JP2006263913A

JP2006263913A - 被膜付き切削工具インサートおよびその製造方法

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Publication number: JP2006263913A
Application number: JP2006081338A
Authority: JP
Inventors: Carl Bjormander; ビョールマンデルカール; Markus Rodmar; ロドマールマルクス
Original assignee: Sandvik Intellectual Property AB
Current assignee: Sandvik Intellectual Property AB
Priority date: 2005-03-23
Filing date: 2006-03-23
Publication date: 2006-10-05
Anticipated expiration: 2026-03-23
Also published as: CN100591444C; IL174389A; EP1705263A1; US7597951B2; SE0500648L; IL174389A0; CN1836811A; JP5144021B2; KR100755771B1; SE528891C2; DE602006010928D1; ATE451486T1; EP1705263B1; US20060222894A1; KR20060103177A

Abstract

【課題】刃先の超硬合金の塑性変形抵抗および拡散タイプのクレータ摩耗に対する耐性を向上させ、耐剥離性を高めフライス加工時の櫛の歯状クラック量を低減し、色で品位を区別できるように色を付与した切削工具インサートを提供する。
【解決手段】すくい面と少なくとも１つの逃げ面とが交差して刃先を構成しており、超硬合金、チタン基炭窒化物またはセラミクスから成り、金属酸化物を含む２種類のＭＸ層とＮＸ層とが交互に積層した多層構造の硬質被膜で被覆されており、金属元素ＭおよびＮはアルミニウム、ジルコニウム、チタン、ハフニウム、クロムのうちから選択された切削工具インサートにおいて、上記多層構造の繰り返し周期が２０ｎｍ以上で２００ｎｍ未満、望ましくは１９０ｎｍ未満、最も望ましくは１７５ｎｍ未満であることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、耐剥離性および耐塑性変形性を高めた金属酸化物多層被膜を被覆され、特に旋削、フライス加工、ドリル加工などの切屑生成型の機械加工法に適した切削工具インサートおよびその製造方法に関する。

超硬合金製の切削工具インサートを用いて金属の機械加工をする場合、研摩性および化学的な損耗、刃先のチッピング（欠け）や破砕といった種々のメカニズムで損耗が起きる。特に機械加工の困難な金属の場合は更に凝着摩耗も起きて被膜の剥離に至る。そのような金属としては例えばステンレス鋼や低炭素鋼がある。凝着摩耗は、切削中にスミア（粘着性の汚れ）が連続的に刃先に付着して刃先から材料を剥ぎ取り、工具インサートの寿命を短縮するのである。更に、高速切削の場合には、刃先に大きな熱エネルギーが伝わるため、インサートの刃先が部分的または全体的に塑性変形する。この刃先損耗モードは塑性変形損耗として知られている。

従来、材質が異なりそれぞれの厚さを持つ２種類の第１層と第２層とが基材上に交互に積層した多層被膜が知られている。２種類の層は結晶構造が異なり且つ／又は少なくとも格子間隔が異なることが望ましい。そのような構造の一例として、Ａｌ_２Ｏ_３の成長を周期的に中断してＴｉＮの堆積を短時間行い（Ａｌ_２Ｏ_３＋ＴｉＮ）多層構造を形成する（Proceedings of the 12^th European CVD Conference page pr. 8-349を参照）。ＧＢ２０４８９６０に開示されている多層被膜は、組成の異なる硬質材料の０．０２〜０．１μｍの層を多数交互に積層したものである。

アメリカ合衆国特許５，８２７，５７０の開示によれば、超硬合金またはセラミクスの基材に被覆した耐摩耗性複合セラミクス被膜が、アルミニウム酸化物、イットリウム酸化物、ジルコニウム酸化物のいずれかを含む金属酸化物連続相と、アルミニウム酸化物、イットリウム酸化物、ジルコニウム酸化物のいずれかの不連続分散第２相とを含むドープト２相金属酸化物層から成る。

アメリカ合衆国特許４，７４９，６２９においては、個々の厚さが０．１〜０．３μｍのＡｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３などの異種酸化物層を交互に積層して成る合計厚さ０．３〜２０μｍの積層酸化物被膜を用いてＺｒＯ_２を一体化している。

