JP2004141994A - 高速重切削条件で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆サーメット製切削工具 - Google Patents
高速重切削条件で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆サーメット製切削工具 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】高速重切削条件で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆サーメット製切削工具を提供する。
【解決手段】サーメット基体の表面に、ＴｉとＡｌとＳｉとＢの複合窒化物層からなる硬質被覆層を１〜１５μｍの全体平均層厚で物理蒸着してなる表面被覆サーメット製切削工具の前記硬質被覆層を、層厚方向にそって、Ａｌ最高含有点とＴｉ最高含有点とが所定間隔をおいて交互に繰り返し存在し、かつ隣り合う前記両点間でＡｌおよびＴｉ含有量がそれぞれ連続的に変化する成分濃度分布構造を有し、さらに、前記Ａｌ最高含有点が、組成式：［Ａｌ１−（Ｘ＋ｍ＋ｎ）ＴｉＸ ＳｉｍＢｎ］Ｎ（ただし、原子比で、Ｘは０．２０〜０．４５、ｍ：０．０１〜０．１０、ｎ：０．０１〜０．１０を示す）、前記Ｔｉ最高含有点が、組成式：［Ｔｉ１−（Ｙ＋ｍ＋ｎ）ＡｌＹ ＳｉｍＢｎ］Ｎ（ただし、原子比で、Ｙは０．０５〜０．２０、ｍ：０．０１〜０．１０、ｎ：０．０１〜０．１０を示す）、を満足し、かつ隣り合う前記両点間の間隔が、０．０１〜０．１μｍである硬質被覆層で構成する。
【選択図】 なし
【解決手段】サーメット基体の表面に、ＴｉとＡｌとＳｉとＢの複合窒化物層からなる硬質被覆層を１〜１５μｍの全体平均層厚で物理蒸着してなる表面被覆サーメット製切削工具の前記硬質被覆層を、層厚方向にそって、Ａｌ最高含有点とＴｉ最高含有点とが所定間隔をおいて交互に繰り返し存在し、かつ隣り合う前記両点間でＡｌおよびＴｉ含有量がそれぞれ連続的に変化する成分濃度分布構造を有し、さらに、前記Ａｌ最高含有点が、組成式：［Ａｌ１−（Ｘ＋ｍ＋ｎ）ＴｉＸ ＳｉｍＢｎ］Ｎ（ただし、原子比で、Ｘは０．２０〜０．４５、ｍ：０．０１〜０．１０、ｎ：０．０１〜０．１０を示す）、前記Ｔｉ最高含有点が、組成式：［Ｔｉ１−（Ｙ＋ｍ＋ｎ）ＡｌＹ ＳｉｍＢｎ］Ｎ（ただし、原子比で、Ｙは０．０５〜０．２０、ｍ：０．０１〜０．１０、ｎ：０．０１〜０．１０を示す）、を満足し、かつ隣り合う前記両点間の間隔が、０．０１〜０．１μｍである硬質被覆層で構成する。
【選択図】 なし
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、硬質被覆層が一段とすぐれた高強度を有し、かつ高温硬さと耐熱性にもすぐれ、したがって特に各種の鋼や鋳鉄などの高速切削加工を、高い機械的衝撃を伴う高切り込みや高送りなどの重切削条件で行なった場合にも、硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆サーメット製切削工具（以下、被覆サーメット工具という）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、被覆サーメット工具には、各種の鋼や鋳鉄などの被削材の旋削加工や平削り加工にバイトの先端部に着脱自在に取り付けて用いられるスローアウエイチップ、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、また前記スローアウエイチップを着脱自在に取り付けて前記ソリッドタイプのエンドミルと同様に切削加工を行うスローアウエイエンドミル工具などが知られている。
【０００３】
また、被覆サーメット工具として、炭化タングステン（以下、ＷＣで示す）基超硬合金または炭窒化チタン（以下、ＴｉＣＮで示す）基サーメットで構成されたサーメット基体の表面に、
組成式：［Ａｌ１−（Ｘ＋ｍ＋ｎ）ＴｉＸ ＳｉｍＢｎ］Ｎ（ただし、原子比で、Ｘは０．２０〜０．４５、ｍ：０．０１〜０．１０、ｎ：０．０１〜０．１０を示す）、を満足するＴｉとＡｌとＳｉとＢの複合窒化物［以下、（Ｔｉ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｂ）Ｎで示す］層からなる硬質被覆層を１〜１５μｍの平均層厚で物理蒸着してなる被覆サーメット工具が提案され、かかる被覆サーメット工具が、硬質被覆層を構成する前記（Ｔｉ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｂ）Ｎ層がすぐれた高温硬さと耐熱性、さらに高強度を有することから、高熱発生を伴う各種の鋼や鋳鉄などの高速連続切削や高速断続切削加工に用いられることも知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
さらに、上記の被覆サーメット工具が、例えば図２に概略説明図で示される物理蒸着装置の１種であるアークイオンプレーティング装置に上記のサーメット基体を装入し、ヒータで装置内を、例えば４００℃の温度に加熱した状態で、アノード電極と所定組成を有するＡｌ−Ｔｉ−Ｓｉ−Ｂ合金がセットされたカソード電極（蒸発源）との間に、例えば電流：９０Ａの条件でアーク放電を発生させ、同時に装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して、例えば２Ｐａの反応雰囲気とし、一方上記サーメット基体には、例えば−２００Ｖのバイアス電圧を印加した条件で、前記サーメット基体の表面に、上記（Ｔｉ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｂ）Ｎ層からなる硬質被覆層を蒸着することにより製造されることも知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特許第２８４０５４１号明細書
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
近年の切削加工装置の高性能化はめざましく、一方で切削加工に対する省力化および省エネ化、さらに低コスト化の要求は強く、これに伴い、高切り込みや高送りなどの重切削条件での切削加工でもすぐれた切削性能を発揮する被覆サーメット工具が強く求められているが、上記の従来被覆サーメット工具においては、これを通常の高速切削加工条件で用いた場合には問題はないが、高速切削加工を高い機械的衝撃を伴う高切り込みや高送りなどの重切削条件で行なった場合には、特に硬質被覆層の強度不足が原因でチッピング（微小割れ）が発生し易く、比較的短時間で使用寿命に至るのが現状である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者等は、上述のような観点から、特に高速重切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する被覆サーメット工具を開発すべく、上記の従来被覆サーメット工具を構成する硬質被覆層に着目し、研究を行った結果、 （ａ）上記の図２に示されるアークイオンプレーティング装置を用いて形成された従来被覆サーメット工具を構成する（Ｔｉ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｂ）Ｎ層は、厚さ全体に亘って実質的に均一な組成を有し、したがって均質な性質を有するが、例えば図１（ａ）に概略平面図で、同（ｂ）に概略正面図で示される構造のアークイオンプレーティング装置、すなわち装置中央部にサーメット基体装着用回転テーブルを設け、前記回転テーブルを挟んで、一方側に上記の従来（Ｔｉ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｂ）Ｎ層の形成にカソード電極（蒸発源）として用いられたＡｌ−Ｔｉ−Ｓｉ−Ｂ合金に相当するＡｌ−Ｔｉ−Ｓｉ−Ｂ合金、他方側に前記Ａｌ−Ｔｉ−Ｓｉ−Ｂに比して相対的にＡｌ含有量の低く、Ｔｉ含有量の高いＴｉ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｂ合金をいずれもカソード電極（蒸発源）として対向配置したアークイオンプレーティング装置を用い、この装置の前記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の外周部に沿って複数のサーメット基体をリング状に装着し、この状態で装置内雰囲気を窒素雰囲気として前記回転テーブルを回転させると共に、蒸着形成される硬質被覆層の層厚均一化を図る目的でサーメット基体自体も自転させながら、前記の両側のカソード電極（蒸発源）とアノード電極との間にアーク放電を発生させて、前記サーメット基体の表面に（Ｔｉ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｂ）Ｎ層を形成すると、この結果の（Ｔｉ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｂ）Ｎ層においては、回転テーブル上にリング状に配置された前記サーメット基体が上記の一方側のＡｌ−Ｔｉ−Ｓｉ−Ｂ合金のカソード電極（蒸発源）に最も接近した時点で層中にＡｌ最高含有点が形成され、また前記サーメット基体が上記の他方側の相対的にＡｌ含有量の低く、Ｔｉ含有量の高いＴｉ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｂ合金のカソード電極に最も接近した時点で層中にＴｉ最高含有点が形成され、上記回転テーブルの回転によって層中には厚さ方向にそって前記Ａｌ最高含有点とＴｉ最高含有点が所定間隔をもって交互に繰り返し現れると共に、前記Ａｌ最高含有点から前記Ｔｉ最高含有点、前記Ｔｉ最高含有点から前記Ａｌ最高含有点へＡｌおよびＴｉ含有量がそれぞれ連続的に変化する成分濃度分布構造をもつようになること。
