KR20130006666A - 절삭 공구 - Google Patents

Abstract

내산화성, 내마모성이 높고, 또한 내결손성이 우수한 절삭 공구를 제공한다. 기체(2)와, Ti_aAl_bM_d(C_{1 - x}N_x)(단, M은 Si, W, Nb, Mo, Ta, Hf, Cr, Zr 및 Y로부터 선택되는 적어도 1종, 0.35≤a≤0.55, 0.3≤b≤0.6, 0≤d≤0.25, a+b+d=1, 0≤x≤1)로 이루어지는 피복층(6)으로 이루어지고, 레이크면(3)의 피복층(6) 상의 드라플릿(7)의 Al 함유 비율이 피복층(6)의 조성의 Al 함유 비율 보다 많고, 또한 플랭크면(4) 상의 드라플릿(7)의 Ti 함유 비율이 피복층(6)의 조성의 Ti 함유 비율보다 많은 절삭 공구(1)이다.

Description

절삭 공구{CUTTING TOOL}

본 발명은 기체의 표면에 피복층이 성막되어 있는 절삭 공구에 관한 것이다.

현재 절삭 공구나 내마모 부재, 슬라이딩 부재라는 내마모성이나 슬라이딩성, 내결손성을 필요로 하는 부재에서는 초경 합금이나 서멧 등의 소결 합금, 다이아몬드나 cBN(입방정 질화 붕소)의 고경도 소결체, 알루미나나 질화 규소 등의 세라믹스로 이루어지는 기체의 표면에 피복층을 성막해서 내마모성, 슬라이딩성, 내결손성을 향상시키는 수법이 사용되고 있다.

또한, 상기 피복층을 성막하는 방법으로서는 아크 이온 플레이팅법이나 스퍼터링법 등의 물리 증착법을 사용해서 Ti나 Al을 주성분으로 하는 질화물층이 왕성히 연구되고 있고, 공구 수명을 연명시키기 위한 개량이 계속되고 있다. 이들 피복층이 형성된 표면 피복 공구는 절삭 속도의 고속화를 비롯한 절삭 환경의 변화, 피삭재의 다양화에 대응하기 위해서 피복 재료 원소 이외에도 여러 가지 연구가 시행되어 오고 있다.

예를 들면, 특허문헌 1에서는 기체의 표면에 TiAlN 등의 피막을 피복한 표면 피복 공구에 있어서 Ti의 비율을 레이크면보다 플랭크면에 있어서 높게 해서 레이크면에 있어서의 용착이나 마모의 진행을 억제할 수 있음과 아울러 플랭크면에 있어서의 경계 손상을 억제시키는 것이 기재되어 있다.

또한, 특허문헌 2에서는 기재의 표면에 두께가 1～5㎛인 TiAlN계의 경질 피막을 형성하고, 경질 피막에 존재하는 막두께 이상의 크기를 가진 조대 입자가 5면적% 이하이며, 그 표면 거칠기 Ra를 0.1㎛ 이하, 또는 표면 거칠기 Rz를 1㎛ 이하로 함으로써 경질 피막의 내용착성이나 내마모성이 향상되는 것이 기재되어 있다.

일본 특허 공개 2008-264975호 공보 일본 특허 공개 2002-346812호 공보

그러나 특허문헌 1에 기재된 레이크면보다 플랭크면에 있어서 Ti의 비율을 높게 한 구성이어도 레이크면에 있어서의 피복층의 내열성과 내산화성이 불충분하며, 또한 플랭크면에 있어서는 내결손성이 불충분했다.

