(57)【要約】【課題】高速断続切削加工で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切削工具を提供する。【解決手段】  工具基体の表面に、硬質被覆層として、少なくとも、下部層と上部層とを設けた表面被覆切削工具において、該上部層は、一層平均層厚が０．５〜５μｍの酸化アルミニウム主体相と酸化ジルコニウム相からなる２相混合酸化物層と、一層平均層厚が０．０５〜０．５μｍのＴｉＣＯ層、ＴｉＣＮＯ層、（Ｔｉ，Ｃｒ）ＣＯ層、（Ｔｉ，Ｃｒ）ＣＮＯ層のうちのいずれかの層を交互に積層した平均総層厚が２〜１５μｍの積層硬質層、で構成する。【選択図】        なし【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、
（ａ）下部層は、２〜１５μｍの合計平均層厚を有し、炭化チタン層、窒化チタン層、炭窒化チタン層のうちから選ばれる１層または２層以上のＴｉ系化合物層、
（ｂ）上部層は、一層平均層厚が０．５〜５μｍであり、かつ、酸化アルミニウム主体相と酸化ジルコニウム相からなり、酸化アルミニウム主体相との合量に占める酸化ジルコニウム相の含有割合が０．１〜４０ｍａｓｓ％である２相混合酸化物層と、一層平均層厚が０．０５〜０．５μｍのチタンの炭酸化物層および／または炭窒酸化物層とが交互に積層された平均総層厚が２〜１５μｍの積層硬質層、
以上（ａ）、（ｂ）により構成された硬質被覆層を備えることを特徴とする、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切削工具。
【請求項２】
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、
（ａ）下部層は、２〜１５μｍの合計平均層厚を有し、炭化チタン層、窒化チタン層、炭窒化チタン層のうちから選ばれる１層または２層以上のＴｉ系化合物層、
（ｂ）上部層は、一層平均層厚が０．５〜５μｍであり、かつ、酸化アルミニウム主体相と酸化ジルコニウム相からなり、酸化アルミニウム主体相との合量に占める酸化ジルコニウム相の含有割合が０．１〜４０ｍａｓｓ％である２相混合酸化物層と、一層平均層厚が０．０５〜０．５μｍのチタンとクロムの炭酸化物層および／または炭窒酸化物層とが交互に積層された平均総層厚が２〜１５μｍの積層硬質層、
以上（ａ）、（ｂ）により構成された硬質被覆層を備えることを特徴とする、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切削工具。
【請求項３】
請求項１、２記載の表面被覆切削工具において、上記下部層と上記上部層との間に、０．２〜１μｍの合計平均層厚を有し、かつ、炭酸化チタン層、窒酸化チタン層および炭窒酸化チタン層のうちから選ばれる１層または２層以上の中間層を介在形成したことを特徴とする、請求項１、２のいずれか一項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、特に鋼、ステンレス鋼および鋳鉄などのターニングまたはミーリング加工を、高熱発生を伴うとともに、切刃部に対して、繰り返しの衝撃的負荷がかかる高速断続切削条件で行った場合に、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、一般的に、炭化タングステン基（以下、ＷＣ基で示す）超硬合金または炭窒化チタン基（以下、ＴｉＣＮ基で示す）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）下部層を、１〜５μｍの平均層厚を有する炭化チタン層（以下、ＴｉＣで示す）、窒化チタン層（以下、ＴｉＮで示す）、炭窒化チタン層（以下、ＴｉＣＮで示す）、炭酸化チタン層（以下、ＴｉＣＯで示す）、窒酸化チタン層（以下、ＴｉＮＯで示す）および炭窒酸化チタン層（以下、ＴｉＣＮＯで示す）のうち１種または２種以上からなるＴｉ化合物層、
