(57)【要約】【課題】本発明の目的は、耐摩耗性および耐欠損性を両立させるとともに、基材と被覆層との密着性にも優れた刃先交換型切削チップを提供することにある。【解決手段】本発明の刃先交換型切削チップは、基材と該基材上に形成された被覆層とを備えるものであって、該被覆層は、複数の層からなり、その最表面層のみに圧縮残留応力が付与されており、該最表面層は、Ｔｉの炭化物、窒化物および炭窒化物のいずれかを主成分とする層であり、かつそれに付与される圧縮残留応力は０．０５ＧＰａ以上２ＧＰａ以下であり、該被覆層は、該最表面層の内側に少なくとも１層のＡｌ2Ｏ3を主体とするアルミナ層を含むことを特徴とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材と該基材上に形成された被覆層とを備える刃先交換型切削チップであって、
前記被覆層は、複数の層からなり、その最表面層のみに圧縮残留応力が付与されており、
前記最表面層は、Ｔｉの炭化物、窒化物および炭窒化物のいずれかを主成分とする層であり、かつそれに付与される圧縮残留応力は０．０５ＧＰａ以上２ＧＰａ以下であり、
前記被覆層は、前記最表面層の内側に少なくとも１層のＡｌ2Ｏ3を主体とするアルミナ層を含む、刃先交換型切削チップ。
【請求項２】
前記被覆層は、前記アルミナ層の直下にＴｉＢxＮy（式中、ｘおよびｙはそれぞれ原子比を示し、０．００１≦ｘ／（ｘ＋ｙ）≦０．０４である）で構成されるＴｉＢＮ層を含む請求項１記載の刃先交換型切削チップ。
【請求項３】
前記アルミナ層は、κ型の結晶構造を有するＡｌ2Ｏ3を主体とする層である請求項１または２記載の刃先交換型切削チップ。
【請求項４】
前記最表面層は、Ｔｉの窒化物で構成される請求項１〜３のいずれかに記載の刃先交換型切削チップ。
【請求項５】
前記最表面層は、０．１ＧＰａ以上２ＧＰａ以下の圧縮残留応力が付与されている請求項１〜４のいずれかに記載の刃先交換型切削チップ。
【請求項６】
前記最表面層は、０．０５μｍ以上１μｍ以下の厚みを有する請求項１〜５のいずれかに記載の刃先交換型切削チップ。
【請求項７】
前記アルミナ層は、０．０５μｍ以上２μｍ以下の厚みを有する請求項１〜６のいずれかに記載の刃先交換型切削チップ。
【請求項８】
前記被覆層は、さらに周期律表のＩＶａ族元素、Ｖａ族元素、ＶＩａ族元素、Ａｌ、およびＳｉからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素と、炭素、窒素、酸素および硼素からなる群より選ばれる少なくとも１種の元素とからなる化合物によって構成される硬質層を１層以上含む請求項１〜７のいずれかに記載の刃先交換型切削チップ。
【請求項９】
前記被覆層は、化学蒸着法により形成されたものである請求項１〜８のいずれかに記載の刃先交換型切削チップ。
【請求項１０】
前記被覆層は、Ｔｉの窒化物で構成され、かつ厚みが０．０５μｍ以上１μｍ以下である最下層を含む請求項１〜９のいずれかに記載の刃先交換型切削チップ。
【請求項１１】
前記基材は、超硬合金、サーメット、高速度鋼、セラミックス、立方晶型窒化硼素焼結体、ダイヤモンド焼結体、または窒化硅素焼結体のいずれかにより構成される請求項１〜１０のいずれかに記載の刃先交換型切削チップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、刃先交換型切削チップに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、着脱自在に工具に取り付けて被削材を切削加工する刃先交換型切削チップが知られている。このような刃先交換型切削チップは耐摩耗性や靭性を向上させることを目的として、超硬合金やサーメットからなる基材上に化学蒸着法または物理蒸着法により、セラミックスなどの硬質被膜を被覆層として形成する構成のものが多数提案されている。
【０００３】
