JP2004358610A - 高速切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆サーメット製切削工具 - Google Patents
高速切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐摩耗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】高速切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐摩耗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】ＷＣ基超硬合金または炭窒化チタン系サーメット基体の表面に、（ａ）表面層として、０．５〜１０μｍの平均層厚を有する酸化クロム層、（ｂ）中間層として、０．１〜５μｍの平均層厚を有する窒化クロム層、（ｃ）下側層として、０．５〜１０μｍの平均層厚を有するＡｌとＴｉの複合窒化物層、からなる硬質被覆層を物理蒸着し、さらに前記下側層を、層厚方向にそって、Ａｌ最高含有点（Ａ）とＡｌ最低含有点（Ｂ）とが所定間隔をおいて交互に繰り返し存在し、かつ前記両点間でＡｌおよびＴｉの含有割合がそれぞれ連続的に変化する成分濃度分布構造を有し、前記Ａｌ最低含有点及びＡｌ最高含有点が特定の組成式をそれぞれ満足し、かつ隣り合う上記（Ａ）と（Ｂ）の間隔が、０．０１〜０．１μmである、ＡｌとＴｉの複合窒化物層で構成する。
【選択図】 図１
【解決手段】ＷＣ基超硬合金または炭窒化チタン系サーメット基体の表面に、（ａ）表面層として、０．５〜１０μｍの平均層厚を有する酸化クロム層、（ｂ）中間層として、０．１〜５μｍの平均層厚を有する窒化クロム層、（ｃ）下側層として、０．５〜１０μｍの平均層厚を有するＡｌとＴｉの複合窒化物層、からなる硬質被覆層を物理蒸着し、さらに前記下側層を、層厚方向にそって、Ａｌ最高含有点（Ａ）とＡｌ最低含有点（Ｂ）とが所定間隔をおいて交互に繰り返し存在し、かつ前記両点間でＡｌおよびＴｉの含有割合がそれぞれ連続的に変化する成分濃度分布構造を有し、前記Ａｌ最低含有点及びＡｌ最高含有点が特定の組成式をそれぞれ満足し、かつ隣り合う上記（Ａ）と（Ｂ）の間隔が、０．０１〜０．１μmである、ＡｌとＴｉの複合窒化物層で構成する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、硬質被覆層がすぐれた高温硬さおよび耐熱性を有し、さらに層間密着性にもすぐれ、したがって特に各種の鋼や鋳鉄などの高熱発生を伴い、かつ高負荷のかかる高速切削加工で、長期に亘ってすぐれた耐摩耗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、前記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、さらに前記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、
（ａ）表面層として、０．５〜１０μｍの平均層厚を有する酸化クロム（以下、Ｃｒ２Ｏ３で示す）層、
（ｂ）下側層として、０．５〜１０μｍの平均層厚を有し、かつ組成式：（Ａｌ１−Ｘ ＴｉＸ ）Ｎ（ただし、原子比で、Ｘは０．３５〜０．６０を示す）を満足するＡｌとＴｉの複合窒化物［以下、（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎで示す］層、
以上（ａ）および（ｂ）からなる硬質被覆層を物理蒸着してなる被覆サーメット工具が知られており、この被覆サーメット工具における前記Ｃｒ２Ｏ３層が高温硬さと耐熱性、前記（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層が、構成成分であるＡｌによって高温硬さと耐熱性、同Ｔｉによって高温強度を具備することから、前記被覆サーメット工具を各種の鋼や鋳鉄などの連続切削や断続切削加工に用いた場合にすぐれた切削性能を発揮す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５００℃の温度に加熱した状態で、それぞれカソード電極（蒸発源）として設置された、所定組成を有するＡｌ−Ｔｉ合金と金属Ｃｒのうちの前記Ａｌ−Ｔｉ合金とアノード電極との間に、例えば電流：１００Ａ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３Ｐａの反応雰囲気とし、一方上記サーメット基体には、例えば−１００Ｖ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、硬質被覆層の下側層として上記（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層を蒸着し、ついで反応ガスを窒素ガスから酸素ガスに変え、装置内の雰囲気を１．５Ｐａの酸素雰囲気とし、前記サーメット基体には、例えば−１５０Ｖのバイアス電圧を印加し、前記金属Ｃｒとアノード電極との間に、例えば電流：１００Ａの条件でアーク放電を発生させ、前記サーメット基体の表面に、硬質被覆層の表面層としてＣｒ２Ｏ３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】
特開２０００−２３３３２４
【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、切削加工は高速化の傾向にあるが、上記の従来被覆サーメット工具においては、これを通常の切削加工条件で用いた場合には問題はないが、これを高い発熱を伴ない、かつ高負荷のかかる高速切削に用いた場合、硬質被覆層の下側層である上記（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層が高温硬さおよび耐熱性不足のために熱塑性変形を起こし易く、このように熱塑性変形を起こすと、前記（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層と表面層であるＣｒ２Ｏ３層との密着性が十分でないことと相俟って、前記両層間に剥離が発生するのが避けられず、この結果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、特に高速切削加工で長期に亘ってすぐれた切削性能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）（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硬質被覆層のうちの（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層は、層厚全体に亘って均質な高温硬さと耐熱性、および高温強度を有するが、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（Ａｌ，Ｔｉ）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合金に相当するＡｌ−Ｔｉ合金、他方側に相対的にＴｉ含有量の低いＡｌ−Ｔｉ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に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（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層を形成すると、この結果の（Ａｌ，Ｔｉ）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相対的にＴｉ含有量の高いＡｌ−Ｔｉ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最低含有点が形成され、また前記サーメット基体が上記の他方側の相対的にＴｉ含有量の低いＡｌ−Ｔｉ合金のカソード電極に最も接近した時点で層中にＡｌ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層厚方向にそって前記Ａｌ最低含有点とＡｌ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最低含有点から前記Ａｌ最高含有点、前記Ａｌ最高含有点から前記Ａｌ最低含有点へＡｌおよびＴｉの含有割合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（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層において、例えば対向配置のカソード電極（蒸発源）のそれぞれの組成を調製すると共に、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最低含有点が、組成式：（Ａｌ１−Ｘ ＴｉＸ ）Ｎ（ただし、原子比で、Ｘは０．３５〜０．６０を示す）、
上記Ａｌ最高含有点が、組成式：（Ａｌ１−Ｙ ＴｉＹ ）Ｎ（ただし、原子比で、Ｙは０．０５〜０．３０を示す）、
