(57)【要約】【課題】  高速断続切削加工で硬質被覆層が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】基体表面に、Ｔｉ化合物層、Ａｌ２Ｏ３層を被覆形成した表面被覆切削工具において、上記Ａｌ２Ｏ３層の結晶粒について、基体表面の法線に対して、（０００１）面の法線がなす傾斜角を測定して傾斜角度数分布を求めた場合、０度以上５度未満の範囲内の傾斜角区分及び５度以上１０度未満の範囲内の傾斜角区分に、それぞれピーク強度がＩ１、Ｉ２のピークが存在し、該ピーク強度の比の値Ｉ１／Ｉ２は、１＜Ｉ１／Ｉ２＜３を満足し、かつ、それぞれの傾斜角区分に存在する度数割合は、４５〜７０％、１５〜４０％であり、さらに、隣接する相互の結晶粒間において、（０００１）面の法線がなす角度差が５度以下の結晶粒界比率が８０％以上、（１０−１０）面の法線同士がなす角度差が５〜３０度の結晶粒界比率が８０％以上である。【選択図】  図1
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【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の合計平均層厚を有する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層以上からなるＴｉ化合物層、
（ｂ）上部層は、１〜２５μｍの平均層厚を有する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形成してなる表面被覆切削工具において、
（ｃ）上記（ｂ）の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、０〜４５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を測定した場合、０度以上５度未満の範囲内の傾斜角区分及び５度以上１０度未満の範囲内の傾斜角区分に、それぞれピーク強度がＩ１、Ｉ２のピークが存在すると共に、該ピーク強度の比の値Ｉ１／Ｉ２は、１＜Ｉ１／Ｉ２＜３を満足し、また、上記０度以上５度未満の範囲内の傾斜角区分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４５〜７０％の割合を占め、上記５度以上１０度未満の範囲内の傾斜角区分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１５〜４０％の割合を占め、さらに、隣接する相互の結晶粒間において、（０００１）面の法線がなす角度差を測定した場合、角度差が５度以下の結晶粒界比率が８０％以上であり、かつ、隣接する相互の結晶粒間において、（１０−１０）面の法線同士がなす角度差を測定した場合、角度差が５〜３０度の結晶粒界比率が８０％以上であることを特徴とす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、例えば、鋼や鋳鉄等の高熱発生を伴うとともに、切刃に対して衝撃的な負荷が作用する高速断続切削加工で、硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性および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、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、
（ａ）下部層が、いずれも化学蒸着形成された、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）上部層が、化学蒸着形成された、１〜２５μｍの平均層厚を有する酸化アルミニウム（以下、Ａｌ２Ｏ３で示す）層、
以上（ａ）および（ｂ）で構成された硬質被覆層を形成してなる被覆工具が良く知られている。
そして、上記の従来被覆工具は、比較的耐摩耗性に優れるものの、高速断続切削条件で用いた場合にチッピング等の異常損耗を発生しやすいことから、硬質被覆層の構造についての種々の提案がなされている。
【０００３】
