KR20240011806A

KR20240011806A - 절삭 공구

Info

Publication number: KR20240011806A
Application number: KR1020237044614A
Authority: KR
Inventors: 히로나리 모로구치; 유키 즈츠미우치; 사토루 구키노
Original assignee: 스미또모 덴꼬오 하드메탈 가부시끼가이샤
Priority date: 2021-06-30
Filing date: 2021-06-30
Publication date: 2024-01-26
Also published as: US20230193451A1; EP4364875A1; US11802333B2; CN117480023A; WO2023276067A1; EP4364875A4; JPWO2023276067A1; JP7124267B1

Abstract

절삭 공구는 기재와 상기 기재 상에 배치된 피막을 구비하는 절삭 공구로서, 상기 피막은 제1 층을 포함하고, 상기 제1 층의 두께는 0.2 ㎛ 이상 9 ㎛ 이하이고, 상기 제1 층은 Ti_(1-x-y)Al_xM_yN으로 이루어지고, 상기 M은 지르코늄, 하프늄, 주기표 5족 원소, 6족 원소, 규소 및 붕소로 이루어지는 군에서 선택되는 1종의 원소이고, 상기 제1 층에 있어서, 상기 제1 층의 두께 방향을 따라서 상기 x 및 상기 y는 변화하고, 상기 x의 최대값(x_max)은 0.20 이상 0.70 이하이고, 상기 x의 최소값(x_min)은 0 이상 0.6 이하이고, 상기 x_max와 상기 x_min은 0.01≤x_max-x_min≤0.7을 만족하고, 상기 y의 최대값(y_max)은 0.01 이상 0.20 이하이고, 상기 y의 최소값(y_min)은 0 이상 0.19 이하이고, 상기 y_max와 상기 y_min은 0.01≤y_max-y_min≤0.2를 만족한다.

Description

절삭 공구

본 개시는 절삭 공구에 관한 것이다.

절삭 공구의 장수명화를 목적으로 하여 다양하게 검토되고 있다. 일본 특허공개 평8-119774호 공보(특허문헌 1)에는, cBN 소결체로 이루어지는 기재를 갖는 공구용 복합 고경도 재료로서, 상기 복합 고경도 재료는 경질 내열 피막을 갖고, 상기 경질 내열 피막은 TiAlN으로 표시되는 조성을 갖는 복합 고경도 재료가 개시되어 있다. 또한, 국제공개 제2021/085253호(특허문헌 2)에는, 입방정 질화붕소 소결체로 이루어지는 공구 기체와, 상기 공구 기체의 표면에 경질 피복층을 갖는 표면 피복 절삭 공구로서, 상기 경질 피복층은 상기 공구 기체의 바로 위에 하부층(AlTiN층)과 상기 하부층 위에 상부층(AlTiBN층)을 갖고, 상기 상부층은 층 두께 방향을 따라서 붕소의 농도가 반복하여 변화하는 조성 변조 구조를 갖는 표면 피복 절삭 공구가 개시되어 있다.

특허문헌 1: 일본 특허공개 평8-119774호 공보 특허문헌 2: 국제공개 제2021/085253호

본 개시의 절삭 공구는, 기재와 상기 기재 상에 배치된 피막을 구비하는 절삭 공구로서,

상기 피막은 제1 층을 포함하고,

상기 제1 층의 두께는 0.2 ㎛ 이상 9 ㎛ 이하이고,

상기 제1 층은 Ti_(1-x-y)Al_xM_yN으로 이루어지고,

상기 M은 지르코늄, 하프늄, 주기표 5족 원소, 6족 원소, 규소 및 붕소로 이루어지는 군에서 선택되는 1종의 원소이고,

상기 제1 층에 있어서, 상기 제1 층의 두께 방향을 따라서 상기 x 및 상기 y는 변화하고,

상기 x의 최대값(x_max)은 0.20 이상 0.70 이하이고,

상기 x의 최소값(x_min)은 0 이상 0.6 이하이고,

상기 x_max와 상기 x_min은 0.01≤x_max-x_min≤0.7을 만족하고,

상기 y의 최대값(y_max)은 0.01 이상 0.20 이하이고,

상기 y의 최소값(y_min)은 0 이상 0.19 이하이고,

상기 y_max와 상기 y_min은 0.01≤y_max-y_min≤0.2를 만족한다.

도 1은 본 개시의 절삭 공구의 일 양태를 예시하는 사시도이다.
도 2는 본 개시의 절삭 공구의 일 양태를 예시하는 모식 단면도이다.
도 3은 본 개시의 절삭 공구의 다른 양태를 예시하는 모식 단면도이다.
도 4는 본 개시의 절삭 공구의 다른 양태를 더욱 예시하는 모식 단면도이다.
도 5는 본 개시의 절삭 공구의 또 다른 양태를 예시하는 모식 단면도이다.
도 6은 본 개시의 절삭 공구의 또 다른 양태를 더욱 예시하는 모식 단면도이다.
도 7은 본 개시의 절삭 공구의 일 양태에 있어서 제1 층의 깊이와 x, y의 관계를 예시하는 그래프이다.
도 8은 본 개시의 절삭 공구의 다른 일 양태에 있어서 제1 층의 깊이와 x, y의 관계를 예시하는 그래프이다.
도 9는 면의 요철과 스큐니스의 관계를 설명하는 도면이다.
도 10은 면의 요철과 스큐니스의 관계를 설명하는 도면이다.

[본 개시가 해결하고자 하는 과제]

최근 고능률 가공의 니즈가 높아지고 있다. 이에 동반하여, 고능률 가공에 있어서도 긴 공구 수명을 갖는 절삭 공구가 요구되고 있다.

그래서, 본 개시는 고능률 가공에 있어서도 긴 공구 수명을 갖는 절삭 공구를 제공하는 것을 목적으로 한다.

[본 개시의 효과]

본 개시에 의하면, 고능률 가공에 있어서도 긴 공구 수명을 갖는 절삭 공구를 제공할 수 있다.

[본 개시의 실시형태의 설명]

우선, 본 개시의 실시양태를 열기하여 설명한다.

(1) 기재와 상기 기재 상에 배치된 피막을 구비하는 절삭 공구로서,

상기 피막은 제1 층을 포함하고,

상기 제1 층의 두께는 0.2 ㎛ 이상 9 ㎛ 이하이고,

상기 제1 층은 Ti_(1-x-y)Al_xM_yN으로 이루어지고,

상기 제1 층에 있어서, 상기 제1 층의 두께 방향을 따라 상기 x 및 상기 y는 변화하고,

상기 x의 최대값(x_max)은 0.20 이상 0.70 이하이고,

상기 x의 최소값(x_min)은 0 이상 0.6 이하이고,

상기 x_max와 상기 x_min은 0.01≤x_max-x_min≤0.7을 만족하고,

상기 y의 최대값(y_max)은 0.01 이상 0.20 이하이고,

상기 y의 최소값(y_min)은 0 이상 0.19 이하이고,

상기 y_max와 상기 y_min은 0.01≤y_max-y_min≤0.2를 만족한다.

본 개시의 절삭 공구는 고능률 가공에 있어서도 긴 공구 수명을 가질 수 있다.

(2) 상기 제1 층에 있어서, 결정자 사이즈의 평균은 5 nm 이상 90 nm 이하인 것이 바람직하다. 이에 따라, 피막의 막 강도가 더욱 향상된다. 또한, 제1 층에 있어서 크랙의 발생이 억제된다.

(3) 상기 피막은 하지층을 더 포함하고,

상기 하지층은 상기 기재의 바로 위이며 또한 상기 제1 층의 바로 아래에 배치되고,

상기 하지층의 두께는 0.05 ㎛ 이상 1.0 ㎛ 이하이고,

상기 하지층은 Ti_aAl_1-aN 또는 Al_pCr_1-pN으로 이루어지고,

상기 a는 0.2 이상 1.0 이하이고,

상기 p는 0 이상 0.8 이하인 것이 바람직하다. 이에 따라, 절삭 공구에 있어서 기재와 피막의 밀착력이 향상된다.

(4) 상기 제1 층의 잔류 응력은 -3.0 GPa 이상 -0.1 GPa 이하인 것이 바람직하다. 이에 따라, 피막의 막 강도가 더욱 향상된다.

(5) 상기 피막의 표면의 거칠기(Ra_surf)는 0 ㎛ 이상 0.1 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 이에 따라, 피막의 내박리성이 향상된다.

(6) 상기 피막의 표면의 스큐니스(Rsk_surf)는 -2 이상 2 이하인 것이 바람직하다. 이에 따라, 피막의 내박리성이 더욱 향상된다.

(7) 상기 기재의 상기 피막과 접하는 면의 스큐니스(Rsk_sub)는 -2 이상 2 이하인 것이 바람직하다. 이에 따라, 피막의 내박리성이 더욱 향상된다.

(8) 상기 제1 층의 (200)면의 X선 회절 강도 I₍₂₀₀₎와, 상기 피막의 (111)면의 X선 회절 강도 I₍₁₁₁₎와, 상기 피막의 (220)면의 X선 회절 강도 I₍₂₂₀₎의 합계에 대한, 상기 I₍₂₀₀₎의 비율 I₍₂₀₀₎/(I₍₂₀₀₎+I₍₁₁₁₎+I₍₂₂₀₎)은 0.50 이상인 것이 바람직하다. 이에 따라, 피막의 내박리성이 더욱 향상된다.

[본 개시의 실시형태의 상세]

본 개시의 일 실시형태(이하, 「본 실시형태」라고도 기재한다.) 의 절삭 공구의 구체예를, 이하에 도면을 참조하면서 설명한다. 본 개시의 도면에서 동일한 참조 부호는 동일 부분 또는 상당 부분을 나타내는 것이다. 또한, 길이, 폭, 두께, 깊이 등의 치수 관계는 도면의 명료화와 단순화를 위해 적절하게 변경되어 있고, 반드시 실제의 치수 관계를 나타내는 것은 아니다.

본 명세서에서 「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.

본 명세서에서 화합물 등을 화학식으로 나타내는 경우, 원자비를 특별히 한정하지 않을 때는 종래 공지된 온갖 원자비를 포함하는 것으로 하고, 반드시 화학량론적 범위인 것에만 한정되어야 하는 것은 아니다. 예컨대 「TiAlSiN」이라고 기재되어 있는 경우, TiAlSiN을 구성하는 원자수의 비에는 종래 공지된 온갖 원자비가 포함된다.