をそれぞれ満足し、かつ隣り合う上記Ａｌ最低含有点とＡｌ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（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層に比してＡｌ含有量が相対的に高くなることから、より一段とすぐれた高温硬さと耐熱性を有し、一方上記Ａｌ最低含有点部分は、上記従来（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層と同等の組成、すなわち前記Ａｌ最高含有点部分に比して相対的にＡｌ含有量が低く、Ｔｉ含有量の高い組成をもつので、相対的に高い高温強度を保持し、かつこれらＡｌ最低含有点とＡｌ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高い高温強度を保持した状態で、すぐれた高温硬さと耐熱性を有し、一段とすぐれた熱塑性変形性を具備するようになること。
【０００９】
（Ｂ）さらに、上記（ａ）および（ｂ）の繰り返し連続変化成分濃度分布構造の（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層を０．５〜１０μｍの平均層厚で下側層として蒸着形成し、これに重ねて中間層として０．１〜５μｍの平均層厚で窒化クロム（以下、ＣｒＮで示す）を蒸着形成した状態で、表面層としてのＣｒ２Ｏ３層を０．５〜１０μｍの平均層厚で蒸着形成すると、この結果の硬質被覆層では、下側層である上記繰り返し連続変化成分濃度分布構造の（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層が上記従来（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層に比して一段とすぐれた高温硬さと耐熱性を有し、この結果耐熱塑性変形性が一段と向上したものになり、さらに中間層であるＣｒＮ層が前記下側層の（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層と表面層のＣｒ２Ｏ３層のいずれにも強固に密着することから、かかる硬質被覆層を形成してなる被覆サーメット工具は、高い発熱を伴い、かつ高負荷のかかる鋼や鋳鉄などの高速切削加工に用いた場合にも層間剥離の発生なく、すぐれた耐摩耗性を長期に亘って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。
【００１０】
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、
（ａ）表面層として、０．５〜１０μｍの平均層厚を有するＣｒ２Ｏ３層、
（ｂ）中間層として、０．１〜５μｍの平均層厚を有するＣｒＮ層、
（ｃ）下側層として、０．５〜１０μｍの平均層厚を有する（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層、
以上（ａ）〜（ｃ）からなる硬質被覆層を物理蒸着してなる被覆サーメット工具にして、
上記下側層を、層厚方向にそって、Ａｌ最高含有点とＡｌ最低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Ａｌ最低含有点、前記Ａｌ最低含有点から前記Ａｌ最高含有点へＡｌおよびＴｉの含有割合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最低含有点が、組成式：（Ａｌ１−Ｘ ＴｉＸ ）Ｎ（ただし、原子比で、Ｘは０．３５〜０．６０を示す）、
上記Ａｌ最高含有点が、組成式：（Ａｌ１−Ｙ ＴｉＹ ）Ｎ（ただし、原子比で、Ｙは０．０５〜０．３０を示す）、
をそれぞれ満足し、かつ隣り合う上記Ａｌ最低含有点とＡｌ最高含有点の間隔が、０．０１〜０．１μｍである（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層、
で構成してなる、高速切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐摩耗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。
【００１１】
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）下側層におけるＡｌ最高含有点の組成
Ａｌ最高含有点の（Ａｌ，Ｔｉ）ＮにおけるＡｌ成分には高温硬さと耐熱性を向上させ、一方同Ｔｉ成分には、高温強度を向上させる作用があるので、前記Ａｌ最高含有点では相対的にＴｉ含有量を低くし、Ａｌ含有量を高くして、相対的に高温硬さと耐熱性を向上させて、高速切削で発生する高熱にも塑性変形しないすぐれた高温硬さと耐熱性を具備せしめ、熱塑性変形が原因の層間剥離を防止するようにしたものであるが、Ｔｉの割合を示すＹ値がＡｌとの合量に占める割合（原子比、以下同じ）で０．０５未満になると、相対的にＡｌの割合が多くなり過ぎて、相対的に高い高温強度を有するＡｌ最低含有点が隣接して存在しても層自体の高温強度の低下は避けられず、この結果切刃部にチッピングなどが発生し易くなり、一方Ｔｉの割合を示すＹ値が同０．３０を越えると、相対的にＡｌの割合が少なくなり過ぎて、高速切削で熱塑性変形の発生を抑制するに足るすぐれた高温硬さと耐熱性を確保することができなくなることから、Ｙ値を０．０５〜０．３０と定めた。
【００１２】
（ｂ）下側層におけるＡｌ最低含有点の組成
上記の通りＡｌ最高含有点は高温硬さと耐熱性のすぐれたものであるが、反面高温強度の劣るものであるため、このＡｌ最高含有点の高温強度不足を補う目的で、上記の従来（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層と同等の組成、すなわち相対的にＴｉ含有割合が高く、一方Ａｌ含有量が低く、これによって相対的に高い高温強度を有するようになるＡｌ最低含有点を厚さ方向に交互に介在させるものであり、したがってＴｉの割合を示すＸ値がＡｌ成分との合量に占める割合で０．３５未満では、所望の高温強度を確保することができず、この場合切刃部にチッピングの発生が避けられず、一方同Ｘ値が０．６０を越えると、Ａｌに対するＴｉの割合が多くなり過ぎて、Ａｌ最低含有点の高温硬さと耐熱性が不十分となり、熱塑性変形発生の原因となることから、Ａｌ最低含有点でのＴｉの割合を示すＸ値を０．３５〜０．６０と定めた。
【００１３】
（ｃ）下側層におけるＡｌ最高含有点とＡｌ最低含有点間の間隔
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、この結果下側層にすぐれた高温硬さと耐熱性、および高温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高温強度不足、Ａｌ最低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、これが原因で切刃にチッピングが発生し易くなったり、熱塑性変形が原因の層間剥離が発生し易くなることから、その間隔を０．０１〜０．１μｍと定めた。
【００１４】
（ｄ）下側層の平均層厚
その平均層厚が０．５μｍ未満では、硬質被覆層に上記下側層のもつすぐれた高温強度を十分に付与せしめることができず、この結果切刃部にチッピングが発生し易くなり、またその平均層厚が１０μｍを越えて切刃部にチッピングが発生し易くなることから、その平均層厚を０．５〜１０μｍと定めた。
【００１５】
（ｄ）中間層の平均層厚
中間層のＣｒＮ層には、上記の通り下側層の（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層および表面層のＣｒ２Ｏ３層のいずれにも強固に密着して、これら両層間の密着性を著しく向上させ、高発熱および高負荷を伴なう高速切削でも層間剥離の発生を防止する作用があるが、その平均層厚が０．１μｍ未満では、所望のすぐれた層間密着性を確保することができず、一方その平均層厚が５μｍを越えると、ＣｒＮ層自体相対的に軟質であるために、これが原因で硬質被覆層に熱塑性変形が発生し、この結果摩耗が摩耗促進の原因となる偏摩耗形態をとるようになることから、その平均層厚を０．１〜５μｍと定めた。
【００１６】
（ｅ）表面層の平均層厚
硬質被覆層は、上記の通り下側層のもつ高温強度と熱塑性変形を起こさない高温硬さおよび耐熱性、さらに表面層であるＣｒ２Ｏ３層のもつすぐれた高温硬さと耐熱性の共存によって、高発熱および高負荷を伴なう高速切削ですぐれた耐摩耗性を発揮するようになるものであるが、その平均層厚が０．５μｍ未満では、硬質被覆層のもつ上記特性を十分に発揮させることができず、一方その平均層厚が１０μｍを越えると切刃部にチッピングが発生し易くなることから、その平均層厚を０．５〜１０μｍと定めた。
【００１７】
【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、ＺｒＣ粉末、ＶＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、Ｃｒ３ Ｃ２ 粉末、ＴｉＮ粉末、ＴａＮ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６Ｐａの真空中、温度：１４００℃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・ＣＮＭＧ１２０４０８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Ａ−１〜Ａ−１０を形成した。
【００１８】
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２４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２ｋＰａの窒素雰囲気中、温度：１５００℃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・ＣＮＭＧ１２０４０８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Ｂ−１〜Ｂ−６を形成した。
