KR102531904B1

KR102531904B1 - 절삭 공구

Info

Publication number: KR102531904B1
Application number: KR1020217010760A
Authority: KR
Inventors: 스스무 오쿠노; 신야 이마무라; 사토시 오노; 아농색 파수트
Original assignee: 스미또모 덴꼬오 하드메탈 가부시끼가이샤
Priority date: 2018-10-15
Filing date: 2019-07-05
Publication date: 2023-05-11
Also published as: CN112839760A; WO2020079893A1; US20200406366A1; US11103930B2; KR20210058898A; CN112839760B

Abstract

경사면을 갖는 기재와 경사면을 피복하는 피막을 구비하는 절삭 공구로서, 피막은 기재 상에 마련된 α-Al₂O₃층을 포함하고, α-Al₂O₃층은 α-Al₂O₃의 결정립을 포함하고, α-Al₂O₃층은 경사면에 있어서 (001) 배향한 결정립의 면적 비율이 50％∼90％이고, X선을 이용한 2θ-sin²ψ법에 따른 잔류 응력 측정에 있어서, 상기 경사면에 있어서의 상기 α-Al₂O₃층의 (001)면의 결정면 간격에 기초하여 구해지는 막중 잔류 응력(A_A)은 -1000 ㎫ 이상 0 ㎫ 미만이고, 상기 경사면에 있어서의 상기 α-Al₂O₃층의 (110)면의 결정면 간격에 기초하여 구해지는 막중 잔류 응력(B_A)은 -1000 ㎫ 이상 0 ㎫ 미만이고, |A_A|≤|B_A|의 관계식을 만족하는, 절삭 공구가 제공된다.

Description

절삭 공구

본 개시는 절삭 공구에 관한 것이다. 본 출원은 2018년 10월 15일에 출원한 일본 특허 출원인 특원2018-194133호에 기초한 우선권을 주장한다. 상기 일본 특허 출원에 기재된 모든 기재 내용은, 참조에 의해 본 명세서에 원용된다.

종래부터, 기재 상에 피막을 피복한 절삭 공구가 이용되고 있다. 예컨대, 일본 특허 공개 제2004-284003호 공보(특허문헌 1)는, 층의 표면의 법선 방향에서 평면으로 본 경우에, (0001)면의 결정 방위를 나타내는 결정립의 총면적이 70％ 이상인 α-Al₂O₃층을 포함하는 피막을 갖는 표면 피복 절삭 공구를 개시하고 있다.

또한, 일본 특허 공개 제2009-028894호 공보(특허문헌 2)는, 초경합금체와 코팅을 갖는 피복 절삭 공구로서, 코팅은, 적어도 가장 위의 층이 7∼12 ㎛의 두께인 (006) 방향으로 배향된 α-Al₂O₃층이고, 그 배향 계수 TC(006)는 2보다 크고, 또한 6 미만이고, 동시에 배향 계수 TC(012), TC(110), TC(113), TC(202), TC(024) 및 TC(116)가 전부 1 미만이고, 배향 계수 TC(104)가 두번째로 큰 배향 계수인, 피복 절삭 공구를 개시하고 있다.

특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2004-284003호 공보 특허문헌 2: 일본 특허 공개 제2009-028894호 공보

본 개시에 따른 절삭 공구는,

경사면을 갖는 기재와 상기 경사면을 피복하는 피막을 구비하는 절삭 공구로서,

상기 피막은, 상기 기재 상에 마련된 α-Al₂O₃층을 포함하고,

상기 α-Al₂O₃층은, α-Al₂O₃의 결정립을 포함하고,

상기 α-Al₂O₃층은, 상기 경사면에 있어서, (001) 배향한 상기 결정립의 면적 비율이 50％ 이상 90％ 이하이고,

X선을 이용한 2θ-sin²ψ법에 따른 잔류 응력 측정에 있어서,

상기 경사면에 있어서의 상기 α-Al₂O₃층의 (001)면의 결정면 간격에 기초하여 구해지는 막중 잔류 응력(A_A)은, -1000 ㎫ 이상 0 ㎫ 미만이고,

상기 경사면에 있어서의 상기 α-Al₂O₃층의 (110)면의 결정면 간격에 기초하여 구해지는 막중 잔류 응력(B_A)은, -1000 ㎫ 이상 0 ㎫ 미만이고,

|A_A|≤|B_A|의 관계식을 만족한다.

도 1은 절삭 공구의 기재의 일양태를 예시하는 사시도이다.
도 2는 α-Al₂O₃층의 가공면에 있어서의 컬러 맵의 일례이다.
도 3은 α-Al₂O₃층의 두께 방향에 있어서의 영역을 나타내는 모식 단면도이다.
도 4는 α-Al₂O₃층의 두께 방향의 응력 분포를 개략적으로 나타내는 그래프이다.
도 5는 피막의 제조에 이용되는 화학 기상 증착 장치의 일례를 나타내는 모식 단면도이다.
도 6은 본 실시형태에 따른 절삭 공구의 모식 단면도이다.

[본 개시가 해결하고자 하는 과제]

특허문헌 1 및 특허문헌 2에서는, 상기와 같은 구성의 α-Al₂O₃층을 포함하는 피막을 가짐으로써, 표면 피복 절삭 공구의 내마모성(예컨대, 내크레이터 마모성 등), 내결손성이라고 하는 기계 특성이 향상하고, 이로써 절삭 공구의 수명이 길어지는 것이 기대되고 있다.

그러나, 최근의 절삭 가공에 있어서는, 고속화 및 고능률화가 진행되어, 절삭 공구에 가해지는 부하가 증대하고, 절삭 공구의 수명이 단기화하는 경향이 있었다. 이 때문에, 절삭 공구의 피막의 기계 특성을 더욱 향상시키는 것이 요구되고 있다.

본 개시는 상기 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 내결손성 및 내크레이터 마모성이 우수한 절삭 공구를 제공하는 것을 목적으로 한다.

[본 개시의 효과]

본 개시에 따르면, 내결손성 및 내크레이터 마모성이 우수한 절삭 공구를 제공할 수 있게 된다.

[본 개시의 실시형태의 설명]

먼저 본 개시의 실시양태를 열기하여 설명한다.

[1] 본 개시에 따른 절삭 공구는,

상기 α-Al₂O₃층은, α-Al₂O₃의 결정립을 포함하고,

X선을 이용한 2θ-sin²ψ법에 따른 잔류 응력 측정에 있어서,

|A_A|≤|B_A|의 관계식을 만족한다.

상기 절삭 공구는, 전술한 바와 같이 구성을 구비함으로써, 우수한 내결손성 및 우수한 내크레이터 마모성을 가질 수 있게 된다. 여기서, 「내결손성」이란, 기재로부터의, 피막의 파괴 또는 탈락을 억제하는 성질을 의미한다.

[2] 상기 α-Al₂O₃층의 두께가 1 ㎛ 이상 20 ㎛ 이하이고,

상기 α-Al₂O₃층에 있어서의 상기 기재와는 반대측의 표면으로부터, 상기 기재측을 향하여 상기 α-Al₂O₃층의 두께의 10％의 거리(d₁₀)에 위치하는 가상 평면(D1)과,

상기 α-Al₂O₃층에 있어서의 상기 기재와는 반대측의 표면으로부터, 상기 기재측을 향하여 상기 α-Al₂O₃층의 두께의 40％의 거리(d₄₀)에 위치하는 가상 평면(D2)

사이에 끼인 영역(r1)에 있어서의, X선을 이용한 침입 깊이 일정법에 따른 잔류 응력 측정에 있어서,

상기 경사면에 있어서의 상기 α-Al₂O₃층의 (001)면의 결정면 간격에 기초하여 구해지는 잔류 응력(A)은, -800 ㎫ 이상 600 ㎫ 이하이고,

상기 경사면에 있어서의 상기 α-Al₂O₃층의 (110)면의 결정면 간격에 기초하여 구해지는 잔류 응력(B)은, -1300 ㎫ 이상 400 ㎫ 이하이고,

A＞B의 관계식을 만족한다. 이와 같이 규정함으로써, 내결손성이 더욱 우수한 절삭 공구를 제공할 수 있게 된다.

[3] 상기 잔류 응력(A)의 응력 분포는,

상기 α-Al₂O₃층의 상기 기재와는 반대측의 표면으로부터 상기 기재측을 향하여, 상기 잔류 응력(A)이 연속적으로 감소하는 제1a 영역과,

상기 제1a 영역보다 상기 기재측에 위치하며, 또한 상기 기재와는 반대측의 표면으로부터 상기 기재측을 향하여, 상기 잔류 응력(A)이 연속적으로 증가하는 제2a 영역

을 가지고,

상기 제1a 영역과 상기 제2a 영역은, 상기 잔류 응력(A)의 극소점을 통해 연속한다. 이와 같이 규정함으로써, 내크레이터 마모성이 더욱 우수한 절삭 공구를 제공할 수 있게 된다.

[4] 상기 잔류 응력(B)의 응력 분포는,

상기 α-Al₂O₃층의 상기 기재와는 반대측의 표면으로부터 상기 기재측을 향하여, 상기 잔류 응력(B)이 연속적으로 감소하는 제1b 영역과,

상기 제1b 영역보다 상기 기재측에 위치하며, 또한 상기 기재와는 반대측의 표면으로부터 상기 기재측을 향하여, 상기 잔류 응력(B)이 연속적으로 증가하는 제2b 영역

을 가지고,

상기 제1b 영역과 상기 제2b 영역은, 상기 잔류 응력(B)의 극소점을 통해 연속한다. 이와 같이 규정함으로써, 내크레이터 마모성이 더욱 우수한 절삭 공구를 제공할 수 있게 된다.

