의 입경의 차이를 의미하고, 숫자가 커질수록 연마제의 입경은 작아짐).

계속해서, 상기의 단면 연마면을 Ar 이온에 의한 이온 밀링 처리에 의해 더욱 평활화한다. 이온 밀링 처리의 조건은 이하와 같다.

가속 전압: 6 ㎸

조사 각도: 기재 표면의 법선 방향으로부터 0°

조사 시간: 6시간

그 후, 상기의 평활화된 α-Al₂O₃층의 단면 연마면을, EBSD 장치를 구비한 FE-SEM에 의해서 관찰하면 좋다. 예를 들면, HKL NL02 EBSD 검출기를 구비한 Zeiss Supra 35 VP(CARL ZEISS사 제조)를 이용할 수 있다. EBSD 데이터는, 집속 전자빔을 각 픽셀 상으로 개별로 위치시킴에 따라 순서대로 수집할 수 있다.

<표면 피복 절삭 공구의 제조 방법>

본 실시형태의 표면 피복 절삭 공구는, 다음과 같이 하여 제조할 수 있다.

우선, 원료를 소결함으로써, 예를 들면 초경합금으로 이루어지는 기재를 준비한다. 계속해서, 필요에 따라서 브러시 또는 플라스틱 미디어 등의 일반적인 수법을 이용하여, 기재의 날끝 능선부의 근방 영역에 대하여 호닝 처리를 실시한다.

계속해서, 상기의 기재 상에 피막을, 화학 기상 증착(CVD)법에 의해 형성함으로써 적합하게 제조할 수 있다. CVD법을 이용하면, 성막 온도가 800~1200℃가 된다. 이 온도는 물리 증착법과 비교하여 높고, 이에 따라 기재와의 밀착성이 향상된다. 피막 중, Al₂O₃층 이외의 다른 층으로서의 각 층이 형성되는 경우, 이러한 층은 종래 공지의 조건으로 형성할 수 있다.

α-Al₂O₃층을 형성하기 위해서는, 원료 가스로서, 예를 들면 AlCl₃, HCl, CO₂, H₂S 및 H₂를 이용하면 좋다. 배합량은 AlCl₃을 0.5~5 체적%, HCl을 1~5 체적%, CO₂을 0.3~3 체적%, H₂S를 0.05~1.5 체적%로 하고, 잔부를 H₂로 한다. 또한 CVD 장치의 모든 조건은 온도가 950~1050℃이고, 압력이 1~20 ㎪이며, 가스 유량(전체 가스량)이 10~150 L/min이다.

또, α-Al₂O₃층 및 α-Al₂O₃층 이외의 각 층의 두께는, 성막 시간을 적절하게 조절함으로써 조정할 수 있다(각 층의 성막 속도는, 약 0.5~2.0 ㎛/시간임).

피막을 형성한 후에, 필요에 따라서 브러시 처리, 또는 샌드블라스트 처리, 웨트블라스트 처리, 숏 피닝 처리 등의 블라스트 처리, 혹은 PVD의 충돌 처리 등의 각종 수법을 이용하여 표면 처리를 할 수 있다. 이에 따라 피막에 대하여 압축 응력을 부여할 수 있다.

실시예

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

<기재의 조제>

6.5 질량%의 Co와, 1.2 질량%의 TaC와, 0.5 질량%의 ZrC와, 잔부의 WC로 이루어지는 조성비로 배합한 원료 분말을 어트리터(습식 미디어 교반형 미분쇄기, 상품명(모델 번호):「습식 어트리터 100S」, 일본 코크스공업 주식회사 제조)로 10시간 습식 혼합한 후 건조시켰다. 그 후 100 ㎫의 압력으로 압분체에 프레스 성형하고, 이 압분체를 진공 용기에 넣어 2 ㎩의 진공 중에서 1440℃, 1시간 유지했다.

다음으로, 이 압분체를 진공 용기로부터 꺼내고, 바닥면을 평면 연마한 후, 날끝 처리로서 SiC 브러시로 절삭면으로부터 보아 0.6 ㎜의 호닝을 행하여 JIS(Japanese Industrial Standard) B 4120(2013)로 규정되는 CNMA 120408의 형상의 WC 초경합금제의 기재(스미토모 전기공업 제조)를 조제했다. 조제한 기재는, 후술하는 α-Al₂O₃층의 형성 조건의 조합에 대응하기 위해서 복수개 준비했다.

