(57)【要約】【課題】切屑を成形し金属機械加工に適した被覆切削工具及びその製造方法に関する。【解決手段】超硬合金、チタン基またはセラミック基材上に、硬質層帯域をＣＶＤによって堆積する被覆切削工具インサートを製造する方法は、この硬質層帯域が約２〜５０μｍの合計厚みを有し、炭化チタンと窒化チタンと炭窒化チタンと炭酸チタニウムと酸化アルミニウムから選択された少なくとも１層、及び外側の１〜１５μｍ厚みの酸化アルミニウム層または（Ａｌ２Ｏ３＋ＺｒＯ２）×Ｎの多層、ｘが１〜２好ましくは１．３〜１．９の範囲にある最後から２番目の最外層のＴｉＯｘ、及びｘ＋ｙ＋ｚ＝１、ｘ≧０、ｙ≧０及びｚ≧０であり且つ最外層で０．３〜２μｍ厚みのＴｉＣｘＮｙＯｚ、好ましくは単層または多層のＴｉＮ、ＴｉＣまたはｘ＋ｙ＝１、ｘ≧０及びｙ≧０であるＴｉＣｘＮｙ、を含み、切刃線とすくい面との上の少なくとも最外層を除去する後処理を続ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面、対面及び切刃を定義する前記上面と対面と交わる少なくとも一つの逃げ面を有する被覆切削工具インサートを製造する方法であって、
超硬合金、チタン基またはセラミック基材にＣＶＤによって、
約２〜５０μｍの合計厚みを有し、炭化チタン、窒化チタン、炭窒化チタン、炭酸チタニウム及び酸化アルミニウムから選択された少なくとも１層及び外側の１〜１５μｍ厚みの酸化アルミニウム層または（Ａｌ２Ｏ３＋ＺｒＯ２）×Ｎの多層を含む硬質層帯域、
ｘが１〜２好ましくは１．３〜１．９の範囲にある最後から２番目の最外層のＴｉＯｘ、及び
ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、ｘ≧０、ｙ≧０及びｚ≧０であり、最外層で０．３〜２μｍ厚みのＴｉＣｘＮｙＯｚ、好ましくは単層または多層のＴｉＮ、ＴｉＣまたはｘ＋ｙ＝１、ｘ≧０及びｙ≧０であるＴｉＣｘＮｙ、
を堆積し、且つ
後処理、好ましくはブラスト加工またはブラシ加工を続けて、切刃線とすくい面との上の少なくとも最外層を除去する、
ことを特徴とする被覆切削工具インサートを製造する方法。
【請求項２】
前記後処理が、表面被覆率で少なくとも５０％の前記ＴｉＯｘ層を除去することを特徴とする請求項１に記載の被覆切削工具インサートを製造する方法。
【請求項３】
堆積された前記ＴｉＯｘ層の厚みが、０．０５〜３μｍであることを特徴とする請求項１または２に記載の被覆切削工具インサートを製造する方法。
【請求項４】
上面、対面及び切刃を定義する前記上面と対面と交わる少なくとも一つの逃げ面を有する超硬合金、チタン基炭窒化物またはセラミックで作られた被覆切削工具インサートあって、
約２〜５０μｍの合計厚みを有し、炭化チタン、窒化チタン、炭窒化チタン、炭酸チタニウム及び酸化アルミニウムから選択された少なくとも１層及び外側の１〜１５μｍ厚みの酸化アルミニウム層、好ましくは微細粒αＡｌ２Ｏ３層または（Ａｌ２Ｏ３＋ＺｒＯ２）×Ｎの多層を含む硬質層帯域で被覆され、
前記硬質層帯域が、好ましくは０．０５〜３μｍの厚みで、ｘが１〜２の範囲にあるＴｉＯｘ層を備え、
前記ＴｉＯｘ層が、切刃線とすくい面との上の少なくとも最外層であり、且つ
前記ＴｉＯｘ層が、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、ｘ≧０、ｙ≧０及びｚ≧０であり、最外層で０．３〜２μｍ厚みのＴｉＣｘＮｙＯｚ、好ましくは単層または多層のＴｉＮ、ＴｉＣまたはｘ＋ｙ＝１、ｘ≧０及びｙ≧０であるＴｉＣｘＮｙを備える逃げ側にある、
ことを特徴とする被覆切削工具インサート。
【請求項５】
前記切刃線とすくい面との上の前記ＴｉＯｘ層が、前記硬質層帯域の５０％未満の表面を覆うことを特徴とする請求項４に記載の被覆切削工具インサート。
【請求項６】
前記ＴｉＯｘ層が、０．０５〜３μｍの厚みを有することを特徴とする請求項４または５に記載の被覆切削工具インサート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、切屑を成形して金属を機械加工するのに適した被覆切削工具、及びこの切削工具を製造する方法に関する。本発明にしたがい、被覆後処理の際に、切削インサートの選択された面上の被覆層を取り除くための信頼性のある方法を提供する。
【背景技術】
【０００２】
