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WO2017061059A1 - 表面被覆切削工具およびその製造方法 - Google Patents

表面被覆切削工具およびその製造方法 Download PDF

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WO2017061059A1
WO2017061059A1 PCT/JP2015/078837 JP2015078837W WO2017061059A1 WO 2017061059 A1 WO2017061059 A1 WO 2017061059A1 JP 2015078837 W JP2015078837 W JP 2015078837W WO 2017061059 A1 WO2017061059 A1 WO 2017061059A1
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WO
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region
layer
area
cutting edge
ridge line
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/JP2015/078837
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English (en)
French (fr)
Inventor
隆典 出谷
今村　晋也
秀明 金岡
アノンサック パサート
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Electric Hardmetal Corp
Original Assignee
Sumitomo Electric Hardmetal Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
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Publication date
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Priority to KR1020167017317A priority patent/KR102126105B1/ko
Priority to EP15882289.0A priority patent/EP3326741B1/en
Priority to JP2015563003A priority patent/JP5904389B1/ja
Priority to PCT/JP2015/078837 priority patent/WO2017061059A1/ja
Priority to US15/102,992 priority patent/US9849517B2/en
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    • B23C2228/10—Coating

Definitions

  • the present invention relates to a surface-coated cutting tool and a manufacturing method thereof.
  • Patent Document 1 JP 2013-063504 A (Patent Document 1), when the inclination angle formed by the normal line of the (0001) plane of Al 2 O 3 crystal grains to the normal line of the surface of the tool base is measured, A surface-coated cutting tool having a coating including an upper layer in which the area ratio of Al 2 O 3 crystal grains having an inclination angle of 0 to 10 degrees is 45 area% or more has been proposed.
  • Patent Document 2 discloses that an Al 2 O 3 layer included in a film preferably includes columnar ⁇ -Al 2 O 3 crystal grains in the ⁇ 001> growth direction, and TC Cutting tool inserts with a texture factor of (006)> 1.4 have been proposed.
  • the ⁇ -Al 2 O 3 layer is (001) -oriented so that the strength and thermal conductivity of the coating are improved, and chemicals represented by crater wear There is an effect of suppressing the mechanical damage.
  • the orientation in a specific direction becomes too high, cracks are likely to develop at the grain boundaries, so that sudden chipping of the coating may occur.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and while maintaining high orientation in a specific direction as a whole tool, by controlling the orientation of the blade edge portion relatively low, high thermal conductivity is maintained, and the edge of the blade is maintained.
  • An object of the present invention is to provide a surface-coated cutting tool capable of suppressing sudden chipping and a method for manufacturing the same.
  • a surface-coated cutting tool is a surface-coated cutting tool having a rake face, a flank face, and a cutting edge ridge line that forms a boundary between the rake face and the flank face.
  • a coating formed on the material, and the coating includes an ⁇ -Al 2 O 3 layer including a plurality of ⁇ -Al 2 O 3 crystal grains, and the ⁇ -Al 2 O 3 layer includes the cutting edge.
  • the region between the imaginary line passing through a point 1 mm away from the edge of the blade edge and the edge of the edge of the edge and the average value of TC (006) in the first area in the orientation index TC (hkl) is a.
  • the average value of the TC (006) in the second region or the third region is b, the relationship of ba> 0.5 is satisfied.
  • a surface-coated cutting tool is a surface-coated cutting tool having a rake face, a flank face, and a cutting edge ridge line that forms a boundary between the rake face and the flank face.
  • the coating includes an ⁇ -Al 2 O 3 layer including a plurality of ⁇ -Al 2 O 3 crystal grains, and the ⁇ -Al 2 O 3 layer includes A first region composed of the edge line of the cutting edge, an A region on the rake surface, and a B region on the flank surface, a region excluding the A region on the rake surface, and coated with the coating A second region that is a region that is present, and a third region that is a region that excludes the B region on the flank, and the A region is 1 mm from the cutting edge ridge line along the cutting edge ridge line on the rake face A region sandwiched between an imaginary line passing through a distant point and the edge of the cutting edge, and the region B is the cutting edge on the flank Is an area sandwiched between a virtual line passing through a point 1 mm away from the edge of the cutting edge along the line and the edge of the cutting edge, and the average value of TC (006) in the first area in the orientation index
  • a method of manufacturing a surface-coated cutting tool includes a step of forming the coating film on the base material, and a step of performing a surface treatment on a portion corresponding to the first region in the coating film. ,including. With such a configuration, it is possible to manufacture a surface-coated cutting tool that can suppress sudden chipping of the cutting edge while maintaining high thermal conductivity.
  • the surface treatment preferably includes at least a brush treatment or a blast treatment. Thereby, it is possible to advantageously manufacture a surface-coated cutting tool capable of suppressing sudden chipping of the blade edge while maintaining high thermal conductivity.
  • the surface-coated cutting tool of this embodiment has a rake face, a flank face, and a cutting edge ridge line that forms a boundary between the rake face and the flank face.
  • the rake face is a face that is mainly in contact with chips of the work material during cutting.
  • the upper surface and the bottom surface of the surface-coated cutting tool are rake surfaces.
  • the flank is a surface that faces a processed surface (a surface newly formed by cutting a work material).
  • the side surface of the surface-coated cutting tool is a flank.
  • the edge of the cutting edge forms a boundary between the rake face and the flank face. In other words, the portion where the rake face and the flank face intersect becomes the cutting edge ridge line.
  • the cutting edge ridge line is a portion that usually becomes a cutting edge (hereinafter also referred to as “cutting edge”) in a surface-coated cutting tool.
  • the surface-coated cutting tool of the present embodiment includes a base material and a film formed on the base material.
  • the coating preferably covers the entire surface of the substrate. However, even if a part of the substrate is not coated with this coating or the configuration of the coating is partially different, it does not depart from the scope of the present invention.
  • the surface-coated cutting tool of the present embodiment includes a drill, an end mill, a cutting edge replaceable cutting tip for a drill, a cutting edge replaceable cutting tip for an end mill, a cutting edge replaceable cutting tip for milling, a cutting edge replaceable cutting tip for turning, a metal saw, It can be suitably used as a cutting tool such as a gear cutting tool, reamer, or tap.
  • any substrate can be used as long as it is conventionally known as this type of substrate.
  • cemented carbide for example, WC-based cemented carbide, including WC, including Co or containing carbonitride such as Ti, Ta, Nb), cermet (TiC, TiN, TiCN, etc.) Main component
  • high-speed steel ceramics (titanium carbide, silicon carbide, silicon nitride, aluminum nitride, aluminum oxide, etc.), cubic boron nitride sintered body, or diamond sintered body Is preferred.
  • a cemented carbide particularly a WC-based cemented carbide, or a cermet (particularly a TiCN-based cermet).
  • These base materials are particularly excellent in the balance between hardness and strength at high temperatures, and have excellent characteristics as base materials for surface-coated cutting tools for the above applications.
  • the base material includes those having a chip breaker and those having no chip breaker.
  • the shape of the edge of the blade edge includes sharp edges that are pointed, honing (the sharp edges are rounded), negative land (chamfered), and a combination of honing and negative lands. Any thing is included.
  • the edge of the cutting edge is a line (no area) where the rake face and the flank face intersect when used to determine the range of the first region to be described later, honing or negative land The description will be made on the premise of the edge of the cutting edge before being applied.
  • the coating includes an ⁇ -Al 2 O 3 layer including a plurality of ⁇ -Al 2 O 3 crystal grains.
  • the coating can be composed of a plurality of layers including one or more ⁇ -Al 2 O 3 layers and further including other layers.
  • the coating has an average layer thickness of 3 to 35 ⁇ m (3 ⁇ m or more and 35 ⁇ m or less.
  • the average layer thickness of the coating is preferably 5 to 20 ⁇ m. If this average layer thickness is less than 3 ⁇ m, the strength of the film may be insufficient. If this average layer thickness exceeds 35 ⁇ m, peeling or destruction of the coating film may occur frequently when a large stress is applied between the coating film and the substrate in the intermittent processing.
  • the ⁇ -Al 2 O 3 layer is mainly composed of ⁇ -Al 2 O 3 crystal grains. “Mainly comprising ⁇ -Al 2 O 3 crystal grains” means that among the Al 2 O 3 crystal grains constituting the ⁇ -Al 2 O 3 layer, 90% of ⁇ -Al 2 O 3 crystal grains are present. It means to occupy at least mass%. In addition, it is preferable that crystals of ⁇ -Al 2 O 3 are inevitably excluded unless at least one crystal grain of ⁇ -Al 2 O 3 , ⁇ -Al 2 O 3 and ⁇ -Al 2 O 3 is mixed. It means that an ⁇ -Al 2 O 3 layer is composed of grains.
