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】ダクタイル鋳鉄などのフェライト相が多く析出した被削材の高速連続切削加工および断続切削加工で、すぐれた耐摩耗性、耐欠損性、耐溶着性を発揮する表面被覆切削工具を提供する。
【解決手段】ｃＢＮ基超高圧焼結材料製工具基体の表面に、平均層厚０．１〜０．３μｍの非晶質ＢＮからなる下部層、平均層厚０．１〜０．３μｍのＴｉＢＮからなる中間層、平均層厚１．０〜２．０μｍのＴｉＡｌＮからなる上部層を順次蒸着形成し、すくい面とホーニング面の上部層を除去することによって、前記課題を解決する。
【解決手段】ｃＢＮ基超高圧焼結材料製工具基体の表面に、平均層厚０．１〜０．３μｍの非晶質ＢＮからなる下部層、平均層厚０．１〜０．３μｍのＴｉＢＮからなる中間層、平均層厚１．０〜２．０μｍのＴｉＡｌＮからなる上部層を順次蒸着形成し、すくい面とホーニング面の上部層を除去することによって、前記課題を解決する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳鉄や焼結合金はパーライト相とフェライト相などが析出するが、特にフェライト相が多く析出したダクタイル鋳鉄や焼結合金などを高速連続切削加工および断続切削加工した場合でも、硬質被覆層がすぐれた潤滑性、耐溶着性を発揮し、長期に亘って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（以下、ｃＢＮで示す）基超高圧焼結材料で構成された切削工具基体（以下、工具基体という）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製表面被覆切削工具（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】
従来、鋼、鋳鉄等の鉄系被削材の切削加工には、被削材との親和性の低い工具材料として、ｃＢＮ基超高圧焼結材料を用いることは良く知られている。
【０００３】
また、特許文献１に示すように、ｃＢＮ基超高圧焼結材料を工具基体（以下、ｃＢＮ工具基体という）とし、その表面に４ａ、５ａ、６ａ族元素およびＡｌから選択される元素の窒化物（例えば、ＴｉＡｌＮ）からなる耐摩耗性被膜を形成し、かつ、該耐摩耗性被膜中に、非晶質構造のＢＮ、ＴｉＢ、ＳｉＮＸ（Ｘ＝０．５〜１．３３）等からなる超微粒化合物を含有させたｃＢＮ被覆工具（以下、従来被覆工具という）も知られており、この従来被覆工具によれば、切削加工における耐摩耗性、潤滑性、耐焼付き性、加工精度が向上し、工具寿命も改善されるようになることが知られている。
【０００４】
ところで、ｃＢＮ被覆工具においては、一般的に、耐欠損性の向上を図るため、ｃＢＮ焼結体中のｃＢＮ含有割合を高くする試みがなされているが、ｃＢＮ含有割合を例えば、７０ｖｏｌ％程度以上に高くした場合には、硬質被覆層（例えば、前記従来被覆工具におけるＴｉＡｌＮからなる耐摩耗性被膜）と工具基体との付着強度が低下傾向を示すようになるため、切削条件が過酷になるほど、チッピング、欠損、剥離、溶着等が生じ易くなり工具寿命の改善が十分ではないのが現状である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３９１４６８７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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、前記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は特段の問題は生じないが、これを、ダクタイル鋳鉄や焼結合金などのフェライト相が多く析出した被削材の高速連続切削加工および断続切削加工に用いた場合には、切削時の高熱発生、高負荷による硬質被覆層の付着強度の低下のため、あるいは、溶着等の発生によって、比較的短期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】
【０００７】
そこで、本発明者らは、前述のような観点から、ダクタイル鋳鉄や焼結合金などのフェライト相が多く析出した被削材の高速連続切削加工および断続切削加工で、硬質被覆層がすぐれた付着強度を備えるとともに、すぐれた潤滑性、耐溶着性を発揮して、長期の使用に亘って、すぐれた切削性能を発揮する被覆ｃＢＮ基焼結工具を開発すべく研究を行なった結果、次のような知見を得た。
（ａ）ｃＢＮの含有割合が高い（７０ｖｏｌ％以上）ｃＢＮ基超高圧焼結材料からなるｃＢＮ工具基体の表面に、非晶質構造のＢＮ（以下、ａＢＮで示す）層を下部層として形成し、次いで、この上に、ＴｉとＢとＮの複合化合物（以下、ＴｉＢＮで示す）層を中間層として形成し、さらにこの上に、ＴｉとＡｌの複合窒化物（以下、ＴｉＡｌＮで示す）層を上部層として形成したところ、下部層は、ｃＢＮ工具基体および中間層の双方に対し強固な付着強度を備えるとともに、中間層は、上部層に対して優れた付着強度を有することを見出した。
【０００８】
したがって、ｃＢＮ工具基体表面に、前記下部層、中間層および上部層の三層構造からなる硬質被覆層を形成したｃＢＮ被覆工具は、すぐれた付着強度を有することとなり、その結果として、ダクタイル鋳鉄や焼結合金などのフェライト相が多く析出した被削材の高速連続切削加工および断続切削加工において、チッピング、欠損、剥離等の異常損傷を発生することなく、長期の使用に亘って、すぐれた耐摩耗性を発揮するとともに、工具寿命の延命化が図られることを見出したのである。
（ｂ）また、ＴｉＡｌＮ層は、耐摩耗性にすぐれているが、耐溶着性に劣る。そのため、逃げ面にコーティングすることは、耐摩耗性の向上に繋がるが、切屑と接触するすくい面、ホーニング面では溶着が起こり、膜の剥離や摩耗が大きく、チッピング、欠損の原因となる。そこで、すくい面、ホーニング面に耐溶着性にすぐれたＴｉＢＮ層を露出させることによって、溶着が起こりにくく、耐クレータ摩耗性が向上し、また、逃げ面には、耐摩耗性にすぐれたＴｉＡｌＮ層を上部層として残すことで、長期の使用に亘ってすぐれた耐摩耗性と耐欠損性を示し、安定した切削性能を発揮する。すなわち、すくい面、ホーニング面の上部層であるＴｉＡｌＮ層を除去して中間層のＴｉＢＮ層を露出させることにより、ＴｉＢＮ層のもつすぐれた潤滑性、耐溶着性が発揮され、ダクタイル鋳鉄や焼結合金などのフェライト相が多く析出した被削材の高速連続切削加工および断続切削加工を行なった場合においても、溶着が起こりにくく、耐クレータ摩耗性が向上し、長期の使用に亘ってすぐれた耐摩耗性と耐欠損性を示し、安定した切削性能を発揮するものである。
