(57)【要約】【課題】ＣＶＤ被覆の工具インサートに改善された靭性特性を提供する。【解決手段】本発明は、５０〜３９０ＭＰａの低い引張応力レベルを有するＴｉＣxＮy層と、ＡＦＭ技術により測定された平均Ｒａ≦０．１２μｍの高い表面平滑性を有するα−Ａｌ2Ｏ3層とを備えたＣＶＤ被覆の切削工具インサートに関する。これは激しい湿式吹付け加工操作に被膜をさらすことによって得られる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのすくい面と少なくとも１つの逃げ面を有するほぼ多角形又は円形のボディーを含む超硬合金の被覆された切削工具インサートであって、該インサートが、８．５〜１１．５、好ましくは９．３〜１０．７、最も好ましくは９．３〜１０．４ｗｔ％のＣｏと、６〜１０ｗｔ％の立方晶炭窒化物と、残余ＷＣの組成であって、０．７７〜０．９０、好ましくは０．７８〜０．８８、最も好ましくは０．８０〜０．８４のＣＷ比を有し、かつ立方晶炭窒化物相が枯渇した１０〜３５μｍ、好ましくは１５〜２５μｍの厚さの表面領域を有し、前記インサートが、ＴｉＣxＮyであって、式中、ｘ≧０、ｙ≧０及びｘ＋ｙ＝１であり、好ましくはＭＴＣＶＤによって堆積されたＴｉＣxＮyの少なくとも１つの層と、少なくともすくい面上の外側層であるα−Ａｌ2Ｏ3層とを含む１０〜２５μｍ厚さの被膜で少なくとも部分的に被覆され、かつ前記少なくとも１つのすくい面上で、
前記ＴｉＣxＮy層が、５〜１５μｍ、好ましくは６〜１３μｍ、最も好ましくは７〜１３μｍの厚さと、５０〜３９０ＭＰａ、好ましくは５０〜３００ＭＰａの引張応力のレベルを有し、
前記α−Ａｌ2Ｏ3層が、３〜１２μｍ、好ましくは３．５〜８μｍ、最も好ましくは４〜８μｍの厚さを有し、Ｉ（０１２）／Ｉ（０２４）≧１．３、好ましくは≧１．５のＸＲＤ回折強度比と、ＡＦＭ技術により１０個の無作為に選択された１０μｍ×１０μｍの領域について測定されるすくい面上の少なくとも切屑の接触領域において及び逃げ面上でＭＲａ≦０．１２μｍ、好ましくは≦０．１０μｍの平均Ｒａ値とを有する最外側層であり、
前記ＴｉＣxＮy層が５００〜７００ＭＰａの引張応力を有し、
前記α−Ａｌ2Ｏ3層が、Ｉ（０１２）／Ｉ（０２４）＜１．５のＸＲＤ回折強度比を有し、好ましくはその面上に異なる色をインサートに与える薄い０．１〜２μｍのＴｉＮ、ＴｉＣxＮy、ＺｒＣxＮy又はＴｉＣ層で被覆され、
又は、前記少なくとも１つのすくい面上及び前記少なくとも１つの逃げ面上で、
前記ＴｉＣxＮy層が、５〜１５μｍ、好ましくは６〜１３μｍ、最も好ましくは７〜１３μｍの厚さと、５０〜３９０ＭＰａ、好ましくは５０〜３００ＭＰａの引張応力のレベルを有し、
前記α−Ａｌ2Ｏ3層が、３〜１２μｍ、好ましくは３．５〜８μｍ、好ましくは４〜８μｍの厚さを有し、Ｉ（０１２）／Ｉ（０２４）≧１．３、好ましくは≧１．５のＸＲＤ回折強度比を有し、すくい面上でＡＦＭ技術により１０個の無作為に選択された１０μｍ×１０μｍの領域について測定されるすくい面上の少なくとも切屑の接触領域において及び逃げ面上でＭＲａ≦０．１２μｍ、好ましくは≦０．１０μｍの平均Ｒａ値を有する最外側層であり、上部層が着色された耐熱塗料又は着色されたＰＶＤ層からなることを特徴とする、被覆された切削工具インサート。
【請求項２】
前記ＴｉＣxＮy層と前記α−Ａｌ2Ｏ3層の間にＴｉＣxＮyＯzであって、式中、ｘ≧０、ｚ＞０及びｙ≧０である薄い０．２〜２μｍの結合層を有することを特徴とする、請求項１に記載の被覆された切削工具インサート。
【請求項３】
前記α−Ａｌ2Ｏ3層が、組織係数ＴＣ（０１２）＞１．３、好ましくはＴＣ（０１２）＞１．５を有する０１２方向の組織を含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載の被覆された切削工具インサート。
