(57)【要約】【課題】硬質被覆層が、すぐれた耐熱亀裂性および耐摩耗性を両立して発揮する、鋳鉄、ステンレス鋼、高硬度鋼や合金鋼等のミーリング切削加工用表面被覆切削工具の提供【解決手段】工具基体の表面に、硬質被覆層が形成された表面被覆切削工具；（ａ）硬質被覆層は、その合計平均層厚０．５〜７．０μｍ、（ｂ）下部層は、平均層厚０．３〜４．０μｍ、組成式ＡｌｘＴｉ１−ｘ−ｙＭｙＮ（Ｍは、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗから一種または二種以上の元素）、０．４≦ｘ≦０．７、０．０２≦ｙ≦０．２０（ｘ、ｙは、原子比）である立方晶単相組織、（ｃ）上部層は、平均層厚０．２〜３．０μｍ、層全体の組成式はＡｌｚＴｉ1-ｚＮ、０．４０≦ｚ≦０．７０（ｚは、原子比）であり、ＡｌＴｉＮ立方晶相組織と、ｈ−ＡｌＮ六方晶相組織とからなり、工具基体表面に対する垂直断面における六方晶相組織の面積割合は３〜３０％である、表面被覆切削工具。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＷＣ基超硬合金またはＴｉＣＮ基サーメットからなる工具基体の表面に、硬質被覆層が形成された表面被覆切削工具において、
（ａ）前記硬質被覆層は、前記工具基体の表面側から下部層および上部層の二層を有してなり、その合計平均層厚は、０．５〜７．０μｍであり、
（ｂ）前記下部層は、その平均層厚は、０．３〜４．０μｍであり、
組成式ＡｌｘＴｉ１−ｘ−ｙＭｙＮにて表した場合（ただし、Ｍは、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、ＴａおよびＷから選ばれる一種または二種以上の元素を示す）、Ａｌの含有割合ｘおよびＭの含有割合ｙ（ただし、ｘ、ｙは、いずれも原子比）は、それぞれ、０．４０≦ｘ≦０．７０、および、０．０２≦ｙ≦０．２０を満足する平均組成を有する立方晶単相組織からなり、
（ｃ）前記上部層は、その平均層厚は、０．２〜３．０μｍであり、
全体組成を組成式ＡｌｚＴｉ1-ｚＮにて表した場合、Ａｌの含有割合ｚ（ただし、ｚは、原子比）は、０．４０≦ｚ≦０．７０を満足する平均組成を有する、立方晶相組織と六方晶相組織とからなる混相組織であり、
前記六方晶相は、ｈ−ＡｌＮであって、工具基体表面に対する垂直断面において、前記立方晶相組織と前記六方晶相組織の面積の和に対して前記六方晶相組織の面積が占める面積割合が、３〜３０％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、鋳鉄、ステンレス鋼、高硬度鋼や合金鋼などのミーリング切削加工において、硬質被覆層がすぐれた耐熱亀裂性および耐摩耗性を両立して発揮させてな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、ミーリング切削加工用の被覆工具において、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等にて構成された工具基体の表面に、硬質被覆層として、Ａｌ−Ｔｉ系の複合窒化物層等を被覆形成することにより、すぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具が知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１では、工具基体表面に、（ＡｌｘＴｉ１−ｘ）（ＮｙＣ１−ｙ）で示される化学組成（但し、０．５６≦ｘ≦０．７５、０．６≦ｙ≦１）を有するＴｉＡｌ（Ｃ，Ｎ）層からなる、厚さ０．８〜１０μｍの耐摩耗性皮膜をアークイオンプレーティング法で形成した耐摩耗性被覆工具が提案されている。
【０００４】
また、例えば、特許文献２では、少なくとも、（ＴｉｙＡｌｘＭｅ１−ｘ−ｙ）Ｎからなる成分組成の硬質被覆層（ただし、Ｍｅは、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｉから選ばれる成分元素であり、０．５５≦ｘ≦０．８０、０．５０≦ｘ／（ｘ＋ｙ）≦０．８５、０．７≦ｘ＋ｙ＜１．０）を有する被覆工具において、アルゴンまたは窒素雰囲気中、８００〜１１００℃の温度にて５〜２４０分保持し、（ＴｉｙＡｌｘＭｅ１−ｘ−ｙ）Ｎのスピノーダル分解によって生じる、立方晶のＴｉＮ、立方晶のＡｌＮおよび六方晶のＡｌＮの析出硬化により、硬質被覆層の硬度、靱性および熱安定性の向上を図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８−２０９３３３号公報
