(57)【要約】基体（１８、４９）と被覆（２９、５９）を備える被覆された焼結（バインダ合金、例えばコバルトクロム合金）炭化タングステン切削インサート（１０、４０）である。基体は、少なくとも７０重量％のタングステン及び炭素と、約３（１２重量％のコバルト、及び少なくとも０．０９重量％のクロムと、を含む。前記基体（１８、４９）は、この基体の外周面（付近）から始まってこの基体の外周面から内側に延びるバインダ合金濃縮表面領域（２２、５６）を有する。被覆は、クロムを包含する基底層（３０、６０）を含む。
2004510589.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被覆された切削インサートにおいて、
すくい面と、逃げ面と、すくい面及び逃げ面の交差部にある切削刃と、を含み、
前記切削インサートが、硬質で耐熱性の被覆と基体を有し、この被覆が基体に粘着されており、
前記基体が、少なくとも７０重量％のタングステン及び炭素と、約３〜１２重量％のコバルトと、少なくとも０．０９重量％のクロムのバルク組成を有する炭化タングステンベースの材料を含み、
前記コバルト及びクロムが、バインダ合金を形成し、
前記バインダ合金含量が、基体の外周面の付近から始まってこの基体の外周面から内側に延びるバインダ合金濃縮表面領域で濃縮される、被覆された切削インサート。
【請求項２】
前記基体のバルク組成が、約１０重量％に達するタンタルと、約６重量％に達するニオブ、及び１０重量％に達するチタンを更に含む、請求項１の被覆された切削インサート。
【請求項３】
前記基体のバルク組成が、約０．２〜０．４重量％のクロムを含む、請求項２の被覆された切削インサート。
【請求項４】
前記基体のバルク組成が、チタン、タンタル、ニオブ、ジルコニウム及びハフニウムのうちの１種以上を更に含む、請求項３の被覆された切削インサート。
【請求項５】
前記基体のバルク組成が、バナジウムを更に含む、請求項４の被覆された切削インサート。
【請求項６】
前記バインダ合金が、タングステン、鉄、ニッケル、ルテニウム及びレニウムのうちの１種以上を更に含む、請求項１の被覆された切削インサート。
【請求項７】
前記基体のバルク組成が、約５〜６重量％のコバルトと、約３〜４重量％のタンタル、約１〜２．５重量％のチタン、及び約０．２〜０．６重量％のニオブを更に含む、請求項１の被覆された切削インサート。
【請求項８】
前記基体のバルク組成が、約５．７重量％のコバルトと、約３．３重量％のタンタル、約１．８重量％のチタン、約０．４重量％のニオブ、約０．３重量％のクロム、及び約８８．５重量％のタングステン及び炭素を含む、請求項１の被覆された切削インサート。
【請求項９】
前記コバルトの重量％に対する前記クロムの重量％の割合が、約０．０３〜０．１５の範囲である、請求項１の被覆された切削インサート。
【請求項１０】
前記コバルトの重量％に対する前記クロムの重量％の割合が、濃縮表面領域とバルク基体との間でほぼ一定に保持される、請求項１の被覆された切削インサート。
【請求項１１】
前記バインダ合金濃縮表面領域が、バルク基体内のバインダ合金含量の約１２５〜３００％の間の最大のバインダ合金含量を有する、請求項１の被覆された切削インサート。
【請求項１２】
前記バインダ合金濃縮表面領域が、バルク基体内のバインダ合金含量の約２００〜３００％の間の最大のバインダ合金含量を有する、請求項１の被覆された切削インサート。
【請求項１３】
前記バインダ合金濃縮表面領域が、基体の外周面から約５０μｍに達する深さまで延びている、請求項１の被覆された切削インサート。
【請求項１４】
前記バインダ合金濃縮表面領域が、非階層化されたタイプの濃縮を示す、請求項１の被覆された切削インサート。
【請求項１５】
前記バルク基体が、ＡＳＴＭ Ｄｅｓｉｇｎａｔｉｏｎ Ｂ２７６−９１（１９９６年に再承認された）によるＡタイプの明白な多孔性を示すように、１０μｍに達する気孔を備える、請求項１４の被覆された切削インサート。
【請求項１６】
前記バルク基体が、ＡＳＴＭ Ｄｅｓｉｇｎａｔｉｏｎ Ｂ２７６−９１（１９９６年に再承認された）によるＢタイプの明白な多孔性を示すように、１０μｍ〜２５μｍの範囲の気孔を備える、請求項１４の被覆された切削インサート。
【請求項１７】
前記バルク基体が、ＡＳＴＭ Ｄｅｓｉｇｎａｔｉｏｎ Ｂ２７６−９１（１９９６年に再承認された）によるＣタイプの明白な多孔性を示すように、化合しない炭素を含む、請求項１４の被覆された切削インサート。
【請求項１８】
前記バインダ合金濃縮表面領域が、階層化されたタイプの濃縮を示す、請求項１の被覆された切削インサート。
【請求項１９】
前記バルク基体が、ＡＳＴＭ Ｄｅｓｉｇｎａｔｉｏｎ Ｂ２７６−９１（１９９６年に再承認された）によるＡタイプの明白な多孔性を示すように、１０μｍに達する気孔を備える、請求項１８の被覆された切削インサート。
【請求項２０】
前記バルク基体が、ＡＳＴＭ Ｄｅｓｉｇｎａｔｉｏｎ Ｂ２７６−９１（１９９６年に再承認された）によるＢタイプの明白な多孔性を示すように、１０μｍ〜２５μｍの範囲の気孔を備える、請求項１８の被覆された切削インサート。