【請求項４】
前記α−Ａｌ2Ｏ3層が、組織係数ＴＣ（１１０）＞１．５を有する１１０方向の組織を含むことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の被覆された切削工具インサート。
【請求項５】
前記被膜が、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｖ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｗ及びＡｌから選択される金属元素を有する金属の窒化物及び／又は炭化物及び／又は酸化物から構成され、合計の層厚さが５μｍよりも小さい追加の層を含むことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の被覆された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、高性能の被覆された切削工具インサート、特には要求の厳しい条件下で低合金鋼、炭素鋼及び靭性のある硬化鋼のような鋼を旋削するのに有用な高性能の被覆された切削工具インサートに関する。当該インサートは、ＷＣ、立方晶炭化物、及びコバルト豊富表面領域を有するＣｏ結合相に基づいており、このコバルト豊富表面領域は、塑性変形に対して優れた耐性と高靭性性能とを切削インサートに与える。さらに、この被膜は複数の耐摩耗性の層を含み、これらの層は表面後処理がなされて驚くべき改善された切削性能を工具インサートに与える。
【背景技術】
【０００２】
今日の切削工具の多くは、ＴｉＣ、ＴｉＣxＮy、ＴｉＮ、ＴｉＣxＮyＯz及びＡｌ2Ｏ3のような幾つかの硬質層で被覆された超硬合金インサートに基づいている。個々の層の順序及び厚さは、種々の切削適用範囲及び切削される加工部品材料に適合させるため注意深く選択される。最も頻繁に使用される被覆技術は、化学気相成長（ＣＶＤ）と物理気相成長（ＰＶＤ）である。ＣＶＤで被覆されたインサートは、とりわけ耐逃げ面摩耗性及び耐クレータ摩耗性の観点で被覆されていないインサートに対して非常に多くの利点を有する。
【０００３】
ＣＶＤ技術は、かなり高い温度範囲、即ち、９５０〜１０５０℃の温度範囲で実施される。この高い堆積温度と、堆積された被覆材料と超硬合金工具インサートとの間の熱膨張係数の不釣り合いのため、ＣＶＤは冷却割れや高い引張応力（ときに最大１０００ＭＰａ）を有する被膜をもたらすことがある。この高い引張応力は、ある切削条件下では、冷却割れがさらに超硬合金本体へと伝播し、切れ刃の破損の原因となることがあるので不利となる場合がある。
【０００４】
金属切削産業では、切削条件の外囲を増加することに常に努力していて、即ち、それは、低速における断続切削の際の破壊又は切り欠けに抵抗する能力を犠牲にすることなく、より高い切削速度に耐える能力である。
【０００５】
この適用外囲における重要な改良は、結合相の豊富な表面領域を有するインサートと最適な厚さの被膜とを組み合わせることにより達成されている。
【０００６】
しかしながら、被膜の厚さが増すとともに、耐摩耗性のプラスの効果は、被膜が剥離する恐れが増す形で及び靭性が低下して切削工具を信頼性のないものにする形でマイナスの効果が増すことにより相殺される。これは、比較的軟質の加工部品材料、例えば、低炭素鋼及びステンレス鋼で、被膜の厚さが５〜１０μｍを超える場合に特に当てはまる。さらに、厚い被膜は、より起伏のある表面を一般に有し、低炭素鋼及びステンレス鋼のような切削性の悪い材料の場合にマイナスの性質を有する。改善処置としては、幾つかの特許文献、例えば、特許文献１〜３に開示されているブラッシング又は湿式吹付け加工によって被膜に平滑化後処理作業を適用することができる。特許文献４では、その目的は、平滑な切れ刃を達成すること、及びすくい面上の上部層としてＡｌ2Ｏ3を露出させ、摩耗検出層として使用される逃げ側面のＴｉＮを残すことである。剥離に対して高い抵抗性を有する被膜が得られる。
