KR102216988B1 - 표면 피복 질화붕소 소결체 공구 - Google Patents

표면 피복 질화붕소 소결체 공구 Download PDF

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가츠미 오카무라
겐타 사노
노조미 츠키하라
마코토 세토야마
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스미또모 덴꼬오 하드메탈 가부시끼가이샤
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Abstract

표면 피복 질화붕소 소결체 공구는, 적어도 절삭날 부분이 복합 소결체와 복합 소결체의 표면 상에 형성된 피복층을 포함한다. 복합 소결체는, 입방정 질화붕소 입자와 결합재 입자를 포함한다. 입방정 질화붕소 입자는, 복합 소결체에 45 체적% 이상 80 체적% 이하 포함되어 있다. 입방정 질화붕소 입자의 제1 입도 분포 곡선은, 입자 직경이 0.1 ㎛ 이상 0.7 ㎛ 이하인 범위에 하나 이상의 피크를 갖는다. 입방정 질화붕소 입자의 제2 입도 분포 곡선은, 입자 직경이 2.0 ㎛ 이상 7.0 ㎛ 이하인 범위에 피크 높이가 최대인 제1 피크를 갖는다. 제2 입도 분포 곡선에 있어서, 입자 직경이 0.1 ㎛ 이상 0.7 ㎛ 이하인 범위의 적분값을 Io라고 나타내고, 전체 범위의 적분값을 It라고 나타낸 경우, 적분값비(Io/It×100)는, 1 이상 20 이하이다.

Description

표면 피복 질화붕소 소결체 공구{SURFACE-COATED BORON NITRIDE SINTERED COMPACT TOOL}
본 발명은 적어도 절삭날 부분이 입방정 질화붕소 입자 및 결합재 입자를 포함하는 복합 소결체와 복합 소결체의 표면 상에 형성된 피복층을 포함하는 표면 피복 질화붕소 소결체 공구에 관한 것이다.
입방정 질화붕소(이하 「cBN」이라고 기재하는 경우가 있음)는, 다이아몬드에 버금가는 고경도 물질이기 때문에, 각종의 절삭 공구 등에 이용되고 있다. 이러한 cBN은, 통상, 그 단독으로 이용되기보다 결합재와 함께 복합 소결체로서 이용된다.
최근, 절삭 공구의 용도에 있어서는, 피삭재나 절삭 조건이 다양화되고 있기 때문에 cBN을 이용한 절삭 공구에 대한 요구도 고도화되고 있으며, 특히 내마모성이나 내결손성을 향상시키는 것이 소망되고 있다.
예컨대 일본 특허 공개 제2000-044350호 공보(특허문헌 1)에는, 평균 입도가 2 ㎛ 이상 6 ㎛ 이하인 cBN 입자를 이용하면 절삭 공구의 내(耐)크레이터 마모성이 향상되는 것이 기재되어 있다. 일본 특허 공개 제2000-044347호 공보(특허문헌 2)에는, 평균 입도가 0.01 ㎛ 이상 2.0 ㎛ 미만인 cBN 입자를 이용하면 절삭 공구의 내결손성이 향상되는 것이 기재되어 있다.
특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2000-044350호 공보 특허문헌 2: 일본 특허 공개 제2000-044347호 공보
최근의 소입강(燒入鋼) 부품 가공에서는, 인건비 삭감을 위해 복수의 기계를 1명 또는 소인수의 작업원이 겸임해서 담당하는 경우가 많고, 공구에 요구되는 특성은 안정적으로 가공할 수 있는 「신뢰성」으로 변화하고 있다. 그러나, 특허문헌 1 또는 2에 기재된 절삭 공구를 이용해도, 복합 소결체가 결손되거나, 가공 대상물의 가공면의 면 조도(粗度)가 악화되기 때문에, 공구 수명이 안정되지 않다. 그 때문에, 상기한 요구 특성을 만족시킬 수 없다.
그래서, 이러한 상황을 감안하여, 소입강의 가공 등을 행한 경우라도 공구 수명의 안정화 및 장기화를 실현 가능한 표면 피복 질화붕소 소결체 공구의 제공을 목적으로 한다.
본 발명의 일 양태에 따른 표면 피복 질화붕소 소결체 공구는, 적어도 절삭날 부분이 복합 소결체와 복합 소결체의 표면 상에 형성된 피복층을 포함한다. 복합 소결체는, 입방정 질화붕소 입자와 결합재 입자를 포함한다. 입방정 질화붕소 입자는, 복합 소결체에 45 체적% 이상 80 체적% 이하 포함된다. 복합 소결체의 적어도 일단면(一斷面)에 있어서의 입방정 질화붕소 입자의 입도 분포를, 횡축을 미리 정해진 입자 직경 범위로 구분하고 또한 종축을 각 입자 직경 범위의 입자가 차지하는 개수의 비율로 하는 제1 입도 분포 곡선으로 나타내는 경우에 있어서, 제1 입도 분포 곡선은, 입자 직경이 0.1 ㎛ 이상 0.7 ㎛ 이하인 범위에 하나 이상의 피크를 갖는다. 복합 소결체의 적어도 일단면에 있어서의 입방정 질화붕소 입자의 입도 분포를, 횡축을 미리 정해진 입자 직경 범위로 구분하고 또한 종축을 각 입자 직경 범위의 입자가 차지하는 면적의 비율로 하는 제2 입도 분포 곡선으로 나타내는 경우에 있어서, 제2 입도 분포 곡선은, 입자 직경이 2.0 ㎛ 이상 7.0 ㎛ 이하인 범위에 피크 높이가 최대인 제1 피크를 갖는다. 제2 입도 분포 곡선에 있어서, 입자 직경이 0.1 ㎛ 이상 0.7 ㎛ 이하인 범위의 적분값을 Io라고 나타내고, 전체 범위의 적분값을 It라고 나타낸 경우, 적분값비(Io/It×100)는, 1 이상 20 이하이다. 피복층은, 복합 소결체의 표면에 접하는 A층과, A층 위에 형성된 B층을 포함한다. A층은, Al1 -sCrsN(0.2≤s≤0.9)으로 이루어진다. B층은, Ti1 - tAltN(0.3≤t≤0.8)으로 이루어진다. A층의 두께는, 0.05 ㎛ 이상 0.5 ㎛ 이하이다. B층의 두께는, 0.2 ㎛ 이상 5 ㎛ 이하이다. 피복층 전체의 두께는, 0.3 ㎛ 이상 7 ㎛ 이하이다.
상기에 의하면, 소입강의 가공 등을 행한 경우라도 공구 수명의 안정화 및 장기화를 실현할 수 있다.
도 1은 복합 소결체의 cBN 입자의 제1 입도 분포 곡선을 모식적으로 도시한 그래프이다.
도 2는 복합 소결체의 cBN 입자의 제2 입도 분포 곡선을 모식적으로 도시한 그래프이다.
본 발명자들은 인성(靭性) 및 강도가 우수한 복합 소결체를 포함하는 공구를 이용하여 소입강의 가공 등을 행하면, 복합 소결체의 결손을 방지할 수 있다고 생각하였다. 여기서, 「복합 소결체의 결손을 방지할 수 있다」란, 복합 소결체에 있어서 균열이 발생하고 또한 전파하기 어려운 것을 의미한다.
복합 소결체에서는, 결합재 쪽이 cBN보다 저강도이다. 그 때문에, 균열은, 결합재 입자가 응집하여 존재하고 있는 영역[결합상(結合相)]에 있어서 발생하기 쉽고, 결합상 내를 전파하기 쉽다. 본 발명자들은 cBN 입자의 입자 직경을 작게 하면, cBN 입자가 복합 소결체에 있어서 균일하게 분산되기 때문에, 복합 소결체에 있어서의 결합재 입자의 응집을 방지할 수 있지 않을까라고 생각하였다.
그런데, cBN은 고온에서의 열처리 등에 있어서 Ti를 포함하는 결합재(예컨대 TiN 또는 TiCN 등)와 반응하여 TiB2를 생성한다는 것이 알려져 있다. cBN 입자의 입자 직경이 지나치게 작으면, cBN 입자가 상기 반응에 의해 소멸되어 TiB2 입자가 된다고 추정된다. 여기서, TiB2는, Ti를 포함하는 결합재보다 저강도이다. 이상으로부터, cBN 입자의 입자 직경이 지나치게 작으면, 복합 소결체에서는 저강도 영역이 오히려 확대되게 되기 때문에, 복합 소결체의 강도가 저하된다. 또한, cBN 입자의 입자 직경이 작으면, 복합 소결체의 인성의 저하를 일으킨다.
한편, cBN 입자의 입자 직경이 크면, 복합 소결체의 인성을 높일 수 있기 때문에, 복합 소결체에 있어서의 균열의 전파를 방지할 수 있다. 그러나, cBN 입자의 입자 직경이 지나치게 크면, cBN 입자가 복합 소결체에 있어서 분산되기 어려워지고, 그 결과, 복합 소결체에 있어서의 결합재 입자의 응집을 일으킨다.
본 발명자들은 이상에 근거하여 예의 검토한 결과, cBN 입자의 입도 분포를 최적화하면, 소입강의 가공 등을 행한 경우라도 복합 소결체의 결손을 방지할 수 있는 것을 발견하였다.
또한, 피복층과 복합 소결체가 강고히 접합되어 있지 않으면(피복층과 복합 소결체의 밀착력이 작으면), 절삭시에 막 박리 또는 이상 마모가 발생한다. 본 발명자들은 많은 실험을 반복해서 행한 결과, 복합 소결체에 있어서의 cBN 입자의 입도 분포와 피복층의 조성이 상기 밀착력(피복층과 복합 소결체의 밀착력)과 상관 관계에 있는 것을 발견하였다. 이하, 구체적으로 나타낸다.
[본 발명의 실시형태의 설명]
맨 처음으로 본 발명의 실시양태를 열기하여 설명한다.
