表面被覆立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料製切削工具
【課題】高硬度材の高速切削加工で、すぐれた耐チッピング性と仕上げ面精度を発揮する表面被覆立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料製切削工具を提供する。
【解決手段】バインダー相であるＴｉＮを２０〜５０ｖｏｌ％含有するｃＢＮ工具基体の表面から１μｍ以内の深さ領域において、上記バインダー相は０．１〜５原子％のＳｉを含有し、さらに、該工具基体表面上に、（Ｔｉ１−ＸＳｉＸ）Ｎ層（但し、Ｘは０．００１〜０．０５）を下部層として蒸着形成し、ｃＢＮ工具基体と下部層の付着強度を高め、この上にさらに、ＴｉＮ、ＴｉＣＮおよび（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎの何れかからなる上部層を蒸着形成する。
【解決手段】バインダー相であるＴｉＮを２０〜５０ｖｏｌ％含有するｃＢＮ工具基体の表面から１μｍ以内の深さ領域において、上記バインダー相は０．１〜５原子％のＳｉを含有し、さらに、該工具基体表面上に、（Ｔｉ１−ＸＳｉＸ）Ｎ層（但し、Ｘは０．００１〜０．０５）を下部層として蒸着形成し、ｃＢＮ工具基体と下部層の付着強度を高め、この上にさらに、ＴｉＮ、ＴｉＣＮおよび（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎの何れかからなる上部層を蒸着形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、合金工具鋼や軸受け鋼の焼入れ材などの高硬度材からなる被削材を高速断続切削加工した場合でも、硬質被覆層が工具基体に対して強固な付着強度を有し、さらに、工具基体と硬質被覆層との界面でのクラックの伝播が抑制されることから、長期の使用にわたって、すぐれた耐欠損性を発揮するとともに、被削材の仕上げ面精度を維持したまま、安定した切削性能を発揮することができる、立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料で構成された切削工具基体の表面に硬質被覆層を形成した表面被覆立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料製切削工具（以下、被覆ｃＢＮ基焼結工具という）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、被覆ｃＢＮ基焼結工具には、各種の鋼や鋳鉄などの被削材の旋削加工にバイトの先端部に着脱自在に取り付けて用いられるインサートや、前記インサートを着脱自在に取り付けて、面削加工や溝加工、さらに肩加工などに用いられるソリッドタイプのエンドミルと同様に切削加工を行うインサート式エンドミルなどが知られている。
【０００３】
また、被覆ｃＢＮ基焼結工具としては、各種の立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料で構成された工具本体（以下、ｃＢＮ工具基体という）の表面に、チタン炭化物層、チタン窒化物層、チタン炭窒化物層などのＴｉ化合物層からなる硬質被覆層を蒸着形成してなる被覆ｃＢＮ基焼結工具が知られており、これらが例えば各種の鋼や鋳鉄などの切削加工に用いられていることも知られており、さらに、例えば、特許文献１に示すように、ｃＢＮ工具基体と硬質被覆層との密着強度を向上させるために、ｃＢＮ工具基体表面にＳｉ等のイオン注入を行って拡散層を形成し、かつ、該拡散層をアモルファス化することが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１２６９１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年の切削加工装置のＦＡ化はめざましく、一方で切削加工に対する省力化および省エネ化、さらに低コスト化の要求は強く、これに伴い、切削加工は、通常の切削条件に加えて、より高速条件下での切削加工が要求される傾向にあるが、上記の従来被覆工具においては、各種の鋼や鋳鉄を通常条件下で切削加工した場合に特段の問題は生じないが、これを、合金工具鋼や軸受け鋼の焼入れ材などの高硬度材からなる被削材の高速断続切削に用いた場合には、ｃＢＮ基体と硬質被覆層との密着強度が十分でないために、切削時に切刃に作用する高負荷により、刃先の境界部分にチッピング、欠損、剥離等の異常損傷（以下、境界異常損傷という）を生じたり、また、被削材の仕上げ面精度が悪化したりすることによって、比較的短時間で使用寿命に至るのが現状である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そこで、本発明者等は、上述のような観点から、合金工具鋼や軸受け鋼の焼入れ材などの高硬度材からなる被削材の高速断続切削加工で、硬質被覆層がすぐれた耐欠損性を発揮し、また、長期の使用に亘って、すぐれた仕上げ面精度を維持したまま安定した切削特性を発揮する被覆ｃＢＮ基焼結工具を開発すべく研究を行った結果、ｃＢＮ工具基体表面のバインダー相中に、イオン注入等によりＳｉを所定量含有させるとともに、硬質被覆層の下部層としてＴｉとＳｉの複合窒化物（以下、（Ｔｉ，Ｓｉ）Ｎで示す）を蒸着形成し、この上にＴｉの窒化物、Ｔｉの炭窒化物、ＴｉとＡｌの複合窒化物からなる上部層を蒸着形成すると、ｃＢＮ工具基体と下部層との密着強度が向上するとともに、ｃＢＮ工具基体と下部層との界面でのクラックの伝播が抑制され、結果として、大きな発熱を伴い、かつ、断続的・衝撃的な負荷が作用する合金工具鋼や軸受け鋼の焼入れ材などの高硬度被削材の高速断続切削加工において、すぐれた耐チッピング性、耐欠損性、耐剥離性を示すとともに、高硬度被削材の仕上げ面精度の低下を招くこともなく、長期の使用に亘って安定した切削性能を発揮することを見出したのである。
【０００７】
この発明は、上記知見に基づいてなされたものであって、
「 立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料からなる工具基体の表面に、下部層と上部層からなる硬質被覆層を蒸着形成した表面被覆立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料製切削工具において、