【特許文献２】米国特許第７０５６６０２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年の切削加工における省力化および省エネ化、さらには低コスト化への要求は高く、これに伴い、切削加工は一段と高速化、高能率化への傾向にあり、被覆工具、特に、ミーリング切削加工用の被覆工具においては、一層の耐チッピング性、耐欠損性、耐剥離性等の耐異常損傷性および耐摩耗性の要求に加え、耐熱亀裂性をも含めた特性の向上が求められている。
【０００７】
これに対し、前記特許文献１に記載された被覆切削工具は、硬質被覆層として、すぐれた耐摩耗性、耐熱性、密着性を有するＡｌＴｉ（Ｃ，Ｎ）層を用いるものの、高速ミーリング切削加工や湿式ミーリング切削加工などにおいては、熱亀裂が生じ、これが原因となり工具寿命に至るという問題があった。
また、前記文献２に記載された被覆切削工具では、すぐれた耐熱亀裂性を有するものの、耐摩耗性および密着性の低下により寿命に至るという問題があった。
【０００８】
そこで、本発明は、これらのミーリング切削加工において、特に、鋳鉄、ステンレス鋼、および、合金鋼等の湿式ミーリング切削においてみられる熱亀裂の発生の問題や、高硬度鋼および合金鋼の乾式ミーリング切削においてみられる耐摩耗性の劣化の問題に対して、硬質被覆層がすぐれた耐熱亀裂性および耐摩耗性を両立して発揮させてなる被覆工具を提供することにより解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、ミーリング切削加工用の被覆工具において、長期の使用にわたり、硬質被覆層がすぐれた耐熱亀裂性および耐摩耗性を兼ね備え、工具寿命の向上をもたらす、被覆工具について、鋭意研究を行った結果、以下の知見を得たものである。
【００１０】
すなわち、本発明者らは、表面被覆切削工具、特にミーリング切削に用いる表面被覆切削工具において、工具基体の表面に、限定された条件にて、ＡｌおよびＴｉさらにＭ元素（Ｍは、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、ＴａおよびＷから一種または二種以上選ばれる元素）を含み、立方晶単相組織からなる、ＡｌＴｉ含有複合窒化物層を下部層として被覆形成することにより、該下部層は、耐摩耗性にすぐれた被覆層として得られること、また、該下部層上において、限定された条件にて、立方晶組織であるＡｌＴｉ複合窒化物相と、六方晶組織である六方晶ＡｌＮ（以下、「ｈ−ＡｌＮ」ともいう。）相とからなる混相（二相）組織のＡｌＴｉ複合窒化物層を上部層として被覆形成するとともに、前記混相組織において、六方晶組織を有する六方晶ＡｌＮが工具基体表面に対する垂直断面において占める面積率を特定の範囲に調整することにより、該上部層は潤滑性および耐溶着性を有し、耐熱亀裂性にすぐれた被覆層として得られること、そして、これらの被覆層が一体となり積層されてなる硬質被覆層が、すぐれた耐摩耗性と耐熱亀裂性とを両立させて発揮させることを新たに見出したものである。
そして、かかる下部層および上部層を積層してなる硬質被覆層を有する被覆切削工具は、
特に、鋳鉄、ステンレス鋼、高硬度鋼や合金鋼などのミーリング切削加工において、すぐれた耐熱亀裂性および耐摩耗性を両立して発揮させることにより、長期の使用にわたり、工具寿命の向上をもたらすことを見出したものである。
【００１１】
本発明は、前記知見に基づいてなされたものであって、
「（１）ＷＣ基超硬合金またはＴｉＣＮ基サーメットからなる工具基体の表面に、硬質被覆層が形成された表面被覆切削工具において、
（ａ）前記硬質被覆層は、前記工具基体の表面側から下部層および上部層の二層を有してなり、その合計平均層厚は、０．５〜７．０μｍであり、
（ｂ）前記下部層は、その平均層厚は、０．３〜４．０μｍであり、
