(57)【要約】      （修正有）【課題】  硬質被覆層が高速重切削加工で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】  ＷＣ基超硬合金またはＴｉＣＮ基サーメットで構成された工具基体の表面に、（ａ）下部層としてＴｉ化合物層、（ｂ）中間層として、特定の組成式：（Ｔｉ１−Ｘ−ＹＡｌＸＣｒＹ）ＣαＮβＯγを満足するＴｉとＡｌとＣｒの複合炭窒酸化物層、（ｃ）上部層として、化学蒸着した状態でα型の結晶構造を有し、特定の組成式：（Ａｌ１−ＱＣｒＱ）２Ｏ３を満足するＡｌとＣｒの複合酸化物層を設け、さらに、該上部層は、相互に隣接する結晶粒の界面で、前記構成原子のそれぞれが前記結晶粒相互間で１つの構成原子を共有する格子点（構成原子共有格子点）が特定の構成原子共有格子点分布グラフを示すＡｌとＣｒの複合酸化物層で構成する。【選択図】図４
2008018503.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）下部層が、３〜２０μｍの全体平均層厚を有する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層以上からなるＴｉ化合物層、
（ｂ）中間層が、０．２〜２μｍの平均層厚を有し、さらに、
組成式：（Ｔｉ１−Ｘ−ＹＡｌＸＣｒＹ）ＣαＮβＯγ、（但し、Ｘ：０．００３〜０．１、Ｙ：０．０１〜０．１であり、また、α：０．３〜０．６、β：０．３〜０．６、γ：０．０５〜０．３で、かつ、α+β+γ＝１）
を満足するＴｉとＡｌとＣｒの複合炭窒酸化物層、
（ｃ）上部層が、１〜１５μｍの平均層厚、および化学蒸着した状態でα型の結晶構造を有し、さらに、
組成式：（Ａｌ１−ＱＣｒＱ）２Ｏ３、（ただし、原子比で、Ｑ：０．０１〜０．１）、
を満足すると共に、電界放出型走査電子顕微鏡を用い、表面研磨面の測定範囲内に存在する六方晶結晶格子を有する結晶粒個々に電子線を照射して、前記表面研磨面の法線に対して、前記結晶粒の結晶面である（０００１）面および（１０−１０）面の法線がなす傾斜角を測定し、この場合前記結晶粒は、格子点にＡｌ、Ｃｒ、および酸素からなる構成原子がそれぞれ存在するコランダム型六方最密晶の結晶構造を有し、この結果得られた測定傾斜角に基づいて、相互に隣接する結晶粒の界面で、前記構成原子のそれぞれが前記結晶粒相互間で１つの構成原子を共有する格子点（構成原子共有格子点）の分布を算出し、前記構成原子共有格子点間に構成原子を共有しない格子点がＮ個（ただし、Ｎはコランダム型六方最密晶の結晶構造上２以上の偶数となるが、分布頻度の点からＮの上限を２８とした場合、４、８、１４、２４、および２６の偶数は存在せず）存在する構成原子共有格子点形態をΣＮ＋１で現した場合、個々のΣＮ＋１がΣＮ＋１全体に占める分布割合を示す構成原子共有格子点分布グラフにおいて、Σ３に最高ピークが存在し、かつ前記Σ３のΣＮ＋１全体に占める分布割合が６０〜９０％である構成原子共有格子点分布グラフを示すＡｌとＣｒの複合酸化物層、
以上（ａ）〜（ｃ）で構成された硬質被覆層を蒸着形成してなる、硬質被覆層が高速重切削加工ですぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆切削工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、各種の鋼や鋳鉄などの被削材の切削加工を、高い発熱を伴うとともに切刃に高負荷がかかる高送り、高切り込みの高速重切削条件で行った場合にも、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）下部層が、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層以上からなり、かつ３〜２０μｍの全体平均層厚を有するＴｉ化合物層、
（ｂ）上部層が、１〜１５μｍの平均層厚、および化学蒸着した状態でα型の結晶構造を有し、さらに、
組成式：（Ａｌ１−ＱＣｒＱ）２Ｏ３、（ただし、原子比で、Ｑ：０．０１〜０．１）、
を満足するＡｌとＣｒの複合酸化物［以下、α型（Ａｌ，Ｃｒ）2Ｏ3で示す）層、
以上（ａ）および（ｂ）で構成された硬質被覆層を蒸着形成してなる被覆工具が知られており、この被覆工具が、例えば各種の鋼や鋳鉄などの連続切削や断続切削に用いられることも良く知られるところである。
