特許 5673904 被覆切削工具及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】5673904

(24)【登録日】2015年1月9日

(45)【発行日】2015年2月18日

(54)【発明の名称】被覆切削工具及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   B23B 27/14 20060101AFI20150129BHJP

   C23C 14/06 20060101ALI20150129BHJP

【ＦＩ】

   B23B27/14 A

   C23C14/06 H

   C23C14/06 N

【請求項の数】19

【全頁数】29

(21)【出願番号】特願2014-541449(P2014-541449)

(86)(22)【出願日】2014年3月28日

(86)【国際出願番号】JP2014059331

【審査請求日】2014年8月22日

(31)【優先権主張番号】特願2013-68602(P2013-68602)

(32)【優先日】2013年3月28日

(33)【優先権主張国】JP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000233066

【氏名又は名称】日立ツール株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100079049

【弁理士】

【氏名又は名称】中島 淳

(74)【代理人】

【識別番号】100084995

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 和詳

(74)【代理人】

【識別番号】100099025

【弁理士】

【氏名又は名称】福田 浩志

(72)【発明者】

【氏名】森下 佳奈

(72)【発明者】

【氏名】府玻 亮太郎

(72)【発明者】

【氏名】小関 秀峰

(72)【発明者】

【氏名】福永 有三

(72)【発明者】

【氏名】久保田 和幸

(72)【発明者】

【氏名】井上 謙一

【審査官】 村上 哲

(56)【参考文献】

【文献】 特開平７−３１０１７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００４／０１１５４８４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００４／０１１００３９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開平１０−１３０８２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−０７１６１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 A. Escudeiro Santana, A. Karimi, V.H. Derflinger, A. Schu"tze，The role of hcp-AlN on hardness behavior of Ti1-xAlxN nanocomposite during annealing，Thin Solid Films，Elsevier，２００４年１１月 ２日，Volumes 469-470，Pages 339-344，ＵＲＬ，http://ac.els-cdn.com/S0040609004013045/1-s2.0-S0040609004013045-main.pdf?_tid=256dfa9e-f224-11e3-a6ab-00000aacb360&acdnat=1402572461_ff5efc3223693333f2ed27c83392288f

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｂ ２７／１４

Ｃ２３Ｃ １４／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基材と、
前記基材の上に配置され、金属（半金属を含む）元素の含有比率（原子％）でタングステン（Ｗ）を最も多く含有し、次いでチタン（Ｔｉ）を多く含有する炭化物からなる膜厚が１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の中間皮膜と、
前記中間皮膜の上に配置され、Ｘ線回折で特定される結晶構造が面心立方格子構造であって、金属（半金属を含む）元素の総量に対し、Ａｌの含有比率（原子％）が６０％以上であり、Ｔｉの含有比率（原子％）が２０％以上であるＡｌＴｉ系の窒化物または炭窒化物からなる硬質皮膜と、
を有し、
前記硬質皮膜は、透過型電子顕微鏡の制限視野回折パターンから求められる強度プロファイルにおいて、六方最密充填構造のＡｌＮ（０１０）面に起因するピーク強度をＩｈとし、面心立方格子構造のＡｌＮ（１１１）面、ＴｉＮ（１１１）面、ＡｌＮ（００２）面、ＴｉＮ（００２）面、ＡｌＮ（０２２）面、およびＴｉＮ（０２２）面に起因するピーク強度と、六方最密充填構造のＡｌＮ（０１０）面、ＡｌＮ（０１１）面、およびＡｌＮ（１１０）面に起因するピーク強度と、の合計をＩｓとした場合、Ｉｈ及びＩｓは、Ｉｈ×１００／Ｉｓ≦２０の関係を満たす被覆切削工具。

【請求項2】

前記Ｉｈ及び前記Ｉｓは、Ｉｈ×１００／Ｉｓ≦１５の関係を満たす請求項１に記載の被覆切削工具。

【請求項3】

前記中間皮膜の膜厚が、１ｎｍ以上６ｎｍ未満である請求項１または請求項２に記載の被覆切削工具。

【請求項4】

前記硬質皮膜は、Ｘ線回折で特定される面心立方格子構造の（２００）面の半価幅が１．８°以下である請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の被覆切削工具。

【請求項5】

前記硬質皮膜は、透過型電子顕微鏡による膜断面の制限視野回折パターンから求められる強度プロファイルにおいて、基材側および表面側で同一の結晶面に起因するピーク強度が最大強度を示す請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の被覆切削工具。

【請求項6】

前記制限視野回折パターンから求められる強度プロファイルにおいて、前記表面側の結晶面に起因する最大強度を示すピーク強度は、面心立方格子構造のＡｌＮ（００２）面およびＴｉＮ（００２）面に起因するピーク強度である請求項５に記載の被覆切削工具。

【請求項7】

前記硬質皮膜は、更に、タングステン（Ｗ）を含む請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の被覆切削工具。

【請求項8】

前記硬質皮膜は、金属（半金属を含む）元素の総量に対し、タングステン（Ｗ）の含有比率（原子％）が１％以上１０以下％である請求項７に記載の被覆切削工具。

【請求項9】

前記タングステン（Ｗ）の含有比率（原子％）が、２％以上６％以下である請求項８に記載の被覆切削工具。

【請求項10】

硬質皮膜の膜厚が、１μｍ以上５μｍ以下である請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の被覆切削工具。

【請求項11】

前記硬質皮膜は、金属（半金属を含む）元素の総量に対して、Ａｌの含有比率（原子％）が６２％以上７０％以下であり、Ｔｉの含有比率（原子％）が２５％以上であるとともに、Ａｌ及びＴｉの合計の含有比率（原子％）が、金属（半金属を含む）元素の総量に対して９０％以上である請求項１〜請求項１０のいずれか１項に記載の被覆切削工具。

【請求項12】

前記被覆切削工具は、ラジアスエンドミルまたはスクエアエンドミルである請求項１〜請求項１１のいずれか１項に記載の被覆切削工具。

【請求項13】

基材の表面をメタルボンバード処理して、前記基材の表面に、金属（半金属を含む）元素の含有比率（原子％）でタングステン（Ｗ）を最も多く含有し、次いでチタン（Ｔｉ）を多く含有する炭化物からなる膜厚が１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の中間皮膜を形成することと、
ターゲット中心付近の磁束密度が１８ｍＴ以上となるカソードを用い、前記基材に−２００Ｖ以上−７０Ｖ以下のバイアス電圧を印加して、前記中間皮膜の上に、金属（半金属を含む）元素の総量に対し、アルミニウム（Ａｌ）の含有比率（原子％）が６０％以上であり、チタン（Ｔｉ）の含有比率（原子％）が２０％以上であるＡｌＴｉ系の窒化物または炭窒化物からなる硬質皮膜を形成することと、
を有する被覆切削工具の製造方法。

