(57)【要約】【課題】鋼や鋳鉄などを高負荷切削条件で切削加工した場合も硬質被覆層がすぐれた耐酸化性と密着性を有し長期に亘りすぐれた切削性能を発揮する被覆工具を提供する。【解決手段】硬質被覆層が、ＴｉとＳｉの複合窒化物からなる、層厚方向に沿ってＳｉと（Ｓｉ＋Ｔｉ）の原子比であるＸ（＝Ｓｉ／（Ｓｉ＋Ｔｉ））の値が、０．１〜１．０の範囲で工具基体側から漸次増加する領域が連続的に５００ｎｍ以上の厚さに亘って存在し、かつ、前記領域におけるＸの最大値が０．５０〜１．０、最小値が０．３以下である組成傾斜領域と該組成傾斜領域に隣接して表面側に存在する平均組成：（ＳｉａＴｉ１−ａ）Ｎｂ｛ａ＝０．５０〜１．０、ｂ＝１．０〜１．３５｝の成分系からなり、かつ、平均層厚が０．５〜１．５μｍであるＳｉ窒化物層またはＳｉとＴｉの複合窒化物層とを少なくとも有することにより前記課題を解決する。【選択図】図２
2015066645.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焼結体、炭窒化チタン基サーメット焼結体、または立方晶窒化ほう素焼結体からなる工具基体の表面に全平均層厚が１．０〜２．５μｍの硬質被覆層を形成した表面被覆切削工具において、
（ａ）硬質被覆層が、ＴｉとＳｉの複合窒化物からなる、層厚方向に沿って、Ｓｉと（Ｓｉ＋Ｔｉ）の原子比であるＸ（＝Ｓｉ／（Ｓｉ＋Ｔｉ））の値が、０．１〜１．０の範囲で、工具基体側から漸次増加する領域が連続的に５００ｎｍ以上の厚さに亘って存在し、かつ、前記厚さにおけるＸの最大値が０．５０〜１．０、最小値が０．３以下である組成傾斜領域と、
（ｂ）前記組成傾斜領域に隣接して表面側に存在する、平均組成：（ＳｉａＴｉ１−ａ）Ｎｂ｛ａ＝０．５０〜１．０、ｂ＝１．０〜１．３５｝の成分系からなり、かつ、平均層厚が０．５〜１．５μｍであるＳｉ窒化物層またはＳｉとＴｉの複合窒化物層とを少なくとも有することを特徴とする表面被覆切削工具。
【請求項２】
前記組成傾斜領域を構成する結晶粒のうち、工具基体側の領域端から領域内へ１００ｎｍの位置における結晶粒が岩塩型構造を有し、かつ、表面側の領域端から領域内へ１００ｎｍの位置における結晶粒が岩塩型構造を示さない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、表面被覆切削工具に関し、さらに詳しくは、工具基体に長期間に亘ってすぐれた耐酸化性と密着性を発揮する硬質被覆層を蒸着形成した表面被覆切削工具（以下、「被覆工具」という）に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、被覆工具には、各種の鋼や鋳鉄などの被削材の旋削加工にバイトの先端部に着脱自在に取り付けて用いられるインサートや、前記インサートを着脱自在に取り付けて、面削加工や溝加工、さらに肩加工などに用いられるソリッドタイプのエンドミルと同様に切削加工を行うインサート式エンドミルなどが知られている。
このような被覆工具では、硬質被覆層の耐酸化性および密着性を向上させて工具寿命の長期化を図るために種々の方法が採用されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、工具基体に、金属成分として周期律表の４ａ、５ａ、６ａ族の金属元素及びＡｌのうち１種若しくは２種以上より選択された元素とＳｉ元素とを含み、非金属成分として、Ｎ、Ｂ、Ｃ、Ｏのうち１種若しくは２種以上より選択された元素を含むＳｉ含有硬質皮膜と、金属成分としてＴｉ、Ａｌ、Ｃｒのうち１種若しくは２種以上より選択された元素と非金属成分としてＮ、Ｂ、Ｃ、Ｏのうち１種若しくは２種以上より選択された元素とを含む硬質皮膜とからなり、両者を２層以上被覆してなり、且つ、該Ｓｉ含有硬質皮膜がＳｉの含有濃度が相対的に高い結晶粒と相対的に低い結晶粒とを含有する組成偏析多結晶体からなる被覆工具が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、ＷＣ基超硬合金基体表面に、（Ｔｉ１―ｘＳｉｘ ）（Ｃ１−ｙＮｙ）ｚ［ただし、０．