【０００８】
（ｂ）上記（ａ）の繰り返し連続変化成分濃度分布構造の（Ｔｉ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｂ）Ｎ層において、対向配置の一方側のカソード電極（蒸発源）であるＡｌ−Ｔｉ−Ｓｉ−Ｂ合金におけるＡｌおよびＴｉ、さらにＳｉおよびＢ成分の含有量を上記の従来（Ｔｉ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｂ）Ｎ層形成用Ａｌ−Ｔｉ−Ｓｉ−Ｂ合金のＡｌおよびＴｉ、ＳｉおよびＢ成分の含有量に相当するものとし、一方他方側のカソード電極（蒸発源）であるＴｉ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｂ合金におけるＡｌ含有量を上記の従来Ａｌ−Ｔｉ−Ｓｉ−Ｂ合金のＡｌ含有量に比して相対的に低くし、これに対応してＴｉ含有量を高くすると共に、サーメット基体が装着されている回転テーブルの回転速度を制御して、上記Ａｌ最高含有点が、
組成式：［Ａｌ１−（Ｘ＋ｍ＋ｎ）ＴｉＸ ＳｉｍＢｎ］Ｎ（ただし、原子比で、Ｘは０．２０〜０．４５、ｍ：０．０１〜０．１０、ｎ：０．０１〜０．１０を示す）、
上記Ｔｉ最高含有点が、
組成式：［Ｔｉ１−（Ｙ＋ｍ＋ｎ）ＡｌＹ ＳｉｍＢｎ］Ｎ（ただし、原子比で、Ｙは０．０５〜０．２０、ｍ：０．０１〜０．１０、ｎ：０．０１〜０．１０を示す）、を満足し、かつ隣り合う上記Ａｌ最高含有点とＴｉ最高含有点の厚さ方向の間隔を０．０１〜０．１μｍとすると、
上記Ａｌ最高含有点部分では、上記の従来（Ｔｉ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｂ）Ｎ層の具備する高温硬さと耐熱性、さらに強度に相当する性質を有し、一方上記Ｔｉ最高含有点部分では、前記Ａｌ最高含有点部分に比してＡｌ含有量が低く、相対的にＴｉ含有量の高いものとなるので、一段と高い強度が確保されるようになり、かつこれらＡｌ最高含有点とＴｉ最高含有点の間隔をきわめて小さくしたことから、層全体の特性としてすぐれた高温硬さと耐熱性を保持した状態で一段とすぐれた強度を具備するようになり、したがって、硬質被覆層がかかる構成の（Ｔｉ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｂ）Ｎ層からなる被覆サーメット工具は、特に各種の鋼や鋳鉄などの高速切削加工を、高い機械的衝撃を伴う高切り込みや高送りなどの重切削条件で行なった場合にも、硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮するようになること。
以上（ａ）および（ｂ）に示される研究結果を得たのである。
【０００９】
この発明は、上記の研究結果に基づいてなされたものであって、サーメット基体の表面に、（Ｔｉ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｂ）Ｎ層からなる硬質被覆層を１〜１５μｍの全体平均層厚で物理蒸着してなる被覆サーメット工具において、
上記硬質被覆層が、層厚方向にそって、Ａｌ最高含有点とＴｉ最高含有点とが所定間隔をおいて交互に繰り返し存在し、かつ前記Ａｌ最高含有点から前記Ｔｉ最高含有点、前記Ｔｉ最高含有点から前記Ａｌ最高含有点へＡｌおよびＴｉ含有量がそれぞれ連続的に変化する成分濃度分布構造を有し、
さらに、上記Ａｌ最高含有点が、
組成式： ［Ａｌ１−（Ｘ＋ｍ＋ｎ）ＴｉＸ ＳｉｍＢｎ］Ｎ（ただし、原子比で、Ｘは０．２０〜０．４５、ｍ：０．０１〜０．１０、ｎ：０．０１〜０．１０を示す）、
上記Ｔｉ最高含有点が、
組成式：［Ｔｉ１−（Ｙ＋ｍ＋ｎ）ＡｌＹ ＳｉｍＢｎ］Ｎ（ただし、原子比で、Ｙは０．０５〜０．２０、ｍ：０．０１〜０．１０、ｎ：０．０１〜０．１０を示す）、を満足し、かつ隣り合う上記Ａｌ最高含有点とＴｉ最高含有点の間隔が、０．０１〜０．１μｍである、
高速重切削条件で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する被覆サーメット工具に特徴を有するものである。
【００１０】
つぎに、この発明の被覆サーメット工具において、これを構成する硬質被覆層の構成を上記の通りに限定した理由を説明する。
（ａ）Ａｌ最高含有点の組成
Ａｌ最高含有点の（Ａｌ，Ｔｉ，Ｓｉ，Ｂ）ＮにおけるＴｉ成分は、強度を向上させ、同Ａｌ成分は、高温硬さおよび耐熱性を向上させる作用があり、したがってＡｌ成分の含有割合が高くなればなるほど、前記Ａｌ成分と共存した状態で、Ｓｉ成分が耐熱性、そしてＢ成分が高温硬さを一段と向上させることと相俟って、高温硬さおよび耐熱性の一段と向上したものになり、高熱発生を伴う高速切削に適応したものになるが、Ｔｉの含有割合を示すＸ値がＡｌとＳｉとＢの合量に占める割合（原子比）で０．２０未満になると、高強度を有するＴｉ最高含有点が隣接して存在しても層自体の強度低下は避けられず、この結果チッピングなどが発生し易くなり、一方同Ｘ値が同０．４５を越えると、Ａｌ最高含有点の高温硬さおよび耐熱性が低下傾向が現れるようになり、摩耗促進の原因となることから、Ｘ値を０．２０〜０．４５と定めた。
さらに、上記の通りＡｌ成分との共存において、Ｓｉ成分には耐熱性、Ｂ成分には高温硬さを向上させる作用があるが、ＳｉおよびＢの割合を示すｍ値およびｎ値がＡｌとＴｉ、およびＳｉまたはＢとの合量に占める割合（原子比）でそれぞれ０．０１未満では所望の耐熱性および高温硬さの向上効果が得られず、さらに同ｍ値およびｎ値が同じくそれぞれ０．１０を超えると、強度に低下傾向が現われ、切刃部にチッピングが発生し易くなることから、ｍ値およびｎ値をそれぞれ０．０１〜０．１０と定めた。
【００１１】
（ｂ）Ｔｉ最高含有点の組成
上記の通りＡｌ最高含有点はすぐれた高温硬さと耐熱性、さらに強度を有するが、反面高い機械的衝撃を伴う高切り込みや高送りなどの重切削条件での高速切削加工では強度不足は避けられず、このＡｌ最高含有点の強度不足を補う目的で、Ｔｉ含有割合が高く、一方Ａｌ含有量が低く、これによって一段とすぐれた強度を有するＴｉ最高含有点を厚さ方向に交互に介在させるものであるが、Ａｌの割合を示すＹ値がＴｉとＳｉとＢの合量に占める割合（原子比）で０．０５未満になると、Ｔｉ最高含有点の高温硬さと耐熱性が低くなり過ぎてしまい、特に高速切削での摩耗の進行が促進されるようになり、一方同Ｙ値が同じく０．２０を越えると、層自体の強度が低下するようになって、特に断続高速重切削加工で切刃部にチッピングが発生し易くなることから、Ｔｉ最高含有点でのＡｌの割合を示すＸ値を０．０５〜０．２０と定めた。
さらに、Ｔｉ最高含有点におけるＳｉおよびＢ成分も、上記の通りそれぞれ耐熱性および高温硬さを向上させ、もって高熱発生を伴う高速切削に適応させる目的で含有するものであり、したがってｍ値およびｎ値がそれぞれ０．０１未満では所望の耐熱性および高温硬さ向上効果が得られず、一方ｍ値およびｎ値がそれぞれ０．１０を越えると層自体の強度に低下傾向が現れるようになり、チッピング発生の原因となることから、ｍ値およびｎ値をそれぞれ０．０１〜０．１０と定めた。
【００１２】
（ｃ）Ａｌ最高含有点とＴｉ最高含有点間の間隔
その間隔が０．０１μｍ未満ではそれぞれの点を上記の組成で明確に形成することが困難であり、この結果層にすぐれた高温硬さと耐熱性、さらに一段とすぐれた強度を確保することができなくなり、またその間隔が０．１μｍを越えると重切削条件での高速切削加工でそれぞれの点がもつ欠点、すなわちＡｌ最高含有点であれば強度不足、Ｔｉ最高含有点であれば高温硬さおよび耐熱性不足が層内に局部的に現れ、これが原因でチッピングが発生し易くなったり、摩耗進行が促進されるようになることから、その間隔を０．０１〜０．１μｍと定めた。
【００１３】
（ｄ）硬質被覆層の全体平均層厚
その層厚が１μｍ未満では、所望の耐摩耗性を確保することができず、一方その平均層厚が１５μｍを越えると、チッピングが発生し易くなることから、その平均層厚を１〜１５μｍと定めた。
【００１４】
【発明の実施の形態】
つぎに、この発明の被覆サーメット工具を実施例により具体的に説明する。
（実施例１）
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、ＶＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、Ｃｒ３ Ｃ２ 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、ボールミルで４８時間湿式混合し、乾燥した後、１００ＭＰａ の圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を６Ｐａの真空中、温度：１４２０℃に１時間保持の条件で焼結し、焼結後、切刃部分にＲ：０．０３のホーニング加工を施してＩＳＯ規格・ＣＮＭＧ１２０４１２のチップ形状をもったＷＣ基超硬合金製のサーメット基体（以下、チップ基体という）Ａ１〜Ａ１０を形成した。
【００１５】
