(57)【要約】【課題】高速重切削加工において硬質被覆層がすぐれた耐チッピング、耐欠損性を発揮する表面被覆切削工具を提供する。【解決手段】硬質被覆層が化学蒸着された下部層と上部層とからなり、（ａ）前記下部層は、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、（ｂ）前記上部層は、２〜２５μｍの平均層厚を有する酸化アルミニウム層、であり、前記上部層を構成する酸化アルミニウム層は、柱状縦長成長酸化アルミニウム結晶組織を有しており、その組織内に微粒酸化アルミニウムが分散分布している。【選択図】図１
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【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硬質被覆層を設けた表面被覆切削工具において、
前記硬質被覆層が化学蒸着された下部層と上部層とからなるとともに、
（ａ）前記下部層は、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、
（ｂ）前記上部層は、２〜２５μｍの平均層厚を有する酸化アルミニウム層、
からなり、
前記（ｂ）の上部層を構成する酸化アルミニウム層は、柱状縦長成長酸化アルミニウム結晶組織を有しており、その組織内に微粒酸化アルミニウムが分散分布しており、該微粒酸化アルミニウムが粒状酸化アルミニウム結晶相又はアモルファス酸化アルミニウム相若しくは粒状酸化アルミニウム結晶相とアモルファス酸化アルミニウム相との混合相であり、柱状縦長成長酸化アルミニウム結晶の平均粒子幅Ｗは５０〜２０００ｎｍ、平均アスペクト比Ａは５〜５０であり、前記微粒酸化アルミニウムの平均粒径Ｒが、１０〜５０ｎｍであり、上部層を構成する酸化アルミニウム層に存在する微粒酸化アルミニウムの断面の数密度が２０〜１５０個／μｍ２であることを特徴とする表面被覆切削工具。
【請求項２】
前記微粒酸化アルミニウムの断面の数密度が層厚方向に沿って周期０．５μｍ〜５μｍで周期的に変化する数密度分布形態を有してい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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高熱発生を伴うとともに、切れ刃に高負荷が作用する各種の鋼や鋳鉄の高速重切削加工において、硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を備えることにより、長期の使用に亘ってすぐれた切削性能を発揮する表面被覆切削工具（以下、被覆工具という）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、一般に、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工具基体（以下、これらを総称して工具基体という）の表面に、
（ａ）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層以上からなるＴｉ化合物層、
（ｂ）上部層が、化学蒸着形成された酸化アルミニウム層、
以上（ａ）および（ｂ）で構成された硬質被覆層を形成してなる被覆工具が知られており、この被覆工具は、各種の鋼や鋳鉄などの切削加工に用いられていることが知られている。
ただ、前記被覆工具は、切れ刃に大きな負荷がかかる切削条件では、チッピング損等を発生しやすく、工具寿命が短命であるという問題があるため、これを解消するために、従来からいくつかの提案がなされている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、硬質被覆層をＴｉ等の炭化物、窒化物、炭窒化物、硼化物、硼窒化物の１種以上からなる内層、および０．０１〜０．５μｍの粒度のアモルファスアルミナと結晶化アルミナで構成されるアルミナからなる外層からなる被覆層を有することによって、この被覆層は微粒で緻密であり、しかも生産性が大であることが開示されている。
