(57)【要約】【課題】Ｎｉ基合金、Ｃｏ基合金等の耐熱合金のような難削材の黒皮材粗加工において、すぐれた耐剥離性、耐チッピング性を示す表面被覆切削工具を提供する。【解決手段】工具基体の表面に下部層と上部層が被覆された表面被覆切削工具であって、上部層は、基体側上部層と表面側上部層とから構成され、基体側上部層はΣ３対応粒界分布割合が高く、一方、表面側上部層では、Σ３対応粒界分布割合が相対的に低くし、表面側上部層にブラスト処理を施した場合、表面側上部層に微小亀裂を導入して引張残留応力を緩和し、一方、基体側上部層によって、高温硬さ、耐熱性を維持し、さらに、表面側上部層から下部層へ微小亀裂が伝播進展することを抑制する。【選択図】図１
2017024138.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硬質被覆層が形成された表面被覆切削工具であって、
前記硬質被覆層は、工具基体の表面に形成された下部層と該下部層上に形成された上部層とを有し、
（ａ）前記下部層は、３〜２０μｍの合計平均層厚を有し、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＣＯ、ＴｉＣＮＯのうちの1層または２層以上からなるＴｉ化合物層であり、
（ｂ）前記上部層は、１〜１５μｍの合計平均層厚を有するα型Ａｌ２Ｏ３層からなり、かつ、前記上部層は、基体側上部層と表面側上部層から構成され、前記基体側上部層の平均層厚は、前記上部層の合計平均層厚の１０〜５０％であり、
（ｃ）前記基体側上部層のＡｌ２Ｏ３結晶粒について、電界放出型走査電子顕微鏡を用い、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、前記工具表面の法線に対して、前記結晶粒の結晶面である（０００１）面および（１０−１０）面の法線がなす傾斜角を測定し、この場合前記結晶粒は、格子点にＡｌおよび酸素からなる構成原子がそれぞれ存在するコランダム型六方最密晶の結晶構造を有し、この結果得られた測定傾斜角に基づいて、相互に隣接する結晶粒の界面で、前記構成原子のそれぞれが前記結晶粒相互間で１つの構成原子を共有する格子点（構成原子共有格子点）の分布を算出し、前記構成原子共有格子点間に構成原子を共有しない格子点がＮ個（ただし、Ｎはコランダム型六方最密晶の結晶構造上２以上の偶数となるが、分布頻度の点からＮの上限を２８とした場合、４、８、１４、２４、および２６の偶数は存在せず）存在する構成原子共有格子点形態をΣＮ＋１で表した場合、個々のΣＮ＋１がΣＮ＋１全体に占める分布割合を示す構成原子共有格子点分布グラフにおいて、Σ３のΣＮ＋１全体に占める分布割合が６０％以上である構成原子共有格子点分布グラフを示し、
（ｄ）前記表面側上部層のＡｌ２Ｏ３結晶粒について、電界放出型走査電子顕微鏡を用い、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、前記工具表面の法線に対して、前記結晶粒の結晶面である（０００１）面および（１０−１０）面の法線がなす傾斜角を測定し、この場合前記結晶粒は、格子点にＡｌおよび酸素からなる構成原子がそれぞれ存在するコランダム型六方最密晶の結晶構造を有し、この結果得られた測定傾斜角に基づいて、相互に隣接する結晶粒の界面で、前記構成原子のそれぞれが前記結晶粒相互間で１つの構成原子を共有する格子点（構成原子共有格子点）の分布を算出し、前記構成原子共有格子点間に構成原子を共有しない格子点がＮ個（ただし、Ｎはコランダム型六方最密晶の結晶構造上２以上の偶数となるが、分布頻度の点からＮの上限を２８とした場合、４、８、１４、２４、および２６の偶数は存在せず）存在する構成原子共有格子点形態をΣＮ＋１で表した場合、個々のΣＮ＋１がΣＮ＋１全体に占める分布割合を示す構成原子共有格子点分布グラフにおいて、Σ３のΣＮ＋１全体に占める分布割合が３０％以下である構成原子共有格子点分布グラフを示す、
ことを特徴とする表面被覆切削工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐熱合金などの難削材の、高熱発生を伴い、刃先に高負荷が作用する黒皮材粗加工において、すぐれた耐剥離性と耐チッピング性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。
