WO2006067956A1

WO2006067956A1 - 表面被覆切削工具

Info

Publication number: WO2006067956A1
Application number: PCT/JP2005/022343
Authority: WO
Inventors: Naoya Omori; Yoshio Okada; Minoru Itoh; Norihiro Takanashi; Shinya Imamura
Original assignee: Sumitomo Electric Hardmetal Corp.
Priority date: 2004-12-22
Filing date: 2005-12-06
Publication date: 2006-06-29
Also published as: KR20070092945A; EP1757389A4; EP1757389A1; IL179706A0; US20070298280A1

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、硼窒化チタンまたは硼窒酸化チタンからなる第１被膜と、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、およびこれらの２以上を主成分とする固溶体からなる群から選ばれる少なくとも１種によって構成される第２被膜とを含み、該第１被膜は、上記基材と上記第２被膜との間であって、上記第２被膜の直下に位置し、該第２被膜は、少なくとも切削に関与する部位において圧縮応力を有することを特徴とする表面被覆切削工具に係る。

Description

明細書

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、フライス加工用または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、タップ、またはクランクシャフトのピンミーリングカロェ用チップ等の切削工具に関し、特にその表面に靭性ゃ耐摩耗性等の特性を向上させる被膜を形成した表面被覆切削工具に関する。

背景技術

[0002] 従来より、切削工具の靭性ゃ耐摩耗性を向上させるために基材の表面に各種の被膜を形成した表面被覆切削工具が用いられてきた。最近、そのような被膜として酸ィ匕アルミニウムを中心とする酸ィ匕物力もなる被膜を最外層に形成することが注目されているが、これは該酸化物が耐酸化性および高温安定性に優れ、被削材との溶着が防止されるとともに良好な耐摩耗性が示されるためである。

[0003] しかし、酸ィ匕物力もなる被膜は、特にそれが酸ィ匕アルミニウムである場合、それを最外層に形成させると工具全体が黒色に近い呈色状態となることから、外観の意匠性に問題があるとともに工具の使用状態 (特にいずれの刃先稜線部が既に使用されて V、る力否力 )を容易に判別することができな、と、う問題を有してヽた。

[0004] このため、比較的薄い厚みの酸ィ匕アルミニウム層の下層に金色の TiN層を形成することによって、酸ィ匕アルミニウム層を通してこの TiN層を観察できるようにし、以つて工具全体に黄色味を帯びさせることにより、上記問題を解決することが提案されている (特開平 07— 227703号公報 (特許文献 1) )。

[0005] し力しながら、この提案においては、使用状態の判別という観点からはある程度の効果は期待できるものの、酸ィ匕アルミニウム層と TiN層との間の密着力が十分でないことから、酸ィ匕アルミニウム層が容易に剥離すると、う問題があった。

[0006] 一方、この剥離の問題を解決する試みの 1つとして、酸化物層の下層として硼窒化チタン層または硼窒酸ィ匕チタン層を形成することが提案されている（国際公開第 03 /061885号パンフレット（特許文献 2) )。この提案により、上記剥離の問題は解決できるものの、かかる酸化物層は、靭性に劣るという問題を有していた。

特許文献 1：特開平 07— 227703号公報

特許文献 2 :国際公開第 03Z061885号パンフレット

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0007] 本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、耐摩耗性に優れるとともに靭性にも優れた酸ィ匕物被膜を有する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

[0008] 本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討を重ねたところ、従来技術 (特許文献 2)における酸ィ匕物被膜は硼窒化チタン層または硼窒酸ィ匕チタン層の上に化学的蒸着法 (CVD法）により形成されており、このため該酸ィ匕物被膜は残留引張応力を有することから靭性を低下させて、るのではな、かと、う知見を得、この知見に基きさらに検討を重ねることにより、ついに本発明を完成させるに至ったものである。

[0009] すなわち、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、硼窒化チタンまたは硼窒酸ィ匕チタン力もなる第 1被膜と、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、およびこれらの 2以上を主成分とする固溶体力なる群力選ばれる少なくとも 1種によって構成される第 2被膜とを含み、該第 1被膜は、上記基材と上記第 2被膜との間であって、上記第 2被膜の直下に位置し、該第 2被膜は、少なくとも切削に関与する部位において圧縮応力を有することを特徴とする表面被覆切削工具に係る。

[0010] また、このような表面被覆切削工具の上記被膜は、上記基材と上記第 1被膜との間に第 3被膜を有し、該第 3被膜は、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）、 Al、および S なる群から選ばれる少なくとも 1種の元素と、炭素、窒素、酸素、および硼素からなる群力選ばれる少なくとも 1種の元素とからなる化合物によって構成されるものとすることができる。

[0011] また、上記第 1被膜は、 TiB N (ただし式中、 X、 Yはそれぞれ原子％であって、 0.

X Y

001 <X/ (X+Y) < 0. 04である）で表される硼窒化チタンからなるものとすることができる。

[0012] また、上記第 1被膜は、 TiB N O (ただし式中、 X、 Y、 Ζはそれぞれ原子％であつ

X Υ Ζ

て、 0. 0005<Χ/ (Χ+Υ+Ζ) < 0. 04であり、 0く ΖΖ (Χ+Υ+Ζ)く 0. 5である）で表される硼窒酸ィ匕チタン力もなるものとすることができる。

[0013] また、上記圧縮応力は、その絶対値が 0. 2GPa以上となる圧縮応力とすることができる。

[0014] また、上記第 1被膜は、 0. 1 m以上 3 μ m以下の厚みを有するものとすることができ、上記被膜は、 0. 2 m以上 30 m以下の厚みを有するものとすることができる。

[0015] また、上記第 3被膜は、 MT—CVD法により形成された炭窒化チタン層を含むものとすることができ、上記第 2被膜は、ひ型酸ィ匕アルミニウムによって構成されるものとすることができる。

[0016] また、上記被膜は、さらに第 4被膜を含み、該第 4被膜は、上記第 2被膜上であって、かつ少なくとも切削に関与する部位を除く部分に形成されたものとすることができる

[0017] 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、または酸ィヒ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により構成されたものとすることができ、これらの表面被覆切削工具は、ドリル、エンドミル、フライス加工用または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、タップ、またはクランクシャフトのピンミーリング加工用チップのいずれかのものとすることができる。

発明の効果

[0018] 本発明の表面被覆切削工具は、上述の通りの構成を有することにより、特に酸化物により構成される第 2被膜の少なくとも切削に関与する部位において圧縮応力を有することにより、優れた耐摩耗性と靭性とを両立させることに成功したものである。また、第 1被膜が有する呈色状態を第 2被膜を通して観察することができるため、黄色味を帯びた外観を呈することができ、以つて工具の使用状態 (いずれの刃先稜線部が既に使用されて、るか否力 )を容易に判別することができる。

発明を実施するための最良の形態 [0019] <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ものである。このような基本的構成を有する本発明の表面被覆切削工具は、ドリル、ェンドミル、フライス加工用または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、タップ、またはクランクシャフトのピンミーリング力卩ェ用チップとして極めて有用である。

[0020] く基材>

本発明の表面被覆切削工具の基材としては、このような切削工具の基材として知られる従来公知のものを特に限定なく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等をこのような基材の例として挙げることができる。このような基材として超硬合金を使用する場合、そのような超硬合金は、組織中に遊離炭素や ε相と呼ばれる異常相を含んでいても本発明の効果は示される。

[0021] なお、これらの基材は、その表面が改質されたものであっても差し支えない。たとえば、超硬合金の場合はその表面に脱 j8層が形成されていたり、サーメットの場合には表面硬化層が形成されてヽても良ぐこのように表面が改質されてヽても本発明の効果は示される。

[0022] く被膜〉

本発明の表面被覆切削工具の上記基材上に形成される被膜は、少なくとも後述の第 1被膜と第 2被膜とを含むものである。該第 1被膜は、上記基材と後述の第 2被膜との間であって、該第 2被膜の直下に位置するようにして形成される。

