(57)【要約】【課題】硬質被覆層が高速断続切削ですぐれた耐チッピング性、耐欠損性、耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具を提供する。【解決手段】下部層としてＴｉ化合物層、第１Ａｌ２Ｏ３層として、α型Ａｌ２Ｏ３層、分断層としてＴｉ化合物層、第２Ａｌ２Ｏ３層としてα型Ａｌ２Ｏ３層を工具基体側から順に積層した硬質被覆層を蒸着形成した表面被覆切削工具において、前記第１Ａｌ２Ｏ３層及び前記第２Ａｌ２Ｏ３層のα型Ａｌ２Ｏ３結晶粒について、工具基体の表面の法線に対して、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、それぞれ傾斜角度数分布グラフを作成した場合、前記第１Ａｌ２Ｏ３層は、傾斜角が０〜１５度の範囲内にあるα型Ａｌ２Ｏ３結晶粒が該傾斜角区分に存在する度数割合は５０％以上であり、前記第２Ａｌ２Ｏ３層は、傾斜角が３０〜４５度の範囲内にあるα型Ａｌ２Ｏ３結晶粒が該傾斜角区分に存在する度数割合は５０％以上である表面被覆切削工具。【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、
（ａ）下部層として、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）第１Ａｌ２Ｏ３層として、２〜１５μｍの平均層厚を有し、化学蒸着した状態でα型の結晶構造を有するＡｌ２Ｏ３層、
（ｃ）分断層として、０．１〜１．０μｍの平均層厚を有し、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層以上からなるＴｉ化合物層、
（ｄ）第２Ａｌ２Ｏ３層として、０．５〜３．０μｍの平均層厚を有し、化学蒸着した状態でα型の結晶構造を有するＡｌ２Ｏ３層、
上記（ａ）〜（ｄ）からなる各層を、工具基体側から順に積層した硬質被覆層を蒸着形成した表面被覆切削工具において、
（ｅ）前記第１Ａｌ２Ｏ３層のα型の結晶構造を有するＡｌ２Ｏ３結晶粒について、電界放出型走査電子顕微鏡と電子線後方散乱回折装置を用い、その断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、前記工具基体の表面の法線に対して、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の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で表した場合、その傾斜角が０〜１５度の範囲内にあるα型の結晶構造を有するＡｌ２Ｏ３結晶粒の該傾斜角区分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５０％以上の割合を占め、
（ｆ）前記第２Ａｌ２Ｏ３層のα型の結晶構造を有するＡｌ２Ｏ３結晶粒について、電界放出型走査電子顕微鏡と電子線後方散乱回折装置を用い、その断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、前記工具基体の表面の法線に対して、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の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で表した場合、その傾斜角が３０〜４５度の範囲内にあるα型の結晶構造を有するＡｌ２Ｏ３結晶粒の該傾斜角区分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５０％以上の割合を占めることを特徴とする表面被覆切削工具。
【請求項２】
ブラスト処理が施されることにより、前記第２Ａｌ２Ｏ３層の表面粗さＲａ（μｍ）が、０．２４μｍ以下とされ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】
