KR20160026861A

KR20160026861A - 표면 피복 질화붕소 소결체 공구

Info

Publication number: KR20160026861A
Application number: KR1020157033661A
Authority: KR
Inventors: 요시아키 소라이; 가츠미 오카무라; 노조미 츠키하라; 마코토 세토야마
Original assignee: 스미또모 덴꼬오 하드메탈 가부시끼가이샤
Priority date: 2013-07-03
Filing date: 2014-06-05
Publication date: 2016-03-09
Also published as: US20160115087A1; JP5663815B2; WO2015001904A1; EP3017896A4; CA2914152A1; JP2015013324A; CN105431242A; EP3017896A1

Abstract

표면 피복 질화붕소 소결체 공구는, 적어도 절삭날 부분이 입방정 질화붕소 소결체와 상기 입방정 질화붕소 소결체의 표면 상에 형성된 피막을 구비하고, 상기 피막은 A 층과 B 층과 C 층을 포함하며, 상기 C 층은 상기 A 층과 B 층 사이에 형성되고, 상기 A 층은 Ti 등을 포함하며, B 층은 Ti 및 Si 등을 포함하는 B1 화합물층과 Al 등을 포함하는 B2 화합물층이 교대로 적층되어 이루어지고, C 층은 McLc_zc(Mc는 주기율표의 제4족 원소, 제5족 원소 및 제6족 원소, Al 및 Si 중 1종 이상을 나타내고, Lc는 B, C, N 및 O 중 1종 이상을 나타내며, zc는 0을 초과하고 0.85이하임)를 포함한다.

Description

표면 피복 질화붕소 소결체 공구{SURFACE-COATED BORON NITRIDE SINTERED TOOL}

본 발명은, 적어도 절삭날 부분이, 입방정 질화붕소(이하, 「cBN」이라고도 기재함) 소결체와 상기 cBN 소결체 상에 형성된 피막을 포함하는 표면 피복 질화붕소 소결체 공구에 관한 것이다.

cBN 소결체를 기재로 하여, 그 표면에 세라믹스 등으로 이루어지는 피막을 형성한 절삭 공구(이하, 「피복 cBN 공구」라고도 기재함)는, 우수한 내마모성을 발휘하기 때문에, 소입강(燒入鋼; hardened steel)의 절삭 가공에 이용되고 있다.

이러한 절삭 공구로서, 예컨대, 국제 공개 제2010/150335호 팜플렛(특허문헌 1) 및 국제 공개 제2012/005275호 팜플렛(특허문헌 2)은, cBN 소결체의 표면에, 특정한 세라믹스 조성의 다층으로 이루어지는 하부층과 화합물층으로 이루어지는 상부층을 포함하는 피막을 형성한 공구를 개시하고 있다.

또한, 피막을 갖는 공구의 기재로는, cBN 소결체뿐만 아니라, 예컨대 초경 합금 등도 이용되고 있다(일본 특허 공개 제2008-188689호 공보(특허문헌 3) 및 일본 특허 공표 제2008-534297호 공보(특허문헌 4)).

특허문헌 1: 국제 공개 제2010/150335호 팜플렛 특허문헌 2: 국제 공개 제2012/005275호 팜플렛 특허문헌 3: 일본 특허 공개 제2008-188689호 공보 특허문헌 4: 일본 특허 공표 제2008-534297호 공보

최근, 절삭 가공에는 매우 높은 정밀도가 요구되고 있다. 여기서 요구되는 정밀도란, 절삭 가공 후에 연마 등의 마무리 가공이 불필요할 정도로, 가공 후의 피삭재의 면조도가 양호한 것을 말한다. 즉, 종래와는 달리, 절삭 가공이 그 자체로 마무리 가공을 겸할 것이 요구되고 있다. 따라서 최근에는, 소정의 면조도를 유지할 수 있는 절삭 거리(이하 「면조도 수명」이라고도 기재함)가, 공구 성능을 판단함에 있어서 중요한 항목이 되고 있다. 그러나, 종래의 절삭 공구에서는, 현재의 사용자를 충분히 만족시키는 면조도 수명을 갖는 것에는 이르지 못했다. 그 때문에 현상황에서는 면조도 수명이 그대로 공구 수명으로 간주되는 케이스가 많아, 면조도 수명의 향상이 절실히 요구되고 있다.

피삭재의 면조도에 영향을 주는 인자로는 여러 가지의 것을 생각할 수 있지만, 그 중에서도 마모에 의한 날끝 형상의 변화는 특히 영향도가 큰 인자라고 생각된다. 그 때문에, 면조도 수명의 향상에는 내마모성의 향상이 유효하다고 생각된다.

현재까지, 기재의 표면에 피막을 형성함으로써 내마모성을 향상시킨 절삭 공구가 개발되어 있다. 예컨대, 초경 합금으로 이루어지는 기재의 표면에 피막을 형성한 절삭 공구는, 강 가공에 있어서 적합한 내마모성을 나타내는 것이 알려져 있다.

그러나, 강보다 고경도인 소입강의 고정밀도 가공에 있어서는, cBN 소결체로 이루어지는 기재에, 초경 합금과 마찬가지로 피막을 그 표면에 형성하더라도, 충분한 면조도 수명은 얻어지지 않았다. 그리고, 소입강의 고정밀도 가공에서의 장수명을 실현한 절삭 공구는 아직 개발되지 않은 것이 현상황이다.

본 발명은, 상기와 같은 현상황을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는, 소입강을 비롯한 경질재의 가공에 있어서, 높은 치수 정밀도를 실현함과 동시에, 우수한 공구 수명을 갖는 피복 cBN 공구를 제공하는 것에 있다.

본 발명자는, 상기 과제를 해결하기 위해, 여러 가지 조성 및 적층 구조를 갖는 피막을 형성한 피복 cBN 공구로 소입강의 가공을 행하고, 공구의 손상 형태를 상세히 분석했다. 그 결과, 통상의 크레이터 마모 및 플랭크면 마모에 덧붙여, 마모부의 한쪽끝인 앞경계부에서 경계 마모가 발생되고 있는 것이 밝혀졌다. 그리고, 이 경계 마모가 면조도 수명에 가장 큰 영향을 미치고 있다는 지견이 얻어졌다.

본 발명자는, 상기 지견에 기초하여 검토를 거듭한 결과, 특정한 조성을 갖는 다층이 경계 마모의 억제에 유효하다는 것을 알아냈다. 그리고, 이 내경계 마모성을 구비한 층과, 내크레이터 마모성을 구비한 층을 조합함으로써, 양자의 특성을 겸비한 피막을 형성할 수 있는 것은 아닌가라는 착상을 얻어, 이 착상을 실현하는 수단을 예의 연구한 바, 내경계 마모성을 구비하는 층과 내크레이터 마모성을 구비하는 층 사이에, 특수한 세라믹스층을 배치한 경우, 양자의 특성을 겸비할 뿐만 아니라, 면조도 수명이 비약적으로 향상되는 것을 알아내어, 본 발명을 완성시키기에 이르렀다.

즉, 본 발명의 표면 피복 질화붕소 소결체 공구는 다음에 나타내는 구성 (1)∼(9)를 갖는다.

(1) 적어도 절삭날 부분이 입방정 질화붕소 소결체와 상기 입방정 질화붕소 소결체의 표면 상에 형성된 피막을 구비한다.

(2) 상기 입방정 질화붕소 소결체는, 입방정 질화붕소 입자를 30 체적% 이상 80 체적% 이하 포함하고, 주기율표의 제4족 원소, 제5족 원소 및 제6족 원소의 질화물, 탄화물, 붕화물, 산화물 및 이들의 고용체로 이루어지는 군 중에서 선택된 적어도 1종의 화합물과, 알루미늄 화합물과, 불가피적 불순물을 포함하는 결합상을 더 포함한다.

(3) 상기 피막은 A 층과 B 층과 C 층을 구비한다.

(4) 상기 A 층은 MLa_za1(M은 주기율표의 제4족 원소, 제5족 원소 및 제6족 원소, Al 및 Si 중 1종 이상을 나타내고, La는 B, C, N 및 O 중 1종 이상을 나타내고, za1은 0.85 이상 1.0 이하임)을 포함한다.

(5) 상기 B 층은 조성이 상이한 2종 이상의 화합물층이 교대로 각각 하나 이상 적층되어 이루어지고, 상기 화합물층의 각각의 두께는 30 nm 이상 300 nm 이하이다.

(6) 상기 화합물층의 1종인 B1 화합물층은, (Ti₁ _- _xb1 _- _yb1Si_xb1M1_yb1)(C_1- _zb1N_zb1)(M1은 Ti를 제외한 주기율표의 제4족 원소, 제5족 원소 및 제6족 원소 및 Al 중 1종 이상을 나타내고, xb1은 0.01 이상 0.25 이하이고, yb1은 0 이상 0.7 이하이고, zb1은 0.4 이상 1 이하임)을 포함한다.

(7) 상기 화합물층의 1종으로서 상기 B1 화합물층과는 상이한 B2 화합물층은, (Al₁ _- _xb2M2_xb2)(C_1- _zb2N_zb2)(M2는 주기율표의 제4족 원소, 제5족 원소 및 제6족 원소 및 Si 중 1종 이상을 나타내고, xb2는 0.2 이상 0.7 이하이고, zb2는 0.4 이상 1 이하임)를 포함한다.

