JP2009148856A - Surface coated cutting tool - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明の目的は、クレーター摩耗を低減するとともに高度な耐摩耗性を付与することができる被膜を備えた表面被覆切削工具を提供することにある。
【解決手段】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膜とを備え、この被膜は、1層または2層以上からなり、該層のうち少なくとも1層は、化学式Hf1-aZraXb(ただし、a、bはそれぞれ原子比を示し、0<a≦0.55、0.1≦b≦2である。またXは硼素、酸素、炭素および窒素からなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を示す。)で示される第1化合物を含むジルコニウム含有ハフニウム層であり、第1化合物は、X線回折における(111)面のピーク強度Aと(200)面のピーク強度Bとの比B/Aが0≦B/A≦1である結晶構造を有する。
【選択図】なしAn object of the present invention is to provide a surface-coated cutting tool provided with a coating capable of reducing crater wear and imparting high wear resistance.
The surface-coated cutting tool of the present invention comprises a substrate and a coating formed on the substrate, and the coating comprises one layer or two or more layers, and at least one of the layers is Chemical formula Hf 1-a Zr a X b (where a and b represent atomic ratios, respectively, 0 <a ≦ 0.55, 0.1 ≦ b ≦ 2, and X represents boron, oxygen, carbon and A zirconium-containing hafnium layer containing a first compound represented by the following formula: (1) a peak intensity A of (111) plane in X-ray diffraction; 200) has a crystal structure in which the ratio B / A to the peak intensity B of the plane is 0 ≦ B / A ≦ 1.
[Selection figure] None
Description
本発明は、基材と該基材上に形成された被膜とを備える表面被覆切削工具に関する。 The present invention relates to a surface-coated cutting tool comprising a substrate and a coating formed on the substrate.
種々の被削材を切削加工するのに用いられる表面被覆切削工具は、WC基超硬合金、サーメット、高速度鋼等の硬質の基材に対してその表面の耐摩耗性を改善したり表面保護機能を改善したりすることを目的として、TiN、TiCN、TiAlN等の硬質被膜でその表面を被覆することが行なわれてきた。特にTiAlNからなる被膜は優れた耐摩耗性を示すことから、チタンの窒化物、炭化物、炭窒化物等からなる被膜に代わってこのような表面被覆切削工具の被膜として広く用いられている。 Surface-coated cutting tools used to cut various work materials can improve the surface wear resistance of hard substrates such as WC-base cemented carbide, cermet, high-speed steel, etc. For the purpose of improving the protective function, the surface has been coated with a hard coating such as TiN, TiCN, TiAlN or the like. In particular, since a coating made of TiAlN exhibits excellent wear resistance, it is widely used as a coating for such surface-coated cutting tools in place of a coating made of titanium nitride, carbide, carbonitride, or the like.
しかしながら、被削材が多様化していることおよび加工効率を向上させるために高速の切削加工が求められることなどの理由から、従前に比し切削工具の寿命は非常に短くなっている。さらに、最近の切削工具の動向として、地球環境保全の観点から切削油剤を用いない乾式の加工(ドライ加工)が求められる傾向にある。 However, the life of cutting tools is much shorter than before due to the diversification of work materials and the need for high-speed cutting to improve processing efficiency. Furthermore, as a recent trend of cutting tools, there is a tendency that dry processing (dry processing) without using a cutting fluid is required from the viewpoint of global environmental conservation.
このため耐クレーター摩耗などの切削工具に要求される特性はますます高度なものとなっており、表面被覆切削工具の被膜に対しても種々の高度な特性が要求されている。 For this reason, characteristics required for cutting tools such as anti-crater wear are increasingly advanced, and various advanced characteristics are also required for coatings of surface-coated cutting tools.
このような要求に応える試みとして、特許文献1にはTiSiの窒化物、炭化物、炭窒化物、酸窒化物および炭酸素窒化物から選択された1種類の化合物からなる第一の膜とZr、HfおよびZrHfから選択された1種の化合物Mからなる第二の膜とをそれぞれ1層以上備えており、交互に積層させることが提案されている。この技術は高硬度であるが脆いTiSiからなる層と化合物Mからなる層の微細組織が異なることに着目し、積層させることで亀裂の進展を抑制して刃先の欠けを抑制し断続切削において耐摩耗性の向上を図るものである。 As an attempt to meet such a demand, Patent Document 1 discloses a first film made of one compound selected from nitride, carbide, carbonitride, oxynitride and carbonitride of TiSi, Zr, It has been proposed to include one or more second films made of one kind of compound M selected from Hf and ZrHf, and to laminate them alternately. This technology pays attention to the fact that the microstructure of the hard and brittle TiSi layer differs from the layer made of Compound M, and by laminating it, it suppresses crack growth and suppresses chipping of the cutting edge, making it resistant to intermittent cutting. This is intended to improve wear.
しかしながら、上記従来の技術では化合物M自体の機械的特性、切削性能については検討されていない。
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、クレーター摩耗を低減するとともに高度な耐摩耗性を付与することができる被膜を備え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 of the present invention is to provide a surface-coated cutting tool having a coating capable of reducing crater wear and imparting high wear resistance. Is to provide.
本発明は、HfとZrを特定の範囲とすることにより、HfZr自体の硬度が向上することを見出してなされたものである。 The present invention has been made by finding that the hardness of HfZr itself is improved by setting Hf and Zr within a specific range.
すなわち、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膜とを備える表面被覆切削工具であって、この被膜は、1層または2層以上からなり、該層のうち少なくとも1層は、化学式Hf1-aZraXb(ただし、a、bはそれぞれ原子比を示し、aは0<a≦0.55、bは0.1≦b≦2である。またXは硼素、酸素、炭素および窒素からなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を示す。)で示される第1化合物を含むジルコニウム含有ハフニウム層であり、この第1化合物は、X線回折における(111)面のピーク強度Aと(200)面のピーク強度Bとの比B/Aが0≦B/A≦1である結晶構造を有する。 That is, the surface-coated cutting tool of the present invention is a surface-coated cutting tool comprising a substrate and a coating formed on the substrate, and the coating is composed of one layer or two or more layers. Of these, at least one layer has the chemical formula Hf 1-a Zr a X b (where a and b each represent an atomic ratio, where a is 0 <a ≦ 0.55 and b is 0.1 ≦ b ≦ 2. X represents at least one element selected from the group consisting of boron, oxygen, carbon, and nitrogen.) Is a zirconium-containing hafnium layer containing a first compound represented by the following formula: It has a crystal structure in which the ratio B / A between the peak intensity A of the (111) plane and the peak intensity B of the (200) plane is 0 ≦ B / A ≦ 1.
上記化学Hf1-aZraXbにおけるaは、0<a≦0.50であることが好ましい。
上記第1化合物は、その結晶粒径が0.1nm以上200nm以下であることが好ましく、X線回折における(111)面のピーク位置2θ(111)が32°以上34°以下であり、(200)面のピーク位置2θ(200)が39°以上40°以下であることが好ましい。
A in the chemical Hf 1-a Zr a X b is preferably 0 <a ≦ 0.50.
The first compound preferably has a crystal grain size of 0.1 nm or more and 200 nm or less, a peak position 2θ (111) of the (111) plane in X-ray diffraction is 32 ° or more and 34 ° or less, (200 The surface peak position 2θ (200) is preferably 39 ° or more and 40 ° or less.
上記ジルコニウム含有ハフニウム層は、Si、Ti、Nb、Mo、V、TaおよびWからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を含むことが好ましい。 The zirconium-containing hafnium layer preferably contains at least one element selected from the group consisting of Si, Ti, Nb, Mo, V, Ta, and W.
また、上記第1化合物は、Si、Ti、Nb、Mo、V、TaおよびWからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を含むことが好ましい。 The first compound preferably contains at least one element selected from the group consisting of Si, Ti, Nb, Mo, V, Ta, and W.
上記Si、Ti、Nb、Mo、V、TaおよびWからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素が含まれる場合はは、Hfに対して原子比で0.005以上0.3以下の割合であることが好ましい。 When at least one element selected from the group consisting of Si, Ti, Nb, Mo, V, Ta and W is included, the atomic ratio with respect to Hf is 0.005 or more and 0.3 or less. Preferably there is.
上記ジルコニウム含有ハフニウム層は、前記第1化合物を含む第1層と、第2化合物を含む第2層とが交互に1層以上積層されており、この第2化合物は、Si、Cr、Al、Ti、Hf、Ta、NbおよびVからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素と、硼素、酸素、炭素および窒素からなる群から選ばれる少なくとも1種の元素とを含む態様とすることができ、上記第1層および第2層は、その各層厚みが0.5nm以上200nm以下であることが好ましい。 The zirconium-containing hafnium layer is formed by alternately laminating one or more first layers including the first compound and second layers including the second compound, and the second compound includes Si, Cr, Al, It can be an embodiment containing at least one element selected from the group consisting of Ti, Hf, Ta, Nb and V and at least one element selected from the group consisting of boron, oxygen, carbon and nitrogen, Each of the first layer and the second layer preferably has a thickness of 0.5 nm to 200 nm.