[5] 상기 피막은, 상기 기재와 상기 α-Al₂O₃층 사이에 마련된 1층 이상의 중간층을 더 포함하고,

상기 중간층은, 주기표 4족 원소, 5족 원소, 6족 원소, Al 및 Si로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 원소와, C, N, B 및 O로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 원소를 갖는 화합물을 포함한다. 이와 같이 규정함으로써, 내결손성 및 내크레이터 마모성이 더욱 우수한 절삭 공구를 제공할 수 있게 된다.

[본 개시의 실시형태의 상세]

이하, 본 개시의 일실시형태(이하 「본 실시형태」라고 기재함)에 대해서 설명한다. 단, 본 실시형태는 이에 한정되는 것이 아니다. 본 명세서에 있어서 「X∼Y」라고 하는 형식의 표기는, 범위의 상한 하한(즉 X 이상 Y 이하)을 의미하고, X에 있어서 단위의 기재가 없고, Y에 있어서만 단위가 기재되어 있는 경우, X의 단위와 Y의 단위는 동일하다. 또한, 본 명세서에 있어서, 예컨대 「TiC」 등과 같이, 구성 원소의 조성비가 한정되지 않은 화학식에 의해 화합물이 표시된 경우에는, 그 화학식은 종래 공지의 모든 조성비(원소비)를 포함하는 것으로 한다. 이때 상기 화학식은, 화학량론 조성뿐만 아니라, 비화학량론 조성도 포함하는 것으로 한다. 예컨대 「TiC」의 화학식에는, 화학량론 조성 「Ti₁C₁」뿐만 아니라, 예컨대 「Ti₁C_0.8」과 같은 비화학량론 조성도 포함된다. 이것은, 「TiC」 이외의 화합물의 기재에 대해서도 동일하다.

≪절삭 공구≫

본 개시에 따른 절삭 공구는,

상기 α-Al₂O₃층은, α-Al₂O₃의 결정립을 포함하고,

X선을 이용한 2θ-sin²ψ법에 따른 잔류 응력 측정에 있어서,

|A_A|≤|B_A|의 관계식을 만족한다.

본 실시형태의 표면 피복 절삭 공구(이하, 단순히 「절삭 공구」라고 하는 경우가 있음)는, 경사면을 갖는 기재와, 상기 경사면을 피복하는 피막을 구비한다. 본 실시형태의 다른 측면에 있어서, 상기 피막은, 상기 기재에 있어서의 상기 경사면 이외의 부분(예컨대, 여유면)을 피복하고 있어도 좋다. 상기 절삭 공구는, 예컨대, 드릴, 엔드 밀, 드릴용 날끝 교환형 절삭 팁, 엔드 밀용 날끝 교환형 절삭 팁, 프라이스 가공용 날끝 교환형 절삭 팁, 선삭 가공용 날끝 교환형 절삭 팁, 메탈 쏘오, 기어 커팅 공구, 리머, 탭 등일 수 있다.

<기재>

본 실시형태의 기재는, 이 종류의 기재로서 종래 공지의 것이면 어느 것이라도 사용할 수 있다. 예컨대, 상기 기재는, 초경합금[예컨대, 탄화텅스텐(WC)기 초경합금, WC 외에 Co를 포함하는 초경합금, WC 외에 Cr, Ti, Ta, Nb 등의 탄질화물을 첨가한 초경합금 등], 서멧(TiC, TiN, TiCN 등을 주성분으로 하는 것), 고속도강, 세라믹스(탄화티탄, 탄화규소, 질화규소, 질화알루미늄, 산화알루미늄 등), 입방정형 질화붕소 소결체(cBN 소결체) 및 다이아몬드 소결체로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 기재는, 초경합금, 서멧 및 cBN 소결체로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종을 포함하는 것이 보다 바람직하다.

이들 각종 기재 중에서도, 특히 WC기 초경합금 또는 cBN 소결체를 선택하는 것이 바람직하다. 그 이유는, 이들 기재가 특히 고온에 있어서의 경도와 강도의 밸런스가 우수하여, 상기 용도의 절삭 공구의 기재로서 우수한 특성을 갖기 때문이다.

기재로서 초경합금을 사용하는 경우, 그와 같은 초경합금은, 조직 중에 유리 탄소 또는 η상이라고 불리는 이상상을 포함하고 있어도 본 실시형태의 효과는 나타난다. 또한, 본 실시형태에서 이용하는 기재는, 그 표면이 개질된 것이어도 지장이 없다. 예컨대, 초경합금의 경우는 그 표면에 탈β층이 형성되어 있거나, cBN 소결체의 경우에는 표면 경화층이 형성되어 있어도 좋고, 이와 같이 표면이 개질되어 있어도 본 실시형태의 효과는 나타난다.

도 1은 절삭 공구의 기재의 일양태를 예시하는 사시도이다. 이러한 형상의 기재는, 예컨대, 선삭 가공용 날끝 교환형 절삭 팁의 기재로서 이용된다. 상기 기재(10)는, 경사면(1)과, 여유면(2)과, 상기 경사면(1)과 여유면(2)이 교차하는 날끝 능선부(3)를 갖는다. 즉, 경사면(1)과 여유면(2)은, 날끝 능선부(3)를 사이에 두고 연결되는 면이다. 날끝 능선부(3)는, 기재(10)의 절삭날 선단부를 구성한다. 이러한 기재(10)의 형상은, 상기 절삭 공구의 형상으로 파악할 수도 있다.

상기 절삭 공구가 날끝 교환형 절삭 팁인 경우, 상기 기재(10)는, 팁 브레이커를 갖는 것도, 갖지 않는 것도 포함된다. 날끝 능선부(3)의 형상은, 샤프 엣지(경사면과 여유면이 교차하는 릿지), 호우닝(샤프 엣지에 대하여 라운딩을 부여한 것), 네거티브 랜드(모따기를 한 것), 호우닝과 네거티브 랜드를 조합한 것 중에, 어느 것이나 포함된다.

이상, 기재(10)의 형상 및 각 부의 명칭을, 도 1을 이용하여 설명하였는데, 본 실시형태에 따른 절삭 공구에 있어서, 상기 기재(10)에 대응하는 형상 및 각 부의 명칭에 대해서는, 상기와 같은 용어를 이용하는 것으로 한다. 즉, 상기 절삭 공구(50)는, 경사면(1)과, 여유면(2)과, 상기 경사면(1) 및 상기 여유면(2)을 잇는 날끝 능선부(3)를 갖는다(도 6 참조).

<피막>

본 실시형태에 따른 피막(40)은, 상기 기재(10) 상에 마련된 α-Al₂O₃층(20)을 포함한다(도 6 참조). 「피막」은, 상기 경사면의 적어도 일부(예컨대, 절삭 가공 시에 피삭재와 접하는 부분)를 피복함으로써, 절삭 공구에 있어서의 내결손성, 내마모성 등의 여러 가지 특성을 향상시키는 작용을 갖는 것이다. 상기 피막은, 상기 경사면의 일부에 한정되지 않고 상기 경사면의 전체면을 피복하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 피막은, 상기 기재의 전체면을 피복하고 있어도 좋다. 그러나, 상기 경사면의 일부가 상기 피막으로 피복되어 있거나 피막의 구성이 부분적으로 다르거나 하여도 본 실시형태의 범위를 일탈하는 것이 아니다.

상기 피막의 두께는, 3 ㎛ 이상 50 ㎛ 이하인 것이 바람직하고, 5 ㎛ 이상 25 ㎛ 이하인 것이 보다 바람직하다. 여기서, 피막의 두께란, 피막을 구성하는 층 각각의 두께의 총합을 의미한다. 「피막을 구성하는 층」으로서는, 예컨대, 후술하는 α-Al₂O₃층, 중간층, 하지층 및 최외층 등을 들 수 있다. 상기 피막의 두께는, 예컨대, 주사 투과형 전자 현미경(STEM)을 이용하여, 기재의 표면의 법선 방향에 평행인 단면 샘플에 있어서의 임의의 10점을 측정하고, 측정된 10점의 두께의 평균값을 취함으로써 구하는 것이 가능하다. 후술하는 α-Al₂O₃층, 중간층, 하지층, 최외층 등의 각각의 두께를 측정하는 경우도 동일하다. 주사 투과형 전자 현미경으로서는, 예컨대, 니혼덴시 가부시키가이샤 제조의 JEM-2100F(상품명)를 들 수 있다.

(α-Al₂O₃층)

본 실시형태의 α-Al₂O₃층은, α-Al₂O₃(결정 구조가 α형인 산화알루미늄)의 결정립(이하, 단순히 「결정립」이라고 하는 경우가 있음)을 포함한다. 즉, 상기 α-Al₂O₃층은, 다결정의 α-Al₂O₃을 포함하는 층이다.

상기 α-Al₂O₃층은, 본 실시형태에 따른 절삭 공구가 발휘하는 효과를 손상시키지 않는 범위에 있어서, 상기 기재의 바로 위에 마련되어 있어도 좋고, 후술하는 중간층 등의 다른 층을 통해 상기 기재의 위에 마련되어 있어도 좋다. 상기 α-Al₂O₃층은, 그 위에 최외층 등의 다른 층이 마련되어 있어도 좋다. 또한, 상기 α-Al₂O₃층은, 상기 피막의 최외층(최외측 표면층)이어도 좋다.