  • the ⁇ -Al 2 O 3 layer includes a first region including a cutting edge ridgeline, an A region on the rake face, and a B region on the flank face. Furthermore, it includes a second region which is a region excluding the A region on the rake face and which is a region covered with the film. Further, a third region that is a region excluding the B region on the flank is also included.
  • the region A is a region sandwiched between a virtual line passing through a point 1 mm away from the cutting edge ridge line along the cutting edge ridge line and the cutting edge ridge line on the rake face.
  • the area B is an area sandwiched between a virtual line passing through a point 1 mm away from the cutting edge ridge line along the cutting edge ridge line and the cutting edge ridge line on the flank face. Further, the first region includes an intersection of the blade edge line (hereinafter referred to as “corner”), an intersection point of the virtual line, and an intersection point of the blade edge line and the virtual line. The edge region is not included in the second region and the third region.
  • orientation index TC (hkl) can be defined as in the following formula (1).
  • I (hkl) represents the X-ray diffraction intensity of the (hkl) reflecting surface
  • I 0 (hkl) represents the PDF card No. of ICDD.
  • the standard intensity according to 00-04-2468 is indicated.
  • n in Formula (1) shows the number of reflection used for calculation. (012), (104), (110), (006), (113), (024), (116) and (300) are used as (hkl) reflection. Therefore, n is 8 in this embodiment.
  • TC (006) of a point measured at an arbitrary position between the first region and the second region or the third region in the ⁇ -Al 2 O 3 layer can be expressed by the following formula (2).
  • ICDD International Center for Diffraction Data (International Diffraction Data Center).
  • PDF registered trademark
  • Powder Diffraction File is an abbreviation for Powder Diffraction File.
  • TC (hkl) Measurement of TC (hkl) as described above is possible by analysis using an X-ray diffractometer.
  • TC (hkl) can be measured, for example, using an X-ray diffractometer (trade name: “SmartLab (registered trademark) 3”, manufactured by Rigaku Corporation) under the following conditions.
  • Characteristic X-ray Cu-K ⁇ Tube voltage: 45kV Tube current: 200mA
  • X-ray diffraction method ⁇ -2 ⁇ method
  • X-ray irradiation range A pinhole collimator is used to irradiate a range of about 0.3 mm in diameter with X-rays.
  • TC (006) is measured on the rake face of the surface-coated cutting tool, for example.
  • a plurality of measurement points for measuring the value of TC (006) can be set at any non-overlapping positions in the first region (A region), Similarly, a plurality of points can be set at arbitrary locations in the second region that do not overlap. Then, these measurement points are irradiated with X-rays to obtain a value of TC (006), and the average values a and b can be calculated.
  • TC (006) may be measured on the flank of the surface-coated cutting tool when it is difficult to measure the orientation index TC (hkl) due to unevenness on the rake face.
  • a plurality of measurement points for measuring the value of TC (006) can be set at arbitrary positions in the first area (B area) on the flank that do not overlap. It is possible to set a plurality of arbitrary locations that do not overlap. Then, these measurement points are irradiated with X-rays to obtain a value of TC (006), and the average values a and b can be calculated.
  • the measurement points on the first region, the second region, and the third region it is preferable to select flat portions for the measurement points on the first region, the second region, and the third region, and to set the measurement points to two or more points that do not overlap. However, if the measurement points are always overlapped when trying to set the measurement points, only one measurement point may be set. If the measured value is clearly an abnormal value, it can be excluded.
  • the corner A two Measurement points (first measurement point 1, second measurement point 2, third measurement point 3, fourth measurement point 4, fifth measurement point 5) are set at intervals of 0.75 mm from the corner that is the intersection of the edge of the cutting edge.
  • X-ray diffraction (XRD) data can be obtained by irradiating these measurement points with X-rays under the above conditions, and the value of TC (006) can be calculated based on the XRD data. it can.
  • the through-hole 13 is a hole which penetrates the surface (bottom surface) on the opposite side from the rake face of the surface-coated cutting tool.
  • the first region is a region (A region) sandwiched between the cutting edge ridge line, a virtual line passing through the point 1 mm away from the cutting edge ridge line along the cutting edge ridge line on the rake face, and the cutting edge ridge line, and the clearance. It consists of the area
  • interposed by the imaginary line which passes along the blade edge ridgeline on a surface and 1 mm away from the blade edge ridgeline, and the blade edge ridgeline. Therefore, based on FIG. 1, the first measurement point 1 and the second measurement are set at intervals of 0.75 mm from the corner along the diagonal line connecting the acute angle ( ⁇ 60 °) with the corner A and the corner C.
  • Point 2 is included in the first region, and the average value of TC (006) values obtained at these measurement points is the value a.
  • the second region is a region where the film is coated on the rake face except the region to be the A region as described above.
  • the third measurement point 3, the fourth measurement point 4, and the fifth measurement point 5 set after the first measurement point 1 and the second measurement point 2 at intervals of 0.75 mm along the diagonal line are the first measurement point.
  • the average value of TC (006) values included in the two regions and obtained at these measurement points is the value of b.
  • the value of ba exceeds 0.5.
  • the upper limit value of ba is 8 because the upper limit value of TC (006) is 8 from the definition of the above formula (1), and the relationship of ba ⁇ 8 is established.
  • region a plurality of measurement points can be set as dispersed as possible, and the value of TC (006) may be measured at these measurement points.
  • one point or two or more points can be set on an intermediate line between the cutting edge ridge line and a virtual line passing a point 1 mm away from the cutting edge ridge line along the cutting edge ridge line.
  • the second region measurement point one point or two or more points can be set on a line 1 mm away from the boundary line with the first region to the second region side.
  • the measurement point of the third region the first region One point or two or more points can be set on a line 1 mm away from the boundary line to the third region side.
  • the surface-coated cutting tool is a regular polygon having a square shape or more, the measurement points can be set on a diagonal line as in the present embodiment. If the surface-coated cutting tool is circular, it is possible to set a measurement point as an arbitrary point on the edge of the cutting edge, or one or more points on a line passing through the center of the circle.
  • a which is an average value in the first region of TC (006) satisfies the relationship of 0.01 ⁇ a ⁇ 7.
  • b which is an average value in the second region of TC (006), preferably satisfies the relationship 7 ⁇ b ⁇ 8.
  • the average value b preferably satisfies the relationship of 7 ⁇ b ⁇ 8.
  • ⁇ TC in first region (104) >
  • the ⁇ -Al 2 O 3 layer has a relationship of 0.05 ⁇ c / a ⁇ 1 in relation to the above a. It is preferable to satisfy the relationship.
  • the (006) -oriented ⁇ -Al 2 O 3 layer has an orientation on the (104) plane.
  • the ⁇ -Al 2 O 3 layer satisfies the relationship of 0.05 ⁇ c / a ⁇ 1 in the first region. As a result, it is possible to further suppress the crack growth at the grain boundary and to obtain an effect of more effectively suppressing the sudden chipping of the cutting edge.
  • the measurement of TC (104) can be performed based on, for example, the XRD data used for the above-described measurement of TC (006). And if the value of c / a is computed in this embodiment, it will be more than 0.05 and less than 1.
  • the coating can include other layers in addition to the ⁇ -Al 2 O 3 layer.
  • Other layers include TiCNO layer, TiBN layer, TiC layer, TiN layer, TiAlN layer, TiSiN layer, AlCrN layer, TiAlSiN layer, TiAlNO layer, AlCrSiCN layer, TiCN layer, TiSiC layer, CrSiN layer, AlTiSiCO layer, TiSiCN layer, etc.
  • the atomic ratio is not particularly limited, any conventionally known atomic ratio is included, and is not necessarily limited to the stoichiometric range.
  • a metal element such as Ti, Al, Si, Zr, or Cr and a non-metal element such as N (nitrogen), O (oxygen), or C (carbon) are not necessarily stoichiometric. There is no need to constitute the composition.
  • the TiCN layer is disposed between the ⁇ -Al 2 O 3 layer and the substrate. Since this TiCN layer is excellent in wear resistance, it is possible to impart suitable wear resistance to the coating.
  • the TiCN layer is particularly preferably formed by MT-CVD (medium temperature CVD).
  • the MT-CVD method can form a film at a relatively low temperature of about 850 to 900 ° C., and can reduce damage to the substrate due to heating during film formation.
