(57)【要約】      （修正有）【課題】刃先温度が非常に高温となる切削条件においても、長時間加工することが可能な表面被覆切削工具を提供する。【解決手段】基材上に被覆層を具える表面被覆切削工具であって、前記被覆層は、固体蒸発源を用いて成膜された酸素原子を含有する酸化物層を一層以上具える。この酸化物層のうち、少なくとも一層は、基材から離れる側の表面において、基準長さを30μmとしたとき、この基準長さ内の面粗度がRmaxで0.3μm以上とする。このような微細な凹凸を具える酸化物層を具えることで、被削材との切削抵抗を低減し、被膜の剥離を抑制する。【選択図】図１
2005262355.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材上に被覆層を具える表面被覆切削工具であって、
前記被覆層は、
固体蒸発源を用いて成膜された酸素原子を含有する酸化物層を一層以上具え、
前記酸化物層のうち、少なくとも一層は、
基材から離れる側の表面において、基準長さを30μmとしたとき、この基準長さ内の面粗度がRmaxで0.3μm以上であることを特徴とする表面被覆切削工具。
【請求項２】
酸化物層は、Al、Zr、Si、Cr、Ti、及びBの少なくとも1種を含むことを特徴とする請求項1に記載の表面被覆切削工具。
【請求項３】
酸化物層は、α型アルミナを少なくとも一部に含有することを特徴とする請求項1に記載の表面被覆切削工具。
【請求項４】
前記面粗度を満たす酸化物層の厚みが0.01〜5μmであることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
【請求項５】
被覆層は、周期律表IVa、Va、VIa、Al、Si、及びBの少なくとも1種の元素の窒化物、同元素の炭化物、及び同元素の炭窒化物のいずれかからなる化合物膜を具え、
前記化合物膜は、基材と酸化物層との間に被覆されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
【請求項６】
化合物膜は、酸化物層の上に被覆されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
【請求項７】
被覆層の合計厚みが0.01〜15μmであることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
【請求項８】
基材は、WC基超硬合金、サーメット、高速度鋼、セラミックス、立方晶型窒化硼素焼結体、ダイヤモンド焼結体、窒化硅素焼結体、及び酸化アルミニウムと炭化チタンとを含む焼結体から選択された1種であることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
【請求項９】
表面被覆切削工具は、ドリル、エンドミル、フライス加工用刃先交換型チップ、旋削用刃先交換型チップ、メタルソー、歯切工具、リーマ、及びタップから選択された1種であることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
【請求項１０】
被覆層は、物理的蒸着法により被覆されたことを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
【請求項１１】
物理的蒸着法がアンバランスドマグネトロンスパッタ法又はアーク式イオンプレーティング法であることを特徴とする請求項10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】
本発明は、基材表面に被覆層を具える表面被覆切削工具に関する。特に、断続切削、重切削、高速切削に代表される高能率切削やドライ加工などの刃先温度が非常に高温となる切削条件においても、長時間加工することが可能な表面被覆切削工具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近の切削工具の動向として、地球環境保全の観点から切削油剤を用いないドライ加工が求められていること、被削材が多様化していること、加工能率を一層向上させるために切削速度がより高速になってきていることなどから、工具の刃先温度はますます高温になる傾向にある。その結果、工具寿命が短くなるため、工具材料に要求される特性は厳しくなる一方である。