【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が蒸着形成された被覆工具が知られている。
【０００３】
しかし、前述したような従来の被覆工具は、例えば、各種の鋼や鋳鉄などの連続切削ではすぐれた耐摩耗性を発揮するが、これを、耐熱合金などの難削材の黒皮材粗加工のような高熱発生を伴うとともに、刃先に高負荷が作用する切削条件においては、硬質被覆層の剥離やチッピングが発生しやすく、工具寿命が短命になるという問題があった。
そこで、被覆層の耐剥離性、耐チッピング性を向上させるために、下部層、上部層に改良を加えた各種の被覆工具が提案されている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、工具基体の表面に、ＴｉＣｘＮｙ層とＡｌ２Ｏ３層からなり、高表面平滑度、及び低引張応力レベルを有する化学蒸着で被覆した切削工具インサートを製造するに際し、被膜に、１．８〜２．４ｂａｒの空気圧で、水にＦ８０の粒のＡｌ２Ｏ３から成るスラリーを有する第一の集中湿潤ブラスト処理を施し、引き続いて２ｂａｒの空気圧で、水にＦ３２０の粒のＡｌ２Ｏ３から成るスラリーを有する第二のブラスト処理を続けることによって、Ａｌ２Ｏ３層の残留応力を実質的に完全に緩和し、硬質被覆層の靭性を向上させることが提案されている。
【０００５】
また、特許文献２には、工具基体に被覆形成された硬質被覆層の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、前記結晶粒の結晶面である（０００１）面および（１０−１０）面の法線がなす傾斜角を測定し、この結果得られた測定傾斜角に基づいて作成された構成原子共有格子点分布グラフにおいて、Σ３に最高ピークが存在し、かつ前記Σ３の全体に占める分布割合が６０％以上である構成原子共有格子点分布グラフを示す改質Ａｌ２Ｏ３層で構成し、かつ、同改質Ａｌ２Ｏ３層の表面を研磨して、その表面粗さをＲａ：０．２μｍ以下とすると共に、前記研磨面に硬質被覆層残留応力低減模様をレーザービーム照射形成することによって、難削材の高速切削加工における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】
【０００６】
【特許文献１】特許第４６２４９４０号公報
【特許文献２】特開２００７−２３７３３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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い。前述した従来の被覆工具を鋼や鋳鉄などの通常の条件での連続切削に用いた場合には問題はないが、従来の被覆工具を、難削材であるＮｉ基合金、Ｃｏ基合金等の耐熱合金の黒皮材粗加工に使用した場合には、高熱発生を伴うとともに、刃先に高負荷が作用することにより硬質被覆層の剥離を起こしやすく、また、剥離とともにチッピングを発生することにより、比較的短時間で使用寿命に至る。
【０００８】
例えば、ブラスト処理でＡｌ２Ｏ３層に微小亀裂を導入することにより引張応力を緩和し、耐チッピング性の改善を図る技術もあるが、前記特許文献１に記載のもののように、Ａｌ２Ｏ３層中の残留応力を完全に除去しようとすると、Ａｌ２Ｏ３層を貫通して下部層のＴｉ化合物層との界面にまで亀裂が進展することにより、耐剥離性、耐チッピング性の改善は十分とはいえない。
【０００９】
また、Ａｌ２Ｏ３層の高温硬さおよび耐熱性を高めるため、Ａｌ２Ｏ３層のΣ３対応粒界分布割合を高めた場合、ブラスト処理による応力緩和は困難であり、過度に高い条件で応力緩和しようとすると、硬質被覆層の破壊や剥離を発生することになる。前記特許文献２で提案されているようなレーザー照射では、切れ刃先端まで十分な応力緩和を図ることは困難である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
そこで、本発明者らは、前述のような観点から、Ｔｉ化合物層からなる下部層とＡｌ２Ｏ３層からなる上部層を備えた被覆工具において、上部層のＡｌ２Ｏ３層の有する高温硬さと耐熱性を維持しつつ、上部層の引張残留応力の緩和を図るべく、鋭意研究を行った。
