(57)【要約】      （修正有）【課題】切れ刃に高負荷が作用する高切り込み・高送りの高速断続重切削条件ですぐれた耐チッピング性、耐剥離性を発揮する表面被覆切削工具を提供する。【解決手段】工具基体表面に、少なくとも１層のＴｉＣＮ層を含むＴｉ化合物層からなる下部層と、α−Ａｌ２Ｏ３層からなる上部層を設け、前記ＴｉＣＮ層について、相互に隣接するＴｉＣＮ結晶粒の構成原子共有格子点形態（単位形態）の分布割合を算出した場合に、Σ３１以上の構成原子共有格子点形態の粒界長が、Σ３以上の構成原子共有格子点形態の粒界長の８０％以上を占め、アスペクト比が３以上のＴｉＣＮ結晶粒が８０％以上の面積割合を占め、さらに好ましくは、Σ３の構成原子共有格子点形態の粒界長が、Σ３〜Σ２９の構成原子共有格子点形態の粒界長の２０％以下であり、かつ、Σ５の構成原子共有格子点形態の粒界長が、Σ３〜Σ２９の構成原子共有格子点形態の粒界長の３０％以下である。【選択図】図１
2018058202.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下部層と上部層からなる硬質被覆層が設けられている表面被覆切削工具において、
（ａ）前記下部層は、３〜２０μｍの合計平均層厚を有し、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＣＯ、ＴｉＣＮＯのうちの1層または２層以上からなるＴｉ化合物層であって、その内の少なくとも１層はＴｉＣＮ層で構成されており、
（ｂ）前記上部層は、１〜１５μｍの平均層厚を有し、α型の結晶構造を有するＡｌ２Ｏ３層からなり、
（ｃ）前記下部層の少なくとも１層のＴｉＣＮ層について、電界放出型走査電子顕微鏡を用い、前記少なくとも１層のＴｉＣＮ層の縦断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、電子後方散乱回折像装置を用いて、所定領域を０．１μｍ／ｓｔｅｐの間隔で、基体表面の法線に対する、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、この場合前記結晶粒は、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、この結果得られた測定傾斜角に基づいて、相互に隣接する結晶粒の界面で、前記構成原子のそれぞれが前記結晶粒相互間で１つの構成原子を共有する格子点（構成原子共有格子点）の分布を算出すると共に、前記構成原子共有格子点間に存在する構成原子を共有しない格子点の数Ｎ毎に定めたΣＮ＋１で表される構成原子共有格子点形態（単位形態）のそれぞれの分布割合を算出した場合に、全対応粒界長に占める各構成原子共有格子点からなる対応粒界長の割合が示された対応粒界分布グラフにおいて、Σ３１以上である構成原子共有格子点形態（単位形態）の粒界長が、Σ３以上である構成原子共有格子点形態（単位形態）の粒界長の８０％以上を占め、
（ｄ）前記少なくとも１層のＴｉＣＮ層の縦断面において、アスペクト比が３以上であるＴｉＣＮ結晶粒が８０％以上の面積割合を占めることを特徴とする表面被覆切削工具。
【請求項２】
前記下部層の少なくとも１層のＴｉＣＮ層について、電界放出型走査電子顕微鏡を用い、前記少なくとも１層のＴｉＣＮ層の縦断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、電子後方散乱回折像装置を用いて、所定領域を０．１μｍ／ｓｔｅｐの間隔で、基体表面の法線に対する、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、この場合前記結晶粒は、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、この結果得られた測定傾斜角に基づいて、相互に隣接する結晶粒の界面で、前記構成原子のそれぞれが前記結晶粒相互間で１つの構成原子を共有する格子点（構成原子共有格子点）の分布を算出すると共に、前記構成原子共有格子点間に存在する構成原子を共有しない格子点の数Ｎ毎に定めたΣＮ＋１で表される構成原子共有格子点形態（単位形態）のそれぞれの分布割合を算出した場合に、Σ３の構成原子共有格子点形態（単位形態）の粒界長が、Σ３〜Σ２９の構成原子共有格子点形態（単位形態）の粒界長の２０％以下であり、また、Σ５の構成原子共有格子点形態（単位形態）の粒界長が、Σ３〜Σ２９の構成原子共有格子点形態（単位形態）の粒界長の３０％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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼やステンレス鋼等の切削加工を、切刃に高負荷が作用する高速断続高切り込み条件および高速断続高送り条件で行った場合でも、硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮し、長期に亘ってすぐれた切削性能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】