また、上記被膜は、下地層を含み、この下地層は上記基材上に形成され、その上に上記ジルコニウム含有ハフニウム層が形成されることが好ましく、上記下地層はTiと、硼素、酸素、炭素および窒素からなる群の少なくとも1種の元素とを含む第3化合物を含むことが好ましい。 The coating includes an underlayer, and the underlayer is preferably formed on the base material, and the zirconium-containing hafnium layer is preferably formed thereon, and the underlayer is formed of Ti, boron, oxygen, It is preferable to include a third compound containing at least one element of the group consisting of carbon and nitrogen.
上記ジルコニウム含有ハフニウム層は、0.3μm以上10μm以下の厚みとすることが好ましい。 The zirconium-containing hafnium layer preferably has a thickness of 0.3 μm or more and 10 μm or less.
上記特定の組成を有するHfとZrを含む化合物からなる層であって、特定の結晶構造を有する層を切削工具の被膜に含むことで、上記特許文献1のようにTiSiの窒化物等からなる膜と、Zr、HfおよびZrHfのいずれかからなる膜とを交互に積層した構造としなくとも、優れた耐摩耗性を付与することができる。特に、本発明における特定の組成および結晶構造を有するHfZrNでは切削時における逃げ面摩耗だけでなく、クレーター摩耗の抑制効果があり、さらに寿命を延すことができる。 A layer made of a compound containing Hf and Zr having the above-mentioned specific composition, and including a layer having a specific crystal structure in the coating of the cutting tool, is made of TiSi nitride as in Patent Document 1 above. Even if the film and the film made of any one of Zr, Hf, and ZrHf are not alternately stacked, excellent wear resistance can be imparted. In particular, HfZrN having a specific composition and crystal structure in the present invention has an effect of suppressing crater wear as well as flank wear during cutting, and can further extend the life.
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膜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、フライス加工用または旋削加工用刃先交換型切削チップ、メタルソー、歯切工具、リーマ、タップ、またはクランクシャフトのピンミーリング加工用チップとして極めて有効に用いることができる。そして、本発明の被覆切削工具は、Ti合金加工用またはインコネル合金等の耐熱合金加工用のドリル、エンドミル、フライス加工用または旋削加工用刃先交換型切削チップ、メタルソー、歯切工具、リーマ、タップ等として特に有効に用いることができる。
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 film formed on the base material. The surface-coated cutting tool of the present invention having such a configuration is, for example, a drill, end mill, milling or turning cutting edge exchangeable cutting tip, metal saw, gear cutting tool, reamer, tap, or pin shaft milling of a crankshaft. It can be used very effectively as an industrial chip. The coated cutting tool of the present invention is a drill for cutting a Ti alloy or a heat resistant alloy such as an Inconel alloy, an end mill, a milling or turning cutting edge replacement cutting tip, metal saw, gear cutting tool, reamer, tap. Etc., can be used particularly effectively.
<基材>
本発明の表面被覆切削工具の基材としては、このような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、WCの他、Coを含み、あるいはさらにTi、Ta、Nb等の炭窒化物等を添加したものも含む)、サーメット(TiC、TiN、TiCN等を主成分とするもの)、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等を基材の例として挙げることができる。このような基材として超硬合金を使用する場合、超硬合金は組織中に遊離炭素やη相と呼ばれる異常相を含んでいても本発明の効果は示される。
<Base material>
As the base material of the surface-coated cutting tool of the present invention, a conventionally known material known as such a cutting tool base material can be used without particular limitation. For example, cemented carbide (for example, WC base cemented carbide, including WC, including Co, or further including carbonitride such as Ti, Ta, Nb, etc.), cermet (TiC, TiN, TiCN, etc.) High-speed steel, ceramics (titanium carbide, silicon carbide, silicon nitride, aluminum nitride, aluminum oxide, and mixtures thereof), cubic boron nitride sintered body, diamond sintered body Etc. can be mentioned as examples of the substrate. When a cemented carbide is used as such a substrate, the effect of the present invention is exhibited even if the cemented carbide contains an abnormal phase called free carbon or η phase in the structure.
なお、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層がされていたり、サーメットの場合には表面硬化層が形成されていたりしてもよく、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。 In addition, these base materials may have a modified surface. For example, in the case of cemented carbide, a de-β layer may be formed on the surface, or in the case of cermet, a surface hardened layer may be formed. Even if the surface is modified in this way, the present invention The effect of is shown.
<被膜>
本発明の表面被覆切削工具の上記基材上に形成される被膜は、1層または2層以上からなる。そして、それらの層のうち少なくとも1の層は、以下で詳述する第1化合物を含むジルコニウム含有ハフニウム層である。本発明における被膜は、このジルコニウム含有ハフニウム層を含む限り、さらに他の層を含んでいても差し支えない。なお、本発明における被膜は、基材上の全面を被覆するもののみに限定されるものではなく、部分的に被膜が形成されている場合も含み得る。
<Coating>
The film formed on the base material of the surface-coated cutting tool of the present invention comprises one layer or two or more layers. And at least 1 layer of those layers is a zirconium containing hafnium layer containing the 1st compound explained in full detail below. The coating in the present invention may further contain other layers as long as the zirconium-containing hafnium layer is included. In addition, the film in this invention is not limited only to what coat | covers the whole surface on a base material, The case where the film is partially formed may also be included.
このような被膜の合計厚み(2層以上の層が形成される場合はその総膜厚)は、0.3μm以上15μm以下とすることが好ましく、より好ましくはその上限が10μm以下、さらに好ましくは5μm以下、その下限が0.5μm以上、さらに好ましくは1μm以上である。その厚みが0.3μm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場合があり、15μmを超えると残留応力が大きくなり、基材との密着力が低下する場合がある。なお、膜厚の測定は、切削工具を切断し、その断面をSEM(走査型電子顕微鏡)を用いた観察によることができる。 The total thickness of these films (when two or more layers are formed, the total film thickness) is preferably 0.3 μm or more and 15 μm or less, more preferably the upper limit is 10 μm or less, and still more preferably 5 μm or less, and the lower limit is 0.5 μm or more, more preferably 1 μm or more. If the thickness is less than 0.3 μm, the effect of improving various properties such as wear resistance may not be sufficiently exhibited. If the thickness exceeds 15 μm, the residual stress increases and the adhesion to the substrate may decrease. is there. The film thickness can be measured by cutting a cutting tool and observing the cross section using an SEM (scanning electron microscope).
<ジルコニウム含有ハフニウム層>
本発明におけるジルコニウム含有ハフニウム層は、化学式Hf1-aZraXb(ただし、a、bはそれぞれ原子比を示し、aは0<a≦0.55、bは0.1≦b≦2である。またXは硼素、酸素、炭素および窒素からなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を示す。)で示される第1化合物を含むものである。このような第1化合物はZrを含まない構造の化合物に対して高硬度を示す。これは、恐らく第1化合物の結晶格子中において、ZrがNaCl型立方晶であるHfN結晶構造の特定部位のHfに対して侵入型または置換型として混在することにより結晶格子が歪むとともに、結晶粒自体が微細化するためではないかと推測される。
<Zirconium-containing hafnium layer>
In the present invention, the zirconium-containing hafnium layer has the chemical formula Hf 1-a Zr a X b (where a and b each represent an atomic ratio, a is 0 <a ≦ 0.55, and b is 0.1 ≦ b ≦ 2). X represents at least one element selected from the group consisting of boron, oxygen, carbon, and nitrogen. Such a first compound exhibits high hardness with respect to a compound having a structure not containing Zr. This is probably because, in the crystal lattice of the first compound, Zr is mixed as an interstitial type or a substitution type with respect to Hf at a specific portion of the HfN crystal structure in which the NaCl type cubic crystal is present. It is speculated that it may be due to miniaturization.
本発明におけるジルコニウム含有ハフニウム層は、不可避不純物を除き第1化合物のみによって構成することができる。しかし、後述のような他の成分(元素)を含むことができるとともに、同じく後述のような第1化合物を含む層と他の化合物を含む層が積層されて形成されたものであってもよい。 The zirconium-containing hafnium layer in the present invention can be composed of only the first compound except for inevitable impurities. However, it may contain other components (elements) as described later, and may be formed by laminating a layer containing a first compound and a layer containing another compound as described later. .
なお、このようなジルコニウム含有ハフニウム層は、第1化合物とともに、その第1化合物に起因する(第1化合物の形成時に同時に形成されたり、その形成後に経時的に形成される)副次的化合物を含んでいても差し支えない。そのような副次的化合物は第1化合物に対し少量含まれるものであり、たとえばHfと上記化学式中のXとからなる化合物や、Zrと上記化学式中のXとからなる化合物が上げられる他、Hf単体やZr単体も挙げることができる。 In addition, such a zirconium-containing hafnium layer includes a secondary compound (formed simultaneously with the formation of the first compound or formed over time after the formation of the first compound) together with the first compound. It can be included. Such a secondary compound is contained in a small amount with respect to the first compound, for example, a compound composed of Hf and X in the above chemical formula, a compound composed of Zr and X in the above chemical formula, and the like. Hf simple substance and Zr simple substance can also be mentioned.
