JP4232333B2 - 切粉に対する表面潤滑性にすぐれた表面被覆超硬合金製切削工具 - Google Patents
切粉に対する表面潤滑性にすぐれた表面被覆超硬合金製切削工具 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4232333B2 JP4232333B2 JP2000319751A JP2000319751A JP4232333B2 JP 4232333 B2 JP4232333 B2 JP 4232333B2 JP 2000319751 A JP2000319751 A JP 2000319751A JP 2000319751 A JP2000319751 A JP 2000319751A JP 4232333 B2 JP4232333 B2 JP 4232333B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- cutting
- thickness
- carbide
- average
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、切粉に対する表面潤滑性にすぐれ、したがって特にステンレス鋼や軟鋼などのきわめて粘性が高く、かつ切粉が切刃表面に溶着し易い難削材の高速切削加工に用いた場合にも、切刃に欠けやチッピング（微小欠け）などの発生なく、すぐれた切削性能を長期に亘って発揮する表面被覆超硬合金製切削工具（以下、被覆超硬工具という）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、切削工具には、各種の鋼や鋳鉄などの被削材の旋削加工や平削り加工にバイトの先端部に着脱自在に取り付けて用いられるスローアウエイチップ、前記被削材の穴あけ切削加工などに用いられるドリルやミニチュアドリル、さらに前記被削材の面削加工や溝加工、肩加工などに用いられるソリッドタイプのエンドミルなどがあり、また前記スローアウエイチップを着脱自在に取り付けて前記ソリッドタイプのエンドミルと同様に切削加工を行うスローアウエイエンドミル工具などが知られている。
【０００３】
さらに、一般に、炭化タングステン基超硬合金基体（以下、超硬基体という）の表面に、
（ａ）下部層として、０．５〜１５μｍの平均層厚を有し、Ｔｉの炭化物（以下、ＴｉＣで示す）層、窒化物（以下、同じくＴｉＮで示す）層、炭窒化物（以下、ＴｉＣＮで示す）層、炭酸化物（以下、ＴｉＣＯで示す）層、および炭窒酸化物（以下、ＴｉＣＮＯで示す）層のうちの１種または２種以上からなるＴｉ化合物層、
（ｂ）上部層として、１〜１５μｍの平均層厚を有し、酸化アルミニウム（以下、Ａｌ2Ｏ3で示す）層、および例えば特開昭５７−３９１６８号公報や特開昭６１−２０１７７８号公報に記載されるＡｌ2Ｏ3の素地に酸化ジルコニウム（以下、ＺｒＯ2で示す）相が分散分布してなるＡｌ2Ｏ3−ＺｒＯ2混合層（以下、Ａｌ2Ｏ3−ＺｒＯ2混合層と云う）のいずれか、または両方、
以上（ａ）および（ｂ）で構成された硬質被覆層を３〜３０μｍの全体平均層厚で化学蒸着および／または物理蒸着してなる被覆超硬工具が知られており、この被覆超硬工具が、例えば各種低合金鋼や鋳鉄などの連続切削や断続切削に通常の条件で用いられていることも知られている。
【０００４】
また、一般に、上記の被覆超硬工具の硬質被覆層を構成するＴｉ化合物層や、Ａｌ2Ｏ3層およびＡｌ2Ｏ3−ＺｒＯ2混合層が粒状結晶組織を有し、かつ前記Ａｌ2Ｏ3層はα型結晶構造をもつものやκ型結晶構造をもつものなどが広く実用に供されることも良く知られており、さらに例えば特開平６−８０１０号公報や特開平７−３２８８０８号公報に記載されるように、前記Ｔｉ化合物層を構成するＴｉＣＮ層を、層自身の靭性向上を目的として、通常の化学蒸着装置にて、反応ガスとして有機炭窒化物を含む混合ガスを使用し、７００〜９５０℃の中温温度域で化学蒸着することにより形成して縦長成長結晶組織をもつようにすることも知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近年の切削加工装置のＦＡ化はめざましく、一方で切削加工に対する省力化および省エネ化、さらに低コスト化の要求は強く、これに伴い、切削工具には１種類の工具できるだけ多くの材種の被削材を切削加工できる汎用性が求められると共に、切削加工も高速化の傾向にあるが、上記の従来被覆超硬工具においては、これを鋼や鋳鉄などの通常の条件での切削加工に用いた場合には問題はないが、これをきわめて粘性の高いステンレス鋼や軟鋼などの被削材の高速切削に用いた場合には、これら被削材の切粉は、硬質被覆層を構成する特にＡｌ2 Ｏ3 層 およびＡｌ2Ｏ3−ＺｒＯ2混合層に対する親和性が高いために、切刃表面に溶着し易く、この溶着現象は切削加工が高速化すればするほど顕著に現れるようになり、この溶着現象が原因で切刃に欠けやチッピングが発生し、この結果比較的短時間で使用寿命に至るのが現状である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者等は、上述のような観点から、特にステンレス鋼や軟鋼などの高速切削加工に用いた場合にも、切刃表面に切粉の溶着し難い被覆超硬工具を開発すべく研究を行った結果、
（ａ）上記の従来被覆超硬工具の表面に、化学蒸着装置にて、反応ガス組成を、体積％で、
ＴｉＣｌ4：０．２〜１０％、
ＡｌＣｌ3：０．０５〜１％、
ＣＯ2：０．１〜１０％、
Ａｒ：５〜６０％、
Ｈ2：残り、
とし、かつ、
反応雰囲気温度：８００〜１１００℃、
反応雰囲気圧力：４〜７０ｋＰａ、
とした条件で表面層を形成し、この表面層を、０．１〜５μｍの平均層厚を有し、かつ、
組成式：（Ｔｉ1-YＡｌY）ＯX 、
で表わした場合、厚さ方向中央部をオージェ分光分析装置で測定して、いずれも原子比で
Ｙ：０．０２〜０．１５、
Ｘ：１．２〜１．９、
を満足するＴｉとＡｌの複合酸化物層、
で構成すると、このＴｉとＡｌの複合酸化物層が上記の従来被覆超硬工具の表面に表面層として化学蒸着または物理蒸着された被覆超硬工具においては、前記表面層が、これに含有するＡｌの作用で硬質被覆層の上部層を構成するＡｌ2 Ｏ3 層 およびＡｌ2Ｏ3−ＺｒＯ2混合層に強固に密着すると共に、前記表面層自体の被削材、特にステンレス鋼や軟鋼などの粘性の高い難削材に対する親和性がきわめて低く、これは高い発熱を伴う高速切削加工でも変わらないことから、切刃に切粉が溶着することがない、すなわち前記ＴｉとＡｌの複合酸化物層がすぐれた表面潤滑性を発揮し、この結果切刃に欠けやチッピングの発生がなくなり、長期に亘ってすぐれた切削性能を発揮するようになること。
