特許 5962846 被覆切削工具

(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】5962846

(24)【登録日】2016年7月8日

(45)【発行日】2016年8月3日

(54)【発明の名称】被覆切削工具

(51)【国際特許分類】

   B23B 27/14 20060101AFI20160721BHJP

   B23C 5/16 20060101ALI20160721BHJP

   C23C 14/06 20060101ALI20160721BHJP

【ＦＩ】

   B23B27/14 A

   B23C5/16

   C23C14/06 A

   C23C14/06 H

【請求項の数】16

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2015-504320(P2015-504320)

(86)(22)【出願日】2014年3月4日

(86)【国際出願番号】JP2014055408

(87)【国際公開番号】WO2014136755

(87)【国際公開日】20140912

【審査請求日】2015年5月14日

(31)【優先権主張番号】特願2013-41775(P2013-41775)

(32)【優先日】2013年3月4日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000221144

【氏名又は名称】株式会社タンガロイ

(74)【代理人】

【識別番号】110001508

【氏名又は名称】特許業務法人 津国

(72)【発明者】

【氏名】菊池 正和

【審査官】 長清 吉範

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−１７８７７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１５６６３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１９００９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−３３１４０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１６０１０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１４４５２２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｂ ２７／１４

Ｂ２３Ｃ ５／１６

Ｃ２３Ｃ １４／０６

Ｃ０１Ｇ ２３／００

Ｃ０１Ｇ ３７／００

Ｃ０１Ｇ ４１／００

Ｃ０１Ｂ ３３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基材と、基材の表面に形成された被覆層とを含み、被覆層の少なくとも１層は、被覆層と基材との界面に平行な方向で測定したときの平均粒径Ｌｘが２００ｎｍを超え、その組成が（Ａｌ_ａＴｉ_ｂＭ_ｃ）Ｘ［但し、ＭはＺｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｙ、ＢおよびＳｉから成る群より選択された少なくとも１種の元素を表し、ＸはＣ、ＮおよびＯから成る群より選択された少なくとも１種の元素を表し、ａはＡｌ元素とＴｉ元素とＭ元素の合計に対するＡｌ元素の原子比を表し、ｂはＡｌ元素とＴｉ元素とＭ元素の合計に対するＴｉ元素の原子比を表し、ｃはＡｌ元素とＴｉ元素とＭ元素の合計に対するＭ元素の原子比を表し、ａ、ｂ、ｃは、０．３０≦ａ≦０．６５、０．３５≦ｂ≦０．７０、０≦ｃ≦０．２０、ａ＋ｂ＋ｃ＝１を満足する。］と表される粗粒層であり、粗粒層の平均層厚が０．２〜１０μｍであり、被覆層と基材との界面に平行な方向で測定したときの粗粒層の平均粒径Ｌｘに対する被覆層と基材との界面に垂直な方向で測定したときの粗粒層の平均粒径Ｌｙの粒径比（Ｌｙ／Ｌｘ）が０．７以上１．５未満である、被覆切削工具。

【請求項2】

ａ、ｂ、ｃは、０．３０≦ａ≦０．５０、０．５０≦ｂ≦０．７０、０≦ｃ≦０．２０、ａ＋ｂ＋ｃ＝１を満足する請求項１に記載の被覆切削工具。

【請求項3】

粗粒層のＸはＮを表す請求項１または２に記載の被覆切削工具。

【請求項4】

被覆層と基材との界面に平行な方向で測定したときの粗粒層の平均粒径Ｌｘは４００ｎｍを超え１０００ｎｍ以下である請求項１〜３のいずれか１項に記載の被覆切削工具。

【請求項5】

粗粒層は立方晶である請求項１〜４のいずれか１項に記載の被覆切削工具。

【請求項6】

Ｃｕ−Ｋα線を用いた粗粒層の（２００）面のＸ線回折ピークの半価幅（２θ）が０．６度以下である請求項５に記載の被覆切削工具。

【請求項7】

被覆層は、基材の表面に形成された下層と、下層の表面に形成された粗粒層を含み、下層は、
Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｙ、ＡｌおよびＳｉから成る群より選択された金属元素の少なくとも１種からなる金属と、
これら金属元素の少なくとも１種と炭素、窒素、酸素および硼素から成る群より選択された非金属元素の少なくとも１種とからなる化合物と、
から成る群より選択された少なくとも１種からなる単層または多層である請求項１〜６のいずれか１項に記載の被覆切削工具。

【請求項8】

粗粒層は最上層である請求項１〜７のいずれか１項に記載の被覆切削工具。

【請求項9】

基材と、基材の表面に形成された被覆層とを含み、被覆層の少なくとも１層は、被覆層と基材との界面に平行な方向で測定したときの平均粒径Ｌｘが２００ｎｍを超え、その組成が（Ａｌ_ｄＣｒ_ｅＬ_ｆ）Ｚ［但し、ＬはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｙ、ＢおよびＳｉから成る群より選択された少なくとも１種の元素を表し、ＺはＣ、ＮおよびＯから成る群より選択される少なくとも１種の元素を表し、ｄはＡｌ元素とＣｒ元素とＬ元素の合計に対するＡｌ元素の原子比を表し、ｅはＡｌ元素とＣｒ元素とＬ元素の合計に対するＣｒ元素の原子比を表し、ｆはＡｌ元素とＣｒ元素とＬ元素の合計に対するＬ元素の原子比を表し、ｄ、ｅ、ｆは、０．２５≦ｄ≦０．７０、０．３０≦ｅ≦０．７５、０≦ｆ≦０．２０、ｄ＋ｅ＋ｆ＝１を満足する。］と表される粗粒層であり、粗粒層の平均層厚が０．２〜１０μｍであり、被覆層と基材との界面に平行な方向で測定したときの粗粒層の平均粒径Ｌｘに対する被覆層と基材との界面に垂直な方向で測定したときの粗粒層の平均粒径Ｌｙの粒径比（Ｌｙ／Ｌｘ）が０．７以上１．５未満である、被覆切削工具。

