(57)【要約】  【課題】高い強度を有する硬質被覆層を表面に被覆することにより優れた耐欠損性および耐摩耗性を有する長寿命の切削工具を提供する。  【解決手段】  基体２の表面に炭窒化チタン層４を１層以上含む硬質被覆層３を有する表面被覆切削工具１において、表面被覆切削工具１の表面に硬質球８を接触させた状態で硬質球８がころがりながら自転するように表面被覆切削工具１を局所的に摩耗させた摩耗痕７の中心に基体２が露出するように硬質被覆層３を球曲面に摩耗させるカロテストの摩耗痕７を観察した際に、摩耗痕７の中心に存在する露出した基体２の周囲に観察される炭窒化チタン層４にクラックが存在しないものである。  【選択図】  図１
2006123079.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体の表面に炭窒化チタン層を１層以上含む硬質被覆層を有する表面被覆部材において、前記硬質被覆層の表面にて硬質球をころがすように回転させて前記硬質被覆層の硬質球接触部分を局所的に摩耗させて、前記硬質被覆層の炭窒化チタン層及び基体を露出するように球曲面の摩耗痕を形成してなり、該摩耗痕の露出した炭窒化チタン層にクラックが存在しないことを特徴とする表面被覆部材。
【請求項２】
前記硬質被覆層が、少なくとも炭窒化チタン層と結合層と酸化アルミニウム層を順次積層した部分を具備し、前記炭窒化チタン層の膜厚が３μｍ≦ｔＴ≦１３μｍ、前記結合層の膜厚が０．１μｍ≦ｔＢ≦２μｍ、前記酸化アルミニウム層の膜厚が２μｍ≦ｔＡ≦１５μｍであることを特徴とする請求項１に記載の表面被覆部材。
【請求項３】
前記炭窒化チタン層中の炭窒化チタン粒子が前記基体表面に対して垂直に伸びる筋状組織からなり、その平均結晶幅ｗが０．０１〜０．５μｍであることを特徴とする請求項１または２に記載の表面被覆部材。
【請求項４】
前記炭窒化チタン層をＴｉ（Ｃ１−ｘＮｘ）と表したとき、前記炭窒化チタン層におけるｘが０．５より大きく０．７以下の組成からなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の表面被覆部材。
【請求項５】
前記炭窒化チタン層を波長分散型Ｘ線マイクロアナライザー（ＷＤＳ）にて分析した際に検出されるチタンの平均強度Ａとコバルトの平均強度Ｂの比Ｂ／Ａが０．０１〜０．１であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の表面被覆部材。
【請求項６】
前記結合層を前記波長分散型Ｘ線マイクロアナライザー（ＷＤＳ）にて分析した際に検出されるチタンの平均強度Ａとコバルトの平均強度Ｂの比Ｂ／Ａが０．０１〜０．１であることを特徴とする請求項５記載の表面被覆部材。
【請求項７】
基体の表面に炭窒化チタン層を１層以上含む硬質被覆層を有する表面被覆部材において、前記硬質被覆層が、少なくとも炭窒化チタン層と結合層と酸化アルミニウム層を順次積層した部分を具備し、前記炭窒化チタン層の膜厚が３μｍ≦ｔＴ≦１３μｍ、前記結合層の膜厚が０．１μｍ≦ｔＢ≦２μｍ、前記酸化アルミニウム層の膜厚が２μｍ≦ｔＡ≦１５μｍであることを特徴とする表面被覆部材。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか記載の表面被覆部材を具備す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、硬質被覆層を表面に被着形成した表面被覆部材に関し、連続切削においては被覆膜のクラックに起因する溶着摩耗や、チッピング、欠損が防止でき、断続切削等の大きな衝撃が切刃にかかるような切削に際しても、優れた耐チッピング性および耐欠損性を有する表面被覆切削工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、金属の切削加工に広く用いられている切削工具は、超硬合金やサーメット、セラミックス等の基体の表面に、炭化チタン（ＴｉＣ）層、窒化チタン（ＴｉＮ）層、炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）層および酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）層等の硬質被覆層を複数層被着形成した表面被覆切削工具が多用されている。
