(57)【要約】      （修正有）【課題】難削材の高速切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する被覆サーメット工具を提供する。【解決手段】被覆サーメット工具の硬質被覆層のＴｉＣＮ層およびα型Ａｌ２Ｏ３層を、電界放出型走査電子顕微鏡を用い、表面研磨面の測定範囲内に存在する結晶粒個々に電子線を照射して、前記表面研磨面の法線に対して、それぞれ前記結晶粒の結晶面である｛１１２｝面および（０００１）面の法線がなす傾斜角を測定し、この測定結果から傾斜角度数分布グラフを作成した場合に、いずれも０〜１０度の範囲内の傾斜角区分に最高ピークが存在し、かつ前記０〜１０度の範囲内に存在する度数の合計が、度数全体の４５％以上の割合を占める傾斜角度数分布グラフを示す改質ＴｉＣＮ層および改質α型Ａｌ２Ｏ３層で構成し、前記改質α型Ａｌ２Ｏ３層の表面粗さをＲａ：０．２μｍ以下とする。【選択図】図２
2007167988.tif 000002
【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基サーメットで構成された工具基体の表面に、
（１）下部層が、いずれも化学蒸着形成された、Ｔｉの炭化物層、窒化物層、炭窒化物層、炭酸化物層、および炭窒酸化物層のうちの１層または２層以上からなり、かつ３〜２０μｍの合計平均層厚を有するＴｉ化合物層、
（２）上部層が、化学蒸着形成した状態で、α型の結晶構造を示し、かつ電界放出型走査電子顕微鏡を用い、表面研磨面の測定範囲内に存在する六方晶結晶格子を有する結晶粒個々に電子線を照射して、前記表面研磨面の法線に対して、前記結晶粒の結晶面である（０００１）面の法線がなす傾斜角を測定し、前記測定傾斜角のうち、０〜４５度の範囲内にある測定傾斜角を０．２５度のピッチ毎に区分すると共に、各区分内に存在する度数を集計してなる傾斜角度数分布グラフにおいて、０〜１０度の範囲内の傾斜角区分に最高ピークが存在すると共に、前記０〜１０度の範囲内に存在する度数の合計が、傾斜角度数分布グラフにおける度数全体の４５％以上の割合を占める傾斜角度数分布グラフを示し、かつ１〜２０μｍの平均層厚を有する改質α型酸化アルミニウム層、
以上（１）および（２）で構成された硬質被覆層を蒸着形成してなる、表面被覆サーメット製切削工具において、
（ａ）上記（１）のＴｉ化合物層のうちの１層を、２．５〜１５μｍの平均層厚を有し、かつ、電界放出型走査電子顕微鏡を用い、表面研磨面の測定範囲内に存在する立方晶結晶格子を有する結晶粒個々に電子線を照射して、前記表面研磨面の法線に対して、前記結晶粒の結晶面である｛１１２｝面の法線がなす傾斜角を測定し、前記測定傾斜角のうち、０〜４５度の範囲内にある測定傾斜角を０．２５度のピッチ毎に区分すると共に、各区分内に存在する度数を集計してなる傾斜角度数分布グラフにおいて、０〜１０度の範囲内の傾斜角区分に最高ピークが存在すると共に、前記０〜１０度の範囲内に存在する度数の合計が、傾斜角度数分布グラフにおける度数全体の４５％以上の割合を占める傾斜角度数分布グラフを示す改質炭窒化チタン層、
で構成すると共に、
（ｂ）上記硬質被覆層の上部層である改質α型酸化アルミニウム層の全面に、
いずれも０．１〜２．５μｍの平均層厚を有する窒化チタン層と炭窒化チタン層の２層以上の交互積層で構成され、かつ、０．４〜５μｍの全体平均層厚を有する研磨材層を蒸着形成した状態で、
ウエットブラストにて、噴射研磨材として、水との合量に占める割合で１５〜６０質量％の酸化アルミニウム微粒を配合した研磨液を噴射し、
上記の研磨材層のウエットブラストによる粉砕化窒化チタン微粒および粉砕化炭窒化チタン微粒と、噴射研磨材としての酸化アルミニウム微粒の共存下で、上記硬質被覆層の上部層を構成する改質α型酸化アルミニウム層の少なくとも切刃稜線部を含むすくい面部分および逃げ面部分を研磨して、これら研磨面の表面粗さを準拠規格ＪＩＳ・Ｂ０６０１−１９９４に基いた測定で、Ｒａ：０．２μｍ以下としたこと、
を特徴とする難削材の高速切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆サーメット製切削工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、硬質被覆層が、すぐれた高温硬さと耐熱性、さらにすぐれた高温強度を具備し、かつ表面平滑性にもすぐれた上部層と、本来具備する高温強度に比して一段と高温強度の向上した下部層で構成され、したがって特に切粉の粘性が高く、工具表面に溶着し易いステンレス鋼や高マンガン鋼、さらに軟鋼などの難削材（被削材）の切削加工を高熱発生を伴う高速切削条件で行った場合にも、前記被削材および切粉が高温に加熱されて粘性および溶着性が一段と増大し、これに伴なって硬質被覆層表面に対する切削抵抗が増すようになるにもかかわらず、前記硬質被覆層のもつすぐれた高温強度および表面平滑性によって前記硬質被覆層のチッピング（微少欠け）発生が著しく抑制され、長期に亘ってすぐれた耐摩耗性を発揮するようになる表面被覆サーメット製切削工具（以下、被覆サーメット工具という）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、一般に、被覆サーメット工具として、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）基サーメットで構成された基体（以下、これらを総称して工具基体という）の表面に、
