(57)【要約】      （修正有）【課題】難削材のインターバル切削加工において、すぐれた耐チッピング性、耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具を提供する。【解決手段】表面被覆切削工具の硬質被覆層は、Ｔｉを３５ａｔ％以上、Ｎを３０ａｔ％以上含有する岩塩型立方晶結晶構造からなる配向性Ｔｉ化合物層に対し、Ｘ線回折分析を行い、（１１１）、（２００）、（２２０）、（３１１）、（３３１）、（４２０）、（４２２）の７つの各格子面についてＴＣ値を算出した時、最大のＴＣ値（ＴＣｍａｘ）が２．５以上であり、前記最大のＴＣ値を有する面が（２００）以外の面であった場合には（２００）面のＸ線極点図によって、一方、前記最大のＴＣ値を有する面が（２００）であった場合には（１１１）面のＸ線極点図によって、前記最大のＴＣ値を示す面が工具基体表面に垂直である結晶粒の、工具基体表面に平行な面における結晶配向を測定した場合、φスキャンの半値全幅が３０°以下である。【選択図】図１
2020138252.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化タングステン基超硬合金または炭窒化チタン基サーメットで構成された工具基体の表面に、１μｍ以上２５μｍ以下の総層厚の硬質被覆層が形成されている表面被覆切削工具において、
（ａ）前記硬質被覆層は、平均層厚が０．１μｍ以上１０μｍ以下の岩塩型立方晶結晶構造からなる配向性Ｔｉ化合物層を少なくとも１層含み、
（ｂ）前記配向性Ｔｉ化合物層は、配向性Ｔｉ化合物を構成する成分の含有量合計に対して、Ｔｉを３５ａｔ％以上、Ｎを３０ａｔ％以上含有し、
（ｃ）前記配向性Ｔｉ化合物層に対し、Ｘ線回折分析（２θ−θスキャン）を行い、（１１１）、（２００）、（２２０）、（３１１）、（３３１）、（４２０）、（４２２）の７つの各格子面について、それぞれのＴＣ値を算出した時、最大のＴＣ値（ＴＣｍａｘ）が２．５以上であり、
（ｄ）前記配向性Ｔｉ化合物層の、前記最大のＴＣ値を有する面が（２００）以外の面であった場合には（２００）面のＸ線極点図によって、一方、前記最大のＴＣ値を有する面が（２００）であった場合には（１１１）面のＸ線極点図によって、前記最大のＴＣ値を示す面が工具基体表面に垂直である結晶粒の、工具基体表面に平行な面における結晶配向を測定した場合、φスキャンの半値全幅が３０°以下であることを特徴とする表面被覆切削工具。
【請求項２】
前記硬質被覆層が、前記配向性Ｔｉ化合物層の他に、Ｔｉの窒化物層、Ｔｉの炭窒化物層及びＴｉとＡｌの複合窒化物層の内の１層または２層以上を含むことを特徴とする請求項１に記載の表面被覆切削工具。
【請求項３】
前記硬質被覆層が、工具基体表面の一部または全部に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の表面被覆切削工具。
【請求項４】
前記硬質被覆層が、工具基体表面の少なくとも逃げ面に形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の表面被覆切削工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステンレス鋼等の難削材の切削加工において、耐チッピング性、耐摩耗性にすぐれ、長期の使用に亘ってすぐれた切削性能を発揮する表面被覆切削工具（以下、被覆工具という）に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、一般に、炭化タングステン（以下、ＷＣで示す）基超硬合金または炭窒化チタン（以下、ＴｉＣＮで示す）基サーメットで構成された基体（以下、これらを総称して工具基体という）の表面に、硬質被覆層を蒸着形成した被覆工具が知られているが、被削材の種類、切削条件に応じて、耐チッピング性、耐欠損性、耐剥離性、耐摩耗性等の工具性能を高めるため、各種の提案がなされている。
