ナノ積層コーティングされた切削工具
本発明は、多結晶の立方晶窒化ホウ素（ＰＣＢＮ）の本体を固体のインサートとして又は支持体に取り付けられるものとして含む、その上に硬質かつ耐摩耗性のＰＶＤコーティングが堆積された、チップ除去による機械加工のための切削工具インサートに関する。前記コーティングは、Ａ層及びＢ層の互層の多結晶のナノ積層構造を含み、ここで、Ａ層は（Ｔｉ、Ａｌ、Ｍｅ１）ＮでありＭｅ１は周期表の３、４、５又は６族からの金属元素の１種以上であり、Ｂ層は（Ｔｉ、Ｓｉ、Ｍｅ２）Ｎであり、Ｍｅ２は、Ａｌを含む周期表の３、４、５又は６族からの金属元素の１種以上であり、厚さは、０．５〜１０ｍである。本発明のインサートは、高温を発生する金属切削用途、例えば、鋼、鋳鉄、超合金及び硬化鋼の高速加工において特に有用である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立方晶窒化ホウ素（ＰＣＢＮ）材料の本体、並びに（Ｔｉ、Ａｌ）Ｎ層及び（Ｔｉ、Ｓｉ）Ｎ層をそれぞれ基礎とするナノ積層構造を含む、硬質かつ耐摩耗性のコーティングを含む切削工具インサートに関する。このインサートは、高温を発生する金属切削用途、例えば、鋼、鋳鉄、超合金、ステンレス鋼及び硬化鋼の高速機械加工において特に有用である。このコーティングは物理蒸着法（ＰＶＤ）により、好ましくは陰極アーク蒸着により成長する。
【背景技術】
【０００２】
米国特許第７，０５６，６０２号は、立方晶構造の（ＴｉyＡｌxＭｅ1-x-y）Ｎを基礎とした層でコーティングされた切削工具インサートを開示しており、ここで、Ｍｅは、元素：Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ又はＳｉのいずれか１つであり；ｘは０．５０〜０．８０；比ｘ／（ｘ＋ｙ）は０．５０〜０．８５；そして、Ｔｉ及びＡｌの下付き文字の和ｘ＋ｙは０．７〜１．０である。
【０００３】
欧州特許第１７３６５６５号は、立方晶構造の（Ｍｅ、Ｓｉ）Ｘ相でコーティングされた、切削工具の立方晶窒化ホウ素を基礎としたインサートを開示しており、ここで、Ｍｅは元素Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ及びＡｌの１種以上であり、Ｘは元素Ｎ、Ｃ、Ｏ又はＢの１種以上である。
【０００４】
欧州特許第０５８８３５０号は、本体上のＴｉ−Ｓｉ−Ｎ複合材料の硬質層であって、この層は、ａが７５〜８５％の範囲かつｂが１５〜２５％の範囲である組成ＴｉaＳｉbを有した蒸着源を用いて蒸着される層、を開示している。
【０００５】
コーティングの最適化も、Ｔｉ及びＡｌを含有する互層（米国特許第６，３０９，７３８号）、酸素含有及び酸素不含層（米国特許第６，２５４，９８４号）、多層に積み重なっている層の１つがそれ自体多層から成る（米国特許第６，０７７，５９６号）、窒素含有量が交互である（米国特許第５，３３０，８５３号）又は１種の準安定な化合物を用いる（米国特許第５，５０３，９１２号）又は非周期的な多層である（米国特許第６，１０３，３５７号）といった様々な多層の概念を適用すること、によって得られる。
【０００６】
熱安定性及び硬度の更なる改善は、ＳｉをＴｉＮ又はＴｉＡｌＮを基礎としたコーティングに導入することにより達成されている。特開２０００−３３４６０７号は、化合物ＴｉＳｉ（層ａ）及び化合物ＴｉＡｌ（層ｂ）を含む積層の、コーティングされた工具を開示している。層ａは、１０％＜Ｓｉ＜６０％を含み、ＮａＣｌ型結晶構造である、窒化物、炭窒化物、酸窒化物及び酸炭窒化物から選択される。層ｂは、４０％＜Ａｌ＜７５％を含み、ＮａＣｌ型結晶構造である窒化物、炭窒化物、酸窒化物及びオキシカルボナイトライドから選択される。ａ層及びｂ層は１層以上ごとに交互に被覆され、ｂ層は基材の表面の直上に位置する。
【０００７】
欧州特許第１９３９３２７号は、耐クレーター及び耐フランク摩耗を改善させる硬質コーティングを含む切削工具であって、このコーティングは、Ｘ層及びＹ層の平均層厚さが０．１〜１００ｎｍかつ平均化学組成がＡｌaＴｉbＳｉcＣｒdＣeＮ1-e、ここで０＜ａ＜０．５、０．１＜ｂ＜０．９、０．０１＜ｃ＜０．１７、０＜ｄ＜０．０６、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１、０＜ｅ＜１である非周期的な多層Ｘ＋Ｙ＋Ｘ＋Ｙ＋．．．を含む、切削工具を開示している。
【０００８】
環境保護のため乾式作業工程へと向かう趨勢、即ち、切削油（潤滑剤）を用いない金属切削作業、及び改善された工程での機械加工速度の増加により、工具の刃先の温度の上昇による工具材料特性への要求が更に高まっている。特に、高温でのコーティング安定性、例えば、耐酸化性及び耐摩耗性は更に重要となってきている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、高温での金属切削用途において、性能が改善されたコーティングされた切削工具を提供することである。
【００１０】
本発明の更なる目的は、エッジ完全性が改善されたコーティングされた切削工具を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
（Ｔｉ、Ｓｉ）Ｎ及び（Ｔｉ、Ａｌ）Ｎをそれぞれ基礎とする層を組合せて、ナノ積層されたコーティング構造とし、立方晶窒化ホウ素を基礎とした切削工具インサート上に被覆することで、特に、工具が高温となる高速機械加工において、耐クレータ摩耗、耐フランク摩耗及びエッジ完全性が増加するため、工具寿命が著しく改善されることがわかった。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】Ｔｉ0.38Ａｌ0.62Ｎ／Ｔｉ0.86Ｓｉ0.14Ｎナノ積層構造の断面を示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像である。
【図２】表面硬化鋼において２４分旋削させた後の刃先の例を示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像であり、（ａ）Ｔｉ０．８６Ｓｉ０．１４Ｎ単層、（ｂ）Ｔｉ０．３８Ａｌ０．６２Ｎ／Ｔｉ０．８６Ｓｉ０．１４ＮＮナノ積層構造を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（発明の詳細な説明）