一般に化学蒸着法により形成された被覆層は基材との熱膨張係数の相違により、コーティング後において熱応力に起因する引張り残留応力が存在し、それにより耐欠損性が低下することも知られている。
【０００４】
特許文献１には、化学蒸着法または物理蒸着法で被覆層を形成した後、アルミナ製のボールを圧縮空気で衝突させるショットピーニングを施し、被覆層中の引張り残留応力または圧縮残留応力を９ｋｇｆ／ｍｍ2（８８ＭＰａ）以下とすることで耐欠損性を向上させる表面被覆切削工具が開示されている。しかし、近年著しく進んでいる高能率加工に対し、このような応力レベルでは耐欠損性は十分ではなく、さらに圧縮残留応力を付与する必要がある。
【０００５】
特許文献２には、化学蒸着法で被膜を形成した後、できるだけ強い衝撃力でショットピーニングを施し、基材および／または被膜が５０ｋｇｆ／ｍｍ2（４９０ＭＰａ）以上の圧縮応力を付与する高靭性被覆材料が開示されている。しかし、被膜全体にわたり、高い圧縮応力が存在する場合、被膜自体が自己破壊を起こし、耐摩耗性を低下させる問題がある。また、被膜と基材の密着性が低下するため、被膜が剥離しやすくなる問題があった。
【特許文献１】特開平０４−３００１０４号公報
【特許文献２】特開平０１−０３１９７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上述のような問題点に鑑みなされたものであって、その目的とするところは耐摩耗性および耐欠損性を両立させるとともに、基材と被覆層との密着性にも優れた刃先交換型切削チップを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、化学蒸着法により被覆層を形成した刃先交換型切削チップの耐摩耗性および耐欠損性を向上させる手法を検討していたところ、被覆層の最表面層としてＴｉの炭化物、窒化物および炭窒化物のいずれかを主成分とする層を形成し、その内側に少なくとも１層のアルミナ層を形成させ、かつその最表面層のみに一定の圧縮残留応力を付与すれば、耐摩耗性、耐欠損性を両立させるとともに、基材と被覆層との密着性にも優れるという知見を得、この知見に基づいてさらに検討を重ねることによりついに本発明を完成させるに至ったものである。
【０００８】
すなわち、本発明の刃先交換型切削チップは、基材と該基材上に形成された被覆層とを備えるものであって、該被覆層は、複数の層からなり、その最表面層のみに圧縮残留応力が付与されており、該最表面層は、Ｔｉの炭化物、窒化物および炭窒化物のいずれかを主成分とする層であり、かつそれに付与される圧縮残留応力は０．０５ＧＰａ以上２ＧＰａ以下であり、該被覆層は、該最表面層の内側に少なくとも１層のＡｌ2Ｏ3を主体とするアルミナ層を含むことを特徴とする。
【０００９】
ここで、上記最表面層は、Ｔｉの窒化物で構成されることが好ましく、上記アルミナ層は、κ型の結晶構造を有するＡｌ2Ｏ3を主体とする層であることが好ましい。
【００１０】
また、上記被覆層は、上記アルミナ層の直下にＴｉＢxＮy（式中、ｘおよびｙはそれぞれ原子比を示し、０．００１≦ｘ／（ｘ＋ｙ）≦０．０４である）で構成されるＴｉＢＮ層を含むことが好ましい。また、上記最表面層は、０．１ＧＰａ以上２ＧＰａ以下の圧縮残留応力が付与されていることが好ましく、０．０５μｍ以上１μｍ以下の厚みを有することが好ましい。
【００１１】
また、上記アルミナ層は、０．０５μｍ以上２μｍ以下の厚みを有することが好ましく、上記被覆層は、さらに周期律表のＩＶａ族元素（Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ等）、Ｖａ族元素（Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ等）、ＶＩａ族元素（Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ等）、Ａｌ、およびＳｉからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素と、炭素、窒素、酸素および硼素からなる群より選ばれる少なくとも１種の元素とからなる化合物によって構成される硬質層を１層以上含むことが好ましい。
