WO2024018889A1 - 被覆工具および切削工具 - Google Patents

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WO2024018889A1
WO2024018889A1 PCT/JP2023/024715 JP2023024715W WO2024018889A1 WO 2024018889 A1 WO2024018889 A1 WO 2024018889A1 JP 2023024715 W JP2023024715 W JP 2023024715W WO 2024018889 A1 WO2024018889 A1 WO 2024018889A1
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WO
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phase
coated tool
layer
base body
coated
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Application number
PCT/JP2023/024715
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English (en)
French (fr)
Inventor
匠 橋本
佑介 塗木
Original Assignee
京セラ株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/24—After-treatment of workpieces or articles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B27/00—Tools for turning or boring machines; Tools of a similar kind in general; Accessories therefor
    • B23B27/14—Cutting tools of which the bits or tips or cutting inserts are of special material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C1/05—Mixtures of metal powder with non-metallic powder
    • C22C1/051—Making hard metals based on borides, carbides, nitrides, oxides or silicides; Preparation of the powder mixture used as the starting material therefor
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C29/00—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides
    • C22C29/02—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides
    • C22C29/06—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides based on carbides, but not containing other metal compounds
    • C22C29/08—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides based on carbides, but not containing other metal compounds based on tungsten carbide

Definitions

  • the present disclosure relates to coated tools and cutting tools.
  • Cemented carbide containing WC (tungsten carbide) as a hard phase is used for substrates in coated tools, etc., and is used in cutting tools such as end mills.
  • Patent Document 1 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2004-100004 (Patent Document 1) describes a coated cemented carbide in which a layered coating adhesion phase is formed between the coating and the cemented carbide base material.
  • the layered film adhesion phase is made of at least one metal compound selected from carbides, nitrides, and carbonitrides containing Ti and W.
  • JP-A-1-252306 (Patent Document 2) describes a cutting tool in which a coating layer is formed on the surface of a cemented carbide base with an adhesion reinforcing layer interposed therebetween.
  • the adhesion-strengthening layer is composed of a lower layer containing Co and W in a predetermined ratio and the remainder made of titanium carbide, an intermediate layer made of titanium carbonitride, etc., and an upper layer made of titanium carbide.
  • a non-limiting one-sided coated tool of the present disclosure is a coated tool having a base body and a coating layer located on the surface of the base body, wherein the base body is made of a carbide, nitride, or carbonitride containing Ti and W. It has a coating adhesion phase containing Co and at least one kind of metal compound selected from the above, and the coating adhesion phase is located at the interface between the base body and the coating layer.
  • a non-limiting one-sided cutting tool of the present disclosure includes a holder that extends from a first end toward a second end and has a pocket on the first end side, and the above-mentioned covered tool located in the pocket.
  • FIG. 1 is a perspective view of a non-limiting one-sided coated tool of the present disclosure
  • FIG. FIG. 2 is a schematic diagram of a cross section of the coated tool shown in FIG. 1 near the interface between the base and the coating layer.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing the vicinity of the surface of a non-limiting one-sided coated tool of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing the vicinity of the surface of a non-limiting one-sided coated tool of the present disclosure.
  • 1 is a perspective view of a non-limiting one-sided cutting tool of the present disclosure; FIG.
  • the non-limiting one-sided coated tool 1 of the present disclosure will be described in detail using the drawings.
  • the coated tool 1 may include any constituent members not shown in the respective figures referred to.
  • the dimensions of the members in each figure do not faithfully represent the dimensions of the actual constituent members or the dimensional ratios of each member. These points also apply to cutting tools described later.
  • the coated tool 1 may have a base body 3 and a coating layer 7 (coating layer) located on the surface 5 of the base body 3, as in a non-limiting example shown in FIGS. 1 and 2.
  • the base body 3 may have a film adhesion layer 9.
  • the film adhesion phase 9 may be a part of the base body 3.
  • the film adhesion phase 9 may contain at least one metal compound selected from carbides, nitrides, and carbonitrides containing Ti (titanium) and W (tungsten), and Co (cobalt).
  • the film adhesion phase 9 may contain a metal compound and Co as main components.
  • "Main component” may mean a component having the largest mass % value compared to other components. Therefore, in the film adhesion phase 9, the total value of the mass % of each of the metal compound and Co may be the largest. Furthermore, among the components contained in the film adhesion phase 9, the top two in terms of mass % may be a metal compound and Co.
  • Elemental analysis may be performed, for example, by energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS). Elemental analysis may be performed by cross-sectional observation using an EDS attached to an electron microscope. Examples of the electron microscope include a scanning electron microscope (SEM) and a transmission electron microscope (TEM).
  • EDS energy dispersive X-ray spectroscopy
  • Elemental analysis may be performed by cross-sectional observation using an EDS attached to an electron microscope. Examples of the electron microscope include a scanning electron microscope (SEM) and a transmission electron microscope (TEM).
  • SEM scanning electron microscope
  • TEM transmission electron microscope
  • the film adhesion phase 9 may be located at the interface S between the base body 3 and the coating layer 7, as in a non-limiting example shown in FIG.
  • the film adhesion phase 9 having the above composition can function as a phase that improves the adhesion with the coating layer 7 on the base body 3. Therefore, when the film adhesion phase 9 is located at the interface S between the substrate 3 and the coating layer 7, the adhesion between the substrate 3 and the coating layer 7 is likely to be improved. Therefore, in the coated tool 1, the adhesion between the base body 3 and the coating layer 7 is high. Moreover, the coated tool 1 has high wear resistance.
  • the substrate 3 may have a hard phase 11, a solid solution phase 13, and a binder phase 15.
  • the hard phase 11 may contain W and C. In other words, the hard phase 11 may contain WC.
  • the hard phase 11 may contain WC as a main component.
  • the top two in terms of mass % may be W and C.
  • the solid solution phase 13 may contain W, C, and Ti.
  • the solid solution phase 13 may contain W, C, and Ti as main components. That is, in the solid solution phase 13, the total value of the mass % of each of W, C, and Ti may be the largest. Furthermore, among the components contained in the solid solution phase 13, the top three in terms of mass % may be W, C, and Ti.
  • the binder phase 15 may contain an iron group metal.
  • the iron group metal include Co and Ni (nickel).
  • Bonded phase 15 may contain at least one of Co and Ni.
  • the binder phase 15 may contain an iron group metal as a main component.
  • the bonding phase 15 can function as a phase that bonds adjacent hard phases 11 together.
  • the base body 3 may be a cemented carbide having a hard phase 11, a solid solution phase 13, and a binder phase 15.
  • the film adhesion phase 9 may have a higher content of ⁇ component and Co than the binding phase 15. In these cases, fracture resistance tends to improve.
  • the content of the ⁇ component and Co in the film adhesion phase 9 may be 50 to 95% by mass.
  • the content of the ⁇ component and Co in the bonded phase 15 may be 20 to 60% by mass.
  • " ⁇ component and Co content” means the sum of the ⁇ component content and the Co content.
  • compositions of each of the hard phase 11, solid solution phase 13, and binder phase 15 may be measured by, for example, EDS. The measurement may be performed using an EDS attached to an electron microscope.
  • the film adhesion phase 9 may have a wavy shape in a cross section perpendicular to the surface 5 of the base 3. In this case, fracture resistance is likely to improve.
  • the portion of the film adhesion phase 9 on the opposite side of the interface S may be in contact with the hard phase 11.
  • the portion of the film adhesion phase 9 that is in contact with the hard phase 11 may have a wavy shape.
