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(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】2023-08-09
(45)【発行日】2023-08-18
(54)【発明の名称】表面被覆切削工具
(51)【国際特許分類】
B23B 27/14 20060101AFI20230810BHJP
C23C 16/36 20060101ALI20230810BHJP
【ＦＩ】
B23B27/14 A
C23C16/36
【請求項の数】
4
(21)【出願番号】P 2020016659
(22)【出願日】2020-02-03
(65)【公開番号】P2021122875
(43)【公開日】2021-08-30
【審査請求日】2022-09-30
(73)【特許権者】
【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】中村 大樹
(72)【発明者】
【氏名】石垣 卓也
(72)【発明者】
【氏名】柳澤 光亮
(72)【発明者】
【氏名】本間 尚志
【審査官】山本 忠博
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１６－１３７５４９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－３０３１９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２０－１５１７９４（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２３Ｂ ２７／１４，５１／００；
Ｂ２３Ｃ ５／１６；
Ｂ２３Ｐ １５／２８；
Ｃ２３Ｃ １４／００－１４／５８，１６／００－１６／５６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
工具基体と該工具基体の表面のＴｉとＡｌとの複合炭窒化物層を含む硬質被覆層を有する表面被覆切削工具であって、（ａ）前記ＴｉとＡｌとの複合炭窒化物層は、ＮａＣｌ型の面心立方構造を有するＴｉとＡｌの複合炭窒化物の結晶粒の占める割合が８０面積％以上であり、
（ｂ）前記ＴｉとＡｌとの複合炭窒化物層は、その組成を、
組成式：（Ｔｉ１－ｘＡｌｘ）（ＣｙＮ１－ｙ）で表した場合、
ＡｌとＴｉとの合量に占めるＡｌの含有割合ｘの平均ｘａｖｇが、ＣとＮとの合量に占めるＣの含有割合ｙの平均ｙａｖｇが、それぞれ、０．６０≦ｘａｖｇ≦０．９０、０．０００≦ｙａｖｇ≦０．０５０（但し、ｘ、ｙ、ｘａｖｇ、ｙａｖｇは原子比）を満足し、
（ｃ）前記ＮａＣｌ型の面心立方構造の結晶粒は、前記ｘが前記工具基体の表面に垂直な方向に繰り返し増減する結晶粒を含み、
（ｄ）前記繰り返し増減する結晶粒として、前記繰り返し増減の平均間隔が４０～１６０ｎｍである第１間隔ｄａｖｇｌの領域を有する結晶粒Ｇｌを１０～４０面積％含み、
（ｅ）前記繰り返し増減する結晶粒として、前記繰り返し増減の平均間隔が１～７ｎｍである第２間隔ｄａｖｇｓの領域を有する結晶粒Ｇｓを６０面積％以上含む、
ことを特徴とする表面被覆切削工具。
【請求項2】
前記繰り返し増減する結晶粒として、同一結晶粒内に前記第１間隔ｄａｖｇｌおよび前記第２間隔ｄａｖｇｓのそれぞれの領域を共に含む結晶粒Ｇｌｓを１０～３０面積％含むことを特徴とする請求項１に記載の表面被覆切削工具。
【請求項3】
前記ＮａＣｌ型の面心立方構造の結晶粒は、平均粒子幅ｗが０．１０～２．００μｍ、平均アスペクト比Ａが２．０～１０．０であることを特徴とする請求項１または２に記載の表面被覆切削工具。
【請求項4】
前記繰り返し増減する結晶粒において、前記ｘの増減の繰り返しにおける隣接する極大値ｘｍａｘと極小値ｘｍｉｎとの差の平均値Δｘは、前記第１間隔ｄａｖｇｌを有する領域では０．０５～０．２０であり、前記第２間隔ｄａｖｇｓを有する領域では０．０３～０．１０であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の表面被覆切削工具。【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、特に、合金鋼や鋳鉄等の高速断続切削加工であっても、硬質被覆層が優れた耐チッピング性や耐摩耗性を備えることにより、長期の使用にわたって優れた切削性能を発揮する表面被覆切削工具（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】
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、硬質被覆層として、Ｔｉ－Ａｌ系の複合炭窒化物層を蒸着法により被覆形成した被覆工具があり、これらは、優れた耐摩耗性を発揮することが知られている。
ただ、前記従来のＴｉ－Ａｌ系の複合炭窒化物層を被覆形成した被覆工具は、比較的耐摩耗性に優れるものの、高速断続切削加工等の厳しい切削条件で用いた場合にチッピング等の異常損耗を発生しやすいことから、硬質被覆層の耐久性の改善についての種々の提案がなされている。
ただ、前記従来のＴｉ－Ａｌ系の複合炭窒化物層を被覆形成した被覆工具は、比較的耐摩耗性に優れるものの、高速断続切削加工等の厳しい切削条件で用いた場合にチッピング等の異常損耗を発生しやすいことから、硬質被覆層の耐久性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には、ＣＶＤによって成膜された複数の層を有し、Ｔｉ１－ｘＡｌｘＮ層および／またはＴｉ１－ｘＡｌｘＣ層および／またはＴｉ１－ｘＡｌｘＣＮ層（式中、ｘは０．６５～０．９５である）の上にＡｌ２Ｏ３層が外層として配置されていることを特徴とする、硬質材料で被覆された被覆工具が記載されている。
【0004】
また、例えば、特許文献２には、工具基体と、その表面に形成された１または２以上の硬質被覆層を含む被覆工具であって、前記硬質被覆層のうち少なくとも１層は、硬質粒子を含む層であり、前記硬質粒子は、第１単位層と第２単位層とが交互に積層された多層構造を含み、前記第１単位層は、周期表の４～６族元素およびＡｌからなる群より選ばれる１種以上の元素と、Ｂ、Ｃ、ＮおよびＯからなる群より選ばれる１種以上の元素とからなる第１化合物を含み、前記第２単位層は、周期表の４～６族元素およびＡｌからなる群より選ばれる１種以上の元素と、Ｂ、Ｃ、ＮおよびＯからなる群より選ばれる１種以上の元素とからなる第２化合物を含む、被覆工具が記載されている。
