特許 5896327 表面被覆切削工具およびその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5896327

(24)【登録日】2016年3月11日

(45)【発行日】2016年3月30日

(54)【発明の名称】表面被覆切削工具およびその製造方法

(51)【国際特許分類】

   B23B 27/14 20060101AFI20160317BHJP

   B23B 51/00 20060101ALI20160317BHJP

   B23C 5/16 20060101ALI20160317BHJP

【ＦＩ】

   B23B27/14 A

   B23B51/00 J

   B23C5/16

【請求項の数】4

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2012-220512(P2012-220512)

(22)【出願日】2012年10月2日

(65)【公開番号】特開2014-73534(P2014-73534A)

(43)【公開日】2014年4月24日

【審査請求日】2015年4月24日

(73)【特許権者】

【識別番号】503212652

【氏名又は名称】住友電工ハードメタル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】特許業務法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】パサート・アノンサック

(72)【発明者】

【氏名】津田 圭一

(72)【発明者】

【氏名】奥野 晋

(72)【発明者】

【氏名】金岡 秀明

(72)【発明者】

【氏名】森本 浩之

(72)【発明者】

【氏名】市川 喬啓

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 実

【審査官】 長清 吉範

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１１−５０５２６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１２−５０７６２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１２１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平３−６４４７２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｂ ２７／１４

Ｂ２３Ｂ ５１／００

Ｂ２３Ｃ ５／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基材と該基材上に形成された被膜とを含み、
前記被膜は、少なくとも一層のＴｉＢ₂層を含み、
前記ＴｉＢ₂層は、ＴｉＢ₂とともにＣｌを含み、
前記ＴｉＢ₂層において、前記基材側界面から厚み０．５μｍの領域を第１領域とし、前記被膜表面側界面から厚み０．５μｍの領域を第２領域とする場合、ＴｉとＣｌとの原子比Ｃｌ／（Ｔｉ＋Ｃｌ）は、前記第２領域よりも前記第１領域で高くなる、表面被覆切削工具。

【請求項2】

前記原子比Ｃｌ／（Ｔｉ＋Ｃｌ）は、前記第１領域において０．０００１〜０．０１であり、前記第２領域において０．００００１〜０．００１である、請求項１記載の表面被覆切削工具。

【請求項3】

前記ＴｉＢ₂層は、１〜１０μｍの厚みを有する、請求項１または２に記載の表面被覆切削工具。

【請求項4】

基材と該基材上に形成された被膜とを含み、該被膜は少なくとも一層のＴｉＢ₂層を含む表面被覆切削工具の製造方法であって、
前記ＴｉＢ₂層を形成するステップを含み、
前記ステップは、ＴｉＣｌ₄とＢＣｌ₃とを少なくとも含む原料ガスを用いて、前記ＴｉＢ₂層を化学蒸着法により形成するステップであり、
前記原料ガスにおける前記ＴｉＣｌ₄と前記ＢＣｌ₃とのモル比ＴｉＣｌ₄／ＢＣｌ₃は、前記ステップの開始時において０．６以上であり、終了時において０．６未満となっている、表面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、基材と該基材上に形成された被膜とを含む表面被覆切削工具およびその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、基材と該基材上に形成された被膜とを含む表面被覆切削工具において、その被膜としてＴｉＢ₂層を含むものが知られている。

【0003】

たとえば、特開昭５１−１４８７１３号公報（特許文献１）は、超硬合金基体および表面層からなり、この表面層は重ねられた２つの部分層で構成されており、そのうち外側部分層は酸化アルミニウムおよび／または酸化ジルコニウムからなり、内側部分層は１種類以上のホウ化物、特にチタン、ジルコニウム、ハフニウム等の元素の二ホウ化物（すなわちＴｉＢ₂層）から成る耐摩耗性成形部材を開示している。

【0004】

上記表面層のうち内側部分層は、１０００℃、５０ｔｏｒｒの高温、高真空の条件下で、反応原料ガスとして水素を１９００ｌ／時間、ＴｉＣｌ₄を２０ｍｌ／時間、ＢＣｌ₃を４ｇ／時間の条件で投入し１時間成膜することにより、３μｍのＴｉＢ₂層を形成している。また外側部分層としては、５μｍの酸化アルミニウム層が形成されている。

【0005】

しかしながら、上記成膜時の高温、高真空の条件下において超硬合金基体中の接合層およびＴｉＢ₂層中のホウ素の拡散により強η層および／またはホウ素含有脆性層が生じ、このためこの耐摩耗性成形部材の寿命を著しく低下させていた。