（ｂ）上部層を、０．５〜５μｍの平均層厚を有する酸化アルミニウム(以下、Ａｌ２Ｏ３で示す) 、
とで構成した硬質被覆層を被覆してなる被覆工具が知られており、この被覆工具を、鋼、ステンレス鋼および鋳鉄のターニングまたはミーリング加工に用いることが知られている。
【０００３】
さらに、上記Ａｌ２Ｏ３層の熱遮断効果を向上させるために、より熱伝導性の低い酸化ジルコニウム（以下、ＺｒＯ２で示す）をＡｌ２Ｏ３層中に存在させたＡｌ２Ｏ３相とＺｒＯ２相の２相混合酸化物（以下、Ａｌ−Ｚｒ混合酸化物層で示す）で上記上部層を構成することも知られている。
【０００４】
さらに、上記ＴｉＣＮ層については、通常の化学蒸着装置にて、反応ガスとして有機炭窒化物を含む混合ガスを使用し、７００〜９５０℃の中温温度領域で蒸着することにより、縦長成長結晶組織を有するＴｉＣＮ層（以下、ｌ−ＴｉＣＮ層で示す）を形成することも知られている。
【特許文献１】特開平６−３１５０３号公報
【特許文献２】特開平７−２１６５４９号公報
【特許文献３】特開２０００−３３４６０５号公報
【特許文献４】特開平６−８０１０号公報
【特許文献５】特開平７−３２８８０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年の切削加工の省力化および省エネ化に対する要求は強く、これに伴い、連続切削はもとより断続切削においても加工条件は一段と高速化の傾向にあるが、上記のごとき従来被覆工具において、これを鋼、ステンレス鋼および鋳鉄などの通常の加工条件での切削に用いた場合には問題ないが、これを高速断続加工に用いた場合、硬質被覆層の上部層を形成する前記Ａｌ−Ｚｒ混合酸化物層はその高温強度が十分でないために、高速断続加工条件下における大きな衝撃的・機械的な負荷に耐えることができず、早期にチッピング（微小欠け）が発生しやすくなり、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】
【０００６】
そこで、本発明者等は、上述のような観点から、上記従来被覆工具の硬質被覆層の高速断続切削条件下における耐チッピング性の向上を図るべく、上部層を構成するＡｌ−Ｚｒ混合酸化物層に着目し、研究を行った結果、
（ａ）上記従来被覆工具の硬質被覆層を構成するＡｌ−Ｚｒ混合酸化物層は、通常の化学蒸着装置にて、例えば、
反応ガス組成（容量％）：
ＡｌＣｌ３：１〜１０％、
ＺｒＣｌ４：０．０１〜１０％、
ＣＯ２：１〜３０％、        
ＨＣｌ：１〜３０％、
Ｈ２Ｓ：０．０１〜１％、
Ｈ2：残り、
反応雰囲気温度：８５０〜１０５０℃、
反応雰囲気圧力：６〜６０ｋＰａ、
の条件で化学蒸着することによって蒸着形成することができるが、上記条件でＡｌ−Ｚｒ混合酸化物層を形成した後、この上にさらに、
反応ガス組成（容量％）：
ＴｉＣｌ４：０．５〜１０％、
ＣＨ４：０．５〜５％、        
ＣＯ：０．５〜１０％、
Ｈ2：残り、
反応雰囲気温度：９００〜１０５０℃、
反応雰囲気圧力：６〜２５ｋＰａ、
の条件で化学蒸着してチタンの炭酸化物層（以下、ＴｉＣＯ層で示す）を形成し、
