(57)【要約】【課題】  高い耐酸化性を維持し、ＴｉＡｌＮ皮膜の内部応力を制御して高い耐欠損性を維持しつつ、耐摩耗性を向上させたＴｉＡｌＮ硬質皮膜を基材表面に被着形成した表面被覆部材および表面被覆切削工具を提供することである。【解決手段】  基材の表面に、Ｘ線回折パターンにおいて（２００）面に帰属されるピークのピーク強度Ｉ（２００）と、（１１１）面に帰属されるピークのピーク強度Ｉ（１１１）との比がＩ（２００）／Ｉ（１１１）＜２．０であり、かつ、前記（１１１）面に帰属されるピークの半値幅Ｂ（１１１）が０．４°〜０．６°であるＴｉＡｌＮ硬質皮膜を被着形成する。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材の表面にＴｉＡｌＮ皮膜を被着形成してなり、
該ＴｉＡｌＮ皮膜全体についてのＸ線回折パターンにおいて（２００）面に帰属されるピークのピーク強度Ｉ（２００）と、（１１１）面に帰属されるピークのピーク強度Ｉ（１１１）との比がＩ（２００）／Ｉ（１１１）＜２．０であり、かつ、前記（１１１）面に帰属されるピークの半値幅Ｂ（１１１）が０．４°〜０．６°であることを特徴とする表面被覆部材。
【請求項２】
前記ＴｉＡｌＮ皮膜は２層以上の多層構造からなり、該多層構造における隣り合う２層は（１１１）面に帰属されるピークの半値幅Ｂ（１１１）が互いに異なることを特徴とする請求項１記載の表面被覆部材。
【請求項３】
前記ＴｉＡｌＮ皮膜は、
基材の表面に被着形成され、前記ピーク強度Ｉ（２００）と前記ピーク強度Ｉ（１１１）との比がＩ（２００）／Ｉ（１１１）＜１．０であり、かつ、前記半値幅Ｂ（１１１）が０．５５°以上であるとともに、膜厚が１μｍ以下の第１層と、
該第１層に積層され、（１１１）面に帰属されるピークの半値幅Ｂ（１１１）が０．３°〜０．６°である１または２以上の層からなる第２層と、
を含む多層構造であることを特徴とする請求項２記載の表面被覆部材。
【請求項４】
前記第２層が３０層以上の多層からなることを特徴とする請求項３記載の表面被覆部材。
【請求項５】
すくい面および逃げ面を有し、前記すくい面と前記逃げ面との交差稜線部に切刃が形成され、該切刃を被切削物に当てて切削加工するための切削工具であって、前記切刃が請求項１〜４のいずれかに記載の表面被覆部材からなる表面被覆切削工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面被覆部材および表面被覆切削工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、炭化タングステン基超硬合金や、炭窒化チタン基サーメットなどの硬質合金からなる基材表面に、炭化チタン、窒化チタン、炭窒化チタンなどのチタン系化合物からなり、耐摩耗性、機械的強度に優れる硬質皮膜を被着形成してなる表面被覆切削工具が広く用いられている。
【０００３】
中でも、ＴｉＡｌＮからなる硬質皮膜は、硬度が高く、かつ高温に晒された場合での耐酸化性に優れており、被覆膜として好適に使用されている。かかるＴｉＡｌＮ皮膜の性能向上のために、種々の提案がなされている。
【０００４】
たとえば、Ａｌ濃度の異なる３層以上のＴｉＡｌＮ皮膜からなる積層構造からなり、Ａｌ濃度が高い皮膜の間にＡｌ濃度が低い皮膜を挟持してなるＴｉＡｌＮ硬質皮膜が提案されている（特許文献１参照）。同様に、低硬度のＴｉＡｌＮ皮膜と高硬度のＴｉＡｌＮ皮膜とを交互に隣接して積層した多層ＴｉＡｌＮ硬質皮膜が提案され、基材との付着力および耐摩耗性に優れることが開示されている（特許文献２参照）。これら技術は、靭性が高くかつ耐酸化性の低い皮膜を、靭性が低くかつ耐酸化性の高い皮膜で挟むことによって、歪みおよび残留圧縮内部応力を分散させて緩和し、Ａｌの添加による耐欠損性の低下を防止しようとするものである。しかしながら、Ａｌ濃度が低い皮膜はＡｌ濃度が高い皮膜に比較し耐酸化性に劣るため、切削加工中に上層が摩耗して露出すると急激に酸化されて劣化し摩耗してしまうため、硬質皮膜全体としての耐摩耗性は不十分である。
