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JP7574906B2 - Cutting Tools - Google Patents

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JP7574906B2
JP7574906B2 JP2023209289A JP2023209289A JP7574906B2 JP 7574906 B2 JP7574906 B2 JP 7574906B2 JP 2023209289 A JP2023209289 A JP 2023209289A JP 2023209289 A JP2023209289 A JP 2023209289A JP 7574906 B2 JP7574906 B2 JP 7574906B2
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coating layer
layer
cutting tool
aluminum
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さち子 小池
圭一 津田
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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  • Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Description

本開示は、切削工具に関する。 This disclosure relates to cutting tools.

従来から、切削工具の長寿命化を目的として、種々の検討がなされている。例えば、国際公開第2017/061328号(特許文献1)には、基材と前記基材の表面に形成された被覆層とを含む被覆切削工具であって、前記被覆層は、少なくとも1層の所定の層を含み、前記所定の層は、下記式:
(AlTi1-x-y)N
[式中、MはZr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、WおよびSiからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を表し、xはAl元素とTi元素とMで表される元素との合計に対するAl元素の原子比を表し、yはAl元素とTi元素とMで表される元素との合計に対するTi元素の原子比を表し、0.60≦x≦0.85、0≦y≦0.40、0.60≦x+y≦1.00を満足する。]
で表される組成を有する化合物を含有する層であり、前記所定の層の平均厚さは、1.4μm以上15μm以下であり、前記所定の層は、所定の条件(1)、(2)および(3)を満たす上部領域と下部領域とを有する、被覆切削工具が開示されている。
Conventionally, various studies have been conducted with the aim of extending the life of cutting tools. For example, International Publication No. 2017/061328 (Patent Document 1) discloses a coated cutting tool including a substrate and a coating layer formed on a surface of the substrate, the coating layer including at least one predetermined layer, and the predetermined layer is represented by the following formula:
(Al x Ti y M 1-x-y )N
[In the formula, M represents at least one element selected from the group consisting of Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, and Si, x represents the atomic ratio of Al element to the total of Al element, Ti element, and element represented by M, and y represents the atomic ratio of Ti element to the total of Al element, Ti element, and element represented by M, and satisfies 0.60≦x≦0.85, 0≦y≦0.40, and 0.60≦x+y≦1.00.]
the average thickness of the predetermined layer is 1.4 μm or more and 15 μm or less, and the predetermined layer has an upper region and a lower region which satisfy predetermined conditions (1), (2), and (3).

国際公開第2014/142190号(特許文献2)には、(AlTi1-a(但し、M元素はCr及び/又はWであり、x、y、z及びaはそれぞれ原子比で0.6≦x≦0.9、0.05≦y≦0.4、0≦z≦0.2、x+y+z=1及び0.2≦a≦0.8を満たす数字である。)で表される組成を有し、アークイオンプレーティング法により形成された硬質皮膜であって、前記硬質皮膜のX線回折パターンがウルツ鉱型の単一構造を示し、前記ウルツ鉱型構造の(002)面のX線回折ピークが最大ピークであることを特徴とする硬質皮膜が開示されている。 International Publication No. 2014/142190 (Patent Document 2) discloses a hard coating having a composition represented by (Al x Ti y M z ) a N 1-a (wherein M element is Cr and/or W, and x, y, z, and a are numbers that satisfy, in atomic ratio, 0.6≦x≦0.9, 0.05≦y≦0.4, 0≦z≦0.2, x+y+z=1, and 0.2≦a≦0.8), which is formed by an arc ion plating method, and which is characterized in that the X-ray diffraction pattern of the hard coating shows a wurtzite-type single structure, and the X-ray diffraction peak of the (002) plane of the wurtzite-type structure is the maximum peak.

国際公開第2017/061328号International Publication No. 2017/061328 国際公開第2014/142190号International Publication No. 2014/142190

近年はより高効率な(例えば、送り速度が大きい)切削加工が求められており、更なる性能の向上(例えば、刃先の欠け及び摩耗の抑制等)が期待されている。また、被削材の材料によって適した切削工具の開発が求められている。 In recent years, there has been a demand for more efficient cutting (e.g., faster feed speeds), and further improvements in performance (e.g., reducing chipping and wear of the cutting edge) are expected. There is also a demand for the development of cutting tools that are suitable for different workpiece materials.

本開示は、上記事情に鑑みてなされたものであり、耐摩耗性、耐欠損性及び耐凝着性に優れる切削工具を提供することを目的とする。 This disclosure has been made in consideration of the above circumstances, and aims to provide a cutting tool that has excellent wear resistance, chipping resistance, and adhesion resistance.

本開示に係る切削工具は、基材と上記基材上に配置されている被覆層とを備える切削工具であって、
上記被覆層は、構成元素としてアルミニウム、チタン及びタングステンを含む窒化物からなり、
上記被覆層における上記アルミニウム、上記チタン及び上記タングステンの全体を基準とした場合、上記アルミニウムの原子比a、上記チタンの原子比b及び上記タングステンの原子比cそれぞれは、以下の式1~式5、
1/3<(b+2c)/a<1 式1
0.05<b<0.2 式2
0.1<c≦0.29 式3
a+b+c=1 式4
b<c 式5
を満たし、
上記被覆層は、構成元素としてケイ素を含まない。
A cutting tool according to the present disclosure is a cutting tool including a substrate and a coating layer disposed on the substrate,
The coating layer is made of a nitride containing aluminum, titanium, and tungsten as constituent elements,
When the total amount of the aluminum, titanium, and tungsten in the coating layer is used as a reference, the atomic ratio a of the aluminum, the atomic ratio b of the titanium, and the atomic ratio c of the tungsten are expressed by the following formulas 1 to 5,
1/3<(b+2c)/a<1 Formula 1
0.05<b<0.2 Formula 2
0.1<c≦0.29 Formula 3
a + b + c = 1 Equation 4
b < c Equation 5
Fulfilling
The coating layer does not contain silicon as a constituent element.

上記によれば、耐摩耗性、耐欠損性及び耐凝着性に優れる切削工具を提供することが可能になる。 As a result of the above, it is possible to provide a cutting tool that has excellent wear resistance, chipping resistance, and adhesion resistance.

図1は、切削工具の一態様を例示する斜視図である。FIG. 1 is a perspective view illustrating one embodiment of a cutting tool. 図2は、本実施形態の一態様における切削工具の模式断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a cutting tool according to one aspect of this embodiment. 図3は、本実施形態の他の態様における切削工具の模式断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a cutting tool according to another aspect of the present embodiment. 図4は、本実施形態の別の他の態様における切削工具の模式断面図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a cutting tool according to another aspect of the present embodiment.

[本開示の実施形態の説明]
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
[1]本開示に係る切削工具は、基材と上記基材上に配置されている被覆層とを備える切削工具であって、
上記被覆層は、構成元素としてアルミニウム、チタン及びタングステンを含む窒化物からなり、
上記被覆層における上記アルミニウム、上記チタン及び上記タングステンの全体を基準とした場合、上記アルミニウムの原子比a、上記チタンの原子比b及び上記タングステンの原子比cそれぞれは、以下の式1~式5、
1/3<(b+2c)/a<1 式1
0.05<b<0.2 式2
0.1<c≦0.29 式3
a+b+c=1 式4
b<c 式5
を満たし、
上記被覆層は、構成元素としてケイ素を含まない。
[Description of the embodiments of the present disclosure]
First, the embodiments of the present disclosure will be listed and described.
[1] A cutting tool according to the present disclosure is a cutting tool including a substrate and a coating layer disposed on the substrate,
The coating layer is made of a nitride containing aluminum, titanium, and tungsten as constituent elements,
When the total amount of the aluminum, titanium, and tungsten in the coating layer is used as a reference, the atomic ratio a of the aluminum, the atomic ratio b of the titanium, and the atomic ratio c of the tungsten are expressed by the following formulas 1 to 5,
1/3<(b+2c)/a<1 Formula 1
0.05<b<0.2 Formula 2
0.1<c≦0.29 Formula 3
a + b + c = 1 Equation 4
b < c Equation 5
Fulfilling
The coating layer does not contain silicon as a constituent element.

上記切削工具は、上述のような構成を備えることによって、耐摩耗性、耐欠損性及び耐凝着性に優れると考えられる。とりわけ、上記切削工具は、Ni基合金の高能率加工に適していると考えられる。ここで、「耐摩耗性」とは、切削加工に用いた場合被覆層を含む被膜が摩耗することに対する耐性を意味する。「耐欠損性」とは、切削加工に用いた場合被覆層を含む被膜に発生する欠けに対する耐性を意味する。「耐凝着性」とは、切削加工に用いた場合被覆層を含む被膜が被削材又は切り屑と凝着することに対する耐性を意味する。 The cutting tool is considered to have excellent wear resistance, chipping resistance, and adhesion resistance due to the above-mentioned configuration. In particular, the cutting tool is considered to be suitable for high-efficiency machining of Ni-based alloys. Here, "wear resistance" means resistance to wear of the coating including the coating layer when used in cutting. "Crack resistance" means resistance to chipping that occurs in the coating including the coating layer when used in cutting. "Adhesion resistance" means resistance to adhesion of the coating including the coating layer to the workpiece or chips when used in cutting.

[2]上記被覆層の任意の断面において上記被覆層の積層方向に沿って線分析を行った場合、上記アルミニウムの原子比の最大値と上記アルミニウムの原子比の最小値との差が0.03以下であることが好ましい。これにより、切削加工に用いた場合被覆層の摩耗が均一となり、安定性に優れた切削工具となる。 [2] When a line analysis is performed along the lamination direction of the coating layer at any cross section of the coating layer, it is preferable that the difference between the maximum value of the aluminum atomic ratio and the minimum value of the aluminum atomic ratio is 0.03 or less. This ensures that the coating layer wears evenly when used in cutting, resulting in a cutting tool with excellent stability.

[3]上記タングステンの原子比cは、0.2を超えて0.25以下であることが好ましい。これにより、更に優れた耐摩耗性及び耐凝着性を有する切削工具となる。 [3] The atomic ratio c of tungsten is preferably greater than 0.2 and less than or equal to 0.25. This results in a cutting tool with even better wear resistance and adhesion resistance.

[4]上記被覆層の厚みは、0.5μm以上5μm以下であることが好ましい。これにより、更に優れた耐摩耗性、耐欠損性及び耐凝着性を有する切削工具となる。 [4] The thickness of the coating layer is preferably 0.5 μm or more and 5 μm or less. This results in a cutting tool with even better wear resistance, chipping resistance, and adhesion resistance.

