(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
工具基体の表面に、立方晶窒化ホウ素と窒化チタンとの複合硬質膜が１〜１５μｍの膜厚で被覆形成された表面被覆切削工具において、上記複合硬質膜の構成成分である立方晶窒化ホウ素と窒化チタンは、工具基体側では窒化チタン含有比率が高く、また、表層側では立方晶窒化ホウ素の含有比率が高くなる組成傾斜構造を備えていることを特徴とする表面被覆切削工具。
【請求項２】
すくい面の複合硬質膜の窒化チタンに対する立方晶窒化ホウ素の含有比率は、切れ刃稜線を境界として、逃げ面の複合硬質膜の窒化チタンに対する立方晶窒化ホウ素の含有比率より高い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】
少なくともすくい面の複合硬質膜における上記組成傾斜構造は、すくい面の複合硬質膜の表層の窒化チタンに対する立方晶窒化ホウ素の含有比率が１．５〜４．０であ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】
少なくとも逃げ面の複合硬質膜における上記組成傾斜構造は、逃げ面の複合硬質膜の表層の窒化チタンに対する立方晶窒化ホウ素の含有比率が０．６７〜１．５であ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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼、鋳鉄等の鉄系材料の切削加工において、すぐれた靭性、耐熱衝撃性、耐摩耗性を発揮する立方晶窒化ホウ素（以下、ｃＢＮで示す）と窒化チタン（以下、ＴｉＮで示す）との複合硬質膜を被覆形成した表面被覆切削工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、硬質薄膜の成膜法としては、物理蒸着（ＰＶＤ）法、化学蒸着（ＣＶＤ）法等がよく知られており、工具基体の表面に、これらの成膜法で硬質膜を被覆形成することにより、耐摩耗性を向上させるとともに表面被覆切削工具の長寿命化が図られている。
近年、硬質薄膜の他の成膜法としてエアロゾルデポジション（Ａｅｒｏｓｏｌ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ。以下、ＡＤで示す）法が開発され、このＡＤ法を利用して、工具基体表面に硬質膜を成膜する表面被覆切削工具について注目されている。
ＡＤ法については、非特許文献１に紹介されているが、図１に示されるＡＤ装置において、サブミクロンオーダーの原料超微粒子をエアロゾル発生器に装填し、高圧ガスと混合、エアロゾル化し、中〜低真空に排気された成膜チャンバー内の基板に高速で吹き付けることで金属、セラミックス膜を成膜するコーティング手法である。
ＡＤ法の成膜の原理は、「常温衝撃固化現象」と命名されており、特にセラミックスの成膜においては、特定範囲のサイズを持つ微細な粒子がノズルからガスと共に送られた際に得る一定範囲の運動エネルギーを持って基板に衝突する際に、微細結晶に破砕し、この粒子同士が緻密に結合しながら膜を形成するというものである。
このＡＤ法による成膜の特徴としては、
（イ）金属やセラミックス（酸化物、非酸化物）の成膜が可能である。
（ロ）高温の熱処理が不要なため、通常の焼結プロセスでは得られない原料粉組成を維持した熱非平衡なセラミックス組織が得られる。
（ハ）高速（条件によってはＰＶＤ、ＣＶＤの３０倍以上）かつ大面積で緻密な微結晶組織を持つコーティングが可能である。
（ニ）基板は、硬度や弾性率などの機械特性に配慮すれば、Ｓｉ，ＳＵＳ３０４，樹脂，ガラスなど広く選択可能である。
等が挙げられる。
