(57)【要約】【課題】  硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆切削工具を提供する。【解決手段】  ＷＣ基超硬合金またはＴｉＣＮ基サーメットで構成された工具基体表面に、（ａ）下部層としてＴｉ化合物層、（ｂ）中間層として、ＴｉＡｌＣ（Ｎ）Ｏ相中に、層厚方向に沿って長く成長した（０００１）面配向率の高い微粒柱状酸化アルミニウム相が均一分散した組織構造を有する、ＴｉＡｌＣ（Ｎ）Ｏ相と酸化アルミニウム相の複層（ｃ）上部層は、化学蒸着した状態で六方晶の結晶構造を有する酸化アルミニウム層からなり、さらに、該上部層の酸化アルミニウム層は、（０００１）面あるいはさらに（１１−２０）面の高い配向率を示す酸化アルミニウム層、を蒸着形成する。【選択図】  図１
2010089201.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、
（ａ）下部層は、３〜２０μｍの全体平均層厚を有する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のうちの１層または２層以上のＴｉ化合物層からなり、
（ｂ）中間層は、０．１〜２μｍの平均層厚を有し、チタンとアルミニウムの複合炭酸化物または複合炭窒酸化物相中に、微粒柱状酸化アルミニウム相が均一に分散し、かつ、該微粒柱状酸化アルミニウム相は中間層の層厚方向に沿って縦方向に長く成長した柱状組織を有し、
さらに、該微粒柱状酸化アルミニウム相は、電界放出型走査電子顕微鏡と電子後方散乱回折像装置を用い、表面研磨面の測定範囲内に存在する立方晶結晶格子を有する結晶粒個々に電子線を照射して、基体表面の法線に対して、前記結晶粒の結晶面である（０００１）面の法線がなす傾斜角を測定し、前記測定傾斜角のうち、０〜９０度の範囲内にある測定傾斜角を０．２５度のピッチ毎に区分すると共に、各区分内に存在する度数を集計してなる傾斜角度数分布グラフにおいて、０〜１０度の範囲内の傾斜角区分に最高ピークが存在すると共に、前記０〜１０度の範囲内に存在する度数の合計が、傾斜角度数分布グラフにおける度数全体の２０％以上の割合を占める傾斜角度数分布グラフを示す微粒柱状酸化アルミニウム相であり、
（ｃ）上部層は、１〜１５μｍの平均層厚を有するα型酸化アルミニウム層からなり、該α型酸化アルミニウム層について、電界放出型走査電子顕微鏡と電子後方散乱回折像装置を用い、表面研磨面の測定範囲内に存在する六方晶結晶格子を有する結晶粒個々に電子線を照射して、基体表面の法線に対して、前記結晶粒の結晶面である（０００１）面の法線がなす傾斜角を測定し、前記測定傾斜角のうち、０〜９０度の範囲内にある測定傾斜角を０．２５度のピッチ毎に区分すると共に、各区分内に存在する度数を集計してなる傾斜角度数分布グラフを作成した場合、上部層は、０〜１０度の範囲内の傾斜角区分及び８０〜９０度の範囲内の傾斜角区分に最高ピークが存在すると共に、前記０〜１０度及び８０〜９０度のそれぞれの範囲内に存在する度数が傾斜角度数分布グラフにおける度数全体の１５％以上の割合を占め、さらに、前記０〜１０度及び８０〜９０度のそれぞれの範囲内に存在する度数の合計が、傾斜角度数分布グラフにおける度数全体の６０％以上の割合を占める傾斜角度数分布グラフを示すα型酸化アルミニウム層である、
上記（ａ）〜（ｃ）で構成された硬質被覆層を蒸着形成してなる表面被覆切削工具。
【請求項２】
