CN1282766C - 涂覆硬质被膜工具 - Google Patents

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Abstract

本发明的涂覆硬质被膜工具具有以下特征：在使B的细微氮化物粒子分散的TiB系硬质被膜涂覆的工具中，通过硬质被膜的ESCA分析可以确认B和N的结合能，通过硬质被膜的拉曼分光光度分析检测c-BN和/或h-BN，c-BN的峰值强度Q1和h-BN的峰值强度Q2之比Q1/Q2为1.0以上，X线衍射的(200)面的半值宽度Z在0.3°～0.6°的范围内，工具的前刀面的膜厚K和后刀面的膜厚L之比K/L为1.0以上，而且，上述硬质被膜具有高的硬度及润滑性，可以抑制与加工物的化学反应，耐月牙洼磨损性优良。

Description

涂覆硬质被膜工具
〖发明的技术领域〗
本发明涉及用于金属材料等切削加工的涂覆硬质被膜工具，特别是涉及用于高速切削及干式切削的耐月牙洼磨损性优良的涂覆硬质被膜工具。
〖现有技术〗
历来广泛使用由TiN、Ti(CN)、(TiAl)N等涂覆的切削工具。但是由TiN或Ti(CN)形成的被膜，在高速切削时不能充分显示抗氧化性及耐磨损性。(TiAl)N被膜具有比TiN及Ti(CN)更优良的抗氧化性，因此，可在刃尖遭受高温的切削条件下使用，但在高温下切削时发生工具刃尖熔敷，工具寿命不能令人满意。
特开2001-293601号公开了由TiN构成的耐磨损性被膜，其含有BN、TiB2、TiB等超微粒化合物等。认为该超微粒化合物是非晶态，有提高被膜硬度的作用。由此提高了耐磨损性、滑动性、耐烧结性和被削材料的加工精度，但没有详细介绍超微粒化合物的特性和形态。
〖发明的目的〗
本发明的目的在于，提供一种不牺牲(TiAl)N被膜等的抗氧化性优良的硬质被膜的耐磨损性及粘合性，并可以改善高温状态下的耐熔敷性并抑制加工物中的元素向硬质被膜的扩散，适合于高速及高送进的干式切削加工的涂覆硬质被膜工具。
〖发明的内容〗
鉴于上述目的，本发明人等进行努力研究，结果发现，对于在基体表面上形成由含有金属元素Ti及B的氮化物、碳氮化物、氧氮化物及氧碳氮化物的任一种构成的硬质被膜的工具，在满足(a)硼的氮化物相分散，(b)由ESCA(化学分析用电子能谱法)可以确认B和N的结合能，(c)由拉曼分光光度分析可以确认c-BN和/或h-BN的存在的条件下形成硬质被膜时，由于BN相具有润滑性，可以改善Ti系硬质被膜的润滑性，因而可以显著地改善耐月牙洼磨损性。另外发现，在进行干式高速及高送进切削加工时，抑制加工物中所含元素向硬质被膜扩散的现象，加工物就可以不向工具熔敷，而且可以显著改善工具的耐月牙洼磨损性，极大地延长工具的寿命。进一步发现，要使硬质被膜的硬度及润滑性得到显著改善，不仅需要添加B，而且需要使涂覆条件最佳化。基于这些有关发现完成了本发明。
即，本发明的涂覆硬质被膜工具，其特征在于，涂覆由含有金属元素Ti及B的氮化物、碳氮化物、氧氮化物及氧碳氮化物的任一种构成的硬质被膜，上述硬质被膜含有B的氮化物相，上述硬质被膜经ESCA分析可以确认B和N的结合能，而且上述硬质被膜经拉曼分光光度分析可以确认c-BN和/或h-BN的存在。
在本发明优选的实施方式中，上述硬质被膜的X线衍射中的(200)面的半值宽度Z在0.3°～0.6°的范围内，由上述硬质被膜的拉曼分光光度分析检测c-BN及h-BN的峰值，c-BN的峰值强度Q1和h-BN的峰值强度Q2之比Q1/Q2为1.0以上，上述工具的前刀面的膜厚K和后刀面的膜厚L的比K/L为1.0以上。
上述硬质被膜是用Ti和B的合金靶形成，以总的金属元素作为100原子％，上述硬质被膜中B的含量优选为0.1～50原子％。另外，上述硬质被膜以外的被膜也可以由选自Ti、Al及Cr中的至少1种金属元素和选自C、O及N中的至少1种非金属元素构成的硬质被膜。含有Ti及Al硬质被膜中的Al的一部分也可以用选自4a、5a及6a族的金属和Si中的至少1种元素置换。
工具基体由超硬合金或陶瓷金属构成，在工具的前刀面的上述硬质被膜的总厚度优选为3～15μm。作为能够形成本发明的硬质被膜的工具优选为镶装刀具。
〖附图的简单说明〗
图1是表示本发明(TiB)N被膜经ESCA检测的Ti和N的结合能的衍射峰值的曲线图。
图2是表示本发明硬质被膜经ESCA检测的B和N的结合能的衍射峰值的曲线图。
图3是表示本发明硬质被膜经拉曼分光光度分析检测的c-BN及h-BN的衍射峰值的曲线图。
图4是表示由使用园盘上钢球磨损试验机的磨损试验求出的滑动距离和磨擦系数的关系的曲线图。
图5是表示涂覆本发明硬质被膜的工具切削后刃尖附近元素分析结果的曲线图。
图6表示涂覆现有硬质被膜的工具切削后刃尖附近元素分析结果的曲线图。
〖优选实施方式的说明〗
在真空形成被膜装置中用TiB靶，采用电弧离子镀膜法在超硬基体的表面上形成作为硬质被膜的(Ti75B25)N被膜。形成被膜的条件是：偏压为-300V，作为反应气体的氮气的流量为500sccm及反应气体的压力为0.5Pa。得到的硬质被膜的ESCA(Electron Spectroscopy for Chemical Analysis，化学分析用电子能谱法)的分析结果示于图1及图2。在图1中可以看到Ti和N的结合能的衍射峰，在图2中可以看到B和N的结合能的衍射峰。
另外，除在基体上加载偏压为-300V/+20V的脉冲偏压以外，在与上述相同的条件下形成(TiB)N被膜。得到的硬质被膜的拉曼分光光度分析的结果示于图3。在图3中可以确认c-BN相和h-BN相的存在。各相存在的比率能够由偏压值调整。
若涂覆硬质被膜时离子能大，则c-BN的比率高，得到高硬度的硬质被膜。离子能小时看不到BN相的存在。另外，即使不使用脉冲偏压的场合，加载到基体上的偏压高时，也可以看到c-BN相及h-BN相的存在。这些相作为微结晶分散在被膜中。因此，为了通过微晶在硬质被膜中分散而达到高硬度化，最佳化涂覆条件是重要的。
用园盘上钢球磨损试验机，测定本发明硬质被膜对钢的摩擦系数。主要的测定参数是垂直载荷、接触面积、滑动速度及试验时间。试验温度对于摩擦系数的影响是非常大的。硬质被膜的温度上升主要是由于摩擦热。硬质被膜与钢的化学反应有时因温度上升而活化。切削工具上形成本发明的硬质被膜时测定在切削刃附近的温度区域、室温～700℃下的摩擦系数。超硬合金构成的因盘上涂覆本发明的硬质被膜([(Ti99B1)N90O10])，使用JIS的SDK61的球作为面向园盘的静态元件的摩擦系数的测定条件如下。
接触面压：2N
速度：100mm/sec
试验温度：室温(25℃)、400℃、700℃