【0005】
さらに、例えば、特許文献３には、１または２以上の層により構成され、前記層のうち少なくとも１層は、Ｔｉ１－ｘＡｌｘＮからなる第１単位層と、Ｔｉ１－ｙＡｌｙＮからなる第２単位層とが交互に積層された多層構造を含む被覆層であって、前記第１単位層はｆｃｃ型結晶構造を有し、前記Ｔｉ１－ｘＡｌｘＮにおけるｘは０＜ｘ＜０．６５を満たし、前記第２単位層はｈｃｐ型結晶構造を有し、前記Ｔｉ１－ｙＡｌｙＮにおけるｙは０．６５≦ｙ＜１を満たし、前記被被覆の層厚方向における弾性回復率が５０％以上である、被覆層を含む被覆工具が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】特表２０１１－５１６７２２号公報
【文献】特開２０１４－１２９５６２号公報
【文献】特許第６２３８１３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
近年の切削加工における省力化および省エネルギー化の要求は強く、これに伴い、切削加工は一段と高速化、高効率化の傾向にあり、被覆工具には、より一層、耐チッピング性、耐欠損性、耐剥離性等の耐異常損傷性が求められるとともに、長期の使用にわたって優れた耐摩耗性が求められているが、前記各公報に記載の被覆工具は、これらの要求に対して十分とはいえないものであった。
【0008】
そこで、本発明はこのような状況をかんがみてなされたもので、合金鋼や鋳鉄等の高速断続切削加工等に供した場合であっても、長期の使用にわたって優れた耐チッピング性や耐摩耗性を発揮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】
【0009】
本発明者は、ＴｉとＡｌの複合炭窒化物層（以下、ＴｉＡｌＣＮ層ということがある）を硬質被覆層として含む被覆工具の耐チッピング性、耐摩耗性をはかるべく、鋭意検討を重ねた。
【0010】
その結果、ＴｉＡｌＣＮ層内のＮａＣｌ型の面心立方構造を有する結晶粒として、その粒内に、ＴｉとＡｌの合量に占めるＡｌの含有割合の増減の繰り返し間隔が異なる２種類の組成変化を有するものが所定の面積割合で存在すると、転位の移動が抑制されて硬さが上がって耐摩耗性が向上し、また、靭性が向上して切削時の摩耗が進行する面に作用する剪断力に起因するクラックの進展を防止し、ＴｉＡｌＣＮ層の歪みの増大による格子欠陥の増加が緩和されてクラックの進展の経路形成を抑制するため、耐チッピング性が向上するという新規な知見を得た。
【0011】
本発明は、前記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のＴｉとＡｌとの複合炭窒化物層を含む硬質被覆層を有する表面被覆切削工具であって、
（ａ）前記ＴｉとＡｌとの複合炭窒化物層は、ＮａＣｌ型の面心立方構造を有するＴｉとＡｌの複合炭窒化物の結晶粒の占める割合が８０面積％以上であり、
（ｂ）前記ＴｉとＡｌとの複合炭窒化物層は、その組成を、
組成式：（Ｔｉ１－ｘＡｌｘ）（ＣｙＮ１－ｙ）で表した場合、
ＡｌとＴｉとの合量に占めるＡｌの含有割合ｘの平均ｘａｖｇが、ＣとＮとの合量に占めるＣの含有割合ｙの平均ｙａｖｇが、それぞれ、０．６０≦ｘａｖｇ≦０．９０、０．０００≦ｙａｖｇ≦０．０５０（但し、ｘ、ｙ、ｘａｖｇ、ｙａｖｇは原子比）を満足し、
（ｃ）前記ＮａＣｌ型の面心立方構造の結晶粒は、前記ｘが前記工具基体の表面に垂直な方向に繰り返し増減する結晶粒を含み、
（ｄ）前記繰り返し増減する結晶粒として、前記繰り返し増減の平均間隔が４０～１６０ｎｍである第１間隔ｄａｖｇｌの領域を有する結晶粒Ｇｌを１０～４０面積％含み、
（ｅ）前記繰り返し増減する結晶粒として、前記繰り返し増減の平均間隔が１～７ｎｍである第２間隔ｄａｖｇｓの領域を有する結晶粒Ｇｓを６０面積％以上含む、
ことを特徴とする表面被覆切削工具。
（２）前記繰り返し増減する結晶粒として、同一結晶粒内に前記第１間隔ｄａｖｇｌおよび前記第２間隔ｄａｖｇｓのそれぞれの領域を共に含む結晶粒Ｇｌｓを１０～３０面積％含むことを特徴とする前記（１）に記載の表面被覆切削工具。
（３）前記ＮａＣｌ型の面心立方構造の結晶粒は、平均粒子幅ｗが０．１０～２．００μｍ、平均アスペクト比Ａが２．０～１０．０であることを特徴とする前記（１）または（２）に記載の表面被覆切削工具。
（４）前記繰り返し増減する結晶粒において、前記ｘの増減の繰り返しにおける隣接する極大値ｘｍａｘと極小値ｘｍｉｎとの差の平均値Δｘは、前記第１間隔ｄａｖｇｌを有する領域では０．０５～０．２０であり、前記第２間隔ｄａｖｇｓを有する領域では０．０３～０．１０であることを特徴とする前記（１）～（３）のいずれかに記載の表面被覆切削工具。」
「（１）工具基体と該工具基体の表面のＴｉとＡｌとの複合炭窒化物層を含む硬質被覆層を有する表面被覆切削工具であって、
（ａ）前記ＴｉとＡｌとの複合炭窒化物層は、ＮａＣｌ型の面心立方構造を有するＴｉとＡｌの複合炭窒化物の結晶粒の占める割合が８０面積％以上であり、
（ｂ）前記ＴｉとＡｌとの複合炭窒化物層は、その組成を、
組成式：（Ｔｉ１－ｘＡｌｘ）（ＣｙＮ１－ｙ）で表した場合、
ＡｌとＴｉとの合量に占めるＡｌの含有割合ｘの平均ｘａｖｇが、ＣとＮとの合量に占めるＣの含有割合ｙの平均ｙａｖｇが、それぞれ、０．６０≦ｘａｖｇ≦０．９０、０．０００≦ｙａｖｇ≦０．０５０（但し、ｘ、ｙ、ｘａｖｇ、ｙａｖｇは原子比）を満足し、
（ｃ）前記ＮａＣｌ型の面心立方構造の結晶粒は、前記ｘが前記工具基体の表面に垂直な方向に繰り返し増減する結晶粒を含み、
（ｄ）前記繰り返し増減する結晶粒として、前記繰り返し増減の平均間隔が４０～１６０ｎｍである第１間隔ｄａｖｇｌの領域を有する結晶粒Ｇｌを１０～４０面積％含み、
（ｅ）前記繰り返し増減する結晶粒として、前記繰り返し増減の平均間隔が１～７ｎｍである第２間隔ｄａｖｇｓの領域を有する結晶粒Ｇｓを６０面積％以上含む、
ことを特徴とする表面被覆切削工具。
（２）前記繰り返し増減する結晶粒として、同一結晶粒内に前記第１間隔ｄａｖｇｌおよび前記第２間隔ｄａｖｇｓのそれぞれの領域を共に含む結晶粒Ｇｌｓを１０～３０面積％含むことを特徴とする前記（１）に記載の表面被覆切削工具。