前記（ｃ）の上部層について、電界放出型走査電子顕微鏡と電子後方散乱回折像装置を用い、表面研磨面の測定範囲内に存在する六方晶結晶格子を有する結晶粒個々に電子線を照射して、基体表面の法線に対して、前記結晶粒の結晶面である（１１−２０）面の法線がなす傾斜角を測定し、前記測定傾斜角のうち、０〜９０度の範囲内にある測定傾斜角を０．２５度のピッチ毎に区分すると共に、各区分内に存在する度数を集計してなる傾斜角度数分布グラフを作成した場合、上部層は、０〜１０度の範囲内の傾斜角区分及び８０〜９０度の範囲内の傾斜角区分に最高ピークが存在すると共に、前記０〜１０度及び８０〜９０度のそれぞれの範囲内に存在する度数が傾斜角度数分布グラフにおける度数全体の１５％以上の割合を占め、さらに、前記０〜１０度及び８０〜９０度のそれぞれの範囲内に存在する度数の合計が、傾斜角度数分布グラフにおける度数全体の６０％以上の割合を占める傾斜角度数分布グラフを示すα型酸化アルミニウム層である、請求項１に記載の表面被覆工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば鋼や鋳鉄などの、高熱発生を伴い、切刃に衝撃的負荷が作用する高速断続切削加工に用いた場合にも、硬質被覆層がすぐれた密着強度を有するため、切刃にチッピング（微小欠け）の発生なく、さらに、硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を示すことから、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）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、炭化タングステン基超硬合金製基体（以下、超硬基体という）あるいはＴｉＣＮ基サーメット基体（以下、サーメット基体という。また、超硬基体とサーメット基体とを総称して、工具基体という）の表面に、
（ａ） ＴｉＣ層、ＴｉＮ層、ＴｉＣＮ層、ＴｉＣＯ層、ＴｉＮＯ層およびＴｉＣＮＯ層のうちの１層または２層以上からなるＴｉ化合物層、
（ｂ） 光学顕微鏡による断面組織観察で、上記基体表面に対して縦方向に長く成長した結晶構造の細長Ａｌ2 Ｏ3 相が相互に平行分散分布し、前記細長Ａｌ2 Ｏ3 相の相互間にはＴｉＣＯまたはＴｉＣＮＯからなる結合相が存在し、かつ前記細長Ａｌ2 Ｏ3 相が６１〜９０面積％を占める組織を示す平均層厚：３〜２０μｍのＡｌ2 Ｏ3 分散層の１層以上、
上記（ａ）、（ｂ）からなる硬質被覆層を蒸着形成した被覆工具が知られており、この被覆工具が、例えば鋼の高速断続切削に用いても、切刃部にチッピングの発生なく、すぐれた耐摩耗性を発揮することが知られている。
【０００３】
また、工具基体の表面に、
（ａ）下部層が、３〜２０μｍの全体平均層厚を有するＴｉＣ層、ＴｉＮ層、ＴｉＣＮ層、ＴｉＣＯ層およびＴｉＣＮＯ層のうちの１層または２層以上からなるＴｉ化合物層、
（ｂ）上部層が、１〜１５μｍの平均層厚を有し、化学蒸着形成された状態で六方晶の結晶構造かつ柱状の結晶粒組織を有するＡｌとＺｒの複合酸化物層からなり、さらに、該複合酸化物層における該複合酸化物の結晶粒の結晶面（０００１）面および（０１−１２）面からのＸ線回折強度が１番目および２番目に大きな値を示し、また、電界放出型走査電子顕微鏡を用い、表面研磨面の測定範囲内に存在する六方晶結晶格子を有する結晶粒個々に電子線を照射して、前記表面研磨面の法線に対して、前記結晶粒の結晶面である（０００１）面の法線および（０１−１２）面の法線がなす傾斜角を測定し、前記測定傾斜角のうちで、（０００１）面についての測定傾斜角が前記表面研磨面の法線に対して０〜１０度の傾斜角の範囲内にある結晶粒子の総面積Ａと、（０１−１２）面についての測定傾斜角が前記表面研磨面の法線に対して０〜１０度の傾斜角の範囲内にある結晶粒子の総面積Ｂとの比の値Ａ／Ｂが、１〜１０である結晶配向性を示す、
上記（ａ）、（ｂ）からなる硬質被覆層を蒸着形成した被覆工具が知られており、この被覆工具が、鋼や鋳鉄などの被削材の高速断続切削加工において、すぐれた耐チッピング性を発揮することが知られている。
【特許文献１】特開２０００−９６２３５号公報