特に、ステンレス鋼のような難削材に対しては、溶着チッピングや凝着摩耗の発生に対する耐久性が強く求められている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、炭化タングステン基超硬合金または炭窒化チタン基サーメットで構成された工具基体の表面に、硬質被覆層が形成されている被覆工具において、
（ａ）前記硬質被覆層は、Ｔｉの炭化物層、窒化物層、炭窒化物層、炭酸化物層および炭窒酸化物層から選ばれる１層または２層以上からなり、その内の少なくとも１層はＴｉの炭窒化物層で構成された２〜１５μｍの合計平均層厚を有するＴｉ化合物層を含み、
（ｂ）前記Ｔｉ化合物層中の少なくとも１層のＴｉの炭窒化物層は、（２００）面にＸ線回折による最大回折ピーク強度が現れ、かつ、配向性指数Ｔｃ（２００）は２．０以上である被覆工具が提案され、さらに、前記Ｔｉ化合物層の縦断面において、アスペクト比が５以上である柱状縦長組織を有する結晶粒が占める面積割合は、７０面積％以上であること、また、前記Ｔｉ化合物層において、すべてのＴｉの炭窒化物層の層厚が４〜１３μｍであることが好ましいとされている。
そして、この被覆工具は、大きなせん断力が作用するステンレス鋼の高負荷・低速切削加工において、耐塑性変形性にすぐれるＴｉＣＮ層の存在により、ＴｉＣＮ結晶粒の脱落、これを原因とするチッピング、欠損、剥離の発生もなく、すぐれた耐摩耗性を発揮するとされている。
【０００４】
また、特許文献２には、ＷＣ基超硬合金またはＴｉＣＮ基サーメットからなる工具基体の表面に硬質被覆層が形成されている被覆工具であって、（ａ）工具基体表面には、少なくとも窒素と炭素を含むＴｉ化合物層が形成され、（ｂ）前記工具基体の切れ刃近傍において、工具基体表面から垂直方向に前記Ｔｉ化合物層中の窒素濃度を測定した場合、工具基体表面からＴｉ化合物層側へ０．２０μｍ以内の範囲において、工具基体からの距離が離れるにしたがい、前記Ｔｉ化合物層中の窒素濃度が漸次増加しており、窒素濃度の平均濃度勾配が、２０原子％／μｍ以上３００原子％／μｍ以下であり、（ｃ）前記切れ刃近傍において工具基体表面直上に形成されているＴｉ化合物層中の平均窒素濃度は、逃げ面の切れ刃から離れた位置において工具基体表面直上に形成されているＴｉ化合物層中の平均窒素濃度より３原子％以上低い被覆工具が提案されている。
そして、この被覆工具によれば、二相ステンレス鋼の断続切削加工において、耐溶着チッピング性、耐剥離性にすぐれるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１７−１４４５４８号公報
【特許文献２】特許２０１８−２４０３８号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Surface and Coatings Technology 200 (2006) 2764- 2768
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ステンレス鋼等の難削材の切削加工においては、溶着チッピング、凝着摩耗により工具寿命に至るケースが多く、特に、近年、インターバル切削加工における工具の長寿命化が強く求められている。
しかし、前記特許文献１、２に示される従来被覆工具においては、溶着チッピングの発生、凝着摩耗の発生を未だ十分に抑制することができないため、依然として工具寿命は短命であり、満足できる切削性能は得られていない。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
そこで、本発明者らは、前述のような観点から、難削材であるステンレス鋼（例えば、ＪＩＳ−ＳＵＳ３０４）のインターバル切削加工において、耐溶着チッピング性、耐凝着摩耗性にすぐれた被覆工具を提供すべく、溶着チッピングの発生、凝着摩耗の発生のメカニズムについて鋭意検討したところ、次のような知見を得た。
【０００９】
本発明者らは、硬質被覆層としてＴｉＮ層、ＴｉＣＮ層等のＴｉ化合物層を被覆形成した被覆工具について、ステンレス鋼のインターバル切削加工を行い、加工後の被覆工具の刃先調査を行った結果、硬質被覆層の大傾角粒界中へ被削材成分(例えば、Ｃｒ成分)が拡散し、これが起点となって溶着チッピングや凝着摩耗が発生すること、その一方、硬質被覆層の小傾角粒界には、Ｃｒ等の被削材成分の拡散が比較的少なく、溶着チッピングや凝着摩耗が発生しにくいことを見出した。