機械加工品の表面仕上げを高品位にする必要がある場合には、刃先ラインが清浄かつ滑らかでほとんど損耗の発生がないインサートしか使えない。機械加工作業者にとって、僅かに使用した刃先と未使用の刃先を目視で区別すること（「使用済刃先の区別」）が益々困難になってきている。特に、最表層がＡｌ_２Ｏ_３であると外観が暗灰色または黒色になるのでなおさら困難になる。例えば夜間の無人操業中に使用済インサートが誤って用いられると、加工製品の不良や製造の停止の原因となる。最表層をＴｉＣｘＮｙＯｚとするか、特に金色のＴｉＮ層にすれば、刃先の区別を容易にできる。

ＥＰ−Ｂ−６９３５７４号公報に開示されている切削工具インサートは、すくい面と刃先ラインの最表層を、拡散タイプの損耗に対する耐性を持つＡｌ_２Ｏ_３にしている。逃げ面は最表層をＭｅＣｘＮｙＯｚタイプの層にしており、Ｍｅは周期律表のIVＢ族、ＶＢ族、VIＢ族の金属から成る群から選択した金属であり（更にＴｉＣｘＮｙＯｚとの表示もあり）、それにより逃げ面摩耗に対する耐性を高めると共に「使用済刃先の区別」をできるようにした。これは、ＴｉＣｘＮｙＯｚを刃先ラインのみから又はすくい面および刃先ラインの両方から機械的に除去することによりできる。

本発明の目的は、切削工具インサートの下記性質を向上させることである。

◇ 刃先の超硬合金の塑性変形抵抗
◇ 拡散タイプのクレータ摩耗に対する耐性
◇ 耐剥離性を高め、フライス加工時の櫛の歯状クラック量を低減
◇ 色で品位を区別できるように切削工具インサートに色を付与

驚異的な新規の知見として、厚さ１００ｎｍ未満のＺｒＯ_２層およびＡｌ_２Ｏ_３層を複数回積層した被膜を切削工具インサートに付与することにより、上記の目的は全て達成される。予期しなかった現象として、Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）＋αＡｌ_２Ｏ_３被膜中には熱クラックが通常存在するにもかかわらず、多層被膜中あるいは下地のＴｉ（Ｃ，Ｎ）層中に熱クラックは全く発生しない。更に、本発明による多層被膜を備えたインサートは、見る角度によらず、均一な青色を呈する。

本発明による切削工具インサートは、超硬合金、チタン基炭窒化物またはセラミクスで作られていて全体として多角形または丸い形状の基材の上面（すくい面）と少なくとも１つの逃げ面とが交差して刃先を構成しており、その基材の表面には多層被膜が堆積されている。基材の表面には予め従来技術により、ミクロンオーダーの厚さのＴｉＣ、ＴｉＣｘＮｙ（ただしｘ＋ｙ＝１、ｘ＞０、ｙ＞０）またはＴｉＡｌＮの薄層で予備被覆してあってもよい。本発明の被膜付き切削工具インサートは、従来の切削工具インサートに比べて鋼または鋳鉄、特にステンレス鋼を機械加工する際の耐摩耗性および靭性が向上している。本発明の被膜は高い密着性で接合しており、厚さ０．１〜２０μｍ、望ましくは０．１〜１２μｍの多層積層構造ＭＸ＋ＮＸ＋ＭＸ＋ＮＸ・・・である。交互積層されたＭＸ層およびＮＸ層は金属酸化物を含み、金属元素であるＭおよびＮはアルミニウム、ジルコニウム、チタン、ハフニウム、クロムから選択され、望ましくはアルミニウム、ジルコニウム、チタンから選択される。ＭＸ層およびＮＸ層の平均粒径は望ましくは１０〜１５０ｎｍ、最も望ましくは２０〜１５０ｎｍであり、厚さは１０ｎｍ以上で１００ｎｍ未満、望ましくは１０〜９０ｎｍである。層の厚さは、無作為に選んだＭＸ層およびＮＸ層を１０層以上について操作電子顕微鏡写真上で測定した平均値である。平均粒径が平均層厚さを超える場合もある。その場合には、粒径は基材表面に平行な方向で大きく、基材表面に直角な方向で小さい。積層の繰り返し周期は、厚さ２０ｎｍ以上であって、２００ｎｍ未満、望ましくは１９０ｎｍ未満、最も望ましくは１７５ｎｍ未満である。「繰り返し周期」とは、異なる金属元素を含む隣接２層の合計厚さである。被膜全体としての厚さは、２μｍより大、望ましくは５μｍより大、最も望ましくは７μｍより大であって、５０μｍ未満、望ましくは１５μｍ未満、最も望ましくは１０μｍ未満である。

