特表 2024-503988 切削工具

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-01-30

(54)【発明の名称】切削工具

(51)【国際特許分類】

   B23B 27/20 20060101AFI20240123BHJP

   B23B 27/14 20060101ALI20240123BHJP

   B23C 5/16 20060101ALI20240123BHJP

   B23B 27/18 20060101ALI20240123BHJP

   C22C 19/03 20060101ALI20240123BHJP

   C22C 9/06 20060101ALI20240123BHJP

   C22C 9/00 20060101ALI20240123BHJP

   C22C 5/08 20060101ALI20240123BHJP

   B23K 35/30 20060101ALI20240123BHJP

   B23K 1/00 20060101ALI20240123BHJP

   C22C 29/08 20060101ALI20240123BHJP

   C22C 1/051 20230101ALN20240123BHJP

   B22F 7/06 20060101ALN20240123BHJP

【ＦＩ】

B23B27/20

B23B27/14 B

B23C5/16

B23B27/18

C22C19/03 G

C22C9/06

C22C9/00

C22C5/08

B23K35/30 310B

B23K1/00 330B

C22C29/08

C22C1/051 G

C22C1/051 M

B22F7/06 F

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023536987

(86)(22)【出願日】2021-12-20

(85)【翻訳文提出日】2023-08-15

(86)【国際出願番号】 EP2021086777

(87)【国際公開番号】W WO2022136265

(87)【国際公開日】2022-06-30

(31)【優先権主張番号】20216552.8

(32)【優先日】2020-12-22

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】520333435

【氏名又は名称】エービー サンドビック コロマント

(74)【代理人】

【識別番号】110002077

【氏名又は名称】園田・小林弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】ガルシア， ホセ ルイス

(72)【発明者】

【氏名】ダール， レイフ

(72)【発明者】

【氏名】ブルーン， ジョニー

(72)【発明者】

【氏名】ホルムストレーム， エーリク

【テーマコード（参考）】

3C046

4K018

【Ｆターム（参考）】

3C046FF32

3C046FF35

3C046FF39

3C046FF40

3C046FF41

3C046FF46

3C046FF52

3C046FF53

3C046GG03

3C046HH06

4K018AD06

4K018AD15

4K018BA04

4K018BA13

4K018BC12

4K018CA11

4K018DA21

4K018JA40

4K018KA15

4K018KA16

(57)【要約】

本発明は、支持体と、ｃＢＮまたはＰＣＤの切れ刃チップとを備える切削工具に関し、このｃＢＮまたはＰＣＤの切れ刃チップは、５～１５０μｍ厚のろう付け接合部を介して支持体に取り付けられ、支持体は、３～２５重量％の金属結合剤、任意で最大２５重量％の元素周期律表の第４族、第５族、または第６族のうちの１つ以上の元素の炭化物または炭窒化物、および残部ＷＣを含む超硬合金であり、金属結合剤は、少なくとも４０重量％のＮｉを含み、上記ろう付け接合部は、支持体から順に、支持体に隣接して配置される平均厚さが１０～４００ｎｍであるＴｉＣの第１層と、平均厚さが０．５～８μｍであり、平均で少なくとも５重量％の金属Ｎｉ、平均で２５～６０重量％の金属Ｃｕ、および平均で１５～４５重量％の金属Ｔｉを含む第２層と、平均厚さが４～１４５μｍであり、金属Ａｇおよび金属Ｃｕを含む第３層とを含む。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

支持体（２）と、ｃＢＮまたはＰＣＤの切れ刃チップ（３）を含む切削工具（１）であって、
前記ｃＢＮまたはＰＣＤの切れ刃チップ（３）は、５～１５０μｍ厚のろう付け接合部（４）を介して支持体に取り付けられ、前記支持体（２）は、３～２５重量％の金属結合剤、任意で最大２５重量％の元素周期律表の第４族、第５族、または第６族のうちの１つ以上の元素の炭化物または炭窒化物、および残部ＷＣを含む超硬合金であり、前記金属結合剤は、少なくとも４０重量％のＮｉを含み、前記ろう付け接合部（４）は、支持体から順に、前記支持体に隣接して配置される平均厚さが１０～４００ｎｍであるＴｉＣの第１層（７）と、平均厚さが０．５～８μｍであり、平均で少なくとも５重量％の金属Ｎｉ、平均で２５～６０重量％の金属Ｃｕ、および平均で１５～４５重量％の金属Ｔｉを含む第２層（５）と、平均厚さが４～１４５μｍであり、金属Ａｇおよび金属Ｃｕを含む第３層（６）とを含む、切削工具（１）。