本発明によれば、固体のインサート又は支持体に取り付けられるもののいずれかとして、多結晶の立方晶窒化ホウ素（ＰＣＢＮ）の硬質合金の本体を含む、チップ除去による機械加工のための切削工具であって、その上に全体として柱状の構造を有する、厚さが０．５〜１０μｍ、好ましくは０．５〜５μｍである、Ａ層及びＢ層の互層の多結晶のナノ積層構造を含む硬質かつ耐摩耗性のコーティングが堆積された切削工具が提供される。ナノ積層構造の中間領域、即ち成長方向の厚さの３０〜７０％内の領域の断面走査型電子顕微鏡により測定されるように、平均柱幅が２０〜１０００ｎｍ、好ましくは２０〜５００ｎｍであり、前記平均柱幅は、隣接する少なくとも１０本の柱の幅を計測した平均である。
【００１４】
前記層Ａは（Ｔｉ1-xＡｌxＭｅ１p）Ｎaであり、ここで、０．３＜ｘ＜０．９５、好ましくは０．４５＜ｘ＜０．７５、０．９０＜ａ＜１．１０、好ましくは０．９６＜ａ＜１．０４、０≦ｐ＜０．１５であり、Ｍｅ１は、周期表の３、４、５又は６族の金属元素の１種以上、好ましくはＺｒ、Ｙ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ及びＷの１種以上、最も好ましくはＺｒ、Ｙ、Ｖ及びＮｂの１種以上である。前記層Ｂは（Ｔｉ1-y-zＳｉyＭｅ２z）Ｎbであり、ここで、０．０５＜ｙ＜０．２５好ましくは０．０５＜ｙ＜０．１８、０≦ｚ＜０．４、０．９＜ｂ＜１．１、好ましくは０．９６＜ｂ＜１．０４であり、Ｍｅ２は、Ａｌを含む周期表の３、４、５又は６族の金属元素の１種以上、好ましくはＹ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ及びＡｌの１種以上、最も好ましくはＹ、Ｖ、Ｎｂ及びＡｌの１種以上である。層Ａ及び層Ｂは、例えば、ナノ積層構造の中間領域、即ち、成長方向の厚さの３０〜７０％内の領域の断面走査電子顕微鏡法により計測されるように、それぞれ平均の層厚さが１ｎｍ〜５０ｎｍであり、前記平均の層厚さは、少なくとも１０層の隣接する層の厚さを計測した平均である。前記ナノ積層構造は、Ｘ線回折で測定されるように、立方相及び六方相の相の混合、好ましくは立方相のみを含む。
【００１５】
第１の好ましい実施形態において、ｚ＝ｐ＝０である。
【００１６】
第２の好ましい実施形態において、Ｍｅ１は、Ｚｒ、Ｙ、Ｖ及びＮｂの１種以上であり、０＜ｐ＜０．０５である。
【００１７】
第３の好ましい実施形態において、Ｍｅ２はＹであり、０＜ｚ＜０．１５である。
【００１８】
第４の好ましい実施形態において、Ｍｅ２はＶ及びＮｂの一方又は双方であり、０＜ｚ＜０．３である。
【００１９】
第５の好ましい実施形態において、Ｍｅ２はＡｌであり、０．２＜ｚ＜０．４である。
【００２０】
前記ナノ積層構造の平均組成は、４５％＜Ｔｉ＋Ａｌ＋Ｓｉ＋Ｙ＋Ｖ＋Ｎｂ＋Ｍｏ＋Ｗ＋Ｚｒ＜５５％、好ましくは、４８％＜Ｔｉ＋Ａｌ＋Ｓｉ＋Ｙ＋Ｖ＋Ｎｂ＋Ｍｏ＋Ｗ＋Ｚｒ＜５２％、及び残りのＮであり、例えば、ＥＤＳ又はＷＤＳにより測定される。
【００２１】
前記コーティングは、ＴｉＮ、ＴｉＣ、Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）若しくは（Ｔｉ、Ａｌ）Ｎ、好ましくは（Ｔｉ、Ａｌ）Ｎの内部単層及び／若しくは多層コーティング並びに／又はＴｉＮ、ＴｉＣ、Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）、（Ｔｉ、Ｓｉ）Ｎ若しくは（Ｔｉ、Ａｌ）Ｎ、好ましくは（Ｔｉ、Ｓｉ）Ｎ若しくは（Ｔｉ、Ａｌ）Ｎの外部単層及び／若しくは多層コーティングを含んでよく、従来技術によれば、ナノ積層構造の厚さを含む全コーティング厚さを０．５〜２０μｍ、好ましくは０．５〜１０μｍ、最も好ましくは０．５〜７μｍとしてよい。
【００２２】
前記ＰＣＢＮは、バインダー中に少なくとも３０体積％の立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）を含有する。このバインダーは、周期表の４、５及び６族に属する１種以上の元素及びＡｌの窒化物、ホウ化物、酸化物、炭化物及び炭窒化物より成る群から選択される少なくとも１つの化合物、例えばＴｉ（Ｃ、Ｎ）及びＡｌＮを含有する。
【００２３】
第６の好ましい実施形態において、前記ＰＣＢＮ本体は、３０体積％＜ｃＢＮ＜７０体積％、好ましくは、４０体積％＜ｃＢＮ＜６５体積％を含有し、ｃＢＮの平均粒径は０．５μｍ〜４μｍである。このバインダーは、８０質量％＜Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）＜９５質量％を含有し、残りは主に、元素Ｔｉ、Ｎ、Ｂ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｆｅ、Ａｌ及び／又はＯの２種以上を含む他の化合物、例えばＴｉＢ2及びＡｌ2Ｏ3を含有する。
【００２４】
第７の好ましい実施形態において、前記ＰＣＢＮ本体は、４５体積％＜ｃＢＮ＜７０体積％、好ましくは、５５体積％＜ｃＢＮ＜６５体積％を含有し、ｃＢＮの平均粒径は０．５μｍ〜４μｍ、好ましくは１μｍ〜３μｍである。このバインダーは、８０質量％＜Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）＜９０質量％、１質量％＜Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｒ及び／又はＭｏの元素を１種以上を含有する合金＜１０質量％、及び主にＴｉＢ2及びＡｌ2Ｏ3を含有する残余を含有する。
【００２５】
第８の好ましい実施形態において、前記ＰＣＢＮ本体は、７０体積％＜ｃＢＮ、好ましくは８０体積％＜ｃＢＮ＜９５体積％を含有し、ｃＢＮの平均粒径は、０．５μｍ〜１０μｍ、好ましくは１μｍ〜６μｍ又は１０μｍ〜２５μｍ、好ましくは１５μｍ〜２５μｍのいずれかである。このバインダは、Ａｌ、Ｂ、Ｎ、Ｗ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ａｌ及び／又はＯの元素２種以上の化合物を含有する。