<第1化合物>
上記ジルコニウム含有ハフニウム層に含まれる第1化合物は、化学式Hf1-aZraXb(ただし、a、bはそれぞれ原子比を示し、aは0<a≦0.55、bは0.1≦b≦2である。またXは硼素、酸素、炭素および窒素からなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を示す。)で示される化合物である。上記化学式中、原子比aは、好ましくは0<a≦0.50であり、その下限が0.005、さらに好ましくは0.01である。この原子比aが0.55を超えるとクレーター摩耗の低減効果が劣るとともに優れた耐摩耗性が示されなくなる。
<First compound>
The first compound contained in the zirconium-containing hafnium layer has the chemical formula Hf 1 -a Zr a X b (where a and b each represent an atomic ratio, where a is 0 <a ≦ 0.55 and b is 0.1 ≦ b ≦ 2, and X represents a compound represented by at least one element selected from the group consisting of boron, oxygen, carbon, and nitrogen. In the above chemical formula, the atomic ratio a is preferably 0 <a ≦ 0.50, and the lower limit is 0.005, more preferably 0.01. When the atomic ratio a exceeds 0.55, the effect of reducing crater wear is inferior and excellent wear resistance is not exhibited.
なお、上記化学式中、Xは硼素、酸素、炭素および窒素からなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を示す。すなわち、Xはこれらの元素が各単独で構成されてもよいし、2種以上の元素が組み合わされていても問題ない。2種以上の元素が組み合わされて構成されている場合、各元素の原子比は特に限定されるものではないが、窒素が含まれる場合はこれらの構成元素に占める(すなわち上記化学式中のbに対する)窒素の原子比を50%以上とすることが好適である。 In the above chemical formula, X represents at least one element selected from the group consisting of boron, oxygen, carbon, and nitrogen. That is, X may be composed of these elements alone or in combination of two or more elements. In the case where two or more elements are combined, the atomic ratio of each element is not particularly limited. However, when nitrogen is included, these elements occupy these constituent elements (that is, with respect to b in the above chemical formula). It is preferable that the atomic ratio of nitrogen is 50% or more.
また、原子比bは0.1≦b≦2である限り特に限定されないが、より好ましくは0.4≦b≦1.8である。bが0.1未満の場合には耐摩耗性が低下するため好ましくない。また、bが2を超えると、やはり耐摩耗性が低下するため好ましくない。なお、上記のようにXが2種以上の元素で構成される場合には、原子比bはそれらの元素の合計量を示すものとする。 Further, the atomic ratio b is not particularly limited as long as 0.1 ≦ b ≦ 2, but more preferably 0.4 ≦ b ≦ 1.8. When b is less than 0.1, the wear resistance is lowered, which is not preferable. On the other hand, if b exceeds 2, the wear resistance is lowered, which is not preferable. In addition, when X is comprised with 2 or more types of elements as mentioned above, the atomic ratio b shall show the total amount of those elements.
<第1化合物の結晶構造>
上記第1化合物は、X線回折における(111)面ピーク強度Aと(200)面ピーク強度Bとの比(B/A)が0≦B/A≦1となる結晶構造を有することを特徴とする。すなわち、このように規定される結晶構造は、本発明における第1化合物の配向性が(200)優先配向ではなく(111)優先配向であることを示している。上記比B/Aは、より好ましくはその上限が0.8、さらに好ましくは0.5であり、その下限は0となるのが理想である。
<Crystal structure of the first compound>
The first compound has a crystal structure in which a ratio (B / A) of (111) plane peak intensity A to (200) plane peak intensity B in X-ray diffraction satisfies 0 ≦ B / A ≦ 1. And That is, the crystal structure defined in this way indicates that the orientation of the first compound in the present invention is not (200) preferred orientation but (111) preferred orientation. The upper limit of the ratio B / A is more preferably 0.8, still more preferably 0.5, and the lower limit is ideally 0.
このように第1化合物の結晶構造が(111)優先配向を示すことにより、極めて高い耐摩耗性を発揮することができる。本発明では、(111)優先配向が(200)優先配向の場合と比較して極めて高い潤滑性を有していることを見出しており、それによって切削時の耐摩耗性が向上していると考えられる。 Thus, when the crystal structure of the first compound exhibits (111) preferential orientation, extremely high wear resistance can be exhibited. In the present invention, it has been found that the (111) preferential orientation has extremely high lubricity compared to the case of the (200) preferential orientation, thereby improving the wear resistance during cutting. Conceivable.
また、本発明の第1化合物は、X線回折における(111)面のピーク位置2θ(111)が32°以上34°以下であり、(200)面のピーク位置2θ(200)が39°以上40°以下である結晶構造を有することが好ましい。より好ましくは(111)面のピーク位置2θ(111)が33.5°以上34°以下であり、(200)面のピーク位置2θ(200)が39°以上39.5°以下である。このようなX線回折は、θ−2θ法によることが好ましい。 In the first compound of the present invention, the peak position 2θ (111) of the (111) plane in X-ray diffraction is 32 ° or more and 34 ° or less, and the peak position 2θ (200) of the (200) plane is 39 ° or more. It preferably has a crystal structure of 40 ° or less. More preferably, the peak position 2θ (111) of the (111) plane is 33.5 ° or more and 34 ° or less, and the peak position 2θ (200) of the (200) plane is 39 ° or more and 39.5 ° or less. Such X-ray diffraction is preferably based on the θ-2θ method.
HfNの(111)面のピーク位置2θ(111)は一般的に34.302°であることが知られており、(200)面のピーク位置2θ(200)は一般的に39.817°であることが知られている。したがって、上記のようなピーク位置で規定される本発明における第1化合物の結晶構造は、(111)面および(200)面においてピーク位置が明らかに低角度側に存在していることを示している。これは、恐らく第1化合物の結晶格子中において、Zrが特定部位のHfに対して侵入型または置換型として存在しているためではないかと推測される。 It is known that the peak position 2θ (111) of the (111) plane of HfN is generally 34.302 °, and the peak position 2θ (200) of the (200) plane is generally 39.817 °. It is known that there is. Therefore, the crystal structure of the first compound in the present invention defined by the peak position as described above shows that the peak position clearly exists on the low angle side in the (111) plane and the (200) plane. Yes. This is presumably because Zr exists as an interstitial or substituted type for Hf at a specific site in the crystal lattice of the first compound.
このように第1化合物の結晶構造において、(111)面および(200)面のピーク位置がHfN、ZrN単体でのピーク位置よりも低角度に存在していることから、結晶構造中に大きな歪みが存在しているものと考えられる。そして、この歪みによって、被膜の硬度および靱性という機械的特性が向上し、これらの相乗作用により切削性能が飛躍的に向上するものと考えられる。 Thus, in the crystal structure of the first compound, since the peak positions of the (111) plane and the (200) plane exist at a lower angle than the peak positions of HfN and ZrN alone, a large distortion occurs in the crystal structure. Is considered to exist. This strain is considered to improve the mechanical properties of the coating, such as hardness and toughness, and the synergistic action of these increases the cutting performance.
さらに、本発明における第1化合物は、その結晶粒径が0.1nm以上200nm以下であることが好ましく、より好ましくはその上限が100nm、さらに好ましくはその上限が60nmである。また、その下限が10mであることがより好ましく、その下限が20nmであることがさらに好ましい。上記結晶粒径が0.1nm未満になると結晶性が十分ではなく、アモルファス状態のものと区別できなくなり、200nmを超えると切削性能が低下することがある。 Furthermore, the first compound in the present invention preferably has a crystal grain size of 0.1 nm to 200 nm, more preferably the upper limit is 100 nm, and still more preferably the upper limit is 60 nm. The lower limit is more preferably 10 m, and the lower limit is further preferably 20 nm. If the crystal grain size is less than 0.1 nm, the crystallinity is not sufficient and cannot be distinguished from the amorphous state, and if it exceeds 200 nm, the cutting performance may deteriorate.
このように本発明における第1化合物の結晶粒径は、上記に示した範囲のように微小であることが好ましく、小さくなればなるほど膜組織の緻密化が促進され靱性が向上したものとなり切削性能が向上したものとなる。したがって、その結晶粒径は小さくなればなるほど好ましいが、上記のように0.1nm未満になると結晶状態を維持できなくなりアモルファス状態となってしまうため、かえって切削性能が低下することになる。 As described above, the crystal grain size of the first compound in the present invention is preferably minute as in the range shown above, and the smaller the size, the more dense the membrane structure is promoted and the toughness is improved. Will be improved. Therefore, the smaller the crystal grain size, the better. However, if the crystal grain size is less than 0.1 nm as described above, the crystal state cannot be maintained and an amorphous state is obtained, so that the cutting performance is degraded.
なお、このような結晶粒径は、X線回折における(111)面に起因するピークの半価幅から求めることのできる平均値をいう。 In addition, such a crystal grain diameter means the average value which can be calculated | required from the half value width of the peak resulting from the (111) plane in X-ray diffraction.
<ジルコニウム含有ハフニウム層に含まれる他の成分>
本発明におけるジルコニウム含有ハフニウム層は、Si、Ti、Nb、Mo、V、TaおよびWからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を含むことができる。Si、Ti、Nb、Taを含有することにより高硬度化し、耐摩耗性が向上する。また、Moを添加することにより耐酸化性が向上し、クレーター摩耗をさらに低減することができる。また、V、Wを含有することにより硬度と耐酸化性の両者が向上し、耐摩耗性の向上およびクレーター摩耗の低減を達成することができる。
<Other components contained in the zirconium-containing hafnium layer>
The zirconium-containing hafnium layer in the present invention can contain at least one element selected from the group consisting of Si, Ti, Nb, Mo, V, Ta, and W. By containing Si, Ti, Nb, Ta, the hardness is increased and the wear resistance is improved. Moreover, by adding Mo, oxidation resistance can be improved and crater wear can be further reduced. Further, by containing V and W, both hardness and oxidation resistance are improved, and improvement of wear resistance and reduction of crater wear can be achieved.
