(57)【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、下部層と中間層と上部層からなる硬質被覆層を蒸着形成した表面被覆切削工具において、
（ａ）下部層は、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１層または２層以上からなり、かつ３〜２０μｍの合計層厚を有するＴｉ化合物層からなり、
（ｂ）中間層は、下部中間層と上部中間層からなり、
下部中間層は、０．５〜３μｍの層厚を有し、κ型結晶構造のＡｌ２Ｏ３層にＺｒを０．００４〜０．１２％（ただし、全体組成に対するＺｒの割合を原子％で示す）含むＺｒ含有κ型Ａｌ２Ｏ３層であり、
上部中間層は、０．０２〜０．５μｍの層厚を有し、下部中間層の表面に部分的に形成されたＺｒＯ２薄層であり、
（ｃ）上部層は、１〜１５μｍの層厚を有するＡｌ２Ｏ３層からなり、該Ａｌ２Ｏ３層は、上部層の垂直断面を観察した場合、κ型Ａｌ２Ｏ３相と上記ＺｒＯ２薄層上に形成されたα型Ａｌ２Ｏ３相のα−κ混合組織を有し、さらに、上部層の表面研磨面を観察した場合、α型Ａｌ２Ｏ３相の周囲をκ型Ａｌ２Ｏ３相が囲繞するα−κ網目状混合組織を有する、
ことを特徴とする表面被覆切削工具。
【請求項２】
Ｚｒ含有κ型Ａｌ２Ｏ３層からなる下部中間層の表面に部分的に形成されたＺｒＯ２薄層は、下部中間層と上部中間層の界面の垂直断面において、４０〜８０％の線分割合で形成されてい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。
【請求項３】
上部層において、α型Ａｌ２Ｏ３相との合量に占めるκ型Ａｌ２Ｏ３相の占有割合は、上部層の垂直断面において、２０〜６０面積％、また、上部層の表面研磨面において、２０〜５５面積％であることを特徴とする請求項１または２に記載の表面被覆切削工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、特に各種の鋼や鋳鉄などの被削材の切削加工を、高熱発生を伴うとともに、切れ刃に対して、衝撃的かつ断続的高負荷が作用する高速断続切削条件で行った場合にも、硬質被覆層が長期の使用にわたってすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆切削工具（以下、被覆工具という）に関するものである。
【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）下部層として、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）上部層として、酸化アルミニウム層、
上記（ａ）、（ｂ）からなる硬質被覆層を蒸着形成してなる被覆工具が良く知られている。
【０００３】
上記従来の被覆工具において、その工具性能の向上を図るため種々の提案がなされている。
【０００４】
例えば、特許文献１に示すように、上記（ｂ）の酸化アルミニウム層を、平均粒径が１μｍ以下の微粒κ型Ａｌ２Ｏ３粒子からなる下側Ａｌ２Ｏ３層と、平均粒径が２μｍ以上の粗粒α型Ａｌ２Ｏ３粒子からなる上側Ａｌ２Ｏ３層との多層構造として形成した被覆工具が知られており、この被覆工具によれば、断続切削等の過酷な切削条件においても、下部層とＡｌ２Ｏ３層との間での剥離が抑制され、耐欠損性、耐摩耗性に優れ長寿命化が図られることが知られている。
【０００５】