また、原料粉末として、いずれも０．５〜２μｍの平均粒径を有するＴｉＣＮ（重量比でＴｉＣ／ＴｉＮ＝５０／５０）粉末、Ｍｏ２ Ｃ粉末、ＺｒＣ粉末、ＮｂＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＷＣ粉末、Ｃｏ粉末、およびＮｉ粉末を用意し、これら原料粉末を、表２に示される配合組成に配合し、ボールミルで７２時間湿式混合し、乾燥した後、１００ＭＰａの圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を２Ｐａの窒素雰囲気中、温度：１５２０℃に１時間保持の条件で焼結し、焼結後、切刃部分にＲ：０．０３のホーニング加工を施してＩＳＯ規格・ＣＮＭＧ１２０４１２のチップ形状をもったＴｉＣＮ系サーメット製のサーメット基体（以下、チップ基体という）Ｂ１〜Ｂ６を形成した。
【００１６】
ついで、上記のチップ基体Ａ１〜Ａ１０およびＢ１〜Ｂ６のそれぞれを、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、図１に示されるアークイオンプレーティング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テーブル外周部にそって装着し、一方側のカソード電極（蒸発源）として、種々の成分組成をもったＡｌ最高含有点形成用Ａｌ−Ｔｉ−Ｓｉ−Ｂ合金、他方側のカソード電極（蒸発源）としてＴｉ最高含有点形成用Ｔｉ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｂ合金を前記回転テーブルを挟んで対向配置し、またボンバート洗浄用金属Ｔｉも装着し、まず、装置内を排気して０．５Ｐａ以下の真空に保持しながら、ヒーターで装置内を５００℃に加熱した後、前記回転テーブル上で自転しながら回転するチップ基体に−１０００Ｖの直流バイアス電圧を印加し、かつカソード電極の前記金属Ｔｉとアノード電極との間に１００Ａの電流を流してアーク放電を発生させ、もってチップ基体表面をＴｉボンバート洗浄し、ついで装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して３Ｐａの反応雰囲気とすると共に、前記回転テーブル上で自転しながら回転するチップ基体に−３０Ｖの直流バイアス電圧を印加し、かつそれぞれのカソード電極（前記Ａｌ最高含有点形成用Ａｌ−Ｔｉ−Ｓｉ−Ｂ合金およびＴｉ最高含有点形成用Ｔｉ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｂ合金）とアノード電極との間に１５０Ａの電流を流してアーク放電を発生させ、もって前記チップ基体の表面に、厚さ方向に沿って表３，４に示される目標組成のＡｌ最高含有点とＴｉ最高含有点とが交互に同じく表３，４に示される目標間隔で繰り返し存在し、かつ前記Ａｌ最高含有点から前記Ｔｉ最高含有点、前記Ｔｉ最高含有点から前記Ａｌ最高含有点へＡｌおよびＴｉ含有量が連続的に変化する成分濃度分布構造を有し、かつ同じく表３，４に示される目標全体層厚の硬質被覆層を蒸着することにより、本発明被覆サーメット工具としての本発明表面被覆サーメット製スローアウエイチップ（以下、本発明被覆チップと云う）１〜１６をそれぞれ製造した。
【００１７】
また、比較の目的で、上記のチップ基体Ａ１〜Ａ１０およびＢ１〜Ｂ６を、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、それぞれ図２に示される通常のアークイオンプレーティング装置に装入し、カソード電極（蒸発源）として種々の成分組成をもったＡｌ−Ｔｉ−Ｓｉ−Ｂ合金を装着し、またボンバート洗浄用金属Ｔｉも装着し、まず、装置内を排気して０．５Ｐａ以下の真空に保持しながら、ヒーターで装置内を４００℃に加熱した後、前記チップ基体に−１０００Ｖの直流バイアス電圧を印加し、かつカソード電極の前記金属Ｔｉとアノード電極との間に９０Ａの電流を流してアーク放電を発生させ、もってチップ基体表面をＴｉボンバート洗浄し、ついで装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して２Ｐａの反応雰囲気とすると共に、前記チップ基体に印加するバイアス電圧を−２００Ｖに下げて、前記カソード電極とアノード電極との間にアーク放電を発生させ、もって前記チップ基体Ａ１〜Ａ１０およびＢ１〜Ｂ６のそれぞれの表面に、表５，６に示される目標組成および目標層厚を有し、かつ厚さ方向に沿って実質的に組成変化のない（Ｔｉ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｂ）Ｎ層からなる硬質被覆層を蒸着することにより、従来被覆サーメット工具としての従来表面被覆サーメット製スローアウエイチップ（以下、従来被覆チップと云う）１〜１６をそれぞれ製造した。
【００１８】
つぎに、上記本発明被覆チップ１〜１６および従来被覆チップ１〜１６を工具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、前記本発明被覆チップ１〜１０および従来被覆チップ１〜１０については、
被削材：ＪＩＳ・ＳＮＣＭ４３９の丸棒、
切削速度：３００ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：３ｍｍ、
送り：０．４ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：１０分、
の条件での合金鋼の乾式連続高速高切り込み切削加工試験、
被削材：ＪＩＳ・Ｓ４５Ｃの長さ方向等間隔４本縦溝入り丸棒、
切削速度：３５０ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：１．５ｍｍ、
送り：０．７ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：５分、
の条件での炭素鋼の乾式断続高速高送り切削加工試験、さらに、
被削材：ＪＩＳ・ＦＣ３００の丸棒、
切削速度：３５０ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：４ｍｍ、
送り：０．５ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：１５分、
の条件での鋳鉄の乾式連続高速高切り込み切削加工試験を行なった。
【００１９】
また、前記本発明被覆チップ１１〜１６および従来被覆チップ１１〜１６については、
被削材：ＪＩＳ・ＳＣＭ４２０の丸棒、
切削速度：４００ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：４．５ｍｍ、
送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：１０分、
の条件での合金鋼の乾式連続高速高切り込み切削加工試験、
被削材：ＪＩＳ・Ｓ５０Ｃの長さ方向等間隔４本縦溝入り丸棒、
切削速度：４５０ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：２ｍｍ、
送り：０．８ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：５分、
の条件での炭素鋼の乾式断続高速高送り切削加工試験、さらに、
被削材：ＪＩＳ・ＦＣ２５０の丸棒、
切削速度：５００ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：４ｍｍ、
送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：１５分、
の条件での鋳鉄の乾式連続高速高切り込み切削加工試験を行い、いずれの切削加工試験でも切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。この測定結果を表７に示した。
【００２０】
【表１】
【００２１】
【表２】
【００２２】
【表３】
【００２３】
【表４】
【００２４】
【表５】
【００２５】
【表６】
【００２６】
【表７】
【００２７】
（実施例２）
原料粉末として、平均粒径：５．５μｍを有する中粗粒ＷＣ粉末、同０．８μｍの微粒ＷＣ粉末、同１．３μｍのＴａＣ粉末、同１．２μｍのＮｂＣ粉末、同１．２μｍのＺｒＣ粉末、同２．３μｍのＣｒ３Ｃ２粉末、同１．５μｍのＶＣ粉末、同１．０μｍの（Ｔｉ，Ｗ）Ｃ［質量比で、ＴｉＣ／ＷＣ＝５０／５０］粉末、および同１．８μｍのＣｏ粉末を用意し、これら原料粉末をそれぞれ表８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５０時間ボールミル混合し、減圧乾燥した後、１００ＭＰａの圧力で所定形状の各種の圧粉体にプレス成形し、これらの圧粉体を、６Ｐａの真空雰囲気中、７℃／分の昇温速度で１３７０〜１４７０℃の範囲内の所定の温度に昇温し、この温度に１時間保持後、炉冷の条件で焼結して、直径が８ｍｍ、１３ｍｍ、および２６ｍｍの３種のサーメット基体形成用丸棒焼結体を形成し、さらに前記の３種の丸棒焼結体から、研削加工にて、表８に示される組合せで、切刃部の直径×長さがそれぞれ６ｍｍ×１３ｍｍ、１０ｍｍ×２２ｍｍ、および２０ｍｍ×４５ｍｍの寸法、並びにいずれもねじれ角：３０度の４枚刃スクエア形状をもったＷＣ基超硬合金製のサーメット基体（以下、エンドミル基体という））Ｃ−１〜Ｃ−８をそれぞれ製造した。
【００２８】