[5]上記基材と上記被覆層との間に配置されている少なくとも1層の下地層を更に備え、
上記下地層は、上記被覆層とは組成が異なる第一単位層を少なくとも含み、
上記第一単位層は、周期表4族元素、5族元素、6族元素、アルミニウム及びケイ素からなる群より選ばれる少なくとも1種の金属元素、又は上記金属元素の少なくとも1種と、炭素、窒素、酸素及び硼素からなる群より選ばれる少なくとも1種の非金属元素とからなる化合物からなることが好ましい。これにより、耐摩耗性に更に優れ、かつ基材との密着性に優れた切削工具となる。
[5] The electrophotographic printing apparatus further includes at least one underlayer disposed between the substrate and the coating layer,
the underlayer includes at least a first unit layer having a composition different from that of the coating layer,
The first unit layer is preferably made of at least one metal element selected from the group consisting of Group 4, 5, and 6 elements of the periodic table, aluminum, and silicon, or a compound of at least one of the metal elements and at least one nonmetal element selected from the group consisting of carbon, nitrogen, oxygen, and boron, thereby providing a cutting tool with even more excellent wear resistance and adhesion to the substrate.

[6]上記第一単位層は、チタン、クロム、アルミニウム及びケイ素からなる群より選ばれる少なくとも1種の金属元素、又は上記金属元素の少なくとも1種と、炭素、窒素、酸素及び硼素からなる群より選ばれる少なくとも1種の非金属元素とからなる化合物からなることが好ましい。これにより、耐摩耗性に更に優れた切削工具となる。 [6] The first unit layer is preferably made of at least one metal element selected from the group consisting of titanium, chromium, aluminum, and silicon, or a compound consisting of at least one of the metal elements and at least one nonmetal element selected from the group consisting of carbon, nitrogen, oxygen, and boron. This results in a cutting tool with even better wear resistance.

[7]上記下地層は、上記被覆層及び上記第一単位層とは組成が異なる第二単位層を更に含み、
上記第二単位層は、周期表4族元素、5族元素、6族元素、アルミニウム及びケイ素からなる群より選ばれる少なくとも1種の金属元素、又は上記金属元素の少なくとも1種と、炭素、窒素、酸素及び硼素からなる群より選ばれる少なくとも1種の非金属元素とからなる化合物からなることが好ましい。これにより、耐摩耗性に更に優れ、かつ基材との密着性に優れた切削工具となる。
[7] The underlayer further includes a second unit layer having a composition different from that of the coating layer and the first unit layer,
The second unit layer is preferably made of at least one metal element selected from the group consisting of Group 4, 5, and 6 elements of the periodic table, aluminum, and silicon, or a compound of at least one of the metal elements and at least one nonmetal element selected from the group consisting of carbon, nitrogen, oxygen, and boron, thereby providing a cutting tool with even more excellent wear resistance and adhesion to the substrate.

[8]上記第二単位層は、チタン、クロム、アルミニウム及びケイ素からなる群より選ばれる少なくとも1種の金属元素、又は上記金属元素の少なくとも1種と、炭素、窒素、酸素及び硼素からなる群より選ばれる少なくとも1種の非金属元素とからなる化合物からなることが好ましい。これにより、耐摩耗性に更に優れた切削工具となる。 [8] The second unit layer is preferably made of at least one metal element selected from the group consisting of titanium, chromium, aluminum, and silicon, or a compound consisting of at least one of the metal elements and at least one nonmetal element selected from the group consisting of carbon, nitrogen, oxygen, and boron. This results in a cutting tool with even better wear resistance.

[9]上記第一単位層及び上記第二単位層は、それぞれが交互に1層以上積層された多層構造を形成していることが好ましい。これにより、耐欠損性に更に優れた切削工具となる。 [9] It is preferable that the first unit layer and the second unit layer each form a multilayer structure in which one or more layers are alternately stacked. This results in a cutting tool with even better chipping resistance.

[10]上記第一単位層の厚みと上記第二単位層の厚みとの合計は、1nm以上100nm以下であることが好ましい。これにより、耐欠損性に更に優れた切削工具となる。 [10] The sum of the thickness of the first unit layer and the thickness of the second unit layer is preferably 1 nm or more and 100 nm or less. This results in a cutting tool with even better chipping resistance.

[11]上記被覆層上に配置されている表面層を更に備え、
上記表面層は、周期表4族元素、5族元素、6族元素、アルミニウム及びケイ素からなる群より選ばれる少なくとも1種の金属元素、又は上記金属元素の少なくとも1種と、炭素、窒素、酸素及び硼素からなる群より選ばれる少なくとも1種の非金属元素とからなる化合物からなり、
上記表面層は、上記被覆層とは組成が異なることが好ましい。これにより、耐摩耗性に更に優れ、かつ摺動性に優れた切削工具となる。
[11] Further comprising a surface layer disposed on the coating layer,
the surface layer is made of at least one metal element selected from the group consisting of Group 4 elements, Group 5 elements, Group 6 elements of the periodic table, aluminum, and silicon, or a compound consisting of at least one of the metal elements and at least one nonmetal element selected from the group consisting of carbon, nitrogen, oxygen, and boron;
The surface layer preferably has a composition different from that of the coating layer, which results in a cutting tool with even more excellent wear resistance and sliding properties.

[12]上記表面層は、チタン、クロム、アルミニウム及びケイ素からなる群より選ばれる少なくとも1種の金属元素、又は上記金属元素の少なくとも1種と、炭素、窒素、酸素及び硼素からなる群より選ばれる少なくとも1種の非金属元素とからなる化合物からなることが好ましい。これにより、耐摩耗性に更に優れた切削工具となる。 [12] The surface layer is preferably made of at least one metal element selected from the group consisting of titanium, chromium, aluminum, and silicon, or a compound consisting of at least one of the metal elements and at least one nonmetal element selected from the group consisting of carbon, nitrogen, oxygen, and boron. This results in a cutting tool with even better wear resistance.

[13]上記基材は、超硬合金、サーメット、高速度鋼、セラミックス、立方晶窒化硼素焼結体、及びダイヤモンド焼結体からなる群より選ばれる少なくとも1種を含むことが好ましい。これにより、高温における硬度と強度とに優れる切削工具となる。 [13] The substrate preferably contains at least one selected from the group consisting of cemented carbide, cermet, high-speed steel, ceramics, cubic boron nitride sintered body, and diamond sintered body. This results in a cutting tool with excellent hardness and strength at high temperatures.

[本開示の実施形態の詳細]
以下、本開示の一実施形態(以下「本実施形態」と記す。)について説明する。ただし、本実施形態はこれに限定されるものではない。本明細書において「A~Z」という形式の表記は、範囲の上限下限(すなわちA以上Z以下)を意味する。Aにおいて単位の記載がなく、Zにおいてのみ単位が記載されている場合、Aの単位とZの単位とは同じである。さらに、本明細書において、例えば「TiN」等のように、構成元素の比が限定されていない化学式によって化合物が表された場合には、その化学式は従来公知のあらゆる組成比(元素比)を含むものとする。このとき化学式は、化学量論組成のみならず、非化学量論組成も含むものとする。例えば「TiN」の化学式には、化学量論組成「Ti」のみならず、例えば「Ti0.8」のような非化学量論組成も含まれる。このことは、「TiN」以外の化合物の記載、例えば「ZrN」についても同様である。
[Details of the embodiment of the present disclosure]
Hereinafter, an embodiment of the present disclosure (hereinafter, referred to as "the present embodiment") will be described. However, the present embodiment is not limited to this. In this specification, the notation in the form of "A to Z" means the upper and lower limits of a range (i.e., A to Z). When no unit is described in A and only a unit is described in Z, the unit of A and the unit of Z are the same. Furthermore, in this specification, when a compound is represented by a chemical formula in which the ratio of the constituent elements is not limited, such as "TiN", the chemical formula includes all conventionally known composition ratios (element ratios). In this case, the chemical formula includes not only stoichiometric compositions but also non-stoichiometric compositions. For example, the chemical formula of "TiN" includes not only the stoichiometric composition "Ti 1 N 1 " but also non-stoichiometric compositions such as "Ti 1 N 0.8 ". This also applies to the description of compounds other than "TiN", such as "ZrN".

≪切削工具≫
本開示に係る切削工具は、
基材と上記基材上に配置されている被覆層とを備える切削工具であって、
上記被覆層は、構成元素としてアルミニウム、チタン及びタングステンを含む窒化物からなり、
上記被覆層における上記アルミニウム、上記チタン及び上記タングステンの全体を基準とした場合、上記アルミニウムの原子比a、上記チタンの原子比b及び上記タングステンの原子比cそれぞれは、以下の式1~式5、
1/3<(b+2c)/a<1 式1
0.05<b<0.2 式2
0.1<c≦0.29 式3
a+b+c=1 式4
b<c 式5
を満たし、
上記被覆層は、構成元素としてケイ素を含まない。
<Cutting tools>
The cutting tool according to the present disclosure comprises:
A cutting tool comprising a substrate and a coating layer disposed on the substrate,
The coating layer is made of a nitride containing aluminum, titanium, and tungsten as constituent elements,
When the total amount of the aluminum, titanium, and tungsten in the coating layer is used as a reference, the atomic ratio a of the aluminum, the atomic ratio b of the titanium, and the atomic ratio c of the tungsten are expressed by the following formulas 1 to 5,
1/3<(b+2c)/a<1 Formula 1
0.05<b<0.2 Formula 2
0.1<c≦0.29 Formula 3
a + b + c = 1 Equation 4
b < c Equation 5
Fulfilling
The coating layer does not contain silicon as a constituent element.

