(57)【要約】【課題】軟鋼、硬質合金鋼等の湿式断続切削加工において、すぐれた潤滑性を発揮する表面被覆切削工具を提供する。【解決手段】  ＷＣ基超硬合金、ＴｉＣＮ基サーメットからなる工具基体の表面に、硬質被覆層を被覆形成してなる表面被覆切削工具において、硬質被覆層の表面層として、０．２〜５μｍの平均層厚を有する酸化アルミニウム層を備え、この酸化アルミニウム層は、ＳＯ３ＮａまたはＣＯＯＮａの官能基を有する界面活性剤を添加したゾルを用いたゾルーゲル法により形成され、層中に０．０５〜１．５原子％のＮａを含有することで、軟鋼、硬質合金鋼等の湿式断続切削加工において、すぐれた潤滑性を発揮する。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
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からなる工具基体の表面に、硬質被覆層を被覆形成してなる表面被覆切削工具において、
（ａ）上記硬質被覆層の表面層として、０．２〜５μｍの平均層厚を有する酸化アルミニウム層を備え、
（ｂ）上記酸化アルミニウム層は、該層中に０．０５〜１．５原子％のＮａを含有し、
（ｃ）上記酸化アルミニウム層は、オキソ酸Ｎａの官能基を有する界面活性剤を添加したゾルを用いたゾルーゲル法により形成された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】
上記オキソ酸Ｎａの官能基を有する界面活性剤は、ＳＯ３ＮａまたはＣＯＯＮａの官能基を有する界面活性剤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】
炭化タングステン基超硬合金からなる工具基体の表面に、硬質被覆層を被覆形成してなる表面被覆切削工具において、
上記工具基体の表面から深さ方向に０．５〜３．０μｍの平均層厚を有する基体表面硬化層が形成され、該基体表面硬化層に含まれる結合相金属としてのＣｏの平均含有量が、２．０質量％未満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】
炭窒化チタン基サーメットからなる工具基体の表面に、硬質被覆層を被覆形成してなる表面被覆切削工具において、
上記工具基体の表面から深さ方向に０．５〜３．０μｍの平均層厚を有する基体表面硬化層が形成され、該基体表面硬化層に含まれる結合相金属としてのＣｏ及びＮｉの合計平均含有量が、２．０質量％未満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】
この発明は、硬質被覆層がすぐれた潤滑性を備えることから、軟鋼、硬質合金鋼等の湿式断続切削加工に用いた場合でも、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。
【背景技術】
【０００２】
工具基体表面に、周期律表の４ａ、５ａ、６ａ族から選ばれた少なくとも１種以上の元素の炭化物、窒化物、炭窒化物等からなる硬質皮膜を下部層として成膜し、その上に、さらに上部層としての酸化アルミニウム層を被覆形成した被覆工具は、従来から既によく知られている。
そして、酸化アルミニウム層は、通常は、化学蒸着（ＣＶＤ）によって成膜されるが、その他、物理蒸着（ＰＶＤ）法、ゾル−ゲル法によっても酸化アルミニウム層を被覆形成し得ることも知られている。
ところで、金属の切削加工は、工具と被削材間で、摩擦や凝着による高熱が発生する非常に過酷な加工方法であることから、切削性能の低下を防止するため、潤滑剤を添加した切削油を用いて切削する湿式切削加工法が汎用されている。
しかし、製品に付着した切削油の除去、処理時の環境汚染、処理コスト等に問題があるため、潤滑剤入りの切削油を用いず、しかも、潤滑性、切削性能を低下させることのない切削加工について、いくつか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、ＣａまたはＮａの炭酸化物（ＣａＣＯ３またはＮａ２ＣＯ３）あるいはＣａまたはＮａの金属石鹸｛（ＲＣＯＯ）ｎＣａまたは（ＲＣＯＯ）ｎＮａ｝、あるいはこれらを混合した１０μｍ以下の粒子３０〜１００％を主成分とし、残部が水からなる乾式潤滑剤を、被削材の切削面に塗布することにより潤滑性を維持した乾式の切削加工法が提案されている。
【０００４】
また、特許文献２には、物理蒸着法で成膜したＴｉとＡｌを主成分とする窒化物、炭窒化物、窒酸化物、窒硼化物の１層以上からなる硬質被膜を被覆した被覆工具において、硬質皮膜の少なくとも一つの層のＴｉの一部を、０．５〜２０原子％のＫもしくはＮａで置き換えることにより、切削加工時の潤滑性を確保した被覆工具が提案されている。
