WO2013015302A1 - 切削工具 - Google Patents

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rake face
droplets
face
cutting tool
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佳輝 坂本
真宏 脇
ヨウセン シュ
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京セラ株式会社
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    • Y10T407/00—Cutters, for shaping
    • Y10T407/27—Cutters, for shaping comprising tool of specific chemical composition

Definitions

  • the present invention relates to a cutting tool having a coating layer formed on the surface of a substrate.
  • sintered alloys such as cemented carbide and cermet, diamond, and cBN (cubic boron nitride)
  • a method of improving the wear resistance, slidability, and fracture resistance by forming a coating layer on the surface of a high-hardness sintered body and a substrate made of a ceramic such as alumina or silicon nitride is used.
  • a nitride layer mainly composed of Ti or Al has been actively studied by using an arc ion plating method or a sputtering method as the above physical vapor deposition method, and improvements for extending the tool life are continued. .
  • These surface-coated tools have been devised in addition to the covering material elements in order to cope with changes in the cutting environment such as an increase in cutting speed and diversification of work materials.
  • Patent Document 1 describes that in a surface-coated tool in which a surface of a base is coated with a coating such as TiAlN, the ratio of Ti is made higher on the flank than on the rake face.
  • a TiAlN-based hard coating having a thickness of 1 to 5 ⁇ m is formed on the surface of a substrate, and coarse particles having a size larger than the thickness present in the hard coating are 5 area% or less.
  • the surface roughness Ra is 0.1 ⁇ m or less, or the surface roughness Rz is 1 ⁇ m or less.
  • Patent Document 3 discloses that a coating film made of a composition such as (AlCrV) N is formed on the surface of the base material and that macro particles present on the surface of the coating film are reduced.
  • the present invention is for solving the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a cutting tool provided with a coating layer capable of exhibiting optimum cutting performance locally.
  • Cr a M 1-a (C 1-x N x ) (where M is Ti, Al, Si, W, Mo, Ta, Hf, Nb, Zr and Y At least one selected from the group consisting of 0.01 ⁇ a ⁇ 0.5 and 0 ⁇ x ⁇ 1), and has a cutting edge at the intersecting ridge line between the rake face and the flank face
  • droplets are present on the surface of the coating layer, and the average composition of the droplets present on the rake face is higher than the average composition of the droplets present on the flank face.
  • the cutting tool of the present invention there are droplets on the surface of the coating layer covering the substrate, but even if the chips pass on the rake face during cutting, the chips are caused by the presence of the droplets having a high Cr content.
  • the surface of the coating layer does not become so hot without sticking to the rake face.
  • the rake face has a higher Cr content than the flank face, the droplets present on the rake face have high lubricity, and the frictional resistance with the chips can be reduced. Since the Cr ratio in the inside is small, it disappears early, and the finished surface state during processing is improved.
  • FIG. 2 shows an example of the cutting tool of the present invention, (a) a schematic perspective view, and (b) an XX sectional view of (a).
  • FIG. 1 ((a) schematic perspective view, (b) (XX) sectional view of (a)), which is a preferred embodiment example of the cutting tool of the present invention.
  • a cutting tool 1 has a rake face 3 on a main surface, a flank face 4 on a side face, and a cutting edge 5 on a cross ridge line between the rake face 3 and the flank face 4.
  • the coating layer 6 is formed.
  • Cr a M 1-a (C 1-x N x ) (where M is selected from Ti, Al, Si, W, Mo, Ta, Hf, Nb, Zr and Y) 1 type, 0.01 ⁇ a ⁇ 0.5, 0 ⁇ x ⁇ 1) is coated, and the surface of the coating layer 6 is called a droplet 7 as shown in FIG.
  • the average composition of the droplets 7 existing on the rake face 3 has a higher Cr content ratio than the average composition of the droplets 7 existing on the flank face 4.
  • the average composition of the droplets existing on the rake face 3 and the flank face 4 in the present invention is observed in the rake face 3 and the flank face 4 under a microscope, and is present in an arbitrary region of one field of view 10 ⁇ m ⁇ 10 ⁇ m.
  • the composition of each droplet having a diameter of 0.3 ⁇ m or more is measured by energy dispersive spectroscopy (EDS), and the average value thereof is indicated.
  • the presence of the droplets 7 prevents the chips from sticking to the rake face and the surface of the coating layer 6 does not become so hot.
  • the rake face 3 has a higher Cr content in the droplets 7 than the flank face 4
  • the droplets 7 existing on the rake face 3 have high lubricity and the cutting fluid is applied to the coating layer 6.
  • the flank 4 has a low Cr content in the droplet 7 and disappears at an early stage, thereby improving the finished surface state during processing.