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、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１層または２層以上からなるＴｉ化合物層、
（ｂ）上部層が、化学蒸着した状態でα型の結晶構造を有する酸化アルミニウム層（以下、Ａｌ２Ｏ３層で示す）、
以上（ａ）および（ｂ）で構成された硬質被覆層が蒸着形成された被覆工具が知られている。
【０００３】
しかし、前述したような従来の被覆工具は、例えば、各種の鋼や鋳鉄などの連続切削ではすぐれた切削性能を発揮するが、これを、断続切削加工に用いた場合には、被覆層のチッピングが発生しやすく、工具寿命が短命になるという問題があった。
そこで、被覆層の耐チッピング性を高めるために、硬質被覆層に種々の改良を加えた被覆工具が提案されている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、
工具基体の表面に、
（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被覆工具において、
上記（ａ）のＴｉ化合物層のうちの１層を、
反応ガス組成：容量％で、ＴｉＣｌ４：０．１〜０．８％、ＣＨ３ＣＮ：０．０５〜０．３％、Ａｒ：１０〜３０％、Ｈ２：残り、
反応雰囲気温度：９３０〜１０００℃、
反応雰囲気圧力：６〜２０ｋＰａ、
の条件で、２．５〜１５μｍの平均層厚に化学蒸着形成してなると共に、
電界放出型走査電子顕微鏡を用い、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、電子後方散乱回折像装置を用いて、所定領域を０．１μｍ／ｓｔｅｐの間
隔で、前記表面研磨面の法線に対する、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、この場合前記結晶粒は、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、相互に隣接する結晶粒の界面で、前記構成原子の
それぞれが前記結晶粒相互間で１つの構成原子を共有する格子点（構成原子共有格子点）
の分布を算出すると共に、前記構成原子共有格子点間に存在する構成原子を共有しない格
子点の数：Ｎ（この場合、ＮはＮａＣｌ型立方晶の結晶構造上２以上の偶数となるが、分
布頻度の点からＮ：２８を上限とする）毎に定めたΣＮ＋１で表される構成原子共有格子
点形態（単位形態）のそれぞれの分布割合を算出し、Σ３〜Σ２９のそれぞれの構成原子共有格子点形態（単位形態）
の分布割合を、前記Σ３〜Σ２９の構成原子共有格子点形態（単位形態）全体の合計分布割合に占める割合で示す構成
原子共有格子点分布グラフにおいて、Σ３に最高ピークが存在し、かつ前記Σ３の分布割
合が前記構成原子共有格子点形態（単位形態）全体の合計分布割合の６５〜８０％を占める構成原子共有格子点分布グ
ラフを示す炭窒化チタン層、
からなる被覆工具が提案されており、この被覆工具によれば、鋼や鋳鉄などの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を発揮するとされている。
【０００５】
また、特許文献２には、
工具基体の表面に、
（ａ）下部層が、いずれも化学蒸着形成された、チタンの炭化物層、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２層以上からなり、かつ、その内の１層
はチタンの炭窒化物層からなり、３〜２０μｍの合計平均層厚を有するチタン化合物層、
（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被覆工具において、
上記（ａ）のチタン化合物層の内のチタンの炭窒化物層について、電界放出型走査電子
顕微鏡を用い、縦断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、電子後方散
乱回折像装置を用いて、所定領域を０．１μｍ／ｓｔｅｐの間隔で、基体表面の法線に対
