(57)【要約】　　　（修正有）【課題】高速重切削条件ですぐれた耐摩耗性を発揮する硬質被覆層を切削工具表面に形成する方法を提供する。【解決手段】アークイオンプレーティング装置内を窒素ガス雰囲気として、回転テーブルを挟んで対向配置したＡｌおよびＴｉ最高含有点形成用Ｔｉ−Ａｌ−Ｚｒ合金のカソード電極それぞれに並設されたアノード電極との間にアーク放電を発生させ、切削工具の表面に、Ａｌ及びＴｉ最高含有点とが所定間隔をおいて交互に繰り返し存在し、かつＡｌ及びＴｉ最高含有点が、それぞれ組成式：（Ａｌ１−（Ｘ＋Ｙ）　ＴｉＸＺｒＹ）Ｎ（原子比でＸ：０．０５〜０．３０、Ｙ：０．０１〜０．１５）、（Ｔｉ１−（Ｚ＋Ｙ）ＡｌＺＺｒＹ）Ｎ（Ｚ：０．１０〜０．３５、Ｙ：０．０１〜０．１５）を満足し、かつ隣り合う上記ＡｌとＴｉ最高含有点の間隔が、０．０１〜０．１μｍである、ＡｌとＴｉとＺｒの複合窒化物層からなる硬質被覆層を１〜１５μｍの全体平均層厚で物理蒸着する【選択図】　　　　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
アークイオンプレーティング装置内の回転テーブル上に、前記回転テーブルの中心軸から半径方向に離れた位置に炭化タングステン基超硬合金および／または炭窒化チタン系サーメットからなる切削工具を自転自在に装着し、
上記アークイオンプレーティング装置内の反応雰囲気を窒素ガス雰囲気として、上記回転テーブルを挟んで対向配置したＡｌ最高含有点形成用Ａｌ−Ｔｉ−Ｚｒ合金のカソード電極およびＴｉ最高含有点形成用Ｔｉ−Ａｌ−Ｚｒ合金のカソード電極と、これらカソード電極のそれぞれに並設されたアノード電極との間にアーク放電を発生させ、
もって、上記回転テーブル上で自転しながら回転する上記切削工具の表面に、厚さ方向にそって、Ａｌ最高含有点とＴｉ最高含有点とが所定間隔をおいて交互に繰り返し存在し、かつ前記Ａｌ最高含有点から前記Ｔｉ最高含有点、前記Ｔｉ最高含有点から前記Ａｌ最高含有点へＡｌおよびＴｉ含有量がそれぞれ連続的に変化する成分濃度分布構造を有し、
さらに、上記Ａｌ最高含有点が、組成式：（Ａｌ１−（Ｘ＋Ｙ）　ＴｉＸＺｒＹ）Ｎ（ただし、原子比で、Ｘは０．０５〜０．３０、Ｙは０．０１〜０．１５を示す）、上記Ｔｉ最高含有点が、組成式：（Ｔｉ１−（Ｚ＋Ｙ）ＡｌＺＺｒＹ）Ｎ（ただし、原子比で、Ｚは０．１０〜０．３５、Ｙは０．０１〜０．１５を示す）、
を満足し、かつ隣り合う上記Ａｌ最高含有点とＴｉ最高含有点の間隔が、０．０１〜０．１μｍである、
ＡｌとＴｉとＺｒの複合窒化物層からなる硬質被覆層を１〜１５μｍの全体平均層厚で物理蒸着すること、
を特徴とする高速重切削条件ですぐれた耐摩耗性を発揮する硬質被覆層を切削工具表面に形成する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、一段とすぐれた高温硬さと耐熱性、さらに高強度と高靭性を有し、したがって各種の鋼や鋳鉄などの切削加工を、特に高熱発生を伴う高速で、かつ高い機械的衝撃を伴う高切り込みや高送りなどの重切削条件で行なった場合に、チッピング（微小欠け）などの発生なく、すぐれた耐摩耗性を発揮する硬質被覆層を切削工具表面に形成する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、切削工具には、各種の鋼や鋳鉄などの被削材の旋削加工や平削り加工にバイトの先端部に着脱自在に取り付けて用いられるスローアウエイチップ、前記被削材の穴あけ切削加工などに用いられるドリルやミニチュアドリル、さらに前記被削材の面削加工や溝加工、肩加工などに用いられるソリッドタイプのエンドミルなどがあり、また前記スローアウエイチップを着脱自在に取り付けて前記ソリッドタイプのエンドミルと同様に切削加工を行うスローアウエイエンドミル工具などが知られている。
【０００３】
さらに、例えば図２に概略説明図で示される物理蒸着装置の１種であるアークイオンプレーティング装置内に炭化タングステン（以下、ＷＣで示す）基超硬合金や炭窒化チタン（以下、ＴｉＣＮで示す）基サーメットからなる切削工具を装入し、ヒータで装置内を、例えば４００℃の温度に加熱した状態で、アノード電極と所定組成を有するＴｉ−Ａｌ−Ｚｒ合金がセットされたカソード電極（蒸発源）との間に、例えば電流：９０Ａの条件でアーク放電を発生させ、同時に装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して、例えば２Ｐａの反応雰囲気とし、一方上記切削工具には、例えば−８０Ｖのバイアス電圧を印加した条件で、前記切削工具の表面に、