【０００５】
また、ＴｉとＡｌの総原子数に対するＴｉ原子数の割合が７５〜９８％であり、Ｘ線回折における（１１１）面の強度Ｉ（１１１）と（２００）面の強度Ｉ（２００）との比、すなわちＩ（２００）／Ｉ（１１１）が１以下である皮膜と、ＴｉとＡｌの総原子数に対するＴｉ原子数の割合が２０〜６５％であり、Ｘ線回折における前記ピーク強度比Ｉ（２００）／Ｉ（１１１）が１以上である皮膜とを交互に繰返し積層されたＴｉＡｌＮ硬質皮膜が提案され、基材との付着力および耐摩耗性に優れることが開示されている（特許文献３参照）。この技術では、Ａｌ原子濃度および結晶配向度が異なる２種類の層を交互に積層することにより、エピタキシャル成長を抑制して層境界に格子欠陥を導入し、硬質皮膜全体の残留圧縮内部応力を低下させようとするものである。また、欠陥の存在により、硬質皮膜表面で発生したクラックが硬質皮膜内部へ拡がるのを抑制し、結果として靭性を向上させようとするものである。しかしながら、かかる硬質皮膜においても、Ａｌ濃度の低い皮膜における耐酸化性が低く、皮膜全体としての耐摩耗性に劣るものであった。
【０００６】
さらに、（２００）面に最大ピーク強度を有する第１皮膜と、（１１１）面に最大ピーク強度を有する第２皮膜とからなる硬質皮膜を基材表面に被着形成してなる表面被覆切削工具が提案されている（特許文献４）。この文献では、イオンプレーティング法によって硬質膜を成膜する際、成膜時の雰囲気を２０×１０−３トールの真空中に窒素ガスを３４０ｓｃｃｍ流しながら、基材に印加するバイアス電圧を段階的または連続的に変化させることにより形成できることが開示されている。しかしながら、この技術では、反応系に窒素ガスのみを流すので、硬質皮膜を構成する粒子の粒径、硬質皮膜中の残留応力、内部欠陥状態などが最適化されない。その結果、得られる硬質皮膜の耐摩耗性、基材との付着力などが低下する。
【０００７】
このように、従来技術は、複数のＴｉＡｌＮ皮膜を積層してなる多層構造のＴｉＡｌＮ硬質皮膜を形成するにあたり、各皮膜におけるＴｉとＡｌとの組成比率または結晶面配向性を変化させることを開示するのみであり、さらなる性能向上のための方策が求められていた。さらに、ＴｉとＡｌとの組成比率を変化させるためには、反応系内に組成が異なる数種のターゲットを設置する必要があり、設備、条件設定などにおいて大幅な制限が課されるおそれがあり、工業的な規模での実施は困難である。
【０００８】
【特許文献１】特開平６−３１６７５６号公報
【特許文献２】特開平１１−６１３８０号公報
【特許文献３】特開平９−３２３２０５号公報
【特許文献４】特開平１０−３３０９１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、高い耐酸化性を維持し、ＴｉＡｌＮ皮膜の内部応力を制御して高い耐欠損性を維持しつつ、耐摩耗性を向上させたＴｉＡｌＮ硬質皮膜を基材表面に被着形成した表面被覆部材および表面被覆切削工具を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者は上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、ＴｉＡｌＮ膜の結晶面配向性、結晶化度、粒径および皮膜中の内部応力を総合的に考慮し、それらが適正な状態で組み合わされたＴｉＡｌＮ硬質皮膜を基材表面に被着形成することによって、耐酸化性、耐欠損性および耐摩耗性に優れた表面被覆部材および表面被覆切削工具が得られることを見出し、本発明を完成した。
