JP2009034781A - Surface-coated cutting tool - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、基材上に被覆層を形成してなる表面被覆切削工具に関する。 The present invention relates to a surface-coated cutting tool formed by forming a coating layer on a substrate.
切削工具を構成する基材は、耐摩耗性や靭性等の諸特性の更なる向上を目的として、各種の被覆層でその表面を被覆することが行なわれてきた。このような被覆層の形成方法として知られる化学蒸着法は、被覆層形成時において基材と被覆層との間で構成成分の拡散が生じることが知られており、このため基材と被覆層間の密着強度を高めることができるという利点を有している。しかし、その反面、このような化学蒸着法は被覆層形成時に極めて高温となるため、被覆層の形成後室温まで冷却した場合に、基材の熱膨張係数と被覆層の熱膨張係数とが異なることに起因して被覆層に引張残留応力が発生する。このため、切削加工時に被覆層に亀裂が発生した場合、その亀裂の伝播が助長され欠損に至るという問題があった。 A base material constituting a cutting tool has been coated with various coating layers for the purpose of further improving various properties such as wear resistance and toughness. The chemical vapor deposition method known as a method for forming such a coating layer is known to cause diffusion of constituent components between the substrate and the coating layer during the formation of the coating layer. It has the advantage that the adhesion strength of can be increased. However, since such chemical vapor deposition method becomes extremely high at the time of forming the coating layer, the thermal expansion coefficient of the substrate and the thermal expansion coefficient of the coating layer are different when cooled to room temperature after the formation of the coating layer. This causes tensile residual stress in the coating layer. For this reason, when a crack occurs in the coating layer during the cutting process, there is a problem that propagation of the crack is promoted to cause a defect.
この問題を解決するために、化学蒸着法で形成された被覆層に対してショットピーニングやショットブラスト等の処理を施して引張残留応力を解放することが試みられているが、十分な効果を得るには至っていない。 In order to solve this problem, attempts have been made to release tensile residual stress by subjecting the coating layer formed by chemical vapor deposition to treatment such as shot peening or shot blasting, but a sufficient effect is obtained. It has not reached.
一方、被覆層の形成方法として物理蒸着法を採用すると、被覆層に圧縮残留応力が付与されることが知られており、このため化学蒸着法により形成した被覆層が有していた上記のような問題を解決することができる。しかし、このような物理蒸着法により形成した被覆層は、基材との密着性に劣ることから基材から剥離し易いという問題を有していた。 On the other hand, when a physical vapor deposition method is employed as a method for forming a coating layer, it is known that compressive residual stress is imparted to the coating layer. For this reason, the coating layer formed by the chemical vapor deposition method has the above-described properties. Can solve various problems. However, the coating layer formed by such a physical vapor deposition method has a problem that it is easily peeled off from the substrate because of poor adhesion to the substrate.
このように基材上に被覆層を形成する方法としての化学蒸着法と物理蒸着法とは、それぞれ一長一短を有するものと考えられる。このため、これら両者の短所を互いに補完することを目的としてこれら両者を組み合わせて用いることが試みられている。具体的には、基材上にまず化学蒸着法により被覆層を形成し、その上に物理蒸着法によりさらに被覆層を形成することにより、被覆層全体としての応力を調整したり両者の長所を助長させることが試みられている(特許文献1〜4)。 Thus, it is thought that the chemical vapor deposition method and the physical vapor deposition method as a method of forming a coating layer on a base material have merits and demerits, respectively. For this reason, it has been attempted to use both of these in combination for the purpose of complementing these disadvantages. Specifically, a coating layer is first formed on the base material by chemical vapor deposition, and further a coating layer is formed thereon by physical vapor deposition, thereby adjusting the stress of the entire coating layer and the advantages of both. It has been attempted to promote (Patent Documents 1 to 4).
しかしながら、上記のような試みによってある程度の改善は可能であるものの、切削工具に対して高度な耐摩耗性が求められる近年の切削加工現場においては、更なる性能の向上が求められている。
本発明は、上記のような現状に鑑みなされたものであって、その目的とするところは、耐摩耗性を高度に向上させた表面被覆切削工具を提供することにある。 The present invention has been made in view of the current situation as described above, and an object thereof is to provide a surface-coated cutting tool having a highly improved wear resistance.
本発明の表面被覆切削工具は、基材と、該基材上に形成された被覆層とを備えるものであって、該被覆層は、化学蒸着法により形成される1層以上の化学蒸着層と、その化学蒸着層上に物理蒸着法により形成される1層以上の物理蒸着層とを含み、該物理蒸着層は、超多層構造層または変調構造層を含み、該超多層構造層は、周期律表のIVa族元素、Va族元素、VIa族元素、Al、およびSiからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素と、炭素、窒素、酸素、および硼素からなる群より選ばれる少なくとも1種の元素とからなる化合物によって構成される2種以上の単位層が、各々0.2nm以上20nm以下の厚みで周期的に繰り返して積層された構造を有し、該変調構造層は、周期律表のIVa族元素、Va族元素、VIa族元素、Al、およびSiからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素と、炭素、窒素、酸素、および硼素からなる群より選ばれる少なくとも1種の元素とからなる化合物によって構成され、その化合物の組成または組成比が厚み方向において0.2nm以上40nm以下の周期で変化する構造を有することを特徴とする。 The surface-coated cutting tool of the present invention comprises a base material and a coating layer formed on the base material, and the coating layer is one or more chemical vapor deposition layers formed by a chemical vapor deposition method. And one or more physical vapor deposition layers formed by physical vapor deposition on the chemical vapor deposition layer, the physical vapor deposition layer includes a super multi-layer structure layer or a modulation structure layer, and the super multi-layer structure layer includes: At least one element selected from the group consisting of group IVa, element Va, group VIa, Al, and Si in the periodic table, and at least one selected from the group consisting of carbon, nitrogen, oxygen, and boron Two or more types of unit layers composed of a compound consisting of the above elements have a structure in which each of them is periodically and repeatedly laminated with a thickness of 0.2 nm or more and 20 nm or less. IVa group element, Va group element, VIa group A composition comprising at least one element selected from the group consisting of elemental, Al, and Si and at least one element selected from the group consisting of carbon, nitrogen, oxygen, and boron; Alternatively, it has a structure in which the composition ratio changes in a cycle of 0.2 nm to 40 nm in the thickness direction.
ここで、上記化学蒸着層は、少なくともその1層が圧縮残留応力を有することが好ましく、上記物理蒸着層は、上記超多層構造層または変調構造層以外に、1層以上の硬質層を含むことができ、上記硬質層は、周期律表のIVa族元素、Va族元素、VIa族元素、Al、およびSiからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素によって構成されるか、または該元素の少なくとも1種と、炭素、窒素、酸素、および硼素からなる群より選ばれる少なくとも1種の元素とからなる化合物によって構成されることができる。 Here, it is preferable that at least one of the chemical vapor deposition layers has a compressive residual stress, and the physical vapor deposition layer includes one or more hard layers in addition to the super multi-layer structure layer or the modulation structure layer. And the hard layer is composed of at least one element selected from the group consisting of group IVa element, group Va element, group VIa element, Al, and Si in the periodic table, or at least one of the elements It can be comprised by the compound which consists of 1 type and at least 1 type of element chosen from the group which consists of carbon, nitrogen, oxygen, and boron.
また、上記化学蒸着層は、1μm以上30μm以下の厚みを有し、上記物理蒸着層は、0.01μm以上10μm以下の厚みを有することが好ましい。 The chemical vapor deposition layer preferably has a thickness of 1 μm to 30 μm, and the physical vapor deposition layer preferably has a thickness of 0.01 μm to 10 μm.
また、上記基材は、超硬合金、サーメット、高速度鋼、セラミックス、立方晶型窒化硼素焼結体、ダイヤモンド焼結体、または窒化硅素焼結体のいずれかにより構成されることが好ましく、上記表面被覆切削工具は、ドリル、エンドミル、フライス加工用刃先交換型切削チップ、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、またはクランクシャフトのピンミーリング加工用刃先交換型切削チップのいずれかであることが好ましい。 Further, the base material is preferably composed of any one of cemented carbide, cermet, high speed steel, ceramics, cubic boron nitride sintered body, diamond sintered body, or silicon nitride sintered body, The above surface-coated cutting tools include drills, end mills, milling cutting edge replacement cutting tips, turning cutting edge replacement cutting tips, metal saws, gear cutting tools, reamers, taps, or crankshaft pin milling cutting edge replacement types. It is preferably one of cutting tips.
また、本発明は、基材と該基材上に形成された被覆層とを備え、該被覆層は化学蒸着法により形成される1層以上の化学蒸着層と、その化学蒸着層上に物理蒸着法により形成される1層以上の物理蒸着層とを含み、該物理蒸着層は超多層構造層または変調構造層を含む表面被覆切削工具の製造方法に関し、該製造方法は、該基材上に化学蒸着法により1層以上の化学蒸着層を形成する工程と、該化学蒸着層の最表面に対してボンバード処理を行なうとともに物理蒸着法により1層以上の物理蒸着層を形成することにより該化学蒸着層の少なくとも1層に圧縮残留応力を付与する工程と、を含むことを特徴とする。 The present invention also includes a base material and a coating layer formed on the base material, the coating layer having one or more chemical vapor deposition layers formed by chemical vapor deposition, and a physical layer on the chemical vapor deposition layer. One or more physical vapor deposition layers formed by a vapor deposition method, wherein the physical vapor deposition layer relates to a method of manufacturing a surface-coated cutting tool including a super multi-layer structure layer or a modulation structure layer. Forming one or more chemical vapor deposition layers by chemical vapor deposition, and performing bombarding on the outermost surface of the chemical vapor deposition layer and forming one or more physical vapor deposition layers by physical vapor deposition And applying a compressive residual stress to at least one of the chemical vapor deposition layers.
本発明の表面被覆切削工具は、上記のような構成を有することにより、耐摩耗性を高度に向上させたものである。 The surface-coated cutting tool of the present invention has a highly improved wear resistance by having the above-described configuration.