본 명세서에서의 결정학적 기재에서는 개별 면을 ( )로 나타내고 있다.

[실시형태 1: 절삭 공구]

도 2∼도 6에 도시하는 것과 같이, 본 실시형태에 따른 절삭 공구(10)는,

기재(11)와 상기 기재(11) 상에 배치된 피막(40)을 구비하는 절삭 공구로서,

상기 피막(40)은 제1 층(12)을 포함하고,

상기 제1 층(12)의 두께는 0.2 ㎛ 이상 9 ㎛ 이하이고,

상기 제1 층(12)은 Ti_(1-x-y)Al_xM_yN으로 이루어지고,

상기 제1 층(12)에 있어서, 상기 제1 층(12)의 두께 방향을 따라서 상기 x 및 상기 y는 변화하고,

상기 x의 최대값(x_max)은 0.20 이상 0.70 이하이고,

상기 x의 최소값(x_min)은 0 이상 0.6 이하이고,

상기 x_max와 상기 x_min은 0.01≤x_max-x_min≤0.7을 만족하고,

상기 y의 최대값(y_max)은 0.01 이상 0.20 이하이고,

상기 y의 최소값(y_min)은 0 이상 0.19 이하이고,

상기 y_max와 상기 y_min은 0.01≤y_max-y_min≤0.2를 만족한다.

본 개시의 절삭 공구는 고능률 가공에 있어서도 긴 공구 수명을 가질 수 있다. 그 이유는 이하와 같이 추찰된다.

상기 제1 층(12)에 있어서, 상기 제1 층(12)의 두께 방향을 따라서 상기 x 및 상기 y는 변화하고, 상기 x의 최대값(x_max)은 0.20 이상 0.70 이하이고, 상기 x의 최소값(x_min)은 0 이상 0.6 이하이고, 상기 x_max와 상기 x_min은 0.01≤x_max-x_min≤0.7을 만족하고, 상기 y의 최대값(y_max)은 0.01 이상 0.20 이하이고, 상기 y의 최소값(y_min)은 0 이상 0.19 이하이고, 상기 y_max와 상기 y_min은 0.01≤y_max-y_min≤0.2를 만족한다. 그 때문에, Ti_(1-x-y)Al_xM_yN의 격자 상수가 잘 갖춰지지 않음에 기인하여, 상기 제1 층(12)에 있어서 입자의 성장이 억제된다. 그 때문에, 상기 제1 층(12)은 미세한 조직을 형성할 수 있다. 그 결과, 그와 같은 제1 층(12)을 포함하는 피막(40)을 구비하는 절삭 공구(10)는, 우수한 막 강도를 갖기 때문에, 고효율 가공에 있어서도 긴 공구 수명을 가질 수 있다.

본 실시형태에 따른 절삭 공구(10)의 형상 및 용도는 특별히 제한되지 않는다. 예컨대 본 실시형태에 따른 절삭 공구(10)의 형상으로서, 드릴, 엔드밀, 드릴용 날끝 교환형 절삭 팁, 엔드밀용 날끝 교환형 절삭 팁, 밀링 가공용 날끝 교환형 절삭 팁, 선삭 가공용 날끝 교환형 절삭 팁, 금속 톱, 기어 컷팅 공구, 리머, 탭, 크랭크 사프트의 핀 밀링 가공용 팁을 들 수 있다.

도 1은 본 개시의 절삭 공구(10)의 일 양태를 예시하는 사시도이다. 이러한 형상의 절삭 공구(10)는 선삭 가공용 날끝 교환형 절삭 팁 등의 날끝 교환형 절삭 팁으로서 이용된다.

또한, 본 실시형태에 따른 절삭 공구(10)는, 도 1에 도시하는 것과 같은 절삭 공구(10) 전체가 기재(11)와 상기 기재(11) 상에 형성된 피막(40)을 포함하는 구성을 갖는 것에만 한정되지 않고, 절삭 공구(10)의 일부(특히 날끝 부분(절삭날부) 등)만이 상기 구성으로 이루어지는 것도 포함한다. 예컨대 초경합금 등으로 이루어지는 기체(지지체)의 날끝 부위만이 상기 구성으로 구성되는 것도 본 실시형태에 따른 절삭 공구에 포함된다. 이 경우는 문언상 그 날끝 부위를 절삭 공구로 간주하는 것으로 한다. 환언하면, 상기 구성이 절삭 공구의 일부만을 차지하는 경우라도 상기 구성을 절삭 공구라고 부르는 것으로 한다.

《기재》

본 실시형태의 기재는 이런 유형의 기재로서 종래 공지된 것을 특별한 한정 없이 이용할 수 있다. 예컨대 상기 기재는, 초경합금(예컨대 탄화텅스텐(WC)기 초경합금, WC 외에 Co를 포함하는 초경합금, WC 외에 Ti, Ta, Nb 등의 탄질화물 등을 첨가한 초경합금 등), 서멧(TiC, TiN, TiCN 등을 주성분으로 하는 것), 고속도강, 공구강, 세라믹스(탄화티탄(TiC), 탄화규소(SiC), 질화규소(SiN), 질화알루미늄(AlN), 산화알루미늄(Al₂O₃), 사이알론 및 이들의 혼합체 등), 입방정형 질화붕소 소결체(cBN 소결체), 다이아몬드 소결체 및 결합상 중에 입방정형 질화붕소 입자가 분산된 경질 재료 등을 들 수 있다.

이들 각종 기재 중에서도 특히 입방정형 질화붕소 소결체를 선택하는 것이 바람직하다. 그 이유는, 입방정형 질화붕소 소결체는, 철계 고경도재의 절삭에 있어서 특히 우수한 내마모성을 발휘하여, 상기 용도의 절삭 공구의 기재로서 적합하기 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 경우에는 그 표면에 탈β층 형성되어 있거나, cBN 소결체의 경우에는 표면 경화층이 형성되어 있어도 좋으며, 이와 같이 표면이 개질되어 있어도 본 실시형태의 효과는 발휘된다.

상기 절삭 공구가 날끝 교환형 절삭 팁(선삭 가공용 날끝 교환형 절삭 팁, 밀링 가공용 날끝 교환형 절삭 팁 등)인 경우, 기재는 팁 브레이커를 갖는 것도 갖지 않는 것도 포함된다. 날끝부의 형상은, 샤프 엣지(경사면과 여유면이 교차하는 능선), 호닝(샤프 엣지를 둥글게 한 형상), 네거티브랜드(모따기를 한 형상), 호닝과 네거티브랜드를 조합한 형상 중에서 어느 형상이나 포함된다.

(기재의 상기 피막과 접하는 면의 스큐니스)

상기 기재의 상기 피막과 접하는 면의 스큐니스(Rsk_sub)는 -2 이상 2 이하인 것이 바람직하다. 여기서 「스큐니스」(skewness)란, JIS B 0601-2001에 규정되는 거칠기 곡선의 스큐니스를 의미하며, 면의 산부(山部)와 곡부(谷部)의 왜도(歪度)를 나타내는 파라미터이다. 환언하면 「스큐니스」란, 도 9 및 도 10에 도시하는 것과 같이, 평균선(L1)을 중심으로 했을 때의 산부와 곡부의 대칭성을 나타내는 지표이다. 상기 면이 평균선(L1)에 대하여 상측으로 치우쳐 있는 경우, 「스큐니스」는 양의 값이 된다(도 9). 또한, 상기 면이 평균선(L1)에 대하여 하측으로 치우쳐 있는 경우, 「스큐니스」는 음의 값이 된다(도 10). 또한, 도 9 및 도 10에서 도시하는 확률 밀도의 분포 곡선이 정규 분포가 되는 경우, 스큐니스는 「0」이 된다.

상기 기재의 상기 피막과 접하는 면의 스큐니스(Rsk_sub)가 -2 이상 2 이하이면, 상기 기재의 상기 피막과 접하는 면에 있어서, 산부와 곡부의 분포의 치우짐이 작아짐에 기인하여, 피막과의 밀착성을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 기재의 상기 피막과 접하는 면에 있어서, 산부와 곡부의 분포의 치우침이 작아짐에 기인하여, 가공 시의 부하로 인한 응력 집중이 경감되기 때문에, 피막의 내박리성을 향상시킬 수 있다. 상기한 스큐니스(Rsk_sub)와, 기재와 피막의 밀착성 및 피막의 내박리성의 관계는, 본 발명자들이 새롭게 지견한 것이다.

상기 Rsk_sub의 하한은 -1.8 이상인 것이 보다 바람직하고, -1.6 이상인 것이 더욱 바람직하고, -1.4 이상인 것이 더욱 보다 바람직하다. 또한, 상기 Rsk_sub의 상한은 1.8 이하인 것이 보다 바람직하고, 1.6 이하인 것이 더욱 바람직하고, 1.4 이하인 것이 더욱 보다 바람직하다. 또한, 상기 Rsk_sub는 -1.8 이상 1.8 이하인 것이 보다 바람직하고, -1.6 이상 1.6 이하인 것이 더욱 바람직하고, -1.4 이상 1.4 이하인 것이 더욱 보다 바람직하다.

<기재의 피막과 접하는 면의 스큐니스(Rsk_sub)의 측정 방법>

상기 기재의 피막과 접하는 면의 스큐니스(Rsk_sub)는 예컨대 이하의 방법에 의해 구할 수 있다. 우선, 절삭 공구를, 그 여유면의 법선 방향을 따르며 또한 날끝을 포함하도록 절단하여 단면을 노출시킨다. 절단에는 집속 이온 빔 장치 또는 크로스 섹션 폴리셔 장치 등을 이용할 수 있다. 주사형 전자현미경(Scanning Electron Microscope: SEM)을 이용하여 상기 단면을 2000배로 관찰하여 반사 전자상을 얻는다. 이어서, 화상 처리 소프트웨어(예컨대 상품명 「Winroof」 미타니쇼지가부시키가이샤 제조)를 이용하여 상기 반사 전자상을 2.5배로 확대함으로써 관찰 시야를 얻는다. 이어서, 상기 관찰 시야에 있어서, 「피막의 표면」과 「기재의 피막과 접하는 면(기재와 피막의 계면에 상당함)」을 포함하는 50 ㎛ 사방의 직사각형의 임의 부위를 발출하고, 「기재의 피막과 접하는 면」을 선으로서 트레이스하여 추출한다. 이에 의해 추출된 선을, 화상 처리 소프트웨어(예컨대 상품명 「Winroof」「미타니쇼지가부시키가이샤 제조)를 이용하여 수치화함으로써 상기 수치의 평균치를 산출한다. 여기서 「선을 수치화한다」란, 추출된 선을 x-y의 좌표축에 둔 경우에, 상기 선의 y축의 값을 x축 방향으로 0.05 ㎛ 간격으로 출력하는 것을 의미한다. 이어서, 상기 평균값에 기초하여, 기재의 피막과 접하는 면과 대략 평행한 방향으로 평균선을 그린다. 이어서, 그 평균선을 X축으로 하며 또한 상기 X축에 대한 수직 방향을 Y축으로 하는 좌표축으로 하여, 상기 화상 처리 소프트웨어를 이용함으로써, 상기 좌표축에 있어서, 피막 표면에 있어서의 면의 거칠기 곡선 Z(x)을 얻는다. 이어서, 상기 Z(x)를 이하의 식 (1)에 대입함으로써 Rq를 얻는다. 여기서, 「l」은 「50 ㎛」이다.

