JP2006021257A - 潤滑被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具 - Google Patents

Abstract

【課題】 潤滑被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具を提供する。
【解決手段】ＷＣ基超硬合金またはＴｉＣＮ基サーメットからなる基体の表面に蒸着形成される潤滑被覆層を、電界放出型走査電子顕微鏡を用い、表面研磨面の測定範囲内に存在する立方晶結晶格子を有する結晶粒個々に電子線を照射して、前記表面研磨面の法線に対して、前記結晶粒の結晶面である{１１１}面の法線がなす傾斜角を測定し、前記測定傾斜角のうち、０〜４５度の範囲内にある測定傾斜角を０．２５度のピッチ毎に区分及び集計してなる傾斜角度数分布グラフにおいて、３〜１５度の範囲内の傾斜角区分に最高ピークが存在すると共に、前記３〜１５度の範囲内に存在する度数の合計が、傾斜角度数分布グラフにおける度数全体の４５〜６５％の割合を占める傾斜角度数分布グラフを示し、かつ１〜１５μｍの平均層厚を有する窒化クロム層、で構成する。
【選択図】図１

Description

この発明は、特にＡｌ合金やＣｕ合金などの非鉄合金などの粘性が高く、切粉が工具切刃に溶着し易い被削材の高速切削加工に際して、潤滑被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具（以下、被覆超硬工具という）に関するものである。

一般に、被覆超硬工具には、各種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、さらに切刃が断続切削加工形態をとる面削加工や溝加工、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。

また、上記の非鉄合金などの被削材の切削加工に用いられる代表的被覆超硬工具として、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基体（以下、これらを総称して超硬基体という）の表面に、窒化クロム（以下、ＣｒＮで示す）層からなる潤滑被覆層を１〜１５μｍの平均層厚で物理蒸着してなる被覆超硬工具が提案されている。

さらに、上記の被覆超硬工具が、例えば図５に概略説明図で示され、カソード電極（蒸発源）として金属クロム（Ｃｒ）が装着された物理蒸着装置の１種であるアークイオンプレーティング装置に上記の超硬基体を装着し、まず、
装置内雰囲気：０．１Ｐａ以下の真空、
装置内加熱温度：３００〜５００℃、
超硬基体に印加する直流バイアス電圧：−６００〜−１０００Ｖ、
上記カソード電極である金属Ｃｒとアノード電極間のアーク放電電流：６０〜１００Ａ、
処理時間：１〜１０分、
の条件で、アノード電極と上記金属Ｃｒのカソード電極との間にアーク放電を発生させて、上記超硬基体の表面をＣｒボンバード洗浄処理した状態で、
ヒータで装置内を、例えば５００℃の温度に加熱保持しながら、アノード電極と前記金属Ｃｒのカソード電極（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、一方上記超硬基体には、例えば−１００Ｖのバイアス電圧を印加した条件で、前記超硬基体の表面に、上記ＣｒＮ層からなる潤滑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。
特開平１−２９０７７８５号公報

近年の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、これに伴ない、切削加工は高速化の傾向にあるが、上記の潤滑被覆層がＣｒＮ層からなる従来被覆超硬工具においては、潤滑被覆層であるＣｒＮ層が、ＣｒやＣｒＮ、さらにＣｒ_２Ｎなどの混合組成からなるために、潤滑効果が局部的に不均一になるのが避けられず、特に高速加工では、前記組成不均一が原因で摩耗進行が著しく促進され、比較的短時間で摩滅状態となり、ＣｒＮ層が摩滅状態では切刃部に切粉粘着が原因でチッピングが発生し、この結果使用寿命に至るのが現状である。