(8) C 층은 상기 A 층과 상기 B 층 사이에 형성되고, McLc_zc(Mc는 주기율표의 제4족 원소, 제5족 원소 및 제6족 원소, Al 및 Si 중 1종 이상을 나타내고, Lc는 B, C, N 및 O 중 1종 이상을 나타내며, zc는 0보다 크고 0.85 이하임)를 포함한다.

(9) 상기 A 층의 두께는 0.2 ㎛ 이상 10 ㎛ 이하이고, 상기 B 층의 두께는 0.05 ㎛ 이상 5 ㎛ 이하이며, 상기 C 층의 두께는 0.005 ㎛ 이상 0.5 ㎛ 이하이고, 또한 상기 피복층 전체의 두께는 0.3 ㎛ 이상 15 ㎛ 이하이다.

본 발명의 표면 피복 질화붕소 소결체 공구는, 소입강을 비롯한 경질재의 가공에 있어서, 높은 치수 정밀도를 실현함과 동시에, 우수한 면조도 수명을 갖는다.

도 1은, 본 실시형태에 관련된 표면 피복 질화붕소 소결체 공구의 구성의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 2는, 본 실시형태에 관련된 표면 피복 질화붕소 소결체 공구의 주요부의 구성의 일례를 나타내는 단면도이다.

이하, 본 발명에 관련된 실시형태에 관해 더욱 상세히 설명한다. 또한, 이하에서는 도면을 이용하여 설명하는데, 본원의 도면에 있어서 동일한 참조 부호를 부여한 것은 동일 부분 또는 상당 부분을 나타내는 것으로 한다.

<<표면 피복 질화붕소 소결체 공구>>

본 실시형태의 피복 cBN 공구는 적어도 절삭날 부분에, cBN 소결체와, 상기 cBN 소결체의 표면 상에 형성된 피막을 구비하고 있다. 후술하는 바와 같이, 상기 피막이, 내크레이터 마모성이 우수한 A 층과, 내경계 마모성이 우수한 B 층과, A 층과 B 층을 강고하게 접합하는 C 층으로 구성됨으로써, 소결 합금, 난삭 주철, 소입강 등의 가공에 있어서 장기간에 걸쳐 높은 치수 정밀도를 유지할 수 있는, 즉 면조도 수명이 길다는 효과를 갖는다. 그리고, 특히 절삭액을 이용한 습식 절삭에 있어서, 종래의 절삭 공구에 비하여 현저히 긴 면조도 수명을 가질 수 있다.

습식 절삭에서는, 절삭액(쿨런트라고도 불림)이 불연속으로 날끝에 닿음으로써, 날끝의 급냉각과 급가열이 반복된다. 그리고 피막이, 화학 조성이나 두께 등의 성질이 상이한 복수의 층을 적층한 구조를 포함하는 경우, 열팽창률의 차이 등에 기인하여, 층간에 박리가 발생하기 쉽다고 하는 문제가 있었다.

이 층간 박리를 억제하기 위해서, 층간에 밀착층으로서 금속층을 형성하는 방법이 제안되어 있다. 그러나, 이러한 금속층은 기계적인 변형에 대한 내박리성을 나타내지만, 경계 마모를 수반하는 손상 모드에 있어서는 충분한 효과를 나타낼 수 없었다. 그 이유는, 경계 마모부에는 공기가 침입하기 쉬워지기 때문에, 날끝이 고온에 노출되면 금속층이 용이하게 산화되어 버려, 내박리성을 지속할 수 없기 때문인 것으로 추측된다. 이것에 대하여 본 실시형태에서는, 밀착층으로서 금속적 성질을 남긴 세라믹스층(후술하는 C 층)을 채용함으로써, 밀착층에 내열성과 내산화성을 부여하여, 밀착력을 지속시킬 수 있고, 이로써 우수한 면조도 수명을 나타낼 수 있다. 이하, 본 실시형태의 피복 cBN 공구를 구성하는 각 부에 관해 설명한다.

본 실시형태의 cBN 소결체는, 피복 cBN 공구의 절삭날 부분 중 상기 공구의 기재를 구성하는 것으로, cBN 입자를 30 체적% 이상 80 체적% 이하로 포함하고, 또한 잔부로서 결합상을 포함한다.

여기서, 결합상은, 주기율표의 제4족 원소, 제5족 원소 및 제6족 원소의 질화물, 탄화물, 붕화물, 산화물 및 이들의 고용체로 이루어지는 군 중에서 선택된 적어도 1종의 화합물과 알루미늄 화합물과 불가피적 불순물을 포함하는 것이다. 상기 결합상은 소결체 조직 중에 있어서 cBN 입자끼리를 서로 결합하고 있다. cBN 입자가 30 체적% 이상 포함됨으로써, 공구의 기재인 cBN 소결체의 내마모성의 저하를 방지할 수 있다. 또한, cBN 입자가 80 체적% 이하 포함됨으로써, 소결체 조직 중에 있어서, 강도, 인성이 우수한 cBN 입자가 골격 구조의 역할을 담당하여，cBN 소결체의 내결손성을 확보할 수 있다.

또한 본 명세서에 있어서, cBN 입자의 체적 함유율은 다음에 나타내는 방법에 의해 측정하는 것으로 한다. 즉, cBN 소결체를 경면 연마하고, 임의의 영역의 cBN 소결체 조직의 반사 전자상을 전자 현미경을 이용하여 2000배의 배율로 관찰한다. 이 때, cBN 입자는 흑색 영역이 되고, 결합상은 회색 영역 또는 백색 영역이 되어 관찰된다. 관찰 시야 화상에 있어서, cBN 입자 영역과 결합상 영역을 화상 처리에 의해 2치화하여, cBN 입자 영역의 점유 면적을 계측한다. 그리고, 상기 점유 면적을 다음 식에 대입함으로써 cBN 입자의 체적 함유율을 산출한다.

(cBN 입자의 체적 함유율)＝(cBN 입자의 점유 면적)÷(시야 화상에서의 cBN 소결체 조직의 면적)×100

이러한 cBN 입자의 체적 함유율은 50 체적% 이상 65 체적% 이하인 것이 바람직하다. cBN 입자의 체적 함유율이 50 체적% 이상인 것에 의해, 피복 cBN 공구에 있어서 내마모성과 내결손성의 밸런스가 우수한 경향이 있다. 또한, cBN 입자의 체적 함유율이 65 체적% 이하인 것에 의해, 결합상이 적절히 분포하게 되기 때문에, 결합상에 의한 cBN 입자끼리의 접합 강도가 높아지는 경향이 있다.

또한, cBN 소결체와 피막의 계면에서는, cBN 입자가 결합상보다 피막측으로 돌출된 형상을 갖는 것이 바람직하다. 이에 따라, cBN 소결체와 피막의 밀착성을 높일 수 있다. 또한, cBN 입자와 결합상의 단차는 0.05 ㎛ 이상 1.0 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 상기 단차가 0.05 ㎛ 이상인 것에 의해 앵커 효과를 얻을 수 있다. 또한, 1.0 ㎛ 이하인 것에 의해 소결체로부터의 cBN 입자의 탈락을 유효하게 방지할 수 있다. 여기서, 상기 단차는 보다 바람직하게는 0.1 ㎛ 이상 0.5 ㎛ 이하이고, 단차가 상기 범위를 차지함으로써, 상기한 앵커 효과 및 탈락 방지 효과를 한층 더 높일 수 있다. 또한, 본 명세서에 있어서 상기 단차는 후술하는 피막 전체의 두께 등의 측정 방법과 동일한 방법에 의해 측정하는 것으로 한다.

또한, cBN 소결체에서의 cBN 입자의 체적 함유율은, cBN 소결체와 피막의 계면으로부터 cBN 소결체의 내측을 향함에 따라 높아지는 것이 바람직하다. 이러한 양태로 함으로써, cBN 소결체와 피막의 계면에서는, 결합상의 체적 함유율이 cBN 입자보다 높아지기 때문에, cBN 소결체와 피막의 밀착성을 높일 수 있다. 한편, cBN 소결체의 내부에서는, cBN 입자의 체적 함유율이 결합상의 체적 함유율보다 높기 때문에, cBN 소결체의 내결손성을 향상시킬 수 있다. 예컨대, cBN 입자의 체적 함유율을, 피막과의 계면측(즉, cBN 소결체와 피막의 계면으로부터 cBN 소결체측을 향하여 0 ㎛ 이상 20 ㎛ 이하 떨어진 영역)에서는 40 체적%로 하고, cBN 소결체의 두께 방향 중앙 부근(즉, cBN 소결체와 피막의 계면으로부터 cBN 소결체의 내측을 향하여 20 ㎛ 초과 100 ㎛ 이하 떨어진 영역)에서는 60 체적%로 할 수 있다.

또한, cBN 입자의 입경은, cBN 소결체와 피막의 계면으로부터 cBN 소결체의 내측을 향함에 따라 커지는 것이 바람직하다. 이러한 양태로 함으로써, cBN 소결체와 피막의 계면에서는, cBN 입자의 입경이 작기 때문에, cBN 소결체와 피막의 밀착성을 높일 수 있다. 한편, cBN 소결체의 내부에서는 cBN 입자의 입경이 크기 때문에 인성을 높일 수 있다. 예컨대, cBN 입자의 입경은, cBN 소결체와 피막의 계면으로부터 cBN 소결체의 내측을 향하여 0 ㎛ 이상 20 ㎛ 이하 떨어진 영역에서는 0.1 ㎛ 이상 1 ㎛ 이하로 하고, cBN 소결체와 피막의 계면으로부터 cBN 소결체의 내측을 향하여 20 ㎛ 초과 300 ㎛ 이하 떨어진 영역에서는 2 ㎛ 이상 10 ㎛ 이하로 할 수 있다.

