(57)【要約】      （修正有）【課題】高速重切削条件で硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具の提供。【解決手段】基体の表面に、上側層として、０．５〜１５μｍの平均層厚を有する酸化アルミニウム層、下側層として、１〜１５μｍの平均層厚を有するＺｒとＴｉの複合炭窒化物層、からなる硬質被覆層を化学蒸着してなる表面被覆超硬合金製切削工具にして、下側層を、層厚方向にそって、Ｚｒおよび窒素の最高含有点とＴｉおよび炭素の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、かつ両点間でＺｒとＴｉおよび窒素と炭素の含有割合がそれぞれ連続的に変化する成分濃度分布構造を有し、Ｚｒおよび窒素の最高含有点が、特定組成式、Ｔｉおよび炭素の最高含有点が、他の特定組成式、を満足し、かつ隣り合う上記Ｚｒおよび窒素の最高含有点とＴｉおよび炭素の最高含有点の間隔が、０．０１〜０．２μmであるＺｒとＴｉの複合炭窒化物層で構成する。【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系サーメットからなる超硬基体の表面に、
（ａ）上側層として、０．５〜１５μｍの平均層厚を有する酸化アルミニウム層、
（ｂ）下側層として、１〜１５μｍの平均層厚を有するＺｒとＴｉの複合炭窒化物層、
以上（ａ）および（ｂ）からなる硬質被覆層を化学蒸着してなる表面被覆超硬合金製切削工具にして、
上記下側層を、層厚方向にそって、Ｚｒおよび窒素の最高含有点とＴｉおよび炭素の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Ｚｒおよび窒素の最高含有点から前記Ｔｉおよび炭素の最高含有点、前記Ｔｉおよび炭素の最高含有点から前記Ｚｒおよび窒素の最高含有点へＺｒとＴｉおよび窒素と炭素の含有割合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Ｚｒおよび窒素の最高含有点が、
組成式：（Ｚｒ１−Ｘ  ＴｉＸ  ）Ｎ１−ＹＣＹ（ただし、原子比で、Ｘは０．０２〜０．２０、Ｙは０．０２〜０．２０を示す）、
上記Ｔｉおよび炭素の最高含有点が、
組成式：（Ｔｉ１−Ａ  ＺｒＡ  ）Ｃ１−Ｂ  ＮＢ（ただし、原子比で、Ａは０．０２〜０．２０、Ｂは０．０２〜０．２０を示す）、
を満足し、かつ隣り合う上記Ｚｒおよび窒素の最高含有点と上記Ｔｉおよび炭素の最高含有点の間隔が、０．０１〜０．２μｍであること、
を特徴とする高速重切削条件で硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性および耐チッピング性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、硬質被覆層がすぐれた高温強度と高温硬さを有し、さらにすぐれた高温耐酸化性も具備し、したがって各種の鋼や鋳鉄などの切削加工を、特に高速で、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、硬質被覆層がチッピング（微小欠け）などの発生なく、すぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具（以下、被覆超硬工具という）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、被覆超硬工具には、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、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】
また、被覆超硬工具として、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）基サーメットからなる超硬基体の表面に、
組成式：（Ｚｒ１−Ｅ  ＴｉＥ  ）Ｃ１−Ｆ  ＮＦ（ただし、原子比で、Ｅは０．４０〜０．６０、Ｆは０．４０〜０．６０を示す）、