以下、本発明についてさらに詳細に説明する。
<表面被覆切削工具>
本発明の表面被覆切削工具は、基材と、該基材上に形成された被覆層とを備えるものである。このような構成を有する本発明の表面被覆切削工具は、たとえばドリル、エンドミル、フライス加工用刃先交換型切削チップ、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、またはクランクシャフトのピンミーリング加工用刃先交換型切削チップ等として極めて有用である。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
<Surface coated cutting tool>
The surface-coated cutting tool of the present invention comprises a base material and a coating layer formed on the base material. The surface-coated cutting tool of the present invention having such a configuration is, for example, a drill, an end mill, a milling cutting edge replacement cutting tip, a turning cutting edge replacement cutting tip, a metal saw, a gear cutting tool, a reamer, a tap, or a crank. It is extremely useful as a cutting edge exchangeable cutting tip for shaft pin milling.
<基材>
本発明の基材を構成する材料としては、このような表面被覆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。たとえば、超硬合金(たとえばWC基超硬合金を含み、WCの他、Coを含み、あるいはさらにTi、Ta、Nb等の炭化物、窒化物、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)、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)、立方晶型窒化硼素焼結体、ダイヤモンド焼結体、または窒化硅素焼結体等を挙げることができる。
<Base material>
As a material constituting the substrate of the present invention, a conventionally known material known as a substrate for such a surface-coated cutting tool can be used without any particular limitation. For example, cemented carbide (for example, including WC base cemented carbide, including WC, Co, or further including carbides such as Ti, Ta, Nb, nitrides, carbonitrides, etc.), cermet (Mainly composed of TiC, TiN, TiCN, etc.), high-speed steel, ceramics (such as titanium carbide, silicon carbide, silicon nitride, aluminum nitride, aluminum oxide, and mixtures thereof), cubic boron nitride firing Examples thereof include a sintered body, a diamond sintered body, and a silicon nitride sintered body.
また、これらの基材は、その表面が改質されたものであっても差し支えない。たとえば、超硬合金の場合はその表面に脱β層、β相富化層またはCo相富化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。また、超硬合金やサーメットの場合、合金組織中の遊離炭素およびε相の存在の有無に関わらず本発明の効果は示される。 In addition, these substrates may be those whose surfaces are modified. For example, in the case of cemented carbide, a de-β layer, β phase enriched layer or Co phase enriched layer may be formed on the surface, and in the case of cermet, a surface hardened layer may be formed. Even if the surface is modified, the effect of the present invention is exhibited. In the case of cemented carbide or cermet, the effect of the present invention is shown regardless of the presence or absence of free carbon and ε phase in the alloy structure.
<被覆層>
本発明の被覆層は、上記の基材上に形成されるものである。この被覆層は、基材の全面を覆うようにして形成されていても良いし、基材の一部分のみを覆うようにして形成されていても良いが、その形成目的が切削工具の諸特性の向上(すなわち切削性能の向上)にあることから、基材の全面を覆うかもしくは一部分を覆う場合であっても切削性能の向上に寄与する部位の少なくとも一部分を覆うことが好ましい。
<Coating layer>
The coating layer of this invention is formed on said base material. The covering layer may be formed so as to cover the entire surface of the base material, or may be formed so as to cover only a part of the base material. Since it is in the improvement (that is, the improvement of the cutting performance), it is preferable to cover at least a part of the portion that contributes to the improvement of the cutting performance even when the whole surface of the substrate is covered or a part thereof is covered.
このような被覆層は、化学蒸着法(CVD法)により形成される1層以上の化学蒸着層と、その化学蒸着層上に物理蒸着法(PVD法)により形成される1層以上の物理蒸着層とを含み、該物理蒸着層は、超多層構造層または変調構造層を含むことを特徴としている。 Such a coating layer includes one or more chemical vapor deposition layers formed by a chemical vapor deposition method (CVD method) and one or more physical vapor deposition layers formed by a physical vapor deposition method (PVD method) on the chemical vapor deposition layer. The physical vapor deposition layer is characterized in that it includes a super multi-layer structure layer or a modulation structure layer.
このように被覆層が1層以上の化学蒸着層を含むことにより、被覆層全体としての基材への密着性が向上したとともに、1層以上の物理蒸着層を含むことにより靭性が向上したものである。そして、特に、被覆層が化学蒸着層を含み、かつ物理蒸着層として超多層構造層または変調構造層を含むことからこれらの相乗作用により耐摩耗性が飛躍的に向上し、以って耐摩耗性と靭性とを極めて高度に両立させることが可能となったものである。 As described above, when the coating layer includes one or more chemical vapor deposition layers, adhesion to the base material as a whole coating layer is improved and toughness is improved by including one or more physical vapor deposition layers. It is. In particular, the coating layer includes a chemical vapor deposition layer, and the physical vapor deposition layer includes an ultra-multilayer structure layer or a modulation structure layer. It has become possible to achieve both a high degree of compatibility between toughness and toughness.
なお、本発明の被覆層の厚み(全体の厚み)は、1μm以上40μm以下であることが好ましい。その厚みが1μm未満の場合、耐摩耗性等の諸特性の向上作用が十分に示されないためであり、一方、40μmを超えてもそれ以上の諸特性の向上が認められないことから経済的に有利ではない。しかし、経済性を無視する限りその厚みは40μm以上としても何等差し支えなく、本発明の効果は示される。このような厚みの測定方法としては、たとえば表面被覆切削工具を切断し、その断面をSEM(走査型電子顕微鏡)を用いて観察することにより測定することができる。 In addition, it is preferable that the thickness (total thickness) of the coating layer of this invention is 1 micrometer or more and 40 micrometers or less. If the thickness is less than 1 μm, the effect of improving various properties such as wear resistance is not sufficiently exhibited. On the other hand, if the thickness exceeds 40 μm, no further improvement in the various properties is observed. It is not advantageous. However, as long as economic efficiency is ignored, the thickness may be 40 μm or more, and the effect of the present invention is shown. As a method for measuring such thickness, for example, a surface-coated cutting tool can be cut, and the cross section can be measured by observing using a SEM (scanning electron microscope).
<化学蒸着層>
本発明の被覆層には、1層以上の化学蒸着層が含まれる。化学蒸着層は、基材と接するようにして基材上に形成されるものであり、化学蒸着法により形成される。このような化学蒸着法としては、従来公知の方法を特に限定することなく使用することができ、条件等が限定されることはない。たとえば、850〜1050℃程度の成膜温度を採用することができ、使用するガスとしてもニトリル系のガス等従来公知のガスを特に限定することなく使用することができる。
<Chemical vapor deposition layer>
The coating layer of the present invention includes one or more chemical vapor deposition layers. The chemical vapor deposition layer is formed on the base material so as to be in contact with the base material, and is formed by a chemical vapor deposition method. As such a chemical vapor deposition method, a conventionally known method can be used without any particular limitation, and the conditions and the like are not limited. For example, a film forming temperature of about 850 to 1050 ° C. can be adopted, and a conventionally known gas such as a nitrile gas can be used without particular limitation as a gas to be used.
このような化学蒸着層の各層は、周期律表のIVa族元素(Ti、Zr、Hf等)、Va族元素(V、Nb、Ta等)、VIa族元素(Cr、Mo、W等)、Al、およびSiからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素によって構成されるか、または該元素の少なくとも1種と、炭素、窒素、酸素、および硼素からなる群より選ばれる少なくとも1種の元素とからなる化合物によって構成されることが好ましい。 Each layer of such a chemical vapor deposition layer is composed of group IVa elements (Ti, Zr, Hf, etc.), group Va elements (V, Nb, Ta, etc.), group VIa elements (Cr, Mo, W, etc.), Composed of at least one element selected from the group consisting of Al and Si, or at least one element selected from the group consisting of carbon, nitrogen, oxygen, and boron; It is preferable that it is comprised by the compound which consists of.
上記のような元素または化合物としては、たとえばCr、Ti、Al、Si、V、Zr、Hf、TiC、TiN、TiCN、TiNO、TiCNO、TiB2、TiO2、TiBN、TiBNO、TiCBN、ZrC、ZrO2、HfC、HfN、TiAlN、AlCrN、CrN、VN、TiSiN、TiSiCN、AlTiCrN、TiAlCN、ZrCN、ZrCNO、Al2O3、AlN、AlCN、ZrN、TiAlC、NbC、NbN、NbCN、Mo2C、WC、W2C等を挙げることができる。なお、本発明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「TiCN」と記す場合、「Ti」と「C」と「N」の原子比は50:25:25の場合のみに限られず、また「TiN」と記す場合も「Ti」と「N」の原子比は50:50の場合のみに限られない。これらの原子比としては従来公知のあらゆる原子比が含まれるものとする(以下の物理蒸着層、実施例等において同じ)。 As the element or compound as described above, for example Cr, Ti, Al, Si, V, Zr, Hf, TiC, TiN, TiCN, TiNO, TiCNO, TiB 2, TiO 2, TiBN, TiBNO, TiCBN, ZrC, ZrO 2, HfC, HfN, TiAlN, AlCrN, CrN, VN, TiSiN, TiSiCN, AlTiCrN, TiAlCN, ZrCN, ZrCNO, Al 2 O 3, AlN, AlCN, ZrN, TiAlC, NbC, NbN, NbCN, Mo 2 C, WC , W 2 C and the like. In the present invention, when the compound is represented by the chemical formula as described above, it is assumed that all the conventionally known atomic ratios are included unless the atomic ratio is particularly limited, and are not necessarily limited to those in the stoichiometric range. . For example, when simply describing “TiCN”, the atomic ratio of “Ti”, “C”, and “N” is not limited to 50:25:25, and also when “TiN” is described, “Ti” and “N” The atomic ratio is not limited to 50:50. These atomic ratios include all conventionally known atomic ratios (the same applies to the following physical vapor deposition layers and examples).