また、特許文献２には、ＷＣ基超硬合金基体の表面に、Ａｌ２Ｏ３層を含む硬質被覆層、例えば、ＴｉＣ層、ＴｉＮ層、ＴｉＣＮ層、ＴｉＯ２層、ＴｉＣＯ層、ＴｉＮＯ層およびＴｉＣＮＯ層からなるＴｉ化合物層のうちの１種または２種以上と、Ａｌ２Ｏ３層で構成した硬質被覆層を２〜２０μｍの平均層厚で化学蒸着および／または物理蒸着してなる表面被覆超硬合金製切削工具において、硬質被覆層を構成するＡｌ２Ｏ３層を、Ａｌ２Ｏ３の主体がα型結晶構造を有し、かつ上側部と下側部（基体側）で異なる結晶組織を有し、上側部を柱状Ａｌ２Ｏ３層、すなわち柱状結晶粒が縦方向に並列配置した結晶組織とし、下側部を粒状Ａｌ２Ｏ３層、すなわち粒状結晶組織としたＡｌ２Ｏ３層で構成することによって、耐チッピング性にすぐれた被覆工具を提供することが開示されている。
さらに、特許文献３には、母材表面に硬質膜を被覆した硬質膜被覆部材において、硬質膜が非柱状晶組織のＡｌ酸化物あるいは酸窒化物からなり、該硬質膜の膜厚が４乃至１５μｍであることによって、耐摩耗性、耐欠損性にすぐれた長寿命の被覆工具を提供することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５９−２８５６５号公報
【特許文献２】特開平１０−７６４０６号公報
【特許文献３】特開平１−８３６６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年の切削加工における省力化および省エネ化の要求は強く、これに伴い、被覆工具は一段と過酷な条件下で使用されるようになってきているが、例えば、前記特許文献１乃至３に示される被覆工具においても、高熱発生を伴うとともに、より一段と切れ刃に高負荷が作用する高速重切削加工に用いられた場合には、上部層の熱伝導率が高く、熱遮蔽効果が十分ではないために、切削加工時の高負荷によって切れ刃にチッピング、欠損が発生しやすく、その結果、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、本発明者らは、前述のような観点から、高熱発生を伴い、かつ、切れ刃に高負荷が作用する高速重切削加工に用いられた場合でも、硬質被覆層がすぐれた靭性、耐チッピング性を備え、しかも、長期の使用にわたってすぐれた耐摩耗性を発揮する被覆工具について鋭意研究を行った結果、以下の知見を得た。
【０００７】
即ち、硬質被覆層として、前記従来の酸化アルミニウムからなる上部層を形成したものにおいては、酸化アルミニウムが基体に垂直方向に柱状をなして形成されている。そのため、高温硬さと耐摩耗性は向上するが、その反面、酸化アルミニウム層の基体の水平方向に沿った粒界が少なく、酸化アルミニウム層の熱伝導度が上昇し、熱的な耐衝撃性、熱遮蔽性が低下する結果、十分な耐チッピング性、耐欠損性を発揮することができず、また、工具寿命も満足できるものであるとはいえなかった。
そこで、本発明者らは、硬質被覆層の上部層を構成する酸化アルミニウム層について鋭意研究したところ、酸化アルミニウム層の高温硬さと耐摩耗性を何ら損なうことなく、上部層を構成する酸化アルミニウム層の粒界を増やすことにより、靭性、熱遮蔽性を高めることによって、硬質被覆層の耐チッピング性、耐欠損性を向上させることができるという新規な知見を見出した。
【０００８】
具体的には、上部層を構成する酸化アルミニウム層が、柱状縦長成長酸化アルミニウム結晶組織を有しており、その組織内に微粒酸化アルミニウムが分散分布していることにより、酸化アルミニウム層の熱伝導度を抑制し、熱的な耐衝撃性、熱遮蔽性が高められる。
【０００９】
そして、前述のような構成の酸化アルミニウム層は、例えば、以下の化学蒸着法によって成膜することができる。
工具基体表面に、反応ガス組成（容量％）を、ＡｌＣｌ３：２〜３％、トリメチルアルミニウム（Ａｌ（ＣＨ３）３）（以下、ＴＭＡで示す）：０．２５〜０．７５％、ＣＯ２：４〜６％、ＨＣｌ：１〜３％、Ｈ２Ｓ：０．１〜０．５％、Ｈ２：残、として、反応雰囲気圧力を、５〜８ｋＰａとして、反応雰囲気温度を、８７０〜１０４０℃として、化学蒸着法を行うことにより、微粒酸化アルミニウムが膜中に分散した柱状縦長成長酸化アルミニウム結晶組織を得ることができる。