摩擦系数和滑动距离的关系示于图4。为比较，对于在超硬合金园盘上涂覆作为硬质被膜的(TiAl)N被膜的现有例，也测定其摩擦系数。将结果一起示于图4中。由图4明显看出，本发明硬质被膜的室温下的摩擦系数与(TiAl)N被膜相比没有大的差别，在0.85～0.95的范围内。当试验温度上升到400℃时，本发明硬质被膜的摩擦系数降低到0.55～0.6，进一步上升到700℃时降低到0.43～0.47。与此相对照，现有例的(TiAl)N被膜的摩擦系数在700℃是0.75～0.85。由此可以认为，在与切削时切削温度相当的700℃下，本发明硬质被膜的摩擦系数比现有例的硬质被膜明显地低，随之切屑摩擦的磨损也降低，因此可以使切屑流畅地排出。
研究切削中发生的现象的结果发现，在含有B的硬质被膜的表面上因氧化形成BO相，从而进一步提高了润滑性。由于除硬质被膜中的BN相的润滑性以外有BO相的润滑性，所以切削阻力可以显著降低。这种现象，不限于添加B的TiN被膜组成，也可以在(TiAl)N中看到。
因本发明硬质被膜中添加氧，使晶粒晶界更致密，晶粒晶界的缺陷减少，因此改善了硬质被膜的抗氧化性。这是由于，硬质被膜的氧化主要通过氧扩散到晶粒晶界而进行，而晶粒晶界的致密化可以抑制氧的扩散的缘故。
由于在本发明的硬质被膜中，除了形成例如TiB相、TiN相、BN相、BO相等这样的Ti和B的化合物以外，还形成Ti或B与非金属的N和/或O结合的化合物，所以硬度及润滑性高。特别是因TiB相，使本发明硬质被膜的硬度比TiN硬度HV2200还高。
作为本发明涂覆硬质被膜条件的含有B的TiN被膜中添加碳，进一步赋予碳的润滑性，使硬度和润滑性更提高。
详细研究了将含有B的硬质被膜用于切削工具时产生的现象，结果发现，不仅由于B使硬质被膜的硬度、润滑性及抗氧化性提高，而且因B与被削材料中所含的Fe的亲和性低，基本上不向被削材料扩散。
由含有金属元素Ti及B的氮化物、碳氮化物、氧氮化物及氧碳氮化物构成的本发明硬质被膜，在抗氧化性方面与现有的Ti和Al的氮化物程度相同，但在防止被加工物的钢的一部分在高温时对工具刃尖熔敷方面优于Ti和Al的氮化物。其理由在于本发明硬质被膜含有与钢材中所含Fe的润湿性低的B可以有效地防止高温时的被加工物的熔敷。另外，在硬质被膜中不含有可成为熔敷原因的Al时，硬质被膜显示高的抗熔敷性。
图5是表示用具有BN相的本发明硬质被膜的工具切削加工后，在基体方向上进行其刃尖附近元素分析的结果，图6表示对现有的(TiAl)N同样进行元素分析的结果。在图5中，在硬质被膜内部未发现被加工物中的Fe元素，在图6中，在现有的(TiAl)N被膜的最表层中形成Al的氧化物，被加工物中的Fe扩散到被膜中。图6中所示的倾向在现有的(TiAlSi)(CN)被膜和(TiAlZrB)N被膜、(TiAlB)N被膜等中也可以看到。由此可知，在具有BN相的本发明的硬质被膜中，在高温下难以与被加工物发生化学反应。可以看出，即使抗氧化性，本发明的硬质被膜与现有的Ti和Al的氮化物被膜也大体相同。
对在(TiAl)N中添加B而构成的现有的硬质被膜的抗熔敷性进行评价的结果可知，因Al在高温下与Fe的亲和性比Ti及B高，所以在含有Al的硬质被膜的最表层形成防止氧扩散的Al2O3层之前，就与被加工物中的Fe发生化学反应。在切削工具上形成含有Al的硬质被膜时，因Al产生的熔敷现象在工具的前刀面发生异常的月牙洼磨损，另外，因许多熔敷物积蓄在晶界部分而发生切削工具的卷刃。因此，为了防止工具和被加工物的熔敷，必须在工具表面具有自身润滑性的硬质被膜。总之，在切削工具表面形成本发明的硬质被膜，能够防止与被加工物的熔敷，能够防止异常磨损。因此，在最表面形成本发明硬质被膜的工具，显著比涂覆Ti及Al的氮化物等的现有的硬质被膜工具的寿命长。
如上述所述，添加B和涂覆条件最佳化能够显著改善TiN的耐月牙洼磨损性，其理由如下：第一是硬质被膜的硬度提高，第二是硬质被膜的润滑性提高，第三是硬质被膜的抗熔敷性提高。
关于第一理由，由于极细微的高硬度的BN相分散在TiN被膜内部，TiN被膜的维氏硬度例如可以由2200显著上升到2800。TiN层的硬度大幅度增大，极细微地分散的BN微晶发生晶格畸变。
关于第二理由，硬质被膜的润滑性因润滑性优良的BN相而提高。例如(TiB)N的摩擦系数在室温时约为0.8，而在切削温度700℃时急减到约0.4。
关于第三理由，本发明硬质被膜中的BN相和被加工物中所含的Fe的亲和性低，另外，因被加工物中所含元素基本上不扩散到硬质被膜中，所以被加工物向工具刃尖的熔敷降低。
由于切削加工效率逐年增高，切削条件日益严格化。为了适应日益严格化的切削条件，对于在切削工具上形成的硬质被膜的膜厚分布及各种元素对硬质被膜的抗熔敷性、耐磨损性、与基体的粘合性的影响以及硬质被膜层的结构进行了研究。结果发现，按照在具有BN相的硬质被膜的X线衍射中的(200)面的半值宽度Z在0.3°～0.6°的范围内、通过硬质被膜的拉曼分光光度分析检测c-BN及h-BN的峰值、c-BN的峰值强度Q1和h-BN的峰值强度Q2的比Q1/Q2为1.0以上、切削工具的前刀面的膜厚K和刀具的后面的膜厚L的比K/L为1.0以上，在工具基体表面形成硬质被膜，则在用于干式高速切削加工及高送料加工时，能够发挥非常良好的切削性能，能够明显地抑制月牙洼磨损。
在具有BN相的本发明硬质被膜的X线衍射图形中的半值宽度是重要的。为了得到硬质被膜和基体的高的粘合性，必须降低物理真空镀膜法(PVD)中特有的残余压缩应力。在X线衍射图形中的半值宽度表示硬质被膜的结晶度，半值宽度大时，硬质被膜的结晶组织细微，内部应力有增大的倾向。因此为了控制残余内部应力，必须将硬质被膜的X线衍射图形的半值宽度设定为最佳值。
半值宽度超过0.6°时，硬质被膜的结晶组织细微化，阻碍与基体的粘合性的残余应力增大。因此切削时受到大的冲击力时，硬质被膜容易剥离。另外，由于细微结晶组织的晶界多，所以促进了来自外部氧的扩散和切削时被加工物元素向硬质被膜内的扩散。因此，硬质被膜的X线衍射图形的半值宽度限定在0.6°以下。另外，使硬质被膜的X线衍射图形的半值宽度下限为0.3°是由于不足0.3°的半值宽度的测定非常困难。另外，即使在基体上形成TiAl系氮化物等的被膜后，使具有BN的硬质被膜及TiAl系氮化物等的被膜相互叠合，成为多层被膜，也可以得到同样的效果。
具有BN相的硬质被膜，由拉曼分光光度分析可以检测c-BN及h-BN的峰值，优选的是，c-BN的峰值强度Q1和h-BN的峰值强度Q2的比Q1/Q2为1.0以上。这是为了提高保持硬质被膜润滑性的原来的硬度。如图3所示，可以检测具有BN相的本发明硬质被膜中的c-BN及h-BN的峰值。比较c-BN和h-BN的硬度时，c-BN一方高，。因此，控制涂覆条件，使硬质被膜中c-BN含量多，就可以得到提高硬度及耐磨损性的硬质被膜。
在用现有的硬质被膜涂覆的工具中，特别是在一次性镶装刀具中，损坏主要因刀具的后面磨损而发生。因此，历来为防止刀具的后面磨损，涂覆的硬质被膜要使镶装刀具的后面侧形成如前刀面侧的厚膜。但是，在最近的高送进加工中，涂覆硬质被膜的镶装刀具的损坏因月牙洼磨损比刀具的后面磨损更易发生。因此，为了适应高送进加工，涂覆的硬质被膜要使损坏大的前刀面侧形成厚膜，能够使涂覆硬质被膜的镶装刀具有长寿命。为此，要以工具的前刀面的膜厚K和刀具的后面的膜厚L的比K/L为1.0以上那样涂覆硬质被膜。
