KR20190041885A

KR20190041885A - 표면 피복 절삭 공구 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20190041885A
Application number: KR1020177037473A
Authority: KR
Inventors: 고우헤이 요시무라; 신야 이마무라; 히데아키 가나오카; 아농색 파수트; 사토시 오노
Original assignee: 스미또모 덴꼬오 하드메탈 가부시끼가이샤
Priority date: 2016-08-24
Filing date: 2017-04-25
Publication date: 2019-04-23
Also published as: EP3308886A1; JP6635340B2; US10654181B2; EP3308886A4; WO2018037625A1; EP3308886B1; JP2018030193A; CN107980013A; CN107980013B; KR102170166B1; US20180339415A1

Abstract

표면 피복 절삭 공구는, 기재와 상기 기재 상에 형성되는 피막을 구비하고, 상기 피막은, α-Al₂O₃ 층을 포함하고, 상기 α-Al₂O₃ 층은, 복수의 α-Al₂O₃의 결정립과 염소를 포함하며, 또한 배향성 지수 TC(hkl)에 있어서 TC(006)이 5를 초과하고, 상기 α-Al₂O₃ 층은, 그 두께 방향에 있어서 기재측에 위치하는 하부층과, 상기 기재측과 반대측에 위치하는 상부층을 포함하고, 상기 하부층은, 1.0 ㎛의 두께를 갖고, 상기 상부층은, 0.5 ㎛ 이상의 두께를 가지며, 상기 염소는, 상기 하부층의 두께 방향에 있어서, 상기 기재측으로부터 멀어지는 방향으로 그 원자 농도 C_Cl이 감소하는 농도 분포를 갖는다.

Description

표면 피복 절삭 공구 및 그 제조방법

본 발명은, 표면 피복 절삭 공구 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 출원은, 2016년 8월 24일에 출원한 일본 특허 출원인 특원 2016-163628호에 기초하는 우선권을 주장한다. 상기 일본 특허 출원에 기재된 모든 기재 내용은, 참조에 의해 본 명세서에 원용된다.

종래부터, 기재 상에 피막을 형성한 표면 피복 절삭 공구가 이용되고 있다. 최근, Al₂O₃의 결정 배향성을 변화시킴으로써 피막의 막질 개량을 도모하는 등, 표면 피복 절삭 공구의 성능 향상을 겨냥한 여러가지 기술이 제안되어 있다. 예컨대, 일본 공개특허공보 제2015-009358호(특허문헌 1)에서는, 기재 상의 피막에 포함되는 α-Al₂O₃ 층의 배향성을 제어하고, 배향성 지수 TC(hkl)에 있어서 TC(0012)가 5를 초과하며, 또한 로킹 커브 피크(rocking curve peak)의 반치폭(width at half maximum)을 30° 이하로 함으로써, 내마모성의 향상, 특히 내크레이터 마모성을 향상시킨 표면 피복 절삭 공구가 제안되어 있다.

유럽 특허출원공개 제2570510호 명세서(특허문헌 2)에서는, 초경 합금으로 이루어지는 기재 상에, (0012) 집합 조직을 가지며, 또한 황을 100 ppm 이상 포함하는 α-Al₂O₃ 층을 구비함으로써, 내마모성을 향상시킨 절삭 공구가 제안되어 있다. 일본 공개특허공보 제2013-111722호(특허문헌 3)에서는, (0001) 배향인 α-Al₂O₃ 층 중 기재측의 층의 배향성을 낮춤으로써, α-Al₂O₃ 층과, 이 α-Al₂O₃ 층과 기재 사이에 배치되는 층과의 밀착력을 높인 표면 피복 절삭 공구가 제안되어 있다.

특허문헌 1: 일본 공개특허공보 제2015-009358호 특허문헌 2: 유럽 특허출원공개 제2570510호 명세서 특허문헌 3: 일본 공개특허공보 제2013-111722호

그러나, 상기 특허문헌 1의 표면 피복 절삭 공구는, 인성 및 내박리성 등의 성능에 있어서 개선의 여지가 있었다. 상기 특허문헌 2의 절삭 공구는, 내치핑성이 불충분했다. 상기 특허문헌 3의 표면 피복 절삭 공구는, 기재측의 층의 배향성을 낮춘 것에 의해 내마모성이 불충분해졌다.

본 발명은, 상기 실정을 감안하여 이루어진 것으로, 우수한 내마모성을 구비하며, 또한 박리, 치핑 등의 피막의 결손을 막아, 장수명화를 달성할 수 있는 표면 피복 절삭 공구 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일양태에 관련된 표면 피복 절삭 공구는, 기재와 상기 기재 상에 형성되는 피막을 구비하는 표면 피복 절삭 공구로서, 상기 피막은, α-Al₂O₃ 층을 포함하고, 상기 α-Al₂O₃ 층은, 복수의 α-Al₂O₃의 결정립과 염소를 포함하며, 또한 배향성 지수 TC(hkl)에 있어서 TC(006)이 5를 초과하고, 상기 α-Al₂O₃ 층은, 그 두께 방향에 있어서 기재측에 위치하는 하부층과, 상기 기재측과 반대측에 위치하는 상부층을 포함하고, 상기 하부층은, 1.0 ㎛의 두께를 갖고, 상기 상부층은, 0.5 ㎛ 이상의 두께를 가지며, 상기 염소는, 상기 하부층의 두께 방향에 있어서, 상기 기재측으로부터 멀어지는 방향으로 원자 농도가 감소하는 농도 분포를 갖는다.

또한, 본 발명의 일양태에 관련된 표면 피복 절삭 공구의 제조방법은, 상기 기재 상에 CVD 법으로 상기 α-Al₂O₃ 층을 포함하는 상기 피막을 형성하는 공정을 포함하고, 상기 공정에 있어서, 원료 가스에 포함되는 HCl 가스의 배합량을 6∼10 체적％로 하여 상기 α-Al₂O₃ 층의 형성을 개시하고, 그 후 상기 배합량을 0.5∼6 체적％까지 낮춘다.

상기에 의하면, 우수한 내마모성을 구비하며, 또한 박리, 치핑 등의 피막의 결손을 막아, 장수명화를 달성할 수 있는 표면 피복 절삭 공구가 제공된다.

도 1은, EDS를 이용하여 염소(Cl) 및 황(S)의 원자 농도를 측정하기 위해 설정한 α-Al₂O₃ 층 내의 측정점을 현미경 사진에 중복시켜 나타낸 도면 대용 사진이다.

본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위해 예의 검토를 거듭하여, 본 발명에 도달했다. α-Al₂O₃ 층의 핵 생성시 및 결정 성장시에 있어서 원료 가스 중의 HCl의 배합량을 제어함으로써, 그 두께 방향으로 염소의 농도 분포를 갖게 했다. 구체적으로는, α-Al₂O₃ 층의 두께 방향에 있어서, 기재측으로부터 멀어지는 방향으로 감소해 가는 염소의 농도 분포를 갖게 했다. 이에 따라, 우수한 내마모성을 구비하며, 또한 박리, 치핑 등의 피막의 결손을 막을 수 있는 표면 피복 절삭 공구가 달성되는 것을 알아냈다.

이하, 우선 처음에 본 발명의 실시양태를 열거하여 설명한다.

[1] 본 발명의 일양태에 관련된 표면 피복 절삭 공구는, 기재와 상기 기재 상에 형성되는 피막을 구비하는 표면 피복 절삭 공구로서, 상기 피막은, α-Al₂O₃ 층을 포함하고, 상기 α-Al₂O₃ 층은, 복수의 α-Al₂O₃의 결정립과 염소를 포함하며, 또한 배향성 지수 TC(hkl)에 있어서 TC(006)이 5를 초과하고, 상기 α-Al₂O₃ 층은, 그 두께 방향에 있어서 기재측에 위치하는 하부층과, 상기 기재측과 반대측에 위치하는 상부층을 포함하고, 상기 하부층은, 1.0 ㎛의 두께를 갖고, 상기 상부층은, 0.5 ㎛ 이상의 두께를 가지며, 상기 염소는, 상기 하부층의 두께 방향에 있어서, 상기 기재측으로부터 멀어지는 방향으로 원자 농도가 감소하는 농도 분포를 갖는다. 이러한 구성의 표면 피복 절삭 공구는, 우수한 내마모성을 구비하며, 또한 박리, 치핑 등의 피막의 결손을 막아, 장수명화를 달성할 수 있다.

[2] 상기 염소는, 상기 하부층에 있어서의 최대 원자 농도가 0.3 원자％ 미만인 것이 바람직하다. 이에 따라, 표면 피복 절삭 공구의 내결손성의 향상, 특히 내박리성 및 내치핑성을 향상시킬 수 있다.

[3] 상기 염소는, 상기 상부층에 있어서의 최대 원자 농도가 0.05 원자％ 미만인 것이 바람직하다. 이에 따라, 표면 피복 절삭 공구의 내마모성을 향상시킬 수 있다.

[4] 상기 표면 피복 절삭 공구는, 상기 하부층에 있어서의 상기 염소의 최대 원자 농도를 C_ClMAX _-1, 상기 상부층에 있어서의 상기 염소의 최대 원자 농도를 C_ClMAX _-2로 했을 때, C_ClMAX _-1 ≥ 2C_ClMAX _-2의 관계를 만족하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 우수한 내마모성을 구비하며, 또한 박리, 치핑 등의 피막의 결손을 막는 효과를 보다 잘 얻을 수 있다.

[5] 상기 TC(006)은, 6을 초과하는 것이 보다 바람직하다. 이에 따라, 표면 피복 절삭 공구의 내마모성을 보다 효과적으로 향상시킬 수 있다.