【０００３】
かかる表面被覆切削工具においては、炭素鋼、鋳鉄といった被削材が切削による熱で溶解し、切刃に付着し、それが脱落する際に切刃のチッピングや膜剥離等の損傷を引き起こし、これが引き金となって切刃に大きな欠損や異常摩耗が発生して工具寿命の長寿命化ができないという問題があった。
【０００４】
そこで、特許文献１には、炭窒化チタン層と酸化アルミニウム層との間に針状の突起を有する結合層を介在させることによって、結合層が剥がれたり、結合層自体にクラックが入ることを防止できることが記載されている。
【０００５】
また、特許文献２、３には、硬質被覆層に予め積極的に微小クラックを生成させておくことによってクラックの進展を抑制し、チッピングや欠損の発生を低下させて耐摩耗性と耐欠損性を向上させる方法が記載されている。
【特許文献１】特開平１０−２７３７７８号公報
【特許文献２】特開平６−２４６５１３号公報
【特許文献３】特開平１３−２６７９０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載されるように結合層の組織を変える方法によっても、炭窒化チタン層と酸化アルミニウム層との体積膨張の違いは改善されないために依然として炭窒化チタン層と酸化アルミニウム層間でクラックが生じたり、さらに剥離が発生するという問題があった。
【０００７】
また、上記特許文献２、３に記載された手法によっても、切削中の衝撃が原因でチッピングや欠損が発生することは抑制できるものの、被削材が工具に溶着しやすい切削条件で切削すると被削材とのなじみがよい炭窒化チタン層に予め導入したクラックの中に被削材が進入してしまい、被削材の溶着を促進させてしまうことによって切刃のチッピングによる異常摩耗や突発欠損等が発生し、工具寿命が短くなっていた。
【０００８】
従って、本発明は上記課題を解決するためになされたもので、その目的は、被削材の溶着を抑え、チッピングや膜剥離が発生することなく、優れた耐チッピング性および耐欠損性を有するとともに、耐摩耗性にも優れる長寿命の切削工具を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、上記課題に対して検討した結果、硬質被覆層に、クラックが発生しにくい炭窒化チタンを具備することで、被削材の溶着を防ぎ、切刃のチッピングや膜剥離を防止できることを知見した。
【００１０】
すなわち、本発明の表面被覆部材は、基体の表面に炭窒化チタン層を１層以上含む硬質被覆層を有する表面被覆部材において、前記硬質被覆層の表面にて硬質球をころがすように回転させて前記硬質被覆層の前記硬質球接触部分を局所的に摩耗させて、前記硬質被覆層の炭窒化チタン層及び基体が露出するように球曲面の摩耗痕を形成させる、いわゆるカロテストを行い、前記摩耗痕を観察した際に、該摩耗痕の中心に存在する露出した基体の外周位置に観察される炭窒化チタン層が前記炭窒化チタン層中にクラックが存在しない、換言すれば、炭窒化チタン層が連続的に形成されていることを特徴とするものである。
【００１１】
また、前記硬質被覆層が、少なくとも炭窒化チタン層と結合層と酸化アルミニウム層を順次積層した部分を具備し、前記炭窒化チタン層の膜厚が３μｍ≦ｔT≦１３μｍ、前記結合層の膜厚が０．１μｍ≦ｔＢ≦２μｍ、前記酸化アルミニウム層の膜厚が２μｍ≦ｔＡ≦１５μｍを満たすことが、前記硬質被覆層全体の耐衝撃性を高めて、工具全体としてのチッピングや欠損を防止し、かつ高い耐摩耗性を維持することができるために望ましい。
【００１２】