本发明硬质被膜使用Ti和B的合金靶而形成。优选硬质被膜中B含量(基于金属元素)为0.1～50原子％。B含量不足0.1原子％时，不能充分防止熔敷和元素扩散。因此，要使B的含量在呈现显著效果的0.1％原子以上。另外，含有Ti及B的本发明硬质被膜在TiN等中具有易见的柱状晶，但B的含量超过50原子％时，柱状晶变成细微粒状结晶，内部缺陷增大，同时密度降低。另外，阻碍被膜粘合性的内部应力变得非常大，硬质被膜容易从工具基体上剥离。特别是硬质被膜结晶细微时，切削加工中容易发生晶界破坏，其结果发生异常磨损。
在制作本发明的硬质被膜中优选采用PVD法。作为其靶材也可以分别使用由Ti和B构成的2种靶材，但为得到硬质被膜组成的均匀性和放电的稳定性，优选使用由Ti和B的合金构成的靶。
本发明的硬质被膜在B的形态上具有特征。由Ti和Al的氮化物等构成的现有的硬质被膜与TiN具有同样的NaCl型结晶晶格结构，TiN晶格中的Ti以Al置换，可以说Al以固溶的状态存在。但是，含有Ti及B的本发明硬质被膜相应于B的含量具有不同的组织。即，B的含量不足0.1原子％时，B完全进入TiN的结晶晶格中(成为固溶体)，但B的含量在0.1原子％以上时，B除了置换TiN晶格中的Ti以外，还在固溶体中生成分散的B的化合物。因此，由Ti和B的氮化物构成硬质被膜时，B的含量在0.1原子％以上时，在硬质被膜中TiN相和BN相混合存在。硬质被膜的组织的变化给予涂覆硬质被膜工具的切削性能以较大的影响。
在除了TiN相以外还具有本身润滑优良、与铁的润湿性低的BN相的本发明硬质被膜中，由于BN相的存在能够显著地抑制因化学反应引起的月牙洼磨损。另外，因BN相具有优良的抗氧化性，所以含有BN相的硬质被膜在高温不劣化。但是，B的含量超过50原子％时，因内部应力非常大，使得对工具基体保持良好的粘合性变得困难。即，在切削加工时硬质被膜经受冲击时，硬质被膜不能耐受其自身的内部应力，容易从工具基体上剥离。因此，为了得到具有作为目标特性的切削工具，硬质被膜中优选的B的含量不超过50原子％。
除了具有BN相的本发明硬质被膜以外，优选具有选自Ti、Al及Cr中的至少1种金属元素和选自C、O及N中的至少1种非金属元素所构成的第二种硬质被膜。这可以提高硬质被膜与基体的粘合性。具有BN相的硬质被膜在静态和动态的条件下有优良的抗熔敷性，但残余压缩应力大。因此，为了弥补与基体粘合性的降低，优选设置能提高与基体粘合性的被膜。为此优选在形成本发明硬质被膜之前在基体表面形成第二种硬质被膜，以使均衡良好地使其具有与基体的粘合性、耐磨损性、抗氧化性等。
另外，第二个理由是改善被膜的抗氧化性。高速切削及干式切削时，在硬质被膜上不仅发生月牙洼磨损，而且发生氧化磨损。TiN在超过450℃时进行氧化，并变成粉状TiO。添加B构成(TiB)N时，约550℃才开始氧化。另外，添加O的(TiB)(ON)时，氧化开始温度提高到700℃。因此，添加B及O的(TiB)(ON)层直至700℃都能够发挥充分的效果，但切削温度进一步上升时，随着氧化磨损往往发生工具的边界磨损。为了抑制这种现象，优选在本发明的硬质被膜上层叠抗氧化性优良的(TiAl)N系硬质被膜或(CrAl)N系硬质被膜，成为多层结构。用(TiAl)N系硬质被膜直至850℃都可以抑制氧化，另外用(CrAl)N系硬质被膜直至1000℃也不发生氧化。因此，在切削温度显著上升时，与这些被膜的多层化可以达到长寿命化。
(TiAl)N系的第二种硬质被膜中Al的比例可以提高耐磨损性和抗氧化性。因此，为了均衡良好地得到粘合性、耐磨损性及抗氧化性，优选是以全部金属元素作为100原子％时，使(TiAl)N系硬质被膜中Al含量为30～75原子％。(TiAl)N系硬质被膜中Al的含量在30原子％或以上时，抗氧化性显著提高。另外，Al的含量超过75原子％时，被膜硬度显著降低，耐磨损性劣化。
优选用4a、5a及6a族金属和Si中的一种或以上的第三种成分置换(TiAl)N系硬质被膜的Al的一部分。第三种成分不仅可使(TiAl)N被膜固溶性强化并提高抗氧化性，以提高工具的性能。
例如，在由硬质合金或陶瓷合金构成的镶装刀具的情况下，硬质被膜的总膜厚在前刀面优选为3～15μm。
本发明的涂覆硬质被膜工具不仅适宜用于高送进的铣削加工，而且也可以用于要大幅度改善耐月牙洼磨损性的车床加工。在车床加工用工具中，现有的约10μm膜厚的硬质被膜(在表面有氧化铝层)采用化学真空镀膜(CVD)法形成。由于车削加工是比较连续地进行，所以工具寿命多受月牙洼磨损支配。将硬质被膜的膜厚取3μm以上，就能够在发生月牙洼磨损的前刀面上具有与CVD被膜相匹敌的耐月牙洼磨损性。另外，关于具有本发明硬质被膜的工具的耐缺损性方面，因硬质被膜用PVD法形成，所以残留压缩应力，裂纹发生少。因此，具有优于被膜中存在拉伸残余应力的CVD工具的10倍以上的耐缺损性。硬质被膜的膜厚超过15μm时，有时发生硬质被膜从工具基体上剥离。因而，本发明的硬质被膜的厚度优选为3～15μm。此外，“高送进加工”是指每1刃的送进量超过0.3mm/刃的切削。
本发明硬质被膜的涂覆方法不作特别的限定，但考虑对基体的热影响、工具的疲劳强度、对基体的粘合性等，优选能在较低的温度下形成具有残余压缩应力的硬质被膜的电弧放电的离子镀膜法或溅射法那样的PVD法(在基体侧施加偏电压)。
在本发明硬质被膜上层叠第二硬质被膜时，优选在表面侧形成润滑性优良的本发明硬质被膜，在基体侧形成抗氧化性优良的第二硬质被膜。本发明的硬质被膜和第二硬质被膜的多层层叠时，优选交替层叠。此外，多层结构时，层数没有限定。
参照以下实施例进一步详细说明本发明，但本发明不限定于这些。
〖实施例1〗
用电弧离子镀膜装置，对应于作为目的的硬质被膜的组成，作为金属元素源选择各种合金制的靶并选择反应气体即选自氮气、氧气和甲烷气体中所要求的气体，按JIS B4053规定的切削工具用的超级合金(P40级)制的研磨插件(工具形状为RDMW 1604MOTN的小圆块镶刃工具)上，形成表1所示的各种组成的第1层及第2层的硬质被膜。此外，使用的TiB靶的组成是Ti：75原子％和B：25原子％。3层以上的多层结构时，第1层和第2层交替层叠。
在本发明的试样中，为了形成BN相，第1层硬质被膜的涂覆条件为基体温度400℃，偏电压-300V，及反应气体(N2)的压力为0.5Pa。另外，第2层(TiAl)N系被膜的形成条件为：基体温度是400℃，反应气体(N2)压力是1.0Pa，及基体外加偏电压150V。在比较例中，除(TiAl)N系被膜以外的其余被膜用与(TiAl)N系被膜相同的条件涂覆。
各硬质被膜的组成和层结构示于表1。第1层中的Ti及B的组成由靶的组成决定，N相对于(TiB)的比由反应气体(N2)的压力决定，所以表1中省略第1层中的Ti及B的原子％及金属元素/非金属元素之比。此外，膜厚是工具的前刀面的膜厚。