本実施形態の切削工具50は、基材10と、上記基材10上に配置されている被覆層11とを備える(以下、単に「切削工具」という場合がある。)(図2)。上記切削工具50は、上記被覆層11の他にも、上記被覆層11上に配置されている表面層12を更に備えていてもよい(図3)。また、上記切削工具50は、上記基材10と上記被覆層11との間に配置されている下地層13を更に備えていてもよい(図3)。表面層12及び下地層13については、後述する。
なお、上記基材10上に配置されている上述の各層をまとめて「被膜」と呼ぶ場合がある。すなわち、上記切削工具50は上記基材10上に配置されている被膜40を備え、上記被膜40は上記被覆層11を含む。また、上記被膜40は、上記表面層12を更に含んでいてもよい。上記被膜40は、上記下地層13を更に含んでいてもよい。本実施形態の一側面において、上記被膜は、上記基材におけるすくい面を被覆していてもよいし、すくい面以外の部分(例えば、逃げ面)を被覆していてもよい。
The cutting tool 50 of this embodiment includes a substrate 10 and a coating layer 11 disposed on the substrate 10 (hereinafter, may be simply referred to as a "cutting tool") (FIG. 2). In addition to the coating layer 11, the cutting tool 50 may further include a surface layer 12 disposed on the coating layer 11 (FIG. 3). The cutting tool 50 may further include a base layer 13 disposed between the substrate 10 and the coating layer 11 (FIG. 3). The surface layer 12 and the base layer 13 will be described later.
The above-mentioned layers disposed on the substrate 10 may be collectively referred to as a "coating." That is, the cutting tool 50 includes a coating 40 disposed on the substrate 10, and the coating 40 includes the coating layer 11. The coating 40 may further include the surface layer 12. The coating 40 may further include the underlayer 13. In one aspect of the present embodiment, the coating may cover the rake face of the substrate, or may cover a portion other than the rake face (e.g., a flank face).

上記切削工具は、例えば、ドリル、エンドミル、ドリル用刃先交換型切削チップ、エンドミル用刃先交換型切削チップ、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、タップ等であり得る。 The cutting tool may be, for example, a drill, an end mill, an indexable cutting tip for a drill, an indexable cutting tip for an end mill, an indexable cutting tip for milling, an indexable cutting tip for turning, a metal saw, a gear cutting tool, a reamer, a tap, etc.

<基材>
本実施形態の基材は、この種の基材として従来公知のものであればいずれの基材も使用することができる。例えば、上記基材は、超硬合金(例えば、炭化タングステン(WC)基超硬合金、WCの他にCoを含む超硬合金、WCの他にCr、Ti、Ta、Nb等の炭窒化物を添加した超硬合金等)、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、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム等)、立方晶型窒化硼素焼結体(cBN焼結体)及びダイヤモンド焼結体からなる群より選ばれる少なくとも1種を含むことが好ましい。上記基材は、超硬合金、サーメット及びcBN焼結体からなる群より選ばれる少なくとも1種を含むことがより好ましい。
<Substrate>
The substrate of this embodiment can be any substrate known in the art. For example, the substrate preferably includes at least one selected from the group consisting of cemented carbide (for example, tungsten carbide (WC)-based cemented carbide, cemented carbide containing Co in addition to WC, cemented carbide containing carbonitrides such as Cr, Ti, Ta, Nb in addition to WC, etc.), cermet (mainly composed of TiC, TiN, TiCN, etc.), high-speed steel, ceramics (titanium carbide, silicon carbide, silicon nitride, aluminum nitride, aluminum oxide, etc.), cubic boron nitride sintered body (cBN sintered body) and diamond sintered body. It is more preferable that the substrate includes at least one selected from the group consisting of cemented carbide, cermet and cBN sintered body.

これらの各種基材の中でも、特にWC基超硬合金又はcBN焼結体を選択することが好ましい。その理由は、これらの基材が特に高温における硬度と強度とのバランスに優れ、上記用途の切削工具の基材として優れた特性を有するためである。 Among these various substrates, it is preferable to select WC-based cemented carbide or cBN sintered body. This is because these substrates have an excellent balance of hardness and strength, especially at high temperatures, and have excellent properties as substrates for cutting tools for the above-mentioned applications.

基材として超硬合金を使用する場合、そのような超硬合金は、組織中に遊離炭素又はη相と呼ばれる異常相を含んでいても本実施形態の効果は示される。なお、本実施形態で用いる基材は、その表面が改質されたものであっても差し支えない。例えば、超硬合金の場合はその表面に脱β層が形成されていたり、cBN焼結体の場合には表面硬化層が形成されていてもよく、このように表面が改質されていても本実施形態の効果は示される。 When using a cemented carbide as the substrate, the effect of this embodiment is exhibited even if such a cemented carbide contains free carbon or an abnormal phase called the η phase in the structure. The substrate used in this embodiment may have a modified surface. For example, in the case of a cemented carbide, a de-β layer may be formed on the surface, and in the case of a cBN sintered body, a surface hardened layer may be formed. The effect of this embodiment is exhibited even if the surface is modified in this way.

図1は、切削工具の基材の一態様を例示する斜視図である。このような形状の基材は、例えば、旋削加工用刃先交換型切削チップの基材として用いられる。上記基材10は、すくい面1と、逃げ面2と、上記すくい面1と逃げ面2とが交差する刃先稜線部3とを有する。すなわち、すくい面1と逃げ面2とは、刃先稜線部3を挟んで繋がる面である。刃先稜線部3は、基材10の切刃先端部を構成する。このような基材10の形状は、上記切削工具の形状と把握することもできる。 Figure 1 is a perspective view illustrating one embodiment of a substrate for a cutting tool. Substrates of this shape are used, for example, as substrates for indexable cutting inserts for turning. The substrate 10 has a rake face 1, a clearance face 2, and a cutting edge ridge 3 where the rake face 1 and clearance face 2 intersect. In other words, the rake face 1 and clearance face 2 are connected via the cutting edge ridge 3. The cutting edge ridge 3 constitutes the tip of the cutting edge of the substrate 10. The shape of the substrate 10 can also be understood as the shape of the cutting tool.

上記切削工具が刃先交換型切削チップである場合、上記基材10は、チップブレーカーを有する形状も、有さない形状も含まれる。刃先稜線部3の形状は、シャープエッジ(すくい面と逃げ面とが交差する稜)、ホーニング(シャープエッジに対してアールを付与した形状)、ネガランド(面取りをした形状)、ホーニングとネガランドを組み合わせた形状の中で、いずれの形状も含まれる。 When the cutting tool is an indexable cutting tip, the substrate 10 may have a shape with or without a chip breaker. The shape of the cutting edge ridge 3 may be any of the following: sharp edge (the ridge where the rake face and flank face intersect), honing (a shape in which a radius is added to the sharp edge), negative land (a chamfered shape), and a combination of honing and negative land.

以上、基材10の形状及び各部の名称を、図1を用いて説明したが、本実施形態に係る切削工具50において、上記基材10に対応する形状及び各部の名称については、上記と同様の用語を用いることとする。すなわち、上記切削工具は、すくい面と、逃げ面と、上記すくい面及び上記逃げ面を繋ぐ刃先稜線部とを有する。 The shape of the base material 10 and the names of each part have been described above using FIG. 1, but in the cutting tool 50 according to this embodiment, the shape and the names of each part corresponding to the base material 10 will use the same terms as above. That is, the cutting tool has a rake face, a clearance face, and a cutting edge ridge portion connecting the rake face and the clearance face.

<被膜>
本実施形態に係る被膜40は、上記基材10上に配置されている被覆層11を含む(図2参照)。「被膜」は、上記基材の少なくとも一部(例えば、切削加工時に被削材と接するすくい面等)を被覆することで、切削工具における耐欠損性、耐摩耗性、耐凝着性等の諸特性を向上させる作用を有するものである。上記被膜は、上記基材の一部に限らず上記基材の全面を被覆することが好ましい。しかしながら、上記基材の一部が上記被膜で被覆されていなかったり被膜の構成が部分的に異なっていたりしていたとしても本実施形態の範囲を逸脱するものではない。
<Coating>
The coating 40 according to this embodiment includes a coating layer 11 disposed on the substrate 10 (see FIG. 2). The "coating" has the effect of improving various characteristics of the cutting tool, such as chipping resistance, wear resistance, and adhesion resistance, by covering at least a portion of the substrate (for example, the rake face that comes into contact with the workpiece during cutting). The coating is preferably used to cover the entire surface of the substrate, not just a portion of the substrate. However, even if a portion of the substrate is not covered with the coating or the coating has a partially different configuration, this does not depart from the scope of this embodiment.

上記被膜の厚みは、0.5μm以上14μm以下であることが好ましく、1.2μm以上7μm以下であることがより好ましく、1.4μm以上4.1μm以下であることが更に好ましい。上記厚みが0.5μm未満である場合、耐摩耗性が低下する傾向がある。上記厚みが14μmを超えると、断続加工において被膜と基材との間に大きな応力が加わった際に被膜の剥離又は破壊の頻度が上昇する傾向がある。ここで、被膜の厚みとは、後述する被覆層、下地層及び表面層等の被膜を構成する層それぞれの厚みの総和を意味する。 The thickness of the coating is preferably 0.5 μm or more and 14 μm or less, more preferably 1.2 μm or more and 7 μm or less, and even more preferably 1.4 μm or more and 4.1 μm or less. If the thickness is less than 0.5 μm, the abrasion resistance tends to decrease. If the thickness exceeds 14 μm, the frequency of peeling or destruction of the coating tends to increase when a large stress is applied between the coating and the substrate during interrupted processing. Here, the thickness of the coating means the sum of the thicknesses of the layers constituting the coating, such as the coating layer, the underlayer, and the surface layer, which will be described later.

上記被膜の厚みは、例えば、透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて、基材の表面の法線方向に平行な断面サンプルにおける任意の3点を測定し、測定された3点の厚みの平均値をとることで求めることが可能である。被覆層、下地層(第一単位層、第二単位層)及び表面層それぞれの厚みを測定する場合も同様である。透過型電子顕微鏡としては、例えば、日本電子株式会社製の球面収差補正装置、JEM-2100F(商品名)が挙げられる。 The thickness of the coating can be determined, for example, by using a transmission electron microscope (TEM) to measure any three points on a cross-sectional sample parallel to the normal direction of the substrate surface, and averaging the thicknesses at the three measured points. The same applies when measuring the thicknesses of the coating layer, underlayer (first unit layer, second unit layer), and surface layer. An example of a transmission electron microscope is the spherical aberration corrector JEM-2100F (product name) manufactured by JEOL Ltd.

(被覆層)
上記被覆層は、構成元素としてアルミニウム、チタン及びタングステンを含む窒化物からなる。ここで、「構成元素としてアルミニウム、チタン及びタングステンを含む窒化物からなる」とは、上記被覆層が当該窒化物のみからなる態様に限られず、当該窒化物と不可避不純物とから構成される態様も含むことを意味する。上記窒化物としては、例えば、AlTiWNで表される化合物が挙げられる。上記不可避不純物としては、例えば、鉄(Fe)、クロム(Cr)が挙げられる。上記不可避不純物の含有割合は、被覆層の全質量に対して0質量%以上0.2質量%以下であることが好ましい。
(Covering layer)
The coating layer is made of a nitride containing aluminum, titanium, and tungsten as constituent elements. Here, "made of a nitride containing aluminum, titanium, and tungsten as constituent elements" means that the coating layer is not limited to an embodiment in which the coating layer is made of only the nitride, but also includes an embodiment in which the coating layer is made of the nitride and inevitable impurities. Examples of the nitride include a compound represented by AlTiWN. Examples of the inevitable impurities include iron (Fe) and chromium (Cr). The content ratio of the inevitable impurities is preferably 0 mass% or more and 0.2 mass% or less with respect to the total mass of the coating layer.