【０００３】
また、上記の被覆工具において、これの硬質被覆層の構成層は、一般に粒状結晶組織を有し、さらに、下部層であるＴｉ化合物層を構成するＴｉＣＮ層を、層自身の強度向上を目的として、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℃の中温温度域で化学蒸着することにより形成して縦長成長結晶組織をもつようにすることも知られている。
【０００４】
さらに、上記の被覆工具の硬質被覆層を構成するα型（Ａｌ，Ｃｒ）2Ｏ3層が、格子点にＡｌ、Ｃｒ、および酸素からなる構成原子がそれぞれ存在するコランダム型六方最密晶の結晶構造、すなわち図１にα型（Ａｌ，Ｃｒ）2Ｏ3の単位格子の原子配列が模式図［（ａ）は斜視図、（ｂ）は横断面１〜９の平面図］で示される結晶構造を有する結晶粒で構成されることも知られている。
【特許文献１】特開昭５２−６６５０８号公報
【特許文献２】特開平６−８０１０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、切削加工は高速化の傾向にあるが、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加工や断続切削加工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共に、切刃に高負荷がかかる高送り、高切り込みの高速重切削加工条件で行うのに用いた場合には、硬質被覆層を構成するα型（Ａｌ，Ｃｒ）2Ｏ3層が高温強度が十分でないために、前記硬質被覆層がチッピングを起こし易くなり、この結果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、上記のα型（Ａｌ，Ｃｒ）2Ｏ3層が硬質被覆層の上部層を構成する被覆工具に着目し、特に前記α型（Ａｌ，Ｃｒ）2Ｏ3層の高温強度の向上を図るべく研究を行った結果、
（ａ）従来被覆工具の硬質被覆層を構成する上部層としてのα型（Ａｌ，Ｃｒ）2Ｏ3層は、すぐれた高温硬さ、高温強度、耐熱性を備えているが、この層は、例えば、通常の化学蒸着装置にて、
反応ガス組成：容量％で、ＡｌＣｌ３：２．３〜４％、ＣｒＣｌ３：０．０４〜０．２６％、ＣＯ２：６〜８％、ＨＣｌ：１．５〜３％、Ｈ2Ｓ：０．０５〜０．２％、Ｈ2：残り、
反応雰囲気温度：１０２０〜１０５０℃、
反応雰囲気圧力：６〜１０ｋＰａ、
の条件（通常条件という）で、Ｔｉ化合物層（従来被覆工具の下部層）上に蒸着形成される。
しかし、これを、
反応ガス組成：容量％で、ＡｌＣｌ３：６〜１０％、ＣｒＣｌ３：０．１〜０．６５％、ＣＯ２：１０〜１５％、ＨＣｌ：３〜５％、Ｈ2Ｓ：０．０５〜０．２％、Ｈ2：残り、
反応雰囲気温度：１０２０〜１０５０℃、
反応雰囲気圧力：３〜５ｋＰａ、
の条件、すなわち上記の通常条件に比して、反応ガス組成では、ＡｌＣｌ３、ＣｒＣｌ３、ＣＯ２、およびＨＣｌの含有割合を相対的に高く、かつ雰囲気圧力を相対的に低くした条件（反応ガス成分高含有調整低圧条件）でＴｉ化合物層（従来被覆工具の下部層）上に蒸着形成すると、この結果の反応ガス成分高含有調整低圧条件で形成したα型（Ａｌ，Ｃｒ）2Ｏ3層（以下、「改質α型（Ａｌ，Ｃｒ）2Ｏ3層」という）は、従来被覆工具の硬質被覆層の上部層を構成するα型（Ａｌ，Ｃｒ）2Ｏ3層（以下、「従来α型（Ａｌ，Ｃｒ）2Ｏ3層」という）に比べて、高温強度は一段とすぐれたものになること。
【０００７】
（ｂ）上記の従来α型（Ａｌ，Ｃｒ）2Ｏ3層と、上記（ａ）の改質α型（Ａｌ，Ｃｒ）2Ｏ3層について、
電界放出型走査電子顕微鏡を用い、図２（ａ），（ｂ）に概略説明図で例示される通り、表面研磨面の測定範囲内に存在する結晶粒個々に電子線を照射して、前記表面研磨面の法線に対して、前記結晶粒の結晶面である（０００１）面および（１０−１０）面の法線がなす傾斜角［図２(ａ)には前記結晶面の傾斜角が０度の場合、同（ｂ）には傾斜角が４５度の場合を示しているが、これらの角度を含めて前記結晶粒個々のすべての傾斜角］を測定し、この場合前記結晶粒は、上記の通り格子点にＡｌ、Ｃｒ、および酸素からなる構成原子がそれぞれ存在するコランダム型六方最密晶の結晶構造を有し、この結果得られた測定傾斜角に基づいて、相互に隣接する結