(57)【要約】【課題】  硬質合金鋼の高速連続切削加工で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】工具基体表面に、下部層と中間層と上部層とからなる硬質被覆層を蒸着形成した表面被覆切削工具において、下部層はＴｉ化合物層、中間層は（０００１）面配向率が高いα型Ａｌ２Ｏ３層、上部層は、Ａｌ２Ｏ３相とＣｒ２Ｏ３相の均一混合組織層であって、さらに、該混合組織層の各結晶面のうちの相互に隣接する結晶粒の界面で、１つの構成原子を共有する格子点（構成原子共有格子点）の分布を算出し、前記構成原子共有格子点間に構成原子を共有しない格子点がＮ個存在する構成原子共有格子点形態をΣＮ＋１で表した場合、Σ３に最高ピークが存在し、かつ前記Σ３のΣＮ＋１全体に占める分布割合が４０〜６０％である。【選択図】        なし【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、下部層と中間層と上部層とからなる硬質被覆層を蒸着形成した表面被覆切削工具において、
（ａ）下部層は、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のうちの１層または２層以上からなり、かつ、３〜２０μｍの全体平均層厚を有するＴｉ化合物層、
（ｂ）中間層は、化学蒸着した状態でα型の結晶構造を有し、かつ、１〜３μｍの平均層厚を有するα型酸化アルミニウム層であって、
該中間層について、電界放出型走査電子顕微鏡を用い、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、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で現した場合、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４５％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、
（ｃ）上部層は、化学蒸着した状態でα型の結晶構造を有し、かつ、２〜１５μｍの平均層厚を有し、さらに、α型酸化アルミニウム相の素地に酸化クロム相が均一に分散分布した均一混合組織層であって、しかも、該均一混合組織層におけるアルミニウムとの合量に占めるクロムの含有割合は０．００３〜０．２（但し、原子比）であり、
該上部層について、電界放出型走査電子顕微鏡を用い、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、前記断面研磨面の法線に対して、前記結晶粒の結晶面である（０００１）面および（１０−１０）面の法線がなす傾斜角を測定し、この結果得られた測定傾斜角に基づいて、相互に隣接する結晶粒の界面で、前記構成原子のそれぞれが前記結晶粒相互間で１つの構成原子を共有する格子点（構成原子共有格子点）の分布を算出し、前記構成原子共有格子点間に構成原子を共有しない格子点がＮ個（ただし、Ｎはコランダム型六方最密晶の結晶構造上２以上の偶数となるが、分布頻度の点からＮの上限を２８とした）存在する構成原子共有格子点形態をΣＮ＋１で表した場合、個々のΣＮ＋１がΣＮ＋１全体に占める分布割合を示す構成原子共有格子点分布グラフにおいて、Σ３に最高ピークが存在し、かつ前記Σ３のΣＮ＋１全体に占める分布割合が４０〜６０％である構成原子共有格子点分布グラフを示すα型酸化アルミニウム相と酸化クロム相の均一混合組織層、
