(57)【要約】【課題】耐欠損性が高く使用コーナの識別が可能な被覆立方晶窒化硼素焼結体の提供を目的とする。【解決手段】立方晶窒化硼素焼結体基材の表面に平均厚さ０．０５〜０．４μｍの硬質膜を被覆した被覆立方晶窒化硼素焼結体は、耐欠損性が高く使用コーナ識別が容易となる。特に硬質膜としてはＴｉＮが好ましい。立方晶窒化硼素焼結体基材としては、立方晶窒化硼素を４０体積％以上含む立方晶窒化硼素焼結体が好ましい。【特許請求の範囲】
【請求項１】
立方晶窒化硼素焼結体基材の表面に平均厚さ０．０５〜０．４μｍの硬質膜を被覆した被覆立方晶窒化硼素焼結体。
【請求項２】
上記硬質膜は窒化チタンである請求項１に記載の被覆立方晶窒化硼素焼結体。
【請求項３】
上記立方晶窒化硼素焼結体基材は、立方晶窒化硼素：４０〜１００体積％と、周期律表４ａ，５ａ，６ａ族元素、Ａｌの金属、炭化物、窒化物、酸化物、硼化物およびこれらの固溶体（ただし、窒化チタンを除く）の中から選ばれた少なくとも１種：残部とで構成された請求項１または２に記載の被覆立方晶窒化硼素焼結体。
【請求項４】
窒化チタン（１１１）面のＸ線回折強度Ｉｔに対する立方晶窒化硼素（１１１）面のＸ線回折強度Ｉｃの割合を示す強度比Ｉｃ／Ｉｔが５以上である請求項１〜３のいずれか１項に記載の被覆立方晶窒化硼素焼結体。
【請求項５】
上記被覆立方晶窒化硼素焼結体は切削工具として用いられる請求項１〜４のいずれか１項に記載の被覆立方晶窒化硼素焼結体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は被覆立方晶窒化硼素焼結体に関するものであり、特に切削工具として用いた場合に使用コーナの識別性に優れた被覆立方晶窒化硼素焼結体に関する。
【背景技術】
【０００２】
立方晶窒化硼素焼結体は茶色または黒色であるため、切削工具として用いた場合、未使用コーナと使用コーナの識別が困難である。使用コーナの識別を容易にするために立方晶窒化硼素焼結体の表面に外観色が異なる被膜を被覆することは有効である。立方晶窒化硼素焼結体に被膜を被覆する従来の技術としては、被覆最外層がＴｉＮであり１層又は２層以上の全体被覆層厚みが０．５〜２．０μであることを特徴する被覆硬質焼結体がある（例えば、特許文献１参照。）。しかし、この被覆硬質焼結体は耐欠損性が低いという問題がある。
【０００３】
【特許文献１】特開昭６１−１８３１８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のように従来の被覆立方晶窒化硼素焼結体は耐欠損性が低いという問題がある。そこで本発明は、耐欠損性が高く使用コーナの識別が可能な被覆立方晶窒化硼素焼結体の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一般的に立方晶窒化硼素焼結体は茶色または黒色であるため切削工具として未使用コーナと使用コーナの識別が難しい。使用コーナを識別するためには基材と外観色が異なる被膜を基材に被覆することが非常に有効である。従来の被覆立方晶窒化硼素焼結体は、耐摩耗性などの切削性能向上を目的としているため平均厚さ０．５μｍ以上の厚い硬質膜を被覆している。厚い硬質膜を立方晶窒化硼素焼結体に被覆すると耐摩耗性を向上させるが、厚い硬質膜が破壊起源となって未コート品に比べて耐欠損性を低下させることが分かった。また立方晶窒化硼素焼結体にペンキなどの有機塗料を塗布する方法は、有機塗料が切削加工で生じる切り屑によって短時間に摩滅したり、切削加工の際に生じる熱によって広範囲に剥離するという問題があった。本発明者らは種々の研究を重ねた結果、使用コーナの識別性に優れるとともに耐欠損性が低下しない被覆立方晶窒化硼素焼結体を得ることができた。
【０００６】
すなわち、本発明の被覆立方晶窒化硼素焼結体は、立方晶窒化硼素焼結体基材の表面に平均厚さ０．０５〜０．４μｍの硬質膜を被覆したことを特徴とする。
【０００７】
