(57)【要約】      （修正有）【課題】ステンレス鋼、ダクタイル鋳鉄等の難削材の高速重切削加工で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】工具基体の表面に、（ａ）下部層としてＴｉ化合物層、（ｂ）中間層としてα型Ａｌ２Ｏ３層、（ｃ）上部層として、平板多角形状かつたて長形状の結晶粒組織構造を有するＣｒ含有α型Ａｌ２Ｏ３層を蒸着形成した表面被覆切削工具において、中間層及び上部層は、それぞれ、（０００１）面配向率の高いα型Ａｌ２Ｏ３層、Ｃｒ含有α型Ａｌ２Ｏ３層からなり、また、上部層の結晶粒の内、面積比率で６０％以上の結晶粒の内部は、少なくとも一つ以上のΣ３で表される構成原子共有格子点形態からなる結晶格子界面により分断されている。【選択図】図３
2010214557.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）下部層が、いずれも化学蒸着形成された、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の合計平均層厚を有するＴｉ化合物層、
（ｂ）中間層が、１〜５μｍの平均層厚を有し、化学蒸着した状態でα型の結晶構造を有する酸化アルミニウム層、
（ｃ）上部層が、２〜１５μｍの平均層厚を有し、化学蒸着した状態でα型の結晶構造を有するＣｒ含有酸化アルミニウム層、
上記（ａ）〜（ｃ）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、
（ｄ）上記（ｂ）の中間層は、電界放出型走査電子顕微鏡を用い、上記工具基体の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）面の法線がなす傾斜角を測定し、前記測定傾斜角のうちの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、
（ｅ）上記（ｃ）の上部層は、電界放出型走査電子顕微鏡で組織観察した場合に、層厚方向に垂直な面内で平板多角形状、また、層厚方向に平行な面内で層厚方向にたて長形状を有する結晶粒からなる組織構造を有するＣｒ含有酸化アルミニウム層であり、
また、上記（ｃ）の上部層について、電界放出型走査電子顕微鏡を用い、上記工具基体の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）面の法線がなす傾斜角を測定し、前記測定傾斜角のうちの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６０％以上の割合を占める傾斜角度数分布グラフを示し、
さらに、上記（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結晶粒個々に電子線を照射して、六方晶結晶格子からなる結晶格子面のそれぞれの法線が基体表面の法線と交わる角度を測定し、この測定結果から、隣接する結晶格子相互の結晶方位関係を算出し、結晶格子界面を構成する構成原子のそれぞれが前記結晶格子相互間で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（但し、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で表した場合に、上記（ｃ）の上部層を構成する結晶粒の内、面積比率で６０％以上の結晶粒の内部は、少なくとも一つ以上のΣ３で表される構成原子共有格子点形態からなる結晶格子界面により分断されているＣｒ含有酸化アルミニウム層である、
ことを特徴とする表面被覆切削工具。
【請求項２】
前記（ｃ）の上部層を電界放出型走査電子顕微鏡で組織観察した場合に、層厚方向に垂直な面内で平坦六角形状、また、層厚方向に平行な面内で層厚方向にたて長形状を有する結晶粒が、層厚方向に垂直な面内において全体の３５％以上の面積割合を占める請求項１に記載の表面被覆切削工具。
【請求項３】
前記（ｃ）の上部層は、０．０５〜０．３μｍの範囲内の表面粗さ（Ｒａ）を有する請求項１又は２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】
この発明は、例えば、ステンレス鋼やダクタイル鋳鉄等の難削材の切削加工を、高熱発生を伴うとともに、切刃に対して、高送り、高切込みによる高負荷が作用する高速重切削条件で行った場合でも、硬質被覆層がチッピングを発生することなく、長期の使用に亘ってすぐれた耐摩耗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、
（ａ）下部層が、いずれも化学蒸着形成された、ＴｉＣ層、ＴｉＮ層、ＴｉＣＮ層、ＴｉＣＯ層、およびＴｉＣＮＯ層のうちの１層または２層以上からなり、かつ３〜２０μｍの全体平均層厚を有するＴｉ化合物層、
（ｂ）上部層が、１〜１５μｍの平均層厚、および化学蒸着した状態でα型の結晶構造を有し、さらに、
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４５％以上の割合を占める傾斜角度数分布グラフを示すＣｒ含有酸化アルミニウム層、