そして、このような化学蒸着層は、少なくともその1層が圧縮残留応力を有していることが特に好ましい。これにより、化学蒸着層の靭性が飛躍的に向上し切削加工時に発生する亀裂の伝播を効果的に防止することが可能になるという極めて優れた効果が示される。このように化学蒸着層の少なくとも1層が圧縮残留応力を有し、かつ物理蒸着層が上記のように超多層構造層または変調構造層を含むことによりこれらが相乗的に作用し極めて高度に耐摩耗性と靭性とを両立させることができる。 And as for such a chemical vapor deposition layer, it is especially preferable that at least 1 layer has a compressive residual stress. Thereby, the extremely excellent effect that the toughness of the chemical vapor deposition layer is remarkably improved and the propagation of cracks generated during the cutting process can be effectively prevented is shown. As described above, when at least one of the chemical vapor deposition layers has compressive residual stress and the physical vapor deposition layer includes the super multi-layer structure layer or the modulation structure layer as described above, they act synergistically and have extremely high resistance. It is possible to achieve both wear and toughness.
ここで、本発明の化学蒸着層に圧縮残留応力を付与する方法としては、後述するように化学蒸着層の最表面(物理蒸着層に接する最上層の表面)に対してボンバード処理を行なう方法が採用される。化学蒸着層は化学蒸着法により形成されることから何等の処理を施さなければ引張残留応力を有することになるが、この引張残留応力を開放するだけではなくさらに圧縮残留応力を付与する方法として、このようなボンバード処理が有効であることは本発明の発明者の研究により初めて明らかとなったものであり本発明の技術的特徴のひとつを構成するものである。 Here, as a method of applying compressive residual stress to the chemical vapor deposition layer of the present invention, as described later, there is a method of performing a bombarding treatment on the outermost surface of the chemical vapor deposition layer (the surface of the uppermost layer in contact with the physical vapor deposition layer) Adopted. Since the chemical vapor deposition layer is formed by the chemical vapor deposition method, it will have a tensile residual stress if no treatment is performed, but as a method of not only releasing this tensile residual stress but also applying a compressive residual stress, The effectiveness of such a bombarding process has been clarified for the first time by research of the inventors of the present invention, and constitutes one of the technical features of the present invention.
従来、化学蒸着層の表面に対してショットピーニングを施すことは知られていたが(特許文献4)、この処理によっては引張残留応力が開放されるに止まり、圧縮残留応力を付与することはできなかった。ショットピーニングに代えてブラスト等の処理を行なうことも考えられるが、化学蒸着層上に物理蒸着層を形成する場合において、このようなブラスト等の処理を行なうことは極めて作業効率が低減されることになる。これに対して、本発明が採用するボンバード処理は、物理蒸着層を形成する装置内で行なうことができるため、作業効率に優れ以ってその産業上の利用性は極めて大きい。 Conventionally, it has been known that shot peening is applied to the surface of a chemical vapor deposition layer (Patent Document 4). However, the tensile residual stress is only released by this treatment, and compressive residual stress cannot be applied. There wasn't. It is conceivable to perform blasting instead of shot peening, but when forming a physical vapor deposition layer on a chemical vapor deposition layer, performing such blasting can greatly reduce work efficiency. become. On the other hand, since the bombarding process employed by the present invention can be performed in an apparatus for forming a physical vapor deposition layer, the industrial efficiency is extremely large due to excellent work efficiency.
なお、本発明におけるボンバード処理という表現は、通常のボンバード処理が含まれるとともに、物理蒸着法により物理蒸着層を形成する場合において条件を調整することにより物理蒸着層が形成されず化学蒸着層に圧縮残留応力のみが付与されるようなケースをも含み得ることを意図したものである。 The expression bombardment in the present invention includes normal bombardment, and the physical vapor deposition layer is not formed by adjusting the conditions when the physical vapor deposition layer is formed by the physical vapor deposition method. It is intended to include cases where only residual stress is applied.
ここで、圧縮残留応力とは、このような被覆層に存する内部応力(固有ひずみ)の一種であって、「−」(マイナス)の数値(単位:本発明では「GPa」を使う)で表される応力をいう。このため、圧縮残留応力が大きいという概念は、上記数値の絶対値が大きくなることを示し、また、圧縮残留応力が小さいという概念は、上記数値の絶対値が小さくなることを示す。因みに、引張残留応力とは、被覆層に存する内部応力(固有ひずみ)の一種であって、「+」(プラス)の数値で表される応力をいう。なお、単に残留応力という場合は、圧縮残留応力と引張残留応力との両者を含むものとする。 Here, the compressive residual stress is a kind of internal stress (intrinsic strain) existing in such a coating layer, and is represented by a numerical value “−” (minus) (unit: “GPa” is used in the present invention). Refers to the stress applied. For this reason, the concept that the compressive residual stress is large indicates that the absolute value of the numerical value is large, and the concept that the compressive residual stress is small indicates that the absolute value of the numerical value is small. Incidentally, the tensile residual stress is a kind of internal stress (intrinsic strain) existing in the coating layer, and means a stress represented by a numerical value “+” (plus). Note that the term “residual stress” includes both compressive residual stress and tensile residual stress.
そして、このような圧縮残留応力は、その絶対値が0.1GPa以上の応力であることが好ましく、より好ましくは0.2GPa以上、さらに好ましくは0.5GPa以上の応力である。その絶対値が0.1GPa未満では、十分な靭性を得ることができない場合があり、上記のような優れた効果を得ることができない場合がある。一方、その絶対値は大きくなればなる程靭性の付与という観点からは好ましいが、その絶対値が6GPaを越えると該層自体が破壊したり剥離したりすることがあり好ましくない。 The compressive residual stress is preferably a stress having an absolute value of 0.1 GPa or more, more preferably 0.2 GPa or more, and further preferably 0.5 GPa or more. If the absolute value is less than 0.1 GPa, sufficient toughness may not be obtained, and the above excellent effects may not be obtained. On the other hand, the larger the absolute value, the better from the viewpoint of imparting toughness. However, when the absolute value exceeds 6 GPa, the layer itself may be broken or peeled off.
なお、このような圧縮残留応力(残留応力)は、X線応力測定装置を用いたsin2ψ法により測定することができる。そしてこのような圧縮残留応力は化学蒸着層中の圧縮残留応力が付与される層に含まれる任意の点(1点、好ましくは2点、より好ましくは3〜5点、さらに好ましくは10点(複数点で測定する場合の各点は当該層の応力を代表できるように互いに0.1mm以上の距離を離して選択することが好ましい))の応力を該sin2ψ法により測定し、その平均値を求めることにより測定することができる。 Such compressive residual stress (residual stress) can be measured by the sin 2 ψ method using an X-ray stress measurement apparatus. And such a compressive residual stress is arbitrary points (1 point, preferably 2 points, more preferably 3 to 5 points, more preferably 10 points ( Each point when measuring at a plurality of points is preferably selected with a distance of 0.1 mm or more away from each other so that the stress of the layer can be represented))) by the sin 2 ψ method, and the average It can be measured by determining the value.
このようなX線を用いたsin2ψ法は、多結晶材料の残留応力の測定方法として広く用いられているものであり、たとえば「X線応力測定法」(日本材料学会、1981年株式会社養賢堂発行)の54〜67頁に詳細に説明されている方法を用いれば良い。 The sin 2 ψ method using X-rays is widely used as a method for measuring the residual stress of a polycrystalline material. For example, “X-ray stress measurement method” (Japan Society of Materials Science, 1981 Corporation) The method described in detail on pages 54 to 67 of Yokendo) may be used.
また、上記圧縮残留応力は、ラマン分光法を用いた方法を利用することにより測定することも可能である。このようなラマン分光法は、狭い範囲、たとえばスポット径1μmといった局所的な測定ができるというメリットを有している。このようなラマン分光法を用いた残留応力の測定は、一般的なものであるがたとえば「薄膜の力学的特性評価技術」(サイぺック(現在リアライズ理工センターに社名変更)、1992年発行)の264〜271頁に記載の方法を採用することができる。 The compressive residual stress can also be measured by using a method using Raman spectroscopy. Such Raman spectroscopy has the merit that local measurement can be performed in a narrow range, for example, a spot diameter of 1 μm. The measurement of residual stress using such Raman spectroscopy is common, but for example, "Thin film mechanical property evaluation technique" (Sipec (currently renamed Realize Science and Technology Center), published in 1992. ), Pages 264 to 271 can be employed.
さらに、上記圧縮残留応力は、放射光を用いて測定することもできる。この場合、被覆層の厚み方向で残留応力の分布を求めることができるというメリットがある。 Furthermore, the compressive residual stress can also be measured using synchrotron radiation. In this case, there is an advantage that the distribution of residual stress can be obtained in the thickness direction of the coating layer.
なお、本発明の化学蒸着層の厚み(2層以上で形成される場合はその全体の厚み)は、1μm以上30μm以下であることが好ましく、より好ましくは2μm以上20μm以下である。その厚みが1μm未満の場合、耐摩耗性の向上作用が十分に示されないためであり、一方、30μmを超えてもそれ以上の諸特性の向上が認められないことから経済的に有利ではない。しかし、経済性を無視する限りその厚みは30μm以上としても何等差し支えなく、本発明の効果は示される。このような厚みの測定方法としては、たとえば表面被覆切削工具を切断し、その断面をSEM(走査型電子顕微鏡)を用いて観察することにより測定することができる。 In addition, the thickness of the chemical vapor deposition layer of the present invention (when formed by two or more layers, the total thickness) is preferably 1 μm or more and 30 μm or less, more preferably 2 μm or more and 20 μm or less. If the thickness is less than 1 μm, the effect of improving the wear resistance is not sufficiently exhibited. On the other hand, if the thickness exceeds 30 μm, no further improvement in various properties is observed, which is not economically advantageous. However, as long as economic efficiency is ignored, the thickness can be 30 μm or more, and the effect of the present invention is shown. As a method for measuring such thickness, for example, a surface-coated cutting tool can be cut, and the cross section can be measured by observing using a SEM (scanning electron microscope).