【０００３】
上記ＡＤ法の具体的な適用例として、例えば、特許文献１には、Ａｌ２Ｏ３と他のセラミックス（例えば、ＳｉＣ，Ｓｉ３Ｎ４，ＴｉＮ，ＴｉＣＮ，ＴｉＣ，ＡｌＮ，Ｃ，ＢＮ）材料との複合膜をＡＤ法によって形成することにより、ステンレス鋼、合金鋼の切削ですぐれた切削性能を示す表面被覆切削工具が得られることが述べられている。
また、特許文献２には、ダイヤモンド微粒子とセラミック（例えば、Ａｌ２Ｏ３，ＴｉＯ２，ＳｉＯ２，ＡｌＳｉＮＯ，ＳｉＣ，ＴａＣ，Ｂ４Ｃ，ＢＮ，ＳｉＮ，Ｙ２Ｏ３，ＺｒＯ２，ＭｇＯ）粒子との複合膜をＡＤ法によって形成することにより、密着性にすぐれ、Ａｌ合金の切削ですぐれた耐摩耗性を示す表面被覆切削工具が得られることが述べられている。
また、特許文献３には、ＡＤ法によってダイヤモンド膜を形成したダイヤモンド被覆工具が示され、このダイヤモンド被覆工具は摩擦係数が小さく耐摩耗性に優れることが述べられている。
しかし、特許文献１に示される表面被覆切削工具は基板との密着性及び耐摩耗性が十分とはいえず、また、特許文献２、３に示されるものは、硬質膜成分がダイヤモンドであり、このダイヤモンドが鉄系材料と反応を起こすため、鋼、鋳鉄等の鉄系材料の切削工具として用いることはできない。
【０００４】
また、上記ＡＤ法によらない硬質複合膜の成膜法として、例えば、特許文献４、５には、ＥＳＣ（Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ  Ｓｐｒａｙ  Ｃｏａｔｉｎｇ）法によって、基体にｃＢＮ粒子を付着させた後、ＣＶＩ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ）法により、ｃＢＮ粒子間隙にＴｉＮを充填することにより、ｃＢＮとＴｉＮとからなる複合膜を成膜する方法が開示されているが、この成膜法では、高電圧・高温・真空装置が必要とされ、硬質膜の製造コストが嵩むという問題がある。また、ｃＢＮ粒子を付着させてからＴｉＮを成膜するため、膜の組成を傾斜構造にすることができない。このため、基板との密着性が問題である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１３１９９２号公報
【特許文献２】特開２００９−６２６０７号公報
【特許文献３】特開２００８−１９４６４号公報
【特許文献４】米国特許第６６０７７８２号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第２００６／０１９９０１３号明細書
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】「Ｓｙｎｔｈｅｓｉｏｌｏｇｙ」Ｖｏｌ．１，Ｎｏ．２（２００８）ｐ．１３０〜１３８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、高電圧・高温・真空装置を必要とせず、作製コストの低減を図るとともに、鋼、鋳鉄等の鉄系材料の切削加工にあたり、ＡＤ法により膜の組成を変調させて成膜することにより、靭性、耐熱衝撃性、耐摩耗性にすぐれ、かつ、長期の使用に亘りすぐれた切削性能を発揮する複合硬質膜を被覆形成した表面被覆切削工具を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者等は、ｃＢＮとＴｉＮとからなる複合硬質膜に着目し、ＡＤ法によってこれを成膜することにより、工具基体との密着性に優れた複合硬質膜が形成されること、さらに、超硬合金焼結体、ｃＢＮ焼結体、サーメットあるいは高速度鋼等を工具基体とし、その表面にＡＤ法で複合硬質膜を成膜するにあたり、ｃＢＮとＴｉＮとの含有比率をその膜厚方向に沿って調整し、さらに、すくい面、逃げ面の所望特性に応じた組成傾斜構造の複合硬質膜とすることによって、靭性、耐熱衝撃性および耐摩耗性にすぐれた鋼、鋳鉄等の鉄系材料の切削加工に好適な表面被覆切削工具が得られることを見出したのである。