以上（ａ）および（ｂ）で構成された硬質被覆層を蒸着形成してなる、硬質被覆層が高速断続切削加工ですぐれた耐チッピング性を発揮する被覆工具（以下、従来被覆工具という）が知られており、この従来被覆工具は、Ｃｒ含有酸化アルミニウム層がすぐれた高温強度を有することから、高速断続切削加工で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２００６−２８９５８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
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、切削加工は一段と高速化、高能率化する傾向にあるが、上記従来被覆工具においては、これを低合金鋼や炭素鋼などの一般鋼、さらにねずみ鋳鉄などの普通鋳鉄の高速切削加工、高速断続切削加工に用いた場合には特に問題はないが、特にこれを、ステンレス鋼やダクタイル鋳鉄等の難削材の、高熱発生を伴うとともに、切刃に対して、高送り、高切込みの高負荷が作用する高速重切削加工に用いた場合には、硬質被覆層の高温強度および表面性状が満足できるものでないため、切刃部にチッピング（微少欠け）を発生しやすくなり、その結果、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】
【０００４】
そこで、本発明者等は、上述のような観点から、高熱発生を伴い、かつ、切刃に対して、高送り、高切込みの高負荷が作用する高速重切削加工に用いた場合にも、長期の使用に亘ってすぐれた耐チッピング性、耐摩耗性を発揮する被覆工具を開発すべく、鋭意研究を行った結果、以下の知見を得た。
【０００５】
（ａ）上記の従来被覆工具におけるＣｒ含有酸化アルミニウム層（以下、従来Ｃｒ含有Ａｌ2Ｏ3層で示す）は、下部層であるＴｉ化合物層の表面に、例えば、通常の化学蒸着装置にて、
まず、
反応ガス組成：容量％で、ＡｌＣｌ３：２．３〜４％、ＣｒＣｌ３：０．０４〜０．２６％、ＣＯ２：６〜８％、ＨＣｌ：１．５〜３％、Ｈ2Ｓ：０．０５〜０．２％、Ｈ2：残り、
反応雰囲気温度：７５０〜９００℃、
反応雰囲気圧力：６〜１０ｋＰａ、
の条件で、Ｃｒ含有Ａｌ2Ｏ3核を形成し、この場合、前記Ｃｒ含有Ａｌ2Ｏ3核は２０〜２００ｎｍ（０．０２〜０．２μｍ）の平均層厚を有する核薄膜であること、また、Ａｌとの合量に占めるＣｒの含有割合（Ｃｒ／（Ａｌ＋Ｃｒ））は、０．０１〜０．１（ただし、原子比）を満足することが望ましく、
引き続いて、６〜１０ｋＰａの水素雰囲気中で、加熱雰囲気温度を１１００〜１２００℃に昇温した条件で前記Ｃｒ含有Ａｌ2Ｏ3核薄膜に加熱処理を施した状態で、
次いで、
反応ガス組成：容量％で、ＡｌＣｌ３：２．３〜４％、ＣｒＣｌ３：０．０４〜０．２６％、ＣＯ２：６〜８％、ＨＣｌ：１．５〜３％、Ｈ2Ｓ：０．０５〜０．２％、Ｈ2：残り、
反応雰囲気温度：１０２０〜１０５０℃、
反応雰囲気圧力：６〜１０ｋＰａ、
の条件で、同じくＣｒ含有Ａｌ2Ｏ3層（Ａｌとの合量に占めるＣｒの含有割合（Ｃｒ／（Ａｌ＋Ｃｒ））は、原子比で、０．０１〜０．１を満足することが望ましい）を蒸着することにより、従来Ｃｒ含有Ａｌ2Ｏ3層を蒸着形成していた。
【０００６】
そして、上記の従来Ｃｒ含有Ａｌ2Ｏ3層について、
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通り、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Ｃｒ含有Ａｌ2Ｏ3層は、図２に例示される通り、０〜１０度の範囲内にシャープな最高ピークが現れ、前記０〜１０度の範囲内に存在する度数の合計（この度数合計と前記最高ピークの高さは比例関係にある）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ようになり、
そして、上記の従来Ｃｒ含有Ａｌ2Ｏ3層は、すぐれた高温硬さ、耐熱性、高温強度を備え、機械的熱的な耐衝撃性にすぐれることから、これを硬質被覆層の上部層として蒸着形成した場合、機械的熱的衝撃を伴う高速断続切削加工でも、すぐれた耐チッピング性を発揮していた。
【０００７】
しかし、発明が解決しようとする課題の欄でも述べたように、上記従来Ｃｒ含有Ａｌ2Ｏ3層を硬質被覆層の上部層として形成した従来被覆工具を、例えば、ステンレス鋼やダクタイル鋳鉄等の難削材の高速重切削加工、即ち、高熱発生を伴うとともに、切刃に対して、高送り、高切込みの高負荷が作用する高速重切削加工に用いた場合には、硬質被覆層の高温強度および表面性状が十分に満足できるものでないために、切刃部にチッピング（微少欠け）が発生しやすいという問題があった。
【０００８】
そこで、本発明者等は、従来被覆工具の下部層の上に、傾斜角度数分布グラフにおいて、０〜１０度の範囲内にシャープな最高ピークが現れ、かつ、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（０００１）面配向率の高いα型の結晶構造を有する酸化アルミニウム層（以下、改質Ａｌ2Ｏ3層という）を中間層として蒸着形成し、この改質Ａｌ2Ｏ3層の上に、さらに、結晶粒界強度が高められたＣｒ含有Ａｌ2Ｏ3層（以下、改質Ｃｒ含有Ａｌ2Ｏ3層という）を上部層として、硬質被覆層の構造を、上記下部層、中間層及び上部層の三層構造として形成することにより、高温強度および表面性状に優れた硬質被覆層を形成し得ること、さらに、この高温強度および表面性状に優れた硬質被覆層を備える被覆工具は、ステンレス鋼やダクタイル鋳鉄等の難削材の高速重切削加工に用いた場合でも、切刃部にチッピング（微少欠け）の発生がなく、長期の使用に亘って、すぐれた工具特性を発揮することを見出した。