[6] 상기 하부층은, 황을 포함하고, 상기 하부층은, 소정의 측정점에 있어서의 상기 염소의 원자 농도와 상기 측정점의 상기 황의 원자 농도를 합친 가산치를 C_ClS로 했을 때, 그 두께 방향에 있어서, 상기 기재측으로부터 멀어지는 방향으로 상기 C_ClS가 감소하는 분포를 갖는 것이 바람직하다. 이에 따라, 내결손성의 향상, 특히 내박리성 및 내치핑을 보다 향상시킬 수 있다.

[7] 상기 하부층은, 황을 포함하고, 상기 하부층은, 소정의 측정점에 있어서의 상기 염소의 원자 농도를 상기 측정점의 상기 황의 원자 농도로 나눈 수치를 C_Cl/S로 했을 때, 그 두께 방향에 있어서, 상기 기재측으로부터 멀어지는 방향으로 상기 C_Cl _/S가 감소하는 분포를 갖는 것이 바람직하다. 이에 따라, 내결손성의 향상, 특히 내박리성 및 내치핑을 더욱 향상시킬 수 있다.

[8] 본 발명의 일양태에 관련된 표면 피복 절삭 공구는, 상기 기재 상에 CVD 법으로 상기 α-Al₂O₃ 층을 포함하는 상기 피막을 형성하는 공정을 포함하고, 상기 공정에 있어서, 원료 가스에 포함되는 HCl 가스의 배합량을 6∼10 체적％로 하여 상기 α-Al₂O₃ 층의 형성을 개시하고, 그 후 상기 배합량을 0.5∼6 체적％까지 낮춘다. 이러한 구성에 의해, 우수한 내마모성을 구비하며, 또한 박리, 치핑 등의 피막의 결손을 막아, 장수명화를 달성할 수 있는 표면 피복 절삭 공구를 제조할 수 있다.

[본 발명의 실시형태의 상세]

이하, 본 발명의 실시형태(이하 「본 실시형태」라고도 기재함)에 관하여 더욱 상세히 설명한다. 여기서, 본 명세서에 있어서 「A∼B」라는 형식의 표기는, 범위의 상한 하한(즉 A 이상 B 이하)을 의미하고, A에 있어서 단위의 기재가 없고, B에 있어서만 단위가 기재되는 경우, A의 단위와 B의 단위는 동일하다.

또한, 본 명세서에 있어서 화합물 등을 화학식으로 표시하는 경우, 원자비를 특별히 한정하지 않을 때는 종래 공지된 모든 원자비를 포함하는 것으로 하고, 반드시 화학 양론적 범위의 것에만 한정되어야 하는 것은 아니다. 예컨대 「TiAlN」이라고 기재되어 있는 경우, TiAlN을 구성하는 원자수의 비는 Ti : Al : N = 0.5 : 0.5 : 1에 한정되지 않고, 종래 공지된 모든 원자비가 포함된다. 이것은, 「TiAlN」 이외의 화합물의 기재에 관해서도 마찬가지이다. 본 실시형태에 있어서, 티탄(Ti), 알루미늄(Al), 규소(Si), 탄탈(Ta), 크롬(Cr) 등의 금속 원소와, 질소(N), 산소(O), 탄소(C) 등의 비금속 원소는, 반드시 화학 양론적인 조성을 구성하고 있을 필요가 없다.

≪표면 피복 절삭 공구≫

본 실시형태에 관련된 표면 피복 절삭 공구는, 기재와 상기 기재 상에 형성되는 피막을 구비한다. 피막은, 기재의 전면을 피복하는 것이 바람직하다. 그러나, 기재의 일부가 이 피막으로 피복되거나 피막의 구성이 부분적으로 상이하거나 하더라도 본 발명의 범위를 벗어나는 것은 아니다.

표면 피복 절삭 공구는, 드릴, 엔드 밀, 드릴용 날끝 교환형 절삭 팁, 엔드 밀용 날끝 교환형 절삭 팁, 밀링 가공용 날끝 교환형 절삭 팁, 선삭 가공용 날끝 교환형 절삭 팁, 메탈 소(saw), 치절(齒切) 공구, 리머, 탭 등의 절삭 공구로서 적합하게 사용할 수 있다.

<기재>

기재는, 이러한 종류의 기재로서 종래 공지된 것이면 어느 것이나 사용할 수 있다. 예컨대, 초경 합금(예컨대, WC 기(基) 초경 합금, WC 외에, Co를 포함하고, 혹은 Ti, Ta, Nb 등의 탄질화물을 첨가한 것도 포함함), 서멧(cermet)(TiC, TiN, TiCN 등을 주성분으로 하는 것), 고속도 강, 세라믹스(탄화티탄, 탄화규소, 질화규소, 질화알루미늄, 산화알루미늄 등), 입방정형 질화붕소 소결체 또는 다이아몬드 소결체 중 어느 것인 것이 바람직하다.

이들 각종 기재 중에서도 초경 합금(특히 WC 기 초경 합금) 또는 서멧(특히 TiCN 기 서멧)을 선택하는 것이 바람직하다. 이들 기재는, 고온에 있어서의 경도와 강도의 밸런스가 우수하고, 상기 용도의 표면 피복 절삭 공구의 기재로서 우수한 특성을 갖고 있다. 기재로서 WC 기 초경 합금을 이용하는 경우, 그 조직 중에 유리 탄소, 및 η 상 또는 ε 상이라고 불리는 이상층 등을 포함해도 좋다.

또한 기재는, 그 표면이 개질된 것이어도 지장이 없다. 예컨대 초경 합금의 경우, 그 표면에 탈(脫) β 층이 형성되거나, 서멧의 경우에 표면 경화층이 형성되거나 해도 좋다. 기재는, 그 표면이 개질되어도 원하는 효과가 나타난다.

표면 피복 절삭 공구가 날끝 교환형 절삭 팁 등인 경우, 기재는 칩 브레이커를 갖는 것도, 갖지 않는 것도 포함된다. 날끝 능선부는, 그 형상이 샤프 에지(레이크면과 플랭크면이 교차하는 능), 호닝(honed edge)(샤프 에지에 대하여 라운딩을 부여한 것), 네거티브 랜드(negative land)(모따기를 한 것), 호닝과 네거티브 랜드를 조합한 것 등, 어느 형상이어도 좋다.

<피막>

피막은, α-Al₂O₃ 층을 포함한다. 예컨대 피막은, α-Al₂O₃ 층을 1층 이상 포함하고, 추가의 다른 층을 포함하는 복수의 층으로 구성할 수 있다.

상기 다른 층으로서, TiCNO 층, TiBN 층, TiC 층, TiN 층, TiAlN 층, TiSiN 층, AlCrN 층, TiAlSiN 층, TiAlNO 층, AlCrSiCN 층, TiCN 층, TiSiC 층, CrSiN 층, AlTiSiCO 층, TiSiCN 층 등을 예시할 수 있다.

피막은, 그 두께가 5∼30 ㎛인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 10∼25 ㎛이다. 이 두께가 5 ㎛ 미만이면, 내마모성이 불충분해질 우려가 있다. 이 두께가 30 ㎛를 초과하면, 단속 가공(intermittent processing)에 있어서 피막과 기재 사이에 큰 응력이 가해졌을 때에, 피막의 박리 또는 파괴가 고빈도로 발생할 우려가 있다.

<α-Al₂O₃ 층>

α-Al₂O₃ 층은, 복수의 α-Al₂O₃(결정 구조가 α 형인 산화알루미늄)의 결정립과 염소(Cl)를 포함한다. α-Al₂O₃ 층은, 복수의 α-Al₂O₃의 결정립을 포함하는 다결정의 α-Al₂O₃를 포함한다. 통상 α-Al₂O₃의 결정립은, 약 0.1∼2 ㎛ 정도 크기의 입경을 갖는다.

또한 α-Al₂O₃ 층은 (006) 배향을 갖는다. 여기서 「(006) 배향을 갖는다」란, 후술하는 X선 회절 장치를 이용한 분석에 의해 얻어지는 α-Al₂O₃ 층의 XRD 데이터에 있어서, 각 (hkl) 반사면(본 실시형태에 있어서 후술하는 8개의 반사면)의 배향성 지수 TC(hkl)을 비교했을 때, 가장 높은 수치를 나타내는 반사면이 (006)면인 것을 의미한다. 특히, α-Al₂O₃ 층은, 하기 식(1)로 표시되는 배향성 지수 TC(hkl)에 있어서 TC(006)이 5를 초과한다.

식(1) 중, I(hkl)은, (hkl) 반사면의 X선 회절 강도를 나타내고, I₀(hkl)은, ICDD의 PDF 카드 번호 00-042-1468에 의한 표준 강도를 나타낸다. 또한 식(1) 중의 n은, 계산에 이용한 반사수를 나타내고, 본 실시형태에서는 8이다. 반사에 이용한 (hkl)면은, (012), (104), (110), (006), (113), (024), (116) 및 (300)이다.

ICDD(등록상표)란, International Centre for Diffraction Data(국제 회절 데이터 센터)의 약칭이다. PDF(등록상표)란, Powder Diffraction File의 약칭이다.

본 실시형태에 있어서의 α-Al₂O₃ 층의 TC(006)은, 하기 식(2)로 표시할 수 있다.

「배향성 지수 TC(hkl)에 있어서 TC(006)이 5를 초과한다」란, 상기 식(1)에 TC(006)을 대입하여 이루어지는 상기 식(2)에 의해 구해지는 수치가 5를 초과하는 것을 의미한다. TC(006)이 5를 초과하는 α-Al₂O₃ 층은, 경도와 영률이 가혹한 절삭 조건에 따르는 충격 및 진동에 대하여 우위가 되기 때문에, 내마모성의 향상에 기여할 수 있다.

상기 TC(006)은, 6을 초과하는 것이 바람직하다. TC(006)이 클수록, 내마모성을 효과적으로 향상시킬 수 있다. TC(006)의 상한은 제한되지 않지만, 계산에 이용한 반사면이 8개이기 때문에, 8 이하가 된다.