（３）前記ＮａＣｌ型の面心立方構造の結晶粒は、平均粒子幅ｗが０．１０～２．００μｍ、平均アスペクト比Ａが２．０～１０．０であることを特徴とする前記（１）または（２）に記載の表面被覆切削工具。
（４）前記繰り返し増減する結晶粒において、前記ｘの増減の繰り返しにおける隣接する極大値ｘｍａｘと極小値ｘｍｉｎとの差の平均値Δｘは、前記第１間隔ｄａｖｇｌを有する領域では０．０５～０．２０であり、前記第２間隔ｄａｖｇｓを有する領域では０．０３～０．１０であることを特徴とする前記（１）～（３）のいずれかに記載の表面被覆切削工具。」
【発明の効果】
【0012】
本発明の表面被覆切削工具は、合金鋼や鋳鉄等の高速断続切削加工等に供した場合であっても、長期の使用にわたって優れた耐チッピング性や耐摩耗性を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】：Ａｌの含有割合ｘの増減の繰り返し領域を有するＮａＣｌ型の面心立方構造の結晶粒の高角度散乱暗視野像の模式図である。
【図2】：透過型電子顕微鏡を用いたエネルギー分散型Ｘ線分光法による線分析の測定箇所を示す模式図である。
【図3】：透過型電子顕微鏡を用いたエネルギー分散型Ｘ線分光法による線分析における観察方向の位置とＡｌの含有割合ｘの増減の繰り返しとの関係を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
本発明について、以下に詳細に説明する。なお、本明細書および特許請求の範囲において数値範囲を「Ａ～Ｂ」で表現するとき、その範囲は上限（Ｂ）および下限（Ａ）の数値を含んでいる。また、上限（Ｂ）と下限（Ａ）の単位は同じである。
【0015】
ＴｉＡｌＣＮ層の平均層厚：
本発明のＴｉＡｌＣＮ層は、硬質被覆層を構成する。このＴｉＡｌＣＮ層の平均層厚は１．０～２０．０μｍが好ましい。平均層厚が１．０μｍ未満では、層厚が薄いため長期の使用にわたっての耐摩耗性を十分確保することができず、一方、その平均層厚が２０．０μｍを超えると、ＴｉＡｌＣＮ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。平均層厚は、３．０～１５．０μｍがより好ましい。
本発明のＴｉＡｌＣＮ層は、硬質被覆層を構成する。このＴｉＡｌＣＮ層の平均層厚は１．０～２０．０μｍが好ましい。平均層厚が１．０μｍ未満では、層厚が薄いため長期の使用にわたっての耐摩耗性を十分確保することができず、一方、その平均層厚が２０．０μｍを超えると、ＴｉＡｌＣＮ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。平均層厚は、３．０～１５．０μｍがより好ましい。
【0016】
ここで、ＴｉＡｌＣＮ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、ＴｉＡｌＣＮ層を任意の位置の縦断面（工具基体の表面に垂直な面）で切断して観察用の試料を作製し、その縦断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）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、平均することにより得ることができる。
【0017】
ＴｉＡｌＣＮ層を構成する結晶粒がＮａＣｌ型面心立方構造である面積割合：
ＴｉＡｌＣＮ層を構成するＴｉＡｌＣＮ結晶粒がＮａＣｌ型面心立方構造である面積割合は、８０面積％以上であることが好ましい。その理由は、８０面積％以上であれば、より確実に本発明の目的が達成できるためである。なお、前記結晶粒のすべてがＮａＣｌ型面心立方構造であってもよい（１００面積％であってもよい）。
なお、結晶粒がＮａＣｌ型面心立方構造である面積割合は、後述する粒界の判定時の結果を利用する。
ＴｉＡｌＣＮ層を構成するＴｉＡｌＣＮ結晶粒がＮａＣｌ型面心立方構造である面積割合は、８０面積％以上であることが好ましい。その理由は、８０面積％以上であれば、より確実に本発明の目的が達成できるためである。なお、前記結晶粒のすべてがＮａＣｌ型面心立方構造であってもよい（１００面積％であってもよい）。
なお、結晶粒がＮａＣｌ型面心立方構造である面積割合は、後述する粒界の判定時の結果を利用する。
【0018】
ＴｉＡｌＣＮ層の平均組成：
本発明におけるＴｉＡｌＣＮ層の組成は、組成式：（Ｔｉ１－ｘＡｌｘ）（ＣｙＮ１－ｙ）で表したとき、
ＴｉとＡｌとの合量に占めるＡｌの含有割合ｘの平均（以下、「Ａｌ含有割合の平均」という）ｘａｖｇ、
ＣとＮとの合量に占めるＣの含有割合ｙの平均（以下、「Ｃ含有割合の平均」という）ｙａｖｇが、
それぞれ、０．６０≦ｘａｖｇ≦０．９０、０．０００≦ｙａｖｇ≦０．０５０（ただし、ｘａｖｇ、ｙａｖｇはいずれも原子比）を満足することが好ましい。
なお、（Ｔｉ１－ｘＡｌｘ）と（ＣｙＮ１－ｙ）との比は特に限定されるものではないが、（Ｔｉ１－ｘＡｌｘ）を１とする場合、（ＣｙＮ１－ｙ）の比は０．８～１．２とすることが好ましい。
本発明におけるＴｉＡｌＣＮ層の組成は、組成式：（Ｔｉ１－ｘＡｌｘ）（ＣｙＮ１－ｙ）で表したとき、
ＴｉとＡｌとの合量に占めるＡｌの含有割合ｘの平均（以下、「Ａｌ含有割合の平均」という）ｘａｖｇ、
ＣとＮとの合量に占めるＣの含有割合ｙの平均（以下、「Ｃ含有割合の平均」という）ｙａｖｇが、
それぞれ、０．６０≦ｘａｖｇ≦０．９０、０．０００≦ｙａｖｇ≦０．０５０（ただし、ｘａｖｇ、ｙａｖｇはいずれも原子比）を満足することが好ましい。
なお、（Ｔｉ１－ｘＡｌｘ）と（ＣｙＮ１－ｙ）との比は特に限定されるものではないが、（Ｔｉ１－ｘＡｌｘ）を１とする場合、（ＣｙＮ１－ｙ）の比は０．８～１．２とすることが好ましい。
【0019】
その理由は、以下のとおりである。
Ａｌ含有割合の平均ｘａｖｇが０．６０未満であると、ＴｉＡｌＣＮ層は硬さが劣るため、合金鋼や鋳鉄等の高速断続切削に供した場合には、耐摩耗性が十分でなく、一方、０．９０を超えると六方晶の結晶粒が析出し、耐摩耗性が低下する。したがって、０．６０≦ｘａｖｇ≦０．９０が好ましいとしたが、より好ましくは０．７０≦ｘａｖｇ≦０．９０である。
また、Ｃ含有割合の平均ｙａｖｇの範囲として０．０００≦ｙａｖｇ≦０．０５０が好ましい理由は、前記範囲において耐チッピング性を保ちつつ硬さを向上させることができるためである。したがって、０．０００≦ｙａｖｇ≦０．０５０が好ましいとしたが、より好ましくは０．０１０≦ｙａｖｇ≦０．０５０である。
