JP6791809B2 - Surface coating cutting tool - Google Patents
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Description
本発明は、基材と、該基材上に形成された被膜とを備える表面被覆切削工具に関する。 The present invention relates to a surface coated cutting tool comprising a substrate and a coating formed on the substrate.
近年、様々な切削条件下において優れた工具寿命を示す切削工具が求められている。工具材料の要求性能として、工具寿命に直結する耐摩耗性および耐欠損性の向上が一段と重要になっている。そこで、これらの特性を向上させるため、基材の表面に、それぞれ格子定数の異なる材料からなる複数の被膜を積層した被覆切削工具が用いられている。 In recent years, there has been a demand for cutting tools that exhibit excellent tool life under various cutting conditions. As the required performance of the tool material, it is more important to improve the wear resistance and the fracture resistance, which are directly related to the tool life. Therefore, in order to improve these characteristics, a coating cutting tool in which a plurality of coatings made of materials having different lattice constants are laminated on the surface of a base material is used.
特開平08−134629号公報(特許文献1)には、工具用複合高硬度材料の表面を、微粒子で構成された2種以上の化合物層を含む積層構造とすることにより、優れた耐摩耗性を示す工具用複合高硬度材料が開示されている。 According to Japanese Patent Application Laid-Open No. 08-134629 (Patent Document 1), excellent wear resistance is obtained by forming the surface of a composite high-hardness material for tools into a laminated structure including two or more compound layers composed of fine particles. A composite high hardness material for tools showing the above is disclosed.
特開2010−207917号公報(特許文献2)には、表面被覆切削工具の硬質被覆層を、薄層Bと薄層Cを薄層Aを介して交互に積層し、薄層Aを、(Ti,Al)N層あるいは(Ti,Al,Si)N層のいずれか、薄層Bを、(Cr,Al)N層あるいは(Cr,Al,Si)N層のいずれか、また、薄層Cを、(Ti,Si)N層とすることにより、すぐれた耐チッピング性を示す表面被覆切削工具が開示されている。 In Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-207917 (Patent Document 2), a hard coating layer of a surface coating cutting tool is alternately laminated with a thin layer B and a thin layer C via the thin layer A, and the thin layer A is formed by (Patent Document 2). Either the Ti, Al) N layer or the (Ti, Al, Si) N layer, the thin layer B, the (Cr, Al) N layer or the (Cr, Al, Si) N layer, or the thin layer. A surface coating cutting tool exhibiting excellent chipping resistance by forming C as a (Ti, Si) N layer is disclosed.
特開2008−183671号公報(特許文献3)には、表面被覆切削工具の被覆膜を、A層とB層をC層を介して積層し、該A層を、化学式AlaTibMc(0.4<a<0.75、0≦b<0.6、0<c<0.3、a+b+c=1、Mは少なくとも1種の特定の元素を示す)で表わされる第1複合金属の窒化物、炭窒化物、窒酸化物または炭窒酸化物とし、該B層を、化学式TidSie(0<e<0.3、d+e=1)で表わされる第2複合金属の炭窒化物とし、該C層を、TiNとすることにより、長寿命を達成可能な表面被覆切削工具が開示されている。 In Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-186371 (Patent Document 3), a coating film of a surface coating cutting tool is laminated with layers A and B via a layer C, and the layer A is subjected to the chemical formula Al a Ti b M. The first composite represented by c (0.4 <a <0.75, 0 ≦ b <0.6, 0 <c <0.3, a + b + c = 1, M represents at least one specific element). The metal nitride, carbonitride, nitrogen oxide or carbonitride oxide is used, and the B layer is a second composite metal represented by the chemical formula Ti d S e (0 <e <0.3, d + e = 1). A surface coating cutting tool capable of achieving a long life by using carbonitride and using TiN as the C layer is disclosed.
しかしながら、特許文献1〜3の技術では、各層の格子定数差が小さく、熱負荷の高い高速、高能率加工において、耐欠損性が不十分であった。
However, in the techniques of
そこで、本目的は、熱負荷の高い高速、高能率加工において、優れた耐欠損性を示す表面被覆切削工具を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a surface-coated cutting tool that exhibits excellent fracture resistance in high-speed, high-efficiency machining with a high heat load.
本発明の一態様に係る表面被覆切削工具は、
基材と、前記基材上に形成された被膜とを備える表面被覆切削工具であって、
前記被膜は、A層、B層、C層及びD層がこの順で繰返し積層された積層構造を含み、
前記A層、前記B層、前記C層及び前記D層のそれぞれは、周期律表の4族元素(Ti、Zr、Hf等)、5族元素(V、Nb、Ta等)、6族元素(Cr、Mo、W等)、Al、Si、B及びYからなる群より選ばれる少なくとも2種以上の元素の窒化物であり、
前記A層の格子定数LA、前記B層の格子定数LB、前記C層の格子定数LC及び前記D層の格子定数LDは、以下の式(I)及び式(II)の関係を満たし、
LA<LB<LC 式(I)
LA<LD<LC 式(II)
前記積層構造において、隣接する層間の格子定数の差は0.0500Å以上0.1000Å以下であり、
前記格子定数LA、前記格子定数LB、前記格子定数LC及び前記格子定数LDの中から選ばれる2つの格子定数の差の最大値は0.1100Å以上0.1500Å以下であり、
前記A層、前記B層、前記C層及び前記D層のそれぞれは、立方晶型結晶構造を有する、
表面被覆切削工具である。
The surface coating cutting tool according to one aspect of the present invention is
A surface-coated cutting tool comprising a base material and a coating formed on the base material.
The coating includes a laminated structure in which A layer, B layer, C layer and D layer are repeatedly laminated in this order.
Each of the A layer, the B layer, the C layer and the D layer is a
Lattice constant L A of the A layer, the lattice constant L B of the B layer, the lattice constant L D lattice constant L C and the D layer of the layer C, the following formula (I) and related formula (II) The filling,
L A <L B <L C Formula (I)
L A <L D <L C formula (II)
In the laminated structure, the difference in lattice constant between adjacent layers is 0.0500 Å or more and 0.1000 Å or less.
The lattice constant L A, the lattice constant L B, the maximum value of the difference between the two lattice constants chosen from among the lattice constant L C, and the lattice constant L D is less 0.1500Å least 0.1100A,
Each of the A layer, the B layer, the C layer and the D layer has a cubic crystal structure.
It is a surface coating cutting tool.
上記によれば、熱負荷の高い高速、高能率加工において、優れた耐欠損性を示す表面被覆切削工具を提供することが可能となる。 According to the above, it is possible to provide a surface coating cutting tool exhibiting excellent fracture resistance in high-speed, high-efficiency machining with a high heat load.
[本発明の実施形態の説明]
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。
[Explanation of Embodiments of the Present Invention]
First, embodiments of the present invention will be listed and described.
