JP7119279B1 - 切削工具 - Google Patents
切削工具 Download PDFInfo
- Publication number
- JP7119279B1 JP7119279B1 JP2022503855A JP2022503855A JP7119279B1 JP 7119279 B1 JP7119279 B1 JP 7119279B1 JP 2022503855 A JP2022503855 A JP 2022503855A JP 2022503855 A JP2022503855 A JP 2022503855A JP 7119279 B1 JP7119279 B1 JP 7119279B1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- group
- unit layer
- unit
- elements
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C30/00—Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process
- C23C30/005—Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process on hard metal substrates
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23B—TURNING; BORING
- B23B27/00—Tools for turning or boring machines; Tools of a similar kind in general; Accessories therefor
- B23B27/14—Cutting tools of which the bits or tips or cutting inserts are of special material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/0021—Reactive sputtering or evaporation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
- C23C14/0635—Carbides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
- C23C14/0641—Nitrides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
- C23C14/067—Borides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
- C23C14/14—Metallic material, boron or silicon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/24—Vacuum evaporation
- C23C14/32—Vacuum evaporation by explosion; by evaporation and subsequent ionisation of the vapours, e.g. ion-plating
- C23C14/325—Electric arc evaporation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
- C23C28/04—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material
- C23C28/042—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material including a refractory ceramic layer, e.g. refractory metal oxides, ZrO2, rare earth oxides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
- C23C28/04—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material
- C23C28/044—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material coatings specially adapted for cutting tools or wear applications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
- C23C28/40—Coatings including alternating layers following a pattern, a periodic or defined repetition
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
- C23C28/40—Coatings including alternating layers following a pattern, a periodic or defined repetition