【0006】

上記の問題を解決することを目的として、ホウ素の拡散抑制およびＴｉＢ₂層におけるＴｉＢ₂の微粒化により耐摩耗性を向上させた被覆物品が提案されている（特表２０１１−５０５２６１号公報（特許文献２））。この被覆物品は、超硬基材の表面に０．１〜３μｍの窒化チタン、炭窒化チタンおよび炭ホウ素窒化チタンの群からなる層を被覆した後、１〜５μｍのＴｉＢ₂層が形成されている。上記各層のうちＴｉＢ₂層の形成条件は、１０容量％の水素、０．４容量％のＴｉＣｌ₄、０．７容量％のＢＣｌ₃および８８．９容量％のアルゴンガスからなる原料ガス組成で、１時間、標準圧力、温度８００℃において、熱ＣＶＤ法により厚み２．５μｍのＴｉＢ₂層が形成されている。この被覆物品においては、超硬基材中にホウ素の拡散によるホウ素含有脆性層が形成されておらず、ＴｉＢ₂層におけるＴｉＢ₂の粒径も５０ｎｍ以下に制御されており、ある程度の工具寿命の向上が図られていた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開昭５１−１４８７１３号公報

【特許文献2】特表２０１１−５０５２６１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

上記のように特許文献２の被覆物品は、ある程度の工具寿命の向上が図られたものであるが、強η層および／またはホウ素含有脆性層形成の抑制やＴｉＢ₂層におけるＴｉＢ₂の粒径の制御のみに着目されているため、ＴｉＢ₂層の性能をさらに向上させるためには限界があり、他の観点からの考察が必要とされていた。

【0009】

また、このような被覆物品を用いて難削材のＴｉ基合金を加工する場合のように、特に刃先の温度が上昇しやすい加工や切屑の独特な形状（鋸刃型）によって工具の刃先に応力の集中や振動が発生しやすい加工においては、各種の衝撃に起因した硬質被膜の破壊による工具刃先のチッピングが工具寿命を著しく低下させる場合があり、被膜強度の向上が求められていた。

【0010】

本発明は、上記のような現状に鑑みなされたものであって、その目的とするところは、被膜としてＴｉＢ₂層を含み、耐摩耗性と耐衝撃性とを高度に向上させた表面被覆切削工具を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討を重ねたところ、ＴｉＢ₂層に含まれる塩素の濃度を制御することが耐衝撃性の向上に重要であるとの知見を得、この知見に基づきさらに検討を重ねることにより、本発明を完成させたものである。

【0012】

すなわち、本発明の表面被覆切削工具は、基材と該基材上に形成された被膜とを含み、該被膜は、少なくとも一層のＴｉＢ₂層を含み、該ＴｉＢ₂層は、ＴｉＢ₂とともにＣｌを含み、該ＴｉＢ₂層において、該基材側界面から厚み０．５μｍの領域を第１領域とし、該被膜表面側界面から厚み０．５μｍの領域を第２領域とする場合、ＴｉとＣｌとの原子比Ｃｌ／（Ｔｉ＋Ｃｌ）は、該第２領域よりも該第１領域で高くなることを特徴とする。

【0013】

ここで、該原子比Ｃｌ／（Ｔｉ＋Ｃｌ）は、該第１領域において０．０００１〜０．０１であり、該第２領域において０．００００１〜０．００１であることが好ましく、該ＴｉＢ₂層は、１〜１０μｍの厚みを有することが好ましい。

【0014】

また、本発明は、基材と該基材上に形成された被膜とを含み、該被膜は少なくとも一層のＴｉＢ₂層を含む表面被覆切削工具の製造方法にも係わり、該製造方法は、該ＴｉＢ₂層を形成するステップを含み、該ステップは、ＴｉＣｌ₄とＢＣｌ₃とを少なくとも含む原料ガスを用いて、該ＴｉＢ₂層を化学蒸着法により形成するステップであり、該原料ガスにおける該ＴｉＣｌ₄と該ＢＣｌ₃とのモル比ＴｉＣｌ₄／ＢＣｌ₃は、該ステップの開始時において０．６以上であり、終了時において０．６未満となっていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0015】

本発明の表面被覆切削工具は、耐摩耗性と耐衝撃性とを高度に向上させたという優れた効果を示す。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明についてさらに詳細に説明する。
＜表面被覆切削工具＞
本発明の表面被覆切削工具は、基材と該基材上に形成された被膜とを含む構成を有する。このような被膜は、基材の全面を被覆することが好ましいが、基材の一部がこの被膜で被覆されていなかったり、被膜の構成が部分的に異なっていたとしても本発明の範囲を逸脱するものではない。

【0017】

このような本発明の表面被覆切削工具は、ドリル、エンドミル、ドリル用刃先交換型切削チップ、エンドミル用刃先交換型切削チップ、フライス加工用刃先交換型切削チップ、旋削加工用刃先交換型切削チップ、メタルソー、歯切工具、リーマ、タップなどの切削工具として好適に使用することができる。