【特許文献２】特開２００８−９３７６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一方、近年の切削加工の省力化および省エネ化に対する要求は強く、これに伴い、切削加工はますます高速化の傾向にあり、一方、工具寿命の延命化を図るという点から硬質被覆層の厚膜化も求められているが、Ａｌ2Ｏ3 層の厚膜化を図った被覆工具を用いて、例えば鋼の断続切削を高速条件で行うと、前記Ａｌ2 Ｏ3 層は高温強度、靭性、密着性が十分でないために、切刃部にチッピングが発生し易く、これが原因で比較的短時間で使用寿命に至るのが現状である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
そこで、本発明者等は、被覆工具の厚膜化を図った場合でも、耐チッピング性、耐摩耗性のすぐれた被覆工具を得るべく鋭意研究を行った結果、次のような知見を得るに至った。
【０００６】
（ａ） 被覆工具の硬質被覆層のうち、α−Ａｌ2 Ｏ3 は、耐酸化性と熱的安定性にすぐれ、さらに高硬度を有するが靭性が不十分であり、一方、ＴｉとＡｌの複合炭酸化物あるいは炭窒酸化物（以下、ＴｉＡｌＣ（Ｎ）Ｏで示す）は、所定の高温硬さを有するとともに、靭性にすぐれていることから、α−Ａｌ2 Ｏ3 相とＴｉＡｌＣ（Ｎ）Ｏ相の混合組織層を形成すれば、該層はそれぞれの相のもつ有用な特性、すなわちすぐれた耐摩耗性と靭性を具備するようになること。
【０００７】
（ｂ）そこで、ＴｉＣ層、ＴｉＮ層、ＴｉＣＮ層、ＴｉＣＯ層およびＴｉＣＮＯ層のうちの１層または２層以上からなるＴｉ化合物層を下部層として、この上に、上記α−Ａｌ2 Ｏ3 相とＴｉＡｌＣ（Ｎ）Ｏ相の混合組織層を蒸着形成したところ、該混合組織層は、すぐれた耐摩耗性と靭性を示すとともに、これを光学顕微鏡による断面組織観察を行った場合、微粒柱状のα−Ａｌ2 Ｏ3 相が層厚方向に成長するとともに、該α−Ａｌ2 Ｏ3 相が相互にほぼ平行分散分布する組織構造を示し、かつ、該α−Ａｌ2 Ｏ3 相は（０００１）面配向割合が高く、さらに、前記微粒柱状α−Ａｌ2 Ｏ3 相の相互間にはＴｉＡｌＣＯまたはＴｉＡｌＣＮＯからなる結合相が存在する組織を示すこと。
【０００８】
上記α−Ａｌ2 Ｏ3 相とＴｉＡｌＣ（Ｎ）Ｏ相の混合組織層は、例えば、通常の化学蒸着装置を用い、次の（イ）〜（ハ）の工程で形成することができる。
（イ）第１段階として、
反応ガス組成（容量％で、以下同じ）：
ＴｉＣｌ4 ：０．８〜１．５％、ＡｌＣｌ3 ：０．３〜０．８％、ＣＯ：２〜４％、Ｈ2 ：残り、
雰囲気温度：  ９００〜１１００  ℃、
雰囲気圧力：  ５〜８  ＫＰａ、
の条件で５〜２０分間化学蒸着を行い、
（ロ）第２段階として、
反応ガス組成（容量％）：
ＡｌＣｌ3 ：２〜４％、Ｈ2 ：残り、
雰囲気温度：  ９００〜１１００  ℃、
雰囲気圧力：  ５〜８  ＫＰａ、
の条件で２〜８分間化学蒸着を行い、
（ハ）第３段階として、
反応ガス組成（容量％）：
ＴｉＣｌ4 ：０．５〜１．５％、ＡｌＣｌ3 ：０．５〜１．５％、ＣＯ：２〜４％、Ｈ2 ：残り、
雰囲気温度：  ９００〜１１００  ℃、
雰囲気圧力：  ５〜８  ＫＰａ、
の条件で２０〜６０分間化学蒸着を行う。
【０００９】
（ｃ）上記（イ）〜（ハ）の蒸着条件で形成したα−Ａｌ2 Ｏ3 相とＴｉＡｌＣ（Ｎ）Ｏ相の混合組織層を中間層として、この上に、通常の化学蒸着装置にて、
反応ガス組成（容量％）：
ＡｌＣｌ3 ：６〜１０％、ＣＯ２：３〜８％、Ｃ２Ｈ４：０．０１〜０．３、ＨＣｌ：６〜１０％、Ｈ2 ：残り、
の条件で層厚が２０〜２００ｎｍになるまで核薄膜を形成し、
その後、Ｈ２雰囲気中、３〜１３ｋＰａ、１１００〜１２００℃で加熱処理を行い、
ついで、
反応ガス組成（容量％）：
ＡｌＣｌ3 ：２〜５％、ＣＯ２：３〜８％、ＨＣｌ：６〜１０％、Ｈ２Ｓ：０．２５〜０．６、Ｈ2 ：残り、
の条件下でＡｌ2 Ｏ3 層を上部層として蒸着形成すると、
該上部層を厚膜化した場合でも、中間層のα−Ａｌ2 Ｏ3 相と上部層のα−Ａｌ2 Ｏ3 層がすぐれた密着性を示すこと。
また、上部層のα−Ａｌ2 Ｏ3 層は、（０００１）面あるいはさらに（１１−２０）面の配向割合が高いため、すぐれた高温強度、あるいはさらにすぐれた靭性を示すこと。
【００１０】