이상과 같은 TC(hkl)의 측정은, X선 회절 장치를 이용한 분석에 의해 가능해진다. TC(hkl)은, 예컨대, X선 회절 장치(상품명: 「SmartLab(등록상표)」, 리가쿠 주식회사 제조, 스캔 스피드: 21.7°/분, 스텝: 0.01°, 스캔 범위: 15∼140°)를 이용하여 이하의 조건에서 측정할 수 있다. 본 실시형태에 있어서, X선 회절 장치를 이용한 TC(hkl)의 측정 결과를 「XRD 결과」라고 칭한다.

특성 X선: Cu-Kα

관 전압: 45 kV

관 전류: 200 mA

필터: 다층 미러

광학계: 집중법

X선 회절법: θ-2θ 법

X선 조사 범위: 핀홀 콜리메이터를 사용하고, 직경 0.3 ㎛의 범위에 X선을 조사.

<α-Al₂O₃ 층의 두께>

α-Al₂O₃ 층은, 그 두께가 2∼15 ㎛인 것이 바람직하다. 이에 따라, 내마모성과 내결손성을 양립시킬 수 있다. α-Al₂O₃ 층의 두께를 2 ㎛ 미만으로 하면, 마모가 진행되기 쉬워질 우려가 있다. 이 두께가 15 ㎛를 초과하면 내결손성이 저하될 우려가 있다.

(상부층 및 하부층)

또한 α-Al₂O₃ 층은, 그 두께 방향에 있어서 기재측에 위치하는 하부층과, 기재측과 반대측에 위치하는 상부층을 포함한다. 하부층은, 1.0 ㎛의 두께를 갖는다. 이 하부층은, 후술하는 Cl의 농도 분포를 측정하기 위해 정해지는 기재측으로부터 1 ㎛의 영역을 가리킨다. 상부층은, 0.5 ㎛ 이상의 두께를 갖는다. 상부층의 두께의 상한치는, 14 ㎛이다.

상부층이 0.5 ㎛ 이상의 두께를 가짐으로써, α-Al₂O₃ 층의 기재측과는 반대측에 있어서, 후술하는 Cl의 농도가 매우 낮은 부분이 충분한 두께를 갖게 되기 때문에, α-Al₂O₃의 결정립에 구비되는 내마모성에 Cl이 악영향을 미치는 경우가 없어진다. 다만, 상부층의 두께가 14 ㎛를 초과하면, α-Al₂O₃ 층을 포함하는 피막 전체가 두꺼워지기 때문에, 단속 가공에 있어서 피막과 기재 사이에 큰 응력이 가해졌을 때에, 피막의 박리 또는 파괴가 고빈도로 발생할 우려가 있다.

본 실시형태에 있어서 피막의 두께, α-Al₂O₃ 층의 두께, 및 α-Al₂O₃ 층의 상부층의 두께는, 각각 평균 두께를 의미한다. 이들 두께는, 전계 방출형 주사 전자 현미경(FE-SEM: Field Emission Scanning Electron Microscopy)을 이용하여, 다음과 같은 수법에 의해 측정할 수 있다.

우선 피막으로 피복된 기재를, 기재의 레이크면의 법선과 평행한 평면으로 절단하고, 그 단면을 노출시킨다. 계속해서, 이 노출시킨 단면을 연마함으로써 관찰용 연마면을 제작한다. 피막의 두께를 측정하는 경우, 이 관찰용 연마면에 나타난 피막 부분을 포함하는 임의의 5개소(5 시야)를 5000배의 배율에 의해 관찰하여, 그 두께를 구한다. 마지막으로 상기 5 시야의 값의 평균치를 구하고, 이것을 피막의 평균 두께로 할 수 있다. α-Al₂O₃ 층, 및 α-Al₂O₃ 층의 상부층의 두께를 측정하는 경우, 관찰용 연마면에 나타난 α-Al₂O₃ 층 부분, 및 α-Al₂O₃ 층의 상부층 부분을 포함하는 각각 임의의 5개소(5 시야)를, 5000배의 배율에 의해 관찰하여, 그 두께를 구한다. 마지막으로 상기 5 시야의 값의 평균치를 구하고, 이것을 각각 α-Al₂O₃ 층, 및 α-Al₂O₃ 층의 상부층의 평균 두께로 할 수 있다. 여기서 α-Al₂O₃ 층은, 그 하부층이 기재측으로부터 1 ㎛의 영역을 가리키고, 이 하부층을 제외한 α-Al₂O₃ 층의 나머지의 두께를 상부층의 두께로서 산출하는 것이다.

피막으로 피복된 기재의 단면의 연마에 관해서는, 종래 공지된 방법을 이용할 수 있다. 예컨대, 기재의 단면에 대하여 아르곤 이온을 이용한 이온 밀링 처리를 행함으로써, 평활화된 관찰용 연마면을 얻을 수 있다. Ar 이온에 의한 이온 밀링 처리의 조건은, 예컨대 이하와 같다.

가속 전압: 6 kV

조사 각도: 기재의 레이크면의 법선으로부터 0 - 5°

조사 시간: 6시간.

그 후, 상기 평활화된 관찰용 연마면을, FE-SEM을 이용하여 해석하면 된다.

<α-Al₂O₃ 층에 포함되는 염소의 농도 분포>

α-Al₂O₃ 층에 포함되는 염소(이하, 원소 기호인 「Cl」로 기재하는 경우가 있음)는, 하부층의 두께 방향에 있어서, 기재측으로부터 멀어지는 방향으로 원자 농도가 감소하는 농도 분포를 갖는다. 예컨대, 이것을 개념적으로 설명하면, 하부층의 두께 방향에 있어서 기재측으로부터 멀어지는 방향으로 순서대로 A 점, B 점, C 점을 설정하는 경우, A 점의 Cl의 원자 농도 ＞ B 점의 Cl의 원자 농도 ＞ C 점의 Cl의 원자 농도가 되는, 농도 분포를 갖는다. 이러한 Cl의 농도 분포의 형태에 의해, 기재와의 사이에서 우수한 밀착력이 얻어지기 때문에, 공구의 내결손성을 비약적으로 향상시킬 수 있다.

여기서, 염소의 「하부층의 두께 방향에 있어서, 기재측으로부터 멀어지는 방향으로 원자 농도가 감소하는 농도 분포」란, 하부층의 두께 방향에 있어서, 염소의 원자 농도가 기재측으로부터 멀어지는 방향으로 감소하는 부분이 포함되면 되는 것을 의미한다. 또한, 하부층에 있어서의 기재와의 계면(하부층의 기재측에 인접하는 층(TiCN 층, TiCNO 층 등)이 있는 경우에는, 그 층과의 계면)에 접하는 점을 X 점으로 하고, 하부층의 기재측과는 반대측에 인접하는 층과의 계면에 접하는 점을 Y 점으로 했을 때, 이들 점의 Cl의 원자 농도를 측정하면, 반드시 X 점의 Cl의 원자 농도 ＞ Y 점의 Cl의 원자 농도가 되는, 농도 분포를 갖는 것을 의미한다.

상기 염소의 원자 농도가 기재측으로부터 멀어지는 방향으로 감소하는 부분이 포함되며, 또한 X 점의 Cl의 원자 농도 ＞ Y 점의 Cl의 원자 농도가 되는 한, 기재측으로부터 멀어지는 방향에 있어서 Cl의 원자 농도가 일정해지는 부분이 있어도 좋다. 또한, 기재측으로부터 멀어지는 방향으로 원자 농도가 증가하는 부분이 있어도 좋고, Cl이 포함되어 있지 않은 부분 등이 있어도 좋다.

염소는, 하부층에 있어서의 최대 원자 농도가, 0.3 원자％ 미만인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 0.02∼0.2 원자％이다. 하부층에 있어서의 최대 원자 농도의 하한치는, 0.01 원자％이다. 염소의 하부층에 있어서의 최대 원자 농도가 0.3 원자％ 이상이면, 염소 농도가 지나치게 높은 것에 의해 기재와의 사이에서의 밀착력이 불충분해질 우려가 있다.

염소는, 상부층에 있어서의 최대 원자 농도가, 0.05 원자％ 미만인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 0∼0.04 원자％이다. 상부층에 있어서의 최대 원자 농도의 하한치는, 0 원자％이다. 염소의 상부층에 있어서의 최대 원자 농도가 0.05 원자％ 이상이면, 염소 농도가 지나치게 높은 것에 의해 피막의 내마모성이 저하될 우려가 있다.

또한 본 실시형태에 있어서, 하부층에 있어서의 염소의 최대 원자 농도를 C_ClMAX-1, 상부층에 있어서의 염소의 최대 원자 농도를 C_ClMAX _-2로 했을 때, C_ClMAX _-1 ≥ 2C_ClMAX-2의 관계를 만족하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 우수한 내마모성을 구비하며, 또한 박리, 치핑 등의 피막의 결손을 막는 효과를 보다 잘 얻을 수 있다. C_ClMAX _-1과 C_ClMAX _-2의 관계는, C_ClMAX _-1 ≥ 3C_ClMAX _-2를 만족하는 것이 보다 바람직하다. C_ClMAX _-1과 C_ClMAX-2의 관계의 한계치는, C_ClMAX _-1 ＝ 10C_ClMAX _-2이고, C_ClMAX _-1 ＜ 2C_ClMAX _-2이다. C_ClMAX _-1 ＜ 2C_ClMAX-2의 관계가 되면, 염소의 농도가 하부층과 상부층에 있어서 등가가 되는 것에 가까워지기 때문에, 우수한 내마모성과 내결손성을 양립시키는 효과가 불충분해지는 경향이 있다. C_ClMAX _-1 ＞ 10C_ClMAX _-2의 관계가 되면 염소의 농도의 차가 하부층과 상부층 사이에서 지나치게 커져, 내결손성이 불충분해지는 경향이 있다.

