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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】2023-10-30
(45)【発行日】2023-11-08
(54)【発明の名称】表面被覆切削工具
(51)【国際特許分類】
B23B 27/14 20060101AFI20231031BHJP
C23C 14/06 20060101ALI20231031BHJP
【ＦＩ】
B23B27/14 A
C23C14/06 A
【請求項の数】
1
(21)【出願番号】P 2020021536
(22)【出願日】2020-02-12
(65)【公開番号】P2021126717
(43)【公開日】2021-09-02
【審査請求日】2022-12-27
(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】淺沼 英利
【審査官】亀田 貴志
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１８－１１８３４６（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１９／１８８９６７（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１６－１６８６６９（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２３Ｂ ２７／１４
Ｂ２３Ｂ ５１／００
Ｂ２３Ｃ ５／１６
Ｂ２３Ｐ １５／２８
Ｃ２３Ｃ １４／０６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
工具基体と該工具基体上の硬質皮膜層を有する表面被覆切削工具であって、前記硬質皮膜層は、平均厚さ０．５～１０．０μｍの硬質皮膜と、前記工具基体と前記硬質皮膜との界面領域の前記工具基体直上に平均厚さ１０～５００ｎｍのＷ膜と、該Ｗ膜の直上に前記硬質皮膜に接する組成傾斜膜を有し、
前記硬質皮膜は、その組成を組成式：（Ｔｉ（１－ｘ－ｙ）ＡｌｘＭｙ）Ｎで表したとき、０．４０≦ｘ≦０．９０、０．００≦ｙ≦０．２０（ただし、ｘ、ｙは原子比、ＭはＩＵＰＡＣの周期表の４～６族の原子、Ｓｉ、Ｃｅ、Ｌａ、Ｈｆ、Ｎｄの少なくとも一つ）を満足する平均組成を有し、
前記組成傾斜膜は、その平均厚さが１０ｎｍ以上、かつ、前記硬質皮膜の平均厚さ１／３以下であって、その組成を組成式：（Ｔｉ（１－ｐ－ｑ）ＡｌｐＭｑ）Ｎで表したとき、０．１０≦ｐ＜０．４０、０．００≦ｑ≦０．２０（ただし、ｐ、ｑは原子比、ＭはＩＵＰＡＣの周期表の４～６族の原子、Ｓｉ、Ｃｅ、Ｌａ、Ｈｆ、Ｎｄの少なくとも一つ）を満足する組成であって、前記ｐは前記Ｗ膜との境界から前記硬質皮膜に向かって増加していることを特徴とする、
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、チタン合金、ニッケル合金等の高速切削加工に用いても、硬質皮膜層が優れた耐溶着性、耐チッピング性を有し、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】
被覆工具には、各種の鋼や鋳鉄などの被削材の旋削加工や平削り加工のためにバイトの先端部に着脱自在に取り付けて用いられるインサート、被削材の穴あけ切削加工などに用いられるドリルやミニチュアドリル、さらに被削材の面削加工や溝加工、肩加工などに用いられるソリッドタイプのエンドミルなどがあり、またインサートを着脱自在に取り付けてソリッドタイプのエンドミルと同様に切削加工を行うインサート式エンドミルなどが知られている。
【0003】
