(57)【要約】【課題】Ｓｉを含有する皮膜の高硬度と耐熱性を活かし、靭性を高めることにより耐剥離性を改善し、更に表面平滑性に優れる被覆工具を提供することである。【解決手段】基材表面に皮膜を被覆した被覆工具において、該皮膜の少なくとも１層は、Ｓｉを含有した窒化物の硬質皮膜であり、該硬質皮膜はＫｒを含有することを特徴とする被覆工具であり、該硬質皮膜のＫｒ含有量が原子％で、０．０１以上、０．６以下であることが好ましい。【選択図】  図１
2007307652.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材表面に皮膜を被覆した被覆工具において、該皮膜の少なくとも１層は、Ｓｉを含有した窒化物の硬質皮膜であり、該硬質皮膜はＫｒを含有することを特徴とする被覆工具。
【請求項２】
請求項１に記載の被覆工具において、該硬質皮膜のＫｒ含有量が原子％で、０．０１以上、０．６以下であることを特徴とする被覆工具。
【請求項３】
請求項１乃至請求項２の何れかに記載の被覆工具において、該硬質皮膜は、Ｓｉの１部を、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｙ、Ｖ、Ｗ、Ｍｏから選択される１種以上の金属元素で置換し、Ｎの１部を、Ｃ、Ｏ、Ｂ、Ｓから選択される１種以上の非金属元素で置換したことを特徴とする被覆工具。
【請求項４】
請求項３に記載の被覆工具において、該硬質皮膜のＸ線回折における回折ピークのうち、面心立方構造の（２００）から算出される半価幅が２θで１度以上であることを特徴とする被覆工具。
【請求項５】
請求項１に記載の被覆工具において、該硬質皮膜の被覆方法は、少なくともＳｉを含有した固体蒸発源を用いた物理蒸着法であり、気体成分としてＫｒ及び窒素を含有した減圧雰囲気で、窒化物の硬質皮膜を被覆することを特徴とする被覆工具の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の製造方法において、窒素ガスに対するＫｒガスの流量体積比率Ｒが、０．２≦Ｒ≦４であることを特徴とする被覆工具の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、硬質皮膜を被覆した耐摩耗性を必要とする被覆工具、及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
皮膜の高硬度化、耐熱性を改善することを目的として、Ｓｉを含有した被覆工具が以下の特許文献１から３に、特許文献４には、Ｋｒを含有した皮膜が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平８−１１８１０６号公報
【特許文献２】特開２００２−３３７００６号公報
【特許文献３】特開２００５−３４４１４８号公報
【特許文献４】特開２０００−８０４７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１は、高速連続切削に対して優れた切削性能を示す硬質層被覆切削工具として、ＴｉとＳｉの硬質層を被覆した硬質層被覆切削工具が開示されている。しかし、この硬質層はＳｉ含有により圧縮残留応力が多大になり、皮膜が著しく脆い欠点がある。特許文献２、３は、Ｓｉ含有皮膜特有の高硬度及び耐酸化性を更に改善し、高靭性で耐チッピング性に優れ、高速切削加工に最適である被覆切削工具が開示されている。しかし、Ｓｉ含有皮膜の脆性を大幅に改善されたものの、耐剥離性が十分ではない。特許文献４は、被膜中に、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅから選ばれる少なくとも１種の原子を含有させた炭素系被膜が開示されている。しかし、窒化物の硬質皮膜に関しては、具体的検討は行われていない。また、炭素系被膜であることから、耐酸化性に乏しく、耐酸化性は全く検討されていない。
