(57)【要約】  被覆切削工具に生じるクラック進展の抑制により、優れた耐チッピング性および耐欠損性を持ち、工具寿命の長い被覆切削工具を提供する。  基材と、基材の表面に形成された被覆層とを含む被覆切削工具において、被覆層は、上部層と下部層とを有し、下部層は基材の表面に形成され、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、ＷおよびＳｉからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素と、Ｃ、Ｎ、ＢおよびＯからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素とで構成される化合物の１層または２層以上から構成され、下部層のクラック間隔の平均値Ｘが１０〜８０μｍであり、上部層は下部層の表面に形成され、酸化アルミニウム層を含み、酸化アルミニウム層のクラック間隔の平均値Ｚが２０〜１００μｍであり、Ｚ−Ｘ＞０を満たす被覆切削工具。【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材と、該基材の表面に形成された被覆層とを含む被覆切削工具において、
前記被覆層は、上部層と下部層とを有し、
前記下部層は前記基材の表面に形成され、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、ＷおよびＳｉからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素と、Ｃ、Ｎ、ＢおよびＯからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素とで構成される化合物の１層または２層上から構成され、前記下部層のクラック間隔の平均値Ｘが１０〜８０μｍであり、
前記上部層は前記下部層の表面に形成され、酸化アルミニウム層を含み、前記酸化アルミニウム層のクラック間隔の平均値Ｚが２０〜１００μｍであり、
０＜Ｚ−Ｘ＜９０の関係を満たす被覆切削工具。
【請求項２】
前記下部層のクラック間隔の平均値Ｘと前記酸化アルミニウム層のクラック間隔の平均値Ｚとが２０＜Ｚ−Ｘ＜７５の関係を満たす請求項１に記載の被覆切削工具。
【請求項３】
前記下部層の前記基材側には、前記基材の成分が前記下部層に拡散した拡散層が形成され、前記拡散層の平均層厚Ｔｄと前記下部層の平均層厚Ｔｕは０．１≦Ｔｄ／Ｔｕ≦０．８の関係を満たす請求項１または請求項２に記載の被覆切削工具。
【請求項４】
前記下部層に拡散した前記基材の成分は、Ｗ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｃｒ、ＶおよびＺｒからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素である請求項１〜３のいずれか１項に記載の被覆切削工具。
【請求項５】
前記被覆層全体の層厚が３〜３０μｍの平均層厚を有し、
前記下部層の層厚が１．５〜２０μｍの平均層厚を有し、
前記上部層の層厚が１〜１５μｍの平均層厚を有する請求項１〜４のいずれか１項に記載の被覆切削工具。
【請求項６】
前記上部層は、前記下部層と接する表面に、ＴｉとＡｌからなる元素と、Ｃ、ＮおよびＯからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素とで構成される化合物からなる中間層を含む請求項１〜５のいずれか１項に記載の被覆切削工具。
【請求項７】
前記基材は、超硬合金またはサーメットのいずれかである請求項１〜６のいずれか１項に記載の被覆切削工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被覆切削工具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、超硬合金からなる基材の表面に、例えば、Ｔｉの炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸化物および炭窒酸化物、並びに酸化アルミニウムの中の１種の単層または２種以上の複層からなる被覆層を、化学蒸着法により、３〜２０μｍの総膜厚で蒸着形成してなる被覆切削工具が、鋼や鋳鉄などの切削加工に用いられていることは良く知られている。【０００３】
