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KR102176903B1 - 피복 공구 - Google Patents

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KR102176903B1
KR102176903B1 KR1020187024316A KR20187024316A KR102176903B1 KR 102176903 B1 KR102176903 B1 KR 102176903B1 KR 1020187024316 A KR1020187024316 A KR 1020187024316A KR 20187024316 A KR20187024316 A KR 20187024316A KR 102176903 B1 KR102176903 B1 KR 102176903B1
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carbonitride layer
coating
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요시카즈 코다마
히로토시 이토
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교세라 가부시키가이샤
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Abstract

일실시형태의 피복 공구는 기체와, 기체의 표면에 위치하는 피복층을 구비한다. 피복층은 기체 상에 위치하는 제 1 탄질화티탄층과, 제 1 탄질화티탄층 상에 위치하는 제 2 탄질화티탄층과, 제 2 탄질화티탄층 상에 위치하는 산화알루미늄층을 갖는다. 제 1 탄질화티탄층은 산화알루미늄층의 측으로 돌출된 복수의 제 1 돌기를 갖고, 제 2 탄질화티탄층은 산화알루미늄층의 측으로 돌출된 복수의 제 2 돌기를 갖고, 제 2 돌기의 수가 제 1 돌기의 수보다 많다.

Description

피복 공구
본 개시는 기체의 표면에 피복층을 갖는 피복 공구에 관한 것이다.
초경합금, 서멧, 및 세라믹스 등의 기체의 표면에 탄질화티탄층 및 산화알루미늄층을 적층한 구성의 피복층이 위치하는 피복 공구가 알려져 있다.
최근 절삭 가공의 고능률화가 진행되어 있으며, 중단속 절삭과 같은 큰 충격이 절삭 날에 가해지는 절삭 가공에 상기 피복 공구가 사용되는 기회가 증가하고 있다. 이러한 가혹한 절삭 조건에 있어서는 피복층에 큰 충격이 가해지기 때문에 피복층의 치핑이나 박리가 발생하기 쉬워진다. 그 때문에 피복층에는 내마모성에 추가하여 내결손성의 향상이 요구되어 있다.
피복 공구에 있어서 내결손성을 향상시키는 기술로서 일본 특허공개 2000-071108호 공보(특허문헌 1)에 기재된 기술이 알려져 있다. 특허문헌 1에는 탄질화티탄층 및 산화알루미늄층을 성막하고, 탄질화티탄층에 있어서의 특정 영역에 미세 공공(空孔)이 분포하는 영역을 존재시키는 것이 개시되어 있다.
금번에 있어서, 피복층에는 내마모성 및 내결손성의 추가적인 개선이 요구되어 있다.
일실시형태의 피복 공구는 기체와, 상기 기체의 표면에 위치하는 피복층을 구비하고 있다. 상기 피복층은 상기 기체측 상에 위치하는 제 1 탄질화티탄층과, 상기 제 1 탄질화티탄층 상에 위치하는 제 2 탄질화티탄층과, 상기 제 2 탄질화티탄층 상에 위치하는 산화알루미늄층을 갖고 있다. 상기 제 1 탄질화티탄층은 상기 산화알루미늄층의 측으로 돌출된 복수의 제 1 돌기를 갖고, 상기 제 2 탄질화티탄층은 상기 산화알루미늄층의 측으로 돌출된 복수의 제 2 돌기를 가지며, 상기 제 2 돌기의 수가 상기 제 1 돌기의 수보다 많다.
도 1은 일실시형태에 의한 피복 공구(절삭 공구)의 개략 사시도이다.
도 2는 도 1에 나타내는 피복 공구의 단면의 모식도이다.
도 3은 도 2에 나타내는 피복 공구에 있어서의 제 1 층 및 제 2 층 부근의 확대도이다.
일실시형태의 피복 공구로서 절삭 공구(이하, 간단히 공구라고 기재한다)(1)에 대해서 도면을 사용해서 설명한다. 공구(1)는 도 2에 나타내는 바와 같이 기체(2)와, 이 기체(2)의 표면에 위치하는 피복층(3)을 구비하고 있다.
피복층(3)은 탄질화티탄(TiCN)을 함유하는 제 1 탄질화티탄층(4)(이하, 간단히 제 1 층(4)이라고 기재한다)과, 탄질화티탄을 함유하는 제 2 탄질화티탄층(5)(이하, 간단히 제 2 층(5)이라고 기재한다)과, 산화알루미늄(Al2O3)을 함유하는 산화알루미늄층(6)(이하, 간단히 제 3 층(6)이라고 기재한다)을 갖고 있으며, 복수의 층이 적층된 구성으로 되어 있다. 제 1 층(4)~제 3 층(6) 중 제 1 층(4)이 가장 기체(2) 가까이에 위치하고 있으며, 제 3 층(6)이 가장 기체(2)로부터 멀리 위치하고 있다. 또한, 제 2 층(5)은 제 1 층(4) 및 제 3 층(6) 사이에 위치하고 있다.
피복층(3)은 제 1 층(4), 제 2 층(5), 및 제 3 층(6) 외에도 다른 층을 갖고 있어도 좋다. 이 다른 층은 제 1 층(4)보다 기체(2)의 가까이에 위치하고 있어도 좋고, 또한 제 3 층(6)보다 기체(2)로부터 멀리 위치하고 있어도 좋다.
본 실시형태에 있어서의 제 1 층(4)은 소위 MT(moderate temperature)-탄질화티탄을 함유하고 있다. 제 1 층(4)의 두께로서는, 예를 들면 2~15㎛로 설정할 수 있다. 이때 MT-탄질화티탄의 입경으로서는, 예를 들면 0.08㎛ 이하로 설정할 수 있다. 제 1 층(4)의 두께가 상기 범위일 경우에는 제 1 층(4)의 내마모성 및 내결손성이 높아진다.
제 1 층(4)은, 예를 들면 사염화티탄(TiCl4) 가스, 질소(N2) 가스, 및 아세토니트릴(CH3CN) 가스 등을 포함하는 원료를 사용하고, 성막 온도가 780℃~880℃로 비교적 저온에서 성막함으로써 형성하는 것이 가능하다.
본 실시형태에 있어서의 제 2 층(5)은 소위 HT(high temperature)-탄질화티탄을 함유하고 있다. 제 2 층(5)의 두께로서는, 예를 들면 30㎚~900㎚로 설정할 수 있다. 제 2 층(5)의 두께가 상기 범위일 경우에는 제 2 층(5)의 밀착성이 높고, 또한 제 2 층(5)의 내결손성이 향상된다.