【０００９】
本発明は、上記知見に基づいてなされたものであって、
「（１）  工具基体の表面に、立方晶窒化ホウ素と窒化チタンとの複合硬質膜が１〜１５μｍの膜厚で被覆形成された表面被覆切削工具において、上記複合硬質膜の構成成分である立方晶窒化ホウ素と窒化チタンは、工具基体側では窒化チタン含有比率が高く、また、表層側では立方晶窒化ホウ素の含有比率が高くなる組成傾斜構造を備えていることを特徴とする表面被覆切削工具。
（２）  すくい面の複合硬質膜の窒化チタンに対する立方晶窒化ホウ素の含有比率は、切れ刃稜線を境界として、逃げ面の複合硬質膜の窒化チタンに対する立方晶窒化ホウ素の含有比率より高いことを特徴とする前記（１）に記載の表面被覆切削工具。
（３）  少なくともすくい面の複合硬質膜における上記組成傾斜構造は、すくい面の複合硬質膜の表層の窒化チタンに対する立方晶窒化ホウ素の含有比率が１．５〜４．０であることを特徴とする前記（１）または（２）に記載の表面被覆切削工具。
（４）  少なくとも逃げ面の複合硬質膜における上記組成傾斜構造は、逃げ面の複合硬質膜の表層の窒化チタンに対する立方晶窒化ホウ素の含有比率が０．６７〜１．５であることを特徴とする前記（１）または（２）に記載の表面被覆切削工具。」
を特徴とするものである。
【００１０】
本発明について、以下に説明する。
【００１１】
本発明では、複合硬質膜を形成する工具基体としては、炭化タングステン基超硬合金、炭窒化チタン基サーメット、立方晶窒化ホウ素基超高圧焼結材料、高速度工具鋼等の、既によく知られている各種切削工具基体材料を用いることができる。
本発明では、上記工具基体表面に、前記ＡＤ（Ａｅｒｏｓｏｌ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により複合硬質膜を成膜する。
まず、本発明の複合硬質膜のＡＤ法による成膜の概要を図１により説明する。
図１において、例えば、粒径が０．１〜１．０μｍのｃＢＮ粉末、粒径が０．１〜１．０μｍのＴｉＮ粉末を、それぞれエアロゾル発生器内に充填し、これを高圧ガス（Ｈｅ，Ａｒ，Ｎ２あるいは空気）と混合し、エアロゾル化し、中、低真空圧の成膜チャンバー内の基板に高速で吹き付けることで、基板上にｃＢＮとＴｉＮとの所望の含有比率からなる複合膜を成膜することができる。
なお、本発明でいう含有比率とは、立方晶窒化ホウ素と窒化チタンの合量に占める体積比率を示し、膜厚方向に０．２μｍ、基板と平行方向に３オｍの領域について断面方向からオージェ電子分光法による面分析を行い、その測定結果より、複合硬質層に占める各成分の体積割合を算出することによって求めた値をいう。  
【００１２】
本発明においては、上記ＡＤ法を利用して成膜するにあたり、複合硬質膜の下部層を形成する成膜初期段階では、原料微粒子粉末中のＴｉＮ含有比率が高くなるように、また、複合硬質膜の上部層を形成する成膜後期段階では、原料微粒子粉末中のｃＢＮ含有比率が高くなるように、それぞれのエアロゾル発生器内のガス圧を調節することにより、工具基体側ではＴｉＮ含有比率が高く、また、表層側ではｃＢＮの含有比率が高くなる組成傾斜構造を備える複合硬質膜を成膜する。
なお、本発明の複合硬質膜は、その焼結性を高めるために、成膜後、アニーリング、レーザーアニーリングを行ってもよい。
本発明の複合硬質膜は、工具基体側ではＴｉＮ含有比率が高く、ｃＢＮ含有比率が低くなっているため、工具基体との密着性に優れる。