本発明の一態様に係る表面被覆切削工具は、
(1)基材と、前記基材上に形成された被膜とを備える表面被覆切削工具であって、
前記被膜は、A層、B層、C層及びD層がこの順で繰返し積層された積層構造を含み、
前記A層、前記B層、前記C層及び前記D層のそれぞれは、周期律表の4族元素、5族元素、6族元素、Al、Si、B及びYからなる群より選ばれる少なくとも2種以上の元素の窒化物であり、
前記A層の格子定数LA、前記B層の格子定数LB、前記C層の格子定数LC及び前記D層の格子定数LDは、以下の式(I)及び式(II)の関係を満たし、
LA<LB<LC 式(I)
LA<LD<LC 式(II)
前記積層構造において、隣接する層間の格子定数の差は0.0500Å以上0.1000Å以下であり、
前記格子定数LA、前記格子定数LB、前記格子定数LC及び前記格子定数LDの中から選ばれる2つの格子定数の差の最大値は0.1100Å以上0.1500Åであり、
前記A層、前記B層、前記C層及び前記D層のそれぞれは、立方晶型結晶構造を有する、
表面被覆切削工具である。
The surface coating cutting tool according to one aspect of the present invention is
(1) A surface-coated cutting tool including a base material and a coating film formed on the base material.
The coating includes a laminated structure in which A layer, B layer, C layer and D layer are repeatedly laminated in this order.
Each of the A layer, the B layer, the C layer and the D layer is selected from the group consisting of
Lattice constant L A of the A layer, the lattice constant L B of the B layer, the lattice constant L D lattice constant L C and the D layer of the layer C, the following formula (I) and related formula (II) The filling,
L A <L B <L C Formula (I)
L A <L D <L C formula (II)
In the laminated structure, the difference in lattice constant between adjacent layers is 0.0500 Å or more and 0.1000 Å or less.
The lattice constant L A, the lattice constant L B, the maximum value of the difference between the two lattice constants chosen from among the lattice constant L C, and the lattice constant L D is 0.1500Å more 0.1100A,
Each of the A layer, the B layer, the C layer and the D layer has a cubic crystal structure.
It is a surface coating cutting tool.
表面被覆切削工具は、その被膜に含まれる積層構造において、隣接する層間の格子定数の差が0.0500Å以上0.1000Å以下であることにより、熱負荷の高い高速、高能率加工において、優れた耐欠損性を示すことが可能となる。この理由は明らかではないが、隣接する層間の格子定数差が0.0500Å以上であると、格子整合時の双方の歪みが十分であるため耐欠損性が向上し、格子定数差が0.1000Å以下であると、界面で結晶格子が連続性を示し、隣接する層間の密着性が向上するためと推定される。 The surface-coated cutting tool is excellent in high-speed, high-efficiency machining with a high heat load because the difference in lattice constant between adjacent layers is 0.0500 Å or more and 0.1000 Å or less in the laminated structure contained in the coating. It is possible to show fracture resistance. The reason for this is not clear, but if the lattice constant difference between adjacent layers is 0.0500 Å or more, both strains at the time of lattice matching are sufficient, so that the fracture resistance is improved and the lattice constant difference is 0.1000 Å. It is presumed that the following is because the crystal lattice shows continuity at the interface and the adhesion between adjacent layers is improved.
表面被覆切削工具は、前記格子定数LA、前記格子定数LB、前記格子定数LC及び前記格子定数LDの中から選ばれる2つの格子定数の差の最大値が0.1100Å以上0.1500Å以下であることにより、熱負荷の高い高速、高能率加工において、優れた耐欠損性を示すことが可能となる。これは、格子定数差の最大値が0.1100Å以上であると、積層構造内部での格子歪みが十分であるため耐欠損性が向上し、格子定数差が0.1500Å以下であると、各層の界面における立方晶型結晶構造の結晶性が良好なため耐欠損性が向上するとためと推定される。 Surface-coated cutting tool, wherein the lattice constant L A, the lattice constant L B, the maximum value of the difference between the two lattice constants chosen from among the lattice constant L C, and the lattice constant L D is more than 0.1100Å 0. When it is 1500 Å or less, it is possible to exhibit excellent fracture resistance in high-speed, high-efficiency machining with a high heat load. This is because when the maximum value of the lattice constant difference is 0.1100 Å or more, the lattice strain inside the laminated structure is sufficient and the fracture resistance is improved, and when the lattice constant difference is 0.1500 Å or less, each layer. It is presumed that this is because the cubic crystal structure at the interface of the above surface has good crystallinity and therefore the fracture resistance is improved.
(2)前記積層構造において、Siを含む層同士は隣接しないことが好ましい。これによると、表面被覆切削工具は、優れた耐欠損性を示すことができる。Siを含む層は、結晶性が低下し、組織が微細化する傾向があるため、Siを含む層同士を隣接させると、格子の連続性が維持できず、耐欠損性が低下するおそれがある。 (2) In the laminated structure, it is preferable that the layers containing Si are not adjacent to each other. According to this, the surface coating cutting tool can exhibit excellent fracture resistance. Since the crystallinity of the layer containing Si tends to decrease and the structure tends to be miniaturized, if the layers containing Si are adjacent to each other, the continuity of the lattice cannot be maintained and the fracture resistance may decrease. ..
(3)前記A層、前記B層、前記C層及び前記D層は、それぞれ1nm以上110nm以下の層厚を有することが好ましい。該層厚が1nm未満であると、各層間の元素の拡散によって積層構造がほとんど消失し、混合層が形成され、耐欠損性が低下するおそれがある。一方、層厚が110nmを超えると、積層構造内に格子歪の小さい領域が形成され、耐欠損性が低下するおそれがある。 (3) It is preferable that the A layer, the B layer, the C layer and the D layer each have a layer thickness of 1 nm or more and 110 nm or less. If the layer thickness is less than 1 nm, the laminated structure is almost eliminated due to the diffusion of elements between the layers, a mixed layer is formed, and the fracture resistance may be lowered. On the other hand, if the layer thickness exceeds 110 nm, a region having a small lattice strain is formed in the laminated structure, and the fracture resistance may be lowered.
(4)前記B層及び前記D層は、同一の組成を有することが好ましい。これによると、耐欠損性が向上する。この理由は明らかではないが、積層構造の全体の歪みのバランスが良くなるためと推定される。 (4) The B layer and the D layer preferably have the same composition. According to this, the fracture resistance is improved. The reason for this is not clear, but it is presumed that the overall strain balance of the laminated structure is improved.
(5)前記積層構造は、合計で0.5μm以上10.0μm以下の厚みを有することが好ましい。該厚みが0.5μm未満であると、耐摩耗性及び耐欠損性が低下するおそれがある。一方、10.0μmを超えると、異常欠損が発生するおそれがある。 (5) The laminated structure preferably has a total thickness of 0.5 μm or more and 10.0 μm or less. If the thickness is less than 0.5 μm, the wear resistance and the fracture resistance may decrease. On the other hand, if it exceeds 10.0 μm, an abnormal defect may occur.
