(57)【要約】      （修正有）【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】Ｔｉ化合物層、Ａｌ２Ｏ３層を形成した表面被覆切削工具において、Ａｌ２Ｏ３層の結晶粒について、（ａ）表面研磨面の法線Ｚに対して、結晶粒の（１１−２０）面の法線がなす傾斜角が０〜１０度の傾斜角区分に最大ピークが存在し、傾斜角区分に存在する度数割合は４５％以上であり、（ｂ）表面研磨面の法線Ｚに直交する任意の方向Ｘ、法線ＺとこれにＸのいずれにも直交する方向Ｙに対して、結晶粒の（０００１）面の法線がなす傾斜角を測定し、方向Ｘおよび方向Ｙの傾斜角度数分布グラフの何れにも最大ピークが存在し、最大ピークを中心とした±５度の区分に存在する度数割合は４５％以上であり、方向Ｘと方向Ｙの傾斜角度数分布グラフにおける最大ピークの傾斜角区分の角度差は±５度以内である。【選択図】図１
2014121749.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、表面研磨面の法線（Ｚ）に対して、前記結晶粒の結晶面である（１１−２０）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、０〜１０度の範囲内の傾斜角区分に最大ピークが存在すると共に、０〜１０度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％以上を占め、
（ｄ）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、表面研磨面の法線（Ｚ）に直交する任意の方向（Ｘ）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、傾斜角度数分布グラフに最大ピークが存在し、さらに、該最大ピークの存在する傾斜角区分を中心とした±５度の傾斜角区分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％以上を占め、
（ｅ）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、表面研磨面の法線（Ｚ）に直交し、かつ、表面研磨面の法線（Ｚ）に直交する任意の方向（Ｘ）にも直交する方向（Ｙ）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、傾斜角度数分布グラフに最大ピークが存在し、さらに、該最大ピークの存在する傾斜角区分を中心とした±５度の傾斜角区分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％以上を占め、
（ｆ）上記（ｄ）における最大ピークが存在する傾斜角区分と、上記（ｅ）における最大ピークが存在する傾斜角区分との角度差は、±５度以内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、超硬合金、サーメットからなる工具基体表面にＡｌ２Ｏ３層を被覆形成した被覆工具において、該Ａｌ２Ｏ３層にクーリングクラックを発生させず、（１１０）結晶成長配向を有する集合組織として形成することにより、耐フレーキング性を高めることが提案されている。
【０００４】
また、特許文献２、３に示すように、超硬合金、サーメットからなる工具基体表面にＡｌとＴｉの複合窒化物層またはＡｌとＣｒの複合窒化物層からなる硬質被覆層を形成するとともに、該層についてＥＢＳＤによる結晶方位解析を行った場合、表面研磨面の法線方向から０〜１５度の範囲内に結晶方位＜１００＞を有する結晶粒の面積割合が５０％以上、また、表面研磨面の法線と直交する任意の方位に対して０〜５４度の範囲内に存在する最高ピークを中心とした１５度の範囲内に結晶方位＜１００＞を有する結晶粒の面積割合が５０％以上であるような２軸結晶配向性を形成することによって、重切削加工における硬質被覆層の耐欠損性を改善することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−２１６５４９号公報
【特許文献２】特開２００８−１００３２０号公報
【特許文献３】特開２００８−１８８７３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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が、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】
【０００７】
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。
【０００８】
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、特定の初期被覆条件でＡｌ２Ｏ３の核を形成し、ついで、該Ａｌ２Ｏ３核表面に通常条件でＡｌ２Ｏ３層を蒸着形成すると、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ことを見出したのである。
【０００９】