、組成式：（Ｔｉ１−（Ｍ＋Ｙ）ＡｌＭＺｒＹ）Ｎ（ただし、原子比で、Ｍは０．４０〜０．６５、Ｙは０．０１〜０．１５を示す）を満足するＴｉとＡｌとＺｒの複合窒化物［以下、（Ｔｉ，Ａｌ，Ｚｒ）Ｎで示す］層からなる硬質被覆層を１〜１５μｍの平均層厚で形成する方法が知られており、前記（Ｔｉ，Ａｌ，Ｚｒ）Ｎ層からなる硬質被覆層が高温硬さおよび耐熱性、強度および靭性、さらに高温強度を有することから、この結果得られた切削工具が各種の鋼や鋳鉄などの連続切削や断続切削加工に用いられることも知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
近年の切削加工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も強く、これに伴い、切削加工は高速化の傾向を深め、かつ高切り込みや高送りなどの重切削条件での切削加工でもすぐれた切削性能を発揮する切削工具が強く求められているが、上記の従来切削工具においては、これを通常の切削加工条件で用いた場合には問題はないが、特に切削加工を高速で、かつ高い機械的衝撃を伴う高切り込みや高送りなどの重切削条件で行なった場合には、上記の従来（Ｔｉ，Ａｌ，Ｚｒ）Ｎからなる硬質被覆層の高温硬さおよび耐熱性が不足し、かつ強度および靭性も不十分であるために、硬質被覆層の摩耗進行が一段と促進し、かつチッピングも発生し易くなることから、比較的短時間で使用寿命に至るのが現状である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者等は、上述のような観点から、特に上記の従来切削工具における（Ｔｉ，Ａｌ，Ｚｒ）Ｎからなる硬質被覆層に着目し、高速重切削条件ですぐれた耐摩耗性を発揮する硬質被覆層を開発すべく、研究を行った結果、
（ａ）上記の図２に示されるアークイオンプレーティング装置を用いて形成された上記の従来硬質被覆層である（Ｔｉ，Ａｌ，Ｚｒ）Ｎ層は、厚さ全体に亘って実質的に均一な組成を有し、したがって均質な高温硬さと耐熱性、さらに強度と靭性を有するが、例えば図１（ａ）に概略平面図で、同（ｂ）に概略正面図で示される構造のアークイオンプレーティング装置、すなわち装置中央部に切削工具装着用回転テーブルを設け、前記回転テーブルを挟んで、一方側に相対的にＡｌ含有量の高い（Ｔｉ含有量の低い）Ａｌ−Ｔｉ−Ｚｒ合金、他方側に相対的にＴｉ含有量の高い（Ａｌ含有量の低い）Ｔｉ−Ａｌ−Ｚｒ合金をいずれもカソード電極（蒸発源）として対向配置したアークイオンプレーティング装置を用い、この装置の前記回転テーブル上に、前記回転テーブルの中心軸から半径方向に離れた位置に前記切削工具を装着し、この状態で装置内の反応雰囲気を窒素ガス雰囲気として前記回転テーブルを回転させると共に、蒸着形成される硬質被覆層の層厚均一化を図る目的で切削工具自体も自転させながら、前記の両側のカソード電極（蒸発源）とアノード電極との間にアーク放電を発生させる条件でＡｌとＴｉとＺｒの複合窒化物［以下、（Ａｌ−Ｔｉ，Ｚｒ）Ｎで示す］層を形成すると、回転テーブル上の中心軸から半径方向に離れた位置に配置された前記切削工具が上記の一方側の相対的にＡｌ含有量の高い（Ｔｉ含有量の低い）Ａｌ−Ｔｉ−Ｚｒ合金のカソード電極（蒸発源）に最も接近した時点で層中にＡｌ最高含有点が形成され、また前記切削工具が上記の他方側の相対的にＴｉ含有量の高い（Ａｌ含有量の低い）Ｔｉ−Ａｌ−Ｚｒ合金のカソード電極に最も接近した時点で層中にＴｉ最高含有点が形成されることから、上記回転テーブルの回転によって層中には厚さ方向にそって前記Ａｌ最高含有点とＴｉ最高含有点が所定間隔をもって交互に繰り返し現れると共に、前記Ａｌ最高含有点から前記Ｔｉ最高含有点、前記Ｔｉ最高含有点から前記Ａｌ最高含有点へＡｌおよびＴｉ含有量がそれぞれ連続的に変化する成分濃度分布構造をもった（Ａｌ−Ｔｉ，Ｚｒ）Ｎ層が形成されるようになること。