<피막의 형성>

상기에서 얻어진 각 기재에 대하여, 그 표면에 피막을 형성했다. 구체적으로는, 기재를 CVD 장치 내에 셋트함으로써, CVD법에 의해 기재 상에 피막을 형성했다. 피막의 형성 조건은 이하의 표 1, 표 2, 표 3 및 표 4에 기재한 대로이다. 표 1에는 α-Al₂O₃층 이외의 각 층을 형성하기 위한 조건(온도 조건, 압력 조건 및 두께)을 나타냈다. 표 2에는 α-Al₂O₃층 이외의 각 층을 형성하기 위한 원료 가스의 조성비(단위는, 체적%)를 나타냈다. 또, α-Al₂O₃층 이외의 각 층을 형성하기 위한 조건 및 원료 가스의 조성비는 각 기재에 대하여 공통이다.

또한 표 3에는, α-Al₂O₃층을 형성하기 위한 원료 가스의 조성비(단위는, 체적%) 및 상기 원료 가스의 온도 조건, 압력 조건을 나타냈다. 표 3에 나타낸 바와 같이, α-Al₂O₃층을 형성하는 원료 가스의 가스 조건은 a~d의 4가지 존재한다. 본 실시예에서는, 하층부, 중간부 및 상층부의 각 층부의 작성 시에 이들 4가지의 가스 조건을 조합하는 등 하여 적용함으로써, 전체 15가지(시료 1~15)의 α-Al₂O₃층을 형성했다. 표 4에는, 각 시료에 대하여 하층부, 중간부 및 상층부의 각 층부를 형성하는 데 적용한 원료 가스의 가스 조건(a~d), 및 각 층부의 두께를 나타냈다. 표 1 및 표 4에 기재한 α-Al₂O₃층의 두께, 및 그 이외의 각 층부의 두께의 측정 방법은 전술한 대로이며, 측정된 5개소의 두께의 평균값이 각각 표시되어 있다.

각 층부의 성막 방법은, 예컨대 시료 5라면 가스 조건 「d」로 일정 시간, 하층부의 성막을 행한 후, 가스 조건(배합 비율)을 「a」로 전환하여 중간부를 성막하고, 그 후 가스 조건을 「d」로 전환하여 상층부를 성막한다는 방법이다.

또한, 표 4 중, 시료 12는 α-Al₂O₃층이 1층으로 이루어지고, 이 1층이 후술하는 바와 같이, (001) 배향한 α-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율이 80%인 층이 되기 때문에, 시료 12의 중간부의 란에 α-Al₂O₃층을 형성한 가스 조건 및 층의 두께를 기재하는 것으로 했다. 시료 13은 α-Al₂O₃층이 2층으로 이루어지고, 이 2층이 후술하는 바와 같이, 기재측으로부터 (001) 배향한 α-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율이 15%인 층, (001) 배향한 α-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율이 75%인 층이 된다. 이 때문에, 시료 13의 하층부 및 중간부의 란에, 각각 가스 조건 및 층의 두께를 기재하는 것으로 했다.

α-Al₂O₃층 및 α-Al₂O₃층 이외의 각 층의 두께는, 성막 시간을 적절하게 조절함으로써 조정할 수 있다. 또한, 표 1 및 표 2 중, MT-TiCN이란, MT-CVD법에 의해 형성하는 TiCN층을 의미하고, HT-TiCN이란 HT-CVD(High temperature CVD)법에 의해 형성하는 TiCN층을 의미한다. TiN(제1층)이란, 기재 상에 우선 TiN층이 성막된 것을 의미한다. 본 실시예에 있어서 피막의 구성은 기재측으로부터 TiN층, MT-TiCN층, HT-TiCN층, TiCNO 층 및α-Al₂O₃층의 순서이다. 그리고 α-Al₂O₃층은, 기재측으로부터 하층부, 중간부, 상층부의 순서로 구성된다. 본 실시예는 Al₂O₃층의 상층부가 피막의 최표면에 배치된다.

<표면 처리>

피막을 형성한 각 시료에 대하여 블라스트 처리를 행하고 압축 응력을 부여했다.