상기 C_ClMAX _-1은, 하부층의 두께 방향에 있어서, 하부층과 기재와의 계면 또는 하부층과 하부층의 기재측에 인접하는 층(TiCN 층, TiCNO 층 등)과의 계면으로부터 0.5 ㎛까지의 영역에 나타나는 것이 바람직하다. 하부층에 있어서의 염소의 최소 원자 농도를 C_ClMIN _-1로 했을 때, 이 C_ClMIN _-1은 그 두께 방향에 있어서, 하부층과 기재측과는 반대측에 인접하는 층과의 계면으로부터 0.5 ㎛까지의 영역에 나타나는 것이 바람직하다. C_ClMAX _-1은 0.1∼0.3 원자％인 것이 바람직하고, C_ClMIN _-1은 0.01∼0.05 원자％인 것이 바람직하다.

이 밖에, C_ClMAX _-1과 C_ClMIN _-1의 차는 0.5 원자％ 이상인 것이 더욱 바람직하다. 이 차는, 2 원자％ 이내로 하면 된다. C_ClMAX _-1과 C_ClMIN _-1의 차가 2 원자％를 초과하여 커지면, 내결손성이 불충분해질 우려가 있다. 이상과 같은 Cl의 농도 분포의 형태에 의해, 피막과 기재 사이에서 우수한 밀착력이 얻어지기 때문에, 공구의 내결손성을 비약적으로 향상시킬 수 있다.

여기서 α-Al₂O₃ 층의 하부층 및 상부층에 포함되는 Cl의 원자 농도는 원자％로 표시된다. 구체적으로는, Cl의 원자 농도는 α-Al₂O₃ 층에 포함되는 전원소종의 원자수의 합계를 분모로 하고, Cl의 원자수를 분자로 하는 원자 조성 백분율[Cl/(전원소종)×100]로 표시할 수 있다. 예컨대, α-Al₂O₃ 층에 포함되는 원소종이, Al, O, C, Cl, Ti, S인 경우, Cl의 원자 농도는 Al의 원자수, O의 원자수, C의 원자수, Cl의 원자수, Ti의 원자수 및 S의 원자수의 합계를 분모로 하고, Cl의 원자수를 분자로 하는 원자 조성 백분율[Cl/(Al+O+C+Cl+Ti+S)×100]로 표시할 수 있다.

Cl의 원자 농도는, 전술한 α-Al₂O₃ 층의 평균 두께 등을 측정하는 데에 이용한 관찰용 연마면에 대하여, FE-SEM을 부대한 에너지 분산형 X선 분석 장치(EDS: Energy Dispersive X-ray Spectroscpy)를 이용하여 분석함으로써 측정 가능하다.

예컨대, FE-SEM을 부대한 EDS(상품명(형번): 「SU6600」, 주식회사 히타치 하이테크놀로지즈사 제조)에 의해 Cl의 원자 농도를 측정할 수 있다. 측정시에는, FE-SEM의 가속 전압을 15 kV로 설정한다. 또한 EDS의 조건으로서, 프레임수: 150, 선택 원자: C, O, Al, S, Cl, Ti로 각각 설정한다. 도 1에 나타내는 바와 같이, α-Al₂O₃ 층(1)의 기재측의 층(TiCN 층(2))과의 계면부(TiCNO 층(3))로부터 피막의 표면측을 향하여, 두께 방향으로 소정의 간격으로 측정점(4)을 복수 설정하고, 이들 측정점에 있어서 α-Al₂O₃ 층(1)에 포함되는 C, O, Al, S, Cl, Ti의 원자 농도를 각각 측정함으로써, 전술한 원자 조성 백분율에 기초하여 Cl의 원자 농도를 특정할 수 있다.

도 1에는, EDS를 이용하여 Cl의 원자 농도 및 후술하는 S의 원자 농도를 측정하기 위해 설정되는 α-Al₂O₃ 층(1) 내의 측정점(4)이, 현미경 사진에 중복되어 표시되어 있다. 도 1에 있어서, 기재(도시하지 않음) 상에 TiCN 층(2)이 형성되고, 이 TiCN 층(2) 상에 TiCNO 층(3)이 적층되고, TiCNO 층(3) 상에 α-Al₂O₃ 층(1)이 각각 피막으로서 적층되어 있다. 분석에서는, α-Al₂O₃ 층(1)의 TiCN 층(2)과의 계면부인 TiCNO 층(3)과 접하는 점으로부터, 피막의 표면측으로 두께 방향으로 소정의 간격(예컨대, 0.2 ㎛마다)으로, 측정점(4)(제1 측정점(41), 제2 측정점(42), 제3 측정점(43), 제4 측정점(44), 제5 측정점(45))을 설정했다. 이에 따라, 제1 측정점(41)으로부터 제5 측정점(45)의 각 측정점에 있어서, 각각 Cl의 원자 농도 및 후술하는 S의 원자 농도를 산출했다. 다만 도 1에는, 하부층에 있어서 설정한 측정점(4)만이 표시되어 있다. 전술한 측정점은, 하층부의 두께 방향에 있어서의 기재측의 계면으로부터 피막 표면측의 계면까지의 Cl의 원자 농도 및 후술하는 S의 원자 농도를 측정할 수 있도록, 등간격으로 복수(적어도 5점) 설정하는 것이 바람직하다.

하부층에 있어서의 Cl의 최대 원자 농도는, 전술한 측정점에서 각각 산출한 Cl의 원자 농도의 최대치를 구함으로써 산출할 수 있다. 상부층에 있어서의 Cl의 최대 원자 농도는, 하부층과 동일하게 하여 산출할 수 있다.

<하부층에 포함되는 염소와 황의 관계>

본 실시형태에 있어서 하부층은, 황(이하, 원소 기호인 「S」로 기재하는 경우가 있음)을 포함하는 것이 바람직하다. 하부층은, 소정의 측정점에 있어서의 염소의 원자 농도와 상기 측정점의 황의 원자 농도를 합친 가산치를 C_ClS로 했을 때, 그 두께 방향에 있어서, 기재측으로부터 멀어지는 방향으로 C_ClS가 감소하는 분포를 갖는 것이 바람직하다.

또한 하부층은, 소정의 측정점에 있어서의 염소의 원자 농도를 상기 측정점의 황의 원자 농도로 나눈 수치를 C_Cl _/S로 했을 때, 그 두께 방향에 있어서, 기재측으로부터 멀어지는 방향으로 C_Cl _/S가 감소하는 분포를 갖는 것이 바람직하다. 여기서, 소정의 측정점에 있어서의 황의 원자 농도가 0 at％였던 경우, C_Cl _/S의 값은 50으로 하는 것으로 한다. C_Cl _/S의 분포는, 기재측으로부터 멀어지는 방향으로 일관되게 증가하는 경우가 없고, 단조롭게 감소하는 것이 더욱 바람직하다. 본 실시형태에 관련된 표면 피복 절삭 공구는, 하부층에 있어서 전술한 바와 같은 염소와 황의 관계를 가짐으로써, 우수한 내마모성을 구비하며, 또한 박리, 치핑 등의 피막의 결손을 막는 효과를 비약적으로 향상시킬 수 있다.

예컨대, 이들을 개념적으로 설명하면, 이하와 같이 된다. 즉, 소정의 측정점에 있어서의 염소의 원자 농도와 상기 측정점의 황의 원자 농도를 합친 가산치 C_ClS에 관해서는, 하부층의 두께 방향에 있어서 기재측으로부터 멀어지는 방향으로 순서대로 D 점, E 점, F 점을 설정하는 경우, D 점의 C_ClS의 값 ＞ E 점의 C_ClS의 값 ＞ F 점의 C_ClS의 값이 되는 분포를 갖는다.

또한 「하부층의 두께 방향에 있어서, 기재측으로부터 멀어지는 방향으로 C_ClS가 감소하는 분포」란, 하부층의 두께 방향에 있어서, C_ClS의 값이 기재측으로부터 멀어지는 방향으로 감소하는 부분이 포함되면 되는 것을 의미한다. 하부층에 있어서의 기재와의 계면(하부층의 기재측에 인접하는 층(TiCN 층, TiCNO 층 등)이 있는 경우에는, 그 층과의 계면)에 접하는 점을 T 점으로 하고, 하부층에 있어서의 하부층의 기재측과는 반대측에 인접하는 층과의 계면에 접하는 점을 U 점으로 했을 때, 이들 점의 C_ClS의 값은, 반드시 T 점의 C_ClS의 값 ＞ U 점의 C_ClS의 값이 되는 분포를 갖는다.

C_ClS의 값이 기재측으로부터 멀어지는 방향으로 감소하는 부분이 포함되며, 또한 T 점의 C_ClS의 값 ＞ U 점의 C_ClS의 값이 되는 한, 기재측으로부터 멀어지는 방향에 있어서 C_ClS의 값이 일정해지는 부분이 있어도 좋다. 또한, 기재측으로부터 멀어지는 방향으로 C_ClS의 값이 증가하는 부분이 있어도 좋다.