【請求項10】

ｄ、ｅ、ｆは、０．４０≦ｄ≦０．７０、０．３０≦ｅ≦０．５０、０≦ｆ≦０．２０、ｄ≧ｅ、ｄ＋ｅ＋ｆ＝１を満足する請求項９に記載の被覆切削工具。

【請求項11】

粗粒層のＺはＮを表す請求項９または１０に記載の被覆切削工具。

【請求項12】

被覆層と基材との界面に平行な方向で測定したときの粗粒層の平均粒径Ｌｘは４００ｎｍを超え１０００ｎｍ以下である請求項９〜１１のいずれか１項に記載の被覆切削工具。

【請求項13】

粗粒層は立方晶である請求項９〜１２のいずれか１項に記載の被覆切削工具。

【請求項14】

Ｃｕ−Ｋα線を用いた粗粒層の（２００）面のＸ線回折ピークの半価幅（２θ）が０．６度以下である請求項１３に記載の被覆切削工具。

【請求項15】

被覆層は、基材の表面に形成された下層と、下層の表面に形成された粗粒層を含み、下層はＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｙ、ＡｌおよびＳｉから成る群より選択された金属元素の少なくとも１種からなる金属と、これら金属元素の少なくとも１種と炭素、窒素、酸素および硼素から成る群より選択された非金属元素の少なくとも１種とからなる化合物とから成る群より選択された少なくとも１種からなる単層または多層である請求項９〜１４のいずれか１項に記載の被覆切削工具。

【請求項16】

粗粒層は最上層である請求項９〜１５のいずれか１項に記載の被覆切削工具。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、被覆切削工具に関するものである。

【背景技術】

【0002】

鋼、鋳鉄、ステンレス鋼、耐熱合金などの切削加工には、超硬合金、サーメット、ｃＢＮ焼結体などの基材の表面にＴｉＮ層やＴｉＡｌＮ層などを形成させた被覆切削工具が広く用いられている。

【0003】

被覆切削工具の従来技術としては、ＷＣ基超硬合金、サーメット、セラミックス、高速度鋼等から成る母材の表面に、IVａ、Vａ、VIａ族金属元素およびＡｌ、Ｓｉから選んだ２種類以上の元素からなる合金の窒化物、酸化物、炭化物、炭窒化物又はホウ化物を物理的蒸着法により５０ｎｍ以下の粒子径で構成した被膜を持つことを特徴とする表面被覆硬質部材がある（例えば、特許文献１参照。）。

【0004】

また、基体表面にＴｉとＡｌを主とする複合窒化物、複合炭化物、複合炭窒化物のいずれか一種の単層硬質膜または二種以上からなる多層硬質膜を被覆した硬質膜被覆工具において、前記硬質膜結晶粒の横方向の結晶粒径（ｂ）の平均値を０．１〜０．４μｍの範囲とし、且つ、前記硬質膜の結晶粒径の縦／横比ａ／ｂの平均値を１．５〜７の範囲としたことを特徴とする硬質膜被覆工具がある（例えば、特許文献２参照。）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第３３４１３２８号公報

【特許文献2】特許第３５２６３９２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

近年の工作機械の高性能化はめざましく、これに伴って高速切削、高送り加工など過酷な切削条件で切削加工が行われるようになった。このような切削条件で従来の被覆切削工具を使用すると耐摩耗性が低下するという問題があった。本発明は、従来よりも、耐摩耗性に優れ、工具寿命が長い被覆切削工具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】

本発明者は、被覆層の耐摩耗性の向上について研究を重ね、被覆層の組成を最適化するとともに、その粒径を粗粒にすると耐摩耗性が向上し、被覆切削工具の長寿命化を実現できるという知見を得て、本発明を完成させるに至った。

【0008】

すなわち、本発明の要旨は以下の通りである。
（１）基材と、基材の表面に形成された被覆層とを含み、被覆層の少なくとも１層は、被覆層と基材との界面に平行な方向で測定したときの平均粒径Ｌｘが２００ｎｍを超え、その組成が（Ａｌ_ａＴｉ_ｂＭ_ｃ）Ｘ［但し、ＭはＺｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｙ、ＢおよびＳｉから成る群より選択された少なくとも１種の元素を表し、ＸはＣ、ＮおよびＯから成る群より選択された少なくとも１種の元素を表し、ａはＡｌ元素とＴｉ元素とＭ元素の合計に対するＡｌ元素の原子比を表し、ｂはＡｌ元素とＴｉ元素とＭ元素の合計に対するＴｉ元素の原子比を表し、ｃはＡｌ元素とＴｉ元素とＭ元素の合計に対するＭ元素の原子比を表し、ａ、ｂ、ｃは、０．３０≦ａ≦０．６５、０．３５≦ｂ≦０．７０、０≦ｃ≦０．２０、ａ＋ｂ＋ｃ＝１を満足する。］と表される粗粒層であり、粗粒層の平均層厚が０．２〜１０μｍである被覆切削工具。
（２）ａ、ｂ、ｃは、０．３０≦ａ≦０．５０、０．５０≦ｂ≦０．７０、０≦ｃ≦０．２０、ａ＋ｂ＋ｃ＝１を満足する（１）の被覆切削工具。
（３）粗粒層のＸはＮを表す（１）または（２）の被覆切削工具。
（４）被覆層と基材との界面に平行な方向で測定したときの粗粒層の平均粒径Ｌｘは４００ｎｍを超え１０００ｎｍ以下である（１）〜（３）のいずれかの被覆切削工具。
（５）被覆層と基材との界面に平行な方向で測定したときの粗粒層の平均粒径Ｌｘに対する被覆層と基材との界面に垂直な方向で測定したときの粗粒層の平均粒径Ｌｙの粒径比（Ｌｙ／Ｌｘ）が０．７以上１．５未満である（１）〜（４）のいずれかの被覆切削工具。
（６）粗粒層は立方晶である（１）〜（５）のいずれかの被覆切削工具。
（７）粗粒層の（２００）面のＸ線回折ピークの半価幅が０．６度以下である（６）の被覆切削工具。
（８）被覆層は、基材の表面に形成された下層と、下層の表面に形成された粗粒層を含み、下層は、
Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｙ、ＡｌおよびＳｉから成る群より選択された金属元素の少なくとも１種からなる金属と、
これら金属元素の少なくとも１種と、炭素、窒素、酸素および硼素から成る群より選択された非金属元素の少なくとも１種とからなる化合物と、
から成る群より選択された少なくとも１種からなる単層または多層である（１）〜（７）のいずれかの被覆切削工具。
（９）粗粒層は最上層である（１）〜（８）のいずれかの被覆切削工具。
（１０）基材と、基材の表面に形成された被覆層とを含み、被覆層の少なくとも１層は、被覆層と基材との界面に平行な方向で測定したときの平均粒径Ｌｘが２００ｎｍを超え、その組成が（Ａｌ_ｄＣｒ_ｅＬ_ｆ）Ｚ［但し、ＬはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｙ、ＢおよびＳｉから成る群より選択された少なくとも１種の元素を表し、ＺはＣ、ＮおよびＯから成る群より選択される少なくとも１種の元素を表し、ｄはＡｌ元素とＣｒ元素とＬ元素の合計に対するＡｌ元素の原子比を表し、ｅはＡｌ元素とＣｒ元素とＬ元素の合計に対するＣｒ元素の原子比を表し、ｆはＡｌ元素とＣｒ元素とＬ元素の合計に対するＬ元素の原子比を表し、ｄ、ｅ、ｆは、０．２５≦ｄ≦０．７０、０．３０≦ｅ≦０．７５、０≦ｆ≦０．２０、ｄ＋ｅ＋ｆ＝１を満足する。］と表される粗粒層であり、粗粒層の平均層厚が０．２〜１０μｍである被覆切削工具。
（１１）ｄ、ｅ、ｆは、０．４０≦ｄ≦０．７０、０．３０≦ｅ≦０．５０、０≦ｆ≦０．２０、ｄ≧ｅ、ｄ＋ｅ＋ｆ＝１を満足する（１０）の被覆切削工具。
（１２）粗粒層のＺはＮを表す（１０）または（１１）の被覆切削工具。
（１３）被覆層と基材との界面に平行な方向で測定したときの粗粒層の平均粒径Ｌｘは４００ｎｍを超え１０００ｎｍ以下である（１０）〜（１２）のいずれかの被覆切削工具。
（１４）被覆層と基材との界面に平行な方向で測定したときの粗粒層の平均粒径Ｌｘに対する被覆層と基材との界面に垂直な方向で測定したときの粗粒層の平均粒径Ｌｙの粒径比（Ｌｙ／Ｌｘ）が０．７以上１．５未満である（１０）〜（１３）のいずれかの被覆切削工具。
（１５）粗粒層は立方晶である（１０）〜（１４）のいずれかの被覆切削工具。
（１６）粗粒層の（２００）面のＸ線回折ピークの半価幅が０．６度以下である（１５）の被覆切削工具。
（１７）被覆層は、基材の表面に形成された下層と、下層の表面に形成された粗粒層を含み、下層はＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｙ、ＡｌおよびＳｉから成る群より選択された金属元素の少なくとも１種からなる金属と、これら金属元素の少なくとも１種と炭素、窒素、酸素および硼素から成る群より選択された非金属元素の少なくとも１種とからなる化合物とから成る群より選択された少なくとも１種からなる単層または多層である（１０）〜（１６）のいずれかの被覆切削工具。
（１８）粗粒層は最上層である（１０）〜（１７）のいずれかの被覆切削工具。

