JP5254552B2 - Surface coated cutting tool - Google Patents
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Description
本発明は、基材上に被覆層を形成した表面被覆切削工具に関する。 The present invention relates to a surface-coated cutting tool in which a coating layer is formed on a substrate.
切削工具を構成する基材は、その表面保護を目的とするとともに耐摩耗性や靭性等の諸特性の更なる向上を目的として、各種の被覆層でその表面を被覆することが古くから行なわれてきた。近年、切削工具の動向として、地球環境保全の観点から切削油剤を用いないドライ加工が求められていること、被削材が多様化していること、および加工能率を一層向上させるため切削速度がより高速になってきていることなどから、切削加工時の切削工具の刃先温度はますます高温に曝される傾向にあり、切削工具用材料に要求される特性は厳しくなる一方である。 For the purpose of protecting the surface of the base material that constitutes a cutting tool and further improving various properties such as wear resistance and toughness, the surface of the base material has long been coated with various coating layers. I came. In recent years, cutting tools have been demanded by dry machining that does not use cutting fluids from the viewpoint of global environmental conservation, the diversification of work materials, and cutting speeds to further improve machining efficiency. Due to the high speed, the cutting edge temperature of the cutting tool during cutting tends to be exposed to higher temperatures, and the characteristics required for the cutting tool material are becoming stricter.
特にそのような切削工具用材料の要求特性として、高温での被覆層の安定性（耐酸化特性や密着性）はもちろんのこと、工具寿命に関係する耐摩耗性、すなわち被覆層の高温における硬度の向上や潤滑油剤に代わる被覆層の潤滑特性が一段と重要となっている。 In particular, the required properties of such cutting tool materials are not only the stability (oxidation resistance and adhesion) of the coating layer at high temperatures, but also the wear resistance related to the tool life, that is, the hardness of the coating layer at high temperatures. Improvements in lubrication and lubrication characteristics of coating layers in place of lubricants are becoming more important.
このため、この種の硬質の被覆層として従来より用いられてきたＴｉＡｌＮに代えて、ＡｌとＣｒとを含む窒化物の使用が提案されている（特許文献１）。このＡｌとＣｒとを含む窒化物はＴｉＡｌＮに比べて高温での安定性は優れているものの、大きな残留応力を有する傾向にあり、このため基材や他の被覆層との密着性が劣ることから耐摩耗性あるいは耐剥離性が不十分であるという問題があった。 For this reason, it has been proposed to use a nitride containing Al and Cr instead of TiAlN conventionally used as this type of hard coating layer (Patent Document 1). Although the nitride containing Al and Cr is superior to TiAlN in stability at high temperature, it tends to have a large residual stress, and therefore the adhesion to the base material and other coating layers is inferior. Therefore, there is a problem that the wear resistance or the peel resistance is insufficient.
そこで、この問題を解決するべく、ＡｌとＣｒとを含む窒化物の層と、ＴｉとＡｌとＳｉとを含む層とを交互に積層させた構造の被覆層が提案されている（特許文献２）。この提案により上記の問題はほぼ解決されているが、次のような新たな問題点が存した。 In order to solve this problem, a coating layer having a structure in which a nitride layer containing Al and Cr and a layer containing Ti, Al, and Si are alternately stacked has been proposed (Patent Document 2). ). Although the above problem is almost solved by this proposal, there are the following new problems.
すなわち、上記提案による交互積層物から構成される被覆層は、積層される各層が柱状組織の結晶構造を有するものであり、当該被覆層全体を単一の層で形成した場合に比べてその結晶構造は微細化される傾向を示すものの、上記のような使用状況下において切削工具にさらに高い負荷が適用されるような条件下では、その結晶構造をさらに微細化させることが求められている。これは、その結晶構造が十分に微細化されないと、切削加工時に被覆層に発生するクラックの進展を十分に抑制することができず、刃先のチッピングを誘発し結果的に工具寿命を低下させることになるためである。
本発明は、上記のような状況に鑑みなされたものであって、その目的とするところは、高温での安定性に優れるとともに、刃先のチッピングを抑制することにより工具寿命を長期化させた表面被覆切削工具を提供することにある。 The present invention has been made in view of the situation as described above, and the object thereof is a surface that has excellent stability at high temperatures and prolongs tool life by suppressing chipping of the blade edge. It is to provide a coated cutting tool.
本発明の表面被覆切削工具は、基材と該基材の表面上に形成された被覆層とを含むものであって、該被覆層は、Ａ層とＢ層とが交互にそれぞれ１層以上積層された交互層を含み、該Ａ層は、ＡｌとＣｒとを含む窒化物からなり、該Ａ層を構成する金属原子の総数を１としたときのＣｒの原子数の比が０よりも大きく０．４以下であり、該Ｂ層は、ＴｉとＳｉとを含む窒化物からなり、該Ｂ層を構成する金属原子の総数を１としたときのＳｉの原子数の比が０．０５以上０．３以下であることを特徴とする。 The surface-coated cutting tool of the present invention includes a base material and a coating layer formed on the surface of the base material, and the coating layer is composed of one or more layers of A layers and B layers alternately. The A layer is made of a nitride containing Al and Cr, and the ratio of the number of Cr atoms is less than 0 when the total number of metal atoms constituting the A layer is 1. The B layer is made of a nitride containing Ti and Si, and the ratio of the number of Si atoms when the total number of metal atoms constituting the B layer is 1 is 0.05. It is 0.3 or less.
ここで、上記交互層におけるＡ層の厚みをλａとし、Ｂ層の厚みをλｂとしたとき、Ａ層とＢ層との厚みの比であるλａ／λｂは、１≦λａ／λｂ＜５であることが好ましい。 Here, when the thickness of the A layers in the alternating layers is λa and the thickness of the B layers is λb, λa / λb, which is the ratio of the thicknesses of the A layers and B layers, is 1 ≦ λa / λb <5. Preferably there is.
また、上記交互層におけるＡ層の厚みをλａとし、Ｂ層の厚みをλｂとしたとき、互いに隣接するＡ層とＢ層との厚みの比であるλａ／λｂは、上記基材に最も近い側ではλａ／λｂ＝１であり、該基材から遠ざかるにしたがってλａ／λｂの値は連続的に大きくなっていき、該基材から最も遠い側では１＜λａ／λｂ＜５であることが好ましい。 Further, when the thickness of the A layer in the alternating layer is λa and the thickness of the B layer is λb, λa / λb, which is the ratio of the thicknesses of the adjacent A layer and B layer, is closest to the base material. Λa / λb = 1 on the side, and the value of λa / λb continuously increases as the distance from the substrate increases, and 1 <λa / λb <5 on the side farthest from the substrate. preferable.
また、上記被覆層の最下層は、Ａ層であることができ、またＢ層であっても差し支えない。また、上記被覆層の最上層は、Ｃ層であり、このＣ層は、ＴｉとＳｉとを含む炭窒化物からなり、このＣ層を構成する金属原子の総数を１としたときのＳｉの原子数の比が０．０５以上０．３以下であることが好ましい。 Further, the lowermost layer of the coating layer can be an A layer or a B layer. The uppermost layer of the coating layer is a C layer, and this C layer is made of carbonitride containing Ti and Si, and the total number of metal atoms constituting this C layer is 1. The atomic ratio is preferably 0.05 or more and 0.3 or less.
また、上記交互層においてＡ層とＢ層とは、中間遷移層を挟んで積層されており、該中間遷移層は、それに接する下層の組成から同じくそれに接する上層の組成へと厚み方向にその組成が連続的に変化することが好ましい。 In the alternate layers, the A layer and the B layer are laminated with an intermediate transition layer interposed therebetween, and the intermediate transition layer has a composition in the thickness direction from a lower layer composition in contact with the intermediate transition layer to an upper layer composition in contact therewith. Is preferably continuously variable.
また、上記被覆層は、−８ＧＰａ以上０ＧＰａ以下の平均残留応力を有していることが好ましい。また、上記被覆層の残留応力は、厚み方向において変化し、基材から遠ざかるにしたがってその残留応力の絶対値が大きくなることが好ましい。さらに、上記被覆層の結晶構造は、立方晶であることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the said coating layer has an average residual stress of -8 GPa or more and 0 GPa or less. Moreover, it is preferable that the residual stress of the said coating layer changes in the thickness direction, and the absolute value of the residual stress becomes large as it distances from a base material. Furthermore, the crystal structure of the coating layer is preferably cubic.
本発明の表面被覆切削工具は、高温での安定性に優れるとともに、刃先のチッピングを抑制することにより工具寿命を長期化させることに成功したものである。 The surface-coated cutting tool of the present invention is excellent in stability at high temperatures and succeeds in extending the tool life by suppressing chipping of the blade edge.
以下、本発明についてさらに詳細に説明する。なお、以下の実施の形態の説明では、図面を用いて説明しているが、本願の図面において同一の参照符号を付したものは、同一部分または相当部分を示している。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail. In the following description of the embodiments, the description is made with reference to the drawings. In the drawings of the present application, the same reference numerals denote the same or corresponding parts.
＜表面被覆切削工具＞
本発明の表面被覆切削工具は、基材と、該基材の表面上に形成された被覆層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、たとえばドリル、エンドミル、フライス加工用刃先交換型切削チップ、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。
<Surface coated cutting tool>
The surface-coated cutting tool of the present invention comprises a base material and a coating layer formed on the surface of the base material. The surface-coated cutting tool of the present invention having such a basic configuration is, for example, a drill, an end mill, a cutting edge replacement cutting tip for milling, a cutting edge replacement cutting tip for turning, a metal saw, a gear cutting tool, a reamer, a tap, Alternatively, it can be used very effectively as a pin milling tip for a crankshaft.
＜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。
<Base material>
As the base material of the surface-coated cutting tool of the present invention, a conventionally known material known as such a cutting tool base material can be used without particular limitation. For example, cemented carbide (for example, WC base cemented carbide, including WC, including Co, or further including carbonitride such as Ti, Ta, Nb, etc.), cermet (TiC, TiN, TiCN, etc.) High-speed steel, ceramics (titanium carbide, silicon carbide, silicon nitride, aluminum nitride, aluminum oxide, and mixtures thereof), cubic boron nitride sintered body, diamond sintered body Etc. can be mentioned as examples of such a substrate. When a cemented carbide is used as such a base material, the effect of the present invention is exhibited even if such a cemented carbide contains an abnormal phase called free carbon or η phase in the structure.
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β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いても良く、このように表面が改質されていても本発明の効果は示される。 In addition, these base materials may have a modified surface. For example, in the case of cemented carbide, a de-β layer may be formed on the surface, or in the case of cermet, a surface hardened layer may be formed, and even if the surface is modified in this way, The effect is shown.
＜被覆層＞
本発明の表面被覆切削工具の上記基材の表面上に形成される被覆層は、Ａ層とＢ層とが交互にそれぞれ１層以上積層された交互層を含むことを特徴としている。本発明の被覆層は、このような交互層を含む限り、この交互層以外に他の層を含んでいても差し支えない。このような他の層としては、たとえば後述のような被覆層の最下層としてのＡ層やＢ層、または被覆層の最上層としてのＣ層を挙げることができるが、これらのみに限られるものではない。このような他の層は、基材と交互層との間に形成することができるとともに交互層上に形成することもでき、その積層配置は特に限定されない。なお、交互層を上記基材上に直接形成することも勿論可能である。
<Coating layer>
The coating layer formed on the surface of the base material of the surface-coated cutting tool of the present invention is characterized by including alternating layers in which one or more A layers and B layers are alternately laminated. The coating layer of the present invention may contain other layers in addition to the alternating layers as long as such alternating layers are included. Examples of such other layers include A layer and B layer as the lowermost layer of the coating layer as described later, or C layer as the uppermost layer of the coating layer, but are not limited thereto. is not. Such other layers can be formed between the base material and the alternating layers, and can also be formed on the alternating layers, and the lamination arrangement is not particularly limited. Of course, it is possible to form the alternating layers directly on the substrate.
このような被覆層は、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、部分的に被覆層が形成されていない態様も含み、さらにまた部分的に被覆層の一部の積層構成が異なっているような態様をも含む。 Such a coating layer is not limited to the one that covers the entire surface of the base material, and includes a mode in which the coating layer is not partially formed. The aspect which a structure differs is also included.
なお、このような被覆層の厚み（被覆層全体の厚み）は、０．８μｍ以上１５μｍ以下とすることが好ましく、より好ましくはその上限が１０μｍ以下、さらに好ましくは５μｍ以下、その下限が１μｍ以上、さらに好ましくは１．５μｍ以上である。その厚みが０．８μｍ未満の場合、被覆層の厚みが薄すぎて本発明の表面被覆切削工具の寿命が短くなる傾向にあり、１５μｍを超えると切削初期において被覆層がチッピングしやすくなってやはり工具としての寿命が短くなる傾向にある。 The thickness of the coating layer (the thickness of the entire coating layer) is preferably 0.8 μm or more and 15 μm or less, more preferably the upper limit is 10 μm or less, still more preferably 5 μm or less, and the lower limit is 1 μm or more. More preferably, it is 1.5 μm or more. If the thickness is less than 0.8 μm, the thickness of the coating layer tends to be too thin and the life of the surface-coated cutting tool of the present invention tends to be shortened. If the thickness exceeds 15 μm, the coating layer tends to chip at the initial stage of cutting. The tool life tends to be shortened.
なお、本発明においては、被覆層の全体の厚みおよび後述の各層の厚みならびに積層数は、いずれも本発明の表面被覆切削工具を切断し、その断面をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）またはＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）を用いて観察することにより求めることができる。また、被覆層を構成する後述のような各層の組成は、ＸＰＳ（Ｘ線光電子分光分析装置）を用いて測定することができる。 In the present invention, the entire thickness of the coating layer, the thickness of each layer described later, and the number of layers are all cut from the surface-coated cutting tool of the present invention, and the cross section thereof is SEM (scanning electron microscope) or TEM ( It can be determined by observing using a transmission electron microscope. Moreover, the composition of each layer as will be described later constituting the coating layer can be measured by using XPS (X-ray photoelectron spectrometer).
