KR20220124167A

KR20220124167A - 절삭 공구

Info

Publication number: KR20220124167A
Application number: KR1020227022763A
Authority: KR
Inventors: 겐타 사노; 사토루 구키노; 미치코 마츠카와; 노조미 츠키하라
Original assignee: 스미또모 덴꼬오 하드메탈 가부시끼가이샤
Priority date: 2020-01-08
Filing date: 2020-12-09
Publication date: 2022-09-13
Also published as: WO2021140818A1; JP2022115929A; CN114929415B; EP4088840A4; CN114929415A; EP4088840A1; JPWO2021140818A1; US20230050739A1

Abstract

기재와 이 기재 상에 형성된 피막을 포함하는 절삭 공구로서, 상기 피막은 제1 단위층과 제2 단위층을 갖는 다층 구조 층을 포함하고, 상기 다층 구조 층에 있어서, 상기 제1 단위층 및 상기 제2 단위층은 각각이 교대로 1층 이상 적층되어 있고, 상기 다층 구조 층에 있어서의 (200)면, (111)면 및 (220)면 각각의 X선 회절 강도를 I₍₂₀₀₎, I₍₁₁₁₎ 및 I₍₂₂₀₎으로 한 경우, 이하의 식 1: 0.6≤I₍₂₀₀₎/{I₍₂₀₀₎+I₍₁₁₁₎+I₍₂₂₀₎}(식 1)을 만족하고, 상기 제1 단위층은, c축 방향의 면 간격 d_1c가 a축 방향의 면 간격 d_1a보다도 큰 NaCl 모양 구조이고, 상기 제2 단위층은, c축 방향의 면 간격 d_2c가 a축 방향의 면 간격 d_2a보다도 작은 NaCl 모양 구조이고, 이하의 식 2, 식 3 및 식 4: 1≤d_1a/d_2a≤1.02(식 2) 1.01≤d_1c/d_2c≤1.05(식 3) d_1a/d_2a<d_1c/d_2c(식 4)을 만족한다.

Description

절삭 공구

본 개시는 절삭 공구에 관한 것이다. 본 출원은 2020년 1월 8일에 출원한 일본 특허출원인 특원 2020-001525호에 기초한 우선권을 주장한다. 상기 일본 특허출원에 기재된 모든 기재 내용은 참조에 의해서 본 명세서에 원용된다.

최근, 다양한 절삭 조건 하에서 우수한 공구 수명을 보이는 절삭 공구가 요구되고 있다. 공구 재료의 요구 성능으로서, 공구 수명에 직결되는 내마모성 및 내결손성의 향상이 한층 더 중요하게 되고 있다. 그래서, 이들 특성을 향상시키기 위해서, 기재의 표면에 서로 성질이 다른 2종류의 층을 교대로 적층한 절삭 공구가 이용되고 있다.

[특허문헌 1] 일본 특허공개 평성성08-127862호 공보 [특허문헌 2] 일본 특허공개 2018-202533호 공보

본 개시에 따른 절삭 공구는,

기재와 이 기재 상에 형성된 피막을 포함하는 절삭 공구로서,

상기 피막은 제1 단위층과 제2 단위층을 갖는 다층 구조 층을 포함하고,

상기 다층 구조 층에 있어서, 상기 제1 단위층 및 상기 제2 단위층은 각각이 교대로 1층 이상 적층되어 있고,

상기 다층 구조 층에 있어서의 (200)면, (111)면 및 (220)면 각각의 X선 회절 강도를 I₍₂₀₀₎, I₍₁₁₁₎ 및 I₍₂₂₀₎으로 한 경우, 이하의 식 1

0.6≤I₍₂₀₀₎/{I₍₂₀₀₎+I₍₁₁₁₎+I₍₂₂₀₎} 식 1

을 만족하고,

상기 제1 단위층은, c축 방향의 면 간격 d_1c가 a축 방향의 면 간격 d_1a보다도 큰 NaCl 모양 구조이고,

상기 제2 단위층은, c축 방향의 면 간격 d_2c가 a축 방향의 면 간격 d_2a보다도 작은 NaCl 모양 구조이고,

이하의 식 2, 식 3 및 식 4

1≤d_1a/d_2a≤1.02 식 2

1.01≤d_1c/d_2c≤1.05 식 3

d_1a/d_2a<d_1c/d_2c 식 4

를 만족하고,

상기 a축 방향의 면 간격은, 상기 제1 단위층 및 상기 제2 단위층의 적층 방향에 대하여 수직인 방향에 있어서의 격자면 간격이고,

상기 c축 방향의 면 간격은, 상기 제1 단위층 및 상기 제2 단위층의 적층 방향에 대하여 평행한 방향에 있어서의 격자면 간격이다.

도 1은 절삭 공구의 일 양태를 예시하는 사시도이다.
도 2는 본 실시형태의 일 양태에 있어서의 절삭 공구의 모식 단면도이다.
도 3은 본 실시형태의 다른 양태에 있어서의 절삭 공구의 모식 단면도이다.
도 4는 본 실시형태의 또 다른 양태에 있어서의 절삭 공구의 모식 단면도이다.
도 5는 종래의 다층 구조 층에 있어서의 2개의 층의 계면 상태를 설명하는 모식 단면도이다.
도 6은 본 실시형태의 다층 구조 층에 있어서의 2개의 층의 계면 상태를 설명하는 모식 단면도이다.

[본 개시가 해결하고자 하는 과제]

2종류의 층을 단순히 기재의 표면에 교대로 적층한 경우, 각각의 층에 있어서의 결정 격자가 다르면, 2개의 층의 계면에 있어서 결정 격자가 부정합으로 된다(도 5 참조). 그 때문에, 2개의 층의 계면에 있어서의 밀착력이 저하하는 경향이 있어 개선의 여지가 있었다.

상술한 결정 격자의 부정합을 개선하기 위해서 다양한 제안이 되어 있다. 예컨대 일본 특허공개 평성08-127862호 공보(특허문헌 1)에는, 주기율표 Ⅳa, Ⅴa, Ⅵa족 원소, Al, Si 및 B에서 선택되는 1종 이상의 원소(제1 원소)와; B, C, N 및 O에서 선택되는 1종 이상의 원소(제2 원소)를 주성분으로 하고, 서로 다른 조성을 갖는 적어도 2종의 화합물층으로 이루어지고, 상기 각 층 사이에서 1주기 이상 연속된 결정 격자를 갖는 적층부와, 상기 적층부의 기재 측에 배치된 층이며, 주기율표 Ⅳa, Ⅴa, 및 Ⅵa족 원소에서 선택되는 1종 이상의 원소(제3 원소)와; C, N 및 O에서 선택되는 1종 이상의 원소(제4 원소)로 이루어지는 중간층을 포함하고, 상기 중간층과 상기 적층부의 적어도 가장 기재 측의 층이 연속된 격자를 갖는 것을 특징으로 하는 적층체가 개시되어 있다.