この発明は、各種の鋼や鋳鉄などの切削加工を、高熱を発生するとともに、切刃に断続的・衝撃的負荷が作用する高速断続切削条件で行った場合でも、硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性、耐欠損性を発揮し、長期に亘ってすぐれた耐摩耗性を示す表面被覆切削工具（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、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、化学蒸着した状態でα型の結晶構造を有する酸化アルミニウム層（以下、Ａｌ２Ｏ３層で示す）、
以上（ａ）および（ｂ）で構成された硬質被覆層を蒸着形成してなる被覆工具が知られている。
【０００３】
しかし、上記従来の被覆工具は、例えば各種の鋼や鋳鉄などの連続切削や断続切削では優れた切削性能を発揮するが、これを、高速断続切削に用いた場合には、硬質被覆層にチッピングや欠損が発生しやすく、工具寿命が短命になるという問題点があった。
そこで、硬質被覆層の性能改善を目的として、硬質被覆層の層構造については各種の提案がなされている。
【０００４】
例えば、特許文献１に示すように、工具基体表面に、Ｔｉ化合物層からなる下部層と、α型Ａｌ２Ｏ３層からなる上部層を被覆形成した被覆工具において、前記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、８３〜９０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８３〜９０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α型Ａｌ２Ｏ３層で構成することにより、高速切削加工における耐摩耗性を改善することが提案されている。
【０００５】
また、例えば、特許文献２に示すように、工具基体表面に、化学蒸着法により引張応力を有する硬質被覆層を蒸着形成してなる被覆工具において、硬質被覆層の表面に、例えば、ショットブラストを施すことにより、切刃すくい面部分における硬質被覆層のもつ引張応力を実質的に除去するか、あるいは、前記すくい面部分の硬質被覆層に４５kg／mm２ 以下の圧縮応力を付与することによって、耐欠損性、 耐摩耗性を向上させることが提案されている。
【０００６】
さらに、例えば、特許文献３に示すように、工具基体表面に、下部層としてＴｉ化合物層、上部層としてα型Ａｌ２Ｏ３層からなる硬質被覆層を蒸着形成してなる被覆工具において、前記上部層のα型Ａｌ２Ｏ３層の全面に、窒化チタン層からなる研磨材層を、０．５〜５μｍの平均層厚で蒸着形成した状態で、噴射研磨材としてＡｌ２Ｏ３微粒を配合した研磨液を噴射するウエットブラストを施し、工具取り付け孔周辺部の研磨材層を残して、前記上部層のα型Ａｌ２Ｏ３層の表面を研磨して、その表面粗さをＲａ：０．２μｍ以下とすることにより、高速切削加工における硬質被覆層の耐チッピング性を改善することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−３１５１６４号公報
【特許文献２】特開平６−５５３１１号公報
【特許文献３】特開２００７−１１１７８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
近年の切削装置の高性能化はめざましく、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、切削加工は一段と高速化すると共に、断続切削等で切刃に高負荷が作用する傾向にあるが、上記の従来被覆工具においては、これを鋼や鋳鉄などの通常の条件での連続切削や断続切削に用いた場合には問題はないが、特にこれを高速断続切削条件で用いた場合には、チッピング、欠損等の異常損傷の発生により、比較的短時間で使用寿命に至るのが現状である。
例えば、特許文献１で提案されている被覆工具は、すぐれた耐摩耗性を発揮するが、高速断続切削では、チッピング、欠損等の異常損傷を発生しやすく、これによって工具寿命となる。
また、特許文献２で提案されている被覆工具においては、ブラスト圧力の高い条件のブラスト処理を行うと硬質被覆層の応力緩和が十分図られるものの、ブラストの衝撃等により硬質被覆層表面に形成されているクーリングクラックの開口幅、開口長さ、開口深さ等が大きくなり、それによって硬質被覆層の平滑性が低下し、また、硬質被覆層の破壊や摩耗も生じやすく、その結果、耐摩耗性や耐チッピング性が低下しやすい。