以上（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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、焼入鋼などの硬質合金鋼の切削加工を、高熱発生を伴う高速連続切削条件で行った場合にも、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（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（以下、ＷＣで示す）基超硬合金等で構成された基体（以下、これらを総称して工具基体という）の表面に、まず、Ｔｉの炭化物層を下部層として形成し、次いで、この上に、Ａｌ２Ｏ３とＣｒ２Ｏ３との相互固溶体からなる上部層を形成した被覆切削工具（従来被覆工具という）が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭５３−１１６２３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年の切削装置の高性能化はめざましく、一方で切削加工に対する省力化および省エネ化、さらに低コスト化の要求は強く、これに伴い、切削加工は高速化の傾向にあるが、上記の従来被覆工具においては、これを鋼や鋳鉄などの通常の条件での高速連続切削加工に用いた場合には問題はないが、特にこれを焼入鋼などの硬質合金鋼の高熱発生を伴う高速連続切削加工に用いた場合には、上記従来のＡｌ２Ｏ３とＣｒ２Ｏ３との相互固溶体を上部層とする硬質被覆層では、高温硬さと高温強度が十分とはいえないためチッピング（微少欠け）を発生し易く、この結果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、上述のような観点から、被覆工具の硬質被覆層の耐チッピング性の向上を図るべく鋭意研究を行った結果、以下の知見を得た。
【０００６】
上記先行技術文献として引用した従来被覆工具の硬質被覆層は、Ｔｉの炭化物層を下部層としてまず形成し、次いで、この上に、Ａｌ２Ｏ３からなる層とＣｒ２Ｏ３からなる層とを交互に積層した後、これを熱処理することにより、Ａｌ２Ｏ３とＣｒ２Ｏ３との相互固溶体からなる上部層以下、従来（Ａｌ，Ｃｒ）Ｏ層で示す。を形成していた。
【０００７】
しかし、本発明者らは、Ｔｉ化合物からなる下部層表面に、まず、中間層としての改質酸化アルミニウム層（以下、改質Ａｌ２Ｏ３層という）を形成し、この改質Ａｌ２Ｏ３層を介して、Ａｌ２Ｏ３とＣｒ２Ｏ３との混合層を形成すると、結果として、高温硬さと高温強度のいずれにもすぐれたＡｌ２Ｏ３とＣｒ２Ｏ３との混合層（以下、改質（Ａｌ，Ｃｒ）Ｏ層で示す）からなる上部層が蒸着形成されることを見出したのである。
【０００８】
上記改質Ａｌ２Ｏ３層は、以下のようにして蒸着形成することができる。
即ち、通常の化学蒸着装置を用いて、Ｔｉ化合物層からなる下部層の表面に、例えば、
反応ガス組成：容量％で、ＡｌＣｌ3：３〜１０％、ＣＯ2：０．５〜３％、Ｃ２Ｈ４：０．０１〜０．３％、Ｈ2：残り、
反応雰囲気温度：７５０〜９００℃、
反応雰囲気圧力：３〜１３ｋＰａ、
の低温条件で、Ａｌ2Ｏ3核を形成し、この場合、前記Ａｌ2Ｏ3核は２０〜２００ｎｍの平均層厚を有するＡｌ2Ｏ3核薄膜であるのが望ましく、引き続いて、反応雰囲気を圧力：３〜１３ｋＰａの水素雰囲気に変え、反応雰囲気温度を１１００〜１２００℃に昇温した条件で前記Ａｌ2Ｏ3核薄膜に加熱処理を施した状態で、α型Ａｌ2Ｏ3層を通常の条件で形成することにより改質Ａｌ２Ｏ３層を蒸着形成することができる。
【０００９】
上記改質Ａｌ２Ｏ３層は、電界放出型走査電子顕微鏡を用い、図１（ａ）、（ｂ）に概略説明図で示されるとおり、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α型Ａｌ2Ｏ3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、０〜４５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した場合、前記従来Ａｌ2Ｏ3層は、図４に例示される通り、（０００１）面の測定傾斜角の分布は０〜４５度の範囲内で不偏的な傾斜角度数分布グラフを示すのに対して、前記加熱処理Ａｌ2Ｏ3核薄膜上に蒸着形成された改質Ａｌ2Ｏ3層は、図３に例示されるとおり、傾斜角区分の特定位置にシャープな最高ピークが現れ、このシャープな最高ピークの位置は、前記Ａｌ2Ｏ3核薄膜の平均層厚を変化させることによりグラフ横軸の傾斜角区分に現れる位置が変わる。