＜交互層＞
本発明の上記被覆層に含まれる交互層は、下記のＡ層とＢ層とが交互にそれぞれ１層以上積層されたものであり、該Ａ層は、ＡｌとＣｒとを含む窒化物からなり、該Ａ層を構成する金属原子の総数を１としたときのＣｒの原子数の比が０よりも大きく０．４以下であり、該Ｂ層は、ＴｉとＳｉとを含む窒化物からなり、該Ｂ層を構成する金属原子の総数を１としたときのＳｉの原子数の比が０．０５以上０．３以下であるという構成を有している。
<Alternate layers>
The alternating layer included in the coating layer of the present invention is one in which one or more of the following A layers and B layers are alternately laminated, and the A layer is made of a nitride containing Al and Cr. The ratio of the number of Cr atoms when the total number of metal atoms constituting the A layer is 1 is greater than 0 and 0.4 or less, and the B layer is made of a nitride containing Ti and Si. The ratio of the number of Si atoms when the total number of metal atoms constituting the B layer is 1 is 0.05 or more and 0.3 or less.
このように本発明の交互層は、応力緩和作用を有するＢ層に隣接させてＡ層を積層させたことにより、比較的大きな残留応力を有するためにそれ単独では基材や他の被膜との密着性が劣るというＡ層が有する固有のデメリットを抑制しつつ、従来のＴｉＡｌＮに比し高温での安定性に優れるというＡ層の優れた作用効果を十分に発揮させることが可能となったため、表面被覆切削工具の高温での安定性を飛躍的に向上させることに成功したものである。 As described above, the alternating layer of the present invention has a relatively large residual stress by laminating the A layer adjacent to the B layer having the stress relaxation effect, so that the alternating layer of the present invention alone has no contact with the base material or other coatings. While suppressing the inherent demerits of the A layer that the adhesion is inferior, it is possible to sufficiently demonstrate the excellent effect of the A layer that is superior in stability at high temperatures compared to conventional TiAlN, It has succeeded in dramatically improving the stability of surface-coated cutting tools at high temperatures.
しかも、上記のような応力緩和作用を有するＢ層がＡｌを含んでいないため、このＢ層をＡ層に隣接して形成することにより（特に２つのＢ層間にＡ層を挟むことにより）Ａｌを含むＡ層における結晶成長の粗大化を効果的に防止することができ、以ってＡ層の結晶構造をより微細化することが可能となった。さらに、このＢ層も異なった組成のＡ層に隣接して形成されることになるので、結果的にＢ層自体の結晶成長の粗大化も同時に防止されることになる。 Moreover, since the B layer having the stress relaxation action as described above does not contain Al, by forming this B layer adjacent to the A layer (especially by sandwiching the A layer between two B layers), Al The coarsening of the crystal growth in the A layer containing can be effectively prevented, so that the crystal structure of the A layer can be further refined. Further, since this B layer is also formed adjacent to the A layer having a different composition, as a result, coarsening of the crystal growth of the B layer itself is prevented at the same time.
このため、高温で高い負荷が適用されるような切削条件下においても被覆層の表面に発生するクラックが基材方向に進展するのを十分に抑制することができ、以って刃先のチッピングを極めて有効に防止することに成功したものである。特にこの点は、先行技術である前述の特許文献２が有していた問題点（すなわち、Ｂ層にＡｌが含まれているためにＡ層の結晶構造の微細化を十分に達成できないという問題点）を解消させたものであり、極めて大きな産業上の利用性を有するものである。
For this reason, it is possible to sufficiently suppress the cracks generated on the surface of the coating layer from progressing in the direction of the base material even under cutting conditions in which a high load is applied at a high temperature, and thus chipping of the cutting edge can be achieved. It has succeeded in preventing it very effectively. In particular, this point is a problem that the above-mentioned
本発明の交互層の上記のような構成によりクラックの進展が抑制されるのは、恐らく次のような理由であると考えられる。すなわち、Ａ層の結晶構造の微細化により、被覆層の表面に発生したクラックが大規模な層剥離に発展することなくＡ層とＢ層との界面でその進展が効果的に遮断されるためではないかと推測される。 The reason why the development of cracks is suppressed by the above-described configuration of the alternating layers of the present invention is probably as follows. That is, since the crystal structure of the A layer is refined, cracks generated on the surface of the coating layer are effectively blocked at the interface between the A layer and the B layer without developing large-scale delamination. I guess that.
このようにして、本発明の表面被覆切削工具は、高温での安定性に優れるとともに刃先のチッピングを抑制することにより、高温でしかも高い負荷がかかるような切削条件下においても耐摩耗性と耐欠損性とを高度に両立させることができ、以って工具寿命を長期化させることに成功したものである。 In this way, the surface-coated cutting tool of the present invention is excellent in stability at high temperatures and suppresses chipping of the blade edge, so that it is resistant to wear and wear even under high temperature and high cutting conditions. It was possible to achieve a high balance between fracturing properties and succeeded in extending the tool life.
なお、本発明において、上記の交互層におけるＡ層の積層数およびＢ層の積層数は、交互層を構成しているＡ層およびＢ層のそれぞれの積層数のことを意味するものとする。たとえば、上記の交互層が、基材側から順にＡ層、Ｂ層、Ａ層、Ｂ層およびＡ層の順序で積層された構成を有している場合には、交互層におけるＡ層の積層数は３層となり、Ｂ層の積層数は２層となる。勿論、最少積層数は、Ａ層およびＢ層とも１層であるが、最大積層数は特に限定されない。通常、Ａ層およびＢ層の各層の積層数は、１０層以上５０００層以下とすることが好ましい。１０層未満の場合、各層における結晶構造の微細化への寄与が小さくなる傾向にあり、５０００層を超えると、１層当りの厚みが薄くなり過ぎ各層が混合する傾向にある。 In the present invention, the number of A layers and the number of B layers in the alternate layers described above mean the number of layers of the A layer and the B layer constituting the alternate layers. For example, in the case where the alternating layers have a configuration in which layers A, B, A, B, and A are stacked in this order from the substrate side, the layers A are stacked in the alternating layers. The number is three, and the number of layers B is two. Of course, the minimum number of layers is one for both the A layer and the B layer, but the maximum number of layers is not particularly limited. Usually, the number of layers of each of the A layer and the B layer is preferably 10 or more and 5000 or less. If it is less than 10 layers, the contribution to the refinement of the crystal structure in each layer tends to be small, and if it exceeds 5000 layers, the thickness per layer tends to be too thin and the layers tend to mix.
また、本発明における交互層においては、積層はＡ層から開始されていても良いし、Ｂ層から開始されていても良い（すなわち交互層において、最も基材側に近く位置する層はＡ層であっても良いしＢ層であっても良い）。また、交互層における積層は、Ａ層で終了しても良いし、Ｂ層で終了しても良い（すなわち交互層において、基材側から最も遠く離れて位置する層はＡ層であっても良いしＢ層であっても良い）。 Further, in the alternating layers in the present invention, the lamination may be started from the A layer, or may be started from the B layer (that is, the layer closest to the substrate side in the alternating layer is the A layer). Or B layer). In addition, the stacking in the alternating layers may end with the A layer or may end with the B layer (that is, in the alternating layer, the layer located farthest from the substrate side may be the A layer). Good or B layer).
このような交互層の厚みは、０．８μｍ以上１５μｍ以下とすることが好ましく、より好ましくはその上限が１０μｍ以下、さらに好ましくは５μｍ以下、その下限が１μｍ以上、さらに好ましくは１．５μｍ以上である。その厚みが０．８μｍ未満では、工具寿命が低下する場合があり、１５μｍを超えると大きな残留応力に起因して被膜自体がチッピングする場合がある。 The thickness of such alternating layers is preferably 0.8 μm or more and 15 μm or less, more preferably the upper limit is 10 μm or less, more preferably 5 μm or less, and the lower limit is 1 μm or more, more preferably 1.5 μm or more. is there. If the thickness is less than 0.8 μm, the tool life may be reduced, and if it exceeds 15 μm, the coating itself may be chipped due to a large residual stress.
＜Ａ層＞
上記の交互層におけるＡ層は、ＡｌとＣｒとを含む窒化物からなるものであるが、Ａｌを含んでいるために高い耐酸化性を有している。また、Ａ層はＡｌだけでなくＣｒも含むために耐酸化性がさらに高くなっている。また、Ａ層においては、Ａｌの含有量がたとえ高くなったとしてもＣｒを含有するためにＡ層の結晶構造が立方晶となって高硬度化する傾向にある。そして、これらの諸特性は高温においても発揮され、十分なる高温安定性を示すものとなる。なお、Ａ層は、ＡｌとＣｒとを含む限り窒素以外の他の元素を含んでいても差し支えない。
<A layer>
The A layers in the alternating layers are made of a nitride containing Al and Cr, but have high oxidation resistance because they contain Al. Further, since the A layer contains not only Al but also Cr, the oxidation resistance is further enhanced. In the A layer, even if the Al content increases, the A layer tends to have a high hardness because the crystal structure of the A layer becomes cubic because it contains Cr. These various characteristics are exhibited even at a high temperature, and sufficient high temperature stability is exhibited. The A layer may contain elements other than nitrogen as long as it contains Al and Cr.
また、Ａ層を構成する金属原子の総数を１としたときのＣｒの原子数の比は、０よりも大きく０．４以下である。ここで、上記のＣｒの原子数の比が０．４よりも大きい場合にはＡ層の硬度が低下してしまう。また、Ａ層の硬度がより高くなる観点からは、上記のＣｒの原子数の比は０．２以上０．３５以下であることがより好ましい。なお、本発明において「金属原子」とは、水素、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、ラドン、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素、アスタチン、酸素、硫黄、セレン、テルル、窒素、リン、ヒ素、アンチモンおよび炭素以外の元素の原子のことをいう。 The ratio of the number of Cr atoms when the total number of metal atoms constituting the A layer is 1 is greater than 0 and 0.4 or less. Here, when the ratio of the number of Cr atoms is larger than 0.4, the hardness of the A layer is lowered. Further, from the viewpoint of increasing the hardness of the A layer, the ratio of the number of Cr atoms is more preferably 0.2 or more and 0.35 or less. In the present invention, the “metal atom” is hydrogen, helium, neon, argon, krypton, xenon, radon, fluorine, chlorine, bromine, iodine, astatine, oxygen, sulfur, selenium, tellurium, nitrogen, phosphorus, arsenic, An atom of an element other than antimony and carbon.
また、このようなＡ層において、ＡｌとＣｒとを含む金属原子の総数を１としたとき、窒素の原子数の比は０．８以上１．５以下とすることが好ましい。０．８未満では膜硬度が低下する傾向にあり、１．５を超える場合も同様に膜硬度が低下する傾向がある。 In such an A layer, when the total number of metal atoms including Al and Cr is 1, the ratio of the number of nitrogen atoms is preferably 0.8 or more and 1.5 or less. If it is less than 0.8, the film hardness tends to decrease, and if it exceeds 1.5, the film hardness tends to decrease similarly.
＜Ｂ層＞
上記の交互層におけるＢ層は、ＴｉとＳｉとを含む窒化物からなり、ＴｉとＳｉとを含む限り窒素以外の他の元素を含んでいても差し支えない。このようにＢ層は、ＴｉとともにＳｉを含んでいることから小さい残留応力値を示し応力緩和層としての作用を有している。また、Ｂ層の結晶構造は立方晶となっており、十分なる高温安定性を示すものとなる。なお、前述の通り、このＢ層はＡｌを含まないことを特徴とするものである。
<B layer>
The B layers in the alternating layers are made of a nitride containing Ti and Si, and may contain elements other than nitrogen as long as they contain Ti and Si. Thus, since the B layer contains Si together with Ti, it exhibits a small residual stress value and has a function as a stress relaxation layer. Further, the crystal structure of the B layer is a cubic crystal, and exhibits sufficient high temperature stability. As described above, this B layer does not contain Al.
また、上記のＢ層を構成する金属原子の総数を１としたときのＳｉの原子数の比は、０．０５以上０．３以下である。上記のＢ層のＳｉの原子数の比が０．３を超える場合にはＢ層の硬度が低下して摩耗が促進してしまい、０．０５未満では十分に残留応力値を小さくすることができなくなってしまう。なお、Ｂ層の硬度がより高くなる観点からは、上記のＢ層のＳｉの原子数の比は０．１以上０．２５以下であることがより好ましい。 The ratio of the number of Si atoms when the total number of metal atoms constituting the B layer is 1 is 0.05 or more and 0.3 or less. When the ratio of the number of Si atoms in the B layer is more than 0.3, the hardness of the B layer is reduced and the wear is promoted. When the ratio is less than 0.05, the residual stress value can be sufficiently reduced. It becomes impossible. From the viewpoint of increasing the hardness of the B layer, the ratio of the number of Si atoms in the B layer is more preferably 0.1 or more and 0.25 or less.
また、このようなＢ層において、ＴｉとＳｉとを含む金属原子の総数を１としたとき、窒素の原子数の比は０．８以上１．５以下とすることが好ましい。０．８未満では膜硬度が低下する傾向にあり、１．５を超える場合も同様に膜硬度が低下する傾向がある。 In such a B layer, when the total number of metal atoms including Ti and Si is 1, the ratio of the number of nitrogen atoms is preferably 0.8 or more and 1.5 or less. If it is less than 0.8, the film hardness tends to decrease, and if it exceeds 1.5, the film hardness tends to decrease similarly.
