(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】
(24)【登録日】2022-05-10
(45)【発行日】2022-05-18
(54)【発明の名称】被覆切削工具
(51)【国際特許分類】
B23B 27/14 20060101AFI20220511BHJP
B23C 5/16 20060101ALI20220511BHJP
B23B 51/00 20060101ALI20220511BHJP
C23C 14/06 20060101ALI20220511BHJP
【ＦＩ】
B23B27/14 A
B23C5/16
B23B51/00 J
C23C14/06 A
C23C14/06 P
【請求項の数】
4
(21)【出願番号】P 2018071798
(22)【出願日】2018-04-03
(65)【公開番号】P2019181586
(43)【公開日】2019-10-24
【審査請求日】2021-01-18
(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】片桐 隆雄
(72)【発明者】
【氏名】西澤 普賢
【審査官】中川 康文
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１８／００８５５４（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２００９－２８９３１２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００５－２７１１３３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１１－１２５９８４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－０３９０８１（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２００４／０１１５４８４（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２００７－２５４７８５（ＪＰ，Ａ）
【文献】再公表特許第２０１６／１５８７１７（ＪＰ，Ａ１）
【文献】再公表特許第２０１７／１５４７７４（ＪＰ，Ａ１）
【文献】再公表特許第２０１７／１７０６０３（ＪＰ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２３Ｂ ２７／００－２９／３４
Ｂ２３Ｂ ５１／００－５１／１４
Ｂ２３Ｃ １／００－９／００
Ｂ２３Ｐ ５／００－１７／０６
Ｃ２３Ｃ １４／００－１４／５８
Ｃ２３Ｃ １６／００－１６／５６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
基材と、前記基材の上に形成された被覆層とを含む被覆切削工具であって、前記被覆層が、下部層と、前記下部層の上に形成された上部層とを含み、
前記下部層が、０．２μｍ以上５．０μｍ以下の平均厚さを有し、下記式（１）：
（Ｔｉ１－ｘＡｌｘ）Ｎ （１）
（式中、ｘは、Ｔｉ元素とＡｌ元素との合計に対するＡｌ元素の原子比を示し、０．３≦ｘ≦０．７を満足する。）
で表される組成を有する複合化合物層からなり、
前記上部層が、１．５μｍ以上６．０μｍ以下の平均厚さを有するＡｌＮ層からなり、
前記上部層の、Ｘ線回折法による六方晶（１００）面の回折ピーク強度Ｉｈ（１００）に対する六方晶（００２）面の回折ピーク強度Ｉｈ（００２）の比［Ｉｈ（００２）／Ｉｈ（１００）］が、５．０以上であり、
前記上部層の、Ｘ線回折法による六方晶（１００）面の回折ピーク強度Ｉ ｈ （１００）に対する立方晶（１１１）面の回折ピーク強度Ｉ ｃ （１１１）の比［Ｉ ｃ （１１１）／Ｉ ｈ （１００）］が、０．５以上５．０以下である、被覆切削工具。
【請求項2】
前記上部層を構成する粒子の平均粒径が、０．１μｍ以上１．０μｍ以下である、請求項１に記載の被覆切削工具。
【請求項3】
前記被覆層全体の平均厚さは、２．０μｍ以上７．０μｍ以下である、請求項１または２に記載の被覆切削工具。
【請求項4】
前記基材が、超硬合金、サーメット、セラミックスおよび立方晶窒化硼素焼結体から選択されるいずれか１つである、請求項１～３のいずれか１項に記載の被覆切削工具。
