WO2006030663A1

WO2006030663A1 - 基材上に被膜を備える表面被覆切削工具

Info

Publication number: WO2006030663A1
Application number: PCT/JP2005/016286
Authority: WO
Inventors: Naoya Omori; Shinya Imamura; Hideki Moriguchi; Haruyo Fukui; Makoto Setoyama
Original assignee: Sumitomo Electric Hardmetal Corp.
Priority date: 2004-09-17
Filing date: 2005-09-06
Publication date: 2006-03-23
Also published as: JP2006082207A; IL176809A0; US20070172675A1; US7498089B2; EP1700654A1; EP1700654A4; IL176809A

Abstract

　本発明は、基材と、該基材上に形成された被膜とを備える表面被覆切削工具であって、該被膜は、ＡｌまたはＣｒのいずれか一方または両方の元素と、炭素、窒素、酸素およびホウ素からなる群から選ばれる少なくとも１種の元素とにより構成される化合物と、塩素とを含むことを特徴としている。

Description

明細書

基材上に被膜を備える表面被覆切削工具

技術分野

[0001] 本発明は、ドリル、エンドミル、ドリル用刃先交換型チップ、エンドミル用刃先交換型チップ、フライス加工用刃先交換型チップ、旋削加工用刃先交換型チップ、メタルソ一、歯切工具、リーマ、タップなどの切削工具に関し、特にその表面に耐摩耗性等を向上させる被膜を形成した鋼 Z铸物加工用に好適な表面被覆切削工具に関する。背景技術

[0002] 昨今の切削加工では、高速、高精度、高能率加工への追求に加え、環境対策としてのゼロェミッションカ卩ェとしてドライ力卩工も志向されている。カロえて、工業技術の進歩にともない、航空機、宇宙開発、原子力発電などに使用される難削材ゃ新素材を多く使用する産業の活動がますます活発化し、質的な多様化と量的な拡大が一層進むと見られ、これらの切削加工についても当然その対応が求められている。

[0003] 特に、このような状況下において切削加工時における工具刃先温度はますます高温になる傾向にあり、その結果として切削工具の寿命は短命化するため、それを改善するべく切削工具にはさらに高度な耐摩耗性と耐酸化特性等の特性が要求されるようになってきている。

[0004] このような課題に対して、種々の表面被覆切削工具が数多く提案され、また実用化されてきた。たとえば、耐摩耗性および表面保護機能改善のため、 WC基超硬合金、サーメット、高速度鋼等の切削工具ゃ耐摩耗工具等の硬質基材の表面に、硬質被覆層として、 (Al Ti Si ) (N C )、ただし、 0. 05≤x≤0. 75、 0. 01≤y≤0. 1、 x Ι-χ-y y z 1 z

0. 6≤z≤ 1のような AlTiSi系の膜が被覆されたものが知られている（特許第 27937 73号公報 (特開平 07— 310174号公報、特許文献 1) )。しかし、このような構成の切削工具では、上記のような高度な特性の要求に対しては未だ十分には対応できていない。

[0005] また、 Siを適量含有した Tiを主成分とする窒化物、炭窒化物、酸窒化物、酸炭窒化物と、 Tiと A1を主成分とする窒化物、炭窒化物、酸窒化物、酸炭窒化物とを、前者の微細組織構造が、 Tiを主成分とする窒化物、炭窒化物、酸窒化物、酸炭窒化物中に、 Si3N4および Siが独立相として存在するようにそれぞれ一層以上交互に被覆すると、乾式の高速切削加工において切削工具の性能が極めて良好になることが提案されて、る（特許第 3347687号公報 (特開 2000— 326108号公報、特許文献 2) )。

[0006] この提案によれば、従来の TiAIN膜では切削加工において起こる表面酸ィ匕で形成されるアルミナ層は酸素の内向拡散に対し酸ィ匕保護膜として機能するものの、動的な切削加工においては、最表面のアルミナ層は、その直下のポーラスな Ti酸化物層より容易に剥離してしま、酸ィヒの進行に対して十分でな、とされ、これに対して該提案の TiSi系被膜は膜自体の耐酸ィ匕性が極めて高、だけではなぐ最表面に Siを含む非常に緻密な Tiと Siの複合酸化物が形成されるので、従来問題となって!/、たポーラスな Ti酸化物層が形成されず、以つて性能が向上するとされている。さらに、この提案によれば、 T1A1系膜の直上に TiSi系被膜を被覆することが重要であるとされ、その被覆の順序も規定されている。しかし、このような構成の切削工具においても、上記のような高度な特性の要求に対しては未だ十分には対応できて、な、。

