KR20140056257A

KR20140056257A - 절삭공구

Info

Publication number: KR20140056257A
Application number: KR1020147002970A
Authority: KR
Inventors: 코우 리
Original assignee: 쿄세라 코포레이션
Priority date: 2011-08-29
Filing date: 2012-07-31
Publication date: 2014-05-09
Also published as: US9132484B2; CN103813875B; EP2752263A1; EP2752263B1; EP2752263A4; WO2013031458A1; JP5214075B1; JPWO2013031458A1; CN103813875A; US20140227547A1; KR101700700B1

Abstract

본 발명은 또는 단속 절삭가공에 있어서도 피복층이 박리되기 어렵게 장수명한 절삭공구를 제공한다.
초경합금 기체(1)의 표면에 TiN층(2), TiCN층(3), Al₂O₃층(5)을 순서대로 적층하여 이루어지고, 글로우 방전 발광 분광 분석(GDS 분석)에 있어서 상기 TiN층(2) 및 상기 TiCN층(3) 중에는 Nb가 함유되어 있고, 두께 방향에 있어서의 상기 TiCN층(3)의 중앙에 있어서의 Nb의 함유 비율은 0.1질량% 이상임과 아울러, 상기 Al₂O₃층(5)의 중앙에 있어서의 Nb의 함유 비율은 0.05질량% 이하인 절삭공구(8)이다.

Description

절삭공구{CUTTING TOOL}

본 발명은 절삭공구에 관한 것이고, 특히 피복층을 구비하는 절삭공구에 관한 것이다.

종래부터 금속의 절삭가공에 널리 사용되고 있는 절삭공구는, 초경합금 등의 기체의 표면에 TiCN층이나 Al₂O₃층 등의 다층의 피복층을 피착 형성한 것이 널리 사용되고 있다. 또한, 초경합금 중에는 WC 이외에 TiC, TaC, NbC 등의 다른 탄화물을 함유시켜 초경합금의 내열성을 높이는 것이 알려져 있지만, 초경합금의 표면에서는 WC 이외의 TiC, TaC, NbC 등의 다른 탄화물, 소위 β상의 농도가 낮아지는 것도 알려져 있다.

한편, 특허문헌 1에서는 초경합금 기체의 표면에 CVD(화학증착)법에 의해 TiN층, TiCN층, TiC층, TiCNO층, Al₂O₃층, TiN층을 순서대로 피복한 절삭공구가 개시되고, 기체측의 TiN층, TiCN층, TiC층의 결정 입계에 W와 Co를 확산 함유시키는 것이 기재되어 있다.

또한, 특허문헌 2에는 B-C계 피막을 형성할 때에, 언밸런스 마그네트론 스퍼터링(unbalanced magnetron sputtering)법 의해 Nb 등의 비정질막을 형성하고, 서서히 B 및 C를 함유하는 타겟에 공급하는 전력을 경사적으로 증가시켜 Nb 등의 금속에의 전력공급은 경사적으로 감소시키고, Nb 등의 금속성분이 경사한 중간층을 성막하는 방법이 개시되어 있다.

일본특허공개 평08-118108호 공보 일본특허 제4253184호 공보

그렇지만, 특허문헌 1에 기재되어 있는 바와 같이 피복층내에 W와 Co를 확산 함유시킨 절삭공구에서는 기체와 피복층과의 밀착성이 불충분하여 절삭시의 충격에 의해 피복층이 박리될 우려가 있었다. 또한, 특허문헌 2와 같이 B-C계 피막의 중간층으로서 Nb가 경사하는 피막을 갖는 절삭공구이어도, 기체와 피복층과의 밀착성은 불충분했다.

본 발명의 목적은 고속 가공 또한 단속 절삭가공 등의 절삭날에 큰 충격이 걸리는 가공에 의해서도 피복층의 박리의 발생을 억제하고, 우수한 내마모성, 내결손성을 발휘할 수 있는 절삭공구를 제공하는 것이다.

