(57)【要約】【課題】鋳鉄や合金鋼などの高速断続切削加工において、すぐれた耐チッピング性を発揮するとともに、長期の使用に亘ってすぐれた耐摩耗性を発揮する被覆工具を提供する。【解決手段】Ｗ、Ｍｏを含有するＴｉＣＮ基サーメット基体表面に、第一層として、Ｔｉ化合物層を蒸着形成した表面被覆ＴｉＣＮ基サーメット製切削工具において、基体のＴｉＣＮ相と硬質被覆層との界面に、０．５〜１０ｎｍの平均厚さのＭｏ濃化層あるいはさらにＷ濃化層が形成され、該濃化層のＭｏ含有量、Ｗ含有量は５〜５０原子％であり、好ましくは、基体のＴｉＣＮ相と硬質被覆層との界面の長さの６０％以上の界面には、濃化層が形成されている表面被覆ＴｉＣＮ基サーメット製切削工具。【選択図】図１
2015178172.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面被覆ＴｉＣＮ基サーメット製切削工具であって、
硬質相成分としてＴｉＣＮ相を含有し、且つＷおよびＭｏを各々１〜１０原子％含有するＴｉＣＮ基サーメットによる基体と、
前記ＴｉＣＮ基サーメットによる基体の表面に、蒸着形成した第一層である、Ｔｉの炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸化物および炭窒酸化物のいずれかによる硬質被覆層と、を有し、
前記基体の前記ＴｉＣＮ相と、前記硬質被覆層との界面に、０．５〜１０ｎｍの平均厚さのＭｏ濃化層が形成されることを特徴とする表面被覆ＴｉＣＮ基サーメット製切削工具。
【請求項２】
前記基体のＴｉＣＮ相と前記硬質被覆層との界面を、前記表面被覆ＴｉＣＮ基サーメット製切削工具の縦断面で観察した場合、前記基体のＴｉＣＮ相と前記硬質被覆層との界面の長さの６０％以上の界面に前記Ｍｏ濃化層が形成されている、請求項１に記載の表面被覆ＴｉＣＮ基サーメット製切削工具。
【請求項３】
前記基体のＴｉＣＮ相と前記硬質被覆層との界面に、前記Ｍｏ濃化層と併せて、０．５〜１０ｎｍの平均厚さのＷ濃化層が形成される請求項１または２に記載の表面被覆ＴｉＣＮ基サーメット製切削工具。
【請求項４】
前記基体のＴｉＣＮ相と前記硬質被覆層との界面を、前記表面被覆ＴｉＣＮ基サーメット製切削工具の縦断面で観察した場合、前記基体のＴｉＣＮ相と前記硬質被覆層との界面の長さの６０％以上の界面にＷ濃化層が形成されている、請求項３に記載の表面被覆ＴｉＣＮ基サーメット製切削工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サーメット製工具基体と硬質被覆層がすぐれた付着強度を有し、その結果、切れ刃に高負荷が作用する切削加工においても硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削工具（以下、被覆工具という）に関する。
本願は、２０１４年２月２６日に、日本に出願された特願２０１４−０３５０９６号、に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
従来、一般に、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、「サーメット基体」という）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（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、１〜２５μｍの平均層厚を有する酸化アルミニウム（以下、Ａｌ２Ｏ３で示す）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が良く知られている。
そして、上記の従来被覆工具は、比較的耐摩耗性にすぐれるものの、切れ刃に高負荷が作用する切削加工条件では、チッピング等の異常損耗を発生しやすいことから、硬質被覆層の構造についての種々の提案がなされている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｗ，Ｍｏ，Ｃｒの炭化物、窒化物、炭窒化物の１種または２種以上の硬質分散相形成成分：７０〜９５重量％と、Ｃｏ，Ｎｉ，Ａｌの１種または２種以上の結合相形成成分：５〜３０重量％とからなるサーメットの表面に窒化チタン層を化学蒸着するコーティングサーメットの製造方法が開示されています。本コーティングサーメットの製造方法において、前記窒化チタン層は、四塩化チタン、アンモニアおよび水素からなる混合ガスを用い、温度：７００〜９００℃で、前記サーメットの表面に化学蒸着することにより形成して、コーティングサーメットを製造する方法が提案されている。そしてこれによって、耐摩耗性が高く、従来よりも長時間使用可能なコーティングサーメットを提供することができるとされている。
