(57)【要約】本発明は、耐摩耗性、耐欠損性に優れ、従来よりも工具寿命を延長できるｃＢＮ焼結体工具の提供を目的とし、ｃＢＮ：４０〜８５体積％と、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｏ、ＮｉおよびＡｌから選択される少なくとも１種の金属、これら金属の少なくとも１種の炭化物、窒化物、炭窒化物、硼化物、酸化物およびこれらの相互固溶体からなる群より選ばれた少なくとも１種からなる結合相および不可避的不純物：残部とからなりｃＢＮ焼結体に含まれるＭｏ元素量がｃＢＮ焼結体全体に対して０．２〜３．０質量％であるｃＢＮ焼結体を含むｃＢＮ焼結体工具を提供する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｃＢＮ：４０〜８５体積％と、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｏ、ＮｉおよびＡｌから選択される少なくとも１種の金属、これら金属の少なくとも１種の炭化物、窒化物、炭窒化物、硼化物、酸化物およびこれらの相互固溶体からなる群より選ばれた少なくとも１種からなる結合相および不可避的不純物：残部とからなりｃＢＮ焼結体に含まれるＭｏ元素量がｃＢＮ焼結体全体に対して０．２〜３．０質量％であるｃＢＮ焼結体を含むｃＢＮ焼結体工具。
【請求項２】
ｃＢＮ焼結体に含まれるＭｏ元素量がｃＢＮ焼結体全体に対して０．２〜２．５質量％である請求項１に記載のｃＢＮ焼結体工具。
【請求項３】
ｃＢＮ焼結体に含まれるＮｉ元素量がｃＢＮ焼結体全体に対して３．０質量％以下である請求項１または２に記載のｃＢＮ焼結体工具。
【請求項４】
ｃＢＮ焼結体に含まれるＮｉ元素量がｃＢＮ焼結体全体に対して０．２〜３．０質量％である請求項１〜３のいずれか１項に記載のｃＢＮ焼結体工具。
【請求項５】
ｃＢＮ焼結体に含まれるＮｉ元素量がｃＢＮ焼結体全体に対して０．２〜２．５質量％である請求項１〜４のいずれか１項に記載のｃＢＮ焼結体工具。
【請求項６】
ｃＢＮ焼結体に含まれるＴａ元素量がｃＢＮ焼結体全体に対して３．５質量％以下である請求項１〜５のいずれか１項に記載のｃＢＮ焼結体工具。
【請求項７】
ｃＢＮ焼結体に含まれるＴａ元素量がｃＢＮ焼結体全体に対して０．１〜３．５質量％である請求項１〜６のいずれか１項に記載のｃＢＮ焼結体工具。
【請求項８】
ｃＢＮ焼結体に含まれるＴａ元素量がｃＢＮ焼結体全体に対して０．５〜３．０質量％である請求項１〜７のいずれか１項に記載のｃＢＮ焼結体工具。
【請求項９】
ｃＢＮ焼結体に含まれるＷ元素量がｃＢＮ焼結体全体に対して０〜６質量％である請求項１〜８のいずれか１項に記載のｃＢＮ焼結体工具。
【請求項１０】
ｃＢＮ焼結体に含まれるＷ元素量がｃＢＮ焼結体全体に対して０〜５質量％である請求項１〜９のいずれか１項に記載のｃＢＮ焼結体工具。
【請求項１１】
ｃＢＮ焼結体に含まれるＷ元素量がｃＢＮ焼結体全体に対して０〜３質量％である請求項１〜１０のいずれか１項に記載のｃＢＮ焼結体工具。
【請求項１２】
結合相が、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＣ、ＴｉＢ２、ＴｉＢＮ、ＴｉＡｌＮ、Ｔｉ２ＡｌＮ、ＡｌＮ、ＡｌＢ２、ＡｌＢ１２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＣ、ＨｆＣ、ＶＣ、ＮｂＣ、Ｃｒ３Ｃ２、Ｍｏ２Ｃ、ＴａＣ、ＺｒＮ、ＨｆＮ、ＶＮ、ＮｂＮ、ＴａＮ、ＣｒＮ、ＷＣ、ＷＢ、Ｗ２Ｂ、ＣｏＷＢ、Ｗ２Ｃｏ２１Ｂ６、Ｃｏ３Ｗ３Ｃ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｏ、Ｎｉおよびこれらの相互固溶体からなる群より選択された少なくとも１種からなる請求項１〜１１のいずれか１項に記載のｃＢＮ焼結体工具。
【請求項１３】
結合相が、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＣ、ＴｉＢ２、ＡｌＮ、ＡｌＢ２、ＡｌＢ１２、Ａｌ２Ｏ３、Ｍｏ２Ｃ、ＴａＣ、ＴａＮ、ＣｒＮ、ＷＣ、ＷＢ、Ｗ２Ｂ、ＣｏＷＢ、Ｗ２Ｃｏ２１Ｂ６、Ｃｏ３Ｗ３Ｃ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｏ、Ｎｉおよびこれらの相互固溶体からなる群より選択された少なくとも１種からなる請求項１〜１２のいずれか１項に記載のｃＢＮ焼結体工具。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか１項に記載のｃＢＮ焼結体工具の表面に被膜を被覆した被覆ｃＢＮ焼結体工具。