従来から、被覆工具としては、例えば、ＷＣ基超硬合金等の工具基体に硬質皮膜層を形成したものが知られており、工具基体と硬質皮膜層との界面に注目して、切削性能の改善を目的として種々の提案がなされている。
【0004】
例えば、特許文献１には、ＷＣ基超硬基体の表面にｂｃｃ構造を有するＷ、Ｃｒ、Ｃｏを含む改質層を有する被覆工具が記載され、この被覆工具は高硬度鋼、ステンレス鋼、鋳鋼の切削に使用できることが記載されている。
【0005】
さらに、例えば、特許文献２および３には、ＷＣの結晶構造に指数付けされ、ＷとＣｒを含有する炭化物からなる１～１０ｎｍの膜厚の中間皮膜を設けた被覆工具が記載され、この被覆工具は、高炭素鋼、プリハードン鋼等の切削加工でも耐久性を有することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】特開２０１４－１５２３４５号公報
【文献】特開２０１６－６４４８７号公報
【文献】特許第６３８２３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
特許文献１～３に記載された硬質皮膜層を有する被覆工具は、主に鋼を加工するものであって、チタン合金、ニッケル合金のように熱伝導度が低く、硬く、靭性を有し切削工具との親和性の高い材料の高速切削時には、硬質皮膜層に早期に溶着剥離が発生し、短時間で寿命に至ってしまい満足する切削性能を得ることは困難である。
【0008】
そこで、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、チタン合金、ニッケル合金等の熱伝導度が低く、硬く、靱性の高い材料の切削に供しても、硬質皮膜層が優れた耐溶着性、耐チッピング性を示し、特に、通常の切削速度の２倍以上の高速切削であっても長期の使用にわたって優れた切削性能を発揮する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】
【0009】
本発明者は、前記課題を解決すべく、硬質皮膜と工具基体との界面領域の組成・構造について鋭意検討したところ、工具基体と硬質皮膜との界面領域に、工具基体直上にＷ膜、このＷ膜の直上に硬質皮膜に接し、硬質皮膜よりもＴｉを多く含み、かつ、硬質皮膜に向かってＴｉ含有量が減少しＡｌ含有量が増加する組成傾斜膜を設けると、硬質皮膜と工具基体との密着性が向上し、たとえ、硬質被覆層の溶着剥離が生じかけても、この界面領域の膜がチッピングを抑制し、工具基体を構成する粒子（ＷＣ粒子）の脱落が防止できるという新規な知見を得た。
【0010】
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上の硬質皮膜層を有する表面被覆切削工具であって、
前記硬質皮膜層は、平均厚さ０．５～１０．０μｍの硬質皮膜と、前記工具基体と前記硬質皮膜との界面領域の前記工具基体直上に平均厚さ１０～５００ｎｍのＷ膜と、該Ｗ膜の直上に前記硬質皮膜に接する組成傾斜膜を有し、
前記硬質皮膜は、その組成を組成式：（Ｔｉ（１－ｘ－ｙ）ＡｌｘＭｙ）Ｎで表したとき、０．４０≦ｘ≦０．９０、０．００≦ｙ≦０．２０（ただし、ｘ、ｙは原子比、ＭはＩＵＰＡＣの周期表の４～６族の原子、Ｓｉ、Ｃｅ、Ｌａ、Ｈｆ、Ｎｄの少なくとも一つ）を満足する平均組成を有し、
前記組成傾斜膜は、その平均厚さが１０ｎｍ以上、かつ、前記硬質皮膜の平均厚さ１／３以下であって、その組成を組成式：（Ｔｉ（１－ｐ－ｑ）ＡｌｐＭｑ）Ｎで表したとき、０．１０≦ｐ＜０．４０、０．００≦ｑ≦０．２０（ただし、ｐ、ｑは原子比、ＭはＩＵＰＡＣの周期表の４～６族の原子、Ｓｉ、Ｃｅ、Ｌａ、Ｈｆ、Ｎｄの少なくとも一つ）を満足する組成であって、前記ｐは前記Ｗ膜との境界から前記硬質皮膜に向かって増加していることを特徴とする、
表面被覆切削工具。」
「（１）工具基体と該工具基体上の硬質皮膜層を有する表面被覆切削工具であって、