（１）下部層が、いずれも化学蒸着形成された、Ｔｉの炭化物（以下、ＴｉＣで示す）層、窒化物（以下、同じくＴｉＮで示す）層、炭窒化物（以下、ＴｉＣＮで示す）層、炭酸化物（以下、ＴｉＣＯで示す）層、および炭窒酸化物（以下、ＴｉＣＮＯで示す）層のうちの１層または２層以上からなり、かつ３〜２０μｍの全体平均層厚を有するＴｉ化合物層、
（２）上部層が、化学蒸着形成した状態で、α型の結晶構造を示し、電界放出型走査電子顕微鏡を用い、図４（ａ），（ｂ）に概略説明図で示される通り、表面研磨面の測定範囲内に存在する六方晶結晶格子を有する結晶粒個々に電子線を照射して、前記表面研磨面の法線に対して、前記結晶粒の結晶面である（０００１）面の法線がなす傾斜角を測定し、前記測定傾斜角のうち、０〜４５度の範囲内にある測定傾斜角を０．２５度のピッチ毎に区分すると共に、各区分内に存在する度数を集計してなる傾斜角度数分布グラフにおいて、図５に例示される通り、０〜１０度の範囲内の傾斜角区分に最高ピークが存在すると共に、前記０〜１０度の範囲内に存在する度数の合計が、傾斜角度数分布グラフにおける度数全体の４５％以上の割合を占める傾斜角度数分布グラフを示し、かつ１〜２０μｍの平均層厚を有する改質α型酸化アルミニウム層（以下、改質α型Ａｌ2Ｏ3層で示す）、
以上（１）および（２）で構成された硬質被覆層を蒸着形成してなる、被覆サーメット工具が知られており、この被覆サーメット工具は、各種の鋼や鋳鉄などの被削材の高速切削加工に用いられている。
【０００３】
また、上記の被覆サーメット工具の硬質被覆層を構成する改質α型Ａｌ2Ｏ3層が、まず、通常の化学蒸着装置にて、
反応ガス組成−体積％で、ＡｌＣｌ３：１〜５％、ＣＯ２：５〜１０％、ＨＣｌ：０．３〜３％、ＣＨ３ＣＮ：０．０２〜０．１％、ＮＯ：０．０２〜０．４％、Ｈ２：残り、
反応雰囲気温度：８００〜９００℃、
反応雰囲気圧力：３〜１３ｋＰａ、
成膜時間：０．５〜２時間、
の条件で、望ましくは０．０２〜０．５μｍの平均層厚で種薄膜としてのＡｌ2Ｏ3薄膜（以下、Ａｌ2Ｏ3種薄膜という）を形成し、このＡｌ2Ｏ3種薄膜の上に従来α型Ａｌ2Ｏ3層の形成条件と同じ条件、すなわち、同じく通常の化学蒸着装置にて、
反応ガス組成−体積％で、ＡｌＣｌ３：１〜５％、ＣＯ２：０．５〜１０％、ＨＣｌ：０．３〜３％、Ｈ２Ｓ：０．０２〜０．４％、Ｈ２：残り、
反応雰囲気温度：９５０〜１１００℃、
反応雰囲気圧力：３〜１３ｋＰａ、
の条件でα型Ａｌ2Ｏ3層を蒸着することにより形成され、この結果形成された改質α型Ａｌ2Ｏ3層は、α型Ａｌ2Ｏ3層自身が具備するすぐれた高温硬さおよび耐熱性を損なうことなく、前記従来α型Ａｌ2Ｏ3層に比して、一段とすぐれた高温強度を具備するようになり、一方前記従来α型Ａｌ2Ｏ3層は、図６に例示される通り、（０００１）面の測定傾斜角の分布が０〜４５度の範囲内で不偏的な傾斜角度数分布グラフを示すことも知られている。
【０００４】
さらに、上記の改質α型Ａｌ2Ｏ3層が、上記の通り、傾斜角度数分布グラフにおいて、傾斜角区分の特定位置にシャープな最高ピークが現れ、このシャープな最高ピークは、グラフ横軸の傾斜角区分に現れる高さが上記Ａｌ2Ｏ3種薄膜形成時の反応雰囲気温度および反応雰囲気圧力によって変化し、グラフ横軸の傾斜角区分位置が同じく反応ガスのＣＨ３ＣＮ含有量によって変化することも知られている。
【特許文献１】特開２００５−２０５５８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年の切削加工装置の高性能化および自動化はめざましく、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は強く、これに伴い、切削加工は高速化し、かつ被削材の種類に限定されない汎用性のある被覆超硬工具が強く望まれる傾向にあるが、上記の従来被覆サーメット工具においては、これを低合金鋼や炭素鋼などの一般鋼、さらにダクタイル鋳鉄やねずみ鋳鉄などの普通鋳鉄の高速切削加工に用いた場合には問題はないが、これを特に切粉の粘性が高く、かつ工具表面に溶着し易いステンレス鋼や高マンガン鋼、さらに軟鋼などの難削材（被削材）の切削加工を高熱発生を伴う高速切削条件で行なうのに用いた場合には、前記被削材および切粉は高温に加熱されて粘性および溶着性が一段と増し、これに伴なって硬質被覆層表面に対する切削抵抗が急激に増大するようになるが、特に硬質被覆層の下部層を構成するＴｉ化合物層のもつ高温強度が不十分であるために、切刃部にチッピングが発生し易くなり、さらに前記硬質被覆層の表面平滑性もチッピング発生に影響を及ぼすことから、比較的短時間で使用寿命に至るのが現状である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そこで、本発明者等は、上述のような観点から、上記の従来被覆サーメット工具の硬質被覆層を構成する、特にＴｉ化合物層のうちのＴｉＣＮ層（以下、従来ＴｉＣＮ層という）に着目し、これの高温強度を一段と向上させ、もって上記の難削材の高速切削加工条件でチッピング発生のない被覆サーメット工具を開発すべく研究を行った結果、