する、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、この場合、前記結晶粒は、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、この結果得られた測定傾斜角に基づいて、相互に隣接する結晶粒の界面で、前記構成原子のそれぞれが前記結晶粒相互間で１つの構成原子を共有する格子点（構成原子共有格子点）の分布を算出すると共に、前記構成原子共有格子点間に存在する構成原子を共有しない格子点の数Ｎ（この場合、ＮはＮａＣｌ型立方晶の結晶構造上２以上の偶数となるが、分布頻度の点からＮ＝２８を上限とする）毎に定めたΣＮ＋１で表される構成原子共有格子点形態（単位形態）のそれぞれの分布割合を算出し、Σ３〜Σ２９のそれぞれの構成原子共有格子点形態（単位形態）の分布割合を、前記Σ３〜Σ２９の構成原子共有格子点形態（単位形態）全体の合計分布割合に占める割合で示す構成原子共有格子点分布グラフにおいて、切れ刃稜線部では前記Σ３の分布割合が前記構成原子共有格子点形態（単位形態）全体の合計分布割合の５〜１３％を示し、切れ刃稜線部以外の領域では前記Σ３の分布割合が前記構成原子共有格子点形態（単位形態）全体の合計分布割合の５０％以上を占める構成原子共有格子点分布グラフを示すチタンの炭窒化物層、
からなる強断続加工ですぐれた耐チッピング性を発揮する被覆工具が提案されており、この被覆工具によれば、切れ刃稜線部の硬質被覆層の下部層のΣ３の分布割合と、切れ刃稜線部以外の領域における硬質被覆層の下部層のΣ３の分布割合を、それぞれ、特定の範囲に定めることによって、断続の間隔が長く切れ刃先端には強い衝撃が加わる強断続加工において、耐摩耗性の低下を招くことなく、すぐれた耐チッピング性が発揮されるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４５１８２５８号公報
【特許文献２】特開２０１５−１８２１５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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い。これに伴い、切削加工は一段と高速化すると共に、高切り込みや高送りなどの重切削、断続切削等で切刃に高負荷が作用する傾向にある。
前述した従来の被覆工具を鋼や鋳鉄などの通常の条件での連続切削、断続切削に用いた場合には特に問題はないが、より一段と厳しい切削条件である高速断続重切削条件で鋼やステンレス鋼を加工した場合には、硬質被覆層の塑性変形性が十分でないことに加え、硬質被覆層には高負荷が作用するため、硬質被覆層を構成する粒子の脱落、剥離等の発生あるいはチッピングの発生を原因として比較的短時間で工具寿命に至る。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
そこで、本発明者らは、前述のような観点から、切れ刃に断続的・衝撃的な高負荷が作用し、また、硬質被覆層の塑性変形が発生しやすい高速断続重切削条件（例えば、高速高切り込み断続切削条件、高速高送り断続切削条件）で使用した場合でも、硬質被覆層の剥離、チッピングが発生しないような硬質被覆層の構造について鋭意研究を行ったところ、硬質被覆層の下部層を構成する少なくとも一つのＴｉＣＮ層において、該ＴｉＣＮ層の全対応粒界長に対して、Σ３１以上の対応粒界長の長さ割合を８０％以上とすることによって、下部層を構成するＴｉＣＮ層中に靱性の高い粒界を多く分布させることができ、これにより、切刃に断続的・衝撃的な高負荷が作用する高速高切り込み断続条件あるいは高速高送り断続条件で鋼、ステンレス鋼等を切削加工した場合にも、硬質被覆層の剥離、チッピングの発生が抑制されることを見出した。
【０００９】
本発明は、前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上部層からなる硬質被覆層が設けられている表面被覆切削工具において、
（ａ）前記下部層は、３〜２０μｍの合計平均層厚を有し、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＣＯ、ＴｉＣＮＯのうちの1層または２層以上からなるＴｉ化合物層であって、その内の少なくとも１層はＴｉＣＮ層で構成されており、
（ｂ）前記上部層は、１〜１５μｍの平均層厚を有し、α型の結晶構造を有するＡｌ２Ｏ３層からなり、
（ｃ）前記下部層の少なくとも１層のＴｉＣＮ層について、電界放出型走査電子顕微鏡を用い、前記少なくとも１層のＴｉＣＮ層の縦断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、電子後方散乱回折像装置を用いて、所定領域を０．１μｍ／ｓｔｅｐの間隔で、基体表面の法線に対する、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、この場合前記結晶粒は、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、この結果得られた測定傾斜角に基づいて、相互に隣接する結晶粒の界面で、前記構成原子のそれぞれが前記結晶粒相互間で１つの構成原子を共有する格子点（構成原子共有格子点）の分布を算出すると共に、前記構成原子共有格子点間に存在する構成原子を共有しない格子点の数Ｎ毎に定めたΣＮ＋１で表される構成原子共有格子点形態（単位形態）のそれぞれの分布割合を算出した場合に、全対応粒界長に占める各構成原子共有格子点からなる対応粒界長の割合が示された対応粒界分布グラフにおいて、Σ３１以上である構成原子共有格子点形態（単位形態）の粒界長が、Σ３以上である構成原子共有格子点形態（単位形態）の粒界長の８０％を占め、
