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JP2007063650A - Hard stacked film, and hard stacked film-coated tool - Google Patents

Hard stacked film, and hard stacked film-coated tool Download PDF

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JP2007063650A
JP2007063650A JP2005254134A JP2005254134A JP2007063650A JP 2007063650 A JP2007063650 A JP 2007063650A JP 2005254134 A JP2005254134 A JP 2005254134A JP 2005254134 A JP2005254134 A JP 2005254134A JP 2007063650 A JP2007063650 A JP 2007063650A
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JP
Japan
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layer
crbn
tialn
hard
underlayer
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Application number
JP2005254134A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroyuki Haniyu
博之 羽生
Takaomi Doihara
孝臣 戸井原
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OSG Corp
Original Assignee
OSG Corp
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the fusion resistance of a hard stacked film essentially composed of TiAlN. <P>SOLUTION: Excellent wear resistance and toughness can be obtained by a substrate layer 22 in which TiAlN layers 22a and mixed layers 22b of TiAlN+CrBN are alternately stacked. Further, lubricity, i.e., fusion resistance improves since the friction coefficient of a CrBN layer 26 provided at the uppermost part so as to compose the surface is low. Also, excellent film characteristics are stably maintained even in a high temperature environment since the oxidation starting temperature of the CrBN layer 26 is high about 700°C. Thus, according to a ball end mill 10 coated with such hard stacked film 20, excellent machinability and durability can be obtained over a wide range from a ferrous work or a nonferrous work of a copper alloy or the like having low hardness and easy to be fused to a high hardness material such as a refined steel having a hardness of about 50 HRC. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は硬質積層被膜に係り、特に、優れた耐摩耗性および靱性に加えて高い潤滑性(耐溶着性)を併せ備えている硬質積層被膜に関するものである。   The present invention relates to a hard laminated film, and more particularly to a hard laminated film having high lubricity (welding resistance) in addition to excellent wear resistance and toughness.

高速度工具鋼や超硬合金等の工具母材の表面を、TiAlN層とTiAlN+CrNの混合層とを交互に積層した硬質積層被膜で被覆することが提案されている。特許文献1に記載の回転切削工具はその一例で、高硬度のTiAlN層と、比較的硬度が低いCrNを含む混合層とが交互に積層されているため、高硬度のTiAlN層により優れた耐摩耗性が得られる一方、比較的低硬度のCrNを含む混合層の存在で靱性が高くなり、被膜の欠けや剥離が抑制されて実質的に工具の耐久性が向上する。同文献にはまた、上記CrNに替えてCrBNを用いることも提案されている。
特開2002−275618号公報
It has been proposed to coat the surface of a tool base material such as high-speed tool steel or cemented carbide with a hard multilayer coating in which TiAlN layers and TiAlN + CrN mixed layers are alternately laminated. The rotary cutting tool described in Patent Document 1 is an example, and a high hardness TiAlN layer and a mixed layer containing CrN having a relatively low hardness are alternately laminated. While wearability is obtained, toughness is increased by the presence of a mixed layer containing CrN having a relatively low hardness, and chipping and peeling of the coating are suppressed, and the durability of the tool is substantially improved. The same document also proposes using CrBN instead of CrN.
JP 2002-275618 A

しかしながら、上記TiAlN層は摩擦係数が比較的大きいため、例えば銅や銅合金等の溶着し易い被加工物に対して切削加工を行う場合には、摩擦により溶着が生じ易く、加工精度などの切削性能が損なわれるとともに、早期に摩耗して所望の耐久性能が得られないことがあった。例えば、ボールエンドミルやドリル等の回転切削工具における回転中心付近やすくい面など、摩擦接触し易い部位において溶着が発生し易い。   However, since the TiAlN layer has a relatively high coefficient of friction, for example, when cutting is performed on workpieces that are easily welded, such as copper and copper alloys, welding is likely to occur due to friction, and cutting such as machining accuracy is difficult. While performance is impaired, there is a case where desired durability performance cannot be obtained due to early wear. For example, welding is likely to occur at sites that are susceptible to frictional contact, such as surfaces that are likely to be near the rotation center of a rotary cutting tool such as a ball end mill or a drill.

本発明は以上の事情を背景として為されたもので、その目的とするところは、TiAlNを主体として構成される硬質積層被膜の耐溶着性を向上させることにある。   The present invention has been made against the background of the above circumstances, and an object of the present invention is to improve the welding resistance of a hard multilayer coating mainly composed of TiAlN.

かかる目的を達成するために、第1発明の硬質積層被膜は、(a) TiAlN層とTiAlN+CrBNの混合層とが所定の部材の表面に交互に積層された下地層と、(b) その下地層の上に設けられたTiAlN+CrBNの混合層から成る中間層と、(c) その中間層の上に設けられて表面を構成しているCrBN層と、から成ることを特徴とする。   In order to achieve such an object, the hard laminated film of the first invention comprises: (a) a foundation layer in which TiAlN layers and TiAlN + CrBN mixed layers are alternately laminated on the surface of a predetermined member; and (b) the foundation layer. And an intermediate layer made of a mixed layer of TiAlN + CrBN, and (c) a CrBN layer which is provided on the intermediate layer and forms a surface.

第2発明は、第1発明の硬質積層被膜において、前記下地層の膜厚は2μm〜8μmの範囲内で、前記中間層の膜厚は0.1μm〜5μmの範囲内で、前記CrBN層の膜厚は0.1μm〜5μmの範囲内で、総膜厚は10μm以下であることを特徴とする。   The second invention is the hard laminated film of the first invention, wherein the film thickness of the underlayer is in the range of 2 μm to 8 μm, the film thickness of the intermediate layer is in the range of 0.1 μm to 5 μm, and the CrBN layer The film thickness is in the range of 0.1 μm to 5 μm, and the total film thickness is 10 μm or less.

第3発明の硬質積層被膜は、(a) TiAlN層とTiAlN+CrBNの混合層とが所定の部材の表面に交互に積層された下地層と、(b) その下地層の上に設けられて表面を構成しているCrBN層と、から成ることを特徴とする。   The hard laminated film of the third invention comprises: (a) an underlayer in which TiAlN layers and TiAlN + CrBN mixed layers are alternately laminated on the surface of a predetermined member; and (b) an underlayer provided on the underlayer. And a CrBN layer which is formed.

第4発明は、第3発明の硬質積層被膜において、前記下地層の膜厚は2μm〜8μmの範囲内で、前記CrBN層の膜厚は0.1μm〜8μmの範囲内で、総膜厚は10μm以下であることを特徴とする。   4th invention is the hard laminated film of 3rd invention, The film thickness of the said foundation | substrate layer is in the range of 2 micrometers-8 micrometers, The film thickness of the said CrBN layer is in the range of 0.1 micrometers-8 micrometers, Total film thickness is It is 10 μm or less.

第5発明は、第1発明〜第4発明の何れかの硬質積層被膜において、前記下地層の最下層および最上層は共にTiAlN層であることを特徴とする。   A fifth invention is characterized in that in the hard laminated film of any one of the first to fourth inventions, the lowermost layer and the uppermost layer of the underlayer are both TiAlN layers.

第6発明は、第1発明〜第5発明の何れかの硬質積層被膜において、切削工具の表面にコーティングされるものであることを特徴とする。   A sixth invention is characterized in that in the hard multilayer coating of any of the first to fifth inventions, the surface of the cutting tool is coated.

第7発明は、硬質積層被膜被覆工具に関するもので、第1発明〜第5発明の何れかの硬質積層被膜で表面が被覆されていることを特徴とする。   7th invention is related with the hard laminated film coating tool, The surface is coat | covered with the hard laminated film in any one of 1st invention-5th invention, It is characterized by the above-mentioned.