つまり、特定の初期被覆条件でＡｌ２Ｏ３の核を形成した後、通常条件でＡｌ２Ｏ３を蒸着形成したＡｌ２Ｏ３結晶粒について、表面研磨面（基体表面）の法線（以下、「Ｚ」で示す。）に対して、（１１−２０）面の法線がなす傾斜角を測定し、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大ピークが存在するとともに、０〜１０度の度数割合は全体の４５％以上となること、さらに、表面研磨面（基体表面）の法線Ｚと直交する任意の方向（以下、「Ｘ」で示す。）、及び、上記ＺとＸの何れにも直交する方向（以下、「Ｙ」で示す。）に対して、（０００１）面の法線がなす傾斜角を測定し、傾斜角度数分布グラフを作成した場合、それぞれの傾斜角度数分布グラフに最大ピークが存在し、かつ、最大ピークを中心とした±５度の範囲内に存在する度数割合は４５％以上であり、さらに、ＸとＹについて作成した傾斜角度数分布グラフの最大ピークが存在する傾斜角区分の角度差は±５度以内であることを見出したのである。
【００１０】
そして、このような方位形態を有する上部層、即ち、Ａｌ２Ｏ３結晶粒の（０００１）軸が、基体表面と平行な面内において恰もほぼ９０度回転した方位形態を有する結晶粒組織からなる上部層、を備えた本発明の被覆工具は、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も、上部層に発生したクラックが面内を伝播する際に、上記結晶粒組織の界面で停止させられ、その結果、クラックの伝播・進展が抑制され、すぐれた耐チッピング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、表面研磨面の法線（Ｚ）に対して、前記結晶粒の結晶面である（１１−２０）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、０〜１０度の範囲内の傾斜角区分に最大ピークが存在すると共に、０〜１０度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％以上を占め、
（ｄ）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、表面研磨面の法線（Ｚ）に直交する任意の方向（Ｘ）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、傾斜角度数分布グラフに最大ピークが存在し、さらに、該最大ピークの存在する傾斜角区分を中心とした±５度の傾斜角区分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％以上を占め、
（ｅ）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、表面研磨面の法線（Ｚ）に直交し、かつ、表面研磨面の法線（Ｚ）に直交する任意の方向（Ｘ）にも直交する方向（Ｙ）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、傾斜角度数分布グラフに最大ピークが存在し、さらに、該最大ピークの存在する傾斜角区分を中心とした±５度の傾斜角区分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％以上を占め、
（ｆ）上記（ｄ）における最大ピークが存在する傾斜角区分と、上記（ｅ）における最大ピークが存在する傾斜角区分との角度差は、±５度以内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、方位割合を示す結晶粒組織からなる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  １．０〜３．０％、ＣＯ２  １．０〜３．０％、ＨＣｌ  １．０〜３．０％、残りＨ２、
反応雰囲気温度：８７０〜９００℃、
反応雰囲気圧力：３〜７ｋＰａ、
の条件（Ａｌ２Ｏ３核形成条件という）で、２０〜４０分間Ａｌ２Ｏ３核を形成する。
≪第２段階≫
反応ガス組成（容量％）：ＡｌＣｌ３  １．０〜３．０％、残りＨ２、
反応雰囲気温度：１０００〜１０５０℃、
反応雰囲気圧力：３〜７ｋＰａ、
の条件（アルミニウムエッチング条件という）で、１０〜３０分間アルミニウムエッチング処理を施す。
≪第３段階≫
反応ガス組成（容量％）：ＡｌＣｌ３  ２〜４％、ＣＯ２  ５〜８％、ＨＣｌ  ２〜４％、Ｈ２Ｓ  ０．３〜１．０％、残りＨ２、
反応雰囲気温度：１０００〜１０５０℃、
反応雰囲気圧力：５〜１０ｋＰａ、
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段階におけるアルミニウムエッチング処理によって、安定粒界形成のため結晶粒の相互回転が起こるものと考えられる。
【００１６】
そして、この上部層は、図１に示すように、表面研磨面の法線（図１に、「Ｚ」で示す。）に対して、Ａｌ２Ｏ３結晶粒の結晶面である（１１−２０）面の法線がなす傾斜角を測定した場合、また、表面研磨面の法線Ｚと直交する任意の方向（図１に、「Ｘ」で示す。）に対して、Ａｌ２Ｏ３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た場合、さらに、表面研磨面の法線Ｚに直交し、同時に、法線Ｘにも直交する法線（図１に、「Ｙ」で示す。）に対して、Ａｌ２Ｏ３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た場合のいずれの場合でも、特異な方位形態、方位割合を示す。
【００１７】