[0023] さらに、このような被膜は、これらの第 1被膜と第 2被膜以外に、第 3被膜や第 4被膜を含むことができる。第 3被膜は、上記基材と第 1被膜との間に位置し、第 4被膜は、上記第 2被膜上に形成されるものである。 [0024] なお、このような被膜は、 0. 2 m以上 30 μ m以下の厚みを有することが好ましぐより好ましくはその上限が 20 μ m以下、さらに好ましくは 15 μ m以下、その下限が 0. 3 μ m以上、さらに好ましくは 1 μ m以上である。その厚みが 0. 2 μ m未満の場合、耐摩耗性ゃ靭性等の特性が十分に示されない場合があり、 30 mを超えても効果に大差なく経済的に不利となる。以下、これらの被膜についてさらに詳細に説明する。

[0025] <第 1被膜 >

本発明の第 1被膜は、硼窒化チタン (TiBN)または硼窒酸ィ匕チタン (TiBNO)からなるものであり、上記の通り、基材と第 2被膜との間であって、該第 2被膜の直下に位置することを特徴とするものである。このような第 1被膜は、該第 2被膜との密着力に優れ、以つて第 2被膜が剥離するのを防止する作用を示すものである。

[0026] この第 1被膜は、それ自身黄色乃至金色の色を呈するため、該第 2被膜を通してこの色が観察されることから、工具に対して黄色味を帯びた外観を付与することができる。これにより、該工具の刃先稜線部が使用されているか否かを容易に判別すること力 Sできることになる。刃先稜線部が使用されると、その使用箇所の周辺において黒色等に変色する箇所が生じるためである。

[0027] このような第 1被膜は、特に TiB N (ただし式中、 X、 Yはそれぞれ原子％であって

X Y

、 0. 001 <X/ (X+Y) < 0. 04である）で表される硼窒化チタン力も構成されることが好ましい。これにより、特に該第 2被膜との密着性が優れたものとなる。

[0028] XZ (X+YW^s〇. 001以下になると、第 2被膜との密着性に劣る場合があり、逆に 0 . 04以上になると、被削材との反応性が高くなりこの第 1被膜が工具表面に露出した場合に被削材と反応して、その溶着物が工具の刃先に強固に付着し被削材の外観を害する場合がある。 XZ (X+Y)は、より好ましくは 0. 003<Χ/ (Χ+Υ) < 0. 02 である。なお、上記式において Tiと ΒΝの合計との原子比は、従来公知のように 1:1である必要はない。

[0029] また、このような第 1被膜は、特に TiB N O (ただし式中、 X、 Y、 Ζはそれぞれ原子

X Υ Ζ

%であって、 0. 0005<Χ/ (Χ+Υ+Ζ) < 0. 04であり、かつ 0く ΖΖ (Χ+Υ+Ζ)く 0. 5である）で表される硼窒酸ィ匕チタン力も構成されることが好ましい。これにより、特に該第 2被膜との密着性が優れたものとなる。 [0030] XZ (X+Y+Z)が 0. 0005以下になると、第 2被膜との密着性に劣る場合があり、逆に 0. 04以上になると、被削材との反応性が高くなりこの第 1被膜が工具表面に露出した場合に被削材と反応して、その溶着物が工具の刃先に強固に付着し被削材の外観を害する場合がある。 ΧΖ (Χ+Υ+Ζ)は、より好ましくは 0. 003<Χ/ (Χ+Υ ) < 0. 02である。

[0031] また、 ΖΖ (Χ+Υ+Ζ)が 0. 5以上になると、膜の硬度は高くなるものの靭性が低下し耐欠損性が低くなつてしまう場合がある。 ΖΖ (Χ+Υ+Ζ)は、より好ましくは 0. 000 5<Ζ/ (Χ+Υ+Ζ) < 0. 3である。なお、従来公知のように、上記式において Tiと Β NOの合計との原子比は 1: 1である必要はない。

[0032] このような第 1被膜は、 0. 1 m以上 3 μ m以下の厚みを有することが好ましぐより好ましくはその上限が以下、その下限が 0. 2 m以上である。その厚みが 0. 1 μ m未満の場合、第 2被膜との密着性を向上させる効果が十分に示されない場合があり、 3 mを超えても効果に大差なく経済的に不利となる。

[0033] このような第 1被膜は、基材上に直接形成されるか、あるいは後述の第 3被膜が形成される場合はその第 3被膜上に形成することができる。また、その形成方法 (成膜方法)は、従来公知の化学的蒸着法 (CVD法)および物理的蒸着法 (PVD法)等ヽ力なる方法を採用しても差し支えなぐその形成方法は特に限定されない。

[0034] <第 2被膜 >

本発明の第 2被膜は、酸ィ匕アルミニウム、酸ィ匕ジルコニウム、酸化ハフニウム、およびこれらの 2以上を主成分とする固溶体力なる群力選ばれる少なくとも 1種によつて単層または複層として構成され、上記第 1被膜の直上に位置することを特徴とするものである。このような第 2被膜は、耐酸化性および高温安定性に優れ、良好な耐摩耗性を示すとともに被削材との反応性に乏しいという優れた特性を有する。なお、上記固溶体は、上記 3種の酸ィヒ物のうち 2以上のものを含むものであり、通常 2以上の該酸ィ匕物のみによって構成されるものである力他の成分の混入を除外するものではな、ので「これらの 2以上を主成分とする」と表現して、る。

[0035] そしてこの第 2被膜は、少なくとも切削に関与する部位において圧縮応力を有することにより、優れた靭性を示すものとなり、これにより優れた耐欠損性を有するものとなる。なお、圧縮応力とは、被膜に存する内部応力（固有ひずみ）の一種であって、「― 」（マイナス）の数値 (単位:本発明では「GPa」を使う）で表される応力をいう。このため、圧縮応力が大きいという概念は、上記数値の絶対値が大きくなることを示し、また、圧縮応力が小さいという概念は、上記数値の絶対値力、さくなることを示す。因みに、引張応力とは、被膜に存する内部応力（固有ひずみ）の一種であって、「 +」（ブラス）の数値で表される応力をヽぅ。当該第 2被膜が後述のように CVD法で形成されると、引張応力が残留したものとなるので、ブラスト処理等を施すことによりこの引張応力を解放し圧縮応力を付与したことに本発明の特徴が存する。

[0036] ここで、切削に関与する部位とは、被削材の切削に実質的に関与する部位であつて、具体的には刃先稜線部力すくい面の方向と逃げ面の方向とにそれぞれ少なくとも 0. Olmmの幅をもって広がった領域をいう。この幅は、一般的には 0. 05mm以上、より一般的には 0. 1mm以上の幅となることが多い。また、上記刃先稜線部とは、工具において被削材の切り屑と接する側の面であるすくい面と被削材自体に接触する側の面である逃げ面とが交差する稜に相当する部分 (シャープエッジ）をいうとともに、そのシャープエッジに対して刃先処理が実施されアール (R)を有するように処理された部分 (所謂刃先処理部)や、面取り処理がされた部分 (所謂ネガランド処理部）を含むとともに、さらにこれらの刃先処理や面取り処理が組み合わされて処理された部分をも含む概念である。

[0037] このように第 2被膜に対して少なくとも切削に関与する部位において圧縮応力を有することとしたのは、当該部位は切削加工時において直接被削材と接触し、以つて耐欠損性に最も関与する部位と考えられるからである。したがって、この切削に関与するに部位において圧縮応力を有する限り、その部位以外の部分において圧縮応力を有して!/、ても良ぐ第 2被膜全体に亘つて圧縮応力を有するようにしても良!、。

[0038] また、このような圧縮応力を付与する方法は、特に限定されるものではなぐたとえば後述のように第 2被膜が CVD法により形成される場合には、その形成後において第 2被膜に対してブラスト処理、ショットピーユング処理、バレル処理、ブラシ処理、ィオン注入処理等の処理を施すことにより圧縮応力を付与することができる。一方、第 2被膜が PVD法により形成される場合には、形成時において既に圧縮応力が付与された状態となるのであえて上記のような処理を施す必要はない。しかし、この場合でも所望により上記のような処理を施しても差し支えない。

[0039] このような圧縮応力は、その絶対値が 0. 2GPa以上になることが好ましぐより好ましくは 0. 5GPa以上である。その絶対値が 0. 2GPa未満では、十分な靭性を得ることができない場合があり、一方、その絶対値は大きくなればなる程靭性の付与という観点からは好ましいが、その絶対値が 8GPaを越えると第 2被膜自体が剥離することがあり好ましくない。