Ａｌ含有割合の平均ｘａｖｇが０．６０未満であると、ＴｉＡｌＣＮ層は硬さが劣るため、合金鋼や鋳鉄等の高速断続切削に供した場合には、耐摩耗性が十分でなく、一方、０．９０を超えると六方晶の結晶粒が析出し、耐摩耗性が低下する。したがって、０．６０≦ｘａｖｇ≦０．９０が好ましいとしたが、より好ましくは０．７０≦ｘａｖｇ≦０．９０である。
また、Ｃ含有割合の平均ｙａｖｇの範囲として０．０００≦ｙａｖｇ≦０．０５０が好ましい理由は、前記範囲において耐チッピング性を保ちつつ硬さを向上させることができるためである。したがって、０．０００≦ｙａｖｇ≦０．０５０が好ましいとしたが、より好ましくは０．０１０≦ｙａｖｇ≦０．０５０である。
【0020】
ＴｉＡｌＣＮ層のＡｌ含有割合の平均ｘａｖｇは、オージェ電子分光法（ＡＥＳ：Ａｕｇｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を用い、試料断面を研磨した試料において、電子線を縦断面側から照射し、膜厚方向（工具基体の表面に垂直な方向）全長にわたって少なくとも５本の線分析を行って得られたオージェ電子の解析結果を平均したものである。
【0021】
また、Ｃ含有割合の平均ｙａｖｇは、二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）により求める。すなわち、表面を研磨した試料において、ＴｉＡｌＣＮ層の表面側からイオンビームを７０μｍ×７０μｍの範囲に照射し、イオンビームによる面分析とスパッタイオンビームによるエッチングとを交互に繰り返すことにより深さ方向の組成測定を行う。まず、ＴｉＡｌＣＮ層について層の深さ方向へ０．５μｍ以上侵入した箇所から０．１μｍ以下のピッチで少なくとも０．５μｍの深さの測定を行ったデータの平均を求める。さらに、これを少なくとも試料表面の５箇所において繰り返し算出した結果を平均してＣ含有割合の平均ｙａｖｇとして求める。
【0022】
ＴｉＡｌＣＮ層のＡｌの含有割合ｘの繰り返し増減：
ＴｉＡｌＣＮ層の縦断面において、層厚方向にＴｉとＡｌとの合量に占めるＡｌの含有割合ｘの繰り返し増減の平均間隔が４０～１６０ｎｍである第１間隔ｄａｖｇｌの領域を有する結晶粒Ｇｌと、同間隔が１～７ｎｍである第２間隔ｄａｖｇｓの領域を有する結晶粒Ｇｓとが、それぞれ、１０～４０面積％、６０面積％以上、存在することが好ましい。なお、層厚方向とは、ＴｉＡｌＣＮ層の厚さ方向のことであり、同方向は測定上の公差である１０度程度のバラツキは許容される
結晶粒Ｇｌについて、第１間隔ｄａｖｇｌの領域を有すると規定しているが、この規定は、結晶粒Ｇｌには、ｘの繰り返し増減の平均間隔として第１間隔ｄａｖｇｌとなるものが存在すれば、第２間隔ｄａｖｇｓとなるもの、あるいは他の間隔のものが存在していてもよいということである。同様に、結晶粒Ｇｓについて、第２間隔ｄａｖｇｓの領域を有すると規定しているが、この規定は、ｘの繰り返し増減の平均間隔として第２間隔ｄａｖｇｓとなるものが存在すれば、第１間隔ｄａｖｇｌとなるもの、あるいは他の間隔のものが存在していてもよいということである。
ＴｉＡｌＣＮ層の縦断面において、層厚方向にＴｉとＡｌとの合量に占めるＡｌの含有割合ｘの繰り返し増減の平均間隔が４０～１６０ｎｍである第１間隔ｄａｖｇｌの領域を有する結晶粒Ｇｌと、同間隔が１～７ｎｍである第２間隔ｄａｖｇｓの領域を有する結晶粒Ｇｓとが、それぞれ、１０～４０面積％、６０面積％以上、存在することが好ましい。なお、層厚方向とは、ＴｉＡｌＣＮ層の厚さ方向のことであり、同方向は測定上の公差である１０度程度のバラツキは許容される
結晶粒Ｇｌについて、第１間隔ｄａｖｇｌの領域を有すると規定しているが、この規定は、結晶粒Ｇｌには、ｘの繰り返し増減の平均間隔として第１間隔ｄａｖｇｌとなるものが存在すれば、第２間隔ｄａｖｇｓとなるもの、あるいは他の間隔のものが存在していてもよいということである。同様に、結晶粒Ｇｓについて、第２間隔ｄａｖｇｓの領域を有すると規定しているが、この規定は、ｘの繰り返し増減の平均間隔として第２間隔ｄａｖｇｓとなるものが存在すれば、第１間隔ｄａｖｇｌとなるもの、あるいは他の間隔のものが存在していてもよいということである。
【0023】
ここで、Ａｌの含有割合ｘの増減の繰り返しとは、層厚方向において、後述する線分析を行ったとき、Ａｌ含有割合ｘの増加と減少が、隣接して繰り返されることである。そして、この隣接する繰り返しにおいて、隣接する極大値同士、または、極小値同士の間隔を増減の繰り返しの間隔といい、前記線分析の分析線ごとのこの間隔の平均値を、前述の第１間隔、第２間隔に区分する。
【0024】
第１間隔ｄａｖｇｌの繰り返し増減の間隔を有する結晶粒Ｇｌが１０面積％未満であると、切削時に摩耗が進行する面において転位の移動が抑制されることによる硬さの向上およびクラックの進展の抑制が十分とはいえず、一方、４０面積％を超えると、ＴｉＡｌＣＮ層の歪みの増大に伴い格子欠陥が増加するため、硬さが低下するとともに、クラック進展のパスが多く形成されてしまい、耐チッピング性が低下する。
【0025】
また、第２間隔ｄａｖｇｓの繰り返し増減の間隔を有する結晶粒Ｇｓが６０面積％未満であると、転位の移動が抑制されることによる硬さの向上が十分とはいえず、また、クラック進展の抑制効果が小さくなり、耐チッピング性が低下する。
【0026】
さらに、ＴｉＡｌＣＮ層の縦断面において、同一結晶粒内に第１間隔ｄａｖｇｌおよび第２間隔ｄａｖｇｓの領域を共に含むＮａＣｌ型の面心立方構造の結晶粒Ｇｌｓが１０～３０面積％存在することがより好ましい。このような結晶粒Ｇｌｓが１０～３０面積％存在することにより、クラックの進展の抑制がより一層確実になされる。
【0027】
Ａｌの含有割合ｘの隣接する極大値ｘｍａｘと極小値ｘｍｉｎとの差の平均値Δｘ：
Ａｌの含有割合ｘの隣接する極大値ｘｍａｘと極小値ｘｍｉｎとの差の平均値Δｘは、第１間隔ｄａｖｇｌを有する領域では０．０５～０．２０であり、第２間隔ｄａｖｇｓを有する領域では０．０３～０．１０であることがより好ましい。その理由は、第１間隔ｄａｖｇｌを有する領域では０．０５未満、第２間隔ｄａｖｇｓを有する領域では０．０３未満であると、切削加工時のクラック進展の抑制効果が小さくなり、耐チッピング性が低下し、一方、第１間隔ｄａｖｇｌを有する領域では０．２０、第２間隔ｄａｖｇｓを有する領域では０．１０を超えると、結晶粒の格子歪が大きくなりすぎ、格子欠陥が増加し、耐摩耗性および耐チッピング性が低下するためである。