さらに、特許文献３で提案されている被覆工具においては、表面平滑性を損なわない処理をしようとすれば、硬質被覆層の応力緩和が十分でないため、チッピング、欠損等の耐異常損傷性が十分であるとはいえない。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
そこで、本発明者等は、上述のような観点から、各種の鋼や鋳鉄などの切削加工を、高熱を発生するとともに、切刃に断続的・衝撃的負荷が作用する高速断続切削条件で行った場合でも、硬質被覆層の応力緩和が十分に図られ、かつ、硬質被覆層の平滑性が維持されることによって、すぐれた耐チッピング性、耐欠損性を示すとともに、長期に亘ってすぐれた耐摩耗性を発揮する硬質被覆層の構造について鋭意研究を行った結果、
Ｔｉ化合物層からなる下部層とＡｌ２Ｏ３層からなる上部層を被覆形成した被覆工具において、上部層を第１Ａｌ２Ｏ３層と分断層と第２Ａｌ２Ｏ３層とで構成し、前記第１Ａｌ２Ｏ３層のＡｌ２Ｏ３結晶粒の結晶方位傾斜角度数分布特性と前記第２Ａｌ２Ｏ３層のＡｌ２Ｏ３結晶粒の結晶方位傾斜角度数分布特性とを分断層を介してそれぞれ独立して制御することで、上部層全体の残留応力の緩和、クーリングクラックの開口度合いを適切な範囲に維持し、さらに、硬質被覆層全体としての高温硬さと高温強度を維持することができるため、切刃に高負荷・衝撃的負荷が作用する高速断続切削に用いた場合でも、チッピング、欠損、剥離等の異常損傷の発生が抑え、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を得られることを見出したのである。
【００１０】
この発明は、上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、
（ａ）下部層として、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）第１Ａｌ２Ｏ３層として、２〜１５μｍの平均層厚を有し、化学蒸着した状態でα型の結晶構造を有するＡｌ２Ｏ３層、
（ｃ）分断層として、０．１〜１．０μｍの平均層厚を有し、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層以上からなるＴｉ化合物層、
（ｄ）第２Ａｌ２Ｏ３層として、０．５〜３．０μｍの平均層厚を有し、化学蒸着した状態でα型の結晶構造を有するＡｌ２Ｏ３層、
上記（ａ）〜（ｄ）からなる各層を、工具基体側から順に積層した硬質被覆層を蒸着形成した表面被覆切削工具において、
（ｅ）前記第１Ａｌ２Ｏ３層のＡｌ２Ｏ３結晶粒について、電界放出型走査電子顕微鏡と電子線後方散乱回折装置を用い、その断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、前記工具基体の表面の法線に対して、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の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で表した場合、その傾斜角が０〜１５度の範囲内にあるＡｌ２Ｏ３結晶粒の該傾斜角区分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５０％以上の割合を占め、
（ｆ）前記第２Ａｌ２Ｏ３層のＡｌ２Ｏ３結晶粒について、電界放出型走査電子顕微鏡と電子線後方散乱回折装置を用い、その断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、前記工具基体の表面の法線に対して、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の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で表した場合、その傾斜角が３０〜４５度の範囲内にあるＡｌ２Ｏ３結晶粒の該傾斜角区分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５０％以上の割合を占めることを特徴とする表面被覆切削工具。