【請求項2】

前記支持体（２）の超硬合金中の金属結合剤は、５０～９０重量％のＮｉを含む、請求項１に記載の切削工具（１）。

【請求項3】

前記支持体（２）の超硬合金中の金属結合剤は、１０～２０重量％のＦｅを含む、請求項１または２に記載の切削工具（１）。

【請求項4】

前記ろう付け接合部（４）の厚さは１０～１００μｍである、請求項１から３のいずれか一項に記載の切削工具（１）。

【請求項5】

前記ＴｉＣの第１層（７）の平均厚さは５０～３００ｎｍである、請求項１から４のいずれか一項に記載の切削工具（１）。

【請求項6】

前記第２層（５）は、平均で１０～４０重量％の金属Ｎｉを含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の切削工具（１）。

【請求項7】

前記第２層（５）は、平均で３５～５５重量％の金属Ｃｕを含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の切削工具（１）。

【請求項8】

前記第２層（５）は、平均で２５～４０重量％の金属Ｔｉを含む、請求項１から７のいずれか一項に記載の切削工具（１）。

【請求項9】

前記第２層（５）の平均厚さは１～５μｍである、請求項１から８のいずれか一項に記載の切削工具（１）。

【請求項10】

前記第２層は、金属Ｎｉ、金属Ｃｕおよび金属Ｔｉの合計が平均で７０～１００重量％である、請求項１から９のいずれか一項に記載の切削工具（１）。

【請求項11】

前記第３層（６）は金属Ｉｎを含む、請求項１から１０のいずれか一項に記載の切削工具（１）。

【請求項12】

前記第３層は、金属Ｃｕおよび金属Ａｇの合計が平均で６０～１００重量％である、請求項１から１１のいずれか一項に記載の切削工具（１）。

【請求項13】

前記第３層（６）は、平均で６０～８０重量％の金属Ａｇ、および平均で１５～４０重量％の金属Ｃｕを含む、請求項１から１２のいずれか一項に記載の切削工具（１）。

【請求項14】

前記ろう付け接合部（４）に隣接する前記支持体の最外部にＮｉ欠乏領域があり、前記Ｎｉ欠乏領域は０．５～５μｍの平均厚さを有する、請求項１から１３のいずれか一項に記載の切削工具（１）。

【請求項15】

旋削インサート、転削インサート、またはエンドミルである、請求項１から１４のいずれか一項に記載の切削工具（１）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、支持体と、ｃＢＮまたはＰＣＤの切れ刃チップとを備える切削工具に関する。

【背景技術】

【0002】

１９８０年代に切削工具材料として最初に導入されて以来、立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）の使用は進化し、一般的な機械加工ソリューションになっている。適用領域としては、硬化鋼、鋳鉄、耐熱超合金（ＨＲＳＡ）および粉末金属が挙げられる。これらの被削材は、一般的に機械加工が困難であると認識されているという共通点を有する。ｃＢＮ材料の切削工具は、高い切削温度および切削抵抗に耐えることができ、依然としてその切れ刃を保持することができる。これが、ｃＢＮが長く、一貫した工具寿命をもたらし、優れた表面仕上げを有する構成要素を製造する理由である。

【0003】

多結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ）は、金属結合剤と共に焼結されたダイヤモンド粒子の複合材料である。ダイヤモンドは、すべての材料の中で最も硬いため、最も耐摩耗性がある。切削工具材料としては、ＰＣＤは、耐摩耗性は良好であるが、高温での化学的安定性に欠け、鉄に溶解しやすい。したがって、ＰＣＤ工具は、高シリコンアルミニウム、金属マトリックス基複合材料（ＭＭＣ）および炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）などの非鉄材料に限定される。フラッドクーラントを含むＰＣＤは、チタン超仕上げ用途にも使用することができる。