【００１１】
本発明においては、ＴｉＡｌＮ硬質皮膜におけるＴｉとＡｌとの組成比率を変化させることなく、結晶面配向性と膜内粒子の結晶化度を制御したものであり、これによって、ＴｉＡｌＮ硬質皮膜の高い耐酸化性を維持し、内部応力を適正化して耐摩耗性、耐欠損性がともに高いＴｉＡｌＮ皮膜となるものである。
【００１２】
たとえば、硬質皮膜の耐摩耗性を向上させるために、耐摩耗性の尺度の１つである硬度だけを上昇させても硬質皮膜の基材への付着力が低下するため、硬質皮膜の厚膜化を実現できない。高硬度の硬質皮膜は、たとえば、物理気相成長法（ＰＶＤ）による成膜において、基材に高バイアス電圧を印加して膜内粒子を微細化することにより得られるが、その一方で膜内における残留圧縮内部応力も上昇する。そのため、硬質皮膜は脆化が促進され、基材との付着力が低下して微小剥離を生じ易くなり、厚膜化が困難になる。逆に、基材に印加するバイアス電圧を低くすると、残留圧縮内部応力は低くなるので、厚膜化が可能であるが、硬度ひいては耐摩耗性が不充分になる。
【００１３】
また、ＴｉＡｌＮ硬質皮膜は（１１１）配向性を高めると耐摩耗性が向上するものの、残留圧縮内部応力が高くなって基材との付着力が低下し、微小剥離を生じ易くなる。このように、従来技術では、１つの特性を高めると、別の特性が低下するというのが常であった。
【００１４】
これに対し、本発明者は、従来から注目される結晶面配向性だけではなく、膜内粒子の粒径、膜内の応力、ひずみ、欠陥などを総合的に表す尺度である結晶化度にも注目し、結晶化度とＸ線回折ピークにおける半値幅とを膜内粒子の粒径を共通項目として関連付け、ＴｉＡｌＮ硬質皮膜が特定の結晶面配向性とともに、特定範囲の半値幅を持つ場合には、切削工具の表面被覆用硬質皮膜に要求される諸性能を高水準で併せ持ち得ることを見出した。
【００１５】
ところで、膜内粒子の粒径の測定には、通常、材料表面を薬品などでエッチング処理を行い、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）などで直接観察するのが一般的であるが、実際に硬質皮膜を形成する膜内粒子は極微細であり、ＴＥＭ観察を行っても直接測定は極めて困難であり、また誤測定を招く可能性が高い。膜内粒子の粒径の測定方法にはこれ以外にも種々知られているが、その中から特にＸ線回折におけるピークの半価幅から粒径を間接的に測定する方法を選定し、膜内粒子の粒径を直接規定するのではなく、Ｘ線回折におけるＴｉＡｌＮの最大ピークである（１１１）ピークの半値幅Ｂ（１１１）として規定する。また、半値幅Ｂ（１１１）は単純に粒径だけでなく、膜中のひずみ、欠陥状態にも影響され、膜中の総合的な情報が反映されているので、膜質の違いを総合的に評価できる。なお、金属の強度（硬度）は結晶粒径の逆数の２乗に比例することが知られている。したがって、本発明のような硬質皮膜においても、構成する結晶粒を微細化することにより高特性が得られるものと推測され、高性能膜を提供するには粒径の制御が大きな要素になると考えられる。
【００１６】
すなわち、本発明の表面被覆部材は、基材の表面にＴｉＡｌＮ皮膜を被着形成してなり、該ＴｉＡｌＮ皮膜全体についてのＸ線回折パターンにおいて（２００）面に帰属されるピークのピーク強度Ｉ（２００）と、（１１１）面に帰属されるピークのピーク強度Ｉ（１１１）との比がＩ（２００）／Ｉ（１１１）＜２．０であり、かつ、前記（１１１）面に帰属されるピークの半値幅Ｂ（１１１）が０．４°〜０．