【請求項２１】
前記バルク基体が、ＡＳＴＭ Ｄｅｓｉｇｎａｔｉｏｎ Ｂ２７６−９１（１９９６年に再承認された）によるＣタイプの明白な多孔性を示すように、化合しない炭素を含む、請求項１８の被覆された切削インサート。
【請求項２２】
前記被覆が、基体に接する基底層を含み、この基底層がクロムを含む、請求項１の被覆された切削インサート。
【請求項２３】
前記基底層内のクロムが、被覆を塗布する間に基体から拡散する、請求項２２の被覆された切削インサート。
【請求項２４】
前記基体に塗布された基底層の組成が、チタンと窒素を含む、請求項２２の被覆された切削インサート。
【請求項２５】
前記基底層が、チタン、クロム及び窒素を含む固溶液を含む、請求項２４の被覆された切削インサート。
【請求項２６】
前記基底層が、炭素を更に含み、前記基底層が、チタン、クロム、炭素及び窒素の固溶液を含む、請求項２５の被覆された切削インサート。
【請求項２７】
前記基底層内の炭素が、被覆を塗布する間に基体から拡散する、請求項２６の被覆された切削インサート。
【請求項２８】
前記基体に塗布された基底層の組成が、炭素を更に含む、請求項２５の被覆された切削インサート。
【請求項２９】
前記被覆が、前記基底層の表面に塗布された他の層を更に備える、請求項２２の被覆された切削インサート。
【請求項３０】
前記バルク基体が、約８９〜９３のロックウェルＡ硬度と、約１１５〜３５０のエルステッド保磁力（Ｈｃ）、及び約１２８〜１６０のグラムコバルト当りガウス立方センチメートル（ｇａｕｓｓ−ｃｍ３／ｇｍ）の磁気飽和を有する、請求項１の被覆された切削インサート。
【請求項３１】
被覆された切削インサートにおいて、
すくい面と、逃げ面と、すくい面及び逃げ面の交差部にある切削刃と、を含み、
前記切削インサートが、硬質で耐熱性の被覆と基体を有し、この被覆が基体に粘着されており、
前記基体が、少なくとも７０重量％のタングステン及び炭素と、約３〜１２重量％のコバルトと、０．０９重量％より大きいクロムのバルク組成を有する炭化タングステンベースの材料を含み、
前記コバルト及びクロムが、バインダ合金を形成し、
前記バインダ合金含量が、基体の外周面の付近から始まってこの基体の外周面から内側に延びるバインダ合金濃縮表面領域で濃縮され、
前記被覆が、基体の表面に塗布された基底層を備え、この基底層がクロムを含む、被覆された切削インサート。
【請求項３２】
前記基底層のクロムが、被覆を塗布する間に基体から拡散する、請求項３１の被覆された切削インサート。
【請求項３３】
前記基体に塗布された基底層の組成が、チタンと窒素を含む、請求項３１の被覆された切削インサート。
【請求項３４】
前記基底層が、チタン、クロム及び窒素を含む固溶液を含む、請求項３３の被覆された切削インサート。
【請求項３５】
前記基底層が、被覆を塗布する間に基体から拡散する炭素を更に含み、前記基底層が、チタン、クロム、窒素及び炭素の固溶液を含む、請求項３４の被覆された切削インサート。
【請求項３６】
前記基底層の組成が、炭素を更に含み、前記基底層が、チタン、クロム、窒素及び炭素の固溶液を含む、請求項３３の被覆された切削インサート。
【請求項３７】
前記基底層が、チタンを含み、炭素と窒素及び酸素からなる群より選ばれた１種以上の成分を含む、請求項３１の被覆された切削インサート。
【請求項３８】
前記被覆が、基底層に塗布された中間層と、この中間層が、チタン炭窒化物、チタン窒化物、チタン炭化物、アルミナ、チタンアルミニウム窒化物、ハフニウム炭化物、ハフニウム窒化物、ジルコニウム炭化物、及びジルコニウム窒化物からなる群より選ばれる、請求項３１の被覆された切削インサート。
【請求項３９】
前記被覆が、表層を更に備え、この表層が、チタン炭窒化物、チタン窒化物、チタン炭化物、アルミナ、チタンアルミニウム窒化物、二ほう化チタン、クロム窒化物、ハフニウム窒化物、及びハフニウム炭化物からなる群より選ばれる１種以上の材料を含む、請求項３８の被覆された切削インサート。
【請求項４０】
前記被覆が、物理蒸着法、化学蒸着法及び中温化学蒸着法のうちの１つ以上の方法により塗布された１以上の層を備える、請求項３１の被覆された切削インサート。
【請求項４１】
前記基底層が、化学蒸着法で基体に塗布されたチタン窒化物を含み、前記被覆が、前記基底層に中温化学蒸着法で塗布されたチタン炭窒化物の第１の中間層と、この第１の中間層に化学蒸着法で塗布されたチタン炭窒化物の第２の中間層と、この第２の中間層に化学蒸着法で塗布されたアルミナの第３の中間層、及びこの第３の中間層に化学蒸着法で塗布されたチタン窒化物の表層を更に備える、請求項３１の被覆された切削インサート。
【請求項４２】
前記基底層が、基体に化学蒸着法で塗布されたチタン炭窒化物を含み、前記被覆が、前記基底層に化学蒸着法で塗布されたチタン炭化物の中間層と、この中間層に化学蒸着法で塗布されたアルミナの表層を更に備える、請求項３１の被覆された切削インサート。
【請求項４３】