用得到的涂覆硬质被膜的镶刃工具，对被加工材SKD61(硬度HRC45)在进刀量1.0mm、切削速度200m/min、和送进量1.5mm/刃的条件下进行干式切削，进行宽100mm×长250mm的端面切削。在每1刃的送进量超过1mm的铣刀加工中，切削温度局部上升，导致月牙洼磨损。因在该切削条件下，工具的寿命主要决定于月牙洼磨损，所以将工具直至因月牙洼磨损不能切削的时间定义为达到损坏的切削时间。将达到损坏的切削时间示于表1。
表1
   样品No. 组成(原子％)     膜厚(3)(μm)     层数(4)     到达损坏的切削时间(分)
第1层(1) 第2层(2)
   1 (TiB)N (Ti50Al50)N     3     2     55
   2 (TiB)N (Ti50Al50)N     6     2     126
   3 (TiB)N (Ti50Al50)N     10     2     240
   4 (TiB)N (Ti50Al50)N     6     8     147
   5 (TiB)N (Ti50Al50)N     6     20     165
   6 (TiB)N (Ti50Al50)N     6     40     155
   7 (TiB)N (Ti40Al60)N     6     2     142
   8 (TiB)N95O5 (Ti50Al50)N     6     2     137
   9 (TiB)N95C5 (Ti50Al50)N     6     2     158
   10 (TiB)N (Ti50Al50)N95O5     6     2     130
   11 (TiB)N (Ti50Al50)N95C5     6     2     124
   12 (TiB)N95O5 (Ti50Al50)N95O5     6     2     130
   13 (TiB)N (Ti50Al50)N     15     40     268
   14 (TiB)N (Ti50Al50)N     15     100     286
   15* - TiN     6     1     17
   16* - TiCN     6     1     20
   17* - (Ti50Al50)N     6     1     35
   18* (Ti50Al50)N TiN     6     2     25
   19* - (TiZr)N     6     1     20
注：*比较例
(1)省略Ti及B的原子％及金属元素/非金属元素之比。
(2)在镶装刀具的基体表面直接设置的层。
(3)前刀面的膜厚。
(4)3层以上的情况，使第1层和第2层交替层叠。
由表1可知，用本发明试样，工具寿命显著增大，而比较例的试样因月牙洼磨损寿命短。由此可知，用本发明的硬质被膜，工具的耐月牙洼磨损性得到显著改善。
〖实施例2〗
使用与实施例1相同的靶材及相同的条件，将表2所述组成的被膜涂覆在车削用陶瓷金属镶装刀具(TNGG 110302R)上。用得到的涂覆硬质被膜的陶瓷金属镶装刀具，对被加工材料SS53C，使用切削油在切削速度220m/分、进刀量1mm、和送进量0.15mm/rev的切削条件下，实施车削加工。镶装刀具的陶瓷金属合金的组成，以重量％计为60TiCN-10WC-10TaC-5Mo2C-5Ni-10Co。
不管那一种硬质被膜涂覆的陶瓷金属镶刃工具因月牙洼磨损产生的发热，都有使后刀面磨损增大的倾向。因此用后刀面磨损量达到0.1mm的时刻判定为寿命。表2示出达到寿命的切削时间。
表2
   样品No.     组成(原子％)     膜厚(3)(μm)    层数(4)   到达使用寿命的切削时间(分)
    第1层(1) 第2层(2)
   20     (TiB)N (Ti50Al50)N     3    2   43
   21     (TiB)N (Ti50Al50)N     6    2   101
   22     (TiB)N (Ti50Al50)N     10    2   154
   23     (TiB)N (Ti50Al50)N     6    8   111
   24     (TiB)N (Ti50Al50)N     6    20   123
   25     (TiB)N (Ti50Al50)N     6    40   131
   26     (TiB)N (Ti40Al60)N     6    2   122
   27     (TiB)N95O5 (Ti50Al50)N     6    2   98
   28     (TiB)N95C5 (Ti50Al50)N     6    2   126
   29     (TiB)N (Ti50Al50)N95O5     6    2   131
   30     (TiB)N (Ti50Al50)N95C5     6    2   113
   31     (TiB)N95O5 (Ti50Al50)N95O5     6    2   101
   32     (TiB)N (Ti50Al50)N     15    40   211
   33     (TiB)N (Ti50Al50)N     15    100   221
   34*     - TiN     6    1   12
   35*     - TiCN     6    1   16
   36*     - (Ti50Al50)N     6    1   29
   37*     (Ti50Al50)N TiN     6    2   18
   38*     - (TiZr)N     6    1   11
注：*比较例
(1)省略Ti及B的原子％及金属元素/非金属元素之比。
(2)在镶装刀具的基体表面直接设置的层。
(3)前刀面的膜厚。
(4)3层以上的情况，使第1层和第2层交替层叠。
〖实施例3〗
除用表3所示的其他元素置换第2层用的TiAl合金靶中Al的一部分以外，在与实施例1相同的条件下，制作本发明的试样39～52及比较例的试样15～19，进行切削评价。结果示于表3。
表3
   样品No.     组成(原子％)    膜厚(3)(μm)  层数(4) 到达损坏的切削时间(分)
    第1层(1)   第2层(2)
   39     (TiB)N   (Ti50Al45Zr5)N     6  2 136
   40     (TiB)N   (Ti50Al45Cr5)N     6  2 142
   41     (TiB)N   (Ti50Al45Hf5)N     6  2 152
   42     (TiB)N   (Ti50Al45V5)N     6  2 133
   43     (TiB)N   (Ti50Al45Nb5)N     6  2 141