또한 본 명세서에 있어서, cBN 입자의 입경은 다음 방법에 의해 측정하는 것으로 한다. 즉, cBN 입자의 체적 함유율을 구할 때에 얻어진 cBN 소결체 조직의 반사 전자상에 있어서, cBN 입자에 외접하는 원의 직경(즉 외접원 상당 직경)을 측정하고, 상기 직경을 cBN 입자의 입경으로 하는 것으로 한다.

또한 본 실시형태에 있어서, cBN 소결체는, 피복 cBN 공구의 절삭날 부분에 형성되어 있으면 된다. 즉, 피복 cBN 공구의 기재는, cBN 소결체로 이루어지는 절삭날 부분과, cBN 소결체와는 상이한 재료(예컨대 초경 합금)로 이루어지는 기재 본체를 포함하고 있어도 좋다. 이 경우, cBN 소결체로 이루어지는 절삭날 부분은 납땜재 등을 통해 기재 본체에 접착되어 있는 것이 바람직하다. 납땜재는 접합 강도나 융점을 고려하여 적절히 선택하면 된다. 또한, cBN 소결체는, 피복 cBN 공구의 기재 전체를 구성하고 있어도 좋다.

<피막>

본 실시형태의 피막은 A 층과 B 층과 C 층을 포함하는 것이다. 본 실시형태에 있어서, 피막은 상기한 A 층과 B 층과 C 층을 포함하는 한, 이들 층 이외에 다른 층을 포함할 수 있고, 다른 층을 포함하고 있다고 해도 본 발명의 효과는 나타난다. 여기서 다른 층으로는, 예컨대 후술하는 최하층인 D 층 등을 들 수 있다. 다만, 다른 층은 이들에 한정되지 않고, 이들 이외의 층을 포함하고 있다고 해도 본 발명의 범위를 일탈하는 것은 아니다.

본 실시형태에 있어서 피막 전체의 두께는 0.3 ㎛ 이상 15 ㎛ 이하이다. 피막의 두께가 0.3 ㎛ 이상인 것에 의해, 피막의 두께가 얇은 것에서 기인하는 피복 cBN 공구의 내마모성의 저하를 방지할 수 있다. 또한, 피막 전체의 두께가 15 ㎛ 이하인 것에 의해, 절삭 초기에 있어서의 피막의 내치핑성을 높일 수 있다. 피막 전체의 두께는, 보다 바람직하게는 1.5 ㎛ 이상 15 ㎛ 이하이다.

또한 본 명세서에 있어서, 피막 및 후술하는 각 층의 두께, 및 적층수는, 모두 피복 cBN 공구를 절단하고, 상기 단면을 주사형 전자 현미경(SEM: Scanning Electron Microscope) 또는 투과형 전자 현미경(TEM: Transmission Electron Microscope)으로 관찰함으로써 측정된 것이다. 또한, 피막을 구성하는 각 층의 조성은, SEM 또는 TEM 부대의 에너지 분산형 X선 분석 장치(EDX: Energy Dispersive X-ray spectroscopy)에 의해 측정된 것이다. 여기서, 단면 관찰용 샘플은, 예컨대, 집속 이온빔 장치(FIB: Focused Ion Beam system), 크로스 섹션 폴리셔 장치(CP: Cross section Polisher) 등을 이용하여 제작할 수 있다.

또한 본 실시형태에 있어서, 피막은 피복 cBN 공구의 절삭날 부분에만 형성되어 있으면 되고, 절삭날 부분과는 상이한 부분의 일부에서 형성되어 있지 않아도 좋으며, 피복 cBN 공구의 기재 표면 전면을 피복하고 있어도 좋다. 또한, 절삭날과는 상이한 부분에 있어서, 피막의 일부의 적층 구성이 부분적으로 상이해도 좋다.

<A 층>

본 실시형태에 있어서 A 층은 MLa_za1(M은 주기율표의 제4족 원소, 제5족 원소 및 제6족 원소, Al 및 Si 중 1종 이상을 나타내고, La는 B, C, N 및 O 중 1종 이상을 나타내고, za1은 0.85 이상 1.0 이하임)을 포함한다. 이에 따라, A 층은 절삭 가공시에 매끄럽게 마모된다. 바꾸어 말하면, A 층은, 박리, 균열 또는 치핑 등을 수반하지 않고 마모할 수 있다. 따라서, 피복 cBN 공구의 내크레이터 마모성 또는 내플랭크면 마모성 등을 높일 수 있다.

이러한 A 층은, (Ti₁ _- _xaMa_xa)(C_1- _za2N_za2)(Ma는 Ti를 제외한 주기율표의 제4족 원소, 제5족 원소 및 제6족 원소, Al 및 Si 중 1종 이상을 나타내고, xa는 0 이상 0.7 이하이고, za2는 0 이상 1 이하임)를 포함하는 것이 보다 바람직하다. 이와 같이 A 층이 Ti를 포함함으로써, 마모시에 있어서의 A 층의 박리, 균열 또는 치핑 등을 더욱 효과적으로 방지할 수 있다. 여기서, 상기 xa는 0 이상 0.3 이하인 것이 보다 바람직하다. xa가 상기 범위를 차지함으로써, 상기한 효과를 한층 더 높일 수 있다. 또한, A 층이 (Ti₁ _- _xa _(1)-xa(2)Ma(1)_xa(1)Ma(2)_xa(2))(C_1-za2N_za2)를 포함하는 경우에는, xa(1)과 xa(2)의 합은, 바람직하게는 0 이상 0.7 이하이고, 보다 바람직하게는 0 이상 0.3 이하이다. 이것은, 후술하는 B 층, C 층 및 D 층에 있어서도 동일하게 적용되는 것으로 한다.

본 실시형태에 있어서, A 층에서는, 상기 N의 조성(za2)이 cBN 소결체측으로부터 상기 A 층의 표면측을 향하여 스텝형 또는 경사형으로 변화하는 것이 바람직하다. 예컨대, A 층의 cBN 소결체측에 있어서 N의 조성이 큰 경우, 내결손성 및 내박리성이 높아지는 경향이 있다. 또한, 예컨대, A 층의 표면측에 있어서 N의 조성이 작은 경우에는, 마모시에 있어서의 A 층의 박리, 균열 또는 치핑 등을 방지할 수 있다. 여기서 「N의 조성이 cBN 소결체측으로부터 A 층의 표면측을 향하여 스텝형으로 변화한다」란, N의 조성이 cBN 소결체측으로부터 A 층의 표면측을 향하여 불연속으로 감소 또는 증가하는 것을 나타내며, 예컨대, N의 조성이 서로 상이한 2 이상의 층을 적층함으로써 얻어지는 구성이다. 또한 「N의 조성이 cBN 소결체측으로부터 A 층의 표면측을 향하여 경사형으로 변화한다」란, N의 조성이 cBN 소결체측으로부터 A 층의 표면측을 향하여 연속적으로 감소 또는 증가하는 것을 나타내며, 예컨대, 아크 이온 플레이팅법에 의해 A 층을 성막할 때에 N의 원료 가스와 C의 원료 가스의 유량비를 연속적으로 변화시킴으로써 얻어지는 구성이다.

또한, A 층은, 상기 A 층의 표면측에 cBN 소결체측보다 C의 조성이 큰 영역을 갖는 것이 바람직하다. 이에 따라, A 층의 cBN 소결체측에서는 내결손성 및 내박리성이 높아짐과 동시에, A 층의 표면측에서는 마모시에 있어서의 A 층의 박리, 균열 또는 치핑 등을 효과적으로 방지할 수 있다. 여기서 A 층의 cBN 소결체측이란, cBN 소결체의 가장 가까이에 위치하는 A 층의 면으로부터 A 층의 내부를 향하여 0 ㎛ 이상 0.1 ㎛ 이하 떨어진 영역을 나타내는 것으로 한다. 또한 A 층의 표면측이란, A 층의 cBN 소결체측과는 상이한 부분을 나타내는 것으로 한다.

본 실시형태의 A 층의 두께는 0.2 ㎛ 이상 10 ㎛ 이하이다. A 층의 두께가 0.2 ㎛ 이상인 것에 의해, 피복 cBN 공구의 내크레이터 마모성 또는 내플랭크면 마모성 등이 높아지는 경향이 있다. A 층의 두께가 10 ㎛를 초과하면, 내크레이터 마모성 또는 내플랭크면 마모성 등을 높이기 어려운 경우도 있다. 따라서, A 층의 두께는 10 ㎛ 이하일 필요가 있다. 또한, A 층의 두께는 보다 바람직하게는 1 ㎛ 이상 3 ㎛ 이하이다.

또한 본 실시형태에 있어서, A 층은 후술하는 B 층보다 피복 cBN 공구의 표면측에 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이에 따라, A 층이 매끄럽게 마모되어 크랙의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 크랙이 발생한 경우에도, B 층에 의해, 발생한 크랙이 기재측으로 전파되는 것을 방지할 수 있다.

<B 층>

본 실시형태에 있어서, B 층은 조성이 상이한 2종 이상의 화합물층이 교대로 각각 하나 이상 적층되어 이루어지는 층이다. 이하에서는, B 층으로서, B1 화합물층과 B2 화합물층이 교대로 각각 하나 이상 적층된 구성을 들지만, 본 실시형태의 B 층은, B1 화합물층과 B2 화합물층을 포함하는 한, B1 화합물층 및 B2 화합물층 이외에 다른 층을 포함하고 있더라도 전혀 지장없이 본 발명의 효과는 나타난다. 또한, B 층의 두께는 0.05 ㎛ 이상 5 ㎛ 이하이다.