そこで、本発明者等は、上述のような観点から、上記の従来被覆超硬工具の潤滑被覆層に着目し、これの一段の耐摩耗性向上をはかるべく研究を行った結果、
（ａ）例えば図４に概略説明図で示される通り、カソード電極として、金属クロム（Ｃｒ）の外に、金属タングステン（Ｗ）を装着したアークイオンプレーティング装置を用い、上記の従来の超硬基体表面に対するＣｒボンバード洗浄処理に代って、
装置内雰囲気：０．１Ｐａ以下の真空
装置内加熱温度：５５０〜７００℃、
超硬基体に印加する直流バイアス電圧：−６００〜−１０００Ｖ、
上記カソード電極である金属Ｗとアノード電極間のアーク放電電流：６０〜１００Ａ、
処理時間：１〜１０分、
の条件で、上記の超硬基体表面をＷボンバード処理する基体表面改質処理を施した状態で、通常の条件で、潤滑被覆層としてＣｒＮ層を形成すると、この結果形成されたＣｒＮ層は、組成的に均質となり、摩耗進行が均一化することから、高速切削で長期に亘ってすぐれた耐摩耗性を発揮するようになること。

（ｂ）上記（ａ）のＣｒＮ層と上記の従来ＣｒＮ層について、電界放出型走査電子顕微鏡を用い、図１に概略説明図で示される通り、表面研磨面の測定範囲内に存在する立方晶結晶格子を有する結晶粒個々に電子線を照射して、前記表面研磨面の法線に対して、前記結晶粒の結晶面である{１１１}面の法線がなす傾斜角を測定し、前記測定傾斜角のうち、０〜４５度の範囲内にある測定傾斜角を０．２５度のピッチ毎に区分すると共に、各区分内に存在する度数を集計してなる傾斜角度数分布グラフを作成した場合、前記従来ＣｒＮ層は、図３に例示される通り、{１１１}面の測定傾斜角の分布が０〜４５度の範囲内で不偏的な傾斜角度数分布グラフを示すのに対して、前記（ａ）のＣｒＮ層の傾斜角度数分布グラフは、図２に例示される通り、傾斜角区分の特定位置にシャープな最高ピークが現れ、このシャープな最高ピークは超硬基体表面をＷでボンバード処理する表面改質処理に際して、カソード電極である金属Ｗとアノード電極間のアーク放電電流を変化させることによりグラフ横軸の傾斜角区分に現れる位置が変ること。

（ｃ）多くの試験結果によれば、上記カソード電極とアノード電極間のアーク放電電流を上記の通り６０〜１００Ａの範囲内で変化させると、上記シャープな最高ピークが傾斜角区分の３〜１５度の範囲内に現れると共に、前記３〜１５度の範囲内に存在する度数の合計が、傾斜角度数分布グラフにおける度数全体の４５〜６５％の割合を占める傾斜角度数分布グラフを示すようになり、こような傾斜角度数分布グラフを示すＣｒＮ層を潤滑被覆層として形成してなる被覆超硬工具は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ようになること。
以上（ａ）〜（ｃ）に示される研究結果を得たのである。

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、ＷＣ基超硬合金またはＴｉＣＮ基サーメットで構成された超硬基体の表面に、
電界放出型走査電子顕微鏡を用い、表面研磨面の測定範囲内に存在する立方晶結晶格子を有する結晶粒個々に電子線を照射して、前記表面研磨面の法線に対して、前記結晶粒の結晶面である{１１１}面の法線がなす傾斜角を測定し、前記測定傾斜角のうち、０〜４５度の範囲内にある測定傾斜角を０．２５度のピッチ毎に区分すると共に、各区分内に存在する度数を集計してなる傾斜角度数分布グラフにおいて、３〜１５度の範囲内の傾斜角区分に最高ピークが存在すると共に、前記３〜１５度の範囲内に存在する度数の合計が、傾斜角度数分布グラフにおける度数全体の４５〜６５％の割合を占める傾斜角度数分布グラフを示し、かつ１〜１５μｍの平均層厚を有するＣｒＮ層、
で構成された潤滑被覆層を形成してなる、潤滑被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する被覆超硬工具に特徴を有するものである。

なお、この発明の被覆超硬工具の潤滑被覆層において、その平均層厚が１μｍ未満では、所望の潤滑効果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、潤滑被覆層自体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１〜１５μｍと定めたのである。