【請求項１５】
被膜が、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、ＡｌおよびＳｉから選択される少なくとも１種の金属の酸化物、炭化物、窒化物、炭窒化物、硼化物およびこれらの相互固溶体からなる群より選ばれた少なくとも１種からなる請求項１４に記載の被覆ｃＢＮ焼結体工具。
【請求項１６】
被膜が、ＴｉＮ、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ、（Ｔｉ，Ｓｉ）Ｎ、（Ａｌ，Ｃｒ）ＮおよびＡｌ２Ｏ３からなる群より選ばれた少なくとも１種からなる請求項１４または１５に記載の被覆ｃＢＮ焼結体工具。
【請求項１７】
被膜が、単層膜または２層以上の積層膜である請求項１４〜１６のいずれか１項に記載の被覆ｃＢＮ焼結体工具。
【請求項１８】
被膜が、組成が異なる平均膜厚５〜２００ｎｍの薄膜を交互に積層した交互積層膜である請求項１４〜１７のいずれか１項に記載の被覆ｃＢＮ焼結体工具。
【請求項１９】
被膜全体の総膜厚が平均膜厚で０．５〜２０μｍである請求項１４〜１８のいずれか１項に記載の被覆ｃＢＮ焼結体工具。
【請求項２０】
被膜全体の総膜厚が平均膜厚で１〜４μｍである請求項１４〜１９のいずれか１項に記載の被覆ｃＢＮ焼結体工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はｃＢＮ焼結体工具および被覆ｃＢＮ焼結体工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
ｃＢＮ（立方晶窒化硼素）はダイヤモンドに次ぐ高い硬度と優れた熱伝導性を持ち、さらにダイヤモンドに比べて鉄との親和性が低いという特徴がある。このｃＢＮをセラミックスや金属の結合相で焼結したｃＢＮ焼結体は工具材料として非常に優れており、ｃＢＮ焼結体工具の切削性能向上のためにｃＢＮ粒子同士の結合およびｃＢＮ粒子と結合相との強固な結合形成について多数の研究がなされている。【０００３】
ｃＢＮ焼結体工具の従来技術としては、体積比で、１０〜７０％の立方晶窒化ホウ素と、残りセラミックスを主成分とする結合相と不可避不純物とからなる焼結体において、該結合相が焼結体の全体比で、酸化アルミニウム５〜３０％と、窒化アルミニウムおよび／またはホウ化アルミニウム３〜２０％と、炭化チタン、窒化チタンまたは炭窒化チタンの中の１種以上１０〜４０％と、ホウ化チタン３〜３０％とからなり、かつ該酸化アルミニウムが１μｍ以下の粒径でなることを特徴とする立方晶窒化ホウ素含有焼結体がある（例えば、特許文献１参照。）。【０００４】
また、高圧相型窒化硼素の複数の粒子と、結合相とを備え、前記粒子の含有率は２０．０体積％以上９９．７体積％以下であり、前記結合相は、前記粒子を包囲する第１の結合相と、それ以外の第２の結合相とを含み、前記第１の結合相は、Ｔｉ、ＴｉＡｌ、Ｚｒ、Ｈｆの少なくとも１種の窒化物もしくはその固溶体の少なくともいずれかの形態からなり、前記第２の結合相は、前記第１の結合相で包囲された複数の前記粒子の間に粒成長抑制結合相を含み、前記粒成長抑制結合相は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆの少なくとも１種の硼化物もしくはその固溶体の少なくともいずれかの形態、または、Ａｌの窒化物、硼化物もしくはその固溶体の少なくともいずれかの形態からなる、高圧相型窒化硼素基焼結体がある（例えば、特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−８２０３１号公報