<α-Al₂O₃층의 배향성 측정>

이상으로부터 얻어진 각 시료에 관하여, 기재 표면의 법선을 포함하는 평면으로 α-Al₂O₃층을 절단하고, 그 절단면(α-Al₂O₃층의 수직 단면)에 대하여 전술한 바와 같은 연마 가공을 행했다. 또한, 얻어진 α-Al₂O₃층의 단면 연마면에 관해서, 전술과 같이 하여 EBSD 장치를 구비한 FE-SEM(상품명(모델 번호):「SU6600」, 히타치 하이테크놀로지스사 제조)를 이용하여 관찰하고, α-Al₂O₃의 결정립의 결정 방위를 측정했다. 구체적으로는, 전술한 결정 방위 맵핑에 의해, α-Al₂O₃층의 하층부, 중간부 및 상층부에서의 (001) 배향한 α-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율, 및 (110) 배향한 α-Al₂O₃의 면적 비율을 산출했다. (001) 배향한 α-Al₂O₃의 결정립인지 아닌지, 및 (110) 배향한 α-Al₂O₃의 결정립인지 아닌지의 판단은, 전술의 정의와 같이 행했다. (001) 배향한 α-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율, 및 (110) 배향한 α-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율의 산출에 대응하여 행하는 관찰 배율을 20000배로 하고, 관찰 면적은 200 ㎛²가 되도록 시야수를 조정했다.

상기 배향성 측정으로부터 얻어진 (001) 배향한 α-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율, (110) 배향한 α-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율을 각각, 이하의 표 5에 나타낸다. 표 5에는 α-Al₂O₃층의 두께(μm), 및 α-Al₂O₃층의 두께 중 중간부의 두께가 차지하는 비율(중간부의 두께/α-Al₂O₃층의 두께)(%)도 기재했다.

<절삭 시험>

또한 각 시료에 대하여, 이하의 조건에 의해 절삭 시험을 행했다.

피삭재 : FCD450 둥근 막대

절삭 속도: 250 m/min

이송: 0.30 ㎜/rev

절삭 깊이 :1.5 ㎜

절삭 오일: 습식(수용성 오일)

평가: 여유면 마모폭≥0.3 ㎜를 수명으로서 측정.

절삭 시험에서는, 절삭 공구를 절삭기에 셋트하여 절삭했다. 30초마다 절삭기로부터 절삭 공구를 제거하여 측면 마모량을 측정하고, 이것이 0.3 ㎜를 넘기까지의 시간을 수명으로서 평가했다. 이 시간이 길수록 수명이 길다고 할 수 있고, 막강도가 향상되는 효과와 함께 결정립의 조대화, 균열 발생 등을 막을 수 있는 절삭 공구라고 평가할 수 있다. 이 결과에 관해서도 이하의 표 5에 나타낸다.

또, 표 5에서의 비고의 란에는, 절삭 시험 중 및 절삭 시험 종료 후에 각 시료를 관찰함으로써 발견되는 공구의 형상 변화에 관해서 기재했다. 표 5의 비고의 란 중, 「성능 양호」란, 수명이 8분 이상이며, 이 수명이 도래할 때까지 치핑의 발생, 마모가 크게 진행한 것 등이 발견되는 것 같은 형상 변화가 없던 것을 의미한다.

또한, 「치핑 발생」이란 절삭 시험 중에 치핑이 발생하여 수명이 도래한 것을 의미한다. 「마모 대」란 절삭 시험 중에 마모가 크게 진행하여 수명이 도래한 것을 의미한다. 「피막 박리 발생」이란, 절삭 시험 중에 피막의 박리가 발생하여 수명이 도래한 것을 의미한다.

<시험 결과 및 고찰>

표 5에 나타낸 바와 같이, 실시예(시료 1, 2, 5, 6, 7, 8, 10 및 14)의 α-Al₂O₃층은, (001) 배향한 α-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율이 35% 미만인 하층부 및 상층부와, (001) 배향한 α-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율이 35% 이상인 중간부로 이루어져 있었다. 또한, α-Al₂O₃층의 두께는 4~18 ㎛이며, 중간부의 두께가 α-Al₂O₃층의 두께에 있어서 차지하는 비율은 50% 이상이었다. 또, 하층부 및 상층부의 두께는 어느 것이나 1 ㎛ 이상이다. 이러한 시료는, 「성능 양호」라고 평가할 수 있었다.

특히, 시료 5, 6, 7은 하층부, 중간부 및 상층부에서의 (001) 배향한 α-Al₂O₃의 결정립의 전술한 특징에 더하여, 적어도 상층부 또는 하층부에 있어서 (110) 배향한 α-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율이 40% 이상이 되었다. 이러한 시료에서는, 수명이 11분 이상이며, 더욱 양호한 성능을 갖고 있었다.