例えば、特許文献１に示すように、ＷＣ基超硬合金、ＴｉＣＮ基サーメットからなる工具基体表面に、Ｔｉ化合物層からなる下部層、Ａｌ２Ｏ３層からなる上部層を被覆形成した被覆工具において、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て、傾斜角度数分布グラフを作成した場合、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、該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Ａｌ２Ｏ３層を上部層として被覆形成することにより、耐チッピング性の改善を図ることが提案されている。
【０００４】
また、特許文献２に示すように、工具基体表面に、Ｔｉ化合物層からなる下部層、Ａｌ２Ｏ３層からなる上部層を被覆形成した被覆工具において、上部層の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て、傾斜角度数分布グラフを作成した場合、０〜１５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、該０〜１５度の範囲内に存在する度数の合計が度数全体の５０％以上の割合を占める傾斜角度数分布グラフを示す上位層と、７５〜９０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、該７５〜９０度の範囲内に存在する度数の合計が度数全体の５０％以上の割合を占める傾斜角度数分布グラフを示す下位層層で上部層を構成することにより、高速重切削加工における硬質被覆層の耐チッピング性を改善することが提案されている。
【０００５】
また、特許文献３に示すように、工具基体の表面に、粒状結晶組織のＴｉＮ層、ＴｉＣＮ層からなる密着接合層、縦長成長結晶組織を有するｌ−ＴｉＣＮ層からなる強靭層、α型の結晶構造および粒状結晶組織を有する酸化アルミニウムからなる強化硬質層を被覆形成した被覆工具において、該酸化アルミニウムからなる強化硬質層について、表面研磨面の法線に対して、酸化アルミニウム結晶粒の結晶面（０００１）面の法線がなす傾斜角を測定して傾斜角度数分布グラフを作成した場合、傾斜角度数分布グラフの少なくとも７〜１５度の範囲内の傾斜角区分および０〜７度の範囲内の傾斜角区分にピークが存在すると共に、傾斜角度数分布グラフにおける度数全体に占める割合で、前記７〜１５度の範囲内に存在する度数の合計が３５〜５０％、前記０〜７度の範囲内に存在する度数の合計が２５〜４０％である強化硬質層を形成することで、高速重切削加工における硬質被覆層の耐チッピング性を向上させることが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２０５５８６号公報
【特許文献２】特開２００７−１５２４９１号公報
【特許文献３】特開２００６−１２３０３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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、高効率化の傾向にある。また、工具寿命の延命化を図るという観点から、硬質被覆層の厚膜化も求められているが、例えば、硬質被覆層（例えば、上部層のＡｌ２Ｏ３層）の厚膜化を図った場合、上記従来の被覆工具においては、特にこれを厳しい切削条件の高速断続切削、すなわち、高熱発生を伴うとともに、切刃部にきわめて短いピッチで繰り返し断続的、衝撃的負荷が作用する高速断続切削で用いると、上部層のＡｌ２Ｏ３層は、高温強度、靭性、密着性が十分とはいえないため、切刃部にチッピングが発生しやすく、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】
【０００８】
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向上をはかるとともに、長期の使用にわたってすぐれた耐摩耗性を発揮させるべく、上部層を構成するＡｌ２Ｏ３結晶粒の方位形態、方位割合等について着目し、鋭意研究を重ねた結果、次のような知見を得た。
【０００９】
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、下部層として、３〜２０μｍの合計平均層厚を有する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（ＴｉＣＮＯ）物層のうちの１層または２層以上からなるＴｉ化合物層を、また、上部層として、１〜２５μｍの平均層厚を有する酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）層を蒸着形成するにあたり、Ｔｉ化合物層からなる下部層を形成した後、この上に、例えば、通常の化学蒸着装置にて、Ａｌ２Ｏ３の核を形成し、ついで、該Ａｌ２Ｏ３核表面にガスエッチング処理を施した後、所望層厚のＡｌ２Ｏ３層を上部層として蒸着形成すると、蒸着形成された上部層のＡｌ２Ｏ３層には、特異な方位形態、方位割合を有するＡｌ２Ｏ３結晶粒が形成される。
