KR20200131157A - 표면 피복 절삭 공구 - Google Patents

Abstract

기재와, 상기 기재를 피복하는 피막을 구비하는 표면 피복 절삭 공구로서, 상기 피막은, WC_1-x(단, x는 0.54 이상 0.58 이하이다)로 표시되는 화합물을 포함하는 WC_{1- x}층을 포함하고, 상기 WC_1-x로 표시되는 화합물은, 육방정형의 결정 구조를 포함하며, 상기 WC_{1- x}층을 X선 광전자 분광 분석법에 의해서 측정했을 때에 얻어지는 텅스텐 원소의 4f 궤도의 스펙트럼도에 있어서, 31.2∼31.4 eV의 범위에, 피크의 극대점이 존재하는 것인, 표면 피복 절삭 공구.

Description

표면 피복 절삭 공구

본 개시는 표면 피복 절삭 공구에 관한 것이다. 본 출원은 2018년 3월 19일에 출원한 일본 특허출원인 특원 2018-051012호에 기초한 우선권을 주장한다. 이 일본 특허출원에 기재된 모든 기재 내용은 참조에 의해서 본 명세서에 원용된다.

종래부터 절삭 공구의 장수명화를 목적으로 하여 다양한 검토가 이루어지고 있다. 예컨대 일본 특허공개 평06-262405호 공보(특허문헌 1)에는, 기재의 표면에, 입방정 탄화텅스텐을 30 용량% 이상 함유하는 막 두께 0.5∼100 ㎛의 피막이 존재하는 것을 특징으로 하는 절삭 공구용 또는 연마 공구용 피복 부품이 개시되어 있다.

특허문헌 1 : 일본 특허공개 평06-262405호 공보

본 개시에 따른 표면 피복 절삭 공구는,

기재와, 상기 기재를 피복하는 피막을 구비하는 표면 피복 절삭 공구로서,

상기 피막은, WC_1-x(단, x는 0.54 이상 0.58 이하이다)로 표시되는 화합물을 포함하는 WC_{1- x}층을 포함하고,

상기 WC_1-x로 표시되는 화합물은, 육방정형의 결정 구조를 포함하며,

상기 WC_1-x층을 X선 광전자 분광 분석법에 의해서 측정했을 때에 얻어지는 텅스텐 원소의 4f 궤도의 스펙트럼도에 있어서, 31.2∼31.4 eV의 범위에, 피크의 극대점이 존재한다.

도 1은 표면 피복 절삭 공구의 일 양태를 예시하는 사시도이다.
도 2는 본 실시형태의 일 양태에 있어서의 표면 피복 절삭 공구의 모식 단면도이다.
도 3은 본 실시형태의 다른 양태에 있어서의 표면 피복 절삭 공구의 모식 단면도이다.
도 4는 본 실시형태의 또 다른 양태에 있어서의 표면 피복 절삭 공구의 모식 단면도이다.
도 5는 본 실시형태에 있어서의 WC_1-x층을 X선 광전자 분광 분석법에 의해서 측정했을 때에 얻어지는 텅스텐 원소의 4f 궤도의 스펙트럼도이다.

[본 개시가 해결하고자 하는 과제]

그러나, 특허문헌 1에 기재된 피막이 피복된 절삭 공구에서는, 부생성물로서 상기 피막 중에 금속 텅스텐이 잔류하기 때문에, 고속고능률 가공에서는 내마모성, 내결손성 등이 불충분하여, 개선의 여지가 남아 있다.

본 개시는 상기 사정에 감안하여 이루어진 것으로, 우수한 내결손성을 갖는 표면 피복 절삭 공구를 제공하는 것을 목적으로 한다.

[본 개시의 효과]

상기한 바에 의하면, 우수한 내결손성을 갖는 표면 피복 절삭 공구를 제공할 수 있게 된다.

[본원 발명의 실시형태의 설명]

[1] 본 개시에 따른 표면 피복 절삭 공구는,

기재와, 상기 기재를 피복하는 피막을 구비하는 표면 피복 절삭 공구로서,

상기 피막은, WC_1-x(단, x는 0.54 이상 0.58 이하이다)로 표시되는 화합물을 포함하는 WC_{1- x}층을 포함하고,

상기 WC_1-x로 표시되는 화합물은, 육방정형의 결정 구조를 포함하며,

상기 WC_1-x층을 X선 광전자 분광 분석법에 의해서 측정했을 때에 얻어지는 텅스텐 원소의 4f 궤도의 스펙트럼도에 있어서, 31.2∼31.4 eV의 범위에, 피크의 극대점이 존재한다.

상기 표면 피복 절삭 공구는, 상술한 것과 같은 구성을 구비함으로써, 우수한 인성(靭性)이 부여된다. 그 결과, 상기 표면 피복 절삭 공구는 우수한 내결손성을 갖는다.

[2] 상기 WC_{1- x}층은, 금속 텅스텐을 포함하지 않는다. 이와 같이 규정함으로써, 내결손성이 더욱 우수한 표면 피복 절삭 공구가 된다.

[3] 상기 WC_{1- x}층은, 그의 막 경도가 3700 mgf/㎛² 이상 4500 mgf/㎛² 이하이다. 이와 같이 규정함으로써, 내결손성에 더하여 내마모성이 우수한 표면 피복 절삭 공구가 된다.

[4] 상기 피막은, 상기 WC_{1- x}층 상에 형성되는 경질 피막층을 더 포함하고,

상기 경질 피막층은, 상기 WC_{1- x}층과는 조성이 상이한 제1 단위층을 적어도 포함하며,

상기 제1 단위층은, 주기표 4족 원소, 5족 원소, 6족 원소, Al 및 Si로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 원소, 또는 상기 원소 중의 적어도 1종과, 탄소, 질소, 산소 및 붕소로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 원소를 포함하는 화합물을 포함한다. 이와 같이 규정함으로써, 내결손성이 더욱 우수하며 또한 내마모성이 우수한 표면 피복 절삭 공구가 된다.

[5] 상기 제1 단위층은, 그의 두께가 0.1 ㎛ 이상 10 ㎛ 이하이다. 이와 같이 규정함으로써, 내결손성이 더욱 우수하며 또한 내마모성이 우수한 표면 피복 절삭 공구가 된다.