본 발명의 절삭공구는 초경합금 기체의 표면에 TiN층, TiCN층, Al₂O₃층을 순서대로 적층하여 이루어지고, 글로우 방전 발광 분광 분석(GDS 분석)에 있어서 상기 TiN층 및 상기 TiCN층 중에는 Nb가 함유되어 있고, 두께 방향에 있어서의 상기 TiCN층의 중앙에 있어서의 Nb의 함유 비율은 0.1질량% 이상임과 아울러, 상기 Al₂O₃층의 중앙에 있어서의 Nb의 함유량은 0.05질량% 이하이다.

(발명의 효과)

본 발명의 절삭공구에 의하면, 초경합금 기체의 표면에 피복되는 TiN층 및 TiCN층에 Nb가 함유되어 있고, 두께 방향에 있어서의 TiCN층의 중앙에 있어서의 Nb의 함유 비율은 0.1질량% 이상이므로, 기체와 피복층과의 밀착성이 높아져 피복층의 박리를 억제하여 절삭공구의 내마모성 및 내결손성을 향상시킬 수 있다. 또한, Al₂O₃층의 중앙에 있어서의 Nb의 함유량을 0.05질량% 이하로 하고 있기 때문에, 절삭공구의 내마모성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 절삭공구의 표면을 포함하는 단면에 대해서, (a) 주사형 전자현미경(SEM) 사진, (b) 글로우 방전 발광 분광 분석(GDS 분석) 데이터를 열거한 것이다.
도 2는 도 1의 GDS 분석 데이터의 미량 성분의 분포 상태를 보기 위한 확대도이다.
도 3은 도 1, 2의 GDS 분석 데이터의 미량 성분의 분포 상태를 더 보기 위한 확대도이다.

본 발명의 절삭공구에 대해서 설명한다. 도 1(a)은 상기 절삭공구의 피복층을 포함하는 단면에 대한 주사형 전자현미경(SEM) 사진이고, 도 1(b)은 피복층의 표면으로부터 깊이 방향에 대한 글로우 방전 발광 분광 분석(GDS 분석)을 나타낸다. 또한, 도 2, 3은 도 1에 있어서의 GDS 분석 데이터의 미량 성분의 분포 상태를 보기 위한 부분 확대도이다. 도 1∼3에는 각 원소의 분포 및 전자현미경 사진(SEM)과의 대응에 의해 결정되는 각 층의 구성을 특정하고 있다. 1이 기체(초경합금), 2가 TiN층, 3이 TiCN층, 4가 TiCO, TiNO, TiCNO 또는 TiAlCNO 등으로 이루어지는 중간층, 5가 Al₂O₃층, 6이 TiCN층 또는 TiN층의 표면층, 7이 각 층(2∼6)의 구성으로 이루어지는 피복층, 8이 절삭공구이다.

여기서, GDS 분석에서 각 층의 두께를 산출할 수 있지만, 각 층의 에칭 속도가 다르면 각 층의 두께의 오차가 커져 버린다. 그래서, 본 발명에 있어서는 주사형 전자현미경(SEM) 사진 및 전자선 마이크로 분석(EPMA) 데이터(도시 생략)와 대조하면서 각 층의 구성을 확인하면서, GDS 분석 데이터의 피크의 형태를 확인하여 각 층의 범위를 확정했다. 또한, 도 1(a)의 SEM 사진으로부터 피복층(7) 중에서 가장 층 두께가 두꺼운 것이 TiCN층(3), 다음으로 층 두께가 두꺼운 것이 Al₂O₃층(5)인 것을 확인할 수 있고, 도 1(b)의 GDS 분석 데이터의 피크의 형태로부터 Al과 Ti의 분포가 평탄한 부분이 존재하는 것을 확인할 수 있었다. 그리고, 이 평탄한 부분 각각의 두께의 한가운데 중간 위치를 TiCN층의 중앙(L₁), Al₂O₃층의 중앙(L₂)으로서 특정했다.

여기서, 기체(1)의 바람직한 예는 WC상, 결합상, B1형 고용상으로 형성되어 있다. 그리고, WC를 80∼94질량%, Co를 5∼15질량%, Nb를 NbC 환산량으로 0.1∼10질량%, Nb를 제외한 주기율표 제 4, 5 및 6 족 금속의 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 탄화물(WC를 제외), 질화물 및 탄질화물 중 적어도 1종을 0∼10질량%의 비율로 함유한다. 그리고, 이 기체(1)는 WC상과 Nb를 포함하는 B1형 고용상과, 상기 Co를 주체로 하는 결합상으로 이루어진다. Nb의 바람직한 함유량은 기체(1)의 내부에 있어서의 NbC 환산량으로 1∼8질량%, 특히 1∼5질량%이다.