또한 소정의 측정점에 있어서의 염소의 원자 농도를 상기 측정점의 황의 원자 농도로 나눈 수치 C_Cl _/S에 관해서도, 상기 D 점, E 점 및 F 점에서 산출하는 경우, D 점의 C_Cl _/S의 값 ＞ E 점의 C_Cl _/S의 값 ＞ F 점의 C_Cl _/S의 값이 되는 분포를 갖는다. 상기 T 점 및 U 점에서 산출했을 때, 반드시 T 점의 C_Cl _/S의 값 ＞ U 점의 C_Cl _/S의 값이 된다. C_Cl _/S의 값이 기재측으로부터 멀어지는 방향으로 감소하는 부분이 포함되며, 또한 T 점의 C_Cl _/S의 값 ＞ U 점의 C_Cl _/S의 값의 값이 되는 한, 기재측으로부터 멀어지는 방향에 있어서 C_Cl _/S의 값이 일정해지는 부분이 있어도 좋고, 기재측으로부터 멀어지는 방향으로 C_Cl _/S의 값이 증가하는 부분이 있어도 좋다. 특히, C_Cl _/S의 분포에 관해서는, 하부층의 두께 방향에 있어서 기재측으로부터 멀어지는 방향으로 반드시 감소하는 분포를 갖는 것이 보다 바람직하다. 그 경우, C_Cl _/S의 분포는, 기재측으로부터 멀어지는 방향에 있어서 C_Cl _/S의 값이 일정해지는 부분 및 기재측으로부터 멀어지는 방향으로 C_Cl/S의 값이 증가하는 부분을 갖지 않는다.

여기서 상기한 C_ClS 및 C_Cl _/S를, 황의 농도 분포의 관점에서 설명한다. 즉 하부층에 포함되는 황은, 예컨대, 그 두께 방향에 있어서 기재측으로부터 멀어지는 방향으로 그 원자 농도가 일정해도 좋고, 일정하지 않아도 좋다. 황의 원자 농도는, 일정하지 않은 경우, 예컨대 기재측으로부터 멀어지는 방향으로 Cl의 원자 농도가 감소하면 감소하고, Cl의 원자 농도가 증가하면 증가하는 식으로, Cl의 원자 농도와 연동하여 증감하는 분포를 갖는 것이 바람직하다. 이 경우, 황의 원자 농도의 증감의 폭은, Cl의 원자 농도의 증감의 폭보다 작은 것이 바람직하다.

하부층에 포함되는 S의 원자 농도는, Cl의 원자 농도와 동일하게 원자％로 표시된다. 따라서, S의 원자 농도는 α-Al₂O₃ 층에 포함되는 전원소종의 원자수의 합계를 분모로 하고, S의 원자수를 분자로 하는 원자 조성 백분율[S/(전원소종)×100]로 표시할 수 있다. 예컨대, α-Al₂O₃ 층에 포함되는 원소종이, Al, O, C, Cl, Ti, S인 경우, S의 원자 농도는 [S/(Al+O+C+Cl+Ti+S)×100]으로 표시할 수 있다.

S의 원자 농도도, Cl의 원자 농도의 측정 방법과 동일한 방법에 의해 측정할 수 있다. 따라서, 소정의 측정점마다(예컨대 도 1에 있어서의 제1 측정점(41)∼제5 측정점(45))에 있어서 S의 원자 농도 및 Cl의 원자 농도가 특정됨으로써, C_ClS 및 C_Cl/S의 값도 정해지게 된다.

<α-Al₂O₃ 층에 있어서의 α-Al₂O₃의 결정립의 입경>

본 실시형태에서는, α-Al₂O₃ 층에 있어서의 α-Al₂O₃의 결정립의 입경의 측정을, 전술한 관찰용 연마면을 이용하여 행할 수 있다. 구체적으로는, 그 관찰용 연마면에 나타난 α-Al₂O₃ 층의 표면(Al₂O₃ 층의 기재측과는 반대측에 인접하는 층이 있는 경우에는, 그 층과의 계면)으로부터 α-Al₂O₃ 층의 기재측으로 0.5 ㎛ 떨어진 개소를 FE-SEM으로 5000배의 배율에 의해 관찰한다. α-Al₂O₃의 결정립의 입경은, 그 현미경 상(像)으로부터 절편법(切片法)을 이용하여 측정할 수 있다. 본 실시형태에서 이용하는 절편법이란, 특정한 폭을 가로지르는 입자의 수를 세고, 그 폭을 입자수로 나눔으로써 입경을 산출하는 방법이다.

α-Al₂O₃ 층은, 그 표면 또는 그 기재측과는 반대측에 인접하는 층과의 계면에 평행이며, 또한 상기 표면 또는 상기 계면으로부터 0.5 ㎛의 깊이에 위치하는 측정면에 있어서, 입경이 0.2∼2 ㎛인 α-Al₂O₃의 결정립이 20∼80 면적％를 차지하는 것이 바람직하다. 이 측정면에 있어서, 20∼80 면적％를 차지하는 α-Al₂O₃의 결정립의 입경이 0.2 ㎛ 미만이면, 내결손성이 저하될 우려가 있다. 이 입경이 2 ㎛를 초과하면, 내마모성이 저하될 우려가 있다.

α-Al₂O₃의 결정립의 입경의 상한치는, 바람직하게는 1.85 ㎛ 이하이다. 한편, 이 입경의 하한치는 0.2 ㎛이고, 0.2 ㎛ 미만이 되지 않는 한, 바람직한 값이다. 이러한 입경의 범위이면, 내마모성과 동시에 내결손성을 향상시킬 수 있다. 상기 측정면에 있어서 입경이 0.2∼2 ㎛인 α-Al₂O₃의 결정립이 차지하는 비율이, 20 면적％ 미만이거나, 80 면적％ 이상이거나 하면, 내결손성 및 내마모성의 양립을 도모할 수 없게 된다. 입경이 0.2∼2 ㎛인 α-Al₂O₃의 결정립이 차지하는 더욱 바람직한 비율은, 50∼70 면적％이다.

<다른 층>

피막은 전술한 바와 같이, α-Al₂O₃ 층 이외에 다른 층을 포함할 수 있다. 그러한 다른 층으로서, 예컨대 TiCN 층을 들 수 있다. 이 TiCN 층은 내마모성이 우수하기 때문에, 피막에 보다 적합한 내마모성을 부여할 수 있다. TiCN 층은, 특히 MT-CVD(medium temperature CVD) 법에 의해 형성하는 것이 바람직하다. MT-CVD 법은 약 800∼1000℃라는 CVD 법 중에서도 비교적 저온에서 성막할 수 있고, 성막시의 가열에 의한 기재의 손상을 저감할 수 있다. TiCN 층은, 예컨대, α-Al₂O₃ 층과 기재 사이(후술하는 중간층)에 배치할 수 있다. 피막은, 후술하는 최표면층, 중간층 등도 다른 층으로서 포함할 수 있다.

(최표면층)

피막은, 그 표면에 Ti의 탄화물, 질화물 또는 붕화물 중 어느 것을 주성분으로 하는 최표면층이 배치되어도 좋다. 최표면층은, 피막에 있어서 가장 표면측에 배치되는 층이다. 다만, 날끝 능선부를 포함하는 영역에 있어서는 형성되지 않는 경우도 있다. 최표면층은, 예컨대, α-Al₂O₃ 층 상에 다른 층이 형성되지 않은 경우, α-Al₂O₃ 층의 바로 위에 배치된다.

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

최표면층을 구성한 경우, 명료한 색 채색을 나타내는 등의 효과에 의해, 절삭 사용 후의 절삭 팁의 코너 식별(사용 종료 부위의 식별)이 용이해진다.

최표면층은, 평균 두께가 0.05∼1 ㎛인 것이 바람직하다. 최표면층의 평균 두께의 상한은 바람직하게는 0.8 ㎛이고, 더욱 바람직하게는 0.6 ㎛이다. 이 평균 두께의 하한은 바람직하게는 0.1 ㎛이고, 더욱 바람직하게는 0.2 ㎛이다. 이 평균 두께를 0.05 ㎛ 미만으로 하면, 내결손성이 충분히 얻어지지 않을 우려가 있다. 이 평균 두께가 1 ㎛를 초과하면, 최표면층에 인접하는 층과의 밀착성이 저하될 우려가 있다.

(중간층)

피막은, α-Al₂O₃ 층과 기재 사이에 중간층을 갖는 것이 바람직하다. 중간층의 예로서, TiN 층, TiCN 층, TiCNO 층, TiBN 층 등이 예시된다. 예컨대 중간층은 α-Al₂O₃ 층과, α-Al₂O₃ 층 및 기재의 사이에 배치됨으로써, 피막 중에 있어서의 α-Al₂O₃ 층의 밀착성을 높일 수 있다. 중간층은, 공지된 방법에 의해 형성 가능하다.

TiCN 층 및 TiBN 층은, 평균 두께가 2∼20 ㎛인 것이 바람직하다. 이 평균 두께를 2 ㎛ 미만으로 하면 마모가 진행되기 쉬워질 우려가 있다. 이 평균 두께가 20 ㎛를 초과하면 내결손성이 저하될 우려가 있다.

또한 TiN 층은, 평균 두께가 0.3∼1 ㎛인 것이 바람직하다. 이 범위의 두께에 의해, 피막 중의 α-Al₂O₃ 층의 밀착성을 더욱 높일 수 있다. TiN 층은, 보다 바람직하게는 0.4∼0.8 ㎛이다. TiN 층, TiCN 층, TiCNO 층, TiBN 층 등의 중간층의 두께는, α-Al₂O₃ 층의 두께의 측정에 이용한 방법과 동일한 방법에 의해 측정할 수 있다.

이상으로부터, 본 실시형태에 관련된 표면 피복 절삭 공구는, 우수한 내마모성을 구비하며, 또한 박리, 치핑 등의 피막의 결손을 막아, 장수명화를 달성할 수 있다.

≪표면 피복 절삭 공구의 제조방법≫

본 실시형태에 관련된 표면 피복 절삭 공구의 제조방법은, 기재 상에 CVD 법으로 α-Al₂O₃ 층을 포함하는 피막을 형성하는 공정을 포함한다. 상기 공정에 있어서는, 원료 가스에 포함되는 HCl 가스의 배합량을 6∼10 체적％로 하여 α-Al₂O₃ 층의 형성을 개시하고, 그 후 상기 배합량을 0.5∼6 체적％까지 낮춘다.