晶粒の界面で、前記構成原子のそれぞれが前記結晶粒相互間で１つの構成原子を共有する格子点（構成原子共有格子点）の分布を算出し、前記構成原子共有格子点間に構成原子を共有しない格子点がＮ個（ただし、Ｎはコランダム型六方最密晶の結晶構造上２以上の偶数となるが、分布頻度の点からＮの上限を２８とした場合、４、８、１４、２４、および２６の偶数は存在せず）存在する構成原子共有格子点形態をΣＮ＋１で表し、個々のΣＮ＋１がΣＮ＋１全体に占める分布割合を示す構成原子共有格子点分布グラフを作成した場合（この場合前記の結果から、Σ５、Σ９、Σ１５、Σ２５、およびΣ２７の構成原子共有格子点形態は存在しないことになる）、上記従来α型（Ａｌ，Ｃｒ）2Ｏ3層は、図５に例示される通り、Σ３の分布割合が３０％以下である構成原子共有格子点分布グラフを示すのに対して、前記改質α型（Ａｌ，Ｃｒ）2Ｏ3層は、図４に例示される通り、Σ３の分布割合が６０〜８０％という高い分布割合の構成原子共有格子点分布グラフを示し、この高いΣ３の分布割合は、反応ガスを構成するＡｌＣｌ３、ＣｒＣｌ３、ＣＯ２およびＨＣｌの含有割合、また、雰囲気反応圧力によって変化するばかりでなく、さらに、Ｔｉ化合物層（下部層）と改質α型（Ａｌ，Ｃｒ）2Ｏ3層との間に中間層（後記）を介在させることによっても変化すること。
なお、上記の改質α型（Ａｌ，Ｃｒ）2Ｏ3層および従来α型（Ａｌ，Ｃｒ）2Ｏ3層において、相互に隣接する結晶粒の界面における構成原子共有格子点形態のうちのΣ３、Σ７、およびΣ１１の単位形態を模式図で例示すると図３（ａ）〜（ｃ）に示される通りとなる。
【０００８】
（ｃ）上記のとおり、改質α型（Ａｌ，Ｃｒ）2Ｏ3層は、従来α型（Ａｌ，Ｃｒ）2Ｏ3層の備えるすぐれた高温硬さと耐熱性に加えて、さらに、一段とすぐれた高温強度を具備しているため、改質α型（Ａｌ，Ｃｒ）2Ｏ3層をＴｉ化合物層上に直接蒸着形成した被覆工具であっても、鋼や鋳鉄などの通常の条件での切削加工に用いた場合には特別の問題は生じない。しかし、このような被覆工具を、高い発熱を伴いまた高負荷がかかる高速重切削という厳しい条件の切削加工に用いた場合には、下部層（Ｔｉ化合物層）に対する上部層（改質α型（Ａｌ，Ｃｒ）2Ｏ3層）の密着性が十分とはいえないため、特に、硬質被覆層の下部層と上部層の層間での剥離を生じやすい。
しかし、下部層と上部層の間に、例えば、通常の化学蒸着装置にて
反応ガス組成（容量％）；ＴｉＣｌ４：２〜４％、ＡｌＣｌ３：０．１〜０．５％、ＣｒＣｌ３：０．１〜０．５％、ＣＨ４：２．５〜４％、ＣＯ２：０．０２〜０．０５％、Ｎ2：１５〜２０％、Ｈ2：残り、
反応雰囲気温度；９８０〜１０２０℃、
反応雰囲気圧力；５〜８ｋＰａ、
の条件で、組成式：（Ｔｉ１−Ｘ−ＹＡｌＸＣｒＹ）ＣαＮβＯγ、（但し、Ｘ：０．００３〜０．１、Ｙ：０．０１〜０．１であり、また、α：０．３〜０．６、β：０．３〜０．６、γ：０．０５〜０．３で、かつ、α+β+γ＝１）を満足するＴｉとＡｌとＣｒの複合炭窒酸化物層（以下、（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）ＣＮＯ中間層と記す）を中間層として化学蒸着で形成すると、
（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）ＣＮＯ中間層が介在することにより、下部層（Ｔｉ化合物層）と上部層（改質α型（Ａｌ，Ｃｒ）2Ｏ3層）との密着強度、接合強度が大幅に改善され、下部層と上部層との層間での剥離発生が防止されること。
【０００９】
（ｄ）上記（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）ＣＮＯ中間層は、上部層と下部層の層間の密着強度、接合強度を高め、その結果として、下部層と上部層層間での剥離発生が防止され、層構造からなる硬質被覆層の接合強度を向上させるが、これに加え、上記（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）ＣＮＯ中間層は、この上に蒸着形成される上部層（改質α型（Ａｌ，Ｃｒ）2Ｏ3層）のΣ３の分布割合を高めることにも寄与するため、（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）ＣＮＯ中間層を介在させた上部層（改質α型（Ａｌ，Ｃｒ）2Ｏ3層）では、Σ３の分布割合の上限値は９０％にまで高められる（上記中間層がない場合には、Σ３の分布割合上限値は８０％）。