【０００７】
表面、例えば、被覆表面を機械的な衝撃にさらす全ての後処理技術、例えば、湿式又は乾式の吹付け加工は、表面仕上げ及び被膜の応力状態（σ）に幾らか影響を及ぼす。
【０００８】
激しい吹付け加工の衝撃は、ＣＶＤ被膜の引張応力を低くすることができるが、しばしば冷却割れに沿った溝の形成により被膜の表面仕上げが損なわれるか、又は被膜の層間剥離をもたらす場合さえある。
【０００９】
非常に激しい処理は、応力状態に大きな変化をさらにもたらし、例えば、乾式吹付け加工技術を使用する特許文献５に開示されているように、非常に大きな引張りから非常に大きな圧縮まで変化する。
【００１０】
特許文献６は、５０〜３９０ＭＰａの低い引張応力を有するＴｉＣxＮy層と、ＡＦＭ技術で測定された０．１２μｍ以下の平均Ｒａを有する高い表面平滑性のＡｌ2Ｏ3層とを備えたＣＶＤ被覆の切削工具インサートを開示している。これは被膜を激しい湿式吹付け加工操作にさらすことによって得られる。
【００１１】
特定の超硬合金組成を特定の被膜の構造及び厚さと組み合わせて、次いで被覆されたインサートを制御された厳しい条件下で湿式吹付け加工することによって後処理した場合に、特に鋼において驚くほど改良された切削性能を有する切削工具インサートを得ることができるということが現在見出されている。
【００１２】
コバルト結合相はＷが高濃度に合金化している。結合相中のＷの含有量は、ＣＷ比として表すことができる。即ち、
ＣＷ比＝磁性％Ｃｏ／ｗｔ％Ｃｏ
式中、磁性％Ｃｏは磁性Ｃｏの質量パーセントであり、ｗｔ％Ｃｏは超硬合金中のＣｏの質量パーセントである。
【００１３】
ＣＷ比は、合金化の度合いに応じて１〜約０．７５まで変化する。より低いＣＷ比はより高いＷ含有量に相当し、ＣＷ比＝１は、実質的に結合相中にＷが含まれないことに相当する。
【００１４】
用いられる後処理は、有利な引張応力レベルを被膜に与え、特定の重要な結晶学的性質をＡｌ2Ｏ3層に与え、かつ優れた表面仕上げを備えた上面を与える。
【００１５】
吹付け加工技術との上記組み合わせは、性能を不利にすることなく適用できる被膜厚さの制限を効果的に広げる。本発明の結果として、優れた幅の適用範囲が可能である。靭性挙動及び被膜の接着性について達成される有意な改良は驚くべきことであった。
【００１６】
吹付け加工によって被膜の応力状態を有意に変化させるために、吹付け加工媒体、例えば、Ａｌ2Ｏ3粒子は、高い衝撃力で被膜表面に衝突する必要がある。この衝撃力は、例えば、吹付け加工のパルプ圧力（湿式吹付け加工）、吹付け加工用ノズルと被膜表面との間の距離、吹付け加工媒体の粒子サイズ、吹付け加工媒体の濃度、及び吹付け加工噴流の衝突角度によって制御することができる。
【００１７】
【特許文献１】欧州特許出願公開第０２９８７２９号明細書
【特許文献２】欧州特許出願公開第１３０６１５０号明細書
【特許文献３】欧州特許出願公開第０７３６６１５号明細書
【特許文献４】米国特許第５，８６１，２１０号明細書
【特許文献５】欧州特許出願公開第１３１１７１２号明細書
【特許文献６】欧州特許出願公開第１７３４１５５号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明の目的は、ＣＶＤ被覆の工具インサートに改善された靭性特性を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