ついで、これらのエンドミル基体Ｃ−１〜Ｃ−８を、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、同じく図１に示されるアークイオンプレーティング装置に装入し、上記実施例１と同一の条件で、層厚方向に沿って表９に示される目標組成のＡｌ最高含有点とＴｉ最高含有点とが交互に同じく表９に示される目標間隔で繰り返し存在し、かつ前記Ａｌ最高含有点から前記Ｔｉ最高含有点、前記Ｔｉ最高含有点から前記Ａｌ最高含有点へＡｌおよびＴｉ含有量が連続的に変化する成分濃度分布構造を有し、かつ同じく表９に示される目標全体層厚の硬質被覆層を蒸着することにより、本発明被覆サーメット工具としての本発明表面被覆サーメット製エンドミル（以下、本発明被覆エンドミルという）１〜８をそれぞれ製造した。
【００２９】
また、比較の目的で、上記のエンドミル基体Ｃ−１〜Ｃ−８を、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、同じく図２に示される通常のアークイオンプレーティング装置に装入し、上記実施例１と同一の条件で、表１０に示される目標組成および目標層厚を有し、かつ厚さ方向に沿って実質的に組成変化のない（Ｔｉ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｂ）Ｎ層からなる硬質被覆層を蒸着することにより、従来被覆サーメット工具としての従来表面被覆サーメット製エンドミル（以下、従来被覆エンドミルという）１〜８をそれぞれ製造した。
【００３０】
つぎに、上記本発明被覆エンドミル１〜８および従来被覆エンドミル１〜８のうち、本発明被覆エンドミル１〜３および従来被覆エンドミル１〜３については、
被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・ＳＫＤ６１の板材、
切削速度：１８０ｍ／ｍｉｎ．、
軸方向切り込み：６ｍｍ、
径方向切り込み：１．５ｍｍ、
テーブル送り：８００ｍｍ／分、
の条件での工具鋼の湿式高速高切り込み側面切削加工試験、本発明被覆エンドミル４〜６および従来被覆エンドミル４〜６については、
被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・ＳＣＭ４４０の板材、
切削速度：１８０ｍ／ｍｉｎ．、
軸方向切り込み：１２ｍｍ、
径方向切り込み：２．５ｍｍ、
テーブル送り：８５０ｍｍ／分、
の条件での合金鋼の湿式高速高切り込み側面切削加工試験、本発明被覆エンドミル７，８および従来被覆エンドミル７，８については、
被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・Ｓ５０Ｃの板材、
切削速度：２００ｍ／ｍｉｎ．、
軸方向切り込み：２５ｍｍ、
径方向切り込み：４ｍｍ、
テーブル送り：４００ｍｍ／分、
の条件での炭素鋼の湿式高速高切り込み側面切削加工試験をそれぞれ行い、いずれの湿式側面切削加工試験（水溶性切削油使用）でも切刃部の外周刃の逃げ面摩耗幅が使用寿命の目安とされる０．１ｍｍに至るまでの切削長を測定した。この測定結果を表９、１０にそれぞれ示した。
【００３１】
【表８】
【００３２】
【表９】
【００３３】
【表１０】
【００３４】
（実施例３）
上記の実施例２で製造した直径が８ｍｍ（エンドミル基体Ｃ−１〜Ｃ−３形成用）、１３ｍｍ（エンドミル基体Ｃ−４〜Ｃ−６形成用）、および２６ｍｍ（エンドミル基体Ｃ−７、Ｃ−８形成用）の３種の丸棒焼結体を用い、この３種の丸棒焼結体から、研削加工にて、溝形成部の直径×長さがそれぞれ４ｍｍ×１３ｍｍ（ドリル基体Ｄ−１〜Ｄ−３）、８ｍｍ×２２ｍｍ（ドリル基体Ｄ−４〜Ｄ−６）、および１６ｍｍ×４５ｍｍ（ドリル基体Ｄ−７、Ｄ−８）の寸法、並びにいずれもねじれ角：３０度の２枚刃形状をもったドリル基体Ｄ−１〜Ｄ−８をそれぞれ製造した。
【００３５】
ついで、これらのドリル基体Ｄ−１〜Ｄ−８の切刃に、ホーニングを施し、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、同じく図１に示されるアークイオンプレーティング装置に装入し、上記実施例１と同一の条件で、層厚方向に沿って表１１に示される目標組成のＡｌ最高含有点とＴｉ最高含有点とが交互に同じく表１１に示される目標間隔で繰り返し存在し、かつ前記Ａｌ最高含有点から前記Ｔｉ最高含有点、前記Ｔｉ最高含有点から前記Ａｌ最高含有点へＡｌおよびＴｉ含有量がそれぞれ連続的に変化する成分濃度分布構造を有し、かつ同じく表１１に示される目標全体層厚の硬質被覆層を蒸着することにより、本発明被覆サーメット工具としての本発明表面被覆サーメット製ドリル（以下、本発明被覆ドリルという）１〜８をそれぞれ製造した。
【００３６】
また、比較の目的で、上記のドリル基体Ｄ−１〜Ｄ−８の切刃に、ホーニングを施し、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、同じく図２に示される通常のアークイオンプレーティング装置に装入し、上記実施例１と同一の条件で、表１２に示される目標組成および目標層厚を有し、かつ厚さ方向に沿って実質的に組成変化のない（Ｔｉ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｂ）Ｎ層からなる硬質被覆層を蒸着することにより、従来被覆サーメット工具としての従来表面被覆サーメット製ドリル（以下、従来被覆ドリルという）１〜８をそれぞれ製造した。
【００３７】
つぎに、上記本発明被覆ドリル１〜８および従来被覆ドリル１〜８のうち、本発明被覆ドリル１〜３および従来被覆ドリル１〜３については、
被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・ＦＣ３００の板材、
切削速度：１８０ｍ／ｍｉｎ．、
送り：０．２ｍｍ／ｒｅｖ、
穴深さ：８ｍｍ
の条件での鋳鉄の湿式高速高送り穴あけ切削加工試験、本発明被覆ドリル４〜６および従来被覆ドリル４〜６については、
被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・ＦＣＤ４００の板材、
切削速度：１５０ｍ／ｍｉｎ．、
送り：０．２５ｍｍ／ｒｅｖ、
穴深さ：１６ｍｍ、
の条件でのダクタイル鋳鉄の湿式高速高送り穴あけ切削加工試験、本発明被覆ドリル７，８および従来被覆ドリル７，８については、
被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・Ｓ５０Ｃの板材、
切削速度：２００ｍ／ｍｉｎ．、
送り：０．４ｍｍ／ｒｅｖ、
穴深さ：３２ｍｍ
の条件での炭素鋼の湿式高速高送り穴あけ切削加工試験、をそれぞれ行い、いずれの湿式高速穴あけ切削加工試験（水溶性切削油使用）でも先端切刃面の逃げ面摩耗幅が０．３ｍｍに至るまでの穴あけ加工数を測定した。この測定結果を表１１、１２にそれぞれ示した。
【００３８】
【表１１】
【００３９】
【表１２】
【００４０】
この結果得られた本発明被覆サーメット工具としての本発明被覆チップ１〜１６、本発明被覆エンドミル１〜８、および本発明被覆ドリル１〜８を構成する硬質被覆層におけるＴｉ最高含有点とＴｉ最低含有点の組成、並びに従来被覆サーメット工具としての従来被覆チップ１〜１６、従来被覆エンドミル１〜８、および従来被覆ドリル１〜８の硬質被覆層について、厚さ方向に沿ってＡｌ、Ｔｉ、Ｓｉ、およびＢの含有量をオージェ分光分析装置を用いて測定したところ、本発明被覆サーメット工具の硬質被覆層では、Ａｌ最高含有点とＴｉ最高含有点とがそれぞれ目標値と実質的に同じ組成および間隔で交互に繰り返し存在し、かつ前記Ａｌ最高含有点から前記Ｔｉ最高含有点、前記Ｔｉ最高含有点から前記Ａｌ最高含有点へＡｌおよびＴｉ含有量がそれぞれ連続的に変化する成分濃度分布構造を有することが確認され、また硬質被覆層の全体平均層厚も目標全体層厚と実質的に同じ値を示した。
一方前記従来被覆サーメット工具の硬質被覆層では厚さ方向に沿って組成変化が見られず、かつ目標組成と実質的に同じ組成および目標全体層厚と実質的に同じ全体平均層厚を示すことが確認された。
【００４１】
【発明の効果】
表３〜１２に示される結果から、硬質被覆層が厚さ方向に、相対的にすぐれた高温硬さと耐熱性を有するＡｌ最高含有点と相対的に一段とすぐれた強度を有するＴｉ最高含有点とが交互に所定間隔をおいて繰り返し存在し、かつ前記Ａｌ最高含有点から前記Ｔｉ最高含有点、前記Ａｌ最高含有点から前記Ｔｉ最高含有点へＡｌおよびＴｉ含有量がそれぞれ連続的に変化する成分濃度分布構造を有する本発明被覆サーメット工具は、いずれも各種の鋼や鋳鉄などの高速切削加工を、高い機械的衝撃を伴う高切り込みや高送りなどの重切削条件で行なった場合にも、硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮するのに対して、硬質被覆層が厚さ方向に沿って実質的に組成変化のない（Ｔｉ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｂ）Ｎ層からなる従来被覆サーメット工具においては、重切削条件での高速切削加工では前記硬質被覆層の強度不足が原因で、チッピングが発生し、これが原因で比較的短時間で使用寿命に至ることが明らかである。
上述のように、この発明の被覆サーメット工具は、通常の条件での高速切削加工は勿論のこと、特に各種の鋼や鋳鉄などの高速切削加工を、高い機械的衝撃を伴う高切り込みや高送りなどの重切削条件で行なった場合にも、すぐれた耐チッピング性を発揮し、長期に亘ってすぐれた耐摩耗性を示すものであるから、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。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の被覆サーメット工具を構成する硬質被覆層を形成するのに用いたアークイオンプレーティング装置を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は概略正面図である。