上記被覆層は、上記基材上に配置されている。ここで「基材上に配置されている」とは、基材の直上に配置されている態様(図2参照)に限られず、他の層を介して基材の上に配置されている態様(図3参照)も含まれる。すなわち、上記被覆層は、本開示の効果が奏する限りにおいて、上記基材の直上に配置されていてもよいし、後述する下地層等の他の層を介して上記基材の上に配置されていてもよい。また、上記被覆層は、上記被膜の最表面であってもよい。 The coating layer is disposed on the substrate. Here, "disposed on the substrate" is not limited to the case where the coating layer is disposed directly on the substrate (see FIG. 2), but also includes the case where the coating layer is disposed on the substrate via another layer (see FIG. 3). In other words, the coating layer may be disposed directly on the substrate, or may be disposed on the substrate via another layer, such as a base layer, as described below, as long as the effects of the present disclosure are achieved. The coating layer may also be the outermost surface of the coating.

本実施形態において、上記被覆層における上記アルミニウム、上記チタン及び上記タングステンの全体を基準とした場合、上記アルミニウムの原子比a、上記チタンの原子比b及び上記タングステンの原子比cそれぞれは、以下の式1~式5、
1/3<(b+2c)/a<1 式1
0.05<b<0.2 式2
0.1<c≦0.29 式3
a+b+c=1 式4
b<c 式5
を満たす。
In the present embodiment, when the total amount of the aluminum, titanium, and tungsten in the coating layer is used as a reference, the atomic ratio a of the aluminum, the atomic ratio b of the titanium, and the atomic ratio c of the tungsten are expressed by the following formulas 1 to 5,
1/3<(b+2c)/a<1 Formula 1
0.05<b<0.2 Formula 2
0.1<c≦0.29 Formula 3
a + b + c = 1 Equation 4
b < c Equation 5
Meet the following.

上記アルミニウムの原子比a、上記チタンの原子比b及び上記タングステンの原子比cそれぞれは、上記被覆層において基材の表面の法線方向に平行な断面サンプルを得て、この断面サンプルに現われた結晶粒に対して走査型電子顕微鏡(SEM)又はTEMに付帯のエネルギー分散型X線分析(EDX:Energy Dispersive X-ray spectroscopy)装置を用いて分析することにより、求めることが可能である。例えば上記アルミニウムの原子比aを求める場合、具体的には、上記断面サンプルの被覆層における任意の3点それぞれを測定して上記aの値を求め、求められた3点の値の平均値を上記断面サンプルの被覆層におけるアルミニウムの原子比aとする。上記チタンの原子比b及び上記タングステンの原子比c、並びに、後述する下地層及び表面層の組成を求める場合も同様の方法で求めるものとする。ここで当該「任意の3点」は、各層中の任意の30nm×30nmの領域を3か所選択するものとする。なお、測定対象の層の厚みが50nm未満である場合は、1辺の長さが測定対象の層の厚みの60%である正方形となるように当該領域を設定するものとする。上記EDX装置としては、例えば、日本電子株式会社製のシリコンドリフト検出器、JED-2200(商品名)が挙げられる。 The atomic ratio a of aluminum, the atomic ratio b of titanium, and the atomic ratio c of tungsten can be determined by obtaining a cross-sectional sample parallel to the normal direction of the surface of the substrate in the coating layer, and analyzing the crystal grains appearing in the cross-sectional sample using a scanning electron microscope (SEM) or an energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) device attached to a TEM. For example, when determining the atomic ratio a of aluminum, specifically, each of three arbitrary points in the coating layer of the cross-sectional sample is measured to determine the value of a, and the average value of the three values obtained is taken as the atomic ratio a of aluminum in the coating layer of the cross-sectional sample. The atomic ratio b of titanium and the atomic ratio c of tungsten, as well as the composition of the underlayer and surface layer described later, are also determined in a similar manner. Here, the "arbitrary three points" refers to three arbitrary 30 nm x 30 nm areas selected in each layer. If the thickness of the layer to be measured is less than 50 nm, the region is set to be a square with one side having a length of 60% of the thickness of the layer to be measured. An example of the EDX device is a silicon drift detector, JED-2200 (product name), manufactured by JEOL Ltd.

上記式1において、(b+2c)/aの値は、1/3を超えて1未満であり、0.59以上0.95以下であることが好ましく、0.7以上0.83以下であることがより好ましい。(b+2c)/aの値が上述の範囲の値をとることで、耐欠損性及び耐凝着性に優れる切削工具とすることができる。 In the above formula 1, the value of (b+2c)/a is greater than 1/3 and less than 1, and is preferably 0.59 to 0.95, and more preferably 0.7 to 0.83. By making the value of (b+2c)/a fall within the above range, a cutting tool with excellent chipping resistance and adhesion resistance can be obtained.

上記式2において、上記チタンの原子比bは、0.05を超えて0.2未満であり、0.07以上0.17以下であることが好ましく、0.08以上0.13以下であることがより好ましい。チタンの原子比bが上述の範囲の値をとることで、耐欠損性及び耐摩耗性に優れる切削工具とすることができる。 In the above formula 2, the titanium atomic ratio b is greater than 0.05 and less than 0.2, preferably 0.07 or more and 0.17 or less, and more preferably 0.08 or more and 0.13 or less. By making the titanium atomic ratio b a value within the above range, a cutting tool with excellent chipping resistance and wear resistance can be obtained.

上記式3において、上記タングステンの原子比cは、0.1を超えて0.29以下であり、0.15以上0.27以下であることが好ましく、0.2を超えて0.25以下であることがより好ましい。タングステンの原子比cが上述の範囲の値をとることで、耐凝着性及び耐摩耗性に優れる切削工具とすることができる。 In the above formula 3, the atomic ratio c of tungsten is greater than 0.1 and less than 0.29, preferably greater than 0.15 and less than 0.27, and more preferably greater than 0.2 and less than 0.25. By making the atomic ratio c of tungsten fall within the above range, a cutting tool with excellent adhesion resistance and wear resistance can be obtained.

従来、AlTiWNにおけるタングステンの原子比が大きいと、AlTiWNの結晶格子が崩れて硬度が低下すると考えられていた。しかし、本発明者らは後述する製造方法によって被覆層を形成することで、硬度を大きく低下させることなくタングステンの原子比を大きくすることに成功し、もって耐凝着性に優れる被覆層とすることができた。 Conventionally, it was thought that if the atomic ratio of tungsten in AlTiWN was large, the crystal lattice of AlTiWN would collapse, causing a decrease in hardness. However, by forming a coating layer using the manufacturing method described below, the inventors have succeeded in increasing the atomic ratio of tungsten without significantly decreasing hardness, thereby creating a coating layer with excellent adhesion resistance.

本実施形態において、上記アルミニウムの原子比a、上記チタンの原子比b及び上記タングステンの原子比cの合計は1である(式4)。また、上記タングステンの原子比cは、上記チタンの原子比bより大きい(式5)。 In this embodiment, the sum of the atomic ratio a of aluminum, the atomic ratio b of titanium, and the atomic ratio c of tungsten is 1 (Equation 4). Furthermore, the atomic ratio c of tungsten is greater than the atomic ratio b of titanium (Equation 5).

上記被覆層は、構成元素としてケイ素を含まない。このようにすることで、耐凝着性に優れる切削工具にすることができる。上記被覆層がケイ素を含まないことによって、微少な非晶質相の生成が抑制され、その結果耐凝着性が向上していると本発明者らは考えている。 The coating layer does not contain silicon as a constituent element. This makes it possible to produce a cutting tool with excellent adhesion resistance. The inventors believe that the absence of silicon in the coating layer suppresses the formation of minute amorphous phases, resulting in improved adhesion resistance.

上記被覆層の任意の断面において上記被覆層の積層方向に沿って線分析を行った場合、上記アルミニウムの原子比の最大値と上記アルミニウムの原子比の最小値との差が0.03以下であることが好ましい。これにより、上記被覆層内にアルミニウムが均一に分布することになる。その結果、切削加工に用いた場合被覆層の摩耗が均一となり、安定性に優れた切削工具となる。ここで、上記被覆層の任意の断面は、上記基材の表面の法線方向に平行な断面である。上記線分析は、上述のEDXを用いて行うことが可能である。このとき、少なくとも3視野において、上述の最大値と最小値との差を求め、求められた値の平均値を当該被覆層における上記アルミニウムの原子比の最大値と上記アルミニウムの原子比の最小値との差(Δa)とする。なお、Δaの下限値は、特に制限されないが、例えば0以上であってもよい。 When a line analysis is performed along the lamination direction of the coating layer in any cross section of the coating layer, the difference between the maximum value of the atomic ratio of aluminum and the minimum value of the atomic ratio of aluminum is preferably 0.03 or less. This results in a uniform distribution of aluminum in the coating layer. As a result, when used in cutting, the coating layer is uniformly worn, resulting in a cutting tool with excellent stability. Here, any cross section of the coating layer is a cross section parallel to the normal direction of the surface of the substrate. The line analysis can be performed using the above-mentioned EDX. At this time, the difference between the above-mentioned maximum value and the minimum value is calculated in at least three fields of view, and the average value of the calculated values is taken as the difference (Δa) between the maximum value of the atomic ratio of aluminum in the coating layer and the minimum value of the atomic ratio of aluminum. The lower limit of Δa is not particularly limited, but may be, for example, 0 or more.

上記被覆層の厚みは、0.5μm以上5μm以下であることが好ましく、1μm以上4.5μm以下であることがより好ましく、2μm以上4μm以下であることが更に好ましい。上記被覆層の厚みが上述の範囲の値をとることで耐凝着性及び耐摩耗性に優れる切削工具とすることができる。上記被覆層の厚みは、上述の断面サンプルをTEMで分析することで求めることができる。 The thickness of the coating layer is preferably 0.5 μm or more and 5 μm or less, more preferably 1 μm or more and 4.5 μm or less, and even more preferably 2 μm or more and 4 μm or less. By making the thickness of the coating layer within the above range, a cutting tool with excellent adhesion resistance and wear resistance can be obtained. The thickness of the coating layer can be determined by analyzing the above-mentioned cross-sectional sample with a TEM.