【請求項14】

前記硬質皮膜を、基材温度を４５０℃以上５８０℃以下として形成する請求項１３に記載の被覆切削工具の製造方法。

【請求項15】

前記メタルボンバード処理前の基材の加熱温度は５００℃以下である請求項１３または請求項１４に記載の被覆切削工具の製造方法。

【請求項16】

前記硬質皮膜は、更に、タングステン（Ｗ）を含む請求項１３〜請求項１５のいずれか１項に記載の被覆切削工具の製造方法。

【請求項17】

前記硬質皮膜は、金属（半金属を含む）元素の総量に対して、タングステン（Ｗ）の含有比率（原子％）が１％以上１０％以下である請求項１６に記載の被覆切削工具の製造方法。

【請求項18】

前記タングステン（Ｗ）の含有比率（原子％）が、２％以上６％以下である請求項１７に記載の被覆切削工具の製造方法。

【請求項19】

前記被覆切削工具は、ラジアスエンドミルまたはスクエアエンドミルである請求項１３〜請求項１８のいずれか１項に記載の被覆切削工具の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、例えば鋼や鋳鉄、耐熱合金等の切削加工への適用に好適な被覆切削工具及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、切削工具の耐久性を向上させることを目的に、工具表面に硬質皮膜を被覆する表面処理が実施されている。硬質皮膜の中でもＡｌとＴｉの複合窒化物皮膜（以下、ＡｌＴｉＮと記載する。）は優れた耐摩耗性を有することから広く適用されている。通常、ＡｌＴｉＮは、Ａｌ含有量が多いと耐熱性がより高まる傾向にある。しかし、Ａｌ含有量が多くなりすぎると脆弱なｈｃｐ構造のＡｌＮが析出して硬度が低下することが知られている。例えば、特許文献１には、金属（半金属を含む）元素のうちＡｌの含有比率（原子％）が６０％以上となることでＡｌＴｉＮの硬度が低下し始めることが開示されており、Ａｌの含有比率（原子％）が７０％の場合、結晶構造の一部にｈｃｐ構造が確認されている。

【0003】

一方、特許文献２には、Ａｌ含有量が多くてもｆｃｃ構造が維持され易いＡｌＴｉ系の窒化物皮膜の被覆方法が提案されている。特許文献２には、永久磁石を横または前方に配置したカソードを用い、ターゲット蒸発面にほぼ直交して前方に発散ないし平行に進行する磁力線を形成することで、被処理体付近における成膜ガスプラズマ密度が従来のカソードに比べて格段に高くなることが開示されている。このようなカソードを用いて被覆することで、金属（半金属を含む）元素のうちＡｌの含有比率（原子％）が７０％を超えるＡｌＴｉ系の窒化物皮膜であっても、ｆｃｃ構造が主体とな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】特開平８−２０９３３３号公報

【特許文献2】特開２００３−７１６１０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

近年、被加工材の高硬度化および高速加工化により、切削工具の使用環境はより過酷なものとなっている。例えば、調質された冷間工具鋼のような高硬度材を加工する場合、荒取り加工のような過酷な環境下では、工具の皮膜剥離や工具摩耗の進行が早期に生じ易く、上記した特許文献のような被覆切削工具を適用しても満足する耐久性が得られ難いことを確認した。

【0006】

本発明は、上記のような事情に鑑みて行われたものである。本発明は、耐久性に優れた被覆切削工具及びその製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明者等は、ＡｌＴｉ系の窒化物または炭窒化物からなる硬質皮膜のミクロ組織に含有される六方最密充填（ｈｃｐ；以下、単に「ｈｃｐ」と略記することがある）構造のＡｌＮを低減した最適な組織形態を見出した。そして、基材と硬質皮膜との間に特別な中間皮膜を設けることで、硬質皮膜の効果が十分に発揮され、高硬度材の高速加工でも、優れた耐久性が発揮されることを確認し、本発明に到達した。

【0008】

すわなち、本発明は、基材（切削工具）の表面に硬質皮膜を被覆した被覆切削工具である。具体的には、基材と、前記基材の上に配置され、金属（半金属を含む）元素の含有比率（原子％）でタングステン（Ｗ）を最も多く含有し、次いでチタン（Ｔｉ）を多く含有する炭化物からなる膜厚が１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の中間皮膜と、前記中間皮膜の上に配置され、Ｘ線回折で特定される結晶構造が面心立方格子構造であって、金属（半金属を含む）元素の総量に対し、Ａｌの含有比率（原子％）が６０％以上であり、Ｔｉの含有比率（原子％）が２０％以上であるＡｌＴｉ系の窒化物または炭窒化物からなる硬質皮膜と、を有し、
前記硬質皮膜は、透過型電子顕微鏡の制限視野回折パターンから求められる強度プロファイルにおいて、「Ｉｈ×１００／Ｉｓ≦２０」の関係を満たす被覆切削工具である。好ましくは、「Ｉｈ×１００／Ｉｓ≦１５」である。
Ｉｈ＝ｈｃｐ構造のＡｌＮ（０１０）面に起因するピーク強度
Ｉｓ＝ｆｃｃ構造のＡｌＮ（１１１）面、ＴｉＮ（１１１）面、ＡｌＮ（００２）面、ＴｉＮ（００２）面、ＡｌＮ（０２２）面、およびＴｉＮ（０２２）面に起因するピーク強度と、ｈｃｐ構造のＡｌＮ（０１０）面、ＡｌＮ（０１１）面、およびＡｌＮ（１１０）面に起因するピーク強度と、の合計
また、本発明における硬質皮膜は、金属（半金属を含む）元素の総量に対して、Ａｌの含有比率（原子％）が６２％以上７０％以下で、かつＴｉの含有比率（原子％）が２５％以上であるとともに、Ａｌ及びＴｉの合計の含有比率（原子％）が、金属（半金属を含む）元素の総量に対して９０％以上である場合が好ましい。

【0009】

更に、中間皮膜の膜厚が、１ｎｍ以上６ｎｍ未満であることが好ましい。更には、硬質皮膜は、Ｘ線回折で特定されるｆｃｃ構造の（２００）面の半価幅が、１．８°以下であることが好ましい。
また、硬質皮膜は、透過型電子顕微鏡による膜断面の制限視野回折パターンから求められる強度プロファイルにおいて、基材側および表面側で同一の結晶面に起因するピーク強度が最大強度を示すことが好ましい。前記制限視野回折パターンから求められる強度プロファイルにおいて、前記同一の結晶面に起因するピーク強度は、ｆｃｃ構造のＡｌＮ（００２）面およびＴｉＮ（００２）面に起因するピーク強度であることがより好ましい。
更に、硬質皮膜は、タングステン（Ｗ）を含むことが好ましく、金属（半金属を含む）元素の総量に対して、Ｗの含有比率（原子％）が１％以上１０％以下であることがより好ましい。更には、Ｗの含有比率（原子％）が２％以上６％以下であることが好ましい。
硬質皮膜の膜厚は、１μｍ以上５μｍ以下であることが好ましい。
基材となる切削工具としては、ラジアスエンドミルまたはスクエアエンドミルであることが好ましい。