そこで、本願発明の目的は、Ｓｉを含有する皮膜の高硬度を活かし、靭性を高めることにより耐剥離性を改善し、更に耐酸化性及び表面平滑性に優れる被覆工具及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本願発明の被覆工具は、基材表面に皮膜を被覆した被覆工具において、該皮膜の少なくとも１層は、Ｓｉを含有した窒化物の硬質皮膜であり、該硬質皮膜はＫｒを含有することを特徴とする被覆工具である。本構成を採用することにより、Ｓｉを含有する皮膜の高硬度を活かし、靭性を高めることにより耐剥離性を改善し、更に耐酸化性、及び表面平滑性に優れ、摩耗環境下において、チッピングや膜剥離が発生し難く、長時間安定して使用可能な、優れた寿命を有する被覆工具を実現できる。
【０００６】
本願発明の被覆工具は、硬質皮膜のＫｒ含有量が原子％で、０．０１以上、０．６以下であることが好ましい。硬質皮膜は、Ｓｉの１部を、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｙ、Ｖ、Ｗ、Ｍｏから選択される１種以上の金属元素で置換し、Ｎの１部を、Ｃ、Ｏ、Ｂ、Ｓから選択される１種以上の非金属元素で置換することが好ましい。硬質皮膜のＸ線回折における回折ピークのうち、面心立方構造の（２００）から算出される半価幅が２θで１度以上であることが好ましい。
【０００７】
本願発明の被覆方法は、少なくともＳｉを含有した固体蒸発源を用いた物理蒸着法であり、気体成分としてＫｒ及びＮを含有した減圧雰囲気で、窒化物の硬質皮膜を被覆する被覆工具の製造方法であって、窒素ガスに対するＫｒガスの流量体積比率Ｒが、０．２≦Ｒ≦４であることが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本願発明により、Ｓｉを含有する皮膜の高硬度を活かし、靭性を高めることにより耐剥離性を改善し、更に耐酸化性、及び表面平滑性に優れる被覆工具及びその製造方法を提供することできた。これにより摩耗環境下においても、チッピングや膜剥離が発生し難く、長時間安定して使用可能な優れた寿命を有する被覆工具が実現できた。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本願発明の被覆工具に被覆する硬質皮膜は、Ｓｉを含有した窒化物皮膜にＫｒを含有させることにより、皮膜硬度を低下させることなく、Ｓｉ含有皮膜の靭性が格段に向上し、更に耐酸化性、及び表面平滑性を改善することができる。本願発明の硬質皮膜の靭性が向上する理由は、Ｋｒが主に結晶粒界に存在し、クラックの進展を抑制することに加え、Ｓｉ含有皮膜の残留圧縮応力を低減できるためである。硬質皮膜の耐酸化性が向上する理由は、主に結晶粒界を介して拡散する酸素の進行をＫｒが阻害する効果による。硬質皮膜の表面平滑性が向上する理由は、Ａｒ等を添加する場合に比べ、被覆時に硬質皮膜を構成する成分のイオン化が促進され、マクロパーティクルが大幅に減少することと、硬質皮膜表面への打ち込み効率が向上し、表面の結晶粒が平滑に成長するためである。硬質皮膜の好ましいＫｒ含有量は原子％で、０．０１以上、０．６以下である。０．０１未満の場合、Ｋｒを含有する効果が薄れ、残留圧縮応力が増加する傾向にあり、耐剥離性が低下する傾向にある。一方、０．６を超えて多い場合、硬度が低下する傾向にあり、耐摩耗性に乏しくなるためである。