제 2 층(5)은, 예를 들면 사염화티탄 가스, 질소 가스, 메탄(CH4) 가스, 산소(O2) 가스 등을 포함하고, 아세토니트릴 가스를 포함하지 않는 원료를 사용하여 MT-탄질화티탄의 성막 조건보다 높은 900℃~1050℃에서 성막함으로써 형성하는 것이 가능하다.
또한, 상기 제 1 층(4) 및 제 2 층(5)의 구성은 일례이며, 이 구성에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 제 1 층(4) 및 제 2 층(5)이 모두 MT(moderate temperature)-탄질화티탄을 함유하고 있으며, 첨가물의 조성이 서로 상이한 구성이어도 좋다.
본 실시형태에 있어서의 제 3 층(6)은 산화알루미늄을 함유하고 있는 제 3 층(6)에 있어서의 산화알루미늄의 구성은 특별히 한정되는 것은 아니지만 본 실시형태에 있어서는 α형 결정 구조로 되어 있다. 제 3 층(6)의 두께로서는, 예를 들면 1~15㎛로 설정할 수 있다.
공구(1)는 도 1에 나타내는 바와 같이 제 1 면(7)과, 제 1 면(7)의 반대에 위치하는 제 2 면(8)과, 제 1 면(7) 및 제 2 면(8) 사이에 위치하는 제 3 면(9)을 갖고 있으며, 사각판형상이다. 따라서, 본 실시형태에 있어서는 제 1 면(7) 및 제 3 면(9)이 교차하고 있다. 이하, 도 1에 맞춰서 제 1 면(7)을 상면, 제 2 면(8)을 하면, 제 3 면(9)을 측면이라고 해도 좋다.
제 3 면(9)은 적어도 일부가 소위 여유면으로서 기능한다. 또한, 제 1 면(7)은 적어도 일부가 절삭에 의해 발생한 절삭 부스러기를 걷어내는 소위 경사면으로서의 기능을 갖고 있다.
제 1 면(7) 및 제 3 면(9)이 교차하는 부분 중 적어도 일부에는 절삭 날(10)이 위치하고 있다. 절삭 날(10)은 일반적으로는 경사면 및 여유면이 교차하는 부분에 위치한다. 절삭 날(10)을 피삭재(被削材)에 접촉시킴으로써 피삭재의 절삭 가공을 행할 수 있다. 또한, 본 실시형태의 피복 공구는 절삭 공구이지만, 피복 공구로서는 절삭 공구 이외에도 굴착 공구 및 칼 등의 각종 용도로 응용이 가능하며, 이들의 경우에 있어서도 우수한 기계적 신뢰성을 가질 수 있다.
제 1 층(4)은 도 3에 나타내는 바와 같이 제 3 층(6)측으로 돌출된 복수의 제 1 돌기(11)를 갖고 있다. 제 1 층(4)이 복수의 제 1 돌기(11)를 갖고 있음으로써 제 1 층(4) 및 제 2 층(5)의 계면의 면적이 증가한다. 이것에 의해 제 1 층(4) 및 제 2 층(5)의 접합성이 향상하기 때문에 제 2 층(5)이 제 1 층(4)으로부터 박리될 우려를 작게 할 수 있다.
제 1 돌기(11)의 크기는 특정 값으로 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 제 1 돌기(11)의 평균 폭을 80㎚~600㎚, 제 1 돌기(11)의 평균 높이를 30㎚~200㎚로 설정할 수 있다.
또한, 제 1 돌기(11)의 높이(h1)는 일례로서 도 3에 나타내는 바와 같이 대상의 제 1 돌기(11)에 대하여 서로 이웃하는 제 1 돌기(11) 사이에 각각 위치하는 2개의 골짜기부(p, q) 중 기체(2)로부터 멀어진 측(기체(2)로부터의 높이가 높은 측)의 골짜기부(p)로부터 대상의 제 1 돌기(11)의 정상부까지에서의 두께 방향의 거리를 의미한다. 제 1 돌기(11)의 평균 높이는 서로 이웃하는 3개 이상의 제 1 돌기(11)의 높이(h1)의 평균값으로 측정한다.
또한, 제 1 돌기(11)의 폭(w1)은 상기 2개의 골짜기부(p, q) 중 높게 위치하는 골짜기부(p)의 높이 위치에서의 두께 방향에 직교하는 방향에서의 제 1 돌기(11)의 길이를 의미한다. 제 1 돌기(11)의 평균 폭은 서로 이웃하는 3개 이상의 제 1 돌기(11)의 폭(w1)의 평균값으로 측정한다.
또한, 제 2 층(5)은 도 3에 나타내는 바와 같이 제 3 층(6)측으로 돌출된 복수의 제 2 돌기(12)를 갖고 있다. 제 2 층(5)이 복수의 제 2 돌기(12)를 갖고 있음으로써 제 2 층(5) 및 제 3 층(6)의 계면의 면적이 증가한다. 이것에 의해 제 2 층(5) 및 제 3 층(6)의 접합성이 향상하기 때문에 제 3 층(6)이 제 2 층(5)으로부터 박리될 우려를 작게 할 수 있다.
제 2 돌기(12)의 크기는 특정 값으로 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 제 2 돌기(12)의 평균 폭을 80㎚~300㎚로, 제 2 돌기(12)의 평균 높이를 50㎚~200㎚로 설정할 수 있다.
또한, 제 2 돌기(12)의 높이(h2)는 일례로서 도 3에 나타내는 바와 같이 대상의 제 2 돌기(12)에 대하여 서로 이웃하는 제 2 돌기(12) 사이에 각각 위치하는 2개의 골짜기부(r, s) 중 기체(2)로부터 멀어진 측(기체(2)로부터의 높이가 높은 측)의 골짜기부(r)로부터 대상의 제 2 돌기(12)의 정상부까지에서의 두께 방향의 거리를 의미한다. 제 2 돌기(12)의 평균 높이는 서로 이웃하는 3개 이상의 제 2 돌기(12)의 높이(h2)의 평균값으로 측정한다.