（ｂ）上記（ａ）の被覆超硬工具の硬質被覆層の表面層を構成するＴｉとＡｌの複合酸化物層においては、中間層（従来上部層）を構成するＡｌ2 Ｏ3 層 およびＡｌ2Ｏ3−ＺｒＯ2混合層との界面部ではＴｉに比して相対的にＡｌの含有割合を高くすると、前記Ａｌ2 Ｏ3 層 およびＡｌ2Ｏ3−ＺｒＯ2混合層との密着性がさらに一段と向上し、一方最表面側では反対にＴｉに比してＡｌの含有割合を低くすると、粘性の高い難削材であるステンレス鋼や軟鋼などに対する親和性が著しく低下することから、前記Ａｌ2 Ｏ3 層 およびＡｌ2Ｏ3−ＺｒＯ2混合層との界面部ではＴｉに比して相対的にＡｌの含有割合を高く、一方最表面側では反対にＡｌに比してＴｉの含有割合を高くする成分濃度勾配を厚さ方向に連続的および／または断続的に形成するのが望ましく、これによってＴｉとＡｌの複合酸化物層からなる表面層は一段とすぐれた特性、すなわちすぐれた層間密着性と表面潤滑性を発揮するようになること。
以上（ａ）および（ｂ）に示される研究結果を得たのである。
【０００７】
この発明は、上記の研究結果に基づいてなされたものであって、超硬基体の表面に、
（ａ）下部層として、０．５〜１５μｍの平均層厚を有し、ＴｉＣ層、ＴｉＮ層、ＴｉＣＮ層、ＴｉＣＯ層、およびＴｉＣＮＯ層のうちの１種または２種以上からなるＴｉ化合物層、
（ｂ）中間層として、１〜１５μｍの平均層厚を有する、Ａｌ2Ｏ3層および／またはＡｌ2Ｏ3−ＺｒＯ2混合層、
（ｃ）表面層として、０．１〜５μｍの平均層厚を有し、かつ、
組成式：（Ｔｉ1-YＡｌY）ＯX 、
で表わした場合、厚さ方向中央部をオージェ分光分析装置で測定して、いずれも原子比で
Ｙ：０．０２〜０．１５、
Ｘ：１．２〜１．９、
を満足するＴｉとＡｌの複合酸化物層、
以上（ａ）〜（ｃ）で構成された硬質被覆層を３〜３０μｍの全体平均層厚で化学蒸着および／または物理蒸着してなる、切粉に対する表面潤滑性にすぐれた被覆超硬工具に特徴を有するものである。
【０００８】
この発明の被覆超硬工具において、表面層を構成するＴｉとＡｌの複合酸化物層における酸素（Ｏ）の（Ｔｉ＋Ａｌ）に対する割合（Ｘ値）を原子比で１．２〜１．９としたのは、その値が１．２未満では所望のすぐれた表面潤滑性を確保することができず、一方その値が１．９を越えると、層中に気孔が形成され易くなり、健全な表面層の安定的形成が難しくなるという理由によるものであり、望ましくは１．２〜１．７とするのがよい。
また、上記表面層の厚さ方向中心部におけるＡｌのＴｉとの合量に占める割合（Ｙ値）を原子比で０．０２〜０．１５としたのは、ＴｉとＡｌの含有割合が厚さ方向に同じである場合、その値が０．０２未満では、Ａｌ2Ｏ3層およびＡｌ2Ｏ3−ＺｒＯ2混合層に対して十分な密着性を確保することができず、一方その値が０．１５を越えると、被削材との親和性が増すようになって、表面潤滑性に低下傾向が現われるようになるという理由によるものであり、望ましくは０．０２〜０．１とするのがよい。
さらに、上記ＴｉとＡｌの複合酸化物層からなる表面層においては、上記の通りＡｌ2Ｏ3層およびＡｌ2Ｏ3−ＺｒＯ2混合層との界面部では相対的にＡｌの含有割合を高く、一方最表面側では相対的にＴｉの含有割合を高くすれば密着性と表面潤滑性が一段と向上したものになるのであるから、厚さ方向中心部における０．０２〜０．１５のＹ値を中心として、これより下側は相対的にＹ値を高く、上側は相対的にＹ値を低くした成分濃度勾配を厚さ方向に連続的および／または断続的に形成するのが望ましい。
【０００９】
また、上記表面層の平均層厚を、０．１〜５μｍとしたのは、その平均層厚が０．１μｍ未満では、所望の表面潤滑性を確保することができず、一方この表面潤滑性付与作用は５μｍの平均層厚で十分満足に行うことができるという理由にもとづくものであり、下部層および中間層の平均層厚をそれぞれ０．５〜１５μｍおよび１〜１５μｍとしたのは、前者の下部層（Ｔｉ化合物層）の平均層厚が０．５μｍ未満になると、切刃にチッピングが発生し易くなり、一方後者の中間層（Ａｌ2Ｏ3層およびＡｌ2Ｏ3−ＺｒＯ2混合層）の平均層厚が１μｍ未満になると、特に切刃の逃げ面摩耗の進行が促進するようになり、また前者の平均層厚が１５μｍを越えると、耐摩耗性が急激に低下するようになり、一方後者の平均層厚が１５μｍを越えると、切刃にチッピングが発生し易くなるという理由によるものである。
さらに、硬質被覆層の平均層厚を３〜３０μｍとしたのは、その層厚が３μｍでは所望のすぐれた耐摩耗性を確保することができず、一方その層厚が３０μｍを越えると、切刃に欠けやチッピングが発生し易くなるという理由によるものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
つぎに、この発明の被覆超硬工具を実施例により具体的に説明する。
（実施例１）
原料粉末として、いずれも０．５〜４μｍの範囲内の所定の平均粒径を有するＷＣ粉末、（Ｔｉ，Ｗ）Ｃ（重量比で、以下同じ、ＴｉＣ／ＷＣ＝３０／７０）粉末、（Ｔｉ，Ｗ）ＣＮ（ＴｉＣ／ＴｉＮ／ＷＣ＝２４／２０／５６）粉末、（Ｔａ，Ｎｂ）Ｃ（ＴａＣ／ＮｂＣ＝９０／１０）粉末、Ｃｒ3Ｃ2粉末、およびＣｏ粉末を用意し、これら原料粉末を表１に示される配合組成に配合し、ボールミルで７２時間湿式混合し、乾燥した後、１００ＭＰａ（１ｔｏｎ／ｃｍ2 ）の圧力で所定形状の圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を６Ｐａ（０．０５ｔｏｒｒ）の真空中、１４１０℃に１時間保持の条件で真空焼結することによりＩＳＯ・ＣＮＭＧ１２０４０８に規定するスローアウエイチップ形状をもった超硬基体（チップ）Ａ〜Ｆをそれぞれ製造した。
【００１１】
ついで、これらの超硬基体（チップ）Ａ〜Ｆの表面に、ホーニングを施した状態で、通常の化学蒸着装置を用い、表２、３（表２中のｌ−ＴｉＣＮは特開平６−８０１０号公報に記載される縦長成長結晶組織をもつＴｉＣＮ層の形成条件を示すものである）に示される条件にて、表４に示される組成および目標層厚のＴｉ化合物層（下部層）、Ａｌ2Ｏ3層および／またはＡｌ2Ｏ3−ＺｒＯ2混合層（中間層）、およびＴｉとＡｌの複合酸化物層（表面層）からなる硬質被覆層を形成することにより、図１（ａ）に概略斜視図で、同（ｂ）に概略縦断面図で示される形状を有する本発明被覆超硬工具としての本発明表面被覆超硬合金製スローアウエイチップ（以下、本発明被覆超硬チップと云う）１〜１０をそれぞれ製造した。
【００１２】
また、比較の目的で、表５に示される通り、上記表面層としてのＴｉとＡｌの複合酸化物層を形成しない以外は同一の条件で同じく従来被覆超硬工具としての従来表面被覆超硬合金製スローアウエイチップ（以下、従来被覆超硬チップと云う）１〜１０をそれぞれ製造した。
【００１３】
この結果得られた本発明被覆超硬チップ１〜１０の表面層について、その厚さ方向中央部の酸素含有割合（Ｘ値）およびＡｌ含有割合（Ｙ値）をオージェ分光分析装置を用いて測定したところ、表３に示される目標値と実質的に同じ値を示した。
また、上記の本発明被覆超硬チップ１〜１０および従来被覆超硬チップ１〜１０の構成層の厚さを、走査型電子顕微鏡を用いて断面測定したところ、いずれも表４、５に示される目標層厚と実質的に同じ平均層厚（５点測定の平均値）を示した。
なお、上記の目標値と実測値の関係は以下の実施例２、３でも同じ結果を示した。
【００１４】
つぎに、上記本発明被覆超硬チップ１〜１０および従来被覆超硬チップ１〜１０について、これを工具鋼製バイトの先端部に固定治具にてネジ止めした状態で、
被削材：ＪＩＳ・ＳＵＳ３０４の丸棒、