<化学蒸着層の好適な構成>
本発明の化学蒸着層は、アルミナ(酸化アルミニウム(Al2O3))を主体として含む化学蒸着アルミナ層を含むことが好ましい。そして、この化学蒸着アルミナ層は、圧縮残留応力を有していることが好ましい。化学蒸着アルミナ層は、化学蒸着法により形成されるため、上記の通り引張残留応力を有した状態で形成されるが、上記のような処理を施すことにより圧縮残留応力を付与することができる。このように、化学蒸着アルミナ層が圧縮残留応力を有することにより、特に切削工具の刃先において良好な靭性を付与することができる。
<Preferred configuration of chemical vapor deposition layer>
The chemical vapor deposition layer of the present invention preferably includes a chemical vapor deposition alumina layer mainly containing alumina (aluminum oxide (Al 2 O 3 )). The chemical vapor deposition alumina layer preferably has a compressive residual stress. Since the chemical vapor deposition alumina layer is formed by a chemical vapor deposition method, it is formed in a state having a tensile residual stress as described above, but a compressive residual stress can be imparted by performing the above treatment. Thus, when the chemical vapor deposition alumina layer has compressive residual stress, good toughness can be imparted particularly at the cutting edge of the cutting tool.
このような化学蒸着アルミナ層の厚みは、0.3μm以上20μm以下とすることが好ましく、より好ましくはその下限を0.5μm以上、さらに好ましくは1μm以上、その上限を15μm以下、さらに好ましくは10μm以下とすることが好適である。化学蒸着アルミナ層の厚みが0.3μm未満の場合、耐摩耗性を改善する効果が低減する場合があり、20μmを超えても大幅に耐摩耗性を改善することがないため工業的に好ましくない場合がある。 The thickness of such a chemical vapor deposition alumina layer is preferably 0.3 μm or more and 20 μm or less, more preferably the lower limit is 0.5 μm or more, more preferably 1 μm or more, and the upper limit is 15 μm or less, more preferably 10 μm. The following is preferable. If the thickness of the chemically vapor-deposited alumina layer is less than 0.3 μm, the effect of improving the wear resistance may be reduced, and if it exceeds 20 μm, the wear resistance is not significantly improved, which is not industrially preferable. There is a case.
ここで、アルミナを主体として含むとは、アルミナを50質量%以上含有することを意味し、より好ましくは不可避不純物を除きアルミナのみによって構成されることをいう。なお、アルミナの結晶構造は、X線回折法(XRD)により同定することができる。 Here, containing alumina as a main component means containing 50% by mass or more of alumina, and more preferably, it is composed only of alumina excluding inevitable impurities. The crystal structure of alumina can be identified by X-ray diffraction (XRD).
このような化学蒸着アルミナ層は、化学蒸着層の最上層(物理蒸着層に接する層)として形成されていることが好ましい。換言すれば、該物理蒸着層は、この化学蒸着アルミナ層上に形成されることが好ましい。このような積層の態様とすることにより、特に耐摩耗性と靭性とを高度に両立させることができる。また、化学蒸着アルミナ層のようにアルミナを主体として含む層は外観色が黒味を帯びる傾向が強いが、このような構成とすることにより物理蒸着層の色彩を淡色のものとすれば切削工具の使用状態を容易に判別することができるという利点もある。 Such a chemical vapor deposition alumina layer is preferably formed as the uppermost layer of the chemical vapor deposition layer (a layer in contact with the physical vapor deposition layer). In other words, the physical vapor deposition layer is preferably formed on the chemical vapor deposition alumina layer. By setting it as the aspect of such a lamination | stacking, especially abrasion resistance and toughness can be made to make highly compatible. In addition, a layer containing alumina as a main component, such as a chemical vapor deposition alumina layer, has a strong tendency to have a black appearance color. However, if such a configuration is used, a cutting tool can be used if the physical vapor deposition layer has a light color. There is also an advantage that it is possible to easily discriminate the usage state.
また、本発明の化学蒸着層は、低温度の化学蒸着法で形成されたTiCNを含む層を含むことが好ましい。熱の適用による基材のダメージを低減させつつ、耐摩耗性に優れる炭窒化チタン(TiCN)を含む層を形成させることができるからである。 The chemical vapor deposition layer of the present invention preferably includes a layer containing TiCN formed by a low temperature chemical vapor deposition method. This is because a layer containing titanium carbonitride (TiCN) having excellent wear resistance can be formed while reducing damage to the substrate due to application of heat.
このようなTiCNを含む層の厚みは、0.3μm以上20μm以下とすることが好ましく、より好ましくはその下限を0.5μm以上、さらに好ましくは1μm以上、その上限を15μm以下、さらに好ましくは10μm以下とすることが好適である。この層の厚みが0.3μm未満の場合、十分に耐摩耗性を向上させることができない場合があり、20μmを超えても大幅に耐摩耗性を改善することがないため工業的に好ましくない場合がある。 The thickness of the layer containing TiCN is preferably 0.3 μm or more and 20 μm or less, more preferably the lower limit is 0.5 μm or more, more preferably 1 μm or more, and the upper limit is 15 μm or less, and more preferably 10 μm. The following is preferable. If the thickness of this layer is less than 0.3 μm, it may not be possible to sufficiently improve the wear resistance, and if it exceeds 20 μm, the wear resistance will not be significantly improved, and this is not industrially desirable. There is.
ここで、低温度の化学蒸着法とは、上記で説明したような通常の化学蒸着法が約950〜1050℃で成膜が行なわれることが多いのに対して、約830〜950℃という比較的低温で行なう方法をいい、MT−CVD(medium temperature CVD)法と呼ばれることもある。この方法は、成膜の際加熱による基材のダメージを低減することができるため好ましい。また、この場合、成膜の際に使用するガスは、ニトリル系のガス、特にアセトニトリル(CH3CN)を用いると量産性に優れて好ましい。 Here, the low-temperature chemical vapor deposition method is often compared with the conventional chemical vapor deposition method as described above, in which film formation is performed at about 950 to 1050 ° C., compared to about 830 to 950 ° C. This method is performed at a low temperature, and is sometimes referred to as MT-CVD (medium temperature CVD). This method is preferable because damage to the substrate due to heating during film formation can be reduced. In this case, a nitrile gas, particularly acetonitrile (CH 3 CN) is preferably used as the gas used for film formation because of excellent mass productivity.
なお、本発明の化学蒸着層は、上記のようなMT−CVD法により形成される層と、HT−CVD法(high temperature CVD、上記でいう通常条件の化学蒸着法)により形成される層とを積層させた複層構造のものとすることにより、これらの各層間の密着力が向上する場合があり、好ましい場合がある。 In addition, the chemical vapor deposition layer of the present invention includes a layer formed by the MT-CVD method as described above, and a layer formed by the HT-CVD method (high temperature CVD, the above-described chemical vapor deposition method under normal conditions). Adhesive strength between each of these layers may be improved and may be preferable by having a multilayer structure in which is laminated.
<物理蒸着層>
本発明の物理蒸着層は、上記の化学蒸着層上に物理蒸着法により形成されるものであって、1層以上の層からなるものである。このような物理蒸着法としては、従来公知の物理蒸着法をいずれも採用することができ特に限定されることはない。このような物理蒸着法としては、たとえばマグネトロンスパッタリング法、アーク式イオンプレーティング法、ホロカソード法、イオンビーム法、電子ビーム法、バランストマグネトロンスパッタリング法、アンバランストマグネトロンスパッタリング法、デュアルマグネトロンスパッタリング法等を挙げることができる。
<Physical vapor deposition layer>
The physical vapor deposition layer of the present invention is formed on the above chemical vapor deposition layer by physical vapor deposition, and consists of one or more layers. As such a physical vapor deposition method, any conventionally known physical vapor deposition method can be adopted and is not particularly limited. Examples of such physical vapor deposition include magnetron sputtering, arc ion plating, holocathode, ion beam, electron beam, balanced magnetron sputtering, unbalanced magnetron sputtering, and dual magnetron sputtering. Can be mentioned.
上記に例示した方法の中でも、特にアーク式イオンプレーティング法を採用することが好ましい。物理蒸着層に対して極めて有効に圧縮残留応力を付与することができるからである。なお、物理蒸着法を実行する装置としては、上記のような方法に用いられる各イオン源を併設したものを採用することが好ましい。 Among the methods exemplified above, it is particularly preferable to employ the arc type ion plating method. This is because compressive residual stress can be applied to the physical vapor deposition layer very effectively. In addition, it is preferable to employ | adopt the apparatus which provided each ion source used for the above methods as an apparatus which performs a physical vapor deposition method.
本発明の物理蒸着層は、物理蒸着法により形成されることから圧縮残留応力を有したものとなる。これにより、上記のような優れた効果を示すことができる。なお、このような圧縮残留応力の測定は、上記と同様の方法により行なうことができる。 Since the physical vapor deposition layer of the present invention is formed by a physical vapor deposition method, it has a compressive residual stress. Thereby, the above excellent effects can be shown. Such measurement of compressive residual stress can be performed by the same method as described above.
そして、このような圧縮残留応力は、その絶対値が0.1GPa以上の応力であることが好ましく、より好ましくは0.2GPa以上、さらに好ましくは0.5GPa以上の応力である。その絶対値が0.1GPa未満では、十分な靭性を得ることができない場合があり、上記のような優れた効果を得ることができない場合がある。一方、その絶対値は大きくなればなる程靭性の付与という観点からは好ましいが、その絶対値が6GPaを越えると該層自体が破壊したり剥離したりすることがあり好ましくない。 The compressive residual stress is preferably a stress having an absolute value of 0.1 GPa or more, more preferably 0.2 GPa or more, and further preferably 0.5 GPa or more. If the absolute value is less than 0.1 GPa, sufficient toughness may not be obtained, and the above excellent effects may not be obtained. On the other hand, the larger the absolute value, the better from the viewpoint of imparting toughness. However, when the absolute value exceeds 6 GPa, the layer itself may be broken or peeled off.
なお、本発明の物理蒸着層の厚み(全体の厚み)は、0.01μm以上10μm以下であることが好ましく、より好ましくは0.1μm以上8μm以下である。その厚みが0.01μm未満の場合、外観の色調に斑が生じる場合があり、一方、10μmを超えると該層自体が自己破壊したり剥離したりするため、切削工具の刃先の靭性が低下し好ましくない。 In addition, it is preferable that the thickness (total thickness) of the physical vapor deposition layer of this invention is 0.01 micrometer or more and 10 micrometers or less, More preferably, they are 0.1 micrometer or more and 8 micrometers or less. If the thickness is less than 0.01 μm, spots may appear in the color tone of the appearance. On the other hand, if it exceeds 10 μm, the layer itself self-destructs or peels off, so that the toughness of the cutting edge of the cutting tool decreases. It is not preferable.
