(57)【要約】【課題】  ダクタイル鋳鉄の高速連続切削加工において、すぐれた耐異常損傷性を発揮する表面被覆切削工具を提供する。【解決手段】改質ＴｉＣＮ層と改質Ａｌ２Ｏ３層を被覆形成した被覆工具において、工具基体表面からの層厚方向高さ（３×Ｎ）μｍ〜 [（３×Ｎ）＋１]μｍの範囲（但し、Ｎ＝１，２，３，・・・。)、かつ、幅１０μｍの領域について求めた改質ＴｉＣＮ層における結晶粒界長さをＧＢＬａＮ（μｍ）としたとき、２８０(μｍ)≦ＧＢＬｎａＮ（μｍ）≦６００(μｍ)かつ、０．８≦（ＧＢＬａＮ＋１）／（ＧＢＬａＮ）≦１．２を満足し、また、改質Ａｌ２Ｏ３層について測定した結晶粒界長さをＧＢＬｂ（μｍ）とし、測定した改質Ａｌ２Ｏ３層の層厚をＴｂ（μｍ）とした場合、ＧＢＬｂ／Ｔｂは３５０〜４５０の範囲内である。【選択図】  図３
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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で構成された工具基体の表面に、
（ａ）８〜３５μｍの平均層厚を有する縦長成長結晶組織の改質ＴｉＣＮ層からなる下部層、
（ｂ）１０〜２５μｍの平均層厚を有する柱状組織の改質Ａｌ２Ｏ３層からなる上部層、
以上（ａ）、（ｂ）からなる硬質被覆層が被覆形成された表面被覆切削工具において、
（ｃ）上記（ａ）の改質ＴｉＣＮ層は、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、該層の縦断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、前記縦断面研磨面の法線に対して、前記結晶粒の結晶面である（００１）面および（０１１）面の法線がなす傾斜角を測定し、この測定傾斜角から、それぞれ隣接する結晶粒相互間の界面における（００１）面の法線同士、および（０１１）面の法線同士の交わる角度を求め、また、前記（００１）面の法線同士、および（０１１）面の法線同士の交わる角度が５度以上の場合を粒界であると識別した上で、電界放出型走査電子顕微鏡を用い、層の縦断面研磨面における測定領域について、粒界として識別される部分のうち前記（００１）面の法線同士、および（０１１）面の法線同士の交わる角度が１５度以上の粒界の長さＧＢＬａ（μｍ）を求めた場合、工具基体表面からの層厚方向高さ（３×Ｎ）μｍ〜 [（３×Ｎ）＋１]μｍの範囲（但し、Ｎ＝１，２，３，・・・。)、かつ、幅１０μｍの領域について求めたＧＢＬａ（μｍ）の値をＧＢＬａＮ（μｍ）としたとき、２８０(μｍ)≦ＧＢＬｎａＮ（μｍ）≦６００(μｍ)であって、しかも、０．８≦（ＧＢＬａＮ＋１）／（ＧＢＬａＮ）≦１．２の関係を満足する縦長成長結晶組織を有する改質ＴｉＣＮ層であり、
（ｄ）上記（ｂ）の改質Ａｌ２Ｏ３層は、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、縦断面研磨面の幅３０μｍ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、この測定傾斜角から、それぞれ隣接する結晶粒相互間の界面における（０００１）面の法線同士、および（１０−１０）面の法線同士の交わる角度を求め、また、前記（０００１）面の法線同士、および（１０−１０）面の法線同士の交わる角度が５度以上である隣接する結晶格子相互の界面を粒界であると識別し、電界放出型走査電子顕微鏡を用い、層の縦断面研磨面における幅３０μｍの測定範囲において、粒界として識別される部分の結晶粒界の長さをＧＢＬｂ（μｍ）として求め、かつ、測定した上記改質Ａｌ２Ｏ３層の層厚をＴｂ（μｍ）とした場合、ＧＢＬｂ（μｍ）とＴｂ（μｍ）の比の値ＧＢＬｂ／Ｔｂは３５０〜４５０の関係を満足する柱状組織の改質Ａｌ２Ｏ３層であることを特徴とする表面被覆切削工具。
【請求項２】
前記柱状組織の改質Ａｌ２Ｏ３層からなる上部層の表面粗さＲａ(μｍ)は、０．３μｍ以下である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】
前記工具基体と前記下部層との間に、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層以上からなる密着性Ｔｉ化合物層を形成した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】
この発明は、極めて短い周期で、比較的弱い衝撃が繰り返し切れ刃に作用するダクタイル鋳鉄等の高速連続切削加工において、硬質被覆層がすぐれた耐異常損傷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、１〜１５μｍの平均層厚を有するα型酸化アルミニウム（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知られており、この被覆工具が、例えば各種の鋼や鋳鉄などの切削加工に用いられていることも知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１に示す被覆工具においては、硬質被覆層を構成するＴｉＣＮ層を、テーパー状の成長をするが、成長に伴った柱状結晶の太さの増大がわずかであるような微細柱状ＴｉＣＮ結晶とすることにより、硬質被覆層表面の凹凸が少なくし、耐摩耗性を改善することが知られている。