前記硬質皮膜層は、平均厚さ０．５～１０．０μｍの硬質皮膜と、前記工具基体と前記硬質皮膜との界面領域の前記工具基体直上に平均厚さ１０～５００ｎｍのＷ膜と、該Ｗ膜の直上に前記硬質皮膜に接する組成傾斜膜を有し、
前記硬質皮膜は、その組成を組成式：（Ｔｉ（１－ｘ－ｙ）ＡｌｘＭｙ）Ｎで表したとき、０．４０≦ｘ≦０．９０、０．００≦ｙ≦０．２０（ただし、ｘ、ｙは原子比、ＭはＩＵＰＡＣの周期表の４～６族の原子、Ｓｉ、Ｃｅ、Ｌａ、Ｈｆ、Ｎｄの少なくとも一つ）を満足する平均組成を有し、
前記組成傾斜膜は、その平均厚さが１０ｎｍ以上、かつ、前記硬質皮膜の平均厚さ１／３以下であって、その組成を組成式：（Ｔｉ（１－ｐ－ｑ）ＡｌｐＭｑ）Ｎで表したとき、０．１０≦ｐ＜０．４０、０．００≦ｑ≦０．２０（ただし、ｐ、ｑは原子比、ＭはＩＵＰＡＣの周期表の４～６族の原子、Ｓｉ、Ｃｅ、Ｌａ、Ｈｆ、Ｎｄの少なくとも一つ）を満足する組成であって、前記ｐは前記Ｗ膜との境界から前記硬質皮膜に向かって増加していることを特徴とする、
表面被覆切削工具。」
【発明の効果】
【0011】
本発明の表面被覆切削工具は、組成傾斜層のＴｉ含有量が多いため、靱性が向上し、チタン合金、ニッケル合金等の高速切削加工に用いても、硬質皮膜層が優れた耐溶着性、耐チッピング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。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本発明の表面被覆切削工具における硬質皮膜層の縦断面の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明の被覆工具について、より詳細に説明する。なお、本明細書、特許請求の範囲の記載において、数値範囲を「Ａ～Ｂ」（Ａ、Ｂはともに数値）を用いて表現する場合、その範囲は上限（Ｂ）および下限（Ａ）の数値を含むものである。また、上限（Ｂ）および下限（Ａ）は同じ単位である。
【0014】
図１に、本発明の被覆工具における硬質皮膜層の縦断面の模式図を示す。この図１から明らかなように、工具基体上に硬質皮膜層が形成され、この硬質皮膜層は、工具基体の近傍に界面領域を有している。この界面領域は、工具基体側にＷ膜、その直上には、硬質皮膜と接する組成傾斜膜を有している。これらについて、以下順に説明する。
【0015】
硬質皮膜の平均膜厚：
本発明の被覆工具における硬質皮膜層を構成する硬質皮膜の平均膜厚は、０．５～１０．０μｍである。この範囲とした理由は、０．５μｍ未満であると、長期の使用にわたって優れた耐摩耗性を発揮することができず、一方、１０．０μｍを超えると、硬質皮膜の結晶粒が粗大化しやすくなり、耐チッピング性向上効果が得られなくなるからである。
本発明の被覆工具における硬質皮膜層を構成する硬質皮膜の平均膜厚は、０．５～１０．０μｍである。この範囲とした理由は、０．５μｍ未満であると、長期の使用にわたって優れた耐摩耗性を発揮することができず、一方、１０．０μｍを超えると、硬質皮膜の結晶粒が粗大化しやすくなり、耐チッピング性向上効果が得られなくなるからである。
【0016】
硬質皮膜の組成：
本発明の被覆工具における硬質皮膜層を構成する硬質皮膜は、その組成を組成式：（Ｔｉ（１－ｘ－ｙ）ＡｌｘＭｙ）Ｎで表したとき、０．４０≦ｘ≦０．９０、０．００≦ｙ≦０．２０（ただし、ｘ、ｙは原子比、ＭはＩＵＰＡＣの周期表の４～６族の原子、Ｓｉ、Ｃｅ，Ｌａ、Ｈｆ、Ｎｄの少なくとも一つ）を満足する平均組成を有していることが好ましい。
なお、（Ｔｉ（１－ｘ－ｙ）ＡｌｘＭｙ）とＮは、１：１で化合していなくてもよい。
本発明の被覆工具における硬質皮膜層を構成する硬質皮膜は、その組成を組成式：（Ｔｉ（１－ｘ－ｙ）ＡｌｘＭｙ）Ｎで表したとき、０．４０≦ｘ≦０．９０、０．００≦ｙ≦０．２０（ただし、ｘ、ｙは原子比、ＭはＩＵＰＡＣの周期表の４～６族の原子、Ｓｉ、Ｃｅ，Ｌａ、Ｈｆ、Ｎｄの少なくとも一つ）を満足する平均組成を有していることが好ましい。