第1発明〜第6発明の硬質積層被膜においては、TiAlN層とTiAlN+CrBNの混合層とが交互に積層された下地層により、優れた耐摩耗性および靱性が得られるとともに、最上部に設けられて表面を構成するCrBN層は摩擦係数が小さいため、潤滑性すなわち耐溶着性が向上する。また、CrBN層の酸化開始温度は約700℃と高いため、高温環境下でも優れた被膜特性が安定して維持される。   In the hard multilayer coatings of the first to sixth inventions, excellent wear resistance and toughness can be obtained and the top layer is provided by the underlayer in which TiAlN layers and mixed layers of TiAlN + CrBN are alternately laminated. Since the CrBN layer constituting the surface has a small friction coefficient, lubricity, that is, welding resistance is improved. Further, since the oxidation start temperature of the CrBN layer is as high as about 700 ° C., excellent film properties are stably maintained even in a high temperature environment.

したがって、このような硬質積層被膜が例えばボールエンドミル等の回転切削工具に適用されると、硬さが低くて溶着し易い鉄系或いは銅合金等の非鉄系の被加工物から50HRC程度の硬さを有する調質鋼等の高硬度材まで、広範囲に亘って優れた切削性能および耐久性能が得られるようになる。具体的には、CrBN層の存在によりすくい面摩耗が抑制され、すくい角が切削後期で負側へ変化することが抑制されるため、切れ味が長期間に亘って良好に維持され、耐久性の向上と被削面性状の安定化を実現できる。また、ボールエンドミル等の回転切削工具の先端の回転中心付近では切れ味が悪くて被加工物が溶着し易いが、CrBN層の存在により溶着が抑制されるため、切削性能や耐久性が良好に維持される。また、高温環境下でも優れた被膜特性が安定して得られるため、摩擦熱等で高温となる高能率加工などの厳しい切削条件下での加工が可能となる。   Therefore, when such a hard multilayer coating is applied to a rotary cutting tool such as a ball end mill, the hardness is about 50 HRC from a non-ferrous workpiece such as an iron-based or copper alloy that is low in hardness and easily welded. Excellent cutting performance and durability performance can be obtained over a wide range up to high-hardness materials such as tempered steel. Specifically, rake face wear is suppressed by the presence of the CrBN layer, and the rake angle is suppressed from changing to the negative side in the late stage of cutting, so that the sharpness is maintained well over a long period of time and durability is improved. Improvement and stabilization of the machined surface properties can be realized. In addition, the workpiece is easy to weld near the center of rotation of the tip of a rotary cutting tool such as a ball end mill, but the workpiece is easily welded. However, the presence of the CrBN layer suppresses welding, so the cutting performance and durability are maintained well. Is done. In addition, since excellent coating properties can be stably obtained even in a high temperature environment, processing under severe cutting conditions such as high-efficiency processing that becomes high temperature by frictional heat or the like becomes possible.

また、第1発明では、下地層とCrBN層との間に、そのCrBNを含むTiAlN+CrBNの混合層から成る中間層が設けられているため、CrBN層が高い密着性で積層され、そのCrBN層の欠けや剥離が一層好適に抑制される。   In the first invention, since the intermediate layer made of the mixed layer of TiAlN + CrBN containing CrBN is provided between the underlayer and the CrBN layer, the CrBN layer is laminated with high adhesion, and the CrBN layer Chipping and peeling are more preferably suppressed.

第5発明では、下地層の最下層および最上層が共にTiAlN層であるため、最下層のTiAlN層により所定の部材(工具母材など)に対して優れた密着性が得られるとともに、最上層のTiAlN層により優れた耐摩耗性が得られる。最上層のTiAlN層の上には、CrBN層が直接または中間層を介して設けられるため、高硬度のTiAlN層が直接被加工物等に接触することはないが、TiAlN層によってCrBN層の変形が抑制されて、そのCrBN層の耐摩耗性が向上するのである。   In the fifth invention, since the lowermost layer and the uppermost layer of the foundation layer are both TiAlN layers, the lowermost TiAlN layer provides excellent adhesion to a predetermined member (tool base material, etc.) and the uppermost layer. Excellent wear resistance can be obtained by the TiAlN layer. Since the CrBN layer is provided directly or via an intermediate layer on the uppermost TiAlN layer, the high-hardness TiAlN layer does not directly contact the workpiece or the like, but the TiAlN layer deforms the CrBN layer. Is suppressed, and the wear resistance of the CrBN layer is improved.

硬質積層被膜被覆工具に関する第7発明においても、実質的に第1発明〜第5発明と同様の効果が得られる。   In the seventh invention relating to the hard laminated coating-coated tool, substantially the same effects as those of the first to fifth inventions can be obtained.

本発明は、エンドミルやタップ、ドリルなどの切れ刃を有する回転切削工具の表面にコーティングされる硬質積層被膜に好適に適用されるが、バイト等の非回転式の切削工具や転造工具など、種々の加工工具、或いは電子部品等の表面保護膜など加工工具以外の部材の表面にコーティングされる硬質積層被膜にも同様に適用できる。工具母材など硬質積層被膜が設けられる部材としては、超硬合金が好適に用いられるが、高速度工具鋼などの他の金属材料であっても良い。   The present invention is suitably applied to a hard laminated film coated on the surface of a rotary cutting tool having a cutting edge such as an end mill, a tap, or a drill, but a non-rotary cutting tool such as a cutting tool or a rolling tool, The present invention can be similarly applied to a hard laminated film coated on the surface of a member other than a processing tool such as various processing tools or a surface protective film of an electronic component or the like. A cemented carbide is preferably used as the member provided with the hard multilayer coating such as a tool base material, but other metal materials such as high-speed tool steel may be used.

本発明の硬質積層被膜の形成方法としては、アークイオンプレーティング法が好適に用いられるが、スパッタリング法等の他の物理蒸着法(PVD法)や、プラズマCVD法、熱CVD法等の化学蒸着法(CVD法)を用いることもできる。   An arc ion plating method is preferably used as the method for forming the hard laminated film of the present invention, but other physical vapor deposition methods (PVD method) such as sputtering method, chemical vapor deposition such as plasma CVD method, thermal CVD method and the like. The method (CVD method) can also be used.

本発明の硬質積層被膜の全体の総膜厚は、10μmを越えると剥離し易くなるとともに、切れ刃を有する場合には刃先が丸くなって切れ味が低下するため、10μm以下が望ましい。下地層の膜厚は、2μm未満であると十分な耐摩耗性や耐熱性、靱性等の被膜性能や被膜強度が得られないため、2μm以上が望ましく、被膜全体の総膜厚を10μm以下とする上で、下地層は8μm以下が適当である。   When the total thickness of the hard laminated film of the present invention exceeds 10 μm, it is easy to peel off, and when it has a cutting edge, the cutting edge becomes round and the sharpness is lowered, so that it is preferably 10 μm or less. If the film thickness of the underlayer is less than 2 μm, sufficient film performance such as wear resistance, heat resistance, toughness and film strength cannot be obtained, so 2 μm or more is desirable, and the total film thickness of the entire film is 10 μm or less. In this case, the base layer is suitably 8 μm or less.

