(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体上にＴｉとＺｒの炭窒化物の皮膜を有する被覆工具の製造方法において、該ＴｉＺｒ炭窒化物皮膜を、熱化学蒸着法で、該Ｔｉ源として塩化チタンガス、該Ｚｒ源として塩化ジルコニウムガス、該炭窒化物の炭素、窒素源として、ＣＨ３ＣＮガスを０．６〜５ｖｏｌ％とＮ２ガスを２５〜４５ｖｏｌ％を用いて、圧力２０〜１００Ｔｏｒｒ、成膜温度７５０〜９８０℃、で形成し、該ＴｉＺｒ炭窒化物皮膜は引張残留応力を有し、Ｚｒを０．３〜３０質量％、塩素量が０．１〜２質量％、残り：Ｔｉ、及び、不可避不純物からなるものとすることを特徴とするＴｉＺｒ炭窒化物皮膜被覆工具の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載のＴｉＺｒ炭窒化物皮膜被覆工具の製造方法において、該基体のＴｉＺｒ炭窒化物皮膜の表面に、更に、（ａ）ＴｉＮ膜、ＴｉＣ膜、Ｔｉ（ＣＯ）膜のいずれかと、（ｂ）酸化アルミニウム膜、酸化アルミニウムと酸化ジルコニウムとの混合膜のいずれかを、前記（ａ）膜の上に、前記（ｂ）膜を被覆したことを特徴とするＴｉＺｒ炭窒化物皮膜被覆工具の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載のＴｉＺｒ炭窒化物皮膜被覆工具の製造方法において、該基体が超硬合金であることを特徴とするＴｉＺｒ炭窒化物皮膜被覆工具の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＴｉＺｒ炭窒化物皮膜被覆工具に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、被覆工具は超硬合金、高速度鋼、特殊鋼からなる基体表面に硬質皮膜を化学蒸着法（以下、ＣＶＤ法と略記する。）や、物理蒸着法（以下、ＰＶＤ法と略記する。）により成膜して作製される。このような被覆工具は皮膜の耐摩耗性と基体の強靭性とを兼ね備えており、広く実用に供されている。特に、高速で切削する場合や切削液を用いずに旋削加工する場合には、切削工具の刃先の温度が１０００℃前後まで上がり、被削材との接触による摩耗や断続切削等の機械的衝撃に耐える必要があり、膜の密着性が優れ、耐摩耗性と強靭性とが優れた被覆工具が重宝されている。
【０００３】
硬質皮膜には、耐摩耗性と靭性とが優れる、周期律表４ａ、５ａ、６ａ族金属の炭化物、窒化物、炭窒化物からなる非酸化膜や、耐酸化性に優れる酸化アルミニウム膜が単層膜あるいは複層膜として一般に用いられている。
【０００４】
これら硬質皮膜は、ＣＶＤ法あるいはＰＶＤ法により成膜されている。ＰＶＤ法の特長は、多数の元素を含有する膜を比較的容易に成膜できることであり、欠点は、ＣＶＤ膜に比べて膜の密着性が劣ることである。これに対して、ＣＶＤ法の欠点は、化学反応を用いて成膜するために、多数の元素を含有する膜を成膜することが困難なことであり、長所は、成膜温度が７５０〜１０５０℃と高いため膜の密着性が高いこと、また、より高温で使用しても膜特性の劣化が少ないことである。実際に、切削加工時に刃先が１０００℃前後まで昇温する旋削工具に使用されている皮膜は、ＣＶＤ法で成膜されたＴｉＣ、ＴｉＮ、Ｔｉ（ＣＮ）、Ａｌ２Ｏ３膜に限定されているのが実状である。