また、例えば、特許文献２に示すように、上記（ｂ）の酸化アルミニウム層の形成に際し、高温強度と機械的・熱的にすぐれた耐衝撃性を有するＺｒ含有κ型Ａｌ２Ｏ３層と、すぐれた高温硬さと耐熱性を備える加熱変態α型Ａｌ２Ｏ３層とを交互に積層することで上部層を形成すると、切れ刃に大きな負荷が作用する重切削加工において、耐チッピング性、耐摩耗性の向上が図られることが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２９１１６２号公報
【特許文献２】特開２００９−８３００８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、切削加工はますます高速化される傾向にあるが、上記の従来被覆工具においては、これを鋼や鋳鉄などの通常の条件での連続切削に用いた場合には問題はないが、特にこれを、高い発熱を伴うとともに、切れ刃に断続的かつ衝撃的負荷が作用する高速断続切削条件に用いた場合には、硬質被覆層、特に、上部層の耐衝撃性が十分ではないため、チッピング、欠損の発生等を原因として、比較的短時間で使用寿命に至るのが現状である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
そこで、本発明者等は、上述のような観点から、硬質被覆層の耐衝撃性を高めるべく鋭意研究を行った結果、次のような知見を得た。
【０００９】
まず、本発明者等は、高速断続切削において、硬質被覆層、特にＡｌ２Ｏ３層からなる上部層に作用する衝撃的かつ断続的負荷を緩和することによって、耐チッピング性の向上を図るべく、このような硬質被覆層の層構造について検討を進めたところ、κ型Ａｌ２Ｏ３層とα型Ａｌ２Ｏ３層を、その層厚方向に順次積層して構成した多層構造を備えた上記従来被覆工具に比して、図１（ａ）、（ｂ）に示されるような、α−κ混合組織構造からなるＡｌ２Ｏ３層を備えた被覆工具のほうが、高熱発生を伴い、かつ、切れ刃に衝撃的かつ断続的高負荷が作用する高速断続切削条件で用いた場合には、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を発揮することを見出したのである。
【００１０】
この発明の上記α−κ混合組織構造からなるＡｌ２Ｏ３層（上部層）は、例えば、以下のような、下部中間層と上部中間層からなる中間層を介して、この上にＡｌ２Ｏ３層を成膜することによって形成することができる。
【００１１】
つまり、工具基体表面に、下部層としてのＴｉ化合物層を形成した後、まず、所定Ｚｒ含有割合のＺｒ含有κ型Ａｌ２Ｏ３層を下部中間層として蒸着形成し、次いで、上部中間層としてのＺｒＯ２薄層を下部中間層の表面に部分的に形成し、その後、下部中間層と上部中間層からなる中間層の上に、Ａｌ２Ｏ３層を蒸着することによって、上記α−κ混合組織構造からなるＡｌ２Ｏ３層（上部層）を形成することができる。
【００１２】
上記α−κ混合組織構造からなるＡｌ２Ｏ３層（上部層）の垂直断面を観察すると、例えば、図１（ａ）に示されるように、中間層のＺｒＯ２薄層が形成されていない表面部分（即ち、ＺｒＯ２薄層によって覆われていないＺｒ含有κ型Ａｌ２Ｏ３層（下部中間層）が露出する表面部分）に連続して形成されているκ型Ａｌ２Ｏ３相と、ＺｒＯ２薄層上に連続して形成されたα型Ａｌ２Ｏ３相のα−κ混合組織が観察され、さらに、上部層の最表面を観察すると、例えば、図１（ｂ）に示されるように、α型Ａｌ２Ｏ３相の周囲をκ型Ａｌ２Ｏ３相が恰も囲繞しているかのようなα−κ網目状混合組織が観察される。
【００１３】