  • the covering layer 6 preferably contains at least one of Ti and Al as M as an essential component in the above composition formula. Thereby, the hardness and toughness of the coating layer 6 can be increased, and the wear resistance and fracture resistance of the cutting tool 1 are improved. Further, the desirable composition of the covering layer 6 includes Ti as an essential component for M, Ti and Al as essential components for M, and further selected from Si, W, Mo, Ta, Hf, Nb, Zr and Y. It is preferable to contain at least one kind (M ′).
  • the coating layer 6 has a high oxidation start temperature, high oxidation resistance, can reduce internal stress, and has high fracture resistance.
  • the coating layer 6 has high wear resistance and fracture resistance under difficult cutting conditions such as machining of difficult-to-cut materials, dry cutting, and high-speed cutting. It will be excellent.
  • a (metal Cr composition ratio) when a (metal Cr composition ratio) is smaller than 0.01 in the coating layer 6, the oxidation resistance and lubricity of the coating layer 6 are lowered.
  • a (metallic Cr composition ratio) is larger than 0.5, the wear resistance of the coating layer 6 is lowered.
  • a particularly desirable range for a is 0.04 ⁇ d ⁇ 0.15.
  • b (Ti composition ratio) is 0.3 or more, the crystal structure of the coating layer 6 does not change from a cubic crystal to a hexagonal crystal, and the hardness is high and the wear resistance is high.
  • b (Ti composition ratio) is 0.8 or less, the coating layer 6 has high oxidation resistance and heat resistance.
  • a particularly desirable range of b is 0.45 ⁇ a ⁇ 0.5.
  • c Al composition ratio
  • d metal M composition ratio
  • the metal M ′ is at least one selected from Si, W, Mo, Ta, Hf, Nb, Zr, and Y. Among them, the inclusion of Si or W is desirable from the viewpoint of excellent hardness, and Nb or Mo It is desirable to contain N from the viewpoint of excellent wear resistance and oxidation resistance.
  • C and N which are non-metallic components of the coating layer 6 are excellent in hardness and toughness required for a cutting tool, and a particularly desirable range of x (N composition ratio) is 0.9 ⁇ x ⁇ 1. .
  • the composition of the coating layer 6 can be measured by energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) or X-ray photoelectron spectroscopy (XPS).
  • the Cr content ratio Cr DR of the droplet 7 formed on the surface of the rake face 3 of the coating layer 6 is 1.05 ⁇ the Cr content ratio Cr DF of the droplet 7 formed on the surface of the flank 4. It is desirable that Cr DR / Cr DF ⁇ 1.60 in that both wear resistance on the rake face 3 and the flank face 4 can be optimized.
  • the number of droplets 7 present is 15 to 50, preferably 18 to 30 droplets of 10 ⁇ m ⁇ 10 ⁇ m square on the rake face 3 and 0.3 ⁇ m or more, preferably 18 to 30. Desirable in terms of mitigation. Further, the fact that the number of droplets 7 on the rake face 3 is larger than the number of droplets 7 present on the flank face 4 reduces the rake face 3 from becoming hot due to the passage of chips, and It is desirable in terms of improving the finished surface quality by smoothing the surface.
  • the fact that the ratio of Cr in the average composition of the coating layer 6 on the rake face 3 is larger than the average composition of the coating layer 6 on the flank face 4 improves the lubricity, thereby suppressing crater wear and improving chip discharge performance. This is desirable.
  • the Al content ratio Al DR of the droplet 7 formed on the surface of the rake face 3 is equal to the Al content ratio Al DF of the droplet 7 formed on the surface of the flank face 4.
  • a particularly desirable range of the ratio Al DR / Al DF is 1.00 ⁇ Al DR / Al DF ⁇ 1.02.
  • the Ti content ratio Ti DR of the droplet 7 formed on the surface of the rake face 3 of the coating layer 6 is 0.91 ⁇ the Ti content ratio Ti DF of the droplet 7 formed on the surface of the flank 4.
  • Ti DR / Ti DF ⁇ 0.97 because both chipping resistance on the rake face 3 and the flank face 4 can be optimized.
  • a particularly desirable range of the ratio Ti DR / Ti DF is 0.94 ⁇ Ti DR / Ti DF ⁇ 0.97.
  • the covering layer 6 is composed of an alternating stack in which a plurality of layers, such as a first layer 6a and a second layer 6b, are repeatedly stacked. According to this structure, while the hardness of the coating layer 6 improves, the progress of cracks can be suppressed and the fracture resistance is also improved.