   44     (TiB)N   (Ti50Al45Mo5)N     6  2 140
   45     (TiB)N   (Ti50Al45Si5)N     6  2 182
   46     (TiB)N95O5   (Ti50Al45Zr5)N     6  2 142
   47     (TiB)N95C5   (Ti50Al45Zr5)N     6  2 168
   48     (TiB)N   (Ti50Al45Zr5)N95O5     6  2 138
   49     (TiB)N   (Ti50Al45Sr5)N95O5     6  2 192
   50     (TiB)N95O5   (Ti50Al45Cr5)N95O5     6  2 150
   51     (TiB)N   (Ti50Al45Si5)N     15  40 301
   52     (TiB)N   (Ti50Al45Si5)N     15  100 321
   15*     -   TiN     6  1 17
   16*     -   TiCN     6  1 20
   17*     -   (Ti50Al50)N     6  1 35
   18*     (Ti50Al50)N   TiN     6  2 25
   19*     -   (TiZr)N     6  1 20
注：*比较例
(1)省略Ti及B的原子％及金属元素/非金属元素之比。
(2)在镶装刀具的基体表面直接设置的层。
(3)前刀面的膜厚。
(4)3层以上的情况，使第1层和第2层交替层叠。
由表3可知，将第3成分添加到第2层的TiAl系硬质被膜中，工具寿命进一步提高。这是由于通过添加第3成分，可以使TiAl(N)系被膜的固溶更加强化，提高抗氧化性。
〖实施例4〗
用电弧离子镀膜装置，对应于作为目的的硬质被膜的组成的金属元素源选择各种合金制的靶，及选自作为反应气体的氮气、氧气和甲烷气体中所要求的气体，按JIS B4053规定的切削工具用超硬合金(P40级)制的铣削用镶装刀具(工具形状为RDMW 1604MOTN的小圆块镶刃工具)上，在表4所示的条件下形成表5所示的各种硬质被膜。此外，除了表4所示的条件以外，其余与实施例1相同。表5所示的膜厚是前刀面的膜厚。另外，3层以上的多层结构时，第1层和第2层交替层叠。上述以外的涂覆条件与实施例1相同。
用得到的涂覆硬质被膜镶装刀具，对被加工材料SKD61(硬度HRC45)用进刀量1.0mm、切削速度250m/min、和送进量1.5mm/刃的干式切削条件，进行宽100mm及长250mm的端面切削加工。在每1刃的送进量超过1mm的铣刀加工中，切削温度局部地上升，有发生月牙洼磨损的倾向。因此，与实施例1同样测定达到损坏的切削时间。将实施例及现有例的硬质被膜的层结构及达到损坏的切削时间示于表5。
表4
  条件     基体的温度(℃) 反应气体压力(Pa) 在基体施加的偏电压(V)
  A     400 1.0 -150
  B     400 0.5 -300/+20(脉冲)
  C     400 0.5 0150/+20(脉冲)
  D     400 0.5 -300
表5
  样品No.   第1层(1)    第2层(2)    膜厚(3)(μm)  层数(4)   到达损坏的切削时间(分)
  组成(原子％)   条件    组成(原子％)   条件
  53   (TiB)N   B   -   -    3  1   124
  54   (TiB)N   C   -   -    3  1   105
  55   (TiB)N   D   -   -    3  1   87
  56   (TiB)N   B   (Ti50Al50)N   A    3  2   141
  57   (TiB)N   C   (Ti50Al50)N   A    3  2   132
  58   (TiB)N   D   (Ti50Al50)N   A    3  2   111
  59   (TiB)ON   B   (Ti50Al50)N   A    3  2   153
  60   (TiB)(CN)   B   (Ti50Al50)N   A    3  2   163
  61   (TiB)N   B   (Ti50Al50)ON   A    3  2   159
  62   (TiB)N   B   (Ti50Al50)(CN)   A    3  2   167
  63   (TiB)N   B   (Cr50Al50)(CN)   A    3  2   144
  64   (TiB)N   B   (Ti50Al50)N   A    5  2   165
  65   (TiB)N   B   (Ti50Al50)N   A    5  100   185
  66   (TiAlB)N   B   (Ti50Al50)N   A    3  2   187
  67   (TiB)N   B   TiN   A    3  2   95
  68   (TiCrB)N   B   (Ti50Al50)N   A    3  2   140
  69   (TiSiB)N   B   (Ti50Al50)N   A    3  2   198
  70   (TiZrB)N   B   (Ti50Al50)N   A    3  2   112
  71   (TiVB)N   B   (Ti50Al50)N   A    3  2   94
  72   (TiHfB)N   B   (Ti50Al50)N   A    3  2   100
  73**   TiN   A   -   -    3  1   17
  74**   TiN   A   MoS2   -    3  2   26
  75**   (Ti50Al50)N   A   CrN   A    3  2   34
  76**   (Ti50Al50)N   B   CrN   A    3  2   28
  77**   (TiB)N   A   -   -    3  1   51
  78**   (TiZr)N   A   -   -    3  1   20
注：**现有例
(1)省略Ti及B的原子％及金属元素/非金属元素之比。
(2)在镶装刀具的基体表面直接设置的层。
(3)前刀面的膜厚。
(4)3层以上的情况，使第1层和第2层交替层叠。
如表5表明那样，可以认为用本发明的试样的寿命得到显著改善。由于全部现有例的试样因月牙洼磨损而寿命短，所以，本发明试样寿命的显著改善大部分是由于耐月牙洼磨损性而改善。