(下地層)
上記切削工具は、上記基材10と上記被覆層11との間に配置されている少なくとも1層の下地層13を更に備えることが好ましい(図3参照)。例えば、下地層は、1層であってもよいし、2層であってもよいし、3層以上であってもよい。上記下地層は、上記被覆層とは組成が異なる第一単位層を少なくとも含むことが好ましく、上記被覆層及び上記第一単位層とは組成が異なる第二単位層を更に含むことがより好ましい。ここで「上記基材と上記被覆層との間に配置されている」とは、上記被覆層の下側(基材側)に下地層が配置されていればよく、上記下地層と上記被覆層とは必ずしも接触していることを要しない。言い換えると、上記下地層と被覆層との間に他の層が配置されていてもよい。上記下地層は、被覆層の直下に配置されていることが好ましい。また、下地層は基材と必ずしも接触していることを要しない。言い換えると、上記下地層と基材との間に他の層が配置されていてもよい。
(Base layer)
The cutting tool preferably further comprises at least one underlayer 13 disposed between the substrate 10 and the coating layer 11 (see FIG. 3). For example, the underlayer may be one layer, two layers, or three or more layers. The underlayer preferably includes at least a first unit layer having a different composition from the coating layer, and more preferably includes a second unit layer having a different composition from the coating layer and the first unit layer. Here, "disposed between the substrate and the coating layer" means that the underlayer is disposed below the coating layer (substrate side), and the underlayer and the coating layer do not necessarily need to be in contact with each other. In other words, another layer may be disposed between the substrate and the coating layer. The underlayer is preferably disposed directly under the coating layer. In addition, the underlayer does not necessarily need to be in contact with the substrate. In other words, another layer may be disposed between the substrate and the coating layer.

(第一単位層)
上記第一単位層は、周期表4族元素、5族元素、6族元素、アルミニウム(Al)及びケイ素(Si)からなる群より選ばれる少なくとも1種の金属元素、又は上記金属元素の少なくとも1種と、炭素、窒素、酸素及び硼素からなる群より選ばれる少なくとも1種の非金属元素とからなる化合物からなることが好ましい。上記第一単位層は、チタン(Ti)、クロム(Cr)、アルミニウム及びケイ素からなる群より選ばれる少なくとも1種の金属元素、又は上記金属元素の少なくとも1種と、炭素、窒素、酸素及び硼素からなる群より選ばれる少なくとも1種の非金属元素とからなる化合物からなることがより好ましい。周期表4族元素としては、チタン、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)等が挙げられる。周期表5族元素としては、バナジウム(V)、ニオブ(Nb)、タンタル(Ta)等が挙げられる。周期表6族元素としては、クロム、モリブデン(Mo)、タングステン(W)等が挙げられる。
(First unit layer)
The first unit layer is preferably made of at least one metal element selected from the group consisting of Group 4 elements, Group 5 elements, Group 6 elements, aluminum (Al) and silicon (Si), or a compound consisting of at least one of the above metal elements and at least one nonmetal element selected from the group consisting of carbon, nitrogen, oxygen and boron. The first unit layer is more preferably made of at least one metal element selected from the group consisting of titanium (Ti), chromium (Cr), aluminum and silicon, or a compound consisting of at least one of the above metal elements and at least one nonmetal element selected from the group consisting of carbon, nitrogen, oxygen and boron. Examples of Group 4 elements include titanium, zirconium (Zr), hafnium (Hf), etc. Examples of Group 5 elements include vanadium (V), niobium (Nb), tantalum (Ta), etc. Examples of Group 6 elements include chromium, molybdenum (Mo), tungsten (W), etc.

上記第一単位層を構成する化合物としては、例えば、TiWN、TiN、ZrC、TiCNO、TiAlSiN、TiSiN、TiAlN、AlCrN、TiCrSiN、TiAlCrSiN、AlCrN、AlCrO、AlCrSiN、TiZrN、TiAlMoN、TiAlNbN、AlCrTaN、AlTiVN、TiB、TiCrHfN、CrSiWN、TiAlCN、TiSiCN、AlZrON、AlCrCN、AlHfN、CrSiBON、TiAlWN、AlCrMoCN、TiAlBN、TiAlCrSiBCNO、ZrN及びZrCN等が挙げられる。 Examples of compounds constituting the first unit layer include TiWN, TiN, ZrC, TiCNO, TiAlSiN, TiSiN, TiAlN, AlCrN, TiCrSiN, TiAlCrSiN, AlCrN, AlCrO, AlCrSiN, TiZrN, TiAlMoN, TiAlNbN, AlCrTaN, AlTiVN, TiB2 , TiCrHfN, CrSiWN, TiAlCN, TiSiCN, AlZrON, AlCrCN, AlHfN, CrSiBON, TiAlWN, AlCrMoCN, TiAlBN, TiAlCrSiBCNO, ZrN, and ZrCN.

上記下地層が上記第一単位層のみからなる場合、上記第一単位層(すなわち、上記下地層)の厚みは、0.002μm以上10μm以下であることが好ましく、0.005μm以上1.5μm以下であることがより好ましい。上記第一単位層の厚みは、上述の断面サンプルをTEMで分析することで求めることができる。 When the underlayer consists of only the first unit layer, the thickness of the first unit layer (i.e., the underlayer) is preferably 0.002 μm or more and 10 μm or less, and more preferably 0.005 μm or more and 1.5 μm or less. The thickness of the first unit layer can be determined by analyzing the above-mentioned cross-sectional sample with a TEM.

(第二単位層)
上記第二単位層は、周期表4族元素、5族元素、6族元素、アルミニウム及びケイ素からなる群より選ばれる少なくとも1種の金属元素、又は上記金属元素の少なくとも1種と、炭素、窒素、酸素及び硼素からなる群より選ばれる少なくとも1種の非金属元素とからなる化合物からなることが好ましい。上記第二単位層は、チタン、クロム、アルミニウム及びケイ素からなる群より選ばれる少なくとも1種の金属元素又は、上記金属元素の少なくとも1種と、炭素、窒素、酸素及び硼素からなる群より選ばれる少なくとも1種の非金属元素とからなる化合物からなることがより好ましい。上記第二単位層は、上記被覆層及び上記第一単位層とは組成が異なる。
(Second unit layer)
The second unit layer is preferably made of at least one metal element selected from the group consisting of Group 4 elements, Group 5 elements, Group 6 elements, aluminum, and silicon of the periodic table, or a compound consisting of at least one of the metal elements and at least one nonmetal element selected from the group consisting of carbon, nitrogen, oxygen, and boron. The second unit layer is more preferably made of at least one metal element selected from the group consisting of titanium, chromium, aluminum, and silicon, or a compound consisting of at least one of the metal elements and at least one nonmetal element selected from the group consisting of carbon, nitrogen, oxygen, and boron. The second unit layer has a different composition from the coating layer and the first unit layer.

上記第二単位層を構成する化合物としては、上記第一単位層を構成する化合物と同様の化合物を使用できる。 The compound constituting the second unit layer can be the same compound as the compound constituting the first unit layer.

さらに、上記第一単位層及び上記第二単位層は、それぞれが交互に1層以上積層された多層構造を形成していることが好ましい。すなわち、図4に示すように、下地層13は、第一単位層131及び第二単位層132からなる多層構造を含むことが好ましい。ここで上記多層構造は、上記第一単位層又は上記第二単位層のいずれの層から積層を開始してもよい。すなわち、上記多層構造における基材側の界面は、上記第一単位層又は上記第二単位層のどちらで構成されていてもよい。また、上記多層構造における上記被覆層側の界面についても、上記第一単位層又は上記第二単位層のどちらで構成されていてもよい。多層構造を形成することにより、亀裂進展を抑制できるという効果がある。 Furthermore, it is preferable that the first unit layer and the second unit layer each form a multilayer structure in which one or more layers are alternately stacked. That is, as shown in FIG. 4, it is preferable that the base layer 13 includes a multilayer structure consisting of a first unit layer 131 and a second unit layer 132. Here, the multilayer structure may start stacking from either the first unit layer or the second unit layer. That is, the interface on the substrate side in the multilayer structure may be composed of either the first unit layer or the second unit layer. In addition, the interface on the coating layer side in the multilayer structure may be composed of either the first unit layer or the second unit layer. By forming a multilayer structure, it is possible to suppress crack propagation.

上記下地層が上記多層構造を含む場合、上記下地層の厚みは、0.002μm以上10μm以下であることが好ましく、0.005μm以上1.5μm以下であることがより好ましい。上記下地層の厚みは、上述の断面サンプルをTEMで分析することで求めることができる。 When the underlayer includes the multilayer structure, the thickness of the underlayer is preferably 0.002 μm or more and 10 μm or less, and more preferably 0.005 μm or more and 1.5 μm or less. The thickness of the underlayer can be determined by analyzing the cross-sectional sample described above with a TEM.

第一単位層及び第二単位層が上記多層構造を形成する場合、上記第一単位層の厚みと上記第二単位層の厚みとの合計(積層周期)は、1nm以上100nm以下であることが好ましい。ここで、「上記第一単位層の厚みと上記第二単位層の厚みとの合計」とは、1層の第一単位層の厚みと1層の第二単位層の厚みとの合計を意味する。積層周期が上述の範囲の値をとることで、亀裂進展の抑制効果が向上した切削工具とすることができる。 When the first unit layer and the second unit layer form the multilayer structure, the sum of the thickness of the first unit layer and the thickness of the second unit layer (stacking period) is preferably 1 nm or more and 100 nm or less. Here, "the sum of the thickness of the first unit layer and the thickness of the second unit layer" means the sum of the thickness of one first unit layer and the thickness of one second unit layer. By making the stacking period a value within the above range, a cutting tool with improved crack propagation suppression effect can be obtained.

また、当該多層構造の積層数は、上記下地層全体の厚みが上記範囲内となる限り、上記第一単位層、上記第二単位層をそれぞれ一層ずつ積層させる態様が含まれるとともに、両層をそれぞれ2層以上、具体的には20~2500層ずつ交互積層させたものとすることができる。 The number of layers in the multilayer structure may include a configuration in which the first unit layer and the second unit layer are laminated one by one, as long as the thickness of the entire base layer is within the above range, and the layers may be alternately laminated in two or more layers, specifically 20 to 2500 layers each.