【０００４】
また、特許文献２には、ＴｉＣＮ層等のＴｉ化合物層からなる下部層と、Ａｌ２Ｏ３層からなる上部層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、Ｔｉ化合物層のうちの少なくとも一つの層を、電界放出型走査電子顕微鏡を用い、層の縦断面研磨面の法線に対して、（００１）面および（０１１）面の法線がなす傾斜角を測定し、（００１）面の法線同士および（０１１）面の法線同士の交わる角度が２度以上の場合を粒界と設定した上で、測定領域において粒界として識別される結晶粒相互間の界面のうち、（００１）面の法線同士、および（０１１）面の法線同士の交わる角度が１５度以上の粒界の長さＧＢＬと、測定したＴｉ化合物層の層厚Ｔの比の値ＧＢＬ／Ｔが２９５〜５２０である縦長成長結晶組織をもつｌ−ＴｉＣＮ層で構成することによって、重切削加工における耐チッピング性を改善することが提案されている。
【０００５】
さらに、特許文献３には、高速重切削加工におけるチッピング、欠損等の異常損傷発生を抑制するために、工具基体の表面に、ＴｉＣＮ層等のＴｉ化合物層からなる下部層、α−Ａｌ２Ｏ３層からなる中間層およびα−Ａｌ２Ｏ３主体層からなる上部層を蒸着形成した被覆工具において、中間層及び上部層について、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、その角度差が５°以上である隣接する結晶格子相互の界面を粒界として結晶粒を特定した場合に、中間層の結晶粒の平均幅Ｄ（ｂ）と、上部層の結晶粒の平均幅Ｄ（ｃ）との比の値Ｄ（ｃ）／Ｄ（ｂ）を１．５以上とした被覆工具が提案されている。
【０００６】
また、被覆工具の硬質被覆層の下部層を構成するＴｉＣＮ層の成膜するために方法としては、特許文献４、５に示すように、Ｃ２Ｈ４を含有する反応ガス中で化学蒸着することによって形成し得ることが知られている、
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平８−７１８１４号公報
【特許文献２】特開２００８−１６８４１９号公報
【特許文献３】特開２０１１−１０４６９０号公報
【特許文献４】特開２００８−８７１５０号公報
【特許文献５】国際公開第２０１２／１４４０８８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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するとともに、切削時の工具への熱的・機械的負荷も益々増加する傾向にある。
上記の従来被覆工具においては、これを通常の条件での連続切削や断続切削に用いた場合には問題はないが、例えば、これを、ダクタイル鋳鉄の高速連続切削加工のように、極めて短い周期で比較的弱い衝撃力が繰り返し作用する切削加工に供した場合には、切刃部には溶着やチッピングが発生し易く、また、工具基体からの被覆層の剥離等の異常損傷も発生し易いため、短時間で工具寿命に至るのが現状である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
そこで、本発明者等は、上述のような観点から、上記の被覆工具の硬質被覆層の耐チッピング性、耐欠損性、耐溶着性及び耐剥離性とともに耐摩耗性の改善をはかるべく、硬質被覆層の下部層であるＴｉＣＮ層、ならびに、硬質被覆層の上部層であるＡｌ２Ｏ３層の層構造について鋭意研究を行った結果、極めて短い周期で比較的弱い衝撃力が繰り返し作用するダクタイル鋳鉄の高速連続切削加工に用いた場合でも、チッピング、欠損、剥離、溶着等による異常損傷の発生を招くことなく、長期の使用に亘ってすぐれた耐摩耗性を発揮する硬質被覆層の層構造についての知見を得たのである。
【００１０】
まず、下部層に関する知見であるが、次のとおりである。
図１（ａ）には、格子点にＴｉ、炭素、および窒素からなる構成原子がそれぞれ存在するＮａＣｌ型面心立方晶の結晶構造（なお、図１（ｂ）は（０１１）面で切断した状態を示す）を有する縦長成長結晶組織をもつＴｉＣＮ層（以下、ｌ−ＴｉＣＮ層という）を模式図として示しているが、従来被覆工具の硬質被覆層を構成する下部層としてのｌ−ＴｉＣＮ層は、例えば、通常の化学蒸着装置にて、
反応ガス組成：容量％で、ＴｉＣｌ４：２〜１０％、ＣＨ３ＣＮ：０．５〜３％、Ｎ２：１０〜３０％、Ｈ2：残り、
反応雰囲気温度：８００〜９００℃、
反応雰囲気圧力：６〜２０ｋＰａ、
の条件（通常条件という）で蒸着形成されている。
しかし、本発明者らは、この蒸着条件を変更し、
まず、第１段階として、
反応ガス組成：容量％で、ＴｉＣｌ４：２〜１０％、ＣＨ３ＣＮ：０．５〜３％、Ｎ２：１０〜３０％、ＳＦ６：０．１〜１％、Ｈ2：残り、
反応雰囲気温度：７５０〜８００℃、
反応雰囲気圧力：６〜２０ｋＰａ、
の条件（通常条件に比して、反応雰囲気温度が相対的に低く、反応ガス成分として、ＳＦ６を添加している）で、５〜１０分間反応させ、
その後、第２段階として、
反応ガス組成：容量％で、ＴｉＣｌ４：２〜１０％、ＣＨ３ＣＮ：０．９〜３％、Ｎ２：１０〜３０％、Ｃ２Ｈ４：０．８〜１．８％、Ｈ2：残り、
反応雰囲気温度：８００〜９００℃、
反応雰囲気圧力：５．０〜５．４ｋＰａ、
の条件（通常条件に比して、反応雰囲気圧力が相対的に低く、反応ガス成分として、Ｃ２Ｈ４を添加している）