最近の高生産性の切屑を成形する金属の機械加工は、優れた摩耗特性を備えた信頼性のある工具が要求される。これは、単一層または多層タイプ、最も一般的にはＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ及びＡｌ２Ｏ３の摩耗層からなる耐摩耗性被膜を備えた超硬合金工具ボディを用いることによって達成される。この超硬合金ボディに種々の層を堆積するために、ＣＶＤ（化学蒸着法）、ＰＶＤ（物理蒸着法）、または同様の被覆技術が使用される。
【０００３】
ヨーロッパ特許出願Ａ−６９３５７４号は、如何なる工具の種々の部分が、機械加工作業の際に、種々のタイプの摩耗を受けるかを記載する。多くの被覆層は、種々のタイプの摩耗に耐えるために異なる能力を有するので、拡散タイプの摩耗に耐える能力のために、すくい面上に最外層Ａｌ２Ｏ３層を有することが示され、且つ逃げ面摩耗の高い抵抗ために、逃げ側部上に、Ｍｅが周期律表のＩＶＢ、ＶＢ及びＶＩＢから選択された金属である最外層のＭｅＣｘＮｙＯｚ層を有することが示される。ＴｉＣｘＮｙＯｚの頂層、特に金色のＴｉＮ、ＺｒＮまたはＨｆＮの頂層は、肉眼で使用及び未使用の切刃を識別することを容易にする。そのために、このＴｉＣｘＮｙＯｚ層は、Ａｌ２Ｏ３層を露出するために、切刃線だけ、またはすくい面と切刃線との双方から機械的に除去される。通常、これは被覆インサートのブラスト加工及びブラシ加工のような後処理によって行われる。
【０００４】
後処理の際に、この切刃線に沿って、Ａｌ２Ｏ３層の厚みを減少させないことは重要である。この方法は、したがって、この頂のＴｉＣｘＮｙＯｚ層だけが除去されるように穏やかにする必要があり、できる限り触れないように切刃線にＡｌ２Ｏ３を残す。しかしながら、この記載された後処理方法は、ブラスト加工後、ＴｉＣｘＮｙＯｚ残留物がＡｌ２Ｏ３表面上にほとんど現れるようにすることを当てにできない。インサートの暇管つりと低寿命を引き起こす切刃で加工物へのＴｉＣｘＮｙＯｚの溶着のために、Ａｌ２Ｏ３表面のＴｉＣｘＮｙＯｚ残留物が逃げ摩耗を減少する。ブラスト化工具のこれらの残留物の第２の効果は、肉眼で目視しうるＡｌ２Ｏ３表面の変色である。製造中に、ブラスト加工は通常繰り返すかまたは変化させるが、これが切刃線で被膜剥離のような損傷を良く起こす。したがって、この問題に対する解決策、特に薄いＡｌ２Ｏ３被膜に対する解決策見つける必要があり、通常は切刃での被膜の損傷を防止するために、低いブラスト圧力が使用され、すなわち、ブラスト加工工程後のＴｉＣｘＮｙＯｚ残留物への高リスクへの課題である。
【０００５】
米国特許第６，４２６，１３７号において、切刃への付着を減少するために、酸化チタン層が使用される。この場合、酸化チタン層は、Ａｌ２Ｏ３表面を充分に覆い、０．１〜３μｍの厚みを有する頂層として作用する。別の実施態様において、酸化チタン層はＴｉＮ層で被覆される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
後処理された切刃線とすくい面上の残留ＴｉＣｘＮｙＯｚのこの課題を解決することが、本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明にしたがい、上面（すくい面）、対面及び切刃を定義する上記の上面と対面と交わる少なくとも一つの逃げ面を有する被覆切削工具インサートを製造する方法が提供され、
公知のＣＶＤ方法を使用して、超硬合金、チタン基またはセラミック基材に、
２〜５０μｍの合計厚みを有し、炭化チタン、窒化チタン、炭窒化チタン、炭酸チタニウム及び酸化アルミニウムから選択された少なくとも１層及び外側の１〜１５μｍ厚みの酸化アルミニウム層または（Ａｌ２Ｏ３＋ＺｒＯ２）×Ｎの多層を含む硬質層帯域、
好ましくは０．０５〜３μｍ最も好ましくは０．１〜１．０μｍの厚みを有し、ｘが１〜２、好ましくは１．３〜１．９の範囲にある最後から２番目の最外層のＴｉＯｘ、及び
ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、ｘ≧０、ｙ≧０及びｚ≧０であり、最外層で０．３〜２μｍ厚みのＴｉＣｘＮｙＯｚ、好ましくは単層または多層のＴｉＮ、ＴｉＣまたはｘ＋ｙ＝１、ｘ≧０及びｙ≧０であるＴｉＣｘＮｙ、
を堆積し、且つ