【０００９】
本発明は、前記知見に基づいてなされたものであって、
「（１） 立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料を母材とする工具本体のすくい面と逃げ面との交差稜線部にホーニングを施した切刃部が形成されているとともに、前記工具本体の表面に、該工具本体側から順に下部層、中間層および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）前記下部層は、平均層厚０．１〜０．３μｍの非晶質ＢＮ層、
（ｂ）前記中間層は、平均層厚０．１〜０．３μｍのＴｉとＢとＮの複合化合物層、
（ｃ）前記上部層は、平均層厚１．０〜２．０μｍのＴｉとＡｌの複合窒化物層、であるとともに、
（ｄ）前記工具基体のすくい面とホーニング面は、前記上部層が除去されることにより中間層が主として露出し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。
（２） 前記中間層は、
組成式：Ｔｉ０．３３（１−Ｘ）Ｂ０．６７（１−Ｘ）ＮＸ
で表した場合、Ｘの値（但し、原子比）が０．０５〜０．５を満足する組成割合のＴｉとＢとＮの複合化合物層であり、また、
前記上部層は、
組成式：（Ｔｉ１−ＹＡｌＹ）Ｎ層
で表した場合、Ｙの値（但し、原子比）が０．４〜０．６５を満足する組成割合のＴｉとＡｌの複合窒化物層である（１）に記載の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。
（３） 前記立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料の立方晶窒化ほう素の含有量が７０容量％以上であることを特徴とする（１）または（２）記載の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。」
を特徴とするものである。
【００１０】
本発明について、以下に説明する。
【００１１】
立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料製工具基体（ｃＢＮ工具基体）：
超高圧焼結材料製工具基体中の窒化ほう素（ｃＢＮ）は、きわめて硬質で、焼結材料中で分散相を形成し、そしてこの分散相によって耐摩耗性の向上を図ることができる。
【００１２】
一般的には、ｃＢＮ含有割合が７０ｖｏｌ％以上となると、硬さは向上するものの、硬質被覆層との密着性が低下し、欠損発生の原因となるが、本発明では、下部層（非晶質のＢＮ層（ａＢＮ層））および中間層（ＴｉＢＮ層）を介在形成することにより、ｃＢＮ工具基体−上部層（ＴｉＡｌＮ層）間の付着強度を十分確保することができるため、ｃＢＮ含有割合が７０ｖｏｌ％以上の高含有量のｃＢＮ工具基体をも切削工具として利用することが可能となった。
【００１３】
本発明では、長期の使用に亘って優れた耐摩耗性・耐欠損性を備える表面被覆切削工具を提供するという観点から、ｃＢＮ含有割合は７０ｖｏｌ％以上とすることが好ましい。
【００１４】
なお、ｃＢＮ焼結体の他の構成成分、例えば、結合相等としては、周期律表ＶＩａ、Ｖａ、ＶＩａ族元素の窒化物、炭化物、硼化物、酸化物ならびにこれらの固溶体からなる群の中から選択された少なくとも１種とアルミニウム化合物のセラミックス系結合材を用いることができる。
下部層（非晶質のＢＮ層（ａＢＮ層））：
下部層は、ｃＢＮ工具基体および中間層（ＴｉＢＮ層）の双方に対し強固な付着強度を有するが、下部層の平均層厚が０．１μｍ未満では、付着強度向上効果が十分でなく、一方、その平均層厚が０．３μｍを超えると耐摩耗性が劣るからであるから、平均層厚は０．１〜０．３μｍと定めた。
【００１５】
また、下部層のａＢＮ層は、例えば、六方晶窒化ほう素（ｈ−ＢＮ）焼結体をターゲットとしたアルゴン−窒素混合雰囲気中で、ＲＦスパッタリングで成膜することができる。
中間層（ＴｉＢＮ層）：
中間層は、ＴｉとＢとＮの複合化合物層から構成するが、中間層の平均層厚が０．１μｍ未満では、付着強度向上効果が十分でなく、一方、その平均層厚が０．３μｍを超えると、耐摩耗性が低下傾向を示し、長期の使用に亘って満足できる工具特性を発揮することができなくなることから、平均層厚は０．１〜０．３μｍと定めた。
【００１６】
この中間層は、Ｎ濃度が高い場合に、主としてＴｉＮ＋ａＢＮ＋ＴｉＢ２（微量）の混合層からなるが、ａＢＮとＴｉＮの含有割合が高いことから、下部層（ａＢＮ層）と上部層（ＴｉＡｌＮ層）のいずれに対しても強固な付着強度を有する。
【００１７】
特に、中間層（ＴｉＢＮ層）を、
組成式：Ｔｉ０．３３（１−Ｘ）Ｂ０．６７（１−Ｘ）ＮＸ
で表した場合、Ｘの値（但し、原子比）が０．０５〜０．５を満足する組成割合であるときに、下部層と上部層に対して、一段と優れた付着強度を示す。
【００１８】
また、中間層のＴｉＢＮ層は、例えば、ＴｉＢ２焼結体をターゲットとしたアルゴン−窒素混合雰囲気中で、ＤＣスパッタリングで成膜することができる。
上部層（ＴｉＡｌＮ層）：
ＴｉＡｌＮ層からなる上部層は、すぐれた高温強度、高温硬さ、耐熱性および耐高温酸化性を具備する層であるが、該上部層を、
組成式：（Ｔｉ１−ＹＡｌＹ）Ｎ層
で表した場合、Ｙの値（但し、原子比）が０．４〜０．６５を満足する組成割合であるときに、最も好ましい特性を発揮する。
【００１９】
即ち、上部層の構成成分であるＴｉは所定の高温強度の維持に寄与し、Ａｌ成分は高温硬さ、耐熱性、耐高温酸化性の向上に寄与するが、Ａｌの含有割合Ｙが０．６５を超えると耐高温酸化性は向上するものの、Ｔｉ含有割合の相対的な減少によって耐摩耗性が低下し、一方、Ａｌの含有割合Ｙが０．４未満になると、高温硬さ、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、Ａｌの含有割合Ｙの値を０．４〜０．６５とすることが好ましい。