또한, 특허문헌 2에 기재되어 있는 조대 입자를 최대한 줄인 구성에서는 표면 거칠기가 작음으로써 절삭 부스러기가 경질막에 대하여 솔리드 접촉된 상태가 되어버려 경질막의 온도가 상승해서 크레이터 마모의 진행의 원인이 되어 내마모성이 저하된다는 문제가 있었다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 것이며, 그 목적은 국소적으로 최적인 절삭 성능을 발휘할 수 있는 피복층을 구비한 절삭 공구를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 절삭 공구는 레이크면과 플랭크면의 교차 능선에 절삭날을 갖고, 기체의 표면에 Ti_aAl_bM_d(C_{1 - x}N_x)(단, M은 Si, W, Nb, Mo, Ta, Hf, Cr, Zr 및 Y로부터 선택되는 적어도 1종, 0.35≤a≤0.55, 0.3≤b≤0.6, 0≤d≤0.25, a+b+d=1, 0≤x≤1)로 이루어지는 피복층을 피복하고, 상기 피복층의 표면에는 드라플릿(droplet)이 존재함과 아울러 상기 레이크면에 존재하는 드라플릿의 조성은 상기 피복층의 상기 레이크면에 있어서의 조성에 비해 Al의 함유 비율이 높고, 또한 상기 플랭크면에 존재하는 드라플릿의 조성은 상기 피복층의 상기 플랭크면에 있어서의 조성에 비해 Ti의 함유 비율이 높은 것이다.

여기서 상기 구성에 있어서 상기 레이크면에 존재하는 드라플릿의 Al의 함유 비율 Al_DR과 상기 피복층의 상기 레이크면에 있어서의 Al의 함유 비율 Al_bR의 비가 1.05≤Al_DR/Al_bR≤1.25이며, 상기 플랭크면에 존재하는 드라플릿의 Ti의 함유 비율 Ti_DF와 상기 피복층의 상기 플랭크면에 있어서의 Ti의 함유 비율 Ti_aF의 비가 1.03≤Ti_DF/Ti_aF≤1.2인 것이 바람직하다.

또한, 상기 구성에 있어서 상기 피복층의 레이크면에 있어서의 산술 평균 거칠기를 Ra_R로 하고, 상기 피복층의 플랭크면에 있어서의 산술 평균 거칠기를 Ra_F로 했을 때 0.07㎛≤Ra_R≤0.3㎛ 및 0.05㎛≤Ra_F≤0.15㎛인 것, 또한 상기 피복층의 레이크면에 있어서의 최대 높이를 Rz_R로 하고, 상기 피복층의 플랭크면에 있어서의 최대 높이를 Rz_F로 했을 때 0.3㎛≤Rz_R≤0.9㎛ 및 0.15㎛≤Rz_F≤0.6㎛인 것이 바람직하다.

또한, 상기 피복층이 Ti_a1Al_b1M_d1(C_{1 -x1}N_x1)(단, 0≤a1≤1, 0≤b1≤0.8, 0≤d1≤0.4, a1+b1+d1=1, 0≤x≤1)로 나타내어지는 제 1 피복층과, Ti_a2Al_b2M_d2(C_{1 -x2}N_x2)(단, 0≤a2≤1, 0≤b2≤0.8, 0≤d2≤0.4, a2+b2+d2=1, a1=a2 또한 b1=b2 또한 c1=c2는 제외한다)로 나타내어지는 제 2 피복층이 10층 이상 반복하여 교대로 적층된 구성으로 이루어지는 것이어도 좋다.

(발명의 효과)

본 발명의 절삭 공구는 기체 표면에 형성되는 피복층은 레이크면에 존재하는 드라플릿의 조성이 피복층의 레이크면에 있어서의 조성에 비해 Al을 많이 함유함으로써 레이크면에 존재하는 드라플릿의 경도 및 내산화성이 높아진다. 이것에 의해 절삭 부스러기가 드라플릿에 접촉해도 드라플릿이 바로 마멸하는 일 없이 존재하므로 절삭 부스러기와 레이크면의 피복층이 솔리드 접촉하지 않게 된다. 또한, 절삭유가 피복층과 절삭 부스러기의 간극에 들어가므로 절삭 부스러기의 윤활성이 좋아진다. 그 결과 레이크면에 있어서의 피복층의 온도 상승이 억제되고, 크레이터 마모가 작아진다.