[1] 본 발명의 일 양태에 따른 표면 피복 질화붕소 소결체 공구는, 적어도 절삭날 부분이 복합 소결체와 복합 소결체의 표면 상에 형성된 피복층을 포함한다. 복합 소결체는, 입방정 질화붕소 입자와 결합재 입자를 포함한다. 입방정 질화붕소 입자는, 복합 소결체에 45 체적% 이상 80 체적% 이하 포함된다. 복합 소결체의 적어도 일단면에 있어서의 입방정 질화붕소 입자의 입도 분포를, 횡축을 미리 정해진 입자 직경 범위로 구분하고 또한 종축을 각 입자 직경 범위의 입자가 차지하는 개수의 비율로 하는 제1 입도 분포 곡선으로 나타내는 경우에 있어서, 제1 입도 분포 곡선은, 입자 직경이 0.1 ㎛ 이상 0.7 ㎛ 이하인 범위에 하나 이상의 피크를 갖는다. 복합 소결체의 적어도 일단면에 있어서의 입방정 질화붕소 입자의 입도 분포를, 횡축을 미리 정해진 입자 직경 범위로 구분하고 또한 종축을 각 입자 직경 범위의 입자가 차지하는 면적의 비율로 하는 제2 입도 분포 곡선으로 나타내는 경우에 있어서, 제2 입도 분포 곡선은, 입자 직경이 2.0 ㎛ 이상 7.0 ㎛ 이하인 범위에 피크 높이가 최대인 제1 피크를 갖는다. 제2 입도 분포 곡선에 있어서, 입자 직경이 0.1 ㎛ 이상 0.7 ㎛ 이하인 범위의 적분값을 Io라고 나타내고, 전체 범위의 적분값을 It라고 나타낸 경우, 적분값비(Io/It×100)는, 1 이상 20 이하이다. 피복층은, 복합 소결체의 표면에 접하는 A층과, A층 위에 형성된 B층을 포함한다. A층은, Al1 -sCrsN(0.2≤s≤0.9)으로 이루어진다. B층은, Ti1 - tAltN(0.3≤t≤0.8)으로 이루어진다. A층의 두께는, 0.05 ㎛ 이상 0.5 ㎛ 이하이다. B층의 두께는, 0.2 ㎛ 이상 5 ㎛ 이하이다. 피복층 전체의 두께는, 0.3 ㎛ 이상 7 ㎛ 이하이다.
이 표면 피복 질화붕소 소결체 공구에서는, 복합 소결체에 있어서 cBN 입자의 입도 분포가 상기한 바와 같이 최적화되어 있기 때문에, 복합 소결체의 인성 및 강도를 높일 수 있고, 따라서 복합 소결체의 내결손성을 높일 수 있다. 그뿐만이 아니라, 피복층이 상기한 바와 같이 구성되어 있기 때문에, 피복층과 복합 소결체의 밀착력을 높일 수 있고, 따라서 절삭시에 있어서의 막 박리 및 이상 마모의 발생을 억제할 수 있다. 따라서, 피삭재의 가공면의 면 조도를 개선할 수 있다. 이상으로부터, 이 표면 피복 질화붕소 소결체 공구를 이용하여 소입강의 가공 등을 행한 경우에는, 복합 소결체의 결손을 방지할 수 있고, 또한, 절삭시에 있어서의 막 박리 및 이상 마모의 발생을 방지할 수 있기 때문에, 공구 수명의 안정화 및 장기화를 실현할 수 있다.
[2] 상기 입방정 질화붕소 입자는, 복합 소결체에 65 체적% 이상 75 체적% 이하 포함되어 있는 것이 바람직하다. 적분값비(Io/It×100)는, 1 이상 7 이하인 것이 바람직하다. 이에 의해, 복합 소결체의 강도를 더욱 높일 수 있다.
[3] 복합 소결체의 X선 회절 스펙트럼에 있어서, 입방정 질화붕소 입자의 (111)면에 귀속되는 피크의 피크 높이 IcBN에 대한 TiB2의 (101)면에 귀속되는 피크의 피크 높이 ITiB2의 피크 높이비(ITiB2/IcBN×100)가 10 이상 25 이하인 것이 바람직하다. 이러한 복합 소결체에서는, TiB2의 생성량이 적게 억제되어 있다고 생각되기 때문에, 저강도 영역의 확대를 더욱 방지할 수 있다.
[4] 상기 결합재 입자는, 50 ㎚ 이상 500 ㎚ 이하의 평균 입자 직경을 갖는 것이 바람직하다. 이에 의해, 인성 및 강도가 더욱 우수한 복합 소결체를 제공할 수 있다.
[5] 복합 소결체의 열전도율을 X(W/m·K)라고 나타내고, 복합 소결체에 있어서의 입방정 질화붕소 입자의 체적 함유율을 Y(체적%)라고 나타낸 경우, X/Y는 1.2 이상인 것이 바람직하다. 이에 의해, 복합 소결체에 있어서 크레이터 마모의 발생이 억제되기 때문에, 복합 소결체의 날끝의 강도를 유지할 수 있다.
[본 발명의 실시형태의 상세]
이하, 본 발명의 실시형태(이하 「본 실시형태」라고 기재함)에 대해 더욱 상세히 설명한다.
<표면 피복 질화붕소 소결체 공구의 구성>
본 실시형태의 표면 피복 질화붕소 소결체 공구의 적어도 절삭날 부분은, cBN 입자와 결합재 입자를 포함하는 복합 소결체와, 복합 소결체의 표면 상에 형성된 피복층을 포함한다.
본 실시형태의 표면 피복 질화붕소 소결체 공구에서는, cBN 입자는, 복합 소결체에 45 체적% 이상 80 체적% 이하 포함되어 있다. cBN 입자가 복합 소결체에 45 체적% 이상 포함되어 있으면, 복합 소결체의 강도를 높일 수 있다. cBN 입자가 복합 소결체에 80 체적% 이하 포함되어 있으면, 복합 소결체에 있어서의 결합재 입자의 체적 함유율을 확보할 수 있기 때문에, 결합재 입자에 의한 cBN 입자끼리의 결합력을 확보할 수 있다. 따라서, 복합 소결체의 강도를 높일 수 있다.
도 1은 본 실시형태의 표면 피복 질화붕소 소결체 공구에 포함되는 복합 소결체의 cBN 입자의 제1 입도 분포 곡선을 모식적으로 도시한 그래프이다. 본 실시형태의 표면 피복 질화붕소 소결체 공구에서는, 복합 소결체의 적어도 일단면에 있어서의 cBN 입자의 입도 분포를, 횡축을 미리 정해진 입자 직경 범위로 구분하고 또한 종축을 각 입자 직경 범위의 입자가 차지하는 개수의 비율로 하는 제1 입도 분포 곡선(L1)으로 나타내는 경우에 있어서, cBN 입자의 제1 입도 분포 곡선(L1)은, 입자 직경이 0.1 ㎛ 이상 0.7 ㎛ 이하인 범위에 하나 이상의 피크(A)를 갖는다. 이에 의해, 복합 소결체에서는, cBN 입자가 균일하게 분산되기 때문에, 결합재 입자의 응집을 방지할 수 있고, 따라서, 저강도 영역의 확대를 방지할 수 있다. 또한, 복합 소결체에서는, cBN 입자와 Ti를 포함하는 결합재 입자와의 반응이 발생한 경우라도 cBN 입자의 소멸을 방지할 수 있고, 이러한 점에서도, 저강도 영역의 확대를 방지할 수 있다. 이상으로부터, 복합 소결체에 있어서의 균열의 발생을 방지할 수 있다.
도 2는 본 실시형태의 표면 피복 질화붕소 소결체 공구에 포함되는 복합 소결체의 cBN 입자의 제2 입도 분포 곡선을 모식적으로 도시한 그래프이다. 본 실시형태의 표면 피복 질화붕소 소결체 공구에서는, 복합 소결체의 적어도 일단면에 있어서의 cBN 입자의 입도 분포를, 횡축을 미리 정해진 입자 직경 범위로 구분하고 또한 종축을 각 입자 직경 범위의 입자가 차지하는 면적의 비율로 하는 제2 입도 분포 곡선(L2)으로 나타내는 경우에 있어서, cBN 입자의 제2 입도 분포 곡선(L2)은, 입자 직경이 2.0 ㎛ 이상 7.0 ㎛ 이하인 범위에 피크 높이가 최대인 제1 피크(B)를 갖는다. 이에 의해, 복합 소결체에서는 조립(粗粒)의 cBN 입자가 많이 존재하기 때문에, 균열이 복합 소결체에 있어서 발생한 경우라도 조립의 cBN 입자에 의해 균열의 전파가 방지된다. cBN 입자의 제2 입도 분포 곡선(L2)에 있어서, 제1 피크(B)가, 입자 직경이 7.0 ㎛보다 큰 범위에 나타나고 있는 경우에는, 복합 소결체에서는, cBN 입자가 오히려 분산되기 어려워지기 때문에, 결합재 입자가 응집하기 쉬워지고, 따라서 저강도 영역이 확대되기 쉽다. cBN 입자의 제2 입도 분포 곡선(L2)에 있어서, 제1 피크(B)가, 입자 직경이 2.0 ㎛보다 작은 범위에 나타나고 있는 경우에는, 균열의 전파가 방지되지 않아, 결손 수명이 짧아진다.
본 실시형태의 표면 피복 질화붕소 소결체 공구에서는, 제2 입도 분포 곡선(L2)에 있어서, 입자 직경이 0.1 ㎛ 이상 0.7 ㎛ 이하인 범위의 적분값을 Io라고 나타내고, 전체 범위의 적분값을 It라고 나타낸 경우, 적분값비(Io/It×100)는, 1 이상 20 이하이다. 이에 의해, 복합 소결체에 있어서 미립(微粒)의 cBN 입자의 함유량을 확보할 수 있기 때문에, 결합재 입자의 응집을 방지할 수 있고, 따라서, 저강도 영역의 확대를 방지할 수 있다.