(6)前記被膜は、さらに周期律表の4族元素(Ti、Zr、Hf等)、5族元素(V、Nb、Ta等)、6族元素(Cr、Mo、W等)、Al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、前記少なくとも1種の元素と、C、N、O及びBからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素とを有する化合物を含む層を1層以上備えることが好ましい。このような化合物層が基材と積層構造との間に存在すると、基材と被膜との密着性が向上する。又、このような化合物層が積層構造の表面側に存在すると、表面被覆切削工具の耐摩耗性、耐凝着性及び耐欠損性が更に向上する。
(6) The coating film further comprises
(7)前記基材は、超硬合金、サーメット、立方晶型窒化硼素焼結体、高速度鋼、セラミックス及びダイヤモンド焼結体からなる群より選択される少なくとも1種を含むことが好ましい。これによると、表面被覆切削工具は、例えばドリル、エンドミル、フライス加工用又は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、又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。 (7) The base material preferably contains at least one selected from the group consisting of cemented carbide, cermet, cubic boron nitride sintered body, high-speed steel, ceramics and diamond sintered body. According to this, the surface coating cutting tool is extremely used as, for example, a drill, an end mill, a cutting tip with a replaceable cutting edge for milling or turning, a metal saw, a gear cutting tool, a reamer, a tap, or a tip for pin milling of a crank shaft. It can be used usefully.
[本発明の実施形態の詳細]
本発明の一実施形態にかかる表面被覆切削工具の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、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。
[Details of Embodiments of the present invention]
A specific example of the surface-coated cutting tool according to the embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. It should be noted that the present invention is not limited to these examples, and is indicated by the scope of claims, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.
<実施の形態1>
(表面被覆切削工具)
図1及び図2に示されるように、表面被覆切削工具10,11は、基材1と、前記基材1上に形成された被膜5とを備え、前記被膜5は、A層2、B層3、C層4及びD層9がこの順で繰返し積層された積層構造8を含む。
<
(Surface coating cutting tool)
As shown in FIGS. 1 and 2, the surface-coated
本実施形態の表面被覆切削工具は、例えばドリル、エンドミル、フライス加工用又は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、又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。 The surface-coated cutting tool of the present embodiment is extremely used as, for example, a drill, an end mill, a cutting tip with a replaceable cutting edge for milling or turning, a metal saw, a gear cutting tool, a reamer, a tap, or a tip for pin milling of a crank shaft. It can be used usefully.
(基材)
基材1としては、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。例えば、超硬合金(例えばWC基超硬合金、WCの他、Coを含み、あるいは更に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)、立方晶型窒化硼素焼結体、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)、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。
(Base material)
As the
なお、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。なお、本発明で用いる基材は、その表面が改質されたものであっても差し支えない。例えば、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。 When a cemented carbide is used as the base material, the effect of the present invention is exhibited even if such a cemented carbide contains an abnormal phase called a free carbon or an η phase in the structure. The base material used in the present invention may have a modified surface. For example, in the case of cemented carbide, a deβ layer may be formed on the surface thereof, or in the case of cermet, a surface hardened layer may be formed, and even if the surface is modified in this way, the present invention The effect is shown.
(被膜)
被膜5は、基材上の全面を被覆する態様、部分的に被膜が形成されていない態様、及び、部分的に被膜の一部の積層態様が異なっているような態様のいずれも含む。
(Coating)
The
被膜5は、A層2、B層3、C層4及びD層9がこの順で繰返し積層された積層構造8を含む。A層、B層、C層及びD層は、積層構造中でこの順で繰返し積層されていれば、基材と接する側にA層、B層、C層又はD層のいずれが配置されていても構わない。すなわち、被膜において、基材側からA層、B層、C層及びD層がこの順で繰返し積層されていてもよい。又、被膜において、基板と反対の表面側からA層、B層、C層及びD層がこの順で繰返し積層されていてもよい。
The
例えば、図1に示されるように、基材1に接してA層2が配置され、該A層2上に、B層3、C層4及びD層9がこの順で配置され、該D層9上に更に、A層2、B層3、C層4及びD層9がこの順で配置されていてもよい(形態(a))。又、図2に示されるように、基材1に接してD層9が配置され、該D層9上に、C層4、B層3及びA層2がこの順で配置され、該A層2上に更に、D層9、C層4、B層3及びA層2がこの順で配置されていてもよい(形態(b))。又、図には示していないが、以下の形態(c)〜(h)のように各層が配置されていてもよい。
For example, as shown in FIG. 1, the
形態(c):基材に接してA層が配置され、該A層上に、D層、C層、B層及びA層がこの順で配置される形態。 Form (c): A layer is arranged in contact with a base material, and a D layer, a C layer, a B layer and an A layer are arranged in this order on the A layer.
形態(d):基材に接してB層が配置され、該B層上に、C層、D層、A層、B層、C層、D層がこの順で配置される形態。 Form (d): A form in which a B layer is arranged in contact with a base material, and a C layer, a D layer, an A layer, a B layer, a C layer, and a D layer are arranged in this order on the B layer.
形態(e):基材に接してB層が配置され、該B層上に、A層、D層、C層、B層及びA層がこの順で配置される形態。 Form (e): A form in which a B layer is arranged in contact with a base material, and an A layer, a D layer, a C layer, a B layer, and an A layer are arranged in this order on the B layer.
形態(f):基材1に接してC層が配置され、該C層上に、D層、A層、B層、C層及びD層がこの順で配置される形態。
Form (f): A form in which the C layer is arranged in contact with the
形態(g):基材1に接してC層が配置され、該C層上に、B層、A層、D層、C層、B層及びA層がこの順で配置される形態。
Form (g): A form in which the C layer is arranged in contact with the
形態(h):基材1に接してD層が配置され、該D層上に、A層、B層、C層及びD層がこの順で配置される形態。
Form (h): A form in which a D layer is arranged in contact with a
積層構造は、A層、B層、C層及びD層を各1層ずつ含む単位層を2つ以上含む形態とすることができる。又、前記単位層を1つと、A層、B層、C層及びD層のうち、1層以上との組み合わせとすることもできる。 The laminated structure may have a form including two or more unit layers including one layer each of A layer, B layer, C layer and D layer. Further, one unit layer may be combined with one or more of the A layer, the B layer, the C layer and the D layer.
積層構造の基材と反対側の表面層は、A層、B層、C層、D層のいずれであっても構わない。 The surface layer on the opposite side to the base material of the laminated structure may be any of A layer, B layer, C layer, and D layer.
A層2、B層3、C層4及びD層9のそれぞれは、周期律表の4族元素、5族元素、6族元素、Al、Si、B及びYからなる群より選ばれる少なくとも2種以上の元素の窒化物である。具体的には、AlCrN、AlCrSiN、AlCrHfN、CrSiN、CrAlN、CrTiN、TiAlN、TiSiN、TiTaN、TiWN、TiNbN、TiZrN、TiBN、TiMoN、TiHfN、TiAlYN、AlCrYN等を用いることができる。
Each of the
なお本明細書において上記のように化合物を化学式で表わす場合、原子比を特に限定しない場合は従来公知のあらゆる原子比を含むものとし、必ずしも化学量論的範囲のもののみに限定されるものではない。たとえば単に「AlCrN」と記す場合、「Al」と「Cr」と「N」の原子比は25:25:50の場合のみに限られず、また「CrN」と記す場合も「Cr」と「N」の原子比は50:50の場合のみに限られず、従来公知のあらゆる原子比が含まれるものとする。 In the present specification, when a compound is represented by a chemical formula as described above, if the atomic ratio is not particularly limited, it shall include all conventionally known atomic ratios, and is not necessarily limited to those in the stoichiometric range. .. For example, when simply writing "AlCrN", the atomic ratio of "Al", "Cr" and "N" is not limited to 25:25:50, and when writing "CrN", "Cr" and "N" are also used. The atomic ratio of "" is not limited to the case of 50:50, and any conventionally known atomic ratio is included.