【特許文献２】特開平１０−２１８６６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、切削加工において、被削材の難削性が増す一方で加工の高能率化が求められ切削速度や送り量が増加してきている。上記特許文献１の発明や上記特許文献２の発明を切削工具として用いたとき、耐摩耗性と耐欠損性が低く、これらの要求に十分に答えられなくなってきている。本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、耐摩耗性および耐欠損性に優れ、従来よりも工具寿命を延長できるｃＢＮ焼結体工具および被覆ｃＢＮ焼結体工具を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者が研究を重ねたところ、ｃＢＮ焼結体にＭｏ、Ｎｉ、Ｔａを微量添加することで結合相の強度が増し、ｃＢＮと結合相の結合やｃＢＮ粒子同士の結合が促進され、さらにｃＢＮ焼結体の耐酸化性が増すという知見を得た。そして、このｃＢＮ焼結体を切削工具として用いた場合、従来よりも工具寿命を延長できるという効果が得られた。これらの知見を基にして得られた本発明の要旨は次のとおりである。
（１）ｃＢＮ：４０〜８５体積％と、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｏ、ＮｉおよびＡｌから選択される少なくとも１種の金属、これら金属の少なくとも１種の炭化物、窒化物、炭窒化物、硼化物、酸化物およびこれらの相互固溶体からなる群より選ばれた少なくとも１種からなる結合相および不可避的不純物：残部とからなりｃＢＮ焼結体に含まれるＭｏ元素量がｃＢＮ焼結体全体に対して０．２〜３．０質量％であるｃＢＮ焼結体を含むｃＢＮ焼結体工具。
（２）ｃＢＮ焼結体に含まれるＮｉ元素量がｃＢＮ焼結体全体に対して０．２〜３．０質量％である（１）に記載のｃＢＮ焼結体工具。
（３）ｃＢＮ焼結体に含まれるＴａ元素量がｃＢＮ焼結体全体に対して０．１〜３．５質量％である（１）または（２）に記載のｃＢＮ焼結体工具。
（４）ｃＢＮ焼結体に含まれるＷ元素量がｃＢＮ焼結体全体に対して０〜６質量％である（１）〜（３）のいずれかに記載のｃＢＮ焼結体工具。
（５）（１）〜（４）のいずれかのｃＢＮ焼結体工具の表面に被膜を被覆した被覆ｃＢＮ焼結体工具。【０００８】
本発明のｃＢＮ焼結体はｃＢＮと結合相と不可避的不純物とからなる。本発明のｃＢＮ焼結体において、ｃＢＮが８５体積％を超えて多くなると、ｃＢＮの被削材との反応摩耗の進行による耐摩耗性の低下やクレータ摩耗の進行による耐欠損性の低下が生じる。逆にｃＢＮが４０体積％未満になると強度に劣る結合相の割合が相対的に増えるため耐欠損性の低下や熱伝導率の低下による耐摩耗性の低下が生じる。そのためｃＢＮ：４０〜８５体積％とした。ｃＢＮ含有量は、好ましくは、４５〜８５体積％であり、さらに好ましくは４５〜８２体積％である。ｃＢＮ含有量は、ｃＢＮ焼結体の断面組織をＳＥＭ（走査電子顕微鏡）で撮影し、得られた断面組織写真を画像解析することで求めることができる。【０００９】
本発明のｃＢＮ焼結体の結合相は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｏ、ＮｉおよびＡｌから選択される少なくとも１種の金属、これら金属の少なくとも１種の炭化物、窒化物、炭窒化物、硼化物、酸化物およびこれらの相互固溶体からなる群より選ばれた少なくとも１種からなる。本発明の結合相は、好ましくは、Ｗ、Ｍｏ、ＣｏおよびＮｉから選択される少なくとも１種の金属、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｏ、ＮｉおよびＡｌから選択される金属の少なくとも１種の炭化物、窒化物、炭窒化物、硼化物、酸化物およびこれらの相互固溶体からなる群より選ばれた少なくとも１種が挙げられ、具体的には、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＣ、ＴｉＢ２、ＴｉＢＮ、ＴｉＡｌＮ、Ｔｉ２ＡｌＮ、ＡｌＮ、ＡｌＢ２、ＡｌＢ１２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＣ、ＨｆＣ、ＶＣ、ＮｂＣ、Ｃｒ３Ｃ２、Ｍｏ２Ｃ、ＴａＣ、ＺｒＮ、ＨｆＮ、ＶＮ、ＮｂＮ、ＴａＮ、ＣｒＮ、ＷＣ、ＷＢ、Ｗ２Ｂ、ＣｏＷＢ、Ｗ２Ｃｏ２１Ｂ６、Ｃｏ３Ｗ３Ｃ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｏ、Ｎｉおよびこれらの相互固溶体などを挙げることができ、より好ましくは、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＣ、ＴｉＢ２、ＡｌＮ、ＡｌＢ２、ＡｌＢ１２、Ａｌ２Ｏ３、Ｍｏ２Ｃ、ＴａＣ、ＴａＮ、ＣｒＮ、ＷＣ、ＷＢ、Ｗ２Ｂ、ＣｏＷＢ、Ｗ２Ｃｏ２１Ｂ６、Ｃｏ３Ｗ３Ｃ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｏ、Ｎｉおよびこれらの相互固溶体である。【００１０】