  • the TiCN layer preferably has an average layer thickness of 5 to 15 ⁇ m.
  • the average thickness of the TiCN layer is more preferably 7 to 12 ⁇ m. If the average layer thickness is less than 5 ⁇ m, the wear may easily proceed. If the average layer thickness exceeds 15 ⁇ m, chipping resistance may be reduced.
  • an outermost surface layer, an intermediate layer, and the like can be included in the coating.
  • the outermost surface layer is a layer disposed on the outermost surface side of the coating.
  • the intermediate layer is a layer disposed between the outermost surface layer and the ⁇ -Al 2 O 3 layer, between the ⁇ -Al 2 O 3 layer and the TiCN layer, or between the TiCN layer and the substrate.
  • a TiN layer can be exemplified as the outermost surface layer.
  • a TiCNO layer can be exemplified as the intermediate layer.
  • the manufacturing method of the surface coating cutting tool of this embodiment includes the process of forming a film on a base material.
  • it can manufacture suitably by forming a film on a base material by a chemical vapor deposition (CVD) method.
  • CVD chemical vapor deposition
  • the film forming temperature is 800 to 1200 ° C., which is higher than that of the physical vapor deposition method, thereby improving the adhesion to the substrate.
  • other layers other than the ⁇ -Al 2 O 3 layer are formed in the coating, these layers can be formed under conventionally known conditions.
  • AlCl 3 , HCl, CO 2 , H 2 S, O 2 and H 2 may be used as the source gas.
  • the compounding amount is 0.5 to 5% by volume of AlCl 3 , 1 to 5% by volume of HCl, 0.5 to 1% by volume of CO 2 , 0.5 to 1% by volume of H 2 S, and the balance is H. 2
  • various conditions of the CVD method are a temperature of 950 to 1050 ° C., a pressure of 1 to 10 kPa, and a gas flow rate (total gas amount) of 10 to 150 L / min.
  • the thicknesses of the ⁇ -Al 2 O 3 layer and other layers can be adjusted by appropriately adjusting the film formation time.
  • the manufacturing method of the surface-coated cutting tool of the present embodiment includes a step of performing a surface treatment on a portion corresponding to the first region in the coating.
  • the surface treatment preferably includes at least brush treatment or blast treatment.
  • surface treatment is performed on a portion corresponding to the first region of the film.
  • An example in which blasting, for example, wet blasting is performed as the surface treatment will be described.
  • solid fine particles having an average particle diameter of 25 to 100 ⁇ m are 10 to 80 ° with respect to the edge line 12 (for example, a corner) of the surface-coated cutting tool 11.
  • the surface-coated cutting tool 11 is rotated at 15 to 50 rpm with the through hole 13 at the center of the rake face as the axial center.
  • the projection pressure is 0.01 to 0.2 MPa (eg, 0.05 MPa)
  • the projection distance is 2 to 20 mm (eg, 5 mm)
  • the projection time is 5 to 10 seconds
  • the concentration of the solid fine particles is 1 to 10% by volume (
  • the balance can be a liquid mainly composed of water.
  • ⁇ Preparation of substrate> A raw material powder blended at a composition ratio of 6.5% by mass of Co, 1.2% by mass of TaC, 0.8% by mass of TiC, 1.3% by mass of NbC, and the balance of WC. The mixture was wet-mixed for 8 hours with an attritor (wet media agitation type pulverizer, trade name (model number): “wet attritor 100S”, manufactured by Nippon Coke Kogyo Co., Ltd.) and then dried. Thereafter, the green compact was press-molded into a green compact at a pressure of 100 MPa, and the green compact was put into a vacuum container and held at 1400 ° C. for 1 hour in a vacuum of 2 Pa.
  • attritor wet media agitation type pulverizer, trade name (model number): “wet attritor 100S”, manufactured by Nippon Coke Kogyo Co., Ltd.
  • the green compact is taken out from the vacuum container, and the bottom surface is flat-polished, and then 0.6 mm honing is performed as a cutting edge treatment when viewed from the scooping surface with a SiC brush, and JIS (Japan Industrial Standard) B 4120 (2013)
  • a base material manufactured by Sumitomo Electric Industries, Ltd.
  • the prepared base materials were named Sample 1 to Sample 3 and classified into three groups in order to correspond to the following three formation conditions of ⁇ -Al 2 O 3 layers. Two samples were prepared for each group.
  • a film was formed on the surface of each substrate obtained above. Specifically, a film was formed on the base material by the CVD method by setting the base material in a CVD apparatus.
  • the film formation conditions are as described in Table 1, Table 2 and Table 3 below.
  • Table 1 shows the ⁇ -Al 2 O 3 layer and the formation conditions (temperature condition, pressure condition and layer thickness) for producing each layer other than this ⁇ -Al 2 O 3 layer
  • Table 2 shows ⁇ -Al 2
  • the composition ratio of the source gas for producing each layer other than the O 3 layer is shown.
  • Table 3 shows the composition ratio of the source gases for producing the ⁇ -Al 2 O 3 layer.
  • the formation conditions of the ⁇ -Al 2 O 3 layer have three gas conditions of X, Y, and Z. A substrate to which these gas conditions are applied is designated as Sample 1, They were named Sample 2 and Sample 3.
  • each layer other than the ⁇ -Al 2 O 3 layer and the ⁇ -Al 2 O 3 layer can be adjusted by appropriately adjusting the film formation time.
  • MT-TiCN means a TiCN layer formed by MT-CVD method
  • HT-TiCN means a TiCN layer formed by HT-CVD (High temperature CVD) method.
  • TiN first layer means that a TiN layer is first formed on a substrate.
  • the coating is composed of a TiN layer, an MT-TiCN layer, an HT-TiCN layer, a TiCNO layer, and an ⁇ -Al 2 O 3 layer in this order from the substrate side.
  • the ⁇ -Al 2 O 3 layer is disposed on the outermost surface of the coating.
  • ⁇ Surface treatment> A surface treatment was performed on the edge of the edge of each sample. Specifically, while rotating the surface-coated cutting tool at a speed of 60 rpm around the through-hole of the rake face as an axis, 70 ⁇ m-sized ceramic abrasive grains are applied from the tip of a nozzle arranged at an angle of 45 °, and wet blasting is performed. Treated. At this time, the projection pressure of the ceramic abrasive grains was 0.05 MPa, the projection distance was 5 mm, the projection time was 5 to 10 seconds, and the concentration was 5% by volume (the balance was water-based solvent).
  • sample 1A each of the samples subjected to the surface treatment is referred to as sample 1A, sample 2A, and sample 3A.
  • surface-coated cutting tools composed of Sample 1 to Sample 3 and Sample 1A to Sample 3A shown in Table 4 below were produced.
  • XRD data was obtained by an ⁇ -2 ⁇ method using Cu—K ⁇ X-rays using an X-ray diffractometer (trade name: “SmartLab (registered trademark) 3”, manufactured by Rigaku Corporation).
  • the tube voltage was 45 kV
  • the tube current was 200 mA
  • the X-ray irradiation range was a pinhole collimator
  • X-rays were irradiated to a range of 0.3 mm in diameter on the rake face.
  • the edge of the cutting edge as a line where the rake face and flank intersect is honed and disappears, but the rake face and flank are virtually extended to form an intersection.
  • the first region includes a region (A region) sandwiched between a virtual line passing through a point 1 mm away from the edge of the blade along the edge of the edge of the rake face and the edge of the edge of the blade (A region).
  • Point 1 and second measurement point 2 are included in the first region.
  • the second region is a region covered with the film except for the region A on the rake face, the third measurement point 3, the fourth measurement point 4 and the fifth measurement point 5 are the first measurement point. It is included in two areas. Therefore, the average value of TC (006) values obtained at the first measurement point 1 and the second measurement point 2 is the value a.
  • the average value of TC (006) values obtained at the third measurement point 3, the fourth measurement point 4, and the fifth measurement point 5 is the value b.
  • the average value of the TC (104) values obtained at the first measurement point 1 and the second measurement point 2 is the value of c.
  • the cutting tool was set on an NC lathe, the time from when the workpiece was cut until the cutting tool was damaged was measured, and this was evaluated as the life. It can be evaluated that sudden chipping of the cutting edge is suppressed as the lifetime until the defect is generated is longer. The results are also shown in Table 4 below.
  • Sample 1A and Sample 2A it is understood from the value of TC (006) that the ⁇ -Al 2 O 3 layer is (006) oriented. Furthermore, due to the effect of the surface treatment, sudden chipping of the cutting edge was suppressed, and a good life was obtained in the cutting test. In particular, in Sample 2A, it is understood from the value of c / a that most of the ⁇ -Al 2 O 3 layer of the blade edge is (006) -oriented or (104) -oriented, and a better life is obtained in the cutting test. The result was obtained.