【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。
【背景技術】
【0002】
従来から、鋼などの切削加工には、超硬合金およびｃＢＮ焼結体などの材料を用いた切削工具が広く用いられている。中でも超硬合金基材の表面にＴｉＮ層、ＴｉＡｌＮ層、およびＡｌＮ層などの硬質被覆膜層を１層または２層以上含む表面被覆切削工具は、汎用性の高さから様々な加工に使用されている。
【0003】
硬質被覆膜層の中で、ＡｌＮ層は、熱伝導率が高いことから、放熱性に優れる。また、ＡｌＮ層は、切削で高温になったときに、アルミナとなることにより、耐熱性を向上させるとともに、耐溶着性も向上させることができる。
【0004】
例えば、特許文献１では、基材の表面に、耐摩耗層として、（Ｔｉ，Ａｌ）、（Ｔｉ，Ａｌ，Ｓｉ）、または（Ｔｉ，Ｓｉ）のいずれかの窒化物、炭窒化物、窒酸化物または炭窒酸化物からなり、最表層として、Ａｌの窒化物、炭窒化物、窒酸化物または炭窒酸化物からなって六方晶の結晶構造を持つ被覆切削工具が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開２００５－２７１１３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
加工能率を上げるために、従来よりも切削条件が厳しくなる傾向の中で、これまでより工具寿命を延長することが求められている。特に高速加工においては、切削加工時の発熱によって切れ刃における被覆層が分解および酸化する場合がある。さらに、被削材が被覆切削工具に溶着することを起因とした被覆層の剥離が生じる。ＡｌＮ層は被覆層として有効であるものの、硬さが低く、耐摩耗性が不十分である。したがって、例えば、特許文献１の被覆切削工具のようなＡｌＮ層を被覆層とする被覆切削工具は、耐摩耗性に劣るため、工具寿命を長くできないという問題がある。
【0007】
本発明は、上述の問題を解決するためになされたものである。すなわち、本発明は、耐摩耗性および耐溶着性に優れる被覆切削工具を提供することを目的とする。また、本発明は、長期間にわたって加工できる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】
【0008】
本発明者らは、被覆切削工具の工具寿命の延長について研究を重ねた。本発明者らは、以下の構成によって、被覆切削工具の耐摩耗性および耐溶着性を向上させることができることを見出した。その結果、被覆切削工具の工具寿命を延長することができた。
【0009】
すなわち、本発明の要旨は以下の通りである。
【0010】
（１）基材と、該基材の上に形成された被覆層とを含む被覆切削工具であって、
前記被覆層が、下部層と、該下部層の上に形成された上部層とを含み、
前記下部層が、０．２μｍ以上５．０μｍ以下の平均厚さを有し、下記式（１）：
（Ｔｉ１－ｘＡｌｘ）Ｎ （１）
（式中、ｘは、Ｔｉ元素とＡｌ元素との合計に対するＡｌ元素の原子比を示し、０．３≦ｘ≦０．７を満足する。）
で表される組成を有する複合化合物層からなり、
前記上部層が、１．５μｍ以上６．０μｍ以下の平均厚さを有するＡｌＮ層からなり、
前記上部層の、Ｘ線回折法による六方晶（１００）面の回折ピーク強度Ｉｈ（１００）に対する六方晶（００２）面の回折ピーク強度Ｉｈ（００２）の比［Ｉｈ（００２）／Ｉｈ（１００）］が、５．０以上である、被覆切削工具。
前記被覆層が、下部層と、該下部層の上に形成された上部層とを含み、
前記下部層が、０．２μｍ以上５．０μｍ以下の平均厚さを有し、下記式（１）：
（Ｔｉ１－ｘＡｌｘ）Ｎ （１）
（式中、ｘは、Ｔｉ元素とＡｌ元素との合計に対するＡｌ元素の原子比を示し、０．３≦ｘ≦０．７を満足する。）
で表される組成を有する複合化合物層からなり、
前記上部層が、１．５μｍ以上６．０μｍ以下の平均厚さを有するＡｌＮ層からなり、
前記上部層の、Ｘ線回折法による六方晶（１００）面の回折ピーク強度Ｉｈ（１００）に対する六方晶（００２）面の回折ピーク強度Ｉｈ（００２）の比［Ｉｈ（００２）／Ｉｈ（１００）］が、５．０以上である、被覆切削工具。
【0011】
