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公開番号2025044622
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-02
出願番号2023152311
出願日2023-09-20
発明の名称被覆切削工具
出願人株式会社タンガロイ
代理人個人,個人,個人,個人
主分類B23B 27/14 20060101AFI20250326BHJP(工作機械;他に分類されない金属加工)
要約【課題】本発明は、高速加工と、高送り加工との双方において工具寿命を延長することのできる被覆切削工具を提供することを目的とする。
【解決手段】基材と、基材の上に形成された被覆層と、を含む被覆切削工具であって、被覆層は、A層とB層とが交互にそれぞれ2層以上形成された第1交互積層構造を有し、A層は、(Al_aCr_bTi_1-a-b)Nを含有し、B層は、(Al_cTi_1-c-dB_d)Nを含有し、第1交互積層構造の平均厚さが、0.50μm以上10.00μm以下であり、第1交互積層構造におけるA層及びB層の各々の1層当たりの平均厚さが、2nm以上300nm以下である、被覆切削工具。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
基材と、前記基材の上に形成された被覆層と、を含む被覆切削工具であって、
前記被覆層は、Ａ層とＢ層とが交互にそれぞれ２層以上形成された第１交互積層構造を有し、
前記Ａ層は、下記式（１）で表される組成を有する化合物を含有し、
（Ａｌ
a
Ｃｒ
b
Ｔｉ
1-a-b
）Ｎ（１）
（式（１）中、ａはＡｌ元素、Ｃｒ元素及びＴｉ元素の合計に対するＡｌ元素の含有割合（原子比）であり、
０．５０≦ａ≦０．６８を満たし、
ｂはＡｌ元素、Ｃｒ元素及びＴｉ元素の合計に対するＣｒ元素の含有割合（原子比）であり、
０．０２≦ｂ≦０．３０を満たし、
１－ａ－ｂはＡｌ元素、Ｃｒ元素及びＴｉ元素の合計に対するＴｉ元素の含有割合（原子比）であり、
０．１１≦１－ａ－ｂ≦０．４０を満たす。）
前記Ｂ層は、下記式（２）で表される組成を有する化合物を含有し、
（Ａｌ
c
Ｔｉ
1-c-d
Ｂ
d
）Ｎ（２）
（式（２）中、ｃはＡｌ元素、Ｔｉ元素及びＢ元素の合計に対するＡｌ元素の含有割合（原子比）であり、
０．３０≦ｃ≦０．６４を満たし、
ｄはＡｌ元素、Ｔｉ元素及びＢ元素の合計に対するＢ元素の含有割合（原子比）であり、
０．０１≦ｄ≦０．１０を満たし、
１－ｃ－ｄはＡｌ元素、Ｔｉ元素及びＢ元素の合計に対するＴｉ元素の含有割合（原子比）であり、
０．３０≦１－ｃ－ｄ≦０．６９を満たす。）
前記第１交互積層構造の平均厚さが、０．５０μｍ以上１０．００μｍ以下であり、
前記第１交互積層構造における前記Ａ層の１層当たりの平均厚さが、２ｎｍ以上３００ｎｍ以下であり、
前記第１交互積層構造における前記Ｂ層の１層当たりの平均厚さが、２ｎｍ以上３００ｎｍ以下である、
被覆切削工具。
続きを表示（約 1,900 文字）【請求項２】
前記Ｂ層におけるＢ元素の含有割合（原子比）に対する前記Ａ層におけるＴｉ元素の含有割合（原子比）の比（（１－ａ－ｂ）／ｄ）が、２．０以上２５．０以下である、
請求項１に記載の被覆切削工具。
【請求項３】
前記Ａ層におけるＡｌ元素の含有割合（原子比）及び前記Ｂ層におけるＡｌ元素の含有割合（原子比）の平均値（（ａ＋ｃ）／２）が、０．５０以上０．６２以下である、
請求項１又は２に記載の被覆切削工具。
【請求項４】
前記被覆層は、さらに前記Ａ層とＣ層とが交互にそれぞれ２層以上形成された第２交互積層構造を有し、
前記Ｃ層は、下記式（３）で表される組成を有する化合物を含有し、
（Ａｌ
e
Ｔｉ
1-e
）Ｎ（３）
（式（３）中、ｅはＡｌ元及びＴｉ元素の合計に対するＡｌ元素の含有割合（原子比）であり、
０．３０≦ｅ≦０．６４を満たし、
１－ｅはＡｌ元及びＴｉ元素の合計に対するＴｉ元素の含有割合（原子比）であり、
０．３６≦１－ｅ≦０．７０を満たす。）
前記第２交互積層構造の平均厚さが、０．５０μｍ以上５．００μｍ以下であり、
前記第２交互積層構造における前記Ａ層の１層当たりの平均厚さが、２ｎｍ以上３０ｎｍ未満であり、
前記第２交互積層構造における前記Ｃ層の１層当たりの平均厚さが、２ｎｍ以上３０ｎｍ未満である、
請求項１に記載の被覆切削工具。
【請求項５】