＜Ａ層またはＢ層に含まれる他の元素の例＞
本発明においては、Ａ層およびＢ層の少なくとも一方にバナジウムが原子％で３０原子％未満含まれていてもよい。この場合には、切削時における高温環境においてＡ層および／またはＢ層の表面が酸化したとしても、バナジウムの酸化物は低融点を有するのでバナジウムの酸化物が切削時の潤滑剤として作用するようになり、結果として被削材の融着を抑制できる傾向にある。バナジウムが３０原子％以上含有される場合にはＡ層および／またはＢ層の硬度が低下する傾向にある。また、バナジウムが１５原子％未満含有される場合には上記の被削材の融着を抑制できるとともにＡ層および／またはＢ層の硬度も高くすることができる。なお、本発明において、「原子％」とは、層を構成する金属原子の総原子数に対する原子数の割合（％）のことをいう。
<Examples of other elements contained in layer A or layer B>
In the present invention, vanadium may be contained in at least one of the A layer and the B layer in an atomic percent of less than 30 atomic percent. In this case, even if the surface of the A layer and / or the B layer is oxidized in a high temperature environment during cutting, the vanadium oxide has a low melting point, so that the vanadium oxide acts as a lubricant during cutting. As a result, there is a tendency that the fusion of the work material can be suppressed. When vanadium is contained in an amount of 30 atomic% or more, the hardness of the A layer and / or the B layer tends to decrease. Further, when vanadium is contained in an amount of less than 15 atomic%, fusion of the work material can be suppressed and the hardness of the A layer and / or the B layer can be increased. In the present invention, “atomic%” refers to the ratio (%) of the number of atoms to the total number of metal atoms constituting the layer.
また、本発明においては、Ａ層およびＢ層の少なくとも一方にホウ素が原子％で１０原子％未満含まれていてもよい。この場合には、メカニズムはわかっていないが層の硬度をさらに高くすることができる傾向にある。また、切削中の表面酸化によって形成されるホウ素の酸化物が特にＡ層中のＡｌの酸化物を緻密化する傾向にあることからも好ましい。さらに、ホウ素の酸化物は低融点であるので切削時の潤滑剤として作用し、被削材の溶着を抑える傾向もある。 In the present invention, boron may be contained in at least one of the A layer and the B layer in an atomic percent of less than 10 atomic percent. In this case, although the mechanism is not known, the hardness of the layer tends to be further increased. Further, boron oxide formed by surface oxidation during cutting is also preferable because it tends to densify Al oxide in the A layer. Furthermore, since the boron oxide has a low melting point, it acts as a lubricant during cutting and tends to suppress welding of the work material.
また、本発明のＡ層においては、Ｓｉを原子％で１０原子％未満含有させることもできる。これにより、Ａ層の硬度が高くなる傾向にあり、またＡ層の結晶構造も微細化する傾向にある。 Further, in the A layer of the present invention, Si can be contained in an atomic percent of less than 10 atomic percent. As a result, the hardness of the A layer tends to increase, and the crystal structure of the A layer tends to become finer.
＜Ａ層およびＢ層の厚み＞
上記Ａ層およびＢ層の厚みは、それぞれ０．００２μｍ以上２μｍ以下であることが好ましい。この範囲の厚みとすることにより、被覆層の表面で発生したクラックの進展（基材方向への進展）を最も効果的に抑制することができる傾向にある。また、Ａ層およびＢ層の厚みがそれぞれ０．００２μｍ未満である場合には、両層が混ざり合ってＡ層およびＢ層を交互に積層したことによる効果を得ることができない傾向にあり、２μｍを超える場合にはクラックの進展の効果的な抑制効果が得られにくい傾向にある。
<Thickness of A layer and B layer>
The thicknesses of the A layer and the B layer are each preferably 0.002 μm or more and 2 μm or less. By setting it as the thickness of this range, it exists in the tendency which can suppress most effectively the progress of the crack which generate | occur | produced on the surface of the coating layer (progress to a base material direction). Further, when the thicknesses of the A layer and the B layer are each less than 0.002 μm, the two layers are mixed and there is a tendency that the effect obtained by alternately laminating the A layer and the B layer cannot be obtained. If it exceeds 1, the effect of effectively suppressing the progress of cracks tends to be difficult to obtain.
なお、上記Ａ層の厚みは、交互層中に含まれる各々のＡ層において実質的に全て同じ厚みを有していても良いし、互いに異なる厚みを有していても良い。また、同じくＢ層についても上記交互層中に含まれる各々のＢ層において実質的に全て同じ厚みを有していても良いし、互いに異なる厚みを有していても良い。 The thickness of the A layer may be substantially the same in each of the A layers included in the alternating layers, or may be different from each other. Similarly, the B layers may have substantially the same thickness in each of the B layers included in the alternating layers, or may have different thicknesses.
また、本発明の表面被覆切削工具１の模式的断面図である図１に示すように、基材２上に形成された交互層１３におけるＡ層１２の厚みをλａとし、Ｂ層１５の厚みをλｂとしたとき、Ａ層１２とＢ層１５との厚みの比であるλａ／λｂは、１≦λａ／λｂ＜５であることが好ましく、１≦λａ／λｂ＜３であることがより好ましい。上述したように、Ａ層は高い耐酸化性を有していることに加えて、熱伝導率も低く、切削時に発生した熱を基材に伝えにくい性質を持つ。したがって、被覆層中のＡ層の割合が相対的に増えると、表面被覆切削工具全体としての耐熱性が向上するので、特に、このような厚みの比を有することにより連続切削時の表面被覆切削工具の耐摩耗性が向上する傾向にある。また、被覆層中のＴｉの量が相対的に減少するので、たとえばＴｉ合金の切削時において、表面被覆切削工具の損傷部へのＴｉ合金の融着が抑制され、結果として、表面被覆切削工具の寿命の延長を図ることができる傾向にある。なお、λａ／λｂ＜１の場合には被覆層の耐酸化性が低下する傾向にあり、λａ／λｂ＞５の場合にはＡ層とＢ層とを積層したことによるクラックの進展の抑制効果が得られにくい傾向にある。
Further, as shown in FIG. 1 which is a schematic cross-sectional view of the surface-coated
また、同じく本発明の表面被覆切削工具１の模式的断面図である図２に示すように、基材２上に形成される交互層１３におけるＡ層１２の厚みをλａとし、Ｂ層１５の厚みをλｂとしたとき、互いに隣接するＡ層１２とＢ層１５との厚みの比であるλａ／λｂは、基材２に最も近い側ではλａ／λｂ＝１であり、基材２から遠ざかるにしたがってλａ／λｂの値は連続的に大きくなっていき、基材２から最も遠い側では１＜λａ／λｂ＜５であることが好ましく、１＜λａ／λｂ＜３であることがより好ましい（なお、図２において、交互層１３の中央部に示されている矢印はその部分のＡ層およびＢ層が省略されていることを示している）。なお、本発明において、λａ／λｂの値が「連続的に大きく」なるとは、実質的に大きくなる傾向を示せば足りるものであって、部分的に同じ数値を示す部分が含まれていたり、部分的に小さくなる傾向を示す部分が含まれていても「連続的に大きく」という規定を逸脱するものではない。
Similarly, as shown in FIG. 2 which is a schematic cross-sectional view of the surface-coated
上述したように、Ａ層は高い耐酸化性を有していることに加えて、熱伝導率も低く、切削時に発生した熱を基材に伝えにくい性質を持つ。したがって、被覆層中のＡ層の割合が相対的に増えると、表面被覆切削工具全体としての耐熱性が向上するので、特に、連続切削時の表面被覆切削工具の耐摩耗性が向上する傾向にある。しかし、被覆層の密着性の観点からは、応力の低いＢ層を交互に積層することは効果的である。そこで、基材に最も近い側ではＢ層の割合を高くし、基材から遠ざかるにしたがってＡ層の割合を連続的に高めていくことによって、刃先に負荷のかかる断続切削においても性能が向上する傾向にある。また、被覆層中のＴｉ量が基材から遠ざかるにしたがって相対的に減少していくので、たとえばＴｉ合金の切削時において、表面被覆切削工具の損傷部へのＴｉ合金の融着が抑制され、結果として、表面被覆切削工具の寿命の延長を図ることができる傾向にある。なお、基材から最も遠い側において、λａ／λｂ＜１の場合には被覆層の耐酸化性が低下する傾向にあり、λａ／λｂ＞５の場合にはＡ層とＢ層とを積層したことによるクラックの進展の抑制効果が得られにくい傾向にある。 As described above, in addition to having high oxidation resistance, the A layer has a low thermal conductivity and has a property of not easily transferring heat generated during cutting to the base material. Therefore, when the ratio of the A layer in the coating layer is relatively increased, the heat resistance of the surface-coated cutting tool as a whole is improved, so that the wear resistance of the surface-coated cutting tool particularly during continuous cutting tends to be improved. is there. However, from the viewpoint of the adhesion of the coating layer, it is effective to alternately stack the B layers having low stress. Therefore, by increasing the ratio of the B layer on the side closest to the base material, and continuously increasing the ratio of the A layer as the distance from the base material increases, the performance improves even in intermittent cutting with a load on the cutting edge. There is a tendency. In addition, since the Ti amount in the coating layer relatively decreases as the distance from the substrate increases, for example, when cutting the Ti alloy, the fusion of the Ti alloy to the damaged portion of the surface-coated cutting tool is suppressed, As a result, the life of the surface-coated cutting tool tends to be extended. On the farthest side from the substrate, the oxidation resistance of the coating layer tends to decrease when λa / λb <1, and the A layer and the B layer are laminated when λa / λb> 5. It tends to be difficult to obtain the effect of suppressing the progress of cracks.
＜中間遷移層＞
上記交互層においてＡ層とＢ層とは、中間遷移層を挟んで積層されており、該中間遷移層は、それに接する下層の組成から同じくそれに接する上層の組成へと厚み方向にその組成が連続的に変化することが好ましい。たとえば、上記交互層においてＡ層から積層が開始される場合を例にとると、まずそのＡ層上に中間遷移層が形成され、その中間遷移層上にＢ層が形成され、引き続きそのＢ層上に中間遷移層が形成され、次いでその中間遷移層上にＡ層が形成され、以後もこのような積層態様が繰り返されることにより交互層を形成することができる。なお、本発明においては、このように中間遷移層が形成される場合であっても、Ａ層とＢ層とは交互に積層されるという表現を用いるものとする。
<Intermediate transition layer>
In the alternating layers, the A layer and the B layer are laminated with an intermediate transition layer interposed therebetween, and the intermediate transition layer has a composition that continues in the thickness direction from the composition of the lower layer in contact with the intermediate transition layer to the composition of the upper layer in contact with the intermediate transition layer. It is preferable to change it. For example, in the case where stacking is started from the A layer in the alternating layer, an intermediate transition layer is first formed on the A layer, a B layer is formed on the intermediate transition layer, and then the B layer is continuously formed. An intermediate transition layer is formed thereon, an A layer is then formed on the intermediate transition layer, and alternate layers can be formed by repeating such a stacking mode thereafter. In the present invention, even when the intermediate transition layer is formed in this way, the expression that the A layer and the B layer are alternately stacked is used.
また、上記例において、積層が開始されるＡ層上に形成される中間遷移層の場合、その中間遷移層に接する下層とは上記Ａ層を意味し、またその中間遷移層に接する上層とはＢ層を意味する。したがって、この中間遷移層における組成は、厚み方向にかけて（すなわち基材側から基材から遠ざかる側にかけて）Ａ層の組成からＢ層の組成へと連続的に変化するものとなる。 In the above example, in the case of the intermediate transition layer formed on the A layer where lamination is started, the lower layer in contact with the intermediate transition layer means the A layer, and the upper layer in contact with the intermediate transition layer is B layer is meant. Therefore, the composition in the intermediate transition layer continuously changes from the composition of the A layer to the composition of the B layer in the thickness direction (that is, from the base material side to the side away from the base material).
このような中間遷移層は、Ａ層およびＢ層とは独立して形成する必要はなく、その製造方法にもよるが通常はＡ層を形成後Ｂ層を形成するとき、またはＢ層を形成後Ａ層を形成するときにそれら両層の形成の途中段階で不可避的に形成されるものである。換言すれば、この中間遷移層は、その観察条件により観察されたり観察されなかったりする程度のものであり、通常ＴＥＭ等による観察倍率を２００万倍以上にする場合において観察されるものである。 Such an intermediate transition layer does not need to be formed independently of the A layer and the B layer, but usually, depending on the manufacturing method, when forming the B layer after forming the A layer, or forming the B layer. When the rear A layer is formed, it is inevitably formed in the middle of the formation of both layers. In other words, this intermediate transition layer is one that is observed or not observed depending on the observation conditions, and is usually observed when the observation magnification by TEM or the like is set to 2 million times or more.
なお、Ａ層およびＢ層の境界部にこのような中間遷移層が形成されるために、これら両層の境界部を明確に定めることができない場合は、このような中間遷移層における厚み方向の中間点をこれら両層の境界部とみなし、各層の厚み等を測定するものとする。 In addition, since such an intermediate transition layer is formed at the boundary portion between the A layer and the B layer, when the boundary portion between these two layers cannot be clearly defined, The intermediate point is regarded as the boundary between these layers, and the thickness of each layer is measured.
＜被覆層の最下層＞
本発明においては、被覆層の最下層を上記のＡ層とすることができる。ここで、最下層とは、基材と直接に接触する被覆層中の層のことである。被覆層の最下層をＡ層とした場合には、切削初期に基材が露出したとしても、基材と被覆層との間の界面からの酸化を抑制することができる傾向にある。なお、最下層であるＡ層上に上記の交互層を形成する場合には、最下層であるＡ層上には交互層としてＡ層が積層されてもよく、またＢ層が積層されてもよい。
<Lowermost layer of coating layer>
In the present invention, the lowermost layer of the coating layer can be the A layer. Here, the lowest layer is a layer in the coating layer that is in direct contact with the substrate. When the lowermost layer of the coating layer is the A layer, even if the substrate is exposed at the initial stage of cutting, oxidation from the interface between the substrate and the coating layer tends to be suppressed. In addition, when forming said alternating layer on A layer which is the lowest layer, even if A layer may be laminated | stacked as an alternating layer on A layer which is the lowest layer, and B layer may be laminated | stacked Good.