組成式ＡｌｘＴｉ１−ｘ−ｙＭｙＮにて表した場合（ただし、Ｍは、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、ＴａおよびＷから選ばれる一種または二種以上の元素を示す）、Ａｌの含有割合ｘおよびＭの含有割合ｙ（ただし、ｘ、ｙは、いずれも原子比）は、それぞれ、０．４０≦ｘ≦０．７０、および、０．０２≦ｙ≦０.２０を満足する平均組成を有する立方晶単相組織からなり、  
（ｃ）前記上部層は、その平均層厚は、０．２〜３．０μｍであり、
全体組成を組成式ＡｌｚＴｉ1-ｚＮにて表した場合、Ａｌの含有割合ｚ（ただし、ｚは、原子比）は、０．４０≦ｚ≦０．７０を満足する平均組成を有する、立方晶相組織と六方晶相組織とからなる混相組織であり、
前記六方晶相は、ｈ−ＡｌＮであって、工具基体表面に対する垂直断面において、前記立方晶相組織と前記六方晶相組織の面積の和に対して前記六方晶相組織が占める面積割合が、３〜３０％であることを特徴とする表面被覆切削工具。」
を特徴とするものである。
なお、ここでいう「原子比」は、ＡｌＴｉＭＮにおいては、Ｎを除く、Ａｌ、Ｔｉ、Ｍの原子数の合計比率を１．００とした場合のＡｌ、Ｔｉ、Ｍのそれぞれの原子数の比率をいい、また、ＡｌＴｉＮにおいては、Ｎを除く、ＡｌとＴｉの原子数の合計比率を１．００とした場合のＡｌおよびＴｉのそれぞれの原子数の比率をいうものとする。
【００１２】
つぎに、本発明の被覆工具について、詳細に説明する。
【００１３】
硬質被覆層；
本発明に係る硬質被覆層は、工具基体側より、耐摩耗性にすぐれた、前記ＡｌＴｉ含有窒化物層からなる下部層と、耐熱亀裂性にすぐれた、前記ＡｌＴｉ窒化物層からなる上部層とを有し、硬質被覆層の合計平均層厚は、０．５μｍ未満では、長期にわたり耐摩耗性を発揮することができず、７．０μｍを超えると膜剥離やチッピングなどの異常損傷が発生し易くなるため、０．５〜７．０μｍとすることが望ましい。
本発明に係る前記下部層および前記上部層を有する硬質被覆層は、例えば、ＰＶＤ法の一種であるイオンプレーティング法やスパッタ法等を用い成膜を行った後、特定の条件（温度、時間、冷却条件）にて熱処理を行うことにより、スピノーダル分解反応等により得ることができる。
前記下部層および上部層の平均層厚、ならびに、硬質被覆層の合計平均層厚は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）または、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用い、例えば、工具基体に対し膜厚方向に対する垂直断面において、倍率５０００倍にて、観察視野内の５点の層厚の平均値として求めることができる。
【００１４】
下部層；
工具基体上に下部層として成膜されたＡｌＴｉ含有窒化物層は、組成式ＡｌｘＴｉ１−ｘ−ｙＭｙＮにて表した場合（ただし、Ｍは、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、ＴａおよびＷから選ばれる一種または二種以上の元素を示す）、Ａｌの含有割合ｘおよびＭの含有割合ｙ（ただし、ｘ、ｙは、いずれも原子比）は、熱処理によるスピノーダル分解反応により、それぞれ、０．４０≦ｘ≦０．７０、および、０．０２≦ｙ≦０．２０の範囲を満足する平均組成を有する立方晶単相組織からなるため、すぐれた耐摩耗性を有する。
Ａｌの含有割合ｘが、０．４０未満では、硬度が十分ではなく、耐摩耗性が不十分となり、一方、Ａｌの含有割合が増すにつれ、硬度は上昇するが、ｘが、０．７０を超えると軟質な六方晶ＡｌＮが生成し、耐摩耗性が不十分となるため、ｘは、立方晶単相組織が得られるとともに、十分な耐摩耗性を発揮することができる前記の組成範囲に規定した。
また、添加元素であるＭは、下部層に対し上部層が成膜された後の熱処理によって、上部層中に六方晶相（ｈ−ＡｌＮ）を析出させる際においても、下部層では六方晶相の析出を抑制する機能を有し、熱処理後も立方晶単相組織が維持される結果、すぐれた耐摩耗性を発揮するものである。
ｙが、０．０２未満では、六方晶相（ｈ−ＡｌＮ）の析出を抑制することができず、一方、０．２０を超えると非晶質等の異常相が生じることによる硬さ低下や、格子歪が大きくなり、高圧縮残留応力が発生し、膜剥離の発生するおそれが生じる場合があるため、Ｍの組成範囲を前記のとおり規定した。
