JP6705565B2 - 被覆切削工具 - Google Patents
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Description
本願は、2017年11月20日に、日本に出願された特願2017−223099号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
例えば、特許文献1には、Si3N4およびSiが独立した相として化合物相中に存在するTiSiNを被覆した被覆切削工具が提案されている。また、特許文献2には、ミクロ組織に微細結晶及び非晶質部が混在したTiSiNを被覆した被覆切削工具が提案されている。
基材と、前記基材上に形成される硬質皮膜とを備え、
前記硬質皮膜は、前記基材の上に配置される、窒化物または炭窒化物からなるb層と、
前記b層の上に配置され、金属(半金属を含む)元素の総量に対して、アルミニウム(Al)を55原子%以上、次いでクロム(Cr)の含有比率が多く、更に、少なくともシリコン(Si)を含有する窒化物または炭窒化物のc1層と、
金属(半金属を含む)元素の総量に対して、アルミニウム(Al)を55原子%以上、次いでチタン(Ti)を多く含有する窒化物または炭窒化物のc2層と、がそれぞれ50nm以下の膜厚で交互に積層した積層皮膜であるc層と、
前記c層の上に配置され、前記c層よりも高硬度なd層と、を有し、
前記c層は、透過型電子顕微鏡の制限視野回折パターンから求められる強度プロファイルにおいて、六方最密充填構造のAlNの(010)面に起因するピーク強度をIhとし、面心立方格子構造の、AlNの(111)面、TiNの(111)面、CrNの(111)面、AlNの(200)面、TiNの(200)面、CrNの(200)面、AlNの(220)面、TiNの(220)面、およびCrNの(220)面に起因するピーク強度と、六方最密充填構造の、AlNの(010)面、AlNの(011)面、およびAlNの(110)面に起因するピーク強度と、の合計をIsとした場合、Ih×100/Is≦15の関係を満たす被覆切削工具である。
また、前記c層は、Ih×100/Is=0の関係を満たすことが好ましい。
また、前記硬質皮膜の総膜厚に対して、前記c層が最も厚い膜であることが好ましい。
また、前記c層は、柱状粒子から構成されており、前記柱状粒子の平均幅は90nm以下であることが好ましい。
また、前記d層は、金属(半金属を含む)元素の総量に対して、チタン(Ti)を70原子%以上、シリコン(Si)を5原子%以上、を含有する窒化物または炭窒化物であることが好ましい。
また、前記c2層は、周期律表の4a族、5a族、6a族の元素およびSi、B、Yから選択される1種または2種以上の元素を含有してもよい。
また、前記基材と前記b層との間に、ナノビーム回折パターンがWCの結晶構造に指数付けされ、膜厚が1nm以上10nm以下のa層を有してもよい。
本実施形態の被覆切削工具においては、基材は特段限定されないが、強度と靭性に優れるWC−Co基超硬合金を基材とすることが好ましい。
本実施形態に係るb層は、基材の上に配置される窒化物または炭窒化物である。b層は、基材と積層皮膜であるc層との密着性を高める下地層である。基材の上に配置されるb層が窒化物または炭窒化物であることで、基材と硬質皮膜の密着性が優れる被覆切削工具となる。b層は、金属(半金属を含む。以下、同様。)元素の総量に対して、Alを55原子%以上で含有することが好ましい。更には、b層のAlは60原子%以上が好ましい。b層をAlリッチとすることで、後述するAlリッチの積層皮膜からなるc層との組成差が小さくなり密着性が向上する。また、b層をAlリッチとすることで、硬質皮膜の全体で耐熱性が高まる。更には、b層は、耐熱性と耐摩耗性に優れる窒化物であることが好ましい。但し、b層のAlの含有比率が大きくなり過ぎると脆弱なhcp構造のAlNが多くなる。そのため、b層のAlは75原子%以下が好ましい。また、積層皮膜であるc層との密着性をより高めるため、b層は後述するc1層またはc2層が含有する金属元素を含有することが好ましい。また、b層は、X線回折または透過型電子顕微鏡の制限視野回折パターンから求められる強度プロファイルにおいて、fcc構造に起因するピーク強度が最大を示すことが好ましい。これにより、b層の上に設けられるAlリッチの積層皮膜であるc層において、c層のミクロ組織に含有されるhcp構造のAlNが低減される。脆弱なhcp構造のAlNが低減されることにより、被覆切削工具の耐久性が向上する。b層は窒化物または炭窒化物であれば、組成が異なる複数の層から構成されてもよい。