さらに、前記炭窒化チタン層中の炭窒化チタン粒子が前記基体表面に対して垂直に伸びる筋状組織からなり、その平均結晶幅ｗが０．０１〜０．５μｍであることが、炭窒化チタン結晶自身の耐欠損性および耐チッピング性を高めることができるとともに、前記炭窒化チタン層のクラックの発生を抑制することができるため望ましい。
【００１３】
また、前記炭窒化チタン層をＴｉ（Ｃ１−ｘＮｘ）と表したとき、前記炭窒化チタン層におけるｘが０．５より大きく０．７０以下の組成からなることによって、前記炭窒化チタン層の靭性を向上させてクラックの発生を抑えるとともに、硬質被覆層の耐欠損性を向上させることができるため望ましい。
【００１４】
さらに、前記炭窒化チタン層を波長分散型Ｘ線マイクロアナライザー（ＷＤＳ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ  Ｘ−ｒａｙ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）にて分析した際に検出されるチタンの平均強度Ａとコバルトの平均強度Ｂの比Ｂ／Ａが０．０１〜０．１であることによって、前記炭窒化チタン層の靭性を向上させてクラックの発生を抑えるとともに、硬質被覆層の耐欠損性を向上させることができるため望ましい。
【００１５】
また、前記結合層を前記波長分散型Ｘ線マイクロアナライザー（ＷＤＳ）にて分析した際に検出されるチタンの平均強度Ａとコバルトの平均強度Ｂの比Ｂ／Ａが０．０１〜０．１であることによって、炭窒化チタン層と酸化アルミニウム層との熱膨張差に起因する応力差を緩和することができて、層剥離やチッピングを防止することができるため望ましい。
【００１６】
なお、上記表面被覆部材は、掘削工具、切削工具、刃物等の工具や金型や摺動部材等の耐摩材等の耐摩耗性および耐欠損性が要求される構造材に好適に利用可能であるが、特に切削工具として用いた際に耐摩耗性および耐欠損性を両立することができる、優れた切削性能を発揮するものとなる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の表面被覆部材によれば、基体の表面に炭窒化チタン層を１層以上含む硬質被覆層を有する表面被覆部材において、いわゆるカロテストの摩耗痕を観察すれば前記硬質被覆層の部分的な耐摩耗性および耐欠損性の分布を評価することができる。具体的には、その摩耗痕の観察にて、前記摩耗痕の中心に存在する露出した基体の周囲に観察される炭窒化チタン層が連続的に形成されている状態とすることによって、炭窒化チタン層自身が衝撃に強く、かつ他の層との界面における残留応力が小さくて層間での亀裂の発生が抑制されていることを間接的に確認できる指針となる。すなわち、カロテストの摩耗痕の炭窒化チタン層中にクラックが観察されないということは、切削中に硬質被覆層内に亀裂が発生することも抑制されることになり、例え、被削材が溶着しやすい条件で切削したとしても硬質被覆層中のクラックに起因する異常摩耗、欠損を防止でき、長寿命化できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の表面被覆部材の好適例である表面被覆切削工具の一例について、カロテストの摩耗痕の金属顕微鏡像である図１（(ａ)は本発明例、(ｂ)は比較例）、硬質被覆層を含む破断面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である図２を基に説明する。
【００１９】
図１、２によれば、表面被覆切削工具（以下、単に工具と略す。）１は、炭化タングステン（ＷＣ）と、所望により周期律表第４ａ、５ａ、６ａ族金属の炭化物、窒化物、炭窒化物の群から選ばれる少なくとも１種からなる硬質相をコバルト（Ｃｏ）および／またはニッケル（Ｎｉ）等の鉄属金属からなる結合相にて結合させた超硬合金や、Ｔｉ基サーメット、または窒化ケイ素、酸化アルミニウム、ダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素等のセラミックスのいずれかからなる基体２の表面に硬質被覆層３を化学蒸着法（ＣＶＤ）にて被着形成したものである。