【0010】

また、本発明の被覆切削工具は、以下に示す本発明の被覆切削工具の製造方法により好適に製造される。具体的には、
基材の表面をメタルボンバード処理して、前記基材の表面に、金属（半金属を含む）元素の含有比率（原子％）でタングステン（Ｗ）を最も多く含有し、次いでチタン（Ｔｉ）を多く含有する炭化物からなる膜厚が１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の中間皮膜を形成することと、ターゲット中心付近の磁束密度が１８ｍＴ以上となるカソードを用い、前記基材に−２００Ｖ以上−７０Ｖ以下のバイアス電圧を印加して、前記中間皮膜の上に、金属（半金属を含む）元素の総量に対し、アルミニウム（Ａｌ）の含有比率（原子％）が６０％以上であり、チタン（Ｔｉ）の含有比率（原子％）が２０％以上であるＡｌＴｉ系の窒化物または炭窒化物からなる硬質皮膜を形成することと、を有する被覆切削工具の製造方法である。
更に、前記硬質皮膜は、基材温度を４５０℃以上５８０℃以下として形成することが好ましい。更に、前記メタルボンバード処理前の基材の加熱温度は５００℃以下であることが好ましい。
更に、前記硬質皮膜は、更に、タングステン（Ｗ）を含むことが好ましい。更に、前記硬質皮膜は、金属（半金属を含む）元素の総量に対し、タングステン（Ｗ）の含有比率（原子％）が１％以上１０％以下であることが好ましい。更に、前記タングステン（Ｗ）の含有比率（原子％）が、２％以上６％以下であることが好ましい。
更に、前記被覆工具の製造方法はラジアスエンドミルまたはスクエアエンドミルに適用することが好ましい。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、耐久性に優れた被覆切削工具及びその製造方法が提供される。
即ち、本発明によれば、高硬度材の高速加工に加え、更には、高炭素鋼やＮｉ基超耐熱合金等の切削加工においても優れた耐久性が発揮される。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、透過型電子顕微鏡による硬質皮膜の断面観察写真である（図中の円周部は、制限視野回折パターンを撮影したときの電子線照射位置である）。

【図2】図２は、図１の下部円周内に電子線を照射したときの制限視野回折パターンを示す図である。

【図3】図３は、図２に示す制限視野回折パターンの強度プロファイルを示す図である。

【図4】図４は、透過型電子顕微鏡による本発明例１のサンプル工具の断面観察写真である。

【図5】図５は、図４における矢印１が示すポイントのナノビーム回折パターンを示す図である。

【図6】図６は、図４における矢印１が示すポイントのＥＤＳスペクトル分析結果を示す図である。

【図7】図７は、図４における矢印２が示すポイントのナノビーム回折パターンを示す図である。

【図8】図８は、図４における矢印２が示すポイントのＥＤＳスペクトル分析結果を示す図である。

【図9】図９は、図４における矢印３が示すポイントのＥＤＳスペクトル分析結果を示す図である。

【図10】図１０は、本発明例１〜５のサンプル工具の、電子顕微鏡による２５ｍ切削後の工具刃先の観察写真である。

【図11】図１１は、本発明例６〜８のサンプル工具の、電子顕微鏡による２５ｍ切削後の工具刃先の観察写真である。

【図12】図１２は、比較例１〜６のサンプル工具の、電子顕微鏡による２５ｍ切削後の工具刃先の観察写真である。

【図13】図１３は、比較例７〜１０のサンプル工具の、電子顕微鏡による２５ｍ切削後の工具刃先の観察写真である。

【図14】図１４は、本発明例２０〜２３および比較例２０のサンプル工具の、電子顕微鏡による４ｍ切削後の工具刃先の観察写真である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

本発明者等は、Ｘ線回折においてｆｃｃ構造（面心立方格子構造）のピーク強度しか測定されない、ＡｌとＴｉを含む窒化物又は炭窒化物であっても、透過型電子顕微鏡による解析をすると、ミクロ組織にはｈｃｐ構造のＡｌＮが含まれていることを確認した。そして、ミクロ組織に含まれるｈｃｐ構造（六方最密充填構造）のＡｌＮを低減することにより、硬質皮膜として良好な特性が得られることが分かった。
更に、基材と硬質皮膜との間に、特定の組成及び膜厚の中間皮膜を設けることで、被覆切削工具の耐久性を向上できることを見出した。
以下、本発明の被覆切削工具及びその製造方法について詳細に説明する。

【0014】

まず、本発明の硬質皮膜について説明する。
硬質皮膜は、耐熱性と耐摩耗性が優れる皮膜種である窒化物又は炭窒化物とする。より好ましくは窒化物である。
Ａｌは、硬質皮膜に耐熱性を付与する元素であり、金属（半金属を含む）元素のうちＡｌの含有比率（原子％）を最も多く含有することで、優れた耐熱性を発現し、被覆切削工具の耐久性が向上する。硬質皮膜により優れた耐熱性を付与するために、金属（半金属を含む）元素のうちＡｌの含有比率（原子％）は６０％以上とする。より好ましいＡｌの含有比率（原子％）は、金属（半金属を含む）元素の総量に対して６２％以上であり、更には６５％以上である。
被覆切削工具により高い耐久性を付与するためには、Ａｌの含有比率（原子％）を、金属（半金属を含む）元素の総量に対して７５％以下とすることが好ましい。より好ましいＡｌの含有比率（原子％）は、金属（半金属を含む）元素の総量に対して７０％以下である。

【0015】

Ｔｉは、硬質皮膜に耐摩耗性を付与すると共に、被覆切削工具として耐久性に優れたｆｃｃ構造の結晶構造とする点で、重要な元素である。Ｔｉの含有量が少なくなると、硬質皮膜の耐摩耗性が低下すると共に、Ｘ線回折でもｈｃｐ構造のピーク強度が確認される程にｈｃｐ構造のＡｌＮが多くなる。耐摩耗性を付与してｆｃｃの結晶構造とするためには、Ａｌ含有量を規定することに加えて、Ｔｉの含有比率（原子％）を、金属（半金属を含む）元素の総量に対して２０％以上とする。更には、Ｔｉの含有比率（原子％）は２５％以上とすることがより好ましい。
本発明において、ＡｌとＴｉとを含む窒化物または炭窒化物は、耐熱性および耐摩耗性の観点から、ＡｌとＴｉとの合計の含有比率（原子％）を、金属（半金属を含む）元素の総量に対して９０％以上とすることが好ましい。

【0016】

本発明において、Ｘ線回折で特定される結晶構造がｆｃｃ構造であるとは、例えば、市販のＸ線回折装置（株式会社リガク製 ＲＩＮＴ２５００Ｖ−ＰＳＲＣ／ＭＤＧ）を用いて測定した場合に、ＡｌＮのｈｃｐ構造に起因するピーク強度が確認されないことをいう。