６°であることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明における前記ＴｉＡｌＮ皮膜は、２層以上の多層構造からなり、該多層構造における隣り合う２層は（１１１）面に帰属されるピークの半値幅Ｂ（１１１）が互いに異なるのがよい。これにより、層内粒子の粒径が相対的に小さくかつ硬度が相対的に高い層の残留圧縮内部応力が、層内粒子の粒径が相対的に大きく、硬度が相対的に低くかつ残留圧縮応力が相対的に小さい層によって緩和され、高硬度で、耐摩耗性および基材に対する付着力が一層向上したＴｉＡｌＮ硬質皮膜が得られる。ここで言う、隣り合う２つの層は、粒子径、残留圧縮内部応力、欠陥の生成状態などが異なる層であり、これらを積層することによって、２つの層間での残留圧縮内部応力の緩和が起こり、所望の特性を有するＴｉＡｌＮ硬質皮膜が得られる。
【００１８】
さらに、本発明における前記ＴｉＡｌＮ皮膜は、基材の表面に被着形成され、前記ピーク強度Ｉ（２００）と前記ピーク強度Ｉ（１１１）との比がＩ（２００）／Ｉ（１１１）＜１．０であり、かつ、前記半値幅Ｂ（１１１）が０．５５°以上であるとともに、膜厚が１μｍ以下の第１層と、該第１層に積層され、（１１１）面に帰属されるピークの半値幅Ｂ（１１１）が０．３°〜０．６°である１または２以上の層からなる第２層と、を含む多層構造であるのがよい。これにより、高硬度で、耐摩耗性および基材に対する付着力がより一層向上したＴｉＡｌＮ硬質皮膜が得られる。
【００１９】
基材の表面に被着形成される第１層は、基材に対する付着力および膜全体における（１１１）配向度を増加させるために、基材に印加するバイアス電圧を２００Ｖ以上にして成膜するのが望ましい。この場合、残留圧縮内部応力が高くなり、厚膜化による付着力の低下を起こさないために、第１層の膜厚は１μｍ以下で、（１１１）ピークの半価幅Ｂ（１１１）が０．５５°以上であることが望ましい。
【００２０】
また、第２層は（１１１）ピークの半価幅が０．３°〜０．６°であることを満たす層とすることによって、第１層よりも残留圧縮内部応力が小さく、膜内粒子の粒径が大きい層になる。このような第２層を少なくとも１層以上積層することによって、高い硬度および付着力を併せ持つＴｉＡｌＮ硬質皮膜が得られる。
【００２１】
また、前述の第１層と第２層とを含むＴｉＡｌＮ硬質皮膜において、第１層におけるＩ（２００）とＩ（１１１）との比を、Ｉ（２００）／Ｉ（１１１）＜１．０とすることによって、ＴｉＡｌＮ硬質皮膜が全体的に（１１１）面に優先的に配向され易くなることになり、その結果ＴｉＡｌＮ硬質皮膜全体としての膜表面の硬度が上昇して高い耐摩耗性が発現するとともに、基材と第１層との付着力も向上する。これは（１１１）面は原子が最も緻密に重鎮された面であり、原子間距離が小さく弾性率が増加するためであると推定される。また、より強く優先配向成長することでランダム配向成長する場合よりも膜内部における欠陥の導入が抑制されるため、硬度増加、付着力強化を期待できる。よって、切削工具などのように耐摩耗性が要求される用途へ応用する場合には、第１層のＩ（２００）／Ｉ（１１１）＜１．０にするのが望ましい。
【００２２】
さらに、本発明では、前記第２層が３０層以上の多層からなることによって、耐摩耗性がより一層向上したＴｉＡｌＮ硬質皮膜が得られる。
【００２３】
