(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
硬質合金表面に被覆層を設けた被覆硬質合金において、
前記被覆層は、硬質合金側から順に、０．１〜１０μｍの膜厚の内側層、１．５〜２０μｍの膜厚の中間層および２〜３０μｍの膜厚の外側層を具え、
この内側層は、周期律表ＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ族の炭化物、窒化物、ホウ化物、酸化物およびそれらの固溶体から選択された１種以上の層を含み、
前記中間層は、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムおよびそれらの固溶体から選択された１種以上の層を含み、
前記外側層は、柱状組織を有する炭窒化チタン層を含む、周期律表ＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ族の炭化物、窒化物、ホウ化物、酸化物およびそれらの固溶体ならびに酸化アルミニウムから選択された１種以上の層とを含み、
前記被覆硬質合金の断面組織において中間層の表層部の最大粗さＡｍａｘと外側層中における柱状組織を有する炭窒化チタン層の表層部の最大粗さＢｍａｘとの関係が式１を満たすことを特徴とする被覆硬質合金。
（Ｂｍａｘ／Ａｍａｘ）＜１  …式１
ただし、０．５μｍ＜Ａｍａｘ＜４．５μｍ
０．５μｍ≦Ｂｍａｘ≦４．５μｍ
【請求項２】
被覆硬質合金の断面組織において中間層の表層部の粗さの最大値Ａｍａｘと外側層中の柱状組織を有する炭窒化チタン層の表層部の粗さＢｍａｘとの関係が式２を満たすことを特徴とする請求項１に記載の被覆硬質合金。
（Ｂｍａｘ／Ａｍａｘ）＜０．８  …式２
【請求項３】
前記中間層の膜厚が５〜１５μｍ、前記外側層の膜厚が５〜２０μｍであることを特徴とする請求項１または２に記載の被覆硬質合金。
【請求項４】
前記外側層における柱状組織の炭窒化チタン層の式３に示す配向性指数ＴＣが，（２２０）面、（３１１）面、（３３１）面、（４２２）面のうちいずれかの面で最も大きく、その最大値が１．３以上３．５以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の被覆硬質合金。
【数１】
0004593852.tif 000010
Ｉ（ｈｋｌ）、Ｉ（ｈｘｋｙｌｚ）：測定された（ｈｋｌ）、（ｈｘｋｙｌｚ）面の回折強度
Ｉｏ（ｈｋｌ）、Ｉｏ（ｈｘｋｙｌｚ）：ＡＳＴＭ標準による（ｈｋｌ）、（ｈｘｋｙｌｚ）面のＴｉＣとＴｉＮの粉末回折強度の平均値
（ｈｋｌ）、（ｈｘｋｙｌｚ）：（１１１）、（２００）、（２２０）、（３１１）、（３３１）、（４２０）、（４２２）、（５１１）の８面
【請求項５】
前記外側層の柱状組織の炭窒化チタン層の（３１１）面および（４２２）面の配向性指数ＴＣが共に１．３以上３．５以下であることを特徴とする請求項４に記載の被覆硬質合金。
【請求項６】
前記中間層は実質的にα型酸化アルミニウムからなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の被覆硬質合金。
【請求項７】
前記α型酸化アルミニウムの式４に示す配向性指数ＴＣａが（０１２）面で１．３より大きいことを特徴とする請求項６に記載の被覆硬質合金。
【数２】
0004593852.tif 000011
Ｉ（ｈｋｌ）、Ｉ（ｈｘｋｙｌｚ）：測定された（ｈｋｌ）、（ｈｘｋｙｌｚ）面の回折強度
Ｉｏ（ｈｋｌ）、Ｉｏ（ｈｘｋｙｌｚ）：ＡＳＴＭ標準によるα結晶構造アルミナの（ｈｋｌ）、（ｈｘｋｙｌｚ）面の粉末回折強度
（ｈｋｌ）、（ｈｘｋｙｌｚ）：（０１２）、（１０４）、（１１０）、（１１３）、（０２４）、（１１６）の６面
【請求項８】
