ホーム > 特許ランキング > 三菱マテリアル株式会社
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022142880
(43)【公開日】2022-10-03
(54)【発明の名称】表面被覆切削工具
(51)【国際特許分類】
B23B 27/14 20060101AFI20220926BHJP
C23C 16/36 20060101ALI20220926BHJP
【ＦＩ】
B23B27/14 A
C23C16/36
【審査請求】未請求
【請求項の数】2
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021043130
(22)【出願日】2021-03-17
(71)【出願人】
【識別番号】000006264
【氏名又は名称】三菱マテリアル株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100208568
【弁理士】
【氏名又は名称】木村 孔一
(74)【代理人】
【識別番号】100204526
【弁理士】
【氏名又は名称】山田 靖
(74)【代理人】
【識別番号】100139240
【弁理士】
【氏名又は名称】影山 秀一
(72)【発明者】
【氏名】杉山 醇
(72)【発明者】
【氏名】山口 亮介
【テーマコード（参考）】
3C046
4K030
【Ｆターム（参考）】
3C046FF03
3C046FF10
3C046FF13
3C046FF16
3C046FF22
3C046FF25
3C046FF27
4K030AA03
4K030AA09
4K030AA17
4K030AA18
4K030BA02
4K030BA18
4K030BA35
4K030BA36
4K030BA38
4K030BA41
4K030BA43
4K030BB01
4K030BB12
4K030CA03
4K030FA10
4K030LA22
(57)【要約】 （修正有）
【課題】鋼、鋳鉄の切削で耐溶着性を確保し、優れた耐摩耗性、耐チッピング性を有する被覆工具を提供する。
【解決手段】被覆層は、積層単位層が７層以上にわたって積層された積層体層と前記積層体層の上部の上部層５を有し、前記積層単位層は、前記工具基体側に第１層３とその反対側に第２層４を有し、第１層３は、その組成を組成式：ＴｉＣｘＮ１－ｘで表したとき、０．５０≦ｘ≦０．６０であり、第２層４は、その組成を組成式：ＴｉＣｙＮ１－ｙで表したとき、０．６５≦ｙ≦１．００であり、上部層５の組成は、その組成を組成式：ＴｉＣｚＮ１－ｚで表したとき、０．５０≦ｚ≦０．６０であり、前記積層体層の柱状晶の平均幅が１３０～３００ｎｍであり、第１層３の平均層厚と第２層４の平均層厚の比、（第１層平均層厚）／（第２層平均層厚）は、０．５～３．０であることを特徴とする。
【選択図】図１
【解決手段】被覆層は、積層単位層が７層以上にわたって積層された積層体層と前記積層体層の上部の上部層５を有し、前記積層単位層は、前記工具基体側に第１層３とその反対側に第２層４を有し、第１層３は、その組成を組成式：ＴｉＣｘＮ１－ｘで表したとき、０．５０≦ｘ≦０．６０であり、第２層４は、その組成を組成式：ＴｉＣｙＮ１－ｙで表したとき、０．６５≦ｙ≦１．００であり、上部層５の組成は、その組成を組成式：ＴｉＣｚＮ１－ｚで表したとき、０．５０≦ｚ≦０．６０であり、前記積層体層の柱状晶の平均幅が１３０～３００ｎｍであり、第１層３の平均層厚と第２層４の平均層厚の比、（第１層平均層厚）／（第２層平均層厚）は、０．５～３．０であることを特徴とする。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
工具基体と該工具基体の表面に設けられた被覆層を有する表面被覆切削工具であって、
前記被覆層は、積層単位層が７層以上にわたって積層された積層体層と該積層体層の上部の上部層を有し、
前記積層単位層は、前記工具基体側に第１層とその反対側に第２層を有し、
前記第１層は、その組成を組成式：ＴｉＣｘＮ１－ｘで表したとき、０．５０≦ｘ≦０．６０であり、
前記第２層は、その組成を組成式：ＴｉＣｙＮ１－ｙで表したとき、０．６５≦ｙ≦１．００であり、
前記上部層の組成は、その組成を組成式：ＴｉＣｚＮ１－ｚで表したとき、０．５０≦ｚ≦０．６０であり、
前記積層体層は柱状晶を有し、その平均幅が１３０～３００ｎｍであり、