（ｄ）上記のとおり、硬質被覆層の中間層を、（０００１）面配向性を示す微粒柱状のα−Ａｌ2 Ｏ3 相とＴｉＡｌＣ（Ｎ）Ｏ相の混合組織層として形成し、上部層を、（０００１）面、（１１−２０）面への配向性を示すα−Ａｌ2 Ｏ3 層として形成することにより、中間層−上部層間の密着性が向上し、また、上部層が、すぐれた高温強度、靭性を示すことから、硬質被覆層、特に、中間層、上部層のα−Ａｌ2 Ｏ3、の厚膜化を図った被覆工具を、例えば鋼や鋳鉄などの、高熱発生を伴い、切刃に衝撃的負荷が作用する高速断続切削加工に用いた場合であっても、切刃部にチッピングの発生なく、すぐれた耐摩耗性を発揮すること。
以上（ａ）〜（ｄ）に示される知見を得たのである。
【００１１】
この発明は、上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、
（ａ）下部層は、３〜２０μｍの全体平均層厚を有する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のうちの１層または２層以上のＴｉ化合物層からなり、
（ｂ）中間層は、０．１〜２μｍの平均層厚を有し、チタンとアルミニウムの複合炭酸化物または複合炭窒酸化物相中に、微粒柱状酸化アルミニウム相が均一に分散し、かつ、該微粒柱状酸化アルミニウム相は中間層の層厚方向に沿って縦方向に長く成長した柱状組織を有し、
さらに、該微粒柱状酸化アルミニウム相は、電界放出型走査電子顕微鏡と電子後方散乱回折像装置を用い、表面研磨面の測定範囲内に存在する立方晶結晶格子を有する結晶粒個々に電子線を照射して、基体表面の法線に対して、前記結晶粒の結晶面である（０００１）面の法線がなす傾斜角を測定し、前記測定傾斜角のうち、０〜９０度の範囲内にある測定傾斜角を０．２５度のピッチ毎に区分すると共に、各区分内に存在する度数を集計してなる傾斜角度数分布グラフにおいて、０〜１０度の範囲内の傾斜角区分に最高ピークが存在すると共に、前記０〜１０度の範囲内に存在する度数の合計が、傾斜角度数分布グラフにおける度数全体の２０％以上の割合を占める傾斜角度数分布グラフを示す微粒柱状酸化アルミニウム相であり、
（ｃ）上部層は、１〜１５μｍの平均層厚を有するα型酸化アルミニウム層からなり、該α型酸化アルミニウム層について、電界放出型走査電子顕微鏡と電子後方散乱回折像装置を用い、表面研磨面の測定範囲内に存在する六方晶結晶格子を有する結晶粒個々に電子線を照射して、基体表面の法線に対して、前記結晶粒の結晶面である（０００１）面の法線がなす傾斜角を測定し、前記測定傾斜角のうち、０〜９０度の範囲内にある測定傾斜角を０．２５度のピッチ毎に区分すると共に、各区分内に存在する度数を集計してなる傾斜角度数分布グラフを作成した場合、上部層は、０〜１０度の範囲内の傾斜角区分及び８０〜９０度の範囲内の傾斜角区分に最高ピークが存在すると共に、前記０〜１０度及び８０〜９０度のそれぞれの範囲内に存在する度数が傾斜角度数分布グラフにおける度数全体の１５％以上の割合を占め、さらに、前記０〜１０度及び８０〜９０度のそれぞれの範囲内に存在する度数の合計が、傾斜角度数分布グラフにおける度数全体の６０％以上の割合を占める傾斜角度数分布グラフを示すα型酸化アルミニウム層である、
上記（ａ）〜（ｃ）で構成された硬質被覆層を蒸着形成してなる表面被覆切削工具。
（２）  前記（ｃ）の上部層について、電界放出型走査電子顕微鏡と電子後方散乱回折像装置を用い、表面研磨面の測定範囲内に存在する六方晶結晶格子を有する結晶粒個々に電子線を照射して、基体表面の法線に対して、前記結晶粒の結晶面である（１１−２０）面の法線がなす傾斜角を測定し、前記測定傾斜角のうち、０〜９０度の範囲内にある測定傾斜角を０．２５度のピッチ毎に区分すると共に、各区分内に存在する度数を集計してなる傾斜角度数分布グラフを作成した場合、上部層は、０〜１０度の範囲内の傾斜角区分及び８０〜９０度の範囲内の傾斜角区分に最高ピークが存在すると共に、前記０〜１０度及び８０〜９０度のそれぞれの範囲内に存在する度数が傾斜角度数分布グラフにおける度数全体の１５％以上の割合を占め、さらに、前記０〜１０度及び８０〜９０度のそれぞれの範囲内に存在する度数の合計が、傾斜角度数分布グラフにおける度数全体の６０％以上の割合を占める傾斜角度数分布グラフを示すα型酸化アルミニウム層である、前記（１）に記載の表面被覆工具。」