そして、このようなＡｌ２Ｏ３結晶粒について、基体表面の法線に対して、（０００１）面の法線がなす傾斜角を測定し、傾斜角度数分布を求めた場合、０度以上５度未満の範囲内の傾斜角区分及び５度以上１０度未満の範囲内の傾斜角区分に、それぞれピーク強度がＩ１、Ｉ２のピークが存在し、該ピーク強度の比の値Ｉ１／Ｉ２は、１＜Ｉ１／Ｉ２＜３を満足し、かつ、それぞれの傾斜角区分に存在する度数割合は、４５〜７０％、１５〜４０％であり、さらに、隣接する結晶粒の（０００１）面の法線が工具基体表面の法線方向に対してなす角の角度差が５度以下であって、かつ、隣接する結晶粒の（１０−１０）面の法線同士がなす角度差が５〜３０度である粒界が導入されるため、それによって、Ａｌ２Ｏ３層の高温強度と靭性が向上することを見出したのである。
【００１０】
したがって、このような硬質被覆層を備えた被覆切削工具を、例えば、鋼や鋳鉄などの、高熱発生を伴い、切刃に断続的、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、上部層がすぐれた高温強度と靭性を有することから、チッピングの発生が抑制されるとともに、長期の使用にわたってすぐれた耐摩耗性を発揮するのである。
【００１１】
この発明は、上記の研究結果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、
（ａ）下部層は、３〜２０μｍの合計平均層厚を有する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層以上からなるＴｉ化合物層、
（ｂ）上部層は、１〜２５μｍの平均層厚を有する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形成してなる表面被覆切削工具において、
（ｃ）上記（ｂ）の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、０〜４５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を測定した場合、０度以上５度未満の範囲内の傾斜角区分及び５度以上１０度未満の範囲内の傾斜角区分に、それぞれピーク強度がＩ１、Ｉ２のピークが存在すると共に、該ピーク強度の比の値Ｉ１／Ｉ２は、１＜Ｉ１／Ｉ２＜３を満足し、また、上記０度以上５度未満の範囲内の傾斜角区分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４５〜７０％の割合を占め、上記５度以上１０度未満の範囲内の傾斜角区分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１５〜４０％の割合を占め、さらに、隣接する相互の結晶粒間において、（０００１）面の法線がなす角度差を測定した場合、角度差が５度以下の結晶粒界比率が８０％以上であり、かつ、隣接する相互の結晶粒間において、（１０−１０）面の法線同士がなす角度差を測定した場合、角度差が５〜３０度の結晶粒界比率が８０％以上であることを特徴とする表面被覆切削工具。」
に特徴を有するものである。
【００１２】
つぎに、この発明の被覆工具の硬質被覆層の構成層について、より具体的に説明する。
【００１３】
Ｔｉ化合物層（下部層）：
Ｔｉ化合物層は、自体が高温強度を有し、これの存在によって硬質被覆層が高温強度を具備するようになるほか、工具基体と上部層である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寄与する作用をもつが、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、特に高熱発生を伴う高速断続切削で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。
【００１４】
Ａｌ２Ｏ３層（上部層）：
Ａｌ２Ｏ３層は、一般的にすぐれた高温硬さと耐熱性を有し、硬質被覆層の耐摩耗性向上に寄与するが、その平均層厚が１μｍ未満では、硬質被覆層に十分な耐摩耗性を発揮せしめることができない。一方、工具寿命の延命化を図るため、その平均層厚２５μｍまでの厚層化は可能であるが、平均層厚が２５μｍを越えて厚くなりすぎると、チッピングが発生し易くなることから、その平均層厚を１〜２５μｍと定めた。