B 층을 구성하는 B1 화합물층은, (Ti₁ _- _xb1 _- _yb1Si_xb1M1_yb1)(C_1- _zb1N_zb1)(M1은 Ti를 제외한 주기율표의 제4족 원소, 제5족 원소 및 제6족 원소 및 Al 중 1종 이상을 나타내고, xb1은 0.01 이상 0.25 이하이고, yb1은 0 이상 0.7 이하이고, zb1은 0.4 이상 1 이하임)을 포함한다. 여기서, B1 화합물층의 두께는 30 nm 이상 300 nm 이하이고, 보다 바람직하게는 30 nm 이상 200 nm 이하이며, 특히 바람직하게는 30 nm 이상 100 nm 이하이다.

B1 화합물층과 함께, B 층을 구성하는 B2 화합물층은 (Al₁ _- _xb2M2_xb2)(C_1-zb2N_zb2)(M2는 주기율표의 제4족 원소, 제5족 원소 및 제6족 원소 및 Si 중 1종 이상을 나타내고, xb2는 0.2 이상 0.7 이하이고, zb2는 0.4 이상 1 이하임)를 포함한다. 여기서, M2는, Ti 및 Cr 중 적어도 하나를 나타내는 것이 바람직하다. B2 화합물층이 Al과 Ti 및 Cr 중 적어도 하나를 포함함으로써, B2 화합물층에 내마모성과 내열성을 겸비한 고인성층으로서의 기능이 부여된다.

또한, M2의 조성 xb2는, 바람직하게는 0.25 이상 0.5 이하이고, 보다 바람직하게는 0.25 이상 0.4 이하이다. 또한, B2 화합물층의 두께는, 30 nm 이상 300 nm 이하이고, 보다 바람직하게는 50 nm 이상 300 nm 이하이며, 특히 바람직하게는 100 nm 이상 200 nm 이하이다.

또한, B 층의 최하층은, B1 화합물층이어도 좋고, B2 화합물층이어도 좋다. 또한, B 층의 최상층은, B1 화합물층이어도 좋고, B2 화합물층이어도 좋다.

본 실시형태에 있어서, B1 화합물층의 평균 두께 t1과 B2 화합물층의 평균 두께 t2의 비인 t2/t1이, 0.5＜t2/t1≤10.0이 되는 관계를 만족하는 것이 바람직하다. 여기서, 본 명세서에 있어서, B1 화합물층의 평균 두께 t1은, 다음 계산식을 이용하여 구해진 것이다(또한, B2 화합물층의 평균 두께 t2도 동일함).

(B1 화합물층의 평균 두께 t1)＝(B1 화합물층의 두께의 합계)÷(B1 화합물층의 층수).

또한, B1 화합물층의 두께를 측정하는 것이 곤란한 경우에는, 다음 계산식을 이용하여 B1 화합물층의 평균 두께 t1을 구할 수도 있다(B2 화합물층의 평균 두께 t2에 관해서도 동일함).

(B1 화합물층의 평균 두께 t1)＝(B1 화합물층만을 적층하여 형성된 B 층의 두께)÷(B1 화합물층의 적층수).

상기 t2/t1이 0.5＜t2/t1≤10.0이 되는 관계를 만족함으로써, 피복 cBN 공구에 있어서 내경계 마모성 등이 현저히 높아진다. 따라서, 예컨대 단속 절삭과 같이, 반복 충격이나 진동이 가해지는 가혹한 사용 조건이라도, 충분한 면조도 수명을 나타낼 수 있다. 여기서, t2/t1은 보다 바람직하게는 1.6＜t2/t1≤5.0이 되는 관계를 만족하고, 더욱 바람직하게는 3.0＜t2/t1≤4.0이 되는 관계를 만족한다.

<C 층>

본 실시형태의 피막은, A 층과 B 층 사이에 형성된 C 층을 포함한다. 이러한 C 층은 McLc_zc(Mc는 주기율표의 제4족 원소, 제5족 원소 및 제6족 원소, Al 및 Si 중 1종 이상을 나타내고, Lc는 B, C, N 및 O 중 1종 이상을 나타내고, zc는 0보다 크고 0.85 이하임)를 포함한다. 이러한 조성을 갖는 화합물은, A 층과 B 층을 접합한다는 금속적인 성질과, 내열성 및 내산화성이 우수하다는 세라믹스적인 성질을 겸비할 수 있다. 따라서, 본 실시형태의 피복 cBN 공구는, 경계 마모를 수반하는 손상 모드에 있어서도 우수한 면조도 수명을 나타낸다.

또한, C 층의 두께는 0.005 ㎛ 이상 0.5 ㎛ 이하이다. C 층의 두께가 0.005 이상인 것에 의해, A 층과 B 층의 밀착성을 높일 수 있다. 또한, C 층의 두께가 0.5 ㎛ 이하인 것에 의해, C 층에 의해 피막의 두께가 과도하게 커지는 경우가 없다. 여기서, C 층의 두께는 바람직하게는 0.01 ㎛ 이상 0.2 ㎛ 이하이다.

상기 McLc_zc에 있어서, Lc의 조성 zc는 0보다 크고 0.7 미만인 것이 바람직하다. zc가 0보다 큰 것에 의해, C 층의 내열성 및 화학적인 내마모성을 높일 수 있고, A 층에서 발생한 크랙이 기재측으로 전파되는 것을 차단할 수 있다. 또한, zc는 보다 바람직하게는 0.2 이상 0.5 이하이다.

또한, C 층은, A 층 및 B 층을 구성하는 원소 중 적어도 1종 이상을 포함하는 것이 바람직하다. 이와 같이 C 층이 A 층과 공통되는 원소를 포함함으로써, C 층과 A 층의 밀착성을 높일 수 있다. 또한, C 층이 B 층과 공통되는 원소를 포함함으로써, C 층과 B 층의 밀착성을 높일 수 있다. 그리고, C 층이, A 층 및 B 층의 각각 중 C 층측에 위치하는 부분을 구성하는 원소 중 적어도 1종 이상을 포함하는 경우에는, 밀착성이 더욱 높아지는 경향이 있어 적합하다.

<D 층>

본 실시형태의 피막은, 기재와 B 층 사이에 형성된 D 층을 더 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 D 층은 MdLd_zd(Md는 주기율표의 제4족 원소, 제5족 원소 및 제6족 원소, Al 및 Si 중 1종 이상을 나타내고, Ld는 B, C, N 및 O 중 1종 이상을 나타내고, zd는 0.85 이상 1.0 이하임)를 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 D 층은 cBN 소결체와의 밀착성이 우수하다. 따라서, 피막이 D 층을 포함함으로써, 피막과 cBN 소결체의 밀착성을 높일 수 있다. 또한, 보다 바람직하게는 Ld는 N이다.

여기서, D 층은 (Al_1-xdMd2_xd)Ld_zd(Md2는, 주기율표의 제4족 원소, 제5족 원소 및 제6족 원소 및 Si 중 1종 이상을 나타내고, xd는 0.25 이상 0.45 이하임)를 포함하는 것이 보다 바람직하다. 이와 같이 D 층이 Al을 포함함으로써, 피막과 cBN 소결체의 밀착성이 한층 더 높아지는 경향이 있기 때문에 적합하다. 이 이유는 상기 일반식과 같이 Al을 포함하는 화합물은 cBN 입자뿐만 아니라, cBN 소결체 내의 결합상과도 강하게 결합하기 때문이라고 생각된다. 또한, 보다 바람직하게는, Md2는 Ti, Cr 및 V 중 적어도 1종 이상이다.

또한, D 층의 두께는 0.05 ㎛ 이상 1 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. D 층의 두께가 0.05 ㎛ 이상인 것에 의해, 피막과 cBN 소결체의 밀착성을 높일 수 있다. 또한, D 층의 두께가 1 ㎛ 이하인 것에 의해, D 층에 의해 피막의 두께가 과도하게 커지는 경우가 없다. 여기서, D 층의 두께는 보다 바람직하게는 0.1 ㎛ 이상 0.5 ㎛ 이하이다.

<<피복 cBN 공구의 제조방법>>

본 실시형태에 관련된 피복 cBN 공구의 제조방법은, 예컨대, 적어도 절삭날 부분에 cBN 소결체를 갖는 기재를 준비하는 공정과, cBN 소결체 상에 피막을 형성하는 공정을 포함하는 것이다.

<기재를 준비하는 공정>

본 실시형태의 기재는, 기재 본체와 cBN 소결체로 이루어지는 기재를 접합함으로써 제조할 수 있다. 기재 본체의 재료로는, 예컨대 초경 합금을 이용할 수 있다. 이러한 기재 본체는, 예컨대 종래 공지된 소결법 및 성형법에 의해 제조할 수 있다. 또한, cBN 소결체로 이루어지는 기재는, 예컨대 cBN 입자와 결합상의 원료 분말로 이루어지는 혼합물을 고온 고압하에서 소결시킴으로써 제조할 수 있다. 그리고, 기재 본체의 적절한 부위에, cBN 소결체로 이루어지는 기재를 종래 공지된 납땜재로 접합하고, 소정의 형상으로 연삭 가공함으로써, 기재를 제조할 수 있다. 또한, 기재 전체를 cBN 소결체로 구성하는 것도 당연히 가능하다.

