JP2006181653A

JP2006181653A - 硬質被覆層が断続重切削で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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Publication number: JP2006181653A
Application number: JP2004375136A
Authority: JP
Inventors: Nariyoshi Ri; 成圭李; Hidemitsu Takaoka; 秀充高岡
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp; Mitsubishi Materials Kobe Tools Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp; Mitsubishi Materials Kobe Tools Corp
Priority date: 2004-12-27
Filing date: 2004-12-27
Publication date: 2006-07-13
Anticipated expiration: 2024-12-27
Also published as: JP4725773B2

Abstract

【課題】硬質被覆層が断続重切削で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】表面被覆サーメット製切削工具が、ＷＣ基超硬合金またはＴｉＣＮ基サーメットからなる工具基体の表面に、組成式：（Ｔｉ_1-XＡｌ_X）Ｎ（ただし、原子比で、Ｘは０．４５〜０．７０を示す）を満足し、かつ、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{１００}面の法線がなす傾斜角を測定し、特定な傾斜角度数分布グラフを示し、かつ２〜１５μｍの平均層厚を有する（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層からなる硬質被覆層を蒸着形成してなる。
【選択図】図１

Description

この発明は、特に鋼や鋳鉄などの被削材の断続切削を、高切り込みや高送りなどの重切削条件で行った場合にも、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。

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、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工具基体の表面に、組成式：（Ｔｉ_1-XＡｌ_X）Ｎ（ただし、原子比で、Ｘは０．４５〜０．７０を示す）を満足するＴｉとＡｌの複合窒化物［以下、（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎで示す］層からなる硬質被覆層を２〜１５μｍ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、各種の鋼や鋳鉄などの連続切削や断続切削加工に用いられている。

さらに、上記の被覆サーメット工具が、例えば図５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工具基体を装着し、装置内を３００〜５００℃に加熱し、工具基体の表面をＴｉボンバード洗浄処理した状態で、アノード電極と所定組成を有するＴｉ−Ａｌ合金がセットされたカソード電極（蒸発源）との間に８０〜１４０Ａのアーク電流を流して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、一方上記工具基体には、例えば−１００Ｖのバイアス電圧を印加した条件で、前記工具基体の表面に、上記（Ｔｉ，Ａｌ）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。
特許第２６４４７１０号

近年の切削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、切削加工は切削条件のうちの切り込みや送りなどを高くした重切削条件で行われる傾向にあるが、上記の従来被覆サーメット工具においては、これを鋼や鋳鉄などの被削材を通常の条件で連続切削および断続切削するのに用いた場合には問題はないが、特にこれを強い機械的衝撃が繰り返し付加される前記の重切削条件で断続切削加工を行うのに用いた場合には、硬質被覆層である（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層が十分な高温強度を具備するものでないために、チッピング（微少欠け）が発生し易く、これが原因で比較的短時間で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、上記の従来被覆サーメット工具の硬質被覆層に着目し、これの耐チッピング性向上をはかるべく研究を行った結果、
（ａ）例えば図４（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工具基体装着用回転テーブルを設けた構造のアークイオンプレーティング装置を用い、さらに同じ組成をもったＴｉ−Ａｌ合金を２個用意し、前記Ｔｉ−Ａｌ合金のそれぞれを前記回転テーブルを挟んで、いずれもカソード電極（蒸発源）として対向配置し、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テーブルの外周部に沿って複数の工具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工具基体自体も自転させながら、一方側のカソード電極（蒸発源）であるＴｉ−Ａｌ合金とアノード電極の間のアーク電流を８０〜１４０Ａ、他方側のカソード電極（蒸発源）であるＴｉ−Ａｌ合金とアノード電極の間のアーク電流を１５０〜２００Ａとした条件で、前記両カソード電極（蒸発源）に同時にアーク放電を発生させて、前記工具基体の表面に硬質被覆層として上記の組成式：（Ｔｉ_1-XＡｌ_X）Ｎ（ただし、原子比で、Ｘは０．４５〜０．７０を示す）を満足する（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層を形成すると、この結果形成された（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層はすぐれた高温強度を具備するようになり、強い機械的衝撃が繰り返し付加される重切削条件で断続切削加工を行っても、すぐれた耐チッピング性を示し、長期に亘ってすぐれた切削性能を発揮すること。

（ｂ）上記（ａ）の（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層と上記の従来（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ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{１００}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（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層は、図３に例示される通り、{１００}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（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層は、図２に例示される通り、１０〜２０度の範囲内および３０〜４０度の範囲内の傾斜角区分にそれぞれピークが現れること。