이어서, 상기 Z(x)와 상기 Rq를 이하의 식 (2)에 대입함으로써 스큐니스 Rsk를 얻는다.

이것을, 상기 단면에 있어서의 임의의 5 시야에서 실행함으로써 얻어진 상기 스큐니스 Rsk의 평균값을 산출함으로써 상기 스큐니스(Rsk_sub)를 구한다.

《피막》

피막(40)은 상기 기재(11) 상에 배치된다(도 2∼6). 도 2∼6은 본 개시의 절삭 공구의 일 양태를 예시하는 모식 단면도이다. 「피막」은, 상기 기재(11)의 적어도 날끝 부분을 피복함으로써, 절삭 공구에 있어서의 내박리성, 내결손성, 내마모성 등의 제반 특성을 향상시키는 작용을 갖는 것이다. 여기서 기재한 날끝 부분이란, 날끝 능선에서부터 기재 표면을 따라 500 ㎛ 이내의 영역을 의미한다. 상기 피막(40)은 상기 기재(11)의 전면을 피복하는 것이 바람직하다. 그러나, 상기 기재(11)의 일부가 상기 피막(40)으로 피복되어 있지 않거나, 피막(40)의 구성이 부분적으로 다르거나 하여도 본 실시형태의 범위를 일탈하는 것은 아니다.

상기 피막의 두께는 0.4 ㎛ 이상 8 ㎛ 이하인 것이 바람직하고, 0.6 ㎛ 이상 7 ㎛ 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.8 ㎛ 이상 6 ㎛ 이하인 것이 더욱 바람직하고, 1.0 ㎛ 이상 5 ㎛ 이하인 것이 더욱 보다 바람직하고, 1.2 ㎛ 이상 4 ㎛ 이하인 것이 특히 바람직하다. 여기서 피막의 두께란, 피막을 구성하는 층 각각의 두께의 총합을 의미한다. 「피막을 구성하는 층」으로서는, 예컨대 상기 제1 층과, 상기 하지층과, 상기 제1 층 및 상기 하지층 이외의 층으로서 후술하는 다른 층을 들 수 있다.

상기 피막의 두께는 다음과 같이 구할 수 있다. 우선, 절삭 공구의 임의의 위치를 절단하여, 피막의 단면을 포함하는 시료를 제작한다. 이 시료의 제작에는 집속 이온 빔 장치, 크로스 섹션 폴리셔 장치 등을 이용할 수 있다. 이어서, 제작된 단면을 주사형 전자현미경을 이용하여 관찰하고, 관찰 화상에 피막의 두께 방향 전역이 포함되도록 배율을 조정한다. 이어서, 그 두께를 5점 측정하여, 그 평균값을 피막의 두께로 한다. 상기 제1 층, 상기 하지층 및 상기 다른 층의 각각의 두께를 측정하는 경우도 마찬가지다.

상기 피막(40)은 제1 층(12)을 포함한다. 또한, 본 실시형태의 일 측면에 있어서, 상기 절삭 공구가 발휘하는 효과를 유지하는 한, 상기 제1 층(12)은 복수 형성되어 있어도 좋다. 이에 따라, 피막의 일부가 마멸된 경우에도, 상기 피막 내에 제1 층이 잔존하기 때문에, 절삭 공구는 우수한 막 강도를 유지할 수 있다. 또한, 「제1 층을 포함한다」란, 상기 피막이, 상기 제1 층에 더하여, 상기 하지층 및 상기 제1 층과 상기 하지층과 이외의 층으로서 후술하는 다른 층을 포함할 수 있다는 것을 의미한다.

(피막의 표면의 스큐니스)

상기 피막의 표면의 스큐니스(Rsk_surf)는 -2 이상 2 이하인 것이 바람직하다. 이에 따라, 상기 피막의 표면에 있어서, 산부와 곡부의 분포의 치우침이 작아짐에 기인하여, 가공 시의 부하로 인한 응력 집중이 경감되기 때문에, 피막의 내박리성을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 Rsk_surf의 하한은 -1.8 이상인 것이 보다 바람직하고, -1.6 이상인 것이 더욱 바람직하고, -1.4 이상인 것이 더욱 보다 바람직하다. 또한, 상기 Rsk_surf의 상한은 1.8 이하인 것이 보다 바람직하고, 1.6 이하인 것이 더욱 바람직하고, 1.4 이하인 것이 더욱 보다 바람직하다. 또한, 상기 Rsk_surf는 -1.8 이상 1.8 이하인 것이 보다 바람직하고, -1.6 이상 1.6 이하인 것이 더욱 바람직하고, -1.4 이상 1.4 이하인 것이 더욱 보다 바람직하다.

(피막의 표면의 거칠기)

상기 피막의 표면의 거칠기(Ra_surf)는 0 ㎛ 이상 0.1 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 이에 따라, 상기 피막의 표면에 있어서, 요철이 경감됨에 기인하여, 가공 시의 부하로 인한 응력 집중이 경감되기 때문에, 피막의 내박리성을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 Ra_surf의 하한은 0.01 ㎛ 이상인 것이 바람직하고, 0.02 ㎛ 이상인 것이 보다 바람직하고, 0.03 ㎛ 이상인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 상기 Ra_surf의 상한은 0.09 ㎛ 이하인 것이 바람직하고, 0.08 ㎛ 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.07 ㎛ 이하인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 상기 Ra_surf는 0.01 ㎛ 이상 0.09 ㎛ 이하인 것이 바람직하고, 0.02 ㎛ 이상 0.08 ㎛ 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.03 ㎛ 이상 0.08 ㎛ 이하인 것이 더욱 바람직하다. 여기서, 「표면의 거칠기 Ra」란, JIS B 0601-2001에 규정되는 산술 평균 거칠기를 의미한다.

또한, 상기 피막의 표면의 거칠기(Ra_surf)는 이하의 수순으로 측정된다. 절삭 공구의 경사면 상이며 또한 날끝에서부터의 거리가 1000 ㎛ 이내인 영역에 있어서 400 ㎛ 사방의 측정 영역을 설정한다. 상기 측정 영역에 관해서 촉침식 표면 형상 측정기에 의해 표면 거칠기를 측정한다. 동일한 수순으로 임의의 5곳의 측정 영역에서 표면 거칠기를 측정한다. 상기 5곳의 표면 거칠기의 평균을 산출함으로써 상기 피막의 표면의 거칠기(Ra_surf)를 구한다. 또한, 상술한 「피막의 표면의 스큐니스(Rsk_surf)」도 같은 방법에 의해 구할 수 있다.

<제1 층>

상기 제1 층의 두께는 0.2 ㎛ 이상 9 ㎛ 이하이다. 이에 따라, 피막의 막 강도를 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 제1 층의 두께의 하한은 0.4 ㎛ 이상인 것이 바람직하고, 0.6 ㎛ 이상인 것이 보다 바람직하고, 0.8 ㎛ 이상인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 상기 제1 층의 두께의 상한은 8 ㎛ 이하인 것이 바람직하고, 7 ㎛ 이하인 것이 보다 바람직하고, 6 ㎛ 이하인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 상기 제1 층의 두께는 0.4 ㎛ 이상 8 ㎛ 이하인 것이 바람직하고, 0.6 ㎛ 이상 7 ㎛ 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.8 ㎛ 이상 6 ㎛ 이하인 것이 더욱 바람직하다.

상기 제1 층은 Ti_(1-x-y)Al_xM_yN으로 이루어지고, 상기 M은 지르코늄, 하프늄, 주기표 5족 원소, 6족 원소, 규소 및 붕소로 이루어지는 군에서 선택되는 1종의 원소이다. 이에 따라, 제1 층은 우수한 강도를 가질 수 있다.

상기 제1 층(12)에 있어서, 상기 제1 층(12)의 두께 방향을 따라서 상기 x 및 상기 y는 변화하고, 상기 x의 최대값(x_max)은 0.20 이상 0.70 이하이고, 상기 x의 최소값(x_min)은 0 이상 0.6 이하이고, 상기 x_max와 상기 x_min은 0.01≤x_max-x_min≤0.7을 만족하고, 상기 y의 최대값(y_max)은 0.01 이상 0.20 이하이고, 상기 y의 최소값(y_min)은 0 이상 0.19 이하이고, 상기 y_max와 상기 y_min은 0.01≤y_max-y_min≤0.2를 만족한다. 이에 따라, Ti_(1-x-y)Al_xM_yN의 격자 상수가 잘 갖춰지지 않음에 기인하여, 상기 제1 층(12)에 있어서 입자의 성장이 억제된다. 그 때문에, 상기 제1 층(12)은 미세한 조직을 형성할 수 있다. 그 결과, 그와 같은 제1 층(12)을 포함하는 피막(40)을 구비하는 절삭 공구(10)는 더욱 우수한 막 강도를 가질 수 있다.

또한, 상기 x_max의 하한은 0.25 이상인 것이 바람직하고, 0.3 이상인 것이 보다 바람직하고, 0.35 이상인 것이 더욱 바람직하다. 상기 x_max의 상한은 0.65 이하인 것이 바람직하고, 0.6 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.55 이하인 것이 더욱 바람직하다. 상기 x_max는 0.25 이상 0.65 이하인 것이 바람직하고, 0.3 이상 0.6 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.35 이상 0.55 이하인 것이 더욱 바람직하다.