各層を構成する化合物の組成はTEM−EDX(エネルギー分散型X線分光法)によって確認できる。TEM−EDXにおいては、例えば、以下のような条件が好適に使用可能である。 The composition of the compounds constituting each layer can be confirmed by TEM-EDX (energy dispersive X-ray spectroscopy). In TEM-EDX, for example, the following conditions can be preferably used.
<測定機器>
測定機器:VG社製、HB501
EDX:KEVEX Super8000 定量トータルシステム
エネルギー分散型X線分析計(Si<Li>半導体検出器、UTW型)
EELS:VG社製、ELS−80分光器(エネルギー分解能:0.56eV)
<測定条件>
加速電圧:100kV
試料吸収電流:10-9 A
計数時間:50〜100秒
分析プローブ径:1nmφ
<Measuring equipment>
Measuring equipment: VG, HB501
EDX: KEVEX Super8000 Quantitative Total System Energy Dispersive X-ray Analyzer (Si <Li> Semiconductor Detector, UTW Type)
EELS: VG, ELS-80 spectrometer (energy resolution: 0.56 eV)
<Measurement conditions>
Acceleration voltage: 100kV
Sample absorption current: 10 -9 A
Counting time: 50 to 100 seconds Analytical probe diameter: 1 nmφ
積層構造8において、Siを含む層同士は隣接しないことが好ましい。これによると、表面被覆切削工具は、優れた耐欠損性を示すことができる。Siを含む層は、結晶性が低下し、組織が微細化する傾向があるため、Siを含む層同士を隣接させると、格子の連続性が維持できず、耐欠損性が低下するおそれがある。
In the
B層及びD層は、同一の組成を有することが好ましい。これによると、耐欠損性が向上する。この理由は明らかではないが、積層構造の全体の歪みのバランスが良くなるためと推定される。 The B layer and the D layer preferably have the same composition. According to this, the fracture resistance is improved. The reason for this is not clear, but it is presumed that the overall strain balance of the laminated structure is improved.
A層2の格子定数LA、B層3の格子定数LB、C層4の格子定数LC及びD層9の格子定数LDは、以下の式(I)及び式(II)の関係を満たす。
Lattice constant L A of the
LA<LB<LC 式(I)
LA<LD<LC 式(II)
L A <L B <L C Formula (I)
L A <L D <L C formula (II)
格子定数LA、格子定数LB、格子定数LC及び格子定数LDが上記式(I)及び(II)の関係を満たし、かつ、隣接する層間の格子定数の差は0.0500Å以上0.1000Å以下であることにより、積層構造8内で、隣接する層間の格子定数の差を小さくできるため、隣接する層同士が高い密着性を示すことが可能である。
Lattice constant L A, the lattice constant L B, the lattice constant L C and a lattice constant L D satisfies the relationship of formula (I) and (II), and the difference in lattice constant between adjacent layers is more 0.0500A 0 When it is .1000 Å or less, the difference in lattice constant between adjacent layers can be reduced in the
さらに、格子定数LA、格子定数LB、格子定数LC及び格子定数LDが上記式(I)及び(II)の関係を満たし、かつ、格子定数LA、格子定数LB、格子定数LC及び格子定数LDの中から選ばれる2つの格子定数の差の最大値は0.1100Å以上0.1500Å以下であることにより、隣接しない層間の格子定数の差を大きくできるため、積層構造全体としては、優れた耐欠損性を得ることが可能である。 Moreover, filled lattice constant L A, the lattice constant L B, the relationship between the lattice constant L C and a lattice constant L D is the formula (I) and (II), and a lattice constant L A, the lattice constant L B, the lattice constant L C and the maximum value of the difference between the two lattice constants selected from the lattice constant L D by not more than 0.1500Å least 0.1100A, since it increases the difference in lattice constant between the layers not adjacent, stacked structure As a whole, it is possible to obtain excellent fracture resistance.
積層構造8において、隣接する層間の格子定数の差は0.0500Å以上0.1000Å以下である。隣接する層間の格子定数の差とは、A層2の格子定数LAとB層3の格子定数LBとの差、B層3の格子定数LBとC層4の格子定数LCとの差、C層4の格子定数LCとD層9の格子定数LDとの差、及び、D層9の格子定数LDとA層2の格子定数LAとの差を意味する。これにより、表面被覆切削工具は、熱負荷の高い高速、高能率加工において、優れた耐欠損性を示すことが可能となる。この理由は明らかではないが、隣接する層間の格子定数差が0.0500Å以上であると、格子整合時の双方の歪みが十分であるため耐欠損性が向上し、格子定数差が0.1000Å以下であると、隣接する層間の界面で結晶格子が連続性を示し、隣接する層間の密着性が向上するためと推定される。隣接する層間の格子定数の差は0.0550Å以上0.0900Å以下が好ましく、0.0600Å以上0.0700Å以下が更に好ましい。
In the
ここで、隣接する層間の界面で結晶格子が連続性を示していることは、透過型電子顕微鏡(TEM)によって確認できる。具体的には、層間の界面において、各層の格子がつながっている場合に、結晶格子が連続性を示していると判断できる。このTEM分析においては、例えば、以下のような条件が好適に使用可能である。 Here, it can be confirmed by a transmission electron microscope (TEM) that the crystal lattice shows continuity at the interface between adjacent layers. Specifically, it can be determined that the crystal lattice shows continuity when the lattices of each layer are connected at the interface between the layers. In this TEM analysis, for example, the following conditions can be preferably used.