本願発明の硬質皮膜は、Ｓｉを含有する窒化物の硬質皮膜である。Ｓｉを含有する窒化物は、高硬度で耐酸化性に優れ、工具の耐摩耗性改善に有効であるが、その反面極めて脆い特性を有する。そのため、耐剥離性を考慮し、Ｓｉ含有量は精々総金属元素に対して、原子％濃度比で２５％未満が実用化されている。ここで、Ｋｒを含有することにより、Ｓｉ含有皮膜の脆性を大幅に改善でき、Ｓｉ含有量を総金属元素に対して、原子％濃度比で５０％未満まで含有させることも可能となり、耐酸化性を改善することができ好ましい。
【００１０】
本願発明の硬質皮膜の金属元素は、Ｓｉの１部を、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｙ、Ｖ、Ｗ、Ｍｏから選択される１種以上の金属元素で置換し、Ｎの１部を、Ｃ、Ｏ、Ｂ、Ｓから選択される１種以上の非金属元素で置換したことにより、高硬度、高耐酸化性、高潤滑性、低摩擦抵抗になり、優れた被覆工具が実現でき好ましい。例えば、Ｓｉの１部をＴｉ、Ｎｂ、Ｃｒ、Ａｌから選択される１種以上の元素と置換することは、特に皮膜の高硬度化に寄与する効果を有する。Ｗ、Ｙ、Ａｌ、Ｍｏ等の１種以上と置換することは特に耐熱性の向上に、Ｎｂ、Ａｌ、Ｙ、Ｃｒ等の１種以上と置換することは特に耐酸化性の向上に、Ｗ、Ｃｒ等の１種以上と置換することは特に強度と耐塑性変形性の改善に、Ｖ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｗ等の１種以上と置換することは特に摺動性の向上に効果を有し、好ましい。皮膜硬度、耐酸化性の改善が著しい添加元素は、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｎｂ等が挙げられる。耐摩耗性の観点から、好ましい金属元素の成分は、ＴｉＳｉ、ＴｉＡｌＳｉ、ＡｌＣｒＳｉ、ＡｌＳｉ、ＡｌＮｂＣｒＳｉ、ＴｉＳｉＮｂＡｌが挙げられる。また非金属成分のうち、Ｎの４０原子％未満を、Ｃ、Ｂ、Ｏ、Ｓの非金属元素で置換することが、更に好ましい。Ｂを含有することにより、特に耐熱性、及び潤滑性に優れ、Ｃ、Ｓを含有することにより、特に耐溶着性、及び摺動特性を大幅に改善することが出来、好ましい。好ましい非金属元素の成分は、ＮＣ、ＮＢ、ＮＣＢ、ＮＣＯＢ、である。
【００１１】
本願発明の硬質皮膜は、Ｘ線回折における回折ピークのうち、面心立方構造の（２００）から算出される半価幅が２θで１度以上であることが好ましい。硬質皮膜の結晶構造は、少なくとも立方晶Ｂ１構造の面心立方構造からの回折ピークを有する構造が好ましく、六方晶Ｂ４構造の最密六方構造、又はアモルファス相を含んでもよい。最密六方構造を含有することにより、特に耐酸化性が向上して好ましい。また、面心立方構造とアモルファス相との混合組織とすることにより、皮膜の硬度が向上し、耐摩耗性が向上することから、好ましい。面心立方構造の（２００）から算出される半価幅が２θで１度以上であることが好ましい。これより、皮膜の硬度向上とＫｒによる高靭性化の効果が顕著に発揮され、工具の耐摩耗性を大幅に改善することが出来て好ましい。皮膜の硬度向上と高靭性化のバランスから、半価幅が２θで１度以上、２．５度以下がより好ましく、１．３度以上、２．５度以下が、最も好ましい。硬質皮膜は、硬度が３０ＧＰａ以上、６０ＧＰａ以下が、工具の耐摩耗性を改善することでき、好ましい。硬質皮膜内のＫｒを定量、及び定性する手段としては、Ｘ線光電子分光分析、二次イオン質量分析、もしくは電子線プローブマイクロアナライザー等が挙げられる。