下地層のTiAlN層の膜厚は例えば160nm〜2000nmの範囲内が適当で、TiAlN+CrBNの混合層の膜厚は10nm〜1000nmの範囲内が適当であり、TiAlN層による耐摩耗性を維持しつつ、TiAlN+CrBNの混合層による欠けや剥離防止効果を得ることができる。複数のTiAlN層、TiAlN+CrBNの混合層の各膜厚はそれぞれ一定であっても良いが、1層ずつ連続的に変化させるなど、種々の態様が可能である。TiAlN層のTiとAlの混晶比は、Ti:Al=2:8〜6:4程度の範囲内が望ましい。下地層や中間層を構成しているTiAlN+CrBNの混合層のTiAlNについても同様であるが、必ずしもTiAlN層と同じ混晶比である必要はない。   The film thickness of the TiAlN layer of the underlayer is suitably in the range of 160 nm to 2000 nm, for example, and the film thickness of the mixed layer of TiAlN + CrBN is suitably in the range of 10 nm to 1000 nm, while maintaining the wear resistance by the TiAlN layer, It is possible to obtain the effect of preventing chipping and peeling by the mixed layer of TiAlN + CrBN. The thicknesses of the plurality of TiAlN layers and the mixed layer of TiAlN + CrBN may be constant, but various modes are possible such as continuously changing one layer at a time. The Ti: Al mixed crystal ratio of the TiAlN layer is preferably within a range of about Ti: Al = 2: 8 to 6: 4. The same applies to TiAlN in the mixed layer of TiAlN + CrBN constituting the underlayer and intermediate layer, but the mixed crystal ratio is not necessarily the same as that of the TiAlN layer.

上記下地層は、TiAlN層とTiAlN+CrBNの混合層とを少なくとも3層以上積層し、最下層および最上層が何れもTiAlN層となるように奇数層設けることが望ましい。但し、TiAlN+CrBNの混合層の膜厚が数十nmと極めて薄い場合など、最上層をTiAlN+CrBNの混合層とすることも可能で、その場合は、同じくTiAlN+CrBNの混合層から成る中間層を新たに積層して設けることもできるが、その最上層の混合層を中間層として使用することもできる。第3発明では、下地層の最上層がTiAlN層である場合に、そのTiAlN層の上に直接CrBN層を積層することを想定したものであるが、下地層の最上層がTiAlN+CrBNの混合層の場合に、新たに中間層を設けることなくCrBN層を直接設ける場合も含む。   The underlayer is preferably provided with an odd number of layers such that at least three TiAlN layers and a mixed layer of TiAlN + CrBN are stacked, and the lowermost layer and the uppermost layer are both TiAlN layers. However, when the thickness of the mixed layer of TiAlN + CrBN is as thin as several tens of nanometers, the uppermost layer can be a mixed layer of TiAlN + CrBN. In that case, a new intermediate layer consisting of a mixed layer of TiAlN + CrBN is also laminated. The uppermost mixed layer can be used as an intermediate layer. In the third invention, when the uppermost layer of the underlayer is a TiAlN layer, it is assumed that a CrBN layer is directly laminated on the TiAlN layer. However, the uppermost layer of the underlayer is a mixed layer of TiAlN + CrBN. In some cases, a CrBN layer is directly provided without newly providing an intermediate layer.

中間層の膜厚は、0.1μm未満であると密着性の効果が十分に得られないため0.1μm以上が適当である。最上部のCrBN層の膜厚は、0.1μm未満であると潤滑性の効果が十分に得られないため、0.1μm以上が適当で、0.5μm以上が望ましい。被膜全体の総膜厚を10μm以下とする上で、中間層を有する場合は、その中間層およびCrBN層の膜厚はそれぞれ5μm以下とすることが適当で、中間層を備えていない場合はCrBN層の膜厚を8μm以下とすることが適当である。なお、硬質積層被膜全体の総膜厚は、所定の被膜強度や被膜性能を得る上で2μm以上の膜厚の下地層を含めて中間層が無い場合は2.1μm以上、中間層が有る場合は2.2μm以上が適当であり、2.5μm以上とすることが望ましい。   If the thickness of the intermediate layer is less than 0.1 μm, a sufficient adhesion effect cannot be obtained, so that the thickness is suitably 0.1 μm or more. If the film thickness of the uppermost CrBN layer is less than 0.1 μm, the effect of lubricity cannot be sufficiently obtained, so 0.1 μm or more is appropriate, and 0.5 μm or more is desirable. When the total film thickness of the entire coating is 10 μm or less, and having an intermediate layer, it is appropriate that the intermediate layer and the CrBN layer have a film thickness of 5 μm or less, respectively, and if the intermediate layer is not provided, CrBN The layer thickness is suitably 8 μm or less. In addition, the total film thickness of the entire hard laminate film is 2.1 μm or more when there is no intermediate layer including an underlayer with a film thickness of 2 μm or more for obtaining a predetermined film strength and film performance, and when there is an intermediate layer. Is suitably 2.2 μm or more, preferably 2.5 μm or more.

下地層の混合層および中間層は、何れもTiAlN+CrBNの混合層にて構成されており、全く同じ被膜組成で形成することもできるが、TiとAlとの混晶比や、TiAlNとCrBNとの混合割合、被膜形成時のアーク電流、バイアス電圧等の成膜条件などを変更することにより、両者の組成や性質を積極的に変えることもできる。   Both the mixed layer and the intermediate layer of the underlayer are composed of a mixed layer of TiAlN + CrBN, and can be formed with exactly the same film composition. However, the mixed crystal ratio of Ti and Al, the TiAlN and CrBN By changing the mixing ratio, the film formation conditions such as the arc current and the bias voltage during film formation, the composition and properties of both can be positively changed.

CrBN層や中間層、下地層の混合層を構成しているCrBNのCrとBの混晶比は、Cr:B=75:25〜95:5程度の範囲内が望ましいが、このCrとBの混晶比についても、CrBN層と中間層と下地層とで変更することが可能である。   The CrBN mixed crystal ratio of CrBN constituting the mixed layer of the CrBN layer, intermediate layer, and underlayer is preferably in the range of Cr: B = 75: 25 to 95: 5. The mixed crystal ratio can also be changed between the CrBN layer, the intermediate layer, and the underlayer.

また、本発明ではCrBN層が被膜の最上部に設けられているが、第1発明の中間層はCrBNを含んでいるため、CrBN層を設けることなくその中間層を最上部の被膜としても、ある程度の潤滑性の向上効果が期待できる。   Further, in the present invention, the CrBN layer is provided on the uppermost part of the coating, but since the intermediate layer of the first invention contains CrBN, the intermediate layer can be used as the uppermost coating without providing the CrBN layer. A certain degree of improvement in lubricity can be expected.

TiAlN層やTiAlN+CrBNの混合層(中間層を含む)、CrBN層は、硬質積層被膜として要求される耐摩耗性や靱性、密着性、耐熱性、耐溶着性等に関して所定の効果が得られる範囲で、言い換えればそれ等の性能を大きく損なわない範囲で、不可避的不純物の他に炭素等の他の元素を含んでいても良い。例えば、CrBNは、CrBの純粋な窒化物の他に、C(炭素)を含む炭窒化物CrBCNを採用することもできるし、TiAlNは、TiAlNの純粋な窒化物の他に、C(炭素)を含む炭窒化物TiAlCNを採用することもできる。   TiAlN layer, mixed layer of TiAlN + CrBN (including intermediate layer), and CrBN layer are within the range where predetermined effects can be obtained with respect to wear resistance, toughness, adhesion, heat resistance, welding resistance, etc. required as a hard laminate film. In other words, other elements such as carbon may be included in addition to the inevitable impurities within a range that does not greatly impair the performance. For example, CrBN can adopt carbon nitride CrBCN containing C (carbon) in addition to pure nitride of CrB, and TiAlN can use C (carbon) in addition to pure nitride of TiAlN. Carbonitride TiAlCN containing can also be adopted.