つまり、前記加熱処理Ａｌ2Ｏ3核薄膜上に蒸着形成された改質Ａｌ2Ｏ3層は、（０００１）面配向率が高いα型の結晶構造を有するＡｌ2Ｏ3層であることがわかる。
【００１０】
そして、上記改質Ａｌ2Ｏ3層の上に蒸着形成した改質（Ａｌ，Ｃｒ）Ｏ層からなる上部層について、電界放出型走査電子顕微鏡を用い、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、前記断面研磨面の法線に対して、前記結晶粒の結晶面である（０００１）面および（１０−１０）面の法線がなす傾斜角を測定し、この結果得られた測定傾斜角に基づいて、相互に隣接する結晶粒の界面で、前記構成原子のそれぞれが前記結晶粒相互間で１つの構成原子を共有する格子点（構成原子共有格子点）の分布を算出し、前記構成原子共有格子点間に構成原子を共有しない格子点がＮ個（ただし、Ｎはコランダム型六方最密晶の結晶構造上２以上の偶数となるが、分布頻度の点からＮの上限を２８とした場合、４、８、１４、２４、および２６の偶数は存在せず）存在する構成原子共有格子点形態をΣＮ＋１で表し、個々のΣＮ＋１がΣＮ＋１全体に占める分布割合を示す構成原子共有格子点分布グラフを作成した場合（この場合前記の結果から、Σ５、Σ９、Σ１５、Σ２５、およびΣ２７の構成原子共有格子点形態は存在しないことになる）、図５に示されるとおり、Σ３に最高ピークが存在し、かつ前記Σ３のΣＮ＋１全体に占める分布割合が４０〜６０％である構成原子共有格子点分布グラフを示し、そして、この改質（Ａｌ，Ｃｒ）Ｏ層は、従来被覆工具の従来（Ａｌ，Ｃｒ）Ｏ層に比して、一段とすぐれた高温硬さおよび高温強度を有することがわかった。
【００１１】
なお、前記特許文献１における従来（Ａｌ，Ｃｒ）Ｏ層について、上記と同様にして、個々のΣＮ＋１がΣＮ＋１全体に占める分布割合を示す構成原子共有格子点分布グラフを作成したところ、図６に示される通り、Σ３の分布割合は２０％以下の相対的に低い構成原子共有格子点分布グラフを示した。つまり、改質（Ａｌ，Ｃｒ）Ｏ層は、従来（Ａｌ，Ｃｒ）Ｏ層と異なり、改質Ａｌ2Ｏ3層が中間層として蒸着形成されていることによって、Σ３対応粒界の分布割合が非常に高くなり、その結果として、従来（Ａｌ，Ｃｒ）Ｏ層に比して高温硬さおよび高温強度が一段と向上することがわかった。
【００１２】
上記のとおり、硬質被覆層として、Ｔｉ化合物層からなる下部層の表面に、中間層として改質Ａｌ2Ｏ3層を蒸着形成し、その上に更に上部層としての改質（Ａｌ，Ｃｒ）Ｏ層を蒸着形成した本発明の被覆工具は、従来被覆工具に比して、一段とすぐれた高温硬さおよび高温強度を有することから、高熱発生を伴う硬質合金鋼の高速連続切削条件に用いた場合にも、すぐれた耐チッピング性を発揮する。
【００１３】
この発明は、上記の知見に基づいてなされたものであって、
「  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、下部層と中間層と上部層とからなる硬質被覆層を蒸着形成した表面被覆切削工具において、
（ａ）下部層は、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のうちの１層または２層以上からなり、かつ、３〜２０μｍの全体平均層厚を有するＴｉ化合物層、
（ｂ）中間層は、化学蒸着した状態でα型の結晶構造を有し、かつ、１〜３μｍの平均層厚を有するα型酸化アルミニウム層であって、
該中間層について、電界放出型走査電子顕微鏡を用い、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、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で現した場合、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４５％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、