下部層の平均層厚は、０．３μｍ未満では、耐摩耗性が不十分であり、一方、４．０μｍを超えると剥離やチッピングなどの異常損傷が生じるおそれがあるため、０．３μｍ以上４．０μｍ以下と規定した。
なお、Ｔｉの含有割合（原子比）は、前記ｘ、前記ｙの含有割合（原子比）と式（１−ｘ−ｙ）により求めることができ、０．１０以上０．５８以下である。
【００１５】
上部層；
前記下部層に対し、上部層として成膜されたＡｌＴｉ窒化物層は、全体の組成としては、組成式ＡｌｚＴｉ1-ｚＮにて表した場合、Ａｌの含有割合ｚ（ただし、ｚは、原子比）が、０．４０≦ｚ≦０．７０を満足する平均組成を有し、また、前記ＡｌＴｉ窒化物層は、熱処理によるスピノーダル分解反応によって得られた、立方晶相と六方晶相とからなる混相組織であり、六方晶相は、ｈ−ＡｌＮからなる組織であって、上部層の工具基体表面に対する垂直断面において、六方晶相が、立方晶相と六方晶相との総和面積に対して占める面積割合を３〜３０％とすることにより、すぐれた耐熱亀裂性を有するものである。
すなわち、上部層においては、熱処理によって生じるＡｌ濃度のゆらぎにより、耐摩耗性にすぐれた高Ａｌの立方晶ＡｌＴｉＮと高い熱伝導率を有するｈ−ＡｌＮとからなる組織が形成されるため、耐熱亀裂性が発揮されるものと考えられる。
さらに、表面近傍のｈ−ＡｌＮを含む高Ａｌ領域において切削中の熱により、化学的に安定で耐溶着性と潤滑性に優れたＡｌ酸化物が形成するような場合には、さらなる耐熱亀裂性の向上がみられる。
全体組成において、Ａｌの含有割合ｚが、０．４０未満では、硬度が十分ではなく、耐摩耗性が不十分となり、一方、Ａｌの含有割合が増すにつれ、硬度は上昇するが、ｚが、０．７０を超えると軟質の六方晶ＡｌＮが３０面積％を超えて増加し、耐摩耗性が不十分となるため、ｚは、前記の範囲に規定した。
また、上部層の平均層厚は、０．２μｍ未満では、耐熱亀裂性が不十分であり、一方、３．０μｍを超えると耐摩耗性が不十分となり、摩耗により層厚が減じることにより、耐熱亀裂性を発揮することができないため、０．２μｍ以上３．０μｍ以下と規定した。
【００１６】
硬質被覆層の形成方法；
本発明に係る前記下部層および前記上部層を積層してなる硬質被覆層は、前述のとおり、まず、ＰＶＤ法の一種であるイオンプレーティング法やスパッタ法等を用い、成膜を行い、その後、特定の条件にて熱処理を行うことにより得ることができる。
以下では、具体的にアークイオンプレーティング（ＡＩＰ）装置を用いて、工具基体に前記下部層および前記上部層を成膜し、その後、特定の条件にて熱処理（温度、時間、冷却条件）を行い、スピノーダル分解反応を用いて所望の硬質被覆層を製造する方法について説明を行う。
図１（ａ）、（ｂ）に、本発明の硬質被覆層を成膜するための、アークイオンプレーティング装置の概略図を示す。
図１（ａ）、（ｂ）に示すアークイオンプレーティング装置は、装置中央部に基体装着用の回転テーブルを設け、前記回転テーブルを挟んで、一方側にカソード電極（蒸着源）として所定の組成を有する下部層成膜用のＡｌ−Ｔｉ−Ｍ合金ターゲットを、他方側に同じくカソード電極として所定の組成を有する上部層成膜用のＡｌ−Ｔｉ合金ターゲットを配置し、ＷＣ基超硬合金やＴｉＣＮ基サーメットなどからなる工具基体を前記回転テーブル上に基体自体の自転も可能となるよう載置し、工具基体に対するボンバード前処理、および、工具基体の温度、Ｎ２ガス圧、成膜時のバイアス電圧、アーク電流値を調整し、窒素ガス雰囲気にてアーク放電を発生させることにより、成膜を行うことができる。
成膜は、まず、前記下部層成膜用のＡｌ−Ｔｉ−Ｍ合金ターゲットとアノード電極との間にてアーク放電を発生させ、前記工具基体表面に、下部層としてＡｌＴｉＭＮ層を蒸着し、ついで、前記アーク放電を停止し、同装置内の雰囲気を窒素雰囲気に保持したままで、前記上部層成膜用のＡｌ−Ｔｉ合金ターゲットとアノード電極との間にてアーク放電を発生させ、前記下部層上に上部層としてＡｌＴｉＮ層を蒸着することにより行われる。