この発明の上部層は、上記のごとき特異な組織構造を備え、そして、この組織構造によって、α型Ａｌ２Ｏ３の備える耐熱性、高硬度を損なうことなく、κ型Ａｌ２Ｏ３相の備える高靭性が発揮されるため、高熱発生を伴い、かつ、切れ刃に衝撃的かつ断続的高負荷が作用する高速断続切削において、従来被覆工具に比して、一段とすぐれた耐チッピング性を示すとともに、長期の使用にわたってすぐれた耐摩耗性を発揮することを、本発明者らは見出したのである。
この発明は、上記の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、下部層と中間層と上部層からなる硬質被覆層を蒸着形成した表面被覆切削工具において、
（ａ）下部層は、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１層または２層以上からなり、かつ３〜２０μｍの合計層厚を有するＴｉ化合物層からなり、
（ｂ）中間層は、下部中間層と上部中間層からなり、
下部中間層は、０．５〜３μｍの層厚を有しκ型結晶構造のＡｌ２Ｏ３層にＺｒを０．００４〜０．１２％（ただし、全体組成に対するＺｒの割合を原子％で示す）含むＺｒ含有κ型Ａｌ２Ｏ３層であり、
上部中間層は、０．０２〜０．５μｍの層厚を有し、下部中間層の表面に部分的に形成されたＺｒＯ２薄層であり、
（ｃ）上部層は、１〜１５μｍの層厚を有するＡｌ２Ｏ３層からなり、該Ａｌ２Ｏ３層は、上部層の垂直断面を観察した場合、κ型Ａｌ２Ｏ３相と上記ＺｒＯ２薄層上に形成されたα型Ａｌ２Ｏ３相のα−κ混合組織を有し、さらに、上部層の表面研磨面を観察した場合、α型Ａｌ２Ｏ３相の周囲をκ型Ａｌ２Ｏ３相が囲繞するα−κ網目状混合組織を有する、
ことを特徴とする表面被覆切削工具。
【００１４】
（２）  Ｚｒ含有κ型Ａｌ２Ｏ３層からなる下部中間層の表面に部分的に形成されたＺｒＯ２薄層は、下部中間層と上部中間層の界面の垂直断面において、４０〜８０％の線分割合で形成されていることを特徴とする前記（１）に記載の表面被覆切削工具。
【００１５】
（３）  上部層において、α型Ａｌ２Ｏ３相との合量に占めるκ型Ａｌ２Ｏ３相の占有割合は、上部層の垂直断面において、２０〜６０面積％、また、上部層の表面研磨面において、２０〜５５面積％であることを特徴とする前記（１）または（２）に記載の表面被覆切削工具。」
に特徴を有するものである。
【００１６】
以下に、この発明の被覆工具の硬質被覆層について、詳細に説明する。
下部層：
Ｔｉの炭化物（ＴｉＣ）層、窒化物（ＴｉＮ）層、炭窒化物（ＴｉＣＮ）層、炭酸化物（ＴｉＣＯ）層および炭窒酸化物（ＴｉＣＮＯ）層のうちの１層または２層以上で構成されたＴｉ化合物層からなる下部層は、自身の具備するすぐれた高温強度によって硬質被覆層の高温強度向上に寄与するほか、工具基体と中間層（特に、Ｚｒ含有κ型Ａｌ２Ｏ３層からなる下部中間層）のいずれにも強固に密着し、硬質被覆層の工具基体に対する密着性を向上させる作用を有する。
【００１７】
下部層の合計層厚が３μｍ未満では、前記作用を十分に発揮させることができず、一方、その合計層厚が２０μｍを越えると、特に高熱発生を伴う高速断続切削ではチッピング、欠損を発生しやすくなることから、その合計層厚は３〜２０μｍと定めた。
中間層：
下部中間層（Ｚｒ含有κ型Ａｌ２Ｏ３層）と上部中間層（ＺｒＯ２薄層）からなる中間層は、例えば、以下の方法で形成することができる。
【００１８】
通常の化学蒸着装置により、初期段階の１〜１２０分を、
反応ガス組成（容量％）：ＡｌＣｌ３：２〜５％、Ｈ2：残り