（ｃ）上部層は、化学蒸着した状態でα型の結晶構造を有し、かつ、２〜１５μｍの平均層厚を有し、さらに、α型酸化アルミニウム相の素地に酸化クロム相が均一に分散分布した均一混合組織層であって、しかも、該均一混合組織層におけるアルミニウムとの合量に占めるクロムの含有割合は０．００３〜０．２（但し、原子比）であり、
該上部層について、電界放出型走査電子顕微鏡を用い、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、前記断面研磨面の法線に対して、前記結晶粒の結晶面である（０００１）面および（１０−１０）面の法線がなす傾斜角を測定し、この結果得られた測定傾斜角に基づいて、相互に隣接する結晶粒の界面で、前記構成原子のそれぞれが前記結晶粒相互間で１つの構成原子を共有する格子点（構成原子共有格子点）の分布を算出し、前記構成原子共有格子点間に構成原子を共有しない格子点がＮ個（ただし、Ｎはコランダム型六方最密晶の結晶構造上２以上の偶数となるが、分布頻度の点からＮの上限を２８とした）存在する構成原子共有格子点形態をΣＮ＋１で表した場合、個々のΣＮ＋１がΣＮ＋１全体に占める分布割合を示す構成原子共有格子点分布グラフにおいて、Σ３に最高ピークが存在し、かつ前記Σ３のΣＮ＋１全体に占める分布割合が４０〜６０％である構成原子共有格子点分布グラフを示すα型酸化アルミニウム相と酸化クロム相の均一混合組織層、
以上（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。」
に特徴を有するものである。
【００１４】
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、詳細に説明する。
下部層のＴｉ化合物層：
Ｔｉ化合物層は、改質Ａｌ2Ｏ3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、工具基体と改質Ａｌ2Ｏ3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密着性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、特に高熱発生を伴なう高速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。
【００１５】
中間層の改質Ａｌ2Ｏ3層：
中間層を構成する改質Ａｌ2Ｏ3層は、通常の化学蒸着装置にて、Ｔｉ化合物層からなる下部層の表面に、例えば、
反応ガス組成：容量％で、ＡｌＣｌ3：３〜１０％、ＣＯ2：０．５〜３％、Ｃ２Ｈ４：０．０１〜０．３％、Ｈ2：残り、
反応雰囲気温度：７５０〜９００℃、
反応雰囲気圧力：３〜１３ｋＰａ、
の低温条件で、Ａｌ2Ｏ3核を形成し、この場合、前記Ａｌ2Ｏ3核は２０〜２００ｎｍの平均層厚を有するＡｌ2Ｏ3核薄膜であるのが望ましく、引き続いて、反応雰囲気を圧力：３〜１３ｋＰａの水素雰囲気に変え、反応雰囲気温度を１１００〜１２００℃に昇温した条件で前記Ａｌ2Ｏ3核薄膜に加熱処理を施した状態で、α型Ａｌ2Ｏ3層を通常の条件で蒸着することにより形成することができる。
中間層の改質Ａｌ2Ｏ3層はすぐれた高温硬さを備え、耐摩耗性の向上に寄与するばかりか、下部層のＴｉ化合物層および上部層の改質（Ａｌ，Ｃｒ）Ｏ層のいずれにも強固に密着し、硬質被覆層全体としての剥離強度を向上させる。
【００１６】
さらに、上記改質Ａｌ2Ｏ3層は、電界放出型走査電子顕微鏡を用い、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、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で現した場合、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４５％以上の割合を占める傾斜角度数分布グラフを示し、（０００１）面配向率が高いものとなっている。