또한, 플랭크면에 존재하는 드라플릿의 조성은 피복층의 플랭크면에 있어서의 조성에 비해 Ti의 함유 비율이 많음으로써 플랭크면의 표면의 드라플릿은 파괴 인성값이 높아지고, 플랭크면의 피복층 표면에 존재하는 드라플릿이 충격을 흡수하는 쿠션재가 되어 직접 피복층으로 충격이 가해질 경우에 비해 가해지는 충격을 완화할 수 있는 결과 플랭크면에 있어서의 피복층의 내결손성을 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 레이크면에 존재하는 드라플릿의 Al의 함유 비율 Al_DR과 상기 피복층의 상기 레이크면에 있어서의 Al의 함유 비율 Al_bR의 비가 1.05≤Al_DR/Al_bR≤1.25인 것에 의해 레이크면에 있어서의 내마모성을 더욱 높일 수 있다. 또한, 상기 플랭크면에 있어서의 드라플릿의 Ti의 함유 비율 Ti_DF와 상기 피복층의 상기 플랭크면에 있어서의 Ti의 함유 비율 Ti_bF의 비가 1.05≤Ti_DF/Ti_bF≤1.2인 것이 플랭크면에 있어서의 내결손성을 더욱 향상시킨다.

또한, 상기 피복층의 레이크면에 있어서의 산출 평균 거칠기를 Ra_R로 했을 때 0.07㎛≤Ra_R≤0.3㎛의 범위 내이면 레이크면에 있어서의 피복층의 온도 상승을 억제해서 내마모성을 향상시키는 효과가 높고, 또한 내용착성을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 피복층의 플랭크면에 있어서의 산술 평균 거칠기를 Ra_F로 했을 때 0.05㎛≤Ra_F≤0.15㎛의 범위 내이면 플랭크면의 면조도를 작게 함으로써 가공 시 후의 피삭재의 면을 깨끗하게 마무리할 수 있다. 또한, 드라플릿의 존재에 의한 상기 효과를 향상시키기 위해서는 상기 피복층의 레이크면에 있어서의 최대 높이를 Rz_r로 하고, 상기 피복층의 플랭크면에 있어서의 최대 높이를 Rz_F로 했을 때 0.3㎛≤Rz_R≤0.9㎛ 및 0.15㎛≤Rz_F≤0.6㎛인 것이 바람직하다.

도 1은 본 발명의 절삭 공구의 일례를 나타내는 개략 사시도이다.
도 2는 도 1의 절삭 공구의 제 1 실시형태를 나타내는 단면 모식도이다.
도 3은 도 1의 절삭 공구의 레이크면의 피복층 표면에 대한 SEM 사진이다
도 4는 도 1의 절삭 공구의 플랭크면의 피복층 표면에 대한 SEM 사진이다.

본 발명의 절삭 공구의 일례에 대해서 바람직한 실시형태예인 절삭 공구의 개략 사시도인 도 1, 본 발명의 제 1 실시형태에 대한 개략 단면도인 도 2, 도 1, 2의 절삭 공구의 레이크면 및 플랭크면에 대한 피복층의 표면의 주사형 전자 현미경(SEM) 사진인 도 3, 4를 사용해서 설명한다.

도 1～4에 의하면 본 발명의 절삭 공구(이하, 간단히 공구로 생략한다)(1)는 주면에 레이크면(3)을, 측면에 플랭크면(4)을, 레이크면(3)과 플랭크면(4)의 교차 능선에 절삭날(5)을 갖고, 기체(2)의 표면에 피복층(6)을 성막한 구성으로 되어 있다.

그리고 도 2, 3, 4에 나타내는 바와 같이 피복층(6)은 표면에 드라플릿(7)이라고 불리는 입상 물질이 존재한다. 여기서 이 드라플릿(7)의 조성은 레이크면(3) 표면 상에 형성되는 드라플릿(7)의 Al의 함유 비율 Al_DR이 레이크면(3)에 있어서의 피복층(6) 중의 Al의 함유 비율 Al_bR에 비해 높은 것 및 플랭크면(4) 표면 상에 형성되는 드라플릿(7)의 Ti 함유 비율 Ti_DF는 플랭크면(4)에 있어서의 피복층(6) 중의 Ti의 함유 비율 Ti_bF보다 높은 것이 중요하다.