したがって、Ｔｉ化合物層（下部層）、（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）ＣＮＯ中間層（中間層）および改質α型（Ａｌ，Ｃｒ）2Ｏ3層（上部層）の積層構造で硬質被覆層を構成した被覆工具は、Ｔｉ化合物層（下部層）が具備するすぐれた高温強度、（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）ＣＮＯ中間層（中間層）が具備するすぐれた密着強度、接合強度と相俟って、高い発熱を伴い高負荷のかかる高速重切削という厳しい条件下での切削加工に用いた場合にも、中間層を有さず従来α型（Ａｌ，Ｃｒ）2Ｏ3層を上部層として形成した従来被覆工具に比して、硬質被覆層が一段とすぐれた耐チッピング性を発揮し、また、長期にわたってすぐれた耐摩耗性を発揮すること。
以上（ａ）〜（ｄ）に示される研究結果を得たのである。
【００１０】
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、ＷＣ基超硬合金またはＴｉＣＮ基サーメットで構成された工具基体の表面に、
（ａ）下部層が、３〜２０μｍの全体平均層厚を有する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層以上からなるＴｉ化合物層、
（ｂ）中間層が、０．２〜２μｍの平均層厚を有し、さらに、
組成式：（Ｔｉ１−Ｘ−ＹＡｌＸＣｒＹ）ＣαＮβＯγ、（但し、Ｘ：０．００３〜０．１、Ｙ：０．０１〜０．１であり、また、α：０．３〜０．６、β：０．３〜０．６、γ：０．０５〜０．３で、かつ、α+β+γ＝１）
を満足するＴｉとＡｌとＣｒの複合炭窒酸化物層、
（ｃ）上部層が、１〜１５μｍの平均層厚、および化学蒸着した状態でα型の結晶構造を有し、さらに、
組成式：（Ａｌ１−ＱＣｒＱ）２Ｏ３、（ただし、原子比で、Ｑ：０．０１〜０．１）、
を満足すると共に、電界放出型走査電子顕微鏡を用い、表面研磨面の測定範囲内に存在する六方晶結晶格子を有する結晶粒個々に電子線を照射して、前記表面研磨面の法線に対して、前記結晶粒の結晶面である（０００１）面および（１０−１０）面の法線がなす傾斜角を測定し、この場合前記結晶粒は、格子点にＡｌ、Ｃｒ、および酸素からなる構成原子がそれぞれ存在するコランダム型六方最密晶の結晶構造を有し、この結果得られた測定傾斜角に基づいて、相互に隣接する結晶粒の界面で、前記構成原子のそれぞれが前記結晶粒相互間で１つの構成原子を共有する格子点（構成原子共有格子点）の分布を算出し、前記構成原子共有格子点間に構成原子を共有しない格子点がＮ個（ただし、Ｎはコランダム型六方最密晶の結晶構造上２以上の偶数となるが、分布頻度の点からＮの上限を２８とした場合、４、８、１４、２４、および２６の偶数は存在せず）存在する構成原子共有格子点形態をΣＮ＋１で現した場合、個々のΣＮ＋１がΣＮ＋１全体に占める分布割合を示す構成原子共有格子点分布グラフにおいて、Σ３に最高ピークが存在し、かつ前記Σ３のΣＮ＋１全体に占める分布割合が６０〜９０％である構成原子共有格子点分布グラフを示すＡｌとＣｒの複合酸化物層、
以上（ａ）〜（ｃ）で構成された硬質被覆層を蒸着形成してなる、硬質被覆層が高速重切削加工ですぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆切削工具に特徴を有するものである。
【００１１】
以下に、この発明の被覆工具の硬質被覆層の構成層において、上記の通りに限定した理由を説明する。
（ａ）下部層（Ｔｉ化合物層）
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層以上からなるＴｉ化合物層は、硬質被覆層の下部層として存在し、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（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）ＣＮＯ中間層のいずれにも強固に密着し、よって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が、その平均層厚が３μｍ未満では、前記作用を十分に発揮させることができず、一方その平均層厚が２０μｍを越えると、特に高熱発生を伴なう高速重切削では熱塑性変形を起し易くなり、これが偏摩耗の原因となることから、その平均層厚を３〜２０μｍと定めた。