(表面層)
上記切削工具は、上記被覆層上に配置されている表面層12を更に備えることが好ましい(図3参照)。上記表面層は、上記被覆層とは組成が異なることが好ましい。ここで「上記被覆層上に配置されている」とは、上記被覆層の上側(基材とは反対側)に表面層が配置されていればよく、上記被覆層と上記表面層とは必ずしも接触していることを要しない。言い換えると、上記被覆層と上記表面層との間に他の層が配置されていてもよい。上記表面層は、被覆層の直上に配置されていることが好ましい。本実施形態の一側面において、上記表面層は、上記第一単位層とは、組成が同一であってもよいし、異なっていてもよい。上記表面層は、上記第二単位層とは、組成が同一であってもよいし、異なっていてもよい。
(Surface layer)
The cutting tool preferably further includes a surface layer 12 disposed on the coating layer (see FIG. 3). The surface layer preferably has a composition different from that of the coating layer. Here, "disposed on the coating layer" means that the surface layer is disposed on the upper side of the coating layer (opposite the substrate), and the coating layer and the surface layer do not necessarily need to be in contact with each other. In other words, another layer may be disposed between the coating layer and the surface layer. The surface layer is preferably disposed directly on the coating layer. In one aspect of the present embodiment, the surface layer may have the same composition as or different from that of the first unit layer. The surface layer may have the same composition as or different from that of the second unit layer.

上記表面層は、周期表4族元素、5族元素、6族元素、アルミニウム及びケイ素からなる群より選ばれる少なくとも1種の金属元素、又は上記金属元素の少なくとも1種と、炭素、窒素、酸素及び硼素からなる群より選ばれる少なくとも1種の非金属元素とからなる化合物からなることが好ましい。上記表面層は、チタン、クロム、アルミニウム及びケイ素からなる群より選ばれる少なくとも1種の金属元素又は、上記金属元素の少なくとも1種と、炭素、窒素、酸素及び硼素からなる群より選ばれる少なくとも1種の非金属元素とからなる化合物からなることがより好ましい。 The surface layer is preferably made of at least one metal element selected from the group consisting of Group 4, 5, and 6 elements of the periodic table, aluminum, and silicon, or a compound consisting of at least one of the above metal elements and at least one nonmetal element selected from the group consisting of carbon, nitrogen, oxygen, and boron. The surface layer is more preferably made of at least one metal element selected from the group consisting of titanium, chromium, aluminum, and silicon, or a compound consisting of at least one of the above metal elements and at least one nonmetal element selected from the group consisting of carbon, nitrogen, oxygen, and boron.

上記表面層を構成する化合物としては、上記第一単位層を構成する化合物と同様の化合物を使用できる。 The compound constituting the surface layer can be the same as the compound constituting the first unit layer.

上記表面層の厚みは、0.002μm以上10μm以下であることが好ましく、0.005μm以上1.5μm以下であることがより好ましい。上記表面層の厚みは、上述の断面サンプルをTEMで分析することで求めることができる。 The thickness of the surface layer is preferably 0.002 μm or more and 10 μm or less, and more preferably 0.005 μm or more and 1.5 μm or less. The thickness of the surface layer can be determined by analyzing the above-mentioned cross-sectional sample with a TEM.

≪切削工具の製造方法≫
本実施形態に係る切削工具の製造方法は、
基材を準備する工程と、
上記基材上に被覆層を形成する工程と、
を含む。本実施形態に係る切削工具の製造方法はこれらの工程を含む限り、その他の工程を含んでもよい。以下、各工程について説明する。
<Cutting tool manufacturing method>
The method for manufacturing a cutting tool according to the present embodiment includes the steps of:
Providing a substrate;
forming a coating layer on the substrate;
The method for manufacturing a cutting tool according to the present embodiment may include other steps as long as it includes these steps. Each step will be described below.

<基材を準備する工程>
本工程では、上記基材を準備する。上記基材としては、上述したようにこの種の基材として従来公知のものであればいずれのものも使用することができる。基材は、製造してもよいし、市販品を購入してもよい。基材を製造する場合、従来公知の方法を用いて製造してもよい。例えば、上記基材が超硬合金からなる場合、まず所定の配合組成(質量%)からなる原料粉末を市販のアトライターを用いて均一に混合して、続いてこの混合粉末を所定の形状(例えば、SEET13T3AGSN、CNMG120408、AXMT170512等)に加圧成形する。その後上述の成形体を、所定の焼結炉において1300~1500℃以下で、1~2時間焼結することにより、超硬合金からなる上記基材を得ることができる。市販品を購入する場合、市販品としては、例えば、住友電工ハードメタル株式会社製のEH520(商品名)が挙げられる。
<Step of Preparing Substrate>
In this step, the substrate is prepared. As described above, any substrate that is conventionally known as this type of substrate can be used. The substrate may be manufactured or purchased commercially. When manufacturing the substrate, it may be manufactured using a conventionally known method. For example, when the substrate is made of cemented carbide, first, raw material powders having a predetermined composition (mass%) are mixed uniformly using a commercially available attritor, and then the mixed powder is pressure-molded into a predetermined shape (for example, SEET13T3AGSN, CNMG120408, AXMT170512, etc.). The above-mentioned molded body is then sintered in a predetermined sintering furnace at 1300 to 1500 ° C. or less for 1 to 2 hours to obtain the substrate made of cemented carbide. When purchasing a commercially available product, for example, EH520 (product name) manufactured by Sumitomo Electric Hardmetal Corporation can be mentioned.

<基材上に被覆層を形成する工程>
本工程では、上記基材上に被覆層を形成する。
<Step of forming a coating layer on a substrate>
In this step, a coating layer is formed on the substrate.

上記被覆層を形成する方法としては、特に制限されないが、例えば、物理蒸着法(PVD法)によって、上記基材上に被覆層を形成することが挙げられる。 The method for forming the coating layer is not particularly limited, but may be, for example, a physical vapor deposition (PVD) method for forming the coating layer on the substrate.

上記物理蒸着法としては、従来公知の物理蒸着法を特に限定することなく用いることができる。このような物理蒸着法としては、例えばスパッタリング法、イオンプレーティング法、アークイオンプレーティング法、電子イオンビーム蒸着法等を挙げることができる。特に原料元素のイオン率が高いカソードアークイオンプレーティング法又はスパッタリング法を用いると、被膜を形成する前に基材表面に対して金属又はガスイオンボンバードメント処理が可能となるため、被膜と基材との密着性が格段に向上するので好ましい。 As the physical vapor deposition method, any conventionally known physical vapor deposition method can be used without any particular limitation. Examples of such physical vapor deposition methods include sputtering, ion plating, arc ion plating, and electron ion beam deposition. In particular, the use of cathodic arc ion plating or sputtering, which have a high ionization rate of the raw material elements, is preferable because it allows metal or gas ion bombardment treatment of the substrate surface before forming the coating, thereby significantly improving the adhesion between the coating and the substrate.

アークイオンプレーティング法により被覆層を形成する場合、例えば以下のような条件を挙げることができる。すなわち、まずWターゲットとAlTiターゲットとを、装置内において隣接するアーク式蒸発源にそれぞれセットし、基板(基材)温度を400~650℃及び該装置内のガス圧を0.5~5Paに設定する。上記ガスとしては、例えば、窒素ガスを導入する。そして、基板側(負)のバイアス電圧を20~100V且つパルスDC(周波数10~300kHz)に維持したまま、カソード電極に80~150Aのアーク電流を定電流で供給し、アーク式蒸発源からターゲット由来の金属イオン等を発生させることにより被覆層を形成することができる。アーク電流を定電流とすることによって、積層方向に沿ってアルミニウムが均一に分布する被覆層を形成することができると本発明者らは考えている。アークイオンプレーティング法に用いる装置としては、例えば、株式会社神戸製鋼所製のAIP(商品名)が挙げられる。 When forming a coating layer by the arc ion plating method, the following conditions can be mentioned. That is, first, a W target and an AlTi target are set in adjacent arc-type evaporation sources in the device, and the substrate (base material) temperature is set to 400 to 650°C and the gas pressure in the device is set to 0.5 to 5 Pa. As the gas, for example, nitrogen gas is introduced. Then, while maintaining the bias voltage on the substrate side (negative) at 20 to 100 V and pulse DC (frequency 10 to 300 kHz), a constant arc current of 80 to 150 A is supplied to the cathode electrode, and metal ions derived from the target are generated from the arc-type evaporation source, thereby forming a coating layer. The inventors believe that by making the arc current a constant current, a coating layer in which aluminum is uniformly distributed along the lamination direction can be formed. An example of an apparatus used in the arc ion plating method is AIP (product name) manufactured by Kobe Steel, Ltd.

<その他の工程>
本実施形態に係る製造方法では、上述した工程の他にも、上記基材と上記被覆層との間に下地層を形成する工程、上記被覆層上に表面層を形成する工程等を適宜行ってもよい。上述の下地層及び表面層は、従来の方法によって形成されてもよい。具体的には、例えば、上述したPVD法によって下地層、表面層を形成することが挙げられる。
<Other processes>
In the manufacturing method according to the present embodiment, in addition to the above-mentioned steps, a step of forming a base layer between the substrate and the coating layer, a step of forming a surface layer on the coating layer, etc. may be appropriately performed. The above-mentioned base layer and surface layer may be formed by a conventional method. Specifically, for example, the base layer and surface layer may be formed by the above-mentioned PVD method.

本実施の形態を実施例によりさらに具体的に説明する。ただし、これらの実施例により本実施の形態が限定されるものではない。 The present embodiment will be explained in more detail with reference to examples. However, the present embodiment is not limited to these examples.

<切削工具の製造>
(基材を準備する工程)
まず、基材を準備する工程として、JIS規格K20超硬合金(形状:JIS規格AXMT170512)を基材として準備した。次に、上記各基材をアークイオンプレーティング装置(株式会社神戸製鋼所製、商品名:AIP)の所定の位置にセットした。
<Manufacturing of cutting tools>
(Step of Preparing Substrate)
First, in the step of preparing the substrate, JIS K20 cemented carbide (shape: JIS AXMT170512) was prepared as the substrate. Next, each of the substrates was set at a predetermined position in an arc ion plating device (manufactured by Kobe Steel, Ltd., product name: AIP).