【０００５】
さらに、特許文献３には、被削材自体の被削性を改善するための切削加工として、Ｓｉを２質量％以上７質量％以下含有するアルミニウム合金圧延材を溶製凝固させる際に、凝固時に晶出する初晶シリコンを微細化するために、Ｓｒ、Ｓｂ、Ｃａ、ＮａおよびＰからなる群より選ばれた少なくとも１種の元素を添加するとともに、圧延材内部に存在するＳｉ含有粒子の大きさを微細化することにより、アルミニウム合金圧延材自体の被削性を改善し、しかも、切削工具の長寿命化を図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２００１−９８２９１号公報
【特許文献２】特開２００２−３３２５６６号公報
【特許文献３】特開２００４−１６２１０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１に記載されるような乾式の切削加工法では、工具刃先の潤滑性を十分発揮させることが難しいため、工具寿命の延命化は満足できるものではなかった。
また、特許文献２に記載される被覆工具は、物理蒸着で形成した（Ｔｉ，Ａｌ）（Ｃ，Ｎ，Ｏ）系の硬質膜中に存在するＮａが、切削時の熱によって、硬質膜表面に拡散し、低融点のＮａ酸化物を形成し、切削時にＮａ酸化物が液化することで潤滑作用を生じさせるものであるが、刃先が比較的高温になりにくい軟鋼や硬質合金鋼等の湿式断続切削加工においては、Ｎａの拡散あるいはＮａ酸化物の液化が十分に行われないため、期待したほどの潤滑性が発揮されず、そのため、切り屑処理性が悪いことによるチッピングが発生し易く、工具寿命も短かった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
そこで、本発明者等は、刃先が比較的高温になりにくい軟鋼、硬質合金鋼等の湿式断続切削加工に用いた場合でも、長期の使用に亘って、すぐれた潤滑性と耐摩耗性を維持し得る被覆工具について鋭意研究を行ったところ、酸化アルミニウム層を、硬質被覆層の表面層として形成した被覆工具において、該酸化アルミニウム層中に、微量のＮａを含有させておくことにより、すぐれた潤滑性が長期間にわたって発揮され、その結果として、耐摩耗性にすぐれた被覆工具が得られることを見出したのである。
【０００９】
さらに、硬質被覆層の表面層である酸化アルミニウム層中に均一に所定量のＮａ成分を含有させるための手段としては、アルミナゾル中で優れた分散性を備えたオキソ酸Ｎａの官能基（例えば、ＳＯ３ＮａまたはＣＯＯＮａ、ＨＰＯ３Ｎａなど）を有する界面活性剤を添加したアルミナゾルを、工具基体表面、あるいは、基体表面硬化層を形成した工具基体表面、あるいは、下地硬質被覆層を予め形成した工具基体表面に成膜するゾル−ゲル法が好適であることを見出したのである。
【００１０】
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、炭窒化チタン基サーメットからなる工具基体の表面に、硬質被覆層を被覆形成してなる表面被覆切削工具において、
（ａ）上記硬質被覆層の表面層として、０．２〜５μｍの平均層厚を有する酸化アルミニウム層を備え、
（ｂ）上記酸化アルミニウム層は、該層中に０．０５〜１．５原子％のＮａを含有し、
（ｃ）上記酸化アルミニウム層は、オキソ酸Ｎａの官能基を有する界面活性剤を添加したゾルを用いたゾルーゲル法により形成された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）  炭化タングステン基超硬合金からなる工具基体の表面に、硬質被覆層を被覆形成してなる表面被覆切削工具において、
上記工具基体の表面から深さ方向に０．５〜３．０μｍの平均層厚を有する基体表面硬化層が形成され、該基体表面硬化層に含まれる結合相金属としてのＣｏの平均含有量が、２．０質量％未満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）  炭窒化チタン基サーメットからなる工具基体の表面に、硬質被覆層を被覆形成してなる表面被覆切削工具において、
上記工具基体の表面から深さ方向に０．５〜３．０μｍの平均層厚を有する基体表面硬化層が形成され、該基体表面硬化層に含まれる結合相金属としてのＣｏ及びＮｉの合計平均含有量が、２．０質量％未満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。」
を特徴とするものである。
【００１１】
以下、本発明について、詳細に説明する。
【００１２】