前記第１層平均層厚と前記第２層平均層厚の比、（第１層平均層厚）／（第２層平均層厚）は、０．５～３．０である、
ことを特徴とする表面被覆切削工具。
前記被覆層は、積層単位層が７層以上にわたって積層された積層体層と該積層体層の上部の上部層を有し、
前記積層単位層は、前記工具基体側に第１層とその反対側に第２層を有し、
前記第１層は、その組成を組成式：ＴｉＣｘＮ１－ｘで表したとき、０．５０≦ｘ≦０．６０であり、
前記第２層は、その組成を組成式：ＴｉＣｙＮ１－ｙで表したとき、０．６５≦ｙ≦１．００であり、
前記上部層の組成は、その組成を組成式：ＴｉＣｚＮ１－ｚで表したとき、０．５０≦ｚ≦０．６０であり、
前記積層体層は柱状晶を有し、その平均幅が１３０～３００ｎｍであり、
前記第１層平均層厚と前記第２層平均層厚の比、（第１層平均層厚）／（第２層平均層厚）は、０．５～３．０である、
ことを特徴とする表面被覆切削工具。
【請求項2】
前記上部層の上部に、ＴｉＮ層、ＴｉＣＮ層、ＴｉＣＮＯ層、Ａｌ２Ｏ３層、ＡｌＴｉＮ層の１層または２層以上を有することを特徴とする請求項１に記載された表面被覆切削工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、表面被覆切削工具（以下、被覆工具ということがある）に関するものである。
【背景技術】
【0002】
切削工具の切削性能の改善を目的として、従来、炭化タングステン（以下、ＷＣで示す）基超硬合金等の工具基体の表面に、被覆層を蒸着法により被覆形成した被覆工具があり、これは、優れた耐摩耗性を発揮することが知られている。
前記従来の被覆層を被覆形成した被覆工具は、耐摩耗性に優れものであるが、さらなる被覆層の改善についての種々の提案がなされている。
前記従来の被覆層を被覆形成した被覆工具は、耐摩耗性に優れものであるが、さらなる被覆層の改善についての種々の提案がなされている。
【0003】
例えば、特許文献１および２には、被覆層が複数個の柱状晶を有する被覆層を含み、前記柱状晶のそれぞれは、ＴｉＣｘＮｚ－ｘ（０．４５≦ｘ＜０．７０、０．８０≦ｚ≦１．２０）の第１単位層と、ＴｉＣｙＮＡ－ｙ（０．７０≦ｙ≦１、０．８０≦Ａ≦１．２０）の第２単位層とが交互に積層された多層構造を有する被覆工具が記載され、この被覆工具は、耐摩耗性、耐チッピング性に優れているとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０１９－１７１５４６号公報
【特許文献2】特開２０１９－１７１５４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明者の検討によれば、特許文献１および２に記載された被覆工具は、耐摩耗性、耐チッピング性に優れている反面、特に、鋼、鋳鉄の切削加工において耐溶着性が不十分であることが判明した。
【0006】
本発明はこのような状況を鑑みてなされたものであって、特に、鋼、鋳鉄の切削加工において耐溶着性を確保した上で、優れた耐摩耗性、耐チッピング性を有する被覆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、特に、鋼、鋳鉄の切削加工において耐溶着性を確保した上で、優れた耐摩耗性、耐チッピング性を有するための手段について、鋭意検討した。その結果、Ｃの含有比率の低いＴｉＣＮ層（第１層）とＣの含有比率の高いＴｉＣＮ層（第２層）を交互に所定数の積層した積層体層の上部に所定の平均層厚のＣの含有率の低いＴｉＣＮ層（上部層）を有する被覆層を有する被覆工具は、前記目的を達成することができるとの知見を得た。ここで、Ｃの含有比率は、第１層と上部層が同じ範囲であり、第２層はこれらより高い。
【0008】
本発明は、この知見に基づくものであって、次のとおりのものである。
「（１）工具基体と該工具基体の表面に設けられた被覆層を有する表面被覆切削工具であって、
前記被覆層は、積層単位層が７層以上にわたって積層された積層体層と該積層体層の上部の上部層を有し、
前記積層単位層は、前記工具基体側に第１層とその反対側に第２層を有し、
前記第１層は、その組成を組成式：ＴｉＣｘＮ１－ｘで表したとき、０．５０≦ｘ≦０．６０であり、
前記第２層は、その組成を組成式：ＴｉＣｙＮ１－ｙで表したとき、０．６５≦ｙ≦１．００であり、
前記上部層の組成は、その組成を組成式：ＴｉＣｚＮ１－ｚで表したとき、０．５０≦ｚ≦０．６０であり、