前記基底層が、基体に化学蒸着法で塗布されたチタン炭窒化物を含み、前記被覆が、前記基底層に中温化学蒸着法で塗布されたチタン炭窒化物の第１の中間層と、この第１の中間層に化学蒸着法で塗布されたアルミナの第２の中間層、及びこの第２の中間層に化学蒸着法で塗布されたチタン窒化物の表層を備える、請求項３１の被覆された切削インサート。
【請求項４４】
コバルトの重量％に対するクロムの重量％の割合が、０．０３より大きい、請求項３１の被覆された切削インサート。
【請求項４５】
コバルトの重量％に対するクロムの重量％の割合が、約０．０３〜約０．１５である、請求項３１の被覆された切削インサート。
【請求項４６】
バインダ合金の重量％に対するクロムの重量％の割合が、濃縮表面領域とバルク基体との間でほぼ一定に保持される、請求項３１の被覆された切削インサート。
【請求項４７】
切削インサートであって、
基体を含み、前記基体が、少なくとも７０重量％のタングステン及び炭素と、約３〜１２重量％のコバルトと、少なくとも０．０９重量％のクロムのバルク組成を有する炭化タングステンベースの材料を含む組成を有し、
前記コバルト及びクロムが、バインダ合金を形成し、
前記バインダ合金含量が、基体の外周面の付近から始まってこの基体の外周面の内側に延びるバインダ合金濃縮表面領域において濃縮される、切削インサート。
【請求項４８】
前記基体のバルク組成が、約０．２〜０．４重量％のクロムと、全量が約４〜７重量％のチタンとタンタル及びニオブのうちの１種以上、及び全量が約８５〜９５重量％のタングステン及び炭素と、を含む、請求項４７の切削インサート。
【請求項４９】
コバルトの重量％に対するクロムの重量％の割合が、約０．０３〜０．１５の範囲にある、請求項４７の切削インサート。
【請求項５０】
コバルトの重量％に対するクロムの重量％の割合が、濃縮表面領域とバルク基体との間で一定に保持される、請求項４７の切削インサート。
【請求項５１】
前記表面領域が、バルク基体のバインダ合金含量の約１５０〜２５０％の間の最大のバインダ合金含量を有する、請求項４７の切削インサート。
【請求項５２】
バインダ濃縮表面領域が、基体の外周面から約５０μｍに達する深さまで延びている、請求項４７の切削インサート。
【請求項５３】
前記バインダ合金濃縮表面領域が、非階層化されたコバルト濃縮を示す、請求項４７の切削インサート。
【請求項５４】
前記バインダ濃縮表面領域が、階層化されたコバルト濃縮を示す、請求項４７の切削インサート。
【請求項５５】
前記基体に粘着される被覆を更に含む、請求項４７の切削インサート。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バインダ合金濃縮表面領域を有するクロム入り超硬合金体（例えば、被覆された焼結（Ｃｏ−Ｃｒバインダ合金）炭化タングステン切削インサート）に関する。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】
バインダ濃縮表面領域を有する被覆された焼結超硬合金（例えば、焼結［コバルト］炭化タングステン）切削インサートは、金属切削の用途に使用される。前記バインダ濃縮表面領域は、オーストラリアのＴｒｏｌ、Ｒｅｕｔｔｅで開かれたＭｅｔａｌｗｅｒｋｅ Ｐｌａｎｓｅｅ Ａ．Ｇ．の第１０回Ｐｌａｎｓｅｅ セミナー（１９８１年）の会報に掲載された「高先端強度ケナメタル・グレードＫＣ８５０の微細構造的特性及び切削性能」という論文（ｐｐ．６１３−６２７）に開示するように階層化することがある。バインダ濃縮表面領域は、Ｎｅｍｅｔｈ等の米国特許第３４，１８０号（再発行）またはＧｒａｂの米国特許第５，９５５，１８６号に開示するように階層化しないこともある。
【０００３】
最近の被覆された焼結超硬合金切削インサートは、許容可能な性能特性を有するバインダ濃縮表面領域を有する。しかし、向上した性能特性を有する被覆された焼結超硬合金切削インサートの提供は、依然として要望されている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の一態様は、少なくとも７０重量％のタングステン及び炭素と、約３重量％〜約１２重量％のコバルト、及び少なくとも０．０９重量％のクロムとからなる炭化タングステンベースのバルク組成を有する切削インサートである。コバルトとクロムが、バインダ合金を形成する。前記組成のバインダ合金含量は、基体の外周面の付近から始まってこの基体の外周面から内側に延びる表面領域において濃縮する。
【０００５】
好ましくは、前記基体もバインダ濃縮を得るのに有用なメカニズムの結果として窒素を含有する。
【０００６】
好ましくは、炭化タングステンベースのバルク組成は、約１０重量％に達するタンタルと、約６重量％に達するニオブ、及び約１０重量％に達するチタンを有する。
【０００７】
好ましくは、少なくとも全体の１重量％のタンタル、ニオブ及びチタン、更に好ましくは、少なくとも全体の２重量％のタンタル、ニオブ及びチタンが存在する。
【０００８】
好ましくは、クロム：コバルトの重量％の割合の範囲は、約０．０３〜０．１５であり、更に好ましくは、約０．０５〜０．１０である。
【０００９】
好ましくは、クロム：コバルトの重量％の割合は、バインダ合金濃縮表面領域とバルク組成との間においてほぼ一定に保持される。