【0017】

本発明では、硬質皮膜のミクロ組織に含まれるｈｃｐ構造のＡｌＮ量を定量化するため、透過型電子顕微鏡（以下、ＴＥＭと記載する。）観察の制限視野回折パターンから求められる強度プロファイルを用いた。その測定方法について以下説明する。なお、測定条件を統一するため、加速電圧：１２０Ｖ、制限視野領域：φ７５０ｎｍ、カメラ長：１００ｃｍ、入射電子量：５．０ｐＡ／ｃｍ^２（蛍光板上）として、各試料の基材側と表面側で制限視野回折パターンを求めた。

【0018】

図１に、硬質皮膜の断面ＴＥＭ観察写真（４０，０００倍）を示す。図２は、図１の下円部の制限視野回折パターンである。そして、図２の制限視野回折パターンの輝度を変換して、図３の制限視野回折パターンの強度プロファイルを求めた。図３において、横軸は（０００）面スポット中心からの距離（半径ｒ）を、縦軸は各半径ｒにおける円一周分の積算強度（任意単位）を、それぞれ示したプロファイルである。
図３において、矢印１は、ｈｃｐ構造のＡｌＮ（０１０）面に起因するピークであり、ｈｃｐ構造のＡｌＮの最大強度である。矢印２は、ｈｃｐ構造のＡｌＮ（０１１）面およびｆｃｃ構造のＡｌＮ（１１１）面、ＴｉＮ（１１１）面に起因するピークである。矢印３は、ｆｃｃ構造のＡｌＮ（００２）面、ＴｉＮ（００２）面に起因するピークである。矢印４は、ｈｃｐ構造のＡｌＮ（１１０）面に起因するピークである。矢印５は、ｆｃｃ構造のＡｌＮ（０２２）面、ＴｉＮ（０２２）面に起因するピークである。

【0019】

本発明者等は、図３における矢印１〜５のピーク強度の合計（Ｉｓ）と、ｈｃｐ構造の最大強度であるＡｌＮ（０１０）面に起因するピーク強度（Ｉｈ）と、の比（％；Ｉｈ×１００／Ｉｓ）を求めることで、硬質皮膜に含まれるｈｃｐ構造のＡｌＮを定量的に評価することができることを見出した。
したがって、本発明では、ｈｃｐ構造のＡｌＮ（０１０）面に起因するピーク強度をＩｈとし、ｆｃｃ構造のＡｌＮ（１１１）面、ＴｉＮ（１１１）面、ＡｌＮ（００２）面、ＴｉＮ（００２）面、ＡｌＮ（０２２）面、およびＴｉＮ（０２２）面に起因するピーク強度と、ｈｃｐ構造のＡｌＮ（０１０）面、（０１１）面、（１１０）面に起因するピーク強度と、の合計をＩｓとした場合に、「Ｉｈ×１００／Ｉｓ≦２０」の関係を満たすものとする。この関係を満たす場合、硬質皮膜に含まれるｈｃｐ構造のＡｌＮが少なく、被覆切削工具の耐久性が優れることを確認した。中でも、より好ましくは、「Ｉｈ×１００／Ｉｓ≦１５」の関係を満たす場合であり、更に好ましくは、「Ｉｈ×１００／Ｉｓ≦１３」の関係を満たす場合である
本発明では、バックグラウンドの設定の仕方による誤差を排除するため、バックグラウンドの値は除去せず評価した。
なお、ｆｃｃ構造では、（００２）面と（２００）面は等価であり、（０２２）面と（２２０）面は等価である。本発明のＴＥＭ解析においては、ｆｃｃ構造の等価な結晶面を代表して、（１１１）面、（００２）面、（０２２）面と示している。

【0020】

本発明における硬質皮膜は、透過型電子顕微鏡の制限視野回折パターンから求められる強度プロファイルにおいて、基材側および表面側で同一の結晶面に起因するピーク強度が最大強度を示すことが好ましい。「Ｉｈ×１００／Ｉｓ」を一定に制御することに加えて、硬質皮膜の基材側と表面側で最大強度を示す結晶面が同とすることで、硬質皮膜の全体が連続性のある均一な組織となり被覆切削工具の耐久性が向上する。特に、硬質皮膜の基材側と表面側とで、ｆｃｃ構造のＡｌＮ（００２）面、ＴｉＮ（００２）面に起因するピーク強度が最大となることで、耐久性が向上する傾向にあるので好ましい。

【0021】

硬質皮膜が薄くなり過ぎると、優れた耐久性が十分に発揮されない場合がある。また、硬質皮膜が厚くなり過ぎると、皮膜剥離が発生する場合がある。硬質皮膜の厚さは、例えば、０．５μｍ以上１０μｍ以下の範囲から適当な値を選択すればよい。硬質皮膜の厚さは、より好ましくは１μｍ以上である。更には、硬質皮膜の厚さは２μｍ以上であることがより好ましい。また、硬質皮膜の厚さは、より好ましくは５μｍ以下である。

【0022】

続いて、中間皮膜について説明する。
既述のように、ミクロ組織に含まれるｈｃｐ構造のＡｌＮを低減させたＡｌＴｉ系の窒化物または炭窒化物を適用した硬質皮膜の効果を、最大限に発揮するためには、基材と硬質皮膜との間に特別な中間皮膜を設けることが重要である。本発明者等は鋭意研究し、ＷおよびＴｉを含む炭化物からなる中間皮膜を基材の上に設けることで、基材と硬質皮膜との密着性が改善されるだけでなく、硬質皮膜に含まれるｈｃｐ構造のＡｌＮが低減して被覆切削工具の耐久性が向上することを確認した。

【0023】

基材の直上の中間皮膜がＷを含む炭化物であると、基材である超硬合金との親和性が強くなり、密着性に優れたものになると考えられる。また、中間皮膜にＴｉを含ませると、Ｔｉの炭化物はｆｃｃ構造であるため、中間皮膜の直上にある硬質皮膜がＴｉの炭化物を起点として成長することで、硬質皮膜に含まれるｈｃｐ構造のＡｌＮが低減すると考えられる。
また、中間皮膜の膜厚は、薄厚になり過ぎても厚膜になり過ぎても、基材との密着性を向上させるのに好ましくない。よって、中間皮膜の膜厚は、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の範囲とする。中間皮膜の膜厚の下限については、好ましくは２ｎｍ以上であり、更には３ｎｍ以上が好ましい。また、中間皮膜の膜厚の上限については、好ましくは６ｎｍ未満である。

【0024】

中間皮膜は、ＷおよびＴｉ以外に皮膜成分および母材成分を含有してもよい。中間皮膜は、基材側のＣｏや硬質皮膜側のＡｌやＮが含まれ得るが、ＷおよびＴｉを含む炭化物とすることで、本発明の効果は発揮される。中間皮膜の存在は、透過型電子顕微鏡観察による断面観察、組成分析、ナノビーム回折パターンより確認することができる。