本発明のｃＢＮ焼結体に含まれるＭｏ元素量がｃＢＮ焼結体全体に対して０．２質量％以上になると、結合相の強度が増加し、ｃＢＮと結合相の結合が促進し、ｃＢＮ粒子同士の結合が促進し、ｃＢＮ焼結体の耐摩耗性と耐欠損性が共に向上する。しかしながら、Ｍｏ元素量がｃＢＮ焼結体全体に対して３．０質量％を超えて多くなるとＭｏ化合物やＭｏ系固溶体などへの応力集中やｃＢＮ焼結体の熱伝導率の低下により、ｃＢＮ焼結体の耐摩耗性と耐欠損性が共に低下する。そのためＭｏ元素量を０．２〜３．０質量％とした。これを実現するためには、原料粉末中のＭｏ元素量をこの範囲になるように配合すればよい。Ｍｏ元素量は好ましくは、０．２〜２．５質量％である。なおｃＢＮ焼結体に含まれるＭｏ元素量はＥＤＳ（エネルギー分散型Ｘ線分析装置）またはＩＣＰ−ＡＥＳ（誘導結合プラズマ発光分光分析装置）などを用いて測定することができる。【００１１】
本発明のｃＢＮ焼結体にＮｉ元素が含まれると、結合相の強度が増加し、ｃＢＮと結合相の結合が促進し、ｃＢＮ粒子同士の結合が促進し、ｃＢＮ焼結体の耐摩耗性と耐欠損性が共に向上する傾向が見られる。しかしながら、Ｎｉ元素量がｃＢＮ焼結体全体に対して３．０質量％を超えて多くなるとＮｉ化合物やＮｉ系固溶体などへの応力集中によりｃＢＮ焼結体の耐欠損性が低下する傾向が見られる。そのため、Ｎｉ元素量は３．０質量％以下であると好ましい。これを実現するためには、原料粉末中のＮｉ元素量をこの範囲になるように配合すればよい。その中でも、本発明のｃＢＮ焼結体に含まれるＮｉ元素量がｃＢＮ焼結体全体に対して０．２質量％以上になると結合相の強度が増加し、ｃＢＮと結合相の結合が促進し、ｃＢＮ粒子同士の結合が促進し、ｃＢＮ焼結体の耐摩耗性と耐欠損性が共に向上する効果が明確になるので、０．２〜３．０質量％であると好ましく、さらに好ましくは０．５〜２．５質量％である。なおｃＢＮ焼結体に含まれるＮｉ元素量はＥＤＳまたはＩＣＰ−ＡＥＳなどを用いて測定することができる。【００１２】
本発明のｃＢＮ焼結体にＴａ元素が含まれるとｃＢＮ焼結体の耐酸化性が向上し、耐摩耗性に優れる傾向が見られる。しかしながら、本発明のｃＢＮ焼結体に含まれるＴａ元素量がｃＢＮ焼結体全体に対して３．５質量％を超えて多くなるとＴａ化合物やＴａ系固溶体などへの応力集中により、ｃＢＮ焼結体の耐欠損性が低下する傾向が見られる。そのため、Ｔａ元素量は３．５質量％以下であると好ましい。これを実現するためには、原料粉末中のＴａ元素量をこの範囲になるように配合すればよい。その中でも、本発明のｃＢＮ焼結体に含まれるＴａ元素量がｃＢＮ焼結体全体に対して０．１質量％以上になるとｃＢＮ焼結体の耐酸化性が向上し、耐摩耗性に優れる効果が明確になるので、０．１〜３．５質量％であると好ましく、さらに好ましくは０．５〜３．０質量％である。なおｃＢＮ焼結体に含まれるＴａ元素量はＥＤＳまたはＩＣＰ−ＡＥＳなどを用いて測定することができる。【００１３】
本発明のｃＢＮ焼結体を製造する方法において、原料粉末を粉砕・混合する工程ではＷＣ基超硬合金ボールを使用したボールミル混合を行うと粉砕・混合効率が良く好ましい。しかしながら、ＷＣ基超硬合金ボールを使用するとＷ元素がｃＢＮ焼結体に混入する。ｃＢＮ焼結体に混入したＷ元素はＷＣ、ＷＢ、Ｗ２Ｂ、ＣｏＷＢ、Ｗ２Ｃｏ２１Ｂ６、Ｃｏ３Ｗ３Ｃ、Ｗなどの形でｃＢＮ焼結体の結合相中に存在する。これらのＷの金属およびタングステン化合物は切削時の欠損や亀裂の起点となりやすいので、本発明のｃＢＮ焼結体に含まれるＷ元素量はｃＢＮ焼結体全体に対して０〜６質量％が好ましく、その中でも０〜５質量％がさらに好ましく、その中でも０〜３質量％がさらに好ましい。なお、本発明のｃＢＮ焼結体に含まれるＷ元素量はＥＤＳまたはＩＣＰ−ＡＥＳなどを用いて測定することができる。【００１４】
本発明のｃＢＮ焼結体の不可避的不純物としては、ｃＢＮ焼結体の製造工程から混入されるＦｅを挙げることができる。不可避的不純物の合計はｃＢＮ焼結体全体に対して０．５質量％以下であり、通常はｃＢＮ焼結体全体に対して０．１質量％以下に抑えることができるので、本発明の特性値に影響を及ぼすことはない。なお、本発明においては、本発明のｃＢＮ焼結体の特性を損なわない範囲で、ｃＢＮと結合相と不可避的不純物の他に、不可避的不純物とはいえない他の成分を少量含有してもよい。【００１５】