【００２６】
本発明のコーティングの堆積方法は、以下の条件下における合金又は複合陰極の陰極アーク蒸着に基づく；（Ｔｉ、Ａｌ、Ｍｅｌ）Ｎ及び（Ｔｉ、Ｓｉ、Ｍｅ２）Ｎ層は陰極から成長して所望の層組成を得る。蒸着電流は、５０Ａ〜２００Ａである。これらの層は、Ａｒ＋Ｎ2雰囲気下、好ましくは、純Ｎ2雰囲気下で、全圧０．５Ｐａ〜９．０Ｐａ、好ましくは１．５Ｐａ〜５．０Ｐａで成長する。バイアスは、−１０Ｖ〜−３００Ｖ、好ましくは−２０Ｖ〜−２００Ｖである。蒸着温度は３５０℃〜７００℃、好ましくは４００℃〜６５０℃である。
【００２７】
本発明は、切削速度が５０〜２０００ｍ／分、好ましくは５０〜１５００ｍ／分で、切削作業に依存して平均送りが０．０１〜１．０ｍｍ／回転、好ましくは０．０１〜０．６ｍｍ／回転での鋼、鋳鉄、超合金及び硬化鋼の機械加工のための上記に従う切削工具インサートの使用にも関する。
【実施例】
【００２８】
実施例１
表１のコーティングは、以下のＰＣＢＮインサート上に陰極アーク蒸着によって堆積させた：
Ｓ１：６０体積％のｃＢＮ、ｃＢＮの平均粒径約２μｍ、８６質量％のＴｉ（Ｃ，Ｎ）、５質量％のＡＳＴＭ Ｆ７５合金（主な組成：６２質量％のＣｏ＋２８．５質量％のＣｒ＋６質量％のＭｏ）並びに主にＴｉＢ２及びＡｌ２Ｏ３を含有する残余を含有するバインダーを含む。
Ｓ２：６０体積％のｃＢＮ、ｃＢＮの平均粒径約２μｍ、８６質量％のＴｉ（Ｃ，Ｎ）、５質量％のＩｎｃｏｎｅｌ ６２５合金（主な組成：２８．５質量％のＣｒ＋９質量％のＭｏ＋３質量％のＮｂ＋残余のＮｉ）並びに主にＴｉＢ２及びＡｌ２Ｏ３を含有する残余を含有するバインダーを含む。
Ｓ３：５０体積％のｃＢＮ、ｃＢＮの平均粒径約１μｍ、９１質量％Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）及び主にＴｉＢ２及びＡｌ２Ｏ３を含有する残余を含有するバインダー含む。
Ｓ４：９０体積％のｃＢＮ、ｃＢＮの平均粒径約４μｍ、主にＡｌＮ及び主にＡｌＢ２を含有する残余を含有するバインダーを含む。
Ｓ５：９０体積％のｃＢＮ、ｃＢＮの平均粒径約２０μｍ、主にＡｌＮ及び主にＡｌＢ２を含有する残余を含有するバインダーを含む。
【００２９】
堆積前、インサートをアルカリ溶液及びアルコールの超音波浴で洗浄した。堆積室を２．０ｘ１０-3Ｐａ未満の基準圧力まで真空に引いた後、インサートをＡｒイオンでスパッター洗浄した。９９．９９５％純Ｎ2雰囲気下、全圧２〜６Ｐａで、バイアス−２０〜−６０Ｖ及び蒸着電流６０〜２００Ａを用いて合金又は複合陰極からコーティングを蒸着させた。陰極は層Ａ及び層Ｂのそれぞれの組成が得られるように選択し、取付具の回転によりナノ積層構造を得るために、堆積室の対向する側面に取り付けた。それぞれの平均層厚さは、陰極電流（６０〜２００Ａ）及び取付具の回転速度（１〜５ｒｐｍ）を変化させることにより変化した。全コーティング厚さは、すべてのインサートについて約２μｍであり、蒸着温度は４５０℃であった。
【００３０】
図１は、ナノ積層構造にわたって広がる柱状マイクロ構造を備えたＴｉ0.38Ａｌ0.62Ｎ／Ｔｉ0.86Ｓｉ0.14Ｎナノ積層構造（コーティング１）の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像の例である。それぞれの層ははっきりと見られ、隣接する層間の混合が最小限であることを示しており、固定具の回転が３軸であることによりそれぞれの層厚さは異なっている。
【００３１】
コーティングの総平均組成は、エネルギー分散Ｘ線分光分析（ＥＤＳ）により計測され、分析領域においては、１０ｋＶで稼働するＴｈｅｒｍｏ Ｎｏｒａｎ ＥＤＳ検出器を備えたＬＥＯ Ｕｌｔｒａ ５５走査型電子顕微鏡を用いた。これらのデータは、Ｎｏｒａｎ Ｓｙｓｔｅｍ Ｓｉｘ（ＮＳＳ ｖｅｒ ２）ソフトウェアを用いて評価した。
【００３２】
【表１】
【００３３】
実施例２
Ｓ１及びＳ２インサート上のコーティング１、３、６、４０〜４５は、以下の条件の下で試験した：
配置： ＣＮＧＡ１２０４０８Ｓ
適用： 連続回転
工作物の材料： 表面硬化鋼（１６ＭｎＣｒ５）
切削速度： ２００ｍ／分
送り： ０．１ｍｍ／回転
切込み深さ： ０．１５ｍｍ
工具寿命基準： エッジ破損
【００３４】
結果を表２に示す。
【００３５】
図２は、（ａ）比較例のコーティング４１及び（ｃ）本発明のコーティング１について、２４分回転した後のＳ１インサートの使用されたエッジのＳＥＭ画像を示す。本発明のコーティングが、改善されたクレータ摩耗及びエッジ摩耗特性を示すことがはっきりと見られる。
【００３６】
実施例３
Ｓ３インサート上のコーティング１〜６、３５、３６、３８〜４２、４４〜４５を以下の条件の下で試験した：
配置： ＲＣＧＮ０８０３Ｍ０Ｓ
適用： 連続回転
工作物の材料： 表面硬化鋼（１６ＭｎＣｒ５）
切削速度： ２００ｍ／分
送り： ０．１ｍｍ／回転
切込み深さ： ０．１５ｍｍ
工具寿命基準： エッジ破損
【００３７】
結果を表２に示す。
【００３８】
実施例４
Ｓ４インサート上のコーティング６、３７、４０、４１を以下の条件の下で試験した：
配置： ＣＮＭＮ１２０４１２Ｓ
適用： 対面
工作物の材料： ＡＩＳＩ Ａ４８−４０Ｂ
切削速度： １１００ｍ／分
送り： ０．３ｍｍ／回転
切込み深さ： １ｍｍ
工具寿命基準： エッジ破損
【００３９】
結果を表２に示す。
【００４０】
実施例５
Ｓ５インサート上のコーティング６、４０、４１を以下の条件の下で試験した：
配置： ＣＮＭＮ１２０４１２Ｓ
適用： 連続回転
工作物の材料： ＡＩＳＩ Ａ４８−４５Ｂ
切削速度： １１００ｍ／分
送り： ０．４ｍｍ／回転
切込み深さ： ２ｍｍ
工具寿命基準： エッジ破損
【００４１】
結果を表２に示す。
【００４２】
【表２】
【００４３】
本発明のインサートが、改善されたエッジ摩耗特性及びクレータ摩耗特性を有する、向上した工具性能を示すことは上記実施例から明らかである。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立方晶窒化ホウ素（ＰＣＢＮ）材料の本体、並びに（Ｔｉ、Ａｌ）Ｎ層及び（Ｔｉ、Ｓｉ）Ｎ層をそれぞれ基礎とするナノ積層構造を含む、硬質かつ耐摩耗性のコーティングを含む切削工具インサートに関する。このインサートは、高温を発生する金属切削用途、例えば、鋼、鋳鉄、超合金、ステンレス鋼及び硬化鋼の高速機械加工において特に有用である。このコーティングは物理蒸着法（ＰＶＤ）により、好ましくは陰極アーク蒸着により成長する。