【００１２】
本願発明の被覆方法は、少なくともＳｉを含有した固体蒸発源を用いた物理蒸着法であり、気体成分としてＫｒ及びＮを含有した減圧雰囲気で、窒化物の硬質皮膜を被覆する製造方法が好ましい。硬質皮膜の金属成分であるＳｉは、固体蒸発源を用いた物理蒸着法により、硬質皮膜に添加することにより、Ｋｒを添加する効果が顕著に現れ、高硬度で高靭性からなる硬質皮膜が得られる。気体成分としてＫｒ及びＮを含有した減圧雰囲気で、Ｓｉ含有皮膜を被覆することにより、圧縮残留応力が低減でき、皮膜の靭性を高めることが出来、耐剥離性が格段に向上する。製造方法において、窒素ガスに対するＫｒガスの流量体積比率Ｒを、０．２≦Ｒ≦４の範囲とすることにより、Ｓｉ含有硬質皮膜が高硬度で靭性に優れ、又平滑性にも優れることから好ましい。Ｒ値が０．２未満の場合、Ｋｒ添加の効果が十分ではなく、脆い特性が現れ、耐剥離性が低下する傾向にある。また硬質皮膜内にＫｒが検出されない場合が確認された。Ｒ値が４を超えて大きいと、皮膜硬度が低下する傾向にあり、耐摩耗性が低下する。Ｓｉ含有硬質皮膜内にＫｒをより効果的に含有させるために、被覆時に印加するバイアス電圧をパルス状のバイアス電圧とすることにより、結晶粒界がより明確になり、Ｋｒを効果的に結晶粒界に取り込むことが出来、好ましい。バイポラ−パルス状のパルスバイアス電圧がより好ましく、その反転時間を長く設定することが好ましい。Ｋｒ及びＮ以外にＡｒを用いることも可能である。この場合、窒素ガスに対するＫｒガスの流量体積比率Ｒが、１．２以上、４以下が耐摩耗性の観点から適している。
【００１３】
本願発明の該硬質皮膜は、単一層においても優れた耐摩耗性を示すが、耐摩耗性、耐剥離性を改善し、工具寿命を延長するために、基材と該硬質皮膜の中間層として、Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｎｂ、Ｙから選択される１種以上の窒化物皮膜を被覆することができ、好ましい。優れた耐摩耗性を発揮する中間層の成分は、（ＴｉＡｌ）Ｎ、（ＡｌＣｒ）Ｎ、（ＡｌＮｂ）Ｎ、（ＡｌＣｒＴｉ）Ｎ、（ＡｌＣｒＹ）Ｎが特に好ましい。中間層と硬質皮膜の各層の厚さを２ｎｍ以上、２０ｎｍ以下の範囲で、５００層以上、８０００層以下で積層することにより、皮膜全体の残留圧縮応力を低減することができ、工具寿命を更に延長することが出来、好ましい。
本願発明の被覆工具は、金型等の耐摩耗工具、及び切削工具、特にエンドミル、ドリル、リーマ、カッター、ブローチ、ホブ、マイクロドリル、ルーター、ミーリング用インサート、ターニング用インサート等に用いることにより、優れた切削寿命が得られ好ましい。本願発明の被覆工具は、基材が立方晶窒化硼素焼結体であることにより、更に優れた耐摩耗性と耐塑性変形性が得られ、好ましい。立方晶窒化硼素焼結体は、ｃＢＮ含有率が５５体積％以上、ｃＢＮ平均粒子径が３μｍ未満、主バインダーがＴｉＮ、Ｔｉ（ＣＮ）、ＴｉＣの何れかである事が、耐摩耗性と機械強度がバランス良く、密着性に優れており、好ましい。また、基材がＷＣ−Ｃｏ系超硬合金であることにより、優れた密着強度を有する皮膜と耐チッピング性が得られ、好ましい。ＷＣ−Ｃｏ系超硬合金は、ＷＣ平均粒子径が０．６μｍ以下、Ｃｏバインダーが８重量％以下、Ｖ及び／又はＣｒを含んでいることにより、耐摩耗性に加えて機械強度が最も優れ、好ましい。以下、本願発明を実施例に基づいて説明するが、本願発明は下記実施例に限定されず、適宜変更を行うことは本願発明の範囲含まれる。
【実施例】
【００１４】