【００１９】
ついで、上記のサーメット基体Ａ−１〜Ａ−１０およびＢ−１〜Ｂ−６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外周部にそって装着し、硬質被覆層の下側層形成に、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合金、他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最低含有点形成用Ａｌ−Ｔｉ合金を前記回転テーブルを挟んで対向配置し、さらに同じくカソード電極として上側層および中間層形成用金属Ｃｒも装着し、前記金属Ｃｒはボンバード洗浄にも使用し、まず装置内を排気して０．５Ｐａの真空に保持しながら、ヒーターで装置内を７００℃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サーメット基体に−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Ｃｒ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、もってサーメット基体表面をＣｒボンバード洗浄し、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サーメット基体に−１００Ｖ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合金およびＡｌ最低含有点形成用Ａｌ−Ｔｉ合金）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、もって前記サーメット基体の表面に、層厚方向に沿って表３，４に示される目標組成のＡｌ最高含有点とＡｌ最低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最低含有点から前記Ａｌ最高含有点、前記Ａｌ最高含有点から前記Ａｌ最低含有点へＡｌおよびＴｉの含有割合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に示される目標層厚の（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層を硬質被覆層の下側層として蒸着形成し、ついで上記のＡｌ最高含有点形成用Ａｌ−Ｔｉ合金およびＡｌ最低含有点形成用Ａｌ−Ｔｉ合金のカソード電極とアノード電極との間のアーク放電を停止し、３Ｐａの窒素雰囲気を維持した状態で、前記金属Ｃｒとアノード電極との間に１２０Ａの電流を流してアーク放電を発生させ、同じく表３，４に示される目標層厚のＣｒＮ層を硬質被覆層の中間層として蒸着形成し、さらに装置内に導入する反応ガスを酸素ガスに切り替えて、装置内を１．５Ｐａの酸素雰囲気とすると共に、前記サーメット基体に印可する電圧を−１５０Ｖのパルスバイアス電圧とし、かつカソード電極である前記金属Ｃｒとアノード電極との間には１２０Ａの電流を流してアーク放電を発生させ、同じく表３，４に示される目標層厚のＣｒ２Ｏ３層を硬質被覆層の表面層として蒸着形成することにより、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。
【００２０】
また、比較の目的で、これらサーメット基体Ａ−１〜Ａ−１０およびＢ−１〜Ｂ−６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、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合金（一方側のみ）および金属Ｃｒを装着し、前記金属Ｃｒはボンバード洗浄用にも使用し、まず、装置内を排気して０．５Ｐａの真空に保持しながら、ヒーターで装置内を７００℃に加熱した後、前記サーメット基体に−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Ｃｒ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、もってサーメット基体表面をＣｒボンバード洗浄し、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、回転テーブル上で自転しながら回転する前記サーメット基体に−１００Ｖの直流バイアス電圧を印加し、かつ前記Ａｌ−Ｔｉ合金のカソード電極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、もって前記サーメット基体Ａ−１〜Ａ−１０およびＢ−１〜Ｂ−６のそれぞれの表面に、表５に示される目標組成および目標層厚を有し、かつ層厚方向に沿って実質的に組成変化のない（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層を硬質被覆層の下側層として蒸着形成し、さらに前記（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層からなる下側層を蒸着形成したもののうちの半数について、３Ｐａの窒素雰囲気を維持した状態で、前記金属Ｃｒとアノード電極との間に１２０Ａの電流を流してアーク放電を発生させ、同じく表５に示される目標層厚のＣｒＮ層を硬質被覆層の中間層として蒸着形成し、ついで全数について、装置内に導入する反応ガスを酸素ガスに切り替えて、装置内を１．５Ｐａの酸素雰囲気とすると共に、前記サーメット基体に−１５０Ｖのパルスバイアス電圧を印加し、かつカソード電極である前記金属Ｃｒとアノード電極との間に１２０Ａの電流を流してアーク放電を発生させ、同じく表５に示される目標層厚のＣｒ２Ｏ３層を硬質被覆層の表面層として蒸着形成することにより、比較被覆サーメット工具としての比較表面被覆サーメット製スローアウエイチップ（以下、比較被覆チップと云う）１〜１６をそれぞれ製造した。
【００２１】
つぎに、上記の各種の被覆チップを、いずれも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、本発明被覆チップ１〜１６および比較被覆チップ１〜１６について、
被削材：ＪＩＳ・Ｓ５０Ｃの丸棒、
切削速度：３５０ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：１．５ｍｍ、
送り：０．２ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：１０分、
の条件での炭素鋼の乾式連続高速切削加工試験、
被削材：ＪＩＳ・ＳＮＣＭ４３９の長さ方向等間隔４本縦溝入り丸棒、
切削速度：２８０ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：２ｍｍ、
送り：０．２５ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：５分、
の条件での合金鋼の乾式断続高速切削加工試験、
被削材：ＪＩＳ・ＦＣ２５０の丸棒、
切削速度：４００ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：２ｍｍ、
送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：１０分、
の条件での鋳鉄の乾式連続高速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６に示した。
【００２２】
【表１】
【００２３】
【表２】
【００２４】
【表３】
【００２５】
【表４】
【００２６】
【表５】
【００２７】
【表６】
【００２８】
（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７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、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７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（エンドミル）Ｃ−１〜Ｃ−８をそれぞれ製造した。
【００２９】
ついで、これらのサーメット基体（エンドミル）Ｃ−１〜Ｃ−８の表面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８に示される目標組成のＡｌ最高含有点とＡｌ最低含有点とが交互に同じく表８に示される目標間隔で繰り返し存在し、かつ前記Ａｌ最低含有点から前記Ａｌ最高含有点、前記Ａｌ最高含有点から前記Ａｌ最低含有点へＡｌおよびＴｉの含有割合がそれぞれ連続的に変化する成分濃度分布構造を有し、同じく表８に示される目標層厚の（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層からなる下側層と、同じく表８に示される目標層厚のＣｒＮ層からなる中間層およびＣｒ２Ｏ３層からなる表面層で構成された硬質被覆層を蒸着形成することにより、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云う）１〜８をそれぞれ製造した。
【００３０】