前記積層体層は柱状晶を有し、その平均幅が１３０～３００ｎｍであり、
前記第１層の平均層厚と前記第２層の平均層厚の比、（第１層平均層厚）／（第２層平均層厚）は、０．５～３．０である、
ことを特徴とする表面被覆切削工具。
（２）前記上部層の上部に、ＴｉＮ層、ＴｉＣＮ層、ＴｉＣＮＯ層、Ａｌ２Ｏ３層、ＡｌＴｉＮ層の１層または２層以上を有することを特徴とする前記（１）に記載された表面被覆切削工具。」
「（１）工具基体と該工具基体の表面に設けられた被覆層を有する表面被覆切削工具であって、
前記被覆層は、積層単位層が７層以上にわたって積層された積層体層と該積層体層の上部の上部層を有し、
前記積層単位層は、前記工具基体側に第１層とその反対側に第２層を有し、
前記第１層は、その組成を組成式：ＴｉＣｘＮ１－ｘで表したとき、０．５０≦ｘ≦０．６０であり、
前記第２層は、その組成を組成式：ＴｉＣｙＮ１－ｙで表したとき、０．６５≦ｙ≦１．００であり、
前記上部層の組成は、その組成を組成式：ＴｉＣｚＮ１－ｚで表したとき、０．５０≦ｚ≦０．６０であり、
前記積層体層は柱状晶を有し、その平均幅が１３０～３００ｎｍであり、
前記第１層の平均層厚と前記第２層の平均層厚の比、（第１層平均層厚）／（第２層平均層厚）は、０．５～３．０である、
ことを特徴とする表面被覆切削工具。
（２）前記上部層の上部に、ＴｉＮ層、ＴｉＣＮ層、ＴｉＣＮＯ層、Ａｌ２Ｏ３層、ＡｌＴｉＮ層の１層または２層以上を有することを特徴とする前記（１）に記載された表面被覆切削工具。」
【発明の効果】
【0009】
本発明の表面被覆切削工具は、特に、鋼、鋳鉄の切削加工において、耐溶着性を確保した上で、優れた耐摩耗性、耐チッピング性を有する。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】本発明の表面被覆切削工具の被覆層の縦断面の実施形態の一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
本明細書および特許請求の範囲において、数値範囲を「Ｍ～Ｎ」（Ｍ、Ｎは共に数値）で表現するときは、その範囲は上限値（Ｎ）および下限値（Ｍ）を含んでおり、上限値（Ｎ）と下限値（Ｍ）の単位は同じである。
また、組成式を用いて組成を表していない化合物の組成は、化学量論的組成に限定されず、従来公知のすべての原子比の組成を含むものである。
また、組成式を用いて組成を表していない化合物の組成は、化学量論的組成に限定されず、従来公知のすべての原子比の組成を含むものである。
【0012】
図１は、本発明の表面被覆切削工具の被覆層の縦断面（工具基体の表面の微小な凹凸を無視して、平坦な面と扱ったときのこの表面に垂直な断面）の実施形態の一例を示す模式図であり、工具基体（１）の表面に、被覆層が、下地層（２）、第１層（３）と第２層（４）を含む積層単位層を積層した積層体層、上部層（５）、最表面層（６）を有している。この実施形態について、以下に詳細に説明する。
【0013】
１．被覆層
（１）積層単位層と積層体層
積層単位層は、工具基体側に第１層、その反対側に第２層を有する。
第１層の組成は、その組成を組成式：ＴｉＣｘＮ１－ｘで表したとき、０．５０≦ｘ≦０．６０が好ましく、
前記第２層は、その組成を組成式：ＴｉＣｙＮ１－ｙで表したとき、０．６５≦ｙ≦１．００が好ましい。
ｘおよびｙを前記範囲とすることが好ましい理由は、組成の違いによる熱膨張係数の差が適切となり、積層単位層を複数積層した積層体層が応力緩和層としての作用を確実に発揮できるためである。
（１）積層単位層と積層体層
積層単位層は、工具基体側に第１層、その反対側に第２層を有する。
第１層の組成は、その組成を組成式：ＴｉＣｘＮ１－ｘで表したとき、０．５０≦ｘ≦０．６０が好ましく、
前記第２層は、その組成を組成式：ＴｉＣｙＮ１－ｙで表したとき、０．６５≦ｙ≦１．００が好ましい。
ｘおよびｙを前記範囲とすることが好ましい理由は、組成の違いによる熱膨張係数の差が適切となり、積層単位層を複数積層した積層体層が応力緩和層としての作用を確実に発揮できるためである。
【0014】
積層体層の平均層厚は４．０～１６．０μｍが好ましい。この範囲にあるとき、積層体層がクラックの伝搬をより確実に抑えることができる。
積層単位層において、第１層と第２層の平均層厚の比、（第１層平均層厚）／（第２層平均層厚）は、０．５～３．０であることが好ましい。この範囲にあると、応力緩和層としての作用が確実に発揮される。