本願発明の被覆工具の工具寿命を評価するために、基材として、Ｃｏ：６質量％、ＷＣ平均粒径が０．２μｍ、ＶＮ：０．３質量％、Ｃｒ：０．５質量％、硬度がＨＲＡで９４．３の超微粒子超硬合金製、直径１ｍｍの２枚刃ボールエンドミルを使用した。この基材を脱脂洗浄し、スパッタリング装置にセットし、本願発明のＳｉとＫｒを含有した窒化物系の硬質皮膜を成膜した。成膜には、スパッタリング蒸発源を４基搭載し、所定の回転スピードで自公転する試料ホルダーを配備したスパッタリング装置を用い、そのうちの２基のスパッタリング蒸発源にＳｉターゲットを設置した。ターゲットには、熱間静水圧焼結したものをバッキングプレートに多数個張り付けたものを用いた。上記脱脂洗浄後の基材を、スパッタリング装置内の試料ホルダーに装着し、５００℃で加熱脱ガス処理した。装置内の真空度を４×１０−４Ｐａ以下に真空排気後、Ａｒを装置内に導入し、圧力を８×１０−１Ｐａにして、基材に−２００Ｖのバイアス電圧を印加して、基材のＡｒイオンによるクリーニング処理を略６０分間実施した。その後、連続して装置内にＡｒガスを３００ｍｌ／分、及びＫｒガスを２００ｍｌ／分、及びＮ２ガスを１００ｍｌ／分の流量で導入し、Ｒ値を２．０に設定した。装置内の圧力を５×１０−１Ｐａ、成膜温度を４８０℃にして、基材に−１００Ｖ、＋０Ｖの間で、周波数２ｋＨｚ、反転時間１６００ｎｓのパルス状バイアス電圧を印加した。Ｓｉターゲット２基夫々に２ｋＷの電力を供給し、ＳｉとＫｒを含有する硬質皮膜を略約３μｍ厚被覆した。この成膜中に、試料ホルダーを毎分２回転の公転速度で回転させることにより、本発明例１を作製した。作製した本発明例と比較例の皮膜構成及びその詳細を表１にあわせて示す。
【００１５】
【表１】
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【００１６】
本発明例２から３３についても、断りのない限り本発明例１に準じた条件を使用した。本発明例４はＴｉとＡｌＳｉからなる複合ターゲットを用いたが、複合ターゲットは、Ｓｉの面積率が１０〜２０％となるようターゲットを作製した。特に記載が無い限り、他の複合ターゲットも同様に作製した。本発明例５〜６は、反応ガスとして酸素ガスまたはアセチレンガスを微少量加えて成膜した。本発明例２５〜２９は中間層を用いた。４基搭載したスパッタリング蒸発源のうち、２基にＴｉＳｉターゲットを、残２基に各種組成が異なるターゲットを用いた。成膜条件は、本発明例１準じた条件を採用し、Ａｒイオンによるクリーニング処理を施した。装置内の圧力を５×１０−１Ｐａ、成膜温度を４８０℃にして、基材に−１００Ｖのバイアス電圧を印加、中間層成膜用のターゲットに４ｋＷの電力を供給し、中間層を略約３μｍ厚被覆した。その後、本発明例１１と略同じ成膜条件で（ＴｉＳｉ）Ｎ皮膜を略１μｍ厚被覆した。本発明例３０、３１、３２は、本発明例１３と略同じ成膜条件であるが、ターゲット表面のＴｉＢ２面積率が異なる試料を作成した。本発明例３３は、本発明例１３と略同じ成膜条件であるが、成膜時のバイアス電圧を−５０Ｖに変更して試料を作成した。
比較のために、本発明例１と略同じ成膜条件を用いるものの、連続して装置内に導入するガスを変更して被覆した。比較例３４は、Ｎ２ガスを１００ｍｌ／分、残Ａｒガスを導入し、装置内の圧力が５×１０−１Ｐａで成膜した。比較例３５は本発明例２と略同じ成膜条件を用い、連続して装置内に導入するガスを、Ｎ２ガスを１００ｍｌ／分、残Ａｒガスを導入し、装置内の圧力が５×１０−１Ｐａで成膜した。比較例３６は本発明例３と略同じ成膜条件を用い、ターゲット連続して装置内に導入するガスを、Ｎ２ガスを１００ｍｌ／分、残Ａｒガスを導入し、装置内の圧力が５×１０−１Ｐａで成膜した。比較例３７は本発明例２３と略同じ成膜条件を用い、ＡｌとＴｉからなる複合ターゲットを用いた。比較例３８は比較例３７と略同じ成膜条件を用い、連続して装置内に導入するガスを、Ｎ２ガスを１００ｍｌ／分、残Ａｒガスを導入し、装置内の圧力が５×１０−１Ｐａで成膜した。