이것에 의해 절삭 시에 레이크면(3)의 피복층(6) 표면에 존재하는 경도가 높은 드라플릿(7) 상을 절삭 부스러기가 통과해도 드라플릿(7)이 마멸하는 일 없이 장기간 존재하기 때문에 절삭 부스러기가 레이크면(3)에 있어서의 피복층(6)의 표면에 솔리드 접촉하는 일 없이 피복층(6)의 온도가 상승하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 절삭 시에 절삭유를 피복층(6)과 절삭 부스러기 사이에 충분히 유지할 수 있으므로 절삭 부스러기의 배출에 대한 윤활성이 우수한 결과, 피복층(6)의 온도 상승을 더욱 억제할 수 있어 레이크면(3)의 크레이터 마모의 진행을 억제할 수 있다. 한편, 피복층(6)의 플랭크면(4) 표면에 생성되는 드라플릿(7)의 Ti의 함유 비율 Ti_DF가 플랭크면(4)의 피복층(6) 중에 포함되는 Ti의 함유 비율 Ti_bf보다 높음으로써 플랭크면(4)의 피복층(6)의 표면에 존재하는 드라플릿(7)이 쿠션재가 되고, 피복층(6)에 가해지는 충격을 작게 할 수 있어서 피복층(6)의 내결손성을 향상시킬 수 있는 결과 피삭재의 절삭 가공면의 표면 거칠기를 작게 할 수 있다. 또한, 피복층의 각 금속 성분의 함유 비율은 전자선 마이크로 분석(EPMA)의 에너지 분산 분광 분석(EDS) 또는 X선광 전자 분광 분석법(XPS)에 의해 측정 가능하다.

또한, 이때 피복층(6)의 레이크면(3) 표면 상에 형성되는 드라플릿(7)의 Al의 함유 비율 Al_DR은 레이크면(3)의 피복층(6)에 함유되는 Al의 함유 비율 Al_bR에 대하여 1.05≤Al_DR/Al_bR≤1.25인 것이 바람직하다. 이것은 비율 Al_DR/Al_bR이 1.05 이상이면 드라플릿(7)의 내열성, 내산화성이 개선된다. 또한, 비율 Al_DR/Al_bR이 1.25 이하이면 드라플릿(7)의 결정 구조가 입방정으로부터 육방정으로 변화되는 일 없이 내마모성이 높기 때문이다. 비율 Al_DR/Al_bR의 특히 바람직한 범위는 1.06≤Al_DR/Al_bR≤1.15이다.

또한, 피복층(6)의 플랭크면(4) 상에 형성되는 드라플릿(7)에 함유되는 Ti의 함유 비율 Ti_DF는 플랭크면(4)의 피복층(6)에 함유되는 Ti의 함유 비율 Ti_aF에 대하여 1.03≤Ti_DF/Ti_aF≤1.2인 것이 바람직하다. 비율 Ti_DF/Ti_aF가 1.05 이상일 때 플랭크면(4) 상의 드라플릿(7)의 파괴 인성값이 향상되는 결과 절삭 중에 절삭 공구(1)가 치핑이나 결손하는 일 없이 피삭재의 가공면이 평활해진다. 비율 Ti_DF/Ti_aF가 1.2 이하이면 플랭크면(4) 상의 드라플릿(7)의 경도, 내열성이 저하되는 일 없이 절삭 중에 플랭크면의 마모가 억제된다. 비율 Ti_DF/Ti_bF의 특히 바람직한 범위는 1.05≤Ti_DF/Ti_bF≤1.12이다.

또한, 피복층(6)의 레이크면(3)의 산출 평균 거칠기를 Ra_R로 했을 때 0.07㎛≤Ra_R≤0.3㎛의 범위 내이면 레이크면(3)에 있어서의 피복층(6)의 온도 상승을 억제해서 내마모성을 향상시키는 효과가 높고, 또한 내용착성을 향상시킬 수 있다. 또한, 피복층(6)의 플랭크면(4)의 산술 평균 거칠기를 Ra_F로 했을 때 0.05㎛≤Ra_F≤0.15㎛의 범위 내이면 가공 시 후의 피삭재의 면을 깨끗하게 마무리할 수 있다. 또한, 드라플릿의 존재에 의한 상기 효과를 향상시키기 위해서는 피복층(6)의 레이크면(3)에 있어서의 최대 높이를 Rz_R, 피복층(6)의 플랭크면(4)에 있어서의 최대 높이를 Rz_F로 했을 때 0.3㎛≤Rz_R≤0.9㎛ 및 0.15㎛≤Rz_F≤0.6㎛인 것이 바람직하다.