通常、炭化タングステン基超硬合金の表面に被膜を形成すると、被膜に引張応力が残留するために、被覆切削工具の破壊強度が低下して欠損し易くなるとされている。これまで、被膜形成後、ショットピーニング等によりクラックを発生させることにより、引張残留応力を開放することが提案され、かなりの効果が得られている（例えば、特許文献１参照）。【０００４】
また、被覆層の特性を改善するため、Ａｌ２Ｏ３層形成後の冷却時に発生するクラックを無くすことで、切削工具の切削寿命を向上する技術が知られている（例えば、特許文献２参照）。【０００５】
さらに、基材側下方部分の被膜に高密度クラックを有し、表面側上方部分の被膜低密度クラックを有した切削工具が知られている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平５−１１６００３号公報
【特許文献２】特開平７−２１６５４９号公報
【特許文献３】特開平６−２４６５１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
近年の切削加工では高速化、高送り化および深切込み化が顕著となり、従来よりも工具寿命が低下する傾向が見られるようになってきた。この様な背景により、上記特許文献１に開示された工具であっても、クラックの深さが被膜の表面から基材の界面まで達しているため、耐欠損性が劣るという問題があった。また、特許文献２で開示された工具は、依然として被膜中の引張残留応力が高いため、耐チッピング性が劣るという問題点があった。さらに、特許文献３で開示された工具は、ショットピーニングに使用するメディアが被膜中に残留し、そのメディアを起点にチッピングが生じるという問題があった。さらに、被膜の形成からショットピーニングまでの工程を２回繰り返すため、コストが高いという問題があった。本発明は、これらの問題を解決するためになされたものであり、被覆切削工具に生じるクラック進展の抑制により、優れた耐チッピング性および耐欠損性を持ち、工具寿命の長い被覆切削工具を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、上述の観点から、被覆切削工具の工具寿命の延長について研究を重ねたところ、以下の構成にすると、耐チッピング性および耐欠損性を向上させることができ、その結果、工具寿命を延長することができるという知見を得た。【０００９】
すなわち、本発明の要旨は以下の通りである。
（１）基材と、該基材の表面に形成された被覆層とを含む被覆切削工具において、
前記被覆層は、上部層と下部層とを有し、
前記下部層は前記基材の表面に形成され、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、ＷおよびＳｉからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素と、Ｃ、Ｎ、ＢおよびＯからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素とで構成される化合物の１層または２層以上から構成され、前記下部層のクラック間隔の平均値Ｘが１０〜８０μｍであり、
前記上部層は前記下部層の表面に形成され、酸化アルミニウム層を含み、前記酸化アルミニウム層のクラック間隔の平均値Ｚが２０〜１００μｍであり、
０＜Ｚ−Ｘ＜９０の関係を満たす被覆切削工具。
（２）前記下部層のクラック間隔の平均値Ｘと前記酸化アルミニウム層のクラック間隔の平均値Ｚとが２０＜Ｚ−Ｘ＜７５の関係を満たす（１）の被覆切削工具。