  • the film adhesion phase 9 may have an average thickness of 0.05 to 0.5 ⁇ m. In this case, fracture resistance is likely to improve.
  • the thickness of the film adhesion phase 9 may be measured by cross-sectional observation using an electron microscope. For example, the thickness may be measured at five or more measurement points at any arbitrary position of the coating layer 9, and the average value may be calculated.
  • the film adhesion phase 9 may be formed on 20 to 70% of the interface S between the substrate 3 and the coating layer 7. In this case, the adhesion between the base body 3 and the coating layer 7 is likely to be improved.
  • the film adhesion phase 9 may be discontinuous in the direction along the interface S in the cross section perpendicular to the surface 5 of the base 3. In this case, fracture resistance is likely to improve.
  • the hard phase 11 may be located between adjacent film adhesion phases 9.
  • the adjoining coating layers 9 may be in contact with the hard phase 11 located between them.
  • the film adhesion phase 9 is not limited to a configuration in which it is discontinuous in the direction along the interface S.
  • the film adhesion phase 9 may be continuous in the direction along the interface S.
  • the composition of the base 3 may contain Nb (niobium). In this case, the wear resistance of the coated tool 1 tends to be high. Note that the content of Nb in the base body 3 may be 0.1 to 3% by mass.
  • the base body 3 may be a cemented carbide having a hard phase 11, a solid solution phase 13, and a binder phase 15.
  • the base body 3 may further include a ⁇ phase 17.
  • Nb may be contained in the ⁇ phase 17, the bonded phase 15, or both. In this case, the wear resistance of the coated tool 1 tends to be high.
  • the ⁇ phase 17 may be a composite carbide containing W and at least one of Ti, Nb, Ta (tantalum), and Zr (zirconium).
  • the composition of the ⁇ phase 17 may be measured, for example, by EDS.
  • the covering layer 7 may be located on the entire surface 5 of the base 3, or may be located only on a portion of the surface 5. That is, the covering layer 7 may be located on at least a portion of the surface 5 of the base body 3.
  • the covering layer 7 may be formed by a chemical vapor deposition (CVD) method.
  • the covering layer 7 may be a CVD film.
  • the covering layer 7 may be a PVD film formed by a physical vapor deposition (PVD) method.
  • the covering layer 7 may have a single layer structure, or may have a structure in which a plurality of layers are laminated.
  • Examples of the composition of the coating layer 7 include TiCN (titanium carbonitride), Al 2 O 3 (alumina), and TiN (titanium nitride).
  • the covering layer 7 may include a TiCN layer 19 and an Al 2 O 3 layer 21 in this order from the base 3, as shown in a non-limiting example shown in FIG.
  • the TiCN layer 19 may be in contact with the substrate 3.
  • the Al 2 O 3 layer 21 may be in contact with the TiCN layer 19 .
  • the covering layer 7 may include a TiN layer 23, a TiCN layer 19, and an Al 2 O 3 layer 21 in this order from the base 3, as shown in a non-limiting example shown in FIG.
  • the TiN layer 23 may be in contact with the base 3.
  • the TiCN layer 19 may be in contact with the TiN layer 23.
  • the Al 2 O 3 layer 21 may be in contact with the TiCN layer 19 .
  • the covering layer 7 is not limited to a specific thickness.
  • the average thickness of the TiCN layer 19 may be set to about 1 to 15 ⁇ m.
  • the average thickness of the Al 2 O 3 layer 21 may be set to about 1 to 15 ⁇ m.
  • the TiN layer 23 may have an average thickness of about 0.1 to 5 ⁇ m.
  • the thickness of the coating layer 7 may be measured by cross-sectional observation using an electron microscope. For example, the thickness may be measured at ten or more measurement points at arbitrary positions of each layer, and the average value may be calculated.
  • a cutting insert is shown as a non-limiting example of the coated tool 1. Note that the covered tool 1 is not limited to a cutting insert.
  • the coated tool 1 has a first surface 25 (upper surface), a second surface 27 (side surface) adjacent to the first surface 25, and a cut located on at least a part of the ridgeline of the first surface 25 and the second surface 27. It may have a blade 29.
  • the first surface 25 may be a rake surface.
  • the entire first surface 25 may be a rake surface, or a portion thereof may be a rake surface.
  • a region of the first surface 25 along the cutting edge 29 may be a rake surface.
  • the second surface 27 may be a flank surface.
  • the entire second surface 27 may be a flank surface, or a portion thereof may be a flank surface.
  • a region of the second surface 27 along the cutting edge 29 may be a flank surface.
  • the cutting edge 29 may be located on a part of the ridgeline, or may be located on the entire ridgeline.
  • the cutting blade 29 can be used to cut a workpiece.
  • the film adhesion phase 9 may be located at the interface S between the base body 3 and the coating layer 7 where the cutting edge 29 is located. In this case, the cutting edge 29 is less likely to break.
  • the covered tool 1 may have a through hole 31.
  • the through hole 31 can be used to attach a fixing screw or a clamp member when the coated tool 1 is held in a holder.
  • the through hole 31 may be formed from the first surface 25 to a surface located on the opposite side of the first surface 25 (lower surface), or may be open in these surfaces. Note that there is no problem even if the through holes 31 are configured to open in mutually opposing regions on the second surface 27.
  • the coated tool 1 may have a square plate shape. Note that the shape of the covered tool 1 is not limited to the square plate shape.
  • the first surface 25 may be triangular, pentagonal, hexagonal, or circular.
  • the coated tool 1 is not limited to a specific size.
  • the length of one side of the first surface 25 may be set to about 3 to 20 mm.
  • the height from the first surface 25 to the surface located on the opposite side of the first surface 25 (lower surface) may be set to about 5 to 20 mm.
  • the base body 3 When manufacturing the coated tool 1, the base body 3 may be manufactured first. An example in which the base body 3 is made of cemented carbide will be described. First, raw material powders such as WC powder, TiC powder, TaC powder, ZrC powder, Co powder, and NbC powder may be prepared.
  • the proportion of TiC powder may be 0.5 to 5% by mass.
  • the proportion of TaC powder may be 0.1 to 5% by weight.
  • the proportion of ZrC powder may be 0.2 to 5% by weight.
  • the proportion of Co powder may be 4 to 15% by weight.
  • the proportion of NbC powder may be 0.1 to 3% by weight.
  • the remainder may be WC powder.
  • the average particle size of the raw material powder may be appropriately selected within the range of 0.1 to 10 ⁇ m.
  • the average particle diameter of the raw material powder may be a value measured by the microtrack method.
  • a molded body may be obtained by mixing and molding the prepared raw material powders.
  • Examples of the molding method include press molding, casting molding, extrusion molding, and cold isostatic pressing.
  • the obtained molded body may be subjected to binder removal treatment and then fired. Firing may be performed in a non-oxidizing atmosphere such as vacuum, argon atmosphere and nitrogen atmosphere.
  • the firing temperature may be 1450 to 1600°C.
  • the firing time may be 0.5 to 3 hours.
  • the base body 3 made of cemented carbide may be obtained by cooling after firing.
  • the cooling rate may be set to 6 to 20°C/min (°C/min). More specifically, the cooling rate may be set at 6 to 15° C./min.
  • NbC powder as the raw material powder and cooling at the above cooling rate
  • Nb contained in the composition of the base 3 is likely to be contained in the ⁇ phase 17, the binder phase 15, or both. .
  • a keeping step may be provided during cooling.
  • the cooling step may include a process of maintaining the temperature of the fired body for a certain period of time instead of monotonically cooling the fired body at a predetermined cooling rate.