또한, 상기 x_min의 하한은 0.05 이상인 것이 바람직하고, 0.1 이상인 것이 보다 바람직하고, 0.15 이상인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 상기 x_min의 상한은 0.57 이하인 것이 바람직하고, 0.54 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.50 이하인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 상기 x_min은 0.05 이상 0.57 이하인 것이 바람직하고, 0.1 이상 0.54 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.15 이상 0.50 이하인 것이 더욱 바람직하다.

또한, 상기 y_max의 하한은 0.015 이상인 것이 바람직하고, 0.02 이상인 것이 보다 바람직하고, 0.025 이상인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 상기 y_max의 상한은 0.18 이하인 것이 바람직하고, 0.16 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.14 이하인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 상기 y_max는 0.015 이상 0.18 이하인 것이 바람직하고, 0.02 이상 0.16 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.025 이상 0.14 이하인 것이 더욱 바람직하다.

또한, 상기 y_min의 하한은 0.005 이상인 것이 바람직하고, 0.01 이상인 것이 보다 바람직하고, 0.015 이상인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 상기 y_min의 상한은 0.17 이하인 것이 바람직하고, 0.15 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.13 이하인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 상기 y_min은 0.005 이상 0.17 이하인 것이 바람직하고, 0.01 이상 0.15 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.015 이상 0.13 이하인 것이 더욱 바람직하다.

또한, 상기 x_max-x_min의 하한은 0.05 이상인 것이 바람직하고, 0.1 이상인 것이 보다 바람직하고, 0.15 이상인 것이 더욱 바람직하다. 상기 x_max-x_min의 상한은 0.6 이하인 것이 바람직하고, 0.5 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.4 이하인 것이 더욱 바람직하다. 상기 x_max-x_min은 0.05 이상 0.6 이하인 것이 바람직하고, 0.1 이상 0.5 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.15 이상 0.4 이하인 것이 더욱 바람직하다.

또한, 상기 y_max-y_min의 하한은 0.015 이상인 것이 바람직하고, 0.02 이상인 것이 보다 바람직하고, 0.025 이상인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 상기 y_max-y_min의 상한은 0.18 이하인 것이 바람직하고, 0.16 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.15 이하인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 상기 y_max-y_min은 0.015 이상 0.18 이하인 것이 바람직하고, 0.02 이상 0.16 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.025 이상 0.15 이하인 것이 더욱 바람직하다.

상기 x_max, 상기 x_min, 상기 y_max 및 상기 y_min은 다음과 같이 구할 수 있다. 우선, 피막의 여유면 측으로부터 제1 층의 두께 방향을 따라서, 오제 전자 분광법을 이용하여, 상기 제1 층을 구성하는 Ti_(1-x-y)Al_xM_yN에서의 M으로 표시되는 원소의 종류 및 그 원자 농도 비율, 그리고 Al의 원자 농도 비율을 측정한다. 분석 조건과 이온 스퍼터(Ar⁺)의 조건은 이하와 같다.

(분석 조건)

일차 전자의 에너지: 10 keV

전류: 약 3 nA

입사 각도: 시료 여유면의 법선에 대하여 0도

분석 영역: 약 10 ㎛×10 ㎛

(이온 스퍼터(Ar⁺)의 조건)

에너지: 1 keV

입사 각도: 시료 여유면의 법선에 대하여 약 0도

스퍼터 속도: 약 2 nm/min

임의의 5점에 대해 상기 측정을 실행한다. 상기 5점에 있어서의 상기 원자 농도 비율의 측정값의 평균으로부터 x_max, y_max, x_min, y_min을 구한다. 또한, M으로 표시되는 원소의 종류도 특정할 수 있다.

본 명세서에서 「상기 제1 층에 있어서, 상기 제1 층의 두께 방향을 따라서 x 및 y는 변화한다」란, 「상기 제1 층에 있어서, 상기 제1 층의 두께 방향을 따라서 x 및 y는 동일한 주기 폭으로 주기적으로 변화하는」 양태와, 「상기 제1 층에 있어서, 상기 제1 층의 두께 방향을 따라서 x 및 y는 동일한 주기 폭으로 주기적으로 변화하는」 양태 이외의 양태를 포함하는 개념이다.

상기 제1 층에 있어서, 상기 제1 층의 두께 방향을 따라서 x 및 y는 동일한 주기 폭으로 주기적으로 변화하는 경우, 상기 주기 폭의 평균은 1 nm 이상 500 nm 이하로 할 수 있다. 상기 주기 폭의 평균은, 상기 x_max, y_max, x_min, y_min을, 횡축을 제1 층의 깊이 또한 종축을 x 및 y의 농도로 하는 그래프에 플롯하고, x 및 y의 주기성을 특정함으로써 구할 수 있다.

상기 제1 층에 있어서, 상기 제1 층의 두께 방향을 따라서 x 및 y는 동일한 주기 폭으로 주기적으로 변화하는 경우, 상기 x_max 및 상기 y_max는 상기 주기 폭 각각에 있어서의 x의 최대값 및 y의 최대값인 것이 바람직하다. 또한, 상기 x_min 및 상기 y_min은 상기 주기 폭 각각에 있어서의 x의 최소값 및 y의 최소값인 것이 바람직하다. 이에 따라, 상기 제1 층(12)은 더욱 미세한 조직을 형성할 수 있다. 그 결과, 그와 같은 제1 층(12)을 포함하는 피막(40)을 구비하는 절삭 공구(10)는 더욱 우수한 막 강도를 가질 수 있다.

본 실시형태의 절삭 공구에 있어서, 상기 주기 폭 각각은, 제1 층의 두께 방향을 따라서 적층되는 제1-1 영역(도시하지 않음) 및 제1-2 영역(도시하지 않음)으로 이루어지고, 상기 제1-1 영역에 있어서, 상기 x는 최대값(x_max)이면서 또한 상기 y는 최대값(y_max)이고, 상기 제1-2 영역에 있어서, 상기 x는 최소값 x_min이면서 또한 상기 y는 최소값(y_min)이라도 좋다. 이 경우에 있어서의 제1 층의 깊이와 x 및 y의 관계에 관해서 도 7을 이용하여 설명한다.

도 7의 그래프에 있어서, 횡축은 제1 층의 깊이를 나타내고, 종축은 x 및 y의 농도를 나타낸다. 종축과 횡축의 교점은, 제1 층의 가장 피막의 표면 측의 지점, 즉, 제1 층의 깊이가 0 ㎛인 지점을 나타낸다. 상기 제1 층의 깊이가 0 ㎛인 지점은 도 7에서 A1로 나타낸다. 제1 층의 깊이 0 ㎛(A1)에서부터 깊이 A2 ㎛까지의 영역에서는, 상기 x는 최대값(x_max)이면서 또한 상기 y는 최대값(y_max)이고, 상기 영역은 제1-1 영역에 해당한다. 깊이 A2 ㎛에서부터 깊이 A3 ㎛까지의 영역에서는, 상기 x는 최소값(x_min)이면서 또한 상기 y는 최소값(y_min)이고, 상기 영역은 제1-2 영역에 해당한다. 또한, 깊이 A3 ㎛에서부터 깊이 A4 ㎛까지의 영역에서는, 상기 x는 최대값(x_max)이면서 또한 상기 y는 최대값(y_max)이고, 상기 영역은 제1-1 영역에 해당한다. 깊이 A4 ㎛에서부터 깊이 A5 ㎛까지의 영역에서는, 상기 x는 최소값(x_min)이면서 또한 상기 y는 최소값(y_min)이고, 상기 영역은 제1-2 영역에 해당한다.

도 7에서, 인접하는 1조의 제1-1 영역과 제1-2 영역의 깊이의 합계, 즉, 깊이 0 ㎛(A1)에서부터 깊이 A3 ㎛까지의 거리(W1) 또는 깊이 A3 ㎛에서부터 깊이 A5 ㎛까지의 거리(W1)가 상기 주기 폭에 해당한다.

본 실시형태의 절삭 공구에 있어서, 상기 주기 폭 각각은, 제1 층의 두께 방향을 따라서 적층되는 제1-1 영역(도시하지 않음) 및 제1-2 영역(도시하지 않음)으로 이루어지며, 상기 제1-1 영역에 있어서, 상기 x는 최대값(x_max)이면서 또한 상기 y는 최소값(y_min)이고, 상기 제1-2 영역에 있어서, 상기 x는 최소값(x_min)이면서 또한 상기 y는 최대값(y_max)이라도 좋다. 이 경우에 있어서의 제1 층의 깊이와 x 및 y의 관계에 관해서 도 8을 이용하여 설명한다.

도 8의 그래프에 있어서, 횡축은 제1 층의 깊이를 나타내고, 종축은 x 및 y의 농도를 나타낸다. 종축과 횡축의 교점은, 제1 층의 가장 피막의 표면 측의 지점, 즉, 제1 층의 깊이가 0 ㎛인 지점을 나타낸다. 상기 제1 층의 깊이가 0 ㎛인 지점은 도 8에서 B1로 나타낸다. 제1 층의 깊이 0 ㎛(B1)에서부터 깊이 B2 ㎛까지의 영역에서는, 상기 x는 최대값(x_max)이면서 또한 상기 y는 최소값(y_min)이고, 상기 영역은 제1-1 영역에 해당한다. 깊이 B2 ㎛에서부터 깊이 B3 ㎛까지의 영역에서는, 상기 x는 최소값(x_min)이면서 또한 상기 y는 최대값(y_max)이고, 상기 영역은 제1-2 영역에 해당한다. 또한, 깊이 B3에서부터 깊이 B4 ㎛까지의 영역에서는, 상기 x는 최대값(x_max)이면서 또한 상기 y는 최소값(y_min)이고, 상기 영역은 제1-1 영역에 해당한다. 깊이 B4 ㎛에서부터 깊이 B5 ㎛까지의 영역에서는, 상기 x는 최소값(x_min)이면서 또한 상기 y는 최대값(y_max)이고, 상기 영역은 제1-2 영역에 해당한다.

도 8에서, 인접하는 1조의 제1-1 영역과 제1-2 영역의 깊이의 합계, 즉, 깊이 0 ㎛(B1)에서부터 깊이 B3 ㎛까지의 거리(W2) 또는 깊이 B3 ㎛에서부터 깊이 B5 ㎛까지의 거리(W2)가 상기 주기 폭에 해당한다.