本発明のｃＢＮ焼結体の表面に被膜を被覆すると耐摩耗性が向上するので、さらに好ましい。本発明の被膜は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、ＡｌおよびＳｉから選択される少なくとも１種の金属の酸化物、炭化物、窒化物、炭窒化物、硼化物およびこれらの相互固溶体からなる群より選ばれた少なくとも１種からなる。具体的には、ＴｉＮ、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ、（Ｔｉ，Ｓｉ）Ｎ、（Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ、Ａｌ２Ｏ３などを挙げることができる。被膜は単層膜または２層以上の積層膜のいずれも好ましく、組成が異なる平均膜厚５〜２００ｎｍの薄膜を交互に積層した交互積層膜も好ましい。被膜全体の総膜厚は平均膜厚で、０．５μｍ未満であると耐摩耗性が低下し、２０μｍを超えると耐欠損性が低下することから、被膜全体の総膜厚は平均膜厚で０．５〜２０μｍであると好ましく、その中でも１〜４μｍであると、さらに好ましい。【００１６】
本発明のｃＢＮ焼結体工具は、少なくとも刃先部分が本発明のｃＢＮ焼結体からなる切削工具である。本発明のｃＢＮ焼結体工具全体が本発明のｃＢＮ焼結体のみで構成されてもよいが、刃先部分以外が本発明のｃＢＮ焼結体と異なる材料、例えば超硬合金、でもよい。例えば、切削工具形状の超硬合金の刃先部分に本発明のｃＢＮ焼結体をろう付けして、刃先部分が本発明のｃＢＮ焼結体になるように加工した切削工具でもよい。同様に、本発明の被覆ｃＢＮ焼結体工具は、少なくとも刃先部分が本発明のｃＢＮ焼結体の表面に被膜を被覆した本発明の被覆ｃＢＮ焼結体からなる切削工具である。本発明の被覆ｃＢＮ焼結体工具全体が本発明の被覆ｃＢＮ焼結体のみで構成されてもよいが、刃先部分以外が本発明の被覆ｃＢＮ焼結体と異なる材料、例えば超硬合金や被覆超硬合金、でもよい。例えば、切削工具形状の超硬合金の刃先部分に本発明のｃＢＮ焼結体をろう付けして、刃先部分が本発明のｃＢＮ焼結体になるように加工し、さらにその表面に被膜を被覆した切削工具でもよい。【００１７】
本発明のｃＢＮ焼結体は、Ｍｏを微量添加することで結合相の強度が増し、ｃＢＮと結合相の結合や、ｃＢＮ粒子同士の結合が促進されることから、耐摩耗性および耐欠損性に優れる。そのため、少なくとも刃先部分が本発明のｃＢＮ焼結体である本発明のｃＢＮ焼結体工具は従来よりも工具寿命を延長できる。その中でも、本発明のｃＢＮ焼結体工具を焼入鋼加工用ｃＢＮ焼結体工具として用いると工具寿命延長の効果が高いので、さらに好ましい。同様に、少なくとも刃先部分が本発明の被覆ｃＢＮ焼結体である本発明の被覆ｃＢＮ焼結体工具は従来よりも工具寿命を延長できる。その中でも、本発明の被覆ｃＢＮ焼結体工具を焼入鋼加工用被覆ｃＢＮ焼結体工具として用いると工具寿命延長の効果が高いので、さらに好ましい。【００１８】
本発明のｃＢＮ焼結体工具の製造方法の一例を以下に述べる。
［工程１］ｃＢＮ粉末と、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｗ、Ｃｏ、Ａｌの金属、これら金属の少なくとも１種の炭化物、窒化物、炭窒化物、硼化物、酸化物およびこれらの相互固溶体からなる群より選ばれた少なくとも１種からなる結合相形成用粉末と、添加物としてＭｏ金属粉末およびＭｏ２Ｃ粉末の１種または２種、必要に応じてＮｉ金属粉末、Ｔａ金属粉末およびＴａＣ粉末の１種または２種を用意し、所定の組成になるようにｃＢＮ粉末、結合相形成用粉末および添加物を秤量する。
［工程２］結合相形成用粉末及び添加物を、例えば、ボールと有機溶媒とポットとからなる湿式ボールミルを用いて混合し、有機溶媒を蒸発させ、混合粉末を得る。
［工程３］混合粉末を７００〜１０００℃の温度で熱処理して脆性な金属間化合物をつくる反応をさせて脆性のある相にする。
［工程４］脆性のある相を、例えば、ボールと有機溶媒とポットとからなる湿式ボールミルを用いて混合し、細かく粉砕する。
［工程５］工程４で粉砕された粉末にｃＢＮ粉末を追加して混合し、これらを均一に分散させる。このとき混合する方法としては、例えば、混合時間１〜１０時間の湿式ボールミル、混合時間５〜１２０分間の超音波混合などを挙げることができる。