【０００５】
先述の、ＴｉＣ、ＴｉＮ、Ｔｉ（ＣＮ）膜は、常温で測定したビッカース硬度Ｈｖが約３２００、２１００、２７００と硬く、耐摩耗性が優れているのが特長である。しかし、高温での膜硬度が低く、乾式切削等により刃先の温度が１０００℃前後に達すると膜硬度が低下し、耐摩耗性が急激に低下する欠点を有している。
【０００６】
また、これらＴｉＣ、ＴｉＮ、Ｔｉ（ＣＮ）膜の特性を改善するため（ＴｉＡｌ）Ｎや（ＴｉＺｒ）Ｎ、（ＴｉＺｒ）Ｃ膜等、２種類以上の金属成分を含有した膜が検討され、（ＴｉＡｌ）Ｎ膜は実用化されているが、これらはいずれも、スパッタ法やイオンプレーティング法等のＰＶＤ法、またはプラズマＣＶＤ法で成膜したものであり、成膜温度が低く、当該膜が圧縮応力を有しており膜の密着性が低い、あるいは膜中に塩素が残留しており膜の硬度が低く、耐摩耗性が劣る欠点がある。
【０００７】
引張残留応力を有するＺｒ含有膜を熱ＣＶＤ法で成膜する例は特開平１−２５２３０５、特開平５−１７７４１２、特開平５−１７７４１３で開示されている。しかし、これらはいずれもＺｒＣ、ＺｒＮ、Ｚｒ（ＣＮ）、Ｚｒ（ＣＯ）、Ｚｒ（ＣＮＯ）と、金属成分がＺｒのみからなるＣＶＤ膜を用いており、（ＴｉＺｒ）Ｎ、（ＴｉＺｒ）Ｃ、（ＴｉＺｒ）（ＣＮ）等、Ｚｒと他の金属成分との混合膜は検討していない。ＺｒＣ膜等、Ｚｒ単独からなる膜の硬度は、後述のように、室温における膜硬度が低く、湿式切削や低速で切削し刃先温度が高温にならないときに、耐摩耗性が劣る欠点がある。
【０００８】
ＴｉとＺｒの両者を含有するＣＶＤ膜としては、特開平３−２６７３６１によってＴｉ−Ｚｒ−Ｎ膜が開示されているが、プラズマＣＶＤ法を用いており、膜中に塩素が残留するため、膜硬度が低く、工具として耐摩耗性が劣る欠点がある。また、基板にアルミナ板を用いており、基板自体の靭性が低いため、工具として使用時に欠落を生じ易く、切削耐久特性が劣る欠点がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記の、従来膜被覆工具の欠点を踏まえて、本発明が解決しようとする課題は、高温においても膜硬度が急激に低下せず、膜の密着性と耐摩耗性とが優れた膜を被覆した工具を実現し、従来に比して格段に切削耐久特性の優れるＴｉＺｒ炭窒化物皮膜被覆工具を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上記課題を解決するために鋭意研究してきた結果、高温で成膜することにより引張残留応力と優れた密着性を有し、しかも、Ｚｒ含有により高温における膜硬度の低下が少なく、膜中の塩素量が少ないことにより中温から高温全体における膜硬度が高まり耐摩耗性が優れ、優れた切削耐久特性を持つ工具を実現できることを見出し、本発明に想到した。
【００１１】
すなわち本発明は、基体上にＴｉとＺｒの炭窒化物の皮膜を有する被覆工具の製造方法において、該ＴｉＺｒ炭窒化物皮膜を、熱化学蒸着法で、該Ｔｉ源として塩化チタンガス、該Ｚｒ源として塩化ジルコニウムガス、該炭窒化物の炭素、窒素源として、ＣＨ３ＣＮガスを０．６〜５ｖｏｌ％とＮ２ガスを２５〜４５ｖｏｌ％を用いて、圧力２０〜１００Ｔｏｒｒ、成膜温度７５０〜９８０℃、で形成し、該ＴｉＺｒ炭窒化物皮膜は引張残留応力を有し、Ｚｒを０．３〜３０質量％、塩素量が０．１〜２質量％、残り：Ｔｉ、及び、不可避不純物からなるものとすることを特徴とするＴｉＺｒ炭窒化物皮膜被覆工具の製造方法である。