【００１０】
そして、特に、酸化アルミニウム層中の微粒酸化アルミニウムの断面の数密度が層厚方向に沿って周期０．５μｍ〜５μｍで周期的に変化する数密度分布形態を有する場合には、微粒酸化アルミニウムの数密度の低い領域が存在することにより、柱状縦長成長酸化アルミニウム結晶の優れた高温硬さや耐摩耗性という特性を高く発揮し、かつ、微粒酸化アルミニウムの数密度の高い領域が存在することにより、微粒酸化アルミニウムによる優れた靭性や熱遮蔽性という特性を高く発揮し、この上記特性を高い水準で併せ持つことが出来る。したがって、特に、高熱発生を伴い、かつ、切れ刃に高負荷が作用する高速重切削加工に用いられた場合でも、硬質被覆層が耐チッピング性、耐欠損性にすぐれ、長期の使用に亘ってすぐれた切削性能を発揮し得ることを見出した。
【００１１】
本発明は、前記知見に基づいてなされたものであって、
「（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硬質被覆層を設けた表面被覆切削工具において、
前記硬質被覆層が化学蒸着された下部層と上部層とからなるとともに、
（ａ）前記下部層は、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、
（ｂ）前記上部層は、２〜２５μｍの平均層厚を有する酸化アルミニウム層、
からなり、
前記（ｂ）の上部層を構成する酸化アルミニウム層は、柱状縦長成長酸化アルミニウム結晶組織を有しており、その組織内に微粒酸化アルミニウムが分散分布しており、該微粒酸化アルミニウムが粒状酸化アルミニウム結晶相又はアモルファス酸化アルミニウム相若しくは粒状酸化アルミニウム結晶相とアモルファス酸化アルミニウム相との混合相であり、柱状縦長成長酸化アルミニウム結晶の平均粒子幅Ｗは５０〜２０００ｎｍ、平均アスペクト比Ａが５〜５０であり、前記微粒酸化アルミニウムの平均粒径Ｒが、１０〜５０ｎｍであり、前記微粒酸化アルミニウムの断面の数密度が２０〜１５０個／μｍ２であることを特徴とする表面被覆切削工具。
（２）  前記微粒酸化アルミニウムの断面の数密度が層厚方向に沿って周期０．５μｍ〜５μｍで周期的に変化する数密度分布形態を有していることを特徴とする（１）に記載の表面被覆切削工具。」
に特徴を有するものである。
【００１２】
本発明について、以下に詳細に説明する。
【００１３】
下部層のＴｉ化合物層：
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層以上のＴｉ化合物層からなる下部層は、通常の化学蒸着条件で形成することができ、それ自体が高温強度を有し、こ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、工具基体と酸化アルミニウムからなる上部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、層厚が薄いため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、結晶粒が粗大化し易くなり、チッピングを発生しやすくなることから、その合計平均層厚を３〜２０μｍと定めた。
【００１４】
上部層の酸化アルミニウム層：
上部層を構成する酸化アルミニウム層が、高温硬さと耐熱性を備えることは既に良く知られているが、その平均層厚が２μｍ未満では、長期の使用に亘っての耐摩耗性を確保することができず、一方、その平均層厚が２５μｍを越えると酸化アルミニウム結晶粒が粗大化し易くなり、その結果、高温硬さ、高温強度の低下に加え、高速重切削加工時の耐チッピング性、耐欠損性が低下するようになることから、その平均層厚を２〜２５μｍと定めた。
【００１５】
更に本発明は、前記の構成に加えて、以下の条件を併せ持つとき、より一層、すぐれた効果を発揮する。