【０００４】
また、特許文献２には、ＣｏおよびＮｉを主体とする結合相形成成分を１２〜２０重量％含有する炭窒化チタン基サーメット基体の表面に、化学蒸着法または物理蒸着法を用いて、Ｔｉの炭化物、窒化物、および炭窒化物、並びに酸化アルミニウムのうちの２種以上で構成された複層の硬質被覆層を形成してなる、表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削工具が開示されている。この表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削工具において、前記基体の表面部を、０．５〜１．５μｍの平均層厚を有し、かつ結合相構成成分からなる結合相層で構成すると共に、前記基体表面部の結合相層に接する硬質被覆層を、０．５〜５μｍの平均層厚を有する窒化チタンからなる結合相構成成分拡散防止層で構成することが提案されており、そしてこれによって、すぐれた靭性を発揮するとされている。
【０００５】
また、特許文献３には、Ｔｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、ＳｉまたはＢ元素の炭化物、窒化物、酸化物または硼化物（Ｂ元素の硼化物は除く）または組合せ物またはそれらの固溶体からなる１層または複数層の化学蒸着法による耐摩耗性層を備え、全被覆厚みが１〜２０μｍとなるように被覆された、主成分としてＴｉを伴い且つＷおよびＣｏを含む炭窒化物合金の切削工具インサートが開示されている。さらに、特許文献３においては、
前記被覆層は冷却割れがなく、且つ同一結晶組織と１μｍより厚い１層または複数層の化学蒸着法による耐摩耗性層とが室温で２００〜５００ＭＰａの圧縮残留応力を有すること、
前記主成分としてＴｉを伴い且つＷおよびＣｏを含む炭窒化物合金がＣ、Ｎ、Ｔｉ、Ｗ及びＣｏからなり、該元素の原子分率が０．２５＜Ｎ／（Ｃ＋Ｎ）＜０．５、０．０５＜Ｗ／（Ｗ＋Ｔｉ）＜０．１１及び０．０９＜Ｃｏ＜０．１４の関係を満足すること、
ＴｉがＴａ、Ｎｂ、Ｖ、Ｚｒ、Ｈｆ及び／またはＭｏによって部分的に置き換えられ、個々の量が＜５ａｔ％且つ合計量が＜１０ａｔ％であること、
を特徴とする主成分としてＴｉを伴い且つＷおよびＣｏを含む炭窒化物合金の切削工具インサートが提案されている。そして上述の構成により、炭窒化物合金の切削工具インサートは、すぐれた靭性と耐摩耗性を示すとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平３−２２６５７６号公報
【特許文献２】特開平４−２８９００３号公報
【特許文献３】特表平１１−５１１０７８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く、これに伴い、切削加工は一段と高速化、高効率化の傾向にある。従って、被覆工具には、より一層、耐チッピング性、耐欠損性、耐剥離性等の耐異常損傷性が求められるとともに、長期の使用に亘ってのすぐれた耐摩耗性が求められている。
しかし、前記特許文献１乃至特許文献３に記載されている被覆工具は、サーメット基体と硬質被覆層の付着強度が十分でないため、特に、刃先に大きな衝撃が断続的に付加される鋳鉄や合金鋼の高速断続切削に用いた場合に、チッピング発生により比較的早期に工具寿命に達してしまうという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
そこで、本発明者らは上記課題を解決すべく、鋳鉄や合金鋼などの高速断続切削加工に供した場合であっても、すぐれた耐チッピング性を発揮するとともに、長期の使用に亘ってすぐれた耐摩耗性を発揮する被覆工具を提供すべく、サーメット基体表面に化学蒸着法でＴｉ化合物層を被覆した被覆工具について、その界面状態について鋭意研究を重ねたところ、次のような知見を得た。
【０００９】
炭窒化チタン基サーメットで構成されたサーメット基体の表面に硬質被覆層を設けた表面被覆切削工具において、例えば、ＴｉＣｌ４を反応ガス成分として含有する熱ＣＶＤ法により、Ｔｉの窒化物、炭化物、炭酸化物、炭酸窒化物のうち少なくとも一層以上含まれる硬質被覆層を形成する前に、サーメット基体表面に、Ｔｉエッチングを行うことによって、サーメット基体表面に、サーメット構成成分であるＷ、Ｍｏを偏在させることができることを見出した。