後処理、好ましくはブラスト加工またはブラシ加工を続けて、切刃線とすくい面との上の少なくとも最外層を除去する、ことを含む。インサートの性能及びＴｉＮ残留物の変色欠如を確実にするため、上記の後処理が、表面被覆率に関して少なくとも５０％のＴｉＯｘ層を除去することを実施する。すなわち、好ましくは上記の硬質帯域の外側層表面の５０％を露出させる。
【０００８】
要求された厚みを有するＡｌ２Ｏ３の硬さの約２０％硬さを有するＴｉＯｘを使用し、すなわち、それがブラスト加工媒体によって十分に取り去ることができるので、ＴｉＣｘＮｙＯｚの層が、粗いＡｌ２Ｏ３表面上まで引き上げられる。さらに、ＴｉＯｘは透明酸化物であり、それは、例えばＴｉＮの場合であるようなＡｌ２Ｏ３表面上に残されたいずれの残留物が肉眼で目視できないことを意味し、
【０００９】
また、本発明は、上面（すくい面）、対面及び切刃を定義する上記の上面と対面と交わる少なくとも一つの逃げ面を有する超硬合金、チタン基炭窒化物またはセラミックで作られた被覆切削工具インサートに関する。このインサートは、２〜５０μｍの合計厚みを有し、且つ炭化チタン、窒化チタン、炭窒化チタン、炭酸チタニウム及び酸化アルミニウムから選択された少なくとも１層及び外側の１〜１５μｍ厚みの酸化アルミニウム層、好ましくは微細粒αＡｌ２Ｏ３層または（Ａｌ２Ｏ３＋ＺｒＯ２）×Ｎの多層を含む、硬質層帯域で被覆され、上記の硬質層帯域が、好ましくは０．０５〜３μｍ最も好ましくは０．１〜１．０μｍの厚みで、ｘが１〜２の範囲にあるＴｉＯｘ層を備え、上記のＴｉＯｘ層が、切刃線とすくい面との上の最外層であり、且つ上記のＴｉＯｘ層が、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、ｘ≧０、ｙ≧０及びｚ≧０であり、最外層で０．３〜２μｍ厚みのＴｉＣｘＮｙＯｚ、好ましくは単層または多層のＴｉＮ、ＴｉＣまたはｘ＋ｙ＝１、ｘ≧０及びｙ≧０であるＴｉＣｘＮｙを備える逃げ側にある。
【００１０】
Ａｌ２Ｏ３層の粒径は、Ａｌ２Ｏ３層表面を堆積した、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の５０００倍のトップビュウ顕微鏡写真で決定される。三つの直線を任意の方向に引き、この線に沿って粒界の間の平均距離を、粒径の測定とした。
【００１１】
好ましい実施提要において、切刃線とすくい面との上の上記のＴｉＯｘ層は、上記の硬質層帯域の５０％未満を覆う。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
実施例１
【００１３】
Ａ（発明）：
５．５ｗｔ％のＣｏ、８．６ｗｔ％の立方晶炭化物（ＴｉＣ＋ＴａＣ＋ＮｂＣ）、及び残部ＷＣの組成を有する超硬合金セッサクインサートＣＮＭＧ１２０４０８−ＰＭが、次の連続、０．７μｍのＴｉＮ、４．０μｍのＴｉ（ＣＮ）、５．２μｍのαＡｌ２Ｏ３、０．７μｍの酸化チタン（Ｔｉ２Ｏ３）及び０．７μｍのＴｉＮに従ってＣＶＤ（化学蒸着法）技術で被覆された。
【００１４】
このＴｉ２Ｏ３層はＣＶＤ技術で堆積され、被覆するために基材は１０１０℃の温度に保持され、且つＴｉＣｌ４、ＣＯ２及びＨＣｌを含んでいる水素キャリヤガスに接触させられた。この核生成は、先ずＨ２雰囲気の反応機に反応ガスＨＣｌ及びＣＯ２が入れられ、ＴｉＣｌ４によって続ける手順ではじめた。この酸化チタンの層は、次の工程因子のＣＶＤ処理で堆積された。
【００１５】
ガスの流れ（％）、Ｔ＝１０１０℃、Ｐ＝５５ミリバール    Ｔｉ２Ｏ３ 
Ｈ２          （％）                                      ８８．０    
ＨＣｌ        （％）                                        ７．６    
ＣＯ２        （％）                                        ２．１    
ＴｉＣｌ４    （％）                                        ２．３    
堆積速度（μｍ／時間）                                      １．５    
【００１６】
他の層は、公知のＣＶＤ方法によって堆積された。この被覆インサートは、種々のブラスト圧力１．８，２．０及び２．２バールで、Ａｌ２Ｏ３グリットを使用して、ブラスト加工による後処理した。
【００１７】
Ｂ（先行技術）：