【００１２】
更に、ＴｉＺｒ炭窒化物皮膜の表面に、更に、（ａ）ＴｉＮ膜、ＴｉＣ膜、Ｔｉ（ＣＯ）膜、（ｂ）酸化アルミニウム膜、酸化アルミニウムと酸化ジルコニウムとの混合膜のいずれか、を前記（ａ）膜の上に、前記（ｂ）膜を被覆すること、該基体が超硬合金であることが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明のＴｉＺｒ炭窒化物皮膜は、金属成分が主にチタンであることにより、常温での膜硬度が高いチタン含有膜（例えば、ＴｉＣ、Ｔｉ（ＣＮ）膜等）の特長と高温での膜硬度が高いジルコニウム含有膜、両者の特長が得られ、耐摩耗性が優れた、良好な切削耐久特性が実現される。
次に、ＴｉＺｒ炭窒化物皮膜中に、Ｚｒが０．３〜５０質量％含まれていることが好ましい。また、１〜４０質量％含まれていることが更に好ましく、５〜３０質量％含有されていることが最も好ましい。膜中に、Ｚｒが０．３〜５０質量％含有されていることにより、Ｚｒ含有の良好な耐熱特性や高温高硬度の特長が実現されていると判断される。０．３質量％以下ではＺｒ含有の効果が小さく、５０質量％を超えるとＴｉＣやＴｉ（ＣＮ）膜に比べて常温での膜硬度が低下し、結果的に切削耐久特性が低下する傾向があらわれる。また、Ｚｒが１〜４０質量％含有されている場合は、Ｚｒ含有の良好な耐熱特性や高温高硬度の特長が顕著に実現されていると判断される。また、Ｚｒが５〜３０質量％含有されていることにより、Ｚｒ含有の良好な耐熱特性や高温高硬度の特長が最も顕著にあらわれ、最も良好な切削耐久特性が実現されていると判断される。
【００１４】
更に、ＴｉＺｒ炭窒化物皮膜の表面に、更に、該ＴｉＺｒ炭窒化物皮膜の表面に、更に、（ａ）ＴｉＮ膜、ＴｉＣ膜、Ｔｉ（ＣＯ）膜、（ｂ）酸化アルミニウム膜、酸化アルミニウムと酸化ジルコニウムとの混合膜のいずれか、を前記（ａ）膜の上に、前記（ｂ）膜を被覆することが好ましい。前記（ｂ）膜の酸化アルミニウム膜、酸化ジルコニウム膜、または酸化アルミニウムと酸化ジルコニウムからなる複合膜を被覆することにより、その下層に成膜されている前記単層皮膜や前記多層皮膜の酸化が防止され、優れた切削耐久特性が実現されていると判断される。
【００１５】
該基体が超硬合金であることが好ましい。超硬合金を基体とすることにより本発明の被覆工具全体の靭性、硬度、耐熱性がバランス良く高まり、被覆工具として良好な切削耐久特性が実現される。
【００１６】
ＴｉＺｒ炭窒化物皮膜が熱ＣＶＤ法により成膜されていることが好ましい。少なくとも、ＴｉＺｒ炭窒化物皮膜が、成膜温度が高い熱化学蒸着法法により成膜されていることにより、緻密で膜の密着性、耐摩耗性に優れた、良好な切削耐久特性が実現される。
【００１７】
表１はＴｉＣとＺｒＣの常温での硬度と融点をまとめたものである。常温でのビッカース硬度Ｈｖは、ＴｉＣが３２００と高く、ＺｒＣは２７００と少し低下するのに対して、融点はＴｉＣが３４２０Ｋに対してＺｒＣは３８０３Ｋと高い。ＺｒＣとＴｉＣとは両者の欠点を補完しあう関係にあると考えられる。