また、本発明の表面被覆部材は、切削工具を構成する材料として好適である。すなわち、表面被覆切削工具は、すくい面および逃げ面を有し、前記すくい面と前記逃げ面との交差稜線部に切刃が形成され、該切刃を被切削物に当てて切削加工するための切削工具であって、前記切刃が上記表面被覆部材からなるものである。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、基材の表面にＴｉＡｌＮ硬質皮膜が形成される表面被覆部材において、該ＴｉＡｌＮ皮膜全体についてのＸ線回折パターンにて（２００）面に帰属されるピークのピーク強度Ｉ（２００）と、（１１１）面に帰属されるピークのピーク強度Ｉ（１１１）との比が、Ｉ（２００）／Ｉ（１１１）＜２．０であり、かつ前記（１１１）面に帰属されるピークの半値幅Ｂ（１１１）が０．４°〜０．６°であることによって、高い耐酸化性と、皮膜中の内部応力の適正化を図りつつ耐摩耗性が高いＴｉＡｌＮ硬質皮膜が得られるので、高寿命の表面被覆部材および表面被覆切削工具が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明の表面被覆部材は、基材表面に特定のＴｉＡｌＮ硬質皮膜を被着形成してなることを特徴とする。ここで、基材として切削工具形状の基材を用いる場合には、本発明の表面被覆切削工具となる。以下、本発明の表面被覆部材について、表面被覆切削工具を例に挙げて詳細に説明する。
【００２６】
本発明の表面被覆切削工具に使用されるＴｉＡｌＮ硬質皮膜は、Ｘ線回折パターンにて（２００）面に帰属されるピークのピーク強度Ｉ（２００）と、（１１１）面に帰属されるピークのピーク強度Ｉ（１１１）との比が、Ｉ（２００）／Ｉ（１１１）＜２．０であり、かつ、（１１１）面に帰属されるピークの半値幅Ｂ（１１１）が０．４°〜０．６°である。
【００２７】
ここで、Ｉ（２００）／Ｉ（１１１）が２．０以上であると、Ｉ（２００）面の配向性が強くなり、膜内の残留圧縮内部応力が低くなってチッピングや欠損は起こり難くなるものの、硬度ひいては耐摩耗性が低下し、本発明の表面被覆切削工具の耐用寿命が短縮化されるおそれがある。また、（１１１）面に帰属されるピークの半値幅Ｂ（１１１）が０．４°未満では、硬度が低下するおそれがある。一方、Ｂ（１１１）が０．６°を超えると、内部応力が高くなりすぎ微小剥離などの欠損を生じるか、結晶化度が低くて膜自体の硬度が低下するおそれがある。
【００２８】
ＴｉＡｌＮ硬質皮膜は、２層以上の多層構造からなることが好ましい。その場合、隣り合う２層同士は、Ｘ線回折パターンにて（１１１）面に帰属されるピークの半値幅Ｂ（１１１）が異なるように形成されるのが好ましい。これによって、隣り合う２層は残留圧縮内部応力が異なる層となり、一方の残留圧縮内部圧力が相対的に高い層の残留圧縮内部応力が、もう一方の層によって緩和され、ＴｉＡｌＮ硬質皮膜全体としての内部応力を制御できる。隣り合う２層同士の（１１１）面に帰属される半値幅Ｂ（１１１）が同じ場合には、残留圧縮内部応力の緩和が行われないので、耐欠損性が低下する。
【００２９】
２層以上の多層構造からなるＴｉＡｌＮ硬質皮膜の具体例としては、たとえば、基材表面に被着形成される第１層と、第１層に積層される第２層とを含み、第１層が、（１１１）面に帰属されるピーク中に最強ピークを有し、（１１１）面に帰属されかつ半値幅Ｂ（１１１）が０．５５°以上、好ましくは０．５５°〜０．７０°、特に好ましくは０．６０°〜０．６５°であるピークを有し、第２層が（１１１）面に帰属されかつ半値幅Ｂ（１１１）が０．３°〜０．６°であるピークを有する層を１または２以上、好ましくは３０以上含み、隣り合う層同士の（１１１）面に帰属されるピークの半値幅Ｂ（１１１）が異なるＴｉＡｌＮ硬質皮膜が挙げられる。このようなＴｉＡｌＮ硬質皮膜は、耐摩耗性および基材に対する付着力が顕著に高い。ここで、第１層における（１１１）面に帰属されるピークの半値幅Ｂ（１１１）が０．５５°以上であれば、第１層における残留圧縮内部応力を調整する効果が高くて、特に第１層と基材との付着力が高く、微小剥離などの発生を抑制できる。また、第２層における（１１１）面に帰属されるピークの半値幅Ｂ（１１１）が０．３°〜０．６°では、内部応力が高くなりすぎず耐欠損性が高く、かつ硬度も高い。さらに第２層において、（１１１）面に帰属されかつ半値幅Ｂ（１１１）が０．３°〜０．６°であるピークを有する層が３０以上含まれる場合には、残留圧縮内部応力の緩和が一層進むとともに、耐摩耗性のさらなる向上が認められる。なお、第２層が多層からなる場合、多層の隣接する皮膜の（１１１）面ピークの半値幅Ｂ（１１１）が異なることが内部応力の緩和の点で望ましい。