また、被覆層の最下層としてのＡ層にＳｉを原子％で１０原子％未満含有させることもできる。この場合には最下層であるＡ層の硬度が高くなる傾向にあり、最下層であるＡ層の構造も微細化する傾向にある。 Further, Si can be contained in the A layer as the lowermost layer of the coating layer in an atomic percent of less than 10 atomic percent. In this case, the hardness of the lowermost layer A tends to increase, and the structure of the lowermost layer A tends to become finer.
また、被覆層の最下層としてのＡ層の厚みは、上記交互層の場合とは異なり０．１μｍ以上２μｍ以下であることが好ましい。最下層であるＡ層の厚みが０．１μｍ未満の場合には被覆層の最下層をＡ層とした効果を得ることができない傾向にあり、２μｍを超えた場合には最下層をＡ層とした効果のさらなる向上が認められない傾向にある。 The thickness of the A layer as the lowermost layer of the coating layer is preferably 0.1 μm or more and 2 μm or less, unlike the case of the alternating layers. When the thickness of the A layer, which is the lowermost layer, is less than 0.1 μm, there is a tendency that the effect that the lowermost layer of the coating layer is the A layer cannot be obtained, and when the thickness exceeds 2 μm, the lowermost layer is defined as the A layer. There is a tendency that further improvement of the effect is not recognized.
また、本発明においては、被覆層の最下層を上記Ｂ層とすることもできる。被覆層の最下層をＢ層とした場合には、Ｂ層は応力が小さい傾向にあることから、特に、負荷が刃先に繰り返しかかるようなフライス加工やエンドミル加工などの断続加工の場合に被覆層の耐剥離性が格段に向上する傾向にある。なお、最下層であるＢ層上に上記の交互層を形成する場合には、最下層であるＢ層上には交互層としてＡ層が積層されてもよく、またＢ層が積層されてもよい。 In the present invention, the lowermost layer of the coating layer may be the B layer. When the lowermost layer of the coating layer is a B layer, the B layer tends to have a low stress. Therefore, particularly in the case of intermittent processing such as milling or end milling in which a load is repeatedly applied to the cutting edge. There is a tendency for the peel resistance of the material to be significantly improved. In addition, when forming said alternating layer on B layer which is the lowest layer, A layer may be laminated | stacked as an alternating layer on B layer which is the lowest layer, and even if B layer is laminated | stacked Good.
また、被覆層の最下層としてのＢ層の厚みは、上記交互層の場合とは異なり０．１μｍ以上２μｍ以下であることが好ましい。最下層であるＢ層の厚みが０．１μｍ未満の場合には被覆層の最下層をＢ層とした効果を得ることができない傾向にあり、２μｍを超えた場合には最下層をＢ層とした効果のさらなる向上が認められない傾向にある。 Further, the thickness of the B layer as the lowermost layer of the coating layer is preferably 0.1 μm or more and 2 μm or less, unlike the case of the alternating layers. When the thickness of the B layer which is the lowermost layer is less than 0.1 μm, the effect that the lowermost layer of the coating layer is the B layer tends not to be obtained, and when the thickness exceeds 2 μm, the lowermost layer is defined as the B layer. There is a tendency that further improvement of the effect is not recognized.
なお、このような被覆層の最下層としては、上記Ａ層およびＢ層以外に他の層を形成することもできる。 In addition, as a lowermost layer of such a coating layer, other layers can be formed in addition to the A layer and the B layer.
＜被覆層の最上層＞
本発明においては、被覆層の最上層をＣ層とすることができる。ここで、Ｃ層はＴｉとＳｉとを含む炭窒化物（炭素と窒素を含む化合物）からなり、Ｃ層を構成する金属原子の総数を１としたときのＳｉの原子数の比が０．０５以上０．３以下である。なお、本発明において、被覆層の最上層とは被覆層の表面を構成する層である。通常、このような最上層は、上記の交互層上に形成される。
<Top layer of coating layer>
In the present invention, the uppermost layer of the coating layer can be a C layer. Here, the C layer is made of carbonitride (compound containing carbon and nitrogen) containing Ti and Si, and the ratio of the number of Si atoms when the total number of metal atoms constituting the C layer is 1 is 0. It is 05 or more and 0.3 or less. In the present invention, the uppermost layer of the coating layer is a layer constituting the surface of the coating layer. Usually, such a top layer is formed on the alternating layers described above.
被覆層の最上層としてこのようなＣ層を形成した場合には、被削材に対する被覆層の摩擦係数が低下して、本発明の表面被覆切削工具の長寿命化に寄与する傾向にある。一般的に、炭窒化物は窒化物よりも被削材に対する摩擦係数が低い傾向にあり、このような摩擦係数の低下は炭素原子の寄与によるものと考えられる。また、Ｃ層の表面は切削時において他の層の表面と比べて最も高温となるため、本発明においては、耐酸化性を付与する目的でＣ層の組成を上記のものとしている。なお、耐酸化性を向上する観点からは、Ｃ層における上記のＳｉの原子数の比は０．１以上０．２５以下であることがより好ましい。 When such a C layer is formed as the uppermost layer of the coating layer, the friction coefficient of the coating layer with respect to the work material is lowered, which tends to contribute to the extension of the life of the surface-coated cutting tool of the present invention. In general, carbonitride tends to have a lower friction coefficient against the work material than nitride, and such a decrease in the friction coefficient is considered to be due to the contribution of carbon atoms. In addition, since the surface of the C layer is at the highest temperature as compared with the surfaces of the other layers during cutting, in the present invention, the composition of the C layer is as described above for the purpose of imparting oxidation resistance. From the viewpoint of improving oxidation resistance, the ratio of the number of Si atoms in the C layer is more preferably 0.1 or more and 0.25 or less.
また、Ｃ層にはホウ素が原子％で１０原子％未満含まれていてもよい。この場合には、メカニズムはわかっていないが層の硬度をさらに高くすることができる傾向にある。また、切削中の表面酸化によって形成されるホウ素の酸化物が特に層中のＳｉの酸化物を緻密化する傾向にあることからも好ましい。さらに、ホウ素の酸化物は低融点であるので切削時の潤滑剤として作用し、被削材の凝着を抑える傾向もある。 Further, the C layer may contain boron in an atomic percent of less than 10 atomic percent. In this case, although the mechanism is not known, the hardness of the layer tends to be further increased. Further, boron oxide formed by surface oxidation during cutting is also preferable because it tends to densify the Si oxide in the layer. Furthermore, since the boron oxide has a low melting point, it acts as a lubricant during cutting and tends to suppress adhesion of the work material.
また、Ｃ層の厚みは０．１μｍ以上２μｍ以下であることが好ましい。Ｃ層の厚みが０．１μｍ未満である場合には被覆層の最表面の潤滑性の付与による効果が得られにくい傾向にあり、２μｍを超える場合にはその効果をさらに向上することができない傾向にある。 Moreover, it is preferable that the thickness of C layer is 0.1 micrometer or more and 2 micrometers or less. If the thickness of the C layer is less than 0.1 μm, the effect of imparting lubricity on the outermost surface of the coating layer tends to be difficult to obtain, and if it exceeds 2 μm, the effect cannot be further improved. It is in.
また、上記のＣ層において、窒素と炭素の組成比を調整することにより、所定の色を付与することが可能である。これにより、本発明の表面被覆切削工具の外観に意匠性を付与でき、商業上有用となる。窒素と炭素との組成比は、特に限定されるものではないが、両者の原子の総数を１としたときの炭素の原子数の比が０．０５以上０．６以下となることが好ましい。０．０５未満では潤滑性の付与による効果が得られない傾向にあり、０．６を超えると膜硬度が高くなり過ぎ被膜自体がチッピングしやすくなる傾向がある。 In the C layer, a predetermined color can be imparted by adjusting the composition ratio of nitrogen and carbon. Thereby, the designability can be imparted to the appearance of the surface-coated cutting tool of the present invention, which is commercially useful. The composition ratio of nitrogen and carbon is not particularly limited, but the ratio of the number of carbon atoms when the total number of both atoms is 1 is preferably 0.05 or more and 0.6 or less. If it is less than 0.05, the effect of imparting lubricity tends not to be obtained, and if it exceeds 0.6, the film hardness tends to be too high and the coating itself tends to chip.
なお、このようなＣ層において、ＴｉとＳｉとを含む金属原子の総数を１としたとき、窒素と炭素との原子数の総数は０．８以上１．５以下とすることが好ましい。０．８未満では膜硬度が低下する傾向にあり、１．５を超える場合も同様に膜硬度が低下する傾向がある。 In such a C layer, when the total number of metal atoms including Ti and Si is 1, the total number of nitrogen and carbon atoms is preferably 0.8 or more and 1.5 or less. If it is less than 0.8, the film hardness tends to decrease, and if it exceeds 1.5, the film hardness tends to decrease similarly.
＜被覆層の残留応力＞
本発明においては、被覆層は−８ＧＰａ以上０ＧＰａ以下の平均残留応力を有していることが好ましい。すなわち、被覆層の残留応力を平均すると上記範囲の圧縮残留応力となることが好ましく、便宜的に応力が解放されて残留応力を有さない場合も含むものとする。このように被覆層が、上記範囲の平均圧縮残留応力を有することにより、被覆層にチッピングが発生することを抑制することができ刃先の信頼性が向上し、以って切削工具の寿命を長期化することができる。
<Residual stress of coating layer>
In the present invention, the coating layer preferably has an average residual stress of −8 GPa to 0 GPa. That is, when the residual stress of the coating layer is averaged, it is preferably a compressive residual stress in the above range, and includes the case where the stress is released for convenience and has no residual stress. Thus, since the coating layer has an average compressive residual stress in the above range, the occurrence of chipping in the coating layer can be suppressed, and the reliability of the cutting edge is improved, thereby extending the life of the cutting tool. Can be
被覆層の平均残留応力が０ＧＰａを超えて「正」の数値を有するようになると、引張残留応力となるため被覆層の表面で発生したクラックの基材方向への進展を抑制できない傾向となる。一方、平均残留応力が−８ＧＰａ未満になると圧縮残留応力が大きすぎて（すなわち応力値の絶対値が大きくなりすぎる場合）、切削開始前に表面被覆切削工具のエッジ部から被覆層が剥離して本発明の表面被覆切削工具の寿命が短くなるおそれがある。なお、本発明において被覆層の平均残留応力とは、被覆層全体の残留応力の平均値のことである。また、圧縮残留応力という記載と数値とを併記する場合は、数値にあえてマイナスの符号を付さないで表記するものとする。 When the average residual stress of the coating layer exceeds 0 GPa and has a “positive” value, it becomes a tensile residual stress, and therefore, it tends to be difficult to suppress the progress of cracks generated on the surface of the coating layer toward the base material. On the other hand, when the average residual stress is less than −8 GPa, the compressive residual stress is too large (that is, when the absolute value of the stress value becomes too large), and the coating layer peels off from the edge portion of the surface-coated cutting tool before the start of cutting. There exists a possibility that the lifetime of the surface coating cutting tool of this invention may become short. In the present invention, the average residual stress of the coating layer is the average value of the residual stress of the entire coating layer. In addition, when the description of compressive residual stress and a numerical value are written together, the numerical value is written without a minus sign.
また、上記被覆層の残留応力は、厚み方向において変化し、基材から遠ざかるにしたがってその残留応力の絶対値が大きくなること（すなわち圧縮残留応力が大きくなること）が好ましい。被覆層の表面に発生するクラックの基材側への進展をより効果的に抑制することができるからである。このような残留応力の分布態様は、前述のように交互層におけるＡ層とＢ層との厚みの比であるλａ／λｂを、基材から遠ざかるにしたがって連続的に大きくすることにより達成することができる。Ａ層は相対的に大きな圧縮残留応力を有するからである。 The residual stress of the coating layer is preferably changed in the thickness direction, and the absolute value of the residual stress increases as the distance from the base material increases (that is, the compressive residual stress increases). This is because the progress of cracks generated on the surface of the coating layer to the substrate side can be more effectively suppressed. Such a distribution pattern of residual stress is achieved by continuously increasing λa / λb, which is the ratio of the thicknesses of the A layer and the B layer in the alternating layers, as the distance from the substrate increases. Can do. This is because the A layer has a relatively large compressive residual stress.
なお、本発明において残留応力は、Ｘ線応力測定装置を用いたｓｉｎ2ψ法により測定することができる。 In the present invention, the residual stress can be measured by the sin 2 ψ method using an X-ray stress measuring device.
＜被覆層の結晶構造＞
本発明において、被覆層の結晶構造は立方晶であることが好ましい。被覆層が立方晶である場合、被覆層の硬度が向上する傾向にある。たとえば、上記Ａ層の場合、窒化物であるＡｌＮを例にとると、ＡｌＮは通常六方晶であるが、準安定相である立方晶となった場合の格子定数は０．４１２ｎｍであるのに対して、常温常圧で立方晶が安定相であるＣｒＮの格子定数は０．４１４ｎｍであり立方晶のＡｌＮと非常に格子定数が近いため、その引き込み効果によりＡｌＮは立方晶化して高硬度化する。このため、上記Ａ層は、ＡｌとＣｒとを含む窒化物とすることにより立方晶とすることが可能となる。
<Crystal structure of coating layer>
In the present invention, the crystal structure of the coating layer is preferably cubic. When the coating layer is cubic, the hardness of the coating layer tends to be improved. For example, in the case of the A layer, taking AlN as a nitride as an example, AlN is usually a hexagonal crystal, but the lattice constant when it becomes a cubic crystal as a metastable phase is 0.412 nm. On the other hand, the lattice constant of CrN, which is a stable phase of cubic crystals at normal temperature and pressure, is 0.414 nm, and the lattice constant is very close to that of cubic AlN. To do. For this reason, the A layer can be made cubic by using a nitride containing Al and Cr.