本発明におけるジルコニウム含有ハフニウム層がSi、Ti、Nb、Mo、V、TaおよびWからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を含む様態は特に限定されず、上記第1化合物がSi、Ti、Nb、Mo、V、TaおよびWからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を含んでいてもよいし、あるいはこのような第1化合物とは独立して含まれるものであってもよい。なお、上記第1化合物がSi、Ti、Nb、Mo、V、TaおよびWからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を含む場合、これらの元素は該第1化合物中に侵入型または置換型として含有されることが好ましい。 The aspect in which the zirconium-containing hafnium layer in the present invention contains at least one element selected from the group consisting of Si, Ti, Nb, Mo, V, Ta and W is not particularly limited, and the first compound is Si, Ti, It may contain at least one element selected from the group consisting of Nb, Mo, V, Ta and W, or may be contained independently of such a first compound. When the first compound contains at least one element selected from the group consisting of Si, Ti, Nb, Mo, V, Ta and W, these elements are interstitial or substitutional in the first compound. It is preferable to contain as.
また、上記のように優れた効果を示すSi、Ti、Nb、Mo、V、TaおよびWからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素は、Hfに対して原子比で0.005以上0.3以下の割合で含まれることが好ましい。上記原子比が0.005未満の場合や0.3を超える場合、上記のような優れた効果を示さなくなる場合がある。なお、上記元素が2種類以上含まれる場合、その合計量が上記範囲の原子比に含まれる限り各元素間の原子比は特に限定されない。 In addition, at least one element selected from the group consisting of Si, Ti, Nb, Mo, V, Ta, and W exhibiting excellent effects as described above is 0.005 or more and 0.000 or more in terms of atomic ratio with respect to Hf. It is preferably contained in a ratio of 3 or less. When the atomic ratio is less than 0.005 or exceeds 0.3, the above excellent effects may not be exhibited. In addition, when two or more types of the above elements are included, the atomic ratio between the elements is not particularly limited as long as the total amount is included in the atomic ratio within the above range.
<ジルコニウム含有ハフニウム層の積層構造>
本発明における上記ジルコニウム含有ハフニウム層は、上記第1化合物を含む第1層と、第2化合物を含む第2層とが各々1層以上積層されて形成されたものとすることができ、この第2化合物はSi、Cr、Al、Ti、Hf、Ta、NbおよびVからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素と、硼素、酸素、炭素、および窒素からなる群から選ばれる少なくとも1種の元素とを含むものとすることができる。このような第1層は、その各層の厚みが0.5nm以上200nm以下であることが好ましく、また同じく第2層も、その各層の厚みが0.5nm以上200nm以下であることが好ましい。
<Laminated structure of zirconium-containing hafnium layer>
In the present invention, the zirconium-containing hafnium layer may be formed by laminating one or more first layers including the first compound and a second layer including the second compound. The two compounds are at least one element selected from the group consisting of Si, Cr, Al, Ti, Hf, Ta, Nb and V, and at least one element selected from the group consisting of boron, oxygen, carbon, and nitrogen Can be included. Such a first layer preferably has a thickness of each layer of 0.5 nm or more and 200 nm or less, and similarly, the second layer preferably has a thickness of each layer of 0.5 nm or more and 200 nm or less.
ここで、この第2化合物はSi、Cr、Al、Ti、Hf、Ta、NbおよびVからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素と、硼素、酸素、炭素、および窒素からなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を原子比で0.1以上2以下含むことが好ましい。原子比をこの範囲のものとすることにより、以下のような優れた効果が示される。なお、Si、Cr、Al、Ti、Hf、Ta、Nb、およびVのうち異なった元素が2種以上含まれる場合、その合計量が上記範囲の原子比を満たす限り、各元素間の原子比は特に制限されない。同様にして、硼素、酸素、炭素、および窒素のうち異なった元素が2種以上含まれる場合も、各元素間の原子比は特に制限されない。 Here, the second compound is selected from the group consisting of at least one element selected from the group consisting of Si, Cr, Al, Ti, Hf, Ta, Nb and V, and boron, oxygen, carbon, and nitrogen. It is preferable that at least one element is contained in an atomic ratio of 0.1 or more and 2 or less. By setting the atomic ratio within this range, the following excellent effects are exhibited. In addition, when two or more different elements among Si, Cr, Al, Ti, Hf, Ta, Nb, and V are included, the atomic ratio between the elements is sufficient as long as the total amount satisfies the atomic ratio in the above range. Is not particularly limited. Similarly, when two or more different elements of boron, oxygen, carbon, and nitrogen are included, the atomic ratio between the elements is not particularly limited.
上記のような積層構造を採用することにより、次のような優れた効果が示される。すなわち、上記第2化合物は耐酸化性に優れているため、クレーター摩耗の低減作用および耐摩耗性の向上作用に加え、ジルコニウム含有ハフニウム層全体としての耐摩耗性が示される。また、このように組成の異なる2層を積層させたことにより、被膜の厚み方向に亀裂が進展することを極めて有効に抑制することができ、この亀裂の進展による被膜破壊に起因した摩耗現象を効果的に低減することができることから結果的に耐摩耗性をさらに向上させることができる。 By adopting the laminated structure as described above, the following excellent effects are exhibited. That is, since the second compound is excellent in oxidation resistance, the wear resistance of the entire zirconium-containing hafnium layer is shown in addition to the action of reducing crater wear and the action of improving wear resistance. In addition, by laminating two layers having different compositions in this way, it is possible to extremely effectively prevent cracks from progressing in the thickness direction of the film, and wear phenomenon caused by film destruction due to the progress of the cracks can be suppressed. As a result, the wear resistance can be further improved.
ここで、前述のように各第1層は、その厚みが0.5nm以上200nm以下であることが好ましく、また同じく各第2層も、その厚みが0.5nm以上200nm以下であることが好ましい。この範囲の厚みを有することにより切削時において特に優れた耐摩耗性が示されるからである。そして、上記第1層および第2層の各厚みは、より好ましくはその上限が100nm、さらに好ましくは50nmであり、その下限は1nmである。0.5nm未満の厚みで各層を形成することは困難であり、その厚みが200nmを超えると上記のような優れた効果を示されない場合がある。 Here, as described above, each first layer preferably has a thickness of 0.5 nm to 200 nm, and each second layer also preferably has a thickness of 0.5 nm to 200 nm. . This is because having a thickness in this range exhibits particularly excellent wear resistance during cutting. And as for each thickness of the said 1st layer and 2nd layer, More preferably, the upper limit is 100 nm, More preferably, it is 50 nm, The minimum is 1 nm. It is difficult to form each layer with a thickness of less than 0.5 nm, and when the thickness exceeds 200 nm, the above excellent effects may not be exhibited.
また、好ましくは上記第1層のみの加算合計厚みが0.3μm以上10μm以下となる場合であり、より好ましくは0.7μm以上5μm以下となる場合である。第1層のみの加算合計厚みをこれらの範囲とすることにより、上記の効果が最も効果的に発現する。なお、第1層のみの加算合計厚みがこのような範囲となる限り、第2層のみの加算合計厚みは特に限定されないが、1μm以上10μm以下の厚みとすれば通常は十分である。このように積層される第1層と第2層との各厚みは、概ね等しいものであってもよいし、異なるものであってもよい。 Further, it is preferable that the added total thickness of only the first layer is 0.3 μm or more and 10 μm or less, more preferably 0.7 μm or more and 5 μm or less. By making the added total thickness of only the first layer within these ranges, the above effect is most effectively exhibited. In addition, as long as the added total thickness of only the first layer falls within such a range, the added total thickness of only the second layer is not particularly limited, but a thickness of 1 μm or more and 10 μm or less is usually sufficient. The thicknesses of the first layer and the second layer stacked in this way may be approximately equal or different.
なお、積層構造とは、上記第1層と第2層とが各々1層以上積層されて形成されていることを示すものであるが、より好ましくは上記第1層と第2層とが各々上下交互に複数積層されることが好適である。なお、このような積層構造において最下層および最上層は第1層または第2層のいずれの層によって形成されていても差し支えない。また、積層数は特に限定されるものではないが、各層それぞれ1層以上8000層以下、好ましくは20層以上5000層以下とすることができる。 Note that the laminated structure indicates that the first layer and the second layer are formed by laminating one or more layers, and more preferably, the first layer and the second layer are respectively formed. It is preferable that a plurality of layers are stacked alternately one above the other. In such a laminated structure, the lowermost layer and the uppermost layer may be formed of either the first layer or the second layer. The number of stacked layers is not particularly limited, but each layer may be 1 to 8000 layers, preferably 20 to 5000 layers.
<ジルコニウム含有ハフニウム層の厚み>
本発明のジルコニウム含有ハフニウム層は、0.3μm以上10μm以下の厚みを有することが好ましい。より好ましくは、その上限が8μm、さらに好ましくは6μmであり、その下限が0.7μm、さらに好ましくは1μmである。
<Thickness of zirconium-containing hafnium layer>
The zirconium-containing hafnium layer of the present invention preferably has a thickness of 0.3 μm or more and 10 μm or less. More preferably, the upper limit is 8 μm, more preferably 6 μm, and the lower limit is 0.7 μm, more preferably 1 μm.