（ｄ）前記少なくとも１層のＴｉＣＮ層の縦断面において、アスペクト比が３以上であるＴｉＣＮ結晶粒が８０％以上の面積割合を占めることを特徴とする表面被覆切削工具。
（２）前記下部層の少なくとも１層のＴｉＣＮ層について、電界放出型走査電子顕微鏡を用い、前記少なくとも１層のＴｉＣＮ層の縦断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、電子後方散乱回折像装置を用いて、所定領域を０．１μｍ／ｓｔｅｐの間隔で、基体表面の法線に対する、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、この場合前記結晶粒は、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、この結果得られた測定傾斜角に基づいて、相互に隣接する結晶粒の界面で、前記構成原子のそれぞれが前記結晶粒相互間で１つの構成原子を共有する格子点（構成原子共有格子点）の分布を算出すると共に、前記構成原子共有格子点間に存在する構成原子を共有しない格子点の数Ｎ毎に定めたΣＮ＋１で表される構成原子共有格子点形態（単位形態）のそれぞれの分布割合を算出した場合に、Σ３の構成原子共有格子点形態（単位形態）の粒界長が、Σ３〜Σ２９の構成原子共有格子点形態（単位形態）の粒界長の２０％以下であり、また、Σ５の構成原子共有格子点形態（単位形態）の粒界長が、Σ３〜Σ２９の構成原子共有格子点形態（単位形態）の粒界長の３０％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。」
【００１０】
次に、本発明の被覆工具について詳細に説明する。
下部層：
下部層を構成するＴｉ化合物層は、ＴｉＣ層、ＴｉＮ層、ＴｉＣＮ層、ＴｉＣＯ層およびＴｉＣＮＯ層のうちの1層または２層以上からなり（ただし、その内の少なくとも１層はＴｉＣＮ層）、基本的にはα型の結晶構造を有するＡｌ２Ｏ３層（以下、「α−Ａｌ２Ｏ３層」で示す。）の下部層として存在し、自身の持つすぐれた高温強度によって、硬質被覆層に対して高温強度を与える。さらに、Ｔｉ化合物層は、工具基体表面、α−Ａｌ２Ｏ３層からなる上部層のいずれにも密着し、硬質被覆層の工具基体に対する密着性を維持する作用を有する。
しかしながら、このＴｉ化合物層の合計平均層厚が３μｍ未満である場合、前述した作用を十分に発揮させることができない。一方、このＴｉ化合物層の合計平均層厚が２０μｍを越える場合、高速断続重切削では熱塑性変形を起し易くなり、偏摩耗の原因となる。
したがって、Ｔｉ化合物層の合計平均層厚は３〜２０μｍと定めた。
【００１１】
下部層のうちの少なくとも１層のＴｉＣＮ層：
本発明における下部層は、少なくとも１層のＴｉＣＮ層を含む。
そして、前記少なくとも１層のＴｉＣＮ層について、構成原子共有格子点分布グラフを求めた場合、Σ３１以上である構成原子共有格子点形態（単位形態）の粒界長が、Σ３以上である構成原子共有格子点形態（単位形態）の粒界長の８０％以上を占めることが重要である。
Σ３１以上の構成原子共有格子点形態（単位形態）の粒界長が、Σ３以上である構成原子共有格子点形態（単位形態）の粒界長の８０％以上を占める場合には、ＴｉＣＮ層中に靱性にすぐれた粒界が数多く分布することによって、ＴｉＣＮ層の衝撃緩和性が向上し、また、工具基体の変形に追従して硬質被覆層が変形することが可能となるため、鋼、ステンレス鋼等の高速断続重切削加工において、チッピングの発生が抑制される。
図１に、Σ３１以上である構成原子共有格子点形態（単位形態）の粒界長が、Σ３以上である構成原子共有格子点形態（単位形態）の粒界長の８０％以上を占めるＴｉＣＮ層の構成原子共有格子点分布グラフの例を示す。
【００１２】
さらに、Σ３１以上である構成原子共有格子点形態（単位形態）の粒界長が、Σ３以上である構成原子共有格子点形態（単位形態）の粒界長の８０％以上を占める前記ＴｉＣＮ層において、Σ３の構成原子共有格子点形態（単位形態）の粒界長が、Σ３〜Σ２９の構成原子共有格子点形態（単位形態）の粒界長の２０％以下であり、また、Σ５の構成原子共有格子点形態（単位形態）の粒界長が、Σ３〜Σ２９の構成原子共有格子点形態（単位形態）の粒界長の３０％以下である場合には、ＴｉＣＮ層の靱性がより向上するため、一段とすぐれた耐チッピング性が発揮される。