で、目標層厚になるまで蒸着形成したところ、このように蒸着形成された縦長成長結晶組織を有するＴｉＣＮ層（以下、このＴｉＣＮ層を「改質ＴｉＣＮ層」という）は、厚膜化した場合であっても、層厚方向での粒子の粗大化が抑制され、層中のＴｉＣＮ結晶粒が微細組織構造を備えているため、すぐれた耐チッピング性、耐欠損性、耐剥離性を発揮することを見出したのである。
【００１１】
ついで、上部層についての知見であるが、従来被覆工具の硬質被覆層の上部層を構成する柱状組織のＡｌ２Ｏ３層は、例えば、通常の化学蒸着装置にて、
反応ガス組成：容量％で、ＡｌＣｌ３：１〜５％、ＣＯ２：３〜７％、ＨＣｌ：０．３〜３％、Ｈ２Ｓ：０．０２〜０．４％、Ｈ２：残り、
反応雰囲気温度：９５０〜１１００℃、
反応雰囲気圧力：６〜１３ｋＰａ、
の条件（以下、通常条件という）で形成されている。
しかし、本発明者らは、この蒸着条件を変更し、
まず、第１段階として、
反応ガス組成：容量％で、ＡｌＣｌ３：７〜１３％、ＣＯ２：１０〜１５％、ＨＣｌ：０．３〜３％、ＳＦ６：０．１〜１．３％、Ｈ２：残り、
反応雰囲気温度：９５０〜１１００℃、
反応雰囲気圧力：６〜１３ｋＰａ、
の条件（通常条件に比して、ＡｌＣｌ３およびＣＯ２ガス含有割合が相対的に高く、反応ガス成分として、Ｈ２Ｓに代えてＳＦ６を添加している）で、３〜８分反応させ、
その後、第２段階として、
反応ガス組成：容量％で、ＡｌＣｌ３：１〜５％、ＣＯ２：３〜７％、ＨＣｌ：０．３〜３％、Ｈ２Ｓ：０．０２〜０．４％、Ｈ２：残り、
反応雰囲気温度：９５０〜１１００℃、
反応雰囲気圧力：４．８〜５．５ｋＰａ、
の条件（通常条件に比して、反応雰囲気が相対的に低圧である）で、目標層厚になるまで蒸着形成すると、このような第１段階及び第２段階の条件で形成された柱状組織のＡｌ２Ｏ３層（以下、このＡｌ２Ｏ３層を「改質Ａｌ２Ｏ３層」という）は、微細な柱状組織を有するとともに、表面粗さが小さく平滑であるため、極めて短い周期で比較的弱い衝撃力が繰り返し作用するダクタイル鋳鉄の高速連続切削加工でも、チッピング、欠損、剥離、溶着等の発生もなくすぐれた耐摩耗性を発揮する。
【００１２】
本発明の被覆工具は、下部層として少なくとも前記改質ＴｉＣＮ層を備え、また、上部層として、前記改質Ａｌ２Ｏ３層を備えることにより、耐チッピング性、耐欠損性、耐剥離性、耐溶着性とともに耐摩耗性が改善されるが、これに加えてさらに、下部層の層厚方向の位置に応じて結晶粒界長さの比の値を所定の適正範囲に維持するとともに、上部層における単位層厚当たりの結晶粒界長さの値を所定の適正範囲とすることによって、ダクタイル鋳鉄の高速連続切削加工に用いた場合でも、チッピング、欠損、剥離、溶着等による異常損傷の発生を招くことなく、長期の使用に亘ってすぐれた耐摩耗性を発揮することを見出したのである。
【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、
「（１）  炭化タングステン基超硬合金で構成された工具基体の表面に、
（ａ）８〜３５μｍの平均層厚を有する縦長成長結晶組織の改質ＴｉＣＮ層からなる下部層、
（ｂ）１０〜２５μｍの平均層厚を有する柱状組織の改質Ａｌ２Ｏ３層からなる上部層、
以上（ａ）、（ｂ）からなる硬質被覆層が被覆形成された表面被覆切削工具において、
（ｃ）上記（ａ）の改質ＴｉＣＮ層は、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、該層の縦断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、前記縦断面研磨面の法線に対して、前記結晶粒の結晶面である（００１）面および（０１１）面の法線がなす傾斜角を測定し、この測定傾斜角から、それぞれ隣接する結晶粒相互間の界面における（００１）面の法線同士、および（０１１）面の法線同士の交わる角度を求め、また、前記（００１）面の法線同士、および（０１１）面の法線同士の交わる角度が５度以上の場合を粒界であると識別した上で、電界放出型走査電子顕微鏡を用い、層の縦断面研磨面における測定領域について、粒界として識別される部分のうち前記（００１）面の法線同士、および（０１１）面の法線同士の交わる角度が１５度以上の粒界の長さＧＢＬａ（μｍ）を求めた場合、工具基体表面からの層厚方向高さ（３×Ｎ）μｍ〜 [（３×Ｎ）＋１]μｍの範囲（但し、Ｎ＝１，２，３，・・・。)、かつ、幅１０μｍの領域について求めたＧＢＬａ（μｍ）の値をＧＢＬａＮ（μｍ）としたとき、２８０(μｍ)≦ＧＢＬｎａＮ（μｍ）≦６００(μｍ)であって、しかも、０．８≦（ＧＢＬａＮ＋１）／（ＧＢＬａＮ）≦１．２の関係を満足する縦長成長結晶組織を有する改質ＴｉＣＮ層であり、
（ｄ）上記（ｂ）の改質Ａｌ２Ｏ３層は、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、縦断面研磨面の幅３０μｍ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、この測定傾斜角から、それぞれ隣接する結晶粒相互間の界面における（０００１）面の法線同士、および（１０−１０）面の法線同士の交わる角度を求め、また、前記（０００１）面の法線同士、および（１０−１０）面の法線同士の交わる角度が５度以上である隣接する結晶格子相互の界面を粒界であると識別し、電界放出型走査電子顕微鏡を用い、層の縦断面研磨面における幅３０μｍの測定範囲において、粒界として識別される部分の結晶粒界の長さをＧＢＬｂ（μｍ）として求め、かつ、測定した上記改質Ａｌ２Ｏ３層の層厚をＴｂ（μｍ）とした場合、ＧＢＬｂ（μｍ）とＴｂ（μｍ）の比の値ＧＢＬｂ／Ｔｂは３５０〜４５０の関係を満足する柱状組織の改質Ａｌ２Ｏ３層であることを特徴とする表面被覆切削工具。