또한, 제 2 돌기(12)의 폭(w2)은 상기 2개의 골짜기부(r, s) 중 높게 위치하는 골짜기부(r)의 높이 위치에서의 두께 방향에 직교하는 방향에서의 제 2 돌기(12)의 길이를 의미한다. 제 2 돌기(12)의 평균 폭은 서로 이웃하는 3개 이상의 제 2 돌기(12)의 폭(w2)의 평균값으로 측정한다.
또한, 이때 제 2 돌기(12)의 수가 제 1 돌기(11)의 수보다 많다. 제 1 층(4) 및 제 2 층(5)이 모두 탄질화티탄을 함유하고 있는 반면, 제 3 층(6)은 산화알루미늄을 함유하고 있다. 그 때문에 제 1 층(4) 및 제 2 층(5)의 접합성보다 제 2 층(5) 및 제 3 층(6)의 접합성이 낮아지기 쉽다. 그러나 제 2 돌기(12)의 수가 제 1 돌기(11)의 수보다 많은 점에서 제 2 층(5) 및 제 3 층(6)의 접합성이 높아져 피복층(3) 전체로서도 내구성이 높아진다.
제 1 돌기(11) 및 제 2 돌기(12)의 수는 반드시 제 1 층(4) 및 제 2 층(5)의 전체로 평가할 필요는 없고, 도 2에 나타내는 바와 같은 단면에 있어서 평가하면 좋다. 구체적으로는 도 2에 나타내는 바와 같이 제 1 돌기(11)가 10개 이상 나타내어지는 단면에 있어서 제 1 돌기(11) 및 제 2 돌기(12)의 수를 각각 산출하고, 이들의 수를 비교하면 좋다.
제 1 돌기(11) 및 제 2 돌기(12)는 각각 기체(2)로부터 멀어짐에 따라 폭이 좁아지는 볼록형상이다. 이때 제 2 돌기(12)의 선단각이 제 1 돌기(11)의 선단각보다 작을 경우에는 피복층(3) 전체적으로도 내구성이 높아진다. 이것은 제 1 돌기(11)의 선단각이 상대적으로 큰 것에 의해 제 2 층(5)의 두께를 안정적으로 확보하기 쉬워진다. 또한, 제 2 돌기(12)의 선단각이 상대적으로 작은 것에 의해 제 2 돌기(12)에 의한 제 3 층(6)으로의 앵커 효과를 높일 수 있기 때문이다.
제 1 돌기(11) 및 제 2 돌기(12)의 선단각은 도 3에 나타내는 바와 같이 기체(2)의 표면에 직교하는 단면에 있어서 제 1 돌기(11) 및 제 2 돌기(12) 각각의 선단 부분에서의 각도를 평가하면 좋다. 또한, 도 3에 있어서는 제 1 돌기(11)의 선단각을 θ1, 제 2 돌기(12)의 선단각을 θ2로 나타내고 있다. 도 3에 나타내는 바와 같이 본 실시형태에 있어서는 θ1이 둔각이며, θ2가 예각이다.
제 1 층(4)에 포함되는 탄질화티탄의 결정인 제 1 결정(13)은 피복층(3)의 두께 방향으로 가늘고 긴 기둥형상 결정으로 이루어진다. 본 실시형태에 있어서의 제 1 결정(13)은 쌍정 구조로 되어 있으며, 쌍정 경계(14)가 피복층(3)의 두께 방향을 향해서 연장되어 있다. 또한, 제 1 돌기(11)의 정상부가 쌍정 경계(14) 상에 위치하고 있다.
또한, 도 3에 있어서는 요부 확대도이기 때문에 제 1 결정(13)의 전체가 나타내어져 있지 않지만, 제 1 층(4)에 있어서의 제 1 결정(13)은 피복층(3)의 두께 방향으로 가늘고 긴 것이다. 본 실시형태에 있어서, 기둥형상 결정이란 간단히 피복층(3)의 두께 방향으로 가늘고 긴 구성이며, 피복층(3)의 두께 방향의 길이에 대한 평균 결정 폭의 비가 평균으로 0.3 이하인 상태를 가리킨다. 그 때문에 기둥형상 결정은 두께 방향에 직교하는 방향의 폭이 대체로 일정한 구성이어도 기체(2)로부터 멀어짐에 따라 두께 방향에 직교하는 방향의 폭이 변화되는 구성이어도 좋다.
본 실시형태에 있어서의 제 1 층(4)의 제 1 결정(13)이 평균 애스펙트비가 2 이상인 기둥형상 결정일 경우에는 제 1 층(4)의 내결손성이 향상된다. 또한, 본 실시형태에 있어서 평균 애스펙트비란 (결정의 평균 길이)/(평균 결정 폭)으로 나타내어진다. 여기에서 평균 길이란 피복층(3)의 두께 방향에 맞는 치수의 평균이며, 평균 결정 폭이란 기체(2)와 평행한 방향의 치수, 바꿔 말하면 피복층(3)의 두께 방향에 직교하는 치수의 평균이다.
제 1 결정(13)의 평균 결정 폭이 100㎚~800㎚일 경우에는 제 1 층(4)의 인성이 높아져서 피복층(3)에 가해지는 충격을 제 1 층(4)에 있어서 흡수하는 것이 가능하기 때문에 피복층(3)의 내결손성이 향상된다. 특히, 제 1 결정(13)의 평균 결정 폭이 400㎚~600㎚일 경우에는 피복층(3)의 내결손성이 한층 향상된다.
제 2 층(5)에 포함되는 탄질화티탄의 결정인 제 2 결정(15)은 피복층(3)의 두께 방향으로 연장된 구성으로 되어 있다. 본 실시형태에 있어서의 제 2 층(5)은 이미 나타낸 성막 조건에 의해 제 1 층(4) 상에 형성되기 때문에 복수의 제 2 결정(15)은 제 1 층(4)의 상단의 형상을 따라 배열되어 있으며, 각각 피복층(3)의 두께 방향으로 연장되어 있다. 그 때문에 제 2 층(5)은 제 1 층(4)의 상단의 형상에 대응하여 물결친 형상의 부분을 갖고 있다.
이때 제 2 결정(15)은 제 1 층(4)의 상단의 형상을 엄밀히 반영하도록 연장되는 것은 아니다. 제 1 층(4)이 서로 이웃하는 제 1 돌기(11) 사이에 위치하는 골짜기부를 갖고 있으며, 제 2 결정(15) 중 제 1 층(4)의 골짜기부 상에 위치하는 것의 일부가 피복층(3)의 두께 방향으로 크게 연장된다. 그 때문에 본 실시형태에 있어서는 제 2 돌기(12)의 수가 제 1 돌기(11)의 수보다 많게 되어 있다.
