JP2006326729A

JP2006326729A - 硬質被覆層がすぐれた高温強度を有する表面被覆超硬合金製切削工具

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Publication number: JP2006326729A
Application number: JP2005151908A
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: 2005-05-25
Filing date: 2005-05-25
Publication date: 2006-12-07
Anticipated expiration: 2025-05-25
Also published as: JP4747268B2

Abstract

【課題】硬質被覆層がすぐれた高温強度を有する表面被覆超硬合金製切削工具を提供する。
【解決手段】表面被覆超硬合金製切削工具を構成する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硬質被覆層を、組成式：（Ａｌ_1-XＴｉ_X）Ｎ（ただし、原子比で、Ｘは０．３０〜０．５５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改質（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層、で構成する。
【選択図】図２

Description

この発明は、硬質被覆層がすぐれた高温強度を有し、したがって、鋼や鋳鉄などの切削加工に際して、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、組成式：（Ａｌ_1-XＴｉ_X）Ｎ（ただし、原子比で、Ｘは０．３０〜０．５５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超硬工具が提案され、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。
特許第２６４４７１０号

近年の切削加工装置のＦＡ化はめざましく、加えて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も強く、これに伴い、被覆超硬工具にはより一段の長寿命化が求められる傾向にあり、したがって、上記の従来被覆超硬工具にも、一段の耐摩耗性向上が望まれているのが現状である。

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さらに一段の使用寿命の延命化を図るべく、これの硬質被覆層である（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層に着目し、研究を行った結果、
（ａ）上記の従来被覆超硬工具は、例えば図４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超硬基体を装着し、
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：−６０〜−１００Ｖ、
カソード電極：Ａｌ−Ｔｉ合金、
上記カソード電極とアノード電極間のアーク放電電流：６０〜１００Ａ、
装置内窒素ガス圧力：１〜６Ｐａ、
の条件（以下、通常条件という）で、硬質被覆層として上記の組成式：（Ａｌ_1-XＴｉ_X）Ｎ（ただし、原子比で、Ｘは０．３０〜０．５５を示す）を満足する（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層［以下、従来（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層という］を形成することにより製造されるが、前記（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層の形成を、
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：−２０〜−４５Ｖ、
カソード電極：Ａｌ−Ｔｉ合金、
上記カソード電極とアノード電極間のアーク放電電流：６０〜１００Ａ、
装置内窒素ガス圧力：８〜１４Ｐａ、
の条件、すなわち上記の通常条件に比して、相対的に超硬基体に印加する直流バイアス電圧を低く、かつ装置内窒素ガス圧力を高くした条件で行うと、この結果形成された（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層［以下、改質（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層という］は、前記従来（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層に比して、高温強度が一段と向上したものとなること。

（ｂ）上記（ａ）の改質（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層と上記従来（Ａｌ，Ｔｉ）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（Ａｌ，Ｔｉ）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）の改質（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ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に印加する直流バイアス電圧および装置内窒素ガス圧力を上記の条件範囲内で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、上記の通り超硬基体に印加する直流バイアス電圧を−２０〜−４５Ｖ、および装置内窒素ガス圧力を８〜１４Ｐａ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０〜５度の範囲内に現れると共に、前記０〜５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４０％以上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改質（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層を硬質被覆層として形成してなる被覆超硬工具は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、上記超硬基体の表面に、
組成式：（Ａｌ_1-XＴｉ_X）Ｎ（ただし、原子比で、Ｘは０．３０〜０．５５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、０〜５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０〜５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４０％以上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改質（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層、
を硬質被覆層として蒸着形成してなる、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硬質被覆層を構成する改質（Ａｌ，Ｔｉ）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Ｔｉ成分の含有割合を示すＸ値がＡｌ成分との合量に占める割合（原子比）で０．３０未満になると、相対的にＡｌの割合が多くなり過ぎて、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り、一方Ｔｉの割合を示すＸ値が同０．５５を越えると、相対的にＡｌの割合が少なくなり過ぎて、所望のすぐれた高温特性を確保することができず、摩耗促進の原因となることから、Ｘ値を０．３０〜０．５５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のに不十分であり、一方その平均層厚が１５μｍを越えると、切削時の発生熱によって偏摩耗の原因となる熱塑性変形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、改質（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ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および傾斜角度数分布割合は、上記の通り超硬基体に印加する直流バイアス電圧および装置内窒素ガス圧力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、前記直流バイアス電圧を−２０〜−４５Ｖ、さらに装置内窒素ガス圧力を８〜１４Ｐａとした場合に、最高ピークが０〜５度の範囲内の傾斜角区分に現れると共に、前記０〜５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４０％以上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、前記直流バイアス電圧および装置内窒素ガス圧力のいずれかが前記範囲から外れても、測定傾斜角の最高ピーク位置は０〜５度の範囲から外れ、かつ前記０〜５度の範囲内の傾斜角度数分布割合が４０％未満となってしまい、このような場合には（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層に所望の高温強度向上効果が得られず、被覆超硬工具にすぐれた耐摩耗性を期待することはできないものとなる。