여기서, 본 실시형태에서는 기체(1)는 Nb의 함유 비율이 일정한 내부영역과, 상기 내부영역에서 상기 Nb의 함유 비율이 적은 표면영역을 갖는다. 그리고 본 실시형태에서는, 이 표면영역의 표면에서의 깊이는 5∼40㎛이고, 이 표면영역의 중간의 깊이 위치에 있어서의 Nb의 함유량은 기체(2)의 표면에서의 깊이가 1000㎛ 이상인 내부의 깊이 위치에 있어서의 Nb의 함유량에 대한 비율로 0.8 이하, 바람직하게는 0.2∼0.8의 범위로 조정하고 있다. 이것에 의해, 피복층(7) 중의 Nb의 분포 상태를 소정의 범위내로 용이하게 조정할 수 있다. 또한, 본 발명에 있어서의 기체(1)의 내부영역이란 기체(1)의 표면영역보다 깊은 영역을 가리키지만, 내부에 있어서의 조성의 측정은 1000㎛ 이상의 깊이 위치에서 측정하는 것으로 한다. 또한, 표면영역에 있어서는 Co의 함유 비율이 증가하는 경향이 있다.

또한, 기체(1)의 표면에는 TiN층(2), TiCN층(3), Al₂O₃층(5)의 피복층이 순서대로 적층되어 있다. 또한, 피복층으로서는 TiN층(2), TiCN층(3), Al₂O₃층(5)의 층간에 다른 층을 형성해도 좋고, 예를 들면 TiCN층(3)과 Al₂O₃층(5) 사이에 TiCNO층, TiCO층, TiNO층, TiAlCNO층 등의 산소를 함유하는 중간층(4)을 형성하는 것이 바람직하고, 이것에 의해 Al₂O₃층(5)의 결정을 α형 결정 구조로 용이하게 제어할 수 있다. 또한, Al₂O₃층(5)의 표면에는 TiCN층 또는 TiN층 등으로 이루어지는 표면층(6)을 형성해도 좋다.

도 3에 있어서, TiN층(2) 및 TiCN층(3) 중에는 Nb가 함유됨과 아울러, Al₂O₃층(5)의 중앙에 있어서의 Nb의 함유량은 0.05질량% 이하이다. 이것에 의해, 기체(1)와 피복층(7)의 밀착성은 향상되고, 고속 또한 강단속 절삭 등의 강한 충격이 걸리는 가공에 있어서도 피복층(7)의 박리를 억제하고, 절삭공구(8)의 내마모성 및 내결손성을 높일 수 있다. 즉, GDS 분석에 있어서 TiCN층(3)의 중앙(도 1∼3의 L₁)에 있어서의 Nb의 함유 비율은 0.1∼0.4질량%임으로써, 기체(1)와 피복층(7)과의 밀착성을 높임과 아울러, TiCN층(3)의 내마모성을 높일 수 있다. 또한, Al₂O₃층(5)의 중앙(도 1∼3의 L₂)에 있어서의 Nb의 함유 비율은 0.05질량% 이하임으로써, Al₂O₃층(5)의 내산화성이 높고 내마모성이 높은 절삭공구(8)가 된다.

여기서, 피복층(7) 중에는 Nb의 이외에 W 및 Co가 TiN층(2) 및 TiCN층(3)까지 걸쳐 함유되는 것이 바람직하고, 도 3에 있어서 W의 함유 비율은 TiCN층(3)의 중앙(L₁)에서 0.2∼1.0질량%, Co의 함유 비율은 TiCN층(3)의 중앙(L₁)에서 0.01∼0.08질량%인 것이 기체(1)와 피복층(7)과의 밀착성을 더욱 향상시키기 때문에 바람직하다. 또한 도 3에 있어서, 피복층(7) 중에는 Zr의 확산도 보여지지만, TiN층(2)에서는 Zr 성분이 함유되지 않고 TiCN층(3)의 중간층(4)과의 계면측에서 Zr 성분의 함유량이 증가한다는 특이한 거동이 있다.