- C23C28/42—Coatings including alternating layers following a pattern, a periodic or defined repetition characterized by the composition of the alternating layers
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
- C23C28/40—Coatings including alternating layers following a pattern, a periodic or defined repetition
- C23C28/44—Coatings including alternating layers following a pattern, a periodic or defined repetition characterized by a measurable physical property of the alternating layer or system, e.g. thickness, density, hardness
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23B—TURNING; BORING
- B23B2228/00—Properties of materials of tools or workpieces, materials of tools or workpieces applied in a specific manner
- B23B2228/10—Coatings
- B23B2228/105—Coatings with specified thickness
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
- Drilling Tools (AREA)
Abstract
Description
前記被膜は、金属タングステンと、六方晶炭化二タングステンと、からなる第一層を含み、
前記第一層の弾性変形率は43.0以上58.0以下である。
チタン合金のミリング加工時のように、熱負荷の高い環境下においても、長い工具寿命を有する切削工具が求められている。
本開示の切削工具は、特にチタン合金のミリング加工時のような熱負荷の高い環境下においても、長い工具寿命を有することができる。
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
前記被膜は、金属タングステンと、六方晶炭化二タングステンと、からなる第一層を含み、
前記第一層の弾性変形率は43.0以上58.0以下である。
前記第二層は、前記第一層とは組成が異なる第一単位層を少なくとも含み、
前記第一単位層は、周期表4族元素、5族元素、6族元素、アルミニウム及び珪素からなる群より選ばれる少なくとも1種の元素、又は前記元素の少なくとも1種と、炭素、窒素、酸素及び硼素からなる群より選ばれる少なくとも1種の元素とからなる化合物からなることが好ましい。
前記第二単位層は、前記第一層及び前記第一単位層とは組成が異なり、
前記第二単位層は、周期表4族元素、5族元素、6族元素、アルミニウム及び珪素からなる群より選ばれる少なくとも1種の元素、又は前記元素の少なくとも1種と、炭素、窒素、酸素及び硼素からなる群より選ばれる少なくとも1種の元素とからなる化合物からなり、
前記第一単位層及び前記第二単位層は、それぞれが交互に1層以上積層された多層構造を形成することが好ましい。
前記第三層は、前記第一層とは組成が異なる第1A単位層を少なくとも含み、
前記第1A単位層は、周期表4族元素、5族元素、6族元素、アルミニウム及び珪素からなる群より選ばれる少なくとも1種の元素、又は前記元素の少なくとも1種と、炭素、窒素、酸素及び硼素からなる群より選ばれる少なくとも1種の元素とからなる化合物からなることが好ましい。
前記第2A単位層は、前記第一層及び前記第1A単位層とは組成が異なり、
前記第2A単位層は、周期表4族元素、5族元素、6族元素、アルミニウム及び珪素からなる群より選ばれる少なくとも1種の元素、又は前記元素の少なくとも1種と、炭素、窒素、酸素及び硼素からなる群より選ばれる少なくとも1種の元素とからなる化合物からなり、
前記第1A単位層及び前記第2A単位層は、それぞれが交互に1層以上積層された多層構造を形成することが好ましい。
本開示の一実施形態(以下、「本実施形態」とも記す。)の切削工具の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。本開示の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表すものである。また、長さ、幅、厚さ、深さなどの寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜変更されており、必ずしも実際の寸法関係を表すものではない。
本実施形態の切削工具は、基材と、該基材上に配置される被膜とを備える切削工具であって、
該被膜は、金属タングステンと、六方晶炭化二タングステンと、からなる第一層を含み、
該第一層の弾性変形率は43.0以上58.0以下である。