(결정자 사이즈)

상기 제1 층에 있어서, 결정자 사이즈의 평균은 5 nm 이상 90 nm 이하인 것이 바람직하다. 이에 따라, 결정자 사이즈의 미세화에 기인하여, 상기 제1 층을 포함하는 피막의 막 강도를 더욱 향상시킬 수 있다. 또한, 결정자 사이즈가 지나치게 작음에 기인한 제1 층의 인성 저하를 억제할 수 있기 때문에, 제1 층에 있어서 크랙의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 상기 결정자 사이즈의 평균의 하한은 8 nm 이상인 것이 바람직하고, 12 nm 이상인 것이 보다 바람직하고, 15 nm 이상인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 상기 결정자 사이즈의 평균의 상한은 80 nm 이하인 것이 바람직하고, 70 nm 이하인 것이 보다 바람직하고, 60 nm 이하인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 상기 결정자 사이즈의 평균은 8 nm 이상 80 nm 이하인 것이 보다 바람직하고, 12 nm 이상 70 nm 이하인 것이 더욱 바람직하고, 15 nm 이상 60 nm 이하인 것이 더욱 보다 바람직하다.

상기 결정자 사이즈의 평균은 예컨대 이하의 조건으로 행하는 X선 회절 측정(XRD 측정)에 의해 구할 수 있다. 구체적으로는 우선 상기 피막의 표면에 X선을 조사하고, X선 회절 측정(XRD 측정)을 행하여, 피크 반치전폭(Full Width Half Maximum(FWHM))을 측정한다. 상기 피크 반치전폭(β)을 하기 (I)로 표시되는 셰러의 식에 대입함으로써 결정자 사이즈(γ)를 도출한다.

γ=Kλ/βcosθ (I)

여기서, K는 형상 인자를 의미한다. 또한, 본 명세서에서 K는 「0.9」이다. 또한, 여기서 λ는 X선 파장을 의미한다. 또한, 여기서 β는 피크 반치전폭(Full Width Half Maximum(FWHM))을 의미하며, 라디안 단위로 표시된다. 또한, 여기서 θ는 제1 층의 (200) 피크의 브래그각을 의미한다. 또한, 상기 측정을 임의로 선택된 5곳에서 행한다. 이어서, 5곳의 측정 부위에 있어서의 결정자 사이즈의 평균값을 산출함으로써 상기 결정자 사이즈의 평균을 구할 수 있다. 또한, 상기 피막이 표면층(다른 층)을 포함하는 경우, 제1 층을 노출시킨 후, 상기 XRD 측정을 실행한다.

(X선 회절 측정의 조건)

주사축: 2θ-θ

X선원: Cu-Kα선(1.541862Å)

검출기: 0차원 검출기(신틸레이션 카운터)

관 전압: 45 kV

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°

동일한 절삭 공구에 있어서, 다른 측정 부위를 임의로 선택하고, 상기 측정 부위에 있어서 상기한 측정을 행하여도 동일한 결과가 얻어지는 것이 확인되었다.

(제1 층의 잔류 응력)

상기 제1 층의 잔류 응력은 -3.0 GPa 이상 -0.1 GPa 이하인 것이 바람직하다. 이에 따라, 절삭 공구의 막 강도를 더욱 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 제1 층의 잔류 응력의 하한은 -2.8 GPa 이상인 것이 바람직하고, -2.5 GPa 이상인 것이 보다 바람직하고, -2.2 GPa 이상인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 상기 제1 층의 잔류 응력의 상한은 -0.2 GPa 이하인 것이 바람직하고, -0.3 GPa 이하인 것이 보다 바람직하고, -0.4 GPa 이하인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 상기 제1 층의 잔류 응력은 -2.8 GPa 이상 -0.2 GPa 이하인 것이 바람직하고, -2.5 GPa 이상 -0.3 GPa 이하인 것이 보다 바람직하고, -2.5 GPa 이상 -0.4 GPa 이하인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 여기서 잔류 응력이 음의 값을 나타내는 경우, 상기 잔류 응력은 「압축 잔류 응력」을 의미한다.

<제1 층의 잔류 응력의 측정 방법>

상기 잔류 응력은 X선을 이용한 2θ-sin2ψ법(측경법)(側傾法)에 의해 구할 수 있다. 구체적으로 측정 조건은 하기와 같다. 예컨대 제1 층의 여유면 상에 있어서의 임의의 3점에 관해서, X선을 이용한 2θ-sin2ψ법(측경법)에 의해 제1 층의 해석을 실행하고, 이들 3점에서 구해진 잔류 응력의 평균값을 상기 제1 층에 있어서의 잔류 응력으로 한다. 또한, 상기 피막이 표면층(다른 층)을 포함하는 경우, 제1 층을 노출시킨 후, 상기 XRD 측정을 실행한다.

(측정 조건)

관 전압: 45 kV

관 전류: 200 mA

X선원: Cu-Kα선(1.541862Å)

입사 광학계: φ0.3 콜리메이터

사용한 피크: TiN(2,0,0)

(제1 층의 (200)면의 X선 회절 강도와, 제1 층의 (111)면의 X선 회절 강도와, 제1 층의 (220)면의 X선 회절 강도의 합계에 대한, 제1 층의 (200)면의 X선 회절 강도의 비율)

상기 제1 층의 (200)면의 X선 회절 강도 I₍₂₀₀₎와, 상기 제1 층의 (111)면의 X선 회절 강도 I₍₁₁₁₎와, 상기 제1 층의 (220)면의 X선 회절 강도 I₍₂₂₀₎의 합계에 대한, 상기 I₍₂₀₀₎의 비율 I₍₂₀₀₎/(I₍₂₀₀₎+I₍₁₁₁₎+I₍₂₂₀₎)은 0.50 이상인 것이 바람직하다. 이에 따라, 피막의 인성을 높일 수 있어 균열의 전파를 억제할 수 있기 때문에, 피막의 내박리성을 더욱 향상시킬 수 있다. 또한, 여기서 「(200)면의 X선 회절 강도 I₍₂₀₀₎」란, (200)면에 유래하는 X선 회절 피크 중, 가장 높은 피크에 있어서의 회절 강도(피크의 높이)(이하, 「최대 회절 강도」라고도 기재한다.)를 의미한다. 또한, 피막에 포함되는 2 종류 이상의 화합물 각각에 관해서 (200)면에 유래하는 X선 회절 피크가 존재하는 경우, 즉, (200)면에 유래하는 X선 회절 피크가 다른 위치에 복수 존재하는 경우는, 「(200)면의 X선 회절 강도 I₍₂₀₀₎」란, 이들의 최대 회절 강도(피크의 높이)의 합계를 의미한다. 「(111)면의 X선 회절 강도 I₍₁₁₁₎」 및」(220)면의 X선 회절 강도 I₍₂₂₀₎」에 대해서도 마찬가지다.

또한, 상기 I₍₂₀₀₎/(I₍₂₀₀₎+I₍₁₁₁₎+I₍₂₂₀₎)의 하한은 0.53 이상인 것이 바람직하고, 0.56 이상인 것이 보다 바람직하고, 0.60 이상인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 상기 I₍₂₀₀₎/(I₍₂₀₀₎+I₍₁₁₁₎+I₍₂₂₀₎)의 상한은 0.97 이하인 것이 바람직하고, 0.94 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.90 이하인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 상기 I₍₂₀₀₎/(I₍₂₀₀₎+I₍₁₁₁₎+I₍₂₂₀₎)는 0.53 이상 0.97 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.56 이상 0.94 이하인 것이 더욱 바람직하고, 0.60 이상 0.90 이하인 것이 더욱 보다 바람직하다.

상기 I₍₂₀₀₎, 상기 I₍₁₁₁₎ 및 상기 I₍₂₂₀₎는 예컨대 이하의 조건으로 행하는 X선 회절 측정(XRD 측정)에 의해 구할 수 있다. 구체적으로 상기 I₍₂₀₀₎, 상기 I₍₁₁₁₎ 및 상기 I₍₂₂₀₎는, 상기 피막의 표면에 X선을 조사하여 X선 회절 측정(XRD 측정)을 실행함으로써 얻어진다. 또한, 상기 측정을 여유면 상의 임의로 선택된 5곳에서 행한다. 이어서, 5곳의 측정 부위에 있어서의 상기 I₍₂₀₀₎, 상기 I₍₁₁₁₎ 및 상기 I₍₂₂₀₎ 각각의 평균값을 산출한다. 이어서, I₍₂₀₀₎의 평균치, I₍₁₁₁₎의 평균치 및 I₍₂₂₀₎의 평균치에 기초하여 상기 I₍₂₀₀₎/(I₍₂₀₀₎+I₍₁₁₁₎+I₍₂₂₀₎)를 산출할 수 있다.

(X선 회절 측정의 조건)

주사축: 2θ-θ

X선원: Cu-Kα선(1.541862Å)

검출기: 0차원 검출기(신틸레이션 카운터)

관 전압: 45 kV

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°

동일한 절삭 공구에 있어서, 다른 측정 범위를 임의로 선택하고, 상기 측정 범위에 있어서 상기한 측정을 행하여도 동일한 결과가 얻어지는 것이 확인되었다.

<하지층>

상기 피막은 하지층을 더 포함하고, 상기 하지층은 Ti_aAl_1-aN 또는 Al_pCr_1-pN으로 이루어지는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 하지층은, 상기 기재의 바로 위이며 또한 상기 제1 층의 바로 아래에 배치되는 것이 바람직하다. 이에 따라, 기재와 피막의 밀착력을 향상시킬 수 있다.

상기 하지층의 두께는 0.05 ㎛ 이상 1.0 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 이에 따라, 기재와 피막의 밀착력을 더욱 향상시킬 수 있다. 하지층의 두께가 지나치게 얇으면, 기재와 피막의 밀착력을 향상시키기 어려운 경향이 있고, 또한, 하지층의 두께가 지나치게 두꺼우면, 제1 층에 있어서의 입자의 미세화에 기인한 막 강도 향상의 방해가 되는 경향이 있기 때문이다. 또한, 상기 하지층의 두께의 하한은 0.10 ㎛ 이상인 것이 바람직하고, 0.15 ㎛ 이상인 것이 보다 바람직하고, 0.20 ㎛ 이상인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 상기 하지층의 두께의 상한은 0.80 ㎛ 이하인 것이 바람직하고, 0.60 ㎛ 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.40 ㎛ 이하인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 상기 하지층의 두께는 0.10 ㎛ 이상 0.80 ㎛ 이하인 것이 바람직하고, 0.15 ㎛ 이상 0.60 ㎛ 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.20 ㎛ 이상 0.40 ㎛ 이하인 것이 더욱 바람직하다.

