KR20240026951A

KR20240026951A - 절삭 공구

Info

Publication number: KR20240026951A
Application number: KR1020237044935A
Authority: KR
Inventors: 히로나리 모로구치; 유키 즈츠미우치; 노조미 즈키하라; 아키히코 우에다; 사토루 구키노
Original assignee: 스미또모 덴꼬오 하드메탈 가부시끼가이샤
Priority date: 2021-06-30
Filing date: 2022-06-29
Publication date: 2024-02-29
Also published as: WO2023277077A1; JPWO2023277077A1; EP4365330A1; CN117580664A; WO2023276066A1; EP4365330A4; JP7355293B2

Abstract

절삭 공구는 기재와 상기 기재 상에 배치된 피막을 구비하는 절삭 공구로서, 상기 피막은 제1 층과 제2 층을 포함하고, 상기 제1 층의 경도(H₁)는 25 GPa 이상 40 GPa 이하이고, 상기 제2 층의 경도(H₂)는 0.5×H₁≤H₂≤0.9×H₁을 만족하고, 상기 피막의 (200)면의 X선 회절 강도 I₍₂₀₀₎와, (111)면의 X선 회절 강도 I₍₁₁₁₎와, (220)면의 X선 회절 강도 I₍₂₂₀₎의 합계에 대한, 상기 I₍₂₀₀₎의 비율 I₍₂₀₀₎/(I₍₂₀₀₎+I₍₁₁₁₎+I₍₂₂₀₎), 상기 합계에 대한 상기 I₍₁₁₁₎의 비율 I₍₁₁₁₎/(I₍₂₀₀₎+I₍₁₁₁₎+I₍₂₂₀₎) 및 상기 합계에 대한 상기 I₍₂₂₀₎의 비율 I₍₂₂₀₎/(I₍₂₀₀₎+I₍₁₁₁₎+I₍₂₂₀₎) 중 적어도 어느 하나는 0.45 이상인 절삭 공구이다.

Description

절삭 공구

본 개시는 절삭 공구에 관한 것이다. 본 출원은 2021년 6월 30일에 출원한 국제 출원인 PCT/JP2021/024828에 기초한 우선권을 주장한다. 상기 국제 출원에 기재된 모든 기재 내용은 참조에 의해 본 명세서에 원용된다.

절삭 공구의 장수명화를 목적으로 하여 다양하게 검토되고 있다. 일본 특허공개 2018-69433호 공보(특허문헌 1)에는, Ti_xM_1-xC_yN_1-y(M은 주기표의 4족 원소, 5족 원소, 6족 원소, Al, Si 및 B로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 원소(단, Ti는 제외)이며, 0.2≤x≤1 및 0≤y≤1을 만족한다)의 조성으로 이루어지며 또한 탄성 회복률이 52% 이상인 화합물층을 포함하는 피막을 갖는 절삭 공구가 개시되어 있다.

특허문헌 1: 일본 특허공개 2018-69433호 공보

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

상기 피막은 제1 층과 제2 층을 포함하고,

상기 제1 층의 경도(H₁)는 25 GPa 이상 40 GPa 이하이고,

상기 제2 층의 경도(H₂)는 0.5×H₁≤H₂≤0.9×H₁을 만족하고,

상기 피막의 (200)면의 X선 회절 강도 I₍₂₀₀₎와, (111)면의 X선 회절 강도 I₍₁₁₁₎와, (220)면의 X선 회절 강도 I₍₂₂₀₎의 합계에 대한, 상기 I₍₂₀₀₎의 비율 I₍₂₀₀₎/(I₍₂₀₀₎+I₍₁₁₁₎+I₍₂₂₀₎),

상기 합계에 대한 상기 I₍₁₁₁₎의 비율 I₍₁₁₁₎/(I₍₂₀₀₎+I₍₁₁₁₎+I₍₂₂₀₎), 및

상기 합계에 대한 상기 I₍₂₂₀₎의 비율 I₍₂₂₀₎/(I₍₂₀₀₎+I₍₁₁₁₎+I₍₂₂₀₎) 중 적어도 어느 하나는 0.45 이상이다.

도 1은 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 본 실시형태의 더욱 또 다른 양태에 있어서의 절삭 공구의 모식 단면도이다.
도 6은 피막에 하지층을 포함하는 본 실시형태에 있어서의 절삭 공구의 모식 단면도이다.
도 7은 피막에 중간층을 포함하는 본 실시형태에 있어서의 절삭 공구의 모식 단면도이다.
도 8은 피막에 표면층을 포함하는 본 실시형태에 있어서의 절삭 공구의 모식 단면도이다.
도 9는 피막에 X선 회절 측정을 실행한 결과의 일례를 도시하는 그래프의 이미지도이다.

[본 개시가 해결하고자 하는 과제]

최근의 절삭 공구는 고부하 절삭의 요구로 인해서 가혹한 절삭 조건 하에 노출되는 경향이 있다. 현재 가혹한 절삭 조건 하에서 안정적으로 이용할 수 있는 절삭 공구, 환언하면, 충분히 긴 수명을 갖는 절삭 공구를 제공하기에는 이르지 못하는 것이 현재 실정이다. 특히 소입강 등의 고경도재의 절삭과 같은 고부하 절삭(특히 단속 가공 등의 고부하 절삭)에 있어서, 내박리성이나 내치핑성이 충분하지 않은 경우가 있다. 그 때문에, 소입강 등의 고경도재의 절삭과 같이 고부하 절삭(특히 단속 가공 등의 고부하 절삭)에 있어서도 긴 공구 수명을 갖는 절삭 공구가 요구되고 있다.

그래서, 본 개시는 고경도재의 고부하 절삭에 있어서도 긴 공구 수명을 갖는 절삭 공구를 제공하는 것을 목적으로 한다.

[본 개시의 효과]

본 개시에 의하면, 고경도재 고부하 절삭에 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 층과 제2 층을 포함하고,

상기 제1 층의 경도(H₁)는 25 GPa 이상 40 GPa 이하이고,

본 개시의 절삭 공구는 고경도재의 고부하 절삭에 있어서도 긴 공구 수명을 가질 수 있다.

(2) 상기 (1)에 있어서, 상기 제1 층의 두께는 0.2 ㎛ 이상 10 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 이에 따라, 절삭 공구의 내마모성이 더욱 향상된다.

(3) 상기 (1) 또는 (2)에 있어서, 상기 제2 층의 두께는 0.2 ㎛ 이상 10 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 이에 따라, 절삭 공구의 내치핑성과 절삭 공구의 내박리성이 더욱 향상된다.

(4) 상기 (1)부터 (3) 중 어느 하나에 있어서, 상기 제2 층의 두께(T₂)에 대한 상기 제1 층의 두께(T₁)의 비율(T₁/T₂)은 0.02 이상 50 이하인 것이 바람직하다. 이에 따라, 절삭 공구의 내마모성, 내박리성 및 내치핑성의 밸런스가 더욱 향상된다.

(5) 상기 (1)부터 (4) 중 어느 하나에 있어서, 상기 제1 층은 제1 단위층을 포함하고,

상기 제1 단위층은 Ti_xAl_yM_1-x-yC_zN_1-z로 이루어지고,

상기 M은 지르코늄, 하프늄, 주기표 제5족 원소, 제6족 원소, 규소, 붕소, 이트륨으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종의 원소이고,

상기 x는 0.20 이상 0.99 이하이고,

상기 y는 0.01 이상 0.80 이하이고,

상기 1-x-y는 0.01 이상 0.20 이하이고,

상기 z는 0 이상 1 이하인 것이 바람직하다. 이에 따라, 절삭 공구의 내마모성이 더욱 향상된다.

(6) 상기 (5)에 있어서, 상기 제1 층은 제2 단위층을 더 포함하고,

상기 제2 단위층은 Al_mCr_1-mN으로 이루어지고,

상기 m은 0 이상 0.8 이하이고,

상기 제1 단위층의 두께는 5 nm 이상 50 nm 이하이고,

상기 제2 단위층의 두께는 5 nm 이상 50 nm 이하이고,

상기 제1 단위층과 상기 제2 단위층은 교대로 적층되는 것이 바람직하다. 이에 따라, 절삭 공구의 내마모성이 더욱 향상된다.

(7) 상기 (5)에 있어서, 상기 제1 층은 제3 단위층을 더 포함하고,

상기 제3 단위층은 Ti_1-nAl_nN으로 이루어지고,

상기 n은 0 이상 0.8 이하이고,

상기 제1 단위층의 두께는 5 nm 이상 50 nm 이하이고,

상기 제3 단위층의 두께는 5 nm 이상 50 nm 이하이고,

상기 제1 단위층과 상기 제3 단위층은 교대로 적층되는 것이 바람직하다. 이에 따라, 절삭 공구의 내마모성이 더욱 향상된다.

(8) 상기 (1)부터 (7) 중 어느 하나에 있어서, 상기 제2 층은 제4 단위층을 포함하고,

상기 제4 단위층은 Ti_aAl_bC_cN_1-c로 이루어지고,

상기 a는 0.2 이상 1.0 이하이고,

상기 b는 0 이상 0.8 이하이고,

상기 c는 0 이상 1 이하인 것이 바람직하다. 이에 따라, 절삭 공구의 내치핑성과 절삭 공구의 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 범위의 것에만 한정되어야 하는 것은 아니다. 예컨대 「TiAlSiN」이라고 기재되어 있는 경우, TiAlSiN을 구성하는 원자수의 비에는 종래 공지된 온갖 원자비가 포함된다.

본 명세서에서의 결정학적 기재에 있어서는 개별 면을 ( )로 나타내고 있다.

[실시형태 1: 절삭 공구]

도 2 및 도 3에 도시하는 것과 같이, 본 실시형태에 따른 절삭 공구(10)는,

기재(11)와 상기 기재(11) 상에 배치된 피막(40)을 구비하는 절삭 공구(10)로서,

상기 피막(40)은 제1 층(12)과 제2 층(13)을 포함하고,

상기 제1 층(12)의 경도(H₁)는 25 GPa 이상 40 GPa 이하이고,

상기 제2 층(13)의 경도(H₂)는 0.5×H₁≤H₂≤0.9×H₁을 만족하고,

본 개시의 절삭 공구는, 소입강 등의 고경도재의 절삭과 같은 고부하 절삭(특히 단속 가공 등의 고부하 절삭)에 있어서도 긴 공구 수명을 가질 수 있다. 그 이유는 이하와 같이 추찰된다.

(a) 상기 피막은 제1 층을 포함하고, 상기 제1 층(12)의 경도(H₁)는 25 GPa 이상 40 GPa 이하이다. 이에 따라, 이러한 절삭 공구는 우수한 내마모성을 가질 수 있다. 또한, 여기서 「내마모성」이란, 절삭 가공에 이용한 경우에 피막이 마모되는 것에 대한 내성을 의미한다.

(b) 상기 (a)와 같이, 상기 피막은 제1 층을 포함하고, 상기 제1 층(12)의 경도(H₁)는 25 GPa 이상 40 GPa 이하이다. 상기 경도를 갖는 피막은 내마모성이 우수하다. 그러나, 이러한 피막은 일반적으로 취성(脆性)이 높기 때문에, 피막 자체가 파괴됨으로써 손상(피막의 치핑 및 피막의 박리)이 생기기 쉬운 경향이 있다. 이 때문에, 이러한 피막을 갖는 절삭 공구에서는, 소입강 등의 고경도재의 절삭과 같은 고부하 절삭(특히 단속 가공 등의 고부하 절삭)에 있어서 피막 자체가 파괴됨으로 인해서 손상이 생기고, 상기 손상을 기점으로 하여 마모가 진행되기 쉬운 경향이 있다.

그러나, 본 실시형태의 절삭 공구에서는, 피막이 상기 제1 층과 함께 제2 층을 갖고, 상기 제2 층(13)의 경도(H₂)는 0.5×H₁≤H₂≤0.9×H₁을 만족함으로써, 피막 전체적으로 취성을 낮게 억제할 수 있기 때문에, 피막 자체가 파괴됨으로 인해서 생기는 손상(피막에 생기는 미소한 결손 및 피막의 박리)을 억제할 수 있다. 이 때문에, 본 실시형태의 절삭 공구는, 소입강 등의 고경도재의 절삭과 같은 고부하 절삭(특히 단속 가공 등의 고부하 절삭)에 있어서도 우수한 내박리성 및 우수한 내치핑성을 갖고, 막의 손상을 기점으로 한 마모의 진행을 억제할 수 있다. 또한, 여기서 「내박리성」이란, 기재로부터 피막이 박리되는 것에 대한 내성을 의미한다. 또한, 여기서 「내치핑성」이란, 피막에 미소한 결손이 발생하는 것에 대한 내성을 의미한다.