（２）  前記柱状組織の改質Ａｌ２Ｏ３層からなる上部層の表面粗さＲａ(μｍ)は、０．３μｍ以下であることを特徴とする前記（１）に記載の表面被覆切削工具。
（３）  前記工具基体と前記下部層との間に、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層以上からなる密着性Ｔｉ化合物層を形成した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。」
に特徴を有するものである。
【００１４】
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、詳細に説明する。
【００１５】
下部層の改質ＴｉＣＮ層：
下部層の改質ＴｉＣＮ層は、既に述べたように、例えば、以下の方法によって成膜することができる。
まず、通常の化学蒸着装置にて、
第１段階として、
反応ガス組成：容量％で、ＴｉＣｌ４：２〜１０％、ＣＨ３ＣＮ：０．５〜３％、Ｎ２：１０〜３０％、ＳＦ６：０．１〜１％、Ｈ2：残り、
反応雰囲気温度：７５０〜８００℃、
反応雰囲気圧力：６〜２０ｋＰａ、
の条件（通常条件に比して、反応雰囲気温度が相対的に低く、反応ガス成分として、ＳＦ６を添加している）で、５〜１０分間反応させ、
その後、第２段階として、
反応ガス組成：容量％で、ＴｉＣｌ４：２〜１０％、ＣＨ３ＣＮ：０．９〜３％、Ｎ２：１０〜３０％、Ｃ２Ｈ４：０．８〜１．８％、Ｈ2：残り、
反応雰囲気温度：８００〜９００℃、
反応雰囲気圧力：５．０〜５．４ｋＰａ、
の条件（通常条件に比して、反応雰囲気圧力が相対的に低く、反応ガス成分として、Ｃ２Ｈ４を添加している）で蒸着することにより、改質ＴｉＣＮ層を成膜することができる。
【００１６】
上記改質ＴｉＣＮ層を構成する結晶粒は、格子点にＴｉ、炭素、および窒素からなる構成原子がそれぞれ存在するＮａＣｌ型面心立方晶の結晶構造を有している（図１参照）が、改質ＴｉＣＮ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、縦断面研磨面の測定範囲内に存在する改質ＴｉＣＮ層の結晶粒個々に電子線を照射して、前記縦断面研磨面の法線に対して、前記結晶粒の結晶面である（００１）面および（０１１）面の法線がなす傾斜角（図２(ａ)には前記結晶面のうち（００１）面の傾斜角が０度、（０１１）面の傾斜角が４５度の場合、同（ｂ）には（００１）面の傾斜角が４５度、（０１１）面の傾斜角が０度の場合を示しているが、これらの角度を含めて前記結晶粒個々のすべての傾斜角）を測定し、この場合前記結晶粒は、上記の通り格子点にＴｉ、炭素、および窒素からなる構成原子がそれぞれ存在するＮａＣｌ型面心立方晶の結晶構造を有し、この結果得られた測定傾斜角に基づいて、それぞれ隣接する結晶粒相互間の界面における（００１）面の法線同士、および（０１１）面の法線同士の交わる角度を求め、さらに、前記（００１）面の法線同士、および（０１１）面の法線同士の交わる角度が５度以上の場合を粒界であると識別した上で、電界放出型走査電子顕微鏡により、改質ＴｉＣＮ層の縦断面研磨面を、改質ＴｉＣＮ層厚（μｍ）×幅３０（μｍ）の範囲、で測定し、粒界として識別される部分のうちで前記（００１）面の法線同士、および（０１１）面の法線同士の交わる角度が１５度以上の粒界についてその粒界の長さＧＢＬａ（μｍ）を求めた場合、図３に示すように、工具基体表面からの層厚方向高さ（３×Ｎ）μｍ〜 [（３×Ｎ）＋１]μｍの範囲（但し、Ｎ＝１，２，３，・・・。)、かつ、幅１０μｍの領域について求めたＧＢＬａ（μｍ）の値をＧＢＬａＮ（μｍ）としたとき、２８０(μｍ)≦ＧＢＬａＮ（μｍ）≦６００(μｍ)であって、しかも、０．８≦（ＧＢＬａＮ＋１）／（ＧＢＬａＮ）≦１．２の関係を満足する。
なお、このＧＢＬａＮの値は、成膜時の反応ガス組成、反応雰囲気温度、反応雰囲気圧力の組み合わせによって変化する。
【００１７】
２８０(μｍ)≦ＧＢＬａＮ（μｍ）≦６００(μｍ)であって、しかも、０．８≦（ＧＢＬａＮ＋１）／（ＧＢＬａＮ）≦１．２の関係を満足する上記改質ＴｉＣＮ層は、ダクタイル鋳鉄の高速連続切削加工において、極めて短い周期で比較的弱い衝撃力が繰り返し作用するような場合にも、その際に生じる応力を緩和・吸収し、すぐれた高温強度を発揮し、さらに、層中にクラックが発生したとしても、これを粒界に沿って分散させ、クラックの伝播・進展を抑制する作用を有するため、チッピング、欠損、剥離の発生を大幅に低減することができる。
しかし、ＧＢＬａＮの値が２８０μｍ未満の小さな値では、組織の微細化が不十分であるため上記応力の緩和・吸収作用を期待することはできず、耐チッピング性、耐欠損性、耐剥離性は十分でなく、一方、ＧＢＬａＮの値が６００μｍを超えるものについては、改質ＴｉＣＮ層自体に脆化傾向がみられるようになるため、ＧＢＬａＮの値を、２８０(μｍ)≦ＧＢＬａＮ（μｍ）≦６００(μｍ)と定めた。
なお、従来ＴｉＣＮ層におけるＧＢＬａＮの値は、１００〜２００程度の小さな値（表８参照）であって、応力の緩和・吸収作用を有さないＴｉＣＮ層であるため、ダクタイル鋳鉄の高速連続切削加工においてはチッピング、欠損、剥離の発生が見られた。