[6] 상기 경질 피막층은, 상기 WC_{1- x}층 및 상기 제1 단위층과는 조성이 상이한 제2 단위층을 더 포함하고,

상기 제2 단위층은, 주기표 4족 원소, 5족 원소, 6족 원소, Al 및 Si로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 원소, 또는 상기 원소 중의 적어도 1종과, 탄소, 질소, 산소 및 붕소로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 원소를 포함하는 화합물을 포함하며,

상기 제1 단위층 및 상기 제2 단위층은, 각각이 교대로 1층 이상 적층된 다층 구조를 형성한다. 이와 같이 규정함으로써, 내결손성이 더욱 우수하며 또한 내마모성이 우수한 표면 피복 절삭 공구가 된다.

[7] 상기 경질 피막층이 상기 다층 구조를 포함하는 경우, 상기 제1 단위층은, 그의 두께가 1 nm 이상 100 nm 이하이고, 상기 제2 단위층은, 그의 두께가 1 nm 이상 100 nm 이하이다. 이와 같이 규정함으로써, 내결손성이 더욱 우수하며 또한 내마모성이 우수한 표면 피복 절삭 공구가 된다.

[8] 상기 피막은, 그의 두께가 0.1 ㎛ 이상 10 ㎛ 이하이다. 이와 같이 규정함으로써, 내결손성이 더욱 우수하며 또한 내마모성이 우수한 표면 피복 절삭 공구가 된다.

[9] 상기 기재는, 초경합금, 서멧, 고속도강, 세라믹스, cBN 소결체 및 다이아몬드 소결체로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종을 포함한다. 이와 같이 규정함으로써, 고온에 있어서의 경도와 강도가 우수한 표면 피복 절삭 공구가 된다.

[본원 발명의 실시형태의 상세]

이하, 본 개시의 일 실시형태(이하 「본 실시형태」라고 기재한다.)에 관해서 설명한다. 단, 본 실시형태는 이것에 한정되는 것이 아니다. 본 명세서에 있어서, 「A∼B」라는 형식의 표기는, 범위의 상한 하한(즉 A 이상 B 이하)을 의미하고, A에 있어서 단위의 기재가 없고, B에서만 단위가 기재되어 있는 경우, A의 단위와 B의 단위는 동일하다. 또한 본 명세서에 있어서, 예컨대 「TiN」등과 같이, 구성 원소의 비가 한정되지 않은 화학식에 의해서 화합물이 표시된 경우에는, 그 화학식은 종래 공지된 모든 조성비(원소비)를 포함하는 것으로 한다. 이때 화학식은, 화학양론 조성뿐만 아니라, 비화학양론 조성도 포함하는 것으로 한다. 예컨대 「TiN」의 화학식에는, 화학양론 조성 「Ti₁N₁」뿐만 아니라, 예컨대 「Ti₁N_0.8」와 같은 비화학양론 조성도 포함된다. 이것은 「TiN」 이외의 화합물의 기재에 관해서도 마찬가지다.

≪표면 피복 절삭 공구≫

본 개시에 따른 표면 피복 절삭 공구는,

기재와, 상기 기재를 피복하는 피막을 구비하는 표면 피복 절삭 공구로서,

상기 피막은, WC_1-x(단, x는 0.54 이상 0.58 이하이다)로 표시되는 화합물을 포함하는 WC_{1- x}층을 포함하고,

상기 WC_1-x로 표시되는 화합물은, 육방정형의 결정 구조를 포함하며,

상기 WC_1-x층을 X선 광전자 분광 분석법에 의해서 측정했을 때에 얻어지는 텅스텐 원소의 4f 궤도의 스펙트럼도에 있어서, 31.2∼31.4 eV의 범위에, 피크의 극대점이 존재한다.

본 실시형태의 표면 피복 절삭 공구(이하, 단순히 「절삭 공구」라고 하는 경우가 있다.)는, 기재와, 상기 기재를 피복하는 피막을 구비한다. 상기 절삭 공구는, 예컨대 드릴, 엔드밀, 드릴용 날끝 교환형 절삭 팁, 엔드밀용 날끝 교환형 절삭 팁, 밀링 가공용 날끝 교환형 절삭 팁, 선삭 가공용 날끝 교환형 절삭 팁, 메탈소우, 기어 컷팅 공구, 리머, 탭 등일 수 있다.

도 1은 표면 피복 절삭 공구의 일 양태를 예시하는 사시도이다. 이러한 형상의 표면 피복 절삭 공구는, 예컨대 날끝 교환형 절삭 팁으로서 이용된다. 상기 표면 피복 절삭 공구(10)는, 경사면(1)과, 여유면(2)과, 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 이어지는 면이다. 날끝 능선부(3)는, 표면 피복 절삭 공구(10)의 날끝 선단부를 구성한다. 이러한 표면 피복 절삭 공구(10)의 형상은, 상기 표면 피복 절삭 공구의 기재의 형상이라고 파악할 수도 있다. 즉, 상기 기재는, 경사면과, 여유면과, 경사면 및 여유면을 잇는 날끝 능선부를 갖는다.

<기재>

본 실시형태의 기재는, 이런 유형의 기재로서 종래 공지된 것이라면 어느 것이나 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 바람직하고, 초경합금, 서멧 및 cBN 소결체로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종을 포함하는 것이 보다 바람직하다.

또한, 기재로서 초경합금을 사용하는 경우, 그와 같은 초경합금은, 조직 중에 유리 탄소 또는 η상이라고 불리는 이상(異常) 상을 포함하고 있더라도 본 실시형태의 효과는 발휘된다. 또한, 본 실시형태에서 이용하는 기재는, 그의 표면이 개질된 것이라도 지장없다. 예컨대 초경합금의 경우는, 그의 표면에 탈β층이 형성되거나, 서멧의 경우에는 표면 경화층이 형성되어도 좋고, 이와 같이 표면이 개질되더라도 본 실시형태의 효과는 발휘된다.

표면 피복 절삭 공구가 날끝 교환형 절삭 팁(밀링 가공용 날끝 교환형 절삭 팁 등)인 경우, 기재는, 칩 브레이커를 갖는 것도 갖지 않는 것도 포함된다. 날끝의 능선 부분의 형상은, 샤프 엣지(경사면과 여유면이 교차하는 능선), 호닝(샤프 엣지에 대하여 라운딩을 준 형상), 네거티브 랜드(모따기를 한 형상), 호닝과 네거티브 랜드를 조합한 형상 중에서 어느 형상이나 포함된다.

<피막>

본 실시형태에 따른 「피막」은, 상기 기재의 적어도 일부(예컨대 절삭 가공 시에 피삭재와 접하는 부분)를 피복함으로써, 절삭 공구에 있어서의 내결손성, 내마모성 등의 제반 특성을 향상시키는 작용을 갖는 것이다. 상기 피막은, 상기 기재의 전면을 피복하여도 좋다. 또한, 상기 기재의 일부가 상기 피막으로 피복되지 않거나, 피막의 구성이 부분적으로 다르거나 하여도, 본 실시형태의 범위를 일탈하는 것이 아니다.