【００１８】
【表１】
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【００１９】
本発明のＴｉＺｒ炭窒化物皮膜の用途は切削工具に限るものではなく、ＴｉＺｒ炭窒化物皮膜を含む単層膜あるいは複層膜や多層膜の硬質皮膜を被覆した耐摩耗材や金型、溶湯部品等でもよい。
【００２０】
ＴｉＺｒ炭窒化物皮膜は、例えば（ＴｉＺｒ）（ＣＮ）に、Ｃｒ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｍｇ、Ｙ、Ｓｉ、Ｂを単独または複数組み合わせて各元素を０．３〜１０質量％添加した膜でも良い。０．３質量％未満ではこれらを添加する効果が現れず、１０質量％を超えるとＴｉＺｒ炭窒化物皮膜の高温硬度の効果が低くなる欠点が現れる。また、Ｚｒ供給用のガスはＺｒＣｌ４、ＺｒＣｌ３、ＺｒＣｌ２ガス等の塩化ジルコニウムに限るものではなく、他のハロゲン化ジルコニウムやＺｒ（ｔ−ＯＣ４Ｈ９）等の有機金属ガスを用いてもよい。また、上記膜には本発明の効果を消失しない範囲で不可避の添加物、不純物を例えば数質量％程度まで含むことが許容される。
【００２１】
ＴｉＺｒ炭窒化物皮膜の表面に、更に被覆する酸化アルミニウム膜としてκ型酸化アルミニウム単相またはα型酸化アルミニウム単相の膜を用いることができる。また、κ型酸化アルミニウムとα型酸化アルミニウムとの混合膜でもよい。また、κ型酸化アルミニウムおよび／またはα型酸化アルミニウムと、γ型酸化アルミニウム、θ型酸化アルミニウム、δ型酸化アルミニウム、χ型酸化アルミニウムの少なくとも一種以上とからなる混合膜でもよい。また、酸化アルミニウムと酸化ジルコニウム等に代表される他の酸化物との混合膜でもよい。
【００２２】
ＴｉＺｒ炭窒化物皮膜、酸化アルミニウム膜の表面に、更に、ＴｉＮ膜やＴｉ（ＣＮ）膜およびその多層膜を被覆してもよい。
【００２３】
（実施例１）
比較例１、本発明例２〜１６及び比較例１７〜２５として、ＷＣ７２質量％、ＴｉＣ８質量％、（ＴａＮｂ）Ｃ１１質量％、Ｃｏ９質量％の組成よりなるスローアウェイインサートＣＮＭＧ１２０４０８の切削工具用超硬合金基体をＣＶＤ炉内にセットし、その表面に、熱ＣＶＤ法により、Ｈ２キャリヤーガスとＴｉＣｌ４ガスとＮ２ガスとを原料ガスに用い０．３μｍ厚さのＴｉＮ膜を９００℃でまず形成した。
続いて、成膜温度７５０〜９８０℃で、ＴｉＣｌ４ガスを０．３〜２．５ｖｏｌ％、ＺｒＣｌ４ガスを０．３〜２．５ｖｏｌ％、ＣＨ３ＣＮガスを０．６〜５ｖｏｌ％、Ｎ２ガスを２５〜４５ｖｏｌ％、残Ｈ２キャリヤーガスで構成された原料ガスを毎分５５００ｍｌだけＣＶＤ炉内に流し、成膜圧力２０〜１００Ｔｏｒｒで、（ＴｉＺｒ）（ＣＮ）膜を６μｍ厚さ成膜した。
【００２４】
比較例１、本発明例２〜１６及び比較例１７〜２５のＴｉＺｒ炭窒化物皮膜の組成分析結果と膜残留応力の符号を表２にまとめて示す。
組成は、堀場製作所製のエネルギー分散形Ｘ線分析装置ＥＭＡＸ−７０００を用い測定した。測定は膜表面の組成を分析したが、ＥＤＸの測定深さが約２μｍであるのに対して（ＴｉＺｒ）（ＣＮ）膜の膜厚が６μｍと厚いため、（ＴｉＺｒ）（ＣＮ）膜のみの組成が分析されていると考えられる。