상기 α-Al₂O₃층은, 이하의 특징을 갖는다. 즉, 상기 α-Al₂O₃층은, 상기 경사면에 있어서, (001) 배향한 상기 결정립의 면적 비율이 50％ 이상 90％ 이하이다. 본 실시형태의 다른 측면에 있어서, 상기 경사면에 있어서의 (001) 배향한 결정립 이외의 결정립의 면적 비율이 10％ 이상 50％ 이하이다. 또한, (001) 배향한 상기 결정립의 면적 비율과 (001) 배향한 결정립 이외의 결정립의 면적 비율의 합은, 100％이다.

본 실시형태의 별도의 다른 측면에 있어서, 상기 α-Al₂O₃층은, 상기 경사면에 있어서 상기 기재의 표면과 평행이 되는 경면 연마된 상기 α-Al₂O₃층의 가공면에 대하여, 전해 방출형 주사 전자 현미경을 이용한 후방 산란 전자 회절상 해석으로부터 상기 결정립의 각각의 결정 방위를 특정하고, 이에 기초하여 컬러 맵을 작성한 경우에, 상기 컬러 맵에 있어서, (001) 배향한 상기 결정립의 면적 비율이 50％ 이상 90％ 이하여도 좋다.

본 실시형태의 절삭 공구는, 상기 경사면에 있어서의 α-Al₂O₃층에서 (001) 배향한 α-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율이 50％ 이상 90％ 이하가 됨으로써, α-Al₂O₃층이 특정한 배향성[(001) 배향]을 가져 피막의 강도가 향상하는 효과를 충분히 얻을 수 있다. 또한, 상기 피막이 상기 기재의 전체면을 피복하고 있는 경우, 본 실시형태의 절삭 공구는, 상기 기재의 경사면 이외의 면에 있어서의 α-Al₂O₃층에서 (001) 배향한 결정립의 면적 비율이 50％ 이상 90％ 이하여도 좋고, 50％ 이상 90％ 이하로부터 벗어난 값이어도 좋다.

여기서, 「(001) 배향한 α-Al₂O₃의 결정립」 또는 「(001) 배향한 결정립」이란, 기재 표면(피막에 면하고 있는 측의 표면으로 함)의 법선에 대하여, (001)면의 경사각[기재 표면의 법선과 (001)면의 법선이 이루는 각도]이 0∼20°가 되는 α-Al₂O₃의 결정립을 말한다. α-Al₂O₃층에 있어서, 임의의 α-Al₂O₃의 결정립이 (001) 배향하고 있는지의 여부는, 전자선 후방 산란 회절 장치(EBSD 장치)를 구비한 전계 방출형 주사형 전자 현미경(FE-SEM)을 이용하여 확인할 수 있다. 전자선 후방 산란 회절상 해석(EBSD상 해석)이란, 후방 산란 전자에 의해 발생하는 기쿠치 회절 패턴의 자동 분석에 기초한 해석 방법이다. 덧붙여서, 「(001) 배향한 α-Al₂O₃의 결정립 이외의 결정립」 또는 「(001) 배향한 결정립 이외의 결정립」이란, 기재 표면의 법선에 대하여, (001)면의 경사각이 20°를 넘는 α-Al₂O₃의 결정립을 의미한다.

예컨대, EBSD 장치를 구비한 FE-SEM을 이용하여, 상기 경사면에 있어서 상기 기재의 표면과 평행이 되는 경면 연마된 상기 α-Al₂O₃층의 가공면을 촬영한다. 다음에, 촬영 화상의 각 피크 셀의 (001)면의 법선 방향과, 기재 표면의 법선 방향(즉 가공면에 있어서의 α-Al₂O₃층의 두께 방향에 평행이 되는 직선 방향)이 이루는 각도를 산출한다. 그리고, 그 각도가 0∼20°가 되는 피크 셀을 선택한다. 이 선택된 피크 셀이, 기재 표면에 대하여 (001)면의 경사각이 0∼20°가 되는 α-Al₂O₃의 결정립, 즉 「(001) 배향한 α-Al₂O₃의 결정립」에 대응한다.

그리고, α-Al₂O₃층의 상기 가공면의 소정 영역(즉, 컬러 맵)에 있어서의 (001) 배향한 α-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율은, 결정 방위 맵핑으로서, α-Al₂O₃층의 상기 가공면에 대하여, 상기 선택된 피크 셀을 색별함으로써 작성되는 컬러 맵에 기초하여 산출된다. 결정 방위 맵핑에서는, 상기 선택된 피크 셀에 미리 정해진 색이 부여되어 있기 때문에, 소정 영역에 있어서의 (001) 배향한 α-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율을, 그 부여된 색을 지표로 하여 산출할 수 있다. 상기하는 각도의 산출, 그 각도가 0∼20°인 피크 셀의 선택 및 상기 면적 비율의 산출은, 예컨대, 시판의 소프트웨어(상품명: 「Orientation Imaging Microscopy Ver 6.2」, EDAX사 제조)를 이용하여 행할 수 있다.

도 2는 α-Al₂O₃층(20)의 상기 가공면에 관한 컬러 맵의 일례이다. 도 2에 있어서, 실선으로 둘러싸이며 또한 좌사선의 해칭으로 나타내는 영역이 (001) 배향한 결정립(21)이고, 실선으로 둘러싸이며 또한 백색으로 나타내는 각 영역이, (001) 배향한 결정립 이외의 결정립(22)이다. 즉, 도 2에 예시되는 컬러 맵에서는, α-Al₂O₃층(20)의 표면의 법선 방향에 대한 (001)면의 법선 방향의 각도가 0∼20°인 결정립이 좌사선의 해칭으로 나타나 있다. 또한, α-Al₂O₃층(20)의 표면의 법선 방향에 대한 (001)면의 법선 방향의 각도가 20°초과인 결정립이 백색으로 나타나 있다.

상기 결정 방위 맵핑(컬러 맵)으로부터, 본 실시형태에 있어서 α-Al₂O₃층은, 그 가공면에 있어서, (001) 배향한 α-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율이 50％ 이상 90％ 이하인 부분을 포함하는 것이 특정된다. 상기 (001) 배향한 α-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율은, 50％ 이상 90％ 이하인 것이 바람직하고, 55％ 이상 85％ 이하인 것이 보다 바람직하다.

또한, (001) 배향한 α-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율을 산출하는 데 있어서, FE-SEM의 관찰 배율은 5000배로 한다. 또한 관찰 면적은, 450 ㎛²(30 ㎛×15 ㎛)로 한다. 측정 시야수는, 3 이상으로 한다.

상기 α-Al₂O₃층의 두께가 1 ㎛ 이상 20 ㎛ 이하인 것이 바람직하고, 4 ㎛ 이상 15 ㎛ 이하인 것이 보다 바람직하다.

(α-Al₂O₃층의 잔류 응력)

(2θ-sin²ψ법에 따른 막중 잔류 응력)

본 실시형태에 있어서의 α-Al₂O₃층은, X선을 이용한 2θ-sin²ψ법에 따른 잔류 응력 측정에 있어서,

|A_A|≤|B_A|(식 1)의 관계식을 만족한다.

여기서, 「잔류 응력」이란, 층 내에 존재하는 내부 응력(고유 변형)의 일종이다. 상기 잔류 응력으로서는, 압축 잔류 응력과 인장 잔류 응력으로 대별된다. 압축 잔류 응력은, 「-」(마이너스)의 수치(본 명세서에 있어서 그 단위는 「㎫」로 나타냄)로 표시되는 잔류 응력을 말한다. 예컨대, 「100 ㎫의 압축 잔류 응력」은, -100 ㎫의 잔류 응력으로 파악할 수 있다. 이 때문에, 압축 잔류 응력이 크다고 하는 개념은, 상기 수치의 절대값이 커지는 것을 나타내고, 압축 잔류 응력이 작다고 하는 개념은, 상기 수치의 절대값이 작아지는 것을 나타낸다. 덧붙여서 인장 잔류 응력은, 「+」(플러스)의 수치(본 명세서에 있어서 그 단위는 「㎫」로 나타냄)로 표시되는 잔류 응력을 말한다. 예컨대, 「100 ㎫의 인장 잔류 응력」은, 100 ㎫의 잔류 응력으로 파악할 수 있다. 이 때문에, 인장 잔류 응력이 크다고 하는 개념은, 상기 수치가 커지는 것을 나타내고, 인장 잔류 응력이 작다고 하는 개념은, 상기 수치가 작아지는 것을 나타낸다.

본 실시형태에 있어서 「경사면에 있어서의 (001)면의 결정면 간격에 기초하여 구해지는 막중 잔류 응력(A_A)」이란, 상기 경사면에 있어서의 소정의 측정 시야 전체를 반영한 잔류 응력으로서, 상기 소정의 측정 시야 전체에 있어서의 (001)면의 결정면 간격에 기초하여 구해지는 잔류 응력을 의미한다. 상기 막중 잔류 응력(A_A)은, X선을 이용한 2θ-sin²ψ법에 따른 잔류 응력 측정에 의해 구해진다. 구체적인 방법으로서는, 먼저 측정 시야 전체에 대해서 2θ-sin²ψ법에 따라, (001)면의 결정면 간격을 측정한다. 여기서, 측정 시의 회절 각도는 측정 대상의 결정면에 따른 회절 각도를 지정한다. 전술한 측정 시야란 「α-Al₂O₃층의 표면에 있어서의 측정 시야」를 의미한다. 다음에, 측정된 (001)면의 결정면 간격에 기초하여 상기 측정 시야 전체의 잔류 응력을 산출한다. 이러한 측정을 복수의 측정 시야에 있어서 행하고, 각각의 측정 시야에 있어서 구해진 잔류 응력의 평균값을 「막중 잔류 응력(A_A)」으로 한다.