そして、このような（０００１）面配向率が高い改質Ａｌ2Ｏ3層の上に、上部層としての改質（Ａｌ，Ｃｒ）Ｏ層（α型酸化アルミニウム相と酸化クロム相の均一混合組織層）を蒸着形成することによって、該改質（Ａｌ，Ｃｒ）Ｏ層にはＣｒ成分が含有されているにもかかわらず、Σ３対応粒界が高い割合で形成されて粒界強度が向上し、その結果として、改質（Ａｌ，Ｃｒ）Ｏ層が、すぐれた高温硬さとともにすぐれた高温強度を備えるようになる。
すなわち、中間層の改質Ａｌ2Ｏ3層は、上部層の改質（Ａｌ，Ｃｒ）Ｏ層のΣ３対応粒界の割合を高めるという大きな役割を担っている。
上記改質Ａｌ2Ｏ3層についての傾斜角度数分布グラフにおいて、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４５％未満の場合には、上部層におけるΣ３対応粒界の割合の増加を期待できないので、加熱処理Ａｌ2Ｏ3核薄膜上にさらにα型Ａｌ2Ｏ3層を蒸着することによって改質Ａｌ2Ｏ3層を形成するに際しては、Ａｌ2Ｏ3核薄膜の平均層厚を２０〜２００ｎｍとすることが望ましい。
なお、改質Ａｌ2Ｏ3層からなる中間層の平均層厚が１μｍ未満では、（０００１）面配向率が４５％未満となってしまい、一方、平均層厚が３μｍを超える場合には、上部層である改質（Ａｌ，Ｃｒ）Ｏ層との付着強度が低下するため、その平均層厚は１〜３μｍと定めた。
【００１７】
上部層の改質（Ａｌ，Ｃｒ）Ｏ層：
上部層を構成する改質（Ａｌ，Ｃｒ）Ｏ層は、通常の化学蒸着装置にて、改質Ａｌ2Ｏ3層からなる中間層の表面に、例えば、
反応ガス組成：容量％で、ＡｌＣｌ３：６〜１０％、ＣｒＣｌ３：０．１〜１．２％、ＣＯ２：１０〜１５％、ＨＣｌ：３〜５％、Ｈ2Ｓ：０．０５〜０．２％、Ｈ2：残り、
反応雰囲気温度：９５０〜１０００℃、
反応雰囲気圧力：３〜５ｋＰａ、
の条件で蒸着することにより形成することができる。
上部層の改質（Ａｌ，Ｃｒ）Ｏ層は、α型酸化アルミニウム相の素地に酸化クロム相が均一に分散分布した均一混合組織を示し、特に、素地を構成するα型酸化アルミニウム相は層の高温硬さおよび耐熱性を向上させ、また、素地中に均一分散分布する酸化クロム相は高温強度と耐熱塑性変形性を向上させる。
【００１８】
また、改質（Ａｌ，Ｃｒ）Ｏ層からなる上部層について、電界放出型走査電子顕微鏡を用い、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、前記断面研磨面の法線に対して、前記結晶粒の結晶面である（０００１）面および（１０−１０）面の法線がなす傾斜角を測定し、この結果得られた測定傾斜角に基づいて、相互に隣接する結晶粒の界面で、前記構成原子のそれぞれが前記結晶粒相互間で１つの構成原子を共有する格子点（構成原子共有格子点）の分布を算出し、前記構成原子共有格子点間に構成原子を共有しない格子点がＮ個（ただし、Ｎはコランダム型六方最密晶の結晶構造上２以上の偶数となるが、分布頻度の点からＮの上限を２８とした）存在する構成原子共有格子点形態をΣＮ＋１で表した場合、個々のΣＮ＋１がΣＮ＋１全体に占める分布割合を示す構成原子共有格子点分布グラフにおいて、Σ３に最高ピークが存在し、かつ前記Σ３のΣＮ＋１全体に占める分布割合が４０〜６０％である構成原子共有格子点分布グラフを示すようになる。
即ち、上部層の改質（Ａｌ，Ｃｒ）Ｏ層は、改質Ａｌ2Ｏ3層を中間層として設け、この上に蒸着形成されることによって、Σ３対応粒界の割合が増加し粒界強度が高められため、その結果として、改質（Ａｌ，Ｃｒ）Ｏ層は高温硬さ、高温強度が一段とすぐれたものとなり、耐チッピング性、耐欠損性を向上させる。
【００１９】