【０００３】
そこで、耐摩耗性及び表面保護機能を改善するため、切削工具や耐摩耗工具として、WC基超硬合金、サーメット、立方晶型窒化硼素焼結体、高速度鋼などからなる基材表面にAlTiSi系の窒化物や炭窒化物からなる被覆層を具えたものが知られている(特許文献1参照)。このAlTiSi系化合物からなる被覆層は、従来のTiNやTiCNに比べて高耐熱性を有する。しかし、現在求められている高速、高能率な切削の場合、切削点での温度が900℃近くまで達する。このような非常に高温となる環境下では、上記AlTiSi系化合物膜であっても、酸化されて硬度及び強度が劣化してしまうことがある。
【０００４】
上記のような極めて高温となる環境下に対応するために、化学的蒸着法(CVD法)によってα型アルミナ(酸化アルミニウム)を基材表面に被覆した工具が提案されている(例えば、特許文献2参照)。α型アルミナは、1000℃以上の温度においても結晶構造が安定であるため、耐熱性に優れる。しかし、CVD法は、(1)1000℃近い温度環境下で成膜が行われるため、基材に対するダメージが大きい(基材の強度が極端に劣化する)、(2)被膜に引っ張りの残留応力が残るため、膜強度及び破壊靭性値が低くチッピングや欠損が生じやすい、などといった問題がある。このような工具は、特に、大きな衝撃が繰り返し与えられる断続切削には不向きである。
【０００５】
上記問題に対して、被膜に圧縮の残留応力を付与できるPVD法によってアルミナを成膜することが考えられる(例えば、特許文献3参照)。特許文献3実施例では、成膜温度を780℃以上としており、成膜温度を1000℃以上とするCVD法と比較して成膜温度が低いため、基材へのダメージを低減できると共に、圧縮の残留応力を付与するため、チッピングや欠損の発生も低減できる。
【０００６】
【特許文献１】特開平7-310174号公報
【特許文献２】欧州特許出願公開第693574号明細書
【特許文献３】特開平7-41963号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のように特許文献3に開示される技術は、PVD法でアルミナを被覆することで、耐熱性に優れると共に、基材へのダメージや靭性の低下なども低減することができる。しかし、この被膜では、基材との密着力が低いという問題がある。また、アルミナからなる被膜に加えて多種の被膜を具えた複数層からなる被覆層とした場合、他の被膜との密着力が低いという問題がある。このように密着力が低いため、使用時に容易に膜剥離が生じてしまい、未だ市場要求に十分応えられていない。
【０００８】
そこで、本発明の主目的は、耐剥離性に優れ、高発熱切削においても優れた切削性能を有する表面被覆切削工具を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
即ち、本発明は、基材上に被覆層を具える表面被覆切削工具であって、前記被覆層として、固体蒸発源を用いて成膜された酸素原子を含有する酸化物層を一層以上具える。そして、この酸化物層のうち、少なくとも一層は、基材から離れる側の表面において、基準長さを30μmとしたとき、この基準長さ内の面粗度がRmaxで0.3μm以上であることを特徴とする。
【００１０】
発明者らが種々検討した結果、固体蒸発源を用いて酸化物被膜を設けると共に、この酸化物被膜の基材から離れる側の表面に微視的な凹凸が存在した場合、切削時の刃先温度を低下させることができ、結果として、鋼などの被削材に超高速切削や高速ドライ加工といった過酷な切削条件で切削を行っても切削性能を向上させることができる、との知見を得た。具体的には、超高速切削や高速ドライ加工などでも、チッピングや欠損、膜剥離などが生じにくく、非常に優れた耐摩耗性を有することがわかった。
【００１１】