  • the process of maintaining the temperature of this fired body is referred to as a "keeping process.”
  • maintaining the temperature of the fired body does not require keeping the temperature constant in the strict sense; the value obtained by dividing the temperature difference before and after the "keeping process" by the time the keeping process was performed is If the cooling rate is lower than a predetermined cooling rate, it may be considered that the temperature of the fired body is maintained. In this case, the base body 3 is likely to have the coating layer 9 .
  • the keeping step may be performed under the following conditions. Time: 0.5-2 hours Temperature: 800-1000°C Pressure: 5-10kPa Atmosphere: Hydrogen atmosphere
  • a keeping step is added when cooling the fired body with the cooling rate set to 10° C./min (° C./min).
  • a coating layer 7 may be formed on the surface 5 of the obtained base body 3 by a CVD method to obtain a coated tool 1.
  • the TiCN layer 19 may be formed as follows. First, as for the reaction gas composition, titanium tetrachloride (TiCl 4 ) gas is 0.1 to 10 volume %, nitrogen (N 2 ) gas is 10 to 60 volume %, and methane (CH 4 ) gas is 0.1 to 15 volume %. %, and the remainder hydrogen (H 2 ) gas. Then, the TiCN layer 19 may be formed by introducing this mixed gas into the chamber and setting the temperature to 800 to 1100° C. and the pressure to 5 to 30 kPa.
  • TiCl 4 titanium tetrachloride
  • nitrogen (N 2 ) gas is 10 to 60 volume %
  • methane (CH 4 ) gas is 0.1 to 15 volume %. %
  • H 2 remainder hydrogen
  • the Al 2 O 3 layer 21 may be formed as follows. First, as the reaction gas composition, aluminum trichloride (AlCl 3 ) gas is 0.5 to 5 volume %, hydrogen chloride (HCl) gas is 0.5 to 3.5 volume %, and carbon dioxide (CO 2 ) gas is 0. A mixed gas consisting of hydrogen sulfide (H 2 S) gas of 0.5 to 5% by volume, 0.5% or less of hydrogen sulfide (H 2 S) gas, and the remainder hydrogen (H 2 ) gas may be prepared. Then, the Al 2 O 3 layer 21 may be formed by introducing this mixed gas into the chamber and setting the temperature to 930 to 1010° C. and the pressure to 5 to 10 kPa.
  • AlCl 3 aluminum trichloride
  • HCl hydrogen chloride
  • CO 2 carbon dioxide
  • the TiN layer 23 may be formed as follows. First, as a reaction gas composition, a mixed gas consisting of 0.1 to 10% by volume of titanium tetrachloride (TiCl 4 ) gas, 10 to 60% by volume of nitrogen (N 2 ) gas, and the remainder hydrogen (H 2 ) gas is used. May be adjusted. Then, the TiN layer 23 may be formed by introducing this mixed gas into the chamber and setting the temperature to 800 to 1010° C. and the pressure to 10 to 85 kPa.
  • TiCl 4 titanium tetrachloride
  • N 2 nitrogen
  • H 2 hydrogen
  • the above manufacturing method is an example of a method for manufacturing the coated tool 1. Therefore, it goes without saying that the coated tool 1 is not limited to that produced by the above manufacturing method.
  • the cutting tool 101 extends from a first end 103a toward a second end 103b, and is located in the holder 103 having a pocket 105 on the side of the first end 103a, as in the non-limiting example shown in FIG.
  • the coated tool 1 may also be provided.
  • the cutting tool 101 includes the coated tool 1, stable cutting is possible because the coated tool 1 has high wear resistance.
  • the pocket 105 may be a portion where the covered tool 1 is attached.
  • the pocket 105 may be open on the outer peripheral surface of the holder 103 and the end surface on the first end 103a side.
  • the coated tool 1 may be installed in the pocket 105 so that the cutting edge 29 protrudes outward from the holder 103. Further, the covered tool 1 may be attached to the pocket 105 using the fixing screw 107. That is, by inserting the fixing screw 107 into the through hole 31 of the covered tool 1 and inserting the tip of the fixing screw 107 into a screw hole formed in the pocket 105 to screw the threaded parts together, the covered tool 1 is It may be attached to the pocket 105. At this time, the lower surface of the covered tool 1 may be in direct contact with the pocket 105, or a sheet may be sandwiched between the covered tool 1 and the pocket 105.
  • Examples of the material of the holder 103 include steel and cast iron. When the material of the holder 103 is steel, the holder 103 has high toughness.
  • a cutting tool 101 used for so-called turning is illustrated.
  • Examples of the turning process include inner diameter machining, outer diameter machining, and grooving.
  • the use of the cutting tool 101 is not limited to turning. For example, there is no problem even if the cutting tool 101 is used for milling.
  • the present disclosure is not limited to the above-described embodiments, and may be made into any one without departing from the gist of the present disclosure. Needless to say.
  • the coated tool 1 is used as the cutting tool 101 has been described as an example, but the coated tool 1 can also be applied to other uses.
  • Other uses include, for example, wear-resistant parts such as sliding parts and molds, tools such as excavation tools and blades, and impact-resistant parts.
  • a coated tool is a coated tool having a base body and a coating layer located on the surface of the base body, wherein the base body is selected from carbides, nitrides, and carbonitrides containing Ti and W.
  • the film-adhesive phase contains Co and at least one metal compound, and the film-adhesive phase is located at the interface between the base body and the coating layer.
  • the base has a hard phase containing W and C, a solid solution phase containing W, C, and Ti, and a binder phase containing an iron group metal.
  • the coating adhesion phase may have a higher content of ⁇ component and Co than the bonding phase.
  • the coated adhering phase may have a wavy shape in a cross section perpendicular to the surface of the base.
  • the coated adhesive phase may have an average thickness of 0.05 to 0.5 ⁇ m.
  • the coated adhesion phase in a cross section perpendicular to the surface of the base, is between 2 and 3 of the interface between the base and the coating layer. It may be formed in 70%.
  • the composition of the base may contain Nb.
  • the base body includes a hard phase containing W and C, a solid solution phase containing W, C, and Ti, and a binder phase containing an iron group metal.
  • the substrate may further include a ⁇ phase, and the Nb may be contained in the ⁇ phase, the binder phase, or both.
  • the coating layer may include a TiCN layer and an Al 2 O 3 layer in this order from the base.
  • the coating layer may include, in order from the base, a TiN layer, a TiCN layer, and an Al 2 O 3 layer.
  • the cutting tool includes a holder extending from a first end toward a second end and having a pocket on the first end side, and a holder according to any one of (1) to (9) above located in the pocket.
  • a coated tool can be provided.
  • Example No. 1-2 ⁇ Preparation of coated tool> First, WC powder with an average particle size of 3 ⁇ m, TiC powder with an average particle size of 1 ⁇ m, TaC powder with an average particle size of 1 ⁇ m, ZrC powder with an average particle size of 1 ⁇ m, Co powder with an average particle size of 1.5 ⁇ m, and NbC powder with an average particle size of 1 ⁇ m.
  • the powder was prepared as a raw material powder.
  • the average particle size of the raw material powder is a value measured by the microtrack method.
  • the raw material powders were mixed so that the composition of the coating adhesion phase in the fired body was composition A or composition B in Table 1, and press-molded into the shape of a cutting tool (CNMG120408) to obtain a molded body.