本実施形態の基材は、この種の基材として従来公知のものを使用することができる。例えば、上記基材は、超硬合金(例えば、炭化タングステン(WC)基超硬合金、WCの他にCoを含む超硬合金、WCの他にCr、Ti、Ta、Nb等の炭窒化物を添加した超硬合金等)、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、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム等)、立方晶型窒化硼素焼結体(cBN焼結体)及びダイヤモンド焼結体からなる群より選ばれる少なくとも1種を含むことが好ましく、超硬合金、サーメット及びcBN焼結体からなる群より選ばれる少なくとも1種を含むことがより好ましい。
本実施形態に係る「被膜」は、上記基材の少なくとも一部(例えば、切削加工時に被削材と接する部分)を被覆することで、切削工具における耐欠損性、耐摩耗性等の諸特性を向上させる作用を有するものである。上記被膜は、上記基材の全面を被覆してもよい。なお、上記基材の一部が上記被膜で被覆されていなかったり被膜の構成が部分的に異なっていても本実施形態の範囲を逸脱するものではない。
上記被膜は、金属タングステンと、六方晶炭化二タングステンと、からなる第一層を含む。第一層は本実施形態に係る切削工具が奏する効果を損なわない範囲において、不可避不純物を含んでいてもよい。該不可避不純物としては、例えば、鉄(Fe)、カルシウム(Ca)、亜鉛(Zn)、ナトリウム(Na)、フッ素(F)、ニッケル(Ni)、モリブデン(Mo)、クロム(Cr)が挙げられる。該不可避不純物の含有割合は、第一層の全質量に対して0質量%以上0.2質量%以下であることが好ましい。不可避不純物の含有割合は、グロー放電質量分析法により測定される。後述する「第二層」、「第一単位層」、「第二単位層」、「第三層」、「第1A単位層」、「第2A」単位層及び「他の層」の表記についても同様に、本実施形態に係る切削工具が奏する効果を損なわない範囲において、不可避不純物が含まれていてもよい。
(XRD測定条件)
走査軸 :2θ-θ
X線源 :Cu-Kα線(1.541862Å)
検出器 :0次元検出器(シンチレーションカウンタ)
管電圧 :45kV
管電流 :40mA
入射光学系 :ミラーの利用
受光光学系 :アナライザ結晶(PW3098/27)の利用
ステップ :0.03°
積算時間 :2秒
スキャン範囲(2θ) :10°~120°
圧子材質:ダイヤモンド
圧子形状:バーコビッチ圧子
試験荷重:20mN
測定点数:10点
ηIT=(Welast/Wtotal)×100
上記被膜は、上記第一層の上に配置される第二層を更に含むことが好ましい。ここで「上記第一層の上に配置される第二層」とは、上記第一層の上側(基材と反対側)に第二層が設けられていればよく、互いに接触していることを要しない。言い換えると、上記第一層と、第二層との間に他の層が設けられていてもよい。また、図3に示されるように上記第二層13は、上記第一層12の直上に設けられていてもよい。上記第二層は、最外層(表面層)であってもよい。
上記第一単位層は、周期表4族元素、5族元素、6族元素、アルミニウム(Al)及び珪素(Si)からなる群より選ばれる少なくとも1種の元素、又は上記元素の少なくとも1種と、炭素、窒素、酸素及び硼素からなる群より選ばれる少なくとも1種の元素とからなる化合物からなることが好ましい。周期表4族元素としては、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)等が挙げられる。周期表5族元素としては、バナジウム(V)、ニオブ(Nb)、タンタル(Ta)等が挙げられる。周期表6族元素としては、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)等が挙げられる。上記第一単位層は、Cr、Al、Ti及びSiからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素又は、上記元素の少なくとも1種と、炭素、窒素、酸素及び硼素からなる群より選ばれる少なくとも1種の元素とからなる化合物からなることがより好ましい。
上記第二層は、上記第一単位層に加えて第二単位層を更に含み、該第二単位層は、上記第一層及び上記第一単位層とは組成が異なることが好ましい。
上記被膜は、上記第一層の下に配置される第三層を更に含むことが好ましい。ここで「上記第一層の下に配置される第三層」とは、上記第一層の下側(基材側)に第三層が設けられていればよく、互いに接触していることを要しない。言い換えると、上記第一層と、第三層との間に他の層が設けられていてもよい。また、図5に示されるように、上記第三層14は、上記第一層12の直下に設けられていてもよい。
上記第1A単位層は、周期表4族元素、5族元素、6族元素、アルミニウム(Al)及び珪素(Si)からなる群より選ばれる少なくとも1種の元素、又は上記元素の少なくとも1種と、炭素、窒素、酸素及び硼素からなる群より選ばれる少なくとも1種の元素とからなる化合物からなることが好ましい。周期表4族元素としては、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)等が挙げられる。周期表5族元素としては、バナジウム(V)、ニオブ(Nb)、タンタル(Ta)等が挙げられる。周期表6族元素としては、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)等が挙げられる。上記第一単位層は、Cr、Al、Ti及びSiからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素又は、上記元素の少なくとも1種と、炭素、窒素、酸素及び硼素からなる群より選ばれる少なくとも1種の元素とからなる化合物からなることがより好ましい。