【００１０】
ついで、Ｗ、Ｍｏが表面に偏在するサーメット基体に対して、Ｔｉの窒化物、炭化物、炭酸化物、炭酸窒化物のうち少なくとも一層以上からなる硬質被覆層を化学蒸着で被覆形成したところ、界面に偏在するＷ、Ｍｏを介して、サーメット基体と硬質被覆層のケミカルボンドが高まることを見出した。サーメット基体の界面に偏在するＷ、Ｍｏを介して、サーメット基体を被覆した硬質被覆層は、サーメット基体との付着強度に優れ、これを切刃に高負荷が作用する鋳鉄や合金鋼などの高速断続切削加工に用いたところ、すぐれた耐チッピング性を発揮することを見出したのである。
【００１１】
本発明は、前述の研究結果に基づいてなされたものであって、以下の特徴を有する表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削工具である。
（１）表面被覆ＴｉＣＮ基サーメット製切削工具であって、硬質相成分としてＴｉＣＮ相を含有し、且つＷおよびＭｏを各々１〜１０原子％含有するＴｉＣＮ基サーメットによる基体と、
前記ＴｉＣＮ基サーメットによる基体の表面に、蒸着形成した第一層である、Ｔｉの炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸化物および炭窒酸化物のいずれかによる硬質被覆層と、を有し、
前記基体の前記ＴｉＣＮ相と、前記硬質被覆層との界面に、０．５〜１０ｎｍの平均厚さのＭｏ濃化層が形成されることを特徴とする表面被覆ＴｉＣＮ基サーメット製切削工具。
（２）前記基体のＴｉＣＮ相と前記硬質被覆層との界面を、前記表面被覆ＴｉＣＮ基サーメット製切削工具の縦断面で観察した場合、前記基体のＴｉＣＮ相と前記硬質被覆層との界面の長さの６０％以上の界面に前記Ｍｏ濃化層が形成されている、前記（１）に記載の表面被覆ＴｉＣＮ基サーメット製切削工具。
（３）前記基体のＴｉＣＮ相と前記硬質被覆層との界面に、前記Ｍｏ濃化層と併せて、０．５〜１０ｎｍの平均厚さのＷ濃化層が形成される前記（１）または（２）に記載の表面被覆ＴｉＣＮ基サーメット製切削工具。
（４）前記基体のＴｉＣＮ相と前記硬質被覆層との界面を、前記表面被覆ＴｉＣＮ基サーメット製切削工具の縦断面で観察した場合、前記基体のＴｉＣＮ相と前記硬質被覆層との界面の長さの６０％以上の界面にＷ濃化層が形成されている、前記（３）に記載の表面被覆ＴｉＣＮ基サーメット製切削工具。
なお、本発明の硬質被覆層では、前記のように、第一層である、Ｔｉの炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸化物および炭窒酸化物のいずれかによる硬質被覆層を蒸着形成した後、その上にさらに公知の硬質被覆層、例えば、Ａｌ２Ｏ３層、ＴｉとＡｌの複合窒化物層あるいは複合酸化物層、ＣｒとＡｌの複合窒化物層あるいは複合酸化物層を蒸着形成することは妨げられない。さらに、最表面層として、Ｔｉの炭化物層、窒化物層、炭窒化物層、炭酸化物層、炭窒酸化物層を蒸着形成するも、妨げられることはない。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、ＴｉＣＮ基サーメットによる基体表面に、蒸着形成した第一層である、Ｔｉの炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸化物および炭窒酸化物のいずれかによる硬質被覆層を有する表面被覆ＴｉＣＮ基サーメット製切削工具に関する。本発明の表面被覆ＴｉＣＮ基サーメット製切削工具においては、ＴｉＣＮ基サーメット成分として、所定量のＭｏ、Ｗを含有させるとともに、硬質被覆層の第一層を蒸着形成するに先立って、ＴｉＣＮ基サーメットによる基体表面をＴｉエッチングする。前記Ｔｉエッチングによれば、第一層を蒸着形成する際に、前記基体のＴｉＣＮ相と硬質被覆層との界面に、所定厚さ、所定含有量、所定界面長さのＭｏ濃化層、Ｗ濃化層が形成されている状態となる。そして、界面に偏在するＷ、Ｍｏ、即ちＭｏ濃化層、Ｗ濃化層を介して、ＴｉＣＮ基サーメットによる基体と硬質被覆層のケミカルボンドが高められる。従って、本発明の表面被覆ＴｉＣＮ基サーメット製切削工具は、前記基体を被覆した硬質被覆層と、ＴｉＣＮ基サーメットによる基体との付着強度が優れ、切刃に高負荷が作用する鋳鉄や合金鋼などの高速断続切削加工に用いた場合であっても、長期の使用に亘って、すぐれた耐チッピング性、耐摩耗性を発揮するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の表面被覆ＴｉＣＮ基サーメット製切削工具において、ＴｉＣＮ基サーメットによる基体のＴｉＣＮ相と、硬質被覆層との界面に、ＭｏまたはＭｏとＷの濃化層が形成されていることを示す模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