  • a cutting tool CNMG120408
  • the obtained molded body was subjected to a binder removal treatment, it was held at a temperature of 1450 to 1600°C for 0.5 to 2 hours and fired. After firing, it was cooled to obtain a base made of cemented carbide. At this time, the cooling rate was set to the conditions shown in Table 2.
  • a coating layer was formed on the surface of the obtained substrate by a CVD method to obtain a coated tool shown in Table 2.
  • a TiN layer with an average thickness of 1 ⁇ m, a TiCN layer with an average thickness of 10 ⁇ m, and an Al 2 O 3 layer with an average thickness of 5 ⁇ m were formed in order from the substrate.
  • the composition of the substrate was measured by EDS. Specifically, cross-sectional observation was performed using an EDS attached to the SEM. Measurements were taken at three arbitrary locations at a magnification of 5,000 to 20,000 times, and the average value was calculated.
  • the obtained substrates contained a hard phase containing W and C as main components, a solid solution phase containing W, C, and Ti as main components, and an iron group metal (Co). It had a binder phase containing as a main component. Further, the substrate had a coating adhesion phase having composition A or composition B in Table 1. The film-adhesive phase was located at the interface between the substrate and the coating layer. The coating adhesion phase had a higher content of ⁇ component (Ti) and Co than the bonding phase.
  • the film-adhesive phase had a wavy shape. More specifically, in the above-mentioned cross section, the part of the film-adhesive phase on the opposite side of the interface was in contact with the hard phase. The portion of the film adhesion phase that was in contact with the hard phase had a wavy shape.
  • the average thickness of the film adhesion phase was 0.2 ⁇ m. In the above cross section, the film adhesion phase was formed on 60% of the interface.
  • the substrate obtained with composition A contained Nb and had a ⁇ phase.
  • the ⁇ phase was (W, Ti, Nb, Ta, Zr)C.
  • Nb was contained in the ⁇ phase and the bonded phase.
  • Sample No. 3 Sample No. 1 was used, except that the cooling rate was set to the conditions shown in Table 2 and no holding step was provided during cooling. A substrate was prepared under the same conditions as No. 1, and sample No. 1 was coated on the surface of this substrate by CVD. The same coating layer as in 1 was formed to obtain the coated tools shown in Table 2.
  • the composition of the substrate was determined by sample No. It was measured by EDS under the same conditions as 1 and 2. As a result, the obtained substrate has a hard phase containing W and C as main components, a solid solution phase containing W, C, and Ti as main components, and a solid solution phase containing iron group metal (Co) as main components. However, it did not have a coating adhesion phase.
  • the evaluation results are shown in Table 2.
  • the "number of impacts until the cutting edge breaks" in the evaluation results in Table 2 represents the number of impacts until the cutting edge breaks during cutting, and can also be called intermittent performance evaluation. .
  • Sample No. 1 to 2 are sample No. Compared to No. 3, the wear resistance of the cutting edge was higher, and stable cutting was possible as a cutting tool.

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Abstract

本開示の限定されない一面の被覆工具は、基体と、基体の表面に位置する被覆層とを有した被覆工具であって、基体は、Ｔｉ、Ｗを含有する炭化物、窒化物、炭窒化物から選ばれた少なくとも１種の金属化合物と、Ｃｏとを含有する被膜密着相を有し、被膜密着相は、基体と被覆層との界面に位置している。本開示の限定されない一面の切削工具は、第１端から第２端に向かって延び、第１端側にポケットを有するホルダと、ポケットに位置する、上記の被覆工具と、を備える。