そして、本発明の物理蒸着層は、超多層構造層または変調構造層を含む。以下、これらについて説明する。 The physical vapor deposition layer of the present invention includes a super multilayer structure layer or a modulation structure layer. Hereinafter, these will be described.
<超多層構造層>
本発明の超多層構造層は、周期律表のIVa族元素(Ti、Zr、Hf等)、Va族元素(V、Nb、Ta等)、VIa族元素(Cr、Mo、W等)、Al、およびSiからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素と、炭素、窒素、酸素、および硼素からなる群より選ばれる少なくとも1種の元素とからなる化合物によって構成される2種以上の単位層が、各々0.2nm以上20nm以下の厚みで周期的に繰り返して積層された構造を有する。このように物理蒸着層として超多層構造層を形成することにより、上記の化学蒸着層(特に圧縮残留応力を有する化学蒸着層)の形成と相俟って、極めて優れた耐摩耗性を付与することができる。
<Super multilayer structure layer>
The super multi-layer structure layer of the present invention is composed of IVa group elements (Ti, Zr, Hf, etc.), Va group elements (V, Nb, Ta, etc.), VIa group elements (Cr, Mo, W, etc.), Al, etc. And at least one unit layer composed of a compound comprising at least one element selected from the group consisting of Si and at least one element selected from the group consisting of carbon, nitrogen, oxygen, and boron. , Each of which has a structure in which the layers are periodically and repeatedly stacked with a thickness of 0.2 nm to 20 nm. By forming the super multi-layer structure layer as a physical vapor deposition layer in this way, extremely excellent wear resistance is imparted in combination with the formation of the above chemical vapor deposition layer (especially a chemical vapor deposition layer having compressive residual stress). be able to.
ここで、周期的に繰り返して積層させるとは、たとえば2種の単位層を上下交互に積層させる場合や、3種の単位層を上中下と繰り返して積層させる場合など、一定の周期性をもって積層させることをいう。なお、各単位層の厚みが0.2nm未満となる場合や20nmを超える場合には、超多層構造層による耐摩耗性の向上効果が示されない場合がある。各単位層の厚みは、それを構成する組成や成膜条件により適宜調整することができる。なお、各単位層は、実質的に同じ厚みを有していても良いし、異なる厚みを有していても良い。 Here, the term “repetitively laminating” means having a certain periodicity, for example, when laminating two types of unit layers alternately up and down, or when laminating three types of unit layers repeatedly upper, middle, and lower. It means to laminate. If the thickness of each unit layer is less than 0.2 nm or exceeds 20 nm, the effect of improving the wear resistance by the super multi-layer structure layer may not be shown. The thickness of each unit layer can be appropriately adjusted depending on the composition constituting the unit layer and the film forming conditions. Each unit layer may have substantially the same thickness or may have a different thickness.
このような単位層を構成する周期律表のIVa族元素、Va族元素、VIa族元素、Al、およびSiからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素と、炭素、窒素、酸素、および硼素からなる群より選ばれる少なくとも1種の元素とからなる化合物としては、たとえばTiC、TiN、TiCN、TiNO、TiCNO、TiB2、TiO2、TiBN、TiBNO、TiCBN、ZrC、ZrO2、HfC、HfN、TiAlN、TiAlCrN、TiZrN、TiCrN、AlCrN、CrN、VN、TiSiN、TiSiCN、AlTiCrN、TiAlCN、ZrCN、ZrCNO、Al2O3、AlN、AlCN、ZrN、TiAlC、NbC、NbN、NbCN、Mo2C、WC、W2C等を挙げることができる。 The unit layer is composed of at least one element selected from the group consisting of group IVa elements, group Va elements, group VIa elements, Al, and Si in the periodic table, and carbon, nitrogen, oxygen, and boron. Examples of the compound composed of at least one element selected from the group consisting of TiC, TiN, TiCN, TiNO, TiCNO, TiB 2 , TiO 2 , TiBN, TiBNO, TiCBN, ZrC, ZrO 2 , HfC, HfN, TiAlN , TiAlCrN, TiZrN, TiCrN, AlCrN , CrN, VN, TiSiN, TiSiCN, AlTiCrN, TiAlCN, ZrCN, ZrCNO, Al 2 O 3, AlN, AlCN, ZrN, TiAlC, NbC, NbN, NbCN, Mo 2 C, WC, W 2 C and the like can be mentioned.
なお、超多層構造層を構成する単位層の積層数(合計積層数)は、特に限定されるものではないが通常10層以上5000層以下とすることが好ましい。10層未満の場合は、各単位層における結晶粒が粗大化することから被覆層の硬度が低下する場合があり、5000層を超えると各単位層が薄くなり過ぎ各層が混合する傾向を示すためである。 The number of unit layers constituting the super multi-layer structure layer (total number of layers) is not particularly limited, but is usually preferably 10 or more and 5000 or less. If it is less than 10 layers, the crystal grains in each unit layer become coarse and the hardness of the coating layer may decrease. If it exceeds 5000 layers, each unit layer tends to be too thin and the layers tend to mix. It is.
このような超多層構造層は、従来公知の物理蒸着法により形成されその製造方法は特に限定されない。以下、物理蒸着法としてアークイオンプレーティング法を採用する場合を例示する。 Such a super multi-layer structure layer is formed by a conventionally known physical vapor deposition method, and its manufacturing method is not particularly limited. Hereinafter, the case where the arc ion plating method is employed as the physical vapor deposition method will be exemplified.
まず、アークイオンプレーティング成膜装置において、形成する単位層の種類に対応する複数の蒸発源にターゲットをセットする。そして、該装置のチャンバー内の基材ホルダーに基材をセットし、この基材ホルダーを上記蒸発源に対向するように回転させながら該蒸発源のターゲットを蒸発、イオン化させることにより超多層構造層を形成する。より具体的な条件の一例は以下の通りである。 First, in the arc ion plating film forming apparatus, targets are set in a plurality of evaporation sources corresponding to the types of unit layers to be formed. Then, the substrate is set in the substrate holder in the chamber of the apparatus, and the target of the evaporation source is evaporated and ionized while rotating the substrate holder so as to face the evaporation source. Form. An example of more specific conditions is as follows.
すなわち、チャンバー内に設置されているヒーターにより基材を加熱する。その後、アルゴンガスを導入してチャンバー内の圧力を1〜10Paに維持しつつ、基材にバイアス電圧を印加することにより、アルゴンイオンによる基材表面のクリーニング処理を1〜120分間行なう。 That is, the base material is heated by a heater installed in the chamber. Thereafter, the substrate surface is cleaned with argon ions for 1 to 120 minutes by introducing a bias voltage to the substrate while introducing argon gas and maintaining the pressure in the chamber at 1 to 10 Pa.
続いて、チャンバー内のアルゴンガスを排出した後、反応ガスを導入し、チャンバー内の圧力を2〜10Paに維持しつつ、基材をセットした基材ホルダーを回転させながら基材にバイアス電圧(−20〜−200V)を印加することにより、蒸発源にセットしたターゲットをイオン化させ単位層を逐次周期的に積層することにより超多層構造層を形成することができる。 Subsequently, after the argon gas in the chamber is exhausted, the reaction gas is introduced, and while maintaining the pressure in the chamber at 2 to 10 Pa, the substrate holder on which the substrate is set is rotated while the bias voltage ( -20 to -200 V) is applied, and the target set in the evaporation source is ionized, and the unit layers are sequentially stacked to form a super multi-layer structure layer.
<変調構造層>
本発明の変調構造層は、周期律表のIVa族元素、Va族元素、VIa族元素、Al、およびSiからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素と、炭素、窒素、酸素、および硼素からなる群より選ばれる少なくとも1種の元素とからなる化合物によって構成され、その化合物の組成または組成比が厚み方向において0.2nm以上40nm以下の周期で変化する構造を有する。このように物理蒸着層として変調構造層を形成することにより、上記の化学蒸着層(特に圧縮残留応力を有する化学蒸着層)の形成と相俟って、極めて優れた耐摩耗性を付与することができる。
<Modulation structure layer>
The modulation structure layer of the present invention includes at least one element selected from the group consisting of group IVa elements, group Va elements, group VIa elements, Al, and Si in the periodic table, and carbon, nitrogen, oxygen, and boron. It is comprised by the compound which consists of at least 1 sort (s) of elements chosen from the group which consists of, and the composition or composition ratio of the compound has a structure which changes with a period of 0.2 nm or more and 40 nm or less in the thickness direction. By forming the modulation structure layer as a physical vapor deposition layer in this way, it is possible to provide extremely excellent wear resistance in combination with the formation of the above chemical vapor deposition layer (especially a chemical vapor deposition layer having compressive residual stress). Can do.
ここで、化合物の組成または組成比が厚み方向において0.2nm以上40nm以下の周期で変化するとは、たとえば図1に示したように構成元素が同一でその組成比が異なるA、B2種の状態を例にとると、変調構造層の基材側から表面側への厚み方向において、まず地点Xで状態Aであったものが、徐々に変化して地点Yで状態Bとなり、再度徐々に変化して地点Zにおいて状態Aとなる場合、地点XとZの距離が周期(0.2nm以上40nm以下)となり(この場合地点Yは地点XとZとのほぼ中点に位置する)、かつこのような状態A−B−Aの変化が同様の周期で繰り返されることをいう。なお、上記周期が0.2nm未満となる場合や40nmを超える場合には、変調構造層による耐摩耗性の向上効果が示されない場合がある。上記周期のより好ましい範囲は、その上限が35nm以下、さらに好ましくは30nm以下であり、その下限が0.5nm以上、さらに好ましくは1nm以上である。 Here, the composition or composition ratio of the compound changes in the thickness direction with a period of 0.2 nm or more and 40 nm or less. For example, as shown in FIG. For example, in the thickness direction from the substrate side to the surface side of the modulation structure layer, the state A at the point X first gradually changes to the state B at the point Y and gradually changes again. Then, when the state A is reached at the point Z, the distance between the points X and Z becomes a period (0.2 nm or more and 40 nm or less) (in this case, the point Y is located approximately at the midpoint between the points X and Z), and this Such a change in the state A-B-A is repeated in the same cycle. If the period is less than 0.2 nm or exceeds 40 nm, the effect of improving the wear resistance by the modulation structure layer may not be shown. A more preferable range of the period has an upper limit of 35 nm or less, more preferably 30 nm or less, and a lower limit of 0.5 nm or more, more preferably 1 nm or more.