[0040] このような第 2被膜は、上記の酸化物中、酸ィ匕アルミニウムにより構成されることが好ましぐ特に α型酸ィ匕アルミニウムにより構成されることが好ましい。特に高温安定性に優れるとともに高硬度を有し、以つて極めて優れた耐摩耗性が示され、また被削材ともほとんど反応することがな、と、う優れた特性を有するからである。

[0041] このような第 2被膜は、 0. 1 μ m以上 20 μ m以下の厚み (複層で形成される場合はその全体の厚み）を有することが好ましぐより好ましくはその上限が 10 m以下、その下限が 0. 2 /z m以上である。その厚みが 0.： m未満の場合、耐摩耗性を向上させる効果が十分に示されない場合があり、 20 mを超えても効果に大差なく経済的に不利となる。

[0042] このような第 2被膜は、上記の第 1被膜上に直接形成され、その形成方法 (成膜方法)は、従来公知の化学的蒸着法 (CVD法)および物理的蒸着法 (PVD法)等、かなる方法を採用しても差し支えなぐその形成方法は特に限定されな、。

[0043] なお、上記圧縮応力は、いかなる方法を用いて測定しても良いが、たとえば X線応力測定装置を用いた sin² φ法により測定することができる。そしてこのような圧縮応力は切削に関与する部位に含まれる任意の点 10点（これらの各点は当該部位の応力を代表できるように互いに 0. 5mm以上の距離を離して選択することが好ましい）の応力を該 sin² φ法により測定し、その平均値を求めることにより測定することができる

[0044] このような X線を用いた sin² φ法は、多結晶材料の残留応力の測定方法として広く用いられているものであり、たとえば「X線応力測定法」（日本材料学会、 1981年株式会社養賢堂発行)の 54〜66頁に詳細に説明されている方法を用いれば良い。 [0045] また、上記圧縮応力は、ラマン分光法を用いた方法を利用することにより測定することも可能である。このようなラマン分光法は、狭い範囲、たとえばスポット径 1 μ mと V、つた局所的な測定ができると!、うメリットを有して、る。このようなラマン分光法を用いた圧縮応力の測定は、一般的なものであるがたとえば「薄膜の力学的特性評価技術」（サイペック、 1992年発行)の 264〜271頁に記載の方法を採用することができる。

[0046] さらに、上記圧縮応力は、放射光を用いて測定することもできる。この場合、被膜の厚み方向で圧縮応力の分布を求めることができるというメリットがある。

[0047] <第 3被膜 >

本発明の第 3被膜は、所望により、基材と上記第 1被膜との間に形成されるものであつて、基材と第 1被膜との両者に対して優れた密着力を有することにより、第 1被膜が剥離するのを防止する作用を示すものである。

[0048] このような第 3被膜は、周期律表の IVa族元素、 Va族元素、 Via族元素、 Al、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、および硼素力なる群力も選ばれる少なくとも 1種の元素とからなる化合物によって単層または複層として構成される。

[0049] このような第 3被膜として好適な化合物としては、たとえば TiC、 TiN、 TiCN、 TiCN 0、 TiB、 TiBN、 TiCBNゝ ZrC、 ZrO、 HfC、 HfN、 TiAINゝ AlCrNゝ CrN、 VN、

2 2

TiSiN、 TiSiCN、 AlTiCrN、 TiAlCNなどを挙げることができる。

[0050] このような第 3被膜は、 0. 01 μ m以上 27 μ m以下の厚み (複層で形成される場合はその全体の厚み）を有することが好ましい。その厚みが 0. 01 m未満の場合、基材および第 1被膜との密着性を向上させる効果が十分に示されない場合があり、 27 μ mを超えても効果に大差なく経済的に不利となる。

[0051] このような第 3被膜は、基材上に直接形成することができ、その形成方法 (成膜方法

)は、従来公知の化学的蒸着法 (CVD法)および物理的蒸着法 (PVD法)等、かなる方法を採用しても差し支えなぐその形成方法は特に限定されない。

[0052] しかし、このような第 3被膜は、とりわけ MT—CVD (medium temperature CV

D)法により形成することが好ましぐ特にその方法により形成した耐摩耗性に優れる炭窒化チタン (TiCN)層を備えることが最適である。従来の CVD法は、約 1020〜1 030°Cで成膜を行なうのに対して、 MT— CVD法は約 850〜950°Cという比較的低温で行なうことができるため、成膜の際加熱による基材のダメージを低減することができるカゝらである。したがって、 MT— CVD法により形成した層は、基材に近接させて備えることがより好ましい。また、成膜の際に使用するガスは、二トリル系のガス、特にァセトニトリル (CH CN)を用いると量産性に優れて好ま、。

3

[0053] <第 4被膜 >

本発明の第 4被膜は、所望により、上記第 2被膜上であってかつ少なくとも切削に関与する部位を除く部分に形成されることを特徴とするものである。このような第 4被膜は、工具の使用状態をより容易に判別することを可能とする使用状態表示層としての作用を示すものである。また、第 2被膜に対して圧縮応力を付与したり、工具の表面平滑性を向上させるために行なわれるブラスト処理が行なわれたか否かを示す指標層としての作用を示すものとすることもできる。

[0054] したがって、このような第 4被膜は、上記の第 2被膜に比し耐摩耗性が劣って、ることが好ましぐ黄色、金色、銀色、桃色等の色彩を有していることが好適である。

[0055] なお、ここでいう切削に関与する部位とは、上記の第 2被膜について説明した部位と同一の部位を示す。第 4被膜が、このように切削に関与する部位を除く部分に形成されるのは、被削材と反応してその反応物が工具の刃先に溶着することにより被削材の外観が害されるのを防止するためである。

[0056] このような第 4被膜としては、たとえば周期律表の IVa族元素、 Va族元素、 Via族元素、 Al、 Si、 Cu、 Pt、 Au、 Ag、 Pd、 Fe、 Coおよび N もなる群から選ばれる少なくとも 1種の金属、または周期律表の IVa族元素、 Va族元素、 Via族元素、 A1および Si 力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、および硼素からなる群力選ばれる少なくとも 1種の元素とからなる化合物によって構成されることが好ましい。より具体的には、たとえば TiN、 ZrN、 TiCN, TiSiCN、 TiCNO、 VN、 Cr 等の元素または化合物により構成することができる。

[0057] このような第 4被膜は、 0. 01 m以上 5 μ m以下の厚みを有することが好まし!/ヽ。

その厚みが 0. 01 m未満の場合、上記の作用が十分に示されない場合があり、 5 μ mを超えると製造効率を悪化させ経済的に不利となる。

[0058] このような第 4被膜は、第 2被膜上に直接形成することができ、その形成方法 (成膜方法)は、従来公知の化学的蒸着法 (CVD法)および物理的蒸着法 (PVD法)等ヽ力なる方法を採用しても差し支えなぐその形成方法は特に限定されない。しかし、このような形成方法として特に好ましくは、 CVD法または PVD法によりこの第 4被膜を第 2被膜の全面を覆うようにして形成し、その後、少なくとも切削に関与する部位に形成されたこの第 4被膜をブラスト処理等により除去することが好適である。この方法によれば、第 2被膜に対する圧縮応力の付与と表面平滑処理とを同時に行なう効果が得られるため、高い生産効率を有したものとなる。

[0059] <実施例 >

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。

[0060] <実施例 1 >

まず、基材として以下の 3種類の基材 A〜Cを作製した。

[0061] 基材 Aは、超硬合金粉末として、 86.