したがって、本発明は、少なくとも１つのすくい面及び少なくとも１つの逃げ面を有するほぼ多角形又は円形のボディーと被膜とを含む超硬合金の被覆された切削工具インサートに関する。このインサートは、８．５〜１１．５、好ましくは９．３〜１０．７、最も好ましくは９．３〜１０．４ｗｔ％のＣｏと、６〜１０ｗｔ％の立方晶炭窒化物と、残余ＷＣとの組成を有し、インサートは０．０５〜０．１５ｗｔ％、好ましくは０．０８〜０．１２ｗｔ％の窒素含有量と、０．７７〜０．９０、好ましくは０．７８〜０．８８、最も好ましくは０．８０〜０．８４のＣＷ比と、立方晶炭窒化物相が枯渇した１０〜３５μｍ、好ましくは１５〜２５μｍの厚さの表面領域とを有する。超硬合金はまた、如何なる不利な効果もなしに、少量の１ｖｏｌ％よりも少ないη相（Ｍ6Ｃ）を含有することができる。被膜は、少なくとも１つのＴｉＣxＮy層、及びα−Ａｌ2Ｏ3１００％の１つの十分結晶質の層を含む。１つのこのようなα−Ａｌ2Ｏ3層は、すくい面上でかつ切れ刃線に沿った上部可視層であり、Ａｌ2Ｏ3層とＴｉＣxＮy層の両方において引張応力の緩和を作り出すのに十分高いエネルギーで集中的に吹付け加工することができる。Ａｌ2Ｏ3の上部層は、少なくともすくい面上の切屑の接触領域において非常に滑らかな面を有する。
【００２０】
驚くべきことに、ほぼ多角形又は円形の被覆された切削工具インサートが少なくとも１つのすくい面と少なくとも１つの逃げ面を有する場合に、有意に改良された靭性性能を達成できることが見出され、当該インサートは、ＴｉＣxＮyであって、式中、ｘ≧０、ｙ≧０及びｘ＋ｙ＝１であり、好ましくはＭＴＣＶＤによって堆積されたＴｉＣxＮyの少なくとも１つの層と、少なくともすくい面上の外側層であるα−Ａｌ2Ｏ3層とを含む１０〜２５μｍ厚さの被膜で少なくとも部分的に被覆され、かつ前記少なくとも１つのすくい面上で、
前記ＴｉＣxＮy層が、５〜１５μｍ、好ましくは６〜１３μｍ、最も好ましくは７〜１３μｍの厚さと、５０〜３９０ＭＰａ、好ましくは５０〜３００ＭＰａの引張応力のレベルを有し、
前記α−Ａｌ2Ｏ3層が、３〜１２μｍ、好ましくは３．５〜８μｍ、最も好ましくは４〜８μｍの厚さを有し、Ｉ（０１２）／Ｉ（０２４）≧１．３、好ましくは≧１．５のＸＲＤ回折強度比と、ＡＦＭ技術により１０個の無作為に選択された１０μｍ×１０μｍの領域について測定されるすくい面上の少なくとも切屑の接触領域において及び逃げ面上でＭＲａ≦０．１２μｍ、好ましくは≦０．１０μｍの平均Ｒａ値とを有する最外側層であり、
前記ＴｉＣxＮy層が５００〜７００ＭＰａの引張応力を有し、
前記α−Ａｌ2Ｏ3層が、Ｉ（０１２）／Ｉ（０２４）＜１．５のＸＲＤ回折強度比を有し、好ましくはその面上に異なる色をインサートに与える薄い０．１〜２μｍのＴｉＮ、ＴｉＣxＮy、ＺｒＣxＮy又はＴｉＣ層で被覆され、
又は、前記少なくとも１つのすくい面上及び前記少なくとも１つの逃げ面上で、
前記ＴｉＣxＮy層が、５〜１５μｍ、好ましくは６〜１３μｍ、最も好ましくは７〜１３μｍの厚さと、５０〜３９０ＭＰａ、好ましくは５０〜３００ＭＰａの引張応力のレベルを有し、
前記α−Ａｌ2Ｏ3層が、３〜１２μｍ、好ましくは３．５〜８μｍ、好ましくは４〜８μｍの厚さを有し、Ｉ（０１２）／Ｉ（０２４）≧１．３、好ましくは≧１．５のＸＲＤ回折強度比を有し、すくい面上でＡＦＭ技術により１０個の無作為に選択された１０μｍ×１０μｍの領域について測定されるすくい面上の少なくとも切屑の接触領域において及び逃げ面上でＭＲａ≦０．１２μｍ、好ましくは≦０．１０μｍの平均Ｒａ値を有する最外側層であり、上部層が着色された耐熱塗料又は着色されたＰＶＤ層からなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