以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。
図1は、本発明が適用された硬質積層被膜被覆回転切削工具の一例であるボールエンドミル10を説明する図で、(a) は軸心と直角方向から見た正面図、(b) は先端側(図の右方向)から見た拡大底面図であり、超硬合金にて構成されている工具母材12にはシャンクおよび刃部14が一体に設けられている。刃部14には、切れ刃として一対の外周刃16およびボール刃18が軸心に対して対称的に設けられており、軸心まわりに回転駆動されることによりそれ等の外周刃16およびボール刃18によって切削加工が行われるとともに、その刃部14の表面には硬質積層被膜20がコーティングされている。図1(a) 、(b) の斜線部は硬質積層被膜20を表しており、図1の(c) は、硬質積層被膜20がコーティングされた刃部14の表層部分の断面図である。ボールエンドミル10は硬質積層被膜被覆工具に相当し、工具母材12は硬質積層被膜20が設けられる所定の部材に相当する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
1A and 1B are views for explaining a ball end mill 10 as an example of a hard cutting film-coated rotary cutting tool to which the present invention is applied, in which FIG. It is the expanded bottom view seen from the side (right direction of a figure), and the shank and the blade part 14 are integrally provided in the tool base material 12 comprised with the cemented carbide. The blade portion 14 is provided with a pair of outer peripheral blades 16 and a ball blade 18 symmetrically with respect to the shaft center as cutting blades, and these outer peripheral blades 16 and balls are rotated around the shaft center. Cutting is performed by the blade 18, and a hard laminated film 20 is coated on the surface of the blade portion 14. 1 (a) and 1 (b) represent the hard laminated film 20, and FIG. 1 (c) is a cross-sectional view of the surface layer portion of the blade portion 14 coated with the hard laminated film 20. The ball end mill 10 corresponds to a hard multilayer coating-coated tool, and the tool base material 12 corresponds to a predetermined member on which the hard multilayer coating 20 is provided.

図1(c) から明らかなように、硬質積層被膜20は下地層22、中間層24、および表面を構成する最上部のCrBN層26にて構成されており、硬質積層被膜20の全体の総膜厚は2.2μm〜10μmの範囲内とされている。下地層22は、TiAlN層22aとTiAlN+CrBNの混合層22bとを交互に3層以上積層したもので、この下地層22の膜厚は2μm〜8μmの範囲内である。TiAlN層22aの平均膜厚は160nm〜2000nmの範囲内で、混合層22bの平均膜厚は10nm〜1000nmの範囲内であり、それぞれ一定の膜厚で繰り返し積層されている。混合層22bは、TiAlNとCrBNとが所定の割合で混ざり合っているもので、TiAlN層22aおよび混合層22bのTiAlNのTiとAlとの混晶比は、Ti:Al=2:8〜6:4の範囲内で、本実施例ではTi:Al=4:6である。また、硬質積層被膜20の最下層および最上層は何れもTiAlN層22aによって構成されており、TiAlN層22aおよび混合層22bの合計の層数は3以上の奇数である。   As is clear from FIG. 1 (c), the hard laminated film 20 is composed of the base layer 22, the intermediate layer 24, and the uppermost CrBN layer 26 constituting the surface. The film thickness is in the range of 2.2 μm to 10 μm. The underlayer 22 is formed by alternately laminating three or more TiAlN layers 22a and TiAlN + CrBN mixed layers 22b, and the underlayer 22 has a thickness in the range of 2 to 8 μm. The average film thickness of the TiAlN layer 22a is in the range of 160 nm to 2000 nm, and the average film thickness of the mixed layer 22b is in the range of 10 nm to 1000 nm. The mixed layer 22b is a mixture of TiAlN and CrBN at a predetermined ratio, and the Ti / Al mixed crystal ratio of TiAlN in the TiAlN layer 22a and the mixed layer 22b is Ti: Al = 2: 8-6. In the present embodiment, Ti: Al = 4: 6. Further, the lowermost layer and the uppermost layer of the hard laminated film 20 are both composed of the TiAlN layer 22a, and the total number of the TiAlN layer 22a and the mixed layer 22b is an odd number of 3 or more.

上記TiAlNの硬さ(Hv)は2300〜3000程度であるのに対し、CrBNの硬さ(Hv)は2000〜2700程度であり、このようなCrBNとTiAlNとの混合層22bは、TiAlNのみから成るTiAlN層22aに比較して硬度が低下する。したがって、高硬度のTiAlN層22aと比較的硬度が低い混合層22bとを交互に積層した下地層22は、高硬度のTiAlN層22aにより優れた耐摩耗性が得られるとともに、低硬度の混合層22bの存在により靱性が高くなり、チッピング状の欠けや剥離が生じ難くなる。TiAlN層22aの平均膜厚は160nm〜2000nmの範囲内で、混合層22bの平均膜厚は10nm〜1000nmの範囲内で、下地層22の全体の膜厚は2μm〜8μmの範囲内であるため、TiAlN層22aによる耐摩耗性を維持しつつ、混合層22bによる欠けや剥離防止効果が十分に得られる。   The hardness (Hv) of the TiAlN is about 2300 to 3000, whereas the hardness (Hv) of CrBN is about 2000 to 2700. Such a mixed layer 22b of CrBN and TiAlN is composed only of TiAlN. The hardness is lower than that of the TiAlN layer 22a. Therefore, the foundation layer 22 in which the high hardness TiAlN layers 22a and the mixed layers 22b having relatively low hardness are alternately laminated provides excellent wear resistance by the high hardness TiAlN layers 22a, and the low hardness mixed layer. The presence of 22b increases the toughness and makes it difficult for chipping and peeling. The average film thickness of the TiAlN layer 22a is in the range of 160 nm to 2000 nm, the average film thickness of the mixed layer 22b is in the range of 10 nm to 1000 nm, and the total film thickness of the underlayer 22 is in the range of 2 μm to 8 μm. Further, while maintaining the wear resistance by the TiAlN layer 22a, the effect of preventing chipping and peeling by the mixed layer 22b can be sufficiently obtained.

前記中間層24は、TiAlNとCrBNとが混ざり合っている混合層で、本実施例では前記混合層22bと同じ組成である。この中間層24は、下地層22の上、具体的には下地層22の最上層のTiAlN層22aの上に連続して設けられているとともに、その膜厚は0.1μm〜5μmの範囲内である。このようにCrBN層26に先立って下地層24の上、すなわち最上層のTiAlN層22aの上にTiAlN+CrBNの中間層24が設けられることにより、下地層22に対するCrBN層26の密着性が向上する。中間層24におけるTiAlNのTiとAlとの混晶比は、Ti:Al=2:8〜6:4の範囲内で、本実施例ではTi:Al=4:6である。   The intermediate layer 24 is a mixed layer in which TiAlN and CrBN are mixed. In the present embodiment, the intermediate layer 24 has the same composition as the mixed layer 22b. The intermediate layer 24 is continuously provided on the underlayer 22, specifically, the TiAlN layer 22a which is the uppermost layer of the underlayer 22, and the film thickness thereof is in the range of 0.1 μm to 5 μm. It is. Thus, by providing the TiAlN + CrBN intermediate layer 24 on the underlayer 24, that is, on the uppermost TiAlN layer 22a prior to the CrBN layer 26, the adhesion of the CrBN layer 26 to the underlayer 22 is improved. The mixed crystal ratio of TiAl of TiAlN in the intermediate layer 24 is within the range of Ti: Al = 2: 8 to 6: 4, and in this embodiment, Ti: Al = 4: 6.