を満足するＺｒとＴｉの複合炭窒化物［以下、（Ｚｒ，Ｔｉ）ＣＮで示す］層からなる硬質被覆層を１〜１５μｍの平均層厚で化学蒸着してなる被覆超硬工具が知られており、各種の鋼や鋳鉄などの連続切削や断続切削加工に用いた場合にすぐれた切削性能を発揮することも知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
さらに、上記の被覆超硬工具が、例えば図１に概略縦断面図で示される通り、中央部にステンレス鋼製の反応ガス吹き出し管が立設され、前記反応ガス吹き出し管には、図２（ａ）に概略斜視図で、同（ｂ）に概略平面図で例示される黒鉛製の超硬基体支持パレットが串刺し積層嵌着され、かつこれらがステンレス鋼製のカバーを介してヒーターで加熱される構造を有する化学蒸着装置を用い、超硬基体を前記超硬基体支持パレットの底面に形成された多数の反応ガス通過穴位置に図示される通りに載置した状態で前記化学蒸着装置に装入し、
反応ガス組成（容量％で）：ＺｒＣｌ４：０．０５〜５％、ＴｉＣｌ４：０．１〜６％、ＣＨ４：０．１〜１０％、Ｎ２：０．５〜４０％、Ｈ２：残り、
反応雰囲気温度：９００〜１０５０℃、
反応雰囲気圧力：５〜５０ｋＰａ、
の条件で（Ｚｒ，Ｔｉ）ＣＮからなる硬質被覆層を形成することにより製造されることも知られている。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭６２−５６５６４号公報
【０００６】
【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が強く求められる傾向にあるが、上記の従来被覆超硬工具においては、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、特に切削加工を高い発熱を伴なう高速で、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は、硬質被覆層の高温強度および高温硬さ不足が原因で、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。
【０００７】
【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、特に高速重切削加工条件で硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性および耐チッピング性を発揮する被覆超硬工具を開発すべく、上記の従来被覆超硬工具を構成する硬質被覆層に着目し、研究を行った結果、
（ａ）上記の図１，２に示される化学蒸着装置を用いて形成された従来被覆超硬工具を構成する（Ｚｒ，Ｔｉ）ＣＮ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強度と高温硬さを有するが、（Ｚｒ，Ｔｉ）ＣＮ層を形成するに際して、例えば図３に反応ガス組成自動制御システムが概略チャート図で示される通り、反応ガス組成および流量中央制御装置に、前記（Ｚｒ，Ｔｉ）ＣＮ層からなる硬質被覆層に層厚方向にそってＺｒおよび窒素の最高含有点とＴｉおよび炭素の最高含有点とを所定間隔をおいて交互に繰り返し形成させる目的で、前記Ｚｒおよび窒素の最高含有点並びにＴｉおよび炭素の最高含有点に対応した反応ガス組成、並びに前記両点間のＺｒと窒素およびＴｉと炭素の連続変化に対応した反応ガス組成、さらに前記両点間の間隔および硬質被覆層の層厚を、過去の実績データに基づいてインプットし、この反応ガス組成および流量中央制御装置からの制御信号にしたがって、原料ガスボンベからのＨ２ガス、ＣＨ４ガス、Ｎ２ガス、およびＨＣｌガスの流量、さらにＺｒＣｌ４およびＴｉＣｌ４の流量をそれぞれの原料流量自動制御装置にて制御しながら、化学蒸着装置の反応ガス吹き出し管に導入すると、層厚方向にそって、Ｚｒおよび窒素の最高含有点とＴｉおよび炭素の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Ｚｒおよび窒素の最高含有点から前記Ｔｉおよび炭素の最高含有点、前記Ｔｉおよび炭素の最高含有点から前記Ｚｒおよび窒素の最高含有点へＺｒと窒素およびＴｉと炭素の含有割合がそれぞれ連続的に変化する成分濃度分布構造をもつた（Ｚｒ，Ｔｉ）ＣＮ層からなる硬質被覆層が形成されるようになること。