【0009】

本発明の被覆切削工具は、基材と、基材の表面に形成された被覆層とを含む。本発明の基材は被覆切削工具の基材として用いられるものであれば特に限定されないが、例えば、超硬合金、サーメット、セラミックス、立方晶窒化硼素焼結体、ダイヤモンド焼結体、高速度鋼などを挙げることができる。その中でも、基材が超硬合金であると、耐摩耗性および耐欠損性に優れるので、さらに好ましい。

【0010】

本発明の被覆層は、被覆切削工具の被覆層として使用されるものであれば特に限定されないが、その中でも、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｙ、ＡｌおよびＳｉから成る群より選択された金属元素の少なくとも１種からなる金属と、これら金属元素の少なくとも１種と炭素、窒素、酸素および硼素から成る群より選択された非金属元素の少なくとも１種とからなる化合物とからなる群より選択された少なくとも１種の単層または多層であると耐摩耗性が向上するのでさらに好ましい。本発明の被覆層を構成する各層の組成は、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）、電界放射型走査電子顕微鏡（ＦＥ−ＳＥＭ）、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）などの電子顕微鏡に付属するエネルギー分散型Ｘ線分光器（ＥＤＳ）や波長分散型Ｘ線分光器（ＷＤＳ）などを用いて測定することができる。

【0011】

本発明の被覆層全体の平均層厚は０．２〜１０μｍであると好ましい。これは、本発明の被覆層全体の平均層厚が０．２μｍ未満では耐摩耗性を向上させる効果が少なく、１０μｍを超えると剥離しやすくなるためである。本発明の被覆層全体の層厚および被覆層を構成する各層の層厚は、光学顕微鏡、ＳＥＭ、ＦＥ−ＳＥＭ、ＴＥＭなどを用いて、金属蒸発源に対向する面の刃先から当該面の中心部に向かって５０μｍの位置で、５箇所以上測定し、それらの平均値を、被覆層全体の平均層厚および被覆層を構成する各層の平均層厚とした。

【0012】

本発明の１つは、被覆層の少なくとも１層が、被覆層と基材との界面に平行な方向で測定したときの平均粒径が２００ｎｍを超え、その組成が（Ａｌ_ａＴｉ_ｂＭ_ｃ）Ｘ［但し、ＭはＺｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｙ、ＢおよびＳｉから成る群より選択された少なくとも１種の元素を表し、ＸはＣ、ＮおよびＯから成る群より選択された少なくとも１種の元素を表し、ａはＡｌ元素とＴｉ元素とＭ元素の合計に対するＡｌ元素の原子比を表し、ｂはＡｌ元素とＴｉ元素とＭ元素の合計に対するＴｉ元素の原子比を表し、ｃはＡｌ元素とＴｉ元素とＭ元素の合計に対するＭ元素の原子比を表し、ａ、ｂ、ｃは、０．３０≦ａ≦０．６５、０．３５≦ｂ≦０．７０、０≦ｃ≦０．２０、ａ＋ｂ＋ｃ＝１を満足する。］と表される粗粒層である。ａが０．３０未満であると粗粒になりすぎて耐欠損性が低下し、ａが０．６５を超えて多くなると微粒になりすぎて耐摩耗性が低下し、ｂが０．３５未満であると微粒になりすぎて耐摩耗性が低下し、ｂが０．７０を超えて多くなると粗粒になりすぎて耐欠損性が低下する。粗粒層にはＡｌ元素とＴｉ元素以外に、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｙ、ＢおよびＳｉから成る群より選択された少なくとも１種の元素を含んでもよいが、ｃが０以上０．２０以下の範囲であると、粗粒層の組織が緻密化し、粗粒層の強度が向上し、被覆層全体の耐摩耗性を高めることができる。ｃが０．２０を超えて多くなると、微粒になりすぎて耐摩耗性が低下する。そのため、０．３０≦ａ≦０．６５、０．３５≦ｂ≦０．７０、０≦ｃ≦０．２０、ａ＋ｂ＋ｃ＝１とした。その中でも０．３０≦ａ≦０．５０、０．５０≦ｂ≦０．７０、０≦ｃ≦０．２０、ａ＋ｂ＋ｃ＝１であると、平均粒径が大きくなりやすく、耐摩耗性が向上する傾向が見られるため、さらに好ましい。ＸはＣ、ＮおよびＯから成る群より選択された少なくとも１種の元素を表すが、その中でもＸはＣＮまたはＮを表すと耐摩耗性が向上するので好ましく、その中でもＸはＮを表すと耐摩耗性が向上するのでさらに好ましい。