また、前記CrBN層26は、中間層24の上に連続して設けられているとともに、その膜厚は0.1μm〜5μmの範囲内である。このCrBN層26を構成しているCrBNは、TiAlNに比較して摩擦係数が小さく、表面を構成するように最上部にCrBN層26が設けられることにより、被加工物との間の潤滑性すなわち耐溶着性が向上する。このCrBN層26、前記中間層24および前記下地層22の混合層22bを構成しているCrBNのCrとBの混晶比は、何れもCr:B=75:25〜95:5の範囲内で、本実施例ではCr:B=85:15である。   The CrBN layer 26 is continuously provided on the intermediate layer 24, and its film thickness is in the range of 0.1 μm to 5 μm. The CrBN constituting the CrBN layer 26 has a smaller friction coefficient than TiAlN, and the CrBN layer 26 is provided on the uppermost portion so as to constitute the surface, so that the lubricity between the workpiece and the workpiece, Improved welding resistance. The Cr and B mixed crystal ratios of CrBN constituting the mixed layer 22b of the CrBN layer 26, the intermediate layer 24 and the underlayer 22 are all in the range of Cr: B = 75: 25 to 95: 5. In this embodiment, Cr: B = 85: 15.

図4は、JISのR1613に規定されている試験方法と同様なボールオンディスク法によりCrBNおよびTiAlNの摩擦係数を調べた結果を説明する図で、(a) は試験条件、(b) は試験結果である。(b) の摩擦係数曲線は、初期の摩擦係数の変化を表しており、TiAlNは約0.5〜0.7の範囲内に収束し、CrBNは約0.2〜0.3の範囲内に収束する。また、図4の(c) は、高温下(400℃)で調べた摩擦係数で、TiAlNは約0.7であるのに対し、CrBNは約0.21であり、(b) の室温(25℃)の場合と略同様の結果であった。図4の(c) は、温度が400℃である点を除いて、他の試験条件は(a) と同じである。   FIG. 4 is a diagram for explaining the results of examining the friction coefficient of CrBN and TiAlN by the ball-on-disk method similar to the test method defined in JIS R1613. (A) is the test condition, and (b) is the test condition. It is a result. The friction coefficient curve in (b) represents the initial change in the friction coefficient, TiAlN converges in the range of about 0.5 to 0.7, and CrBN in the range of about 0.2 to 0.3. Converge to. (C) in FIG. 4 is a coefficient of friction investigated at high temperature (400 ° C.). TiAlN is about 0.7, whereas CrBN is about 0.21, and (b) room temperature ( The results were almost the same as in the case of 25 ° C. (C) in FIG. 4 is the same as (a) except for the fact that the temperature is 400 ° C.

なお、上記硬質積層被膜20は中間層24を備えているが、図2の硬質積層被膜28のように、中間層24を省略して下地層22の上に直接CrBN層26を積層することもできる。この場合、下地層22は、前記硬質積層被膜20と同様に構成されるが、CrBN層26は、中間層24が無い分だけ厚くすることが可能で、その膜厚は0.1μm〜8μmの範囲内で定められる。   In addition, although the said hard laminated film 20 is provided with the intermediate | middle layer 24, the intermediate | middle layer 24 is abbreviate | omitted and the CrBN layer 26 may be laminated | stacked directly on the base layer 22 like the hard laminated film 28 of FIG. it can. In this case, the underlayer 22 is configured in the same manner as the hard laminated film 20, but the CrBN layer 26 can be thickened by the absence of the intermediate layer 24, and the film thickness is 0.1 μm to 8 μm. It is determined within the range.

また、前記下地層22のTiAlN層22aや混合層22b、中間層24におけるTiAlNは、何れも炭素を含まないTiAlNの純粋な窒化物であるが、硬度や密着性等を損なわない範囲で炭素を導入して炭窒化物TiAlCNとすることもできる。下地層22の混合層22b、中間層24、CrBN層26におけるCrBNについても、CrBの純粋な窒化物であるが、潤滑性や耐熱性等を損なわない範囲で炭素を導入して炭窒化物CrBCNとすることができる。   In addition, TiAlN in the TiAlN layer 22a, the mixed layer 22b, and the intermediate layer 24 of the underlayer 22 is a pure nitride of TiAlN that does not contain carbon, but carbon is within a range that does not impair hardness, adhesion, and the like. It is also possible to introduce carbonitride TiAlCN. CrBN in the mixed layer 22b, the intermediate layer 24, and the CrBN layer 26 of the underlayer 22 is also a pure nitride of CrB, but carbon is introduced to the extent that lubricity, heat resistance, etc. are not impaired, and carbonitride CrBCN. It can be.

一方、図3は、このような硬質積層被膜20または28を形成する際に好適に用いられるアークイオンプレーティング装置30を説明する概略構成図(模式図)で、多数のワークすなわち硬質積層被膜20、28を被覆する前の切れ刃16、18等が形成された工具母材12を保持しているワーク保持具32、そのワーク保持具32を略垂直な回転中心まわりに回転駆動する回転装置34、工具母材12に負のバイアス電圧を印加するバイアス電源36、工具母材12などを内部に収容している処理容器としてのチャンバ38、チャンバ38内に所定の反応ガスを供給する反応ガス供給装置40、チャンバ38内の気体を真空ポンプなどで排出して減圧する排気装置42、第1アーク電源44、第2アーク電源46等を備えている。ワーク保持具32は、上記回転中心を中心とする円筒形状或いは多角柱形状を成しており、刃部14が略水平に外側へ突き出す姿勢で多数の工具母材12を放射状に保持している。また、反応ガス供給装置40は窒素ガス(N2 )のタンクを備えており、窒素ガスをチャンバ38内に供給することによりTiAlおよびCrBの窒化物を形成する。なお、それ等の炭窒化物を形成する場合には、炭化水素ガス(CH4 、C2 2 など)のタンクを設け、窒素ガスと共にその炭化水素ガスを供給するようにすれば良い。 On the other hand, FIG. 3 is a schematic configuration diagram (schematic diagram) illustrating an arc ion plating apparatus 30 that is preferably used when such a hard laminated film 20 or 28 is formed. , 28, a workpiece holder 32 holding the tool base material 12 on which the cutting edges 16, 18, etc. are formed, and a rotating device 34 that rotates the workpiece holder 32 around a substantially vertical rotation center. , A bias power source 36 for applying a negative bias voltage to the tool base 12, a chamber 38 as a processing container containing the tool base 12 and the like, and a reactive gas supply for supplying a predetermined reactive gas into the chamber 38 An apparatus 40, an exhaust apparatus 42 that exhausts the gas in the chamber 38 with a vacuum pump or the like to reduce the pressure, a first arc power supply 44, a second arc power supply 46 and the like are provided. The workpiece holder 32 has a cylindrical shape or a polygonal column shape centered on the rotation center, and holds a large number of tool base materials 12 in a posture in which the blade portion 14 protrudes outward substantially horizontally. . Further, the reactive gas supply device 40 includes a tank of nitrogen gas (N 2 ), and nitrides of TiAl and CrB are formed by supplying nitrogen gas into the chamber 38. In the case of forming such carbonitrides, a tank of a hydrocarbon gas (CH 4 , C 2 H 2, etc.) may be provided to supply the hydrocarbon gas together with the nitrogen gas.