【００１０】
好ましくは、本発明に係る切削インサートは、前述したような基体組成を有し、その上に一つまたはそれ以上の層からなる硬質被覆を有する。好ましくは、最内層がクロムを含有し、このクロムが、基体上への化学蒸着法による被覆中に、好ましくは、クロム入りの固溶層（例えば、チタンクロム炭窒化物またはチタンタングステンクロム炭窒化物）の形成中に基体から前記層に拡散する。
【００１１】
前述した本発明の特徴及び本発明の他の特徴は、図面と共に実施例を参照することでより明らかになるだろう。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図面を参照すると、図１と図２には、１０と付されるＣＮＭＧ型の被覆された切削インサートが示されている。被覆された切削インサート１０は、すくい面１４と逃げ面１６との交差部に切削刃１２を有する。切削インサート１０は、孔１７を備える。
【００１３】
前記被覆された切削インサート１０は、１８（図２参照）と付される基体を更に備える。前記基体１８は、バルク領域２０とバインダ合金濃縮表面領域２２を有し、このバインダ合金濃縮表面領域は、基体のバルク領域２０内のバインダ合金含量より多い最大のバインダ合金含量を有する。前記基体１８は、すくい面２４と逃げ面２６を有する。前記実施例において、バインダ合金濃縮表面領域２２は、すくい面２４と逃げ面２６の両方から外側に向けて基体１８の切削刃１２の付近まで延びる。前記バインダ合金濃縮表面領域は、研磨により切削インサートの他の領域からは除去する。
【００１４】
基体１８は、焼結超硬合金材料を含む。基体の一例としては、例えばチタン、タンタル、ニオブ、ジルコニウム及びハフニウムのような超硬合金を形成する成分を１種以上含む焼結（Ｃｏ−Ｃｒバインダ合金）炭化タングステンがある。前記材料はバナジウムを含むこともできるが、このバナジウムは、前述した超硬合金を形成する成分；即ち、チタン、タンタル、ニオブ、ジルコニウム及びハフニウムのうちの１種以上と共に存在しなければならない。前記基体は、クロムも含み得るが、ここで、全てではないものの、多くのクロムがコバルトと合金してコバルト−クロムバインダ合金を形成する。他の成分を選択的にバインダ合金の成分にすることがあり、かかる成分としては、タングステン、鉄、ニッケル、ルテニウム及びレニウムがある。一部の例において、２０重量％に達するバインダ合金がタングステンを含むことがある。
【００１５】
焼結（Ｃｏ−Ｃｒバインダ合金）炭化タングステンの場合に、バインダ合金濃縮表面領域は、通常、非階層化形態のバインダ合金濃縮を示す。バルク基体の多孔性は、通常、ＡＳＴＭ Ｄｅｓｉｇｎａｔｉｏｎ Ｂ２７６−９１（１９９６年に再承認された）によるタイプＡからタイプＢの多孔性である。出願人らは、本発明の範囲が非階層化されたバインダ合金濃縮表面領域を有する基体まで含むものとみなし、ここで、バルク基体は、ＡＳＴＭ Ｄｅｓｉｇｎａｔｉｏｎ Ｂ２７６−９１（１９９６年に再承認された）によるタイプＣの多孔性を有する。Ｎｅｍｅｔｈ等の米国特許第３４，１８０号（再発行）では、非階層化タイプのバインダ濃縮を有する焼結炭化タングステン切削インサートを開示している。Ｌｉｕ等の焼結超硬合金工具及び製造方法という名称で２０００年３月２４に出願し、継続中の米国特許出願番号第０９／５３４，７１０号では、Ｃ００より大きいＡＳＴＭ Ｄｅｓｉｇｎａｔｉｏｎ Ｂ２７６−９１（１９９６年に再承認された）による多孔性勾配と、非階層化されたバインダ濃縮表面領域を有する基体を開示している。
【００１６】
さらに、出願人らは、本発明の範囲を階層化されたバインダ合金濃縮表面領域を有する基体を含むものとみなす。この階層化されたバインダ合金濃縮表面領域を有する通常の基体は、ＡＳＴＭ Ｄｅｓｉｇｎａｔｉｏｎ Ｂ２７６−９１（１９９６年に再承認された）によるタイプＣの多孔性を有するバルク基体を有する。タイプＣの多孔性と階層化されたバインダ合金濃縮表面領域を有する基体の一例が、前述した「高先端強度ケナメタル・グレードＫＣ８５０の微細構造的特性及び切削性能」という題名の論文に開示されている。しかし、出願人らは、本発明の範囲をＡＳＴＭ Ｄｅｓｉｇｎａｔｉｏｎ Ｂ２７６−９１（１９９６年に再承認された）によるタイプＡ及び／またはタイプＢの多孔性を有するバルク基体を有する階層化されたバインダ濃縮表面領域を備える基体を含むものとみなす。Ｋｏｂｏｒｉ等の１９８７年のＦｕｎｔａｌ Ｏｙｏｂｉ Ｆｕｎｔａｉ Ｙａｋｉｎ Ｖｏｌ．３４、Ｎｏ．１の１２９頁乃至１３２頁に掲載された「焼結超硬合金の表面付近に形成されたバインダ濃縮層」という題名の論文では、階層化されたタイプのバインダ濃縮を開示している。
【００１７】