【００１２】
また、上記被覆層は、化学蒸着法により形成されたものであることが好ましく、Ｔｉの窒化物で構成され、かつ厚みが０．０５μｍ以上１μｍ以下である最下層を含むことが好ましい。また、上記基材は、超硬合金、サーメット、高速度鋼、セラミックス、立方晶型窒化硼素焼結体、ダイヤモンド焼結体、または窒化硅素焼結体のいずれかにより構成されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の刃先交換型切削チップは、上記の構成を有することにより、耐摩耗性および耐欠損性を両立させるとともに、基材と被覆層との密着性にも優れたものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明についてさらに詳細に説明する。
＜刃先交換型切削チップ＞
本発明の刃先交換型切削チップは、基材と該基材上に形成された被覆層とを備えるものである。このような基本構成を備える限り、その形状は特に限定されず従来公知のあらゆる形状を有し得る。
【００１５】
このような本発明の刃先交換型切削チップは、たとえばドリル加工用、エンドミル加工用、フライス加工用、旋削加工用、メタルソー加工用、歯切工具加工用、リーマ加工用、タップ加工用、またはクランクシャフトのピンミーリング加工用等の用途に適用することが可能である。
【００１６】
＜基材＞
本発明の刃先交換型切削チップの基材としては、この種の基材として知られる従来公知のものを特に限定なく使用することができる。たとえば、超硬合金（たとえばＷＣ基超硬合金、ＷＣの他、Ｃｏおよび／またはＮｉを含み、あるいはさらにＴｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｖ等の炭化物、窒化物、炭窒化物等を添加したものも含む）、サーメット（ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ等を主成分とするもの）、高速度鋼、セラミックス（炭化チタン、炭化硅素、窒化硅素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、およびこれらの混合体など）、立方晶型窒化硼素焼結体、ダイヤモンド焼結体、または窒化硅素焼結体等をこのような基材の例として挙げることができる。このような基材として超硬合金を使用する場合、そのような超硬合金は、組織中に遊離炭素やε相と呼ばれる異常相を含んでいても本発明の効果は示される。
【００１７】
なお、これらの基材は、その表面が改質されたものであっても差し支えない。たとえば、超硬合金の場合はその表面に脱β層が形成されていたり、サーメットの場合には表面硬化層が形成されていても良く、このように表面が改質されていても本発明の効果は示される。
【００１８】
＜被覆層＞
本発明の被覆層は、複数の層からなり、その最表面層のみに圧縮残留応力が付与されていることを特徴とする（この点、被覆層中最表面層以外の各層は、応力を有さないかまたは引張り残留応力を有している）。このように被覆層の最表面層のみに圧縮残留応力が付与された場合、切削時の衝撃で被覆層表面に発生したクラックが被覆層全体に伝播するのが抑えられ、耐欠損性が飛躍的に向上する。一方、最表面層より内側の層（すなわち最表面層より基材側に位置する各層）は、引張り残留応力が残存するため、被覆層の自己破壊が発生することなく優れた耐摩耗性を示すとともに基材との密着性にも優れたものとなる。このようにして、本発明の被覆層は、耐摩耗性と耐欠損性とを高度に両立させたとともに、基材との密着性にも優れたものである。