(001) 배향한 결정립의 면적 비율이 50％ 이상일 때, 상기 막중 잔류 응력(A_A)은, (001) 배향한 결정립이 갖는 잔류 응력의 기여가 크다고 생각된다. 이러한 사정으로부터, 상기 막중 잔류 응력(A_A)은 (001) 배향한 결정립이 갖는 잔류 응력으로 파악할 수도 있다고 본 발명자들은 생각하고 있다.

본 실시형태에 있어서, 2θ-sin²ψ법에 따른 잔류 응력 측정은 이하의 조건에서 행해진다.

장치: Smart Lab(가부시키가이샤 리가쿠 제조)

X선: Cu/Kα/45 ㎸/200 ㎃

카운터: D/teX Ultra 250(가부시키가이샤 리가쿠 제조)

주사 범위: 막중 잔류 응력(A_A)의 경우 89.9°∼91.4°(경사법)

막중 잔류 응력(B_A)의 경우 37.0°∼38.4°(경사법)

본 실시형태에 있어서 「경사면에 있어서의 (110)면의 결정면 간격에 기초하여 구해지는 막중 잔류 응력(B_A)」이란, 상기 경사면에 있어서의 소정의 측정 시야 전체를 반영한 잔류 응력으로서, 상기 소정의 측정 시야 전체에 있어서의 (110)면의 결정면 간격에 기초하여 구해지는 잔류 응력을 의미한다. 상기 막중 잔류 응력(B_A)은, X선을 이용한 2θ-sin²ψ법에 따른 잔류 응력 측정에 의해 구해진다. 구체적인 방법으로서는, 먼저 측정 시야 전체에 대해서 2θ-sin²ψ법에 따라, (110)면의 결정면 간격을 측정한다. 여기서, 전술한 측정 시야란 「α-Al₂O₃층의 표면에 있어서의 측정 시야」를 의미한다. 다음에, 측정된 (110)면의 결정면 간격에 기초하여 상기 측정 시야 전체의 잔류 응력을 산출한다. 이러한 측정을 복수의 측정 시야에 있어서 행하고, 각각의 측정 시야에 있어서 구해진 잔류 응력의 평균값을 「막중 잔류 응력(B_A)」으로 한다.

상기 막중 잔류 응력(B_A)은, 상기 막중 잔류 응력(A_A)과 비교하여 높은 압축 잔류 응력값을 나타내는 경향이 있다. 이러한 사정으로부터 상기 막중 잔류 응력(B_A)은, 상기 막중 잔류 응력(A_A)과 비교하여 (001) 배향한 결정립 이외의 결정립이 갖는 잔류 응력의 기여가 크다고 본 발명자들은 생각하고 있다.

(깊이 방향에 있어서의 α-Al₂O₃층의 잔류 응력)

(침입 깊이 일정법에 따른 잔류 응력)

본 실시형태에서는, 상기 α-Al₂O₃층에 있어서의 상기 기재와는 반대측의 표면으로부터, 상기 기재측을 향하여 상기 α-Al₂O₃층의 두께의 10％의 거리(d₁₀)에 위치하는 가상 평면(D1)과,

A＞B의 관계식(식 2)을 만족하는 것이 바람직하다(예컨대, 도 3).

본 실시형태의 다른 측면에 있어서, 상기 α-Al₂O₃층의 두께가 1 ㎛ 이상 20 ㎛ 이하이고,

A＞B의 관계식을 만족하는 것이 바람직하다.

본 실시형태에 있어서 「경사면에 있어서의 (001)면의 결정면 간격에 기초하여 구해지는 잔류 응력(A)」이란, 상기 경사면의 소정의 깊이 위치에 있어서의 잔류 응력으로서, (001)면의 결정면 간격에 기초하여 구해지는 잔류 응력을 의미한다. 상기 잔류 응력(A)은, X선을 이용한 침입 깊이 일정법에 따라 구한다. 구체적인 방법으로서는, 먼저 측정 시야 전체에 대해서 침입 깊이 일정법에 따라, 소정의 깊이 위치에 있어서의 (001)면의 결정면 간격을 측정한다. 여기서, 전술한 측정 시야란 「α-Al₂O₃층의 표면에 평행인 가상 평면으로서 소정의 깊이 위치를 통과하는 가상 평면에 있어서의 측정 시야」를 의미한다. 다음에, 측정된 (001)면의 결정면 간격에 기초하여 상기 측정 시야 전체의 잔류 응력을 산출한다. 이러한 측정을 복수의 측정 시야에 있어서 행하고, 각각의 측정 시야에 있어서 구해진 잔류 응력의 평균값을 「잔류 응력(A)」으로 한다.

본 실시형태에 있어서, 침입 깊이 일정법에 따른 잔류 응력 측정은 이하의 조건에서 행해진다.

장치: Spring-8 BL16XU

X선 에너지: 10 keV(λ=0.124 ㎚)

X선 빔 직경: 0.4∼1.8 ㎜(침입 깊이에 따라 변경)

사용 회절면: 잔류 응력(A)의 경우_(001)면

잔류 응력(B)의 경우_(110)면

본 실시형태에 있어서 「경사면에 있어서의 (110)면의 결정면 간격에 기초하여 구해지는 잔류 응력(B)」이란, 상기 경사면의 소정의 깊이 위치에 있어서의 잔류 응력이고, (110)면의 결정면 간격에 기초하여 구해지는 잔류 응력을 의미한다. 상기 잔류 응력(B)은, X선을 이용한 침입 깊이 일정법에 따라 구해진다.

상기 영역(r1)에 있어서, 상기 잔류 응력(A) 및 상기 잔류 응력(B)이 각각 소정의 수치 범위의 잔류 응력이고, 또한 상기 식 2의 관계식을 만족하는지의 여부는, 예컨대, X선을 이용한 침입 깊이 일정법에 따라 상기 α-Al₂O₃층의 소정의 거리(d₁₀)의 깊이 위치 및 소정의 거리(d₄₀)의 깊이 위치에 있어서의 상기 잔류 응력[A(각각, A_d10, A_d40)] 및 상기 잔류 응력[B(각각, B_d10, B_d40)]을 측정함으로써 판단하는 것이 가능하다. 즉, (1) 먼저 상기 가상 평면(D1) 상의 어떤 측정 시야 중의 잔류 응력(A_d10) 및 상기 잔류 응력(B_d10)을, 침입 깊이 일정법으로 측정한다. (2) 다음에 상기 가상 평면(D1) 상의 어떤 측정 시야와 동일한 영역으로서, 상기 측정 시야의 바로 아래에 위치하는 가상 평면(D2) 상의 시야 중의 잔류 응력(A_d40) 및 상기 잔류 응력(B_d40)을, 마찬가지로 침입 깊이 일정법으로 측정한다. (3) 측정된 잔류 응력(A_d10 및 A_d40)과, 상기 잔류 응력(B_d10 및 B_d40) 각각이 전술한 수치 범위에 있고, 또한 A_d10＞B_d10 및 A_d40＞B_d40인 경우, 「영역(r1)에 있어서, 상기 잔류 응력(A) 및 상기 잔류 응력(B)이 전술한 수치 범위에 있고, 또한 상기 식 2의 관계식을 만족한다」라고 판단한다.

(α-Al₂O₃층의 잔류 응력 분포)

본 실시형태에 따른 α-Al₂O₃층(20)에 있어서, 상기 잔류 응력(A)의 응력 분포는, 상기 α-Al₂O₃층의 상기 기재와는 반대측의 표면으로부터 상기 기재측을 향하여, 상기 잔류 응력(A)이 연속적으로 감소하는 제1a 영역과,

을 가지고,

상기 제1a 영역과 상기 제2a 영역은, 상기 잔류 응력(A)의 극소점을 통해 연속하는 것이 바람직하다.

상기 응력 분포의 일례를 도 4에 나타낸다. 도 4의 그래프에 있어서, 종축은 잔류 응력을 나타내고 있고, 횡축은 α-Al₂O₃층(20)의 두께 방향에 있어서의 위치를 나타내고 있다. 종축에 관하여, 그 값이 「-」인 경우, α-Al₂O₃층(20) 내에 압축 잔류 응력이 존재하는 것을 의미하고, 그 값이 「+」인 경우, α-Al₂O₃층(20) 내에 인장 잔류 응력이 존재하는 것을 의미하고, 그 값이 「0」인 경우, α-Al₂O₃층(20) 내에 응력이 존재하지 않는 것을 의미한다.

도 4를 참조하여, α-Al₂O₃층(20)에 있어서의 두께 방향의 잔류 응력(A)의 응력 분포[도 4의 곡선(a)]는, 예컨대, 상면측(표면측, 또는 기재와는 반대측의 표면측)으로부터 하면측(기재측)을 향하여, 잔류 응력의 값이 연속적으로 감소하는 제1a 영역(P1a)과, 제1a 영역보다 하면측에 위치하며, 또한 상면측으로부터 하면측을 향하여, 잔류 응력의 값이 연속적으로 커지는 제2a 영역(P2a)을 갖는다. 여기서, 상기 제2a 영역에는, 압축 잔류 응력에서 인장 잔류 응력으로 바뀌는 지점이 존재한다. 상기 제1a 영역과 상기 제2a 영역은, 잔류 응력의 값이 가장 작아지는 극소점(P3a)을 통해 연속하는 것이 바람직하다. 이 극소점(P3a)은, 하면보다, 상면에 가까운 곳에 위치하는 것이다.