この調査結果から、硬質被覆層のうち、特に、Ｔｉ化合物層を構成する結晶粒組織について、硬質被覆層を多くの小傾角粒界からなる結晶粒組織とすること、言い換えれば、硬質被覆層を構成する結晶の配向を、工具基体表面に垂直な方向及び工具基体表面に平行な方向に揃えた配向性を有する結晶粒組織とすることによって、ステンレス鋼のインターバル切削において、結晶粒界への被削材成分の拡散を防止し、その結果として、従来以上に長寿命化を図ることができるのではないかとの仮説を立てた。
【００１０】
前記非特許文献１は、主として、酸化物系超電導線材用に開発された技術であって、被覆工具の硬質被覆層の成膜技術に関しての教示はないが、ステンレスの多結晶基板上に、基板表面に垂直な方向及び基板表面に平行な方向に配向性を揃えたＴｉＮ膜を成膜する技術が開示されている。
【００１１】
そこで、本発明者らは、前記非特許文献１で知られている成膜技術を、被覆工具の硬質被覆層（特に、Ｔｉ化合物層）の成膜に応用し、工具基体表面に垂直な方向及び工具基体表面に平行な方向に配向性を有する結晶粒組織を備えた配向性Ｔｉ化合物層からなる硬質被覆層を形成し、この被覆工具を、ステンレス鋼のインターバル切削に供したところ、硬質被覆層の小傾角粒界にはＣｒ等の被削材成分の拡散は少なく、溶着チッピングや凝着摩耗の発生が抑制され、すぐれた耐チッピング性、耐摩耗性を示したことから、本発明者らによる前記仮説が検証された。
【００１２】
本発明は、前記知見に基づいてなされたものであって、
「（１）炭化タングステン基超硬合金または炭窒化チタン基サーメットで構成された工具基体の表面に、１μｍ以上２５μｍ以下の総層厚の硬質被覆層が形成されている表面被覆切削工具において、
（ａ）前記硬質被覆層は、平均層厚が０．１μｍ以上１０μｍ以下の岩塩型立方晶結晶構造からなる配向性Ｔｉ化合物層を少なくとも１層含み、
（ｂ）前記配向性Ｔｉ化合物層は、配向性Ｔｉ化合物を構成する成分の含有量合計に対して、Ｔｉを３５ａｔ％以上、Ｎを３０ａｔ％以上含有し、
（ｃ）前記配向性Ｔｉ化合物層に対し、Ｘ線回折分析（２θ−θスキャン）を行い、（１１１）、（２００）、（２２０）、（３１１）、（３３１）、（４２０）、（４２２）の７つの各格子面について、それぞれのＴＣ値を算出した時、最大のＴＣ値（ＴＣｍａｘ）が２．５以上であり、
（ｄ）前記配向性Ｔｉ化合物層の、前記最大のＴＣ値を有する面が（２００）以外の面であった場合には（２００）面のＸ線極点図によって、一方、前記最大のＴＣ値を有する面が（２００）であった場合には（１１１）面のＸ線極点図によって、前記最大のＴＣ値を示す面が工具基体表面に垂直である結晶粒の、工具基体表面に平行な面における結晶配向を測定した場合、φスキャンの半値全幅が３０°以下であることを特徴とする表面被覆切削工具。
（２）前記硬質被覆層が、前記配向性Ｔｉ化合物層の他に、Ｔｉの窒化物層、Ｔｉの炭窒化物層及びＴｉとＡｌの複合窒化物層の内の１層または２層以上を含むことを特徴とする（１）に記載の表面被覆切削工具。
（３）前記硬質被覆層が、工具基体表面の一部または全部に形成されていることを特徴とする（１）または（２）に記載の表面被覆切削工具。
（４）前記硬質被覆層が、工具基体表面の少なくとも逃げ面に形成されていることを特徴とする（１）乃至（３）のいずれかに記載の表面被覆切削工具。」
なお、前記（２）でいうＴｉの炭窒化物は、縦長成長結晶組織のＴｉの炭窒化物(特開平６−８０１０号公報に示される形態の結晶組織を有するＴｉの炭窒化物)層を含む。以下、縦長成長結晶組織のＴｉの炭窒化物は「ＭＴ−ＴｉＣＮ」で示す。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の被覆工具によれば、工具基体表面に形成された硬質被覆層として、ＴｉとＮを所定量含有する岩塩型立方晶結晶構造からなる配向性Ｔｉ化合物層を少なくとも１層含み、該層についてＸ線回折分析を行い、（１１１）、（２００）、（２２０）、（３１１）、（３３１）、（４２０）、（４２２）の７つの面についてＴＣ値を算出し、最大のＴＣ値を有する面に応じて、（２００）面あるいは（１１１）面のＸ線極点図によって、前記最大のＴＣ値を示す面が工具基体表面に垂直である結晶粒の、工具基体表面に平行な面における結晶配向を測定した場合、φスキャンの半値全幅が３０°以下であることから、前記配向性Ｔｉ化合物層は、工具基体表面に垂直な方向及び工具基体表面に平行な方向に結晶配向性の高い結晶粒組織を有する。