なお、（Ｔｉ（１－ｘ－ｙ）ＡｌｘＭｙ）とＮは、１：１で化合していなくてもよい。
【0017】
ｘ、ｙ、の範囲を前記のように決定した理由は次のとおりである。
ｘの値が０．４０未満になると、高硬度が得られないばかりか結晶粒が粗大化しやすくなり、一方、０．９０を超えると、一部の結晶の結晶構造がＮａＣｌ型の面心立方構造から六方晶構造に変化し、硬さが低下する。より好ましい範囲としては０．４５≦ｘ≦０．７０である。
また、必要に応じて添加するＭの平均含有割合ｙが０．２０を超えると、靭性が低下し、チッピング、欠損を発生しやすくなる。
ｘの値が０．４０未満になると、高硬度が得られないばかりか結晶粒が粗大化しやすくなり、一方、０．９０を超えると、一部の結晶の結晶構造がＮａＣｌ型の面心立方構造から六方晶構造に変化し、硬さが低下する。より好ましい範囲としては０．４５≦ｘ≦０．７０である。
また、必要に応じて添加するＭの平均含有割合ｙが０．２０を超えると、靭性が低下し、チッピング、欠損を発生しやすくなる。
【0018】
ここで、硬質皮膜の平均組成、平均層厚については、走査型電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ：ＳＥＭ）、透過型電子顕微鏡（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＴＥＭ）、エネルギー分散型Ｘ線分光法（Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ－ｒａｙ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ＥＤＳ）を用いた断面観察により求めることができる。
【0019】
界面領域のＷ膜：
界面領域の工具基体直上には、組成傾斜膜に接するＷ膜を有し、その平均厚さ、すなわち、工具基体から硬質皮膜に向かってＷＣではなくＷが検出されＴｉが検出されるまでの平均距離が、１０～５００ｎｍであることが好ましい。Ｗ膜の平均厚さがこの範囲にあるとき、硬質皮膜層が優れた耐溶着性、耐チッピング性を備える。なお、この領域のＷ膜は後述するようにＷ原子をスパッタリングすることによって得るものであるから、工具基体から硬質皮膜へ拡散する可能性のあるＷによって形成されるものとは明らかに異なるものである。
界面領域の工具基体直上には、組成傾斜膜に接するＷ膜を有し、その平均厚さ、すなわち、工具基体から硬質皮膜に向かってＷＣではなくＷが検出されＴｉが検出されるまでの平均距離が、１０～５００ｎｍであることが好ましい。Ｗ膜の平均厚さがこの範囲にあるとき、硬質皮膜層が優れた耐溶着性、耐チッピング性を備える。なお、この領域のＷ膜は後述するようにＷ原子をスパッタリングすることによって得るものであるから、工具基体から硬質皮膜へ拡散する可能性のあるＷによって形成されるものとは明らかに異なるものである。
【0020】
界面領域の組成傾斜膜：
界面領域のＷ膜の直上には硬質皮膜と接する組成傾斜膜を有する。組成傾斜膜の組成を組成式：（Ｔｉ（１－ｐ－ｑ）ＡｌｐＭｑ）Ｎで表したとき、０．１０≦ｐ＜０．４０、０．００≦ｑ≦０．２０（ただし、ｐ、ｑは原子比、ＭはＩＵＰＡＣの周期表の４～６族の原子、Ｓｉ、Ｃｅ、Ｌａ、Ｈｆ、Ｎｄの少なくとも一つ）を満足する組成を有し、ＡｌのＴｉとＡｌとＭの合量に占める割合であるｐは、Ｗ膜との境界から硬質皮膜に向かって増加している傾斜組成が好ましい。ここで、増加の態様に制約はないが、線形が好ましい。
この組成傾斜膜は、硬質皮膜を強固に工具基体に密着させる作用を有し、前述の傾斜組成を有するとき、この作用がより確実に発揮される。
なお、（Ｔｉ（１－ｐ－ｑ）ＡｌｐＭｑ）とＮは、１：１で化合していなくてもよい。