次いで、下部層および上部層が形成された工具基体を、熱処理炉にて所定の熱処理条件（雰囲気、加熱温度、処理時間、冷却速度）にて熱処理を行うことにより、スピノーダル分解反応が生じ、下部層においては、耐摩耗性にすぐれた、立方晶相組織からなる単相組織が得られ、また、上部層においては、耐熱亀裂性にすぐれた、立方晶相組織と六方晶相組織とから成る混相組織が得られる結果、耐摩耗性と耐熱亀裂性を両立して有する硬質被覆層を備えた表面被覆切削工具を得ることができた。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る被覆工具は、硬質被覆層について、下部層を、立方晶相単相組織からなる、耐摩耗性にすぐれたＡｌＴｉ含有複合窒化物層とし、上部層を、立方晶相組織と六方晶相組織とからなる混相組織である、耐亀裂性にすぐれたＡｌＴｉ複合窒化物層とすることにより、すぐれた耐摩耗性と耐熱亀裂性とを両立させて有する表面被覆切削工具であって、特に、鋳鉄、ステンレス鋼、高硬度鋼や合金鋼などのミーリング切削加工においても、長期の使用にわたり、工具寿命の向上をもたらすものである。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明被覆工具の硬質被覆層を形成するために用いるアークイオンプレーティング（ＡＩＰ）装置を示す概略図であり、（ａ）は、概略平面図、（ｂ）は概略正面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
つぎに、本発明の被覆工具を実施例により具体的に説明する。
なお、具体的な説明としては、ＷＣ基超硬合金またはＴｉＣＮ基サーメットを工具基体とする被覆工具について説明するが、立方晶窒化ホウ素焼結体を工具基体とする被覆工具についても同様である。
【実施例】
【００２０】
工具基体の作製；
原料粉末として、いずれも０．５〜５μｍの平均粒径を有する、Ｃｏ粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、Ｃｒ３Ｃ２粉末、ＷＣ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ボールミルで７２時間湿式混合し、減圧乾燥した後、１００ＭＰａの圧力でプレス成形し、これらの圧粉成形体を焼結し、所定寸法となるように加工して、ＩＳＯ規格ＳＥＥＮ１２０３ＡＦＥＮ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、Ｂを製造した。
【００２１】
また、原料粉末として、いずれも０．５〜５μｍの平均粒径を有する、ＴｉＣＮ（質量比にてＴｉＣ／ＴｉＮ＝５０／５０）粉末、ＮｂＣ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、さらにワックスを加えてボールミルで７２時間湿式混合し、減圧乾燥した後、１００ＭＰａの圧力でプレス成形し、これらの圧粉成形体を焼結し、所定寸法となるように加工して、ＩＳＯ規格ＳＥＥＮ１２０３ＡＦＥＮ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Ｃ、Ｄを製造した。
【００２２】
【表１】
2019171495.tif 000003
【００２３】
【表２】
2019171495.tif 000004
【００２４】
成膜工程；
前記工具基体に対して、図１に示すＡＩＰ装置（アークイオンプレーティング装置）を用いて成膜および熱処理を行い、本発明の被覆工具を作製した。
（ａ）前記工具基体Ａ、ＢおよびＣ、Ｄのそれぞれについて、アセトン中にて超音波洗浄し、乾燥した状態で、図１に示すＡＩＰ装置内の回転テーブル上の中心軸から半径方向に所定距離離れた位置に外周部に沿って装着し、前記回転テーブルを挟んで対向する位置の一方側に所定の組成を有する下部層形成用のＡｌ−Ｔｉ−Ｍ合金ターゲット（カソード電極）を配置し、他方側に上部層形成用のＡｌ−Ｔｉ合金ターゲット（カソード電極）を配置する。    
（ｂ）次いで、ＡＩＰ装置内を排気し、１０−２Ｐａ以下の真空に保持しながら、ヒーターにて装置内を５００℃に加熱した後、０．５〜２．０ＰａのＡｒガス雰囲気に設定し、回転テーブル上で自転しながら回転する工具基体に−４００〜−１０００Ｖの直流バイアス電圧を印加し、５〜３０分間ボンバード洗浄を行う。