본 실시형태의 표면 피복 질화붕소 소결체 공구에서는, 복합 소결체에 있어서 cBN 입자의 입도 분포가 상기한 바와 같이 최적화되어 있기 때문에, 복합 소결체의 강도를 높일 수 있고, 복합 소결체에 있어서의 균열의 발생 및 균열의 전파를 방지할 수 있다. 즉, 본 실시형태에서는, 복합 소결체의 인성 및 강도를 높일 수 있다. 따라서, 복합 소결체의 내결손성을 높일 수 있다.
또한, 본 실시형태의 표면 피복 질화붕소 소결체 공구에서는, 상기한 복합 소결체의 표면 상에는 피복층이 형성되어 있고, 그 피복층은, 복합 소결체의 표면에 접하는 A층과 A층 위에 형성된 B층을 포함한다. A층은, Al1 - sCrsN(0.2≤s≤0.9)으로 이루어진다. B층은, Ti1 - tAltN(0.3≤t≤0.8)으로 이루어진다. A층의 두께는, 0.05 ㎛ 이상 0.5 ㎛ 이하이다. B층의 두께는, 0.2 ㎛ 이상 5 ㎛ 이하이다. 피복층 전체의 두께는, 0.3 ㎛ 이상 7 ㎛ 이하이다. 피복층이 이러한 구성을 갖고 있기 때문에, 피복층과 복합 소결체의 밀착력을 높일 수 있고, 따라서, 절삭시에 있어서의 막 박리 및 이상 마모의 발생을 억제할 수 있다. 따라서, 피삭재의 가공면의 면 조도를 개선할 수 있다.
이상으로부터, 본 실시형태의 표면 피복 질화붕소 소결체 공구를 이용하여 소입강의 가공 등을 행한 경우에는, 복합 소결체의 결손을 방지할 수 있고, 또한, 절삭시에 있어서의 막 박리 및 이상 마모의 발생을 방지할 수 있다. 따라서, 공구 수명의 안정화 및 장기화를 실현할 수 있다.
한편, 본 실시형태의 표면 피복 질화붕소 소결체 공구는, 상기와 같은 기본적 구성을 갖기 때문에, 소결 합금이나 난삭(難削) 주철의 기계 가공(예컨대 절삭 가공) 또는 소입강의 가공에 있어서 특히 유효하게 이용할 수 있는 것 외에, 이들 이외의 일반적인 금속의 각종 가공에 있어서도 적합하게 이용할 수 있다.
<복합 소결체의 구성>
본 실시형태의 복합 소결체는, cBN 입자와 결합재 입자를 포함한다. 이러한 복합 소결체는, cBN 입자 및 결합재 입자를 포함하는 한 다른 성분을 포함하고 있어도 좋고, 또한 사용하는 원재료나 제조 조건 등에 기인하는 불가피 불순물(예컨대 TiB2)을 포함할 수 있다. 또한, 본 실시형태의 복합 소결체에서는, cBN 입자끼리가 이어져 연속 구조를 형성하고 있어도 좋고, 결합재 입자끼리가 이어져 연속 구조를 형성하고 있어도 좋다.
<cBN 입자>
cBN 입자는, 복합 소결체에 45 체적% 이상 80 체적% 이하 포함되어 있고(상기), 바람직하게는 복합 소결체에 65 체적% 이상 75 체적% 이하 포함되어 있다. cBN 입자가 복합 소결체에 65 체적% 이상 75 체적% 이하 포함되어 있으면, 복합 소결체의 강도를 더욱 높일 수 있다.
본 명세서에서는, 복합 소결체에 있어서의 cBN 입자의 체적 함유율은, 다음에 나타내는 방법에 따라 구해진 것이다. 먼저, 복합 소결체를 경면 연마하고, 임의의 영역의 복합 소결체 조직의 반사 전자상을 주사형 전자 현미경(SEM: Scanning Electron Microscope, 이하에서는 「SEM」이라고 기재함)으로 2000배로 사진 촬영한다. 이때, cBN 입자는 흑색 영역이 되고, 결합재 입자는 회색 영역 또는 백색 영역이 된다. 다음으로, 촬영된 복합 소결체 조직의 사진으로부터 cBN 입자와 결합재 입자를 화상 처리에 의해 2치화하여, cBN 입자의 점유 면적을 구한다. 구해진 cBN 입자의 점유 면적을 이하에 나타내는 식에 대입하면, 복합 소결체에 있어서의 cBN 입자의 체적 함유율이 구해진다.
(복합 소결체에 있어서의 cBN 입자의 체적 함유율)=(cBN 입자의 점유 면적)÷(촬영된 복합 소결체 조직 전체의 면적)×100.
<cBN 입자의 제1 입도 분포 곡선 및 제2 입도 분포 곡선>
cBN 입자의 제1 입도 분포 곡선(L1)은, 입자 직경이 0.1 ㎛ 이상 0.7 ㎛ 이하인 범위에 하나 이상의 피크(A)를 갖는다(상기). 또한, cBN 입자의 제2 입도 분포 곡선(L2)은, 입자 직경이 2.0 ㎛ 이상 7.0 ㎛ 이하인 범위에 피크 높이가 최대인 제1 피크(B)를 갖는다(상기). 또한, 제2 입도 분포 곡선(L2)에 있어서, 적분값비(Io/It×100)는, 1 이상 20 이하이고(상기), 바람직하게는 1 이상 7 이하이다. 적분값비(Io/It×100)가 1 이상 7 이하이면, 복합 소결체에 있어서 조립의 cBN 입자의 함유량을 더욱 확보할 수 있기 때문에, 복합 소결체의 강도를 더욱 높일 수 있다.
본 명세서에서는, 복합 소결체의 cBN 입자의 제1 입도 분포 곡선(L1) 및 제2 입도 분포 곡선(L2)은, 다음에 나타내는 방법에 따라 구해진 것이다. 먼저, 집속 이온 빔 장치(FIB: Focused Ion Beam system) 또는 크로스 섹션 폴리셔 장치(CP: Cross section Polisher) 등을 이용하여, 관찰용 샘플을 제작한다. SEM을 이용하여 500배의 배율로 관찰용 샘플 전체를 관찰한다. cBN 입자가 평균적으로 분산되어 있는 시야(영역)를 선택하고, 그 영역을 2000배의 배율로 더 관찰한다.
다음으로, 선택된 영역의 SEM 화상으로부터, cBN 입자와 결합재 입자를 화상 처리에 의해 2치화한다. 한편, 상기 SEM 화상에서는, cBN 입자는 흑색 영역이 되고, 결합재 입자는 회색 영역 또는 백색 영역이 된다. 또한, cBN 입자끼리가 접촉함으로써 흑색 영역이 연속해서 관찰된 개소에 대해서는, 화상 처리에 의해 분리시킨다.
계속해서, 화상 해석 소프트를 이용해서 cBN 입자 1개당의 면적으로부터 원 상당 직경(cBN 입자의 형상이 그 면적을 갖는 원이라고 가정한 경우에 있어서의 그 원의 직경)을 계산하여, 제1 입도 분포 곡선(제1 입도 분포 곡선에서는, 종축을 각 입자 직경 범위의 입자가 차지하는 개수의 비율로 하고 있음)을 작성한다. 이때, 제1 입도 분포 곡선의 횡축을, Log10(cBN 입자의 입자 직경)이 약 0.037의 간격이 되는 간격으로 구분한다. 그 후, 산출된 원 상당 직경으로부터 면적을 계산하여, 제2 입도 분포 곡선(제2 입도 분포 곡선에서는, 종축을 각 입자 직경 범위의 입자가 차지하는 면적의 비율로 하고 있음)을 작성한다.
본 명세서에서는, 「피크」에는, 정점(극대값)을 1개밖에 갖지 않는 피크[단봉성(單峰性) 형상을 갖는 피크]뿐만이 아니라, n(n은 정수)개의 정점과 (n-1)개의 골부(극소값)를 갖는 피크[복봉성(複峰性) 형상을 갖는 피크]도 포함된다.
제1 피크(B)가 복봉성 형상을 갖는 경우, 「제2 입도 분포 곡선은, 입자 직경이 2.0 ㎛ 이상 7.0 ㎛ 이하인 범위에 피크 높이가 최대인 제1 피크를 갖는다」란, cBN 입자의 제2 입도 분포 곡선(L2)에 있어서, 제1 피크(B)에 포함되는 2개 이상의 정점 중 어느 1개의 정점에서의 피크 높이가 최대인 것을 의미한다.
또한, 「제2 입도 분포 곡선은, 입자 직경이 2.0 ㎛ 이상 7.0 ㎛ 이하인 범위에 피크 높이가 최대인 제1 피크를 갖는다」란, 제1 피크(B)에 포함되는 정점이, 입자 직경이 2.0 ㎛ 이상 7.0 ㎛ 이하인 범위에 나타나고 있는 것을 의미하는 것이며, 제1 피크(B)의 스커트(skirt)의 일부가, 입자 직경이 2.0 ㎛ 미만의 범위 또는 입자 직경이 7.0 ㎛보다 큰 범위로 신장하고 있는 경우도 포함한다.
cBN 입자의 제1 입도 분포 곡선(L1)에 있어서, 「피크 높이」란, 피크(A)에 포함되는 정점에서의 종축의 값을 의미한다. cBN 입자의 제2 입도 분포 곡선(L2)에 있어서, 「피크 높이」란, 제1 피크(B)에 포함되는 정점에서의 종축의 값을 의미한다.