  • all the thin layers such as the first layer 6a, the second layer 6b,... are not limited to those containing Cr, and any one or more of the first layer 6a, the second layer 6b,. As long as it contains Cr.
  • a physical vapor deposition (PVD) method such as an ion plating method or a sputtering method can be applied as a method for forming the surface coating layer 6, and a method for forming such droplets 7 on the surface of the coating layer 6 is an arc.
  • PVD physical vapor deposition
  • An ion plating method is preferably used.
  • the substrate 2 may be a cemented carbide or cermet hard alloy composed of a hard phase mainly composed of tungsten carbide or titanium carbonitride and a binder phase mainly composed of an iron group metal such as cobalt or nickel, or silicon nitride.
  • Hard materials such as ultra-high pressure sintered bodies that fire ceramics and aluminum oxide as a main component, hard phases composed of polycrystalline diamond and cubic boron nitride and binder phases such as ceramics and iron group metals under ultra-high pressure Preferably used.
  • a tool-shaped substrate is produced using a conventionally known method.
  • a coating layer is formed on the surface of the substrate.
  • a physical vapor deposition (PVD) method such as an ion plating method or a sputtering method can be suitably applied as the coating layer forming method.
  • PVD physical vapor deposition
  • the coating layer is formed by an ion plating method, metal titanium (Ti), metal aluminum (Al), metal chromium (Cr), and a predetermined metal M ( Where M is a metal target, a composite alloy target or a sintered body target each independently containing at least one selected from Si, W, Mo, Ta, Hf, Nb, Zr and Y), and a chamber. Set to the side wall surface position.
  • the main target is set on the side surface of the chamber, the target having a higher Cr content ratio than other metals is placed on the upper surface of the chamber, and the target having a higher content ratio of other metals is set in the chamber.
  • the film is formed by applying an arc current to each target.
  • the composition of the formed coating layer and the composition of the droplets can be the configuration of the present invention.
  • a method for producing the target when a sintered target obtained by mixing and solidifying metal powder is used, droplets deposited on the surface of the coating layer are used rather than using an alloy target obtained by melting and resolidifying a metal component. The amount tends to increase.
  • Film formation conditions include using these targets to evaporate and ionize the metal source by arc discharge, glow discharge, or the like, and simultaneously use nitrogen (N 2 ) gas as a nitrogen source or methane (CH 4 ) / acetylene as a carbon source (A coating layer and a droplet are formed by an ion plating method or a sputtering method in which a C 2 H 2 ) gas is reacted.
  • the base is set so that the flank face is substantially parallel to the side face of the chamber and the scoop face is substantially parallel to the upper face of the chamber.
  • an arc current of 100 to 200 A is supplied to the main target, 80 to 200 A is supplied to the sub-target containing a large amount of Cr component on the upper surface, and 120 to 250 A is supplied to the sub-target arranged on the side as desired.
  • each evaporated metal component in the plasma by applying a magnetic field to the generated arc plasma, such as by placing a magnet in a direction parallel to the target direction with respect to the generated arc plasma.
  • a magnetic field to the generated arc plasma
  • the composition of the droplet can be controlled within a predetermined range.
  • the coating layer is formed by an ion plating method or a sputtering method, a coating layer having a high hardness can be produced in consideration of the crystal structure of the coating layer, and at the same time, 35 to It is preferable to apply a bias voltage of 200V.
  • tungsten carbide (WC) powder having an average particle diameter of 0.8 ⁇ m, 10% by mass of metallic cobalt (Co) powder having an average particle diameter of 1.2 ⁇ m, and vanadium carbide (VC) powder having an average particle diameter of 1.0 ⁇ m.
  • Chromium carbide (Cr 3 C 2 ) powder of 0.1% by mass and average particle size of 1.0 ⁇ m was added and mixed at a rate of 0.3% by mass, and formed into a throwaway tip shape of DCGT11T302MFCQ shape by press molding. Then, the binder removal process was performed, and it sintered at 1450 degreeC in the vacuum of 0.01 Pa for 1 hour, and produced the cemented carbide alloy. Further, the rake face surface of each sample was polished by blasting, brushing or the like. Further, the prepared cemented carbide was subjected to blade edge processing (honing) by brushing.
  • a bias voltage shown in Table 1 is applied to the substrate thus manufactured, a predetermined arc current is caused to flow through the main target, the side sub-target, and the top sub-target, and an arc current is generated.
  • the obtained sample was observed at any three locations on the rake face and flank face of the surface of the coating layer and droplets formed on the rake face and flank face, and 10 ⁇ m ⁇ 10 ⁇ m in one field of view.
  • the number of droplets having a diameter of 0.3 ⁇ m or more in an arbitrary region was measured, and the average number at five measurement points was calculated.