【図２】従来被覆サーメット工具を構成する硬質被覆層を形成するのに用いた通常のアークイオンプレーティング装置の概略説明図である。
【発明の属する技術分野】
この発明は、硬質被覆層が一段とすぐれた高強度を有し、かつ高温硬さと耐熱性にもすぐれ、したがって特に各種の鋼や鋳鉄などの高速切削加工を、高い機械的衝撃を伴う高切り込みや高送りなどの重切削条件で行なった場合にも、硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆サーメット製切削工具（以下、被覆サーメット工具という）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、被覆サーメット工具には、各種の鋼や鋳鉄などの被削材の旋削加工や平削り加工にバイトの先端部に着脱自在に取り付けて用いられるスローアウエイチップ、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、また前記スローアウエイチップを着脱自在に取り付けて前記ソリッドタイプのエンドミルと同様に切削加工を行うスローアウエイエンドミル工具などが知られている。
【０００３】
また、被覆サーメット工具として、炭化タングステン（以下、ＷＣで示す）基超硬合金または炭窒化チタン（以下、ＴｉＣＮで示す）基サーメットで構成されたサーメット基体の表面に、
組成式：［Ａｌ１−（Ｘ＋ｍ＋ｎ）ＴｉＸ ＳｉｍＢｎ］Ｎ（ただし、原子比で、Ｘは０．２０〜０．４５、ｍ：０．０１〜０．１０、ｎ：０．０１〜０．１０を示す）、を満足するＴｉとＡｌとＳｉとＢの複合窒化物［以下、（Ｔｉ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｂ）Ｎで示す］層からなる硬質被覆層を１〜１５μｍの平均層厚で物理蒸着してなる被覆サーメット工具が提案され、かかる被覆サーメット工具が、硬質被覆層を構成する前記（Ｔｉ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｂ）Ｎ層がすぐれた高温硬さと耐熱性、さらに高強度を有することから、高熱発生を伴う各種の鋼や鋳鉄などの高速連続切削や高速断続切削加工に用いられることも知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
さらに、上記の被覆サーメット工具が、例えば図２に概略説明図で示される物理蒸着装置の１種であるアークイオンプレーティング装置に上記のサーメット基体を装入し、ヒータで装置内を、例えば４００℃の温度に加熱した状態で、アノード電極と所定組成を有するＡｌ−Ｔｉ−Ｓｉ−Ｂ合金がセットされたカソード電極（蒸発源）との間に、例えば電流：９０Ａの条件でアーク放電を発生させ、同時に装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して、例えば２Ｐａの反応雰囲気とし、一方上記サーメット基体には、例えば−２００Ｖのバイアス電圧を印加した条件で、前記サーメット基体の表面に、上記（Ｔｉ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｂ）Ｎ層からなる硬質被覆層を蒸着することにより製造されることも知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特許第２８４０５４１号明細書
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
近年の切削加工装置の高性能化はめざましく、一方で切削加工に対する省力化および省エネ化、さらに低コスト化の要求は強く、これに伴い、高切り込みや高送りなどの重切削条件での切削加工でもすぐれた切削性能を発揮する被覆サーメット工具が強く求められているが、上記の従来被覆サーメット工具においては、これを通常の高速切削加工条件で用いた場合には問題はないが、高速切削加工を高い機械的衝撃を伴う高切り込みや高送りなどの重切削条件で行なった場合には、特に硬質被覆層の強度不足が原因でチッピング（微小割れ）が発生し易く、比較的短時間で使用寿命に至るのが現状である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者等は、上述のような観点から、特に高速重切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する被覆サーメット工具を開発すべく、上記の従来被覆サーメット工具を構成する硬質被覆層に着目し、研究を行った結果、 （ａ）上記の図２に示されるアークイオンプレーティング装置を用いて形成された従来被覆サーメット工具を構成する（Ｔｉ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｂ）Ｎ層は、厚さ全体に亘って実質的に均一な組成を有し、したがって均質な性質を有するが、例えば図１（ａ）に概略平面図で、同（ｂ）に概略正面図で示される構造のアークイオンプレーティング装置、すなわち装置中央部にサーメット基体装着用回転テーブルを設け、前記回転テーブルを挟んで、一方側に上記の従来（Ｔｉ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｂ）Ｎ層の形成にカソード電極（蒸発源）として用いられたＡｌ−Ｔｉ−Ｓｉ−Ｂ合金に相当するＡｌ−Ｔｉ−Ｓｉ−Ｂ合金、他方側に前記Ａｌ−Ｔｉ−Ｓｉ−Ｂに比して相対的にＡｌ含有量の低く、Ｔｉ含有量の高いＴｉ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｂ合金をいずれもカソード電極（蒸発源）として対向配置したアークイオンプレーティング装置を用い、この装置の前記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の外周部に沿って複数のサーメット基体をリング状に装着し、この状態で装置内雰囲気を窒素雰囲気として前記回転テーブルを回転させると共に、蒸着形成される硬質被覆層の層厚均一化を図る目的でサーメット基体自体も自転させながら、前記の両側のカソード電極（蒸発源）とアノード電極との間にアーク放電を発生させて、前記サーメット基体の表面に（Ｔｉ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｂ）Ｎ層を形成すると、この結果の（Ｔｉ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｂ）Ｎ層においては、回転テーブル上にリング状に配置された前記サーメット基体が上記の一方側のＡｌ−Ｔｉ−Ｓｉ−Ｂ合金のカソード電極（蒸発源）に最も接近した時点で層中にＡｌ最高含有点が形成され、また前記サーメット基体が上記の他方側の相対的にＡｌ含有量の低く、Ｔｉ含有量の高いＴｉ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｂ合金のカソード電極に最も接近した時点で層中にＴｉ最高含有点が形成され、上記回転テーブルの回転によって層中には厚さ方向にそって前記Ａｌ最高含有点とＴｉ最高含有点が所定間隔をもって交互に繰り返し現れると共に、前記Ａｌ最高含有点から前記Ｔｉ最高含有点、前記Ｔｉ最高含有点から前記Ａｌ最高含有点へＡｌおよびＴｉ含有量がそれぞれ連続的に変化する成分濃度分布構造をもつようになること。
【０００８】
（ｂ）上記（ａ）の繰り返し連続変化成分濃度分布構造の（Ｔｉ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｂ）Ｎ層において、対向配置の一方側のカソード電極（蒸発源）であるＡｌ−Ｔｉ−Ｓｉ−Ｂ合金におけるＡｌおよびＴｉ、さらにＳｉおよびＢ成分の含有量を上記の従来（Ｔｉ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｂ）Ｎ層形成用Ａｌ−Ｔｉ−Ｓｉ−Ｂ合金のＡｌおよびＴｉ、ＳｉおよびＢ成分の含有量に相当するものとし、一方他方側のカソード電極（蒸発源）であるＴｉ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｂ合金におけるＡｌ含有量を上記の従来Ａｌ−Ｔｉ−Ｓｉ−Ｂ合金のＡｌ含有量に比して相対的に低くし、これに対応してＴｉ含有量を高くすると共に、サーメット基体が装着されている回転テーブルの回転速度を制御して、上記Ａｌ最高含有点が、
組成式：［Ａｌ１−（Ｘ＋ｍ＋ｎ）ＴｉＸ ＳｉｍＢｎ］Ｎ（ただし、原子比で、Ｘは０．２０〜０．４５、ｍ：０．０１〜０．１０、ｎ：０．０１〜０．１０を示す）、
上記Ｔｉ最高含有点が、
組成式：［Ｔｉ１−（Ｙ＋ｍ＋ｎ）ＡｌＹ ＳｉｍＢｎ］Ｎ（ただし、原子比で、Ｙは０．０５〜０．２０、ｍ：０．０１〜０．１０、ｎ：０．０１〜０．１０を示す）、を満足し、かつ隣り合う上記Ａｌ最高含有点とＴｉ最高含有点の厚さ方向の間隔を０．０１〜０．１μｍとすると、