（２）前記上部層の、Ｘ線回折法による六方晶（１００）面の回折ピーク強度Ｉｈ（１００）に対する立方晶（１１１）面の回折ピーク強度Ｉｃ（１１１）の比［Ｉｃ（１１１）／Ｉｈ（１００）］が、０．５以上５．０以下である、（１）の被覆切削工具。
【0012】
（３）前記上部層を構成する粒子の平均粒径が、０．１μｍ以上１．０μｍ以下である、（１）または（２）の被覆切削工具。
【0013】
（４）前記被覆層全体の平均厚さは、２．０μｍ以上７．０μｍ以下である（１）～（３）のいずれかの被覆切削工具。
【0014】
（５）前記基材が、超硬合金、サーメット、セラミックスまたは立方晶窒化硼素焼結体のいずれかである（１）～（４）のいずれかの被覆切削工具。
【発明の効果】
【0015】
本発明によれば、耐摩耗性および耐溶着性に優れる被覆切削工具を提供することができる。また、本発明によれば、長期間にわたって加工できる被覆切削工具を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】本発明の被覆切削工具の断面組織の模式図の一例である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
本発明の被覆切削工具は、基材と、基材の上に形成された被覆層とを備える。被覆層は、下部層と、下部層の上に形成された上部層とを含む。上部層は、ＡｌＮ層からなる。本発明の被覆切削工具は、上部層（ＡｌＮ層）の配向性を制御させたことにより、従来の被覆切削工具よりも耐摩耗性および耐溶着性に優れる。本発明の被覆切削工具は、耐摩耗性および耐溶着性に優れるため、長期間にわたって加工に用いることができる。
【0018】
本発明の被覆切削工具は、基材を含む。
【0019】
本発明における基材は、特に限定はされないが、被覆切削工具の基材として用いられるものを用いることができる。具体的には、本発明における基材としては、例えば、超硬合金、サーメット、セラミックスおよび立方晶窒化硼素焼結体から選択されるいずれか１つを用いることができる。これらの中では、被覆切削工具の基材として、超硬合金、サーメット、セラミックスおよび立方晶窒化硼素焼結体から選択されるいずれか１つを用いることが好ましい。超硬合金、サーメット、セラミックスおよび立方晶窒化硼素焼結体は、耐摩耗性および耐欠損性に優れるからである。
【0020】
本発明の被覆切削工具の被覆層は、基材の表面に形成された下部層を含む。
【0021】
本発明の被覆切削工具の下部層は、下記式（１）で表される組成を有する複合化合物層からなる。
（Ｔｉ１－ｘＡｌｘ）Ｎ 式（１）
（式中、ｘは、Ｔｉ元素とＡｌ元素との合計に対するＡｌ元素の原子比を示し、ｘは、０．３≦ｘ≦０．７を満足する。）
（Ｔｉ１－ｘＡｌｘ）Ｎ 式（１）
（式中、ｘは、Ｔｉ元素とＡｌ元素との合計に対するＡｌ元素の原子比を示し、ｘは、０．３≦ｘ≦０．７を満足する。）
【0022】
なお、本明細書において、ＭおよびＬを任意の金属元素として、窒化物を（ＭａＬｂ）Ｎと表記する場合は、金属元素全体に対するＭ元素の原子比がａ、Ｌ元素の原子比がｂであることを意味する。例えば、（Ｔｉ０．３３Ａｌ０．６７）Ｎは、金属元素全体に対するＴｉ元素の原子比が０．３３であり、金属元素全体に対するＡｌ元素の原子比が０．６７であることを意味する。すなわち、（Ｔｉ０．３３Ａｌ０．６７）Ｎは、金属元素全体に対するＴｉ元素の量が３３原子％であり、金属元素全体に対するＡｌ元素の量が６７原子％であることを意味する。
【0023】
本発明の被覆切削工具では、後述する上部層のＡｌＮ層をｃ軸に配向させるために、下部層が、上述の式（１）で示す（Ｔｉ１－ｘＡｌｘ）Ｎであることが必要である。下部層において、Ａｌ含有量を３０原子％以上（ｘ≧０．３）とすることで、基材との密着性に優れ、被覆切削工具の耐欠損性を向上させることができる。また、下部層において、Ａｌ含有量を７０原子％以下（ｘ≦０．３）にすることで、下部層での六方晶の形成を抑制し、被覆層の硬度の低下を抑制することができる。この結果、耐摩耗性に優れる被覆切削工具を得ることができる。
【0024】
本発明の被覆切削工具の下部層は、０．２μｍ以上５．０μｍ以下、好ましくは０．２μｍ以上２．０μｍ以下の平均厚さを有する。平均厚さの測定方法については後述する。
【0025】