또한, 일본 특허공개 2018-202533호 공보(특허문헌 2)에는, 기재와 이 기재 상에 형성된 피막을 구비하는 표면 피복 절삭 공구로서, 상기 피막은 A층, B층 및 C층이 이 순서로 반복하여 적층된 적층 구조를 포함하고, 상기 A층, 상기 B층 및 상기 C층 각각은, 서로 조성이 다르며 또한 주기율표의 4족 원소, 5족 원소, 6족 원소, Al, Si, B 및 Y로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 2종 이상의 원소의 질화물이고, 상기 A층의 격자 상수 L_A, 상기 B층의 격자 상수 L_B 및 상기 C층의 격자 상수 L_C는, 소정의 식의 관계를 만족하고, 상기 A층과 상기 C층의 격자 상수의 차는 0.1100Å 이상 0.1500Å 이하이고, 상기 A층, 상기 B층 및 상기 C층 각각은 입방정형 결정 구조를 갖는 표면 피복 절삭 공구가 개시되어 있다.

그러나, 특허문헌 1에 기재된 적층체 및 특허문헌 2에 기재된 피막은, 2개의 층의 계면에 있어서의 결정 격자의 부정합이 해소되고 있지만, 큰 압축 잔류 응력이 생기고 있어, 고효율의 절삭 가공(이송 속도가 큰 절삭 가공 등)에 적용할 때는 한층 더 성능(예컨대 내결손성, 내박리성 등) 향상이 요구된다.

본 개시는, 상기 사정에 감안하여 이루어진 것으로, 내박리성이 우수한 절삭 공구를 제공하는 것을 목적으로 한다.

[본 개시의 효과]

상기한 바에 의하면, 내박리성이 우수한 절삭 공구를 제공할 수 있게 된다.

[본 개시의 실시형태의 설명]

맨 처음에 본 개시의 실시양태를 열기하여 설명한다.

[1] 본 개시에 따른 절삭 공구는,

상기 다층 구조 층에 있어서의 (200)면, (111)면 및 (220)면 각각의 X선 회절 강도를 I₍₂₀₀₎, I₍₁₁₁₎ 및 I₍₂₂₀₎로 한 경우, 이하의 식 1

을 만족하고,

이하의 식 2, 식 3 및 식 4

1≤d_1a/d_2a≤1.02 식 2

1.01≤d_1c/d_2c≤1.05 식 3

d_1a/d_2a<d_1c/d_2c 식 4

를 만족하고,

상기 절삭 공구에 있어서의 상기 다층 구조 층은, 상기 제1 단위층에 있어서의 a축 방향의 면 간격 d_1a와, 상기 제2 단위층에 있어서의 a축 방향의 면 간격 d_2a가 거의 같다(식 2). 그 때문에, 면내 방향(적층 방향에 수직인 방향)에서 상기 제1 단위층에 있어서의 결정 격자와 상기 제2 단위층에 있어서의 결정 격자가 정합하여(도 6 참조), 상기 제1 단위층과 상기 제2 단위층의 밀착성이 우수하다. 즉, 상기 절삭 공구는, 상술한 것과 같은 구성을 구비함으로써, 우수한 내박리성을 가질 수 있게 된다. 「내박리성」이란, 상기 제1 단위층과 상기 제2 단위층의 계면에 있어서의 박리에 대한 내성을 의미한다.

[2] 상기 제1 단위층에 있어서의 1층 당 두께는 5 ㎚ 이상 50 ㎚ 이하이다. 이와 같이 규정함으로써, 상기 절삭 공구는 더욱 우수한 내박리성을 가질 수 있게 된다.

[3] 상기 제2 단위층에 있어서의 1층 당 두께는 5 ㎚ 이상 50 ㎚ 이하이다. 이와 같이 규정함으로써, 상기 절삭 공구는 더욱 우수한 내박리성을 가질 수 있게 된다.

[4] 상기 다층 구조 층의 두께는 10 ㎚ 이상 10 ㎛ 이하이다. 이와 같이 규정함으로써, 상기 절삭 공구는 우수한 내박리성에 더하여, 우수한 내마모성을 가질 수 있게 된다.

[5] 상기 제1 단위층은, 티탄, 알루미늄, 크롬, 규소, 니오븀, 텅스텐, 바나듐, 탄탈, 하프늄, 지르코늄 및 몰리브덴으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 제1 원소와, 붕소, 탄소, 질소 및 산소로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 제2 원소를 구성 원소로서 포함하는 화합물로 이루어진다. 이와 같이 규정함으로써, 상기 절삭 공구는 우수한 내박리성을 가짐에 더하여 우수한 내마모성을 가질 수 있게 된다.

[6] 상기 제2 단위층은, 티탄, 알루미늄, 크롬, 규소, 니오븀, 텅스텐, 바나듐, 탄탈, 하프늄, 지르코늄 및 몰리브덴으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 제3 원소와, 붕소, 탄소, 질소 및 산소로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 제4 원소를 구성 원소로서 포함하는 화합물로 이루어지고,

상기 제2 단위층은 상기 제1 단위층과 조성이 다르다. 이와 같이 규정함으로써, 상기 절삭 공구는 우수한 내박리성을 가짐에 더하여, 우수한 내경계마모성을 가질 수 있게 된다.

[본 개시의 실시형태의 상세]

이하, 본 개시의 일 실시형태(이하 「본 실시형태」라고 기재한다.)에 관해서 설명한다. 단, 본 실시형태는 이것에 한정되는 것은 아니다. 본 명세서에 있어서 「A~Z」라는 형식의 표기는, 범위의 상한 하한(즉 A 이상 Z 이하)을 의미하며, A에서 단위의 기재가 없고 Z에서만 단위가 기재되어 있는 경우, A의 단위와 Z의 단위는 동일하다. 또한, 본 명세서에 있어서, 예컨대 「TiC」 등과 같이 구성 원소의 조성비가 한정되어 있지 않은 화학식에 의해서 화합물이 표시된 경우에는, 그 화학식은 종래 공지된 온갖 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 관해서도 마찬가지다.

≪절삭 공구≫

본 개시에 따른 절삭 공구는,

을 만족하고,

이하의 식 2, 식 3 및 식 4

1≤d_1a/d_2a≤1.02 식 2

1.01≤d_1c/d_2c≤1.05 식 3

d_1a/d_2a<d_1c/d_2c 식 4

를 만족한다. 여기서, 상기 a축 방향의 면 간격은, 상기 제1 단위층 및 상기 제2 단위층의 적층 방향에 대하여 수직인 방향에 있어서의 격자면 간격이고, 상기 c축 방향의 면 간격은, 상기 제1 단위층 및 상기 제2 단위층의 적층 방향에 대하여 평행한 방향에 있어서의 격자면 간격이다.