【0025】

硬質皮膜の組織が微細になり過ぎると、クレータ摩耗が増加する傾向にある。硬質皮膜の組織の微細化は、半価幅（単位：°；full width at half maximum）に反映される。したがって、半価幅の値が大きくなると、皮膜組織が微細となり、半価幅の値が小さくなると、皮膜組織が粗大となる傾向にある。本発明における硬質皮膜の耐クレータ摩耗を向上させるには、Ｘ線回折で特定されるｆｃｃ構造の（２００）面の半価幅を１．８°以下とすることが好ましい。半価幅の値が１．８°よりも大きくなると、皮膜組織が微細になり過ぎて、耐クレータ摩耗が低下する場合がある。

【0026】

本発明における硬質皮膜は、周期律表の４ａ族（Ｔｉを除く）、５ａ族、６ａ族（Ｃｒを除く）の金属元素、ＳｉおよびＢからなる群より選択される１種または２種以上の元素を、金属（半金属を含む）元素の含有比率（原子％）で０％以上１５％以下含有することができる。これらの元素は、一般的に硬質皮膜に添加される元素であり、含有比率が多過にならない範囲では、本発明の被覆切削工具の耐久性を低下させない。
また、本発明者等の検討によれば、被加工材や加工条件によっては、硬質皮膜が上述した元素を更に含有することで、より優れた耐久性を示す場合があることが確認された。これは、ＡｌＴｉ系の窒化物または炭窒化物が、他の金属（半金属）元素を含有することで、耐熱性や靱性等が改善されるためと推定される。但し、添加元素の含有量が多くなり過ぎると、硬質皮膜の耐摩耗性及び耐熱性を低下させる傾向にある。そのため、添加する場合でも、金属（半金属を含む）元素の含有比率（原子％）で１５％未満とするのが好ましい。

【0027】

本発明における硬質皮膜は、Ｗ（タングステン）を含有することで、高硬度を維持した上で、皮膜の圧縮残留応力を低下することができる。本発明者等の検討よれば、硬質皮膜がＷを含有することで、高硬度材だけでなく、高炭素鋼やＮｉ基超耐熱合金の切削加工においてもより優れた耐久性が発揮され易くなる。幅広い被削材に対してより優れた耐久性が発揮されるためには、硬質皮膜は、Ｗの含有比率（原子％）は、金属（半金属を含む）元素の総量に対して、１％以上１０％以下であることがより好ましく、２％以上６％以下であることがより好ましい。

【0028】

被覆後の硬質皮膜の組成は、ターゲット組成と異なる場合がある。本発明における硬質皮膜の組成は、例えば、被覆後の硬質皮膜を波長分散型電子プローブ微小分析（ＷＤＳ−ＥＰＭＡ）を用いて確認することができる。

【0029】

本発明においては、本発明の効果を発揮する点で、ＡｌＴｉ系の窒化物または炭窒化物からなる硬質皮膜の上に、更に別の層を被覆してもよい。そのため、本発明において、ＷおよびＴｉを含む炭化物からなる中間皮膜と、ＡｌＴｉ系の窒化物または炭窒化物からなる硬質皮膜と、を有する皮膜構造は、ＡｌＴｉ系の窒化物または炭窒化物からなる硬質皮膜を工具の最表面とすること以外に、別の層を被覆してもよい。この場合、ＡｌＴｉ系の窒化物または炭窒化物からなる硬質皮膜の上には、保護皮膜として、耐熱性と耐摩耗性に優れた窒化物又は炭窒化物からなる別の硬質皮膜が被覆されていることが好ましい。保護皮膜としてより好ましくは、窒化物からなる層である。

【0030】

次に、本発明の硬質皮膜の被覆方法について説明する。
本発明者等は、ＡｌＴｉ系の窒化物または炭窒化物の、ミクロ組織に含有されるｈｃｐ構造のＡｌＮ量は、硬質皮膜の被覆に用いるカソードの磁場が影響していることを確認した。そして、例えばターゲットの外周と背面に永久磁石を配置することで、ターゲット中心付近の磁束密度が１８ｍＴ以上となるカソードを用いて硬質皮膜を被覆することで、ミクロ組織に含有されるｈｃｐ構造のＡｌＮ量が低下し、被覆切削工具の耐久性が向上することを確認した。より好ましくは、ターゲット中心付近の磁束密度は、２０ｍＴ以上である。
但し、硬質皮膜の被覆時に基材に印加する負圧のバイアス電圧が−７０Ｖよりも大きくなる（−７０Ｖよりもプラス側である）と、ｈｃｐ構造のＡｌＮ量が増加しやすくなる。そのため、硬質皮膜の被覆時に基材に印加する負圧のバイアス電圧は、−２００Ｖ以上−７０Ｖ以下の範囲とすることが望ましく、−１５０Ｖ以上−１００Ｖ以下の範囲がより好ましい。

【0031】

硬質皮膜の成膜にあたり、成膜温度が低いと皮膜組織が粗大になる傾向にある。但し、硬質皮膜の成膜温度が低くなり過ぎると、皮膜の圧縮残留応力が高くなり過ぎて、皮膜が自己破壊を起しやすくなる。そのため、硬質皮膜は、基材温度が４５０℃以上で成膜することが好ましい。一方、硬質皮膜の成膜温度が高くなると、皮膜組織が微細になる傾向になる。但し、硬質皮膜の成膜温度が高くなり過ぎると、硬質皮膜に付与される残留応力が低下し、硬質皮膜が軟化して耐摩耗性が低下しやすくなる。そのため、硬質皮膜は、基材温度が５８０℃以下で成膜することが好ましい。
但し、硬質皮膜の成膜温度を好ましい範囲に制御しても、ボンバード処理前の基材の加熱温度が高い場合には、硬質皮膜の基材側と表面側とで異なる結晶面に起因するピーク強度が最大強度を示すことがある。そのため、ボンバード処理前の基材の加熱温度は５００℃以下とすることが好ましい。また、硬質皮膜の被覆時に炉内に導入する窒素ガス流量を調整して、炉内圧力を４Ｐａ以上６Ｐａ以下で硬質皮膜を被覆することが好ましい。

【0032】

続いて、中間皮膜の製造方法について説明する。
基材の上に、ＷおよびＴｉを含む炭化物を形成するためには、ターゲットの外周にコイル磁石を配備してアークスポットをターゲット内部に閉じ込めるような磁場構成としたカソードを用い、メタルボンバードとしてＴｉボンバードを実施することが好ましい。このようなカソードを用いて炭化物を形成し易い元素種であるＴｉでボンバード処理することで、基材表面の酸化物が除去されて清浄化されると共に、ボンバードされたＴｉイオンが基材表面のＷＣに拡散してＷおよびＴｉを含む炭化物が形成され易くなる。
また、Ｔｉボンバードの際に、基材に印加する負圧のバイアス電圧およびターゲットへ投入する電流が低いと、ＷおよびＴｉを含む炭化物が形成され難い。そのため、基材に印加する負圧のバイアス電圧は−１０００Ｖ以上−７００Ｖ以下とすることが好ましい。また、ターゲットへ投入する電流は、８０Ａ以上１５０Ａ以下とすることが好ましい。また、ボンバード処理前の基材の加熱温度が低くなると、ＷおよびＴｉを含む炭化物が形成され難くなるため、基材と硬質皮膜の密着性が低下する傾向にある。そのため、基材の加熱温度を４５０℃以上として、その後のボンバード処理をすることが好ましい。
Ｔｉボンバードはアルゴンガス、窒素ガス、水素ガス、炭化水素系ガス等を導入しながら実施してもよいが、炉内雰囲気を１．０×１０^−２Ｐａ以下の真空下で実施することで基材表面の清浄化および拡散層の形成が容易になり好ましい。