本発明の被覆工具は、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からなる工具基体の表面に、硬質被覆層の表面層として、所定量のＮａを含有する酸化アルミニウム層を被覆形成するが、その平均層厚が０．２μｍ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ができず、一方、平均層厚が５μｍを超える場合には、チッピングを発生しやすくなることから、酸化アルミニウム層の平均層厚を０．２〜５μｍと定めた。
【００１３】
本発明の酸化アルミニウム層は、工具基体の表面に直接被覆形成できることは勿論であるが、工具基体表面に、周期律表の４ａ、５ａ、６ａ族、ＡｌおよびＳｉから選ばれる少なくとも一種以上の元素の炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸化物および炭窒酸化物を含有する下地層としての硬質皮膜を、物理蒸着（ＰＶＤ）法、化学蒸着（ＣＶＤ）法、またはゾル−ゲル法により形成した後、該下地層の表面に上記酸化アルミニウム層を形成することもできる。
下地層の具体例としては、例えば、化学蒸着によって形成したＴｉＮ層、ＴｉＣＮ層、ＴｉＣＯ層、ＴｉＣＮＯ層等のＴｉ化合物層を挙げることができ、また、物理蒸着によって形成したＴｉとＡｌの複合窒化物層、ＣｒとＡｌの複合窒化物層等を挙げることができる。
【００１４】
また、上記酸化アルミニウム層は、工具基体として、炭化タングステン基超硬合金を用いる場合には、窒素雰囲気中での超硬合金の焼成により、工具基体表面付近に、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｚｒのうち、少なくとも１種の耐摩耗性の高い炭窒化物を多く含有させ、基体表面硬化層を形成させることにより、酸化アルミニウム層と工具基体との密着強度を向上させ、工具寿命を延長することが可能となる。
なお、該基体表面硬化層形成後の超硬合金基体表面の硬さはビッカース硬さ（Ｈｖ）で２２００以上、２８００以下であることが好ましい。その際、炭窒化物を多く含有させることで基体表面付近におけるＣｏは相対的に減ることとなり、例えば、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いた表面から深さ方向に０．５〜３．０μｍの断面観察を行い、分析視野領域１×１μｍの範囲にて波長分散型Ｘ線分光法による定量分析により、結合相金属としてのＣｏの含有量を検出した場合に、Ｃｏの含有量を２．０質量％未満にすれば、基体の表面硬化の要因となる炭窒化物が十分に形成され、耐摩耗性がより向上する。基体表面硬化層の平均層厚は０．５μｍ以下であると耐摩耗性が十分発揮できないまま比較的すぐに磨滅してしまい、３．０μｍ以上であるとチッピングしやすくなる。
【００１５】
また、炭窒化チタン基サーメットを工具基体とする場合には、焼結工程において昇温及び最高温度で保持する際の雰囲気を所定の窒素雰囲気とし、保持の途中もしくは降温する際に減圧することにより、全焼結工程を一定圧力の窒素雰囲気中で実施した場合よりも表面を硬化させることができる。これは、最高温度で保持するまでの工程を一定の窒素圧力下で実施すると、基体内部に均一に硬さの高い炭窒化物が分散形成されるが、これを昇温、または保持の途中までは比較的高い窒素圧力下で処理し、保持の途中もしくは降温時から、より減圧された窒素雰囲気にして処理すると、基体のごく表面のみ脱窒されることにより、ＮｉやＣｏ金属結合相へのＴｉやＮｂなどの溶解及び内部から基体表面への拡散が活発となり、ＴｉやＮｂなどの炭窒化物の形成が表面にて促進され、基体表面硬化層が形成されるためである。
なお、該基体表面硬化層形成後のサーメット基体の硬さはビッカース硬さ（Ｈｖ）で２０００以上、２６００以下であることが好ましい。また、その際は上記超硬基体と同様に、基体表面付近におけるＮｉ及びＣｏは相対的に減ることとなり、結合相金属としてのＮｉ及びＣｏの含有量を２．０質量％未満にすれば、基体の表面硬化の要因となる炭窒化物が十分に形成され、耐摩耗性がより向上する。基体表面硬化層の平均層厚は前記超硬合金基体同様０．５μｍ以下であると耐摩耗性が十分発揮できないまま比較的すぐに磨滅してしまい、３．０μｍ以上であるとチッピングしやすくなる。
【００１６】
硬質被覆層の表面層を構成する本発明の酸化アルミニウム層は、層中に、０．０５〜１．５原子％のＮａを含有することから、拡散が十分に行われないようなそれほど高温にならない湿式の断続切削条件においても、その潤滑作用を十分に発揮することができる。