（ａ）上記立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料は、バインダー相であるＴｉＮを２０〜５０ｖｏｌ％含有し、
（ｂ）上記立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料からなる工具基体の表面から１μｍ以内の深さ領域において、上記バインダー相は０．１〜５原子％のＳｉを含有し、
（ｃ）上記立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料からなる工具基体表面上には、
組成式：（Ｔｉ１−ＸＳｉＸ）Ｎ
で表した場合、Ｘ＝０．００１〜０．０５（但し、Ｘは原子比）を満足するＴｉとＳｉの複合窒化物からなる下部層が蒸着形成され、
（ｄ）上記下部層の上には、Ｔｉの窒化物、Ｔｉの炭窒化物、および、ＴｉとＡｌの複合窒化物の何れかからなる上部層が０．５〜５μｍの平均層厚で蒸着形成されていることを特徴とする表面被覆立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料製切削工具。」
に特徴を有するものである。
【０００８】
つぎに、この発明の被覆ｃＢＮ基焼結工具について詳細に説明する。
【０００９】
ｃＢＮ工具基体：
ｃＢＮ工具基体は、立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料から構成されるが、立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料におけるｃＢＮ含有量が４０ｖｏｌ％より少なくなると、ｃＢＮ焼結材料の硬さが低下し、超高圧焼結材料製インサートを用いて高硬度鋼の高速断続切削加工を行うに際し、最小限必要とされる硬さを備えることができなくなり、耐摩耗性が低下し、一方、ｃＢＮ含有量が７０ｖｏｌ％より多くなると、バインダー中へのＳｉの注入あるいは（Ｔｉ，Ｓｉ）Ｎからなる下部層を形成したとしても、ｃＢＮ工具基体と硬質被覆層の密着強度を確保しにくくなり、その結果硬質被覆層の剥離が生じやすくなるため、この発明では、ｃＢＮ工具基体を構成する立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料におけるｃＢＮ含有量を４０〜７０ｖｏｌ％とすることが望ましい。
なお、ｃＢＮ粒子の平均粒径については、これが１μｍより小さくなると所望の耐摩耗性が得られず、一方、平均粒径が５μｍを超えると十分な付着強度が得られないため、ｃＢＮ粒子の平均粒径は１〜５μｍであることが望ましい。
【００１０】
また、立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料を構成するバインダーについては、例えばイオン注入法により、ｃＢＮ工具基体の表面から１μｍ以内の深さ領域におけるバインダー相中のＳｉ含有量を０．１〜５原子％とし、ｃＢＮ工具基体表面近傍（深さ１μｍ以内の領域）のバインダー相組成を、工具基体表面に蒸着する（Ｔｉ，Ｓｉ）Ｎ層のそれに近づけることで、ｃＢＮ工具基体表面（特に、工具基体表面近傍のバインダー相）と下部層との塑性変形性が近くなること、また、工具基体表面近傍のバインダー相自体の強度が向上することにより、ｃＢＮ工具基体と硬質被覆層との密着強度の向上、耐チッピング性、耐欠損性を確保することができる。
ｃＢＮ工具基体の表面から１μｍ以内の深さ領域におけるバインダー相中のＳｉ含有量が０．１〜５原子％から外れた場合には、ｃＢＮ工具基体表面近傍のバインダー相組成が、下部層の組成から外れたものとなるため、工具基体表面近傍のバインダー相と下部層との塑性変形性の近似による密着強度の向上を十分に図ることができなくなるので、ｃＢＮ工具基体の表面から１μｍ以内の深さ領域におけるバインダー相中のＳｉ含有量を０．１〜５原子％と定めた。
また、ｃＢＮ工具基体の表面から１μｍ以内の深さ領域におけるバインダー相中のＳｉ含有量を０．１〜５原子％とし、ｃＢＮ工具基体表面近傍に、下部層の組成
とほぼ同一の組成を有するバインダー相を形成することで、硬質皮膜中に発生したクラックが伝播してきた場合でも、硬質被覆層とｃＢＮ工具基体との界面において、クラックのさらなる伝播を抑制し、その結果、耐チッピング性、耐クラック性を向上させることができ、仕上げ面精度の向上にも寄与する。また、バインダー相中のＳｉ含有領域をｃＢＮ工具基体表面から１μｍ以内としたのは、この範囲でバインダー相中のＳｉ含有量が０．１〜５原子％であれば十分上記効果が得られるためである。
【００１１】
バインダーであるＴｉＮは、ｃＢＮ工具基体中に２０〜５０ｖｏｌ％含有されていることが必要である。
バインダー含有量が２０ｖｏｌ％未満であると、バインダー相中にＳｉを含有させ、（Ｔｉ，Ｓｉ）Ｎからなる下部層を形成したとしても、ｃＢＮ工具基体と硬質被覆層の密着強度を確保しにくくなり、一方、バインダー含有量が５０ｖｏｌ％を超えると、ｃＢＮ焼結材料の硬さが低下し、高硬度鋼の高速断続切削加工を行うに際し、最小限必要とされる硬さを備えることができなくなり、耐摩耗性が低下することから、バインダー含有量は２０〜５０ｖｏｌ％と定めた。
【００１２】
下部層（（Ｔｉ，Ｓｉ）Ｎ層）：
（Ｔｉ，Ｓｉ）Ｎ層からなる下部層は、例えば、図１に示されるアークイオンプレーティング装置とイオン注入装置を併設した物理蒸着装置を用いて、真空容器内に装着したｃＢＮ工具基体に−４０〜−６０ＫＶのバイアス電圧を付加し、Ｓｉイオンを注入し、ｃＢＮ工具基体の表面近傍（深さ１μｍ以内の領域）に０．１〜５原子％のＳｉを含有させることにより、下部層の組成とほぼ同一の組成を有するバインダー相を形成した後、
アークイオンプレーティング（ＡＩＰ）装置に上記のｃＢＮ工具基体を装着し、
装置内加熱温度： ３５０〜５００ ℃、
超硬基体に印加する直流バイアス電圧： −２０〜−１００ Ｖ、
カソード電極：Ｔｉ−Ｓｉ合金、
上記カソード電極とアノード電極間のアーク放電電流： １００〜１５０ Ａ、
雰囲気ガス：窒素（Ｎ２）ガス
装置内ガス圧力： １〜５ Ｐａ、
の条件で蒸着することにより形成することができる。
上記ＡＩＰ装置を用いて形成した（Ｔｉ，Ｓｉ）Ｎ層は、すぐれた高温硬さ、強度、耐熱性を備え、かつ、ｃＢＮ工具基体の表面近傍（深さ１μｍ以内の領域）に上記（Ｔｉ，Ｓｉ）Ｎ層の組成とほぼ同一の組成を有するバインダー相が形成されているので、硬質皮膜中に発生したクラックが伝播してきた場合でも、硬質被覆層とｃＢＮ工具基体との界面において、クラックのさらなる伝播を抑制することができる。
【００１３】