また、前記改質ＴｉＣＮ層は、通常のＴｉＣＮ層自体のもつ高温硬さと高温強度に加えて、さらに一段とすぐれた高温強度を有するようになるが、その平均層厚が８μｍ未満では所望のすぐれた応力の緩和・吸収作用、高温強度向上効果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３５μｍを越えると、チッピング、欠損、剥離を発生し易くなることから、その平均層厚を８〜３５μｍと定めた。
【００１８】
また、この発明では、改質ＴｉＣＮ層のＧＢＬａＮ＋１とＧＢＬａＮとの関係を、０．８≦（ＧＢＬａＮ＋１）／（ＧＢＬａＮ）≦１．２と定めているが、その理由は次のとおりである。
つまり、従来のＴｉＣＮ層は層厚方向に末広がり状に成長し、粗粒化しやすかったため、下部層と上部層の界面における表面粗さが大きくなり、その結果、下部層上に形成される上部層の表面粗さも大きくなるため、溶着の発生により、チッピング、欠損等が発生し易かった。
しかし、この発明では、改質ＴｉＣＮ層のＧＢＬａＮ＋１とＧＢＬａＮとの関係を、０．８≦（ＧＢＬａＮ＋１）／（ＧＢＬａＮ）≦１．２と定める（図３に、ＧＢＬａＮの測定領域の概略説明図を示す。）ことによって、改質ＴｉＣＮ層の層厚方向に沿った末広がり状の成長が抑制されるため、微細な縦長成長結晶組織が維持されている。
その結果、下部層上に形成されるＡｌ２Ｏ３層からなる上部層の表面粗さＲａ（μｍ）は０．３μｍ以下となり平滑性が保たれるため、ダクタイル鋳鉄の高速連続切削加工における溶着発生を抑制することができる。
上記のようなＧＢＬａＮ＋１とＧＢＬａＮの関係を満足する改質ＴｉＣＮ層は、例えば、改質ＴｉＣＮ層の成膜の第２段階において、反応ガス中のＣ２Ｈ４の容量％をＣＨ３ＣＮの容量％の０．３３以上に維持することによって、形成することができる。
【００１９】
改質ＴｉＣＮ層以外の下部層：
この発明では、下部層として、８〜３５μｍの改質ＴｉＣＮ層を形成しているが、このほか、下部層自体の高温強度を高めるため、或いは、工具基体と下部層との密着性を高めるために、従来からよく知られているＴｉＣ層、ＴｉＮ層、ＴｉＣＯ層、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、合計平均層厚が３〜１５μｍとなる厚さでさらに蒸着形成することもできる。
【００２０】
上部層の改質Ａｌ２Ｏ３層：
改質Ａｌ２Ｏ３層からなる上部層は、すぐれた高温硬さ、耐熱性および耐溶着性を有し、さらに、すぐれた耐塑性変形性を有することによって、硬質被覆層の耐摩耗性向上に寄与する。
改質Ａｌ２Ｏ３層は、既に述べたように、例えば、以下の方法によって成膜することができる。
例えば、通常の化学蒸着装置にて、
第１段階として、
反応ガス組成：容量％で、ＡｌＣｌ３：７〜１３％、ＣＯ２：１０〜１５％、ＨＣｌ：０．３〜３％、ＳＦ６：０．１〜１．３％、Ｈ２：残り、
反応雰囲気温度：９５０〜１１００℃、
反応雰囲気圧力：６〜１３ｋＰａ、
の条件（通常条件に比して、ＡｌＣｌ３およびＣＯ２ガス含有割合が相対的に高く、反応ガス成分として、Ｈ２Ｓに代えてＳＦ６を添加している）で、３〜８分反応させ、
その後、第２段階として、
反応ガス組成：容量％で、ＡｌＣｌ３：１〜５％、ＣＯ２：３〜７％、ＨＣｌ：０．３〜３％、Ｈ２Ｓ：０．０２〜０．４％、Ｈ２：残り、
反応雰囲気温度：９５０〜１１００℃、
反応雰囲気圧力：４．８〜５．５ｋＰａ、
の条件（通常条件に比して、反応雰囲気が相対的に低圧である）で、
目標層厚になるまで蒸着形成すると、このような第１段階及び第２段階の条件で形成された柱状組織の改質Ａｌ２Ｏ３層は、すぐれた高温硬さ、耐熱性を示すばかりでなく、表面粗さＲａが０．３μｍ以下と小さいためにすぐれた耐溶着性を示すため、極めて短い周期で比較的弱い衝撃力が繰り返し作用するダクタイル鋳鉄の高速連続切削加工でも、チッピング、欠損、剥離、溶着、偏摩耗等の発生もなくすぐれた耐摩耗性を発揮する。
【００２１】
次に、上記改質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、縦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、図４に示す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（図５におけるｃ，ｃ’，ａ，ａ’に相当）を測定し、この測定傾斜角から、それぞれ隣接する結晶粒相互間の界面における（０００１）面の法線同士、および（１０−１０）面の法線同士の交わる角度を求め、また、前記（０００１）面の法線同士、および（１０−１０）面の法線同士の交わる角度が５度以上（即ち、ａ−ａ’≧０°かつｃ−ｃ’≧５°、または、ａ−ａ’≧５°かつｃ−ｃ’≧０°）である隣接する結晶格子相互の界面を粒界であると識別し、電界放出型走査電子顕微鏡により、改質Ａｌ２Ｏ３層の縦断面研磨面を、改質Ａｌ２Ｏ３層厚（μｍ）×幅３０（μｍ）の範囲、で測定し、粒界として識別される部分の結晶粒界の長さＧＢＬｂ（μｍ）を求め、測定した上記改質Ａｌ２Ｏ３層の層厚Ｔｂ（μｍ）との比を求めると、ＧＢＬｂ／Ｔｂの値は３５０〜４５０の範囲内であった。
なお、このＧＢＬｂ／Ｔｂの値は、成膜時の反応ガス組成、反応雰囲気温度、反応雰囲気圧力の組み合わせによって変化する。
【００２２】