０１≦ｘ≦０．４５、０．０１≦ｙ≦１．０、０．５≦ｚ≦１．３４］からなる組成のＴｉとＳｉの複合炭窒化物単一硬質層あるいは複合窒化物単一硬質層を被覆してなる被覆工具が開示されている。
【０００５】
また、非特許文献１には、微結晶窒化チタンと非晶質窒化珪素からなるナノコンポジット薄膜が、高硬さ５０００ｋｇｆ／ｍｍ２、ヤング率５００ＧＰａを有し、８００℃までの耐酸化性を有することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２５１１３号公報
【特許文献２】特開平８−１１８１０６号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｓ．Ｖｅｐｒｅｋ  ｅｔ  ａｌ．，Ｔｈｉｎ  Ｓｏｌｉｄ  Ｆｉｌｍｓ，２６８（１９９５），６４−７１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
近年の切削加工装置の自動化はめざましく、加えて切削加工に対する省力化、省エネ化、低コスト化さらに効率化の要求も強く、これに伴い、高送り、高切り込みなどより高効率の切削加工が要求される傾向にあるが、前述したような従来の被覆工具においては、各種の鋼や鋳鉄を通常条件下で切削加工した場合には、特段の問題は生じないが、切削時に高温が発生するため、切屑が溶着したり酸化されたりし易く、これが原因で、比較的短時間で使用寿命に至るのが現状である。
【０００９】
そこで、本発明が解決しようとしている技術的課題、すなわち、本発明の目的は、鋼や鋳鉄などの被削材を切削時に高温が発生するような切削条件で切削加工した場合であっても、硬質被覆層がすぐれた耐酸化性と密着性を有しており、長期に亘りすぐれた切削性能を発揮する被覆工具を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、前述のような観点から、ＴｉとＳｉの複合窒化物層からなる硬質被覆層の耐酸化性と密着性を向上させるべく、その組成に着目し鋭意研究を行った結果、次のような知見を得た。
【００１１】
超硬合金焼結体からなる工具基体上に、全平均層厚が１．０〜２．５μｍの硬質被覆層が存在する表面被覆工具において、
（ａ）硬質被覆層が、層厚方向に沿って、Ｓｉと（Ｓｉ＋Ｔｉ）の原子比であるＸ（＝Ｓｉ／（Ｓｉ＋Ｔｉ））の値が、０．１〜１．０の範囲で、工具基体側から漸次増加する領域が連続的に５００ｎｍ以上の厚さに亘って存在し、かつ、前記領域におけるＸの最大値が０．５０〜１．０、最小値が０．３以下である組成傾斜領域と、
（ｂ）前記組成傾斜領域に隣接して表面側に存在する、平均組成：（ＳｉａＴｉ１−ａ）Ｎｂ｛ａ＝０．５０〜１．０、ｂ＝１．０〜１．３５｝の成分系からなり、かつ、平均層厚が０．５〜１．５μｍであるＳｉ窒化物層またはＳｉとＴｉの複合窒化物層
を少なくとも有する。
前記（ａ）および（ｂ）という構成を併せ持つ時、硬質被覆層の耐酸化性と密着性を著しく向上させることができることを見出した。
【００１２】
さらに、前述したような硬質被覆層を再現性よく形成すべく、その形成方法について鋭意研究したところ、図１の概略説明図に示される物理蒸着装置の１種である圧力勾配型Ａｒプラズマガンを利用したイオンプレーティング装置にＷＣ基超硬合金からなる工具基体を装着し、ボンバード処理工程として、