上記（Ｔｉ，Ｓｉ）Ｎ層のＴｉ成分は高温強度を向上させ、Ｓｉ成分は耐熱性を向上させ、また、Ｎ成分には層の強度を向上させる作用があり、これらの各成分を共存含有することによりすぐれた高温硬さ、強度、耐熱性を具備するようになるのであるが、上記（Ｔｉ，Ｓｉ）Ｎ層を、
組成式：（Ｔｉ１−ＸＳｉＸ）Ｎ
で表した場合、Ｘの値（原子比）が０．００１未満では、所望の耐熱性向上効果を期待することはできず、一方、Ｘの値が０．０５を越えると、相対的にＴｉ成分の含有割合が少なくなり、所望の高温強度が得られなくなることから、Ｘの値（原子比）は０．００１〜０．０５と定めた。
また、上記（Ｔｉ，Ｓｉ）Ｎ層の平均層厚は１μｍ未満では、所望の耐摩耗性を確保するのに不十分であり、一方その平均層厚が５μｍを越えると、皮膜の剥離やチッピングが発生し易くなることから、その平均層厚は１〜５μｍとすることが望ましい。
【００１４】
上部層（Ｔｉの窒化物層、Ｔｉの炭窒化物層、および、ＴｉとＡｌの複合窒化物層）：
上部層は、Ｔｉ化合物層、特に、Ｔｉの窒化物（以下、ＴｉＮで示す）層、Ｔｉの炭窒化物（以下、ＴｉＣＮで示す）層およびＴｉとＡｌの複合窒化物（以下、（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎで示す）層のいずれかにより構成するが、いずれも高温硬さ、靭性にすぐれ、被覆ｃＢＮ基焼結工具の耐摩耗性向上に寄与する。
【００１５】
上記Ｔｉ化合物層からなる上部層は、例えば、アークイオンプレーティング等により、０．５〜５μｍの合計平均層厚で蒸着形成するが、その層厚が０．５μｍ未満では、自身のもつ耐熱性、高温硬さ、高温強度および耐摩耗性を長期に亘って発揮することができず、工具寿命短命の原因となり、一方その層厚が５μｍを越えると、欠損、剥離等を生じ易くなることから、上部層の層厚は０．５〜５μｍと定めた。
【００１６】
なお、上部層を上記（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層で構成する場合、Ａｌ成分を含有することにより、上部層の高温硬さと耐酸化性の向上が期待される。
また、上記（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層を、
組成式：（Ｔｉ１−ＹＡｌＹ）Ｎ
で表した場合、Ｙが０．１５〜０．６５（但し、原子比）を満足するＴｉＡｌＮ層とすることが望ましい。
即ち、上記（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層において、Ｔｉとの合量に占めるＡｌの含有割合Ｙが０．６５を超えると、結晶構造の変化により、高温強度が低下し欠損が生じやすくなり、一方、Ａｌの含有割合Ｙが０．１５未満になると、高温硬さと耐熱性が低下し、その結果、耐摩耗性の低下がみられるようになることから、Ｔｉとの合量に占めるＡｌの含有割合Ｙの値を０．１５〜０．６５（但し、原子比）とすることが望ましい。
【発明の効果】
【００１７】
この発明の被覆ｃＢＮ基焼結工具は、特に、ｃＢＮ工具基体の表面近傍（深さ１μｍ以内の領域）に下部層（（Ｔｉ，Ｓｉ）Ｎ層）の組成とほぼ同一の組成を有するバインダー相が形成され、ｃＢＮ工具基体と下部層との付着強度が大であるとともに、硬質皮膜中に発生したクラックが伝播してきた場合でも、硬質被覆層とｃＢＮ工具基体との界面において、クラックのさらなる伝播を抑制することができ、その結果、耐チッピング性、耐欠損性、耐剥離性および仕上げ面精度も向上し、大きな発熱を伴い、かつ、切刃に対して断続的・衝撃的負荷が作用する高硬度被削材の高速断続切削加工において、すぐれた耐チッピング性、耐欠損性、耐剥離性を示すと同時に被削材のすぐれた仕上げ面精度が維持され、長期の使用に亘って、安定した切削性能を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の被覆ｃＢＮ基焼結工具を作製するための、アークイオンプレーティング装置とイオン注入装置を併設した物理蒸着装置を示し、（ａ）は平面概略図、（ｂ）は正面概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
つぎに、この発明の被覆ｃＢＮ基焼結工具を実施例により具体的に説明する。
【実施例】
【００２０】
原料粉末として、いずれも１〜５μｍの範囲内の平均粒径を有するｃＢＮ粉末、ＴｉＮ粉末、Ａｌ粉末、Ａｌ２Ｏ３粉末、ＷＣ粉末を用意し、これら原料粉末を表１に示される配合組成に配合し、ボールミルで８０時間湿式混合し、乾燥した後、１２０ＭＰａの圧力で直径：５０ｍｍ×厚さ：１．５ｍｍの寸法をもった圧粉体にプレス成形し、ついでこの圧粉体を、圧力：１Ｐａの真空雰囲気中、９００〜１３００℃の範囲内の所定温度に６０分間保持の条件で焼結して切刃片用予備焼結体とし、この予備焼結体を、別途用意した、Ｃｏ：８質量％、ＷＣ：残りの組成、並びに直径：５０ｍｍ×厚さ：２ｍｍの寸法をもったＷＣ基超硬合金製支持片と重ね合わせた状態で、通常の超高圧焼結装置に装入し、通常の条件である圧力：４ＧＰａ、温度：１２００〜１４００℃の範囲内の所定温度に保持時間：０．８時間の条件で超高圧焼結し、焼結後上下面をダイヤモンド砥石を用いて研磨し、ワイヤー放電加工装置にて一辺３ｍｍの正三角形状に分割し、さらにＣｏ：５質量％、ＴａＣ：５質量％、ＷＣ：残りの組成およびＣＩＳ規格ＳＮＧＡ１２０４０８の形状（厚さ：４．７６mm×一辺長さ：１２．７mmの正方形）をもったＷＣ基超硬合金製インサート本体のろう付け部（コーナー部）に、質量％で、Ｃｕ：２６％、Ｔｉ：５％、Ｎｉ：２．５％、Ａｇ：残りからなる組成を有するＡｇ合金のろう材を用いてろう付けし、所定寸法に外周加工した後、切刃部に幅：０．１３ｍｍ、角度：２５°のホーニング加工を施し、さらに仕上げ研摩を施すことによりＩＳＯ規格ＳＮＧＡ１２０４０８のインサート形状をもったｃＢＮ工具基体Ａ〜Ｅをそれぞれ製造した。
【００２１】
図１に示されるアークイオンプレーティング装置とイオン注入装置を併設した物理蒸着装置を用いて、上記ｃＢＮ工具基体Ａ〜Ｅの表面に、表２に示される条件のイオン注入法で、表３に示される目標含有量のＳｉをｃＢＮ工具基体表面のバインダー領域に注入し、
ついで、アークイオンプレーティングにより、表３に示される目標組成、目標層厚の下部層（（Ｔｉ，Ｓｉ）Ｎ層）を蒸着形成し、
ついで、アークイオンプレーティングにより、表３に示される目標成分組成、目標層厚の上部層（Ｔｉ化合物層））を蒸着形成することにより、