反応雰囲気温度：９３０〜９８０  ℃、
反応雰囲気圧力：５〜８  ｋＰａ、
の雰囲気中で下部層の処理を行い、続いて、
下部中間層（Ｚｒ含有κ型Ａｌ２Ｏ３層）は、上記処理を施した下部層（Ｔｉ化合物層）の表面に、
反応ガス組成（容量％）：ＡｌＣｌ３：３〜６％、ＺｒＣｌ４：０．６〜１．８％、ＣＯ２：６〜１０％、ＨＣｌ：１．０〜３．０％、Ｈ2Ｓ：０．１〜０．１８％、Ｈ2：残り、
反応雰囲気温度：９３０〜９８０  ℃、
反応雰囲気圧力：５〜８  ｋＰａ、
の条件で成膜することによって、形成することができる。
【００１９】
上記蒸着で成膜されたＺｒ含有κ型Ａｌ２Ｏ３層は、化学蒸着した状態でκ型の結晶（Ｚｒ含有κ型Ａｌ２Ｏ３結晶粒）構造を有し、高温強度にすぐれ、また、機械的・熱的にすぐれた耐衝撃性を具備する。
【００２０】
ここで、上記成膜した下部中間層（Ｚｒ含有κ型Ａｌ２Ｏ３層）において、全体組成に占めるＺｒの含有割合（Ｚｒ／（Ａｌ＋Ｚｒ＋Ｏ）×１００％の値）は、原子％で、０．００４％〜０．１２％を満足することが必要である。
これは、Ｚｒの含有割合が０．００４％未満では、上部層のα型Ａｌ２Ｏ３層を成長時に、その高い反応温度によりκ型Ａｌ２Ｏ３層がα型Ａｌ２Ｏ３層に加熱変態し、一方、０．１２％を超えると、κ型Ａｌ２Ｏ３層中にＺｒＯ２が形成されてしまい、ＺｒＯ２相のつくる粒界があることで、κ型Ａｌ２Ｏ３相全体としての粒界強度が低下するという理由による。
また、下部中間層（Ｚｒ含有κ型Ａｌ２Ｏ３層）の層厚は、０．５〜３μｍであることが必要である。これは、層厚が０．５μｍ未満では、前記で述べたような優れた高温強度、また、機械的・熱的にすぐれた耐衝撃性を十分に発揮することができず、一方、層厚が３μｍを超えると、偏摩耗の原因となる熱塑性変形が発生し易くなり、摩耗が加速するようになることから、層厚を０．５〜３μｍと定めた。
【００２１】
次に、上部中間層のＺｒＯ２薄層を形成するためのＺｒＯ２の核成長処理は、具体的には、例えば、通常の化学蒸着装置により、
反応ガス組成（容量％）：ＺｒＣｌ４：０．１〜０．３％、ＣＯ２：３〜１０％、Ａｒ：２５．０〜３５．０％、Ｈ2：残り、
反応雰囲気温度：８８０〜９８０  ℃、
反応雰囲気圧力：３〜１５  ｋＰａ、
反応時間：１〜３０ｍｉｎ
の条件で成膜することによって、行うことができる。
【００２２】
上記の核成長処理によって、下部中間層（Ｚｒ含有κ型Ａｌ２Ｏ３層）の表面には、部分的に、ＺｒＯ２薄層からなる上部中間層が形成される。
上記ＺｒＯ２薄層（上部中間層）の層厚は、０．０２〜０．５μｍであることが必要である。
これは、ＺｒＯ２薄層（上部中間層）の層厚が０．０２μｍ未満であると、下部中間層（Ｚｒ含有κ型Ａｌ２Ｏ３層）の全表面積に対して、目的の面積割合まで覆うことができず、上部層における、κ型Ａｌ２Ｏ３相との合量に占めるα型Ａｌ２Ｏ３相の占有割合が少なくなり、上部層の硬さが減少し、耐摩耗性が低下する。一方、その層厚が０．５μｍを超えると、下部中間層（Ｚｒ含有κ型Ａｌ２Ｏ３層）の全表面積に対して、目的の面積割合以上覆うことになり、上部層における、α型Ａｌ２Ｏ３相との合量に占めるκ型Ａｌ２Ｏ３相の占有割合が少なくなり上部層の靭性、耐衝撃性、耐チッピング性が低下するという理由による。
即ち、ＺｒＯ２薄層（上部中間層）は、下部中間層（Ｚｒ含有κ型Ａｌ２Ｏ３層）の表面全面に形成するわけではなく、好ましくは、下部中間層と上部中間層の界面の垂直断面において、４０〜８０％の線分割合で形成されていることが望ましい。