切削速度：３００ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：１．５ｍｍ、
送り：０．２ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：１０分、
の条件でのステンレス鋼の乾式高速連続旋削加工試験、
被削材：ＪＩＳ・ＳＵＳ３０４の長さ方向等間隔４本縦溝入り丸棒、
切削速度：２００ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：１．５ｍｍ、
送り：０．１７ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：３分、
の条件でのステンレス鋼の乾式高速断続旋削加工試験、さらに、
被削材：ＪＩＳ・Ｓ１５Ｃの長さ方向等間隔４本縦溝入り丸棒、
切削速度：３００ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：１．５ｍｍ、
送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：５分、
の条件での軟鋼の乾式高速断続旋削加工試験を行い、いずれの旋削加工試験でも切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。この測定結果を表６に示した。
【００１５】
【表１】
【００１６】
【表２】
【００１７】
【表３】
【００１８】
【表４】
【００１９】
【表５】
【００２０】
【表６】
【００２１】
（実施例２）
原料粉末として、平均粒径：５．５μｍを有する中粗粒ＷＣ粉末、同０．８μｍの微粒ＷＣ粉末、同１．３μｍのＴａＣ粉末、同１．２μｍのＮｂＣ粉末、同１．２μｍのＺｒＣ粉末、同２．３μｍのＣｒ3Ｃ2粉末、同１．５μｍのＶＣ粉末、同１．０μｍの（Ｔｉ，Ｗ）Ｃ粉末、同１．８μｍのＣｏ粉末、および同１．２μｍの炭素（Ｃ）粉末を用意し、これら原料粉末をそれぞれ表７に示される配合組成に配合し、さらにワックスを加えてアセトン中で２４時間ボールミル混合し、減圧乾燥した後、１００ＭＰａの圧力で所定形状の各種の圧粉体にプレス成形し、これらの圧粉体を、６Ｐａの真空雰囲気中、７℃／分の昇温速度で１３７０〜１４７０℃の範囲内の所定の温度に昇温し、この温度に１時間保持後、炉冷の条件で焼結して、直径が８ｍｍ、１３ｍｍ、および２６ｍｍの３種の超硬基体形成用丸棒焼結体を形成し、さらに前記の３種の丸棒焼結体から、研削加工にて、表７に示される組合せで、切刃部の直径×長さがそれぞれ６ｍｍ×１３ｍｍ、１０ｍｍ×２２ｍｍ、および２０ｍｍ×４５ｍｍの寸法をもった超硬基体（エンドミル）ａ〜ｈをそれぞれ製造した。
【００２２】
ついで、これらの超硬基体（エンドミル）ａ〜ｈの表面に、ホーニングを施した状態で、通常の化学蒸着装置を用い、同じく表２、３に示される条件にて、表８に示される組成および目標層厚のＴｉ化合物層（下部層）、Ａｌ2Ｏ3層および／またはＡｌ2Ｏ3−ＺｒＯ2混合層（中間層）、およびＴｉとＡｌの複合酸化物層（表面層）からなる硬質被覆層を形成することにより、図２（ａ）に概略正面図で、同（ｂ）に切刃部の概略横断面図で示される形状を有する本発明被覆超硬工具としての本発明表面被覆超硬合金製エンドミル（以下、本発明被覆超硬エンドミルと云う）１〜８をそれぞれ製造した。
【００２３】
また、比較の目的で、表９に示される通り、上記表面層としてのＴｉとＡｌの複合酸化物層を形成しない以外は同一の条件で従来被覆超硬工具としての従来表面被覆超硬合金製エンドミル（以下、従来被覆超硬エンドミルと云う）１〜８をそれぞれ製造した。
【００２４】
つぎに、上記本発明被覆超硬エンドミル１〜８および従来被覆超硬エンドミル１〜８のうち、本発明被覆超硬エンドミル１〜３および従来被覆超硬エンドミル１〜３については、
被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・ＳＵＳ３０４の板材、
切削速度：６０ｍ／ｍｉｎ．、
溝深さ（切り込み）：３ｍｍ、
テーブル送り：２５０ｍｍ／分、
の条件でのステンレス鋼の湿式高速溝切削加工試験（水溶性切削油使用）、本発明被覆超硬エンドミル４〜６および従来被覆超硬エンドミル４〜６については、被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・Ｓ１５０板材、
切削速度：８０ｍ／ｍｉｎ．、
溝深さ（切り込み）：６ｍｍ、
テーブル送り：５００ｍｍ／分、
の条件での軟鋼の乾式高速溝切削加工試験、本発明被覆超硬エンドミル７，８および従来被覆超硬エンドミル７，８については、
被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・ＳＵＳ３０４の板材、
切削速度：７０ｍ／ｍｉｎ．、
溝深さ（切り込み）：１５ｍｍ、
テーブル送り：２５０ｍｍ／分、
の条件でのステンレス鋼の湿式高速溝切削加工試験（水溶性切削油使用）、
をそれぞれ行い、いずれの溝切削加工試験でも切刃部先端面の直径が使用寿命の目安とされる０．２ｍｍ減少するまでの切削溝長を測定した。この測定結果を表８、９にそれぞれ示した。
【００２５】
【表７】
【００２６】
【表８】
【００２７】
【表９】
【００２８】
（実施例３）
上記の実施例２で製造した直径が８ｍｍ（超硬基体ａ〜ｃ形成用）、１３ｍｍ（超硬基体ｄ〜ｆ形成用）、および２６ｍｍ（超硬基体ｇ、ｈ形成用）の３種の丸棒焼結体を用い、この３種の丸棒焼結体から、研削加工にて、溝形成部の直径×長さがそれぞれ４ｍｍ×１３ｍｍ（超硬基体ａ‘〜ｃ’）、８ｍｍ×２２ｍｍ（超硬基体ｄ‘〜ｆ’）、および１６ｍｍ×４５ｍｍ（超硬基体ｇ‘、ｈ’）の寸法をもった超硬基体（ドリル）ａ‘〜ｈ’をそれぞれ製造した。
【００２９】
ついで、これらの超硬基体（ドリル）ａ‘〜ｈ’の表面に、ホーニングを施した状態で、通常の化学蒸着装置を用い、同じく表２、３に示される条件にて、表１０に示される組成および目標層厚のＴｉ化合物層（下部層）、Ａｌ2Ｏ3層および／またはＡｌ2Ｏ3−ＺｒＯ2混合層（中間層）、およびＴｉとＡｌの複合酸化物層（表面層）からなる硬質被覆層を形成することにより、図３（ａ）に概略正面図で、同（ｂ）に溝形成部の概略横断面図で示される形状を有する本発明被覆超硬工具としての本発明表面被覆超硬合金製ドリル（以下、本発明被覆超硬ドリルと云う）１〜８をそれぞれ製造した。
【００３０】
また、比較の目的で、表１１に示される通り、上記表面層としてのＴｉとＡｌの複合酸化物層を形成しない以外は同一の条件で従来被覆超硬工具としての従来表面被覆超硬合金製ドリル（以下、従来被覆超硬ドリルと云う）１〜８をそれぞれ製造した。
【００３１】
つぎに、上記本発明被覆超硬ドリル１〜８および従来被覆超硬ドリル１〜８のうち、本発明被覆超硬ドリル１〜３および従来被覆超硬ドリル１〜３については、
被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・ＳＵＳ３０４板材、
切削速度：２５ｍ／ｍｉｎ．、
送り：０．１５ｍｍ／ｒｅｖ、