또한, 골짜기부 상에 공극(16)이 존재하고, 이 공극(16)의 바로 위에 제 2 결정(15)이 위치하고 있어도 좋다. 연장되기 쉬운 경향이 있다. 그 때문에 복수의 골짜기부 중 적어도 1개 위에 복수의 공극(16)이 존재할 경우에 이 공극(16)의 바로 위에 위치하는 제 2 결정(15)이 크게 연장됨으로써 제 2 돌기(12)의 수를 증가시킬 수 있다. 이때 공극(16)이 제 1 돌기(11)의 정상부 위가 아니라 골짜기부 위에 존재하고 있을 경우에는 제 1 층(4) 및 제 2 층(5)의 접합성이 크게 저하되는 것을 피할 수 있다.
특히, 복수의 공극(16) 중 반분 이상의 공극(16)의 바로 위에 제 2 돌기(12)가 위치할 경우에는 제 2 돌기(12)의 수를 효율 좋게 증가시킬 수 있기 때문에 제 2 층(5) 및 제 3 층(6)의 접합성을 한층 높일 수 있다. 여기에서 공극(16)의 바로 위에 제 2 돌기(12)가 위치한다란 공극(16)을 피복층(3)의 두께 방향으로 늘린 가상 영역상에 제 2 돌기(12)의 정상부가 위치하고 있는 것을 의미한다.
공극(16)의 크기는 특정 값으로 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 도 3에 나타내는 바와 같이 기체(2)의 표면에 직교하는 단면에 있어서, 공극(16)의 면적의 평균값이 직경이 32~100㎚인 원의 면적에 상당할 경우에는 공극(16)의 크기가 상기 범위일 경우에는 제 2 돌기(12)를 증가시키는 효과가 높음과 아울러, 제 1 층(4) 및 제 2 층(5) 등에서의 내충격성을 높일 수 있다.
제 1 층(4) 및 제 2 층(5)은 각각 탄질화티탄을 함유하고 있다. 여기에서 제 1 층(4)에 있어서의 탄소 및 질소의 합계 함유량에 대한 탄소의 함유 비율을 제 1 비율, 제 2 층(5)에 있어서의 탄소 및 질소의 합계 함유량에 대한 탄소의 함유 비율을 제 2 비율로 한다. 이때 제 2 비율이 제 1 비율보다 작을 경우에는 제 1 층(4)의 경도가 향상됨과 아울러, 제 2 층(5) 및 제 3 층(6)의 접합성이 향상된다. 그 결과, 피복층(3)의 내마모성 및 내결손성이 향상된다.
특히, 제 1 비율이 0.3~0.57이며, 제 2 비율이 0.27~0.51일 경우에는 피복층(3)의 내마모성 및 내결손성이 보다 향상된다.
제 1 층(4)에 있어서의 탄소의 함유량이 15~29원자%이며, 또한 질소의 함유량이 22~35원자%일 경우, 보다 구체적으로는 티탄이 45~60원자%, 탄소가 15~29원자%, 질소가 22~35원자%일 경우에는 피복층(3)의 내마모성 및 내결손성이 보다 높아진다. 제 1 층(4)은 0.5원자% 이하의 산소를 불가피 불순물로서 함유하고 있어도 좋다.
또한, 제 2 층(5)에 있어서의 탄소의 함유량이 13~24원자%이며, 또한 질소의 함유량이 23~35원자%일 경우, 보다 구체적으로는 티탄이 48~60원자%, 탄소가 13~24원자%, 질소가 23~35원자%일 경우에는 제 2 층(5)의 강도를 높이면서 제 2 층(5) 및 제 3 층(6) 사이의 접합성을 더 높일 수 있다. 제 2 층(5)은 1~10원자%의 산소를 불가피 불순물로서 함유하고 있어도 좋다.
여기에서 제 1 층(4) 및 제 2 층(5)이 산소를 함유하고 있으며, 제 2 층(5)에 있어서의 산소 함유량이 제 1 층(4)에 있어서의 산소 함유량보다 많을 경우에는 공극(16)을 보다 용이하게 형성하는 것이 가능하다.
제 1 층(4) 및 제 2 층(5)에 있어서의 탄소 및 질소의 함유량은 투과형 전자 현미경(TEM)에 부수된 에너지 분산형 X선 분광기(EDS)를 사용해서 측정하는 것이 가능하다.
제 1 층(4) 및 제 2 층(5)은 직접 접합되어 있어도 좋지만, 이들 층의 접합성을 높이기 위해서 피복층(3)이 제 1 층(4) 및 제 2 층(5) 사이에 위치하고, 제 1 층(4) 및 제 2 층(5)을 구성하는 성분을 함유하는 제 1 중간층(17)을 갖고 있어도 좋다.
본 실시형태에 있어서의 제 1 중간층(17)은 티탄을 30~70원자%, 탄소를 24~30원자%, 질소를 16~23원자%, 산소를 2~5원자%의 비율로 함유하고 있다. 제 1 중간층(17)의 조성이 상기일 경우에 공극(16)을 형성할 수 있다.
또한, 제 1 층(4)에 있어서의 제 1 결정(13)이 쌍정 구조일 경우에 있어서, 제 1 중간층(17) 및 제 2 층(5)에 있어서의 탄질화티탄의 결정이 쌍정 구조이며, 제 1 층(4), 제 2 층(5), 및 제 1 중간층(17)에 있어서의 결정의 쌍정 경계(14)가 연속하고 있을 때에는 제 1 층(4), 제 2 층(5), 및 제 1 중간층(17)의 결합성이 한층 높아진다.
또한, 제 2 층(5) 및 제 3 층(6)은 직접 접합되어 있어도 좋지만, 제 2 층(5) 및 제 3 층(6) 사이에 제 2 층(5) 및 제 3 층(6)을 구성하는 성분을 함유하는 제 2 중간층(18)을 갖고 있어도 좋다. 이러한 구성을 충족할 때에는 피복층(3)의 접합성이 더 높아진다.
제 2 중간층(18)이 티탄을 30~70원자%, 탄소를 0~70원자%, 질소를 0~35원자%, 산소를 3~20원자%의 비율로 함유하고 있을 경우에는 제 2 층(5) 및 제 3 층(6)의 밀착성이 향상됨과 아울러, 제 3 층(6)에 있어서의 산화알루미늄의 결정을 α형 결정 구조로 하기 쉽다.