望ましくは、多層被膜はＣＩＥ標準色チャートの色座標でＸ＝０．２±０．１、ｙ＝０．２±０．１で規定される青色である。

一実施形態においては、繰り返し周期は多層被膜の全体に渡って実質的に一定である。

他の実施形態においては、ＭＸ層とＮＸ層の厚さは多層被膜の全体に渡って実質的に非周期的である。個々の層の厚さは上記に規定したとおりである。ここの層の厚さは、上下の隣接層の厚さから独立しており無関係である。したがって、非周期被膜構造には厚さで規定される繰り返し周期は無い。

一実施形態においては、ＭＸはαＡｌ_２Ｏ_３であり、ＮＸはＴｉＯｚで１．２≦ｚ≦２、望ましくは１．５≦ｚ≦２である。Ａｌ_２Ｏ_３層の厚さは、望ましくはＴｉＯｚ層の厚さより大きく、より望ましくはＴｉＯｚ層の厚さの１．２〜１．５倍であり、最も望ましくはＴｉＯｚ層の厚さの約１．４倍である。

一実施形態においては、ＭＸはαＡｌ_２Ｏ_３であり、ＮＸはＸＲＤ（Ｘ線回折）で求めた単斜晶が１０vol％未満のほぼ純粋な正方晶ＺｒＯ_２である。Ａｌ_２Ｏ_３層の厚さは、望ましくはＺｒＯ_２層の厚さ以上であり、より望ましくはＺｒＯ_２層の厚さの１．１〜１．４倍であり、最も望ましくはＺｒＯ_２層の厚さの約１．２倍である。

一実施形態においては、ＭＸはαＡｌ_２Ｏ_３であり、ＮＸはＸＲＤで求めた単斜晶ＺｒＯ_２が約４０〜６０vol％の単斜晶／正方晶混合構造であるＺｒＯ_２である。Ａｌ_２Ｏ_３層の厚さは、望ましくはＺｒＯ_２層の厚さ以上であり、より望ましくはＺｒＯ_２層の厚さの１．１〜１．４倍であり、より望ましくはＺｒＯ_２層の厚さの約１．２倍である。

一実施形態においては、αＡｌ_２Ｏ_３は（３００）方位の集合組織を持っており、下記に定義する集合組織係数ＴＣ（ｈｋｌ）が１．５より大、望ましくは３より大である。

ＴＣ（ｈｋｌ）＝[I(hkl)/I_０(hkl)]｛(1/ｎ）Σ[r(hkl)/I_０(hkl)])^−１
ここで、I(hkl)＝(hkl)反射の強度、
I_０(hkl)＝ＰＤＦカードNo.１０−１７３による標準強度、
ｎ＝計算に用いた反射次数
用いた(hkl)反射：(012),(104),(110),(113),(024),(116),(124),(030)
他の実施形態においては、αＡｌ_２Ｏ_３は（１０４）方位の集合組織を持っており、上記定義による集合組織係数ＴＣ（ｈｋｌ）が１．５より大、望ましくは２より大である。

一実施形態においては、被膜の最外層が多層被膜である。

他の実施形態においては、多層被膜は刃先ラインまたは刃先ラインとすくい面の被膜の最外層である。逃げ面側は、最外層は望ましくはＴｉＣｘＮｙＯｚ層（ただしｘ＋ｙ＋ｚ＝１、ｘ≧０、ｙ≧０、ｚ≧０）であるか、ＺｒＣｘＮｙ層（ただしｘ＋ｙ＝１、ｘ≧０、ｙ≧０）であり、最も望ましくはＴｉＮ、ＺｒＮ、ＴｉＣｘＮｙ（ただしｘ＋ｙ＝１、ｘ＞０、ｙ＞０）、ＴｉＣのうちのいずれかである。