【００２０】
また、上部層の平均層厚が１．０μｍ未満では、自身のもつ高温硬さ、耐熱性および耐高温酸化性を硬質被覆層に長期に亘って付与できず、工具寿命短命の原因となり、一方その平均層厚が２．０μｍを越えると、欠損が生じ易くなることから、その平均層厚を１．０〜２．０μｍと定めた。
【００２１】
ＴｉＡｌＮ層からなる上部層は、通常用いられるアークイオンプレーティング（ＡＩＰ）法によって成膜することができる。
【００２２】
また、上部層を構成するＴｉＡｌＮ層は、ダクタイル鋳鉄や焼結合金などのフェライト相が多く析出した被削材を切削する場合には、溶着しやすいため、すくい面とホーニング面の上層部をウエットブラスト処理で除去し、潤滑性および耐溶着性にすぐれたＴｉＢＮ層を露出させる。
【発明の効果】
【００２３】
前記のとおり、本発明の被覆ｃＢＮ基焼結工具は、ｃＢＮの配合割合が好ましくは、７０ｖｏｌ％以上であるｃＢＮ工具基体表面にＴｉＡｌＮ層からなる硬質被覆層を形成するにあたり、ｃＢＮ工具基体とＴｉＡｌＮ層の間に、下部層としてａＢＮ層、また、中間層としてＴｉＢＮ層を介在形成するとともに、すくい面とホーニング面の上部層を除去して中間層を露出させることによって、特にすぐれた付着強度を有し、さらに高温硬さ、靭性、耐衝撃性、潤滑性、耐溶着性を兼ね備えることから、ダクタイル鋳鉄や焼結合金などのフェライト相が多く析出した被削材の、高熱発生を伴い、かつ、切刃に高負荷が作用する高速連続切削および断続切削条件下であっても前記硬質被覆層に、剥離や溶着等の発生はなく、長期の使用に亘って、すぐれた耐摩耗性、耐欠損性を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の被覆工具を構成する硬質被覆層を形成するのに用いたアークイオンプレーティング（ＡＩＰ）装置、ＲＦマグネトロンスパッタリング（ＲＦ−ＳＰ）装置とＤＣスパッタリング（ＤＣ−ＳＰ）装置を併設した蒸着装置を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は概略正面図である。
【図２】本発明の被覆ｃＢＮ基焼結工具の先端部の断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に、本発明の被覆ｃＢＮ基焼結工具を実施例に基づいて説明する。
【実施例】
【００２６】
原料粉末として、いずれも０．５〜４μｍの範囲内の平均粒径を有するｃＢＮ粉末、ＴｉＮ粉末、ＡｌＮ粉末、ＴｉＣ粉末、ＴｉＣＮ粉末、Ｔｉ３Ａｌ粉末、Ｔｉ２Ａｌ粉末、ＴｉＡｌ３粉末、Ａｌ粉末、Ａｌ２Ｏ３粉末、Ｃｏ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またはダイヤモンド切断機にて一辺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ＴＮＧＡ１６０４０８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ＴＮＧＡ１６０４０８のインサート形状をもち、ｃＢＮ含有割合が７０ｖｏｌ％以上である表１に示されるｃＢＮ工具基体Ａ〜Ｆを製造した。
【００２７】
【表１】
ついで、図１に示される成膜装置、即ち、ＴｉＢ２焼結体ターゲットおよびｈ−ＢＮ焼結体ターゲットを備えたスパッタリング装置と、Ｔｉ−Ａｌ合金ターゲットを備えたアークイオンプレーティング装置を併設した成膜装置の内部にｃＢＮ工具基体を装着し、
前記ｃＢＮ工具基体を、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、前記装置内に自転公転自在に支持装着し、
（ａ）まず、装置内を真空排気して０．５Ｐａの真空に保持しながら、ヒーターで装置内を５００℃に加熱した後、Ａｒガスを導入し、１．５ＰａのＡｒガス雰囲気とし、ｃＢＮ工具基体１に−１００Ｖの直流バイアス電圧を印加して、前記ｃＢＮ工具基体をＡｒガスボンバード洗浄し、
（ｂ）ついで、前記装置内に、ＡｒとＮ２との混合ガス（Ａｒ／Ｎ２＝５０％）を導入し、作動圧を３．３Ｐａになるように制御し、前記回転テーブル上で自転しながら回転するｃＢＮ工具基体側に−２０Ｖの直流バイアス電圧を印加し、ｈ−ＢＮ焼結体ターゲット側に５００Ｗの１３．５６ＭＨｚの周波数の高周波を印加することにより、ｃＢＮ工具基体の上に表２に示される目標膜厚のａＢＮ層（下部層）を形成し、
（ｃ）ついで、前記装置内をＡｒとＮ２との混合ガス（Ａｒ／Ｎ２＝５０％）雰囲気に維持し、かつ、作動圧を３．３Ｐａ，５００℃に維持したまま、前記回転テーブル上で自転しながら回転するｃＢＮ工具基体に−１００Ｖの直流バイアス電圧を印加して、ＴｉＢ２焼結体のターゲットに直流電源を用いてスパッタを行うことにより、前記ａＢＮ層（下部層）の表面に表２に示される目標層厚、所定組成のＴｉＢＮ層からなる中間層（ＴｉＢＮ層）を形成し、
（ｄ）ついで、装置内を５００℃とした状態で、ｃＢＮ工具基体に−１５〜−２５Ｖの直流バイアス電圧を印加して、Ｔｉ−Ａｌ合金カソード電極とアノード電極との間に１２０Ａの電流を流してアーク放電を発生させ、前記中間層（ＴｉＢＮ層）の表面に表３に示される目標層厚、所定組成のＴｉＡｌＮ層からなる上部層を形成することにより、
ＩＳＯ規格ＴＮＧＡ１６０４０８に規定するスローアウエイチップ形状の本発明被覆ｃＢＮ基焼結工具１〜６を作製した。
（ｅ）さらに、図２の断面図に示すように、スローアウエイチップ形状の本発明被覆ｃＢＮ基焼結工具のすくい面とホーニング面の上部層をウエットブラスト処理により、中間層を露出させる。ウエットブラスト処理は、噴射研磨材を含有した液体（一般には水）である研磨液を被処理物に噴射して研磨を行なうものであり、弾性砥石やブラシを用いた機械加工はもとより、乾式のブラスト処理と比べても、液体が被処理物との間で噴射研磨材の運動エネルギーを減衰させるため、加工エネルギーの比較的弱いソフトな加工となる。このため、本発明のような最外層の除去に用いることにより、露出されられた中間層表面への研磨傷の発生も少なく抑えることができ、例えば、算術平均粗さＲａで０．１μｍ以下の表面粗さの平滑なすくい面およびホーニング面を形成することができる。