（ａ）上記の従来ＴｉＣＮ層は、通常の化学蒸着装置にて、
反応ガス組成−体積％で、ＴｉＣｌ４：２〜１０％、ＣＨ３ＣＮ：０．５〜３％、Ｎ２：１０〜３０％、Ｈ２：残り、
反応雰囲気温度：８５０〜９５０℃、
反応雰囲気圧力：３〜１３ｋＰａ、
の条件で形成されるが、上記従来ＴｉＣＮ層の形成に先だって、
反応ガス組成−体積％で、ＴｉＣｌ４：０．２〜１％、Ｃ３Ｈ６（メチルエチレン）：１〜５％、Ｎ２：２０〜４０％、Ｈ２：残り、
反応雰囲気温度：７００〜８００℃、
反応雰囲気圧力：３〜１３ｋＰａ、
成膜時間：０．５〜３時間、
の条件で、望ましくは０．０２〜０．５μｍの平均層厚で種薄膜としてのＴｉＣＮ薄膜（以下、種薄膜という）を形成し、この種薄膜の上に上記の従来ＴｉＣＮ層の形成条件と同じ条件でＴｉＣＮ層を形成すると、形成時の前記ＴｉＣＮ層は、前記種薄膜の結晶配列に著しく影響を受け、これを十分に履歴するようになり、しかもこの結果形成されたＴｉＣＮ層（以下、改質ＴｉＣＮ層という）は、上記の従来ＴｉＣＮ層に比して、一段とすぐれた高温強度を有し、高い切削抵抗を伴なう難削材の高速切削加工でもすぐれた耐チッピング性を発揮するようになること。
【０００７】
（ｂ）上記の被覆サーメット工具の硬質被覆層の下部層を構成する改質ＴｉＣＮ層と従来ＴｉＣＮ層について、
電界放出型走査電子顕微鏡を用い、図１（ａ），（ｂ）に概略説明図で示される通り、表面研磨面の測定範囲内に存在する立方晶結晶格子を有する結晶粒個々に電子線を照射して、前記表面研磨面の法線に対して、前記結晶粒の結晶面である｛１１２｝面の法線がなす傾斜角を測定し、前記測定傾斜角のうち、０〜４５度の範囲内にある測定傾斜角を０．２５度のピッチ毎に区分すると共に、各区分内に存在する度数を集計してなる傾斜角度数分布グラフを作成した場合、前記従来ＴｉＣＮ層は、図３に例示される通り、｛１１２｝面の測定傾斜角の分布が０〜４５度の範囲内で不偏的な傾斜角度数分布グラフを示すのに対して、前記改質ＴｉＣＮ層は、図２に例示される通り、傾斜角区分の特定位置にシャープな最高ピークが現れ、このシャープな最高ピークは、グラフ横軸の傾斜角区分に現れる高さが上記種薄膜形成時の反応雰囲気温度および反応雰囲気圧力によって変化し、グラフ横軸の傾斜角区分位置が同じく反応ガスのＴｉＣｌ４含有量によって変化すること。
【０００８】
（ｃ）上記の通り、上記改質ＴｉＣＮ層形成用種薄膜形成に際して、上記反応ガスにおけるＴｉＣｌ４の含有量を０．２〜１％とすることにより、上記改質ＴｉＣＮ層の傾斜角度数分布グラフで、シャープな最高ピークが傾斜角区分の０〜１０度の範囲内に現れ、かつ、反応雰囲気温度を７００〜８００℃、反応雰囲気圧力を３〜１３ｋＰａとすることにより、前記０〜１０度の範囲内に存在する度数の合計が、傾斜角度数分布グラフにおける度数全体の４５％以上の割合を占める傾斜角度数分布グラフを示すようになるが、この場合、試験結果によれば、ＴｉＣｌ４の含有量が０．２％未満でも、またその含有量が１％を越えても、いずれの場合も上記改質ＴｉＣＮ層の傾斜角度数分布グラフで、最高ピークの傾斜角区分位置が１０度を越えた位置に現れるようになり、この結果前記改質ＴｉＣＮ層に一段のすぐれた高温強度を確保することができなくなり、また、反応雰囲気温度および反応雰囲気圧力に関しては、温度が７００℃未満でも、８００℃を越えても、さらに圧力が３ｋＰａ未満でも、１３ｋＰａを越えても、前記改質ＴｉＣＮ層の傾斜角度数分布グラフにおける０〜１０度の範囲内に存在する度数数割合が４５％未満になってしまい、この場合も一段の高温強度の向上を図ることができないこと。
【０００９】
（ｄ）一方、上記の被覆サーメット工具の硬質被覆層の上部層を構成する改質α型Ａｌ2Ｏ3層は、相対的に蒸着表面が粗く、これが原因で、特に上記難削材の高速切削加工では切刃部にチッピングが発生し易い原因ともなっている。そこで、前記改質α型Ａｌ2Ｏ3層の全面に、通常の化学蒸着装置を用い、通常の条件、例えば表３に示される条件で、いずれも０．１〜２．５μｍの平均層厚を有する窒化チタン（以下、ＴｉＮで示す）層と炭窒化チタン（以下、ＴｉＣＮで示す）層の２層以上の交互積層を、０．４〜５μｍの全体平均層厚で蒸着形成した状態で、