前記配向性指数ＴＣａが（１０４）面および（１１６）面で１．３より大きいことを特徴とする請求項７に記載の被覆硬質合金。
【請求項９】
前記中間層は、膜に垂直方向に亀裂を有し、その亀裂の中に外側層の第１層目の化合物が入り込んでいることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の被覆硬質合金。
【請求項１０】
前記硬質合金が炭化タングステンを主成分とし、周期律表ＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ族金属の炭化物、窒化物、炭窒化物及びそれらの固溶体（ＷＣを除く）から選択された少なくとも１種を含む硬質相と、鉄族金属から選択された少なくとも１種を含む結合相とからなる超硬合金であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の被覆硬質合金。
【請求項１１】
前記被覆層の最外表面の面粗さＣｍａｘが式５を満たすことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の被覆硬質合金。
Ｃｍａｘ／Ｂｍａｘ＜０．５…式５
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は被覆硬質合金に関するものである。特に、切削用工具に最適で、耐摩耗性・耐欠損性・耐溶着性及び耐剥離性に優れ、この優れた性能を長期にわたり発揮する被覆硬質合金に関するものである。
背景技術
硬質合金の外表面に切削特性を向上させるために、化学蒸着法または物理蒸着法を用い、炭化チタン、窒化チタン、炭窒化チタンあるいは酸化アルミニウム等の単層または多層で構成された被覆層を蒸着した被覆硬質合金工具が実用化され広く普及している。
このようなチタン系被覆膜は非酸化膜として耐摩耗性と耐欠損性向上に有用である。また、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムなどの酸化膜は化学的安定性、耐熱性に優れることから刃先温度が７００℃を超えるような温度域（高速切削領域）で使用する場合に有用とされている。
近年、工作機械の進歩、生産コストの低減、生産性向上などから切削加工の高速高能率化が高まり、また地球環境問題より切削油の低減を目的としたドライ加工に対する要求も高まっている。このような市場の動向から、切削工具の刃先は高温領域で使用されるケースが増加している。
そこで、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムなどの酸化膜を使用し、高温での化学的安定性、耐熱性に優れた膜を切削工具の外層に配置し、酸化膜を厚膜にすることにより工具寿命を延ばし、市場の動向に対応しようとしている。
しかしながら、酸化膜（特に酸化アルミニウム膜）の膜厚を１．５μｍ以上の厚膜にすると、被覆層を構成する酸化膜結晶粒の粗大化が進行し、工具表面は粒子サイズに応じた凹凸が形成される。このような工具表面の凹凸は、被削材の切り屑などにより局部的に応力が加わり摩耗を促進し、靭性を低下させる。また、凹凸部に切り屑が溶着し、その溶着部を起点に応力が加わり膜剥離もしくは欠損を引き起こし、切削工具の寿命を低下させる原因となっている。
これに対し特公平５−４９７５０号公報では、酸化アルミニウム膜を何層かに分割することにより、結晶粒の粗大化を防ぐ方法が提案されている。この方法によれば確かに酸化アルミニウムは微粒化できるが、その反面、酸化アルミニウム膜と他物質膜との界面が増えるため、その界面での剥離が生じ易く、その剥離部分から急激に損傷が進行して工具寿命を低下させていた。
また、特開平５−５７５０７号公報では、このような酸化膜の凹凸を工具の刃先部だけを研摩加工で滑らかにし、工具寿命の延命がなされている。この方法では確かに刃先部に関しては寿命の延命が可能であるが、すくい面部分の凹部などの研摩加工の施せない部分では、上記のような酸化膜の凹凸部が残ってしまい、クレータ摩耗などの摩耗を急激に進行させ、工具寿命を低下させていた。