（３）前記下部層の前記基材側には、前記基材の成分が前記下部層に拡散した拡散層が形成され、前記拡散層の平均層厚Ｔｄと前記下部層の平均層厚Ｔｕは０．１≦Ｔｄ／Ｔｕ≦０．８の関係を満たす（１）または（２）の被覆切削工具。
（４）前記下部層に拡散した前記基材の成分は、Ｗ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｃｒ、ＶおよびＺｒからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素である（１）〜（３）のいずれかの被覆切削工具。
（５）前記被覆層全体の層厚が３〜３０μｍの平均層厚を有し、
前記下部層の層厚が１．５〜２０μｍの平均層厚を有し、
前記上部層の層厚が１〜１５μｍの平均層厚を有する前記下部層の層厚が１．５〜２０μｍの平均層厚を有する（１）〜（４）のいずれかの被覆切削工具。
（６）前記上部層は、前記下部層と接する表面に、ＴｉとＡｌからなる元素と、Ｃ、ＮおよびＯからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素とで構成される化合物からなる中間層を含む（１）〜（５）のいずれかの被覆切削工具。
（７）前記基材は、超硬合金またはサーメットのいずれかである（１）〜（６）のいずれかの被覆切削工具。【００１０】
＜被覆切削工具＞
本発明の被覆切削工具は、基材とその基材の表面に形成された被覆層とを含む。被覆切削工具の種類として、具体的には、フライス加工用または旋削加工用刃先交換型切削インサート、ドリル、エンドミルなどを挙げることができる。【００１１】
＜基材＞
本発明の基材は、例えば、超硬合金、サーメット、セラミックス、立方晶窒化硼素焼結体、ダイヤモンド焼結体および高速度鋼などを挙げることができる。その中でも、基材が超硬合金またはサーメットであると、耐摩耗性および耐欠損性に優れるので、さらに好ましい。【００１２】
なお、これらの基材は、その表面が改質されたものであっても差し支えない。例えば、超硬合金の場合はその表面に脱β層が形成されていたり、サーメットの場合には表面硬化層が形成されていてもよく、このように表面が改質されていても、本発明の効果は示される。【００１３】
＜被覆層＞
本発明の被覆層は、上部層と下部層とを有する。被覆層全体の平均層厚は、３〜３０μｍであることが好ましい。３μｍ未満であると、耐摩耗性に劣る場合があり、３０μｍを超えると、基材との密着性および耐欠損性が低下する場合がある。その中でも、３〜２０μｍであるとさらに好ましい。【００１４】
＜下部層＞
本発明の下部層は基材の表面に形成され、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、ＷおよびＳｉからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素と、Ｃ、Ｎ、ＢおよびＯからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素とで構成される化合物の１層または２層以上から構成されるものである。【００１５】
本発明の下部層は、Ｔｉ、ＺｒおよびＣｒからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素と、Ｃ、Ｎ、ＢおよびＯからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素とで構成される化合物であると好ましい。また、本発明の下部層の少なくとも１層は、ＴｉＣＮからなると、耐摩耗性および耐欠損性に優れるため好ましい。さらに、本発明の下部層は、基材と接する表面にＴｉＮからなる最下層を備えると密着性に優れるため、好ましい。前記最下層の平均層厚は、０．０５〜１μｍであることが好ましい。【００１６】
本発明の下部層の平均層厚は、１．５〜２０μｍであることが好ましい。下部層の平均層厚が、１．５μｍ未満では、高速切削時に耐摩耗性に劣る場合があり、２０μｍを超えると、基材との密着性および耐欠損性が低下する場合がある。その中でも、２．５〜１５μｍであるとさらに好ましい。【００１７】