[0007] 一方、従来の TiAIN膜よりも耐摩耗性に優れた切削工具用硬質皮膜として (A1 , [ b

Cr V ] ) (C N )力らなる硬質皮膜 (ただし 0. 5≤b≤0. 8, 0. 2≤c≤0. 5, b + l- α a c 1-d d

c = l、 0. 5≤d≤l、 0. 05≤ a≤0. 95)また ίま（M , Al , [Cr V ] ) (C N )力 a b 1- α a c 1-d d らなる硬質皮膜（ただし 0. 02≤a≤0. 3、 0. 5≤b≤0. 8、 0. 05≤c, a+b + c= l、 0. 5≤d≤l, 0≤ α≤1、 Mは Ti、 Nb、 W、 Ta、 Mo)を備えた切削工具が提案されてヽる（特開 2003— 034859号公報 (特許文献 3) )。

[0008] この提案によれば、金属成分のうち A1を高含有にさせながら Crと Vを添加することで常温常圧で準安定相である立方晶の A1Nを形成し、高硬度と耐酸化特性を向上させている。しかし、切削過程において高速、高能率加工や完全に潤滑油剤を使わないドライ加工を行なうためには、これらの皮膜は硬度および高温での皮膜の安定性が不足しており、上記のような高度な特性の要求に対しては十分には対応できていない。

特許文献 1 :特許第 2793773号公報 (特開平 07— 310174号公報）

特許文献 2 :特許第 3347687号公報 (特開 2000— 326108号公報）特許文献 3 :特開 2003— 034859号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0009] 本発明は、上記のような現状に鑑みなされたものであって、その目的とするところは、被膜の耐摩耗性と耐酸ィ匕特性とを飛躍的に向上させた表面被覆切削工具を提供することにある。

課題を解決するための手段

[0010] 本発明は、基材と、該基材上に形成された被膜とを備える表面被覆切削工具であつて、該被膜は、 Aほたは Crのいずれか一方または両方の元素と、炭素、窒素、酸素およびホウ素力なる群力選ばれる少なくとも 1種の元素とにより構成される化合物と、塩素とを含むことを特徴としている。

[0011] また、本発明は、基材と、該基材上に形成された被膜とを備える表面被覆切削工具であって、該被膜は、 Aほたは Crのいずれか一方または両方の元素と、元素周期律表の IVa族元素、 Va族元素、 Via族元素および S なる群力選ばれる少なくとも 1種の元素と、炭素、窒素、酸素およびホウ素力なる群力選ばれる少なくとも 1種の元素とにより構成される化合物と、塩素とを含むことを特徴としている。

[0012] また、本発明は、基材と、該基材上に形成された被膜とを備える表面被覆切削工具であって、該被膜は、 2以上の被覆層により構成されており、該被覆層のうちの第 1の層は、 Aほたは Crのいずれか一方または両方の元素と、炭素、窒素、酸素およびホゥ素からなる群力選ばれる少なくとも 1種の元素とにより構成される化合物を含み、該被覆層のうちの第 2の層は、元素周期律表の IVa族元素、 Va族元素、 Via族元素、 A1および S もなる群力も選ばれる少なくとも 1種の元素と、炭素、窒素、酸素およびホウ素力なる群力選ばれる少なくとも 1種の元素とにより構成される化合物を含み、該被覆層のうちの少なくとも 1以上の層は、塩素を含むことを特徴としている。なお、上記被膜は、上記第 1の層および上記第 2の層以外の第 3の層を含み、上記第 3 の層が塩素を含むものとすることができる。

[0013] ここで、上記被膜は、 0. 05 μ m以上 20 μ m以下の厚みを有することが好まし!/ヽ。

また、上記被膜中における上記塩素の濃度は、 0. 0001質量％以上 1質量％以下であることが好ましい。

[0014] また、上記被膜は、立方晶の結晶構造を有することが好ま、。また、上記基材は、超硬合金、サーメット、高速度鋼、セラミックス、立方晶型窒化硼素焼結体、ダイヤモンド焼結体、窒化硅素焼結体、または酸ィ匕アルミニウムと炭化チタンとからなる混合体の、ずれかであることが好まし!/、。

[0015] また、上記表面被覆切削工具は、ドリル、エンドミル、ドリル用刃先交換型チップ、ェンドミル用刃先交換型チップ、フライス加工用刃先交換型チップ、旋削加工用刃先交換型チップ、メタルソー、歯切工具、リーマまたはタップのいずれかであることが好ましい。