前記第１交互積層構造における前記Ａ層の１層当たりの平均厚さが、３０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であり、
前記第１交互積層構造における前記Ｂ層の１層当たりの平均厚さが、３０ｎｍ以上３００ｎｍ以下である、
請求項１又は２に記載の被覆切削工具。
【請求項６】
前記被覆層は、前記第１交互積層構造と前記第２交互積層構造とが交互に合計で３回以上形成された第３交互積層構造を有し、
前記第３交互積層構造における前記第１交互積層構造の１構造当たりの平均厚さが、０．１μｍ以上１．５μｍ以下であり、
前記第３交互積層構造における前記第２交互積層構造の１構造当たりの平均厚さが、０．１μｍ以上１．５μｍ以下である、
請求項４に記載の被覆切削工具。
【請求項７】
前記第１交互積層構造のＸ線回折において、立方晶（２００）面の回折ピーク強度（Ｉ（２００））に対する立方晶（１１１）面の回折ピーク強度（Ｉ（１１１））の比（Ｉ（１１１）／Ｉ（２００））が、０．５以上５．０以下である、
請求項１又は２に記載の被覆切削工具。
【請求項８】
前記第３交互積層構造のＸ線回折において、立方晶（２００）面の回折ピーク強度（Ｉ（２００））に対する立方晶（１１１）面の回折ピーク強度（Ｉ（１１１））の比（Ｉ（１１１）／Ｉ（２００））が、０．５以上５．０以下である、
請求項６に記載の被覆切削工具。
【請求項９】
前記被覆層は、前記第１交互積層構造又は前記第３交互積層構造における前記基材と反対側の表面に、上部層を有し、
前記上部層は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｓｉ及びＹからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素と、Ｃ、Ｎ、Ｏ及びＢからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素とからなる化合物の単層又は多層（ただし、前記上部層を構成する化合物の組成は、前記上部層と接する、前記第１交互積層構造又は前記第２交互積層構造の層を構成する化合物の組成とは異なる。）であり、
前記上部層の平均厚さが、０．０１μｍ以上２．００μｍ以下である、
請求項１又は６に記載の被覆切削工具。
【請求項１０】
前記被覆層は、前記基材と前記第１交互積層構造又は前記第３交互積層構造との間に、下部層を有し、
前記下部層は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｓｉ及びＹからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素と、Ｃ、Ｎ、Ｏ及びＢからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素とからなる化合物の単層又は多層（ただし、前記下部層を構成する化合物の組成は、前記下部層と接する、前記第１交互積層構造又は前記第２交互積層構造の層を構成する化合物の組成とは異なる。）であり、
前記下部層の平均厚さが、０．０１μｍ以上２．００μｍ以下である、
請求項１又は６に記載の被覆切削工具。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、被覆切削工具に関するものである。
続きを表示（約 2,300 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、鋼などの切削加工には超硬合金や立方晶窒化硼素（ｃＢＮ）焼結体からなる切削工具が広く用いられている。中でも超硬合金基材の表面にＴｉＮ層、ＴｉＡｌＮ層、ＴｉＣｒＮ層などの硬質被覆膜を１又は２以上含む表面被覆切削工具は汎用性の高さから様々な加工に使用されている。
【０００３】
例えば、特許文献１では、工具基体と被覆層を含む表面被覆切削工具であって、前記被覆層は、０．２～１０．０μｍの厚みを有し、第１層と第２層が交互にそれぞれ少なくとも１つ以上積層された構造を含み、前記少なくとも１つの第１層は、それぞれ、０．５～１００．０ｎｍの平均厚みを有し、式：（Ａｌ
x
Ｔｉ
1-x-y-z
Ｍ
y
）Ｂ
z
Ｎ（ただし、Ｍは周期表の４族、５族、６族、ランタノイドから１種又は２種以上の元素であり、ｘが０．１００～０．６４０、ｙが０．００１～０．１００、ｚが０．０６０～０．４００である）で表わされる平均組成を有し、前記少なくとも１つの第２層は、それぞれ、０．５～１００．０ｎｍの平均厚みを有し、式：（Ａｌ