【００２８】
最外層除去後の中間層の厚みは０．１５〜０．２５μｍである。
【００２９】
比較のため、実施例で使用したｃＢＮ工具基体１〜６の上に、前記と同様の方法で硬質被覆層を形成し、前記（ｅ）の工程を行わず、すなわち、すくい面とホーニング面の上部層の除去を行わずに、表２に示される目標組成および目標層厚の硬質被覆層を蒸着形成した比較被覆ｃＢＮ基焼結工具１〜６を作製した。
【００３０】
前記本発明被覆ｃＢＮ基焼結工具１〜６および比較被覆ｃＢＮ基焼結工具１〜６について、下部層（ａＢＮ層）、中間層（ＴｉＢＮ層）および上部層（ＴｉＡｌＮ層）の膜組成を、オージェ電子分光分析法により測定したところ、それぞれ目標組成と実質的に同じ組成を示した。
【００３１】
表２における中間層のＸ値、上部層のＸ値は、各層の組成の平均値（５ヶ所の平均値）を示す。
【００３２】
また、本発明被覆ｃＢＮ基焼結工具１〜６および比較被覆ｃＢＮ基焼結工具１〜６の各層の層厚を透過型電子顕微鏡を用いて断面測定したところ、いずれも目標層厚と実質的に同じ平均値（５ヶ所の平均値）を示した。
【００３３】
これらの測定値を、表２に示す。
【００３４】
【表２】
前記本発明被覆ｃＢＮ基焼結工具１〜６および比較被覆ｃＢＮ基焼結工具１〜６を用い、以下の切削条件で切削加工試験を実施した。
《切削条件１》
被削材：ＦＣＤ７００、
切削速度： ３５０ ｍ／ｍｉｎ、
送り： ０．２ ｍｍ／ｒｅｖ、
切込み： ０．１５ ｍｍ、
切削時間： １５ 分
の条件でのダクタイル鋳鉄の乾式・高速連続切削加工試験。逃げ面摩耗量が０．５ｍｍに達するまでの切削時間を工具の寿命とする。（通常の切削条件は、切削速度：２５０ｍ／ｍｉｎ、切り込み：０．２ｍｍ、送り：０．１５ｍｍ／ｒｅｖ）、
《切削条件２》
被削材： ０．５Ｃ−１．５Ｃｕ−４Ｎｉ−０．５Ｍｏ−残Ｆｅ
切削速度： １９０ ｍ／ｍｉｎ、
送り： ０．１５ ｍｍ／ｒｅｖ、
切込み： ０．２ ｍｍ、
切削時間： １５ 分
の条件での焼結合金の湿式・断続切削加工試験。刃先が欠損するまでの切削時間を工具寿命とする。（通常の切削条件は、切削速度：１５０ｍｍ／ｍｉｎ、切り込み：０．１ｍｍ、送り：０．１５ｍｍ／ｒｅｖ）。
【００３５】
上記切削条件１，２による切削加工試験の測定結果を表３に示した。
【００３６】
【表３】
表２および表３に示される結果から、本発明被覆ｃＢＮ基焼結工具１〜６は、７０ｖｏｌ％以上のｃＢＮを含有するｃＢＮ工具基体表面に、ａＢＮ層からなる下部層、ＴｉＢＮ層からなる中間層を介して、ＴｉＡｌＮ層からなる上部層を形成するとともに、すくい面およびホーニング面の上部層を除去したことによって、ｃＢＮ含有割合の高い工具基体に対しても、硬質被覆層は特にすぐれた付着強度を備え、さらに、高温硬さ、靭性、耐衝撃性、潤滑性、耐溶着性を兼ね備えることから、ダクタイル鋳鉄や焼結合金などのフェライト相が多く析出した被削材の、高熱発生を伴い、かつ、切刃に対して高負荷が作用する高速連続切削および断続切削条件下で用いた場合であっても、前記硬質被覆層に、欠損、剥離、溶着等の発生はなく、長期の使用に亘って、すぐれた耐摩耗性、耐欠損性を発揮することができる。
【００３７】
これに対して、すくい面およびホーニング面の上部層の除去を行わない比較被覆ｃＢＮ基焼結工具１〜６においては、潤滑性、耐溶着性が十分でないため、被削材とＴｉＡｌＮ層との間で溶着が発生し、そのため、被覆膜の剥離によりチッピングが発生しやすく、また、被削材とＴｉＡｌＮ層との間で潤滑性が悪く、そのため、クレータ摩耗が発生しやすく耐摩耗性、耐欠損性に劣るため、比較的短時間で使用寿命にいたることが明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
前述のように、本発明被覆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、特にダクタイル鋳鉄や焼結合金などのフェライト相が多く析出した被削材の高速連続切削加工および断続切削加工であっても、前記硬質被覆層がすぐれた付着強度、潤滑性を有し耐摩耗性、耐欠損性、耐溶着性にすぐれるため、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】
本発明は、鋳鉄や焼結合金はパーライト相とフェライト相などが析出するが、特にフェライト相が多く析出したダクタイル鋳鉄や焼結合金などを高速連続切削加工および断続切削加工した場合でも、硬質被覆層がすぐれた潤滑性、耐溶着性を発揮し、長期に亘って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（以下、ｃＢＮで示す）基超高圧焼結材料で構成された切削工具基体（以下、工具基体という）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製表面被覆切削工具（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】
従来、鋼、鋳鉄等の鉄系被削材の切削加工には、被削材との親和性の低い工具材料として、ｃＢＮ基超高圧焼結材料を用いることは良く知られている。
【０００３】
また、特許文献１に示すように、ｃＢＮ基超高圧焼結材料を工具基体（以下、ｃＢＮ工具基体という）とし、その表面に４ａ、５ａ、６ａ族元素およびＡｌから選択される元素の窒化物（例えば、ＴｉＡｌＮ）からなる耐摩耗性被膜を形成し、かつ、該耐摩耗性被膜中に、非晶質構造のＢＮ、ＴｉＢ、ＳｉＮＸ（Ｘ＝０．５〜１．３３）等からなる超微粒化合物を含有させたｃＢＮ被覆工具（以下、従来被覆工具という）も知られており、この従来被覆工具によれば、切削加工における耐摩耗性、潤滑性、耐焼付き性、加工精度が向上し、工具寿命も改善されるようになることが知られている。
【０００４】