【0004】

切削工具で使用される場合、ｃＢＮまたはＰＣＤは、通常、切削工具の一部、例えば切削インサート、より具体的にはチップ部分などの切削作業に関与する部分のみを構成する。したがって、ｃＢＮまたはＰＣＤのチップは、通常、超硬合金の支持体に取り付けられる。

【0005】

ペースト、箔またはワイヤの形態でのろう材は、ｃＢＮチップまたはＰＣＤチップを超硬合金の支持体に結合するために使用される。その目的は、支持体とｃＢＮチップまたはＰＣＤチップとの間に強い結合を提供することである。

【0006】

超硬合金支持体は、金属結合剤中でＷＣの硬質粒子を構成する。結合剤の一種は、Ｎｉを主成分とするものである。

【発明の概要】

【0007】

本発明の目的は、少なくとも４０重量％のＮｉを含む金属結合剤を用いて超硬合金の支持体にろう付けされたｃＢＮ切れ刃チップまたはＰＣＤ切れ刃チップを有する切削工具を提供することであって、この切れ刃チップは、長い工具寿命をもたらす優れた結合強度を提供する新しいろう付け接合部を介してろう付けされている。

【0008】

「切削工具」とは、本明細書では、インサートまたはエンドミルなどの金属切削用途のための切削工具を意味する。金属切削の適用領域は、好適には旋削または転削である。

【0009】

これらの目的の少なくとも１つは、請求項１に記載の切削工具によって達成される。好ましい実施形態は、従属請求項に列挙されている。

【0010】

本発明
本発明に係る切削工具は、支持体と、ｃＢＮまたはＰＣＤの切れ刃チップとを備え、このｃＢＮまたはＰＣＤの切れ刃チップは、５～１５０μｍ厚のろう付け接合部を介して支持体に取り付けられ、支持体は、３～２５重量％の金属結合剤、任意で最大２５重量％の元素周期律表の第４族、第５族、または第６族のうちの１つ以上の元素の炭化物または炭窒化物、および残部ＷＣを含む超硬合金であり、金属結合剤は、少なくとも４０重量％のＮｉを含み、上記ろう付け接合部は、支持体から順に、支持体に隣接して配置される平均厚さが１０～４００ｎｍであるＴｉＣの第１層と、平均厚さが０．５～８μｍであり、平均で少なくとも５重量％の金属Ｎｉ、平均で２５～６０重量％の金属Ｃｕ、および平均で１５～４５重量％の金属Ｔｉを含む第２層と、平均厚さが４～１４５μｍであり、金属Ａｇおよび金属Ｃｕを含む第３層とを含む。

【0011】

ろう付け接合部または接合部内の層の厚さは、本明細書では、支持体とろう付け接合部との間の界面に垂直な方向で測定される。

【0012】

ろう付け接合部またはろう付け接合部内の層の平均厚さは、ろう付け接合部の１つ以上の断面画像を使用し、少なくとも３０μｍの距離にわたって無作為に選択された少なくとも１０個の測定点を取得し、平均を計算することによって適切に計算される。

【0013】

「ｃＢＮ切れ刃チップ」とは、本明細書では、ｃＢＮ粒子と、例えば１つ以上のアルミニウム化合物を含む金属および／またはセラミック結合相とを含むｃＢＮ複合材料の切れ刃チップを意味する。ｃＢＮ複合材料はまた、例えば、第４族、第５族もしくは第６族遷移金属の窒化物、炭化物もしくは炭窒化物またはそれらの混合物を含み得るセラミック結合相を含み得る。遷移金属は、例えば、チタンであってもよい。成分および成分の相対量を変えることにより、ｃＢＮ複合材料は、異なる用途、例えば連続または断続切削、および異なる金属の機械加工において最適な性能を得るように設計することができる。金属機械加工用のｃＢＮ複合材料を製造するための既知の方法は、従来の粉末冶金技術に基づいており、これは、原材料を混合し、粉砕して粉末混合物にすることと、粉末混合物をグリーン成形体に形成することと、およびそのグリーン成形体を高圧および高温での焼結作業（ＨＰＨＴ焼結）に供してｃＢＮ複合材料の焼結体を形成することと、を含む。ｃＢＮ複合材料の焼結体は、例えば超硬合金の支持体材料上に形成することもできるし、支持体材料なしで形成することもできる。ｃＢＮ複合材料の焼結体は、超硬合金基材にろう付けすることを意図するチップに切削される。