本発明の下部層のクラック間隔の平均値Ｘは１０〜８０μｍである。下部層のクラック間隔の平均値Ｘが、１０μｍ未満であると下部層のクラックと切削加工中に発生した亀裂とがつながりやすいため、耐チッピング性が低下し、８０μｍを超えると基材と被覆層との界面に高い引張応力が残留しているため、下部層の靱性が低下し、耐欠損性が低下する。その中でも、１０〜６０μｍであるとさらに好ましい。【００１８】
本発明の下部層の基材側には、基材の成分が下部層に拡散した拡散層が形成されると、基材と被覆層との密着性が向上し、さらに切削加工中に被覆層の表面に発生した亀裂が下部層で進展するのを抑制するため、耐チッピング性が向上するので好ましい。拡散層の平均層厚Ｔｄと下部層の平均層厚Ｔｕとの関係Ｔｄ／Ｔｕが０．１未満であると、基材と下部層との密着性が低くなる傾向があり、切削加工中に発生した亀裂の進展を下部層で抑制する効果が得られない。拡散層の平均層厚Ｔｄと下部層の平均層厚Ｔｕとの関係Ｔｄ／Ｔｕが０．８を超えると、下部層と上部層との密着性が低くなる傾向があり、耐チッピング性が低下する。このため、拡散層の平均層厚Ｔｄと下部層の平均層厚Ｔｕは０．１≦Ｔｄ／Ｔｕ≦０．８の関係を満たすと好ましい。また、拡散層に拡散する基材の成分は、Ｗ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｃｒ、ＶおよびＺｒからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素であると好ましい。その中でも、拡散層に拡散する基材の成分がＣｏであると、下部層の結晶粒界の界面の靱性が向上し、亀裂の進展を抑制する効果が高いため好ましい。【００１９】
＜上部層＞
本発明の上部層は、下部層の表面に形成され、本発明の上部層の少なくとも１層は、酸化アルミニウム層（以下、Ａｌ２Ｏ３層）を含む。Ａｌ２Ｏ３層の結晶型は特に限定されず、α型、β型、δ型、γ型、κ型、χ型、擬τ型、η型およびρ型等が挙げられる。これらの中でも、Ａｌ２Ｏ３層の結晶型は、高温で安定なα型、または中間層とＡｌ２Ｏ３層との密着性に優れるκ型であると好ましい。特に、高速切削など切削に関与する領域が高温になる場合において、Ａｌ２Ｏ３層がα型Ａｌ２Ｏ３層であると、欠損やチッピングを起こしにくくなる。【００２０】
本発明の上部層の平均層厚は、１〜１５μｍであることが好ましい。上部層の平均層厚が１μｍ未満では、すくい面における耐クレータ摩耗性が低下する場合があり、１５μｍを超えると、剥離が生じやすくなり、耐欠損性が低下する場合がある。その中でも、２〜１０μｍであるとさらに好ましい。【００２１】
本発明の上部層は、Ａｌ２Ｏ３層だけで構成されてもよいが、Ａｌ２Ｏ３層と下部層との間に、ＴｉとＡｌからなる元素と、Ｃ、ＮおよびＯからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素とで構成される化合物からなる中間層を含むと、密着性に優れるため、好ましい。その中でも、ＴｉＡｌＣＮＯであると好ましい。中間層の平均層厚は、０．０５〜１μｍであることが好ましい。また、本発明の上部層は、Ａｌ２Ｏ３層より表面側に表面層を含んでもよい。表面層は、Ｔｉの炭化物、窒化物、および炭窒化物のいずれかであると、切削使用後の被覆切削工具の識別が容易となるため、好ましい。その中でも、Ｔｉの窒化物（すなわちＴｉＮで表される化合物）であると、色彩が最も明瞭であるため、さらに好ましい。【００２２】
本発明の上部層を構成するＡｌ２Ｏ３層のクラック間隔の平均値Ｚは、２０〜１００μｍである。Ａｌ２Ｏ３層のクラック間隔の平均値が２０μｍ未満であると、Ａｌ２Ｏ３層のクラックと切削加工中に被覆層の表面に発生した亀裂とがつながりやすいため、耐チッピング性が低下する。一方、１００μｍを超えると、Ａｌ２Ｏ３層に高い引張残留応力が残留しているため、耐欠損性が低下する。その中でも、３５〜８５μｍであるとさらに好ましい。【００２３】