  • Sample 1A and Sample 2A satisfy the relationship of ba> 0.5.
  • Sample 2A also satisfies the relationship of 0.05 ⁇ c / a ⁇ 1, satisfies the relationship of 0.01 ⁇ a ⁇ 7, and also satisfies the relationship of 7 ⁇ b ⁇ 8.
  • the surface-coated cutting tools of Sample 1A and Sample 2A are those of Sample 1, Sample 2, Sample 3 and Sample 3A that do not satisfy the relationship of ba> 0.5 and 0.05 ⁇ c / a ⁇ 1. Compared to a surface-coated cutting tool, it can be said that it is excellent in that sudden chipping of the cutting edge can be suppressed while maintaining high thermal conductivity.

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Abstract

　表面被覆切削工具は、基材と該基材上に形成された被膜とを備え、該被膜は、複数のα－Ａｌ2Ｏ3の結晶粒を含むα－Ａｌ2Ｏ3層を含み、該α－Ａｌ2Ｏ3層は、刃先稜線とすくい面上のＡ領域と逃げ面上のＢ領域とからなる第１領域と、該すくい面において該Ａ領域を除いた領域であって、かつ該被膜に被覆される領域である第２領域と、該逃げ面において該Ｂ領域を除いた領域である第３領域とを含み、該Ａ領域は、該すくい面において該刃先稜線に沿って該刃先稜線から１ｍｍ離れた地点を通る仮想線と該刃先稜線とで挟まれる領域であり、該Ｂ領域は、該逃げ面において該刃先稜線に沿って該刃先稜線から１ｍｍ離れた地点を通る仮想線と該刃先稜線とで挟まれる領域であり、配向性指数ＴＣ（ｈｋｌ）においてＴＣ（００６）の該第１領域の平均値がａであり、該ＴＣ（００６）の該第２領域または該第３領域の平均値がｂであるとき、ｂ－ａ＞０．５の関係を満たす。

Description

表面被覆切削工具およびその製造方法
　本発明は、表面被覆切削工具およびその製造方法に関する。
　従来から、基材上に被膜を形成した表面被覆切削工具が用いられている。たとえば、特開２０１３－０６３５０４号公報（特許文献１）には、工具基体の表面の法線に対し、Ａｌ2Ｏ3結晶粒の（０００１）面の法線がなす傾斜角を測定した場合、その傾斜角が０～１０度であるＡｌ2Ｏ3結晶粒の占める面積割合が、４５面積％以上となる上部層を含む被膜を備える表面被覆切削工具が提案されている。
　また、特開２００７－１２５６８６号公報（特許文献２）には、被膜に含まれるＡｌ2Ｏ3層が、好ましくは＜００１＞成長方向の柱状のα－Ａｌ2Ｏ3結晶粒を含み、ＴＣ（００６）＞１．４の組織係数を有する切削工具インサートが提案されている。
特開２０１３－０６３５０４号公報 特開２００７－１２５６８６号公報
　上記特許文献１、２に提案されている表面被覆切削工具は、α－Ａｌ2Ｏ3層が（００１）配向することで被膜の強度および熱伝導率が向上し、クレータ摩耗に代表される化学的損傷を抑制することができる効果がある。しかしながら、特定方向への配向性が高くなりすぎると、粒界で亀裂が進展しやすくなるため、被膜の突発的なチッピングが発生する場合がある。
　本発明は、上記実情に鑑みてなされ、工具全体として特定方向への配向性を高く保ちながら、刃先部分のみ配向性を比較的低く制御することで、高い熱伝導率を維持し、かつ刃先の突発的なチッピングを抑制することができる表面被覆切削工具およびその製造方法を提供することを目的とする。
　本発明の一態様に係る表面被覆切削工具は、すくい面と、逃げ面と、該すくい面および該逃げ面の境界をなす刃先稜線とを有する表面被覆切削工具であって、基材と該基材上に形成された被膜とを備え、該被膜は、複数のα－Ａｌ2Ｏ3の結晶粒を含むα－Ａｌ2Ｏ3層を含み、該α－Ａｌ2Ｏ3層は、該刃先稜線と該すくい面上のＡ領域と該逃げ面上のＢ領域とからなる第１領域と、該すくい面において該Ａ領域を除いた領域であって、かつ該被膜に被覆されている領域である第２領域と、該逃げ面において該Ｂ領域を除いた領域である第３領域と、を含み、該Ａ領域は、該すくい面において該刃先稜線に沿って該刃先稜線から１ｍｍ離れた地点を通る仮想線と該刃先稜線とで挟まれる領域であり、該Ｂ領域は、該逃げ面において該刃先稜線に沿って該刃先稜線から１ｍｍ離れた地点を通る仮想線と該刃先稜線とで挟まれる領域であり、配向性指数ＴＣ（ｈｋｌ）においてＴＣ（００６）の該第１領域における平均値がａであり、該ＴＣ（００６）の該第２領域または該第３領域における平均値がｂであるとき、ｂ－ａ＞０．５の関係を満たす。
　上記によれば、高い熱伝導率を維持し、かつ刃先の突発的なチッピングを抑制することができる。
Ｘ線回折法を用いてＴＣ（ｈｋｌ）を算出するために、Ｘ線が照射される表面被覆切削工具上の５か所の測定点を模式的に示した説明図である。 表面処理がされる際に、刃先稜線に対してブラストが照射される方向（角度）を模式的に示した説明図である。
　［本発明の実施形態の説明］
　最初に本発明の実施態様を列記して説明する。
　［１］本発明の一態様に係る表面被覆切削工具は、すくい面と、逃げ面と、該すくい面および該逃げ面の境界をなす刃先稜線とを有する表面被覆切削工具であって、基材と該基材上に形成された被膜とを備え、該被膜は、複数のα－Ａｌ2Ｏ3の結晶粒を含むα－Ａｌ2Ｏ3層を含み、該α－Ａｌ2Ｏ3層は、該刃先稜線と該すくい面上のＡ領域と該逃げ面上のＢ領域とからなる第１領域と、該すくい面において該Ａ領域を除いた領域であって、かつ該被膜に被覆されている領域である第２領域と、該逃げ面において該Ｂ領域を除いた領域である第３領域と、を含み、該Ａ領域は、該すくい面において該刃先稜線に沿って該刃先稜線から１ｍｍ離れた地点を通る仮想線と該刃先稜線とで挟まれる領域であり、該Ｂ領域は、該逃げ面において該刃先稜線に沿って該刃先稜線から１ｍｍ離れた地点を通る仮想線と該刃先稜線とで挟まれる領域であり、配向性指数ＴＣ（ｈｋｌ）においてＴＣ（００６）の該第１領域における平均値がａであり、該ＴＣ（００６）の該第２領域または該第３領域における平均値がｂであるとき、ｂ－ａ＞０．５の関係を満たす。このような構成により表面被覆切削工具は、高い熱伝導率を維持しながら刃先の突発的なチッピングを抑制することができる。
　［２］上記ａは、０．０１＜ａ＜７の関係を満たし、上記ｂは、７＜ｂ＜８の関係を満たすことが好ましい。これにより、より効果的に高い熱導電率を維持することができ、同時に刃先の突発的なチッピングを効果的に抑制することができる。
　［３］上記α－Ａｌ2Ｏ3層は、上記配向性指数ＴＣ（ｈｋｌ）においてＴＣ（１０４）の上記第１領域における平均値がｃであるとき、上記ａとの関係において０．０５＜ｃ／ａ＜１の関係を満たすことが好ましい。これにより特に、刃先の突発的なチッピングの抑制効果を向上させることができる。
　［４］本発明の一態様に係る表面被覆切削工具の製造方法は、上記基材上に上記被膜を形成する工程と、該被膜において前記第１領域に対応する部分に表面処理を行なう工程と、を含む。このような構成により、高い熱伝導率を維持しながら刃先の突発的なチッピングを抑制することができる表面被覆切削工具を製造することができる。
　［５］上記表面処理は、ブラシ処理またはブラスト処理を少なくとも含むことが好ましい。これにより、高い熱伝導率を維持しながら刃先の突発的なチッピングを抑制することができる表面被覆切削工具を有利に製造することができる。
［本発明の実施形態の詳細］
　以下、本発明の実施形態（以下「本実施形態」とも記す）についてさらに詳細に説明する。
　＜表面被覆切削工具＞