上記Ａｌ最高含有点部分では、上記の従来（Ｔｉ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｂ）Ｎ層の具備する高温硬さと耐熱性、さらに強度に相当する性質を有し、一方上記Ｔｉ最高含有点部分では、前記Ａｌ最高含有点部分に比してＡｌ含有量が低く、相対的にＴｉ含有量の高いものとなるので、一段と高い強度が確保されるようになり、かつこれらＡｌ最高含有点とＴｉ最高含有点の間隔をきわめて小さくしたことから、層全体の特性としてすぐれた高温硬さと耐熱性を保持した状態で一段とすぐれた強度を具備するようになり、したがって、硬質被覆層がかかる構成の（Ｔｉ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｂ）Ｎ層からなる被覆サーメット工具は、特に各種の鋼や鋳鉄などの高速切削加工を、高い機械的衝撃を伴う高切り込みや高送りなどの重切削条件で行なった場合にも、硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮するようになること。
以上（ａ）および（ｂ）に示される研究結果を得たのである。
【０００９】
この発明は、上記の研究結果に基づいてなされたものであって、サーメット基体の表面に、（Ｔｉ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｂ）Ｎ層からなる硬質被覆層を１〜１５μｍの全体平均層厚で物理蒸着してなる被覆サーメット工具において、
上記硬質被覆層が、層厚方向にそって、Ａｌ最高含有点とＴｉ最高含有点とが所定間隔をおいて交互に繰り返し存在し、かつ前記Ａｌ最高含有点から前記Ｔｉ最高含有点、前記Ｔｉ最高含有点から前記Ａｌ最高含有点へＡｌおよびＴｉ含有量がそれぞれ連続的に変化する成分濃度分布構造を有し、
さらに、上記Ａｌ最高含有点が、
組成式： ［Ａｌ１−（Ｘ＋ｍ＋ｎ）ＴｉＸ ＳｉｍＢｎ］Ｎ（ただし、原子比で、Ｘは０．２０〜０．４５、ｍ：０．０１〜０．１０、ｎ：０．０１〜０．１０を示す）、
上記Ｔｉ最高含有点が、
組成式：［Ｔｉ１−（Ｙ＋ｍ＋ｎ）ＡｌＹ ＳｉｍＢｎ］Ｎ（ただし、原子比で、Ｙは０．０５〜０．２０、ｍ：０．０１〜０．１０、ｎ：０．０１〜０．１０を示す）、を満足し、かつ隣り合う上記Ａｌ最高含有点とＴｉ最高含有点の間隔が、０．０１〜０．１μｍである、
高速重切削条件で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する被覆サーメット工具に特徴を有するものである。
【００１０】
つぎに、この発明の被覆サーメット工具において、これを構成する硬質被覆層の構成を上記の通りに限定した理由を説明する。
（ａ）Ａｌ最高含有点の組成
Ａｌ最高含有点の（Ａｌ，Ｔｉ，Ｓｉ，Ｂ）ＮにおけるＴｉ成分は、強度を向上させ、同Ａｌ成分は、高温硬さおよび耐熱性を向上させる作用があり、したがってＡｌ成分の含有割合が高くなればなるほど、前記Ａｌ成分と共存した状態で、Ｓｉ成分が耐熱性、そしてＢ成分が高温硬さを一段と向上させることと相俟って、高温硬さおよび耐熱性の一段と向上したものになり、高熱発生を伴う高速切削に適応したものになるが、Ｔｉの含有割合を示すＸ値がＡｌとＳｉとＢの合量に占める割合（原子比）で０．２０未満になると、高強度を有するＴｉ最高含有点が隣接して存在しても層自体の強度低下は避けられず、この結果チッピングなどが発生し易くなり、一方同Ｘ値が同０．４５を越えると、Ａｌ最高含有点の高温硬さおよび耐熱性が低下傾向が現れるようになり、摩耗促進の原因となることから、Ｘ値を０．２０〜０．４５と定めた。
さらに、上記の通りＡｌ成分との共存において、Ｓｉ成分には耐熱性、Ｂ成分には高温硬さを向上させる作用があるが、ＳｉおよびＢの割合を示すｍ値およびｎ値がＡｌとＴｉ、およびＳｉまたはＢとの合量に占める割合（原子比）でそれぞれ０．０１未満では所望の耐熱性および高温硬さの向上効果が得られず、さらに同ｍ値およびｎ値が同じくそれぞれ０．１０を超えると、強度に低下傾向が現われ、切刃部にチッピングが発生し易くなることから、ｍ値およびｎ値をそれぞれ０．０１〜０．１０と定めた。
【００１１】
（ｂ）Ｔｉ最高含有点の組成
上記の通りＡｌ最高含有点はすぐれた高温硬さと耐熱性、さらに強度を有するが、反面高い機械的衝撃を伴う高切り込みや高送りなどの重切削条件での高速切削加工では強度不足は避けられず、このＡｌ最高含有点の強度不足を補う目的で、Ｔｉ含有割合が高く、一方Ａｌ含有量が低く、これによって一段とすぐれた強度を有するＴｉ最高含有点を厚さ方向に交互に介在させるものであるが、Ａｌの割合を示すＹ値がＴｉとＳｉとＢの合量に占める割合（原子比）で０．０５未満になると、Ｔｉ最高含有点の高温硬さと耐熱性が低くなり過ぎてしまい、特に高速切削での摩耗の進行が促進されるようになり、一方同Ｙ値が同じく０．２０を越えると、層自体の強度が低下するようになって、特に断続高速重切削加工で切刃部にチッピングが発生し易くなることから、Ｔｉ最高含有点でのＡｌの割合を示すＸ値を０．０５〜０．２０と定めた。
さらに、Ｔｉ最高含有点におけるＳｉおよびＢ成分も、上記の通りそれぞれ耐熱性および高温硬さを向上させ、もって高熱発生を伴う高速切削に適応させる目的で含有するものであり、したがってｍ値およびｎ値がそれぞれ０．０１未満では所望の耐熱性および高温硬さ向上効果が得られず、一方ｍ値およびｎ値がそれぞれ０．１０を越えると層自体の強度に低下傾向が現れるようになり、チッピング発生の原因となることから、ｍ値およびｎ値をそれぞれ０．０１〜０．１０と定めた。
【００１２】
（ｃ）Ａｌ最高含有点とＴｉ最高含有点間の間隔
その間隔が０．０１μｍ未満ではそれぞれの点を上記の組成で明確に形成することが困難であり、この結果層にすぐれた高温硬さと耐熱性、さらに一段とすぐれた強度を確保することができなくなり、またその間隔が０．１μｍを越えると重切削条件での高速切削加工でそれぞれの点がもつ欠点、すなわちＡｌ最高含有点であれば強度不足、Ｔｉ最高含有点であれば高温硬さおよび耐熱性不足が層内に局部的に現れ、これが原因でチッピングが発生し易くなったり、摩耗進行が促進されるようになることから、その間隔を０．０１〜０．１μｍと定めた。
【００１３】
（ｄ）硬質被覆層の全体平均層厚
その層厚が１μｍ未満では、所望の耐摩耗性を確保することができず、一方その平均層厚が１５μｍを越えると、チッピングが発生し易くなることから、その平均層厚を１〜１５μｍと定めた。
【００１４】
【発明の実施の形態】
つぎに、この発明の被覆サーメット工具を実施例により具体的に説明する。
（実施例１）
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、ＶＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、Ｃｒ３ Ｃ２ 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、ボールミルで４８時間湿式混合し、乾燥した後、１００ＭＰａ の圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を６Ｐａの真空中、温度：１４２０℃に１時間保持の条件で焼結し、焼結後、切刃部分にＲ：０．０３のホーニング加工を施してＩＳＯ規格・ＣＮＭＧ１２０４１２のチップ形状をもったＷＣ基超硬合金製のサーメット基体（以下、チップ基体という）Ａ１〜Ａ１０を形成した。
【００１５】
また、原料粉末として、いずれも０．５〜２μｍの平均粒径を有するＴｉＣＮ（重量比でＴｉＣ／ＴｉＮ＝５０／５０）粉末、Ｍｏ２ Ｃ粉末、ＺｒＣ粉末、ＮｂＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＷＣ粉末、Ｃｏ粉末、およびＮｉ粉末を用意し、これら原料粉末を、表２に示される配合組成に配合し、ボールミルで７２時間湿式混合し、乾燥した後、１００ＭＰａの圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を２Ｐａの窒素雰囲気中、温度：１５２０℃に１時間保持の条件で焼結し、焼結後、切刃部分にＲ：０．０３のホーニング加工を施してＩＳＯ規格・ＣＮＭＧ１２０４１２のチップ形状をもったＴｉＣＮ系サーメット製のサーメット基体（以下、チップ基体という）Ｂ１〜Ｂ６を形成した。
【００１６】
ついで、上記のチップ基体Ａ１〜Ａ１０およびＢ１〜Ｂ６のそれぞれを、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、図１に示されるアークイオンプレーティング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テーブル外周部にそって装着し、一方側のカソード電極（蒸発源）として、種々の成分組成をもったＡｌ最高含有点形成用Ａｌ−Ｔｉ−Ｓｉ−Ｂ合金、他方側のカソード電極（蒸発源）としてＴｉ最高含有点形成用Ｔｉ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｂ合金を前記回転テーブルを挟んで対向配置し、またボンバート洗浄用金属Ｔｉも装着し、まず、装置内を排気して０．５Ｐａ以下の真空に保持しながら、ヒーターで装置内を５００℃に加熱した後、前記回転テーブル上で自転しながら回転するチップ基体に−１０００Ｖの直流バイアス電圧を印加し、かつカソード電極の前記金属Ｔｉとアノード電極との間に１００Ａの電流を流してアーク放電を発生させ、もってチップ基体表面をＴｉボンバート洗浄し、ついで装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して３Ｐａの反応雰囲気とすると共に、前記回転テーブル上で自転しながら回転するチップ基体に−３０Ｖの直流バイアス電圧を印加し、かつそれぞれのカソード電極（前記Ａｌ最高含有点形成用Ａｌ−Ｔｉ−Ｓｉ−Ｂ合金およびＴｉ最高含有点形成用Ｔｉ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｂ合金）とアノード電極との間に１５０Ａの電流を流してアーク放電を発生させ、もって前記チップ基体の表面に、厚さ方向に沿って表３，４に示される目標組成のＡｌ最高含有点とＴｉ最高含有点とが交互に同じく表３，４に示される目標間隔で繰り返し存在し、かつ前記Ａｌ最高含有点から前記Ｔｉ最高含有点、前記Ｔｉ最高含有点から前記Ａｌ最高含有点へＡｌおよびＴｉ含有量が連続的に変化する成分濃度分布構造を有し、かつ同じく表３，４に示される目標全体層厚の硬質被覆層を蒸着することにより、本発明被覆サーメット工具としての本発明表面被覆サーメット製スローアウエイチップ（以下、本発明被覆チップと云う）１〜１６をそれぞれ製造した。