本実施形態に係るc層は、上述した下地層であるb層と、後述する高硬度なd層との間に設けられるAlリッチな積層皮膜である。
具体的には、c層は、金属(半金属を含む)元素の総量に対して、アルミニウム(Al)を55原子%以上、次いでクロム(Cr)の含有比率が多く、更に、少なくともシリコン(Si)を含有する窒化物または炭窒化物のc1層と、金属(半金属を含む)元素の総量に対して、アルミニウム(Al)を55原子%以上、次いでチタン(Ti)を多く含有する窒化物または炭窒化物のc2層と、がそれぞれ50nm以下の膜厚で交互に積層した積層皮膜である。
更には、c層は、金属元素の総量に対して、アルミニウム(Al)を55原子%以上、クロム(Cr)を20原子%以上、シリコン(Si)を1原子%以上、を含有する窒化物または炭窒化物のc1層と、金属部分の総量に対して、アルミニウム(Al)を55原子%以上、チタン(Ti)を20原子%以上、を含有する窒化物または炭窒化物のc2層とが50nm以下の膜厚で交互に積層した積層皮膜であることが好ましい。
組成系が互いに異なるAlリッチなAlCrN系の硬質皮膜とAlリッチなAlTiN系の硬質皮膜とがナノレベルで交互に積層されることで、皮膜破壊の進展が抑制され易くなる。また、c層中にhcp構造のAlNを含有し難くなり、硬質皮膜の全体で耐熱性が高まり被覆切削工具の耐久性が向上する。
c層の平均組成は、Alの含有比率が55原子%以上75原子%以下であることが好ましい。更には、c層の平均組成は、Alの含有比率が60原子%以上70原子%以下であることが好ましい。また、c層の平均組成は、CrとTiの合計の含有率が20原子%以上40原子%以下であることが好ましい。また、c層の平均組成は、Siの含有比率が0.5原子%以上5原子%以下であることが好ましい。更には、c層の平均組成は、Siの含有比率が1原子%以上3原子%以下であることが好ましい。なお、c層の平均組成は、500nm×500nm以上の範囲を測定して算出すればよい。
更には、c層はミクロ組織に含有されるhcp構造のAlNが少ないことが必要である。本発明者は、c層の評価においてX線回折ではhcp構造のAlNのピーク強度が確認されない場合でも、ミクロ組織には脆弱なhcp構造のAlNを含有する場合があることを知見した。そして、本発明者は、c層のミクロ組織に含まれる脆弱なhcp構造のAlNを低減することで、被覆切削工具の耐久性が向上することを確認した。
Is:fcc構造の、AlNの(111)面、TiNの(111)面、CrNの(111)面、AlNの(200)面、TiNの(200)面、CrNの(200)面、AlNの(220)面、TiNの(220)面、およびCrNの(220)面に起因するピーク強度と、hcp構造の、AlNの(010)面、AlNの(011)面、およびAlNの(110)面に起因するピーク強度と、の合計。
更には、本実施形態の被覆切削工具は、c層においてhcp構造のAlNの(010)面に起因するピーク強度が確認されない構成であることが好ましい。すなわち、本実施形態の被覆切削工具は、c層がIh×100/Is=0を満たす構成であることが好ましい。なお、制限視野回折パターンにおいて、hcp構造のAlNの回折パターンが確認される場合でも、その量が微量であれば、強度プロファイルにはピークが現れずIh×100/Isの値は0になる場合がある。c層の制限視野回折パターンにおいて、hcp構造のAlNが確認されないことが、被覆切削工具の耐久性をより高めるために好ましい。