一方、複合硬質膜の表層側では、ｃＢＮ含有比率が高く、ＴｉＮ含有比率が低くなっているため、硬質であって耐摩耗性に優れ、しかも、鉄系材料との反応性が小さいため溶着等を発生する恐れが少ない。
本発明の複合硬質膜は、その膜厚が１μｍ未満であると、すぐれた耐摩耗性を長期の使用に亘って発揮することはできず、一方、その膜厚が１５μｍを超えると、膜内に発生した残留応力により、剥離やチッピングが生じやすくなるため、複合硬質膜の膜厚は、１〜１５μｍと定めた。
【００１３】
上記の組成傾斜構造を有する本発明の複合硬質膜は、工具基体側の下部層では、ｃＢＮとＴｉＮの含有比率は相対的にＴｉＮ含有割合が高いため、工具基体との密着性に優れ、工具基体と硬質膜間での付着強度が向上したものとなる。
また、複合硬質膜の表層側の上部層において、ｃＢＮとＴｉＮの含有比率に関し、相対的にｃＢＮ含有割合が高いため、硬質であって耐摩耗性および耐酸化性に優れ、しかも、鋼や鋳鉄等の切削加工においてすぐれた耐溶着性を示す。
さらに、複合硬質膜の中間層は、ｃＢＮ含有比率とＴｉＮ含有比率がほぼ同量のものとして形成されていることから、すぐれた靭性を備えたものとなるばかりか、下部層あるいは上部層との密着強度を高めることとなる。
【００１４】
また、本発明の表面被覆切削工具は、複合硬質膜の組成傾斜構造を、切れ刃稜線を境界として、すくい面あるいは逃げ面のそれぞれに対して、調整することが望ましい。
つまり、一般的に表面被覆切削工具では、そのすくい面には、被削材に対する非反応性と膜の硬さが求められ、一方、逃げ面には界面強度と耐摩耗性が求められているところ、ｃＢＮは鉄系被削材との反応性が低いとともに硬質であるが、ｃＢＮの含有比率が高くなると、ｃＢＮ粒子の界面強度が低下し、切削時に脱落したｃＢＮ粒子によってすきとり摩耗が発生しやすくなる。
そこで、本発明の表面被覆切削工具では、すくい面については、すくい面の複合硬質膜の表層のＴｉＮに対するｃＢＮの含有比率が１．５〜４．０となる組成傾斜構造をとることが望ましい。
ここで、すくい面では、ＴｉＮに対してｃＢＮ含有比率が高いことが望ましいが、ＴｉＮに対するｃＢＮの含有比率が４．０（８０ｖｏｌ％）を越えると、付着強度および界面強度の著しい低下が避けられず、一方、ＴｉＮに対するｃＢＮの含有比率が１．５（６０ｖｏｌ％）未満では、耐クレータ摩耗性の向上効果が少ないことから、すくい面の表層のＴｉＮに対するｃＢＮの含有比率は１．５〜４．０であることが望ましい。
【００１５】
また、本発明の表面被覆切削工具では、逃げ面の複合硬質膜の表層のＴｉＮに対するｃＢＮの含有比率は０．６７〜１．５となる組成傾斜構造をとることが望ましい。
つまり、脱落したｃＢＮ粒子によって生じるすきとり摩耗を抑制するために、ｃＢＮ粒子が脱落しないように界面強度を保つ必要があることから、逃げ面の複合硬質膜の表層のＴｉＮに対するｃＢＮの含有比率は１．５（６０ｖｏｌ％）以下にすることが望ましいが、逃げ面の複合硬質膜の表層のＴｉＮに対するｃＢＮの含有比率が０．６７（４０ｖｏｌ％）未満になると、ｃＢＮの含有率の低下により耐摩耗性が確保できなくなることから、逃げ面の複合硬質膜の表層のＴｉＮに対するｃＢＮの含有比率は０．６７〜１．５であることが望ましい。
なお、ＡＤ法によれば、すくい面の表層あるいは逃げ面の複合硬質膜の表層のｃＢＮ含有比率は、成膜終期の基板各面へのＴｉＮとｃＢＮの吹き付けを調整（例えば、エアロゾル容器内のガス圧を調整）することによって、所望の含有比率を容易に得ることができる。
【００１６】