　本実施形態の表面被覆切削工具は、すくい面と、逃げ面と、このすくい面および逃げ面の境界をなす刃先稜線とを有している。
　すくい面とは、切削加工時において主として被削材の切り屑と接する面をいう。たとえば、図１の説明図において、表面被覆切削工具の上面および底面がすくい面となる。逃げ面とは、主として加工面（被削材を切削することにより新たに形成される面）に対向する面をいう。たとえば、図１の説明図において、表面被覆切削工具の側面が逃げ面となる。刃先稜線は、すくい面および逃げ面の境界をなす。換言すれば、すくい面と逃げ面とが交差する部分が刃先稜線となる。刃先稜線は、表面被覆切削工具において通常、切れ刃（以下、「刃先」とも記す）となる部分である。
　また、本実施形態の表面被覆切削工具は、基材と該基材上に形成された被膜とを備える。被膜は、基材の全面を被覆することが好ましい。しかしながら、基材の一部がこの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、本発明の範囲を逸脱するものではない。
　本実施形態の表面被覆切削工具は、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、タップなどの切削工具として好適に使用することができる。
　＜基材＞
　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も使用することができる。たとえば、超硬合金（たとえば、ＷＣ基超硬合金、ＷＣのほか、Ｃｏを含み、あるいはＴｉ、Ｔａ、Ｎｂなどの炭窒化物を添加したものも含む）、サーメット（ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮなどを主成分とするもの）、高速度鋼、セラミックス（炭化チタン、炭化ケイ素、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウムなど）、立方晶型窒化ホウ素焼結体、またはダイヤモンド焼結体のいずれかであることが好ましい。
　これらの各種基材の中でも超硬合金、特にＷＣ基超硬合金、またはサーメット（特にＴｉＣＮ基サーメット）を選択することが好ましい。これらの基材は、特に高温における硬度と強度のバランスに優れ、上記用途の表面被覆切削工具の基材として優れた特性を有している。
　表面被覆切削工具が刃先交換型切削チップなどである場合、基材はチップブレーカーを有するものも、有さないものも含まれる。また、刃先稜線の形状は、尖った形状となるシャープエッジであるものをはじめ、ホーニング（シャープエッジに対してアールを付与したもの）、ネガランド（面取りをしたもの）、ホーニングとネガランドとを組み合わせたものなど、いずれのものも含まれる。ただし、本明細書において刃先稜線は、すくい面と逃げ面とが交差する部分の線（面積のないもの）として、後述する第１領域の範囲を決定する際などに用いられるとき、ホーニングまたはネガランドなどを施す前の状態の刃先稜線を前提にして説明される。ホーニングまたはネガランドなどを施せば、線としての刃先稜線が消失してしまい、第１領域の範囲を明確に決定することが困難となるからである。したがって、表面被覆切削工具にホーニングまたはネガランドなどが施されている場合、仮想的にすくい面と逃げ面とを延長させたときにこれらが交差して形成される線を、刃先稜線とみなすものとする。
　＜被膜＞
　被膜は、複数のα－Ａｌ2Ｏ3の結晶粒を含むα－Ａｌ2Ｏ3層を含んでいる。たとえば被膜は、α－Ａｌ2Ｏ3層を１層以上含み、さらに他の層を含んだ複数の層から構成することができる。
　被膜は、平均層厚が３～３５μｍ（３μｍ以上３５μｍ以下、なお本願において数値範囲を「～」を用いて表わす場合、その範囲は上限および下限の数値を含むものとする）である。さらに被膜の平均層厚は、５～２０μｍであることが好適である。この平均層厚が３μｍ未満であれば、被膜の強度が不十分となる恐れがある。この平均層厚が３５μｍ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、被膜の剥離または破壊が高頻度に発生する恐れがある。
　＜α－Ａｌ2Ｏ3層＞
　α－Ａｌ2Ｏ3層は、α－Ａｌ2Ｏ3の結晶粒を主成分とする。「α－Ａｌ2Ｏ3の結晶粒を主成分とする」とは、α－Ａｌ2Ｏ3層を構成するＡｌ2Ｏ3の結晶粒のうち、α－Ａｌ2Ｏ3の結晶粒が９０質量％以上を占めることを意味する。また、好ましくは不可避的にβ－Ａｌ2Ｏ3、γ－Ａｌ2Ｏ3およびκ－Ａｌ2Ｏ3の少なくとも１つ以上の結晶粒が混入する場合を除き、α－Ａｌ2Ｏ3の結晶粒からα－Ａｌ2Ｏ3層が構成されることを意味する。
　＜α－Ａｌ2Ｏ3層における第１領域、第２領域および第３領域＞
　α－Ａｌ2Ｏ3層は、刃先稜線と、すくい面上のＡ領域と、逃げ面上のＢ領域とからなる第１領域を含む。さらに、すくい面においてＡ領域を除いた領域であって、かつ被膜に被覆されている領域である第２領域を含む。また、逃げ面においてＢ領域を除いた領域である第３領域も含む。ここで、Ａ領域はすくい面において、刃先稜線に沿って刃先稜線から１ｍｍ離れた地点を通る仮想線と刃先稜線とで挟まれる領域である。Ｂ領域は逃げ面において、刃先稜線に沿って刃先稜線から１ｍｍ離れた地点を通る仮想線と刃先稜線とで挟まれる領域である。また、第１領域には、刃先稜線の交点（以下、「コーナー」と記す）、上記仮想線の交点、および刃先稜線と仮想線とが交わる交点が含まれる。第２領域および第３領域に刃先稜線は含まれない。
　＜第１領域および第２領域におけるＴＣ（００６）＞
　α－Ａｌ2Ｏ3層は、配向性指数ＴＣ（ｈｋｌ）においてＴＣ（００６）の第１領域における平均値がａであり、ＴＣ（００６）の第２領域における平均値がｂであるとき、ｂ－ａ＞０．５の関係を満たす。これにより、配向性の高い単一性を保って熱伝導率を高く維持しながら、刃先部分のみ配向性を比較的低く制御することで刃先の突発的なチッピングを抑制することができる。
　＜第３領域におけるＴＣ（００６）＞
　また、第２領域はすくい面に形成されるが、該すくい面の表面に凹凸が存在して配向性指数ＴＣ（ｈｋｌ）を測定することが困難であるケースがあり得る。この場合であっても、本実施形態のα－Ａｌ2Ｏ3層は、ＴＣ（００６）の第３領域における平均値をｂとしたとき、ＴＣ（００６）の第１領域における平均値であるａに対して、ｂ－ａ＞０．５の関係を満たす。これにより、配向性の高い単一性を保って熱伝導率を高く維持しながら、刃先部分のみ配向性を比較的低く制御することで刃先の突発的なチッピングを抑制することができる。
　ここで配向性指数ＴＣ（ｈｋｌ）は、下記式（１）のように規定することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　式（１）中、Ｉ（ｈｋｌ）は、（ｈｋｌ）反射面のＸ線回折強度を示し、Ｉ0（ｈｋｌ）は、ＩＣＤＤのＰＤＦカードＮｏ．００－０４２－１４６８による標準強度を示す。また式（１）中のｎは、計算に使用した反射数を示す。（ｈｋｌ）反射として、（０１２）、（１０４）、（１１０）、（００６）、（１１３）、（０２４）、（１１６）および（３００）を使用する。したがって、本実施形態においてｎは８である。
　また、α－Ａｌ2Ｏ3層における第１領域と、第２領域または第３領域との任意の箇所で測定した地点のＴＣ（００６）は、下記式（２）で示すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　なお、ＩＣＤＤ（登録商標）とは、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｃｅｎｔｒｅ　ｆｏｒ　Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ　Ｄａｔａ（国際回折データセンター）の略称である。また、ＰＤＦ（登録商標）とは、Ｐｏｗｄｅｒ　Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ　Ｆｉｌｅの略称である。