界面領域のＷ膜の直上には硬質皮膜と接する組成傾斜膜を有する。組成傾斜膜の組成を組成式：（Ｔｉ（１－ｐ－ｑ）ＡｌｐＭｑ）Ｎで表したとき、０．１０≦ｐ＜０．４０、０．００≦ｑ≦０．２０（ただし、ｐ、ｑは原子比、ＭはＩＵＰＡＣの周期表の４～６族の原子、Ｓｉ、Ｃｅ、Ｌａ、Ｈｆ、Ｎｄの少なくとも一つ）を満足する組成を有し、ＡｌのＴｉとＡｌとＭの合量に占める割合であるｐは、Ｗ膜との境界から硬質皮膜に向かって増加している傾斜組成が好ましい。ここで、増加の態様に制約はないが、線形が好ましい。
この組成傾斜膜は、硬質皮膜を強固に工具基体に密着させる作用を有し、前述の傾斜組成を有するとき、この作用がより確実に発揮される。
なお、（Ｔｉ（１－ｐ－ｑ）ＡｌｐＭｑ）とＮは、１：１で化合していなくてもよい。
【0021】
この組成傾斜膜の平均厚さ、すなわち、工具基体から硬質皮膜に向かってＴｉが検出されＡｌのＴｉとＡｌとＭの合量に占める割合が０．４０以上になるまでの距離が、１０ｎｍ以上、かつ、前記硬質皮膜の平均厚さの１／３以下であることが好ましい。この範囲の平均厚さであるとき、前記作用がより確実に発揮される。
【0022】
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ＷＣを含む基体であれば、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。
工具基体は、この種の工具基体として従来公知のＷＣを含む基体であれば、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。
【0023】
製造方法：
本発明の被覆工具の硬質皮膜層は、ＰＶＤの一種であるアークイオンプレーティング（Ａｒｃ Ｉｏｎ Ｐｌａｔｉｎｇ：ＡＩＰ）装置を用いて製造することができ、Ｗ膜は、Ｗターゲットをスパッタして形成する。組成傾斜膜は、所定組成のＴｉ－Ａｌ－Ｍ合金とＴｉの２種のターゲットを同時にスパッタすることによって形成することができ、Ｔｉの放電量を徐々に減少（例えば線形に減少）させることがより好ましい。また、硬質皮膜は所定組成のＴｉ－Ａｌ－Ｍ合金とＴｉの２種のターゲットを用い、所定組成になるようにＴｉの放電量を制御する。
本発明の被覆工具の硬質皮膜層は、ＰＶＤの一種であるアークイオンプレーティング（Ａｒｃ Ｉｏｎ Ｐｌａｔｉｎｇ：ＡＩＰ）装置を用いて製造することができ、Ｗ膜は、Ｗターゲットをスパッタして形成する。組成傾斜膜は、所定組成のＴｉ－Ａｌ－Ｍ合金とＴｉの２種のターゲットを同時にスパッタすることによって形成することができ、Ｔｉの放電量を徐々に減少（例えば線形に減少）させることがより好ましい。また、硬質皮膜は所定組成のＴｉ－Ａｌ－Ｍ合金とＴｉの２種のターゲットを用い、所定組成になるようにＴｉの放電量を制御する。
【実施例】
【0024】
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が含まれていればよく、また、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が含まれていればよく、また、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。
【0025】
まず、原料粉末として、Ｃｏ粉末、ＴｉＣ粉末、ＶＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、Ｃｒ３Ｃ２粉末、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ＳＥＥＮ１２０３ＡＦＴＮ１のインサート形状をもったＷＣ基超硬合金製の工具基体１～３を作製した。
【0026】