本发明的试样53～55作为第1层是在各种涂覆条件下形成的(TiB)N被膜。任一个试样都是长寿命，而且可以确认，其中在电离能高的脉中偏压条件下形成的具有非常长的寿命。
本发明的试样56～58是(TiB)N被膜和(TiAl)N被膜的层叠例。本发明的试样59是将氧添加到试样56的(TiB)N被膜中的例子。另外，本发明的试样60是将碳添加到试样56的(TiB)N被膜中的例子。试样59及60的任一个与试样56相比，都可以看出达到损坏的切削时间得到改善。
本发明的试样61及62是将氧或碳添加到第2层的(TiAl)N被膜中的例子。本发明的试样65是将(TiB)N被膜和(TiAl)N被膜多层化的例子，可以看出多层化的效果。
本发明的试样66是将B添加到(TiAl)N中的例子，可以确认，当将B添加到TiN中同样可改善切削时间。本发明的试样68～72是将B添加到其他组成体系的例子。
现有例76是在脉冲偏压的条件下涂覆(TiAl)N的例子，但没有B，因此不能得到切削时间的显著改善的效果。此外，现有例77是将B添加到TiN中的例子，但由于在电离能小的涂覆条件下，所以看不出切削时间的明显改善。
〖实施例5〗
用与实施例4同样的方法，使表5所示的本发明及现有例的涂覆硬质被膜的车削用陶瓷金属镶装刀具(刀片形状：TNGG 110302R)。镶装刀具的陶瓷金属合金的组成是60重量％的Ti(CN)，10重量％的WC，10重量％的TaC，5重量％的Mo2C，5重量％的Ni及10重量％的Co。用得到的涂覆硬质被膜的陶瓷金属镶装刀具，对S53C的被加工材料，在切削速度220m/分、进刀量1mm、和送进量0.15mm/转的湿式切削条件下，进行车削加工。不管那一种试样，都因月牙洼磨损的发热变大，而有后刀面磨损增大的倾向。用后刀面磨损量达到0.1mm的时刻判定工具寿命。达到工具使用寿命的切削时间示于表6。
表6
 样品No. 第1层(1) 第2层(2)    膜厚(3)(μm)    层数(4)   到达使用寿命的切削时间(分)
组成   条件 组成   条件
 79 (TiB)N   B -   -    3    1   58
 80 (TiB)N   C -   -    3    1   45
 81 (TiB)N   D -   -    3    1   39
 82 (TiB)N   B (Ti50Al50)N   A    3    2   67
 83 (TiB)N   C (Ti50Al50)N   A    3    2   53
 84 (TiB)N   D (Ti50Al50)N   A    3    2   44
 85 (TiB)ON   B (Ti50Al50)N   A    3    2   67
 86 (TiB)(CN)   B (Ti50Al50)N   A    3    2   75
 87 (TiB)N   B (Ti50Al50)ON   A    3    2   48
 88 (TiB)N   B (Ti50Al50)(CN)   A    3    2   51
 89 (TiB)N   B (Cr50Al50)(CN)   A    3    2   69
 90 (TiB)N   B (Ti50Al50)N   A    5    2   85
 91 (TiB)N   B (Ti50Al50)N   A    5    100   92
 92 (TiAlB)N   B (Ti50Al50)N   A    3    2   53
 93 (TiB)N   B TiN   A    3    2   50
 94 (TiCrB)N   B (Ti50Al50)N   A    3    2   52
 95 (TiSiB)N   B (Ti50Al50)N   A    3    2   75
 96 (TiZrB)N   B (Ti50Al50)N   A    3    2   48
 97 (TiVB)N   B (Ti50Al50)N   A    3    2   40
 98 (TiHfB)N   B (Ti50Al50)N   A    3    2   46
 99** TiN   A -   -    3    1   11
 100** TiN   A MoS2   -    3    2   13
 101** (Ti50Al50)N   A CrN   A    3    2   16
 102** (Ti50Al50)N   B CrN   A    3    2   13
 103** (TiB)N   A -   -    3    1   29
 104** (TiZr)N   A -   -    3    1   10
注：**现有例
(1)省略Ti及B的原子％及金属元素/非金属元素之比。
(2)在镶装刀具的基体表面直接设置的层。
(3)前刀面的膜厚。
(4)3层以上的情况，使第1层和第2层交替层叠。
如表6所表明，在车削加工中，具有在离子能量高、脉冲偏压的条件下形成的硬质被膜的镶装刀具有最长的寿命。该结果与实施例4得到的结果相一致。
可以认为，在本发明的试样79～98中，达到使用寿命的切削时间显著得到改善。与此相反，在现有例的试样99～104中，因月牙洼磨损的后刀面的磨损量迅速地增加，硬质被膜涂覆的镶装刀具寿命短。本发明的试样79～98的长寿命化是因耐月牙洼磨损性的改善而加大。
本发明的试样79～81是具有(TiB)N被膜作为第1层的例子，第1层涂覆的条件不同。任一个试样都是长寿命，而且，其中具有在离子能量高、脉冲偏压条件下形成的(TiB)N被膜的有最长的寿命。
本发明的试样82～84是(TiB)N被膜和(TiAl)N被膜的层叠例。本发明的试样85是将氧添加到试样82的(TiB)N被膜中的例子，本发明的试样86是将碳添加到试样82的(TiB)N被膜中的例子，任一个达到使用寿命的切削时间都和试样82同等以上。
本发明的试样87及88是将氧或碳添加到第2层的(TiAl)N被膜中的例子。另外，本发明的试样91是将(TiB)N被膜和(TiAl)N被膜多层层叠的例子，可以看出多层化的效果。
本发明的试样92是将B添加到(TiAl)N中的例子，可以认为，与将B添加到TiN中具有同样的改善。本发明的试样94～98是将B添加到上述以外组成的第1层中的例子。
现有例102是在脉冲偏压条件下形成(TiAl)N被膜的例子，但没有B，因而不能看出切削时间有显著改善的效果。此外，现有例103是将B添加到TiN中的例子，但因在离子能量小的涂覆条件下，所以看不到切削时间的显著改善。
〖实施例6〗
用电弧离子镀膜装置，对应于作为目的的硬质被膜的组成的金属元素源选择各种合金制的靶，及选择作为反应气体的N2气、CH4气、Ar和O2的混合气中所要求的气体，将表8所示超硬合金制的一次性镶装刀具(SDE53TN特殊型)上涂覆硬质被膜其成膜条件示于表4。反应气体的压力示于表7。
表7
  被膜的种类    反应气体   反应气体的总压(Pa)