【0018】

＜基材＞
本発明の表面被覆切削工具に用いられる基材は、この種の基材として従来公知のものであればいずれのものも使用することができる。たとえば、超硬合金（たとえばＷＣ基超硬合金、ＷＣの他、Ｃｏを含み、あるいはＴｉ、Ｔａ、Ｎｂ等の炭窒化物を添加したものも含む）、サーメット（ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ等を主成分とするもの）、高速度鋼、セラミックス（炭化チタン、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウムなど）、立方晶型窒化硼素焼結体、またはダイヤモンド焼結体のいずれかであることが好ましい。

【0019】

これらの各種基材の中でも、特にＷＣ基超硬合金、サーメット（特にＴｉＣＮ基サーメット）を選択することが好ましい。これは、これらの基材が特に高温における硬度と強度とのバランスに優れ、上記用途の表面被覆切削工具の基材として優れた特性を有するためである。

【0020】

なお、表面被覆切削工具が刃先交換型切削チップ等である場合、このような基材は、チップブレーカを有するものも、有さないものも含まれ、また、刃先稜線部は、その形状がシャープエッジ（すくい面と逃げ面とが交差する稜）、ホーニング（シャープエッジに対してアールを付与したもの）、ネガランド（面取りをしたもの）、ホーニングとネガランドとを組み合せたもののいずれのものも含まれる。

【0021】

＜被膜＞
本発明の被膜は、少なくとも一層のＴｉＢ₂層を含む限り、他の層を含んでいてもよい。他の層としては、たとえばＡｌ₂Ｏ₃層、ＴｉＮ層、ＴｉＣＮ層、ＴｉＢＮＯ層、ＴｉＣＮＯ層、ＴｉＡｌＮ層、ＴｉＡｌＣＮ層、ＴｉＡｌＯＮ層、ＴｉＡｌＯＮＣ層等を挙げることができる。なお、本発明において、ＴｉＢ₂層以外の他の層の組成を「ＴｉＮ」や「ＴｉＣＮ」等の化学式を用いて表わす場合、その化学式において特に原子比を特定していないものは、各元素の原子比が「１」のみであることを示すものではなく、従来公知の原子比が全て含まれるものとする。

【0022】

このような本発明の被膜は、基材を被覆することにより、耐摩耗性や耐衝撃性等の諸特性を向上させる作用を有するものである。

【0023】

このような本発明の被膜は、２〜２０μｍ、より好ましくは５〜１５μｍの厚みを有することが好適である。その厚みが２μｍ未満では、耐摩耗性が不十分となる場合があり、２０μｍを超えると、断続加工において被膜と基材との間に大きな応力が加わった際に被膜の剥離または破壊が高頻度に発生する場合がある。

【0024】

＜ＴｉＢ₂層＞
本発明の被膜に含まれるＴｉＢ₂層は、ＴｉＢ₂とともにＣｌ（塩素）を含み、該ＴｉＢ₂層において、該基材側界面から厚み０．５μｍの領域を第１領域とし、該被膜表面側界面から厚み０．５μｍの領域を第２領域とする場合、ＴｉとＣｌとの原子比Ｃｌ／（Ｔｉ＋Ｃｌ）は、該第２領域よりも該第１領域で高くなることを特徴とする。本発明のＴｉＢ₂層は、このように厚み方向において塩素濃度を制御したことにより、耐摩耗性と耐衝撃性とが高度に向上するという優れた効果を示す。これは、第２領域において相対的にＣｌの量を少なくすることにより、硬度および強度が高くなり、耐摩耗性が向上することとなる一方において、第１領域において相対的にＣｌの量を多くすることにより、硬度が低くなり追従性が向上するためである。すなわち、第１領域において硬度が低くなることによって緩衝作用が示され、このため仮に第２領域に亀裂が発生したとしてもこの第１領域で緩和されることにより結果的に耐衝撃性が向上し、以って第２領域自体が有する耐摩耗性の向上作用と相俟って、耐摩耗性と耐衝撃性とが高度に向上したものになるものと推測される。

【0025】

これに対し、ＴｉＢ₂層の全域において一律にＣｌの量が少ない場合は、硬度が高くなり耐摩耗性に優れるものの、耐衝撃性が低下するものとなる。一方、ＴｉＢ₂層の全域において一律にＣｌの量が多い場合は、密着性および耐摩耗性の両者が低下したものとなる。

【0026】

なお、第１領域および第２領域の厚みをそれぞれ０．５μｍと規定したのは、０．５μｍ未満では分析精度上、原子比Ｃｌ／（Ｔｉ＋Ｃｌ）を十分に特定できない場合があるためである。このため、第１領域を基材側界面近傍の特性を最も反映する領域とし、かつ第２領域を被膜表面側界面近傍の特性を最も反映する領域とする観点と分析精度上の観点とから、各領域の厚みを０．５μｍとしたものである。なお、第１領域および第２領域における原子比Ｃｌ／（Ｔｉ＋Ｃｌ）の特定は、各領域ごとに互いに異なる３地点以上の数値（比）の平均値を求めることにより、測定誤差を防止することが好ましい。