本発明において立方晶窒化硼素焼結体基材は、立方晶窒化硼素：立方晶窒化硼素焼結体基材全体に対して５〜１００体積％と、周期律表４ａ，５ａ，６ａ族元素、Ａｌ、Ｃｏの金属、炭化物、窒化物、酸化物、硼化物およびこれらの固溶体の中から選ばれた少なくとも１種：残部とで構成される。立方晶窒化硼素の含有量が５体積％未満では、立方晶窒化硼素焼結体基材の耐欠損性が低下する。その中でも、立方晶窒化硼素：４０〜１００体積％と、周期律表４ａ，５ａ，６ａ族元素、Ａｌの金属、炭化物、窒化物、酸化物、硼化物およびこれらの固溶体（ただし、窒化チタンを除く）の中から選ばれた少なくとも１種：残部とで構成されると、耐欠損性と耐摩耗性に優れるため好ましい。このとき窒化チタンを除いた理由は、立方晶窒化硼素焼結体基材に窒化チタンが含まれると、鋳鉄の高速切削加工において耐摩耗性が低下する傾向を示すためである。なお、立方晶窒化硼素焼結体において、立方晶窒化硼素の含有量が１００体積％のとき、残部は含まれない。
【０００８】
本発明被覆立方晶窒化硼素焼結体の硬質膜は、周期律表４ａ，５ａ，６ａ族元素、Ａｌ，Ｓｉの炭化物、窒化物、酸化物、ホウ化物の中から選ばれた少なくとも１種からなる。硬質膜として具体的には、ＴｉＮ、ＴｉＣ、Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＳｉＮ、Ａｌ2Ｏ3を挙げることができる。これらの硬質膜は、従来からあるＰＶＤ法、ＣＶＤ法またはスパッター法によって被覆することが可能である。その中でも窒化チタンであると、外観色が黄金色ないしは黄色を示し使用コーナ識別性に優れるため好ましい。窒化チタンの中でも、結晶性の高い窒化チタンよりも、結晶性の低い窒化チタンであると耐欠損性が向上するため、さらに好ましい。
【０００９】
結晶性の低い窒化チタン膜は、成膜温度の低いＰＶＤ法によって得ることができる。窒化チタン膜の結晶性低下とともに、窒化チタン膜のＸ線回折強度は低くなる。すなわち、本発明被覆立方晶窒化硼素焼結体についてＸ線回折測定したとき、窒化チタン（１１１）面のＸ線回折強度Ｉｔに対する立方晶窒化硼素（１１１）面のＸ線回折強度Ｉｃの割合を示す強度比Ｉｃ／Ｉｔが５以上であると、耐欠損性が向上するため、さらに好ましい。
【００１０】
本発明被覆立方晶窒化硼素焼結体の硬質膜は、１層からなる単層または２層以上を積層した複層でもよく、硬質膜全体の平均厚さを０．０５〜０．４μｍの範囲とした。これは、硬質膜全体の平均厚さが０．０５μｍ未満であると外観色が薄くなりコーナ識別性が低下し、逆に０．４μｍを超えると耐欠損性の低下が顕著になるためである。その中でも平均厚さ０．０５〜０．３μｍはさらに好ましく、その中でも平均厚さ０．０５〜０．１μｍはさらに好ましい。
【００１１】
本発明被覆立方晶窒化硼素焼結体の用途としては切削工具を挙げることができる。切削工具として具体的には、切削チップ、エンドミル、ドリル、リーマなどを挙げることができる。その中でも鋳鉄の高速切削加工用の切削チップとして用いられることはさらに好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明被覆立方晶窒化硼素焼結体を切削工具として用いた場合、使用コーナと未使用コーナとの識別が容易になるとともに、従来の被覆立方晶窒化硼素焼結体に比較して耐欠損性に優れる。
【実施例１】
【００１３】
平均粒径１０μｍの立方晶窒化硼素粉末にＡｌ粉末を混合し、混合粉末を５ＧＰａ、１６００℃で高温高圧処理を行うことにより立方晶窒化硼素を９０体積％含有する立方晶窒化硼素焼結体を作製した。この立方晶窒化硼素焼結体をスローアウェイチップに加工した後、表１に示す被覆処理を行った。これらの試料について、外径２００ｍｍ、内径６０ｍｍの円盤状の鋳鉄を１００個まで、切削速度１０００ｍ／ｍｉｎ、切り込み２ｍｍ、送り０．４ｍｍの条件で端面旋削加工を行った。切削試験結果を表１に示す。
【００１４】
【表１】