このように、被覆層中の各層のそれぞれの結晶構造を立方晶とすることにより、硬度が向上し耐摩耗性に優れたものとなるため好ましい。なお、被覆層および被覆層中の各層の結晶構造はそれぞれ、当該分野で公知のＸ線回折装置により解析することができる。 Thus, it is preferable to make the crystal structure of each layer in the coating layer cubic, since the hardness is improved and the wear resistance is excellent. The crystal structure of the coating layer and each layer in the coating layer can be analyzed by an X-ray diffractometer known in the art.
＜表面被覆切削工具の具体例＞
図３に、本発明の表面被覆切削工具の一例の刃先の模式的な拡大断面図を示す。この表面被覆切削工具１は、基材２と、基材２の表面上に形成された最下層であるＡ層１２と、最下層であるＡ層１２上にＡ層とＢ層とが交互にそれぞれ１層以上積層された交互層１３と、交互層１３上に積層された最上層であるＣ層１４とから構成されている。なお、被覆層３は、最下層であるＡ層１２と、交互層１３と、最上層であるＣ層１４とから構成されている。なお、この表面被覆切削工具１は、刃先交換型切削チップであり、すくい面４と逃げ面５との交差部が刃先稜線（刃先６）となる。
<Specific examples of surface-coated cutting tools>
In FIG. 3, the typical expanded sectional view of the blade edge | tip of an example of the surface coating cutting tool of this invention is shown. This surface-coated
ここで、最上層であるＣ層１４は被削材に対する摩擦係数が低いことから、切削時において刃先が被削材に対して滑りやすく、チッピングすることなく被覆層３が摩耗する傾向にある。また、基材２と接する最下層であるＡ層１２が形成されている場合には基材２側からの酸化を抑制することができ、摩耗が進行した後も基材２と被覆層３との密着性を維持することができる。また、最下層であるＡ層１２と最上層であるＣ層１４との間に耐摩耗性および靭性に優れた交互層１３が形成されていることで本発明の表面被覆切削工具１の寿命を長くすることができる。
Here, since the uppermost
図４は、図３に示すＩＶ−ＩＶに沿った模式的な拡大断面図である。ここで、交互層１３は、最下層であるＡ層１２上にＡ層１２とＢ層１５とが交互に積層されている。交互層１３においては、Ａ層１２が４層積層されており、Ｂ層１５が３層積層されている。
FIG. 4 is a schematic enlarged cross-sectional view along IV-IV shown in FIG. Here, in the alternating
ここで、Ａ層１２としては、たとえば（Ａｌ1-aＣｒa）（ただし、０＜ａ≦０．４）の窒化物を用いることができる。また、Ｂ層１５としては、たとえば（Ｔｉ1-xＳｉx）（ただし、０．０５≦ｘ≦０．３）の窒化物を用いることができる。また、Ｃ層１４としては、たとえば（Ｔｉ1-yＳｉy）（ただし、０．０５≦ｙ≦０．３）の炭窒化物を用いることができる。
Here, as the
図５は、図４に相当する本発明の表面被覆切削工具の他の一例の模式的な拡大断面図である。ここでは、被覆層３の最下層としてＢ層１５が用いられていることに特徴がある。このように、最下層としてＢ層１５を用いた場合には、上述したように、Ｂ層１５は応力が小さい特性を有することから、基材２と被覆層３との耐剥離性を向上することができる。
FIG. 5 is a schematic enlarged cross-sectional view of another example of the surface-coated cutting tool of the present invention corresponding to FIG. Here, the
ここで、図５に示す最下層であるＢ層１５としては、たとえば０．３μｍ以上１μｍ以下の厚みを有する（Ｔｉ1-xＳｉx）（ただし、０．０５≦ｘ≦０．３）の窒化物を用いることができる。また、図５に示す交互層１３としては、たとえば（Ａｌ1-aＣｒa）（ただし、０．２≦ａ≦０．３５）の窒化物からなるＡ層１２と、たとえば（Ｔｉ1-xＳｉx）（ただし、０．１≦ｘ≦０．２５）の窒化物からなるＢ層１５とを交互に積層した層を用いることができる。ここで、図５では交互層１３が模式的にＡ層１２が４層、Ｂ層１５が３層積層された状態が記載されているが、交互層１３を構成するＡ層１２およびＢ層１５の各々は、それぞれたとえば１０層以上５０００層以下の積層数とすることができ、交互層１３の全体の厚みはたとえば０．８μｍ以上１０μｍ以下とすることができる。また、図５に示す最上層であるＣ層１４としては、たとえば０．１μｍ以上０．５μｍ以下の厚みを有する（Ｔｉ1-yＳｉy）（ただし、０．１≦ｙ≦０．２５）の炭窒化物を用いることができる。
Here, as the
＜製造方法＞
本発明の表面被覆切削工具は、たとえば、基材を準備する工程と、物理的蒸着法を用いてＡ層とＢ層とを交互にそれぞれ１層以上積層して交互層を形成する工程と、を少なくとも含む方法により製造することができる。ここで、物理的蒸着法としては、カソードアークイオンプレーティング法、バランスドマグネトロンスパッタリング法およびアンバランスドマグネトロンスパッタリング法からなる群から選択された少なくとも１種を用いることができる。
<Manufacturing method>
The surface-coated cutting tool of the present invention includes, for example, a step of preparing a base material, a step of alternately laminating one or more layers A and B using a physical vapor deposition method, and forming alternating layers, Can be produced by a method comprising at least Here, as the physical vapor deposition method, at least one selected from the group consisting of a cathode arc ion plating method, a balanced magnetron sputtering method, and an unbalanced magnetron sputtering method can be used.
なお、被覆層として交互層以外の層が形成される場合にも、上記のような物理的蒸着法により形成することができる。 In addition, also when layers other than an alternating layer are formed as a coating layer, it can form by the above physical vapor deposition methods.
本発明において、耐摩耗性を有する被覆層を基材の表面上に形成するためには、結晶性の高い化合物からなる層を形成することが好ましい。そこで、被覆層の形成方法として種々の方法を検討した結果、物理的蒸着法を用いることが好ましいことがわかった。また、物理的蒸着法には、カソードアークイオンプレーティング法、バランスドマグネトロンスパッタリング法またはアンバランスドマグネトロンスパッタリング法などがあるが、特に、原料元素のイオン化率の高いカソードアークイオンプレーティング法が適している。このカソードアークイオンプレーティング法を用いた場合には、被覆層を形成する前に、基材の表面に対して金属のイオンボンバードメント処理が可能となるため、基材と被覆層との密着性が格段に向上する観点からも好ましい。 In the present invention, in order to form a coating layer having wear resistance on the surface of the substrate, it is preferable to form a layer made of a compound having high crystallinity. Therefore, as a result of examining various methods as a method for forming the coating layer, it was found that it is preferable to use a physical vapor deposition method. Physical vapor deposition methods include cathodic arc ion plating, balanced magnetron sputtering, and unbalanced magnetron sputtering. The cathode arc ion plating method, which has a high ionization rate of raw material elements, is particularly suitable. ing. When this cathodic arc ion plating method is used, metal ion bombardment treatment can be performed on the surface of the base material before the coating layer is formed. Is also preferable from the viewpoint of greatly improving.
ここで、カソードアークイオンプレーティング法は、たとえば、装置内に基材を設置するとともにカソードとしてターゲットを設置した後に、ターゲットに高電流を印加してアーク放電を生じさせることによってターゲットを構成する原子を蒸発、イオン化させて、基材上に物質を堆積させることにより行なうことができる。 Here, in the cathode arc ion plating method, for example, after a base material is installed in the apparatus and a target is installed as a cathode, a high current is applied to the target to cause arc discharge to generate atoms. Can be evaporated and ionized to deposit a substance on the substrate.
また、バランスドマグネトロンスパッタリング法は、たとえば、装置内に基材を設置するとともに平衡な磁場を形成する磁石を備えたマグネトロン電極上にターゲットを設置し、マグネトロン電極と基材との間に高周波電力を印加してガスプラズマを発生させ、このガスプラズマの発生により生じたガスのイオンをターゲットに衝突させてターゲットから放出された原子をイオン化させ基材上に堆積させることにより行なうことができる。 The balanced magnetron sputtering method, for example, has a base placed in an apparatus and a target placed on a magnetron electrode equipped with a magnet that forms a balanced magnetic field, and high frequency power is applied between the magnetron electrode and the base. Is applied to generate gas plasma, ions of the gas generated by the generation of the gas plasma collide with the target, and ions emitted from the target are ionized and deposited on the substrate.
また、アンバランストマグネトロンスパッタリング法は、たとえば、上記のバランスドマグネトロンスパッタリング法におけるマグネトロン電極により発生する磁場を非平衡にして行なうことができる。 In addition, the unbalanced magnetron sputtering method can be performed, for example, by making the magnetic field generated by the magnetron electrode in the balanced magnetron sputtering method unbalanced.
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。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated in detail, this invention is not limited to these.
＜実施例１〜６および１３〜２０＞
＜表面被覆切削工具の作製＞
（１）基材の洗浄
図６にその概略断面図を示したカソードアークイオンプレーティング装置に、基材２としてグレードがＪＩＳ規格Ｐ３０の超硬合金であって、形状がＪＩＳ規格のＳＰＧＮ１２０３０８であるチップを装着した。なお、図７は図６の装置の概略上面図である。
<Examples 1-6 and 13-20>
<Production of surface-coated cutting tool>
(1) Cleaning of base material In the cathode arc ion plating apparatus whose schematic cross-sectional view is shown in FIG. 6, the
図６および図７の装置において、チャンバ１０１内に、被覆層の金属原料となる合金製ターゲットであるＡ層用のカソード１０６、Ｂ層用のカソード１０７およびＣ層用のカソード１２０と、基材２を設置するための回転式の基材ホルダ１０４とが取り付けられている。カソード１０６にはアーク電源１０８が取り付けられ、カソード１０７にはアーク電源１０９が取り付けられている。また、基材ホルダ１０４には、バイアス電源１１０が取り付けられている。また、チャンバ１０１内には、ガス１０５が導入されるガス導入口１０２が設けられるとともにチャンバ１０１内の圧力を調節するためにガス排出口１０３が設けられており、ガス排出口１０３から真空ポンプによりチャンバ１０１内のガスを吸引できる構造となっている。
6 and 7, in the
図６の装置において、まず、真空ポンプによりチャンバ１０１内を減圧するとともに、基材２を回転させながら装置内に設置されたヒータにより温度を５００℃に加熱し、チャンバ１０１内の圧力が１．０×１０-4Ｐａとなるまで真空引きを行なった。次に、ガス導入口１０２からガス１０５（アルゴンガス）を導入してチャンバ１０１内の圧力を３．０Ｐａに保持し、バイアス電源１１０の電圧を徐々に上げながら−１０００Ｖとし、基材２の表面のクリーニングを１５分間行なった。その後、チャンバ１０１内からアルゴンガスを排気した。
In the apparatus of FIG. 6, first, the inside of the
（２）被覆層の形成
次に、基材２を中央で回転させた状態で、被覆層として表１に示す組成の最下層および交互層が得られるように、反応ガスとして窒素を導入しながら、基材２の温度を５００℃、反応ガス圧を２．０Ｐａ、バイアス電源１１０の電圧を−５０Ｖ〜−２００Ｖの範囲のある一定値に維持したまま、または徐々に変化させながらカソード１０６、１０７にそれぞれ１００Ａのアーク電流を供給することによって、カソード１０６、１０７から金属イオンを発生させて、表１に示す実施例１〜６および１３〜２０のそれぞれの最下層（ただし実施例１３は形成しない）および交互層を形成した。ここで、交互層は、最下層上にＡ層とＢ層とを交互に１層ずつ表１に示す積層数だけそれぞれ積層することにより形成した。最下層は実施例１〜６、１４、１８〜２０はＢ層とし、実施例１５〜１７はＡ層とした。また、交互層はＡ層から積層を開始し、Ｂ層で終了するようにした。なお、最下層の厚み、交互層中におけるＡ層およびＢ層のそれぞれの厚みならびに交互層の積層数については基材の回転速度で調整した。そして、最下層および交互層の厚みがそれぞれ表１に示す厚みとなったところで蒸発源（カソード）に供給する電流をストップした。
(2) Formation of coating layer Next, while nitrogen is introduced as a reaction gas so that the lowermost layer and the alternating layer having the composition shown in Table 1 are obtained as the coating layer in a state where the
引き続き、表２に示す組成の実施例１〜６および１３〜２０のそれぞれの最上層であるＣ層を形成した（ただし実施例１４は参考例であり形成しなかった）。ここでは、チャンバ１０１内に反応ガスとして窒素とメタンガスを導入しながら、基材２の温度を４００℃、反応ガス圧を２．０Ｐａ、バイアス電源１１０の電圧を−３５０Ｖに維持したまま、カソード１２０に１００Ａのアーク電流を供給することによって、カソード１２０から金属イオンを発生させて、表２に示す最上層を形成した。そして、最上層の厚みが表２に示す厚みとなったところで蒸発源に供給する電流をストップした。なお、表２に示す最上層の組成の窒素と炭素の比率は、窒素の導入量とメタンガスの導入量との比によって調整した。これにより、実施例１〜６および１３〜２０のそれぞれの表面被覆切削工具（刃先交換型切削チップ）が作製された。
Subsequently, a C layer which is the uppermost layer of each of Examples 1 to 6 and 13 to 20 having the composition shown in Table 2 was formed (however, Example 14 was a reference example and was not formed). Here, while introducing nitrogen and methane gas as reaction gases into the
すなわち、これらの表面被覆切削工具は、基材と該基材の表面上に形成された被覆層とを含むものであって、該被覆層は、基材と接する最下層としてＡ層またはＢ層（実施例１３は除く）を含み、その最下層上にＡ層とＢ層とが交互にそれぞれ１層以上積層された交互層を含み、該Ａ層は、ＡｌとＣｒとを含む窒化物からなり、該Ａ層を構成する金属原子の総数を１としたときのＣｒの原子数の比が０よりも大きく０．４以下であり、該Ｂ層は、ＴｉとＳｉとを含む窒化物からなり、該Ｂ層を構成する金属原子の総数を１としたときのＳｉの原子数の比が０．０５以上０．３以下であり、この交互層上に最上層であるＣ層（実施例１４は除く）を含む構成となっている。 That is, these surface-coated cutting tools include a base material and a coating layer formed on the surface of the base material, and the coating layer is an A layer or a B layer as the lowest layer in contact with the base material. (Excluding Example 13), and including alternating layers in which one or more A layers and B layers are alternately stacked on the lowermost layer, and the A layer is made of a nitride containing Al and Cr. The ratio of the number of Cr atoms when the total number of metal atoms constituting the A layer is 1 is greater than 0 and 0.4 or less, and the B layer is made of a nitride containing Ti and Si. The ratio of the number of Si atoms when the total number of metal atoms constituting the B layer is 1 is 0.05 or more and 0.3 or less. 14 is excluded).