【０００６】
（ｂ）上記（ａ）の繰り返し連続変化成分濃度分布構造の（Ａｌ−Ｔｉ，Ｚｒ）Ｎ層の形成において、例えば対向配置のカソード電極（蒸発源）のそれぞれの組成を調製すると共に、切削工具が装着されている回転テーブルの回転速度を制御して、
上記Ａｌ最高含有点が、組成式：（Ａｌ１−（Ｘ＋Ｙ）　ＴｉＸＺｒＹ）Ｎ（ただし、原子比で、Ｘは０．０５〜０．３０、Ｙは０．０１〜０．１５を示す）、
上記Ｔｉ最高含有点が、組成式：（Ｔｉ１−（Ｚ＋Ｙ）ＡｌＺＺｒＹ）Ｎ（ただし、原子比で、Ｚは０．１０〜０．３５、Ｙは０．０１〜０．１５を示す）、
をそれぞれ満足し、かつ隣り合う上記Ａｌ最高含有点とＴｉ最高含有点の厚さ方向の間隔を０．０１〜０．１μｍとすると、
上記Ａｌ最高含有点部分では、上記の従来（Ｔｉ，Ａｌ，Ｚｒ）Ｎ層に比してＡｌ含有量が相対的に高くなることから、より一段とすぐれた高温硬さと耐熱性を示し、一方上記Ｔｉ最高含有点部分では、前記従来（Ｔｉ，Ａｌ，Ｚｒ）Ｎ層に比してＴｉ含有量が相対的に高くなることから、一段と高い強度と靭性が確保されるようになり、かつこれらＡｌ最高含有点とＴｉ最高含有点の間隔をきわめて小さくしたことから、層全体の特性として一段とすぐれた強度と靭性、および一段とすぐれた高温硬さと耐熱性を具備するようになり、したがって、かかる構成の（Ａｌ−Ｔｉ，Ｚｒ）Ｎ層を硬質被覆層として形成してなる切削工具は、Ｚｒ成分によってもたらされる高温強度の向上効果と相俟って、特に各種の鋼や鋳鉄などの切削加工を、特に高熱発生および高い機械的衝撃を伴う、高速重切削条件で行なった場合にも、硬質被覆層にチッピングの発生なく、すぐれた耐摩耗性を発揮するようになること。
以上（ａ）および（ｂ）に示される研究結果を得たのである。
【０００７】
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、アークイオンプレーティング装置内の回転テーブル上に、前記回転テーブルの中心軸から半径方向に離れた位置にＷＣ基超硬合金および／またはＴｉＣＮ基サーメットからなる切削工具を自転自在に装着し、
上記アークイオンプレーティング装置内の反応雰囲気を窒素ガス雰囲気として、上記回転テーブルを挟んで対向配置したＡｌ最高含有点形成用Ａｌ−Ｔｉ−Ｚｒ合金のカソード電極およびＴｉ最高含有点形成用Ｔｉ−Ａｌ−Ｚｒ合金のカソード電極と、これらカソード電極のそれぞれに並設されたアノード電極との間にアーク放電を発生させ、
もって、上記回転テーブル上で自転しながら回転する上記切削工具の表面に、厚さ方向にそって、Ａｌ最高含有点とＴｉ最高含有点とが所定間隔をおいて交互に繰り返し存在し、かつ前記Ａｌ最高含有点から前記Ｔｉ最高含有点、前記Ｔｉ最高含有点から前記Ａｌ最高含有点へＡｌおよびＴｉ含有量がそれぞれ連続的に変化する成分濃度分布構造を有し、
さらに、上記Ａｌ最高含有点が、組成式：（Ａｌ１−（Ｘ＋Ｙ）　ＴｉＸＺｒＹ）Ｎ（ただし、原子比で、Ｘは０．０５〜０．３０、Ｙは０．０１〜０．１５を示す）、上記Ｔｉ最高含有点が、組成式：（Ｔｉ１−（Ｚ＋Ｙ）ＡｌＺＺｒＹ）Ｎ（ただし、原子比で、Ｚは０．１０〜０．３５、Ｙは０．０１〜０．１５を示す）、
を満足し、かつ隣り合う上記Ａｌ最高含有点とＴｉ最高含有点の間隔が、０．０１〜０．１μｍである、
（Ａｌ−Ｔｉ，Ｚｒ）Ｎからなる硬質被覆層を１〜１５μｍの全体平均層厚で物理蒸着することからなる、高速重切削条件ですぐれた耐摩耗性を発揮する硬質被覆層を切削工具表面に形成する方法に特徴を有するものである。
【０００８】
つぎに、この発明の硬質被覆層形成方法において、形成される硬質被覆層の構成を上記の通りに限定した理由を説明する。
（ａ）Ａｌ最高含有点の組成