したがって、少なくとも前記配向性Ｔｉ化合物層中には、小傾角粒界が多く存在し、大傾角粒界の形成が抑制されるため、ステンレス鋼のインターバル切削においても、粒界への被削材成分の拡散が少なく、その結果、溶着チッピング、凝着摩耗の発生が抑制され、工具の長寿命化が図られる。
さらに、前記配向性Ｔｉ化合物層表面に他の硬質層を形成した場合には、配向性Ｔｉ化合物層の配向性を引き継ぐ形で成膜されるため、大傾角粒界の形成が抑制され、すぐれた耐溶着チッピング性、耐凝着摩耗性が発揮される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明被覆工具の配向性Ｔｉ化合物層を成膜する際の、非平衡マグネトロンスパッタリング装置のプラズマの入射方向と工具基体切れ刃面の相対的位置関係を示す概略模式図およびその部分拡大図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に、本発明の被覆工具について詳細に説明する。
本発明の被覆工具は、工具基体表面の一部または全部に、少なくとも１層の配向性Ｔｉ化合物層を含む硬質被覆層が形成され、該配向性Ｔｉ化合物層は、工具基体表面に垂直な方向（層厚方向）及び工具基体表面に平行な方向（工具基体面内方向）に配向性の高い結晶粒組織を有する。
【００１６】
硬質被覆層：
本発明被覆工具の硬質被覆層は、工具基体表面の一部または全部に、平均層厚が０．１μｍ以上１０μｍ以下の岩塩型立方晶結晶構造からなる少なくとも１層の配向性Ｔｉ化合物層を含み、前記配向性Ｔｉ化合物層に含有されるＴｉ量及びＮ量は、配向性Ｔｉ化合物を構成する成分の含有量合計に対して、Ｔｉは３５ａｔ％以上、Ｎは３０ａｔ％以上である。
これは、前記配向性Ｔｉ化合物層の平均層厚が０．１μｍ未満では、工具基体表面と硬質被覆層との密着強度が十分ではなく、一方、平均層厚が１０μｍを超えると、塑性変形を起し易くなり、その結果、結晶粒の脱落の発生、これによるチッピング、欠損、剥離の発生、あるいは偏摩耗の進行等の異常損傷発生の原因となるからである。
本発明でいう配向性Ｔｉ化合物層以外のＴｉ化合物層としては、具体的には、ランダム配向のＴｉの窒化物（ＴｉＮで示す。）層、ランダム配向のＴｉの炭窒化物（ＴｉＣＮで示す）層を挙げることができる。
なお、本発明でいうＴｉ化合物とは、Ｔｉを３５ａｔ％以上、Ｎを３０ａｔ％以上含有するＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＡｌＮ等の岩塩型立方晶結晶構造からなる化合物を指す。
また、本発明被覆工具の硬質被覆層の総層厚は、１μｍ以上２５μｍ以下とするが、これは、総層厚が１μｍ未満では、長期の使用にわたってすぐれた耐摩耗性を発揮することができなくなるからであり、一方、総層厚が２５μｍを超えると、チッピング、欠損、剥離等の異常損傷発生の原因となるからである。
【００１７】
配向性Ｔｉ化合物層：
本発明被覆工具の硬質被覆層は、少なくとも１層の配向性Ｔｉ化合物層を含み、該層は、Ｔｉを３５ａｔ％以上、Ｎを３０ａｔ％以上含有する岩塩型立方晶結晶構造からなる配向性Ｔｉ化合物層(例えば、配向性ＴｉＮ層、配向性ＴｉＣＮ層)であって、工具基体表面に垂直な方向（層厚方向）及び工具基体表面に平行な方向（工具基体面内方向）に配向性の高い結晶粒組織を有するものとして形成される。
前記配向性Ｔｉ化合物層は、工具基体の表面直上に形成することが好ましいが、硬質被覆層を多層構造として構成する場合には、多層構造の中間層として設けることもできる。
つまり、前記配向性Ｔｉ化合物層の上部に、他の硬質被覆層、例えば、他のＴｉＮ層、ＴｉＣＮ層、ＭＴ−ＴｉＣＮ層及びＴｉＡｌＮ層の内の１層または２層以上を形成した場合には、前記配向性Ｔｉ化合物層の配向を引き継いで、ランダム配向の場合に比して、相対的に配向性の高い層、即ち、全体として配向性の高い硬質被覆層を構成することができる。