본 실시형태에 따른 절삭 공구는, 예컨대 드릴, 엔드밀, 드릴용 커팅 에지 교환형 절삭 팁, 엔드밀용 커팅 에지 교환형 절삭 팁, 밀링 가공용 커팅 에지 교환형 절삭 팁, 선삭 가공용 커팅 에지 교환형 절삭 팁, 메탈 소, 기어 커팅 툴, 리머, 탭 등일 수 있다.

도 1은 절삭 공구의 일 양태를 예시하는 사시도이다. 이러한 형상의 절삭 공구는 예컨대 커팅 에지 교환형 절삭 팁으로서 이용된다. 상기 절삭 공구(10)는 경사면(1)과 여유면(2)과 경사면(1)과 여유면(2)이 교차하는 커팅 에지 능선부(3)를 갖는다. 즉, 경사면(1)과 여유면(2)은 커팅 에지 능선부(3)를 사이에 두고서 이어지는 면이다. 커팅 에지 능선부(3)는 절삭 공구(10)의 절삭날 선단부를 구성한다. 이러한 절삭 공구(10)의 형상은 상기 절삭 공구의 기재의 형상으로 파악할 수도 있다. 즉, 상기 기재는 경사면과 여유면과 경사면 및 여유면을 잇는 커팅 에지 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 1종을 포함하는 것이 바람직하다.

이들 각종 기재 중에서도 특히 초경합금(특히 WC기 초경합금), 서멧(특히 TiCN기 서멧)을 선택하는 것이 바람직하다. 그 이유는, 이들 기재가 특히 고온에 있어서의 경도와 강도의 밸런스가 우수하고, 상기 용도의 절삭 공구의 기재로서 우수한 특성을 갖기 때문이다.

기재로서 초경합금을 사용하는 경우, 그와 같은 초경합금은, 조직 중에 유리 탄소 또는 η상이라고 불리는 이상(異常) 상을 포함하고 있어도 본 실시형태의 효과는 발휘된다. 또한, 본 실시형태에서 이용하는 기재는 그 표면이 개질된 것이라도 지장없다. 예컨대 초경합금의 경우는 그 표면에 탈β층이 형성되어 있거나, cBN 소결체의 경우에는 표면경화층이 형성되어 있어도 좋으며, 이와 같이 표면이 개질되어 있어도 본 실시형태의 효과는 발휘된다.

상기 절삭 공구가 커팅 에지 교환형 절삭 팁(선삭 가공용 커팅 에지 교환형 절삭 팁, 밀링 가공용 커팅 에지 교환형 절삭 팁 등)인 경우, 기재는 칩 브레이커를 갖는 것도 갖지 않는 것도 포함된다. 커팅 에지의 능선 부분의 형상은, 샤프 에지(경사면과 여유면이 교차하는 능(稜)), 호닝(샤프 에지에 대하여 R(radius)이 부여된 형상), 네거티브 랜드(모따기를 한 형상), 호닝과 네거티브 랜드를 조합한 형상 중에서 어느 형상이나 포함된다.

<피막>

본 실시형태에 따른 피막은 상기 기재 상에 형성되어 있다. 「피막」은, 상기 기재의 적어도 일부(예컨대 경사면의 일부)를 피복함으로써, 절삭 공구에 있어서의 내박리성, 내결손성, 내마모성 등의 제반 특성을 향상시키는 작용을 갖는 것이다. 상기 피막은 상기 기재의 전면을 피복하는 것이 바람직하다. 그러나, 상기 기재의 일부가 상기 피막으로 피복되어 있지 않거나 피막의 구성이 부분적으로 다르거나 하여도 본 실시형태의 범위를 일탈하는 것은 아니다. 상기 피막은 제1 단위층과 제2 단위층을 갖는 다층 구조 층을 포함한다.

상기 피막의 두께는, 10 ㎚ 이상 10 ㎛ 이하인 것이 바람직하고, 10 ㎚ 이상 5 ㎛ 이하인 것이 보다 바람직하고, 1 ㎛ 이상 3 ㎛ 이하인 것이 더욱 바람직하다. 여기서, 피막의 두께란, 피막을 구성하는 층 각각의 두께의 총계를 의미한다. 「피막을 구성하는 층」으로서는, 예컨대 상기 다층 구조 층, 후술하는 기초층, 중간층 및 표면층 등의 다른 층을 들 수 있다. 상기 피막의 두께는, 예컨대 투과형 전자현미경(TEM)을 이용하여, 기재 표면의 법선 방향에 평행한 단면 샘플에 있어서의 임의의 10점을 측정하고, 측정된 10점의 두께의 평균치를 취함으로써 구할 수 있다. 이때의 측정 배율은 예컨대 10000배이다. 상기 단면 샘플로서는, 예컨대 이온 슬라이서 장치로 상기 절삭 공구의 단면을 박편화한 샘플을 들 수 있다. 상기 다층 구조 층, 상기 기초층, 상기 중간층 및 상기 표면층 등의 각각의 두께를 측정하는 경우도 마찬가지다. 투과형 전자현미경으로서는 예컨대 니혼덴시가부시키가이샤 제조의 JEM-2100F(상품명)를 들 수 있다.

(다층 구조 층)

본 실시형태에 따른 다층 구조 층(20)은 제1 단위층(21)과 제2 단위층(22)을 포함한다(도 2). 상기 다층 구조 층(20)에 있어서, 상기 제1 단위층(21) 및 상기 제2 단위층(22)은 각각이 교대로 1층 이상 적층되어 있다(도 2, 도 3, 도 4). 상기 다층 구조 층(20)은, 본 실시형태에 따른 절삭 공구가 발휘하는 효과를 유지하는 한, 상기 기재(11) 바로 위에 형성되어 있어도 좋고(도 2, 도 3), 기초층(31) 등의 다른 층을 통해 상기 기재(11) 상에 형성되어 있어도 좋다(도 4). 상기 다층 구조 층(20)은, 절삭 공구가 발휘하는 효과를 유지하는 한, 그 위에 표면층(32) 등의 다른 층이 형성되어 있어도 좋다(도 4). 또한, 상기 다층 구조 층(20)은 상기 피막(40)의 표면에 형성되어 있어도 좋다.

본 실시형태의 일 측면에 있어서, 상기 절삭 공구가 발휘하는 효과를 유지하는 한, 상기 다층 구조 층은 복수 형성되어 있어도 좋다. 예컨대 상기 피막이 제1 다층 구조 층과 제2 다층 구조 층을 포함하는 경우, 상기 피막은 상기 제1 다층 구조 층과 상기 제2 다층 구조 층의 사이에 형성되어 있는 중간층을 더 구비하고 있어도 좋다.