p
Ｃｒ
1-p-q-r
Ｍ’
q
）Ｂ
r
Ｎ（ただし、Ｍ’は周期表の４族、５族、６族、ランタノイドから１種又は２種以上の元素であり、ｐが０．６５０～０．９００、ｑが０．０００～０．１００、ｒが０．０００～０．０５０である）で表される平均組成を有することを特徴とする表面被覆切削工具が提案されている。
【０００４】
また、例えば、特許文献２では、超硬合金ボディとＰＶＤコーティングとを含むコーティング切削工具であって、超硬合金ボディは、５～１８重量％のＣｏ、０．１～２．５重量％のＣｒ、元素の周期律表の第４、５及び６族の金属の炭化物又は炭窒化物（ＷＣ以外）０～１０重量％、及び残りのＷＣである組成を有し、ＰＶＤコーティングは、平均組成Ｔｉ
a
Ａｌ
b
Ｃｒ
c
Ｎ（ａ＝０．２５～０．７、ｂ＝０．３～０．７、及びｃ＝０．０１～０．２、ａ＋ｂ＋ｃ＝１）を有する（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎナノ層状ＰＶＤコーティングであり、該ＰＶＤコーティングは、ナノ層状ＰＶＤコーティングＡ／Ｂ／Ａ／Ｂ／Ａ・・・であり、ここで、副層ＡはＴｉ
u
Ａｌ
v
Ｃｒ
w
Ｎ（ｕ＝０．１～０．４、ｖ＝０．５～０．８、ｗ＝０．０１～０．３、ｕ＋ｖ＋ｗ＝１）、副層ＢはＴｉ
x
Ａｌ
y
Ｃｒ
z
Ｎ（ｘ＝０．４～０．７、ｙ＝０．３～０．６、ｚ＝０～０．２、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、ｕ＜ｘ及びｖ＞ｙ）からそれぞれなり、ナノ層状ＰＶＤコーティングの厚さは、０．５～１０μｍである、コーティング切削工具が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
国際公開第２０２２／１７６２３０号
国際公開第２０１７／００９１０１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、切削加工に対する省力化及び省エネ化、さらに低コスト化の要求は強く、これに伴い、被覆切削工具にはより効率的な加工に耐えうる性能が求められている。より効率的な加工として、例えば加工条件は高速化及び／又は高送り化の傾向にあるが、これらの条件において、被覆切削工具に求められる性能は大きく異なる。
【０００７】
高速加工においては、被覆切削工具に用いられる材料は硬度を高くして耐摩耗性を高めることに加え、高温下での耐熱衝撃性の向上、材料の変質による脆化を抑制することが求められる。一方で高送り加工においては、工具刃先にかかる負荷が大きくなりやすいため、被覆切削工具に用いられる材料には高い靭性が求められる。
【０００８】
これらの高速加工及び高送り加工において被覆切削工具に求められる性質は、一般的に両立することが困難であるため、通常はそれぞれの加工に適した被覆切削工具を選択し、用いられている。一方で、これらの２つの性質を両立し、高めることは、１種の被覆切削工具で様々な加工条件に対応することができるため、低コスト化の観点より好ましい。
【０００９】
特許文献１の表面被覆切削工具は、被覆層において、Ｂ元素を含む第１層と、Ｂ元素を含んでいなくてもよい第２層との交互積層が形成され、高速加工における耐熱衝撃性に優れる。しかしながら、特許文献１の表面被覆切削工具は、被覆層において、第１層と第２層との界面近傍の熱的安定性及び靭性が不十分であり、さらなる改善の余地がある。以上の理由から、特許文献１の表面被覆切削工具は、高速加工における耐欠損性と、高送り加工における耐欠損性との双方において改善の余地がある。
【００１０】
また、特許文献２のコーティング切削工具は、被覆層において、副層Ａと副層Ｂとの交互積層が形成され、高送り加工における耐欠損性に優れる。一方で、特許文献２のコーティング切削工具は、被覆層がＢ元素を含まないため、被覆層の硬さが不十分であり、また、Ｂ元素を含む層と、Ｂ元素を含まない層との交互積層が形成されていないため、高速加工における耐熱衝撃性が不十分である。以上の理由から、特許文献２のコーティング切削工具は、高速加工における耐摩耗性及び耐欠損性において改善の余地がある。
（【００１１】以降は省略されています）

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