上記の正確な理由は不明であるが、以下のように推測している。酸素原子を含有した酸化物被膜、例えば、アルミナ膜は、耐熱性に優れ、被削材に多く用いられている鉄との反応性が極めて低いため、被覆層として有効に機能する。しかし、CVD法のように気相合成した場合と比較して、固体蒸発源を用いて被覆した被膜は、成膜温度が低いため、基材や他の被膜との密着力の点で劣る。ところが上記酸化物被膜を最外層とし、この被膜において基材から離れる側の表面に微視的凹凸が存在した場合、被削材との擦過部分が面接触主体から点接触主体になる。その結果、被削材との切削抵抗が低減して、膜剥離を抑制したと考えられる。また、上記酸化物被膜の上に他の被膜が存在する場合、酸化物被膜の表面にある微細な凹凸が他の被膜中に侵入することで凸部が被覆層のアンカー作用をもち、この作用により物理的に強固に他の被覆と密着して、膜剥離を抑制したと考えられる。
【００１２】
以下、本発明をより詳しく説明する。
(被覆層)
＜酸化物層＞
基材上に具える被覆層には、酸素原子を含有する酸化物層を一層以上具える。即ち、被覆層は、酸化物層を一層のみ具える単層としてもよいし、酸化物層を複数具える複数層としてもよい。また、後述するように酸化物層に加えて酸化物層以外の被膜を具えた複数層としてもよい。
【００１３】
そして、本発明では、上記酸化物層のうち、少なくとも一層は、基材から離れる側の表面において、基準長さを30μmとしたとき、この基準長さ内の面粗度がRmaxで0.3μm以上とする。本発明者らは、酸化物層において種々の凹凸状態を形成して調べたところ、上記面粗度を満たすとき、鋼(被削材)の超高速切削やドライ切削加工において、膜剥離を起こしにくく、非常に優れた耐摩耗性を示すことを見出した。具体的には、上記面粗度を満たす酸化物層を最外層とする場合、被削材との切削抵抗を低減して、耐剥離性を高めることができ、同酸化物層を内層としその他の被膜をこの酸化物層の上に被覆する場合、他の被膜との密着性を向上して、耐剥離性を高めることができた。従って、本発明は、上記のように面粗度を規定する。
【００１４】
上記面粗度は、ダイヤモンド砥石やダイヤモンド砥粒による表面処理(傷つけ処理)などにて形成される巨視的な凹凸ではなく、微小区間内における微細な凹凸を測定したものである。Rmaxの観察方法としては、例えば、被覆後、被覆層の断面をラッピング観察して写真撮影を行い、酸化物層が最外層のときはその表面において、酸化物層が内層のときは酸化物層の上に被覆されたその他の被膜と酸化物層との境界面において、面粗度計算を行うことが挙げられる。このとき、巨視的なうねりは、直線近似して計算してもよい。また、酸化物層が最外層のとき、擬似的に酸化物層の上にTiN被膜を低温で被覆してから、上記酸化物層が内層のときと同様にして面粗度を算出してもよい。
【００１５】
上記面粗度は、例えば、被覆層(特に、酸化物層)の膜厚や、被覆層(特に、酸化物層)の成膜条件、具体的には、成膜温度やバイアス電圧、サンプル(基材)とターゲット(固体蒸発源)間の距離などを変化させることで制御することができる。面粗度を0.3μm以上にするには、例えば、膜厚をより厚くしたり、成膜温度をより高めにしたり、サンプルとターゲット間の距離をより短くすることが挙げられる。また、凹凸が大きいほど、即ち、面粗度が大きいほど、耐摩耗性を向上することができて好ましいが、大きすぎると切削時、被削材が溶着し易くなる。従って、面粗度はRmaxで3μm以下、特に2μm以下とすることが好ましい。
【００１６】
酸化物層が一層のみの場合、その層が上記面粗度を満たせばよい。また、酸化物層が複数存在する場合、酸化物層のうち少なくとも一層が上記面粗度を満たしていればよく、全ての酸化物層が上記面粗度を満たす場合、切削性能をより向上できて好ましい。
【００１７】
本発明において上記酸化物層は、固体蒸発源を用いて成膜する。固体蒸発源を用いた成膜方法は、CVD法などの気相合成と比較して成膜温度を低くすることができるため、基材へのダメージを低減することができる。より具体的な成膜方法としては、高強度な被膜、特に、酸素を含有した被膜を形成可能な成膜プロセスを具える方法、例えば、物理的蒸着法(PVD法)を用いることが好適である。PVD法には、スパッタリング法、イオンプレーティング法などがあるが、特に、原料元素のイオン率が高いアンバランスドマグネトロンスパッタ法(神戸製鋼所技報  Vol.50  No.2(Sep.2000)参照、以下、UBMスパッタ法と呼ぶ)、デュアルマグネトロンスパッタ法やカソードアークイオンプレーティングが適していることがわかった。なお、PVD法による被膜は、例えば、膜表面のモフォロジーを調べたり、X線回折により判別することが可能である。