c1層は、金属(半金属を含む)元素の総量に対して、アルミニウム(Al)を55原子%以上、次いでクロム(Cr)の含有比率が多く、更に、少なくともシリコン(Si)を含有する窒化物または炭窒化物である。更には、c1層は、金属元素の総量に対して、アルミニウム(Al)を55原子%以上、クロム(Cr)を20原子%以上、シリコン(Si)を1原子%以上、を含有する窒化物または炭窒化物であることが好ましい。
AlとCrをベースとする窒化物または炭窒化物は、耐熱性に優れる膜種である。特にAlの含有比率が大きくなると硬質皮膜の耐熱性が向上する傾向にあり、被覆切削工具の耐久性が向上する。更には、c1層は、耐熱性と耐摩耗性に優れる窒化物であることが好ましい。硬質皮膜に高い耐熱性を付与するために、c1層はAlを55原子%以上で含有する。更にはc1層のAl含有比率は60原子%以上が好ましい。但し、Alの含有比率が大きくなり過ぎると、ミクロ組織に含有される脆弱なhcp構造のAlNが多くなるため、硬質皮膜の耐久性が低下する。そのため、c1層のAl含有比率は75原子%以下、更には70原子%以下が好ましい。
但し、c1層がAlとCrとSi以外の金属元素を多く含有するとAlCrN系の硬質皮膜としての基礎特性が損なわれ被覆切削工具の耐久性が低下する。そのため、c1層はAlとCrとSi以外の金属元素の合計が25原子%以下、更には20原子%以下、更には15原子%以下であることが好ましい。
c2層は、金属(半金属を含む)元素の総量に対して、アルミニウム(Al)を55原子%以上、次いでチタン(Ti)を多く含有する窒化物または炭窒化物である。更には、c2層は、金属元素の総量に対して、アルミニウム(Al)を55原子%以上、チタン(Ti)を20原子%以上、で含有する窒化物または炭窒化物であることが好ましい。AlとTiを主体とする窒化物または炭窒化物は、耐摩耗性および耐熱性に優れる膜種である。特に、Alの含有比率が大きくなると硬質皮膜の耐熱性が向上する傾向にあり、被覆切削工具の耐久性が向上する。更には、耐熱性と耐摩耗性に優れる窒化物であることが好ましい。硬質皮膜に高い耐熱性を付与するために、c2層はAlを55原子%以上で含有する。更にはc2層のAlは60原子%以上が好ましい。但し、Alの含有比率が大きくなり過ぎると、hcp構造のAlNが多くなるため、硬質皮膜の耐久性が低下する。そのため、c2層のAlの含有比率は75原子%以下、更には70原子%以下が好ましい。
但し、c2層がAlとTi以外の金属元素を多く含有すると、AlTiN系の硬質皮膜としての基礎特性が損なわれ被覆切削工具の耐久性が低下する。そのため、c2層はAlとTi以外の金属元素の合計が25原子%以下、更には20原子%以下、更には15原子%以下であることが好ましい。
各層の最適な膜厚は、工具の種類、工具径および被削材等により異なるが、何れもc層が最も厚い膜となることで優れた耐久性を実現し易い。そして、b層、c層、d層の合計の膜厚を100%とした場合、c層の膜厚比が50%以上、更には60%以上、更には70%以上が好ましい。但し、c層の膜厚比が大きくなり過ぎると、b層とd層の膜厚が小さくなるため、密着性や耐摩耗性が低下する。そのため、c層の膜厚比は90%以下、更には85%以下が好ましい。
b層の膜厚比は5%以上が好ましい。d層の膜厚比は10%以上が好ましい。
本実施形態に係るd層は、積層皮膜であるc層の上層に設けられ、c層よりも硬質の高硬度層である。本実施形態においてc層の硬度は特に限定されるものではないが、c層のナノインデンテーション硬度は概ね35〜40GPaの範囲となる。c層の上層に高硬度のd層を設けることで、主層であるc層の摩耗が抑制されて、被覆切削工具の耐久性がより向上する。d層はc層よりも高硬度であれば、c層の保護皮膜としての一定の効果を奏することができる。本実施形態においてd層の皮膜組成は特段限定されない。本実施形態においてd層のナノインデンテーション硬度を40GPa以上とすることで被覆切削工具の耐久性がより向上するので好ましい。d層とc層の間には、d層とc層の積層皮膜を設けても良い。