さらにその後、Ａｌ−Ｚｒ混合酸化物層とＴｉＣＯ層を交互に蒸着し積層化していくと、この結果得られたＡｌ−Ｚｒ混合酸化物層とＴｉＣＯ層との交互積層からなる積層硬質層は、すぐれた高温強度を有し、切刃部に極めて高い繰り返しの衝撃的負荷が加わる高速断続切削においても、すぐれた耐チッピング性を発揮するようになること。
【０００７】
（ｂ）また、上記ＴｉＣＯ層の化学蒸着条件に変えて、
反応ガス組成（容量％）：
ＴｉＣｌ４：０．５〜１０％、
Ｎ２：５〜３０％、
ＣＨ４：０．５〜５％、        
ＣＯ：０．５〜１０％、
Ｈ2：残り、
反応雰囲気温度：９００〜１０５０℃、
反応雰囲気圧力：６〜２５ｋＰａ、
の条件で化学蒸着を行うと、チタンの炭窒酸化物層（以下、ＴｉＣＮＯ層で示す）が蒸着形成されるが、
Ａｌ−Ｚｒ混合酸化物層とＴｉＣＮＯ層を交互に蒸着し積層化していくと、この結果得られたＡｌ−Ｚｒ混合酸化物層とＴｉＣＮＯ層との交互積層からなる積層硬質層も、前記ＴｉＣＯ層の場合と同様に、すぐれた高温強度を示し、切刃部に繰り返しの衝撃的負荷が加わる高速断続切削において、すぐれた耐チッピング性を発揮するようになること。
【０００８】
（ｃ）さらに、上記Ａｌ−Ｚｒ混合酸化物層とＴｉＣＯ層との交互積層からなる積層硬質層、あるいは、Ａｌ−Ｚｒ混合酸化物層とＴｉＣＮＯ層との交互積層からなる積層硬質層の蒸着形成において、ＴｉＣＯあるいはＴｉＣＮＯを化学蒸着するための反応ガス中に、ＣｒＣｌ３を０．０２〜１容量％の割合で添加して、これ以外は同一の条件で蒸着形成を行うと、ＴｉＣＯ層の代わりにチタンとクロムの炭酸化物層（以下、Ｔｉ−Ｃｒ炭酸化物層という）が蒸着形成され、また、ＴｉＣＮＯ層の代わりにチタンとクロムの炭窒酸化物層（以下、Ｔｉ−Ｃｒ炭窒酸化物層という）が蒸着形成され、そしてこの結果形成されたＴｉ−Ｃｒ炭酸化物層、Ｔｉ−Ｃｒ炭窒酸化物層には、ＣｒがＴｉとの合量に占める割合（Ｃｒ／（Ｔｉ＋Ｃｒ））で１〜１０原子％含有され、そして、Ｔｉ−Ｃｒ炭酸化物層、Ｔｉ−Ｃｒ炭窒酸化物層に含有されるＣｒの作用により、Ｔｉ−Ｃｒ炭酸化物層、Ｔｉ−Ｃｒ炭窒酸化物層は高温強度が一段と向上したものとなるため、上記Ａｌ−Ｚｒ混合酸化物層とＴｉ−Ｃｒ炭酸化物層との交互積層からなる積層硬質層、また、上記Ａｌ−Ｚｒ混合酸化物層とＴｉ−Ｃｒ炭窒酸化物層との交互積層からなる積層硬質層を、硬質被覆層の上部層として備えた被覆工具は、極めて高い衝撃的な負荷が繰り返しかかる高速断続切削加工においても、一段とすぐれた耐チッピング性を発揮し、長期にわたってすぐれた性能を発揮すること。
以上（ａ）〜（ｃ）に示される研究結果を得たのである。
【０００９】
この発明は、上記の研究結果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（ＷＣ基）超硬合金または炭窒化チタン基（ＴｉＣＮ基）サーメットで構成された工具基体の表面に、
（ａ）下部層は、２〜１５μｍの合計平均層厚を有し、炭化チタン層（ＴｉＣ層）、窒化チタン層（ＴｉＮ層）、炭窒化チタン層（ＴｉＣＮ層）のうちから選ばれる１層または２層以上のＴｉ系化合物層、