の条件でのステンレス鋼の湿式高速穴あけ切削加工試験、本発明被覆超硬ドリル４〜６および従来被覆超硬ドリル４〜６については、
被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・ＳＵＳ３０４の板材、
切削速度：３０ｍ／ｍｉｎ．、
送り：０．１７ｍｍ／ｒｅｖ、
の条件でのステンレス鋼の湿式高速穴あけ切削加工試験、本発明被覆超硬ドリル７，８および従来被覆超硬ドリル７，８については、
被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・Ｓ１５Ｃの板材、
切削速度：７０ｍ／ｍｉｎ．、
送り：０．４ｍｍ／ｒｅｖ、
の条件での軟鋼の湿式高速穴あけ切削加工試験、
をそれぞれ行い、いずれの湿式（水溶性切削油使用）高速穴あけ切削加工試験でも先端切刃面の逃げ面摩耗幅が０．３ｍｍに至るまでの穴あけ加工数を測定した。この測定結果を表１０、１１にそれぞれ示した。
【００３２】
【表１０】
【００３３】
【表１１】
【００３４】
【発明の効果】
表４〜１１に示される結果から、硬質被覆層の表面層としてＴｉとＡｌの複合酸化物層が存在する本発明被覆超硬工具は、いずれも高い発熱を伴うステンレス鋼や軟鋼の高速切削に用いても、前記ＴｉとＡｌの複合酸化物層が同じく硬質被覆層の中間層を構成するＡｌ2Ｏ3層およびＡｌ2Ｏ3−ＺｒＯ2混合層に対して強固に密着し、かつ高温加熱の切粉に対して著しく低い親和性を示し、切粉が前記表面層に溶着することがなく、切刃は常にすぐれた表面潤滑性を維持することから、切刃への切粉溶着が原因のチッピングや欠けが切刃に発生することがなく、すぐれた耐摩耗性を発揮するのに対して、前記ＴｉとＡｌの複合酸化物層の形成のない従来被覆超硬工具においては、切粉が硬質被覆層に溶着し易く、これが原因で硬質被覆層が局部的に剥がし取られることから、切刃にチッピングや欠けが発生し、比較的短時間で使用寿命に至ることが明らかである。
上述のように、この発明の被覆超硬工具は、各種の鋼や鋳鉄などの通常の条件での切削加工は勿論のこと、特に粘性が高く、切粉が切刃表面に溶着し易いステンレス鋼や軟鋼などの高速切削加工でも切粉に対してすぐれた表面潤滑性を発揮し、汎用性のある切削性能を示すものであるから、切削加工装置のＦＡ化並びに切削加工の省力化および省エネ化、さらに低コスト化に十分満足に対応できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は被覆超硬チップの概略斜視図、（ｂ）は被覆超硬チップの概略縦断面図である。
【図２】（ａ）は被覆超硬エンドミル概略正面図、（ｂ）は同切刃部の概略横断面図である。
【図３】（ａ）は被覆超硬ドリルの概略正面図、（ｂ）は同溝形成部の概略横断面図である。
【発明の属する技術分野】
この発明は、切粉に対する表面潤滑性にすぐれ、したがって特にステンレス鋼や軟鋼などのきわめて粘性が高く、かつ切粉が切刃表面に溶着し易い難削材の高速切削加工に用いた場合にも、切刃に欠けやチッピング（微小欠け）などの発生なく、すぐれた切削性能を長期に亘って発揮する表面被覆超硬合金製切削工具（以下、被覆超硬工具という）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、切削工具には、各種の鋼や鋳鉄などの被削材の旋削加工や平削り加工にバイトの先端部に着脱自在に取り付けて用いられるスローアウエイチップ、前記被削材の穴あけ切削加工などに用いられるドリルやミニチュアドリル、さらに前記被削材の面削加工や溝加工、肩加工などに用いられるソリッドタイプのエンドミルなどがあり、また前記スローアウエイチップを着脱自在に取り付けて前記ソリッドタイプのエンドミルと同様に切削加工を行うスローアウエイエンドミル工具などが知られている。
【０００３】
さらに、一般に、炭化タングステン基超硬合金基体（以下、超硬基体という）の表面に、
（ａ）下部層として、０．５〜１５μｍの平均層厚を有し、Ｔｉの炭化物（以下、ＴｉＣで示す）層、窒化物（以下、同じくＴｉＮで示す）層、炭窒化物（以下、ＴｉＣＮで示す）層、炭酸化物（以下、ＴｉＣＯで示す）層、および炭窒酸化物（以下、ＴｉＣＮＯで示す）層のうちの１種または２種以上からなるＴｉ化合物層、
（ｂ）上部層として、１〜１５μｍの平均層厚を有し、酸化アルミニウム（以下、Ａｌ2Ｏ3で示す）層、および例えば特開昭５７−３９１６８号公報や特開昭６１−２０１７７８号公報に記載されるＡｌ2Ｏ3の素地に酸化ジルコニウム（以下、ＺｒＯ2で示す）相が分散分布してなるＡｌ2Ｏ3−ＺｒＯ2混合層（以下、Ａｌ2Ｏ3−ＺｒＯ2混合層と云う）のいずれか、または両方、
以上（ａ）および（ｂ）で構成された硬質被覆層を３〜３０μｍの全体平均層厚で化学蒸着および／または物理蒸着してなる被覆超硬工具が知られており、この被覆超硬工具が、例えば各種低合金鋼や鋳鉄などの連続切削や断続切削に通常の条件で用いられていることも知られている。
【０００４】
また、一般に、上記の被覆超硬工具の硬質被覆層を構成するＴｉ化合物層や、Ａｌ2Ｏ3層およびＡｌ2Ｏ3−ＺｒＯ2混合層が粒状結晶組織を有し、かつ前記Ａｌ2Ｏ3層はα型結晶構造をもつものやκ型結晶構造をもつものなどが広く実用に供されることも良く知られており、さらに例えば特開平６−８０１０号公報や特開平７−３２８８０８号公報に記載されるように、前記Ｔｉ化合物層を構成するＴｉＣＮ層を、層自身の靭性向上を目的として、通常の化学蒸着装置にて、反応ガスとして有機炭窒化物を含む混合ガスを使用し、７００〜９５０℃の中温温度域で化学蒸着することにより形成して縦長成長結晶組織をもつようにすることも知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近年の切削加工装置のＦＡ化はめざましく、一方で切削加工に対する省力化および省エネ化、さらに低コスト化の要求は強く、これに伴い、切削工具には１種類の工具できるだけ多くの材種の被削材を切削加工できる汎用性が求められると共に、切削加工も高速化の傾向にあるが、上記の従来被覆超硬工具においては、これを鋼や鋳鉄などの通常の条件での切削加工に用いた場合には問題はないが、これをきわめて粘性の高いステンレス鋼や軟鋼などの被削材の高速切削に用いた場合には、これら被削材の切粉は、硬質被覆層を構成する特にＡｌ2 Ｏ3 層 およびＡｌ2Ｏ3−ＺｒＯ2混合層に対する親和性が高いために、切刃表面に溶着し易く、この溶着現象は切削加工が高速化すればするほど顕著に現れるようになり、この溶着現象が原因で切刃に欠けやチッピングが発生し、この結果比較的短時間で使用寿命に至るのが現状である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者等は、上述のような観点から、特にステンレス鋼や軟鋼などの高速切削加工に用いた場合にも、切刃表面に切粉の溶着し難い被覆超硬工具を開発すべく研究を行った結果、
（ａ）上記の従来被覆超硬工具の表面に、化学蒸着装置にて、反応ガス組成を、体積％で、
ＴｉＣｌ4：０．２〜１０％、
ＡｌＣｌ3：０．０５〜１％、
ＣＯ2：０．１〜１０％、
Ａｒ：５〜６０％、
Ｈ2：残り、
とし、かつ、