まず、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、表面研磨面の法線Ｚ(図１のＺ参照)に対して、前記結晶粒の結晶面である（１１−２０）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、図２に示すように、０〜１０度の範囲内の傾斜角区分に最大ピーク（図２では、１．５０〜１．７５度）が存在すると共に、０〜１０度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％以上の割合となる。
本発明では、表面研磨面の法線Ｚに対して、Ａｌ２Ｏ３結晶粒の（１１−２０）面の法線なす傾斜角が０〜１０度の範囲内にある度数割合が４５％以上であるから、（１１−２０）面の具備する優れた高温靱性を発揮し、十分な耐チッピング性を具備する。
なお、この度数割合が４５％未満である場合には、十分に高温靱性を発揮することができず、その結果優れた耐チッピング性を発揮することができない。
したがって、本発明では、表面研磨面の法線Ｚに対して、Ａｌ２Ｏ３結晶粒の（１１−２０）面の法線なす傾斜角が０〜１０度の範囲内にある度数割合を４５％以上とした。
【００１８】
次に、同じく、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、法線Ｚに直交する任意の方向Ｘ（図１のＸ参照）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、図３に示すように、傾斜角度数分布グラフに最大ピーク（図３では、１５．００〜１５．２５度）が形成される。
さらに、該最大ピークが形成される傾斜角区分を中心とした±５度の傾斜角区分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％以上の割合となる。
上記度数割合が４５％未満であると後述のＹ方向についての傾斜角度数分布グラフに現れる最大ピークを形成する結晶組織に対し、結晶方位が直交する結晶組織が十分な頻度で存在しないため、結晶粒組織間でのクラック伝播を抑止する効果が十分に発揮することができない。
したがって、本発明では、Ｘ方向についての傾斜角度数分布グラフにおいて形成される最大ピークを中心とした±５度の傾斜角区分の範囲内に存在する度数の合計を、傾斜角度数分布グラフにおける度数全体の４５％以上と定めた。
【００１９】
さらに、同じく、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、表面研磨面の法線Ｚに直交すると同時に、法線Ｚに直交する任意の方向Ｘとも直交する方向Ｙ（図１のＹ参照）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、図４に示すように、傾斜角度数分布グラフに最大ピーク（図４では、１７．００〜１７．２５度）が形成される。
さらに、該最大ピークが形成される傾斜角区分を中心とした±５度の傾斜角区分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％以上の割合となる。
上記度数割合が４５％未満であると前述のＸ方向についての傾斜角度数分布グラフに現れる最大ピークを形成する結晶組織に対し、結晶方位が直交する結晶組織が十分な頻度で存在しないため、結晶粒組織間でのクラック伝播を抑止する効果が十分に発揮することができない。
したがって、本発明では、Ｙ方向についての傾斜角度数分布グラフにおいて形成される最大ピークを中心とした±５度の傾斜角区分の範囲内に存在する度数の合計を、傾斜角度数分布グラフにおける度数全体の４５％以上と定めた。
【００２０】
また、方向Ｘについての傾斜角度数分布グラフにおける最大ピークの傾斜角区分（図３によれば、１５．００〜１５．２５度）と、方向Ｙについての傾斜角度数分布グラフにおける最大ピークの傾斜角区分（図４によれば、１７．００〜１７．２５度）との角度差は、±５度の範囲内とする。
これは、即ち、本発明の被覆工具のＡｌ２Ｏ３層からなる上部層の表面研磨面（基体表面）と平行な面内においては、Ａｌ２Ｏ３結晶粒の結晶面である（０００１）面の法線方向が恰もほぼ９０度回転した方位形態を有する結晶粒組織から構成されるためである。
【００２１】
そして、本発明の被覆工具は、上部層がこのような方位形態を有する結晶粒組織からなっていることによって、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・進展が抑制されるので、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のである。
【発明の効果】
【００２２】
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、表面研磨面(基体表面)の法線Ｚに対して、Ａｌ２Ｏ３結晶粒の（１１−２０）面の法線が特定の方位形態、方位割合を有し、また、表面研磨面の法線Ｚに直交する表面研磨面(基体表面)内の任意の方向Ｘに対して、Ａｌ２Ｏ３結晶粒の（０００１）面の法線が特定の方位形態、方位割合を有し、さらに、法線Ｚに直交すると同時に方向Ｘにも直交する方向する表面研磨面(基体表面)内の方向Ｙに対して、特定の方位形態、方位割合を有することから、上部層は、すぐれた高温硬さ、高温強度及び靭性を備えるとともに、クラックの伝播・進展を抑制することができるので、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、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】