【００１８】
前記配向性Ｔｉ化合物層が配向性を有するというためには、第一に、前記配向性Ｔｉ化合物層を構成する結晶粒について、Ｘ線回折分析（２θ−θスキャン）を行い、（１１１）（２００）、（２２０）、（３１１）、（３３１）、（４２０）、（４２２）の７つの各格子面についてＴＣ値を算出した時、最大のＴＣ値（ＴＣｍａｘ）を２．５以上とすることが必要である。
ＴＣｍａｘが２．５以上であるということは、工具基体表面に垂直な方向(層厚方向)に、前記７つの格子面のいずれかの面が、ランダム配向の場合に比べて２．５倍以上配向していることを示すからである。
第二に、前記最大のＴＣ値を有する面に応じて、（２００）面あるいは（１１１）面のＸ線極点図によって、前記最大のＴＣ値を示す面が工具基体表面に垂直である結晶粒の、工具基体表面に平行な面における結晶配向を測定した場合、φスキャンの半値全幅が３０°以下であることが必要である。
前記最大のＴＣ値を有する面が工具基体表面に垂直な結晶粒（すなわち、膜厚方向に配向した結晶粒）について、工具基体表面に平行な面における結晶配向を測定した場合に、φスキャンでＸ線回折強度がピークを持つということは、膜厚方向に配向した結晶粒が、さらに工具基体表面に平行な方向にも配向を有するということである。
その結果、前記配向性Ｔｉ化合物層の層厚方向には、ランダム配向の場合に比して、小傾角粒界が相対的により多く形成されることになり、その結果、ステンレス鋼のインターバル切削においても、粒界への被削材成分の拡散が少なくなり、溶着チッピング、凝着摩耗の発生が抑制される。
【００１９】
ここで、ＴＣ（ｈｋｌ）値は、以下の数式から算出することができる。
2020138252.tif 000003
上記式中、Ｉ（ｈｋｌ）は、測定された（ｈｋｌ）面のＸ線回折ピーク強度を示し、Ｉ０（ｈｋｌ）は、ＩＣＤＤカードリファレンスコード：０１−０８７−０６２７のＴｉＮの標準Ｘ線回折ピーク強度を示す。
また、（ｈｋｌ）は、（１１１）、（２００）、（２２０）、（３１１）、（３３１）、（４２０）、（４２２）の７面である。
なお、前記配向性Ｔｉ化合物層は、Ｔｉを３５ａｔ％以上、Ｎを３０ａｔ％以上含有する岩塩型立方晶結晶構造からなる化合物であり、添加物、あるいは不純物として、例えばＡｌ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｂ、Ｃ、Ｏ、Ｃｌを含むことがある。したがって、前記配向性Ｔｉ化合物層は厳密にはＴｉＮではない場合があるが、主成分はＴｉとＮであり、岩塩型立方晶結晶構造を有するため、仮に皮膜がランダム配向であった場合、ピーク強度比は、ＩＣＤＤカードリファレンスコード：０１−０８７−０６２７のＴｉＮのピーク強度比から大きくは乖離しないと考えられるので、上記式を用いてＴＣ値を算出した。
Ｘ線回折分析は、Ｘ線回折装置としてスペクトリス社ＰＡＮａｌｙｔｉｃａｌ Ｅｍｐｙｒｅａｎを用いて、ＣｕＫα線による２θ‐θ法で測定し、測定条件として、測定範囲（２θ）：３０〜１３０度、Ｘ線出力：４５ｋＶ、４０ｍＡ、発散スリット：０．５度、スキャンステップ：０．０１３度、１ステップ辺り測定時間：０．４８ｓｅｃ／ｓｔｅｐという条件で測定し、Ｘ線回折ピーク強度Ｉ（ｈｋｌ）を求める。
ただし、例えば前記配向性Ｔｉ化合物層の上部に設けられた皮膜が、１０μｍを超える場合など、前記配向性Ｔｉ化合物層からの回折ピークの強度が十分に得られない場合がある。このような場合、上部に設けられた皮膜を機械研磨、あるいはイオンミーリング等で部分的に取り除いた後、前述の方法でＸＲＤ回折分析を行うこともできる。
【００２０】
前記ＴＣｍａｘを２．５以上とすることで、層厚方向の配向性を高めることができるが、小傾角粒界が多い結晶粒組織を有する皮膜を得るためには、工具基体表面に平行な方向（工具基体面内方向）への結晶配向性を形成することが必要である。