또한, 피복층(6)은 레이크면에 있어서의 조성이 Ti_aAl_bM_d(C_{1 - x}N_x)(단, M은 Si, W, Nb, Mo, Ta, Cr, Zr, Hf 및 Y로부터 선택되는 적어도 1종, 0.35≤a≤0.55, 0.3≤b≤0.6, 0.0≤d≤0.25, 0≤x≤1)로 구성되어 있다. 피복층(6)이 이 조성 범위가 됨으로써 피복층(6)은 산화 개시 온도가 높아져서 내산화성이 높고 또한 내재하는 내부 응력을 저감할 수 있어서 내결손성이 높다. 또한, 피복층(6)은 경도 및 기체(2)와의 밀착성도 높으므로 피복층(6)은 난삭재의 가공이나 건식 절삭, 고속 절삭 등의 엄격한 절삭 조건에 있어서의 내마모성 및 내결손성이 우수한 것이 된다.

즉, 피복층(6)에 있어서 a(Ti 조성 비율)가 0.35보다 작으면 피복층(6)의 결정 구조가 입방정으로부터 육방정으로 변화되어 경도가 저하되기 때문에 내마모성이 저하된다. a(Ti 조성 비율)가 0.55보다 크면 피복층(6)의 내산화성 및 내열성이 저하된다. a의 특히 바람직한 범위는 0.45≤a≤0.5이다. 또한, b(Al 조성 비율)가 0.3보다 작으면 피복층(6)의 내산화성 및 내열성이 저하된다. b(Al 조성비)가 0.6보다 크면 피복층(6)의 결정 구조가 입방정으로부터 육방정으로 변화되는 경향이 있어 경도가 저하된다. b의 특히 바람직한 범위는 0.48≤b≤0.52이다. 또한, 피복층의 두께가 50㎚ 이하로 얇은 경우에는 그 상하에 적층되는 층의 구성에 따라서는 b가 0.6보다 커도 입방정의 결정 구조를 유지할 수 있는 경우가 있다. 또한, d(금속 M 조성 비율)가 0.25보다 크면 피복층(6)의 내산화성 또는 경도 저하에 의한 내마모성이 저하된다. d의 특히 바람직한 범위는 0.01≤d≤0.22이다.

또한, 금속 M은 Si, W, Nb, Mo, Ta, Hf, Cr, Zr, Y로부터 선택되는 1종 이상이지만 그 중에서도 Si 또는 W를 함유하는 것이 경도가 우수한 점에서 바람직하고, Nb 또는 Mo를 함유하는 것이 내마모성·내산화성이 가장 우수한 점에서 바람직하다.

또한, 피복층(6)의 비금속 성분인 C, N은 절삭 공구에 필요한 경도 및 인성이 우수한 것이며, x(N 조성 비율)의 특히 바람직한 범위는 0.5≤x≤1이다.

또한, 피복층(6)은 Ti_a1Al_b1M_d1(C_{1 -x1}N_x1)(단, 0≤a1≤1, 0≤b1≤0.8, 0≤d1≤0.4, a1+b1+d1=1, 0≤x≤1)로 나타내어지는 제 1 피복층과, Ti_a2Al_b2M_d2(C_{1 -x2}N_x2)(단, 0≤a2≤1, 0≤b2≤0.8, 0≤d2≤0.4, a2+b2+d2=1, a1=a2 또한 b1=b2 또한 c1=c2는 제외한다)로 나타내어지는 제 2 피복층이 10층 이상 반복하여 교대로 적층된 구성으로 이루어지는 것이어도 좋다.

표면 피복층(6)의 성막 방법으로서는 이온 플레이팅법이나 스퍼터링법 등의 물리 증착(PVD)법이 적응 가능하며, 이러한 드라플릿(7)을 피복층(6) 표면 상에 형성하는 방법으로서는 아크 이온 플레이팅법이 바람직하게 사용된다.

또한, 기체(2)로서는 탄화 텅스텐이나 탄질화 티탄을 주성분으로 하는 경질상과 코발트, 니켈 등의 철족 금속을 주성분으로 하는 결합상으로 이루어지는 초경 합금이나 서멧의 경질 합금, 질화 규소나 산화 알루미늄을 주성분으로 하는 세라믹스, 다결정 다이아몬드나 입방정 질화 붕소로 이루어지는 경질상과 세라믹스나 철족 금속 등의 결합상을 초고압 하에서 소성하는 초고압 소결체 등의 경질 재료가 바람직하게 사용된다.