(c) 또한, 본 실시형태의 절삭 공구에서는, 상기 피막의 (200)면의 X선 회절 강도 I₍₂₀₀₎와, (111)면의 X선 회절 강도 I₍₁₁₁₎와, (220)면의 X선 회절 강도 I₍₂₂₀₎의 합계에 대한, 상기 I₍₂₀₀₎의 비율 I₍₂₀₀₎/(I₍₂₀₀₎+I₍₁₁₁₎+I₍₂₂₀₎), 상기 합계에 대한 상기 I₍₁₁₁₎의 비율 I₍₁₁₁₎/(I₍₂₀₀₎+I₍₁₁₁₎+I₍₂₂₀₎), 및 상기 합계에 대한 상기 I₍₂₂₀₎의 비율 I₍₂₂₀₎/(I₍₂₀₀₎+I₍₁₁₁₎+I₍₂₂₀₎) 중 적어도 어느 하나는 0.45 이상이다. 이에 따라, 제1 층과 상기 제1 층의 가장 가까운 곳에 배치된 제2 층의 사이에서 배향성의 불균일을 낮게 억제하여, 배향성을 가지런하게 맞출 수 있기 때문에, 상기 제1 층과 상기 제2 층의 밀착성이 향상된다. 그 때문에, 이러한 절삭 공구의 내박리성을 향상시킬 수 있다.

즉, 본 실시형태에 따른 절삭 공구는, 우수한 내마모성, 우수한 내박리성 및 우수한 내치핑성을 겸비함으로써, 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)는, 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 샤프트의 핀 밀링 가공용 팁 등일 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.

《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 Ti, Ta, Nb 등의 탄질화물을 첨가한 초경합금 등), 서멧(TiC, TiN, TiCN 등을 주성분으로 하는 것), 고속도강, 공구강, 세라믹스(TiC, SiC, SiN, AlN, Al₂O₃, 사이알론 및 이들 혼합체 등), 입방정형 질화붕소 소결체(cBN 소결체), 다이아몬드 소결체 및 결합상 중에 입방정형 질화붕소 입자가 분산된 경질 재료로 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 고온에서의 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 경우에는 그 표면에 탈β층이 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.

《피막》

피막(40)은 상기 기재(11) 상에 배치된다(도 2, 도 3). 도 2는 본 개시의 절삭 공구의 일 양태를 예시하는 모식 단면도이다. 도 3은 본 개시의 절삭 공구의 다른 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 기재된 날끝 부분이란, 날끝 능선에서부터 기재 표면을 따라서 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 0.1 ㎛ 이상 30 ㎛ 이하인 것이 바람직하고, 0.4 ㎛ 이상 20 ㎛ 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.5 ㎛ 이상 10 ㎛ 이하인 것이 더욱 바람직하고, 0.7 ㎛ 이상 5 ㎛ 이하인 것이 더욱 보다 바람직하고, 1 ㎛ 이상 3 ㎛ 이하인 것이 특히 바람직하다. 여기서 피막의 두께란, 피막을 구성하는 층 각각의 두께의 총합을 의미한다. 「피막을 구성하는 층」으로서는, 예컨대 상기 제1 층과, 상기 제2 층과, 상기 제1 층 및 상기 제2 층 이외의 층으로서 후술하는 다른 층을 들 수 있다.

상기 피막의 두께는, 예컨대 주사형 전자현미경(Scanning Electron Microscope: SEM)을 이용하여, 기재 표면의 법선 방향에 평행한 단면 샘플에 있어서의 임의의 5점을 측정하고, 측정된 5점의 두께의 평균값을 취함으로써 구할 수 있다. 상기 단면 샘플의 제작에는 예컨대 집속 이온 빔 장치, 크로스 섹션 폴리셔 장치 등을 이용할 수 있다. 상기 제1 층, 상기 제2 층, 상기 제1 단위층, 상기 제2 단위층, 상기 제3 단위층, 상기 제4 단위층 및 상기 다른 층의 각각의 두께를 측정하는 경우도 마찬가지이다.

상기 피막은 제1 층과 제2 층을 포함한다. 또한, 본 실시형태의 일 측면에 있어서, 상기 절삭 공구가 발휘하는 효과를 유지하는 한, 상기 제1 층은 복수 형성되어 있어도 좋다. 또한, 상기 절삭 공구가 발휘하는 효과를 유지하는 한, 상기 제2 층은 복수 형성되어 있어도 좋다. 이에 따라, 피막의 일부가 마멸된 경우에도 상기 피막 중에 제1 층 및 제2 층이 잔존하기 때문에, 절삭 공구는 피막의 내마모성, 내치핑성 및 박리성을 유지할 수 있다. 또한, 제1 층 및 제2 층 중 어느 것이 가장 표면 측에 위치해 있어도 좋다. 또한, 제1 층 및 제2 층 중 어느 것이 가장 기재 측에 위치해 있어도 좋다. 또한, 「제1 층과 제2 층을 포함한다」란, 상기 피막이 상기 제1 층 및 상기 제2 층 이외의 층으로서 후술하는 다른 층을 포함할 수 있다는 것을 의미한다.

상기 피막의 (200)면의 X선 회절 강도 I₍₂₀₀₎와, (111)면의 X선 회절 강도 I₍₁₁₁₎와, (220)면의 X선 회절 강도 I₍₂₂₀₎의 합계에 대한, 상기 I₍₂₀₀₎의 비율 I₍₂₀₀₎/(I₍₂₀₀₎+I₍₁₁₁₎+I₍₂₂₀₎), 상기 합계에 대한 상기 I₍₁₁₁₎의 비율 I₍₁₁₁₎/(I₍₂₀₀₎+I₍₁₁₁₎+I₍₂₂₀₎) 및 상기 합계에 대한 상기 I₍₂₂₀₎의 비율 I₍₂₂₀₎/(I₍₂₀₀₎+I₍₁₁₁₎+I₍₂₂₀₎) 중 적어도 어느 하나는 0.45 이상이다. 이에 따라, 제1 층과 상기 제1 층의 가장 가까운 곳에 배치된 제2 층의 사이에서 배향성의 불균일을 낮게 억제하여, 배향성을 가지런하게 맞출 수 있기 때문에, 상기 제1 층과 상기 제2 층의 밀착성이 향상된다. 그 때문에, 이러한 절삭 공구의 내박리성을 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, 도 9에 도시하는 것과 같이, 피막에 포함되는 2 종류 이상의 화합물 각각에 대해서 (200)면에 유래하는 X선 회절 피크 A1과 (200)면에 유래하는 X선 회절 피크 A2가 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 관해서도 마찬가지다.

또한, 상기 I₍₂₀₀₎/(I₍₂₀₀₎+I₍₁₁₁₎+I₍₂₂₀₎), 상기 I₍₁₁₁₎/(I₍₂₀₀₎+I₍₁₁₁₎+I₍₂₂₀₎) 및 상기 I₍₂₂₀₎/(I₍₂₀₀₎+I₍₁₁₁₎+I₍₂₂₀₎ 중 적어도 어느 하나는 0.47 이상인 것이 바람직하고, 0.50 이상인 것이 보다 바람직하고, 0.55 이상인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 상기 I₍₂₀₀₎/(I₍₂₀₀₎+I₍₁₁₁₎+I₍₂₂₀₎), 상기 I₍₁₁₁₎/(I₍₂₀₀₎+I₍₁₁₁₎+I₍₂₂₀₎) 및 상기 I₍₂₂₀₎/(I₍₂₀₀₎+I₍₁₁₁₎+I₍₂₂₀₎) 중 적어도 어느 하나는 0.90 이하인 것이 바람직하고, 0.85 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.80 이하인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 상기 I₍₂₀₀₎/(I₍₂₀₀₎+I₍₁₁₁₎+I₍₂₂₀₎), 상기 I₍₁₁₁₎/(I₍₂₀₀₎+I₍₁₁₁₎+I₍₂₂₀₎) 및 상기 I₍₂₂₀₎/(I₍₂₀₀₎+I₍₁₁₁₎+I₍₂₂₀₎) 중 적어도 어느 하나는 0.47 이상 0.90 이하인 것이 바람직하고, 0.50 이상 0.85 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.55 이상 0.80 이하인 것이 더욱 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. 구체적으로는 상기 피막의 표면에 X선을 조사하여 X선 회절 측정(XRD 측정)을 행하고, (200)면, (111)면 및 (220)면의 X선 회절 강도를 구하여, 상기 I₍₂₀₀₎, 상기 I₍₁₁₁₎ 및 상기 I₍₂₂₀₎을 산출한다. 또한, 상기 X선 회절 측정에 이용하는 장치로서는, 예컨대 가부시키가이샤리가쿠 제조의 「SmartLab」(상품명), 패날리티칼 제조의 「X'pert」(상품명) 등을 들 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°

본 실시형태의 절삭 공구에서는, 동일한 절삭 공구로 측정하는 한, 다른 측정 범위를 임의로 선택하고, 그 측정 범위에서 상기한 측정을 행하여도 동일한 결과가 얻어진다는 것이 확인되었다.

<제1 층>

(제1 층의 경도)

본 실시형태에 따른 제1 층의 경도(H₁)는 25 GPa 이상 40 GPa 이하이다. 이에 따라, 절삭 공구가 우수한 내마모성을 가질 수 있다. 또한, 상기 H₁의 하한은 27 GPa 이상인 것이 바람직하고, 29 GPa 이상인 것이 보다 바람직하고, 31 GPa 이상인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 상기 H₁의 상한은 38 GPa 이하인 것이 바람직하고, 36 GPa 이하인 것이 보다 바람직하고, 34 GPa 이하인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 상기 H₁은 27 GPa 이상 38 GPa 이하인 것이 바람직하고, 29 GPa 이상 36 GPa 이하인 것이 보다 바람직하고, 31 GPa 이상 34 GPa 이하인 것이 더욱 바람직하다.

제1 층의 경도(H₁)는 ISO14577(2015)에 준거한 방법으로 측정하며, 압입 경도를 측정한다. 측정 기기는 나노인덴테이션 경도계(ENT1100a; Elionix사 제조)를 이용하여 측정한다. 구체적으로는 우선 절삭 공구의 피막이 형성된 위치에 있어서, 피막의 최표면의 면 방향에 대하여 6°의 경사를 갖는 면(경사면)이 얻어지도록 연마한다. 이어서, 얻어진 경사면에 있어서의 제1 층의 표면 위이며 또한 상기 제1 층의 막 두께 방향의 중점(中點)에 해당하는 임의의 1점에 대하여, 25℃에서부터 30℃의 환경 하에서, 제1 층의 막 두께의 1/10 이하의 압입 깊이(h)가 되도록 제어된 압입 하중을 부하하여, 나노인덴테이션법에 의한 측정을 실행한다. 상기 측정을 실행함으로써 ISO14577에 준거하여 제1 층의 경도(H₁)가 산출된다. 상기 제2 층의 경도(H₂)를 측정하는 경우도 마찬가지이다. 또한, 제1 층이 제1 단위층, 제2 단위층 또는 제3 단위층을 포함하는 경우는, 제1 층의 경도(H₁)란 제1 층 전체의 경도를 의미한다.

동일한 절삭 공구에 있어서, 다른 측정 범위를 임의로 선택하고, 그 측정 범위에서 상기한 측정을 행하여도 동일한 결과가 얻어진다는 것이 확인되었다.

(제1 층의 두께)

상기 제1 층의 두께는 0.2 ㎛ 이상 10 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 이에 따라, 절삭 공구의 내마모성을 더욱 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 제1 층의 두께의 하한은 0.4 ㎛ 이상인 것이 바람직하고, 0.5 ㎛ 이상인 것이 보다 바람직하고, 0.6 ㎛ 이상인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 상기 제1 층의 두께의 상한은 6 ㎛ 이하인 것이 바람직하고, 3 ㎛ 이하인 것이 보다 바람직하고, 2 ㎛ 이하인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 상기 제1 층의 두께는 0.4 ㎛ 이상 6 ㎛ 이하인 것이 바람직하고, 0.5 ㎛ 이상 3 ㎛ 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.6 ㎛ 이상 2 ㎛ 이하인 것이 더욱 바람직하다.

(제1 단위층)

상기 제1 층은 제1 단위층을 포함하고, 상기 제1 단위층은 Ti_xAl_yM_1-x-yC_zN_1-z로 이루어지고, 상기 M은 지르코늄, 하프늄, 주기표 제5족 원소, 제6족 원소, 규소, 붕소, 이트륨으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종의 원소이고, 상기 x는 0.20 이상 0.99 이하이고, 상기 y는 0.01 이상 0.80 이하이고, 상기 1-x-y는 0.01 이상 0.20 이하이고, 상기 z는 0 이상 1.0 이하인 것이 바람직하다. 이에 따라, 절삭 공구의 내마모성을 더욱 향상시킬 수 있다. 여기서 「제1 층은 제1 단위층을 포함하고」란, 제1 층이 제1 단위층만으로 이루어지는 양태 및 제1 층이 제1 단위층과 함께 후술하는 제2 단위층 또는 제3 단위층을 포함하는 양태를 포함하는 개념이다. 또한, 「제1 단위층은 Ti_xAl_yM_1-x-yC_zN_1-z로 이루어진다」란, Ti_xAl_yM_1-x-yC_zN_1-z만으로 이루어지는 양태에 한하지 않고, 본 개시의 효과가 발휘되는 한, Ti_xAl_yM_1-x-yC_zN_1-z와 함께 Ti_xAl_yM_1-x-yC_zN_1-z 이외의 성분(예컨대 불가피 불순물)을 포함하는 양태도 포함하는 개념이다.