工具基体温度：４００〜４３０℃
プラズマガン放電電力：３ｋＷ、
放電ガス流量：アルゴン（Ａｒ）ガス  ２５〜４０ｓｃｃｍ、
工具基体に印加する直流バイアス電圧：−４００Ｖ、
という条件でボンバード処理を行った後、組成傾斜領域形成工程として、
工具基体温度：４００〜４３０℃
蒸発源１：Ｓｉ、
蒸発源１に対するプラズマガン放電電力：５〜９ｋＷ、
蒸発源２：金属Ｔｉ、
蒸発源２に対するプラズマガン放電電力：７〜１２ｋＷ、
反応ガス流量：窒素（Ｎ２）ガス  ７５ｓｃｃｍ、
放電ガス流量：アルゴン（Ａｒ）ガス  ２５ｓｃｃｍ、
炉内圧力：０．０９〜０．１３Ｐａ、
工具基体に印加する直流バイアス電圧：−１５〜−１０Ｖ、
という条件のもとで、蒸発源１に対するプラズマガン放電電力を次第に増加させつつ、蒸発源２に対するプラズマガン放電電力を次第に減少させるという制御を行いながら組成傾斜領域の形成を行った後、さらに、窒化物層形成工程として、
工具基体温度：４００〜４３０℃
蒸発源１：Ｓｉ、
蒸発源１に対するプラズマガン放電電力：８〜９ｋＷ、
蒸発源２：金属Ｔｉ、
蒸発源２に対するプラズマガン放電電力：８〜９ｋＷ、
反応ガス流量：窒素（Ｎ２）ガス  １００ｓｃｃｍ、
放電ガス流量：アルゴン（Ａｒ）ガス  ３５ｓｃｃｍ、
工具基体に印加する直流バイアス電圧：−１０Ｖ、
蒸着時間：３０〜２４０ｍｉｎ．、
という条件のもとで窒化物層または複合窒化物層の形成を行うことにより、工具基体上に所定の組成傾斜構造を有する組成傾斜領域と、その直上層としての窒化物層または複合窒化物層を再現性よく形成できるということを見出した。
【００１３】
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焼結体、炭窒化チタン基サーメット焼結体、または立方晶窒化ほう素焼結体からなる工具基体の表面に全平均層厚が１．０〜２．５μｍの硬質被覆層を形成した表面被覆切削工具において、
（ａ）硬質被覆層が、層厚方向に沿って、Ｓｉと（Ｓｉ＋Ｔｉ）の原子比であるＸ（＝Ｓｉ／（Ｓｉ＋Ｔｉ））の値が、０．１〜１．０の範囲で、工具基体側から漸次増加する領域が連続的に５００ｎｍ以上の厚さに亘って存在し、かつ、前記領域におけるＸの最大値が０．５０〜１．０、最小値が０．３以下である組成傾斜領域と、
（ｂ）前記組成傾斜領域に隣接して表面側に存在する、平均組成：（ＳｉａＴｉ１−ａ）Ｎｂ｛ａ＝０．５０〜１．０、ｂ＝１．０〜１．３５｝の成分系からなり、かつ、平均層厚が０．５〜１．５μｍであるＳｉ窒化物層またはＳｉとＴｉの複合窒化物層を少なくとも有することを特徴とする表面被覆切削工具。
（２）  前記組成傾斜領域を構成する結晶粒のうち、工具基体側の領域端から領域内へ１００ｎｍの位置における結晶粒が岩塩型構造を有し、かつ、表面側の領域端から領域内へ１００ｎｍの位置における結晶粒が岩塩型構造を示さないことを特徴とする（１）に記載の表面被覆切削工具。」
に特徴を有するものである。
【００１４】
本発明について、以下に説明する。
本発明の被覆工具は、炭化タングステン基超硬合金焼結体、炭窒化チタン基サーメット焼結体、または立方晶窒化ほう素焼結体からなる、いわゆる超硬合金焼結体からなる工具基体の表面に全平均層厚が１．０〜２．５μｍの硬質被覆層を形成し、硬質被覆層が、ＴｉとＳｉの複合窒化物からなる、層厚方向に沿って、Ｓｉと（Ｓｉ＋Ｔｉ）の原子比であるＸ（＝Ｓｉ／（Ｓｉ＋Ｔｉ））の値が、０．１〜１．０の範囲で、工具基体側から漸次増加する領域が連続的に５００ｎｍ以上の厚さに亘って存在し、かつ、前記線分領域におけるＸの最大値が０．５０〜１．０、最小値が０．３以下である組成傾斜領域を有することを特徴とするが、その厚みが５００ｎｍ未満では、変化が急峻すぎ、所望の密着性を維持することが出来ない。したがって、Ｓｉの組成比ｘが連続的に漸次増加する線分領域は５００ｎｍ以上と定義した。