また、上記の通り、この発明の被覆超硬工具の潤滑被覆層であるＣｒＮ層の傾斜角度数分布グラフにおける測定傾斜角の最高ピーク位置は、カソード電極（金属Ｃｒ）とアノード電極間のアーク放電電流を変化させることによって変化するが、多くの試験の結果、前記アーク放電電流を６０〜１００Ａとした場合に、最高ピークが３〜１５度の範囲内の傾斜角区分に現れると共に、前記３〜１５度の範囲内に存在する度数の合計が、傾斜角度数分布グラフにおける度数全体の４５〜６５％の割合を占める傾斜角度数分布グラフが得られるようになる、という結論に達したものであり、したがって、前記アーク放電電流が６０Ａ未満でも、１００Ａを越えても、測定傾斜角の最高ピーク位置は３〜１５度の範囲から外れてしまい、このような場合には所望のすぐれた耐摩耗性を発揮することができないものである。

この発明の被覆超硬工具は、特にＡｌ合金やＣｕ合金などの非鉄合金などの粘性が高く、切粉が工具切刃に溶着し易い被削材の高速切削加工に際して、潤滑被覆層が一段とすぐれた耐摩耗性を発揮し、使用寿命の延命化に寄与するものである。

つぎに、この発明の被覆超硬工具を実施例により具体的に説明する。

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、Ｃｒ₃Ｃ₂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基超硬合金製の超硬基体Ａ１〜Ａ１０を形成した。

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、Ｍｏ₂Ｃ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基サーメット製の超硬基体Ｂ１〜Ｂ６を形成した。

ついで、上記の超硬基体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４に例示される通り、カソード電極として、金属Ｃｒ（蒸発源）および金属Ｗ（超硬基体表面改質処理用）が装着されたアークイオンプレーティング装置に装着し、まず、
装置内雰囲気：０．１Ｐａ以下の真空、
装置内加熱温度：６００℃、
超硬基体に印加する直流バイアス電圧：−８００Ｖ、
上記カソード電極である金属Ｗとアノード電極間のアーク放電電流：６０〜１００Ａの範囲内の所定の電流、
処理時間：５分、
の条件で、上記のカソード電極の前記金属Ｗとアノード電極との間にアーク放電を発生させて、超硬基体表面をＷボンバード処理する基体表面改質処理を施し、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、前記超硬基体には−１００Ｖの直流バイアス電圧を印加し、かつ前記カソード電極である金属Ｃｒとアノード電極との間には１００Ａの電流を流してアーク放電を発生させ、もって前記超硬基体の表面に、表３に示される目標層厚のＣｒＮ層を蒸着することにより、本発明被覆超硬工具としての本発明表面被覆超硬合金製スローアウエイチップ（以下、本発明被覆超硬チップと云う）１〜１６をそれぞれ製造した。

また、比較の目的で、図５に例示される通り、カソード電極として金属Ｃｒを装着したアークイオンプレーティング装置を用い、上記の超硬基体表面を、上記のＷボンバード処理による超硬表面改質処理に代って、
装置内雰囲気：０．１Ｐａ以下の真空、
装置内加熱温度：５００℃、
超硬基体に印加する直流バイアス電圧：−８００Ｖ、
上記カソード電極である金属Ｃｒとアノード電極間のアーク放電電流：６０〜１００Ａの範囲内の所定の電流、
処理時間：５分、
の条件で、超硬基体の表面をＣｒボンバード洗浄処理する以外は同一の条件でＣｒＮ層を蒸着することにより、表４に示される通りの従来被覆超硬工具としての従来表面被覆超硬合金製スローアウエイチップ（以下、従来被覆超硬チップと云う）１〜１６をそれぞれ製造した。

つぎに、上記本発明被覆超硬チップ１〜１６および従来被覆超硬チップ１〜１６について、これ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、
被削材：ＪＩＳ・ＡＣ３Ａの丸棒、
切削速度：３５０ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：２ｍｍ、
送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：１０分、
の条件（切削条件Ａという）でのアルミニウム合金の乾式連続高速切削加工試験（通常の切削速度は２００ｍ／ｍｉｎ．）、
被削材：ＪＩＳ・Ｃ１０２０の長さ方向等間隔４本縦溝入り丸棒、
切削速度：３００ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：１．８ｍｍ、
送り：０．２５ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：１０分、
の条件（切削条件Ｂという）での無酸素銅の乾式断続高速切削加工試験（通常の切削速度は１５０ｍ／ｍｉｎ．）、さらに、
被削材：ＪＩＳ・Ｃ１１００の丸棒、
切削速度：３８０ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：１．５ｍｍ、
送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：１０分、
の条件（切削条件Ｃという）での りん脱酸銅の乾式連続高速切削加工試験（通常の切削速度は２００ｍ／ｍｉｎ．）を行い、いずれの高速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４に示した。