또한, 상기 x는 0.25 이상 0.95 이하인 것이 바람직하고, 0.30 이상 0.90 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.35 이상 0.80 이하인 것이 더욱 바람직하다.

또한, 상기 y는 0.10 이상 0.70 이하인 것이 바람직하고, 0.20 이상 0.60 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.30 이상 0.55 이하인 것이 더욱 바람직하다.

또한, 상기 1-x-y는 0.02 이상 0.18 이하인 것이 바람직하고, 0.03 이상 0.15 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.04 이상 0.10 이하인 것이 더욱 바람직하다.

또한, 상기 z는 0.01 이상 0.90 이하인 것이 바람직하고, 0.05 이상 0.70 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.10 이상 0.50 이하인 것이 더욱 바람직하다.

상기 제1 층이 제1 단위층만으로 이루어지는 경우는, 상기 x는 0.20 이상 0.99 이하, 상기 y는 0.01 이상 0.80 이하, 상기 1-x-y는 0이며 또한 상기 z는 0 이상 1.0 이하로 할 수도 있다. 또한, 제1 층이 제1 단위층과 함께 후술하는 제2 단위층 및/또는 제3 단위층을 포함하는 경우는, 상기 1-x-y는 「0」이 아닌 것이 바람직하다.

상기 x, 상기 y 및 상기 z는 SEM 또는 TEM에 딸린 EDX(Energy Dispersive X-ray spectroscopy) 장치를 이용함으로써 확인할 수 있다. 구체적으로는 우선 절삭 공구의 임의의 위치를 막 두께 방향으로 절단하여, 피막의 단면을 포함하는 시료를 제작한다. 이어서, 피막에 있어서의 제1 단위층을 점분석한다. 또한, 측정 부위는 계면 부근의 정보가 포함되지 않도록 상기 제1 단위층의 두께 방향의 중점 위로 한다. 상기 측정을 임의로 선택된 5곳에서 행한다. 임의의 5곳의 측정 부위 각각에 있어서, 각 원소의 원자비를 나타내는 x 및 y를 특정한다. 5곳의 측정 부위에 있어서의 상기 x 및 상기 y 각각의 평균값을 구한다. 상기 평균값이 제1 단위층에 있어서의 상기 x 및 상기 y에 해당한다. 또한, 후술하는 제2 단위층에 있어서의 m, 후술하는 제3 단위층에 있어서의 n 및 후술하는 제4 단위층에 있어서의 a, b 및 c를 구하는 경우도 마찬가지이다.

상기 제1 층이 상기 제1 단위층만으로 이루어지는 경우, 상기 제1 단위층의 두께는 0.2 ㎛ 이상 10 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 이에 따라, 절삭 공구의 내마모성을 더욱 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 제1 층이 상기 제1 단위층만으로 이루어지는 경우, 상기 제1 단위층의 두께의 하한은 0.4 ㎛ 이상인 것이 바람직하고, 0.5 ㎛ 이상인 것이 보다 바람직하고, 0.6 ㎛ 이상인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 상기 제1 층이 상기 제1 단위층만으로 이루어지는 경우, 상기 제1 단위층의 두께의 상한은 6 ㎛ 이하인 것이 바람직하고, 3 ㎛ 이하인 것이 보다 바람직하고, 2 ㎛ 이하인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 상기 제1 층이 상기 제1 단위층만으로 이루어지는 경우, 상기 제1 단위층의 두께는 0.4 ㎛ 이상 6 ㎛ 이하인 것이 바람직하고, 0.5 ㎛ 이상 3 ㎛ 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.6 ㎛ 이상 2 ㎛ 이하인 것이 더욱 바람직하다.

상기 제1 층이 상기 제1 단위층과 상기 제2 단위층 또는 상기 제3 단위층을 포함하는 경우, 상기 제1 단위층의 두께는 0.005 ㎛ 이상 1 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 이에 따라, 절삭 공구의 내마모성을 더욱 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 제1 층이 상기 제1 단위층과 상기 제2 단위층 또는 상기 제3 단위층을 포함하는 경우, 상기 제1 단위층의 두께의 하한은 0.007 ㎛ 이상인 것이 바람직하고, 0.010 ㎛ 이상인 것이 보다 바람직하고, 0.015 ㎛ 이상인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 상기 제1 층이 상기 제1 단위층과 상기 제2 단위층 또는 상기 제3 단위층을 포함하는 경우, 상기 제1 단위층의 두께의 상한은 0.8 ㎛ 이하인 것이 바람직하고, 0.6 ㎛ 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.3 ㎛ 이하인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 상기 제1 층이 상기 제1 단위층과 상기 제2 단위층 또는 상기 제3 단위층을 포함하는 경우, 상기 제1 단위층의 두께는 0.005 ㎛ 이상 0.8 ㎛ 이하인 것이 바람직하고, 0.010 ㎛ 이상 0.6 ㎛ 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.015 ㎛ 이상 0.3 ㎛ 이하인 것이 더욱 바람직하다.

(제2 단위층)

상기 제1 층(12)은 상기 제1 단위층과 함께 제2 단위층(13)을 더 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 이 경우, 상기 제2 단위층(13)은 Al_mCr_1-mN으로 이루어지고, 상기 m은 0 이상 0.8 이하이고, 상기 제1 단위층(121)의 두께는 5 nm 이상 50 nm 이하이고, 상기 제2 단위층(122)의 두께는 5 nm 이상 50 nm 이하이고, 상기 제1 단위층(121)과 상기 제2 단위층(122)은 교대로 적층되는 것이 바람직하다(도 4). 이에 따라, 제1 층을 구성하는 입자의 입경이 미세하게 되는 것에 기인하여 제1 층의 경도가 높아지기 때문에, 절삭 공구의 내마모성을 더욱 향상시킬 수 있다. 여기서, 「제1 단위층과 제2 단위층은 교대로 적층되는」 한, 제1 단위층 및 제2 단위층 중 어느 층이 가장 기재 측에 배치되어 있어도 좋고, 제1 단위층 및 제2 단위층 중 어느 층이 가장 표면 측에 배치되어 있어도 좋다. 또한, 여기서 「제2 단위층은 Al_mCr_1-mN으로 이루어진다」란, Al_mCr_1-mN만으로 이루어지는 양태에 한하지 않고, 본 개시의 효과가 발휘되는 한, Al_mCr_1-mN과 함께 Al_mCr_1-mN 이외의 성분(예컨대 불가피 불순물)을 포함하는 양태도 포함하는 개념이다.

또한, 상기 m은 0.10 이상 0.75 이하인 것이 바람직하고, 0.20 이상 0.73 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.30 이상 0.70 이하인 것이 더욱 바람직하다.

제2 단위층의 두께는 5 nm 이상 1 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 이에 따라, 절삭 공구의 내마모성을 더욱 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 제2 단위층의 두께의 하한은 7 nm 이상인 것이 바람직하고, 10 nm 이상인 것이 보다 바람직하고, 15 nm 이상인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 상기 제2 단위층의 두께의 상한은 0.8 ㎛ 이하인 것이 바람직하고, 0.6 ㎛ 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.3 ㎛ 이하인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 상기 제2 단위층의 두께는 5 nm 이상 0.8 ㎛ 이하인 것이 바람직하고, 10 nm 이상 0.6 ㎛ 이하인 것이 보다 바람직하고, 15 nm 이상 0.3 ㎛ 이하인 것이 더욱 바람직하다.

(제3 단위층)

상기 제1 층(12)은 상기 제1 단위층과 함께 제3 단위층(123)을 더 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 이 경우, 상기 제3 단위층(123)은 Ti_1-nAl_nN으로 이루어지고, 상기 n은 0 이상 0.8 이하이고, 상기 제1 단위층(121)의 두께는 5 nm 이상 50 nm 이하이고, 상기 제3 단위층(123)의 두께는 5 nm 이상 50 nm 이하이고, 상기 제1 단위층(121)과 상기 제3 단위층(123)은 교대로 적층되는 것이 바람직하다(도 5). 이에 따라, 절삭 공구의 제1 층을 구성하는 입자의 입경이 미세하게 됨에 기인하여 제1 층의 경도가 높아지기 때문에, 절삭 공구의 내마모성을 더욱 향상시킬 수 있다. 「제1 단위층과 제3 단위층은 교대로 적층되는」 한, 제1 단위층 및 제3 단위층 중 어느 층이 가장 기재 측에 배치되어 있어도 좋고, 제1 단위층 및 제3 단위층 중 어느 층이 가장 표면 측에 배치되어 있어도 좋다. 또한, 여기서 「제3 단위층은 Ti_1-nAl_nN으로 이루어진다」란, Ti_1-nAl_nN만으로 이루어지는 양태에 한하지 않고, 본 개시의 효과가 발휘되는 한, Ti_1-nAl_nN과 함께 Ti_1-nAl_nN 이외의 성분(예컨대 불가피 불순물)을 포함하는 양태도 포함하는 개념이다.

또한, 상기 n은 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.

제3 단위층의 두께는 5 nm 이상 1 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 이에 따라, 절삭 공구의 내마모성을 더욱 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 제3 단위층의 두께의 하한은 7 nm 이상인 것이 바람직하고, 10 nm 이상인 것이 보다 바람직하고, 15 nm 이상인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 상기 제3 단위층의 두께의 상한은 0.8 ㎛ 이하인 것이 바람직하고, 0.6 ㎛ 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.3 ㎛ 이하인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 상기 제3 단위층의 두께는 5 nm 이상 0.8 ㎛ 이하인 것이 바람직하고, 10 nm 이상 0.6 ㎛ 이하인 것이 보다 바람직하고, 15 nm 이상 0.3 ㎛ 이하인 것이 더욱 바람직하다.

<제2 층>

(제2 층의 경도)

본 실시형태에 따른 제2 층의 경도(H₂)는 0.5×H₁≤H₂≤0.9×H₁을 만족한다. 이에 따라, 절삭 공구가 우수한 내박리성과 우수한 내치핑성을 가질 수 있다. 상기 H₂는 H₂≥0.53×H₁을 만족하는 것이 바람직하고, H₂≥0.56×H₁을 만족하는 것이 보다 바람직하고, H₂≥0.6×H₁을 만족하는 것이 더욱 바람직하다. 또한, 상기 H₂는 H₂≤0.87×H₁을 만족하는 것이 바람직하고, H₂≤0.84×H₁을 만족하는 것이 보다 바람직하고, H₂≤0.8×H₁을 만족하는 것이 더욱 바람직하다. 또한, 상기 H₂는 0.53×H₁≤H₂≤0.87×H₁을 만족하는 것이 바람직하고, 0.56×H₁≤H₂≤0.84×H₁을 만족하는 것이 보다 바람직하고, 0.6×H₁≤H₂≤0.8×H₁을 만족하는 것이 더욱 바람직하다.

(제2 층의 두께)

상기 제2 층의 두께는 0.2 ㎛ 이상 10 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 이에 따라, 절삭 공구의 내치핑성과 절삭 공구의 내박리성을 더욱 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 제2 층의 두께의 하한은 0.3 ㎛ 이상인 것이 바람직하고, 0.4 ㎛ 이상인 것이 보다 바람직하고, 0.5 ㎛ 이상인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 상기 제2 층의 두께의 상한은 8 ㎛ 이하인 것이 바람직하고, 5 ㎛ 이하인 것이 보다 바람직하고, 3 ㎛ 이하인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 상기 제2 층의 두께는 0.3 ㎛ 이상 8 ㎛ 이하인 것이 바람직하고, 0.4 ㎛ 이상 5 ㎛ 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.5 ㎛ 이상 3 ㎛ 이하인 것이 더욱 바람직하다.

상기 제2 층의 두께(T₂)에 대한 상기 제1 층의 두께(T₁)의 비율(T₁/T₂)은 0.02 이상 50 이하인 것이 바람직하다. 이에 따라, 내마모성, 내박리성 및 내치핑성의 밸런스를 개선할 수 있기 때문에, 절삭 공구의 수명을 더욱 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 T₁/T₂의 하한은 0.04 이상인 것이 바람직하고, 0.06 이상인 것이 보다 바람직하고, 0.1 이상인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 상기 T₁/T₂의 상한은 45 이하인 것이 바람직하고, 40 이하인 것이 보다 바람직하고, 30 이하인 것이 더욱 바람직하다.