【００１７】
また、比較の目的で、上記のチップ基体Ａ１〜Ａ１０およびＢ１〜Ｂ６を、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、それぞれ図２に示される通常のアークイオンプレーティング装置に装入し、カソード電極（蒸発源）として種々の成分組成をもったＡｌ−Ｔｉ−Ｓｉ−Ｂ合金を装着し、またボンバート洗浄用金属Ｔｉも装着し、まず、装置内を排気して０．５Ｐａ以下の真空に保持しながら、ヒーターで装置内を４００℃に加熱した後、前記チップ基体に−１０００Ｖの直流バイアス電圧を印加し、かつカソード電極の前記金属Ｔｉとアノード電極との間に９０Ａの電流を流してアーク放電を発生させ、もってチップ基体表面をＴｉボンバート洗浄し、ついで装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して２Ｐａの反応雰囲気とすると共に、前記チップ基体に印加するバイアス電圧を−２００Ｖに下げて、前記カソード電極とアノード電極との間にアーク放電を発生させ、もって前記チップ基体Ａ１〜Ａ１０およびＢ１〜Ｂ６のそれぞれの表面に、表５，６に示される目標組成および目標層厚を有し、かつ厚さ方向に沿って実質的に組成変化のない（Ｔｉ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｂ）Ｎ層からなる硬質被覆層を蒸着することにより、従来被覆サーメット工具としての従来表面被覆サーメット製スローアウエイチップ（以下、従来被覆チップと云う）１〜１６をそれぞれ製造した。
【００１８】
つぎに、上記本発明被覆チップ１〜１６および従来被覆チップ１〜１６を工具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、前記本発明被覆チップ１〜１０および従来被覆チップ１〜１０については、
被削材：ＪＩＳ・ＳＮＣＭ４３９の丸棒、
切削速度：３００ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：３ｍｍ、
送り：０．４ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：１０分、
の条件での合金鋼の乾式連続高速高切り込み切削加工試験、
被削材：ＪＩＳ・Ｓ４５Ｃの長さ方向等間隔４本縦溝入り丸棒、
切削速度：３５０ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：１．５ｍｍ、
送り：０．７ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：５分、
の条件での炭素鋼の乾式断続高速高送り切削加工試験、さらに、
被削材：ＪＩＳ・ＦＣ３００の丸棒、
切削速度：３５０ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：４ｍｍ、
送り：０．５ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：１５分、
の条件での鋳鉄の乾式連続高速高切り込み切削加工試験を行なった。
【００１９】
また、前記本発明被覆チップ１１〜１６および従来被覆チップ１１〜１６については、
被削材：ＪＩＳ・ＳＣＭ４２０の丸棒、
切削速度：４００ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：４．５ｍｍ、
送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：１０分、
の条件での合金鋼の乾式連続高速高切り込み切削加工試験、
被削材：ＪＩＳ・Ｓ５０Ｃの長さ方向等間隔４本縦溝入り丸棒、
切削速度：４５０ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：２ｍｍ、
送り：０．８ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：５分、
の条件での炭素鋼の乾式断続高速高送り切削加工試験、さらに、
被削材：ＪＩＳ・ＦＣ２５０の丸棒、
切削速度：５００ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：４ｍｍ、
送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：１５分、
の条件での鋳鉄の乾式連続高速高切り込み切削加工試験を行い、いずれの切削加工試験でも切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。この測定結果を表７に示した。
【００２０】
【表１】
【表２】
【表３】
【表４】
【表５】
【表６】
【表７】
（実施例２）
原料粉末として、平均粒径：５．５μｍを有する中粗粒ＷＣ粉末、同０．８μｍの微粒ＷＣ粉末、同１．３μｍのＴａＣ粉末、同１．２μｍのＮｂＣ粉末、同１．２μｍのＺｒＣ粉末、同２．３μｍのＣｒ３Ｃ２粉末、同１．５μｍのＶＣ粉末、同１．０μｍの（Ｔｉ，Ｗ）Ｃ［質量比で、ＴｉＣ／ＷＣ＝５０／５０］粉末、および同１．８μｍのＣｏ粉末を用意し、これら原料粉末をそれぞれ表８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５０時間ボールミル混合し、減圧乾燥した後、１００ＭＰａの圧力で所定形状の各種の圧粉体にプレス成形し、これらの圧粉体を、６Ｐａの真空雰囲気中、７℃／分の昇温速度で１３７０〜１４７０℃の範囲内の所定の温度に昇温し、この温度に１時間保持後、炉冷の条件で焼結して、直径が８ｍｍ、１３ｍｍ、および２６ｍｍの３種のサーメット基体形成用丸棒焼結体を形成し、さらに前記の３種の丸棒焼結体から、研削加工にて、表８に示される組合せで、切刃部の直径×長さがそれぞれ６ｍｍ×１３ｍｍ、１０ｍｍ×２２ｍｍ、および２０ｍｍ×４５ｍｍの寸法、並びにいずれもねじれ角：３０度の４枚刃スクエア形状をもったＷＣ基超硬合金製のサーメット基体（以下、エンドミル基体という））Ｃ−１〜Ｃ−８をそれぞれ製造した。
【００２８】
ついで、これらのエンドミル基体Ｃ−１〜Ｃ−８を、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、同じく図１に示されるアークイオンプレーティング装置に装入し、上記実施例１と同一の条件で、層厚方向に沿って表９に示される目標組成のＡｌ最高含有点とＴｉ最高含有点とが交互に同じく表９に示される目標間隔で繰り返し存在し、かつ前記Ａｌ最高含有点から前記Ｔｉ最高含有点、前記Ｔｉ最高含有点から前記Ａｌ最高含有点へＡｌおよびＴｉ含有量が連続的に変化する成分濃度分布構造を有し、かつ同じく表９に示される目標全体層厚の硬質被覆層を蒸着することにより、本発明被覆サーメット工具としての本発明表面被覆サーメット製エンドミル（以下、本発明被覆エンドミルという）１〜８をそれぞれ製造した。
【００２９】
また、比較の目的で、上記のエンドミル基体Ｃ−１〜Ｃ−８を、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、同じく図２に示される通常のアークイオンプレーティング装置に装入し、上記実施例１と同一の条件で、表１０に示される目標組成および目標層厚を有し、かつ厚さ方向に沿って実質的に組成変化のない（Ｔｉ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｂ）Ｎ層からなる硬質被覆層を蒸着することにより、従来被覆サーメット工具としての従来表面被覆サーメット製エンドミル（以下、従来被覆エンドミルという）１〜８をそれぞれ製造した。
【００３０】
つぎに、上記本発明被覆エンドミル１〜８および従来被覆エンドミル１〜８のうち、本発明被覆エンドミル１〜３および従来被覆エンドミル１〜３については、
被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・ＳＫＤ６１の板材、
切削速度：１８０ｍ／ｍｉｎ．、
軸方向切り込み：６ｍｍ、
径方向切り込み：１．５ｍｍ、
テーブル送り：８００ｍｍ／分、
の条件での工具鋼の湿式高速高切り込み側面切削加工試験、本発明被覆エンドミル４〜６および従来被覆エンドミル４〜６については、
被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・ＳＣＭ４４０の板材、
切削速度：１８０ｍ／ｍｉｎ．、
軸方向切り込み：１２ｍｍ、
径方向切り込み：２．５ｍｍ、
テーブル送り：８５０ｍｍ／分、
の条件での合金鋼の湿式高速高切り込み側面切削加工試験、本発明被覆エンドミル７，８および従来被覆エンドミル７，８については、
被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・Ｓ５０Ｃの板材、
切削速度：２００ｍ／ｍｉｎ．、
軸方向切り込み：２５ｍｍ、
径方向切り込み：４ｍｍ、
テーブル送り：４００ｍｍ／分、