に特徴を有するものである。
【００１２】
以下に、この発明の被覆工具の硬質被覆層の構成層について、より詳細に説明する。
（ａ）下部層（Ｔｉ化合物層）
Ｔｉの炭化物（ＴｉＣ）層、窒化物（ＴｉＮ）層、炭窒化物（ＴｉＣＮ）層、炭酸化物（ＴｉＣＯ）層および炭窒酸化物（ＴｉＣＮＯ）層のうちの１層または２層以上からなるＴｉ化合物層は、硬質被覆層の下部層として存在し、自身の具備するすぐれた高温強度によって硬質被覆層の高温強度向上に寄与するほか、工具基体と中間層のいずれにも強固に密着し、よって硬質被覆層の工具基体に対する接合強度を向上させる作用を有するが、その平均層厚が３μｍ未満では、前記作用を十分に発揮させることができず、一方その平均層厚が２０μｍを越えると、特に高熱発生を伴う高速断続切削では熱塑性変形を起し易くなり、これが偏摩耗の原因となることから、その平均層厚を３〜２０μｍと定めた。
【００１３】
（ｂ）中間層
硬質被覆層の中間層を構成する微粒柱状α−酸化アルミニウム（以下、微粒柱状α−Ａｌ2 Ｏ3で示す）相とＴｉＡｌＣ（Ｎ）Ｏ相との混合組織層について、光学顕微鏡を用い断面組織の観察（倍率：１０００倍）を行ったところ、図１に模式図を示すように、微粒柱状のα−Ａｌ2 Ｏ3 相は、中間層の層厚方向に沿って縦方向に長く成長した柱状組織を有し、かつ、ほぼ相互に平行して均一に分散分布しており、一方、ＴｉＡｌＣ（Ｎ）Ｏ相は、微粒柱状α−Ａｌ2 Ｏ3 相の相間を充填し、あたかも結合相のような状態で存在する。
微粒柱状α−Ａｌ2 Ｏ3相とＴｉＡｌＣ（Ｎ）Ｏ相とは、相互密着性にすぐれ、また、下部層及び上部層との密着性にもすぐれることから、硬質被覆層の密着強度を改善し、耐チッピング性の向上に寄与する。
ただ、中間層の平均層厚が０．１μｍ未満では、微粒柱状α−Ａｌ2 Ｏ3 相が形成され難く、前記密着性を十分に発揮させることができず、一方、その平均層厚が２μｍを超えると、α−Ａｌ2 Ｏ3 粒の粗大化によりやはり前記密着性を十分に発揮させることができなくなることから、中間層の平均層厚を０．１〜２μｍと定めた。
なお、上記微粒柱状α−Ａｌ2 Ｏ3 相のサイズを、走査型電子顕微鏡により測定したところ、相の幅が１０〜５００ｎｍの微粒柱状α−Ａｌ2 Ｏ3 相であることを確認した。
【００１４】
微粒柱状α−Ａｌ2 Ｏ3相とＴｉＡｌＣ（Ｎ）Ｏ相との混合組織層からなる中間層の形成は、既に述べたように、例えば、
（イ）第１段階として、
反応ガス組成（容量％で、以下同じ）：
ＴｉＣｌ4 ：０．８〜１．５％、ＡｌＣｌ3 ：０．３〜０．８％、ＣＯ：２〜４％、Ｈ2 ：残り、
雰囲気温度：  ９００〜１１００  ℃、
雰囲気圧力：  ５〜８  ＫＰａ、
の条件で５〜２０分間化学蒸着を行い、
（ロ）第２段階として、
反応ガス組成（容量％）：
ＡｌＣｌ3 ：２〜４％、Ｈ2 ：残り、
雰囲気温度：  ９００〜１１００  ℃、
雰囲気圧力：  ５〜８  ＫＰａ、
の条件で２〜８分間化学蒸着を行い、
（ハ）第３段階として、
反応ガス組成（容量％）：
ＴｉＣｌ4 ：０．５〜１．５％、ＡｌＣｌ3 ：０．５〜１．５％、ＣＯ：２〜４％、Ｈ2 ：残り、
雰囲気温度：  ９００〜１１００  ℃、
雰囲気圧力：  ５〜８  ＫＰａ、
の条件で２０〜６０分間化学蒸着を行う、
上記（イ）〜（ハ）の工程からなる化学蒸着により形成することができる。
【００１５】