입자 직경이 0.1 ㎛ 이상 0.7 ㎛ 이하인 범위의 적분값 Io는, 입자 직경이 0.1 ㎛ 이상 0.7 ㎛ 이하인 범위에 있어서, cBN 입자의 제2 입도 분포 곡선(L2)과 cBN 입자의 제2 입도 분포의 횡축으로 둘러싸이는 부분의 면적을 의미한다. 마찬가지로, 전체 범위의 적분값 It는, cBN 입자의 제2 입도 분포 곡선(L2)과 cBN 입자의 제2 입도 분포의 횡축으로 둘러싸이는 부분의 면적을 의미한다. 예컨대 도 2에 도시된 경우에는, 전체 범위의 적분값 It는, 입자 직경이 점 X에 있어서의 cBN 입자의 입자 직경 이상 점 Y에 있어서의 cBN 입자의 입자 직경 이하인 범위에 있어서, cBN 입자의 제2 입도 분포 곡선(L2)과 cBN 입자의 제2 입도 분포의 횡축으로 둘러싸이는 부분의 면적을 의미한다. 여기서, 점 X 및 점 Y는 모두 cBN 입자의 제2 입도 분포 곡선(L2)과 cBN 입자의 제2 입도 분포의 횡축의 교점이다. 적분값 Io 및 적분값 It를 구하는 방법은 특별히 한정되지 않는다.
cBN 입자의 제1 입도 분포 곡선(L1)은, 입자 직경이 0.1 ㎛ 미만인 범위, 또는, 입자 직경이 0.7 ㎛보다 큰 범위에, 하나 이상의 피크를 더 갖고 있어도 좋다. 본 실시형태에서는, 이러한 피크가 cBN 입자의 제1 입도 분포 곡선(L1)에 나타나고 있어도, 조금도 좌우되지 않고 상기 효과를 얻을 수 있다.
또한, cBN 입자의 제2 입도 분포 곡선(L2)은, 입자 직경이 0.7 ㎛보다 크고 2.0 ㎛ 미만인 범위에, 하나 이상의 피크를 더 갖고 있어도 좋다. 또한, 피크 높이가 충분히 낮으면, cBN 입자의 제2 입도 분포 곡선(L2)은, 입자 직경이 0.1 ㎛ 미만인 범위에 하나 이상의 피크를 더 갖고 있어도 좋고, 입자 직경이 7 ㎛보다 큰 범위에 하나 이상의 피크를 더 갖고 있어도 좋다. 본 실시형태에서는, 이러한 피크가 cBN 입자의 제2 입도 분포 곡선(L2)에 나타나고 있어도, 조금도 좌우되지 않고 상기 효과를 얻을 수 있다.
<결합재 입자>
결합재 입자는, cBN 입자끼리를 서로 결합하는 작용을 나타내는 것이면 특별히 한정되지 않고, 복합 소결체의 결합재 입자로서 알려진 종래 공지된 조성의 결합재 입자를 어느 것이나 채용할 수 있다. 결합재 입자는, 예컨대 원소의 주기표의 제4족 원소(Ti, Zn 또는 Hf 등), 제5족 원소(V, Nb 또는 Ta 등) 및 제6족 원소(Cr, Mo 또는 W 등) 중 적어도 하나의 원소와, C, N, B 및 O 중 적어도 하나의 원소를 포함하는 화합물로 이루어지는 입자, 이러한 화합물의 고용체로 이루어지는 입자, 또는, 알루미늄 화합물로 이루어지는 입자인 것이 바람직하다. 결합재 입자는, 상기 화합물, 상기 화합물의 고용체, 및 알루미늄 화합물 중 2종 이상으로 이루어지는 입자여도 좋다.
결합재 입자는, 50 ㎚ 이상 500 ㎚ 이하의 평균 입자 직경을 갖는 것이 바람직하다. 결합재 입자가 50 ㎚ 이상의 평균 입자 직경을 갖고 있으면, 결합재 입자에 의한 cBN 입자끼리의 결합력을 확보할 수 있기 때문에, 복합 소결체의 강도를 더욱 높일 수 있다. 결합재 입자가 500 ㎚ 이하의 평균 입자 직경을 갖고 있으면, 복합 소결체에서는, 저강도 영역의 확대를 더욱 방지할 수 있기 때문에, 균열의 발생 및 균열의 전파를 더욱 방지할 수 있다. 이상으로부터, 결합재 입자가 50 ㎚ 이상 500 ㎚ 이하의 평균 입자 직경을 갖고 있으면, 복합 소결체의 인성 및 강도가 더욱 향상되기 때문에, 소입강의 가공 등을 행한 경우라도 복합 소결체의 결손을 더욱 방지할 수 있다.
본 명세서에서는, 결합재 입자의 평균 입자 직경은, 다음에 나타내는 방법에 따라 구해진 것이다. 구체적으로는, cBN 입자의 제1 입도 분포 곡선 및 제2 입도 분포 곡선을 구하는 방법과 동일한 방법에 따라, 관찰용 샘플을 제작한다. 다음으로, SEM을 이용하여 저배율로 관찰용 샘플 전체를 관찰하고, 얻어진 SEM의 반사 전자상으로부터 결합재 입자가 평균적으로 분산되어 있는 개소를 선택하며, 그 개소를 50000배의 배율로 더 관찰한다. 얻어진 화상으로부터 cBN 입자와 결합재 입자를 화상 처리에 의해 2치화하고, 그 후, 화상 해석 소프트를 이용하여, 결합재 입자 1개당의 면적으로부터 원 상당 직경(결합재 입자가 그 면적을 갖는 원이라고 가정한 경우에 있어서의 그 원의 직경)을 계산한다. 산출된 원 상당 직경의 평균값이 결합재 입자의 평균 입자 직경이 된다.
<복합 소결체의 X선 회절 스펙트럼>
복합 소결체의 X선 회절 스펙트럼에서는, cBN 입자의 (111)면에 귀속되는 피크의 피크 높이 IcBN에 대한 TiB2(복합 소결체에 포함되는 불가피 불순물의 일례)의 (101)면에 귀속되는 피크의 피크 높이 ITiB2의 피크 높이비(ITiB2/IcBN×100)가, 10 이상 25 이하인 것이 바람직하다. 피크 높이비(ITiB2/IcBN×100)가 25 이하이면, cBN 입자와 Ti를 포함하는 결합재 입자와의 반응에 의한 TiB2의 생성량이 적게 억제되어 있다고 생각된다. 따라서, 이러한 복합 소결체에서는, 저강도 영역의 확대를 더욱 방지할 수 있기 때문에, 균열의 발생 및 전파를 더욱 방지할 수 있다. 피크 높이비(ITiB2/IcBN×100)가 10 이상이면, cBN 입자와 결합재 입자 사이에 발생한 TiB2가 이들 입자 사이의 결합력을 높이기 때문에, 복합 소결체의 내결손성이 더욱 향상된다. 이상으로부터, 피크 높이비(ITiB2/IcBN×100)가 10 이상 25 이하이면, 소입강의 가공 등을 행한 경우라도, 복합 소결체의 결손을 더욱 방지할 수 있다. 보다 바람직하게는, 피크 높이비(ITiB2/IcBN)는 15 이상 20 이하이다.
본 명세서에서는, 복합 소결체의 X선 회절 스펙트럼은, X선 회절 장치를 이용하여, 이하에 나타내는 조건으로 측정된 것이다.
X선 광원: Cu-Kα선(파장이 1.54060 Å)
스캔 스텝: 0.02°
주사축: 2θ
주사 범위: 20°∼60°.
cBN 입자의 (111)면에 귀속되는 피크가 복봉성 형상을 갖는 경우, 「cBN 입자의 (111)면에 귀속되는 피크의 피크 높이 IcBN」이란, 그 피크에 포함되는 복수의 정점 중, 그 높이가 가장 높아지는 정점에서의 피크 높이를 의미한다. 마찬가지로, TiB2의 (101)면에 귀속되는 피크가 복봉성 형상을 갖는 경우, 「TiB2의 (101)면에 귀속되는 피크의 피크 높이 ITiB2」란, 그 피크에 포함되는 복수의 정점 중, 그 높이가 가장 높아지는 정점에서의 피크 높이를 의미한다. 또한, 복합 소결체의 X선 회절 스펙트럼에 있어서, 「피크 높이」란, 피크에 포함되는 정점에서의 회절 강도의 크기를 의미한다.
복합 소결체의 X선 회절 스펙트럼에 있어서, 피크의 스커트에서의 종축의 값이 양의 값을 나타내는 경우, 상기 「피크 높이」란, 백그라운드 보정 후의 피크 높이를 의미한다. 백그라운드 보정의 수법으로서는, X선 회절 스펙트럼에 대해 행하는 백그라운드 보정의 수법으로서 종래 공지된 수법을 이용할 수 있다. 예컨대, 복합 소결체의 X선 회절 스펙트럼 전체에 대해 백그라운드 보정을 행해도 좋고, 특정한 피크[예컨대, cBN 입자의 (111)면에 귀속되는 피크, 또는, TiB2의 (101)면에 귀속되는 피크]에 대해서만 백그라운드 보정을 행해도 좋다.
<복합 소결체의 열전도율과 cBN 입자의 체적 함유율과의 관계>
복합 소결체의 열전도율을 X(W/m·K)라고 나타내고, 복합 소결체에 있어서의 cBN 입자의 체적 함유율을 Y(체적%)라고 나타낸 경우, X/Y는 1.2 이상인 것이 바람직하다. X/Y는 1.2 이상이면, 복합 소결체에 있어서의 크레이터 마모의 발생이 억제되기 때문에, 복합 소결체의 날끝의 강도를 유지할 수 있다. 보다 바람직하게는, X/Y는 1.3 이상이다.
본 명세서에서는, 복합 소결체의 열전도율은, 레이저 플래시법 또는 크세논 플래시 열확산 장치에 의해 복합 소결체의 열확산율을 측정하고, 측정된 열확산율과 복합 소결체의 비열(比熱) 및 밀도로부터 산출할 수 있다.