発明の効果

[0016] 本発明の表面被覆切削工具は、上記の構成、特に被膜中に塩素を含むことにより、被膜の耐摩耗性と耐酸ィ匕特性とが飛躍的に向上したものとなる。

発明を実施するための最良の形態

[0017] <表面被覆切削工具 >

本発明の表面被覆切削工具は、基材と、該基材上に形成された被膜とを備える構成を有する。ここで、基材上に形成された被膜とは、該被膜が基材上に直接接するように形成されている場合のみに限らず、基材と被膜との間に後述するような任意の中間層が形成されて、ても差し支えな、。本願にぉ、て基材上に形成された被膜とヽう場合は、このように任意の中間層が形成された場合も含むものとする。さらに、該被膜の表面には、後述するような任意の表面層が形成されていても差し支えない。

[0018] このような本発明の表面被覆切削工具は、ドリル、エンドミル、ドリル用刃先交換型チップ、エンドミル用刃先交換型チップ、フライス加工用刃先交換型チップ、旋削加ェ用刃先交換型チップ、メタルソー、歯切工具、リーマまたはタップのいずれかであるような切削工具として好適に用いることができる。そして特に、被膜の耐摩耗性と耐酸ィ匕特性とが飛躍的に向上したものであるため、鋼 Z铸物加工用に好適な表面被覆切削工具として用いることができる。

[0019] <基材>

本発明の表面被覆切削工具に用いられる基材は、この種の用途の基材として従来公知のものであればいずれのものも使用することができる。たとえば、超硬合金（たとえば WC基超硬合金、 WCの他、 Coを含み、あるいはさらに Ti、 Ta、 Nb等の炭窒化物を添カ卩したものも含む）、サーメット (TiC、 TiN、 TiCN等を主成分とするもの）、高速度鋼、セラミックス (炭化チタン、炭化硅素、窒化硅素、窒化アルミニウム、酸化アルミニゥムなど)、立方晶型窒化硼素焼結体、ダイヤモンド焼結体、窒化硅素焼結体、または酸ィ匕アルミニウムと炭化チタンとからなる混合体のいずれかであることが好ましい。

[0020] く被膜〉

本発明の被膜は、上記の基材上に形成されるものである限り、必ずしも上記基材を全面に亘つて被覆して 1ヽる必要はなぐ上記基材の表面に該被膜が形成されて!ヽない部分が含まれていても差し支えない。なお、被膜を一旦形成した後に、任意の後加工によりその被膜の表面の一部が除去される場合には、それが除去された後に新たに最表面に露出した層についても本発明の対象の被膜となり得る。また、後述のように基材と被膜との間に中間層が形成されて!、る場合にぉ、て、その被膜が任意の後加工により除去されて中間層が最外層として露出する場合には、その露出部分については該中間層が本発明の被膜となり得る。

[0021] このような本発明の被膜は、まず Aほたは Crのいずれか一方または両方の元素と、炭素、窒素、酸素およびホウ素からなる群力選ばれる少なくとも 1種の元素とにより構成される化合物と、塩素とを含むことを特徴としている（以下、便宜的にこのような被膜を第 1被膜とも記す)。

[0022] このように該被膜は、 Aほたは Crの、ずれか一方または両方の元素を含む化合物を含むことにより耐酸化特性が向上するとともに、熱伝導率が高くなり、これにより切削加工時の発熱を被膜表面力逃がすことができるので被膜表面が高温になるような用途にも適したものとなる。

[0023] また、 Aほたは Crの、ずれか一方または両方の元素と、炭素、窒素、酸素およびホゥ素からなる群力選ばれる少なくとも 1種の元素とにより構成される化合物は、炭素

、窒素、酸素およびホウ素からなる群力選ばれる少なくとも 1種の元素を含むことにより、高硬度を有したものとなる。 [0024] さらに該被膜は、塩素を含むことにより耐摩耗性が飛躍的に向上したものとなる。該被膜が塩素を含むことによりなぜ耐摩耗性が向上するのかその詳細なメカニズムは未だ十分には解明されていないものの、該被膜が塩素を含むことにより被膜表面における被削材との潤滑性が改善されるためではないかと考えられる。なお、該被膜が上記化合物とともに塩素を含むとは、塩素が上記化合物の結晶格子の正規の位置に置換型として入る場合、該結晶格子間に侵入型として入る場合、塩化物を形成する場合等、いずれの形態でも良いことを意味する。また、該被膜中における塩素の濃度分布は、塩素が被膜中に均質に分布する場合、結晶粒界において塩素が高濃度または低濃度で分布する場合、被膜の表面部分にぉ、て塩素が高濃度または低濃度で分布する場合等、 Vヽずれの濃度分布を有するように塩素が存在したとしてもこの塩素による優れた効果は発揮される。

[0025] また、このような被膜の形成方法は特に限定されるものではな、が、塩素ガスおよび Zまたは気体もしくは気化させた塩ィ匕物を原料の一として用いる化学的蒸着 (cv