【００１９】
ここで、上記圧縮残留応力とは、被覆層中に残留する内部応力（固有ひずみ）であって、一般に「−」（マイナス）の数値（単位：本発明では「ＧＰａ」を使う）で表される応力をいう。ただし、本発明においては、引張り残留応力と対比する場合等を除き、特に断らない場合はこのマイナスの符号を省略して表すものとする。このため、特に数値を使わずに圧縮残留応力の大小を表現する場合は、上記数値の絶対値が大きくなる程、圧縮残留応力が大きいと表現し、また上記数値の絶対値が小さくなる程、圧縮残留応力が小さいと表現するものとする。これに対して引張残留応力とは、これも被覆層中に残留する内部応力（固有ひずみ）であって、一般に「＋」（プラス）の数値（単位：本発明では「ＧＰａ」を使う）で表される応力をいう。
【００２０】
なお、このような圧縮残留応力または引張り残留応力は、Ｘ線応力測定装置を用いたｓｉｎ2ψ法により測定することができ、刃先交換型切削チップのすくい面または逃げ面等の平坦部に位置する任意の点３点（これらの各点は当該部位の応力を代表できるように互いに０．５ｍｍ以上の距離を離して選択することが好ましい）以上の応力を該ｓｉｎ2ψ法により測定し、その平均値を求めることにより測定することができる。
【００２１】
このようなＸ線を用いたｓｉｎ2ψ法は、多結晶材料の残留応力の測定方法として広く用いられているものであり、たとえば「Ｘ線応力測定法」（日本材料学会、１９８１年株式会社養賢堂発行）の５４〜６７頁に詳細に説明されている方法を用いれば良い。なお、上記のような残留応力の測定は、放射光を用いて測定することもできる。この場合は被覆層の厚み方向での残留応力分布を求めることができるというメリットがある。
【００２２】
なお、このような本発明の被覆層は、０．１μｍ以上３０μｍ以下、好ましくは１μｍ以上２０μｍ以下の厚みを有していることが好適である。また、本発明の被覆層は、基材の全面を覆うようにして形成されていてもよいし、基材の一部を覆うようにして形成されていてもよい。
【００２３】
＜最表面層＞
本発明の被覆層に含まれる最表面層（被覆層の表面を構成する層）は、Ｔｉの炭化物、窒化物および炭窒化物のいずれかを主成分とする層であり、この層のみに圧縮残留応力が付与されていることを特徴とするものである。付与される圧縮残留応力は、０．０５ＧＰａ以上２ＧＰａ以下であり、さらに好ましくは０．１ＧＰａ以上２ＧＰａ以下である。なお、このような圧縮残留応力の上限値はより好ましくは１．８ＧＰａ以下である。
【００２４】
最表面層に付与される圧縮残留応力が０．０５ＧＰａ未満の場合、耐欠損性向上に効果がなく、２ＧＰａを超えると最表面層よりも内側に形成される層との応力差により密着性が低下し、切削開始初期に剥離してしまうため耐欠損性が低下する。
【００２５】
ここで、Ｔｉの炭化物、窒化物および炭窒化物のいずれかを主成分とするとは、Ｔｉの炭化物、窒化物および炭窒化物のいずれかを９０質量％以上含むことを意味し、好ましくは不可避不純物を除きＴｉの炭化物、窒化物および炭窒化物のいずれかのみにより構成されることを意味する。また、Ｔｉの炭化物、窒化物および炭窒化物のそれぞれにおいて、ＴｉとＴｉ以外の元素（すなわちＣ、Ｎ、およびＣＮ）との質量比は、Ｔｉが５０質量％以上とすることが好ましい。
【００２６】
そして、Ｔｉの炭化物、窒化物および炭窒化物のいずれかのうち、特に好ましくはＴｉの窒化物（すなわちＴｉＮで表される化合物）である。ＴｉＮはこれらの化合物のうちで色彩が最も明瞭（金色を呈する）であるため、切削使用後の切削チップのコーナー識別が容易であるという利点がある。
【００２７】
なお、本発明において化合物をＴｉＮ等の化学式で表す場合、原子比を特に限定しない場合は従来公知のあらゆる原子比を含むものとし、必ずしも化学量論的範囲のもののみに限定されるものではない。たとえば単に「ＴｉＣＮ」と記す場合、「Ｔｉ」と「Ｃ」と「Ｎ」の原子比は５０：２５：２５の場合のみに限られず、また「ＴｉＮ」と記す場合も「Ｔｉ」と「Ｎ」の原子比は５０：５０の場合のみに限られない。これらの原子比としては従来公知のあらゆる原子比が含まれるものとする。