<피막을 형성하는 공정>

상기와 같이 하여 얻어진 기재에 피막을 형성함으로써 피복 cBN 공구를 제조할 수 있다. 여기서, 피막을 형성하는 공정은, 아크 이온 플레이팅법(진공 아크 방전을 이용하여 고체 재료를 증발시키는 이온 플레이팅법) 또는 스퍼터링법에 의해 피막을 형성하는 공정을 포함하는 것이 바람직하다. 아크 이온 플레이팅법에서는, 피막을 구성하게 되는 금속종을 포함하는 금속 증발원과 CH₄, N₂ 또는 O₂ 등의 반응 가스를 이용하여 피막을 형성할 수 있다. 또한, 피막을 형성하는 조건으로는 종래 공지된 조건을 채용할 수 있다. 또한, 스퍼터링법에서는, 피막을 구성하게 되는 금속종을 포함하는 금속 증발원과, CH₄, N₂ 또는 O₂ 등의 반응 가스와, Ar, Kr, Xe 등의 스퍼터 가스를 이용하여 피막을 형성할 수 있다. 또한, 이 경우에도 피막을 형성하는 조건으로는 종래 공지된 조건을 채용할 수 있다.

실시예

이하, 실시예를 들어 본 발명을 보다 상세히 설명하지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다.

<<피복 cBN 공구의 제조>>

도 1은, 실시예에서의 피복 cBN 공구의 구성의 일례를 나타내는 단면도이다. 또한 도 2는, 실시예에서의 피복 cBN 공구의 주요부의 구성의 일례를 나타내는 단면도이다.

이하와 같이 하여 표 1에 나타내는 조성을 갖는 cBN 소결체 A∼I를 제조했다. 또한, 표 1 중 「X선 검출 화합물」의 란에 나타내는 화합물은, cBN 소결체의 단면 또는 표면을 X선 회절(XRD: X-Ray Diffraction) 장치에 의해 정성 분석했을 때에 검출된 화합물이다.

(cBN 소결체 A의 제조)

우선, 원자비로 Ti : N=1 : 0.6이 되도록 평균 입경 1 ㎛의 TiN 분말과 평균 입경 3 ㎛의 Ti 분말을 혼합함으로써 혼합물을 얻었다. 상기 혼합물을 진공중 1200℃에서 30분간 열처리하고 나서 분쇄했다. 이에 따라 TiN₀ _.6으로 이루어지는 금속간 화합물 분말을 얻었다.

다음으로, 질량비로 TiN₀ _.6 : Al=90 : 10이 되도록, TiN₀ _.6으로 이루어지는 금속간 화합물 분말과 평균 입경이 4 ㎛인 Al 분말을 혼합함으로써 혼합물을 얻었다. 상기 혼합물을 진공중 1000℃에서 30분간 열처리했다. 열처리에 의해 얻어진 화합물을, 직경이 6 mm인 초경 합금제 볼 미디어를 이용하여, 볼밀 분쇄법에 의해 균일하게 분쇄했다. 이에 따라, 결합상의 원료 분말을 얻었다.

계속해서, cBN 소결체에서의 cBN 입자의 함유율이 30 체적%가 되도록 평균 입경이 1.5 ㎛인 cBN 입자와 결합상의 원료 분말을 배합하고, 직경이 3 mm인 질화붕소제 볼 미디어를 이용하여, 볼밀 혼합법에 의해 균일하게 혼합하여 분말형의 혼합물을 얻었다. 그리고, 상기 혼합물을 초경 합금제 지지 기판에 적층하고 나서 Mo제 캡슐에 충전했다. 계속해서, 초고압 장치를 이용하여, 압력 5.5 GPa, 온도 1300℃에서 30분간 소결했다. 이에 따라 cBN 소결체 A를 얻었다.

(cBN 소결체 B∼G의 제조)

표 1에 나타내는 바와 같이, cBN 입자의 체적 함유율 및 평균 입경을 변경하는 것 이외에는, cBN 소결체 A와 동일하게 하여, cBN 소결체 B∼G를 얻었다.

(cBN 소결체 H의 제조)

우선, 원자비로 Ti : C : N=1 : 0.3 : 0.3이 되도록 평균 입경 1 ㎛의 TiCN 분말과 평균 입경 3 ㎛의 Ti 분말을 혼합함으로써 혼합물을 얻었다. 상기 혼합물을 진공중 1200℃에서 30분간 열처리하고 나서 분쇄했다. 이에 따라 TiC₀ _. ₃N₀ _.3으로 이루어지는 금속간 화합물 분말을 얻었다.

다음으로, 질량비로 TiC₀ _. ₃N₀ _.3 : Al=90 : 10이 되도록, TiC₀ _. ₃N₀ _.3으로 이루어지는 금속간 화합물 분말과 평균 입경이 4 ㎛인 Al 분말을 혼합함으로써 혼합물을 얻었다. 상기 혼합물을 진공중 1000℃에서 30분간 열처리했다. 열처리에 의해 얻어진 화합물을, 직경이 6 mm인 초경 합금제 볼 미디어를 이용하여, 볼밀 분쇄법에 의해 균일하게 분쇄했다. 이에 따라, 결합상의 원료 분말을 얻었다. 그리고, 상기 결합상의 원료 분말을 이용하여, 표 1에 나타내는 바와 같이, cBN 입자의 체적 함유율 및 평균 입경을 변경하는 것 이외에는, cBN 소결체 A와 동일하게 하여, cBN 소결체 H를 얻었다.

(cBN 소결체 I의 제조)

우선, 원자비로 Ti : C=1 : 0.6이 되도록 평균 입경 1 ㎛의 TiC 분말과 평균 입경 3 ㎛의 Ti 분말을 혼합함으로써 혼합물을 얻었다. 상기 혼합물을 진공중 1200℃에서 30분간 열처리하고 나서 분쇄했다. 이에 따라 TiC₀ _.6으로 이루어지는 금속간 화합물 분말을 얻었다.

다음으로, 질량비로 TiC₀ _.6 : Al=90 : 10이 되도록, TiC₀ _.6으로 이루어지는 금속간 화합물 분말과 평균 입경이 4 ㎛인 Al 분말을 혼합함으로써 혼합물을 얻었다. 상기 혼합물을 진공중 1000℃에서 30분간 열처리했다. 열처리에 의해 얻어진 화합물을, 직경이 6 mm인 초경 합금제 볼 미디어를 이용하여, 볼밀 분쇄법에 의해 균일하게 분쇄했다. 이에 따라, 결합상의 원료 분말을 얻었다. 그리고, 상기 결합상의 원료 분말을 이용하여, 표 1에 나타내는 바와 같이, cBN 입자의 체적 함유율 및 평균 입경을 변경하는 것 이외에는, cBN 소결체 A와 동일하게 하여, cBN 소결체 I를 얻었다.

<시료 1의 제조>

이하와 같이 하여 시료 1에 관련된 피복 cBN 공구를 제조했다.

<기재의 형성>

형상이 ISO 규격의 DNGA150408이며, 초경 합금 재료(K10 상당)로 이루어지는 기재 본체를 준비했다. 상기 기재 본체의 날끝(코너 부분)에 상기한 cBN 소결체 A(형상: 꼭지각이 55°이며 상기 꼭지각을 사이에 두는 양변이 각각 2 mm인 이등변 삼각형을 밑면으로 하고, 두께가 2 mm인 삼각 기둥형의 것)를 접합했다. 또 접합에는, Ti-Zr-Cu로 이루어지는 납땜재를 이용했다. 계속해서, 접합체의 외주면, 상면 및 하면을 연삭하여, 날끝에 네거티브 랜드 형상(네거티브 랜드 폭이 150 ㎛이고, 네거티브 랜드 각이 25°인 것)을 형성했다. 이와 같이 하여, 절삭날 부분이 cBN 소결체 A로 이루어지는 기재(3)(도 1 참조)를 얻었다.

<피막의 형성>

(성막 장치)

여기서, 이후의 공정에서, 피막의 형성에 이용하는 성막 장치에 관해 설명한다. 상기 성막 장치에는 진공 펌프가 접속되어 있고, 장치 내부에 진공 흡인 가능한 진공 챔버를 갖고 있다. 진공 챔버 내에는, 회전 테이블이 설치되어 있고, 상기 회전 테이블은 지그를 통해 기재를 세트할 수 있도록 구성되어 있다. 진공 챔버 내에 세트된 기재는, 진공 챔버 내에 설치되어 있는 히터에 의해 가열할 수 있다. 또한, 진공 챔버에는 에칭 및 성막용의 가스를 도입하기 위한 가스 배관이, 유량 제어용의 매스 플로우 컨트롤러(MFC: Mass Flow Controller)를 통해 접속되어 있다. 또한, 진공 챔버 내에는, 에칭용의 Ar 이온을 발생시키기 위한 텅스텐 필라멘트, 필요한 전원이 접속된 성막용의 아크 증발원 혹은 스퍼터원이 배치되어 있다. 그리고, 아크 증발원 혹은 스퍼터원에는, 성막에 필요한 증발원 원료(타겟)가 세트되어 있다.

(기재의 에칭)

상기와 같이 하여 얻어진 기재(3)를, 성막 장치의 진공 챔버 내에 세트하고, 챔버 내의 진공 흡인을 행했다. 그 후, 회전 테이블을 3 rpm으로 회전시키면서 기재(3)를 550℃로 가열했다. 계속해서, 진공 챔버 내에 Ar 가스를 도입하고, 텅스텐 필라멘트를 방전시켜 Ar 이온을 발생시키고, 기재(3)에 바이어스 전압을 인가하여, Ar 이온에 의해 기재(3)의 에칭을 행했다. 또한, 이 때의 에칭 조건은 다음과 같다.