　以上のようなＴＣ（ｈｋｌ）の測定は、Ｘ線回折装置を用いた分析により可能となる。ＴＣ（ｈｋｌ）は、たとえば、Ｘ線回折装置（商品名：「ＳｍａｒｔＬａｂ（登録商標）３」、株式会社リガク製）を用いて以下のような条件で測定することができる。
　特性Ｘ線：　Ｃｕ－Ｋα
　管電圧：　４５ｋＶ
　管電流：　２００ｍＡ
　Ｘ線回折法：　θ－２θ法
　Ｘ線照射範囲：　ピンホールコリメーターを使用し、直径０．３ｍｍ程度の範囲にＸ線を照射。
　本実施形態において、ＴＣ（００６）の測定は、たとえば、表面被覆切削工具のすくい面において行なう。表面被覆切削工具のすくい面で測定する限り、ＴＣ（００６）の値を測定するための測定点を、第１領域（Ａ領域）内の重なり合わない任意の箇所に複数設定することができ、同様に第２領域内の重なり合わない任意の箇所に複数設定することができる。そして、これらの測定点に対してＸ線を照射してＴＣ（００６）の値を得て、その平均値であるａおよびｂの値を算出することができる。
　また、ＴＣ（００６）の測定は、すくい面に凹凸が存在して配向性指数ＴＣ（ｈｋｌ）を測定することが困難であるとき、表面被覆切削工具の逃げ面において行なってもよい。この場合も、ＴＣ（００６）の値を測定するための測定点を、逃げ面における第１領域（Ｂ領域）内の重なり合わない任意の箇所に複数設定することができ、同様に第３領域内の重なり合わない任意の箇所に複数設定することができる。そして、これらの測定点に対してＸ線を照射してＴＣ（００６）の値を得て、その平均値であるａおよびｂの値を算出することができる。
　なお、第１領域上、第２領域上および第３領域上の測定箇所は平坦な部分を選択し、測定点は重なり合わない２点以上とすることが好ましい。ただし、測定点を設定しようとすると、必ず重なり合ってしまうような場合には、測定点を１点のみとすることでも構わない。測定値が明らかに異常値である場合、これを排除することも可能である。
　図１に示すように、本実施形態では、たとえば、すくい面の４つの角のうち鋭角（θ＝６０°）の角Ａと角Ｃとを結んだ対角線に沿って、角Ａ（２本の刃先稜線の交点であるコーナー）から０．７５ｍｍ間隔で測定点（第１測定点１、第２測定点２、第３測定点３、第４測定点４、第５測定点５）を設定することができる。これらの測定点に対し、上記条件でＸ線を照射することによりＸ線回折（ＸＲＤ：Ｘ－Ｒａｙ　Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）データを得て、このＸＲＤデータに基づいてＴＣ（００６）の値を算出することができる。なお、図１において貫通孔１３は、表面被覆切削工具のすくい面から反対側の面（底面）を貫通する孔である。
　ここで第１領域は、上述のように刃先稜線と、すくい面上の刃先稜線に沿って刃先稜線から１ｍｍ離れた地点を通る仮想線と刃先稜線とで挟まれる領域（Ａ領域）と、逃げ面上の刃先稜線に沿って刃先稜線から１ｍｍ離れた地点を通る仮想線と刃先稜線とで挟まれる領域（Ｂ領域）とからなる。このため、図１に基づけば、鋭角（θ＝６０°）である角Ａと角Ｃとを結んだ対角線に沿ってコーナーから０．７５ｍｍ間隔で設定された第１測定点１および第２測定点２が第１領域に含まれ、これらの測定点において得られたＴＣ（００６）の値の平均値がａの値となる。また、第２領域は、上述のようにすくい面において、上記Ａ領域となる領域を除き、かつ被膜が被覆されている領域である。このため、上記対角線に沿って０．７５ｍｍ間隔で、第１測定点１および第２測定点２に続いて設定された第３測定点３、第４測定点４および第５測定点５が第２領域に含まれ、これらの測定点において得られたＴＣ（００６）の値の平均値がｂの値となる。そして、本実施形態において、ｂ－ａの値は０．５を超える。ｂ－ａの上限値は、上記式（１）の定義からＴＣ（００６）の上限値が８となるため、ｂ－ａ＜８の関係が成立する。
　なお図１において、表面被覆切削工具のコーナーから中心に向かう対角線上に測定点を設定した例を示したが、これに限定されず、たとえば、第１領域、第２領域および第３領域の各領域中で、複数の測定点を極力分散させて設定することができ、これらの測定点においてＴＣ（００６）の値を測定すればよい。
　たとえば、第１領域の測定点として、刃先稜線と、刃先稜線に沿って刃先稜線から１ｍｍ離れた地点を通る仮想線との中間線上に１点または２点以上設定することができる。第２領域測定点としては、第１領域との境界線から第２領域側へ１ｍｍ離れた線上に１点または２点以上設定することができ、第３領域の測定点としては、第１領域との境界線から第３領域側へ１ｍｍ離れた線上に１点または２点以上設定することができる。このほか、表面被覆切削工具が四角形以上の正多角形であれば、本実施形態と同じように、測定点を対角線上に設定することもできる。表面被覆切削工具が円形であれば、刃先稜線上の任意の１点、円の中心を通る線上に１点または２点以上として測定点を設定することが可能である。
　ＴＣ（００６）の第１領域における平均値であるａは、０．０１＜ａ＜７の関係を満たすことが好ましい。また、ＴＣ（００６）の第２領域における平均値であるｂは、７＜ｂ＜８の関係を満たすことが好ましい。なお、ＴＣ（００６）を第３領域において測定するときにも、その平均値となるｂは、７＜ｂ＜８の関係を満たすことが好ましい。これらの関係を満たすことにより、より効果的に高い熱導電率を維持することができる。同時に、刃先の突発的なチッピングをより効果的に抑制することもできる。
　ａがａ≦０．０１の関係となるとき、第１領域においてα－Ａｌ2Ｏ3層の特定方向への配向性が低くなりすぎ、第１領域における被膜の所望の硬度および強度を維持することができなくなる恐れがある。７≦ａの関係となれば、第１領域におけるα－Ａｌ2Ｏ3層の特定方向への配向性が高くなりすぎ、粒界で亀裂が進展しやすくなって突発的なチッピングが発生する恐れがある。また、ｂ≦７の関係となれば、工具全体におけるα－Ａｌ2Ｏ3層の特定方向への配向性が低くなりすぎ、高い熱伝導性を維持することができない恐れがある。なお、上記式（１）の定義から、ＴＣ（００６）の上限値は８となるので、ｂ＜８の関係が成立する。
　＜第１領域におけるＴＣ（１０４）＞
　α－Ａｌ2Ｏ3層は、配向性指数ＴＣ（ｈｋｌ）においてＴＣ（１０４）の第１領域における平均値がｃであるとき、上記ａとの関係において０．０５＜ｃ／ａ＜１の関係を満たすことが好ましい。
　一般に、配向する結晶面同士のなす角度（方位差）が大きいほど、亀裂が進展しにくくなって刃先の突発的なチッピングを抑制する効果が得られる。その一方で、配向する結晶面同士のなす角度が大きいほど、熱伝導率を低下させてしまうことが知られる。そのため、配向する結晶面同士のなす角度が４５°前後であるとき、チッピングの抑制効果と熱伝導率を維持する効果とを高度に両立させることができる可能性がある。
　そして、（１０４）面と（００６）面とのなす角度が４５°であるため、本実施形態では、（００６）配向するα－Ａｌ2Ｏ3層に対し、（１０４）面にも配向性を持たせるように制御し、第１領域において０．０５＜ｃ／ａ＜１の関係を満たすα－Ａｌ2Ｏ3層とした。これにより、粒界で亀裂が進展するのをさらに抑制し、かつ刃先の突発的なチッピングをより効果的に抑制することができる効果を得ることができるようにした。
　ＴＣ（１０４）の測定は、たとえば、上述したＴＣ（００６）の測定に用いたＸＲＤデータに基づいて行なうことができる。そして、本実施形態においてｃ／ａの値を算出すれば、０．０５を超え１未満となることが好ましい。
　ｃ／ａの値がｃ／ａ≦０．０５の関係となるとき、第１領域において特定方向への配向性を比較的低く制御することが不十分となって、刃先の突発的なチッピングを抑制する効果が十分に得られない恐れがある。ｃ／ａ≧１の関係となるとき、第１領域において特定方向への配向性が低くなりすぎ、第１領域における被膜の所望の硬度と強度とを維持することができなくなる恐れがある。
　＜他の層＞