【０００８】
（ｂ）上記（ａ）の繰り返し連続変化成分濃度分布構造の（Ｚｒ，Ｔｉ）ＣＮ層において、
上記Ｚｒおよび窒素の最高含有点が、
組成式：（Ｚｒ１−Ｘ  ＴｉＸ  ）Ｎ１−ＹＣＹ（ただし、原子比で、Ｘは０．０２〜０．２０、Ｙは０．０２〜０．２０を示す）、
上記Ｔｉおよび炭素の最高含有点が、
組成式：（Ｔｉ１−Ａ  ＺｒＡ  ）Ｃ１−Ｂ  ＮＢ（ただし、原子比で、Ａは０．０２〜０．２０、Ｂは０．０２〜０．２０を示す）、
をそれぞれ満足し、かつ隣り合う上記Ｚｒおよび窒素の最高含有点と上記Ｔｉおよび炭素の最高含有点の厚さ方向の間隔を０．０１〜０．２μｍとすると、
上記Ｚｒおよび窒素の最高含有点部分では、Ｚｒおよび窒素が主体を占め、これら両成分の作用によってきわめて高い高温強度を示し、一方上記Ｔｉおよび炭素の最高含有点部分では、Ｔｉおよび炭素が主体を占め、これら両成分の作用によって高い高温硬さを示すようになり、かつこれらＺｒおよび窒素の最高含有点と上記Ｔｉおよび炭素の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高温強度と高温硬さを具備するようになること。
【０００９】
（ｃ）さらに、上記（ａ）および（ｂ）の繰り返し連続変化成分濃度分布構造の（Ｚｒ，Ｔｉ）ＣＮ層を１〜１５μｍの平均層厚で下側層として蒸着形成し、ついで、同じく図１，２に示される化学蒸着装置を用い、通常の条件、すなわち、
反応ガス組成（容量％で）：ＡｌＣｌ３：１〜６％、ＣＯ２：５〜１５％、ＨＣｌ：１〜５％、Ｈ２：残り、
反応雰囲気温度：８００〜１０７０℃、
反応雰囲気圧力：５〜１０ｋＰａ、
の条件で、前記（Ｚｒ，Ｔｉ）ＣＮ層に重ねて上側層として０．５〜１５μｍの平均層厚で酸化アルミニウム（以下、Ａｌ２Ｏ３で示す）層を蒸着形成すると、この結果の硬質被覆層は、上記繰り返し連続変化成分濃度分布構造の（Ｚｒ，Ｔｉ）ＣＮ層によって上記従来（Ｚｒ，Ｔｉ）ＣＮ層に比して一段とすぐれた高温強度および高温硬さを有し、さらに前記Ａｌ２Ｏ３層によってすぐれた高温耐酸化性も具備するようになることから、かかる硬質被覆層を蒸着形成した被覆超硬工具は、各種の鋼や鋳鉄などの切削加工を高い発熱を伴なう高速で、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も、切刃部にチッピング（微少欠け）などの発生なく、すぐれた耐摩耗性を長期に亘って発揮するようになること。
以上（ａ）〜（ｃ）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、超硬基体の表面に、
（ａ）上側層として、０．５〜１５μｍの平均層厚を有するＡｌ２Ｏ３層、
（ｂ）下側層として、１〜１５μｍの平均層厚を有する（Ｚｒ，Ｔｉ）ＣＮ層、以上（ａ）および（ｂ）からなる硬質被覆層を化学蒸着してなる被覆超硬工具にして、
上記下側層を、層厚方向にそって、Ｚｒおよび窒素の最高含有点とＴｉおよび炭素の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Ｚｒおよび窒素の最高含有点から前記Ｔｉおよび炭素の最高含有点、前記Ｔｉおよび炭素の最高含有点から前記Ｚｒおよび窒素の最高含有点へＺｒとＴｉおよび窒素と炭素の含有量が連続的に変化する成分濃度分布構造を有し、
さらに、上記Ｚｒおよび窒素の最高含有点が、
組成式：（Ｚｒ１−Ｘ  ＴｉＸ  ）Ｎ１−ＹＣＹ（ただし、原子比で、Ｘは０．０２〜０．２０、Ｙは０．０２〜０．２０を示す）、
上記Ｔｉおよび炭素の最高含有点が、
組成式：（Ｔｉ１−Ａ  ＺｒＡ  ）Ｃ１−Ｂ  ＮＢ（ただし、原子比で、Ａは０．０２〜０．２０、Ｂは０．０２〜０．２０を示す）、
を満足し、かつ隣り合う上記Ｚｒおよび窒素の最高含有点と上記Ｔｉおよび炭素の最高含有点の間隔が、０．０１〜０．２μｍである、