3. 0質量％の TaC、 0. 3質量⁰ /₀の NbC、 2. 2質量⁰ /₀の TiC、および 7. 8質量⁰ /₀の Coからなる組成のものをプレスし、その後真空雰囲気中で 1400°C、 1時間の条件で焼結を行ない、続いて研削加ェ処理を行なった後、刃先稜線部に対して SiCブラシホーユング処理により刃先処理 (すくい面と逃げ面との交差部に対して半径が約 0. 05mmのアール (R)を付与したもの）をすることにより、切削チップ CNMG120408N— GU (住友電工ハードメタル (株)製)の形状と同形状の超硬合金製の切削チップとしたものである。

[0062] 基材 Bは、超硬合金粉末として、 84. 2質量。/c^WC、 1. 0質量％の TaC、 3. 5質量⁰ /₀の NbC、 3. 0質量％の ZrC、 0. 5質量％の ZrN、および 7. 8質量％の Coからなる組成のものを用いることを除き、基材 Aと同様にして作製した。

[0063] 基材 Cは、超硬合金粉末として、 93. 4質量。/c^WC、 0. 6質量％の TaC、 0. 3質量⁰ /₀の NbC、 0. 2質量⁰ /₀の TiC、および 5. 5質量⁰ /₀の Coからなる組成のものを用いることを除き、基材 Aと同様にして作製した。

[0064] なお、基材 Aは表面に脱 j8層が 10 m存在し、基材 Bは同じく表面に脱 j8層力 15 μ m存在していたが、基材 Cには脱 j8層は存在しなかった。

[0065] 次いで、これらの基材に対して、以下の表 1および表 2に示した各被膜を従来公知の CVD法により形成した。ただし、第 3被膜の炭窒化チタン (TiCN)は、 850〜900

°Cの MT— CVD法により形成した。

[0066] また、第 1被膜は、 TiB Nで表される硼窒化チタン力もなるものである力 X/ (X

X Y

+Y)が 0· 001 < X/ (X+Y) < 0. 04を満たす場合は、 2容量％の7¾ 1、 0. 005

4

〜2容量％の8( 1、 5〜15容量％のN、 5〜15容量％の?^0、および残り Η力らな

3 2 2 る反応ガスを用いて、圧力 4〜： LO. 7kPa、温度 800〜930°Cの条件により成膜した。一方、 XZ (X+Y)が 0. 001 < Χ/ (Χ+Υ) < 0. 04を満たさない場合は、 2容量％の TiCl、 0. 001容量％以下または 5容量％の BC1、 5〜15容量％のN、 1〜10容

4 3 2 量％の NO、および残り Hカゝらなる反応ガスを用いて、圧力 13. 3kPa、温度 950°C

2

の条件により成膜した。

[0067] そしてこのように成膜された被膜は、第 2被膜において引張応力が残留しているため、公知のブラスト処理を施すことにより、全面に亘つて圧縮応力を付与した (ただし、以下の表 2の No. 25と No. 26についてはブラスト処理を行なっていない）。このようにして付与された応力を sin² φ法により測定したところ（上記に説明したように切削に関与する部位に含まれる任意の点 10点の平均値として算出した）、表 1および表 2 に示したような残留応力（圧縮応力）を有して!/ヽた。

[0068] このようにして、表 1および表 2に示した No. 1〜26の表面被覆切削工具を作製した。 No. 1〜22が本発明の実施例であり、 No. 23〜26は比較例である。

[0069] そして、これらの表面被覆切削工具について、下記の条件により、耐摩耗性試験と断続切削試験を行なった。その結果を以下の表 1および表 2に示す。耐摩耗性試験では、逃げ面摩耗量 (V )を測定し、その数値が少ないもの程耐摩耗性に優れている

B

ことを示している。また、断続切削試験では、工具が欠損するまでの衝撃回数を測定し、その回数が多、もの程靭性に優れて、ることを示して、る。

[0070] (耐摩耗性試験）

被削材： SCM435丸棒

切削速度： 250mZmin 切込み d:2. Omm

送り f:0.30mm/rev.

切削時間：12分

乾式 Z湿式：湿式

(断続切削試験）

被削材： SCM440 (4本溝入り丸棒) 切削速度： 180mZmin

切込み： 1.5mm

送り： 0.35mmZrev.

乾式 Z湿式：湿式

[表 1]

〔〔被膜残留耐摩耗断続切

No. 基 ( ) 内数 j直は厚み (^m) X/(X+Y) 応力性試験削試験材第 3被膜第 1被膜第 2被膜第 4被膜 GPa (mm) (回）

1 A TiN(0.9) 1 iCN (3.0) ― TiBN(l.O) ひ _AI₂0₃(2.5) ― 0.011 -0.6 0.088 7214

2 B TiN(1.1) TiCN(3.2) ― TiBN(0.9) 一 ΑΙ₂0₃(2·4) 0.010 -0.7 0.066 7121

3 C TiN(l.O) TiCN(2.8) ― TiBN(1.2) ひ一 A !203(2.6) ― 0.012 -0.6 0.046 6458

4 A TiN(1.1) TiCN(3.1) 一 TiBNd.O) c-AI₂0₃{2.2) ― 0.011 ^0.8 0.096 7347

5 A TiN(l.O) TiCN (3.0) TiB (0.7) ひ一 Al₂0₃(2.5) ― 0.037 -0.7 0.084 7152

6 A TiN(0.8) TiCN(3.2) ― TiBNd.O) α-ΑΙ₂0₃(2.5) ― 0.002 -0.7 0.089 7116

7 A TiNd.O) TiCN (3.2) ― TiBNd.O) α-ΑΙ₂0₃(2.5) ― 0.031 -1.3 0.090 8658

8 A TiN(0.7) 環（2.9) ― TiBNd.O) ひ- Al₂0₃(2.5) 一 0.030 -2.6 0.091 10122

9 A TiN(LO) TiCN (3.1) ― TiBN (0.2) α--ΑΙ₂0₃(5.4) ― 0.014 -0.6 0.041 6124

10 A TiNd.O) TiCN (2.0) ― TiBN (2.8) ひ一 Al₂0₃(2.6) ― 0.015 -0.7 0.090 6980

11 A TiNd.O) TiCN (2.0) ― TiBN (2.8) ひ- ΑΙΑ(2.6) ― 0.011 - 0.1 0.092 5788

12 A TiN(1.1) TiCN (5.5) TiC(2.0) TiBN (1.0) -AI₂0₃(2.2) ― 0.011 -0.6 0.094 7782

13 A Ti鳴.8) ― 謂 (0.8) ひ _AI₂0₃(3.1) ― 0.011 -0.8 0.068 5980

表 1および表 2にお、て、「 *」の記号を付したものが比較例である。また、第 2被膜にお、て、「 ex -A1 O」は α型酸化アルミニウムを、「 κ -A1 Ο」は κ型酸化アルミ

2 3 2 3

-ゥムを示している。また、 No. 22の第 2被膜は、酸ィ匕アルミニウムと酸ィ匕ジルコユウムの質量比 9:1からなる固溶体を示している。また、「XZ (X+Y)」とは、第 1被膜を構成する TiB N

X Υの式中の XZ (X+Y)を示し、「残留応力」とは、上記の測定方法で測定された第 2被膜の応力を示してヽる。

[0074] また、表 1および表 2において、第 3被膜として複数のものが記載されている場合は、左側のものから順に基材上に形成されることを示す。また、 No. 18の第 4被膜は、ブラスト処理により切削に関与する部位から除去されて形成されて、る。このように第 4被膜を除去しなヽ場合 (切削に関与する部位に第 4被膜が形成されてヽる場合)は、耐摩耗性が劣るとともに、特に靭性が劣ったものとなり、また被削材の外観も害されたものとなる。

[0075] 以上、上記の表 1および表 2から明らかなように、 No. l〜No. 22の本発明の表面被覆切削工具は、 Vヽずれも優れた耐摩耗性と靭性とを有してヽた (第 2被膜が剥離するものはなかった)。これに対して、第 1被膜を有さない No. 23および No. 24の表面被覆切削工具は、耐摩耗性に劣り、第 2被膜が剥離する傾向を示した。また、第 2 被膜において残留引張応力を有する No. 25および No. 26は、靭性が極めて劣つていた。

[0076] また、 No. l〜No. 22の本発明の表面被覆切削工具は、工具全体が黄色味を帯びた外観を呈し、工具の使用状態 (いずれの刃先稜線部が既に使用されている力否力を容易に判別することができた。

[0077] なお、本実施例では、基材としてチップブレーカを有するものを用いた力チップブレー力を有して、な、ものや、切削工具の上下面全面が研磨されたような工具 (チップ)でも本実施例と同様の効果を得ることができる。