本実施形態では、必要に応じて、基材と下地層b層との間に、ナノビーム回折パターンがWCの結晶構造に指数付けされるa層を有してもよい。a層は金属イオンボンバードにより基材の表面に形成される。a層は金属イオンボンバードに用いた金属元素が拡散して形成される層であるため、WC−Co基超硬合金を基材とする場合、金属元素の総量でW(タングステン)を最も多く含有しており、次いで金属イオンボンバードに用いた金属元素を含有する。このようなa層を有することで、基材とその上に設ける下地層との密着性が著しく改善する傾向にある。
但し、工具径が小さくなると、刃先が鋭角になり易いスクエアエンドミルやラジアスエンドミルにおいては、金属イオンボンバードにより、刃先が溶損する場合があり、刃先稜線が破壊され易くなる。そのため、a層は、金属イオンボンバードにより刃先稜線が破壊され難い、鋭角な刃先が形成されないボールエンドミルに設けることが好ましい。a層の膜厚が薄すぎる場合や、厚すぎる場合には密着性の改善効果が得られない。そのため、a層の膜厚は1nm以上10nm以下が好ましい。
a層はナノビーム回折パターンがWCの結晶構造に指数付けされる層であるため、主に炭化物から構成される。a層はナノビーム回折パターンがWCの結晶構造に指数付けされる層であれば、一部に、窒素や酸素を含有してもよい。また、a層は、一部に金属層を含有する場合もある。特に、金属TiやTiを主体とする合金ターゲットを用いた金属イオンボンバード処理は密着性の改善効果が大きい。そのため、a層は金属元素の含有比率で、WについでTiを多く含有することが好ましい。但し、a層に含有されるTiの含有比率が多くなり過ぎたり、少なくなり過ぎると密着性の向上効果が得られ難い。a層はTiを10原子%以上30原子%以下で含有することが好ましい。
本実施形態に係る硬質皮膜は、ターゲットのイオン化率が高いアークイオンプレーティング法で被覆することが好ましい。また、ターゲットのイオン化率が高い高出力スパッタリング法で被覆してもよい。そして、Alリッチの積層皮膜について、結晶性を高めてミクロ組織に含有されるhcp構造のAlNを低減するために、ターゲット中心付近の垂直方向における磁束密度が10mT以上のカソードを用いることが好ましい。
また、AlCr系の硬質皮膜を形成するためのカソードでは、カソード電圧が20V以上35V以下の範囲で成膜することが好ましい。カソード電圧が低すぎると、積層皮膜のhcp構造のAlNが多くなり耐久性が低下する。また、カソード電圧が高くなり過ぎると、積層皮膜の皮膜組織が粗大になり過ぎて耐久性が低下し易くなる。AlTi系の硬質皮膜を形成するためのカソードでは、カソード電圧が20V以上30V以下の範囲で成膜することが好ましい。カソード電圧が低くなり過ぎると、hcp構造のAlNが多くなり耐久性が低下する。また、カソード電圧が高くなり過ぎると、積層皮膜の皮膜組織が粗大になり過ぎて耐久性が低下し易くなる。カソード電流はそれぞれ120A以上200A以下が好ましい。
本実施形態の製造方法では、ターゲット中心付近の垂直方向における磁束密度とカソード電圧を上述した範囲になる成膜装置を選定した上で、基材に印加する負のバイアス電圧の絶対値を大きくすることが好ましい。この製造方法によれば、ミクロ組織のhcp構造のAlNの生成が抑制され、Ih×100/Isの値を15よりも小さくすることができる。
基材に印加する負のバイアス電圧は−200V以上−100V未満が好ましい。更には、−120V以下が好ましい。バイアス電圧の絶対値が大きくなり過ぎると、成膜が安定し難く膜厚を調整することが困難となる。また、バイアス電圧の絶対値が小さくなり過ぎると、hcp構造のAlNが多くなり耐久性が低下する。被覆温度は400℃以上600℃以下が好ましい。窒化物を被覆する場合、炉内に窒素ガスを導入して被覆する。また、被覆時の窒素ガス圧力は2.0Pa以上8.0Pa以下が好ましい。炭窒化物を被覆する場合には、窒素ガスの一部をメタンガスに置換すればよい。