Description

被覆工具および切削工具 関連出願の相互参照
　本出願は、２０２２年７月２１日に出願された日本国特許出願２０２２－１１６２５１号の優先権を主張するものであり、この先の出願の開示全体を、ここに参照のために取り込む。
　本開示は、被覆工具および切削工具に関する。
　ＷＣ（炭化タングステン）を硬質相として含有する超硬合金は、被覆工具における基体などに用いられ、エンドミルなどの切削工具に利用されている。例えば、特開２００４－１００００４号公報（特許文献１）には、被膜と超硬合金の基材との間に、層状の被膜密着相を形成した被覆超硬合金が記載されている。層状の被膜密着相は、Ｔｉ、Ｗを含有する炭化物、窒化物、炭窒化物から選ばれた少なくとも１種の金属化合物からなる。
　また、特開平１－２５２３０６号公報（特許文献２）には、超硬合金の基体の表面に付着強化層を介して被覆層を形成した切削工具が記載されている。付着強化層は、ＣｏおよびＷを所定の割合で含有して残りが炭化チタンからなる下層と、炭窒化チタンなどからなる中間層と、炭化チタンからなる上層で構成される。
　本開示の限定されない一面の被覆工具は、基体と、該基体の表面に位置する被覆層とを有した被覆工具であって、前記基体は、Ｔｉ、Ｗを含有する炭化物、窒化物、炭窒化物から選ばれた少なくとも１種の金属化合物と、Ｃｏとを含有する被膜密着相を有し、該被膜密着相は、前記基体と前記被覆層との界面に位置している。
　本開示の限定されない一面の切削工具は、第１端から第２端に向かって延び、前記第１端側にポケットを有するホルダと、前記ポケットに位置する、上記の被覆工具と、を備える。
本開示の限定されない一面の被覆工具を示す斜視図である。 図１に示す被覆工具における基体と被覆層との界面付近の断面の模式図である。 本開示の限定されない一面の被覆工具の表面付近を示す断面図である。 本開示の限定されない一面の被覆工具の表面付近を示す断面図である。 本開示の限定されない一面の切削工具を示す斜視図である。
　＜被覆工具＞
　以下、本開示の限定されない一面の被覆工具１について、図面を用いて詳細に説明する。但し、以下で参照する各図では、説明の便宜上、実施形態を説明する上で必要な主要部材のみが簡略化して示される。したがって、被覆工具１は、参照する各図に示されない任意の構成部材を備え得る。また、各図中の部材の寸法は、実際の構成部材の寸法および各部材の寸法比率などを忠実に表したものではない。これらの点は、後述する切削工具においても同じである。
　被覆工具１は、図１および図２に示す限定されない一例のように、基体３と、基体３の表面５に位置する被覆層７（被膜層）とを有してもよい。
　基体３は、被膜密着相９を有してもよい。被膜密着相９は、基体３の一部であってもよい。被膜密着相９は、Ｔｉ（チタン）、Ｗ（タングステン）を含有する炭化物、窒化物、炭窒化物から選ばれた少なくとも１種の金属化合物と、Ｃｏ（コバルト）とを含有してもよい。
　被膜密着相９は、主成分として金属化合物とＣｏとを含有してもよい。「主成分」とは、他の成分と比較して質量％の値が最も大きい成分のことを意味してもよい。したがって、被膜密着相９において、金属化合物とＣｏのそれぞれの質量％の合計値が最も大きくてもよい。また、被膜密着相９が含有する成分のうち質量％の値の上位２つが、金属化合物およびＣｏであってもよい。
　元素分析は、例えば、エネルギー分散型Ｘ線分光分析法（Energy Dispersive X-ray Spectroscopy：ＥＤＳ）で行ってもよい。元素分析は、電子顕微鏡に付属するＥＤＳを用いた断面観察で行ってもよい。電子顕微鏡としては、例えば、走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscopy：ＳＥＭ）および透過電子顕微鏡（Transmission Electron Microscopy：ＴＥＭ）などが挙げられ得る。
　ここで、被膜密着相９は、図２に示す限定されない一例のように、基体３と被覆層７との界面Ｓに位置してもよい。上記の組成を有する被膜密着相９は、基体３において被覆層７との密着性を高める相として機能し得る。したがって、基体３と被覆層７との界面Ｓに被膜密着相９が位置する場合には、基体３と被覆層７との密着性が向上し易い。そのため、被覆工具１は、基体３と被覆層７との密着性が高い。また、被覆工具１は、耐摩耗性が高い。
　基体３は、硬質相１１、固溶体相１３および結合相１５を有してもよい。
　硬質相１１は、ＷとＣとを含有してもよい。言い換えれば、硬質相１１は、ＷＣを含有してもよい。硬質相１１は、主成分としてＷＣを含有してもよい。硬質相１１が含有する成分のうち質量％の値の上位２つが、ＷおよびＣであってもよい。
　固溶体相１３は、ＷとＣとＴｉとを含有してもよい。固溶体相１３は、主成分としてＷとＣとＴｉとを含有してもよい。すなわち、固溶体相１３において、ＷとＣとＴｉのそれぞれの質量％の合計値が最も大きくてもよい。また、固溶体相１３が含有する成分のうち質量％の値の上位３つが、Ｗ、ＣおよびＴｉであってもよい。
　結合相１５は、鉄族金属を含有してもよい。鉄族金属としては、例えば、ＣｏおよびＮｉ（ニッケル）などが挙げられ得る。結合相１５は、ＣｏおよびＮｉの少なくとも一方を含有してもよい。結合相１５は、主成分として鉄族金属を含有してもよい。結合相１５は、隣り合う硬質相１１を結合させる相として機能し得る。
　基体３は、硬質相１１、固溶体相１３および結合相１５を有する超硬合金であってもよい。被膜密着相９は、結合相１５よりも、β成分およびＣｏの含有量が多くてもよい。これらの場合には、耐欠損性が向上し易い。なお、被膜密着相９におけるβ成分およびＣｏの含有量は、５０～９５質量％であってもよい。結合相１５におけるβ成分およびＣｏの含有量は、２０～６０質量％であってもよい。「β成分およびＣｏの含有量」は、β成分の含有量と、Ｃｏの含有量との合計を意味する。
　β成分としては、例えば、Ｔｉなどが挙げられ得る。また、硬質相１１、固溶体相１３および結合相１５のそれぞれの組成は、例えば、ＥＤＳで測定してもよい。測定は、電子顕微鏡に付属するＥＤＳを用いて行ってもよい。
　図２に示す限定されない一例のように、基体３の表面５に垂直な断面において、被膜密着相９は、波状の形状であってもよい。この場合には、耐欠損性が向上し易い。なお、上記の断面において、被膜密着相９は、界面Ｓの反対側の部分が硬質相１１に接してもよい。被膜密着相９における硬質相１１に接した部分が、波状の形状であってもよい。
　被膜密着相９は、平均厚さが　０．０５～０．５μｍであってもよい。この場合には、耐欠損性が向上し易い。
　被膜密着相９の厚さの測定は、電子顕微鏡を用いた断面観察で行ってもよい。例えば、被膜密着相９の任意の位置において５箇所以上の測定点において厚さを測定し、その平均値を算出してもよい。
　図２に示す限定されない一例のように、基体３の表面５に垂直な断面において、被膜密着相９は、基体３と被覆層７との界面Ｓの２～７割に形成されてもよい。この場合には、基体３と被覆層７との密着性が向上し易い。
　図２に示す限定されない一例のように、基体３の表面５に垂直な断面において、被膜密着相９は、界面Ｓに沿う方向において不連続であってもよい。この場合には、耐欠損性が向上し易い。
　被膜密着相９が不連続である場合には、互いに隣り合う被膜密着相９の間に硬質相１１が位置してもよい。互いに隣り合う被膜密着相９は、両者の間に位置する硬質相１１に接してもよい。なお、被膜密着相９は、界面Ｓに沿う方向において不連続である構成に限定されない。被膜密着相９は、界面Ｓに沿う方向において連続してもよい。
　基体３の組成は、Ｎｂ（ニオブ）を含有してもよい。この場合には、被覆工具１の耐摩耗性が高くなり易い。なお、基体３におけるＮｂの含有量は、０．１～３質量％であってもよい。
　基体３は、硬質相１１、固溶体相１３および結合相１５を有する超硬合金であってもよい。基体３は、β相１７をさらに有してもよい。Ｎｂは、β相１７または結合相１５、またはその両方に含有されてもよい。この場合には、被覆工具１の耐摩耗性が高くなり易い。