ウエットブラストにて、噴射研磨材として、水との合量に占める割合で１５〜６０質量％の酸化アルミニウム微粒（以下、Ａｌ2Ｏ3微粒で示す）を配合した研磨液を噴射すると、上記ＴｉＮ層とＴｉＣＮ層の２層以上の交互積層（以下、個々にＴｉＮ研磨材層およびＴｉＣＮ研磨材層と言い、これら全体をＴｉＮ／ＴｉＣＮ研磨材層で示す）は、前記Ａｌ2Ｏ3微粒によって粉砕微粒化し、ＴｉＮ微粒およびＴｉＣＮ微粒となって前記Ａｌ2Ｏ3微粒の共存下で研磨材として作用し、硬質被覆層の上部層を構成する改質α型Ａｌ2Ｏ3層の表面を研磨することになり、この結果研磨後の前記改質α型Ａｌ2Ｏ3層の表面は、準拠規格ＪＩＳ・Ｂ０６０１−１９９４に基いた測定（以下の表面粗さは全てかかる準拠規格に基いた測定値を示す）で、Ｒａ：０．２μｍ以下の表面粗さにまで平滑化されるようになり、この上部層である改質α型Ａｌ2Ｏ3層の表面がＲａ：０．２μｍ以下の表面粗さに平滑化した上記の被覆サーメット工具を用いて、難削材の高速切削加工を行った場合、３５０ｍ／ｍｉｎ．を越える切削速度でも切刃部におけるチッピング発生が防止され、前記硬質被覆層は長期に亘ってすぐれた耐摩耗性を発揮するようになること。
【００１０】
（ｅ）なお、この場合、上記改質α型Ａｌ2Ｏ3層の表面に、上記のＴｉＮ／ＴｉＣＮ研磨材層を形成することなく、これに同じくウエットブラストにて、噴射研磨材として、水との合量に占める割合で１５〜６０質量％のＡｌ2Ｏ3微粒を配合した研磨液を直接噴射して、研磨しても、前記改質α型Ａｌ2Ｏ3層の表面は、Ｒａ：０．３〜０．６μｍの表面粗さにしか研磨されず、この結果の表面粗さがＲａ：０．３〜０．６μｍの改質α型Ａｌ2Ｏ3層で上部層を構成し、下部層のうちの１層を上記の改質ＴｉＣＮ層で構成した被覆サーメット工具を用いても、切削速度が３５０ｍ／ｍｉｎ．を越えた難削材の高速切削加工では切刃部におけるチッピング発生を満足に抑制することはできないこと。
【００１１】
（ｆ）以上の通り、硬質被覆層の上部層が上記改質α型Ａｌ2Ｏ3層で構成されると共に、前記改質α型Ａｌ2Ｏ3層の少なくとも切刃稜線部を含むすくい面部分および逃げ面部分を研磨して、これら研磨面の表面粗さをＲａ：０．２μｍ以下とし、かつ下部層のうちの１層が一段と高温強度の向上した上記改質ＴｉＣＮ層からなるＴｉ化合物層で構成された被覆サーメット工具は、特に切刃部にきわめて高い切削抵抗が加わる難削材の高速切削加工でも、前記硬質被覆層が著しくすぐれた高温強度を有し、さらに前記改質α型Ａｌ2Ｏ3層がすぐれた表面平滑性を具備することから、すぐれた耐チッピング性を発揮し、長期に亘ってすぐれた耐摩耗性を示すようになること
以上（ａ）〜（ｆ）に示される研究結果を得たのである。
【００１２】
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、ＷＣ基超硬合金またはＴｉＣＮ基サーメットで構成された工具基体の表面に、
（１）下部層が、いずれも化学蒸着形成された、ＴｉＣ層、ＴｉＮ層、ＴｉＣＮ層、ＴｉＣＯ層、およびＴｉＣＮＯ層のうちの１層または２層以上からなり、かつ３〜２０μｍの全体平均層厚を有するＴｉ化合物層、
（２）上部層が、化学蒸着形成した状態で、α型の結晶構造を示し、かつ電界放出型走査電子顕微鏡を用い、表面研磨面の測定範囲内に存在する六方晶結晶格子を有する結晶粒個々に電子線を照射して、前記表面研磨面の法線に対して、前記結晶粒の結晶面である（０００１）面の法線がなす傾斜角を測定し、前記測定傾斜角のうち、０〜４５度の範囲内にある測定傾斜角を０．２５度のピッチ毎に区分すると共に、各区分内に存在する度数を集計してなる傾斜角度数分布グラフにおいて、０〜１０度の範囲内の傾斜角区分に最高ピークが存在すると共に、前記０〜１０度の範囲内に存在する度数の合計が、傾斜角度数分布グラフにおける度数全体の４５％以上の割合を占める傾斜角度数分布グラフを示し、かつ１〜２０μｍの平均層厚を有する改質α型Ａｌ2Ｏ3層、
以上（１）および（２）で構成された硬質被覆層を蒸着形成してなる、被覆サーメット工具において、
（ａ）上記（１）のＴｉ化合物層のうちの１層を、２．５〜１５μｍの平均層厚を有し、かつ、電界放出型走査電子顕微鏡を用い、表面研磨面の測定範囲内に存在する立方晶結晶格子を有する結晶粒個々に電子線を照射して、前記表面研磨面の法線に対して、前記結晶粒の結晶面である｛１１２｝面の法線がなす傾斜角を測定し、前記測定傾斜角のうち、０〜４５度の範囲内にある測定傾斜角を０．２５度のピッチ毎に区分すると共に、各区分内に存在する度数を集計してなる傾斜角度数分布グラフにおいて、０〜１０度の範囲内の傾斜角区分に最高ピークが存在すると共に、前記０〜１０度の範囲内に存在する度数の合計が、傾斜角度数分布グラフにおける度数全体の４５％以上の割合を占める傾斜角度数分布グラフを示す改質ＴｉＣＮ層、
で構成すると共に、
（ｂ）上記硬質被覆層の上部層である改質α型Ａｌ2Ｏ3層の全面に、いずれも０．１〜２．５μｍの平均層厚を有するＴｉＮ研磨材層とＴｉＣＮ研磨材層の２層以上の交互積層で構成され、かつ、０．４〜５μｍの全体平均層厚を有するＴｉＮ／ＴｉＣＮ研磨材層を蒸着形成した状態で、