成膜には、アークイオンプレーティング法を利用した成膜装置を用いた。この成膜装置は、複数のカソード(アーク蒸発源)、真空容器、および基材回転機構を備えている。カソードとしては、ターゲットの外周にコイル磁石が配備されたカソードを1基(以下、「C1」という。)と、ターゲットの背面および外周に永久磁石が配備され、ターゲット表面に垂直方向の磁束密度を有し、ターゲット中央付近における垂直方向の磁束密度が14mTであるカソードを3基(以下、「C2、C3、C4」という。)と、が搭載されている。
C1〜C4は基材が配置される領域の周囲に約90°間隔に配置されており、C1とC4、C2とC3とが対向するように設けられている。
組成:WC(bal.)−Co(8質量%)−Cr(0.5質量%)−V(0.3質量%)
硬度:94.0HRA
刃径:6mm、刃数:6枚
その後、真空容器内に流量制御でアルゴン(Ar)ガスを50sccm導入した。その際の真空容器内の圧力は約0.5Paであった。次いで、基材とC1との間を遮断した状態でC1に200Aの電流を供給してTiを放電させながら、基材に−200Vのバイアス電圧を印加して、Arボンバードを30分間実施した。このArボンバード処理により、炉内の酸素をより低減させた。
その後、基材の設定温度を480℃として、真空容器内に窒素ガスを導入して、炉内圧力を3.2Paとした。
b層の被覆では、何れの試料も基材に印加する負のバイアス電圧を−120V、C2に印加する電流を200Aとした。また、d層の被覆では、何れの試料も基材に印加する負のバイアス電圧を−40V、C4に印加する電流を200Aとした。
c層の被覆では、試料により基材に印加する負のバイアス電圧を変化させた。また、C2に投入する電力は一定として、C3に投入する電力を徐々に増加させていき、c層のb層側の部分ではc2層(AlTiN系)の方がc1層(AlCrN系)よりも厚い膜になるよう被覆した。なお、被覆時の、C2のカソード電圧は20V以上30V以下、C3のカソード電圧は20V以上35V以下であった。
表1に使用したターゲット組成を示す。表2に成膜条件を示す。表3に試料の膜厚を示す。
なお、市場において、高硬度材の切削加工に広く使用されている市販のソリッドエンドミルについても評価した。市販品1は、基材の表面にAl60Cr25Ti15N(数値は原子比率である。以下、同様。)を約2μm設け、その上にTi80Si20Nを約2μm設、最表層にAl60Cr25Ti15Nを約0.5μm設けた皮膜構造であった。市販品2は、基材の表面にAl50Ti35Cr15Nを約3μm設け、その上にCr55Al35Si10Nを約1μm設けた皮膜構造であった。
表4に切削試験結果を示す。切削条件の詳細は、以下の通りである。
<加工条件A>
・切削方法:側面切削
・被削材:STAVAX(52HRC)
・使用工具:6枚刃スクエアエンドミル(工具径6mm)
・切り込み:軸方向、6.0mm、径方向、0.1mm
・切削速度: 70m/min
・一刃送り量:0.026mm/刃
・クーラント:ドライ加工(エアーブロー)
・切削距離:40m
<加工条件B>
・切削方法:側面切削
・被削材:STAVAX(52HRC)
・使用工具:6枚刃スクエアエンドミル(工具径6mm)
・切り込み:軸方向、6.0mm、径方向、0.3mm
・切削速度: 70m/min
・一刃送り量:0.026mm/刃
・クーラント:ドライ加工(エアーブロー)
・切削距離:40m
比較例1〜3は、本実施例1と同様の皮膜組成であり、低切込みの加工条件においては、本実施例と同様に最大摩耗幅が小さく、安定した摩耗形態を示した。しかし、高切込みの加工条件においては、比較例1〜3では、欠けが発生して、継続して切削加工できなかった。
比較例4は、本実施例1〜4よりも積層皮膜のAlの含有比率が少ない組成であり、低切込みの加工条件においては、欠けは発生しなかったが、本実施例1〜4よりも最大摩耗幅が大きくなった。また、高切込みの加工条件においては、比較例4の被覆切削工具は、欠けが発生して継続して切削加工できなかった。