【００２０】
本実施態様によれば、図２に示すように、硬質被覆層３として炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）層４を１層以上有している。また、図１はカロテストの摩耗痕７を金属顕微鏡または走査型電子顕微鏡（図１は金属顕微鏡写真）により例えば倍率４〜５０倍（図１では５０倍）で観察したものである。
【００２１】
ここで、本発明の評価項目として規定するカロテストとは、図３に示すように、工具１の表面、すなわち硬質被覆層３の表面に金属製または超硬合金製の硬質球８を接触させた状態で硬質球８を支持する支持棒９を回転させて硬質球８をころがしながら自転させることによって、工具１を局所的に摩耗させ、図１に示すように摩耗痕７の中心に基体２が露出するように硬質被覆層３を球曲面に摩耗させたものであり、一般的にはこの摩耗痕７中に観察される硬質被覆層３の各層の幅を観察することによって各層の膜厚を見積もる方法である。
【００２２】
本発明によれば、上記カロテストの摩耗痕７として、摩耗痕７の中心に基体２が露出するように硬質被覆層３を球曲面に摩耗させた状態としたものであり、この摩耗痕７中に含まれる硬質被覆層３の各層の摩耗、剥離、クラック５の進展状態等を各層ごとに観察することにより、硬質被覆層３の性状および特性を評価できることを見出したものである。
【００２３】
そして、本発明によれば、図１のようなカロテストの摩耗痕７の観察において、（ａ）のように摩耗痕７の中心に存在する露出した基体の外周位置に観察される炭窒化チタン層４にクラックが存在しないこと、換言すれば、炭窒化チタン層４が連続的に形成されていることが大きな特徴である。
【００２４】
ここで、摩耗痕７の露出した炭窒化チタン層４が連続的に形成されているということは、硬質球８によって硬質被覆層３を摩耗させたときに炭窒化チタン層４にクラック５が存在しない、すなわちクラック５により炭窒化チタン層４が分断されずに連続した組織として形成されている状態のことである。
【００２５】
なお、本発明におけるクラックとは、金属顕微鏡または走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察できるクラック幅が０．５μｍ以上のものを指す。また、本発明においては炭窒化チタン層が複数層存在していてもよいが、各炭窒化チタン層についてクラックが存在しないものである。
【００２６】
ちなみに、基体２の露出した部分の大きさが大きすぎたり小さすぎたりすると、炭窒化チタン層４中のクラック５を正確に観察することができない場合があるため、摩耗痕７中に露出する基体２の直径が摩耗痕７全体の直径の０．１倍〜０．６倍になるようにカロテストの摩耗条件（時間、硬質球の種類、研磨剤等）を調節するのがよい。
【００２７】
さらに、硬質被覆層３の構成としては、少なくとも炭窒化チタン層４と結合層１１と酸化アルミニウム層６を順次積層した部分を具備する構成とすることが、硬質被覆層３全体の耐衝撃性を高めて、工具１全体としてのチッピングや欠損を防止し、かつ高い耐摩耗性を維持するために望ましい。特に、炭窒化チタン層４の膜厚ｔが３μｍ≦ｔＴ≦１３μｍ、前記結合層の膜厚が０．１μｍ≦ｔＢ≦２μｍ、前記酸化アルミニウム層の膜厚が２μｍ≦ｔＡ≦１５μｍを満たすことが硬質被覆層３全体の耐衝撃性を高めて、工具１全体としてのチッピングや欠損を防止し、かつ高い耐摩耗性を維持できるために望ましい。
【００２８】
また、炭窒化チタン層４における平均結晶幅ｗが０．０１〜０．５μｍ、特に、０．０１〜０．１μｍの範囲内であることが、炭窒化チタン層４自身にクラックが発生しにくくすることができて硬質被覆層３の耐欠損性および耐チッピング性を高めることができるため望ましい。
【００２９】