<복합 소결체의 용도>
본 실시형태의 복합 소결체는, 절삭 공구를 비롯한 여러 가지 공구류에 사용할 수 있고, 각종의 산업 자재로서도 유용하다. 특히 본 실시형태의 복합 소결체를 적어도 일부에 포함하는 절삭 공구로서 이용하는 경우에, 본 실시형태의 효과가 유효하게 발휘된다.
이러한 절삭 공구로서는, 예컨대 드릴, 엔드밀, 드릴용 날끝 교환형 절삭 팁, 엔드밀용 날끝 교환형 절삭 팁, 프레이즈 가공용 날끝 교환형 절삭 팁, 선삭 가공용 날끝 교환형 절삭 팁, 메탈 소우, 기어 절삭 공구, 리머, 탭, 크랭크 샤프트의 핀 밀링 가공용 팁 등을 들 수 있다.
본 실시형태의 복합 소결체는, 이러한 절삭 공구에 이용되는 경우, 상기 공구 전체를 구성하는 경우에만 한정되는 것이 아니며, 그 일부(특히 절삭날부 등)만을 구성하는 경우도 포함된다. 예컨대, 초경합금 등으로 이루어지는 기재(基材)의 절삭날부만이 본 실시형태의 복합 소결체로 구성되는 것과 같은 경우도 포함된다.
<피복층의 구성>
피복층은, 복합 소결체의 표면에 접하는 A층과, A층 위에 형성된 B층을 포함한다(상기). 본 실시형태의 피복층은, A층과 B층을 포함하는 한, A층 및 B층 이외에 다른 층을 포함하고 있어도 지장이 없다. 이러한 다른 층은, A층과 B층 사이에 형성되어 있어도 좋다. 또한, 본 실시형태의 피복층에서는, A층과 B층이 교대로 적층되어 있어도 좋다.
피복층 전체의 두께는, 0.3 ㎛ 이상 7 ㎛ 이하이다(상기). 피복층 전체의 두께가 0.3 ㎛ 이상이면, 표면 피복 질화붕소 소결체 공구의 내마모성을 높일 수 있다. 피복층의 두께가 7 ㎛ 이하이면, 절삭 초기에서의 피복층의 내치핑성을 높일 수 있다. 바람직하게는, 피복층 전체의 두께는 0.7 ㎛ 이상 3 ㎛ 이하이다. 여기서, 「피복층 전체의 두께」란, 피복층과 복합 소결체의 계면과 그 계면과는 반대측에 위치하는 피복층의 표면 사이의 거리를 의미한다.
본 명세서에서는, 피복층 전체의 두께, A층의 두께 및 적층수, 및 B층의 두께 및 적층수는, 모두 표면 피복 질화붕소 소결체 공구를 절단하고, 그 단면을 SEM 또는 투과형 전자 현미경(TEM: Transmission Electron Microscope)을 이용하여 관찰함으로써 구해진 것이다. 또한, A층 및 B층의 각 조성은, SEM 또는 TEM 부대의 에너지 분산형 X선 분석기(Energy dispersive X-ray Spectrometry)를 이용하여 측정된 것이다.
피복층은, 표면 피복 질화붕소 소결체 공구의 절삭날 부분에만 형성되어 있으면 되지만, 표면 피복 질화붕소 소결체 공구의 기재의 표면 전면을 피복하고 있어도 좋고, 절삭날 부분과는 상이한 부분의 일부에 있어서 형성되어 있지 않아도 좋다. 또한, 절삭날 부분과는 상이한 부분에서는, 피복층의 일부의 적층 구성이 부분적으로 상이해도 좋다.
<A층>
A층은, Al1 - sCrsN(0.2≤s≤0.9)으로 이루어진다. 이에 의해, 복합 소결체와 피복층의 밀착력을 높일 수 있기 때문에, 표면 피복 질화붕소 소결체 공구의 내치핑성을 높일 수 있다. 바람직하게는, 0.2≤s≤0.8이다.
상세하게는, A층이 Al을 포함하기 때문에, 복합 소결체와 A층의 계면에 AlB2, AlN 또는 TiAlN 등이 생성된다. A층이 Al이 풍부한 경우(0.2≤s<0.5)에는, 복합 소결체와 A층의 계면에 AlB2, AlN 또는 TiAlN 등이 생성되기 쉬워진다. 따라서, cBN 입자 및 결합재 입자와 A층과의 친화성이 높아지기 때문에, 복합 소결체와 A층의 밀착력을 높일 수 있다. 또한, A층과 B층의 밀착력을 높일 수도 있기 때문에, 결과로서, B층을 복합 소결체 위에 밀착성 좋게 피복시킬 수 있다.
그뿐만이 아니라, A층은 Cr을 포함하기 때문에, B층보다 고경도가 되고, 따라서 복합 소결체의 기계적 성질과 비슷한 기계적 성질을 갖게 된다. 이것에 의해서도, 복합 소결체와 A층의 밀착력을 높일 수 있다. 또한, A층의 격자 상수는 복합 소결체의 격자 상수와 가까운 값을 나타내며 이것에 의해서도, 복합 소결체와 A층의 밀착력을 높일 수 있다.
Cr의 조성 s는, A층에 있어서 균일해도 좋고, 복합 소결체측으로부터 A층의 표면측(예컨대 B층측)을 향해 스텝형 또는 경사형으로 증가 또는 감소해도 좋다.
A층의 두께는, 0.05 ㎛ 이상 0.5 ㎛ 이하이다. A층의 두께가 0.05 ㎛ 이상이면, 복합 소결체와 피복층의 밀착력을 더욱 높일 수 있다. 따라서, 표면 피복 질화붕소 소결체 공구의 내치핑성을 더욱 높일 수 있다. A층의 두께가 0.5 ㎛ 이하이면, 피복층의 내마모성을 높일 수 있다. 바람직하게는, A층의 두께는 0.05 ㎛ 이상 0.3 ㎛ 이하이다.
<B층>
B층은, Ti1 - tAltN(0.3≤t≤0.8)으로 이루어진다. 이에 의해, 경도와 영률의 밸런스가 우수한 피복층을 제공할 수 있기 때문에, 표면 피복 질화붕소 소결체 공구의 내마모성 및 내치핑성을 높일 수 있다. 바람직하게는, 0.4≤t≤0.7이다.
Al의 조성 t는, B층에 있어서 균일해도 좋고, A층측으로부터 B층의 표면측(예컨대 공구의 표면측)을 향해 스텝형 또는 경사형으로 증가 또는 감소해도 좋다.
B층의 두께는, 0.2 ㎛ 이상 5 ㎛ 이하이다. B층의 두께가 0.2 ㎛ 이상이면, 피복층의 내마모성을 높일 수 있다. B층의 두께가 5 ㎛ 이하이면, B층의 내치핑성 및 내박리성을 높일 수 있다. B층의 두께는, 바람직하게는 0.5 ㎛ 이상 3 ㎛ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.7 ㎛ 이상 2.0 ㎛ 이하이다.
<표면 피복 질화붕소 소결체 공구의 제조>
본 실시형태의 표면 피복 질화붕소 소결체 공구의 제조 방법은, 예컨대, 복합 소결체를 제조하는 공정과, 복합 소결체를 적어도 절삭날 부분에 갖는 기재를 준비하는 공정과, 적어도 복합 소결체의 표면 상에 피복층을 형성하는 공정을 포함한다. 기재를 준비하는 공정은, 바람직하게는 미리 정해진 형상을 갖는 기재 본체에 복합 소결체를 접합시키는 공정을 더 포함한다.
<복합 소결체의 제조>
복합 소결체의 제조 방법은, cBN의 원료 분말과 결합재의 원료 분말을 혼합하는 공정과, 그 혼합물을 소결하는 공정을 구비하는 것이 바람직하다.
cBN의 원료 분말과 결합재의 원료 분말을 혼합하는 공정에서는, cBN의 원료 분말과 결합재의 원료 분말을 균일하게 혼합한 후, 원하는 형상으로 성형한다. cBN의 원료 분말과 결합재의 원료 분말을 혼합하는 조건으로서는, cBN의 원료 분말과 결합재의 원료 분말을 혼합하는 조건으로서 종래 공지된 조건을 이용할 수 있다. 성형체를 얻는 방법(cBN의 원료 분말과 결합재의 원료 분말의 혼합물을 성형하는 방법)에 대해서도 동일한 것을 말할 수 있다. 예컨대 Mo(몰리브덴)제 캡슐 등에 충전하는 방법을 이용할 수 있다.
얻어진 혼합물을 소결하는 공정에서는, 얻어진 혼합물(성형체)을, 1300℃∼1800℃ 정도의 온도에서, 5 ㎬∼7 ㎬ 정도의 압력으로, 10분∼60분 정도 유지하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 상기한 소결시에, 먼저 500℃ 이상 700℃ 이하로 가열하고 나서 가압한다. 이에 의해, 압력 매체가 연화된 상태에서 가압이 진행되기 때문에, 가압시에 있어서의 cBN 입자끼리의 접촉에 의한 압괴(壓壞)를 저감할 수 있고, 따라서, 상기한 입도 분포를 갖는 cBN 입자를 안정적으로 얻을 수 있다.
<피복층의 형성>
피복층을 형성하는 공정은, 아크 이온 플레이팅법(진공 아크 방전을 이용하여 고체 재료를 증발시키는 이온 플레이팅법) 또는 스퍼터법에 의해 피복층을 형성하는 공정을 포함하는 것이 바람직하다.
아크 이온 플레이팅법에서는, 피복층을 구성하게 되는 금속종을 포함하는 금속 증발원과 CH4, N2 또는 O2 등의 반응 가스를 이용하여, 피복층을 형성할 수 있다. 아크 이온 플레이팅법에 의해 피복층을 형성하는 조건으로서는, 표면 피복 질화붕소 소결체 공구의 피복층을 아크 이온 플레이팅법에 의해 형성하는 조건으로서 공지된 조건을 채용할 수 있다.