(제조 방법)

이어서, 본 발명의 절삭 공구의 제조 방법에 대해서 설명한다.

우선 공구 형상의 기체를 종래 공지의 방법을 사용해서 제작한다. 이어서, 기체의 표면에 피복층을 성막한다. 피복층의 성막 방법으로서 이온 플레이팅법이나 스퍼터링법 등의 물리 증착(PVD)법이 바람직하게 적응 가능하다. 성막 방법의 일례에 대한 상세에 대해서 설명하면 피복층을 이온 플레이팅법으로 제작할 경우에는 금속 티탄(Ti), 금속 알루미늄(Al) 및 소망에 따라 금속 M(단, M은 Si, W, Nb, Mo, Ta, Hf, Cr, Zr 및 Y로부터 선택되는 적어도 1종 이상)을 각각 독립적으로 함유하는 금속 타겟, 복합화한 합금 타겟 또는 소결체 타겟을 사용하여 챔버의 측벽면 위치에 세팅한다.

이때 본 발명에 의하면 상기 금속을 함유하는 타겟과 함께 별도 Al 또는 Ti을 상기 타겟보다 많이 함유하는 서브 타겟을 준비하고, Al 성분을 많이 함유하는 서브 타겟은 챔버의 상벽면 위치에, Ti 성분을 많이 포함하는 서브 타겟은 챔버의 측벽면 위치에 세팅하고, 후술하는 성막 조건으로 성막함으로써 성막된 피복층의 조성 및 드라플릿의 조성을 본 발명의 구성으로 할 수 있다. 또한, 타겟의 제작 방법으로서는 금속 분말을 혼합해서 구워서 굳힌 소결 타겟을 사용하면 금속 성분을 용융시켜서 다시 고화시킨 합금 타겟을 사용하는 것보다 피복층의 표면에 석출하는 드라플릿의 양이 많아지는 경향이 있다.

성막 조건으로서는 이들의 타겟을 사용해서 아크 방전이나 글로우 방전 등에 의해 금속원을 증발시켜 이온화함과 동시에 질소원의 질소(N₂) 가스나 탄소원의 메탄(CH₄)/아세틸렌(C₂H₂) 가스와 반응시키는 이온 플레이팅법 또는 스퍼터링법에 의해 피복층 및 드라플릿을 성막한다. 이때 기체의 세팅 위치는 플랭크면이 챔버의 측면과 거의 평행하게, 또한 레이크면이 챔버의 상면과 거의 평행한 방향으로 세팅한다. 이때 메인 타겟에는 100～200A, 측면의 Ti 성분을 많이 함유하는 서브 타겟에는 70～150A, 상면의 Al 성분을 많이 함유하는 서브 타겟에는 150～250A의 아크 전류를 흘림으로써 피복층 자체의 조성과 드라플릿의 조성이 다르도록 제어할 수 있어 레이크면에 존재하는 드라플릿은 레이크면에 있어서의 피복층의 조성에 비해 Al의 함유 비율이 높고, 또한 플랭크면에 존재하는 드라플릿의 조성은 플랭크면에 있어서의 피복층의 조성에 비해 Ti의 함유 비율이 높은 구성으로 할 수 있다. 또한, 측면의 Ti 성분을 많이 함유하는 서브 타겟은 성막 종료 직전에만 아크 전류를 흘린다.

또한, 이온 플레이팅법이나 스퍼터링법에 의해 상기 피복층을 성막할 때에는 피복층의 결정 구조를 고려해서 고경도인 피복층을 제작할 수 있음과 아울러 기체와의 밀착성을 높이기 위해서 20～200V의 바이어스 전압을 인가하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 적층 구조의 피복층을 성막하기 위해서는 제 1 피복층의 조성에 가까운 조성의 제 1 타겟과 제 2 피복층의 조성에 가까운 조성의 제 2 타겟의 2개의 조성의 타겟을 성막 장치의 측면에 장착함과 아울러 드라플릿 조성을 조정하기 위한 타겟은 챔버의 상벽면의 제 1 타겟 또는 제 2 타겟의 위치로부터 가까운 위치에 장착해서 시료를 장치 내에서 회전시키면서 성막함으로써 형성할 수 있다.