【0014】

「ＰＣＤ切れ刃チップ」とは、本明細書では、金属結合剤、通常はＣｏと共に焼結されたダイヤモンド粒子を含むＰＣＤ複合材料の切れ刃チップを意味する。ダイヤモンド粒子の含有量は、好適には少なくとも８０体積％である。ＰＣＤ複合材料の焼結体は、例えば超硬合金の支持体材料上に形成することもできるし、支持体材料なしで形成することもできる。ＰＣＤ複合材料の焼結体は、超硬合金基材にろう付けすることを意図するチップに切削される。

【0015】

「超硬合金」とは、本明細書では、連続金属結合相に分布した少なくとも７５重量％の硬質成分を含む焼結材料を意味する。超硬合金は、少なくとも５０重量％のＷＣと、場合によっては、元素周期律表の第４族、第５族および第６族元素の炭化物および／または炭窒化物などの超硬合金を製造する技術分野で一般的な他の硬質成分と、金属結合剤とを含む。超硬合金の金属結合剤は、ＷＣに由来するＷおよびＣなど、焼結中に金属結合剤に溶解する元素を含むことができる。

【0016】

「金属Ｎｉ」、「金属Ｃｕ」、「金属Ａｇ」、「金属Ｔｉ」、および「金属Ｉｎ」とは、本明細書では、金属元素Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｔｉ、およびＩｎの各々が同じまたは別の金属と金属結合している、すなわち、価電子が金属格子を自由に移動していることを理解されたい。

【0017】

ろう付け接合部とは、本明細書では、ろう材によって充填され、ろう付けプロセス中に形成される、超硬合金部分とｃＢＮまたはＰＣＤの切れ刃チップとの間の面積または質量を意味する。

【0018】

支持体の超硬合金中の金属結合剤は、好適には５０～９０重量％のＮｉ、好ましくは６０～８０重量％のＮｉを含む。

【0019】

１つの実施形態では、支持体の超硬合金中の金属結合剤は、１０～２０重量％のＦｅを含む。

【0020】

１つの実施形態では、支持体の超硬合金中の金属結合剤は、最大１０重量％のＣｏを含む。

【0021】

１つの実施形態では、支持体の超硬合金中の金属結合剤は、０．１～５重量％のＣｏを含む。

【0022】

１つの実施形態では、支持体の超硬合金中の金属結合剤は、１重量％未満のＣｏを含む。

【0023】

超硬合金の金属結合剤は、焼結中に金属結合剤に溶解するＷＣに由来するＷをさらに含む。金属結合剤に溶解するＷの含有量は、超硬合金中の炭素含有量によって異なり、金属結合剤中のＷの含有量は、好適には２０重量％未満である。

【0024】

１つの実施形態では、Ｃｒおよび／またはＶは、金属結合剤に溶解して存在する。

【0025】

金属結合剤中には、Ｆｅと共にＣｕおよびＭｎなどの他の元素が存在してもよい。

【0026】

１つの実施形態では、金属結合相中のＮｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、およびＷの含有量の合計は、８０～１００重量％、好適には９０～９９重量％である。

【0027】

支持体の超硬合金中の金属結合剤の含有量は、好適には４～２０重量％、好ましくは５～１５重量％である。

【0028】

ろう付け接合部の厚さは、好適には１０～１００μｍ、好ましくは１０～５０μｍである。

【0029】

ろう付け中、ろう材からのＴｉは超硬合金支持体からの炭素と反応し、支持体に隣接するＴｉＣ層を形成する。ＴｉＣの第１層の平均厚さは、好適には５０～３００ｎｍ、好ましくは１００～３００ｎｍである。

【0030】

１つの実施形態では、ろう付け接合部は、ｃＢＮ切れ刃チップに隣接するＴｉＮ層を備える。ＴｉＮ層の平均厚さは、好適には１０～４００ｎｍ、好ましくは５０～３００ｎｍである。

【0031】

１つの実施形態では、ろう付け接合部は、ＰＣＤ切れ刃チップに隣接するＴｉＣ層を備える。ＴｉＣ層の平均厚さは、好適には１０～４００ｎｍ、好ましくは５０～３００ｎｍである。