そして、Σ３対応粒界の分布割合を上記４０〜６０％とするためには、上部層におけるＡｌとの合量に占めるＣｒの含有割合（Ｃｒ／（Ａｌ＋Ｃｒ））は０．００３〜０．２（但し、原子比）であることが必要であり、Ｃｒ含有割合が０．００３未満である場合には、Σ３対応粒界の分布割合を増加させることができたとしても、上部層の耐熱塑性変形性が不十分となり、偏摩耗の発生等による耐摩耗性劣化の恐れがある。一方、Ｃｒ含有割合が０．２を超えるような場合には、Σ３対応粒界の分布割合が４０％未満となってしまい、高温強度の向上を期待できなくなる。そして、上部層におけるＣｒ成分の含有量が上記０．００３〜０．２（但し、原子比）の範囲内である場合には、酸化クロム相は素地中に均一微細な分散相として存在することから、硬質被覆層の耐チッピング性、耐欠損性、耐剥離性に悪影響を及ぼすことはない。
【００２０】
改質（Ａｌ，Ｃｒ）Ｏ層からなる上部層は、その平均層厚が２μｍ未満では、すぐれた高温強度を発揮することができず、一方、その平均層厚が１５μｍを超えるとチッピング等を発生しやすくなるので、その平均層厚は、２〜１５μｍと定めた。
【００２１】
なお、改質Ａｌ2Ｏ3層からなる中間層と改質（Ａｌ，Ｃｒ）Ｏ層からなる上部層との合計平均層厚は、チッピング発生防止等との観点から、３〜１５μｍとすることが望ましい。
【発明の効果】
【００２２】
この発明の被覆工具は、焼入鋼などの硬質合金鋼の切削加工を、高い発熱を伴う高速連続切削条件で行うのに用いた場合にも、硬質被覆層の中間層として改質Ａｌ2Ｏ3層が設けられ、さらにこの上にΣ３対応粒界の分布割合の高められた改質（Ａｌ，Ｃｒ）Ｏ層が設けられたことによって、硬質被覆層がすぐれた高温硬さと高温強度を備え、その結果、長期の使用に亘って一段とすぐれた耐チッピング性を発揮するものである。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】（Ａｌ，Ｃｒ）Ｏ層およびＡｌ2Ｏ3層における結晶粒の（０００１）面および（１０-１０）面の傾斜角の測定態様を示す概略説明図である。
【図２】相互に隣接する結晶粒の界面における構成原子共有格子点形態の単位形態を示す模式図にして、（ａ）はΣ３、（ｂ）はΣ７（ｃ）はΣ１１の単位形態をそれぞれ示す図である。
【図３】本発明被覆工具１３の改質Ａｌ2Ｏ3層の傾斜角度数分布グラフである。
【図４】比較被覆工具１の従来Ａｌ2Ｏ3層の傾斜角度数分布グラフである。
【図５】本発明被覆工具１３の改質（Ａｌ，Ｃｒ）Ｏ層の構成原子共有格子点分布グラフである。
【図６】比較被覆工具１の非改質（Ａｌ，Ｃｒ）Ｏ層の構成原子共有格子点分布グラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
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】
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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、同じく表４に示される条件で、表７に示される組み合わせおよび目標層厚で改質Ａｌ2Ｏ3層を硬質被覆層の中間層として蒸着形成し、さらに、表５に示される条件で、表７に示される組み合わせおよび目標層厚で改質（Ａｌ，Ｃｒ）Ｏ層を硬質被覆層の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。
【００２８】
比較の目的で、表８に示される通り、硬質被覆層の中間層として、表４に示される条件で、表８に示される目標層厚で従来Ａｌ2Ｏ3層を形成し、さらに、表６（ａ）に示される条件で、Ａｌ2Ｏ3層とＣｒ2Ｏ3層を交互に積層し、表６（ｂ）に示される各層の層厚、熱処理、目標層厚で従来（Ａｌ，Ｃｒ）Ｏ層を硬質被覆層の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。
【００２９】
ついで、上記の本発明被覆工具１〜１３および比較被覆工具１〜１３の硬質被覆層の中間層を構成する改質Ａｌ2Ｏ3層および従来Ａｌ2Ｏ3層のそれぞれについて、電界放出型走査電子顕微鏡を用いて、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、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した。