상기 다층 구조 층은 상기 기재의 여유면을 피복하는 것이 바람직하다. 상기 다층 구조 층은 상기 기재의 경사면을 피복하고 있어도 좋다. 상기 다층 구조 층은 상기 기재의 전면을 피복하는 것이 보다 바람직하다. 그러나, 상기 기재의 일부가 상기 다층 구조 층으로 피복되어 있지 않거나 하여도 본 실시형태의 범위를 일탈하는 것은 아니다.

상기 다층 구조 층의 두께는, 10 ㎚ 이상 10 ㎛ 이하인 것이 바람직하고, 1 ㎛ 이상 5 ㎛ 이하인 것이 보다 바람직하고, 1 ㎛ 이상 3 ㎛ 이하인 것이 더욱 바람직하다. 이와 같이 함으로써, 상기 절삭 공구는 우수한 내박리성을 갖고 우수한 내마모성을 가질 수 있게 된다. 상기 두께는, 예컨대 상술한 것과 같은 상기 절삭 공구의 단면을 투과형 전자현미경을 이용하여 배율 10000배로 관찰함으로써 측정할 수 있다.

을 만족한다. 여기서, 「(200)면의 X선 회절 강도 I₍₂₀₀₎」란, (200)면에 유래하는 X선 회절 피크 중, 가장 높은 피크에 있어서의 회절 강도(피크의 높이)를 의미한다. 「(111)면의 X선 회절 강도 I₍₁₁₁₎」 및 「(220)면의 X선 회절 강도 I₍₂₂₀₎」에 관해서도 마찬가지다.

구체적으로는, 후술하는 실시예에 기재한 조건으로 상기 다층 구조 층에 있어서의 임의의 3점 각각에 대하여, θ/2θ법에 의한 X선 회절 측정(XRD 측정)을 행하여, 소정 결정면의 X선 회절 강도를 구하고, 구해진 3점의 X선 회절 강도의 평균치를 상기 소정 결정면의 X선 회절 강도로 한다. 이때, (200)면의 X선 회절 강도는 2θ=43~44° 부근에 있어서의 X선 회절 강도에 대응하고, (111)면의 X선 회절 강도는 2θ=37~38° 부근에 있어서의 X선 회절 강도에 대응한다. 또한, (220)면의 X선 회절 강도는 2θ=63~65° 부근에 있어서의 X선 회절 강도에 대응한다.

상기 X선 회절 측정에 이용하는 장치로서는, 예컨대 가부시키가이샤리가크 제조의 「SmartLab」(상품명), 파날리티칼 제조의 「X'pert」(상품명) 등을 들 수 있다.

상술한 I₍₂₀₀₎/{I₍₂₀₀₎+I₍₁₁₁₎+I₍₂₂₀₎}에 있어서의 상한은, 예컨대 1 이하라도 좋고, 1 미만이라도 좋고, 0.95 이하라도 좋고, 0.8 이하라도 좋다.

본 실시형태의 일 측면에 있어서, 상기 다층 구조 층의 잔류 응력은 -3 ㎬ 이상 0 ㎬ 이하라도 좋다. 여기서, 「다층 구조 층의 잔류 응력」이란, 다층 구조 층에 존재하는 내부 응력(고유 변형)을 의미한다. 다층 구조 층의 잔류 응력 중, 음의 값(마이너스의 값)으로 표시되는 잔류 응력을 「압축 잔류 응력」이라고 한다. 즉, 본 실시형태의 일 측면에 있어서, 상기 다층 구조 층의 압축 잔류 응력은 0 ㎬ 이상 3 ㎬ 이하라도 좋다. 후술하는 것과 같이 본 실시형태에 있어서의 다층 구조 층(즉, 제1 단위층 및 제2 단위층)은 적층 방향에 있어서의 압축 잔류 응력의 발생이 억제되고 있다. 그 때문에, 상기 다층 구조 층의 압축 잔류 응력은 상술한 범위를 취할 수 있게 된다. 상기 잔류 응력은, X선을 이용한 2θ-sin²ψ법(側傾法)에 의해서 구할 수 있다.

상기 다층 구조 층의 잔류 응력이 -3 ㎬ 이상 0 ㎬ 이하인 경우, c축 방향의 면 간격(d_1c, d_2c)은, 단일의 층을 형성한 경우에 있어서의 NaCl 구조의 면 간격(d₁, d₂)에 대하여 가까운 값을 취하고 있다고 본 발명자들은 고려하고 있다. c축 방향의 면 간격이 이러한 값을 취함으로써, 제1 단위층 및 제2 단위층 각각이 갖는 본래의 성질(예컨대 경도, 인성, 강도 등)이 발휘된다고 본 발명자들은 고려하고 있다.

(제1 단위층)

본 실시형태에 있어서, 제1 단위층은, c축 방향의 면 간격 d_1c가 a축 방향의 면 간격 d_1a보다도 큰 NaCl 모양 구조이다. 여기서, 「NaCl 모양 구조」란, 염화나트륨형 결정 구조에 있어서 a축 방향의 면 간격과 c축 방향의 면 간격이 상이한 결정 구조를 의미한다. 본 실시형태에 있어서 「a축 방향의 면 간격」이란, 상기 제1 단위층 및 후술하는 제2 단위층의 적층 방향에 대하여 수직인 방향에 있어서의 격자면 간격을 의미한다. 본 실시형태에 있어서 「c축 방향의 면 간격」이란, 상기 제1 단위층 및 후술하는 제2 단위층의 적층 방향에 대하여 평행한 방향에 있어서의 격자면 간격을 의미한다.

본 실시형태에 있어서, 제1 단위층 및 후술하는 제2 단위층 중, 대상의 층을 구성하는 화합물로 단일의 층을 형성한 경우에 있어서의 NaCl 구조의 면 간격이 큰 쪽을 「제1 단위층」으로 한다. 즉, 상기 제1 단위층을 구성하는 화합물로 단일의 층을 형성한 경우에 있어서의 NaCl 구조의 면 간격 d₁(㎚)은, 상기 제2 단위층을 구성하는 화합물로 단일의 층을 형성한 경우에 있어서의 NaCl 구조의 면 간격 d₂(㎚)보다도 크다.

제1 단위층에 있어서의 a축 방향의 면 간격 d_1a(㎚)에 대한 c축 방향의 면 간격 d_1c(㎚)의 비 d_1c/d_1a는, 1을 넘고 1.05 이하인 것이 바람직하고, 1.01 이상 1.03 이하인 것이 보다 바람직하다.