５．５ｗｔ％のＣｏ、８．６ｗｔ％の立方晶炭化物（ＴｉＣ＋ＴａＣ＋ＮｂＣ）、及び残部ＷＣの組成を有する超硬合金セッサクインサートＣＮＭＧ１２０４０８−ＰＭが、次の連続、０．７μｍのＴｉＮ、４．０μｍのＴｉ（ＣＮ）及び０．７μｍのＴｉＮに従って公知のＣＶＤ技術で被覆された。
【００１８】
この被覆インサートは、２．２バールで、Ａｌ２Ｏ３グリットを使用して、ブラスト加工による後処理した。
【００１９】
型式Ａ及びＢのインサートを、Ａｌ２Ｏ３表面上のＴｉＮ残留物を検出するため光学顕微鏡（２００倍）で検査し、さらにＴｉ２Ｏ３を検出するため走査型電子顕微鏡（５００倍）で検査した。残留Ｔｉ２Ｏ３の量は、画像解析法（Ｌｅｉｃａ  Ｑｕａｎｔｉｍｅｔ  ５００）を用いて決定した。その結果を次の表に要約する。
【００２０】

試料Ａ、1.8バールで     光学顕微鏡で観察した        残留Ｔｉ２Ｏ３で覆われた  
ブラスト加工            Ａｌ２Ｏ３表面上の僅かな    ＜７５％のＡｌ２Ｏ３表面  
（本発明）              量のＴｉＮ残留物            （図２のＡ）              
（図１のＡ）。                                        
肉眼による明瞭に変色した                              
インサート表面                                        
試料Ａ、2.0バールで     ＴｉＮの残留物で覆われた    残留Ｔｉ２Ｏ３で覆われた  
ブラスト加工            ＜１％のＡｌ２Ｏ３表面      ＜５０％のＡｌ２Ｏ３表面  
（本発明）              （図１のＢ）                （図２のＢ）              
変色したインサート表面                                
試料Ａ、2.2バールで     ＴｉＮの残留物無し        残留Ｔｉ２Ｏ３で覆われた    
ブラスト加工            （図１のＣ）              ＜３０％のＡｌ２Ｏ３表面   
（本発明）              変色無しの                （図２のＣ）              
インサート表面                                        
試料Ａ、2.4バールで     光学顕微鏡で観察される                                
ブラスト加工            Ａｌ２Ｏ３表面上の大量の                              
（先行技術）            ＴｉＮ残留物（図２）、                                
肉眼による変色した                                    
インサート表面                                        
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１の（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）は、ブラスト工程後の炭化チタン残留物のさまざまな量を有する本発明にしたがうインサートの最外層Ａｌ２Ｏ３層の２００倍の光学顕微鏡写真を示し、図１の（Ａ）においては、ＡはＴｉ２Ｏ３残留物を示し、且つＢはＡｌ２Ｏ３を示す。
【図２】図２の（Ａ）、（Ｂ）及び（ｃ）は、ブラスト工程後の酸化チタン残留物のさまざまな量を有する本発明にしたがうインサートの最外層Ａｌ２Ｏ３層の５００倍の電子顕微鏡写真を示し、図２の（Ａ）においては、ＡはＴｉ２Ｏ３残留物を示し、且つＢはＡｌ２Ｏ３を示す。
【図３】図３は、ブラスト工程後の窒化チタン残留物を有する従来技術にしたがうインサートの最外層Ａｌ２Ｏ３層の２００倍の光学顕微鏡写真を示し、ＡはＴｉ２Ｏ３残留物を示し、且つＢはＡｌ２Ｏ３を示す。
【符号の説明】
【００２２】
Ａ    Ｔｉ２Ｏ３残留物
Ｂ    Ａｌ２Ｏ３
【図１】
2006297585.tif 000003
【図２】
2006297585.tif 000004
【図３】
2006297585.tif 000005
【外国語明細書】
2006297585000001.pdf