(제4 단위층)

상기 제2 층은 상기 제4 단위층을 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 이 경우, 상기 제4 단위층은 Ti_aAl_bC_cN_1-c로 이루어지고, 상기 a는 0.2 이상 1.0 이하이고, 상기 b는 0 이상 0.8 이하이고, 상기 c는 0 이상 1.0 이하인 것이 바람직하다. 이에 따라, 제1 층과 제2 층의 밀착성을 악화시키지 않고, 제2 층의 균열 발생을 효과적으로 억제할 수 있기 때문에, 절삭 공구의 내치핑성을 더욱 향상시킬 수 있다. 또한, 이에 따라, 제2 층에 있어서 박리의 기점이 되는 치핑의 발생 및 박리의 기점이 되는 균열의 발생을 억제할 수 있기 때문에, 절삭 공구의 내박리성을 더욱 향상시킬 수 있다. 여기서 「제2 층은 제4 단위층을 포함한다」란, 제2 층이 제4 단위층만으로 이루어지는 양태 및 제2 층이 제4 단위층과 함께 제4 단위층 이외의 층을 포함하는 양태를 포함하는 개념이다. 여기서 「제4 단위층은 Ti_aAl_bC_cN_1-c로 이루어진다」란, Ti_aAl_bC_cN_1-c만으로 이루어지는 양태에 한하지 않고, 본 개시의 효과가 발휘되는 한, Ti_aAl_bC_cN_1-c와 함께 Ti_aAl_bC_cN_1-c 이외의 성분을 포함하는 양태도 포함하는 개념이다.

제4 단위층의 두께는 0.3 ㎛ 이상 9 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 이에 따라, 절삭 공구의 내마모성을 더욱 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 제4 단위층의 두께의 하한은 0.4 ㎛ 이상인 것이 바람직하고, 0.5 ㎛ 이상인 것이 보다 바람직하고, 0.6 ㎛ 이상인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 상기 제4 단위층의 두께의 상한은 7 ㎛ 이하인 것이 바람직하고, 5 ㎛ 이하인 것이 보다 바람직하고, 3 ㎛ 이하인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 상기 제4 단위층의 두께는 0.4 ㎛ 이상 7 ㎛ 이하인 것이 바람직하고, 0.5 ㎛ 이상 5 ㎛ 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.6 ㎛ 이상 3 ㎛ 이하인 것이 더욱 바람직하다.

또한, 상기 a는 0.3 이상 0.95 이하인 것이 바람직하고, 0.35 이상 0.9 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.4 이상 0.85 이하인 것이 더욱 바람직하다.

또한, 상기 b는 0.05 이상 0.7 이하인 것이 바람직하고, 0.1 이상 0.65 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.15 이상 0.6 이하인 것이 더욱 바람직하다.

또한, 상기 c는 0.01 이상 0.9 이하인 것이 바람직하고, 0.03 이상 0.85 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.05 이상 0.7 이하인 것이 더욱 바람직하다.

<다른 층>

본 실시형태의 효과를 해치지 않는 한, 상기 피막은 상기 다른 층을 더 포함하여도 좋다. 도 6 내지 도 8에 도시하는 것과 같이, 상기 다른 층으로서는 예컨대 하지층(14), 중간층(15) 및 표면층(16) 등을 들 수 있다.

(하지층)

본 실시형태의 피막은 하지층을 포함할 수 있다. 하지층(14)은 기재(11)와 제1 층(12) 및 제2 층(13) 중 가장 기재 측 층과의 사이에 배치되는 층이다. 하지층은 제1 화합물로 이루어지고, 상기 제1 화합물은 주기표의 4족 원소, 5족 원소, 6족 원소 및 알루미늄으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 원소와, 탄소, 질소, 붕소 및 산소로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 원소로 이루어지는 것이 바람직하다. 이에 따라, 절삭 공구의 내마모성을 더욱 향상시킬 수 있다. 또한, 이에 따라, 피막과 기재의 밀착성을 향상시킬 수 있다.

하지층으로서 기재의 바로 위에 TiN층, TiC층, TiCN층, TiBN층, AlCrN층, TiAlN층을 배치함으로써 기재와 피막의 밀착성을 높일 수 있다. 하지층의 두께는 0.1 ㎛ 이상 20 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 이에 따라, 절삭 공구의 내마모성을 더욱 향상시킬 수 있다. 또한, 이에 따라, 절삭 공구는 우수한 내결손성을 가질 수 있다.

(중간층)

본 실시형태의 피막은 중간층을 포함할 수 있다. 중간층(15)은 제1 층(12)과 제2 층(13)의 사이에 배치되는 층이다. 중간층의 조성은 예컨대 TiAlN층이나 TiN층인 것이 바람직하다. 중간층의 두께는 0.01 ㎛ 이상 0.2 ㎛ 이하인 것이 바람직하다.

(표면층)

본 실시형태의 피막은 표면층을 포함할 수 있다. 표면층(16)은 피막(40)에 있어서 가장 표면 측에 배치되는 층이다. 단, 날끝 능선부에서는 형성되지 않는 경우도 있다. 표면층(16)은 제2 화합물로 이루어지고, 상기 제2 화합물은 주기표의 4족 원소, 5족 원소, 6족 원소 및 알루미늄으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 원소와, 탄소, 질소, 붕소 및 산소로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 원소로 이루어지는 것이 바람직하다. 이에 따라, 절삭 공구의 내마모성이 더욱 향상될 수 있다.

표면층(16)으로서는 TiN층 또는 TiAlN층을 들 수 있다. TiN층은 색채가 명료(금색을 띤다)하기 때문에, 표면층(16)으로서 이용하면, 절삭 사용 후의 절삭 칩의 코너 식별(사용이 끝난 부위의 식별)이 용이하다고 하는 이점이 있다. 표면층(16)으로서 TiAlN층을 이용함으로써 피막의 내산화성을 높일 수 있다.

표면층(16)의 두께는 0.05 ㎛ 이상 1 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 이에 따라, 표면층(16)과 인접하는 층의 밀착성이 향상된다.

[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 제2 공정(이하, 단순히 「제2 공정」이라고 하는 경우가 있음)을 포함한다. 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 DNGA150408로 이루어지는 입방정 질화붕소 소결체로 이루어지는 공구를 이용할 수 있다.

《제2 공정: 기재 상에 피막을 형성하는 공정》

제2 공정에서는 기재 상에 피막을 형성한다. 또한, 상기 제2 공정은 상기 기재의 표면의 적어도 일부를 제1 층으로 피복하는 「제1 층의 피복 공정」 및 상기 기재의 표면의 적어도 일부를 제2 층으로 피복하는 「제2 층의 피복 공정」을 포함한다. 상기 제1 층의 피복 공정 및 상기 제2 층의 피복 공정이 실행되는 한, 상기 제1 층의 피복 공정 및 상기 제2 피복 공정 중 어느 공정이 먼저 실행되어도 좋다. 또한, 상기 제2 공정은 후술하는 공정 (i), 공정 (ii) 및 공정 (iii)의 적어도 어느 하나를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 제2 공정은 상기 기재의 표면의 적어도 일부를 상기 다른 층으로 피복하는 「다른 층의 피복 공정」을 더 포함할 수 있다.

제1 층의 피복 공정 및 제2 층의 피복 공정에서는 상기 기재의 표면의 적어도 날끝 부분을 제1 층 또는 제2 층으로 피복한다. 또한, 여기서 「제1 층으로 피복한다」 또는 「제2 층으로 피복한다」란, 기재 표면의 바로 위를 제1 층 또는 제2 층이 피복하는 경우와, 기재 표면과 제1 층 또는 제2 층의 사이에 제1 층 또는 제2 층 이외의 층(하지층)이 배치되는 경우의 양쪽 모두를 포함하는 개념이다. 제1 층의 피복 공정 및 제2 층의 피복 공정은 어느 쪽이 먼저 실시되어도 좋다.

상기 제1 층의 피복 공정은 제1 층 내에 제1 단위층을 형성하는 「제1 단위층의 피복 공정」을 포함할 수 있다. 상기 제1 층의 피복 공정은 제1 층 내에 제2 단위층을 형성하는 「제2 단위층의 피복 공정」 또는 제1 층 내에 제3 단위층을 형성하는 「제3 단위층의 피복 공정」을 더 포함할 수 있다. 상기 제2 층의 피복 공정은 제2 층 내에 제4 단위층을 형성하는 「제4 단위층의 피복 공정」을 포함할 수 있다. 제2 공정은 상기 다른 층을 형성하는 「다른 층의 피복 공정」을 포함할 수 있다.

상기 기재의 적어도 일부를 제1 층으로 피복하는 방법으로서는 예컨대 물리 증착(PVD)법을 들 수 있다. 제1 단위층의 피복 공정, 제2 단위층의 피복 공정, 제3 단위층의 피복 공정, 제2 층의 피복 공정 및 제4 단위층의 피복 공정에 있어서도 마찬가지다.

물리 증착법으로서는 예컨대 스퍼터링법, 이온 플레이팅법, 아크 이온 플레이팅법, 전자 이온 빔 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(ion bombardment) 처리가 가능하게 되기 때문에, 피막과 기재의 밀착성이 현격히 향상되므로 바람직하다.

아크 이온 플레이팅법에 의해 피막을 형성하는 경우, 예컨대 이하와 같은 조건을 들 수 있다. 예컨대 TiN으로 이루어진 층을 형성하는 경우는, 금속 증발원으로서 Ti 타겟을 이용하고, 반응 가스로서 N₂ 가스를 이용한다. 기판(기재) 온도를 400∼550℃ 및 상기 장치 내부의 가스 압력을 0.3∼1.5 Pa로 설정한다.

기판 (음) 바이어스 전압을 10∼150 V 또한 DC 또는 펄스 DC(주파수 20∼50 kHz)로 유지한 채로, 캐소드 전극에 80∼150 A의 아크 전류를 공급하고, 아크식 증발원으로부터 금속 이온 등을 발생시킴으로써 TiN으로 이루어진 층을 형성할 수 있다. 성막 중에 텅스텐 필라멘트도 방전한다(에미션 전류 30∼45A). 이에 따라, 플라즈마 중의 이온을 증가시킬 수 있다. 아크 이온 플레이팅법에 이용하는 장치로서는 예컨대 가부시키가이샤고베세이코쇼 제조의 AIP(상품명)를 들 수 있다.

스퍼터링법에 의해 피막을 형성하는 경우, 예컨대 이하와 같은 조건을 들 수 있다. TiN으로 이루어진 층을 형성하는 경우, 금속 증발원으로서 Ti 타겟을 이용하고, 반응 가스로서 N₂ 가스, Ar 가스, Kr 가스, Xe 가스 등의 스퍼터 가스를 이용할 수 있다.

본 발명자들은, 예의 검토한 결과, 이하의 공정 (i)∼(iii)의 적어도 어느 하나의 공정을 행함으로써, 제1 층과 제2 층 사이의 경도차를 조정할 수 있다는 것을 새롭게 지견했다. 특히 화학 조성상, 종래의 성막 조건으로는 제1 층 및 제2 층의 경도차가 원하는 범위 밖으로 되는 경우에도, 상기 공정 (i)∼(iii)의 적어도 어느 한 공정을 행함으로써, 제1 층과 제2 층 사이의 경도차를 용이하게 조정할 수 있다는 것을 알아냈다.

상기 공정 (i)에서는, 상기 제2 층을 일정 시간 히터로 어닐링한다. 이에 따라, 상기 제2 층의 경도를 낮출 수 있기 때문에, 상기 제2 층의 경도(H₂)를 0.5×H₁≤H₂≤0.9×H₁의 범위로 조정할 수 있다. 또한, 상기 공정 (i)에서의 승온 속도는 예컨대 5 ℃/분 이상 10 ℃/분 이하이다. 또한, 상기 공정 (i)에서의 어닐링 온도는 예컨대 400℃ 이상 500℃ 이하이다. 또한, 상기 공정 (i)에서의 어닐링 시간은 예컨대 10분 이상 60분 이하이다. 또한, 상기 공정 (i)에서의 냉각 속도는 예컨대 5 ℃/분 이상 10 ℃/분 이하이다. 또한, 상기 공정 (i)에서의 냉각 시의 노(爐) 내부의 압력은 예컨대 1 Pa 이상 8 Pa 이하이다.

상기 공정 (ii)에서는, 상기 제1 층 또는 상기 제2 층에 스퍼터 가스에 의한 이온 충격 처리를 행한다. 이에 따라, 상기 제1 층 또는 상기 제2 층에 압축 응력을 부여할 수 있기 때문에, 이온 충격 처리를 행한 상기 제1 층 또는 제2 층의 경도를 높일 수 있다. 또한, 상기 공정 (ii)에서의 가스 조성은 예컨대 Ar(100%), Kr(100%) 또는 Xe(100%)이다. 또한, 상기 공정 (ii)에서의 가스압은 예컨대 1 Pa 이상 3 Pa 이하이다. 또한, 상기 공정 (ii)에서의 바이어스 전압은 예컨대 -1000 V 이상 -600 V 이하이다. 또한, 상기 공정 (ii)에서의 처리 시간은 예컨대 5분 이상 60분 이하이다.