焼結（Ｃｏ−Ｃｒバインダ合金）炭化タングステン、即ち炭化タングステンベースの材料で製造された基体の一例の組成範囲は、約３重量％〜約１２重量％のコバルトと、約１０重量％に達するタンタル、約６重量％に達するニオブ、約１０重量％に達するチタン、約７０重量％より多いタングステンと炭素、及び最小限０．０９重量％のクロムを含有する。クロム含量の上限は、基体が当該の特別な適用に関連して靭性の問題が依然として回避できるレベルまでと決められる。好ましくは、クロムの上限は、コバルト含量の約１５％（例えば、１２ｗ／ｏコバルトで１．８ｗ／ｏクロム；３ｗ／ｏコバルトで０．４５ｗ／ｏクロム）、または、更に好ましくは、コバルト含量の１０％（例えば、１２ｗ／ｏコバルトで１．２ｗ／ｏクロム；３ｗ／ｏコバルトで０．３ｗ／ｏクロム）である。好ましくは、クロム含量の下限値も同じくコバルト含量に応じて異なり、少なくともコバルト含量の３％（例えば、３ｗ／ｏコバルトで０．０９ｗ／ｏクロム；１２ｗ／ｏコバルトで０．３６ｗ／ｏクロム）、更に好ましくは、少なくともコバルト含量の５％（例えば、３ｗ／ｏコバルトで０．１５ｗ／ｏクロム；１２ｗ／ｏコバルトで０．６ｗ／ｏクロム）である。
【００１８】
焼結（Ｃｏ−Ｃｒバインダ合金）炭化タングステンで製造された一例の基体組成の他の範囲は、約５〜６重量％のコバルトと、約３〜４重量％のタンタル、約１〜２．５重量％のチタン、約０．２〜０．６重量％のニオブ、約０．２〜０．４重量％の量で存在するクロム、及び少なくとも約７０重量％のタングステン及び炭素を含む。
【００１９】
出願人らは、基体の一例においてバインダ合金濃縮表面領域が基体の外周面から内側に向けて約５０μｍ深さまで延び得ることを観察した。基体の他の例では、バインダ合金濃縮の深さの範囲が約２０〜３０μｍである。
【００２０】
基体の一例において、バインダ合金濃縮表面領域内での最大のバインダ合金含量の範囲は、バルク基体内でのバインダ含量の約１２５〜３００重量％である。基体の他の例においては、バインダ合金濃縮表面領域内での最大のバインダ合金含量の範囲は、バルク基体内でのバインダ合金含量の約１５０〜３００重量％である。また他の基体の一例において、バインダ合金濃縮表面領域内での最大のバインダ合金含量の範囲は、バルク基体内での最大のバインダ合金含量の約２００〜３００重量％である。また他の基体の一例において、バインダ合金濃縮表面領域内でのバインダ合金含量の範囲は、バルク基体内でのバインダ合金含量の約１５０〜２５０％である。
【００２１】
焼結（Ｃｏ−Ｃｒバインダ合金）炭化タングステンを有する基体の一例においては、物理的特性の範囲が、約８９〜９３ロックウェルＡの硬度、約１１５〜３５０エルステッドの保磁力（Ｈｃ）、及び約１２８［１６２キログラムコバルト当りマイクロテスラ立方メートル（μＴ−ｍ３／ｋｇ）］〜約１６０グラムコバルト当りガウス立方センチメートル（ｇａｕｓｓ−ｃｍ３／ｇｍ）［２０２キログラムコバルト当りマイクロテスラ立方メートル（μＴ−ｍ３／ｋｇ）］の磁気飽和である。焼結（Ｃｏ）炭化タングステンを有する基体の他の一例においては、物理的特性の範囲が、約９１．５〜９２．５ロックウェルＡのバルク硬度、約１５５〜１９５エルステッドの保磁力（Ｈｃ）、及び約１２８［１６２キログラムコバルト当りマイクロテスラ立方メートル（μＴ−ｍ３／ｋｇ）］〜約１６０グラムコバルト当りガウス立方センチメートル（ｇａｕｓｓ−ｃｍ３／ｇｍ）［２０２キログラムコバルト当りマイクロテスラ立方メートル（μＴ−ｍ３／ｋｇ）］の磁気飽和である。
【００２２】
図１及び図２に示すように、切削インサート１０は、基体に粘着されている２９と付される被覆構造を有する。前記被覆構造２９は、基体１８上の基底層３０とこの基底層３０の次の中間層３２及びこの中間層３２の次の表層３４を備える。本実施例では、３つの層だけを示しているが、出願人らは、１つまたはそれ以上の層を備える被覆構造も可能であると判断する。
【００２３】
被覆材料の一例として、基底層は、炭化物、窒化物、炭窒化物及びチタンの酸化物の１種以上からなる群より選ばれた１種以上の材料を含むことができる。
【００２４】
中間層は、チタン炭窒化物、チタン窒化物、チタン炭化物、アルミナ、チタンアルミニウム窒化物、ジルコニウム窒化物、ジルコニウム炭化物、ハフニウム窒化物及びハフニウム炭化物からなる群より選ばれた１種以上の材料を含むことができる。
【００２５】
表層は、チタン炭窒化物、チタン窒化物、チタン炭化物、アルミナ、チタンアルミニウム窒化物、二ほう化チタン、クロム窒化物、ハフニウム窒化物及びハフニウム炭化物からなる群より選ばれた１種以上の材料を含むことができる。
【００２６】
一般に、被覆構造における１つ以上の被覆層は、化学蒸着法（ＣＶＤ）と中温化学蒸着法（ＭＴＣＶＤ）で塗布することができる。しかし、出願人らは、被覆構造における１つ以上の層が高周波スパッタリング法（ＰＶＤ法）で被覆することができるという点も考慮した。
【００２７】
基体は、基底被覆層と基体との間にエータ相層を備えることができる。ここで、エータ相層は、約２μｍ〜３μｍよりは厚くない。
【００２８】
通常、ターニングの用途に使用される切削インサートは、一般に基体のすくい面と逃げ面の両方から内側に延びるバインダ合金濃縮表面領域を有する。かかる切削インサートの例が図１と図２に示されているところ、前述したように、図２は、バインダ合金濃縮表面領域が基体のすくい面と逃げ面の両方から内側に延びることを示している。
【００２９】