제 2 중간층(18)이 제 3 층(6)을 향해서 돌출되는 복수의 침형상 결정(19)을 갖고 있을 경우에는 제 2 중간층(18) 및 제 3 층(6)의 밀착성이 향상되기 때문에 공구(1)의 내결손성이 향상된다.
또한, 본 실시형태에 있어서 침형상 결정(19)이란 애스펙트비가 3 이상임과 아울러, 끝이 가늘어진 형상인 것을 의미하고 있다. 여기에서 애스펙트비란 (침형상 결정(19)의 길이)/(침형상 결정(19)의 길이의 중간에 있어서의 침형상 결정(19)의 연신 방향에 수직인 방향의 폭)을 의미하고 있다.
침형상 결정(19)의 수는 특별히 한정되는 것은 아니지만 1개의 제 1 돌기(11)당 평균으로 3개 이상의 침형상 결정(19)이 존재할 경우에는 제 2 중간층(18) 및 제 3 층(6)의 밀착성을 안정적으로 향상시킬 수 있다. 또한, 침형상 결정(19)의 길이가 20㎚~300㎚, 특히 침형상 결정(19)의 평균 길이가 40㎚~100㎚일 경우에는 침형상 결정(19)에 의한 제 3 층(6)으로의 앵커 효과를 높일 수 있다. 또한, 복수의 침형상 결정(19) 중 80개수% 이상의 것이 피복층의 두께 방향 또는 이 두께 방향에 대하여 10° 이내의 경사 각도로 연장되어 있을 경우에는 제 2 중간층(18) 및 제 3 층(6)의 밀착성이 한층 높아진다.
또한, 제 2 중간층(18)의 두께가 10㎚~40㎚일 경우에는 제 2 중간층(18)의 강도를 확보하면서 제 3 층(6)에 있어서의 산화알루미늄의 결정을 α형 결정 구조로 하기 쉽다. 여기에서 제 2 중간층(18)의 두께란 침형상 결정(19)을 제외하는 부분에 있어서의 두께를 의미하고 있다. 또한, 침형상 결정(19)이 존재하는 영역과, 침형상 결정(19)이 존재하지 않는 영역 사이에는 굴곡점이 존재하기 때문에 이들의 영역의 경계를 용이하게 판별할 수 있고, 침형상 결정(19)을 제외하는 부분에서의 제 2 중간층(18)의 두께를 평가할 수 있다. 또한, 상기 굴곡점을 판별함으로써 침형상 결정(19)의 길이도 용이하게 평가할 수 있다.
본 실시형태에 있어서의 피복층(3)은 상기 제 1 층(4), 제 2 층(5), 제 3 층(6), 제 1 중간층(17), 및 제 2 중간층(18)에 추가하여 하지층(20) 및 표층(21)을 갖고 있다.
하지층(20)은 기체(2) 및 제 1 층(4) 사이에 위치하고 있으며, 피복층(3)에 있어서의 최하층이다. 하지층(20)은 질화티탄(TiN) 또는 탄질화티탄을 함유하고 있다. 피복층(3)이 하지층(20)을 갖고 있을 경우에는 기체(2)의 성분이 제 1 층(4)에 과도하게 확산되는 것이 억제된다. 그 때문에 제 1 층(4)에 있어서의 제 1 결정(13)의 결함이 억제되어 제 1 층(4)의 강도를 높게 할 수 있다. 하지층(20)의 두께로서는, 예를 들면 0.1㎛~1㎛로 설정할 수 있다.
표층(21)은 제 3 층(6) 상에 위치하고 있으며, 피복층(3)에 있어서의 최상층이다. 표층(21)의 재질로서는, 예를 들면 질화티탄, 탄질화티탄, 탄산질화티탄(TiCNO), 및 질화크롬(CrN) 등을 들 수 있다. 피복층(3)이 상기 재질을 함유하는 표층(21)을 가질 경우에는 피복층(3)의 내마모성이 향상된다. 또한, 상기 재질은 유색인 점에서 피복층(3)이 표층(21)을 함유할 경우에는 절삭 날(10)의 사용의 유무를 용이하게 판별하는 것이 가능하다. 표층(21)의 두께로서는, 예를 들면 0.1㎛~3㎛로 설정할 수 있다.
또한, 피복층(3)은 제 1 중간층(17), 제 2 중간층(18), 하지층(20), 및 표층(21)을 가질 필요는 없고, 이들 층의 일부 또는 전부를 생략해도 좋다.
피복층(3)에 있어서의 각 층의 두께는 제 1 돌기(11)가 3개 이상 존재하는 시야 내에 있어서, 등간격으로 10개소 이상의 계측점을 설정하고, 이들 계측점에서 두께의 측정을 행하여 측정 결과의 평균값에 의해 평가할 수 있다.
피복층(3)에 있어서의 각 층의 구조, 두께, 및 결정의 형상 등은 공구(1)의 단면에 있어서의 전자 현미경 사진(주사형 전자 현미경(SEM) 사진 또는 투과 전자 현미경(TEM) 사진)을 관찰함으로써 측정하는 것이 가능하다. 각 결정의 평균 결정 폭은 각 결정의 두께 방향의 길이의 중간 길이에 있어서의 기체(2)의 표면과 평행한 방향의 폭을 구하고, 이것을 평균한 값이다.
기체(2)를 구성하는 재질로서는 경질합금, 세라믹스, 및 금속을 들 수 있다. 경질합금으로서는, 예를 들면 탄화텅스텐(WC)과, 코발트(Co)나 니켈(Ni) 등의 철속 금속을 함유하는 초경합금이어도 좋다. 다른 경질합금으로서는, 예를 들면 탄질화티탄 및 코발트 및 니켈 등의 철속 금속을 함유하는 Ti기 서멧이어도 좋다. 세라믹스로서는, 예를 들면 질화규소(Si3N4), 산화알루미늄, 다이아몬드, 및 입방정 질화붕소(cBN)를 들 수 있다. 금속으로서는, 예를 들면 탄소강, 고속도강, 및 합금강을 들 수 있다. 상기 재질 중에서도 기체(2)가 초경합금 또는 서멧으로 이루어질 경우에는 기체(2)의 내결손성 및 내마모성이 높아진다.