【０００９】
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）下部層が、いずれも化学蒸着形成された、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の合計平均層厚を有するＴｉ化合物層、
（ｂ）中間層が、１〜５μｍの平均層厚を有し、化学蒸着した状態でα型の結晶構造を有する酸化アルミニウム層、
（ｃ）上部層が、２〜１５μｍの平均層厚を有し、化学蒸着した状態でα型の結晶構造を有するＣｒ含有酸化アルミニウム層、
上記（ａ）〜（ｃ）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、
（ｄ）上記（ｂ）の中間層は、電界放出型走査電子顕微鏡を用い、上記工具基体の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）面の法線がなす傾斜角を測定し、前記測定傾斜角のうちの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、
（ｅ）上記（ｃ）の上部層は、電界放出型走査電子顕微鏡で組織観察した場合に、層厚方向に垂直な面内で平板多角形状、また、層厚方向に平行な面内で層厚方向にたて長形状を有する結晶粒からなる組織構造を有するＣｒ含有酸化アルミニウム層であり、
また、上記（ｃ）の上部層について、電界放出型走査電子顕微鏡を用い、上記工具基体の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）面の法線がなす傾斜角を測定し、前記測定傾斜角のうちの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６０％以上の割合を占める傾斜角度数分布グラフを示し、
さらに、上記（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結晶粒個々に電子線を照射して、六方晶結晶格子からなる結晶格子面のそれぞれの法線が基体表面の法線と交わる角度を測定し、この測定結果から、隣接する結晶格子相互の結晶方位関係を算出し、結晶格子界面を構成する構成原子のそれぞれが前記結晶格子相互間で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（但し、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で表した場合に、上記（ｃ）の上部層を構成する結晶粒の内、面積比率で６０％以上の結晶粒の内部は、少なくとも一つ以上のΣ３で表される構成原子共有格子点形態からなる結晶格子界面により分断されているＣｒ含有酸化アルミニウム層である、
ことを特徴とする表面被覆切削工具。
（２）  前記（ｃ）の上部層を電界放出型走査電子顕微鏡で組織観察した場合に、層厚方向に垂直な面内で平坦六角形状、また、層厚方向に平行な面内で層厚方向にたて長形状を有する結晶粒が、層厚方向に垂直な面内において全体の３５％以上の面積割合を占める前記（１）に記載の表面被覆切削工具。
（３）  前記（ｃ）の上部層は、０．０５〜０．３μｍの範囲内の表面粗さ（Ｒａ）を有する前記（１）又は（２）のいずれかに記載の表面被覆切削工具。」
に特徴を有するものである。
【００１０】
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）Ｔｉ化合物層（下部層）
Ｔｉの炭化物（以下、ＴｉＣで示す）層、窒化物（以下、同じくＴｉＮで示す）層、炭窒化物（以下、ＴｉＣＮで示す）層、炭酸化物（以下、ＴｉＣＯで示す）層および炭窒酸化物（以下、ＴｉＣＮＯで示す）層のうちの１層または２層以上からなるＴｉ化合物層は、基本的には中間層である改質Ａｌ2Ｏ3層の下部層として存在し、自身の具備するすぐれた靭性及び耐摩耗性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向上にも寄与する作用を有するが、その合計平均層厚が３μｍ未満では、前記作用を十分に発揮させることができず、一方その合計平均層厚が２０μｍを越えると、高熱発生したで切刃に高負荷が作用する高速重切削条件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、その合計平均層厚を３〜２０μｍと定めた。
【００１１】
（ｂ）改質Ａｌ2Ｏ3層（中間層）
中間層を構成する改質Ａｌ2Ｏ3層は、
通常の化学蒸着装置を用い、
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、下部層であるＴｉ化合物層の表面に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、硬質被覆層としてのα型Ａｌ2Ｏ3層を通常の条件で形成し、前記加熱処理Ａｌ2Ｏ3核薄膜上にα型Ａｌ2Ｏ3層を蒸着することによって形成することができる。
【００１２】