ところで、ｃＢＮ被覆工具においては、一般的に、耐欠損性の向上を図るため、ｃＢＮ焼結体中のｃＢＮ含有割合を高くする試みがなされているが、ｃＢＮ含有割合を例えば、７０ｖｏｌ％程度以上に高くした場合には、硬質被覆層（例えば、前記従来被覆工具におけるＴｉＡｌＮからなる耐摩耗性被膜）と工具基体との付着強度が低下傾向を示すようになるため、切削条件が過酷になるほど、チッピング、欠損、剥離、溶着等が生じ易くなり工具寿命の改善が十分ではないのが現状である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３９１４６８７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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、前記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は特段の問題は生じないが、これを、ダクタイル鋳鉄や焼結合金などのフェライト相が多く析出した被削材の高速連続切削加工および断続切削加工に用いた場合には、切削時の高熱発生、高負荷による硬質被覆層の付着強度の低下のため、あるいは、溶着等の発生によって、比較的短期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】
【０００７】
そこで、本発明者らは、前述のような観点から、ダクタイル鋳鉄や焼結合金などのフェライト相が多く析出した被削材の高速連続切削加工および断続切削加工で、硬質被覆層がすぐれた付着強度を備えるとともに、すぐれた潤滑性、耐溶着性を発揮して、長期の使用に亘って、すぐれた切削性能を発揮する被覆ｃＢＮ基焼結工具を開発すべく研究を行なった結果、次のような知見を得た。
（ａ）ｃＢＮの含有割合が高い（７０ｖｏｌ％以上）ｃＢＮ基超高圧焼結材料からなるｃＢＮ工具基体の表面に、非晶質構造のＢＮ（以下、ａＢＮで示す）層を下部層として形成し、次いで、この上に、ＴｉとＢとＮの複合化合物（以下、ＴｉＢＮで示す）層を中間層として形成し、さらにこの上に、ＴｉとＡｌの複合窒化物（以下、ＴｉＡｌＮで示す）層を上部層として形成したところ、下部層は、ｃＢＮ工具基体および中間層の双方に対し強固な付着強度を備えるとともに、中間層は、上部層に対して優れた付着強度を有することを見出した。
【０００８】
したがって、ｃＢＮ工具基体表面に、前記下部層、中間層および上部層の三層構造からなる硬質被覆層を形成したｃＢＮ被覆工具は、すぐれた付着強度を有することとなり、その結果として、ダクタイル鋳鉄や焼結合金などのフェライト相が多く析出した被削材の高速連続切削加工および断続切削加工において、チッピング、欠損、剥離等の異常損傷を発生することなく、長期の使用に亘って、すぐれた耐摩耗性を発揮するとともに、工具寿命の延命化が図られることを見出したのである。
（ｂ）また、ＴｉＡｌＮ層は、耐摩耗性にすぐれているが、耐溶着性に劣る。そのため、逃げ面にコーティングすることは、耐摩耗性の向上に繋がるが、切屑と接触するすくい面、ホーニング面では溶着が起こり、膜の剥離や摩耗が大きく、チッピング、欠損の原因となる。そこで、すくい面、ホーニング面に耐溶着性にすぐれたＴｉＢＮ層を露出させることによって、溶着が起こりにくく、耐クレータ摩耗性が向上し、また、逃げ面には、耐摩耗性にすぐれたＴｉＡｌＮ層を上部層として残すことで、長期の使用に亘ってすぐれた耐摩耗性と耐欠損性を示し、安定した切削性能を発揮する。すなわち、すくい面、ホーニング面の上部層であるＴｉＡｌＮ層を除去して中間層のＴｉＢＮ層を露出させることにより、ＴｉＢＮ層のもつすぐれた潤滑性、耐溶着性が発揮され、ダクタイル鋳鉄や焼結合金などのフェライト相が多く析出した被削材の高速連続切削加工および断続切削加工を行なった場合においても、溶着が起こりにくく、耐クレータ摩耗性が向上し、長期の使用に亘ってすぐれた耐摩耗性と耐欠損性を示し、安定した切削性能を発揮するものである。
【０００９】
本発明は、前記知見に基づいてなされたものであって、
「（１） 立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料を母材とする工具本体のすくい面と逃げ面との交差稜線部にホーニングを施した切刃部が形成されているとともに、前記工具本体の表面に、該工具本体側から順に下部層、中間層および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）前記下部層は、平均層厚０．１〜０．３μｍの非晶質ＢＮ層、
（ｂ）前記中間層は、平均層厚０．１〜０．３μｍのＴｉとＢとＮの複合化合物層、
（ｃ）前記上部層は、平均層厚１．０〜２．０μｍのＴｉとＡｌの複合窒化物層、であるとともに、
（ｄ）前記工具基体のすくい面とホーニング面は、前記上部層が除去されることにより中間層が主として露出し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。
（２） 前記中間層は、
組成式：Ｔｉ０．３３（１−Ｘ）Ｂ０．６７（１−Ｘ）ＮＸ
で表した場合、Ｘの値（但し、原子比）が０．０５〜０．５を満足する組成割合のＴｉとＢとＮの複合化合物層であり、また、
前記上部層は、
組成式：（Ｔｉ１−ＹＡｌＹ）Ｎ層
で表した場合、Ｙの値（但し、原子比）が０．４〜０．６５を満足する組成割合のＴｉとＡｌの複合窒化物層である（１）に記載の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。
（３） 前記立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料の立方晶窒化ほう素の含有量が７０容量％以上であることを特徴とする（１）または（２）記載の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。」
を特徴とするものである。
【００１０】
本発明について、以下に説明する。
【００１１】
立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料製工具基体（ｃＢＮ工具基体）：