また、組成傾斜領域におけるＳｉの組成比ｘの最小値が０．３以下の範囲にない場合、工具基体あるいは下部層との力学的特性の整合性が悪く、組成傾斜領域が目的とする耐チッピング性を発揮することが出来ない。また、最大値が０．５０〜１．０の範囲を逸脱すると、その上部に存在するＳｉ窒化物層またはＳｉとＴｉの複合窒化物層との組成の整合性が悪く同様に耐チッピング性を発揮することができない。したがって、前記組成傾斜領域におけるＳｉの組成比ｘの最小値は０．３以下かつ最大値は０．５０〜１．０の範囲に存在すると定めた。
【００１５】
さらに、その硬質被覆層が、平均組成：（ＳｉａＴｉ１−ａ）Ｎｂ｛ａ＝０．５０〜１．０、ｂ＝１．０〜１．３５｝の成分系からなる平均層厚：０．５〜１．５μｍであるＳｉ窒化物層またはＳｉとＴｉの複合窒化物層を少なくとも有する。ここで、Ｓｉ窒化物層またはＳｉとＴｉの複合窒化物層の平均層厚が０．５μｍ未満では、所望の耐酸化性と潤滑特性が維持できない。一方、１．５μｍを超えると、Ｓｉ添加による残留応力が著しく大きくなり過ぎ、Ｓｉ窒化物層またはＳｉとＴｉの複合窒化物層でのチッピングが生じる。したがって、Ｓｉ窒化物層またはＳｉとＴｉの複合窒化物層の平均層厚は０．５〜１．５μｍと定めた。
【００１６】
また、Ｓｉ窒化物層またはＳｉとＴｉの複合窒化物層の平均組成：（ＳｉａＴｉ１−ａ）Ｎｂにおいて、Ｓｉの含有割合ａの値が、０．５０未満ではＳｉを添加することによる酸素拡散バリア効果と潤滑特性を発揮することが出来ない。一方、ａの値は原理上１．０を超えることがない。したがって、Ｓｉの含有割合ａの値は０．５０〜１．０と定めた。また、Ｓｉの含有割合ａの値は、組成傾斜領域における最大値と近い値であることがより密着性が高まるため、好ましい。
【００１７】
さらに、Ｓｉ窒化物層またはＳｉとＴｉの複合窒化物層の平均組成：（ＳｉａＴｉ１−ａ）Ｎｂにおいて、Ｎの含有割合ｂの値が、１．０未満では窒化量が十分でなく、金属結合をもつ脆弱な金属相が析出し、硬度が低下する。一方、１．３５を超えると、相対的にＳｉ量が少なくなるため、硬度が低下することに加えて、過剰窒素が増えるため化学的に不安定となり、所望の耐酸化性が得られない。したがって、Ｎの含有割合ｂの値は１．０〜１．３５と定めた。
【００１８】
また、岩塩型構造を有する結晶粒が組成傾斜領域中において工具基体近傍に存在し表面近傍に存在しないことにより、組成傾斜領域と工具基体あるいは下地層として用いられる岩塩型構造を有する窒化物層との界面、および、組成傾斜領域とその表面側に形成された高Ｓｉ含有層との界面における強固な結合を実現する。したがって、組成傾斜領域の工具基体近傍および表面近傍における結晶構造を工具基体近傍が岩塩型構造を有するのに対して、表面近傍は岩塩型構造を有さないように成膜することが好ましい。
【００１９】