본 실시형태의 공구(1)는 경사면 및 여유면이 교차하는 부분 중 적어도 일부에 형성된 절삭 날(10)을 피절삭물에 접촉하여 절삭 가공하는 것이며, 상술한 우수한 효과를 발휘할 수 있다. 또한, 피복 공구로서는 본 실시형태의 절삭 공구 이외에도 슬라이딩 부품이나 금형 등의 내마모 부품, 굴착 공구, 칼 등의 공구, 내충격 부품 등의 각종 용도로 응용 가능하며, 이 경우에도 우수한 기계적 신뢰성을 갖는 것이다.
이어서, 본 실시형태에 의한 피복 공구의 제조 방법에 대해서 공구(1)의 제조 방법의 일례를 참고로 해서 설명한다.
우선, 기체(2)가 되는 경질합금을 소성에 의해 형성할 수 있는 탄화물, 질화물, 탄질화물, 및 산화물 등으로부터 선택되는 무기물 분말에 금속 분말, 카본 분말 등을 적당히 첨가 및 혼합하여 혼합 분말을 제작한다. 이어서, 이 혼합 분말을 공지의 성형 방법을 사용해서 소정의 공구형상으로 성형함으로써 성형체를 제작한다. 성형 방법으로서는, 예를 들면 프레스 성형, 주입(鑄入) 성형, 압출 성형, 및 냉간 정수압 프레스 성형 등을 들 수 있다. 상기 성형체를 진공 중 또는 비산화성 분위기 중에서 소성함으로써 기체(2)를 제작한다. 또한, 필요에 따라 기체(2)의 표면에 연마 가공 및 호닝 가공을 실시해도 좋다.
이어서, 기체(2)의 표면에 화학 기상 증착(CVD)법에 의해 피복층(3)을 성막한다.
우선, 하지층(20)을 성막한다. 수소(H2) 가스에 0.5~10체적%의 사염화티탄 가스와 10~60체적%의 질소 가스를 혼합하여 반응 가스로서 사용되는 제 1 혼합 가스를 제작한다. 제 1 혼합 가스를 쳄버 내에 도입하고, 질화티탄을 함유하는 하지층(20)을 성막한다.
이어서, 제 1 층(4)을 성막한다. 수소 가스에 0.5~10체적%의 사염화티탄 가스와, 5~60체적%의 질소 가스와, 0.1~3체적%의 아세토니트릴 가스를 혼합하여 제 2 혼합 가스를 제작한다. 제 2 혼합 가스를 쳄버 내에 도입하고, MT-탄질화티탄을 함유하는 제 1 층(4)을 성막한다.
이어서, 제 1 중간층(17)을 성막한다. 수소 가스에 3체적%~30체적%의 사염화티탄 가스와, 3체적%~15체적%의 메탄 가스와, 5체적%~10체적%의 질소 가스와, 0.5체적%~10체적%의 이산화탄소(CO2) 가스를 혼합하여 제 3 혼합 가스를 제작한다. 제 3 혼합 가스를 쳄버 내에 도입하여 제 1 중간층(17)을 성막한다. 제 3 혼합 가스가 이산화탄소 가스를 함유하고 있음으로써 공극(16)이 형성되기 쉬워진다.
또한, 제 1 중간층(17)을 성막하지 않을 경우에는 제 1 층(4)을 성막한 후 성막 쳄버를 일단 냉각해서 시료를 대기 중에 인출하고, 그 후 다시 시료를 성막 쳄버 내에 세팅해서 성막 쳄버를 가열하여 제 2 층을 성막해도 좋다. 이것에 의해 제 1 층(4) 및 제 2 층(5)의 계면이 명확하게 나타난다.
이어서, 제 2 층(5)을 성막한다. 수소 가스에 1~4체적%의 사염화티탄 가스와, 5~20체적%의 질소 가스와, 0.1~10체적%의 메탄 가스와, 0.5체적%~10체적%의 이산화탄소 가스를 혼합하여 제 4 혼합 가스를 제작한다. 제 4 혼합 가스를 쳄버 내에 도입하고, HT-탄질화티탄을 함유하는 제 2 층(5)을 성막한다.
이때 이산화탄소 가스의 함유 비율을 성막 후기보다 성막 초기에서 높게 했을 경우에는 제 1 층(4)에 있어서의 골짜기부 상에 공극(16)이 형성되기 쉬워짐과 아울러, 제 2 층(5)에 있어서의 제 2 결정(15)의 결함을 적게 할 수 있다.
계속해서 제 2 중간층(18)을 성막한다. 수소 가스에 3~15체적%의 사염화티탄 가스와, 3~10체적%의 메탄 가스와, 3~25체적%의 질소 가스와, 0.5~2체적%의 일산화탄소(CO) 가스를 혼합하여 제 5 혼합 가스를 제작한다. 제 5 혼합 가스를 쳄버 내에 도입하고, 제 2 중간층(18)을 성막한다.
이어서, 제 3 층(6)을 성막한다. 성막 온도를 950℃~1100℃, 가스압을 5㎪~20㎪로 하고, 반응 가스의 조성이 수소 가스에 5체적%~15체적%의 삼염화알루미늄(AlCl3) 가스와, 0.5체적%~2.5체적%의 염화수소(HCl) 가스와, 0.5체적%~5.0체적%의 이산화탄소 가스와, 0체적%~1체적%의 황화수소(H2S) 가스를 혼합하여 제 6 혼합 가스를 제작한다. 제 6 혼합 가스를 쳄버 내에 도입하고, 제 3 층(6)을 성막한다.
이어서, 표층(21)을 성막한다. 수소 가스에 0.1~10체적%의 사염화티탄 가스와, 10~60체적%의 질소 가스를 혼합해서 제 7 혼합 가스를 제작한다. 제 7 혼합 가스를 쳄버 내에 도입하고, 표층(21)을 성막한다.
그 후 필요에 따라 성막한 피복층(3)의 표면에 있어서의 절삭 날(10)이 위치하는 부분을 연마 가공한다. 이러한 연마 가공을 행했을 경우에는 절삭 날(10)로의 피삭재의 용착이 억제되기 쉬워지기 때문에 내결손성이 더 우수한 공구(1)가 된다.