これは、κ型Ａｌ２Ｏ３相とα型Ａｌ２Ｏ３相の混合組織として構成される上部層において、κ型Ａｌ２Ｏ３相とα型Ａｌ２Ｏ３相の生成比率が、上記ＺｒＯ２薄層（上部中間層）の生成割合（線分割合）に影響されるためである。
例えば、上記ＺｒＯ２薄層（上部中間層）の生成割合（線分割合）が相対的に大きい場合には、上部層における上記κ型Ａｌ２Ｏ３相の生成割合が少なくなり、その結果、上部層の靭性、耐衝撃性、耐チッピング性が低下する。一方、上記ＺｒＯ２薄層（上部中間層）の生成割合（線分割合）が相対的に少ない場合には、上部層における上記α型Ａｌ２Ｏ３相の生成割合が低下し、その結果、上部層の硬さが減少し、耐摩耗性が低下するためである。
【００２３】
上記ＺｒＯ２薄層（上部中間層）の層厚、割合（線分割合）は、核成長処理における、例えば、反応時間、反応ガス組成におけるＺｒＣｌ４の含有割合によって調整することが可能であり、反応時間を短くした場合、或いは、反応ガス組成におけるＺｒＣｌ４の含有割合を少なくした場合には、層厚が小さい、あるいは、生成割合（線分割合）の少ないＺｒＯ２薄層（上部中間層）が形成される。
【００２４】
上部層：
Ａｌ２Ｏ３層からなる上部層の成膜は、上記の下部中間層と上部中間層からなる中間層の表面に、例えば、通常の化学蒸着装置にて、
反応ガス組成：容量％で、ＡｌＣｌ３：６〜１０％、ＣＯ２：１０〜１５％、ＨＣｌ：３〜５％、Ｈ２Ｓ：０．０５〜０．２％、Ｈ２：残り、
反応雰囲気温度：９６０〜１０００℃、
反応雰囲気圧力：３〜５ｋＰａ、
の条件で蒸着形成することができる。
【００２５】
そして、この条件によってＡｌ２Ｏ３層を成膜した場合、中間層のＺｒＯ２薄層が形成されていない表面部分（即ち、ＺｒＯ２薄層によって覆われていないＺｒ含有κ型Ａｌ２Ｏ３層（下部中間層）が露出する表面部分）からは、κ型Ａｌ２Ｏ３相が成長し、一方、中間層のＺｒＯ２薄層が形成されている上部中間層からは、α型Ａｌ２Ｏ３相が成長するため、上部層組織の垂直断面を観察した場合、図１（ａ）に示されるようなα−κ混合組織が観察される。
さらに、上部層の最表面を観察すると、図１（ｂ）に示されるように、α型Ａｌ２Ｏ３相の周囲をκ型Ａｌ２Ｏ３相が恰も囲繞しているかのようなα−κ網目状混合組織が観察される。
【００２６】
上部層組織におけるα型Ａｌ２Ｏ３相とκ型Ａｌ２Ｏ３相の生成割合は、ＺｒＯ２薄層（上部中間層）の生成割合（線分割合）、上部層の層厚によって影響を受け、ＺｒＯ２薄層（上部中間層）の生成割合（線分割合）が相対的に大きいと、α型Ａｌ２Ｏ３相の初期生成割合が大となり、上部層の層厚の増加につれて、上部層に占めるα型Ａｌ２Ｏ３相の占有割合が増加していく。
【００２７】
一方、ＺｒＯ２薄層（上部中間層）の生成割合（線分割合）が相対的に小さいと、κ型Ａｌ２Ｏ３相の初期生成割合が支配的となるが、上部層の層厚の増加につれて、α型Ａｌ２Ｏ３相の占有割合が増加していくため、結果として、上部層中のκ型Ａｌ２Ｏ３相の占有割合は減少していく。
上部層において、α型Ａｌ２Ｏ３相との合量に占めるκ型Ａｌ２Ｏ３相の占有割合は、上部層の垂直断面において、２０〜６０面積％、また、上部層の表面研磨面において、２０〜５５面積％であることが望ましい。これは、κ型Ａｌ２Ｏ３相の占有割合が、上部層の垂直断面において、２０面積％未満、または、上部層の表面研磨面において、２０面積％未満であると、κ型Ａｌ２Ｏ３相の占有割合が少なくなり上部層の靭性、耐衝撃性、耐チッピング性が低下するためであり、一方、κ型Ａｌ２Ｏ３相の占有割合が、上部層の垂直断面において、６０面積％を超える場合、または、上部層の表面研磨面において、５５面積％を超える場合には、上部層のκ型Ａｌ２Ｏ３相との合量に占めるα型Ａｌ２Ｏ３相の占有割合が少なくなり、上部層の硬さが減少し、耐摩耗性が低下するという理由による。