면 간격은 다음과 같은 식으로 구해진다. 우선, 기재 표면의 법선 방향에 평행한 단면을 포함하는 측정 시료를 제작한다. 이어서, 상기 단면에 있어서의 관찰 대상인 층(예컨대 제1 단위층, 제2 단위층)을 주사 투과형 전자현미경(STEM: Scanning Transmission Electron Microscopy)으로 관찰하여, 관찰 화상을 푸리에 변환함으로써 측정할 수 있다. 본 실시형태에서 STEM에 있어서의 분석은 이하의 조건으로 행하는 것으로 한다.

측정 기기: 니혼덴시 제조, 상품명: JEM-2100f(Cs)

가속 전압: 200 ㎸

배율: 20만~800만배

빔 직경: 0.13 ㎛

상기 제1 단위층에 있어서의 1층 당 두께는, 5 ㎚ 이상 50 ㎚ 이하인 것이 바람직하고, 10 ㎚ 이상 30 ㎚ 이하인 것이 보다 바람직하고, 10 ㎚ 이상 20 ㎚ 이하인 것이 더욱 바람직하다. 상기 두께는, 예컨대 상술한 것과 같은 상기 절삭 공구의 단면을 투과형 전자현미경을 이용하여 배율 10000배로 관찰함으로써 측정할 수 있다.

상기 제1 단위층은 티탄(Ti), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 규소(Si), 니오븀(Nb), 텅스텐(W), 바나듐(V), 탄탈(Ta), 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr) 및 몰리브덴(Mo)으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 제1 원소와, 붕소(B), 탄소(C), 질소(N) 및 산소(O)로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 제2 원소를 구성 원소로서 포함하는 화합물로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 제1 단위층의 조성은, 상술한 단면 샘플을 TEM 부대의 에너지 분산형 X선 분광법(TEM-EDX)으로 제1 단위층 전체를 원소 분석함으로써 구할 수 있다. 이때의 관찰 배율은 예컨대 20000배이다.

상기 제1 단위층을 구성하는 화합물로서는 예컨대 TiAlN, TiAlSiN, TiAlNbN 등을 들 수 있다.

(제2 단위층)

본 실시형태에 있어서, 상기 제2 단위층은, c축 방향의 면 간격 d_2c(㎚)이 a축 방향의 면 간격 d_2a(㎚)보다도 작은 NaCl 모양 구조이다.

제2 단위층에 있어서의 a축 방향의 면 간격 d_2a에 대한 c축 방향의 면 간격 d_2c의 비 d_2c/d_2a는, 0.95 이상 1 미만인 것이 바람직하고, 0.96 이상 0.995 이하인 것이 보다 바람직하다.

상기 제2 단위층에 있어서의 1층 당 두께는, 5 ㎚ 이상 50 ㎚ 이하인 것이 바람직하고, 10 ㎚ 이상 20 ㎚ 이하인 것이 보다 바람직하다. 상기 두께는, 예컨대 상술한 것과 같은 상기 절삭 공구의 단면을 투과형 전자현미경을 이용하여 배율 10000배로 관찰함으로써 측정할 수 있다.

상기 제2 단위층은, 티탄, 알루미늄, 크롬, 규소, 니오븀, 텅스텐, 바나듐, 탄탈, 하프늄, 지르코늄 및 몰리브덴으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 제3 원소와, 붕소, 탄소, 질소 및 산소로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 제4 원소를 구성 원소로서 포함하는 화합물로 이루어지는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 제2 단위층은 상기 제1 단위층과 조성이 다르다. 상기 제2 단위층의 조성은, 상술한 단면 샘플을 TEM 부대의 에너지 분산형 X선 분광법(TEM-EDX)으로 제2 단위층 전체를 원소 분석함으로써 구할 수 있다. 이때의 관찰 배율은 예컨대 20000배이다.

상기 제2 단위층을 구성하는 화합물로서는 예컨대 AlCrN, AlCrSiN, AlCrNbN, AlCrBN 등을 들 수 있다.

(제1 단위층의 면 간격과 제2 단위층의 면 간격)

본 실시형태에 있어서, 제1 단위층에 있어서의 a축 방향의 면 간격 d_1a와 제2 단위층에 있어서의 a축 방향의 면 간격 d_2a는 이하의 식 2를 만족한다.

1≤d_1a/d_2a≤1.02 식 2

상기 면 간격 d_1a와 상기 면 간격 d_2a가 식 2를 만족함으로써, 상기 제1 단위층과 상기 제2 단위층의 계면에 있어서 양층의 결정 격자가 정합한다(도 6 참조). 그 때문에, 상기 제1 단위층과 상기 제2 단위층의 계면의 강도가 향상되고, 나아가서는 양층 사이의 밀착력이 향상된다.

상술한 d_1a/d_2a는, 1 이상 1.01 이하인 것이 바람직하고, 1 이상 1.005 이하인 것이 보다 바람직하다.

본 실시형태에 있어서, 제1 단위층에 있어서의 c축 방향의 면 간격 d_1c와 제2 단위층에 있어서의 c축 방향의 면 간격 d_2c는 이하의 식 3을 만족한다.

1.01≤d_1c/d_2c≤1.05 식 3

상기 면 간격 d_1c와 상기 면 간격 d_2c가 식 3을 만족함으로써 내박리성이 우수한 절삭 공구가 된다.

상술한 d_1c/d_2c는, 1.02 이상 1.05 이하인 것이 바람직하고, 1.03 이상 1.05 이하인 것이 보다 바람직하다.

또한, 본 실시형태에 있어서, 상술한 d_1a/d_2a와 상술한 d_1c/d_2c는 이하의 식 4를 만족한다.

d_1a/d_2a<d_1c/d_2c 식 4

이상 설명한 것과 같이, 상기 다층 구조 층을 구성하는 제1 단위층 및 제2 단위층은, 면내 방향(a축 방향)의 면 간격(d_1a, d_2a)이 서로 정합하고 있다. 한편, 상기 제1 단위층 및 제2 단위층 각각은, 적층 방향(c축 방향)의 면 간격(d_1c, d_2c)이 면내 방향의 면 간격과 비교하여, 단일의 층을 형성한 경우에 있어서의 NaCl 구조의 면 간격(d₁, d₂)에 가까운 면 간격으로 되어 있다. 그 때문에, 제1 단위층 및 제2 단위층 각각이 갖는 본래의 성질(예컨대 경도, 인성, 강도 등)을 해치는 일 없이 양층 사이의 밀착성을 향상시킬 수 있게 되었다고 본 발명자들은 고려하고 있다.

예컨대 제1 단위층이 TiAlN으로 이루어지고, 제2 단위층이 AlCrN으로 이루어지는 경우, 내마모성이 우수하며 또한 절삭 가공 시에 있어서의 가공면 조도(粗度)가 양호한 다층 구조 층으로 할 수 있게 된다.