상기 a는 0.2 이상 1.0 이하인 것이 바람직하다. 이에 따라, 기재와의 밀착성을 개선하여 피막의 내박리성을 개선할 수 있다. 상기 a는 0.3 이상 0.9 이하인 것이 바람직하고, 0.4 이상 0.8 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.5 이상 0.7 이하인 것이 더욱 바람직하다.

상기 p는 0 이상 0.8 이하인 것이 바람직하다. 이에 따라, 기재와의 밀착성을 개선하여 피막의 내박리성을 개선할 수 있다. 상기 p는 0.1 이상 0.77 이하인 것이 바람직하고, 0.2 이상 0.74 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.3 이상 0.7 이하인 것이 더욱 바람직하다.

상기 a 및 상기 p는 다음과 같이 하여 구할 수 있다. 우선, 절삭 공구의 임의의 위치를 절단하여, 피막의 단면을 포함하는 시료를 제작한다. 이 시료의 제작에는 집속 이온 빔 장치, 크로스 섹션 폴리셔 장치 등을 이용할 수 있다. 이어서, 상기 시료를 SEM에 딸린 에너지 분산형 X선 분광법(EDX)으로 원소 분석함으로써 구할 수 있다.

<다른 층>

본 실시형태의 효과를 해치지 않는 한, 상기 피막은 상기 다른 층을 더 포함하여도 좋다. 도 4∼도 6에 도시하는 것과 같이, 상기 다른 층으로서는 예컨대 중간층(14) 및 표면층(15) 등을 들 수 있다.

(중간층)

본 실시형태의 피막은, 예컨대 인접하는 제1 층(12)들 사이(도 4) 또는 인접하는 제1 층(12)과 표면층(15) 사이(도 5)에 있어서 중간층(14)을 포함할 수 있다. 중간층(14)은 제1 층(12)과 다른 제1 층(12) 또는 제1 층(12) 이외의 층(표면층(15 등))의 사이에 배치되는 층이다. 또한, 중간층의 조성은, 예컨대 질화티탄(TiN), 탄질화티탄(TiCN), 질화티탄알루미늄(TiAlN), 질화티탄알루미늄규소(TiAlSiN), 질화티탄알루미늄붕소(TiAlBN), 질화티탄알루미늄지르코늄(TiAlZrN), 질화티탄알루미늄하프늄(TiAlHfN), 질화티탄알루미늄바나듐(TiAlVN), 질화티탄알루미늄니오븀(TiAlNbN), 질화티탄알루미늄탄탈(TiAlTaN), 질화티탄알루미늄크롬(TiAlCrN), 질화티탄알루미늄몰리브덴(TiAlMoN), 질화티탄알루미늄텅스텐(TiAlWN)으로 할 수 있다. 또한, 중간층의 두께는 예컨대 0.2 ㎛ 이상 1 ㎛ 이하로 할 수 있다.

(표면층)

본 실시형태의 피막은 표면층을 포함할 수 있다(도 6). 표면층(15)은 피막(40)에 있어서 가장 표면 측에 배치되는 층이다. 단, 날끝 능선부에서는 형성되지 않는 경우도 있다.

표면층(15)으로서는 예컨대 TiN층을 들 수 있다. TiN층은 색채가 명료(금색을 띤다)하기 때문에, 표면층(15)으로서 이용하면, 절삭 사용 후의 절삭 팁의 코너 식별(사용이 끝난 부위의 식별)이 용이하다고 하는 이점이 있다.

표면층(15)의 두께는 예컨대 0.01 ㎛ 이상 0.3 ㎛ 이하로 할 수 있다.

[실시형태 2: 절삭 공구의 제조 방법]

실시형태 1의 절삭 공구의 제조 방법에 관해서 이하에 설명한다. 또한, 이하의 제조 방법은 일례이며, 실시형태 1의 절삭 공구는 다른 방법으로 제작된 것이라도 좋다.

본 실시형태에 따른 절삭 공구의 제조 방법은,

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

상기 기재 상에 상기 피막을 형성하는 제3 공정(이하, 단순히 「제3 공정」이라고 하는 경우가 있음)을 포함한다. 또한, 상기 제조 방법은, 추가로 상기 제1 공정에 의해 얻어진 기재의 표면을 이온 충격(ion bombardment) 처리하는 제2 공정(이하, 단순히 「제2 공정」이라고 하는 경우가 있다) 및/또는 상기 제3 공정에 의해 얻어진 피막의 표면을 건식 블라스트 처리하는 제4 공정(이하, 단순히 「제4 공정」이라고 하는 경우가 있다.)을 더 포함할 수 있다. 이하, 각 공정에 관해서 설명한다.

《제1 공정: 기재를 준비하는 공정》

제1 공정에서는 상기 기재를 준비한다. 상기 기재로서는, 상술한 것과 같이 이런 유형의 기재로서 종래 공지된 것이라면 어느 기재나 사용할 수 있다. 예컨대 형상이 ISO 규격의 DNGA150408이고, 초경합금 재료(K10 상당)로 이루어진 기체를 준비한다. 상기 기체의 날끝(코너) 부분 각각에 입방정 질화붕소 소결체로 이루어진 기재(형상: 천정각이 55°이고, 상기 천정각을 사이에 둔 양변이 각각 2 mm인 이등변삼각형을 바닥면으로 하고, 두께가 2 mm인 삼각기둥형인 것)를 접합함으로써 접합체를 얻는다. 또한 접합에는 Ti-Zr-Cu로 이루어지는 경납재를 이용한다. 이어서, 상기 접합체의 외주면, 상면 및 하면을 연삭하여, 날끝에 네거티브랜드 형상(네거티브랜드 폭이 150 ㎛이고, 네거티브랜드 각도가 25°)을 형성한다. 이와 같이 하여, 날끝(절삭날) 부분이 각각 입방정 질화붕소 소결체로 이루어지는 기체를 얻을 수 있다.

상기한 것과 같이, 접합체의 외주면, 상면 및 네거티브랜드부를 연삭할 때, 번수가 #700 이상인 결이 고운 지석을 이용하는 것이 바람직하다. #700 미만인 지석을 사용한 경우, 연삭 줄기로 인한 요철이 생기기 쉽기 때문에, Rsk_sub의 절대값이 커지는 경향이 있다. 종래에는, 기재와 피막의 밀착성을 높이기 위해서는, Rsk_sub가 일정 이상의 크기인 쪽이 바람직하다고 생각되고 있었다. 본 발명자들이 예의 검토한 결과, Rsk_sub가 -2 이상 2 이하이면, 기재의 피막과 접하는 면에 있어서, 산부와 곡부의 분포의 치우침이 작아짐에 기인하여, 기재와 피막의 밀착성을 향상시킬 수 있고, 그리고 가공 시의 부하로 인한 응력 집중이 경감되기 때문에, 피막의 내박리성을 향상시킬 수 있다는 것을 새롭게 알아냈다. 더구나, 번수가 #700 이상인 결이 고운 지석을 이용함으로써 Rsk_sub를 -2 이상 2 이하로 할 수 있다는 것은 본 발명자들이 새롭게 지견한 것이다.

《제2 공정: 기재의 표면을 이온 충격 처리하는 공정》

제2 공정에서는 기재의 표면을 이온 충격 처리한다. 예컨대 우선 기체를 성막 장치의 진공 챔버 내에 셋팅한다. 이어서, 챔버 내부를 진공으로 한다. 이어서, 회전 테이블을 3 rpm으로 회전시키면서 기체를 500℃로 가열한다. 이어서, 진공 챔버 내에 Ar 가스를 도입하고, 텅스텐 필라멘트를 방전시켜 Ar 이온을 발생시키고, 기체에 바이어스 전압을 인가하여, Ar 이온에 의해 이하의 조건으로 기체의 이온 충격 처리를 행한다.

(이온 충격 처리의 조건)

Ar 가스의 압력: 1 Pa

기판 바이어스 전압: -600 V∼1000 V

처리 시간: 10분∼45분

이로써, 상기 Rsk_sub를 -2 이상 2 이하로 할 수 있다.

상기한 조건으로 기재의 표면을 이온 충격 처리함으로써 Rsk_sub를 원하는 값으로 할 수 있다는 것은 본 발명자들이 새롭게 지견한 것이다.

《제3 공정: 기재 상에 피막을 형성하는 공정》

제3 공정에서는 기재 상에 피막을 형성한다. 또한, 상기 제3 공정은, 상기 이온 충격 처리된 기재의 표면의 적어도 일부를 제1 층으로 피복하는 「제1 층의 피복 공정」을 포함한다.

상기 기재의 적어도 일부를 제1 층으로 피복하는 방법으로서는 예컨대 물리 증착(PVD)법을 들 수 있다.

PVD법으로서는 AIP법(진공 아크 방전을 이용하여 고체 재료를 증발시키는 이온 플레이팅법), 스퍼터링법을 들 수 있다. 예컨대 AIP법을 이용하여 TiAlSiN층을 제조하는 경우, 금속 증발원인 TiAlSi 타겟과 반응 가스인 N₂를 이용하면 된다. 또한, 스퍼터링법을 이용하여 TiAlSiN층을 제조하는 경우, 금속 증발원인 TiAlSi 타겟과 반응 가스인 N₂와 Ar, Kr, Xe 등의 스퍼터 가스를 이용하면 된다. 또한, 기판(기재) 온도는 300℃∼800℃로 하고, 가스압을 0.1∼10 Pa로 설정할 수 있다.

상기 제1 층의 피복 공정은, 성막 중에 바이어스 전압을 변동시키는 공정 (i)과, 2 종류의 타겟 조성을 준비하여 동시 증착을 행하는 공정 (ii)의 한쪽 또는 양쪽 모두를 포함한다. 본 발명자들은, 예의 검토한 결과, 이에 따라, 상기 제1 층에 있어서, 상기 제1 층의 두께 방향을 따라서 상기 x와 상기 y를 제1 층의 두께 방향을 따라 변화시킬 수 있다는 것을 새롭게 지견했다.