【0013】

本発明の１つは、被覆層の少なくとも１層が、被覆層と基材との界面に平行な方向で測定したときの平均粒径Ｌｘが２００ｎｍを超え、その組成が（Ａｌ_ｄＣｒ_ｅＬ_ｆ）Ｚ［但し、ＬはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｙ、ＢおよびＳｉから成る群より選択された少なくとも１種の元素を表し、ＺはＣ、ＮおよびＯから成る群より選択された少なくとも１種の元素を表し、ｄはＡｌ元素とＣｒ元素とＬ元素の合計に対するＡｌ元素の原子比を表し、ｅはＡｌ元素とＣｒ元素とＬ元素の合計に対するＣｒ元素の原子比を表し、ｆはＡｌ元素とＣｒ元素とＬ元素の合計に対するＬ元素の原子比を表し、ｄ、ｅ、ｆは、０．２５≦ｄ≦０．７０、０．３０≦ｅ≦０．７５、０≦ｆ≦０．２０、ｄ≦ｅ、ｄ＋ｅ＋ｆ＝１を満足する。］と表される粗粒層である。ｄが０．２５未満であると、粗粒になりすぎて耐欠損性が低下し、ｄが０．７０を超えて多くなると、微粒になりすぎて耐摩耗性が低下し、ｅが０．３未満であると、微粒になりすぎて耐摩耗性が低下し、ｅが０．７５を超えて多くなると、粗粒になりすぎて耐欠損性が低下する。粗粒層にはＡｌ元素とＣｒ元素以外に、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｙ、ＢおよびＳｉから成る群より選択された少なくとも１種の元素を含んでもよく、ｆが０以上０．２０以下の範囲であると、粗粒層の組織が緻密化し、粗粒層の強度が向上し、被覆層全体の耐摩耗性を高めることができる。ｆが０．２０を超えて多くなると、微粒になりすぎて耐摩耗性が低下する。そのため、０．２５≦ｄ≦０．７０、０．３≦ｅ≦０．７５、０≦ｆ≦０．２０、ｄ＋ｅ＋ｆ＝１とした。その中でもｄ≦ｅであり、０．４０≦ｄ≦０．７０、０．３≦ｅ≦０．５０、０≦ｆ≦０．２０、ｄ＋ｅ＋ｆ＝１であると、平均粒径が大きくなりやすく、耐摩耗性が向上する傾向が見られるため、さらに好ましい。ＺはＣ、ＮおよびＯから成る群より選択された少なくとも１種の元素を表すが、その中でもＺはＣＮまたはＮを表すと耐摩耗性が向上するので好ましく、その中でもＺはＮを表すと耐摩耗性が向上するのでさらに好ましい。

【0014】

以上のように、本発明では、被覆層の少なくとも１層の組成が、（Ａｌ_ａＴｉ_ｂＭ_ｃ）Ｘまたは（Ａｌ_ｄＣｒ_ｅＬ_ｆ）Ｚで表され、ＴｉまたはＣｒの含有量が上記の範囲にある場合に、耐摩耗性及び耐欠損性の両方に優れた被覆切削工具を得ることができる。なお、Ｔｉの含有量を０．３５≦ｂ≦０．７０の範囲に収めた場合には、Ｃｒの含有量は０．２０以下に抑えることが好ましく、Ｃｒの含有量を０．３≦ｅ≦０．７５の範囲に収めた場合には、Ｔｉの含有量を０．２０以下に抑えることが好ましい。

【0015】

本発明の粗粒層は、被覆層と基材との界面に平行な方向で測定したときの平均粒径Ｌｘが２００ｎｍを超えるので、耐摩耗性に優れる。その理由は以下のように考えられる。図１に示すように被覆層の平均粒径が小さいと、切削時に発生する外力によって、図２に示すように被覆層の結晶粒の脱落が生じやすくなる。一方、図３に示すように被覆層の平均粒径が大きいと、切削時に発生する外力によって、図４に示すように被覆層の結晶粒の脱落が生じにくい。本発明の粗粒層は、被覆層と基材との界面に平行な方向で測定したときの平均粒径Ｌｘが２００ｎｍを超える。平均粒径Ｌｘが大きいほど優れた耐摩耗性を示すので、平均粒径Ｌｘが４００ｎｍ以上であるとさらに好ましいが、平均粒径Ｌｘが１０００ｎｍを超える粗粒層の製造は困難であり、生産性を考慮すると、平均粒径Ｌｘは４００〜１０００ｎｍの範囲がさらに好ましい。また、切削時は被覆層の表面から結晶粒の脱落が生じるので、被覆層の最も表面側が粗粒層であると、すなわち最上層が粗粒層であると耐摩耗性を向上させる効果が高くなるので、さらに好ましい。本発明の粗粒層は耐摩耗性に優れる。そのため被覆層の耐摩耗性は向上し、本発明の被覆切削工具の工具寿命を長くすることができる。

【0016】

本発明において被覆層と基材との界面に平行な方向で測定したときの粗粒層の平均粒径Ｌｘは、粗粒層の表面側界面を鏡面研磨して得られた表面組織から直径１００ｎｍ以上のドロップレットを除いた組織で測定される。具体的には、粗粒層の表面側界面から深さ１００ｎｍまでを研磨等で除去し、鏡面になった表面組織で粗粒層の平均粒径Ｌｘを測定する。研磨方法としては、ダイヤモンドペーストやコロイダルシリカを用いて鏡面に研磨する方法や、イオンミリングなどを挙げることができる。鏡面になった粗粒層の表面組織をＳＥＭ、ＦＥ−ＳＥＭ、ＴＥＭ、電子線後方散乱回折装置（ＥＢＳＤ）などで観察して、直径１００ｎｍ以上のドロップレットを除いた組織から、粗粒層のある１つの結晶粒の面積と等しい面積の円の直径をその結晶粒の粒径とする。同様の方法により、観察した表面組織中に含まれる結晶粒の粒径を求める。その後、５ｎｍ間隔の区分けした粒径を示す横軸と、５ｎｍ間隔の区分けに含まれる結晶粒全部の面積比を示す縦軸とからなる粒度分布を作成する。次に、５ｎｍ間隔の区分けの中心値（例えば、５〜１０ｎｍの区分けの中心値は７．５ｎｍ）とその区分けに含まれる結晶粒全部の面積比を乗じる。５ｎｍ間隔の区分けの中心値とその区分けに含まれる結晶粒全部の面積比を乗じて得られた値をすべて合計した値を粗粒層の平均粒径Ｌｘとする。測定装置としては、ＥＢＳＤが、結晶粒の粒界が明瞭になるので好ましく、ＥＢＳＤの設定としては、ステップサイズが０．０１μｍ、測定範囲が２μｍ×２μｍ、方位差が５°以上の境界を粒界とみなすという設定が好ましい。なお、鏡面になった粗粒層の表面組織から直径１００ｎｍ以上のドロップレットとドロップレット以外の組織は容易に区別できる。鏡面の表面組織を観察すると、ドロップレットは円形であり、ドロップレットの周りには厚さ数ｎｍ〜数十ｎｍの空隙ができている。また、ドロップレットは鏡面研磨中に粗粒層から抜け落ちることがある。その場合は粗粒層に円形の孔が生じる。そのため、粗粒層において直径１００ｎｍ以上のドロップレットとドロップレット以外の組織とは容易に区別することができる。