【0027】

このように本発明のＴｉＢ₂層は、ＴｉＢ₂（二ホウ化チタン）を主成分とするとともにＣｌを含むものであるが、従来、製造時の原料の残留物として存在することが知られていたＣｌを、積極的にその濃度を制御することにより上記のような優れた効果を得ることに成功したものである。なお、このようなＴｉＢ₂層に含まれるＣｌの存在形態は特に限定されず、ＴｉＢ₂に固溶されていてもよいし、遊離の原子またはイオンとして存在していてもよい。また、本発明のＴｉＢ₂層は、ＴｉＢ₂およびＣｌ以外に不可避不純物が含まれていても本発明の範囲を逸脱するものではない。

【0028】

ここで、原子比Ｃｌ／（Ｔｉ＋Ｃｌ）は、第１領域において０．０００１〜０．０１であり、第２領域において０．００００１〜０．００１であることが好ましい。より好ましくは、第１領域において０．０００１〜０．００５であり、第２領域において０．００００１〜０．０００８である。

【0029】

原子比Ｃｌ／（Ｔｉ＋Ｃｌ）を第１領域において０．０００１〜０．０１とすることにより、被膜形成時または切削加工時に発生する熱衝撃や振動が緩和され、結果的に耐衝撃性の向上に資するものとなる。

【0030】

一方、原子比Ｃｌ／（Ｔｉ＋Ｃｌ）を第２領域において０．００００１〜０．００１とすることにより、硬度が向上し、耐摩耗性の向上に資するものとなる。

【0031】

また、本発明のＴｉＢ₂層は、１〜１０μｍ、より好ましくは１．５〜８μｍの厚みを有することが好適である。その厚みが１μｍ未満では、連続加工において十分に耐摩耗性を発揮できない場合があり、１０μｍを超えると、断続切削において耐衝撃性が安定しない場合がある。

【0032】

なお、ＴｉＢ₂層の厚みが１μｍを超える場合、上記第１領域と第２領域との間に中間領域が存在することになるが、この中間領域の組成（すなわち原子比Ｃｌ／（Ｔｉ＋Ｃｌ））は、特に限定されない。そのような中間領域の組成は、上記第１領域の組成と同じであってもよいし、上記第２領域の組成と同じであってもよく、またあるいは上記の第１領域と第２領域との中間的な組成をとることもできる。またさらに、その中間領域の組成は、上記第１領域の原子比Ｃｌ／（Ｔｉ＋Ｃｌ）より高いものであってもよいし、上記第２領域の原子比Ｃｌ／（Ｔｉ＋Ｃｌ）より低いものであってもよい。なお、このような中間領域の組成は、厚み方向に変化するものであってもよい。

【0033】

このような本発明のＴｉＢ₂層は、Ｔｉ合金などの難削材をはじめ各種の被削材を切削する際に生じる衝撃を緩和するとともに、耐摩耗性が向上し、以って耐摩耗性と耐衝撃性とが高度に向上したことにより、工具自体の耐欠損性および寿命が向上したものとなる。

【0034】

＜その他の層＞
本発明の被膜は、上記のＴｉＢ₂層以外に他の層を含むことができる。このような他の層としては、たとえば基材と被膜との密着性をさらに高めるために基材の直上に形成されるＴｉＮ、ＴｉＣ、ＴｉＢＮ等からなる下地層や、このような下地層とＴｉＢ₂層との密着性を高めるためにこれら両層の間に形成されるＴｉＣＮ層や、耐酸化性を高めるためにＴｉＢ₂層上に形成されるＡｌ₂Ｏ₃層や、このようなＡｌ₂Ｏ₃層とＴｉＢ₂層との密着性を高めるためにこれら両層の間に形成されるＴｉＣＮＯ、ＴｉＢＮＯ等からなる中間層や、刃先が使用済か否かの識別性を示すために被膜の最表面に形成されるＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＣ等からなる最外層等を挙げることができるが、これらのみに限定されるものではない。

【0035】

このような他の層は、通常０．１〜１０μｍの厚みで形成することができる。
＜製造方法＞
本発明は、基材と該基材上に形成された被膜とを含み、該被膜は少なくとも一層のＴｉＢ₂層を含む表面被覆切削工具の製造方法にも係わり、該製造方法は、該ＴｉＢ₂層を形成するステップを含み、該ステップは、ＴｉＣｌ₄（四塩化チタン）とＢＣｌ₃（三塩化ホウ素）とを少なくとも含む原料ガスを用いて、該ＴｉＢ₂層を化学蒸着法により形成するステップであり、該原料ガスにおける該ＴｉＣｌ₄と該ＢＣｌ₃とのモル比ＴｉＣｌ₄／ＢＣｌ₃は、該ステップの開始時において０．６以上であり、終了時において０．６未満となっていることを特徴とする。すなわち、上記で説明した本発明のＴｉＢ₂層は、このような製造方法により形成することができる。