【００２３】
【図１】硬質被覆層の上部層を構成するＡｌ２Ｏ３結晶粒の（１１−２０）面の法線、（０００１）面の法線の傾斜角を測定する際の基準方位（Ｚ、Ｘ、Ｙ）の概略説明図である。
【図２】本発明被覆工具の硬質被覆層の上部層を構成するＡｌ２Ｏ３結晶粒について、表面研磨面(基体表面)の法線Ｚに対する、（１１−２０）面の法線の傾斜角を測定した傾斜角度数分布グラフの一例を示す。
【図３】本発明被覆工具の硬質被覆層の上部層を構成するＡｌ２Ｏ３結晶粒について、表面研磨面(基体表面)の法線Ｚに直交する任意の方向Ｘに対する（０００１）面の法線の傾斜角を測定した傾斜角度数分布グラフの一例を示す。
【図４】本発明被覆工具の硬質被覆層の上部層を構成するＡｌ２Ｏ３結晶粒について、表面研磨面(基体表面)の法線Ｚに直交し、かつ、方向Ｘにも直交する方向Ｙに対する（０００１）面の法線の傾斜角を測定した傾斜角度数分布グラフの一例を示す。
【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。
【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・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。
【００２７】
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６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。
【００２８】
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７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。
【００２９】
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Ｚに対して、前記結晶粒の結晶面である（１１−２０）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傾斜角度数分布グラフを作成した。
そして、この傾斜角度数分布グラフから、最大ピークが存在する傾斜角区分を求め、また、０〜１０度の傾斜角区分に存在する度数割合（傾斜角度数分布グラフ全体の度数に対する０〜１０度の傾斜角区分に存在する度数の合計の割合）を求めた。
表６、表７に、これらの値を示す。
また、図２に、本発明被覆工具１について作成した傾斜角度数分布グラフを示す。
【００３０】
ついで、前記同様、表面研磨面の法線Ｚに直交する方向Ｘに対して、Ａｌ２Ｏ３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傾斜角度数分布グラフを作成した。
そして、この傾斜角度数分布グラフから、最大ピークが存在する傾斜角区分を求め、また、最大ピークが存在する傾斜角区分の±５度の範囲の傾斜角区分に存在する度数割合を求めた。
ここで、最大ピークが存在する傾斜角区分の±５度の範囲とは、例えば、最大ピークが１５．００−１５．２５度の傾斜角区分に存在した場合、１０．００−２０．００度の傾斜角区分範囲を最大ピークが存在する傾斜角区分の±５度の範囲とした。
また、Ｘにおける最大ピークと、Ｙにおける最大ピークの角度差は、例えば、Ｘにおける最大ピークが１５．００−１５．２５度の傾斜角区分に存在し、Ｙにおける最大ピークが１７．００−１７．２５度の傾斜角区分に存在した場合、高角側のピークが存在する傾斜角区分の下限である１７．００度から低角側のピークが存在する傾斜角区分の下限である１５．００度を減算し、得られた数値２．００度をＸにおける最大ピークと、Ｙにおける最大ピークの角度差とした。
表６、表７に、これらの値を示す。
また、図３に、本発明被覆工具１について作成した傾斜角度数分布グラフを示す。
【００３１】
さらに、前記同様、表面研磨面の法線Ｚに直交し、かつ、方向Ｘに直交する方向Ｘに対して、Ａｌ２Ｏ３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傾斜角度数分布グラフを作成した。
表６、表７に、これらの値を示す。
また、図４に、本発明被覆工具１について作成した傾斜角度数分布グラフを示す。
【００３２】
表６、表７にそれぞれ示される通り、本発明被覆工具のＡｌ２Ｏ３層は、表面研磨面の法線（Ｚ）に対する（１１−２０）面の法線がなす傾斜角を測定した傾斜角度数分布グラフ（例えば、図２参照）において、０〜１０度の範囲内の傾斜角区分に最大ピークが存在すると共に、０〜１０度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％以上を占める。
また、表面研磨面の法線（Ｚ）に直交する任意の方向（Ｘ）に対する（０００１）面の法線がなす傾斜角を測定した傾斜角度数分布グラフ（例えば、図３参照）において、傾斜角度数分布グラフに最大ピークが存在し、該最大ピークの存在する傾斜角区分を中心とした±５度の傾斜角区分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％以上を占める。