反応雰囲気温度：８００〜１１００℃、
反応雰囲気圧力：４〜７０ｋＰａ、
とした条件で表面層を形成し、この表面層を、０．１〜５μｍの平均層厚を有し、かつ、
組成式：（Ｔｉ1-YＡｌY）ＯX 、
で表わした場合、厚さ方向中央部をオージェ分光分析装置で測定して、いずれも原子比で
Ｙ：０．０２〜０．１５、
Ｘ：１．２〜１．９、
を満足するＴｉとＡｌの複合酸化物層、
で構成すると、このＴｉとＡｌの複合酸化物層が上記の従来被覆超硬工具の表面に表面層として化学蒸着または物理蒸着された被覆超硬工具においては、前記表面層が、これに含有するＡｌの作用で硬質被覆層の上部層を構成するＡｌ2 Ｏ3 層 およびＡｌ2Ｏ3−ＺｒＯ2混合層に強固に密着すると共に、前記表面層自体の被削材、特にステンレス鋼や軟鋼などの粘性の高い難削材に対する親和性がきわめて低く、これは高い発熱を伴う高速切削加工でも変わらないことから、切刃に切粉が溶着することがない、すなわち前記ＴｉとＡｌの複合酸化物層がすぐれた表面潤滑性を発揮し、この結果切刃に欠けやチッピングの発生がなくなり、長期に亘ってすぐれた切削性能を発揮するようになること。
（ｂ）上記（ａ）の被覆超硬工具の硬質被覆層の表面層を構成するＴｉとＡｌの複合酸化物層においては、中間層（従来上部層）を構成するＡｌ2 Ｏ3 層 およびＡｌ2Ｏ3−ＺｒＯ2混合層との界面部ではＴｉに比して相対的にＡｌの含有割合を高くすると、前記Ａｌ2 Ｏ3 層 およびＡｌ2Ｏ3−ＺｒＯ2混合層との密着性がさらに一段と向上し、一方最表面側では反対にＴｉに比してＡｌの含有割合を低くすると、粘性の高い難削材であるステンレス鋼や軟鋼などに対する親和性が著しく低下することから、前記Ａｌ2 Ｏ3 層 およびＡｌ2Ｏ3−ＺｒＯ2混合層との界面部ではＴｉに比して相対的にＡｌの含有割合を高く、一方最表面側では反対にＡｌに比してＴｉの含有割合を高くする成分濃度勾配を厚さ方向に連続的および／または断続的に形成するのが望ましく、これによってＴｉとＡｌの複合酸化物層からなる表面層は一段とすぐれた特性、すなわちすぐれた層間密着性と表面潤滑性を発揮するようになること。
以上（ａ）および（ｂ）に示される研究結果を得たのである。
【０００７】
この発明は、上記の研究結果に基づいてなされたものであって、超硬基体の表面に、
（ａ）下部層として、０．５〜１５μｍの平均層厚を有し、ＴｉＣ層、ＴｉＮ層、ＴｉＣＮ層、ＴｉＣＯ層、およびＴｉＣＮＯ層のうちの１種または２種以上からなるＴｉ化合物層、
（ｂ）中間層として、１〜１５μｍの平均層厚を有する、Ａｌ2Ｏ3層および／またはＡｌ2Ｏ3−ＺｒＯ2混合層、
（ｃ）表面層として、０．１〜５μｍの平均層厚を有し、かつ、
組成式：（Ｔｉ1-YＡｌY）ＯX 、
で表わした場合、厚さ方向中央部をオージェ分光分析装置で測定して、いずれも原子比で
Ｙ：０．０２〜０．１５、
Ｘ：１．２〜１．９、
を満足するＴｉとＡｌの複合酸化物層、
以上（ａ）〜（ｃ）で構成された硬質被覆層を３〜３０μｍの全体平均層厚で化学蒸着および／または物理蒸着してなる、切粉に対する表面潤滑性にすぐれた被覆超硬工具に特徴を有するものである。
【０００８】
この発明の被覆超硬工具において、表面層を構成するＴｉとＡｌの複合酸化物層における酸素（Ｏ）の（Ｔｉ＋Ａｌ）に対する割合（Ｘ値）を原子比で１．２〜１．９としたのは、その値が１．２未満では所望のすぐれた表面潤滑性を確保することができず、一方その値が１．９を越えると、層中に気孔が形成され易くなり、健全な表面層の安定的形成が難しくなるという理由によるものであり、望ましくは１．２〜１．７とするのがよい。
また、上記表面層の厚さ方向中心部におけるＡｌのＴｉとの合量に占める割合（Ｙ値）を原子比で０．０２〜０．１５としたのは、ＴｉとＡｌの含有割合が厚さ方向に同じである場合、その値が０．０２未満では、Ａｌ2Ｏ3層およびＡｌ2Ｏ3−ＺｒＯ2混合層に対して十分な密着性を確保することができず、一方その値が０．１５を越えると、被削材との親和性が増すようになって、表面潤滑性に低下傾向が現われるようになるという理由によるものであり、望ましくは０．０２〜０．１とするのがよい。
さらに、上記ＴｉとＡｌの複合酸化物層からなる表面層においては、上記の通りＡｌ2Ｏ3層およびＡｌ2Ｏ3−ＺｒＯ2混合層との界面部では相対的にＡｌの含有割合を高く、一方最表面側では相対的にＴｉの含有割合を高くすれば密着性と表面潤滑性が一段と向上したものになるのであるから、厚さ方向中心部における０．０２〜０．１５のＹ値を中心として、これより下側は相対的にＹ値を高く、上側は相対的にＹ値を低くした成分濃度勾配を厚さ方向に連続的および／または断続的に形成するのが望ましい。
【０００９】
また、上記表面層の平均層厚を、０．１〜５μｍとしたのは、その平均層厚が０．１μｍ未満では、所望の表面潤滑性を確保することができず、一方この表面潤滑性付与作用は５μｍの平均層厚で十分満足に行うことができるという理由にもとづくものであり、下部層および中間層の平均層厚をそれぞれ０．５〜１５μｍおよび１〜１５μｍとしたのは、前者の下部層（Ｔｉ化合物層）の平均層厚が０．５μｍ未満になると、切刃にチッピングが発生し易くなり、一方後者の中間層（Ａｌ2Ｏ3層およびＡｌ2Ｏ3−ＺｒＯ2混合層）の平均層厚が１μｍ未満になると、特に切刃の逃げ面摩耗の進行が促進するようになり、また前者の平均層厚が１５μｍを越えると、耐摩耗性が急激に低下するようになり、一方後者の平均層厚が１５μｍを越えると、切刃にチッピングが発生し易くなるという理由によるものである。
さらに、硬質被覆層の平均層厚を３〜３０μｍとしたのは、その層厚が３μｍでは所望のすぐれた耐摩耗性を確保することができず、一方その層厚が３０μｍを越えると、切刃に欠けやチッピングが発生し易くなるという理由によるものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
つぎに、この発明の被覆超硬工具を実施例により具体的に説明する。
（実施例１）
原料粉末として、いずれも０．５〜４μｍの範囲内の所定の平均粒径を有するＷＣ粉末、（Ｔｉ，Ｗ）Ｃ（重量比で、以下同じ、ＴｉＣ／ＷＣ＝３０／７０）粉末、（Ｔｉ，Ｗ）ＣＮ（ＴｉＣ／ＴｉＮ／ＷＣ＝２４／２０／５６）粉末、（Ｔａ，Ｎｂ）Ｃ（ＴａＣ／ＮｂＣ＝９０／１０）粉末、Ｃｒ3Ｃ2粉末、およびＣｏ粉末を用意し、これら原料粉末を表１に示される配合組成に配合し、ボールミルで７２時間湿式混合し、乾燥した後、１００ＭＰａ（１ｔｏｎ／ｃｍ2 ）の圧力で所定形状の圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を６Ｐａ（０．０５ｔｏｒｒ）の真空中、１４１０℃に１時間保持の条件で真空焼結することによりＩＳＯ・ＣＮＭＧ１２０４０８に規定するスローアウエイチップ形状をもった超硬基体（チップ）Ａ〜Ｆをそれぞれ製造した。
【００１１】