更に別の実施形態においては、多層被膜を厚さ０．１〜４０μｍのＡｌ_２Ｏ_３層上に被覆する。

本発明は更に、上述の切削工具インサートを製造する方法をも提供し、この方法においては、超硬合金、チタン基炭窒化物またはセラミクスの基材に、直接または他の耐火性の酸化物、炭化物および／または窒化物の層例えば公知のアルミナ、チタン炭化物、チタン炭窒化物などの層を予め被覆した上に、少なくとも１つの耐火性多層被膜を被覆する。上記の多層被膜は異種金属の酸化物層が交互積層して成り、該金属はアルミニウム、ジルコニウム、チタン、ハフニウム、クロムのうちから選択され、望ましくはアルミニウム、ジルコニウム、チタンのうちから選択され、上記酸化物層はＣＶＤ（化学蒸着法）により堆積され、その際に基材を温度９５０〜１０５０℃に保持して１種以上の金属ハロゲン化物と、加水分解剤および／または酸化剤とを含む水素キャリアガスと接触させる。この混合ガス中に、堆積速度向上のために硫黄触媒を添加することもできる。上記の金属酸化物の核生成前のＣＶＤ反応炉の雰囲気の酸素ポテンシャルは、水蒸気（Ｈ_２Ｏ）またはＣＯ_２、Ｏ_２などの酸化種の濃度を５ｐｐｍ未満になるように低レベルに維持する。

多層被膜に、例えばチタン炭化物、チタン窒化物などのような従来公知の外表耐火物層を更に被覆しても良い。

多層被膜は、２種類の金属酸化物を含む周期で特徴づけられる。

一実施形態においては、周期の始まりとして、一方の金属酸化物の核生成を行なうために、先ずＨＣｌおよびＣＯ_２をＡｒおよび／またはＨ２の雰囲気の反応炉に供給し、次いで上記金属のハロゲン化物を供給する。該金属酸化物の核生成が起きたら、硫黄触媒、望ましくはＨ_２Ｓを反応ガス混合物中に添加して堆積速度を高めることができる。その後、金属ハロゲン化物の供給を停止して反応炉内の金属ハロゲン化物を無くする。次いで他方の金属酸化物について上記の手順を繰り返すことにより、多層構造の１周期分を完成し、その際に、２種類の金属酸化物の堆積を切り替えるときに、対応する２種類の金属ハロゲン化物の混合を起こさない。

第２に実施形態においては、繰り返し周期全体を通して、反応炉内に雰囲気を構成するＡｒおよび／またはＨ_２と反応ガスであるＨＣｌおよびＣＯ_２と硫黄触媒、望ましくはＨ_２Ｓが存在しており、これらに加えて２種類の金属ハロゲン化物を交互に反応炉に供給することにより、対応する金属酸化物層を核生成および成長させる。したがって、少なくとも２種類の金属酸化物の堆積の切り替え時には対応する金属ハロゲン化物の混合が起きる。

１つの具体例として、金属ハロゲン化物としてＡｌＣｌ_３とＺｒＣｌ_４を用い、２種類の金属酸化物層の堆積の切り替え時に対応する金属ハロゲン化物の混合が起きる。これによりαＡｌ_２Ｏ_３層とＺｒＯ_２層とが交互に堆積し、この場合のＺｒＯ_２は実質的に正方晶である。

別の具体例として、金属ハロゲン化物としてＡｌＣｌ_３とＺｒＣｌ_４を用い、２種類の金属酸化物層の堆積の切り替え時に対応する金属ハロゲン化物の混合が起きない。これによりαＡｌ_２Ｏ_３層とＺｒＯ_２層とが交互に堆積し、この場合のＺｒＯ_２は実質的に正方晶と単斜晶の混合構造である。