（２）  ブラスト処理が施されることにより、前記第２Ａｌ２Ｏ３層の表面粗さＲａ（μｍ）が、０．２４μｍ以下とされ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。
【００１１】
以下に、本発明の被覆工具について詳細に説明する。
【００１２】
図１に概略縦断面図を示すように、本発明の被覆工具は、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、下部層として、Ｔｉ化合物層を被覆し、その上に第１Ａｌ２Ｏ３層を被覆し、その上にＴｉ化合物層からなる分断層を被覆し、さらにその上に第２Ａｌ２Ｏ３層が被覆形成されている。
【００１３】
Ｔｉ化合物層（下部層）：
Ｔｉ化合物層（例えば、ＴｉＣ層、ＴｉＮ層、ＴｉＣＮ層、ＴｉＣＯ層およびＴｉＣＮＯ層）は、基本的にはα型の結晶構造を有する第１Ａｌ２Ｏ３層の下部層として存在し、自身の具備するすぐれた高温強度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、第１Ａｌ２Ｏ３層のいずれにも密着し、硬質被覆層の工具基体に対する密着性を維持する作用を有するが、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、特に高熱発生を伴う高速断続切削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】
第１Ａｌ２Ｏ３層：
工具基体表面の直上に、第１Ａｌ２Ｏ３層を以下の条件、即ち、まず、通常の化学蒸着装置を使用して、ＴｉＣ層、ＴｉＮ層、ＴｉＣＮ層、ＴｉＣＯ層およびＴｉＣＮＯ層のうちの１層または２層以上からなるＴｉ化合物層を蒸着形成した後、
反応ガス組成（容量％）：ＡｌＣｌ３  １〜５％、ＣＯ２  ０．１〜２％、ＨＣｌ  ０．３〜３％、Ｈ２Ｓ  ０．５〜１％、Ａｒ  ２０〜３５％、残部Ｈ２、
反応雰囲気温度：１０５０〜１１００  ℃、
反応雰囲気圧力：６〜１０  ｋＰａ、
時間：（目標とする層厚になるまで）
という条件で蒸着することにより、層厚方向とほぼ平行に成長した微細な縦長柱状Ａｌ２Ｏ３結晶粒で構成されたα型の結晶構造を有する第１Ａｌ２Ｏ３層が成膜される。
なお、以下では、「α型の結晶構造を有する・・Ａｌ２Ｏ３」を、単に、「Ａｌ２Ｏ３」で表す。
【００１５】
上記第１Ａｌ２Ｏ３層のＡｌ２Ｏ３結晶粒は、層厚方向とほぼ平行な方向に微細な縦長柱状Ａｌ２Ｏ３結晶粒として成長する。しかも、工具基体の表面の法線に対して、Ａｌ２Ｏ３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の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で表した場合、その傾斜角が０〜１５度の範囲内にあるＡｌ２Ｏ３結晶粒の度数の合計を求めた場合、上記結晶方位傾斜角度数分布形態（以下、「（０００１）方位傾斜角度数分布」という）を有するＡｌ２Ｏ３結晶粒の度数の合計は、第１Ａｌ２Ｏ３層全体のＡｌ２Ｏ３結晶粒の全度数に対して５０％以上を占める。
上記（０００１）方位傾斜角度数分布を有するＡｌ２Ｏ３結晶粒の度数の合計は、上記蒸着条件のうちの、特に、反応雰囲気温度およびＣＯ２、Ｈ２Ｓガス比によって影響される。
そして、（０００１）方位傾斜角度分布を有するＡｌ２Ｏ３結晶粒の度数の合計が、５０％以上を占める場合に、第１Ａｌ２Ｏ３層、ひいては、上部層全体としての高温硬さ、高温強度が維持されることから、本発明では、上部層の（０００１）方位傾斜角度分布を有するＡｌ２Ｏ３結晶粒の度数の合計を、５０％以上と定めた。
また、硬質被覆層中に残留する応力緩和を目的として、後記する第２Ａｌ２Ｏ３層の表面に、高い条件のブラスト処理を施した場合でも、第１Ａｌ２Ｏ３層は、膜の破壊や磨滅を生じることなく、十分な応力緩和が図られる。
【００１６】