しかし、特定の用途に使用される一部の切削インサートは、バインダ合金濃縮表面領域が基体のすくい面からだけ内側に延びており、基体の他の表面には、バインダ合金濃縮が存在しない。かかる形態の切削インサートでは、通常、焼結基体の逃げ面が研磨されることで逃げ面から延びたバインダ合金濃縮表面領域が取り除かれ、すくい面からだけ延びたバインダ合金濃縮表面領域が残るようになる。
【００３０】
図３と図４は、バインダ合金濃縮表面領域がすくい面の下にだけ存在する微細構造を有するＳＮＧスタイルの被覆された切削インサート４０を示す。ここで、切削インサート４０は、向い合うすくい面４４と交差することで８つの切削刃４８を形成する４つの逃げ面４２を有する。
【００３１】
切削インサート４０は、外周のすくい面５２と外周の逃げ面５４を有する４９と付される基体を備える（図４）。前記基体４９は、この基体４９の大部分をなすバルク領域５０と、外周のすくい面５２から内側に延びるバインダ合金濃縮表面領域５６を有する。外周の逃げ面付近の基体４９には、バインダ合金濃縮表面領域が存在しない。通常、バインダ合金濃縮表面領域は、研磨により逃げ面から取り除かれる。
【００３２】
切削インサート４０の基体４９には、切削インサート１０の基体１８と必ず同じ組成と同じレベルのバインダ濃縮が存在する。切削インサート４０は、切削インサート１０の被覆構造２９と同一であってもよい５９と付される被覆構造を有する。ここで、切削構造５９は、基底層６０と、この基底層６０上の中間層６２及びこの中間層６２上の表層６４を有する。基体４９と被覆構造５９についての更なる記述は必要ではないだろう。
【００３３】
第１の基体（以下に述べる）と後述するような被覆構造を有する被覆された切削インサートを透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）を通じて分析する。かかる被覆構造は、基体にＣＶＤ法で０．５μｍの厚さで塗布されたチタン窒化物の基底層と、この基底層にＭＴＣＶＤ法で４μｍの厚さで塗布されたチタン炭窒化物の第１の中間層と、この第１の中間層にＣＶＤ法で１．５μｍの厚さで塗布されたアルミナの第２の中間層、及びこの第２の中間層にＣＶＤ法で０．５μｍの厚さで塗布されたチタン窒化物の表層を備える。
【００３４】
前記ＴＥＭ分析では、クロムの重量％：コバルトの重量％の割合（ｗｔ％クロム／ｗｔ％コバルト）は、コバルト濃縮表面領域とバルク基体との間で均一である。濃縮表面領域におけるコバルトまたはバインダ合金相の組成は、４．５重量％のクロムに９５．５重量％のコバルト（または、５ａｔ％のクロムに９５ａｔ％のコバルト）を出したものと同じである。出発クロムの含量：コバルト含量の重量％の割合が、約５％である０．３：５．７５であるため、全てではないものの、大部分のクロムがコバルトバインダ内に存在する。出願人らは、所定量のタングステンがバインダ合金内に存在することでこのバインダ合金の２０重量％に達するタングステンを含み得るようにすることも予想した。
【００３５】
基底層がチタン窒化物またはチタン炭窒化物を含むとしても、高温（即ち、９００〜１０００℃）で基底層が塗布されるため、炭素が基体から基底層に一部拡散することでチタン窒化物がチタン炭窒化物に変わったり、またはチタン炭窒化物の炭素含量が増加したりするものと考えられる。驚くことに、基体内のクロムの一部が基低層に拡散することを発見し、基底層が、固溶チタン−クロム炭窒化物または固溶チタン−タングステン炭窒化物を含むと考えられる。
【００３６】
ＴＥＭ薄膜を、ＥＤＳシステムに対するＥＭｉ ＳＰＥＣインターフェースを用いてＰｈｉｌｉｐｓ ＣＭ２００ Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｇｕｎ ＴＥＭを通じて化学分析を行った。基底皮膜層内の金属に対する前記分析の結果の次の表の通りである。
2004510589.tif 000003
【００３７】
出願人らは、被覆構造の基底層へのクロムの拡散が基体に対する被覆の付着力と被覆の摩耗抵抗を向上させ、切削インサートの性能を向上させるようになる。基体に隣接する基底被覆層のＴＥＭ分析では、基底被覆層内でのクロム：コバルトの割合が、ａｔ％基準でクロムが約１．９ａｔ％存在する状態で約１．９／２．３であったことを発見した。これは、驚くことに基体から発見した割合（約０．０５）より相当高いクロム：コバルトの割合（０．８３）である。発明者らは、促進した付着力と摩耗抵抗を極大化するためには、被覆内のＣｒ／Ｃｏの割合と基体内のＣｒ／Ｃｏの割合との割合が、好ましくは５より大きい、より好ましくは、１０より大きい、最も好ましくは、１５より大きくなければならないと考える。
【００３８】
被覆された切削インサートを作製し、ターニングテストとスロッテッドバーテストでテストを行った。以下に、前述した切削インサートとそのテスト結果を述べる。
【００３９】
表１は、基体を備える成分の組成を重量％で表している。第１の基体と第２の基体を作製する出発粉末混合物において、窒素が、チタン窒化物の形態で存在する。第３の基体と第４の基体を作製するための出発粉末混合物において、窒素が、チタン炭窒化物の形態で存在し、ここで、炭素：窒素の割合は１：１である。第１の基体乃至第４の基体のそれぞれを作製するための出発粉末混合物において、クロムが、クロム炭化物の形態で存在する。