（Ａｌ−Ｔｉ，Ｚｒ）Ｎ層のＡｌ最高含有点におけるＡｌ成分は、高温硬さおよび耐熱性を向上させ、同Ｔｉ成分は強度および靭性を向上させ、さらに同Ｚｒ成分は高温強度を向上させる作用があり、したがってＡｌ成分の含有割合が高くなればなるほど高温硬さおよび耐熱性は向上し、Ｚｒ成分による高温強度の向上効果と相俟って、高熱発生を伴う高速切削に適合したものになるが、Ｔｉの割合を示すＸ値がＡｌとＺｒの合量に占める割合（原子比）で０．０５未満になると、相対的にＡｌの割合が多くなり過ぎて、高強度および高靭性を有するＴｉ最高含有点が隣接して存在しても層自体の強度および靭性の低下は避けられず、この結果チッピングなどが発生し易くなり、一方Ｔｉ成分の割合を示すＸ値が同０．３０を越えると、相対的にＡｌの割合が少なくなり過ぎて、所望のすぐれた高温硬さおよび耐熱性を確保することができなくなるものであり、またＺｒ成分の割合を示すＹ値がＡｌとＴｉの合量に占める割合（原子比）で０．０１未満では所望の高温強度向上効果が得られず、さらに同Ｙ値が０．１５を超えると、強度および靭性が急激に低下するようになることから、Ｘ値を０．０５〜０．３０、Ｙ値を０．０１〜０．１５とそれぞれ定めた。
【０００９】
（ｂ）Ｔｉ最高含有点の組成
上記の通りＡｌ最高含有点は一段とすぐれた高温硬さと耐熱性を有するが、反面強度および靭性の劣るものであるため、このＡｌ最高含有点の強度および靭性不足を補う目的で、Ｔｉ含有割合が高く、これによって一段と高い強度および靭性を有するようになるＴｉ最高含有点を厚さ方向に交互に介在させるものであり、したがってＡｌの割合を示すＺ値がＴｉとＺｒの合量に占める割合（原子比）で０．３５を越えると、相対的にＡｌの割合が多くなり過ぎて、所望のすぐれた強度および靭性を確保することができず、一方同Ｚ値が同じく０．１０未満になると、相対的にＴｉの割合が多くなり過ぎて、Ｔｉ最高含有点に所望の高温硬さおよび耐熱性を確保することができず、摩耗促進の原因となることから、Ｚ値を０．１０〜０．３５と定めたものであり、またＺｒ成分の割合を示すＹ値は上記のＡｌ最高含有点におけると同じ理由で０．０１〜０．１５と定めた。
【００１０】
（ｃ）Ａｌ最高含有点とＴｉ最高含有点間の間隔
その間隔が０．０１μｍ未満ではそれぞれの点を上記の組成で明確に形成することが困難であり、この結果層に一段とすぐれた強度と靭性、さらに一段とすぐれた高温硬さと耐熱性を確保することができなくなり、またその間隔が０．１μｍを越えるとそれぞれの点がもつ欠点、すなわちＡｌ最高含有点であれば強度および靭性不足、Ｔｉ最高含有点であれば高温硬さおよび耐熱性不足が層内に局部的に現れ、これが原因で切刃にチッピングが発生し易くなったり、摩耗進行が促進されるようになることから、その間隔を０．０１〜０．１μｍと定めた。
【００１１】
（ｄ）硬質被覆層の全体平均層厚
その層厚が１μｍ未満では、所望の耐摩耗性を確保することができず、一方その平均層厚が１５μｍを越えると、切刃に摩耗が発生し易くなることから、その平均層厚を１〜１５μｍと定めた。
【００１２】
【発明の実施の形態】
つぎに、この発明の硬質被覆層形成方法を実施例により具体的に説明する。
（実施例１）
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、ＶＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、Ｃｒ３　Ｃ２　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、ボールミルで７２時間湿式混合し、乾燥した後、１００ＭＰａ　の圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を６Ｐａの真空中、温度：１４０５℃に１時間保持の条件で焼結し、焼結後、切刃部分にＲ：０．０３のホーニング加工を施すことにより、切削工具としてＩＳＯ規格・ＣＮＭＧ１２０４１２の形状をもったＷＣ基超硬合金製のスローアウエイチップ（以下、チップ工具という）Ａ−１〜Ａ−１０を形成した。
【００１３】
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（重量比でＴｉＣ／ＴｉＮ＝５０／５０）粉末、Ｍｏ２　Ｃ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６０時間湿式混合し、乾燥した後、１００ＭＰａの圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を２ｋＰａの窒素雰囲気中、温度：１５００℃に１時間保持の条件で焼結し、焼結後、切刃部分にＲ：０．０３のホーニング加工を施すことにより、切削工具としてＩＳＯ規格・ＣＮＭＧ１２０４１２の形状をもったＴｉＣＮ系サーメット製のチップ工具Ｂ−１〜Ｂ−６を形成した。