（ｃ）多くの試験結果によれば、上記の対向配置したカソード電極（蒸発源）であるＴｉ−Ａｌ合金とアノード電極間のアーク放電電流をそれぞれ上記の通り８０〜１４０Ａおよび１５０〜２００Ａの範囲内で変化させると、ピークが傾斜角区分の１０〜２０度の範囲内および３０〜４０度の範囲内にそれぞれ現れると共に、前記１０〜２０度の範囲内および３０〜４０度の範囲内に存在する合計度数が、傾斜角度数分布グラフにおける度数全体の５０〜７５％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、このような傾斜角度数分布グラフを示す（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層を硬質被覆層として形成してなる被覆サーメット工具は、断続切削加工を重切削条件で行ってもすぐれた耐チッピング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工具基体の表面に、
組成式：（Ａｌ_1-XＴｉ_X）Ｎ（ただし、原子比で、Ｘは０．４５〜０．７０を示す）を満足し、
かつ、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{１００}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、１０〜２０度の範囲内および３０〜４０度の範囲内の傾斜角区分にそれぞれピークが存在すると共に、前記１０〜２０度の範囲内および３０〜４０度の範囲内に存在する合計度数が、傾斜角度数分布グラフにおける度数全体の５０〜７５％の割合を占める傾斜角度数分布グラフを示し、かつ２〜１５μｍの平均層厚を有する（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層、
で構成された硬質被覆層を形成してなる、硬質被覆層が断続重切削で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。

なお、この発明の被覆サーメット工具の硬質被覆層を構成する（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層において、Ｔｉ成分は高温強度を向上させ、一方Ａｌ成分は高温硬さおよび耐熱性（高温特性）を向上させる目的で含有するものであり、したがってＡｌ成分の含有割合を示すＸ値がＴｉ成分との合量に占める割合（原子比）で０．４５未満になると、相対的にＴｉの割合が多くなり過ぎて、所望のすぐれた高温特性を確保することができなくなり、一方同Ｘ値が０．７０を越えると、相対的にＴｉの割合が少なくなり過ぎて、層自体の高温強度の低下は避けられず、この結果チッピングなどが発生し易くなることから、Ｘ値を０．４５〜０．７０と定めたものであり、また、硬質被覆層の平均層厚が２μｍ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２〜１５μｍと定めたのである。

また、上記の通り、対向配置したカソード電極（蒸発源）であるＴｉ−Ａｌ合金とアノード電極間のアーク放電電流をそれぞれ上記の通り８０〜１４０Ａおよび１５０〜２００Ａの範囲内で変化させると、（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層の傾斜角度数分布グラフにおける測定傾斜角の１０〜２０度の範囲内および３０〜４０度の範囲内にピークが現れ、かつ前記１０〜２０度の範囲内および３０〜４０度の範囲内に存在する合計度数が、傾斜角度数分布グラフにおける度数全体の５０〜７０％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が、この結論は多くの試験結果に基づくものであり、したがって、前記アーク放電電流が前記の範囲を外れると、測定傾斜角のピークは前記１０〜２０度の範囲内および３０〜４０度の範囲内の両方に現れることはなく、このような場合には硬質被覆層に所望のすぐれた高温強度を確保することはできず、したがって強い機械的衝撃が繰り返し付加される断続重切削加工で、すぐれた耐チッピング性を発揮することができないものである。

この発明の被覆サーメット工具は、各種の鋼や鋳鉄などの切削加工を、強い機械的衝撃を伴なう断続切削加工を重切削条件で行うのに用いた場合にも、硬質被覆層である（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層が一段とすぐれた高温強度を具備することから、すぐれた耐チッピング性を発揮し、使用寿命の一層の延命化を可能とするものである。

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。

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基超硬合金製の工具基体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基サーメット製の工具基体Ｂ１〜Ｂ６を形成した。

ついで、上記の工具基体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に示される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工具基体装着用回転テーブルを設けた構造のアークイオンプレーティング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テーブルの外周部に沿って複数の工具基体をリング状に装着し、種々の成分組成をもったＴｉ−Ａｌ合金を２個づつ用意すると共に、前記同じ成分組成をもった２個のＴｉ−Ａｌ合金のそれぞれを前記回転テーブルを挟んで、いずれもカソード電極（蒸発源）として対向配置し、さらに前記装置内に前記回転テーブルに沿ってカソード電極（蒸発源）として工具基体表面ボンバード洗浄用金属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工具基体に−８００Ｖ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て、前記工具基体表面をＴｉ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２Ｐａ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工具基体に−１００Ｖの直流バイアス電圧を印加し、前記対向配置したカソード電極であるＴｉ−Ａｌ合金の一方とアノード電極との間には８０〜１４０Ａの範囲内の所定の電流を流し、同時に同じく他方のカソード電極であるＴｉ−Ａｌ合金とアノード電極との間には１５０〜２００Ａの範囲内の所定の電流を流して、それぞれアーク放電を発生させ、もって前記工具基体の表面に、表３に示される目標組成および目標層厚の（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ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。