상기 피막은, 그의 두께가, 0.1 ㎛ 이상 10 ㎛ 이하인 것이 바람직하고, 0.3 ㎛ 이상 10 ㎛ 이하인 것이 보다 바람직하며, 0.5 ㎛ 이상 10 ㎛ 이하인 것이 더욱 바람직하고, 1 ㎛ 이상 6 ㎛ 이하인 것이 더욱 보다 바람직하며, 1.5 ㎛ 이상 4 ㎛ 이하인 것이 특히 바람직하다. 상기 두께가 0.1 ㎛ 미만인 경우, 내마모성이 저하하는 경향이 있다. 상기 두께가 10 ㎛를 넘으면, 단속 가공에 있어서 피막과 기재의 사이에 큰 응력이 가해졌을 때에, 피막의 박리 또는 파괴가 높은 빈도로 발생하는 경향이 있다. 여기서, 피막의 두께란, 후술하는 WC_{1- x}층, 경질 피막층, 및 하지층 등의 피막을 구성하는 층들 각각의 두께의 총계를 의미한다. 상기 피막의 두께는, 예컨대 투과형 전자현미경(TEM)을 이용하여, 기재 표면의 법선 방향에 평행한 단면 샘플에 있어서의 임의의 3점을 측정하여, 측정된 3점의 두께의 평균치를 취함으로써 구할 수 있다. 후술하는 WC_1-x층, 경질 피막층(제1 단위층, 제2 단위층) 및 하지층 각각의 두께를 측정하는 경우도 마찬가지다. 투과형 전자현미경으로서는, 예컨대 닛폰덴시가부시키가이샤 제조의 구면수차 보정 장치, JEM-2100F(상품명)을 들 수 있다.

(WC_1-x층)

상기 피막은, WC_1-x로 표시되는 화합물을 포함하는 WC_1-x층을 포함한다. 「WC_1-x로 표시되는 화합물」(이하, 「WC_1-x」이라고 표기하는 경우가 있다.)이란, 텅스텐 원소(W)의 원소비를 1로 한 경우, 탄소 원소(C)의 원소비가 1-x인 탄화텅스텐을 의미한다. 상기 WC_1-x층은, 본 실시형태에 따른 표면 피복 절삭 공구가 발휘하는 효과를 해치지 않는 범위에서, 불가피한 불순물이 포함되어도 좋다. 상기 불가피한 불순물의 함유 비율은, WC_{1- x}층의 전체 질량에 대하여 0 질량% 이상 0.2 질량% 이하인 것이 바람직하다. 후술하는 「경질 피막층」 및 「다른 층」의 표기에 관해서도 마찬가지로, 본 실시형태에 따른 표면 피복 절삭 공구가 발휘하는 효과를 해치지 않는 범위에 있어서, 불가피한 불순물이 포함되어 있어도 좋다.

상기 x는, 0.54 이상 0.58 이하이며, 0.55 이상 0.57 이하인 것이 바람직하고, 0.56 이상 0.569 이하인 것이 보다 바람직하다. 상기 x가 0.54 미만이면, WC_1-x의 결정립계에 유리 탄소가 석출되어, 강도가 저하하는 경향이 있다. 또한 상기 x가 0.58을 넘으면, 상기 결정립계의 강도가 저하하는 경향이 있다. 그 때문에, x가 상술한 범위 밖이면, 균열 진전을 억제할 수 없어, 인성이 낮아지는 경향이 있다. 이러한 경향은, 결정의 균질성과 왜곡의 밸런스가 적절하지 않기 때문에 일어난다고 본 발명자들은 추측하고 있다.

상기 x는, WC_1-x층에 있어서 기재 표면의 법선 방향에 평행한 단면 샘플을 얻고, 이 단면 샘플에 나타난 결정립에 대하여 주사형 전자현미경(SEM) 또는 TEM에 딸린 에너지 분산형 X선 분석(EDX: Energy Dispersive X-ray spectroscopy) 장치를 이용하여 분석함으로써 구할 수 있다. 구체적으로는, 상기 단면 샘플의 WC_1-x층에 있어서의 임의의 3점 각각을 측정하여 상기 x의 값을 구하고, 구한 3점의 값의 평균치를 상기 단면 샘플의 WC_{1- x}층에 있어서의 x로 한다. 여기서 상기 「임의의 3점」은, WC_{1- x}층 중 임의의 30 nm×30 nm인 영역을 세 곳 선택하는 것으로 한다. 상기 EDX 장치로서는, 예컨대 닛폰덴시가부시키가이샤 제조의 실리콘 드리프트 검출기, JED-2200(상품명)을 들 수 있다.

상기 WC_1-x로 표시되는 화합물은, 육방정형의 결정 구조를 포함한다. 상기 WC_1-x로 표시되는 화합물이 육방정형의 결정 구조를 포함하는 것은, 예컨대 상술한 WC_1-x층에 있어서의 임의의 3점에 대하여 X선 회절 측정(XRD 측정)을 행하여 분석함으로써 확인할 수 있다. 예컨대 상기 W_C1-x로 표시되는 화합물이 육방정형의 결정 구조를 포함하는 경우, XRD 측정에 있어서, (102)면 등의 결정면에 유래하는 피크가 관측된다. 상기 X선 회절 측정에 이용하는 장치로서는, 예컨대 가부시키가이샤리가크 제조의 「SmartLab」(상품명), 파나리티칼 제조의 「X'pert」(상품명) 등을 들 수 있다.