本発明の被覆ｃＢＮ基焼結工具１〜１０（本発明１〜１０という）をそれぞれ製造した。
【００２２】
また、比較の目的で、Ｓｉの注入を行わず、ｃＢＮ工具基体表面にＳｉ含有バインダー領域を形成しない被覆ｃＢＮ基焼結工具１〜１０（比較例１〜１０という）をそれぞれ製造した。
即ち、上記のｃＢＮ工具基体Ａ〜Ｅに対して、
アークイオンプレーティングにより、表４に示される目標組成、目標層厚の下部層（（Ｔｉ，Ｓｉ）Ｎ層）を蒸着形成し、
ついで、アークイオンプレーティングにより、表４に示される目標成分組成、目標層厚の上部層（Ｔｉ化合物層））を蒸着形成することにより、
比較例の被覆ｃＢＮ基焼結工具１〜１０（本発明１〜１０という）をそれぞれ製造した。
【００２３】
この結果得られた本発明１〜１０および比較例１〜１０について、ｃＢＮ工具基体表面近傍（表面から深さ１μｍの領域）を透過型電子顕微鏡を用いて観察したところ、本発明１〜１０ではバインダー相中に表３に示される量のＳｉが含有されていたのに対して、比較例１〜１０ではＳｉが存在しないことを確認した。
また、本発明１〜１０および比較例１〜１０について、各層の層厚を透過型電子顕微鏡を用いて測定したところ目標層厚と実質的に同じ層厚が得られていることを確認した。
【００２４】
【表１】
【００２５】
【表２】
【００２６】
【表３】
【００２７】
【表４】
【００２８】
つぎに、上記の各種の被覆ｃＢＮ基焼結工具を、いずれも工具鋼製バイトの先端部に固定治具にてネジ止めした状態で、本発明１〜１０および比較例１〜１０ついて、以下に示す切削条件Ａ〜Ｃで高速断続切削試験を実施した。
[切削条件Ａ]
被削材：ＪＩＳ・ＳＣＭ４２０（硬さ：ＨＲＣ６０）の長さ方向等間隔４本縦溝入り丸棒、
切削速度： ２７０ ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み： ０．１５ ｍｍ、
送り： ０．１５ ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間： ６ 分、
の条件での浸炭焼入れ合金鋼の湿式断続高速切削加工試験（通常の切削速度は１８０ｍ／ｍｉｎ．）、
[切削条件Ｂ]
被削材：ＪＩＳ・ＳＵＪ２（硬さ：ＨＲＣ６０）の長さ方向等間隔４本縦溝入り丸棒、
切削速度： ２００ ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み： ０．２５ ｍｍ、
送り： ０．１５ ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間： ６ 分、
の条件での焼入れ軸受鋼の湿式断続高速切削加工試験（通常の切削速度は１８０ｍ／ｍｉｎ．）、
[切削条件Ｃ]
被削材：ＪＩＳ・ＳＫＤ６１（硬さ：ＨＲＣ６１）の長さ方向等間隔４本縦溝入り丸棒、
切削速度： ２４０ ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み： ０．２０ ｍｍ、
送り： ０．１７ ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間： ４ 分、
の条件での焼入れ合金工具鋼の湿式断続高速切削加工試験（通常の切削速度は１７０ｍ／ｍｉｎ．）。
そして、上記の各切削加工試験における被削材の仕上げ面精度について、ＪＩＳ・Ｂ０６０１−１９９４に従い、Ｒｚ（μｍ）を測定した。
この測定結果を表５に示す。
なお、比較例１〜１０については、切削時間終了後、切削条件Ａ、Ｂは、被削材の仕上げ面精度（Ｒｚ（μｍ））が４．５μｍから、また、切削条件Ｃは、５．５μｍから外れてしまっていたため、上記所定の基準値を超えたときの切削時間を寿命（分）と判断し、表５には、比較例１〜１０の寿命（分を記載した。
【００２９】
【表５】
【００３０】
表３〜５に示される結果から、
この発明の被覆ｃＢＮ基焼結工具は、ｃＢＮ工具基体の表面近傍（深さ１μｍ以内の領域）に下部層（（Ｔｉ，Ｓｉ）Ｎ層）の組成とほぼ同一の組成を有するバインダー相が形成され、ｃＢＮ工具基体と下部層との付着強度が大であり、かつ、クラック伝播を抑制することができるため、耐チッピング性、耐欠損性、耐剥離性にすぐれ、仕上げ面精度も向上しているのに対して、比較例の被覆ｃＢＮ基焼結工具は、大きな発熱を伴い、かつ、切刃に対して断続的・衝撃的負荷が作用する高硬度被削材の高速断続切削加工においては、チッピング、欠損、剥離等の異常損傷を発生しやすく、また、被削材の仕上げ面精度も劣り、比較的短時間で使用寿命に至ることが明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
上述のように、この発明の被覆ｃＢＮ基焼結工具は、各種の鋼や鋳鉄などの通常の切削条件での切削加工は勿論のこと、特に合金工具鋼や軸受け鋼の焼入れ材などの高硬度被削材の高速断続切削であっても、前記硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性、耐欠損性、耐剥離性、耐クラック伝播性を発揮し、また、被削材の仕上げ面精度の低下を招くことなく、長期に亘って安定した切削性能を発揮するものであるから、切削加工装置の高性能化、並びに切削加工の省力化および省エネ化、さらに低コスト化に十分満足に対応できるものである。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、合金工具鋼や軸受け鋼の焼入れ材などの高硬度材からなる被削材を高速断続切削加工した場合でも、硬質被覆層が工具基体に対して強固な付着強度を有し、さらに、工具基体と硬質被覆層との界面でのクラックの伝播が抑制されることから、長期の使用にわたって、すぐれた耐欠損性を発揮するとともに、被削材の仕上げ面精度を維持したまま、安定した切削性能を発揮することができる、立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料で構成された切削工具基体の表面に硬質被覆層を形成した表面被覆立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料製切削工具（以下、被覆ｃＢＮ基焼結工具という）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、被覆ｃＢＮ基焼結工具には、各種の鋼や鋳鉄などの被削材の旋削加工にバイトの先端部に着脱自在に取り付けて用いられるインサートや、前記インサートを着脱自在に取り付けて、面削加工や溝加工、さらに肩加工などに用いられるソリッドタイプのエンドミルと同様に切削加工を行うインサート式エンドミルなどが知られている。