上記厚みが0.3μm未満の場合、クレーター摩耗を低減するとともに高度な耐摩耗性を付与するという本発明の効果が示されない場合があるとともに、10μmを超えると、該効果が低減される場合がある。上記厚みが1μm以上6μm以下の場合には特に優れた上記効果が示される。 If the thickness is less than 0.3 μm, the effect of the present invention that reduces crater wear and imparts high wear resistance may not be shown, and if it exceeds 10 μm, the effect may be reduced. is there. In the case where the thickness is 1 μm or more and 6 μm or less, particularly excellent effects are exhibited.
<下地層>
本発明の表面被覆切削工具は、被覆として下地層が基材上に形成され、その下地層上に上記ジルコニウム含有ハフニウム層が形成されたものとすることができ、この下地層はTiと硼素、酸素、炭素、および窒素からなる群から選ばれる少なくとも1種の元素とを含む第3化合物を含むことができる。この第3化合物は基材との密着性に優れ、このため基材上に基材と接するようにしてこの下地層を形成し、この下地層上に上記ジルコニウム含有ハフニウム層を形成すれば、これらの被膜は全体として密着力が高く基材上に形成されることになる。
<Underlayer>
In the surface-coated cutting tool of the present invention, a base layer may be formed as a coating on a base material, and the zirconium-containing hafnium layer may be formed on the base layer, and the base layer may include Ti and boron, A third compound containing at least one element selected from the group consisting of oxygen, carbon, and nitrogen can be included. This third compound is excellent in adhesion to the base material. Therefore, if the base layer is formed on the base material so as to be in contact with the base material, and the zirconium-containing hafnium layer is formed on the base layer, these As a whole, the coating film has high adhesion and is formed on the substrate.
このような第3化合物としては、たとえばTiN、TiC、TiCN、TiBN、TiON、TiZrN、TiWN等を挙げることができる。なお、これらの化学式において特に原子比が規定されない場合は、各元素の原子比は必ずしも等比となるものではなく、従来公知の原子比がすべて含まれるものとする。たとえばTiNと記載する場合、TiとNとの原子比は1:1が含まれる他、2:1、1:0.95、1:0.9等が含まれる(特に断りのない限り、他の化学式の記載において同じ)。すなわち、Tiと硼素、酸素、炭素および窒素からなる群から選ばれる少なくとも1種の元素との原子比(Ti以外に他の(金属)元素を含む場合はその元素の原子比を含み、硼素、酸素、炭素または窒素を2種類以上含む場合はそれらの各元素間の原子比も含む)は特に限定せず、従来公知の原子比がすべて含まれる。 Examples of such a third compound include TiN, TiC, TiCN, TiBN, TiON, TiZrN, and TiWN. In addition, when atomic ratio is not prescribed | regulated especially in these chemical formulas, the atomic ratio of each element does not necessarily become an equivalent ratio, but all the conventionally well-known atomic ratio shall be included. For example, when describing TiN, the atomic ratio of Ti and N includes 1: 1, and includes 2: 1, 1: 0.95, 1: 0.9, etc. (otherwise unless otherwise specified) The same in the description of chemical formulas). That is, the atomic ratio of Ti to at least one element selected from the group consisting of boron, oxygen, carbon, and nitrogen (including other (metal) elements in addition to Ti includes the atomic ratio of the elements, boron, In the case where two or more kinds of oxygen, carbon or nitrogen are contained, the atomic ratio between these elements is also not particularly limited, and all conventionally known atomic ratios are included.
上記のような下地層は、0.05μm以上2μm以下、より好ましくは0.1μm以上1μm以下の厚みを有していることが好ましい。なお、このような下地層は1の層により構成することができる他、2以上の層により構成することもできる(2以上の層により構成する場合はその合計厚みを上記の範囲のものとする)。 The underlayer as described above preferably has a thickness of 0.05 μm to 2 μm, more preferably 0.1 μm to 1 μm. In addition, such an underlayer can be composed of one layer, or can be composed of two or more layers (when composed of two or more layers, the total thickness is within the above range). ).
<その他の層など>
本発明における被膜は、上記のようなジルコニウム含有ハフニウム層や下地層以外の他の層をさらに1以上含むことができる。たとえばそのような他の層は、下地層とジルコニウム含有ハフニウム層の間に形成したり、ジルコニウム含有ハフニウム層の上に形成したりすることができる。このような他の層を形成することにより、クレーター摩耗を低減するとともに高度な耐摩耗性を付与するという本発明の効果がさらに向上したり、あるいは潤滑性を付与したり、被削材との凝着を抑制したりすることができるという効果を達成することもできる。
<Other layers>
The coating in the present invention may further contain one or more layers other than the zirconium-containing hafnium layer and the underlayer as described above. For example, such other layers can be formed between the underlayer and the zirconium-containing hafnium layer, or can be formed on the zirconium-containing hafnium layer. By forming such other layers, the effect of the present invention of reducing crater wear and imparting high wear resistance can be further improved, or lubricity can be imparted. The effect that adhesion can be suppressed can also be achieved.
このような他の層を形成する化合物としては、たとえばAl2O3等の酸化物、TiSiN等のケイ窒化物、TiCN等の炭窒化物等を挙げることができる。なお、このような他の層は、0.05μm以上5μm以下、好ましくは0.1μm以上2μm以下の厚みを有していることが好ましい。 Examples of such a compound forming another layer include oxides such as Al 2 O 3 , siliconitrides such as TiSiN, and carbonitrides such as TiCN. Note that such other layers preferably have a thickness of 0.05 μm to 5 μm, preferably 0.1 μm to 2 μm.
<製造方法>
本発明における被膜に含まれる層、とりわけジルコニウム含有ハフニウム層は、上記のとおり結晶性の高い化合物で構成されている必要があるため、本発明の被膜はそのような結晶性の高い化合物で構成されるような成膜プロセスにより形成されていることが好ましい。したがって、本発明の被膜は特に物理蒸着法(PVD法)により形成されることが望ましい。このような物理蒸着法としては、たとえば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、アークイオンプレーティング法、これらを各組み合わせた方法等を挙げることができる。なお、ジルコニウム含有ハフニウム層が上記のような積層構造で形成されている場合であっても、これらの物理蒸着法の下、従来公知の手法により形成することができる。
<Manufacturing method>
Since the layer included in the coating in the present invention, particularly the zirconium-containing hafnium layer, needs to be composed of a highly crystalline compound as described above, the coating of the present invention is composed of such a highly crystalline compound. The film is preferably formed by such a film forming process. Therefore, it is desirable that the film of the present invention is formed by physical vapor deposition (PVD method). Examples of such physical vapor deposition include balanced magnetron sputtering, unbalanced magnetron sputtering, arc ion plating, and combinations of these. Even when the zirconium-containing hafnium layer is formed in the above laminated structure, it can be formed by a conventionally known method under these physical vapor deposition methods.
そして、特に上記のようなジルコニウム含有ハフニウム層を好適に形成する具体的な条件を挙げると以下のとおりとなる。すなわち、アークイオンプレーティング法を採用する場合、所望の構造の第1化合物が得られるように適切な配合比で各対応する元素を含んだターゲットをアーク式蒸発源にセットし、基板(基材)温度を400〜700℃および該装置内の反応ガス圧を2.0〜6.0Paに設定し、反応ガスとしてたとえば窒素、メタン、アセチレン、酸素等のうちから1以上のガスを選択してこれを導入する。そして、基板(負)バイアス電圧を−60V〜−200Vに維持したまま、カソード電極に50〜120Aのアーク電流を供給し、アーク式蒸発源から金属イオン等を発生させることによりジルコニウム含有ハフニウム層を形成することができる。 In particular, specific conditions for suitably forming the zirconium-containing hafnium layer as described above are as follows. That is, when the arc ion plating method is adopted, a target containing each corresponding element at an appropriate blending ratio is set in an arc evaporation source so as to obtain a first compound having a desired structure, and a substrate (base material) ) The temperature is set to 400 to 700 ° C. and the reaction gas pressure in the apparatus is set to 2.0 to 6.0 Pa, and one or more gases are selected as the reaction gas from, for example, nitrogen, methane, acetylene, oxygen, etc. Introduce this. Then, while maintaining the substrate (negative) bias voltage at −60 V to −200 V, an arc current of 50 to 120 A is supplied to the cathode electrode, and metal ions are generated from the arc evaporation source, thereby forming the zirconium-containing hafnium layer. Can be formed.
また、アンバランストマグネトロンスパッタリング法を採用する場合、基板(基材)温度を400〜600℃および該装置内の反応ガス圧を300mPa〜800mPaに設定し、所望の第1化合物に対応する反応ガスとしてたとえば窒素、メタン、アセチレン、酸素のうちから1以上のガスを選択してこれを導入する(なお、反応ガスの導入に際しては、希ガス/反応ガスの体積比を1〜5に設定することが好ましい)。そして、基板(負)バイアス電圧を0V〜−90Vに維持したまま(このバイアス電圧は負側に高くする程第1化合物の結晶構造の配向性は向上する傾向を示す。)、ターゲットに0.12〜0.3W/mm2の電力密度を発生させることによりジルコニウム含有ハフニウム層を形成することができる。 When the unbalanced magnetron sputtering method is adopted, the substrate (base material) temperature is set to 400 to 600 ° C., the reaction gas pressure in the apparatus is set to 300 mPa to 800 mPa, and the reaction gas corresponding to the desired first compound For example, select one or more gases from nitrogen, methane, acetylene, and oxygen and introduce them (in addition, when introducing the reaction gas, the volume ratio of the rare gas / reaction gas should be set to 1 to 5) Is preferred). Then, while maintaining the substrate (negative) bias voltage at 0V to -90V (the higher the bias voltage is on the negative side, the orientation of the crystal structure of the first compound tends to be improved). A zirconium-containing hafnium layer can be formed by generating a power density of 12 to 0.3 W / mm 2 .