  • the composition of each droplet having a diameter of 0.3 ⁇ m or more was measured by energy dispersive spectroscopy (EDS) (EDAX manufactured by Ametec Corporation), and the average values thereof were measured on the rake face, flank face, and surface of each face of the coating layer. It calculated as an average composition of a droplet.
  • EDS energy dispersive spectroscopy
  • the average content (atomic%) of Cr, Al, Ti for the droplets formed on the rake face is Cr DR , Al DR , Ti DR , respectively, and the droplets formed on the flank are Cr, Al,
  • the average Ti content (atomic%) was expressed as Cr DF , Al DF , and Ti DF , respectively.
  • sample No. within the scope of the present invention.
  • all of them were excellent in wear resistance and could be machined into a smooth machined surface and exhibited good cutting performance.

Abstract

【課題】耐溶着性、耐摩耗性に優れた切削工具を提供する。 【解決手段】　すくい面３と逃げ面４との交差稜線に切刃５を有して、基体２の表面に、ＣｒａＭ１－ａ（Ｃ１－ｘＮｘ）（ただし、ＭはＴｉ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｎｂ、ＺｒおよびＹから選ばれる少なくとも１種、０．０１≦ａ≦０．５、０≦ｘ≦１）被覆層６を被覆し、被覆層６の表面にはドロップレット７が存在するとともに、すくい面３に存在するドロップレット７の平均組成が逃げ面４に存在するドロップレット７の平均組成に比べてＣｒの含有比率が高い切削工具１である。

Description

切削工具
　本発明は基体の表面に被覆層が成膜されている切削工具に関する。
　現在、切削工具や耐摩部材、摺動部材といった耐摩耗性や摺動性、耐欠損性を必要とする部材では、超硬合金やサーメット等の焼結合金、ダイヤモンドやｃＢＮ（立方晶窒化硼素）の高硬度焼結体、アルミナや窒化珪素等のセラミックスからなる基体の表面に被覆層を成膜して、耐摩耗性、摺動性、耐欠損性、を向上させる手法が使われている。
　また、上記物理蒸着法としてアークイオンプレーティング法やスパッタリング法を用いてＴｉやＡｌを主成分とする窒化物層が盛んに研究されており、工具寿命を延命させるための改良が続けられている。これら表面被覆工具は、切削速度の高速化を初めとする切削環境の変化、被削材の多様化に対応するため、被覆材料元素以外にも様々な工夫が施されてきている。
　例えば、特許文献１では、基体の表面にＴｉＡｌＮ等の被膜を被覆した表面被覆工具において、Ｔｉの比率をすくい面よりも逃げ面において高くすることが記載されている。また、特許文献２では、基材の表面に、厚みが１～５μｍのＴｉＡｌＮ系の硬質被膜を形成し、硬質被膜に存在する膜厚以上の大きさを持った粗大粒子が５面積％以下で、その表面粗さＲａが０．１μｍ以下、または表面粗さＲｚが１μｍ以下とすることが記載されている。さらに、特許文献３では、基材表面に（ＡｌＣｒＶ）Ｎ等の組成からなる被覆膜を形成するとともに、被覆膜の表面に存在するマクロパーティクルを減ずることが開示されている。
特開２００８－２６４９７５号公報 特開２００２－３４６８１２号公報 特開２００５－２７１１５５号公報