【００１５】
本発明による、特異な結晶方位形態、方位割合を有するＡｌ２Ｏ３層からなる上部層は、例えば、以下に示す蒸着形成方法によって蒸着形成することができる。
即ち、Ｔｉ化合物層からなる下部層を通常の化学蒸着法で形成した後、該下部層の上に、例えば、通常の化学蒸着装置を用いて、
≪第１段階≫
反応ガス組成（容量％）：ＡｌＣｌ３  ０．１〜０．５％、ＣＯ２  ８〜１２％、ＨＣｌ  ６〜１０％、残りＨ２、
反応雰囲気温度：７５０〜９００℃、
反応雰囲気圧力：６〜１０ｋＰａ、
の条件（Ａｌ２Ｏ３核形成条件という）で、層厚が３００〜５００ｎｍになるまでＡｌ２Ｏ３核を形成する。
≪第２段階≫
反応ガス組成（容量％）：ＡｌＣｌ３  ０．１〜０．５％、ＨＣｌ  １〜３％、残りＨ２、
反応雰囲気温度：７５０〜９００℃、
反応雰囲気圧力：６〜１０ｋＰａ、
の条件（エッチング条件という）で、エッチング処理を施す。
≪第３段階≫
反応ガス組成（容量％）：ＡｌＣｌ３  ２〜５％、ＣＯ２  ３〜８％、ＨＣｌ  ６〜１０％、Ｈ２Ｓ  ０．２５〜０．６％、残りＨ２、
反応雰囲気温度：９５０〜１０２０℃、
反応雰囲気圧力：６〜１０ｋＰａ、
の条件（二次蒸着形成条件という）で、目標上部層厚になるまでＡｌ２Ｏ３を蒸着形成する。
上記の３段階で、Ａｌ２Ｏ３を蒸着形成することによって、特異な方位形態、方位割合を有するＡｌ２Ｏ３層からなる上部層を形成することができる。
なお、上記３段階でのＡｌ２Ｏ３の蒸着形成によって、特異な方位形態、方位割合が形成される機構は未だ解明されていないが、第１段階におけるＡｌ２Ｏ３核形成と第２段階におけるエッチング処理によって、成長面に変化が生じ結晶粒の優先成長方位の変化が起こるものと考えられる。
そして、この上部層は、隣接する結晶粒において（０００１）面の法線が工具基体表面の法線方向に対してなす角の角度差が５度以下である結晶粒界が、結晶粒界比率８０％以上で導入され、さらに、隣接する相互の結晶粒間において、（１０−１０）面の法線同士がなす角度差が５〜３０度である結晶粒界が、結晶粒界比率８０％以上で導入される。
そして、このような粒界は工具基体法線方向に対し傾き方向の成分が少なく、ねじれ方向の成分が多くを占めるため、被覆層成長方向に周期的な構造が形成され、すぐれた粒界強度を発揮し、その結果、すぐれた高温強度と靭性を備えるとともに、層内に発生したクラックの伝播・進展を抑制する作用を有するので、高熱発生を伴い、切れ刃に衝撃的・断続的負荷が作用する高速断続切削加工において、すぐれた耐チッピング性、耐摩耗性を発揮する。
【００１６】
上記で蒸着形成した上部層のＡｌ２Ｏ３層について、結晶方位形態、方位割合等の解析を行うため、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、０〜４５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を測定したところ、０度以上５度未満の範囲内の傾斜角区分及び５度以上１０度未満の範囲内の傾斜角区分に、それぞれピーク強度がＩ１、Ｉ２のピークが存在すると共に、該ピーク強度の比の値Ｉ１／Ｉ２は、１＜Ｉ１／Ｉ２＜３を満足していた。
さらに、上記０度以上５度未満の範囲内の傾斜角区分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４５〜７０％の割合を占め、また、５度以上１０度未満の範囲内の傾斜角区分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１５〜４０％の割合を占めていた。
図１に、基体表面の法線に対する傾斜角度数分布の測定結果の一例を示す。
なお、図１において、０度以上５度未満の範囲内の傾斜角区分のピーク強度Ｉ１は、１００（相対強度）、度数割合は５３％であり、一方、５度以上１０度未満の範囲内の傾斜角区分のピーク強度Ｉ２は、５０（相対強度）、度数割合は３５％であって、Ｉ１／Ｉ２の値は、約２であり、１＜Ｉ１／Ｉ２＜３を満足しているとともに、０度以上５度未満の範囲内の傾斜角区分に存在する度数割合は４５〜７０％を満足し、５度以上１０度未満の範囲内の傾斜角区分に存在する度数割合は１５〜４０％を満足していることがわかる。
【００１７】