<피막을 형성하는 공정>

표면 피복 절삭 공구는, 기재 상에 피막을, 화학 기상 증착(CVD)법에 의해 형성함으로써 적합하게 제조할 수 있다. CVD 법을 이용하면, 성막 온도가 800∼1200℃이기 때문에 물리 증착법과 비교하여 높고, 기재와의 밀착성이 향상된다. 피막 중, α-Al₂O₃ 층 이외의 다른 층을 형성하는 경우, 이들 층은 종래 공지된 방법으로 형성할 수 있다. α-Al₂O₃ 층 및 그 밖의 층의 두께는, 성막 시간을 적절하게 조절함으로써 조정할 수 있다(각 층의 성막 속도는, 약 0.5∼2.0 ㎛/시간임).

(α-Al₂O₃ 층의 형성)

α-Al₂O₃ 층은, CVD 법을 이용하여, 이하의 방법에 의해 형성할 수 있다.

우선, 기재 상에 다른 층을 통해, 또는 통하지 않고 공지된 방법으로 TiCN 층을 형성하고, 이 TiCN 층의 표면에 TiCNO 층을 형성한다. 또한, TiCNO 층의 표면을 산화시키고, α-Al₂O₃의 결정립의 핵 생성을 행한다. 계속해서, α-Al₂O₃의 결정을 성장시켜 α-Al₂O₃ 층을 형성하고, α-Al₂O₃ 층의 하부층 및 상부층을 형성한다. 이 중 α-Al₂O₃ 층의 하부층을 형성할 때에는, 원료 가스에 배합되는 HCl 가스의 배합량을 6∼10 체적％로 개시하고, 그 후 상기 배합량을 0.5∼6 체적％까지 낮춘다. α-Al₂O₃ 층의 상부층을 형성할 때는, 원료 가스에 배합되는 HCl 가스의 배합량을 0.5∼6 체적％로 일정하게 하면 된다.

원료 가스의 HCl 가스 이외의 각 조성 가스의 배합량은, AlCl₃가 1.3∼2.5 체적％, CO가 1∼5 체적％, CO₂가 0.4∼3 체적％, H₂S가 0.4∼3 체적％이고, 잔부가 H₂이다. HCl 가스의 배합량의 변동분에 관해서는, 원료 가스의 잔부를 차지하는 H₂ 가스의 배합량을 조절함으로써 조정하면 된다. 이에 따라, 그 밖의 가스의 배합량 및 CVD 장치의 노 내 온도, 노 내 압력을 불변으로 할 수 있다. 또한, CVD 장치의 노 내 온도는 970∼1020℃, 노 내 압력은 70∼110 hPa이다. TiCNO 층의 표면은, 원료 가스의 조성 중의 CO 및 CO₂에 의해 산화된다.

여기서 α-Al₂O₃ 층의 하부층을 형성할 때의 HCl 가스의 배합량의 변동에 관하여 설명한다. 전술한 바와 같이, 하부층을 형성할 때, 그 개시시의 원료 가스에 있어서의 HCl 가스의 배합량은 6∼10 체적％이다. 바람직하게는 8∼10 체적％이다. 그 후 상기 배합량을 0.5∼6 체적％까지 낮춘 후, 하부층의 형성을 완료시킨다. 상기 배합량은 0.5∼4 체적％까지 낮추는 것이 바람직하다. HCl 가스의 배합량의 변동 형태는, 시간의 경과와 함께 연속적으로 배합량을 낮추는 형태를 취해도 좋고, 일정 시간마다 계단형(다단적)으로 배합량을 낮추는 형태를 취해도 좋고, 6∼10 체적％로부터 0.5∼6 체적％까지 순간적(급강하)으로 배합량을 낮추는 형태를 취해도 좋다. 어느 형태라도, 그 두께 방향에 있어서 기재측으로부터 멀어지는 방향으로 Cl의 원자 농도가 감소하는 농도 분포를 갖는 α-Al₂O₃ 층을 형성할 수 있다. HCl 가스의 배합량을 6∼10 체적％로부터 0.5∼6 체적％까지 낮추는 데에 필요한 시간에 관해서는, 형성하고자 하는 α-Al₂O₃ 층 및 이 하부층의 두께에 따라 적절하게 조정하면 된다.

종래, α-Al₂O₃ 층을 형성하는 원료 가스에 포함되는 HCl 가스의 배합량은, α-Al₂O₃ 층을 형성 개시시에 있어서 0.5∼2 체적％ 정도였다. 이 이유는, α-Al₂O₃의 결정립의 핵 생성을 행하는 데에, Cl 성분이 적은 것이 바람직하다고 생각되었었기 때문이다. 그러나, 이 조건에서 형성된 α-Al₂O₃ 층은, 밀착력이 불충분하고 내치핑성, 내결손성에 개선의 여지가 있었다. 또한 종래의 α-Al₂O₃ 층에 있어서 본 실시형태에 있어서의 상부층에 상당하는 개소를 형성할 때에는, HCl 가스의 배합량은 5∼8 체적％ 정도이고, 본 실시형태보다 배합량이 많은 경향이 있었다. 그러나, HCl 가스의 배합량이 많으면, α-Al₂O₃의 결정립 중 또는 결정립계에 Cl의 불순물이 많이 포함되게 되고, 내마모성의 저하로 이어지고 있었다.

본 실시형태에서는, 이들 과제를 전술한 조건에서 α-Al₂O₃ 층을 형성하고, 두께 방향에 있어서 기재측으로부터 멀어지는 방향으로 Cl의 원자 농도가 감소하는 농도 분포를 갖는 하부층을 포함함으로써 해결하여, 우수한 내마모성을 구비하며, 또한 박리, 치핑 등의 피막의 결손을 막아, 장수명화를 달성하는 것이 가능해졌다.

여기서, 본 실시형태에서는, 전술한 HCl 가스의 변동에 더하여, 원료 가스에 포함되는 H₂S 가스의 배합량도 변동시켜 α-Al₂O₃ 층을 형성하는 것도 바람직하다. H₂S 가스의 배합량의 변동 형태는, 예컨대 HCl 가스의 변동과 동일하게 한다. 구체적으로는, HCl 가스의 배합량이 연속적으로 감소하는 경우, H₂S 가스의 배합량도 연속적으로 감소시킨다. HCl 가스의 배합량이 계단형으로 감소하는 경우에는, H₂S 가스의 배합량도 계단형으로 감소시킨다. 혹은 HCl 가스의 배합량이 순간적(급강하)으로 감소하는 경우, H₂S 가스의 배합량도 순간적으로 감소시킨다. 다만, H₂S 가스의 배합량의 감소율은, HCl 가스의 배합량의 감소율보다 작게 한다. 본 실시형태에서는 원료 가스에 포함되는 H₂S 가스의 배합량을 일정하게 하여 α-Al₂O₃ 층을 형성하는 것도 바람직하다. 이것에 의해 α-Al₂O₃ 층을 형성하면, 상기 C_Cl _/S 및 C_Cl _/S가 모두, 하부층의 두께 방향에 있어서 기재측으로부터 멀어지는 방향으로 감소하는 분포를 갖게 된다. 따라서, 우수한 내마모성을 구비하며, 또한 박리, 치핑 등의 피막의 결손을 보다 막을 수 있는 표면 피복 절삭 공구를 제조할 수 있다.

실시예

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

≪실시예 1≫

<기재의 조제>

JIS(Japanese Industrial Standard) B 4120(2013)에 규정되는 CNMG120408의 형상을 갖는 초경 합금 모재(스미토모 전기 공업 제조)로 이루어지는 기재를 준비했다. 준비한 기재를, 시료 A1∼A8로 명명한 8 그룹으로 분류했다. 기재는 하나의 그룹에 4개씩 존재한다. 이들 기재는, 90.0 wt％의 WC와, 5.0 wt％의 Co와, 1.0％의 TaC와, 2.0 wt％의 NbC와, 2.0 wt％의 TiC로 이루어지는 조성을 갖는다. 후술하는 바와 같이, 시료 A1∼A6이 실시예이고, 시료 A7∼A8이 비교예이다.

<피막의 형성>

시료 A1∼A8의 기재를 CVD 장치 내에 세트하고, 그 표면에 각각 CVD 법으로 피막을 형성했다. 피막의 형성 조건에 관하여, α-Al₂O₃ 층을 제외한 각 층의 형성 조건을 표 1에 기재했다.

피막은, 기재측으로부터 순서대로 0.3 ㎛의 TiN 층, 8 ㎛의 TiCN 층, 0.3 ㎛의 TiCNO 층, 6 ㎛의 α-Al₂O₃ 층이 되도록 형성했다. 표 2에 있어서 시료 A1∼A8의 층구조 및 그 두께(㎛)를 나타냈다. 표 2에는 α-Al₂O₃ 층의 상부층의 두께(㎛)도 나타냈다.

α-Al₂O₃ 층은, CVD 법으로 TiCN 층의 표면에 형성한 TiCNO 층의 표면을 산화시킴함으로써 α-Al₂O₃의 결정립의 핵 생성을 행하고, 계속해서 α-Al₂O₃의 결정립을 성장시켜 형성했다. α-Al₂O₃ 층을 형성하기 위한 원료 가스의 각 성분의 배합량, HCl 가스의 배합량의 변동 및 그 변동 형태를 표 3에 기재했다.

α-Al₂O₃ 층의 하층부는, 예컨대 시료 A1에서는, 원료 가스에 포함되는 HCl 가스의 배합량을 10 체적％로 하여 하부층의 형성을 개시하고, 3 단계(계단형)로 HCl 가스의 배합량을 낮추고, 구체적으로는 8 체적％, 6 체적％, 4 체적％의 순으로 HCl 가스의 배합량을 낮춘 후, 하부층의 형성을 완료했다. 계속해서 HCl 가스의 배합량을 4 체적％로 일정하게 하고, 상부층을 형성했다. 표 3에 나타내는 바와 같이 시료 A1∼A8에 있어서는, H₂S 가스의 배합량은 α-Al₂O₃ 층을 형성하는 전과정에서 일정하게 했다.