ここで、本発明において筋状結晶からなる炭窒化チタン粒子の平均結晶幅ｗを測定する方法としては、硬質被覆層３を含む断面について走査型電子顕微鏡写真観察を行い、炭窒化チタン層４の膜厚みの１／２の高さにおいて基体２と硬質被覆層３との界面と平行な直線を引き（図２の線分α参照）、この線分上にある各粒子の幅の平均値、すなわち線分長さを、線分上を横切る粒界の数で割った値を平均結晶幅ｗとする。
【００３０】
また、炭窒化チタン層４をＴｉ（Ｃ１−ｘＮｘ）と表したとき、炭窒化チタン層４におけるｘが０．５より大きく０．７以下、特に、０．５以上０．６５以下の組成からなることによって、炭窒化チタン層４の靭性を向上させてクラックの発生を抑えて硬質被覆層３の耐欠損性を向上させることができるため望ましい。
【００３１】
さらに、炭窒化チタン層４を波長分散型Ｘ線マイクロアナライザー（ＷＤＳ）にて分析した際に検出されるチタンの平均強度Ａとコバルトの平均強度Ｂの比Ｂ／Ａが０．０１〜０．１の範囲内とすることによって、炭窒化チタン層４の靭性を向上させてクラックの発生を抑えて硬質被覆層３の耐欠損性を向上させることができるため望ましい。また、炭窒化チタン層４中のコバルト量が多すぎると耐摩耗性が低下してしまうため、上記の比Ｂ／Ａが０．０１〜０．０５の範囲にあることがより好ましい。
【００３２】
また、結合層１１を前記波長分散型Ｘ線マイクロアナライザー（ＷＤＳ）にて分析した際に検出されるチタンの平均強度Ａとコバルトの平均強度Ｂの比Ｂ／Ａが０．０１〜０．１であることによって、炭窒化チタン層４と酸化アルミニウム層６との熱膨張差に起因する応力差を緩和することができて、層剥離やチッピングを防止することができるため望ましい。
【００３３】
なお、波長分散型Ｘ線マイクロアナライザー（ＷＤＳ）分析を行う場合、一視野における炭窒化チタン膜４の各部についてコバルトとチタンの測定を行うマッピング分析を行い、その平均値を算出して炭窒化チタン層４におけるコバルトとチタンの強度とする。
【００３４】
ここで、硬質被覆層３の構成としては、上述したとおり炭窒化チタン層４、結合層１１、酸化アルミニウム層６の順に成膜することが工具１の耐摩耗性、耐酸化性が向上し更なる工具寿命の向上を可能とするため望ましい。
【００３５】
また、酸化アルミニウム層６がα構造を主体とする結晶構造、換言すればＸ線回折分析における酸化アルミニウム層６のピークのうち最高のピーク強度となるピークがα型酸化アルミニウムからなることにより、優れた高温硬度を得ることができ、耐摩耗性を向上することができるため望ましい。また、酸化アルミニウム層６の層厚が３〜８μｍである場合には、耐摩耗性、特に鋳鉄に対する耐摩耗性を維持しつつ、膜剥離を防止して耐欠損性を高めることができる点で望ましい。なお、酸化アルミニウム層６は被削材に対して溶着しにくい材料であることから、酸化アルミニウム層６内にクラックが少量存在していても耐溶着性はさほど損なわれない。
【００３６】
なお、酸化アルミニウム層６をα型結晶構造とする場合には、炭窒化チタン層４と酸化アルミニウム層６との間に０．２μｍ以下の炭酸化チタン（ＴｉＣＯ）層、酸窒化チタン（ＴｉＮＯ）層または炭酸窒化チタン（ＴｉＣＮＯ）層のいずれかよりなる結合層１１を介層することにより安定してα型結晶構造を成長させることができる。
【００３７】
また、硬質被覆層３としては、基体２と炭窒化チタン層４との間に存在する最下層１０として、窒化チタン（ＴｉＮ）層、炭化チタン（ＴｉＣ）層、炭窒酸化チタン（ＴｉＣＮＯ）層、炭酸化チタン（ＴｉＣＯ）層、窒酸化チタン（ＴｉＮＯ）層の群から選ばれる少なくとも１層、特に窒化チタン層を介層することによって、基体２の成分の拡散防止、硬質被覆層３の各層間密着力の向上、炭窒化チタン層４、酸化アルミニウム層６の組織、結晶構造、密着力およびクラックの発生状態を制御する等が可能である。
【００３８】
また、硬質被覆層３の最上層１２として窒化チタン層を形成することによって、工具１が金色を呈するため、工具１を使用したときに変色して使用済みかどうかの判別がつきやすく、また、摩耗の進行を容易に確認できるため望ましい。