（ｂ）上部層は、一層平均層厚が０．５〜５μｍであり、かつ、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）主体相と酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）相からなり、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）主体相との合量に占める酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）相の含有割合が０．１〜４０ｍａｓｓ％である２相混合酸化物層（Ａｌ−Ｚｒ混合酸化物層）と、一層平均層厚が０．０５〜０．５μｍのチタンの炭酸化物層（ＴｉＣＯ層）および／または炭窒酸化物層（ＴｉＣＮＯ層）とが交互に積層された平均総層厚が２〜１５μｍの積層硬質層、
以上（ａ）、（ｂ）により構成された硬質被覆層を備えることを特徴とする、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切削工具。
（２）  炭化タングステン基（ＷＣ基）超硬合金または炭窒化チタン基（ＴｉＣＮ基）サーメットで構成された工具基体の表面に、
（ａ）下部層は、２〜１５μｍの合計平均層厚を有し、炭化チタン層（ＴｉＣ層）、窒化チタン層（ＴｉＮ層）、炭窒化チタン層（ＴｉＣＮ層）のうちから選ばれる１層または２層以上のＴｉ系化合物層、
（ｂ）上部層は、一層平均層厚が０．５〜５μｍであり、かつ、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）主体相と酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）相からなり、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）主体相との合量に占める酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）相の含有割合が０．１〜４０ｍａｓｓ％である２相混合酸化物層（Ａｌ−Ｚｒ混合酸化物層）と、一層平均層厚が０．０５〜０．５μｍのチタンとクロムの炭酸化物層（Ｔｉ−Ｃｒ炭酸化物層）および／または炭窒酸化物層（Ｔｉ−Ｃｒ炭窒酸化物層）とが交互に積層された平均総層厚が２〜１５μｍの積層硬質層、
以上（ａ）、（ｂ）により構成された硬質被覆層を備えることを特徴とする、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切削工具。
（３）  前記（１）、（２）記載の表面被覆切削工具において、上記下部層と上記上部層との間に、０．２〜１μｍの合計平均層厚を有し、かつ、炭酸化チタン層（ＴｉＣＯ層）、窒酸化チタン層（ＴｉＮＯ層）および炭窒酸化チタン層（ＴｉＣＮＯ層）のうちから選ばれる１層または２層以上の中間層を介在形成したことを特徴とする、前記（１）、（２）のいずれかに記載の表面被覆切削工具。」
に特徴を有するものである。
【００１０】
この発明の被覆工具の硬質被覆層の構成層について、上記の通りに限定した理由を以下に説明する。
【００１１】
(ａ)下部層
２〜１５μｍの合計平均層厚を有し、かつ、ＴｉＣ層、ＴｉＮ層、ＴｉＣＮ層のうちから選ばれる１層または２層以上のＴｉ系化合物層からなる下部層は、高い高温硬さを有するので、すぐれた耐摩耗性を発揮するが、その合計平均層厚が２μｍ未満では、耐摩耗性向上効果を期待することはできす、一方、１５μｍを超えると高速断続切削においてチッピングなどの異常損傷を発生しやすくなることから、その合計平均層厚を２〜１５μｍとした。
【００１２】
（ｂ）Ａｌ−Ｚｒ混合酸化物層