스퍼터법에서는, 피복층을 구성하게 되는 금속종을 포함하는 금속 증발원과 CH4, N2 또는 O2 등의 반응 가스와 Ar, Kr 또는 Xe 등의 스퍼터 가스를 이용하여, 피복층을 형성할 수 있다. 스퍼터법에 의해 피복층을 형성하는 조건으로서는, 표면 피복 질화붕소 소결체 공구의 피복층을 스퍼터법에 의해 형성하는 조건으로서 공지된 조건을 채용할 수 있다.
보다 바람직하게는, 본 실시형태의 표면 피복 질화붕소 소결체 공구의 제조 방법은, 피복층을 형성하는 공정 전에, 피복층이 형성되게 되는 기재의 표면을 에칭하는 공정을 포함한다. 이 에칭에 의해, 기재의 상기 표면에 포함되는 복합 소결체의 결합재 입자만이 선택적으로 제거된다.
cBN 입자로서 조립의 cBN 입자만이 복합 소결체에 포함되어 있는 경우, 상기 에칭에 의해 결합재 입자의 대부분이 기재의 상기 표면으로부터 제거되기 때문에, 기재의 상기 표면에는 큰 요철이 형성된다. 그 때문에, 기재의 상기 표면 상에 형성된 피복층에서는, 결정립 직경이 불균일해지고, 또한, 입자 직경이 큰 결정이 형성되게 된다.
한편, 본 실시형태의 복합 소결체에서는, cBN 입자의 입도 분포가 상기한 바와 같이 최적화되어 있기 때문에, 기재의 상기 표면에 형성되는 요철을 작게 억제할 수 있다. 그뿐만이 아니라, A층의 재료인 Al1 - sCrsN은, cBN 입자 상에 에피택셜 성장되지 않기 때문에, 복합 소결체의 표면 상에는, 미세한 조직을 갖는 A층이 균일하게 형성되게 된다. 따라서, 강도가 우수한 피복층을 형성할 수 있다.
실시예
이하, 실시예를 들어 본 발명을 보다 상세히 설명하지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1∼5 및 비교예 1∼2]
<복합 소결체의 제조>
먼저, TiuNV(식 중 U=1, V=0.6) 분말(평균 입자 직경 2.0 ㎛)과 Al 분말(평균 입자 직경 20 ㎛)을 80:20의 질량비로 균일하게 혼합한 후, 진공로(眞空爐)를 이용하여 이 혼합 분말에 대해 진공 중, 1200℃에서 30분간의 열처리를 실시하였다. 그 후, 초경합금제 포트와 초경합금제 볼로 이루어지는 볼밀을 이용하여, 상기한 바와 같이 열처리를 실시한 혼합 분말을 분쇄함으로써, 결합재용의 원료 분말을 얻었다.
다음으로, 상기 볼밀에 의해, cBN의 원료 분말의 배합비가 표 1에 나타내는 값이 되도록, 상기한 cBN의 원료 분말과 상기한 결합재용의 원료 분말을 균일하게 혼합하였다. 얻어진 혼합 분말을 진공로 내에 900℃에서 20분간 유지함으로써 탈(脫)가스하였다. 탈가스한 혼합 분말을 몰리브덴(Mo)제 캡슐에 충전하였다. 초고압 장치를 이용하여, 먼저, 온도 500℃까지 상승시킨 후에, 압력 3 ㎬로 가압하고, 이 압력 온도 조건하에서 2분간 유지하였다.
계속해서, 초고압 장치에 의해, 압력 6.5 ㎬, 1650℃까지 재차 가압과 동시에 승온하고, 이 압력 온도 조건하에서 15분간 더 유지함으로써 소결을 행하였다. 이렇게 해서, 복합 소결체를 얻었다. 얻어진 복합 소결체에 대해 이하에 나타내는 측정을 행하였다.
<cBN 입자의 제1 입도 분포 곡선 및 제2 입도 분포 곡선의 측정>
먼저, CP를 이용하여, 관찰용 샘플을 제작하였다. SEM(니혼 덴시 가부시키가이샤 제조, 상품 번호 「JSM7600F」)을 이용하여, 이하에 나타내는 관찰 조건으로, 500배의 배율로 관찰용 샘플 전체를 관찰하였다. cBN 입자가 평균적으로 분산되어 있는 영역을 선택하고, 그 영역을 2000배의 배율로 관찰하였다. 검출기로서는, 반사 전자 검출기(LABE)를 이용하였다.
<관찰 조건>
가속 전압: 2 ㎸
애퍼처(aperture): 6 ㎛
관찰 모드: GB 모드(Gentle Beam mode).
다음으로, 선택된 영역의 SEM 화상으로부터, cBN 입자(흑색 영역)와 결합재 입자(회색 영역 또는 백색 영역)를 화상 처리에 의해 2치화하였다. 한편, cBN 입자끼리가 접촉함으로써 흑색 영역이 연속해서 관찰된 개소에 대해서는, 화상 처리에 의해 분리시켰다.
계속해서, 화상 해석 소프트(Win roof)를 이용하여 cBN 입자 1개당의 면적으로부터 원 상당 직경을 계산하여, 제1 입도 분포 곡선을 작성하였다. 이때, 제1 입도 분포 곡선의 횡축을, Log10(cBN 입자의 입자 직경)이 약 0.037의 간격이 되는 간격으로 구분하였다. 그 후, 산출된 원 상당 직경으로부터 면적을 계산하여, 제2 입도 분포 곡선을 작성하였다. 그 후, 적분값비(Io/It×100)를 산출하였다.
<결합재 입자의 평균 입자 직경의 측정>
cBN 입자의 제1 입도 분포 곡선 및 제2 입도 분포 곡선의 측정 방법과 동일한 방법에 따라 관찰용 샘플을 제작하였다. 다음으로, SEM을 이용하여 저배율로 관찰용 샘플 전체를 관찰하고, 얻어진 SEM의 반사 전자상으로부터 결합재 입자가 평균적으로 분산되어 있는 개소를 선택하며, 그 개소를 50000배의 배율로 더 관찰하였다. 얻어진 SEM 화상으로부터 cBN 입자와 결합재 입자를 화상 처리에 의해 2치화하고, 그 후 화상 해석 소프트(Win roof)를 이용하여, 결합재 입자 1개당의 면적으로부터 원 상당 직경을 계산하였다. 산출된 원 상당 직경의 평균값을 결합재 입자의 평균 입자 직경으로 하였다.
<X선 회절 스펙트럼의 측정>
이하에 나타내는 조건으로, 복합 소결체의 X선 회절 스펙트럼을 측정하였다.
X선 광원: Cu-Kα선(파장이 1.54060 Å)
스캔 스텝: 0.02°
주사축: 2θ
주사 범위: 20°∼60°.
얻어진 X선 회절 스펙트럼 전체에 대해 백그라운드 보정을 행하고 나서, 피크 높이비(ITiB2/IcBN×100)를 산출하였다.
<열전도율 X/cBN 입자의 체적 함유율 Y의 산출>
레이저 플래시법에 의해 복합 소결체의 열확산율을 측정하고, 측정된 열확산율과 복합 소결체의 비열 및 밀도로부터 복합 소결체의 열전도율 X를 구하였다.
또한, 복합 소결체를 경면 연마하고, 임의의 영역의 복합 소결체 조직의 반사 전자상을 전자 현미경으로 2000배로 사진 촬영하였다. 촬영된 복합 소결체 조직의 사진으로부터 cBN 입자(흑색 영역)와 결합재 입자(백색 영역 또는 회색 영역)를 화상 처리(화상 해석 소프트로서, Win roof를 사용)에 의해 2치화하고, cBN 입자의 점유 면적을 구하였다. 구해진 cBN 입자의 점유 면적을 이하에 나타내는 식에 대입하여, 복합 소결체에 있어서의 cBN 입자의 체적 함유율 Y를 구하였다. 그리고, X/Y를 산출하였다.
(복합 소결체에 있어서의 cBN 입자의 체적 함유율 Y)=(cBN 입자의 점유 면적)÷(촬영된 복합 소결체 조직 전체의 면적)×100.
<기재의 제조>
제조된 복합 소결체를 초경합금제의 기재에 납땜하여, 미리 정해진 형상(ISO 규격 SNGA120408)으로 성형하였다. 이렇게 해서, 절삭날 부분이 복합 소결체로 이루어지는 기재를 얻었다.
<피복층이 형성되게 되는 기재의 표면에 대한 에칭>
성막(成膜) 장치 내에서 기재의 상기 표면에 대한 에칭을 행하였다. 이 성막 장치에는 진공 펌프가 접속되어 있고, 장치 내부에는 진공화 가능한 진공 챔버가 배치되어 있다. 진공 챔버 내에는, 회전 테이블이 설치되어 있고, 그 회전 테이블은, 지그를 통해 기재를 세팅할 수 있도록 구성되어 있다. 진공 챔버 내에 세팅된 기재는, 진공 챔버 내에 설치되어 있는 히터에 의해 가열할 수 있다. 또한, 진공 챔버에는, 에칭 및 성막용의 가스를 도입하기 위한 가스 배관이, 유량 제어용의 매스 플로우 컨트롤러(MFC: Mass Flow Controller)를 통해 접속되어 있다. 또한, 진공 챔버 내에는, 에칭용의 Ar 이온을 발생시키기 위한 텅스텐 필라멘트가 배치되어 있고, 필요한 전원이 접속된 성막용의 아크 증발원 또는 스퍼터원이 배치되어 있다. 아크 증발원 또는 스퍼터원에는, 성막에 필요한 증발원 원료(타겟)가 세팅되어 있다.
제조된 기재를 상기 성막 장치의 상기 진공 챔버 내에 세팅하고, 그 진공 챔버 내에서 진공화를 행하였다. 그 후, 상기 회전 테이블을 3 rpm으로 회전시키면서 기재를 500℃로 가열하였다. 계속해서, 상기 진공 챔버 내에 Ar 가스를 도입하고, 상기 텅스텐 필라멘트를 방전시켜 Ar 이온을 발생시키며, 기재에 바이어스 전압을 인가하고, Ar 이온에 의해 기재의 상기 표면(피복층이 형성되게 되는 기재의 표면)에 대해 에칭을 행하였다. 한편, 이때의 에칭 조건은 다음과 같았다.