<TEM分析条件>
測定機器:日立製、商品名:H−9000UHR
加速電圧:300kV
倍率:20万〜800万倍
<TEM analysis conditions>
Measuring equipment: Made by Hitachi, Product name: H-9000UHR
Acceleration voltage: 300kV
Magnification: 200,000-8 million times
積層構造8において、格子定数LA、格子定数LB、格子定数LC及び格子定数LDの中から選ばれる2つの格子定数の差の最大値は0.1100Å以上0.1500Å以下である。格子定数の差の最大値とは、格子定数LA、格子定数LB、格子定数LC及び格子定数LDのうち、格子定数の最大値と格子定数の最小値との差を意味する。これにより、表面被覆切削工具は、熱負荷の高い高速、高能率加工において、優れた耐欠損性を示すことが可能となる。これは、格子定数差の最大値が0.1100Å以上であると、積層構造内部での格子歪みが十分であるため耐欠損性が向上し、格子定数差が0.1500Å以下であると、各層の界面における立方晶型結晶構造の結晶性が良好なため耐欠損性が向上するとためと推定される。格子定数の差の最大値は、0.1200Å以上0.1350Å以下が好ましい。
In the
ここで、「格子定数」とは、以下のいずれかの値を用いるものとする。
(1)各層の材料が、JCPDSカード(JCPDS:Joint Committee on Powder Diffraction Standards)に記載されている場合は、記載されている格子定数の値。
(2)各層の材料が、JCPDSカードに記載されている材料の複合物の場合は、各材料のJCPDSカードに記載の格子定数と、複合物の組成比とを用いて、格子定数を算出した値。例えば、TiACr1−AN(0<A<1)の格子定数LTiCrNは、JCPDSカードに記載されているTiNの格子定数LTiN(4.239Å)と、JCPDSカードに記載されているCrNの格子定数LCrN(4.136Å)を用いて、下記のようにして求める。
LTiCrN=LTiN・A+LCrN(1−A)=(LTiN−LCrN)×A+LCrN=(4.239−4.136)×A+4.136[Å]
(3)格子定数が、上記(2)から算出できない場合は、各層を下記の条件で、基材(K10 超硬合金(JIS))上にアークイオンプレーティング法を用いて成膜し、X線分析法(XRD)のθ/2θ法のピーク角度から、格子定数を算出した値。アークイオンプレーティング法では、チャンバー内の圧力が4.0PaになるようにN2ガスを導入し、基材温度を600℃、アーク電流150A、バイアス電圧−15Vとし、膜厚が2.0μmとなるまで成膜する。成膜後、高温XRDにて真空中650℃でピーク位置が安定するまで加熱し、ピーク位置が安定後にピーク角度を測定する。
Here, the "lattice constant" uses any of the following values.
(1) When the material of each layer is described on the JCPDS card (JCPDS: Joint Committee on Powerfraction Standards), the value of the lattice constant described.
(2) When the material of each layer is a composite of the materials described on the JCPDS card, the lattice constant was calculated using the lattice constant described on the JCPDS card of each material and the composition ratio of the composite. value. For example, the lattice constant L TiCrN of Ti A Cr 1- AN (0 <A <1) is described in the JCPDS card as the lattice constant L TiN (4.23 Å) of TiN described in the JCPDS card. Using the lattice constant L CrN (4.16 Å) of CrN , it is obtained as follows.
L TiCrN = L TiN · A + L CrN (1-A) = (L TiN −L CrN ) × A + L CrN = (4.239-4.136) × A + 4.136 [Å]
(3) If the lattice constant cannot be calculated from (2) above, each layer is formed on a substrate (K10 cemented carbide (JIS)) under the following conditions by the arc ion plating method, and X A value obtained by calculating the lattice constant from the peak angle of the θ / 2θ method of the line analysis method (XRD). In the arc ion plating method, N 2 gas is introduced so that the pressure in the chamber becomes 4.0 Pa, the substrate temperature is 600 ° C., the arc current is 150 A, the bias voltage is -15 V, and the film thickness is 2.0 μm. The film is formed until it becomes. After film formation, the film is heated in a high temperature XRD at 650 ° C. in vacuum until the peak position stabilizes, and then the peak angle is measured after the peak position stabilizes.
A層、B層、C層及びD層は、それぞれ1nm以上110nm以下の層厚を有することが好ましい。該層厚が1nm未満であると、各層間の元素の拡散によって積層構造がほとんど消失し、混合層が形成され、耐欠損性が低下するおそれがある。一方、層厚が110nmを超えると、積層構造内に格子歪の小さい領域が形成され、耐欠損性が低下するおそれがある。A層、B層、C層及びD層の各層の層厚は、1nm以上50nm以下が好ましく、3nm以上20nm以下がより好ましく、6nm以上12nm以下が更に好ましい。 It is preferable that the A layer, the B layer, the C layer and the D layer each have a layer thickness of 1 nm or more and 110 nm or less. If the layer thickness is less than 1 nm, the laminated structure is almost eliminated due to the diffusion of elements between the layers, a mixed layer is formed, and the fracture resistance may be lowered. On the other hand, if the layer thickness exceeds 110 nm, a region having a small lattice strain is formed in the laminated structure, and the fracture resistance may be lowered. The layer thickness of each of the A layer, B layer, C layer and D layer is preferably 1 nm or more and 50 nm or less, more preferably 3 nm or more and 20 nm or less, and further preferably 6 nm or more and 12 nm or less.
積層構造は、合計で0.5μm以上10.0μm以下の厚みを有することが好ましい。積層構造の全体の合計厚みが0.5μm未満であると、耐摩耗性及び耐欠損性が低下するおそれがある。一方、10.0μmを超えると、異常欠損が発生するおそれがある。積層構造の全体の合計厚みは1.0μm以上6.0μm以下がより好ましく、1.5μm以上4.0μm以下が更に好ましい。 The laminated structure preferably has a total thickness of 0.5 μm or more and 10.0 μm or less. If the total thickness of the laminated structure is less than 0.5 μm, the wear resistance and the fracture resistance may decrease. On the other hand, if it exceeds 10.0 μm, an abnormal defect may occur. The total thickness of the entire laminated structure is more preferably 1.0 μm or more and 6.0 μm or less, and further preferably 1.5 μm or more and 4.0 μm or less.
ここで、「各層の層厚」又は「積層構造の全体の厚み」は、次のようにして求められる。まず、基材の表面の法線方向に平行な断面を含む測定試料を作製する。次に、該断面を走査透過型電子顕微鏡(STEM:Scanning Transmission Electron Microscopy)で観察し、観察画像に被膜の厚み方向の全域が含まれるように倍率を調整する。そして、その厚みを5点以上測定し、その平均値を厚みとする。STEMにおいては、例えば、以下のような条件が好適に使用可能である。 Here, the "layer thickness of each layer" or the "overall thickness of the laminated structure" is obtained as follows. First, a measurement sample including a cross section parallel to the normal direction of the surface of the base material is prepared. Next, the cross section is observed with a scanning transmission electron microscope (STEM), and the magnification is adjusted so that the observed image includes the entire area in the thickness direction of the coating film. Then, the thickness is measured at 5 points or more, and the average value is taken as the thickness. In STEM, for example, the following conditions can be preferably used.
<STEM分析条件>
測定機器:日立製、商品名:HD−2700
加速電圧:200kV
倍率:20万〜800万倍
<STEM analysis conditions>
Measuring equipment: Made by Hitachi, Product name: HD-2700
Acceleration voltage: 200kV
Magnification: 200,000-8 million times
積層構造中のA層、B層、C層及びD層のそれぞれの積層数は、積層構造の全体の厚みとこれら各層の厚みとが決定すると自ずと決定されるものであるが、6層以上が好ましく、10層以上がより好ましい。 The number of layers A, B, C, and D in the laminated structure is naturally determined when the total thickness of the laminated structure and the thickness of each of these layers are determined, but 6 or more layers are used. Preferably, 10 or more layers are more preferable.