上部層の酸化アルミニウム層は、柱状縦長成長酸化アルミニウム結晶組織を有しており、その組織内に微粒酸化アルミニウムが分散分布している構成とする。このような構成にすることによって、靭性、熱遮蔽性が向上し、すぐれた耐チッピング性を示すようになる。ところが、柱状縦長成長酸化アルミニウム結晶の各結晶粒について、基体表面に平行な方向の粒子幅をｗとし、その平均値を平均粒子幅Ｗとした場合、平均粒子幅Ｗが５０ｎｍよりも小さいと、長期の使用に亘っての耐摩耗性を確保できず、一方、２０００ｎｍを超えると、粒子の粗大化により耐チッピング性、耐欠損性が低下する。したがって、柱状縦長成長酸化アルミニウム結晶の平均粒子幅Ｗは、５０〜２０００ｎｍとすることが好ましい。また、柱状縦長成長酸化アルミニウムの各結晶粒について、基体表面に垂直な方向の粒子長さをｌとし、前記粒子幅ｗとｌとの比を各結晶粒のアスペクト比ａとし、さらに、個々の結晶粒について求めたアスペクト比ａの平均値を平均アスペクト比Ａとした場合、平均アスペクト比Ａが５より小さいと、柱状縦長成長酸化アルミニウムの特徴である高い耐摩耗性を確保できず、一方、５０を超えると、かえって靭性が低下し、耐チッピング性、耐欠損性が低下する。したがって、柱状縦長成長酸化アルミニウム結晶の平均アスペクト比Ａは５〜５０とすることが望ましい。ここで本発明では、柱状縦長成長酸化アルミニウムの１つの粒子を計測したとき、基体表面に平行な方向の定方向最大径を粒子幅ｗと呼び、一方、基体表面に垂直な方向の定方向接線径を粒子長さｌと呼ぶ。
さらに、微粒酸化アルミニウムについて、個々の微粒酸化アルミニウムの粒径をｒとし、その平均値を平均粒径Ｒとした場合、平均粒径Ｒが１０ｎｍより小さいと、微粒酸化アルミニウムを分散分布させることの効果が発揮されず、一方、５０ｎｍを超えると、上部層の酸化アルミニウム層の粒界による熱伝導度抑制効果が低下する。したがって、微粒酸化アルミニウムの平均粒径Ｒは、１０〜５０ｎｍとすることが好ましい。ここで本発明では、個々の微粒酸化アルミニウムの析出相の最も長い径である長軸径を微粒酸化アルミニウムの粒径ｒと呼ぶ。なお、本発明における微粒酸化アルミニウムとは、粒状酸化アルミニウム結晶相又はアモルファス酸化アルミニウム相若しくは粒状酸化アルミニウム結晶相とアモルファス酸化アルミニウム相との混合相を意味しており、これらを総称して微粒酸化アルミニウムと呼ぶ。
また、微粒酸化アルミニウムは、断面の数密度が２０個／μｍ２より小さいと、微粒酸化アルミニウムを分散分布させることの効果が発揮されず、一方、１５０個／μｍ２を超えると、柱状縦長成長酸化アルミニウム結晶の成長を阻害し、かえって耐摩耗性が低下する。したがって、微粒酸化アルミニウムの断面の数密度は、２０〜１５０個／μｍ２であることが望ましい。さらに、微粒酸化アルミニウムは、前述のように、一様に分布させるのではなく、数密度が周期０．５〜５μｍで層厚方向に沿って周期的に変化する数密度分布形態とすることによって、よりすぐれた耐チッピング性、耐欠損性を発揮する。その理由は、微粒酸化アルミニウムは、数密度の低い領域では耐チッピング性が高い領域では高温硬さ、靭性などに寄与し、この数密度が変化することで、これらの性質を併せ持つすぐれた効果を発揮するが、周期０．５μｍより小さいと、周期的な変化による数密度の低い領域と高い領域がそれぞれの効果を十分に発揮しえなくなり、一方、５μｍを超えると、周期的な変化による数密度の低い領域と高い領域が存在することによるすぐれた高温硬さ、耐摩耗性、靭性、熱遮蔽性を併せ持つという相乗効果が十分に発揮されない。したがって、微粒酸化アルミニウムの断面の数密度が層厚方向に沿って周期０．５〜５μｍで周期的に変化する数密度分布形態を有しているものと定めた。
【００１６】
分散分布している微粒酸化アルミニウムの形成：
本発明の微粒酸化アルミニウムは、通常の化学蒸着条件で成膜した上部層の形成過程中に次の条件による化学蒸着法を行うことによって形成することができる。
微粒酸化アルミニウムの核となるＴＭＡを反応ガス中に添加することによって、分散分布している微粒酸化アルミニウムが形成される。