α-Al₂O₃층(20)이 전술한 바와 같이 응력 분포를 가짐으로써, 단속 절삭 시에 있어서, α-Al₂O₃층(20)의 내크레이터 마모성과 내결손성의 밸런스가 보다 우수한 것이 된다. 이것은, α-Al₂O₃층(20)의 상면측으로부터 α-Al₂O₃층(20)에 가해지는 충격이, 상면측으로부터 극소점(P3a) 사이에 있어서 충분히 흡수되며, 극소점(P3a)보다 하면측에 있어서는 높은 밀착성이 발휘되기 때문이다.

상기 잔류 응력(A)의 응력 분포에 있어서, 잔류 응력의 값은 -1000 ㎫ 이상 2000 ㎫ 이하인 것이 바람직하다. 바꾸어 말하면, 상기 잔류 응력(A)의 응력 분포에 있어서, 압축 잔류 응력의 절대값은 1000 ㎫ 이하(즉, -1000 ㎫ 이상 0 ㎫ 미만)이고, 인장 잔류 응력의 절대값은 2000 ㎫ 이하(즉, 0 ㎫ 초과 2000 ㎫ 이하)인 것이 바람직하다. 이 경우, 내크레이터 마모성과 내결손성의 양 특성이 적절하게 발휘되는 경향이 있다.

또한, 상기 극소점(P3a)은, 기재와는 반대측의 표면(상면)으로부터 α-Al₂O₃층(20)의 두께의 0.1∼40％의 거리를 가지고 위치하는 것이 바람직하다. 이 경우, α-Al₂O₃층(20)의 손상 형태가 안정적이며, 예컨대 돌발적인 결손을 억제할 수 있고, 이로써 공구의 수명의 변동을 저감할 수 있다. 예컨대, α-Al₂O₃층(20)의 두께가 1∼20 ㎛인 경우, 극소점(P3a)의 위치는, 기재와는 반대측의 표면으로부터 0.1∼8 ㎛인 것이 바람직하다. 또한 극소점(P3a)에 있어서의 압축 잔류 응력의 절대값은, 바람직하게는, 100∼900 ㎫이고, 보다 바람직하게는 200∼890 ㎫이고, 더욱 바람직하게는 350∼890 ㎫이다. 바꾸어 말하면, 극소점(P3a)에 있어서의 잔류 응력의 값은, 바람직하게는, -900∼-100 ㎫이고, 보다 바람직하게는 -890∼-200 ㎫이고, 더욱 바람직하게는 -890∼-350 ㎫이다.

본 실시형태에 있어서, 상기 잔류 응력(B)의 응력 분포는, 상기 α-Al₂O₃층의 상기 기재와는 반대측의 표면으로부터 상기 기재측을 향하여, 상기 잔류 응력(B)이 연속적으로 감소하는 제1b 영역과,

상기 제1b 영역보다 상기 기재측에 위치하며, 또한 상기 기재와는 반대측의 표면으로부터 상기 기재측을 향하여, 상기 잔류 응력(B)이 연속적으로 증가하는 제2b 영역을 가지고,

상기 제1b 영역과 상기 제2b 영역은, 상기 잔류 응력(B)의 극소점을 통해 연속하는 것이 바람직하다.

상기 잔류 응력(B)의 응력 분포에 있어서, 잔류 응력의 값은 -1300 ㎫ 이상 2000 ㎫ 이하인 것이 바람직하다. 바꾸어 말하면, 상기 잔류 응력(B)의 응력 분포에 있어서, 압축 잔류 응력의 절대값은 1300 ㎫ 이하(즉, -1300 ㎫ 이상 0 ㎫ 미만)이고, 인장 잔류 응력의 절대값은 2000 ㎫ 이하(즉, 0 ㎫ 초과 2000 ㎫ 이하)인 것이 바람직하다. 이 경우, 내크레이터 마모성과 내결손성의 양 특성이 적절하게 발휘되는 경향이 있다.

또한, 상기 극소점(P3b)은, 기재와는 반대측의 표면(상면)으로부터 α-Al₂O₃층(20)의 두께의 0.1∼40％의 거리를 가지고 위치하는 것이 바람직하다. 이 경우, α-Al₂O₃층(20)의 손상 형태가 안정적이며, 예컨대 돌발적인 결손을 억제할 수 있고, 이로써 공구의 수명의 변동을 저감할 수 있다. 예컨대, α-Al₂O₃층(20)의 두께가 1∼20 ㎛인 경우, 극소점(P3b)의 위치는, 기재와는 반대측의 표면으로부터 0.1∼8 ㎛인 것이 바람직하다. 또한 극소점(P3b)에 있어서의 압축 잔류 응력의 절대값은, 바람직하게는 150∼1250 ㎫이고, 보다 바람직하게는 250∼1100 ㎫이고, 더욱 바람직하게는 400∼1000 ㎫이다. 바꾸어 말하면, 극소점(P3b)에 있어서의 잔류 응력의 값은, 바람직하게는 -1250∼-150 ㎫이고, 보다 바람직하게는 -1100∼-250 ㎫이고, 더욱 바람직하게는 -1000∼-400 ㎫이다.

(α-Al₂O₃의 결정립의 평균 입경)

본 실시형태에 있어서, 상기 α-Al₂O₃의 결정립은, 그 평균 입경이 0.1 ㎛∼3 ㎛인 것이 바람직하고, 0.2 ㎛∼2 ㎛인 것이 보다 바람직하다. 상기 결정립의 평균 입경은, 예컨대, 상기 컬러 맵을 이용하여 구하는 것이 가능하다. 구체적으로는, 먼저, 상기 컬러 맵에 있어서, 색채가 일치하고(즉 면방위가 일치하고), 또한 주위가 다른 색채(즉 다른 면방위)로 둘러싸여 있는 영역을, 각 결정립의 개별의 영역으로 간주한다. 다음에, 각 결정립의 외주에 있어서의 2점간의 거리를 측정하고, 가장 긴 2점간의 거리를 각 결정립의 입경으로 한다.

(중간층)

상기 피막은, 상기 기재와 상기 α-Al₂O₃층 사이에 마련된 1층 이상의 중간층을 더 포함하는 것이 바람직하다. 상기 중간층은, 주기표 4족 원소, 5족 원소, 6족 원소, Al 및 Si로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 원소와, C, N, B 및 O로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 원소를 갖는 화합물을 포함하는 것이 바람직하다. 주기표 4족 원소로서는, 티탄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf) 등을 들 수 있다. 주기표 5족 원소로서는, 바나듐(V), 니오븀(Nb), 탄탈(Ta) 등을 들 수 있다. 주기표 6족 원소로서는, 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W) 등을 들 수 있다. 상기 중간층은, Ti 원소와, C, N, B 및 O로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 원소를 갖는 Ti 화합물을 포함하는 것이 보다 바람직하다.

상기 중간층에 포함되는 화합물로서는, 예컨대, TiCNO, TiAlN, TiAlSiN, TiCrSiN, TiAlCrSiN, AlCrN, AlCrO, AlCrSiN, TiZrN, TiAlMoN, TiAlNbN, TiSiN, AlCrTaN, AlTiVN, TiB₂, TiCrHfN, CrSiWN, TiAlCN, TiSiCN, AlZrON, AlCrCN, AlHfN, CrSiBON, TiAlWN, AlCrMoCN, TiAlBN, TiAlCrSiBCNO, ZrN 및 ZrCN 등을 들 수 있다.

상기 중간층의 두께가 0.1 ㎛ 이상 3 ㎛ 이하인 것이 바람직하고, 0.5 ㎛ 이상 1.5 ㎛ 이하인 것이 보다 바람직하다.

(다른 층)

본 실시형태에 따른 절삭 공구가 발휘하는 효과를 손상시키지 않는 범위에 있어서, 상기 피막은, 다른 층을 더 포함하고 있어도 좋다. 상기 다른 층은, 상기 α-Al₂O₃층 또는 상기 중간층과는 조성이 달라도 좋고, 동일하여도 좋다. 다른 층에 포함되는 화합물로서는, 예컨대, TiN, TiCN, TiBN, Al₂O₃ 등을 들 수 있다. 또한, 상기 다른 층은, 그 적층의 순서도 특별히 한정되지 않는다. 예컨대, 상기 다른 층으로서는, 상기 기재와 상기 α-Al₂O₃층 사이에 마련되어 있는 하지층, 상기 α-Al₂O₃층의 위에 마련되어 있는 최외층 등을 들 수 있다. 상기 다른 층의 두께는, 본 실시형태의 효과를 손상시키지 않는 범위에 있어서, 특별히 제한은 없지만 예컨대, 0.1 ㎛ 이상 20 ㎛ 이하를 들 수 있다.

≪절삭 공구의 제조 방법≫

본 실시형태에 따른 절삭 공구의 제조 방법은,

경사면을 갖는 상기 기재를 준비하는 공정(이하, 「제1 공정」이라고 하는 경우가 있음)과,

화학 기상 증착법을 이용하여 상기 기재의 경사면 상에 상기 α-Al₂O₃층을 포함하는 피막을 형성하는 공정(이하, 「제2 공정」이라고 하는 경우가 있음)과,

상기 경사면에 있어서의 상기 α-Al₂O₃층을 블라스트 처리하는 공정(이하, 「제3 공정」이라고 하는 경우가 있음)

을 포함한다.