실시예 1

평균 입경 0.8㎛의 탄화 텅스텐(WC) 분말을 주성분으로 하고, 평균 입경 1.2㎛의 금속 코발트(Co) 분말을 10질량%, 평균 입경 1.0㎛의 탄화 바나듐(VC) 분말을 0.1질량%, 평균 입경 1.0㎛의 탄화 크롬(Cr₃C₂) 분말을 0.3질량%의 비율로 첨가하여 혼합해서 프레스 형성에 의해 DCGT11T302MFCQ 형상의 스로 어웨이 팁(throw away tip) 형상으로 형성한 후 탈 바인더 처리를 실시하고, 0.01㎩의 진공 중, 1450℃에서 1시간 소성해서 초경 합금을 제작했다. 또한, 각 시료의 레이크면 표면을 블라스트 가공, 브러시 가공 등에 의해 연마 가공했다. 또한, 제작한 초경 합금에 브러시 가공으로 날끝 처리(호닝)를 실시했다.

이렇게 해서 제작한 기체에 대하여 표 1에 나타내는 성막 온도 및 바이어스 전압을 인가하고, 메인 타겟, 측면의 서브 타겟, 상면의 서브 타겟에 대하여 표 1에 나타내는 아크 전류를 각각 흘리고, 표 2에 나타내는 조성의 피복층을 성막했다. 또한, 측면의 Ti 성분을 많이 함유하는 서브 타겟은 성막 종료 직전에만 아크 전류를 흘렸다.

얻어진 시료에 대하여 피복층의 표면의 레이크면 및 플랭크면의 각 면의 임의 3개소 및 레이크면 및 플랭크면 표면 상에 형성된 직경 3㎛ 이상의 드라플릿 각 10개의 조성을 에너지 분산 분광 분석(EDS)(아메텍사제 EDAX)에 의해 측정하고, 이들의 평균값을 피복층의 레이크면, 플랭크면 및 각 면 표면 상의 드라플릿의 조성으로 해서 산출했다. 또한, 촉침식 표면 조도계(도쿄 세이미츠사제 SURFCOM)로 레이크면 및 플랭크면의 길이 2㎜, 3개소를 각각 측정하고 평균해서 Ra_r, Rz_r, Ra_f, Rz_f를 산출했다. 또한, 표면 거칠기의 측정에 있어서는 컷오프값을 0.25㎜, 평가 길이를 1.25㎜로 했다.

이어서, 얻어진 외경 절삭 공구 DCGT11T302MFCQ 형상의 스로 어웨이 팁을 사용해서 이하의 절삭 조건으로 절삭 시험을 행했다. 결과는 표 3에 나타냈다.

절삭 방법: 외경 선삭 가공

피삭재: 탄소강(S45C)

절삭 속도: 120m/분

이송 :0.05㎜/rev

절입 :1.2㎜

절삭 상태: 습식

평가 방법: 180분 절삭 후의 레이크면 크레이터 마모의 유무, 치핑의 유무를 광학 현미경으로 측정했다. 또한, 피삭재의 면조도는 접촉식 표면 조도계(도쿄 세이미츠사제 SURFCOM)로 산술 평균 거칠기 Ra를 측정했다.

표 1～3에 나타내는 결과로부터 레이크면에 존재하는 드라플릿의 Al의 함유 비율 Al_DR이 레이크면에 있어서의 피복층의 Al의 함유 비율 Al_bR 이하인 시료 No. I-11에서는 내마모성이 나쁜 것이었다. 또한, 플랭크면에 존재하는 드라플릿의 Ti의 함유 비율이 플랭크면에 있어서의 피복층의 Ti의 함유 비율과 같은 시료 No. I-12에서는 결손의 발생에 의해 조기에 공구 수명이 되었다.

이것에 대하여 본 발명의 범위 내인 시료 No. I-1～10에서는 모두 피복층이 내결손성 및 내산화성이 우수하여 양호한 절삭 성능을 발휘했다.

실시예 2

실시예 1의 절삭 인서트 기체를 사용해서 표 4에 나타내는 3종류의 타겟을 측면에 2종류와 상면에 1종류 장착하고, 실시예 1과 마찬가지로 표 4에 나타내는 피복층을 성막했다. 또한, 메인 타겟은 소결 타겟을 사용하여 챔버의 측벽면에 1개씩 세팅했다. 또한, 서브 타겟은 표 4에 기재된 각 금속의 합금 타겟 또는 소결 타겟을 사용하여 챔버의 표 4에 나타내는 세팅 위치의 벽면에 1개 세팅했다.