本発明の被覆層における下部層のクラック間隔の平均値ＸとＡｌ２Ｏ３層のクラック間隔の平均値Ｚとが、０＜Ｚ−Ｘ＜９０の関係を有すると、上部層の表面から基材まで到達するクラックが少ないため、耐欠損性が向上する。また、下部層と上部層との界面に生じる残留応力が小さくなるため、密着性に優れ、耐チッピング性が向上する。その中でも、２０＜Ｚ−Ｘ＜７５の関係を有すると、さらに好ましい。【００２４】
〔被覆層の形成方法〕
本発明の被覆切削工具における被覆層を構成する各層の形成方法として、例えば、以下の方法を挙げることができる。【００２５】
例えば、下部層のＴｉＮ層は、原料ガス組成をＴｉＣｌ４：５．０〜１０．０ｍｏｌ％、Ｎ２：２０〜６０ｍｏｌ％、Ｈ２：残りとし、温度：８５０〜９２０℃、圧力：１００〜３５０ｈＰａとする化学蒸着法で形成することができる。【００２６】
下部層のＴｉＣＮ層は、原料ガス組成をＴｉＣｌ４：１０〜１５ｍｏｌ％、ＣＨ３ＣＮ：１〜３ｍｏｌ％、Ｎ２：０〜２０ｍｏｌ％、Ｈ２：残りとし、温度：８５０〜９２０℃、圧力：６０〜８０ｈＰａとする化学蒸着法で形成することができる。【００２７】
ＺｒＣＮ層は、原料ガス組成をＺｒＣｌ４：１．６〜４．１ｍｏｌ％、Ｎ２：２０．０〜４０．０ｍｏｌ％、ＣＨ４：２．０〜５．５ｍｏｌ％、Ｈ２：残りとし、温度：８８０〜９５０℃、圧力：５５〜８５ｈＰａとする化学蒸着法で形成することができる。【００２８】
ＣｒＣＮ層は、原料ガス組成をＣｒＣｌ４：２．１〜５．０ｍｏｌ％、Ｎ２：１１．６〜２８．０ｍｏｌ％、ＣＨ４：２．５〜４．５ｍｏｌ％、Ｈ２：残りとし、温度：９８０〜１０５０℃、圧力：８０〜１２０ｈＰａとする化学蒸着法で形成することができる。【００２９】
α型Ａｌ２Ｏ３層は、原料ガス組成をＡｌＣｌ３：２．１〜５．０ｍｏｌ％、ＣＯ２：２．５〜４．０ｍｏｌ％、ＨＣｌ：２．０〜３．０ｍｏｌ％、Ｈ２Ｓ：０．２８〜０．４５ｍｏｌ％、Ｈ２：残りとし、温度：９００〜１０００℃、圧力：６０〜８０ｈＰａとする化学蒸着法で形成することができる。【００３０】
κ型Ａｌ２Ｏ３層は、原料ガス組成をＡｌＣｌ３：２．１〜５．０ｍｏｌ％、ＣＯ２：３．０〜６．０ｍｏｌ％、ＣＯ：３．０〜５．５ｍｏｌ％、ＨＣｌ：３．０〜５．０ｍｏｌ％、Ｈ２Ｓ：０．３〜０．５ｍｏｌ％、Ｈ２：残りとし、温度：９００〜１０００℃、圧力：６０〜８０ｈＰａとする化学蒸着法で形成することができる。【００３１】
ＴｉＡｌＣＮＯ層は、原料ガス組成をＴｉＣｌ４：３．０〜５．０ｍｏｌ％、ＡｌＣｌ３：１．０〜２．０ｍｏｌ％、ＣＯ：０．４〜１．０ｍｏｌ％、Ｎ２：３０〜４０ｍｏｌ％、Ｈ２：残りとし、温度：９７５〜１０２５℃、圧力：９０〜１１０ｈＰａとする化学蒸着法で形成することができる。【００３２】
ＴｉＡｌＣＯ層は、原料ガス組成をＴｉＣｌ４：０．５〜１．５ｍｏｌ％、ＡｌＣｌ３：３．０〜５．０ｍｏｌ％、ＣＯ：２．０〜４．０ｍｏｌ％、Ｈ２：残りとし、温度：９７５〜１０２５℃、圧力：６０〜１００ｈＰａとする化学蒸着法で形成することができる。【００３３】
上部層のＴｉＮ層は、原料ガス組成をＴｉＣｌ４：７．０〜１０．０ｍｏｌ％、Ｎ２：２５〜５０ｍｏｌ％、Ｈ２：残りとし、温度：９７０〜１０３０℃、圧力：１２０〜２００ｈＰａとする条件で形成することができる。【００３４】
上部層のＴｉＣＮ層は、原料ガス組成をＴｉＣｌ４：５．５〜８．０ｍｏｌ％、Ｎ２：５．０〜１５．０ｍｏｌ％、ＣＨ３ＣＮ：０．５〜１．５ｍｏｌ％、Ｈ２：残りとし、温度：９７０〜１０３０℃、圧力：７０〜１２０ｈＰａとする条件で形成することができる。【００３５】
下部層のクラック間隔の平均値ＸとＡｌ２Ｏ３層のクラック間隔の平均値ＺとがＺ−Ｘ＞０を満たすために、以下の方法によって被覆層を形成することができる。【００３６】