つぎに、本発明の表面被覆ＴｉＣＮ基サーメット製切削工具の硬質被覆層の一実施形態について、より具体的に説明する。
本実施形態の表面被覆ＴｉＣＮ基サーメット製切削工具は、硬質相成分としてＴｉＣＮ相を含有し、且つＷおよびＭｏを各々１〜１０原子％含有するＴｉＣＮ基サーメットによる基体と、前記ＴｉＣＮ基サーメットによる基体の表面に蒸着形成した第一層である、Ｔｉの炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸化物および炭窒酸化物のいずれかによる硬質被覆層と、を有し、前記基体の前記ＴｉＣＮ相と、前記硬質被覆層との界面に、０．５〜１０ｎｍの平均厚さのＭｏ濃化層が形成されている。以下、ＴｉＣＮ基サーメットによる基体をサーメット基体と称することがある。
【００１５】
ＷおよびＭｏ：
ＴｉＣＮ基サーメットにおける含有成分としてのＷおよびＭｏは、結合相への固溶強化、硬質相の生成によるサーメット基体の強度向上、硬度向上に寄与するが、その含有量が１原子％未満では、これを期待することができず、また、基体のＴｉＣＮ相と硬質被覆層との界面に所定濃度、所定量のＭｏ濃化層、Ｗ濃化層を形成することができない。
一方、ＴｉＣＮ基サーメットにおけるＷおよびＭｏの各々の含有量が１０原子％を超えると、炭化物、窒化物および炭窒化物の析出によりサーメット基体の強度低下を招くため、ＴｉＣＮ基サーメットにおけるＷおよびＭｏの含有量は、１〜１０質量％と定めた。ＴｉＣＮ基サーメットにおけるＷおよびＭｏの含有量は、好ましくは２質量％〜８質量％であり、より好ましくは２質量％〜５質量％である。
ＴｉＣＮ基サーメットにおけるＷおよびＭｏの含有量は、サーメット基体を製造する際の原料（金属粉末）の配合組成によって決定される。
【００１６】
Ｍｏ濃化層：
本実施形態では、サーメット基体に対して、第一層として、Ｔｉの炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸化物および炭窒酸化物のいずれかを蒸着形成するに先立って、サーメット基体表面に後記するＴｉエッチングを行うことによりＭｏをサーメット基体表面のＴｉＣＮ相に偏在させることができる。そして、Ｍｏをサーメット基体表面のＴｉＣＮ相に偏在させ、Ｍｏ濃化層を形成することによって、サーメット基体と硬質被覆層との濡れ性が改善されるとともに、サーメット基体と硬質被覆層とのケミカルボンドを高め、硬質被覆層とサーメット基体の付着強度を向上させることができる。
【００１７】
サーメット基体のＴｉＣＮ相と硬質被覆層との界面に形成したＭｏ濃化層は、その平均厚さが０．５ｎｍ未満であると、付着強度の向上は期待できず、一方、その平均厚さが１０ｎｍを超えるとＭｏ濃化層の層内でクラックが伸展し、付着強度が低下するため、Ｍｏ濃化層の平均厚さは０．５〜１０ｎｍと定めた。Ｍｏ濃化層の平均厚さは、好ましくは２ｎｍ〜８ｎｍであり、より好ましくは３ｎｍ〜７ｎｍである。
【００１８】
上記サーメット基体表面のＴｉＣＮ相上に偏在するＭｏ濃化層とは、ＴｉＣＮ相と硬質被覆層との界面における、Ｍｏ含有量が５〜５０原子％である領域である。
ＴｉＣＮ相と硬質被覆層との界面において、Ｍｏ含有量が５原子％未満であると、付着強度向上への寄与は少なく、一方、Ｍｏ含有量が５０原子％を超えると界面が金属的性質を有し、サーメット基体と硬質被覆層とのケミカルボンドを高める効果が低下する。従って、ＴｉＣＮ相と硬質被覆層との界面における、Ｍｏ含有量が５〜５０原子％であり、上記平均厚さを満たす領域をＭｏ濃化層と定めた。
【００１９】
Ｍｏ濃化層の特定は、以下の方法で行うことができる。表面被覆ＴｉＣＮ基サーメット製切削工具の縦断面について、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）及びエネルギー分散型Ｘ線分析装置を用い、１００００倍の視野で組成マッピングを行い、サーメット基体中のＴｉＣＮ相を特定し、該ＴｉＣＮ相と硬質被覆層との界面を含んだ領域を５００，０００倍の視野で観察し、ＴｉＣＮ相と硬質被覆層の界面に垂直に、線分の中央で該ＴｉＣＮ相と硬質被覆層との界面と交差する長さ５０ｎｍの線を引き、該線上で０．５ｎｍの間隔ごとに組成分析を行うことにより、ＴｉＣＮ相と硬質被覆層との界面を含んだ線分析を行い、５点の測定点における（平均）Ｍｏ含有量が５〜５０原子％である領域を特定する。そして、Ｍｏ含有量が５〜５０原子％である領域で、厚さが０．５〜１０ｎｍである箇所を、Ｍｏ濃化層とした。なお、線分析は５個のＴｉＣＮ相上において行うものとし、５点の厚さの平均値を平均厚さとした。