본 실시형태의 일 양태에서는, 상기 WC_1-x층을 X선 광전자 분광 분석법(XPS법)에 의해서 측정했을 때에 얻어지는 텅스텐 원소의 4f 궤도의 스펙트럼도에 있어서, 31.2∼31.4 eV의 범위에, 피크의 극대점이 존재한다. 여기서, 「텅스텐 원소의 4f 궤도의 스펙트럼도에 있어서, 31.2∼31.4 eV의 범위에, 피크의 극대점이 존재한다」라고 하는 것은, 상기 WC_1-x층의 표면을 X선 광전자 분광 분석법에 의해서 측정했을 때에 직접 얻어지는 텅스텐 원소의 4f 궤도의 스펙트럼도에 있어서, 상기 범위 내에 피크의 극대점이 존재하는 것을 뜻한다(예컨대, 도 5). 즉, 상기 「직접 얻어지는 텅스텐 원소의 4f 궤도의 스펙트럼도」를 복수의 스펙트럼으로 분해하는 등의 2차 가공한 스펙트럼도를 해석하는 것을 의도하는 것이 아니다. XPS법에 이용되는 장치로서는, 예컨대, 알박파이가부시키가이샤 제조의 Versa Probe III(상품명)을 들 수 있다. 상기 피크의 극대점의 산출은, 이하와 같이 하여 구한다. 우선 XPS법을 이용하여, 상기 WC_{1- x}층의 표면에서의 임의의 3점에서 상기 극대점의 결합 에너지의 값(eV)을 각각 구한다. 그 후, 구한 3점의 평균치를 상기 WC_{1- x}층에 있어서의 「텅스텐 원소의 4f 궤도에 유래하는 피크의 극대점」의 결합 에너지의 값(eV)으로 한다. 또한, WC_{1- x}층이 최표면에 설치되는 경우, 자연 산화층을 Ar⁺ 스퍼터로 제거하고 나서, 상술한 측정을 행하는 것으로 한다. 또한, 상기 WC_{1- x}층이 최표면이 아닌 경우는, Ar⁺ 스퍼터 등으로 상기 WC_{1- x}층을 노출시키고 나서, 측정을 행하는 것으로 한다.

도 2는 본 실시형태의 일 양태에 있어서의 표면 피복 절삭 공구의 모식 단면도이다. 도 2에 도시하는 것과 같이, 상기 WC_{1- x}층(12)은, 상기 기재(11)에 접해도 좋다. 바꿔 말하면, 상기 WC_{1- x}층(12)은 상기 기재(11)의 바로 위에 마련되어도 좋다.

상기 WC_{1- x}층은, 금속 텅스텐을 포함하지 않는 것이 바람직하다. 여기서 「금속 텅스텐을 포함하지 않는다」라는 기재에는, 상기 WC_{1- x}층에 금속 텅스텐이 일절 포함되지 않는 것뿐만 아니라, 금속 텅스텐이 검출 한계 미만이 되는 것도 포함된다. 금속 텅스텐의 유무는, 예컨대 XRD 측정을 이용하여, WC_{1- x}층의 임의의 3점에 있어서의 금속 텅스텐의 유무(금속 텅스텐에 유래하는 피크의 유무)를 조사함으로써 확인할 수 있다. XRD 측정에 이용되는 장치로서는, 예컨대 가부시키가이샤리가크 제조의 「SmartLab」(상품명), 파나리티칼 제조의 「X'pert」(상품명) 등을 들 수 있다.

상기 WC_{1- x}층은, 그의 막 경도가, 3700 mgf/㎛² 이상 4500 mgf/㎛² 이하인 것이 바람직하고, 3800 mgf/㎛² 이상 4300 mgf/㎛² 이하인 것이 보다 바람직하다. 상기 막 경도는, 나노인덴터로 측정할 수 있다. 구체적으로는, 우선, 상기 WC_{1- x}층의 표면에 있어서의 임의의 10점 각각을 측정하여, 상기 막 경도를 구한다. 그 후, 구한 10점의 막 경도의 평균치를 상기 단면 샘플의 WC_{1- x}층에 있어서의 막 경도로 한다. 여기서, 상기 WC_1-x층이 최표면이 아닌 경우는, 기계 연마 등으로 상기 WC_1-x층을 노출시키고 나서, 나노인덴터로 측정을 행하는 것으로 한다. 나노인덴터로서는, 예컨대 가부시키가이샤에리오닉스 제조의 ENT1100(상품명)을 들 수 있다.

상기 WC_{1- x}층은, 그의 두께가, 0.3 ㎛ 이상 7 ㎛ 이하인 것이 바람직하고, 0.5 ㎛ 이상 3 ㎛ 이하인 것이 보다 바람직하다.

(경질 피막층)

상기 피막은, 상기 WC_{1- x}층 상에 형성되는 경질 피막층을 더 포함하는 것이 바람직하다. 상기 경질 피막층은, 상기 WC_{1- x}층과는 조성이 상이한 제1 단위층을 적어도 포함하는 것이 바람직하다.

여기서 「상기 WC_{1- x}층 상에 형성된다」란, 상기 WC_{1- x}층의 상측(기재에서 멀어지는 측)에 경질 피막층이 형성되면 되고, 상호 접촉하고 있을 필요는 없다. 바꿔 말하면, 상기 WC_{1- x}층과 경질 피막층의 사이에 다른 층이 마련되어도 좋다. 또한 도 3에 도시하는 것과 같이, 상기 경질 피막층(13)은, 상기 WC_{1- x}층(12)의 바로 위에 형성되어 있어도 좋다. 상기 경질 피막층은, 최외층(표면층)이라도 좋다.

(제1 단위층)

상기 제1 단위층은, 주기표 4족 원소, 5족 원소, 6족 원소, Al 및 Si로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 원소, 또는 상기 원소 중의 적어도 1종과, 탄소, 질소, 산소 및 붕소로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 원소를 포함하는 화합물을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 제1 단위층은, Cr, Al, Ti 및 Si로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 원소 또는 상기 원소 중의 적어도 1종과, 탄소, 질소, 산소 및 붕소로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 원소를 포함하는 화합물을 포함하는 것이 보다 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 제1 단위층에 포함되는 화합물로서는, 예컨대 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 경질 피막층이 상기 제1 단위층만을 포함하는 경우(예컨대 도 3의 경우), 상기 제1 단위층(즉, 상기 경질 피막층)은, 그의 두께가, 0.1 ㎛ 이상 10 ㎛ 이하인 것이 바람직하고, 0.5 ㎛ 이상 7 ㎛ 이하인 것이 보다 바람직하다.

(제2 단위층)

상기 경질 피막층은, 상기 WC_1-x층 및 상기 제1 단위층과는 조성이 상이한 제2 단위층을 더 포함하는 것이 바람직하다. 상기 제2 단위층은, 주기표 4족 원소, 5족 원소, 6족 원소, Al 및 Si로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 원소, 또는 상기 원소 중의 적어도 1종과, 탄소, 질소, 산소 및 붕소로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 원소를 포함하는 화합물을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 제2 단위층은, Cr, Al, Ti 및 Si로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 원소, 또는 상기 원소 중의 적어도 1종과, 탄소, 질소, 산소 및 붕소로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 원소를 포함하는 화합물을 포함하는 것이 보다 바람직하다. 주기표 4족 원소, 5족 원소 및 6족 원소 각각의 구체예로서는, 상술한 각 원소를 들 수 있다.