すなわち、下部層を８５０〜１０５０℃の温度で形成した後に、チャンバ内の温度を２００〜４００℃に下げ、１時間以上保持することで、下部層にクラックを発生させることができる。このとき、チャンバ内の雰囲気は特に限定されず、３０ｈＰａ以下の真空雰囲気であってもよく、水素ガス、アルゴンガスまたは窒素ガス雰囲気で５０〜７５０ｈＰａの圧力となるように調整してもよい。冷却して保持した後、上部層を形成する温度まで上昇し、従来公知の形成条件で上部層を形成すると、０＜Ｚ−Ｘ＜９０の関係を満たした被覆切削工具が得られる。【００３７】
拡散層は、以下の熱処理を施すことで形成される。すなわち、上部層を形成した後、チャンバ内の温度を１０２０〜１１００℃に昇温し、１〜７時間保持することで、基材の成分が下部層に拡散する。拡散層の厚さは、チャンバ内の温度と保持時間を調節することで制御することができる。チャンバ内の雰囲気は特に限定されず、３０ｈＰａ以下の真空雰囲気、水素ガス、アルゴンガスまたは窒素ガス雰囲気で５０〜１０２０ｈＰａの圧力となるように調整すると、拡散層が形成された被覆切削工具を得ることができる。【００３８】
基材の表面に被覆層を形成した後、乾式ショットブラスト、湿式ショットブラストまたはショットピーニングを施すと、下部層のクラック間隔の平均値ＸとＡｌ２Ｏ３層のクラック間隔の平均値Ｚをさらに容易に制御できるため、好ましい。例えば、乾式ショットブラストの条件は、被覆層の表面に対して投射角度が３０〜９０°になるように、投射材を５０〜８０ｍ／ｓｅｃの投射速度、０．５〜３分の投射時間で投射するとよい。乾式ショットブラストのメディアは、平均粒径１００〜１５０μｍのＡｌ２Ｏ３やＺｒＯ２などの材質であると好ましい。【００３９】
各層の層厚は、被覆切削工具の断面組織から光学顕微鏡、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、電界放射型走査電子顕微鏡（ＦＥ−ＳＥＭ）、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）などを用いて測定することができる。なお、被覆切削工具の層厚は、刃先から被覆切削工具のすくい面の中心部に向かって５０μｍの位置の近傍において、各層の層厚を３箇所以上測定し、その平均値を求めるとよい。各層の組成は、本発明の被覆切削工具の断面組織からエネルギー分散型Ｘ線分光器（ＥＤＳ）や波長分散型Ｘ線分光器（ＷＤＳ）などを用いて測定することができる。【００４０】
Ａｌ２Ｏ３層のクラック間隔の測定方法として、例えば、以下の方法を挙げることができる。Ａｌ２Ｏ３層が露出するまで基材の表面に対して平行な方向に鏡面研磨し、ＳＥＭ、ＦＥ−ＳＥＭなどを用いてクラックを容易に観察することができる。鏡面研磨面を、４００〜５０００倍の倍率でＳＥＭにて写真を撮影する。得られた写真に数本の直線を引き、クラックとその直線の交点間の距離を求め、それをクラック間隔とする。少なくとも５０箇所のクラック間隔を求め、それらの値からクラック間隔の平均値を求めることができる。【００４１】
下部層のクラック間隔の測定方法として、例えば、以下の方法を挙げることができる。クラック間隔を測定する下部層が露出するまで基材の表面に対して平行な方向に鏡面研磨し、フッ硝酸にてエッチングすると、クラックを容易に観察することができる。フッ硝酸を完全に除去した後に、鏡面研磨面を、７５〜１５０倍の倍率で光学顕微鏡にて光顕写真を撮影する。得られた光顕写真に数本の直線を引き、クラックとその直線の交点間の距離を求め、それをクラック間隔とする。少なくとも５０箇所のクラック間隔を求め、それらの値からクラック間隔の平均値を求めることができる。【００４２】
下部層の拡散層の厚さは、本発明の被覆切削工具の基材の表面に対して垂直な方向における被覆層の断面を鏡面研磨し、ＳＥＭおよびＦＥ−ＳＥＭなどを用いて、反射電子像を観察することで測定することができる。なお、下部層の拡散層の厚さは、刃先から被覆切削工具のすくい面の中心部に向かって５０μｍの位置の近傍において、下部層の拡散層の厚さを３箇所以上測定し、その平均値を求めるとよい。下部層に拡散した基材の組成は、本発明の被覆切削工具の断面組織からエネルギー分散型Ｘ線分光器（ＥＤＳ）や波長分散型Ｘ線分光器（ＷＤＳ）などを用いて拡散層を分析することで測定することができる。