【００１７】
本発明例と比較例のＫｒの定性分析は、次の方法で評価した。日立製作所製Ｓ−４２００型電界放射型走査型電子顕微鏡（以下、ＦＥ−ＳＥＭと記す。）に付属の堀場製作所製ＥＭＡＸ−７０００型、ＳＰＥＣＴＲＵＭ、Ｒｅｌ．Ｍ９０５３１３Ｅ、Ｖｅｒ．１．２０、ＲＯＭ、Ｖｅｒ．１．０、ＥＤＸ装置を用いた。以後、これをＥＤＸ分析と言う。加速電圧を２０ｋＶ、エミッション電流を略１０μＡ、Ｘ線取り込み時間を１００秒、Ｘ線取り出し角度を３０度、電子線入射角度を９０度、パルス処理時間をＰ５、プローブ電流を０．２ｎＡ、の測定条件で行い、Ｋｒに帰属するピークの有無を確認した。分析試料は、工具寿命の評価に用いたボールエンドミルを用い、被覆後、アセトン内で超音波洗浄を１０分間処理したものを用いた。
本発明例のＫｒの定量分析は、次の方法で評価した。ＰＨＩ社製Ｑｕａｎｙｕｍ２０００型走査型Ｘ線光電子分光分析装置を用い、Ｘ線源としてＡｌＫα（モノクロ）、分析領域を直径１００μｍ、電子中和銃を使用した。測定直前にＡｒイオン銃を用い、試料表面を１分間エッチングした後に分析を行った。このときのエッチング速度は、ＳｉＯ２換算で毎分６．５ｎｍであった。これらの測定方法により、試料の極表面に存在する元素を分析し、測定された各元素のピーク強度より、ＰＨＩ社提供の相対感度因子を用い、表面原子濃度を見積もった。分析試料は、鏡面加工を施した厚さ１ｍｍの超硬合金製試験片を用い、被覆後、アセトン内で超音波洗浄を１０分間処理したものを用いた。作製した本発明例のＸ線光電子分光分析による定量分析結果の詳細を表２に示す。表２中のＣ及びＯは成膜中に意図的に添加したものではない。同様にして測定した試料のＫｒ含有量を表１に併記する。
【００１８】
【表２】
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【００１９】
皮膜のＸ線回折における回折ピークのうち、面心立方構造の（２００）ピークの半価幅を測定した。測定は、Ｘ線回折装置により、管電圧を１２０ｋＶ、電流を４０μＡ、Ｘ線源をＣｕｋα、入射角を５度、入射スリットを０．４ｍｍ、２θを３０から７０度の範囲で実施した。得られた皮膜からのＸ線回折プロファイルのうち、立方晶Ｂ１構造の２θで３８度から４５度の範囲の最大ピーク強度を示すピーク、すなわち（２００）面に相当するピークの半価幅を測定した。その評価結果を表１に併記する。皮膜の平滑性を評価するために、ＦＥ−ＳＥＭを用い、皮膜表面を１万倍で観察し、表面の凹凸を観察した。
【００２０】
作製した本発明例及び比較例の工具寿命を以下の条件で評価した。下記の条件で切削評価を行い、逃げ面摩耗幅が０．１ｍｍに達した切削長、若しくは著しく不安定な加工状態、例えば火花発生、異音、加工面のむしれ、焼け等などの状態に達した時の切削長を工具寿命と判断した。１０ｍ未満は切り捨てて表記した。評価結果を表１に併記した。
（切削条件）
工具        ：２枚刃ボールエンドミル、直径１ｍｍ
切削方法    ：超高速仕上げ加工
被削材      ：ＳＵＳ４２０Ｊ２、硬さＨＲＣ５０
切り込み    ：軸方向、０．０１ｍｍ、径方向、０．０１ｍｍ
主軸回転数  ：２００００ｍｉｎ−１
テーブル送り：４ｍ／ｍｉｎ
切削油      ：無し、ドライ切削
【００２１】
本発明例１と比較例３４を比較した。比較例３４は、Ｋｒを含有しない皮膜であり、切削初期に皮膜が剥離し、２０ｍで工具寿命に達したが、本発明例１は工具寿命が７０ｍであり、３．５倍工具寿命が向上した。本発明例１のＥＤＸ結果を図１、比較例３４のＥＤＸ結果を図２に示す。図１には、Ｋｒのピーク強度が認められるが、図２は、Ｋｒのピークが検出されなかった。本発明例１と比較例３４の皮膜表面をＦＥ−ＳＥＭにより観察した結果を図３、図４に示す。図３は、粒子状の界面が観察され、ＳｉとＫｒを含有した本発明例１は、平滑性に優れていた。しかし、図４は粒子状の界面が明確に観察されなかった。本発明例２と比較例３５を比較した。比較例３５は、Ｋｒを含有しない皮膜であり、切削初期に皮膜が剥離し、２０ｍで工具寿命に達したが、本発明例１は工具寿命が１２０ｍであり、６倍工具寿命が向上した。本発明例３と比較例３６を比較した。比較例３６は、Ｋｒを含有しない皮膜であり、切削初期に皮膜が剥離し、５０ｍで工具寿命に達したが、本発明例３は工具寿命が２５０ｍであり、５倍工具寿命が向上した。図５に本発明例３のＥＤＸ結果を示す。本発明例３にはＫｒのピークが明瞭に認められた。本発明例４と比較例３７を比較した。比較例３７は、被覆時にＫｒを用い、且つＫｒのピークが皮膜から検出されるものの、Ｓｉを含有しない皮膜であり、８０ｍで逃げ面摩耗幅が０．１ｍｍに達し、工具寿命となった。Ｓｉを含有する本発明例４は工具寿命が３６０ｍであり、４．５倍工具寿命が向上した。従って、単にＳｉを含有した皮膜は、高硬度で優れた耐熱性を有するものの、極めて脆い特性のため、皮膜剥離が発生し易く、その特性が十分に発揮されないが、本願発明のＳｉ及びＫｒを含有する皮膜とすることにより、Ｓｉを含有する皮膜の高硬度と耐熱性を活かし、靭性を高めることにより格段に耐剥離性が改善され、表面平滑性に優れる被覆工具を提供することが可能となった。比較例３７と比較例３８を見ても、皮膜にＫｒを含有することより、工具寿命は改善された。
【００２２】
本発明例１と本発明例５〜９を比較する。本発明例５〜９は、Ｎに加え非金属元素としてＢ、Ｏ、Ｓ、Ｃを含有する。本発明例１の工具寿命が７０ｍであるのに対して、本発明例５〜９は、Ｓｉ、Ｋｒと共にＢ、Ｏ、Ｓ、Ｃを含有し、本発明例１の２倍以上工具寿命が長く、優れていた。従って、本願発明は、ＳｉとＫｒを含有する皮膜が、非金属元素としてＢ、Ｏ、Ｓ、Ｃから選択される少なくとも１種以上の元素を含有していることが好ましい。これは、ＳｉとＫｒを含有する皮膜が、Ｂ、Ｏ、Ｓ、Ｃから選択される少なくとも１種以上の元素を含有していることにより、夫々高硬度、耐凝着性、高潤滑性、低摩擦抵抗になったためである。基材が略同じであり、Ｓｉと窒素から構成される本発明例１に対して、他の金属元素を加えて成膜した本発明例１２、１５から２０と、２２から２４を比較した。本発明例１の工具寿命が７０ｍであるのに対して、Ｓｉ、Ｋｒと共に他の金属元素を加えて成膜した本発明例１２、１５から２０と、２２から２４は、２倍以上工具寿命が長く、優れていた。例えば、本発明例２と本発明例１０を比較する。本発明例２はＳｉと窒素と炭素を含有し、本発明例１０はＴｉの金属元素を加えて成膜した。本発明例２の工具寿命が１２０ｍであるのに対して、本発明例１０は、２倍以上工具寿命が長く、優れていた。本発明例３と本発明例１１、１３、１４、２１を比較する。本発明例３は、ＴｉＳｉと窒素かを含有し、本発明例１１、１３、１４、２１は硼素もしくは硼素と炭素を加えて成膜した。本発明例１１のＥＤＸ結果を図６に示し、その拡大を図７に示す。