Ar 가스의 압력 : 1 Pa

기판 바이어스 전압 : -500 V

(D 층의 형성)

다음으로, 상기한 성막 장치 내에서 D 층(20)을 기재(3) 상에 형성했다. 구체적으로는 다음에 나타내는 조건으로 두께 0.1 ㎛가 되도록 증착 시간을 조정하여 D 층을 형성했다.

타겟 : Al(50 원자%), Ti(50 원자%)

도입 가스 : N₂

성막 압력 : 4 Pa

아크 방전 전류 : 150 A

기판 바이어스 전압 : -35 V

테이블 회전수 : 3 rpm

(B 층의 형성)

D 층(20)에 계속해서, 상기한 성막 장치 내에서 D 층(20) 상에 B 층(30)을 형성했다. 구체적으로는, 이하에 나타내는 조건으로, B1 화합물층(31)과 B2 화합물층(32)을 각각 교대로 10회씩 반복하여 형성함으로써, 합계 층수가 20층이고, 합계 두께 1.4 ㎛인 B 층(30)을 형성했다(도 2 참조). B 층의 형성에 있어서는, B1 화합물층(31)의 두께가 40 nm, B2 화합물층(32)의 두께가 100 nm가 되도록 증착 시간을 조정했다. 또한, 시료 1에 있어서, B 층의 최하층은 B1 화합물층(31)이고, 최상층은 B2 화합물층(32)이다.

(B1 화합물층의 형성)

B1 화합물층은 다음에 나타내는 조건으로 형성했다.

타겟 : Ti(92 원자%), Si(8 원자%)

도입 가스 : N₂

성막 압력 : 4 Pa

아크 방전 전류 : 150 A

기판 바이어스 전압 : -40 V

테이블 회전수 : 3 rpm

(B2 화합물층의 형성)

B2 화합물층은 다음에 나타내는 조건으로 형성했다.

타겟 : Al(50 원자%), Ti(50 원자%)

도입 가스 : N₂

성막 압력 : 4 Pa

아크 방전 전류 : 150 A

기판 바이어스 전압 : -40 V

테이블 회전수 : 3 rpm

(C 층의 형성)

계속해서, 다음에 나타내는 조건으로 C 층(40)을 B 층(30) 상에 형성했다. 또한, C 층(40)의 두께는 증착 시간을 조정함으로써, 0.01 ㎛로 했다.

타겟 : Ti

도입 가스 : N₂, Ar(N₂와 Ar의 유량비 1:1)

성막 압력 : 0.5 Pa

아크 방전 전류 : 160 A

기판 바이어스 전압 : -200 V

테이블 회전수 : 3 rpm

(A 층의 형성)

C 층(40)을 형성한 후, 다음에 나타내는 조건으로 C 층(40) 상에 A 층(50)을 형성했다. 이 때, 도입 가스(N₂ 및 CH₄)의 유량은 A 층(50)에 있어서 C : N=1 : 4가 되도록 조정했다. 그리고, A 층의 두께는 증착 시간을 조정함으로써, 0.1 ㎛로 했다.

타겟 : Ti

도입 가스 : N₂, CH₄

성막 압력 : 2 Pa

아크 방전 전류 : 180 A

기판 바이어스 전압 : -350 V

테이블 회전수 : 3 rpm

이상과 같이 하여, 기재(3) 상에, D 층(20)과 B 층(30)과 C 층과 A 층(50)이 이 순서로 적층되어 이루어지는 피막(10)을 구비한, 시료 1에 관련된 피복 cBN 공구를 얻었다.

<시료 2∼7의 제조>

A 층의 형성에 있어서, 증착 시간을 조정함으로써, A 층의 두께를 표 2에 나타내는 바와 같이 변화시키는 것 이외에는, 시료 1과 동일하게 하여 시료 2∼7에 관련된 피복 cBN 공구를 얻었다.

<시료 8∼63의 제조>

표 2 및 3에 나타내는 바와 같이, cBN 소결체 A∼I를 사용하여, 시료 8∼63에 관련된 피복 cBN 공구를 제조했다. 표 2 및 3 중, 좌단열에 「*」가 부여된 시료가 실시예에 관련된 피복 cBN 공구이다. 이들 시료에 있어서는, 표 2 및 3에 나타내는 각 층이 얻어지도록, 다음에 나타내는 성막 조건의 범위 내에서 적절히 조정을 행하여, 피막을 형성했다.

(성막 조건)

타겟 : 표 2 및 3의 각 층의 조성의 란에 나타내는 금속 원소

도입 가스 : Ar, N₂ 및 CH₄로부터 1종 이상을 적절히 선택

성막 압력 : 0.1∼7 Pa

아크 방전 전류 : 60∼300 A

기판 바이어스 전압: -700∼-25 V

테이블 회전수 : 2∼10 rpm

<시료 8∼12의 제조>

cBN 소결체 B를 이용하여, 시료 1과 동일하게 하여 기재를 얻고, 성막 조건을 적절히 조정하여, 표 2 및 3에 나타내는 구성의 D 층 및 B 층 및 C 층을 이 순서로 상기 기재 상에 적층했다. 또한, 시료 8∼12에서는, C 층이 표 2에 나타내는 조성이 되도록, 각각의 시료에서 성막 조건을 변경하여 C 층을 형성했다.

(A 층의 형성: TiCN^*1)

또한 시료 8∼12에서는, 두께 방향(기재측으로부터 피막 표면을 향하는 방향)으로 C 및 N의 조성이 스텝형으로 변화하는 TiCN 층을 포함하는 A 층을, B 층 상에 적층했다. 표 2 중, 상기 A 층의 조성을, 편의상 「TiCN^* ¹」라고 기재하고 있다. 상기 A 층의 구체적인 구성을 표 4에 나타낸다. 또한, 상기 A 층은 다음과 같이 하여 형성했다.

우선, 도입 가스로서 N₂만을 사용하여 TiN 층을 0.2 ㎛ 형성했다(스텝 1). 다음으로, 도입 가스에 CH₄를 첨가하여, 형성되는 층에 있어서 C : N=1 : 9가 되도록 N₂과 CH₄의 유량비를 조정하여 TiC₀ _. ₁N₀ _. ₉ 층을 0.2 ㎛ 형성했다(스텝 2). 이후 동일하게 하여, 소정 두께마다 단계적으로 N₂와 CH₄의 유량비를 변경하여, 스텝 1∼6과 같이 두께 방향으로 C 및 N의 조성이 스텝형으로 변화하는 두께 1.5 ㎛의 A 층을 형성했다. 그리고 이에 따라, 시료 8∼12에 관련된 피복 cBN 공구를 얻었다.

표 중, 예컨대 「TiN→TiC₀ _. ₁N₀ _. ₉」는, TiN으로부터 TiC₀ _. ₁N₀ _.9로 조성이 경사형으로 변화하는 것을 나타낸다.

<시료 13의 제조>

cBN 소결체 D를 이용하여, 시료 1과 동일하게 하여 기재를 얻고, 성막 조건을 적절히 조정하여, 표 2 및 3에 나타내는 구성의 D 층, B 층을 이 순서로 상기 기재 상에 적층했다. 그리고, C 층을 형성하지 않고, B 층 상에 A 층을 형성했다.

(A 층의 형성: TiCN^*2)

시료 13에서는, 두께 방향(기재측으로부터 피막 표면을 향하는 방향)으로 C 및 N의 조성이 경사형 또는 스텝형으로 변화하는 TiCN 층을 포함하는 A 층을, B 층 상에 적층했다. 표 2 중, 상기 A 층의 조성을, 편의상 「TiCN^* ²」라고 기재하고 있다. 상기 A 층의 구체적인 구성을 표 4에 나타낸다. 또한, 상기 A 층은 다음과 같이 하여 형성했다.

우선, 도입 가스로서 N₂만을 사용하여 TiN 층을 0.2 ㎛ 형성했다(스텝 1). 다음으로, 도입 가스에 CH₄를 첨가하여, 도입 가스 중의 CH₄의 유량을 서서히 증가시키면서, N 조성이 경사형으로 감소하는 TiCN 층을 0.5 ㎛ 형성했다(스텝 2). 상기 TiCN 층의 조성은 최종적으로 TiC₀ _. ₁N₀ _.9였다. 그 후, CH₄의 유량비를 더욱 증가시키고, N 조성이 경사형으로 감소하는 TiCN 층을 0.5 ㎛ 형성했다(스텝 3). 상기 TiCN 층의 조성은 최종적으로 TiC₀ _. ₃N₀ _.7이었다. 또한, N₂와 CH₄의 유량비를 고정하여 TiC_0.3N_0.7 층을 0.5 ㎛ 형성했다(스텝 4). 마지막으로, 다시 N₂만을 사용하여 TiN 층을 0.2 ㎛ 형성했다(스텝 5). 이와 같이 하여, B 층 상에, 두께 방향으로 C 및 N의 조성이 경사형 또는 스텝형으로 변화하는 TiCN 층을 포함하는 A 층이 적층된 피막을 얻었다. 그리고 이에 따라, 시료 13에 관련된 피복 cBN 공구를 얻었다.

<시료 14∼19의 제조>

성막 조건을 적절히 조정하여 표 2에 나타내는 바와 같이 두께를 변화시킨 C 층을 형성하는 것 이외에는 시료 13과 동일하게 하여 시료 14∼19에 관련된 피복 cBN 공구를 얻었다.