その結果、上部層を基体側上部層と表面側上部層とから構成し、基体側上部層はΣ３対応粒界分布割合を高くし、一方、表面側上部層では、Σ３対応粒界分布割合を相対的に低くし、そして、表面側上部層にブラスト処理を施すことによって、上部層の引張応力緩和を図った場合には、基体側上部層でき裂伝播が止まるため下部層にまでブラスト処理による亀裂が進展することはないこと、また、ブラスト処理により、上部層において引張残留応力の緩和が十分に図られることを見出した。
【００１１】
したがって、本発明の被覆工具は、高熱発生を伴うとともに、刃先に高負荷が作用するＮｉ基合金、Ｃｏ基合金等の耐熱合金のような難削材の黒皮材粗加工に使用した場合であっても、硬質被覆層の剥離発生、チッピング発生は抑制され、長期の使用にわたってすぐれた切削性能を発揮することを見出したのである。
【００１２】
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が形成された表面被覆切削工具であって、
前記硬質被覆層は、工具基体の表面に形成された下部層と該下部層上に形成された上部層とを有し、
（ａ）前記下部層は、３〜２０μｍの合計平均層厚を有し、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＣＯ、ＴｉＣＮＯのうちの1層または２層以上からなるＴｉ化合物層であり、
（ｂ）前記上部層は、１〜１５μｍの合計平均層厚を有するα型Ａｌ２Ｏ３層からなり、かつ、前記上部層は、基体側上部層と表面側上部層から構成され、前記基体側上部層の平均層厚は、前記上部層の合計平均層厚の１０〜５０％であり、
（ｃ）前記基体側上部層のＡｌ２Ｏ３結晶粒について、電界放出型走査電子顕微鏡を用い、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、前記工具表面の法線に対して、前記結晶粒の結晶面である（０００１）面および（１０−１０）面の法線がなす傾斜角を測定し、この場合前記結晶粒は、格子点にＡｌおよび酸素からなる構成原子がそれぞれ存在するコランダム型六方最密晶の結晶構造を有し、この結果得られた測定傾斜角に基づいて、相互に隣接する結晶粒の界面で、前記構成原子のそれぞれが前記結晶粒相互間で１つの構成原子を共有する格子点（構成原子共有格子点）の分布を算出し、前記構成原子共有格子点間に構成原子を共有しない格子点がＮ個（ただし、Ｎはコランダム型六方最密晶の結晶構造上２以上の偶数となるが、分布頻度の点からＮの上限を２８とした場合、４、８、１４、２４、および２６の偶数は存在せず）存在する構成原子共有格子点形態をΣＮ＋１で表した場合、個々のΣＮ＋１がΣＮ＋１全体に占める分布割合を示す構成原子共有格子点分布グラフにおいて、Σ３のΣＮ＋１全体に占める分布割合が６０％以上である構成原子共有格子点分布グラフを示し、
（ｄ）前記表面側上部層のＡｌ２Ｏ３結晶粒について、電界放出型走査電子顕微鏡を用い、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、前記工具表面の法線に対して、前記結晶粒の結晶面である（０００１）面および（１０−１０）面の法線がなす傾斜角を測定し、この場合前記結晶粒は、格子点にＡｌおよび酸素からなる構成原子がそれぞれ存在するコランダム型六方最密晶の結晶構造を有し、この結果得られた測定傾斜角に基づいて、相互に隣接する結晶粒の界面で、前記構成原子のそれぞれが前記結晶粒相互間で１つの構成原子を共有する格子点（構成原子共有格子点）の分布を算出し、前記構成原子共有格子点間に構成原子を共有しない格子点がＮ個（ただし、Ｎはコランダム型六方最密晶の結晶構造上２以上の偶数となるが、分布頻度の点からＮの上限を２８とした場合、４、８、１４、２４、および２６の偶数は存在せず）存在する構成原子共有格子点形態をΣＮ＋１で表した場合、個々のΣＮ＋１がΣＮ＋１全体に占める分布割合を示す構成原子共有格子点分布グラフにおいて、Σ３のΣＮ＋１全体に占める分布割合が３０％以下である構成原子共有格子点分布グラフを示す、
ことを特徴とする表面被覆切削工具。」
をその特徴とするものである。
【００１３】
次に、本発明被覆工具について詳細に説明する。