ＧＢＬｂ／Ｔｂが３５０〜４５０という値を示す改質Ａｌ２Ｏ３層は、極めて短い周期で比較的弱い衝撃力が繰り返し作用するダクタイル鋳鉄の高速連続切削加工でも、すぐれた高温硬さと耐熱性に加え、表面粗さが小さい（Ｒａ≦０．３μｍ）ため耐溶着性に優れ、チッピング、欠損、剥離、溶着、偏摩耗等の発生もなくすぐれた耐摩耗性を発揮する。
しかし、ＧＢＬｂ／Ｔｂ値が３５０未満では、組織の微細化が不十分であって表面粗さＲａが０．３μｍを超えるため耐溶着性の改善が十分ではなく、一方、ＧＢＬｂ／Ｔｂ値が４５０を超えるものについては、改質Ａｌ２Ｏ３層自体の耐塑性変形性の低下により、十分な耐摩耗性が発揮できなくなることから、ＧＢＬｂ／Ｔｂの値を３５０〜４５０と定めた。
なお、従来Ａｌ２Ｏ３層におけるＧＢＬｂ／Ｔｂの値は、２００〜３００程度（表９参照）であって、十分な耐溶着性を示さない層であるため、ダクタイル鋳鉄の高速連続切削加工では、チッピング、欠損、剥離、溶着、偏摩耗等の発生が生じやすいものであった。
なお、上部層としての改質Ａｌ２Ｏ３層の層厚は、１０μｍ未満では長期の使用に亘って十分な耐摩耗性を発揮することはできず、一方、２５μｍを超えると耐チッピング性が低下するため、改質Ａｌ２Ｏ３層の層厚は１０〜２５μｍと定めた。
【００２３】
本発明においては、切削工具の使用前後の識別を目的として、硬質被覆層の最表面に、黄金色の色調を有するＴｉＮ層を、必要に応じて蒸着形成してもよいが、この場合の平均層厚は０．１〜１μｍでよく、これは０．１μｍ未満では、十分な識別効果が得られず、一方前記ＴｉＮ層による前記識別効果は１μｍまでの平均層厚で十分であるという理由からである。
さらに、本発明は、改質Ａｌ２Ｏ３層の表面に、表面の平滑化等の目的で、機械的処理（例えば、ウエットブラスト処理、ブラシ処理、弾性砥石処理）等を施すことを何ら制限するものではない。
【発明の効果】
【００２４】
この発明の被覆工具は、極めて短い周期で比較的弱い衝撃力が繰り返し作用するダクタイル鋳鉄の高速連続切削加工に供した場合でも、硬質被覆層の下部層の改質ＴｉＣＮ層が、微細な縦長成長結晶組織を備え、応力の緩和・吸収作用、クラックの伝播・進展抑制作用を有し、高温強度とともに一段とすぐれた耐チッピング性を示し、また、硬質被覆層の上部層の改質Ａｌ２Ｏ３層が、すぐれた硬度と耐熱性に加え、すぐれた耐溶着性を示すことから、長期の使用に亘って、チッピング、欠損、剥離、溶着、偏摩耗等の発生もなく、すぐれた耐摩耗性を示すのである。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】硬質被覆層の下部層を構成するＴｉＣＮ層が有するＮａＣｌ型面心立方晶の結晶構造を示す模式図である。
【図２】硬質被覆層の下部層を構成する改質ＴｉＣＮ層における結晶粒の（００１）面および（０１１）面の法線の傾斜角の測定態様を示す概略説明図である。
【図３】硬質被覆層の下部層を構成する改質ＴｉＣＮ層における結晶粒のＧＢＬａＮの測定領域を示す概略説明図である。
【図４】縦断面研磨面の法線と、上部層（改質Ａｌ２Ｏ３層）における結晶粒の（０００１）面、｛１０−１０｝面およびそれらの法線との関係を示す概略説明図である。
【図５】上部層（改質Ａｌ２Ｏ３層）における結晶粒の（０００１）面と（１０−１０）面の法線の傾斜角の測定態様を示す概略説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
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】
【００２７】
原料粉末として、いずれも２〜５μｍの平均粒径を有するＷＣ粉末、ＴｉＣ粉末、ＺｒＣ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、切刃部に幅０．２ｍｍ、角度２０度のホーニング加工を施すことによりＩＳＯ・ＳＮＭＭ２５０９２４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〜Ｆをそれぞれ製造した。
【００２８】
（ａ）  つぎに、これらの工具基体Ａ〜Ｆ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、改質ＴｉＣＮ層を除くＴｉ化合物層を表２に示される条件で蒸着形成し、或いは、蒸着形成することなく、
（ｂ）ついで、前記改質ＴｉＣＮ層を、表３に示す以下の条件、即ち、
まず、第１段階として、
反応ガス組成：容量％で、ＴｉＣｌ４：２〜１０％、ＣＨ３ＣＮ：０．５〜３％、Ｎ２：１０〜３０％、ＳＦ６：０．１〜１％、Ｈ2：残り、
反応雰囲気温度：７５０〜８００℃、
反応雰囲気圧力：６〜２０ｋＰａ、
の条件（通常条件に比して、反応雰囲気温度が相対的に低く、反応ガス成分として、ＳＦ６を添加している）で、５〜１０分間反応させ、
その後、第２段階として、
反応ガス組成：容量％で、ＴｉＣｌ４：２〜１０％、ＣＨ３ＣＮ：０．９〜３％、Ｎ２：１０〜３０％、Ｃ２Ｈ４：０．８〜１．８％、Ｈ2：残り、
反応雰囲気温度：８００〜９００℃、
反応雰囲気圧力：５．０〜５．４ｋＰａ、
の条件（通常条件に比して、反応雰囲気圧力が相対的に低く、反応ガス成分として、Ｃ２Ｈ４を添加している）
で、表６に示される組み合わせで、かつ同じく表６に示される目標層厚で蒸着形成し、
（ｃ）ついで、改質Ａｌ２Ｏ３層を、表４に示す条件、即ち、
まず、第１段階として、