そして、本発明者らは、上部層のＡｌ２Ｏ３層についての上記傾斜角度数分布測定において、最大ピークが、０度以上５度未満の範囲を外れて出現するような場合あるいは０度以上５度未満の範囲の度数割合が４５〜７０％を外れるような場合には、工具基体表面の法線方向に対して（０００１）面の法線が０度以上５度未満の範囲に存在するＡｌ２Ｏ３結晶粒が具備する高温硬さを十分に発揮することはできず、また、５度以上１０度未満の範囲にピーク強度Ｉ２が出現しない場合あるいは５度以上１０度未満の範囲の度数割合が１５〜４０％を外れるような場合には、工具基体表面の法線方向に対して（０００１）面の法線が５度以上１０度未満の範囲に存在するＡｌ２Ｏ３結晶粒が具備する靱性を十分に発揮することはできないことを実験的に確認した。
さらに、上部層として、耐チッピング性にすぐれると同時に耐摩耗性にすぐれたＡｌ２Ｏ３層を得るためには、上記ピーク強度Ｉ１、Ｉ２の比の値Ｉ１／Ｉ２について、１＜Ｉ１／Ｉ２＜３を満足させることが必要である。
つまり、Ｉ１／Ｉ２の値が１以下である場合には、Ａｌ２Ｏ３層が十分な高温硬さを発揮することができないため、長期の使用に亘って満足できる耐摩耗性を示すことができず、一方、Ｉ１／Ｉ２の値が３以上である場合には、十分な高温硬さは維持できるものの、十分な靱性を発揮することができないため、高温強度と靭性が相対的に低下し、高熱発生を伴い、切れ刃に衝撃的・断続的負荷が作用する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できなくなる。
したがって、本発明では、上部層の上記ピーク強度Ｉ１、Ｉ２の比の値を、１＜Ｉ１／Ｉ２＜３と定めた。
さらに、上部層のＡｌ２Ｏ３層において、隣接する相互の結晶粒間において（０００１）面の法線が工具基体表面の法線方向に対してなす角の角度差が５度以下の結晶粒界比率が８０％未満である、あるいは、（１０−１０）面の法線同士がなす角度差が５〜３０度の結晶粒界比率が８０％未満である場合には、結晶粒界における傾き成分とねじれ成分の割合が十分でなく、その結果十分な耐チッピング性を発揮することができない。そのため、本発明では隣接する相互の結晶粒間において（０００１）面の法線が工具基体表面の法線方向に対してなす角の角度差が５度以下の結晶粒界比率を８０％以上、かつ、（１０−１０）面の法線同士がなす角度差が５〜３０度の結晶粒界比率を８０％以上と定めた。
【発明の効果】
【００１８】
硬質被覆層として、Ｔｉ化合物層からなる下部層とＡｌ２Ｏ３層からなる上部層を蒸着形成したこの発明の被覆工具は、上部層のＡｌ２Ｏ３層が、（０００１）面の法線についての傾斜角度数分布測定において、０度以上５度未満の範囲内の傾斜角区分及び５度以上１０度未満の範囲内の傾斜角区分に存在する度数の合計は、それぞれ、度数全体の４５〜７０％、１５〜４０％の割合を占め、しかも、それぞれの傾斜角区分には、それぞれピーク強度がＩ１、Ｉ２のピークが存在し、Ｉ１／Ｉ２の値は、１＜Ｉ１／Ｉ２＜３を満足し、さらに、隣接する相互の結晶粒間において、（０００１）面の法線がなす角度差が５度以下の結晶粒界比率が８０％以上であり、また、隣接する相互の結晶粒間において、（１０−１０）面の法線同士がなす角度差が５〜３０度の結晶粒界比率が８０％以上であることから、上部層は、すぐれた高温硬さ、高温強度及び靭性を備え、高熱発生を伴い、切れ刃に衝撃的・断続的負荷が作用する高速断続切削加工において、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のである。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明被覆工具１の硬質被覆層の上部層を構成するＡｌ２Ｏ３層の（０００１）面の法線についての傾斜角度数分布グラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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】
【００２１】
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、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、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規格・ＣＮＭＧ１２０４０８に規定するインサート形状をもったＷＣ基超硬合金製の工具基体Ａ〜Ｄをそれぞれ製造した。
【００２２】