工具基体表面に平行な方向（工具基体面内方向）への配向性については、前記で測定した（１１１）、（２００）、（２２０）、（３１１）、（３３１）、（４２０）、（４２２）の７つの各格子面についてのＴＣ値のうち、最大のＴＣ値を有する面が（２００）以外の面であった場合には（２００）面のＸ線極点図によって、一方、前記最大のＴＣ値を有する面が（２００）であった場合には（１１１）面のＸ線極点図によって、前記最大のＴＣ値を示す面が工具基体表面に垂直である結晶粒の、工具基体表面に平行な面における結晶配向を測定した場合、φスキャンの半値全幅が３０°以下であることが必要である。
前記半値全幅が３０°以下であるということは、工具基体表面に垂直な方向(層厚方向)に加え、工具基体表面に平行な方向（工具基体面内方向）にも配向していることを示すものであって、これによって、層厚方向及び工具基体面内方向の双方に配向性Ｔｉ化合物層の結晶粒が配向していることになる。
そして、これによって、配向性Ｔｉ化合物層は、大傾角粒界が少なく、相対的に小傾角粒界が多い結晶粒組織となり、その結果、このような硬質被覆層を有する本発明被覆工具は、難削材であるステンレス鋼のインターバル切削加工において、溶着チッピング、凝着摩耗の発生が抑制されるため、すぐれた耐チッピング性、耐摩耗性を示し、長期の使用にわたってすぐれた切削性能を発揮する。
【００２１】
配向性Ｔｉ化合物層の成膜：
本発明における層厚方向及び工具基体面内方向のいずれにも配向性を有する配向性Ｔｉ化合物層は、例えば、以下のようにして形成することができる。
まず、Ｔｉ化合物層の配向性を高めるために、工具基体表面の平滑化処理をする。
具体的には、研磨砥粒を複合化した弾性を有するメディアを噴射して、工具基体の逃げ面の表面を表面粗さＲａが０．２μｍ以下になるように平滑化する。
ついで、非平衡マグネトロンスパッタリング装置により、例えば、プラズマの入射角に対して、逃げ面を５２．５°傾けて設置した状態で成膜を行い、所定層厚のＴｉ化合物層を成膜することによって、配向性Ｔｉ化合物層を成膜する。
逃げ面の表面に成膜された前記配向性Ｔｉ化合物層は、逃げ面において、工具基体表面に垂直な方向に配向性を有すると同時に、工具基体面内方向にも配向していることが確認される。
【００２２】
硬質被覆層の成膜：
前記の配向性Ｔｉ化合物層を成膜した工具基体を非平衡マグネトロンスパッタリング装置から取り出し、前記配向性Ｔｉ化合物層の表面に、例えば、硬質層として、ＣＶＤ法でＭＴ−ＴｉＣＮ層を成膜することにより、工具基体表面に、配向性Ｔｉ化合物層とＭＴ−ＴｉＣＮ層からなる硬質被覆層を形成することができる。
また、前記配向性Ｔｉ化合物層を備える前記工具基体を、水素雰囲気中において、１０７０℃で２時間アニールすることによって、工具基体から配向性ＴｉＮ層中へＣを拡散させることで配向性ＴｉＣＮを形成し、工具基体表面に、配向性ＴｉＣＮ層を形成することもできる。
また、前記配向性Ｔｉ化合物層を成膜した工具基体を非平衡マグネトロンスパッタリング装置から取り出し、前記配向性Ｔｉ化合物層の表面に、硬質層としてＣＶＤ法でＴｉＡｌＮ層を成膜することにより、工具基体表面に、配向性Ｔｉ化合物層とＴｉＡｌＮ層からなる硬質被覆層を形成することもできる。
なお、配向性Ｔｉ化合物層の表面に、他の硬質層を被覆した前記いずれのケースでも、配向性Ｔｉ化合物層の配向を引き継ぎ、他の硬質層の配向性も高まるため（言い換えれば、大傾角粒界の形成が減少するため）、硬質被覆層全体としての耐溶着チッピング性、耐凝着摩耗性が向上する。
【実施例】
【００２３】
本発明の被覆工具の実施例について、以下に、具体的に説明する。
【００２４】
原料粉末として、いずれも１〜３μｍの平均粒径を有するＷＣ粉末、ＴｉＣ粉末、Ｃｒ３Ｃ２粉末、ＴｉＮ粉末、およびＣｏ粉末を用意し、これら原料粉末を、表１に示される配合組成に配合し、さらにワックスを加えてアセトン中で２４時間ボールミル混合し、減圧乾燥した後、９８ＭＰａの圧力で所定形状の圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を５Ｐａの真空中、１３７０〜１４７０℃の範囲内の所定の温度に１時間保持の条件で真空焼結した後、外周研磨を施し、ＣＮＧＧ１２０４０４−ＰＫ（三菱マテリアル社製）のインサート形状をもったＷＣ基超硬合金製の工具基体Ａをそれぞれ製造した。