このような変調構造層を構成する周期律表のIVa族元素、Va族元素、VIa族元素、Al、およびSiからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素と、炭素、窒素、酸素、および硼素からなる群より選ばれる少なくとも1種の元素とからなる化合物としては、上記超多層構造層において例示した化合物と同様の化合物を挙げることができる。 At least one element selected from the group consisting of Group IVa element, Group Va element, Group VIa element, Al, and Si of the periodic table constituting such a modulation structure layer, and carbon, nitrogen, oxygen, and boron Examples of the compound composed of at least one element selected from the group consisting of include the same compounds as those exemplified in the super multi-layer structure layer.
なお、このような変調構造層は、上記で説明した超多層構造層の製造方法と同様の製造方法により形成することができ、特に組成比が厚み方向において変化する構造の変調構造層の場合は、組成比の異なるターゲットを蒸発源にセットし、基材ホルダーの回転数等を制御することにより形成することができる。 Such a modulation structure layer can be formed by a manufacturing method similar to the manufacturing method of the super multi-layer structure layer described above, and particularly in the case of a modulation structure layer having a structure in which the composition ratio changes in the thickness direction. They can be formed by setting targets with different composition ratios in the evaporation source and controlling the number of rotations of the substrate holder.
また、組成が厚み方向において変化する場合は、この変調構造層と上記超多層構造層との間で明確な差異が存在しない場合があるが、そのような差異を明確に区別する必要はなくいずれのものも本発明の範囲を逸脱するものではない。 In addition, when the composition changes in the thickness direction, there may be no clear difference between the modulation structure layer and the super multi-layer structure layer, but it is not necessary to clearly distinguish such a difference. These do not depart from the scope of the present invention.
<硬質層>
本発明の物理蒸着層は、上記の超多層構造層または変調構造層以外に、1層以上の硬質層を含むことができる。このような硬質層は、周期律表のIVa族元素、Va族元素、VIa族元素、Al、およびSiからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素によって構成されるか、または該元素の少なくとも1種と、炭素、窒素、酸素、および硼素からなる群より選ばれる少なくとも1種の元素とからなる化合物によって構成することができる。
<Hard layer>
The physical vapor deposition layer of the present invention can include one or more hard layers in addition to the super multi-layer structure layer or the modulation structure layer. Such a hard layer is constituted by at least one element selected from the group consisting of group IVa elements, group Va elements, group VIa elements, Al, and Si in the periodic table, or at least one of the elements It can be constituted by a compound comprising a seed and at least one element selected from the group consisting of carbon, nitrogen, oxygen, and boron.
このような硬質層は、上記の超多層構造層または変調構造層の上(すなわち被覆層の表面側)に形成することが好ましく、これにより被覆層の外観色を安定させたり、耐溶着性や放熱性が向上するという作用を付与することができる。また、該硬質層は、化学蒸着層上に形成することもできる。これにより、化学蒸着層と物理蒸着層との密着性を向上することができるという作用を付与することができる。このように、該硬質層は、物理蒸着層中の任意の積層位置に形成することができる。 Such a hard layer is preferably formed on the super multi-layer structure layer or the modulation structure layer (that is, on the surface side of the coating layer), thereby stabilizing the appearance color of the coating layer, The effect that heat dissipation improves can be provided. The hard layer can also be formed on the chemical vapor deposition layer. Thereby, the effect | action that the adhesiveness of a chemical vapor deposition layer and a physical vapor deposition layer can be improved can be provided. As described above, the hard layer can be formed at any position in the physical vapor deposition layer.
また、硬質層の厚み(2層以上形成される場合は合計厚み)は、0.05μm以上5μm以下とすることが好ましく、より好ましくはその上限が3μm以下、さらに好ましくは1μm以下であり、その下限が0.1μm以上、さらに好ましくは0.15μm以上である。なお、その厚みが0.05μm未満となる場合は耐摩耗性を向上させる効果が発揮されない場合があり、5μmを超える場合には、硬質層がチッピングしやすくなり工具寿命が短くなる場合がある。 Further, the thickness of the hard layer (total thickness when two or more layers are formed) is preferably 0.05 μm or more and 5 μm or less, more preferably the upper limit is 3 μm or less, and further preferably 1 μm or less. The lower limit is 0.1 μm or more, more preferably 0.15 μm or more. If the thickness is less than 0.05 μm, the effect of improving the wear resistance may not be exhibited. If the thickness exceeds 5 μm, the hard layer may be easily chipped and the tool life may be shortened.
このような硬質層を構成する元素または化合物としては、たとえばCr、Ti、Al、Si、V、Zr、Hf、TiC、TiN、TiCN、TiNO、TiCNO、TiB2、TiO2、TiBN、TiBNO、TiCBN、ZrC、ZrO2、HfC、HfN、TiAlN、AlCrN、CrN、VN、TiSiN、TiSiCN、AlTiCrN、TiAlCN、ZrCN、ZrCNO、Al2O3、AlN、AlCN、ZrN、TiAlC、NbC、NbN、NbCN、Mo2C、WC、W2C等を挙げることができる。 Examples of the elements or compounds constituting such a hard layer include Cr, Ti, Al, Si, V, Zr, Hf, TiC, TiN, TiCN, TiNO, TiCNO, TiB 2 , TiO 2 , TiBN, TiBNO, and TiCBN. , ZrC, ZrO 2 , HfC, HfN, TiAlN, AlCrN, CrN, VN, TiSiN, TiSiCN, AlTiCrN, TiAlCN, ZrCN, ZrCNO, Al 2 O 3 , AlN, AlCN, ZrN, TiAlC, NbC, NbN, NbCN 2 C, WC, W 2 C and the like.
このような硬質層は、従来公知の物理蒸着法により形成されその製造方法は特に限定されない。 Such a hard layer is formed by a conventionally known physical vapor deposition method, and its manufacturing method is not particularly limited.
<製造方法>
上記で各説明したような構成の本発明の表面被覆切削工具は、次のような製造方法により製造することができる。すなわち、かかる製造方法は、基材上に化学蒸着法により1層以上の化学蒸着層を形成する工程と、該化学蒸着層の最表面に対してボンバード処理を行なうことにより該化学蒸着層の少なくとも1層に圧縮残留応力を付与する工程と、該ボンバード処理を行なった該化学蒸着層上に物理蒸着法により1層以上の物理蒸着層を形成する工程と、を含む。該製造方法は、上記のような工程が含まれる限り、他の工程が含まれていても差し支えない。
<Manufacturing method>
The surface-coated cutting tool of the present invention configured as described above can be manufactured by the following manufacturing method. That is, the manufacturing method includes a step of forming one or more chemical vapor deposition layers on a substrate by chemical vapor deposition, and performing bombarding on the outermost surface of the chemical vapor deposition layer, thereby at least forming the chemical vapor deposition layer. A step of imparting compressive residual stress to one layer, and a step of forming one or more physical vapor deposition layers on the chemical vapor deposition layer subjected to the bombarding treatment by a physical vapor deposition method. The manufacturing method may include other steps as long as the above steps are included.
なお、上記において、圧縮残留応力を付与する工程と物理蒸着層を形成する工程とは、該化学蒸着層の最表面に対してボンバード処理を行なうとともに物理蒸着法により1層以上の物理蒸着層を形成することにより該化学蒸着層の少なくとも1層に圧縮残留応力を付与する工程というように一工程として扱うこともできる。 In the above, the step of applying compressive residual stress and the step of forming a physical vapor deposition layer include performing bombarding on the outermost surface of the chemical vapor deposition layer and forming one or more physical vapor deposition layers by physical vapor deposition. By forming it, it can be handled as one step, such as a step of applying compressive residual stress to at least one of the chemical vapor deposition layers.
ここで、化学蒸着層を形成する工程において採用される化学蒸着法は、上述の通り従来公知の化学蒸着法であればいずれの条件のものも採用することができる。 Here, the chemical vapor deposition method employed in the step of forming the chemical vapor deposition layer may employ any conditions as long as it is a conventionally known chemical vapor deposition method as described above.
また、化学蒸着層の少なくとも1層に圧縮残留応力を付与する工程において採用されるボンバード処理も、従来公知のいずれの条件のものも採用することができる。たとえば、アルゴンガス等を用いるガスボンバードを採用することもできるし、Ti、TiAl、TiSi、AlCr等の金属を用いるメタルボンバードを採用することもできる。また、メタルボンバードを採用する場合、真空下(減圧下)で行なっても良いし、窒素等の気体の共存下で行なっても良い。そして、圧縮残留応力を付与する上で特に好適な条件としては、たとえば物理蒸着層を形成するときのバイアス電圧よりも高いバイアス電圧を採用することが好ましい。 Moreover, the bombarding process employed in the step of applying compressive residual stress to at least one of the chemical vapor deposition layers may be any of the conventionally known conditions. For example, a gas bombardment using argon gas or the like can be adopted, and a metal bombardment using a metal such as Ti, TiAl, TiSi, or AlCr can also be adopted. Further, when metal bombardment is employed, it may be performed under vacuum (under reduced pressure) or in the presence of a gas such as nitrogen. As a particularly suitable condition for applying the compressive residual stress, for example, it is preferable to employ a bias voltage higher than the bias voltage when forming the physical vapor deposition layer.