下部層の平均厚さが０．２μｍ以下の場合には、後述する上部層のＡｌＮ層をｃ軸に配向させることが困難になるため、被覆切削工具の耐摩耗性および耐溶着性が低下する。また、下部層の平均厚さが５．０μｍ以上の場合には、剥離しやすくなるため、被覆切削工具の耐欠損性が低下する。
【0026】
本発明の被覆切削工具の被覆層は、下部層の上（基材とは反対側）に形成された上部層を含む。
【0027】
本発明の被覆切削工具の上部層は、１．５μｍ以上６．０μｍ以下、好ましくは１．８μｍ以上５．８μｍ以下の平均厚さを有するＡｌＮ層からなる。なお、「ＡｌＮ層」とは、不可避的に混入する不純物を除き、ＡｌおよびＮのみを材料とする層である。
【0028】
本発明の被覆切削工具の上部層の、Ｘ線回折法による六方晶（１００）面の回折ピーク強度Ｉｈ（１００）に対する六方晶（００２）面の回折ピーク強度Ｉｈ（００２）の比［Ｉｈ（００２）／Ｉｈ（１００）］（以下、単に「回折ピーク強度の比［Ｉｈ（００２）／Ｉｈ（１００）］」という場合がある。）は、５．０以上、好ましくは５.２以上、より好ましくは１２．０以上である。
【0029】
本発明の被覆切削工具では、上部層のＡｌＮ層において、回折ピーク強度の比［Ｉｈ（００２）／Ｉｈ（１００）］が５．０以上、好ましくは５.２以上、より好ましくは１２．０以上である場合には、ｃ軸に配向した結晶の存在割合が多いことになる。その結果、耐摩耗性および耐溶着性に優れる被覆層を有する被覆切削工具を得ることができる。
【0030】
ＡｌＮ層においてｃ軸に配向した結晶の存在割合が多い場合に、耐摩耗性および耐溶着性に優れることの理由として、次の推論が考えられる。すなわち、六方晶のＡｌＮ層ではすべり方向がａｂ面内である。そのため、ＡｌＮ層をｃ軸に配向させることにより、ＡｌＮ層が歪みにくくなり、硬さが向上すると考えられる。この結果、得られる被覆層は、耐摩耗性に優れると考えられる。また、ＡｌＮ層をｃ軸に配向させたことにより、最表面が稠密面になるため、Ａｌと被削材との化学反応性が低くなる（親和性が低下する）ので、耐溶着性に優れると考えられる。しかしながら、本発明は、この推論に拘束されるものではない。
【0031】
本発明の被覆切削工具は、上部層の、Ｘ線回折法による六方晶（１００）面の回折ピーク強度Ｉｈ（１００）に対する立方晶（１１１）面の回折ピーク強度Ｉｃ（１１１）の比［Ｉｃ（１１１）／Ｉｈ（１００）］（以下、単に「回折ピーク強度の比［Ｉｃ（１１１）／Ｉｈ（１００）］」という場合がある。）が、０．５以上５．０以下であることが好ましく、０．７以上４．５以下であることが好ましい。
【0032】
上部層（ＡｌＮ層）の回折ピーク強度の比［Ｉｃ（１１１）／Ｉｈ（１００）］が、所定の範囲であることは、上部層には、六方晶のＡｌＮと共に、立方晶のＡｌＮが含まれていることを意味する。本発明の被覆切削工具のＡｌＮ層（上部層）が、六方晶のＡｌＮに加えて、立方晶のＡｌＮを含むことにより、さらに硬度が向上し、耐摩耗性に優れる被覆切削工具を得ることができる。
【0033】
なお、ＡｌＮ層の回折ピーク強度の比［Ｉｃ（１１１）／Ｉｈ（１００）］が０．５以上であると、立方晶を含有することで、硬度が高くなることにより、耐摩耗性に優れる。一方、ＡｌＮ層の六方晶に対する立方晶の回折ピーク強度の比が５．０を超えて大きくするは、製造技術上、困難である。したがって、製造技術上の点から、ＡｌＮ層の六方晶に対する立方晶の回折ピーク強度の比の上限を５．０とすることができる。
【0034】
本発明の被覆切削工具の上部層は、１．５μｍ以上６．０μｍ以下、好ましくは１．８μｍ以上５．８μｍ以下の平均厚さを有する。
【0035】
上部層の平均厚さが１．５μｍ以下の場合には、後述する上部層のＡｌＮ層をｃ軸に配向させることが困難になるため、被覆切削工具の耐摩耗性および耐溶着性が低下する。また、下部層の平均厚さが６．０μｍ以上の場合には、剥離しやすくなるため、被覆切削工具の耐欠損性が低下する。
【0036】
本発明の被覆切削工具は、上部層を構成する粒子の平均粒径が、０．１μｍ以上１．０μｍ以下であることが好ましく、０．２μｍ以上０．９５μｍ以下であることがより好ましい。
【0037】
本発明の被覆切削工具では、上部層を構成する粒子の平均粒径が、０．１μｍ以上である場合には、切削加工中に粒子が脱落するのを抑制することができる。そのため、上部層を構成する粒子の平均粒径が、０．１μｍ以上であることにより、耐摩耗性を向上させることができる。一方、上部層を構成する粒子の平均粒径が、１．０μｍ以下である場合には、基材に向かって加工中に発生した亀裂が基材に向かって進展するのを抑制できるため、耐欠損性を向上することができる。