　しかしながら、特許文献１に記載されたすくい面よりも逃げ面においてＴｉの比率を高くした構成でも、すくい面における被覆層の耐熱性と耐酸化性が不十分であり、かつ逃げ面においては耐欠損性が不十分であった。また、特許文献２に記載されている粗大粒子を極力減らした構成でも、被覆層の耐欠損性が不十分であるという問題があった。さらに、特許文献３のように、ＴｉＡｌＮに第３の金属としてＣｒを含有させた組成においても、耐摩耗性は向上するものの更なる改善が必要であり、特に、被覆層の内部応力によってチッピングや膜の剥離が発生する場合があり、更なる耐欠損性の向上が望まれていた。
　本発明は前記課題を解決するためのものであり、その目的は、局所ごとに最適な切削性能を発揮できる被覆層を備えた切削工具を提供することにある。
　本発明の切削工具は、基体の表面に、ＣｒａＭ１－ａ（Ｃ１－ｘＮｘ）（ただし、ＭはＴｉ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｎｂ、ＺｒおよびＹから選ばれる少なくとも１種、０．０１≦ａ≦０．５、０≦ｘ≦１）からなる被覆層を被覆してなるとともに、すくい面と逃げ面との交差稜線に切刃を有しており、前記被覆層の表面にはドロップレットが存在するとともに、前記すくい面に存在する前記ドロップレットの平均組成が前記逃げ面に存在する前記ドロップレットの平均組成に比べてＣｒの含有比率が高いものである。
　本発明の切削工具によれば、基体を被覆する被覆層の表面にドロップレットが存在するが、切削時にすくい面上を切屑が通過してもＣｒの含有量が多いドロップレットの存在によって切屑がすくい面にベタ当たりすることなく、被覆層の表面がさほど高温になることがない。しかも、すくい面のほうが逃げ面に比べてＣｒの含有比率が高いので、すくい面上に存在するドロップレットの潤滑性が高くて、切屑との摩擦抵抗を小さくできるとともに、逃げ面においてはドロップレット中のＣｒ比率が少ないので早期に消滅してしまい、加工時の仕上げ面状態が改善される。
本発明の切削工具の一例を示し、（ａ）概略斜視図、（ｂ）（ａ）のＸ－Ｘ断面図である。
　本発明の切削工具についての好適な実施態様例である図１（（ａ）概略斜視図、（ｂ）（ａ）のＸ－Ｘ断面図）を用いて説明する。
　図１によれば、切削工具１は、主面にすくい面３を、側面に逃げ面４を、すくい面３と逃げ面４との交差稜線に切刃５を有し、基体２の表面に被覆層６を成膜した構成となっている。
　そして、基体２の表面に、ＣｒａＭ１－ａ（Ｃ１－ｘＮｘ）（ただし、ＭはＴｉ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｎｂ、ＺｒおよびＹから選ばれる少なくとも１種、０．０１≦ａ≦０．５、０≦ｘ≦１）からなる被覆層６を被覆し、図１（ｂ）に示すように、被覆層６の表面にはドロップレット７と呼ばれる被覆層６の組成とは異なる組成の粒状物質が存在する。そして、すくい面３に存在するドロプレット７の平均組成は逃げ面４に存在するドロップレット７の平均組成に比べてＣｒの含有比率が高い構成となっている。ここで、本発明におけるすくい面３および逃げ面４に存在するドロップレットの平均組成は、すくい面３および逃げ面４に対して顕微鏡観察を行い、１視野１０μｍ×１０μｍの任意領域内に存在する直径０．３μｍ以上のドロップレットそれぞれの組成をエネルギー分散分光分析（ＥＤＳ）によって測定し、これらの平均値を指す。
　この構成によれば、切削時にすくい面３上を切屑が通過してもドロップレット７の存在によって切屑がすくい面にベタ当たりすることなく、被覆層６の表面がさほど高温になることがない。しかも、すくい面３のほうが逃げ面４に比べてドロップレット７中のＣｒの含有比率が高いので、すくい面３上に存在するドロップレット７の潤滑性が高く、かつ切削液を被覆層６の表面に保液する効果も発揮するとともに、逃げ面４においてはドロップレット７中のＣｒの含有割合が低くて早期に消滅してしまい、加工時の仕上げ面状態が改善される。
　また、被覆層６としては、上記組成式において、Ｍとして少なくともＴｉまたはＡｌのいずれか一方を必須として含有するものが好ましい。これによって、被覆層６の硬度および靭性を高くでき、切削工具１の耐摩耗性および耐欠損性が向上する。さらに、被覆層６の望ましい組成は、ＭとしてＴｉを必須として含むものや、ＭとしてＴｉとＡｌを必須として含むとともに、さらに、Ｓｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｎｂ、ＺｒおよびＹから選ばれる少なくとも１種（Ｍ’）を含有するものがよい。具体的には、ＣｒａＴｉｂＡｌｃＭ’ｄ（Ｃ１－ｘＮｘ）（ただし、Ｍ’はＳｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｎｂ、ＺｒおよびＹから選ばれる少なくとも１種、０．０１≦ａ≦０．２５、０．３≦ｂ≦０．８、０≦ｃ≦０．６、０≦ｄ≦０．２５、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１、０≦ｘ≦１）からなる。この組成であれば、被覆層６は酸化開始温度が高くなって耐酸化性が高くかつ内在する内部応力を低減することができて耐欠損性が高い。しかも、被覆層６は硬度および基体２との密着性も高いものであるので、被覆層６は難削材の加工や乾式切削、高速切削等のきつい切削条件における耐摩耗性および耐欠損性に優れたものとなる。