なお、サーメット基体中のＴｉＣＮ相とはＴｉとＣとＮからなる相であり、Ｍｏ及びＷを含有していない。即ち、サーメット基体中のＴｉＣＮＭｏ化合物相、ＴｉＣＮＷ化合物相等は、ＴｉＣＮ相から除かれる相である。
【００２０】
また、サーメット基体のＴｉＣＮ相と硬質被覆層との界面を、表面被覆ＴｉＣＮ基サーメット製切削工具の縦断面で観察した場合の、Ｍｏ濃化層が形成されている界面長さ割合については、基体のＴｉＣＮ相と硬質被覆層との界面の長さの６０％以上の界面にＭｏ濃化層が形成されている場合に、一段と付着強度が向上することから、サーメット基体のＴｉＣＮ相と硬質被覆層との界面に形成したＭｏ濃化層の界面長さ割合は、６０％以上であることが望ましい。Ｍｏ濃化層の界面長さ割合は、より望ましくは８０％以上である。また、特に限定されないがＭｏ濃化層の界面長さ割合の上限値は９５％であってもよい。
【００２１】
Ｗ濃化層：
本実施形態では、サーメット基体に、Ｔｉの炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸化物および炭窒酸化物のいずれかを第一層として蒸着形成するに先立って、サーメット基体表面をＴｉエッチングすることによりＭｏばかりでなくＷをサーメット基体表面のＴｉＣＮ相に偏在させることができる。そして、ＭｏとともにＷがサーメット基体表面のＴｉＣＮ相に偏在し、Ｗ濃化層を形成することによって、サーメット基体と硬質被覆層との濡れ性が改善され、また、サーメット基体と硬質被覆層とのケミカルボンドを高めるため、硬質被覆層とサーメット基体の付着強度を、より一層向上させることができる。
【００２２】
サーメット基体のＴｉＣＮ相と硬質被覆層との界面に形成したＷ濃化層は、その平均厚さが０．５ｎｍ未満であると、付着強度の向上は期待できず、一方、その平均厚さが１０ｎｍを超えるとＷ濃化層の層内でクラックが伸展し、付着強度が低下するため、Ｗ濃化層の平均厚さは０．５〜１０ｎｍとすることが望ましい。Ｗ濃化層の平均厚さは、好ましくは２ｎｍ〜８ｎｍであり、より好ましくは３ｎｍ〜７ｎｍである。
【００２３】
上記サーメット基体表面のＴｉＣＮ相上に偏在するＷ濃化層とは、ＴｉＣＮ相と硬質被覆層との界面における、Ｗ含有量が５〜５０原子％である領域を言う。
ＴｉＣＮ相と硬質被覆層との界面において、Ｗ含有量が５原子％未満であると、付着強度向上への寄与は少なく、一方、Ｗ含有量が５０原子％を超えると界面が金属的性質を有し、サーメット基体と硬質被覆層とのケミカルボンドを高める効果が低下する。従って、ＴｉＣＮ相と硬質被覆層との界面における、Ｗ含有量が５〜５０原子％であり、上記平均厚さを満たす領域をＷ濃化層とすることが望ましい。
Ｗ濃化層の特定は、前述したＭｏ濃化層の特定と同様の方法で行うことができる。即ち、前述の線分析によって、Ｗ含有量が５〜５０原子％である領域を特定する。そして、Ｗ含有量が５〜５０原子％である領域で、厚さが０．５〜１０ｎｍである箇所を、Ｗ濃化層とするとよい。なお、線分析は５個のＴｉＣＮ相上において行うものとし、５点の厚さの平均値を平均厚さとした。
【００２４】
また、サーメット基体のＴｉＣＮ相と硬質被覆層との界面を、表面被覆ＴｉＣＮ基サーメット製切削工具の縦断面で観察した場合の、Ｗ濃化層が形成されている界面長さ割合については、基体のＴｉＣＮ相と硬質被覆層との界面の長さの６０％以上の界面にＷ濃化層が形成されている場合に、一段と付着強度が向上することから、サーメット基体のＴｉＣＮ相と硬質被覆層との界面に形成されたＷ濃化層の界面長さ割合は、６０％以上とすることが望ましい。Ｗ濃化層の界面長さ割合は、より望ましくは８０％以上である。また、特に限定されないがＷ濃化層の界面長さ割合の上限値は９５％であってもよい。
【００２５】
Ｍｏ濃化層、Ｗ濃化層の界面長さ割合については、前述の透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）及びエネルギー分散型Ｘ線分析装置を用いた測定において、サーメット基体中のＴｉＣＮ相と硬質被覆層との界面を含んだ５００，０００倍の視野において、組成マッピングを行い、ＴｉＣＮ相と硬質被覆層の界面長を求めると共に、Ｍｏ含有量、Ｗ含有量が５〜５０％である領域を曲線として表しその長さを求め、Ｍｏ濃度、Ｗ含有量が５〜５０％である領域の長さを界面長で除することより、ＴｉＣＮ相と硬質被覆層の界面に形成されているＭｏ濃化層の界面長さ割合、Ｍｏ濃化層の界面長さ割合を求める。