もう１つの具体例として、金属ハロゲン化物としてＡｌＣｌ_３とＴｉＣｌ_４を用い、これによりαＡｌ_２Ｏ_３層とＺｒＯｚ層（ただし１．２≦ｚ≦２）とが交互に堆積する。

一実施形態においては、被膜の後処理としてブラッシング、ポリッシング、またはブラスティングを行なって、刃先ラインまたは刃先ラインと切削工具インサートすくい面の最表層を一部または全部除去することもできる。

〔例１〕本発明
基材組成が７．５wt％Ｃｏ、５．３wt％立方晶炭化物（ＴｉＣ＋ＴａＣ＋ＮｂＣ）および残部ＷＣで、厚さ２５μｍの立方晶炭化物欠乏表面層がある超硬合金切削工具インサートＣＮＭＧ１２０４０８−ＰＭに、ＣＶＤにより以下の順序で被覆を行なった。０．７μｍＴｉＮ、５．０μｍＴｉ（Ｃ，Ｎ）、６．５μｍ周期性（αＡｌ_２Ｏ_３＋ＺｒＯ_２）多層被膜（Ｎ＝４３周期）、ここで各周期は厚さ１５０ｎｍであり、αＡｌ_２Ｏ_３層の厚さは８５ｎｍ、ＺｒＯ_２層の厚さは６５ｎｍであった。より詳細には、（αＡｌ_２Ｏ_３＋ＺｒＯ_２）×Ｎ周期の多層被膜の形成条件は表１のとおりである。

反応炉からＡｌＣｌ_３を無くした後にＺｒＣｌ_４を供給し、またその逆を行い、切り替え領域でＡｌＣｌ_３とＺｒＣｌ_４のプロファイルの重複は生ぜず、すなわち両塩化物間の混合は無い。

ＳＥＭ観察した結果、個々のＡｌ_２Ｏ_３層およびＺｒＯ_２層は非常に微細な粒から構成されていて、両層間の移行はシャープであった。

ＸＲＤ解析した結果、αＡｌ_２Ｏ_３は集合組織を持たず、ＺｒＯ_２は正方晶相と単斜晶相との混合構造で約５０vol％が単斜晶相であった。

得られた多層被膜は青色であった。ＣＩＥ配色系の色座標ｘ、ｙ値を、Perking Elmer Lambda 900 Spectrophotometerで下記設定にて測定した。

積分球：スペクトラロン（登録商標）で被覆
スペクトル分解能：＜５ｎｍ
光源：Ｄ６５
入射角度（垂直基準）：５〜８°
検出：半球
表示：全反射率および拡散反射率
ＣＩＥ表色系の下記座標が得られた。

ｘ＝０．２６６、ｙ＝０．２５７
被膜を施したインサートに後処理としてＡｌ_２Ｏ_３粒を用いて２．２barでブラストをかけた。

〔例２〕本発明
例１と同様のサンプル処理に加えて更に最表層に０．７μｍのＴｉＮ層を被覆した。被膜を施したインサートに後処理としてＡｌ_２Ｏ_３粒を用いて２．２barでブラストをかけることにより、刃先ラインとすくい面全体のＴｉＮ層を除去し、青色の周期性（αＡｌ_２Ｏ_３＋ＺｒＯ_２）多層被膜を露出させた。

〔例３〕本発明
例１と同様のスタイルおよび組成の超硬合金切削工具インサートに、ＣＶＤ法により下記の順序で被膜を施した。０．７μｍＴｉＮ、５．０μｍＴｉ（Ｃ，Ｎ）、６．０μｍ周期性（αＡｌ_２Ｏ_３＋ＺｒＯ_２）多層被膜（１周期＝３０ｎｍ＝２０ｎｍＡｌ_２Ｏ_３層＋１０ｎｍＺｒＯ_２層で２００周期）。

より詳細には、（αＡｌ_２Ｏ_３＋ＺｒＯ_２）×Ｎ周期の多層被膜の形成条件は表２のとおりである

切り替え時に、ＡｌＣｌ_３を供給してＺｒＣｌ_４を排除し、またその逆を行い、切り替え領域でＡｌＣｌ_３とＺｒＣｌ_４のプロファイルがある程度重複し、すなわち両塩化物間の混合が起きた。