【００１８】
酸化物層は、Al、Zr、Si、Cr、Ti、及びBの少なくとも1種を含むことが好ましい。このとき、特に優れた切削性能を示すことがわかった。この理由は、下記のように推測している。Zrを含む場合、Zr酸化物は、熱伝導性が悪いため、被膜の耐熱遮断性が向上して、高温での基材変形が抑制されると考えられる。Si、Tiを含む場合、被膜硬度が向上し、その結果、耐摩耗性が向上すると考えられる。Cr、Bを含む場合、被膜の耐溶着性能が向上し、特に被膜の耐剥離性が向上すると考えられる。そして、Alを含む場合、Al酸化物(アルミナ)は、耐熱性に優れるため、高発熱環境下であっても、優れた耐摩耗性を有すると考えられる。
【００１９】
上記酸化物層の組織構造は、非晶質構造でもよいが、α型やγ型に代表される結晶構造の方が耐摩耗性に優れる。特に、α型アルミナを少なくとも一部に含有した酸化物層の場合、耐摩耗性の高さは秀一であった。これは、被膜の高硬度化に起因していると考えられる。α型アルミナの含有は、一層の酸化物層において部分的に含んでいてもよいし、一層全てをα型アルミナとしてもよい。前者の場合、例えば、α型アルミナとγ型アルミナとの混合としてもよい。従って、被覆層に酸化物層を複数具える場合、全ての酸化物層をα型アルミナとしてもよいし、全ての酸化物層において部分的にα型アルミナを含んでいてもよいし、一部の酸化物層をα型アルミナとしてもよいし、一部の酸化物層において部分的にα型アルミナを含んでいてもよい。上記組織構造は、公知の方法によって形成することができる。なお、組織構造は、例えば、TEM観察、X線回折により測定することができる。
【００２０】
上記面粗度を満たす酸化物層の厚みは、0.01〜5μmが好ましい。厚みが0.01μm未満では、耐摩耗性の向上が得られにくく、5μmを越えると被膜中の残留応力が大きくなり過ぎて、基材や他の被膜との密着強度が低下し易くなる。特に好ましくは、0.2μm以上である。厚みは、成膜時間を変化させることで制御することができる。なお、上記面粗度を満たす酸化物層が複数存在する場合、合計厚さが上記範囲(0.01〜5μm)を満たすようにすることが好ましい。
【００２１】
＜化合物膜＞
被覆層は、上記酸化物層に加えて、その他の被膜を具えていてもよい。具体的には、周期律表IVa、Va、VIa、Al、Si、及びBの少なくとも1種の元素の窒化物、周期律表IVa、Va、VIa、Al、Si、及びBの少なくとも1種の元素の炭化物、及び周期律表IVa、Va、VIa、Al、Si、及びBの少なくとも1種の元素の炭窒化物のいずれかからなる化合物膜が挙げられる。特に、Tiを含む化合物膜は、耐摩耗性に優れて好ましい。具体的には、TiAlSiN、TiSiN、TiCN、TiAlN、TiAlCN、TiSiCrN、TiZrN、TiNなどが挙げられる。
【００２２】
上記化合物膜は、硬度が高いものの上記酸化物層に比較して高温での耐酸化特性が劣るが、基材と酸化物層との間に設けた場合、基材と酸化物層との密着性を高めることができるため、被膜の耐剥離性の向上という観点から好ましい。また、酸化物層を内層として酸化物層の上に設けた場合、例えば、最外層とした場合、化合物膜表面からの酸素の拡散が抑制され、高温においても優れた耐摩耗性を維持することができて好ましい。基材と酸化物層との間、及び酸化物層の上の双方に上記化合物膜を形成してももちろんよい。
【００２３】
これら化合物膜も上記酸化物層と同様にPVD法、特に、アンバランスドマグネトロンスパッタ法又はアーク式イオンプレーティング法により形成することが好ましい。化合物膜の厚みは、成膜時間を変化させることで制御することができる。
【００２４】
被覆層の合計厚みは、0.01〜15μmが好ましい。特に、上記酸化物層及び化合物膜を具える場合、その合計厚みは、0.1〜15μm以下が好ましい。0.1μm未満では、化合物膜を具えた効果、具体的には耐摩耗性や耐剥離性の向上が得られにくく、15μmを超えると被覆層中の残留応力が大きくなり過ぎて、基材との密着強度が低下し易くなる。特に好ましくは、1μm以上5μm以下である。
【００２５】
(基材)