【００３９】
なお、上記説明においては本発明の表面被覆部材を切削工具に応用した例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、掘削工具、金型や摺動部材等の耐摩材等の耐摩耗性および耐欠損性が要求される構造材に好適に利用可能である。
【００４０】
（製造方法）
また、上述した表面被覆切削工具を製造するには、まず、上述した硬質合金を焼成によって形成しうる金属炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化物等の無機物粉末に、金属粉末、カーボン粉末等を適宜添加、混合し、プレス成形、鋳込成形、押出成形、冷間静水圧プレス成形等の公知の成形方法によって所定の工具形状に成形した後、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上述した硬質合金からなる基体２を作製する。
【００４１】
ここで、上記基体２を焼成後の焼肌面を０．０１μｍ以下の厚み研磨加工した後に硬質被覆層３を成膜することによって、炭窒化チタン層４中にコバルトを拡散せしめることができる。なお、最下層１０として窒化チタン層を０．１〜１μｍ成膜することで、基体２からのコバルトの拡散量を適正化することができる。
【００４２】
その後、最下層１０の表面に炭窒化チタン層４を成膜する。筋状の炭窒化チタン層４の成膜条件は、例えば、化学気相蒸着（ＣＶＤ）法によって、反応ガス組成として、体積％で塩化チタン（ＴｉＣｌ４）ガスを０．１〜１０体積％、窒素（Ｎ２）ガスを０〜６０体積％、メタン（ＣＨ４）ガスを０〜０．１体積％、アセトニトリル（ＣＨ３ＣＮ）ガスを０．１〜３体積％、残りが水素（Ｈ２）ガスからなる混合ガスを調整して反応チャンバ内に導入し、チャンバ内を８００〜１１００℃、５〜８５ｋＰａにて成膜する。成膜温度の望ましい範囲は、炭窒化チタン層４の平均結晶幅を最適化するために８６０〜８８０℃とすることが望ましい。
【００４３】
ここで、上記成膜条件のうち、反応ガス中のアセトニトリルガスの割合が０．１体積％より少ないと筋状炭窒化チタン結晶に成長させることができず粒状結晶となる。逆に反応ガス中のアセトニトリルガスの混合割合が３体積％を超えると炭窒化チタン結晶の平均結晶幅が大きくなって、その比を制御することができない。
【００４４】
また、筋状の炭窒化チタン層４を成膜した後、チャンバ内の温度を１０５０〜１１５０℃と高く設定することで、基体２からのコバルトの拡散を促進させることができる。
【００４５】
次に、結合層１１を成膜する。結合層１１として炭酸窒化チタン（ＴｉＣＮＯ）層を成膜する際、成膜速度を０．３〜１μｍ／ｈｒになるように制御することで炭窒化チタン層４の構造を調整しつつ結合層１１との結合力を高めることができて両者間に生じる残留応力を低減することができ、しかも徐々に酸化することができて酸化アルミニウムの界面に生じる残留応力を軽減することができ、クラックのない組織を実現できる。具体的な成膜方法としては塩化チタン（ＴｉＣｌ４）ガスを０．１〜１体積％、メタン（ＣＨ４）ガスを０．１〜１０体積％、二酸化炭素（ＣＯ２）ガスを０．０１〜１体積％、窒素（Ｎ２）ガスを０〜１０体積％、残りが水素（Ｈ２）ガスからなる混合ガスを順次調整して反応チャンバ内に導入し、チャンバ内を８００〜１１００℃、１〜６ｋＰａの雰囲気とすればよい。
【００４６】
そして、本発明によれば、引き続き、酸化アルミニウム層６を成膜する。酸化アルミニウム層６の成膜方法としては、塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ３）ガスを３〜２０体積％、塩化水素（ＨＣｌ）ガスを０．５〜３．５体積％、二酸化炭素（ＣＯ２）ガスを０．０１〜５．０体積％、硫化水素（Ｈ２Ｓ）ガスを０〜０．０１体積％、残りが水素（Ｈ２）ガスからなる混合ガスを用い、９００〜１１００℃、５〜１０ｋＰａとすることが望ましい。