상기 제2 단위층에 포함되는 화합물로서는, 예컨대 상기 (제1 단위층)의 란에서 예시한 화합물 등을 들 수 있다.

또한, 상기 제1 단위층 및 상기 제2 단위층은, 각각이 교대로 1층 이상 적층된 다층 구조를 형성하는 것이 바람직하다. 즉, 도 4에 도시하는 것과 같이, 경질 피막층(13)은, 제1 단위층(131) 및 제2 단위층(132)을 포함하는 다층 구조를 포함하는 것이 바람직하다. 여기서 상기 다층 구조는, 상기 제1 단위층 또는 상기 제2 단위층의 어느 층부터 적층을 시작하여도 좋다. 즉, 상기 다층 구조에 있어서의 상기 WC_{1- x}층 측의 계면은, 상기 제1 단위층 또는 상기 제2 단위층 중의 어느 쪽으로 구성되어도 좋다. 또한, 상기 다층 구조에 있어서의 상기 WC_{1- x}층 측과 반대쪽의 계면은, 상기 제1 단위층 또는 상기 제2 단위층 중의 어느 쪽으로 구성되어도 좋다.

상기 경질 피막층이 상기 다층 구조를 포함하는 경우, 상기 경질 피막층은, 그의 두께가, 0.1 ㎛ 이상 10 ㎛ 이하인 것이 바람직하고, 0.5 ㎛ 이상 7 ㎛ 이하인 것이 보다 바람직하다.

상기 경질 피막층이 상기 다층 구조를 포함하는 경우, 상기 제1 단위층은, 그의 두께가, 1 nm 이상 100 nm 이하인 것이 바람직하고, 2 nm 이상 25 nm 이하인 것이 보다 바람직하다. 또한 상기 제2 단위층은, 그의 두께가, 1 nm 이상 100 nm 이하인 것이 바람직하고, 2 nm 이상 25 nm 이하인 것이 보다 바람직하다. 본 실시형태의 일 양태에 있어서, 상기 경질 피막층이 상기 다층 구조를 포함하는 경우, 상기 제1 단위층은, 그의 두께가 1 nm 이상 100 nm 이하이며, 또한 상기 제2 단위층은, 그의 두께가 1 nm 이상 100 nm 이하인 것이 바람직하다. 여기서 「제1 단위층의 두께」란, 상기 제1 단위층의 1층 당 두께를 의미한다. 「제2 단위층의 두께」란, 상기 제2 단위층의 1층 당 두께를 의미한다.

또한, 상기 다층 구조의 적층수는, 상기 경질 피막층 전체의 두께가 상기 범위 내가 되는 한, 상기 제1 단위층, 상기 제2 단위층을 각각 1층씩 적층시키는 양태가 포함됨과 더불어, 바람직하게는 양층을 각각 20∼2500층씩 적층시킨 것으로 할 수 있다.

(다른 층)

본 실시형태의 효과를 해치지 않는 범위에 있어서, 상기 피막은, 다른 층을 더 포함해도 좋다. 상기 다른 층은, 상기 WC_{1- x}층 및 상기 경질 피막층과는 조성이 다르더라도 좋고, 같더라도 좋다. 다른 층으로서는, 예컨대 TiN층, TiWCN층 등을 들 수 있다. 또한, 그의 적층 순서도 특별히 한정되지 않는다. 예컨대 상기 다른 층으로서는, 상기 기재와 상기 WC_{1- x}층의 사이에 마련되는 하지층, 상기 WC_{1- x}층과 상기 경질 피막층의 사이에 마련되는 중간층, 상기 경질 피막층 상에 마련되는 표면층 등을 들 수 있다. 하지층 등의 상기 다른 층의 두께는, 본 실시형태의 효과를 해치지 않는 범위에 있어서, 특별히 제한은 없지만, 예컨대 0.1 ㎛ 이상 2 ㎛ 이하를 들 수 있다.

≪표면 피복 절삭 공구의 제조 방법≫

본 실시형태에 따른 표면 피복 절삭 공구의 제조 방법은, 기재 준비 공정과, WC_1-x층 피복 공정을 포함한다. 이하, 각 공정에 관해서 설명한다.

<기재 준비 공정>

기재 준비 공정에서는, 상기 기재를 준비한다. 상기 기재로서는, 상술한 것과 같이, 이런 유형의 기재로서 종래 공지된 것이라면 어느 기재나 사용할 수 있다. 예컨대 상기 기재가 초경합금을 포함하는 경우, 우선 소정의 배합 조성(질량%)을 포함하는 원료 분말을, 시판되는 아트라이터(attritor)를 이용하여 균일하게 혼합한다. 이어서 이 혼합 분말을 소정의 형상(예컨대 SEET13T3AGSN, CNMG120408 등)으로 가압 성형한다. 그 후, 소정의 소결로에서 1300∼1500℃ 이하에서 상술한 가압 성형한 혼합 분말을 1∼2시간 소결함으로써, 초경합금을 포함하는 상기 기재를 얻을 수 있다. 또한, 기재는, 시판 제품을 그대로 이용하여도 좋다. 시판 제품으로서는 예컨대 스미토모덴코하드메탈가부시키가이샤 제조의 EH520(상품명)을 들 수 있다.

<WC_1-x층 피복 공정>

WC_1-x층 피복 공정에서는, 상기 기재의 표면의 적어도 일부를 WC_1-x층으로 피복한다. 여기서 「기재의 표면의 적어도 일부」에는, 절삭 가공 시에 피삭재와 접하는 부분이 포함된다.

상기 기재의 적어도 일부를 WC_{1- x}층으로 피복하는 방법으로서는, 특별히 제한되지 않지만, 예컨대 물리 증착법(PVD법)에 의해서 WC_{1- x}층을 형성하는 것을 들 수 있다.

상기 물리 증착법으로서는, 종래 공지된 물리 증착법을 특별히 한정하는 일 없이 이용할 수 있다. 이러한 물리 증착법으로서는, 예컨대 스퍼터링법, 이온 플레이팅법, 아크 이온 플레이팅법, 전자 이온빔 증착법 등을 들 수 있다. 특히 원료 원소의 이온율이 높은 캐소드 아크 이온 플레이팅법 또는 스퍼터링법을 이용하면, 피막을 형성하기 전에 기재 표면에 대하여 금속 또는 가스 이온 충격(bombardment) 처리가 가능하게 되기 때문에, 피막과 기재의 밀착성이 각별히 향상되므로 바람직하다.