【0036】

このように本発明の製造方法では、該ＴｉＢ₂層を形成するステップにおいて、原料ガスであるＴｉＣｌ₄とＢＣｌ₃とのモル比ＴｉＣｌ₄／ＢＣｌ₃を、該ステップの開始時と終了時とにおいて相違させることにより、上記で説明したような特徴あるＴｉＢ₂層の構造を形成することが可能となったものである。このような条件を採用したことにより、なぜＴｉＢ₂層の構造が上記のような特徴ある構造になるのか、その詳細なメカニズムは未だ解明されていないが、恐らくＴｉＢ₂層の結晶が成長する際に、原料ガス中のＴｉＣｌ₄およびＢＣｌ₃のＣｌの分裂、蒸発、脱離の状態が両者のモル比に依存して変化し、その結果ＣｌのＴｉＢ₂層における含有率が変化するためではないかと考えられる。

【0037】

この点、モル比ＴｉＣｌ₄／ＢＣｌ₃は、該ステップの開始時において０．６以上であり、終了時において０．６未満となっている限り、本発明の構成のＴｉＢ₂層を得ることができるが、そのモル比の変化は、開始時から終了時にかけて徐々に変化するものであってもよいし、該ステップのいずれかの時点において切り替わるものであってもよい。

【0038】

また、該モル比ＴｉＣｌ₄／ＢＣｌ₃は、開始時において最大の数値を示し、終了時において最小の数値を示すことが好ましいが、該ステップの途中段階において、最小値や最大値が示さるものであってもよい。

【0039】

また、本発明のＴｉＢ₂層が、上記のように第１領域と第２領域との間に中間領域を有する場合、その中間領域の組成（すなわち原子比Ｃｌ／（Ｔｉ＋Ｃｌ））は、上記のような原料ガスのモル比ＴｉＣｌ₄／ＢＣｌ₃の変化に依存して変化する傾向を示す。

【0040】

ここで、上記の製造方法をより詳細に説明すると、まず、ＴｉＢ₂層を形成するステップにおける原料ガス（反応ガスともいう）としては、ＴｉＣｌ₄、ＢＣｌ₃、Ｈ₂、Ａｒを用いることができる。そして、該ステップの開始時において、ＴｉＣｌ₄とＢＣｌ₃とのモル比ＴｉＣｌ₄／ＢＣｌ₃は０．６以上とすることを要し、さらに１．０以上とすることが好ましい。該モル比が０．６未満であると、第１領域における原子比Ｃｌ／（Ｔｉ＋Ｃｌ）が低くなり、第２領域の該原子比よりも高くすることが困難となるからである。なお、該ステップの開始時におけるモル比ＴｉＣｌ₄／ＢＣｌ₃は１０以下とすることが好ましい。これは、該モル比が１０を超えると第１領域における原子比Ｃｌ／（Ｔｉ＋Ｃｌ）が０．０１を超え、目的とする強度が得られない傾向を示すためである。また、反応効率が極端に低下するとともに多量の未反応物が堆積し、反応操作自体が継続できなくなる場合がある。

【0041】

一方、該ステップの終了時におけるモル比ＴｉＣｌ₄／ＢＣｌ₃は、０．６未満とすることを要し、さらに０．５未満とすることが好ましい。該モル比が０．６以上になると、第２領域における原子比Ｃｌ／（Ｔｉ＋Ｃｌ）が０．００１より高くなり、耐衝撃性が不十分となるためである。なお、該ステップの終了時におけるモル比ＴｉＣｌ₄／ＢＣｌ₃は０．１以上とすることが好ましい。これは、該モル比が０．１未満になるとＴｉＢ₂の析出速度が著しく低下し、目的とするＴｉＢ₂膜の生成が困難となる場合があるためである。

【0042】

このようにＴｉＢ₂層を形成するステップにおいて原料ガスのモル比ＴｉＣｌ₄／ＢＣｌ₃を、開始時に比し終了時において低くすることにより、上記のような構造のＴｉＢ₂層を形成することができる。

【0043】

なお、上記原料ガス中Ｈ₂は約７０〜９９モル％、Ａｒは約０〜２０モル％とすることが好ましい（すなわちＡｒを含まない場合もある）。このように、原料ガス中、体積比率的にはＨ₂およびＡｒが大部分を占めるものとなる。

【0044】

また、該ステップの反応温度は、８００〜９５０℃とし、より好ましくは８５０〜９００℃である。８００℃未満では本発明の特性を有するＴｉＢ₂層を形成することが困難となり、９５０℃を超えるとＴｉＢ₂が粗粒化したり基材が超硬合金である場合には強η層（ＷＣｏＢ層）やホウ素含有脆性層（ＣｏＢ層）を生成したりする恐れがある。この点、本発明の製造方法によれば、強η層やホウ素含有脆性層が生成することを防止できるという優れた効果が示される。