基材は、WC基超硬合金、サーメット、高速度鋼、セラミックス、立方晶型窒化硼素焼結体、ダイヤモンド焼結体、窒化硅素焼結体、酸化アルミニウムと炭化チタンとを含む焼結体のいずれかから構成されたものが好ましい。公知の組成のものを利用してもよい。セラミックスとしては、例えば、炭化硅素、窒化硅素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウムなどが挙げられる。
【００２６】
本発明工具は、ドリル、エンドミル、フライス加工用刃先交換型チップ、旋削用刃先交換型チップ、メタルソー、歯切工具、リーマ及びタップから選択された1種に使用することが適する。
【発明の効果】
【００２７】
上記構成を具える本発明表面被覆切削工具は、基材強度の低下を低減すると共に耐熱特性及び耐剥離性に優れた被覆層を具えることで、切削性能、特に高い耐摩耗性を有することができるという特有の効果を奏する。そのため、本発明切削工具は、断続切削、重切削、高速切削やドライ加工などといった刃先温度が非常に高温となる切削条件、例えば、旋削加工では切削速度250m/min以上、特に300m/min以上といった超高速切削においても、優れた耐摩耗性を示し、長時間加工することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【実施例１】
【００２９】
JIS規格：SNG432形状、JIS規格：P30超硬合金製の切削チップ(住友電工ハードメタル(株)  A30N)を用意し、このチップ基材の表面に表1に示す被覆層を具える刃先交換型チップを作製した。
【００３０】
【表１】
2005262355.tif 000003
【００３１】
本例において、被覆層の形成は、アンバランストマグネトロンスパッタ法(UBMスパッタ法)にて行ったが、冷陰極アーク式のイオンプレーティング法やデュアルマグネトロンスパッタ法などでもよい。具体的な形成手順には、以下の通りである。
【００３２】
図1は、成膜装置の概略構成を示す模式図である。図1に示す成膜装置5内に複数のアーク蒸発源1、2及びアンバランスドマグネトロンスパッタ蒸発源(以下、UBMスパッタ源と呼ぶ)3、4を配置し、蒸発源1〜4間の中心点Cを中心としてこれら蒸発源1〜4間で回転可能な基材保持具8に基材9(上記切削チップ)を装着する。本例では、アーク蒸発源1、2に所定の金属材料(例えば、Ti、Cr、Alなど)をセットし、UBMスパッタ源3にAl(アルミニウム)、UBMスパッタ源4に所定の金属材料(例えば、Al、Zr、Si、Cr、Ti、TiB2など)をセットした。
【００３３】
ヒータ6にて基材9を510℃まで加熱させながら成膜装置5内を真空度1×10-3Pa以下に真空引きする。その後、ガス導入口7aからAr(アルゴン)ガスを導入して成膜装置5内を3Paの真空度に保ちながら基材9に−950Vの電圧をかけ、Arガス中でグロー放電を発生させてArイオンによる基材9表面のクリーニング処理を行う。その後、Arガスを排気し、引き続き基材9に−50Vのバイアス電圧をかけながら、N2(窒素)ガス、CH4(メタン)ガス、及びO2(酸素)ガスの少なくとも1種の反応ガスをガス導入口7bから導入した状態で、アーク電流100Aにてアーク蒸発源1、2を真空アーク放電させて、所定の金属材料をイオン化させ、適宜基材9上に内層(試料No.19では外層)を形成する。内層を設けていない試料では、Arガス排気後、内層形成工程を行っていない。
【００３４】
次に、表1に示す成膜温度環境下で酸化物層の成膜を行う。基材バイアスとして−100VのパルスDC(パルス周波数250kHz、ON時間及びOFF時間とも2μsec.)を印加した状態で、45SCCMのO2ガス及び370SCCMのArガスを成膜装置5内に導入し、成膜装置5内の圧力を1.1Paにした状態で、UBMスパッタ源3、4の少なくとも一方を放電させて表1に示す酸化物層を形成する。UBMスパッタ源の電源は、パルスDC(パルス周波数100kHz、ON時間：8μsec.及びOFF時間：2μsec.)を用い、スパッタ電力を2.8kWとした。
【００３５】
更に、外層を設けた試料は、上記酸化物層形成後、上記内層形成工程と同様に、基材9に−50Vのバイアス電圧をかけながら、N2(窒素)ガス、及びCH4(メタン)ガスの少なくとも1種の反応ガスをガス導入口7bから導入した状態で、アーク電流100Aにてアーク蒸発源1、2を真空アーク放電させて、所定の金属材料をイオン化させ、適宜基材9上に外層を形成した。上記成膜工程により、基材上に被覆層を具える被覆チップを得た。