高速重切削条件で硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性および耐チッピング性を発揮する被覆超硬工具に特徴を有するものである。
【００１１】
つぎに、この発明の被覆超硬工具において、これを構成す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）下側層におけるＺｒおよび窒素の最高含有点
上記の通り硬質被覆層の下側層を構成する（Ｚｒ，Ｔｉ）ＣＮ層においては、厚さ方向に沿ってＺｒおよび窒素の最高含有点を繰り返し形成して層自体の高温強度を向上させ、同じくＴｉよび炭素の最高含有点を繰り返し形成して層自体の高温硬さを向上させるものであり、したがってＺｒおよび窒素の最高含有点では高温強度が著しく向上したもになるので、高い機械的衝撃を伴なう重切削でのチッピングの発生抑制効果が十分に発揮されるようになるが、この場合Ｔｉおよび炭素の含有割合を示すＸ値およびＹ値がそれぞれ原子比で（以下、同じ）０．０２未満になると、実質的にＺｒと窒素で構成されるようになることから、所定の高温硬さを確保することができなくなり、高い高温硬さを有するＴｉと炭素の最高含有点が隣接して存在しても層自体の摩耗が促進するようになり、一方同Ｘ値およびＹ値が０．２０を越えると、高温強度が急激に低下し、チッピング発生の原因となることから、Ｘ値およびＹ値をいずれも０．０２〜０．２０と定めた。
【００１２】
（ｂ）下側層におけるＴｉおよび炭素の最高含有点
上記の通りＺｒおよび窒素の最高含有点は相対的にすぐれた高温強度を有するが、反面相対的に高温硬さの低いものであるため、このＺｒおよび窒素の最高含有点の高温硬さ不足を補う目的で、高温硬さの高いＴｉおよび炭素の最高含有点を厚さ方向に交互に介在させるものである。しかし、Ｚｒおよび窒素の含有割合を示すＡ値およびＢ値がそれぞれ０．０２未満になると、所定の高温強度を確保することができず、すぐれた高温強度を有するＺｒと窒素の最高含有点が隣接して存在してもチッピングが発生し易くなり、一方同Ａ値およびＢ値がそれぞれ０．２０を越えると、高温硬さを高い状態に保持することができなくなり、層自体の摩耗が促進するようになることから、Ａ値およびＢ値をいずれも０．０２〜０．２０と定めた。
【００１３】
（ｃ）下側層におけるＺｒおよび窒素の最高含有点とＴｉおよび炭素の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、この結果層に所望のすぐれた高温強度と高温硬さを確保することができなくなり、またその間隔が０．２μｍを越えるとそれぞれの点がもつ欠点、すなわちＺｒおよび窒素の最高含有点であれば高温硬さ不足、Ｔｉおよび炭素の最高含有点であれば高温強度不足が層内に局部的に現れ、これが原因で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０．０１〜０．２μｍと定めた。
【００１４】
（ｄ）下側層の平均層厚
その平均層厚が１μｍ未満では、硬質被覆層に上記下側層のもつ一段とすぐれた高温強度および高温硬さを十分に具備せしめることができず、この結果上側層であるＡｌ２Ｏ３層が存在しても、硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性および耐チッピング性を発揮することができず、一方その平均層厚が１５μｍを越えると切刃部にチッピング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。
【００１５】
（ｅ）上側層の平均層厚
硬質被覆層は、上記の通り下側層のもつすぐれた高温強度および高温硬さと、上側層であるＡｌ２Ｏ３層のもつすぐれた高温耐酸化性とによって、各種の鋼や鋳鉄などの切削加工を高い発熱を伴なう高速で、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も、すぐれた耐摩耗性および耐チッピング性を発揮するようになるものであるが、その平均層厚が０．５μｍ未満では、硬質被覆層にＡｌ２Ｏ３層のもつすぐれた高温耐酸化性を十分に具備せしめることができず、この結果硬質被覆層の摩耗抑制効果が十分に発揮されず、一方その平均層厚が１５μｍを越えると切刃部にチッピングが発生し易くなることから、その平均層厚を０．５〜１５μｍと定めた。