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、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５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種の超硬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６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枚刃スクエアの形状をもった超硬基体（エンドミル）Ｃ−１〜Ｃ−８をそれぞれ製造した。
また、別途、上記超硬基体（エンドミル）Ｃ−１〜Ｃ−８とそれぞれ同じ組成をもち、かついずれも平面：１２ｍｍ×１２ｍｍ、厚さ：６ｍｍの寸法をもった電界放出型走査電子顕微鏡による傾斜角度数分布グラフ作成用試験片を用意した。

ついで、これらの超硬基体（エンドミル）Ｃ−１〜Ｃ−８および試験片を、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、同じく図４に例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、超硬基体表面改質処理を行い、かつ表６に示される目標層厚のＣｒＮ層を蒸着することにより、本発明被覆超硬工具としての本発明表面被覆超硬合金製エンドミル（以下、本発明被覆超硬エンドミルと云う）１〜８をそれぞれ製造した。

また、比較の目的で、上記実施例１と同一の条件で、上記の超硬基体の表面を、上記の超硬基体表面改質処理に代って、装置内加熱温度を５００℃とした状態で、Ｃｒボンバード洗浄する以外は同一の条件でＣｒＮ層を蒸着することにより、同じく表６に示される通りの従来被覆超硬工具としての従来表面被覆超硬合金製エンドミル（以下、従来被覆超硬エンドミルと云う）１〜８をそれぞれ製造した。

つぎに、上記本発明被覆超硬エンドミル１〜８および従来被覆超硬エンドミル１〜８のうち、本発明被覆超硬エンドミル１〜３および従来被覆超硬エンドミル１〜３については、
被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・Ｃ１０２０の板材、
切削速度：２８０ｍ／ｍｉｎ．、
溝深さ（切り込み）：０．８ｍｍ、
テーブル送り：２５００ｍｍ／分、
の条件での無酸素銅の乾式高速溝切削加工試験（通常の切削速度は１５０ｍ／ｍｉｎ．）、本発明被覆超硬エンドミル４〜６および従来被覆超硬エンドミル４〜６については、
被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・ＡＣ３Ａの板材、
切削速度：３５０ｍ／ｍｉｎ．、
溝深さ（切り込み）：３ｍｍ、
テーブル送り：１６００ｍｍ／分、
の条件でのアルミニウム合金の乾式高速溝切削加工試験（通常の切削速度は２００ｍ／ｍｉｎ．）、本発明被覆超硬エンドミル７，８および従来被覆超硬エンドミル７，８については、
被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・Ｃ１１００の板材、
切削速度：３００ｍ／ｍｉｎ．、
溝深さ（切り込み）：３ｍｍ、
テーブル送り：１２００ｍｍ／分、
の条件でのりん脱酸銅の乾式高速溝切削加工試験（通常の切削速度は１５０ｍ／ｍｉｎ．）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６にそれぞれ示した。

上記の実施例２で製造した直径が８ｍｍ（超硬基体Ｃ−１〜Ｃ−３形成用）、１３ｍｍ（超硬基体Ｃ−４〜Ｃ−６形成用）、および２６ｍｍ（超硬基体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（超硬基体Ｄ−１〜Ｄ−３）、８ｍｍ×２２ｍｍ（超硬基体Ｄ−４〜Ｄ−６）、および１６ｍｍ×４５ｍｍ（超硬基体Ｄ−７、Ｄ−８）の寸法、並びにいずれもねじれ角：３０度の２枚刃形状をもった超硬基体（ドリル）Ｄ−１〜Ｄ−８をそれぞれ製造した。
また、同じく上記超硬基体（ドリル）Ｄ−１〜Ｄ−８とそれぞれ同じ組成を有し、かついずれも平面：１２ｍｍ×１２ｍｍ、厚さ：６ｍｍの寸法をもった電界放出型走査電子顕微鏡による傾斜角度数分布グラフ作成用試験片も用意した。