【0045】

本発明のＴｉＢ₂層は、上記の条件を採用する限り、圧力等の他の条件は従来公知の条件を特に限定することなく採用することができる。なお、本発明の被膜が、ＴｉＢ₂層以外の層を含む場合、それらの層は従来公知の化学蒸着法や物理蒸着法により形成することができ特にその形成方法は限定されないが、一つの化学蒸着装置内においてＴｉＢ₂層と連続的に形成できるという観点から、それらの層は化学蒸着法により形成することが好ましい。

【実施例】

【0046】

以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

【0047】

＜基材の調製＞
以下の表１に記載の基材Ａおよび基材Ｂを準備した。具体的には、表１に記載の配合組成からなる原料粉末を均一に混合し、所定の形状に加圧成形した後、１３００〜１５００℃で１〜２時間焼結することにより、形状がＣＮＭＧ１２０４０８ＮＵＸとＳＥＥＴ１３Ｔ３ＡＧＳＮ−Ｇとの２種類の形状の超硬合金製の基材を得た。すなわち、各基材毎に２種の異なった形状のものを作製した。

【0048】

上記２種の形状はいずれも住友電工ハードメタル社製のものであり、ＣＮＭＧ１２０４０８ＮＵＸは旋削用の刃先交換型切削チップの形状であり、ＳＥＥＴ１３Ｔ３ＡＧＳＮ−Ｇは転削（フライス）用の刃先交換型切削チップの形状である。

【0049】

【表1】

【0050】

＜被膜の形成＞
上記で得られた基材に対してその表面に被膜を形成した。具体的には、基材を化学蒸着装置内にセットすることにより、基材上に被膜を化学蒸着法により形成した。被膜の形成条件は、以下の表２および表３に記載した通りであり、表４に記載した各厚みとなるように成膜時間を調整した。表２はＴｉＢ₂層以外の各層の形成条件を示し、表３はＴｉＢ₂層の形成条件を示している。なお、表２中のＴｉＢＮＯとＴｉＣＮＯは後述の表４の中間層であり、それ以外のものも表４中のＴｉＢ₂層を除く各層に相当することを示す（ＴｉＣＮ層と最外層としてのＴｉＣＮは同じ形成条件である）。

【0051】

また、表３に示すように、ＴｉＢ₂層の形成条件はａ〜ｅとｘ〜ｙの７通りであり、このうちａ〜ｅが本発明の方法に従う条件であり、ｘ〜ｙが比較例（従来技術）の条件である。また、ＴｉＢ₂層を形成する全成膜時間のうち前半の半分を「開始時」の欄に記載した原料ガス組成とし、後半の半分を「終了時」の欄に記載した原料ガス組成とした。

【0052】

たとえば、形成条件ａは、前半を２．５モル％のＴｉＣｌ₄、３．７モル％のＢＣｌ₃、および９３．８モル％のＨ₂からなる組成の原料ガス（反応ガス）とし、後半を２．０モル％のＴｉＣｌ₄、３．７モル％のＢＣｌ₃、および９４．３モル％のＨ₂からなる組成の原料ガス（反応ガス）とし、圧力８０．０ｋＰａおよび温度８５０℃の条件下でＴｉＢ₂層を化学蒸着法により形成したことを示している。なお、それぞれの原料ガス組成中のモル比ＴｉＣｌ₄／ＢＣｌ₃は、表３に示した通りであり、ＴｉＢ₂層を形成するステップの開始時の組成は表３の「開始時」の組成であり、終了時の組成は表３の「終了時」の組成である。

【0053】

なお、表２に記載したＴｉＢ₂層以外の各層についても、原料ガス組成を成膜途中で変化させないことを除き、同様に形成した。なお、表２中の「残り」とは、Ｈ₂が原料ガス（反応ガス）の残部を占めることを示している。また、「全ガス量」とは、標準状態（０℃、１気圧）における気体を理想気体とし、単位時間当たりにＣＶＤ炉に導入された全体積流量を示す。

【0054】

また、各被膜の組成（ＴｉＢ₂層における原子比Ｃｌ／（Ｃｌ＋Ｔｉ）を含む）は、ＳＥＭ−ＥＤＸ（走査型電子顕微鏡−エネルギー分散型Ｘ線分光）により確認した。なお、第１領域および第２領域の原子比Ｃｌ／（Ｃｌ＋Ｔｉ）は、各領域ごとに３地点について測定し、その平均値とした。その結果を表３に示す。