上記第三層は、上記第1A単位層に加えて第2A単位層を更に含み、該第2A単位層は、上記第一層及び上記第1A単位層とは組成が異なることが好ましい。
本実施形態の効果を損なわない範囲において、上記被膜は、他の層を更に含んでいてもよい。上記他の層は、上記第一層及び上記第二層とは組成が異なっていてもよいし、同じであってもよい。他の層としては、例えば、TiN層、TiWCN層等を挙げることができる。なお、その積層の順も特に限定されない。例えば、上記他の層としては、上記第一層と上記第二層との間に設けられている中間層、工具の最表面に設けられている表面層等が挙げられる。上記他の層の厚さは、本実施形態の効果を損なわない範囲において、特に制限はないが例えば、0.1μm以上2μm以下が挙げられる。
実施形態1の切削工具の製造方法について以下に説明する。なお、以下の製造方法は一例であり、実施形態1の切削工具は、他の方法で作製されたものでもよい。本実施形態に係る切削工具の製造方法は、基材準備工程と、第一層被覆工程とを含む。以下、各工程について説明する。
基材準備工程では、上記基材を準備する。上記基材としては、上述したようにこの種の基材として従来公知のものであればいずれの基材も使用することができる。例えば、上記基材が超硬合金からなる場合、まず所定の配合組成(質量%)からなる原料粉末を市販のアトライターを用いて均一に混合する。続いてこの混合粉末を所定の形状(例えば、SEET13T3AGSN、CNMG120408等)に加圧成形する。その後、所定の焼結炉において1300~1500℃以下で、上述の加圧成形した混合粉末を1~2時間焼結することにより、超硬合金からなる上記基材を得ることができる。また、基材は、市販品をそのまま用いてもよい。
第一層被覆工程では、上記基材の表面の少なくとも一部を第一層で被覆する。ここで、「基材の表面の少なくとも一部」には、切削加工時に被削材と接する部分が含まれる。
本実施形態に係る切削工具の製造方法は、上記第一層被覆工程の後に第二層被覆工程を更に含むことが好ましい。第二層の形成方法は、特に制限なく、従来の方法を用いることが可能である。具体的には、例えば、上述したPVD法によって第二層を形成することが挙げられる。
本実施形態に係る切削工具の製造方法は、上記第一層被覆工程の前に第三層被覆工程を更に含むことが好ましい。第三層の形成方法は、特に制限なく、従来の方法を用いることが可能である。具体的には、例えば、上述したPVD法によって第三層を形成することが挙げられる。
本実施形態に係る製造方法では、上述した工程の他にも、上記第一層と上記第二層との間に中間層を形成する中間層被覆工程、被膜の最表面に表面層を形成する表面層被覆工程及び表面処理する工程等を適宜行ってもよい。上述の中間層及び表面層等の他の層を形成する場合、従来の方法によって他の層を形成してもよい。具体的には、例えば、上述したPVD法によって上記他の層を形成することが挙げられる。表面処理をする工程としては、例えば、弾性材にダイヤモンド粉末を担持させたメディアを用いた表面処理等が挙げられる。上記表面処理を行う装置としては、例えば、株式会社不二製作所製のシリウスZ等が挙げられる。
[試料1~試料27、試料1-3、試料1-4]
<基材準備工程>
まず、基材準備工程として、JIS規格K10超硬(形状:JIS規格RCMT1204)を基材として準備した。次に、上記基材をアークイオンプレーティング装置(株式会社神戸製鋼所製、商品名:AIP)の所定の位置にセットした。
第一層被覆工程として、アークイオンプレーティング法により上記基材の上に第一層を形成した。具体的には以下の方法で行った。まずWCターゲット(組成がWCを93質量%以上含むバインダレスWCであって、C量が3~6.1質量%である焼結ターゲット)を装置内の対向する2機のアーク式蒸発源にセットした。基板(基材)温度を400~550℃及び該装置内のガス圧を1.0~4.0Paに設定した。
基材と第一層との間に第三層を設けた試料(試料18~試料23)については、第一層被覆工程を行う前に以下の手順にて、基材の上に第三層を形成した。まず表1及び表2に記載の第三層の組成の欄における金属組成を含むターゲット(焼結ターゲット又は溶成ターゲット)をアークイオンプレーティング装置のアーク式蒸発源にセットした。次に、基材温度を400~650℃及び該装置内のガス圧を0.8~5Paに設定した。反応ガスとしては、窒化物の第三層の場合は窒素ガスとアルゴンガスとの混合ガスを導入した。炭窒化物の第三層の場合は、反応ガスとしては窒素ガスとメタンガスとアルゴンガスとの混合ガスを導入した。その後、カソード電極に80~150Aのアーク電流を供給した。アーク電流の供給でアーク式蒸発源から金属イオン等を発生させることによって、表1及び表2に記載の厚さまで第三層を形成した。なお、多層構造の第三層を形成する場合(試料21)は、表1において左側に記載されているものから順に、第1A単位層、第2A単位層として目的の厚さになるまで繰り返して積層して第三層を形成した。