실시예
우선, 6질량%의 평균 입경 1.2㎛의 금속 코발트 분말과, 0.5질량%의 평균 입경 2㎛의 탄화티탄(TiC) 분말과, 5질량%의 평균 입경 2㎛의 탄화니오브(NbC) 분말을 함유하고, 잔부가 평균 입경 1.5㎛의 탄화텅스텐 분말인 혼합 분말을 제작한다. 프레스 성형을 이용해서 상기 혼합 분말을 사각판형상으로 성형한 성형체를 제작했다. 성형체에 탈바인더 처리를 실시한 후에 1500℃, 0.01Pa의 진공 중에 있어서 1시간 소성하여 기체를 제작했다. 그 후 제작한 기체에 브러시 가공을 실시하고, 공구에 있어서 절삭 날이 되는 부분에 R 호닝을 실시했다.
이어서, 상기 기체에 대하여 화학 기상 증착법에 의해 표 1의 성막 조건에서 피복층을 성막했다. 표 1~표 4에 있어서, 각 화합물은 화학 기호로 표기했다. 결과는 표 2~표 4에 나타냈다.
상기 시료에 대해서 피복층을 포함하는 단면의 SEM 관찰을 행하고, 각 층의 두께 및 제 1 층에 있어서의 제 1 결정의 평균 결정 폭을 측정했다. 또한, 상기 단면 중 제 2 중간층 부근에 있어서 TEM 관찰을 행하고, 각 층의 두께, 제 1 돌기 및 제 2 돌기의 평균 폭, 평균 높이 및 개수, 공극의 개수 및 크기, 및 중간층에 있어서의 침형상 결정의 개수 및 평균 길이를 측정했다. 또한, EDS(Energy Dispersive x-ray Spectroscopy)로 제 1 층, 제 1 중간층, 제 2 층, 및 제 2 중간층의 조성을 분석했다. 또한, 제 1 돌기, 제 2 돌기, 및 공극의 개수는 피복층의 두께 방향에 수직인 폭 방향의 길이 1㎛당에서의 개수로 환산한 수치로 나타내고 있다. 또한, 공극의 크기는 현미경으로 관찰되는 공극의 면적을 원으로 환산했을 때의 직경의 평균값(직경 d)으로 나타내고 있다.
이어서, 얻어진 절삭 공구를 사용해서 연속 절삭 시험 및 단속 절삭 시험을 행하고, 내마모성 및 내결손성을 평가했다. 연속 절삭 시험 및 단속 절삭 시험은 하기 조건에 의한 선삭 가공에 의해 행했다. 결과를 표 4에 나타냈다.
(연속 절삭 조건)
피삭재: 덕타일 주철(FCD700)
절삭 속도: 300m/분
이송 속도: 0.3㎜/rev
절입: 1.5㎜
절삭 시간: 6분
기타: 수용성 절삭액 사용
평가 항목: 주사형 전자 현미경으로 날끝 호닝 부분을 관찰하고, 실제로 마모되어 있는 부분에 있어서 여유면에 있어서의 플랭크 마모 폭을 측정.
(단속 절삭 조건)
피삭재: 덕타일 주철(FCD700 8개 홈붙이 강재)
공구형상: CNMG120408
절삭 속도: 150m/분
이송 속도: 0.3㎜/rev
절입: 1.5㎜
기타: 수용성 절삭액 사용
평가 항목: 결손에 이르는 충격 횟수를 측정.
Figure 112018083574763-pct00001
Figure 112018083574763-pct00002
Figure 112018083574763-pct00003
Figure 112018083574763-pct00004
표 1~표 4의 결과에 의하면 제 1 층이 제 1 돌기를 갖고, 제 1 층의 골짜기부 상에 공극이 존재하고, 제 2 층이 제 2 돌기를 갖고, 제 2 돌기의 수가 제 1 돌기의 수보다 많은 시료 No.1~6에 있어서는 플랭크 마모 폭이 작고, 충격 횟수가 6000회를 초과했다. 또한, 어느 시료도 공극의 50% 이상의 바로 위에서 제 2 돌기가 생성되어 있었다.
1: 절삭 공구(공구) 2: 기체
3: 피복층 4: 제 1 층
5: 제 2 층 6: 제 3 층
7: 제 1 면 8: 제 2 면
9: 제 3 면 10: 절삭 날
11: 제 1 돌기 12: 제 2 돌기
13: 제 1 결정 14: 쌍정 경계
15: 제 2 결정 16: 공극
17: 제 1 중간층 18: 제 2 중간층
19: 침형상 돌기 20: 하지층
21: 표층

Claims (15)

  1. 기체와, 상기 기체의 표면에 위치하는 피복층을 구비한 피복 공구로서,
    상기 피복층은 상기 기체 상에 위치하는 제 1 탄질화티탄층과, 상기 제 1 탄질화티탄층 상에 위치하는 제 2 탄질화티탄층과, 상기 제 2 탄질화티탄층 상에 위치하는 산화알루미늄층을 갖고,
    상기 제 1 탄질화티탄층은 상기 산화알루미늄층의 측으로 돌출된 복수의 제 1 돌기를 갖고,
    상기 제 2 탄질화티탄층은 상기 산화알루미늄층의 측으로 돌출된 복수의 제 2 돌기를 갖고,
    상기 제 2 돌기의 수가 상기 제 1 돌기의 수보다 많으며,
    상기 제 1 탄질화티탄층은 서로 이웃하는 상기 제 1 돌기 사이에 위치하는 골짜기부에 공극이 존재하고,
    상기 공극의 바로 위에 상기 제 2 돌기가 위치하는 피복 공구.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기체의 표면에 직교하는 단면에 있어서, 상기 제 2 돌기의 선단각이 상기 제 1 돌기의 선단각보다 작은 피복 공구.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 공극이 복수 존재하고, 상기 기체의 표면에 직교하는 단면에 있어서, 상기 공극의 면적의 평균값이 직경이 32~100㎚인 원의 면적에 상당하는 피복 공구.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 탄질화티탄층에 있어서의 탄소 및 질소의 합계 함유량에 대한 탄소의 함유 비율을 제 1 비율, 상기 제 2 탄질화티탄층에 있어서의 탄소 및 질소의 합계 함유량에 대한 탄소의 함유 비율을 제 2 비율로 했을 때, 상기 제 2 비율이 상기 제 1 비율보다 작은 피복 공구.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 비율이 0.3~0.57이며, 상기 제 2 비율이 0.27~0.51인 피복 공구.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 탄질화티탄층에 있어서의 탄소의 함유량이 15~29원자%이고, 또한 질소의 함유량이 22~35원자%이며,
    상기 제 2 탄질화티탄층에 있어서의 탄소의 함유량이 13~24원자%이며, 또한 질소의 함유량이 23~35원자%인 피복 공구.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 탄질화티탄층은 평균 애스펙트비가 2 이상인 탄질화티탄 결정의 기둥형상 결정을 갖고 있는 피복 공구.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 탄질화티탄층의 두께가 2~15㎛인 피복 공구.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 탄질화티탄층의 두께가 30~900㎚인 피복 공구.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 피복층은 상기 제 1 탄질화티탄층과 상기 제 2 탄질화티탄층 사이에 위치하는 제 1 중간층을 더 갖고,
    상기 제 1 중간층은 티탄을 30~70원자%, 탄소를 24~30원자%, 질소를 16~23원자%, 산소를 2~5원자%의 비율로 함유하고 있는 피복 공구.