여기서, 표 3의 HCl 가스의 변동 형태의 란에 있어서, 「계단형」이란, 일정 시간마다 계단형으로 HCl 가스의 배합량을 낮추는 형태를 말하고, 「연속적」이란, 시간의 경과와 함께 연속적으로 HCl 가스의 배합량을 낮추는 형태를 말하며, 「급강하」란, 10 체적％로부터 4 또는 6 체적％까지 순간적으로 HCl 가스의 배합량을 낮추는 형태를 말하고, 「플랫」이란, HCl 가스의 배합량이 일정한 형태를 말한다. 이상에 의해, α-Al₂O₃ 층의 형성 방법(HCl 가스의 배합량의 변동량 및 변동 형태)이 상이한 시료 A1∼A8의 표면 피복 절삭 공구를 제조했다.

<시험의 내용>

실시예 1에서는 전술한 바와 같이, 시료 A1∼A8에 관하여 각 4개의 표면 피복 절삭 공구가 제조되었다. 그 4개의 공구 중 1개째에 대하여, 플랭크면에 X선을 조사하고, 전술한 조건 하에서 X선 회절법을 이용하여 α-Al₂O₃ 층의 TC(006)을 측정했다. 2개째에 대하여, 전술한 측정 방법에 의해 EDS를 이용하여 α-Al₂O₃ 층의 Cl의 원자 농도 및 S의 원자 농도를 측정했다. 3개째에 대하여 내마모성을 평가하고, 4개째에 대하여 내결손성을 평가했다.

특히, α-Al₂O₃ 층의 하부층에 있어서의 Cl의 원자 농도 및 S의 원자 농도는, 그 두께 방향으로 등간격으로 측정했다. 구체적으로는, 하층부가 α-Al₂O₃ 층의 기재측에 인접하는 TiCNO 층과의 계면으로부터 1.0 ㎛의 두께를 갖기 때문에, 피막 단면에 있어서의 α-Al₂O₃ 층의 기재측에 인접하는 TiCNO 층과의 계면과 접하는 점으로부터 피막 표면측으로 0.2 ㎛마다 측정점(제1 측정점∼제5 측정점)을 설정했다. 이것에 의해 하부층의 Cl의 원자 농도 및 S의 원자 농도를 산출했다(도 1 참조). 또한, Cl의 원자 농도 및 S의 원자 농도의 산출에 기초하여, 이들 측정점에 있어서의 염소의 원자 농도와 상기 측정점의 황의 원자 농도를 합친 가산치 C_ClS, 및 상기 측정점에 있어서의 염소의 원자 농도를 상기 측정점의 황의 원자 농도로 나눈 수치 C_Cl/S도 산출했다.

내마모성 및 내결손성의 평가 방법은, 각각 이하에 나타내는 바와 같다. 표 4에 있어서, 시료 A1∼A8에 관한 α-Al₂O₃ 층의 TC(006), 각 측정점에서의 Cl의 원자 농도, 하부층 및 상부층에 있어서의 Cl의 최대 원자 농도, 및 각 측정점에서의 S의 원자 농도를 나타냈다. 또한 표 5에 있어서, 시료 A1∼A8에 관한 각 측정점에서의 가산치 C_ClS 및 수치 C_Cl _/S, 및 내마모성 및 내결손성의 평가를 성능 랭크와 함께 나타냈다.

<내마모성 평가>

피삭재: SUJ2

절삭 속도: 300 m/min

이송: 0.3 mm/rev

절단진입: 1.5 mm

절삭유: 습식

평가: 기재가 노출된 부분의 최대폭이 0.1 mm를 초과하기까지의 시간을 평가.

구체적으로는, 내마모성의 평가에 있어서는, 전술한 표면 피복 절삭 공구를 각각 NC 선반에 세트하고, 상기한 피삭재의 절삭을 개시한 때로부터, 절삭에 의해 공구 표면이 마모 등이 되어 기재가 노출된 부분의 최대폭이 0.1 mm를 초과하기까지의 시간을 평가했다. 이 시간이 길수록 내마모성이 우수한 것으로 평가할 수 있다.

<내결손성 평가>

피삭재: SCM435 홈재

절삭 속도: 150 m/min

이송: 0.2 mm/rev

절단진입: 1.5 mm

절삭유: 습식

평가: 5분 절삭 후의 치핑 상태를 육안으로 비교. 5분 경과 전에 치핑 또는 결손 등에 의해 절삭이 계속 불가능이 된 경우, 그 시간을 평가.

구체적으로는, 내결손성의 평가에 있어서는, 전술한 표면 피복 절삭 공구를 각각 NC 선반에 세트하고, 피삭재를 상기한 조건에서 5분 절삭하고, 그 시점에서의 치핑 상태를 육안으로 비교했다. 5분 경과 전에 치핑 또는 결손 등에 의해 절삭이 계속 불가능이 된 경우에는, 그 시점에 이르는 시간을 평가했다. 5분 절삭 후의 치핑 상태가 마모(정상 마모)에 멈추고, 치핑 또는 결손이 확인되지 않을수록, 내결손성이 우수한 것으로 평가할 수 있다. 또한, 치핑 또는 결손에 이르기까지의 시간이 길수록 내결손성이 우수한 것으로 평가할 수 있다.

표 5 중, 기호 A 등으로 표시한 성능 랭크는, 이하와 같이 정의된다.

A: 내마모성 및 내결손성이 매우 우수함(기재가 노출된 부분의 최대폭이 0.1 mm를 초과하기까지의 시간(분)이 15분 초과이며, 또한 내결손성의 상태가 정상 마모임)

B: 내마모성 및 내결손성이 우수함(기재가 노출된 부분의 최대폭이 0.1 mm를 초과하기까지의 시간(분)이 10분 초과 15분 이하이며, 또한 내결손성의 상태가 정상 마모 또는 미소한 치핑에 의한 마모 혼란이 있는 상태임)

C: 내마모성 또는 내결손성이 불충분함[적어도 기재가 노출된 부분의 최대폭이 0.1 mm를 초과하기까지의 시간(분)이 10분 이하이거나, 또는 내결손성의 상태가 치핑 혹은 결손(절삭이 계속 불가능이 되고, 그 시간을 표기한 경우를 포함함)임].

<평가 결과>

표4, 5로부터 이해되는 바와 같이, 시료 A1∼A6인 실시예에 있어서, 시료 A7∼A8인 비교예보다, 우수한 내마모성 및 내결손성을 구비하는 것으로 평가할 수 있었다. 즉, 염소가 α-Al₂O₃ 층에 있어서의 하부층의 두께 방향에 있어서, 기재측으로부터 멀어지는 방향으로 원자 농도가 감소하는 농도 분포를 갖는 시료 A1∼A6의 표면 피복 절삭 공구는, 우수한 내마모성을 구비하며, 또한 박리, 치핑 등의 피막의 결손을 막아, 장수명화를 달성할 수 있는 것으로 이해된다.

특히, 염소의 하부층에 있어서의 최대 원자 농도가 0.3 원자％ 미만일 것, 상부층에 있어서의 최대 원자 농도가 0.05 원자％ 미만일 것, 하부층에 있어서의 염소의 최대 원자 농도를 C_ClMAX _-1, 상부층에 있어서의 염소의 최대 원자 농도를 C_ClMAX _-2로 했을 때, C_ClMAX _-1 ≥ 2C_ClMAX _-2의 관계를 만족할 것 중 어느 요건을 적어도 만족하는 시료 A1∼A3의 내마모성, 내결손성 평가는 더욱 우수했다. 시료 A1∼A6에 있어서, C_ClS는 모두, 하부층의 두께 방향에 있어서 기재측으로부터 멀어지는 방향으로 감소하는 분포를 갖고 있었다. C_Cl _/S도, 하부층의 두께 방향에 있어서 기재측으로부터 멀어지는 방향으로 감소하는 분포를 갖고 있었다.

≪실시예 2≫

<기재의 조제>

실시예 1과 동일한 조성 및 동일한 형상(CNMG120408)을 갖는 초경 합금 모재(스미토모 전기 공업 제조)로 이루어지는 기재를 준비했다. 준비한 기재를, 시료 B1∼B8로 명명한 8 그룹으로 분류했다. 기재는 하나의 그룹에 4개씩 존재한다. 후술하는 바와 같이, 시료 B1∼B6이 실시예이고, 시료 B7∼B8이 비교예이다.

<피막의 형성>

α-Al₂O₃ 층을 제외하고, 실시예 1과 동일한 조건에서, 시료 B1∼B8의 기재를 화학 기상 증착 장치 내에 세트하고, 그 표면에 각각 CVD 법으로 피막을 형성했다(표 1 참조).

피막은, 기재측으로부터 순서대로 0.3 ㎛의 TiN 층, 8 ㎛의 TiCN 층, 0.3 ㎛의 TiCNO 층, 10 ㎛의 α-Al₂O₃ 층이 되도록 형성했다. 표 6에 있어서 시료 B1∼B8의 층구조 및 그 두께(㎛)를 나타냈다. 표 6에는 α-Al₂O₃ 층의 상부층의 두께(㎛)도 나타냈다.

α-Al₂O₃ 층은, CVD 법으로 TiCN 층의 표면에 형성한 TiCNO 층의 표면을 산화시킴으로써 α-Al₂O₃의 결정립의 핵 생성을 행하고, 계속해서 α-Al₂O₃의 결정립을 성장시켜 형성했다. α-Al₂O₃ 층을 형성하기 위한 원료 가스의 각 성분의 배합량, HCl 가스의 배합량의 변동량 및 그 변동 형태를 표 7에 기재했다.