【0032】

第２層は、好適には、平均で少なくとも１０重量％の金属Ｎｉ、好ましくは平均で１０～４０重量％の金属Ｎｉ、最も好ましくは平均で１５～３０重量％の金属Ｎｉを含む。

【0033】

第２層は、好適には、平均で３５～５５重量％の金属Ｃｕを含む。

【0034】

第２層は、好適には、平均で２５～４０重量％の金属Ｔｉを含む。

【0035】

第２層は、好適には、金属Ｎｉ、金属Ｃｕおよび金属Ｔｉの合計が、平均で７０～１００重量％、好ましくは平均で８０～１００重量％、最も好ましくは平均で９０～１００重量％である。

【0036】

第２層の平均厚さは、好適には１～５μｍである。

【0037】

１つの実施形態では、ろう付け接合部は、第３層に金属Ｉｎ（インジウム）をさらに含む。

【0038】

第３層は、好適には、金属Ｃｕおよび金属Ａｇの合計が、平均で６０～１００重量％、好ましくは平均で８０～１００重量％、最も好ましくは平均で９０～１００重量％である。

【0039】

金属Ａｇおよび金属Ｃｕを含む第３層は、好適には、平均で６０～８０重量％の金属Ａｇ、および平均で１５～４０重量％の金属Ｃｕを含む。

【0040】

１つの実施形態では、Ｉｎは、８０～９５重量％のＡｇを含む第３層に含まれる相に存在する。

【0041】

１つの実施形態では、第３層は２つの相を含み、そのうちの１つの相は、平均で３０～５０重量％の金属Ｃｕおよび平均で５０～７０重量％の金属Ａｇを含有し、もう１つの相は、平均で５～２０重量％の金属Ｃｕおよび平均で８０～９５重量％の金属Ａｇを含有する。

【0042】

第３層の平均厚さは、好適には８～１００μｍ、好ましくは１２～５０μｍである。

【0043】

１つの実施形態では、ろう付け接合部に隣接する支持体の最外部にＮｉ欠乏領域があり、このＮｉ欠乏領域は、好ましくは０．５～５μｍの平均厚さを有する。

【0044】

１つの実施形態では、ｃＢＮ切れ刃チップは、下部に超硬合金、および上部にｃＢＮ複合材料を備える。

【0045】

１つの実施形態では、ｃＢＮ切れ刃チップは、全体としてｃＢＮ複合材料を含む。

【0046】

１つの実施形態では、ＰＣＤ切れ刃チップは、下部に超硬合金、および上部にＰＣＤ複合材料を備える。

【0047】

１つの実施形態では、ＰＣＤ切れ刃チップは、全体としてＰＣＤ複合材料を含む。

【0048】

切削工具は、旋削インサート、転削インサート、またはエンドミルであってもよい。

【0049】

本発明の切削工具は、切削インサートまたはエンドミルの形態の超硬合金焼結体（「ブランク」）を提供するとともに、ｃＢＮまたはＰＣＤの切れ刃チップを提供することによって好適に作製される。超硬合金ブランクは、ｃＢＮまたはＰＣＤの切れ刃チップが接合されることが意図されている凹部を有する。

【0050】

Ａｇ、Ｃｕ、およびＴｉを含むペースト形態のろう材を、超硬合金ブランクの凹部とｃＢＮまたはＰＣＤ切れ刃チップの一方または両方に塗布し、次にろう材が２つの部分の間に位置するようにして、超硬合金ブランクとｃＢＮまたはＰＣＤ切れ刃チップを組み合わせる。これにより、接合切削工具本体が形成される。インジウム（Ｉｎ）はろう材の溶融温度を下げるため、特にろう付けが７８０℃よりも低い温度で実行される場合には、ろう材にインジウム（Ｉｎ）が含まれてもよい。

【0051】

次いで、接合切削工具本体を、アルゴンなどの不活性雰囲気下または真空下で熱処理する。ｃＢＮ切れ刃チップをろう付けする場合、温度は約８００℃に保持され、ＰＣＤ切れ刃チップをろう付けする場合、典型的には約７００℃に保持される。

【0052】

熱処理の持続時間は、約５～約１５分である。この処理によって、超硬合金ブランクとｃＢＮまたはＰＣＤの切れ刃チップとの間に強いろう付け接合部を有する切削工具が形成される。