一方、高強度膜として特開平１１−１２４６７２号公報では、外層にα型酸化アルミニウムを使用して配向性を規定しているが、この方法では外層の酸化アルミニウム結晶粒子サイズの大きさに応じた凹凸を工具表面に生じてしまい、工具の寿命を低下させる原因となっていた。
また、特開平８−１５８０５２号公報では、本発明と同様の膜構造を有している。しかしながら、中間層の膜の粗さが外側層で改善されていないので、高速切削や乾式切削の様な場合はさらに寿命を延ばすべく検討が続けられて本発明をなすに至った。
本発明はかかる従来の事情に鑑み、酸化膜特有の凹凸を外側層で低減し、工具全体の耐摩耗性・耐欠損性・耐溶着性および耐剥離性を向上させることにより、長期にわたり優れた性能を発揮する被覆硬質合金切削工具を提供することを主目的とする。
発明の開示
本発明は、硬質合金表面に被覆層を設けた被覆硬質合金において、この被覆層は硬質合金側から順に内側層、中間層および外側層を具え、これら各層は次の構成で、かつ所定の表層粗さを具えることを特徴とする。
内側層：周期律表ＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ族の炭化物、窒化物、ホウ化物、酸化物およびそれらの固溶体から選択された１種以上で構成される層を含む。
中間層：酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムおよびそれらの固溶体から選択された１種以上で構成される層を含む。
外側層：柱状組織を有する炭窒化チタン層を含む、周期律表ＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ族の炭化物、窒化物、ホウ化物、酸化物およびそれらの固溶体ならびに酸化アルミニウムから選択された１種以上で構成される層を含む。
表層粗さ：被覆硬質合金の断面組織において中間層の表層部（界面）の最大粗さＡｍａｘと外側層中における柱状組織を有する炭窒化チタン層の表層部（界面）の最大粗さＢｍａｘとの関係が式１を満たす。さらに好ましくは式２を満たす。
（Ｂｍａｘ／Ａｍａｘ）＜１  …式１
ただし、０．５μｍ＜Ａｍａｘ＜４．５μｍ    ０．５μｍ≦Ｂｍａｘ≦４．５μｍ
（Ｂｍａｘ／Ａｍａｘ）＜０．８  …式２
ここで粗さの測定方法は、工具の逃げ面に対し垂直な断面を鏡面研摩し、光学顕微鏡を用いて撮影した図１に示す倍率１５００倍の写真をもとに測定する。測定部の単位評価長さを０．０２ｍｍとし、その間にある最高と最低のピーク高さの差を本発明では最大粗さという。中間層の表層部の最大粗さと、外側層における柱状組織ＴｉＣＮの表層部の最大粗さを測定し、前記式１により定量化を行なう。また、粗さの値は、この測定方法により異なる５視野の平均値を使用している。通常行われている触針法では、例えば界面などの表面粗さを測定できないので本発明では上記の方法を採用した。
耐摩耗性の高い炭窒化チタンを外側層とした場合、熱伝導性が高いので、高速度で切削するような高温域の切削に用いると工具全体が高温となり基材である超硬合金が塑性変形を起こし、切削抵抗が上昇し破壊につながる。そこで超硬合金と炭窒化チタンの間に、熱伝導率の低い酸化アルミニウムや酸化ジルコニウムの中間層を厚く形成することが考えられる。しかしながら、上記の酸化物と炭窒化チタンは、接合強度が低く通常の方法で被覆したのでは、使用中に剥離してしまう。また厚い中間層の表面粗さは大きく、その表面粗さがそのまま外側層に伝えられ、外側層の粗さが大きな被覆硬質合金になる傾向にあった。