ウエットブラストにて、噴射研磨材として、水との合量に占める割合で１５〜６０質量％のＡｌ2Ｏ3微粒を配合した研磨液を噴射し、
上記のＴｉＮ／ＴｉＣＮ研磨材層のウエットブラストによる粉砕化ＴｉＮ微粒および粉砕化ＴｉＣＮ微粒と、噴射研磨材としてのＡｌ2Ｏ3微粒の共存下で、上記硬質被覆層の上部層を構成する改質α型Ａｌ2Ｏ3層の少なくとも切刃稜線部を含むすくい面部分および逃げ面部分を研磨して、これら研磨面の表面粗さをＲａ：０．２μｍ以下としてなる、
難削材の高速切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する被覆サーメット工具に特徴を有するものである。
【００１３】
以下に、この発明の被覆サーメット工具の硬質被覆層、研磨材層、さらにウエットブラストで用いられる研磨液のＡｌ2Ｏ3微粒に関して、上記の通りに数値限定した理由を説明する。
（Ａ）硬質被覆層
（ａ−１）Ｔｉ化合物層（下部層）
Ｔｉ化合物層は、自体が高温強度を有し、これの存在によって硬質被覆層が高温強度を具備するようになるほか、工具基体と上部層である改質α型Ａｌ2Ｏ3層のいずれにも強固に密着し、よって硬質被覆層の工具基体に対する密着性向上に寄与する作用をもつが、その合計平均層厚が３μｍ未満では、前記作用を十分に発揮させることができず、一方その合計平均層厚が２０μｍを越えると、特に高熱発生を伴なう高速切削加工では熱塑性変形を起し易くなり、これが偏摩耗の原因となることから、その合計平均層厚を３〜２０μｍと定めた。
【００１４】
（ａ−２）改質ＴｉＣＮ層（下部層）
上記の通り、上記改質ＴｉＣＮ層の種薄膜形成に際して、上記反応ガスにおけるＴｉＣｌ４の含有量を０．２〜１％とすることにより、傾斜角度数分布グラフで、シャープな最高ピークが傾斜角区分の０〜１０度の範囲内に現れ、かつ、反応雰囲気温度を７００〜８００℃、反応雰囲気圧力を３〜１３ｋＰａとすることにより、前記０〜１０度の範囲内に存在する度数の合計が、傾斜角度数分布グラフにおける度数全体の４５％以上の割合を占める傾斜角度数分布グラフを示す改質ＴｉＣＮ層が形成されるようになり、この結果として前記改質ＴｉＣＮ層はさらに一段とすぐれた高温強度を具備するようになるが、その平均層厚が２．５μｍ未満では所望のすぐれた高温強度を硬質被覆層に具備せしめることができず、一方その平均層厚が１５μｍを越えると、偏摩耗の原因となる熱塑性変形が発生し易くなり、摩耗が加速するようになることから、その平均層厚を２．５〜１５μｍと定めた。
【００１５】
（ａ−３）改質α型Ａｌ2Ｏ3層（上部層）
改質α型Ａｌ2Ｏ3層は、傾斜角度数分布グラフで、シャープな最高ピークが傾斜角区分の０〜１０度の範囲内に現れ、かつ前記０〜１０度の範囲内に存在する度数の合計が、傾斜角度数分布グラフにおける度数全体の４５％以上の割合を占める傾斜角度数分布グラフを示し、この結果すぐれた高温強度を具備し、耐チッピング性の向上が図られるようになる外、Ａｌ2Ｏ3層自身のもつすぐれた高温硬さと耐熱性によって、硬質被覆層の耐摩耗性向上に寄与するが、その平均層厚が１μｍ未満では、硬質被覆層に十分な耐摩耗性を発揮せしめることができず、一方その平均層厚が２０μｍを越えて厚くなりすぎると、チッピングが発生し易くなることから、その平均層厚を１〜２０μｍと定めた。
【００１６】
（Ｂ）ＴｉＮ／ＴｉＣＮ研磨材層
上記の通り、ＴｉＮ／ＴｉＣＮ研磨材層は、ウエットブラスト時に、研磨液に噴射研磨材として配合したＡｌ2Ｏ3微粒によって粉砕微粒化し、ＴｉＮ微粒およびＴｉＣＮ微粒となって前記Ａｌ2Ｏ3微粒との共存下で研磨材として作用し、硬質被覆層の上部層を構成する改質α型Ａｌ2Ｏ3層の表面を研磨するが、この場合、個々の研磨材層の平均層厚が０．１μｍ未満であったり、ＴｉＮ／ＴｉＣＮ研磨材層の全体平均層厚が０．４μｍ未満であったりすると、ウエットブラスト時における粉砕化ＴｉＮ微粒および粉砕化ＴｉＣＮ微粒の割合が少な過ぎて、研磨機能を十分に発揮することができず、一方、個々の研磨材層の平均層厚が２．５μｍを越えたり、ＴｉＮ／ＴｉＣＮ研磨材層の全体平均層厚が５μｍを越えたりすると、研磨液に噴射研磨材として配合したＡｌ2Ｏ3微粒とのバランスがくずれて、相対的に多くなり過ぎ、この場合も研磨機能が急激に低下するようになり、いずれの場合もα型Ａｌ2Ｏ3層の表面をＲａ：０．２μｍ以下の表面粗さに研磨することができなくなるという理由で、個々の研磨材層の平均層厚を０．１〜２．５μｍ、その全体平均層厚を０．４〜５μｍと定めた。
【００１７】
（Ｃ）研磨液のＡｌ2Ｏ3微粒
研磨液のＡｌ2Ｏ3微粒には、ウエットブラスト時にＴｉＮ／ＴｉＣＮ研磨材層の粉砕化ＴｉＮ微粒および粉砕化ＴｉＣＮ微粒と共存した状態で、改質α型Ａｌ2Ｏ3層の表面を研磨する作用があるが、その割合が水との合量に占める割合で１５質量％未満でも、また６０質量％を越えても研磨機能が急激に低下するようになることから、その割合を１５〜６０質量％と定めた。
【発明の効果】
【００１８】