また、第一層の上に第二層を設けた試料(試料22、試料23)については、第一層被覆工程を行った後に以下の手順にて、第一層の上に第二層を形成し、本実施形態に係る切削工具を作製した。
ターゲット :TiB2
Ar圧 :0.4Pa
平均電力 :5kW
出力周波数 :800Hz
Duty比 :5%
バイアス電圧 :50V
基材温度 :450℃
<基材準備工程>
基材準備工程として、上記の試料1と同一の基材を準備し、該基材をアークイオンプレーティング装置(株式会社神戸製鋼所製、商品名:AIP)の所定の位置にセットした。
第一層被覆工程として、アークイオンプレーティング法により上記基材の上に第一層を形成した。具体的には以下の方法で行った。まずWCターゲット(組成がWCを93質量%以上含むバインダレスWCであって、C量が3~6.1質量%である焼結ターゲット)を装置内の対向する2機のアーク式蒸発源にセットした。基板(基材)温度を400~550℃及び該装置内のガス圧を0.3~1.5Paに設定した。上記ガスとしては、アルゴンガスのみを導入した。
<基材準備工程>
基材準備工程として、上記の試料1と同一の基材を準備し、該基材をアークイオンプレーティング装置(株式会社神戸製鋼所製、商品名:AIP)の所定の位置にセットした。
第一層被覆工程として、アークイオンプレーティング法により上記基材の上に第一層を形成した。具体的には以下の方法で行った。まずWCターゲット(例えば、組成がWCを93質量%以上含むバインダレスWCであって、C量が3~6.1質量%である焼結ターゲット)を装置内の対向する2機のアーク式蒸発源にセットした。基板(基材)温度を400~550℃及び該装置内のガス圧を0.3~1.5Paに設定した。
<基材準備工程>
基材準備工程として、上記の試料1と同一の基材を準備し、該基材をアークイオンプレーティング装置(株式会社神戸製鋼所製、商品名:AIP)の所定の位置にセットした。
第一層被覆工程として、アークイオンプレーティング法により上記基材の上に第一層を形成した。具体的には以下の方法で行った。まずWCターゲット(例えば、組成がWCであって、C量が3~6.1質量%である焼結ターゲット)を装置内の対向する2機のアーク式蒸発源にセットした。基板(基材)温度を450℃及び該装置内のガス圧を1.0~1.5Paに設定した。
上述のようにして作製した試料(試料1~試料27、試料1-1~試料1-5)の切削工具を用いて、以下のように、切削工具の各特性を評価した。
各試料の基材と反対側の表面にX線を照射することにより、第一層に対してXRD測定を行い、第一層の組成及び結晶構造を特定した。なお、第二層及び/又は第三層が形成されている場合は、これらの層を機械的に除去してから測定した。具体的な測定方法は、実施形態1に記載されているため、その説明は繰り返さない。
各試料の表面をダイヤモンドペーパー又はダイヤモンドペーストで研磨して第一層を露出させて、該第一層の弾性変形率を測定した。具体的な測定方法は、実施形態1に記載されているため、その説明は繰り返さない。結果を表1及び表2に示す。
第一層、第三層、第二層(第一単位層、第二単位層)及び被膜の厚さは、以下のようにして求めた。まず透過型電子顕微鏡(TEM)(日本電子株式会社製、商品名:JEM-2100F)を用いて、基材の表面の法線方向に平行な断面サンプルにおける任意の3点を測定した。その後、測定された3点の厚さの平均値をとることで求めた。結果を表1及び表2の各層の「厚さ」欄に示す。
上述のようにして作製した各切削工具を用いて、以下の切削条件により切削工具が欠損するまでの切削時間(工具寿命)を測定した。その結果を表2の「切削試験」の「工具寿命」欄に示す。
被削材(材質):Ti-6Al-4V
速度 :V50m/min
送り :0.1mm/刃
切り込み :ad10mm、ae10mm
上記の切削条件は、チタン合金のミリング加工に該当し、加工時に切削工具に高い熱負荷がかかる。
Claims (9)
- 基材と、前記基材上に配置される被膜とを備える切削工具であって、
前記被膜は、金属タングステンと、六方晶炭化二タングステンと、からなる第一層を含み、
前記第一層の弾性変形率は43.0以上58.0以下であり、
前記弾性変形率は、試験荷重を20mNとし、ISO14577に準拠して、ナノインデンテーション試験により測定される、切削工具。 - 前記第一層の厚さは、0.3μm以上4.0μm以下である、請求項1に記載の切削工具。
- 前記被膜は、前記第一層の上に配置される第二層を更に含み、
前記第二層は、前記第一層とは組成が異なる第一単位層を少なくとも含み、
前記第一単位層は、周期表4族元素、5族元素、6族元素、アルミニウム及び珪素からなる群より選ばれる少なくとも1種の元素、又は前記元素の少なくとも1種と、炭素、窒素、酸素及び硼素からなる群より選ばれる少なくとも1種の元素とからなる化合物からなる、請求項1又は請求項2に記載の切削工具。 - 前記第二層は、第二単位層を更に含み、
前記第二単位層は、前記第一層及び前記第一単位層とは組成が異なり、
前記第二単位層は、周期表4族元素、5族元素、6族元素、アルミニウム及び珪素からなる群より選ばれる少なくとも1種の元素、又は前記元素の少なくとも1種と、炭素、窒素、酸素及び硼素からなる群より選ばれる少なくとも1種の元素とからなる化合物からなり、
前記第一単位層及び前記第二単位層は、それぞれが交互に1層以上積層された多層構造を形成する、請求項3に記載の切削工具。 - 前記第一単位層の厚さは1nm以上100nm以下であり、前記第二単位層の厚さは1nm以上100nm以下である、請求項4に記載の切削工具。