상기 공정 (i)은, 예컨대 타겟으로서 TiAlSi 타겟을 이용하며 또한 바이어스 전압을 35 V와 50 V 사이에서 불연속으로 변동시킴으로써 실행할 수 있다.

상기 공정 (ii)는, 예컨대 2 종류의 타겟으로서 TiAlSi 타겟과 TiAlN 타겟을 이용하며 또한 바이어스 전압을 30 V로 고정함으로써 실행할 수 있다.

상기 제3 공정은, 상기 제1 층의 피복 공정에 더하여, 하지층 및 표면층 등의 다른 층을 형성하는 공정을 포함할 수 있다. 다른 층은 종래의 방법으로 형성할 수 있다. 또한, 이하 「하지층을 형성하는 공정」을 공정 (iii)이라고 하는 경우가 있다.

《제4 공정: 피막의 표면을 건식 블라스트 처리하는 공정》

제4 공정에서는 상기 제3 공정에 의해 얻어진 피막의 표면을 건식 블라스트 처리한다. 예컨대 제4 공정은, 제3 공정에 의해 얻어진 피막의 경사면, 여유면 및 네거티브랜드면에 대하여, 다이아몬드 지립을 이용한 탄성 연마 매체를, 100 mm의 투사 거리로 약 15도에서부터 70도의 투사 각도로 조정하고, 60초∼120초 동안 블라스트를 투사한다고 하는 조건으로, 건식 블라스트에 의해 연마함으로써 실행된다. 이에 따라, 피막의 표면의 거칠기(Ra_surf)를 0 ㎛ 이상 0.1 ㎛ 이하로 하면서 또한 피막의 표면의 스큐니스(Rsk_surf)를 -2 이상 2 이하로 할 수 있다. 여기서, 블라스트 처리를 행하는 면에 대한 투사 각도가 70도를 넘는 경우, 피막 표면의 요철과 면의 거칠기가 감소하므로, 피막의 제거가 진행되기 쉽기 때문에, 피막의 효과를 얻기 어려운 경향이 있다. 또한, 투사 각도가 15도 미만인 경우, 탄성 연마 매체의 연마 효과를 얻기 어렵기 때문에, 피막의 표면의 거칠기가 잘 감소하지 않는 경향이 있다.

상기한 것과 같이, 피막의 표면을 건식 블라스트 처리함으로써 Ra_surf를 0 ㎛ 이상 0.1 ㎛ 이하 및 Rsk_surf를 -2 이상 2 이하로 할 수 있다는 것은 본 발명자들이 새롭게 지견한 것이다.

《그 밖의 공정》

본 실시형태에 따른 제조 방법에서는, 상술한 공정 이외에도, 예컨대 상기 제4 공정 이외의 방법에 의해, 피막의 표면을 처리하는 공정 등을 적절하게 행하여도 좋다.

실시예

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

《절삭 공구의 제작》

[시료 No. 1∼시료 No. 48 및 시료 No. 1-101∼시료 No. 104]

하기 제조 방법을 이용하여 시료 No. 1∼시료 No. 48 및 시료 No. 101∼시료 No. 104의 절삭 공구를 제작했다.

<제1 공정: 기재를 준비하는 공정>

우선, 형상이 ISO 규격의 DNGA150408이고, 초경합금 재료(K10 상당)로 이루어진 기체를 준비했다. 이어서, 상기 기체의 날끝 부분(코너 부분)에, cBN 함유율이 70%이며 또한 결합재의 조성이 TiN, TiB₂, Al₂O₃ 및 AlN으로 이루어진 조성을 갖는 입방정형 질화붕소 소결체 기재(형상: 천정각이 55°이고, 상기 천정각을 사이에 둔 양변이 각각 2 mm인 이등변삼각형을 바닥면으로 하고, 두께가 2 mm인 삼각기둥형인 것)를 접합함으로써 접합체를 얻었다. 또한 접합에는 Ti-Zr-Cu로 이루어지는 경납재를 이용했다. 이어서, 상기 접합체의 외주면, 상면 및 하면을 연삭하여, 날끝에 네거티브랜드 형상(네거티브랜드 폭이 150 ㎛이고, 네거티브랜드 각도가 25°)을 형성했다. 연삭은 표 1 및 표 2의 「제1 공정」의 「연마 지석」란에 나타내는 번수를 갖는 지석을 이용하여 실시했다. 이와 같이 하여 날끝(절삭날) 부분이 각각에 입방정 질화붕소 소결체로 이루어지는 기체를 얻었다.

《제2 공정: 기재의 표면을 이온 충격 처리하는 공정》

상기 기체를 성막 장치의 진공 챔버 내에 셋팅했다. 이어서, 챔버 내부를 진공으로 했다. 이어서, 회전 테이블을 3 rpm으로 회전시키면서 기체를 500℃로 가열했다. 이어서, 진공 챔버 내에 Ar 가스(압력: 1 Pa)를 도입하고, 텅스텐 필라멘트를 방전시켜 Ar 이온을 발생시키고, 기체에 바이어스 전압을 인가하여, 상기 Ar 이온에 의해 기체의 이온 충격 처리를 행했다. 이때, 이온 충격 처리의 바이어스 전압과 이온 충격 처리의 시간은 표 1 및 표 2의 「제2 공정」의 「바이어스 전압」 및 「시간」란에 나타내는 것과 같다.

《제3 공정: 기재 상에 피막을 형성하는 공정》

<공정 (iii): 하지층을 형성하는 공정>

이어서, 시료 No. 40∼시료 No. 45에 있어서, 상기 기재의 표면에 하지층을 형성하기 위해, 아크 이온 플레이팅법을 이용하여, 표 2의 「하지층을 형성하는 공정」의 「타겟」란에 기재한 타겟과, 표 2의 「하지층을 형성하는 공정」의 「바이어스 전압」란에 기재한 바이어스 전압의 조건으로 공정 (iii)을 실행했다.

<제1 층의 피복 공정>

이어서, 아크 이온 플레이팅법을 이용하여 상기 기재 또는 상기 하지층의 표면에 제1 층을 형성했다. 시료 No. 1∼시료 No. 10에서는 상기 공정 (i)을 행하고, 시료 No. 11∼No. 48 및 시료 No. 101∼시료 No. 104에서는 상기 공정 (ii)를 행했다.

공정 (i)에서는, 표 1 및 표 2의 「제1 층 피복 공정」의 「공정 (i)」의 「타겟」란에 기재한 타겟, 반응 가스로서 N₂ 가스를 이용하고, 「바이어스 전압」란에 기재된 바이어스 전압으로 제1 층의 피복 공정을 실행했다. 「바이어스 전압」란에서의 30/150이라는 기재는 바이어스 전압 30 V와 150 V를 불연속으로 전환한 것을 의미한다. 보다 구체적으로는 바이어스 전압(30 V)을 120초간 유지하고, 그 후, 바이어스 전압을 150 V로 전환하여 120초간 유지하고, 이것을 1 주기로 하여 반복했다. 즉, 1 주기의 시간은 240초였다.

공정 (ii)에서는, 표 1 및 표 2의 「제1 층 피복 공정」의 「공정 (ii)」의 「타겟」란에 기재한 2 종류의 타겟, 반응 가스로서 N₂ 가스를 이용하고, 「바이어스 전압」란에 기재된 바이어스 전압으로 제1 층의 피복 공정을 실행했다. 예컨대 시료 No. 11에서는, 타겟으로서 TiAlSi 및 TiAl을 이용하고, 반응 가스로서 N₂ 가스를 이용하고, 바이어스 전압은 30 V로 했다.

또한, 시료 No. 31에 있어서, 2개의 타겟이 모두 「TiAlSi」 타겟이지만, 2개의 타겟 중 한쪽의 타겟의 조성비(Ti:Al:Si=30:50:20)와 다른 한쪽의 타겟의 조성비(Ti:Al:Si=32:49:19)가 다르다. 즉, 시료 No. 31에 있어서 2 종류의 타겟이 이용되고 있다.

또한, 시료 No. 23에 있어서, 2개의 타겟이 모두 「TiAlB」 타겟이지만, 2개의 타겟 중 한쪽의 타겟의 조성비(Ti:Al:B=30:50:20)와 다른 한쪽의 타겟의 조성비(Ti:Al:B=32:49:19)가 다르다. 즉, 시료 No. 23에 있어서, 2 종류의 타겟이 이용되고 있다.

또한, 시료 No. 102에 있어서, 2개의 타겟은 모두 「TiAlB」 타겟이다. 2개의 타겟 중 한쪽의 타겟의 조성비는 Ti:Al:B=40:50:10이고, 다른 한쪽의 타겟의 조성비는 Ti:Al:B=50:40:10이다.

또한, 시료 No. 12, 시료 No. 101, 시료 No. 103 및 시료 No.104는, 2개의 타겟으로서 「TiAlB」 타겟과 「TiAl」 타겟을 이용한다는 점에서 공통적이지만, 이하와 같이 타겟의 조성비가 상이하다. 시료 No. 12에 있어서, 「TiAlB」 타겟의 조성비는 Ti:Al:B=50:48:2이고, 「TiAl」 타겟의 조성비는 Ti:Al=50:50이다. 또한, 시료 No. 101에 있어서, 「TiAlB」 타겟의 조성비는 Ti:Al:B=48:50:2이고, 「TiAl」 타겟의 조성비는 Ti:Al=50:50이다. 또한, 시료 No.103 및 시료 No.104에 있어서, 「TiAlB」 타겟의 조성비는 Ti:Al:B=50:48:2이고, 「TiAl」 타겟의 조성비는 Ti:Al=50:50이다.

《제4 공정: 피막의 표면을 건식 블라스트 처리하는 공정》

이어서, 시료 No. 1∼시료 No. 38, 시료 No. 40∼시료 No. 48, 시료 No. 101∼시료 No. 104를 제작하기 위해, 제3 공정에 의해 얻어진 피막의 표면에 있어서의 피가공면(경사면, 여유면, 네거티브랜드면)에 대하여, 표 1 및 표 2에 기재한 조건으로 블라스트 처리를 실행했다. 블라스트 처리는, 피막의 경사면, 여유면 및 네거티브랜드면에 대하여, 다이아몬드 지립을 이용한 탄성 연마 매체를, 100 mm의 투사 거리로 약 15도에서부터 내지 70도의 투사 각도로 조정하고, 60초간 블라스트를 투사한다고 하는 조건으로 실행되었다.