そして、下部層の上に化学蒸着された上記改質Ａｌ2Ｏ3層について、電界放出型走査電子顕微鏡を用い、図１（ａ），（ｂ）に示される通り、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表した場合、図２に例示される通り、傾斜角区分０〜１０度の範囲内にシャープな最高ピークが現れ、そして、傾斜角区分０〜１０度の範囲内に存在する度数の合計は、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、この改質Ａｌ2Ｏ3層は、（０００１）面配向率の高いことがわかる。
そして、この改質Ａｌ2Ｏ3層は、すぐれた高温硬さと耐熱性に加えて、すぐれた高温強度を有するが、中間層として形成した改質Ａｌ2Ｏ3層を、（０００１）面配向率の高い中間層として構成しておくことにより、この上に蒸着形成される改質Ｃｒ含有Ａｌ2Ｏ3層の（０００１）面配向率を高めることができ、その結果として、改質Ｃｒ含有Ａｌ2Ｏ3層からなる上部層の表面性状の改善を図るとともに高温強度の向上を図ることができる。
ただ、改質Ａｌ2Ｏ3層からなる中間層の平均層厚が１μｍ未満では改質Ａｌ2Ｏ3層の有する前記の特性を硬質被覆層に十分に具備せしめることができず、一方、その平均層厚が５μｍを越えると、切削時に発生する高熱と切刃に作用する高負荷によって、偏摩耗の原因となる熱塑性変形が発生し易くなり、摩耗が加速するようになることから、その平均層厚は１〜５μｍと定めた。
【００１３】
（ｃ）改質Ｃｒ含有Ａｌ2Ｏ3層（上部層）
中間層の上に化学蒸着された改質Ｃｒ含有Ａｌ2Ｏ3層からなる上部層は、その構成成分であるＡｌ成分が、層の高温硬さおよび耐熱性を向上させ、また、層中に微量（Ａｌとの合量に占める割合で、Ｃｒ／（Ａｌ＋Ｃｒ）が０．０１〜０．１（但し、原子比））含有されたＣｒ成分が、改質Ｃｒ含有Ａｌ2Ｏ3層の結晶粒界面強度を向上させ、高温強度の向上に寄与するが、Ｃｒ成分の含有割合が０．０１未満では、上記作用を期待することはできず、一方、Ｃｒ成分の含有割合が０．１を超えた場合には、層中にＣｒ酸化物粒子が析出することによって粒界面強度が低下するため、Ａｌ成分との合量に占めるＣｒ成分の含有割合（Ｃｒ／（Ａｌ＋Ｃｒ）の比の値）は０．０１〜０．１（但し、原子比）であることが望ましい。
【００１４】
上記改質Ｃｒ含有Ａｌ2Ｏ3層は、蒸着時の反応ガス組成、反応雰囲気温度および反応雰囲気圧力の各化学蒸着条件を、例えば、以下のとおり調整することによって蒸着形成することができる。
即ち、まず、
（イ）反応ガス組成（容量％）：
ＡｌＣｌ３：  ２．３〜４  ％、
ＣｒＣｌ３：  ０．０４〜０．２６  ％、
ＣＯ2：  ６〜８  ％、
ＨＣｌ：  １．５〜３  ％、
Ｈ２Ｓ：  ０．０５〜０．２  ％、
Ｈ2：残り、
（ロ）反応雰囲気温度；  ９３０〜９７０  ℃、
（ハ）反応雰囲気圧力；  ６〜１０  ｋＰａ、
の条件（以下、初期条件という）で約１時間蒸着を行った後、
次に、
（イ）反応ガス組成（容量％）：
ＡｌＣｌ３：  ２．３〜４  ％、
ＣｒＣｌ３：  ０．０４〜０．２６  ％、
ＣＯ2：  ６〜８  ％、
ＨＣｌ：  １．５〜３  ％、
Ｈ２Ｓ：  ０．０５〜０．２  ％、
Ｈ2：残り、
（ロ）反応雰囲気温度；  １０２０〜１０５０  ℃、
（ハ）反応雰囲気圧力；  ６〜１０  ｋＰａ、
の条件（以下、成膜条件という）で蒸着を行うことによって、２〜１５μｍの平均層厚の蒸着層を成膜すると、Ｃｒ／（Ａｌ＋Ｃｒ）の比の値が原子比で０．０１〜０．１である改質Ｃｒ含有Ａｌ2Ｏ3層を形成することができる。
【００１５】
そして、上記改質Ｃｒ含有Ａｌ2Ｏ3層について、電界放出型走査電子顕微鏡で組織観察すると、図３（ａ）に示されるように、層厚方向に垂直な面内で見た場合に、結晶粒径の大きい平板多角形状であり、また、図３（ｂ）に示されるように、層厚方向に平行な面内で見た場合に、層表面はほぼ平坦であって、しかも、層厚方向にたて長形状を有する結晶粒（平板多角形たて長形状結晶粒）からなる組織構造が形成される。
【００１６】
上記改質Ｃｒ含有Ａｌ2Ｏ3層について、中間層を構成する改質Ａｌ2Ｏ3層の場合と同様に、その表面研磨面の法線に対して、（０００１）面の法線がなす傾斜角を測定することにより傾斜角度数分布グラフを作成すると、傾斜角区分０〜１０度の範囲内にピーク存在するとともに、０〜１０度の範囲内の度数の合計が、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し、上部層を構成する改質Ｃｒ含有Ａｌ2Ｏ3層の（０００１）面配向率が高いことがわかる。
即ち、改質Ｃｒ含有Ａｌ2Ｏ3層は、中間層である改質Ａｌ2Ｏ3層の（０００１）面配向率が４５％以上のものとして形成されていることから、改質Ｃｒ含有Ａｌ2Ｏ3層も（０００１）面配向率の高い層（（０００１）面配向率は６０％以上）として形成される。
そして、上記上部層を層厚方向に平行な面内で見た場合、層表面はほぼ平坦な平板状に形成され、すぐれた表面性状を呈し、その結果として、従来Ｃｒ含有Ａｌ2Ｏ3層に比して、一段とすぐれた耐チッピング性を示す。
【００１７】
また、上記改質Ｃｒ含有Ａｌ2Ｏ3層の蒸着において、より限定した条件
（例えば、前記初期条件および成膜条件で、（相対的に）ＨＣｌガスおよびＨ２Ｓガスの割合を高くし、更に、反応雰囲気圧力を低くした条件）で蒸着を行うと、図３（ｃ）に示されるように、層厚方向に垂直な面内で見た場合に、大粒径の平坦六角形状であり、かつ、層厚方向に平行な面内で見た場合に、図３（ｂ）に示されるのと同様、層表面はほぼ平坦であり、層厚方向にたて長形状を有する結晶粒が、層厚方向に垂直な面内において全体の３５％以上の面積割合を占める組織構造が形成される。