また、比較として、これらの実施例のそれぞれと同一の基材上にこれらの実施例と同様にして表１に示す組成の層が形成された比較例１〜４のそれぞれの表面被覆切削工具（刃先交換型切削チップ）も作製した。なお、これらの比較例１〜３においては、本発明のような交互層を形成していないが、表１においては便宜上交互層のＡ層の欄に相当する被覆層（単一の層）を記載した。 For comparison, each surface-coated cutting tool of Comparative Examples 1 to 4 in which a layer having the composition shown in Table 1 was formed in the same manner as those Examples on the same substrate as each of these Examples ( A cutting edge-exchangeable cutting tip) was also produced. In Comparative Examples 1 to 3, an alternating layer as in the present invention is not formed. However, in Table 1, a coating layer (single layer) corresponding to the column of the A layer of the alternating layer is used for convenience. Described.
＜表面被覆切削工具の寿命評価＞
上記の工程で作製した実施例１〜６、１３〜２０および比較例１〜４の刃先交換型切削チップのそれぞれについて、実際に表３に示す条件で乾式の連続切削試験および断続切削試験を行ない、刃先の逃げ面摩耗量を測定した。その寿命評価結果を表２に示す。なお、表２において、逃げ面摩耗量の値が小さい方が寿命がより長いことを示している。
<Life evaluation of surface-coated cutting tools>
For each of the cutting edge-exchangeable cutting tips of Examples 1 to 6, 13 to 20 and Comparative Examples 1 to 4 produced in the above steps, a dry continuous cutting test and an intermittent cutting test were actually performed under the conditions shown in Table 3. The amount of flank wear on the cutting edge was measured. The life evaluation results are shown in Table 2. In Table 2, the smaller the value of the flank wear amount, the longer the life.
表２から明らかなように、被覆層として本発明の交互層を形成した実施例１〜６および１３〜２０の刃先交換型切削チップは、被覆層として本発明の交互層を形成しなかった比較例１〜４の刃先交換型切削チップと比べて、連続切削試験および断続切削試験のいずれにおいても刃先の逃げ面摩耗量が大きく低減しており、刃先交換型切削チップの寿命が大幅に長くなることが確認された。 As is apparent from Table 2, the cutting edge-exchangeable cutting tips of Examples 1 to 6 and 13 to 20 in which the alternating layers of the present invention were formed as the coating layers were compared without forming the alternating layers of the present invention as the coating layers. Compared to the cutting edge-exchangeable cutting tips of Examples 1 to 4, the amount of flank wear on the cutting edge is greatly reduced in both the continuous cutting test and the intermittent cutting test, and the life of the cutting edge-exchangeable cutting tip is significantly increased. It was confirmed.
すなわち、本発明の実施例１〜６および１３〜２０の刃先交換型切削チップは、高温での安定性に優れるとともに、刃先のチッピングを抑制することによりこのように工具寿命を長期化したものと考えられる。 That is, the cutting edge-exchangeable cutting tips of Examples 1 to 6 and 13 to 20 of the present invention are excellent in stability at high temperatures and have a long tool life as described above by suppressing chipping of the cutting edge. Conceivable.
なお、表１における最下層の組成において、たとえば実施例１の「Ｔｉ0.8Ｓｉ0.2Ｎ」はＴｉとＳｉとを含む窒化物からなり、最下層を構成する金属原子（すなわちＴｉとＳｉ）の総数を１としたときのＳｉの原子数の比が０．２であること（金属原子の総数を１としたとき、Ｎの原子数の比は１であること）を示す。また、交互層のＡ層の組成において、たとえば実施例１の「Ａｌ0.7Ｃｒ0.3Ｎ」はＡｌとＣｒとを含む窒化物からなり、Ａ層を構成する金属原子（すなわちＡｌとＣｒ）の総数を１としたときのＣｒの原子数の比が０．３であること（金属原子の総数を１としたとき、Ｎの原子数の比は１であること）を示す。また、交互層のＢ層の組成において、たとえば実施例１の「Ｔｉ0.8Ｓｉ0.2Ｎ」は上記最下層の組成と同様、ＴｉとＳｉとを含む窒化物からなり、最下層を構成する金属原子（すなわちＴｉとＳｉ）の総数を１としたときのＳｉの原子数の比が０．２であること（金属原子の総数を１としたとき、Ｎの原子数の比は１であること）を示す。また、表２における最上層の組成において、たとえば実施例１の「Ｔｉ0.8Ｓｉ0.2Ｃ0.4Ｎ0.6」はＴｉとＳｉとを含む炭窒化物からなり、最上層を構成する金属原子（すなわちＴｉとＳｉ）の総数を１としたときのＳｉの原子数の比が０．２であること（金属原子の総数を１としたときＣとＮの原子数の総数は１であり、ＣとＮとの総数を１としたときＣの原子数の比が０．４であること）を示す。なお、組成に関するこれらの表記は、特に断りのない限り他の実施例および比較例においても同内容を示すものとする。 In the composition of the lowermost layer in Table 1, for example, “Ti 0.8 Si 0.2 N” in Example 1 is made of a nitride containing Ti and Si, and the total number of metal atoms (ie, Ti and Si) constituting the lowermost layer. It indicates that the ratio of the number of Si atoms is 0.2 when 1 is 1 (the ratio of the number of N atoms is 1 when the total number of metal atoms is 1). Moreover, in the composition of the A layers of the alternating layers, for example, “Al 0.7 Cr 0.3 N” in Example 1 is made of a nitride containing Al and Cr, and the total number of metal atoms (that is, Al and Cr) constituting the A layer. This indicates that the ratio of the number of Cr atoms is 0.3 when the number is 1 (the total number of metal atoms is 1, the ratio of the number of N atoms is 1). In the composition of the alternating B layers, for example, “Ti 0.8 Si 0.2 N” in Example 1 is made of a nitride containing Ti and Si, as in the lowermost layer composition, and the metal atoms constituting the lowermost layer. (Ie, the ratio of the number of Si atoms when the total number of Ti and Si is 1 is 0.2) (when the total number of metal atoms is 1, the ratio of the number of N atoms is 1) Indicates. Further, in the composition of the uppermost layer in Table 2, for example, “Ti 0.8 Si 0.2 C 0.4 N 0.6 ” in Example 1 is composed of carbonitride containing Ti and Si, and metal atoms (that is, Ti and Si) constituting the uppermost layer. When the total number of Si) is 1, the ratio of the number of Si atoms is 0.2 (when the total number of metal atoms is 1, the total number of C and N atoms is 1, and C and N When the total number of C is 1, the ratio of the number of C atoms is 0.4). In addition, these description regarding a composition shall show the same content also in another Example and a comparative example, unless there is particular notice.
また、表１における「１層厚み」とは交互層を構成するＡ層およびＢ層のそれぞれの１層当たりの厚みのことを意味し、表１および表２における「厚み」とは最下層、交互層としてのＡ層、交互層としてのＢ層、最上層および被覆層のそれぞれの全体の厚みのことを意味する。なお、実施例１〜６および１３〜２０、比較例４において交互層におけるＡ層の厚みをλａとし、Ｂ層の厚みをλｂとしたとき、Ａ層とＢ層との厚みの比であるλａ／λｂは、１となっている（実施例１〜６および１３〜２０、比較例４の交互層におけるＡ層のそれぞれの厚みは全て実質的に同一であり（すなわちそれぞれのＡ層の厚みは表１中の１層厚みの値となる）、Ｂ層のそれぞれの厚みも実質的に同一である（すなわちそれぞれのＢ層の厚みは表１中の１層厚みの値となる））。 Further, “one layer thickness” in Table 1 means the thickness of each of the A layer and B layer constituting the alternating layers, and “thickness” in Table 1 and Table 2 means the lowest layer, It means the total thickness of each of the A layer as the alternating layer, the B layer as the alternating layer, the uppermost layer, and the covering layer. In Examples 1 to 6, 13 to 20, and Comparative Example 4, when the thickness of the A layer in the alternating layer is λa and the thickness of the B layer is λb, λa is the ratio of the thickness of the A layer to the B layer. / Λb is 1 (the thicknesses of the A layers in the alternating layers of Examples 1 to 6 and 13 to 20 and Comparative Example 4 are all substantially the same (that is, the thickness of each A layer is The thickness of each layer is substantially the same (that is, the thickness of each B layer is the value of the thickness of one layer in Table 1)).
また、表１における「積層数」とは、Ａ層およびＢ層が１層ずつ交互に積層されている交互層中におけるＡ層およびＢ層のそれぞれの層数のことを意味する。 The “number of layers” in Table 1 means the number of layers of the A layer and the B layer in the alternating layers in which the A layer and the B layer are alternately stacked one by one.
また、表１および表２における最下層、交互層および最上層の組成はそれぞれＸＰＳ（Ｘ線光電子分光分析装置）を用いて測定されたものであり、被覆層全体の硬度はナノインデンター（ＭＴＳ社製Ｎａｎｏ Ｉｎｄｅｎｔｅｒ ＸＰ）により確認された値である。 In Tables 1 and 2, the compositions of the lowermost layer, the alternating layer, and the uppermost layer were measured using XPS (X-ray photoelectron spectrometer), and the hardness of the entire coating layer was determined by a nanoindenter (MTS). This is a value confirmed by Nano Indenter XP).
また、表１および表２における１層厚みおよび厚みはＳＥＭまたはＴＥＭを用いて測定した値であり、表２における被覆層全体の圧縮残留応力はＸ線残留応力測定装置を用いてｓｉｎ2ψ法（「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頁参照）によって測定された値である。 Further, the thickness and thickness of one layer in Table 1 and Table 2 are values measured using SEM or TEM, and the compressive residual stress of the entire coating layer in Table 2 is the sin 2 ψ method using an X-ray residual stress measuring device. (Refer to pages 54 to 67 of "X-ray stress measurement method" (Japan Society for Materials Science, published by Yokendo Co., Ltd. in 1981)).
また、表２における被覆層全体の結晶構造（結晶性と表記）はＸ線回折装置により解析されたものである。 Further, the crystal structure (expressed as crystallinity) of the entire coating layer in Table 2 was analyzed by an X-ray diffractometer.
なお、これらの表記および測定方法は、以下の実施例および以下の表において特に断らない限り同一とする。 These notations and measurement methods are the same unless otherwise specified in the following examples and the following tables.
＜実施例７〜９＞
上記実施例１〜６および１３〜２０において、Ａ層用のカソード１０６のアーク電流量をＢ層用のカソード１０７のアーク電流量よりも大きくした状態で交互層を形成したことを除き、他は全て上記実施例と同様にして、表４および表５に示す構成の被覆層を有する実施例７〜９の表面被覆切削工具（刃先交換型切削チップ）をそれぞれ作製した。
<Examples 7 to 9>
In the above Examples 1 to 6 and 13 to 20, except that the alternating layers were formed in a state where the arc current amount of the
すなわち、これらの表面被覆切削工具は、基材と該基材の表面上に形成された被覆層とを含むものであって、該被覆層は、基材と接する最下層としてＢ層を含み、その最下層上にＡ層とＢ層とが交互にそれぞれ１層以上積層された交互層を含み、該Ａ層は、ＡｌとＣｒとを含む窒化物からなり、該Ａ層を構成する金属原子の総数を１としたときのＣｒの原子数の比が０よりも大きく０．４以下であり、該Ｂ層は、ＴｉとＳｉとを含む窒化物からなり、該Ｂ層を構成する金属原子の総数を１としたときのＳｉの原子数の比が０．０５以上０．３以下であり、この交互層上に最上層であるＣ層を含む構成となっている。そして、上記交互層におけるＡ層の厚みλａと、Ｂ層の厚みλｂとの比であるλａ／λｂが１≦λａ／λｂ＜５である。なお、表４のλａ／λｂの欄の値は、交互層を構成するＡ層の厚み（１層厚み）λａとＢ層の厚み（１層厚み）λｂとの比（λａ／λｂ）を示している。 That is, these surface-coated cutting tools include a substrate and a coating layer formed on the surface of the substrate, and the coating layer includes a B layer as a lowermost layer in contact with the substrate, An alternating layer in which one or more A layers and B layers are alternately laminated on the lowermost layer is formed, and the A layer is made of a nitride containing Al and Cr, and the metal atoms constituting the A layer The ratio of the number of Cr atoms, when the total number of N is 1, is greater than 0 and 0.4 or less, and the B layer is made of a nitride containing Ti and Si, and the metal atoms constituting the B layer The ratio of the number of Si atoms when the total number is 1 is 0.05 or more and 0.3 or less, and the C layer which is the uppermost layer is included on this alternate layer. In addition, λa / λb, which is a ratio of the thickness A of the A layers and the thickness λb of the B layers in the alternating layers, satisfies 1 ≦ λa / λb <5. The values in the column of λa / λb in Table 4 indicate the ratio (λa / λb) between the thickness (1 layer thickness) λa of the A layers and the thickness (1 layer thickness) λb of the B layers constituting the alternating layers. ing.