【０００３】
また、被覆ｃＢＮ基焼結工具としては、各種の立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料で構成された工具本体（以下、ｃＢＮ工具基体という）の表面に、チタン炭化物層、チタン窒化物層、チタン炭窒化物層などのＴｉ化合物層からなる硬質被覆層を蒸着形成してなる被覆ｃＢＮ基焼結工具が知られており、これらが例えば各種の鋼や鋳鉄などの切削加工に用いられていることも知られており、さらに、例えば、特許文献１に示すように、ｃＢＮ工具基体と硬質被覆層との密着強度を向上させるために、ｃＢＮ工具基体表面にＳｉ等のイオン注入を行って拡散層を形成し、かつ、該拡散層をアモルファス化することが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１２６９１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年の切削加工装置のＦＡ化はめざましく、一方で切削加工に対する省力化および省エネ化、さらに低コスト化の要求は強く、これに伴い、切削加工は、通常の切削条件に加えて、より高速条件下での切削加工が要求される傾向にあるが、上記の従来被覆工具においては、各種の鋼や鋳鉄を通常条件下で切削加工した場合に特段の問題は生じないが、これを、合金工具鋼や軸受け鋼の焼入れ材などの高硬度材からなる被削材の高速断続切削に用いた場合には、ｃＢＮ基体と硬質被覆層との密着強度が十分でないために、切削時に切刃に作用する高負荷により、刃先の境界部分にチッピング、欠損、剥離等の異常損傷（以下、境界異常損傷という）を生じたり、また、被削材の仕上げ面精度が悪化したりすることによって、比較的短時間で使用寿命に至るのが現状である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そこで、本発明者等は、上述のような観点から、合金工具鋼や軸受け鋼の焼入れ材などの高硬度材からなる被削材の高速断続切削加工で、硬質被覆層がすぐれた耐欠損性を発揮し、また、長期の使用に亘って、すぐれた仕上げ面精度を維持したまま安定した切削特性を発揮する被覆ｃＢＮ基焼結工具を開発すべく研究を行った結果、ｃＢＮ工具基体表面のバインダー相中に、イオン注入等によりＳｉを所定量含有させるとともに、硬質被覆層の下部層としてＴｉとＳｉの複合窒化物（以下、（Ｔｉ，Ｓｉ）Ｎで示す）を蒸着形成し、この上にＴｉの窒化物、Ｔｉの炭窒化物、ＴｉとＡｌの複合窒化物からなる上部層を蒸着形成すると、ｃＢＮ工具基体と下部層との密着強度が向上するとともに、ｃＢＮ工具基体と下部層との界面でのクラックの伝播が抑制され、結果として、大きな発熱を伴い、かつ、断続的・衝撃的な負荷が作用する合金工具鋼や軸受け鋼の焼入れ材などの高硬度被削材の高速断続切削加工において、すぐれた耐チッピング性、耐欠損性、耐剥離性を示すとともに、高硬度被削材の仕上げ面精度の低下を招くこともなく、長期の使用に亘って安定した切削性能を発揮することを見出したのである。
【０００７】
この発明は、上記知見に基づいてなされたものであって、
「 立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料からなる工具基体の表面に、下部層と上部層からなる硬質被覆層を蒸着形成した表面被覆立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料製切削工具において、
（ａ）上記立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料は、バインダー相であるＴｉＮを２０〜５０ｖｏｌ％含有し、
（ｂ）上記立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料からなる工具基体の表面から１μｍ以内の深さ領域において、上記バインダー相は０．１〜５原子％のＳｉを含有し、
（ｃ）上記立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料からなる工具基体表面上には、
組成式：（Ｔｉ１−ＸＳｉＸ）Ｎ
で表した場合、Ｘ＝０．００１〜０．０５（但し、Ｘは原子比）を満足するＴｉとＳｉの複合窒化物からなる下部層が蒸着形成され、
（ｄ）上記下部層の上には、Ｔｉの窒化物、Ｔｉの炭窒化物、および、ＴｉとＡｌの複合窒化物の何れかからなる上部層が０．５〜５μｍの平均層厚で蒸着形成されていることを特徴とする表面被覆立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料製切削工具。」
に特徴を有するものである。
【０００８】
つぎに、この発明の被覆ｃＢＮ基焼結工具について詳細に説明する。
【０００９】
ｃＢＮ工具基体：
ｃＢＮ工具基体は、立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料から構成されるが、立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料におけるｃＢＮ含有量が４０ｖｏｌ％より少なくなると、ｃＢＮ焼結材料の硬さが低下し、超高圧焼結材料製インサートを用いて高硬度鋼の高速断続切削加工を行うに際し、最小限必要とされる硬さを備えることができなくなり、耐摩耗性が低下し、一方、ｃＢＮ含有量が７０ｖｏｌ％より多くなると、バインダー中へのＳｉの注入あるいは（Ｔｉ，Ｓｉ）Ｎからなる下部層を形成したとしても、ｃＢＮ工具基体と硬質被覆層の密着強度を確保しにくくなり、その結果硬質被覆層の剥離が生じやすくなるため、この発明では、ｃＢＮ工具基体を構成する立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料におけるｃＢＮ含有量を４０〜７０ｖｏｌ％とすることが望ましい。
なお、ｃＢＮ粒子の平均粒径については、これが１μｍより小さくなると所望の耐摩耗性が得られず、一方、平均粒径が５μｍを超えると十分な付着強度が得られないため、ｃＢＮ粒子の平均粒径は１〜５μｍであることが望ましい。
【００１０】