好ましくは、ＴｉＣxＮy層とα−Ａｌ2Ｏ3層の間にＴｉＣxＮyＯzであって、式中、ｘ≧０、ｚ＞０及びｙ≧０である薄い０．２〜２μｍの結合層が存在する。
【００２２】
Ｔｉ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｖ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｗ及びＡｌから選択される金属元素を有する金属の窒化物及び／又は炭化物及び／又は酸化物から構成され、合計の被膜厚さが５μｍよりも小さい追加の層を、基材と本発明による層との間の被膜構造に組み込むことができる。
【００２３】
圧縮応力が吹付け加工によって誘起されることになる場合、非常に大きな吹付け加工の衝撃力が必要となり、かつこのような条件下では、被膜の剥離が切れ刃に沿ってしばしば発生することが見出されたので、ＴｉＣxＮy層中に幾らかの引張応力を残すことが好ましい。さらに、このような誘起圧縮応力は、被膜に幾らかの引張応力が依然として存在する場合と比較すると、切削作業中に生じる温度上昇に対してそれほど安定ではないことが見出された。
【００２４】
内側のＴｉＣxＮy層の残留応力σは、Ｉ．Ｃ．Ｎｏｙａｎ，Ｊ．Ｂ．Ｃｏｈｅｎ，Ｒｅｓｉｄｕａｌ Ｓｔｒｅｓｓ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｂｙ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｉｎｔｅｒｐｒｅｔａｔｉｏｎ，Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ，１９８７（１１７−１３０頁）に記載される周知のｓｉｎ2Ψ法を用いたＸＲＤ測定によって決定される。この測定は、図１に示されるゴニオメータ機構でＴｉＣxＮyの（４２２）反射のＣｕＫα輻射を用いて実施される。この測定は可能な限り原則として平坦な表面で行われる。０〜０．５（Ψ＝４５°）のｓｉｎ2Ψ範囲内の等距離にある６〜１１のΨ角度で側傾法（Ψ幾何学）を使用することが推奨される。また、９０°のΦ扇形内のΦ角度の等距離分布が好ましい。２軸応力状態を確認するため、試料はΦ＝０°及び９０°の間を回転させてΨ傾斜させる。可能性のあるせん断応力の存在を調べることが推奨され、それゆえ、マイナスとプラスの両方のΨ角度が測定される。オイラーの１／４クレードルの場合、これは、試料を１８０°及び２７０°で異なるΨ角度に対して測定することによって達成される。ｓｉｎ2Ψ法は残留応力を評価するのに用いられ、好ましくはＭＴＣＶＤのＴｉ（Ｃ、Ｎ）層の場合、一定のヤング率Ｅ＝４８０ＧＰａ及びポアソン比ν＝０．２０で以ってＢｒｕｋｅｒ ＡＸＳからのＤＩＦＦＲＡＣPlus Ｓｔｒｅｓｓ ３２ ｖ．１．０４などの商業的に入手可能なソフトウェアを使用し、Ｐｓｅｕｄｏ−Ｖｏｉｇｔ−Ｆｉｔ関数を使用して反射の位置決めをする。この場合、以下のパラメータ、即ち、ヤング率＝４８０ＧＰａ及びポアソン比ν＝０．２０が用いられる。２軸応力状態の場合、引張応力は得られる２軸応力の平均として計算される。
【００２５】
α−Ａｌ2Ｏ3に関しては、必要とされる高い２θ角度のＸＲＤ反射があまりにも弱い場合が多いので、一般にｓｉｎ2Ψ技術を使用することができない。しかしながら、切削性能に対するα−Ａｌ2Ｏ3の状態に関する有効な代わりの測定法が見出されている。
【００２６】