(被覆層を形成する工程)
次に、被覆層を形成する工程として、アークイオンプレーティング法により上記基材の上に被覆層を形成した。具体的には以下の方法で行った。まずAlTiターゲット(組成がAlTiであって、各金属元素の原子比が表1又は表2に記載の原子比に対応するターゲット)及びWターゲットをアークイオンプレーティング装置の隣接するアーク式蒸発源にそれぞれセットした。次に、基材温度を520℃及び該装置内のガス圧を2.6Paに設定した。上記ガスとしては、窒素ガスを導入した。そして、基材側(負)のバイアス電圧を30V、且つパルスDC(周波数30kHz)に維持したまま、AlTiターゲットのカソード電極及びWターゲットのカソード電極にそれぞれ150A及び100Aのアーク電流を定電流で供給した。アーク電流の供給でアーク式蒸発源からターゲットに由来する金属イオン等を発生させることにより被覆層を形成した。なお、試料105については、ターゲットとして、AlTiの代わりに、AlTiSiを用いた。
(Step of forming coating layer)
Next, as a step of forming a coating layer, a coating layer was formed on the substrate by the arc ion plating method. Specifically, the method was as follows. First, an AlTi target (a target whose composition is AlTi and whose atomic ratio of each metal element corresponds to the atomic ratio shown in Table 1 or Table 2) and a W target were set in the adjacent arc type evaporation source of the arc ion plating device. Next, the substrate temperature was set to 520°C and the gas pressure in the device was set to 2.6 Pa. Nitrogen gas was introduced as the gas. Then, while maintaining the bias voltage on the substrate side (negative) at 30 V and pulse DC (frequency 30 kHz), constant arc currents of 150 A and 100 A were supplied to the cathode electrode of the AlTi target and the cathode electrode of the W target, respectively. The supply of the arc current generated metal ions derived from the target from the arc type evaporation source to form a coating layer. For sample 105, AlTiSi was used as the target instead of AlTi.

(下地層の形成)
試料29、31及び32については、被覆層を形成する工程の前に、基材上に下地層を形成した。なお、試料32については、まず、第一下地層を基材上に形成した後に、上記第一下地層の上に第二下地層を形成した。このときのターゲットは、それぞれWCr(試料29)、AlTiB(試料31)、並びに、WTi(試料32の第一下地層)、AlTi及びAlTiB(試料32の第二下地層)を用いた。まず、基材温度を450℃及び該装置内のガス圧を1.0Paに設定した。上記ガスとしては、NとCHとの混合ガス(試料29)、Nガス(試料31)又はNとCHとの混合ガス(試料32)を導入した。そして、基材側(負)のバイアス電圧を60V且つDCに維持したまま、カソード電極に150Aのアーク電流を供給した。アーク電流の供給でアーク式蒸発源からターゲットに由来する金属イオン等を発生させることにより基材上に下地層を形成した。
(Formation of base layer)
For samples 29, 31 and 32, an underlayer was formed on the substrate before the step of forming the coating layer. For sample 32, a first underlayer was first formed on the substrate, and then a second underlayer was formed on the first underlayer. The targets used at this time were WCr (sample 29), AlTiB (sample 31), WTi (first underlayer of sample 32), AlTi and AlTiB (second underlayer of sample 32). First, the substrate temperature was set to 450°C and the gas pressure in the device was set to 1.0 Pa. As the gas, a mixed gas of N2 and CH4 (sample 29), N2 gas (sample 31) or a mixed gas of N2 and CH4 (sample 32) was introduced. Then, an arc current of 150A was supplied to the cathode electrode while maintaining the bias voltage on the substrate side (negative) at 60V and DC. An underlayer was formed on the substrate by generating metal ions and the like derived from a target from an arc-type evaporation source by supplying an arc current.

(表面層の形成)
試料30及び31については、被覆層を形成する工程の後に、上記被覆層上に表面層を形成した。このときのターゲットは、それぞれZr(試料30)及びTi(試料31)を用いた。まず、基材温度を450℃及び該装置内のガス圧を1.0Paに設定した。上記ガスとしては、窒素ガス(試料30及び31)を導入した。そして、基材側(負)のバイアス電圧を30V(試料30)又は50V(試料31)、且つDCに維持したまま、カソード電極に150Aのアーク電流を供給した。アーク電流の供給でアーク式蒸発源からターゲットに由来する金属イオン等を発生させることにより被覆層上に表面層を形成した。
(Formation of surface layer)
For samples 30 and 31, after the step of forming the coating layer, a surface layer was formed on the coating layer. The targets used at this time were Zr (sample 30) and Ti (sample 31), respectively. First, the substrate temperature was set to 450° C., and the gas pressure in the device was set to 1.0 Pa. As the gas, nitrogen gas (samples 30 and 31) was introduced. Then, while the bias voltage on the substrate side (negative) was maintained at 30 V (sample 30) or 50 V (sample 31) and DC, an arc current of 150 A was supplied to the cathode electrode. The supply of the arc current generated metal ions derived from the target from the arc evaporation source, forming a surface layer on the coating layer.

以上の手順により、試料1~32及び試料101~105の切削工具を作製した。ここで、試料1~32は実施例に相当し、試料101~105は比較例に相当する。 Using the above procedure, cutting tools were produced as samples 1 to 32 and samples 101 to 105. Here, samples 1 to 32 correspond to examples, and samples 101 to 105 correspond to comparative examples.

<切削工具の評価>
(各層の厚みの測定)
被覆層、下地層及び表面層それぞれの厚みは、以下のようにして求めた。まず透過型電子顕微鏡(TEM)(日本電子株式会社製、商品名:JEM-2100F)を用いて、基材の表面の法線方向に平行な断面サンプルの各層における任意の3点を測定した。その後、測定された3点の厚みの平均値をとることで求めた。結果を表1及び表2に示す。表中、「-」との表記は、該当する層が被膜中に存在しないことを示す。また、試料32における「[(Al0.64Ti0.36N)7nm/(Al0.56Ti0.410.03N)8nm]x100」の表記は、下地層が、厚み7nmのAl0.64Ti0.36Nからなる層(第一単位層)と厚み8nmのAl0.56Ti0.410.03Nからなる層(第二単位層)とを交互に100回積層した多層構造(合計厚み1.5μm)により形成されていることを示している。
<Cutting tool evaluation>
(Measurement of thickness of each layer)
The thickness of each of the coating layer, underlayer, and surface layer was determined as follows. First, a transmission electron microscope (TEM) (manufactured by JEOL Ltd., product name: JEM-2100F) was used to measure three arbitrary points in each layer of a cross-sectional sample parallel to the normal direction of the surface of the substrate. Then, the thickness was determined by averaging the thicknesses measured at the three points. The results are shown in Tables 1 and 2. In the tables, the notation "-" indicates that the corresponding layer was not present in the coating. In addition, the notation "[( Al0.64Ti0.36N ) 7 nm/( Al0.56Ti0.41B0.03N ) 8 nm ] x 100 " in Sample 32 indicates that the underlayer is formed of a multilayer structure (total thickness 1.5 μm) in which layers (first unit layers) made of Al0.64Ti0.36N and layers (second unit layers) made of Al0.56Ti0.41B0.03N and having a thickness of 7 nm are alternately laminated 100 times.

(各層の組成)
被覆層、下地層及び表面層それぞれの組成をTEMに付帯のEDX(日本電子株式会社製、商品名:JED-2200)によって測定した。具体的には、上記断面サンプルの各層における任意の3点それぞれを測定して、各構成元素の原子比の値を求め、求められた3点の値の平均値を上記断面サンプルの各層における原子比とした。ここで当該「任意の3点」は、各層中の任意の30nm×30nmの領域を3か所選択した。なお、測定対象の層の厚みが50nm未満である場合は、1辺の長さが測定対象の層の厚みの60%である正方形となるように当該領域を設定した。結果を表1及び表2に示す。
(Composition of each layer)
The compositions of the coating layer, underlayer, and surface layer were measured by EDX (manufactured by JEOL Ltd., product name: JED-2200) attached to a TEM. Specifically, three arbitrary points in each layer of the cross-sectional sample were measured to determine the atomic ratio of each constituent element, and the average value of the three values was taken as the atomic ratio in each layer of the cross-sectional sample. Here, the "arbitrary three points" were selected from three arbitrary 30 nm x 30 nm areas in each layer. When the thickness of the layer to be measured was less than 50 nm, the area was set to be a square with one side having a length of 60% of the thickness of the layer to be measured. The results are shown in Tables 1 and 2.

(積層方向における被覆層中のアルミニウムの分布)
積層方向における被覆層中のアルミニウムの分布を、上述のEDXを用いて求めた。具体的には、上記断面サンプルの被覆層において、上記被覆層の積層方向に沿って線分析を行った。次に線分析の結果に基づいて、上記アルミニウムの原子比の最大値と上記アルミニウムの原子比の最小値とを求め、これらの差を求めた。この測定を少なくとも3視野において行った。最後に求められた差の平均値を、当該被覆層における上記アルミニウムの原子比の最大値と上記アルミニウムの原子比の最小値との差(Δa)とした。結果を表1及び表2に示す。表1及び表2の結果から試料1~32の切削工具では、上記差Δaが0.03以下であり、上記被覆層内にアルミニウムが均一に分布していることが分かった。
(Distribution of aluminum in the coating layer in the lamination direction)
The distribution of aluminum in the coating layer in the lamination direction was determined using the above-mentioned EDX. Specifically, a line analysis was performed on the coating layer of the cross-sectional sample along the lamination direction of the coating layer. Next, based on the results of the line analysis, the maximum value of the atomic ratio of aluminum and the minimum value of the atomic ratio of aluminum were determined, and the difference between them was determined. This measurement was performed in at least three fields of view. The average value of the last obtained difference was taken as the difference (Δa) between the maximum value of the atomic ratio of aluminum in the coating layer and the minimum value of the atomic ratio of aluminum. The results are shown in Tables 1 and 2. From the results of Tables 1 and 2, it was found that in the cutting tools of Samples 1 to 32, the difference Δa was 0.03 or less, and aluminum was uniformly distributed in the coating layer.

Figure 0007574906000001
Figure 0007574906000001

Figure 0007574906000002
Figure 0007574906000002

<切削試験>
上述のようにして作製した試料1~32及び試料101~105の切削工具を用いて、正面フライス加工試験を実施した。切削試験の切削条件を以下に示す。ここで、被削材として用いているInconel718は、難削材として知られているNi基合金である。上記切削試験は、切削時間が長いほど耐摩耗性、耐欠損性及び耐凝着性に優れる切削工具として評価することができる。結果を表3及び表4に示す。
<Cutting test>
A face milling test was carried out using the cutting tools of Samples 1 to 32 and Samples 101 to 105 prepared as described above. The cutting conditions for the cutting test are shown below. Here, Inconel 718 used as the work material is a Ni-based alloy known to be a difficult-to-cut material. In the above cutting test, the longer the cutting time, the more excellent the cutting tool's wear resistance, chipping resistance, and adhesion resistance can be evaluated. The results are shown in Tables 3 and 4.