【００２８】
本発明の最表面層は、０．０５μｍ以上１μｍ以下の厚みを有することが好ましい。さらにその厚みの上限は０．８μｍ、より好ましくは０．６μｍであり、その下限は０．１μｍ、より好ましくは０．２μｍである。その厚みが０．０５μｍ未満の場合、圧縮残留応力を付与する効果が十分ではなく、耐欠損性向上にあまり効果がなく、１μｍを越えると最表面層の内側に位置する層（たとえば後述のアルミナ層）との密着性が低下するため好ましくない。
【００２９】
＜アルミナ層＞
本発明の被覆層は、上記最表面層の内側に少なくとも１層のＡｌ2Ｏ3を主体とするアルミナ層を含む。これにより、高速切削時の酸化摩耗に対して良好な性能が示され、耐摩耗性の向上に資するものとなる。ここで、Ａｌ2Ｏ3を主体とするとは、Ａｌ2Ｏ3を９０質量％以上含むことを意味し、好ましくは不可避不純物を除きＡｌ2Ｏ3のみにより構成されることを意味する。
【００３０】
このようなアルミナ層は、κ型の結晶構造を有するＡｌ2Ｏ3（以下κ−Ａｌ2Ｏ3と記すこともある）を主体とする層であることが望ましい。一般に高速切削においてはα型の結晶構造を有するＡｌ2Ｏ3（以下α−Ａｌ2Ｏ3と記すこともある）が耐摩耗性に優れる点で有利であるが、後述のように最表面層に圧縮残留応力を付与するためのブラスト処理を施した場合、処理と同時にアルミナ層自体が破壊され、最表面層が剥離することがある。これに対して、κ−Ａｌ2Ｏ3であればブラスト処理を施しても破壊が起こらず、最表面層が剥離することを防止することができるため好ましい。なお、このような結晶構造は、Ｘ線回折により確認することができる。
【００３１】
このようなアルミナ層は、０．０５μｍ以上２μｍ以下の厚みを有することが好ましく、さらに好ましくは上限が１．５μｍであり下限が０．５μｍである。その厚みが２μｍを超えると耐欠損性が低下するため好ましくない場合があり、０．０５μｍ未満では十分な耐摩耗性が示されない場合がある。
【００３２】
＜ＴｉＢＮ層＞
本発明の被覆層は、上記アルミナ層の直下（アルミナ層に接する基材側の位置）にＴｉＢxＮy（式中、ｘおよびｙはそれぞれ原子比を示し、０．００１≦ｘ／（ｘ＋ｙ）≦０．０４である）で構成されるＴｉＢＮ層を含むことが好ましい。このようなＴｉＢＮ層は、その表面が非常に細かな針状組織となるため、アルミナ層と優れた密着性を示す。
【００３３】
後述のように最表面層に圧縮残留応力を付与するためにブラスト処理などを施す場合、アルミナ層が剥離したり脱落する問題があるが、このようなＴｉＢＮ層をアルミナ層の直下に形成させることによりこのような問題を解消することができる。上記式中、ｘおよびｙは、特に好ましくは０．００３≦ｘ／（ｘ＋ｙ）≦０．０２である。これによりアルミナ層との間で特に良好な密着力が得られる。また、ＴｉとＢＮとの原子比は、ＢＮの合計を１とした場合にＴｉが０．８〜１．５とすることが好ましい。
【００３４】
なお、このようなＴｉＢＮ層は、本発明の被覆層を構成する他の層に含まれる元素（特にＴｉＢＮ層と接する層に含まれる元素）を含むことができる。このようなＴｉＢＮ層は、０．０５μｍ以上１μｍ以下の厚みを有することが好ましく、さらに好ましくは上限が０．８μｍであり下限が０．１μｍである。その厚みが１μｍを超えると耐摩耗性が低下するため好ましくない場合があり、０．０５μｍ未満ではアルミナ層との間で十分な密着性が示されない場合がある。
【００３５】
＜硬質層＞