【0017】

本発明において被覆層と基材との界面に垂直な方向で測定したときの粗粒層の平均粒径Ｌｙは粗粒層の断面を鏡面研磨して得られた断面組織から幅１００ｎｍ以上のドロップレットを除いた組織で測定される。粗粒層の断面を鏡面研磨する方法としては、ダイヤモンド砥石により研削した後、ダイヤモンドペーストまたはコロイダルシリカを用いて研磨する方法や、イオンミリングなどを挙げることができる。鏡面になった粗粒層の断面組織をＳＥＭ、ＦＥ−ＳＥＭ、ＴＥＭ、ＥＢＳＤなどで観察して、被覆層と基材との界面に垂直な方向で測定したときの粗粒層の平均粒径Ｌｙを測定することができる。具体的には粗粒層の断面組織をＳＥＭ、ＦＥ−ＳＥＭ、ＴＥＭ、ＥＢＳＤなどで５０００〜５００００倍に拡大して観察して得られた画像に、図５に示すように被覆層と基材との界面に垂直な方向に直線を５００ｎｍ間隔で引いた。直線が幅１００ｎｍ以上のドロップレットにかかった場合は、さらに５００ｎｍ離れた場所に直線を引いた。粗粒層の基材側界面または粗粒層の表面側界面から直線と粒界の交差した点までの長さ、もしくは、直線と粒界の交差した点から直線と粒界の交差した次の点までの長さをＬｎ（ｎ＝１，２，３，…）とした。直線と粒界が交差しないときは粗粒層の基材側界面から粗粒層の表面側界面までの長さをＬｎとした。それらを平均した値を平均粒径Ｌｙとした。このとき測定に用いる直線の本数は、１０本以上であると好ましい。なお、鏡面になった粗粒層の断面組織から幅１００ｎｍ以上のドロップレットとドロップレット以外の組織は容易に区別できる。鏡面の断面組織を観察すると、ドロップレットは円形、楕円形もしくは涙滴形であり、ドロップレットの基材側の界面には厚さ数ｎｍ〜数十ｎｍの空隙ができている。また、ドロップレットは鏡面研磨中に粗粒層から抜け落ちることがある。その場合は粗粒層には円形、楕円形もしくは涙滴形の孔が生じる。そのため、粗粒層において幅１００ｎｍ以上のドロップレットとドロップレット以外の組織とは容易に区別することができる。

【0018】

本発明において、被覆層と基材との界面に平行な方向で測定したときの粗粒層の平均粒径Ｌｘに対する被覆層と基材との界面に垂直な方向で測定したときの粗粒層の平均粒径Ｌｙの粒径比（Ｌｙ／Ｌｘ）が１．５を超えると、切削加工中に刃先にかかる負荷により工具表面から発生したクラックが進展しやすくなり耐欠損性が低下する傾向がみられる。一方、Ｌｘに対するＬｙの粒径比（Ｌｙ／Ｌｘ）が０．７以上１．５以下であると耐摩耗性および耐欠損性の両方が良くなる傾向が見られる。そのため、Ｌｘに対するＬｙの粒径比（Ｌｙ／Ｌｘ）は０．７以上１．５以下であると、さらに好ましい。

【0019】

本発明の粗粒層の平均層厚は０．２〜１０μｍとした。０．２μｍ未満では耐摩耗性を向上させる粗粒層の効果が少なくなり、１０μｍを超えるとの基材と被覆層の密着性が低下して剥離やチッピングが生じやすくなるためである。その中でも本発明の粗粒層の平均層厚は０．５〜１０μｍであるとさらに好ましい。

【0020】

本発明の粗粒層が立方晶であると、硬さが高く、耐摩耗性に優れるのでさらに好ましい。その中でも、Ｃｕ−Ｋα線を用いたＸ線回折測定で得られる本発明の粗粒層の（２００）面のＸ線回折ピークの半価幅が０．６度以下であると、本発明の粗粒層の結晶粒の脱落が抑制されるため、さらに好ましい。粗粒層の（２００）面のＸ線回折ピークの半価幅は市販のＸ線回折装置を用いて測定することができる。例えば、ターゲット：Ｃｕ、管電圧：５０ｋＶ、管電流：２５０ｍＡ、Ｃｕ−Ｋα線、走査軸：２θ／θ、入射側ソーラースリット：５度、発散縦スリット２／３度、発散縦制限スリット：５ｍｍ、散乱スリット：２／３度、受光側ソーラースリット：５度、受光スリット：０．３０ｍｍ、受光モノクロスリット：０．８ｍｍ、Ｘ線の単色化：グラファイト受光モノクロメータ（湾曲モード）、サンプリング幅：０．０１度、スキャンスピード：４度／ｍｉｎ、ブラッグ角（２θ）の測定範囲を３０度〜７０度とするＸ線回折測定を行うとよい。この測定条件で本発明の粗粒層のＸ線回折測定を行うと、本発明の粗粒層の立方晶の（２００）面のＸ線回折ピークが観察される。このようにして得られた粗粒層の（２００）面のＸ線回折ピークについて半価幅を測定するとよい。半価幅の測定はＸ線回折装置付属の解析ソフトウエアを用いてもよい。解析ソフトウエアを用いる場合、三次式近似を用いてバックグラウンド処理およびＫα２ピーク除去を行い、Ｐｅａｒｓｏｎ−VII関数を用いてプロファイルフィッティングを行った後、ピークトップ法よりピーク位置を求め、半価幅が導出される。