D)法、とりわけ熱 CVD法を選択することが好ましい。このような原料ガス力も塩素が被膜中に含まれるような被膜形成条件を選択することにより、被膜自体の特性を何等劣化させることなく塩素を被膜中に含有させることができる。

[0026] このように、本発明の被膜は、以上の作用が相乗的に作用することにより、耐摩耗性と耐酸ィ匕特性が飛躍的に向上したものとなる。このような被膜に含まれる、 Aほたは Crのいずれか一方または両方の元素と、炭素、窒素、酸素およびホウ素からなる群力選ばれる少なくとも 1種の元素とにより構成される化合物としては、たとえば A1 N、CrN、Al Cr N、Al Cr CN等（式中、 xは 1以下の任意の数）を挙げることがで

1 1

きる。

[0027] 一方、本発明の被膜は、 Αほたは Crのいずれか一方または両方の元素と、元素周期律表の IVa族元素 (Ti、 Zr、 Hf等）、 Va族元素 (V、 Nb、 Ta等）、 Via族元素（Cr、 Mo、 W等）および Siからなる群力選ばれる少なくとも 1種の元素と、炭素、窒素、酸素およびホウ素力なる群力選ばれる少なくとも 1種の元素とにより構成される化合物と、塩素とを含むことを特徴とするものも含まれる（以下、便宜的にこのような被膜を第 2被膜とも記す)。 [0028] このような被膜は、上記の第 1被膜で述べた各特性に加え、 IVa族元素、 Va族元素、 Via族元素および S もなる群力も選ばれる少なくとも 1種の元素をさらに含むことにより、基材との密着強度が向上するとともに、被膜の硬度、特に高温時の被膜硬度力 Sさらに向上したものとなる。

[0029] ここで、 Aほたは Crの!、ずれか一方または両方の元素と、元素周期律表の IVa族元素、 Va族元素、 Via族元素および Siからなる群力も選ばれる少なくとも 1種の元素と、炭素、窒素、酸素およびホウ素力なる群力選ばれる少なくとも 1種の元素とにより構成される化合物としては、たとえば Al Ti N、Al V N、A1 Ti Si N、 Al

1— x x 1-χ x Ι-χ-y x y l~x-y

Cr Si N等 (式中、 x、 yは 1以下の任意の数)を挙げることができる。また、上記化合物が塩素を含む態様や、被膜の形成方法は上記第 1被膜と同様である。

[0030] さらに本発明の被膜は、 2以上の被覆層により構成されたものとすることができ、該被覆層のうちの第 1の層は、 Aほたは Crのいずれか一方または両方の元素と、炭素、窒素、酸素およびホウ素からなる群力選ばれる少なくとも 1種の元素とにより構成される化合物を含み、該被覆層のうちの第 2の層は、元素周期律表の IVa族元素、 V a族元素、 Via族元素、 A1および S もなる群力も選ばれる少なくとも 1種の元素と、炭素、窒素、酸素およびホウ素からなる群力選ばれる少なくとも 1種の元素とにより構成される化合物を含み、該被覆層のうちの少なくとも 1以上の層は塩素を含むことを特徴とすることができる（以下、便宜的にこのような被膜を第 3被膜とも記す)。

[0031] このような被膜において、上記第 1の層と上記第 2の層とは、いずれの層が基材側に形成されていても差し支えなぐそれらの上下関係は特に制限されない。

[0032] また上記第 1の層と上記第 2の層は、いずれの層も複数の層を積層して構成することができ、この場合、第 1の層と第 2の層とを交互に積層したような構成のものとすることもできる。さらにこの第 1の層と第 2の層との間には、後述するような中間層や表面層が存在するように積層されたものであっても差し支えな、。

[0033] このように第 3被膜は、上記第 1の層および上記第 2の層以外の第 3の層を含むことができ、この第 3の層が塩素を含むようにすることもできる。この場合、必ずしも上記第 1の層および上記第 2の層は、塩素を含む必要はない。この第 3の層は、上記第 1の層と上記第 2の層との間に形成される後述の中間層や表面層を含む他、この第 3被膜と基材との間に形成される中間層や、この第 3被膜の表面に形成される表面層も含まれる。なお、上記第 1の層〜第 3の層が塩素を含む態様や、被膜の形成方法は上記第 1被膜と同様である。

[0034] このような第 3被膜は、上記の第 1被膜および第 2被膜で述べた各特性に加え、第 1 の層と第 2の層とを積層したことにより、第 2の層の作用により基材との密着強度がさらに向上し、し力も被膜の硬度、特に高温時の被膜硬度がさらに向上したものとなる。この点、上記第 2の層として、特に好ましくは、 TiN、 TiCN、 TiAIN等を挙げることができる。なお、第 1の層の化合物としては、上記第 1被膜で例示したものと同様のものを挙げることができる。