の条件での炭素鋼の湿式高速高切り込み側面切削加工試験をそれぞれ行い、いずれの湿式側面切削加工試験（水溶性切削油使用）でも切刃部の外周刃の逃げ面摩耗幅が使用寿命の目安とされる０．１ｍｍに至るまでの切削長を測定した。この測定結果を表９、１０にそれぞれ示した。
【００３１】
【表８】
【表９】
【表１０】
（実施例３）
上記の実施例２で製造した直径が８ｍｍ（エンドミル基体Ｃ−１〜Ｃ−３形成用）、１３ｍｍ（エンドミル基体Ｃ−４〜Ｃ−６形成用）、および２６ｍｍ（エンドミル基体Ｃ−７、Ｃ−８形成用）の３種の丸棒焼結体を用い、この３種の丸棒焼結体から、研削加工にて、溝形成部の直径×長さがそれぞれ４ｍｍ×１３ｍｍ（ドリル基体Ｄ−１〜Ｄ−３）、８ｍｍ×２２ｍｍ（ドリル基体Ｄ−４〜Ｄ−６）、および１６ｍｍ×４５ｍｍ（ドリル基体Ｄ−７、Ｄ−８）の寸法、並びにいずれもねじれ角：３０度の２枚刃形状をもったドリル基体Ｄ−１〜Ｄ−８をそれぞれ製造した。
【００３５】
ついで、これらのドリル基体Ｄ−１〜Ｄ−８の切刃に、ホーニングを施し、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、同じく図１に示されるアークイオンプレーティング装置に装入し、上記実施例１と同一の条件で、層厚方向に沿って表１１に示される目標組成のＡｌ最高含有点とＴｉ最高含有点とが交互に同じく表１１に示される目標間隔で繰り返し存在し、かつ前記Ａｌ最高含有点から前記Ｔｉ最高含有点、前記Ｔｉ最高含有点から前記Ａｌ最高含有点へＡｌおよびＴｉ含有量がそれぞれ連続的に変化する成分濃度分布構造を有し、かつ同じく表１１に示される目標全体層厚の硬質被覆層を蒸着することにより、本発明被覆サーメット工具としての本発明表面被覆サーメット製ドリル（以下、本発明被覆ドリルという）１〜８をそれぞれ製造した。
【００３６】
また、比較の目的で、上記のドリル基体Ｄ−１〜Ｄ−８の切刃に、ホーニングを施し、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、同じく図２に示される通常のアークイオンプレーティング装置に装入し、上記実施例１と同一の条件で、表１２に示される目標組成および目標層厚を有し、かつ厚さ方向に沿って実質的に組成変化のない（Ｔｉ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｂ）Ｎ層からなる硬質被覆層を蒸着することにより、従来被覆サーメット工具としての従来表面被覆サーメット製ドリル（以下、従来被覆ドリルという）１〜８をそれぞれ製造した。
【００３７】
つぎに、上記本発明被覆ドリル１〜８および従来被覆ドリル１〜８のうち、本発明被覆ドリル１〜３および従来被覆ドリル１〜３については、
被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・ＦＣ３００の板材、
切削速度：１８０ｍ／ｍｉｎ．、
送り：０．２ｍｍ／ｒｅｖ、
穴深さ：８ｍｍ
の条件での鋳鉄の湿式高速高送り穴あけ切削加工試験、本発明被覆ドリル４〜６および従来被覆ドリル４〜６については、
被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・ＦＣＤ４００の板材、
切削速度：１５０ｍ／ｍｉｎ．、
送り：０．２５ｍｍ／ｒｅｖ、
穴深さ：１６ｍｍ、
の条件でのダクタイル鋳鉄の湿式高速高送り穴あけ切削加工試験、本発明被覆ドリル７，８および従来被覆ドリル７，８については、
被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・Ｓ５０Ｃの板材、
切削速度：２００ｍ／ｍｉｎ．、
送り：０．４ｍｍ／ｒｅｖ、
穴深さ：３２ｍｍ
の条件での炭素鋼の湿式高速高送り穴あけ切削加工試験、をそれぞれ行い、いずれの湿式高速穴あけ切削加工試験（水溶性切削油使用）でも先端切刃面の逃げ面摩耗幅が０．３ｍｍに至るまでの穴あけ加工数を測定した。この測定結果を表１１、１２にそれぞれ示した。
【００３８】
【表１１】
【表１２】
この結果得られた本発明被覆サーメット工具としての本発明被覆チップ１〜１６、本発明被覆エンドミル１〜８、および本発明被覆ドリル１〜８を構成する硬質被覆層におけるＴｉ最高含有点とＴｉ最低含有点の組成、並びに従来被覆サーメット工具としての従来被覆チップ１〜１６、従来被覆エンドミル１〜８、および従来被覆ドリル１〜８の硬質被覆層について、厚さ方向に沿ってＡｌ、Ｔｉ、Ｓｉ、およびＢの含有量をオージェ分光分析装置を用いて測定したところ、本発明被覆サーメット工具の硬質被覆層では、Ａｌ最高含有点とＴｉ最高含有点とがそれぞれ目標値と実質的に同じ組成および間隔で交互に繰り返し存在し、かつ前記Ａｌ最高含有点から前記Ｔｉ最高含有点、前記Ｔｉ最高含有点から前記Ａｌ最高含有点へＡｌおよびＴｉ含有量がそれぞれ連続的に変化する成分濃度分布構造を有することが確認され、また硬質被覆層の全体平均層厚も目標全体層厚と実質的に同じ値を示した。
一方前記従来被覆サーメット工具の硬質被覆層では厚さ方向に沿って組成変化が見られず、かつ目標組成と実質的に同じ組成および目標全体層厚と実質的に同じ全体平均層厚を示すことが確認された。
【００４１】
【発明の効果】
表３〜１２に示される結果から、硬質被覆層が厚さ方向に、相対的にすぐれた高温硬さと耐熱性を有するＡｌ最高含有点と相対的に一段とすぐれた強度を有するＴｉ最高含有点とが交互に所定間隔をおいて繰り返し存在し、かつ前記Ａｌ最高含有点から前記Ｔｉ最高含有点、前記Ａｌ最高含有点から前記Ｔｉ最高含有点へＡｌおよびＴｉ含有量がそれぞれ連続的に変化する成分濃度分布構造を有する本発明被覆サーメット工具は、いずれも各種の鋼や鋳鉄などの高速切削加工を、高い機械的衝撃を伴う高切り込みや高送りなどの重切削条件で行なった場合にも、硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮するのに対して、硬質被覆層が厚さ方向に沿って実質的に組成変化のない（Ｔｉ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｂ）Ｎ層からなる従来被覆サーメット工具においては、重切削条件での高速切削加工では前記硬質被覆層の強度不足が原因で、チッピングが発生し、これが原因で比較的短時間で使用寿命に至ることが明らかである。
上述のように、この発明の被覆サーメット工具は、通常の条件での高速切削加工は勿論のこと、特に各種の鋼や鋳鉄などの高速切削加工を、高い機械的衝撃を伴う高切り込みや高送りなどの重切削条件で行なった場合にも、すぐれた耐チッピング性を発揮し、長期に亘ってすぐれた耐摩耗性を示すものであるから、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。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の被覆サーメット工具を構成する硬質被覆層を形成するのに用いたアークイオンプレーティング装置を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は概略正面図である。
【図２】従来被覆サーメット工具を構成する硬質被覆層を形成するのに用いた通常のアークイオンプレーティング装置の概略説明図である。
Claims (1)
- 炭化タングステン基超硬合金または炭窒化チタン系サーメットで構成されたサーメット基体の表面に、ＴｉとＡｌとＳｉとＢの複合窒化物層からなる硬質被覆層を１〜１５μｍの全体平均層厚で物理蒸着してなる表面被覆サーメット製切削工具において、
上記硬質被覆層が、層厚方向にそって、Ａｌ最高含有点とＴｉ最高含有点とが所定間隔をおいて交互に繰り返し存在し、かつ前記Ａｌ最高含有点から前記Ｔｉ最高含有点、前記Ｔｉ最高含有点から前記Ａｌ最高含有点へＡｌおよびＴｉ含有量がそれぞれ連続的に変化する成分濃度分布構造を有し、
さらに、上記Ａｌ最高含有点が、組成式：［Ａｌ１−（Ｘ＋ｍ＋ｎ）ＴｉＸ ＳｉｍＢｎ］Ｎ（ただし、原子比で、Ｘは０．２０〜０．４５、ｍ：０．０１〜０．１０、ｎ：０．０１〜０．１０を示す）、
上記Ｔｉ最高含有点が、組成式：［Ｔｉ１−（Ｙ＋ｍ＋ｎ）ＡｌＹ ＳｉｍＢｎ］Ｎ（ただし、原子比で、Ｙは０．０５〜０．２０、ｍ：０．０１〜０．１０、ｎ：０．０１〜０．１０を示す）、
を満足し、かつ隣り合う上記Ａｌ最高含有点とＴｉ最高含有点の間隔が、０．０１〜０．１μｍであること、
を特徴とする高速重切削条件で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆サーメット製切削工具。
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| JP2004141994A true JP2004141994A (ja) | 2004-05-20 |
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|---|---|---|---|---|
| JP2012031522A (ja) * | 2004-09-30 | 2012-02-16 | Kobe Steel Ltd | 耐摩耗性および耐酸化性に優れた硬質皮膜、並びに該硬質皮膜形成用ターゲット |
-
2002
- 2002-10-23 JP JP2002308020A patent/JP4029331B2/ja not_active Expired - Fee Related
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