【００２６】
Ｍｏ濃化層、Ｗ濃化層の形成：
本実施形態は、サーメット基体に、Ｔｉの炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸化物および炭窒酸化物のいずれかを第一層として蒸着形成するに先立って、例えば、サーメット基体表面を以下の第一段階御〜第四段階の条件でＴｉエッチングすることにより、Ｍｏ、Ｗを基体表面のＴｉＣＮ相に偏在させることができる。
第一段階  ＴｉＣｌ４：３．０〜５．０％、Ｈ２：残、３〜７ｋＰａ、７００〜８００℃、５〜２０分
第二段階  Ａｒ：１００％、３〜７ｋＰａ、７００〜８００℃、
第三段階  ＴｉＣｌ４：１．０〜３．０％、Ｈ２：残、３〜７ｋＰａ、８００〜９００℃、５〜２０分
第四段階  Ａｒ：１００％、３〜７ｋＰａ、８００〜９００℃、
上記Ｔｉエッチングによって、サーメット基体に含まれるＭｏ、Ｗを基体表面のＴｉＣＮ相に偏在させることができる。
【００２７】
つぎに、本発明の表面被覆ＴｉＣＮ基サーメット製切削工具を実施例により具体的に説明する。
なお、本発明の実施例としては、サーメット基体表面に、硬質被覆層の第一層として、Ｔｉの炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸化物および炭窒酸化物のいずれかを蒸着形成した例を示すが、本発明は、第一層形成後に、さらに公知の硬質被覆層、例えば、Ａｌ２Ｏ３層、ＴｉとＡｌの複合窒化物層、複合酸化物層、ＣｒとＡｌの複合窒化物層、複合酸化物層等を蒸着形成すること、あるいは、硬質被覆層の最表面層として、Ｔｉの炭化物層、窒化物層、炭窒化物層、炭酸化物層、炭窒酸化物層を蒸着形成することを何ら妨げるものではない。
【実施例】
【００２８】
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、Ｍｏ2Ｃ粉末、ＺｒＣ粉末、ＮｂＣ粉末、ＴａＣ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１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：１５４０℃に１時間保持の条件で焼結し、焼結後、切刃部分にＲ：０．０７ｍｍのホーニング加工を施すことによりＩＳＯ規格・ＣＮＭＧ１２０４１２のインサート形状をもったサーメット基体１〜１０を形成した。
なお、表１には、配合割合として、Ｍｏ、Ｗの原子％も示した。
【００２９】
【表１】
2015178172.tif 000003
【００３０】
つぎに、これらの工具基体１〜１０の表面に、化学蒸着装置により硬質被覆層の第一層を形成するに先立って、表２に示される第一段階〜第四段階の条件で、サーメット基板をＴｉエッチングした。
表２で示す、条件Ａ〜条件Ｇそれぞれにおける各条件は、上から順に第一段階、第二段階、第三段階、第四段階の条件とする、
その後、サーメット基体表面に、表３に示される条件で、表４に示すＴｉの炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸化物および炭窒酸化物のいずれかからなるＴｉ化合物層を第一層として蒸着形成した。
なお、表３の硬質被覆層の種別は、表４及び５で以下のように表示される。“ＴｉＣ層”＝“ＴｉＣ”、“ＴｉＮ層（第１層）”＝表４及び５の第１層で示される“ＴｉＮ”、“ＴｉＮ層（その他の層）”＝表４及び５の第２〜４層で示される“ＴｉＮ”、“ｌ−ＴｉＣ０．５Ｎ０．５層”＝“ｌ−ＴｉＣＮ”、“ＴｉＣＮ層”＝“ＴｉＣＮ”、“ＴｉＣＯ層”＝“ＴｉＣＯ”、“ＴｉＣＮＯ層”＝“ＴｉＣＮＯ”、“Ａｌ２Ｏ３層”＝“Ａｌ２Ｏ３”。
ついで、表３に示す条件で、表４に示すＴｉ化合物層をさらに蒸着形成することにより（第二層〜第四層の形成）、表４に示す本発明の表面被覆ＴｉＣＮ基サーメット製切削工具（以下、「本発明被覆工具」という）１〜８及び１４〜１６を作製した。
また、いくつかのものについては、蒸着形成したＴｉ化合物層（下部層）の上に、さらに、表３に示す条件で、表４に示すＡｌ２Ｏ３層（上部層）を蒸着形成することにより、表４に示す本発明被覆工具９〜１３を作製した。
【００３１】
また、比較の目的で、同じく工具基体１〜１０について、いくつかのものについては工具基体の表面に、化学蒸着装置により硬質被覆層の第一層を形成するに先立って、表２に示される条件でサーメット基体をＴｉエッチングした。