【背景技術】
【０００２】
米国特許第７，０５６，６０２号は、立方晶構造の（ＴｉyＡｌxＭｅ1-x-y）Ｎを基礎とした層でコーティングされた切削工具インサートを開示しており、ここで、Ｍｅは、元素：Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ又はＳｉのいずれか１つであり；ｘは０．５０〜０．８０；比ｘ／（ｘ＋ｙ）は０．５０〜０．８５；そして、Ｔｉ及びＡｌの下付き文字の和ｘ＋ｙは０．７〜１．０である。
【０００３】
欧州特許第１７３６５６５号は、立方晶構造の（Ｍｅ、Ｓｉ）Ｘ相でコーティングされた、切削工具の立方晶窒化ホウ素を基礎としたインサートを開示しており、ここで、Ｍｅは元素Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ及びＡｌの１種以上であり、Ｘは元素Ｎ、Ｃ、Ｏ又はＢの１種以上である。
【０００４】
欧州特許第０５８８３５０号は、本体上のＴｉ−Ｓｉ−Ｎ複合材料の硬質層であって、この層は、ａが７５〜８５％の範囲かつｂが１５〜２５％の範囲である組成ＴｉaＳｉbを有した蒸着源を用いて蒸着される層、を開示している。
【０００５】
コーティングの最適化も、Ｔｉ及びＡｌを含有する互層（米国特許第６，３０９，７３８号）、酸素含有及び酸素不含層（米国特許第６，２５４，９８４号）、多層に積み重なっている層の１つがそれ自体多層から成る（米国特許第６，０７７，５９６号）、窒素含有量が交互である（米国特許第５，３３０，８５３号）又は１種の準安定な化合物を用いる（米国特許第５，５０３，９１２号）又は非周期的な多層である（米国特許第６，１０３，３５７号）といった様々な多層の概念を適用すること、によって得られる。
【０００６】
熱安定性及び硬度の更なる改善は、ＳｉをＴｉＮ又はＴｉＡｌＮを基礎としたコーティングに導入することにより達成されている。特開２０００−３３４６０７号は、化合物ＴｉＳｉ（層ａ）及び化合物ＴｉＡｌ（層ｂ）を含む積層の、コーティングされた工具を開示している。層ａは、１０％＜Ｓｉ＜６０％を含み、ＮａＣｌ型結晶構造である、窒化物、炭窒化物、酸窒化物及び酸炭窒化物から選択される。層ｂは、４０％＜Ａｌ＜７５％を含み、ＮａＣｌ型結晶構造である窒化物、炭窒化物、酸窒化物及びオキシカルボナイトライドから選択される。ａ層及びｂ層は１層以上ごとに交互に被覆され、ｂ層は基材の表面の直上に位置する。
【０００７】
欧州特許第１９３９３２７号は、耐クレーター及び耐フランク摩耗を改善させる硬質コーティングを含む切削工具であって、このコーティングは、Ｘ層及びＹ層の平均層厚さが０．１〜１００ｎｍかつ平均化学組成がＡｌaＴｉbＳｉcＣｒdＣeＮ1-e、ここで０＜ａ＜０．５、０．１＜ｂ＜０．９、０．０１＜ｃ＜０．１７、０＜ｄ＜０．０６、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１、０＜ｅ＜１である非周期的な多層Ｘ＋Ｙ＋Ｘ＋Ｙ＋．．．を含む、切削工具を開示している。
【０００８】
環境保護のため乾式作業工程へと向かう趨勢、即ち、切削油（潤滑剤）を用いない金属切削作業、及び改善された工程での機械加工速度の増加により、工具の刃先の温度の上昇による工具材料特性への要求が更に高まっている。特に、高温でのコーティング安定性、例えば、耐酸化性及び耐摩耗性は更に重要となってきている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、高温での金属切削用途において、性能が改善されたコーティングされた切削工具を提供することである。
【００１０】
本発明の更なる目的は、エッジ完全性が改善されたコーティングされた切削工具を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
（Ｔｉ、Ｓｉ）Ｎ及び（Ｔｉ、Ａｌ）Ｎをそれぞれ基礎とする層を組合せて、ナノ積層されたコーティング構造とし、立方晶窒化ホウ素を基礎とした切削工具インサート上に被覆することで、特に、工具が高温となる高速機械加工において、耐クレータ摩耗、耐フランク摩耗及びエッジ完全性が増加するため、工具寿命が著しく改善されることがわかった。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】Ｔｉ0.38Ａｌ0.62Ｎ／Ｔｉ0.86Ｓｉ0.14Ｎナノ積層構造の断面を示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像である。
【図２】表面硬化鋼において２４分旋削させた後の刃先の例を示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像であり、（ａ）Ｔｉ０．８６Ｓｉ０．１４Ｎ単層、（ｂ）Ｔｉ０．３８Ａｌ０．６２Ｎ／Ｔｉ０．８６Ｓｉ０．１４ＮＮナノ積層構造を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（発明の詳細な説明）
本発明によれば、固体のインサート又は支持体に取り付けられるもののいずれかとして、多結晶の立方晶窒化ホウ素（ＰＣＢＮ）の硬質合金の本体を含む、チップ除去による機械加工のための切削工具であって、その上に全体として柱状の構造を有する、厚さが０．５〜１０μｍ、好ましくは０．５〜５μｍである、Ａ層及びＢ層の互層の多結晶のナノ積層構造を含む硬質かつ耐摩耗性のコーティングが堆積された切削工具が提供される。ナノ積層構造の中間領域、即ち成長方向の厚さの３０〜７０％内の領域の断面走査型電子顕微鏡により測定されるように、平均柱幅が２０〜１０００ｎｍ、好ましくは２０〜５００ｎｍであり、前記平均柱幅は、隣接する少なくとも１０本の柱の幅を計測した平均である。
【００１４】