また、比較の目的で、上記のサーメット基体（エンドミル）Ｃ−１〜Ｃ−８の表面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におけると同一の条件で、表９に示される目標組成および目標層厚を有し、かつ層厚方向に沿って実質的に組成変化のない（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層からなる下側層を蒸着形成し、さらに前記（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層からなる下側層を蒸着形成したもののうちの半数について、同じく表９に示される目標層厚のＣｒＮ層を中間層として蒸着形成し、さらに全数について同じく表９に示される目標層厚のＣｒ２Ｏ３層を硬質被覆層の表面層として蒸着形成することにより、比較被覆サーメット工具としての比較表面被覆サーメット製エンドミル（以下、比較被覆エンドミルと云う）１〜８をそれぞれ製造した。
【００３１】
つぎに、上記本発明被覆エンドミル１〜８および比較被覆エンドミル１〜８のうち、本発明被覆エンドミル１〜３および比較被覆エンドミル１〜３については、
被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・ＳＣＭ４４０の板材、
切削速度：２００ｍ／ｍｉｎ．、
溝深さ（切り込み）：３ｍｍ、
テーブル送り：８５０ｍｍ／分、
の条件での合金鋼の乾式高速溝切削加工試験、本発明被覆エンドミル４〜６および比較被覆エンドミル４〜６については、
被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・ＳＫＤ６１（硬さ：５２ＨＲＣ）の板材、
切削速度：５０ｍ／ｍｉｎ．、
溝深さ（切り込み）：０．５ｍｍ、
テーブル送り：１８０ｍｍ／分、
の条件での工具鋼の乾式高速溝切削加工試験、本発明被覆エンドミル７，８および比較被覆エンドミル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：５０ｍ／ｍｉｎ．、
溝深さ（切り込み）：８ｍｍ、
テーブル送り：３６０ｍｍ／分、
の条件での炭素鋼の乾式高速溝切削加工試験をそれぞれ行い、いずれの溝切削加工試験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に至るまでの切削溝長を測定した。この測定結果を表８、９にそれぞれ示した。
【００３２】
【表７】
【００３３】
【表８】
【００３４】
【表９】
【００３５】
（実施例３）
上記の実施例２で製造した直径が８ｍｍ（サーメット基体Ｃ−１〜Ｃ−３形成用）、１３ｍｍ（サーメット基体Ｃ−４〜Ｃ−６形成用）、および２６ｍｍ（サーメット基体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（サーメット基体Ｄ−１〜Ｄ−３）、８ｍｍ×２２ｍｍ（サーメット基体Ｄ−４〜Ｄ−６）、および１６ｍｍ×４５ｍｍ（サーメット基体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ＷＣ基超硬合金製のサーメット基体（ドリル）Ｄ−１〜Ｄ−８をそれぞれ製造した。
【００３６】
ついで、これらのサーメット基体（ドリル）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１０に示される目標組成のＡｌ最高含有点とＡｌ最低含有点とが交互に同じく表１０に示される目標間隔で繰り返し存在し、かつ前記Ａｌ最低含有点から前記Ａｌ最高含有点、前記Ａｌ最高含有点から前記Ａｌ最低含有点へＡｌおよびＴｉの含有割合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１０に示される目標層厚の（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層からなる下側層と、同じく表１０に示される目標層厚のＣｒＮ層からなる中間層およびＣｒ２Ｏ３層からなる上側層で構成された硬質被覆層を蒸着形成することにより、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云う）１〜８をそれぞれ製造した。
【００３７】
また、比較の目的で、上記のサーメット基体（ドリル）Ｄ−１〜Ｄ−８の表面に、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、表１１に示される目標組成および目標層厚を有し、かつ層厚方向に沿って実質的に組成変化のない（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層を硬質被覆層の下側層として蒸着形成し、さらに前記（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層を蒸着形成したもののうちの半数について、同じく表１１に示される目標層厚のＣｒＮ層を硬質被覆層の下側層として蒸着形成し、さらに全数について同じく表１１に示される目標層厚のＣｒ２Ｏ３層を硬質被覆層の表面層として蒸着形成することにより、比較被覆サーメット工具としての比較表面被覆サーメット製ドリル（以下、比較被覆ドリルと云う）１〜８をそれぞれ製造した。
【００３８】
つぎに、上記本発明被覆ドリル１〜８および比較被覆ドリル１〜８のうち、本発明被覆ドリル１〜３および比較被覆ドリル１〜３については、
被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・ＳＫＤ６１（硬さ：５２ＨＲＣ）の板材、
切削速度：８０ｍ／ｍｉｎ．、
送り：０．０９ｍｍ／ｒｅｖ、
穴深さ：８ｍｍ、
の条件での工具鋼の湿式高速穴あけ切削加工試験、本発明被覆ドリル４〜６および比較被覆ドリル４〜６については、
被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・Ｓ５５Ｃの板材、
切削速度：１２０ｍ／ｍｉｎ．、
送り：０．２３ｍｍ／ｒｅｖ、
穴深さ：１６ｍｍ、
の条件での炭素鋼の湿式高速穴あけ切削加工試験、本発明被覆ドリル７，８および比較被覆ドリル７，８については、
被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・ＳＣＭ４４０の板材、
切削速度：４０ｍ／ｍｉｎ．、
送り：０．２７ｍｍ／ｒｅｖ、
穴深さ：３２ｍｍ、
の条件での合金鋼の湿式高速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１０、１１にそれぞれ示した。
【００３９】
【表１０】
【００４０】
【表１１】
【００４１】
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の硬質被覆層を構成する下側層におけるＡｌ最低含有点とＡｌ最高含有点の組成、並びに比較被覆サーメット工具としての比較被覆チップ１〜１６、比較被覆エンドミル１〜８、および比較被覆ドリル１〜８の硬質被覆層の下側層について、厚さ方向に沿ってＡｌおよびＴｉ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、前記本発明被覆サーメット工具の硬質被覆層では、Ａｌ最低含有点とＡｌ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最低含有点から前記Ａｌ最高含有点、前記Ａｌ最高含有点から前記Ａｌ最低含有点へＡｌおよびＴｉの含有割合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、一方前記比較被覆サーメット工具の硬質被覆層を構成する（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層では厚さ方向に沿って組成変化が見られなかったが、目標組成と実質的に同じ組成を示した。
また、上記の硬質被覆層の表面層、中間層、および下側層の平均層厚を走査型電子顕微鏡を用いて断面測定したところ、いずれも目標層厚と実質的に同じ値を示した。
【００４２】
【発明の効果】
表３〜１１に示される結果から、硬質被覆層が（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層の下側層とＣｒＮ層の中間層、およびＣｒ２Ｏ３層の表面層で構成され、前記下側層が層厚方向にＡｌ最高含有点とＡｌ最低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最低含有点から前記Ａｌ最高含有点、前記Ａｌ最高含有点から前記Ａｌ最低含有点へＡｌおよびＴｉの含有割合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、いずれも鋼や鋳鉄の切削加工を高い発熱を伴う高速で行っても、前記硬質被覆層が前記下側層による高温強度と高温硬さおよび耐熱性向上に伴なうすぐれた耐熱塑性変形性、さらに前記表面層によるすぐれた高温硬さおよび耐熱性を具備し、かつ前記下側層と表面層の間には中間層であるＣｒＮ層によって著しく強固な層間密着性が確保されることと相俟って、高発熱および高負荷を伴なう高速切削でもすぐれた耐摩耗性を長期に亘って発揮するのに対して、硬質被覆層の下側層が層厚方向に沿って実質的に組成変化のない（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層で構成された比較被覆サーメット工具においては、高速切削では前記下側層の高温硬さおよび耐熱性不足が原因で熱塑性変形を起こし、この結果中間層であるＣｒＮ層が存在しない場合には前記（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層の下側層とＣｒ２Ｏ３層の表面層の間で剥離が発生し、また密着性のすぐれたＣｒＮ層が介在しても、層間剥離の発生はないが、摩耗を促進する偏摩耗形態をとるようになり、いずれも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、特に各種の鋼や鋳鉄などの通常の切削条件では勿論のこと、切削加工を高速条件で行なった場合にもすぐれた耐摩耗性を長期に亘って発揮するものであるから、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。