［工程６］工程５で得られた混合粉末を、例えば、Ｔａ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｚｒなどの金属カプセルに入れ、金属カプセルを超高圧高温発生装置に装填し、圧力６〜８ＧＰａ、温度１２００〜１６００℃の条件下で焼結して本発明のｃＢＮ焼結体を得る。
［工程７］工程６で得られたｃＢＮ焼結体を工具に加工して本発明のｃＢＮ焼結体工具を得る。【００１９】
本発明の被覆ｃＢＮ焼結体工具は、本発明のｃＢＮ焼結体工具の表面に従来のＣＶＤ法、ＰＶＤ法により被膜を被覆することで得られる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のｃＢＮ焼結体工具および被覆ｃＢＮ焼結体工具は、耐摩耗性および耐欠損性に優れる。本発明のｃＢＮ焼結体工具および被覆ｃＢＮ焼結体工具は従来よりも工具寿命を延長できるという効果を奏する。
【実施例１】
【００２１】
平均粒径３．０μｍのｃＢＮ粉末を用意し、結合相形成用粉末として、平均粒径１．５μｍのＴｉＮ粉末、平均粒径３．１μｍのＡｌ粉末を用意し、添加物として平均粒径２．５μｍのＭｏ粉末、平均粒径２．５μｍのＮｉ粉末、平均粒径４．０μｍのＴａ粉末を用意し、表１に示す配合組成に秤量した。【００２２】
【表１】
2012105710.tif 000002
【００２３】
秤量した原料粉末の内、ｃＢＮ粉末以外の結合相形成用粉末と添加物をＷＣ基超硬合金ボールと有機溶媒とポットとからなる湿式ボールミルを用いて混合し、得られた混合粉末を８５０℃の温度で熱処理して反応させ脆性のある相にした。得られた脆性のある相をＷＣ基超硬合金ボールと有機溶媒とポットとからなる湿式ボールミルを用いて細かく粉砕した。次に細かく粉砕した脆性のある相の粉末にｃＢＮ粉末を加えて、ＷＣ基超硬合金ボールと有機溶媒とポットとからなる湿式ボールミルを用いてさらに６時間混合した。ただし試料番号５については１５時間混合した。得られた混合粉末をＴａカプセルに入れ、Ｔａカプセルを超高圧高温発生装置に装填し、圧力６ＧＰａ、温度１２００℃で焼結して発明品と比較品のｃＢＮ焼結体を得た。【００２４】
得られたｃＢＮ焼結体の断面組織から、ＳＥＭ、画像解析装置、ＥＤＳ、Ｘ線回折装置を用いて、ｃＢＮの体積％、結合相の体積％とその主な組成、ｃＢＮ焼結体全体に含まれるＭｏ元素、Ｎｉ元素、Ｔａ元素およびＷ元素の含有量（ｃＢＮ焼結体全体に対する各元素の質量％）を測定し、その値を表２に示した。【００２５】
【表２】
2012105710.tif 000003
【００２６】
試料番号１〜５のｃＢＮ焼結体をワイヤ放電加工機で所定の形状にカットしたものを、超硬合金基材にろう付けし、研削仕上げ加工をして、刃先部分がｃＢＮ焼結体からなり刃先部分以外が超硬合金からなるＩＳＯ規格ＣＮＧＡ１２０４０８切削インサート形状のｃＢＮ焼結体工具を得た。【００２７】
発明品と比較品のｃＢＮ焼結体工具を用いて以下の切削試験を行った。発明品と比較品の工具寿命は表３に示した。【００２８】
［連続切削試験］
加工形態：旋削加工、
被削材：焼入鋼ＳＣＭ４１５Ｈ（形状：円柱状）、
切削速度：１８０ｍ／ｍｉｎ、
送り：０．１５ｍｍ／ｒｅｖ、
切り込み：０．１５ｍｍ、
雰囲気：湿式、
寿命判定：ｃＢＮ焼結体工具の逃げ面摩耗幅が０．１５ｍｍを超えたとき、もしくは欠損を生じたときを工具寿命とした。【００２９】
［断続切削試験］
加工形態：旋削加工、
被削材：焼入鋼ＳＣＭ４１５Ｈ（形状：円柱に２本のＶ溝を入れた略円柱状）、
切削速度：１５０ｍ／ｍｉｎ、
送り：０．１２ｍｍ／ｒｅｖ、
切り込み：０．１５ｍｍ、
雰囲気：乾式、
寿命判定：ｃＢＮ焼結体工具が欠損したときを工具寿命とした。【００３０】
【表３】
2012105710.tif 000004
【００３１】
表３から、発明品は比較品よりも耐摩耗性および耐欠損性が優れ、発明品は比較品よりも工具寿命が長いことが分かる。
【実施例２】
【００３２】
平均粒径３．０μｍのｃＢＮ粉末を用意し、結合相形成用粉末として、平均粒径１．５μｍのＴｉＮ粉末、平均粒径３．１μｍのＡｌ粉末、平均粒径０．４μｍのＣｏ粉末、平均粒径２．０μｍのＷＣ粉末を用意し、添加物として平均粒径２．５μｍのＭｏ粉末、平均粒径２．５μｍのＮｉ粉末、平均粒径４．０μｍのＴａ粉末を用意し、表４に示す配合組成に秤量した。【００３３】
【表４】
2012105710.tif 000005
【００３４】