また、上記中間層の構成層である微粒柱状α−Ａｌ2 Ｏ3相について、電界放出型走査電子顕微鏡と電子後方散乱回折像装置を用いて、断面研磨面の測定範囲内に存在する六方晶結晶格子を有する結晶粒個々に電子線を照射して、工具基体表面の法線に対して、前記結晶粒の結晶面である（０００１）面の法線がなす傾斜角を測定し、前記測定傾斜角のうち、０〜４５度の範囲内にある測定傾斜角を０．２５度のピッチ毎に区分すると共に、各区分内に存在する度数を集計してなる傾斜角度数分布グラフを作成すると、例えば、図２に例示される通り、（０００１）面の測定傾斜角の分布が０〜１０度の範囲内の角区分に最高ピークが存在すると共に、前記０〜１０度の範囲内に存在する度数の合計が、傾斜角度数分布グラフにおける度数全体の２０％以上の割合を占める傾斜角度数分布グラフを示す傾斜角度数分布グラフを示すことから、微粒柱状α−Ａｌ2 Ｏ3相は（０００１）面への配向割合が高いことがわかる。
【００１６】
（ｃ）上部層
上記中間層の上に、例えば、次の条件で化学蒸着を行うことによって、（０００１）配向率の高い、（１１−２０）配向率の高いα−Ａｌ2 Ｏ3層からなる上部層を形成する。
即ち，通常の化学蒸着装置にて、
反応ガス組成（容量％）：
ＡｌＣｌ3 ：６〜１０％、ＣＯ２：３〜８％、Ｃ２Ｈ４：０．０１〜０．３、ＨＣｌ：６〜１０％、Ｈ2 ：残り、
の条件で層厚が２０〜２００ｎｍになるまで核薄膜を形成し、
その後、Ｈ２雰囲気中、３〜１３ｋＰａ、１１００〜１２００℃で加熱処理を行い、
ついで、
反応ガス組成（容量％）：
ＡｌＣｌ3 ：２〜５％、ＣＯ２：３〜８％、ＨＣｌ：６〜１０％、Ｈ２Ｓ：０．２５〜０．６、Ｈ2 ：残り、
の条件で蒸着を行うことによって、（０００１）配向率の高い、（１１−２０）配向率の高いＡｌ2 Ｏ3 層を上部層として形成することができる。
そして、上部層のα−Ａｌ2 Ｏ3 層は、中間層のα−Ａｌ2 Ｏ3 相とすぐれた密着強度を示し、また、上部層のα−Ａｌ2 Ｏ3 層は、（０００１）配向率あるいはさらに（１１−２０）配向率が高いため、すぐれた高温強度、すぐれた靭性を示すことから、高熱発生を伴いかつ切刃部に衝撃的負荷が作用する高速断続切削加工において、硬質被覆層、特に、上部層のα−Ａｌ2 Ｏ3 層、の厚膜化を図った場合であっても、チッピング発生の恐れはなく、長期の使用に亘って、すぐれた耐摩耗性を発揮する。
ただ、上部層の平均層厚が１μｍ未満では、厚膜化による工具寿命の長寿命化を期待することができず、また、平均層厚が１５μｍを超えると切刃部にチッピングが発生し易くなることから、上部層の平均層厚は、１〜１５μｍと定めた。
【発明の効果】
【００１７】
この発明の被覆工具は、硬質被覆層の中間層を（０００１）配向率の高い微粒柱状α−Ａｌ2 Ｏ3相とＴｉＡｌＣ（Ｎ）Ｏ相との混合組織層で構成し、また、上部層を（０００１）配向率、（１１−２０）配向率が高いα−Ａｌ2 Ｏ3 層で構成したので、各層の密着強度は高く、さらに、特に、上部層は高温強度、靭性にすぐれるため、高熱発生を伴いかつ切刃部に衝撃的負荷が作用する高速断続切削加工において、硬質被覆層の厚膜化を図った場合であっても、チッピング発生の恐れはなく、長期の使用に亘って、すぐれた耐摩耗性を発揮する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
つぎに、この発明の被覆工具を実施例により具体的に説明する。
【実施例】
【００１９】
原料粉末として、いずれも２〜４μｍの平均粒径を有するＷＣ粉末、ＴｉＣ粉末、ＺｒＣ粉末、ＶＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、Ｃｒ3Ｃ2粉末、ＴｉＮ粉末、ＴａＮ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、焼結後、切刃部にＲ：０．０７ｍｍのホーニング加工を施すことによりＩＳＯ・ＣＮＭＧ１６０４１２に規定するスローアウエイチップ形状をもったＷＣ基超硬合金製の工具基体Ａ〜Ｆをそれぞれ製造した。
【００２０】