[0035] なお、以上の第 1被膜〜第 3被膜の各被膜は、化学的安定性の観点力結晶性の高、ィ匕合物を形成することができる成膜プロセスで形成されることが好まし、。たとえば、上記で述べた CVD (気相合成)法や物理的蒸着 (PVD)法、およびこれらの方法とイオン注入法とを組み合せたもの等を特に好適な例として挙げることができる。これら以外の方法としては、スパッタリング法や真空蒸着法等を挙げることができる。

[0036] また、上記各被膜は、 0. 05 μ m以上 20 μ m以下の厚み (被膜が複数の層で形成される場合はその合計厚み）を有することが好ましい。 0. 05 m未満の場合には、耐摩耗性が十分に向上しない場合があり、を超えると、被膜自体の残留応力が大きくなり基材との密着強度が低下する場合がある。したがって、このような被膜の厚みは、より好ましくはその上限が 15 μ m、その下限が 0. 5 m、さらに好ましくは 1 /z mである。なお、このような被膜の厚みは、たとえば表面被覆切削工具を切断し、その断面を SEM (走査型電子顕微鏡)を用いて観察することにより測定することができる。

[0037] また、上記各被膜は、立方晶の結晶構造を有することが好ま、。高温時の化学的安定性に優れるためである。

[0038] また、上記被膜中における塩素の濃度は、 0. 0001質量％以上 1質量％以下とすることが好ましい。 0. 0001質量％未満の場合には、塩素含有によりもたらされる上記のような効果が十分に示されない場合がある。また 1質量％を超えると、被膜の硬度を劣化させる場合がある。したがって、このような塩素濃度は、より好ましくはその上限が 0. 1質量％、さらに好ましくは 0. 03質量％、その下限が 0. 001質量％である。このような塩素濃度は、 XPS (X線電子分光)法、 SIMS (二次イオン質量分析計)法、 ICP (誘導結合高周波プラズマ分光分析)法等により測定することができる。

[0039] なお、被膜が複数の被覆層により構成される場合にぉヽて、塩素を含む該被覆層における塩素濃度は、上記に示した範囲の塩素濃度を有するものとなる。

[0040] <中間層および表面層 >

本発明の表面被覆切削工具においては、上記基材と上記被膜との間に任意の中間層を形成することができる。このような中間層は、通常耐摩耗性を向上させたり、基材と被膜との密着性を向上させたりする特性を有するものであり、 1層または複数層として形成することができる。

[0041] このような中間層は、たとえば Al O、 TiCN、 TiAlN、 CrAIN等により構成すること

2 3

ができ、その形成方法としては CVD法、 PVD法、スパッタ法、真空蒸着法等を挙げることがでさる。

[0042] また、本発明の表面被覆切削工具においては、上記被膜の表面に任意の表面層を形成することができる。このような表面層は、通常耐酸ィ匕特性を向上させたり、耐摩耗性を向上させたりする特性を有するものであり、 1層または複数層として形成することがでさる。

[0043] このような表面層は、たとえば Al O、 TiN、 A1N等により構成することができ、その

2 3

形成方法としては CVD法、 PVD法、スパッタ法、真空蒸着法等を挙げることができる

[0044] 以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

[0045] <実施例 1〜28および比較例 1〜4>

まず、平均粒径 2. 6 μ mの WC粉末（以下、原料粉 Aという）、平均粒径 1. 3 mの

(Ti、 W) C粉末 (質量比で TiCZWC = 30Z70、以下原料粉 Bという）、平均粒径 1.

0 μ mの TaNbC粉末（質量比で TaCZNbC = 2Zl、以下原料粉 Cと!、う）および平均粒径 1. 3 /z mの Co粉末 (以下、原料粉 Dという）を準備した。

[0046] 続いて、原料粉 Bを 4. 0質量％、原料粉 Cを 3. 0質量％、原料粉 Dを 8. 0質量％および残りを原料粉 Aで 100質量％となるように配合した後、ボールミルを用いて 72 時間湿式混合した。

[0047] 次いで、この混合物を乾燥後、 1. OtZcm²の圧力でプレス成型し、この成型体を真空中、 1420°Cで 1時間焼結した。該焼結後、バレル研磨により切れ刃部（刃先）に R 0. 05の丸ホーユング処理を施すことにより、 ISO - SNGN120408( WC¾®ij!'^ 金切削チップを作成し、これを基材とした。