ついで、これらの超硬基体（ドリル）Ｄ−１〜Ｄ−８の切刃に、ホーニングを施し、上記の試験片と共に、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、同じく図４に例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、超硬基体表面改質処理を行い、かつ表７に示される目標層厚のＣｒＮ層を蒸着することにより、本発明被覆超硬工具としての本発明表面被覆超硬合金製ドリル（以下、本発明被覆超硬ドリルと云う）１〜８をそれぞれ製造した。

また、比較の目的で、上記実施例１と同一の条件で、上記の超硬基体の表面を、上記の超硬基体表面改質処理に代って、装置内加熱温度を５００℃とした状態で、Ｃｒボンバード洗浄する以外は同一の条件でＣｒＮ層を蒸着することにより、表７に示される通りの従来被覆超硬工具としての従来表面被覆超硬合金製ドリル（以下、従来被覆超硬ドリルと云う）１〜８をそれぞれ製造した。

つぎに、上記本発明被覆超硬ドリル１〜８および従来被覆超硬ドリル１〜８のうち、本発明被覆超硬ドリル１〜３および従来被覆超硬ドリル１〜３については、
被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・Ｃ１０２０の板材、
切削速度：１６０ｍ／ｍｉｎ．、
送り：０．１８ｍｍ／ｒｅｖ、
穴深さ：８ｍｍ
の条件での無酸素銅の湿式高速穴あけ切削加工試験（通常の切削速度は８０ｍ／ｍｉｎ．）、本発明被覆超硬ドリル４〜６および従来被覆超硬ドリル４〜６については、
被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・ＡＣ３Ａの板材、
切削速度：１８０ｍ／ｍｉｎ．、
送り：０．２２ｍｍ／ｒｅｖ、
穴深さ：１６ｍｍ
の条件でのアルミニウム合金の湿式高速穴あけ切削加工試験（通常の切削速度は９０ｍ／ｍｉｎ．）、本発明被覆超硬ドリル７，８および従来被覆超硬ドリル７，８については、
被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・Ｃ１１００の板材、
切削速度：２２０ｍ／ｍｉｎ．、
送り：０．３３ｍｍ／ｒｅｖ、
穴深さ：３２ｍｍ
の条件でのりん脱酸銅の湿式高速穴あけ切削加工試験（通常の切削速度は１１０ｍ／ｍｉｎ．）、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７に示した。

この結果得られた本発明被覆超硬工具としての本発明被覆超硬チップ１〜１６、本発明被覆超硬エンドミル１〜８、および本発明被覆超硬ドリル１〜８、並びに従来被覆超硬工具としての従来被覆超硬チップ１〜１６、従来被覆超硬エンドミル１〜８、および従来被覆超硬ドリル１〜８のＣｒＮ層の厚さを、走査型電子顕微鏡を用いて断面測定したところ、いずれも目標値と実質的に同じ平均層厚（５点測定の平均値）を示した。

さらに、上記の本発明被覆超硬工具と従来被覆超硬工具のＣｒＮ層について、電界放出型走査電子顕微鏡を用いて、傾斜角度数分布グラフをそれぞれ作成した。
すなわち、上記傾斜角度数分布グラフは、上記のＣｒＮ層の表面を研磨面とした状態で、電界放出型走査電子顕微鏡の鏡筒内にセットし、前記研磨面に７０度の入射角度で１５ｋＶの加速電圧の電子線を１ｎＡの照射電流で、前記表面研磨面の測定範囲内に存在する立方晶結晶格子を有する結晶粒個々に照射し、電子後方散乱回折像装置を用いて、３０×５０μｍの領域を０．１μｍ／ｓｔｅｐの間隔で、前記表面研磨面の法線に対して、前記結晶粒の結晶面である{１１１}面の法線がなす傾斜角を測定し、この測定結果に基づいて、前記測定傾斜角のうち、０〜４５度の範囲内にある測定傾斜角を０．２５度のピッチ毎に区分すると共に、各区分内に存在する度数を集計することにより作成した。