【0021】

基材上に形成される被覆層において、所定の層（例えば、粗粒層）に対して表面側に形成された層を上層、所定の層に対して基材側に形成された層を下層と称することができる。本発明の被覆層は、基材の表面に形成された下層と、下層の表面に形成された粗粒層を含み、下層はＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｙ、ＡｌおよびＳｉから成る群より選択された金属元素の少なくとも１種からなる金属と、これら金属元素の少なくとも１種と炭素、窒素、酸素および硼素から成る群より選択された非金属元素の少なくとも１種とからなる化合物とから成る群より選択された少なくとも１種からなる単層または多層であると、さらに好ましい。基材との密着性や耐欠損性に優れる下層と、耐摩耗性に優れる粗粒層とを積層すると、切削性能をさらに向上させることができる。本発明の粗粒層の表面に上層を形成しても良いが、被覆層の最上層は粗粒層の方が好ましい。

【0022】

本発明の被覆層はアークイオンプレーティング法、イオンプレーティング法、スパッター法、イオンミキシング法などの種々の物理蒸着法によって形成することができる。具体的には、物理蒸着装置の反応容器内に基材を入れて、基材の表面をイオンボンバードメント処理した後に、被覆層の組成に応じた金属蒸発源を蒸発させ、反応容器内をＮ_２、ＣＨ_４などの反応ガスで満たし、反応容器内を所定の圧力にして、基材に所定のバイアス電圧を印加して本発明の被覆層を形成するとよい。

【0023】

本発明の粗粒層を形成する方法としては、アークイオンプレーティング法を用い、金属蒸発源の中心の磁束密度を低くし、形成時の基材温度を低くすると、耐摩耗性を向上させる効果が高くなるので、さらに好ましい。具体的には、反応容器内の圧力を０．５〜５．０Ｐａの所定の圧力にして、基材に−１０Ｖ〜−１５０Ｖのバイアス電圧を印加し、金属蒸発源の中心の磁束密度を７ｍＴ〜１２ｍＴの所定の磁束密度とし、試料の温度を５００〜７００℃の所定の温度にして、本発明の粗粒層を形成すると、さらに好ましい。なお、金属蒸発源の中心の磁束密度は、ガウスメーターで測定することができる。

【発明の効果】

【0024】

本発明の被覆切削工具は、耐摩耗性に優れ、工具寿命が長いという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】切削試験前の平均粒径が小さい被覆層の断面組織の概念図の一例である。

【図2】切削試験後の平均粒径が小さい被覆層の断面組織の概念図の一例である。

【図3】切削試験前の平均粒径が大きい被覆層の断面組織の概念図の一例である。

【図4】切削試験後の平均粒径が大きい被覆層の断面組織の概念図の一例である。

【図5】被覆切削工具の断面組織の概念図である。

【実施例1】

【0026】

基材として、ＩＳＯ規格ＳＥＫＮ１２０３ＡＧＴＮインサート形状のＰ２０相当超硬合金を用意した。アークイオンプレーティング装置の反応容器内に、表１および表２に示す被覆層の原料となる金属蒸発源を設置し、基材をアークイオンプレーティング装置の反応容器内の試料ホルダーに取り付けて、反応容器内の圧力を１×１０^−２Ｐａ以下の真空とし、炉内ヒーターで基材の温度が５００℃になるまで加熱した。基材の温度が５００℃になった後、反応容器内の圧力が５ＰａになるまでＡｒガスを導入し、反応容器内の雰囲気をＡｒ雰囲気とし、反応容器内の圧力を５Ｐａとし、基材に−１０００Ｖのバイアス電圧を印加するイオンボンバードメント条件でＡｒイオンボンバードメント処理を行った。

【0027】

Ａｒイオンボンバードメント処理後、Ａｒガスを排出して反応容器内の圧力を１×１０^−２Ｐａ以下の真空にした。試料番号１〜１６、１９〜３６についてはＮ_２ガスを反応容器内に導入して反応容器内を圧力３Ｐａの窒素雰囲気にした。試料番号１７、１８についてはＮ_２ガスとＣＨ_４ガスの分圧比がＮ_２：ＣＨ_４＝１：１となるように混合した混合ガスを反応容器内に導入して反応容器内の圧力３Ｐａの混合ガス雰囲気にした。次に炉内ヒーターで基材温度が表１および表２に示す基材温度になるまで加熱した後、基材に印加するバイアス電圧を−５０Ｖとし、金属蒸発源の中心の磁束密度を表１および表２に示す磁束密度とし、アーク電流を１５０Ａとする被覆条件で、基材の表面に表１および表２に示す被覆層を形成した。被覆層を形成した後、試料を冷却し、試料温度が１００℃以下になった後で反応容器内から試料を取り出した。

【0028】

【表1】

【0029】

【表2】

【0030】

得られた試料について、金属蒸発源に対向する面の刃先から当該面の中心部に向かって５０μｍの位置で、光学顕微鏡およびＦＥ−ＳＥＭを用いて被覆層の層厚を５箇所測定して、それらを平均したものを被覆層の平均層厚とした。被覆層の組成はＦＥ−ＳＥＭ付属のＥＤＳおよびＦＥ−ＳＥＭ付属のＷＤＳを用いて測定した。

【0031】

得られた試料について、被覆層の表面から深さ１００ｎｍまでをダイヤモンドペーストで研磨して、さらにコロイダルシリカを用いて鏡面に研磨した。鏡面になった被覆層の表面組織をＥＢＳＤで観察して、被覆層の平均粒径Ｌｘを測定した。ＥＢＳＤは、ステップサイズが０．０１μｍ、測定範囲が２μｍ×２μｍ、方位差が５°以上の境界を粒界とみなすという設定にした。被覆層のある１つの結晶粒の面積と等しい面積の円の直径をその結晶粒の粒径とした。同様の方法により、観察した表面組織中に含まれる結晶粒の粒径を求めた。その後、５ｎｍ間隔の区分けした粒径を示す横軸と、５ｎｍ間隔の区分けに含まれる結晶粒全部の面積比を示す縦軸とからなる粒度分布を作成し、５ｎｍ間隔の区分けの中心値とその区分けに含まれる結晶粒全部の面積比を乗じた。５ｎｍ間隔の区分けの中心値とその区分けに含まれる結晶粒全部の面積比を乗じて得られた値をすべて合計した値を粗粒層の平均粒径Ｌｘとした。