[0048] この基材の表面に対して、表 1および表 2に示した被膜 (組成は原子比を示す)を化学的蒸着法 (CVD法)または物理的蒸着法 (PVD法）により常法に従って形成することにより、本発明の表面被覆切削工具を製造した。このようにして得られた表面被覆切削工具の被膜は、実施例 28を除き全て立方晶（以下の比較例のものも全て立方晶であるが、実施例 28のものについてのみ斜方晶とした)の結晶構造を有するものであった。

[0049] そして、各被膜中の塩素量は、 SIMS法により測定した。なお、表 1および表 2中、塩素量の項の「一」という表示は、塩素量が SIMS法の検出限界以下であることを示している。

[0050] [表 1]

> >

被膜

第 1層第 2層第 3層第 4層

s 塩^ S:

誠

(μιύ CPP ) mm m) (PPM) (PPM) (PPM) 切削切削

1 AIN 2.7 24 0.112 0.108

2 CrN 2.6 37 0.151 0.165

3 1.3 24 0.081 0.079

4 2.6 37 0.093 0.081

5 2.7 52 0.084 0.079

6 (AI_{0 7}iCr_{0 Z9})N 18.6 68 0.071 0.076

7 (Al_{0 71}Cr₀2a)N 2.8 8206 0.079 0.081

8 (Al_{0 71}Cr_{0 zg})N 2.6 1 0.081 0.083

9 (Al_{0 71}Cr_{0 2}g)N 2.7 52 (Alo 65^0.29^s i 0.06) 0.2 Z5 0.059 0.070 実 10 (Al₀.7iVo.29)N 2.0 8 0.084 0.081 施 11 0.079 0.084 例 (AI₀.64^C!O.26Vo.l)N 1.8 44

12 (Alo, 65^^Γ0.30^ίθ.05) N 2.4 68 0.081 0.078

13 (Alo.6sT i 0.2gSio.06) N 3.1 61 0.084 0.077

14 TiN 0.19 34 (Al_{0 71}Cr₀.29) N 1.9 - 0.068 0.075

15 TiN 0.19 125 (Alo.65Cr₀.35)CN 2.3 18 0.071 0.068

16 TiN 0.19 68 (A!0.71^Cr0.29)N 1.8 - (Aio.65Tio.29Si。.06) N 0.2 - 0.065 0.076

17 TiN 0.19 5 (Alo.7iCr_{0 Z9})N 1.9 ― 0.058 0.068

18 TiCN 0.25 48 (Alo.71^c「o.29)N 3.1 0.071 0.057

19 TiC 0.21 41 2.9 35 0.081 0.071

20 TiCN 0.18 55 (AIQ. eeCfo.32) 3,2 72 Al₂0₃ 1.3 11 0.045 0.054

/v:/ O 98SSS00ifcl£ ε990εο90AV ¾uoo

O/AV/v: ε990εο9§ζSS00ifcl£ 98S ε_·

[0052] なお、表 1および表 2中、被膜が第 1層以外に第 2層〜第 4層を有する場合は、第 1 層側が基材表面側に形成されるように被覆した。

[0053] なお、比較例 1〜4として、表 2に示すように被膜に塩素を含まない表面被覆切削ェ具を同様にして製造した。

[0054] そして、このようにして製造された各実施例の表面被覆切削工具および各比較例の表面被覆切削工具について、以下の条件により連続切削試験および断続切削試験を行なった。その結果を逃げ面摩耗量として表 1および表 2に示す。逃げ面摩耗量が少な!/、もの程、耐摩耗性に優れて!/、ることを示して！/、る。

[0055] <連続切削試験の条件 >

被削材: SCM435

切削速度： 340mZmin

送り： 0. 30mm/rev.

切込み： 2. Omm

切削油:未使用

切削時間：30分

<断続切削試験の条件 >

被削材: SCM435

切削速度： 300mZmin

送り： 0. 30mm/rev.

切込み： 1. 5mm

切削油:未使用

切削時間 :40分

表 1および表 2より明らかな通り、実施例 1〜28のものは、いずれも比較例 1〜4のものに比し優れた耐摩耗性を示し、このように優れた耐摩耗性は被膜が塩素を含むことによりちたらされることを示している。

[0056] <実施例 29〜34および比較例 5〜8 >

外径 8mmのドリル (JISK10超硬合金）を基材とし、その上に表 3に示した被膜を形成することにより、ドリルである本発明の表面被覆切削工具を製造した。また、これと同様にして、表 3に示したように塩素を含まない被膜を形成した比較例としての表面被覆切削工具を製造した。