α−Ａｌ2Ｏ3の粉末に関しては、回折強度比Ｉ（０１２）／Ｉ（０２４）は１．５に近い。粉末回折ファイルＪＣＰＤＳ Ｎｏ．４３−１４８４は、強度Ｉ0（０１２）＝７２及びＩ0（０２４）＝４８を記載している。超硬合金上の引張応力（およそ３５０ＭＰａよりも大きなσ）が付加されたＣＶＤα−Ａｌ2Ｏ3層に関して、強度比Ｉ（０１２）／Ｉ（０２４）は驚くべきことに予想される値１．５よりも非常に低く、ほとんどの場合１よりも小さい。これは引張応力により生じた結晶格子の不規則性によるものと考えられる。このような層が、例えば、強い吹付け加工操作によって応力開放された場合、又はそれが基材から完全に除去されて粉末にされた場合、この比Ｉ（０１２）／Ｉ（０２４）は、それに応じて１．５に近いか、それに等しいか又はそれよりも非常に大きくなることが見出された。適用される吹付け加工の力が大きくなるにつれて、この比は大きくなる。したがって、この強度比はα−Ａｌ2Ｏ3層の重要な状態特性として使用することができる。
【００２７】
本発明によれば、切削工具インサートは、最後から２番目のＴｉＣxＮy層と外側のα−Ａｌ2Ｏ3層を含むＣＶＤ被膜を備えている。Ａｌ2Ｏ3は、欧州特許出願公開第０６０３１４４号明細書に従って製造することができ、Ａｌ2Ｏ3層に組織係数ＴＣ（０１２）＞１．３、好ましくは＞１．５を有する０１２方向の結晶学的組織を与えるか、又は米国特許第５，８５１，６８７号明細書及び同第５，７０２，８０８号明細書に従って製造することができ、組織係数ＴＣ（１１０）＞１．５を有する１１０方向の組織を与える。高い表面平滑性と低い引張応力レベルを得るために、被膜は、水中にＦ１５０粒度（ＦＥＰＡ標準）のＡｌ2Ｏ3からなるスラリーで以って２．２〜２．６ｂａｒの空気圧で約１０〜２０秒／インサートの間、湿式吹付け加工操作にさらされる。吹付け器は、９０°の吹付け角度でインサートから約１００ｍｍに配置される。インサートは黒色のすくい面上よりも逃げ側面上に種々の色を有する。最も外側の薄い０．１〜２μｍの着色したＴｉＮ（黄色）、ＴｉＣxＮy（灰色又は青銅色）、ＺｒＣxＮy（赤色調又は青銅色）層（式中、ｘ≧０、ｙ≧０及びｘ＋ｙ＝１）又はＴｉＣ（灰色）が堆積されることが好ましい。次いで、インサートは吹付け加工され、上部層が除去されて黒色のＡｌ2Ｏ3層が現れる。すくい面上の被膜は、５０〜３９０ＭＰａの低い所望の引張応力を有し、一方で、逃げ側面は、用いられる超硬合金インサートの被膜の選択と熱膨張係数（ＣＴＥ）に応じて５００〜７００ＭＰａの高い引張応力を有する。本発明の別の実施態様では、被覆されたインサートはすくい面上と逃げ側面上の両方に吹付け加工され、耐熱性の着色塗料が逃げ側面に吹付けられるか、又は着色されたＰＶＤ層が用いられる切れ刃の識別を可能にするためにそこに堆積される。
【実施例】
【００２８】
［例１］
Ａ）超硬合金の切削インサートを、１０ｗｔ％のＣｏ、６．０ｗｔ％のＴａＣ、２．１ｗｔ％のＴｉＣ、０．８５ｗｔ％のＴｉＣ0.5Ｎ0.5、残余ＷＣの組成を有する粉末混合物を調製し、４０ｍｂａｒアルゴンの不活性雰囲気において１４５０℃で１時間プレスして焼結することにより製造した。得られた基材は、立方晶炭窒化物相が枯渇した表面領域（２２μｍ）を有していた。０．８２のＣＷ比を測定した。インサートは、通常のＣＶＤ法を用いて９３０℃でＴｉＮの０．５μｍ厚さの層で被覆し、続いて処理ガスとしてＴｉＣｌ4、Ｈ2、Ｎ2及びＣＨ3ＣＮを用いてＭＴＣＶＤ法により８８５℃の温度で以って９μｍのＴｉＣxＮyで被覆した。同一の被覆サイクルの際のその後の処理工程において、約５μｍ厚さのＴｉＣxＯz層をＴｉＣｌ4、ＣＯ及びＨ2を用いて１０００℃で堆積し、次いで、Ａｌ2Ｏ3処理を２％のＣＯ2、３．２％のＨＣｌ及び９４．８％のＨ2の混合物で反応器を２分間洗浄して開始し、７μｍ厚さのα−Ａｌ2Ｏ3を堆積した。薄い約０．５μｍのＴｉＮ層を上部に堆積した。堆積の際の処理条件は以下のとおりであった。
【００２９】
【表１】
2008100346.tif 000002