反応ガス組成：容量％で、ＡｌＣｌ３：７〜１３％、ＣＯ２：１０〜１５％、ＨＣｌ：０．３〜３％、ＳＦ６：０．１〜１．３％、Ｈ２：残り、
反応雰囲気温度：９５０〜１１００℃、
反応雰囲気圧力：６〜１３ｋＰａ、
の条件（通常条件に比して、ＡｌＣｌ３およびＣＯ２ガス含有割合が相対的に高く、反応ガス成分として、Ｈ２Ｓに代えてＳＦ６を添加している）で、３〜８分反応させ、
その後、第２段階として、
反応ガス組成：容量％で、ＡｌＣｌ３：１〜５％、ＣＯ２：３〜７％、ＨＣｌ：０．３〜３％、Ｈ２Ｓ：０．０２〜０．４％、Ｈ２：残り、
反応雰囲気温度：９５０〜１１００℃、
反応雰囲気圧力：４．８〜５．５ｋＰａ、
の条件（通常条件に比して、反応雰囲気が相対的に低圧である）で、
表７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１〜１０をそれぞれ製造した。
【００２９】
また、比較の目的で、硬質被覆層の下部層として、Ｔｉ化合物層を表２に示される条件或いは表３に示される条件で、表８に示される組み合わせで、かつ同じく表８に示される目標層厚で蒸着形成し、さらに上部層としてのＡｌ２Ｏ３層を、表４に示される条件或いは表５に示される条件で、かつ表９に示される目標層厚で蒸着形成することにより、比較被覆工具１〜１０をそれぞれ製造した。
【００３０】
ついで、上記の本発明被覆工具と比較被覆工具の硬質被覆層を構成する改質ＴｉＣＮ層および比較ＴｉＣＮ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、上記各層の縦断面研磨面の層厚方向高さ（３×Ｎ）μｍ〜[（３×Ｎ）＋１]μｍの範囲（但し、Ｎ＝１，２，３，・・・。) 、かつ、幅１０μｍの領域におけるＧＢＬａＮ（μｍ）を測定するとともに、（ＧＢＬａＮ＋１）／（ＧＢＬａＮ）の比の値を求めた。
すなわち、上記の改質ＴｉＣＮ層および比較ＴｉＣＮ層の縦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、前記縦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、所定測定領域を０．１μｍ／ｓｔｅｐの間隔で、前記縦断面研磨面の法線に対して、前記結晶粒の結晶面である（００１）面および（０１１）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、それぞれ隣接する結晶粒相互間の界面における（００１）面の法線同士、および（０１１）面の法線同士の交わる角度を求め、さらに、前記（００１）面の法線同士、および（０１１）面の法線同士の交わる角度が５度以上の場合を粒界であるとして設定した上で、電界放出型走査電子顕微鏡により、改質ＴｉＣＮ層、比較ＴｉＣＮ層の縦断面研磨面の測定領域（即ち、図３に示すように、層厚方向高さ（３×Ｎ）μｍ〜 [（３×Ｎ）＋１]μｍの範囲（但し、Ｎ＝１，２，３，・・・。)であって、かつ、幅１０μｍの領域）を走査し、該測定領域内で、粒界として識別される部分のうちで前記（００１）面の法線同士、および（０１１）面の法線同士の交わる角度が１５度以上の粒界についてその粒界の長さＧＢＬａＮ（μｍ）を求めた。さらに、測定したＧＢＬａＮの値から、（ＧＢＬａＮ＋１）／（ＧＢＬａＮ）の比の値を求めた。
【００３１】
この結果得られた各種の改質ＴｉＣＮ層および比較ＴｉＣＮ層についての（ＧＢＬａＮ＋１）／（ＧＢＬａＮ）の比の値を、それぞれ表６、８に示した。
【００３２】
表６、８にそれぞれ示される通り、本発明被覆工具の改質ＴｉＣＮ層は、ＧＢＬａＮの値が２８０μｍ〜６００μｍであって、さらに、（ＧＢＬａＮ＋１）／（ＧＢＬａＮ）の比の値は０．８〜１．２であるのに対して、比較被覆工具の種別１、２、３、５、６、７、８の比較ＴｉＣＮ層については、２８０(μｍ)≦ＧＢＬｎａＮ（μｍ）≦６００(μｍ)であって、かつ、０．８≦（ＧＢＬａＮ＋１）／（ＧＢＬａＮ）≦１．２の関係を満足するものはなかった。
【００３３】
ついで、上記の本発明被覆工具と比較被覆工具の硬質被覆層を構成する改質Ａｌ２Ｏ３層および比較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、上記各層の縦断面研磨面のＧＢＬｂ（μｍ）を測定し、そして、ＧＢＬｂ（μｍ）と、改質Ａｌ２Ｏ３層および比較Ａｌ２Ｏ３層の層厚Ｔｂ（μｍ）の比を求めた。
すなわち、上記の改質Ａｌ２Ｏ３層および比較Ａｌ２Ｏ３層の縦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、前記縦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、所定測定領域を０．１μｍ／ｓｔｅｐの間隔で、前記縦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、それぞれ隣接する結晶粒相互間の界面における（０００１）面の法線同士、および（１０−１０）面の法線同士の交わる角度を求め、さらに、前記（０００１）面の法線同士、および（１０−１０）面の法線同士の交わる角度が５度以上の場合を粒界であるとして設定した上で、電界放出型走査電子顕微鏡により、改質Ａｌ２Ｏ３層、比較Ａｌ２Ｏ３層の縦断面研磨面の測定領域（Ａｌ２Ｏ３層厚（μｍ）×幅３０μｍの範囲の領域）を走査し、該測定領域内で、粒界として識別される部分の粒界の長さＧＢＬｂ（μｍ）を求めた。そして、ＧＢＬｂ（μｍ）と、改質Ａｌ２Ｏ３層、比較Ａｌ２Ｏ３層の層厚Ｔｂ（μｍ）との比の値（Ａｌ２Ｏ３層の単位層厚当たりの粒界の長さに相当）を求めた。