【0038】
本発明の被覆切削工具における被覆層（下部層および上部層）全体の平均厚さは、２．０μｍ以上７．０μｍ以下であることが好ましく、３．０μｍ以上６．８μｍ以下であることが好ましい。被覆層の平均厚さが２．０μｍ未満であると、被覆切削工具の耐摩耗性が低下する傾向がある。被覆層の平均厚さが７．０μｍを超えると、被覆切削工具の耐欠損性が低下する傾向がある。
【0039】
本発明の被覆切削工具における被覆層の製造方法は、当該被覆切削工具の構成を達成し得る限り、特に限定されるものではない。例えば、被覆層は、イオンプレーティング法、アークイオンプレーティング法、スパッタ法、およびイオンミキシング法などから選択される物理蒸着法によって製造することができる。特に、アークイオンプレーティング法によって形成された被覆層は、基材との密着性が高い。したがって、被覆層の製造は、アークイオンプレーティング法により行うことが好ましい。
【0040】
本発明の被覆切削工具の製造方法について、アークイオンプレーティング法により行う例を用いて説明する。
【0041】
まず、工具形状に加工した基材を、物理蒸着装置の反応容器内に入れる。次に、反応容器内を、圧力１×１０－２Ｐａ以下になるまで真空引きする。真空引きした後、反応容器内のヒーターで、基材を２００℃～８００℃に加熱する。加熱後、反応容器内に、Ａｒガスを導入して、圧力を０．５Ｐａ～５．０Ｐａとする。圧力０．５Ｐａ～５．０ＰａのＡｒガス雰囲気にて、基材に－２００Ｖ～－１０００Ｖのバイアス電圧を印加する。反応容器内のタングステンフィラメントに、５Ａ～２０Ａの電流を流す。この結果、基材の表面を、Ａｒガスによるイオンボンバードメント処理することができる。基材の表面をイオンボンバードメント処理した後、反応容器内を、圧力１×１０－２Ｐａ以下になるまで真空引きする。
【0042】
次に、基材の表面に、下部層として、（Ｔｉ１－ｘＡｌｘ）Ｎで表される組成を有する複合化合物層を形成する。具体的には、まず、イオンボンバードメント処理および真空引きの後、窒素ガスなどの反応ガスを反応容器内に導入する。反応容器内の圧力を、０．５Ｐａ～５．０Ｐａにして、基材に－１０Ｖ～－１５０Ｖのバイアス電圧を印加する。下部層の金属成分に応じた金属蒸発源（ＴｉＡｌ蒸発源）をアーク放電により蒸発させることによって、基材の表面に（Ｔｉ１－ｘＡｌｘ）Ｎの下部層を形成することができる。なお、アーク放電の際のアーク電流は１００Ａ～２００Ａであることが好ましい。また、下部層を形成する際の基材の温度は、２００℃～６００℃であることが好ましい。
【0043】
下部層の形成後、上部層（ＡｌＮ層）を形成する。具体的には、イオンボンバードメント処理後、または下部層を形成した後、反応容器内を真空引きするとともに、基材の温度を３５０℃～４５０℃（成膜温度）に加熱する。その後、窒素ガスを、反応容器内に導入する。これにより、反応容器内の圧力を、２．０Ｐａ～５．０Ｐａにして、基材に－６０Ｖ～－４０Ｖのバイアス電圧を印加する。アーク電流１００Ａ～１５０Ａのアーク放電によりＡｌからなる金属蒸発源を蒸発させることによって、下部層の表面に上部層を形成することができる。
【0044】
上部層の形成の際に、成膜温度が低いほど、Ｉｈ（００２）が大となる傾向がある。また、基材に印加するバイアス電圧が高いほど、Ｉｈ（００２）が大となる傾向がある。さらに、アーク放電の電流が低いほど、Ｉｈ（００２）が大となる傾向がある。これらの条件を調整することにより、回折ピーク強度の比［Ｉｈ（００２）／Ｉｈ（１００）］を所定の範囲にすることができる。
【0045】
上部層の成膜開始時の温度が低いほど、上部層の平均粒径が大きくなる傾向がある。したがって、所定の平均粒径の範囲に粒径を制御するために、上述の成膜温度の範囲で上部層の成膜を開始することが好ましい。
【0046】
アーク放電による上部層の形成の際に、成膜開始時の温度をピーク温度として、基材の温度を低下（冷却）させる。この冷却の際に、基材の温度の冷却速度を、２０℃／時間を超えて大きくすると、ＡｌＮ層中の立方晶の割合が大きくなる。しかし、基材の温度の冷却速度を、５０℃／時間を超えて大きくすると、成膜速度が遅くなるため、製造上、有益でない。したがって、基材の温度の冷却速度を、２０℃／時間以上５０℃／時間以下にすることが好ましい。
【0047】
被覆層を構成する各層（下部層および上部層）の厚さは、被覆切削工具の断面組織を観察することで測定することができる。例えば、被覆層を構成する各層の厚さは、光学顕微鏡、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、および透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）などを用いて測定することができる。
【0048】
被覆層を構成する各層の平均厚さは、次のように求めることができる。すなわち、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の位置の近傍において、被覆切削工具の断面を、ＳＥＭ等により３箇所以上（例えば３箇所）で観察する。この観察した断面から、各層の厚さを測定する。観察した断面画像に基づいて、厚さを測定するために、公知の画像処理ソフト等を用いることができる。このようにして測定した各層の厚さの平均値を計算することによって、平均厚さを求めることができる。
【0049】
被覆層を構成する各層の組成は、被覆切削工具の断面組織から、エネルギー分散型Ｘ線分析装置（ＥＤＳ）および波長分散型Ｘ線分析装置（ＷＤＳ）などの測定装置を用いて測定することができる。
【0050】
本発明の上部層について、六方晶（１００）面のピーク強度Ｉｈ（１００）、六方晶（００２）面の回折ピーク強度Ｉｈ（００２）および立方晶（１１１）面の回折ピーク強度Ｉｃ（１１１）は、市販のＸ線回折装置を用いて測定することができる。ピーク強度Ｉｈ（１００）、Ｉｈ（００２）およびＩｃ（１１１）の測定には、例えば、株式会社リガク製 Ｘ線回折装置ＲＩＮＴ ＴＴＲIIIを用いることができる。また、測定には、Ｃｕ－Ｋα線を用いた２θ／θ集中法光学系のＸ線回折法による測定を用いることができる。Ｘ線回折法の測定条件は、例えば、以下の通りである。
出力：５０ｋＶ、２５０ｍＡ、
入射側ソーラースリット：５°、
発散縦スリット：２／３°、
発散縦制限スリット：５ｍｍ、
散乱スリット２／３°、
受光側ソーラースリット：５°、
受光スリット：０．３ｍｍ、
ＢＥＮＴモノクロメータ、
受光モノクロスリット：０．８ｍｍ、
サンプリング幅：０．０１°、
スキャンスピード：４°／ｍｉｎ、
２θ測定範囲：２０～８０°
出力：５０ｋＶ、２５０ｍＡ、
入射側ソーラースリット：５°、
発散縦スリット：２／３°、
発散縦制限スリット：５ｍｍ、
散乱スリット２／３°、
受光側ソーラースリット：５°、
受光スリット：０．３ｍｍ、
ＢＥＮＴモノクロメータ、
受光モノクロスリット：０．８ｍｍ、
サンプリング幅：０．０１°、
スキャンスピード：４°／ｍｉｎ、
２θ測定範囲：２０～８０°
【0051】
Ｘ線回折法の測定により得られたＸ線回折パターンのチャートから、上記の各ピーク強度を求めるときに、Ｘ線回折装置付属の解析ソフトウェアを用いてもよい。解析ソフトウェアを用いるときには、三次式近似を用いてバックグラウンド処理およびＫα２ピーク除去を行うとともに、Ｐｅａｒｓｏｎ－VII関数を用いてプロファイルフィッティングを行う。これにより、各ピーク強度を求めることができる。
【0052】
なお、上部層よりも基材側に下部層が形成されている場合には、下部層の影響を受けないように、薄膜Ｘ線回折法により、各ピーク強度を測定してもよい。
【0053】
本発明の被覆切削工具の種類として、具体的には、フライス加工用または旋削加工用刃先交換型切削インサート、ドリル、およびエンドミルなどを挙げることができる。
【実施例】
【0054】
以下、本発明の実施形態について、具体的に説明する。なお、以下の実施形態は、本発明を具体化する際の形態であって、本発明をその範囲内に限定するものではない。
【0055】
本発明の実施例（発明品１～１１）および比較例（比較品１～６）のための基材として、ＩＳＯ規格ＳＷＭＴ１３Ｔ３形状のインサートに加工した、９３．２％ＷＣ－６．５％Ｃｏ－０．３％Ｃｒ３Ｃ２（以上、重量％）の組成を有する超硬合金を用意した。
【0056】