ＴｉＣＯ層、ＴｉＣＮＯ層、Ｔｉ−Ｃｒ炭酸化物層、Ｔｉ−Ｃｒ炭窒酸化物層との交互積層構造を形成するＡｌ−Ｚｒ混合酸化物層の構成相であるＺｒＯ２は、Ａｌ２Ｏ３やＴｉ系化合物に比べ熱伝導率が低いために、高速切削時に発生する高温の摩擦熱が工具基体に伝達されるのを抑制し、工具基体の熱変形を防止するすぐれた熱遮蔽性を有するが、その含有割合がＡｌ２Ｏ３相との合量に占める割合で０．１ｍａｓｓ％未満では、所望の熱遮蔽効果が現れず、一方、その含有割合が４０ｍａｓｓ％を超えると、相対的にＡｌ２Ｏ３相の割合が低くなりすぎて、高温硬さおよび耐熱性が急激に低下することから、ＺｒＯ２相の含有割合は、０．１〜４０ｍａｓｓ％と定めた。
【００１３】
（ｃ）ＴｉＣＯ層および／またはＴｉＣＮＯ層
ＴｉＣＯ層、ＴｉＣＮＯ層のいずれも、Ａｌ−Ｚｒ混合酸化物層とはすぐれた密着強度を有し、また、いずれも酸化物であるため、Ａｌ−Ｚｒ混合酸化物層との交互積層によって、積層硬質層の耐酸化性を向上させる効果があるが、その一層平均層厚が０．０５μｍ未満では、すぐれた高温特性を発揮することができず、また、０．５μｍを超えると、隣接するＡｌ−Ｚｒ混合酸化物層の相対的な存在割合が低下し、交互積層におけるＡｌ−Ｚｒ混合酸化物層が備える高温硬さ、耐熱性、熱遮蔽効果を発揮することができなくなるので、ＴｉＣＯ層および／またはＴｉＣＮＯ層の一層平均層厚を０．０５〜０．５μｍとした。
【００１４】
（ｄ）Ｔｉ−Ｃｒ炭酸化物層および／またはＴｉ−Ｃｒ炭窒酸化物層
Ｔｉ−Ｃｒ炭酸化物層、Ｔｉ−Ｃｒ炭窒酸化物層も、前記ＴｉＣＯ層、ＴｉＣＮＯ層の場合と同様に、Ａｌ−Ｚｒ混合酸化物層とはすぐれた密着強度を有し、また、いずれも酸化物であるため、Ａｌ−Ｚｒ混合酸化物層との交互積層によって、積層硬質層の耐酸化性を向上させる。加えて、Ｔｉ−Ｃｒ炭酸化物層、Ｔｉ−Ｃｒ炭窒酸化物層中に含有されるＣｒ成分の作用によって、ＴｉＣＯ層、ＴｉＣＮＯ層に比して、よりすぐれた高温強度を有する。しかし、Ｔｉ−Ｃｒ炭酸化物層、Ｔｉ−Ｃｒ炭窒酸化物層中に含有されるＣｒ成分の含有割合が、Ｔｉとの合量に占める割合、即ち、Ｃｒ／（Ｔｉ＋Ｃｒ）、で原子比で０．０１未満では、高温強度向上効果を期待できず、一方、Ｃｒの含有割合が原子比で０．１を超えると、隣接するＡｌ−Ｚｒ混合酸化物層との付着強度が低下し、チッピングなどの異常損傷が発生するようになるため、Ｔｉ−Ｃｒ炭酸化物層、Ｔｉ−Ｃｒ炭窒酸化物層における、Ｔｉとの合量に占めるＣｒの含有割合（Ｃｒ／（Ｔｉ＋Ｃｒ））は原子比で０．０１〜０．１％とすることが望ましい。
また、Ｔｉ−Ｃｒ炭酸化物層、Ｔｉ−Ｃｒ炭窒酸化物層の一層平均層厚が０．０５μｍ未満では、すぐれた高温特性を発揮することができず、また、０．５μｍを超えると、隣接するＡｌ−Ｚｒ混合酸化物層の相対的な存在割合が低下し、交互積層におけるＡｌ−Ｚｒ混合酸化物層が備える高温硬さ、耐熱性、熱遮蔽効果を発揮することができなくなるので、ＴｉＣＯ層および／またはＴｉＣＮＯ層の一層平均層厚を０．０５〜０．５μｍとした。
【００１５】
（ｅ）Ａｌ−Ｚｒ混合酸化物層とＴｉＣＯ層および／またはＴｉＣＮＯ層との交互積層、Ａｌ−Ｚｒ混合酸化物層とＴｉ−Ｃｒ炭酸化物層および／またはＴｉ−Ｃｒ炭窒酸化物層との交互積層
Ａｌ−Ｚｒ混合酸化物層とＴｉＣＯ層および／またはＴｉＣＮＯ層との交互積層からなる積層硬質層は、Ａｌ−Ｚｒ混合酸化物層が有するすぐれた高温硬さ、耐熱性、熱遮蔽性と、ＴｉＣＯ層および／またはＴｉＣＮＯ層が有するすぐれた靭性を相兼ね備え、さらに、隣接する各層間の密着強度も大で、耐酸化性にもすぐれていることから、交互積層からなる積層硬質層はすぐれた耐チッピング性を発揮する。