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。なお、以下の各被膜を構成する各層の化学組成(化合物の組成)は走査型電子顕微鏡(SEM)に付帯のエネルギー分散型蛍光X線分光計(SEM−EDX)により確認し、各層の厚みは被膜の断面をSEMを用いて観察することにより確認した。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated in detail, this invention is not limited to these. In addition, the chemical composition (composition of the compound) of each layer constituting each of the following films is confirmed by an energy dispersive X-ray fluorescence spectrometer (SEM-EDX) attached to a scanning electron microscope (SEM), and the thickness of each layer is It confirmed by observing the cross section of a film using SEM.
本実施例において基材上に形成される被膜は、以下のように陰極式アーク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により形成した。 In this example, the coating film formed on the substrate was formed by the cathodic arc ion plating method or the unbalanced magnetron sputtering method as follows.
<陰極式アークイオンプレーティング法>
まず、基材として、グレードがP30(JIS−B−4053、1998)の超硬合金であり、形状がSNGN120408(JIS−B−4121、1998)である切削チップを準備し、これを洗浄した後、陰極式アークイオンプレーティング装置(成膜装置)内の基板取り付け位置にセットした。
<Cathode-type arc ion plating method>
First, as a base material, a cutting tip having a grade of P30 (JIS-B-4053, 1998) and a shape of SNGN120408 (JIS-B-4121, 1998) was prepared and washed. Then, it was set at the substrate mounting position in the cathode type arc ion plating apparatus (film forming apparatus).
なお、このような成膜装置としては従来公知の構成のものを特に制限なく使用することができる。そして、真空ポンプにより該装置内を1×10-4Pa以下に減圧するとともに、該装置内に設置されたヒーターにより上記基材の温度を650℃に加熱し、1時間保持した。 As such a film forming apparatus, a conventionally known apparatus can be used without any particular limitation. And while reducing the inside of this apparatus to 1x10 <-4> Pa or less with a vacuum pump, the temperature of the said base material was heated to 650 degreeC with the heater installed in this apparatus, and it hold | maintained for 1 hour.
次に、アルゴンガスを導入して該装置内の圧力を3.0Paに保持し、基板(基材)バイアス電圧を徐々に上げながら−1500Vとし、基材の表面のクリーニングを15分間行なった。その後、アルゴンガスを排気した。 Next, argon gas was introduced to maintain the pressure in the apparatus at 3.0 Pa, the substrate (base material) bias voltage was gradually increased to −1500 V, and the surface of the base material was cleaned for 15 minutes. Thereafter, argon gas was exhausted.
次いで、上記基材表面に形成される被膜(すなわち第1化合物からなるジルコニウム含有ハフニウム層)として、その化学組成が以下の表1に示したものとなるように各対応する元素を含んだ各ターゲットを原料蒸発源(アーク式蒸発源)にセットした。基板(基材)温度を550〜650℃および該装置内の反応ガス圧を4.0Paに設定し、表1に示した化学組成に対応する反応ガスとして、窒素、メタン、酸素のうちから1以上のガスを選択してこれを導入した。そして、基板バイアス電圧を−80Vに維持したまま、カソード電極に50〜120Aのアーク電流を供給し、アーク式蒸発源から金属イオン等を発生させジルコニウム含有ハフニウム層を形成した。すなわち、アーク式蒸発源から発生した金属イオン、金属元素、またはクラスター等がプラズマ雰囲気中で上記反応ガスと反応することにより、基材上にジルコニウム含有ハフニウム層(すなわち第1化合物)が形成(析出)されることになる。なお、反応ガスとしては、最終生成物(第1化合物)が窒化物の場合は窒素を選択し、炭化物の場合はメタン(メタンのみに限られずアセチレン等の炭化水素ガスを特に限定なく使用することができる)と雰囲気ガス(反応ガス分圧制御用)としてアルゴンガスを選択し、酸化物の場合は酸素と雰囲気ガス(反応ガス分圧制御用)としてアルゴンガスを選択することができる。また、その他の炭窒化物や窒酸化物等の場合は、上記の例に基づき2種以上の反応ガスを選択して用いた。化学組成に硼素が含まれる場合はターゲットに予め硼素元素を所望量含有させたものを用いた。 Next, each target containing each corresponding element so that its chemical composition is as shown in Table 1 below, as a film (that is, a zirconium-containing hafnium layer made of the first compound) formed on the substrate surface. Was set in a raw material evaporation source (an arc evaporation source). The substrate (base material) temperature is set to 550 to 650 ° C., the reaction gas pressure in the apparatus is set to 4.0 Pa, and the reaction gas corresponding to the chemical composition shown in Table 1 is selected from among nitrogen, methane, and oxygen. The above gases were selected and introduced. Then, while maintaining the substrate bias voltage at −80 V, an arc current of 50 to 120 A was supplied to the cathode electrode, and metal ions were generated from the arc evaporation source to form a zirconium-containing hafnium layer. That is, a metal ion, a metal element, or a cluster generated from an arc evaporation source reacts with the reaction gas in a plasma atmosphere to form a zirconium-containing hafnium layer (that is, a first compound) on the substrate (deposition). ) Will be. As the reaction gas, nitrogen is selected when the final product (first compound) is a nitride, and methane (a hydrocarbon gas such as acetylene is not limited to methane, but is not limited to methane). And argon gas can be selected as the atmospheric gas (for reactive gas partial pressure control), and in the case of oxide, argon gas can be selected as the oxygen and atmospheric gas (for reactive gas partial pressure control). In the case of other carbonitrides or nitride oxides, two or more kinds of reaction gases were selected and used based on the above example. When boron was included in the chemical composition, a target containing a desired amount of boron element in advance was used.
そして、表1に記載した厚みとなったところでアーク式蒸発源に供給する電流を停止し、冷却後該装置内を大気に開放した後、被膜が基材上に形成された表面被覆切削工具を装置から取り出すことにより、本発明の表面被覆切削工具を製造した。なお、表1の「製法」の項において、この陰極式アークイオンプレーティング法により製造された表面被覆切削工具は「A」と表記した。 And when the thickness described in Table 1 is reached, the current supplied to the arc evaporation source is stopped, and after cooling, the inside of the apparatus is opened to the atmosphere, and then the surface-coated cutting tool with the coating formed on the substrate is used. By taking out from the apparatus, the surface-coated cutting tool of the present invention was produced. In the section of “Production method” in Table 1, the surface-coated cutting tool produced by this cathodic arc ion plating method is indicated as “A”.
<アンバランストマグネトロンスパッタリング法>
まず、基材として、上記の陰極式アークイオンプレーティング法で用いたものと同じ規格の基材を準備し、これを洗浄した後、スパッタリング装置(成膜装置)内の基板取り付け位置にセットした。次いで、上記基材表面に形成される被膜(すなわち第1化合物からなるジルコニウム含有ハフニウム層)として、その化学組成が以下の表1に示したものとなるように各対応する元素を含んだ各ターゲットをセットした。該ターゲットは、合金ターゲットでもよいし、金属単体のターゲットを上記化学組成となるように分割して用いることもできる。なお、このような成膜装置としては従来公知の構成のものを特に制限なく使用することができる。
<Unbalanced magnetron sputtering method>
First, as a base material, a base material of the same standard as that used in the above-described cathodic arc ion plating method was prepared, washed, and then set at a substrate mounting position in a sputtering apparatus (film forming apparatus). . Next, each target containing each corresponding element so that its chemical composition is as shown in Table 1 below, as a film (that is, a zirconium-containing hafnium layer made of the first compound) formed on the substrate surface. Set. The target may be an alloy target, or a single metal target may be divided and used so as to have the above chemical composition. As such a film forming apparatus, a conventionally known apparatus can be used without any particular limitation.
そして、真空ポンプにより該装置内を1×10-4Pa以下に減圧するとともに、該装置内に設置されたヒーターにより上記基材の温度を500℃以上に加熱し、1時間保持した。 And while reducing the inside of this apparatus to 1x10 <-4> Pa or less with a vacuum pump, the temperature of the said base material was heated to 500 degreeC or more with the heater installed in this apparatus, and it hold | maintained for 1 hour.
次に、アルゴンガスを導入して該装置内の圧力を500mPa〜650mPaに保持し、基板(基材)バイアス電圧を徐々に上げながら−600Vとし、基材の表面のクリーニングを30分間行なった。続いて、基板バイアス電圧を−350Vとし、ホロカソード型ガス活性化源を用いて基材表面のクリーニングをさらに60分間行なった。その後、アルゴンガスを排気した。 Next, argon gas was introduced to maintain the pressure in the apparatus at 500 mPa to 650 mPa, the substrate (base material) bias voltage was gradually increased to −600 V, and the surface of the base material was cleaned for 30 minutes. Subsequently, the substrate bias voltage was set to −350 V, and the substrate surface was further cleaned for 60 minutes using a holocathode gas activation source. Thereafter, argon gas was exhausted.