なお、実施例７〜９の交互層におけるＡ層のそれぞれの厚みは全て実質的に同一であり（すなわちそれぞれのＡ層の厚みは表４中の１層厚みの値となる）、Ｂ層のそれぞれの厚みも実質的に同一である（すなわちそれぞれのＢ層の厚みは表４中の１層厚みの値となる）。 In addition, all the thicknesses of the A layers in the alternating layers of Examples 7 to 9 are substantially the same (that is, the thickness of each A layer is the value of one layer thickness in Table 4). Each thickness is also substantially the same (that is, the thickness of each B layer is the value of the thickness of one layer in Table 4).
そして、実施例７〜９の刃先交換型切削チップのそれぞれについて、実際に上記表３に示す条件で乾式の連続切削試験および断続切削試験を行ない、刃先の逃げ面摩耗量を測定した。その寿命評価結果を表５に示す。 Then, for each of the cutting edge-exchangeable cutting tips of Examples 7 to 9, the dry continuous cutting test and the intermittent cutting test were actually performed under the conditions shown in Table 3 above, and the flank wear amount of the cutting edge was measured. The life evaluation results are shown in Table 5.
表５から明らかなように、被覆層として本発明の交互層を有し、その交互層におけるＡ層の厚み（１層厚み）λａと、Ｂ層の厚み（１層厚み）λｂとの比であるλａ／λｂが１≦λａ／λｂ＜５である実施例７〜９の刃先交換型切削チップは、上記比較例１〜４の刃先交換型切削チップと比べて、連続切削試験および断続切削試験のいずれにおいても刃先の逃げ面摩耗量が大きく低減し、さらに上記実施例１〜６、１３〜１４の刃先交換型切削チップと比べても連続切削試験および断続切削試験における刃先の逃げ面摩耗量がより低減する傾向が確認された。すなわち、実施例７〜９の刃先交換型切削チップは、実施例１〜６、１３〜１４の刃先交換型切削チップに比べ耐摩耗性がさらに向上すること（すなわち工具寿命がさらに長期化したこと）が確認できた。 As is apparent from Table 5, the coating layer has the alternating layers of the present invention, and the ratio of the thickness of the A layer (1 layer thickness) λa to the thickness of the B layer (1 layer thickness) λb in the alternating layer The cutting edge replaceable cutting tips of Examples 7 to 9 in which a certain λa / λb is 1 ≦ λa / λb <5 are compared with the cutting edge replaceable cutting tips of Comparative Examples 1 to 4 described above. In any of the above, the flank wear amount of the cutting edge is greatly reduced, and further, the flank wear amount of the cutting edge in the continuous cutting test and the intermittent cutting test as compared with the cutting edge replaceable cutting tips of Examples 1 to 6 and 13 to 14 above. It was confirmed that there is a tendency to reduce more. That is, the cutting edge-exchangeable cutting tips of Examples 7 to 9 are further improved in wear resistance compared to the cutting edge-exchangeable cutting tips of Examples 1 to 6 and 13 to 14 (that is, the tool life is further prolonged). ) Was confirmed.
なお、本発明の実施例７〜９の刃先交換型切削チップは、高温での安定性に優れるとともに、刃先のチッピングを抑制することによりこのように工具寿命を長期化したものと考えられる。 In addition, it is considered that the cutting edge-exchangeable cutting tips of Examples 7 to 9 of the present invention are excellent in stability at high temperatures and thus prolong the tool life by suppressing the chipping of the cutting edge.
＜実施例１０〜１２＞
上記実施例１〜６および１３〜２０において、交互層の形成開始時においてはＡ層用のカソード１０６のアーク電流量をＢ層用のカソード１０７のアーク電流量と同一にし、その後、Ａ層用のカソード１０６のアーク電流量をＢ層用のカソード１０７のアーク電流量よりも連続的に大きくしていくことによって、基材に最も近い側から基材から最も遠い側にかけてＡ層の厚み（１層厚み）λａとＢ層の厚み（１層厚み）λｂとの比（λａ／λｂ）が連続的に大きくなっている交互層を形成したことを除き、他は全て実施例１〜６および１３〜２０と同様にして、表６および表７に示す構成の被覆層を有する実施例１０〜１２の表面被覆切削工具（刃先交換型切削チップ）をそれぞれ作製した。なお、交互層におけるＡ層およびＢ層の積層数は、それぞれ５７０層ずつであった。
<Examples 10 to 12>
In Examples 1 to 6 and 13 to 20, the arc current amount of the
このようにして作製された表面被覆切削工具は、基材と該基材の表面上に形成された被覆層とを含むものであって、該被覆層は、基材と接する最下層としてＢ層を含み、その最下層上にＡ層とＢ層とが交互にそれぞれ１層以上積層された交互層を含み、該Ａ層は、ＡｌとＣｒとを含む窒化物からなり、該Ａ層を構成する金属原子の総数を１としたときのＣｒの原子数の比が０よりも大きく０．４以下であり、該Ｂ層は、ＴｉとＳｉとを含む窒化物からなり、該Ｂ層を構成する金属原子の総数を１としたときのＳｉの原子数の比が０．０５以上０．３以下であり、この交互層上に最上層であるＣ層を含む構成となっている。そして、上記交互層における互いに隣接するＡ層の厚みλａと、Ｂ層の厚みλｂとの比であるλａ／λｂが、上記基材に最も近い側ではλａ／λｂ＝１であり、該基材から遠ざかるにしたがってλａ／λｂの値は連続的に大きくなっていき、該基材から最も遠い側では１＜λａ／λｂ＜５である。なお、表６のλａ／λｂの基材側の欄の値は、交互層において基材に最も近い側に積層されているＡ層の１層厚みλａとＢ層の１層厚みλｂとの比（λａ／λｂ）を示している。また、同じく表６のλａ／λｂの最表面側の値は、交互層において基材から最も遠い側に積層されているＡ層の１層厚みλａとＢ層の１層厚みλｂとの比（λａ／λｂ）を示している。 The surface-coated cutting tool thus prepared includes a base material and a coating layer formed on the surface of the base material, and the coating layer is a B layer as the lowest layer in contact with the base material. Including an alternating layer in which one or more A layers and B layers are alternately laminated on the lowermost layer. The A layer is made of a nitride containing Al and Cr, and constitutes the A layer. The ratio of the number of Cr atoms when the total number of metal atoms to be taken is 1 is greater than 0 and less than or equal to 0.4, and the B layer is made of a nitride containing Ti and Si and constitutes the B layer The ratio of the number of Si atoms when the total number of metal atoms to be set to 1 is 0.05 or more and 0.3 or less, and the C layer which is the uppermost layer is included on this alternate layer. In addition, λa / λb, which is the ratio of the thicknesses λa of the adjacent A layers in the alternating layers to the thickness λb of the B layers, is λa / λb = 1 on the side closest to the base material. The value of λa / λb increases continuously as the distance from the substrate increases, and 1 <λa / λb <5 on the side farthest from the substrate. The values in the column on the substrate side of λa / λb in Table 6 are the ratios of the one layer thickness λa of the A layer and the one layer thickness λb of the B layer laminated on the side closest to the substrate in the alternating layers. (Λa / λb) is shown. Similarly, the value on the outermost surface side of λa / λb in Table 6 is the ratio of the one layer thickness λa of the A layer and the one layer thickness λb of the B layer stacked on the side farthest from the substrate in the alternating layers ( λa / λb).
そして、実施例１０〜１２の刃先交換型切削チップのそれぞれについて、実際に上記表３に示す条件で乾式の連続切削試験および断続切削試験を行ない、刃先の逃げ面摩耗量を測定した。その寿命評価結果を表７に示す。 Then, for each of the cutting edge-exchangeable cutting tips of Examples 10 to 12, a dry continuous cutting test and an intermittent cutting test were actually performed under the conditions shown in Table 3 above, and the flank wear amount of the cutting edge was measured. The life evaluation results are shown in Table 7.
表７から明らかなように、被覆層として本発明の交互層を有し、その交互層におけるＡ層の厚み（１層厚み）λａと、Ｂ層の厚み（１層厚み）λｂとの比であるλａ／λｂが基材に最も近い側では１であって、基材から遠ざかるにしたがって連続的に大きくなっており、基材から最も遠い側では１＜λａ／λｂ＜５である実施例１０〜１２の刃先交換型切削チップは、比較例１〜４の刃先交換型チップと比べて、連続切削試験および断続切削試験のいずれにおいても刃先の逃げ面摩耗量が大きく低減し、さらに実施例１〜６、１３〜１４の刃先交換型切削チップと比べても連続切削試験および断続切削試験における刃先の逃げ面摩耗量がより低減する傾向が確認された。特に、交互層におけるＡ層の１層厚みλａとＢ層の１層厚みλｂとの比であるλａ／λｂが基材から最も遠い側で１＜λａ／λｂ＜３である実施例１０〜１１の刃先交換型切削チップは、連続切削試験および断続切削試験における刃先の逃げ面摩耗量がより低減することが確認された。すなわち、実施例１０〜１２の刃先交換型切削チップは、実施例１〜６、１３〜１４の刃先交換型切削チップに比べ耐摩耗性がさらに向上すること（すなわち工具寿命がさらに長期化したこと）が確認できた。 As is apparent from Table 7, the coating layer has the alternate layers of the present invention, and the ratio of the thickness of the A layer (one layer thickness) λa to the thickness of the B layer (one layer thickness) λb in the alternate layer Example 10 in which a certain λa / λb is 1 on the side closest to the substrate and continuously increases as the distance from the substrate increases, and 1 <λa / λb <5 on the side farthest from the substrate The cutting edge replaceable cutting tips of ˜12 greatly reduce the flank wear amount of the cutting edge both in the continuous cutting test and the intermittent cutting test as compared with the cutting edge replaceable chips of Comparative Examples 1-4. It was confirmed that the flank wear amount of the cutting edge in the continuous cutting test and the intermittent cutting test was further reduced even when compared with the cutting edge-exchangeable cutting tips of -6 and 13-14. In particular, Examples 10 to 11 in which λa / λb, which is the ratio of the one layer thickness λa of the A layers to the one layer thickness λb of the B layers in the alternating layers, is 1 <λa / λb <3 on the side farthest from the substrate. It was confirmed that the cutting edge wear type of the cutting edge of the cutting edge of the cutting edge of the cutting edge of the cutting edge replacement type of the cutting edge wear type of the cutting edge replacement type of the cutting edge of the cutting edge replacement type. That is, the cutting edge-exchangeable cutting tips of Examples 10 to 12 are further improved in wear resistance compared to the cutting edge-exchangeable cutting tips of Examples 1 to 6 and 13 to 14 (that is, the tool life is further prolonged). ) Was confirmed.
なお、本発明の実施例１０〜１２の刃先交換型切削チップは、高温での安定性に優れるとともに、刃先のチッピングを抑制することによりこのように工具寿命を長期化したものと考えられる。 In addition, it is thought that the cutting edge replacement | exchange type cutting tip of Examples 10-12 of this invention was excellent in stability at high temperature, and extended the tool life in this way by suppressing chipping of a cutting edge.
なおまた、これらの実施例１０〜１２の上記被覆層の残留応力は、厚み方向において変化し、基材から遠ざかるにしたがってその残留応力の絶対値が大きくなること（すなわち圧縮残留応力が大きくなること）を確認した。 In addition, the residual stress of the coating layers of Examples 10 to 12 changes in the thickness direction, and the absolute value of the residual stress increases as the distance from the base material increases (that is, the compressive residual stress increases). )It was confirmed.
なお、上記の実施例１〜２０の被覆層の形成は、カソードアークイオンプレーティング法を用いて行なったが、たとえばバランスドマグネトロンスパッタリング法およびアンバランスドマグネトロンスパッタリング法のいずれの方法を用いて行なうことも可能である。 In addition, although formation of the coating layer of said Examples 1-20 was performed using the cathode arc ion plating method, for example, it performs using any method of the balanced magnetron sputtering method and the unbalanced magnetron sputtering method. It is also possible.
さらに引き続き、上記で作製された表面被覆切削工具について下記の試験を実施した。
＜穴あけ加工試験＞
基材としての外径８ｍｍのドリル（ＪＩＳＫ１０超硬合金）上に、実施例１、実施例７、実施例１０、比較例１および比較例２のそれぞれの最下層、交互層および最上層を上記と同様にして形成して実施例１、実施例７、実施例１０、比較例１および比較例２のそれぞれのドリル（すなわち表面被覆切削工具）を得た。そして、実施例１、実施例７、実施例１０、比較例１および比較例２のそれぞれのドリルを用いて実際に被加工材であるＳＣＭ４４０（ＨＲＣ３０）の穴あけ加工試験を行ないその寿命評価を行なった。
Further, the following test was carried out on the surface-coated cutting tool produced above.
<Drilling test>
On the drill (JISK10 cemented carbide) having an outer diameter of 8 mm as a base material, the lowermost layer, the alternating layer and the uppermost layer of each of Example 1, Example 7, Example 10, Comparative Example 1 and Comparative Example 2 are described above. The drills (namely, surface-coated cutting tools) of Example 1, Example 7, Example 10, Comparative Example 1 and Comparative Example 2 were obtained. Then, using the drills of Example 1, Example 7, Example 10, Comparative Example 1 and Comparative Example 2, an actual drilling test of SCM440 (HRC30), which is a workpiece, was performed, and the life evaluation was performed. It was.