但し、層中のＮａ含有量が０．０５原子％未満であると、切削加工時の溶着発生を抑制するに必要とされる潤滑性を確保するのに十分でなく、一方、Ｎａの含有量が１．５原子％を超えると、酸化アルミニウムの膜特性が劣化することから、Ｎａ含有量は０．０５〜１．５原子％と定めた。
【００１７】
本発明は、硬質被覆層の表面層である酸化アルミニウム層中に分子レベルで均一に所定量のＮａ成分を含有させることができる分散性の高いオキソ酸Ｎａの官能基を有する界面活性剤を添加したアルミナゾルを用いたゾル-ゲル法で成膜されることに特徴を有するが、使用する界面活性剤は比較的優れたゾルへの溶解性、乾燥時にゲル化する際のゲル膜への浸透性を有するアニオン系の界面活性剤、特にＳＯ３ＮａまたはＣＯＯＮａの官能基を有する界面活性剤を使用することが望ましい。
【００１８】
硬質被覆層の表面層を構成する本発明の酸化アルミニウム層の成膜法の一例について、以下に述べる。
【００１９】
まず、工具基体表面へ直接、酸化アルミニウム層を成膜することが可能であるが、成膜に先立って、必要に応じて、基体表面硬化層を形成し、或いは、下地層としての硬質皮膜を形成し、その上に、酸化アルミニウム層を成膜することができる。
基体表面硬化層は、既に述べたように、工具基体が炭化タングステン基超硬合金である場合には、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｚｒのうち、少なくとも１種の耐摩耗性の高い炭窒化物を多く含有し、一方、結合相金属としてのＣｏの平均含有量が、２．０質量％未満である工具基体表面付近に形成された領域である。
また、工具基体が炭窒化チタン基サーメットである場合には、ＴｉやＮｂなどの炭窒化物の形成が促進され、一方、結合相金属としてのＮｉ及びＣｏの含有量が、２．０質量％未満である工具基体表面付近に形成される領域である。
工具基体表面に形成する下地層は、例えば、化学蒸着によって形成したＴｉＮ層、ＴｉＣＮ層、ＴｉＣＯ層、ＴｉＣＮＯ層等のＴｉ化合物層であり、また、物理蒸着によって形成したＴｉとＡｌの複合窒化物層、ＣｒとＡｌの複合窒化物層等である。
【００２０】
本発明では、上記の工具基体に対して、オキソ酸Ｎａの官能基を有する界面活性剤を、所定のＮａ含有量となるようにアルミナゾルに添加し、このアルミナゾルを所定厚さに被覆して酸化アルミニウム層を形成する。
より具体的に言えば、次のとおりである。
【００２１】
（ａ）  まず、アルミニウムのアルコキシド（例えば、アルミニウムセカンダリブトキシド、アルミニウムイソプロポキシド）にアルコール（例えば、エタノール、１−ブタノール。）を添加し、さらに、酸（例えば、塩酸、硝酸）と水を添加し、２０〜４０℃で１２時間以上攪拌し、加水分解・縮合反応が平衡状態に至るのを待ってアルミナゾルを形成する。      
なお、添加する酸の濃度は、０．０１〜４．０Ｎが望ましく、アルコールに対する酸の添加量は、０．５〜５倍（容量）が望ましい。
【００２２】
（ｂ）  次いで、アルミナゾル膜を工具基体表面に形成する直前に、０．０５〜１．５原子％のＮａ原子が膜中に含有されるように濃度を調製したＳＯ３ＮａまたはＣＯＯＮａの官能基を有する界面活性剤(例えば、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム（Ｃ１２Ｈ２５Ｃ６Ｈ４ＳＯ３Ｎａ）)を、アルミナゾル中へ添加し、ついで、例えば、アルミナゾル中へ工具基体を浸漬、あるいは、工具基体表面に（形成した硬質皮膜の最表面に）アルミナゾルを塗布することによってアルミナ膜を形成し、それに続き１００〜５００℃での乾燥処理を行い、工具基体表面に、アルミナの乾燥ゲル膜を形成する。
【００２３】
（ｃ）  上記（ｂ）のアルミナ膜の形成とそれに続く乾燥処理を、所望膜厚になるまで１回以上繰り返し行った後、４００〜１２００℃の温度範囲で１時間以上焼成処理を行うことによって、０．０５〜１．５原子％のＮａを含有する本発明の酸化アルミニウム層が成膜される。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の被覆工具によれば、工具基体の表面に、直接、あるいは、下地層を介して、ゾル−ゲル法により形成された０．０５〜１．５原子％のＮａ原子が膜中に含有される酸化アルミニウム層が表面層として形成されていることから、酸化アルミニウム層の潤滑性が持続して発揮されることから、刃先が比較的高温になりにくい軟鋼、硬質合金鋼等の湿式断続切削加工に用いた場合でも、長期の使用に亘ってすぐれた潤滑性、耐摩耗性を発揮することができるのである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