ＳＥＭ観察した結果、個々のＡｌ_２Ｏ_３層およびＺｒＯ_２層は非常に微細な粒から構成されていた。

ＸＲＤ解析した結果、αＡｌ_２Ｏ_３は強い（３００）集合組織を持ち、ＴＣ（３００）値は４．３１であり、ＺｒＯ_２は正方晶相のみであった。

被膜を施したインサートに後処理としてＡｌ_２Ｏ_３粒を用いて２．２barでブラストをかけた。

〔例４〕従来例
例１と同様のスタイルおよび組成の超硬合金切削工具インサートに、ＣＶＤ法により下記の順序で被膜を施した。０．７μｍＴｉＮ、５．０μｍＴｉ（Ｃ，Ｎ）、６．０μｍαＡｌ_２Ｏ_３。このαＡｌ_２Ｏ_３層はＥＰ−Ａ−６０３１４４に従って細粒のαＡｌ_２Ｏ_３が生成する方法で堆積させた。被膜を施したインサートに後処理としてＡｌ_２Ｏ_３粒を用いて２．２barでブラストをかけた。

〔例５〕
例１、２、４のインサートについて旋削加工における塑性変形を評価した。

加工内容：７００ｍｍ×１８０ｍｍの棒材を長手方向に旋削
ワーク材質：焼入れ焼き戻しした低合金鋼（ＳＳ２５４１）
切削速度：１００〜１８０ｍ／ｍｉｎ
送り速度：０．７０ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み：２．０ｍｍ
インサートスタイル：ＣＮＭＧ１２０４０８−ＰＭ
注：乾式切削
結果を表３に示す。

この結果から、この切削加工での組成変形抵抗は本発明の多層被膜により従来技術に比べて向上することが分かる。

〔例６〕
例１、２、４のインサートについて旋削加工における塑性変形を評価した。

加工内容：面削り
ワーク材質：焼入れ焼き戻しした低合金鋼（ＳＳ２５４１）
切削速度：２００ｍ／ｍｉｎ
送り速度：０．３５ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み：２．０ｍｍ
インサートスタイル：ＣＮＭＧ１２０４０８−ＰＭ
注：乾式切削
この試験の工具寿命判定基準は刃先の最大逃げ面摩耗０．５ｍｍとした。

結果を表４に示す。

この結果から、塑性変形抵抗は従来の被膜に比べて向上することが分かる。

〔例７〕
例３、４のインサートについて旋削加工におけるすくい面の剥離を評価した。

加工内容：面削り
ワーク材質：ノジュラー鋳鉄（ＳＳ０７１７）
切削速度：１６０ｍ／ｍｉｎ
送り速度：０．１０ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み：２．０ｍｍ
インサートスタイル：ＣＮＭＧ１２０４０８−ＰＭ
注：乾式切削
チップがインサートに接触している面積全体に対する剥離面積のパーセントを求めた。

結果を表５に示す。

〔例８〕
基材組成が１２．６wt％Ｃｏ、１．５７wt％立方晶炭化物（ＴａＣ＋ＮｂＣ）および残部ＷＣである超硬合金切削工具インサートＲ３９０−１１Ｔ３０８Ｍ−ＰＭ（P-Milling）に、ＣＶＤにより以下の順序で被覆を行なった。０．７μｍＴｉＮ、２．８μｍＴｉ（Ｃ，Ｎ）、３．２μｍ周期性（αＡｌ_２Ｏ_３＋ＺｒＯ_２）の多層被膜（Ｎ＝２４周期）、ここで各周期は厚さ１２８ｎｍであり、ＴｉＮ層の厚さは０．７μｍであった。αＡｌ_２Ｏ_３層とＺｒＯ_２層の堆積は例１と同様に行なった。

被膜を施したインサートに後処理としてＡｌ_２Ｏ_３粒を用いて２．２barでブラストをかけることにより、刃先ラインとすくい面全体のＴｉＮ層を除去した。

〔例９〕（例８に対する比較例）
例８と同様のサンプル処理を行った。ただし３．２μｍの周期性（αＡｌ_２Ｏ_３＋ＺｒＯ_２）多層被膜に代えて、３．２μｍのαＡｌ_２Ｏ_３を堆積させた。