(다른 층)

본 실시형태의 효과를 해치지 않는 한, 상기 피막은 다른 층을 더 포함하고 있어도 좋다. 상기 다른 층으로서는, 예컨대 상기 기재와 상기 다층 구조 층의 사이에 형성되어 있는 기초층 및 상기 다층 구조 층 위에 형성되어 있는 표면층 등을 들 수 있다. 또한, 상기 피막이 제1 다층 구조 층과 제2 다층 구조 층을 포함하는 경우에 있어서의 상기 제1 다층 구조 층과 상기 제2 다층 구조 층의 사이에 형성되어 있는 중간층을 들 수 있다.

상기 기초층은 예컨대 AlCrN으로 표시되는 화합물로 이루어지는 층이라도 좋다. 상기 표면층은 예컨대 TiN으로 표시되는 화합물로 이루어지는 층이라도 좋다. 상기 중간층은 예컨대 TiAlN으로 표시되는 화합물로 이루어지는 층이라도 좋다. 상기 다른 층의 조성은, 상술한 단면 샘플을 TEM 부대의 에너지 분산형 X선 분광법(TEM-EDX)으로 상기 다른 층 전체를 원소 분석함으로써 구할 수 있다. 이때의 관찰 배율은 예컨대 20000배이다.

상기 다른 층의 두께는, 본 실시형태의 효과를 해치지 않는 범위에서 특별히 제한은 없지만, 예컨대 0.1 ㎛ 이상 2 ㎛ 이하를 들 수 있다. 상기 두께는, 예컨대 상술한 것과 같은 상기 절삭 공구의 단면을 투과형 전자현미경을 이용하여 배율 10000배로 관찰함으로써 측정할 수 있다.

≪절삭 공구의 제조 방법≫

본 실시형태에 따른 절삭 공구의 제조 방법은,

상기 기재를 준비하는 공정(이하, 「제1 공정」이라고 하는 경우가 있다.)과,

물리적 증착법을 이용하여, 상기 기재 상에 제1 단위층과 제2 단위층을 교대로 각각 1층 이상 적층함으로써 상기 다층 구조 층을 형성하는 공정(이하, 「제2공정」이라고 하는 경우가 있다.)을 포함한다.

물리 증착법이란, 물리적인 작용을 이용하여 원료(「증발원」, 「타겟」이라고도 한다.)를 기화하고, 기화한 원료를 기재 등의 위에 부착시키는 증착 방법이다. 물리적 증착법으로서는 예컨대 스퍼터법, 아크 이온 플레이팅법 등을 들 수 있다. 특히 본 실시형태에서 이용하는 물리적 증착법은 아크 이온 플레이팅법을 이용하는 것이 바람직하다.

아크 이온 플레이팅법은, 장치 내에 기재를 설치하고 캐소드로서 타겟을 설치한 후, 이 타겟에 고전류를 인가하여 아크 방전을 생기게 한다. 이로써, 타겟을 구성하는 원자를 증발시켜 이온화시키고, 음의 바이어스 전압을 인가한 기재 상에 퇴적시켜 피막을 형성한다.

<제1 공정: 기재를 준비하는 공정>

제1 공정에서는 기재를 준비한다. 예컨대 기재로서 초경합금 기재 또는 입방정 질화붕소 소결체가 준비된다. 초경합금 기재 및 입방정 질화붕소 소결체는, 시판의 기재를 이용하여도 좋고, 일반적인 분말 야금법으로 제조하여도 좋다. 예컨대 일반적인 분말 야금법으로 초경합금을 제조하는 경우, 우선, 볼밀 등에 의해서 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, 호닝 처리 등의 소정의 커팅 에지 가공을 실시함으로써, WC-Co계 초경합금으로 이루어지는 기재를 제조할 수 있다. 제1 공정에서는, 상기한 것 이외의 기재라도, 이런 유형의 기재로서 종래 공지된 것이라면 어느 것이나 준비 가능하다.

<제2 공정: 다층 구조 층을 형성하는 공정>

제2 공정에서는, 물리적 증착법을 이용하여, 상기 기재 상에 제1 단위층과 제2 단위층을 교대로 각각 1층 이상 적층함으로써 상기 다층 구조 층을 형성한다. 그 방법으로서는, 형성하고자 하는 다층 구조 층의 조성에 따라서 각종 방법이 이용된다. 예컨대 Ti, Cr 및 Al 등의 입경을 각각 변화시킨 합금제 타겟을 사용하는 방법, 각각 조성이 다른 복수의 타겟을 사용하는 방법, 성막 시에 인가하는 바이어스 전압을 펄스 전압으로 하는 방법, 성막 시에 가스 유량을 변화시키는 방법, 또는 성막 장치에 있어서 기재를 유지하는 기재 홀더의 회전 속도를 조정하는 방법 등을 들 수 있다.

예컨대 제2 공정은 다음과 같은 식으로 행할 수 있다. 우선, 성막 장치의 챔버 내에 기재로서 임의의 형상의 칩을 장착한다. 예컨대 기재를, 성막 장치의 챔버 내에 있어서 중앙에 회전 가능하게 비치된 회전 테이블 상의 기재 홀더의 외표면에 부착한다. 이어서, 제1 단위층 형성용의 증발원과 제2 단위층 형성용의 증발원을, 상기 기재 홀더를 사이에 두는 식으로 대향하여 배치한다. 기재 홀더에는 바이어스 전원을 부착한다. 제1 단위층 형성용의 증발원과 제2 단위층 형성용의 증발원에는 각각 아크 전원을 부착한다. 상기 기재를 챔버 내의 중앙에서 회전시킨 상태에서 반응 가스로서 질소 가스 등을 도입한다. 또한, 기재를 온도 400~500℃로, 반응 가스압을 2~10 ㎩로, 바이어스 전원의 전압을 20~50 V(직류 전원) 범위로 각각 유지하면서, 제1 단위층 형성용의 증발원 및 제2 단위층 형성용의 증발원에 80~100 A의 아크 전류를 교대로 공급한다. 이에 따라, 제1 단위층 형성용의 증발원 및 제2 단위층 형성용의 증발원으로부터 금속 이온을 발생시켜, 상기 기재가 제1 단위층 형성용의 증발원에 대향하고 있을 때는 제1 단위층이 형성되고, 상기 기재가 제2 단위층 형성용의 증발원에 대향하고 있을 때는 제2 단위층이 형성된다. 소정 시간이 경과한 시점에서 아크 전류의 공급을 멈춰, 기재의 표면 상에 다층 구조 층(제1 단위층 및 제2 단위층)을 형성한다. 이때, 상기 기재의 회전 속도를 조절함으로써 제1 단위층 및 제2 단위층 각각의 두께를 조정한다. 또한, 성막 시간을 조절함으로써 다층 구조 층의 두께가 소정 범위가 되도록 조정한다. 상기 제2 공정은, 절삭 가공에 관여하는 부분(예컨대 절삭날 부근의 경사면)에 더하여, 절삭 가공에 관여하는 부분 이외의 상기 기재의 표면 상에 다층 구조 층이 형성되어 있어도 좋다. 본 실시형태에 따른 제조 방법은, 종래의 방법보다도 낮은 온도에서, 제1 단위층 형성용의 증발원 및 제2 단위층 형성용의 증발원에 아크 전류를 교대로 공급하고 있다. 이와 같이 함으로써, 면내 방향의 면 간격의 정합을 유지하면서 적층 방향으로는 면 간격이 다른 성막을 실시할 수 있게 된다.