（ｃ）次いで、ＡＩＰ装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入し、窒素ガスの圧力を表３に示す２．０〜１０．０Ｐａの範囲内の所定の反応雰囲気とするとともに、表３にて示す装置内温度に維持し、また、回転テーブル上にて自転しながら回転する工具基体に対し、表３にて示す−３０〜−１００Ｖの範囲内の所定の直流バイアス電圧を印加し、かつ、表３に示すカソード電極である下部層形成用のＡｌ−Ｔｉ−Ｍ合金ターゲットとアノード電極との間に表３に示す９０〜１４０Ａの範囲内の所定の電流を流してアーク放電を発生させ、工具基体の表面に、表７にて示される目標平均組成、および、目標平均層厚にて下部層を蒸着形成する。
（ｄ）次いで、カソード電極である下部層形成用のＡｌ−Ｔｉ−Ｍ合金ターゲットとアノード電極との間のアーク放電を停止し、装置内温度を維持しつつ、装置内の窒素ガスの圧力を表３に示す２．０〜１０．０Ｐａの範囲内の所定の反応雰囲気に調整し、回転テーブル上にて自転しながら回転する工具基体に対し、表３にて示す−３０〜−１００Ｖの範囲内の所定の直流バイアス電圧を印加し、かつ、表３に示すカソード電極である上部層形成用のＡｌ−Ｔｉ合金ターゲットとアノード電極との間に表３に示す９０〜１４０Ａの範囲内の所定の電流を流してアーク放電を発生させ、工具基体の表面に、表７にて示される目標平均組成、および、目標平均層厚にて上部層を蒸着形成する。
（ｅ）次いで、得られた被覆工具を表５にて示す条件にて、熱処理を行うことにより、表７に示す本発明被覆工具（以下、「本発明工具」という。）１〜１０を作製した。
【００２５】
また、比較の目的にて、前記工具基体Ａ、ＢおよびＣ、Ｄに対して、表４に示す条件にて、表８にて示される目標平均組成、および、目標平均層厚にて下部層および上部層を蒸着形成し、次いで、得られた被覆工具を表６にて示す条件にて、熱処理を行うことにより、表８に示す比較例被覆工具（以下、「比較例工具」という。）１〜８を作製した。
【００２６】
上記にて作製した本発明工具１〜１０および比較例工具１〜８について、下部層および上部層の工具基体表面に対する垂直断面を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）、エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＳ）を用いた断面測定により、下部層におけるＡｌの平均含有割合ｘとそのＡｌの含有割合の最大値および最小値、並びに、上部層におけるＡｌの平均含有割合ｚとそのＡｌの含有割合の最大値および最小値を測定するとともに、下部層および上部層の平均層厚を測定した。
さらに、上部層について、六方晶構造のｈ−ＡｌＮ相が存在するか否かを確認するとともに、存在する場合には、電子線後方散乱回折装置（ＥＢＳＤ）を用いて、その生成面積割合を測定した。
より具体的にいえば、次のとおりである。
Ａｌの平均含有割合ｘ、ｚについては、エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＳ）を用いて、下部層および上部層の工具基体表面に対する垂直断面の任意の５点において、膜厚の半分以上のスケールを含む領域でエリア分析を行い、Ａｌの含有割合を測定し、この値を平均して、これを、Ａｌの平均含有割合ｘ、ｚとした。
また、下部層または上部層におけるＡｌの含有割合の最大値と最小値については、ＥＢＳＤにて立方晶の結晶粒を特定し、ＴＥＭ付属のＥＤＳにより、３×３ｎｍのエリア分析を任意の１０点について行い、その最大値と最小値を求めた。
また、下部層および上部層の層厚は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて、膜断面において５μｍ以上離れた任意の５点についての層厚を測定し、この値を平均することによって、下部層および上部層の平均層厚を算出した。
六方晶相の検出については、ＴＥＭによる電子線回折を用いて、下部層および上部層のそれぞれにおいて任意の５箇所にて（各層の膜厚）×０．８の直径の円内の六方晶の有無により判断をした。
六方晶相が存在する場合には、電子線後方散乱回折装置（ＥＢＳＤ）を用いて、その面積割合を５箇所の平均値として算出した。