前記層Ａは（Ｔｉ1-xＡｌxＭｅ１p）Ｎaであり、ここで、０．３＜ｘ＜０．９５、好ましくは０．４５＜ｘ＜０．７５、０．９０＜ａ＜１．１０、好ましくは０．９６＜ａ＜１．０４、０≦ｐ＜０．１５であり、Ｍｅ１は、周期表の３、４、５又は６族の金属元素の１種以上、好ましくはＺｒ、Ｙ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ及びＷの１種以上、最も好ましくはＺｒ、Ｙ、Ｖ及びＮｂの１種以上である。前記層Ｂは（Ｔｉ1-y-zＳｉyＭｅ２z）Ｎbであり、ここで、０．０５＜ｙ＜０．２５好ましくは０．０５＜ｙ＜０．１８、０≦ｚ＜０．４、０．９＜ｂ＜１．１、好ましくは０．９６＜ｂ＜１．０４であり、Ｍｅ２は、Ａｌを含む周期表の３、４、５又は６族の金属元素の１種以上、好ましくはＹ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ及びＡｌの１種以上、最も好ましくはＹ、Ｖ、Ｎｂ及びＡｌの１種以上である。層Ａ及び層Ｂは、例えば、ナノ積層構造の中間領域、即ち、成長方向の厚さの３０〜７０％内の領域の断面走査電子顕微鏡法により計測されるように、それぞれ平均の層厚さが１ｎｍ〜５０ｎｍであり、前記平均の層厚さは、少なくとも１０層の隣接する層の厚さを計測した平均である。前記ナノ積層構造は、Ｘ線回折で測定されるように、立方相及び六方相の相の混合、好ましくは立方相のみを含む。
【００１５】
第１の好ましい実施形態において、ｚ＝ｐ＝０である。
【００１６】
第２の好ましい実施形態において、Ｍｅ１は、Ｚｒ、Ｙ、Ｖ及びＮｂの１種以上であり、０＜ｐ＜０．０５である。
【００１７】
第３の好ましい実施形態において、Ｍｅ２はＹであり、０＜ｚ＜０．１５である。
【００１８】
第４の好ましい実施形態において、Ｍｅ２はＶ及びＮｂの一方又は双方であり、０＜ｚ＜０．３である。
【００１９】
第５の好ましい実施形態において、Ｍｅ２はＡｌであり、０．２＜ｚ＜０．４である。
【００２０】
前記ナノ積層構造の平均組成は、４５％＜Ｔｉ＋Ａｌ＋Ｓｉ＋Ｙ＋Ｖ＋Ｎｂ＋Ｍｏ＋Ｗ＋Ｚｒ＜５５％、好ましくは、４８％＜Ｔｉ＋Ａｌ＋Ｓｉ＋Ｙ＋Ｖ＋Ｎｂ＋Ｍｏ＋Ｗ＋Ｚｒ＜５２％、及び残りのＮであり、例えば、ＥＤＳ又はＷＤＳにより測定される。
【００２１】
前記コーティングは、ＴｉＮ、ＴｉＣ、Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）若しくは（Ｔｉ、Ａｌ）Ｎ、好ましくは（Ｔｉ、Ａｌ）Ｎの内部単層及び／若しくは多層コーティング並びに／又はＴｉＮ、ＴｉＣ、Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）、（Ｔｉ、Ｓｉ）Ｎ若しくは（Ｔｉ、Ａｌ）Ｎ、好ましくは（Ｔｉ、Ｓｉ）Ｎ若しくは（Ｔｉ、Ａｌ）Ｎの外部単層及び／若しくは多層コーティングを含んでよく、従来技術によれば、ナノ積層構造の厚さを含む全コーティング厚さを０．５〜２０μｍ、好ましくは０．５〜１０μｍ、最も好ましくは０．５〜７μｍとしてよい。
【００２２】
前記ＰＣＢＮは、バインダー中に少なくとも３０体積％の立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）を含有する。このバインダーは、周期表の４、５及び６族に属する１種以上の元素及びＡｌの窒化物、ホウ化物、酸化物、炭化物及び炭窒化物より成る群から選択される少なくとも１つの化合物、例えばＴｉ（Ｃ、Ｎ）及びＡｌＮを含有する。
【００２３】
第６の好ましい実施形態において、前記ＰＣＢＮ本体は、３０体積％＜ｃＢＮ＜７０体積％、好ましくは、４０体積％＜ｃＢＮ＜６５体積％を含有し、ｃＢＮの平均粒径は０．５μｍ〜４μｍである。このバインダーは、８０質量％＜Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）＜９５質量％を含有し、残りは主に、元素Ｔｉ、Ｎ、Ｂ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｆｅ、Ａｌ及び／又はＯの２種以上を含む他の化合物、例えばＴｉＢ2及びＡｌ2Ｏ3を含有する。
【００２４】
第７の好ましい実施形態において、前記ＰＣＢＮ本体は、４５体積％＜ｃＢＮ＜７０体積％、好ましくは、５５体積％＜ｃＢＮ＜６５体積％を含有し、ｃＢＮの平均粒径は０．５μｍ〜４μｍ、好ましくは１μｍ〜３μｍである。このバインダーは、８０質量％＜Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）＜９０質量％、１質量％＜Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｒ及び／又はＭｏの元素を１種以上を含有する合金＜１０質量％、及び主にＴｉＢ2及びＡｌ2Ｏ3を含有する残余を含有する。
【００２５】
第８の好ましい実施形態において、前記ＰＣＢＮ本体は、７０体積％＜ｃＢＮ、好ましくは８０体積％＜ｃＢＮ＜９５体積％を含有し、ｃＢＮの平均粒径は、０．５μｍ〜１０μｍ、好ましくは１μｍ〜６μｍ又は１０μｍ〜２５μｍ、好ましくは１５μｍ〜２５μｍのいずれかである。このバインダは、Ａｌ、Ｂ、Ｎ、Ｗ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ａｌ及び／又はＯの元素２種以上の化合物を含有する。
【００２６】
本発明のコーティングの堆積方法は、以下の条件下における合金又は複合陰極の陰極アーク蒸着に基づく；（Ｔｉ、Ａｌ、Ｍｅｌ）Ｎ及び（Ｔｉ、Ｓｉ、Ｍｅ２）Ｎ層は陰極から成長して所望の層組成を得る。蒸着電流は、５０Ａ〜２００Ａである。これらの層は、Ａｒ＋Ｎ2雰囲気下、好ましくは、純Ｎ2雰囲気下で、全圧０．５Ｐａ〜９．０Ｐａ、好ましくは１．５Ｐａ〜５．０Ｐａで成長する。バイアスは、−１０Ｖ〜−３００Ｖ、好ましくは−２０Ｖ〜−２００Ｖである。蒸着温度は３５０℃〜７００℃、好ましくは４００℃〜６５０℃である。
【００２７】
本発明は、切削速度が５０〜２０００ｍ／分、好ましくは５０〜１５００ｍ／分で、切削作業に依存して平均送りが０．０１〜１．０ｍｍ／回転、好ましくは０．０１〜０．６ｍｍ／回転での鋼、鋳鉄、超合金及び硬化鋼の機械加工のための上記に従う切削工具インサートの使用にも関する。
【実施例】
【００２８】
実施例１
表１のコーティングは、以下のＰＣＢＮインサート上に陰極アーク蒸着によって堆積させた：