ここで、穴あけ加工試験は、切削速度が９０ｍ／ｍｉｎで、送り量が０．２ｍｍ／ｒｅｖであって、切削油を用いずにエアーブローを用いた条件で、深さ２４ｍｍの止まり穴加工をすることにより行なった。なお、寿命の判定基準は、被加工材の寸法精度が規定の範囲をはずれた時点までの穴数とした。その寿命評価結果を表８に示す。表８において、加工数が大きい方が寿命がより長いことを示している。 Here, in the drilling test, a blind hole with a depth of 24 mm is formed under the condition that the cutting speed is 90 m / min, the feed amount is 0.2 mm / rev, and air blow is used without using cutting oil. It was done by doing. Note that the criterion for determining the lifetime was the number of holes up to the point where the dimensional accuracy of the workpiece was outside the specified range. The life evaluation results are shown in Table 8. In Table 8, it shows that the one where the number of processing is large has a longer life.
表８から明らかなように、実施例１、実施例７および実施例１０のドリルは、それぞれ比較例１および比較例２のドリルと比べて、穴あけ加工数が非常に多く、寿命が大幅に長くなることが確認された。 As can be seen from Table 8, the drills of Example 1, Example 7 and Example 10 have a much larger number of drilling operations and a significantly longer life than the drills of Comparative Example 1 and Comparative Example 2, respectively. It was confirmed that
＜エンドミル側面削り試験＞
基材としての外径８ｍｍの６枚刃エンドミル（ＪＩＳＫ１０超硬合金）上に、実施例２、実施例８、実施例１１、比較例２および比較例３のそれぞれの最下層、交互層および最上層を上記と同様にして形成して実施例２、実施例８、実施例１１、比較例２および比較例３のそれぞれのエンドミル（すなわち表面被覆切削工具）を得た。そして、実施例２、実施例８、実施例１１、比較例２および比較例３のそれぞれのエンドミルを用いて実際に被加工材であるＳＫＤ１１（ＨＲＣ６０）の側面削り試験を行ないその寿命評価を行なった。
<End mill side grinding test>
On a 6-flute end mill (JISK10 cemented carbide) having an outer diameter of 8 mm as a base material, the lowermost layer, the alternating layer and the lowermost layer of each of Example 2, Example 8, Example 11, Comparative Example 2 and Comparative Example 3 were used. The upper layer was formed in the same manner as described above to obtain the respective end mills (ie, surface-coated cutting tools) of Example 2, Example 8, Example 11, Comparative Example 2 and Comparative Example 3. Then, using the respective end mills of Example 2, Example 8, Example 11, Comparative Example 2 and Comparative Example 3, the side milling test of SKD11 (HRC60), which is the workpiece, is actually performed and the life evaluation is performed. It was.
ここで、側面削り試験は、切削速度が２００ｍ／ｍｉｎで、送り量が０．０３ｍｍ／刃、切り込み量がＡｄ（軸方向の切り込み量）＝１２ｍｍ、Ｒｄ（半径方向の切り込み量）＝０．２ｍｍであって、切削油を用いずにエアーブローを用いた条件により行なった。なお、寿命の判定基準は、被加工材の寸法精度が規定の範囲（５μｍ）をはずれた時点の削り長さにより行なわれた。その寿命評価結果を表９に示す。表９において、寸法精度がはずれる長さが大きい方が寿命がより長いことを示している。 Here, in the side face cutting test, the cutting speed was 200 m / min, the feed amount was 0.03 mm / tooth, the cut amount was Ad (axial cut amount) = 12 mm, and Rd (radial cut amount) = 0. The measurement was performed under the condition of 2 mm and using air blow without using cutting oil. Note that the criteria for determining the service life were determined based on the cutting length at the time when the dimensional accuracy of the workpiece was out of the specified range (5 μm). The life evaluation results are shown in Table 9. In Table 9, it is shown that the longer the length from which the dimensional accuracy deviates, the longer the lifetime.
表９から明らかなように、実施例２、実施例８および実施例１１のエンドミルは、それぞれ比較例２および比較例３のエンドミルと比べて、寸法精度がはずれる時点の長さが非常に長く、寿命が大幅に長くなることが確認された。 As is clear from Table 9, the end mills of Example 2, Example 8 and Example 11 have a very long length at the time when the dimensional accuracy is lost, compared to the end mills of Comparative Example 2 and Comparative Example 3, respectively. It was confirmed that the lifetime was significantly increased.
＜外周旋削加工試験＞
超硬合金製ポットおよびボールを用いて、質量で４０％のＴｉＮと１０％のＡｌからなる結合材粉末と５０％の平均粒径２．５μｍの立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）粉末とを混ぜ合わせ、超硬合金製容器に充填し、圧力５ＧＰａ、温度１４００℃で６０分間焼結した。このｃＢＮ焼結体を加工し、ＩＳＯ規格ＳＮＧＡ１２０４０８の形状のチップを得た。
<Outer peripheral turning test>
Using cemented carbide pots and balls, a binder powder composed of 40% TiN and 10% Al and 50% cubic boron nitride (cBN) powder with an average particle size of 2.5 μm are mixed. The mixture was filled in a cemented carbide container and sintered at a pressure of 5 GPa and a temperature of 1400 ° C. for 60 minutes. This cBN sintered body was processed to obtain a chip having an ISO standard SNGA120408 shape.
そして、基材としてのこのチップ上に、実施例３、実施例９、実施例１２、比較例１および比較例２のそれぞれの最下層、交互層および最上層をそれぞれ上記と同様にして形成して実施例３、実施例９、実施例１２、比較例１および比較例２のそれぞれの刃先交換型切削チップ（すなわち表面被覆切削工具）を得た。そして、実施例３、実施例９、実施例１２、比較例１および比較例２のそれぞれの刃先交換型切削チップを用いて実際に焼入鋼の１種であるＳＵＪ２の丸棒（ＨＲＣ６２）の外周切削加工試験を行ないその寿命評価を行なった。 Then, the lowermost layer, the alternating layer and the uppermost layer of Example 3, Example 9, Example 12, Comparative Example 1 and Comparative Example 2 are respectively formed in the same manner as above on this chip as the base material. Thus, the respective blade edge-exchangeable cutting tips (namely, surface-coated cutting tools) of Example 3, Example 9, Example 12, Comparative Example 1 and Comparative Example 2 were obtained. And, using each of the blade-tip-exchangeable cutting tips of Example 3, Example 9, Example 12, Comparative Example 1 and Comparative Example 2, SUJ2 round bar (HRC62) which is actually one type of hardened steel An outer peripheral cutting test was conducted to evaluate the life.
ここで、外周旋削加工試験は、切削速度が１２０ｍ／ｍｉｎ、切り込みが０．２ｍｍ、送りが０．１ｍｍ／ｒｅｖであって、乾式で４０分間の切削条件により行なった。なお、寿命の判定は、刃先交換型切削チップの表面の切削前の表面粗さ（Ｒｚ）である表１０に示すそれぞれの初期面粗度（μｍ）からＲｚ＝３．２μｍとなるまでの時間（ｍｉｎ）を測定することにより行なった。その寿命評価結果を表１０に示す。表１０において、Ｒｚ＝３．２μｍとなる時間が長い方が寿命がより長いことを示している。 Here, the outer peripheral turning test was performed under a dry cutting condition of 40 minutes with a cutting speed of 120 m / min, a cutting depth of 0.2 mm, and a feed of 0.1 mm / rev. In addition, the determination of the lifetime is the time from the initial surface roughness (μm) shown in Table 10, which is the surface roughness (Rz) before cutting, of the surface of the cutting edge replaceable cutting tip to Rz = 3.2 μm. This was done by measuring (min). The life evaluation results are shown in Table 10. Table 10 shows that the longer the time when Rz = 3.2 μm, the longer the lifetime.
表１０から明らかなように、実施例３、実施例９および実施例１２の刃先交換型切削チップは、それぞれ比較例１および比較例２の刃先交換型切削チップと比べて、Ｒｚ＝３．２μｍとなるまでの時間が非常に長く、寿命が大幅に長くなることが確認された。 As is clear from Table 10, the cutting edge-exchangeable cutting tips of Example 3, Example 9 and Example 12 are Rz = 3.2 μm compared to the cutting edge-exchangeable cutting tips of Comparative Example 1 and Comparative Example 2, respectively. It was confirmed that the time to reach a very long time and the lifetime was significantly increased.
＜連続旋削加工試験＞
グレードがＪＩＳ規格Ｓ２０の超硬合金でその形状がＪＩＳ規格のＣＮＭＧ１２０４０８である基材としてのチップ上に、実施例４、実施例７、実施例１０、比較例１および比較例３のそれぞれの最下層、交互層および最上層を上記と同様にして形成して実施例４、実施例７、実施例１０、比較例１および比較例３のそれぞれの刃先交換型切削チップ（すなわち表面被覆切削工具）を得た。そして、実施例４、実施例７、実施例１０、比較例１および比較例３のそれぞれの刃先交換型切削チップを用いて以下に示す条件による湿式（水溶性エマルジョン）の連続旋削加工試験を行ない、寿命判定基準として刃先の逃げ面摩耗量が０．２ｍｍを超える時間を測定することにより、その寿命評価を行なった。
<Continuous turning test>
On a chip as a base material having a grade of JIS standard S20 cemented carbide and a shape of JIS standard CNMG120408, each of Example 4, Example 7, Example 10, Comparative Example 1 and Comparative Example 3 was used. The lower layer, the alternating layer, and the uppermost layer are formed in the same manner as described above, and the blade-tip-exchangeable cutting tips (ie, surface-coated cutting tools) of Example 4, Example 7, Example 10, Comparative Example 1 and Comparative Example 3 are used. Got. And the continuous turning test of the wet (water-soluble emulsion) was performed on the conditions shown below using each cutting edge exchangeable cutting tip of Example 4, Example 7, Example 10, Comparative Example 1 and Comparative Example 3. The life evaluation was performed by measuring the time when the flank wear amount of the blade edge exceeded 0.2 mm as a life criterion.
ここで、連続旋削加工試験は、被削材としてＴｉ合金であるＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ（ＨＢ＝３１０）を用い、切削速度が８０ｍ／ｍｉｎ、送り量が０．２ｍｍ／ｒｅｖ、切り込みを１ｍｍとした条件により行なった。なお、寿命の判定は、逃げ面摩耗量が０．２ｍｍを超える時間が長いほど寿命が長いものとして判断することにより行なった。その寿命評価結果を表１１に示す。 Here, in the continuous turning test, Ti-6Al-4V (HB = 310), which is a Ti alloy, is used as a work material, the cutting speed is 80 m / min, the feed amount is 0.2 mm / rev, and the cutting is 1 mm. The conditions were as follows. Note that the life was determined by determining that the longer the time when the flank wear amount exceeds 0.2 mm, the longer the life is. The life evaluation results are shown in Table 11.
表１１から明らかなように、実施例４、実施例７および実施例１０の刃先交換型切削チップは、それぞれ比較例１および比較例３の刃先交換型切削チップと比べて、逃げ面摩耗量が０．２ｍｍを超える時間が非常に長くなり、寿命が大幅に長くなることが確認された。 As can be seen from Table 11, the cutting edge replaceable cutting tips of Examples 4, 7 and 10 have flank wear amounts compared to the cutting edge replaceable cutting tips of Comparative Example 1 and Comparative Example 3, respectively. It was confirmed that the time exceeding 0.2 mm was very long, and the life was significantly increased.
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が、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から予定している。 Although the embodiments and examples of the present invention have been described as described above, it is also planned from the beginning to appropriately combine the configurations of the above-described embodiments and examples.
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特許請求の範囲によって示され、特許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。 It should be understood that the embodiments and examples disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
１ 表面被覆切削工具、２ 基材、３ 被覆層、４ すくい面、５ 逃げ面、６ 刃先、１２ Ａ層、１３ 交互層、１４ Ｃ層、１５ Ｂ層、１０１ チャンバ、１０２ ガス導入口、１０３ ガス排出口、１０４ 基材ホルダ、１０５ ガス、１０６，１０７，１２０ カソード、１０８，１０９ アーク電源、１１０ バイアス電源。
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記被覆層は、Ａ層とＢ層とが交互にそれぞれ１層以上積層された交互層を含み、
前記Ａ層は、ＡｌとＣｒとを含む窒化物からなり、前記Ａ層を構成する金属原子の総数を１としたときの前記Ｃｒの原子数の比が０よりも大きく０．４以下であり、
前記Ｂ層は、Ａｌを含まずＴｉとＳｉとを含む窒化物からなり、前記Ｂ層を構成する金属原子の総数を１としたときの前記Ｓｉの原子数の比が０．０５以上０．３以下であり、
前記被覆層の最上層は、Ｃ層であり、
前記Ｃ層は、ＴｉとＳｉとを含む炭窒化物からなり、前記Ｃ層を構成する金属原子の総数を１としたときの前記Ｓｉの原子数の比が０．０５以上０．３以下であることを特徴とする表面被覆切削工具。 A surface-coated cutting tool comprising a substrate and a coating layer formed on the surface of the substrate,
The coating layer includes alternating layers in which one or more A layers and B layers are alternately laminated,
The A layer is made of a nitride containing Al and Cr, and the ratio of the number of Cr atoms when the total number of metal atoms constituting the A layer is 1 is greater than 0 and 0.4 or less. ,
The B layer is made of a nitride containing Ti and Si not containing Al, and the ratio of the number of Si atoms when the total number of metal atoms constituting the B layer is 1 is 0.05 or more and 0.00. 3 Ri der below,
The uppermost layer of the covering layer is a C layer,
The C layer is made of a carbonitride containing Ti and Si, and the ratio of the number of Si atoms when the total number of metal atoms constituting the C layer is 1 is 0.05 or more and 0.3 or less. surface-coated cutting tool, characterized in that.
前記中間遷移層は、それに接する下層の組成から同じくそれに接する上層の組成へと厚み方向にその組成が連続的に変化することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の表面被覆切削工具。 In the alternating layers, the A layer and the B layer are stacked with an intermediate transition layer interposed therebetween,
The surface-coated cutting according to any one of claims 1 to 5 , wherein the intermediate transition layer has its composition continuously changing in the thickness direction from the composition of the lower layer in contact with the intermediate transition layer to the composition of the upper layer in contact with the intermediate transition layer. tool.
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