【００４７】
また、最表面層１２の窒化チタン（ＴｉＮ）層を成膜するには、反応ガス組成として塩化チタン（ＴｉＣｌ４）ガスを０．１〜１０体積％、窒素（Ｎ２）ガスを０〜６０体積％、残りが水素（Ｈ２）ガスからなる混合ガスを順次調整して反応チャンバ内に導入し、チャンバ内を８００〜１１００℃、５〜８５ｋＰａとすればよい。
【００４８】
このとき、上述した方法に加えて、上記化学蒸着法にて硬質被覆層を成膜した後７００℃までのチャンバの冷却速度を１２〜３０℃／分に制御することによって、炭窒化チタン層の組織を、上記カロテストにてクラックが観察されない組織に制御することができる。
【００４９】
なお、本発明は上記実施態様に限定されるものではなく、例えば、上記説明においては成膜方法として化学蒸着（ＣＶＤ）法を用いた場合について説明したが、硬質被覆層の一部または全部を物理蒸着（ＰＶＤ）法によって形成したものであってもよい。
【実施例】
【００５０】
平均粒径１．５μｍの炭化タングステン（ＷＣ）粉末に対して、平均粒径１．２μｍの金属コバルト（Ｃｏ）粉末を６質量％、平均粒径２．０μｍの炭化チタン（ＴｉＣ）粉末を０．５質量％、炭化タンタル（ＴａＣ）粉末を５質量％の割合で添加、混合して、プレス成形により切削工具形状（ＣＮＭＡ１２０４１２）に成形した後、脱バインダ処理を施し、０．０１Ｐａの真空中、１５００℃で１時間焼成して超硬合金を作製した。さらに、作製した超硬合金にブラシ加工にて刃先処理（ホーニングＲ）を施した。
【００５１】
そして、上記超硬合金に対して、ＣＶＤ法により各種の硬質被覆層を表１に示す条件で表２に示す構成の多層膜からなる硬質被覆層を成膜した試料Ｎｏ．１〜６の表面被覆切削工具を作製した。なお、硬質被覆層３を成膜した後７００℃までのチャンバの冷却速度は１８℃／分とした。なお、試料Ｎｏ．１〜５に関しては硬質被覆層を成膜する際にブラシを用いて研磨加工を施し、超硬合金の最表面を除去した。また、試料Ｎｏ．６については焼成後の焼肌面上に硬質被覆層を成膜した。さらに、表１の被覆層中のＴｉＣＮＯ１成膜前（表１の試料Ｎｏ．１〜４、６）については筋状の炭窒化チタン層を成膜した後、一旦１０５０℃にチャンバ内を昇温し、さらに１０１０℃に降温してＴｉＣＮＯ１層を成膜した。表１の被覆層中のＴｉＣＮＯ２成膜前（表１の試料Ｎｏ．５）については筋状の炭窒化チタン層を成膜した後、そのままチャンバ内を１０１０℃に昇温してＴｉＣＮＯ２層を成膜した。
【表１】
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【００５２】
得られた工具について、硬質被覆層の断面を含む任意破断面または研磨面５ヵ所について走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を撮り、各写真において炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）層の組織を観察した。このとき、炭窒化チタン層の膜厚に対して総膜厚の１／２の高さ位置に図２に示すような線αを引いて、それぞれの線分上を横切る粒界数を測定して炭窒化チタン結晶の結晶幅に換算した値を算出し、写真５ヶ所についてそれぞれ算出した結晶幅の平均値を平均結晶幅ｗとして算出した。また、上記金属顕微鏡写真またはＳＥＭ写真にて炭窒化チタン層の膜厚ｔを測定した。
【００５３】
さらに、上記表面被覆切削工具の硬質被覆層のクラック状態を、下記条件で行ったカロテスト試験によって生じた摩耗痕を金属顕微鏡またはＳＥＭにて観察し、カロテスト摩耗痕で観察される炭窒化チタン層のクラックの有無を測定した。
【００５４】
装置：ナノテック社製ＣＳＥＭ−ＣＡＬＯＴＥＳＴ
鋼球
直径３０ｍｍ球形鋼玉
ダイヤモンドペースト  １／４ＭＩＣＲＯＮ
摩耗痕中に露出する基体の直径が摩耗痕全体の直径に対して０．１〜０．６倍、（今回の測定では０．３〜０．７ｍｍ）となるように摩耗させた状態でクラックを観察した。結果は表２に示した。