また、比較の目的で、上記の工具基体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５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着し、カソード電極（蒸発源）として種々の成分組成をもったＴｉ−Ａｌ合金をそれぞれ１種づつ装着し、またボンバード洗浄用金属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、前記工具基体に−８００Ｖ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て、前記工具基体表面をＴｉ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２Ｐａの反応雰囲気とすると共に、前記工具基体に印加するバイアス電圧を−１００Ｖに下げて、アノード電極とカソード電極（蒸発源）である所定組成を有するＴｉ−Ａｌ合金との間に１００Ａのアーク電流を流してアーク放電を発生させ、もって前記工具基体の表面に、表４に示される目標組成および目標層厚の（Ｔｉ，Ａｌ）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。

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・ＳＮＣＭ４３９の長さ方向等間隔４本縦溝入り丸棒、
切削速度：１７０ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：３．０ｍｍ、
送り：０．２４ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：５分、
の条件（切削条件Ａという）での合金鋼の乾式断続高切り込み切削加工試験（通常の切り込みは１．５ｍｍ）、
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：２２０ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：１．５ｍｍ、
送り：０．２７ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：５分、
の条件（切削条件Ｂという）での炭素鋼の乾式断続高送り切削加工試験（通常の送りは０．１５ｍｍ／ｒｅｖ．）、さらに、
被削材：ＪＩＳ・ＦＣ３００の長さ方向等間隔４本縦溝入り丸棒、
切削速度：２４０ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：３．０ｍｍ、
送り：０．２０ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：５分、
の条件（切削条件Ｃという）での鋳鉄の乾式断続高切り込み切削加工試験（通常の切り込みは１．５ｍｍ）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５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６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種の工具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工具基体（エンドミル）Ｃ−１〜Ｃ−８をそれぞれ製造した。
また、別途、上記工具基体（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、これらの工具基体（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、工具基体表面に表７に示される目標組成および目標層厚の（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ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云う）１〜８をそれぞれ製造した。

また、比較の目的で、上記の工具基体（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、前記工具基体の表面に、表７に示される目標組成および目標層厚の（Ｔｉ，Ａｌ）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云う）１〜８をそれぞれ製造した。

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：４０ｍ／ｍｉｎ．、
溝深さ（切り込み）：０．５ｍｍ、
テーブル送り：１６０ｍｍ／分、
の条件での工具鋼の乾式高切り込み溝切削加工試験（通常の切り込みは０．２５ｍｍ）、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・Ｓ５５Ｃの板材、
切削速度：１１０ｍ／ｍｉｎ．、
溝深さ（切り込み）：５ｍｍ、
テーブル送り：９００ｍｍ／分、
の条件での炭素鋼の乾式高送り溝切削加工試験（通常のテーブル送りは５００ｍｍ／分）、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・ＳＣＭ４４０の板材、
切削速度：１２０ｍ／ｍｉｎ．、
溝深さ（切り込み）：１０ｍｍ、
テーブル送り：４５０ｍｍ／分、
の条件での合金鋼の乾式高送り溝切削加工試験（通常のテーブル送りは２００ｍｍ／分）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７にそれぞれ示した。
なお、エンドミルは、その切刃形状から断続切削加工形態をとるものである。

上記の実施例２で製造した直径が８ｍｍ（工具基体Ｃ−１〜Ｃ−３形成用）、１３ｍｍ（工具基体Ｃ−４〜Ｃ−６形成用）、および２６ｍｍ（工具基体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（工具基体Ｄ−１〜Ｄ−３）、８ｍｍ×２２ｍｍ（工具基体Ｄ−４〜Ｄ−６）、および１６ｍｍ×４５ｍｍ（工具基体Ｄ−７、Ｄ−８）の寸法、並びにいずれもねじれ角：３０度の２枚刃形状をもった工具基体（ドリル）Ｄ−１〜Ｄ−８をそれぞれ製造した。
また、同じく上記工具基体（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、これらの工具基体（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、工具基体表面に表８に示される目標組成および目標層厚の（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ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云う）１〜８をそれぞれ製造した。

また、比較の目的で、上記の工具基体（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５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、上記の工具基体表面に表８に示される目標組成および目標層厚の（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ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、従来被覆ドリルと云う）１〜８をそれぞれ製造した。