本発明の被覆層は、さらに周期律表のＩＶａ族元素、Ｖａ族元素、ＶＩａ族元素、Ａｌ、およびＳｉからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素と、炭素、窒素、酸素および硼素からなる群より選ばれる少なくとも１種の元素とからなる化合物によって構成される硬質層を１層以上含むことが好ましい。このような硬質層は、本発明の被覆層中最表面層を除く任意の位置に形成することができる。たとえば、最表面層とアルミナ層との間や、ＴｉＢＮ層と基材との間等に形成することができる。
【００３６】
このような硬質層を構成する化合物としては、たとえばＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＮＯ、ＴｉＣＮＯ、ＴｉＢ2、ＴｉＯ2、ＴｉＢＮ、ＴｉＢＮＯ、ＴｉＣＢＮ、ＴｉＣｒＣＮ、ＺｒＣ、ＺｒＯ2、ＨｆＣ、ＨｆＮ、ＴｉＡｌＮ、ＡｌＣｒＮ、ＣｒＮ、ＶＮ、ＴｉＳｉＮ、ＴｉＳｉＣＮ、ＡｌＴｉＣｒＮ、ＴｉＡｌＣＮ、ＺｒＣＮ、ＺｒＣＮＯ、ＡｌＮ、ＡｌＣＮ、ＺｒＮ、ＴｉＡｌＣ、ＮｂＣ、ＮｂＮ、ＮｂＣＮ、Ｍｏ2Ｃ、ＷＣ、Ｗ2Ｃ等を挙げることができる。
【００３７】
これらの化合物中、特に上記のＴｉＢＮ層より内側（すなわち基材側）にＭＴ-ＣＶＤ（ｍｅｄｉｕｍ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ＣＶＤ）法で形成されたＴｉＣＮなどのセラミックス層を形成すれば特に良好な耐摩耗性が示されるため好ましい。ここで、ＭＴ−ＣＶＤ法とは、通常の化学蒸着法が約９５０〜１０５０℃で成膜が行なわれることが多いのに対して、約８３０〜９５０℃という比較的低温で行なう化学蒸着法をいう。
【００３８】
このような硬質層は、１層当り０．１μｍ以上１５μｍ以下の厚みを有していることが好ましい。
【００３９】
＜最下層＞
本発明の被覆層は、Ｔｉの窒化物で構成され、かつ厚みが０．０５μｍ以上１μｍ以下である最下層（基材と接する層）を含むことが好ましい。このようなＴｉの窒化物（ＴｉＮ）で構成される最下層は基材との密着性が高く、後述のように最表面層に圧縮残留応力を付与するために被覆層表面からブラスト処理を施した場合でも被覆層全体が剥離することを防止することができる。また、本発明のように最表面層に圧縮残留応力が付与された場合であってもこのような最下層を形成することにより、切削に耐え得る十分な密着性が得られるという優れた効果が示される。
【００４０】
このような最下層の厚みは、好ましくはその下限が０．１μｍである。
＜製造方法＞
本発明の被覆層は、化学蒸着法（ＣＶＤ法）により形成されたものであることが好ましい。これにより、後述のブラスト処理を施すまでは被覆層の各層は引張り残留応力を有したものとなり、基材との密着性が非常に高いものとなる。しかも本発明では、このような化学蒸着法により形成した被覆層の表面からブラスト処理を施すことにより、最表面層のみに圧縮残留応力が付与されたものとなるが、被覆層の各層を化学蒸着法により形成すると密着性と耐欠損性のバランスが特に優れたものとなる。
【００４１】
このような化学蒸着法としては、従来公知の方法を特に限定することなく使用することができ、条件等が限定されることはない。たとえば、８５０〜１０５０℃程度の成膜温度を採用することができ、使用するガスとしてもアセトニトリル等のニトリル系のガス等従来公知のガスを特に限定することなく使用することができる。
【００４２】
また、被覆層の最表面層のみに圧縮残留応力を付与する方法としては、たとえばブラスト処理を利用すればよく、鋼球などの金属粉末やアルミナなどのセラミックス粉末を直接または水などの溶媒と混合したものを被覆層の表面に衝突させることにより実施することができる。その衝突等の具体的条件は、被覆層の構成や付与する圧縮残留応力の大きさ等により適宜調節することができるが、衝突が強すぎると最表面層以外の層にも圧縮残留応力が付与されることとなるので適度な強さで衝突させることが好ましい。具体的には、吐出圧（上記のような金属粉末やセラミックス粉末を衝突させる際の媒体となる圧縮空気等の圧力）を０．０８ＭＰａ以上０．１ＭＰａ以下、衝突時間を３秒以上７秒以下、照射距離（上記粉末の吐出口（ノズル先端）から被照射物までの距離）を２０ｍｍ以上５０ｍｍ以下とする条件を採用すれば、最表面層のみに所望の圧縮残留応力を付与することができる。