ついで、これらの超硬基体（チップ）Ａ〜Ｆの表面に、ホーニングを施した状態で、通常の化学蒸着装置を用い、表２、３（表２中のｌ−ＴｉＣＮは特開平６−８０１０号公報に記載される縦長成長結晶組織をもつＴｉＣＮ層の形成条件を示すものである）に示される条件にて、表４に示される組成および目標層厚のＴｉ化合物層（下部層）、Ａｌ2Ｏ3層および／またはＡｌ2Ｏ3−ＺｒＯ2混合層（中間層）、およびＴｉとＡｌの複合酸化物層（表面層）からなる硬質被覆層を形成することにより、図１（ａ）に概略斜視図で、同（ｂ）に概略縦断面図で示される形状を有する本発明被覆超硬工具としての本発明表面被覆超硬合金製スローアウエイチップ（以下、本発明被覆超硬チップと云う）１〜１０をそれぞれ製造した。
【００１２】
また、比較の目的で、表５に示される通り、上記表面層としてのＴｉとＡｌの複合酸化物層を形成しない以外は同一の条件で同じく従来被覆超硬工具としての従来表面被覆超硬合金製スローアウエイチップ（以下、従来被覆超硬チップと云う）１〜１０をそれぞれ製造した。
【００１３】
この結果得られた本発明被覆超硬チップ１〜１０の表面層について、その厚さ方向中央部の酸素含有割合（Ｘ値）およびＡｌ含有割合（Ｙ値）をオージェ分光分析装置を用いて測定したところ、表３に示される目標値と実質的に同じ値を示した。
また、上記の本発明被覆超硬チップ１〜１０および従来被覆超硬チップ１〜１０の構成層の厚さを、走査型電子顕微鏡を用いて断面測定したところ、いずれも表４、５に示される目標層厚と実質的に同じ平均層厚（５点測定の平均値）を示した。
なお、上記の目標値と実測値の関係は以下の実施例２、３でも同じ結果を示した。
【００１４】
つぎに、上記本発明被覆超硬チップ１〜１０および従来被覆超硬チップ１〜１０について、これを工具鋼製バイトの先端部に固定治具にてネジ止めした状態で、
被削材：ＪＩＳ・ＳＵＳ３０４の丸棒、
切削速度：３００ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：１．５ｍｍ、
送り：０．２ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：１０分、
の条件でのステンレス鋼の乾式高速連続旋削加工試験、
被削材：ＪＩＳ・ＳＵＳ３０４の長さ方向等間隔４本縦溝入り丸棒、
切削速度：２００ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：１．５ｍｍ、
送り：０．１７ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：３分、
の条件でのステンレス鋼の乾式高速断続旋削加工試験、さらに、
被削材：ＪＩＳ・Ｓ１５Ｃの長さ方向等間隔４本縦溝入り丸棒、
切削速度：３００ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：１．５ｍｍ、
送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：５分、
の条件での軟鋼の乾式高速断続旋削加工試験を行い、いずれの旋削加工試験でも切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。この測定結果を表６に示した。
【００１５】
【表１】
【表２】
【表３】
【表４】
【表５】
【表６】
（実施例２）
原料粉末として、平均粒径：５．５μｍを有する中粗粒ＷＣ粉末、同０．８μｍの微粒ＷＣ粉末、同１．３μｍのＴａＣ粉末、同１．２μｍのＮｂＣ粉末、同１．２μｍのＺｒＣ粉末、同２．３μｍのＣｒ3Ｃ2粉末、同１．５μｍのＶＣ粉末、同１．０μｍの（Ｔｉ，Ｗ）Ｃ粉末、同１．８μｍのＣｏ粉末、および同１．２μｍの炭素（Ｃ）粉末を用意し、これら原料粉末をそれぞれ表７に示される配合組成に配合し、さらにワックスを加えてアセトン中で２４時間ボールミル混合し、減圧乾燥した後、１００ＭＰａの圧力で所定形状の各種の圧粉体にプレス成形し、これらの圧粉体を、６Ｐａの真空雰囲気中、７℃／分の昇温速度で１３７０〜１４７０℃の範囲内の所定の温度に昇温し、この温度に１時間保持後、炉冷の条件で焼結して、直径が８ｍｍ、１３ｍｍ、および２６ｍｍの３種の超硬基体形成用丸棒焼結体を形成し、さらに前記の３種の丸棒焼結体から、研削加工にて、表７に示される組合せで、切刃部の直径×長さがそれぞれ６ｍｍ×１３ｍｍ、１０ｍｍ×２２ｍｍ、および２０ｍｍ×４５ｍｍの寸法をもった超硬基体（エンドミル）ａ〜ｈをそれぞれ製造した。
【００２２】
ついで、これらの超硬基体（エンドミル）ａ〜ｈの表面に、ホーニングを施した状態で、通常の化学蒸着装置を用い、同じく表２、３に示される条件にて、表８に示される組成および目標層厚のＴｉ化合物層（下部層）、Ａｌ2Ｏ3層および／またはＡｌ2Ｏ3−ＺｒＯ2混合層（中間層）、およびＴｉとＡｌの複合酸化物層（表面層）からなる硬質被覆層を形成することにより、図２（ａ）に概略正面図で、同（ｂ）に切刃部の概略横断面図で示される形状を有する本発明被覆超硬工具としての本発明表面被覆超硬合金製エンドミル（以下、本発明被覆超硬エンドミルと云う）１〜８をそれぞれ製造した。
【００２３】
また、比較の目的で、表９に示される通り、上記表面層としてのＴｉとＡｌの複合酸化物層を形成しない以外は同一の条件で従来被覆超硬工具としての従来表面被覆超硬合金製エンドミル（以下、従来被覆超硬エンドミルと云う）１〜８をそれぞれ製造した。
【００２４】
つぎに、上記本発明被覆超硬エンドミル１〜８および従来被覆超硬エンドミル１〜８のうち、本発明被覆超硬エンドミル１〜３および従来被覆超硬エンドミル１〜３については、
被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・ＳＵＳ３０４の板材、
切削速度：６０ｍ／ｍｉｎ．、
溝深さ（切り込み）：３ｍｍ、
テーブル送り：２５０ｍｍ／分、
の条件でのステンレス鋼の湿式高速溝切削加工試験（水溶性切削油使用）、本発明被覆超硬エンドミル４〜６および従来被覆超硬エンドミル４〜６については、被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・Ｓ１５０板材、
切削速度：８０ｍ／ｍｉｎ．、
溝深さ（切り込み）：６ｍｍ、
テーブル送り：５００ｍｍ／分、
の条件での軟鋼の乾式高速溝切削加工試験、本発明被覆超硬エンドミル７，８および従来被覆超硬エンドミル７，８については、
被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・ＳＵＳ３０４の板材、
切削速度：７０ｍ／ｍｉｎ．、
溝深さ（切り込み）：１５ｍｍ、
テーブル送り：２５０ｍｍ／分、
の条件でのステンレス鋼の湿式高速溝切削加工試験（水溶性切削油使用）、
をそれぞれ行い、いずれの溝切削加工試験でも切刃部先端面の直径が使用寿命の目安とされる０．２ｍｍ減少するまでの切削溝長を測定した。この測定結果を表８、９にそれぞれ示した。
【００２５】
【表７】
【表８】
【表９】
（実施例３）
上記の実施例２で製造した直径が８ｍｍ（超硬基体ａ〜ｃ形成用）、１３ｍｍ（超硬基体ｄ〜ｆ形成用）、および２６ｍｍ（超硬基体ｇ、ｈ形成用）の３種の丸棒焼結体を用い、この３種の丸棒焼結体から、研削加工にて、溝形成部の直径×長さがそれぞれ４ｍｍ×１３ｍｍ（超硬基体ａ‘〜ｃ’）、８ｍｍ×２２ｍｍ（超硬基体ｄ‘〜ｆ’）、および１６ｍｍ×４５ｍｍ（超硬基体ｇ‘、ｈ’）の寸法をもった超硬基体（ドリル）ａ‘〜ｈ’をそれぞれ製造した。