【００３０】
なお、第１層において、（２００）面に帰属されるピークのピーク強度（２００）と、（１１１）面に帰属されるピークのピーク強度Ｉ（１１１）との比、Ｉ（２００）／Ｉ（１１１）を１．０未満にするのが好ましい。これによって、（１１１）面の配向度が高まり、第１層の硬度および基材に対する付着力を増加させ、ＴｉＡｌＮ硬質皮膜全体としての耐摩耗性を向上させることができる。
【００３１】
ＴｉＡｌＮ硬質皮膜の総膜厚は、たとえば、該硬質皮膜のＴｉ、ＡｌおよびＮの含有比率、該硬質皮膜の結晶面配向性（Ｉ（２００）／Ｉ（１００））および結晶化度（半値幅）、該硬質皮膜を被着形成する基材の組成および形状、該硬質皮膜を基材に被着形成して得られる表面被覆切削工具の用途などの各種条件に応じて適宜選択できるが、好ましくは平均膜厚として０．５〜１０μｍ、さらに好ましくは１〜５μｍである。
【００３２】
ＴｉＡｌＮ硬質皮膜を被着形成する基材は、公知の方法に従い、たとえば、原料混合物を所望の形状に成形して焼成することによって製造できる。
【００３３】
基材の原料には、焼成によって、超硬合金やサーメット等の硬質合金、アルミナや窒化ケイ素、多結晶ダイヤモンド、立方晶窒化硼素等のセラミックスが形成し得る金属炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化物などの無機物粉末に、金属粉末、カーボン粉末などを適宜添加したものが好ましい。原料混合物にはさらに必要に応じてバインダが適量添加され、混合される。原料混合物の成形には、プレス成形、鋳込成形、押出成形、冷間静水圧プレス成形などの、無機粉末の一般的な成形方法をいずれも利用できる。原料混合物は、所望の工具形状に成形される。この成形物を真空中または非酸化性雰囲気中にて焼成することによって、基材が得られる。焼成温度は基材に含まれる材料に応じて適宜選択される。基材の中でも、炭化タングステン基硬質合金、サーメット硬質合金、多結晶ダイヤモンド質焼結体、立方晶窒化ホウ素質焼結体などの硬質合金を含むものが好ましい。得られる基材の表面には、必要に応じて、研磨加工、切刃部のホーニング加工などが施される。さらに必要に応じて、基材の切れ刃およびすくい面の表面に凹部を付与するために、ブラスト、ラッピング、バフ、ポリッシュ、バレル、研削などの機械的加工、酸およびアルカリによるエッチングなどの化学的加工、機械的加工および化学的加工を組合せた加工などが施される。その際、すくい面における算術平均粗さ（Ｒａ）が０．１〜１．５μｍ、逃げ面における算術平均粗さ（Ｒａ）が０．５〜３．０μｍとなるように加工を制御するのが好ましい。
【００３４】
基材の表面にＴｉＡｌＮ硬質皮膜を被着形成するに際しては、イオンプレーティング法、スパッタリング法などの物理気相成長（ＰＶＤ）法、気相成長（ＣＶＤ）法、プラズマＣＶＤ法などの一般的な薄膜形成法を利用できる。これらの中でも、物理蒸着気相法が好ましい。
【００３５】
物理気相成長（ＰＶＤ）法によれば、たとえば、チタンアルミニウム（ＴｉＡｌ）合金をターゲットに用い、アーク放電、グロー放電などの放電によりターゲットであるチタンアルミニウム合金を蒸発させてイオン化するのと同時に、窒素源の窒素ガス、および不活性ガスであるアルゴンガスやキセノンガスの混合ガスを反応系に供給し、ＴｉイオンおよびＡｌイオンと反応させることにより、ＴｉＡｌＮ硬質皮膜が成膜される。