次いで、基板(基材)温度を500〜600℃および該装置内の反応ガス圧を500mPa〜650mPaに設定し、表1に示した化学組成に対応する反応ガスとして、窒素、アセチレン、酸素のうちから1以上のガスを選択してこれを導入した。なお、反応ガスの導入に際しては、希ガス/反応ガスの体積比を1〜5に設定した。 Next, the substrate (base material) temperature is set to 500 to 600 ° C., the reaction gas pressure in the apparatus is set to 500 mPa to 650 mPa, and the reaction gas corresponding to the chemical composition shown in Table 1 is selected from among nitrogen, acetylene, and oxygen. One or more gases were selected from and introduced. In introducing the reaction gas, the volume ratio of the rare gas / reaction gas was set to 1 to 5.
そして、基板バイアス電圧を−90Vに維持したまま、ターゲットに0.12〜0.3W/mm2の電力密度を発生させることにより、基材上に被膜(すなわち第1化合物からなるジルコニウム含有ハフニウム層)を形成した。なお、ターゲットに供給する電力密度は被膜が表1記載の厚みとなったところで停止した。 Then, a power density of 0.12 to 0.3 W / mm 2 is generated on the target while maintaining the substrate bias voltage at −90 V, thereby forming a coating (that is, a zirconium-containing hafnium layer made of the first compound) on the base material. ) Was formed. The power density supplied to the target was stopped when the coating reached the thickness shown in Table 1.
なお、上記の基板バイアス電源およびターゲット供給用電源としては、直流パルス方式を用いた。基板バイアス電源では350kHzの周波数で正と負の電圧を供給し、1周期当りの正電圧を供給する時間は500nsとした。またターゲット供給用電源の周波数は50kHzで1周期当りの正負電圧の供給時間は各々半分ずつとした。 A DC pulse method was used as the substrate bias power source and the target supply power source. The substrate bias power supply supplies positive and negative voltages at a frequency of 350 kHz, and the time for supplying the positive voltage per cycle is 500 ns. The frequency of the power supply for target supply was 50 kHz, and the supply time of positive and negative voltages per cycle was half each.
なお、上記のように反応ガスには必ず希ガス(アルゴンが好ましいがこれのみに限定されない)を希ガス/反応ガスの体積比を1〜5で混在させた。反応ガスの選択基準は上記陰極式アークイオンプレーティング法と同様である。化学組成に硼素が含まれる場合はターゲットに予め硼素元素を所望量含有させたものを用いた。 As described above, a rare gas (argon is preferable but not limited to this) is always mixed in the reaction gas at a rare gas / reactive gas volume ratio of 1 to 5. The selection criteria for the reaction gas are the same as those for the cathode arc ion plating method. When boron was included in the chemical composition, a target containing a desired amount of boron element in advance was used.
このようにして本発明の表面被覆切削工具を製造した。なお、表1の「製法」の項において、このアンバランストマグネトロンスパッタリング法により製造された表面被覆切削工具は「S」と表記した。 Thus, the surface-coated cutting tool of the present invention was produced. In addition, in the section of “Production method” in Table 1, the surface-coated cutting tool produced by this unbalanced magnetron sputtering method was represented as “S”.
<混合元素>
表1の「混合元素」の項において記載されている元素は、ジルコニウム含有ハフニウム層に含まれる他の元素を示す。「混合元素の原子比」の項における原子比は、ジルコニウム含有ハフニウム層に含まれるHfに対するその「混合元素」の原子比を示す。なお、表1の「混合元素」の項において「※」の符号を付したものは、その混合元素が第1化合物に含まれることを示す(「※」の符号を有さないものは第1化合物とは独立して含まれることを示す。)。
<Mixed elements>
The element described in the “mixed element” section of Table 1 represents another element contained in the zirconium-containing hafnium layer. The atomic ratio in the “atomic ratio of mixed element” indicates the atomic ratio of the “mixed element” to Hf contained in the zirconium-containing hafnium layer. In Table 1, “mixed elements” marked with “*” indicates that the mixed element is included in the first compound (those without the “*” sign are the first ones). It is included independently of the compound.)
表1においてこのような混合元素を含む実施例は、上記の各製法において用いたターゲットに該当元素が含まれるものを用いることにより製造することができる。そのターゲット中の原子比は大略上記混合元素の原子比の項に記載されている原子比のものを採用した。 In Table 1, an embodiment including such a mixed element can be manufactured by using a target including the corresponding element in the target used in each of the above manufacturing methods. The atomic ratio in the target was approximately the atomic ratio described in the above-mentioned atomic ratio section of the mixed element.
<積層構造>
表1の「積層構造」の項において、ジルコニウム含有ハフニウム層が前述の第1層と第2層とが積層されて形成されている場合は「有」と表記し、そのような積層構造とはなっていない場合(すなわち単層の場合)は「無」と表記した。
<Laminated structure>
In the section of “Laminated structure” in Table 1, when the zirconium-containing hafnium layer is formed by laminating the first layer and the second layer described above, it is denoted as “present”. When it is not (that is, in the case of a single layer), it is described as “none”.
なお、このような積層構造を陰極式アークイオンプレーティング法により形成する場合は、第1層を形成するためのターゲット1(組成は表1記載の第1化合物が得られる組成とした)と第2層を形成するためのターゲット2(組成は表3記載の第2化合物が得られる組成とした)とを装置内側壁に同じ高さでセットし、両ターゲットの中間点(装置のほぼ中心部)に基材をセットした。そして、これらのターゲット1とターゲット2とをともに蒸発させながら基材を回転させることにより、基材がターゲット1の正面に位置するときには第1層が形成され、ターゲット2の正面に位置するときには第2層が形成されるようにした。このようにして積層構造を形成することができるが、ターゲットを蒸発させる条件はジルコニウム含有ハフニウム層を形成する上記条件と同様の条件を採用した。 In the case where such a laminated structure is formed by the cathodic arc ion plating method, the target 1 for forming the first layer (the composition is set to a composition that can obtain the first compound shown in Table 1) and the first layer A target 2 for forming two layers (the composition is set to a composition that can obtain the second compound shown in Table 3) is set on the inner wall of the apparatus at the same height, and an intermediate point between the two targets (approximately the center of the apparatus). ) Was set on the substrate. Then, by rotating the base material while evaporating both the target 1 and the target 2, a first layer is formed when the base material is located in front of the target 1, and when the base material is located in front of the target 2, the first layer is formed. Two layers were formed. A laminated structure can be formed in this way, but the conditions for evaporating the target were the same as the above conditions for forming the zirconium-containing hafnium layer.
また、このような積層構造を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する場合は、上記の陰極式アークイオンプレーティング法の場合と同様にして基材とターゲット1およびターゲット2とを装置内に配置させ、かつジルコニウム含有ハフニウム層を形成する上記スパッタリング条件と同様の条件を採用することにより積層構造を形成することができた。 Further, when such a laminated structure is formed by the unbalanced magnetron sputtering method, the base material, the target 1 and the target 2 are disposed in the apparatus in the same manner as in the case of the cathode arc ion plating method. And the laminated structure was able to be formed by employ | adopting the conditions similar to the said sputtering conditions which form a zirconium containing hafnium layer.
このようにして得られた積層構造の詳細を表3に示す。表3中、第1層は表1記載の第1化合物により構成され、第2層は表3記載の第2化合物により構成される。そして各層を表3に記載した厚みで上下交互に積層し、表1に記載された厚みのジルコニウム含有ハフニウム層を形成した。なお、各積層構造の最下層は第1層とし最上層は第2層とした。 Details of the laminated structure thus obtained are shown in Table 3. In Table 3, the first layer is composed of the first compound described in Table 1, and the second layer is composed of the second compound described in Table 3. And each layer was laminated | stacked alternately by the thickness described in Table 3, and the zirconium containing hafnium layer of the thickness described in Table 1 was formed. In addition, the lowest layer of each laminated structure was the first layer, and the uppermost layer was the second layer.
以上のようにして、表1および表3に記載した構成の実施例1〜22の表面被覆切削工具を製造した。これら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膜とを備えるものであって、この被膜は化学式Hf1-aZraXb(ただし、a、bはそれぞれ原子比を示し、aは0<a≦0.55、bは0.1≦b≦2である。またXは硼素、酸素、炭素および窒素からなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を示す。)で示される第1化合物を含むジルコニウム含有ハフニウム層であり、この第1化合物は、以下で確認するようにX線回折における(111)面のピーク強度Aと(200)面のピーク強度Bとの比B/Aが0≦B/A≦1となる結晶構造を有することを特徴とするものであった。 As described above, the surface-coated cutting tools of Examples 1 to 22 having the configurations described in Table 1 and Table 3 were manufactured. The surface-coated cutting tools of these examples are provided with a substrate and a coating formed on the substrate, and this coating has the chemical formula Hf 1-a Zr a X b (where a and b are Each represents an atomic ratio, a is 0 <a ≦ 0.55, b is 0.1 ≦ b ≦ 2, and X is at least one element selected from the group consisting of boron, oxygen, carbon, and nitrogen. The first compound is a zirconium-containing hafnium layer containing the first compound represented by the formula (1), and the first compound has a peak intensity A on the (111) plane and a peak intensity on the (200) plane in X-ray diffraction as will be confirmed below. The ratio B / A with B is characterized by having a crystal structure in which 0 ≦ B / A ≦ 1.