【００３６】
得られた各被覆チップについて、被覆層を構成する各層の厚さ及び組成を調べた。また、各被覆チップの酸化物層について、基材から離れる側の面粗度(Rmax)、組織構造を調べた。その結果を表1に示す。各層の厚さは、断面を顕微鏡写真で観察することで求めた。各層の組成は、XPSによって測定した。本例において酸化物層の組織構造は、X線回折装置を用いてX線入射角を1°に固定した薄膜法によりX線回折パターンを得て同定したが、TEM装置を用いて、電子線回折パターンを得て同定してもよい。表1において、非晶質構造のものは「非晶質」、α型構造のものは「α型」、γ型構造のものは「γ型」、α型構造とγ型構造とが混在する構造のものは「α型+γ型」と示す。酸化物層の面粗度は、各被覆チップを切断後、鏡面ラッピングを行い、基材から離れる側の表面において、基準長さを30μmとし、この基準長さ内の微小な凹凸のRmaxを測定して得た。なお、巨視的なうねりは、無視した。
【００３７】
各試料の被覆層を構成する各層の厚さは、成膜時間(放電時間)を変化させることで変えた。また、酸化物層において組織構造は、成膜温度を変化させることで、基材から離れる側にある表面の面粗度は、膜厚、成膜温度を変化させることで変化させた。
【００３８】
(試験例1)
上記被覆チップを一般的に用いられているホルダに取り付け、これら工具の切削評価を行った。評価は、下記の切削条件にて連続切削試験を行い、刃先の逃げ面摩耗幅(摩耗量)を測定することで行った。切削条件を表2に、逃げ面摩耗幅を表3に示す。
【００３９】
【表２】
2005262355.tif 000004
【００４０】
【表３】
2005262355.tif 000005
【００４１】
表3から明らかなように、酸化物層が所定の面粗度である試料No.1〜16の被覆チップは、300m/minといった超高速のドライ加工といった高発熱切削であっても、膜剥離を生じることなく、優れた耐摩耗性を有することがわかる。また、これらの試料は、成膜温度が比較的低温であるため、基材へのダメージも低減することができた。更に、酸化物層は、結晶構造であるとより切削特性に優れ、特にα型構造が好ましいことがわかる。
【００４２】
(試験例2)
基材を下記に変えて、表1と同様の被覆層を形成して被覆チップを作製し、試験例1と同様の切削条件で切削試験を実施した。
1  JIS規格：P20サーメット製の切削チップ(住友電工ハードメタル(株)  T1200A)
2  アルミナ-TiC焼結体製の切削チップ(住友電工ハードメタル(株)  NB90S)
3  アルミナ製の切削チップ(住友電工ハードメタル(株)  W80)
4  窒化珪素製の切削チップ(住友電工ハードメタル(株)  NS260)
その結果、酸化物層の面粗度が0.3μm以上である被覆チップは、同0.3μm未満の被覆チップと比較して、逃げ面摩耗幅が1/3以下程度であることが確認できた。このことから、上記と同様に超高速ドライ加工といった過酷な切削環境においても、工具寿命の向上を実現できることがわかる。
【００４３】
(試験例3)
基材をダイヤモンド焼結体製の切削チップ(住友電工ハードメタル(株)  DA2200)に変えて、表1と同様の被覆層を形成して被覆チップを作製し、切削試験を実施した。切削条件は、被削材をアルミシリコン合金(A390)に変更した以外は、試験例1と同様の条件とした。そして、試験例1と同様に刃先の逃げ面摩耗幅を測定した。その結果、上記試験例1、2と同様に、酸化物層の面粗度が0.3μm以上である被覆チップは、同0.3μm未満の被覆チップと比較して、逃げ面摩耗幅が1/3以下程度であることが確認できた。このことから、上記と同様に超高速ドライ加工といった過酷な切削環境においても、工具寿命の向上を実現できることがわかる。
【００４４】
(試験例4)
基材を立方晶型窒化硼素焼結体製の切削チップ(住友電工ハードメタル(株)  BN250)に変えて、表1と同様の被覆層を形成して被覆チップを作製し、切削試験を実施した。切削条件を以下に示す。
被削材：焼入鋼の1種であるSUJ2の丸棒(HRC62)の外周切削
切削速度：250m/min
送り0.1mm/rev.