【００１２】
（ｂ）中間層（（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）ＣＮＯ層）
（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）ＣＮＯ中間層は、下部層（Ｔｉ化合物層）および上部層（改質α型（Ａｌ，Ｃｒ）2Ｏ3層）のいずれとも強い密着性を有し、また、その接合強度も高いため、この（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）ＣＮＯ中間層を介在することによって、硬質被覆層全体としてすぐれた高温強度を備えた層が形成されるが、（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）ＣＮＯ中間層の上部に、改質α型（Ａｌ，Ｃｒ）2Ｏ3層を蒸着形成したことによって、中間層を設けず直接下部層上に改質α型（Ａｌ，Ｃｒ）2Ｏ3層を蒸着形成した場合に比べて、改質α型（Ａｌ，Ｃｒ）2Ｏ3層におけるΣ３の分布割合はさらに高められ、改質α型（Ａｌ，Ｃｒ）2Ｏ3層は、より一段とすぐれた高温強度を備えたものとなる。
（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）ＣＮＯ中間層における構成成分であるＡｌ成分の含有割合（原子比）を示すＸ値が０．００３未満の場合、あるいは、Ｃｒ成分の含有割合（原子比）を示すＹ値が０．０１未満の場合には、上部層である改質α型（Ａｌ，Ｃｒ）2Ｏ3層との密着性、接合強度が低下し、一方、Ｘ値が０．１を超えた場合、Ｙ値が０．１を超えた場合には、下部層であるＴｉ化合物層との密着性、接合強度が低下するため、上部層及び下部層のいずれともすぐれた密着性および接合強度を確保するという観点から、（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）ＣＮＯ中間層におけるＡｌ成分の含有割合を示すＸ値を０．００３〜０．１、また、Ｃｒの含有割合を示すＹ値を０．０１〜０．１の範囲に定めた。
また、同じく（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）ＣＮＯ中間層における構成成分であるＣの含有割合（原子比）を示すα値、Ｎの含有割合（原子比）を示すβ値、Ｏの含有割合（原子比）を示すγ値についても、下部層であるＴｉ化合物層、あるいは、上部層である改質α型（Ａｌ，Ｃｒ）2Ｏ3層との密着性、接合強度の観点から、それぞれを所定の数値範囲に定めた。すなわち、α値、β値が０．３未満の場合には、下部層であるＴｉ化合物層との密着性、接合強度が低下し、一方、α値、β値が０．６を超えると、相対的にＯの含有割合が減少するため、上部層である改質α型（Ａｌ，Ｃｒ）2Ｏ3層との密着性、接合強度が低下すること、さらに、γ値が０．０５未満の場合には、上部層との密着性、接合強度が低下し、一方、γ値が０．３を超える場合には、下部層との密着性、接合強度が低下することから、α値、β値およびγ値を、それぞれ、０．３〜０．６、０．３〜０．６、０．０５〜０．３という数値範囲に定めた。
また、（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）ＣＮＯ中間層の層厚については、その層厚が０．２μｍ未満では、層厚が薄すぎて密着性、接合強度の確保を期待することはできず、一方、２μｍを超えると、硬質被覆層全体としての耐摩耗性が低下傾向を示すようになることから、（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）ＣＮＯ中間層の層厚を、０．２〜２μｍの範囲に定めた。
【００１３】
（ｃ）上部層（改質α型（Ａｌ，Ｃｒ）2Ｏ3層）