【００３６】
成膜中に、反応系に供給するガスの種類、具体的には窒素ガスと、ヘリウムガス、アルゴンガス、クリプトンガス、キセノンガス等の不活性ガスとの混合ガス、およびガス圧を適宜変更することにより、Ｘ線回折ピークの状態を上記に規定の範囲内に制御することが可能である。さらに、基材に印加するバイアス電圧を適宜変更することによっても、Ｘ線回折ピークの状態を上記に規定の範囲内に制御できる。基材表面に形成される皮膜（種皮膜）の緻密度、基材に対する付着力などを高めるためには、たとえば、３０〜３００Ｖのバイアス電圧を印加しながら成膜することが望ましい。
【００３７】
（１１１）面に帰属されるピークの半値幅Ｂ（１１１）を変化させるには、たとえば、バイアス電圧、アーク電流、ガス種、ガス圧などを変化させれば良い。ピークの半値幅が０．３°〜０．６°である層を得るには、たとえば、ガス種として窒素ガスもしくは窒素ガスとアルゴンガスの混合ガスを選択し、ガス圧を２〜８Ｐａとし、基材に印加するバイアス電圧を１５〜３００Ｖとすればよい。
【００３８】
（１１１）面に帰属されるピークが最強ピークであり、かつ（１１１）面に帰属されるピークの半値幅Ｂ（１１１）が０．５５°以上であるＴｉＡｌＮ層を得るには、たとえば、ガス種として窒素ガスもしくは窒素ガスとアルゴンガスとの混合ガスを選択し、ガス圧を２〜８Ｐａとし、基材に印加するバイアス電圧を１５０〜３００Ｖとすればよい。さらにこの比を小さくするには、たとえば、バイアス電圧をさらに大きくすればよい。
【００３９】
なお、物理蒸着気相法（ＰＶＤ）によるＴｉＡｌＮ硬質皮膜の成膜条件では、その皮膜の（１１１）配向性を高めるためには基材に高バイアス電圧を付与する必要がある。しかし、そのような高バイアス電圧により成膜を行った場合、皮膜内部の圧縮残留内部応力が過度に上昇し、やはり単層による厚膜化は不可能である。また、単層皮膜を工具などの基材上に成膜しようとした場合、第１層の膜厚を１μｍ以下に薄膜化する必要があり、長寿命化には限界がある。
【００４０】
高硬度、高耐摩耗性および高付着力を併せもつＴｉＡｌＮ硬質皮膜を得るためには、高バイアス電圧を付与することにより、Ｉ（２００）／Ｉ（１１１）＜１．０を満たす層を基材表面直上に成膜させ、その（１１１）配向性が高まるように成長方向を制御しながら積層していく。最終的に膜全体で少なくともＩ（２００）／Ｉ（１１１）＜２．０が達成できるようにすることにより高硬度、高耐摩耗性および高付着力を併せもつ硬質皮膜が得られる。
【００４１】
このようにＩ（２００）／Ｉ（１１１）＜１．０、少なくともＩ（２００）／Ｉ（１１１）＜２．０を維持させることにより、低硬度層における耐摩耗性の低下を抑制することができ、皮膜全体として優れた耐摩耗性を達成できる。
【００４２】
以上のように、Ｘ線回折パターンにおける（１１１）ピークの半価幅Ｂ（１１１）およびＩ（２００）／Ｉ（１１１）値をパラメータとすることにより、粒度規定による硬度および付着力を理想の状態に選定することができる。高バイアス層および低バイアス層の両者を積層させることにより、両者の優位点を引き出して、高硬度および高付着力を有する硬質膜を得ることが出来ると考えられる。
【００４３】