超高圧焼結材料製工具基体中の窒化ほう素（ｃＢＮ）は、きわめて硬質で、焼結材料中で分散相を形成し、そしてこの分散相によって耐摩耗性の向上を図ることができる。
【００１２】
一般的には、ｃＢＮ含有割合が７０ｖｏｌ％以上となると、硬さは向上するものの、硬質被覆層との密着性が低下し、欠損発生の原因となるが、本発明では、下部層（非晶質のＢＮ層（ａＢＮ層））および中間層（ＴｉＢＮ層）を介在形成することにより、ｃＢＮ工具基体−上部層（ＴｉＡｌＮ層）間の付着強度を十分確保することができるため、ｃＢＮ含有割合が７０ｖｏｌ％以上の高含有量のｃＢＮ工具基体をも切削工具として利用することが可能となった。
【００１３】
本発明では、長期の使用に亘って優れた耐摩耗性・耐欠損性を備える表面被覆切削工具を提供するという観点から、ｃＢＮ含有割合は７０ｖｏｌ％以上とすることが好ましい。
【００１４】
なお、ｃＢＮ焼結体の他の構成成分、例えば、結合相等としては、周期律表ＶＩａ、Ｖａ、ＶＩａ族元素の窒化物、炭化物、硼化物、酸化物ならびにこれらの固溶体からなる群の中から選択された少なくとも１種とアルミニウム化合物のセラミックス系結合材を用いることができる。
下部層（非晶質のＢＮ層（ａＢＮ層））：
下部層は、ｃＢＮ工具基体および中間層（ＴｉＢＮ層）の双方に対し強固な付着強度を有するが、下部層の平均層厚が０．１μｍ未満では、付着強度向上効果が十分でなく、一方、その平均層厚が０．３μｍを超えると耐摩耗性が劣るからであるから、平均層厚は０．１〜０．３μｍと定めた。
【００１５】
また、下部層のａＢＮ層は、例えば、六方晶窒化ほう素（ｈ−ＢＮ）焼結体をターゲットとしたアルゴン−窒素混合雰囲気中で、ＲＦスパッタリングで成膜することができる。
中間層（ＴｉＢＮ層）：
中間層は、ＴｉとＢとＮの複合化合物層から構成するが、中間層の平均層厚が０．１μｍ未満では、付着強度向上効果が十分でなく、一方、その平均層厚が０．３μｍを超えると、耐摩耗性が低下傾向を示し、長期の使用に亘って満足できる工具特性を発揮することができなくなることから、平均層厚は０．１〜０．３μｍと定めた。
【００１６】
この中間層は、Ｎ濃度が高い場合に、主としてＴｉＮ＋ａＢＮ＋ＴｉＢ２（微量）の混合層からなるが、ａＢＮとＴｉＮの含有割合が高いことから、下部層（ａＢＮ層）と上部層（ＴｉＡｌＮ層）のいずれに対しても強固な付着強度を有する。
【００１７】
特に、中間層（ＴｉＢＮ層）を、
組成式：Ｔｉ０．３３（１−Ｘ）Ｂ０．６７（１−Ｘ）ＮＸ
で表した場合、Ｘの値（但し、原子比）が０．０５〜０．５を満足する組成割合であるときに、下部層と上部層に対して、一段と優れた付着強度を示す。
【００１８】
また、中間層のＴｉＢＮ層は、例えば、ＴｉＢ２焼結体をターゲットとしたアルゴン−窒素混合雰囲気中で、ＤＣスパッタリングで成膜することができる。
上部層（ＴｉＡｌＮ層）：
ＴｉＡｌＮ層からなる上部層は、すぐれた高温強度、高温硬さ、耐熱性および耐高温酸化性を具備する層であるが、該上部層を、
組成式：（Ｔｉ１−ＹＡｌＹ）Ｎ層
で表した場合、Ｙの値（但し、原子比）が０．４〜０．６５を満足する組成割合であるときに、最も好ましい特性を発揮する。
【００１９】
即ち、上部層の構成成分であるＴｉは所定の高温強度の維持に寄与し、Ａｌ成分は高温硬さ、耐熱性、耐高温酸化性の向上に寄与するが、Ａｌの含有割合Ｙが０．６５を超えると耐高温酸化性は向上するものの、Ｔｉ含有割合の相対的な減少によって耐摩耗性が低下し、一方、Ａｌの含有割合Ｙが０．４未満になると、高温硬さ、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、Ａｌの含有割合Ｙの値を０．４〜０．６５とすることが好ましい。
【００２０】
また、上部層の平均層厚が１．０μｍ未満では、自身のもつ高温硬さ、耐熱性および耐高温酸化性を硬質被覆層に長期に亘って付与できず、工具寿命短命の原因となり、一方その平均層厚が２．０μｍを越えると、欠損が生じ易くなることから、その平均層厚を１．０〜２．０μｍと定めた。
【００２１】
ＴｉＡｌＮ層からなる上部層は、通常用いられるアークイオンプレーティング（ＡＩＰ）法によって成膜することができる。
【００２２】
また、上部層を構成するＴｉＡｌＮ層は、ダクタイル鋳鉄や焼結合金などのフェライト相が多く析出した被削材を切削する場合には、溶着しやすいため、すくい面とホーニング面の上層部をウエットブラスト処理で除去し、潤滑性および耐溶着性にすぐれたＴｉＢＮ層を露出させる。
【発明の効果】
【００２３】
前記のとおり、本発明の被覆ｃＢＮ基焼結工具は、ｃＢＮの配合割合が好ましくは、７０ｖｏｌ％以上であるｃＢＮ工具基体表面にＴｉＡｌＮ層からなる硬質被覆層を形成するにあたり、ｃＢＮ工具基体とＴｉＡｌＮ層の間に、下部層としてａＢＮ層、また、中間層としてＴｉＢＮ層を介在形成するとともに、すくい面とホーニング面の上部層を除去して中間層を露出させることによって、特にすぐれた付着強度を有し、さらに高温硬さ、靭性、耐衝撃性、潤滑性、耐溶着性を兼ね備えることから、ダクタイル鋳鉄や焼結合金などのフェライト相が多く析出した被削材の、高熱発生を伴い、かつ、切刃に高負荷が作用する高速連続切削および断続切削条件下であっても前記硬質被覆層に、剥離や溶着等の発生はなく、長期の使用に亘って、すぐれた耐摩耗性、耐欠損性を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の被覆工具を構成する硬質被覆層を形成するのに用いたアークイオンプレーティング（ＡＩＰ）装置、ＲＦマグネトロンスパッタリング（ＲＦ−ＳＰ）装置とＤＣスパッタリング（ＤＣ−ＳＰ）装置を併設した蒸着装置を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は概略正面図である。
【図２】本発明の被覆ｃＢＮ基焼結工具の先端部の断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に、本発明の被覆ｃＢＮ基焼結工具を実施例に基づいて説明する。
【実施例】
【００２６】