　すなわち、被覆層６において、ａ（金属Ｃｒ組成比率)が０．０１よりも小さいと被覆層６の耐酸化性および潤滑性が低下する。ａ（金属Ｃｒ組成比率)が０．５よりも大きいと被覆層６の耐摩耗性が低下する。ａの特に望ましい範囲は０．０４≦ｄ≦０．１５である。ｂ（Ｔｉ組成比率）が０．３以上であると、被覆層６の結晶構造が立法晶から六法晶へ変化することなく、硬度が高くて耐摩耗性が高い。ｂ（Ｔｉ組成比率）が０．８以下であると、被覆層６の耐酸化性および耐熱性が高い。ｂの特に望ましい範囲は０．４５≦ａ≦０．５である。また、ｃ（Ａｌ組成比）が０．６以下であると被覆層６の結晶構造が立方晶から六方晶に変化することなく高い硬度が維持される。ｃの特に望ましい範囲は０．４８≦ｂ≦０．５２である。さらに、ｄ（金属Ｍ組成比率)が０．２５以下であると被覆層６の耐酸化性又は硬度が低下することなく高い耐摩耗性が維持される。ｄの特に望ましい範囲は０．０３≦ｄ≦０．２２である。
　なお、金属Ｍ’はＳｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｙから選ばれる１種以上であるが、中でもＳｉ又はＷを含有することが硬度に優れる点から望ましく、ＮｂまたはＭｏを含有することが耐摩耗性・耐酸化性に優れる点から望ましい。
　また、被覆層６の非金属成分であるＣ、Ｎは切削工具に必要な硬度および靭性に優れたものであり、ｘ（Ｎ組成比率）の特に望ましい範囲は０．９≦ｘ≦１である。ここで、本発明によれば、上記被覆層６の組成は、エネルギー分散型Ｘ線分光分析法（ＥＤＸ）またはＸ線光電子分光分析法（ＸＰＳ）にて測定できる。
　なお、被覆層６のすくい面３の表面に形成されるドロップレット７のＣｒ含有比率ＣｒＤＲは逃げ面４の表面に形成されるドロップレット７のＣｒ含有比率ＣｒＤFに対して１．０５≦ＣｒＤＲ／ＣｒＤＦ≦１．６０であることが、すくい面３および逃げ面４における耐摩耗性をともに最適化できる点で望ましい。
　また、存在するドロップレット７の数は、すくい面３における１０μｍ×１０μｍ四方で０．３μｍ以上のドロップレット７が１５～５０個、望ましくは１８～３０個であることが切屑の通過による発熱の緩和の点で望ましい。また、すくい面３におけるドロップレット７の数が逃げ面４に存在するドロップレット７の数よりも多いことが、すくい面３が切屑の通過によって高温になることを緩和するとともに、逃げ面４の表面を滑らかにして仕上げ面品位を向上する点で望ましい。
　さらに、すくい面３における被覆層６の平均組成におけるＣｒの比率が逃げ面４における被覆層６の平均組成よりも大きいことが、潤滑性の向上により、クレータ摩耗の抑制、および切屑排出性が向上する点で望ましい。
　また、被覆層６がＡｌを含有する場合、すくい面３の表面に形成されるドロップレット７のＡｌ含有比率ＡｌＤＲは逃げ面４の表面に形成されるドロップレット７のＡｌ含有比率ＡｌＤFに対して１．００≦ＡｌＤＲ／ＡｌＤＦ≦１．１０であることが、すくい面３および逃げ面４における耐摩耗性をともに最適化できる点で望ましい。比率ＡｌＤＲ／ＡｌＤＦの特に望ましい範囲は１．００≦ＡｌＤＲ／ＡｌＤＦ≦１．０２である。さらに、被覆層６のすくい面３の表面に形成されるドロップレット７のＴｉ含有比率ＴｉＤＲは逃げ面４の表面に形成されるドロップレット７のＴｉ含有比率ＴｉＤFに対して０．９１≦ＴｉＤＲ／ＴｉＤＦ≦０．９７であることが、すくい面３および逃げ面４における耐チッピング性をともに最適化できる点で望ましい。比率ＴｉＤＲ／ＴｉＤＦの特に望ましい範囲は０．９４≦ＴｉＤＲ／ＴｉＤＦ≦０．９７である。
　さらに、他の一実施態様では、被覆層６は、第１層６ａと第２層６ｂ等との複数層が繰り返し交互に積層された交互積層からなる。この構成によれば、被覆層６の硬度が向上するとともに、クラックの進展を抑制できて耐欠損性も向上する。なお、この実施態様では、第１層６ａ、第２層６ｂ…等のすべての薄層がＣｒを含有するものに限定されず、第１層６ａ、第２層６ｂ…のいずれか１層以上にＣｒを含有するものであればよい。