【0053】

ろう付けプロセスでは、超硬合金支持体と本発明のｃＢＮまたはＰＣＤの切れ刃チップとの間に特定のろう付け接合部を提供するために、特定の温度範囲が必要である。ろう付け中、ろう材からのＴｉは超硬合金部分内の炭素と反応し、ろう付け接合部と超硬合金部分との間の界面にＴｉＣ層を形成する。使用する温度が低すぎると、超硬合金本体に隣接するＴｉＣ層が形成されず、Ｎｉを含んで形成される層も非常に不規則になる。これにより、超硬合金本体とｃＢＮまたはＰＣＤの切れ刃チップとの間の接合部の強度が低くなる。一方、ろう付けプロセスで使用する温度が高すぎると、ＴｉＣ層が過度に厚くなり、それによってＴｉＣ層が脆くなりすぎて、結合層としての機能が低下する。

【図面の簡単な説明】

【0054】

【図1】支持体部分とｃＢＮ／ＰＣＤ切れ刃チップとを有する旋削インサートである切削工具の全体図である。

【図2】支持体とｃＢＮ切れ刃チップとを接合するろう付け接合部を備えた切削工具の断面図である。

【図3】図２の一部を拡大して示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0055】

図１は、支持体（２）とｃＢＮ／ＰＣＤ切れ刃チップ（３）とを有する旋削インサートである切削工具（１）の全体図を示す。

【0056】

図２は、超硬合金支持体（２）とｃＢＮ切れ刃チップ（３）とを接合するろう付け接合部（４）を有する本発明の切削工具の１つの実施形態の断面のＳＥＭ画像を示す。ろう付け接合部（４）は、Ｎｉ、ＣｕおよびＴｉを含む層（５）と、ＡｇおよびＣｕを含む層（６）とを備える。

【0057】

図３は、図２の拡大断面であるＳＥＭ画像を示しており、超硬合金支持体（２）と、超硬合金支持体（２）に隣接するＴｉＣの最下層の第１層（７）が見られるろう付け接合部の下部とを示す。さらに、Ｎｉ、ＣｕおよびＴｉを含む第２層（５）、およびＡｇおよびＣｕを含む第３層（６）の下部が見られる。

【実施例】

【0058】

ここで、本発明の例示的な実施形態をより詳細に開示する。金属切削作業において、切削工具（インサート）を調製し、分析し、試験した。
［実施例１］
切削工具サンプルの製造

【0059】

４．８９重量％のＮｉ、０．８３重量％のＦｅ、および残部ＷＣの組成を有する粉末混合物から、超硬合金切削インサートブランクを製造した。ＷＣ－Ｃｏ系超硬合金の粉砕体を使用して粉末混合物を粉砕し、乾燥させ、インサート幾何形状ＤＣＧＷ１１Ｔ３０８にプレスし、１４１０℃で焼結した。

【0060】

超硬合金中の結合剤含有量は約６．１重量％であることが確認された。焼結超硬合金は、約４．９重量％のＮｉ、０．８重量％のＦｅおよび０．４重量％のＣｏを含み、金属結合相の一部であった。金属結合相自体は、約７５重量％のＮｉ、１３重量％のＦｅ、３重量％のＣｏおよび９重量％のＷを含んでいた。溶解したＷは、ＷＣ粒子に由来するものであった。Ｃｏは、主に、原料粉末混合物の粉砕中に摩耗したＷＣ－Ｃｏ系超硬合金の粉砕体に由来する。超硬合金基材の断面のＳＥＭ顕微鏡写真には、遊離黒鉛またはイータ相は見られなかった。

【0061】

切削インサートブランクのチップ部分に、ｃＢＮチップ用の凹部を作製した。切削インサートブランクは、ここで、ｃＢＮ切削チップ用の支持体を形成する。

【0062】

２つのタイプのｃＢＮの切れ刃チップを用意した。第１のタイプ（ｃＢＮ１）を、ｃＢＮおよびＴｉＮの粉末混合物から製造し、幾何形状Ｓ０１０２０の切れ刃チップにプレスし、焼結した。焼結ブランクは、ＴｉＮと少量の反応生成物で平衡化した４７体積％のｃＢＮを含んでいた。第２のタイプ（ｃＢＮ２）を、ｃＢＮおよびＴｉＣＮの粉末混合物から製造し、幾何形状Ｓ０１０２０の切れ刃チップにプレスし、焼結した。焼結ブランクは、ＴｉＣＮと少量の反応生成物で平衡化した６５体積％のｃＢＮを含んでいた。ｃＢＮ１およびｃＢＮ２の切れ刃チップは市販されているものであった。