アークイオンプレーティング装置の反応容器内に、表１に示す各層の組成になる金属蒸発源を配置した。用意した基材を、反応容器内の回転テーブルの固定金具に固定した。
【0057】
その後、反応容器内の圧力を、５．０×１０－３Ｐａ以下になるまで真空引きした。真空引き後、反応容器内のヒーターで、基材をその温度が５００℃になるまで加熱した。加熱後、反応容器内の圧力が５．０Ｐａになるように、反応容器内にＡｒガスを導入した。
【0058】
圧力５．０ＰａのＡｒガス雰囲気にて、基材に－１０００Ｖのバイアス電圧を印加した。反応容器内のタングステンフィラメントに、１０Ａの電流を流した。このような条件で、基材の表面に、Ａｒガスによるイオンボンバードメント処理を３０分間行った。イオンボンバードメント処理終了後、反応容器内の圧力が５．０×１０－３Ｐａ以下になるまで、反応容器内を真空引きした。
【0059】
発明品１～１０ならびに比較品２～４および６については、下部層の形成のために、ＴｉＡｌ蒸発源を用いた。具体的には、真空引き後、窒素ガスを反応容器内に導入し、反応容器内を圧力３．０Ｐａの窒素ガス雰囲気にした。基材には、－４０Ｖのバイアス電圧を印加した。アーク電流１５０Ａのアーク放電により金属蒸発源を蒸発させることで、アークイオンプレーティング法により、（Ｔｉ０．３３Ａｌ０．６７）Ｎの組成を有する下部層を形成した。なお、下部層を形成する際の基材の温度は、５００℃とした。表１に、発明品１～１０ならびに比較品２～４および６の下部層の平均厚さを示す。
【0060】
発明品１１については、下部層の形成のために、上述の発明品１～１０ならびに比較品２～４および６において用いた蒸発源とは異なる組成のＴｉＡｌ蒸発源を用いた。それ以外の下部層の成膜条件は、上述の発明品１～１０ならびに比較品２～４および６の成膜条件と同じである。具体的には、真空引き後、窒素ガスを反応容器内に導入し、反応容器内を圧力３．０Ｐａの窒素ガス雰囲気にした。基材には、－４０Ｖのバイアス電圧を印加した。アーク電流１５０Ａのアーク放電により金属蒸発源を蒸発させることで、アークイオンプレーティング法により、（Ｔｉ０．６５Ａｌ０．３５）Ｎの組成を有する下部層を形成した。なお、下部層を形成する際の基材の温度は、５００℃とした。表１に、発明品１１の下部層の平均厚さを示す。
【0061】
比較品５については、Ｔｉ蒸発源を用いて、下部層を形成した。具体的には、真空引き後、窒素ガスを反応容器内に導入し、反応容器内を圧力３．０Ｐａの窒素ガス雰囲気にした。基材には、－４０Ｖのバイアス電圧を印加した。アーク電流１５０Ａのアーク放電により金属蒸発源を蒸発させることで、アークイオンプレーティング法により、ＴｉＮの組成を有する下部層を形成した。なお、下部層を形成する際の基材の温度は、５００℃とした。表１に、比較品５の下部層の平均厚さを示す。
【0062】
なお、比較品１については、下部層を形成しなかった。
【0063】
次に、発明品１～１１および比較品２～６については、下部層を形成した後、比較品１についてはイオンボンバードメント処理の後に、反応容器内の圧力が５．０×１０－３Ｐａ以下になるまで真空引きし、表４に示す成膜開始時の温度まで基材を加熱した。その後、窒素ガスを反応容器内に導入し、反応容器内の圧力を３．０Ｐａにして、表４に示す条件で、アークイオンプレーティング法により、上部層（ＡｌＮ層）を形成した。
【0064】
発明品１～１１および比較品１～６について、基材または下部層の表面に、表１に示す所定の厚さになるまで上部層を形成した。その後、ヒーターの電源を切り、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。
【0065】
得られた試料の各層の平均厚さは、次のように求めた。すなわち、被覆切削工具の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の位置の近傍において、３箇所の断面をＳＥＭで観察した。各層の厚さを測定し、測定した厚さの平均値を計算した。表１に、このようにして得られた各試料の各層の厚さを示す。
【0066】
得られた試料の各層の組成は、次のように求めた。すなわち、被覆切削工具の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の位置の断面において、ＥＤＳを用いて組成を測定した。表１に、このようにして得られた各試料の組成を示す。