【実施例】
【００４３】
以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００４４】
２．０質量％のＴａＣ、１．０質量％のＮｂＣ、１０．０質量％のＣｏおよび残部ＷＣからなる組成（ただし不可避不純物を含む）の超硬合金製切削チップ（形状：住友電工ハードメタル（株）製ＣＮＭＧ１２０４０８Ｎ−ＵＸ）を基材とし、公知の熱ＣＶＤ法により表１に記載した被覆層の各層（表１中、左に記載したものから順に基材上に形成した）を該基材上に形成することにより刃先交換型切削チップを作製した。
【００４５】
たとえば、表１中実施例１は、基材上から順に０．２μｍのＴｉＮ（最下層）、６．０μｍのＴｉＣＮ（ＭＴ−ＣＶＤ法により形成、硬質層）を形成した後、０．５μｍのＴｉＢＮ（ＴｉＢＮ層）、１．２μｍのκ−Ａｌ2Ｏ3（アルミナ層）、０．５μｍのＴｉＮ（最表面層）を成膜した。
【００４６】
なお、上記ＴｉＢＮ層は以下の条件で形成した。すなわち、ＴｉＣｌ4：２．０体積％、ＢＣｌ3：０．０１体積％、Ｎ2：１０．０体積％、Ｈ2：残部からなる反応ガスを用い、圧力４．０ｋＰａ、温度９３０℃とした。このように特に圧力が２．０〜４．２ｋＰａであればアルミナ層との密着性が高く好ましい。
【００４７】
また、κ−Ａｌ2Ｏ3（アルミナ層）の成膜条件は以下の条件とした。ＡｌＣｌ3：５．０体積％、ＣＯ2：２．０体積％、Ｈ2：残部からなる反応ガスを用い、圧力６．０ｋＰａ、温度１０００℃とした。なお、このようにして成膜した被覆層の総厚みを表１の「合計膜厚」の欄に記載した。表１中、被覆層の最も右側に記載されているＴｉを構成中に含むものが最表面層であり、κ−Ａｌ2Ｏ3またはα−Ａｌ2Ｏ3の表記はアルミナ層を示す。また、ＴｉＢＮの表記はＴｉＢＮ層であり、それ以外の化合物の表記は、最下層（最も左側に記載されているＴｉＮ）または硬質層を示す。すなわち、表１中の被覆層の欄において、各層は各表記の化合物によって構成されることを示す。
【００４８】
さらに上記のように被覆層形成後、切削チップを６０ｒｐｍで回転させながら刃先稜線部に対して４５°の方向からすくい面および逃げ面に均等に、平均粒径５０μｍのアルミナ製ボールを０．１ＭＰａの圧縮空気で５秒間、照射距離を３０ｍｍとして衝突させるブラスト処理を施し、最表面層に圧縮残留応力を付与することにより本発明の刃先交換型切削チップを作製した。なお、最表面層以外の被覆層各層は、引張り残留応力を有している。
【００４９】
最表面層に付与した圧縮残留応力の応力測定は、上記したＸ線応力測定装置を用いたｓｉｎ2ψ法により求め、その結果を表１に示した。たとえば、実施例１の刃先交換型切削チップの最表面層には１．２ＧＰａの圧縮残留応力が付与されていることを示す。なお、表１中、圧縮残留応力は数値に「マイナス」の符号を付し、「プラス」の符号を付した引張り残留応力と区別している。
【００５０】
また、上記ＴｉＢＮ層を構成するＴｉＢxＮyのｘおよびｙは、ＥＰＭＡ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｐｒｏｂｅ  Ｍｉｃｒｏ  Ａｎａｌｙｓｉｓ）により求めｘ／（ｘ＋ｙ）の値を表１に記載した。実施例１のｘ／（ｘ＋ｙ）は０．０１２であった。
【００５１】
以上、実施例１について記載したが、これと同様にして実施例２〜２５および比較例１〜７の刃先交換型切削チップを作製し、表１に示した。なお、比較例１は、実施例１において被覆層の表面にブラスト処理を施さないことにより最表面層が引張り残留応力を有したものとした。比較例２は、実施例１においてアルミナ層とＴｉＢＮ層を形成しない構成とした。比較例３は、実施例１において最表面層を形成しない構成とした。比較例４は、実施例１において最表面層の圧縮残留応力として２ＧＰａを超える圧縮残留応力を付与したものである。比較例５は、実施例１において最表面層の圧縮残留応力として０．０５ＧＰａ未満となる圧縮残留応力を付与したものである。比較例６は、最表面層が引張り残留応力を有するものとし、比較例７は、最表面層が引張り残留応力を有し、かつ最下層を形成しない構成としたものである。