<시료 20∼25의 제조>

cBN 소결체 C를 이용하여, 시료 1와 동일하게 하여 기재를 얻고, 성막 조건을 적절히 조정하여, 표 2∼4에 나타내는 구성의 D 층, B 층, C 층 및 A 층을 이 순서로 상기 기재 상에 적층하여, 피막을 형성했다. 이에 따라, 시료 20∼25에 관련된 피복 cBN 공구를 얻었다. 또한, 시료 20∼25에서는, B 층의 층수 및 B1 화합물층의 평균 두께 t1이 표 3에 나타내는 수치가 되도록, 각각의 시료에서 성막 조건을 변경하여 B 층을 형성했다.

<시료 26∼31의 제조>

cBN 소결체 E를 이용하여, 시료 1과 동일하게 하여 기재를 얻고, 성막 조건을 적절히 조정하여, 표 2 및 3에 나타내는 구성의 D 층, B 층, C 층 및 A 층을 이 순서로 상기 기재 상에 적층하여, 피막을 형성했다. 이에 따라, 시료 26∼31에 관련된 피복 cBN 공구를 얻었다. 또한, 시료 26∼31에서는, B 층의 층수 및 B2 화합물층의 평균 두께 t2가 표 3에 나타내는 수치가 되도록, 각각의 시료에서 성막 조건을 변경하여 B 층을 형성했다.

<시료 32∼36의 제조>

cBN 소결체 F를 이용하여, 시료 1과 동일하게 하여 기재를 얻고, 성막 조건을 적절히 조정하여, 표 2 및 3에 나타내는 구성의 D 층, B 층, C 층 및 A 층을 이 순서로 상기 기재 상에 적층하여, 피막을 형성했다. 이에 따라, 시료 32∼36에 관련된 피복 cBN 공구를 얻었다. 또한, 시료 32∼36에서는, B1 화합물층이 표 3에 나타내는 조성이 되도록, 각각의 시료에서 성막 조건을 변경하여 B 층을 형성했다.

<시료 37∼41의 제조>

cBN 소결체 G를 이용하여, 시료 1과 동일하게 하여 기재를 얻고, 성막 조건을 적절히 조정하여, 표 2 및 3에 나타내는 구성의 D 층, B 층, C 층 및 A 층을 이 순서로 상기 기재 상에 적층하여, 피막을 형성했다. 이에 따라, 시료 37∼41에 관련된 피복 cBN 공구를 얻었다. 또한, 시료 37∼41에서는, B2 화합물층이 표 3에 나타내는 조성이 되도록, 각각의 시료에서 성막 조건을 변경하여 B 층을 형성했다.

<시료 42∼47의 제조>

cBN 소결체 H를 이용하여, 시료 1과 동일하게 하여 기재를 얻고, 성막 조건을 적절히 조정하여, 표 2 및 3에 나타내는 성의 D 층, B 층, C 층 및 A 층을 이 순서로 상기 기재 상에 적층하여, 피막을 형성했다. 이에 따라, 시료 42∼47에 관련된 피복 cBN 공구를 얻었다. 또한, 시료 42∼47에서는, B 층의 층수, B1 화합물층의 평균 두께 t1 및 B2 화합물층의 평균 두께 t2가 표 3에 나타내는 수치가 되도록, 각각의 시료에서 성막 조건을 변경하여 B 층㎛을 형성했다.

<시료 48∼53의 제조>

cBN 소결체 I를 이용하여, 시료 1과 동일하게 하여 기재를 얻고, 성막 조건을 적절히 조정하여, 표 2 및 3에 나타내는 구성의 D 층, B 층, C 층 및 A 층을 이 순서로 상기 기재 상에 적층하여, 피막을 형성했다. 이에 따라, 시료 48∼53에 관련된 피복 cBN 공구를 얻었다. 이들 시료에서는, 각 층의 조성을 고정하고, 각각의 시료에서 층의 두께를 변화시켜 피막을 형성했다.

<시료 54∼61의 제조>

cBN 소결체 A∼I를 이용하여, C 층의 두께를 0.07 ㎛로 하고, D 층의 두께를 0.2 ㎛로 하는 것 이외에는 시료 14∼19와 동일하게 하여, 시료 54∼61에 관련된 피복 cBN 공구를 얻었다.

<시료 62의 제조>

C 층 및 A 층을 형성하지 않고, B 층의 층수를 36층으로 하고, D 층의 두께를 0.20 ㎛로 하는 것 이외에는 시료 14∼19와 동일하게 하여, 시료 62에 관련된 피복 cBN 공구를 얻었다.

<시료 63의 제조>

cBN 소결체 D를 이용하여, 시료 1과 동일하게 하여 기재를 얻고, 성막 조건을 적절히 조정하여, 표 2에 나타내는 구성의 A 층을 상기 기재 상에 적층하여, 피막을 형성했다. 이에 따라, 시료 63에 관련된 피복 cBN 공구를 얻었다.

<<평가>>

이상과 같이 하여 얻어진 시료 1∼49에 관련된 피복 cBN 공구의 절삭 성능 및 면조도 수명을, 소입강의 저속 연속 절삭에 의해 평가했다.

<플랭크면 마모량 VB 및 면조도 Rz의 측정>

각 시료의 공구를 이용하여, 다음에 나타내는 절삭 조건에 따라, 절삭 거리 4 km의 절삭 가공을 행했다. 그리고, 광학 현미경을 사용하여 공구의 플랭크면 마모량 VB를 측정했다. 또한, 「JIS B 0601」에 준거하여, 가공 후의 피삭재의 「10점 평균 조도(㎛)」(즉, Rzjis)를 측정하여, 면조도 Rz로 했다. 결과를 표 5에 나타낸다. 표 5 중, 플랭크면 마모량 VB가 작을수록, 내플랭크면 마모성이 우수하다. 또한, Rz가 작을수록 내경계 마모성이 우수하여, 고정밀도 가공이 가능한 것을 나타내고 있다.

(절삭 조건)

피삭재 : SCM415H(HRC60), 외경 φ30, 워크 1개당의 절삭 거리가 6.28 m인 것

절삭 속도: 100 m/min

이송량 : f=0.1 mm/rev

절삭 깊이: ap=0.3 mm

절삭유 : 에멀전(상품명 「시스템 커트 96」, 제조원 「(주)니혼 플루이드 시스템」)을 20배 희석한 것(습식 절삭).

<면조도 수명의 측정>

다음으로, 수명 판정 기준을 Rz=3.2 ㎛로 하여, 고정밀도 가공에서의 면조도 수명을 측정했다. 즉, 상기한 절삭 조건으로 반복 가공을 행하여, 워크 1개의 가공(절삭 거리: 6.28 m)이 종료될 때마다 표면 조도계를 사용하여 가공 후 워크의 면조도 Rz를 측정하고, Rz가 3.2 ㎛를 초과한 시점에서 시험 종료로 했다. 그리고, 6.28 m×워크 개수로부터 총절삭 거리(km)를 산출했다. 또한, Rz를 종축, 절삭 거리를 횡축으로 하는 산포도를 작성하고, 상기 산포도 상에 있어서 종료점과 종료 직전의 점의 2점을 연결하는 직선 상에서, Rz가 3.2 ㎛에 도달하는 절삭 거리를 면조도 수명으로 판정했다. 그 결과를 표 5에 나타낸다.

<<결과와 고찰>>

표 5 중, 좌단열에 「*」가 부여된 시료가 실시예에 관련된 피복 cBN 공구이다. 표 1∼5로부터 밝혀진 바와 같이, 상기 구성 (1)∼(9)를 구비하는 실시예의 피복 cBN 공구는, 이러한 조건을 만족하지 않는 공구에 비하여, 내플랭크면 마모성 및 내경계 마모성이 우수하고, 소입강의 고정밀도 가공에 있어서 우수한 공구 수명을 갖는 것이 확인되었다.

또한, 각 시료의 구성과 평가 결과를 상세히 분석함으로써 판명된 사항을 이하에 기재한다.

시료 2∼6의 평가에서는, A 층의 두께가 1 ㎛ 이상 3 ㎛ 이하인 시료 4 및 5는, 특히 우수한 면조도 수명을 나타내는 경향이 확인되었다. 따라서, A 층의 두께는 1 ㎛ 이상 3 ㎛ 이하인 것이 바람직하다.

시료 9∼11의 평가에서는, C 층의 조성 McLc_zc에 있어서, 0.2<zc<0.7인 시료 10이 그 밖의 시료에 비하여 우수한 면조도 수명을 나타냈다. 따라서, zc는 0.2보다 크고 0.7 미만인 것이 바람직하다.

시료 14∼18의 평가에서는, C 층의 두께가 0.01 ㎛ 이상 0.2 ㎛ 이하인 시료 15∼17은, 특히 우수한 면조도 수명을 나타내는 경향이 확인되었다. 따라서, C 층의 두께는 0.01 ㎛ 이상 0.2 ㎛ 이하인 것이 바람직하다.

시료 21∼24에서는, B1 화합물층의 두께가 30 nm 이상 200 nm 이하인 시료는 면조도 수명이 긴 경향이 있고, B1 화합물층의 두께가 30 nm 이상 100 nm 이하인 시료 21 및 22는 특히 우수한 면조도 수명을 나타내는 경향이 확인되었다. 따라서, B1 화합물층의 두께는 30 nm 이상 200 nm 이하가 바람직하고, 30 nm 이상 100 nm 이하가 보다 바람직하다.