秤量した原料粉末の内、ｃＢＮ粉末以外の結合相形成用粉末と添加物をＷＣ基超硬合金ボールと有機溶媒とポットとからなる湿式ボールミルを用いて混合し、得られた混合粉末を８５０℃の温度で熱処理して反応させ脆性のある相にした。得られた脆性のある相をＷＣ基超硬合金ボールと有機溶媒とポットとからなる湿式ボールミルを用いて細かく粉砕した。次に細かく粉砕した脆性のある相の粉末にｃＢＮ粉末を加えて、ＷＣ基超硬合金ボールと有機溶媒とポットとからなる湿式ボールミルを用いてさらに６時間混合した。得られた混合粉末をＴａカプセルに入れ、Ｔａカプセルを超高圧高温発生装置に装填し、圧力７．５ＧＰａ、温度１６００℃で焼結して発明品と比較品のｃＢＮ焼結体を得た。【００３５】
得られたｃＢＮ焼結体の断面組織から、ＳＥＭ、画像解析装置、ＥＤＳ、Ｘ線回折装置を用いてｃＢＮの体積％、結合相の体積％とその主な組成、ｃＢＮ焼結体全体に含まれるＭｏ元素、Ｎｉ元素、Ｔａ元素およびＷ元素の含有量（ｃＢＮ焼結体全体に含まれる各元素の質量％）を測定し、その値を表５に示した。【００３６】
【表５】
2012105710.tif 000006
【００３７】
試料番号６〜１５のｃＢＮ焼結体をワイヤ放電加工機で所定の形状にカットしたものを、超硬合金基材にろう付けし、研削仕上げ加工をして、刃先部分がｃＢＮ焼結体からなり刃先部分以外が超硬合金からなるＩＳＯ規格ＣＮＧＡ１２０４０８切削インサート形状のｃＢＮ焼結体工具を得た。【００３８】
発明品と比較品のｃＢＮ焼結体工具を用いて以下の切削試験を行った。発明品と比較品の工具寿命は表６に示した。【００３９】
［連続切削試験］
加工形態：旋削加工、
被削材：焼入鋼ＳＣＭ４１５Ｈ（形状：円柱状）、
切削速度：１３０ｍ／ｍｉｎ、
送り：０．１５ｍｍ／ｒｅｖ、
切り込み：０．１５ｍｍ、
雰囲気：湿式、
寿命判定：ｃＢＮ焼結体工具の逃げ面摩耗幅が０．１５ｍｍを超えたとき、もしくは欠損を生じたときを工具寿命とした。【００４０】
［断続切削試験］
加工形態：旋削加工、
被削材：焼入鋼ＳＣＭ４３５Ｈ（形状：円柱に２本のＶ溝を入れた略円柱状）、
切削速度：１３０ｍ／ｍｉｎ、
送り：０．１５ｍｍ／ｒｅｖ、
切り込み：０．１５ｍｍ、
雰囲気：湿式、
寿命判定：ｃＢＮ焼結体工具が欠損したときを工具寿命とした。【００４１】
【表６】
2012105710.tif 000007
【００４２】
表６から、発明品は比較品よりも耐摩耗性および耐欠損性が優れ、発明品は比較品よりも工具寿命が長いことが分かる。
【実施例３】
【００４３】
平均粒径３．０μｍのｃＢＮ粉末を用意し、結合相形成用粉末として、平均粒径１．２μｍのＴｉＣ粉末、平均粒径３．１μｍのＡｌ粉末を用意し、添加物として平均粒径２．５μｍのＭｏ粉末、平均粒径２．５μｍのＮｉ粉末、平均粒径４．０μｍのＴａ粉末を用意し、表７に示す配合組成に秤量した。【００４４】
【表７】
2012105710.tif 000008
【００４５】
秤量した原料粉末の内、ｃＢＮ粉末以外の結合相形成用粉末と添加物をＷＣ基超硬合金ボールと有機溶媒とポットとからなる湿式ボールミルを用いて混合し、得られた混合粉末を８５０℃の温度で熱処理して反応させ脆性のある相にした。得られた脆性のある相をＷＣ基超硬合金ボールと有機溶媒とポットとからなる湿式ボールミルを用いて細かく粉砕した。次に細かく粉砕した脆性のある相の粉末にｃＢＮ粉末を加えて、ＷＣ基超硬合金ボールと有機溶媒とポットとからなる湿式ボールミルを用いてさらに６時間混合した。得られた混合粉末をＴａカプセルに入れ、Ｔａカプセルを超高圧高温発生装置に装填し、圧力７ＧＰａ、温度１３００℃で焼結して発明品と比較品のｃＢＮ焼結体を得た。【００４６】
得られたｃＢＮ焼結体の断面組織から、ＳＥＭ、画像解析装置、ＥＤＳ、Ｘ線回折装置を用いて、ｃＢＮの体積％、結合相の体積％とその主な組成、ｃＢＮ焼結体全体に含まれるＭｏ元素、Ｎｉ元素、Ｔａ元素およびＷ元素の含有量（ｃＢＮ焼結体全体に対する各元素の質量％）を測定し、その値を表８に示した。【００４７】
【表８】
2012105710.tif 000009
【００４８】
試料番号１６〜２１のｃＢＮ焼結体をワイヤ放電加工機で所定の形状にカットしたものを超硬合金基材にろう付けし、研削仕上げ加工をして、刃先部分がｃＢＮ焼結体からなり刃先部分以外が超硬合金からなるＩＳＯ規格ＣＮＧＡ１２０４０８切削インサート形状のｃＢＮ焼結体工具を得た。得られたｃＢＮ焼結体工具を用いて以下の切削試験を行った。ｃＢＮ焼結体工具の工具寿命は表９に示した。【００４９】