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・ＣＮＭＧ１２０４１２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ａ〜ｄを形成した。
【００２３】
つぎに、これらの工具基体Ａ〜Ｄおよび工具基体ａ〜ｄの表面に、通常の化学蒸着装置を用い、硬質被覆層の下部層として、表３に示される条件で、かつ、表５に示される組み合わせ及び目標層厚でＴｉ化合物層を蒸着形成し、
ついで、上部層としてのＡｌ２Ｏ３層を、表４に示される条件にて、かつ、表５に示される目標層厚で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。
【００２４】
また、比較の目的で、硬質被覆層の下部層として、表３に示される条件で、かつ、表５に示される組み合わせ及び目標層厚で、本発明被覆工具１〜１３と同じＴｉ化合物層を蒸着形成し、
ついで、上部層としてのＡｌ２Ｏ３層を、表４に示される条件にて、かつ、表６に示される目標層厚で蒸着形成することにより、
比較例被覆工具１〜１３をそれぞれ製造した。
【００２５】
ついで、上記の本発明被覆工具と比較例被覆工具の硬質被覆層の上部層を構成する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て、傾斜角度数分布測定を行った。
まず、傾斜角度数分布測定は、上部層のＡｌ２Ｏ３層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、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、電子後方散乱回折像装置を用いて、３０×５０μｍの領域を０．１μｍ／ｓｔｅｐの間隔で、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、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。また、上記傾斜角度数分布グラフにおいて、最大ピークを１００として規格化することにより各ピークの強度を求めた。各結晶粒について、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、隣接する相互の結晶粒間において、上記（０００１）面の法線がなす傾斜角の角度差が５度以下である結晶粒界長を求め、測定範囲内の全粒界長で除することにより（０００１）面の法線がなす傾斜角の角度差が５度以下である結晶粒界比率を求めた。
また、前記同様、結晶粒の結晶面である（１０−１０）面の法線がなす傾斜角を測定し、隣接する相互の結晶粒間において、上記（１０−１０）面の法線がなす傾斜角の角度差が５度以下である結晶粒界長を求め、測定範囲内の全粒界長で除することにより、（１０−１０）面の法線がなす傾斜角の角度差が５度以下である結晶粒界比率を求めた。
表５、表６に、上記で求めた傾斜角度数分布測定において、０度以上５度未満の範囲内の傾斜角区分及び５度以上１０度未満の範囲内の傾斜角区分で測定されたそれぞれの度数割合、それぞれピーク強度の値Ｉ１、Ｉ２、また、Ｉ１／Ｉ２の値、（０００１）面の法線がなす角度差が５度以下の結晶粒界比率、（１０−１０）面の法線がなす傾斜角の角度差が５度以下である結晶粒界比率の値を示す。
図１に、一例として、本発明被覆工具１について傾斜角度数分布測定で得られた傾斜角度数分布グラフを示す。
【００２６】
表５、表６にそれぞれ示される通り、本発明被覆工具のＡｌ２Ｏ３層は、傾斜角度数分布測定において、０度以上５度未満の範囲内の傾斜角区分及び５度以上１０度未満の範囲内の傾斜角区分にそれぞれピークが観察され、また、それぞれのピーク強度Ｉ１、Ｉ２の比の値Ｉ１／Ｉ２が、１を超え３未満の範囲内にあり、さらに、それぞれの傾斜角区分の存在する度数割合は、４５〜７０％、１５〜４０％を満足している。
これに対して、比較例被覆工具においては、０度以上５度未満の範囲内の傾斜角区分または５度以上１０度未満の範囲内の傾斜角区分どちらかにしかピークが観察されていないものと、０度以上５度未満の範囲内の傾斜角区分または５度以上１０度未満の範囲内の傾斜角区分どちらにもピークが観察されていないものと、０度以上５度未満の範囲内の傾斜角区分及び５度以上１０度未満の範囲内の傾斜角区分にそれぞれピークが観察されているが、ピーク強度Ｉ２の強度が低いため、ピーク強度Ｉ１、Ｉ２の比の値Ｉ１／Ｉ２が３以上となっている等、いずれかが本発明で規定した定めた要件から外れている。