【0063】

次に、超硬合金支持体上の切削インサートブランクの凹部の表面にろう付けペーストを塗布することにより、ｃＢＮの切れ刃チップと切削インサートブランクとの接合を行った。２つの異なるろう付けペーストをそれぞれ使用した。第１のろう付けペースト（東京ブレイズ株式会社製「ＴＢ６２９」）は、Ａｇ_５９Ｃｕ_２７Ｉｎ_１３Ｔｉ_１）の組成を有し、第２のろう付けペースト（東京ブレイズ株式会社製「ＴＢ６０８」）はＡｇ_７０Ｃｕ_２８Ｔｉ_２の組成を有していた。

【0064】

ろう付けは、７４０℃、８２０℃および９００℃の３つの異なる温度で炉内で行った。７４０℃および８２０℃でのろう付けプロセスは、真空下で、Ｉｐｓｅｎ株式会社のＶＦＣ－１２４バッチ炉で行い、９００℃のろう付けプロセスは、保護ガスとしてアルゴンを用いて、東京ブレイズ株式会社の連続ベルト式炉で行った。７４０℃および９００℃ろう付けプロセスでは、第１のろう付けペーストを使用し、８２０℃のろう付けプロセスでは、第２のろう付けペーストを使用した。また、７４０℃および８２０℃でのプロセスと、９００℃でのプロセスとの間には、プロセス時間にわずかな差があった。

【0065】

したがって、３つの異なるろう付けプロセスが定義される。
表１

【0066】

最終的な切削インサートの幾何学形状は、ＤＣＧＷ１１Ｔ３０８Ｓ０１０２０であった。ろう付けプロセスが完了した後、支持体とｃＢＮ切削チップとの接合アセンブリの最終研削を行う。

【0067】

支持体および第２のタイプのｃＢＮ切れ刃チップのアセンブリのいくつかを、切削工具の分野で使用される一般的なＰＶＤプロセスに従って厚さ２～４μｍのＴｉＮ層でコーティングした。ＴｉＮの堆積温度は十分に低い（約４５０℃）ため、ＴｉＮコーティングの堆積はろう付け接合部の特性にいかなる影響も及ぼさなかった。

【0068】

表２は、試料の構成およびそれらを製造するときに使用されるろう付けプロセスをまとめたものである。
表２

［実施例２］
ろう付け接合部の分析

【0069】

ろう付け接合部は、電子プローブマイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）を使用して分析した。図２～図３は、後方散乱電子（ＢＳＥ）検出器が使用されたＳＥＭ画像を示す。この検出器は原子量によって元素を分解し、軽い物質は暗く表示され、重い物質は明るく表示される。例えば、ＡｇはＣｕに対して非常に明るく見える。

【0070】

ろう付け接合部の層状構造は、ＥＰＭＡを使用して波長分散分光法（ＷＤＳ）によっても分析した。使用したＥＰＭＡ機器は、ＪＥＯＬ社のＪＸＡ－８５３０ Ｆ Ｈｙｐｅｒｐｒｏｂｅであった。これにより、異なる元素に対して異なる画像が提供されるため、ろう付け接合部の特定の位置に特定の元素（Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｃなど）が存在することが可視化されるとともに、信号の強度によってその含有量のレベルが示され得る。

【0071】

ＥＰＭＡに備えられたエネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＳ）を用いて、層中の特定の元素（金属Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ａｇ、およびＩｎ）の含有量を分析した。使用したＥＰＭＡ機器は、ＪＥＯＬ社のＪＸＡ－８５３０ Ｆ Ｈｙｐｅｒｐｒｏｂｅであった。信頼できる平均値を得るために、無作為に選択した多くの測定点を選択した。

【0072】

試料の試料１、試料２、および試料３のろう付け接合部について分析を行った。透明な層１、２および３が見出された。表３に、各層の元素含有量、および各層の平均厚さを示す。