<結晶構造の確認>
以上のようにして製造された実施例1〜22の表面被覆切削工具について、θ−2θ法によるX線回折を行ない、ジルコニウム含有ハフニウム層(すなわち第1化合物)の結晶構造、すなわち(111)面のピーク強度Aと(200)面のピーク強度Bとの比B/Aと、結晶粒径およびピーク位置を求めた。X線はCuKα線とし、結晶粒径(すなわち第1化合物の結晶粒径)は(111)面の半価幅より算出した。これらの結果を以下の表3に示す。
<Confirmation of crystal structure>
The surface-coated cutting tools of Examples 1 to 22 manufactured as described above were subjected to X-ray diffraction by the θ-2θ method, and the crystal structure of the zirconium-containing hafnium layer (that is, the first compound), that is, the (111) plane The ratio B / A of the peak intensity A and the peak intensity B of the (200) plane, the crystal grain size and the peak position were determined. X-rays were CuKα rays, and the crystal grain size (that is, the crystal grain size of the first compound) was calculated from the half width of the (111) plane. These results are shown in Table 3 below.
(比較例1〜6)
比較例1として、第1化合物において上記化学式における原子比aが0.55を超えておりTiSiNとの積層構造を有する被膜を基材上に形成した表面被覆切削工具を製造した。また、比較例2として、第1化合物においてZrを含まない化合物(すなわち具体的にはHfN)による被膜を基材上に形成した表面被覆切削工具を製造した。また、比較例3は、実施例2の第1化合物と同じ組成の化合物からなる被膜を形成したものであるが、成膜時のバイアス電圧を変更することにより(111)面のピーク強度Aと(200)面のピーク強度Bとの比B/Aが1.15となる点において実施例2とは異なる表面被覆切削工具である。
(Comparative Examples 1-6)
As Comparative Example 1, a surface-coated cutting tool in which a film having a laminated structure with TiSiN in which the atomic ratio a in the above chemical formula exceeds 0.55 in the first compound was produced was produced. In addition, as Comparative Example 2, a surface-coated cutting tool in which a film made of a compound containing no Zr in the first compound (specifically, HfN) was formed on a substrate was manufactured. In Comparative Example 3, a film made of a compound having the same composition as the first compound of Example 2 was formed. By changing the bias voltage during film formation, the peak intensity A on the (111) plane was This is a surface-coated cutting tool different from Example 2 in that the ratio B / A to the peak intensity B of the (200) plane is 1.15.
また、比較例4は、第1化合物において上記化学式における原子比aが0.55を超えることを除き他は実施例2と同様にして得られる表面被覆切削工具である。比較例5は、第1化合物において上記化学式における原子比bが0.1未満となることを除き他は実施例2と同様にして得られる表面被覆切削工具である。
比較例6は、第1化合物において上記化学式における原子比bが2を超えることを除き他は実施例2と同様にして得られる表面被覆切削工具である。これら比較例の表面被覆切削工具の物性等を表1〜3に記載した。
Comparative Example 4 is a surface-coated cutting tool obtained in the same manner as in Example 2 except that the atomic ratio a in the above chemical formula exceeds 0.55 in the first compound. Comparative Example 5 is a surface-coated cutting tool obtained in the same manner as in Example 2 except that the atomic ratio b in the chemical formula of the first compound is less than 0.1.
Comparative Example 6 is a surface-coated cutting tool obtained in the same manner as in Example 2 except that the atomic ratio b in the chemical formula of the first compound exceeds 2. The physical properties of the surface-coated cutting tools of these comparative examples are shown in Tables 1-3.
<切削試験>
上記のようにして製造された実施例1〜22の本発明の表面被覆切削工具および比較例1〜6の表面被覆切削工具について、以下の切削条件により連続旋削試験を10分間実施することにより、逃げ面摩耗量Vb(mm)とクレーター摩耗量Kt(mm)とを測定した。逃げ面摩耗量が小さいもの程耐摩耗性に優れていることを示し、クレーター摩耗量が小さいもの程クレーター摩耗が低減されていることを示す。その結果を以下の表4に示す。
<Cutting test>
For the surface-coated cutting tool of the present invention of Examples 1-22 and the surface-coated cutting tool of Comparative Examples 1-6 manufactured as described above, a continuous turning test was performed for 10 minutes under the following cutting conditions, The flank wear amount Vb (mm) and the crater wear amount Kt (mm) were measured. The smaller the flank wear amount, the better the wear resistance, and the smaller the crater wear amount, the lower the crater wear. The results are shown in Table 4 below.
(切削条件)
被削材:SCM435
切削速度:300m/min
切込み:1.0mm
送り:0.2mm/rev.
乾式/湿式:乾式
(Cutting conditions)
Work material: SCM435
Cutting speed: 300 m / min
Cutting depth: 1.0mm
Feed: 0.2 mm / rev.
Dry / Wet: Dry
上記表1および表2中、「a」、「b」、「X」とは第1化合物である化学式Hf1-aZraXb中のa、b、Xをそれぞれ示す。「混合元素」とは前述のとおり第1化合物に含まれるHf、Zrおよび上記化学式のX以外の元素を示す。なお、「X」の項に記載されている数値は原子比を示す(それらの数値の合計は「b」に記載された数値となる)。「混合元素の原子比」は前述のとおり第1化合物に含まれるHfに対する原子比を示す。「厚み」とはジルコニウム含有ハフニウム層またはそれに相当する層の厚みを示す。また、上記表2中、「第2化合物」の項に記載されている数値は原子比を示す。 In Tables 1 and 2, “a”, “b”, and “X” represent a, b, and X in the chemical formula Hf 1-a Zr a Xb , which is the first compound, respectively. The “mixed element” refers to an element other than Hf, Zr, and X in the above chemical formula contained in the first compound as described above. In addition, the numerical value described in the item of “X” indicates an atomic ratio (the sum of those numerical values is the numerical value described in “b”). “Atom ratio of mixed element” indicates an atomic ratio with respect to Hf contained in the first compound as described above. “Thickness” indicates the thickness of the zirconium-containing hafnium layer or a layer corresponding thereto. In Table 2, the numerical value described in the “second compound” section indicates the atomic ratio.
表4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、クレーター摩耗の低減化および耐摩耗性の向上の両者において優れた結果を示していることは明らかである。したがって、本発明の表面被覆切削工具は優れた切削性能を有したものである。 As is apparent from Table 4, the surface-coated cutting tool of the example of the present invention showed superior results in both reducing crater wear and improving wear resistance compared to the surface-coated cutting tool of the comparative example. It is clear that Therefore, the surface-coated cutting tool of the present invention has excellent cutting performance.
なお、上記した実施例においては、基材上に被膜としてジルコニウム含有ハフニウム層のみを形成した構造であるが、基材上に前述のような下地層を形成し、その下地層上にジルコニウム含有ハフニウム層を形成することもでき、基材と被膜との密着性をさらに向上させることができる。 In the above-described embodiments, only the zirconium-containing hafnium layer is formed as a coating on the base material. However, the base layer as described above is formed on the base material, and the zirconium-containing hafnium layer is formed on the base layer. A layer can also be formed and the adhesiveness of a base material and a film can be improved further.
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.
Claims (11)
前記被膜は、1層または2層以上の層からなり、
前記層のうち少なくとも1層は、化学式Hf1-aZraXb(ただし、a、bはそれぞれ原子比を示し、aは0<a≦0.55、bは0.1≦b≦2である。またXは硼素、酸素、炭素および窒素からなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を示す。)で示される第1化合物を含むジルコニウム含有ハフニウム層であり、
前記第1化合物は、X線回折における(111)面のピーク強度Aと(200)面のピーク強度Bとの比B/Aが0≦B/A≦1である結晶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 formed on the substrate,
The coating consists of one or more layers,
At least one of the layers has the chemical formula Hf 1-a Zr a X b (where a and b each represent an atomic ratio, where a is 0 <a ≦ 0.55 and b is 0.1 ≦ b ≦ 2) X is a zirconium-containing hafnium layer containing a first compound represented by the following formula: X represents at least one element selected from the group consisting of boron, oxygen, carbon, and nitrogen;
The first compound has a crystal structure in which the ratio B / A between the peak intensity A of the (111) plane and the peak intensity B of the (200) plane in X-ray diffraction is 0 ≦ B / A ≦ 1. tool.
前記第2化合物は、Si、Cr、Al、Ti、Hf、Ta、NbおよびVからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素と、硼素、酸素、炭素および窒素からなる群から選ばれる少なくとも1種の元素とを含む請求項1〜7のいずれかに記載の表面被覆切削工具。 In the zirconium-containing hafnium layer, one or more first layers including the first compound and second layers including the second compound are alternately stacked,
The second compound is at least one element selected from the group consisting of Si, Cr, Al, Ti, Hf, Ta, Nb and V, and at least one selected from the group consisting of boron, oxygen, carbon and nitrogen. The surface covering cutting tool in any one of Claims 1-7 containing these elements.
前記第2層は、その各層厚みが0.5nm以上200nm以下である請求項8に記載の表面被覆切削工具。 Each of the first layers has a thickness of 0.5 nm or more and 200 nm or less,
The surface-coated cutting tool according to claim 8, wherein each of the second layers has a thickness of 0.5 nm or more and 200 nm or less.
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