[0078] <実施例 2>

超硬合金粉末として、 88. 7質量％の WC、 2. 0質量％の TaC、 0. 8質量％の Nb C、および 8. 5質量⁰ /₀の Coからなる組成のものをプレスし、その後真空雰囲気中で 1 400°C、 1時間の条件で焼結を行ない、続いて研削加工処理を行なった後、刃先稜線部に対して SiCブラシホーユング処理により刃先処理 (すくい面と逃げ面との交差部に対して半径が約 0. 04mmのアール (R)を付与したもの）をすることにより、 ISO 規格 SPGN120412の形状の超硬合金製の切削チップを作製し、これを基材とした。なお、この基材に脱 j8層は存在しな力つた。

[0079] 次いで、この基材に対して、以下の表 3に示した各被膜を従来公知の CVD法により形成した。ただし、第 3被膜の炭窒化チタン (TiCN)は、 850〜900°Cの MT— CVD 法により形成した。また、第 1被膜の形成条件は、実施例 1と同様にして成膜した。

[0080] そしてこのように成膜された被膜は、第 2被膜において引張応力が残留しているため、公知のブラスト処理を施すことにより、全面に亘つて圧縮応力を付与した (ただし、以下の表 3の No. 39についてはブラスト処理を行なっていない）。このようにして付与された応力を実施例 1と同様にして sin² φ法により測定したところ、表 3に示したような残留応力 (圧縮応力）を有して!/ヽた。

[0081] このようにして、表 3に示した No. 31〜39の表面被覆切削工具を作製した。 No. 3 1〜36が本発明の実施例であり、 No. 37〜39は比較例である。

[0082] そして、これらの表面被覆切削工具について、下記の条件により、 3種のフライス切削試験を行なった。その結果を以下の表 3に示す。鋼耐摩耗性試験と铸物耐摩耗性試験では、逃げ面摩耗量 (V )を測定し、その数値が少ないもの程耐摩耗性に優れ

B

ていることを示している。また、靭性切削試験では、異なる 10個の切れ刃で切削を行ない、折損した切れ刃の数を計測し、その折損数が少ないもの程靭性に優れていることを示している。

[0083] (鋼耐摩耗性試験）

被削材： SCM435ブロック材

切削速度： 310mZmin

切込み d: 2. Omm

送り f : 0. 28mm/rev.

切削時間：10分

乾式 Z湿式：湿式

(铸物耐摩耗性試験）

被削材： FC250ブロック材切削速度： 250mZmin

切込み d: 1. 5mm

送り f : 0. 29mm/rev.

切削時間： 12分

乾式湿式:乾式

(靭性切削試験）

被削材： SCM435ブロック材 (スリット有り）

切削速度： 160mZmin

切込み： 2. Omm

送り： 0. 37mmZrev.

乾式 Z湿式：湿式

カッター： DPG4100R (住友電工ハードメタル (株）製）

上記カッターへの表面被覆切削工具 (切削チップ)の取付け数は 1枚とした。このため、カッター 1回転当りの送りと、一刃当りの送りは一致するものであった。

[表 3]

被膜鋼錶物

( ) 内数値は厚み（ m) 耐庫耗耐庫耗靭性切

No. X/ (X+Y) 性試験性試験削試験第 3被膜第 1被膜第 2被膜第 4被膜 (itm) (議) (数）

31 TiN(0.8) TiCNO.0) ΤίΒΝ(0.4) - Al₂0₃(2.1) ― 0.011 -0.5 0.102 0.112 1

32 TiN(0.8) TiC O.1) --- TiBN (0.4) Λ:-ΑΙ₂0₃(2.2) ― 0.011 -2.3 0.114 0, 123 0

33 TiN(0.7) TiCN(2.9) ― TiBNd.O) -ΑΙ₂0₃(2.5) ― 0.018 - 3.0 0.113 0.119 0

34 ― TiCN(6.8) ― TiBN (0.8) ひ- Al₂0₃(3.1) ― 0.011 -0.7 0.098 0.101 1

35 TiN(0.7) TiCN(2.4) ― TiB賺 4) Λ:-ΑΙ₂0₃(2- 1) T卿.5) 0.012 - 0.6 0.112 0.117 1

36 ― TiBN(0.7) κ-ΑΙ₂0₃(2.5) ― 0.012 -0.5 0.124 0.119 1

* 37 TiN(0.8} TiCN(3.0) TiN(0.4) ― ひ - ΑΙ₂0"2.1) ― ― - 0.6 0.198 0.213 6

* 38 TiN(0.8) TiCN (3.1) T歸- ) ― /c-AI,0₃(2.2) ― ― -2.1 0.188 0.201 6

* 39 TiN(0.8) TiC O.1) ― TiBN (0.4) c-AI₂0₃ (2.2) ― 0.012 +0.4 0.121 0.131 10

[0085] 表 3中の表記は、表 1および表 2の表記に準じて記載した。なお、 No. 35の第 4被膜は、ブラスト処理により切削に関与する部位力も除去されて形成されている。このように第 4被膜を除去しなヽ場合 (切削に関与する部位に第 4被膜が形成されてヽる場合)は、耐摩耗性が劣るとともに、特に靭性が劣ったものとなり、また被削材の外観も害されたものとなる。

[0086] 以上、上記の表 3から明らかなように、 No. 31〜No. 36の本発明の表面被覆切削工具は、 V、ずれも優れた耐摩耗性と靭性とを有して、た (第 2被膜が剥離するものはなかった)。これに対して、第 1被膜を有さない No. 37および No. 38の表面被覆切削工具は、耐摩耗性および靭性に劣り、第 2被膜が剥離する傾向を示した。また、第 2被膜において残留引張応力を有する No. 39は、靭性が極めて劣っていた。

[0087] また、 No. 31〜No. 36の本発明の表面被覆切削工具は、工具全体が黄色味を帯びた外観を呈し、工具の使用状態 (いずれの刃先稜線部が既に使用されているか否か)を容易に判別することができた。

[0088] <実施例 3 >

基材としては実施例 2と同じものを用い、この基材に対して、以下の表 4に示した各被膜を従来公知のイオンプレーティング法により形成することにより表面被覆切削ェ具を作製した。実施例 1および 2と異なり、第 2被膜は形成時に圧縮応力を有しているため（圧縮応力の測定は実施例 1および 2と同様にして測定しその結果は表 4の通り）、ブラスト処理は行なわな力つた。

[0089] このようにして、表 4に示した No. 41〜47の表面被覆切削工具を作製した。 No. 4 1〜44が本発明の実施例であり、 No. 45〜47は比較例である。

[0090] そして、これらの表面被覆切削工具について、下記の条件により、 3種のフライス切削試験を行なった。その結果を以下の表 4に示す。鋼耐摩耗性試験と铸物耐摩耗性試験では、逃げ面摩耗量 (V )を測定し、その数値が少ないもの程耐摩耗性に優れ

B

[0091] (鋼耐摩耗性試験）被削材： SKD11ブロック材

切削速度： 160mZmin

切込み d: 2. Omm

送り f : 0. 26mm/rev.

切削時間：5分

乾式 z湿式：湿式

(铸物耐摩耗性試験）

被削材： FCD450ブロック材

切削速度： 180mZmin

切込み d: l. 5mm

送り f : 0. 27mm/rev.

切削時間: 6分

乾式 Z湿式：乾式

(靭性切削試験）

被削材: S50Cブロック材 (スリット有り）

切削速度： 150mZmin

切込み： 2. Omm

送り： 0. 38mmZrev.