なお、本発明の硬質被覆層は、前述のように所定のＳｉ窒化物層またはＳｉとＴｉの複合窒化物層とそれに接して工具基体側に形成した所定の組成傾斜領域を有することを特徴としているが、さらに、前記組成傾斜領域と工具基体との間に、Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒから選ばれた２種以上の金属の複合窒化物層からなる下地層を形成することにより、硬質被覆層全体としての耐摩耗性、耐チッピング性を向上させることができる。また、下地層を有する場合においては、下地層が岩塩型構造を有する結晶構造を有することが、より密着性が高まるため、好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の被覆工具は、炭化タングステン基超硬合金焼結体、炭窒化チタン基サーメット焼結体、または立方晶窒化ほう素焼結体からなる工具基体の表面に全平均層厚が１．０〜２．５μｍの硬質被覆層を形成した表面被覆切削工具において、
（ａ）硬質被覆層が、ＴｉとＳｉの複合窒化物からなる、層厚方向に沿って、Ｓｉと（Ｓｉ＋Ｔｉ）の原子比であるＸ（＝Ｓｉ／（Ｓｉ＋Ｔｉ））の値が、０．１〜１．０の範囲で、工具基体側から漸次増加する領域が連続的に５００ｎｍ以上の厚さに亘って存在し、かつ、前記厚さにおけるＸの最大値が０．５０〜１．０、最小値が０．３以下である組成傾斜領域と、
（ｂ）前記組成傾斜領域に隣接して表面側に存在する、平均組成：（ＳｉａＴｉ１−ａ）Ｎｂ｛ａ＝０．５０〜１．０、ｂ＝１．０〜１．３５｝の成分系からなり、かつ、平均層厚が０．５〜１．５μｍであるＳｉ窒化物層またはＳｉとＴｉの複合窒化物層とを少なくとも有することによって、Ｓｉ窒化物層またはＳｉとＴｉの複合窒化物層におけるＳｉとＴｉの合量に占めるＳｉの含有割合（原子比）が０．５０以上であるという構成に起因し、切削加工中にＳｉＯ２からなる層を迅速に形成し、酸素拡散に対するバリア効果と、潤滑特性を発揮することが出来る。さらに、Ｓｉ窒化物層またはＳｉとＴｉの複合窒化物層に接して工具基体側にＳｉの含有割合（原子比）が工具基体側から層厚方向に沿って漸次増加している組成傾斜領域が存在しているという本発明に特有の構成に起因し、応力を皮膜の成長方向に分散させ、Ｓｉ窒化物層またはＳｉとＴｉの複合窒化物層と工具基体あるいはＳｉ窒化物層またはＳｉとＴｉの複合窒化物層と該層に接し工具基体側に存在する下地層との密着性を維持し、応力による剥離等がない状態を維持し、その結果、硬質被覆層が長期に亘ってすぐれた耐酸化性および密着性を発揮するという本発明に特有の効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の被覆工具の硬質被覆層を蒸着形成するための圧力勾配型Ａｒプラズマガンを利用したイオンプレーティング装置の概略図を示す。
【図２】本発明の表面被覆工具の硬質被覆層の膜構成を示した工具基体表面に垂直な断面における概略図を示す。
【図３】比較被覆工具を蒸着形成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表す。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の被覆工具は、超硬合金焼結体からなる工具基体の表面に硬質被覆層を形成した表面被覆切削工具であって、硬質被覆層が、平均組成：（ＳｉａＴｉ１−ａ）Ｎｂ｛ａ＝０．５０〜１．０、ｂ＝１．０〜１．３５｝の成分系からなり、かつ、平均層厚：０．５〜１．５μｍであるＳｉ窒化物層またはＳｉとＴｉの複合窒化物層を少なくとも１層有し、かつ、前記Ｓｉ窒化物層またはＳｉとＴｉの複合窒化物層に接して工具基体側に、層厚方向に沿って、Ｓｉと（Ｓｉ＋Ｔｉ）の原子比であるＸ（＝Ｓｉ／（Ｓｉ＋Ｔｉ））の値を一定間隔で測定した時、Ｘの値が、０．１〜１．０の範囲で、工具基体側から漸次増加する領域が連続的に５００ｎｍ以上の線分領域に亘って存在し、かつ、前記線分領域におけるＸの最大値が０．５〜１．０、最小値が０．３以下である組成傾斜領域を有することにより、硬質被覆層が長期に亘ってすぐれた耐酸化性および密着性を発揮するというものであれば、その具体的構成は、いかなるものであっても構わない。