  氮化物    N2气体   2.5
  氧氮化物    N2气体+O2气体   2.5
  碳氮化物    N2气体+CH4气体   0.8
  氧碳氮化物    N2气体+O2气体+CH4气体   1.0
以得到的涂覆硬质被膜的镶装刀具装在端面铣刀上，对宽100mm及长250mm的被削材料S50C(HRC30)，以无切削油的中心切削方式，而且在进刀2.0mm、切削速度150m/min、和送进量1.80mm/刃的高效率的干式切削条件下，进行切削加工。进行加工直到因镶装刀具的刃尖缺口或磨损等不能切削为止，以直到不能切削的切削长度作为工具的寿命。表8示出实施例、比较例及现有例的硬质被膜的详细情况和工具寿命。
表8
    样品No.   第1层
  组成(原子％)   条件  (200)面的半值宽度(°)    拉曼峰的强度比(Q1/Q2)   BN结晶
    105   (Ti96B4)N   C   0.306    5.10   有
    106   (Ti90B10)N   C   0.424    8.40   有
    107   (Ti81B19)ON   C   0.516    1.90   有
    108   (Ti99B1)CON   C   0.588    2.80   有
    109   (Ti75B25)N   C   0.594    3.60   有
    110   (Ti64B36)ON   C   0.316    1.40   有
    111   (Ti60B40)N   C   0.464    2.90   有
    112   (Ti52B48)N   C   0.524    3.80   有
    113   (Ti62B38)ON   C   0.586    5.10   有
    114   (Ti80B20)CN   C   0.324    1.90   有
    115   (Ti76B24)N   C   0.448    2.20   有
    116   (Ti64B36)ON   C   0.528    5.05   有
    117   (Ti50B50)N   C   0.444    6.60   有
    118   (Ti91B9)CN   C   0.568    4.80   有
    119   (Ti86B14)N   C   0.586    2.60   有
    120   (Ti75B25)CN   C   0.474    1.50   有
    121   (Ti83B17)ON   C   0.368    1.40   有
    122   (Ti88B12)N   C   0.336    3.30   有
    123   (Ti60B40)ON   C   0.324    2.70   有
    124   (Ti55B45)N   C   0.542    1.02   有
表8(续)
    样品No.     第1层
    组成(原子％)   条件 (200)面的半值宽度(°)    拉曼峰的强度比(Q1/Q2)     BN结晶
    125*     (Ti99.98B0.02)N   C 0.386    没有     没有
    126*     (Ti45B55)N   C 0.424    0.40     有
    127*     (Ti48B52)N   C 0.620    2.90     有
    128*     (Ti99.95B0.05)ON   C 0.790    没有     没有
    129*     (Ti37B63)N   C 0.524    0.50     有
    130*     (Ti27B73)ON   C 0.870    4.40     有
    131*     (Ti33B67)CN   C 0.600    4.90     有
    132**     (Ti76B24)N   A -    -     -
    133**     -   - -    -     -
    134**     -   - -    -     -
    135**     -   - -    -     -
    136**     -   - -    -     -
    137**     -   - -    -     -
    138**     -   - -    -     -
注：*比较例
    **现有例
表8续
    样品No.     第2层 前刀面/后刀面的膜厚比(K/L) 总层数(a+b)   镶装刀具的寿命(m)
    组成(原子％)     条件
    105     (Ti50Al50)N     A 2.1 2   6.0
    106     (Ti50Al50)ON     A 5.0 4   6.7
    107     (Ti33Al67)CN     A 1.3 2   5.9
    108     (Ti65Al35)ON     A 1.1 4   5.8
    109     (Ti50Al50)ON     A 2.2 2   6.0
    110     (Ti68Al32)N     A 4.1 6   6.2
    111     (Ti50Al50)CN     A 2.3 8   6.0
    112     (Ti64Al34)ON     A 1.1 4   5.8
    113     (Ti55Al45)N     A 2.8 2   6.1
    114     (Ti34Al66)CN     A 3.3 2   6.5
    115     (Ti45Al55)N     A 3.0 10   6.2
    116     (Ti68Al32)N     A 3.0 2   6.3
    117     (Ti26Al74)ON     A 1.3 16   5.9
    118     (Ti30Al70)N     A 2.3 2   6.0
    119     (Ti50Al50)CN     A 2.5 2   6.1
    120     (Ti64Al36)ON     A 1.3 2   5.9
    121     (Ti50Al50)N     A 2.1 4   6.0
    122     (Ti70Al30)CON     A 2.4 10   6.4
    123     (Ti44Al56)N     A 2.0 2   6.0
    124     (Ti43Al57)ON     A 1.2 4   5.9
表8(续)
    样品No.   第2层   前刀面/后刀面的膜厚比(K/L)  总层数(a+b) 镶装刀具的寿命(m)