A層、B層、C層及びD層のそれぞれは、立方晶型結晶構造を有する。結晶構造はTEM(透過型電子顕微鏡)回折パターンにより分析することができる。各層の材料が立方晶型結晶構造を有すると、硬度、耐熱性、耐酸化性、化学的安定性に優れた表面被覆切削工具を得ることができる。 Each of the A layer, the B layer, the C layer and the D layer has a cubic crystal structure. The crystal structure can be analyzed by a TEM (transmission electron microscope) diffraction pattern. When the material of each layer has a cubic crystal structure, a surface-coated cutting tool having excellent hardness, heat resistance, oxidation resistance, and chemical stability can be obtained.
(製造方法)
積層構造を基材表面に形成(成膜)するためには、立方晶型結晶構造を有する化合物を形成することができる成膜プロセスであることが好ましい。具体的には、物理的蒸着法を用いることが好適である。
(Production method)
In order to form (deposit) the laminated structure on the surface of the substrate, it is preferable that the film forming process is capable of forming a compound having a cubic crystal structure. Specifically, it is preferable to use a physical vapor deposition method.
物理的蒸着法としては、スパッタリング法、イオンプレーティング法などが知られており、このような従来公知のいずれの物理的蒸着法も採用し得る。中でも、原料元素のイオン率が高いカソードアークイオンプレーティング法を採用することが好ましい。カソードアークイオンプレーティング法を採用すると、被膜を形成する前に基材表面に対して金属又はガスイオンボンバードメント処理を行なうことが可能となるため、これにより被膜の密着性を飛躍的に高めることができる。 As the physical vapor deposition method, a sputtering method, an ion plating method and the like are known, and any of such conventionally known physical vapor deposition methods can be adopted. Above all, it is preferable to adopt the cathode arc ion plating method in which the ion ratio of the raw material element is high. By adopting the cathode arc ion plating method, it is possible to perform metal or gas ion bombardment treatment on the surface of the base material before forming the film, which dramatically improves the adhesion of the film. Can be done.
カソードアークイオンプレーティング法の諸条件は、従来公知の諸条件を特に限定なく採用することができる。 As the conditions of the cathode arc ion plating method, conventionally known conditions can be adopted without particular limitation.
<実施の形態2>
(表面被覆切削工具)
図3に示されるように、表面被覆切削工具12は、基材1と積層構造8との間に中間層6を有していてもよい。又、図3に示されるように、表面被覆切削工具12は、積層構造8の基板と反対側の表面に表面層7を有していてもよい。又、図には示されていないが、表面被覆切削工具は、積層構造と表面層との間に、中間層を有していてもよい。このように被膜5は、中間層6、表面層7及び積層構造8を含むことができる。
<
(Surface coating cutting tool)
As shown in FIG. 3, the surface-coated
中間層6及び表面層7は、周期律表の4族元素、5族元素、6族元素、Al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、前記少なくとも1種の元素と、C、N、O及びBからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素とを有する化合物を含むことが好ましい。中間層が前記化合物を含むと、基材と積層構造、又は、積層構造と表面層との密着強度が向上し、両者の剥離を抑制することができる。表面層が前記化合物を含むと、表面被覆切削工具の耐摩耗性が向上する。中間層及び表面層は、それぞれ1層で構成されていてもよいし、それぞれ2層以上で構成されていてもよい。
The
前記化合物としては、例えば、TiWCN、TiNbN、CrWCN、TiCN、AlN、TiAlSiN、TiWCNO、TiAlBN等を用いることができる。 As the compound, for example, TiWCN, TiNbN, CrWCN, TiCN, AlN, TiAlSiN, TiWCNO, TiAlBN and the like can be used.
中間層及び表面層は、単層で構成することもできるし、異なる化合物を積層した多層構造を有することもできる。 The intermediate layer and the surface layer may be composed of a single layer, or may have a multi-layer structure in which different compounds are laminated.
中間層の層厚は、密着性及び生産性の観点から、1nm以上500nm以下が好ましい。表面層の層厚は、耐摩耗性及び接着性の観点から、0.1μm以上5μm以下が好ましい。 The layer thickness of the intermediate layer is preferably 1 nm or more and 500 nm or less from the viewpoint of adhesion and productivity. The thickness of the surface layer is preferably 0.1 μm or more and 5 μm or less from the viewpoint of wear resistance and adhesiveness.
本実施の形態を実施例により更に具体的に説明する。ただし、これらの実施例により本実施の形態が限定されるものではない。なお、実施例中の各層の層厚又は積層構造全体の厚みは、各層又は積層構造全体の断面をTEM(透過型電子顕微鏡)を用いて観察することにより測定し、各層を構成する化合物の組成はTEM−EDX(エネルギー分散型X線分光法)によって確認した。又、結晶構造及び格子連続性はTEM(透過型電子顕微鏡)回折パターン及び格子像により分析した。各層の格子定数は、上述のとおり、(1)JCPDSカードに記載されている格子定数の値、(2)JCPDSカードに記載されている格子定数から算出した値、又は(3)所望の材料からなる層を所定の条件で成膜して、X線分析法(XRD)のθ/2θ法のピーク角度から、格子定数を算出した値、のいずれかとした。格子定数差は有効数字を4桁(小数点以下4桁)とした。 The present embodiment will be described in more detail with reference to Examples. However, these embodiments do not limit the present embodiment. The layer thickness of each layer or the thickness of the entire laminated structure in the examples is measured by observing the cross section of each layer or the entire laminated structure using a TEM (transmission electron microscope), and the composition of the compounds constituting each layer. Was confirmed by TEM-EDX (energy dispersive X-ray spectroscopy). The crystal structure and lattice continuity were analyzed by TEM (transmission electron microscope) diffraction pattern and lattice image. As described above, the lattice constant of each layer is (1) the value of the lattice constant described on the JCPDS card, (2) the value calculated from the lattice constant described on the JCPDS card, or (3) from the desired material. The layer was formed under predetermined conditions, and the lattice constant was calculated from the peak angle of the θ / 2θ method of the X-ray analysis method (XRD). For the lattice constant difference, 4 significant figures (4 digits after the decimal point) were used.
<表面被覆切削工具の作製>
本実施例では、以下の通り表面被覆切削工具を作製し、旋削試験及びフライス切削試験を行い、性能を評価した。
<Manufacturing of surface coating cutting tools>
In this example, a surface-coated cutting tool was prepared as follows, and a turning test and a milling test were performed to evaluate the performance.
(試料1〜38,43〜46)
表面被覆切削工具の基材として、旋削試験用には、材質がK20超硬合金(JIS)であり、形状がCNMG120408(JIS)である旋削加工用刃先交換型切削チップを準備した。フライス切削試験用には、材質がP20超硬合金(JIS)であり、形状がSEET13T3AGSN(JIS)であるフライス加工用刃先交換型切削チップを準備した。
(Samples 1-38, 43-46)
As a base material for a surface-coated cutting tool, a cutting tip with a replaceable cutting edge for turning, which is made of K20 cemented carbide (JIS) and has a shape of CNMG120408 (JIS), was prepared for the turning test. For the milling test, a milling cutting edge exchangeable cutting tip having a material of P20 cemented carbide (JIS) and a shape of SEET13T3AGSN (JIS) was prepared.