上記のとおり、本発明の表面被覆切削工具は、工具基体の表面に、ｃＢＮとＴｉＮとの複合硬質膜が形成され、かつ、複合硬質膜中のｃＢＮとＴｉＮは、工具基体側ではＴｉＮ含有比率が高く、一方、表層側ではｃＢＮ含有比率が高くなる組成傾斜構造を備えているので、複合硬質膜全体として、硬さ、靭性、付着強度に優れる。また、好ましくは、切れ刃稜線を境界として、すくい面の複合硬質膜における窒化チタンに対する立方晶窒化ホウ素の含有比率を、逃げ面の複合硬質膜のそれより高くすること、すくい面の複合硬質膜の表層の窒化チタンに対する立方晶窒化ホウ素の含有比率を１．５〜４．０とすること、逃げ面の複合硬質膜の表層の窒化チタンに対する立方晶窒化ホウ素の含有比率を０．６７〜１．５とすることで、すくい面、逃げ面のそれぞれに求められる特性を備えることができるので、特に、鋼や鋳鉄等の鉄系材料の切削加工において、すぐれた耐溶着性、耐摩耗性を発揮し、長期の使用に亘ってすぐれた耐摩耗性を発揮するとともに、工具寿命の延命化が図られるのである。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の表面被覆切削工具の複合硬質膜を成膜するためのＡＤ（エアロゾルデポジッション）装置を示し、（ａ）は概略正面図、（ｂ）は成膜チャンバー内上部の概略平面図である。
【図２】本発明１−１０の表面被覆切削工具の複合硬質膜の層構造の一例を示す。
【図３】本発明１１−２０の表面被覆切削工具の複合硬質膜のすくい面の層構造の一例を示す。
【図４】本発明１１−２０の表面被覆切削工具の複合硬質膜の逃げ面の層構造の一例を示す。
【図５】本発明２１−３０の表面被覆切削工具の複合硬質膜のすくい面の層構造の一例を示す。
【図６】本発明２１−３０の表面被覆切削工具の複合硬質膜の逃げ面の層構造の一例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明の表面被覆切削工具を実施例に基づいて説明する。
なお、ここでは工具基体材料として超硬合金基体を使用したが、工具基体としては、ｃＢＮ焼結体、サーメットあるいは高速度鋼等の通常用いられる工具基体を使用することがもちろん可能である。
【実施例】
【００１９】
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、ＶＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、Ｃｒ3Ｃ2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、ボールミルで９６時間湿式混合し、乾燥した後、１００ＭＰａの圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を６Ｐａの真空中、温度：１４００℃に１時間保持の条件で焼結し、所定寸法に外周加工した後、切刃部に幅：０．１３ｍｍ、角度２５°のホーニング加工を施し、仕上げ研磨を施すことにより、いずれもＷＣ基超硬合金からなり、かつＩＳＯ規格ＳＮＧＡ１２０４１２のインサート形状をもった超硬合金基体１〜１０を製造した。
【００２０】
【表１】
0005471842.tif 000002
【００２１】
ついで、上記の超硬合金基体を、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、図１に示されるＡＤ装置の成膜チャンバー内の公転軸に装着し、
まず、粒径が０．１〜１．０μｍのｃＢＮ粉末と、粒径が０．１〜１．０μｍのＴｉＮ粉末の原料微粒子を、それぞれ、エアロゾル発生器に装入し、粉末の凝集を防ぐため、エアロゾル発生器の下の振動機を振動させながらエアロゾル発生器にガスを流し、Ａｒガスを用いて、ガス圧力３００Ｐａ、ガス搬入速度５Ｌ／ｍｉｎで原料微粒子をエアロゾル化し、同様の方法でエアロゾル化したＴｉＮ粉末と混合し、成膜チャンバー内の超硬合金基体に所定時間ノズルから吹きつけ、かつ、ノズルを１〜５ｍｍ／ｓｅｃで移動させることにより、工具基体表面に、図２に示される所定膜厚、所定のｃＢＮ／ＴｉＮ比率の複合膜（図２では、第１下部層，第２下部層，中間層，上部層として示す）を、ｃＢＮおよびＴｉＮ粉末が入ったエアロゾル容器内のガス圧を調整することで形成し、