また、物理蒸着層を形成する工程において採用される物理蒸着法は、上述の通り従来公知の物理蒸着法であればいずれの条件のものも採用することができる。そして、物理蒸着層に含まれる超多層構造層または変調構造層は、上記で説明した製造方法により形成することができる。 Moreover, the physical vapor deposition method employ | adopted in the process of forming a physical vapor deposition layer can employ | adopt any conditions as long as it is a conventionally well-known physical vapor deposition method as above-mentioned. The super multi-layer structure layer or modulation structure layer included in the physical vapor deposition layer can be formed by the manufacturing method described above.
なお、上記のような製造方法において、化学蒸着層の形成後に行なわれるボンバード処理および物理蒸着層の形成は、基材上に化学蒸着層を形成した後、これを一旦大気中に取り出した後に行なっても良いし、同一の装置内で連続的に行なっても良い。 In the above manufacturing method, the bombardment process and the physical vapor deposition layer performed after the chemical vapor deposition layer is formed are performed after the chemical vapor deposition layer is formed on the substrate and then taken out into the atmosphere. Alternatively, it may be performed continuously in the same apparatus.
なお、上記のボンバード処理と物理蒸着層の形成は、同一の装置内で連続的に行なうことができるため、極めて製造効率が高いという利点を有する。 Note that the bombardment process and the physical vapor deposition layer can be continuously performed in the same apparatus, and thus have an advantage of extremely high production efficiency.
以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated in detail, this invention is not limited to these.
<実施例1>
1.2質量%のTaC、1.0質量%のTiC、7.1質量%のCoおよび残部WCからなる組成(ただし不可避不純物を含む)の超硬合金粉末をプレスし、続けて真空雰囲気中で1440℃、1時間焼結し、その後平面研削処理および刃先稜線に対してSiCブラシによる刃先処理(すくい面側から見て0.06mm幅のホーニングを施す)を行なうことにより、JIS B4120(1998改)規定の切削チップCNMA120404と同形状の超硬合金製チップを作製し、これを基材とした。この基材は、表面に脱β層が13.5μm形成されていた。
<Example 1>
Pressing cemented carbide powder of 1.2 wt% TaC, 1.0 wt% TiC, 7.1 wt% Co and the balance WC (including inevitable impurities), followed by vacuum JIS B4120 (1998) by sintering at 1440 ° C. for 1 hour, followed by surface grinding and edge treatment with a SiC brush (honing 0.06 mm width as viewed from the rake face side). (Revision) A chip made of cemented carbide having the same shape as the prescribed cutting chip CNMA120404 was produced and used as a base material. This substrate had a 13.5 μm deβ layer formed on the surface.
次いで、この基材を複数準備し、個々の基材上に以下の表1に記載した化学蒸着層を形成し、その上に以下の表2または表3に記載した物理蒸着層を形成した(たとえばNo.101の表面被覆切削工具は基材上に表1の化学蒸着層を形成し、次いでボンバード処理を施した後、表2の物理蒸着層を形成したことを示している)。具体的な形成方法は以下の通りである。 Next, a plurality of the substrates were prepared, the chemical vapor deposition layers described in Table 1 below were formed on the individual substrates, and the physical vapor deposition layers described in Table 2 or Table 3 below were formed thereon ( For example, the surface-coated cutting tool of No. 101 shows that the chemical vapor deposition layer shown in Table 1 was formed on the substrate, and then the physical vapor deposition layer shown in Table 2 was formed after bombarding. A specific forming method is as follows.
すなわち、上記各々の基材上に化学蒸着法により以下の表1に記載した1層以上の化学蒸着層を形成した(各層を形成する具体的条件は表6に記載されており、表1記載の積層構成に応じて各条件を逐次採用して形成した)。次いで、このようにして形成された化学蒸着層の最表面に対して以下の表1に記載したボンバード処理(各ボンバード処理の種類に応じた具体的条件は表7に記載)を行なうことにより、この化学蒸着層の少なくとも1層に圧縮残留応力を付与した。続いて、このようにボンバード処理を行なった化学蒸着層上に物理蒸着法であるアーク式イオンプレーティング法またはアンバランストマグネトロンスパッタリング法(各層を形成する具体的条件は表8〜表12に記載されており(表中「アーク蒸発源」との記載がされているものはアーク式イオンプレーティング法により形成したことを示し、「スパッタ蒸発源」との記載がされているものはアンバランストマグネトロンスパッタリング法により形成したことを示す)、表2または表3記載の積層構成に応じて各条件を逐次採用して形成した)により以下の表2または表3に記載した1層以上の物理蒸着層を形成することにより表面被覆切削工具を製造した。なお、上記の処理は、全て1つの成膜装置内で連続して行なった(図2参照)。すなわち、図2に示すように成膜装置10は、基材1を支持する基材テーブル11と、複数のヒーター12と、第1蒸発源13と、第2蒸発源14と、第3蒸発源15と、ガス導入口16とを備える。第3蒸発源15は、使用する場合と使用しない場合とがある。
That is, one or more chemical vapor deposition layers described in Table 1 below were formed on each of the above substrates by chemical vapor deposition (specific conditions for forming each layer are described in Table 6; Table 1 Each condition was sequentially adopted according to the laminated structure. Next, by performing the bombardment process described in Table 1 below on the outermost surface of the chemical vapor deposition layer formed in this way (specific conditions according to the type of each bombardment process are described in Table 7), A compressive residual stress was applied to at least one of the chemical vapor deposition layers. Subsequently, an arc-type ion plating method or an unbalanced magnetron sputtering method, which is a physical vapor deposition method, is applied to the chemical vapor deposition layer thus subjected to the bombarding process (specific conditions for forming each layer are described in Tables 8 to 12). (In the table, what is described as “arc evaporation source” indicates that it was formed by the arc ion plating method, and what is described as “sputter evaporation source” is unbalanced. 1) showing one or more physical vapor depositions described in Table 2 or Table 3 below according to the laminated structure shown in Table 2 or Table 3). A surface-coated cutting tool was produced by forming a layer. Note that all the above processes were performed continuously in one film forming apparatus (see FIG. 2). That is, as shown in FIG. 2, the
なお、比較用として、表4に記載した構成の表面被覆切削工具も製造した。
すなわち、以下の表1〜表3のNo.101〜110は本発明の実施例の表面被覆切削工具であり、表4のNo.111〜117は比較例の表面被覆切削工具である。本発明の実施例の表面被覆切削工具は、基材と、該基材上に形成された被覆層とを備えるものであって、該被覆層は、化学蒸着法により形成される1層以上の化学蒸着層と、その化学蒸着層上に物理蒸着法により形成される1層以上の物理蒸着層とを含み、該物理蒸着層は、超多層構造層または変調構造層を含み、化学蒸着層の少なくとも1層(化学蒸着アルミナ層)は圧縮残留応力を有するものであった。
For comparison, a surface-coated cutting tool having the configuration described in Table 4 was also manufactured.
That is, No. 1 in Tables 1 to 3 below. Nos. 101 to 110 are surface-coated cutting tools according to examples of the present invention. Reference numerals 111 to 117 denote surface-coated cutting tools of comparative examples. A surface-coated cutting tool according to an embodiment of the present invention includes a substrate and a coating layer formed on the substrate, and the coating layer includes one or more layers formed by a chemical vapor deposition method. A chemical vapor deposition layer and one or more physical vapor deposition layers formed by physical vapor deposition on the chemical vapor deposition layer, the physical vapor deposition layer comprising a super multi-layer structure layer or a modulation structure layer, At least one layer (chemical vapor deposition alumina layer) had compressive residual stress.
また、No.111の比較例の表面被覆切削工具は、No.101の実施例の表面被覆切削工具の化学蒸着層と同構成の化学蒸着層を有し、同様に、比較例No.112、113、114、115、116、117の表面被覆切削工具は、それぞれ実施例No.104、105、106、107、109、110の表面被覆切削工具の化学蒸着層と同構成の化学蒸着層を有していた。 No. The surface-coated cutting tool of Comparative Example 111 is No. 101 has a chemical vapor deposition layer having the same configuration as the chemical vapor deposition layer of the surface-coated cutting tool of Example 101. Similarly, Comparative Example No. The surface-coated cutting tools 112, 113, 114, 115, 116, and 117 are each of Example No. It had the chemical vapor deposition layer of the same structure as the chemical vapor deposition layer of the surface coating cutting tool of 104, 105, 106, 107, 109, 110.
下記表1および表4中、化学蒸着層の欄の化学式は化学蒸着層を構成する各層の組成を示し、同欄の数値は「厚み(μm)」(α−Al2O3またはκ−Al2O3で表される層(すなわち化学蒸着アルミナ層)については「残留応力(GPa)/厚み(μm)」)を示す(残留応力のマイナスの数値は圧縮残留応力であることを示し、プラスの数値(マイナスの表記のないもの)は引張残留応力であること示す)。なお、化学式で示される各層は、左側のもの(2段以上のものは上段の左側のもの)から順に基材上に形成したことを示し、「MT−TiCN」とはTiCNからなる層を上記のMT−CVD法により形成したことを示し、「HT−TiCN」とはTiCNからなる層を上記のHT−CVD法により形成したことを示す(単に「TiCN」と記載されている層はMT−CVD法により形成したことを示す)。また、α−Al2O3およびκ−Al2O3(αは結晶構造がα型であることを示し、κは結晶構造がκ型であることを示す)はそれらを主体とする化学蒸着アルミナ層であることを示す。なお、残留応力は、表面被覆切削工具を製造後において上記の方法(sin2ψ法)によって測定した。 In Tables 1 and 4 below, the chemical formula in the column of the chemical vapor deposition layer indicates the composition of each layer constituting the chemical vapor deposition layer, and the numerical value in the column is “thickness (μm)” (α-Al 2 O 3 or κ-Al For the layer represented by 2 O 3 (that is, chemical vapor deposition alumina layer), “residual stress (GPa) / thickness (μm)”) is shown (a negative value of the residual stress indicates a compressive residual stress, plus The value of (no negative sign) indicates tensile residual stress). In addition, it shows that each layer shown by the chemical formula was formed on the base material in order from the left one (two or more layers are those on the left side of the upper stage), and “MT-TiCN” is a layer made of TiCN above “HT-TiCN” indicates that a layer made of TiCN was formed by the above-described HT-CVD method (a layer described simply as “TiCN” is MT-CVD). It shows that it was formed by the CVD method). In addition, α-Al 2 O 3 and κ-Al 2 O 3 (α indicates that the crystal structure is α-type and κ indicates that the crystal structure is κ-type) are chemical vapor deposition mainly composed of them. Indicates an alumina layer. The residual stress was measured by the above method (sin 2 ψ method) after manufacturing the surface-coated cutting tool.