上記（０００１）方位傾斜角度数分布を有するＡｌ２Ｏ３結晶粒の度数の合計は、第１Ａｌ２Ｏ３層のＡｌ２Ｏ３結晶粒について、電界放出型走査電子顕微鏡と電子線後方散乱回折装置を用いて、その断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、工具基体の表面の法線に対して、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、その傾斜角が０〜１０度である結晶粒（（０００１）方位傾斜角度数分布を有するＡｌ２Ｏ３結晶粒）の度数の合計として求められる。
図１に、第１Ａｌ２Ｏ３層のＡｌ２Ｏ３結晶粒の傾斜角度数分布グラフの一例を示す。
なお、第１Ａｌ２Ｏ３層の平均層厚が、２μｍ未満であると長期の使用にわたってすぐれた高温強度および高温硬さを発揮することができず、一方、１５μｍを越えると、チッピングが発生し易くなることから、上部層の平均層厚は２〜１５μｍと定めた。
【００１７】
分断層：
第１Ａｌ２Ｏ３層の表面に形成される分断層は、第１Ａｌ２Ｏ３層と第２Ａｌ２Ｏ３層との結晶面配向性を分断し、第１Ａｌ２Ｏ３層と第２Ａｌ２Ｏ３層の結晶面配向性をそれぞれ独立して制御するために形成される。
分断層としては、下部層のＴｉ化合物層と同様のＴｉ化合物層を形成することができ、具体的には、ＴｉＣ層、ＴｉＮ層、ＴｉＣＮ層、ＴｉＣＯ層およびＴｉＣＮＯ層のうちの１層または２層以上からなる。
ただし、上記Ｔｉ化合物からなる分断層の平均層厚が、０．１μｍ未満の場合には、第１Ａｌ２Ｏ３層と第２Ａｌ２Ｏ３層の結晶面配向性をそれぞれ独立して制御することができず、一方、分断層の層厚が１．０μｍを超えると、高速断続切削加工時の高負荷が作用した場合、分断層において剥離等が発生する恐れがあるばかりか、第２Ａｌ２Ｏ３層のＡｌ２Ｏ３結晶粒を後記する所望の結晶方位傾斜角度数分布形態に制御することが難しくなるので、分断層の平均層厚は、０．１〜１．０μｍと定めた。
分断層は、例えば、ＴｉＣｌ４を１〜１０容量％、Ｎ２を２０〜７０容量％、残部Ｈ２からなり、９５０〜１１００℃、６〜５０ｋＰａの反応ガス中で処理することにより形成することができる。
【００１８】
第２Ａｌ２Ｏ３層：
この発明では、分断層の表面に、例えば、以下のような成膜を行うことによって、所定の結晶方位傾斜角度数分布形態になるよう第２Ａｌ２Ｏ３層を蒸着することができる。
反応ガス組成（容量％）：ＡｌＣｌ３  ３〜１０％、ＣＯ２  ０．５〜３％、ＨＣｌ  ０．３〜３％、ＳＦ６  ０．０１〜０．２％、Ｃ２Ｈ４  ０．０１〜０．３％、残部Ｈ２、
反応雰囲気温度：９５０〜１０５０  ℃、
反応雰囲気圧力：２０〜３０  ｋＰａ、
時間：（目標とする層厚になるまで）
という条件で蒸着することにより、所定の結晶方位傾斜角度数分布形態を有する第２Ａｌ２Ｏ３層を形成することができる。
【００１９】
上記第２Ａｌ２Ｏ３層のＡｌ２Ｏ３結晶粒について、電界放出型走査電子顕微鏡と電子線後方散乱回折装置を用いて、その断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することにより、工具基体の表面の法線に対して、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の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で表した場合、その傾斜角が３０〜４５度の範囲内にある結晶粒の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で表わした場合、上記結晶方位傾斜角度数分布形態（以下、「（１０−１４）方位傾斜角度数分布」という）を有するＡｌ２Ｏ３結晶粒の度数の合計は、反応ガス組成および反応ガス雰囲気条件によって影響されるが、上記（１０−１４）方位傾斜角度数分布を有するＡｌ２Ｏ３結晶粒が傾斜角度数分布グラフでの度数の合計が５０％未満であると、第２Ａｌ２Ｏ３層表面にブラスト圧力の高い条件でブラスト処理を施した際に、クーリングクラックの開口幅、開口長さ、開口深さが増加し、表面平滑性が低下するとともに、第２Ａｌ２Ｏ３層の破壊が生じやすくなるため、（１０−１４）方位傾斜角度数分布を有するＡｌ２Ｏ３結晶粒の度数の合計は、５０％以上と定めた。