ＩＳＯ規格ＳＮＧＡ１２０４１２に規定するスローアウエイチップ形状の本発明複合硬質膜被覆工具１〜１０（以下、本発明工具１〜１０という）を作製した。
【００２２】
また、上記超硬合金基体１〜１０について、上記本発明工具１〜１０と同様な方法により、第１下部層，第２下部層，中間層を成膜した後、上部層の成膜時に、ｃＢＮおよびＴｉＮ粉末が入ったエアロゾル容器内のガス圧を、すくい面および逃げ面のそれぞれに対して調整することにより、すくい面の表層および逃げ面の表層に、それぞれ、表４に示すｃＢＮ含有比率を有するＩＳＯ規格ＳＮＧＡ１２０４１２に規定するスローアウエイチップ形状の本発明複合硬質膜被覆工具１１〜２０（以下、本発明工具１１〜２０という）を作製した。
【００２３】
さらに、上記超硬合金基体１〜１０について、成膜初期よりｃＢＮおよびＴｉＮ粉末が入ったエアロゾル容器内のガス圧を、すくい面および逃げ面のそれぞれに対して調整することにより、すくい面の表層および逃げ面の表層に、それぞれ、表５に示すｃＢＮ含有比率を有するＩＳＯ規格ＳＮＧＡ１２０４１２に規定するスローアウエイチップ形状の本発明複合硬質膜被覆工具２１〜３０（以下、本発明工具２１〜３０という）を作製した。
【００２４】
比較のため、原料粉末として、いずれも０．５〜４μｍの範囲内の平均粒径を有するｃＢＮ粉末、ＴｉＮ粉末、ＡｌＮ粉末、ＴｉＣ粉末、ＴｉＣＮ粉末、Ｔｉ３Ａｌ粉末、Ｔｉ２Ａｌ粉末、ＴｉＡｌ３粉末、Ａｌ粉末、Ａｌ２Ｏ３粉末、ＷＣ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８０時間湿式混合し、乾燥した後、１２０ＭＰａの圧力で直径：５０ｍｍ×厚さ：１．５ｍｍの寸法をもった圧粉体にプレス成形し、ついでこの圧粉体を、圧力：１Ｐａの真空雰囲気中、９００〜１３００℃の範囲内の所定温度に６０分間保持の条件で焼結して切刃片用予備焼結体とし、この予備焼結体を、別途用意した、Ｃｏ：１６質量％、ＷＣ：残りの組成、並びに直径：５０ｍｍ×厚さ：２ｍｍの寸法をもったＷＣ基超硬合金製支持片と重ね合わせた状態で、通常の超高圧焼結装置に装入し、通常の条件である圧力：４ＧＰａ、温度：１２００〜１４００℃の範囲内の所定温度に保持時間：０．８時間の条件で超高圧焼結し、焼結後上下面をダイヤモンド砥石を用いて研磨し、ワイヤー放電加工装置またはダイヤモンド切断機にて一辺３ｍｍの正三角形状に分割し、さらにＣｏ：６質量％、ＴａＣ：５質量％、ＷＣ：残りの組成およびＩＳＯ規格ＳＮＧＡ１２０４１２の形状（厚さ：４．７６mm×一辺長さ：１２．７mmの正方形）をもったＷＣ基超硬合金製インサート本体のろう付け部（コーナー部）に、質量％で、Ｃｕ：２６％、Ｔｉ：５％、Ｎｉ：２．５％、Ａｇ：残りからなる組成を有するＡｇ合金のろう材を用いてろう付けし、所定寸法に外周加工した後、切刃部に幅：０．１３ｍｍ、角度：２５°のホーニング加工を施し、さらに仕上げ研摩を施すことによりＩＳＯ規格ＳＮＧＡ１２０４１２のインサート形状をもち、表２に示されるｃＢＮ焼結体からなるｃＢＮ工具１〜１０（以下、比較例工具１〜１０という）を作製した。
【００２５】
参考のため、実施例で使用した超硬合金基体１〜１０の上に、粒径が０．１〜１．０μｍのｃＢＮ粉末をＡＤ法による成膜を試みたが、成膜することができなかった。
【００２６】