〔例１０〕
例８，９のインサートについてフライス加工における櫛の歯状クラックの発生を評価した。

加工内容：端面削り
ワーク材質：焼入れ焼き戻しした低合金鋼（ＳＳ２２４４）
切削速度：２００ｍ／ｍｉｎ
１刃当り送り速度：０．２１ｍｍ
軸方向切り込み：７．０ｍｍ
切削直径：８０ｍｍ
インサートスタイル：Ｒ３９０−１１Ｔ３０８Ｍ−ＰＭ
注：湿式切削
結果を表６に示す。

〔例１１〕本発明
基材組成が７．５wt％Ｃｏ、５．３wt％立方晶炭化物（ＴｉＣ＋ＴａＣ＋ＮｂＣ）および残部ＷＣで、厚さ２５μｍの立方晶炭化物欠乏表面層がある超硬合金切削工具インサートＣＮＭＧ１２０４０８−ＰＭに、ＣＶＤにより以下の順序で被覆を行なった。０．７μｍＴｉＮ、５．０μｍＴｉ（Ｃ，Ｎ）、６．０μｍ周期性（αＡｌ_２Ｏ_３＋Ｔｉ_２Ｏ_３）多層被膜（Ｎ＝５０周期）、ここで各周期は厚さ１２０ｎｍであり、αＡｌ_２Ｏ_３層の厚さは７０ｎｍ、Ｔｉ_２Ｏ_３層の厚さは５０ｎｍであった。より詳細には、（αＡｌ_２Ｏ_３＋Ｔｉ_２Ｏ_３）×Ｎ周期の多層被膜の形成条件は表７のとおりである。

反応炉からＡｌＣｌ_３を無くした後にＴｉＣｌ_４を供給し、またその逆を行い、すなわち両塩化物間の混合は無い。

ＳＥＭ観察した結果、個々のＡｌ_２Ｏ_３層およびＴｉ_２Ｏ_３層は非常に微細な粒から構成されていて、両層間の移行はシャープであった。

ｘ＝０．２５１、ｙ＝０．２４２

図１は、本発明による多層被膜の一具体例の３００００倍の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真であり、ＡはＡｌ_２Ｏ_３、ＢはＺｒＯ_２である。