例えば、後記する実施例でも示すように、前記第２Ａｌ２Ｏ３層の表面に、ブラスト圧力の高い条件でブラスト処理が施された場合でも、前記第２Ａｌ２Ｏ３層の表面粗さＲａは、０．２４μｍ以下であって、十分な表面平滑性が維持される。
図２に、第２Ａｌ２Ｏ３層のＡｌ２Ｏ３結晶粒について測定した傾斜角度数分布グラフの一例を示す。
なお、第２Ａｌ２Ｏ３層の平均層厚が、０．５μｍ未満であると第２Ａｌ２Ｏ３層の硬さ、強度が十分でなく、第２Ａｌ２Ｏ３層のクーリングクラックの開口幅、開口長さ、開口深さが増加し、その結果表面平滑性を維持出来なくなり、一方、３μｍを越えると、ブラスト処理を施した場合の応力緩和が不十分となることから、第２Ａｌ２Ｏ３層の平均層厚は１．０〜３．０μｍと定めた。
なお、第１Ａｌ２Ｏ３層と分断層と第２Ａｌ２Ｏ３層とからなる上部層全体の層厚が、２μｍ未満であると長期の使用にわたってすぐれた高温強度および高温硬さを発揮することができず、一方、１５μｍを越えると、チッピングが発生し易くなることから、上部層全体の平均層厚は２〜１５μｍと定めた。
【発明の効果】
【００２０】
この発明の被覆工具は、硬質被覆層の上部層として、第１Ａｌ２Ｏ３層と第２Ａｌ２Ｏ３層を分断層を介して形成し、かつ、第１Ａｌ２Ｏ３層として、（０００１）方位傾斜角度数分布を有する高温硬さ、高温強度にすぐれたＡｌ２Ｏ３層を形成し、さらに、第２Ａｌ２Ｏ３層として、ブラスト圧力の高い条件でブラスト処理を施した場合でも、クーリングクラックの開口幅、開口長さ、開口深さの増加を抑えことができる（１０−１４）方位傾斜角度数分布を有するＡｌ２Ｏ３層を形成していることから、ブラスト圧力の高い条件でブラスト処理を施して硬質被覆層表面の表面平滑化、残留応力の緩和を図った場合でも、クーリングクラックの開口幅、開口長さ、開口深さの増加による表面平滑性の低下はなく、しかも、十分な残留応力緩和効果を期待することができ、これによって、各種の鋼や鋳鉄などの切削加工を高速で、かつ切れ刃に対して衝撃的負荷が作用する高速断続切削条件で行っても、すぐれた耐チッピング性、耐欠損性を示し、長期の使用にわたってすぐれた耐摩耗性を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明被覆工具の概略縦断面図を示す。
【図２】本発明被覆工具の第１Ａｌ２Ｏ３層について作成したＡｌ２Ｏ３結晶粒の傾斜角度数分布グラフの一例を表し、（０００１）方位傾斜角度数分布を有するＡｌ２Ｏ３結晶粒の度数割合が、全度数の５０％以上であることを示す。
【図３】本発明被覆工具の第２Ａｌ２Ｏ３層について作成したＡｌ２Ｏ３結晶粒の傾斜角度数分布グラフの一例を表し、（１０−１４）方位傾斜角度数分布を有するＡｌ２Ｏ３結晶粒の度数割合が、全度数の５０％以上であることを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
つぎに、この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】
【００２３】
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、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・ＣＮＭＧ１２０４０８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〜Ｆをそれぞれ製造した。
【００２４】
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、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、切刃部分に幅：０．１ｍｍ、角度：２０度のチャンファーホーニング加工を施すことによりＩＳＯ規格・ＣＮＭＧ１２０４０８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〜ｆを形成した。