아크 이온 플레이팅법에 의해 WC_1-x층을 형성하는 경우, 예컨대 다음과 같은 조건을 들 수 있다. 즉, 우선 WC 타겟(예컨대 조성이 WC이고, C 양이 3∼6.1 질량%인 소결 타겟 또는 용성(溶成) 타겟)을 장치 내의 아크식 증발원에 셋트하고, 기판(기재) 온도를 400∼550℃ 및 상기 장치 내의 가스압을 1∼3.5 Pa로 설정한다. 상기 가스로서는, 예컨대 아르곤 가스를 도입한다. 그리고, 기판 (네거티브) 바이어스 전압을 10∼700 V 그리고 DC 또는 펄스 DC(주파수 10∼300 kHz)로 유지한 채로, 캐소드 전극에 80∼150 A의 아크 전류를 공급하고, 아크식 증발원으로부터 금속 이온 등을 발생시킴으로써 WC_1-x층을 형성할 수 있다. 이때, WC_1-x층의 형성 초기(막 두께가 0.2 ㎛ 이하인 범위)에 기재 온도를 550∼600℃로 하는 것이 바람직하다. 또한, 성막의 전역에 걸쳐, 고주파수 250∼300 kHz×고전압 600∼700 V의 바이어스를, 막 두께 30 nm 이하의 범위에서 간헐 인가하는 것이 바람직하다. 아크 이온 플레이팅법에 이용하는 장치로서는, 예컨대 가부시키가이샤고베세이코쇼 제조의 AIP(상품명)를 들 수 있다.

<경질 피막층 피복 공정>

본 실시형태에 따른 표면 피복 절삭 공구의 제조 방법은, 상기 WC_1-x층 피복공정 후에, 경질 피막층 피복 공정을 더 포함하는 것이 바람직하다. 경질 피막층의 형성 방법은, 특별히 제한은 없고, 종래의 방법을 이용할 수 있다. 구체적으로는, 예컨대 상술한 PVD법에 의해서 경질 피막층을 형성하는 것을 들 수 있다.

<그 밖의 공정>

본 실시형태에 따른 제조 방법에서는, 상술한 공정 외에도, 기재와 상기 WC_1-x층의 사이에 하지층을 형성하는 하지층 피복 공정, 상기 WC_1-x층과 상기 경질 피막층의 사이에 중간층을 형성하는 중간층 피복 공정, 상기 경질 피막층 상에 표면층을 형성하는 표면층 피복 공정, 및 표면 처리하는 공정 등을 적절하게 행하여도 좋다. 상술한 하지층, 중간층 및 표면층 등의 다른 층을 형성하는 경우, 종래의 방법에 의해서, 다른 층을 형성하여도 좋다. 구체적으로는, 예컨대 상술한 PVD법에 의해서, 상기 다른 층을 형성하는 것을 들 수 있다. 표면 처리를 하는 공정으로서는, 예컨대 탄성재에 다이아몬드 분말을 담지시킨 미디어를 이용한 표면 처리 등을 들 수 있다. 상기 표면 처리를 행하는 장치로서는, 예컨대 가부시키가이샤후지세이사쿠쇼 제조의 시리우스 Z 등을 들 수 있다.

실시예

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

≪표면 피복 절삭 공구의 제작≫

<기재 준비 공정>

우선, 기재 준비 공정으로서, JIS 규격 K10 초경(형상: JIS 규격 CNMG120408)을 기재로서 준비했다. 이어서, 상기 기재를 아크 이온 플레이팅 장치(가부시키가이샤고베세이코쇼 제조, 상품명: AIP)의 소정 위치에 셋트했다.

<WC_1-x층 피복 공정>

WC_1-x층 피복 공정으로서, 아크 이온 플레이팅법에 의해 상기 기재 상에 WC_1-x층을 형성했다. 구체적으로는 이하의 방법으로 행했다. 우선 WC 타겟(조성이 WC이고, C 양이 3∼6.1 질량%인 소결 타겟 또는 용성 타겟)을 아크 이온 플레이팅 장치의 아크식 증발원에 셋트했다. 이어서, 기재 온도를 400∼550℃ 및 상기 장치 내의 가스압을 1.0∼3.5 Pa로 설정했다. 상기 가스로서는, 아르곤 가스를 도입했다. 그리고, 기재 (네거티브) 바이어스 전압을 10∼700 V 그리고 DC 또는 펄스 DC(주파수 10∼300 kHz)로 유지한 채로, 캐소드 전극에 80∼150 A의 아크 전류를 공급했다. 아크 전류의 공급으로 아크식 증발원으로부터 금속 이온 등을 발생시킴으로써 WC_{1- x}층을 형성했다. 여기서, WC_{1- x}층의 형성 초기(막 두께가 0.2 ㎛ 이하의 범위)에는, 기재 온도를 550∼600℃로 했다. 또한 성막의 전역에 걸쳐, 고주파수 250∼300 kHz×고전압 600∼700 V의 바이어스를 막 두께 30 nm 이하의 범위에서 간헐 인가했다.

<하지층 피복 공정>

기재와 WC_1-x층의 사이에 하지층을 형성한 시료(실시예 12, 13, 15 및 16)에 관해서는, WC_{1- x}층 피복 공정을 행하기 전에, 이하의 수순으로 기재 상에 하지층을 형성했다. 우선 표 1에 기재한 하지층 조성란에 있어서의 금속 조성을 포함하는 타겟(소결 타겟 또는 용성 타겟)을 아크 이온 플레이팅 장치의 아크식 증발원에 셋트했다. 이어서, 기재 온도를 400∼650℃ 및 상기 장치 내의 가스압을 0.8∼5 Pa로 설정했다. 반응 가스로서는, 질화물의 하지층인 경우는, 질소 가스와 아르곤 가스의 혼합 가스를 도입했다. 탄질화물의 하지층인 경우는, 반응 가스로서는 질소 가스와 메탄 가스와 아르곤 가스의 혼합 가스를 도입했다. 그 후, 캐소드 전극에 80∼150 A의 아크 전류를 공급했다. 아크 전류의 공급으로 아크식 증발원으로부터 금속 이온 등을 발생시킴으로써, 표 1에 기재한 두께까지 하지층을 형성했다.