膜の残留応力は理学電気（株）製のＸ線回折装置（ＲＵ−２００ＢＨ）と応力測定用ソフト（ＭａｎｕａｌＮｏ．ＭＪ１３０２６Ａ０１）を用いて並傾法（Ｘ線の走査面と応力の測定方向面とが平行）とΨ一定法（θ−２θ連動スキャン）により測定した。
一般に、膜の残留応力σは、Ｘ線応力測定法による並傾法を用いて、次式に示す応力計算式により求められる。
σ＝−（１／２）｛Ｅ／（１＋ν）｝ｃｏｔθ０｛ｄ（２θ）／ｄ（ｓｉｎ２Ψ）｝・・（１）
ここで、Ｅは弾性定数、νはポアソン比、θ０は無歪みの格子面からの標準ブラッグ回折角、Ψは回折格子面法線と試料面法線との傾き、θは測定試料の角度がΨの時のブラッグ回折角である。
（１）式より、応力の符合（±）の決定には２θ−ｓｉｎ２Ψ線図の勾配のみが必要とされ、弾性定数Ｅやポアソン比ν、ｃｏｔθｏ（常に＋）の正確な値は必要としないことがわかる。ＣＶＤ法で成膜した時、膜の残留応力の符合は＋で引張応力を持ち、ＰＶＤ法で成膜した時は、符合が−で圧縮残留応力を有している。
【００２５】
【表２】
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【００２６】
表２より、比較例１、本発明例２〜１６及び比較例１７〜２５は、Ｚｒが０．１〜９０質量％含有されており、塩素量は０．１〜２質量％であることがわかる。金属成分の内、Ｚｒ以外の大部分はＴｉであり、他には、ＷあるいはＣｏが数質量％以下検出されるだけであった。
【００２７】
膜の密着性は、比較例１、本発明例２〜１６及び比較例１７〜２５、各５個を用いて、以下の条件で３０秒間切削した後、膜剥離の有無を観察することにより評価した。
被削材    ＦＣ２５（ＨＢ２３０）
切削速度  ３００ｍ／分
送り      ０．３ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み  １．０ｍｍ
水溶性切削油使用
連続切削寿命は、上記の条件で更に連続切削し、平均逃げ面摩耗量が０．４ｍｍ、クレーター摩耗が０．１ｍｍのどちらかに達した時間を連続切削寿命時間と判断した。
表２より、比較例１、本発明例２〜１６及び比較例１７〜２５は、いずれも、３０秒間切削後も膜剥離が生じておらず、膜密着性が優れていることがわかる。連続切削テストにおいて、比較例１、本発明例２〜１６及び比較例１７〜２５は、いずれも連続切削寿命が２０分以上と長く優れていることがわかる。比較例１、本発明例２〜１６及び比較例１７〜２５は、塩素量が０．１〜２質量％であり、塩素量が１質量％以下の時は、連続切削寿命が更に長くなり、更に優れていることがわかる。
本発明例２〜１６及び比較例１７〜２０のＺｒ含有量が０．３〜５０質量％では、連続切削寿命が３０分以上と長く優れた工具特性が得られ、本発明例４〜１６及び比較例１７、１８のＺｒ含有量が１〜４０質量％では、連続切削寿命が３５分以上と更に長くなり更に優れた工具特性が得られ、本発明例５〜１６のＺｒ含有量が５〜３０質量％では４０分以上と最も長くなっており最も優れた工具特性が得られることがわかる。
【００２８】
（従来例１）