次に、基材上に被膜を形成した。具体的な形成条件を表1に記載した試料1を例にとり以下に示す。
Next, a film was formed on the substrate. Specific formation conditions are shown below by taking
ターゲット材料として、Alが80原子%であり、Crが20原子%である合金(A層形成用ターゲット)と、Tiが45原子%であり、Alが55原子%である合金(B層形成用ターゲット)と、Tiが95原子%であり、Siが5原子%である合金(C層形成用ターゲット)と、Tiが50原子%であり、Alが50原子%である合金(D層形成用ターゲット)を準備した。なお、いずれのターゲット材料も微量の不可避不純物を含むが、それを除外した表記としている。 As target materials, an alloy in which Al is 80 atomic% and Cr is 20 atomic% (target for forming the A layer) and an alloy in which Ti is 45 atomic% and Al is 55 atomic% (for forming the B layer). (Target), an alloy containing 95 atomic% of Ti and 5 atomic% of Si (target for forming the C layer), and an alloy containing 50 atomic% of Ti and 50 atomic% of Al (for forming the D layer). Target) was prepared. In addition, although all target materials contain a small amount of unavoidable impurities, the notation excludes them.
基材をカソードアークイオンプレーティング・スパッタ装置に装着した。チャンバー内にArガスを導入してチャンバー内の圧力を3.0Paに保持しバイアス電圧を徐々に上げながら−1000Vとして、基材表面のクリーニングを15分間行なった。その後、Arガスを排気した。これにより、Arイオンが基材表面をクリーニングし強固な汚れや酸化膜が除去された。 The substrate was mounted on a cathode arc ion plating sputtering apparatus. The surface of the base material was cleaned for 15 minutes by introducing Ar gas into the chamber, maintaining the pressure in the chamber at 3.0 Pa, and gradually increasing the bias voltage to −1000 V. After that, Ar gas was exhausted. As a result, Ar ions cleaned the surface of the base material to remove strong stains and oxide film.
次に、基材上にA層を形成する。すなわち、チャンバー内の圧力が5.0PaになるようにN2ガスを導入し、基材温度を500℃、基材バイアス電圧を65Vとした。A層形成用ターゲットをアーク放電によりイオン化し、N2ガスと反応させることにより、基材と接するように、立方晶型Al0.8Cr0.2Nによって構成される、層厚24nmのA層を形成した。 Next, layer A is formed on the base material. That is, N 2 gas was introduced so that the pressure in the chamber was 5.0 Pa, the base material temperature was set to 500 ° C., and the base material bias voltage was set to 65 V. The target for forming the A layer was ionized by arc discharge and reacted with N 2 gas to form the A layer having a layer thickness of 24 nm composed of cubic Al 0.8 Cr 0.2 N so as to be in contact with the base material. ..
続いて、上記A層上にB層を形成する。すなわち、チャンバー内の圧力が5.0PaになるようにN2ガスを導入し、基材温度を500℃、基材バイアス電圧を65Vとした。B層形成用ターゲットをアーク放電によりイオン化し、N2ガスと反応させることにより、上記A層上に立方晶型Ti0.45Al0.55Nによって構成される、層厚20nmのB層を積層した。 Subsequently, the B layer is formed on the A layer. That is, N 2 gas was introduced so that the pressure in the chamber was 5.0 Pa, the base material temperature was set to 500 ° C., and the base material bias voltage was set to 65 V. The target for forming the B layer was ionized by an arc discharge and reacted with N 2 gas, whereby the B layer having a layer thickness of 20 nm composed of cubic Ti 0.45 Al 0.55 N was laminated on the A layer.
続いて、上記B層上にC層を形成する。すなわち、チャンバー内の圧力が5.0PaになるようにN2ガスを導入し、基材温度を500℃、基材バイアス電圧を65Vとした。C層形成用ターゲットをアーク放電によりイオン化し、N2ガスと反応させることにより、上記B層上に立方晶型Ti0.95Si0.05Nによって構成される、層厚22nmのC層を積層した。 Subsequently, a C layer is formed on the B layer. That is, N 2 gas was introduced so that the pressure in the chamber was 5.0 Pa, the base material temperature was set to 500 ° C., and the base material bias voltage was set to 65 V. By ionizing the C layer forming target by arc discharge and reacting with N 2 gas, a C layer having a layer thickness of 22 nm composed of cubic Ti 0.95 Si 0.05 N was laminated on the B layer.
続いて、上記C層上にD層を形成する。すなわち、チャンバー内の圧力が5.0PaになるようにN2ガスを導入し、基材温度を500℃、基材バイアス電圧を65Vとした。D層形成用ターゲットをアーク放電によりイオン化し、N2ガスと反応させることにより、上記C層上に立方晶型Ti0.50Al0.50Nによって構成される、層厚21nmのD層を積層した。 Subsequently, a D layer is formed on the C layer. That is, N 2 gas was introduced so that the pressure in the chamber was 5.0 Pa, the base material temperature was set to 500 ° C., and the base material bias voltage was set to 65 V. The target for forming the D layer was ionized by an arc discharge and reacted with N 2 gas, whereby a D layer having a layer thickness of 21 nm composed of cubic Ti 0.50 Al 0.50 N was laminated on the C layer.
次に、前記D層上に、更にA層、B層、C層及びD層を、この順で、上記と同様の方法で繰返し積層した。これにより、基材上に、全体層厚3.0μmの積層構造からなる被膜が形成された表面被覆切削工具を得た。 Next, the A layer, the B layer, the C layer and the D layer were repeatedly laminated on the D layer in this order in the same manner as described above. As a result, a surface-coated cutting tool in which a coating having a laminated structure having an overall layer thickness of 3.0 μm was formed on the base material was obtained.
試料2〜38,43〜46は、A層、B層及びC層が、それぞれ表1に示す組成及び層厚となるように、ターゲット材料及びスパッタリング条件を適宜変更した他は、試料1と同様の方法で作製した。すなわち、基材をカソードアークイオンプレーティング・スパッタ装置に装着し、チャンバー内の圧力が1.6Pa〜5.0PaになるようにN2ガスを導入し、基材温度を430℃〜620℃、基材バイアス電圧を15V〜150Vとした。目的とする組成のターゲットをアーク放電によりイオン化し、N2ガスと反応させることにより、A層、B層、C層及びD層を、それぞれ所望の厚みで作製した。なお、A層、B層、C層及びD層の基材上の積層順序は、表1の「基材上積層順序」の欄に記載した。例えば、試料2では、基材上にD層を形成し、該D層上に、C層、B層、A層をこの順で積層し、該A層上に、更にD層、C層、B層及びA層を、この順で繰返し積層した。
Samples 2-38, 43-46 are the same as
(試料39〜42)
試料1と同様の基材を準備した。次に、基材上に、中間層、積層構造及び表面層をこの順で積層して、被膜を形成した。中間層、積層構造及び表面層の形成方法は、中間層、積層構造及び表面層が、それぞれ表1に示す組成及び層厚となるように、ターゲット材料及びスパッタリング条件を適宜変更した他は、試料1と同様の方法で作製した。
(Samples 39 to 42)
A substrate similar to that of
試料42の表面層は超多層構造を有するものであるが、これについては従来公知の条件で作製した。すなわち、目的とする組成(表1記載の組成)のターゲットを用い、チャンバー内の圧力が2.6PaになるようにN2ガスを導入し、基材温度を550℃、基材バイアス電圧を40VとしてTiAlSiN層を15nm成膜するという操作と、基材温度を550℃、基材バイアス電圧を40VとしてTiNbN層を10nm成膜するという操作とを繰り返すことにより、全体厚み1.0μmの超多層構造を作製した。 The surface layer of sample 42 has a super-multilayer structure, which was prepared under conventionally known conditions. That is, using a target having a target composition (composition shown in Table 1), N 2 gas is introduced so that the pressure in the chamber becomes 2.6 Pa, the substrate temperature is 550 ° C, and the substrate bias voltage is 40 V. By repeating the operation of forming a TiAlSiN layer at 15 nm and the operation of forming a TiNbN layer at 10 nm with a substrate temperature of 550 ° C and a substrate bias voltage of 40 V, an ultra-multilayer structure having an overall thickness of 1.0 μm is formed. Was produced.