さらに、ｈ−ＡｌＮ相の面積割合は、電子線後方散乱回折装置（ＥＢＳＤ）を用いて、工具基体表面に垂直な下部層および上部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（ＳＥＭ）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、前記研磨面の測定範囲内に存在する結晶粒個々に照射し、工具基体と水平方向に長さ５０μｍ、法線方向に該ＡｌＴｉＮ層の膜厚未満にわたり、０．０１μｍ／ｓｔｅｐの間隔で、電子線後方散乱回折像を測定し、個々の結晶粒の結晶構造を解析することで、六方晶構造を有するｈ−ＡｌＮ結晶粒とそれ以外のＮａＣｌ型の面心立方構造を有する結晶粒を同定し、これらの結晶構造の全ピクセル数に占める六方晶構造のｈ−ＡｌＮ結晶粒に該当するするピクセル数の割合を求めることで、ｈ−ＡｌＮ相の生成面積割合（面積％）を求めることができる。  
表７、表８に、上記で測定した値等を示す。
【００２７】
【表３】
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【００２８】
【表４】
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【００２９】
【表５】
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【００３０】
【表６】
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【００３１】
【表７】
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【００３２】
【表８】
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【００３３】
次に、本発明工具１〜１０、比較例工具１〜８をいずれもカッタ径１２５ｍｍの工具鋼製カッタ先端部の固定治具にてクランプした状態にて、以下に示す、切削加工試験を実施し、切り刃の逃げ面摩耗幅および発生した熱亀裂の発生密度（本数／ｍｍ２）を測定した。
逃げ面摩耗量は、チッピングを含む最大の摩耗量を測定した。
また、熱亀裂の発生密度は、すくい面に発生した熱亀裂の本数をすくい面の切り込みと、
１刃送りに囲まれた面積で割ることで算出した。
ここで、切り込みとは被削材を除去する厚みであり、１刃送りとはカッタが一回転した際にテーブルが進む距離を刃数で割った量である。
＜切削条件１＞
被削材：ＪＩＳ・ＳＣＭ４４０幅１００ｍｍ、長さ４００ｍｍブロック材
切削速度：  ２８０ｍ／ｍｉｎ、
切り込み：  ２．０ｍｍ、
一刃送り量：０．２ｍｍ／刃、
切削長：  ５．０ｍ
の条件での合金鋼の乾式高速正面フライス、センターカット切削加工試験
＜切削条件２＞
被削材：    ＪＩＳ・ＦＣＤ４５０のブロック材
切削速度：  ２００  ｍ／ｍｉｎ、
切り込み：  ２．５  ｍｍ、
一刃送り量：０．２  ｍｍ／刃、
切削長：  ４．０ｍ          
の条件でのダクタイル鋳鉄のセンターカット湿式高速切削試験
表９、表１０にその結果を示す。
【００３４】
【表９】
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【００３５】
【表１０】
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【００３６】
表９、表１０の結果によれば、本発明工具１〜１０は、比較例工具１〜８に比して、特に、すくい面における熱亀裂の発生密度が少ない。そのため、熱亀裂に起因するチッピング、欠損等の異常損傷の発生を抑制することができ、あわせて、耐摩耗性にすぐれ逃げ面摩耗の進行を抑制することができる。
その結果、長期の使用にわたって、すぐれた切削性能を発揮することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明の表面被覆切削工具は、耐チッピング性、耐欠損性、耐剥離性等の耐異常損傷性に加え、さらに、従来、高速ミーリング切削加工や湿式ミーリング切削加工において課題であった、耐摩耗性と耐熱亀裂性との両立を実現し、長期に亘ってすぐれた切削性能を発揮するものであるから、切削加工装置の高性能化、あるいは、切削加工の省力化および省エネ化、さらには、低コスト化への要求に対し十分満足に対応するものである。
【図１】
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