<제1 공정: 기재를 준비하는 공정>

제1 공정에서는 경사면을 갖는 기재를 준비한다. 예컨대, 기재로서 초경합금 기재가 준비된다. 초경합금 기재는, 시판의 것을 이용하여도 좋고, 일반적인 분말 야금법으로 제조하여도 좋다. 일반적인 분말 야금법으로 제조하는 경우, 예컨대, 볼 밀 등에 의해 WC 분말과 Co 분말 등을 혼합하여 혼합 분말을 얻는다. 상기 혼합 분말을 건조한 후, 소정의 형상으로 성형하여 성형체를 얻는다. 또한 상기 성형체를 소결함으로써, WC-Co계 초경합금(소결체)을 얻는다. 이어서 상기 소결체에 대하여, 호우닝 처리 등의 소정의 날끝 가공을 실시함으로써, WC-Co계 초경합금을 포함하는 기재를 제조할 수 있다. 제1 공정에서는, 상기 이외의 기재라도, 이 종류의 기재로서 종래 공지의 것이면 어느 것이나 준비 가능하다.

<제2 공정: 피막을 형성하는 공정>

제2 공정에서는, 화학 기상 증착법(CVD법)을 이용하여 상기 기재의 경사면 상에 상기 α-Al₂O₃층을 포함하는 피막이 형성된다.

도 5는 피막의 제조에 이용되는 화학 기상 증착 장치(CVD 장치)의 일례를 나타내는 모식 단면도이다. 이하 도 5를 이용하여 제2 공정에 대해서 설명한다. CVD 장치(30)는, 기재(10)를 유지하기 위한 기재 셋트 지그(31)의 복수와, 기재 셋트 지그(31)를 덮는 내열 합금강의 반응 용기(32)를 구비하고 있다. 또한, 반응 용기(32)의 주위에는, 반응 용기(32) 내의 온도를 제어하기 위한 조온 장치(33)가 마련되어 있다. 반응 용기(32)에는 가스 도입구(34)를 갖는 가스 도입관(35)이 마련되어 있다. 가스 도입관(35)은, 기재 셋트 지그(31)가 배치되는 반응 용기(32)의 내부 공간에 있어서, 연직 방향으로 연장되어 그 연직 방향을 축으로 회전 가능하게 배치되어 있고, 또한 가스를 반응 용기(32) 내에 분출하기 위한 복수의 분출 구멍(36)이 마련되어 있다. 이 CVD 장치(30)를 이용하여, 다음과 같이 하여 상기 피막을 구성하는 α-Al₂O₃층을 포함하는 각 층을 형성할 수 있다.

먼저, 기재(10)를 기재 셋트 지그(31)에 배치하고, 반응 용기(32) 내의 온도 및 압력을 소정의 범위로 제어하면서, α-Al₂O₃층(20)용의 원료 가스를 가스 도입관(35)으로부터 반응 용기(32) 내에 도입시킨다. 이에 의해, 기재(10)의 상기 경사면 상에 α-Al₂O₃층(20)이 형성된다. 여기서, α-Al₂O₃층(20)을 형성하기 전에, 중간층용의 원료 가스를 가스 도입관(35)으로부터 반응 용기(32) 내에 도입시킴으로써, 기재(10)의 표면에 중간층을 형성하는 것이 바람직하다. 이하, 기재(10)의 표면에 중간층을 형성한 후에, 상기 α-Al₂O₃층(20)을 형성하는 방법에 대해서 설명한다.

상기 중간층용의 원료 가스로서는, 특별히 제한은 없지만 예컨대, TiCl₄ 및 N₂의 혼합 가스, TiCl₄, N₂ 및 CH₃CN의 혼합 가스와, TiCl₄, N₂, CO 및 CH₄의 혼합 가스를 들 수 있다.

상기 중간층을 형성할 때의 반응 용기(32) 내의 온도는, 1000∼1100℃로 제어되는 것이 바람직하고, 반응 용기(32) 내의 압력은 0.1∼1013 h㎩로 제어되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 원료 가스와 함께 HCl 가스를 도입하여도 좋다. HCl 가스의 도입에 의해, 각 층의 두께의 균일성을 향상시킬 수 있다. 또한, 캐리어 가스로서는, H₂를 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 가스 도입 시, 도시하지 않는 구동부에 의해 가스 도입관(35)을 회전시키는 것이 바람직하다. 이에 의해, 반응 용기(32) 내에 있어서 각 가스를 균일하게 분산시킬 수 있다.

또한, 상기 중간층을, MT(Medium Temperature)-CVD법으로 형성하여도 좋다. MT-CVD법은, 1000∼1100℃의 온도에서 실시되는 CVD법(이하, 「HT-CVD법」이라고도 함)과는 다르게, 반응 용기(32) 내의 온도를 850∼950℃라고 하는 비교적 낮은 온도로 유지하여 층을 형성하는 방법이다. MT-CVD법은, HT-CVD법과 비교하여 비교적 저온에서 실시되기 때문에, 가열에 의한 기재(10)에의 손상을 저감할 수 있다. 특히, 상기 중간층이 TiCN층인 경우, 그 중간층을 MT-CVD법으로 형성하는 것이 바람직하다.

다음에, 상기 중간층 상에α-Al₂O₃층(20)을 형성한다. 원료 가스로서는, AlCl₃, N₂, CO₂ 및 H₂S의 혼합 가스를 이용한다. 이때, CO₂와 H₂S의 유량(L/min)에 관하여, CO₂/H₂S≥2를 만족하는 것 같은 유량비로 한다. 이에 의해, α-Al₂O₃층이 형성된다. 또한 CO₂/H₂S의 상한값은 특별히 제한되지 않지만, 층의 두께의 균일성의 관점에서, 5 이하가 바람직하다. 또한, 본 발명자들은, CO₂ 및 H₂S의 바람직한 각 유량은, 0.4∼2.0 L/min 및 0.1∼0.8 L/min이고, 가장 바람직하게는 1 L/min 및 0.5 L/min인 것을 확인하였다.

반응 용기(32) 내의 온도는 1000∼1100℃로 제어되는 것이 바람직하고, 반응 용기(32) 내의 압력은 0.1∼100 h㎩로 제어되는 것이 바람직하다. 또한, 상기에 열거된 원료 가스와 함께 HCl 가스를 도입하여도 좋고, 캐리어 가스로서는 H₂를 이용할 수 있다. 또한, 가스 도입 시, 가스 도입관(35)을 회전시키는 것이 바람직한 것은, 상기와 동일하다.

본 개시의 효과를 보다 향상시키는 관점에서, α-Al₂O₃층을 형성하는 공정의 종반 90분 이상 180분 이하의 시간(이하, 「강온 시간」이라고 하는 경우가 있음), 바람직하게는 120분 이상 180분 이하의 시간, 반응 용기 내의 온도를 0.3∼0.5℃/분의 속도(이하, 「강온 속도」라고 하는 경우가 있음)로 연속적으로 강하시키는 것이 바람직하다. 이에 의해 피막 중에 발생하는 인장의 잔류 응력이 작아져, 이후의 블라스트 처리를 행하는 공정에서 보다 효과적으로 압축 응력을 도입할 수 있게 된다.

또한, 본 실시형태에 따른 절삭 공구가 발휘하는 효과를 손상시키지 않는 범위에 있어서, α-Al₂O₃층(20) 상에 최외층을 형성하여도 좋다. 최외층을 형성하는 방법으로서는, 특별히 제한은 없고, 예컨대, CVD법 등에 따라 형성하는 방법을 들 수 있다.

상기 제조 방법에 관하여, CVD법의 각 조건을 제어함으로써, 각 층의 양태가 변화한다. 예컨대, 반응 용기(32) 내에 도입하는 원료 가스의 조성에 의해, 각 층의 조성이 결정되고, 실시 시간(성막 시간)에 의해, 각 층의 두께가 제어된다. 그 중에서도, α-Al₂O₃층(20)에 있어서의 조립의 비율을 저하시키거나, (001)면 배향성을 높이기 위해서는, 원료 가스 중, CO₂ 가스와 H₂S 가스의 유량비(CO₂/H₂S)의 제어가 중요하다.

<제3 공정: 블라스트 처리하는 공정>

블라스트 처리하는 공정에서는, 상기 경사면에 있어서의 상기 α-Al₂O₃층을 블라스트 처리한다. 「블라스트 처리」란, 강철 또는 비철 금속(예컨대, 세라믹스) 등의 다수의 작은 구체(미디어)를 고속으로, 경사면 등의 표면에 충돌(투사)시킴으로써 그 표면의 배향성, 압축 응력 등의 여러 가지 성질을 변화시키는 처리를 의미한다. 본 실시형태에서는 경사면에 블라스트 처리를 행함으로써, 경사면의 α-Al₂O₃층에 있어서 잔류 응력이 부여되어, 막중 잔류 응력(A_A)과 막중 잔류 응력(B_A) 간에 차가 생겨난다. 그 결과, 상기 α-Al₂O₃층의 균열 진전성이 억제되어, 내결손성이 우수해진다. 상기 미디어의 투사는, α-Al₂O₃층에 있어서의 막중 잔류 응력(A_A) 및 막중 잔류 응력(B_A)이 상기 식 1의 관계식을 만족하도록 부여되면 특별히 제한은 없고, α-Al₂O₃층에 대하여 직접 행하여도 좋고, α-Al₂O₃층 상에 마련된 다른 층(예컨대, 최외층)에 대하여 행하여도 좋다. 상기 미디어의 투사는, 적어도 상기 경사면에 대하여 행해지고 있으면 특별히 제한은 없고, 예컨대, 상기 절삭 공구의 전체면에 걸쳐 상기 미디어의 투사가 행해지고 있어도 좋다.