原料粉末として、いずれも０．５〜４μｍの範囲内の平均粒径を有するｃＢＮ粉末、ＴｉＮ粉末、ＡｌＮ粉末、ＴｉＣ粉末、ＴｉＣＮ粉末、Ｔｉ３Ａｌ粉末、Ｔｉ２Ａｌ粉末、ＴｉＡｌ３粉末、Ａｌ粉末、Ａｌ２Ｏ３粉末、Ｃｏ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またはダイヤモンド切断機にて一辺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ＴＮＧＡ１６０４０８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ＴＮＧＡ１６０４０８のインサート形状をもち、ｃＢＮ含有割合が７０ｖｏｌ％以上である表１に示されるｃＢＮ工具基体Ａ〜Ｆを製造した。
【００２７】
【表１】
ついで、図１に示される成膜装置、即ち、ＴｉＢ２焼結体ターゲットおよびｈ−ＢＮ焼結体ターゲットを備えたスパッタリング装置と、Ｔｉ−Ａｌ合金ターゲットを備えたアークイオンプレーティング装置を併設した成膜装置の内部にｃＢＮ工具基体を装着し、
前記ｃＢＮ工具基体を、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、前記装置内に自転公転自在に支持装着し、
（ａ）まず、装置内を真空排気して０．５Ｐａの真空に保持しながら、ヒーターで装置内を５００℃に加熱した後、Ａｒガスを導入し、１．５ＰａのＡｒガス雰囲気とし、ｃＢＮ工具基体１に−１００Ｖの直流バイアス電圧を印加して、前記ｃＢＮ工具基体をＡｒガスボンバード洗浄し、
（ｂ）ついで、前記装置内に、ＡｒとＮ２との混合ガス（Ａｒ／Ｎ２＝５０％）を導入し、作動圧を３．３Ｐａになるように制御し、前記回転テーブル上で自転しながら回転するｃＢＮ工具基体側に−２０Ｖの直流バイアス電圧を印加し、ｈ−ＢＮ焼結体ターゲット側に５００Ｗの１３．５６ＭＨｚの周波数の高周波を印加することにより、ｃＢＮ工具基体の上に表２に示される目標膜厚のａＢＮ層（下部層）を形成し、
（ｃ）ついで、前記装置内をＡｒとＮ２との混合ガス（Ａｒ／Ｎ２＝５０％）雰囲気に維持し、かつ、作動圧を３．３Ｐａ，５００℃に維持したまま、前記回転テーブル上で自転しながら回転するｃＢＮ工具基体に−１００Ｖの直流バイアス電圧を印加して、ＴｉＢ２焼結体のターゲットに直流電源を用いてスパッタを行うことにより、前記ａＢＮ層（下部層）の表面に表２に示される目標層厚、所定組成のＴｉＢＮ層からなる中間層（ＴｉＢＮ層）を形成し、
（ｄ）ついで、装置内を５００℃とした状態で、ｃＢＮ工具基体に−１５〜−２５Ｖの直流バイアス電圧を印加して、Ｔｉ−Ａｌ合金カソード電極とアノード電極との間に１２０Ａの電流を流してアーク放電を発生させ、前記中間層（ＴｉＢＮ層）の表面に表３に示される目標層厚、所定組成のＴｉＡｌＮ層からなる上部層を形成することにより、
ＩＳＯ規格ＴＮＧＡ１６０４０８に規定するスローアウエイチップ形状の本発明被覆ｃＢＮ基焼結工具１〜６を作製した。
（ｅ）さらに、図２の断面図に示すように、スローアウエイチップ形状の本発明被覆ｃＢＮ基焼結工具のすくい面とホーニング面の上部層をウエットブラスト処理により、中間層を露出させる。ウエットブラスト処理は、噴射研磨材を含有した液体（一般には水）である研磨液を被処理物に噴射して研磨を行なうものであり、弾性砥石やブラシを用いた機械加工はもとより、乾式のブラスト処理と比べても、液体が被処理物との間で噴射研磨材の運動エネルギーを減衰させるため、加工エネルギーの比較的弱いソフトな加工となる。このため、本発明のような最外層の除去に用いることにより、露出されられた中間層表面への研磨傷の発生も少なく抑えることができ、例えば、算術平均粗さＲａで０．１μｍ以下の表面粗さの平滑なすくい面およびホーニング面を形成することができる。
【００２８】
最外層除去後の中間層の厚みは０．１５〜０．２５μｍである。
【００２９】
比較のため、実施例で使用したｃＢＮ工具基体１〜６の上に、前記と同様の方法で硬質被覆層を形成し、前記（ｅ）の工程を行わず、すなわち、すくい面とホーニング面の上部層の除去を行わずに、表２に示される目標組成および目標層厚の硬質被覆層を蒸着形成した比較被覆ｃＢＮ基焼結工具１〜６を作製した。
【００３０】
前記本発明被覆ｃＢＮ基焼結工具１〜６および比較被覆ｃＢＮ基焼結工具１〜６について、下部層（ａＢＮ層）、中間層（ＴｉＢＮ層）および上部層（ＴｉＡｌＮ層）の膜組成を、オージェ電子分光分析法により測定したところ、それぞれ目標組成と実質的に同じ組成を示した。
【００３１】
表２における中間層のＸ値、上部層のＸ値は、各層の組成の平均値（５ヶ所の平均値）を示す。
【００３２】
また、本発明被覆ｃＢＮ基焼結工具１〜６および比較被覆ｃＢＮ基焼結工具１〜６の各層の層厚を透過型電子顕微鏡を用いて断面測定したところ、いずれも目標層厚と実質的に同じ平均値（５ヶ所の平均値）を示した。
【００３３】
これらの測定値を、表２に示す。
【００３４】
【表２】
前記本発明被覆ｃＢＮ基焼結工具１〜６および比較被覆ｃＢＮ基焼結工具１〜６を用い、以下の切削条件で切削加工試験を実施した。
《切削条件１》
被削材：ＦＣＤ７００、
切削速度： ３５０ ｍ／ｍｉｎ、
送り： ０．２ ｍｍ／ｒｅｖ、
切込み： ０．１５ ｍｍ、
切削時間： １５ 分
の条件でのダクタイル鋳鉄の乾式・高速連続切削加工試験。逃げ面摩耗量が０．５ｍｍに達するまでの切削時間を工具の寿命とする。（通常の切削条件は、切削速度：２５０ｍ／ｍｉｎ、切り込み：０．２ｍｍ、送り：０．１５ｍｍ／ｒｅｖ）、
《切削条件２》
被削材： ０．５Ｃ−１．５Ｃｕ−４Ｎｉ−０．５Ｍｏ−残Ｆｅ
切削速度： １９０ ｍ／ｍｉｎ、
送り： ０．１５ ｍｍ／ｒｅｖ、
切込み： ０．２ ｍｍ、
切削時間： １５ 分
の条件での焼結合金の湿式・断続切削加工試験。刃先が欠損するまでの切削時間を工具寿命とする。（通常の切削条件は、切削速度：１５０ｍｍ／ｍｉｎ、切り込み：０．１ｍｍ、送り：０．１５ｍｍ／ｒｅｖ）。
【００３５】
上記切削条件１，２による切削加工試験の測定結果を表３に示した。
【００３６】
【表３】
表２および表３に示される結果から、本発明被覆ｃＢＮ基焼結工具１〜６は、７０ｖｏｌ％以上のｃＢＮを含有するｃＢＮ工具基体表面に、ａＢＮ層からなる下部層、ＴｉＢＮ層からなる中間層を介して、ＴｉＡｌＮ層からなる上部層を形成するとともに、すくい面およびホーニング面の上部層を除去したことによって、ｃＢＮ含有割合の高い工具基体に対しても、硬質被覆層は特にすぐれた付着強度を備え、さらに、高温硬さ、靭性、耐衝撃性、潤滑性、耐溶着性を兼ね備えることから、ダクタイル鋳鉄や焼結合金などのフェライト相が多く析出した被削材の、高熱発生を伴い、かつ、切刃に対して高負荷が作用する高速連続切削および断続切削条件下で用いた場合であっても、前記硬質被覆層に、欠損、剥離、溶着等の発生はなく、長期の使用に亘って、すぐれた耐摩耗性、耐欠損性を発揮することができる。
【００３７】
これに対して、すくい面およびホーニング面の上部層の除去を行わない比較被覆ｃＢＮ基焼結工具１〜６においては、潤滑性、耐溶着性が十分でないため、被削材とＴｉＡｌＮ層との間で溶着が発生し、そのため、被覆膜の剥離によりチッピングが発生しやすく、また、被削材とＴｉＡｌＮ層との間で潤滑性が悪く、そのため、クレータ摩耗が発生しやすく耐摩耗性、耐欠損性に劣るため、比較的短時間で使用寿命にいたることが明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
前述のように、本発明被覆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、特にダクタイル鋳鉄や焼結合金などのフェライト相が多く析出した被削材の高速連続切削加工および断続切削加工であっても、前記硬質被覆層がすぐれた付着強度、潤滑性を有し耐摩耗性、耐欠損性、耐溶着性にすぐれるため、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を母材とする工具本体のすくい面と逃げ面との交差稜線部にホーニングを施した切刃部が形成されているとともに、前記工具本体の表面に、該工具本体側から順に下部層、中間層および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）前記下部層は、平均層厚０．１〜０．３μｍの非晶質ＢＮ層、
（ｂ）前記中間層は、平均層厚０．１〜０．３μｍのＴｉとＢとＮの複合化合物層、
（ｃ）前記上部層は、平均層厚１．０〜２．０μｍのＴｉとＡｌの複合窒化物層、であるとともに、
（ｄ）前記工具基体のすくい面とホーニング面は、前記上部層が除去されることにより中間層が主として露出し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２】
前記中間層は、
組成式：Ｔｉ０．３３（１−Ｘ）Ｂ０．６７（１−Ｘ）ＮＸ
で表した場合、Ｘの値（但し、原子比）が０．０５〜０．５を満足する組成割合のＴｉとＢとＮの複合化合物層であり、また、
前記上部層は、
組成式：（Ｔｉ１−ＹＡｌＹ）Ｎ層
で表した場合、Ｙの値（但し、原子比）が０．４〜０．６５を満足する組成割合のＴｉとＡｌの複合窒化物層である請求項１に記載の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３】
前記立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料の立方晶窒化ほう素の含有量が７０容量％以上であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の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を母材とする工具本体のすくい面と逃げ面との交差稜線部にホーニングを施した切刃部が形成されているとともに、前記工具本体の表面に、該工具本体側から順に下部層、中間層および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）前記下部層は、平均層厚０．１〜０．３μｍの非晶質ＢＮ層、
（ｂ）前記中間層は、平均層厚０．１〜０．３μｍのＴｉとＢとＮの複合化合物層、
（ｃ）前記上部層は、平均層厚１．０〜２．０μｍのＴｉとＡｌの複合窒化物層、であるとともに、
（ｄ）前記工具基体のすくい面とホーニング面は、前記上部層が除去されることにより中間層が主として露出し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２】
前記中間層は、
組成式：Ｔｉ０．３３（１−Ｘ）Ｂ０．６７（１−Ｘ）ＮＸ
で表した場合、Ｘの値（但し、原子比）が０．０５〜０．５を満足する組成割合のＴｉとＢとＮの複合化合物層であり、また、
前記上部層は、
組成式：（Ｔｉ１−ＹＡｌＹ）Ｎ層
で表した場合、Ｙの値（但し、原子比）が０．４〜０．６５を満足する組成割合のＴｉとＡｌの複合窒化物層である請求項１に記載の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３】
前記立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料の立方晶窒化ほう素の含有量が７０容量％以上であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の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】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１２−１５２８６６（Ｐ２０１２−１５２８６６Ａ）
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５０６７（Ｐ２０１１−１５０６７）
【出願日】平成２３年１月２７日（２０１１．１．２７）
【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２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月２７日（２０１１．１．２７）
【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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