第1アーク電源44は、前記TiAlN層22aおよび混合層22bのTiAlNを構成しているTiAl合金から成る第1蒸発源(ターゲット)48をカソードとして、アノード50との間に所定のアーク電流を通電してアーク放電させることにより、第1蒸発源48からTiAlを蒸発させるもので、蒸発したTiAlは正(+)の金属イオンになって負(−)のバイアス電圧が印加されている工具母材12に付着する。また、第2アーク電源46は、前記混合層22b、中間層24、およびCrBN層26のCrBNを構成しているCrB合金から成る第2蒸発源(ターゲット)52をカソードとして、アノード54との間に所定のアーク電流を通電してアーク放電させることにより、第2蒸発源52からCrBを蒸発させるもので、蒸発したCrBは正(+)の金属イオンになって負(−)のバイアス電圧が印加されている工具母材12に付着する。上記第1蒸発源48および第2蒸発源52は、ワーク保持具32を挟んで略水平方向の対称位置に配置されている。   The first arc power source 44 supplies a predetermined arc current to the anode 50 using the first evaporation source (target) 48 made of TiAl alloy constituting the TiAlN of the TiAlN layer 22a and the mixed layer 22b as a cathode. The TiAl is evaporated from the first evaporation source 48 by arc discharge, and the evaporated TiAl becomes a positive (+) metal ion and a negative (−) bias voltage is applied to the tool base material. 12 adheres. The second arc power source 46 is connected to the anode 54 with the second evaporation source (target) 52 made of CrB alloy constituting the mixed layer 22b, the intermediate layer 24, and the CrBN layer 26 as a cathode. Is supplied with a predetermined arc current to cause arc discharge to evaporate CrB from the second evaporation source 52. The evaporated CrB becomes a positive (+) metal ion and has a negative (−) bias voltage. It adheres to the applied tool base material 12. The first evaporation source 48 and the second evaporation source 52 are disposed at symmetrical positions in the substantially horizontal direction with the work holder 32 interposed therebetween.

そして、このようなアークイオンプレーティング装置30を用いて工具母材12の刃部14の表面に硬質積層被膜20または28を形成する際には、先ず、排気装置42で排気しながらチャンバ38内が所定の圧力(例えば1.33×5×10-1Pa〜1.33×40×10-1Pa程度)に保持されるように反応ガス供給装置40から所定の反応ガスを供給しつつ、バイアス電源36により工具母材12に所定のバイアス電圧(例えば−50V〜−150V程度)を印加する。そして、回転装置34によりワーク保持具32を所定の回転速度(例えば3min-1程度)で回転させながら、第1アーク電源44および第2アーク電源46をそれぞれON(通電)、OFF(非通電)することにより硬質積層被膜20または28を形成する。 When the hard laminated coating 20 or 28 is formed on the surface of the blade portion 14 of the tool base material 12 using such an arc ion plating device 30, first, the inside of the chamber 38 is exhausted by the exhaust device 42. Is supplied from the reaction gas supply device 40 so as to be maintained at a predetermined pressure (for example, about 1.33 × 5 × 10 −1 Pa to 1.33 × 40 × 10 −1 Pa), A predetermined bias voltage (for example, about −50 V to −150 V) is applied to the tool base 12 by the bias power source 36. Then, the first arc power supply 44 and the second arc power supply 46 are turned on (energized) and turned off (non-energized) while rotating the workpiece holder 32 at a predetermined rotational speed (for example, about 3 min −1 ) by the rotating device 34. By doing so, the hard laminated film 20 or 28 is formed.

すなわち、第2アーク電源46をOFF(非通電)した状態で第1アーク電源44によりアーク電流をON(通電)してアーク放電させると、第1蒸発源48からTiAlの金属イオンが放出され、窒素ガスと反応することによりTiAlNが形成されて工具母材12の表面に付着する。これにより、前記TiAlN層22aを形成できる。通電時間およびアーク電流の電流値は、形成すべきTiAlN層22aの膜厚に応じて定められる。   That is, when the arc current is turned on (energized) by the first arc power supply 44 with the second arc power supply 46 turned off (non-energized), the TiAl metal ions are released from the first evaporation source 48, By reacting with nitrogen gas, TiAlN is formed and adheres to the surface of the tool base material 12. Thereby, the TiAlN layer 22a can be formed. The energization time and the current value of the arc current are determined according to the film thickness of the TiAlN layer 22a to be formed.

また、第1アーク電源44をOFF(非通電)した状態で第2アーク電源46によりアーク電流をON(通電)してアーク放電させると、第2蒸発源52からCrBの金属イオンが放出され、窒素ガスと反応することによりCrBNが形成されて工具母材12の表面に付着する。これにより、前記CrBN層26を形成できる。通電時間およびアーク電流の電流値は、形成すべきCrBN層26の膜厚に応じて定められる。   Further, when the arc current is turned on (energized) by the second arc power supply 46 with the first arc power supply 44 turned off (non-energized) to cause arc discharge, CrB metal ions are released from the second evaporation source 52, By reacting with nitrogen gas, CrBN is formed and adheres to the surface of the tool base material 12. Thereby, the CrBN layer 26 can be formed. The energization time and the current value of the arc current are determined according to the film thickness of the CrBN layer 26 to be formed.

また、第1アーク電源44によりアーク電流をON(通電)してアーク放電させるとともに、第2アーク電源46によりアーク電流をON(通電)してアーク放電させると、第1蒸発源48からTiAlの金属イオンが放出されるとともに、第2蒸発源52からCrBの金属イオンが放出され、それぞれ窒素ガスと反応することによりTiAlN、CrBNが形成されて工具母材12の表面に付着する。第1蒸発源48および第2蒸発源52は、ワーク保持具32を挟んで反対側に配置されているため、ワーク保持具32が回転駆動されるのに伴ってTiAlNおよびCrBNが交互に工具母材12の表面に付着させられる。これにより、TiAlNとCrBNとが混ざり合っている前記混合層22bおよび中間層24を形成することができる。各アーク電源44、46の通電時間は形成すべき混合層22bや中間層24の膜厚に応じて定められ、アーク電源44、46のアーク電流の電流値は、形成すべき混合層22bや中間層24の膜厚およびTiAlNとCrBNとの混合割合等に応じて定められる。   Further, when the arc current is turned on (energized) by the first arc power supply 44 to cause arc discharge, and when the arc current is turned on (energized) by the second arc power supply 46 to cause arc discharge, the TiAl of the first evaporation source 48 As metal ions are released, CrB metal ions are released from the second evaporation source 52 and react with nitrogen gas to form TiAlN and CrBN, respectively, which adhere to the surface of the tool base 12. Since the first evaporation source 48 and the second evaporation source 52 are arranged on the opposite side with the workpiece holder 32 interposed therebetween, TiAlN and CrBN are alternately turned into the tool mother as the workpiece holder 32 is driven to rotate. It is attached to the surface of the material 12. Thereby, the mixed layer 22b and the intermediate layer 24 in which TiAlN and CrBN are mixed can be formed. The energizing time of each of the arc power supplies 44 and 46 is determined according to the film thickness of the mixed layer 22b and the intermediate layer 24 to be formed, and the current value of the arc current of the arc power supplies 44 and 46 is determined by the mixed layer 22b and the intermediate layer to be formed. It is determined according to the film thickness of the layer 24, the mixing ratio of TiAlN and CrBN, and the like.

このように、第1アーク電源44および第2アーク電源46の通電状態(ON、OFF)を切り換えることにより、TiAlN層22aとTiAlN+CrBNの混合層22bとを交互に積層した下地層22、TiAlN+CrBNの混合層から成る中間層24、およびCrBN層26を連続的に形成することが可能で、前記硬質積層被膜20や28を工具母材12の表面に設けることができる。第1アーク電源44および第2アーク電源46の通電状態(ON、OFF)の切り換えを含む硬質積層被膜20、28の形成作業は、コンピュータを含む制御装置によって自動的に行われるようにすることができる。   Thus, by switching the energization state (ON, OFF) of the first arc power supply 44 and the second arc power supply 46, the base layer 22 in which the TiAlN layers 22a and the TiAlN + CrBN mixed layers 22b are alternately stacked, the mixture of TiAlN + CrBN The intermediate layer 24 composed of layers and the CrBN layer 26 can be formed continuously, and the hard laminated coatings 20 and 28 can be provided on the surface of the tool base material 12. The operation of forming the hard laminated films 20 and 28 including switching of the energization states (ON and OFF) of the first arc power supply 44 and the second arc power supply 46 may be automatically performed by a control device including a computer. it can.