Ａｌの含有割合ｘの隣接する極大値ｘｍａｘと極小値ｘｍｉｎとの差の平均値Δｘは、第１間隔ｄａｖｇｌを有する領域では０．０５～０．２０であり、第２間隔ｄａｖｇｓを有する領域では０．０３～０．１０であることがより好ましい。その理由は、第１間隔ｄａｖｇｌを有する領域では０．０５未満、第２間隔ｄａｖｇｓを有する領域では０．０３未満であると、切削加工時のクラック進展の抑制効果が小さくなり、耐チッピング性が低下し、一方、第１間隔ｄａｖｇｌを有する領域では０．２０、第２間隔ｄａｖｇｓを有する領域では０．１０を超えると、結晶粒の格子歪が大きくなりすぎ、格子欠陥が増加し、耐摩耗性および耐チッピング性が低下するためである。
【0028】
図１に、Ａｌ含有割合ｘの増減の繰り返し領域を有する結晶粒の高角度散乱暗視野像の模式図を示す。図１において、３個の結晶粒が示され、中央の結晶粒がＧｓ、その両隣の結晶粒がＧｌｓである。模式図であるため、図から読み取ることができる各結晶粒の大きさ、Ａｌの含有割合ｘの増減の繰り返し変化の間隔は正確な寸法（比率）を表していない。
【0029】
ここで、ＴｉＡｌＣＮ層のＡｌの含有割合ｘの増減の繰り返し変化の測定方法について説明する。
まず、次のようにして、ＴｉＡｌＣＮ層を構成する結晶粒の結晶粒界を求め、結晶粒を特定する。すなわち、透過型電子顕微鏡（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）に付属する結晶方位解析装置を用いて、工具基体表面に垂直な表面研磨された面（縦断面）において、前記表面研磨面の法線方向に対して０．５～１．０度に傾けた電子線をＰｒｅｃｅｓｓｉｏｎ（歳差運動） 照射しながら、電子線を任意のビーム径及び間隔でスキャンし、連続的に電子回折パターンを取り込み、個々の測定点の結晶方位を解析する。工具基体表面に平行な方向に幅５０μｍ、縦は層厚（平均層厚）分の観察視野に対して結晶粒界を判定する。
まず、次のようにして、ＴｉＡｌＣＮ層を構成する結晶粒の結晶粒界を求め、結晶粒を特定する。すなわち、透過型電子顕微鏡（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）に付属する結晶方位解析装置を用いて、工具基体表面に垂直な表面研磨された面（縦断面）において、前記表面研磨面の法線方向に対して０．５～１．０度に傾けた電子線をＰｒｅｃｅｓｓｉｏｎ（歳差運動） 照射しながら、電子線を任意のビーム径及び間隔でスキャンし、連続的に電子回折パターンを取り込み、個々の測定点の結晶方位を解析する。工具基体表面に平行な方向に幅５０μｍ、縦は層厚（平均層厚）分の観察視野に対して結晶粒界を判定する。
【0030】
なお、本測定に用いた電子線回折パターンの取得条件は加速電圧２００ｋＶ、カメラ長２０ｃｍ、ビームサイズ２．４ｎｍで、測定ステップは５．０ｎｍである。この時、測定した結晶方位は測定面上を離散的に調べたものであり、隣接測定点間の中間までの領域をその測定結果で代表させることにより、測定面全体の方位分布として求めるものである。なお、これら測定点で代表させた領域（以下、ピクセルということがある）として、正六角形状のものを例示できる。このピクセルのうち隣接するもの同士の間で５度以上の結晶方位の角度差がある場合、または隣接するピクセルの片方のみがＮａＣｌ型の面心立方構造を示す場合は、これらピクセルの接する前記領域の辺を粒界とする。そして、この粒界とされた辺により囲まれた部分を１つの結晶粒と定義する。ただし、隣接するピクセル全てと５度以上の方位差がある、あるいは、隣接するＮａＣｌ型の面心立方構造を有する測定点がないような、単独に存在するピクセルは結晶粒とせず、２ピクセル以上が連結しているものを結晶粒として取り扱う。このようにして、粒界判定を行い、結晶粒を特定する。
【0031】
次に、ＴｉＡｌＣＮ層のＡｌの含有割合ｘの増減の繰り返しの平均間隔の測定方法について説明する。前述の手順により特定された少なくとも１０個の結晶粒を含む観察視野を定義し、ＴＥＭを用いたエネルギー分散型Ｘ線分光法（Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ－ｒａｙ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ：ＥＤＳ）により当該各結晶粒に対して層厚方向に貫通する線分析（測定間隔０．５ｎｍ以下）を行う。すなわち図２に示すように、結晶粒を層厚方向に３等分したとき、当該結晶粒の上部（ＲＵ）、中央（ＲＭ）、下部（ＲＬ）それぞれの範囲において、層厚方向に貫通する線分析を５本ずつ行う。この線分析を観察視野内のすべての結晶粒において実施する。このとき、各範囲ＲＵ、ＲＭ、ＲＬにおける線分析５本の間隔は、各範囲において工具基体の表面と水平方向の最大長さを６等分する間隔とする。各結晶粒に対する分析線の長さは、Ａｌの含有割合ｘの増減の繰り返しの間隔の数が２以上となる長さとする。ただし、この間隔の平均値が７ｎｍ以下となる場合、分析線の長さを８０ｎｍとし、前記各範囲ＲＵ、ＲＭ、ＲＬのそれぞれの層厚方向長さが８０ｎｍに満たないものがあるとき、この８０ｎｍに満たない範囲では、その層厚方向の全長を線分析する。そして、各分析線におけるＡｌの含有割合ｘの増減の繰り返しの間隔の平均値（平均間隔）を求める。
【0032】
このとき、結晶粒が、平均間隔４０～１６０ｎｍとなる分析線を２本以上含むとき、該結晶粒は前記第１間隔ｄａｖｇｌを有するＡｌの含有割合ｘの増減の繰り返しを有する結晶粒と定義する。また、結晶粒が、平均間隔１～７ｎｍとなる分析線を２本以上含むとき、該結晶粒は前記第２間隔ｄａｖｇｓを有するＡｌの含有割合ｘの増減の繰り返しを有する結晶粒と定義する。さらに、観察視野に占める前記第１間隔ｄａｖｇｌおよび前記第２間隔ｄａｖｇｓを有する結晶粒の面積割合をそれぞれ計算する。
ここで、前記第１間隔ｄａｖｇｌを有する結晶粒と前記第２間隔ｄａｖｇｓを有する結晶粒は、面積割合の計算に当たり重複して計算されるものがあることは言うまでもない。