【発明の効果】
【００４３】
本発明の被覆切削工具は、耐チッピング性および耐欠損性に優れるので、従来よりも工具寿命を延長できるという効果を奏する。
【実施例】
【００４４】
以下、実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。【００４５】
基材として、ＪＩＳ規格ＣＮＭＧ１２０４０８形状の９１．５ＷＣ−０．５ＴｉＣ−１．８ＴａＣ−０．２ＮｂＣ−６．０Ｃｏ（以上質量％）組成の超硬合金製切削インサートを用意した。この基材の切れ刃稜線部にＳｉＣブラシにより丸ホーニングを施した後、基材の表面を洗浄した。次に基材を外熱式化学蒸着装置に装入し、表１に示す被覆層の構成と平均層厚になるように基材表面に被覆層を形成した。なお、表１の酸化アルミニウム層（Ａｌ２Ｏ３層）の結晶型における（α）はα型Ａｌ２Ｏ３層を表し、（κ）はκ型Ａｌ２Ｏ３層を表す。【００４６】
発明品１〜１９、比較品２〜５については、下部層を形成した後に、５０ｈＰａ以下の真空になるまで真空引きした。次に、チャンバ内の温度を２５０℃に下げ、３時間以上保持して冷却した。冷却後、上部層を形成する温度まで昇温した後、上部層を形成した。なお、比較品１、６〜９については、下部層を形成した後、従来通りの化学蒸着法で上部層を形成した。【００４７】
発明品１〜１７、１９、比較品１〜６、８、９については、上部層を形成した後、チャンバ内の温度を１０３０℃に昇温し、窒素ガスの雰囲気でチャンバ内の圧力が２００ｈＰａとなるように制御し、表１の拡散層厚となるように、１〜７時間保持した。【００４８】
発明品１〜１９、比較品１、２、４、６〜９については、基材の表面に被覆層を形成した後、乾式ショットブラストを施した。乾式ショットブラストの条件は、被覆層の表面に対して投射角度が４５°になるように、投射材を６５ｍ／ｓｅｃの投射速度、０．５〜３分の投射時間で投射した。乾式ショットブラストのメディアは、平均粒径１５０μｍのＡｌ２Ｏ３を用いた。【００４９】
【表１】
2015005364.tif 000002
2015005364.tif 000003
【００５０】
得られた試料の各層の層厚は、被覆切削工具の刃先からすくい面の中心部に向かって５０μｍの位置の近傍の断面を、ＳＥＭで３箇所測定し、その平均値を求めた。拡散層の層厚は、被覆切削工具の刃先から中心部に向かって５０μｍの位置の近傍の断面を、ＳＥＭで反射電子像を観察し、拡散層の厚さを３箇所測定し、平均値を求めた。また、下部層に拡散した基材成分は、拡散層の平均層厚の中心の厚さの位置を、基材と被覆層との界面と平行な方向にＥＤＳを用いて線分析により測定した。【００５１】
得られた試料の下部層のクラック間隔の平均値Ｘおよび酸化アルミニウム層のクラック間隔の平均値Ｚは、以下の通りに求めた。まず被覆切削工具の表面を酸化アルミニウム層が露出するまで鏡面研磨し、その鏡面研磨面を４００倍の倍率でＳＥＭにて写真を撮影した。得られた写真に１０本の直線を引き、クラックとその直線の交点間の距離を求め、それをクラック間隔とした。各試料について、５個のインサートを用意し、それぞれ１０箇所のクラック間隔を求め、それらの値から酸化アルミニウム層のクラック間隔の平均値Ｚを求めた。次に下部層が露出するまで鏡面研磨し、その鏡面研磨面をフッ硝酸にてエッチングした。フッ硝酸を完全に除去した後に、鏡面研磨面を７５倍の倍率で光学顕微鏡にて光顕写真を撮影した。得られた光顕写真に数本の直線を引き、クラックとその直線の交点間の距離を求め、それをクラック間隔とした。各試料について、５個のインサートを用意し、それぞれ１０箇所のクラック間隔を求め、それらの値から下部層のクラック間隔の平均値Ｘを求めた。下部層および酸化アルミニウム層のクラック間隔の平均値を表２に示す。【００５２】
【表２】
2015005364.tif 000004
【００５３】