【００１４】
ついで、上記のチップ工具Ａ−１〜Ａ−１０およびＢ−１〜Ｂ−６のそれぞれを、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、図１に示されるアークイオンプレーティング装置内の回転テーブル上に、前記回転テーブルの中心軸から半径方向に離れた位置に自転自在に装着し、一方側のカソード電極（蒸発源）として、種々の成分組成をもったＡｌ最高含有点形成用Ａｌ−Ｔｉ−Ｚｒ合金、他方側のカソード電極（蒸発源）として、種々の成分組成をもったＴｉ最高含有点形成用Ｔｉ−Ａｌ−Ｚｒ合金を前記回転テーブルを挟んで対向配置し、またボンバート洗浄用金属Ｔｉも装着し、まず装置内を排気して０．５Ｐａ以下の真空に保持しながら、ヒーターで装置内を５００℃に加熱した後、前記回転テーブル上で自転しながら回転するチップ工具に−１０００Ｖの直流バイアス電圧を印加し、かつカソード電極の前記金属Ｔｉとアノード電極との間に１００Ａの電流を流してアーク放電を発生させ、もってチップ工具表面をＴｉボンバート洗浄し、ついで装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して３Ｐａの反応雰囲気とすると共に、前記回転テーブル上で自転しながら回転するチップ工具に−３０Ｖの直流バイアス電圧を印加し、かつそれぞれのカソード電極（前記Ａｌ最高含有点形成用Ａｌ−Ｔｉ−Ｚｒ合金およびＴｉ最高含有点形成用Ｔｉ−Ａｌ−Ｚｒ合金）とアノード電極との間に１４０Ａの電流を流してアーク放電を発生させる条件で本発明法１〜１６を実施し、もって前記チップ工具の表面に、厚さ方向に沿って表３，４に示される目標組成のＡｌ最高含有点とＴｉ最高含有点とが交互に、同じく表３，４に示される目標間隔で繰り返し存在し、かつ前記Ａｌ最高含有点から前記Ｔｉ最高含有点、前記Ｔｉ最高含有点から前記Ａｌ最高含有点へＡｌおよびＴｉ含有量が連続的に変化する成分濃度分布構造を有し、かつ同じく表３，４に示される目標全体層厚の（Ａｌ−Ｔｉ，Ｚｒ）Ｎからなる硬質被覆層を蒸着形成した。
【００１５】
また、比較の目的で、これらチップ工具Ａ−１〜Ａ−１０およびＢ−１〜Ｂ−６を、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、それぞれ図２に示される通常のアークイオンプレーティング装置に装入し、カソード電極（蒸発源）として種々の成分組成をもったＴｉ−Ａｌ−Ｚｒ合金を装着し、またボンバート洗浄用金属Ｔｉも装着し、まず、装置内を排気して０．５Ｐａ以下の真空に保持しながら、ヒーターで装置内を４００℃に加熱した後、前記チップ工具に−１０００Ｖの直流バイアス電圧を印加し、かつカソード電極の前記金属Ｔｉとアノード電極との間に１００Ａの電流を流してアーク放電を発生させ、もってチップ工具表面をＴｉボンバート洗浄し、ついで装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して２Ｐａの反応雰囲気とすると共に、前記チップ工具に印加するバイアス電圧を−８０Ｖに下げて、前記カソード電極とアノード電極との間にアーク放電を発生させる条件で従来法１〜１６を実施し、もって前記チップ工具Ａ−１〜Ａ−１０およびＢ−１〜Ｂ−６のそれぞれの表面に、表５，６に示される目標組成および目標層厚を有し、かつ厚さ方向に沿って実質的に組成変化のない（Ｔｉ，Ａｌ，Ｚｒ）Ｎ層からなる硬質被覆層を蒸着形成した。
【００１６】
つぎに、上記本発明法１〜１６および従来法１〜１６により得られたチップ工具ついて、これを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・Ｓ２０Ｃの丸棒、
切削速度：３１０ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：５．５ｍｍ、
送り：０．１５ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：５分、
の条件での炭素鋼の乾式連続高速高切り込み切削加工試験、
被削材：ＪＩＳ・ＳＳ４００の長さ方向等間隔４本縦溝入り丸棒、