　表面被覆層６の成膜方法としてはイオンプレーティング法やスパッタリング法等の物理蒸着（ＰＶＤ）法が適応可能であり、このようなドロップレット７を被覆層６表面上に形成する方法としてはアークイオンプレーティング法が好適に用いられる。
　ここで、すくい面３における被覆層６中のＣｒの含有比率が逃げ面４における被覆層６中のＣｒの含有比率よりも多いことが、切削工具１の耐摩耗性と切屑処理性のバランスを良くする上で望ましい。
　なお、基体２としては、炭化タングステンや炭窒化チタンを主成分とする硬質相とコバルト、ニッケル等の鉄族金属を主成分とする結合相とからなる超硬合金やサーメットの硬質合金、窒化ケイ素や酸化アルミニウムを主成分とするセラミックス、多結晶ダイヤモンドや立方晶窒化ホウ素からなる硬質相とセラミックスや鉄族金属等の結合相とを超高圧下で焼成する超高圧焼結体等の硬質材料が好適に使用される。
　（製造方法）
　次に、本発明の切削工具の製造方法について説明する。
　まず、工具形状の基体を従来公知の方法を用いて作製する。次に、基体の表面に、被覆層を成膜する。被覆層の成膜方法として、イオンプレーティング法やスパッタリング法等の物理蒸着（ＰＶＤ）法が好適に適応可能である。成膜方法の一例についての詳細について説明すると、被覆層をイオンプレーティング法で作製する場合には、金属チタン（Ｔｉ）、金属アルミニウム（Ａｌ）、金属クロム（Ｃｒ）、および所定の金属Ｍ（ただし、ＭはＳｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｎｂ、ＺｒおよびＹから選ばれる少なくとも１種以上）をそれぞれ独立に含有する金属ターゲット、複合化した合金ターゲットまたは焼結体ターゲットを用い、チャンバの側壁面位置にセットする。
　このとき、本発明によれば、メインターゲットをチャンバの側面にセットし、かつ他の金属に比べてＣｒの含有比率が多いターゲットをチャンバの上面に、他の金属の含有比率が高いターゲットをチャンバの側面にセットし、各々のターゲットにアーク電流を流して成膜する。その結果、成膜された被覆層の組成およびドロップレットの組成を本発明の構成とすることができる。なお、ターゲットの作製方法としては、金属粉末を混合して焼き固めた焼結ターゲットを用いると、金属成分を溶融させて再度固化させた合金ターゲットを用いるより、被覆層の表面に析出するドロップレットの量が多くなる傾向にある。
　成膜条件としては、これらのターゲットを用いて、アーク放電やグロー放電などにより金属源を蒸発させイオン化すると同時に、窒素源の窒素（Ｎ２）ガスや炭素源のメタン（ＣＨ４）／アセチレン（Ｃ２Ｈ２）ガスと反応させるイオンプレーティング法またはスパッタリング法によって被覆層およびドロップレットを成膜する。このとき、基体のセット位置は逃げ面がチャンバの側面とほぼ平行に、かつすくい面がチャンバの上面とほぼ平行な向きにセットする。この時、メインターゲットには１００～２００Ａ、上面のＣｒ成分を多く含有するサブターゲットには８０～２００Ａ、所望により、側面に配置するサブターゲットには１２０～２５０Ａのアーク電流を流す。
　そして、発生したアークプラズマに対してターゲットの向きと平行な向きに磁石を配置する等の方法にて、発生したアークプラズマに磁場を与えることによって、プラズマ内に存在する蒸発した各金属成分の存在状態を変化させることにより、ドロップレットの組成を所定の範囲に制御することができる。なお、イオンプレーティング法やスパッタリング法で上記被覆層を成膜する際には、被覆層の結晶構造を考慮して高硬度な被覆層を作製できるとともに基体との密着性を高めるために３５～２００Ｖのバイアス電圧を印加することが好ましい。
　平均粒径０．８μｍの炭化タングステン（ＷＣ）粉末を主成分として、平均粒径１．２μｍの金属コバルト（Ｃｏ）粉末を１０質量％、平均粒径１．０μｍの炭化バナジウム（ＶＣ）粉末を０．１質量％、平均粒径１．０μｍの炭化クロム（Ｃｒ３Ｃ２）粉末を０．３質量％の割合で添加し混合して、プレス成形によりＤＣＧＴ１１Ｔ３０２ＭＦＣＱ形状のスローアウェイチップ形状に成形した後、脱バインダ処理を施し、０．０１Ｐａの真空中、１４５０℃で１時間焼成して超硬合金を作製した。また、各試料のすくい面表面をブラスト加工、ブラシ加工等によって研磨加工した。さらに、作製した超硬合金にブラシ加工にて刃先処理（ホーニング）を施した。