この発明の被覆サーメット工具は、硬質被覆層の下部層を構成するＴｉ化合物層のうちの１層を一段と高温強度のすぐれた改質ＴｉＣＮ層、そして同じく上部層もすぐれた高温硬さおよび耐熱性に加えて、すぐれた高温強度も具備した改質α型Ａｌ2Ｏ3層で構成し、さらに前記改質α型Ａｌ2Ｏ3層の表面をＲａ：０．２μｍ以下の表面粗さに研磨することにより、特に切粉の粘性が高く、かつ工具表面に溶着し易いステンレス鋼や高マンガン鋼、さらに軟鋼などの難削材（被削材）の切削加工を高熱発生を伴う高速切削条件で行ない、前記被削材および切粉が高温に加熱されて粘性および溶着性が一段と増大し、これに伴なって硬質被覆層表面に対する切削抵抗が増すようになっても、前記硬質被覆層のもつすぐれた高温強度および平滑な表面粗さによって前記硬質被覆層のチッピングが著しく抑制され、すぐれた耐摩耗性を発揮するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
つぎに、この発明の被覆サーメット工具を実施例により具体的に説明する。
【実施例】
【００２０】
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、ＺｒＣ粉末、ＶＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、Ｃｒ3Ｃ2粉末、ＴｉＮ粉末、ＴａＮ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、さらにワックスを加えてアセトン中で２４時間ボールミル混合し、減圧乾燥した後、９８ＭＰａの圧力で所定形状の圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を５Ｐａの真空中、１３７０〜１４７０℃の範囲内の所定の温度に１時間保持の条件で真空焼結し、焼結後、切刃部にＲ：０．０７ｍｍのホーニング加工を施すことにより、中心部に工具取り付け用貫通孔を有する形式で、ＩＳＯ規格にＣＮＭＧ１２０４１２として規定されるスローアウエイチップ形状をもったＷＣ基超硬合金製の工具基体Ａ〜Ｆをそれぞれ製造した。
【００２１】
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（質量比でＴｉＣ／ＴｉＮ＝５０／５０）粉末、Ｍｏ2Ｃ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、９８ＭＰａの圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を１．３ｋＰａの窒素雰囲気中、温度：１５４０℃に１時間保持の条件で焼結し、焼結後、切刃部分にＲ：０．０７ｍｍのホーニング加工を施すことにより、工具本体にクランプ駒による挟み締めにより取り付けられる穴なし形式で、ＩＳＯ規格にＣＮＭＮ１２０４１２として規定されるスローアウエイチップ形状をもったＴｉＣＮ基サーメット製の工具基体ａ〜ｆを形成した。
【００２２】
つぎに、これらの工具基体Ａ〜Ｆおよび工具基体ａ〜ｆの表面に、通常の化学蒸着装置を用い、表３に示される条件にて、硬質被覆層の下部層としてＴｉ化合物層を形成し、この場合、前記Ｔｉ化合物層のうちの改質ＴｉＣＮ層を形成するに際しては、まず表４に示される条件、すなわち試験結果に基づいて定められた目標改質ＴｉＣＮ層に対応した種薄膜ａ〜ｋのいずれかを表７に示される組み合わせで形成し、引続いて、上記の通り表３に示される従来ＴｉＣＮ層の形成条件と同じ条件で改質ＴｉＣＮ層を、同じく表７に示される目標層厚で蒸着形成し、ついで、まず表５に示される条件、すなわち試験結果に基づいて定められた目標改質α型Ａｌ2Ｏ3層に対応した種薄膜Ａ〜Ｋのいずれかを同じく表７に示される組み合わせで形成し、引続いて、上記の通り表３に示される従来α型Ａｌ2Ｏ3層の形成条件と同じ条件で改質α型Ａｌ2Ｏ3層を同上部層として、表７に示される目標層厚で蒸着形成し、さらに、同じく表３に示されるＴｉＮ研磨材層およびＴｉＣＮ研磨材層形成条件でＴｉＮ／ＴｉＣＮ研磨材層を、同じく表８に示される積層数および目標層厚で蒸着形成し、
引き続いて、表６に示されるブラスト条件で、かつ表８に示される組み合わせでウエットブラストを施して、上記工具基体Ａ〜Ｆについては、工具取り付け用中心孔周辺部にＴｉＮ／ＴｉＣＮ研磨材層を存在させた状態、また、上記の工具基体ａ〜ｆについては、クランプ駒当接面部分（すくい面中心部）にＴｉＮ／ＴｉＣＮ研磨材層を存在させた状態で、前記改質α型Ａｌ2Ｏ3層（上部層）の切刃稜線部を含むすくい面および逃げ面を、同じく表８に示される表面粗さに研磨することにより本発明被覆サーメット工具１〜１３をそれぞれ製造した。
【００２３】
また、比較の目的で、表９に示される通り、本発明被覆サーメット工具１〜１３の硬質被覆層の下部層を構成する改質ＴｉＣＮ層に代って表３に示される条件で従来ＴｉＣＮ層を蒸着形成し、かつ上記のＴｉＮ／ＴｉＣＮ研磨材層の形成およびウエットブラストによる表面研磨処理を行わない以外は同一の条件で従来被覆サーメット工具１〜１３をそれぞれ製造した。