[0057] そして、このようにして製造された各実施例の表面被覆切削工具および各比較例の表面被覆切削工具を用いて、実際に被削材として SCM440 (HRC30)に対して穴開け加工を行なうことによりその寿命評価を行なった。なお、切削条件としては、切削速度 80mZmin、送り量 0. 22mm/rev.、切削油剤は用いず（エアーブローを使用）、深さ 26mmの止まり穴加工とした。また、寿命評価の判定は、被削材の寸法精度が規定の範囲をはずれた時点を寿命とした。その寿命評価結果を表 3に示す。なお、加工数（穴）が多いもの程、寿命が長いことを示している。

[0058] [表 3]

[0059] 表 3より明らかな通り、実施例 29〜34のものは、いずれも比較例 5〜8のものに比し寿命が長ぐ耐酸ィ匕特性に優れていることを示した。よって、このように優れた耐酸ィ匕特性は被膜が塩素を含むことによりもたらされることを示している。

[0060] <実施例 35〜40および比較例 9〜12>

外径 8mmの 6枚刃エンドミル (JISK10超硬合金）を基材とし、その上に表 4に示した被膜を形成することにより、エンドミルである本発明の表面被覆切削工具を製造した。また、これと同様にして、表 4に示したように塩素を含まない被膜を形成した比較例としての表面被覆切削工具を製造した。 [0061] そして、このようにして製造された各実施例の表面被覆切削工具および各比較例の表面被覆切削工具を用いて、実際に被削材として SKD1 1 (HRC60)に対してェンドミル側面削り加工を行なうことによりその寿命評価を行なった。なお、切削条件としては、切削速度 220mZmin、送り 0. 028mmZ刃、切削油剤は用いず (エアーブローを使用）、切り込み量 Ad= 12mm、 Rd= 0. 2mmの側面切削とした。また、寿命評価の判定は、被削材の寸法精度が規定の範囲をはずれた時点を寿命とした。その寿命評価結果を表 4に示す。なお、寸法精度外となるまでの加工長さ（m)が長いもの程、寿命が長いことを示している。

[0062] [表 4]

[0063] 表 4より明らかな通り、実施例 35〜40のものは、いずれも比較例 9〜 12のものに比し寿命が長ぐ耐酸ィ匕特性に優れていることを示した。よって、このように優れた耐酸化特性は被膜が塩素を含むことによりもたらされることを示している。

[0064] <実施例 41〜46および比較例 13〜16 >

まず、超硬合金製ポットおよびボールを用いて、 42質量％の1 ?^と10質量％の八1 力なる結合材粉末と 48質量％の平均粒径 2. 5 μ mの立方晶窒化硼素粉末とを混ぜ合わせ、超硬製容器に充填した。そして、圧力 5GPa、温度 1400°Cで 60分間焼結した。このようにして立方晶窒化硼素焼結体を製造し、 ISO規格 SNGN120408 の形状の切削用チップを得、これを基材とした。

[0065] この基材表面に対して、表 5に示した被膜を形成することにより、切削チップである本発明の表面被覆切削工具を製造した。また、これと同様にして、表 5に示したように塩素を含まない被膜を形成した比較例としての表面被覆切削工具を製造した。

[0066] そして、このようにして製造された各実施例の表面被覆切削工具および各比較例の表面被覆切削工具を用いて、実際に被削材として SCM415の丸棒 (HRC62)に対して外周切削を行なった。なお、切削条件としては、切削速度 180mZmin、送り 0 . 07mm/rev.、切り込み 0. 11mmで乾式切削とした。なお、初期面粗度 Rzは 1分間切削後の被削材の面粗さとし、被膜の耐久性は被削材の面粗さ Rzが 3. となるのに要する切削時間により評価した。ここで、 Rziお IS B0601に定められた 10 点平均粗さを示す。その結果を表 5に示す。なお、面粗さ Rzが 3. となるのに要する切削時間が長、もの程、耐久性に優れて、ることを示して、る。

[0067] [表 5]

[0068] 表 5より明らかな通り、実施例 41〜46のものは、いずれも比較例 13〜16のものに比し耐久性に優れ、耐酸ィ匕特性に優れていることを示した。よって、このように優れた耐酸ィ匕特性は被膜が塩素を含むことによりもたらされることを示している。

[0069] 今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

Claims

請求の範囲

[1] 基材と、該基材上に形成された被膜とを備える表面被覆切削工具であって、

前記被膜は、 Aほたは Crのいずれか一方または両方の元素と、炭素、窒素、酸素およびホウ素力なる群力選ばれる少なくとも 1種の元素とにより構成される化合物と、塩素とを含むことを特徴とする表面被覆切削工具。