つぎに、この発明を実施例により具体的に説明する。
【実施例１】
【００２６】
（ａ）  原料粉末として、平均粒径０．８μｍの微粒ＷＣ粉末、平均粒径２〜３μｍの中粒ＷＣ粉末といずれも１〜３μｍの平均粒径を有するＴｉＣＮ粉末、ＺｒＣ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に示す所定の配合組成に配合し、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、１４００℃にて１時間保持の条件で真空焼結し、焼結後、切刃部にＲ：０．０５ｍｍのホーニング加工を施すことによりＩＳＯ・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，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｉ（工具基体Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｉという）を製造した。但し、１４００℃にて１時間保持後１３２０℃までの冷却を、超硬基体Ｆについては、３．３ｋＰａの窒素雰囲気中にて４０分間行い、超硬基体Ｇについては、１ｋＰａの窒素雰囲気中にて４０分間、超硬基体Ｈについては、２ｋＰａの窒素雰囲気中にて１０分間、超硬基体Ｉについては、３．３ｋＰａの窒素雰囲気中にて１２０分間かけて冷却することで基体表面を硬化処理した。
【００２７】
（ｂ）  ついで、上記超硬基体Ａ、Ｂを化学蒸着装置に装入し、下地層として表２に示す成膜条件を用いて、表４に示す膜厚を有する粒状結晶組織を有するＴｉＮ層、ＴｉＣＮ層、縦長成長結晶組織のＴｉＣＮ層（以下、ｌ−ＴｉＣＮで示す）からなるＴｉ化合物層を予め形成した。また、上記超硬基体Ｃ、Ｄについても、物理蒸着装置の一種であるアークイオンプレーティング装置に装入し、下地層として表４に示す膜厚２．０μｍのＴｉ０．５Ａｌ０．５Ｎ層または、Ａｌ０．７Ｃｒ０．３Ｎ層からなる硬質皮膜を物理蒸着により被覆形成した。
一方、上記工具基体Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉについては、下地層の形成を特に行わなかった。
【００２８】
（ｃ）  一方、硬質皮膜の最表面に、微量のＮａを含有する酸化アルミニウム層をゾル−ゲル法で被覆形成するためのアルミナゾルの調製を、次のように行った。
表３に示す所定量のアルミニウムのアルコキシドであるアルミニウムセカンダリブトキシドに、アルコールとして、同じく表３に示す所定量のエタノールを添加して、恒温槽中２０℃で攪拌を行い、さらに、所定量の水を添加した塩酸を滴下により１時間かけて添加した。
【００２９】
（ｄ）  これを、恒温槽中２０℃に保持したまま、１２時間以上攪拌を継続して、アルミナゾルを調製し、さらに、超硬基体Ａ〜Ｉに、アルミナゾルを被覆する直前に、ＳＯ３Ｎａの官能基を有する界面活性剤としてのドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム（Ｃ１２Ｈ２５Ｃ６Ｈ４ＳＯ３Ｎａ）を、表３に示すＮａ元素濃度となるように、所定量添加し、十分溶解するまで４時間撹拌した。
なお、最終的な溶液組成は、モル比で、
（アルミニウムセカンダリブトキシド）：（水）：（エタノール）：（塩酸）：（ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム）
＝１：（８０〜１２０）：２０：（０．１〜１）：（５．０×１０−５〜９．０×１０−２）
になるように調整を行った。
【００３０】
（ｅ）  次いで、上記超硬基体Ａ、Ｂに化学蒸着法により形成した前記Ｔｉ化合物層、上記超硬基体Ｃ、Ｄに物理蒸着法により形成したＴｉ０．５Ａｌ０．５Ｎ層、Ａｌ０．７Ｃｒ０．３Ｎ層からなる硬質皮膜上および特別な表面被覆処理を施していない超硬基体Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉ上に、上記アルミナゾルを塗布した。
【００３１】
（ｆ）  次いで、上記塗布したアルミナゾルを、表３に示す所定条件の乾燥処理を行い、さらに塗布と乾燥を繰り返した後、大気中で表３に示す所定条件の焼成処理を行い、本発明酸化アルミニウム層（即ち、層中に０．０５〜１．５原子％のＮａを含有する酸化アルミニウム層）を表面層として被覆形成することにより、本発明の表面被覆切削工具１〜９（本発明工具１〜９という）を製造した。
【００３２】