【００４０】
【表１】
2004510589.tif 000004
【００４１】
前述した基体をボールミルし、粉末を圧粉体（即ち、出発粉末の固い塊）に加圧し、圧粉体を脱蝋（Ｄｅｗａｘｉｎｇ）し、真空焼結することを含む従来の粉末金属冶金焼結技術で作製した。かかる基体に対し、約４５分乃至約９０分間約２７００°Ｆ（約１４８２℃）の温度で真空焼結を行う。以下では、表２で焼結基体の物理的特性の一部を説明する。
【００４２】
【表２】
2004510589.tif 000005
【００４３】
表２では、エルステッドで保磁力（Ｈｃ）を、グラムコバルト当たりガウス立方センチメートルで磁気飽和（ＭＳ）を、μｍでバインダ濃縮表面領域の厚さ（ＣＥＺ）を、ロックウェルＡで基体バルクの硬度を、“約結超硬合金内の明らかな多孔性に対する標準テスト方法”という題名のＡＳＴＭ Ｄｅｓｉｇｎａｔｉｏｎ Ｂ２７６−９１（１９９６年に再承認された）により測定したバルク基体の多孔性を表している。
【００４４】
第１の基体と第２の基体は、上部と底部が研磨され削られてから、次の被覆構造（被覆構造Ａ）に被覆される：基体に化学蒸着法（ＣＶＤ）で０．５μｍの厚さで塗布されたチタン窒化物の基底層、この基底層に中温の化学蒸着法（ＭＴＣＶＤ）で３．５μｍの厚さで塗布されたチタン炭窒化物の第１の中間層、この第１の中間層にＣＶＤ法で０．５μｍの厚さで塗布されたチタン炭窒化物の第２の中間層、この第２の中間層にＣＶＤ法で２．０μｍの厚さで塗布されたアルミナ（ｋａｐｐａ相）の第３の中間層、及びこの第３の中間層にＣＶＤ法で０．５μｍの厚さで塗布されたチタン窒化物の表層。
【００４５】
表３は、以下の条件下でターニングテストを数分間４回繰り返して測定した工具寿命の結果を表す：５９０周速（ｓｆｍ）［１８０ｍ周速］、１回転当り０．０１０ｉｎのフィード（ｉｐｒ）［１回転当り０．２５ｍｍ］、０．０８０ｉｎ（２ｍｍ）の切削深さ、及び流体冷却。加工品材質は、３１６Ｔｉステンレス鋼バー（Ｇｅｒｍａｎ ＤＩＮ １．４５７１）である。切削インサートのスタイルは、６°の正のすくいを有するＣＮＭＧ４３２である。
【００４６】
【表３】
2004510589.tif 000006
【００４７】
表３で表したターニングテストに使用された切削インサートのそれぞれのエラーモードは、切削溝の深さである。表３で示したターニングテストの工具寿命の結果に対する工具寿命の基準は：０．０１５ｉｎ（０．３８ｍｍ）の均一な逃げ摩耗；最大０．０３０ｉｎ（０．７６ｍｍ）の最大逃げ摩耗；０．０３ｉｎ（０．７６ｍｍ）のノーズ摩耗（ｎｏｓｅ ｗｅａｒ）；０．０２０ｉｎ（０．５１ｍｍ）の切削溝の深さ；０．０４ｉｎ（０．１０ｍｍ）のクレータ摩耗及び；０．０３０ｉｎ（０．７６ｍｍ）の後縁摩耗である。
【００４８】
第３の基体と第４の基体は、次の被覆構造（被覆構造Ｂ）で塗布される：基体にＣＶＤ法で０．５μｍの厚さで塗布されたチタン窒化物の基底層、この基底層にＭＴＣＶＤ法で３．５μｍの厚さで塗布されたチタン炭窒化物の第１の中間層、この第１の中間層にＣＶＤ法で０．５μｍの厚さで被覆されたチタン炭窒化物の第２の中間層、この第２の中間層にＣＶＤ法で２．５μｍの厚さで塗布されたアルミナ（ｋａｐｐａ相）の第３の中間層、及びこの第３の中間層にＣＶＤ法で０．５μｍの厚さで塗布されたチタン窒化物の表層。前述したように、基底被覆層が塗布される温度（即ち、９００〜１０００℃）により、出願人らは、炭素とクロムがそれぞれ被覆構造の基底層から拡散し、基底層がチタン−クロム固溶炭窒化物を含むが、炭素とクロム炭窒化物は、基体から拡散すると予想した。
【００４９】
表４は、以下の条件下でスロッテッドバーテストを数分間行って測定した工具寿命のテスト結果を表す：５００周速（ｓｆｍ）［１５２ｍ周速］、１回転当り０．００６ｉｎのフィード（ｉｐｒ）［１回転当り１．５ｍｍ］、０．１００ｉｎ（２．５ｍｍ）の切削深さ、及び流体冷却。加工品材料は、３０４ステンレス鋼バー（Ｇｅｒｍａｎ ＤＩＮ １．４３０１）である。切削インサートのスタイルは、６°の正のすくいを有するＣＮＭＧ４３２である。
【００５０】
【表４】
2004510589.tif 000007
【００５１】
スロッテッドバーは、６ｉｎ径のバー上に２つの向い合っている０．７５ｉｎ（１．９１ｃｍ）の最大半径スロットを有する。スロッテッドバーテストに使用された切削インサートのそれぞれに対する結果を表４に表わすが、ここで、エラーモードは、切削インサートの欠けまたは割れであった。
【００５２】
第３の基体と第４の基体は、次の被覆構造（被覆構造Ｃ）で塗布される：基体にＣＶＤ法で２μｍの厚さで塗布されたチタン炭窒化物の基底層、この基底層にＣＶＤ法で４μｍの厚さで塗布されたチタン炭化物の中間層、及びこの中間層にＣＶＤ法で１．５μｍの厚さで塗布されたアルミナの表層。前記被覆された切削インサートは、次の条件下で３１６Ｔｉステンレス鋼をターニングすることでテストを行う：５９０ｓｆｍ（１８０ｓｍｍ）、０．０１０ｉｐｒ［０．２５ｍｍｐｒ］、０．０８０ｉｎ（２．０ｍｍ）の切削深さ。表５は、数分間測定した工具寿命の結果を表わす。切削インサートのスタイルは、６°の正のすくいを有するＣＮＭＧ４３２である。