図２に、Σ３１以上である構成原子共有格子点形態（単位形態）の粒界長が、Σ３以上である構成原子共有格子点形態（単位形態）の粒界長の８０％以上を占め、さらに、Σ３の構成原子共有格子点形態（単位形態）の粒界長が、Σ３〜Σ２９の構成原子共有格子点形態（単位形態）の粒界長の２０％以下であり、かつ、Σ５の構成原子共有格子点形態（単位形態）の粒界長が、Σ３〜Σ２９の構成原子共有格子点形態（単位形態）の粒界長の３０％以下であるＴｉＣＮ層の構成原子共有格子点分布グラフの例を示す。
【００１３】
ここで、構成原子共有格子点分布グラフは、この出願前から既によく知られているように、電界放出型走査電子顕微鏡を用い、例えば、硬質被覆層の下部層の層厚方向に平行な縦断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、電子後方散乱回折像装置を用いて、所定領域を０．１μｍ／ｓｔｅｐの間隔で、前記表面研磨面の法線に対する、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（この場合、前記結晶粒は、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する炭窒化チタン結晶粒である）、この結果得られた測定傾斜角に基づいて、相互に隣接する結晶粒の界面で、前記構成原子のそれぞれが前記結晶粒相互間で１つの構成原子を共有する格子点（構成原子共有格子点）の分布を算出すると共に、前記構成原子共有格子点間に存在する構成原子を共有しない格子点の数Ｎ（この場合、ＮはＮａＣｌ型面心立方晶の結晶構造上２以上の偶数となる。）毎に定めたΣＮ＋１で表される構成原子共有格子点形態（単位形態）のそれぞれの粒界長を算出し、Σ３以上のそれぞれの構成原子共有格子点形態（単位形態）の粒界長を、Σ３以上の構成原子共有格子点形態（単位形態）の合計粒界長に占める割合で示す構成原子共有格子点分布グラフを作成する。
なお、Σ３１以上の粒界長の合計は、Σ３１以上の個々のＮにおける粒界長を算出するのではなく、Σ３１以上としてひとまとめにした。すなわち、Σ３、Σ５、Σ７、Σ９、Σ１１、Σ１３、Σ１５、Σ１７、Σ１９、Σ２１、Σ２３、Σ２５、Σ２７、Σ２９のそれぞれの粒界長を算出し、測定により得られたΣ３以上の全粒界長からΣ３〜Σ２９までの粒界長の合計を差し引いた値をΣ３１以上の粒界長の合計として求めた。
【００１４】
前記のΣ３１以上である構成原子共有格子点形態（単位形態）の粒界長が、Σ３以上である構成原子共有格子点形態（単位形態）の粒界長の８０％以上を占めるＴｉＣＮ層を有する下部層は、例えば、以下のようにして形成することができる。
即ち、まず、工具基体表面に、通常の化学蒸着装置を使用して、ＴｉＣ層、ＴｉＮ層、ＴｉＣＮ層、ＴｉＣＯ層およびＴｉＣＮＯ層のうちの１層または２層以上からなるＴｉ化合物層を硬質被覆層の下部層として蒸着形成する（なお、ＴｉＣＮ層のみを蒸着形成することも勿論可能である）。
そして、上記下部層のうちの少なくとも１層のＴｉＣＮ層については、
反応ガス組成（容量％）：ＴｉＣｌ４  １〜３％、ＣＨ３ＣＮ  ０．３〜１．０％、Ｎ２  ２５〜６０％、ＨＣｌ  ０．０５％〜０．２％、Ａｒ  ３〜１５％、残部Ｈ２、
反応雰囲気温度：７５０〜９００℃、
反応雰囲気圧力：５〜１０ｋＰａ、
の条件で化学蒸着することにより、前記所定の構成原子共有格子点形態（単位形態）を有するＴｉＣＮ層を形成することができる。
【００１５】
また、上記で蒸着形成したΣ３１以上である構成原子共有格子点形態（単位形態）の粒界長が、Σ３以上である構成原子共有格子点形態（単位形態）の粒界長の８０％以上を占めるＴｉＣＮ層において、Σ３の構成原子共有格子点形態（単位形態）の粒界長が、Σ３〜Σ２９の構成原子共有格子点形態（単位形態）の粒界長の２０％以下であり、さらに、Σ５の構成原子共有格子点形態（単位形態）の粒界長が、Σ３〜Σ２９の構成原子共有格子点形態（単位形態）の粒界長の３０％以下であるＴｉＣＮ層は、化学蒸着をより限定した条件で行うことによって形成することができる。
例えば、以下のような条件である。
反応ガス組成（容量％）：ＴｉＣｌ４  ２〜３％、ＣＨ３ＣＮ  ０．５〜０．８％、Ｎ２      ２５〜４５％、ＨＣｌ  ０．０８％〜０．１５％、Ａｒ  ５〜１０％、残部Ｈ２、
反応雰囲気温度：８２０〜９００℃、
反応雰囲気圧力：５〜７ｋＰａ、
上記の条件で化学蒸着することにより、Σ３１以上である構成原子共有格子点形態（単位形態）の粒界長が、Σ３以上である構成原子共有格子点形態（単位形態）の粒界長の８０％以上を占め、また、Σ３の構成原子共有格子点形態（単位形態）の粒界長が、Σ３〜Σ２９の構成原子共有格子点形態（単位形態）の粒界長の２０％以下であり、さらに、Σ５の構成原子共有格子点形態（単位形態）の粒界長が、Σ３〜Σ２９の構成原子共有格子点形態（単位形態）の粒界長の３０％以下であるＴｉＣＮ層を形成することができる。
【００１６】
下部層のうちの少なくとも１層のＴｉＣＮ層の結晶粒のアスペクト比：