上記本発明工具１〜９の酸化アルミニウム層について、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いた波長分散型Ｘ線分光法により、表面から元素分析を行ったところ、その層中には、Ｎａが含有されていることを確認した。酸化アルミニウム層中のＮａ含有量は走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いた波長分散型Ｘ線分光法により、酸化アルミニウム層の縦断面観察視野内を点分析にて５点定量分析した平均値を採用した。また、上記本発明工具のうち、下地層を設けず超硬基板に直接酸化アルミニウム層を成膜した工具については、超硬基体表面のＣｏの含有量についても走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いた波長分散型Ｘ線分光法により定量分析した。
超硬基体表面のＣｏの含有量は基板表面から深さ方向に０．５〜３．０μｍの範囲内における分析視野領域１×１μｍの面分析にて５視野測定した平均値を採用した。さらに、同時に、酸化アルミニウム層の平均層厚を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）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。
表４に、測定結果を示す。
【００３３】
[比較例１]
比較のため、以下の製造方法で表面被覆切削工具を製造した。
【００３４】
即ち、前記（ａ）の超硬基体Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｉに対して、前記（ｂ）の工程で、硬質皮膜を形成し、前記（ｃ）の工程（表３参照）で、アルミナゾルを調製した。
（なお、超硬基体Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｉに対しては、前記（ｂ）の工程にしたがう硬質皮膜の形成は行っていない。）
【００３５】
次いで、前記（ｄ）の工程において、ＳＯ３Ｎａの官能基を有する界面活性剤としてのドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム（Ｃ１２Ｈ２５Ｃ６Ｈ４ＳＯ３Ｎａ）を、本発明範囲外のＮａ含有量となる程度に添加する(あるいは添加しない)ことによって、アルミナゾルを調製した。
【００３６】
次いで、前記（ｅ）と同様にして、超硬基体Ｃ，Ｄに形成したＴｉ０．５Ａｌ０．５Ｎ層、Ａｌ０．７Ｃｒ０．３Ｎ層からなる硬質皮膜上および特別な表面被覆処理を施していない超硬基体Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｉに、上記アルミナゾルを塗布した。
【００３７】
次いで、上記塗布したアルミナゾルを、前記（ｆ）と同様にして、乾燥処理を行い、さらに塗布と乾燥処理を繰り返した後、大気中で焼成処理を行い、酸化アルミニウム層を最表面に被覆形成することにより、比較例の表面被覆切削工具１〜９（比較例工具１〜９という）を製造した。
【００３８】
上記比較例工具１〜９についても、本発明工具１〜９と同様にして、酸化アルミニウム層中のＮａ含有量、超硬基体表面のＣｏの含有量および酸化アルミニウム層の平均層厚を測定した。
表４に、測定結果を示す。
【００３９】
つぎに、上記本発明工具１〜９および比較例工具１〜９について、次の条件で軟鋼と硬質合金鋼の湿式断続切削加工試験を行った。
≪切削条件Ａ≫
被削材：ＪＩＳ・Ｓ１０Ｃの等間隔４本縦溝入り丸棒、
切削速度：３３０ ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：１．２ｍｍ、
送り：０．２３ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：５分、
の条件での軟鋼の湿式断続切削加工試験、
≪切削条件Ｂ≫
被削材：ＪＩＳ・ＳＮＣＭ４３９の等間隔４本縦溝入り丸棒、
切削速度：２３０ ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：２．２ｍｍ、
送り：０．２ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：１５分、
の条件での硬質合金鋼の湿式断続切削加工試験、
上記切削条件Ａ、Ｂでの湿式断続切削加工試験後の、それぞれの工具の摩耗状態について観察を行い、逃げ面摩耗量の測定を行った。
これらの結果を表５に示す。
【００４０】
【表１】
2014172136.tif 000002
【００４１】
【表２】
2014172136.tif 000003
【００４２】
【表３】
2014172136.tif 000004