【００３０】
堆積したＡｌ2Ｏ3層のＸＲＤ分析は、それが以下に既定される組織係数ＴＣ（０１２）＝１．４を有するα層だけからなることを示した。
【数１】
2008100346.tif 000003
式中、
Ｉ（ｈｋｌ）＝（ｈｋｌ）反射の測定強度
Ｉ0（ｈｋｌ）＝粉末回折ファイルＪＣＰＤＳ Ｎｏ．４３−１４８４の標準強度
ｎ＝計算に用いた反射数、用いた（ｎｋｌ）反射は（０１２）、（１０４）、（１１０）、（１１３）、（０２４）、（１１６）である。
【００３１】
［例２］
例１の被覆インサートを上記の吹付け加工方法によって後処理した。インサートのすくい面を２．２ｂａｒの吹付け加工圧力及び２０秒の暴露時間で吹付け加工した。
【００３２】
周知の粗さ値Ｒａとして表される被膜表面の平滑度は、Ｓｕｒｆａｃｅ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ ＡＧ（ＳＩＳ）の装置でＡＦＭによって測定した。この粗さは、すくい面上の切屑の接触領域において１０個の無作為に選択された平らな表面領域（１０μｍ×１０μｍ）に関して測定した。これら１０個のＲａ値から得られた平均値（ＭＲａ）は０．１０μｍであった。
【００３３】
Ｂｒａｇｇ−Ｂｒｅｎｔａｎｏ回折計、Ｓｉｅｍｅｎｓ Ｄ５０００を用いたＸ線回折の解析は、ＣｕのＫα輻射を用いたＩ（０１２）／Ｉ（０２４）比を決定するのに使用した。
【００３４】
逃げ側面上の得られたＩ（０１２）／Ｉ（０２４）比は約１．４であった。すくい面の対応する測定は、得られたＩ（０１２）／Ｉ（０２４）比が約１．７であることを示した。
【００３５】
残留応力は、レーザービデオ位置調整、オイラーの１／４クレードル、Ｘ線源（ＣｕＫα輻射）としての回転陽極、及び領域検出器（Ｈｉ−ｓｔａｒ）を備えたＸ線回折計Ｂｒｕｋｅｒ Ｄ８ Ｄｉｓｃｏｖｅｒ−ＧＡＤＤＳによりΨ幾何学を用いて決定した。ビームの焦点を合わせるのに０．５ｍｍサイズのコリメータを使用した。解析は、２θ＝１２６°、ω＝６３°及びΦ＝０°、９０°、１８０°、２７０°にセットしたゴニオメータを用いてＴｉＣxＮyの（４２２）反射について実施した。０°と７０°の間の８個のΨ傾斜を各Φ角度に関して実施した。ｓｉｎ2Ψ法により、一定のヤング率Ｅ＝４８０ＧＰａ及びポアソン比ν＝０．２０で以ってＢｒｕｋｅｒ ＡＸＳからのソフトウェアＤＩＦＦＲＡＣPlus Ｓｔｒｅｓｓ ３２ ｖ．１．０４を使用し、Ｐｓｅｕｄｏ−Ｖｏｉｇｔ−Ｆｉｔ関数を使用して反射の位置決めをして残留応力を評価した。２軸応力状態を確認し、この平均値を残留応力値として用いた。測定はすくい面と逃げ側面の両方で実施した。逃げ側面上で得られた引張応力は約６４０ＭＰａであった。すくい面の対応する測定は、約２８０ＭＰａの引張応力が得られることを示した。
【００３６】
［例３］
例１に従って製造されたインサートを、工具に対して異なるタイプの要求をする切削作業において例２で言及したブラシ掛けしたインサートに対して試験した。
【００３７】
【表２】
2008100346.tif 000004
【００３８】
この結果は、吹付け加工されたインサートが評価された全ての点でより良好な性能を有することを示している。吹付け加工されたインサートはまた、従来技術のものよりも有意に低い応力値、Ａｌ2Ｏ3層の最も高いＩ（０１２）／Ｉ（０２４）比、及び低い平均Ｒａ値を有する。これらの事実は、切削工具インサートの耐用年数に直接関係する特性のある特定のパラメータ空間の存在を示している。結果として、高性能の切削工具インサートを得るには、複数の条件及び特徴が同時に存在する必要がある。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】ゴニオメータを示す。
【図１】