(제1 단위층의 원료)

상기 제2 공정에 있어서, 제1 단위층의 원료는, 티탄, 알루미늄, 크롬, 규소, 니오븀, 텅스텐, 바나듐, 탄탈, 하프늄, 지르코늄 및 몰리브덴으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 제1 원소를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 제1 단위층의 원료의 배합 조성은 목적으로 하는 제1 단위층의 조성에 따라 적절하게 조정할 수 있다. 상기 제1 단위층의 원료는 분말형이라도 좋고 평판형이라도 좋다.

(제2 단위층의 원료)

상기 제2 공정에 있어서, 제2 단위층의 원료는, 티탄, 알루미늄, 크롬, 규소, 니오븀, 텅스텐, 바나듐, 탄탈, 하프늄, 지르코늄 및 몰리브덴으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 제3 원소를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 제2 단위층의 원료의 배합 조성은 목적으로 하는 제2 단위층의 조성에 따라 적절하게 조정할 수 있다. 상기 제2 단위층의 원료의 배합 조성은 상기 제1 단위층의 원료의 배합 조성과 다른 것이 바람직하다. 상기 제2 단위층의 원료는 분말형이라도 좋고 평판형이라도 좋다.

본 실시형태에 있어서, 상술한 반응 가스는 상기 다층 구조 층의 조성에 따라서 적절하게 설정된다. 상기 반응 가스로서는 예컨대 질소 가스, 메탄 등을 들 수 있다.

<그 밖의 공정>

본 실시형태에 따른 제조 방법에서는, 상술한 공정 외에도, 제1 공정과 제2 공정의 사이에, 상기 기재의 표면을 이온 봄바드먼트 처리하는 공정, 기재와 상기 다층 구조 층의 사이에 기초층을 형성하는 공정, 상기 다층 구조 층의 위에 표면층을 형성하는 공정, 제1 다층 구조 층과 제2 다층 구조 층 사이에 중간층을 형성하는 공정 및 표면 처리하는 공정 등을 적절하게 행하여도 좋다.

상술한 기초층, 중간층 및 표면층 등의 다른 층을 형성하는 경우, 종래의 방법에 의해서 다른 층을 형성하여도 좋다.

실시예

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

≪절삭 공구의 제작≫

<기재의 준비>

피막을 형성시키는 대상이 되는 기재로서, 이하의 수순으로 입방정 질화붕소 소결체(cBN 소결체)를 준비했다(제1 공정: 기재를 준비하는 공정). 우선, cBN의 원료 분말과 결합재의 원료 분말을 균일하게 혼합한 후, Mo(몰리브덴)제 캡슐에 충전하여 소정의 형상으로 성형하여, 성형체를 얻었다. 이어서, 얻어진 성형체를 1300~1800℃의 온도에서 5~7 ㎬의 압력으로 10~60분 유지함으로써 cBN의 소결체를 얻었다. 얻어진 소결체를 초경합금제 기재에 브레이징하여, 소정의 형상(ISO 규격: DNGA150408)으로 성형했다. 이와 같이 하여, 절삭날 부분이 복합 소결체로 이루어지는 기재를 준비했다.

<이온 봄바드먼트 처리>

후술하는 피막의 제작에 앞서서 이하의 수순으로 상기 기재의 표면에 이온 봄바드먼트 처리를 실시했다. 우선, 상기 기재를 아크 이온 플레이팅 장치에 세트했다. 이어서, 이하의 조건에 의해서 이온 봄바드먼트 처리를 실시했다.

가스 조성: Ar(100%)

가스압: 0.5 ㎩

바이어스 전압: 600 V(직류 전원)

처리 시간: 60분

<피막의 제작>

이온 봄바드먼트 처리를 실시한 상기 기재의 표면 상에 표 1에 나타내는 다층 구조 층을 형성함으로써 피막을 제작했다. 또한, 후술하는 시료 No. 3에서는, 다층 구조 층을 형성하기 전에, 공지된 물리적 증착법에 의해서 상기 기재의 표면 상에 기초층을 형성했다. 이하, 다층 구조 층을 제작하는 방법에 관해서 설명한다.

(다층 구조 층의 제작)

시료 No. 1~7에서는, 기재를 챔버 내의 중앙에서 회전시킨 상태에서 반응 가스로서 질소 가스를 도입했다. 또한, 기재를 온도 500℃로, 반응 가스압을 4 ㎩로, 바이어스 전원의 전압을 35 V(직류 전원)로 각각 유지하여 제1 단위층 형성용의 증발원 및 제2 단위층용의 증발원에 각각 150 A의 아크 전류를 교대로 공급했다. 이에 따라, 제1 단위층 형성용의 증발원 및 제2 단위층 형성용의 증발원으로부터 금속 이온을 발생시켜, 기재 상에 표 1에 나타내는 조성의 다층 구조 층을 형성했다(제2 공정: 다층 구조 층을 형성하는 공정).

이상의 공정에 의해서 시료 No. 1~7의 절삭 공구를 제작했다.

≪절삭 공구의 특성 평가≫

상술한 것과 같이 제작한 시료 No. 1~7의 절삭 공구를 이용하여 이하와 같이 절삭 공구의 각 특성을 평가했다. 또한, 시료 No. 1~3의 절삭 공구는 실시예에 대응하고, 시료 No. 4~7의 절삭 공구는 비교예에 대응한다.