積層単位層において、第１層と第２層の平均層厚の比、（第１層平均層厚）／（第２層平均層厚）は、０．５～３．０であることが好ましい。この範囲にあると、応力緩和層としての作用が確実に発揮される。
【0015】
積層単位層の積層数は、７層以上が好ましい。積層数の上限について制約はないが、後述する製造方法の一例では、製造方法の制約によって、５０層程度が上限となる。
【0016】
積層単位層の第１層および第２層は、共に、微細な柱状晶であることが好ましく、その平均幅は、１３０～３００ｎｍであることが好ましい。平均幅がこの範囲にあると、後述する上部層であるＣの含有比率が低いＴｉＣＮ層も同様に微細な柱状晶とすることができ、耐摩耗性、耐チッピング性が向上する。
【0017】
ここで、平均粒子幅は、次のようにして測定する。
縦断面を型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）で観察し、工具基体の表面から被覆層の層厚方向に４μｍの位置に最低１μｍ以上の基体表面に平行な任意の長さの線分を引き、その線分と交差する粒界の数を計測し、線分の長さを計測した数で割ったものを平均粒子幅とする。４μｍの位置とした理由は、結晶粒は工具表面に向かうほど粒径が大きくなるため、４μｍにおける測定とした。
縦断面を型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）で観察し、工具基体の表面から被覆層の層厚方向に４μｍの位置に最低１μｍ以上の基体表面に平行な任意の長さの線分を引き、その線分と交差する粒界の数を計測し、線分の長さを計測した数で割ったものを平均粒子幅とする。４μｍの位置とした理由は、結晶粒は工具表面に向かうほど粒径が大きくなるため、４μｍにおける測定とした。
【0018】
ここで、各層の組成の測定方法に関しては、透過型電子顕微鏡（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＴＥＭ）、エネルギー分散型Ｘ線分析（Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ－ｒａｙ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ＥＤＳ）を用 いた断面測定により測定し、これら測定値を平均して求める。
【0019】
なお、層厚方向の長さの起点となる工具基体の表面とは、工具基体にほぼ垂直な縦断面（ほぼ層厚方向）の観察像における、工具基体と被覆層（後述する下地層があれば下地層である）の界面粗さの基準線とする。すなわち、工具基体がインサートのような平面の表面を有するときは、前記縦断面においてＥＤＳを用いた元素マッピングを実施し、得られた元素マップに対して公知の画像処理を行うことで被覆層と工具基体との界面を定め、こうして得られた被覆層と工具基体との界面の粗さ曲線について、平均線を算術的に求め、これを工具基体の表面とする。そして、この平均線に対して、垂直な方向を工具基体に垂直な方向（層厚方向）とする。
【0020】
また、工具基体がドリルのように曲面の表面を有する場合であっても、被覆層の層厚に対して工具径が十分に大きければ、測定領域における被覆層と工具基体との間の界面は略平面となることから、同様の手法により工具基体の表面を決定することができる。すなわち、例えばドリルであれば、軸方向に垂直な断面の被覆層の縦断面においてＥＤＳを用いた元素マッピングを実施し、得られた元素マップに対して公知の画像処理を行うことで被覆層と工具基体の界面を定め、こうして得られた被覆層と工具基体との界面の粗さ曲線について、平均線を算術的に求め、これを工具基体の表面とする。そして、この平均線に対して、垂直な方向を工具基体に垂直な方向（層厚方向）とする。
【0021】
（２）上部層
上部層は、ＴｉＣＮ層であり、その組成を組成式：ＴｉＣｚＮ１－ｚで表したとき、０．５０≦ｚ≦０．６０であることが好ましい。ｚがこの範囲にあると、下部の積層体層の柱状晶を引き継いだまま、被削材との親和性が下がり、溶着を抑制することができる。
また、上部層の平均層厚は、３．０～１６．０μｍが好ましい。その理由は、積層体層と上部層の平均層厚の和が７．０～２０．０μｍであるとき、長期にわたって、耐摩耗性を発揮することができるためである。