【0033】

本発明の被覆切削工具は、外周刃を主に使用するラジアスエンドミルまたはスクエアエンドミルに適用するのが特に有効である。

【実施例】

【0034】

以下、本発明を実施例により更に具体的に説明するが、本発明はその主旨を越えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。

【0035】

（実施例１）
＜基材＞
基材として、組成がＷＣ（ｂａｌ．）−Ｃｏ（８質量％）−ＴａＣ（０．２５質量％）−Ｃｒ_３Ｃ_２（０．９質量％）であり、ＷＣの平均粒径：０．６μｍ、硬度：９３．４ＨＲＡである超硬合金製のインサート式ラジアスエンドミルを準備した。
なお、ＷＣは炭化タングステンを、Ｃｏはコバルト原子を、ＴａＣは炭化タンタルを、それぞれ表す。

【0036】

＜成膜装置＞
成膜には、アークイオンプレーティング方式の成膜装置を用いた。
成膜装置に設けられた真空容器の内部は、真空ポンプにより排気され、その後、供給ポートよりガスが導入されるようになっている。真空容器内に設置された各基材は、バイアス電源と電気的に接続されており、独立して各基材に負圧のＤＣバイアス電圧を印加することができる。
真空容器内には基材を回転させるための基材回転機構が設けられている。この基材回転機構は、プラネタリー、プラネタリー上に配置されたプレート状治具、プレート状治具上に配置されたパイプ状治具を備えており、プラネタリーが毎分３回転の速さで回転するとともに、プレート状治具およびパイプ状治具はそれぞれ自公転する。

【0037】

硬質皮膜で基材を被覆する場合、ターゲットの外周および背面に永久磁石を配備し、２０．２ｍＴの平均磁束密度を発生するカソード（以下、Ｃ１と記載する。）を用いた。
ここで、比較例２では、背面に永久磁石を配備し、１５．１ｍＴの平均磁束密度のカソード（以下、Ｃ２と記載する。）を用いた。
また、メタルボンバード処理を行う場合、ターゲットの外周にコイル磁石を配備したカソード（以下、Ｃ３と記載する。）を用いた。

【0038】

＜成膜工程＞
真空容器内を８×１０^−３Ｐａ以下に真空排気した。その後、真空容器内に設置したヒーターにより基材を加熱し、真空排気を行った。基材の加熱温度は、サンプル工具ごとに変化させた。そして、真空容器内の圧力を８×１０^−３Ｐａ以下とした。その後、Ａｒプラズマによるクリーニングを行い、引き続いてメタルボンバード処理として、Ｔｉボンバード処理を行って中間皮膜を形成した。次に、真空容器内のガスを窒素に置き換え、真空容器内の圧力を５Ｐａとした。成膜温度とバイアス電圧とを変化させて、カソードに１５０Ａの電流を供給し、基材の表面に膜厚が約２μｍの硬質皮膜を被覆した。
以上のようにして、基材の表面に中間皮膜と硬質皮膜とを被覆した被覆切削工具（サンプル工具）を作製した。
なお、比較例１以外は、硬質皮膜の被覆前に、８×１０^−３Ｐａ以下になるように真空排気して、Ｃ３に１５０Ａのアーク電流を供給し、Ｔｉボンバード処理を実施した。
なお、比較例１、８、９では、以下のように被膜形成した。
・比較例１では、Ａｒプラズマによるクリーニングの後、メタルボンバード処理をせずに、硬質皮膜を被覆した。
・比較例８では、Ａｒプラズマによるクリーニングの後、メタルボンバード処理をせずに、中間皮膜としてＴｉＮを被覆した。
・比較例９では、Ａｒプラズマによるクリーニングの後、メタルボンバード処理をせずに、中間皮膜としてＣｒＮを被覆した。

【0039】

【表1】

【0040】

＜組成分析＞
株式会社日本電子製の電子プローブマイクロアナライザー装置（型番：ＪＸＡ−８５００Ｆ）を用いて、サンプル工具の硬質皮膜の組成を、波長分散型電子プローブ微小分析（ＷＤＳ−ＥＰＭＡ）により測定した。組成は、５点を測定し、測定値を平均して求めた。
測定条件は、加速電圧：１０ｋＶ、照射電流：５×１０^−８Ａ、取り込み時間：１０秒、分析領域直径：１μｍ、分析深さ：略１μｍとした。

【0041】

＜硬度測定＞
株式会社エリオニクス製のナノインデンテーション装置（型番：ＥＮＴ−１１００ａ）を用いて、サンプル工具の硬質皮膜の硬度を測定した。硬質皮膜の硬度を測定するために、インサートを５度傾けて鏡面研磨後、皮膜の研磨面内で最大押し込み深さが層厚の略１／１０未満となる領域を選定した。このとき、略１／５程度でも、基材の影響はなかった。
硬度は、１０点を測定し、測定値の平均値を求めて硬度とした。
測定条件は、押込み荷重：４９ｍＮ、最大荷重保持時間：１秒、荷重負荷後の除去速度：０．４９ｍＮ／秒とした。また、測定前には、標準試料である単結晶Ｓｉを測定し、その硬さが１２ＧＰａであることを確認した。

【0042】

＜Ｘ線回折＞
Ｘ線回折を用い、サンプル工具の硬質皮膜の結晶構造を評価した。具体的には、株式会社リガク製のＸ線回折装置（型番：ＲＩＮＴ２５００Ｖ−ＰＳＲＣ／ＭＤＧ）を用い、管電圧：４０ｋＶ、管電流：３００ｍＡ、Ｘ線源：Ｃｕｋα（λ＝０．１５４１８ｎｍ）、２θ：３０°〜７０°の測定条件にて実施した。そして、（２００）面のピーク強度から半価幅を測定した。