【００２５】
ついで、これらの工具基体Ａ〜Ｆおよび工具基体ａ〜ｆのそれぞれを、通常の化学蒸着装置に装入し、
（ａ）まず、表３（表３中のｌ−ＴｉＣＮは特開平６−８０１０号公報に記載される縦長成長結晶組織をもつＴｉＣＮ層の形成条件を示すものであり、これ以外は通常の粒状結晶組織の形成条件を示すものである）に示される条件にて、表８，９に示される目標層厚のＴｉ化合物層を蒸着形成した。
（ｂ）ついで、表４に示される条件にて、第１Ａｌ２Ｏ３層を目標層厚になるように成膜し、
（ｃ）ついで、表５に示される条件で、上記第１Ａｌ２Ｏ３層の表面に分断層を目標層厚になるように成膜し、
（ｄ）ついで、上記分断層の表面に、表６に示される条件で、第２Ａｌ２Ｏ３層を目標層厚になるように成膜ことにより、
表８に示す本発明被覆工具１〜１３をそれぞれ製造した。
【００２６】
また、比較の目的で、上記本発明被覆工具１〜１３の上記工程（ｂ），（ｃ），（ｄ）の少なくとも一工程を行わずに、あるいは、本発明から外れる条件（表４、５、６で、それぞれ本発明外として示す）で行うことにより、表９に示す比較被覆工具１〜１３を製造した。
【００２７】
ついで、本発明被覆工具の第１Ａｌ２Ｏ３層および比較被覆工具の第１Ａｌ２Ｏ３層（便宜上、本発明の第１Ａｌ２Ｏ３層に対応する比較例被覆工具のＡｌ２Ｏ３層を「第１Ａｌ２Ｏ３層」という）におけるＡｌ２Ｏ３結晶粒について、結晶粒の（０００１）面の法線がなす傾斜角度数分布割合を、電界放出型走査電子顕微鏡と電子線後方散乱回折装置を用いて測定した。
すなわち、上記の本発明被覆工具１〜１３、比較被覆工具１〜１３の下部層と第１Ａｌ２Ｏ３層との界面から第１Ａｌ２Ｏ３層の層厚方向へ０．３μｍ、また、工具基体表面と平行方向に５０μｍの断面研磨面の測定範囲（０．３μｍ×５０μｍ）を、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、それぞれの前記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照射して、電界放出型走査電子顕微鏡と電子線後方散乱回折装置を用いて、下部層と第１Ａｌ２Ｏ３層との界面から第１Ａｌ２Ｏ３層の層厚方向へ１μｍ以内のＡｌ２Ｏ３結晶粒について、０．３×５０μｍの測定領域を０．１μｍ／ｓｔｅｐの間隔で、前記工具基体の表面の法線に対して、前記結晶粒の結晶面である（０００１）面の法線がなす傾斜角を０〜４５度の範囲にわたって、０．２５度ピッチ毎に区分して測定し、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で表し、この測定結果に基づいて、前記傾斜角区分が０〜１５度の範囲内にある結晶粒（（０００１）方位傾斜角度数分布を有するＡｌ２Ｏ３結晶粒）の度数の合計を求め、さらに、傾斜角度数分布グラフ全体に占める度数割合を求めた。
表８、表９にこれらの値を示す。
また、図２に、本発明被覆工具２について測定した（０００１）方位傾斜角度数分布を有するＡｌ２Ｏ３結晶粒の傾斜角度数分布グラフを示す。
【００２８】
さらに、本発明被覆工具１〜１３の第２Ａｌ２Ｏ３層および比較被覆工具１〜１３の第２Ａｌ２Ｏ３層（便宜上、本発明の第２Ａｌ２Ｏ３層に対応する比較例被覆工具のＡｌ２Ｏ３層を「第２Ａｌ２Ｏ３層」という）におけるＡｌ２Ｏ３結晶粒について、結晶粒の（０００１）面の法線がなす傾斜角度数分布グラフを、前記と同様にして測定して作成し、傾斜角区分が３０〜４５度の範囲内にある結晶粒（（１０−１４）方位傾斜角度数分布を有するＡｌ２Ｏ３結晶粒）の度数の合計を求め、さらに、傾斜角度数分布グラフ全体に占める度数割合を求めた。
表８、表９にこれらの値を示す。
また、図３に、本発明被覆工具２について測定した（１０−１４）方位傾斜角度数分布を有するＡｌ２Ｏ３結晶粒の傾斜角度数分布グラフを示す。
【００２９】
また、本発明被覆工具１〜１３、比較被覆工具１〜１３の硬質被覆層の各構成層の厚さを、走査型電子顕微鏡を用いて測定（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。
【００３０】