Claims

切削工具インサートであって、すくい面と少なくとも１つの逃げ面とが交差して刃先を構成しており、超硬合金、チタン基炭窒化物またはセラミクスから成り、金属酸化物を含む２種類のＭＸ層とＮＸ層とが交互に積層した多層構造の硬質被膜で被覆されており、金属元素ＭおよびＮはアルミニウム、ジルコニウム、チタン、ハフニウム、クロムのうちから選択された切削工具インサートにおいて、上記多層構造の繰り返し周期が２０ｎｍ以上で２００ｎｍ未満、望ましくは１９０ｎｍ未満、最も望ましくは１７５ｎｍ未満であることを特徴とする切削工具インサート。
請求項１において、上記ＭＸ層およびＮＸ層の厚さが１０ｎｍ以上１００ｎｍ未満、望ましくは１０ｎｍ〜９０ｎｍであり、上記多層構造の合計厚さが０．１〜２０μｍ、望ましくは０．１〜１２μｍであることを特徴とする切削工具インサート。
請求項１または２において、上記ＭＸ層はアルミニウム酸化物であり、上記ＮＸ層は単斜晶が１０vol％未満で実質的に正方晶のジルコニウム酸化物であることを特徴とする切削工具インサート。
請求項１または２において、上記ＭＸ層はアルミニウム酸化物であり、上記ＮＸ層は単斜晶が約４０〜６０vol％である、単斜晶と正方晶との混合した構造であることを特徴とする切削工具インサート。
請求項１または２において、上記ＭＸ層はアルミニウム酸化物であり、上記ＮＸ層はチタン酸化物であることを特徴とする切削工具インサート。
請求項１から５までのいずれか１項において、上記多層構造は厚さ０．５〜４０μｍのＡｌ_２Ｏ_３層上に積層されていることを特徴とする切削工具インサート。
請求項１から６までのいずれか１項において、上記多層構造は、ＣＩＥ標準色チャートの色座標でｘ＝０．２±０．１、ｙ＝０．２±０．１で規定される青色であることを特徴とする切削工具インサート。
請求項１から７までのいずれか１項において、逃げ面側の最外層が、
ＴｉＣｘＮｙＯｚ、ただしｘ＋ｙ＋ｚ＝１、ｘ≧０、ｙ≧０、ｚ≧０、または、
ＺｒＣｘＮｙ、ただしｘ＋ｙ＝１、ｘ≧０、ｙ≧０であるか、望ましくは、
ＴｉＮ、ＺｒＮ、ＴｉＣｘＮｙ〔ただしｘ＋ｙ＝１、ｘ＞０、ｙ＞０〕、ＴｉＣの少なくとも１種であり、かつ
上記多層構造は上記すくい面側の最外層であることを特徴とする切削工具インサート。
切削工具インサートの製造方法であって、
すくい面と少なくとも１つの逃げ面とが交差して刃先を構成しており、超硬合金、チタン基炭窒化物またはセラミクスから成る基材に、金属酸化物を含む２種類のＭＸ層とＮＸ層とが交互に積層した多層構造を持ち、金属元素ＭおよびＮがアルミニウム、ジルコニウム、チタン、ハフニウム、クロムのうちから選択され、上記多層構造の繰り返し周期が約２０ｎｍ以上で約２００ｎｍ未満である多層構造硬質被膜を、ＣＶＤ法により被覆する際に、被覆対象である上記基材を約９５０℃〜約１０５０℃の温度に保持し、該基材を１種以上の金属ハロゲン化物と加水分解剤および／または酸化剤とを含む水素キャリアガスと接触させ、上記金属酸化物の核生成以前のＣＶＤ反応雰囲気の酸化ポテンシャルを水蒸気およびその他の酸化種の濃度が約５ｐｐｍ未満である低レベルに維持することを特徴とする切削工具インサートの製造方法。
請求項９において、被覆の繰り返し周期の最初は、一方の金属酸化物の核生成を行うために、先ずＨＣｌおよびＣＯ_２をＡｒおよび／またはＨ_２の雰囲気の反応炉に供給し、次いで上記金属のハロゲン化物を供給し、該金属ハロゲン化物の供給を停止して上記反応炉内の金属ハロゲン化物を無くする、という手順で反応ガスの供給を行い、次に該手順を他方の金属酸化物について行うことにより多層構造の１周期分を完成する際に、上記２種類の金属酸化物の堆積の切り替え時に、対応する２種類の金属ハロゲン化物の混合を起こさないことを特徴とする切削工具インサートの製造方法。
請求項１０において、上記２種類の金属ハロゲン化物としてＡｌＣｌ_３とＺｒＣｌ_４を用いて、αＡｌ_２Ｏ_３層とＺｒＯ_２層とを交互に堆積させ、該ＺｒＯ_２は正方晶と単斜晶との混合した構造であることを特徴とする切削工具インサートの製造方法。
請求項９において、上記被覆の繰り返し周期全体を通して上記反応炉内に雰囲気を構成するＡｒおよび／またはＨ_２と反応ガスであるＨＣｌおよびＣＯ_２の他に硫黄触媒が存在しており、該反応炉に上記２種類の金属ハロゲン化物を交互に添加することにより、対応する金属酸化物層を核生成および成長させ、少なくとも上記２種類の金属酸化物の堆積の切り替え時には、対応する２種類の金属ハロゲン化物の混合を起こすことを特徴とする切削工具インサートの製造方法。
請求項１２において、上記２種類の金属ハロゲン化物としてＡｌＣｌ_３とＺｒＣｌ_４を用いて、αＡｌ_２Ｏ_３層とＺｒＯ_２層とを交互に堆積させ、該ＺｒＯ_２は実質的に正方晶であることを特徴とする切削工具インサートの製造方法。