【図面の簡単な説明】
【図１】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】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、硬質被覆層がすぐれた高温硬さおよび耐熱性を有し、さらに層間密着性にもすぐれ、したがって特に各種の鋼や鋳鉄などの高熱発生を伴い、かつ高負荷のかかる高速切削加工で、長期に亘ってすぐれた耐摩耗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、前記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、さらに前記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、
（ａ）表面層として、０．５〜１０μｍの平均層厚を有する酸化クロム（以下、Ｃｒ２Ｏ３で示す）層、
（ｂ）下側層として、０．５〜１０μｍの平均層厚を有し、かつ組成式：（Ａｌ１−Ｘ ＴｉＸ ）Ｎ（ただし、原子比で、Ｘは０．３５〜０．６０を示す）を満足するＡｌとＴｉの複合窒化物［以下、（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎで示す］層、
以上（ａ）および（ｂ）からなる硬質被覆層を物理蒸着してなる被覆サーメット工具が知られており、この被覆サーメット工具における前記Ｃｒ２Ｏ３層が高温硬さと耐熱性、前記（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層が、構成成分であるＡｌによって高温硬さと耐熱性、同Ｔｉによって高温強度を具備することから、前記被覆サーメット工具を各種の鋼や鋳鉄などの連続切削や断続切削加工に用いた場合にすぐれた切削性能を発揮す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５００℃の温度に加熱した状態で、それぞれカソード電極（蒸発源）として設置された、所定組成を有するＡｌ−Ｔｉ合金と金属Ｃｒのうちの前記Ａｌ−Ｔｉ合金とアノード電極との間に、例えば電流：１００Ａ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３Ｐａの反応雰囲気とし、一方上記サーメット基体には、例えば−１００Ｖ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、硬質被覆層の下側層として上記（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層を蒸着し、ついで反応ガスを窒素ガスから酸素ガスに変え、装置内の雰囲気を１．５Ｐａの酸素雰囲気とし、前記サーメット基体には、例えば−１５０Ｖのバイアス電圧を印加し、前記金属Ｃｒとアノード電極との間に、例えば電流：１００Ａの条件でアーク放電を発生させ、前記サーメット基体の表面に、硬質被覆層の表面層としてＣｒ２Ｏ３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】
特開２０００−２３３３２４
【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、切削加工は高速化の傾向にあるが、上記の従来被覆サーメット工具においては、これを通常の切削加工条件で用いた場合には問題はないが、これを高い発熱を伴ない、かつ高負荷のかかる高速切削に用いた場合、硬質被覆層の下側層である上記（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層が高温硬さおよび耐熱性不足のために熱塑性変形を起こし易く、このように熱塑性変形を起こすと、前記（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層と表面層であるＣｒ２Ｏ３層との密着性が十分でないことと相俟って、前記両層間に剥離が発生するのが避けられず、この結果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、特に高速切削加工で長期に亘ってすぐれた切削性能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）（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硬質被覆層のうちの（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層は、層厚全体に亘って均質な高温硬さと耐熱性、および高温強度を有するが、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（Ａｌ，Ｔｉ）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合金に相当するＡｌ−Ｔｉ合金、他方側に相対的にＴｉ含有量の低いＡｌ−Ｔｉ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に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（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層を形成すると、この結果の（Ａｌ，Ｔｉ）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相対的にＴｉ含有量の高いＡｌ−Ｔｉ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最低含有点が形成され、また前記サーメット基体が上記の他方側の相対的にＴｉ含有量の低いＡｌ−Ｔｉ合金のカソード電極に最も接近した時点で層中にＡｌ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層厚方向にそって前記Ａｌ最低含有点とＡｌ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最低含有点から前記Ａｌ最高含有点、前記Ａｌ最高含有点から前記Ａｌ最低含有点へＡｌおよびＴｉの含有割合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（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層において、例えば対向配置のカソード電極（蒸発源）のそれぞれの組成を調製すると共に、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最低含有点が、組成式：（Ａｌ１−Ｘ ＴｉＸ ）Ｎ（ただし、原子比で、Ｘは０．３５〜０．６０を示す）、
上記Ａｌ最高含有点が、組成式：（Ａｌ１−Ｙ ＴｉＹ ）Ｎ（ただし、原子比で、Ｙは０．０５〜０．３０を示す）、
をそれぞれ満足し、かつ隣り合う上記Ａｌ最低含有点とＡｌ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（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層に比してＡｌ含有量が相対的に高くなることから、より一段とすぐれた高温硬さと耐熱性を有し、一方上記Ａｌ最低含有点部分は、上記従来（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層と同等の組成、すなわち前記Ａｌ最高含有点部分に比して相対的にＡｌ含有量が低く、Ｔｉ含有量の高い組成をもつので、相対的に高い高温強度を保持し、かつこれらＡｌ最低含有点とＡｌ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高い高温強度を保持した状態で、すぐれた高温硬さと耐熱性を有し、一段とすぐれた熱塑性変形性を具備するようになること。
【０００９】
（Ｂ）さらに、上記（ａ）および（ｂ）の繰り返し連続変化成分濃度分布構造の（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層を０．５〜１０μｍの平均層厚で下側層として蒸着形成し、これに重ねて中間層として０．１〜５μｍの平均層厚で窒化クロム（以下、ＣｒＮで示す）を蒸着形成した状態で、表面層としてのＣｒ２Ｏ３層を０．５〜１０μｍの平均層厚で蒸着形成すると、この結果の硬質被覆層では、下側層である上記繰り返し連続変化成分濃度分布構造の（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層が上記従来（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層に比して一段とすぐれた高温硬さと耐熱性を有し、この結果耐熱塑性変形性が一段と向上したものになり、さらに中間層であるＣｒＮ層が前記下側層の（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層と表面層のＣｒ２Ｏ３層のいずれにも強固に密着することから、かかる硬質被覆層を形成してなる被覆サーメット工具は、高い発熱を伴い、かつ高負荷のかかる鋼や鋳鉄などの高速切削加工に用いた場合にも層間剥離の発生なく、すぐれた耐摩耗性を長期に亘って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。