2005200227.tif 000002
【００１５】
平均厚さ０．１μｍのＴｉＮ膜を被覆した発明品１、２は、使用したコーナのみ黄金色のＴｉＮ膜が剥離し黒色の立方晶窒化硼素焼結体基材が露出するため使用コーナ識別は容易であった。コート無しの比較品１は黒色のため、使用コーナの識別は困難である。白ペンキを塗布した比較品２は、切削加工初期に塗布したペンキが未使用コーナを含む広い範囲において剥がれ、使用コーナの識別が困難になった。
【実施例２】
【００１６】
被覆立方晶窒化硼素焼結体における硬質膜の組成および被覆方法と切削性能との関係を調べるため、実施例１と同様な製造方法により作製したスローアウェイチップを用意した。発明品３〜７については、立方晶窒化硼素焼結体基材に表２に示す硬質膜を従来からあるＰＶＤ法、ＣＶＤ法によって被覆した。
【００１７】
これらの試料を用いて、外径２００ｍｍ、内径６０ｍｍの円盤状の鋳鉄を、切削速度１０００ｍ／ｍｉｎ、切り込み２ｍｍ、送り０．４ｍｍの条件で端面旋削加工を行った。切削試験結果を表２に示す。
【００１８】
【表２】
2005200227.tif 000003
＊使用コーナ識別性の記号  識別良好  ◎  ＞  ○  ＞  △  ＞  ×  識別困難
【００１９】
発明品３〜７は比較品３に比べ使用コーナ識別性に優れる。発明品３〜７の中ではＴｉＮ膜を被覆した発明品３，７が使用コーナ識別性に特に優れていた。１０００個までの加工における摩耗形態についてはＴｉＮ膜をＰＶＤ法で被覆した発明品３が優れていた。
【実施例３】
【００２０】
実施例１と同様の製造方法により作製したスローアウェイチップを用意し、ＰＶＤ法により平均厚さ０．０４〜２μｍのＴｉＮ膜を被覆し、発明品８〜１０および比較品４〜６を作製した。また、未コート品を比較品７とした。これらの試料を実施例２と同様の切削条件で切削試験を行った。その結果を表３に示す。
【００２１】
【表３】
2005200227.tif 000004
＊使用コーナ識別性の記号  識別良好  ◎  ＞  ○  ＞  ×  識別困難
【００２２】
ＴｉＮ膜の平均厚さが１μｍ以上の比較品４、５は１１００個以下の加工数でチッピングを起こす。表３に示されるようにＴｉＮ膜の平均厚さが薄くなるほどチッピングが生じにくく、寿命が長い。しかしＴｉＮ膜の平均厚さが０．０４μｍの比較品６はＴｉＮ膜の黄金色が薄く使用前から黒色に近いため使用コーナ識別性は低下する。ＴｉＮ膜平均厚さ０．１〜０．４μｍの発明品８〜１０は使用コーナ識別性に優れるとともに耐欠損性に優れる。
【実施例４】
【００２３】
実施例１と同様の製造方法により作製したスローアウェイチップを用意し、ＰＶＤ法により平均厚さ０．３μｍの成膜温度の異なるＴｉＮ膜を被覆し発明品１１〜１３を得た。未コート品を比較品８とした。ＰＶＤ法によるＴｉＮ被覆では成膜温度が低いと結晶性が低くなり、ＴｉＮ膜の（１１１）面のＸ線回折強度が低下する。Ｃｕ管球を用いたＸ線回折測定を行い、窒化チタン（ＴｉＮ）の（１１１）面のＸ線回折強度Ｉｔと、立方晶窒化硼素（ｃＢＮ）の（１１１）面のＸ線回折強度Ｉｃを測定し、これらの強度比Ｉｃ／Ｉｔを求め、その値を表４に示した。なお、実施例４で用いられる立方晶窒化硼素焼結体基材はＴｉＮを含まないため、Ｘ線回折図形のＴｉＮのピークはＴｉＮ膜を示している。これらの試料について実施例２と同様の切削試験を行い、その結果を表４に示した。
【００２４】
【表４】
2005200227.tif 000005
＊使用コーナ識別性の記号  識別良好  ◎  ＞  ×  識別困難
【００２５】
表４に示すように平均厚さ０．３μｍのＴｉＮ膜を被覆した発明品１１〜１３は使用コーナ識別性が高く、耐欠損性が優れる。その中でもＸ線回折強度比Ｉｃ／Ｉｔが５以上の発明品１２，１３は耐欠損性に優れる。発明品１３はＴｉＮ膜のＸ線回折強度が非常に低いためＩｃ／Ｉｔが１０を示すとともに、未コートの比較品８と同等の耐欠損性を示す。