乾式 Z湿式：湿式

カッター： DPG4100R (住友電工ハードメタル（株）製）

上記カッターへの表面被覆切削工具 (切削チップ）の取付け数は 1枚とした。このため、カッター 1回転当りの送りと、一刃当りの送りは一致するものであった。

[表 4]

表 4中の表記は、表 1〜3の表記に準じて記載した。

以上、上記の表 4から明らかなように、 No. 41〜No. 44の本発明の表面被覆切削工具は、 V、ずれも優れた耐摩耗性と靭性とを有して、た (第 2被膜が剥離するものはな力つた)。これに対して、第 1被膜を有さない No. 45〜No. 47の表面被覆切削ェ具は、耐摩耗性および靭性に劣とるとともに、第 2被膜が剥離する傾向を示した。

[0094] また、 No. 41〜No. 44の本発明の表面被覆切削工具は、工具全体が黄色味を帯びた外観を呈し、工具の使用状態 (いずれの刃先稜線部が既に使用されているか否か)を容易に判別することができた。

[0095] <実施例 4 >

まず、基材として以下の 3種類の基材 A2〜C2を作製した。

[0096] 基材 A2は、超硬合金粉末として、 86. 7質量。/。の¹^^、 3. 0質量％の TaC、 0. 3 質量⁰ /₀の NbC、 2. 2質量⁰ /₀の TiC、および 7. 8質量⁰ /₀の Coからなる組成のものをプレスし、その後真空雰囲気中で 1400°C、 1時間の条件で焼結を行ない、続いて研削加工処理を行なった後、刃先稜線部に対して SiCブラシホーユング処理により刃先処理 (すくい面と逃げ面との交差部に対して半径が約 0. 05mmのアール (R)を付与したもの）をすることにより、切削チップ CNMG120408N—GU (住友電工ハードメタル (株)製)の形状と同形状の超硬合金製の切削チップとしたものである。

[0097] 基材 B2は、超硬合金粉末として、 84. 2質量。/c^WC、 1. 0質量％の TaC、 3. 5 質量％の?^じ、 3. 0質量％の ZrC、 0. 5質量％の ZrN、および 7. 8質量％の Coからなる組成のものを用いることを除き、基材 A2と同様にして作製した。

[0098] 基材 C2は、超硬合金粉末として、 93. 4質量。/。の¹^^、 0. 6質量％の TaC、 0. 3 質量⁰ /₀の NbC、 0. 2質量⁰ /₀の TiC、および 5. 5質量⁰ /₀の Coからなる組成のものを用いることを除き、基材 A2と同様にして作製した。

[0099] なお、基材 A2は表面に脱 j8層が 10 m存在し、基材 B2は同じく表面に脱 j8層が 15 m存在していたが、基材 C2には脱 j8層は存在しなかった。

[0100] 次いで、これらの基材に対して、以下の表 5および表 6に示した各被膜を従来公知の CVD法により形成した。ただし、第 3被膜の炭窒化チタン (TiCN)は、 850〜900 °Cの MT— CVD法により形成した。

[0101] また、第 1被膜は、 TiB N Oで表される硼窒酸ィ匕チタン力もなるものである力 X/

X Y Z

(X+Y+Z)が 0· 0005<X/ (X+Y+Z) < 0. 04および 0く Ζ/ (Χ+Υ+Ζ)く 0· 5を満たす場合は、 2容量％の TiCl、 0. 005〜2容量％の BC1、 5〜15容量％のN

4 3

、 5〜15容量⁰ /₀の NO、および残り H力もなる反応ガスを用いて、圧力 4〜： LO. 7kP

2 2

a、温度 800〜930。Cの条件により成膜した。一方、 X/ (X+Y+Z)力 0. 0005<Χ / (Χ+Υ+ΖΧ Ο. 04および 0く ΖΖ (Χ+Υ+Ζ)く 0. 5を満たさない場合は、 2容量⁰ /₀の TiCl、 0. 001容量％以下または 5容量％の BC1、 5〜15容量％のN、 1〜1

4 3 2

0容量％の?^0、および残り H力なる反応ガスを用いて、圧力 13. 3kPa、温度 950

2

°cの条件により成膜した。

[0102] そしてこのように成膜された被膜は、第 2被膜において引張応力が残留しているため、公知のブラスト処理を施すことにより、全面に亘つて圧縮応力を付与した (ただし、以下の表 6の No. 125と No. 126についてはブラスト処理を行なっていない）。このようにして付与された応力を sin² φ法により測定したところ（上記に説明したように切削に関与する部位に含まれる任意の点 10点の平均値として算出した）、表 5および表 6に示したような残留応力（圧縮応力）を有していた。

[0103] このようにして、表 5および表 6に示した No. 101〜126の表面被覆切削工具を作製した。 No. 101〜122が本発明の実施例であり、 No. 123〜126は比較例である

[0104] そして、これらの表面被覆切削工具について、下記の条件により、耐摩耗性試験と断続切削試験を行なった。その結果を以下の表 5および表 6に示す。耐摩耗性試験では、逃げ面摩耗量 (V )を測定し、その数値が少ないもの程耐摩耗性に優れている

B

[0105] (耐摩耗性試験）

被削材： SCM435丸棒

切削速度： 240mZmin

切込み d: 2. Omm

送り f : 0. 31mm/rev.

切削時間：12分

乾式 Z湿式：湿式 (断続切削試験）

被削材： SCM440 (4本溝入り丸棒) 切削速度： 170mZmin

切込み： 1. 5mm

送り： 0. 36mmZrev.

乾式 Z湿式：湿式

[表 5]