そこで本発明者らは、この課題を解決するために検討を加え、本発明をなすに至った。すなわち、中間層と外側層の接合強度を高めるために、中間層の表面粗さを粗くして、外側層との接合面積を増やし、且つアンカー効果を高めることにより接合強度を高める。そして、外側層は特定の結晶配向を有する柱状組織の炭窒化チタンを用いることにより、外側層の表面を滑らかにしたものである。
発明者らの検討によれば、中間層の酸化アルミニウムの成膜後に一度冷却すると中間層に膜に垂直に亀裂が発生することを見出した。この亀裂は、中間層の引っ張り応力を緩和すると共に、その外側の層である例えばＴｉＮがその亀裂の中に入り込み、強固なアンカー効果を発揮する。
図１  に示すとおり、中間層の酸化アルミと炭窒化チタンの界面においては最大粗さが大きいが、外側層の表面においては最大粗さが小さくなっている。このことを式１，２は表現したものである。このように格別な特性を持つ炭窒化チタン層は、従来の方法では得ることが出来ない。ＣＮ基を有する、有機化合物を用いることにより、結晶の成長速度が高くなり、特定の結晶配向となった場合に初めて達成できる。
内側層は、超硬合金よりも中間層を構成する酸化物と接合強度の高い、各種の化合物を用いるのは従来からなされていたことである。
以上説明した内容を、以下のようにまとめることが出来る。
▲１▼硬質合金の表面に内側層を被覆した後、中間層として化学的安定性と耐熱性に優れる粒子サイズの粗い酸化膜を被覆し、柱状組織（柱状構造の結晶組織）である炭窒化チタン層を有する外側層を中間層の凹凸を吸収できるよう被覆する。図２に外側層の柱状組織を示す。この写真は、被覆硬質合金の破断面を観察したものである。
▲２▼これにより中間層である酸化膜の凹凸を積極的に形成し、従来は弱い密着力しか得ることのできなかった中間層である酸化アルミニウムと外側層の密着力を高める。
▲３▼さらに外側層の凹凸を滑らかにすることで膜全体の耐摩耗性、耐欠損性及び耐溶着性が向上し、長期にわたり優れた性能を発揮させることができる。
ここで、各層の膜厚は、内側層が０．１〜１０μｍで内側層の膜厚が１０μｍを超えると強度が低下し、０．１μｍ未満では効果がない。中間層は、１．５〜２０μｍの範囲である。中間層が厚み１．５μｍ未満であると熱伝導を抑制できなくなり、厚み２０μｍを超えると強度の低下が見られ工具寿命が低下するためである。中間層は、更に好ましくは５〜１５μｍの範囲である。外側層の膜厚は、が２〜３０μｍである。外層被覆層が厚み２μｍ未満であると下層である中間層の凹凸を改善する効果が小さくなってしまい、３０μｍを超えると下地の凹凸より粗さが大きくなるため、このような膜厚の制限を行なうことが必要である。外側被覆層の膜厚は、好ましくは５〜２０μｍである。
また、外側層における柱状組織の炭窒化チタン層の配向性指数ＴＣが、（２２０）面、（３１１）面、（３３１）面、（４２２）面のうちのいずれかの面で最も大きく、その最大値が１．３以上３．５以下であれば中間層の凹凸を改善できるので好ましい。さらに好ましくは（３１１）面及び（４２２）面のＴＣが共に１．３以上３．５以下のときである。この配向性指数ＴＣは次の式３で定義される。
0004593852.tif 000002
Ｉ（ｈｋｌ）、Ｉ（ｈｘｋｙｌｚ）：測定された（ｈｋｌ）、（ｈｘｋｙｌｚ）面の回折強度
Ｉｏ（ｈｋｌ）、Ｉｏ（ｈｘｋｙｌｚ）：ＡＳＴＭ標準による（ｈｋｌ）、（ｈｘｋｙｌｚ）面のＴｉＣとＴｉＮの粉末回折強度の平均値
（ｈｋｌ）、（ｈｘｋｙｌｚ）：（１１１）、（２００）、（２２０）、（３１１）、（３３１）、（４２０）、（４２２）、（５１１）の８面
柱状組織の炭窒化チタン層の配向性指数ＴＣは、Ｘ線回折による回折ピークから求めた。この際、ＴｉＣＮの（３１１）面の回折ピークは基材のＷＣの（１１１）面ピークと重なるので以下のように補正する。ＷＣの（１１１）面のピーク強度は、ＷＣの最強ピークである（１０１）面（図３において（Ａ）で示したもの）の２５％である。このことから、ＴｉＣＮの（３１１）面の強度からＷＣの（１０１）面の強度に０．２５を掛けた数値（これはＷＣの（１１１）面のピークに相当する）を差し引いた数値を用いる。なお、実施例の試料番号１０の回折ピークが、図３に示されている。