切削速度：３１５ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：１．５ｍｍ、
送り：０．５ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：５分、
の条件での軟鋼の乾式断続高速高送り切削加工試験、さらに、
被削材：ＪＩＳ・ＦＣ２００の長さ方向等間隔４本縦溝入り丸棒、
切削速度：３３５ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：６ｍｍ、
送り：０．１５ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：５分、
の条件での鋳鉄の乾式断続高速高切り込み切削加工試験を行い、いずれの切削加工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７に示した。
【００１７】
【表１】
2004025336.tif 000002
【００１８】
【表２】
2004025336.tif 000003
【００１９】
【表３】
2004025336.tif 000004
【００２０】
【表４】
2004025336.tif 000005
【００２１】
【表５】
2004025336.tif 000006
【００２２】
【表６】
2004025336.tif 000007
【００２３】
【表７】
2004025336.tif 000008
【００２４】
（実施例２）
原料粉末として、平均粒径：５．５μｍを有する中粗粒ＷＣ粉末、同０．８μｍの微粒ＷＣ粉末、同１．３μｍのＴａＣ粉末、同１．２μｍのＮｂＣ粉末、同１．２μｍのＺｒＣ粉末、同１．１μｍのＣｒ３Ｃ２粉末、同１．５μｍのＶＣ粉末、同１．０μｍの（Ｔｉ，Ｗ）Ｃ粉末、および同１．８μｍのＣｏ粉末を用意し、これら原料粉末をそれぞれ表８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６０時間ボールミル混合し、減圧乾燥した後、１００ＭＰａの圧力で所定形状の各種の圧粉体にプレス成形し、これらの圧粉体を、６Ｐａの真空雰囲気中、７℃／分の昇温速度で１３７０〜１４７０℃の範囲内の所定の温度に昇温し、この温度に１時間保持後、炉冷の条件で焼結して、直径が８ｍｍ、１３ｍｍ、および２６ｍｍの３種のエンドミル工具形成用丸棒焼結体を形成し、さらに前記の３種の丸棒焼結体から、研削加工にて、表８に示される組合せで、切刃部の直径×長さがそれぞれ６ｍｍ×１３ｍｍ、１０ｍｍ×２２ｍｍ、および２０ｍｍ×４５ｍｍの寸法、並びにいずれもねじれ角：３０度の４枚刃スクエア形状をもったエンドミル工具Ｃ−１〜Ｃ−８を切削工具としてそれぞれ製造した。
【００２５】
ついで、これらのエンドミル工具Ｃ−１〜Ｃ−８の表面をアセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、同じく図１に示されるアークイオンプレーティング装置に装入し、上記実施例１と同一の条件で本発明法１７〜２４を実施し、もって、前記エンドミル工具の表面に、厚さ方向に沿って表９に示される目標組成のＡｌ最高含有点とＴｉ最高含有点が交互に、同じく表９に示される目標間隔で繰り返し存在し、かつ前記Ａｌ最高含有点から前記Ｔｉ最高含有点、前記Ｔｉ最高含有点から前記Ａｌ最高含有点へＡｌおよびＴｉ含有量が連続的に変化する成分濃度分布構造を有し、かつ同じく表９に示される目標全体層厚の（Ａｌ−Ｔｉ，Ｚｒ）Ｎからなる硬質被覆層を蒸着形成した。
【００２６】
また、比較の目的で、上記のエンドミル工具Ｃ−１〜Ｃ−８の表面をアセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、同じく図２に示される通常のアークイオンプレーティング装置に装入し、上記実施例１における厚さ方向に沿って実質的に組成変化のない（Ｔｉ，Ａｌ，Ｚｒ）Ｎ層からなる硬質被覆層の形成条件と同一の条件で従来法１７〜２４を実施し、もって前記エンドミル工具の表面に表１０に示される目標組成および目標層厚を有し、かつ厚さ方向に沿って実質的に組成変化のない（Ｔｉ，Ａｌ，Ｚｒ）Ｎ層からなる硬質被覆層を蒸着形成した。
【００２７】