次に、工具基体１～３に直流（ＤＣ）スパッタリング蒸着源を持つＡＩＰ装置を用いて硬質皮膜層を形成すべく、これらをアセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、ＡＩＰ装置内の回転テーブル上の中心軸から半径方向に所定距離離れた位置に外周部にそって装着した。また、カソード電極（蒸発源）として、Ｗターゲット、Ｔｉターゲット、そして、所定組成の硬質皮膜を得るためのＴｉ－Ａｌ―Ｍ合金ターゲットを配置した。
【0027】
続いて、ＡＩＰ装置内を排気して１０－２Ｐａ以下の真空に保持しながら、ヒーターで装置内を４００～１０００℃に加熱した後、０．１～２．０ＰａのＡｒガス雰囲気に設定し、前記回転テーブル上で自転しながら回転する工具基体に－２００～－１５００Ｖの直流バイアス電圧を印加し、アルゴンイオンによって、工具基体表面を１０～１２０分間ボンバード処理した。
【0028】
ＡＩＰ装置内に反応ガスとして、表２に示す分圧が０．１～１．０Ｐａの範囲内のＡｒガスを所定時間導入すると共に、同じく表２に示す炉内温度に維持し、前記回転テーブル上で自転しながら回転する工具基体に、表２に示す－３０～－２００Ｖの範囲内の所定の直流バイアス電圧を印加して、Ｗターゲットのスパッタリング電力を５００～１０００Ｗで調整し、Ｗ膜を成膜した。
【0029】
続いて、表２に示す－３０～－２００Ｖの範囲内の所定の直流バイアス電圧を印加して、Ｔｉ含有量が所定量になるように、ＴｉターゲットとＴｉ－Ａｌ―Ｍ合金ターゲット（Ｍは、表３を参照）のアーク電流を８０～２４０Ａの範囲内で調整し、Ｔｉターゲットのアーク電流を直線的に減少させる一方で、Ｔｉ－Ａｌ－Ｍ合金ターゲットのアーク電流を一定に保つことで、組成傾斜膜：（Ｔｉ（１－ｐ－ｑ）ＡｌｐＭｑ）Ｎ膜を成膜した。その後、Ｔｉ－Ａｌ－Ｍ合金ターゲットからなるカソード電極（蒸発源）とアノード電極との間に、表２に示す８０～２４０Ａの範囲内の所定の電流を流してアーク放電を発生させ、硬質皮膜を形成し、表３に示す本発明の被覆工具（以下、「本発明工具」という）１～９を作製した。
【0030】
一方、比較のため、前記工具基体１～３に対して、前記と同じＡＩＰ装置を用いて、表２に示す条件で各皮膜を蒸着形成し、表４に示す比較例の皮膜工具（以下、「比較例工具」という）１～３を作製した。
【0031】
硬質被覆層を構成する各皮膜の平均層厚、硬質皮膜や組成傾斜膜の組成は、前記で作製した本発明工具１～９および比較例工具１～３の工具基体の表面に垂直な硬質皮膜層縦断面（工具基体に垂直な断面）について、工具基体の表面に平行な方向の幅が１０μｍであり、硬質皮膜層の厚み領域が全て含まれるよう設定された視野について、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）、エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＳ）を用いた断面観察により求めた。
【0032】
具体的には、平均層厚は観察断面を５０００倍に拡大して、５点の層厚を求めて平均層厚を算出した。硬質皮膜の平均組成、組成傾斜膜の組成、Ａｌの含有量の変化については、層厚方向に１００μｍの等間隔で５本のＥＤＳ線分析を行い、平均値を算出した。また、（Ｔｉ、Ａｌ、Ｍ、Ｎ）の硬質皮膜層を構成する原子のみが検出され始め、Ａｌ含有量が４０原子％未満である工具基体の表面に最も近い点から工具基体表面側へ０．５ｎｍの点を工具基体側の位置とし、さらに、Ａｌの含有割合がこれ以上増加しない点よりも工具基体側へ０．５ｎｍの点を工具表面側の位置とした。なお、これらの点の位置は工具基体の表面から測定した。表３、表４では、この工具基体側の位置および工具表面側の位置におけるＡｌの含有量を、それぞれ前記５個の分析の平均値として記載している。なお、界面領域の平均層厚は、この工具基体側の位置および工具表面側の位置の距離に１ｎｍを加えたものである。
表３および４にこれらの結果を示す。
表３および４にこれらの結果を示す。
【0033】
【表1】
【0034】
【表2】