また、同様に、Ａｌ−Ｚｒ混合酸化物層とＴｉ−Ｃｒ炭酸化物層および／またはＴｉ−Ｃｒ炭窒酸化物層との交互積層として構成された積層硬質層は、Ｃｒ含有の作用により、より一段とすぐれた高温強度を備え、その結果、さらに一段とすぐれた耐チッピング性を発揮する。
ただ、Ａｌ−Ｚｒ混合酸化物層とＴｉＣＯ層および／またはＴｉＣＮＯ層との交互積層、Ａｌ−Ｚｒ混合酸化物層とＴｉ−Ｃｒ炭酸化物層および／またはＴｉ−Ｃｒ炭窒酸化物層との交互積層からなる積層硬質層の平均総層厚が２μｍ未満では、所望の性能を得ることができず、また平均総層厚が１５μｍを超えると、高速断続切削加工では層間剥離、欠損、チッピング等の異常損傷が起きやすくなるため、上記交互積層からなる積層硬質層の平均総層厚を２〜１５μmとした。
【００１６】
（ｆ）中間層
０．２〜１μｍの合計平均層厚を有し、ＴｉＣＯ層、ＴｉＮＯ層およびＴｉＣＮＯ層のうちから選ばれる１層または２層以上からなる中間層を、前記下部層と、積層硬質層からなる上部層との間に介在させると、前記下部層と前記上部層間での密着強度がより一段と向上し、硬質被覆層全体としての高温強度をさらに高め、その結果として、硬質被覆層の耐チッピング性をさらに向上させる効果があるが、その合計平均層厚が０．２μｍ未満では、密着強度向上の効果が見られず、また１μｍを超えた場合には、中間層それ自体の高温強度が前記下部層、前記上部層ほど大きくはないため、中間層部分での異常損傷が起きやすくなることから、中間層の合計平均層厚を０．２〜１μｍとした。
【００１７】
なお、一般的に、切削後の使用コーナーの識別を容易にする目的で、Ａｌ２Ｏ３層の上層に金色を有するＴｉＮ層を被覆することが知られているが、本発明被覆工具においても、使用コーナー識別の目的で上部層の上層に、ＴｉＮ層を被覆しても良い。その際のＴｉＮ層の平均層厚は０．２〜１μｍとすることが好ましい。
【００１８】
なお、近年、硬質被覆層を被覆後、物理的な手法、具体的には砥石、ナイロン製等のブラシ、ＳｉＣ、Ａｌ２Ｏ３およびＺｒＯ２粒子等をメディアとして使用する乾式および湿式ブラスト処理等により、硬質被覆層の表面を平滑化し、耐溶着性を向上させる方法が知られているが、かかる方法を本発明被覆工具に適応することも勿論可能である。
【発明の効果】
【００１９】
この発明の被覆工具は、その表面に、ＴｉＣ層、ＴｉＮ層、ＴｉＣＮ層のうちから選ばれる１層または２層以上のＴｉ系化合物層からなる下部層を設け、さらに、上部層として、Ａｌ２Ｏ３主体相とＺｒＯ２相からなるＡｌ−Ｚｒ混合酸化物層と、ＴｉＣＯ層および／またはＴｉＣＮＯ層とが交互に積層された積層硬質層を設け（請求項１）、あるいは、上部層として、Ａｌ２Ｏ３主体相とＺｒＯ２相からなるＡｌ−Ｚｒ混合酸化物層と、Ｔｉ−Ｃｒ炭酸化物層および／またはＴｉ−Ｃｒ炭窒酸化物層とが交互に積層された積層硬質層を設け（請求項２）、さらには、上部層と下部層間に、ＴｉＣＯ層、ＴｉＮＯ層およびＴｉＣＮＯ層のうちから選ばれる１層または２層以上の中間層を介在させた（請求項３）ので、各種の鋼、ステンレス鋼および鋳鉄などの通常条件でのターニング、ミーリング加工は勿論のこと、特に、大きな衝撃的・機械的負荷がかかる鋼、ステンレス鋼および鋳鉄などのターニングまたはミーリング加工を高速断続切削条件で行った場合にも、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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
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】
【００２１】