すなわち、工具基体表面と垂直な面をそれぞれ研磨面とした状態で、電界放出型走査電子顕微鏡の鏡筒内にセットし、前記研磨面に７０度の入射角度で１５ｋＶの加速電圧の電子線を１ｎＡの照射電流で、それぞれの前記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照射して、電子後方散乱回折像装置を用い、３０×５０μｍの領域を０．１μｍ／ｓｔｅｐの間隔で、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、この測定結果に基づいて、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することにより作成した。
【００３０】
この結果得られた各種の改質Ａｌ2Ｏ3層および従来Ａｌ2Ｏ3層の傾斜角度数分布グラフから、最高ピークが存在する傾斜角区分、および、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に占める割合を求め、この値をそれぞれ表７，表８に示した。
【００３１】
上記の各種の傾斜角度数分布グラフにおいて、表６にそれぞれ示される通り、本発明被覆工具の改質Ａｌ2Ｏ3層は、いずれも０〜１０度の範囲内に最高ピークが存在し、かつ、傾斜角度数分布グラフにおける度数全体に占める０〜１０度の範囲内に存在する度数の合計の割合は、４５％以上を示すのに対して、従来Ａｌ2Ｏ3層は、表７にそれぞれ示される通り、いずれも０〜１０度の範囲内に最高ピークは存在せず、しかも、０〜１０度の範囲内に存在する度数の合計の割合も高々１０％という小さな割合であって、特定方向への（０００１）面の配向性はなかった。
なお、図３は、本発明被覆工具１３の改質Ａｌ2Ｏ3層の傾斜角度数分布グラフ、図４は、比較被覆工具１の従来Ａｌ2Ｏ3層の傾斜角度数分布グラフをそれぞれ示すものである。
【００３２】
次に、上記の本発明被覆工具１〜１３の上部層を構成する改質（Ａｌ，Ｃｒ）Ｏ層および比較被覆工具１〜１３の硬質被覆層を構成する従来（Ａｌ，Ｃｒ）Ｏ層のそれぞれについて、電界放出型走査電子顕微鏡を用いて、構成原子共有格子点分布グラフをそれぞれ作成した。
すなわち、上記構成原子共有格子点分布グラフは、上記の改質（Ａｌ，Ｃｒ）Ｏ層および従来（Ａｌ，Ｃｒ）Ｏ層の断面を研磨面とした状態で、電界放出型走査電子顕微鏡の鏡筒内にセットし、前記研磨面に７０度の入射角度で１５ｋＶの加速電圧の電子線を１ｎＡの照射電流で、前記断面研磨面の測定範囲内に存在する結晶粒個々に照射して、電子後方散乱回折像装置を用い、３０×５０μｍの領域を０．１μｍ／ｓｔｅｐの間隔で、前記断面研磨面の法線に対して、前記結晶粒の結晶面である（０００１）面および（１０-１０）面の法線がなす傾斜角を測定し、この結果得られた測定傾斜角に基づいて、図２に示されるように、相互に隣接する結晶粒の界面で、前記構成原子のそれぞれが前記結晶粒相互間で１つの構成原子を共有する格子点（構成原子共有格子点）の分布を算出し、前記構成原子共有格子点間に構成原子を共有しない格子点がＮ個（ただし、Ｎはコランダム型六方最密晶の結晶構造上２以上の偶数となるが、分布頻度の点からＮの上限を２８とした場合、４、８、１４、２４、および２６の偶数は存在せず）存在する構成原子共有格子点形態をΣＮ＋１で現した場合、個々のΣＮ＋１がΣＮ＋１全体に占める分布割合を求めることにより作成した。
【００３３】
この結果得られた各種の改質（Ａｌ，Ｃｒ）Ｏ層および従来（Ａｌ，Ｃｒ）Ｏ層の構成原子共有格子点分布グラフにおいて、ΣＮ＋１全体（上記の結果からΣ３、Σ７、Σ１１、Σ１３、Σ１７、Σ１９、Σ２１、Σ２３、およびΣ２９のそれぞれの分布割合の合計）に占めるΣ３の分布割合をそれぞれ求め、この値をそれぞれ表７，表８に示した。
【００３４】