Ｓ１：６０体積％のｃＢＮ、ｃＢＮの平均粒径約２μｍ、８６質量％のＴｉ（Ｃ，Ｎ）、５質量％のＡＳＴＭ Ｆ７５合金（主な組成：６２質量％のＣｏ＋２８．５質量％のＣｒ＋６質量％のＭｏ）並びに主にＴｉＢ２及びＡｌ２Ｏ３を含有する残余を含有するバインダーを含む。
Ｓ２：６０体積％のｃＢＮ、ｃＢＮの平均粒径約２μｍ、８６質量％のＴｉ（Ｃ，Ｎ）、５質量％のＩｎｃｏｎｅｌ ６２５合金（主な組成：２８．５質量％のＣｒ＋９質量％のＭｏ＋３質量％のＮｂ＋残余のＮｉ）並びに主にＴｉＢ２及びＡｌ２Ｏ３を含有する残余を含有するバインダーを含む。
Ｓ３：５０体積％のｃＢＮ、ｃＢＮの平均粒径約１μｍ、９１質量％Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）及び主にＴｉＢ２及びＡｌ２Ｏ３を含有する残余を含有するバインダー含む。
Ｓ４：９０体積％のｃＢＮ、ｃＢＮの平均粒径約４μｍ、主にＡｌＮ及び主にＡｌＢ２を含有する残余を含有するバインダーを含む。
Ｓ５：９０体積％のｃＢＮ、ｃＢＮの平均粒径約２０μｍ、主にＡｌＮ及び主にＡｌＢ２を含有する残余を含有するバインダーを含む。
【００２９】
堆積前、インサートをアルカリ溶液及びアルコールの超音波浴で洗浄した。堆積室を２．０ｘ１０-3Ｐａ未満の基準圧力まで真空に引いた後、インサートをＡｒイオンでスパッター洗浄した。９９．９９５％純Ｎ2雰囲気下、全圧２〜６Ｐａで、バイアス−２０〜−６０Ｖ及び蒸着電流６０〜２００Ａを用いて合金又は複合陰極からコーティングを蒸着させた。陰極は層Ａ及び層Ｂのそれぞれの組成が得られるように選択し、取付具の回転によりナノ積層構造を得るために、堆積室の対向する側面に取り付けた。それぞれの平均層厚さは、陰極電流（６０〜２００Ａ）及び取付具の回転速度（１〜５ｒｐｍ）を変化させることにより変化した。全コーティング厚さは、すべてのインサートについて約２μｍであり、蒸着温度は４５０℃であった。
【００３０】
図１は、ナノ積層構造にわたって広がる柱状マイクロ構造を備えたＴｉ0.38Ａｌ0.62Ｎ／Ｔｉ0.86Ｓｉ0.14Ｎナノ積層構造（コーティング１）の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像の例である。それぞれの層ははっきりと見られ、隣接する層間の混合が最小限であることを示しており、固定具の回転が３軸であることによりそれぞれの層厚さは異なっている。
【００３１】
コーティングの総平均組成は、エネルギー分散Ｘ線分光分析（ＥＤＳ）により計測され、分析領域においては、１０ｋＶで稼働するＴｈｅｒｍｏ Ｎｏｒａｎ ＥＤＳ検出器を備えたＬＥＯ Ｕｌｔｒａ ５５走査型電子顕微鏡を用いた。これらのデータは、Ｎｏｒａｎ Ｓｙｓｔｅｍ Ｓｉｘ（ＮＳＳ ｖｅｒ ２）ソフトウェアを用いて評価した。
【００３２】
【表１】
【００３３】
実施例２
Ｓ１及びＳ２インサート上のコーティング１、３、６、４０〜４５は、以下の条件の下で試験した：
配置： ＣＮＧＡ１２０４０８Ｓ
適用： 連続回転
工作物の材料： 表面硬化鋼（１６ＭｎＣｒ５）
切削速度： ２００ｍ／分
送り： ０．１ｍｍ／回転
切込み深さ： ０．１５ｍｍ
工具寿命基準： エッジ破損
【００３４】
結果を表２に示す。
【００３５】
図２は、（ａ）比較例のコーティング４１及び（ｃ）本発明のコーティング１について、２４分回転した後のＳ１インサートの使用されたエッジのＳＥＭ画像を示す。本発明のコーティングが、改善されたクレータ摩耗及びエッジ摩耗特性を示すことがはっきりと見られる。
【００３６】
実施例３
Ｓ３インサート上のコーティング１〜６、３５、３６、３８〜４２、４４〜４５を以下の条件の下で試験した：
配置： ＲＣＧＮ０８０３Ｍ０Ｓ
適用： 連続回転
工作物の材料： 表面硬化鋼（１６ＭｎＣｒ５）
切削速度： ２００ｍ／分
送り： ０．１ｍｍ／回転
切込み深さ： ０．１５ｍｍ
工具寿命基準： エッジ破損
【００３７】
結果を表２に示す。
【００３８】
実施例４
Ｓ４インサート上のコーティング６、３７、４０、４１を以下の条件の下で試験した：
配置： ＣＮＭＮ１２０４１２Ｓ
適用： 対面
工作物の材料： ＡＩＳＩ Ａ４８−４０Ｂ
切削速度： １１００ｍ／分
送り： ０．３ｍｍ／回転
切込み深さ： １ｍｍ
工具寿命基準： エッジ破損
【００３９】
結果を表２に示す。
【００４０】
実施例５
Ｓ５インサート上のコーティング６、４０、４１を以下の条件の下で試験した：
配置： ＣＮＭＮ１２０４１２Ｓ
適用： 連続回転
工作物の材料： ＡＩＳＩ Ａ４８−４５Ｂ
切削速度： １１００ｍ／分
送り： ０．４ｍｍ／回転
切込み深さ： ２ｍｍ
工具寿命基準： エッジ破損
【００４１】
結果を表２に示す。
【００４２】
【表２】
【００４３】
本発明のインサートが、改善されたエッジ摩耗特性及びクレータ摩耗特性を有する、向上した工具性能を示すことは上記実施例から明らかである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体のインサート又は支持体に取り付けられるもののいずれかとして本体を含む、その上に硬質かつ耐摩耗性のＰＶＤコーティングが堆積された、チップ除去による機械加工のための切削工具インサートであって、
前記本体が、周期表の４、５及び６族に属する１種以上の元素及びＡｌの窒化物、ホウ化物、酸化物、炭化物及び炭窒化物から選択される少なくとも１つの化合物を含むバインダー中に少なくとも３０体積％の立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）を含有する多結晶の立方晶窒化ホウ素（ＰＣＢＮ）を含有すること、及び、
前記コーティングがＡ層及びＢ層の互層の柱状かつ多結晶のナノ積層構造を含み、層Ａは（Ｔｉ1-xＡｌxＭｅ１p）Ｎaであり、ここで、０．３＜ｘ＜０．９５、好ましくは０．４５＜ｘ＜０．７５、０．９０＜ａ＜１．１０、好ましくは０．９６＜ａ＜１．０４、０≦ｐ＜０．１５であり、Ｍｅ１は、Ｚｒ、Ｙ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ及びＷの１種以上であり、層Ｂは（Ｔｉ1-y-zＳｉyＭｅ２z）Ｎbであり、ここで、０．０５＜ｙ＜０．２５好ましくは０．０５＜ｙ＜０．１８、０≦ｚ＜０．４、０．９＜ｂ＜１．１、好ましくは０．９６＜ｂ＜１．０４であり、Ｍｅ２は、Ｙ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ及びＡｌの１種以上であり、ナノ積層構造の厚さが０．５〜１０μｍ、好ましくは０．５〜５μｍであり、平均柱幅が２０〜１０００ｎｍであり、そしてＡ層及びＢ層のそれぞれの平均厚さが１〜５０ｎｍであること、を特徴とする、切削工具インサート。