【００１０】
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、
（ａ）表面層として、０．５〜１０μｍの平均層厚を有するＣｒ２Ｏ３層、
（ｂ）中間層として、０．１〜５μｍの平均層厚を有するＣｒＮ層、
（ｃ）下側層として、０．５〜１０μｍの平均層厚を有する（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層、
以上（ａ）〜（ｃ）からなる硬質被覆層を物理蒸着してなる被覆サーメット工具にして、
上記下側層を、層厚方向にそって、Ａｌ最高含有点とＡｌ最低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Ａｌ最低含有点、前記Ａｌ最低含有点から前記Ａｌ最高含有点へＡｌおよびＴｉの含有割合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最低含有点が、組成式：（Ａｌ１−Ｘ ＴｉＸ ）Ｎ（ただし、原子比で、Ｘは０．３５〜０．６０を示す）、
上記Ａｌ最高含有点が、組成式：（Ａｌ１−Ｙ ＴｉＹ ）Ｎ（ただし、原子比で、Ｙは０．０５〜０．３０を示す）、
をそれぞれ満足し、かつ隣り合う上記Ａｌ最低含有点とＡｌ最高含有点の間隔が、０．０１〜０．１μｍである（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層、
で構成してなる、高速切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐摩耗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。
【００１１】
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）下側層におけるＡｌ最高含有点の組成
Ａｌ最高含有点の（Ａｌ，Ｔｉ）ＮにおけるＡｌ成分には高温硬さと耐熱性を向上させ、一方同Ｔｉ成分には、高温強度を向上させる作用があるので、前記Ａｌ最高含有点では相対的にＴｉ含有量を低くし、Ａｌ含有量を高くして、相対的に高温硬さと耐熱性を向上させて、高速切削で発生する高熱にも塑性変形しないすぐれた高温硬さと耐熱性を具備せしめ、熱塑性変形が原因の層間剥離を防止するようにしたものであるが、Ｔｉの割合を示すＹ値がＡｌとの合量に占める割合（原子比、以下同じ）で０．０５未満になると、相対的にＡｌの割合が多くなり過ぎて、相対的に高い高温強度を有するＡｌ最低含有点が隣接して存在しても層自体の高温強度の低下は避けられず、この結果切刃部にチッピングなどが発生し易くなり、一方Ｔｉの割合を示すＹ値が同０．３０を越えると、相対的にＡｌの割合が少なくなり過ぎて、高速切削で熱塑性変形の発生を抑制するに足るすぐれた高温硬さと耐熱性を確保することができなくなることから、Ｙ値を０．０５〜０．３０と定めた。
【００１２】
（ｂ）下側層におけるＡｌ最低含有点の組成
上記の通りＡｌ最高含有点は高温硬さと耐熱性のすぐれたものであるが、反面高温強度の劣るものであるため、このＡｌ最高含有点の高温強度不足を補う目的で、上記の従来（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層と同等の組成、すなわち相対的にＴｉ含有割合が高く、一方Ａｌ含有量が低く、これによって相対的に高い高温強度を有するようになるＡｌ最低含有点を厚さ方向に交互に介在させるものであり、したがってＴｉの割合を示すＸ値がＡｌ成分との合量に占める割合で０．３５未満では、所望の高温強度を確保することができず、この場合切刃部にチッピングの発生が避けられず、一方同Ｘ値が０．６０を越えると、Ａｌに対するＴｉの割合が多くなり過ぎて、Ａｌ最低含有点の高温硬さと耐熱性が不十分となり、熱塑性変形発生の原因となることから、Ａｌ最低含有点でのＴｉの割合を示すＸ値を０．３５〜０．６０と定めた。
【００１３】
（ｃ）下側層におけるＡｌ最高含有点とＡｌ最低含有点間の間隔
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、この結果下側層にすぐれた高温硬さと耐熱性、および高温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高温強度不足、Ａｌ最低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、これが原因で切刃にチッピングが発生し易くなったり、熱塑性変形が原因の層間剥離が発生し易くなることから、その間隔を０．０１〜０．１μｍと定めた。
【００１４】
（ｄ）下側層の平均層厚
その平均層厚が０．５μｍ未満では、硬質被覆層に上記下側層のもつすぐれた高温強度を十分に付与せしめることができず、この結果切刃部にチッピングが発生し易くなり、またその平均層厚が１０μｍを越えて切刃部にチッピングが発生し易くなることから、その平均層厚を０．５〜１０μｍと定めた。
【００１５】
（ｄ）中間層の平均層厚
中間層のＣｒＮ層には、上記の通り下側層の（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層および表面層のＣｒ２Ｏ３層のいずれにも強固に密着して、これら両層間の密着性を著しく向上させ、高発熱および高負荷を伴なう高速切削でも層間剥離の発生を防止する作用があるが、その平均層厚が０．１μｍ未満では、所望のすぐれた層間密着性を確保することができず、一方その平均層厚が５μｍを越えると、ＣｒＮ層自体相対的に軟質であるために、これが原因で硬質被覆層に熱塑性変形が発生し、この結果摩耗が摩耗促進の原因となる偏摩耗形態をとるようになることから、その平均層厚を０．１〜５μｍと定めた。
【００１６】
（ｅ）表面層の平均層厚
硬質被覆層は、上記の通り下側層のもつ高温強度と熱塑性変形を起こさない高温硬さおよび耐熱性、さらに表面層であるＣｒ２Ｏ３層のもつすぐれた高温硬さと耐熱性の共存によって、高発熱および高負荷を伴なう高速切削ですぐれた耐摩耗性を発揮するようになるものであるが、その平均層厚が０．５μｍ未満では、硬質被覆層のもつ上記特性を十分に発揮させることができず、一方その平均層厚が１０μｍを越えると切刃部にチッピングが発生し易くなることから、その平均層厚を０．５〜１０μｍと定めた。
【００１７】
【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、ＺｒＣ粉末、ＶＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、Ｃｒ３ Ｃ２ 粉末、ＴｉＮ粉末、ＴａＮ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６Ｐａの真空中、温度：１４００℃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・ＣＮＭＧ１２０４０８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Ａ−１〜Ａ−１０を形成した。
【００１８】
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２４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２ｋＰａの窒素雰囲気中、温度：１５００℃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・ＣＮＭＧ１２０４０８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Ｂ−１〜Ｂ−６を形成した。
【００１９】
ついで、上記のサーメット基体Ａ−１〜Ａ−１０およびＢ−１〜Ｂ−６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外周部にそって装着し、硬質被覆層の下側層形成に、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合金、他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最低含有点形成用Ａｌ−Ｔｉ合金を前記回転テーブルを挟んで対向配置し、さらに同じくカソード電極として上側層および中間層形成用金属Ｃｒも装着し、前記金属Ｃｒはボンバード洗浄にも使用し、まず装置内を排気して０．５Ｐａの真空に保持しながら、ヒーターで装置内を７００℃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サーメット基体に−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Ｃｒ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、もってサーメット基体表面をＣｒボンバード洗浄し、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サーメット基体に−１００Ｖ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合金およびＡｌ最低含有点形成用Ａｌ−Ｔｉ合金）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、もって前記サーメット基体の表面に、層厚方向に沿って表３，４に示される目標組成のＡｌ最高含有点とＡｌ最低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最低含有点から前記Ａｌ最高含有点、前記Ａｌ最高含有点から前記Ａｌ最低含有点へＡｌおよびＴｉの含有割合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に示される目標層厚の（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層を硬質被覆層の下側層として蒸着形成し、ついで上記のＡｌ最高含有点形成用Ａｌ−Ｔｉ合金およびＡｌ最低含有点形成用Ａｌ−Ｔｉ合金のカソード電極とアノード電極との間のアーク放電を停止し、３Ｐａの窒素雰囲気を維持した状態で、前記金属Ｃｒとアノード電極との間に１２０Ａの電流を流してアーク放電を発生させ、同じく表３，４に示される目標層厚のＣｒＮ層を硬質被覆層の中間層として蒸着形成し、さらに装置内に導入する反応ガスを酸素ガスに切り替えて、装置内を１．５Ｐａの酸素雰囲気とすると共に、前記サーメット基体に印可する電圧を−１５０Ｖのパルスバイアス電圧とし、かつカソード電極である前記金属Ｃｒとアノード電極との間には１２０Ａの電流を流してアーク放電を発生させ、同じく表３，４に示される目標層厚のＣｒ２Ｏ３層を硬質被覆層の表面層として蒸着形成することにより、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。