市販品1は、いずれの加工条件でも大きな欠けが発生した。また、市販品2は、欠けは発生しなかったが、いずれの加工条件でも本実施例の被覆切削工具に比べて最大摩耗幅が大きくなった。
なお、b層とd層については、株式会社日本電子製の電子プローブマイクロアナライザー装置(型番:JXA−8500F)を用いて、付属の波長分散型電子プローブ微小分析(WDS−EPMA)で組成分析を行い、ターゲットの合金組成とほぼ同一の窒化物であることが確認された。また、硬質皮膜の皮膜硬さを、ナノインデンテーションテスター(エリオニクス(株)製ENT−2100)を用いて測定した。測定の結果、c層の硬度は約38GPa、d層の硬度は約45GPaであり、d層がc層よりも高硬度であることが確認された。
図3中の矢印(分析点)3〜6および積層皮膜の全体の組成分析の結果を表5に示す。c1層とc2層の組成は、エネルギー分散型X線分光器(EDS)を用いて、分析領域をφ1nmとして、各層の中心部分を分析することで求めた。小数点以下の値は四捨五入して求めた。
本実施例1のc層は、積層皮膜の全体でAlリッチであり、少なくともSiとTiとCrを含有していた。本実施例1では、c1層とc2層の組成は相互に混ざっており、c1層はTiとWの合計を10原子%以下で含有していた。また、本実施例1のc2層はCrを10原子%以下で含有していた。
図5に示すように本発明例1はhcp構造のAlN(010)に起因するピークは確認されず、Ih×100/Isは0である。一方、比較例1は、Ih×100/Isは19となった。
本実施例1〜4は何れも、積層皮膜のIh×100/Isは0であった。また、比較例2〜4のIh×100/Isは比較例1とほぼ同じであった。基材に印加する負のバイアス電圧を−120Vとした本実施例1、2、4については制限視野回折パターンでAlN(010)に起因するピークが確認されなかった。一方、基材に印加する負のバイアス電圧を−100Vとした本実施例3については、制限視野回折パターンにはAlN(010)に起因するピークが微量に確認されたが、その量が微量であったので、Ih×100/Isの値は0となった。
本実施例1〜4および比較例1〜4について、X線回折では、hcp構造のAlNに起因するピーク強度は確認されなかったが、制限視野回折パターンにおいては、hcp構造のAlNに起因するピーク強度に差異が生じた。本実施例1〜4は、ミクロ組織に含有されるhcp構造のAlNが少ないために、高負荷な加工条件において、耐久性が著しく改善されたと推定される。特に、制限視野回折パターンでhcp構造のAlN(010)に起因するピークが確認されなかった実施例1、2、4は、工具の損傷状態が安定する傾向にあった。
作製した被覆切削工具について、以下に示す切削条件にて切削試験を行った。表6に切削試験結果を示す。切削条件の詳細は、以下の通りである。
<加工条件C>
・切削方法:底面切削
・被削材:STAVAX(52HRC)
・使用工具:4枚刃スクエアエンドミル(工具径6mm)・切り込み:軸方向、6.0mm、径方向、0.1mm
・切削速度: 70m/min
・一刃送り量:0.04mm/刃
・クーラント:ドライ加工(エアーブロー)
・切削距離:40m
組成:WC(bal.)−Co(8質量%)−Cr(0.8質量%)−Ta(0.2質量%)
硬度:93.2HRA
刃径:1.0mm
その後、基材の設定温度を480℃として、真空容器内に窒素ガスを導入して、炉内圧力を5.0Paとした。
b層の被覆では、何れの試料も基材に印加する負のバイアス電圧を−100V、C2に印加する電流を200Aとした。また、d層の被覆では、何れの試料も基材に印加する負のバイアス電圧を−50V、C4に印加する電流を200Aとした。c層の被覆では、試料により基材に印加する負のバイアス電圧を変化させた。表8に成膜条件を示す。表9に試料の膜厚を示す。
<加工条件D>
・切削方法:底面切削
・被削材:STAVAX(52HRC)
・使用工具:2枚刃ボールエンドミル(工具径1mm首下長6mm)・切り込み:軸方向、0.04mm、径方向、0.04mm・切削速度: 75m/min