被膜残留耐摩耗断続切

No. 基 ( ) 内数値は厚み（ im) X Ζ 応力性試験削試験材第 3被膜第 1被膜第 2被膜第 4被膜 GPa (誦) (回）

101 A2 T歸.9) (3.0) TiBNO(LO) α-ΑΙ₂0₃(2.5) ― 0.012 0.23 -0.5 0.089 7143

102 B2 TiN(1.1) TiCN(3.2) ― TiBNO (0.9) ひ- Ai₂0₃(2.4) ― 0.011 0.23 -0.6 0.071 7327

103 C2 TiN(1.0) TiCN (2.8) ― 画 0(1.2) α-ΑΙ₂0₃ (2.6) -- 0.014 0.24 - 0.7 0.048 6489

104 A2 TiN(1.1) TiCN(3.1) ― TiBNO (1.0) c-AI₂0₃(2.2) ― 0.013 0.22 -0.7 0.091 7249

105 A2 TiN(1.0) TiCN (3.0) TiBN0(0.7) α-ΑΙ₂0₃ (2.5) ― 0.038 0.011 0.8 0.088 7327

106 A2 Ti歸.8) TiCN (3.2) TiBNO (1.0) ひ- Al₂0₃(2.5) ― 0.001 0.26 -0.7 0.081 7268

107 A2 TiN(LO) TiCN (3.2) 一 TiBNO (1.0) α-ΑΙ₂0₃(2.5) ― 0.034 0.05 -1.4 0.095 8556

108 A2 TiN(0.7) TiCN (2.9) ― TiBNO (1.0) ひ— ΑΙ₂0₃(2.5) ― 0.029 0.09 -2.5 0.088 10149

109 A2 TiN(l.O) TiCN (3.1) ― TiBNO (0.2) α-ΑΙ₂0₃(5 - 4) ― 0.012 0.24 -0-7 0.043 6188

110 A2 TiN(l.O) TiCN (2.0) ― TiBNO (2.8) ひ ΑΙ₂0₃ (2.6) ― 0.0 1 0.23 -0.6 0.101 6921

111 A2 TiN(l.O) TiCN (2.0) ― TiBNO (2.8) α-ΑΙ₂0₃(2.6) ― 0.014 0.24 -0.1 0.098 5791

112 A2 TiN(1.1) TiC (5.5) TiC(2.0) TiBNO(I.O) — ΑΙ₂0₃(2.2) ― 0.013 0.23 -0.7 0.087 7771

113 A2 ― TiC (6.8) ― TiBNO (0.8) α-ΑΙ₂0₃ (3.1) 0.012 0.25 -0.8 0.071 5983

/vu/ O scsososfcld 9S6/-9090SAV LZ

u9os

被膜残留耐摩耗断続切

No. 基 ( ) 内数 fi直は厚み（/Vm) X Ζ 応力性試験削試験材第 3被膜第 1被膜第 2被膜第 4被膜 GPa (■) (回）

114 A2 TiN(LO) TiCN(3.1) 一 TiBNOd.1) Zr0₂(1.6) ― 0.015 0.21 -0.6 0.048 6899

115 A2 TiN(LO) TiCN (3.2) TiBN0(0.8) Hf0₂(1.9) ― 0.011 0.23 -0.7 0.053 6721

116 A2 TiN(1.1) Ti歸.4) ― TiSNO (0.9) ff-AI₂0₃(3.1) ― 0.012 0.24 -0.7 0.048 7084

117 A2 TiNd. D TiCN(l1.8) ― Ti8N0(0.9) ひ— Al₂0₃(6.1) ― 0.013 0.24 -0.6 0.043 6046

118 A2 TiNd.O) TiCN (3.0) ― TiBNOd.O) a-AI₂0₃(2.5) Τ歸.9) 0.011 0.27 -0.8 0.091 7159

119 A2 ― ― ― TiBN0(0.1) c-AIA (0.2) ― 0.013 0- 20 -0.4 0.106 9271

120 A2 TiN(0.9) TiCN (3.1) ― Ti8N0(0.9) a-AI₂0₃(2.4) ― 0.0002 0- 45 -0.7 0.121 9018

121 A2 TiN(l.1) TiCN (3.0) TiBNOd.0) or-AI₂0₃(2.6) ― 0.04 0.0002 -0.6 0.119 6350

122 A2 T陳 8) TiCN (5.2) ― TiB卿- 7) 固溶体 (3.0) ― 0.016 0.22 - 0.7 0.044 6919

123 A2 TiN(l.O) TiCN (3.2) TiNd.O) ― ff-AI₂0₃ (2.5) ― ― ― -0.7 0.171 5911

* 124 A2 ― TiCN (6.8) ― ― ひ一 Al₂0₃(3.1) ― ― ― -0.6 0.188 5639

* 125 A2 TiNd.1) TiCN (3.1) ― TiBNOd.O) ί-ΑΙ₂0₃(2.2) ― 0.011 0.23 +0.6 0.076 598

* 126 A2 TiN(1.1) TiCN (3.1) ― TiBNOd.O) α-ΑΙ₂0₃(2.2) ― 0.011 0.25 +0.3 0.081 495

[0108] 表 5および表 6にお、て、「 *」の記号を付したものが比較例である。また、第 2被膜にお、て、「 a -A1 O」は α型酸化アルミニウムを、「 κ -A1 Ο」は κ型酸化アルミ

2 3 2 3

-ゥムを示している。また、 No. 122の第 2被膜は、酸ィ匕アルミニウムと酸ィ匕ジルコ- ゥムの質量比 9:1からなる固溶体を示している。また、「X」とは、第 1被膜を構成する T IB N Oの式中の XZ (X+Y+Z)を示し、「Ζ」とは、第 1被膜を構成する TiB N O

X Y Z X Y Z

の式中の ZZ (X+Y+Z)を示し、「残留応力」とは、上記の測定方法で測定された第 2被膜の応力を示している。

[0109] また、表 5および表 6において、第 3被膜として複数のものが記載されている場合は、左側のものから順に基材上に形成されることを示す。また、 No. 118の第 4被膜は、ブラスト処理により切削に関与する部位から除去されて形成されている。このように第 4被膜を除去しなヽ場合 (切削に関与する部位に第 4被膜が形成されてヽる場合）は、耐摩耗性が劣るとともに、特に靭性が劣ったものとなり、また被削材の外観も害されたものとなる。

[0110] 以上、上記の表 5および表 6から明らかなように、 No. 101〜No. 122の本発明の表面被覆切削工具は、 Vヽずれも優れた耐摩耗性と靭性とを有してヽた (第 2被膜が剥離するものはな力つた)。これに対して、第 1被膜を有さない No. 123および No. 1 24の表面被覆切削工具は、耐摩耗性に劣り、第 2被膜が剥離する傾向を示した。また、第 2被膜において残留引張応力を有する No. 125および No. 126は、靭性が極めて劣っていた。

[0111] また、 No. 101〜No. 122の本発明の表面被覆切削工具は、工具全体が黄色味を帯びた外観を呈し、工具の使用状態 (いずれの刃先稜線部が既に使用されているか否か)を容易に判別することができた。

[0112] なお、本実施例では、基材としてチップブレーカを有するものを用いた力チップブレー力を有して、な、ものや、切削工具の上下面全面が研磨されたような工具 (チップ)でも本実施例と同様の効果を得ることができる。

[0113] く実施例 5 >

超硬合金粉末として、 88. 7質量％の WC、 2. 0質量％の TaC、 0. 8質量％の Nb

C、および 8. 5質量⁰ /₀の Coからなる組成のものをプレスし、その後真空雰囲気中で 1 400°C、 1時間の条件で焼結を行ない、続いて研削加工処理を行なった後、刃先稜線部に対して SiCブラシホーユング処理により刃先処理 (すくい面と逃げ面との交差部に対して半径が約 0. 04mmのアール (R)を付与したもの）をすることにより、 ISO 規格 SPGN120412の形状の超硬合金製の切削チップを作製し、これを基材とした。なお、この基材に脱 j8層は存在しな力つた。

[0114] 次いで、この基材に対して、以下の表 7に示した各被膜を従来公知の CVD法により形成した。ただし、第 3被膜の炭窒化チタン (TiCN)は、 850〜900°Cの MT— CVD 法により形成した。また、第 1被膜の形成条件は、実施例 4と同様にして成膜した。

[0115] そしてこのように成膜された被膜は、第 2被膜にぉ、て引張応力が残留して、るため、公知のブラスト処理を施すことにより、全面に亘つて圧縮応力を付与した (ただし、以下の表 7の No. 139についてはブラスト処理を行なっていない）。このようにして付与された応力を実施例 4と同様にして sin² φ法により測定したところ、表 7に示したような残留応力 (圧縮応力）を有して!/ヽた。

[0116] このようにして、表 7に示した No. 131〜139の表面被覆切削工具を作製した。 No . 131〜136力体発明の実施例であり、 No. 137〜139は比較例である。

[0117] そして、これらの表面被覆切削工具について、下記の条件により、 3種のフライス切削試験を行なった。その結果を以下の表 7に示す。鋼耐摩耗性試験と铸物耐摩耗性試験では、逃げ面摩耗量 (V )を測定し、その数値が少ないもの程耐摩耗性に優れ

B

[0118] (鋼耐摩耗性試験）

被削材： SCM435ブロック材

切削速度： 320mZmin

切込み d: 2. Omm

送り f : 0. 27mm/rev.

切削時間：10分

乾式 Z湿式：湿式 (铸物耐摩耗性試験）

被削材： FC250ブロック材

切削速度： 260mZmin

切込み d: l. 5mm

送り f : 0. 28mm/rev.

切削時間：12分

乾式 Z湿式：乾式

(靭性切削試験）

被削材： SCM435ブロック材 (スリット有り）

切削速度： 170mZmin

切込み： 2. Omm

送り： 0. 36mmZrev.

乾式 Z湿式：湿式

カッター： DPG4100R (住友電工ハードメタル (株）製）

[表 7]

被膜鋼錶物

( ) 内数 j直は厚み（/ m) 残留耐摩耗耐摩耗靭性切

No. X Ζ 応力性試験性試験削試験第 3被膜第 1被膜第 2被膜第 4被膜 6Pa (run) (mm) (数）

131 環 (0.8) TiCNO.O) ― TiBNO (0.4) Qi-AI_?0₃(2.1) ― 0.014 0.20 -0.6 0.114 0.124 1

132 TiN(0.8) TiCN(3.1) ― TiBNOCO.4) /ί-ΑΙ₂0₃(2.2) ― 0.013 0.21 -2.4 0.123 0.131 0

133 TiN(0.7) TiCN(2.9) ― TiBNO(I.O) ひ— ΑΙ₂0₃(2, 5) ― 0.017 0.18 -3.1 0.122 0.124 0

134 ― TiCN(6.8) ― TiBNO (0.8) ff-A(₂0₃(3.1) ― 0.012 0.25 -0.6 0.101 0- 111 1

135 Ή時.7) TiCN(2.4) ― TiBNOCO.4) Λ:-ΑΙ₂0₃ (2.1) Τ陳 5) 0.015 0- 19 -1.0 0.122 0.116 0

136 ― ― ― TiBN0(0.7) κ-Αί₂0₃(2.5) ― 0.014 0- 22 -0.7 0.131 0.118 1

137 TiN(0.8) TiC O.O) TiN(0.4) ― ひ- ΑΙ₂0₃(2.1) ― ― ― -0.7 0.204 0.225 6

* 138 TiN(0.8) TiCN (3.1) TiN(0.4) ― — ΑΙ₂0₃(2.2) ― ― ― -2.4 0.198 0.204 6

* 139 TiN(0.8) TiCN(3.1) ― TiBNO (0.4) /ί-ΑΙ₂0₃ (2.2) 0.013 0.21 +0.3 0.135 0.130 10