前記化学蒸着法により形成した特定の構成原子共有格子点形態（単位形態）を有する下部層のＴｉＣＮ層は、柱状縦長組織を有している。
例えば、前記ＴｉＣＮ層のＴｉＣＮ結晶粒の最大粒子幅Ｗと層厚方向の最大粒子長さＬから求められるアスペクト比が３以上である柱状縦長成長ＴｉＣＮ結晶粒の占める面積割合が、ＴｉＣＮ層の縦断面面積の８０面積％以上となり、柱状縦長組織の特徴であるすぐれた耐摩耗性向上効果を期待することができる。
なお、前記最大粒子幅Ｗ、最大粒子長さＬとは、柱状縦長成長ＴｉＣＮ結晶粒について、ＴｉＣＮ層の縦断面における１つの結晶粒を計測したとき、層厚方向に対して垂直な方向の結晶粒の幅（短辺）で最も大きい値を最大粒子幅Ｗと呼び、一方、層厚方向の結晶粒の高さ（長辺）で最も大きい値を最大粒子長さＬと呼ぶ。
ＴｉＣＮ層の縦断面において最大粒子幅Ｗの分布を算出し、その分布で最大ピークを示す値については０．３〜１．０μｍであることが望ましく、Ｗの分布の最大ピーク値が０．３未満のＴｉＣＮ結晶粒は柱状縦長組織の特徴であるすぐれた耐摩耗性向上効果を期待できず、Ｗの分布の最大ピーク値が１．０より大きい場合は、ＴｉＣＮ結晶粒が粗粒となり、硬質被覆層のチッピングを引き起こしやすくなる。
【００１７】
上部層：
前記で形成した下部層の表面に、従来から知られている化学蒸着法によって上部層のα−Ａｌ２Ｏ３層を形成するが、上部層の平均層厚が、１μｍ未満であると長期の使用に亘ってすぐれた耐摩耗性を発揮することができず、一方、１５μｍを越えると、チッピングが発生し易くなることから、上部層の層厚は１〜１５μｍと定めた。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、硬質被覆層が、工具基体の表面に形成された下部層と該下部層上に形成された上部層とを有し、下部層は、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＣＯ、ＴｉＣＮＯのうちの２層以上のＴｉ化合物層からなり、かつ、その内の少なくとも１層はＴｉＣＮ層であって、該ＴｉＣＮ層は、全対応粒界長に占める各構成原子共有格子点からなる対応粒界長の割合が示された対応粒界分布グラフにおいて、Σ３１以上である構成原子共有格子点形態（単位形態）の粒界長が、Σ３以上である構成原子共有格子点形態（単位形態）の粒界長の８０％を占め、あるいは、さらに、Σ３の構成原子共有格子点形態（単位形態）の粒界長が、Σ３〜Σ２９の構成原子共有格子点形態（単位形態）の粒界長の２０％以下であり、また、Σ５の構成原子共有格子点形態（単位形態）の粒界長が、Σ３〜Σ２９の構成原子共有格子点形態（単位形態）の粒界長の３０％以下であることによって、該ＴｉＣＮ層には靱性の高い粒界が多く分布する。
このため、本発明被覆工具は、鋼、ステンレス鋼等の切削加工を、切刃に断続的・衝撃的な高負荷が作用する高速高切り込み断続条件あるいは高速高送り断続条件で行った場合でも、硬質被覆層のチッピング発生、剥離発生が抑制され、長期の使用にわたってすぐれた切削性能を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明被覆工具の下部層のＴｉＣＮ層の全対応粒界長に占める各構成原子共有格子点形態（単位形態）の粒界長の割合が示された構成原子共有格子点分布グラフの一つの例を示す。
【図２】図１に示す本発明被覆工具の下部層のＴｉＣＮ層のΣ３〜Σ２９の対応粒界長に占める各構成原子共有格子点形態（単位形態）の粒界長の割合が示された構成原子共有格子点分布グラフを示す。
【図３】本発明被覆工具の下部層のＴｉＣＮ層の全対応粒界長に占める各構成原子共有格子点形態（単位形態）の粒界長の割合が示された構成原子共有格子点分布グラフの他の例を示す。
【図４】図３示す本発明被覆工具の下部層のＴｉＣＮ層のΣ３〜Σ２９の対応粒界長に占める各構成原子共有格子点形態（単位形態）の粒界長の割合が示された構成原子共有格子点分布グラフを示す。
【図５】比較被覆工具の下部層のＴｉＣＮ層の全対応粒界長に占める各構成原子共有格子点形態（単位形態）の粒界長の割合が示された構成原子共有格子点分布グラフの一つの例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の被覆工具について、実施例に基づいて具体的に説明する。
【実施例】
【００２１】
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、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、ＩＳＯ規格ＣＮＭＧ１２０４０８の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。
【００２２】