また、立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料を構成するバインダーについては、例えばイオン注入法により、ｃＢＮ工具基体の表面から１μｍ以内の深さ領域におけるバインダー相中のＳｉ含有量を０．１〜５原子％とし、ｃＢＮ工具基体表面近傍（深さ１μｍ以内の領域）のバインダー相組成を、工具基体表面に蒸着する（Ｔｉ，Ｓｉ）Ｎ層のそれに近づけることで、ｃＢＮ工具基体表面（特に、工具基体表面近傍のバインダー相）と下部層との塑性変形性が近くなること、また、工具基体表面近傍のバインダー相自体の強度が向上することにより、ｃＢＮ工具基体と硬質被覆層との密着強度の向上、耐チッピング性、耐欠損性を確保することができる。
ｃＢＮ工具基体の表面から１μｍ以内の深さ領域におけるバインダー相中のＳｉ含有量が０．１〜５原子％から外れた場合には、ｃＢＮ工具基体表面近傍のバインダー相組成が、下部層の組成から外れたものとなるため、工具基体表面近傍のバインダー相と下部層との塑性変形性の近似による密着強度の向上を十分に図ることができなくなるので、ｃＢＮ工具基体の表面から１μｍ以内の深さ領域におけるバインダー相中のＳｉ含有量を０．１〜５原子％と定めた。
また、ｃＢＮ工具基体の表面から１μｍ以内の深さ領域におけるバインダー相中のＳｉ含有量を０．１〜５原子％とし、ｃＢＮ工具基体表面近傍に、下部層の組成
とほぼ同一の組成を有するバインダー相を形成することで、硬質皮膜中に発生したクラックが伝播してきた場合でも、硬質被覆層とｃＢＮ工具基体との界面において、クラックのさらなる伝播を抑制し、その結果、耐チッピング性、耐クラック性を向上させることができ、仕上げ面精度の向上にも寄与する。また、バインダー相中のＳｉ含有領域をｃＢＮ工具基体表面から１μｍ以内としたのは、この範囲でバインダー相中のＳｉ含有量が０．１〜５原子％であれば十分上記効果が得られるためである。
【００１１】
バインダーであるＴｉＮは、ｃＢＮ工具基体中に２０〜５０ｖｏｌ％含有されていることが必要である。
バインダー含有量が２０ｖｏｌ％未満であると、バインダー相中にＳｉを含有させ、（Ｔｉ，Ｓｉ）Ｎからなる下部層を形成したとしても、ｃＢＮ工具基体と硬質被覆層の密着強度を確保しにくくなり、一方、バインダー含有量が５０ｖｏｌ％を超えると、ｃＢＮ焼結材料の硬さが低下し、高硬度鋼の高速断続切削加工を行うに際し、最小限必要とされる硬さを備えることができなくなり、耐摩耗性が低下することから、バインダー含有量は２０〜５０ｖｏｌ％と定めた。
【００１２】
下部層（（Ｔｉ，Ｓｉ）Ｎ層）：
（Ｔｉ，Ｓｉ）Ｎ層からなる下部層は、例えば、図１に示されるアークイオンプレーティング装置とイオン注入装置を併設した物理蒸着装置を用いて、真空容器内に装着したｃＢＮ工具基体に−４０〜−６０ＫＶのバイアス電圧を付加し、Ｓｉイオンを注入し、ｃＢＮ工具基体の表面近傍（深さ１μｍ以内の領域）に０．１〜５原子％のＳｉを含有させることにより、下部層の組成とほぼ同一の組成を有するバインダー相を形成した後、
アークイオンプレーティング（ＡＩＰ）装置に上記のｃＢＮ工具基体を装着し、
装置内加熱温度： ３５０〜５００ ℃、
超硬基体に印加する直流バイアス電圧： −２０〜−１００ Ｖ、
カソード電極：Ｔｉ−Ｓｉ合金、
上記カソード電極とアノード電極間のアーク放電電流： １００〜１５０ Ａ、
雰囲気ガス：窒素（Ｎ２）ガス
装置内ガス圧力： １〜５ Ｐａ、
の条件で蒸着することにより形成することができる。
上記ＡＩＰ装置を用いて形成した（Ｔｉ，Ｓｉ）Ｎ層は、すぐれた高温硬さ、強度、耐熱性を備え、かつ、ｃＢＮ工具基体の表面近傍（深さ１μｍ以内の領域）に上記（Ｔｉ，Ｓｉ）Ｎ層の組成とほぼ同一の組成を有するバインダー相が形成されているので、硬質皮膜中に発生したクラックが伝播してきた場合でも、硬質被覆層とｃＢＮ工具基体との界面において、クラックのさらなる伝播を抑制することができる。
【００１３】
上記（Ｔｉ，Ｓｉ）Ｎ層のＴｉ成分は高温強度を向上させ、Ｓｉ成分は耐熱性を向上させ、また、Ｎ成分には層の強度を向上させる作用があり、これらの各成分を共存含有することによりすぐれた高温硬さ、強度、耐熱性を具備するようになるのであるが、上記（Ｔｉ，Ｓｉ）Ｎ層を、
組成式：（Ｔｉ１−ＸＳｉＸ）Ｎ
で表した場合、Ｘの値（原子比）が０．００１未満では、所望の耐熱性向上効果を期待することはできず、一方、Ｘの値が０．０５を越えると、相対的にＴｉ成分の含有割合が少なくなり、所望の高温強度が得られなくなることから、Ｘの値（原子比）は０．００１〜０．０５と定めた。
また、上記（Ｔｉ，Ｓｉ）Ｎ層の平均層厚は１μｍ未満では、所望の耐摩耗性を確保するのに不十分であり、一方その平均層厚が５μｍを越えると、皮膜の剥離やチッピングが発生し易くなることから、その平均層厚は１〜５μｍとすることが望ましい。
【００１４】
上部層（Ｔｉの窒化物層、Ｔｉの炭窒化物層、および、ＴｉとＡｌの複合窒化物層）：
上部層は、Ｔｉ化合物層、特に、Ｔｉの窒化物（以下、ＴｉＮで示す）層、Ｔｉの炭窒化物（以下、ＴｉＣＮで示す）層およびＴｉとＡｌの複合窒化物（以下、（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎで示す）層のいずれかにより構成するが、いずれも高温硬さ、靭性にすぐれ、被覆ｃＢＮ基焼結工具の耐摩耗性向上に寄与する。
【００１５】
上記Ｔｉ化合物層からなる上部層は、例えば、アークイオンプレーティング等により、０．５〜５μｍの合計平均層厚で蒸着形成するが、その層厚が０．５μｍ未満では、自身のもつ耐熱性、高温硬さ、高温強度および耐摩耗性を長期に亘って発揮することができず、工具寿命短命の原因となり、一方その層厚が５μｍを越えると、欠損、剥離等を生じ易くなることから、上部層の層厚は０．５〜５μｍと定めた。
【００１６】
なお、上部層を上記（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層で構成する場合、Ａｌ成分を含有することにより、上部層の高温硬さと耐酸化性の向上が期待される。
また、上記（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層を、
組成式：（Ｔｉ１−ＹＡｌＹ）Ｎ
で表した場合、Ｙが０．１５〜０．６５（但し、原子比）を満足するＴｉＡｌＮ層とすることが望ましい。
即ち、上記（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層において、Ｔｉとの合量に占めるＡｌの含有割合Ｙが０．６５を超えると、結晶構造の変化により、高温強度が低下し欠損が生じやすくなり、一方、Ａｌの含有割合Ｙが０．１５未満になると、高温硬さと耐熱性が低下し、その結果、耐摩耗性の低下がみられるようになることから、Ｔｉとの合量に占めるＡｌの含有割合Ｙの値を０．１５〜０．６５（但し、原子比）とすることが望ましい。