【００２９】
ついで、これらの超硬基体（ドリル）ａ‘〜ｈ’の表面に、ホーニングを施した状態で、通常の化学蒸着装置を用い、同じく表２、３に示される条件にて、表１０に示される組成および目標層厚のＴｉ化合物層（下部層）、Ａｌ2Ｏ3層および／またはＡｌ2Ｏ3−ＺｒＯ2混合層（中間層）、およびＴｉとＡｌの複合酸化物層（表面層）からなる硬質被覆層を形成することにより、図３（ａ）に概略正面図で、同（ｂ）に溝形成部の概略横断面図で示される形状を有する本発明被覆超硬工具としての本発明表面被覆超硬合金製ドリル（以下、本発明被覆超硬ドリルと云う）１〜８をそれぞれ製造した。
【００３０】
また、比較の目的で、表１１に示される通り、上記表面層としてのＴｉとＡｌの複合酸化物層を形成しない以外は同一の条件で従来被覆超硬工具としての従来表面被覆超硬合金製ドリル（以下、従来被覆超硬ドリルと云う）１〜８をそれぞれ製造した。
【００３１】
つぎに、上記本発明被覆超硬ドリル１〜８および従来被覆超硬ドリル１〜８のうち、本発明被覆超硬ドリル１〜３および従来被覆超硬ドリル１〜３については、
被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・ＳＵＳ３０４板材、
切削速度：２５ｍ／ｍｉｎ．、
送り：０．１５ｍｍ／ｒｅｖ、
の条件でのステンレス鋼の湿式高速穴あけ切削加工試験、本発明被覆超硬ドリル４〜６および従来被覆超硬ドリル４〜６については、
被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・ＳＵＳ３０４の板材、
切削速度：３０ｍ／ｍｉｎ．、
送り：０．１７ｍｍ／ｒｅｖ、
の条件でのステンレス鋼の湿式高速穴あけ切削加工試験、本発明被覆超硬ドリル７，８および従来被覆超硬ドリル７，８については、
被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・Ｓ１５Ｃの板材、
切削速度：７０ｍ／ｍｉｎ．、
送り：０．４ｍｍ／ｒｅｖ、
の条件での軟鋼の湿式高速穴あけ切削加工試験、
をそれぞれ行い、いずれの湿式（水溶性切削油使用）高速穴あけ切削加工試験でも先端切刃面の逃げ面摩耗幅が０．３ｍｍに至るまでの穴あけ加工数を測定した。この測定結果を表１０、１１にそれぞれ示した。
【００３２】
【表１０】
【表１１】
【発明の効果】
表４〜１１に示される結果から、硬質被覆層の表面層としてＴｉとＡｌの複合酸化物層が存在する本発明被覆超硬工具は、いずれも高い発熱を伴うステンレス鋼や軟鋼の高速切削に用いても、前記ＴｉとＡｌの複合酸化物層が同じく硬質被覆層の中間層を構成するＡｌ2Ｏ3層およびＡｌ2Ｏ3−ＺｒＯ2混合層に対して強固に密着し、かつ高温加熱の切粉に対して著しく低い親和性を示し、切粉が前記表面層に溶着することがなく、切刃は常にすぐれた表面潤滑性を維持することから、切刃への切粉溶着が原因のチッピングや欠けが切刃に発生することがなく、すぐれた耐摩耗性を発揮するのに対して、前記ＴｉとＡｌの複合酸化物層の形成のない従来被覆超硬工具においては、切粉が硬質被覆層に溶着し易く、これが原因で硬質被覆層が局部的に剥がし取られることから、切刃にチッピングや欠けが発生し、比較的短時間で使用寿命に至ることが明らかである。
上述のように、この発明の被覆超硬工具は、各種の鋼や鋳鉄などの通常の条件での切削加工は勿論のこと、特に粘性が高く、切粉が切刃表面に溶着し易いステンレス鋼や軟鋼などの高速切削加工でも切粉に対してすぐれた表面潤滑性を発揮し、汎用性のある切削性能を示すものであるから、切削加工装置のＦＡ化並びに切削加工の省力化および省エネ化、さらに低コスト化に十分満足に対応できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は被覆超硬チップの概略斜視図、（ｂ）は被覆超硬チップの概略縦断面図である。
【図２】（ａ）は被覆超硬エンドミル概略正面図、（ｂ）は同切刃部の概略横断面図である。
【図３】（ａ）は被覆超硬ドリルの概略正面図、（ｂ）は同溝形成部の概略横断面図である。
Claims (1)
- 炭化タングステン基超硬合金基体の表面に、
（ａ）下部層として、０．５〜１５μｍの平均層厚を有し、Ｔｉの炭化物層、窒化物層、炭窒化物層、炭酸化物層、および炭窒酸化物層のうちの１層または２層以上の複層からなるＴｉ化合物層、
（ｂ）中間層として、１〜１５μｍの平均層厚を有する、酸化アルミニウム層および／または酸化アルミニウムの素地に酸化ジルコニウム相が分散分布してなる酸化アルミニウム−酸化ジルコニウム混合層、
（ｃ）表面層として、０．１〜５μｍの平均層厚を有し、かつ、
組成式：（Ｔｉ1-YＡｌY）ＯX 、
で表わした場合、厚さ方向中央部をオージェ分光分析装置で測定して、いずれも原子比で
Ｙ：０．０２〜０．１５、
Ｘ：１．２〜１．９、
を満足するＴｉとＡｌの複合酸化物層、
以上（ａ）〜（ｃ）で構成された硬質被覆層を３〜３０μｍの全体平均層厚で化学蒸着および／または物理蒸着してなる、切粉に対する表面潤滑性にすぐれた表面被覆超硬合金製切削工具。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000319751A JP4232333B2 (ja) | 2000-09-18 | 2000-10-19 | 切粉に対する表面潤滑性にすぐれた表面被覆超硬合金製切削工具 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000282053 | 2000-09-18 | ||
| JP2000-282053 | 2000-09-18 | ||
| JP2000319751A JP4232333B2 (ja) | 2000-09-18 | 2000-10-19 | 切粉に対する表面潤滑性にすぐれた表面被覆超硬合金製切削工具 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002160106A JP2002160106A (ja) | 2002-06-04 |
| JP4232333B2 true JP4232333B2 (ja) | 2009-03-04 |
Family
ID=26600128
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000319751A Expired - Fee Related JP4232333B2 (ja) | 2000-09-18 | 2000-10-19 | 切粉に対する表面潤滑性にすぐれた表面被覆超硬合金製切削工具 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4232333B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4569745B2 (ja) * | 2003-12-22 | 2010-10-27 | 三菱マテリアル株式会社 | 硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆サーメット製切削工具 |