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、ＺｒＣ粉末、ＴａＣ粉末、Ｍｏ2Ｃ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：１５００℃に１時間保持の条件で焼結し、焼結後、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Ｅを作製した。
【００２３】
ついで、これらの工具基体Ａ〜Ｄおよび工具基体Ｅのそれぞれを、通常の化学蒸着装置に装入し、以下の工程で硬質被覆層を形成した。
（ａ）まず、表３に示される条件にて、表６に示される目標層厚の下部層としてのＴｉ化合物層を蒸着形成した。
（ｂ）ただし、上記下部層のうち、少なくとも１層のＴｉＣＮ層の形成に際しては、表４に示される条件Ａ〜ＤにてＴｉＣＮ層を蒸着形成した。
（ｃ）次に、表３に示される条件にて、表８に示される目標層厚の上部層としてのα−Ａｌ２Ｏ３層を蒸着形成した。
上記の（ａ）〜（ｃ）の工程で、表６、表８に示される硬質被覆層を有する本発明被覆工具１〜１３をそれぞれ製造した。
【００２４】
また、比較の目的で、前記本発明被覆工具１〜１３の製造条件から外れる条件で硬質被覆層を蒸着することにより、表７、表９に示す硬質被覆層を有する比較例被覆工具１〜１３をそれぞれ製造した。
具体的には、前記本発明被覆工具１〜１３の製造工程（ａ）、（ｂ）における下部層の形成にあたり、下部層のうちのＴｉＣＮ層の形成に際して、表５に示される条件ａ〜ｄにて、表７に示されるＴｉＣＮ層を蒸着形成した。
【００２５】
ついで、本発明被覆工具１〜１３と比較例被覆工具１〜１３については、下部層のうちの少なくとも１層のＴｉＣＮ層について、電界放出型走査電子顕微鏡を用いて、構成原子共有格子点分布グラフをそれぞれ作成した。
即ち、上記構成原子共有格子点分布グラフは、下部層の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、３０×５０μｍの領域を０．１μｍ／ｓｔｅｐの間隔で、工具基体表面の法線に対して、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、相互に隣接する結晶粒の界面で、前記構成原子のそれぞれが前記結晶粒相互間で１つの構成原子を共有する格子点（構成原子共有格子点）の分布を算出し、前記構成原子共有格子点間に構成原子を共有しない格子点がＮ個（ＮはＮａＣｌ型面心立方晶の結晶構造上２以上の偶数となる）存在する構成原子共有格子点形態（単位形態）をΣＮ＋１で現した場合、個々のΣＮ＋１がΣＮ＋１全体（ただし、頻度の関係で上限値をＮ＝２８とする）に占める粒界長の割合を求めることにより作成した。
なお、Σ３１以上の構成原子共有格子点形態（単位形態）の粒界長については、測定により得られたΣ３以上の全粒界長からΣ３〜Σ２９までの粒界長の合計を差し引いた値を、Σ３１以上の粒界長の合計として求めた。
【００２６】
この結果得られた、下部層のＴｉＣＮ層においてΣ３１以上の構成原子共有格子点形態（単位形態）の粒界長が、Σ３以上である構成原子共有格子点形態（単位形態）の粒界長に占める割合、また、Σ３の構成原子共有格子点形態（単位形態）の粒界長が、Σ３〜Σ２９の構成原子共有格子点形態（単位形態）の粒界長に占める割合、さらに、Σ５の構成原子共有格子点形態（単位形態）の粒界長が、Σ３〜Σ２９の構成原子共有格子点形態（単位形態）の粒界長に占める割合を、表８、表９に示した。
【００２７】
図１には、Σ３１以上である構成原子共有格子点形態（単位形態）の粒界長が、Σ３以上である構成原子共有格子点形態（単位形態）の粒界長の８０％以上を占める本発明被覆工具１のＴｉＣＮ層の構成原子共有格子点分布グラフの例を示す。
図２には、前記本発明被覆工具１のＴｉＣＮ層のΣ３〜Σ２９の対応粒界長に占める各構成原子共有格子点形態（単位形態）の粒界長の割合が示された構成原子共有格子点分布グラフを示すが、図２においては、Σ３〜Σ２９の対応粒界長に占めるΣ３の割合は２６％、Σ５の割合は１８％であることがわかる。
図３には、Σ３１以上である構成原子共有格子点形態（単位形態）の粒界長が、Σ３以上である構成原子共有格子点形態（単位形態）の粒界長の８０％以上を占める本発明被覆工具２のＴｉＣＮ層の構成原子共有格子点分布グラフの例を示すが、図４に示されるように、本発明被覆工具２のΣ３の構成原子共有格子点形態（単位形態）の粒界長は、Σ３〜Σ２９の構成原子共有格子点形態（単位形態）の粒界長の２０％以下であり、かつ、Σ５の構成原子共有格子点形態（単位形態）の粒界長は、Σ３〜Σ２９の構成原子共有格子点形態（単位形態）の粒界長の３０％以下であることがわかる。
【００２８】
表８に示されるとおり、本発明被覆工具の下部層のＴｉＣＮ層は、いずれもΣ３１以上の構成原子共有格子点形態（単位形態）の粒界長が、Σ３以上の構成原子共有格子点形態（単位形態）の粒界長の８０％以上であり、また、いくつかについては、Σ３の構成原子共有格子点形態（単位形態）の粒界長が、Σ３〜Σ２９の構成原子共有格子点形態（単位形態）の粒界長の２０％以下であり、かつ、Σ５の構成原子共有格子点形態（単位形態）の粒界長が、Σ３〜Σ２９の構成原子共有格子点形態（単位形態）の粒界長の３０％以下であった。