【００４３】
【表４】
2014172136.tif 000005
【００４４】
【表５】
2014172136.tif 000006
【実施例２】
【００４５】
（ｇ）  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、ＮｂＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＷＣ粉末、Ｃｏ粉末、およびＮｉ粉末を用意し、これらを表１０に示す所定の配合組成に配合し、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のチップ形状をもったＴｉＣＮ基サーメット製の工具基体Ｊ，Ｋ，Ｌ，Ｍ，Ｎ，Ｏ，Ｐ，Ｑ，Ｒ（工具基体Ｊ〜Ｒという）を製造した。但し、工具基体Ｏについては１．３ｋＰａの窒素雰囲気中、昇温速度を２℃／ｍｉｎとし、室温より１５４０℃まで昇温させ３０分保持した後、１３Ｐａの真空とし、さらに、１５４０℃にて３０分保持後降温させて表面硬化させた。工具基体Ｐについては、常に１３Ｐａの真空中にて昇温および１５４０℃にて６０分保持、工具基体Ｑについては１．３ｋＰａの窒素雰囲気中で室温より１５４０℃まで昇温させ３０分保持した後、１３Ｐａの真空とし、さらに、１５４０℃にて５分保持、工具基体Ｒについては１．３ｋＰａの窒素雰囲気中で室温より１５４０℃まで昇温させ３０分保持した後、１３Ｐａの真空とし、さらに、１５４０℃にて９０分保持後降温させて表面硬化させた。
【００４６】
（ｈ）  ついで、上記サーメット基体Ｊ、Ｋを化学蒸着装置に装入し、下地層として表２に示す成膜条件を用いて、表８に示す膜厚を有する粒状結晶組織を有するＴｉＮ層及び、縦長成長結晶組織のｌ−ＴｉＣＮ層からなるＴｉ化合物層を予め形成した。また、上記サーメット基体Ｌ、Ｍについても、物理蒸着装置の一種であるアークイオンプレーティング装置に装入し、下地層として表８に示す膜厚２．０μｍのＴｉ０．５Ａｌ０．５Ｎ層または、Ａｌ０．７Ｃｒ０．３Ｎ層からなる硬質皮膜を物理蒸着により被覆形成した。
なお、上記サーメット基体Ｎ，Ｏ，Ｐ，Ｑ，Ｒについては、特別な表面被覆処理を施していない。
【００４７】
（ｉ）  一方、硬質皮膜の最表面に、酸化アルミニウム層をゾル−ゲル法で被覆形成するためのアルミナゾルの調製を、次のように行った。
表７に示す所定量のアルミニウムのアルコキシドであるアルミニウムイソプロポキシドに対して、アルコールとして、表７に示す所定量の１−ブタノールを添加して、恒温槽中２０℃で攪拌を行いながら、所定量の水で希釈した硝酸を滴下により１時間かけて添加した。
【００４８】
（ｊ）  これを、恒温槽中２０℃に保持したまま、１２時間攪拌を継続して、アルミナゾルを調製し、さらに、サーメット基体Ｊ〜Ｒに、アルミナゾルを被覆する直前に、ＣＯＯＮａの官能基を有する界面活性剤としてのラウリン酸ナトリウム（Ｃ１１Ｈ２３ＣＯＯＮａ）を、表７に示すＮａ元素濃度となるように、所定量添加した。
最終的な溶液組成は、モル比で、
（アルミニウムイソプロポキシド）：（水）：（１−ブタノール）：（硝酸）：（ラウリン酸ナトリウム）
＝１：（８０〜１２０）：２０：（０．１〜１）：（１．３×１０−５〜１．３×１０−３）
になるように調整を行った。
【００４９】
（ｋ）  つぎに、上記サーメット基体Ｊ、Ｋに化学蒸着法により形成した前記Ｔｉ化合物層、及び、上記サーメット基体Ｌ、Ｍに物理蒸着法により形成したＴｉ０．５Ａｌ０．５Ｎ層、Ａｌ０．７Ｃｒ０．３Ｎ層からなる硬質皮膜上および特別な表面被覆処理を施していないサーメット基体Ｎ，Ｏ，Ｐ，Ｑ，Ｒ上に、上記アルミナゾルを塗布した。
【００５０】
（ｌ）  次いで、上記塗布したアルミナゾルを、表７に示す所定条件の乾燥処理を行い、さらに塗布と乾燥を繰り返した後、大気中で表７に示す所定条件の焼成処理を行い、本発明酸化アルミニウム層（即ち、層中に０．０５〜１．５原子％のＮａを含有する酸化アルミニウム層）を表面層として被覆形成することにより、本発明の表面被覆切削工具１０〜１８（本発明工具１０〜１８という）を製造した。
【００５１】
上記本発明工具１０〜１８について、本発明工具１〜９と同様にして、酸化アルミニウム層中のＮａの含有を確認した。また、本発明工具１〜１３と同様にして、酸化アルミニウム層中のＮａ含有量と、サーメット基体表面のＣｏ及びＮｉの合計含有量を測定した。さらに、同時に、酸化アルミニウム層の平均層厚の測定を行った。
表８に、測定結果を示す。
【００５２】
[比較例２]
比較のため、上記工具基体Ｊ，Ｋ，Ｌ，Ｍ，Ｎ，Ｏ，Ｐ，Ｑ，Ｒを用いて、比較例の表面被覆切削工具１０〜１８（比較例工具１０〜１８という）を製造した。