【００２８】
上記κ型Ａｌ２Ｏ３相とα型Ａｌ２Ｏ３相の混合組織（垂直断面）、網目状混合組織（上部層の表面）からなる上部層は、κ型Ａｌ２Ｏ３相が高強度、高靭性、耐衝撃性を有することから、α型Ａｌ２Ｏ３相の備える耐熱性、硬さを損なうことなく、高熱発生を伴い、しかも、断続的・衝撃的高負荷が作用する高速断続切削加工において、長期の使用にわたってすぐれた耐チッピング性を発揮する。
【００２９】
ただ、上部層の平均層厚が１μｍ未満では、所望のすぐれた耐摩耗性を長期の使用にわたって十分に発揮させることができず、一方その平均層厚が１５μｍを越えて厚くなりすぎると、チッピングが発生し易くなることから、その平均層厚は１〜１５μｍと定めた。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の被覆工具は、各種の鋼や鋳鉄などの切削を、高熱発生を伴い、しかも、切れ刃に対して断続的・衝撃的高負荷が作用する高速断続切削加工条件で行った場合でも、硬質被覆層、特に上部層が、高硬度と耐熱性に加え、すぐれた靭性、耐衝撃性を有することから、長期の使用にわたってすぐれた耐チッピング性を発揮し、使用寿命の一層の延命化を可能とするものである。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明被覆工具の硬質被覆層の模式図であり、（ａ）は、上部層の垂直断面におけるα−κ混合組織を示し、（ｂ）は、上部層の表面研磨面におけるα−κ網目状混合組織を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
つぎに、この発明の被覆工具を実施例により具体的に説明する。
【実施例】
【００３３】
原料粉末として、いずれも１〜３μｍの平均粒径を有する表１に示される粉末を用意し、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、切刃部にＲ：０．０７ｍｍのホーニング加工を施すことによりＩＳＯ・ＣＮＭＧ１２０４０８に規定するスローアウエイチップ形状をもったＷＣ基超硬合金製の工具基体Ａ〜Ｄをそれぞれ作製した。
【００３４】
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表２に示される粉末を用意し、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：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・ＣＮＭＧ１２０４０８のチップ形状をもったＴｉＣＮ基サーメット製の工具基体ａ〜ｄを作製した。
【００３５】
ついで、これらの工具基体Ａ〜Ｄおよび工具基体ａ〜ｄのそれぞれを、通常の化学蒸着装置に装入し、表３（表３中のｌ−ＴｉＣＮは特開平６−８０１０号公報に記載される縦長成長結晶組織をもつＴｉＣＮ層の形成条件を示すものであり、これ以外は通常の粒状結晶組織の形成条件を示すものである）に示される条件にて、表６に示される層厚のＴｉ化合物層を硬質被覆層の下部層として蒸着形成し、
ついで、表４に示される蒸着条件にて、表７に示される層厚、Ｚｒ含有割合のＺｒ含有κ型Ａｌ２Ｏ３層を下部中間層として蒸着形成し、