図1に本発明被覆工具の縦断面模式図を示すが、本発明における硬質被覆層は下部層と上部層からなり、該上部層は、基体側上部層と表面側上部層とによって構成されている。
【００１４】
下部層：
下部層を構成する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Ａｌ２Ｏ３層（以下、「Ａｌ２Ｏ３層」で示す。）の下部層として存在し、自身の持つすぐれた高温強度によって、硬質被覆層に対して高温強度を与える。その他にも、Ｔｉ化合物層は、工具基体表面、Ａｌ２Ｏ３層からなる上部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。しかしながら、このＴｉ化合物層の合計平均層厚が３μｍ未満である場合、前述した作用を十分に発揮させることができない。一方、このＴｉ化合物層の合計平均層厚が２０μｍを越える場合、特に高熱発生を伴い刃先に高負荷が作用する切削条件では熱塑性変形を起し易くなり、偏摩耗の原因となる。以上から、Ｔｉ化合物層の合計平均層厚は３〜２０μｍと定めた。
【００１５】
基体側上部層：
基体側上部層は、表面側上部層に比して、Σ３対応粒界分布割合を相対的に高くして、高温硬さ、耐熱性を維持するとともに、ブラスト処理により表面側上部層から進展してきた微小亀裂が下部層にまで伝播しないように形成する。
そのためには、基体側上部層のΣ３対応粒界分布割合を、ΣＮ＋１全体の６０％以上とし、さらに、基体側上部層の平均層厚を、上部層の合計平均層厚の１０〜５０％とする。
【００１６】
基体側上部層のΣ３対応粒界分布割合が、ΣＮ＋１全体の６０％未満であると、難削材であるＮｉ基合金、Ｃｏ基合金等の耐熱合金の黒皮材の切削加工で、十分な耐剥離性、耐チッピング性を発揮することができない。なお、Σ３対応粒界分布割合の上限については特に制限はないが、Σ３対応粒界分布割合が８０％であれば、前記黒皮材の高熱発生を伴い、刃先に高負荷が作用する切削条件において、十分な耐剥離性、耐チッピング性を備えることから、Σ３対応粒界分布割合の好ましい範囲は、６０％〜８０％である。
【００１７】
また、基体側上部層の平均層厚が、上部層の合計平均層厚の１０％未満の場合には、硬質被覆層全体としての高温硬さ、耐熱性が低下するとともに、ブラスト処理により表面側上部層に導入された微小亀裂が基体側上部層を貫通し、下部層との界面にまで伝播してしまうことにより、耐剥離性、耐チッピング性が低下する。
一方、基体側上部層の平均層厚が、上部層の合計平均層厚の５０％を超えると、相対的に、表面側上部層の平均層厚が薄くなり、ブラスト処理による十分な引張応力緩和効果が得られなくなるため、耐剥離性、耐チッピング性が低下する。
したがって、本発明では、基体側上部層の平均層厚は、上部層の合計平均層厚の１０〜５０％とする。
また、上部層の合計平均層厚が１μm未満では、長期の使用にわたって十分な耐摩耗性を発揮することができず、一方、１５μmを超える場合には、チッピングを発生しやすくなるので、上部層の合計平均層厚は１〜１５μmとする。
【００１８】
前記基体側上部層は、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層以上のＴｉ化合物層からなる下部層を工具基体表面に蒸着形成した後、同じく通常の化学蒸着装置を使用して、
反応ガス組成（容量％）：ＡｌＣｌ３  ６〜１０％、ＣＯ２  １０〜１５％、ＨＣｌ  ３〜５％、Ｈ２Ｓ  ０．０５〜０．２％、残部Ｈ２、
反応雰囲気温度：１０２０〜１０５０℃、
反応雰囲気圧力：３〜５ｋＰａ、
処理時間：（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、Σ３対応粒界分布割合が６０％以上の構成原子共有格子点形態を有するＡｌ２Ｏ３結晶粒からなる基体側上部層を形成することができる。
【００１９】
表面側上部層：
表面側上部層は、基体側上部層に比して、Σ３対応粒界分布割合を相対的に低くして、ブラスト処理により表面側上部層に微小亀裂が形成され、その結果として、上部層の引張残留応力の緩和を図り、耐剥離性、耐チッピング性を向上させる。
そのためには、表面側上部層のΣ３対応粒界分布割合を、ΣＮ＋１全体の３０％以下とすることが必要である。