【００１８】
さらに、上記改質Ｃｒ含有Ａｌ2Ｏ3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結晶粒個々に電子線を照射して、六方晶結晶格子からなる結晶格子面のそれぞれの法線が前記表面研磨面の法線と交わる角度を測定し、
この測定結果から、隣接する結晶格子相互の結晶方位関係を算出し、結晶格子界面を構成する構成原子のそれぞれが前記結晶格子相互間で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（但し、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で表すと、
図４に示すように、電界放出型走査電子顕微鏡で観察される改質ＡｌＺｒＯ層を構成する平板多角形たて長形状の結晶粒の内、上記平板多角形（平坦六角形を含む）たて長形状結晶粒の内、面積比率で６０％以上の結晶粒の内部は、少なくとも一つ以上の、Σ３対応界面で分断されていることがわかる。
そして、改質Ｃｒ含有Ａｌ2Ｏ3層の平板多角形（平坦六角形を含む）たて長形状結晶粒の内部に、上記のΣ３対応界面が存在することによって、結晶粒内強度の向上が図られ、その結果として、高温条件下で切刃部に高負荷が作用する難削材の高速重切削加工時に、改質Ｃｒ含有Ａｌ2Ｏ3層中にクラックが発生することが抑えられ、また、仮にクラックが発生したとしても、クラックの成長・伝播が妨げられ、耐チッピング性、耐欠損性、耐剥離性の向上が図られる。
【００１９】
したがって、（０００１）面配向率が高く表面平坦な表面性状を備え、かつ、平板多角形（平坦六角形を含む）たて長形状の結晶粒の内部にΣ３対応界面が存在する改質Ｃｒ含有Ａｌ2Ｏ3層からなる本発明の上部層は、高熱発生を伴うとともに、切刃に対して高負荷が作用するステンレス鋼、ダクタイル鋳鉄等の難削材の高送り、高切込みの高速重切削加工においても、チッピング、欠損、剥離等を発生することなく、また、熱塑性変形、偏摩耗等の発生もなく、すぐれた耐チッピング性及び耐摩耗性を長期に亘って発揮する。
ただ、改質Ｃｒ含有Ａｌ2Ｏ3層からなる上部層の層厚が２μｍ未満では、上記上部層のすぐれた特性を十分に発揮することができず、一方、上部層の層厚が１５μｍを超えると偏摩耗の原因となる熱塑性変形が発生しやすくなり、また、チッピングも発生しやすくなることから、上部層の平均層厚を２〜１５μｍと定めた。
【００２０】
参考のため、従来Ｃｒ含有Ａｌ2Ｏ3層（前記特許文献１に記載のもの）について、電界放出型走査電子顕微鏡、電子後方散乱回折像装置を用い、上部層の結晶粒の組織構造および構成原子共有格子点形態を調べたところ、結晶粒の組織構造については、図５（ａ）、（ｂ）に示されるような角錐状の凹凸を有し、多角形たて長形状の結晶粒からなる組織構造を有しているため、改質Ｃｒ含有Ａｌ2Ｏ3層に比して、耐摩耗性は不十分であった。
また、結晶粒の構成原子共有格子点形態については、従来Ｃｒ含有Ａｌ2Ｏ3層を構成する凹凸多角形たて長形状の結晶粒の内部にΣ３対応界面が存在する結晶粒の面積比率は４０％以下と少なく、結晶粒内強度の向上が図られているとはいえなかった。
したがって、硬質被覆層の上部層が従来Ｃｒ含有Ａｌ2Ｏ3層で構成された従来被覆工具は、高熱発生を伴うとともに、切刃に対して高負荷が作用するステンレス鋼、ダクタイル鋳鉄等の難削材の高速重切削加工において、チッピング、欠損、剥離等の発生を防止することはできず、また、熱塑性変形、偏摩耗等も発生し、工具性能は劣るものであった。
【００２１】
また、本発明の被覆工具においては、上部層の改質Ｃｒ含有Ａｌ2Ｏ3層を形成した後、その表面に対して、砥石による研磨処理あるいはウエットブラストによる研磨処理等を施し、改質Ｃｒ含有Ａｌ2Ｏ3層の表面粗さをさらに調整することができる。例えば、改質Ｃｒ含有Ａｌ2Ｏ3層の表面粗さを、Ｒａ０．０５〜０．３μｍに調整することにより、切削時の表面被覆工具への溶着発生を抑制することができる。
なお、本発明でいう表面粗さＲａとは、ＪＩＳ  Ｂ０６０１（１９９４）で規定される算術平均粗さＲａの値をいい、また、その測定法については特段限定されるものではない。
【発明の効果】
【００２２】
上記のとおり、この発明の被覆工具は、（０００１）面配向率が高く、すぐれた高温硬さ、耐熱性に加えて、すぐれた高温強度を有する改質Ａｌ2Ｏ3層を中間層とするとともに、上部層を構成する改質Ｃｒ含有Ａｌ2Ｏ3層の（０００１）面配向率を高くすることにより、表面平坦性を備えた平板多角形（平坦六角形を含む）たて長形状の結晶粒からなる組織構造とし、さらに、上記結晶粒の内部にΣ３対応界面を形成し、結晶粒内強度を強化したことにより、凹凸多角形たて長形状の結晶粒からなり、結晶粒内に、Σ３対応界面の少ない従来Ｃｒ含有Ａｌ2Ｏ3層に比して、一段とすぐれた表面性状、高温強度を具備し、その結果、高熱発生を伴い、切刃に対して高送り、高切込みによる高負荷が作用するステンレス鋼、ダクタイル鋳鉄等の難削材の高速重切削加工においても、硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性、耐欠損性、耐剥離性とすぐれた耐摩耗性を発揮し、使用寿命の一層の延命化が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
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】