ついで、表５に示される条件で、Ｚｒ含有κ型Ａｌ２Ｏ３層に存在するＺｒＯ２の核成長処理を施して、表７に示される層厚、生成割合（線分割合）のＺｒＯ２薄層（上部中間層）を形成し、
ついで、表３に示される条件で、上部層としての所定層厚のＡｌ２Ｏ３層を形成することにより、表７に示される本発明被覆工具１〜１２それぞれ製造した。
【００３６】
【表１】
0005686294.tif 000002
【００３７】
【表２】
0005686294.tif 000003
【００３８】
【表３】
0005686294.tif 000004
【００３９】
【表４】
0005686294.tif 000005
【００４０】
【表５】
0005686294.tif 000006
【００４１】
【表６】
0005686294.tif 000007
【００４２】
【表７】
0005686294.tif 000008
上記本発明被覆工具１〜１２下部中間層（Ｚｒ含有κ型Ａｌ２Ｏ３層）、上部中間層（ＺｒＯ２薄層）および上部層（Ａｌ２Ｏ３層）について、各種の測定を行った。即ち、
下部中間層：層中のＺｒ含有割合については、二次イオン質量分析装置を用いて、鏡面研磨加工した断面を測定し、観察倍率１０，０００倍での異なる視野５点の平均値を実測値とした。
【００４３】
上部中間層：鏡面研磨加工した垂直断面を、オージェ電子分光装置を用いて、観察倍率２０，０００倍で元素マッピングをとり、１μｍの線分の中に占めるＺｒＯ２薄層の長さを測定し、５本の線分での平均値をＺｒＯ２薄層の線分割合として算定した。
【００４４】
上部層：上部層の垂直断面におけるα型Ａｌ２Ｏ３相との合量に占めるκ型Ａｌ２Ｏ３相の占有割合は、鏡面研磨加工した断面を、電子線後方散乱回折装置を用いて観察倍率２，０００倍で横方向：２０μｍ×縦方向：上部層の膜厚相当の領域を測定し、α型Ａｌ２Ｏ３相とκ型Ａｌ２Ｏ３相の領域をそれぞれ規定し、それぞれの面積を算出した。
【００４５】
上部層の表面研磨面におけるα−κ網目状混合組織は、表面を鏡面研磨し、電子線後方散乱回折装置を用いて観察倍率５，０００倍で測定し、その菊池線回折図形から、α型Ａｌ２Ｏ３相とκ型Ａｌ２Ｏ３相の領域をそれぞれ規定し、α−κ網目状混合組織を確認した。α型Ａｌ２Ｏ３相との合量に占めるκ型Ａｌ２Ｏ３相の占有割合は、上記網目状混合組織の測定と同様に行い、測定範囲は縦横１０μｍ四方の範囲とし、５箇所の平均値を実測値とした。
【００４６】
なお、上記の各層の層厚については、走査型電子顕微鏡を用いた縦断面測定により測定した。上部中間層（ＺｒＯ２薄層）については観察倍率２０，０００倍、その他の層については観察倍率２，０００倍にて観察を行い、それらの５点の平均値を層厚とした。
【００４７】
表７に、これらの値をまとめて示した。
【００４８】
比較の目的で、上記工具基体Ａ〜Ｄ，ａ〜ｄに対して、表３に示される条件にて、表６に示される層厚のＴｉ化合物層を硬質被覆層の下部層として蒸着形成し、
ついで、表８に示される蒸着条件にて、表１０に示される層厚、Ｚｒ含有割合のＺｒ含有κ型Ａｌ２Ｏ３層を下部中間層として蒸着形成し（一部については、Ｚｒ非含有のκ型Ａｌ２Ｏ３層を成膜した）、
ついで、表９に示される条件で、Ｚｒ含有κ型Ａｌ２Ｏ３層に存在するＺｒＯ２の核成長処理を施して（一部については、核成長処理を行わず）、表１０に示される層厚、面積割合のＺｒＯ２薄層（上部中間層）を形成し（一部については、ＺｒＯ２薄層を形成しない）、