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、Ｍｏ2Ｃ粉末、ＺｒＣ粉末、ＮｂＣ粉末、ＴａＣ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２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：１５４０℃に１時間保持の条件で焼結し、焼結後、切刃部分にＲ：０．０７ｍｍのホーニング加工を施すことによりＩＳＯ規格・ＣＮＭＧ１６０４１２のチップ形状をもったＴｉＣＮ基サーメット製の工具基体ａ〜ｆを形成した。
【００２１】
ついで、これらの工具基体Ａ〜Ｆおよび工具基体ａ〜ｆのそれぞれを、通常の化学蒸着装置に装入し、まず、表３（表３中のｌ−ＴｉＣＮは特開平６−８０１０号公報に記載される縦長成長結晶組織をもつＴｉＣＮ層の形成条件を示すものであり、これ以外は通常の粒状結晶組織の形成条件を示すものである）に示される条件にて、表６に示される組み合わせおよび目標層厚でＴｉ化合物層を硬質被覆層の下部層として蒸着形成し、
ついで、表４に示される条件にて、表６に示される組み合わせおよび目標層厚で、（０００１）配向率の高い微粒柱状α−Ａｌ2 Ｏ3相とＴｉＡｌＣ（Ｎ）Ｏ相との混合組織層を中間層として蒸着形成し、
ついで、表５に示される条件にて、表６に示される組み合わせおよび目標層厚で、（０００１）配向率、（１１−２０）配向率が高いα−Ａｌ2 Ｏ3 層を上部層として蒸着形成する、
ことにより本発明被覆工具１〜１３をそれぞれ製造した。
【００２２】
また、比較の目的で、表３に示される条件で表７に示される下部層を蒸着形成し、ついで、その上に、表４に示される条件にて、表７に示される組み合わせおよび目標層厚で、（０００１）配向率の高い微粒柱状α−Ａｌ2 Ｏ3相とＴｉＡｌＣ（Ｎ）Ｏ相との混合組織層を上部層として蒸着形成することにより、比較被覆工具１〜１３をそれぞれ製造した。
【００２３】
まず、上記の本発明被覆工具１〜１３の硬質被覆層の上部層を構成する（０００１）配向率、（１１−２０）配向率が高いα−Ａｌ2 Ｏ3 層について、電界放出型走査電子顕微鏡と電子後方散乱回折像装置を用いて、断面研磨面の測定範囲内に存在する六方晶結晶格子を有する結晶粒個々に電子線を照射して、工具基体表面の法線に対して、前記結晶粒の結晶面である（０００１）面の法線がなす傾斜角を測定し、前記測定傾斜角のうち、０〜９０度の範囲内にある測定傾斜角を０．２５度のピッチ毎に区分すると共に、各区分内に存在する度数を集計してなる傾斜角度数分布グラフを作成すると、例えば、（０００１）面の測定傾斜角の分布が０〜１０度および８０〜９０度の範囲内の角区分に最高ピークが存在すると共に、前記０〜１０度および８０〜９０度の範囲内に存在する度数の合計が、それぞれ、傾斜角度数分布グラフにおける度数全体の１５％以上の割合を占め、０〜１０度および８０〜９０度の範囲内に存在する度数の合計の合計値は、傾斜角度数分布グラフにおける度数全体の６０％以上の割合を占めることから、微粒柱状α−Ａｌ2 Ｏ3相は（０００１）面への配向割合が高いことがわかる。
【００２４】
ついで、本発明被覆工具１〜１３の硬質被覆層の中間層を構成する（０００１）配向率の高い微粒柱状α−Ａｌ2 Ｏ3相とＴｉＡｌＣ（Ｎ）Ｏ相との混合組織層、および、比較被覆工具の１〜１３の硬質被覆層の上部層を構成する（０００１）配向率の高い微粒柱状α−Ａｌ2 Ｏ3相とＴｉＡｌＣ（Ｎ）Ｏ相との混合組織層のうちの、α−Ａｌ2 Ｏ3層（相）について、電界放出型走査電子顕微鏡と電子後方散乱回折像装置を用いて、断面研磨面の測定範囲内に存在する六方晶結晶格子を有する結晶粒個々に電子線を照射して、工具基体表面の法線に対して、前記結晶粒の結晶面である（０００１）面の法線がなす傾斜角を測定し、前記測定傾斜角のうち、０〜４５度の範囲内にある測定傾斜角を０．２５度のピッチ毎に区分すると共に、各区分内に存在する度数を集計してなる傾斜角度数分布グラフを作成すると、（０００１）面の測定傾斜角の分布が０〜１０度の範囲内の角区分に最高ピークが存在すると共に、前記０〜１０度の範囲内に存在する度数の合計が、傾斜角度数分布グラフにおける度数全体の２０％以上の割合を占める傾斜角度数分布グラフを示す傾斜角度数分布グラフを示すことから、微粒柱状α−Ａｌ2 Ｏ3相は（０００１）面への配向割合が高いことがわかる。