上記の各種の構成原子共有格子点分布グラフにおいて、表６にそれぞれ示される通り、本発明被覆工具の改質（Ａｌ，Ｃｒ）Ｏ層は、いずれもΣ３の占める分布割合が４０〜６０％である構成原子共有格子点分布グラフを示すのに対して、比較被覆工具の非改質（Ａｌ，Ｃｒ）Ｏ層は、表７にそれぞれ示される通り、いずれもΣ３の分布割合が２０％以下の構成原子共有格子点分布グラフを示すものであり、Σ３対応粒界の分布割合が小さいものであった。
なお、図５は、本発明被覆工具１３の改質（Ａｌ，Ｃｒ）Ｏ層の構成原子共有格子点分布グラフ、図６は、比較被覆工具１の従来（Ａｌ，Ｃｒ）Ｏ層の構成原子共有格子点分布グラフをそれぞれ示すものである。
【００３５】
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。
【００３６】
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、
被削材：ＪＩＳ・ＳＣｒ４２０Ｈの丸棒、
切削速度：  ２７０  ｍ／ｍｉｎ、
切り込み：  ０．１０  ｍｍ、
送り：  ０．１５  ｍｍ／ｒｅｖ、
切削時間：  ５  分、
の条件（切削条件Ａという）での焼入クロム鋼の乾式高速連続切削試験（通常の切削速度は、２００ｍ／ｍｉｎ）、
被削材：ＪＩＳ・ＳＣＭ４１５Ｈの丸棒、
切削速度：  ２７０  ｍ／ｍｉｎ、
切り込み：  ０．１０  ｍｍ、
送り：  ０．１７  ｍｍ／ｒｅｖ、
切削時間：  ５  分、
の条件（切削条件Ｂという）での焼入クロムモリブデン鋼の乾式高速連続切削試験（通常の切削速度は、２００ｍ／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９に示した。
【００３７】
【表１】
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【００３８】
【表２】
2010207952.tif 000003
【００３９】
【表３】
2010207952.tif 000004
【００４０】
【表４】
2010207952.tif 000005
【００４１】
【表５】
2010207952.tif 000006
【００４２】
【表６】
2010207952.tif 000007
【００４３】
【表７】
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【００４４】
【表８】
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【００４５】
【表９】
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【００４６】
表７〜９に示される結果から、本発明被覆工具１〜１３は、改質Ａｌ2Ｏ3層からなる中間層の上に、Σ３対応粒界の分布割合が高い改質（Ａｌ，Ｃｒ）Ｏ層からなる上部層が形成されていることによって、高熱発生を伴う硬質合金鋼の高速連続切削でも、硬質被覆層がすぐれた高温硬さおよび高温強度を有し、すぐれた耐チッピング性を示すのに対して、従来Ａｌ2Ｏ3層の上に、Σ３対応粒界の分布割合が少ない従来（Ａｌ，Ｃｒ）Ｏ層が形成された比較被覆工具は、硬質合金鋼の高速連続切削加工では、硬質被覆層の特に高温硬さ、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。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
上述のように、この発明の被覆工具は、高温硬さ、高温強度が必要とされる硬質合金鋼の高熱発生を伴う高速連続切削加工に用いられるばかりでなく、各種の鋼や鋳鉄などの通常の条件での連続切削加工や断続切削加工に用いることができ、各種の被削材に対する汎用性を備え、しかも、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１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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