<피막의 두께(다층 구조 층의 두께)의 측정>

피막의 두께(제1 단위층, 제2 단위층 및 다층 구조 층의 두께, 그리고 기초층의 두께 등)는, 투과형 전자현미경(TEM)(니혼덴시가부시키가이샤 제조, 상품명: JEM-2100F)을 이용하여, 기재 표면의 법선 방향에 평행한 단면 샘플에 있어서의 임의의 10점을 측정하고, 측정된 10점의 두께의 평균치를 취함으로써 구했다. 이때의 관찰 배율은 10000배였다. 또한, 이하의 식으로부터 상기 다층 구조 층에 있어서의 제1 단위층 및 제2 단위층의 반복수를 구했다. 결과를 표 1에 나타낸다. (제1 단위층 및 제2 단위층의 반복수)=다층 구조 층의 합계 두께/(제1 단위층의 1층 당 두께+제2 단위층의 1층 당 두께)

<다층 구조 층의 X선 회절

다층 구조 층에 관해서 X선 회절 분석법(XDR 분석법)에 의한 분석을 행하여, (200)면, (111)면 및 (220)면 각각의 X선 회절 강도를 구했다. X선 회절 분석의 조건을 이하에 나타낸다. 구해진 X선 회절 강도 I₍₂₀₀₎, I₍₁₁₁₎, I₍₂₂₀₎ 및 I(₂₀₀₎/{I₍₂₀₀₎+I₍₁₁₁₎+I₍₂₂₀₎}를 표 1에 나타낸다.

X선 회절 분석의 조건

주사축: 2θ-θ

X선원: Cu-Kα선(1.541862Å)

검출기: 0차원 검출기(신틸레이션 카운터)

관 전압: 45 ㎸

관 전류: 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°

<STEM에 의한 제1 단위층 및 제2 단위층의 분석>

제1 단위층 및 제2 단위층에 관해서 이하의 수순으로 STEM에 의한 분석을 행했다. 상술한 단면 샘플에 있어서의 제1 단위층 및 제2 단위층 각각을 STEM으로 관찰하고, 관찰 화상을 푸리에 변환함으로써 제1 단위층 및 제2 단위층 각각에 있어서의 a축 방향의 면 간격(d_1a, d_2a) 및 c축 방향의 면 간격(d_1c, d_2c)을 구했다. 상기 STEM에 있어서의 분석은 이하의 조건으로 행했다. 결과를 표 2에 나타낸다.

측정 기기: 니혼덴시 제조, 상품명: JEM-2100f(Cs)

가속 전압: 200 ㎸

배율: 20만~800만배

빔 직경: 0.13 ㎛

≪절삭 시험≫

얻어진 절삭 공구를 이용하여, 이하에 나타내는 절삭 조건으로 절삭 가공(절삭 거리: 150 m)을 행했다. 그 후, 광학현미경을 이용하여, 다층 구조 층의 박리 유무를 관찰했다. 다층 구조 층의 박리가 확인되지 않은 절삭 공구는 내박리성이 우수하다고 평가할 수 있다. 결과를 표 2에 나타낸다.

(절삭 조건)

피삭재: 고경도강 SUJ2(HRC62)(직경 85 ㎜×길이 200 ㎜)

절삭 속도: V=150 m/min.

이송: f=0.15 ㎜/rev.

절입: ap=0.5 ㎜

습식/건식: 습식

<결과>

표 1 및 표 2의 결과로부터, 상술한 식 1~식 4를 만족하는 시료 No. 1~시료 No. 3의 절삭 공구는, 상기 절삭 시험에 있어서 다층 구조 층의 박리가 확인되지 않았다. 한편, 상술한 식 2~식 4를 만족하지 않는 시료 No. 4 및 5의 절삭 공구, 상술한 식 1을 만족하지 않는 시료 No. 6의 절삭 공구, 그리고 상술한 식 3을 만족하지 않는 시료 No. 7의 절삭 공구는, 상기 절삭 시험에 있어서, 다층 구조 층의 박리가 확인되었다.

이상의 결과로부터, 실시예에 따른 시료 No. 1~시료 No. 3의 절삭 공구는 내박리성이 우수하다는 것을 알 수 있었다.

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 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 상기한 실시형태 및 실시예가 아니라 청구범위에 의해서 나타내어지며, 청구범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.

1: 경사면 2: 여유면
3: 커팅 에지 능선부 10: 절삭 공구
11: 기재 20: 다층 구조 층
21: 제1 단위층 22: 제2 단위층
31: 기초층 32: 표면층
40: 피막

Claims

기재와, 상기 기재 상에 형성된 피막을 포함하는 절삭 공구로서,
상기 피막은 제1 단위층과 제2 단위층을 갖는 다층 구조 층을 포함하고,
상기 다층 구조 층에 있어서, 상기 제1 단위층 및 상기 제2 단위층은 각각이 교대로 1층 이상 적층되어 있고,
상기 다층 구조 층에 있어서의 (200)면, (111)면 및 (220)면 각각의 X선 회절 강도를 I₍₂₀₀₎, I₍₁₁₁₎ 및 I₍₂₂₀₎로 한 경우, 이하의 식 1
0.6≤I₍₂₀₀₎/{I₍₂₀₀₎+I₍₁₁₁₎+I₍₂₂₀₎} 식 1
을 만족하고,
상기 제1 단위층은, c축 방향의 면 간격 d_1c가 a축 방향의 면 간격 d_1a보다도 큰 NaCl 모양 구조이고,
상기 제2 단위층은, c축 방향의 면 간격 d_2c가 a축 방향의 면 간격 d_2a보다도 작은 NaCl 모양 구조이고,
이하의 식 2, 식 3 및 식 4
1≤d_1a/d_2a≤1.02 식 2
1.01≤d_1c/d_2c≤1.05 식 3
d_1a/d_2a<d_1c/d_2c 식 4
을 만족하고,
상기 a축 방향의 면 간격은, 상기 제1 단위층 및 상기 제2 단위층의 적층 방향에 대하여 수직인 방향에 있어서의 격자면 간격이고,
상기 c축 방향의 면 간격은, 상기 제1 단위층 및 상기 제2 단위층의 적층 방향에 대하여 평행한 방향에 있어서의 격자면 간격인 것인 절삭 공구.
제1항에 있어서, 상기 제1 단위층에 있어서의 1층 당 두께는 5 ㎚ 이상 50 ㎚ 이하인 것인 절삭 공구.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2 단위층에 있어서의 1층 당 두께는 5 ㎚ 이상 50 ㎚ 이하인 것인 절삭 공구.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다층 구조 층의 두께는 10 ㎚ 이상 10 ㎛ 이하인 절삭 공구.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 단위층은, 티탄, 알루미늄, 크롬, 규소, 니오븀, 텅스텐, 바나듐, 탄탈, 하프늄, 지르코늄 및 몰리브덴으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 제1 원소와, 붕소, 탄소, 질소 및 산소로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 제2 원소를 구성 원소로서 포함하는 화합물로 이루어지는 것인 절삭 공구.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 단위층은, 티탄, 알루미늄, 크롬, 규소, 니오븀, 텅스텐, 바나듐, 탄탈, 하프늄, 지르코늄 및 몰리브덴으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 제3 원소와, 붕소, 탄소, 질소 및 산소로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 제4 원소를 구성 원소로서 포함하는 화합물로 이루어지고,
상기 제2 단위층은 상기 제1 단위층과 조성이 다른 것인 절삭 공구.