【００２５】
また、原料粉末として、いずれも０．５〜２μｍの平均粒径を有するＴｉＣＮ（質量比でＴｉＣ／ＴｉＮ＝５０／５０）粉末、ＮｂＣ粉末、ＴａＣ粉末、Ｍｏ2Ｃ粉末、ＷＣ粉末、Ｃｏ粉末およびＮｉ粉末を用意し、これら原料粉末を、表１に示される配合組成に配合し、ボールミルで２４時間湿式混合し、乾燥した後、９８ＭＰａの圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を１．３ｋＰａの窒素雰囲気中、温度：１５００℃に１時間保持の条件で焼結した後、外周研磨を施し、ＣＮＧＧ１２０４０４−ＰＫ（三菱マテリアル社製）のインサート形状をもったＴｉＣＮ基サーメット製の工具基体Ｂを作製した。
【００２６】
ついで、これらの工具基体Ａおよび工具基体Ｂの表面を、以下の条件で平滑化処理をし、少なくとも逃げ面の表面粗さＲａを０．２μｍ以下にした。
＜平滑化処理条件＞
平滑化処理にあたっては、弾性研磨材(株式会社不二製作所製 シリウスＺメディア)をエアーを用いて投射した。エアー圧力は０．３５ＭＰａで、表面粗さＲａを０．２μｍ以下になるまで、処理を行った。
【００２７】
ついで、平滑化処理をした工具基体Ａおよび工具基体Ｂを、非平衡マグネトロンスパッタリング装置に装入し、表２に示される本発明条件で蒸着することによって、表４に示す目標層厚の配向性Ｔｉ化合物層を蒸着形成した。
なお、図１に、工具基体Ａ、工具基体Ｂの設置形態を示す。
即ち、図１に示すように、工具基体Ａ、工具基体Ｂの設置に際しては、「切削加工時に主切れ刃を構成する逃げ面」をプラズマの入射角に対して５２．５°傾けた状態、かつ、「切削加工時に主切れ刃を構成するすくい面ランド部」がプラズマの入射角に対して５２．５°傾いた状態で成膜を行った。
【００２８】
ついで、表３に示すＣＶＤ条件で、硬質層として、目標層厚のＴｉ化合物層あるいはＴｉＡｌＮ層等をさらに蒸着形成することにより、表４に示す本発明被覆工具１〜４を作製した。
なお、本発明被覆工具１〜４は、非平衡マグネトロンスパッタリング装置により、配向性Ｔｉ化合物層としてＴｉＮ層を蒸着形成している。
【００２９】
また、工具基体Ａに非平衡マグネトロンスパッタリング装置により、ＴｉＮ層を蒸着形成した後、水素雰囲気中において、１０７０℃で２時間アニールすることによって、工具基体から配向性ＴｉＮ層中へＣを拡散させることで配向性ＴｉＣＮを形成し、工具基体表面に、配向性ＴｉＣＮ層を形成した。ついで、表３に示すＣＶＤ条件で、硬質層として、目標層厚のＴｉ化合物層等をさらに蒸着形成することにより、表４に示す本発明被覆工具５、６を作製した。
【００３０】
比較の目的で、前記条件で表面平滑化した工具基体Ａおよび工具基体Ｂのそれぞれを、非平衡マグネトロンスパッタリング装置に装入し、表２に示される比較例条件で蒸着し、表５に示す目標層厚の配向性Ｔｉ化合物層を蒸着形成し、ついで、通常の化学蒸着装置に装入し、表３に示されるＣＶＤ条件で、硬質層として、表５に示される目標層厚のＴｉ化合物層あるいはＴｉＡｌＮ層を蒸着形成し、表５に示される比較例被覆工具１〜４をそれぞれ製造した。
また、工具基体Ａを、通常の化学蒸着装置に装入し、表３に示されるＣＶＤ条件で、硬質層として、表５に示される目標層厚のＴｉ化合物層を蒸着形成し、表５に示される比較例被覆工具５を製造した。
【００３１】
本発明被覆工具１〜６の配向性Ｔｉ化合物層、および、比較例被覆工具１〜４の配向性Ｔｉ化合物層、比較例被覆工具５のＴｉＮ層について、Ｘ線回折により、（１１１）、（２００）、（２２０）、（３１１）、（３３１）、（４２０）、（４２２）の各格子面からの回折ピーク強度を測定した。
なお、Ｘ線回折分析および後述のＸ線極点図については、事前に逃げ面の硬質層の第２層（すなわち、本発明工具１であればＴｉＣＮＯ）が摩滅するまで逃げ面を機械研磨したうえで、逃げ面で測定を行った。
なお、Ｘ線回折は、装置としてスペクトリス社ＰＡＮａｌｙｔｉｃａｌ Ｅｍｐｙｒｅａｎを用い、ＣｕＫα線による２θ‐θ法で測定した。
測定条件は、測定範囲（２θ）：３０〜１３０度、Ｘ線出力：４５ｋＶ、４０ｍＡ、発散スリット：０．５度、スキャンステップ：０．０１３度、１ステップ辺り測定時間：０．４８ｓｅｃ／ｓｔｅｐである。