これは、ブラスト処理によって、多数の微小亀裂を表面側上部層に導入するためであり、Σ３対応粒界分布割合が３０％を超える場合には、ブラスト処理を高い条件で行わねばならず、このような場合には、基体側上部層あるいは基体側上部層を貫通して下部層及び下部層との界面にまで微小亀裂が伝播進展してしまい、高熱発生を伴い、刃先に高負荷が作用する黒皮材の粗加工において、耐剥離性、耐チッピング性が低下するという理由による。
なお、表面側上部層のΣ３対応粒界分布割合は、粒界強度を過度に低下させないという観点から１０〜３０％であることが望ましく、より好ましくは、２０〜３０％である。
【００２０】
前記表面側上部層は、基体側上部層の上に、通常の化学蒸着装置を使用して、
反応ガス組成（容量％）：ＡｌＣｌ３  ２〜４％、ＣＯ２  ６〜８％、ＨＣｌ  １．５〜３％、Ｈ２Ｓ  ０．０５〜０．２％、残部Ｈ２、
反応雰囲気温度：１０２０〜１０５０℃、
反応雰囲気圧力：６〜１０ｋＰａ、
処理時間：（目標とする上部層の合計平均層厚に達するまで）
という条件で蒸着することにより、Σ３対応粒界分布割合が３０％以上の構成原子共有格子点形態を有するＡｌ２Ｏ３結晶粒からなる表面側上部層を形成することができる。
【００２１】
基体側上部層および表面側上部層の構成原子共有格子点形態は、以下の手順で測定することができる。
まず、被覆工具について、その縦断面を研磨面とする。
次に、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、例えば、基体側上部層についての構成原子共有格子点分布グラフを作製するにあたり、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、前記研磨面の測定範囲内に存在する結晶粒個々に照射して、電子後方散乱回折装置を用い、３０×５０μｍの領域を０．１μｍ／ｓｔｅｐの間隔で、工具基体表面の法線に対して、前記結晶粒の結晶面である（０００１）面および（１０−１０）面の法線がなす傾斜角を測定し、この結果得られた測定傾斜角に基づいて、相互に隣接する結晶粒の界面で、前記構成原子のそれぞれが前記結晶粒相互間で１つの構成原子を共有する格子点（構成原子共有格子点）の分布を算出し、前記構成原子共有格子点間に構成原子を共有しない格子点がＮ個（ただし、Ｎはコランダム型六方最密晶の結晶構造上２以上の偶数となるが、分布頻度の点からＮの上限を２８とした場合、４、８、１４、２４、および２６の偶数は存在せず）存在する構成原子共有格子点形態をΣＮ＋１で表した場合、個々のΣＮ＋１がΣＮ＋１全体に占める分布割合を、構成原子共有格子点分布グラフとして作成することによって、Σ３がΣＮ＋１全体に占める分布割合を求めることができる。
上記では、基体側上部層のΣ３対応粒界分布割合について述べたが、表面側上部層についても、上記と同様な手順で、Σ３対応粒界分布割合を求めることができる。
【００２２】
ブラスト処理：
硬質被覆層、特に、表面側上部層の引張残留応力を除去・緩和するために、ブラスト処理、例えば、ウエットブラスト処理を施すことが望ましい。
基体側上部層あるいは基体側上部層を貫通して下部層にまで亀裂の伝播・進展が及ばないようにするための好ましいウエットブラスト処理の条件は、例えば、以下のとおりである。
ブラスト処理液：砥粒＋水、
砥粒：Ａｌ２Ｏ３粉粒、
砥粒サイズ：６００−１２０（メッシュ）、
砥粒濃度：１５−６０質量％、
ブラスト圧力：０．１０−０．２５ＭＰａ
【発明の効果】
【００２３】
本発明の被覆工具によれば、硬質被覆層の上部層が、基体側上部層と表面側上部層とから構成され、基体側上部層はΣ３対応粒界分布割合が高く、一方、表面側上部層では、Σ３対応粒界分布割合が相対的に低くされていることから、表面側上部層にブラスト処理を施した場合、表面側上部層に微小亀裂が導入され、引張残留応力が緩和され、一方、基体側上部層によって、高温硬さ、耐熱性は維持され、さらに、表面側上部層から下部層との界面へ微小亀裂が伝播進展することが抑制されるため、高熱発生を伴うとともに、刃先に高負荷が作用するＮｉ基合金、Ｃｏ基合金等の耐熱合金のような難削材の黒皮材粗加工に使用した場合であっても、硬質被覆層の剥離発生、チッピング発生は抑制され、長期の使用にわたってすぐれた切削性能が発揮される。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明被覆工具の縦断面模式図を示す。