柱状組織の炭窒化チタン層の配向性指数を上記の範囲にすることにより、中間層である酸化膜の粗さを改善でき、式１の関係を満たす被覆硬質合金を得やすくなり、耐摩耗性、耐欠損性及び耐溶着性を向上させ、優れた性能を発揮することが可能となる。
なお、炭窒化チタン層は、例えば、ＴｉＣｌ４、有機炭窒化合物、水素ガス、窒素ガスを用いて、７００〜１０００℃、６６７ｈＰａ以下の圧力で成膜することができる。特に、炭素および窒素源としてＣＨ３ＣＮを用いると、ＴｉＣＮの結晶粒を柱状結晶にし易い。その際、成膜条件を前半と後半で変え、前半における（ＴｉＣｌ４＋ＣＨ３ＣＮ）／（トータルガス量）の比率を後半に比べて小さくし、かつ前半のＮ２／（トータルガス量）の比率を後半の２倍以上として、膜厚を１０μｍ未満とすることが好ましい。
中間層は実質的にα型酸化アルミニウムからなると機械的強度が向上して好ましい。また、このα型酸化アルミニウムの配向性指数ＴＣａをＴＣａ（０１２）＞１．３とすることが好ましい。この配向成指数は次の式４で定義される。
0004593852.tif 000003
Ｉ（ｈｋｌ）、Ｉ（ｈｘｋｙｌｚ）：測定された（ｈｋｌ）、（ｈｘｋｙｌｚ）面の回折強度
Ｉｏ（ｈｋｌ）、Ｉｏ（ｈｘｋｙｌｚ）：ＡＳＴＭ標準によるα結晶構造アルミナの（ｈｋｌ）、（ｈｘｋｙｌｚ）面の粉末回折強度
（ｈｋｌ）、（ｈｘｋｙｌｚ）：（０１２）、（１０４）、（１１０）、（１１３）、（０２４）、（１１６）の６面
図３では、酸化アルミニウムの回折ピークは見えにくいが、外層部を除去すると、明瞭に現れる。
さらに、ＴＣａ（１０４）およびＴＣａ（１１６）を共に１．３を超える値とすることも好ましい。このような配向成指数の特定により次の効果が得られ、工具の耐剥離性も向上できる。
▲１▼中間層である酸化膜の機械的強度が向上する。
▲２▼中間層の結晶粒子の粗粒化を促進することができる。
▲３▼中間層と外側層との機械的密着力を向上することができる。
そして、このことにより高温での化学的安定性、耐熱性に優れた性能を十分に発揮することが可能となり、工具寿命の延命がなされる。
酸化アルミニウムの配向性の制御は、例えば次のように行えば良い。まず酸化アルミニウムの直下層まで被覆した後、酸化アルミニウムを被覆する前に、ＣＯ２の圧力が０．４〜０．８ｈＰａの雰囲気に晒し、直下層表面を部分的に僅かに酸化させ、その後に１０００〜１２００°好ましくは１０５０〜１１５０℃で酸化アルミニウムを成膜する。これにより、酸化アルミニウムの成膜温度に関わらずα型の酸化アルミニウムが成膜される。その際、直下層表面の酸化条件の選定により酸化アルミニウムの配向性の制御が可能になる。また、同じ酸化条件を用いて酸化アルミニウムの膜厚を変えることでも配向性を変化させることができる。
さらに、上述した各層の構成限定に加えて、コーティング後にさらに研摩加工で被覆層の最表面の面粗さＣｍａｘが式５を満たすように改善すれば一層工具寿命を向上できる。特に切刃稜の部分のみに行っても工具寿命は更に改善できる。
Ｃｍａｘ／Ｂｍａｘ＜０．５  …式５
一方、基材となる硬質合金は炭化タングステンを主成分とし、周期律表ＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ族金属の炭化物、窒化物、炭窒化物の少なくとも１種を含む硬質相と、鉄族金属の少なくとも１種を含む結合相からなる超硬合金であることが好適である。