これに対して、表９に示されるとおり、比較例被覆工具のＴｉＣＮ層については、いずれも、Σ３１以上の構成原子共有格子点形態（単位形態）の粒界長が、Σ３以上の構成原子共有格子点形態（単位形態）の粒界長の８０％未満であった。
なお、図５に、比較例被覆工具１のＴｉＣＮ層の全対応粒界長に占める各構成原子共有格子点形態（単位形態）の粒界長の割合が示された構成原子共有格子点分布グラフの一つの例を示すが、Σ３１以上の構成原子共有格子点形態（単位形態）の粒界長は、Σ３以上の構成原子共有格子点形態（単位形態）の粒界長の６０％であった。
【００２９】
また、本発明被覆工具１〜１３、比較例被覆工具１〜１３の硬質被覆層の各構成層の厚さを、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。
表６〜表９に、その結果を示す。
【００３０】
さらに、本発明被覆工具１〜１３、比較被覆工具１〜１３の下部層のＴｉＣＮ層の縦断面について、走査型電子顕微鏡（倍率５０００倍）を用いて、工具基体表面と平行な方向に１０μｍ、工具基体と垂直な方向にＴｉＣＮ層の層厚分の高さの領域内に存在するＴｉＣＮ結晶粒のそれぞれについて最大粒子幅Ｗ、最大粒子長さＬを測定し、分布を算出し、最大粒子幅Ｗの分布の最大ピークを示す値を算出した。ＴｉＣＮ結晶粒のそれぞれについてアスペクト比Ｌ／Ｗの値を求め、アスペクト比Ｌ／Ｗが３以上である結晶粒が、ＴｉＣＮ層の縦断面に占める面積割合を求めた。
表８、表９に、その結果を示す。
【００３１】
【表１】
2018058202.tif 000003
【００３２】
【表２】
2018058202.tif 000004
【００３３】
【表３】
2018058202.tif 000005
【００３４】
【表４】
2018058202.tif 000006
【００３５】
【表５】
2018058202.tif 000007
【００３６】
【表６】
2018058202.tif 000008
【００３７】
【表７】
2018058202.tif 000009
【００３８】
【表８】
2018058202.tif 000010
【００３９】
【表９】
2018058202.tif 000011
【００４０】
つぎに、本発明被覆工具１〜１３、比較例被覆工具１〜１３の各種の被覆工具について、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、
被削材：ＪＩＳ・ＳＵＳ６３０の長さ方向等間隔４本縦溝入り、
切削速度：３００ｍ／ｍｉｎ、
切り込み：３．０ｍｍ、
送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ、
切削時間：５分、
の条件（切削条件Ａという）で、ステンレス鋼の湿式高速断続高切り込み切削試験（通常の切削速度、切り込みは、それぞれ、７０ｍ／ｍｉｎ、２．０ｍｍ）、
被削材：ＪＩＳ・Ｓ６０Ｃの長さ方向等間隔４本縦溝入り、
切削速度：３００ｍ／ｍｉｎ、
切り込み：１．５ｍｍ、
送り：１．０ｍｍ／ｒｅｖ、
切削時間：５分、
の条件（切削条件Ｂという）で、高炭素鋼の湿式高速断続高送り切削試験（通常の切削速度、送り量は、それぞれ、１００ｍ／ｍｉｎ、０．３ｍｍ／ｒｅｖ）、
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。
表１０にこの測定結果を示した。
【００４１】
【表１０】
2018058202.tif 000012
【００４２】
表１０に示される結果から、本発明被覆工具１〜１３は、その下部層のＴｉＣＮ層が、すぐれた靱性を備えるため、耐チッピング性にすぐれ、長期の使用に亘ってすぐれた切削性能を示した。
これに対して、比較例被覆工具１〜１３は、高速断続重切削加工では、硬質被覆層のチッピング発生、剥離発生等により、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】
【００４３】
前述のように、本発明の被覆工具は、切れ刃に高負荷が作用する炭素鋼やステンレス鋼などの高速高切り込み・高送りの重切削という厳しい切削条件下でも、硬質被覆層のチッピング、剥離が発生することはなく、長期の使用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】
2018058202.tif 000013
【図２】
2018058202.tif 000014
【図３】
2018058202.tif 000015
【図４】
2018058202.tif 000016
【図５】
2018058202.tif 000017