또한, GDS 분석에 있어서 기체(1)의 표면에 있어서는 B1형 고용상의 함유 비율이 적고, Nb의 함유 비율이 초경합금으로 이루어지는 기체(1)가 내부의 함유 비율에 대하여 0.8 이하로 낮음과 아울러, 기체(1)의 내부에 있어서는 B1형 고용상이 존재하고, 기체(1)의 내부에 있어서의 Nb의 NbC 환산량으로의 함유 비율이 1∼8질량%, 특히 1∼5질량%인 것이 고온에 있어서의 내소성 변형성을 최적화하는데 바람직하다. 또한 GDS 분석에 있어서, 기체(1)의 표면에 있어서의 Nb의 함유 비율은 1질량% 미만, 특히 0.08∼0.3질량%인 것이 바람직하다. 또한, 본 발명에 있어서 기체(1)의 내부란 초경합금 기체(1)의 표면으로부터 1000㎛의 위치를 가리킨다.

또한, 도 2에 나타낸 GDS 분석에 있어서 C(탄소)의 농도는 TiCN층(3)의 Al₂O₃층(5)측에서는 ±0.5질량% 이내의 범위내로 일정하고, 그것으로부터 TiN층(2)을 향하여 일단 증가한 후 감소하는 분포로 이루어지는 것이 TiCN층(3)의 내결손성을 높일 수 있음과 아울러 TiCN층(3)의 밀착성을 높이기 때문에 바람직하다.

또한, TiN층(2)의 두께는 Nb의 함유 비율을 조정하기 위해서 0.2∼0.6㎛인 것이 바람직하다.

(제조 방법)

상술한 본 발명의 절삭공구를 구성하는 초경합금의 제조 방법의 일례에 대해서 설명한다. 우선, WC 분말을 80∼94질량%과, 금속 Co 분말을 5∼15질량%과, B1형 고용상을 형성하기 위한 화합물 분말로서 NbC 분말을 0.1∼10질량%, 다른 B1형 고용상을 형성하기 위한 화합물 분말을 10질량% 이하의 비율로 조합한다. 이 때, B1형 고용상을 형성하기 위한 화합물 원료 분말인 NbC 분말의 평균 입경을 0.5∼2㎛, WC 분말의 평균 입경을 0.5∼10㎛, 금속 Co 분말의 평균 입경을 1.0∼2.0㎛로 조정함과 아울러, 하기 혼합, 소성 공정에 의해 본 발명의 절삭공구를 형성하는 초경합금을 제작할 수 있다.

이 조합한 분말에 용매를 첨가하고, 소정 시간 혼합·분쇄하여 슬러리라고 한다. 이 슬러리에 바인더를 첨가하여 더욱 혼합하고, 스프레이 드라이어 등을 사용하여 슬러리를 건조하면서 혼합 분말의 조분을 행한다. 이어서, 조분된 과립을 사용하여 프레스 성형에 의해 절삭공구 형상으로 성형을 행한다. 그 후, NbC 또는 금속 니오브(Nb)를 함유하는 용액을 준비해 두고, 스프레이법, 함침법, 도포법에 의해 이 초경합금 기체의 표면에 Nb 부함시켜 Nb 농도를 높여 둔다. 또한, 소성로에서 탈지를 행한 후 20∼2000Pa의 감압 분위기 중, 소성로의 온도를 1380∼1480℃의 소성 온도로 올려서 1∼1.5시간 소성하여 초경합금을 제작할 수 있다.

그리고 제작된 초경합금에 대해서, 소망에 의해 초경합금의 표면을 연마 가공하거나 절삭날부에 호닝 가공을 실시하거나 한다.

이어서, 얻어진 기체의 표면에 화학기상증착(CVD)법에 의해 피복층(2)을 형성한다. 그 성막 조건의 일례에 대해서 설명하면, 우선 소망에 의해 기체의 직상에 TiN(질화티타늄)층을 형성한다. 그 성막 조건은 혼합가스 조성으로서 사염화티타늄(TiCl₄) 가스를 0.5∼10체적%, 질소(N₂) 가스를 10∼60체적%의 비율로 포함하고, 나머지가 수소(H₂) 가스로 이루어지는 혼합가스를 사용하고, 성막 온도를 800∼940℃, 압력을 8∼50kPa로 하는 것이 바람직하다.