【００２３】
つぎに、本発明の被覆工具について、実施例に基づき、より具体的に説明する。
【実施例】
【００２４】
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、ＶＣ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、ボールミルで７２時間湿式混合し、乾燥した後、１００ＭＰａの圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を６Ｐａの真空中、温度：１４００℃に１時間保持の条件で焼結し、焼結後、切刃部分にＲ：０．０３のホーニング加工を施して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〜Ｅを形成した。
【００２５】
ついで、これらの工具基体Ａ〜Ｅの切刃にホーニングを施し、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、図１の概略図に示される物理蒸着装置の１種である圧力勾配型Ａｒプラズマガンを利用したイオンプレーティング装置に装着した。
【００２６】
まず、ボンバード処理工程として、
工具基体温度：４００〜４３０℃
プラズマガン放電電力：３ｋＷ、
放電ガス流量：アルゴン（Ａｒ）ガス  ２５〜４０ｓｃｃｍ、
炉内圧力：０．０２〜０．０３Ｐａ
工具基体に印加する直流バイアス電圧：−４００Ｖ、
という条件でボンバード処理を行った後、組成傾斜領域形成工程として、
工具基体温度：４１０〜４３０℃
蒸発源１：Ｓｉ、
蒸発源１に対するプラズマガン放電電力：５〜９ｋＷ、
蒸発源２：金属Ｔｉ、
蒸発源２に対するプラズマガン放電電力：７〜１２ｋＷ、
反応ガス流量：窒素（Ｎ２）ガス  １００ｓｃｃｍ、
放電ガス流量：アルゴン（Ａｒ）ガス  ２５〜３０ｓｃｃｍ、
炉内圧力：０．９〜１．３Ｐａ
工具基体に印加する直流バイアス電圧：−１５〜−５Ｖ、
蒸着時間：４０〜１２０ｍｉｎ．、
という表２に示されるような組成傾斜領域形成条件１〜８のもとで、蒸発源１に対するプラズマガン放電電力を、表２に示す初期数値から終了数値まで均一な速度で次第に増加させつつ、同時に、蒸発源２に対するプラズマガン放電電力を表２に示す初期数値から終了数値まで均一な速度で次第に減少させるという制御を行いながら表４に示すような領域幅を有する組成傾斜領域の形成を行った後、さらに、窒化物層形成工程として、
工具基体温度：４１０〜４３０℃
蒸発源１：Ｓｉ、
蒸発源１に対するプラズマガン放電電力：８〜９ｋＷ、
蒸発源２：金属Ｔｉ、
蒸発源２に対するプラズマガン放電電力：８〜９ｋＷ、
反応ガス流量：窒素（Ｎ２）ガス  １００ｓｃｃｍ、
放電ガス流量：アルゴン（Ａｒ）ガス  ２５〜３０ｓｃｃｍ、
炉内圧力：１．２〜１．５Ｐａ
工具基体に印加する直流バイアス電圧：−１５Ｖ、
蒸着時間：３０〜２４０ｍｉｎ．、
という表３に示されるような窒化物層形成条件ａ〜ｈのもとで表４に示すような目標層厚を有する窒化物層または複合窒化物層の形成を行うことにより、表４に示されるような工具基体上に所定の組成傾斜構造を有する組成傾斜領域と、その直上層としての窒化物層または複合窒化物層を形成し、本発明インサート１〜８を製造した。
【００２７】