종래는, 주로 피막에 있어서의 대상이 되는 층에 잔류하는 인장 응력을 압축 응력으로 바꾸기 위해 블라스트 처리가 실시되고 있었다. 그러나, (001) 배향한 결정립이 갖는 막중 잔류 응력[막중 잔류 응력(A_A)]과, (001) 배향한 결정립 이외의 결정립이 갖는 막중 잔류 응력[막중 잔류 응력(B_A)]이 상기 식 1의 관계식을 만족하기 위해 블라스트 처리를 실시하는 것은 지금까지 알려져 있지 않았고, 본 발명자들이 처음으로 발견하였다.

또한, 종래의 블라스트 처리에서는, 투사압이 높아 동시에 피막이 연마되고 있었다. 그 때문에, 종래의 블라스트 처리를 행하면, 피막의 연마에 따라 대상이 되는 층의 파괴도 발생하는 경향이 있었다. 본 실시형태에서는, 제2 공정에 있어서 상기 α-Al₂O₃층에 발생하는 인장 잔류 응력이, 종래의 제법으로 형성한 α-Al₂O₃층의 인장 잔류 응력보다 작다. 그 때문에, α-Al₂O₃층의 파괴가 발생하지 않고, 응력이 α-Al₂O₃층에 도입되기 쉽고, 결과로서 막중 잔류 응력(A_A)과 막중 잔류 응력(B_A)이 상기 식 1의 관계식을 만족할 수 있게 된다.

α-Al₂O₃층에 대하여 블라스트 처리를 행함으로써 막중 잔류 응력(A_A)과 막중 잔류 응력(B_A)이 상기 식 1의 관계식을 만족하는 메커니즘은 분명하지 않지만, 본 발명자들은 이하와 같이 생각하고 있다. (001) 배향한 결정립은, 동일한 결정 방위를 향한 결정립끼리가 서로 지지하기 때문에, 외력으로부터의 변형에 대하여 내성을 갖는다고 생각된다. 한편, (001) 배향한 결정립 이외의 결정립은, 결정 방위가 일치하지 않기 때문에, 외력으로부터의 변형에 대한 내성이 저감된다고 생각된다. 이와 같이, (001) 배향한 결정립과, 그 이외의 결정립에서는 외력으로부터의 변형의 발생의 용이함에 차이가 있기 때문에, 블라스트 처리에 의해 부여되는 잔류 응력에 차가 생겨나고, 결과로서 막중 잔류 응력(A_A)과 막중 잔류 응력(B_A)이 상기 식 1의 관계식을 만족한다고 생각된다.

상기 미디어의 재질은, 예컨대, 강철, 세라믹스, 산화알루미늄, 산화지르코늄 등을 들 수 있다.

상기 미디어의 평균 입경은, 예컨대, 1∼300 ㎛인 것이 바람직하고, 5∼200 ㎛인 것이 보다 바람직하다.

상기 미디어는, 시판품을 사용하여도 좋고, 예컨대, 입경 90∼125 ㎛(평균 입경 100 ㎛)의 세라믹스 지립(가부시키가이샤 닛츄 제조, 상품명 WAF120)을 들 수 있다.

상기 미디어를 투사하는 투사부와 상기 경사면 등의 표면의 거리(이하, 「투사 거리」라고 하는 경우가 있음)는, 80 ㎜∼120 ㎜인 것이 바람직하고, 80 ㎜∼100 ㎜인 것이 보다 바람직하다.

투사할 때에 상기 미디어에 가해지는 압력(이하, 「투사압」이라고 하는 경우가 있음)은, 0.05 ㎫∼0.5 ㎫인 것이 바람직하고, 0.05 ㎫∼0.3 ㎫인 것이 보다 바람직하다.

블라스트의 처리 시간은, 5초∼60초인 것이 바람직하고, 10초∼30초인 것이 보다 바람직하다.

전술한 블라스트 처리의 각 조건은, 상기 피막의 구성에 맞추어 적절하게 조정하는 것이 가능하다.

<그 외의 공정>

본 실시형태에 따른 제조 방법에서는, 전술한 공정 외에도, 블라스트 처리의 효과를 손상시키지 않는 범위에서 추가 공정을 적절하게 행하여도 좋다.

실시예

이하, 실시예를 들어 본 발명을 상세하게 설명하는데, 본 발명은 이들에 한정되는 것이 아니다.

≪절삭 공구의 제작≫

<제1 공정: 기재를 준비하는 공정>

기재로서, TaC(2.0 질량％), NbC(1.0 질량％), Co(10.0 질량％) 및 WC(잔부)를 포함하는 조성(단 불가피 불순물을 포함함)의 초경합금제 절삭 팁[형상: CNMG120408N-UX, 스미토모덴코 하드메탈 가부시키가이샤 제조, JIS B4120(2013)]을 준비하였다.

<제2 공정: 피막을 형성하는 공정>

준비한 기재에 대하여, CVD 장치를 이용하여, 중간층 및 α-Al₂O₃층을 이 순서로 형성시켜, 경사면을 포함하는 기재의 표면에 피막을 형성하였다. 또한, 일부의 시료에 있어서, 중간층을 형성하는 일없이, 상기 기재에 직접 α-Al₂O₃층을 형성하였다(시료번호 8 및 13). 각 층의 형성 조건을 이하에 나타낸다. α-Al₂O₃층의 형성에서는, 종반에 있어서 표 2에 나타내는 강온 시간 동안, 표 2에 나타내는 강온 속도로 온도를 강하시켰다. 표 2 중 「-」로 표시되어 있는 것은, 해당하는 처리를 행하지 않은 것을 의미한다. 또한, 각 가스 조성에 이어지는 괄호 내의 값은, 각 가스의 유량(L/min)을 나타낸다. 또한, α-Al₂O₃층의 두께와, 중간층의 두께 및 조성을 표 1에 나타낸다.

(중간층)

원료 가스: TiCl₄(0.002 L/min), CH₄(2.0 L/min), CO(0.3 L/min), N₂(6.5 L/min), HCl(1.8 L/min), H₂(50 L/min)

압력: 160 h㎩

온도: 1000℃

성막 시간: 45분

(α-Al₂O₃층)

원료 가스: AlCl₃(2.4 L/min), CO₂(1.0 L/min), H₂S(1.5 L/min), H₂(35 L/min)

압력: 70 h㎩

온도: 950∼1000℃

강온 속도: 표 2에 기재된 대로

강온 시간: 표 2에 기재된 대로

성막 시간: 360분

*「(001) 배향한 결정립 이외의 결정립의 면적 비율」을 의미한다.

<제3 공정: 블라스트 처리하는 공정>

다음에, 상기 피막이 형성된 절삭 팁(절삭 공구)에 대하여, 이하의 조건에 의해, 경사면을 포함하는 절삭 팁의 표면에 블라스트 처리를 행하였다. 표 2 중 「-」로 표시되어 있는 것은, 해당하는 처리를 행하지 않은 것을 의미한다.

(블라스트 조건)

지립 농도 :5∼20 wt％

투사 압력: 표 2에 기재된 대로

투사 시간: 5∼15초간

이상의 순서에 따라, 시료번호 1∼8(실시예) 및 시료번호 11∼13(비교예)의 절삭 공구를 제작하였다.

≪절삭 공구의 특성 평가≫

전술한 바와 같이 하여 제작한 시료번호 1∼8 및 시료번호 11∼13의 절삭 공구를 이용하여, 이하와 같이, 절삭 공구의 각 특성을 평가하였다.

<컬러 맵의 작성>

피막이 마련된 절삭 공구의 경사면에 있어서 상기 기재의 표면과 평행이 되도록 경면 연마를 실시하여, α-Al₂O₃층의 가공면을 제작하였다. 제작된 가공면을 EBSD를 구비한 FE-SEM을 이용하여 5000배의 배율로 관찰함으로써, 30 ㎛×15 ㎛의 가공면에 관하여 전술한 컬러 맵을 작성하였다. 이때 작성한 컬러 맵의 수(측정 시야의 수)는, 3으로 하였다. 그리고, 각 컬러 맵에 대해서, 시판의 소프트웨어(상품명: 「Orientation Imaging Microscopy Ver 6.2」, EDAX사 제조)를 이용하여, (001) 배향한 α-Al₂O₃의 결정립 및 (001) 배향한 α-Al₂O₃의 결정립 이외의 결정립 각각이 차지하는 면적 비율을 구하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다. 또한, 표 1로부터 분명한 바와 같이, 각 컬러 맵에 있어서, 컬러 맵 전체의 면적에 대한, (001) 배향한 α-Al₂O₃의 결정립의 면적 비율 및 (001) 배향한 α-Al₂O₃의 결정립 이외의 결정립의 면적 비율의 합계는 100％였다.

<2θ-sin²ψ법에 따른 막중 잔류 응력의 측정>

전술한 2θ-sin²ψ법에 따라, 이하의 조건에서 α-Al₂O₃층에 있어서의 막중 잔류 응력(A_A) 및 막중 잔류 응력(B_A)을 측정하였다. 측정한 막중 잔류 응력(A_A) 및 막중 잔류 응력(B_A)을 표 4에 나타낸다. 표 4 중, 마이너스의 수치로 표시되는 잔류 응력은 압축 잔류 응력을 의미하고, 플러스의 수치로 표시되는 잔류 응력은 인장 잔류 응력을 의미한다.