【請求項２】
前記ナノ積層構造が、Ｘ線回折で測定されるように、立方相及び六方相の構造の混合、好ましくは立方相のみを含むことを特徴とする、請求項１に記載の切削工具インサート。
【請求項３】
ｚ＝ｐ＝０であることを特徴とする、請求項１及び２のいずれかに記載の切削工具インサート。
【請求項４】
前記コーティングが、ＴｉＮ、ＴｉＣ、Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）若しくは（Ｔｉ、Ａｌ）Ｎ、好ましくは（Ｔｉ、Ａｌ）Ｎの内部単層及び／若しくは多層コーティング、並びに／又はＴｉＮ、ＴｉＣ、Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）、（Ｔｉ、Ｓｉ）Ｎ若しくは（Ｔｉ、Ａｌ）Ｎ、好ましくは（Ｔｉ、Ｓｉ）Ｎ若しくは（Ｔｉ、Ａｌ）Ｎの外部単層及び／若しくは多層コーティングを含み、ナノ積層構造の厚さを含む全コーティング厚さが０．５〜２０μｍ、好ましくは０．５〜１０μｍであることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の切削工具インサート。
【請求項５】
前記ＰＣＢＮ本体が、３０体積％＜ｃＢＮ＜７０体積％、好ましくは、４０体積％＜ｃＢＮ＜６５体積％を含有し、ｃＢＮの平均粒径は０．５μｍ〜４μｍであり、バインダーは、８０質量％＜Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）＜９５質量％を含有し、残りは主に、元素Ｔｉ、Ｎ、Ｂ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｆｅ、Ａｌ及びＯの２種以上を含む他の化合物を含有することを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の切削工具インサート。
【請求項６】
前記ＰＣＢＮ本体が、４５体積％＜ｃＢＮ＜７０体積％、好ましくは、５５体積％＜ｃＢＮ＜６５体積％を含有し、ｃＢＮの平均粒径は０．５μｍ〜４μｍ、好ましくは１μｍ〜３μｍであり、バインダーは、８０質量％＜Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）＜９０質量％、１質量％＜Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｒ及びＭｏの元素の１種以上を含有する合金＜１０質量％、及び主にＴｉＢ2及びＡｌ2Ｏ3を含有する残余を含有することを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の切削工具インサート。
【請求項７】
前記ＰＣＢＮ本体が、７０体積％＜ｃＢＮ、好ましくは８０体積％＜ｃＢＮ＜９５体積％を含有し、ｃＢＮの平均粒径は、０．５μｍ〜１０μｍ、好ましくは１μｍ〜６μｍ又は１０μｍ〜２５μｍ、好ましくは１５μｍ〜２５μｍのいずれかであり、バインダは、Ａｌ、Ｂ、Ｎ、Ｗ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ａｌ及びＯの元素２種以上の化合物を含有することを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の切削工具インサート。
【請求項８】
前記コーティングが、Ａｒ＋Ｎ2雰囲気下、好ましくは、純Ｎ2雰囲気下で、全圧０．５Ｐａ〜９．０Ｐａ、好ましくは１．５Ｐａ〜５．０Ｐａで、バイアスは、−１０Ｖ〜−３００Ｖ、好ましくは−２０Ｖ〜−２００Ｖ、３５０℃〜７００℃、好ましくは４００℃〜６５０℃にて５０Ａ〜２００Ａの蒸着電流を用いて（Ｔｉ、Ａｌ、Ｍｅｌ）Ｎ及び（Ｔｉ、Ｓｉ、Ｍｅ２）Ｎ層の所望の組成を得る合金の又は複合陰極の陰極アーク蒸着により堆積されることを特徴とする、請求項１に記載の切削工具インサートの製造方法。
【請求項９】
切削作業およびインサート幾何学形状に依存して、切削速度が５０〜２０００ｍ／分、好ましくは５０〜１５００ｍ／分で、平均送りが０．０１〜１．０ｍｍ／回転、好ましくは０．０１〜０．６ｍｍ／回転での鋼、鋳鉄、超合金及び硬化鋼の機械加工のための、請求項１〜７のいずれかに記載の切削工具インサートを使用する方法。
【請求項１】
固体のインサート又は支持体に取り付けられるもののいずれかとして本体を含む、その上に硬質かつ耐摩耗性のＰＶＤコーティングが堆積された、チップ除去による機械加工のための切削工具インサートであって、
前記本体が、周期表の４、５及び６族に属する１種以上の元素及びＡｌの窒化物、ホウ化物、酸化物、炭化物及び炭窒化物から選択される少なくとも１つの化合物を含むバインダー中に少なくとも３０体積％の立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）を含有する多結晶の立方晶窒化ホウ素（ＰＣＢＮ）を含有すること、及び、
前記コーティングがＡ層及びＢ層の互層の柱状かつ多結晶のナノ積層構造を含み、層Ａは（Ｔｉ1-xＡｌxＭｅ１p）Ｎaであり、ここで、０．３＜ｘ＜０．９５、好ましくは０．４５＜ｘ＜０．７５、０．９０＜ａ＜１．１０、好ましくは０．９６＜ａ＜１．０４、０≦ｐ＜０．１５であり、Ｍｅ１は、Ｚｒ、Ｙ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ及びＷの１種以上であり、層Ｂは（Ｔｉ1-y-zＳｉyＭｅ２z）Ｎbであり、ここで、０．０５＜ｙ＜０．２５好ましくは０．０５＜ｙ＜０．１８、０≦ｚ＜０．４、０．９＜ｂ＜１．１、好ましくは０．９６＜ｂ＜１．０４であり、Ｍｅ２は、Ｙ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ及びＡｌの１種以上であり、ナノ積層構造の厚さが０．５〜１０μｍ、好ましくは０．５〜５μｍであり、平均柱幅が２０〜１０００ｎｍであり、そしてＡ層及びＢ層のそれぞれの平均厚さが１〜５０ｎｍであること、を特徴とする、切削工具インサート。