　被膜は上述のとおり、α－Ａｌ2Ｏ3層以外に他の層を含むことができる。他の層として、ＴｉＣＮＯ層、ＴｉＢＮ層、ＴｉＣ層、ＴｉＮ層、ＴｉＡｌＮ層、ＴｉＳｉＮ層、ＡｌＣｒＮ層、ＴｉＡｌＳｉＮ層、ＴｉＡｌＮＯ層、ＡｌＣｒＳｉＣＮ層、ＴｉＣＮ層、ＴｉＳｉＣ層、ＣｒＳｉＮ層、ＡｌＴｉＳｉＣＯ層、ＴｉＳｉＣＮ層などを例示することができる。ここで本明細書において上記のように化合物を化学式で表わすとき、原子比を特に限定しない場合は従来公知のあらゆる原子比を含み、必ずしも化学量論的範囲のものに限定されない。
　たとえば「ＴｉＡｌＮ」と記載されている場合、ＴｉＡｌＮを構成する原子数の比はＴｉ：Ａｌ：Ｎ＝０．５：０．５：１に限られず、従来公知のあらゆる原子比が含まれる。このことは、「ＴｉＡｌＮ」以外の化合物の記載についても同様である。また、本実施形態において、Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ、ＺｒまたはＣｒなどの金属元素と、Ｎ（窒素）、Ｏ（酸素）またはＣ（炭素）などの非金属元素とは、必ずしも化学量論的な組成を構成している必要がない。
　他の層の例示としてたとえば、ＴｉＣＮ層は、α－Ａｌ2Ｏ3層と基材との間に配置される。このＴｉＣＮ層は耐摩耗性に優れるため、被膜により好適な耐摩耗性を付与することができる。ＴｉＣＮ層は、とりわけＭＴ－ＣＶＤ（ｍｅｄｉｕｍ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ＣＶＤ）法により形成することが好ましい。ＭＴ－ＣＶＤ法は約８５０～９００℃という比較的低温で成膜することができ、成膜時の加熱による基材のダメージを低減することができる。
　ＴｉＣＮ層は、平均層厚が５～１５μｍであることが望ましい。ＴｉＣＮ層の平均層厚は７～１２μｍであることがさらに望ましい。この平均層厚を５μｍ未満とすれば摩耗が進みやすくなる恐れがある。この平均層厚が１５μｍを超えると耐チッピング性が低下する恐れがある。
　なお他の層として、最表面層および中間層なども被膜に含むことができる。最表面層は、被膜の最も表面側に配置される層である。中間層は、この最表面層とα－Ａｌ2Ｏ3層との間、α－Ａｌ2Ｏ3層とＴｉＣＮ層の間またはＴｉＣＮ層と基材との間などに配置される層である。最表面層としてたとえば、ＴｉＮ層を例示することができる。中間層としてたとえば、ＴｉＣＮＯ層を例示することができる。
　＜表面被覆切削工具の製造方法＞
　本実施形態の表面被覆切削工具の製造方法は、基材上に被膜を形成する工程を含む。本実施形態では、基材上に被膜を、化学気相蒸着（ＣＶＤ）法により形成することによって好適に製造することができる。ＣＶＤ法を用いると、成膜温度が８００～１２００℃となり、これは物理蒸着法と比較して高く、これにより基材との密着性が向上する。被膜のうち、α－Ａｌ2Ｏ3層以外の他の層が形成される場合、それらの層は従来公知の条件で形成することができる。
　α－Ａｌ2Ｏ3層を形成するには、原料ガスとしてたとえば、ＡｌＣｌ3、ＨＣｌ、ＣＯ2、Ｈ2Ｓ、Ｏ2およびＨ2を用いればよい。配合量は、ＡｌＣｌ3を０．５～５体積％、ＨＣｌを１～５体積％、ＣＯ2を０．５～１体積％、Ｈ2Ｓを０．５～１体積％とし、残部をＨ2とする。さらにＣＶＤ法の諸条件は、温度が９５０～１０５０℃であり、圧力が１～１０ｋＰａであり、ガス流量（全ガス量）が１０～１５０Ｌ／ｍｉｎである。
　なお、α－Ａｌ2Ｏ3層およびその他の層の厚みは、成膜時間を適宜調節することにより調整することができる。
　また、本実施形態の表面被覆切削工具の製造方法は、被膜において第１領域に対応する部分に表面処理を行なう工程を含む。特に表面処理は、ブラシ処理またはブラスト処理を少なくとも含むことが好ましい。これにより、高い熱伝導率を維持しながら刃先の突発的なチッピングを抑制することができる表面被覆切削工具を有利に製造することができる。
　具体的には、上述のようにして基材上に被膜を形成した後、この被膜の第１領域に対応する部分に表面処理を行なう。表面処理としてブラスト処理、たとえば、ウェットブラスト処理を施す例を説明する。図２に示すように、表面被覆切削工具１１の刃先稜線１２（たとえば、コーナー）に対し、平均粒径２５～１００μｍの固体微粒子（たとえば、平均粒径７０μｍのセラミックス砥粒）を１０～８０°の角度（たとえば、４５°）に配置したノズルの先端から与える。同時に、すくい面の中心の貫通孔１３を軸中心として、表面被覆切削工具１１を１５～５０ｒｐｍで回転させる。
　このときの投射圧は０．０１～０．２ＭＰａ（例えば０．０５ＭＰａ）、投射距離は２～２０ｍｍ（例えば５ｍｍ）、投射時間は５～１０秒、固体微粒子の濃度は１～１０体積％（残部は水を主成分とする液体）とすることができる。さらに、表面被覆切削工具１１が回転することによって刃先稜線１２からノズル先端までの距離が伸縮するため、刃先稜線１２とノズル先端との間が常に等距離で維持されるように、表面被覆切削工具１１の回転とノズル位置の移動とを同期させることが好ましい。
　なお、従来から広く知られるブラシ処理、各種のブラスト処理（サンドブラスト処理、ショットピーニング処理など）を公知の条件により適用してもよい。
　以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
　＜基材の調製＞
　６．５質量％のＣｏと、１．２質量％のＴａＣと、０．８質量％のＴｉＣと、１．３質量％のＮｂＣと、残部のＷＣとからなる組成比で配合した原料粉末をアトライタ（湿式メディア攪拌型微粉砕機、商品名（型番）：「湿式アトライタ１００Ｓ」、日本コークス工業株式会社製）で８時間湿式混合した後、乾燥させた。その後１００ＭＰａの圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を真空容器に入れて２Ｐａの真空中で１４００℃、１時間保持した。
　次に、この圧粉体を真空容器から取り出し、底面を平面研磨した後、刃先処理としてＳｉＣブラシですくい面から見て０．６ｍｍのホーニングを行なってＪＩＳ（Ｊａｐａｎｅｓｅ　Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　Ｓｔａｎｄａｒｄ）　Ｂ　４１２０（２０１３）に規定されるＣＮＭＡ１２０４０８の形状のＷＣ超硬合金製の基材（住友電気工業製）を調製した。調製した基材は、後述する３とおりのα－Ａｌ2Ｏ3層の形成条件に対応するため、試料１～試料３と名付けて３グループに分類した。なお、各グループごとにサンプルを２個準備した。
　＜被膜の形成＞
　上記で得られた各基材に対し、その表面に被膜を形成した。具体的には、基材をＣＶＤ装置内にセットすることにより、ＣＶＤ法により基材上に被膜を形成した。被膜の形成条件は、以下の表１、表２および表３に記載したとおりである。表１に、α－Ａｌ2Ｏ3層およびこのα－Ａｌ2Ｏ3層以外の各層を作製するための形成条件（温度条件、圧力条件および層厚）を示し、表２にα－Ａｌ2Ｏ3層以外の各層を作製するための原料ガスの組成比を示した。表３に、α－Ａｌ2Ｏ3層を作製するための原料ガスの組成比を示した。表１および表３に示すように、α－Ａｌ2Ｏ3層の形成条件はＸ、Ｙ、Ｚの３とおりのガス条件があり、これらのガス条件を適用した基材を、それぞれ試料１、試料２、試料３と名付けた。
　なお、α－Ａｌ2Ｏ3層およびα－Ａｌ2Ｏ3層以外の各層の層厚は、成膜時間を適宜調節することにより調整することができる。また、表１および表２中、ＭＴ－ＴｉＣＮとは、ＭＴ－ＣＶＤ法により形成するＴｉＣＮ層を意味し、ＨＴ－ＴｉＣＮとは、ＨＴ－ＣＶＤ（Ｈｉｇｈ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ＣＶＤ）法により形成するＴｉＣＮ層を意味する。ＴｉＮ（第１層）とは、基材上にまずＴｉＮ層が成膜されたことを意味する。本実施例において被膜の構成は、基材側から順にＴｉＮ層、ＭＴ－ＴｉＣＮ層、ＨＴ－ＴｉＣＮ層、ＴｉＣＮＯ層、α－Ａｌ2Ｏ3層である。本実施例においてα－Ａｌ2Ｏ3層は、被膜の最表面に配置される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
　＜表面処理＞