このようにして得られる本発明の表面被覆切削工具は、たとえば、旋削加工具、転削加工具、穴あけ加工具などが挙げられる。旋削加工具としては、たとえば、外丸削りバイト、突っ切り／溝削りバイト、面削りバイトなどの外径旋削バイト、内径旋削バイト、外径ホルダ、内径ホルダ、スモールツールホルダ、溝入れホルダなどのホルダなどとして使用できる。転削加工具としては、たとえば、平フライス、正面フライス、側フライス、溝切りフライスなどフライス、１枚刃エンドミル、複数刃エンドミル、テーパ刃エンドミル、ボールエンドミルなどのエンドミルなどが挙げられる。穴あけ加工具としては、たとえば、ツイストドリル、スローアウェイ式ドリル、コアドリル、センタ穴ドリルなどのドリル、深穴工具などが挙げられる。それ以外にも、スリッターなどの切断刃、裁断刃、ダイスなどの型工具、ノズルなどの耐摩耗工具にも使用できる。もちろん、スローアウェイ工具としても使用できる。
【実施例】
【００４４】
以下に実施例および比較例を挙げ、本発明を具体的に説明する。
（実施例１〜５および比較例１〜４）
アークイオンプレーティング装置を用い、該装置の内部の所定位置にターゲットであるチタンアルミニウム（ＴｉＡｌ）合金および超硬合金製切削工具（基材）を設置し、成膜温度５５０℃、アーク電流１５０Ａならびに表１に示すガス種、バイアス電圧、成膜時間およびガス圧で成膜を行い、下層、Ａ層およびＢ層からなるＴｉＡｌＮ硬質皮膜を被着形成した本発明および比較例の表面被覆切削工具を製造した。ただし、Ａ層およびＢ層は繰返し層であり、表１に示す回数（Ａ層／Ｂ層、層数）だけ繰返し形成した。また、比較例１の硬質皮膜は下地層およびＡ層のみからなり、比較例２の硬質皮膜は下地層のみからなる。
【００４５】
実施例１〜５および比較例１〜４で得られた表面被覆切削工具について、次の性能試験に供した。試験結果を表１に併記する。
【００４６】
［硬度］
マイクロビッカーズ硬度計にて、荷重２５ｇ、保持時間１５秒で測定した。
【００４７】
［基材に対する付着力］
スクラッチ試験にて測定した。スクラッチ試験は、ダイヤモンド圧子を硬質皮膜表面に付与し、その後、付与荷重を徐々に増加させながら硬質皮膜上を一方向にスクラッチすることにより実施した。付与荷重がある値に達したところで硬質皮膜が剥離するので、その値を基材と硬質皮膜との付着力とした。剥離が生じたことの有無は、ダイヤモンド圧子に取り付けられたアコースティックエミッションの急激な変化が生じる点として判断した。
【００４８】
［切削性能（耐欠損性および耐摩耗性）］
実施例１〜５および比較例１〜４で得られた表面被覆切削工具を下記の切削条件にて３０分間切削した後に、工具の刃先を走査型電子顕微鏡にて倍率２００〜５００で観察して耐微小剥離性を判断した。また、逃げ面および刃先の摩耗量を測定した。
【００４９】
＜切削条件＞
切削方法：旋削
被削材：ＳＣＭ４３５
切削速度：２００ｍ／分
送り：０．２５ｍｍ
切り込み：２ｍｍ
その他：乾式切削
【００５０】
［ＴｉＡｌＮ皮膜の特性］
Ｘ線回折分析を行い、特定の各ピークのピーク強度および（１１１）面に帰属されるピークのピーク強度を測定した。ここで、各層のＸＲＤ分析は表面層から電解研磨にて硬質皮膜を除去しつつＸ線回折測定を行った。なお、ＸＲＤ測定装置（商品名：ＲＩＮＴ１１００、理学電気社製）にて測定した。
【００５１】
【表１】
2006281363.tif 000002
【００５２】
表１から、実施例１〜５の本発明品は、硬度、基材に対する付着力、耐摩耗性および耐欠損性のいずれをも高いことが明らかである。
【００５３】
一方、比較例１は、残留圧縮内部応力は緩和されているが、結晶配向が（２００）面となっているため耐摩耗性が低い。比較的厚膜である３０Ｖ層（Ａ層）の（２００）配向度が強すぎるために、下地３００Ｖ層からのエピタキシャル成長が抑制され（１１１）配向を維持できなくなっている。
【００５４】
比較例２は、残留圧縮内部応力が高すぎるために刃先チッピングを生じる。
比較例３は、（２００）配向となるために充分な性能が得られない。高バイアス層（Ａ層）を積層してもあまり効果は得られない。
比較例４は、（２００）配向となるために充分な性能が得られない。