上記本発明工具１〜３０の各層の膜組成を、第１下部層、第2下部層、中間層および上部層について、その厚さ方向に０．２μｍ、基板と平行方向に３μmの領域の領域について、断面加工した試料の断面方向からオージェ電子分光法により測定したところ、それぞれ図２〜図６に示される目標とするｃＢＮ／ＴｉＮ比率と実質的に同じｃＢＮ／ＴｉＮ比率を示した。なおＡＤ法では成膜時にセラミックス粒子が基板に衝突する際に、数GPa程度の圧縮応力が発生し、セラミックス粒子が、衝突時に脆性破壊あるいは塑性変形するため、原料粒子が細かく破砕され、前記膜厚方向に０．２μmの領域内でも含有比率を調整することが可能である。
表３、表４、表５にｃＢＮ／ＴｉＮ比率を示す。
また、本発明工具１〜３０の膜厚を走査型電子顕微鏡を用いて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値（５ヶ所の平均値）を示した。
これらの測定値を、表３、表４、表５に示す。
【００２７】
【表２】
0005471842.tif 000003
【００２８】
【表３】
0005471842.tif 000004
【００２９】
【表４】
0005471842.tif 000005
【００３０】
【表５】
0005471842.tif 000006
【００３１】
上記の本発明工具１〜３０および比較例工具１〜１０を用い、以下の切削条件で切削加工試験を実施した。
《切削条件１》
被削材：  ＪＩＳ・ＳＣｒ４２０（硬さＨＲＡ：６２）の丸棒、
切削速度：  ２３０  ｍ／ｍｉｎ、
送り：  ０．２０  ｍｍ／ｒｅｖ、
切込み：０．２０  ｍｍ、
切削時間：  ５  分
の条件での、高硬度クロム鋼の乾式連続切削加工試験、
《切削条件２》
被削材：  ＪＩＳ・ＳＵＪ２（硬さＨＲＡ：６０）の長さ方向等間隔４本縦溝入り丸棒、
切削速度：  １８０  ｍ／ｍｉｎ、
送り：  ０．１５  ｍｍ／ｒｅｖ、
切込み：  ０．２０  ｍｍ、
切削時間：  ５  分
の条件での、焼入れ軸受鋼の乾式断続切削加工試験、
を行い、切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。
上記切削条件１，２による切削加工試験の測定結果を表６に示した。
【００３２】
【表６】
0005471842.tif 000007
【００３３】
表６に示される結果から、本発明工具１〜１０は、複合硬質膜がｃＢＮとＴｉＮの複合膜として構成され、かつ、工具基体側ではＴｉＮ含有比率が高く、また、表層側ではｃＢＮ含有比率が高くなる組成傾斜構造を備えていることから、鉄系材料の切削加工では、硬質被覆層がすぐれた密着強度、高温硬さ、靭性を備え、溶着、欠損等の発生の恐れはなく、長期の使用に亘ってすぐれた耐摩耗性を発揮する。
また、本発明工具１１〜３０は、すくい面表層あるいは逃げ面表層で所定のｃＢＮ含有比率をさらに備えていることから、クレータ摩耗、すきとり摩耗の発生も全く見られず、長期の使用に亘ってすぐれた耐摩耗性を発揮するものであった。
これに対して、比較例工具１〜１０においては、欠損発生、耐摩耗性不足等により、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】
【００３４】
上述のように、この発明の複合硬質膜を被覆形成した表面被覆切削工具は、鋼、鋳鉄等の切削加工に用いた場合に好適であるが、他の被削材の切削加工に用いることも勿論可能であり、さらに、切削加工装置の高性能化、並びに切削加工の省力化および省エネ化、低コスト化に十分満足に対応できるものである。
【図１】
0005471842.tif 000008
【図２】
0005471842.tif 000009
【図３】
0005471842.tif 000010
【図４】
0005471842.tif 000011
【図５】
0005471842.tif 000012
【図６】
0005471842.tif 000013