つぎに、上記本発明法１７〜２４および従来法１７〜２４により得られたエンドミル工具について、これらのうち本発明法１７〜１９および従来法１７〜１９により得られたエンドミル工具については、
被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・ＦＣ２００の板材、
切削速度：３４０ｍ／ｍｉｎ．、
軸方向切り込み：１０ｍｍ、
径方向切り込み：１．８ｍｍ、
テーブル送り：２０５ｍｍ／分、
の条件での鋳鉄の湿式高速高切り込み側面切削加工試験、本発明法２０〜２２および従来法２０〜２２により得られたエンドミル工具については、
被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・ＳＳ４００の板材、
切削速度：３２０ｍ／ｍｉｎ．、
軸方向切り込み：２０ｍｍ、
径方向切り込み：３．２ｍｍ、
テーブル送り：１９０ｍｍ／分、
の条件での軟鋼の湿式高速高切り込み側面切削加工試験、本発明法２３．２４および従来法２３．２４により得られたエンドミル工具については、
被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・Ｓ２０Ｃの板材、
切削速度：３２０ｍ／ｍｉｎ．、
軸方向切り込み：４０ｍｍ、
径方向切り込み：６ｍｍ、
テーブル送り：１１０ｍｍ／分、
の条件での炭素鋼の湿式高速高切り込み側面切削加工試験をそれぞれ行い、いずれの湿式側面切削加工試験（水溶性切削油使用）でも切刃部の外周刃の逃げ面摩耗幅が使用寿命の目安とされる０．１ｍｍに至るまでの切削長を測定した。この測定結果を表９、１０にそれぞれ示した。
【００２８】
【表８】
2004025336.tif 000009
【００２９】
【表９】
2004025336.tif 000010
【００３０】
【表１０】
2004025336.tif 000011
【００３１】
（実施例３）
上記の実施例２で製造した直径が８ｍｍ（エンドミル工具Ｃ−１〜Ｃ−３形成用）、１３ｍｍ（エンドミル工具Ｃ−４〜Ｃ−６形成用）、および２６ｍｍ（エンドミル工具Ｃ−７、Ｃ−８形成用）の３種の丸棒焼結体を用い、この３種の丸棒焼結体から、研削加工にて、溝形成部の直径×長さがそれぞれ４ｍｍ×１３ｍｍ（ドリル工具Ｄ−１〜Ｄ−３）、８ｍｍ×２２ｍｍ（ドリル工具Ｄ−４〜Ｄ−６）、および１６ｍｍ×４５ｍｍ（ドリル工具Ｄ−７、Ｄ−８）の寸法、並びにいずれもねじれ角：３０度の２枚刃形状をもったドリル工具Ｄ−１〜Ｄ−８を切削工具としてそれぞれ製造した。
【００３２】
ついで、これらのドリル工具Ｄ−１〜Ｄ−８の切刃に、ホーニングを施し、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、同じく図１に示されるアークイオンプレーティング装置に装入し、上記実施例１と同一の条件で本発明法２５〜３２を実施し、もって、前記ドリル工具の表面に、、厚さ方向に沿って表１１に示される目標組成のＡｌ最高含有点とＴｉ最高含有点とが交互に同じく表１１に示される目標間隔で繰り返し存在し、かつ前記Ａｌ最高含有点から前記Ｔｉ最高含有点、前記Ｔｉ最高含有点から前記Ａｌ最高含有点へＡｌおよびＴｉ含有量が連続的に変化する成分濃度分布構造を有し、かつ同じく表１１に示される目標全体層厚の（Ａｌ−Ｔｉ，Ｚｒ）Ｎからなる硬質被覆層を蒸着形成した。
【００３３】
また、比較の目的で、上記のドリル工具Ｄ−１〜Ｄ−８の表面に、ホーニングを施し、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、同じく図２に示される通常のアークイオンプレーティング装置に装入し、上記実施例１における厚さ方向に沿って実質的に組成変化のない（Ｔｉ，Ａｌ，Ｚｒ）Ｎ層からなる硬質被覆層の形成条件と同一の条件で従来法２５〜３２を実施し、前記ドリル工具の表面に表１２に示される目標組成および目標層厚を有し、かつ厚さ方向に沿って実質的に組成変化のない（Ｔｉ，Ａｌ，Ｚｒ）Ｎ層からなる硬質被覆層を蒸着形成した。
【００３４】
つぎに、上記本発明法２５〜３２および従来法２５〜３２により得られたドリル工具ついて、これらのうち本発明法２５〜２７および従来法２５〜２７により得られたドリル工具については、