切り込み：0.18mm
切削時間：50分
切削油：なし(乾式)
そして、試験例1と同様に刃先の逃げ面摩耗幅を測定した。その結果、上記試験例1〜3と同様に、酸化物層の面粗度が0.3μm以上である被覆チップは、同0.3μm未満の被覆チップと比較して、逃げ面摩耗幅が1/3以下程度であることが確認できた。このことから、上記と同様に超高速ドライ加工といった過酷な切削環境においても、工具寿命の向上を実現できることがわかる。
【実施例２】
【００４５】
実施例1と同様の製造方法により、リーマ(JISK10超硬合金)の基材上に表1に示す試料No.1、17〜19の被覆層を実施例1と同様にして形成し、被覆リーマを作製した。これら被覆リーマのそれぞれについて、鋳鉄(FC250)の穴開け加工を行い、その寿命評価を行った。切削条件は、リーマ径20mm、切削速度4.5m/min、送り0.42mm/刃、切り込み0.15mm、ウェット加工(切削油(水溶性エマルジョン)有り)とした。寿命評価は、被削材に開けた穴の寸法精度が規定の範囲を外れた時点を寿命とし、寿命となるまでの穴の個数を評価した。結果を表4に示す。
【００４６】
【表４】
2005262355.tif 000006
【００４７】
表4に示すように、試料No.1の被覆リーマは、試料No.17の被覆リーマと比較して、10倍以上の寿命を示すことが確認された。このように超高速切削加工といった過酷な切削環境においても、寿命を向上することができたのは、耐熱性に優れ、基材の強度の劣化が少ないと共に、被覆層の耐剥離性を向上したためであると考えられる。
【実施例３】
【００４８】
実施例1と同様の製造方法により、エンドミル(JISK10超硬合金)の基材上に表1に示す試料No.3、17〜19の被覆層を実施例1と同様にして形成し、被覆エンドミルを作製した。これら被覆エンドミルのそれぞれについて、鋳鉄(FCD450)のエンドミル側面削り加工(切削幅15mm)を行い、その寿命評価を行った。切削条件は、切削速度150m/min、送り0.04mm/刃、切り込み2mm、ウェット加工(切削油(水溶性エマルジョン)有り)とした。寿命評価は、側面削りの寸法精度が規定の範囲を外れた時点とし、寿命となるまでの切削長さを評価した。結果を表5に示す。
【００４９】
【表５】
2005262355.tif 000007
【００５０】
表5に示すように、試料No.3の被覆エンドミルは、試料No.17の被覆エンドミルと比較して、20倍以上の寿命を示すことが確認された。このように超高速切削加工といった過酷な切削環境においても、寿命を向上することができたのは、耐熱性に優れ、基材の強度の劣化が少ないと共に、被覆層の耐剥離性を向上したためであると考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は、高速、ドライ加工、断続切削、重切削といった刃先温度が高温となるような切削条件での切削加工に適する。特に、本発明は、例えば、旋削加工の場合、300m/min以上といった超高速切削加工において、優れた耐摩耗性を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】成膜装置の概略構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【００５３】
1,2  アーク蒸発源  3,4  UBMスパッタ源  5  成膜装置  6  ヒータ
7a,7b  ガス導入口  8  基材保持具  9  基材
【図１】
2005262355.tif 000008