上部層は、ＴｉＣＮ層であり、その組成を組成式：ＴｉＣｚＮ１－ｚで表したとき、０．５０≦ｚ≦０．６０であることが好ましい。ｚがこの範囲にあると、下部の積層体層の柱状晶を引き継いだまま、被削材との親和性が下がり、溶着を抑制することができる。
また、上部層の平均層厚は、３．０～１６．０μｍが好ましい。その理由は、積層体層と上部層の平均層厚の和が７．０～２０．０μｍであるとき、長期にわたって、耐摩耗性を発揮することができるためである。
【0022】
（３）その他の層
本発明の被覆層は、積層体層と上部層のみでも前述の発明の目的を達成することができるが、これらの層以外の他の層を含むことができる。このような他の層として、最表面層、中間層および下地層を挙げることができる。
本発明の被覆層は、積層体層と上部層のみでも前述の発明の目的を達成することができるが、これらの層以外の他の層を含むことができる。このような他の層として、最表面層、中間層および下地層を挙げることができる。
【0023】
（３－１）最表面層
上部層の上に最表面層として、ＴｉＮ層、ＴｉＣＮ層、ＴｉＣＮＯ層、Ａｌ２Ｏ３層、ＡｌＴｉＮ層のうちの１層または２層以上からなり、０．１～２０．０μｍの合計平均層厚を有する化合物層含む層が１．０～２５．０μｍの合計平均層厚で設けられた場合には、これらの層が奏する効果と相俟って、より一層優れた耐摩耗性、耐チッピング性を発揮することができる。ここで、最表面層の合計平均層厚が１．０μｍ未満では最表面層の効果が十分に奏されず、一方、２５．０μｍを超えると最表面層の結晶粒が粗大化しやすくなり、チッピングを発生しやすくなる。
上部層の上に最表面層として、ＴｉＮ層、ＴｉＣＮ層、ＴｉＣＮＯ層、Ａｌ２Ｏ３層、ＡｌＴｉＮ層のうちの１層または２層以上からなり、０．１～２０．０μｍの合計平均層厚を有する化合物層含む層が１．０～２５．０μｍの合計平均層厚で設けられた場合には、これらの層が奏する効果と相俟って、より一層優れた耐摩耗性、耐チッピング性を発揮することができる。ここで、最表面層の合計平均層厚が１．０μｍ未満では最表面層の効果が十分に奏されず、一方、２５．０μｍを超えると最表面層の結晶粒が粗大化しやすくなり、チッピングを発生しやすくなる。
【0024】
（３－２）中間層
中間層は、積層体層と上部層との間に両層の密着性を向上させるために、該両層の間に設ける。中間層は、ＴｉＣＮＯ層が好ましく、その平均層厚は０．３～３．０μｍであることが好ましい。平均層厚がこの範囲にあると、両層の密着性がより一層向上する。
中間層は、積層体層と上部層との間に両層の密着性を向上させるために、該両層の間に設ける。中間層は、ＴｉＣＮＯ層が好ましく、その平均層厚は０．３～３．０μｍであることが好ましい。平均層厚がこの範囲にあると、両層の密着性がより一層向上する。
【0025】
（３－３）下地層
下地層は、工具基体と積層体層との間に両層の密着性を向上させるために、両者の間に設ける。下地層は、ＴｉＣ層、ＴｉＮ層、ＴｉＣＮ層、ＴｉＣＮＯ層のＴｉ化合物層であって、その平均層厚は、０．１～２０．０μｍであることが好ましい。平均層厚がこの範囲にあると、両者の密着性がより一層向上する。
下地層は、工具基体と積層体層との間に両層の密着性を向上させるために、両者の間に設ける。下地層は、ＴｉＣ層、ＴｉＮ層、ＴｉＣＮ層、ＴｉＣＮＯ層のＴｉ化合物層であって、その平均層厚は、０．１～２０．０μｍであることが好ましい。平均層厚がこの範囲にあると、両者の密着性がより一層向上する。
【0026】
（４）平均層厚の測定
被覆層を構成する各層の平均層厚は、例えば、集束イオンビーム装置（ＦＩＢ：Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ ｓｙｓｔｅｍ）、クロスセクションポリッシャー装置（ＣＰ：Ｃｒｏｓｓ ｓｅｃｔｉｏｎ Ｐｏｌｉｓｈｅｒ）等を用いて、被覆層を任意の位置の縦断面で切断して観察用の試料を作製し、その縦断面をＳＥＭまたは透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）、走査型透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）、あるいはＳＥＭまたはＴＥＭ付帯のエネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ：Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ－ｒａｙ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）装置を用いて複数箇所（例えば、５箇所）で観察して、各層を特定し、層厚を測定して平均することにより得ることができる。