이어서, TiN층의 상층에 TiCN층을 형성한다. 그 성막 조건은 혼합가스 조성으로서 사염화티타늄(TiCl₄) 가스를 0.5∼10체적%, 질소(N₂) 가스를 1∼60체적%, 아세토니트릴(CH₃CN) 가스를 0.1∼3.0체적%의 비율로 포함하고, 나머지가 수소(H₂) 가스로 이루어지는 혼합가스를 사용하고, 성막 온도를 780∼850℃, 압력을 5∼25kPa인 조건을 들 수 있고, 이 조건에 의해, 소위 주상 결정으로 구성되는 MT(Moderate Temprature)-TiCN층이 성막된다. 이어서, MT-TiCN층의 상층에, 소위 입상 결정으로 구성되는 HT(High Temprature)-TiCN층을 형성한다. 구체적으로는, 상기 TiCN층에 이어서, 사염화티타늄(TiCl₄) 가스를 0.1∼3체적%, 질소(N₂) 가스를 0∼15체적%, 메탄(CH₄) 가스 또는 아세토니트릴(CH₃CN) 가스를 0.1∼10체적%의 비율로 포함하고, 나머지가 수소(H₂) 가스로 이루어지는 혼합가스를 사용하고, 성막 온도를 900∼1020℃, 압력을 5∼40kPa로 하는 성막 조건으로 전환하여 HT-TiCN층을 성막한다.

이어서, 사염화티타늄(TiCl₄) 가스를 0.1∼3체적%, 질소(N₂) 가스를 1∼15체적%, 메탄(CH₄) 가스 또는 아세토니트릴(CH₃CN) 가스를 0.1∼10체적%, 일산화탄소(CO) 가스를 0.5∼3.0체적%, 3염화 알루미늄(AlCl₃)을 0.5∼3.0체적%의 비율로 포함하고, 나머지가 수소(H₂) 가스로 이루어지는 혼합가스를 사용하고, 성막 온도를 900∼1020℃, 압력을 5∼40kPa로 하는 성막 조건으로 TiAlCNO층을 성막한다.

그 후, 이어서 α형 Al₂O₃층을 형성한다. 구체적인 성막 조건의 일례로서는 3염화 알루미늄(AlCl₃) 가스를 0.5∼5.0체적%, 염화수소(HCl) 가스를 0.5∼3.5체적%, 이산화탄소(CO₂) 가스를 0.5∼5.0체적%, 황화수소(H₂S) 가스를 0∼0.5체적%, 나머지가 수소(H₂) 가스로 이루어지는 혼합가스를 사용하고, 성막 온도를 930∼1010℃, 압력을 5∼10kPa로 하는 것이 바람직하다.

이어서, 소망에 의해 Al₂O₃층의 표면에 TiN층을 성막한다. TiN층의 성막 조건으로서는 혼합가스 조성으로서 사염화티타늄(TiCl₄) 가스를 0.1∼10체적%, 질소(N₂) 가스를 1∼60체적%의 비율로 포함하고, 나머지가 수소(H₂) 가스로 이루어지는 혼합가스를 사용하고, 반응 쳄버내의 온도를 855∼1010℃, 압력을 10∼85kPa로 하는 것이 바람직하다.

그리고, 피복층을 성막 종료 후 성막 쳄버내를 압력 350kPa∼850kPa, 온도 1000∼1200℃로 하여 30분∼120분 유지한 후, 쳄버내를 냉각함으로써 기체 표면에 존재하는 Nb를 피복층측에 소정의 비율로 확산시킨다.

그 후, 소망에 의해 형성한 피복층의 표면의 적어도 절삭날부를 연마 가공한다. 이 연마 가공에 의해, 절삭날부가 평활하게 가공되어 피삭재의 용착을 억제하고, 또한 내결손성이 우수한 공구가 된다.

(실시예)

(실시예 1)

평균 입경 5㎛의 WC 분말에 대하여, 평균 입경 1.5㎛의 금속 Co 분말을 8질량%, 평균 입경 1.0㎛의 TiC 분말을 0.8질량%, 평균 입경 1.0㎛의 NbC 분말을 3.5질량%, 평균 입경 2.0㎛의 ZrC 분말을 0.3질량%의 비율로 조합, 첨가하고, 이것에 유기용제를 첨가하여 혼합·분쇄한 후 보형제를 첨가하여 더욱 혼합하고, 가능한 슬러리를 스프레이 드라이어에 투입하여 조분 분말을 제작했다. 이어서, 이 조분 분말을 사용하여 프레스 성형에 의해 절삭공구 형상(CNMG120408PS)으로 성형을 행하고, 소성로에서 450℃에서 3시간 탈지를 행한 후 1450℃, 1시간으로 소성하여 초경합금을 제작했다. 또한, 이 초경합금 기체에는 주사형 전자현미경(SEM)에 있어서의 전자선 마이크로 분석(EPMA)으로 측정한 바, 표면으로부터의 두께가 30㎛의 표면영역이 존재하고 있는 것을 알았다. 또한, 동 분석으로 표면영역의 중간의 깊이 위치에 있어서의 Nb의 함유량이 상기 초경합금 기체의 표면으로부터의 깊이가 1000㎛ 이상인 내부의 깊이 위치에 있어서의 Nb의 함유량에 대한 비율로 0.65인 것을 알았다.

그리고, 상기 초경합금을 연삭 가공하여 CNMG120408PS의 대략 평판형상으로 한 후, 이 기체의 표면에 대하여 절삭날부에 호닝 가공을 더욱 실시했다. 이어서, NbC를 함유하는 슬러리를 사용하여 표 1의 방법으로 기체 표면의 Nb 농도를 높이는 처리를 행하는 표 1의 기체 표면 처리를 실시하고, 기체의 표면에 있어서의 Nb의 함유 비율을 높였다.

또한, 이 가공한 초경합금의 표면에 화학기상증착(CVD)법에 의해 표 1의 구성의 피복층을 순차 성막했다. 성막 후, 쳄버내를 500kPa로 하여 표 1에 나타낸 온도에서 60분 유지하는 성막 후 고온 유지 공정을 거쳐서 쳄버내를 냉각했다. 또한, 각 층의 두께는 피복층의 단면을 주사형 전자현미경으로 관찰하여 확인했다.

얻어진 절삭공구에 대해서, 표면으로부터 깊이 방향의 조성 변화에 대해서 GDS 분석(Horiba, Ltd. 제작의 GD-PROFTLER, 분석 조건: 전력 20W, Ar 압력 600Pa, 방전 범위 2mmφ, 샘플링 시간 0.3초/포인트)을 행하고, TiCN층과 Al₂O₃층의 중앙에 있어서의 각 원소의 분포를 확인하고 각 원소의 농도를 표 1에 나타냈다. 또한, 절삭공구의 단면에 대해서 SEM 관찰을 행했다.

그리고, 이 공구를 사용하여 하기의 조건에 의해 연속 절삭시험 및 강단속 절삭시험을 행하여 내마모성 및 내결손성을 평가했다.

(마모 평가 조건)

피삭재: SCM435

공구 형상: CNMG120408PS

절삭 속도: 300m/분

이송 속도: 0.3mm/rev

절개부: 2.0mm (3초 절삭 마다 절개 변동)

절삭 시간: 15분

절삭액: 에멀션 15% + 물 85% 혼합액

평가 항목: 현미경으로 절삭날을 관찰하고, 플랭크 마모량·선단 마모량을 측정

(강단속 절삭 조건)

피삭재: SCM440 4개 홈 형성재

공구 형상: CNMG120408PS

절삭 속도: 300m/분

이송 속도: 0.35mm/rev

절개부: 1.5mm

절삭액: 에멀션 15% + 물 85% 혼합액

평가 항목: 결손에 이르는 충격횟수

충격횟수 1000회 시점에서 현미경으로 절삭날의 상태를 관찰

결과는 표 2에 나타냈다.