［連続切削試験］
加工形態：旋削加工、
被削材：焼入鋼ＳＣＭ４１５Ｈ（形状：円柱状）、
切削速度：１５０ｍ／ｍｉｎ、
送り：０．１５ｍｍ／ｒｅｖ、
切り込み：０．１５ｍｍ、
雰囲気：湿式、
寿命判定：ｃＢＮ焼結体工具の逃げ面摩耗幅が０．１５ｍｍを超えたとき、もしくは欠損を生じたときを工具寿命とした。【００５０】
［断続切削試験］
加工形態：旋削加工、
被削材：焼入鋼ＳＣＭ４３５Ｈ（形状：円柱に２本のＶ溝を入れた略円柱状）、
切削速度：１３０ｍ／ｍｉｎ、
送り：０．１５ｍｍ／ｒｅｖ、
切り込み０．１５ｍｍ、
雰囲気：乾式、
寿命判定：ｃＢＮ焼結体工具が欠損したときを工具寿命とした。【００５１】
【表９】
2012105710.tif 000010
【００５２】
表９から、発明品は比較品よりも耐摩耗性および耐欠損性が優れ、発明品は比較品よりも工具寿命が長いことが分かる。
【実施例４】
【００５３】
平均粒径３．０μｍのｃＢＮ粉末を用意し、結合相形成用粉末として、平均粒径０．８μｍのＴｉＣＮ粉末、平均粒径３．１μｍのＡｌ粉末を用意し、添加物として平均粒径２．５μｍのＭｏ粉末、平均粒径２．５μｍのＮｉ粉末、平均粒径４．０μｍのＴａ粉末を用意し、表１０に示す配合組成に秤量した。【００５４】
【表１０】
2012105710.tif 000011
【００５５】
秤量した原料粉末の内、ｃＢＮ粉末以外の結合相形成用粉末と添加物をＷＣ基超硬合金ボールと有機溶媒とポットとからなる湿式ボールミルを用いて混合し、得られた混合粉末を８５０℃の温度で熱処理して反応させ脆性のある相にした。得られた脆性のある相をＷＣ基超硬合金ボールと有機溶媒とポットとからなる湿式ボールミルを用いて細かく粉砕した。次に細かく粉砕した脆性のある相の粉末に平均粒径３．０μｍのｃＢＮ粉末を加えて、ＷＣ基超硬合金ボールと有機溶媒とポットとからなる湿式ボールミルを用いてさらに６時間混合した。得られた混合粉末をＴａカプセルに入れ、Ｔａカプセルを超高圧高温発生装置に装填し、圧力７．２ＧＰａ、温度１４００℃で焼結して発明品と比較品のｃＢＮ焼結体を得た。【００５６】
得られたｃＢＮ焼結体の断面組織から、ＳＥＭ、画像解析装置、ＥＤＳ、Ｘ線回折装置を用いてｃＢＮの体積％、結合相の体積％とその主な組成、ｃＢＮ焼結体全体に含まれるＭｏ元素、Ｎｉ元素、Ｔａ元素およびＷ元素の含有量（ｃＢＮ焼結体全体に対する各元素の質量％）を測定し、その値を表１１に示した。【００５７】
【表１１】
2012105710.tif 000012
【００５８】
試料番号２２〜２６のｃＢＮ焼結体をワイヤ放電加工機で所定の形状にカットしたものを超硬合金基材にろう付けし、研削仕上げ加工をして、ＩＳＯ規格ＣＮＧＡ１２０４０８切削インサート形状のｃＢＮ焼結体工具を得た。試料番号２３に関しては、試料番号２３のｃＢＮ焼結体工具の表面にＰＶＤ法により平均膜厚１．３μｍの（Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ膜を被覆して被覆ｃＢＮ焼結体工具を得た。得られた試料番号２２、２４〜２６のｃＢＮ焼結体工具および試料番号２３の被覆ｃＢＮ焼結体工具を用いて以下の切削試験を行った。ｃＢＮ焼結体工具および被覆ｃＢＮ焼結体工具の工具寿命は表１２に示した。【００５９】
［連続切削試験］
加工形態：旋削加工、
被削材：焼入鋼ＳＣＭ４１５Ｈ（形状：円柱状）、
切削速度：１３０ｍ／ｍｉｎ、
送り：０．１５ｍｍ／ｒｅｖ、
切り込み：０．１５ｍｍ、
雰囲気：湿式、
寿命判定：ｃＢＮ焼結体工具、被覆ｃＢＮ焼結体工具の逃げ面摩耗幅が０．１５ｍｍを超えたとき、もしくは欠損を生じたときを工具寿命とした。【００６０】
［断続切削試験］
加工形態：旋削加工、
被削材：焼入鋼ＳＣＭ４３５Ｈ（形状：円柱に２本のＶ溝を入れた略円柱状）、
切削速度：１３０ｍ／ｍｉｎ、
送り：０．１５ｍｍ／ｒｅｖ、
切り込み０．１５ｍｍ、
雰囲気：湿式、
寿命判定：ｃＢＮ焼結体工具、被覆ｃＢＮ焼結体工具が欠損したときを工具寿命とした。【００６１】
【表１２】
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【００６２】
表１２から、発明品は比較品よりも耐摩耗性および耐欠損性が優れ、発明品は比較品よりも工具寿命が長いことが分かる。
【国際調査報告】
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