장치: SmartLab(가부시키가이샤 리가쿠 제조)

X선: Cu/Kα/45 ㎸/200 ㎃

카운터: D/teX Ultra 250(가부시키가이샤 리가쿠 제조)

주사 범위: 막중 잔류 응력(A_A)의 경우 89.9°∼91.4°(경사법)

막중 잔류 응력(B_A)의 경우 37.0°∼38.4°(경사법)

<침입 깊이 일정법에 따른 잔류 응력의 측정>

또한, 침입 깊이 일정법에 따라, 이하의 조건에서 α-Al₂O₃층에 있어서의 소정의 깊이 위치에서의 잔류 응력(A) 및 잔류 응력(B)을 측정하였다. 대표적인 깊이 위치에 있어서의 잔류 응력[A(A_d10, A_d40)] 및 잔류 응력[B(B_d10, B_d40)]을 표 3에 나타낸다. 각 시료에 제1a 영역(P1a) 및 제2a 영역(P2a)[제1b 영역(P1b) 및 제2b 영역(P2b)]이 존재하는지의 여부를 확인하였다. 또한, 제1b 영역(P1b) 및 제2b 영역(P2b)이 확인된 시료에 대해서는, 극소점(P3b)이 존재한다고 판단하였다(표 3).

장치: Spring-8 BL16XU

X선 에너지: 10 keV(λ=0.124 ㎚)

X선 빔 직경: 0.4∼1.8 ㎜(침입 깊이에 의해 변경)

사용 회절면: 잔류 응력(A)의 경우_(001)면

잔류 응력(B)의 경우_(110)면

≪절삭 시험≫

(단속 가공 시험)

전술한 바와 같이 하여 제작한 시료번호 1∼8 및 시료번호 11∼13의 절삭 공구를 이용하여, 이하의 절삭 조건에 따라, 절삭날에 결손이 발생하기까지의 절삭 시간을 측정하였다. 그 결과를 표 4에 나타낸다. 절삭 시간이 길수록 내결손성이 우수한 절삭 공구로서 평가할 수 있다.

단속 가공의 시험 조건

피삭재: SCM415 홈재

절삭 속도: 150 m/min

이송: 0.2 ㎜/rev

절입: 2 ㎜

절삭유: 습식

(연속 가공 시험)

전술한 바와 같이 하여 제작한 시료번호 1∼8 및 시료번호 11∼13의 절삭 공구를 이용하여, 이하의 절삭 조건에 따라, 크레이터 마모의 깊이가 0.1 ㎜가 되기까지의 절삭 시간을 측정하였다. 그 결과를 표 4에 나타낸다. 절삭 시간이 길수록 내크레이터 마모성이 우수한 절삭 공구로서 평가할 수 있다.

연속 가공의 시험 조건

피삭재: SCM435 환봉

절삭 속도: 250 m/min

이송: 0.25 ㎜/rev

절입: 2 ㎜

절삭유: 습식

표 4의 결과로부터 시료번호 1∼8의 절삭 공구(실시예)는, 단속 가공에 있어서의 절삭 시간이 5분 이상인 양호한 결과가 얻어졌다. 한편 시료번호 11∼13의 절삭 공구(비교예)는, 단속 가공에 있어서의 절삭 시간이 5분 미만이었다. 이상의 결과로부터, 실시예의 절삭 공구(시료번호 1∼8)는, 내결손성이 우수한 것을 알았다.

표 4의 결과로부터, 시료번호 1∼8의 절삭 공구(실시예)는, 연속 가공에 있어서의 절삭 시간이 20분 이상인 양호한 결과가 얻어졌다. 한편 시료번호 11∼13의 절삭 공구(비교예)는, 연속 가공에 있어서의 절삭 시간이 20분 미만이었다. 이상의 결과로부터 실시예의 절삭 공구(시료번호 1∼8)는, 내크레이터 마모성이 우수한 것을 알았다.

이상과 같이 본 발명의 실시형태 및 실시예에 대해서 설명을 행하였지만, 전술한 각 실시형태 및 각 실시예의 구성을 적절하게 조합하는 것도 당초부터 예정하고 있다.

이번에 개시된 실시형태 및 실시예는 모든 점에서 예시로서, 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는 상기한 실시형태 및 실시예가 아니라 청구범위에 의해 나타나며, 청구범위와 균등의 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.

이상의 설명은, 이하에 부기하는 특징을 포함한다.

(부기 1)

상기 절삭 공구의 제조 방법으로서,

상기 경사면을 갖는 상기 기재를 준비하는 제1 공정과,

화학 기상 증착법을 이용하여 상기 기재의 경사면 상에 상기 α-Al₂O₃층을 포함하는 피막을 형성하는 제2 공정과,

상기 경사면에 있어서의 상기 α-Al₂O₃층을 블라스트 처리하는 제3 공정

을 포함하는, 절삭 공구의 제조 방법.

(부기 2)

상기 제2 공정에 있어서, 1000℃ 이상 1100℃ 이하의 온도 및 0.1 h㎩ 이상 100 h㎩ 이하의 압력으로, 상기 α-Al₂O₃층을 형성하고,

상기 α-Al₂O₃층을 형성할 때의 종반 90분 이상 180분 미만의 시간에 있어서, 상기 온도를 0.3℃/분 이상 0.5℃/분 이하의 속도로 연속적으로 강하시키는 것을 포함하는, 부기 1에 기재된 절삭 공구의 제조 방법.

1 : 경사면 2 : 여유면
3 : 날끝 능선부 10 : 기재
20 : α-Al₂O₃층 21 : (001) 배향한 결정립
22 : (001) 배향한 결정립 이외의 결정립 30 : CVD 장치
31 : 기재 셋트 지그 32 : 반응 용기
33 : 조온 장치 34 : 가스 도입구
35 : 가스 도입관 36 : 관통 구멍
40 : 피막 50 : 절삭 공구
D1 : 가상 평면 D2 : 가상 평면
P1a : 제1a 영역 P2a : 제2a 영역
P3a : 극소점 P1b : 제1b 영역
P2b : 제2b 영역 P3b : 극소점
r1 : 영역

Claims

경사면을 갖는 기재와 상기 경사면을 피복하는 피막을 구비하는 절삭 공구로서,
상기 피막은, 상기 기재 상에 마련된 α-Al₂O₃층을 포함하고,
상기 α-Al₂O₃층은, α-Al₂O₃의 결정립을 포함하고,
상기 α-Al₂O₃층은, 상기 경사면에 있어서, (001) 배향한 상기 결정립의 면적 비율이 50％ 이상 90％ 이하이고,
X선을 이용한 2θ-sin²ψ법에 따른 잔류 응력 측정에 있어서,
상기 경사면에 있어서의 상기 α-Al₂O₃층의 (001)면의 결정면 간격에 기초하여 구해지는 막중 잔류 응력(A_A)은, -1000 ㎫ 이상 0 ㎫ 미만이고,
상기 경사면에 있어서의 상기 α-Al₂O₃층의 (110)면의 결정면 간격에 기초하여 구해지는 막중 잔류 응력(B_A)은, -1000 ㎫ 이상 0 ㎫ 미만이고,
|A_A|≤|B_A|의 관계식을 만족하는, 절삭 공구.
제1항에 있어서, 상기 α-Al₂O₃층의 두께가 1 ㎛ 이상 20 ㎛ 이하이고,
상기 α-Al₂O₃층에 있어서의 상기 기재와는 반대측의 표면으로부터, 상기 기재측을 향하여 상기 α-Al₂O₃층의 두께의 10％의 거리(d₁₀)에 위치하는 가상 평면(D1)과,
상기 α-Al₂O₃층에 있어서의 상기 기재와는 반대측의 표면으로부터, 상기 기재측을 향하여 상기 α-Al₂O₃층의 두께의 40％의 거리(d₄₀)에 위치하는 가상 평면(D2)
사이에 끼인 영역(r1)에 있어서의, X선을 이용한 침입 깊이 일정법에 따른 잔류 응력 측정에 있어서,
상기 경사면에 있어서의 상기 α-Al₂O₃층의 (001)면의 결정면 간격에 기초하여 구해지는 잔류 응력(A)은, -800 ㎫ 이상 600 ㎫ 이하이고,
상기 경사면에 있어서의 상기 α-Al₂O₃층의 (110)면의 결정면 간격에 기초하여 구해지는 잔류 응력(B)은, -1300 ㎫ 이상 400 ㎫ 이하이고,
A＞B의 관계식을 만족하는, 절삭 공구.
제2항에 있어서, 상기 잔류 응력(A)의 응력 분포는,
상기 α-Al₂O₃층의 상기 기재와는 반대측의 표면으로부터 상기 기재측을 향하여, 상기 잔류 응력(A)이 연속적으로 감소하는 제1a 영역과,
상기 제1a 영역보다 상기 기재측에 위치하며, 또한 상기 기재와는 반대측의 표면으로부터 상기 기재측을 향하여, 상기 잔류 응력(A)이 연속적으로 증가하는 제2a 영역
을 가지고,
상기 제1a 영역과 상기 제2a 영역은, 상기 잔류 응력(A)의 극소점을 통해 연속하는, 절삭 공구.
제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 잔류 응력(B)의 응력 분포는,
상기 α-Al₂O₃층의 상기 기재와는 반대측의 표면으로부터 상기 기재측을 향하여, 상기 잔류 응력(B)이 연속적으로 감소하는 제1b 영역과,
상기 제1b 영역보다 상기 기재측에 위치하며, 또한 상기 기재와는 반대측의 표면으로부터 상기 기재측을 향하여, 상기 잔류 응력(B)이 연속적으로 증가하는 제2b 영역
을 가지고,
상기 제1b 영역과 상기 제2b 영역은, 상기 잔류 응력(B)의 극소점을 통해 연속하는, 절삭 공구.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 피막은, 상기 기재와 상기 α-Al₂O₃층 사이에 마련된 1층 이상의 중간층을 더 포함하고,
상기 중간층은, 주기표 4족 원소, 5족 원소, 6족 원소, Al 및 Si로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 원소와, C, N, B 및 O로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 원소를 갖는 화합물을 포함하는, 절삭 공구.