한편, 비교예(시료 3, 4, 9, 11, 12, 13 및 15)의 α-Al₂O₃층을 고찰한다. 시료 3은 상층부의 (001) 배향한 α-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율이 40%가 되고, 「치핑 발생」이라고 평가되며 수명은 6분이었다. 공구의 냉각 시에 피막에 균열이 발생한 것으로 고려된다. 시료 4는 상층부의 (001) 배향한 α-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율이 40%가 되고, 「마모 대」로 평가되며 수명은 6분이었다. 피막의 형성 과정에서 α-Al₂O₃의 결정립의 조대화가 일어난 것으로 고려된다.

시료 9는 α-Al₂O₃층의 두께 중 중간부의 두께가 차지하는 비율이 50% 미만이 되고, 「마모 대」로 평가되며 수명은 5분이었다. α-Al₂O₃층에서의 (001) 배향한 α-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율이 낮고, 막강도가 향상되는 효과가 충분히 얻어지지 않은 것으로 고려된다. 시료 11은 α-Al₂O₃층의 두께가 20 ㎛가 되고, 「피막 박리 발생」으로 평가되며 수명은 3분이었다. α-Al₂O₃층의 두께가 너무 두꺼웠다고 고려된다.

시료 12, 13은 α-Al₂O₃층이 1층 또는 2층으로 이루어지고, 「치핑 발생」으로 평가되며, 그리고 「마모 대」로 평가되는 경우가 있었다. 수명은 5 또는 6분이었다. α-Al₂O₃층에 있어서 하층부, 중간부, 상층부 중 어느 하나가 존재하지 않은 것에 따른 문제점이 생긴 것으로 고려된다. 시료 15는, 중간부의 (001) 배향한 α-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율이 30%가 되고, 절삭면의 「마모 대」로 평가되며 수명은 6분이었다. α-Al₂O₃층에서의 (001) 배향한 α-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율이 낮고, 막강도가 향상되는 효과가 충분히 얻어지지 않은 것이 고려된다.

따라서, 실시예의 표면 피복 절삭 공구는, 비교예의 표면 피복 절삭 공구에 비교하여, (001) 면방향으로 배향함으로써 막강도가 향상되는 효과를 충분히 얻을 뿐만 아니라, (001) 면방향으로의 배향성이 너무 높은 것의 단점인 결정립의 조대화, 및 냉각 시의 피막의 균열 발생을 억제할 수 있는 점에서 우수하다고 할 수 있다.

이상과 같이 본 발명의 실시의 형태 및 실시예에 관해서 설명을 행했지만, 전술의 각 실시의 형태 및 실시예의 구성을 적절하게 조합하거나, 여러 가지로 변형하거나 하는 것도 당초부터 예정하고 있다.

이번 개시된 실시의 형태는 모든 점에서 예시로서, 제한적인 것은 아니라고 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 상기한 실시의 형태가 아니라 청구의 범위에 의해서 표시되고, 청구의 범위와 균등의 의미, 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.

Claims

기재와 상기 기재 상에 형성된 피막을 구비한 표면 피복 절삭 공구로서,
상기 피막은 복수의α-Al₂O₃의 결정립을 포함한 α-Al₂O₃층을 포함하고,
상기 α-Al₂O₃층은, 상기 기재측에 배치된 하층부와, 상기 하층부 상에 배치된 중간부와, 상기 중간부 상에 배치된 상층부를 포함하며,
상기 하층부는 상기α-Al₂O₃층의 단면 연마면에 대한 전자선 후방 산란 회절 장치를 이용한 결정 방위 맵핑에 있어서 (001) 배향한 α-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율이 35% 미만이 되고,
상기 중간부는, 상기 결정 방위 맵핑에 있어서 (001) 배향한 α-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율이 35% 이상이 되며,
상기 상층부는 상기 결정 방위 맵핑에 있어서 (001) 배향한 α-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율이 35% 미만이 되고,
상기 α-Al₂O₃층의 두께는 4~18 ㎛이며,
상기 중간부의 두께는 상기 α-Al₂O₃층의 두께의 50% 이상을 차지하고,
상기 하층부 및 상기 상층부의 두께는 어느 것이나 1 ㎛ 이상인 것인 표면 피복 절삭 공구.
제1항에 있어서, 상기 하층부는 상기 결정 방위 맵핑에 있어서 (110) 배향한 α-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율이 40% 이상이 되는 것인 표면 피복 절삭 공구.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 상층부는 상기 결정 방위 맵핑에 있어서 (110) 배향한 α-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율이 40% 이상이 되는 것인 표면 피복 절삭 공구.