【発明の効果】
【００１７】
この発明の被覆ｃＢＮ基焼結工具は、特に、ｃＢＮ工具基体の表面近傍（深さ１μｍ以内の領域）に下部層（（Ｔｉ，Ｓｉ）Ｎ層）の組成とほぼ同一の組成を有するバインダー相が形成され、ｃＢＮ工具基体と下部層との付着強度が大であるとともに、硬質皮膜中に発生したクラックが伝播してきた場合でも、硬質被覆層とｃＢＮ工具基体との界面において、クラックのさらなる伝播を抑制することができ、その結果、耐チッピング性、耐欠損性、耐剥離性および仕上げ面精度も向上し、大きな発熱を伴い、かつ、切刃に対して断続的・衝撃的負荷が作用する高硬度被削材の高速断続切削加工において、すぐれた耐チッピング性、耐欠損性、耐剥離性を示すと同時に被削材のすぐれた仕上げ面精度が維持され、長期の使用に亘って、安定した切削性能を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の被覆ｃＢＮ基焼結工具を作製するための、アークイオンプレーティング装置とイオン注入装置を併設した物理蒸着装置を示し、（ａ）は平面概略図、（ｂ）は正面概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
つぎに、この発明の被覆ｃＢＮ基焼結工具を実施例により具体的に説明する。
【実施例】
【００２０】
原料粉末として、いずれも１〜５μｍの範囲内の平均粒径を有するｃＢＮ粉末、ＴｉＮ粉末、Ａｌ粉末、Ａｌ２Ｏ３粉末、ＷＣ粉末を用意し、これら原料粉末を表１に示される配合組成に配合し、ボールミルで８０時間湿式混合し、乾燥した後、１２０ＭＰａの圧力で直径：５０ｍｍ×厚さ：１．５ｍｍの寸法をもった圧粉体にプレス成形し、ついでこの圧粉体を、圧力：１Ｐａの真空雰囲気中、９００〜１３００℃の範囲内の所定温度に６０分間保持の条件で焼結して切刃片用予備焼結体とし、この予備焼結体を、別途用意した、Ｃｏ：８質量％、ＷＣ：残りの組成、並びに直径：５０ｍｍ×厚さ：２ｍｍの寸法をもったＷＣ基超硬合金製支持片と重ね合わせた状態で、通常の超高圧焼結装置に装入し、通常の条件である圧力：４ＧＰａ、温度：１２００〜１４００℃の範囲内の所定温度に保持時間：０．８時間の条件で超高圧焼結し、焼結後上下面をダイヤモンド砥石を用いて研磨し、ワイヤー放電加工装置にて一辺３ｍｍの正三角形状に分割し、さらにＣｏ：５質量％、ＴａＣ：５質量％、ＷＣ：残りの組成およびＣＩＳ規格ＳＮＧＡ１２０４０８の形状（厚さ：４．７６mm×一辺長さ：１２．７mmの正方形）をもったＷＣ基超硬合金製インサート本体のろう付け部（コーナー部）に、質量％で、Ｃｕ：２６％、Ｔｉ：５％、Ｎｉ：２．５％、Ａｇ：残りからなる組成を有するＡｇ合金のろう材を用いてろう付けし、所定寸法に外周加工した後、切刃部に幅：０．１３ｍｍ、角度：２５°のホーニング加工を施し、さらに仕上げ研摩を施すことによりＩＳＯ規格ＳＮＧＡ１２０４０８のインサート形状をもったｃＢＮ工具基体Ａ〜Ｅをそれぞれ製造した。
【００２１】
図１に示されるアークイオンプレーティング装置とイオン注入装置を併設した物理蒸着装置を用いて、上記ｃＢＮ工具基体Ａ〜Ｅの表面に、表２に示される条件のイオン注入法で、表３に示される目標含有量のＳｉをｃＢＮ工具基体表面のバインダー領域に注入し、
ついで、アークイオンプレーティングにより、表３に示される目標組成、目標層厚の下部層（（Ｔｉ，Ｓｉ）Ｎ層）を蒸着形成し、
ついで、アークイオンプレーティングにより、表３に示される目標成分組成、目標層厚の上部層（Ｔｉ化合物層））を蒸着形成することにより、
本発明の被覆ｃＢＮ基焼結工具１〜１０（本発明１〜１０という）をそれぞれ製造した。
【００２２】
また、比較の目的で、Ｓｉの注入を行わず、ｃＢＮ工具基体表面にＳｉ含有バインダー領域を形成しない被覆ｃＢＮ基焼結工具１〜１０（比較例１〜１０という）をそれぞれ製造した。
即ち、上記のｃＢＮ工具基体Ａ〜Ｅに対して、
アークイオンプレーティングにより、表４に示される目標組成、目標層厚の下部層（（Ｔｉ，Ｓｉ）Ｎ層）を蒸着形成し、
ついで、アークイオンプレーティングにより、表４に示される目標成分組成、目標層厚の上部層（Ｔｉ化合物層））を蒸着形成することにより、
比較例の被覆ｃＢＮ基焼結工具１〜１０（本発明１〜１０という）をそれぞれ製造した。
【００２３】
この結果得られた本発明１〜１０および比較例１〜１０について、ｃＢＮ工具基体表面近傍（表面から深さ１μｍの領域）を透過型電子顕微鏡を用いて観察したところ、本発明１〜１０ではバインダー相中に表３に示される量のＳｉが含有されていたのに対して、比較例１〜１０ではＳｉが存在しないことを確認した。
また、本発明１〜１０および比較例１〜１０について、各層の層厚を透過型電子顕微鏡を用いて測定したところ目標層厚と実質的に同じ層厚が得られていることを確認した。
【００２４】
【表１】
【００２５】
【表２】
【００２６】
【表３】
【００２７】
【表４】
【００２８】
つぎに、上記の各種の被覆ｃＢＮ基焼結工具を、いずれも工具鋼製バイトの先端部に固定治具にてネジ止めした状態で、本発明１〜１０および比較例１〜１０ついて、以下に示す切削条件Ａ〜Ｃで高速断続切削試験を実施した。
[切削条件Ａ]
被削材：ＪＩＳ・ＳＣＭ４２０（硬さ：ＨＲＣ６０）の長さ方向等間隔４本縦溝入り丸棒、
切削速度： ２７０ ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み： ０．１５ ｍｍ、
送り： ０．１５ ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間： ６ 分、
の条件での浸炭焼入れ合金鋼の湿式断続高速切削加工試験（通常の切削速度は１８０ｍ／ｍｉｎ．）、
[切削条件Ｂ]
被削材：ＪＩＳ・ＳＵＪ２（硬さ：ＨＲＣ６０）の長さ方向等間隔４本縦溝入り丸棒、
切削速度： ２００ ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み： ０．２５ ｍｍ、
送り： ０．１５ ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間： ６ 分、
の条件での焼入れ軸受鋼の湿式断続高速切削加工試験（通常の切削速度は１８０ｍ／ｍｉｎ．）、
[切削条件Ｃ]
被削材：ＪＩＳ・ＳＫＤ６１（硬さ：ＨＲＣ６１）の長さ方向等間隔４本縦溝入り丸棒、