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、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、Ｃｒ3Ｃ2粉末、ＴｉＮ粉末およびＣｏ粉末を準備し、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ルコール中で１０時間ボールミル混合し、減圧乾燥した後、ＩＳＯ・ＣＮＭＧ１２０４０８（超硬基体Ａ〜Ｄ）およびＩＳＯ・ＳＥＥＮ１２０３ＡＦＴＮ１（超硬基体Ｅ、Ｆ）の所定形状に９８ＭＰａの圧力で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、超硬基体Ａ〜ＤについてはＲ：０．０７ｍｍのホーニング加工を、超硬基体Ｅ、Ｆについては研磨後、切刃部に幅０．１５ｍｍ、角度２０度のチャンフォーホーニング加工することによりＷＣ基超硬合金製の工具基体Ａ〜Ｆをそれぞれ製造した。
【００２２】
ついで、これらの工具基体Ａ〜Ｆ表面に、まず、表２に示される条件かつ表５に示される目標合計平均層厚となるように下部層を蒸着形成し、或いは更に、表２に示される条件かつ表５に示される目標合計平均層厚となるように中間層を蒸着形成した後、通常の化学蒸着装置を用いて、表３に示される条件かつ表６に示される目標一層平均層厚のＡｌ−Ｚｒ混合酸化物層と、同じく表４にそれぞれ示される条件かつ表６に示される目標一層平均層厚のＴｉＣＯ層、ＴｉＣＮＯ層、Ｔｉ−Ｃｒ炭酸化物層、Ｔｉ−Ｃｒ炭窒酸化物層を交互に蒸着形成し、表６に示される目標合計平均層厚の交互積層からなる積層硬質層を有する本発明被覆工具１〜１８を製造した。
なお、表５に示されるように、いくつかの本発明被覆工具については、中間層を形成しなかった。
【００２３】
比較の目的で、硬質被覆層の上部層を、交互積層ではなくＡｌ−Ｚｒ混合酸化物層の単層として形成することにより、表７に示される比較被覆工具１〜１８をそれぞれ製造した。
なお、下部層、中間層、Ａｌ−Ｚｒ混合酸化物層の形成条件については、上記本発明被覆工具１〜１８と同一の条件とした。
また、例えば、特開平６−８０１０号公報に示されるような層の強度向上を目的として形成した縦長成長結晶組織を有するＴｉＣＮ層については、表２、５中では「ｌ−ＴｉＣＮ」として示している。
【００２４】
さらに、上記の本発明被覆工具１〜１８および比較被覆工具１〜１８について、これらの硬質被覆層の構成層をオージェ分光分析装置を用いて観察（層の縦断面を観察）したところ、各層の組成は、目標とするＺｒＯ２含有割合、Ｃｒ含有割合と実質的に同じ組成を有することが確認され、また、これらの被覆工具の硬質被覆層の構成層の厚さを、走査型電子顕微鏡を用いて測定（同じく縦断面測定）したところ、いずれも目標層厚と実質的に同じ平均層厚（５点測定の平均値）を示した。
【００２５】
まず、上記の本発明被覆工具１〜１２および比較被覆工具１〜１２について、次の切削条件ＡおよびＢにより、ターニング加工を実施した。
[切削条件Ａ]
被削材：      ＪＩＳ・Ｓ４０Ｃの長さ方向等間隔４本縦溝入り丸棒              
切削速度：  ４００  ｍ／ｍｉｎ、
切り込み：  ２  ｍｍ、
送り量：  ２  ｍｍ／ｒｅｖ、
切削時間：  ５  分、
の条件での炭素鋼の高速湿式断続切削試験（通常の切削速度は、２００ｍ／ｍｉｎ）、
[切削条件Ｂ]
被削材：      ＪＩＳ・ＳＵＳ３１６の長さ方向等間隔４本縦溝入り丸棒
切削速度：  ３４０  ｍ／ｍｉｎ、