この発明の被覆超硬工具は、これの硬質被覆層を構成する改質（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層がすぐれた高温強度を有するので、鋼や鋳鉄などの切削加工に際して、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（質量比で、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に示される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Ａｌ−Ｔｉ合金および超硬基体表面ボンバード洗浄用金属Ｔｉを装着し、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、前記超硬基体に−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、前記超硬基体表面を５分間Ｔｉボンバード処理し、ついで装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して、８〜１４Ｐａの範囲内の所定の窒素ガス雰囲気とすると共に、前記超硬基体に印加する直流バイアス電圧を−２０〜−４５Ｖの範囲内の所定の電圧とし、前記カソード電極であるＡｌ−Ｔｉ合金とアノード電極との間に８０Ａ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に示される目標組成および目標層厚の改質（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層を硬質被覆層として蒸着形成することにより、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、同じアークイオンプレーティング装置を用い、装置内窒素ガス圧力を１〜６Ｐａの範囲内の所定の圧力とすると共に、超硬基体に印加する直流バイアス電圧を−６０〜−１００Ｖの範囲内の所定の電圧とする以外は同じ条件で、従来（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層を硬質被覆層として蒸着形成することにより、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・ＳＮＣＭ４３９の長さ方向等間隔４本縦溝入り丸棒、
切削速度：１８０ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：３ｍｍ、
送り：０．２７ｍｍ／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：２３０ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：２ｍｍ、
送り：０．２５ｍｍ／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切削加工試験、さらに、
被削材：ＪＩＳ・ＦＣ３００の丸棒、
切削速度：２５０ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：３ｍｍ、
送り：０．２５ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：５分、
の条件（切削条件Ｃという）での鋳鉄の乾式連続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の本発明被覆超硬チップ１〜１６における改質（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層の形成条件と同じ条件で、表７に示される目標組成および目標層厚の改質（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層を硬質被覆層として蒸着形成することにより、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の従来被覆超硬チップ１〜１６における従来（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層の形成条件と同じ条件で、従来（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層を硬質被覆層として蒸着形成することにより、同じく表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・ＳＫＤ６１の板材、
切削速度：４３ｍ／ｍｉｎ．、
溝深さ（切り込み）：２ｍｍ、
テーブル送り：１８０ｍｍ／分、
の条件での工具鋼の乾式溝切削加工試験、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・Ｓ５５Ｃの板材、
切削速度：１２０ｍ／ｍｉｎ．、
溝深さ（切り込み）：４ｍｍ、
テーブル送り：９２０ｍｍ／分、
の条件での炭素鋼の乾式溝切削加工試験、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・ＳＣＭ４４０の板材、
切削速度：１３０ｍ／ｍｉｎ．、
溝深さ（切り込み）：８ｍｍ、
テーブル送り：４００ｍｍ／分、
の条件での合金鋼の乾式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７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の本発明被覆超硬チップ１〜１６における改質（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層の形成条件と同じ条件で、、かつ表８に示される目標組成および目標層厚の改質（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層を硬質被覆層として蒸着形成することにより、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の従来被覆超硬チップ１〜１６における従来（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層の形成条件と同じ条件で、従来（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層を硬質被覆層として蒸着形成することにより、表８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・ＳＫＤ６１の板材、
切削速度：３５ｍ／ｍｉｎ．、
送り：０．１８ｍｍ／ｒｅｖ、
穴深さ：１０ｍｍ
の条件での工具鋼の湿式穴あけ切削加工試験、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・ＳＣＭ４４０の板材、
切削速度：７５ｍ／ｍｉｎ．、
送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ、
穴深さ：２０ｍｍ
の条件での合金鋼の湿式穴あけ切削加工試験、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・Ｓ５５Ｃの板材、
切削速度：１００ｍ／ｍｉｎ．、
送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ、
穴深さ：４０ｍｍ
の条件での炭素鋼の湿式穴あけ切削加工試験、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の改質（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層、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の従来（Ａｌ，Ｔｉ）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超硬工具および従来被覆超硬工具の改質（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層および従来（Ａｌ，Ｔｉ）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、上記の本発明被覆超硬工具の改質（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層と従来被覆超硬工具の従来（Ａｌ，Ｔｉ）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、上記の両（Ａｌ，Ｔｉ）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（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ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改質（Ａｌ，Ｔｉ）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０〜５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従来（Ａｌ，Ｔｉ）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、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７、および表８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改質（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層および従来（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層の傾斜角度数分布グラフにおいて、０〜５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の改質（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ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の従来（Ａｌ，Ｔｉ）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、本発明被覆超硬工具は、いずれも硬質被覆層を構成する改質（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層の{１００}面が傾斜角度数分布グラフで０〜５度の範囲内の傾斜角区分で最高ピークを示し、これにより高い高温強度を具備するようになることことから、各種の切削加工試験で、すぐれた耐摩耗性を示すのに対して、従来被覆超硬工具においては、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、最高ピークが存在しない傾斜角度数分布グラフを示す従来（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層で構成され、この結果として高温強度の向上が見られないことから、切削加工では相対的に摩耗進行が速く、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、この発明の被覆超硬工具は、各種鋼や鋳鉄などの連続切削や断続切削ですぐれた耐摩耗性を示し、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、切削加工装置のＦＡ化、並びに切削加工の省力化および省エネ化、さらに低コスト化の要求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（Ａｌ，Ｔｉ）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。本発明被覆超硬チップ１の硬質被覆層を構成する改質（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層の{１００}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の硬質被覆層を構成する従来（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層の{１００}面の傾斜角度数分布グラフである。被覆超硬工具の硬質被覆層を構成する各種の（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層の蒸着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基体の表面に、
組成式：（Ａｌ_1-XＴｉ_X）Ｎ（ただし、原子比で、Ｘは０．３０〜０．５５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、０〜５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０〜５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４０％以上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ＡｌとＴｉの複合窒化物層、
で構成された硬質被覆層を蒸着形成してなる、硬質被覆層がすぐれた高温強度を有する表面被覆超硬合金製切削工具。