【００２４】
ついで、上記の本発明被覆サーメット工具と従来被覆サーメット工具の硬質被覆層を構成する改質ＴｉＣＮ層および従来ＴｉＣＮ層、さらに改質α型Ａｌ2Ｏ3層について、電界放出型走査電子顕微鏡を用いて、傾斜角度数分布グラフをそれぞれ作成した。
すなわち、上記傾斜角度数分布グラフは、上記の改質ＴｉＣＮ層および従来ＴｉＣＮ層、さらに改質α型Ａｌ2Ｏ3層の表面を研磨面とした状態で、電界放出型走査電子顕微鏡の鏡筒内にセットし、前記研磨面に７０度の入射角度で１５ｋＶの加速電圧の電子線を１ｎＡの照射電流で、前記表面研磨面の測定範囲内に存在する立方晶結晶格子（ＴｉＣＮ）または六方晶結晶格子（Ａｌ2Ｏ3）を有する結晶粒個々に照射して、電子後方散乱回折像装置を用い、３０×５０μｍの領域を０．１μｍ／ｓｔｅｐの間隔で、前記表面研磨面の法線に対して、前記結晶粒の結晶面である｛１１２｝面（ＴｉＣＮ層）または（０００１）面（Ａｌ2Ｏ3層）の法線がなす傾斜角を測定し、この測定結果に基づいて、前記測定傾斜角のうち、０〜４５度の範囲内にある測定傾斜角を０．２５度のピッチ毎に区分すると共に、各区分内に存在する度数を集計することにより作成した。
【００２５】
この結果得られた各種の改質ＴｉＣＮ層および従来ＴｉＣＮ層、さらに各種の改質α型Ａｌ2Ｏ3層の傾斜角度数分布グラフにおいて、｛１１２｝面または（０００１）面が最高ピークを示す傾斜角区分、並びに０〜１０度の範囲内の傾斜角区分内に存在する傾斜角度数の傾斜角度数分布グラフ全体の傾斜角度数に占める割合をそれぞれ表１０，１１にそれぞれ示した。
【００２６】
上記の各種の傾斜角度数分布グラフにおいて、表１０，１１にそれぞれ示される通り、本発明被覆サーメット工具の改質ＴｉＣＮ層および改質α型Ａｌ2Ｏ3層は、いずれも｛１１２｝面および（０００１）面の測定傾斜角の分布が０〜１０度の範囲内の傾斜角区分に最高ピークが現れ、かつ０〜１０度の範囲内の傾斜角区分内に存在する傾斜角度数の割合が４５％以上である傾斜角度数分布グラフを示すのに対して、従来被覆サーメット工具の改質α型Ａｌ2Ｏ3層は、同じく（０００１）面の測定傾斜角の分布が０〜１０度の範囲内の傾斜角区分に最高ピークが現れ、かつ０〜１０度の範囲内の傾斜角区分内に存在する傾斜角度数の割合が４５％以上である傾斜角度数分布グラフを示すが、従来ＴｉＣＮ層は、いずれも｛１１２｝面の測定傾斜角の分布が０〜４５度の範囲内で不偏的で、最高ピークが存在せず、０〜１０度の範囲内の傾斜角区分内に存在する傾斜角度数の割合も３０％以下である傾斜角度数分布グラフを示すものであった。
なお、図２は、本発明被覆サーメット工具１の改質ＴｉＣＮ層の傾斜角度数分布グラフ、図３は、従来被覆サーメット工具１の従来ＴｉＣＮ層の傾斜角度数分布グラフ、、図５は、本発明被覆サーメット工具１の改質α型Ａｌ2Ｏ3層の傾斜角度数分布グラフ、図６は、従来被覆サーメット工具１の改質α型Ａｌ2Ｏ3層の傾斜角度数分布グラフをそれぞれ示すものである。
【００２７】
さらに、上記の本発明被覆サーメット工具１〜１３および従来被覆サーメット工具１〜１３について、これの硬質被覆層の下部層と上部層の構成層を電子線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）およびオージェ分光分析装置を用いて観察（層の縦断面を観察）したところ、いずれも目標組成と実質的に同じ組成を有することが確認され、また、これらの被覆サーメット工具の硬質被覆層の構成層の厚さを、走査型電子顕微鏡を用いて測定（同じく縦断面測定）したところ、いずれも目標層厚と実質的に同じ平均層厚（５点測定の平均値）を示した。
【００２８】
つぎに、上記の本発明被覆サーメット工具１〜１３および従来被覆サーメット工具１〜１３をいずれも工具鋼製バイトの先端部に取り付けた状態で、
被削材：ＪＩＳ・ＳＵＳ４３０の丸棒、
切削速度：３９０ｍ／ｍｉｎ、
切り込み：１．５ｍｍ、
送り：０．２５ｍｍ／ｒｅｖ、
切削時間：５分、
の条件（切削条件Ａ）でのステンレス鋼の乾式高速連続切削試験（通常の切削速度は２００ｍ／ｍｉｎ）、
被削材：ＪＩＳ・ＳＭｎ４４３Ｈの長さ方向等間隔４本縦溝入り丸棒、
切削速度：３７０ｍ／ｍｉｎ、
切り込み：１．５ｍｍ、
送り：０．２ｍｍ／ｒｅｖ、
切削時間：６分、
の条件（切削条件Ｂ）での高マンガン鋼の乾式高速断続切削試験（通常の切削速度は１８０ｍ／ｍｉｎ）、
被削材：ＪＩＳ・ＳＳ４９０の丸棒、
切削速度：４００ｍ／ｍｉｎ、
切り込み：２ｍｍ、
送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ、
切削時間：７分、
の条件（切削条件Ｃ）での軟鋼の乾式高速連続切削試験（通常の切削速度は２００ｍ／ｍｉｎ）を行い、いずれの切削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１２に示した。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