2008100346.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成20年1月17日(2008.1.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのすくい面と少なくとも１つの逃げ面を有するほぼ多角形又は円形のボディーを含む超硬合金の被覆された切削工具インサートであって、該インサートが、８．５〜１１．５ｗｔ％のＣｏと、６〜１０ｗｔ％の立方晶炭窒化物と、残余ＷＣの組成であって、０．７７〜０．９０のＣＷ比を有し、かつ立方晶炭窒化物相が枯渇した１０〜３５μｍの厚さの表面領域を有し、前記インサートが、ＴｉＣxＮyであって、式中、ｘ≧０、ｙ≧０及びｘ＋ｙ＝１である少なくとも１つの層と、少なくともすくい面上の外側層であるα−Ａｌ2Ｏ3層とを含む１０〜２５μｍ厚さの被膜で少なくとも部分的に被覆され、かつ前記少なくとも１つのすくい面上で、
前記ＴｉＣxＮy層が、５〜１５μｍの厚さと、５０〜３９０ＭＰａの引張応力のレベルを有し、
前記α−Ａｌ2Ｏ3層が、３〜１２μｍの厚さを有し、Ｉ（０１２）／Ｉ（０２４）≧１．３のＸＲＤ回折強度比と、ＡＦＭ技術により１０個の無作為に選択された１０μｍ×１０μｍの領域について測定されるすくい面上の少なくとも切屑の接触領域において及び逃げ面上でＭＲａ≦０．１２μｍの平均Ｒａ値とを有する最外側層であり、
前記ＴｉＣxＮy層が５００〜７００ＭＰａの引張応力を有し、
前記α−Ａｌ2Ｏ3層が、Ｉ（０１２）／Ｉ（０２４）＜１．５のＸＲＤ回折強度比を有し、
又は、前記少なくとも１つのすくい面上及び前記少なくとも１つの逃げ面上で、
前記ＴｉＣxＮy層が、５〜１５μｍの厚さと、５０〜３９０ＭＰａの引張応力のレベルを有し、
前記α−Ａｌ2Ｏ3層が、３〜１２μｍの厚さを有し、Ｉ（０１２）／Ｉ（０２４）≧１．３のＸＲＤ回折強度比を有し、すくい面上でＡＦＭ技術により１０個の無作為に選択された１０μｍ×１０μｍの領域について測定されるすくい面上の少なくとも切屑の接触領域において及び逃げ面上でＭＲａ≦０．１２μｍの平均Ｒａ値を有する最外側層であり、上部層が着色された耐熱塗料又は着色されたＰＶＤ層からなることを特徴とする、被覆された切削工具インサート。
【請求項２】
前記ＴｉＣxＮy層と前記α−Ａｌ2Ｏ3層の間にＴｉＣxＮyＯzであって、式中、ｘ≧０、ｚ＞０及びｙ≧０である薄い０．２〜２μｍの結合層を有することを特徴とする、請求項１に記載の被覆された切削工具インサート。
【請求項３】
前記α−Ａｌ2Ｏ3層が、組織係数ＴＣ（０１２）＞１．３を有する０１２方向の組織を含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載の被覆された切削工具インサート。
【請求項４】
前記α−Ａｌ2Ｏ3層が、組織係数ＴＣ（１１０）＞１．５を有する１１０方向の組織を含むことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の被覆された切削工具インサート。
【請求項５】
前記被膜が、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｖ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｗ及びＡｌから選択される金属元素を有する金属の窒化物及び／又は炭化物及び／又は酸化物から構成され、合計の層厚さが５μｍよりも小さい追加の層を含むことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の被覆された切削工具インサート。
【外国語明細書】
2008100346000001.pdf