被覆層を構成する各層の平均層厚は、例えば、集束イオンビーム装置（ＦＩＢ：Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ ｓｙｓｔｅｍ）、クロスセクションポリッシャー装置（ＣＰ：Ｃｒｏｓｓ ｓｅｃｔｉｏｎ Ｐｏｌｉｓｈｅｒ）等を用いて、被覆層を任意の位置の縦断面で切断して観察用の試料を作製し、その縦断面をＳＥＭまたは透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）、走査型透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）、あるいはＳＥＭまたはＴＥＭ付帯のエネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ：Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ－ｒａｙ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）装置を用いて複数箇所（例えば、５箇所）で観察して、各層を特定し、層厚を測定して平均することにより得ることができる。
【0027】
２．工具基体
工具基体は、この種の工具基体として従来公知の基材であれば、本発明の目的を達成することを阻害するものでない限り、いずれのものも使用可能である。例を挙げるならば、超硬合金（ＷＣ基超硬合金、ＷＣの他、Ｃｏを含み、さらに、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ等の炭窒化物を添加したものも含むもの等）、サーメット（ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ等を主成分とするもの等）、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）、ｃＢＮ焼結体であり、これらのいずれかであることが好ましい。
工具基体は、この種の工具基体として従来公知の基材であれば、本発明の目的を達成することを阻害するものでない限り、いずれのものも使用可能である。例を挙げるならば、超硬合金（ＷＣ基超硬合金、ＷＣの他、Ｃｏを含み、さらに、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ等の炭窒化物を添加したものも含むもの等）、サーメット（ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ等を主成分とするもの等）、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）、ｃＢＮ焼結体であり、これらのいずれかであることが好ましい。
【0028】
３．製造方法
本発明の被覆層は、例えば、以下の方法によって製造することができる。
本発明の被覆層は、例えば、以下の方法によって製造することができる。
【0029】
（１）積層単位層
以下の％は、体積％（容量％）である。
（１－１）第１層
ＴｉＣｌ４：１．０～３．０％、 ＣＨ３ＣＮ：０．５～２．０％、 Ｎ２：２．０～３０．０％、 Ｈ２：残
温度：８５０～９５０℃
圧力：５．０～１０．０ｋＰａ
以下の％は、体積％（容量％）である。
（１－１）第１層
ＴｉＣｌ４：１．０～３．０％、 ＣＨ３ＣＮ：０．５～２．０％、 Ｎ２：２．０～３０．０％、 Ｈ２：残
温度：８５０～９５０℃
圧力：５．０～１０．０ｋＰａ
【0030】
（１－２）第２層
ＴｉＣｌ４：１．０～３．０％、 ＣＨ３ＣＮ：０．１０～０．７０％、 Ｃ２Ｈ４：１．１～３．０％、 Ｎ２：０．０～４０．０％、 Ｈ２：残
温度：８５０～９５０℃
圧力：５．０～１０．０ｋＰａ
ＴｉＣｌ４：１．０～３．０％、 ＣＨ３ＣＮ：０．１０～０．７０％、 Ｃ２Ｈ４：１．１～３．０％、 Ｎ２：０．０～４０．０％、 Ｈ２：残
温度：８５０～９５０℃
圧力：５．０～１０．０ｋＰａ
【0031】
（２）上部層
ＴｉＣｌ４：１．０～３．０％、 ＣＨ３ＣＮ：０．５～２．０％、 Ｎ２：２．０～３０．０％、 Ｈ２：残
温度：８５０～９５０℃
圧力：５．０～１０．０ｋＰａ