【0043】

＜ＴＥＭ観察＞
透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）による断面観察を行い、サンプル工具の中間皮膜又は硬質皮膜を評価した。具体的には、日本電子株式会社製の電界放出型透過電子顕微鏡（型番：ＪＥＭ−２０１０Ｆ型）を用い、加速電圧：１２０Ｖ、入射電子量：５．０ｐＡ／ｃｍ^２の条件下、ＴＥＭ解析を実施した。ＴＥＭ解析は、中間皮膜又は硬質皮膜をそれぞれ、膜面に垂直な面で切断した場合の切断面を観察することにより行った。
制限視野回折パターンは、カメラ長：１００ｃｍ、制限視野領域：φ７５０ｎｍで実施した。制限視野回折パターンから求められる強度プロファイルからｈｃｐ構造及びｆｃｃ構造のピーク強度を求めた。各試料について硬質皮膜の基材側と表面側の２カ所で制限視野回折パターンを測定した。
中間皮膜の組成は、付属のＵＴＷ型Ｓｉ（Ｌｉ）半導体検出器を用いてビーム径１ｎｍで分析した。ナノビーム回折は、カメラ長を５０ｃｍとし、ビーム径を２ｎｍ以下として分析した。
なお、比較例３のサンプル工具については、Ａｌ含有量が少ない硬質皮膜のため、硬質皮膜のＴＥＭ解析は実施していない。比較例４、１０のサンプル工具については、Ｘ線回折でもｈｃｐ構造のピーク強度が確認されているため、硬質皮膜のＴＥＭ解析は実施していない。比較例５のサンプル工具については、本願発明の硬質皮膜とは膜種が異なるＡｌＣｒＮであるため、硬質皮膜のＴＥＭ解析は実施していない。

【0044】

図４に、本発明例１のサンプル工具の透過電子顕微鏡写真（２，０００，０００倍）を示す。図中の矢印１が示すポイントが基材、矢印２が示すポイントが中間皮膜、矢印３が示すポイントが硬質皮膜である。
図６のＥＤＳスペクトル分析結果および図５のナノビーム回折パターンから、図４の矢印１は、ＷＣであることが確認された。図９のＥＤＳスペクトル分析結果から、図４の矢印３は硬質皮膜であることが確認された。図８のＥＤＳスペクトル分析結果から、中間皮膜は、ＷとＴｉが含まれていることが確認された。また、図７のナノビーム回折パターンからＷＣの結晶構造に指数付けが可能であった。ＥＤＳスペクトル分析およびナノビーム回折パターンから、中間皮膜はＷおよびＴｉを含有した炭化物であることが確認された。
中間皮膜は、金属（半金属を含む）元素の含有比率（原子％）でＷを最も多く含有し、次いでＴｉを多く含有していた。なお、ＷおよびＴｉ以外には硬質皮膜の成分であるＡｌ、Ｎを含有していた。また、母材成分であるＣｏも僅かに含有していた。

【0045】

＜切削試験＞
被削材をＳＫＤ１１として切削試験を行った。切削条件は以下の通りである。
<切削試験の条件>
・工具：高硬度材加工用インサート式ラジアスエンドミル
φ１２×Ｒ２×３枚刃（日立ツール株式会社製）
・カッター型番：ＡＳＲＭ−１０１２Ｒ−３−Ｍ６
・インサート型番：ＥＰＨＮ０４０２ＴＮ−２
・切削方法：底面切削
・被削材：ＳＫＤ１１（６０ＨＲＣ）
・切込み：軸方向０．１５ｍｍ、径方向６ｍｍ
・刃数：１
・主軸回転数：１８５６ｍｉｎ^−１
・テーブル送り：７４２ｍｍ／ｍｉｎ
・一刃送り量：０．４ｍｍ／ｔｏｏｔｈ
・切削油：エアーブロー
・切削距離：２５ｍ

【0046】

【表2】

【0047】

表２に皮膜の特性結果を示す。
図１０に、本発明例１〜５のサンプル工具に対して行った切削試験後の刃先の観察写真（１００倍）を示す。また、図１１に、本発明例６〜８のサンプル工具に対して行った切削試験後の刃先の観察写真（１００倍）を示す。
本発明例１〜８のサンプル工具は、比較例２のサンプル工具よりも、Ａｌ含有量が多いが、硬質皮膜の母材側及び表面側でＡｌＮのｈｃｐ構造が少ないことが確認された。本発明例のサンプル工具はいずれも、切削試験に引き続いて切削加工が可能なレベルの損傷状態であった。

【0048】

本発明例１のサンプル工具と本発明例４、８のサンプル工具との比較から、中間皮膜の膜厚が好ましい範囲の中でも、中間皮膜の膜厚が２ｎｍよりも厚膜の方が、より優れた耐久性を示すことが確認された。
本発明例１のサンプル工具と本発明例５のサンプル工具との比較から、中間皮膜の膜厚が好ましい範囲にある本発明例のサンプル工具中でも、硬質皮膜の基材側および表面側で同一の結晶面に起因するピーク強度が最大強度を示す方が、皮膜損傷が少なく、より優れた耐久性を示すことが確認された。
本発明例１のサンプル工具と本発明例６のサンプル工具の比較から、「Ｉｈ×１００／Ｉｓ」の値がより小さい方が、優れた耐久性を示すことが確認された。本発明例１のサンプル工具と本発明例７のサンプル工具との比較から、（２００）面の半価幅が小さい方が、優れた耐久性を示すことが確認された。

【0049】

比較例は、いずれも工具損傷が大きくなり、引き続いて切削加工を行うことは不可能であった。図１２に、比較例１〜６のサンプル工具に対して行った２５ｍ切削試験後の刃先の観察写真（１００倍）を示す。また、図１３に、比較例７〜１０のサンプル工具に対して行った２５ｍ切削試験後の刃先の観察写真（１００倍）を示す。
比較例１のサンプル工具は、硬質皮膜の「Ｉｈ×１００／Ｉｓ」の値は小さいが、中間皮膜が形成されていないため、基材と硬質皮膜との密着性が十分なく、工具損傷が大きくなった。
比較例２のサンプル工具は、本発明例のサンプル工具よりも、ターゲット表面付近の磁束密度が小さいカソードを用いて硬質皮膜を被覆したので、硬質皮膜に含まれているｈｃｐ構造のＡｌＮが多くなり、工具損傷が大きくなった。
比較例３のサンプル工具は、硬質皮膜に含まれるＡｌ含有量が少ないため、工具損傷が大きくなった。
比較例４のサンプル工具は、硬質皮膜を被覆する際に基材に印加するバイアス電圧が小さいため、Ｘ線回折でもｈｃｐ構造のＡｌＮに起因するピーク強度が確認された。そのため、工具損傷が大きくなった。
比較例５のサンプル工具は、硬質皮膜にＡｌＣｒ系の窒化物を形成したので、工具損傷が大きくなった。
比較例６のサンプル工具は、基材のクリーニングを目的として短時間のＴｉボンバード処理を実施したため、本発明例のサンプル工具のような中間皮膜は確認されなかった。そのため、基材と硬質皮膜との密着性が十分なく、工具損傷が大きくなった。
比較例７のサンプル工具は、中間皮膜の膜厚が厚くなり過ぎて、基材と硬質皮膜の密着性が十分なく、工具損傷が大きくなった。
比較例８のサンプル工具と比較例９のサンプル工具は、窒化物の中間皮膜を設けたため、基材と硬質皮膜の密着性が十分なく、工具損傷が大きくなった。
比較例１０のサンプル工具は、硬質皮膜のＴｉの含有量が少ないため、Ｘ線回折でもｈｃｐ構造のＡｌＮに起因するピーク強度が確認された。そのため、工具損傷が大きくなった。