ここで、前記第１間隔ｄａｖｇｌを有する結晶粒と前記第２間隔ｄａｖｇｓを有する結晶粒は、面積割合の計算に当たり重複して計算されるものがあることは言うまでもない。
【0033】
Ａｌの含有割合ｘの隣接する極大値ｘｍａｘと極小値ｘｍｉｎとの差の平均値Δｘの求め方について説明する。第１間隔ｄａｖｇｌを有する領域のΔｘをΔｘｌ、第２間隔ｄａｖｇｓを有する領域のΔｘをΔｘｓと定義する。
前述のとおり線分析を行い、第１間隔ｄａｖｇｌを有する分析線ごとにＡｌ含有割合ｘの増減の繰り返しにおける隣接する極大値ｘｍａｘと極小値ｘｍｉｎとの差の平均値を求める。そして、該平均値を第１間隔ｄａｖｇｌを有するすべての分析線に対して平均した値をΔｘｌとして算出する。Δｘｓについても同様に、第２間隔ｄａｖｇｓを有する分析線ごとにＡｌ含有割合ｘの増減の繰り返しにおける隣接する極大値ｘｍａｘと極小値ｘｍｉｎとの差の平均値を求め、該平均値を第２間隔ｄａｖｇｓを有するすべての分析線に対して平均した値をΔｘｓとして算出する。
ここで、各分析線におけるＡｌの含有割合ｘの増減の繰り返しの平均間隔は次のようにして求める。観察方向の位置とＡｌの含有割合ｘの増減の繰り返しとの関係をグラフ化して、平均間隔ｄａｖｇｌおよびｄａｖｇｓを求める。すなわち、Ａｌの含有割合ｘの増減の繰り返しを測定し、この増減の繰り返しを示す曲線に対して、前記曲線を横切る直線ｍを引く（図３を参照）。前記直線ｍは前記曲線に囲まれた領域の面積が直線の上側と下側とで等しくなるものである。そして、この直線ｍがＡｌ含有割合ｘの繰り返し変化を示す曲線を横切る領域ごとに、極大値または極小値を求める。なお、グラフ化に当たり、公知の測定ノイズ除去を行うことはいうまでもない。
なお、図１において、黒色領域はこの直線ｍよりも上側の領域を、白色の領域は下側の領域をそれぞれ表している。
前述のとおり線分析を行い、第１間隔ｄａｖｇｌを有する分析線ごとにＡｌ含有割合ｘの増減の繰り返しにおける隣接する極大値ｘｍａｘと極小値ｘｍｉｎとの差の平均値を求める。そして、該平均値を第１間隔ｄａｖｇｌを有するすべての分析線に対して平均した値をΔｘｌとして算出する。Δｘｓについても同様に、第２間隔ｄａｖｇｓを有する分析線ごとにＡｌ含有割合ｘの増減の繰り返しにおける隣接する極大値ｘｍａｘと極小値ｘｍｉｎとの差の平均値を求め、該平均値を第２間隔ｄａｖｇｓを有するすべての分析線に対して平均した値をΔｘｓとして算出する。
ここで、各分析線におけるＡｌの含有割合ｘの増減の繰り返しの平均間隔は次のようにして求める。観察方向の位置とＡｌの含有割合ｘの増減の繰り返しとの関係をグラフ化して、平均間隔ｄａｖｇｌおよびｄａｖｇｓを求める。すなわち、Ａｌの含有割合ｘの増減の繰り返しを測定し、この増減の繰り返しを示す曲線に対して、前記曲線を横切る直線ｍを引く（図３を参照）。前記直線ｍは前記曲線に囲まれた領域の面積が直線の上側と下側とで等しくなるものである。そして、この直線ｍがＡｌ含有割合ｘの繰り返し変化を示す曲線を横切る領域ごとに、極大値または極小値を求める。なお、グラフ化に当たり、公知の測定ノイズ除去を行うことはいうまでもない。
なお、図１において、黒色領域はこの直線ｍよりも上側の領域を、白色の領域は下側の領域をそれぞれ表している。
【0034】
また、同一結晶粒内に第１間隔ｄａｖｇｌおよび第２間隔ｄａｖｇｓの領域を共に含むＮａＣｌ型の面心立方構造の結晶粒Ｇｌｓとは、各結晶粒の上部（ＲＵ）、中央（ＲＭ）、下部（ＲＬ）それぞれの範囲に対して線分析を５本ずつ行って、各分析線におけるＡｌの含有割合ｘの増減の繰り返しの間隔の平均値を求めたとき、その平均間隔が４０～１６０ｎｍおよび１～７ｎｍである分析線が同一結晶粒内においてそれぞれ２本以上共に存在するとき、該結晶粒を結晶粒Ｇｌｓと定義する。
【0035】
ＴｉＡｌＣＮ層の平均粒子幅Ｗと平均アスペクト比Ａ：
本発明において、ＴｉＡｌＣＮ層は柱状結晶組織を有し、その組織における結晶粒の縦断面における平均粒子幅Ｗが０．１０～２．００μｍ、平均アスペクト比Ａが２．０～１０．０であることがより好ましい。その理由は、平均粒子幅Ｗが０．１０μｍよりも小さい微粒結晶になると粒界の増加による耐塑性変形性の低下、耐酸化性の低下により異常損傷に至りやすくなることがあり、一方、平均粒子幅Ｗが２．００μｍよりも大きくなると粗大に成長した粒子の存在により、靱性が低下しやすくなることがあるためである。また、平均アスペクト比Ａが２．０よりも小さい粒状結晶になると切削時に硬質被覆層の表面に生じるせん断応力に対してその界面が破壊起点となりやすくなってしまいチッピングの原因となることがあり、また、平均アスペクト比Ａが１０．０を超えると、切削時に刃先に微小なチッピングが生じ、隣り合う柱状結晶組織に欠けが生じた場合に、硬質被覆層表面に生じるせん断応力に対しての抗力が小さくなりやすく、柱状結晶組織が破断することで一気に損傷が進行し、大きなチッピングを生じることがある。したがって、結晶粒の平均粒子幅Ｗが０．１０～２．００μｍ、平均アスペクト比Ａが２．０～１０．０であることがより好ましい。
本発明において、ＴｉＡｌＣＮ層は柱状結晶組織を有し、その組織における結晶粒の縦断面における平均粒子幅Ｗが０．１０～２．００μｍ、平均アスペクト比Ａが２．０～１０．０であることがより好ましい。その理由は、平均粒子幅Ｗが０．１０μｍよりも小さい微粒結晶になると粒界の増加による耐塑性変形性の低下、耐酸化性の低下により異常損傷に至りやすくなることがあり、一方、平均粒子幅Ｗが２．００μｍよりも大きくなると粗大に成長した粒子の存在により、靱性が低下しやすくなることがあるためである。また、平均アスペクト比Ａが２．０よりも小さい粒状結晶になると切削時に硬質被覆層の表面に生じるせん断応力に対してその界面が破壊起点となりやすくなってしまいチッピングの原因となることがあり、また、平均アスペクト比Ａが１０．０を超えると、切削時に刃先に微小なチッピングが生じ、隣り合う柱状結晶組織に欠けが生じた場合に、硬質被覆層表面に生じるせん断応力に対しての抗力が小さくなりやすく、柱状結晶組織が破断することで一気に損傷が進行し、大きなチッピングを生じることがある。したがって、結晶粒の平均粒子幅Ｗが０．１０～２．００μｍ、平均アスペクト比Ａが２．０～１０．０であることがより好ましい。
【0036】