ここで、本実施例の硬質積層被膜20、28は、TiAlN層22aとTiAlN+CrBNの混合層22bとが交互に積層された下地層22により、優れた耐摩耗性および靱性が得られるとともに、最上部に設けられて表面を構成するCrBN層26は摩擦係数が小さいため、潤滑性すなわち耐溶着性が向上する。また、CrBN層26の酸化開始温度は約700℃と高いため、高温環境下でも優れた被膜特性が安定して維持される。   Here, the hard multilayer coatings 20 and 28 of the present example are provided with excellent wear resistance and toughness by the underlayer 22 in which the TiAlN layers 22a and the TiAlN + CrBN mixed layers 22b are alternately laminated, and the topmost portion. Since the CrBN layer 26 provided on the surface and constituting the surface has a small coefficient of friction, lubricity, that is, welding resistance is improved. Moreover, since the oxidation start temperature of the CrBN layer 26 is as high as about 700 ° C., excellent film properties are stably maintained even in a high temperature environment.

したがって、このような硬質積層被膜20または28で被覆されたボールエンドミル10によれば、硬さが低くて溶着し易い鉄系或いは銅合金等の非鉄系の被加工物から50HRC程度の硬さを有する調質鋼等の高硬度材まで、広範囲に亘って優れた切削性能および耐久性能が得られるようになる。具体的には、CrBN層26の存在によりすくい面摩耗が抑制され、すくい角が切削後期で負側へ変化することが抑制されるため、切れ味が長期間に亘って良好に維持され、耐久性の向上と被削面性状の安定化を実現できる。また、ボールエンドミル10の先端の回転中心付近ではボール刃18の切れ味が悪くて被加工物が溶着し易いが、CrBN層26の存在により溶着が抑制されるため、切削性能や耐久性が良好に維持される。一方、高温環境下でも優れた被膜特性が安定して得られるため、摩擦熱等で高温となる高能率加工などの厳しい切削条件下での加工が可能となる。   Therefore, according to the ball end mill 10 coated with such a hard multilayer coating 20 or 28, the hardness is approximately 50 HRC from a non-ferrous workpiece such as iron or copper alloy which is low in hardness and easily welded. Excellent cutting performance and durability performance can be obtained over a wide range up to high hardness materials such as tempered steel. Specifically, rake face wear is suppressed due to the presence of the CrBN layer 26, and the rake angle is suppressed from changing to the negative side in the later stage of cutting, so that the sharpness is well maintained over a long period of time, and durability is improved. And stabilization of the machined surface properties can be realized. Further, near the center of rotation of the tip of the ball end mill 10, the cutting edge of the ball blade 18 is poor and the workpiece is easily welded. However, since the welding is suppressed by the presence of the CrBN layer 26, the cutting performance and durability are good. Maintained. On the other hand, since excellent film properties can be stably obtained even in a high-temperature environment, it is possible to perform processing under severe cutting conditions such as high-efficiency processing that becomes high temperature by frictional heat or the like.

また、本実施例では下地層22の最下層および最上層が共にTiAlN層22aであるため、最下層のTiAlN層22aにより工具母材12に対して優れた密着性が得られるとともに、最上層のTiAlN層22aにより優れた耐摩耗性が得られる。最上層のTiAlN層22aの上には、CrBN層26が直接または中間層24を介して設けられるため、高硬度のTiAlN層22aが直接被加工物等に接触することはないが、TiAlN層22aによってCrBN層26の変形が抑制されて、そのCrBN層26の耐摩耗性が向上するのである。   In this embodiment, since the lowermost layer and the uppermost layer of the base layer 22 are both TiAlN layers 22a, the lowermost TiAlN layer 22a provides excellent adhesion to the tool base material 12, and the uppermost layer. Excellent wear resistance is obtained by the TiAlN layer 22a. Since the CrBN layer 26 is provided directly or via the intermediate layer 24 on the uppermost TiAlN layer 22a, the high-hardness TiAlN layer 22a does not directly contact the workpiece or the like, but the TiAlN layer 22a As a result, deformation of the CrBN layer 26 is suppressed, and the wear resistance of the CrBN layer 26 is improved.

また、図1の硬質積層被膜20の場合には、下地層22とCrBN層26との間に、CrBNを含むTiAlN+CrBNの混合層から成る中間層24が設けられているため、最上層にTiAlN層22aが位置している下地層22に対してCrBN層26が高い密着性で積層され、そのCrBN層26の欠けや剥離が一層好適に抑制される。   In the case of the hard laminated film 20 of FIG. 1, an intermediate layer 24 made of a mixed layer of TiAlN + CrBN containing CrBN is provided between the base layer 22 and the CrBN layer 26, so that the TiAlN layer is the uppermost layer. The CrBN layer 26 is laminated with high adhesion to the underlying layer 22 where the 22a is located, and chipping and peeling of the CrBN layer 26 are more preferably suppressed.

また、本実施例の硬質積層被膜20、28は、全体の総膜厚が10μm以下であるため、工具母材12に対する剥離が抑制されて優れた密着性が得られるとともに、外周刃16やボール刃18の刃先が丸くなって切れ味が低下することが防止される一方、2.2μm以上であるため所定の被膜強度や被膜性能が得られる。すなわち、下地層22の膜厚は2μm以上であるため、耐摩耗性や耐熱性、靱性等の下地層22に要求される被膜性能や被膜強度が十分に得られるとともに、中間層24、CrBN層26の膜厚はそれぞれ0.1μm以上であるため、密着性や潤滑性能等の被膜性能が十分に得られる。   Further, the hard laminated coatings 20 and 28 of the present example have an overall total film thickness of 10 μm or less, so that exfoliation to the tool base material 12 is suppressed and excellent adhesion can be obtained, and the outer peripheral edge 16 and the ball While it is prevented that the cutting edge of the blade 18 is rounded and the sharpness is lowered, since it is 2.2 μm or more, predetermined coating strength and coating performance can be obtained. That is, since the film thickness of the underlayer 22 is 2 μm or more, the film performance and film strength required for the underlayer 22 such as wear resistance, heat resistance, and toughness can be sufficiently obtained, and the intermediate layer 24, CrBN layer Since the film thicknesses of each film are 0.1 μm or more, sufficient film performance such as adhesion and lubrication performance can be obtained.

因みに、図5は、前記ボール刃18の半径Rが1.5mmのボールエンドミル10に対して(b) に示す種々の被膜をコーティングしたものを用意し、(a) に示す加工条件でC1100(JIS:銅)に対して400m切削加工を行った後に、VB摩耗幅(逃げ面摩耗幅)を調べた結果を示す図で、本発明品のVB摩耗幅は0.03μm〜0.048μmであり、比較品に比べて耐摩耗性が向上し、銅のような溶着し易い被加工物に対しても優れた耐久性が得られることが分かる。例えば多層構造の下地層22のみから成る比較品(従来品)のVB摩耗幅は0.093μmであるため、本発明品は、それよりも耐久性が約2倍以上になる。なお、TiAlN層22aとTiAlN+CrBNの混合層22bとを交互に積層した多層構造の下地層22は、本発明品、比較品共に最上層および最下層が何れもTiAlN層22aとされている。   Incidentally, in FIG. 5, a ball end mill 10 having a radius R of 1.5 mm of the ball blade 18 prepared by coating various coatings shown in (b) is prepared, and C1100 ( This figure shows the results of examining the VB wear width (flank wear width) after performing 400 m cutting on JIS (copper), and the VB wear width of the product of the present invention is 0.03 μm to 0.048 μm. It can be seen that the wear resistance is improved as compared with the comparative product, and excellent durability can be obtained even for workpieces that are easily welded such as copper. For example, since the VB wear width of the comparative product (conventional product) consisting only of the base layer 22 having a multilayer structure is 0.093 μm, the product of the present invention has a durability of about twice or more than that. The underlayer 22 having a multilayer structure in which the TiAlN layers 22a and the mixed layers 22b of TiAlN + CrBN are alternately laminated has the TiAlN layer 22a as the uppermost layer and the lowermost layer in both the present invention and the comparative product.