・一刃送り量:0.018mm/刃
・クーラント:ドライ加工
・切削距離:90m
一方、比較例30〜32は安定した摩耗形態を示したが、本実施例30〜33と比較して最大摩耗幅が大きくなった。
なお、b層とd層については、実施例1、2と同様にターゲットの合金組成と略同一の窒化物であることが確認された。
比較例30〜32と本実施例32の比較から、c層の膜厚を最も厚い膜にしても、hcp構造のAlNが増加すると、最大摩耗幅が大きくなることが確認された。c層の膜厚を最も厚い膜にしなくても、ミクロ組織におけるhcp構造のAlNを低減することで、最大摩耗幅を抑制することができた。c層の膜厚を最も厚い膜にして、かつ、ミクロ組織におけるhcp構造のAlNを低減することで、最大摩耗幅が抑制される効果が大きくなり、特に優れた耐久性を発揮することが確認された。
Claims (8)
- 基材と、前記基材上に形成される硬質皮膜とを備え、
前記硬質皮膜は、
前記基材の上に配置される、窒化物または炭窒化物からなるb層と、
前記b層の上に配置され、金属(半金属を含む)元素の総量に対して、アルミニウム(Al)を55原子%以上75原子%以下、次いでクロム(Cr)の含有比率が多く、更に、少なくともシリコン(Si)を含有する窒化物または炭窒化物のc1層と、金属(半金属を含む)元素の総量に対して、アルミニウム(Al)を55原子%以上75原子%以下、次いでチタン(Ti)を多く含有する窒化物または炭窒化物のc2層と、がそれぞれ50nm以下の膜厚で交互に積層した積層皮膜であるc層と、
前記c層の上に配置され、前記c層よりも高硬度なd層と、
を有し、
前記c層は、透過型電子顕微鏡の制限視野回折パターンから求められる強度プロファイルにおいて、六方最密充填構造のAlNの(010)面に起因するピーク強度をIhとし、面心立方格子構造の、AlNの(111)面、TiNの(111)面、CrNの(111)面、AlNの(200)面、TiNの(200)面、CrNの(200)面、AlNの(220)面、TiNの(220)面、およびCrNの(220)面に起因するピーク強度と、六方最密充填構造の、AlNの(010)面、AlNの(011)面、およびAlNの(110)面に起因するピーク強度と、の合計をIsとした場合、Ih×100/Is≦15の関係を満たすことを特徴とする被覆切削工具。 - 前記c1層は、金属(半金属を含む)元素の総量に対して、アルミニウム(Al)を55原子%以上、クロム(Cr)を20原子%以上、シリコン(Si)を1原子%以上、を含有する窒化物または炭窒化物であり、
前記c2層は、金属(半金属を含む)元素の総量に対して、アルミニウム(Al)を55原子%以上、チタン(Ti)を20原子%以上、を含有する窒化物または炭窒化物であることを特徴とする請求項1に記載の被覆切削工具。 - 前記c層は、Ih×100/Is=0の関係を満たすことを特徴とする請求項1または2に記載の被覆切削工具。
- 前記硬質皮膜の総膜厚に対して、前記c層が最も厚い膜であることを特徴とする請求項1ないし3の何れか1項に記載の被覆切削工具。
- 前記c層は、柱状粒子から構成されており、前記柱状粒子の平均幅は90nm以下であることを特徴とする請求項1ないし4の何れか1項に記載の被覆切削工具。
- 前記d層は、金属(半金属を含む)元素の総量に対して、チタン(Ti)を70原子%以上、シリコン(Si)を5原子%以上、を含有する窒化物または炭窒化物であることを特徴とする請求項1ないし5の何れか1項に記載の被覆切削工具。
- 前記c2層は、周期律表の4a族、5a族、6a族の元素およびSi、B、Yから選択される1種または2種以上の元素を含有することを特徴とする請求項1ないし6の何れか1項に記載の被覆切削工具。
- 前記基材と前記b層との間に、ナノビーム回折パターンがWCの結晶構造に指数付けされ、膜厚が1nm以上10nm以下のa層を有することを特徴とする請求項1ないし7の何れか1項に記載の被覆切削工具。
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