【００２４】
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、１０５ＭＰａ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・ＣＮＭＧ１２０４０８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〜Ｅ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、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・ＣＮＭＧ１２０４０８のチップ形状をもったＴｉＣＮ基サーメット製の工具基体ａ〜ｅを形成した。
【００２６】
ついで、これらの工具基体Ａ〜Ｅおよび工具基体ａ〜ｅのそれぞれを、通常の化学蒸着装置に装入し、
（ａ）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７に示される目標層厚のＴｉ化合物層を硬質被覆層の下部層として蒸着形成し、
（ｂ）ついで、表４に示される条件にて、表８に示される目標層厚の改質Ａｌ2Ｏ3層を硬質被覆層の中間層として蒸着形成し、
（ｃ）次に、表５に示される蒸着条件（初期条件及び成膜条件）により、同じく表８に示される目標層厚の改質Ｃｒ含有Ａｌ2Ｏ3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１〜１５をそれぞれ製造した。
【００２７】
また、比較の目的で、表３に示される条件にて、表７に示される目標層厚の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６に示される条件（核形成条件及び成膜条件。特許文献１に開示された従来Ｃｒ含有Ａｌ2Ｏ3層の蒸着条件に相当）にて、表９に示される目標層厚の従来Ｃｒ含有Ａｌ2Ｏ3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、従来被覆工具１〜１５をそれぞれ製造した。
なお、従来被覆工具１〜１５の工具基体種別、下部層種別及び下部層厚は、それぞれ、本発明被覆工具１〜１５のそれと同じである。
【００２８】
また、本発明被覆工具のうちのいくつかの改質Ｃｒ含有Ａｌ2Ｏ3層、従来被覆工具のうちのいくつかの従来Ｃｒ含有Ａｌ2Ｏ3層の表面には、投射圧０．１５ＭＰａ，２００メッシュのＡｌ2Ｏ3粒子でウエットブラスト処理からなる後処理を施した。なお、後処理としては、弾性砥石による研磨処理でも構わない。
表８、表９には、後処理を施した上記本発明被覆工具の改質Ｃｒ含有Ａｌ2Ｏ3層（表８中で、＊印を付したもの）、従来被覆工具の従来Ｃｒ含有Ａｌ2Ｏ3層（表９中で、＊印を付したもの）の表面粗さ（Ｒａ（μｍ））の値を示す。
（参考のために、後処理を施していない本発明被覆工具、従来被覆工具についてのＲａの値も表８、表９に示す。）
【００２９】
ついで、上記の本発明被覆工具１〜１５の硬質被覆層の中間層を構成する改質Ａｌ2Ｏ3層、同上部層を構成する改質Ｃｒ含有Ａｌ2Ｏ3層、および、従来被覆工具１〜１５の従来Ｃｒ含有Ａｌ2Ｏ3層について、電界放出型走査電子顕微鏡を用いて、傾斜角度数分布グラフをそれぞれ作成した。
すなわち、上記傾斜角度数分布グラフは、上記の本発明被覆工具１〜１５、従来被覆工具１〜１５の各層について、それぞれの表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、それぞれの前記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の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、傾斜角度数分布グラフ作成した。
傾斜角度数分布グラフの一例として、図２に、本発明被覆工具１４の硬質被覆層の中間層を構成する改質Ａｌ2Ｏ3層について作成した（０００１）面の傾斜角度数分布グラフを示す。
なお、この発明でいう“表面”とは、基体表面に平行な面ばかりでなく、基体表面に対して傾斜する面、例えば、層の切断面、をも含む。
【００３０】
この結果得られた本発明被覆工具の改質Ａｌ2Ｏ3層、改質Ｃｒ含有Ａｌ2Ｏ3層、および、従来被覆工具１〜１５の従来Ｃｒ含有Ａｌ2Ｏ3層の傾斜角度数分布グラフにおいて、表８、表９にそれぞれ示される通り、本発明被覆工具の改質Ａｌ2Ｏ3層、改質Ｃｒ含有Ａｌ2Ｏ3層は、（０００１）面の測定傾斜角の分布が、それぞれ０〜１０度の範囲内の傾斜角区分に最高ピークが現れる傾斜角度数分布グラフを示すものであった。
また、従来被覆工具１〜１５の従来Ｃｒ含有Ａｌ2Ｏ3層も同様に、（０００１）面の測定傾斜角の分布が０〜１０度の範囲内の傾斜角区分に最高ピークが現れる傾斜角度数分布グラフを示すものであった。
表８、表９には、０〜１０度の範囲内の傾斜角区分に存在する度数の、傾斜角度数分布グラフ全体に占める割合を示した。
【００３１】
ついで、上記の本発明被覆工具１〜１５の上部層を構成する改質Ｃｒ含有Ａｌ2Ｏ3層および従来被覆工具１〜１５の従来Ｃｒ含有Ａｌ2Ｏ3層について、電界放出型走査電子顕微鏡、電子後方散乱回折像装置を用いて、結晶粒組織構造および構成原子共有格子点形態を調査した。