図6は、前記ボール刃18の半径Rが3mmのボールエンドミル10に対して(b) に示す種々の被膜をコーティングしたものを用意し、(a) に示す加工条件でS50C(JIS:機械構造用炭素鋼)に対して56m切削加工を行った後に、VB摩耗幅(逃げ面摩耗幅)を調べた結果を示す図で、本発明品のVB摩耗幅は0.061μm〜0.072μmであり、比較品に比べて耐摩耗性が向上し、炭素鋼のような高硬度の被加工物に対しても優れた耐久性が得られることが分かる。例えば多層構造の下地層22のみから成る比較品(従来品)のVB摩耗幅は0.091μmであるため、本発明品は、それよりも更に耐久性が20%以上向上する。なお、TiAlN層22aとTiAlN+CrBNの混合層22bとを交互に積層した多層構造の下地層22は、本発明品、比較品共に最上層および最下層が何れもTiAlN層22aとされている。   FIG. 6 shows a ball end mill 10 having a radius R of 3 mm of the ball blade 18 coated with various coatings shown in (b). S50C (JIS: mechanical structure) under the processing conditions shown in (a). This is a figure showing the results of examining the VB wear width (flank wear width) after cutting 56 m to the carbon steel for use in the present invention. The VB wear width of the product of the present invention is 0.061 μm to 0.072 μm. It can be seen that the wear resistance is improved as compared with the comparative product, and excellent durability can be obtained even for a high-hardness workpiece such as carbon steel. For example, since the VB wear width of the comparative product (conventional product) consisting only of the base layer 22 having a multilayer structure is 0.091 μm, the product of the present invention further improves the durability by 20% or more. The underlayer 22 having a multilayer structure in which the TiAlN layers 22a and the mixed layers 22b of TiAlN + CrBN are alternately laminated has the TiAlN layer 22a as the uppermost layer and the lowermost layer in both the present invention and the comparative product.

以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、これ等はあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更,改良を加えた態様で実施することができる。   As mentioned above, although the Example of this invention was described in detail based on drawing, these are one embodiment to the last, and this invention is implemented in the aspect which added the various change and improvement based on the knowledge of those skilled in the art. be able to.

本発明の一実施例であるエンドミルを示す図で、(a) は軸心と直角方向から見た正面図、(b) は拡大底面図、(c) は硬質積層被膜が設けられた刃部の表層部分の断面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure which shows the end mill which is one Example of this invention, (a) is the front view seen from the direction orthogonal to an axial center, (b) is an enlarged bottom view, (c) is the blade part provided with the hard laminated film It is sectional drawing of the surface layer part. 図1の(c) に示す硬質積層被膜の別の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows another example of the hard laminated film shown to (c) of FIG. 図1、図2の硬質積層被膜を好適に形成できるアークイオンプレーティング装置の一例を説明する概略構成図である。It is a schematic block diagram explaining an example of the arc ion plating apparatus which can form the hard laminated film of FIG. 1, FIG. 2 suitably. ボールオンディスク法によりCrBNの摩擦係数を調べた結果をTiAlNと比較して示す図である。It is a figure which shows the result of having investigated the friction coefficient of CrBN by the ball-on-disk method compared with TiAlN. 被膜の構成が異なる複数の本発明品および比較品を用いて、C1100(銅)に対して所定の加工条件で切削加工を行い、逃げ面摩耗幅を調べた結果を説明する図である。It is a figure explaining the result of having investigated cutting face flank wear width by cutting on C1100 (copper) on predetermined working conditions using a plurality of the present invention goods and comparative goods from which the composition of a coat differs. 被膜の構成が異なる複数の本発明品および比較品を用いて、S50C(機械構造用炭素鋼)に対して所定の加工条件で切削加工を行い、逃げ面摩耗幅を調べた結果を説明する図である。The figure explaining the result of having investigated cutting face flank wear width by cutting on S50C (carbon steel for machine structure) with a predetermined processing condition using a plurality of the present invention products and comparative products having different coating configurations It is.

符号の説明Explanation of symbols

10:ボールエンドミル(硬質積層被膜被覆工具) 12:工具母材(部材) 20、28:硬質積層被膜 22:下地層 22a:TiAlN層 22b:混合層 24:中間層 26:CrBN層   10: Ball end mill (hard laminated coating coated tool) 12: Tool base material (member) 20, 28: Hard laminated coating 22: Underlayer 22a: TiAlN layer 22b: Mixed layer 24: Intermediate layer 26: CrBN layer

Claims (7)

TiAlN層とTiAlN+CrBNの混合層とが所定の部材の表面に交互に積層される下地層と、
該下地層の上に設けられたTiAlN+CrBNの混合層から成る中間層と、
該中間層の上に設けられて表面を構成しているCrBN層と、
から成ることを特徴とする硬質積層被膜。
An underlayer in which TiAlN layers and mixed layers of TiAlN + CrBN are alternately stacked on the surface of a predetermined member;
An intermediate layer made of a mixed layer of TiAlN + CrBN provided on the underlayer;
A CrBN layer provided on the intermediate layer and constituting a surface;
A hard laminated film characterized by comprising:
前記下地層の膜厚は2μm〜8μmの範囲内で、前記中間層の膜厚は0.1μm〜5μmの範囲内で、前記CrBN層の膜厚は0.1μm〜5μmの範囲内で、総膜厚は10μm以下である
ことを特徴とする請求項1に記載の硬質積層被膜。
The thickness of the underlayer is in the range of 2 μm to 8 μm, the thickness of the intermediate layer is in the range of 0.1 μm to 5 μm, and the thickness of the CrBN layer is in the range of 0.1 μm to 5 μm. The hard laminated film according to claim 1, wherein the film thickness is 10 μm or less.
TiAlN層とTiAlN+CrBNの混合層とが所定の部材の表面に交互に積層された下地層と、
該下地層の上に設けられて表面を構成しているCrBN層と、
から成ることを特徴とする硬質積層被膜。
An underlayer in which TiAlN layers and mixed layers of TiAlN + CrBN are alternately stacked on the surface of a predetermined member;
A CrBN layer which is provided on the underlayer and forms a surface;
A hard laminated film characterized by comprising:
前記下地層の膜厚は2μm〜8μmの範囲内で、前記CrBN層の膜厚は0.1μm〜8μmの範囲内で、総膜厚は10μm以下である
ことを特徴とする請求項1に記載の硬質積層被膜。
The film thickness of the underlayer is in the range of 2 μm to 8 μm, the film thickness of the CrBN layer is in the range of 0.1 μm to 8 μm, and the total film thickness is 10 μm or less. Hard laminate coating.
前記下地層の最下層および最上層は共にTiAlN層である
ことを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載の硬質積層被膜。
The hard multilayer coating according to any one of claims 1 to 4, wherein both the lowermost layer and the uppermost layer of the base layer are TiAlN layers.
切削工具の表面にコーティングされるものであることを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載の硬質積層被膜。   The hard laminated film according to any one of claims 1 to 5, which is coated on a surface of a cutting tool. 請求項1〜5の何れか1項に記載の硬質積層被膜で表面が被覆されていることを特徴とする硬質積層被膜被覆工具。   A hard multilayer coating-coated tool, the surface of which is coated with the hard multilayer coating according to any one of claims 1 to 5.
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