상기 공정 (iii)에서는, 제1 단위층과 제2 단위층 또는 제3 단위층을 교대로 적층한다. 이에 따라, 조성이 상이한 층끼리의 격자 상수의 변형이 생기기 때문에, 제1 층의 경도를 조정할 수 있다.

또한, 본 발명자들은, 예의 검토한 결과, 이하의 공정 (iv)를 행함으로써 제1 층과 제2 층 사이의 밀착성을 향상시킬 수 있다는 것을 새롭게 지견했다.

상기 공정 (iv)에서는, 상기 제2 층의 피복 공정과 상기 제1 층의 피복 공정의 전환 시에, 바이어스 전압을 이하와 같이 조정한다.

처음에 제2 층의 피복 공정이 실행되고, 그 후 제1 층의 피복 공정이 실행되는 경우에 관해서 설명한다. 제2 층의 피복 공정의 바이어스 전압을 A(V) 및 제1 층의 피복 공정의 바이어스 전압을 B(V)로 한다. 우선 바이어스 전압을 A(V)로 하여 제2 층의 피복 공정을 행한다. 제2 층의 두께가 원하는 두께로 된 시점에서, 바이어스 전압 이외의 성막 조건을 유지한 채로, 바이어스 전압을 B>A일 때는 A 초과 B 미만(V), 또는 A>B일 때는 B 초과 A 미만(V)으로 변경하여 60∼120초간 성막을 행한다. 상기 공정을 공정 (iv-1)로 나타낸다. 이어서, 바이어스 전압 이외의 성막 조건을 제1 층의 피복 조건으로 변경하며 또한 바이어스 전압은 공정 (iv-1)을 유지하여 60∼120초간 성막을 행한다. 상기 공정을 공정 (iv-2)로 나타낸다. 이어서, 바이어스 전압 이외의 성막 조건을 유지한 채로 바이어스 전압을 B(V)로 변경하여 제1 층의 피복 공정을 행한다. 이 경우, 상기 공정 (iv)는 공정 (iv-1) 및 공정 (iv-2)의 한쪽 또는 양쪽을 포함한다.

처음에 제1 층의 피복 공정이 실행되고, 그 후 제2 층의 피복 공정이 실행되는 경우에 관해서 설명한다. 제1 층의 피복 공정의 바이어스 전압을 B(V) 및 제2 피복 공정의 바이어스 전압을 A(V)로 한다. 우선 바이어스 전압을 B(V)로 하여 제1 층의 피복 공정을 행한다. 제1 층의 두께가 원하는 두께로 된 시점에서, 바이어스 전압 이외의 성막 조건을 유지한 채로, 바이어스 전압을 B>A일 때는 A 초과 B 미만(V) 또는 A>B일 때는 B 초과 A 미만(V)으로 변경하여 60∼120초간 성막을 행한다. 상기 공정을 공정 (iv-3)으로 나타낸다. 이어서, 바이어스 전압 이외의 성막 조건을 제2 층의 피복 조건으로 변경하며 또한 바이어스 전압은 공정 (iv-3)을 유지하여 60∼120초간 성막을 행한다. 상기 공정을 공정 (iv-4)로 나타낸다. 이어서, 바이어스 전압 이외의 성막 조건을 유지한 채로 바이어스 전압을 A(V)로 변경하여 제2 층의 피복 공정을 행한다. 이 경우, 상기 공정 (iv)는 공정 (iv-3) 및 공정 (iv-4)의 한쪽 또는 양쪽 모두를 포함한다.

또한, 상기 제1 층의 피복 공정의 바이어스 전압 B(V)는, 20 V 초과 60 V 미만인 경우, 원하는 경도(H₁)를 얻기가 어려운 경향이 있다.

상기 공정 (iv)에 의하면, 상기 제1 층의 피복 공정에서 상기 제2 층의 피복 공정으로 전환될 때 및 상기 제2 층의 피복 공정에서 상기 제1 층의 피복 공정으로 전환될 때의 바이어스 전압의 변화를 완만하게 할 수 있으므로, 피막 형성 시의 바이어스 전압의 급격한 변화에 기인한 피막 내 배향성의 불균일을 억제할 수 있다. 그 결과, I₍₂₀₀₎/(I₍₂₀₀₎+I₍₁₁₁₎+I₍₂₂₀₎, I₍₁₁₁₎/(I₍₂₀₀₎+I₍₁₁₁₎+I₍₂₂₀₎) 및 I₍₂₂₀₎/(I₍₂₀₀₎+I₍₁₁₁₎+I₍₂₂₀₎) 중 어느 하나의 배향성이 우세하게 되므로, I₍₂₀₀₎/(I₍₂₀₀₎+I₍₁₁₁₎+I₍₂₂₀₎), I₍₁₁₁₎/(I₍₂₀₀₎+I₍₁₁₁₎+I₍₂₂₀₎) 및 I₍₂₂₀₎/(I₍₂₀₀₎+I₍₁₁₁₎+I₍₂₂₀₎) 중 적어도 하나는 0.45 이상으로 할 수 있다. 상기와 같은 바이어스 전압의 전환 조작에 의해, 피막 내 배향성의 불균일을 억제할 수 있다는 것은, 본 발명자들이 예의 검토한 결과, 새롭게 지견한 것이다.

<다른 층의 피복 공정>

본 실시형태에 따른 제2 공정에서는, 상술한 제1 층의 피복 공정, 제2 층의 피복 공정 및 어닐링 공정 이외에도, 기재와 상기 제1 층의 사이에 하지층을 형성하는 「하지층의 피복 공정」, 상기 제1 층과 상기 제2 층의 사이에 중간층을 형성하는 「중간층의 피복 공정」 및 상기 제2 층 위에 표면층을 형성하는 「표면층의 피복 공정」 등을 적절하게 행하여도 좋다. 상술한 하지층, 중간층 및 표면층 등의 다른 층을 형성하는 경우, 종래의 방법에 의해 다른 층을 형성하여도 좋다. 구체적으로는 예컨대 상술한 PVD법에 의해 상기 다른 층을 형성하는 것을 들 수 있다.

《그 밖의 공정》

본 실시형태에 따른 제조 방법에서는, 상술한 공정 외에도, 예컨대 표면 처리하는 공정 등을 적절하게 행하여도 좋다. 표면 처리를 하는 공정으로서는 예컨대 탄성재에 다이아몬드 분말을 담지시킨 매체를 이용한 표면 처리 등을 들 수 있다.

실시예

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

[실시예 1]

《절삭 공구의 제작》

[시료 No. 1-1∼시료 No. 1-15, 시료 No. 1-17∼시료 No. 1-34 및 시료 No. 1-101∼시료 No. 1-105]

하기의 제조 방법을 이용하여 시료 No. 1-1∼시료 No. 1-15, 시료 No. 1-17∼시료 No. 1-34 및 시료 No. 1-101∼시료 No. 1-106의 절삭 공구를 제작했다.

<기재를 준비하는 공정>

우선, 기재 준비 공정으로서 입방정 붕소 소결체 공구(형상: JIS 규격 DNGA150408)를 기재로서 준비했다. 이어서, 상기 기재를 아크 이온 플레이팅 장치(가부시키가이샤고베세이코쇼 제조, 상품명 : AIP)의 소정 위치에 셋팅했다.

<기재 상에 피막을 형성하는 공정>

이어서, 제2 층의 피복 공정으로서, 표 1에 기재한 조건으로 아크 이온 플레이팅법을 이용하여 상기 기재의 표면에 제2 층을 형성했다. 구체적으로는 이하의 방법으로 형성했다. 금속 증발원으로서는 후술하는 표 3 및 표 4에 기재한 제2 층의 「조성」을 따르는 타겟을 이용했다. 예컨대 제2 층의 조성이 TiAlN인 경우는 금속 증발원으로서 TiAl 타겟을 이용했다. 또한, TiCN, TiC 또는 TiN인 경우는 금속 증발원으로서 Ti 타겟을 이용했다. 반응 가스에는 N₂ 가스 및/또는 메탄 가스를 이용했다. 기판(기재) 온도를 500℃ 및 상기 장치 내부의 가스압을 1 Pa로 설정했다.

이어서, 공정 (i)로서, 표 1의 「어닐링 온도[℃]/시간[분]」란에 기재한 조건으로 제2 층의 표면에 어닐링을 행했다. 어닐링 시의 노 내부 압력은 2 Pa로 했다. 표 1의 「어닐링 온도[℃]/시간[분]」란에서의 「-」는 공정 (i)이 실행되지 않았음을 의미한다.

이어서, 공정 (ii)로서, 표 1의 「이온 충격」란에 기재한 조건으로 이온 충격 처리를 실행했다. 여기서 「Ar(800 V)」은, 반응 가스가 Ar 가스이며 또한 바이어스 전압이 800 V임을 의미한다. 이온 충격 처리 시간은 45분으로 하고, 노 내부 압력은 1 Pa로 했다. 표 1의 「이온 충격」란에서의 「-」는 공정 (ii)가 실행되지 않았음을 의미한다.

이어서, 공정 (iv)로서, 바이어스 전압 이외의 조건을 유지한 채로, 바이어스 전압을 제2 층의 피복 공정에 있어서의 바이어스 전압의 값에서 표 1의 「공정 (iv)」란에 기재한 바이어스 전압의 값으로 바이어스 전압을 조정하여, 60초간 성막을 행했다. 예컨대 시료 1-1에서는, 바이어스 전압을 30 V(제2 층의 피복 공정에서의 바이어스 전압)에서 33 V(공정 (iv)에서의 바이어스 전압)로 조정했다. 이어서, 바이어스 전압 이외의 성막 조건을 이하에 나타내는 제1 층의 피복 조건으로 변경하며 또한 바이어스 전압을 유지한 채로, 60초간 성막을 행했다.

이어서, 제1 층의 피복 공정으로서, 표 1에 기재한 조건으로 아크 이온 플레이팅법을 이용하여 상기 제2 층 위에 제1 층을 형성했다. 구체적으로는 이하의 방법으로 형성했다. 금속 증발원으로서는 후술하는 표 3 및 표 4에 기재한 제1 층의 「조성」을 따르는 타겟을 이용했다. 예컨대 제1 층의 조성이 TiAlN인 경우는 금속 증발원으로서 TiAl 타겟을 이용했다. 또한, 예컨대 제1 층의 조성이 TiAlSiN인 경우는 금속 증발원으로서 TiAlSi 타겟을 이용했다. 반응 가스에는 N₂ 가스를 이용했다. 기판(기재) 온도를 500℃ 및 상기 장치 내부의 가스압을 4 Pa로 설정했다.

[시료 No. 1-16]

하기 제조 방법을 이용하여 시료 No. 1-16의 절삭 공구를 제작했다.

<기재를 준비하는 공정>

기재 준비 공정으로서, 상기한 시료 No. 1-1과 동일한 기재를 준비하여, 상기 기재를 아크 이온 플레이팅 장치의 소정의 위치에 셋팅했다.

<기재 상에 피막을 형성하는 공정>

이어서, 제1 층의 피복 공정으로서, 표 2에 기재한 조건으로 아크 이온 플레이팅법을 이용하여 상기 기재 위에 제1 층을 형성했다. 구체적으로는 이하의 방법으로 형성했다. 금속 증발원으로서는 후술하는 표 3에 기재한 제1 층의 「조성」을 따르는 타겟을 이용했다. 즉, 금속 증발원으로서 TiAl 타겟을 이용했다. 반응 가스에는 N₂ 가스를 이용했다. 기판(기재) 온도를 500℃ 및 상기 장치 내부의 가스압을 2 Pa로 설정했다.

이어서, 공정 (iv)로서, 바이어스 전압 이외의 조건을 유지한 채로, 바이어스 전압을 제1 층의 피복 공정에 있어서의 바이어스 전압의 값에서 표 2의 「공정 (iv)」란에 기재한 바이어스 전압의 값으로 바이어스 전압을 조정했다. 이어서, 바이어스 전압 이외의 성막 조건을 이하에 나타내는 제2 층의 피복 조건으로 변경하며 또한 바이어스 전압을 유지한 채로, 60초간 성막을 행했다.

이어서, 제2 층의 피복 공정으로서, 표 2에 기재한 조건으로 아크 이온 플레이팅법을 이용하여 상기 제1 층 위에 제2 층을 형성했다. 구체적으로는 이하의 방법으로 형성했다. 금속 증발원으로서는 후술하는 표 3 및 표 4에 기재한 제2 층의 「조성」을 따르는 타겟을 이용했다. 즉, 금속 증발원으로서 TiAl 타겟을 이용했다. 반응 가스에는 N₂ 가스를 이용했다. 기판(기재) 온도를 500℃ 및 상기 장치 내부의 가스압을 2 Pa로 설정했다.

또한, 시료 No. 1-16의 절삭 공구를 제작하기 위해서는 공정 (i) 및 공정 (ii)는 실행하지 않았다.