反応ガス組成（容量％）：
ＡｌＣｌ３：２〜３％、
ＴＭＡ：０．２５〜０．７５％、
ＣＯ２：４〜６％、
ＨＣｌ：１〜３％、
Ｈ２Ｓ：０．１〜０．５％、
Ｈ２：残、
反応雰囲気温度：８７０〜１０４０℃、
反応雰囲気圧力：５〜８ｋＰａ、
図１に、前記化学蒸着条件で形成された本発明の上部層を構成する酸化アルミニウム層に存在する微粒酸化アルミニウムの分布形態の概略模式図を示す。
また、微粒酸化アルミニウムは、ＴＭＡの添加量を周期的に変化させることによって、数密度が周期０．５〜５μｍで層厚方向に沿って周期的に変化する数密度分布形態を有して形成される。図２にその概略模式図を示す。
図３により、更に詳細に説明する。
図３は、前記化学蒸着条件で形成された本発明の微粒酸化アルミニウムが周期的に変化する数密度分布をとる上部層における、層厚方向位置−数密度の相関の一例を表す数密度分布形態図を示す。
この数密度分布形態図は、以下の方法で求めることができる。
まず、上部層を、工具基体表面と平行に０．１μｍの厚み幅領域に夫々区分し（図４において、工具基体表面に平行に引かれた複数の平行線で仕切られた区画が、０．１μｍの厚み幅領域に相当する。）、区分された各厚み幅領域に存在する微粒酸化アルミニウムの数を長さ合計１０μｍに亘って測定し、走査型電子顕微鏡（倍率５００００倍）を用いて測定し、該０．１μｍの厚み幅領域に存在する数密度（個／μｍ２）を求め、各厚み幅領域で求められた数密度を層厚方向に沿ってグラフ化することにより、図３として示されるような層厚方向の数密度分布形態図を作成する。
図５は、柱状縦長成長酸化アルミニウム結晶組織層内における柱状縦長成長酸化アルミニウム結晶粒子の成長状態を模式的に表した図である。
【００１７】
本発明で、柱状縦長成長酸化アルミニウム結晶組織内に微粒酸化アルミニウムが分散分布している構造は、微粒酸化アルミニウムの存在によって、酸化アルミニウム層に粒界が形成されることで熱伝導を抑制し、熱的な耐衝撃性、熱遮蔽性が高められる。その結果、耐チッピング性、耐欠損性向上という効果が発揮される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の被覆工具は、硬質被覆層として、化学蒸着された下部層と上部層とからなり、（ａ）前記下部層は、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、（ｂ）前記上部層は、２〜２５μｍの平均層厚を有する酸化アルミニウム層であり、前記上部層を構成する酸化アルミニウム層は、柱状縦長成長酸化アルミニウム結晶組織を有しており、その組織内に微粒酸化アルミニウムが分散分布していることにより、硬質被覆層の熱伝導率が抑制され、熱遮蔽効果が向上するので、鋼や鋳鉄等の高熱発生を伴い、しかも、切れ刃に高負荷が作用する高速重切削加工に用いられた場合でも、耐チッピング性、耐欠損性にすぐれ、その結果、長期の使用に亘ってすぐれた耐摩耗性を発揮し、被覆工具の長寿命化が達成されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の上部層を構成する改質酸化アルミニウム層に存在する微粒酸化アルミニウムの分布形態の概略模式図を示す。
【図２】周期的に変化する数密度分布形態をとる上部層中の微粒酸化アルミニウムの概略模式図を示す。
【図３】上部層における層厚方向位置−数密度の相関の一例を表す数密度分布形態図を示す。
【図４】図３の数密度分布形態図を求める方法を説明するための概略模式図を示す。
【図５】柱状縦長成長酸化アルミニウム結晶組織層内における柱状縦長成長酸化アルミニウム結晶粒子の成長状態を模式的に表した図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
つぎに、本発明の被覆工具を実施例により具体的に説明する。
【実施例】
【００２１】
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、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ＩＳＯ・ＣＮＭＧ１６０６１２に規定するインサート形状をもったＷＣ基超硬合金製の工具基体Ａ〜Ｅをそれぞれ製造した。
【００２２】
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：０．０９ｍｍのホーニング加工を施すことによりＩＳＯ規格・ＣＮＭＧ１６０６１２のインサート形状をもったＴｉＣＮ基サーメット製の工具基体ａ〜ｅを形成した。
【００２３】
つぎに、これらの工具基体Ａ〜Ｅおよび工具基体ａ〜ｅの表面に、通常の化学蒸着装置を用い、
（ａ）硬質被覆層の下部層として、表３に示される条件かつ表６に示される目標層厚でＴｉ化合物層を蒸着形成する。
（ｂ）次いで、表４に示されるａ〜ｊの条件かつ表６に示される目標層厚の上部層（酸化アルミニウム層）からなる硬質被覆層を蒸着形成し、本発明被覆工具１〜１０を製造した。
（ｃ）また、（ａ）に次いで、表４に示されるｋ〜ｏの条件かつ表６に示される目標層厚の上部層（酸化アルミニウム層）を成膜する際に、表４に示されるＴＭＡ容量％の最大値と最小値の間で添加量を周期的に変化させながら酸化アルミニウム層を蒸着形成することにより本発明被覆工具１１〜１５を製造した。
【００２４】
前記本発明被覆工具１〜１０の上部層を構成する酸化アルミニウム層について、走査型電子顕微鏡（倍率５００００倍）を用いて複数視野に亘って観察したところ、図１に示した膜構成模式図に示される柱状結晶の粒界および粒内に微粒酸化アルミニウムが存在する膜構造が確認された。
また、前記本発明被覆工具１１〜１５の上部層を構成する酸化アルミニウム層について、走査型電子顕微鏡（倍率５００００倍）を用いて複数視野に亘って観察したところ、図２に示した膜構成模式図に示される柱状結晶の粒界および粒内に微粒分散相が存在する膜構造が確認された。
さらに、前記本発明被覆工具１〜１５の上部層を構成する酸化アルミニウム層について、透過型電子顕微鏡（倍率２０００００倍）を用いて複数の視野に亘って観察し、微粒酸化アルミニウムについて電子線回折を行った結果、前記微粒酸化アルミニウムは、粒状酸化アルミニウム結晶相又はアモルファス酸化アルミニウム相若しくは粒状酸化アルミニウム結晶相とアモルファス酸化アルミニウム相の混合相であることが確認された。
【００２５】
また、比較の目的で、工具基体Ａ〜Ｅおよび工具基体ａ〜ｅの表面に、表３に示される条件かつ表７に示される目標層厚で本発明被覆工具１〜１５と同様に、硬質被覆層の下部層としてのＴｉ化合物層を蒸着形成した。次いで、硬質被覆層の上部層として、表３および表５に示される条件かつ表７に示される目標層厚で酸化アルミニウム層からなる上部層を蒸着形成した。この時には、ＴＭＡを添加せず、柱状縦長成長酸化アルミニウム結晶組織を形成することにより、表７の比較被覆工具１〜１５を作製した。
【００２６】
また、本発明被覆工具１〜１５および比較被覆工具１〜１５の各構成層の層厚を、走査型電子顕微鏡（倍率５０００倍）を用いて測定し、観察視野内の５点の層厚を測って平均して平均層厚を求めたところ、いずれも表６および表７に示される目標層厚と実質的に同じ平均層厚を示した。
また、本発明被覆工具１〜１５および比較被覆工具１〜１５については、同じく走査型電子顕微鏡（倍率５０００倍）を用いて、上部層の酸化アルミニウム層を構成する柱状縦長成長酸化アルミニウム結晶の粒子幅ｗ及び粒子長さｌを、工具基体と水平方向に長さ合計１０μｍの範囲に存在する柱状縦長成長酸化アルミニウム結晶について測定し、個々の結晶粒について求めた粒子幅ｗの平均値である平均粒子幅Ｗ及び個々の結晶粒について求めた粒子幅ｗと粒子長さｌの比として定義されるアスペクト比ａの平均値である平均アスペクト比Ａを求めた。
また、本発明被覆工具１〜１０については、同じく走査型電子顕微鏡（倍率５００００倍）を用いて、上部層の酸化アルミニウム層中に存在する微粒酸化アルミニウムの数を工具基体と垂直方向は酸化アルミニウム層膜厚分の厚さに亘って、工具基体と水平方向は長さ合計１０μｍに亘って測定し、断面の数密度（個／μｍ２）を求めた。
また、本発明被覆工具１１〜１５については、同じく走査型電子顕微鏡（倍率５００００倍）を用いて、上部層を構成する酸化アルミニウム層を、工具基体表面と平行に０．１μｍの厚み幅領域に夫々区分し、区分された各厚み幅領域に存在する微粒酸化アルミニウムの数を長さ合計１０μｍに亘って測定し、該０．１μｍの厚み幅領域に存在する微粒酸化アルミニウムの断面の数密度（個／μｍ２）を求めた。微粒酸化アルミニウムの断面の数密度が層厚方向に極大値、極小値を交互に取りながら、周期的に変化するため、層厚方向の極大値及び極小値をそれぞれ求め、層厚方向の極大値及び極小値について平均することで極大値及び極小値の平均値を求めた。
また、本発明被覆工具１〜１５については、同じく走査型電子顕微鏡（倍率５００００倍）を用いて、上部層の酸化アルミニウム層中に存在する微粒酸化アルミニウムの粒径ｒを工具基体と水平方向は長さ合計１０μｍに亘って測定し、個々の微粒酸化アルミニウムについて求めた粒径ｒの平均値である平均粒径Ｒを求めた。
【００２７】
【表１】
2013116548.tif 000003
【００２８】
【表２】
2013116548.tif 000004
【００２９】
【表３】
2013116548.tif 000005
【００３０】
【表４】
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【００３１】
【表５】
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【００３２】
【表６】
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【００３３】
【表７】
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【００３４】
つぎに、前記本発明被覆工具１〜１５および比較被覆工具１〜１５について、表８に示す条件で切削加工試験を実施し、いずれの切削試験でも切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。
表９に、この測定結果を示した。
【００３５】
【表８】
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【００３６】
【表９】
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【００３７】
表６および表９に示される結果から、本発明の被覆工具は、硬質被覆層の上部層を構成する酸化アルミニウム層が、柱状縦長成長酸化アルミニウム結晶組織を有しており、その組織内に微粒酸化アルミニウムが分散分布していることにより、硬質被覆層の熱伝導率が抑制され、熱遮蔽効果が向上するので、鋼や鋳鉄等の高熱発生を伴い、しかも、切れ刃に高負荷が作用する高速重切削加工に用いられた場合でも、耐チッピング性、耐欠損性にすぐれ、その結果、長期の使用に亘ってすぐれた耐摩耗性を発揮することが明らかである。
【００３８】
これに対して、硬質被覆層の上部層を構成する酸化アルミニウム層に微粒酸化アルミニウムが分散分布していない比較被覆工具１〜１５については、高熱発生を伴い、しかも、切れ刃に高負荷が作用する高速重切削加工に用いられた場合、チッピング、欠損等の発生により短時間で寿命に至ることが明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
前述のように、本発明の被覆工具は、例えば、鋼や鋳鉄等の高熱発生を伴い、かつ、切れ刃に高負荷が作用する高速重切削加工において、すぐれた耐チッピング性、耐欠損性を発揮し、使用寿命の延命化を可能とするものである。
【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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