すなわち、まず、上記の本発明被覆工具１〜１５の改質Ｃｒ含有Ａｌ2Ｏ3層および従来被覆工具１〜１５の従来Ｃｒ含有Ａｌ2Ｏ3層について、電界放出型走査電子顕微鏡を用いて観察したところ、本発明被覆工具１〜１５では、図３（ａ）、（ｂ）で代表的に示される平板多角形（平坦六角形を含む）状かつたて長形状の大きな粒径の結晶粒組織構造が観察された（なお、図３（ａ）は、層厚方向に垂直な面内で見た本発明被覆工具１の組織構造模式図、また、図３（ｃ）は、層厚方向に垂直な面内で見た本発明被覆工具１１の、平坦六角形状かつたて長形状の大きな粒径の結晶粒からなる組織構造模式図）。
一方、従来被覆工具１〜１５では、図５（ａ）、（ｂ）で代表的に示されるように、多角形状かつたて長形状の結晶粒組織が観察されたが、各結晶粒の粒径は本発明のものに比して小さく、かつ、図５（ｂ）からも明らかなように、層表面には角錐状の凹凸が形成されていた（なお、図５（ａ）、（ｂ）は、従来被覆工具１の組織構造模式図）。
【００３２】
つぎに、上記の本発明被覆工具１〜１５の改質Ｃｒ含有Ａｌ2Ｏ3層、従来被覆工具１〜１５の従来Ｃｒ含有Ａｌ2Ｏ3層について、それぞれの層を構成する結晶粒の内部にΣ３対応界面が存在する結晶粒の面積割合を測定した。
まず、上記の本発明被覆工具１〜１５の改質Ｃｒ含有Ａｌ2Ｏ3層について、その表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、前記表面研磨面に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、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、前記結晶粒の各結晶格子面のそれぞれの法線が基体表面の法線と交わる角度を測定し、この測定結果から、隣接する結晶格子相互の結晶方位関係を算出し、結晶格子界面を構成する構成原子のそれぞれが前記結晶格子相互間で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（但し、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で表した場合に、改質Ｃｒ含有Ａｌ2Ｏ3層の測定範囲内に存在する全結晶粒のうちで、結晶粒の内部に、少なくとも一つ以上のΣ３対応界面が存在する結晶粒の面積比率を求め、その値を、Σ３対応界面割合（％）として表８に示した。
次に、従来被覆工具１〜１５の従来Ｃｒ含有Ａｌ2Ｏ3層についても、本発明被覆工具の場合と同様な方法により、従来Ｃｒ含有Ａｌ2Ｏ3層の測定範囲内に存在する全結晶粒のうちで、結晶粒の内部に、少なくとも一つ以上のΣ３対応界面が存在する結晶粒の面積比率を求め、その値を、Σ３対応界面割合（％）として表９に示した。
【００３３】
表８、９に示される通り、本発明被覆工具１〜１５の改質Ｃｒ含有Ａｌ2Ｏ3層において、結晶粒の内部に少なくとも一つ以上のΣ３対応界面が存在する結晶粒の面積比率は６０％以上であるのに対して、従来被覆工具１〜１５の従来Ｃｒ含有Ａｌ2Ｏ3層において、結晶粒の内部に少なくとも一つ以上のΣ３対応界面が存在する結晶粒の面積比率は４０％以下であって、結晶粒の内部にΣ３対応界面が存在する率は非常に小さいことがわかる。
【００３４】
また、本発明被覆工具１１〜１５の改質Ｃｒ含有Ａｌ2Ｏ3層および従来被覆工具１〜１５の従来Ｃｒ含有Ａｌ2Ｏ3層について、電界放出型走査電子顕微鏡を用いて、層厚方向に垂直な面内に存在する、大粒径の平坦六角形状の結晶粒の面積割合を求めた。この値を表８、表９に示す。
なお、ここで言う「大粒径の平坦六角形状」の結晶粒とは、
「電界放出型走査電子顕微鏡により観察される層厚方向に垂直な面内に存在する粒子の直径を計測し、１０粒子の平均値が３〜８μｍであり、頂点の角度が１００〜１４０°である頂角を６個有する多角形状である。」
と定義する。
【００３５】
ついで、本発明被覆工具１〜１５、従来被覆工具１〜１５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）したが、いずれもの場合も、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１〜１５、従来被覆工具１〜１５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・ＳＵＳ３１６の丸棒、
切削速度：  ２４０  ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：  １．０  ｍｍ、
送り：  ０．４５  ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：  ５  分、
の条件（切削条件Ａという）でのステンレス鋼の湿式高速高送り切削試験（通常の切削速度および送りは、それぞれ、１２０ｍ／ｍｉｎ．、０．３ｍｍ／ｒｅｖ．）、
被削材：ＪＩＳ・ＦＣＤ７００の丸棒、
切削速度：  ２４０  ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：  １．０  ｍｍ、
送り：  ０．７  ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：  ５  分、
の条件（切削条件Ｂという）でのダクタイル鋳鉄の湿式高速高送り切削試験（通常の切削速度および送りは、それぞれ、１５０ｍ／ｍｉｎ．、０．４ｍｍ／ｒｅｖ．            ）、