  组成(原子％)     条件
    125*   (Ti50Al50)N     A   1.5  4 2.5
    126*   (Ti60Al40)N     A   1.3  2 2.7
    127*   (Ti37Al63)N     A   0.6  4 2.9
    128*   (Ti44Al56)ON     A   0.5  2 2.0
    129*   (Ti40Al60)N     A   0.8  2 2.9
    130*   (Ti65Al35)CON     A   0.9  6 初期剥离
    131*   (Ti50Al50)N     A   0.5  6 3.0
    132**   (Ti50Al50)N     A   0.2  2 1.1
    133**   (Ti50Al50)N     A   0.3  1 1.6
    134**   (Ti45Al50Si5)N     A   0.1  1 0.9
    135**   (Ti45Al50B5)N     A   0.2  1 1.0
    136**   (Ti34Al54Zr8B4)N     A   0.3  1 1.8
    137**   (Ti40Al60)ON     A   0.4  1 1.8
    138**   (Ti55Al35Si5B5)N     A   0.2  1 1.0
注：*比较例
    **现有例
由表8所示实施例的数据可知，X线衍射的半值宽度、膜厚比K/L和拉曼分光光度分析的h-BN及c-BN的峰值强度比对切削性能有大的影响。用满足这些条件的本发明试样105～124，工具寿命大幅度提高。特别是本发明的试样106，膜厚比最大，达到5.0，硬质被膜的其他条件也在本发明的范围内时，比现有例及比较例的工具寿命有显著延长。
例如，比较例125、126及129，即使硬质被膜的X线衍射的半值宽度Z在0.3°～0.6°的范围内，由于拉曼分光光度分析的c-BN的峰值强度弱，所以峰值强度比不满足本发明的必要的条件。因此，比较例125、126及129即使与现有例132～138相比，也看不出有延长工具寿命的效果。特别是在比较例125及126中，镶装刀具的前刀面和后刀面的膜厚比K/L分别为1.5及1.3时，虽然是1.0以上，但由于不满足硬质被膜的拉曼峰值强度比的条件，所以也不能得到充分的切削性能。
比较例127、128及130不满足硬质被膜的X线衍射的半值宽度Z在0.3°～0.6°的范围内。而且，在比较例127及130中，拉曼分光光度分析的c-BN的峰值强度增大、硬质被膜的结晶细微化、内部应力显著增大，结果发生初期剥离。这是由于硬质被膜不满足本发明的上述条件，并且没有形成最佳的膜厚比设计，所以月牙洼磨损显著进行的缘故。比较例130半值宽度最大，结晶组织显著细微化。因此，在比较例130中，不仅切削初期发生被膜剥离，而且月牙洼磨损大，在早期就到达使用寿命。
虽然比较例131满足有关硬质被膜特性的本发明条件，但因硬质被膜在刀具的后面形成较厚，所以也不能充分发挥硬质被膜的特性。因此，尽管比较例131比现有例的工具寿命长2倍左右，但是也没有得到像本发明试样的显著的工具寿命的提高。
如表8所示，由于本发明硬质被膜含有BN结晶相，同时控制其化学结构，所以耐熔敷性及耐热性优良，使得工具性能显著提高。可是，例如在比较例125及128中，因硬质被膜中的B为微量，所以进入TiN的晶格中呈固溶体形态。结果，尽管是含有Ti及B的硬质被膜，但工具性能的改善却不令人满意。
在比较例126、127及129～131中，虽然在含有Ti及B的硬质被膜中存在BN结晶相，但B的添加量超过50原子％。因此，切削加工中因硬质被膜本身的内部应力而容易剥离。特别是比较例130的硬质被膜的内部应力最高，可认为是约-6Gpa。用比较例130的硬质被膜涂覆的镶装刀具进行切削试验时，在切削初期就发生工具的后刀面及前刀面上硬质被膜的大量剥离，以致不能继续切削。由此可以看出，硬质被膜中不仅要含有BN结晶相，而且所含B添加量不在使涂覆硬质被膜工具的设计的最佳化的范围内，也不能得到显著优良的工具性能。
可以看出，本发明的任一个试样，相对于具有(TiSi)N被膜和(TiAl)N被膜的2层被膜的现有例132的试样，及作为第3元素将Zr、B及Si添加到第2层的(TiAl)系氮化物中的现有例133～138的试样，在工具寿命方面都优良。
研究作为本发明硬质被膜的涂覆条件的反应气体的结果，为了得到优良的耐熔敷性，优选在作为金属元素的含有Ti及B的氮化物、碳氮化物、氧氮化物及氧碳氮化物的任一种中，以全部金属元素作为100原子％时的B的含量为0.1～50原子％。另外，考虑通过被加工物的摩擦等产生的工具的发热，除了氮气、含氧的气体外导入含有碳的气体而形成碳氮化物或氧碳氮化物时，也是优选的。
作为形成本发明硬质被膜的工具，对镶装刀具通过实施例进行了详细地说明，但本发明不限定于此，也可以适用于车削工具等其他高效率切削工具。
通过以上的详述，本发明的涂覆硬质被膜工具在耐月牙洼磨损性上比现有的涂覆工具优良，在干式高速切削加工中可以得到格外长的工具寿命。有这种特征的本发明的涂覆硬质被膜工具在提高切削加工的生产率、降低成本、改善环境等方面是非常有效的。

Claims (7)

1.涂覆硬质被膜的工具，在涂覆由含有金属元素Ti及B的氮化物、碳氮化物、氧氮化物及氧碳氮化物的任一种构成的硬质被膜的工具中，上述硬质被膜含有B的氮化物相，上述硬质被膜的X线衍射中的(200)面的半值宽度Z在0.3°～0.6°的范围内；由上述硬质被膜的ESCA分析确认了B和N的结合能，而且由上述硬质被膜的拉曼分光光度分析检测了c-BN和h-BN的峰值；c-BN的峰值强度Q1和h-BN的峰值强度Q2之比Q1/Q2为1.0或1.0以上，且以全部金属元素作为100原子％，上述硬质被膜中B的含量为0.1～50原子％。
2.权利要求1所述的涂覆硬质被膜的工具，其特征在于，上述工具的前刀面的膜厚K和后刀面的膜厚L之比K/L为1.0或1.0以上。
3.权利要求1所述的涂覆硬质被膜的工具，其特征在于，上述硬质被膜是用Ti和B的合金靶而形成。
4.权利要求1所述的涂覆硬质被膜的工具，其特征在于，除上述硬质被膜以外还包含选自Ti、Al及Cr中的至少1种金属元素和选自C、O及N中的至少1种非金属元素的硬质被膜。
5.权利要求4所述的涂覆硬质被膜的工具，其特征在于，含有Ti及Al的硬质被膜中的一部分Al用选自4a、5a及6a族的金属和Si中的至少1种置换。
6.权利要求1所述的涂覆硬质被膜的工具，其特征在于，工具基体由超硬合金或金属陶瓷合金构成，上述硬质被膜的总厚度在工具的前刀面为3～15μm。
7.权利要求1所述的涂覆硬质被膜的工具，其特征在于，上述工具是镶装刀具。
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