【0050】

（実施例２）
実施例１において、成膜工程での成膜条件を表３に示すように変更したこと以外は、実施例１と同様にして、基材の表面に中間皮膜と硬質皮膜とを被覆した被覆切削工具（サンプル工具）を作製した。
被削材をＳ５０Ｃとして添加元素の効果を確認するため、本発明例２０〜２３及び比較例２０のサンプル工具に対して、切削試験を行った。切削条件は以下の通りである。成膜条件を表３に、作製したサンプル工具の物性を表４に、それぞれ示す。

【0051】

<切削試験の条件>
・工具：高送りラジアスミル
φ６３×４枚刃（日立ツール株式会社製）
・カッター型番：ＡＳＲＴ５０６３Ｒ４
・インサート型番：ＷＤＮＷ１４０５２０
・切削方法：底面切削
・被削材：Ｓ５０Ｃ（２２０ＨＢ）
・切込み：軸方向１．０ｍｍ、径方向４２ｍｍ
・刃数：１
・主軸回転数：１５１６ｍｉｎ^−１
・テーブル送り：２２７４ｍｍ／ｍｉｎ
・一刃送り量：１．５ｍｍ／ｔｏｏｔｈ
・切削油：エアーブロー
・切削距離：４ｍ

【0052】

【表3】

【0053】

【表4】

【0054】

図１４に、切削試験後のすくい面の損傷状態を観察した電子顕微鏡観察写真（４０倍）を示す。図中の白く見える部分が摩耗した箇所を示す。硬質皮膜がＷを含有することにより、クレータ摩耗が抑制されることが確認できる。本発明例のサンプル工具はいずれも、実施例１の高硬度鋼および高炭素鋼において、優れた切削性能を示すことが確認された。また、画像解析ソフトにより、摩耗した白く見える部分の面積率を測定した結果を表５に示す。
本発明例のサンプル工具の中でも、Ｗを一定量含有した本発明例２２、２３のサンプル工具は、クレータ摩耗が顕著に抑制されることが確認された。

【0055】

【表5】

【0056】

（実施例３）
実施例２で使用した本発明例２０〜２３のサンプル工具、比較例２０のサンプル工具を用意し、被削材をＳＫＤ１１（６０ＨＲＣ）として、実施例１よりも工具負荷がより大きくなる条件を選定して切削試験を行い、評価した。切削条件を以下に示す。切削試験の結果は、表６に示す。

【0057】

<切削試験の条件>
・工具：高送りラジアスミル
φ３２×５枚刃（日立ツール株式会社製）
・カッター型番：ＡＳＲＳ２０３２Ｒ−５
・インサート型番：ＥＰＭＴ０６０３ＴＮ−８
・切削方法：底面切削
・被削材：ＳＫＤ１１（６０ＨＲＣ）
・切込み：軸方向０．５ｍｍ、径方向２２ｍｍ
・刃数：１
・主軸回転数：７９６ｍｉｎ^−１
・テーブル送り：１５９ｍｍ／ｍｉｎ
・一刃送り量：０．２ｍｍ／ｔｏｏｔｈ
・切削油：エアーブロー
・逃げ面摩耗幅が０．２５ｍｍに到達したときを工具寿命とした。

【0058】

【表6】

【0059】

本発明例のサンプル工具は、高硬度鋼の高能率加工において、工具寿命に達する距離が比較例のサンプル工具に比べて２倍以上となった。特に、より好ましい範囲でＷを含有する本発明例２１、２２のサンプル工具は、工具寿命に達する距離が長くなり耐久性が優れる結果となった。

【0060】

（実施例４）
実施例１において、表１、表３の条件にて硬質皮膜が被覆された被覆切削工具（本発明例１〜８、２１〜２３、及び比較例１〜９のサンプル工具）を用い、以下の条件でＮｉ基超耐熱合金に対して切削試験を行ない評価した。切削試験の結果は、表７に示す。

【0061】

<切削試験の条件>
・工具：ソリッドエンドミル
φ１０×２枚刃（日立ツール株式会社製 ＨＥＳ２１００）
・基材：ＷＣ（ｂａｌ．）−Ｃｏ（１１質量％）−ＴａＣ（０．４質量％）−Ｃｒ_３Ｃ_２（０．９質量％）、ＷＣ平均粒径０．６μｍ、硬度９２．４ＨＲＡの超硬合金
・切削方法：側面切削
・被削材：重量％で、Ｎｉ−１９％Ｃｒ−１８．７％Ｆｅ−３．０％Ｍｏ−５．０％（Ｎｄ＋Ｔａ）−０．８％Ｔｉ−０．５％Ａｌ−０．０３％Ｃの組成を有するＮｉ基合金（時効硬化処理済み）
・切込み：軸方向６ｍｍ、径方向０．３ｍｍ
・切削速度：４０ｍ／ｍｉｎ
・一刃送り量：０．０４ｍｍ／ｔｏｏｔｈ
・切削油：水溶性切削油
・切削距離：０．２ｍ

【0062】

【表7】

【0063】

本発明例では、Ｎｉ基超耐熱合金の切削加工において、比較例よりも優れた耐久性を示すサンプル工具が得られた。特に、Ｗを好ましい範囲で含有した本発明例２１、２２のサンプル工具は、摩耗幅が少ない傾向にあった。本発明における硬質皮膜がＷを含有することで、幅広い被削材において、より優れた耐久性を示すことが確認された。

【0064】

日本出願２０１３−０６８６０２の開示はその全体が参照により本明細書に取り込まれる。
本明細書に記載された全ての文献、特許出願、および技術規格は、個々の文献、特許出願、および技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。

【要約】

本発明は、基材と、タングステン（Ｗ）およびチタン（Ｔｉ）を含む炭化物からなる膜厚が１〜１０ｎｍの中間皮膜と、結晶構造が面心立方格子構造であって、Ａｌの含有比率（原子％）が６０％以上であり、Ｔｉの含有比率（原子％）が２０％以上であるＡｌＴｉ系の窒化物または炭窒化物からなる硬質皮膜と、を有し、前記硬質皮膜は、透過型電子顕微鏡の制限視野回折パターンによる強度プロファイルにおいて、六方最密充填構造のＡｌＮ（０１０）面に起因するピーク強度をＩｈとし、面心立方格子構造のＡｌＮ（１１１）面、ＴｉＮ（１１１）面、ＡｌＮ（００２）面、ＴｉＮ（００２）面、ＡｌＮ（０２２）面、およびＴｉＮ（０２２）面に起因するピーク強度と、六方最密充填構造のＡｌＮ（０１０）面、ＡｌＮ（０１１）面、およびＡｌＮ（１１０）面に起因するピーク強度と、の合計をＩｓとした場合、Ｉｈ×１００／Ｉｓ≦２０である被覆切削工具を提供する。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】