被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・ＳＳ４００の板材、
切削速度：２１０ｍ／ｍｉｎ．、
送り：０．４６ｍｍ／ｒｅｖ、
穴深さ：１０ｍｍ
の条件での軟鋼の湿式高速高送り穴あけ切削加工試験、本発明法２８〜３０および従来法２８〜３０により得られたドリル工具については、
被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・Ｓ２０Ｃの板材、
切削速度：２２０ｍ／ｍｉｎ．、
送り：０．４６ｍｍ／ｒｅｖ、
穴深さ：１５ｍｍ
の条件での炭素鋼の湿式高速高送り穴あけ切削加工試験、本発明法３１，３２および従来法３１，３２により得られたドリル工具については、
被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・ＦＣ２００の板材、
切削速度：２４０ｍ／ｍｉｎ．、
送り：０．６ｍｍ／ｒｅｖ、
穴深さ：３０ｍｍ
の条件での鋳鉄の湿式高速高送り穴あけ切削加工試験、をそれぞれ行い、いずれの湿式高速高送り穴あけ切削加工試験（水溶性切削油使用）でも先端切刃面の逃げ面摩耗幅が０．３ｍｍに至るまでの穴あけ加工数を測定した。この測定結果を表１１、１２にそれぞれ示した。
【００３５】
【表１１】
2004025336.tif 000012
【００３６】
【表１２】
2004025336.tif 000013
【００３７】
なお、上記本発明法１〜３２で得られた各種の切削工具の硬質被覆層におけるＡｌ最高含有点とＴｉ最高含有点の組成、並びに上記従来法１〜３２で得られた各種の切削工具の硬質被覆層の組成をオージェ分光分析装置を用いて測定したところ、それぞれ目標組成と実質的に同じ組成を示した。
また、上記本発明法１〜３２で得られた各種の切削工具の硬質被覆層におけるＡｌ最高含有点とＴｉ最高含有点間の間隔、およびこれの全体層厚、並びに上記従来法１〜３２で得られた各種の切削工具の硬質被覆層の厚さを、走査型電子顕微鏡を用いて断面測定したところ、いずれも目標値と実質的に同じ値を示した。
【００３８】
【発明の効果】
表３〜１２に示される結果から、本発明法１〜３２により厚さ方向に、相対的に一段とすぐれた高温硬さと耐熱性を有するＡｌ最高含有点と、同じく相対的に高い強度と靭性を有するＴｉ最高含有点とが交互に所定間隔をおいて繰り返し存在し、かつ前記Ａｌ最高含有点から前記Ｔｉ最高含有点、前記Ｔｉ最高含有点から前記Ａｌ最高含有点へＡｌおよびＴｉ含有量が連続的に変化する成分濃度分布構造を有する（Ａｌ−Ｔｉ，Ｚｒ）Ｎからなる硬質被覆層を形成してなる切削工具は、いずれも鋼や鋳鉄の高速切削加工を、高い機械的衝撃を伴う高切り込みや高送りなどの重切削条件で行なった場合にも、硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮するのに対して、従来法１〜３２により厚さ方向に沿って実質的に組成変化のない（Ｔｉ，Ａｌ，Ｚｒ）Ｎ層からなる硬質被覆層を形成してなる切削工具においては、前記の高速重切削条件では、前記硬質被覆層の高温硬さおよび耐熱性不足、さらに強度および靭性不足が原因で、摩耗進行が速く、かつチッピングも発生し易いことから、比較的短時間で使用寿命に至ることが明らかである。
上述のように、この発明の硬質被覆層形成方法によれば、特に各種の鋼や鋳鉄などの高速切削加工を、高い機械的衝撃を伴う高切り込みや高送りなどの重切削条件で行なった場合にも、すぐれた耐摩耗性を発揮し、長期に亘ってすぐれた耐摩耗性を示す硬質被覆層を切削工具表面に形成することができ、したがって、の結果の切削工具は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】
【図１】本発明硬質被覆層形成方法の実施装置であるアークイオンプレーティング装置を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は概略正面図である。
【図２】従来硬質被覆層形成方法の実施装置である通常のアークイオンプレーティング装置の概略説明図である。
【図１】
2004025336.tif 000014
【図２】
2004025336.tif 000015