표 1, 2에 나타낸 결과로부터, 기체의 표면에 TiN층을 형성하지 않은 시료 번호 5 및 TiCN층의 중앙에 있어서의 Nb의 함유 비율이 0.1질량%보다 적었던 시료 번호 6, 8에서는 피복층이 기체로부터 박리하고, 모두 마모 시험 및 강단속 시험도 열악한 테스트 결과이었다. 또한, Al₂O₃층의 중앙에 있어서의 Nb의 함유 비율이 0.05질량%를 초과하는 시료 번호 7에서는 피복층의 내마모성은 저하했다.

이것에 대하여, TiN층, TiCN층, Al₂O₃층을 순서대로 적층하고, GDS 분석에 있어서 TiCN층의 중앙에 있어서의 Nb의 함유 비율이 0.1질량% 이상, Al₂O₃층의 중앙에 있어서의 Nb의 함유 비율이 0.05질량% 이하인 시료 번호 1∼4에서는, 모두 피복층의 밀착력은 높고 내마모성 및 내결손성도 우수한 절삭 성능을 갖는 것이었다. 또한, 시료 번호 1∼4 중 어느 시료도 도 2, 3에 나타낸 바와 같이, 기체의 표면 근방에서의 Nb의 함유 비율이 저하하고 있어 기체 내부의 함유 비율에 대하여 0.8 이하이었다.

(실시예 2)

실시예 1의 시료 번호 3에 대하여, 초경합금 기체의 조성을 표 3의 조성으로 변경한 것 이외에는, 실시예 1과 동일한 조건으로 표 3의 시료를 제작하고 실시예 1과 동일하게 평가했다. 결과는 표 3, 4에 나타냈다.

표 3, 4로부터 명백한 바와 같이, 기체(2)가 Nb를 NbC 환산량으로 0.1∼10질량%의 비율로 함유하는 초경합금으로 이루어지고, 소정의 성막 조건으로 피복층을 성막한 시료 번호 9∼12에서는 피복층 중의 Nb의 함유량이 소정의 범위로 제어되어, 모두 피복층의 밀착력이 높고 내마모성 및 내결손성도 우수한 절삭 성능을 갖는 것이었다.

1: 기체(초경합금) 2: TiN층
3: TiCN층 4: 중간층
5: Al₂O₃층 6: 표면층
7: 피복층 8: 절삭공구

Claims

초경합금 기체의 표면에 TiN층, TiCN층, Al₂O₃층을 순서대로 적층하여 이루어지고, 글로우 방전 발광 분광 분석(GDS 분석)에 있어서 상기 TiN층 및 상기 TiCN층 중에는 Nb가 함유되어 있고, 두께 방향에 있어서의 상기 TiCN층의 중앙에 있어서의 Nb의 함유 비율은 0.1질량% 이상임과 아울러, 상기 Al₂O₃층의 중앙에 있어서의 Nb의 함유 비율은 0.05질량% 이하인 것을 특징으로 하는 절삭공구.
제 1 항에 있어서,
상기 기체의 표면 근방에서의 Nb의 함유 비율은 상기 기체 내부의 함유 비율에 대하여 0.8 이하의 비율임과 아울러, 상기 기체 내부에 있어서의 Nb의 NbC 환산량으로의 함유 비율은 1∼8질량%인 것을 특징으로 하는 절삭공구.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
글로우 방전 발광 분광 분석(GDS 분석)에 있어서, 두께 방향에 있어서의 상기 TiCN층의 중앙에 있어서의 Nb의 함유 비율은 0.1∼0.4질량%인 것을 특징으로 하는 절삭공구.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
글로우 방전 발광 분광 분석(GDS 분석)에 있어서, C의 농도는 상기 TiCN층의 상기 Al₂O₃층측에서 일정하고, 그것으로부터 상기 TiN층측을 향하여 일단 증가한 후 감소하는 분포로 이루어지는 것을 특징으로 하는 절삭공구.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 TiN층의 두께는 0.3∼0.6㎛인 것을 특징으로 하는 절삭공구.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 초경합금의 기체는 상기 Nb의 함유 비율이 일정한 내부영역과, 상기 내부영역보다 상기 Nb의 함유 비율이 적은 표면영역을 갖고, 상기 표면영역의 두께는 5∼40㎛인 것을 특징으로 하는 절삭공구.