【0032】

切断機で切断して得られた試料の断面をダイヤモンドペーストで研磨して、さらにコロイダルシリカを用いて鏡面に研磨した。鏡面になった被覆層の断面をＥＢＳＤで観察して、被覆層と基材との界面に垂直な方向で測定したときの被覆層の平均粒径Ｌｙを測定した。このときＥＢＳＤは、ステップサイズが０．０１μｍ、測定範囲が２μｍ×２μｍ、方位差が５°以上の境界を粒界とみなすという設定にした。被覆層の断面組織をＥＢＳＤで５０００〜５００００倍に拡大した画像に、被覆層と基材との界面に垂直な方向に直線を５００ｎｍ間隔で１０本引いた。被覆層の基材側界面または被覆層の表面側界面から直線と粒界の交差した点までの長さ、もしくは、直線と粒界の交差した点から直線と粒界の交差した次の点までの長さをＬｎ（ｎ＝１，２，３，…）とした。また、直線と粒界が交差しないときは被覆層の基材側界面から粗粒層の表面側界面までの長さをＬｎとした。これらのＬｎを平均した値を平均粒径Ｌｙとした。

【0033】

得られた試料について、ターゲット：Ｃｕ、管電圧：５０ｋＶ、管電流：２５０ｍＡ、Ｃｕ−Ｋα線、走査軸：２θ／θ、入射側ソーラースリット：５度、発散縦スリット２／３度、発散縦制限スリット：５ｍｍ、散乱スリット：２／３度、受光側ソーラースリット：５度、受光スリット：０．３０ｍｍ、受光モノクロスリット：０．８ｍｍ、Ｘ線の単色化：グラファイト受光モノクロメータ（湾曲モード）、サンプリング幅：０．０１度、スキャンスピード：４度／ｍｉｎ、ブラッグ角（２θ）の測定範囲を３０度〜７０度とするＸ線回折測定を行った。その結果、得られた被覆層の結晶系はすべて立方晶であることが分かった。被覆層の組成、被覆層と基材との界面に平行な方向の平均粒径Ｌｘ、被覆層と基材との界面に垂直な方向の平均粒径Ｌｙ、平均粒径Ｌｘに対する平均粒径Ｌｙの粒径比（Ｌｙ／Ｌｘ）、被覆層全体の平均層厚は表１および表２に記載した。

【0034】

得られた試料を下記のカッターに取り付けて切削試験１を行った。工具寿命に至るまでの加工距離は表３および表４に示した。
［切削試験１］
被削材：Ｓ４５Ｃ、
切削速度：２００ｍ／ｍｉｎ、
送り：０．２ｍｍ／ｔｏｏｔｈ、
切り込み：２．０ｍｍ、
切削幅：５０ｍｍ、
カッター有効径:φ１００ｍｍ、
クーラント：不使用（ドライ加工）、
工具寿命の判定：逃げ面最大摩耗幅が０．２ｍｍに至ったときを工具寿命とした

【0035】

【表3】

【0036】

【表4】

【0037】

表３および表４に示すように、被覆層と基材との界面に平行な方向の平均粒径Ｌｘが大きい発明品は、耐摩耗性に優れるので、比較品よりも工具寿命に至るまでの加工距離が長かった。

【実施例2】

【0038】

基材として、ＩＳＯ規格ＳＥＫＮ１２０３ＡＧＴＮインサート形状のＰ２０相当超硬合金を用意した。アークイオンプレーティング装置の反応容器内に、表５に示す被覆層の原料となる金属蒸発源を設置し、基材をアークイオンプレーティング装置の反応容器内の試料ホルダーに取り付けて、実施例１と同様な条件でＡｒイオンボンバードメント処理を行った。Ａｒイオンボンバードメント処理後、Ａｒガスを排出して反応容器内の圧力を１×１０^−２Ｐａ以下の真空にした。Ｎ_２ガスを反応容器内に導入して反応容器内を圧力３Ｐａの窒素雰囲気にした。炉内ヒーターで基材温度が表５に示す温度になるまで加熱した後、基材に印加するバイアス電圧を−５０Ｖとし、金属蒸発源の中心の磁束密度を表５に示す磁束密度とし、アーク電流を１５０Ａとする被覆条件で、基材の表面に表５に示す被覆層を形成した。被覆層を形成した後、試料を冷却し、試料温度が１００℃以下になった後で反応容器内から試料を取り出した。

【0039】

【表5】

【0040】

得られた試料について実施例１と同じ測定条件で、被覆層の結晶系、組成、被覆層と基材との界面に平行な方向の平均粒径Ｌｘ、被覆層と基材との界面に垂直な方向の平均粒径Ｌｙ、平均粒径Ｌｘに対する平均粒径Ｌｙの粒径比（Ｌｙ／Ｌｘ）、被覆層全体の平均層厚を測定した。それらの結果を表５に記載した。なお、得られた試料の被覆層はすべて立方晶であった。

【0041】

得られた試料は下記のカッターに取り付けて切削試験２、３を行った。工具寿命に至るまでの加工距離は表６に示した。なお、切削試験２は主に耐摩耗性を評価する試験であり、切削試験３は主に耐欠損性を評価する試験である。
［切削試験２］
被削材：Ｓ４５Ｃ、
切削速度：２５０ｍ／ｍｉｎ、
送り：０．１ｍｍ／ｔｏｏｔｈ、
切り込み：２．０ｍｍ、
切削幅：５０ｍｍ、
カッター有効径:φ１００ｍｍ、
クーラント：不使用（ドライ加工）、
工具寿命の判定：逃げ面最大摩耗幅が０．２ｍｍに至ったときを工具寿命とした

【0042】

［切削試験３］
被削材：ＳＣＭ４４０、
切削速度：２５０ｍ／ｍｉｎ、
送り：０．４ｍｍ／ｔｏｏｔｈ、
切り込み：２．０ｍｍ、
切削幅：１０５ｍｍ、
カッター有効径:φ１２５ｍｍ、
クーラント：不使用（ドライ加工）、
工具寿命の判定：試料が欠損に至ったときを工具寿命とした

【0043】

【表6】

【0044】

表６に示すように、被覆層と基材との界面に平行な方向の平均粒径Ｌｘが大きい発明品は、耐摩耗性および耐欠損性に優れるので、比較品よりも工具寿命に至るまでの加工距離が長かった。

【実施例3】

【0045】

基材として、ＩＳＯ規格ＳＥＫＮ１２０３ＡＧＴＮインサート形状のＰ２０相当超硬合金を用意した。アークイオンプレーティング装置の反応容器内に、表７に示す被覆層の原料となる金属蒸発源を設置し、基材をアークイオンプレーティング装置の反応容器内の試料ホルダーに取り付けて、実施例１と同様な条件でＡｒイオンボンバードメント処理を行った。Ａｒイオンボンバードメント処理後、Ａｒガスを排出して反応容器内の圧力を１×１０^−２Ｐａ以下の真空にした。Ｎ_２ガスを反応容器内に導入して反応容器内を圧力３Ｐａの窒素雰囲気にした。炉内ヒーターで基材温度が表７に示す基材温度になるまで加熱した後、基材に印加するバイアス電圧を−５０Ｖとし、金属蒸発源の中心の磁束密度を表７に示す磁束密度とし、アーク電流を１５０Ａとする被覆条件で、基材の表面に表７に示す被覆層を形成した。被覆層を形成した後、試料を冷却し、試料温度が１００℃以下になった後で反応容器内から試料を取り出した。