【図２】本発明被覆工具の基体側上部層について作成した構成原子共有格子点分布グラフの一例を示す。
【図３】本発明被覆工具の表面側上部層について作成した構成原子共有格子点分布グラフの一例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明の被覆工具について、実施例に基づいて具体的に説明する。
【実施例】
【００２６】
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、ＩＳＯ規格ＣＮＭＧ１２０４０８のインサート形状をもったＷＣ基超硬合金製の工具基体Ａ〜Ｃをそれぞれ製造した。
【００２７】
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、ＺｒＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、Ｍｏ2Ｃ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：１５００℃に１時間保持の条件で焼結し、焼結後、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〜ｃを作製した。
【００２８】
ついで、これらの工具基体Ａ〜Ｃおよび工具基体ａ〜ｃのそれぞれを、通常の化学蒸着装置に装入し、以下の手順で本発明被覆工具１〜１０をそれぞれ製造した。
（ａ）まず、表３に示される条件にて、表６に示される目標層厚の下部層としてのＴｉ化合物層を蒸着形成した。
（ｂ）次に、表４に示される条件にて、基体側上部層のＡｌ２Ｏ３層の蒸着を表７に示される目標層厚となるまで形成した。
（ｃ）次に、表４に示される条件にて、表面側上部層のＡｌ２Ｏ３層の蒸着を表７に示される合計目標層厚となるまで行った。
（ｄ）次に、表５に示される条件にて、ウエットブラスト処理を施すことにより、表７に示される本発明被覆工具１〜１０をそれぞれ製造した。
【００２９】
また、比較の目的で、前記本発明被覆工具１〜１０の製造条件から外れる条件で前記工程（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）を行うことにより、表８に示す比較例被覆工具１〜１０をそれぞれ製造した。
【００３０】
なお、上記（ｄ）のウエットブラスト処理を施す前に、本発明被覆工具１〜１０と比較例被覆工具１〜１０の基体側上部層と表面側上部層ついての、構成原子共有格子点分布グラフを作成することにより、Σ３対応粒界分布割合を測定した。
具体的な測定法は、以下のとおりである。
まず、上記本発明被覆工具１〜１０と上記比較例被覆工具１〜１０の基体側上部層と表面側上部層について、それぞれの縦断面を研磨面とし、各層のＡｌ２Ｏ３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、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、前記研磨面の測定範囲内に存在する結晶粒個々に照射して、電子後方散乱回折装置を用い、３０×５０μｍの領域を０．１μｍ／ｓｔｅｐの間隔で、工具基体表面の法線に対して、前記結晶粒の結晶面である（０００１）面および（１０−１０）面の法線がなす傾斜角を測定し、この結果得られた測定傾斜角に基づいて、相互に隣接する結晶粒の界面で、前記構成原子のそれぞれが前記結晶粒相互間で１つの構成原子を共有する格子点（構成原子共有格子点）の分布を算出し、前記構成原子共有格子点間に構成原子を共有しない格子点がＮ個（ただし、Ｎはコランダム型六方最密晶の結晶構造上２以上の偶数となるが、分布頻度の点からＮの上限を２８とした場合、４、８、１４、２４、および２６の偶数は存在せず）存在する構成原子共有格子点形態をΣＮ＋１で表した場合、個々のΣＮ＋１がΣＮ＋１全体に占める分布割合を、構成原子共有格子点分布グラフとして作成した。
そして、この構成原子共有格子点分布グラフから、Σ３対応粒界がΣＮ＋１全体に占めるΣ３対応粒界分布割合を求めた。
【００３１】
図２に、この測定により得られた本発明被覆工具１の基体側上部層について求めた構成原子共有格子点分布グラフを示す。