その他、炭窒化チタンを主成分とし、周期律表ＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ族金属の炭化物、窒化物、炭窒化物およびこれらの固溶体の少なくとも１種を含む硬質相と、鉄族金属の少なくとも１種を含む結合相とからなるサーメット合金であっても問題なく硬質合金として使用できる。
これらの硬質合金は、特に耐摩耗性と耐欠損性のバランスの取れた性能を発揮することが可能で、工具寿命の向上が図れる。
また、炭化タングステンを主成分とする硬質合金を基材とした場合、その硬質合金の表面部で炭化タングステンを除く硬質相が減少または消失した層（硬質相減少層）を有し、その層の厚みが５０μｍ以内である硬質合金にすれば、さらに耐欠損性の向上をはかることが可能である。
このような硬質相減少層の厚みが５０μｍを超えると、切削中に基材表層部で組成変形あるいは弾性変形を生じる傾向がある。硬質相減少層を形成するには、従来より知られている窒素含有硬質相原料を用いる方法や焼結時の昇温過程で加窒雰囲気とし、結合相の液相出現後に脱窒、脱炭雰囲気とすることで製造できる。
発明を実施するための最良の形態
以下、この発明の実施の形態について、実施例により具体的に説明する。
（実施の形態１）
硬質合金基材として、重量で９２％ＷＣ−２％ＴｉＣ−６％Ｃｏからなる組成の超硬合金製工具（型番：ＣＮＭＧ１２０４０８）を準備した。これをＣＶＤ装置に挿入し真空に引いた後、温度９００度Ｃに加熱してその中に容量で３％のＴｉＣｌ４と２０％の窒素と残部が水素の混合ガスを導入して３μｍのＴｉＮを成膜した。次に１．５％ＡｌＣｌ４と、０．２％Ｈ２Ｓと、４％のＣＯ２と残部水素の混合ガスを１０００°ＣのＣＶＤ装置内に導入して酸化アルミニウムの中間層を５μｍ成膜した。
この上に直接炭窒化チタンを成膜すると剥離しやすいので、０．５μｍの厚さの窒化チタンをを１．５％のＴｉＣｌ４と２０％のＮ２と残部が水素の混合ガスを９５０°ＣのＣＶＤ装置に導入して成膜した。この上に６μｍの厚さを有する柱状組織の炭窒化チタン層を成膜した。２．５％のＴｉＣｌ４に０．５％のアセトニトリルと２５％のＮ２と残部水素ガスからなる混合ガスを、７０ｈＰａの圧力下、９００°Ｃで成膜した。更に内側層と同じ条件で、ＴｉＮを１μｍ成膜した。本発明の場合、膜の種類を変える場合にはＣＶＤ装置内を真空として前段階のガスの影響を除く方が望ましい。ひとたび大気中に取り出すと、表面層に大気中の酸素などが吸着して好ましい結果を得ることが出来ないので、一気に内層、中間層、外層を被覆した。
このようにして得られた、被覆硬質合金を破断して断面構造を図２に示す。外側層には、柱状組織を含む被覆層が見られる。また、このサンプルを切断して研磨して表層部の最大粗さを測定したところＡｍａｘは２μｍであり，Ｂｍａｘは１．５μｍであった。
（実施の形態２）
重量で８５％ＷＣ−５％ＴｉＣＮ−１０％Ｃｏからなる組成の超硬合金製工具（型番：ＷＮＭＧ１２０４０８）であって、表面部に硬質相減少層を有する硬質合金基材を準備した。これをＣＶＤ装置に挿入し真空に引いた後、温度１０５０°Ｃに加熱してその中に容量で２．５％のＺｒＣｌ４と２５％の窒素と残部が水素の混合ガスを導入して０．５μｍのＺｒＮを成膜した。次に１％ＡｌＣｌ４と、０．５％のＺｒＣｌ４と０．２％Ｈ２Ｓと、４％のＣＯと残部水素の混合ガスを１０００°ＣのＣＶＤ装置内に導入して酸化アルミニウムと酸化ジルコニウムの固溶体の中間層を１０μｍ成膜した。
この上に直接炭窒化チタンを成膜すると剥離しやすいので、１．５μｍの厚さの炭化ジルコニウムを１．５％のＺｒＣｌ４と３．５％のＣＨ４と残部が水素の混合ガスを１１００°Ｃの成膜室に導入して成膜した。この上に１５μｍの厚さを有する柱状組織の炭窒化チタン層を成膜した。２．５％のＴｉＣｌ４に０．５％のトルニトリルと２５％のＮ２と残部水素ガスからなる混合ガスを、１５０ｈＰａの圧力下、８５０°Ｃで成膜した。