その後、Ｔｉエッチングを施していない工具基体も含め、サーメット基体表面に、表３に示される条件で、表５に示すＴｉの炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸化物および炭窒酸化物のいずれかからなるＴｉ化合物層を第一層として蒸着形成した。
ついで、表３に示す条件で、表５に示すＴｉ化合物層をさらに蒸着形成することにより（第二層〜第四層の形成）、表５に示す比較例の表面被覆ＴｉＣＮ基サーメット製切削工具（以下、「比較例被覆工具」という）１〜８を作製した。
また、いくつかのものについては、蒸着形成したＴｉ化合物層（下部層）の上に、さらに、表３に示す条件で、表５に示すＡｌ２Ｏ３層（上部層）を蒸着形成することにより、表５に示す比較例被覆工具９〜１３を作製した。
【００３２】
上記で作製した本発明被覆工具１〜１６および比較例被覆工具１〜１３について、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）及びエネルギー分散型Ｘ線分析装置を用い、１００００倍の視野で組成マッピングを行い、サーメット基体中のＴｉＣＮ相を特定し、該ＴｉＣＮ相と硬質被覆層との界面を含んだ５００，０００倍の視野で該ＴｉＣＮ相と硬質被覆層の界面に垂直に、線分の中央で該ＴｉＣＮ相と硬質被覆層との界面と交差する長さ５０ｎｍの線を引き、該線上で組成分析を行うことにより、ＴｉＣＮ相と硬質被覆層との界面を含んだ線分析を行った。
その結果から、Ｍｏ含有量、Ｗ含有量が５〜５０原子％である領域を濃化層として特定し、該濃化層の厚さを求めた。さらに、前記線分析を５個のＴｉＣＮ相について行い、それらを平均することにより、Ｍｏ濃化層、Ｗ濃化層の平均厚さおよびＭｏ濃化層のＭｏ含有量、Ｗ濃化層のＷ含有量を求めた。
表４、表５に、これらの結果を示す。
【００３３】
また、Ｍｏ濃化層、Ｗ濃化層の界面長さ割合については、前記透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）及びエネルギー分散型Ｘ線分析装置を用いた測定において、サーメット基体中のＴｉＣＮ相と硬質被覆層との界面を含んだ５００，０００倍の視野において、組成マッピングを行い、ＴｉＣＮ相と硬質被覆層の界面長を求めると共に、Ｍｏ含有量、Ｗ含有量が５〜５０％である領域を曲線として表しその長さを求め、Ｍｏ濃度、Ｗ含有量が５〜５０％である領域の長さを界面長で除することより、ＴｉＣＮ相と硬質被覆層の界面に形成されているＭｏ濃化層の界面長さ割合、Ｍｏ濃化層の界面長さ割合を求めた。
表４、表５に、これらの結果を示す。
【００３４】
また、本発明被覆工具１〜１３および比較例被覆工具１〜１６の硬質被覆層を構成する各層の層厚を、走査型電子顕微鏡（倍率は５０００倍から２０００００倍の範囲から適切な値に設定する）を用いて測定し、観察視野内の５点の層厚を測って平均して平均層厚を求めたところ、いずれも表４および表５に示される目標層厚と実質的に同じ平均層厚を示した。
【００３５】
【表２】
2015178172.tif 000004
【００３６】
【表３】
2015178172.tif 000005
【００３７】
【表４】
2015178172.tif 000006
【００３８】
【表５】
2015178172.tif 000007
【００３９】
つぎに、上記の各種の被覆工具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、本発明被覆工具１〜１６および比較例被覆工具１〜１３について、
被削材：ＪＩＳ・ＦＣＤ７００−２（ＩＳＯ １０８３・７００−２）の長さ方向等間隔４本縦溝入り丸棒
切削速度：３５０ｍ／ｍｉｎ、
切り込み：１．４ｍｍ、
送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ、
切削油剤：あり、
切削時間：６分、
の条件（切削条件Ａ）でのダクタイル鋳鉄の湿式高速断続切削試験（通常の切削速度は２００ｍ／ｍｉｎ）
被削材：ＪＩＳ・ＳＣＭ４４０の長さ方向等間隔４本縦溝入り丸棒、
切削速度：４１０ｍ／ｍｉｎ、
切り込み：２．０ｍｍ、
送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ、
切削時間：６分、
の条件（切削条件Ｂ）での合金鋼の乾式高速断続切削試験（通常の切削速度は、