切削速度： ２４０ ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み： ０．２０ ｍｍ、
送り： ０．１７ ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間： ４ 分、
の条件での焼入れ合金工具鋼の湿式断続高速切削加工試験（通常の切削速度は１７０ｍ／ｍｉｎ．）。
そして、上記の各切削加工試験における被削材の仕上げ面精度について、ＪＩＳ・Ｂ０６０１−１９９４に従い、Ｒｚ（μｍ）を測定した。
この測定結果を表５に示す。
なお、比較例１〜１０については、切削時間終了後、切削条件Ａ、Ｂは、被削材の仕上げ面精度（Ｒｚ（μｍ））が４．５μｍから、また、切削条件Ｃは、５．５μｍから外れてしまっていたため、上記所定の基準値を超えたときの切削時間を寿命（分）と判断し、表５には、比較例１〜１０の寿命（分を記載した。
【００２９】
【表５】
【００３０】
表３〜５に示される結果から、
この発明の被覆ｃＢＮ基焼結工具は、ｃＢＮ工具基体の表面近傍（深さ１μｍ以内の領域）に下部層（（Ｔｉ，Ｓｉ）Ｎ層）の組成とほぼ同一の組成を有するバインダー相が形成され、ｃＢＮ工具基体と下部層との付着強度が大であり、かつ、クラック伝播を抑制することができるため、耐チッピング性、耐欠損性、耐剥離性にすぐれ、仕上げ面精度も向上しているのに対して、比較例の被覆ｃＢＮ基焼結工具は、大きな発熱を伴い、かつ、切刃に対して断続的・衝撃的負荷が作用する高硬度被削材の高速断続切削加工においては、チッピング、欠損、剥離等の異常損傷を発生しやすく、また、被削材の仕上げ面精度も劣り、比較的短時間で使用寿命に至ることが明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
上述のように、この発明の被覆ｃＢＮ基焼結工具は、各種の鋼や鋳鉄などの通常の切削条件での切削加工は勿論のこと、特に合金工具鋼や軸受け鋼の焼入れ材などの高硬度被削材の高速断続切削であっても、前記硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性、耐欠損性、耐剥離性、耐クラック伝播性を発揮し、また、被削材の仕上げ面精度の低下を招くことなく、長期に亘って安定した切削性能を発揮するものであるから、切削加工装置の高性能化、並びに切削加工の省力化および省エネ化、さらに低コスト化に十分満足に対応できるものである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料からなる工具基体の表面に、下部層と上部層からなる硬質被覆層を蒸着形成した表面被覆立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料製切削工具において、
（ａ）上記立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料は、バインダー相であるＴｉＮを２０〜５０ｖｏｌ％含有し、
（ｂ）上記立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料からなる工具基体の表面から１μｍ以内の深さ領域において、上記バインダー相は０．１〜５原子％のＳｉを含有し、
（ｃ）上記立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料からなる工具基体表面上には、
組成式：（Ｔｉ１−ＸＳｉＸ）Ｎ
で表した場合、Ｘ＝０．００１〜０．０５（但し、Ｘは原子比）を満足するＴｉとＳｉの複合窒化物からなる下部層が蒸着形成され、
（ｄ）上記下部層の上には、Ｔｉの窒化物、Ｔｉの炭窒化物、および、ＴｉとＡｌの複合窒化物の何れかからなる上部層が０．５〜５μｍの平均層厚で蒸着形成されていることを特徴とする表面被覆立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料製切削工具。
【請求項１】
立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料からなる工具基体の表面に、下部層と上部層からなる硬質被覆層を蒸着形成した表面被覆立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料製切削工具において、
（ａ）上記立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料は、バインダー相であるＴｉＮを２０〜５０ｖｏｌ％含有し、
（ｂ）上記立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料からなる工具基体の表面から１μｍ以内の深さ領域において、上記バインダー相は０．１〜５原子％のＳｉを含有し、
（ｃ）上記立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料からなる工具基体表面上には、
組成式：（Ｔｉ１−ＸＳｉＸ）Ｎ
で表した場合、Ｘ＝０．００１〜０．０５（但し、Ｘは原子比）を満足するＴｉとＳｉの複合窒化物からなる下部層が蒸着形成され、
（ｄ）上記下部層の上には、Ｔｉの窒化物、Ｔｉの炭窒化物、および、ＴｉとＡｌの複合窒化物の何れかからなる上部層が０．５〜５μｍの平均層厚で蒸着形成されていることを特徴とする表面被覆立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料製切削工具。
【図１】
【公開番号】特開２０１１−８８２４０（Ｐ２０１１−８８２４０Ａ）
【公開日】平成２３年５月６日（２０１１．５．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２４２２７８（Ｐ２００９−２４２２７８）
【出願日】平成２１年１０月２１日（２００９．１０．２１）
【出願人】（０００００６２６４）三菱マテリアル株式会社 (4,417)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年５月６日（２０１１．５．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１０月２１日（２００９．１０．２１）
【出願人】（０００００６２６４）三菱マテリアル株式会社 (4,417)
【Ｆターム（参考）】
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