　β相１７は、Ｔi、Ｎｂ、Ｔａ（タンタル）およびＺｒ（ジルコニウム）のうち少なくとも１種と、Ｗとを含む複合炭化物であってもよい。β相１７の組成は、例えば、ＥＤＳで測定してもよい。
　被覆層７は、基体３の表面５の全体に位置してもよく、また、一部のみに位置してもよい。すなわち、被覆層７は、基体３の表面５の少なくとも一部に位置してもよい。
　被覆層７は、化学蒸着（Chemical Vapor Deposition：ＣＶＤ）法で成膜されてもよい。言い換えれば、被覆層７は、ＣＶＤ膜であってもよい。なお、被覆層７は、物理蒸着（Physical Vapor Deposition：ＰＶＤ）法で成膜されたＰＶＤ膜であってもよい。
　被覆層７は、単層の構成であってもよく、また、複数の層が積層された構成であってもよい。被覆層７の組成としては、例えば、ＴｉＣＮ（炭窒化チタン）、Ａｌ2Ｏ3（アルミナ）およびＴｉＮ（窒化チタン）などが挙げられ得る。
　被覆層７は、図３に示す限定されない一例のように、基体３の方から、順にＴｉＣＮ層１９とＡｌ2Ｏ3層２１とを有してもよい。ＴｉＣＮ層１９は、基体３に接してもよい。Ａｌ2Ｏ3層２１は、ＴｉＣＮ層１９に接してもよい。
　被覆層７は、図４に示す限定されない一例のように、基体３の方から、順にＴｉＮ層２３とＴｉＣＮ層１９とＡｌ2Ｏ3層２１とを有してもよい。ＴｉＮ層２３は、基体３に接してもよい。ＴｉＣＮ層１９は、ＴｉＮ層２３に接してもよい。Ａｌ2Ｏ3層２１は、ＴｉＣＮ層１９に接してもよい。
　被覆層７は、特定の厚さに限定されない。例えば、ＴｉＣＮ層１９は、平均厚さが１～１５μｍ程度に設定されてもよい。Ａｌ2Ｏ3層２１は、平均厚さが１～１５μｍ程度に設定されてもよい。ＴｉＮ層２３は、平均厚さが０．１～５μｍ程度に設定されてもよい。被覆層７の厚さの測定は、電子顕微鏡を用いた断面観察で行ってもよい。例えば、各層の任意の位置において１０箇所以上の測定点において厚さを測定し、その平均値を算出してもよい。
　図１においては、被覆工具１の限定されない一例として切削インサートを示している。なお、被覆工具１は、切削インサートに限定されない。
　被覆工具１は、第１面２５（上面）と、第１面２５と隣り合う第２面２７（側面）と、第１面２５と第２面２７の稜線部の少なくとも一部に位置する切刃２９と、を有してもよい。
　第１面２５は、すくい面であってもよい。第１面２５は、その全面がすくい面であってもよく、また、その一部がすくい面であってもよい。例えば、第１面２５のうち切刃２９に沿った領域が、すくい面であってもよい。
　第２面２７は、逃げ面であってもよい。第２面２７は、その全面が逃げ面であってもよく、また、その一部が逃げ面であってもよい。例えば、第２面２７のうち切刃２９に沿った領域が、逃げ面であってもよい。
　切刃２９は、稜線部の一部に位置してもよく、また、稜線部の全部に位置してもよい。切刃２９は、被削材の切削に用いることが可能である。なお、被膜密着相９は、基体３と、切刃２９が位置する被覆層７との界面Ｓに位置してもよい。この場合には、切刃２９が欠損しにくい。
　被覆工具１は、貫通孔３１を有してもよい。貫通孔３１は、被覆工具１をホルダに保持する際に、固定ネジまたはクランプ部材などを取り付けるために用いることが可能である。貫通孔３１は、第１面２５から第１面２５の反対側に位置する面（下面）にかけて形成されてもよく、また、これらの面において開口してもよい。なお、貫通孔３１は、第２面２７における互いに対向する領域に開口する構成であっても何ら問題ない。
　被覆工具１は、四角板形状であってもよい。なお、被覆工具１の形状は、四角板形状に限定されない。例えば、第１面２５は、三角形、五角形、六角形または円形であってもよい。
　被覆工具１は、特定の大きさに限定されない。例えば、第１面２５の一辺の長さは、３～２０ｍｍ程度に設定されてもよい。また、第１面２５から第１面２５の反対側に位置する面（下面）までの高さは、５～２０ｍｍ程度に設定されてもよい。
　＜被覆工具の製造方法＞
　次に、本開示の限定されない一面の被覆工具の製造方法について、被覆工具１を製造する場合を例に挙げて説明する。
　被覆工具１を製造する際は、最初に基体３を作製してもよい。基体３として、超硬合金からなる基体３を作製する場合を例に挙げて説明する。まず、原料粉末として、ＷＣ粉末、ＴｉＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＺｒＣ粉末、Ｃｏ粉末およびＮｂＣ粉末などを準備してもよい。
　ＴｉＣ粉末の割合は、０．５～５質量％であってもよい。ＴａＣ粉末の割合は、０．１～５質量％であってもよい。ＺｒＣ粉末の割合は、０．２～５質量％であってもよい。Ｃｏ粉末の割合は、４～１５質量％であってもよい。ＮｂＣ粉末の割合は、０．１～３質量％であってもよい。残部をＷＣ粉末としてもよい。
　原料粉末の平均粒径は、０．１～１０μｍの範囲で適宜選択してもよい。原料粉末の平均粒径は、マイクロトラック法で測定された値であってもよい。
　準備した原料粉末を混合して成形し、成形体を得てもよい。成形方法としては、例えば、プレス成形、鋳込成形、押出成形および冷間静水圧プレス成形などが挙げられ得る。
　得られた成形体に脱バインダ処理を施した後に焼成してもよい。焼成は、真空、アルゴン雰囲気および窒素雰囲気などの非酸化性雰囲気中で行ってもよい。焼成温度は、１４５０～１６００℃であってもよい。焼成時間は、０．５～３時間であってもよい。
　焼成後に冷却し、超硬合金からなる基体３を得てもよい。このとき、冷却速度を６～２０℃／分（℃／ｍｉｎ）に設定してもよい。より具体的には、冷却速度を６～１５℃／分に設定してもよい。原料粉末にＮｂＣ粉末を用いた場合であって、上記の冷却速度で冷却する場合には、基体３の組成に含有されるＮｂが、β相１７または結合相１５、またはその両方に含有され易い。
　また、冷却中にキープ工程を設けてもよい。なおここで「キープ工程」とは、前段に示す冷却工程に付加され得る工程である。当該冷却工程において、焼成体を所定の冷却速度で単調に冷却するのではなく、一定時間、焼成体の温度を維持するプロセスが含まれ得る。この焼成体の温度を維持するプロセスを「キープ工程」とする。ただし、焼成体の温度を維持するとは、厳密な意味で温度を一定に保つことは要求されず、「キープ工程」の前後での温度差を、キープ工程を行った時間で割った値が、所定の冷却速度より小さければ、焼成体の温度を維持すると見なしてもよい。この場合には、基体３が被膜密着相９を有するようになり易い。キープ工程は、以下の条件で行ってもよい。
　時間　：０．５～２時間
　温度　：８００～１０００℃
　圧力　：５～１０ｋＰａ
　雰囲気：水素雰囲気
　例えば、冷却速度を１０℃／分（℃／ｍｉｎ）に設定して焼成体を冷却する際に、キープ工程を付加するとする。この時のキープ工程の条件として、設定温度が９００℃、開始時の温度が９３０℃、終了時の温度が８７０℃、時間が１時間（＝６０分）と設定する。このキープ工程での温度変化の速度は、１［＝（９３０－８７０）／６０］（℃／ｍｉｎ）であり、冷却速度の１０℃／分（℃／ｍｉｎ）よりも小さい。そのため、上記においては、冷却中にキープ工程が設けられたと言える。
　次に、得られた基体３の表面５にＣＶＤ法によって被覆層７を成膜し、被覆工具１を得てもよい。
　ＴｉＣＮ層１９は、次のように成膜してもよい。まず、反応ガス組成として、四塩化チタン（ＴｉＣｌ4）ガスを０．１～１０体積％、窒素（Ｎ2）ガスを１０～６０体積％、メタン（ＣＨ4）ガスを０．１～１５体積％、残りが水素（Ｈ2）ガスからなる混合ガスを調整してもよい。そして、この混合ガスをチャンバ内に導入し、温度を８００～１１００℃、圧力を５～３０ｋＰａに設定し、ＴｉＣＮ層１９を成膜してもよい。
　Ａｌ2Ｏ3層２１は、次のように成膜してもよい。まず、反応ガス組成として、三塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ3）ガスを０．５～５体積％、塩化水素（ＨＣｌ）ガスを０．５～３．５体積％、二酸化炭素（ＣＯ2）ガスを０．５～５体積％、硫化水素（Ｈ2Ｓ）ガスを０．５体積％以下、残りが水素（Ｈ2）ガスからなる混合ガスを調整してもよい。そして、この混合ガスをチャンバ内に導入し、温度を９３０～１０１０℃、圧力を５～１０ｋＰａに設定し、Ａｌ2Ｏ3層２１を成膜してもよい。