即ち、上記（ｈ）の工程で、サーメット基体Ｊ，ＫにＴｉ化合物層、サーメット基体Ｌ，ＭにＴｉ０．５Ａｌ０．５Ｎ層、及び、Ａｌ０．７Ｃｒ０．３Ｎ層をそれぞれ形成し、上記（ｉ）の工程で、アルミナゾルを調製した。
なお、工具基体Ｎ，Ｏ，Ｐ，Ｑ，Ｒに対しては、前記（ｈ）の工程にしたがう硬質皮膜の形成は行っていない。
【００５３】
次いで、前記（ｊ）の工程において、ＣＯＯＮａの官能基を有する界面活性剤としてのラウリン酸ナトリウム（Ｃ１１Ｈ２３ＣＯＯＮａ）を、本発明範囲外のＮａ含有量となる程度に添加する(あるいは添加しない)ことによって、アルミナゾルを調製した。
【００５４】
次いで、サーメット基体Ｊ，Ｋ，Ｌ，Ｍに形成した硬質皮膜上および特別な表面被覆処理を施していないサーメット基体Ｎ，Ｏ，Ｐ，Ｑ，Ｒに、上記アルミナゾルを塗布した。
【００５５】
次いで、上記塗布したアルミナゾルを、上記（ｌ）と同様にして、乾燥処理を行い、さらに塗布と乾燥処理を繰り返した後、大気中で焼成処理を行い、酸化アルミニウム層を最表面に被覆形成することにより、比較例の表面被覆切削工具１０〜１８（比較例工具１０〜１８という）を製造した。
【００５６】
そして、上記比較例工具１０〜１８について、本発明工具１０〜１８と同様にして、酸化アルミニウム層中のＮａ含有量、サーメット基体表面のＣｏ及びＮｉの合計含有量を測定した。さらに、同時に、酸化アルミニウム層の平均層厚の測定を行った。
表８に、測定結果を示す。
【００５７】
つぎに、上記本発明工具１０〜１８および比較例工具１０〜１８について、次の条件で軟鋼と硬質合金鋼の湿式断続切削加工試験を行った。
≪切削条件Ｃ≫
被削材：ＪＩＳ・ＳＳ４００の等間隔４本縦溝入り丸棒、
切削速度：３２０ ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み： １．０ｍｍ、
送り： ０．２４ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間： ５分、
の条件での軟鋼の湿式断続切削加工試験、
≪切削条件Ｄ≫
被削材：ＪＩＳ・ＳＮＣＭ４３１の等間隔４本縦溝入り丸棒、
切削速度： ２２０ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み： ２．４ｍｍ、
送り： ０．３ ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間： １５分、
の条件での硬質合金鋼の湿式断続切削加工試験、
上記切削条件Ｃ、Ｄでの湿式断続切削加工試験後の、それぞれの工具の摩耗状態について観察を行い、逃げ面摩耗量の測定を行った。
これらの結果を表９に示す。
【００５８】
【表６】
2014172136.tif 000007
【００５９】
【表７】
2014172136.tif 000008
【００６０】
【表８】
2014172136.tif 000009
【００６１】
【表９】
2014172136.tif 000010
【００６２】
表４、５、８、９に示される結果から、この発明の表面被覆切削工具１〜１８においては、工具基体の硬質被覆層の表面層として、ゾル−ゲル法によって成膜された０．０５〜１．５原子％のＮａを含有する酸化アルミニウムが被覆形成され、該酸化アルミニウム層は、すぐれた潤滑性を長期間にわたって維持し得ることから、刃先が比較的高温になりにくい軟鋼、硬質合金鋼等の湿式断続切削加工に用いた場合でも、溶着、チッピング、剥離等の異常損傷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。
【００６３】
これに対して、表面の酸化アルミニウム層に０．０５〜１．５原子％を外れるＮａを含有する或いは含有していない比較例の表面被覆切削工具１〜１８においては、潤滑性が不足することと断続切削による高負荷によって、溶着、チッピング、剥離等の異常損傷の発生により、短時間で使用寿命に至ることは明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
この発明の表面被覆切削工具によれば、硬質被覆層の表面層として、微量のＮａを含有する酸化アルミニウムがゾル−ゲル法によって形成されていることから、刃先が比較的高温になりにくい軟鋼、硬質合金鋼等の湿式断続切削加工に用いた場合でも、潤滑性が長期間にわたって維持され、その結果、長期の使用に亘ってすぐれた耐摩耗性が発揮される。
なお、明細書中の実施例としては、インサート形状の工具を用いて硬質被覆層の性能を評価したが、ドリル、エンドミルなどの切削工具一般に適用できることはいうまでもない。