得られた試料を用いて、耐欠損性を評価した。ＦＣ２００（硬さ：ＨＢ２４０）を被削材に使用した。被削材の形状は、直径１８０ｍｍ×厚さ６０ｍｍの円盤状の中心に直径６０ｍｍの穴があり、中心から外径側に向かって４本の凸部（凸部の縁と隣の凸部の縁がなす角度は８０°である。）が設けられた形状とした。切削試験では、下記の切削条件で被削材に対して端面切削を行った。【００５４】
［切削試験条件］
切削速度：４５０ｍ／ｍｉｎ、
送り：０．３０ｍｍ／ｒｅｖ、
切り込み：２．０ｍｍ、
クーラント：有り、
評価項目：試料が欠損または最大逃げ面摩耗幅が０．３ｍｍに至ったときを工具寿命とし、工具寿命までの加工枚数を測定した。【００５５】
切削試験の工具寿命までの加工枚数および損傷状態を表３に示した。【００５６】
【表３】
2015005364.tif 000005
【００５７】
表３に示されるように、発明品１〜１９は、耐欠損性を評価する試験条件において、いずれも欠損が生じていないことから、大幅に耐欠損性が優れることが分かった。また、発明品は比較品よりも工具寿命に至るまでの加工数が多いため、工具寿命が大幅に長いことが分かる。
【手続補正書】
【提出日】平成28年6月2日(2016.6.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材と、該基材の表面に形成された被覆層とを含む被覆切削工具において、
前記被覆層は、上部層と下部層とを有し、
前記下部層は前記基材の表面に形成され、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、ＷおよびＳｉからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素と、Ｃ、Ｎ、ＢおよびＯからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素とで構成される化合物の１層または２層以上から構成され、前記下部層のクラック間隔の平均値Ｘが１０〜８０μｍであり、
前記上部層は前記下部層の表面に形成され、酸化アルミニウム層と、酸化アルミニウム層の表面側に形成された表面層を含み、表面層の平均層厚が０．３〜１．０μｍであり、前記酸化アルミニウム層のクラック間隔の平均値Ｚが２０〜１００μｍであり、
０＜Ｚ−Ｘ＜９０の関係を満たす被覆切削工具。
【請求項２】
前記下部層のクラック間隔の平均値Ｘと前記酸化アルミニウム層のクラック間隔の平均値Ｚとが２０＜Ｚ−Ｘ＜７５の関係を満たす請求項１に記載の被覆切削工具。
【請求項３】
前記下部層の前記基材側には、前記基材の成分が前記下部層に拡散した拡散層が形成され、前記拡散層の平均層厚Ｔｄと前記下部層の平均層厚Ｔｕは０．１≦Ｔｄ／Ｔｕ≦０．８の関係を満たす請求項１または請求項２に記載の被覆切削工具。
【請求項４】
前記下部層に拡散した前記基材の成分は、Ｗ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｃｒ、ＶおよびＺｒからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素である請求項１〜３のいずれか１項に記載の被覆切削工具。
【請求項５】
前記被覆層全体の層厚が３〜３０μｍの平均層厚を有し、
前記下部層の層厚が１．５〜２０μｍの平均層厚を有し、
前記上部層の層厚が１〜１５μｍの平均層厚を有する請求項１〜４のいずれか１項に記載の被覆切削工具。
【請求項６】
前記上部層は、前記下部層と接する表面に、ＴｉとＡｌからなる元素と、Ｃ、ＮおよびＯからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素とで構成される化合物からなる中間層を含む請求項１〜５のいずれか１項に記載の被覆切削工具。
【請求項７】
前記基材は、超硬合金またはサーメットのいずれかである請求項１〜６のいずれか１項に記載の被覆切削工具。
【国際調査報告】
2015005364.tif 000006
2015005364.tif 000007