【００３４】
この結果得られた各種の改質Ａｌ２Ｏ３層および比較Ａｌ２Ｏ３層についてのＧＢＬｂ，ＧＢＬｂ／Ｔｂの値を、それぞれ表７、９に示した。
【００３５】
表７、９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ＧＢＬｂ／Ｔｂの値が３５０〜４５０の範囲内の数値であるのに対して、比較被覆工具の種別１、２、３、６、７、９、１０の比較Ａｌ２Ｏ３層は、いずれもＧＢＬｂ／Ｔｂの値が３５０未満もしくは４５０超であった。
【００３６】
また、上記改質Ａｌ２Ｏ３層および比較Ａｌ２Ｏ３層の表面粗さを触針式表面形状測定機      によって測定したところ、改質Ａｌ２Ｏ３層では表面粗さＲａは何れも０．３μｍ以下であったが、比較Ａｌ２Ｏ３層の種別３、４、５、６、７、８、９、１０においては、表面粗さＲａは０．３μｍ超であった。
【００３７】
さらに、上記の本発明被覆工具１〜１０および比較被覆工具１〜１０について、これの硬質被覆層の構成層を電子線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）およびオージェ分光分析装置を用いて観察（層の縦断面を観察）したところ、前者および後者とも目標組成と実質的に同じ組成を有するＴｉ化合物層とＡｌ２Ｏ３層からなることが確認された。
また、これらの被覆工具の硬質被覆層の構成層の厚さを、走査型電子顕微鏡を用いて測定（同じく縦断面測定）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。
【００３８】
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１〜１０および比較被覆工具１〜１０について、
被削材：ＪＩＳ・ＦＣＤ４５０の丸棒
切削速度：６００ｍ／ｍｉｎ、
切り込み：１．５ｍｍ、
送り：０．４ｍｍ／ｒｅｖ、
切削時間：２０分
の条件（切削条件Ａ）でのダクタイル鋳鉄の湿式高速切削試験、
被削材：ＪＩＳ・ＦＣＤ７００の丸棒
切削速度：５００ｍ／ｍｉｎ、
切り込み：２．０ｍｍ、
送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ、
切削時間：１８分
の条件（切削条件Ｂ）でのダクタイル鋳鉄の乾式高速切削試験、
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。
この結果を表１０に示した。
【００３９】
【表１】
2014195841.tif 000003
【００４０】
【表２】
2014195841.tif 000004
【００４１】
【表３】
2014195841.tif 000005
【００４２】
【表４】
2014195841.tif 000006
【００４３】
【表５】
2014195841.tif 000007
【００４４】
【表６】
2014195841.tif 000008
【００４５】
【表７】
2014195841.tif 000009
【００４６】
【表８】
2014195841.tif 000010
【００４７】
【表９】
2014195841.tif 000011
【００４８】
【表１０】
2014195841.tif 000012
【００４９】
表６〜１０に示される結果から、本発明被覆工具１〜１０は、硬質被覆層の下部層が２８０(μｍ)≦ＧＢＬｎａＮ（μｍ）≦６００(μｍ)であって、しかも、０．８≦（ＧＢＬａＮ＋１）／（ＧＢＬａＮ）≦１．２の関係を満足する微細な縦長成長結晶組織からなる改質ＴｉＣＮ層で構成され、また、硬質被覆層の上部層が、ＧＢＬｂ／Ｔｂ＝３５０〜４５０であって、さらに、表面粗さＲａが０．３μｍ以下の微細かつ表面平滑な柱状組織からなる改質Ａｌ２Ｏ３層で構成されていることから、極めて短い周期で比較的弱い衝撃力が繰り返し作用するダクタイル鋳鉄の高速連続切削加工においても、前記改質ＴｉＣＮ層が切削時に発生した粒界に沿うクラックを分散させ、その伝播・進展を抑制するとともに応力の緩和・吸収作用を有し、また、前記改質Ａｌ２Ｏ３層が耐溶着性にすぐれ、すぐれた耐チッピング性、耐欠損性、耐剥離性、耐溶着性を発揮し、長期の使用に亘って、すぐれた耐摩耗性を発揮する。
これに対して、２８０(μｍ)≦ＧＢＬｎａＮ（μｍ）≦６００(μｍ)、あるいは、０．８≦（ＧＢＬａＮ＋１）／（ＧＢＬａＮ）≦１．２の範囲を外れるＴｉＣＮ層からなる下部層、あるいは、ＧＢＬｂ／Ｔｂ＝３５０〜４５０を外れるＡｌ２Ｏ３層からなる上部層で、硬質被覆層が構成された比較被覆工具１〜１０においては、硬質被覆層の耐チッピング性、耐欠損性、耐剥離性、耐溶着性が劣るために、また、耐摩耗性も劣るため、極めて短い周期で比較的弱い衝撃力が繰り返し作用するダクタイル鋳鉄の高速連続切削加工においては、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】
【００５０】
上述のように、この発明の被覆工具は、硬質被覆層のＴｉＣＮ層及びＡｌ２Ｏ３層の組織を特定することによって、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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