　ＴｉＮ層２３は、次のように成膜してもよい。まず、反応ガス組成として、四塩化チタン（ＴｉＣｌ4）ガスを０．１～１０体積％、窒素（Ｎ2）ガスを１０～６０体積％、残りが水素（Ｈ2）ガスからなる混合ガスを調整してもよい。そして、この混合ガスをチャンバ内に導入し、温度を８００～１０１０℃、圧力を１０～８５ｋＰａに設定し、ＴｉＮ層２３を成膜してもよい。
　なお、上記の製造方法は、被覆工具１を製造する方法の一例である。したがって、被覆工具１が、上記の製造方法によって作製されたものに限定されないことはいうまでもない。
　＜切削工具＞
　次に、本開示の限定されない一面の切削工具１０１について、上記の被覆工具１を備える場合を例に挙げて、図面を用いて説明する。
　切削工具１０１は、図５に示す限定されない一例のように、第１端１０３ａから第２端１０３ｂに向かって延び、第１端１０３ａの側にポケット１０５を有するホルダ１０３と、ポケット１０５に位置する被覆工具１と、を備えてもよい。切削工具１０１が被覆工具１を備える場合には、被覆工具１の耐摩耗性が高いことから、安定した切削が可能となる。
　ポケット１０５は、被覆工具１が装着される部分であってもよい。ポケット１０５は、ホルダ１０３の外周面および第１端１０３ａの側の端面において開口してもよい。
　被覆工具１は、切刃２９がホルダ１０３から外方に突出するようにポケット１０５に装着されてもよい。また、被覆工具１は、固定ネジ１０７によって、ポケット１０５に装着されてもよい。すなわち、被覆工具１の貫通孔３１に固定ネジ１０７を挿入し、この固定ネジ１０７の先端をポケット１０５に形成されたネジ孔に挿入してネジ部同士を螺合させることによって、被覆工具１がポケット１０５に装着されてもよい。このとき、被覆工具１の下面がポケット１０５に直接に接してもよく、また、被覆工具１とポケット１０５との間にシートが挟まれてもよい。
　ホルダ１０３の材質としては、例えば、鋼および鋳鉄などが挙げられ得る。ホルダ１０３の材質が鋼の場合には、ホルダ１０３の靱性が高い。
　図５に示す一例においては、いわゆる旋削加工に用いられる切削工具１０１を例示している。旋削加工としては、例えば、内径加工、外径加工および溝入れ加工などが挙げられ得る。なお、切削工具１０１の用途は、旋削加工に限定されない。例えば、切削工具１０１を転削加工に用いても何ら問題ない。
　以上、本開示の限定されない一面の被覆工具１および切削工具１０１について例示したが、本開示は上記の実施形態に限定されず、本開示の要旨を逸脱しない限り任意のものとすることができることはいうまでもない。
　例えば、上記の限定されない実施形態では、切削工具１０１に被覆工具１を用いる場合を例にとって説明したが、被覆工具１は、他の用途にも適用可能である。他の用途としては、例えば、摺動部品や金型などの耐摩部品、掘削工具、刃物などの工具、および、耐衝撃部品などが挙げられ得る。
　また、被覆工具１および切削工具１０１は、以下の構成であってもよい。
　（１）被覆工具は、基体と、該基体の表面に位置する被覆層とを有した被覆工具であって、前記基体は、Ｔｉ、Ｗを含有する炭化物、窒化物、炭窒化物から選ばれた少なくとも１種の金属化合物と、Ｃｏとを含有する被膜密着相を有し、該被膜密着相は、前記基体と前記被覆層との界面に位置している。
　（２）上記（１）の被覆工具は、前記基体が、ＷとＣとを含有する硬質相と、ＷとＣとＴｉとを含有する固溶体相と、鉄族金属を含有する結合相とを有している超硬合金であって、前記被膜密着相は、前記結合相よりも、β成分およびＣｏの含有量が多くてもよい。
　（３）上記（１）または（２）の被覆工具は、前記基体の前記表面に垂直な断面において、前記被膜密着相が、波状の形状であってもよい。
　（４）上記（１）～（３）のいずれか１つの被覆工具は、前記被膜密着相が、平均厚さが０．０５～０．５μｍであってもよい。
　（５）上記（１）～（４）のいずれか１つの被覆工具は、前記基体の前記表面に垂直な断面において、前記被膜密着相が、前記基体と前記被覆層との前記界面の２～７割に形成されてもよい。
　（６）上記（１）～（５）のいずれか１つの被覆工具は、前記基体の組成が、Ｎｂを含有していてもよい。
　（７）上記（６）の被覆工具は、前記基体が、ＷとＣとを含有する硬質相と、ＷとＣとＴｉとを含有する固溶体相と、鉄族金属を含有する結合相とを有している超硬合金であって、前記基体は、β相をさらに有し、前記Ｎｂは、前記β相または前記結合相、またはその両方に含有されていてもよい。
　（８）上記（１）～（７）のいずれか１つの被覆工具は、前記被覆層が、前記基体の方から、順にＴｉＣＮ層とＡｌ2Ｏ3層とを有してもよい。
　（９）上記（１）～（７）のいずれか１つの被覆工具は、前記被覆層が、前記基体の方から、順にＴｉＮ層とＴｉＣＮ層とＡｌ2Ｏ3層とを有してもよい。
　（１０）切削工具は、第１端から第２端に向かって延び、前記第１端側にポケットを有するホルダと、前記ポケットに位置する、上記（１）～（９）のいずれか１つの被覆工具と、を備えることができる。
　以下、実施例を挙げて本開示を詳細に説明するが、本開示は以下の実施例に限定されない。
　［試料Ｎｏ．１～２］
　＜被覆工具の作製＞
　まず、平均粒径３μｍのＷＣ粉末、平均粒径１μｍのＴｉＣ粉末、平均粒径１μｍのＴａＣ粉末、平均粒径１μｍのＺｒＣ粉末、平均粒径１．５μｍのＣｏ粉末および平均粒径１μｍのＮｂＣ粉末を原料粉末として準備した。原料粉末の平均粒径は、マイクロトラック法で測定された値である。
　次に、焼成体における被膜密着相の組成が、表１の組成Ａまたは組成Ｂとなるように原料粉末を混合し、切削工具形状（ＣＮＭＧ１２０４０８）にプレス成形して成形体を得た。得られた成形体に脱バインダ処理を施した後、１４５０～１６００℃の温度で０．５～２時間保持して焼成した。そして、焼成後に冷却し、超硬合金からなる基体を得た。このとき、冷却速度を表２に示す条件に設定した。
　また、冷却中にキープ工程を設けた。キープ工程は、以下の条件で行った。
　時間　：１時間
　温度　：８５０℃
　圧力　：７．５ｋＰａ
　雰囲気：水素雰囲気
　得られた基体の表面にＣＶＤ法によって被覆層を成膜し、表２に示す被覆工具を得た。被覆層は、基体の方から順に、平均厚さ１μｍのＴｉＮ層と、平均厚さ１０μｍのＴｉＣＮ層と、平均厚さ５μｍのＡｌ2Ｏ3層とを成膜した。
　基体の組成をＥＤＳで測定した。具体的には、ＳＥＭに付属するＥＤＳを用いた断面観察で行った。５０００～２００００倍の倍率で任意の３箇所を測定し、その平均値を算出した。
　ＥＤＳの測定の結果、得られた基体はいずれも、ＷとＣとを主成分として含有する硬質相と、ＷとＣとＴｉとを主成分として含有する固溶体相と、鉄族金属（Ｃｏ）を主成分として含有する結合相とを有していた。また、基体は、表１の組成Ａまたは組成Ｂの被膜密着相を有していた。被膜密着相は、基体と被覆層との界面に位置していた。被膜密着相は、結合相よりも、β成分（Ｔｉ）およびＣｏの含有量が多かった。
　基体の表面に垂直な断面において、被膜密着相は、波状の形状であった。より具体的には、上記の断面において、被膜密着相は、界面の反対側の部分が硬質相に接していた。被膜密着相における硬質相に接した部分が、波状の形状であった。
　被膜密着相は、平均厚さが０．２μｍであった。上記の断面において、被膜密着相は、界面の６割に形成されていた。
　組成Ａで得られた基体は、基体の組成がＮｂを含有しており、基体がβ相を有していた。β相の組成をＥＤＳで測定した結果、β相は、（Ｗ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｚｒ）Ｃであった。また、Ｎｂは、β相および結合相に含有されていた。
　［試料Ｎｏ．３］
　冷却速度を表２に示す条件に設定し、冷却中にキープ工程を設けなかった以外は、試料Ｎｏ．１と同じ条件で基体を作製し、この基体の表面にＣＶＤ法によって試料Ｎｏ．１と同じ被覆層を成膜し、表２に示す被覆工具を得た。
　基体の組成を試料Ｎｏ．１～２と同じ条件でＥＤＳで測定した。その結果、得られた基体は、ＷとＣとを主成分として含有する硬質相と、ＷとＣとＴｉとを主成分として含有する固溶体相と、鉄族金属（Ｃｏ）を主成分として含有する結合相とを有していたが、被膜密着相を有していなかった。