(正面フライス加工試験の切削条件)
被削材(材質):Inconel718
速度 :30m/分
送り :0.03mm/刃
切り込み :ap0.8mm、ae30mm
切削環境 :wet
評価法 :切削工具が欠損するまでの切削時間
(Cutting conditions for face milling test)
Work material (material): Inconel718
Speed: 30 m/min Feed: 0.03 mm/Blade depth: ap 0.8 mm, ae 30 mm
Cutting environment: Wet
Evaluation method: Cutting time until the cutting tool breaks

Figure 0007574906000003
Figure 0007574906000003

Figure 0007574906000004
Figure 0007574906000004

表3及び表4より、試料1~32の切削工具は、切削時間が39分以上であり良好な結果が得られた。一方、試料101~105の切削工具は、切削時間が35分以下であった。以上の結果から、試料1~32の切削工具は、試料101~105の切削工具に比べて、耐欠損性、耐反応性、及び耐摩耗性に優れていることが分かった。試料1~32の切削工具は、特にInconel718等のNi基合金の切削加工に適していることが示唆された。 From Tables 3 and 4, it can be seen that the cutting tools of samples 1 to 32 had cutting times of 39 minutes or more, and thus achieved good results. On the other hand, the cutting tools of samples 101 to 105 had cutting times of 35 minutes or less. These results show that the cutting tools of samples 1 to 32 have superior chipping resistance, reactivity resistance, and wear resistance compared to the cutting tools of samples 101 to 105. It is suggested that the cutting tools of samples 1 to 32 are particularly suitable for cutting Ni-based alloys such as Inconel 718.

以上のように本発明の実施形態及び実施例について説明を行なったが、上述の各実施形態及び各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 above, it is also planned from the beginning to combine the configurations of the above-mentioned embodiments and examples as appropriate.

今回開示された実施の形態及び実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態及び実施例ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiments and examples disclosed herein are illustrative in all respects and should not be considered limiting. The scope of the present invention is indicated by the claims rather than the embodiments and examples described above, and is intended to include all modifications within the scope of the claims and meanings equivalent thereto.

1 すくい面
2 逃げ面
3 刃先稜線部
10 基材
11 被覆層
12 表面層
13 下地層
40 被膜
50 切削工具
131 第一単位層
132 第二単位層
REFERENCE SIGNS LIST 1 cutting face 2 flank face 3 cutting edge ridge 10 substrate 11 coating layer 12 surface layer 13 undercoat layer 40 coating 50 cutting tool 131 first unit layer 132 second unit layer

Claims (11)

基材と前記基材上に配置されている被覆層とを備える切削工具であって、
前記被覆層は、構成元素としてアルミニウム、チタン及びタングステンを含む窒化物からなり、
前記被覆層における前記アルミニウム、前記チタン及び前記タングステンの全体を基準とした場合、前記アルミニウムの原子比a、前記チタンの原子比b及び前記タングステンの原子比cそれぞれは、以下の式1~式5、
1/3<(b+2c)/a<1 式1
0.05<b<0.2 式2
0.1<c≦0.29 式3
a+b+c=1 式4
b<c 式5
を満たし、
前記被覆層は、構成元素としてケイ素を含まず、
前記被覆層の任意の断面において前記被覆層の積層方向に沿って線分析を行った場合、前記アルミニウムの原子比の最大値と前記アルミニウムの原子比の最小値との差が0.03以下である、切削工具。
A cutting tool comprising a substrate and a coating layer disposed on the substrate,
the coating layer is made of a nitride containing aluminum, titanium, and tungsten as constituent elements;
When the total amount of the aluminum, the titanium, and the tungsten in the coating layer is used as a reference, the atomic ratio a of the aluminum, the atomic ratio b of the titanium, and the atomic ratio c of the tungsten are expressed by the following formulas 1 to 5,
1/3<(b+2c)/a<1 Formula 1
0.05<b<0.2 Formula 2
0.1<c≦0.29 Formula 3
a + b + c = 1 Equation 4
b < c Equation 5
Fulfilling
The coating layer does not contain silicon as a constituent element,
a difference between a maximum value of the atomic ratio of aluminum and a minimum value of the atomic ratio of aluminum of 0.03 or less when a line analysis is performed in a lamination direction of the coating layer at any cross section of the coating layer.
前記被覆層の厚みは、0.5μm以上5μm以下である、請求項1に記載の切削工具。 The cutting tool according to claim 1 , wherein the coating layer has a thickness of 0.5 μm or more and 5 μm or less. 前記基材と前記被覆層との間に配置されている少なくとも1層の下地層を更に備え、
前記下地層は、前記被覆層とは組成が異なる第一単位層を少なくとも含み、
前記第一単位層は、周期表4族元素、5族元素、6族元素、アルミニウム及びケイ素からなる群より選ばれる少なくとも1種の金属元素、又は前記金属元素の少なくとも1種と、炭素、窒素、酸素及び硼素からなる群より選ばれる少なくとも1種の非金属元素とからなる化合物からなる、請求項1又は請求項2に記載の切削工具。
The coating layer further includes at least one undercoat layer disposed between the substrate and the coating layer.
the underlayer includes at least a first unit layer having a composition different from that of the coating layer,
3. The cutting tool according to claim 1 or 2, wherein the first unit layer comprises at least one metal element selected from the group consisting of Group 4 elements, Group 5 elements, Group 6 elements of the periodic table, aluminum, and silicon, or a compound comprising at least one of the metal elements and at least one nonmetal element selected from the group consisting of carbon, nitrogen, oxygen , and boron.
前記第一単位層は、チタン、クロム、アルミニウム及びケイ素からなる群より選ばれる少なくとも1種の金属元素、又は前記金属元素の少なくとも1種と、炭素、窒素、酸素及び硼素からなる群より選ばれる少なくとも1種の非金属元素とからなる化合物からなる、請求項3に記載の切削工具。 4. The cutting tool according to claim 3, wherein the first unit layer comprises at least one metal element selected from the group consisting of titanium, chromium, aluminum, and silicon, or a compound comprising at least one of the metal elements and at least one nonmetal element selected from the group consisting of carbon, nitrogen, oxygen, and boron . 前記下地層は、前記被覆層及び前記第一単位層とは組成が異なる第二単位層を更に含み、
前記第二単位層は、周期表4族元素、5族元素、6族元素、アルミニウム及びケイ素からなる群より選ばれる少なくとも1種の金属元素、又は前記金属元素の少なくとも1種と、炭素、窒素、酸素及び硼素からなる群より選ばれる少なくとも1種の非金属元素とからなる化合物からなる、請求項3又は請求項4に記載の切削工具。
The underlayer further includes a second unit layer having a composition different from that of the coating layer and the first unit layer,
5. The cutting tool according to claim 3 or 4, wherein the second unit layer comprises at least one metal element selected from the group consisting of Group 4 elements, Group 5 elements, Group 6 elements of the periodic table, aluminum, and silicon, or a compound comprising at least one of the metal elements and at least one nonmetal element selected from the group consisting of carbon, nitrogen, oxygen , and boron .
前記第二単位層は、チタン、クロム、アルミニウム及びケイ素からなる群より選ばれる少なくとも1種の金属元素、又は前記金属元素の少なくとも1種と、炭素、窒素、酸素及び硼素からなる群より選ばれる少なくとも1種の非金属元素とからなる化合物からなる、請求項5に記載の切削工具。 6. The cutting tool according to claim 5, wherein the second unit layer comprises at least one metal element selected from the group consisting of titanium, chromium, aluminum, and silicon, or a compound comprising at least one of the metal elements and at least one nonmetal element selected from the group consisting of carbon, nitrogen, oxygen, and boron . 前記第一単位層及び前記第二単位層は、それぞれが交互に1層以上積層された多層構造を形成している、請求項5又は請求項6に記載の切削工具。 The cutting tool according to claim 5 or 6 , wherein the first unit layers and the second unit layers are each alternately stacked in one or more layers to form a multilayer structure. 前記第一単位層の厚みと前記第二単位層の厚みとの合計は、1nm以上100nm以下である、請求項7に記載の切削工具。 The cutting tool according to claim 7 , wherein a sum of a thickness of the first unit layer and a thickness of the second unit layer is equal to or greater than 1 nm and equal to or less than 100 nm. 前記被覆層上に配置されている表面層を更に備え、
前記表面層は、周期表4族元素、5族元素、6族元素、アルミニウム及びケイ素からなる群より選ばれる少なくとも1種の金属元素、又は前記金属元素の少なくとも1種と、炭素、窒素、酸素及び硼素からなる群より選ばれる少なくとも1種の非金属元素とからなる化合物からなり、
前記表面層は、前記被覆層とは組成が異なる、請求項1から請求項8のいずれか一項に記載の切削工具。
Further comprising a surface layer disposed on the coating layer,
the surface layer is made of at least one metal element selected from the group consisting of Group 4 elements, Group 5 elements, Group 6 elements of the periodic table, aluminum, and silicon, or a compound consisting of at least one of the metal elements and at least one nonmetal element selected from the group consisting of carbon, nitrogen, oxygen, and boron,
The cutting tool according to claim 1 , wherein the surface layer has a different composition than the coating layer.
前記表面層は、チタン、クロム、アルミニウム及びケイ素からなる群より選ばれる少なくとも1種の金属元素、又は前記金属元素の少なくとも1種と、炭素、窒素、酸素及び硼素からなる群より選ばれる少なくとも1種の非金属元素とからなる化合物からなる、請求項9に記載の切削工具。 10. The cutting tool according to claim 9, wherein the surface layer comprises at least one metal element selected from the group consisting of titanium, chromium, aluminum, and silicon, or a compound comprising at least one of the metal elements and at least one nonmetal element selected from the group consisting of carbon, nitrogen, oxygen, and boron . 前記基材は、超硬合金、サーメット、高速度鋼、セラミックス、立方晶窒化硼素焼結体、及びダイヤモンド焼結体からなる群より選ばれる少なくとも1種を含む、請求項1から請求項10のいずれか一項に記載の切削工具。 The cutting tool according to any one of claims 1 to 10 , wherein the substrate comprises at least one selected from the group consisting of cemented carbide, cermet, high speed steel, ceramics, a cubic boron nitride sintered body, and a diamond sintered body.
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