- 前記被膜は、前記第一層の下に配置される第三層を更に含み、
前記第三層は、前記第一層とは組成が異なる第1A単位層を少なくとも含み、
前記第1A単位層は、周期表4族元素、5族元素、6族元素、アルミニウム及び珪素からなる群より選ばれる少なくとも1種の元素、又は前記元素の少なくとも1種と、炭素、窒素、酸素及び硼素からなる群より選ばれる少なくとも1種の元素とからなる化合物からなる、請求項1に記載の切削工具。 - 前記第三層は、第2A単位層を更に含み、
前記第2A単位層は、前記第一層及び前記第1A単位層とは組成が異なり、
前記第2A単位層は、周期表4族元素、5族元素、6族元素、アルミニウム及び珪素からなる群より選ばれる少なくとも1種の元素、又は前記元素の少なくとも1種と、炭素、窒素、酸素及び硼素からなる群より選ばれる少なくとも1種の元素とからなる化合物からなり、
前記第1A単位層及び前記第2A単位層は、それぞれが交互に1層以上積層された多層構造を形成する、請求項6に記載の切削工具。 - 前記第1A単位層の厚さは1nm以上100nm以下であり、前記第2A単位層の厚さは1nm以上100nm以下である、請求項7に記載の切削工具。
- 前記基材は、超硬合金、サーメット、高速度鋼、セラミックス、cBN焼結体及びダイヤモンド焼結体からなる群より選ばれる少なくとも1種を含む、請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の切削工具。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020208258 | 2020-12-16 | ||
JP2020208258 | 2020-12-16 | ||
PCT/JP2021/032975 WO2022130706A1 (ja) | 2020-12-16 | 2021-09-08 | 切削工具 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPWO2022130706A1 JPWO2022130706A1 (ja) | 2022-06-23 |
JP7119279B1 true JP7119279B1 (ja) | 2022-08-17 |
Family
ID=82059413
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2022503855A Active JP7119279B1 (ja) | 2020-12-16 | 2021-09-08 | 切削工具 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20230265565A1 (ja) |
EP (1) | EP4144465B1 (ja) |
JP (1) | JP7119279B1 (ja) |
CN (1) | CN115666830A (ja) |
WO (1) | WO2022130706A1 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7443655B2 (ja) | 2020-12-16 | 2024-03-06 | 住友電工ハードメタル株式会社 | 切削工具 |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6146550B2 (ja) * | 1978-05-22 | 1986-10-15 | Mitsubishi Metal Corp | |
JPS6257802A (ja) * | 1985-09-05 | 1987-03-13 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 硬質炭素被覆部品 |
JPH01246363A (ja) * | 1988-02-08 | 1989-10-02 | Air Prod And Chem Inc | 高耐浸蝕、高耐研磨摩耗性複合被膜系とその製法 |
JPH06262405A (ja) * | 1993-03-05 | 1994-09-20 | Toshiba Tungaloy Co Ltd | 工具用被覆部品 |
JP2011218513A (ja) * | 2010-04-13 | 2011-11-04 | Union Tool Co | 切削工具用硬質皮膜 |
JP2015124407A (ja) * | 2013-12-26 | 2015-07-06 | 住友電工ハードメタル株式会社 | 被膜、切削工具および被膜の製造方法 |
WO2017154730A1 (ja) * | 2016-03-07 | 2017-09-14 | 三菱マテリアル株式会社 | 表面被覆立方晶窒化ホウ素焼結体工具 |
JP2018094669A (ja) * | 2016-12-13 | 2018-06-21 | 三菱マテリアル株式会社 | 耐摩耗性と耐欠損性を両立した表面被覆立方晶窒化ホウ素焼結体工具 |
-
2021
- 2021-09-08 JP JP2022503855A patent/JP7119279B1/ja active Active
- 2021-09-08 CN CN202180038561.9A patent/CN115666830A/zh active Pending
- 2021-09-08 US US17/922,381 patent/US20230265565A1/en active Pending
- 2021-09-08 WO PCT/JP2021/032975 patent/WO2022130706A1/ja unknown
- 2021-09-08 EP EP21906071.2A patent/EP4144465B1/en active Active
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6146550B2 (ja) * | 1978-05-22 | 1986-10-15 | Mitsubishi Metal Corp | |
JPS6257802A (ja) * | 1985-09-05 | 1987-03-13 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 硬質炭素被覆部品 |
JPH01246363A (ja) * | 1988-02-08 | 1989-10-02 | Air Prod And Chem Inc | 高耐浸蝕、高耐研磨摩耗性複合被膜系とその製法 |
JPH06262405A (ja) * | 1993-03-05 | 1994-09-20 | Toshiba Tungaloy Co Ltd | 工具用被覆部品 |
JP2011218513A (ja) * | 2010-04-13 | 2011-11-04 | Union Tool Co | 切削工具用硬質皮膜 |
JP2015124407A (ja) * | 2013-12-26 | 2015-07-06 | 住友電工ハードメタル株式会社 | 被膜、切削工具および被膜の製造方法 |
WO2017154730A1 (ja) * | 2016-03-07 | 2017-09-14 | 三菱マテリアル株式会社 | 表面被覆立方晶窒化ホウ素焼結体工具 |
JP2018094669A (ja) * | 2016-12-13 | 2018-06-21 | 三菱マテリアル株式会社 | 耐摩耗性と耐欠損性を両立した表面被覆立方晶窒化ホウ素焼結体工具 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP4144465A4 (en) | 2023-06-28 |
JPWO2022130706A1 (ja) | 2022-06-23 |
WO2022130706A1 (ja) | 2022-06-23 |
EP4144465A1 (en) | 2023-03-08 |
CN115666830A (zh) | 2023-01-31 |
EP4144465B1 (en) | 2024-04-10 |
US20230265565A1 (en) | 2023-08-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6798627B2 (ja) | 表面被覆切削工具 | |
WO2021140818A1 (ja) | 切削工具 | |
JP2012505308A (ja) | 非ガンマ相立方晶AlCrO | |
JP6984108B2 (ja) | 表面被覆切削工具及びその製造方法 | |
JP7067689B2 (ja) | 表面被覆切削工具及びその製造方法 | |
JP7119279B1 (ja) | 切削工具 | |
JP7354933B2 (ja) | 切削工具 | |
JP2024022661A (ja) | 切削工具 | |
JP6813103B2 (ja) | 表面被覆切削工具 | |
JP7251347B2 (ja) | 表面被覆切削工具 | |
JP7443655B2 (ja) | 切削工具 | |
JP6798626B2 (ja) | 表面被覆切削工具 | |
JP7305054B2 (ja) | 切削工具 | |
JP7251348B2 (ja) | 表面被覆切削工具 | |
WO2022244190A1 (ja) | 切削工具 | |
WO2022244191A1 (ja) | 切削工具 | |
JP7067691B1 (ja) | 切削工具 | |
JP7226688B2 (ja) | 切削工具 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20220119 |
|
A871 | Explanation of circumstances concerning accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871 Effective date: 20220119 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20220412 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20220609 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20220705 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20220714 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7119279 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |