(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化タングステン基超硬合金基体または炭窒化チタン系サーメット基体の表面に、アークイオンプレーティング装置を用い、
（ａ）０．５〜５μｍの平均層厚を有し、組成式：（Ｔｉ1-(X+Y)ＡｌXＳｉY）Ｎで表わした場合、厚さ方向中央部のオージェ分光分析装置による測定で、原子比で、Ｘ：０．２０〜０．３５、Ｙ：０．２５〜０．３０を満足する組成を有し、かつ透過型電子顕微鏡による観察で、超微細結晶Ｔｉ−Ａｌ−Ｓｉ複合窒化物粒子をスケルトン構造（骨格構造）をもった非晶質窒化珪素が取り囲む組織を示すＴｉ−Ａｌ−Ｓｉ複合窒化物からなる下部層、
（ｂ）０．５〜５μｍの平均層厚を有し、組成式：（Ａｌ1-ZＳｉZ）Ｎで表わした場合、同じく厚さ方向中央部のオージェ分光分析装置による測定で、原子比で、Ｚ：０．１５〜０．３０を満足する組成を有し、かつ同じく透過型電子顕微鏡による観察で、超微細結晶Ａｌ−Ｓｉ複合窒化物粒子をスケルトン構造（骨格構造）をもった非晶質窒化珪素が取り囲む組織を示すＡｌ−Ｓｉ複合窒化物からなる上部層、
上記（ａ）および（ｂ）の下部層および上部層で構成された硬質被覆層を蒸着してなる、硬質被覆層がすぐれた耐熱性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、特に高熱発生を伴なう鋼や鋳鉄などの高速切削で、硬質被覆層がすぐれた耐熱性を発揮して、過熱による摩耗進行を抑制し、もって一段の使用寿命の延命化を可能ならしめた表面被覆超硬合金製切削工具（以下、被覆超硬工具という）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、切削工具には、各種の鋼や鋳鉄などの被削材の旋削加工や平削り加工にバイトの先端部に着脱自在に取り付けて用いられるスローアウエイチップ、前記被削材の穴あけ切削加工などに用いられるドリルやミニチュアドリル、さらに前記被削材の面削加工や溝加工、肩加工などに用いられるソリッドタイプのエンドミルなどがあり、また前記スローアウエイチップを着脱自在に取り付けて前記ソリッドタイプのエンドミルと同様に切削加工を行うスローアウエイエンドミル工具などが知られている。
【０００３】
また、切削工具として、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）基サーメットからなる基体（以下、これらを総称して超硬基体と云う）の表面に、
（ａ）０．５〜５μｍの平均層厚を有し、組成式：（Ｔｉ1-XＡｌX）Ｎで表わした場合、厚さ方向中央部のオージェ分光分析装置による測定で、原子比で、Ｘ：０．３０〜０．７０、を満足するＴｉ−Ａｌ複合窒化物［以下、（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎで示す］からなる下部層、
（ｂ）０．５〜５μｍの平均層厚を有し、窒化アルミニウム（以下、ＡｌＮで示す］からなる上部層、
上記下部層および上部層で構成された硬質被覆層を物理蒸着してなる被覆超硬工具が知られており、また、上記被覆超硬工具において、これを構成する硬質被覆層の上記下部層がすぐれた高温硬さと耐熱性を有し、同上部層がすぐれた熱伝導性を有することから、これを各種の鋼や鋳鉄などの連続切削や断続切削加工に用いた場合、前記上部層の発揮するすぐれた放熱性と相俟って、前記下部層がすぐれた耐摩耗性を発揮することも良く知られるところである。
【０００４】
さらに、上記の被覆超硬工具が、例えば図１に概略説明図で示される物理蒸着装置の１種であるアークイオンプレーティング装置に上記の超硬基体を装入し、ヒータで装置内を、例えば雰囲気を０．１３Ｐａの真空として、４００℃の温度に加熱した状態で、アノード電極と所定組成を有するＴｉ−Ａｌ合金および金属Ａｌがそれぞれセットされたカソード電極（蒸発源）との間に、例えば電圧：３５Ｖ、電流：９０Ａの条件でアーク放電を発生させ、同時に装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して、反応雰囲気圧力を１Ｐａとし、一方上記超硬基体には、例えば−１５０Ｖのバイアス電圧を印加した条件で、前記超硬基体の表面に、硬質被覆層の下部層として（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層および上部層としてＡｌＮ層を蒸着することにより製造されることも知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
一方、近年の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、切削加工は切削機械の高性能化とも相俟って高速化の傾向にあるが、上記の従来被覆超硬工具においては、これを鋼や鋳鉄などの通常の条件での切削加工に用いた場合には問題はないが、これを高速切削条件で用いると、切削加工時の発生熱はきわめて高いものとなるため、硬質被覆層の上部層を構成するＡｌＮ層による放熱作用では硬質被覆層の温度上昇を十分満足に防止することができず、このような硬質被覆層の温度上昇は摩耗進行を著しく促進することから、比較的短時間で使用寿命に至るのが現状である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者等は、上述のような観点から、上記の従来被覆超硬工具の硬質被覆層に着目し、特に高速切削時における温度上昇にもすぐれた耐摩耗性を発揮する硬質被覆層を開発すべく研究を行った結果、
（ａ）上記従来被覆超硬工具の硬質被覆層の構成層である（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層およびＡｌＮ層のそれぞれに、Ｓｉを含有させて、組成式：（Ｔｉ1-(X+Y)ＡｌXＳｉY）Ｎで表わした場合、厚さ方向中央部のオージェ分光分析装置による測定で、原子比で、Ｘ：０．２０〜０．３５、Ｙ：０．２５〜０．３０を満足する組成を有するＴｉ−Ａｌ−Ｓｉ複合窒化物［以下、（Ｔｉ，Ａｌ，Ｓｉ）Ｎで示す］層、並びに組成式：（Ａｌ1-ZＳｉZ）Ｎで表わした場合、同じく厚さ方向中央部のオージェ分光分析装置による測定で、原子比で、Ｚ：０．１５〜０．３０を満足する組成を有するＡｌ−Ｓｉ複合窒化物［以下、（Ａｌ，Ｓｉ）Ｎで示す］層とすると共に、これら（Ｔｉ，Ａｌ，Ｓｉ）Ｎ層および（Ａｌ，Ｓｉ）Ｎ層の形成を、例えばアークイオンプレーティング装置により行なう場合に、超硬基体に印加されるバイアス電圧および反応雰囲気である窒素雰囲気の圧力を、前記超硬基体の加熱温度を相対的に高い状態、例えば５００℃に保持した状態で相対的に高い、例えば−３００Ｖのバイアス電圧および１０Ｐａの窒素雰囲気圧力とした条件で行なうと、これら（Ｔｉ，Ａｌ，Ｓｉ）Ｎ層および（Ａｌ，Ｓｉ）Ｎ層は、透過型電子顕微鏡による観察で、それぞれ超微細結晶Ｔｉ−Ａｌ−Ｓｉ複合窒化物粒子［以下、（Ｔｉ，Ａｌ，Ｓｉ）Ｎ結晶微粒という］および超微細結晶Ａｌ−Ｓｉ複合窒化物粒子［以下、（Ａｌ，Ｓｉ）Ｎ結晶微粒という］をスケルトン構造（骨格構造）をもった非晶質窒化珪素（以下、非晶質ＳｉＮで示す）が取り囲む組織をもつようになること。
（ｂ）上記（ａ）の（Ｔｉ，Ａｌ，Ｓｉ）Ｎ層および（Ａｌ，Ｓｉ）Ｎ層は、これを構成する（Ｔｉ，Ａｌ，Ｓｉ）Ｎ結晶微粒および（Ａｌ，Ｓｉ）Ｎ結晶微粒がＳｉ含有によってすぐれた耐熱性を具備するばかりでなく、さらにスケルトン構造の前記非晶質ＳｉＮもきわめてすぐれた耐熱性をもつことから、硬質被覆層自体の耐熱性が一段と向上し、したがって、この硬質被覆層を形成してなる被覆超硬工具は、これを特に鋼や鋳鉄などの高熱発生を伴なう高速切削加工に用いても、硬質被覆層がすぐれた耐熱性を発揮し、これ自体の過熱による摩耗進行が抑制されることから、耐摩耗性が一層向上し、長期に亘って安定した切削性能を発揮するようになること。
以上（ａ）および（ｂ）に示される研究結果を得たのである。
【０００７】
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、
超硬基体の表面に、アークイオンプレーティング装置を用い、
（ａ）０．５〜５μｍの平均層厚を有し、組成式：（Ｔｉ1-(X+Y)ＡｌXＳｉY）Ｎで表わした場合、厚さ方向中央部のオージェ分光分析装置による測定で、原子比で、Ｘ：０．２０〜０．３５、Ｙ：０．２５〜０．３０を満足する組成を有し、かつ透過型電子顕微鏡による観察で、（Ｔｉ，Ａｌ，Ｓｉ）Ｎ結晶微粒をスケルトン構造（骨格構造）をもった非晶質ＳｉＮが取り囲む組織を示す（Ｔｉ，Ａｌ，Ｓｉ）Ｎからなる下部層、
（ｂ）０．５〜５μｍの平均層厚を有し、組成式：（Ａｌ1-ZＳｉZ）Ｎで表わした場合、同じく厚さ方向中央部のオージェ分光分析装置による測定で、原子比で、Ｚ：０．１５〜０．３０を満足する組成を有し、かつ同じく透過型電子顕微鏡による観察で、（Ａｌ，Ｓｉ）Ｎ結晶微粒をスケルトン構造をもった非晶質ＳｉＮが取り囲む組織を示す（Ａｌ，Ｓｉ）Ｎからなる上部層、
上記（ａ）および（ｂ）の下部層および上部層で構成された硬質被覆層を蒸着してなる、硬質被覆層がすぐれた耐熱性を発揮する被覆超硬工具に特徴を有するものである。
【０００８】
つぎに、この発明の被覆超硬工具において、硬質被覆層を構成する下部層および上部層の組成、さらに平均層厚を上記の通りに限定した理由を説明する。
（ａ）硬質被覆層の下部層
上記下部層を構成する（Ｔｉ，Ａｌ，Ｓｉ）Ｎ層においては、ＴｉとＡｌとＳｉの一部が、Ｔｉによる高強度と高靭性、Ａｌによるすぐれた高温硬さと耐熱性、さらに一部のＳｉによる一段と向上した耐熱性を具備した（Ｔｉ，Ａｌ，Ｓｉ）Ｎ結晶微粒を形成するほか、残りのＳｉがきわめてすぐれた耐熱性を有するスケルトン構造の非晶質ＳｉＮを形成するものであり、したがって組成式：（Ｔｉ1-(X+Y)ＡｌXＳｉY）ＮのＸ値が原子比（以下同じ）で、０．２０未満では前記（Ｔｉ，Ａｌ，Ｓｉ）Ｎ結晶微粒に所望の高温硬さおよび耐熱性を確保することができず、同じくＹ値が０．２５未満では、特にすぐれた耐熱性を有する非晶質ＳｉＮスケルトン構造の十分な形成ができず、さらに一段の耐熱性向上効果を確保することができない場合が発生し、一方Ｘ値が０．３５を越えると、前記スケルトン構造の形成に抑制作用が働く場合が生じ、所望のすぐれた耐熱性を確保することができなくなり、またＹ値が０．３０を越えると、硬質被覆層の強度が急激に低下し、これが原因で切刃にチッピングが発生し易くなると云う理由によりＸ値を０．２０〜０．３５、Ｙ値を０．２５〜０．３０と定めた。
また、下部層の平均層厚が０．５μｍ未満では、所望のすぐれた耐摩耗性を長期に亘って確保することができず、一方その平均層厚が５μｍを越えると、切刃にチッピングが発生し易くなることから、その平均層厚を０．５〜５μｍと定めた。
【０００９】
（ｂ）硬質被覆層の上部層
上記上部層を構成する（Ａｌ，Ｓｉ）Ｎ層においては、Ｓｉの一部がすぐれた熱伝導性（放熱性）を有するＡｌＮに固溶して、これの耐熱性を向上させ、もってすぐれた熱伝導性と耐熱性を有する（Ａｌ，Ｓｉ）Ｎ結晶微粒を形成し、さらに残りのＳｉが、同じくきわめてすぐれた耐熱性を有するスケルトン構造の非晶質ＳｉＮを形成するものであり、したがってＺ値が０．１５未満では、同じく特にすぐれた耐熱性を有するスケルトン構造の非晶質ＳｉＮの形成が不十分で、所望のすぐれた耐熱性を確保するこができず、一方Ｚ値が０．３０を越えると、本来ＡｌＮのもつすぐれた熱伝導性が急激に低下するようになることから、Ｚ値を０．１５〜０．３０と定めた。
また、上部層の平均層厚が０．５μｍ未満では、上部層のもつ上記の特性を十分にすることができず、一方その平均層厚が５μｍを越えると、切刃にチッピングが発生し易くなることから、その平均層厚を０．５〜５μｍと定めた。
【００１０】
【発明の実施の形態】
つぎに、この発明の被覆超硬工具を実施例により具体的に説明する。
（実施例１）
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、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、Ｃｒ3 Ｃ2 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、ボールミルで７２時間湿式混合し、乾燥した後、１００ＭＰａ の圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を６Ｐａの真空中、温度：１４００℃に１時間保持の条件で焼結し、焼結後、切刃部分にＲ：０．０５のホーニング加工を施してＩＳＯ規格・ＣＮＭＧ１２０４０８のチップ形状をもったＷＣ基超硬合金製の超硬基体Ａ−３，Ａ−４，Ａ−５，Ａ−７，およびＡ−８を形成した。
【００１１】
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、Ｍｏ2 Ｃ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、１００ＭＰａの圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を２ｋＰａの窒素雰囲気中、温度：１５００℃に１時間保持の条件で焼結し、焼結後、切刃部分にＲ：０．０３のホーニング加工を施してＩＳＯ規格・ＣＮＭＧ１２０４０８のチップ形状をもったＴｉＣＮ系サーメット製の超硬基体Ｂ−３およびＢ−６を形成した。
【００１２】
ついで、これら超硬基体Ａ−３，Ａ−４，Ａ−５，Ａ−７，およびＡ−８、さらにＢ−３およびＢ−６のそれぞれを、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、同じく図１に例示される通常のアークイオンプレーティング装置に装着し、一方カソード電極（蒸発源）として、種々の成分組成をもったＴｉ−Ａｌ―Ｓｉ合金とＡｌ−Ｓｉ合金を装置内の所定位置に装着し、またボンバート洗浄用金属Ｔｉも装着し、まず装置内を排気して０．５Ｐａの真空に保持しながら、ヒーターで装置内を５００℃に加熱した後、前記回転テーブル上で回転する超硬基体に−１０００Ｖの直流バイアス電圧を印加して、カソード電極の前記金属Ｔｉとアノード電極との間にアーク放電を発生させ、もって超硬基体表面をＴｉボンバート洗浄し、ついで装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して１０Ｐａの反応雰囲気とすると共に、前記超硬基体に−３００Ｖの直流バイアス電圧を印加して、前記カソード電極(前記Ｔｉ−Ａｌ−Ｓｉ合金またはＡｌ−Ｓｉ合金)とアノード電極との間にアーク放電を発生させ、もって前記超硬基体の表面に、表３に示される目標組成および目標層厚の（Ｔｉ，Ａｌ，Ｓｉ）Ｎ層で構成された下部層と（Ａｌ，Ｓｉ）Ｎ層で構成された上部層からなる硬質被覆層を蒸着することにより、図２（ａ）に概略斜視図で、同（ｂ）に概略縦断面図で示される形状を有する本発明被覆超硬工具としての本発明表面被覆超硬合金製スローアウエイチップ（以下、本発明被覆超硬チップと云う）１〜７をそれぞれ製造した。
【００１３】
また、比較の目的で、上記の超硬基体Ａ−３，Ａ−４，Ａ−５，Ａ−７，およびＡ−８、さらにＢ−３およびＢ−６のそれぞれを、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、同じく図１に例示される通常のアークイオンプレーティング装置に装着し、一方カソード電極（蒸発源）として、種々の成分組成をもったＴｉ−Ａｌ合金と金属Ａｌを装置内の所定位置に装着し、またボンバート洗浄用金属Ｔｉも装着し、まず装置内を排気して０．５Ｐａの真空に保持しながら、ヒーターで装置内を５００℃に加熱した後、前記超硬基体に−１０００Ｖの直流バイアス電圧を印加して、カソード電極の前記金属Ｔｉとアノード電極との間にアーク放電を発生させ、もって超硬基体表面をＴｉボンバート洗浄し、ついで装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して４Ｐａの反応雰囲気とすると共に、前記超硬基体に−１５０Ｖの直流バイアス電圧を印加する条件で、前記カソード電極(前記Ｔｉ−Ａｌ合金または金属Ａｌ)とアノード電極との間にアーク放電を発生させ、もって前記超硬基体の表面に表４に示される目標組成および目標層厚の（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層で構成された下部層とＡｌＮ層で構成された上部層からなる硬質被覆層を蒸着することにより、従来被覆超硬工具としての従来表面被覆超硬合金製スローアウエイチップ（以下、従来被覆超硬チップと云う）１〜７をそれぞれ製造した。
【００１４】
つぎに、上記本発明被覆超硬チップ１〜７および従来被覆超硬チップ１〜７について、これを工具鋼製バイトの先端部に固定治具にてネジ止めした状態で、
被削材：ＪＩＳ・ＳＣＭ４４０の丸棒、
切削速度：３５０ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：１．５ｍｍ、
送り：０．２ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：１０分、
の条件での合金鋼の乾式高速連続旋削加工試験、
被削材：ＪＩＳ・Ｓ５０Ｃの長さ方向等間隔４本縦溝入り丸棒、
切削速度：３００ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：１．５ｍｍ、
送り：０．２ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：５分、
の条件での炭素鋼の乾式高速断続旋削加工試験、さらに、
被削材：ＪＩＳ・ＦＣ３００の長さ方向等間隔４本縦溝入り丸棒、
切削速度：２５０ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：１．５ｍｍ、
送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：５分、
の条件での鋳鉄の乾式高速断続旋削加工試験を行い、いずれの旋削加工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５に示した。
【００１５】
【表１】
0003948010.tif 000002
【００１６】
【表２】
0003948010.tif 000003
【００１７】
【表３】
0003948010.tif 000004
【００１８】
【表４】
0003948010.tif 000005
【００１９】
【表５】
0003948010.tif 000006
【００２０】
（実施例２）
原料粉末として、平均粒径：５．５μｍを有する中粗粒ＷＣ粉末、同０．８μｍの微粒ＷＣ粉末、同１．３μｍのＴａＣ粉末、同１．２μｍのＮｂＣ粉末、同２．３μｍのＣｒ3Ｃ2粉末、同１．０μｍの（Ｔｉ，Ｗ）Ｃ粉末、および同１．８μｍのＣｏ粉末を用意し、これら原料粉末をそれぞれ表７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、１００ＭＰａの圧力で所定形状の各種の圧粉体にプレス成形し、これらの圧粉体を、６Ｐａの真空雰囲気中、７℃／分の昇温速度で１３７０〜１４７０℃の範囲内の所定の温度に昇温し、この温度に１時間保持後、炉冷の条件で焼結して、直径が８ｍｍの丸棒焼結体Ｃ−２、および同１３ｍｍの丸棒焼結体Ｃ−５，Ｃ−６を形成し、さらに前記の丸棒焼結体のうちの丸棒焼結体Ｃ−５，Ｃ−６から、研削加工にて、表６に示される組合せで、切刃部の直径×長さが１０ｍｍ×２２ｍｍの寸法をもったエンドミル超硬基体をそれぞれ製造した。
【００２１】
ついで、これらのエンドミル超硬基体を、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、同じく図１に例示される通常のアークイオンプレーティング装置に装入し、これらの表面に上記実施例１と同一の条件で、表７に示される目標組成および目標層厚の（Ｔｉ，Ａｌ，Ｓｉ）Ｎ層で構成された下部層と（Ａｌ，Ｓｉ）Ｎ層で構成された上部層からなる硬質被覆層を蒸着することにより、図３（ａ）に概略正面図で、同（ｂ）に切刃部の概略横断面図で示される形状を有する本発明被覆超硬工具としての本発明表面被覆超硬合金製エンドミル（以下、本発明被覆超硬エンドミルと云う）１，２を製造した。
【００２２】
また、比較の目的で、上記のエンドミル超硬基体を、同じくアセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、同じく図１に例示される通常のアークイオンプレーティング装置に装入し、これらの表面に上記実施例１における従来被覆超硬チップ１〜７の製造条件と同じ条件で、表８に示される目標組成および目標層厚の（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層で構成された下部層とＡｌＮ層で構成された上部層からなる硬質被覆層を蒸着することにより、従来被覆超硬工具としての従来表面被覆超硬合金製エンドミル（以下、従来被覆超硬エンドミルと云う）１，２を製造した。
【００２３】
つぎに、上記本発明被覆超硬エンドミル１，２および従来被覆超硬エンドミル１，２について、
被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・ＦＣ３００の板材、
切削速度：１８０ｍ／ｍｉｎ．、
溝深さ（切り込み）：５ｍｍ、
テーブル送り：６００ｍｍ／分、
の条件での鋳鉄の乾式高速溝切削加工試験を行い、外周刃の逃げ面摩耗量が使用寿命の目安とされる０．１ｍｍに至るまでの切削溝長を測定した。この測定結果を表７，８にそれぞれ示した。
【００２４】
【表６】
0003948010.tif 000007
【００２５】
【表７】
0003948010.tif 000008
【００２６】
【表８】
0003948010.tif 000009
【００２７】
（実施例３）
上記の実施例２で製造した直径が８ｍｍおよび１３ｍｍの丸棒焼結体Ｃ−２およびＣ−５を用い、丸棒焼結体から、研削加工にて、表６に示される組み合わせで、溝形成部の直径×長さがそれぞれ４ｍｍ×１３ｍｍおよび８ｍｍ×２２ｍｍの寸法をもったドリル超硬基体を製造した。
【００２８】
ついで、これらのドリル超硬基体を、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、同じく図１に例示される通常のアークイオンプレーティング装置に装入し、これら超硬基体の表面に、上記実施例１と同一の条件で、表９に示される目標組成および目標層厚の（Ｔｉ，Ａｌ，Ｓｉ）Ｎ層で構成された下部層と（Ａｌ，Ｓｉ）Ｎ層で構成された上部層からなる硬質被覆層を蒸着することにより、図４（ａ）に概略正面図で、同（ｂ）に溝形成部の概略横断面図で示される形状を有する本発明被覆超硬工具としての本発明表面被覆超硬合金製ドリル（以下、本発明被覆超硬ドリルと云う）１，２を製造した。
【００２９】
また、比較の目的で、上記のドリル超硬基体を、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、同じく図１に例示される通常のアークイオンプレーティング装置に装入し、これらの表面に上記実施例１における従来被覆超硬チップ１〜７の製造条件と同じ条件で、表１０に示される目標組成および目標層厚の（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層で構成された下部層とＡｌＮ層で構成された上部層からなる硬質被覆層を蒸着することにより、従来被覆超硬工具としての従来表面被覆超硬合金製ドリル（以下、従来被覆超硬ドリルと云う）１，２をそれぞれ製造した。
【００３０】
つぎに、上記本発明被覆超硬ドリル１，２および従来被覆超硬ドリル１，２のうち、本発明被覆超硬ドリル１および従来被覆超硬ドリル１については、
被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・Ｓ５０Ｃの板材、
切削速度：１４０ｍ／ｍｉｎ．、
送り：０．１８ｍｍ／ｒｅｖ、
の条件での炭素鋼の湿式高速穴あけ切削加工試験、本発明被覆超硬ドリル２および従来被覆超硬ドリル２については、
被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・ＳＣＭ４４０の板材、
切削速度：１００ｍ／ｍｉｎ．、
送り：０．１８ｍｍ／ｒｅｖ、
の条件での合金鋼の湿式高速穴あけ切削加工試験、をそれぞれ行い、いずれの湿式高速穴あけ切削加工試験（いずれの試験も水溶性切削油使用）でも先端切刃面の逃げ面摩耗幅が０．３ｍｍに至るまでの穴あけ加工数を測定した。この測定結果を表９，１０にそれぞれ示した。
【００３１】
【表９】
0003948010.tif 000010
【００３２】
【表１０】
0003948010.tif 000011
【００３３】
また、この結果得られた本発明被覆超硬工具としての本発明被覆超硬チップ１〜７、本発明被覆超硬エンドミル１，２、および本発明被覆超硬ドリル１，２、並びに従来被覆超硬工具としての従来被覆超硬チップ１〜７、従来被覆超硬エンドミル１，２、および従来被覆超硬ドリル１，２の硬質被覆層の組成および層厚について、それぞれの構成層の厚さ方向中央部を、エネルギー分散型Ｘ線測定装置およびオージェ分光分析装置、さらに走査型電子顕微鏡を用いて測定したところ、表３〜１０の目標組成および目標層厚と実質的に同じ組成および平均層厚（任意５ヶ所測定の平均値との比較）を示し、また、組織に関しては、同じく構成層の厚さ方向中央部を透過型電子顕微鏡により観察したところ、前記本発明被覆超硬工具は、いずれも下部層が（Ｔｉ，Ａｌ，Ｓｉ）Ｎ結晶微粒をスケルトン構造（骨格構造）をもった非晶質ＳｉＮが取り囲む組織、上部層が（Ａｌ，Ｓｉ）Ｎ結晶微粒をスケルトン構造をもった非晶質ＳｉＮが取り囲む組織を示し、さらに前記従来被覆超硬工具は、いずれも下部層が結晶質の（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ、上部層が同じく結晶質のＡｌＮからなる組織を示した。
【００３４】
【発明の効果】
表３〜１０に示される結果から、本発明被覆超硬工具は、いずれも鋼や鋳鉄の切削加工を高い発熱を伴う高速で行っても、硬質被覆層のもつすぐれた耐熱性によって硬質被覆層が高温加熱されるにもかかわらず、摩耗進行が著しく抑制され、切刃に欠けやチッピングなどの発生なく、すぐれた耐摩耗性を発揮するのに対して、従来被覆超硬工具においては、いずれも高速切削時に発生する高熱で温度上昇した硬質被覆層は十分な耐熱性を具備したものでないために、摩耗進行が著しく促進し、比較的短時間で使用寿命に至ることが明らかである。
上述のように、この発明の被覆超硬工具は、各種の鋼や鋳鉄などの通常の条件での切削加工は勿論のこと、特に高速切削加工においてもすぐれた耐摩耗性を発揮するものであるから、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】
【図１】  アークイオンプレーティング装置の概略説明図である。
【図２】  （ａ）は被覆超硬チップの概略斜視図、（ｂ）は被覆超硬チップの概略縦断面図である。
【図３】  （ａ）は被覆超硬エンドミル概略正面図、（ｂ）は同切刃部の概略横断面図である。
【図４】  （ａ）は被覆超硬ドリルの概略正面図、（ｂ）は同溝形成部の概略横断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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