【表２】
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【００３１】
【表３】
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【００３２】
【表４】
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【００３３】
【表５】
2007167988.tif 000007
【００３４】
【表６】
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【００３５】
【表７】
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【００３６】
【表８】
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【００３７】
【表９】
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【００３８】
【表１０】
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【００３９】
【表１１】
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【００４０】
【表１２】
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【００４１】
表７〜１２に示される結果から、本発明被覆サーメット工具１〜１３は、いずれも硬質被覆層の下部層であるＴｉ化合物層のうちの１層が、｛１１２｝面の傾斜角が０〜１０度の範囲内の傾斜角区分で最高ピークを示すと共に、前記０〜１０度の傾斜角区分範囲内に存在する度数の合計割合が４５％以上を占める傾斜角度数分布グラフを示し、一段と高温強度の向上した改質ＴｉＣＮ層で構成され、さらに、（０００１）面の傾斜角が０〜１０度の範囲内の傾斜角区分で最高ピークを示すと共に、前記０〜１０度の傾斜角区分範囲内に存在する度数の合計割合が４５％以上を占める傾斜角度数分布グラフを示し、この結果すぐれた高温硬さおよび耐熱性に加えて、高温強度の向上したものとなる改質α型Ａｌ2Ｏ3層で上部層が構成され、かつ、前記改質α型Ａｌ2Ｏ3層の少なくとも切刃稜線部を含むすくい面部分および逃げ面部分の表面がＲａ：０．２μｍ以下の表面粗さに研磨され、耐チッピング性向上に寄与することと相俟って、特に切刃部にきわめて高い切削抵抗が加わる難削材の高速切削加工でも、切刃部におけるチッピング発生が著しく抑制され、すぐれた耐摩耗性を示すのに対して、硬質被覆層の下部層であるＴｉ化合物層のうちの１層が、｛１１２｝面の測定傾斜角の分布が０〜４５度の範囲内で不偏的で、最高ピークが存在しない傾斜角度数分布グラフを示す従来ＴｉＣＮ層で構成され、かつ上部層が表面平滑性の低い改質α型Ａｌ2Ｏ3層で構成された従来被覆サーメット工具１〜１３においては、いずれも難削材の高速切削加工では硬質被覆層の高温強度が不十分であるために、表面平滑性の低い外部層と相俟って、切刃部にチッピングが発生し、比較的短時間で使用寿命に至ることが明らかである。
【００４２】
上述のように、この発明の被覆サーメット工具は、各種鋼や鋳鉄などの高速切削加工は勿論のこと、特に硬質被覆層にすぐれた高温強度および表面平滑性が要求される難削材の高速切削加工でも、硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を示し、長期に亘ってすぐれた耐摩耗性を発揮するものであるから、切削装置の高性能化並びに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】
【００４３】
【図１】硬質被覆層の下部層を構成するＴｉＣＮ層における結晶粒の｛１１２｝面の傾斜角の測定範囲を示す概略説明図である。
【図２】本発明被覆サーメット工具１の硬質被覆層の下部層を構成する改質ＴｉＣＮ層の｛１１２｝面の傾斜角度数分布グラフである。
【図３】従来被覆サーメット工具１の硬質被覆層の下部層を構成する従来ＴｉＣＮ層の｛１１２｝面の傾斜角度数分布グラフである。
【図４】硬質被覆層を構成するα型Ａｌ2Ｏ3層における結晶粒の（０００１）面の傾斜角の測定範囲を示す概略説明図である。
【図５】本発明被覆サーメット工具１の硬質被覆層の上部層を構成する改質α型Ａｌ2Ｏ3層の（０００１）面の傾斜角度数分布グラフである。
【図６】従来被覆サーメット工具１の硬質被覆層の上部層を構成する改質α型Ａｌ2Ｏ3層の（０００１）面の傾斜角度数分布グラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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