上記の改質α型（Ａｌ，Ｃｒ）2Ｏ3層において、これの構成成分であるＡｌは層の高温硬さおよび耐熱性を向上させ、同Ｃｒ成分にはＡｌ成分との共存において、さらに一段と耐熱性を向上させる作用を有するが、Ｃｒの含有割合を示すＱ値が原子比で０．０１未満では前記作用に所望の向上効果を確保することができず、一方同Ｑ値が０．１を越えると高温強度に低下傾向が現れるようになることから、前記Ｑ値を０．０１〜０．１と定めた。
また、上記の改質α型（Ａｌ，Ｃｒ）2Ｏ3層の構成原子共有格子点分布グラフにおけるΣ３の分布割合は、（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）ＣＮＯ中間層上に改質α型（Ａｌ，Ｃｒ）2Ｏ3層を化学蒸着で形成すること、反応ガスを構成するＡｌＣｌ３、ＣｒＣｌ３、ＣＯ２およびＨＣｌの含有割合、さらに雰囲気反応圧力を調整することによって６０〜９０％とすることができるが、この場合Σ３の分布割合が６０％未満では、高速重切削加工で、硬質被覆層にチッピングが発生しないようなすぐれた高温強度向上効果を期待することができず、したがってΣ３の分布割合は高ければ高いほど望ましいが、Σ３の分布割合を９０％を越えて高くすることは層形成上困難であることから、Σ３の分布割合を６０〜９０％と定めた。
さらに、上記改質α型（Ａｌ，Ｃｒ）2Ｏ3層は、従来α型（Ａｌ，Ｃｒ）2Ｏ3層自体のもつすぐれた高温硬さと耐熱性に加えて、さらに一段とすぐれた高温強度を有するようになるが、その平均層厚が１μｍ未満では前記改質α型（Ａｌ，Ｃｒ）2Ｏ3層の有する前記の特性を硬質被覆層に十分に具備せしめることができず、一方その平均層厚が１５μｍを越えると、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、その平均層厚を１〜１５μｍと定めた。
【００１４】
なお、切削工具の使用前後の識別を目的として、黄金色の色調を有するＴｉＮ層を、必要に応じて硬質被覆層の最表面層として蒸着形成してもよいが、この場合の平均層厚は０．１〜１μｍでよく、これは０．１μｍ未満では、十分な識別効果が得られず、一方前記ＴｉＮ層による前記識別効果は１μｍまでの平均層厚で十分であるという理由からである。
【発明の効果】
【００１５】
この発明の被覆工具は、硬質被覆層が、下部層と上部層（改質α型（Ａｌ，Ｃｒ）2Ｏ3層）間に（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）ＣＮＯ中間層を介在させた構造のものとして構成されているため、各種の鋼や鋳鉄などの切削加工を、高い発熱を伴いかつ高負荷がかかる高速重切削条件で行うのに用いた場合にも、（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）ＣＮＯ中間層の存在により硬質被覆層の層間密着性、接合強度が確保されるばかりか、改質α型（Ａｌ，Ｃｒ）2Ｏ3層が、従来（Ａｌ，Ｃｒ）2Ｏ3自身のもつすぐれた高温硬さと耐熱性に加えて、より一段とすぐれた高温強度を具備することにより、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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
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】
【００１７】
原料粉末として、いずれも２〜４μｍ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、ＴａＮ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、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・ＣＮＭＧ１６０４１２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〜Ｆをそれぞれ製造した。
【００１８】
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・ＣＮＭＧ１６０４１２のチップ形状をもったＴｉＣＮ基サーメット製の工具基体ａ〜ｆを形成した。
【００１９】