【００２０】
また、比較の目的で、これらサーメット基体Ａ−１〜Ａ−１０およびＢ−１〜Ｂ−６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、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合金（一方側のみ）および金属Ｃｒを装着し、前記金属Ｃｒはボンバード洗浄用にも使用し、まず、装置内を排気して０．５Ｐａの真空に保持しながら、ヒーターで装置内を７００℃に加熱した後、前記サーメット基体に−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Ｃｒ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、もってサーメット基体表面をＣｒボンバード洗浄し、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、回転テーブル上で自転しながら回転する前記サーメット基体に−１００Ｖの直流バイアス電圧を印加し、かつ前記Ａｌ−Ｔｉ合金のカソード電極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、もって前記サーメット基体Ａ−１〜Ａ−１０およびＢ−１〜Ｂ−６のそれぞれの表面に、表５に示される目標組成および目標層厚を有し、かつ層厚方向に沿って実質的に組成変化のない（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層を硬質被覆層の下側層として蒸着形成し、さらに前記（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層からなる下側層を蒸着形成したもののうちの半数について、３Ｐａの窒素雰囲気を維持した状態で、前記金属Ｃｒとアノード電極との間に１２０Ａの電流を流してアーク放電を発生させ、同じく表５に示される目標層厚のＣｒＮ層を硬質被覆層の中間層として蒸着形成し、ついで全数について、装置内に導入する反応ガスを酸素ガスに切り替えて、装置内を１．５Ｐａの酸素雰囲気とすると共に、前記サーメット基体に−１５０Ｖのパルスバイアス電圧を印加し、かつカソード電極である前記金属Ｃｒとアノード電極との間に１２０Ａの電流を流してアーク放電を発生させ、同じく表５に示される目標層厚のＣｒ２Ｏ３層を硬質被覆層の表面層として蒸着形成することにより、比較被覆サーメット工具としての比較表面被覆サーメット製スローアウエイチップ（以下、比較被覆チップと云う）１〜１６をそれぞれ製造した。
【００２１】
つぎに、上記の各種の被覆チップを、いずれも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、本発明被覆チップ１〜１６および比較被覆チップ１〜１６について、
被削材：ＪＩＳ・Ｓ５０Ｃの丸棒、
切削速度：３５０ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：１．５ｍｍ、
送り：０．２ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：１０分、
の条件での炭素鋼の乾式連続高速切削加工試験、
被削材：ＪＩＳ・ＳＮＣＭ４３９の長さ方向等間隔４本縦溝入り丸棒、
切削速度：２８０ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：２ｍｍ、
送り：０．２５ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：５分、
の条件での合金鋼の乾式断続高速切削加工試験、
被削材：ＪＩＳ・ＦＣ２５０の丸棒、
切削速度：４００ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：２ｍｍ、
送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：１０分、
の条件での鋳鉄の乾式連続高速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６に示した。
【００２２】
【表１】
【表２】
【表３】
【表４】
【表５】
【表６】
（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７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、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７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（エンドミル）Ｃ−１〜Ｃ−８をそれぞれ製造した。
【００２９】
ついで、これらのサーメット基体（エンドミル）Ｃ−１〜Ｃ−８の表面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８に示される目標組成のＡｌ最高含有点とＡｌ最低含有点とが交互に同じく表８に示される目標間隔で繰り返し存在し、かつ前記Ａｌ最低含有点から前記Ａｌ最高含有点、前記Ａｌ最高含有点から前記Ａｌ最低含有点へＡｌおよびＴｉの含有割合がそれぞれ連続的に変化する成分濃度分布構造を有し、同じく表８に示される目標層厚の（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層からなる下側層と、同じく表８に示される目標層厚のＣｒＮ層からなる中間層およびＣｒ２Ｏ３層からなる表面層で構成された硬質被覆層を蒸着形成することにより、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云う）１〜８をそれぞれ製造した。
【００３０】
また、比較の目的で、上記のサーメット基体（エンドミル）Ｃ−１〜Ｃ−８の表面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におけると同一の条件で、表９に示される目標組成および目標層厚を有し、かつ層厚方向に沿って実質的に組成変化のない（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層からなる下側層を蒸着形成し、さらに前記（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層からなる下側層を蒸着形成したもののうちの半数について、同じく表９に示される目標層厚のＣｒＮ層を中間層として蒸着形成し、さらに全数について同じく表９に示される目標層厚のＣｒ２Ｏ３層を硬質被覆層の表面層として蒸着形成することにより、比較被覆サーメット工具としての比較表面被覆サーメット製エンドミル（以下、比較被覆エンドミルと云う）１〜８をそれぞれ製造した。
【００３１】
つぎに、上記本発明被覆エンドミル１〜８および比較被覆エンドミル１〜８のうち、本発明被覆エンドミル１〜３および比較被覆エンドミル１〜３については、
被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・ＳＣＭ４４０の板材、
切削速度：２００ｍ／ｍｉｎ．、
溝深さ（切り込み）：３ｍｍ、
テーブル送り：８５０ｍｍ／分、
の条件での合金鋼の乾式高速溝切削加工試験、本発明被覆エンドミル４〜６および比較被覆エンドミル４〜６については、
被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・ＳＫＤ６１（硬さ：５２ＨＲＣ）の板材、
切削速度：５０ｍ／ｍｉｎ．、
溝深さ（切り込み）：０．５ｍｍ、
テーブル送り：１８０ｍｍ／分、
の条件での工具鋼の乾式高速溝切削加工試験、本発明被覆エンドミル７，８および比較被覆エンドミル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：５０ｍ／ｍｉｎ．、
溝深さ（切り込み）：８ｍｍ、
テーブル送り：３６０ｍｍ／分、
の条件での炭素鋼の乾式高速溝切削加工試験をそれぞれ行い、いずれの溝切削加工試験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に至るまでの切削溝長を測定した。この測定結果を表８、９にそれぞれ示した。