３００ｍ／ｍｉｎ）、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。
この測定結果を表６に示す。
【００４０】
【表６】
2015178172.tif 000008
【００４１】
表４および表６に示される結果から、本発明被覆工具１〜１６は、第一層として、Ｔｉの炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸化物および炭窒酸化物のいずれかを硬質被覆層として蒸着形成した表面被覆ＴｉＣＮ基サーメット製切削工具において、基体のＴｉＣＮ相と硬質被覆層との界面に、所定厚さ、所定含有量、所定界面長さのＭｏ濃化層、Ｗ濃化層が形成され、そして、これによって、界面に偏在するＷ、Ｍｏを介して、サーメット基体と硬質被覆層のケミカルボンドが高められるため、被覆された硬質被覆層は、サーメット基体との付着強度に優れ、切刃に高負荷が作用する鋳鉄や合金鋼などの高速断続切削加工に用いた場合であっても、長期の使用に亘って、すぐれた耐チッピング性、耐摩耗性を発揮することが明らかである。
即ち、本発明被覆工具１〜１６においては、切削条件Ａ、切削条件Ｂのいずれの条件でも、切削時間（６分）内に硬質被覆層に、チッピング、欠損、剥離等の異常損傷が発生せずに、使用寿命には至らなかった。従って、切削試験後に、被覆工具の硬質被覆層の摩耗、即ち切刃の「逃げ面摩耗幅（ｍｍ）」を測定した。
なお、本発明被覆工具１〜１６において、Ｗ濃化層の界面長さ割合と厚さとが本発明の好ましい範囲を満たしていない本発明被覆工具３と、Ｗ濃化層の界面長さ割合と厚さとが本発明の好ましい範囲を満たしている本発明被覆工具１とを比較すると、本発明被覆工具１の方が逃げ面摩耗幅が狭いことから、付着強度が一段と向上している傾向が見られる。
Ｍｏ濃化層の界面長さ割合が、本発明の好ましい範囲を満たしていない本発明被覆工具１４と、Ｍｏ濃化層の界面長さ割合が、本発明の好ましい範囲を満たしている本発明被覆工具８とを比較すると、本発明被覆工具８の方が逃げ面摩耗幅が狭いことから、付着強度が一段と向上している傾向が見られる。
Ｗ濃化層の厚さが、本発明の好ましい範囲を満たしていない本発明被覆工具１５と、Ｗ濃化層の厚さが、本発明の好ましい範囲を満たしている本発明被覆工具５とを比較すると、本発明被覆工具５の方が逃げ面摩耗幅が狭いことから、付着強度が一段と向上している傾向が見られる。
Ｗ濃化層の界面長さ割合が、本発明の好ましい範囲を満たしていない本発明被覆工具１６と、Ｗ濃化層の界面長さ割合が、本発明の好ましい範囲を満たしている本発明被覆工具６とを比較すると、本発明被覆工具６の方が逃げ面摩耗幅が狭いことから、付着強度が一段と向上している傾向が見られる。
これに対して、表５および表６に示される結果から、比較例被覆工具１〜１３については、基体のＴｉＣＮ相と硬質被覆層との界面に、所定厚さ、所定含有量、所定界面長さのＭｏ濃化層、Ｗ濃化層が形成されていないため、切刃に高負荷が作用する鋳鉄や合金鋼などの高速断続切削加工においては、いずれも、チッピング、欠損、剥離等の異常損傷が発生するばかりか、比較的短時間で使用寿命に至ることが明らかである。
即ち、比較例被覆工具１〜１３においては、切削条件Ａ、切削条件Ｂのいずれの条件でも、切削時間（６分）内に硬質被覆層に、チッピング、欠損、剥離等の異常損傷が発生し、使用寿命には至ったため、切刃の「逃げ面摩耗幅（ｍｍ）」は測定されなかった。従って、表６では比較例被覆工具１〜１３の使用寿命を「切削試験結果（分）」として示した。
例えば、Ｍｏ濃化層及びＷ濃化層が形成されても、Ｍｏ濃化層の厚さが本発明の範囲を超えている比較例被覆工具６では、Ｍｏ濃化層内にクラックが観察され、早期に剥離を生じ、寿命に至っていることから付着強度が低下していることが示される。また、Ｍｏ濃化層及びＷ濃化層が形成されても、Ｍｏ濃化層の厚さが本発明の範囲より小さい比較例被覆工具７では、やはり早期に剥離を生じ、寿命に至っていることから、付着強度が低下していることが示される。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
前述のように、本発明の被覆工具は、鋳鉄などを高熱が発生する高速断続切削加工に供した場合に、すぐれた切削性能を示すことはもとより、各種の被削材の被覆工具として用いることができ、しかも、長期の使用に亘ってすぐれた耐摩耗性を発揮するものであるから、切削装置の高性能化なら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】
2015178172.tif 000009