이상의 공정을 실행함으로써, 표 3 및 표 4에 나타낸 구성을 갖는 시료 No. 1∼시료 No. 48 및 시료 No. 101∼시료 No. 104의 절삭 공구를 제작했다.

《절삭 공구의 특성 평가》

상술한 것과 같이 하여 제작한 시료 No. 1∼시료 No. 48 및 시료 No. 101∼시료 No. 104의 절삭 공구를 이용하여 이하와 같이 절삭 공구의 각 특성을 평가했다. 여기서, 시료 No. 1∼시료 No. 48의 절삭 공구는 실시예에 대응하고, 시료 No. 101∼시료 No. 104의 절삭 공구는 비교예에 대응한다.

<x_max, x_min, y_max, y_min, a 및 p의 측정, 그리고 M의 특정>

시료 No. 1∼시료 No. 48 및 시료 No. 101∼시료 No. 104의 절삭 공구에 관해서, 제1 층에 있어서의 Ti_(1-x-y)Al_xM_yN의 「M」의 종류, 「x_max」, 「x_min」, 「y_max」 및 「y_min」과, 하지층에 있어서의 Ti_aAl_1-aN 또는 Al_pCr_1-pN의 「a」 및 「p」를, 실시형태 1에 기재된 방법에 의해 구했다. 얻어진 결과 중, 「M」, 「x_max」, 「x_min」, 「y_max」, 「y_min」을, 각각 표 3 및 표 4의 「M」, 「x_max」의 항, 「x_min」의 항, 「y_max」의 항, 「ymin」의 항에 기재한다. 또한, 얻어진 결과 중, 「a」, 「p」를 각각 표 3 및 표 4의 「a」의 항, 「p」의 항 각각에 기재한다.

<제1 층의 두께 및 하지층의 두께의 측정>

시료 No. 1∼시료 No. 48 및 시료 No. 101∼시료 No. 104의 절삭 공구에 관해서, 제1 층의 두께를 실시형태 1에 기재된 방법에 의해 구했다. 얻어진 결과를 각각 표 3 및 표 4의 「제1 층의 두께[㎛]」의 항에 기재한다. 또한, 시료 No. 40∼시료 No. 45의 절삭 공구에 관해서, 하지층의 두께를 실시형태 1에 기재된 방법에 의해 구했다. 얻어진 결과를 각각 표 3 및 표 4의 「하지층의 두께[㎛]」의 항에 기재한다.

<제1 층의 결정자 사이즈 평균의 측정>

시료 No. 1∼시료 No. 48 및 시료 No. 101∼시료 No. 104의 절삭 공구에 관해서, 제1 층의 결정자 사이즈의 평균을 실시형태 1에 기재된 방법에 의해 구했다. 얻어진 결과를 각각 표 3 및 표 4의 「결정자 크기[nm]」의 항에 기재한다.

<제1 층의 잔류 응력의 측정>

시료 No. 1∼시료 No. 48 및 시료 No. 101∼시료 No. 104의 절삭 공구에 관해서, 제1 층의 잔류 응력을 실시형태 1에 기재된 방법에 의해 구했다. 얻어진 결과를 각각 표 3 및 표 4의 「잔류 응력[GPa]」의 항에 기재한다.

<Rsk_sub, Ra_surf 및 Rsk_surf의 측정>

시료 No. 1∼시료 No. 48 및 시료 No. 101∼시료 No. 104의 절삭 공구에 관해서, Rsk_sub을 실시형태 1에 기재된 방법에 의해 구했다. 얻어진 결과를 각각 표 3 및 표 4의 「Rsk_sub」의 항에 기재한다. 또한, 시료 No. 1∼시료 No. 39 및 시료 No. 101∼시료 No. 104의 절삭 공구에 관해서, Ra_surf를 실시형태 1에 기재된 방법에 의해 구했다. 얻어진 결과를 각각 표 3 및 표 4의 「Ra_surf[㎛]」의 항에 기재한다. 또한, 시료 No. 1∼시료 No. 48 및 시료 No. 101∼시료 No. 104의 절삭 공구에 관해서, Rsk_surf를 실시형태 1에 기재된 방법에 의해 구했다. 얻어진 결과를 각각 표 3 및 표 4의 「Rsk_surf」의 항에 기재한다.

<I₍₂₀₀₎/(I₍₂₀₀₎+I₍₁₁₁₎+I₍₂₂₀₎)의 측정>

시료 No. 1∼시료 No. 48 및 시료 No. 101∼시료 No. 104의 절삭 공구에 관해서, 제1 층의 I₍₂₀₀₎/(I₍₂₀₀₎+I₍₁₁₁₎+I₍₂₂₀₎)를 실시형태 1에 기재된 방법에 의해 구했다. 얻어진 결과를 각각 표 3 및 표 4의 「R₍₂₀₀₎」의 항에 기재한다.

《절삭 시험》

상기한 것과 같이 하여 제작한 시료 No. 1∼시료 No. 48 및 시료 No. 101∼시료 No. 104의 절삭 공구를 이용하여 이하의 절삭 시험을 행했다.

시료 No. 1∼시료 No. 48 및 시료 No. 101∼시료 No. 104의 절삭 공구에 관해서, 이하의 절삭 조건에 의해 피삭재의 절삭 가공을 실행했다. 절삭 거리가 50 m에 달한 시점에서, 서로 접한 절삭 공구와 피삭재를 일단 분리했다. 이어서, 상기 분리 후 3초 경과한 다음에, 이하의 절삭 조건에 의해 상기 피삭재의 절삭을 재차 실행했다. 절삭 거리가 4 km에 도달할 때까지 이들을 반복해서 실행했다. 이어서, 절삭 거리가 4 km에 달한 시점에 있어서의 절삭 공구의 여유면에서의 최대 마모량을 측정했다. 피막의 파괴가 발생한 경우, 그 파괴 발생 부위를 기점으로 마모가 진전되기 쉽게 되기 때문에 최대 마모량이 커지는 경향이 있다. 그 때문에, 상기 최대 마모량이 작을수록 고효율 가공에 있어서도 절삭 공구가 긴 공구 수명을 갖는다는 것을 의미한다. 상기 최대 마모량을 표 3 및 표 4의 「최대 마모량[㎛]」의 항에 기재한다.

(절삭 조건)

피삭재: 고경도강 SCM415(HRC62)(직경 100 mm×길이 300 mm)

절삭 속도: V=150 m/min.

이송: f=0.2 mm/rev.

절입: ap=0.5 mm

습식/건식: 습식

상기 절삭 조건은 고능률 가공에 해당한다.

<결과>

시료 No. 1∼시료 No. 48은 실시예에 해당한다. 시료 No. 101∼시료 No. 104는 비교예에 해당한다. 표 3 및 표 4의 결과로부터, 실시예에 해당하는 시료 No. 1∼시료 No. 48의 절삭 공구는, 비교예에 해당하는 시료 No. 101∼시료 No. 104의 절삭 공구보다 고효율 가공에 있어서도 긴 공구 수명을 갖는다는 것을 알 수 있었다.

이상과 같이 본 개시의 실시형태 및 실시예에 관해서 설명했지만, 상술한 각 실시형태 및 실시예의 구성을 적절하게 조합하거나 다양하게 변형하는 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 의해 나타내어지며, 청구범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.

1: 경사면 2: 여유면
3: 날끝 능선부 10: 절삭 공구
11: 기재 12: 제1 층
13: 하지층 14: 중간층
15: 표면층 40: 피막
W1 및 W2: 주기 폭 A1∼A5 및 B1∼B5: 제1 층의 깊이
L1: 평균선

Claims

기재와 상기 기재 상에 배치된 피막을 구비하는 절삭 공구로서,
상기 피막은 제1 층을 포함하고,
상기 제1 층의 두께는 0.2 ㎛ 이상 9 ㎛ 이하이고,
상기 제1 층은 Ti_(1-x-y)Al_xM_yN으로 이루어지고,
상기 M은 지르코늄, 하프늄, 주기표 5족 원소, 6족 원소, 규소 및 붕소로 이루어지는 군에서 선택되는 1종의 원소이고,
상기 제1 층에 있어서, 상기 제1 층의 두께 방향을 따라서 상기 x 및 상기 y는 변화하고,
상기 x의 최대값(x_max)은 0.20 이상 0.70 이하이고,
상기 x의 최소값(x_min)은 0 이상 0.60 이하이고,
상기 x_max와 상기 x_min은 0.01≤x_max-x_min≤0.70을 만족하고,
상기 y의 최대값(y_max)은 0.01 이상 0.20 이하이고,
상기 y의 최소값(y_min)은 0 이상 0.19 이하이고,
상기 y_max와 상기 y_min은 0.01≤y_max-y_min≤0.20을 만족하는 것인 절삭 공구.
제1항에 있어서,
상기 제1 층에 있어서, 결정자 사이즈의 평균은 5 nm 이상 90 nm 이하인 것인 절삭 공구.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 피막은 하지층을 더 포함하고,
상기 하지층은 상기 기재의 바로 위이며 또한 상기 제1 층의 바로 아래에 배치되고,
상기 하지층의 두께는 0.05 ㎛ 이상 1.0 ㎛ 이하이고,
상기 하지층은 Ti_aAl_1-aN 또는 Al_pCr_1-pN으로 이루어지고,
상기 a는 0.2 이상 1.0 이하이고,
상기 p는 0 이상 0.8 이하인 것인 절삭 공구.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 층의 잔류 응력은 -3.0 GPa 이상 -0.1 GPa 이하인 것인 절삭 공구.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 피막의 표면의 거칠기(Ra_surf)는 0 ㎛ 이상 0.1 ㎛ 이하인 것인 절삭 공구.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 피막의 표면의 스큐니스(Rsk_surf)는 -2 이상 2 이하인 것인 절삭 공구.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기재의 상기 피막과 접하는 면의 스큐니스(Rsk_sub)는 -2 이상 2 이하인 것인 절삭 공구.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 층의 (200)면의 X선 회절 강도 I₍₂₀₀₎와, 상기 제1 층의 (111)면의 X선 회절 강도 I₍₁₁₁₎와, 상기 제1 층의 (220)면의 X선 회절 강도 I₍₂₂₀₎의 합계에 대한, 상기 I₍₂₀₀₎의 비율 I₍₂₀₀₎/(I₍₂₀₀₎+I₍₁₁₁₎+I₍₂₂₀₎)은 0.50 이상인 것인 절삭 공구.