《절삭 공구의 특성 평가》

상술한 것과 같이 하여 제작한 시료 No. 1-1∼시료 No. 1-34 및 시료 No. 1-101∼시료 No. 1-106의 절삭 공구를 이용하여 이하와 같이 절삭 공구의 각 특성을 평가했다. 또한, 시료 No. 1-1∼시료 No. 1-34의 절삭 공구는 실시예에 대응하고, 시료 No. 1-101∼시료 No. 1-106의 절삭 공구는 비교예에 대응한다.

<x, y, z, a, b 및 c의 측정 >

시료 No. 1-1∼시료 No. 1-34 및 시료 No. 1-101∼시료 No. 1-106의 절삭 공구에 관해서, 제1 층의 조성 Ti_xAl_yM_1-x-yC_zN_1-z에 있어서의 「x」, 「y」, 「z」, 제2 층의 조성 Ti_aAl_bC_cN_1-c에 있어서의 「a」, 「b」 및 「c」를 실시형태 1에 기재한 방법에 의해 구했다. 얻은 결과를 각각 표 3 및 표 4의 「조성」의 항에서의 화학식 내에 원자비로서 기재한다.

<제1 층의 두께 및 제2 층의 두께의 측정>

시료 No. 1-1∼시료 No. 1-34 및 시료 No. 1-101∼시료 No. 1-106의 절삭 공구에 관해서, 제1 층의 두께를 실시형태 1에 기재한 방법에 의해 구했다. 얻은 결과를 각각 표 3 및 표 4의 「두께 T₁[㎛]」의 항에 기재한다. 또한, 시료 No. 1-1∼시료 No. 1-34 및 시료 No. 1-101∼시료 No. 1-106의 절삭 공구에 관해서, 제2 층의 두께를 실시형태 1에 기재한 방법에 의해 구했다. 얻은 결과를 각각 표 3 및 표 4의 「두께 T₂[㎛]」의 항에 기재한다.

<제1 층의 경도(H₁) 및 제2 층의 경도(H₂)의 측정>

시료 No. 1-1∼시료 No. 1-34 및 시료 No. 1-101∼시료 No. 1-106의 절삭 공구에 관해서, 제1 층의 경도(H₁)를 실시형태 1에 기재한 방법에 의해 구했다. 얻은 결과를 각각 표 3 및 표 4의 「경도 H₁[GPa]」의 항에 기재한다. 또한, 시료 No. 1-1∼시료 No. 1-34 및 시료 No. 1-101∼시료 No. 1-106의 절삭 공구에 관해서, 제2 층의 경도(H₂)를 실시형태 1에 기재한 방법에 의해 구했다. 얻은 결과를 각각 표 3 및 표 4의 「경도 H₂[GPa]」의 항에 기재한다.

<I₍₂₀₀₎/(I₍₂₀₀₎+I₍₁₁₁₎+I₍₂₂₀₎), I₍₁₁₁₎/(I₍₂₀₀₎+I₍₁₁₁₎+I₍₂₂₀₎) 및 I₍₂₂₀₎/(I₍₂₀₀₎+I₍₁₁₁₎+I₍₂₂₀₎)의 측정>

시료 No. 1-1∼시료 No. 1-34 및 시료 No. 1-101∼시료 No. 1-106의 절삭 공구에 관해서, 피막의 I₍₂₀₀₎/(I₍₂₀₀₎+I₍₁₁₁₎+I₍₂₂₀₎)를 실시형태 1에 기재한 방법에 의해 구했다. 얻은 결과를 각각 표 3 및 표 4의 「R₍₂₀₀₎」의 항에 기재한다. 또한, 시료 No. 1-1∼시료 No. 1-34 및 시료 No. 1-101∼시료 No. 1-106의 절삭 공구에 관해서, 피막의 I₍₁₁₁₎/(I₍₂₀₀₎+I₍₁₁₁₎+I₍₂₂₀₎)를 실시형태 1에 기재한 방법에 의해 구했다. 얻은 결과를 각각 표 3 및 표 4의 「R₍₁₁₁₎」의 항에 기재한다. 또한, 시료 No. 1-1∼시료 No. 1-34 및 시료 No. 1-101∼시료 No. 1-106의 절삭 공구에 관해서, 피막의 I₍₂₂₀₎/(I₍₂₀₀₎+I₍₁₁₁₎+I₍₂₂₀₎)를 실시형태 1에 기재한 방법에 의해 구했다. 얻은 결과를 각각 표 3 및 표 4의 「R₍₂₂₀₎」의 항에 기재한다.

《절삭 시험》

상기한 것과 같이 하여 제작한 시료 No. 1-1∼시료 No. 1-34 및 시료 No. 1-101∼시료 No. 1-106의 절삭 공구를 이용하여 이하의 절삭 시험을 행했다.

시료 No. 1-1∼시료 No. 1-34 및 시료 No. 1-101∼시료 No. 1-106의 절삭 공구에 관해서, 이하의 절삭 조건에 의해 피삭재의 절삭 가공을 실행했다. 이어서, 절삭 거리가 50 m에 달한 시점에서, 서로 접한 절삭 공구와 피삭재를 일단 분리했다. 이어서, 상기 분리 후 3분이 경과한 다음에, 이하의 절삭 조건에 의해 상기 피삭재의 절삭을 재차 실행했다. 절삭 거리가 3 km에 도달할 때까지 이들을 반복하여 실행했다. 이어서, 절삭 거리가 3 km에 달한 시점에 있어서의 절삭 공구의 여유면의 최대 마모량을 최대 마모량으로서 측정했다. 최대 마모량이 작을수록 고부하 절삭에 있어서도 절삭 공구가 긴 공구 수명을 갖는다는 것을 의미한다. 또한, 여기서 최대 마모량이 290 ㎛ 이하인 것은 고부하 절삭에 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 SUJ2(HRC62)(직경 85 mm×길이 200 mm)

절삭 속도: V=100 m/min.

이송: f=0.2 mm/rev.

절입: ap=0.5 mm

습식/건식: 습식

상기 절삭 조건은 소입강(고경도재)의 고부하 절삭에 해당한다.

<결과>

시료 No. 1-1∼시료 No. 1-34는 실시예에 해당한다. 시료 No. 1-101∼시료 No. 1-106은 비교예에 해당한다. 표 3 및 표 4의 결과로부터, 실시예에 해당하는 시료 No. 1-1∼시료 No. 1-34의 절삭 공구는, 비교예에 해당하는 시료 No. 1-101∼시료 No. 1-106보다, 소입강 등의 고경도재의 절삭과 같이 고부하 절삭에 있어서도 긴 공구 수명을 갖는다는 것이 확인되었다. 그 이유는, 시료 No. 1-1∼시료 No. 1-34의 절삭 공구에서는, 피막의 제1 층의 경도가 높고 내마모성이 양호하며 또한 피막이 제1 층과 함께 제2 층을 포함하기 때문에, 피막의 내치핑성 및 내박리성이 양호하고, 절삭 중에 피막의 파괴가 잘 발생하지 않아, 거기를 기점으로 하는 마모가 억제되기 때문이라고 추찰된다.

[실시예 2]

《절삭 공구의 제작》

[시료 No. 2-1∼시료 No. 2-42]

하기 제조 방법을 이용하여 시료 No. 2-1∼시료 No. 2-42의 절삭 공구를 제작했다.

<기재를 준비하는 공정>

기재 준비 공정으로서, 상기 시료 No. 1-1∼시료 No. 1-15, 시료 No. 1-17∼시료 No. 1-34 및 시료 No. 1-101∼시료 No. 1-106과 동일한 기재를 준비하여, 상기 기재를 아크 이온 플레이팅 장치의 소정 위치에 셋팅했다.

<기재 상에 피막을 형성하는 공정>

제2 층의 피복 공정으로서, 표 5 및 표 6에 기재한 조건으로 실행되는 것과, 금속 증발원으로서 이하의 타겟이 이용되는 것을 제외하고는, 상기 시료 No. 1-1∼시료 No. 1-15, 시료 No. 1-17∼시료 No. 1-34 및 시료 No. 1-101∼시료 No. 1-106과 동일한 조건으로 아크 이온 플레이팅법을 이용하여 상기 기재 위에 제2 층을 형성했다. 금속 증발원으로서는 후술하는 표 7에 기재한 제2 층의 「조성」을 따르는 타겟을 이용했다. 구체적으로는 제2 층의 조성이 TiAlN인 경우는 금속 증발원으로서 TiAl 타겟을 이용했다. 또한, TiCN 또는 TiN인 경우는 금속 증발원으로서 Ti 타겟을 이용했다.

이어서, 공정 (iv)로서, 제2 층의 피복 공정에 있어서의 바이어스 전압의 값에서 표 5 및 표 6의 「공정 (iv)」란에 기재한 바이어스 전압의 값으로 바이어스 전압을 조정하여, 60초간 성막을 행했다. 이어서, 바이어스 전압 이외의 성막 조건을 이하에 나타내는 제1 층의 피복 조건으로 변경하며 또한 바이어스 전압을 유지한 채로, 60초간 성막을 행했다. 또한, 공정 (i) 및 공정 (ii)은 실행하지 않았다.

이어서, 제1 층의 피복 공정으로서, 표 5 및 표 6에 기재한 조건으로 아크 이온 플레이팅법을 이용하여, 제1 단위층의 피복 공정과 제2 단위층의 피복 공정을 교대로 실행함으로써, 상기 제2 층의 표면에 제1 층을 형성했다. 구체적으로는 이하의 방법으로 형성했다. 금속 증발원으로서는 후술하는 표 7 및 표 8에 기재한 제1 층의 「조성」을 따르는 타겟을 이용했다. 즉, 제1 단위층의 조성이 TiAlN인 경우는 금속 증발원으로서 TiAl 타겟을 이용했다. 또한, 예컨대 제1 단위층의 조성이 TiAlSiN인 경우는 금속 증발원으로서 TiAlSi 타겟을 이용했다. 또한, 제2 단위층의 조성이 AlCrN인 경우는 금속 증발원으로서 AlCr 타겟을 이용했다. 또한, 제2 단위층의 조성이 CrN인 경우는 금속 증발원으로서 Cr 타겟을 이용했다. 반응 가스에는 N₂ 가스를 이용했다. 기판(기재) 온도를 500℃ 및 상기 장치 내부의 가스압을 4 Pa로 설정했다. 또한, 제1 단위층의 피복 공정 및 제2 단위층의 피복 공정 중, 맨 처음에 실행된 것은 제1 단위층의 피복 공정이고, 마지막으로 실행된 것은 제2 단위층의 피복 공정이었다.

《절삭 공구의 특성 평가》

상술한 것과 같이 하여 제작한 시료 No. 2-1∼시료 No. 2-42의 절삭 공구에 관해서, 실시예 1과 동일한 방법으로, 제1 단위층의 조성 Ti_xAl_yM_1-x-yC_zN_1-z에 있어서의 「x 」, 「y」, 「z」, 「제1 단위층의 두께」, 제2 단위층의 조성 Al_mCr_1-mN에 있어서의 「m」, 「제2 단위층의 두께」, 제2 층의 조성 Ti_aAl_bC_cN_1-c에 있어서의 「a」, 「b」, 「c」, 「제1 층의 두께」, 「제2 층의 두께」, 「제1 층의 경도 H₁」, 「제2 층의 경도 H₂」, 「I₍₂₀₀₎/(I₍₂₀₀₎+I₍₁₁₁₎+I₍₂₂₀₎)」(「R₍₂₀₀₎」), 「I₍₁₁₁₎/(I₍₂₀₀₎+I₍₁₁₁₎+I₍₂₂₀₎)」(「R₍₁₁₁₎」) 및 「I₍₂₂₀₎/(I₍₂₀₀₎+I₍₁₁₁₎+I₍₂₂₀₎)」)(「R₍₂₂₀₎」)를 각각 측정하여 구했다. 얻은 결과를 각각 표 7 및 표 8에 기재한다. 「제1 단위층의 두께」, 「제2 단위층의 두께」 및 「제1 층의 두께」의 관계는 다음과 같다. 예컨대 시료 2-1에서는, 두께 15 nm의 제1 단위층과 두께 10 nm의 제2 단위층이 교대로 적층되어 제1 층이 형성되고, 상기 제1 층의 두께(T₁)가 2.5 ㎛이다. 또한, 시료 No. 2-1∼시료 No. 2-42의 절삭 공구는 실시예에 상당한다.

《절삭 시험》

상술한 것과 같이 하여 제작한 시료 No. 2-1∼시료 No. 2-42의 절삭 공구에 관해서, 실시예 1과 동일한 방법으로 「절삭 시험」을 실행함으로써 「최대 마모량」을 구했다. 얻은 결과를 각각 표 7 및 표 8의 「최대 마모량[㎛]」의 항에 기재한다.