【請求項２】
前記ナノ積層構造が、Ｘ線回折で測定されるように、立方相及び六方相の構造の混合、好ましくは立方相のみを含むことを特徴とする、請求項１に記載の切削工具インサート。
【請求項３】
ｚ＝ｐ＝０であることを特徴とする、請求項１及び２のいずれかに記載の切削工具インサート。
【請求項４】
前記コーティングが、ＴｉＮ、ＴｉＣ、Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）若しくは（Ｔｉ、Ａｌ）Ｎ、好ましくは（Ｔｉ、Ａｌ）Ｎの内部単層及び／若しくは多層コーティング、並びに／又はＴｉＮ、ＴｉＣ、Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）、（Ｔｉ、Ｓｉ）Ｎ若しくは（Ｔｉ、Ａｌ）Ｎ、好ましくは（Ｔｉ、Ｓｉ）Ｎ若しくは（Ｔｉ、Ａｌ）Ｎの外部単層及び／若しくは多層コーティングを含み、ナノ積層構造の厚さを含む全コーティング厚さが０．５〜２０μｍ、好ましくは０．５〜１０μｍであることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の切削工具インサート。
【請求項５】
前記ＰＣＢＮ本体が、３０体積％＜ｃＢＮ＜７０体積％、好ましくは、４０体積％＜ｃＢＮ＜６５体積％を含有し、ｃＢＮの平均粒径は０．５μｍ〜４μｍであり、バインダーは、８０質量％＜Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）＜９５質量％を含有し、残りは主に、元素Ｔｉ、Ｎ、Ｂ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｆｅ、Ａｌ及びＯの２種以上を含む他の化合物を含有することを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の切削工具インサート。
【請求項６】
前記ＰＣＢＮ本体が、４５体積％＜ｃＢＮ＜７０体積％、好ましくは、５５体積％＜ｃＢＮ＜６５体積％を含有し、ｃＢＮの平均粒径は０．５μｍ〜４μｍ、好ましくは１μｍ〜３μｍであり、バインダーは、８０質量％＜Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）＜９０質量％、１質量％＜Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｒ及びＭｏの元素の１種以上を含有する合金＜１０質量％、及び主にＴｉＢ2及びＡｌ2Ｏ3を含有する残余を含有することを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の切削工具インサート。
【請求項７】
前記ＰＣＢＮ本体が、７０体積％＜ｃＢＮ、好ましくは８０体積％＜ｃＢＮ＜９５体積％を含有し、ｃＢＮの平均粒径は、０．５μｍ〜１０μｍ、好ましくは１μｍ〜６μｍ又は１０μｍ〜２５μｍ、好ましくは１５μｍ〜２５μｍのいずれかであり、バインダは、Ａｌ、Ｂ、Ｎ、Ｗ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ａｌ及びＯの元素２種以上の化合物を含有することを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の切削工具インサート。
【請求項８】
前記コーティングが、Ａｒ＋Ｎ2雰囲気下、好ましくは、純Ｎ2雰囲気下で、全圧０．５Ｐａ〜９．０Ｐａ、好ましくは１．５Ｐａ〜５．０Ｐａで、バイアスは、−１０Ｖ〜−３００Ｖ、好ましくは−２０Ｖ〜−２００Ｖ、３５０℃〜７００℃、好ましくは４００℃〜６５０℃にて５０Ａ〜２００Ａの蒸着電流を用いて（Ｔｉ、Ａｌ、Ｍｅｌ）Ｎ及び（Ｔｉ、Ｓｉ、Ｍｅ２）Ｎ層の所望の組成を得る合金の又は複合陰極の陰極アーク蒸着により堆積されることを特徴とする、請求項１に記載の切削工具インサートの製造方法。
【請求項９】
切削作業およびインサート幾何学形状に依存して、切削速度が５０〜２０００ｍ／分、好ましくは５０〜１５００ｍ／分で、平均送りが０．０１〜１．０ｍｍ／回転、好ましくは０．０１〜０．６ｍｍ／回転での鋼、鋳鉄、超合金及び硬化鋼の機械加工のための、請求項１〜７のいずれかに記載の切削工具インサートを使用する方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公表番号】特表２０１２−５２８７３３（Ｐ２０１２−５２８７３３Ａ）
【公表日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５１３９０４（Ｐ２０１２−５１３９０４）
【出願日】平成２２年５月２８日（２０１０．５．２８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＳＥ２０１０／０５０５８１
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１４０９５９
【国際公開日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【出願人】（５９１１０６８７５）セコ ツールズ アクティエボラーグ (28)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月２８日（２０１０．５．２８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＳＥ２０１０／０５０５８１
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１４０９５９
【国際公開日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【出願人】（５９１１０６８７５）セコ ツールズ アクティエボラーグ (28)
【Ｆターム（参考）】
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