JP5172687B2 - 表面被覆切削工具 - Google Patents
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Description
<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。このような構成を有する本発明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切削チップ、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等として極めて有用に用いることができる。
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等の炭窒化物等を添加したものも含む)、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、酸化アルミニウム、およびこれらの混合体など)、立方晶型窒化硼素焼結体、ダイヤモンド焼結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η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。
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、1以上の層が積層されて形成されるものである。より具体的には、該被膜は、1層以上の硬質層と1層以上の酸素リッチ硬質層とを含むものである。このような各層を含む限り、さらに他の層を含んでいても差し支えない。なお、本発明の被膜は、基材上の全面を被覆するもののみに限られるものではなく、部分的に被膜が形成されていない態様をも含む。
本発明の硬質層は、上記被膜中に1層以上含まれるものであり、層全体が結晶質からなるかまたはその一部に非晶質を含む結晶質からなるものである。ここで、「層全体が結晶質からなる」とは、実質的に層全体が結晶質からなることを示し、製造条件等により異相(純粋な結晶質以外の不純相)が極一部に包含される場合も含まれることを意味する。また、「その一部に非晶質を含む結晶質からなる」とは、たとえば非晶質の母体マトリックス中に結晶粒子が分散したナノコンポジット構造のような構造を示し、該層に結晶質の部分と非晶質の部分とが含まれるような態様を示す。このように本発明の硬質層は、要するに層の少なくとも一部が結晶質となっているものを示し、層全体が非晶質のみからなるものは含まれない。
上記一般式(I)中、Mは周期律表のIVa族元素、Va族元素、VIa族元素、Al、Mg、およびSiからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を示し(2種以上含まれる場合は、その合計数がeとなる限り各元素の原子比は限定されない)、かつe=1、a+b+c+d=1、0≦a<0.2、0≦b≦0.7、0.3≦c≦1、0≦d<0.2である。
本発明の酸素リッチ硬質層は、上記被膜中に1層以上含まれるものであり、該硬質層と積層され、かつ該硬質層との界面領域において非晶質となっていることを特徴としている。このように、該硬質層との界面領域を非晶質としたことにより、化学組成ならびに結晶構造の異なる硬質層との密着性が飛躍的に向上し、硬質層との間で層間剥離を生じることを極めて有効に防止することができる。これにより、この酸素リッチ硬質層と硬質層とが相乗的に作用することから耐摩耗性と耐欠損性とを高度に両立させることが可能となった。このように、本発明においては、従来技術のように各層の圧縮応力を精密に制御することなく各層の密着性を向上できるという顕著な効果を有しており、圧縮応力を制御することにより耐摩耗性と耐欠損性との両立が妨げられるという問題を一掃したものである。
上記一般式(II)中、M’は周期律表のIVa族元素、Va族元素、VIa族元素、Al、Y、Mg、B、およびSiからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を示し(2種以上含まれる場合は、その合計数がwとなる限り各元素の原子比は限定されない)、w=1、s+t+u+v=1.5、0≦s+t+u≦0.7、0.8≦v≦1.5である。
上記硬質層と酸素リッチ硬質層との積層の態様は、特に限定されることはなく任意に積層させることができる。たとえば、基材と接するようにして基材の直上に形成される層は、硬質層であってもよいし酸素リッチ硬質層であってもよい。また、2層以上を積層させる場合、異種の層を1層ずつ交互に積層させてもよいし、同種の層を2層以上重ねて積層してもよい。さらに被膜の最上層として表面を構成する層も、硬質層または酸素リッチ硬質層のいずれであっても差し支えない。さらに、上記の通り、硬質層および酸素リッチ硬質層以外の他の層を含んでいても差し支えない。
本発明の表面被覆切削工具の製造方法は、上記基材上に被膜の各層を物理蒸着法または化学蒸着法により形成する方法が挙げられる。しかし、化学蒸着法は被膜に引張応力が付与される傾向を示し、耐衝撃性が劣る場合があるため、被膜各層は物理蒸着法により形成することが特に好ましい。
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。なお、以下の各被膜の化学組成(化合物の組成)はXPS(X線光電子分光分析装置)によって確認し、結晶質および非晶質の同定はTEMによって確認した。また、残留応力(圧縮応力)はX線応力測定装置を用いたsin2ψ法により切削工具表面平坦部の任意の点3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した)の平均値を求めることによって算出した(このようなX線を用いたsin2ψ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54〜67頁に詳細に説明されている)。
まず、基材として次の2種を準備した。すなわち、グレードがJIS規格M20のWC基超硬合金であって、切削チップとしての形状がJIS規格CNMG120408であるもの(後述の2種の耐摩耗性試験に使用するもの)およびグレードがJIS規格P20のWC基超硬合金であって、切削チップとしての形状がJIS規格SDEX42MTであるもの(後述の断続試験に使用するもの)を準備した(上記のJIS規格は1998年度版のものである)。そして、それぞれの基材に対して以下のような方法により同様にして被膜を形成した。
被削材:SCM435丸棒
切削速度:250m/min
切込み:2.0mm
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乾式/湿式:乾式
<耐摩耗性試験−2>
被削材:FCD450丸棒
切削速度:260m/min
切込み:2.0mm
送り:0.3mm/rev.
乾式/湿式:乾式
<断続試験>
被削材:SCM435
切削速度:380m/min
切込み:2.0mm
送り:0.2mm/rev.
乾式/湿式:乾式
Claims (7)
- 基材と、該基材上に形成された被膜とを備える表面被覆切削工具であって、
前記被膜は、1層以上の硬質層と1層以上の酸素リッチ硬質層とを含み、
前記硬質層は、層全体が結晶質からなるかまたはその一部に非晶質を含む結晶質からなり、
前記酸素リッチ硬質層は、前記硬質層と積層され、Alと酸素元素とを含む化合物、またはAlと酸素元素と、炭素、窒素、および硼素からなる群から選ばれる少なくとも1種の元素とを含む化合物によって構成され、かつ前記硬質層との界面領域および前記界面領域以外の領域の実質的に同一金属種による二つの領域を有する一つの層であり、前記界面領域において非晶質となっているとともに、前記界面領域以外の領域においてγ型の結晶構造またはα型とγ型が共存する結晶構造となっていることを特徴とする表面被覆切削工具。 - 前記界面領域は、前記硬質層との界面から1nm以上500nm以下の厚みを有して形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。
- 前記硬質層は、周期律表のIVa族元素、Va族元素、VIa族元素、Al、Mg、およびSiからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素と窒素元素とを含む化合物、または周期律表のIVa族元素、Va族元素、VIa族元素、Al、Mg、およびSiからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素と窒素元素と、炭素、酸素、および硼素からなる群から選ばれる少なくとも1種の元素とを含む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。
- 周期律表のIVa族元素、Va族元素、VIa族元素、Al、Mg、およびSiからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素と窒素元素と、炭素、酸素、および硼素からなる群から選ばれる少なくとも1種の元素とを含む前記化合物は、その前記化合物に含まれる周期律表のIVa族元素、Va族元素、VIa族元素、Al、Mg、およびSiからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素と窒素元素とのみを含む化合物が有する結晶構造と同一の結晶構造を有することを特徴とする請求項3記載の表面被覆切削工具。
- 前記酸素リッチ硬質層を構成する化合物は、さらにZr、Hf、B、Ti、Cr、Y、およびSiからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を含むことを特徴とする請求項1記載の表面被覆切削工具。
- 前記被膜は、0.1μm以上25μm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。
- 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、またはダイヤモンド焼結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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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