얻어진 인서트에 대해서 실시예 1과 마찬가지로 피복층 및 드라플릿의 조성의 정량 분석을 행함과 아울러 Ra_r, Rz_r, Ra_f, Rz_f를 측정했다. 결과는 표 5, 표 6에 나타냈다. 또한, 피복층을 투과형 전자 현미경(TEM)으로 관찰한 결과 두께 10㎚ 이하의 간격으로 표 5의 조성(상세)에 나타내는 제 1 층(상단)과 제 2 층(하단)이 적층된 구성으로 되어 있었다. 또한, 얻어진 인서트를 사용해서 실시예 1과 같은 절삭 조건으로 절삭 시험을 행했다. 결과는 표 6에 기재했다.

표 4～6으로부터 레이크면에 존재하는 드라플릿의 Al의 함유 비율이 레이크면에 있어서의 피복층의 Al의 함유 비율보다 많은 시료 No. Ⅱ-1～4에서는 모두 피복층이 내결손성 및 내산화성이 우수하여 양호한 절삭 성능을 발휘했다.

1: 절삭 공구 2: 기체
3: 레이크면 4: 플랭크면
5: 절삭날 6: 피복층
7: 드라플릿

Claims (4)

1. 레이크면과 플랭크면의 교차 능선에 절삭날을 갖고, 기체의 표면에 Ti_aAl_bM_d(C_{1 -x}N_x)(단, M은 Si, W, Nb, Mo, Ta, Hf, Cr, Zr 및 Y로부터 선택되는 적어도 1종, 0.35≤a≤0.55, 0.3≤b≤0.6, 0≤d≤0.25, a+b+d=1, 0≤x≤1)로 이루어지는 피복층을 피복하고, 상기 피복층의 표면에는 드라플릿이 존재함과 아울러 상기 레이크면에 존재하는 드라플릿의 조성은 상기 레이크면에 있어서의 상기 피복층의 조성에 비해 Al의 함유 비율이 높고, 또한 상기 플랭크면에 존재하는 드라플릿의 조성은 상기 플랭크면에 있어서의 상기 피복층의 조성에 비해 Ti의 함유 비율이 높은 것을 특징으로 하는 절삭 공구.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 레이크면에 존재하는 드라플릿의 Al의 함유 비율 Al_DR과 상기 피복층의 상기 레이크면에 있어서의 Al의 함유 비율 Al_bR의 비는 1.05≤Al_DR/Al_bR≤1.25이며, 상기 플랭크면에 존재하는 드라플릿의 Ti의 평균 함유 비율 Ti_DF와 상기 피복층의 상기 플랭크면에 있어서의 Ti의 함유 비율 Ti_aF의 비는 1.03≤Ti_DF/Ti_aF≤1.2인 것을 특징으로 하는 절삭 공구.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 피복층의 레이크면의 산술 평균 표면 거칠기 및 최대 높이를 각각 Ra_R, Rz_R로 하고 상기 피복층의 플랭크면의 산술 평균 표면 거칠기 및 최대 높이를 각각 Ra_F, Rz_F로 했을 때 0.07㎛≤Ra_R≤0.3㎛, 0.3㎛≤Rz_R≤0.9㎛, 0.05㎛≤Ra_F≤0.15㎛, 0.15㎛≤Rz_F≤0.6㎛인 것을 특징으로 하는 절삭 공구.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 피복층은 Ti_a1Al_b1M_d1(C_{1 -x1}N_x1)(단, 0≤a1≤1, 0≤b1≤0.8, 0≤d1≤0.4, a1+b1+d1=1, 0≤x≤1)로 나타내어지는 제 1 피복층과, Ti_a2Al_b2M_d2(C_{1 -x2}N_x2)(단, 0≤a2≤1, 0≤b2≤0.8, 0≤d2≤0.4, a2+b2+d2=1, a1=a2 또한 b1=b2 또한 c1=c2는 제외한다)로 나타내어지는 제 2 피복층이 10층 이상 반복하여 교대로 적층된 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 절삭 공구.

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