【0067】
なお、表１の下部層の金属元素の組成比は、各層を構成する金属化合物における金属元素全体に対する各金属元素の原子数の比を示す。
【0068】
得られた試料について、Ｃｕ－Ｋα線を用いた２θ／θ集中法光学系のＸ線回折法により、上部層の測定を行った。測定条件は、以下の通りである。
出力：５０ｋＶ、２５０ｍＡ、
入射側ソーラースリット：５°、
発散縦スリット：２／３°、
発散縦制限スリット：５ｍｍ、
散乱スリット２／３°、
受光側ソーラースリット：５°、
受光スリット：０．３ｍｍ、
ＢＥＮＴモノクロメータ、
受光モノクロスリット：０．８ｍｍ、
サンプリング幅：０．０１°、
スキャンスピード：４°／ｍｉｎ、
２θ測定範囲：３０～７０°
出力：５０ｋＶ、２５０ｍＡ、
入射側ソーラースリット：５°、
発散縦スリット：２／３°、
発散縦制限スリット：５ｍｍ、
散乱スリット２／３°、
受光側ソーラースリット：５°、
受光スリット：０．３ｍｍ、
ＢＥＮＴモノクロメータ、
受光モノクロスリット：０．８ｍｍ、
サンプリング幅：０．０１°、
スキャンスピード：４°／ｍｉｎ、
２θ測定範囲：３０～７０°
【0069】
Ｘ線回折法の測定により得られた上部層のＸ線回折パターンのチャートから、六方晶（１００）面のピーク強度Ｉｈ（１００）、六方晶（００２）面の回折ピーク強度Ｉｈ（００２）および立方晶（１１１）面の回折ピーク強度Ｉｃ（１１１）を求めた。測定したこれらの回折ピーク強度から、回折ピーク強度の比［Ｉｈ（００２）／Ｉｈ（１００）］および比［Ｉｈ（００２）／Ｉｈ（１００）］を求めた。その結果を、表２に示す。
【0070】
得られた試料を用いて、以下の切削試験１および切削試験２を行い、耐欠損性および耐摩耗性を評価した。その評価結果を表５に示す。
【0071】
切削試験（耐欠損性および耐摩耗性試験）の測定条件は、以下の通りである。
被削材：ＦＣＤ６００、
被削材形状：２００ｍｍ×１００ｍｍ×６０ｍｍのブロック、
切削速度：２００ｍ／ｍｉｎ、
送り：０．２ｍｍ／ｔ、
切り込み：２．０ｍｍ、
クーラント：有り、
評価項目：試料が欠損したとき、または試料の逃げ面摩耗幅または境界摩耗幅が０．３ｍｍに至ったときを工具寿命とし、工具寿命に至るまでの加工時間を測定した。表３に、測定により得られた加工時間を示す。また、表３の「損傷形態」欄には、欠損が無かった場合には「正常摩耗」、欠損があった場合には「欠損」と記載した。
被削材：ＦＣＤ６００、
被削材形状：２００ｍｍ×１００ｍｍ×６０ｍｍのブロック、
切削速度：２００ｍ／ｍｉｎ、
送り：０．２ｍｍ／ｔ、
切り込み：２．０ｍｍ、
クーラント：有り、
評価項目：試料が欠損したとき、または試料の逃げ面摩耗幅または境界摩耗幅が０．３ｍｍに至ったときを工具寿命とし、工具寿命に至るまでの加工時間を測定した。表３に、測定により得られた加工時間を示す。また、表３の「損傷形態」欄には、欠損が無かった場合には「正常摩耗」、欠損があった場合には「欠損」と記載した。
【0072】
表３に示すように、発明品１～１１の耐欠損性および耐摩耗性試験では、工具寿命に至るまでの加工時間が、６２分（発明品１０）以上であり、良好な結果だった。これに対して比較品１～６の工具寿命に至るまでの加工時間は、４７分（比較品６）以下であり、良好とはいえない結果だった。なお、比較品４では、試料の逃げ面摩耗幅または境界摩耗幅が０．３ｍｍに至る前に、３６分で欠損が観察された。したがって、本発明の被覆切削工具は、耐摩耗性に優れる被覆切削工具であるといえる。
【0073】
また、上述の耐欠損性および耐摩耗性試験の間、発明品１～１１の試験片が被削材に溶着するなどといった耐溶着性に起因する問題は生じなかった。したがって、本発明の被覆切削工具は、耐溶着性に優れる被覆切削工具であるといえる。
【産業上の利用可能性】
【0074】
本発明の被覆切削工具は、耐摩耗性および耐溶着性に優れている。本発明によれば、従来よりも工具寿命を延長できる。したがって、本発明の産業上の利用可能性は高い。
【0075】
【表1】
【0076】
【表2】
【0077】
【表3】
【0078】
【表4】
【符号の説明】
【0079】
１ 基材
２ 下部層
３ 上部層
４ 被覆層
５ 被覆切削工具
２ 下部層
３ 上部層
４ 被覆層
５ 被覆切削工具
【図1】