ついで、上記本発明被覆工具１〜１３、比較被覆工具１〜１３の第２Ａｌ２Ｏ３層の表面に、表７に示す条件でブラスト処理を施した。
ブラスト処理を施した後の第２Ａｌ２Ｏ３層の表面平滑性（表面粗さ）を触針式表面粗さ計によって測定した。
表８、表９に、この結果を示す。
【００３１】
【表１】
2016221655.tif 000003
【００３２】
【表２】
2016221655.tif 000004
【００３３】
【表３】
2016221655.tif 000005
【００３４】
【表４】
2016221655.tif 000006
【００３５】
【表５】
2016221655.tif 000007
【００３６】
【表６】
2016221655.tif 000008
【００３７】
【表７】
2016221655.tif 000009
【００３８】
【表８】
2016221655.tif 000010
【００３９】
【表９】
2016221655.tif 000011
【００４０】
つぎに、上記の本発明被覆工具１〜１３、比較被覆工具１〜１３の各種の被覆工具について、いずれも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・Ｓ４５Ｃの長さ方向等間隔４本溝入り丸棒、
切削速度：４３０  ｍ／ｍｉｎ、
切り込み：２．０  ｍｍ、
送り：０．３５  ｍｍ／ｒｅｖ、
切削時間：５分、
の条件（切削条件Ａという）での炭素鋼の乾式高速断続切削試験（通常の切削速度は、２００ｍ／ｍｉｎ）、
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：４００  ｍ／ｍｉｎ、
切り込み：２．０  ｍｍ、
送り：０．３  ｍｍ／ｒｅｖ、
切削時間：５分、
の条件（切削条件Ｂという）での鋳鉄の乾式高速断続切削試験（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するとともに、チッピング、欠損、剥離等の異常損傷の有無を観察した。
表１０、表１１に、測定結果及び観察結果を示した。
【００４１】
【表１０】
2016221655.tif 000012
【００４２】
【表１１】
2016221655.tif 000013
【００４３】
表８〜１１に示される結果から、本発明被覆工具１〜１３は、第１Ａｌ２Ｏ３層と第２Ａｌ２Ｏ３層が分断層を介して形成された硬質被覆層を備え、かつ、第１Ａｌ２Ｏ３層として、（０００１）方位傾斜角度数分布を有するＡｌ２Ｏ３層、また、第２Ａｌ２Ｏ３層として、（１０−１４）方位傾斜角度数分布を有するＡｌ２Ｏ３層が形成されていることから、高い条件でブラスト処理を施して硬質被覆層表面の表面平滑化、残留応力の緩和を図った場合でも、表面平滑性の低下はなく、しかも、十分な残留応力の緩和が図られるため、鋼や鋳鉄などの切削加工を高速で、かつ切れ刃に対して衝撃的負荷が作用する高速断続切削条件で行っても、すぐれた耐チッピング性、耐欠損性を示しと同時に、長期の使用にわたってすぐれた耐摩耗性を発揮する。
これに対して、比較被覆工具１〜１３では、高速断続切削加工においては、硬質被覆層のチッピング発生、欠損発生、剥離発生等の異常損傷の発生により、比較的短時間で使用寿命に至ることが明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
上述のように、この発明の被覆工具は、各種鋼や鋳鉄などの通常の条件での連続切削や断続切削は勿論のこと、切刃に断続的・衝撃的負荷が作用する高速断続切削という厳しい切削条件下でも、硬質被覆層のチッピング、欠損等の異常損傷が発生することはなく、長期の使用に亘ってすぐれた切削性能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１】
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【図２】
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【図３】
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