　このようにして作製した基体に対して、表１に示すバイアス電圧を印加し、メインターゲット、側面のサブターゲット、上面のサブターゲットに対して所定のアーク電流をそれぞれ流し、かつアーク電流を発生させたターゲット材に対して、チャンバの上下面にリング状の永久磁石をはめ込んでターゲット方向から磁場を与えながら、成膜温度５４０℃として表２に示すすくい面組成で表４に示す逃げ面組成の被覆層を成膜した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　得られた試料に対して、被覆層の表面のすくい面及び逃げ面の各面の任意３箇所およびすくい面および逃げ面表面上に形成されたドロップレットを観察し、１視野における１０μｍ×１０μｍの任意領域における直径０．３μｍ以上のドロップレットの個数を測定し、測定箇所５箇所における平均個数を算出した。また、直径０．３μｍ以上の各ドロップレットの組成をエネルギー分散分光分析（ＥＤＳ）（アメテック社製ＥＤＡＸ）によって測定し、これらの平均値を被覆層のすくい面、逃げ面および各面表面上のドロップレットの平均組成として算出した。表３中、すくい面に形成されたドロップレットについてＣｒ，Ａｌ，Ｔｉの平均含有量（原子％）をそれぞれＣｒＤＲ、ＡｌＤＲ、ＴｉＤＲ、逃げ面に形成されたドロップレットについてＣｒ，Ａｌ，Ｔｉの平均含有量（原子％）をそれぞれＣｒＤＦ、ＡｌＤＦ、ＴｉＤＦと表記した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　次に、得られた外径切削工具ＤＣＧＴ１１Ｔ３０２ＭＦＣＱ形状のスローアウェイチップを用いて以下の切削条件にて切削試験を行った。結果は表４に示した。
切削方法：外径旋削加工
被削材　：炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）
切削速度：１３０ｍ／分
送り　　：０．０５ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み：１．２ｍｍ
切削状態：湿式
評価方法：５００個加工後のすくい面を観察して溶着状態を確認した。また、工具寿命まで加工できた加工数を確認し、そのときの摩耗形態を確認した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　表１～４に示す結果より、すくい面に存在するドロップレットの平均組成が逃げ面に存在するドロップレットの平均組成に比べてＣｒの含有比率が低い試料Ｎｏ．１１では、すくい面における被削材の溶着が激しくクレータ摩耗の進行が早くて早期に工具寿命となり、すくい面と逃げ面に存在するドロップレットの平均組成に対するＣｒの含有比率が同じ試料Ｎｏ．１２でも、すくい面における溶着が多く早期に摩耗が進行した。
　これに対して、本発明の範囲内である試料Ｎｏ．１～１０では、いずれも耐摩耗性に優れるとともに平滑な加工面に加工できて良好な切削性能を発揮した。
　１　切削工具
　２　基体
　３　すくい面
　４　逃げ面
　５　切刃
　６　被覆層
　７　ドロップレット

Claims (5)

  1. 　基体の表面に、ＣｒａＭ１－ａ（Ｃ１－ｘＮｘ）（ただし、ＭはＴｉ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｎｂ、ＺｒおよびＹから選ばれる少なくとも１種、０．０１≦ａ≦０．５、０≦ｘ≦１）からなる被覆層を被覆してなるとともに、すくい面と逃げ面との交差稜線に切刃を有しており、前記被覆層の表面にはドロップレットが存在するとともに、前記すくい面に存在する前記ドロップレットの平均組成が前記逃げ面に存在する前記ドロップレットの平均組成に比べてＣｒの含有比率が高い切削工具。
  2. 　前記被覆層が、ＣｒａＴｉｂＡｌｃＭ’ｄ（Ｃ１－ｘＮｘ）（ただし、Ｍ’はＳｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｎｂ、ＺｒおよびＹから選ばれる少なくとも１種、０．０１≦ａ≦０．２５、０．３≦ｂ≦０．８、０≦ｃ≦０．６、０≦ｄ≦０．２５、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１、０≦ｘ≦１）からなる請求項１記載の切削工具。
  3. 　前記すくい面に存在するドロップレットの数が前記逃げ面に存在するドロップレットの数よりも多い請求項１または２記載の切削工具。
  4. 　前記すくい面における前記被覆層中のＣｒの含有比率が前記逃げ面における前記被覆層中のＣｒの含有比率よりも多い請求項１乃至３のいずれか記載の切削工具。
  5. 　前記被覆層が、異なる組成の複数の薄層を交互に繰り返し積層した交互積層構造からなる請求項１乃至４のいずれか記載の切削工具。
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