また、下記表1中、ボンバード処理の欄は、ボンバード処理の種類を示す(時間はボンバード処理を実施した時間を示し、TiボンバードとはTi(チタン)によるメタルボンバードを示し、ガスボンバードはアルゴンガスを用いたことを示し、これらの具体的条件は表7に示されている)。 In Table 1 below, the column of bombard treatment indicates the type of bombard treatment (time indicates the time when bombard treatment was performed, Ti bombard indicates metal bombardment by Ti (titanium), and gas bombard is argon gas. These specific conditions are shown in Table 7).
また、下記表2中、No.101〜105において、各超多層構造層を構成する2種の単位層はそれぞれ同じ厚みを有しているが、本発明において各単位層間の厚みは必ずしも同じものだけに限られるものではなく、厚みが異なっていても本発明の効果は示される。 In Table 2 below, No. In 101 to 105, the two types of unit layers constituting each super multi-layer structure layer have the same thickness. However, in the present invention, the thickness between each unit layer is not necessarily limited to the same one. Even if they are different, the effect of the present invention is shown.
また、下記表3中、No.106の物理蒸着層である変調構造層を上記の図1を用いて説明すると次の通りである。すなわち、変調構造層の厚み方向の任意の地点Xにおいて仮にTi/Al(原子比)が1.15(すなわち状態A)であるとすると、地点YにおいてTi/Alは0.85(すなわち状態B)となり、また地点ZにおいてTi/Alは1.15(すなわち状態A)となる。この場合、地点Xと地点Zの距離が25nmであり、これが周期となる。そして、このような状態A−B−Aの変化が繰り返されて変調構造層の厚みが1.8μmになることを示している。 In Table 3 below, No. The modulation structure layer 106, which is a physical vapor deposition layer, will be described with reference to FIG. That is, if Ti / Al (atomic ratio) is 1.15 (ie, state A) at an arbitrary point X in the thickness direction of the modulation structure layer, Ti / Al is 0.85 (ie, state B) at point Y. In addition, at the point Z, Ti / Al becomes 1.15 (that is, state A). In this case, the distance between the point X and the point Z is 25 nm, which is a cycle. This indicates that the change in the state A-B-A is repeated and the thickness of the modulation structure layer becomes 1.8 μm.
また、下記表4中、空欄(「−」)は該当する処理および層が実施/形成されなかったことを示す。 In Table 4 below, a blank (“-”) indicates that the corresponding treatment and layer were not implemented / formed.
そして、上記で得られた表面被覆切削工具について、下記条件で耐摩耗性試験を行なうことにより逃げ面平均摩耗幅(VB)を測定した。その結果を以下の表5に示す。なお、逃げ面平均摩耗幅(VB)は、小さい数値のもの程、耐摩耗性に優れていることを示す。 The surface-coated cutting tool obtained above was subjected to an abrasion resistance test under the following conditions to measure the flank average wear width (V B ). The results are shown in Table 5 below. The flank average wear width (V B ) indicates that the smaller the value, the better the wear resistance.
<耐摩耗性試験の条件>
使用ホルダ:PCLNR2525−43(住友電工ハードメタル社製)
被削材:SCM435(HB=246)丸棒
切削速度:273m/min.
送り:0.25mm/rev.
切込み:2mm
湿式/乾式:湿式(水溶性油)
切削時間:6分
表5より明らかなように、本発明の実施例の表面被覆切削工具は、比較例の表面被覆切削工具に比し、耐摩耗性が高度に向上したものであることは明らかである。
<Conditions for wear resistance test>
Holder used: PCLNR2525-43 (Sumitomo Electric Hardmetal)
Work material: SCM435 (HB = 246) round bar Cutting speed: 273 m / min.
Feed: 0.25mm / rev.
Cutting depth: 2mm
Wet / dry: wet (water-soluble oil)
Cutting time: 6 minutes As is clear from Table 5, it is clear that the surface-coated cutting tool of the example of the present invention has a highly improved wear resistance as compared with the surface-coated cutting tool of the comparative example. It is.
なお、本実施例の表面被覆切削工具の基材は、チップブレーカを有するものではないが、チップブレーカを有するものについても本発明の効果は発揮される。また、本実施例は、切削チップとしてネガチップを用いて旋削を行なった事例を示すものであるが、ポジチップでの旋削や、ネガチップまたはポジチップによるフライスの事例においても本発明の効果は発揮される。また、本実施例の基材は、脱β層が形成されているが、脱β層が形成されていなくても本発明の効果は発揮される。 In addition, although the base material of the surface coating cutting tool of a present Example does not have a chip breaker, the effect of this invention is exhibited also about what has a chip breaker. In addition, the present embodiment shows an example of turning using a negative tip as a cutting tip, but the effect of the present invention is also exhibited in the case of turning with a positive tip or milling with a negative tip or a positive tip. Moreover, although the de-β layer is formed on the base material of this example, the effect of the present invention is exhibited even if the de-β layer is not formed.
以上のように本発明の実施の形態および実施例について説明を行なったが、上述の各実施の形態および実施例の構成を適宜組み合わせることも当初から予定している。 Although the embodiments and examples of the present invention have been described as described above, it is also planned from the beginning to appropriately combine the configurations of the above-described embodiments and examples.
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説明ではなくて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。 It should be understood that the embodiments and examples disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1 基材、10 成膜装置、11 基材テーブル、12 ヒーター、13 第1蒸発源、14 第2蒸発源、15 第3蒸発源、16 ガス導入口。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Base material, 10 Film-forming apparatus, 11 Base material table, 12 Heater, 13 1st evaporation source, 14 2nd evaporation source, 15 3rd evaporation source, 16 Gas inlet.
Claims (7)
前記被覆層は、化学蒸着法により形成される1層以上の化学蒸着層と、その化学蒸着層上に物理蒸着法により形成される1層以上の物理蒸着層とを含み、
前記物理蒸着層は、超多層構造層または変調構造層を含み、
前記超多層構造層は、周期律表のIVa族元素、Va族元素、VIa族元素、Al、およびSiからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素と、炭素、窒素、酸素、および硼素からなる群より選ばれる少なくとも1種の元素とからなる化合物によって構成される2種以上の単位層が、各々0.2nm以上20nm以下の厚みで周期的に繰り返して積層された構造を有し、
前記変調構造層は、周期律表のIVa族元素、Va族元素、VIa族元素、Al、およびSiからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素と、炭素、窒素、酸素、および硼素からなる群より選ばれる少なくとも1種の元素とからなる化合物によって構成され、その化合物の組成または組成比が厚み方向において0.2nm以上40nm以下の周期で変化する構造を有する表面被覆切削工具。 A surface-coated cutting tool comprising a substrate and a coating layer formed on the substrate,
The coating layer includes one or more chemical vapor deposition layers formed by chemical vapor deposition, and one or more physical vapor deposition layers formed by physical vapor deposition on the chemical vapor deposition layer,
The physical vapor deposition layer includes a super multi-layer structure layer or a modulation structure layer,
The super multi-layer structure layer includes at least one element selected from the group consisting of group IVa elements, group Va elements, group VIa elements, Al, and Si in the periodic table, and carbon, nitrogen, oxygen, and boron. Two or more types of unit layers composed of a compound composed of at least one element selected from the group have a structure in which each layer is periodically and repeatedly laminated with a thickness of 0.2 nm or more and 20 nm or less,
The modulation structure layer includes at least one element selected from the group consisting of group IVa element, group Va element, group VIa element, Al, and Si in the periodic table, and a group consisting of carbon, nitrogen, oxygen, and boron. A surface-coated cutting tool comprising a compound composed of at least one element selected from the above, and having a structure in which the composition or composition ratio of the compound changes in a cycle of 0.2 nm to 40 nm in the thickness direction.
前記硬質層は、周期律表のIVa族元素、Va族元素、VIa族元素、Al、およびSiからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素によって構成されるか、または該元素の少なくとも1種と、炭素、窒素、酸素、および硼素からなる群より選ばれる少なくとも1種の元素とからなる化合物によって構成される請求項1または2に記載の表面被覆切削工具。 The physical vapor deposition layer includes one or more hard layers in addition to the super multi-layer structure layer or the modulation structure layer,
The hard layer is composed of at least one element selected from the group consisting of group IVa elements, group Va elements, group VIa elements, Al, and Si in the periodic table, or at least one of the elements and The surface-coated cutting tool according to claim 1 or 2, comprising a compound comprising at least one element selected from the group consisting of carbon, nitrogen, oxygen, and boron.
前記基材上に化学蒸着法により1層以上の前記化学蒸着層を形成する工程と、
前記化学蒸着層の最表面に対してボンバード処理を行なうとともに物理蒸着法により1層以上の前記物理蒸着層を形成することにより前記化学蒸着層の少なくとも1層に圧縮残留応力を付与する工程と、を含む表面被覆切削工具の製造方法。 A substrate and a coating layer formed on the substrate, wherein the coating layer is formed by one or more chemical vapor deposition layers formed by a chemical vapor deposition method and a physical vapor deposition method on the chemical vapor deposition layer One or more physical vapor deposition layers, wherein the physical vapor deposition layer is a method for producing a surface-coated cutting tool comprising a super multi-layer structure layer or a modulation structure layer,
Forming one or more chemical vapor deposition layers on the substrate by chemical vapor deposition;
Applying a compressive residual stress to at least one of the chemical vapor deposition layers by performing bombarding on the outermost surface of the chemical vapor deposition layer and forming one or more physical vapor deposition layers by physical vapor deposition; A method for manufacturing a surface-coated cutting tool comprising:
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