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・ＳＫＤ６１の板材、
切削速度：３３ｍ／ｍｉｎ．、
送り：０．１８ｍｍ／ｒｅｖ、
穴深さ：１０ｍｍ
の条件での工具鋼の湿式高送り穴あけ切削加工試験（通常の送りは０．０７ｍｍ／ｒｅｖ）、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・ＦＣ２００の板材、
切削速度：７０ｍ／ｍｉｎ．、
送り：０．３５ｍｍ／ｒｅｖ、
穴深さ：２０ｍｍ
の条件での鋳鉄の湿式高送り穴あけ切削加工試験（通常の送りは０．２ｍｍ／ｒｅｖ）、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・ＳＣＭ４３５の板材、
切削速度：４５ｍ／ｍｉｎ．、
送り：０．３３ｍｍ／ｒｅｖ、
穴深さ：４０ｍｍ
の条件での合金鋼の湿式高送り穴あけ切削加工試験（通常の送りは０．２ｍｍ／ｒｅｖ）、をそれぞれ行い、いずれの湿式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８に示した。

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、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（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層の組成をオージェ分光分析装置を用いて測定したところ、それぞれ目標組成と実質的に同じ組成を示した。
また、これらの本発明被覆サーメット工具および従来被覆サーメット工具の（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ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、上記の本発明被覆サーメット工具と従来被覆サーメット工具の（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ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（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ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{１００}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（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層の傾斜角度数分布グラフにおいて、本発明被覆サーメット工具の（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層は、表３、表７、および表８にそれぞれ示される通り、いずれも{１００}面の測定傾斜角の分布が１０〜２０度の範囲内およびの３０〜４０度の範囲内の傾斜角区分にそれぞれ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、従来被覆サーメット工具の（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層は、表４、表７、および表８にそれぞれ示される通り、いずれも{１００}面の測定傾斜角の分布が０〜４５度の範囲内で不偏的で、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７、および表８には、上記の本発明被覆サーメット工具および従来被覆サーメット工具の（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層の傾斜角度数分布グラフにおいて、１０〜２０度の範囲内およびの３０〜４０度の範囲内の傾斜角区分にそれぞれ存在する傾斜角度数、並びに前記両傾斜角区分の合計傾斜角度数をグラフ全体の傾斜角度数に占める割合で示した。
なお、図２は、本発明被覆チップ４の（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層の傾斜角度数分布グラフ、図３は、従来被覆チップ１の（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ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３〜８に示される結果から、本発明被覆サーメット工具は、いずれも硬質被覆層を構成する（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層の{１００}面が傾斜角度数分布グラフで１０〜２０度および３０〜４０度のそれぞれの範囲内の傾斜角区分にピークが現れ、かつ前記両傾斜角区分に存在する合計度数が、傾斜角度数分布グラフにおける度数全体の５０〜７５％の割合を占め、強い機械的衝撃が繰り返し付加される断続重切削加工で、すぐれた耐チッピング性を示すのに対して、硬質被覆層が、{１００}面の測定傾斜角の分布が０〜４５度の範囲内で不偏的で、ピークが存在しない傾斜角度数分布グラフを示す（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層で構成された従来被覆サーメット工具においては、前記硬質被覆層の高温強度不足が原因で、チッピングが発生し、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、各種鋼や鋳鉄などの通常の条件での連続切削や断続切削は勿論のこと、特に高い高温強度が要求される断続重切削加工でもすぐれた耐チッピング性を示し、長期に亘ってすぐれた切削性能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。

硬質被覆層を構成する各種（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層における結晶粒の結晶面である{１００}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。本発明被覆チップ４の硬質被覆層を構成する（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層の{１００}面の傾斜角度数分布グラフである。従来被覆チップ１の硬質被覆層を構成する（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層の{１００}面の傾斜角度数分布グラフである。本発明被覆サーメット工具の硬質被覆層を構成する（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ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。従来被覆サーメット工具の硬質被覆層を構成する（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ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

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工具基体の表面に、
組成式：（Ｔｉ_1-XＡｌ_X）Ｎ（ただし、原子比で、Ｘは０．４５〜０．７０を示す）を満足し、
かつ、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{１００}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、１０〜２０度の範囲内および３０〜４０度の範囲内の傾斜角区分にそれぞれピークが存在すると共に、前記１０〜２０度の範囲内および３０〜４０度の範囲内に存在する合計度数が、傾斜角度数分布グラフにおける度数全体の５０〜７５％の割合を占める傾斜角度数分布グラフを示し、かつ２〜１５μｍの平均層厚を有するＴｉとＡｌの複合窒化物層、
で構成された硬質被覆層を形成してなる、硬質被覆層が断続重切削で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。