【００３２】
【表７】
【表８】
【表９】
（実施例３）
上記の実施例２で製造した直径が８ｍｍ（サーメット基体Ｃ−１〜Ｃ−３形成用）、１３ｍｍ（サーメット基体Ｃ−４〜Ｃ−６形成用）、および２６ｍｍ（サーメット基体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（サーメット基体Ｄ−１〜Ｄ−３）、８ｍｍ×２２ｍｍ（サーメット基体Ｄ−４〜Ｄ−６）、および１６ｍｍ×４５ｍｍ（サーメット基体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ＷＣ基超硬合金製のサーメット基体（ドリル）Ｄ−１〜Ｄ−８をそれぞれ製造した。
【００３６】
ついで、これらのサーメット基体（ドリル）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１０に示される目標組成のＡｌ最高含有点とＡｌ最低含有点とが交互に同じく表１０に示される目標間隔で繰り返し存在し、かつ前記Ａｌ最低含有点から前記Ａｌ最高含有点、前記Ａｌ最高含有点から前記Ａｌ最低含有点へＡｌおよびＴｉの含有割合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１０に示される目標層厚の（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層からなる下側層と、同じく表１０に示される目標層厚のＣｒＮ層からなる中間層およびＣｒ２Ｏ３層からなる上側層で構成された硬質被覆層を蒸着形成することにより、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云う）１〜８をそれぞれ製造した。
【００３７】
また、比較の目的で、上記のサーメット基体（ドリル）Ｄ−１〜Ｄ−８の表面に、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、表１１に示される目標組成および目標層厚を有し、かつ層厚方向に沿って実質的に組成変化のない（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層を硬質被覆層の下側層として蒸着形成し、さらに前記（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層を蒸着形成したもののうちの半数について、同じく表１１に示される目標層厚のＣｒＮ層を硬質被覆層の下側層として蒸着形成し、さらに全数について同じく表１１に示される目標層厚のＣｒ２Ｏ３層を硬質被覆層の表面層として蒸着形成することにより、比較被覆サーメット工具としての比較表面被覆サーメット製ドリル（以下、比較被覆ドリルと云う）１〜８をそれぞれ製造した。
【００３８】
つぎに、上記本発明被覆ドリル１〜８および比較被覆ドリル１〜８のうち、本発明被覆ドリル１〜３および比較被覆ドリル１〜３については、
被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・ＳＫＤ６１（硬さ：５２ＨＲＣ）の板材、
切削速度：８０ｍ／ｍｉｎ．、
送り：０．０９ｍｍ／ｒｅｖ、
穴深さ：８ｍｍ、
の条件での工具鋼の湿式高速穴あけ切削加工試験、本発明被覆ドリル４〜６および比較被覆ドリル４〜６については、
被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・Ｓ５５Ｃの板材、
切削速度：１２０ｍ／ｍｉｎ．、
送り：０．２３ｍｍ／ｒｅｖ、
穴深さ：１６ｍｍ、
の条件での炭素鋼の湿式高速穴あけ切削加工試験、本発明被覆ドリル７，８および比較被覆ドリル７，８については、
被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・ＳＣＭ４４０の板材、
切削速度：４０ｍ／ｍｉｎ．、
送り：０．２７ｍｍ／ｒｅｖ、
穴深さ：３２ｍｍ、
の条件での合金鋼の湿式高速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１０、１１にそれぞれ示した。
【００３９】
【表１０】
【表１１】
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の硬質被覆層を構成する下側層におけるＡｌ最低含有点とＡｌ最高含有点の組成、並びに比較被覆サーメット工具としての比較被覆チップ１〜１６、比較被覆エンドミル１〜８、および比較被覆ドリル１〜８の硬質被覆層の下側層について、厚さ方向に沿ってＡｌおよびＴｉ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、前記本発明被覆サーメット工具の硬質被覆層では、Ａｌ最低含有点とＡｌ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最低含有点から前記Ａｌ最高含有点、前記Ａｌ最高含有点から前記Ａｌ最低含有点へＡｌおよびＴｉの含有割合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、一方前記比較被覆サーメット工具の硬質被覆層を構成する（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層では厚さ方向に沿って組成変化が見られなかったが、目標組成と実質的に同じ組成を示した。
また、上記の硬質被覆層の表面層、中間層、および下側層の平均層厚を走査型電子顕微鏡を用いて断面測定したところ、いずれも目標層厚と実質的に同じ値を示した。
【００４２】
【発明の効果】
表３〜１１に示される結果から、硬質被覆層が（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層の下側層とＣｒＮ層の中間層、およびＣｒ２Ｏ３層の表面層で構成され、前記下側層が層厚方向にＡｌ最高含有点とＡｌ最低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最低含有点から前記Ａｌ最高含有点、前記Ａｌ最高含有点から前記Ａｌ最低含有点へＡｌおよびＴｉの含有割合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、いずれも鋼や鋳鉄の切削加工を高い発熱を伴う高速で行っても、前記硬質被覆層が前記下側層による高温強度と高温硬さおよび耐熱性向上に伴なうすぐれた耐熱塑性変形性、さらに前記表面層によるすぐれた高温硬さおよび耐熱性を具備し、かつ前記下側層と表面層の間には中間層であるＣｒＮ層によって著しく強固な層間密着性が確保されることと相俟って、高発熱および高負荷を伴なう高速切削でもすぐれた耐摩耗性を長期に亘って発揮するのに対して、硬質被覆層の下側層が層厚方向に沿って実質的に組成変化のない（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層で構成された比較被覆サーメット工具においては、高速切削では前記下側層の高温硬さおよび耐熱性不足が原因で熱塑性変形を起こし、この結果中間層であるＣｒＮ層が存在しない場合には前記（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層の下側層とＣｒ２Ｏ３層の表面層の間で剥離が発生し、また密着性のすぐれたＣｒＮ層が介在しても、層間剥離の発生はないが、摩耗を促進する偏摩耗形態をとるようになり、いずれも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、特に各種の鋼や鋳鉄などの通常の切削条件では勿論のこと、切削加工を高速条件で行なった場合にもすぐれた耐摩耗性を長期に亘って発揮するものであるから、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。
【図面の簡単な説明】
【図１】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】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からなるサーメット基体の表面に、
（ａ）表面層として、０．５〜１０μｍの平均層厚を有する酸化クロム層、
（ｂ）中間層として、０．１〜５μｍの平均層厚を有する窒化クロム層、
（ｃ）下側層として、０．５〜１０μｍの平均層厚を有するＡｌとＴｉの複合窒化物層、
以上（ａ）〜（ｃ）からなる硬質被覆層を物理蒸着してなる表面被覆サーメット製切削工具にして、
上記下側層を、層厚方向にそって、Ａｌ最高含有点とＡｌ最低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Ａｌ最低含有点、前記Ａｌ最低含有点から前記Ａｌ最高含有点へＡｌおよびＴｉの含有割合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最低含有点が、組成式：（Ａｌ１−Ｘ ＴｉＸ ）Ｎ（ただし、原子比で、Ｘは０．３５〜０．６０を示す）、
上記Ａｌ最高含有点が、組成式：（Ａｌ１−Ｙ ＴｉＹ ）Ｎ（ただし、原子比で、Ｙは０．０５〜０．３０を示す）、
をそれぞれ満足し、かつ隣り合う上記Ａｌ最低含有点とＡｌ最高含有点の間隔が、０．０１〜０．１μｍである、ＡｌとＴｉの複合窒化物層で構成したこと、
を特徴とする高速切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆サーメット製切削工具。
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