また、比較の目的で、前記工具基体Ａ〜Ｅの切刃に、ホーニングを施し、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、図３に示される、Ｔｉ−Ｓｉ合金をターゲットとして取り付けたアークイオンプレーティング装置内に装着し、工具基体温度を４００〜４３０℃とした状態で、ターゲットに対するアーク放電電流を１３０Ａ、放電ガスとして、Ａｒガスを２５〜４０ｓｃｃｍの流量で装置内に流入し、工具基体Ａ〜Ｅに直流バイアス電圧を−４００Ｖ印加した状態で、工具基体Ａ〜Ｅにボンバード処理を施した。
ついで、
工具基体温度：４１０〜４３０℃、
ターゲット：Ｔｉ−Ｓｉ合金
ターゲットに対するアーク放電電流：１１５Ａ、
炉内圧力：１．３〜６Ｐａ、
窒素（Ｎ２）ガス比率：１００％、
工具基体に印加する直流バイアス電圧：−１５Ｖ、
という表５に示される形成条件ａ〜ｈのもと表６に示される組成を有する従来硬質被覆層を工具基体Ａ〜Ｅの表面に蒸着形成して、比較インサート１〜８を製造した。
【００２８】
また、前述の硬質被覆層形成前に、通常の物理蒸着法を用いて、ＴｉＮ、（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ、ＡｌＮ、（Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ、（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ、ＣｒＮのいずれかからなる平均層厚０．５〜１．５μｍの下部層を形成することにより、表４に示される本発明インサート９〜１３および表６に示される比較インサート９〜１３をそれぞれ製造した。
【００２９】
つぎに、前記の各種インサートを、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、本発明インサート１〜１３および比較インサート１〜１３について、
（切削条件Ａ）
被削材：ＪＩＳ・ＦＣ３００の長さ方向等間隔８本縦溝入り棒材、
切削速度：１５０ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：２．０ｍｍ、
送り：０．２ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：５分、
の条件での鋳鉄の乾式高速断続重切削試験（通常の切削速度、切り込み、送りは、それぞれ、１２０ｍ／ｍｉｎ．，１．５ｍｍ，０．２ｍｍ／ｒｅｖ．）、
（切削条件Ｂ）
被削材：ＪＩＳ・ＦＣ３００の長さ方向等間隔６本縦溝入り棒材、
切削速度：１７０ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：２．０ｍｍ、
送り：０．２ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：５分、
の条件での鋳鉄の乾式高速断続重切削試験（通常の切削速度、切り込み、送りは、それぞれ、１３０ｍ／ｍｉｎ．，１．５ｍｍ，０．２ｍｍ／ｒｅｖ．）、
をそれぞれ行い、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７にこの測定結果を示した。
【００３０】
【表１】
2015066645.tif 000003
【００３１】
【表２】
2015066645.tif 000004
【００３２】
【表３】
2015066645.tif 000005
【００３３】
【表４】
2015066645.tif 000006
【００３４】
【表５】
2015066645.tif 000007
【００３５】
【表６】
2015066645.tif 000008
【００３６】
【表７】
2015066645.tif 000009
【００３７】