この結果得られた各種のＣｒＮ層の傾斜角度数分布グラフにおいて、本発明被覆超硬工具のＣｒＮ層は、表３、表６、および表７にそれぞれ示される通り、いずれも{１１１}面の測定傾斜角の分布が３〜１５度の範囲内の傾斜角区分に最高ピークが現れる傾斜角度数分布グラフを示すのに対して、従来被覆超硬工具のＣｒＮ層は、表４、表６、および表７にそれぞれ示される通り、いずれも{１１１}面の測定傾斜角の分布が０〜４５度の範囲内で不偏的で、最高ピークが存在しない傾斜角度数分布グラフを示すものであった。
また表３、表４、表６、および表７には、上記の本発明被覆超硬工具および従来被覆超硬工具のＣｒＮ層の傾斜角度数分布グラフにおいて、３〜１５度の範囲内の傾斜角区分に存在する傾斜角度数のグラフ全体の傾斜角度数に占める割合を示した。
なお、図２は、本発明被覆超硬チップ１のＣｒＮ層の傾斜角度数分布グラフ、図３は、従来被覆超硬チップ１のＣｒＮ層の傾斜角度数分布グラフをそれぞれ示すものである。

表３〜７に示される結果から、本発明被覆超硬工具は、いずれも潤滑被覆層を構成するＣｒＮ層の{１１１}面が傾斜角度数分布グラフで３〜１５度の範囲内の傾斜角区分で最高ピークを示し、高速切削ですぐれた耐摩耗性を示すのに対して、硬質被覆が、{１１１}面の測定傾斜角の分布が０〜４５度の範囲内で不偏的で、最高ピークが存在しない傾斜角度数分布グラフを示すＣｒＮ層で構成された従来被覆超硬工具においては、ＣｒＮ層の摩耗進行が相対的に速く、ＣｒＮ層が摩滅した時点で切刃部に切粉の粘着現象が発生し、この粘着現象が原因でチッピングが発生し、この時点で使用寿命に至ることが明らかである。

上述のように、この発明の被覆超硬工具は、特に潤滑被覆層であるＣｒＮ層がＡｌ合金やＣｕ合金などの非鉄合金などの粘性の高い被削材の高速切削加工ですぐれた耐摩耗性を示し、長期に亘ってすぐれた潤滑性を発揮するものであるから、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。

潤滑被覆層を構成するＣｒＮ層における結晶粒の結晶面である{１１１}面の法線が表面研磨面の法線に対する傾斜角の測定範囲を示す概略説明図である。 本発明被覆超硬チップ１の潤滑被覆層を構成するＣｒＮ層の{１１１}面の傾斜角度数分布グラフである。 従来被覆超硬チップ１の潤滑被覆層を構成するＣｒＮ層の{１１１}面の傾斜角度数分布グラフである。 本発明被覆超硬工具の潤滑被覆層を構成するＣｒＮ層の形成に用いたアークイオンプレーティング装置の概略説明図である。 従来被覆超硬工具の潤滑被覆層を構成するＣｒＮ層の形成に用いた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)

1. 炭化タングステン基超硬合金または炭窒化チタン基サーメットで構成された基体の表面に、
   電界放出型走査電子顕微鏡を用い、表面研磨面の測定範囲内に存在する立方晶結晶格子を有する結晶粒個々に電子線を照射して、前記表面研磨面の法線に対して、前記結晶粒の結晶面である{１１１}面の法線がなす傾斜角を測定し、前記測定傾斜角のうち、０〜４５度の範囲内にある測定傾斜角を０．２５度のピッチ毎に区分すると共に、各区分内に存在する度数を集計してなる傾斜角度数分布グラフにおいて、３〜１５度の範囲内の傾斜角区分に最高ピークが存在すると共に、前記３〜１５度の範囲内に存在する度数の合計が、傾斜角度数分布グラフにおける度数全体の４５〜６５％の割合を占める傾斜角度数分布グラフを示し、かつ１〜１５μｍの平均層厚を有する窒化クロム層、
   で構成された潤滑被覆層を形成してなる、潤滑被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する被覆超硬超硬合金製切削工具。

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