【００１６】
【発明の実施の形態】
つぎに、この発明の被覆超硬工具を実施例により具体的に説明する。
原料粉末として、平均粒径：６．５μｍを有する粗粒ＷＣ粉末、同３．５μｍを有する中粒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２．３μｍのＣｒ３Ｃ２粉末、同１．０μｍの（Ｔｉ，Ｗ）ＣＮ（質量比で、ＴｉＣ／ＴｉＮ／ＷＣ＝２４／２０／５６）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１に示される配合組成に配合し、ボールミルで７２時間混合し、減圧乾燥した後、１００ＭＰａ  の圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を、表面部にＣｏ富化層を形成するものについては１３．３Ｐａ、そして全体に亘って均一組織を有するものについては６．７Ｐａの真空中、温度：１４３０℃に１時間保持の条件で焼結し、焼結後、切刃部分にＲ：０．０８のホーニング加工を施してＩＳＯ規格・ＣＮＭＧ１６０６１２のチップ形状をもったＷＣ基超硬合金製の超硬基体Ａ１〜Ａ１０を形成した。
【００１７】
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２４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：０．１０のホーニング加工を施してＩＳＯ規格・ＣＮＭＧ１６０６１２のチップ形状をもったＴｉＣＮ系サーメット製の超硬基体Ｂ１〜Ｂ６を形成した。
【００１８】
つぎに、上記の超硬基体Ａ１〜Ａ１０およびＢ１〜Ｂ６のそれぞれを、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した後、図１に示される化学蒸着装置内に、第２図に示される超硬基体支持パレットの位置決め穴に載置した状態で装入し、まず、装置内をヒーターで９００℃に加熱したところで、ＴｉＣｌ４：４．２％、Ｎ２：３０％、Ｈ２：残りからなる組成を有する反応ガスを反応ガス吹き出し管を通して導入して、装置内の反応雰囲気圧力を３０ｋＰａとし、この状態で３０分間保持して前記超硬基体表面に、下地密着層として０．３μｍの平均層厚をもった窒化チタン（ＴｉＮ）層を形成し、ついで、同じく装置内の雰囲気温度をヒーターにて加熱して１０２０℃とした後、図３に示される反応ガス組成自動制御システムの反応ガス組成および流量中央制御装置に、過去の実績にデータにしたがって、表３に示されるＺｒおよび窒素の最高含有点の目標組成、さらにＴｉおよび炭素の最高含有点の目標組成に対応する反応ガス組成、前記Ｚｒおよび窒素の最高含有点とＴｉおよび炭素の最高含有点間のＺｒとＴｉおよび窒素と炭素の含有割合の連続変化に対応する反応ガス組成、さらに表４，６に示される前記両点間の目標間隔および下側層の目標層厚をインプットし、この反応ガス組成および流量中央制御装置からの信号にしたがって作動するコントロールバルブ内蔵の原料ガス流量自動制御装置を通して、原料ガスであるＨ２ガス、Ｎ２ガス、ＣＨ４ガス、ＴｉＣｌ４ガス、およびＺｒＣｌ４ガス（この場合、前記ＴｉＣｌ４ガスは図示の通り流量制御されたＨ２ガスをキャリアガスとしてＴｉＣｌ４ガス気化器に送り、ここで液体から気化されたＴｉＣｌ４と共に原料ガス流量自動制御装置に送られ、また前記ＺｒＣｌ４ガスは、ＺｒＣｌ４発生器で金属Ｚｒと流量制御されたＨＣｌガスを反応させることにより形成される）を、それぞれのガス流量を自動制御しながら、図１の化学蒸着装置の反応ガス吹き出し管から装置内に導入し（装置内の反応雰囲気圧力は常に７ｋＰａに保持される）、もって前記超硬基体の表面に、層厚方向に沿って表３，４に示される目標組成のＺｒおよび窒素の最高含有点と、目標組成のＴｉおよび炭素の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Ｚｒおよび窒素の最高含有点から前記Ｔｉおよび炭素の最高含有点、前記Ｔｉおよび炭素の最高含有点から前記Ｚｒおよび窒素の最高含有点へＺｒとＴｉおよび窒素と炭素の含有割合がそれぞれ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に示される目標層厚の（Ｚｒ，Ｔｉ）ＣＮ層からなる下側層を蒸着形成し、引き続いて装置内の雰囲気温度を１０５０℃に昇温し、容量％で、：ＡｌＣｌ３：４．２％、ＣＯ２：１２％、ＨＣｌ：３．５％、Ｈ２：残り、からなる反応ガスを導入し、雰囲気圧力を７ｋＰａに保持した状態で、同じく表３，４に示される目標層厚のＡｌ２Ｏ３層からなる上側層を蒸着形成することにより、本発明被覆超硬工具としての本発明表面被覆超硬合金製スローアウエイチップ（以下、本発明被覆超硬チップと云う）１〜１６をそれぞれ製造した。
【００１９】
また、比較の目的で、上記の超硬基体Ａ１〜Ａ１０およびＢ１〜Ｂ６を、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した後、同じくそれぞれ図１，２に示される化学蒸着装置に装入し、上記したＴｉＮ層形成条件と同じ条件で下地密着層として０．３μｍの平均層厚を有するＴｉＮ層を形成し、ついで反応雰囲気温度を１０２０℃に昇温した後、それぞれ表５に示される目標組成の（Ｚｒ，Ｔｉ）ＣＮ層の形成に対応するようにＺｒＣｌ４、ＴｉＣｌ４、ＣＨ４、Ｎ２、およびＨ２をそれぞれ所定割合に配合してなる反応ガスを反応ガス吹き出し管から導入し、反応雰囲気圧力を７ｋＰａに一定とした条件で、前記超硬基体Ａ１〜Ａ１０およびＢ１〜Ｂ６のそれぞれの表面に、表５に示される目標組成および目標層厚を有し、かつ層厚方向に沿って実質的に組成変化のない（Ｚｒ，Ｔｉ）ＣＮ層からなる下側層を蒸着形成し、引き続いて上記したＡｌ２Ｏ３層形成条件と同じ条件で表５に示される目標層厚のＡｌ２Ｏ３層からなる上側層を蒸着形成することにより、比較被覆超硬工具としての比較表面被覆超硬合金製スローアウエイチップ（以下、比較被覆超硬チップと云う）１〜１６をそれぞれ製造した。
【００２０】
つぎに、上記本発明被覆超硬チップ１〜１６および比較被覆超硬チップ１〜１６について、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・ＳＣＭ４４０の丸棒、
切削速度：５００ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：３ｍｍ、
送り：０．５ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：５分、
の条件での合金鋼の乾式連続高速高送り切削加工試験（通常の切削速度は２５０ｍ／ｍｉｎ．、同送り量は０．３ｍｍ／ｒｅｖ．）、
被削材：ＪＩＳ・Ｓ２５Ｃの長さ方向等間隔４本縦溝入り丸棒、
切削速度：４００ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：５ｍｍ、
送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：５分、
の条件での炭素鋼の乾式断続高速高切り込み切削加工試験（通常の切削速度は２００ｍ／ｍｉｎ．、同切り込み量は３ｍｍ）、さらに、
被削材：ＪＩＳ・ＦＣ３００の丸棒、
切削速度：５５０ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：５ｍｍ、
送り：０．２５ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：５分、
の条件での鋳鉄の乾式連続高速高切り込み切削加工試験（通常の切削速度は２５０ｍ／ｍｉｎ．、同切り込み量は３ｍｍ）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６に示した。
【００２１】
【表１】