この結果得られた本発明インサート１〜１３の硬質被覆層を構成するＳｉ窒化物層またはＳｉとＴｉの複合窒化物層の平均層厚、さらに、比較インサート１〜１３の硬質被覆層を構成するＳｉ窒化物層またはＳｉとＴｉの複合窒化物層の平均層厚を走査型電子顕微鏡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。
【００３８】
さらに、本発明インサート１〜１３および比較インサート１〜１３の硬質被覆層を、集束イオンビーム加工法により薄片化したのち、透過型電子顕微鏡中で、断面方向から、エネルギー分散型Ｘ線分析装置を用いて、硬質被覆層の組成を一定間隔で測定したところ、層厚方向に沿って、Ｓｉと（Ｓｉ＋Ｔｉ）の原子比であるＸ（＝Ｓｉ／（Ｓｉ＋Ｔｉ））の値が漸次増加する組成傾斜領域と、その直上に、Ｓｉ窒化物層またはＳｉとＴｉの複合窒化物層が形成されていることが分かった。組成傾斜領域の層厚をＬとして、Ｌを５等分した点において、それぞれエネルギー分散型Ｘ線分析装置を用いて測定した結果を表４に示す。さらに、組成傾斜領域のうち、基体側の界面から１００ｎｍの位置と、表面側の界面から１００ｎｍの位置における結晶相を電子線回折図形を用いて測定した結果を表４に示す。
表４、７に示される結果から、本発明インサートは、硬質被覆層が、ＴｉとＳｉの複合窒化物からなる、層厚方向に沿って、Ｓｉと（Ｓｉ＋Ｔｉ）の原子比であるＸ（＝Ｓｉ／（Ｓｉ＋Ｔｉ））の値が、０．１〜１．０の範囲で、工具基体側から漸次増加する層状領域が連続的に５００ｎｍ以上の厚さに亘って存在し、かつ、前記厚さにおけるＸの最大値が０．５０〜１．０、最小値が０．３以下である組成傾斜領域と、
（ｂ）前記組成傾斜領域に隣接して表面側に存在する、平均組成：（ＳｉａＴｉ１−ａ）Ｎｂ｛ａ＝０．５０〜１．０、ｂ＝１．０〜１．３５｝の成分系からなり、かつ、平均層厚が０．５〜１．５μｍであるＳｉ窒化物層またはＳｉとＴｉの複合窒化物層とを少なくとも１層有するという本発明に特有の構成により、すぐれた耐酸化性と密着性を発揮し、長期に亘ってすぐれた切削性能を維持していることが明らかである。
【００３９】
これに対して、表６、７に示される結果から、比較インサートは、硬質被覆層が、本発明インサートが有している構成を備えていないため、耐酸化性と密着性の点で十分でなく、特に著しいチッピング等の発生等により、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】
【００４０】
前述のように、本発明の被覆工具は、超硬合金焼結体からなる工具基体上に、硬質被覆層が、ＴｉとＳｉの複合窒化物からなる、層厚方向に沿って、Ｓｉと（Ｓｉ＋Ｔｉ）の原子比であるＸ（＝Ｓｉ／（Ｓｉ＋Ｔｉ））の値が、０．１〜１．０の範囲で、工具基体側から漸次増加する層状領域が連続的に５００ｎｍ以上の厚さに亘って存在し、かつ、前記厚さにおけるＸの最大値が０．５０〜１．０、最小値が０．３以下である組成傾斜領域と、
（ｂ）前記組成傾斜領域に隣接して表面側に存在する、平均組成：（ＳｉａＴｉ１−ａ）Ｎｂ｛ａ＝０．５０〜１．０、ｂ＝１．０〜１．３５｝の成分系からなり、かつ、平均層厚が０．５〜１．５μｍであるＳｉ窒化物層またはＳｉとＴｉの複合窒化物層とを少なくとも１層有するという本発明に特有の構成により、すぐれた耐酸化性と密着性を発揮し、長期に亘ってすぐれた切削性能を示すものであるから、切削加工装置の自動化、切削加工の省力化および省エネ化、ならびに低コスト化に貢献するものであり、その産業上の利用可能性はきわめて高い。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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