【００２７】
さらに、上記の本発明被覆工具１〜１３および比較例被覆工具１〜１３の各層の層厚を、走査型電子顕微鏡を用いて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。
【００２８】
【表１】
2014008568.tif 000003
【００２９】
【表２】
2014008568.tif 000004
【００３０】
【表３】
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【００３１】
【表４】
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【００３２】
【表５】
2014008568.tif 000007
【００３３】
【表６】
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【００３４】
つぎに、上記の各種の被覆工具を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、本発明被覆工具１〜１３および比較例被覆工具１〜１３について、
被削材：ＪＩＳ・Ｓ３０Ｃの長さ方向等間隔４本縦溝入り丸棒、
切削速度：４５０ｍ／ｍｉｎ、
切り込み：１．３ｍｍ、
送り：０．１５ｍｍ／ｒｅｖ、
切削時間：６分、
の条件（切削条件Ａ）での炭素鋼の湿式高速断続切削試験（通常の切削速度は、３００ｍ／ｍｉｎ）、
被削材：ＪＩＳ・ＳＣＭ４１５の長さ方向等間隔４本縦溝入り丸棒、
切削速度：４５０ｍ／ｍｉｎ、
切り込み：２．０ｍｍ、
送り：０．１５ｍｍ／ｒｅｖ、
切削時間：６分、
の条件（切削条件Ｂ）での合金鋼の湿式高速断続切削試験（通常の切削速度は、２５０ｍ／ｍｉｎ）、
被削材：ＪＩＳ・ＦＣ３００の長さ方向等間隔４本縦溝入り丸棒、
切削速度：４４０ｍ／ｍｉｎ、
切り込み：１．５ｍｍ、
送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ、
切削時間：６分、
の条件（切削条件Ｃ）での普通鋳鉄の乾式高速断続切削試験（通常の切削速度は、３００ｍ／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７に示した。
【００３５】
【表７】
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【００３６】
表５〜７に示される結果から、本発明被覆工具１〜１３は、上部層のＡｌ２Ｏ３層が、（０００１）面の法線についての傾斜角度数分布測定において、０度以上５度未満の範囲内の傾斜角区分及び５度以上１０度未満の範囲内の傾斜角区分に、それぞれピーク強度がＩ１、Ｉ２のピークが存在し、しかも、Ｉ１／Ｉ２の値が、１＜Ｉ１／Ｉ２＜３を満足すること、また、それぞれの傾斜角区分に存在する度数の合計が４５〜７０％、１５〜４０％であること、さらに、隣接する相互の結晶粒間において、（０００１）面の法線がなす角度差が５度以下の結晶粒界比率が８０％以上、かつ、（１０−１０）面の法線同士がなす角度差が５〜３０度の結晶粒界比率が８０％以上であることから、すぐれた高温硬さ、高温強度及び靭性を備え、高熱発生を伴い、切れ刃に衝撃的・断続的負荷が作用する高速断続切削加工において、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ものであった。
これに対して、５度以上１０度未満の範囲内の傾斜角区分に強度ピークＩ２が存在しない比較例被覆工具１、Ｉ１／Ｉ２の値が３を超えるような比較例被覆工具２に示されるように、本発明で規定する要件から外れる比較例被覆工具は、チッピング等の異常損傷発生を原因として短時間で寿命に至るため、何れの比較例被覆工具も、高速断続切削加工では、長期の使用に亘って、すぐれた切削性能を発揮することはできない。  
【産業上の利用可能性】
【００３７】
上述のように、この発明の被覆工具は、各種鋼や鋳鉄などの通常の条件での連続切削や断続切削は勿論のこと、特に高熱発生を伴い、切刃部に断続的、衝撃的負荷が作用する高速断続切削に用いた場合でも、すぐれた耐チッピング性を示し、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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