<경질 피막층 피복 공정>

또한, WC_1-x층 상에 경질 피막층을 형성한 시료(실시예 12, 13, 15 및 16)에 관해서는, WC_{1- x}층 피복 공정을 행한 후에, 이하의 수순으로 WC_{1- x}층 상에 경질 피막층을 형성하여, 본 실시형태에 따른 표면 피복 절삭 공구를 제작했다. 우선 표 1에 기재한 경질 피막층 조성란에 있어서의 금속 조성을 포함하는 타겟(소결 타겟 또는 용성 타겟)을 아크 이온 플레이팅 장치의 아크식 증발원에 셋트했다. 이어서, 기재 온도를 500∼650℃ 및 상기 장치 내의 가스압을 0.8∼5.0 Pa로 설정했다. 반응 가스로서는, 질화물의 경질 피막층인 경우는, 질소 가스와 아르곤 가스의 혼합 가스를 도입했다. 탄질화물의 경질 피막층인 경우는, 반응 가스로서는 질소 가스와 메탄 가스와 아르곤 가스의 혼합 가스를 도입했다. 산화물의 경질 피막층인 경우는, 반응 가스로서는 산소 가스와 아르곤 가스의 혼합 가스를 도입했다. 그 후, 캐소드 전극에 80∼150 A의 아크 전류를 공급했다. 아크 전류의 공급으로 아크식 증발원으로부터 금속 이온 등을 발생시킴으로써, 표 1에 기재한 두께까지 경질 피막층을 형성했다. 또한, 다층 구조의 경질 피막층을 형성하는 경우는, 표 1에 있어서 좌측에 기재되어 있는 것부터 순차로 제1 단위층, 제2 단위층으로 하여, 목적으로 하는 두께가 될 때까지 반복하여 적층했다.

≪절삭 공구의 특성 평가≫

상술한 것과 같이 하여 제작한 시료(실시예 1∼16 및 비교예 1∼4)의 절삭 공구를 이용하여, 다음과 같이 절삭 공구의 각 특성을 평가했다.

WC_1-x층의 조성 x는, 기재 표면의 법선 방향에 평행한 단면 샘플을 이용하여, TEM에 딸린 EDX 장치(닛폰덴시가부시키가이샤 제조 실리콘 드리프트 검출기, 상품명: JED-2200)에 의해서, 이하의 조건으로 측정했다. 구체적으로는, 우선 상기 단면 샘플의 WC_{1- x}층에 있어서의 임의의 3점 각각을 측정하여, 상기 조성 x의 값을 구했다. 그 후, 구한 3점의 값의 평균치를, 상기 단면 샘플의 WC_{1- x}층에 있어서의 조성 x로 했다. 여기서, 상기 「임의의 3점」은, WC_{1- x}층 중의 임의의 30 nm×30 nm의 영역을 세 곳 선택했다. 결과를 표 1에 나타낸다.

EDX법의 측정 조건

가속 전압: 200 kV

프로브 전류: 0.29 nA

프로브 사이즈: 0.2 nm

WC_1-x층에 있어서의 WC_1-x의 결정 구조는, X선 회절 측정(XRD 측정)용 장치(파나리티칼 제조, 상품명: X'pert)를 이용하여, 이하의 조건으로 상술한 WC_{1- x}층에 있어서의 임의의 3점을 측정함으로써 행했다. 결과를 표 1에 나타낸다. 표 1 중, 「육방정」이라는 표기는, 육방정의 WC_1-x가 포함되어 있고, 입방정의 WC_1-x가 포함되어 있지 않았음을 나타낸다. 표 1 중, 「육방정+입방정」이라는 표기는, WC_1-x층 중에 육방정의 WC_1-x와 입방정의 WC_1-x가 각각 35 질량% 및 65 질량%의 비율로 혼재했음을 나타낸다.

XRD법의 측정 조건

주사축: 2θ-θ

X선원: Cu-Kα선(1.541862Å)

검출기: 0차원 검출기(신틸레이션 카운터)

관전압: 45 kV

관전류: 40 mA

입사 광학계: 미러의 이용

수광 광학계: 애널라이저 결정(PW3098/27)의 이용

스텝: 0.03°

적산 시간: 2초

스캔 범위(2θ): 10°∼120°

WC_1-x층에 있어서의 금속 텅스텐의 유무는, XRD 측정용 장치를 이용하여, 상기와 같은 조건으로, 상기 WC_1-x층에 있어서의 임의의 3점을 측정함으로써 확인했다. 결과를 표 1에 나타낸다. 표 1 중, 「금속 W」의 란에 있어서의 「무」라는 표기는, WC_1-x층 중에 금속 텅스텐이 포함되어 있지 않음을 나타내고, 「유」라는 표기는, WC_1-x층 중에 금속 텅스텐이 포함되어 있음을 나타낸다.

WC_1-x층에 있어서의 텅스텐 원소의 4f 궤도의 스펙트럼의 피크(XPS W4f 피크)의 극대점의 결합 에너지의 값은, 이하와 같이 하여 구했다. 우선, XPS법에 이용되는 장치(알박파이가부시키가이샤 제조, 상품명: Versa Probe III)를 이용하여, 상기 WC_1-x층의 표면의 임의의 3점에서의 상기 극대점의 결합 에너지의 값(eV)을 각각 구했다(예컨대, 도 5). 그 후, 구한 3점의 평균치를, 상기 WC_{1- x}층에 있어서의 「텅스텐 원소의 4f 궤도의 스펙트럼의 피크의 극대점」의 결합 에너지의 값으로 했다. 또한, 상기 WC_{1- x}층이 최표면에 설치되는 경우, 자연 산화층을 Ar⁺ 스퍼터로 제거하고 나서, 상술한 측정을 행했다. 또한, 상기 WC_{1- x}층이 최표면이 아닌 경우는, Ar⁺ 스퍼터로 상기 WC_1-x층을 노출시키고 나서, 측정을 행했다. 결과를 표 1에 나타낸다.

XPS법의 측정 조건

사용 X선원: mono-AlKα선(hν=1486.6 eV)

검출 깊이: 1 nm∼10 nm

X선 빔 직경: 약 100 ㎛φ

중화총: 듀얼 타입 사용

Ar⁺: 가속 전압 4 kV

래스터 사이즈: 1×1 mm

스퍼터 속도(Ar⁺): SiO₂ 스퍼터 환산치 28.3 nm/min

WC_1-x층의 막 경도는, 나노인덴터(가부시키가이샤에리오닉스 제조, 상품명: ENT1100)를 이용하여, 이하의 조건으로 측정했다. 이때, 우선 상기 WC_{1- x}층의 표면에 있어서의 임의의 10점 각각을 측정하여, 상기 막 경도를 구했다. 그 후, 구한 10점의 막 경도의 평균치를 상기 WC_{1- x}층에 있어서의 막 경도로 했다. 또한, 상기 WC_{1- x}층이 최표면이 아닌 경우는, 기계 연마 등으로 상기 WC_{1- x}층을 노출시키고 나서, 나노인덴터로 측정했다. 결과를 표 1에 나타낸다.