【００５３】
【表５】
2004510589.tif 000008
【００５４】
表５で表わしたターニングテストに使用された切削インサートのそれぞれに対するエラーモードは、切削溝の深さである。表５で示したターニングテストの工具寿命の結果に対する工具寿命の基準は、：０．０１５ｉｎ（０．３８ｍｍ）の均一な逃げ摩耗；最大０．０３０ｉｎ（０．７６ｍｍ）の最大逃げ摩耗；０．０３ｉｎ（０．７６ｍｍ）のノーズ摩耗；０．０２０ｉｎ（０．５１ｍｍ）の切削溝の深さ；０．００４ｉｎ（０．１０ｍｍ）のクレータ摩耗及び；０．０３０ｉｎ（０．７６ｍｍ）の後縁摩耗である。
【００５５】
また、切削インサート（６°の正の逃げを有するスタイルＣＮＭＧ４３２）を、次の条件下でスロッテッドバーテストによってテストを行う：５００周速（ｓｆｍ）（１８０ｓｍｍ）、０．００６ｉｐｒ［０．１５ｍｍｐｒ］、０．１００ｉｎ（２．５ｍｍ）の切削深さで、加工品材質が３０４ステンレス鋼である。表６は、数分間測定した工具寿命の結果を表わす。
【００５６】
【表６】
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【００５７】
表６で表わしたスロッテッドバーテストの結果において用いられた切削インサートのそれぞれに対し、エラーモードは、切削インサートの破損である。
前記テストの結果から、３１６Ｔｉステンレス鋼の全体的なターニングに対しクロムを含む基体を有する被覆された切削インサートは、１８１％のより長い工具寿命と、１５７％のより長い工具寿命を有することが分かる。特に、被覆構造Ａを有する被覆された切削インサート［第１の基体及び第２の基体］に対し、クロムを含む基体を有する切削インサートは、クロムを含まない基体を有する切削インサートより１８１％もより長い工具寿命を有する。被覆構造Ｃを有する被覆された切削インサート［第３の基体及び第４の基体］に対し、クロムを含む基体を有する切削インサートは、クロムを含まない基体を有する切削インサートより１５７％もより長い工具寿命を有する。
【００５８】
かかるテストの結果から、スロッテッドバーテストに対し、クロムを含む基体を有する被覆された切削インサートが、１９３％のより長い工具寿命と、１５３％のより長い工具寿命を有することも分かる。特に、被覆構造Ｂを有する被覆された切削インサート［第３の基体及び第４の基体］に対し、クロムを含む基体を有する切削インサートは、クロムを含まない基体を有する切削インサートより１９３％も長い工具寿命を有する。 被覆構造Ｃを有する被覆された切削インサート（［第３の基体及び第４の基体］に対し、クロムを含む基体を有する切削インサートは、クロムを含まない基体を有する切削インサートより１５３％も長い工具寿命を有する。
【００５９】
出願人らは、クロムを含む切削インサートによる性能の改善が基体に対する被覆のより優れた付着性のためと考えている。出願人らは、より優れた付着力が原則的に被覆工程中の基底層へのクロムの拡散によるものと考えている。基底層内のクロムの存在は、切削深さが増加しても一定である。
【００６０】
本特許出願で取り扱った全ての特許と文献は参照用として取り入れられる。
【００６１】
本発明の他の実施例が、当該分野の専門家によりここで開示して発明の詳細な説明と実施例を参照することで可能である。出願人らは、上述した実施例は単に説明をために例示したものに過ぎず、請求の範囲が真正な本発明の範囲と思想を規定する。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は、切削インサートの一実施例の等角図である。
【図２】
図２は、３つの層と、すくい面と逃げ面の両方から内側に延びるバインダ濃縮表面領域を有する基体とを有する被覆構造を示す図であって、図１の２−２線に沿う切削インサートの側断面である。
【図３】
図３は、切削インサートの他の実施例の等角図である。
【図４】
図４は、３つの層と、すくい面からのみ内側に延びるバインダ濃縮表面領域を有する基体とを有する被覆構造を示す図であって、図３の３−３線に沿う切削インサートの側断面図である。
【国際公開パンフレット】
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2004510589.tif 000011
2004510589.tif 000012
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004510589.tif 000040
【国際調査報告】
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2004510589.tif 000042
2004510589.tif 000043
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