<性能評価>
上記で作製した試料1〜46の表面被覆切削工具のそれぞれについて、旋削試験及びフライス切削試験を熱負荷の高い高速、高能率加工の条件下で行なうことにより耐欠損性の評価を行なった。旋削試験及びフライス切削試験の具体的な条件は以下の通りである。
<Performance evaluation>
The fracture resistance of each of the surface-coated cutting tools of
(旋削試験)
被削材:インコネル718丸棒
切削速度:75m/分
切り込み:2.0mm
送り:0.25mm/rev
DRY/WET:WET
(Turning test)
Work Material: Inconel 718 Round Bar Cutting Speed: 75m / min Cutting: 2.0mm
Feed: 0.25 mm / rev
DRY / WET: WET
評価は、表面被覆切削工具に欠損が生じるまでの時間を切削時間として測定することにより行なった。結果を表2に示す。切削時間が長いと、耐欠損性が優れていることを示す。 The evaluation was performed by measuring the time until a defect occurs in the surface coating cutting tool as the cutting time. The results are shown in Table 2. A long cutting time indicates excellent fracture resistance.
試料1〜42は、隣接する層間の格子定数の差は0.0500Å以上0.1000Å以下であり、かつ、格子定数の差の最大値は0.1100Å以上0.1500Å以下であり、優れた耐欠損性を示した。試料43は、隣接する層間の格子定数の差が0.0500Å以上0.1000Å以下の範囲外であり、耐欠損性が劣っていた。試料44〜46は、隣接する層間の格子定数の差は、少なくとも1つが0.0500Å以上0.1000Å以下の範囲外であり、かつ、格子定数の差の最大値は0.1100Å以上0.1500Å以下の範囲外であり、耐欠損性が劣っていた。
(フライス切削試験)
被削材:SCM435
切削速度:270m/分
切り込み:1.5mm
送り:0.2mm/rev
DRY/WET:DRY
(Milling test)
Work material: SCM435
Cutting speed: 270 m / min Cutting: 1.5 mm
Feed: 0.2mm / rev
DRY / WET: DRY
評価は、表面被覆切削工具の逃げ面の摩耗量が0.2mmになるまで、又は、欠損が生じるまでの時間を切削時間として測定することにより行なった。結果を表3に示す。切削時間が長いと、耐欠損性が優れていることを示す。 The evaluation was carried out by measuring the time until the amount of wear on the flank of the surface-coated cutting tool reaches 0.2 mm or the time until a defect occurs as the cutting time. The results are shown in Table 3. A long cutting time indicates excellent fracture resistance.
試料1〜42は、隣接する層間の格子定数の差は0.0500Å以上0.1000Å以下であり、かつ、格子定数の差の最大値は0.1100Å以上0.1500Å以下であり、優れた耐欠損性を示した。試料43は、隣接する層間の格子定数の差が0.0500Å以上0.1000Å以下の範囲外であり、耐欠損性が劣っていた。試料44〜46は、隣接する層間の格子定数の差は、少なくとも1つが0.0500Å以上0.1000Å以下の範囲外であり、かつ、格子定数の差の最大値は0.1100Å以上0.1500Å以下の範囲外であり、耐欠損性が劣っていた。
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実施の形態ではなく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。 The embodiments and examples disclosed this time should be considered as exemplary in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is indicated by the scope of claims rather than the above-described embodiment, and is intended to include meaning equivalent to the scope of claims and all modifications within the scope.
1 基材、2 A層、3 B層、4 C層、5 被膜、6 中間層、7 表面層、8 積層構造、9 D層、10,11,12 表面被覆切削工具 1 base material, 2 A layer, 3 B layer, 4 C layer, 5 coating, 6 intermediate layer, 7 surface layer, 8 laminated structure, 9 D layer, 10, 11, 12 surface coating cutting tool
Claims (7)
前記被膜は、A層、B層、C層及びD層がこの順で繰返し積層された積層構造を含み、
前記A層、前記B層、前記C層及び前記D層のそれぞれは、周期律表の4族元素、5族元素、6族元素、Al、Si、B及びYからなる群より選ばれる少なくとも2種以上の元素の窒化物であり、
前記A層の格子定数LA、前記B層の格子定数LB、前記C層の格子定数LC及び前記D層の格子定数LDは、以下の式(I)及び式(II)の関係を満たし、
LA<LB<LC 式(I)
LA<LD<LC 式(II)
前記積層構造において、隣接する層間の格子定数の差は0.0500Å以上0.1000Å以下であり、
前記格子定数LA、前記格子定数LB、前記格子定数LC及び前記格子定数LDの中から選ばれる2つの格子定数の差の最大値は0.1100Å以上0.1500Å以下であり、
前記A層、前記B層、前記C層及び前記D層のそれぞれは、立方晶型結晶構造を有する、
表面被覆切削工具。 A surface-coated cutting tool comprising a base material and a coating formed on the base material.
The coating includes a laminated structure in which A layer, B layer, C layer and D layer are repeatedly laminated in this order.
Each of the A layer, the B layer, the C layer and the D layer is selected from the group consisting of Group 4 elements, Group 5 elements, Group 6 elements, Al, Si, B and Y in the periodic table. It is a nitride of more than a species of element,
Lattice constant L A of the A layer, the lattice constant L B of the B layer, the lattice constant L D lattice constant L C and the D layer of the layer C, the following formula (I) and related formula (II) The filling,
L A <L B <L C Formula (I)
L A <L D <L C formula (II)
In the laminated structure, the difference in lattice constant between adjacent layers is 0.0500 Å or more and 0.1000 Å or less.
The lattice constant L A, the lattice constant L B, the maximum value of the difference between the two lattice constants chosen from among the lattice constant L C, and the lattice constant L D is less 0.1500Å least 0.1100A,
Each of the A layer, the B layer, the C layer and the D layer has a cubic crystal structure.
Surface coating cutting tool.
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