시료 27∼30의 평가에서는, 화합물층의 두께가 50 nm 이상 300 nm 이하인 시료는 면조도 수명이 긴 경향이 있고, 화합물층의 두께가 100 nm 이상 200 nm 이하인 시료 29는 특히 우수한 면조도 수명을 나타내는 경향이 확인되었다. 따라서, B2 화합물층의 두께는 50 nm 이상 300 nm 이하가 바람직하고, 100 nm 이상 200 nm 이하가 보다 바람직하다.

시료 33∼35의 평가 결과에서는, B1 화합물층에 포함되는 (Ti₁ _- _xb1 _-yb1Si_xb1M1_yb1)(C_1-zb1N_zb1)에 있어서, xb1이 0.10 이상 0.20 이하인 시료 34는, 그 밖의 시료에 비하여, 우수한 면조도 수명을 나타냈다. 따라서, xb1은 0.10 이상 0.20 이하인 것이 바람직하다.

시료 38∼40의 평가에서는, B2 화합물층에 포함되는 (Al₁ _- _xb2M2_xb2)(C_1- _zb2N_zb2)에 있어서, M2가 Ti 및 Cr 중 적어도 하나를 나타내고, M2의 조성 xb2가 0.25 이상 0.5 이하인 시료 39 및 40은, 이러한 조건을 만족하지 않는 시료 38에 비하여, 우수한 면조도 수명을 나타냈다. 따라서, M2의 조성 xb2는 0.25 이상 0.5 이하인 것이 바람직하다.

시료 43∼46의 평가에서는, B 층의 두께가 0.5 ㎛ 이상 2.0 ㎛ 이하인 시료 44 및 45는, 특히 우수한 면조도 수명을 나타내는 경향이 확인되었다. 따라서, B 층의 두께는 0.5 ㎛ 이상 2.0 ㎛ 이하인 것이 바람직하다.

<피막의 두께>

시료 49∼52의 평가에서는, 피막의 두께가 2.0 ㎛ 이상 4.0 ㎛ 이하인 시료 50 및 51은 특히 우수한 면조도 수명을 나타내는 경향이 확인되었다. 따라서, 피막의 두께는 2.0 ㎛ 이상 4.0 ㎛ 이하인 것이 바람직하다.

시료 54∼61의 평가 결과로부터, cBN 소결체에 있어서의 cBN 입자의 체적 함유율이 50 체적% 이상 65 체적% 이하인 시료 56∼61은 특히 면조도 수명이 긴 경향이 확인되었다. 따라서 cBN 입자의 체적 함유율은 50 체적% 이상 65 체적% 이하인 것이 바람직하다.

이상과 같이 본 발명의 실시형태 및 실시예에 관해 설명했지만, 전술한 각 실시형태 및 실시예의 구성을 적절히 조합하는 것도 당초부터 예정되었다.

이번에 개시된 실시형태 및 실시예는 모든 점에서 예시로서 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는 상기한 설명이 아니라 청구의 범위에 의해 개시되며, 청구의 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.

3: 기재 10: 피복층
20: D 층 30: B 층
31: B1 화합물층 32: B2 화합물층
40: C 층 50: A 층
t1: B1 화합물층의 평균 두께 t2: B2 화합물층의 평균 두께

Claims

적어도 절삭날 부분이 입방정 질화붕소 소결체와 상기 입방정 질화붕소 소결체의 표면 상에 형성된 피막을 구비하는 표면 피복 질화붕소 소결체 공구로서,
상기 입방정 질화붕소 소결체는, 입방정 질화붕소 입자를 30 체적% 이상 80 체적% 이하 포함하고, 주기율표의 제4족 원소, 제5족 원소 및 제6족 원소의 질화물, 탄화물, 붕화물, 산화물 및 이들의 고용체로 이루어지는 군 중에서 선택된 적어도 1종의 화합물과, 알루미늄 화합물과, 불가피적 불순물을 포함하는 결합상을 더 포함하고,
상기 피막은 A 층과 B 층과 C 층을 구비하고,
상기 A 층은 MLa_za1(M은 주기율표의 제4족 원소, 제5족 원소 및 제6족 원소, Al 및 Si 중 1종 이상을 나타내고, La는 B, C, N 및 O 중 1종 이상을 나타내고, za1은 0.85 이상 1.0 이하임)을 포함하고,
상기 B 층은 조성이 상이한 2종 이상의 화합물층이 교대로 각각 하나 이상 적층되어 이루어지고,
상기 화합물층의 각각의 두께는, 30 nm 이상 300 nm 이하이고,
상기 화합물층의 1종인 B1 화합물층은, (Ti₁ _- _xb1 _- _yb1Si_xb1M1_yb1)(C_1- _zb1N_zb1)(M1은 Ti를 제외한 주기율표의 제4족 원소, 제5족 원소 및 제6족 원소 및 Al 중 1종 이상을 나타내고, xb1은 0.01 이상 0.25 이하이고, yb1은 0 이상 0.7 이하이고, zb1은 0.4 이상 1 이하임)을 포함하고,
상기 화합물층의 1종으로서 상기 B1 화합물층과는 상이한 B2 화합물층은, (Al_1-xb2M2_xb2)(C_1-zb2N_zb2)(M2는 주기율표의 제4족 원소, 제5족 원소 및 제6족 원소 및 Si 중 1종 이상을 나타내고, xb2는 0.2 이상 0.7 이하이고, zb2는 0.4 이상 1 이하임)를 포함하고,
상기 C 층은, 상기 A 층과 상기 B 층 사이에 형성되고, McLc_zc(Mc는 주기율표의 제4족 원소, 제5족 원소 및 제6족 원소, Al 및 Si 중 1종 이상을 나타내고, Lc는 B, C, N 및 O 중 1종 이상을 나타내고, zc는 0보다 크고 0.85 이하임)를 포함하고,
상기 A 층의 두께는 0.2 ㎛ 이상 10 ㎛ 이하이고, 상기 B 층의 두께는 0.05 ㎛ 이상 5 ㎛ 이하이며, 상기 C 층의 두께는 0.005 ㎛ 이상 0.5 ㎛ 이하이고, 또한 상기 피막 전체의 두께는 0.3 ㎛ 이상 15 ㎛ 이하인 것인 표면 피복 질화 붕소 소결체 공구.
제1항에 있어서, 상기 A 층은, (Ti₁ _- _xaMa_xa)(C_1- _za2N_za2)(Ma는 Ti를 제외한 주기율표의 제4족 원소, 제5족 원소 및 제6족 원소, Al 및 Si 중 1종 이상을 나타내고, xa는 0 이상 0.7 이하이고, za2는 0 이상 1 이하임)를 포함하는 것인 표면 피복 질화붕소 소결체 공구.
제2항에 있어서, 상기 A 층에서는, N의 조성 za2가, 상기 입방정 질화붕소 소결체측으로부터 상기 A 층의 표면측을 향하여 스텝형 또는 경사형으로 변화하는 것인 표면 피복 질화붕소 소결체 공구.
제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 A 층은, 상기 A 층의 표면측에, 상기 입방정 질화붕소 소결체측보다 C의 조성이 큰 영역을 갖는 것인 표면 피복 질화붕소 소결체 공구.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 B2 화합물층에 있어서, 상기 M2는 Ti 및 Cr 중 적어도 하나를 나타내고, 상기 M2의 조성 xb2는 0.25 이상 0.5 이하인 것인 표면 피복 질화붕소 소결체 공구.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 A 층은 상기 B 층보다 상기 피막의 표면측에 형성되어 있는 것인 표면 피복 질화붕소 소결체 공구.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 C 층에 있어서, 상기 Lc의 조성 zc는 0보다 크고 0.7 미만인 것인 표면 피복 질화붕소 소결체 공구.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 C 층은, 상기 A 층 및 상기 B 층을 구성하는 원소 중 적어도 1종 이상을 포함하는 것인 표면 피복 질화붕소 소결체 공구.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 피막은, 상기 입방정 질화붕소 소결체와 상기 B 층 사이에 형성된 D 층을 더 포함하고,
상기 D 층은, MdLd_zd(Md는 주기율표의 제4족 원소, 제5족 원소 및 제6족 원소, Al 및 Si 중 1종 이상을 나타내고, Ld는 B, C, N 및 O 중 1종 이상을 나타내고, zd는 0.85 이상 1.0 이하임)를 포함하는 것인 표면 피복 질화붕소 소결체 공구.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 입방정 질화붕소 소결체는, 상기 입방정 질화붕소 입자를 50 체적% 이상 65 체적% 이하 포함하는 것인 표면 피복 질화붕소 소결체 공구.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 입방정 질화붕소 소결체와 상기 피막의 계면에서는, 상기 입방정 질화붕소 입자가 상기 결합상보다 상기 피막측으로 돌출된 형상을 갖고,
상기 입방정 질화붕소 입자와 상기 결합상의 단차가 0.05 ㎛ 이상 1.0 ㎛ 이하인 것인 표면 피복 질화붕소 소결체 공구.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 입방정 질화붕소 입자의 체적 함유율은, 상기 입방정 질화붕소 소결체와 상기 피막의 계면으로부터 상기 입방정 질화붕소 소결체의 내부를 향하여 높아지는 것인 표면 피복 질화붕소 소결체 공구.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 입방정 질화붕소 입자의 입경은, 상기 입방정 질화붕소 소결체와 상기 피막의 계면으로부터 상기 입방정 질화붕소 소결체의 내부를 향하여 커지는 것인 표면 피복 질화붕소 소결체 공구.