Ar 가스의 압력: 1 ㎩
기판 바이어스 전압: -500 V.
<A층의 형성>
상기 성막 장치 내에서 A층을 기재의 상기 표면 상에 형성하였다. 구체적으로는, 이하에 나타내는 조건으로, 두께가 0.4 ㎛가 되도록 증착 시간을 조정하여, A층[Al1-sCrsN(s는 0.2임)]을 형성하였다.
타겟: Al을 80 원자%, Cr을 20 원자% 포함함
도입 가스: N2
성막 압력: 4 ㎩
아크 방전 전류: 150 A
기판 바이어스 전압: -35 V
테이블 회전수: 3 rpm.
<B층의 형성>
상기 성막 장치 내에서 B층을 A층 상에 형성하였다. 구체적으로는, 이하에 나타내는 조건으로, 두께가 1.5 ㎛가 되도록 증착 시간을 조정하여, B층[Ti1-tAltN(t는 0.7임)]을 형성하였다. 이렇게 해서, 표면 피복 질화붕소 소결체 공구(이하에서는 「절삭 공구」라고 기재하는 경우가 있음)를 얻었다.
타겟: Ti를 30 원자%, Al을 70 원자% 포함함
도입 가스: N2
성막 압력: 4 ㎩
아크 방전 전류: 150 A
기판 바이어스 전압: -35 V
테이블 회전수: 3 rpm.
<단속 절삭 수명의 측정>
얻어진 절삭 공구를 이용하여 하기의 조건으로 고속강 단속 절삭한다고 하는 절삭 시험을 실시하여, 결손이 0.1 ㎜ 이상이 되기까지의 공구 수명(단속 절삭 수명)을 구하였다.
피삭재: 침탄 소입강 SCM415H, HRC62
(직경 100 ㎜×길이 300 ㎜, 피삭재의 축 방향으로 5개의 V홈 있음)
절삭 속도: V=130 m/min.
이송: f=0.1 ㎜/rev.
절삭 깊이: d=0.5 ㎜
습식/건식: 건식.
결과를 표 1에 나타낸다. 단속 절삭 수명이 길수록, 소입강의 가공 등을 행한 경우라도 복합 소결체의 결손을 방지할 수 있는 것을 의미한다. 본 실시예에서는, 단속 절삭 수명이 3 ㎞ 이상이면, 소입강의 가공 등을 행한 경우라도 복합 소결체의 결손이 방지되고 있다고 판단하고 있다.
<연속 절삭 수명의 측정>
얻어진 절삭 공구를 이용하여 하기의 조건으로 고속강 단속 절삭한다고 하는 절삭 시험을 실시하여, 여유면 최대 마모가 0.1 ㎜ 이상이 되기까지의 공구 수명(연속 절삭 수명)을 구하였다.
피삭재: 침탄 소입강 SCM415H, HRC62
(직경 100 ㎜×길이 300 ㎜)
절삭 속도: V=200 m/min.
이송: f=0.1 ㎜/rev.
절삭 깊이: d=0.2 ㎜
습식/건식: 습식.
결과를 표 1에 나타낸다. 연속 절삭 수명이 길수록, 소입강의 가공 등을 행한 경우라도 복합 소결체의 내마모성이 높은 것을 의미한다. 본 실시예에서는, 연속 절삭 수명이 9 ㎞ 이상이면, 소입강의 가공 등을 행한 경우라도 복합 소결체의 마모를 억제할 수 있다고 판단하고 있다.
<내박리성의 평가>
얻어진 절삭 공구를 이용하여, 이하에 나타내는 절삭 조건으로 절삭 가공(절삭 거리: 3 ㎞)을 행하였다. 그 후, 광학 현미경을 이용하여, 피복층의 박리 면적과 여유면 마모량을 측정하였다.
피삭재: 고경도강 SCM415H(HRC60)
(직경 35 ㎜×길이 10 ㎜)
절삭 속도: V=150 m/min.
이송: f=0.1 ㎜/rev.
절삭 깊이: ap=0.1 ㎜
절삭유(切削油): 에멀젼(일반 사단 법인 일본 플루이드 파워 시스템 학회 제조의 상품명 「시스템 커트 96」)을 20배 희석한 것(wet 상태).
피복층의 박리 면적이 작을수록, 복합 소결체와 피복층의 밀착력이 높은 것을 의미한다. 본 실시예에서는, 피복층의 박리 면적이 7000 ㎛2 이하이면, 복합 소결체와 피복층의 밀착력이 높다고 판단하고 있다. 또한, 여유면 마모량이 작을수록, 절삭 공구가 내(耐)여유면 마모성이 우수한 것을 의미한다. 본 실시예에서는, 여유면 마모량이 80 ㎜ 이하이면, 절삭 공구가 내여유면 마모성이 우수하다고 판단하고 있다.
[실시예 6∼8 및 비교예 3∼4]
실시예 6∼8 및 비교예 4에서는, 표 1의 「cBN 입자의 입자 직경(㎛)*02」란에 기재된 입자 직경이 얻어지도록 cBN의 원료 분말을 선택한 것을 제외하고는 상기 실시예 1 등에 기재된 방법에 따라, 절삭 공구를 얻었다. 제조된 절삭 공구를 이용하여, 단속 절삭 수명 및 연속 절삭 수명을 측정하고, 내박리성을 평가하였다.
비교예 3에서는, 복합 소결체를 제조할 때에, 캡슐 충전된 혼합 분말(cBN의 원료 분말과 결합재용의 원료 분말의 혼합 분말)을, 초고압 장치를 이용하여 압력 6.5 ㎬까지 가압한 후, 온도 1650℃까지 상승시키고, 이 압력 온도 조건하에서 15분간 유지하였다. 그 이외의 점에 대해서는 상기 실시예 1 등에 기재된 방법에 따라 절삭 공구를 제조하였다. 제조된 절삭 공구를 이용하여, 단속 절삭 수명 및 연속 절삭 수명을 측정하고, 내박리성을 평가하였다.
[실시예 9∼12 및 비교예 5∼6]
실시예 9∼12 및 비교예 5∼6에서는, 조립의 cBN의 원료 분말과 미립의 cBN의 원료 분말의 혼합비(질량비)를 변경한 것을 제외하고는 상기 실시예 1 등에 기재된 방법에 따라, 절삭 공구를 얻었다. 제조된 절삭 공구를 이용하여, 단속 절삭 수명 및 연속 절삭 수명을 측정하고, 내박리성을 평가하였다.
[실시예 13∼16]
실시예 13∼16에서는, 결합재 입자의 평균 입자 직경이 표 1에 나타내는 값인 절삭 공구를 이용하여, 단속 절삭 수명 및 연속 절삭 수명을 측정하고, 내박리성을 평가하였다.
[실시예 17∼22]
실시예 17∼22에서는, 피크 높이비(ITiB2/IcBN×100)가 표 1에 나타내는 값인 절삭 공구를 이용하여, 단속 절삭 수명 및 연속 절삭 수명을 측정하고, 내박리성을 평가하였다.
<결과와 고찰>
Figure 112015125474193-pct00001
표 1에 있어서, 「피크의 유무* 01」의 난에는, cBN 입자의 제1 입도 분포 곡선이, 입자 직경이 0.1 ㎛ 이상 0.7 ㎛ 이하인 범위에 피크를 갖는지의 여부를 기재하고 있다. 이 난에 있어서, 「있음」이란, cBN 입자의 제1 입도 분포 곡선이, 입자 직경이 0.1 ㎛ 이상 0.7 ㎛ 이하인 범위에 하나 이상의 피크를 갖는 것을 의미한다. 이 난에 있어서, 「없음」이란, cBN 입자의 제1 입도 분포 곡선이, 입자 직경이 0.1 ㎛ 이상 0.7 ㎛ 이하인 범위에 피크를 전혀 갖지 않는 것을 의미한다.
또한, 표 1에 있어서, 「cBN 입자의 입자 직경(㎛)*02」의 난에는, cBN 입자의 제2 입도 분포 곡선에 나타나는 제1 피크에 포함되는 정점에서의 cBN 입자의 입자 직경(㎛)을 기재하고 있다.
또한, 표 1에 있어서, 「X/Y* 03」의 난에는, (복합 소결체의 열전도율 X)/(복합 소결체에 있어서의 cBN 입자의 체적 함유율 Y)를 기재하고 있다.
실시예 1∼5에서는, 단속 절삭 수명은 3 ㎞ 이상이고, 연속 절삭 수명은 9 ㎞ 이상이었다. 한편, 비교예 1에서는, 연속 절삭 수명은 9 ㎞ 미만이었다. 비교예 2에서는, 단속 절삭 수명은 3 ㎞ 미만이었다. 이상의 점에서, cBN 입자가 복합 소결체에 45 체적% 이상 80 체적% 이하 포함되어 있으면, 소입강의 가공 등을 행한 경우라도 복합 소결체의 결손을 방지할 수 있고, 마모를 억제할 수 있는 것을 알 수 있었다.
또한, 실시예 2∼4에서는, 단속 절삭 수명은 4.4 ㎞ 이상이고, 연속 절삭 수명은 12 ㎞ 이상이었다. 따라서, cBN 입자가 복합 소결체에 65 체적% 이상 75 체적% 이하 포함되어 있으면, 소입강의 가공 등을 행한 경우라도 복합 소결체의 결손을 더욱 방지할 수 있고, 마모를 더욱 억제할 수 있는 것을 알 수 있었다.