【００３２】
ついで、上記回折ピーク強度の測定結果と下記数式に基づき、各格子面についてのＴＣ値を算出し、さらに、最大のＴＣ値をＴＣｍａｘとして求めた。
2020138252.tif 000004
なお、上記式中、Ｉ（ｈｋｌ）は、測定された（ｈｋｌ）面のＸ線回折ピーク強度を示し、Ｉ０（ｈｋｌ）は、ＩＣＤＤカードリファレンスコード：０１−０８７−０６２７のＴｉＮの標準Ｘ線回折ピーク強度を示す。
また、（ｈｋｌ）は、（１１１）、（２００）、（２２０）、（３１１）、（３３１）、（４２０）、（４２２）の７面である。
表４、表５に、上記で算出したＴＣｍａｘの値とその格子面を示す。
なお、比較例被覆工具５の硬質層としてのＴｉＮについても、参考のため、前記と同じ測定・算出法で、ＴＣｍａｘの値とその格子面を求め、参考値として、表５に示した。
表６に、本発明被覆工具１について測定・算出した、各格子面の回折ピーク強度およびＴＣ値を示す。
【００３３】
ついで、（１１１）面が工具基体表面に垂直である結晶粒の、工具基体表面に平行な面における結晶配向について、（２００）面のＸ線極点図によって、φスキャンの半値全幅を測定し求めた。
表４、表５に、上記で求めた半値全幅の値を示す。
なお、比較例被覆工具５の硬質層としてのＴｉＮ層についても、参考のため、前記と同じ測定・算出を行い、参考値として、表５に示した。
【００３４】
また、本発明被覆工具１〜６、比較例被覆工具１〜５の硬質被覆層の各構成層の厚さを、走査型電子顕微鏡を用いて測定（縦断面測定）したところ、いずれも目標層厚と実質的に同じ平均層厚（５点測定の平均値）を示した。
【００３５】
【表１】
2020138252.tif 000005
【００３６】
【表２】
2020138252.tif 000006
【００３７】
【表３】
2020138252.tif 000007
【００３８】
【表４】
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【００３９】
【表５】
2020138252.tif 000009
【００４０】
【表６】
2020138252.tif 000010
【００４１】
つぎに、本発明被覆工具１〜６、比較例被覆工具１〜５の各種の被覆工具について、いずれも工具鋼製バイトの先端部に固定治具にてネジ止めした状態で、ステンレス鋼のインターバル切削試験を実施した。
切削条件は、次のとおり。
被削材：ＪＩＳ・ＳＵＳ３０４の丸棒，
切削速度：１４０ｍ／ｍｉｎ，
切り込み：０．９０ｍｍ         
送り：０．１５ｍｍ／ｒｅｖ．
１パス：３秒切削−３秒休止の条件で１００パスのインターバル切削
インターバル切削試験後の切れ刃の逃げ面摩耗幅（ただし境界損傷部は含まない）を測定するとともに、チッピング、欠損、剥離等の異常損傷の発生状況を肉眼で観察した。
表７に、この試験結果を示す。
【００４２】
【表７】
2020138252.tif 000011
【００４３】
表７に示される結果から、本発明被覆工具１〜６は、硬質被覆層の配向性Ｔｉ化合物層が、工具基体表面に垂直な方向及び工具基体表面に平行な方向に結晶配向性の高い結晶粒組織を有し、大傾角粒界の形成が抑制されるため、また、前記配向性Ｔｉ化合物層上に形成された他の硬質層についても、配向性を引き継いで大傾角粒界の形成が抑制されるため、溶着チッピング、凝着摩耗等の異常損傷の発生が抑えられ、長期の使用にわたって、すぐれた耐チッピング性、耐摩耗性を発揮する。
これに対して、比較例被覆工具１〜５は、インターバル切削において、溶着チッピングの発生により、耐摩耗性が劣化した結果、比較的短時間で欠損し、使用寿命に至った。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
前述のように、本発明の被覆工具は、ステンレス鋼のインターバル切削において特にすぐれた切削性能を発揮するが、ステンレス鋼以外の各種鋼や鋳鉄などの連続切削や断続切削にも勿論適用可能である。
【図１】
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