<결과>

시료 No. 2-1∼시료 No. 2-42는 실시예에 해당한다. 표 7 및 표 8의 결과로부터, 실시예에 해당하는 시료 No. 2-1∼시료 No. 2-42의 절삭 공구는, 소입강 등의 고경도재의 절삭과 같이 고부하 절삭에 있어서도 긴 공구 수명을 갖는다는 것이 확인되었다. 그 이유는, 실시예 1과 마찬가지로, 시료 No. 2-1∼시료 No. 2-42의 절삭 공구에서는, 피막의 제1 층의 경도가 높고 내마모성이 양호하며 또한 피막이 제1 층과 함께 제2 층을 포함하기 때문에, 피막의 내치핑성 및 내박리성이 양호하고, 절삭 중에 피막의 파괴가 잘 발생하지 않아, 거기를 기점으로 하는 마모가 억제되기 때문이라고 추찰된다.

[실시예 3]

《절삭 공구의 제작》

[시료 No. 3-1∼시료 No. 3-43 및 시료 No. 3-101]

하기 제조 방법을 이용하여 시료 No. 3-1∼시료 No. 3-43 및 시료 No. 3-101의 절삭 공구를 제작했다.

<기재를 준비하는 공정>

<기재 상에 피막을 형성하는 공정>

제2 층의 피복 공정으로서, 표 9 및 표 10에 기재한 조건으로 실행되는 것과, 금속 증발원으로서 이하의 타겟이 이용되는 것을 제외하고는, 상기 시료 No. 1-1∼시료 No. 1-15, 시료 No. 1-17∼시료 No. 1-34 및 시료 No. 1-101∼시료 No. 1-106과 동일한 조건으로 아크 이온 플레이팅법을 이용하여 상기 기재의 표면에 제2 층을 형성했다. 금속 증발원으로서는 후술하는 표 11 및 표 12에 기재한 제2 층의 「조성」을 따르는 타겟을 이용했다. 구체적으로는 제2 층의 조성이 TiAlN 또는 TiAlC인 경우는 금속 증발원으로서 TiAl 타겟을 이용했다. 또한, 제2 층의 조성이 TiCN, TiC 또는 TiN인 경우는 금속 증발원으로서 Ti 타겟을 이용했다.

이어서, 시료 No. 3-30의 절삭 공구를 제작하기 위해서, 공정 (i)로서, 표 9 및 표 10의 「어닐링 온도[℃]」란에 기재한 온도 조건으로 제2 층의 표면에 어닐링을 행했다. 표 9 및 표 10의 「어닐링 온도[℃]」란에서의 「-」는 공정 (i)이 실행되지 않았음을 의미한다.

이어서, 공정 (iv)로서, 제2 층의 피복 공정에 있어서의 바이어스 전압을 표 9 및 표 10의 「공정 (iv)」란에 기재한 바이어스 전압으로 조정하여, 60초간 성막을 행했다. 이어서, 바이어스 전압 이외의 성막 조건을 이하에 나타내는 제1 층의 피복 조건으로 변경하며 또한 바이어스 전압을 유지한 채로, 60초간 성막을 행했다. 또한, 공정 (ii)는 실행하지 않았다.

이어서, 제1 층의 피복 공정으로서, 표 9 및 표 10에 기재한 조건으로 아크 이온 플레이팅법을 이용하여, 제1 단위층의 피복 공정과 제3 단위층의 피복 공정을 교대로 실행함으로써, 상기 제2 층의 표면에 제1 층을 형성했다. 구체적으로는 이하의 방법으로 형성했다. 금속 증발원으로서는 후술하는 표 11 및 표 12에 기재한 제1 층의 「조성」을 따르는 타겟을 이용했다. 즉, 제1 단위층의 조성이 TiAlN인 경우는 금속 증발원으로서 TiAl 타겟을 이용했다. 또한, 예컨대 제1 단위층의 조성이 TiAlSiN인 경우는 금속 증발원으로서 TiAlSi 타겟을 이용했다. 또한, 제3 단위층의 조성이 TiAlN인 경우는 금속 증발원으로서 TiAl 타겟을 이용했다. 반응 가스에는 N₂ 가스를 이용했다. 기판(기재) 온도를 500℃ 및 상기 장치 내부의 가스압을 4 Pa로 설정했다. 또한, 제1 단위층의 피복 공정 및 제3 단위층의 피복 공정 중, 맨 처음에 실행된 것은 제1 단위층의 피복 공정이고, 마지막으로 실행된 것은 제3 단위층의 피복 공정이었다.

《절삭 공구의 특성 평가》

상술한 것과 같이 하여 제작한 시료 No. 3-1∼시료 No. 3-43 및 시료 No. 3-101의 절삭 공구에 관해서, 실시예 1과 동일한 방법으로 제1 단위층의 조성 Ti_xAl_yM_1-x-yC_zN_1-z에 있어서의 「x」, 「y」, 「z」, 「제1 단위층의 두께」, 제3 단위층의 조성 Ti_nAl_1-nN에 있어서의 「n」, 「제3 단위층의 두께」, 제2 층의 조성 Ti_aAl_bC_cN_1-c에 있어서의 「a」, 「b」, 「c」, 「제1 층의 두께」, 「제2 층의 두께」, 「제1 층의 경도 H₁」, 「제2 층의 경도 H₂」, 「I₍₂₀₀₎/(I₍₂₀₀₎+I₍₁₁₁₎+I₍₂₂₀₎)」(「R₍₂₀₀₎」), 「I₍₁₁₁₎/(I₍₂₀₀₎+I₍₁₁₁₎+I₍₂₂₀₎)」(「R₍₁₁₁₎」) 및 「I₍₂₂₀₎/(I₍₂₀₀₎+I₍₁₁₁₎+I₍₂₂₀₎)」(「R₍₂₂₀₎」)를 각각 측정하여 구했다. 얻은 결과를 각각 표 11 및 표 12에 기재한다. 「제1 단위층의 두께」, 「제3 단위층의 두께」 및 「제1 층의 두께」의 관계는 다음과 같다. 예컨대 시료 3-1에서는, 두께 10 nm의 제1 단위층과 두께 15 nm의 제3 단위층이 교대로 적층되어 제1 층이 형성되고, 상기 제1 층의 두께(T₁)가 2.5 ㎛이다. 또한, 시료 No. 3-1∼시료 No. 3-43의 절삭 공구는 실시예에 상당하고, 시료 No. 3-101의 절삭 공구는 비교예에 상당한다.

《절삭 시험》

상술한 것과 같이 하여 제작한 시료 No. 3-1∼시료 No. 3-43 및 시료 No. 3-101의 절삭 공구에 관해서, 실시예 1과 동일한 방법으로 「절삭 시험」을 실행함으로써 「최대 마모량」을 구했다. 얻은 결과를 각각 표 11 및 표 12의 「최대 마모량[㎛]」의 항에 기재한다.

<결과>

시료 No. 3-1∼시료 No. 3-43은 실시예에 해당한다. 또한, 시료 No. 3-101은 비교예에 해당한다. 표 11 및 표 12의 결과로부터, 실시예에 해당하는 시료 No. 3-1∼시료 No. 3-43의 절삭 공구는, 비교예에 해당하는 시료 No. 3-101보다, 소입강 등의 고경도재의 절삭과 같이 고부하 절삭에 있어서도 긴 공구 수명을 갖는다는 것이 확인되었다. 그 이유는, 실시예 1과 마찬가지로, 시료 No. 3-1∼시료 No. 3-43의 절삭 공구에서는, 피막의 제1 층의 경도가 높고 내마모성이 양호하며 또한 피막이 제1 층과 함께 제2 층을 포함하기 때문에, 피막의 내치핑성 및 내박리성이 양호하고, 절삭 중에 피막의 파괴가 잘 발생하지 않아, 거기를 기점으로 하는 마모가 억제되기 때문이라고 추찰된다.

[실시예 4]

《절삭 공구의 제작》

[시료 No. 4-1∼시료 No. 4-28]

하기 제조 방법을 이용하여 시료 No. 4-1∼시료 No. 4-28의 절삭 공구를 제작했다.

<기재를 준비하는 공정>

<기재 상에 피막을 형성하는 공정>

제2 층의 피복 공정으로서, 표 13에 기재한 조건으로 실행되는 것과, 금속 증발원으로서 이하의 타겟이 이용되는 것을 제외하고는, 상기 시료 No. 1-1∼시료 No. 1-15, 시료 No. 1-17∼시료 No. 1-34 및 시료 No. 1-101∼시료 No. 1-106과 동일한 조건으로 아크 이온 플레이팅법을 이용하여 상기 기재의 표면에 제2 층을 형성했다. 금속 증발원으로서는 후술하는 표 14에 기재한 제2 층의 「조성」을 따르는 타겟을 이용했다. 구체적으로는 제2 층의 조성이 TiAlN 또는 TiAlC인 경우는 금속 증발원으로서 Ti 타겟 및 Al 타겟을 이용했다. 또한, 제2 층의 조성이 TiCN 또는 TiN인 경우는 금속 증발원으로서 Ti 타겟을 이용했다.

이어서, 공정 (iv)로서, 제2 층의 피복 공정에 있어서의 바이어스 전압의 값에서 표 13의 「공정 (iv)」란에 기재한 바이어스 전압의 값으로 바이어스 전압을 조정하여, 60초간 성막을 행했다. 이어서, 바이어스 전압 이외의 성막 조건을 이하에 나타내는 제1 층의 피복 조건으로 변경하며 또한 바이어스 전압을 유지한 채로, 60초간 성막을 행했다. 또한, 공정 (i) 및 공정 (ii)는 실행하지 않았다.

이어서, 제1 층의 피복 공정으로서, 표 13에 기재한 조건으로 아크 이온 플레이팅법을 이용하여, 제1 단위층의 피복 공정과 제2 단위층의 피복 공정을 교대로 실행함으로써, 상기 제2 층의 표면에 제1 층을 형성했다. 구체적으로는 이하의 방법으로 형성했다. 금속 증발원으로서는 후술하는 표 14에 기재한 제1 층의 「조성」을 따르는 타겟을 이용했다. 즉, 제1 단위층의 조성이 TiAlN인 경우는 금속 증발원으로서 TiAl 타겟을 이용했다. 또한, 예컨대 제1 단위층의 조성이 TiAlSiN인 경우는 금속 증발원으로서 TiAlSi 타겟을 이용했다. 또한, 제2 단위층의 조성이 AlCrN인 경우는 금속 증발원으로서 AlCr 타겟을 이용했다. 또한, 제2 단위층의 조성이 CrN인 경우는 금속 증발원으로서 Cr 타겟을 이용했다. 반응 가스에는 N₂ 가스를 이용했다. 기판(기재) 온도를 500℃ 및 상기 장치 내부의 가스압을 4 Pa로 설정했다. 또한, 제1 단위층의 피복 공정 및 제2 단위층의 피복 공정 중, 맨 처음에 실행된 것은 제1 단위층의 피복 공정이고, 마지막으로 실행된 것은 제2 단위층의 피복 공정이었다.

이어서, 상기 제2 층의 피복 공정에서부터 상기 제1 층의 피복 공정으로 구성되는 일련의 공정을, 표 13의 「제2 층의 피복 공정∼제1 층의 피복 공정의 반복 횟수」의 항에 기재한 횟수 실행했다. 예컨대 시료 No. 4-1에서는, 상기 제2 층의 피복 공정에서부터 상기 제1 층의 피복 공정으로 구성되는 일련의 공정을 3회 반복했다. 즉, 시료 No. 4-1의 피막은 제2 층과 제1 층이 교대로 적층되며, 제2 층과 제1 층을 각각 3층씩 포함한다.

《절삭 공구의 특성 평가》

상술한 것과 같이 하여 제작한 시료 No. 4-1∼시료 No. 4-28의 절삭 공구에 관해서, 실시예 1과 동일한 방법으로 제1 단위층의 조성 Ti_xAl_yM_1-x-yC_zN_1-z에 있어서의 「x」, 「y」, 「z」, 「제1 단위층의 두께」, 제2 단위층의 조성 Al_mCr_1-mN에 있어서의 「m」, 「제2 단위층의 두께」, 제2 층의 조성 Ti_aAl_bC_cN_1-c에 있어서의 「a」, 「b」 및 「c」, 「제1 층의 두께」, 「제2 층의 두께」, 「제1 층의 경도 H₁」, 「제2 층의 경도 H₂」, 「I₍₂₀₀₎/(I₍₂₀₀₎+I₍₁₁₁₎+I₍₂₂₀₎)」(「R₍₂₀₀₎」), 「I₍₁₁₁₎/(I₍₂₀₀₎+I₍₁₁₁₎+I₍₂₂₀₎)」(「R₍₁₁₁₎」) 및 「I₍₂₂₀₎/(I₍₂₀₀₎+I₍₁₁₁₎+I₍₂₂₀₎)」(「R₍₂₂₀₎」)을 각각 측정하여 구했다. 얻은 결과를 각각 표 14에 기재한다. 여기서 「제1 단위층의 두께」는 1층의 제1 단위층의 두께를 나타내고, 「제2 단위층의 두께」는 1층의 제2 단위층의 두께를 나타내고, 「제1 층의 두께」는 1층의 제1 층의 두께를 나타내고, 「제2 층의 두께」는 1층의 제2 층의 두께를 나타낸다. 예컨대 시료 4-1에서는, 두께 15 nm의 제1 단위층과 두께 10 nm의 제2 단위층이 교대로 적층되어 제1 층이 형성되고, 상기 제1 층의 두께(T₁)가 0.5 ㎛이며, 피막 내에 상기 제1 층이 3층, 또한 두께(T₂)가 0.5 ㎛인 제2 층이 3층 존재한다. 여기서, 시료 No. 4-1∼시료 No. 4-28의 절삭 공구는 실시예에 상당한다.