【0055】

＜ＴｉＢ₂層の剥離発生時間＞
ＴｉＢ₂層の剥離発生時間は、次のようにして測定した。

【0056】

まず、丸ホーニングされたＣＮＭＡ１２００８（住友電工ハードメタル社製）を基材とし、これの表面を研磨した（Ｒａ≦０．５μｍ）後、表３記載の条件で厚み５μｍのＴｉＢ₂層を該基材上に直接形成した。次いで、平均粒径１００μｍの球状アルミナの２０％水分散液を、０．３ＭＰａの圧縮空気で上記ＴｉＢ₂層に投射し（基材（刃先稜線）と投射口との距離を３０ｍｍとする）、ＴｉＢ₂層の破壊状態（刃先稜線部における）を顕微鏡で観察した。

【0057】

そして、ＴｉＢ₂層が剥離または破壊されるまでの時間（秒）を測定した。この時間が長いものほど、基材との密着性が良好で耐衝撃性に優れていることを示す。その結果を表３に示す。

【0058】

【表2】

【0059】

【表3】

【0060】

＜表面被覆切削工具の作製＞
上記の表２および表３の条件により基材上に被膜を形成することにより、以下の表４に示した実施例１〜２０および比較例１〜７の表面被覆切削工具（各被膜毎に２種（基材の形状違い）の刃先交換型切削チップ）を作製した。

【0061】

たとえば実施例４の表面被覆切削工具は、基材として表１に記載の基材Ａを採用し、その基材Ａの表面に下地層として厚み０．５μｍのＴｉＮ層を表２の条件で形成し、その下地層上に厚み２．０μｍのＴｉＣＮ層を表２の条件で形成し、そのＴｉＣＮ層上に厚み２．５μｍのＴｉＢ₂層を表３の形成条件ｃで形成し、、そのＴｉＢ₂層上に中間層として厚み０．５μｍのＴｉＢＮＯ層、厚み１．５μｍのＡｌ₂Ｏ₃層、最外層として厚み０．８μｍのＴｉＮ層を、それぞれこの順に表２の条件で形成することにより、基材上に合計厚み７．８μｍの被膜を形成した構成であることを示している。

【0062】

なお、比較例１〜７のＴｉＢ₂層は全て本発明の方法に従わない従来技術の条件で形成されているため、それらのＴｉＢ₂層は本発明のような構成を示さないことになる（すなわち、厚み方向において原子比Ｃｌ／（Ｔｉ＋Ｃｌ）が変化せず一定となる。表３参照）。

【0063】

なお、表４中の空欄は、該当する層が形成されていないことを示す。

【0064】

【表4】

【0065】

＜切削試験＞
上記で得られた表面被覆切削工具を用いて、以下の４種類の切削試験を行なった。

【0066】

＜切削試験１＞
以下の表５に記載した実施例および比較例の表面被覆切削工具（形状がＣＮＭＧ１２０４０８ＮＵＸであるものを使用）について、以下の切削条件により逃げ面摩耗量（Ｖｂ）が０．２５ｍｍとなるまでの切削時間を測定するとともに刃先の最終損傷形態を観察した。その結果を表５に示す。切削時間が長いもの程、耐摩耗性に優れていることを示す。また、最終損傷形態が正常摩耗に近いもの程、耐衝撃性に優れていることを示す。

【0067】

＜切削条件＞
被削材：Ｔｉ６Ａｌ４Ｖ丸棒外周切削
周速：７０ｍ／ｍｉｎ
送り速度：０．１５ｍｍ／ｒｅｖ
切込み量：１．５ｍｍ
切削液：あり

【0068】

【表5】

【0069】

表５より明らかなように本発明の実施例の表面被覆切削工具は、比較例の表面被覆切削工具に比し、耐摩耗性および耐衝撃性の両者に優れていることは明らかである。

【0070】

なお、表５の最終損傷形態において、「正常摩耗」とはチッピング、欠けなどを生じず、摩耗のみで構成される損傷形態（平滑な摩耗面を有する）を意味し、「チッピング」とは切れ刃部に生じた微小な欠けを意味する。

【0071】

＜切削試験２＞
以下の表６に記載した実施例および比較例の表面被覆切削工具（形状がＣＮＭＧ１２０４０８ＮＵＸであるものを使用）について、以下の切削条件により逃げ面摩耗量（Ｖｂ）が０．２５ｍｍとなるまでの切削時間を測定するとともに刃先の最終損傷形態を観察した。その結果を表６に示す。切削時間が長いもの程、耐摩耗性に優れていることを示す。また、最終損傷形態が正常摩耗に近いもの程、耐衝撃性に優れていることを示す。

【0072】

＜切削条件＞
被削材：インコネル７１８丸棒外周切削
周速：５０ｍ／ｍｉｎ
送り速度：０．１５ｍｍ／ｒｅｖ
切込み量：１．５ｍｍ
切削液：あり

【0073】

【表6】

【0074】

表６より明らかなように本発明の実施例の表面被覆切削工具は、比較例の表面被覆切削工具に比し、耐摩耗性および耐衝撃性の両者に優れていることは明らかである。

【0075】

なお、表６の最終損傷形態において、「正常摩耗」とはチッピング、欠けなどを生じず、摩耗のみで構成される損傷形態（平滑な摩耗面を有する）を意味し、「前境界微小欠」とは仕上げ面を生成する切れ刃部に生じた微小な欠けでかつ基材の露出が認められることを意味する。