【００５５】
また、波長分散型Ｘ線マイクロアナライザー（ＷＤＳ）にてマッピング分析を行い、炭窒化チタン層におけるチタンの平均強度Ａとコバルトの平均強度Ｂをそれぞれ測定し、その比、Ｂ／Ａを計算した。結果は表２に示した。
【００５６】
さらに、Ｘ線回折分析（ＸＲＤ）にて炭窒化チタン層のピーク位置を確認し、ＪＣＰＤＳにて規定された窒化チタン（ＴｉＮ）と炭化チタン（ＴｉＣ）のピーク位置からＴｉ（Ｃ１−Ｘ，ＮＸ）と表したときのＸの値を見積もった。結果は表２に示した。
【表２】
2006123079.tif 000004
【００５７】
そして、この切削工具を用いて下記の条件により、連続切削試験および断続切削試験を行い、耐摩耗性および耐欠損性を評価した。結果は表３に示した。
【００５８】
（連続切削試験）
被削材  ：ダクタイル鋳鉄スリーブ材（ＦＣＤ７００）
工具形状：ＣＮＭＡ１２０４１２
切削速度：２５０ｍ／分
送り速度：０．４ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み：２ｍｍ
切削時間：２０分
その他  ：水溶性切削液使用
評価項目：顕微鏡にて切刃を観察し、フランク摩耗量・先端摩耗量を測定
（断続試験）
被削材  ：ダクタイル鋳鉄４本溝付スリーブ材（ＦＣＤ７００）
工具形状：ＣＮＭＡ１２０４１２
切削速度：２００ｍ／分
送り速度：０．３〜０．５ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み：２ｍｍ
その他  ：水溶性切削液使用
評価項目：欠損に至る衝撃回数
衝撃回数１０００回時点で顕微鏡にて切刃の硬質被覆層の剥離状態を観察
【表３】
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【００５９】
表１〜３より、試料Ｎｏ．５および６では炭窒化チタン層の粒子径が大きく、または炭窒化チタン層内にコバルトの拡散が見られず、いずれもカロテストの研磨痕について炭窒化チタン層内にクラックが生じており、試料Ｎｏ．１〜４に比べ耐摩耗性、耐欠損性が著しく低下した。また、これら工具の切刃部分には被削材の溶着が激しいものであった。
【００６０】
これに対して、本発明に従い、炭窒化チタン層にクラックが存在しなかった試料Ｎｏ．１〜４では硬質被覆層の剥離が発生せず、連続切削においても断続切削においても長寿命であり、耐欠損性および耐チッピング性とも優れた切削性能を有するものであった。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の表面被覆切削部材の好適例である表面被覆切削工具をカロテストした摩耗痕の金属顕微鏡像（（ａ）本発明例、（ｂ）従来例）である。
【図２】図１（ａ）の表面被覆切削工具の破断面における表面被覆層領域についての走査型電子顕微鏡像である。
【図３】カロテストの試験方法を説明するための模式図である。
【符号の説明】
【００６２】
１  ：表面被覆切削工具
２  ：基体
３  ：硬質被覆層
４  ：炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）層
５  ：クラック
６  ：酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）層
７  ：摩耗痕
８  ：硬質球
９  ：支持棒
１０：最下層
１１：中間層
１２：最上層
ｗ  ：炭窒化チタン層の平均結晶幅
ｔ  ：炭窒化チタン層の膜厚
【図１】
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【図２】
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【図３】
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