従来例１として、ジルコニウム含有膜におけるジルコニウム含有の有無による切削耐久特性への影響を明らかにするために、実施例１と同じ基体に、同一条件でＴｉＮ膜を形成し、更に、成膜温度７５０〜９８０℃でＴｉＣｌ４ガスを０．３〜２．５ｖｏｌ％、ＣＨ３ＣＮガスを０．６〜５ｖｏｌ％、Ｎ２ガスを２５〜４５ｖｏｌ％、残Ｈ２キャリヤーガスで構成される原料ガスを毎分５５００ｍｌだけＣＶＤ炉内に流し、成膜圧力２０〜１００Ｔｏｒｒで、６μｍ厚さのＴｉ（ＣＮ）膜を成膜した。
従来例１は、膜残留応力の符号は＋で引張残留応力を有している。従来例１、５個を用いて実施例１と同一の条件で切削耐久特性を評価した結果、３０秒間切削後に膜剥離は見られなかったものの、連続切削寿命は１０分と短く、実施例１の本発明例・比較例よりも切削耐久特性が劣ることがわかった。
【００２９】
（従来例２）
従来例２として、ＴｉＺｒ炭窒化物皮膜が、本発明のように引張残留応力を有している場合と、圧縮残留応力を有している場合との差違による切削耐久特性への影響を明らかにするために、実施例１と同一の基体をアークイオンプレーティング装置内にセットし、その表面に、ＴｉターゲットとＮ２ガスを用いることによりＴｉＮ膜を５５０℃でまず形成した。続いて、（ＴｉＺｒ）ターゲットおよびＣ２Ｈ２とＮ２との混合ガスを用いて５５０℃で（ＴｉＺｒ）（ＣＮ）膜を３μｍ厚さ成膜した。
【００３０】
従来例２の膜残留応力は符号が−であり、圧縮残留応力が働いていることがわかった。従来例２、５個を用いて実施例１と同一の条件で切削耐久特性を評価した結果、３０秒間切削中に全て膜剥離が発生し、膜の密着性が実施例１の本発明例・比較例よりも劣ることがわかった。
【００３１】
（従来例３）
従来例３として、ＴｉＺｒ炭窒化物皮膜中に含まれる塩素量の差違による切削耐久特性への影響を明らかにするために、実施例１と同一の基体をプラズマＣＶＤ装置内にセットし、その表面に、Ｈ２キャリヤーガスとＴｉＣｌ４ガスとＮ２ガスとを原料ガスに用い０．３μｍ厚さのＴｉＮを７００℃でまず形成した。続いて、成膜温度５００〜６５０℃で、ＴｉＣｌ４ガスを０．３〜２．５ｖｏｌ％、ＺｒＣｌ４ガスを０．３〜２．５ｖｏｌ％、ＣＨ４ガスを３〜６ｖｏｌ％、Ｎ２ガスを３２ｖｏｌ％、残Ｈ２キャリヤーガスで構成された原料ガスを毎分５５００ｍｌだけプラズマＣＶＤ炉内に流し、成膜圧力７５Ｔｏｒｒで、（ＴｉＺｒ）（ＣＮ）膜をプラズマＣＶＤ法により６μｍ厚さ成膜した。
【００３２】
従来例３をＥＤＸにより分析した結果、膜中に含まれる塩素量は２質量％を超えていることがわかった。従来例３の条件で作製した切削工具各５個を用いて実施例１と同一の条件で切削耐久特性を評価した結果、１０分以内で連続切削寿命に達し、膜の耐摩耗性が実施例１の本発明例・比較例よりも劣ることがわかった。
【００３３】
（実施例２）
実施例２として、実施例１と同一の基体をＣＶＤ炉内にセットし、実施例１、本発明例５〜１６と同様に、０．３μｍ厚さのＴｉＮ膜、６μｍ厚さの（ＴｉＺｒ）（ＣＮ）膜を成膜した。更に、９５０〜１０２０℃でＴｉＣｌ４ガスとＣＨ４ガスとＨ２キャリヤーガスとをトータル２２００ｍｌ／分で６０分間流して成膜し、そのまま連続して本構成ガスにさらに２．２〜５５０ｍｌ／分のＣＯ２とＣＯの混合ガスを追加して５〜３０分間成膜することによりＴｉＣおよびＴｉ（ＣＯ）を作製した。続いてＡｌＣｌ３ガスとＨ２ガス２ｌ／分とＣＯ２とＣＯの混合ガス５００ｍｌ／分とをＣＶＤ炉内に流し、１０１０〜１０２０℃で３０分間反応させることにより酸化アルミニウム膜を成膜した。