被削材：ＪＩＳ・ＳＭｎ４３８の丸棒、
切削速度：  １２０  ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：  ５．５  ｍｍ、
送り：  ０．３  ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：  ５  分、
の条件（切削条件Ｃという）での高マンガン鋼の湿式高速高切込み切削試験（通常の切削速度および切込みは、それぞれ、８０ｍ／ｍｉｎ．、２．５ｍｍ）、
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１０に示した。
【００３７】
【表１】
2010214557.tif 000003
【００３８】
【表２】
2010214557.tif 000004
【００３９】
【表３】
2010214557.tif 000005
【００４０】
【表４】
2010214557.tif 000006
【００４１】
【表５】
2010214557.tif 000007
【００４２】
【表６】
2010214557.tif 000008
【００４３】
【表７】
2010214557.tif 000009
【００４４】
【表８】
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【００４５】
【表９】
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【００４６】
【表１０】
2010214557.tif 000012
【００４７】
表８〜１０に示される結果から、本発明被覆工具１〜１５は、硬質被覆層の中間層である改質Ａｌ2Ｏ3層の（０００１）面配向率が４５％以上の高い比率を示し、すぐれた高温強度を有することに加えて、上部層を構成する改質Ｃｒ含有Ａｌ2Ｏ3層が、平板多角形（平坦六角形）たて長形状の結晶粒の組織構造を有し、（０００１）面配向率が６０％以上の高い比率を示し、また、結晶粒の内部に少なくとも一つ以上のΣ３対応界面が存在する結晶粒の面積比率が６０％以上と高いことによって、あるいは、さらに、改質Ｃｒ含有Ａｌ2Ｏ3層に後処理が施され、その表面平滑性が向上されていることによって、改質Ｃｒ含有Ａｌ2Ｏ3層が一段とすぐれた高温強度と結晶粒内強度を有し、また、一段とすぐれた表面平坦性とを兼備する結果、高熱発生を伴い、かつ、切刃に高送り、高切込みによる高負荷が作用するステンレス鋼、ダクタイル鋳鉄等の難削材の高速重切削加工で、硬質被覆層が一段とすぐれた耐チッピング性を発揮するとともに、長期の使用にわたってすぐれた耐摩耗性を示し、使用寿命の一層の延命化を可能とするものである。
これに対して、硬質被覆層がＴｉ化合物層と従来Ｃｒ含有Ａｌ2Ｏ3層からなる従来被覆工具１〜１５においては、チッピング発生等によって、比較的短時間で使用寿命に至ることが明らかである。
【００４８】
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条件の切削加工は勿論のこと、高熱発生を伴うとともに切刃に対して高送り、高切込みによる高負荷が作用するステンレス鋼、ダクタイル鋳鉄等の難削材の高速重切削加工でも、チッピングの発生なく、すぐれた耐摩耗性を示し、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】
【００４９】
【図１】硬質被覆層を構成するα型Ａｌ2Ｏ3層の結晶粒の（０００１）面を測定する場合の傾斜角の測定範囲を示す概略説明図である。
【図２】本発明被覆工具６の硬質被覆層の中間層を構成する改質Ａｌ2Ｏ3層の（０００１）面の傾斜角度数分布グラフである。
【図３】（ａ）は、本発明被覆工具１の改質Ｃｒ含有Ａｌ2Ｏ3層からなる上部層について、層厚方向に垂直な面内での電界放出型走査電子顕微鏡による観察で得られた、平板多角形状の結晶粒組織構造を示す模式図であり、（ｂ）は、同じく、層厚方向に平行な面内での電界放出型走査電子顕微鏡による観察で得られた、層表面がほぼ平坦であり、層厚方向にたて長形状を有する結晶粒組織構造を示す模式図であり、（ｃ）は、本発明被覆工具１１の改質Ｃｒ含有Ａｌ2Ｏ3層からなる上部層について、層厚方向に垂直な面内での電界放出型走査電子顕微鏡による観察で得られた、平坦六角形状の結晶粒組織構造を示す模式図である。
【図４】本発明被覆工具１の改質Ｃｒ含有Ａｌ2Ｏ3層からなる上部層について、電界放出型走査電子顕微鏡および電子後方散乱回折像装置を用いて測定した、層厚方向に垂直な面における粒界解析図であり、実線は、電界放出型走査電子顕微鏡で観察される平板多角形状の結晶粒界を示し、破線は、電子後方散乱回折像装置により測定された結晶粒内のΣ３対応界面を示す。
【図５】（ａ）は、従来被覆工具１の従来Ｃｒ含有Ａｌ2Ｏ3層からなる上部層について、層厚方向に垂直な面内での電界放出型走査電子顕微鏡による観察で得られた、多角形状の結晶粒組織構造を示す模式図であり、（ｂ）は、同じく、層厚方向に平行な面内での電界放出型走査電子顕微鏡による観察で得られた、層表面で角錐状の凹凸を有し、層厚方向にたて長形状を有する結晶粒組織構造を示す模式図である。
【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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