次に、結晶粒の平均粒子幅Ｗと平均アスペクト比Ａ、および柱状結晶組織を有するＮａＣｌ型の面心立方構造を有する結晶粒の面積割合の算出方法について説明する。まず、前述のとおりに、粒界の判定を行って結晶粒を特定する。次に、画像処理を行い、ある結晶粒ｉに対して工具基体の表面と垂直方向の最大長さＨｉ、工具基体の表面と水平方向の最大長さである粒子幅Ｗｉ、および面積Ｓｉを求める。結晶粒ｉのアスペクト比ＡｉはＡｉ＝Ｈｉ／Ｗｉとして算出する。このようにして、観察視野内の少なくとも２０以上（ｉ＝１～２０以上）の結晶粒の粒子幅Ｗ１～Ｗｎ（ｎ≧２０）を数１により面積加重平均し、前記結晶粒の平均粒子幅Ｗとする。また、同様にして前記結晶粒のアスペクト比Ａ１～Ａｎ（ｎ≧２０）を求め、数２により面積加重平均して、前記結晶粒の平均アスペクト比Ａとする。
【0037】
【数1】
【0038】
【数2】
【0039】
その他の層：
硬質被覆層として、本発明の前記ＴｉＡｌＣＮ層を含む硬質被覆層は合金鋼や鋳鉄の高速断続切削加工において、十分な耐チッピング性、耐摩耗性を有するが、前記硬質被覆層とは別に、Ｔｉの炭化物層、窒化物層、炭窒化物層、炭酸化物層および炭窒酸化物層のうちの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Ｔｉ化合物（化学量論的な化合物に限定されない）層を含む下部層を工具基体に隣接して設けた場合、および／または、少なくとも酸化アルミニウム（化学量論的な化合物に限定されない）層を含む層が１．０～２５．０μｍの合計平均層厚で上部層として前記ＴｉＡlＣＮ層の上に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、より一層優れた耐チッピング性、耐摩耗性を発揮することができる。
硬質被覆層として、本発明の前記ＴｉＡｌＣＮ層を含む硬質被覆層は合金鋼や鋳鉄の高速断続切削加工において、十分な耐チッピング性、耐摩耗性を有するが、前記硬質被覆層とは別に、Ｔｉの炭化物層、窒化物層、炭窒化物層、炭酸化物層および炭窒酸化物層のうちの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Ｔｉ化合物（化学量論的な化合物に限定されない）層を含む下部層を工具基体に隣接して設けた場合、および／または、少なくとも酸化アルミニウム（化学量論的な化合物に限定されない）層を含む層が１．０～２５．０μｍの合計平均層厚で上部層として前記ＴｉＡlＣＮ層の上に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、より一層優れた耐チッピング性、耐摩耗性を発揮することができる。
【0040】
ここで、下部層の合計平均層厚が０．１μｍ未満では、下部層の効果が十分に奏されず、一方、２０．０μｍを超えると下部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。また、酸化アルミニウム層を含む上部層の合計平均層厚が１．０μｍ未満では、上部層の効果が十分に奏されず、一方、２５．０μｍを超えると上部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。
【0041】
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。一例を挙げるならば、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、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。
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。一例を挙げるならば、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、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。
【0042】
製造方法：
本発明のＴｉＡｌＣＮ層は、例えば、工具基体もしくは当該工具基体上にある前記下部層であるＴｉの炭化物層、窒化物層、炭窒化物層、炭酸化物層および炭窒酸化物層の少なくとも一層以上の上に、例えば、ＮＨ３とＨ２からなるガス群Ａと、ＡｌＣｌ３、ＴｉＣｌ４、Ｎ２、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ４、Ｈ２からなるガス群Ｂとからなる２種の反応ガスを所定の位相差で２系統で供給し、この２種の反応ガスをＣＶＤ炉内で合流させることにより得ることができる。
本発明のＴｉＡｌＣＮ層は、例えば、工具基体もしくは当該工具基体上にある前記下部層であるＴｉの炭化物層、窒化物層、炭窒化物層、炭酸化物層および炭窒酸化物層の少なくとも一層以上の上に、例えば、ＮＨ３とＨ２からなるガス群Ａと、ＡｌＣｌ３、ＴｉＣｌ４、Ｎ２、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ４、Ｈ２からなるガス群Ｂとからなる２種の反応ガスを所定の位相差で２系統で供給し、この２種の反応ガスをＣＶＤ炉内で合流させることにより得ることができる。
【0043】
前記２種の反応ガス組成を例示すると、以下のとおりである。なお、ガス組成はガス群Ａとガス群Ｂの組成和を１００容量％としたものである。但し、ガス群Ｂの組成は系統１と系統２とからなる。
ガス群Ａ：
ＮＨ３：２．０～５．０％、Ｈ２：６５～７５％
ガス群Ｂ：
系統１：
ＡｌＣｌ３：０．６５～１．０２％、ＴｉＣｌ４：０．０３～０．４３％、Ｎ２：０．０～１０．０％、ＣＨ４：０．１～３．０％、Ｃ２Ｈ４：０．１～３．０％、Ｈ２：残
系統２：
ＡｌＣｌ３：０．５８～１．０３％、ＴｉＣｌ４：０．１２～０．４９％、Ｎ２：０．０～８．２％、ＣＨ４：０．１～２．９％、Ｃ２Ｈ４：０．１～３．０％、Ｈ２：残
反応雰囲気圧力：４．０～５．０ｋＰａ
反応雰囲気温度：７００～８５０℃
ガス供給周期：２．００～１５．００秒
１周期当たりのガス供給時間：０．１５～０．２５秒
ガス群Ａとガス群Ｂの供給の位相差：０．１０～０．２０秒
系統１と系統２の位相差：１．００～７．５０秒
ガス群Ａ：
ＮＨ３：２．０～５．０％、Ｈ２：６５～７５％
ガス群Ｂ：
系統１：
ＡｌＣｌ３：０．６５～１．０２％、ＴｉＣｌ４：０．０３～０．４３％、Ｎ２：０．０～１０．０％、ＣＨ４：０．１～３．０％、Ｃ２Ｈ４：０．１～３．０％、Ｈ２：残
系統２：