得られた被覆硬質合金の外側層は、炭窒化チタンの柱状組織であり、表層部の最大組さＢｍａｘは１．５μｍであり、その中間層の表層部の最大粗さはＡｍａｘで２．２μｍであった。その他に、ＶＮ、やＣｒＮを最外層の上に更に被覆した工具も製作したが、上記と同様の結果が得られた。
（実施の形態３）
硬質合金基材として、重量％で８４％ＷＣ−４％ＴｉＣ−２％ＺｒＣ−２％ＮｂＣ−８％Ｃｏなる組成の超硬合金粉末をプレスし、真空雰囲気中で１４００℃、１時間保持の条件で焼結し、平面研磨、刃先処理を行ない、ＩＳＯ型番ＣＮＭＧ１２０４０８形状の炭化タングステンを主成分とする超硬合金基材を準備した。この基材表面にＣＶＤ法を用いて硬質被覆層の形成を行なった。
表１に、本発明に用いられた被覆層の代表的な製造条件を示す。以下の実施例で、特に示さなかった場合は、表１に示した条件で時間のみを調整して成膜した。
0004593852.tif 000004
表２に内側層の構成と膜厚を、表３に中間層の構成、膜厚、酸化アルミニウムの配向性指数を、表４に外側層の構成、膜厚、炭窒化チタンの配向性指数を記載している。表２〜４の「組成及び平均膜厚」において、左側に記載した層が基材側、右側に記載した層が被覆表面側である。その種々の構造膜を内側層、中間層、外側層と連続して積層しサンプルを作製したものを表５に示した。また、具体的な断面写真を図１に示す。この図１は表５における工具Ｎｏ．１０の断面顕微鏡写真である。加えて表５の発明品を用いて被覆硬質合金表面を機械的に研摩加工処理して、更に工具表面の面粗さを改善することを行ったものを表６に示した。研摩加工処理の具体的な手段としては、例えばバレル処理やバフ研摩、弾性砥石、ブラシホーニング、ダイヤモンド砥粒によるラッピング等が採用できる。
また、本発明の中間層の酸化膜（酸化アルミニウム膜）は塩化アルミニウムおよび二酸化炭素を主原料ガスとし、１０５０℃で成膜することにより、酸化アルミニウム膜の配向性と結晶粒子サイズを制御形成した。
外側層における柱状組織の炭窒化チタン層は、アセトニトリル、トルニトリル、アクリロニトリル、ブチニトリル等の有機ＣＮ化合物と四塩化チタンを主反応ガスとして使用し、８９０°Ｃで成膜することにより、柱状組織で異なる配向性と表面粗さを改善出る炭窒化チタン層を形成した。
0004593852.tif 000005
0004593852.tif 000006
0004593852.tif 000007
0004593852.tif 000008
0004593852.tif 000009
以上のサンプルを用い、次に示す切削条件で性能評価を行なった。
（切削条件）
被削材：ＳＣＭ４１５溝付き丸棒
切削速度：４００ｍ／ｍｉｎ
送り：０．３０ｍｍ／ｒｅｖ
切込み：１．５ｍｍ
切削油：使用せず
この評価結果を表５，６に示す。ここでクレータ摩耗状態は工具のすくい面の溶着度合と損傷状態を示している。
この結果から、本発明品では比較品と比べ耐摩耗性と耐溶着性（耐クレータ性）のいずれにおいても優れており、また耐欠損性と耐剥離性を向上したことによって工具寿命の延命がなされることが判明した。
産業上の利用可能性
以上のように本発明被覆硬質合金の切削工具を用いて加工を行なった場合、優れた耐摩耗性・耐欠損性・耐溶着性及び耐剥離性を有し、高能率加工、ドライ加工に適した被覆硬質合金を得ることができる。これにより、切削工具の寿命を安定して飛躍的に向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明被覆硬質合金の研磨された断面を示す顕微鏡写真である。
図２は、本発明被覆硬質合金の破断面を示す顕微鏡写真である。
図３は、本発明の被覆硬質合金のＸ線回折のチャートである。
【図１】
0004593852.tif 000012
【図２】
0004593852.tif 000013
【図３】
0004593852.tif 000014