【００５２】
【表１】
2009090417.tif 000002
【００５３】
そして、これらの刃先交換型切削チップ（実施例１〜２５および比較例１〜７）について以下の条件で切削試験を実施した。
【００５４】
＜耐欠損性試験＞
被削材：ＳＣＭ４４０（６本溝入り）、切削速度：１００ｍ／ｍｉｎ．、送り量：０．２ｍｍ／ｒｅｖ．、切込み量：２．０ｍｍ、および乾式の条件で行なった。評価は、２０切れ刃を２０秒間切削した場合の破損数（破損した切れ刃の数）から破損率を求めた。すなわち破損率（％）＝（破損数／２０）×１００とした。この結果を表２に示す。破損率が低いもの程耐欠損性に優れていることを示す。表２より明らかなように、実施例の刃先交換型切削チップは比較例の刃先交換型切削チップに比し耐欠損性が大幅に向上することが確認された。
【００５５】
＜限界送り試験＞
被削材：Ｓ４５Ｃ、切削速度：１５０ｍ／ｍｉｎ．、切込み量：２．０ｍｍ、および乾式とし、送り量を０．２ｍｍ／ｒｅｖ．から０．０１ｍｍ／ｒｅｖ．ずつ上げていき、切れ刃が欠損する時の送り量を限界送り量として測定した。この結果を表２に示す。限界送り量が大きな数値になる程切削能率に優れていることを示す。表２より明らかなように、実施例の刃先交換型切削チップは比較例の刃先交換型切削チップに比し限界送り量が大幅に向上し、高能率加工が可能となることが確認された。
【００５６】
＜耐摩耗性試験＞
被削材：ＳＣｒ４２０Ｈ、切削速度：３００ｍ／ｍｉｎ．、送り量：０．２５ｍｍ／ｒｅｖ．、切込み量：２．０ｍｍ、および湿式（水溶性切削油）の条件で行なった。評価は、１５分切削後のチップ逃げ面側の平均摩耗量Ｖｂ（ｍｍ）を測定した（この数値が小さくなる程、耐摩耗性に優れることを示す）。また、被削材の外径を測定し、設定値に対する加工精度を測定した（その絶対値が小さくなる程、加工精度に優れることを示す）。さらに切削試験後の刃先交換型切削チップに対して、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）により損傷形態の観察を行なった（表２中、Ａｌ2Ｏ3とはアルミナ層を示す）。また、切削試験後の刃先交換型切削チップに対して、肉眼によりコーナーの明瞭性を確認した。これらの結果を表２に示す。
【００５７】
表２より明らかなように、実施例の刃先交換型切削チップは比較例の刃先交換型切削チップに比し耐摩耗性が大幅に向上すると同時に、非常に高い加工精度が得られることも確認された。また、ＳＥＭ観察の結果、実施例の刃先交換型切削チップは比較例の刃先交換型切削チップに比しチップの損傷形態も良好であり、安定して長寿命を達成することおよび基材と被覆層との密着性が良好であることが確認できた。また、特に最表面層としてＴｉＮからなる層を形成した場合は使用コーナーの識別が非常に明瞭であることも確認できた。
【００５８】
以上の通り、本発明の刃先交換型切削チップは、耐摩耗性および耐欠損性を両立させるとともに、基材と被覆層との密着性にも優れたものであることが確認できた。
【００５９】
【表２】
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【００６０】
以上のように本発明の実施の形態および実施例について説明を行なったが、上述の各実施の形態および実施例の構成を適宜組み合わせることも当初から予定している。
【００６１】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。