【0076】

＜切削試験３＞
以下の表７に記載した実施例および比較例の表面被覆切削工具（形状がＳＥＥＴ１３Ｔ３ＡＧＳＮ−Ｇであるものを使用）について、以下の切削条件により欠損または逃げ面摩耗量（Ｖｂ）が０．２５ｍｍになるまでのパス回数および切削距離を測定するとともに刃先の最終損傷形態を観察した。その結果を表７に示す。

【0077】

なお、パス回数とは、下記被削材（形状：３００ｍｍ×１００ｍｍ×８０ｍｍのブロック状）の一側面（３００ｍｍ×８０ｍｍの面）の一方端から他方端までを、表面被覆切削工具（刃先交換型切削チップ）を１枚取付けたカッタにより転削する操作を繰り返し、その繰り返し回数をパス回数とした（なお、パス回数に少数点以下の数値を伴うものは、一方端から他方端までの途中で上記の条件に達したことを示す）。なお、切削距離とは、上記の条件に達するまでに切削加工された被削材の合計距離を意味し、パス回数と上記側面の長さ（３００ｍｍ）との積に相当する。

【0078】

パス回数が多いもの程（すなわち切削距離が長いもの程）、耐摩耗性に優れていることを示す。また、最終損傷形態が正常摩耗に近いもの程、耐衝撃性に優れていることを示す。

【0079】

＜切削条件＞
被削材：Ｔｉ６Ａｌ４Ｖブロック材
周速：８０ｍ／ｍｉｎ
送り速度：０．２５ｍｍ／ｓ
切込み量：１．０ｍｍ
切削液：あり
カッタ：ＷＧＣ４１６０Ｒ（住友電工ハードメタル社製）
チップ取付け数：１枚

【0080】

【表7】

【0081】

表７より明らかなように本発明の実施例の表面被覆切削工具は、比較例の表面被覆切削工具に比し、耐摩耗性および耐衝撃性の両者に優れていることは明らかである。

【0082】

なお、表７の最終損傷形態において、「正常摩耗」とはチッピング、欠けなどを生じず、摩耗のみで構成される損傷形態（平滑な摩耗面を有する）を意味し、「欠損」とは切れ刃部に生じた大きな欠けを意味する。

【0083】

＜切削試験４＞
以下の表８に記載した実施例および比較例の表面被覆切削工具（形状がＳＥＥＴ１３Ｔ３ＡＧＳＮ−Ｇであるものを使用）について、以下の切削条件により欠損または逃げ面摩耗量（Ｖｂ）が０．２５ｍｍになるまでのパス回数および切削距離を測定するとともに刃先の最終損傷形態を観察した。その結果を表８に示す。

【0084】

なお、パス回数とは、切削試験３と同様に下記被削材（形状：３００ｍｍ×１００ｍｍ×８０ｍｍのブロック状）の一側面（３００ｍｍ×８０ｍｍの面）の一方端から他方端までを、表面被覆切削工具（刃先交換型切削チップ）を１枚取付けたカッタにより転削する操作を繰り返し、その繰り返し回数をパス回数とした（なお、パス回数に少数点以下の数値を伴うものは、一方端から他方端までの途中で上記の条件に達したことを示す）。なお、切削距離も、切削試験３と同様に上記の条件に達するまでに切削加工された被削材の合計距離を意味し、パス回数と上記側面の長さ（３００ｍｍ）との積に相当する。

【0085】

パス回数が多いもの程（すなわち切削距離が長いもの程）、耐摩耗性に優れていることを示す。また、最終損傷形態が正常摩耗に近いもの程、耐衝撃性に優れていることを示す。

【0086】

＜切削条件＞
被削材：ＳＵＳ３０４ブロック材
周速：１５０ｍ／ｍｉｎ
送り速度：０．２ｍｍ／ｓ
切込み量：１．０ｍｍ
切削液：あり
カッタ：ＷＧＣ４１６０Ｒ（住友電工ハードメタル社製）
チップ取付け数：１枚

【0087】

【表8】

【0088】

表８より明らかなように本発明の実施例の表面被覆切削工具は、比較例の表面被覆切削工具に比し、耐摩耗性および耐衝撃性の両者に優れていることは明らかである。

【0089】

なお、表８の最終損傷形態において、「正常摩耗」とはチッピング、欠けなどを生じず、摩耗のみで構成される損傷形態（平滑な摩耗面を有する）を意味し、「欠損」とは切れ刃部に生じた大きな欠けを意味する。

【0090】

以上のように本発明の実施の形態および実施例について説明を行なったが、上述の各実施の形態および実施例の構成を適宜組み合わせることも当初から予定している。

【0091】

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。