나노인덴터의 측정 조건

압자: 바코비치(Berkovich)

하중: 1 gf

부하(負荷) 시간: 10000 msec

유지 시간: 2000 msec

제하(除荷) 시간: 10000 msec

WC_{1- x}층, 하지층, 경질 피막층(제1 단위층, 제2 단위층) 및 피막의 두께는, 다음과 같이 하여 구했다. 우선 투과형 전자현미경(TEM)(니혼덴시가부시키가이샤 제조, 상품명: JEM-2100F)을 이용하여, 기재 표면의 법선 방향에 평행한 단면 샘플에 있어서의 임의의 3점을 측정했다. 그 후, 측정된 3점의 두께의 평균치를 취함으로써 구했다. 결과를 표 1에 나타낸다. 표 1 중, 「하지층」 및 「경질 피막층」에 있어서의 「-」라는 표기는, 해당하는 층이, 피막 중에 존재하지 않음을 나타낸다. 또한, 「경질 피막층」에 있어서의 「TiAlSiN(8 nm)/TiSiN(4 nm) 다층 구조(1.0 ㎛)」 등의 표기는, 경질 피막층이, 두께 8 nm의 TiAlSiN층(제1 단위층)과 두께 4 nm의 TiSiN층(제2 단위층)을 상하 교대로 84층씩 적층한 다층 구조(합계 두께 1.0 ㎛)에 의해 형성되어 있음을 나타내고 있다.

≪절삭 시험≫

<내결손성 시험>

상술한 것과 같이 하여 제작한 시료(실시예 1∼16, 비교예 1∼4)의 절삭 공구를 이용하여, 이하의 절삭 조건에 의해 여유면 마모량(Vb)이 0.1 mm가 될 때까지 또는 절삭 공구가 결손되기까지의 절삭 시간을 측정하여, 그 절삭 공구의 내결손성을 평가했다. 그 결과를 표 2에 나타낸다. 절삭 시간이 길수록 내결손성이 우수한 절삭 공구로서 평가할 수 있다.

(내결손성 시험(선삭 가공 시험)의 절삭 조건)

피삭재(재질): Ti-6Al-4V

속도: V50m/min

이송: 0.2 mm/rev

절입: 1.0 mm

상기 절삭 시험의 결과로부터, 실시예 1∼16의 절삭 공구는, 비교예 1∼4의 절삭 공구와 비교하여, 내결손성이 우수하고, 공구 수명도 길다는 것을 알 수 있었다. 이로부터, 실시예 1∼16의 절삭 공구는, 부하가 높은 고속, 고능률 가공의 용도에 맞다는 것이 시사되었다.

이상과 같이 본 발명의 실시형태 및 실시예에 관해서 설명했지만, 상술한 각 실시형태 및 각 실시예의 구성을 적절하게 조합하는 것도 당초부터 예정하고 있다.

이번에 개시된 실시형태 및 실시예는 모든 점에서 예시이며, 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는 상기한 실시형태 및 실시예가 아니라 청구범위에 의해서 나타내어지고, 청구범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.

1: 경사면, 2: 여유면, 3: 날끝 능선부, 10: 표면 피복 절삭 공구, 11: 기재, 12: WC_{1- x}층, 13: 경질 피막층, 131: 제1 단위층, 132: 제2 단위층.

Claims (9)

1. 기재와, 상기 이 기재를 피복하는 피막을 구비하는 표면 피복 절삭 공구로서,
   상기 피막은, WC_1-x(단, x는 0.54 이상 0.58 이하이다)로 표시되는 화합물을 포함하는 WC_{1- x}층을 포함하고,
   상기 WC_1-x로 표시되는 화합물은, 육방정형의 결정 구조를 포함하며,
   상기 WC_1-x층을 X선 광전자 분광 분석법에 의해서 측정했을 때에 얻어지는 텅스텐 원소의 4f 궤도의 스펙트럼도에 있어서, 31.2∼31.4 eV의 범위에, 피크의 극대점이 존재하는 것인, 표면 피복 절삭 공구.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 WC_{1- x}층은, 금속 텅스텐을 포함하지 않는 것인, 표면 피복 절삭 공구.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   상기 WC_{1- x}층은, 그의 막 경도가 3700 mgf/㎛² 이상 4500 mgf/㎛² 이하인 것인, 표면 피복 절삭 공구.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 피막은, 상기 WC_{1- x}층 상에 형성되는 경질 피막층을 더 포함하고,
   상기 경질 피막층은, 상기 WC_{1- x}층과는 조성이 상이한 제1 단위층을 적어도 포함하며,
   상기 제1 단위층은, 주기표 4족 원소, 5족 원소, 6족 원소, Al 및 Si로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 원소, 또는 상기 원소 중의 적어도 1종과, 탄소, 질소, 산소 및 붕소로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 원소를 포함하는 화합물을 포함하는 것인, 표면 피복 절삭 공구.
5. 제 4항에 있어서,
   상기 제1 단위층은, 그의 두께가 0.1 ㎛ 이상 10 ㎛ 이하인 것인, 표면 피복 절삭 공구.
6. 제 4항에 있어서,
   상기 경질 피막층은, 상기 WC_{1- x}층 및 상기 제1 단위층과는 조성이 상이한 제2 단위층을 더 포함하고,
   상기 제2 단위층은, 주기표 4족 원소, 5족 원소, 6족 원소, Al 및 Si로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 원소, 또는 상기 원소 중의 적어도 1종과, 탄소, 질소, 산소 및 붕소로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 원소를 포함하는 화합물을 포함하며,
   상기 제1 단위층 및 상기 제2 단위층은, 각각이 교대로 1층 이상 적층된 다층 구조를 형성하는 것인, 표면 피복 절삭 공구.
7. 제 6항에 있어서,
   상기 제1 단위층은, 그의 두께가 1 nm 이상 100 nm 이하이고, 상기 제2 단위층은, 그의 두께가 1 nm 이상 100 nm 이하인 것인, 표면 피복 절삭 공구.
8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 피막은, 그의 두께가 0.1 ㎛ 이상 10 ㎛ 이하인 것인, 표면 피복 절삭 공구.
9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 기재는, 초경합금, 서멧, 고속도강, 세라믹스, cBN 소결체 및 다이아몬드 소결체로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종을 포함하는 것인, 표면 피복 절삭 공구.

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