| JP2008229766A (ja) * | 2007-03-20 | 2008-10-02 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 切削工具 |
| JP5176659B2 (ja) * | 2008-04-03 | 2013-04-03 | 三菱マテリアル株式会社 | 硬質被覆層が高速重切削加工ですぐれた耐チッピング性、耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具 |
| JP5286891B2 (ja) * | 2008-04-03 | 2013-09-11 | 三菱マテリアル株式会社 | 硬質被覆層が高速重切削加工ですぐれた耐チッピング性、耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具 |
-
2000
- 2000-10-19 JP JP2000319751A patent/JP4232333B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2002160106A (ja) | 2002-06-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4019246B2 (ja) | 耐チッピング性のすぐれた表面被覆超硬合金製切削工具 | |
| JP4432097B2 (ja) | 粘性の高い難削材の高速切削で切粉に対してすぐれた表面潤滑性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具の製造方法 | |
| JP3250134B2 (ja) | 耐チッピング性のすぐれた表面被覆超硬合金製切削工具 | |
| JP4019244B2 (ja) | 耐チッピング性のすぐれた表面被覆超硬合金製切削工具 | |
| JP4281262B2 (ja) | 粘性が高く、かつ切粉が切刃表面に溶着し易い難削材の高速切削加工で切粉に対してすぐれた表面潤滑性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具 | |
| JP2001239404A (ja) | 耐チッピング性のすぐれた表面被覆超硬合金製切削工具 | |
| JP4232333B2 (ja) | 切粉に対する表面潤滑性にすぐれた表面被覆超硬合金製切削工具 | |
| JP2009125902A (ja) | 重切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具 | |
| JP4019243B2 (ja) | 切粉に対する表面潤滑性にすぐれた表面被覆超硬合金製切削工具 | |
| JP3695396B2 (ja) | 難削材の高速切削ですぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具 | |
| JP3994590B2 (ja) | 高能率切削で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具 | |
| JP3508754B2 (ja) | 硬質被覆層がすぐれた切粉潤滑性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具 | |
| JP3360565B2 (ja) | 硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具 | |
| JP4329969B2 (ja) | 硬質被覆層が難削材の高速切削加工ですぐれた耐熱塑性変形性を発揮する表面被覆切削チップ | |
| JP4240522B2 (ja) | 切粉に対する表面潤滑性にすぐれた表面被覆超硬合金製切削工具 | |
| JP3912494B2 (ja) | 硬質被覆層がすぐれた耐熱塑性変形性を発揮する表面被覆超硬合金製スローアウエイチップ | |
| JP2002126911A (ja) | 切粉に対する表面潤滑性にすぐれた表面被覆超硬合金製切削工具 | |
| JP2002254204A (ja) | 切粉に対する表面潤滑性にすぐれた表面被覆超硬合金製切削工具 | |
| JP3988176B2 (ja) | 切粉に対する表面潤滑性にすぐれた表面被覆超硬合金製スローアウエイチップ形状切削工具 | |
| JP4332771B2 (ja) | 切粉に対する表面潤滑性にすぐれた表面被覆超硬合金製切削工具 | |
| JP2003025112A (ja) | 切粉に対する表面潤滑性にすぐれた表面被覆超硬合金製切削工具 | |
| JP4484500B2 (ja) | 表面被覆切削工具 | |
| JP3534091B2 (ja) | 切粉に対する表面潤滑性にすぐれた表面被覆超硬合金製切削工具 | |
| JPH11267906A (ja) | 耐摩耗性のすぐれた表面被覆超硬合金製切削工具 | |
| JP3573115B2 (ja) | 切粉に対する表面潤滑性にすぐれた表面被覆超硬合金製切削工具 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060331 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20080408 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080826 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20081118 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20081201 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111219 Year of fee payment: 3 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111219 Year of fee payment: 3 |
|
| S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111219 Year of fee payment: 3 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111219 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121219 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131219 Year of fee payment: 5 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |