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公開番号2024138692
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-10-09
出願番号2023049294
出願日2023-03-27
発明の名称表面被覆切削工具
出願人三菱マテリアル株式会社
代理人個人
主分類B23B 27/14 20060101AFI20241002BHJP(工作機械;他に分類されない金属加工)
要約【課題】耐摩耗性、耐熱亀裂性を有する表面被覆切削工具の提供。
【解決手段】a)被覆層は上部層、中間層、下部層を有し、b)上部層は1.0～10.0μmの平均厚さで、α-Al₂O₃層を含み、c)α-Al₂O₃層の前記基体に平行な断面においてクラックが存在し、クラックの密度が0.4～6.5本/mmであり、d)中間層は、1.5～5.0μmの平均厚さで、TiCN層を含み、e)下部層は、3.0～10.0μmの平均厚さで、TiとAlの複合窒化物層または複合炭窒化物層を含み、f)TiとAlの複合窒化物層または複合炭窒化物層は、被覆層の縦断面においてNaCl型面心立方構造の結晶粒を80～100面積%含有し、その平均組成は(Ti_1-XavgAl_Xavg)(C_YavgN_1-Yavg)(0.70≦Xavg≦0.90、0.000≦Yavg≦0.050)である表面被覆切削工具。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
基体と該基体の表面に被覆層を有する表面被覆切削工具であって、
（ａ）該被覆層は上部層、中間層、下部層の少なくとも３層を有し、
（ｂ）前記上部層は１．０～１０．０μｍの平均厚さであって、α－Ａｌ
２
Ｏ
３
層を含み、
（ｃ）前記α－Ａｌ
２
Ｏ
３
層の前記基体に平行な断面においてクラックが存在し、該クラックの密度が０．４～６．５本／ｍｍであり、
（ｄ）前記中間層は、１．５～５．０μｍの平均厚さであって、ＴｉＣＮ層を含み、
（ｅ）前記下部層は、３．０～１０．０μｍの平均厚さであって、ＴｉとＡｌの複合窒化物層または複合炭窒化物層を含み、
（ｆ）前記ＴｉとＡｌの複合窒化物層または複合炭窒化物層は、前記被覆層の縦断面においてＮａＣｌ型面心立方構造の結晶粒を８０～１００面積％含有し、その平均組成は（Ｔｉ
１－Ｘａｖｇ
Ａｌ
Ｘａｖｇ
）（Ｃ
Ｙａｖｇ
Ｎ
１－Ｙａｖｇ
）（０．７０≦Ｘａｖｇ≦０．９０、０．０００≦Ｙａｖｇ≦０．０５０）である
ことを特徴とする表面被覆切削工具。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
前記α－Ａｌ
２
Ｏ
３
層の配向性指数ＴＣ（００１２）が、６．０以上であり、構成原子共有格子点グラフにおいて前記α－Ａｌ
２
Ｏ
３
層のΣＮ＋１全体に占めるΣ３の分布割合が４０％以上、１００％以下であること。
ここで、
ＴＣ（００１２）＝［Ｉ（００１２）／Ｉ０（００１２）］
×［（１／７）×Σ（Ｉ（ｈｋｌ）／Ｉ０（ｈｋｌ）］
?１
ただし、
Ｉ（００１２）：（００１２）面におけるＸ線回折ピーク強度の測定値
Ｉ０（００１２）：ＩＣＤＤカード００－０４２－１４６８に記載のＡｌ
２
Ｏ
３
の結晶面の（００１２）面における標準Ｘ線回折ピーク強度の平均値
Σ（Ｉ（ｈｋｌ）／Ｉ０（ｈｋｌ））：（０１２）、（１０４）、（１１３）、（１１６）、（３００）、（２１４）および（００１２）の７面のそれぞれの面の（［Ｘ線回折ピーク強度の測定値］／［ＩＣＤＤカードに掲載されている、Ａｌ
２
Ｏ
３
の標準回折ピーク強度の平均値］）の値の合計値
であることを特徴とする請求項１に記載の表面被覆切削工具。
【請求項３】
前記α－Ａｌ
２
Ｏ
３
層は、残留応力が０～＋３００ＭＰａの結晶を有することを特徴とする請求項１または２に記載の表面被覆切削工具。
【請求項４】
前記α－Ａｌ
２
Ｏ
３
層において、ρα＝［Ｓ］／（［Ａｌ］＋［Ｏ］＋［Ｓ］）（［Ｑ］は、元素Ｑの原子数を表す）が０．００００１～０．０００５０であることを特徴とする請求項１または２に記載の表面被覆切削工具。
【請求項５】
前記ＴｉＣＮ層の配向性指数ＴＣ（４２２）が、２．０以上であること。
ここで、
ＴＣ（４２２）＝［Ｉ（４２２）／Ｉ０（４２２）］
×［（１／８）×Σ（Ｉ（ｈｋｌ）／Ｉ０（ｈｋｌ）］
?１
ただし、
Ｉ（４２２）：（４２２）面におけるＸ線回折ピーク強度の測定値
Ｉ０（４２２）：ＩＣＤＤカード００－０４２－１４８９に記載のＴｉＣＮの結晶面の（４２２）面における標準Ｘ線回折ピーク強度の平均値
Σ（Ｉ（ｈｋｌ）／Ｉ０（ｈｋｌ））：（１１１）、（２００）、（４２０）および（４２２）の８面のそれぞれの面の（［Ｘ線回折ピーク強度の測定値］／［ＩＣＤＤカードに掲載されている、ＴｉＣＮの標準回折ピーク強度の平均値］）の値の合計値
であることを特徴とする請求項１に記載の表面被覆切削工具。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面被覆切削工具（以下、被覆工具ということがある）に関する。
続きを表示（約 2,500 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、切削工具を高寿命とすべく、炭化タングステン（以下、ＷＣということがある）基超硬合金等の基体の表面に、被覆層を被覆した被覆工具があり、この被覆工具は耐摩耗性等が向上している。
そして、被覆工具のより一層の切削性能を向上させるために、被覆層の組成や構造について、種々の提案がなされている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、被覆層がＴｉ
１－ｘ
Ａｌ
ｘ
Ｎ層および／またはＴｉ
１－ｘ
Ａｌ
ｘ
Ｃ層および／またはＴｉ
１－ｘ
Ａｌ
ｘ
ＣＮ層（式中、ｘは０．６５～０．９５である）の上にＡｌ
２
Ｏ
３
層を有する被覆工具が記載され、該被覆工具は前記被覆層が断熱性を有するため耐久性に優れるとされている。
【０００４】
また、例えば、特許文献２には、被覆層の平均厚さ４～１４μｍのＴｉ
１－ｘ
Ａｌ
ｘ
Ｎの内層、同０．０５～１μｍのＴｉＣＮの中間層、および同１～９μｍのα－Ａｌ
２
Ｏ
３
の少なくとも１つの外層を含み、
前記α－Ａｌ
２
Ｏ
３
層のテクスチャー係数ＴＣ（ｈｋｌ）が、
ＴＣ（ｈｋｌ）＝［Ｉ（ｈｋｌ）／Ｉ０（ｈｋｌ）］
×［（１／ｎ）×Σ（Ｉ（ｈｋｌ）／Ｉ０（ｈｋｌ）］
?１
［式中、計算に使用される（ｈｋｌ）反射は（０２４）、（１１６）、（３００）、および（００１２）であり、
Ｉ（ｈｋｌ）＝（ｈｋｌ）反射の測定される強度（ピーク強度）、
Ｉ０（ｈｋｌ）＝ＩＣＤＤのＰＤＦカードＮｏ．００－０４２－１４６８による標準強度
ｎ＝反射の数］、
であって、３＜ＴＣ（００１２）＜４である被覆工具が記載され、該被覆工具は耐摩耗性及び耐櫛状クラック性が改善されているとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０１１－５１６７２２号公報
特開２０２０－５０６８１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、前記事情や前記提案を鑑みてなされたもので、高速断続切削加工を含む切削加工において優れた耐チッピング性を有する表面被覆切削工具を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の実施形態に係る表面被覆切削工具は、
基体と該基体の表面に被覆層を有し、該被覆層は上部層、中間層、下部層の少なくとも３層を有し、
（ａ）前記上部層は１．０～１０．０μｍの平均厚さであって、α－Ａｌ
２
Ｏ
３
層を含み、
（ｂ）前記α－Ａｌ
２
Ｏ
３
層の前記基体に平行な断面においてクラックが存在し、該クラックの密度が０．４～６．５本／ｍｍであり、
（ｃ）前記中間層は、１．５～５．０μｍの平均厚さであって、ＴｉＣＮ層を含み、
（ｄ）前記下部層は、３．０～１０．０μｍの平均厚さであって、ＴｉとＡｌの複合窒化物層または複合炭窒化物層を含み、
（ｅ）前記ＴｉとＡｌの複合窒化物層または複合炭窒化物層は、前記被覆層の縦断面においてＮａＣｌ型面心立方構造の結晶粒を８０～１００面積％含有し、その平均組成は（Ｔｉ
１－Ｘａｖｇ
Ａｌ
Ｘａｖｇ
）（Ｃ
Ｙａｖｇ
Ｎ
１－Ｙａｖｇ
）（０．７０≦Ｘａｖｇ≦０．９０、０．０００≦Ｙａｖｇ≦０．０５０）である。
【０００８】
さらに、前記実施形態に係る表面被覆切削工具は、次の（１）～（４）の少なくとも１つを満足してもよい。
【０００９】
（１）前記α－Ａｌ
２
Ｏ
３
層の配向性指数ＴＣ（００１２）が、６．０以上、７．０以下であり、構成原子共有格子点分布グラフにおいて前記α－Ａｌ
２
Ｏ
３
層のΣＮ＋１全体に占めるΣ３の分布割合が４０％以上、１００％以下であること。
ここで、
ＴＣ（００１２）＝［Ｉ（００１２）／Ｉ０（００１２）］
×［（１／７）×Σ（Ｉ（ｈｋｌ）／Ｉ０（ｈｋｌ）］
?１
ただし、
Ｉ（００１２）：（００１２）面におけるＸ線回折ピーク強度の測定値
Ｉ０（００１２）：ＩＣＤＤカード００－０４２－１４６８に記載のＡｌ
２
Ｏ
３
の結晶面の（００１２）面における標準Ｘ線回折ピーク強度の平均値
Σ（Ｉ（ｈｋｌ）／Ｉ０（ｈｋｌ））：（０１２）、（１０４）、（１１３）、（１１６）、（３００）、（２１４）および（００１２）の７面のそれぞれの面の（［Ｘ線回折ピーク強度の測定値］／［ＩＣＤＤカードに掲載されている、Ａｌ
２
Ｏ
３
の標準回折ピーク強度の平均値］）の値の合計値
【００１０】
（２）前記α－Ａｌ
２
Ｏ
３
層は、残留応力が０～＋３００ＭＰａの結晶を有すること。
（３）前記α－Ａｌ
２
Ｏ
３
層において、ρα＝［Ｓ］／（［Ａｌ］＋［Ｏ］＋［Ｓ］）（［Ｑ］は、元素Ｑの原子数を表す）が０．００００１～０．０００５０であること。
（【００１１】以降は省略されています）

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