本発明例１１は、ＫｒとＡｒのピークが検出された。本発明例２１のＥＤＸ結果を図８に示し、Ｋｒのピークが検出された。本発明例３の工具寿命が２５０ｍであるのに対して、硼素もしくは硼素と炭素を加えて成膜した本発明例１１、１３、１４、２１は、１．４倍以上工具寿命が長く、優れていた。従って、本発明は、Ｓｉ及びＫｒを含有する皮膜は金属元素として、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｙ、Ｖ、Ｗ、Ｍｏから選択される１種以上を含有し、非金属元素として、Ｎ、Ｃ、Ｏ、Ｂ、Ｓから選択される１種以上を含有することが好ましい。本発明例３と本発明例２５〜２９を比較する。本発明例２５〜２９は中間層を用いることにより、２倍以上工具寿命が向上した。従って、中間層を用いることがより好ましい。表２から、本発明例１３、３１、３２、３３のＫｒ含有量は原子％で、夫々０．３１、０．２３、０．２２、０．６１であった。Ｋｒ含有量が０．６１の本発明例３３は、耐摩耗性が低下した。これより、硬質皮膜のＫｒ含有量が原子％で、０．０１以上、０．６以下であることがより好ましい。本発明例１３、３０、３１のＳｉ２ｐのスペクトルを図９から図１１に示すが、８５〜９０ｅＶの範囲のピークがＫｒに帰属するピークであり、９５〜１０５ｅＶの範囲のピークがＳｉに帰属するピークである。図より、Ｘ線光電子分光分析においても、Ｋｒが硬質皮膜内に存在することが確認出来た。Ｋｒの含有量は特に皮膜の結晶粒子形態に依存している。即ち柱状組織の場合には、比較的多く検出され、平滑な表面構造をしているものは、比較的少ない。（２００）から算出した半価幅が２θで０．７度���本発明例３３と、１．４度の本発明例１３を比較する。本発明例１３は、本発明例３３よりも１．５倍以上工具寿命が長かった。また、大気中１０００℃で１時間保持した後、皮膜表面をＦＥ−ＳＥＭで観察した結果、本発明例３３よりも本発明例１３の方が、酸化物が微細であり、断面組織においても酸化層の厚みが薄く、耐酸化性にも優れていた。従って、硬質皮膜のＸ線回折における回折ピークのうち、面心立方構造の（２００）から算出される半価幅が２θで１度以上であることがより好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、本発明例１のＥＤＸ結果を示す。
【図２】図２は、比較例３４のＥＤＸ結果を示す。
【図３】図３は、本発明例１の皮膜表面の観察結果を示す。
【図４】図４は、比較例３４の皮膜表面の観察結果を示す。
【図５】図５は、本発明例３のＥＤＸ結果を示す。
【図６】図６は、本発明例１１のＥＤＸ結果を示す。
【図７】図７は、図６の拡大図を示す。
【図８】図８は、本発明例２１のＥＤＸ結果を示す。
【図９】図９は、本発明例１３のＸ線光電子分光分析結果を示す。
【図１０】図１０は、本発明例３０のＸ線光電子分光分析結果を示す。
【図１１】図１１は、本発明例３１のＸ線光電子分光分析結果を示す。
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【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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【図７】
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【図８】
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