【0046】

【表7】

【0047】

得られた試料について実施例１と同じ測定条件で、被覆層の結晶系、組成、被覆層と基材との界面に平行な方向の平均粒径Ｌｘ、被覆層と基材との界面に垂直な方向の平均粒径Ｌｙ、平均粒径Ｌｘに対する平均粒径Ｌｙの粒径比（Ｌｙ／Ｌｘ）、被覆層の平均層厚を測定した。なお、得られた試料の被覆層はすべて立方晶であった。さらに、粗粒層の（２００）面のＸ線回折ピークについて、ＭＤＩ社製ＸＲＤ解析ソフトウエアＪＡＤＥｖｅｒ．６を用い、三次式近似でバックグラウンド処理およびＫα２ピーク除去を行い、Ｐｅａｒｓｏｎ−VII関数を用いてプロファイルフィッティングを行った後、ピークトップ法よりピーク位置を求め、半価幅を導出した。それらの結果は表７に記載した。

【0048】

得られた試料は下記のカッターに取り付けて切削試験４を行った。工具寿命に至るまでの加工距離は表８に示した。
［切削試験４］
被削材：ＳＣＭ４４０、
切削速度：２００ｍ／ｍｉｎ、
送り：０．１ｍｍ／ｔｏｏｔｈ、
切り込み：２．０ｍｍ、
切削幅：５０ｍｍ、
カッター有効径:φ１００ｍｍ、
クーラント：不使用（ドライ加工）、
工具寿命の判定：逃げ面最大摩耗幅が０．２ｍｍに至ったときを工具寿命とした

【0049】

【表8】

【0050】

表８に示すように、被覆層と基材との界面に平行な方向の平均粒径Ｌｘが大きく、被覆層の（２００）面のＸ線回折ピークの半価幅の小さい発明品は、耐摩耗性に優れるので、比較品よりも工具寿命に至るまでの加工距離が長い。

【実施例4】

【0051】

基材として、ＩＳＯ規格ＳＥＫＮ１２０３ＡＧＴＮインサート形状のＰ２０相当超硬合金を用意した。アークイオンプレーティング装置の反応容器内に、表９に示す被覆層の原料となる金属蒸発源を設置し、基材をアークイオンプレーティング装置の反応容器内の試料ホルダーに取り付けて、実施例１と同様な条件でＡｒイオンボンバードメント処理を行った。Ａｒイオンボンバードメント処理後、Ａｒガスを排出して反応容器内の圧力を１×１０^−２Ｐａ以下の真空にした。Ｎ_２ガスを反応容器内に導入して反応容器内を圧力３Ｐａの窒素雰囲気にした。炉内ヒーターで基材温度が７００℃になるまで加熱した後、基材に印加するバイアス電圧を−５０Ｖとし、金属蒸発源の中心の磁束密度を２０ｍＴとし、アーク電流を１５０Ａとする被覆条件で、表９に示すＡ層とＢ層とを交互に被覆して、基材の表面に交互積層構造の下層を形成した。

【0052】

引き続き、炉内ヒーターで試料温度が表９に示す最上層の試料温度になるまで加熱した後、基材に印加するバイアス電圧を−５０Ｖとし、金属蒸発源の中心の磁束密度を表９の最上層の磁束密度とし、アーク電流を１５０Ａとする被覆条件で、下層の表面に、表１０に示す最上層を形成した。最上層を形成した後、試料を冷却し、試料温度が１００℃以下になった後で反応容器内から試料を取り出した。

【0053】

【表9】

【0054】

得られた試料について、金属蒸発源に対向する面の刃先から当該面の中心部に向かって５０μｍの位置で、光学顕微鏡、ＦＥ−ＳＥＭおよびＴＥＭを用いて下層のＡ層とＢ層の組成と平均層厚、下層のＡ層の層厚と下層のＢ層の層厚とを合計した積層周期、積層周期の繰り返し数、最上層の組成と平均層厚、被覆層全体の平均層厚を測定した。なお、下層のＡ層、下層のＢ層、最上層、被覆層全体の各層厚については５箇所測定し、それらを平均して、各層の平均層厚とした。また、下層のＡ層、下層のＢ層、最上層のそれぞれの組成を、ＦＥ−ＳＥＭ付属のＥＤＳ、ＦＥ−ＳＥＭ付属のＷＤＳ、ＴＥＭ付属のＥＤＳ、ＴＥＭ付属のＷＤＳを用いて測定した。それらの結果は表９に記載した。得られた試料について実施例１と同じ測定条件でＸ線回折測定を行い、最上層の結晶系を測定した。なお、得られた試料の最上層はすべて立方晶であった。また、実施例１と同じ測定条件で被覆層と基材との界面に平行な方向の最上層の平均粒径Ｌｘ、被覆層と基材との界面に垂直な方向の最上層の平均粒径Ｌｙ、平均粒径Ｌｘに対する平均粒径Ｌｙの粒径比（Ｌｙ／Ｌｘ）を測定した。それらの結果は表１０に記載した。

【0055】

【表10】

【0056】

得られた試料は下記のカッターに取り付けて切削試験５を行った。工具寿命に至るまでの加工距離は表１１に示した。
［切削試験５］
被削材：ＳＣＭ４４０、
切削速度：２５０ｍ／ｍｉｎ、
送り：０．１ｍｍ／ｔｏｏｔｈ、
切り込み：２．０ｍｍ、
切削幅：５０ｍｍ、
カッター有効径:φ１００ｍｍ、
クーラント：不使用（ドライ加工）、
工具寿命の判定：逃げ面最大摩耗幅が０．２ｍｍに至ったときを工具寿命とした

【0057】

【表11】

【0058】

表１１に示すように、被覆層と基材との界面に平行な方向の平均粒径Ｌｘが大きい発明品は、耐摩耗性に優れるので、比較品よりも工具寿命に至るまでの加工距離が長かった。

【符号の説明】

【0059】

１ 被覆層の結晶粒
２ 被覆層の結晶粒が脱落したところ
３ 被覆層
４ 基材
５ 表面側界面
６ 基材側界面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】