2005034912.tif 000002
【００２２】
【表２】
2005034912.tif 000003
【００２３】
【表３】
2005034912.tif 000004
【００２４】
【表４】
2005034912.tif 000005
【００２５】
【表５】
2005034912.tif 000006
【００２６】
【表６】
2005034912.tif 000007
【００２７】
この結果得られた本発明被覆超硬チップ１〜１６および比較被覆超硬チップ１〜１６を構成する硬質被覆層について、厚さ方向に沿ってＺｒ、Ｔｉ、窒素、および炭素の含有量をオージェ分光分析装置を用いて測定したところ、本発明被覆超硬チップ１〜１６の硬質被覆層では、Ｚｒおよび窒素の最高含有点と、Ｔｉおよび炭素の最高含有点とがそれぞれ目標値と実質的に同じ組成および間隔で交互に繰り返し存在し、かつＺｒおよび窒素の最高含有点からＴｉおよび炭素の最高含有点、前記Ｔｉおよび炭素の最高含有点からＺｒおよび窒素の最高含有点へＺｒとＴｉおよび窒素と炭素の含有割合がそれぞれ連続的に変化する成分濃度分布構造を有することが確認され、また、硬質被覆層の下側層および上側層の平均層厚も目標層厚と実質的に同じ値を示した。一方前記比較被覆超硬チップ１〜１６の硬質被覆層を構成する（Ｚｒ，Ｔｉ）ＣＮ層からなる下側層では厚さ方向に沿って組成変化が見られず、かつ目標組成と実質的に同じ組成および目標層厚と実質的に同じ平均層厚を示し、また上側層のＡｌ２Ｏ３層でも同じ結果を示すことが確認された。
【００２８】
【発明の効果】
表３〜６に示される結果から、硬質被覆層の下側層である（Ｚｒ，Ｔｉ）ＣＮ層が層厚方向に、すぐれた高温強度を有するＺｒおよび窒素の最高含有点とすぐれた高温硬さを有するＴｉおよび炭素の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Ｚｒおよび窒素の最高含有点から前記Ｔｉおよび炭素の最高含有点、前記Ｔｉおよび炭素の最高含有点から前記Ｚｒおよび窒素の最高含有点へＺｒとＴｉおよび窒素と炭素の含有割合がそれぞれ連続的に変化する成分濃度分布構造を有する本発明被覆超硬チップ１〜１６は、いずれも同上側層であるＡｌ２Ｏ３層の有するすぐれた高温耐酸化性と相俟って、各種の鋼や鋳鉄などの切削加工を、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も、硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性と耐チッピング性を発揮するのに対して、硬質被覆層を構成する下側層の（Ｚｒ，Ｔｉ）ＣＮ層が層厚方向に沿って実質的に組成変化のない比較被覆超硬チップ１〜１６においては、高い発熱および機械的衝撃を伴う高速重切削条件では、特に高温強度不足が原因でチッピングが発生し、十分な高温硬さを具備しないことと相俟って、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、この発明の被覆超硬工具は、通常の条件での切削加工は勿論のこと、特に各種の鋼や鋳鉄などの切削加工を、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も、すぐれた耐摩耗性と耐チッピング性を発揮し、長期に亘ってすぐれた切削性能を示すものであるから、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】被覆超硬工具を構成する硬質被覆層を形成するのに用いられている化学蒸着装置を例示する概略縦断面図である。
【図２】化学蒸着装置の構造部材である超硬基体支持パレットを示し、（ａ）が概略斜視図、（ｂ）が概略平面図である。
【図３】この発明の被覆超硬工具の硬質被覆層を構成する下側層の形成に用いられる反応ガス組成自動制御システムである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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