[2] 前記被膜は、 0. 05 μ m以上 20 μ m以下の厚みを有することを特徴とする請求項 1 に記載の表面被覆切削工具。

[3] 前記被膜中における前記塩素の濃度は、 0. 0001質量％以上 1質量％以下であることを特徴とする請求項 1に記載の表面被覆切削工具。

[4] 前記被膜は、立方晶の結晶構造を有することを特徴とする請求項 1に記載の表面被覆切削工具。

[5] 前記基材は、超硬合金、サーメット、高速度鋼、セラミックス、立方晶型窒化硼素焼結体、ダイヤモンド焼結体、窒化硅素焼結体、または酸ィヒアルミニウムと炭化チタンと力もなる混合体の、ずれかであることを特徴とする請求項 1に記載の表面被覆切削工具。

[6] 前記表面被覆切削工具は、ドリル、エンドミル、ドリル用刃先交換型チップ、エンドミル用刃先交換型チップ、フライス加工用刃先交換型チップ、旋削加工用刃先交換型チップ、メタルソー、歯切工具、リーマまたはタップのいずれかであることを特徴とする請求項 1に記載の表面被覆切削工具。

[7] 基材と、該基材上に形成された被膜とを備える表面被覆切削工具であって、

前記被膜は、 Aほたは Crのいずれか一方または両方の元素と、元素周期律表の I Va族元素、 Va族元素、 Via族元素および Siからなる群力も選ばれる少なくとも 1種の元素と、炭素、窒素、酸素およびホウ素力なる群力選ばれる少なくとも 1種の元素とにより構成される化合物と、塩素とを含むことを特徴とする表面被覆切削工具。

[8] 前記被膜は、 0. 05 μ m以上 20 μ m以下の厚みを有することを特徴とする請求項 7 に記載の表面被覆切削工具。

[9] 前記被膜中における前記塩素の濃度は、 0. 0001質量％以上 1質量％以下であることを特徴とする請求項 7に記載の表面被覆切削工具。

[10] 前記被膜は、立方晶の結晶構造を有することを特徴とする請求項 7に記載の表面被覆切削工具。

[11] 前記基材は、超硬合金、サーメット、高速度鋼、セラミックス、立方晶型窒化硼素焼結体、ダイヤモンド焼結体、窒化硅素焼結体、または酸ィヒアルミニウムと炭化チタンと力なる混合体のいずれかであることを特徴とする請求項 7に記載の表面被覆切削工具。

[12] 前記表面被覆切削工具は、ドリル、エンドミル、ドリル用刃先交換型チップ、エンドミル用刃先交換型チップ、フライス加工用刃先交換型チップ、旋削加工用刃先交換型チップ、メタルソー、歯切工具、リーマまたはタップのいずれかであることを特徴とする請求項 7に記載の表面被覆切削工具。

[13] 基材と、該基材上に形成された被膜とを備える表面被覆切削工具であって、

前記被膜は、 2以上の被覆層により構成されており、

前記被覆層のうちの第 1の層は、 Aほたは Crのいずれか一方または両方の元素と、炭素、窒素、酸素およびホウ素からなる群力選ばれる少なくとも 1種の元素とにより構成される化合物を含み、

前記被覆層のうちの第 2の層は、元素周期律表の IVa族元素、 Va族元素、 Via族元素、 A1および S もなる群力も選ばれる少なくとも 1種の元素と、炭素、窒素、酸素およびホウ素力なる群力選ばれる少なくとも 1種の元素とにより構成される化合物を含み、

前記被覆層のうちの少なくとも 1以上の層は、塩素を含むことを特徴とする表面被覆切削工具。

[14] 前記被膜は、前記第 1の層および前記第 2の層以外の第 3の層を含み、前記第 3の層が塩素を含むことを特徴とする請求項 13記載の表面被覆切削工具。

[15] 前記被膜は、 0. 05 μ m以上 20 μ m以下の厚みを有することを特徴とする請求項 1 3に記載の表面被覆切削工具。

[16] 前記被膜中における前記塩素の濃度は、 0. 0001質量％以上 1質量％以下であることを特徴とする請求項 13に記載の表面被覆切削工具。

[17] 前記被膜は、立方晶の結晶構造を有することを特徴とする請求項 13に記載の表面被覆切削工具。

[18] 前記基材は、超硬合金、サーメット、高速度鋼、セラミックス、立方晶型窒化硼素焼結体、ダイヤモンド焼結体、窒化硅素焼結体、または酸ィヒアルミニウムと炭化チタンと力もなる混合体のいずれかであることを特徴とする請求項 13に記載の表面被覆切削工具。

[19] 前記表面被覆切削工具は、ドリル、エンドミル、ドリル用刃先交換型チップ、エンドミル用刃先交換型チップ、フライス加工用刃先交換型チップ、旋削加工用刃先交換型チップ、メタルソー、歯切工具、リーマまたはタップのいずれかであることを特徴とする請求項 13に記載の表面被覆切削工具。