切り込み：  １．５  ｍｍ、
送り量：  ０．２  ｍｍ／ｒｅｖ、
切削時間：  ５  分、
の条件でのステンレス鋼の高速湿式断続切削試験（通常の切削速度は、１５０ｍ／ｍｉｎ）、
【００２６】
次に、上記の本発明被覆工具１３〜１８および比較被覆工具１３〜１８について、次の切削条件ＣおよびＤにより、ミーリング加工を実施した。
[切削条件Ｃ]
被削材：      ＪＩＳ・ＳＣＭ４３５のブロック材                              
切削速度：  ３６０  ｍ／ｍｉｎ、
切り込み：  １．５  ｍｍ、
一刃送り量：  ０．１５  ｍｍ／刃、
切削時間：  ８  分、
の条件での合金鋼の高速乾式切削試験（通常の切削速度は、２００ｍ／ｍｉｎ）、
[切削条件Ｄ]
被削材：      ＪＩＳ・ＦＣＤ５００のブロック材                              
切削速度：  ３５０  ｍ／ｍｉｎ、
切り込み：  ２  ｍｍ、
一刃送り量：  ０．１３  ｍｍ／刃、
切削時間：  ８  分、
の条件でのダクタイル鋳鉄の高速湿式切削試験（通常の切削速度は、１８０ｍ／ｍｉｎ）、
そして、上記の各切削試験における切刃の逃げ面摩耗幅を測定し、この測定結果を表８に示した。
【００２７】
【表１】
2008254158.tif 000002
【００２８】
【表２】
2008254158.tif 000003
【００２９】
【表３】
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【００３０】
【表４】
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【００３１】
【表５】
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【００３２】
【表６】
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【００３３】
【表７】
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【００３４】
【表８】
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【００３５】
表５〜８に示される結果から、本発明被覆工具１〜１８は、硬質被覆層の上部層として、少なくとも、Ａｌ−Ｚｒ混合酸化物層と、ＴｉＣＯ層、ＴｉＣＮＯ層、Ｔｉ−Ｃｒ炭酸化物層、Ｔｉ−Ｃｒ炭窒酸化物層との交互積層からなる積層硬質層を有するので、大きな衝撃的・機械的負荷がかかる鋼、ステンレス鋼および鋳鉄などのターニングまたはミーリング加工を高速断続切削条件で行っても、硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を備えているのに対して、硬質被覆層の上部層が、Ａｌ−Ｚｒ混合酸化物層の単層として形成された比較被覆工具１〜１８においては、高速断続切削の激しい衝撃的な負荷に耐えられず、硬質被覆層にはチッピングが発生し、これが原因で比較的短時間で使用寿命に至ることが明らかである。
【００３６】
上述のように、この発明の被覆工具は、各種の鋼、ステンレス鋼および鋳鉄などの通常の条件でのターニングまたはミーリング加工は勿論のこと、特に、大きな衝撃的・機械的負荷が加わる高速断続切削条件でも、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。