また、表面研磨面の法線（Ｚ）に直交し、かつ、表面研磨面の法線（Ｚ）に直交する任意の方向（Ｘ）にも直交する方向（Ｙ）に対する（０００１）面の法線がなす傾斜角を測定した傾斜角度数分布グラフ（例えば、図４参照）において、傾斜角度数分布グラフに最大ピークが存在し、該最大ピークの存在する傾斜角区分を中心とした±５度の傾斜角区分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％以上を占める。
さらに、上記方向Ｘについての傾斜角度数分布グラフにおける最大ピークの存在する傾斜角区分と、上記方向Ｙについての傾斜角度数分布グラフにおける最大ピークの存在する傾斜角区分とは、その角度差が±５度の範囲内となっている。
【００３３】
これに対して、比較例被覆工具においては、方向Ｘについての傾斜角度数分布グラフの最大ピークの存在する傾斜角区分と方向Ｙについての傾斜角度数分布グラフの最大ピークの存在する傾斜角区分との角度差が±５度を超えている（比較例被覆工具１〜５、１１、１３）か、方向Ｘおよび方向Ｙについての傾斜角度数分布グラフの最大ピークの存在する傾斜角区分を中心とした±５度の傾斜角区分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％未満である（比較例被覆工具３、６〜１３）か、表面研磨面の法線（Ｚ）に対する（１１−２０）面の法線がなす傾斜角を測定した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大ピークが存在しない（比較例被覆工具１１〜１３）か、０〜１０度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％未満である（比較例被覆工具６〜１３）ため、本発明で規定した定めた要件から外れている。
【００３４】
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。
【００３５】
【表１】
2014121749.tif 000003
【００３６】
【表２】
2014121749.tif 000004
【００３７】
【表３】
2014121749.tif 000005
【００３８】
【表４】
2014121749.tif 000006
【００３９】
【表５】
2014121749.tif 000007
【００４０】
【表６】
2014121749.tif 000008
【００４１】
【表７】
2014121749.tif 000009
【００４２】
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：４７０  ｍ／ｍｉｎ、
切り込み：１．１  ｍｍ、
送り：０．１５  ｍｍ／ｒｅｖ、
切削時間：５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：４３０ｍ／ｍｉｎ、
切り込み：２．２ｍｍ、
送り：０．１５ｍｍ／ｒｅｖ、
切削時間：５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：０．２５ｍｍ／ｒｅｖ、
切削時間：５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８に示した。
【００４３】
【表８】
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【００４４】
表６〜８に示される結果から、本発明被覆工具の上部層のＡｌ２Ｏ３層は、表面研磨面の法線Ｚに対する（１１−２０）面の法線についての傾斜角度数分布測定において、０〜１０度の範囲内の傾斜角区分に最大ピークが存在し、該傾斜角区分の度数割合が４５％以上であり、また、方向Ｘに対する（０００１）面の法線についての傾斜角度数分布測定において、最大ピークが存在し、該最大ピークの±５度の傾斜角区分の範囲内の度数割合が４５％以上であり、また、方向Ｙに対する（０００１）面の法線についての傾斜角度数分布測定において、最大ピークが存在し、該最大ピークの±５度の傾斜角区分の範囲内の度数割合が４５％以上であり、さらに、方向Ｘについての傾斜角度数分布グラフにおける最大ピークの存在する傾斜角区分と、方向Ｙについての傾斜角度数分布グラフにおける最大ピークの存在する傾斜角区分とは、その角度差が±５度の範囲内となっていることから、本発明被覆工具は、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。
しかるに、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、高速断続切削加工において、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】
【００４５】
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合金鋼等の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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【図２】
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【図３】
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【図４】
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