특히 실시예 2에서는, 전술한 HCl 가스의 변동과 함께, 원료 가스에 포함되는 H₂S 가스의 배합량도 변동시키는 예를 포함시켰다. H₂S 가스의 배합량의 변동량에 관해서는 표 7에 기재했다.

α-Al₂O₃ 층의 하층부는, 예컨대 시료 B1에서는, 원료 가스에 포함되는 HCl 가스의 배합량을 10 체적％로 하여 하부층의 형성을 개시하고, 3 단계(계단형)로 HCl 가스의 배합량을 낮추고, 구체적으로는 8 체적％, 6 체적％, 4 체적％의 순으로 HCl 가스의 배합량을 낮춘 후, 하부층의 형성을 완료했다. 원료 가스에 포함되는 H₂S 가스의 배합량을 1 체적％로 하여 하부층의 형성을 개시하고, 3 단계(계단형)로 그 배합량을 낮추고, 구체적으로는 0.8 체적％, 0.7 체적％, 0.5 체적％의 순으로 HCl 가스의 배합량을 낮춘 후, 하부층의 형성을 완료했다. 계속해서 HCl 가스의 배합량을 4 체적％, H₂S 가스의 배합량을 0.5 체적％로 각각 일정하게 하고, 상부층을 형성했다.

시료 B2에서는, 하부층을 형성할 때에, 원료 가스에 포함되는 HCl 가스의 배합량을 시료 B1과 동일하게 3 단계(계단형)로 낮추는 한편, 원료 가스에 포함되는 H₂S 가스의 배합량을 0.6 체적％로서 일정하게 했다. 또한, 예컨대 시료 B3에서는, 하부층을 형성할 때에, 원료 가스에 포함되는 HCl 가스의 배합량을 시료 B1과 동일하게 3 단계(계단형)로 낮추는 한편, 원료 가스에 포함되는 H₂S 가스의 배합량을 0.5 체적％로 하여 개시하고, 3 단계(계단형)로 그 배합량을 높이고, 구체적으로는 0.7 체적％, 0.8 체적％, 1 체적％의 순으로 H₂S 가스의 배합량을 높인 후, 하부층의 형성을 완료했다.

여기서, 표 7의 HCl 가스의 변동 형태의 란에 있어서의 「계단형」, 「연속적」 및 「급강하」의 용어의 의미는, 표 3의 그것들과 동일하다. 이상에 의해, α-Al₂O₃ 층의 형성 방법(HCl 가스의 배합량의 변동량, 변동 형태 및 H₂S 가스의 배합량의 변동량)이 상이한 시료 B1∼B8의 표면 피복 절삭 공구를 제조했다.

<시험의 내용>

실시예 2에서는 전술한 바와 같이, 시료 B1∼B8에 관하여 각 4개의 표면 피복 절삭 공구가 제조되었다. 이 4개의 공구 중 1개째에 대하여, 플랭크면에 X선을 조사하고, 전술한 조건 하에서 X선 회절법을 이용하여 α-Al₂O₃ 층의 TC(006)을 측정했다. 2개째에 대하여, 전술한 측정 방법에 의해 EDS를 이용하여 α-Al₂O₃ 층의 Cl의 원자 농도 및 S의 원자 농도를 측정했다. 3개째에 대하여 내마모성을 평가하고, 4개째에 대하여 내결손성을 평가했다.

내마모성, 내결손성 및 성능 랭크의 평가 방법은, 실시예 1과 동일하다. 표 8에 있어서, 시료 B1∼B8에 관한 α-Al₂O₃ 층의 TC(006), 각 측정점에서의 Cl의 원자 농도, 하부층 및 상부층에 있어서의 Cl의 최대 원자 농도, 및 각 측정점에서의 S의 원자 농도를 나타냈다. 또한 표 9에 있어서, 시료 B1∼B8에 관한 각 측정점에서의 가산치 C_ClS 및 수치 C_Cl _/S, 및 내마모성 및 내결손성의 평가를 성능 랭크와 함께 나타냈다.

<평가 결과>

표 8, 9로부터 이해되는 바와 같이, 시료 B1∼B6인 실시예에 있어서, 시료 B7∼B8인 비교예보다, 우수한 내마모성 및 내결손성을 구비하는 것으로 평가할 수 있었다. 즉, 염소가 α-Al₂O₃ 층에 있어서의 하부층의 두께 방향에 있어서, 기재측으로부터 멀어지는 방향으로 원자 농도가 감소하는 농도 분포를 갖는 시료 B1∼B6의 표면 피복 절삭 공구는, 우수한 내마모성을 구비하며, 또한 박리, 치핑 등의 피막의 결손을 막아, 장수명화를 달성할 수 있는 것으로 이해된다.

특히, 염소의 하부층에 있어서의 최대 원자 농도가 0.3 원자％ 미만일 것, 상부층에 있어서의 최대 원자 농도가 0.05 원자％ 미만일 것, 하부층에 있어서의 염소의 최대 원자 농도를 C_ClMAX _-1, 상부층에 있어서의 염소의 최대 원자 농도를 C_ClMAX _-2로 했을 때, C_ClMAX _-1 ≥ 2C_ClMAX _-2의 관계를 만족할 것 중 어느 요건을 적어도 만족하는 시료 B1, 시료 B2, 시료 B3의 내마모성, 내결손성 평가는 더욱 우수했다.

또한, α-Al₂O₃ 층의 두께 방향에 있어서, 기재측으로부터 멀어지는 방향으로 C_ClS가 감소하는 분포를 가지며, 또한 기재측으로부터 멀어지는 방향으로 C_Cl _/S가 감소하는 분포를 갖는 시료 B2, B3은, 시료 B1보다, 더욱 우수한 내마모성, 내결손성을 갖는 것을 알 수 있었다.

표 4, 5, 8, 9로부터 분명한 바와 같이, 실시예의 표면 피복 절삭 공구는, 내마모성, 내결손성이 우수했다. 이상의 결과, 각 실시예는 각 비교예에 비하여 우수하고, 장수명화를 달성할 수 있다고 할 수 있다.

이상과 같이 본 발명의 실시형태 및 실시예에 관하여 설명을 행했지만, 전술한 각 실시형태 및 실시예의 구성을 적절하게 조합하거나, 여러가지로 변형하거나 하는 것도 당초부터 예정되어 있다.

이번에 개시된 실시형태 및 실시예는 모든 점에서 예시로서, 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는 상기한 실시형태가 아니라 청구의 범위에 의해 나타내지며, 청구의 범위와 균등한 의미, 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.

1: α-Al₂O₃ 층, 2: TiCN 층, 3: TiCNO 층, 4: 측정점, 41: 제1 측정점, 42: 제2 측정점, 43: 제3 측정점, 44: 제4 측정점, 45: 제5 측정점.

Claims

기재와 상기 기재 상에 형성되는 피막을 구비하는 표면 피복 절삭 공구로서,
상기 피막은, α-Al₂O₃ 층을 포함하고,
상기 α-Al₂O₃ 층은, 복수의 α-Al₂O₃의 결정립과 염소를 포함하며, 또한 배향성 지수 TC(hkl)에 있어서 TC(006)이 5를 초과하고,
상기 α-Al₂O₃ 층은, 그 두께 방향에 있어서 상기 기재측에 위치하는 하부층과, 상기 기재측과 반대측에 위치하는 상부층을 포함하고,
상기 하부층은, 1.0 ㎛의 두께를 갖고,
상기 상부층은, 0.5 ㎛ 이상의 두께를 가지며,
상기 염소는, 상기 하부층의 두께 방향에 있어서, 상기 기재측으로부터 멀어지는 방향으로 원자 농도가 감소하는 농도 분포를 갖는 것인, 표면 피복 절삭 공구.
제 1항에 있어서,
상기 염소는, 상기 하부층에 있어서의 최대 원자 농도가 0.3 원자％ 미만인 것인, 표면 피복 절삭 공구.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 염소는, 상기 상부층에 있어서의 최대 원자 농도가 0.05 원자％ 미만인 것인, 표면 피복 절삭 공구.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 표면 피복 절삭 공구는, 상기 하부층에 있어서의 상기 염소의 최대 원자 농도를 C_ClMAX _-1, 상기 상부층에 있어서의 상기 염소의 최대 원자 농도를 C_ClMAX _-2로 했을 때, C_ClMAX-1 ≥ 2C_ClMAX-2의 관계를 만족하는 것인, 표면 피복 절삭 공구.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 TC(006)은 6을 초과하는 것인, 표면 피복 절삭 공구.
제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하부층은, 황을 포함하고,
상기 하부층은, 미리 정해진 측정점에 있어서의 상기 염소의 원자 농도와 상기 측정점의 상기 황의 원자 농도를 합친 가산치를 C_ClS로 했을 때, 그 두께 방향에 있어서, 상기 기재측으로부터 멀어지는 방향으로 상기 C_ClS가 감소하는 분포를 갖는 것인, 표면 피복 절삭 공구.
제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하부층은, 황을 포함하고,
상기 하부층은, 미리 정해진 측정점에 있어서의 상기 염소의 원자 농도를 상기 측정점의 상기 황의 원자 농도로 나눈 수치를 C_Cl _/S로 했을 때, 그 두께 방향에 있어서, 상기 기재측으로부터 멀어지는 방향으로 상기 C_Cl _/S가 감소하는 분포를 갖는 것인, 표면 피복 절삭 공구.
제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 기재된 표면 피복 절삭 공구의 제조방법으로서,
상기 기재 상에 CVD 법으로 상기 α-Al₂O₃ 층을 포함하는 상기 피막을 형성하는 공정을 포함하고,
상기 공정에 있어서, 원료 가스에 포함되는 HCl 가스의 배합량을 6∼10 체적％로 하여 상기 α-Al₂O₃ 층의 형성을 개시하고, 그 후 상기 배합량을 0.5∼6 체적％까지 낮추는 것인, 표면 피복 절삭 공구의 제조방법.