《절삭 시험》

상술한 것과 같이 하여 제작한 시료 No. 4-1∼시료 No. 4-28의 절삭 공구에 관해서, 실시예 1과 동일한 방법으로 「절삭 시험」을 실행함으로써 「최대 마모량」을 구했다. 얻은 결과를 각각 표 14의 「최대 마모량[㎛]」의 항에 기재한다.

<결과>

시료 No. 4-1∼시료 No. 4-28은 실시예에 해당한다. 표 14의 결과로부터, 실시예에 해당하는 시료 No. 4-1∼시료 No. 4-28의 절삭 공구는, 소입강 등의 고경도재의 절삭과 같이 고부하 절삭에 있어서도 긴 공구 수명을 갖는다는 것이 확인되었다. 그 이유는, 실시예 1과 마찬가지로, 시료 No. 4-1∼시료 No. 4-28의 절삭 공구에서는, 피막의 제1 층의 경도가 높고 내마모성이 양호하며 또한 피막이 제1 층과 함께 제2 층을 포함하기 때문에, 피막의 내치핑성 및 내박리성이 양호하고, 절삭 중에 피막의 파괴가 잘 발생하지 않아, 거기를 기점으로 하는 마모가 억제되기 때문이라고 추찰된다.

[실시예 5]

《절삭 공구의 제작》

[시료 No. 5-1∼시료 No. 5-28]

하기 제조 방법을 이용하여 시료 No. 5-1∼시료 No. 5-28의 절삭 공구를 제작했다.

<기재를 준비하는 공정>

<기재 상에 피막을 형성하는 공정>

제2 층의 피복 공정으로서, 표 15에 기재한 조건으로 실행되는 것과, 금속 증발원으로서 이하의 타겟이 이용되는 것을 제외하고는, 상기 시료 No. 1-1∼시료 No. 1-15, 시료 No. 1-17∼시료 No. 1-34 및 시료 No. 1-101∼시료 No. 1-106과 동일한 조건으로 아크 이온 플레이팅법을 이용하여 상기 기재의 표면에 제2 층을 형성했다. 금속 증발원으로서는 후술하는 표 16에 기재한 제2 층의 「조성」을 따르는 타겟을 이용했다. 구체적으로는 제2 층의 조성이 TiAlN 또는 TiAlC인 경우는 금속 증발원으로서 TiAl 타겟을 이용했다. 또한, 제2 층의 조성이 TiN인 경우는 금속 증발원으로서 Ti 타겟을 이용했다.

이어서, 공정 (iv)로서, 제2 층의 피복 공정에 있어서의 바이어스 전압의 값에서 표 15의 「공정 (iv)」란에 기재한 바이어스 전압의 값으로 바이어스 전압을 조정하여, 60초간 성막을 행했다. 이어서, 바이어스 전압 이외의 성막 조건을 이하에 나타내는 제1 층의 피복 조건으로 변경하며 또한 바이어스 전압을 유지한 채로, 60초간 성막을 행했다. 또한, 공정 (i) 및 공정 (ii)는 실행하지 않았다.

이어서, 제1 층의 피복 공정으로서, 표 15에 기재한 조건으로 아크 이온 플레이팅법을 이용하여, 제1 단위층의 피복 공정과 제3 단위층의 피복 공정을 교대로 실행함으로써, 상기 제2 층의 표면에 제1 층을 형성했다. 구체적으로는 이하의 방법으로 형성했다. 금속 증발원으로서는 후술하는 표 16에 기재한 제1 층의 「조성」을 따르는 타겟을 이용했다. 즉, 제1 단위층의 조성이 TiAlN인 경우는 금속 증발원으로서 TiAl 타겟을 이용했다. 또한, 예컨대 제1 단위층의 조성이 TiAlSiN인 경우는 금속 증발원으로서 TiAlSi 타겟을 이용했다. 또한, 제3 단위층의 조성이 TiAlN인 경우는 금속 증발원으로서 TiAl 타겟을 이용했다. 또한, 제3 단위층의 조성이 AlN인 경우는 금속 증발원으로서 Al 타겟을 이용했다. 반응 가스에는 N₂ 가스를 이용했다. 기판(기재) 온도를 500℃ 및 상기 장치 내부의 가스압을 4 Pa로 설정했다. 또한, 제1 단위층의 피복 공정 및 제2 단위층의 피복 공정 중, 맨 처음에 실행된 것은 제1 단위층의 피복 공정이고, 마지막으로 실행된 것은 제3 단위층의 피복 공정이었다.

이어서, 공정 (iii)으로서, 상기 제2 층의 피복 공정에서부터 상기 제1 층의 피복 공정으로 구성되는 일련의 공정을, 표 15의 「제2 층의 피복 공정∼제1 층의 피복 공정의 반복 횟수」의 항에 기재한 횟수 실행했다. 예컨대 시료 No. 5-1에서는, 상기 제2 층의 피복 공정에서부터 상기 제1 층의 피복 공정으로 구성되는 일련의 공정을 3회 반복했다. 즉, 시료 No. 5-1의 피막은 제2 층과 제1 층이 교대로 적층되며, 제2 층과 제1 층을 각각 3층씩 포함한다.

《절삭 공구의 특성 평가》

상술한 것과 같이 하여 제작한 시료 No. 5-1∼시료 No. 5-28의 절삭 공구에 관해서, 실시예 1과 동일한 방법으로 제1 단위층의 조성 Ti_xAl_yM_1-x-yC_zN_1-z에 있어서의 「x」, 「y」, 「z」, 「제1 단위층의 두께」, 제3 단위층의 조성 Ti_nAl_1-nN에 있어서의 「n」, 「제2 단위층의 두께」, 제2 층의 조성 Ti_aAl_bC_cN_1-c에 있어서의 「a」, 「b」 및 「c」, 「제1 층의 두께」, 「제2 층의 두께」, 「제1 층의 경도 H₁」, 「제2 층의 경도 H₂」, 「I₍₂₀₀₎/(I₍₂₀₀₎+I₍₁₁₁₎+I₍₂₂₀₎)」, 「I₍₁₁₁₎/(I₍₂₀₀₎+I₍₁₁₁₎+I₍₂₂₀₎」 및 「I₍₂₂₀₎/(I₍₂₀₀₎+I₍₁₁₁₎+I₍₂₂₀₎)」을 각각 측정에 의해 구했다. 얻은 결과를 각각 표 16에 기재한다. 여기서 「제1 단위층의 두께」는 1층의 제1 단위층의 두께를 나타내고, 「제3 단위층의 두께」는 1층의 제3 단위층의 두께를 나타내고, 「제1 층의 두께」는 1층의 제1 층의 두께를 나타내고, 「제2 층의 두께」는 1층의 제2 층의 두께를 나타낸다. 예컨대 시료 No. 5-1에서는, 두께 10 nm의 제1 단위층과 두께 15 nm의 제2 단위층이 교대로 적층되어 제1 층이 형성되고, 상기 제1 층의 두께(T₁)가 0.5 ㎛이며, 피막 내에 상기 제1 층이 3층, 또한 두께(T₂)가 0.5 ㎛인 제2 층이 3층 존재한다. 여기서, 시료 No. 5-1∼시료 No. 5-28의 절삭 공구는 실시예에 상당한다.

《절삭 시험》

상술한 것과 같이 하여 제작한 시료 No. 5-1∼시료 No. 5-28의 절삭 공구에 관해서, 실시예 1과 동일한 방법으로 「절삭 시험」을 실행함으로써 「최대 마모량」을 구했다. 얻은 결과를 각각 표 16의 「최대 마모량[㎛]」의 항에 기재한다.

<결과>

시료 No. 5-1∼시료 No. 5-28은 실시예에 해당한다. 표 16의 결과로부터, 실시예에 해당하는 시료 No. 5-1∼시료 No. 5-28의 절삭 공구는, 소입강 등의 고경도재의 절삭과 같이 고부하 절삭에 있어서도 긴 공구 수명을 갖는다는 것이 확인되었다. 그 이유는, 실시예 1과 마찬가지로, 시료 No. 5-1∼시료 No. 5-28의 절삭 공구에서는, 피막의 제1 층의 경도가 높고 내마모성이 양호하며 또한 피막이 제1 층과 함께 제2 층을 포함하기 때문에, 피막의 내치핑성 및 내박리성이 양호하고, 절삭 중에 피막의 파괴가 잘 발생하지 않아, 거기를 기점으로 하는 마모가 억제되기 때문이라고 추찰된다.

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: 제2 층 14: 하지층
15: 중간층 16: 표면층
40: 피막 121: 제1 단위층
122: 제2 단위층 123: 제3 단위층
131: 제4 단위층 A1 및 A2: (200)면에 유래하는 X선 회절 피크

Claims

기재와 상기 기재 상에 배치된 피막을 구비하는 절삭 공구로서,
상기 피막은 제1 층과 제2 층을 포함하고,
상기 제1 층의 경도(H₁)는 25 GPa 이상 40 GPa 이하이고,
상기 제2 층의 경도(H₂)는 0.5×H₁≤H₂≤0.9×H₁을 만족하고,
상기 피막의 (200)면의 X선 회절 강도 I₍₂₀₀₎와, (111)면의 X선 회절 강도 I₍₁₁₁₎와, (220)면의 X선 회절 강도 I₍₂₂₀₎의 합계에 대한, 상기 I₍₂₀₀₎의 비율 I₍₂₀₀₎/(I₍₂₀₀₎+I₍₁₁₁₎+I₍₂₂₀₎),
상기 합계에 대한 상기 I₍₁₁₁₎의 비율 I₍₁₁₁₎/(I₍₂₀₀₎+I₍₁₁₁₎+I₍₂₂₀₎), 및
상기 합계에 대한 상기 I₍₂₂₀₎의 비율 I₍₂₂₀₎/(I₍₂₀₀₎+I₍₁₁₁₎+I₍₂₂₀₎) 중 적어도 어느 하나는 0.45 이상인 것인 절삭 공구.
제1항에 있어서,
상기 제1 층의 두께(T₁)는 0.2 ㎛ 이상 10 ㎛ 이하인 것인 절삭 공구.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제2 층의 두께(T₂)는 0.2 ㎛ 이상 10 ㎛ 이하인 것인 절삭 공구.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 층의 두께(T₂)에 대한 상기 제1 층의 두께(T₁)의 비율(T₁/T₂)은 0.02 이상 50 이하인 것인 절삭 공구.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 층은 제1 단위층을 포함하고,
상기 제1 단위층은 Ti_xAl_yM_1-x-yC_zN_1-z로 이루어지고,
상기 M은 지르코늄, 하프늄, 주기표 5족 원소, 6족 원소, 규소, 붕소 및 이트륨으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종의 원소이고,
상기 x는 0.20 이상 0.99 이하이고,
상기 y는 0.01 이상 0.80 이하이고,
상기 1-x-y는 0.01 이상 0.20 이하이고,
상기 z는 0 이상 1.0 이하인 것인 절삭 공구.
제5항에 있어서,
상기 제1 층은 제2 단위층을 더 포함하고,
상기 제2 단위층은 Al_mCr_1-mN으로 이루어지고,
상기 m은 0 이상 0.8 이하이고,
상기 제1 단위층의 두께는 5 nm 이상 50 nm 이하이고,
상기 제2 단위층의 두께는 5 nm 이상 50 nm 이하이고,
상기 제1 단위층과 상기 제2 단위층은 교대로 적층되는 것인 절삭 공구.
제5항에 있어서,
상기 제1 층은 제3 단위층을 더 포함하고,
상기 제3 단위층은 Ti_1-nAl_nN으로 이루어지고,
상기 n은 0 이상 0.8 이하이고,
상기 제1 단위층의 두께는 5 nm 이상 50 nm 이하이고,
상기 제3 단위층의 두께는 5 nm 이상 50 nm 이하이고,
상기 제1 단위층과 상기 제3 단위층은 교대로 적층되는 것인 절삭 공구.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 층은 제4 단위층을 포함하고,
상기 제4 단위층은 Ti_aAl_bC_cN_1-c로 이루어지고,
상기 a는 0.2 이상 1.0 이하이고,
상기 b는 0 이상 0.8 이하이고,
상기 c는 0 이상 1.0 이하인 것인 절삭 공구.