その後、ＡｌＣｌ３ガスとＺｒＣｌ４ガスおよびＨ２ガス２ｌ／分とＣＯ２とＣＯの混合ガス５００ｍｌ／分とをＣＶＤ炉内に流し、１０００℃で２時間反応させることにより酸化アルミニウムと酸化ジルコニウムとの混合膜を成膜した。この酸化アルミニウムと酸化ジルコニウムとの混合膜の表面に、更に、Ｈ２キャリヤーガスとＴｉＣｌ４ガスとＮ２ガスとにより０．５μｍ厚さのＴｉＮを１０００℃で成膜した。
【００３４】
実施例２の組成と残留応力を実施例１と同一の方法で測定した。但し、組成の測定は、試料の膜断面を研磨し、ＥＤＸ装置により（ＴｉＺｒ）（ＣＮ）膜の断面部分のみを分析した。組成の測定結果は、Ｚｒ量が５〜３０質量％、塩素量が２質量％以下であった。また、膜は全て、残留応力の符号が＋であり、引張残留応力を有していた。
【００３５】
（従来例４）
従来例４として、ＴｉＺｒ炭窒化物皮膜による切削耐久特性への影響を明らかにするために、実施例２の本発明例と同一の組成と形状よりなる切削工具用超硬合金基板をＣＶＤ炉内にセットし、その表面に、実施例２と同じ条件でＴｉＮ膜を形成した。続いて、７５０〜９８０℃でＴｉＣｌ４ガスを０．３〜２．５ｖｏｌ％、ＣＨ３ＣＮガスを０．６〜５ｖｏｌ％、Ｎ２ガスを２５〜４５ｖｏｌ％、残Ｈ２キャリヤーガスで構成されＺｒＣｌ４ガスを含有しない原料ガスを毎分５５００ｍｌだけＣＶＤ炉内に流し、成膜圧力２０〜１００Ｔｏｒｒで、６μｍ厚さのＴｉＣＮ膜を成膜した。その後、実施例２と同じ条件でチタンの炭化物および炭酸化物からなる膜、続いてＡｌＣｌ３ガスとＨ２ガス２ｌ／分とＣＯ２とＣＯの混合ガス５００ｍｌ／分とをＣＶＤ炉内に流し、１０１０〜１０２０℃で２時間反応させることにより所定の厚さの酸化アルミニウム膜を成膜し、従来例４を作製した。
【００３６】
従来例４は、膜残留応力の符号は＋で引張残留応力を有した。
【００３７】
実施例２と従来例４の膜密着性と連続切削寿命特性を評価するため、以下の条件で切削テストを行った。
被削材Ｓ５３Ｃ（ＨＳ３５）
切削速度２５０ｍ／ｍｉｎ
送り０．２ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み１．５ｍｍ
水溶性切削油使用
【００３８】
膜の密着性は、実施例２と従来例４で製作した切削工具各５個を用いて、上記の切削条件で３０秒間切削した後、膜剥離の有無を観察することにより評価した。連続切削寿命は、上記の条件で更に連続切削し、平均逃げ面摩耗量が０．４ｍｍ、クレーター摩耗が０．１ｍｍのどちらかに達した時間を連続切削寿命時間と判断した。
【００３９】
切削テストの結果、実施例２と従来例４は、いずれも、３０秒間切削後も膜剥離が生じておらず、膜密着性が優れていた。しかし、連続切削テストにおいては、従来例４１は２０分以内の切削で寿命に達したのに対して、実施例２はいずれも３０分以上切削でき、優れた切削耐久特性を示すことが判明した。
【００４０】
【発明の効果】
上述のように、本発明によれば、高温での膜硬度が高いＺｒを含有し、膜中の塩素量が少なく、しかも引張残留応力を有する膜が形成されており、耐摩耗性と膜密着性が優れ、優れた切削耐久特性を示すＴｉＺｒ炭窒化物皮膜被覆工具を実現することができる。