ついで、表３に示される条件で、上部層としての所定層厚のＡｌ２Ｏ３層を形成することにより、表１０に示される比較被覆工具１〜１２それぞれ製造した。
【００４９】
ついで、上記の比較被覆工具１〜１２について、本発明被覆工具１〜１２場合と同様にして、下部中間層のＺｒ含有割合、ＺｒＯ２薄層（上部中間層）の線分割合、上部層の垂直断面および上部層の表面研磨面において測定した。
【００５０】
なお、上記の各層の層厚については、走査型電子顕微鏡を用いた縦断面測定により測定し、それらの５点を用いて測定し、それらの平均値を層厚とした。
【００５１】
表１０に、これらの値をまとめて示した。
【００５２】
【表８】
0005686294.tif 000009
【００５３】
【表９】
0005686294.tif 000010
【００５４】
【表１０】
0005686294.tif 000011
つぎに、上記の本発明被覆工具１〜１２、較被覆工具１〜１２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・Ｓ３０Ｃの長さ方向等間隔４本縦溝入り丸棒、
切削速度：４２０ｍ／ｍｉｎ、
切り込み：１．５ｍｍ、
送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ、
切削時間：５分、
の条件（切削条件Ａという）での炭素鋼の湿式高速断続切削試験（通常の切削速度は２５０ｍ／ｍｉｎ）、
被削材：ＪＩＳ・ＳＣＭ４１５の長さ方向等間隔４本縦溝入り丸棒、
切削速度：４００ｍ／ｍｉｎ、
切り込み：２．０ｍｍ、
送り：０．２５ｍｍ／ｒｅｖ、
切削時間：５分、
の条件（切削条件Ｂという）での合金鋼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・ＦＣＤ４５０の長さ方向等間隔４本縦溝入り丸棒、
切削速度：４００ｍ／ｍｉｎ、
切り込み：２．５ｍｍ、
送り：０．３２ｍｍ／ｒｅｖ、
切削時間：５分、
の条件（切削条件Ｃという）でのダクタイル鋳鉄の乾式高速断続切削試験（通常の切削速度は１８０ｍ／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１１に示した。
【００５５】
【表１１】
0005686294.tif 000012
表７、表１０、表１１から、本発明被覆工具１〜１２は、κ型Ａｌ２Ｏ３相とα型Ａｌ２Ｏ３相の混合組織（垂直断面）、網目状混合組織（上部層の表面）からなる上部層を備え、κ型Ａｌ２Ｏ３相がすぐれた高強度、高靭性、耐衝撃性を有し、また、α型Ａｌ２Ｏ３相がすぐれた耐熱性、硬さを有することから、高熱発生を伴い、しかも、断続的・衝撃的高負荷が作用する高速断続切削加工において、長期の使用にわたってすぐれた耐チッピング性を発揮する。
【００５６】
これに対して、比較被覆工具１〜１２は、高熱発生下での、断続的・衝撃的高負荷により、チッピングを発生するため、短時間で寿命に至ることが明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
上述のように、この発明の被覆工具は、各種鋼や鋳鉄などの通常の条件での連続切削や断続切削は勿論のこと、特に、高熱発生を伴い、切れ刃に断続的・衝撃的高負荷が作用する高速断続切削加工でも、すぐれた耐チッピング性を示し、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】
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