[0120] 表 7中の表記は、表 5および表 6の表記に準じて記載した。なお、 No. 135の第 4被膜は、ブラスト処理により切削に関与する部位力も除去されて形成されている。このように第 4被膜を除去しなヽ場合 (切削に関与する部位に第 4被膜が形成されてヽる場合)は、耐摩耗性が劣るとともに、特に靭性が劣ったものとなり、また被削材の外観も害されたものとなる。

[0121] 以上、上記の表 7から明らかなように、 No. 131〜No. 136の本発明の表面被覆切削工具は、 V、ずれも優れた耐摩耗性と靭性とを有して、た (第 2被膜が剥離するものはなかった）。これに対して、第 1被膜を有さない No. 137および No. 138の表面被覆切削工具は、耐摩耗性および靭性に劣り、第 2被膜が剥離する傾向を示した。また、第 2被膜において残留引張応力を有する No. 139は、靭性が極めて劣っていた。

[0122] また、 No. 131〜No. 136の本発明の表面被覆切削工具は、工具全体が黄色味を帯びた外観を呈し、工具の使用状態 (いずれの刃先稜線部が既に使用されているか否か)を容易に判別することができた。

[0123] <実施例 6 >

基材としては実施例 5と同じものを用い、この基材に対して、以下の表 8に示した各被膜を従来公知のイオンプレーティング法により形成することにより表面被覆切削ェ具を作製した。実施例 4および 5と異なり、第 2被膜は形成時に圧縮応力を有しているため（圧縮応力の測定は実施例 4および 5と同様にして測定しその結果は表 8の通り）、ブラスト処理は行なわな力つた。

[0124] このようにして、表 8に示した No. 141〜147の表面被覆切削工具を作製した。 No . 141〜144が本発明の実施例であり、 No. 145〜147は比較例である。

[0125] そして、これらの表面被覆切削工具について、下記の条件により、 3種のフライス切削試験を行なった。その結果を以下の表 8に示す。鋼耐摩耗性試験と铸物耐摩耗性試験では、逃げ面摩耗量 (V )を測定し、その数値が少ないもの程耐摩耗性に優れ

B

ていることを示している。また、靭性切削試験では、異なる 10個の切れ刃で切削を行ない、折損した切れ刃の数を計測し、その折損数が少ないもの程靭性に優れていることを示している。 [0126] (鋼耐摩耗性試験）

被削材： SKD11ブロック材

切削速度： 170mZmin

切込み d: 2. Omm

送り f : 0. 25mm/rev.

切削時間： 5分

乾式 Z湿式：湿式

(铸物耐摩耗性試験）

被削材： FCD450ブロック材

切削速度： 190mZmin

切込み d : 1. 5mm

送り f : 0. 26mm/rev.

切削時間: 6分

乾式 Z湿式：乾式

(靭性切削試験）

被削材： S50Cブロック材 (スリット有り）

切削速度： 160mZmin

切込み： 2. Omm

送り： 0. 39mmZrev.

乾式湿式：湿式

カッター： DPG4100R (住友電工ハードメタル (株）製）

[0127] [表 8] 。 ^^雠〔〕ΒBC L012857θ〜,

被膜鋼鐯物

( ) 内数値は厚み（wm) 残留耐摩耗耐摩耗靭性切

No. X ζ 応力性試験性試験削試験第 3被膜第 1被膜第 2被膜 GPa (mm) (nm) (数）

141 TiN(0.2) TiAIN(2.2) ― TiBN0(0.3) ひ- Al₂0₃(2.1) 0.014 0.22 -2.4 0.127 0.091 0

142 TiN(0.2) AICrN(2.1) ― Ti BNO (0.4) Al₂0₃(2.2) 0.017 0.19 -2.5 0.131 0.101 0

143 ― TiAINiO.7) ― TiBNO(l.O) ひ- Al₂0₃(2,5) 0.013 0.20 - 3.1 0.115 0.091 0

144 ― ― ― TiBNO (0.4) /c-AI₂0₃(1.7) 0.011 0.25 -1.7 0.131 0.099 1

* 145 TiN(0.2) TiAIN(2.2) TiN(0.3) ― α-ΑΙ₂0₃(2.1) ― ― -2.5 0.232 0.231 4

* 146 T赚 2) AICrN(2.1) ― ― Al₂0₃(2.2) ― ― -2.6 0.206 0.201 5

* 147 ― TiAIN(0.7) CrN(1.0) ― ひ- ΑΙ₂0₃(2.5) ― 一 - 2.7 0.208 0.211 5

以上、上記の表 8から明らかなように、 No. 141〜No. 144の本発明の表面被覆切削工具は、 V、ずれも優れた耐摩耗性と靭性とを有して、た (第 2被膜が剥離するものはなかった）。これに対して、第 1被膜を有さない No. 145〜No. 147の表面被覆切削工具は、耐摩耗性および靭性に劣とるとともに、第 2被膜が剥離する傾向を示した。

[0129] また、 No. 141〜No. 144の本発明の表面被覆切削工具は、工具全体が黄色味を帯びた外観を呈し、工具の使用状態 (いずれの刃先稜線部が既に使用されているか否か)を容易に判別することができた。

[0130] 以上のように本発明の実施の形態および実施例について説明を行なった力上述の各実施の形態および実施例の構成を適宜組み合わせることも当初カゝら予定している。

[0131] 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、硼窒化チタンまたは硼窒酸ィ匕チタン力なる第 1被膜と、酸化アルミ二ゥム、酸ィ匕ジルコニウム、酸ィ匕ハフニウム、およびこれらの 2以上を主成分とする固溶体力なる群力選ばれる少なくとも 1種によって構成される第 2被膜とを含み、前記第 1被膜は、前記基材と前記第 2被膜との間であって、前記第 2被膜の直下に位置し、

前記第 2被膜は、少なくとも切削に関与する部位において圧縮応力を有することを特徴とする表面被覆切削工具。

[2] 前記被膜は、前記基材と前記第 1被膜との間に第 3被膜を有し、

前記第 3被膜は、周期律表の IVa族元素、 Va族元素、 Via族元素、 Al、および S 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、および硼素からなる群力選ばれる少なくとも 1種の元素とからなる化合物によって構成されることを特徴とする請求項 1記載の表面被覆切削工具。

[3] 前記第 3被膜は、 MT—CVD法により形成された炭窒化チタン層を含むことを特徴とする請求項 2記載の表面被覆切削工具。

[4] 前記第 1被膜は、 TiB N (ただし式中、 X、 Yはそれぞれ原子％であって、 0. 001

X Y

< X/ (X+Y) < 0. 04である）で表される硼窒化チタン力もなることを特徴とする請求項 1記載の表面被覆切削工具。

[5] 前記第 1被膜は、 TiB N O (ただし式中、 X、 Y、 Ζはそれぞれ原子％であって、 0

X Υ Ζ

. 0005 < Χ/ (Χ+Υ+Ζ) < 0. 04であり、力つ 0く ΖΖ (Χ+Υ+Ζ)く 0. 5である）で表される硼窒酸ィ匕チタン力なることを特徴とする請求項 1記載の表面被覆切削ェ具。

[6] 前記圧縮応力は、その絶対値が 0. 2GPa以上となる圧縮応力であることを特徴とする請求項 1記載の表面被覆切削工具。

[7] 前記第 1被膜は、 0. 1 μ m以上 3 μ m以下の厚みを有することを特徴とする請求項

1記載の表面被覆切削工具。

[8] 前記被膜は、 0. 2 μ m以上 30 μ m以下の厚みを有することを特徴とする請求項 1 記載の表面被覆切削工具。

[9] 前記第 2被膜は、 a型酸ィ匕アルミニウムによって構成されることを特徴とする請求項

1記載の表面被覆切削工具。

[10] 前記被膜は、さらに第 4被膜を含み、

前記第 4被膜は、前記第 2被膜上であって、かつ少なくとも切削に関与する部位を除く部分に形成されていることを特徴とする請求項 1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からなる混合体のいずれかにより構成されることを特徴とする請求項 1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、フライス加工用または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、タップ、またはクランクシャフトのピンミーリング加工用チップのいずれかであることを特徴とする請求項 1記載の表面被覆切削工具。