　＜評価＞
　得られた被覆工具について、下記の条件で切削評価を行った。
　加工形態：旋削
　切削速度：１５０ｍ／ｍｉｎ
　送り　　：０．４ｍｍ／ｒｅｖ
　切込み　：０．５ｍｍ
　被削材　：ＳＣＭ４３５ φ２００丸棒（４本溝入り）
　加工状態：ＷＥＴ
　その他　：測定は、ｎ＝４で行い、平均値を算出した。
　評価結果を表２に示す。なお、表２の評価結果における「刃先の欠損までの衝撃回数」とは、切削加工を行った際に、刃先が欠損するまでの衝撃回数を表したものであり、断続性能評価とも呼ばれ得る。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　試料Ｎｏ．１～２は、試料Ｎｏ．３と比較して、刃先の耐摩耗性が高く、切削工具として安定した切削が可能であった。
　　１・・・被覆工具
　　３・・・基体
　　５・・・表面
　　７・・・被覆層（被膜層）
　　９・・・被膜密着相
　１１・・・硬質相
　１３・・・固溶体相
　１５・・・結合相
　１７・・・β相
　１９・・・ＴｉＣＮ層
　２１・・・Ａｌ2Ｏ3層
　２３・・・ＴｉＮ層
　２５・・・第１面（上面）
　２７・・・第２面（側面）
　２９・・・切刃
　３１・・・貫通孔
１０１・・・切削工具
１０３・・・ホルダ
１０３ａ・・第１端
１０３ｂ・・第２端
１０５・・・ポケット
１０７・・・固定ネジ
　　Ｓ・・・界面

Claims (10)

  1. 　基体と、該基体の表面に位置する被覆層とを有した被覆工具であって、
    　前記基体は、Ｔｉ、Ｗを含有する炭化物、窒化物、炭窒化物から選ばれた少なくとも１種の金属化合物と、Ｃｏとを含有する被膜密着相を有し、
    　該被膜密着相は、前記基体と前記被覆層との界面に位置している、被覆工具。
  2. 　前記基体は、
    　　ＷとＣとを含有する硬質相と、
    　　ＷとＣとＴｉとを含有する固溶体相と、
    　　鉄族金属を含有する結合相とを有している超硬合金であって、
    　前記被膜密着相は、前記結合相よりも、β成分およびＣｏの含有量が多い、請求項１に記載の被覆工具。
  3. 　前記基体の前記表面に垂直な断面において、前記被膜密着相は、波状の形状である、請求項１または２に記載の被覆工具。
  4. 　前記被膜密着相は、平均厚さが０．０５～０．５μｍである、請求項１～３のいずれか１つに記載の被覆工具。
  5. 　前記基体の前記表面に垂直な断面において、前記被膜密着相は、前記基体と前記被覆層との前記界面の２～７割に形成された、請求項１～４のいずれか１つに記載の被覆工具。
  6. 　前記基体の組成が、Ｎｂを含有している、請求項１～５のいずれか１つに記載の被覆工具。
  7. 　前記基体は、
    　　ＷとＣとを含有する硬質相と、
    　　ＷとＣとＴｉとを含有する固溶体相と、
    　　鉄族金属を含有する結合相とを有している超硬合金であって、
    　前記基体は、β相をさらに有し、
    　前記Ｎｂは、前記β相または前記結合相、またはその両方に含有されている、請求項６に記載の被覆工具。
  8. 　前記被覆層は、前記基体の方から、順にＴｉＣＮ層とＡｌ2Ｏ3層とを有する、請求項１～７のいずれか１つに記載の被覆工具。
  9. 　前記被覆層は、前記基体の方から、順にＴｉＮ層とＴｉＣＮ層とＡｌ2Ｏ3層とを有する、請求項１～７のいずれか１つに記載の被覆工具。
  10. 　第１端から第２端に向かって延び、前記第１端側にポケットを有するホルダと、
    　前記ポケットに位置する、請求項１～９のいずれか１つに記載の被覆工具と、を備えた切削工具。
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Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6036635A (ja) * 1983-04-28 1985-02-25 カーボロイ　インコーポレーテッド 被覆炭化物切削工具インサート
JPH07237011A (ja) * 1994-02-28 1995-09-12 Mitsubishi Materials Corp 硬質被覆層がすぐれた密着性を有する表面被覆超硬合金製切削工具
JP2004100004A (ja) * 2002-09-11 2004-04-02 Toshiba Tungaloy Co Ltd 被覆超硬合金およびその製造方法
WO2008026700A1 (fr) * 2006-08-31 2008-03-06 Kyocera Corporation Outil de coupe, procédé pour sa fabrication et procédé de coupe
JP2009166218A (ja) * 2008-01-21 2009-07-30 Ngk Spark Plug Co Ltd ダイヤモンド被覆切削インサート及び切削工具
JP2009220260A (ja) * 2008-02-22 2009-10-01 Hitachi Tool Engineering Ltd 被覆工具及び被覆工具の製造方法
JP2018079539A (ja) * 2016-11-16 2018-05-24 京セラ株式会社 切削インサート及び切削工具
WO2018181272A1 (ja) * 2017-03-29 2018-10-04 京セラ株式会社 被覆工具及び切削工具
WO2019116614A1 (ja) * 2017-12-11 2019-06-20 住友電工ハードメタル株式会社 超硬合金及び切削工具
JP2020151775A (ja) * 2019-03-18 2020-09-24 三菱マテリアル株式会社 表面被覆切削工具
JP2021088039A (ja) * 2019-12-05 2021-06-10 三菱マテリアル株式会社 表面被覆切削工具

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6036635A (ja) * 1983-04-28 1985-02-25 カーボロイ　インコーポレーテッド 被覆炭化物切削工具インサート
JPH07237011A (ja) * 1994-02-28 1995-09-12 Mitsubishi Materials Corp 硬質被覆層がすぐれた密着性を有する表面被覆超硬合金製切削工具
JP2004100004A (ja) * 2002-09-11 2004-04-02 Toshiba Tungaloy Co Ltd 被覆超硬合金およびその製造方法
WO2008026700A1 (fr) * 2006-08-31 2008-03-06 Kyocera Corporation Outil de coupe, procédé pour sa fabrication et procédé de coupe
JP2009166218A (ja) * 2008-01-21 2009-07-30 Ngk Spark Plug Co Ltd ダイヤモンド被覆切削インサート及び切削工具
JP2009220260A (ja) * 2008-02-22 2009-10-01 Hitachi Tool Engineering Ltd 被覆工具及び被覆工具の製造方法
JP2018079539A (ja) * 2016-11-16 2018-05-24 京セラ株式会社 切削インサート及び切削工具
WO2018181272A1 (ja) * 2017-03-29 2018-10-04 京セラ株式会社 被覆工具及び切削工具
WO2019116614A1 (ja) * 2017-12-11 2019-06-20 住友電工ハードメタル株式会社 超硬合金及び切削工具
JP2020151775A (ja) * 2019-03-18 2020-09-24 三菱マテリアル株式会社 表面被覆切削工具
JP2021088039A (ja) * 2019-12-05 2021-06-10 三菱マテリアル株式会社 表面被覆切削工具

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