【0073】

ＴｉＣ層の厚さは、ＴｉＮの存在と組み合わせて、超硬合金支持体に隣接するＣの濃度の厚さを考慮することによって好適に測定される。しかしながら、これは、ＴｉＣ層が明確に見える上記のようにして得られるＳＥＭ－ＢＳＥ画像と組み合わせて好適に行われる。

【0074】

７４０℃でろう付けされた試料１において、分析から以下のことが分かる。
Ｔｉと同様、超硬合金に隣接するＣが見られない。しかしながら、元素Ｔｉを含む非常に薄い層が見られる。ＳＥＭ－ＢＳＥ画像に透明な薄層が見られる。したがって、非常に薄いＴｉＣの第１層が存在する。
第２層は、相当量のＮｉ、ＣｕおよびＴｉを含有する。しかしながら、層は非常に不均一であり、いくつかの相を含み、画定が不十分である。
超硬合金の最上部にＮｉ欠乏領域が見られない。

【0075】

８２０℃でろう付けされた試料２において、分析から以下のことが分かる。
Ｔｉと同様、超硬合金に隣接するＣが明確に見える。ＳＥＭ－ＢＳＥ画像に透明な層が見られる。したがって、ＴｉＣの第１層が存在する。
第２層は、相当量のＮｉ、ＣｕおよびＴｉを含有し、十分に画定される。
超硬合金の最上部に約１μｍのＮｉ欠乏領域が見られる。

【0076】

９００℃でろう付けされた試料３において、分析から以下のことが分かる。
Ｔｉと同様、超硬合金に隣接するＣが明確に見える。ＳＥＭ－ＢＳＥ画像に透明な層が見られる。したがって、ＴｉＣの第１層が存在する。
第２層は、相当量のＮｉ、ＣｕおよびＴｉを含有し、十分に画定される。
超硬合金の最上部に約２μｍのＮｉ欠乏領域が見られる。

【0077】

表３は、分析からのさらなる結果を示す。
表３

^＊いくつかの相、画定が不十分な層、平均金属元素含有量および層の厚さの測定が困難である
^＊＊金属元素が存在するが、いくつかの相中にあり、平均含有量を測定することが困難である
［実施例３］
試料による切削試験

【0078】

金属切削作業において切削工具を試験した。試験された試料は、試料５および試料８、すなわち、異なる組成のｃＢＮ切れ刃チップ、ろう付けペースト２であり、８２０℃の温度で１０分間真空下でろう付けした。試験方法は、硬化鋼の断続切削を含んでいた。断続切削を提供するために、軟らかい段階で調製された溝を有する貫通硬化鋼ＳＳ２２５８のリングを用意する。試験方法は、縁部の破損まで、溝付き部に対向する切り込みを入れることによる旋削作業を含む。切削パラメータは、増分負荷を与えるために切削ごとに段階的に増加する。この試験方法は、ろう付け接合部の堅牢性の判定を含む、過酷な切削における切削工具性能をよく見ることができる。

【0079】

使用した切削データを表４に示す。送り（ｆｎ）と切り込み深さ（ａｐ）は、同じ値に設定されている。ｆｎおよびａｐの推奨される開始値は、試験するインサートの型およびグレードによって異なる。切削速度（ｖｃ）は、１２０ｍ／分であった。
表４

【0080】

刃が破損するまで試験を行い（各パス後に光学顕微鏡で確認する）、試験結果は、刃が破損したときの送り／切り込み深さ（またはパス数）として報告する。

【0081】

各パスについて、ｆｎおよびａｐの値を０．０２ずつ増分させた。

【0082】

信頼できる結果を得るために、多くの刃を試験した。
表５

【0083】

試料について、結果は、すべての破損が予想される破損サイズのｃＢＮ材料で発生したことを示した。ろう付けが最も弱い結合になるという兆候はなかった。したがって、本発明のろう付け接合部は非常に良好に機能すると結論付けられる。さらに、この試験方法で使用された荷重は、硬化鋼の通常の金属機械加工作業に関連する用途よりも大幅に高かったため、試験されたすべてのサンプルが業界の用途で非常に良好に機能することに注意すべきである。

【図1】

【図2】

【図3】

【国際調査報告】