  11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 피복층은 상기 제 2 탄질화티탄층과 상기 산화알루미늄층 사이에 위치하는 제 2 중간층을 더 갖고,
    상기 제 2 중간층은 티탄을 30~70원자%, 탄소를 0~70원자%, 질소를 0~35원자%, 산소를 3~20원자%의 비율로 함유하고 있는 피복 공구.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 2 중간층은 상기 산화알루미늄층을 향해서 돌출되는 침형상 결정을 갖는 피복 공구.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 2 중간층에 있어서의 상기 침형상 결정을 제외하는 부분의 두께가 10~40㎚인 피복 공구.
  14. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 탄질화티탄층 및 상기 제 2 탄질화티탄층 중 적어도 상기 제 1 탄질화티탄층이 산소를 함유하고 있으며,
    상기 제 2 탄질화티탄층 중에 존재하는 산소 함유량이 상기 제 1 탄질화티탄층 중에 존재하는 산소 함유량보다 많은 피복 공구.
  15. 삭제
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Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2766604C2 (ru) * 2017-06-07 2022-03-15 Сандвик Интеллекчуал Проперти Аб Режущий инструмент с покрытием
CN111867760B (zh) * 2018-01-29 2023-04-07 京瓷株式会社 涂层刀具和具备它的切削刀具
KR102471907B1 (ko) * 2018-01-29 2022-11-29 교세라 가부시키가이샤 피복 공구 및 이것을 구비한 절삭 공구
CN111867761B (zh) * 2018-01-29 2023-04-28 京瓷株式会社 涂层刀具和具备它的切削刀具
KR102728353B1 (ko) * 2018-06-28 2024-11-08 에이비 산드빅 코로만트 피복 절삭 공구
WO2020050260A1 (ja) 2018-09-05 2020-03-12 京セラ株式会社 被覆工具及び切削工具
CN112638565B (zh) 2018-09-05 2024-03-19 京瓷株式会社 涂层刀具及切削刀具
DE112019004443T5 (de) 2018-09-05 2021-05-20 Kyocera Corporation Beschichtetes werkzeug und schneidwerkzeug
JP7089039B2 (ja) * 2018-09-05 2022-06-21 京セラ株式会社 被覆工具及び切削工具
JP7089038B2 (ja) 2018-09-05 2022-06-21 京セラ株式会社 被覆工具及び切削工具
WO2020050259A1 (ja) * 2018-09-05 2020-03-12 京セラ株式会社 被覆工具及び切削工具
WO2020071245A1 (ja) * 2018-10-02 2020-04-09 京セラ株式会社 被覆工具及び切削工具
JP7142098B2 (ja) * 2018-10-03 2022-09-26 京セラ株式会社 被覆工具及び切削工具
EP3862450B1 (en) * 2018-10-04 2025-08-13 Sumitomo Electric Hardmetal Corp. Method for producing cemented carbide alloy
JP7301969B2 (ja) * 2019-07-29 2023-07-03 京セラ株式会社 被覆工具およびそれを備えた切削工具
JP7301971B2 (ja) * 2019-07-29 2023-07-03 京セラ株式会社 被覆工具およびそれを備えた切削工具
US12343802B2 (en) 2019-07-29 2025-07-01 Kyocera Corporation Coated tool and cutting tool including the same
WO2021020367A1 (ja) 2019-07-29 2021-02-04 京セラ株式会社 被覆工具およびそれを備えた切削工具
EP3964311B1 (en) * 2020-04-10 2023-10-25 Sumitomo Electric Hardmetal Corp. Cutting tool
US11207736B2 (en) 2020-04-10 2021-12-28 Sumitomo Electric Hardmetal Corp. Cutting tool

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012071396A (ja) * 2010-09-29 2012-04-12 Kyocera Corp 表面被覆部材
WO2012133461A1 (ja) * 2011-03-31 2012-10-04 日立ツール株式会社 硬質皮膜被覆部材及びその製造方法、並びにそれを具備する刃先交換式回転工具

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6447890B1 (en) * 1997-06-16 2002-09-10 Ati Properties, Inc. Coatings for cutting tools
JP2000071108A (ja) 1998-08-31 2000-03-07 Mitsubishi Materials Corp 硬質被覆層がすぐれた耐層間剥離性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具
JP5317722B2 (ja) * 2009-01-28 2013-10-16 京セラ株式会社 表面被覆切削工具
KR101104493B1 (ko) * 2009-06-17 2012-01-12 한국야금 주식회사 절삭공구 또는 내마모성 공구용 표면 피복 박막
JP5590335B2 (ja) * 2011-03-10 2014-09-17 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、耐欠損性を備える表面被覆切削工具
WO2013081047A1 (ja) * 2011-11-29 2013-06-06 京セラ株式会社 被覆工具
CN105792967B (zh) * 2013-11-29 2017-11-10 京瓷株式会社 切削工具

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012071396A (ja) * 2010-09-29 2012-04-12 Kyocera Corp 表面被覆部材
WO2012133461A1 (ja) * 2011-03-31 2012-10-04 日立ツール株式会社 硬質皮膜被覆部材及びその製造方法、並びにそれを具備する刃先交換式回転工具

Also Published As

Publication number Publication date
WO2017146200A1 (ja) 2017-08-31
CN108698136B (zh) 2021-03-23
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CN108698136A (zh) 2018-10-23
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US20190039148A1 (en) 2019-02-07
JPWO2017146200A1 (ja) 2018-11-29

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