ＴｉＣｌ４：１．０～３．０％、 ＣＨ３ＣＮ：０．５～２．０％、 Ｎ２：２．０～３０．０％、 Ｈ２：残
温度：８５０～９５０℃
圧力：５．０～１０．０ｋＰａ
【実施例0032】
次に、実施例について説明する。
ここでは、本発明の被覆工具の具体例として、工具基体としてＷＣ基超硬合金を用いたインサート切削工具に適用したものについて述べるが、工具基体は前述のとおりＷＣ基超硬合金に限定されることはなく、また、被覆工具としてドリル、エンドミル等に適用した場合も同様である。
ここでは、本発明の被覆工具の具体例として、工具基体としてＷＣ基超硬合金を用いたインサート切削工具に適用したものについて述べるが、工具基体は前述のとおりＷＣ基超硬合金に限定されることはなく、また、被覆工具としてドリル、エンドミル等に適用した場合も同様である。
【0033】
まず、原料粉末として、Ｃｏ粉末、ＴｉＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、Ｃｒ３Ｃ２粉末、および、ＷＣ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ボールミルで７２時間湿式混合し、減圧乾燥した後、１００ＭＰａの圧力でプレス成形し、これらの圧粉成形体を焼結し、所定寸法となるように加工して、ＩＳＯ規格ＣＮＭＡ１２０４１２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を作製した。
【0034】
次に、この工具基体Ａ～Ｃ上に、表２に示す条件により、表４に示す本発明被覆工具１～１０を得た。なお、下地層、中間層、および、最表面層は、表３に示す条件により成膜した。最表面層の層種類の欄に２種の層記載されているものは、左側の層が上部層側であり、また、それぞれに対応する平均層厚を記載している。
【0035】
また、比較のために、これら工具基体Ａ～Ｃの表面に、表２に示す成膜条件で被覆層を形成し、表４に示される比較例被覆工具１～１０を得た。なお、最外層は、表３に示す条件により成膜した。
【0036】
【表1】
【0037】
【表2】
【0038】
【表3】
【0039】
【表4】
【0040】
続いて、本発明被覆工具１～１０、比較被覆工具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クランプした状態で、以下に示す、湿式切削試験１および２を実施し、切刃の逃げ面摩耗を測定した。それぞれの切削試験の結果を表５、６に記載した。
【0041】
切削試験１：湿式連続外径切削加工
被削材：ＦＣＤ７００ 外径φ３００ｍｍの丸棒
切削速度：３００ｍ／ｍｉｎ
切り込み：２．５ ｍｍ
送り量：０．２５ ｍｍ／ｒｅｖ
切削時間：１０分
被削材：ＦＣＤ７００ 外径φ３００ｍｍの丸棒
切削速度：３００ｍ／ｍｉｎ
切り込み：２．５ ｍｍ
送り量：０．２５ ｍｍ／ｒｅｖ
切削時間：１０分
【0042】
切削試験２：湿式断続切削加工
被削材：ＦＣＤ７００ 外径φ３００ｍｍの丸棒の４スリット入り端面
切削速度：２５０ｍ／ｍｉｎ
切り込み：２．０ ｍｍ
送り量：０．２ ｍｍ／ｒｅｖ
切削時間：１０分
被削材：ＦＣＤ７００ 外径φ３００ｍｍの丸棒の４スリット入り端面
切削速度：２５０ｍ／ｍｉｎ
切り込み：２．０ ｍｍ
送り量：０．２ ｍｍ／ｒｅｖ
切削時間：１０分
【0043】
【表5】
【0044】
【表6】
【0045】
表５、表６に示される結果から、本発明被覆工具１～１０は、いずれも被覆層の耐溶着性が確保された上で、優れた耐摩耗性、耐チッピング性を有しているため、鋼や鋳鉄の切削加工に用いた場合であってもチッピングの発生がなく、長期にわたって優れた耐摩耗性を発揮する。これに対して、本発明の被覆工具に規定される事項を一つでも満足していない比較被覆工具１～１０は、鋼や鋳鉄の切削加工に用いた場合にチッピングが発生し、短時間で使用寿命に至っている。
【産業上の利用可能性】
【0046】
前述のように、本発明の被覆工具は、長期にわたって、溶着性が確保された上で、優れた耐摩耗性、耐摩耗性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ルギー化、さらには低コスト化に十分に満足できる対応が可能である。
【符号の説明】
【0047】
１ 工具基体
２ 下地層
３ 第１層
４ 第２層
５ 上部層
６ 最表面層
２ 下地層
３ 第１層
４ 第２層
５ 上部層
６ 最表面層
【図1】