ＡｌＣｌ３：０．５８～１．０３％、ＴｉＣｌ４：０．１２～０．４９％、Ｎ２：０．０～８．２％、ＣＨ４：０．１～２．９％、Ｃ２Ｈ４：０．１～３．０％、Ｈ２：残
反応雰囲気圧力：４．０～５．０ｋＰａ
反応雰囲気温度：７００～８５０℃
ガス供給周期：２．００～１５．００秒
１周期当たりのガス供給時間：０．１５～０．２５秒
ガス群Ａとガス群Ｂの供給の位相差：０．１０～０．２０秒
系統１と系統２の位相差：１．００～７．５０秒
【実施例】
【0044】
次に、実施例について説明する。
ここでは、本発明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、工具基体として、前記の他のものを用いた場合であっても同様であるし、ドリル、エンドミルに適用した場合も同様である。
ここでは、本発明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、工具基体として、前記の他のものを用いた場合であっても同様であるし、ドリル、エンドミルに適用した場合も同様である。
【0045】
原料粉末として、いずれも１～３μｍの平均粒径を有するＷＣ粉末、ＴｉＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、Ｃｒ３Ｃ２粉末、ＺｒＣ粉末、ＴｉＮ粉末およびＣｏ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アセトン中で２４時間ボールミル混合し、減圧乾燥した後、９８ＭＰａの圧力で所定形状の圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を５Ｐａの真空中、１３７０～１４７０℃の範囲内の所定の温度に１時間保持の条件で真空焼結し、焼結後、ＩＳＯ規格ＳＥＥＮ１２０３ＡＦＳＮ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、および、ＩＳＯ規格ＣＮＭＧ１２０４１２のインサート形状をもったＷＣ基超硬合金製の工具基体Ｄ～Ｆをそれぞれ製造した。
【0046】
次に、これら工具基体Ａ～Ｆの表面に、ＣＶＤ装置を用いて、表２に示す成膜条件によりＴｉＡｌＣＮ層をＣＶＤにより形成し、表５に示される本発明被覆工具１～１６を得た。ここで、本発明被覆工具４～８、１１、１３、１５、１６は、表４に示すように下部層および／または上部層を表３に示す成膜条件により成膜した。
【0047】
また、比較のために、これら工具基体Ａ～Ｆの表面に、ＣＶＤ装置を用いて、表２に示す成膜条件によりＴｉＡｌＣＮ層をＣＶＤにより形成し、表５に示される比較例被覆工具１～１６を得た。ここで、比較例被覆工具４～８、１１、１３、１５、１６は、表４に示すように下部層および／または上部層を表３に示す成膜条件により成膜した。
【0048】
【表1】
【0049】
【表2】
【0050】
【表3】
【0051】
【表4】
【0052】
【表5】
【0053】
続いて、前記本発明被覆工具１～８および比較被覆工具１～８について、前記各種の工具基体Ａ～Ｃ（ＩＳＯ規格ＳＥＥＮ１２０３ＡＦＳＮ形状）をいずれもカッタ径８０ｍｍの合金鋼製カッタ先端部に固定治具にてクランプした状態で、以下に示す、合金鋼の湿式高速正面フライス、センターカット切削試験１を実施し、切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。表６に、切削試験１の結果を示す。なお、比較被覆工具１～８については、チッピング発生が原因で切削時間終了前に寿命に至ったため、寿命に至るまでの時間を示す。
【0054】
切削試験１：湿式高速正面フライス、センターカット切削試験
カッタ径：８０ｍｍ
被削材：ＪＩＳ・ＳＣＭ４４０ 幅６０ｍｍ、長さ２５０ｍｍのブロック材
回転速度：１３９３ｍｉｎ－１
切削速度：３５０ｍ／ｍｉｎ
切り込み：２．０ｍｍ
送り：０．３ｍｍ／刃
切削時間：６分
（通常の切削速度は、２００ｍ／ｍｉｎ）
カッタ径：８０ｍｍ
被削材：ＪＩＳ・ＳＣＭ４４０ 幅６０ｍｍ、長さ２５０ｍｍのブロック材
回転速度：１３９３ｍｉｎ－１
切削速度：３５０ｍ／ｍｉｎ
切り込み：２．０ｍｍ
送り：０．３ｍｍ／刃
切削時間：６分
（通常の切削速度は、２００ｍ／ｍｉｎ）
【0055】
【表6】
【0056】
また、前記本発明被覆工具９～１６および比較被覆工具９～１６について、前記各種の被覆工具基体Ｄ～Ｆ（ＩＳＯ規格ＣＮＭＧ１２０４１２形状）をいずれも合金鋼製バイトの先端部に固定治具にてネジ止めした状態で、以下に示す、ダクタイル鋳鉄の乾式高速断続切削試験２を実施し、切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。表７に、切削試験２の結果を示す。なお、比較被覆工具９～１６については、チッピング発生が原因で切削時間終了前に寿命に至ったため、寿命に至るまでの時間を示す。
【0057】
切削試験２：湿式高速断続切削
被削材：ＪＩＳ・ＦＣＤ７００の長さ方向等間隔８本縦溝入り丸棒
切削速度：３００ｍ／ｍｉｎ
切り込み：２．０ｍｍ
送り量：０．３ｍｍ／ｒｅｖ
切削時間：３分
（通常の切削速度は、２００ｍ／ｍｉｎ）
被削材：ＪＩＳ・ＦＣＤ７００の長さ方向等間隔８本縦溝入り丸棒
切削速度：３００ｍ／ｍｉｎ
切り込み：２．０ｍｍ
送り量：０．３ｍｍ／ｒｅｖ
切削時間：３分
（通常の切削速度は、２００ｍ／ｍｉｎ）
【0058】
【表7】
【0059】
表６、表７に示される結果から、本発明被覆工具１～１６は、いずれも硬質被覆層が優れた耐チッピング性、耐剥離性を有しているため、合金鋼や鋳鉄の高速断続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１～１６は、合金鋼や鋳鉄の高速断続切削加工に用いた場合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】
【0060】
前述のように、本発明の被覆工具は、合金鋼や鋳鉄以外の高速断続切削加工の被覆工具としても用いることができ、しかも、長期にわたって優れた耐チッピング性、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及び省エネルギー化、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。
【図1】
【図2】
【図3】