ついで、これらの工具基体Ａ〜Ｆおよび工具基体ａ〜ｆのそれぞれを、通常の化学蒸着装置に装入し、まず、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４に示される組み合わせおよび目標層厚で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、同じく表３に示される条件で（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）ＣＮＯ中間層（ａ）〜（ｅ）のうちのいずれかを同じく表４に示される組み合わせおよび目標層厚で硬質被覆層の中間層として蒸着形成し、さらに、同じく表３に示される条件で改質α型（Ａｌ，Ｃｒ）2Ｏ3層（ａ）〜（ｅ）のうちのいずれかを同じく表４に示される組み合わせおよび目標層厚で硬質被覆層の上部層として蒸着形成することにより本発明被覆工具１〜１３をそれぞれ製造した。
【００２０】
また、比較の目的で、表５に示される通り、硬質被覆層の上部層として、表３に示される条件で従来α型（Ａｌ，Ｃｒ）2Ｏ3層（ａ）〜（ｅ）のうちのいずれかを、直接下部層（Ｔｉ化合物層）上に形成した従来被覆工具１〜１３をそれぞれ製造した。
【００２１】
ついで、上記の本発明被覆工具１〜１３および従来被覆工具１〜１３の硬質被覆層の上部層を構成する改質α型（Ａｌ，Ｃｒ）2Ｏ3層および従来α型（Ａｌ，Ｃｒ）2Ｏ3層のそれぞれについて、電界放出型走査電子顕微鏡を用いて、構成原子共有格子点分布グラフをそれぞれ作成した。
すなわち、上記構成原子共有格子点分布グラフは、上記の改質α型（Ａｌ，Ｃｒ）2Ｏ3層および従来α型（Ａｌ，Ｃｒ）2Ｏ3層の表面を研磨面とした状態で、電界放出型走査電子顕微鏡の鏡筒内にセットし、前記研磨面に７０度の入射角度で１５ｋＶの加速電圧の電子線を１ｎＡの照射電流で、前記表面研磨面の測定範囲内に存在する結晶粒個々に照射して、電子後方散乱回折像装置を用い、３０×５０μｍの領域を０．１μｍ／ｓｔｅｐの間隔で、前記表面研磨面の法線に対して、前記結晶粒の結晶面である（０００１）面および（１０−１０）面の法線がなす傾斜角を測定し、この結果得られた測定傾斜角に基づいて、相互に隣接する結晶粒の界面で、前記構成原子のそれぞれが前記結晶粒相互間で１つの構成原子を共有する格子点（構成原子共有格子点）の分布を算出し、前記構成原子共有格子点間に構成原子を共有しない格子点がＮ個（ただし、Ｎはコランダム型六方最密晶の結晶構造上２以上の偶数となるが、分布頻度の点からＮの上限を２８とした場合、４、８、１４、２４、および２６の偶数は存在せず）存在する構成原子共有格子点形態をΣＮ＋１で現した場合、個々のΣＮ＋１がΣＮ＋１全体に占める分布割合を求めることにより作成した。
【００２２】
この結果得られた各種の改質α型（Ａｌ，Ｃｒ）2Ｏ3層および従来α型（Ａｌ，Ｃｒ）2Ｏ3層の構成原子共有格子点分布グラフにおいて、ΣＮ＋１全体（上記の結果からΣ３、Σ７、Σ１１、Σ１３、Σ１７、Σ１９、Σ２１、Σ２３、およびΣ２９のそれぞれの分布割合の合計）に占めるΣ３の分布割合をそれぞれ表４，５にそれぞれ示した。
【００２３】
上記の各種の構成原子共有格子点分布グラフにおいて、表４，５にそれぞれ示される通り、本発明被覆工具の改質α型（Ａｌ，Ｃｒ）2Ｏ3層は、いずれもΣ３の占める分布割合が６０〜９０％である構成原子共有格子点分布グラフを示すのに対して、従来被覆工具の従来α型（Ａｌ，Ｃｒ）2Ｏ3層は、いずれもΣ３の分布割合が３０％以下の構成原子共有格子点分布グラフを示すものであった。
なお、図４は、本発明被覆工具７の改質α型（Ａｌ，Ｃｒ）2Ｏ3層の構成原子共有格子点分布グラフ、図５は、従来被覆工具７の従来α型（Ａｌ，Ｃｒ）2Ｏ3層の構成原子共有格子点分布グラフをそれぞれ示すものである。
【００２４】
また、この結果得られた本発明被覆工具１〜１３および従来被覆工具１〜１３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（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】
つぎに、上記の本発明被覆工具１〜１３および従来被覆工具１〜１３の各種の被覆工具について、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、
[切削条件Ａ]
被削材：ＪＩＳ・Ｓ２５Ｃの丸棒、
切削速度：  ４４０  ｍ／ｍｉｎ、
切り込み：  ２．５  ｍｍ、
送り：  ０．７  ｍｍ／ｒｅｖ、