【0035】
【表3】
【0036】
【表4】
【0037】
次いで、本発明工具１～９および比較例工具１～３について、ＳＥ４４５Ｒ０５０６Ｅのカッタを用いて、単刃の正面フライス切削加工試験を実施した。以下の切削条件で、ニッケル合金およびチタン合金について高速切削加工試験を実施した。
【0038】
切削試験Ａ：
被削材：質量％で、Ｎｉ－１９％Ｃｒ－１８．５％Ｆｅ－５．２％Ｃｄ－５％Ｔａ－３％Ｍｏ－０．９％Ｔｉ－０．５％Ａｌ－０．３％Ｓｉ－０．２％Ｍｎ－０．０５％Ｃｕ－０．０４％Ｃの組成を有するＮｉ基合金の幅６０ｍｍ×長さ２００ｍｍのブロック材
切削速度： ８０ ｍ／ｍｉｎ．
切り込み： １．８ ｍｍ
送り： ０．１１ ｍｍ／ｔｏｏｔｈ．
の条件でのＮｉ基合金の湿式高速高送り切削加工試験（通常の切削速度および送りは、２５～４０ ｍ／ｍｉｎ．、０．０８ｍｍ／ｔｏｏｔｈ）を行った。切削長２．０ｍまで切削し、逃げ面摩耗幅を測定し、刃先の損耗状態を観察した。
切削試験Ａの結果を表５に示す。
被削材：質量％で、Ｎｉ－１９％Ｃｒ－１８．５％Ｆｅ－５．２％Ｃｄ－５％Ｔａ－３％Ｍｏ－０．９％Ｔｉ－０．５％Ａｌ－０．３％Ｓｉ－０．２％Ｍｎ－０．０５％Ｃｕ－０．０４％Ｃの組成を有するＮｉ基合金の幅６０ｍｍ×長さ２００ｍｍのブロック材
切削速度： ８０ ｍ／ｍｉｎ．
切り込み： １．８ ｍｍ
送り： ０．１１ ｍｍ／ｔｏｏｔｈ．
の条件でのＮｉ基合金の湿式高速高送り切削加工試験（通常の切削速度および送りは、２５～４０ ｍ／ｍｉｎ．、０．０８ｍｍ／ｔｏｏｔｈ）を行った。切削長２．０ｍまで切削し、逃げ面摩耗幅を測定し、刃先の損耗状態を観察した。
切削試験Ａの結果を表５に示す。
【0039】
切削試験Ｂ：
被削材：質量％で、Ｔｉ－６％Ａｌ－４％Ｖの幅６０ｍｍ×長さ２００ｍｍのブロック材
切削速度： ９０ ｍ／ｍｉｎ．
切り込み： １．８ ｍｍ
送り： ０．１２ ｍｍ／ｔｏｏｔｈ．
の条件でのＴｉ基合金の湿式高速高送り切削加工試験（ 通常の切削速度および送りは、３０～４５ ｍ／ｍｉｎ．、０．０８ｍｍ／ｔｏｏｔｈ）を行った。切削長２．０ｍまで切削し、逃げ面摩耗幅を測定し、刃先の損耗状態を観察した。
切削試験Ｂの結果を表６に示す。
被削材：質量％で、Ｔｉ－６％Ａｌ－４％Ｖの幅６０ｍｍ×長さ２００ｍｍのブロック材
切削速度： ９０ ｍ／ｍｉｎ．
切り込み： １．８ ｍｍ
送り： ０．１２ ｍｍ／ｔｏｏｔｈ．
の条件でのＴｉ基合金の湿式高速高送り切削加工試験（ 通常の切削速度および送りは、３０～４５ ｍ／ｍｉｎ．、０．０８ｍｍ／ｔｏｏｔｈ）を行った。切削長２．０ｍまで切削し、逃げ面摩耗幅を測定し、刃先の損耗状態を観察した。
切削試験Ｂの結果を表６に示す。
【0040】
【表5】
【0041】
【表6】
【0042】
表５および表６の結果によれば、本発明工具１～９については、切削条件Ａ、Ｂのいずれでもチッピング、剥離等の異常損傷の発生はなく、耐溶着性、耐チッピング性のいずれにも優れていることがわかる。
これに対して、比較例工具１～３については、切削条件Ａ、Ｂのいずれにおいても、チッピングの発生、あるいは、逃げ面摩耗の進行により、短時間で寿命に至ることは明らかである。
これに対して、比較例工具１～３については、切削条件Ａ、Ｂのいずれにおいても、チッピングの発生、あるいは、逃げ面摩耗の進行により、短時間で寿命に至ることは明らかである。
【産業上の利用可能性】
【0043】
本発明の表面被覆切削工具は、各種の鋼などの通常の切削条件での切削加工は勿論のこと、特に高熱発生を伴うとともに、切刃部に対して大きな負荷がかかるチタン合金、ニッケル合金等の高速切削加工において、優れた耐溶着性および耐チッピング性を発揮し、長期にわたってすぐれた切削性能を示すものであるから、切削加工装置の高性能化、並びに切削加工の省力化および省エネ化、さらに低コスト化に十分満足に対応できるものである。
【図1】