【００２５】
また、本発明被覆工具１〜１３および比較被覆工具１〜１３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。
【００２６】
つぎに、上記の本発明被覆工具１〜１３および比較被覆工具１〜１３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、
[切削条件Ａ]
被削材：ＪＩＳ・ＳＮＣＭ４２０の長さ方向等間隔４本縦溝入の丸棒、
切削速度：  ３７０  ｍ／ｍｉｎ、
切り込み：  ２．５  ｍｍ、
送り：  ０．２５  ｍｍ／ｒｅｖ、
切削時間：  ５  分、
の条件でのニッケルクロムモリブデン鋼の乾式高速断続切削試験（通常の切削速度は、２００ｍ／ｍｉｎ）、
[切削条件Ｂ]
被削材：ＪＩＳ・ＦＣＤ５００の長さ方向等間隔４本縦溝入り丸棒、
切削速度：  ３８０  ｍ／ｍｉｎ、
切り込み：  ２．５  ｍｍ、
送り：  ０．３５  ｍｍ／ｒｅｖ、
切削時間：  ５  分、
の条件での鋳鉄の乾式高速断続切削試験（通常の切削速度は、１８０ｍ／ｍｉｎ）、
[切削条件Ｃ]
被削材：ＪＩＳ・Ｓ３０Ｃの長さ方向等間隔４本縦溝入の丸棒、
切削速度：  ３７０  ｍ／ｍｉｎ、
切り込み：  １．５  ｍｍ、
送り：  ０．４５  ｍｍ／ｒｅｖ、
切削時間：  ５  分、
の条件での炭素鋼の乾式高速断続切削試験（通常の切削速度は、２５０ｍ／ｍｉｎ）
を行い、いずれの切削試験でも切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。この測定結果を表８に示した。
【００２７】
【表１】
2010089201.tif 000003
【００２８】
【表２】
2010089201.tif 000004
【００２９】
【表３】
2010089201.tif 000005
【００３０】
【表４】
2010089201.tif 000006
【００３１】
【表５】
2010089201.tif 000007
【００３２】
【表６】
2010089201.tif 000008
【００３３】
【表７】
2010089201.tif 000009
【００３４】
【表８】
2010089201.tif 000010
【００３５】
表６〜８に示される結果から、本発明被覆工具１〜１３は、硬質被覆層の上部層として（０００１）配向率、（１１−２０）配向率が高いα−Ａｌ2 Ｏ3 層が蒸着形成され、すぐれた高温強度と靭性を備え、しかも、α−Ａｌ2 Ｏ3 層と中間層のＴｉＡｌＣ（Ｎ）Ｏ 層とはすぐれた密着強度を有することから、高い発熱を伴い、かつ、切刃に対して衝撃的な負荷が作用する鋼や鋳鉄の高速断続切削でも、硬質被覆層の耐チッピング性が著しく改善され、長期にわたってすぐれた耐摩耗性を示す。
しかるに、硬質被覆層の上部層として、微粒柱状α−Ａｌ2 Ｏ3相とＴｉＡｌＣ（Ｎ）Ｏ相との混合組織層（この発明の中間層に相当）が蒸着形成された比較被覆工具１〜１３においては、高速断続切削という厳しい切削条件下では、硬質被覆層の高温強度が不十分であるために、硬質被覆層にチッピングが発生し、比較的短時間で使用寿命に至ることが明らかである。
【００３６】
上述のように、この発明の被覆工具は、各種の鋼や鋳鉄などの通常の条件での切削加工は勿論のこと、特に高い発熱を伴い断続的かつ衝撃的な負荷がかかる高速断続切削加工でも硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を示し、長期に亘ってすぐれた切削性能を発揮するものであるから、切削装置の高性能化並びに切削加工の省力化および省エネ化、さらに低コスト化に十分満足に対応できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明被覆工具の硬質被覆層の層構成を示す模式図である。
【図１】
2010089201.tif 000011