切削時間：  ８  分、
の条件での炭素鋼の乾式連続高速高送り切削試験（通常の切削速度および送りは、それぞれ２５０ｍ／ｍｉｎ、０．３ｍｍ／ｒｅｖ）、
[切削条件Ｂ]
被削材：ＪＩＳ・ＳＣｒ４２０Ｈの丸棒、
切削速度：  ４２０  ｍ／ｍｉｎ、
切り込み：  ５．０  ｍｍ、
送り：  ０．３５  ｍｍ／ｒｅｖ、
切削時間：  ５  分、
の条件での合金鋼の乾式連続高速高切り込み切削試験（通常の切削速度および切り込みは、それぞれ２５０ｍ／ｍｉｎ、２ｍｍ）、
[切削条件Ｃ]
被削材：ＪＩＳ・ＦＣ２５０の丸棒、
切削速度：  ５５０  ｍ／ｍｉｎ、
切り込み：  ６．０  ｍｍ、
送り：  ０．４  ｍｍ／ｒｅｖ、
切削時間：  ５  分、
の条件での鋳鉄の湿式連続高速高切り込み切削試験（通常の切削速度および切り込みは、それぞれ２５０ｍ／ｍｉｎ、２．５ｍｍ）
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に示した。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
【表２】
2008018503.tif 000004
【００２８】
【表３】
2008018503.tif 000005
【００２９】
【表４】
2008018503.tif 000006
【００３０】
【表５】
2008018503.tif 000007
【００３１】
【表６】
2008018503.tif 000008
【００３２】
表４〜６に示される結果から、本発明被覆工具１〜１３は、硬質被覆層の中間層として（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）ＣＮＯ中間層が蒸着形成され、これを介して、Σ３の分布割合が６０〜９０％の構成原子共有格子点分布グラフを示す改質α型（Ａｌ，Ｃｒ）2Ｏ3層が上部層として蒸着形成されているため、高い発熱を伴い、かつ、切刃に対する負荷のきわめて大きい鋼や鋳鉄の高速重切削でも、前記（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）ＣＮＯ中間層の有する高い密着性、接合強度とともに、前記改質α型（Ａｌ，Ｃｒ）2Ｏ3層が自身の具備するすぐれた高温硬さおよび耐熱性に加えて、より一段とすぐれた高温強度を有することにより、すぐれた耐チッピング性を発揮することから、硬質被覆層のチッピング発生が著しく抑制され、長期にわたってすぐれた耐摩耗性を示すのに対して、下部層（Ｔｉ化合物層）上に直接Σ３の分布割合が３０％以下の構成原子共有格子点分布グラフを示す従来α型（Ａｌ，Ｃｒ）2Ｏ3層が蒸着形成された硬質被覆層を備えた従来被覆工具１〜１３においては、いずれも高速重切削では硬質被覆層の層間接合強度、高温強度が不十分であるために、硬質被覆層にチッピングが発生し、比較的短時間で使用寿命に至ることが明らかである。
【００３３】
上述のように、この発明の被覆工具は、各種の鋼や鋳鉄などの通常の条件での切削加工は勿論のこと、特に高い高温強度が要求される高速重切削加工でも硬質被覆層が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。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】α型（Ａｌ，Ｃｒ）2Ｏ3層を構成するコランダム型六方最密晶の単位格子の原子配列を示す模式図にして、（ａ）は斜視図、（ｂ）は横断面１〜９の平面図である。
【図２】α型（Ａｌ，Ｃｒ）2Ｏ3層における結晶粒の（０００１）面および（１０−１０）面の傾斜角の測定態様を示す概略説明図である。
【図３】相互に隣接する結晶粒の界面における構成原子共有格子点形態の単位形態を示す模式図にして、（ａ）はΣ３、（ｂ）はΣ７（ｃ）はΣ１１の単位形態をそれぞれ示す図である。
【図４】本発明被覆工具７の改質α型（Ａｌ，Ｃｒ）2Ｏ3層の構成原子共有格子点分布グラフである。
【図５】従来被覆工具７の従来α型（Ａｌ，Ｃｒ）2Ｏ3層の構成原子共有格子点分布グラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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