실시예 6∼8에서는, 단속 절삭 수명은 3 ㎞ 이상이었다. 한편, 비교예 3 및 4에서는, 단속 절삭 수명은 3 ㎞ 미만이었다. 이상의 점에서, cBN 입자의 제2 입도 분포 곡선에 나타나는 제1 피크에 포함되는 정점에서의 cBN 입자의 입자 직경이 2 ㎛ 이상 7 ㎛ 이하이면, 소입강의 가공 등을 행한 경우라도 복합 소결체의 결손을 방지할 수 있는 것을 알 수 있었다.
실시예 9∼12에서는, 단속 절삭 수명은 3 ㎞ 이상이었다. 한편, 비교예 5 및 6에서는, 단속 절삭 수명은 3 ㎞ 미만이었다. 이상의 점에서, 적분값비(Io/It×100)가 1 이상 20 이하이면, 소입강의 가공 등을 행한 경우라도 복합 소결체의 결손을 방지할 수 있는 것을 알 수 있었다.
실시예 13∼16에서는, 단속 절삭 수명은 3 ㎞ 이상이고, 연속 절삭 수명은 9 ㎞ 이상이었다. 따라서, 소입강의 가공 등을 행하는 경우에는, 결합재 입자의 평균 입자 직경에 관계없이 복합 소결체의 결손을 방지할 수 있고, 마모를 억제할 수 있는 것을 알 수 있었다.
또한, 실시예 13 및 14에서는, 실시예 15 및 16에 비해, 단속 절삭 수명이 길었다. 따라서, 소입강의 가공 등을 행하는 경우에는, 결합재 입자의 평균 입자 직경이 50 ㎚ 이상 500 ㎚ 이하이면, 복합 소결체의 결손을 더욱 방지할 수 있는 것을 알 수 있었다.
실시예 17∼22에서는, 단속 절삭 수명은 3 ㎞ 이상이고, 연속 절삭 수명은 9 ㎞ 이상이었다. 따라서, 소입강의 가공 등을 행하는 경우에는, 피크 높이비(ITiB2/IcBN×100)에 관계없이 복합 소결체의 결손을 방지할 수 있고, 마모를 억제할 수 있는 것을 알 수 있었다.
또한, 실시예 17에서는, 실시예 21에 비해, 단속 절삭 수명이 길었다. 또한, 실시예 20에서는, 실시예 22에 비해, 연속 절삭 수명이 길었다. 이상으로부터, 소입강의 가공 등을 행하는 경우에는, 피크 높이비(ITiB2/IcBN×100)가 10 이상 25 이하이면 복합 소결체의 결손을 더욱 방지할 수 있고, 마모를 더욱 억제할 수 있는 것을 알 수 있었다.
실시예 1∼22에서는, 피복층의 박리 면적은 7000 ㎛2 이하이고, 여유면 마모량은 80 ㎜ 이하였다. 따라서, 어느 것에 있어서도, 복합 소결체와 피복층의 밀착력이 높고, 또한, 절삭 공구는 내여유면 마모성이 우수한 것을 알 수 있었다.
[실시예 23∼34 및 비교예 7∼18]
실시예 23∼34 및 비교예 7∼18에서는, A층의 조성, A층에 있어서의 Cr의 조성비 s, A층의 두께, B층에 있어서의 Al의 조성비 t, 및 B층의 두께를 표 2에 나타내는 값으로 변경하였다. 그 이외의 점에 대해서는 상기 실시예 3의 절삭 공구의 제조 방법에 따라, 절삭 공구를 제조하였다. 제조된 절삭 공구를 이용하여, 단속 절삭 수명 및 연속 절삭 수명을 측정하고, 내박리성을 평가하였다. 그 결과를 표 2에 나타낸다.
Figure 112015125474193-pct00002
실시예 23∼34에서는, 단속 절삭 수명은 3 ㎞ 이상이고, 연속 절삭 수명은 9 ㎞ 이상이었다. 따라서, 소입강의 가공 등을 행하는 경우에는, 피복층의 구성, A층의 조성, A층의 두께, B층의 조성, 및 B층의 두께에 관계없이 복합 소결체의 결손을 방지할 수 있고, 마모를 억제할 수 있는 것을 알 수 있었다.
실시예 23∼25에서는, 비교예 7∼10에 비해, 피복층의 박리 면적이 작았다. 따라서, A층의 두께가 0.05 ㎛ 이상 0.5 ㎛ 이하이면 복합 소결체와 피복층의 밀착력을 높일 수 있는 것을 알 수 있었다.
또한, 실시예 23∼25에서는, 비교예 11 및 12에 비해, 피복층의 박리 면적이 작고, 여유면 마모량이 작았다. 따라서, A층의 조성이 Al1 - sCrsN(0.2≤s≤0.9)이면, 복합 소결체와 피복층의 밀착력을 높일 수 있고, 또한 절삭 공구의 내여유면 마모성을 높일 수 있다는 것을 알 수 있었다.
실시예 26∼28에서는, 비교예 13 및 14에 비해, 피복층의 박리 면적이 작았다. 따라서, A층에 있어서의 Cr의 조성비 s가 0.2 이상 0.9 이하이면 복합 소결체와 피복층의 밀착력을 높일 수 있는 것을 알 수 있었다.
실시예 29∼31에서는, 비교예 15 및 16에 비해, 여유면 마모량이 작았다. 따라서, B층에 있어서의 Al의 조성비 t가 0.3 이상 0.8 이하이면, 절삭 공구의 내여유면 마모성을 높일 수 있다는 것을 알 수 있었다.
실시예 32∼34에서는, 비교예 17에 비해 여유면 마모량이 작고, 비교예 18에 비해 피복층의 박리 면적이 작았다. 따라서, B층의 두께가 0.2 ㎛ 이상이면 절삭 공구의 내여유면 마모성을 높일 수 있다는 것을 알 수 있었다. 또한, B층의 두께가 5 ㎛ 이하이면 복합 소결체와 피복층의 밀착력을 높일 수 있다는 것을 알 수 있었다.
한편, 비교예 7 및 18에서는, 피복층의 박리가 발생하였다.
이번에 개시된 실시형태는 모든 점에서 예시이며, 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는 상기한 실시형태가 아니라 청구의 범위에 의해 나타나며, 청구의 범위와 균등의 의미, 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.

Claims (5)

  1. 적어도 절삭날 부분이 복합 소결체와 상기 복합 소결체의 표면 상에 형성된 피복층을 포함하는 표면 피복 질화붕소 소결체 공구로서,
    상기 복합 소결체는, 입방정 질화붕소 입자와 결합재 입자를 포함하고,
    상기 입방정 질화붕소 입자는, 상기 복합 소결체에 45 체적% 이상 80 체적% 이하 포함되며,
    상기 복합 소결체의 적어도 일단면(一斷面)에 있어서의 상기 입방정 질화붕소 입자의 입도 분포를, 횡축을 미리 정해진 입자 직경 범위로 구분하고 또한 종축을 상기 각 입자 직경 범위의 입자가 차지하는 개수의 비율로 하는 제1 입도 분포 곡선으로 나타내는 경우에 있어서, 상기 제1 입도 분포 곡선은, 입자 직경이 0.1 ㎛ 이상 0.7 ㎛ 이하인 범위에 하나 이상의 피크를 갖고,
    상기 복합 소결체의 적어도 일단면에 있어서의 상기 입방정 질화붕소 입자의 입도 분포를, 횡축을 미리 정해진 입자 직경 범위로 구분하고 또한 종축을 상기 각 입자 직경 범위의 입자가 차지하는 면적의 비율로 하는 제2 입도 분포 곡선으로 나타내는 경우에 있어서, 상기 제2 입도 분포 곡선은, 입자 직경이 2.0 ㎛ 이상 7.0 ㎛ 이하인 범위에 피크 높이가 최대인 제1 피크를 가지며,
    상기 제2 입도 분포 곡선에 있어서, 입자 직경이 0.1 ㎛ 이상 0.7 ㎛ 이하인 범위의 적분값을 Io라고 나타내고, 전체 범위의 적분값을 It라고 나타낸 경우, 적분값비(Io/It×100)는, 1 이상 20 이하이고,
    상기 피복층은, 상기 복합 소결체의 표면에 접하는 A층과, 상기 A층 위에 형성된 B층을 포함하며,
    상기 A층은, Al1 - sCrsN(0.2≤s≤0.9)으로 이루어지고,
    상기 B층은, Ti1 - tAltN(0.3≤t≤0.8)으로 이루어지며,
    상기 A층의 두께는, 0.05 ㎛ 이상 0.5 ㎛ 이하이고,
    상기 B층의 두께는, 0.2 ㎛ 이상 5 ㎛ 이하이며,
    상기 피복층 전체의 두께는, 0.3 ㎛ 이상 7 ㎛ 이하인 것인 표면 피복 질화붕소 소결체 공구.
  2. 제1항에 있어서, 상기 입방정 질화붕소 입자는, 상기 복합 소결체에 65 체적% 이상 75 체적% 이하 포함되고,
    상기 적분값비(Io/It×100)는, 1 이상 7 이하인 것인 표면 피복 질화붕소 소결체 공구.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 복합 소결체의 X선 회절 스펙트럼에 있어서, 상기 입방정 질화붕소 입자의 (111)면에 귀속되는 피크의 피크 높이 IcBN에 대한 TiB2의 (101)면에 귀속되는 피크의 피크 높이 ITiB2의 피크 높이비(ITiB2/IcBN×100)가 10 이상 25 이하인 것인 표면 피복 질화붕소 소결체 공구.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 결합재 입자는, 50 ㎚ 이상 500 ㎚ 이하의 평균 입자 직경을 갖는 것인 표면 피복 질화붕소 소결체 공구.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 복합 소결체의 열전도율을 X(W/m·K)라고 나타내고, 상기 복합 소결체에 있어서의 상기 입방정 질화붕소 입자의 체적 함유율을 Y(체적%)라고 나타낸 경우, X/Y는 1.2 이상인 것인 표면 피복 질화붕소 소결체 공구.
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