本発明被覆工具１の基体側上部層のΣ３対応粒界分布割合７２％であることが分かる。
また、図３には、この測定により得られた本発明被覆工具１の表面側上部層について求めた構成原子共有格子点分布グラフを示す。
本発明被覆工具１の表面側上部層のΣ３対応粒界分布割合２７％であることが分かる。
図２、図３にも示されるように、本発明被覆工具では、全ての被覆工具について、基体側上部層のΣ３対応粒界分布割合が６０％以上であり、また、表面側上部層のΣ３対応粒界分布割合が３０％以下であることが分かる。
表７、表８にこれらの値を示す。
【００３２】
また、本発明被覆工具１〜１０、比較例被覆工具１〜１０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。
【００３３】
【表１】
2017024138.tif 000003
【００３４】
【表２】
2017024138.tif 000004
【００３５】
【表３】
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【００３６】
【表４】
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【００３７】
【表５】
2017024138.tif 000007
【００３８】
【表６】
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【００３９】
【表７】
2017024138.tif 000009
【００４０】
【表８】
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【００４１】
つぎに、本発明被覆工具１〜１０、比較例被覆工具１〜１０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：Ｎｉ基耐熱合金（Ｃｒ：１８．５質量％、Ｍｏ：３．０質量％、Ａｌ：０．５質量％、Ｎｂ＋Ｔａ：５．１質量％、残部：Ｎｉおよび不可避不純物）黒皮材の丸棒、
切削速度：８０ｍ／ｍｉｎ、
切り込み：１．５ｍｍ、
送り：０．２５ｍｍ／ｒｅｖ、
切削時間：１０分、
の条件（切削条件Ａという）でのＮｉ基耐熱合金の黒皮材の乾式連続高速切削試験（通常の切削速度は、５０ｍ／ｍｉｎ）、
被削材：Ｃｏ基耐熱合金（Ｃｒ：２０質量％、Ｗ：１５質量％、Ｎｉ：１０質量％、Ｍｎ：１．５質量％、Ｓｉ：１質量％、Ｆｅ：１質量％、Ｃ：０．１２質量％、残部：Ｃｏおよび不可避不純物）黒皮材の丸棒、
切削速度：７０ｍ／ｍｉｎ、
切り込み：１．５ｍｍ、
送り：０．３０ｍｍ／ｒｅｖ、
切削時間：５分、
の条件（切削条件Ｂという）でのＣｏ基耐熱合金の黒皮材の乾式連続高速切削試験（通常の切削速度は、４０ｍ／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。
表９にこの測定結果を示した。
【００４２】
【表９】
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【００４３】
表９に示される結果から、本発明被覆工具１〜１０は、その上部層が、Σ３対応粒界分布割合が高い基体側上部層と、Σ３対応粒界分布割合が相対的に低い表面側上部層で構成されていることによって、難削材の黒皮材粗加工において、剥離やチッピングを発生することなくすぐれた切削性能を示す。
これに対して、比較例被覆工具１〜１０では、硬質被覆層の剥離発生、チッピング発生により、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】
前述のように、本発明の被覆工具は、高熱発生を伴うとともに、刃先に高負荷が作用するＮｉ基合金、Ｃｏ基合金等の耐熱合金のような難削材の黒皮材粗加工においてすぐれた耐剥離性、耐チッピング性を発揮するが、切削加工時に衝撃的、断続的負荷が作用する断続切削加工、あるいは、刃先により一段と高負荷が作用する高送り・高切り込み切削加工においても、すぐれた耐剥離性、耐チッピング性を発揮し、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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