　各試料のそれぞれ１個について、その刃先稜線に対して表面処理を行なった。具体的には、表面被覆切削工具を６０ｒｐｍの速度ですくい面の貫通孔を軸中心として回転させながら、粒径７０μｍのセラミック砥粒を４５°の角度に配置したノズルの先端から与え、ウエットブラスト処理を施した。このときのセラミック砥粒の投射圧は０．０５ＭＰａ、投射距離は５ｍｍ、投射時間は５～１０秒、濃度は５体積％（残部は水を主成分とする溶媒）とした。特に、刃先稜線とノズル先端との間の距離が常に５ｍｍとなるように、表面被覆切削工具の回転とノズルの動きとを同期させた。以下、各試料について表面処理を施した各１個を、試料１Ａ、試料２Ａ、試料３Ａと称する。このようにして、以下の表４に示す試料１～試料３および試料１Ａ～試料３Ａからなる表面被覆切削工具を作製した。
　＜ＴＣ（００６）およびＴＣ（１０４）の測定＞
　各試料に対し、Ｘ線回折装置（商品名：「ＳｍａｒｔＬａｂ（登録商標）３」、株式会社リガク製）を使用し、Ｃｕ－ＫαＸ線を用いたθ－２θ法によってＸＲＤデータを得た。管電圧は４５ｋＶ、管電流は２００ｍＡとし、Ｘ線照射範囲はピンホールコリメーターを使用し、すくい面上の直径０．３ｍｍの範囲にＸ線を照射した。
　ここで各試料に関し、すくい面と逃げ面とが交差する線としての刃先稜線はホーニングされて消失しているが、仮想的にすくい面と逃げ面とを延長させて、これらが交差して形成される線を刃先稜線とみなし、この仮想的な刃先稜線に基づいてＸ線の照射部位を設定した。具体的には、図１に示すように、すくい面の鋭角（θ＝６０°、仮想的な２本の刃先稜線の交差角）の角Ａと角Ｃとを結んだ対角線に沿って、角Ａのコーナーから０．７５ｍｍ間隔で測定点（第１測定点１、第２測定点２、第３測定点３、第４測定点４、第５測定点５）を設定し、これらの測定点に対して上記条件でＸ線を照射した。そして、得られたＸＲＤデータから各測定点におけるＴＣ（００６）の値を算出した。
　また、各試料に関し、上記のＸ線回折装置を使って得られたＸＲＤデータに基づいてＴＣ（１０４）の値も算出した。これらの測定結果を以下の表４に示す。
　なお、本実施例において第１領域は、すくい面上の刃先稜線に沿って刃先稜線から１ｍｍ離れた地点を通る仮想線と刃先稜線とで挟まれる領域（Ａ領域）を含むから、第１測定点１および第２測定点２が第１領域に含まれる。また、第２領域は、すくい面において上記Ａ領域となる領域を除き、かつ被膜に被覆されている領域であるので、第３測定点３、第４測定点４および第５測定点５が第２領域に含まれる。したがって、第１測定点１、第２測定点２において得られたＴＣ（００６）の値の平均値がａの値となる。第３測定点３、第４測定点４、第５測定点５において得られたＴＣ（００６）の値の平均値がｂの値となる。第１測定点１、第２測定点２において得られたＴＣ（１０４）の値の平均値がｃの値となる。
　＜切削試験＞
　また各試料に対し、以下の条件により切削試験を行なった。
　被削材：　ＦＣＤ２５０丸棒
　切削速度：　５００ｍ／ｍｉｎ
　送り：　０．２ｍｍ／ｒｅｖ
　切込み：　１．５ｍｍ
　切削油：　湿式（水溶性油）
　評価：　欠損するまでの時間（分）を寿命として測定。
　切削試験では、切削工具をＮＣ旋盤にセットし、被削材を切削して当該切削工具に欠損が生じるまでの時間を測定し、これを寿命として評価した。欠損が生じるまでの時間が長いほど寿命が長いといえ、刃先の突発的なチッピングが抑制されたと評価することができる。この結果についても以下の表４に示す。
　なお、表４における備考の欄には、切削試験中および切削試験終了後に各試料を観察することで認められた工具の形状変化について記載した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
　＜試験結果および考察＞
　表４に示すように、試料１および試料２は、ＴＣ（００６）の値からα－Ａｌ2Ｏ3層が（００６）配向していることが理解されるものの、切削試験から短寿命となることが分かった。切削試験を観察したところ、短時間で刃先のチッピングが発生し、これを起点に損傷が広がった。また、試料３および試料３Ａは、ＴＣ（００６）の値からα－Ａｌ2Ｏ3層が（００６）配向していないことが理解される。切削試験を観察したところ、熱伝導性が低いために刃先温度が上昇し、塑性変形が起こり短寿命となった。
　一方、試料１Ａおよび試料２ＡはＴＣ（００６）の値からα－Ａｌ2Ｏ3層が（００６）配向していることが理解される。さらに、表面処理の効果により、刃先の突発的なチッピングが抑制され、切削試験において良好な寿命が得られる結果となった。特に、試料２Ａは、ｃ／ａの値から刃先のα－Ａｌ2Ｏ3層の大部分が（００６）配向または（１０４）配向していることが理解され、切削試験においてさらに良好な寿命が得られる結果となった。
　また、表４から試料１Ａおよび試料２Ａは、ｂ－ａ＞０．５の関係を満たす。特に、試料２Ａは、０．０５＜ｃ／ａ＜１の関係も満たし、０．０１＜ａ＜７の関係を満たし、かつ７＜ｂ＜８の関係をも満たすことが理解される。
　したがって、試料１Ａおよび試料２Ａの表面被覆切削工具は、ｂ－ａ＞０．５および０．０５＜ｃ／ａ＜１の関係をいずれも満たさない試料１、試料２、試料３および試料３Ａの表面被覆切削工具に比べ、高い熱伝導率を維持しながら刃先の突発的なチッピングを抑制することができる点で優れているといえる。
　以上のように本発明の実施の形態および実施例について説明を行なったが、上述の各実施の形態および実施例の構成を適宜組み合わせたり、様々に変形したりすることも当初から予定している。
　今回開示された実施の形態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ではなく請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
　１　第１測定点、２　第２測定点、３　第３測定点、４　第４測定点、５　第５測定点、１１　表面被覆切削工具、１２　刃先稜線、１３　貫通孔。

Claims (5)

  1. 　すくい面と、逃げ面と、該すくい面および該逃げ面の境界をなす刃先稜線とを有する表面被覆切削工具であって、
    　基材と該基材上に形成された被膜とを備え、
    　前記被膜は、複数のα－Ａｌ2Ｏ3の結晶粒を含むα－Ａｌ2Ｏ3層を含み、
    　前記α－Ａｌ2Ｏ3層は、前記刃先稜線と前記すくい面上のＡ領域と前記逃げ面上のＢ領域とからなる第１領域と、前記すくい面において前記Ａ領域を除いた領域であって、かつ前記被膜に被覆されている領域である第２領域と、前記逃げ面において前記Ｂ領域を除いた領域である第３領域と、を含み、
    　前記Ａ領域は、前記すくい面において前記刃先稜線に沿って前記刃先稜線から１ｍｍ離れた地点を通る仮想線と前記刃先稜線とで挟まれる領域であり、
    　前記Ｂ領域は、前記逃げ面において前記刃先稜線に沿って前記刃先稜線から１ｍｍ離れた地点を通る仮想線と前記刃先稜線とで挟まれる領域であり、
    　配向性指数ＴＣ（ｈｋｌ）においてＴＣ（００６）の前記第１領域における平均値がａであり、前記ＴＣ（００６）の前記第２領域または前記第３領域における平均値がｂであるとき、ｂ－ａ＞０．５の関係を満たす、表面被覆切削工具。
  2. 　前記ａは、０．０１＜ａ＜７の関係を満たし、前記ｂは、７＜ｂ＜８の関係を満たす、請求項１に記載の表面被覆切削工具。
  3. 　前記α－Ａｌ2Ｏ3層は、前記配向性指数ＴＣ（ｈｋｌ）においてＴＣ（１０４）の前記第１領域における平均値がｃであるとき、前記ａとの関係において０．０５＜ｃ／ａ＜１の関係を満たす、請求項１または請求項２に記載の表面被覆切削工具。
  4. 　請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の表面被覆切削工具の製造方法であって、
    　前記基材上に前記被膜を形成する工程と、
    　前記被膜において前記第１領域に対応する部分に表面処理を行なう工程と、を含む、表面被覆切削工具の製造方法。
  5. 　前記表面処理は、ブラシ処理またはブラスト処理を少なくとも含む、請求項４に記載の表面被覆切削工具の製造方法。
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