JP2006334757A - 硬質被覆層が高速切削で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

Abstract

【課題】硬質被覆層が高速切削で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】工具基体の表面に、（ａ）下部層が、３〜２０μｍの全体平均層厚を有するＴｉ化合物層、（ｂ）上部層が、６〜３０μｍの全体平均層厚を有する交互積層構造からなる第１単位層と第２単位層、で構成された硬質被覆層を蒸着形成してなる被覆サーメット工具において、第１単位層は蒸着α型Ａｌ₂Ｏ₃層で構成され、また、第２単位層はＴｉ化合物層で構成され、上記交互積層構造は、それぞれ１．５〜５μｍの平均層厚を有する第１単位層と第２単位層を少なくとも４層以上交互に積層することによって構成され、さらに上記第１単位層は、特定な傾斜角度数分布グラフを示す蒸着α型Ａｌ₂Ｏ₃層で構成する。
【選択図】図２

Description

この発明は、特に硬質被覆層の構成層である酸化アルミニウム層（以下、Ａｌ₂Ｏ₃層で示す）を厚膜化した状態で、各種の鋼や鋳鉄などの切削加工を、高速で行った場合にも、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（以下、被覆サーメット工具という）に関するものである。

従来、一般に、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、これらを総称して工具基体という）の表面に、

（ａ）下部層が、Ｔｉの炭化物（以下、ＴｉＣで示す）層、窒化物（以下、同じくＴｉＮで示す）層、炭窒化物（以下、ＴｉＣＮで示す）層、炭酸化物（以下、ＴｉＣＯで示す）層、および炭窒酸化物（以下、ＴｉＣＮＯで示す）層のうちの１層または２層以上からなり、かつ３〜２０μｍの全体平均層厚を有するＴｉ化合物層、
（ｂ）上部層が、厚膜化した状態も含めると、１〜１２μｍの平均層厚を有し、かつ化学蒸着した状態でα型の結晶構造を有する酸化アルミニウム層（以下、蒸着α型Ａｌ₂Ｏ₃層で示す）、
以上（ａ）および（ｂ）で構成された硬質被覆層を蒸着形成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が、例えば各種の鋼や鋳鉄などの連続切削や断続切削に用いられることは良く知られている。
また、上記の被覆サーメット工具において、上記（ｂ）の上部層を蒸着α型Ａｌ₂Ｏ₃層単独で形成するのではなく、蒸着α型Ａｌ₂Ｏ₃層とＴｉ化合物層（例えば、Ｔｉの窒化物（以下、ＴｉＮで示す）層，炭化物（以下、ＴｉＣで示す）層，炭窒化物（以下、ＴｉＣＮで示す）層，炭窒酸化物（以下、ＴｉＣＮＯで示す）層，窒酸化物（以下、ＴｉＮＯで示す）層，炭酸化物（以下、ＴｉＣＯで示す）層）との交互積層構造として形成することにより、硬質被覆層の密着性、硬度、耐摩耗性を改善する工夫もなされている。

そして、蒸着α型Ａｌ₂Ｏ₃層とＴｉ化合物層は、いずれも所定の硬度、強度を有することから、蒸着α型Ａｌ₂Ｏ₃層とＴｉ化合物層の交互積層構造からなる上部層を備えた硬質被覆層を蒸着形成してなるこれらの従来被覆サーメット工具が、例えば各種の鋼や鋳鉄などの連続切削や断続切削に用いられることは良く知られている。

また、一般に、上記の被覆サーメット工具の硬質被覆層を構成するＴｉ化合物層や蒸着α型Ａｌ₂Ｏ₃層が粒状結晶組織を有し、さらに、Ｔｉ化合物層を構成する前記ＴｉＮ，ＴｉＣＯ，ＴｉＣＮＯなどの各層は、形成すべきＴｉ化合物の種類に応じた反応ガス、反応条件を選定することによって、通常の化学蒸着装置で化学蒸着することにより形成されるものであることも知られている。
特開平６−３１５０３号公報 特開平６−８０１０号公報 特開平１−２５２３０６号公報 特表平４−５０４０８５号公報

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、蒸着α型Ａｌ₂Ｏ₃層は最大層厚で２０μｍの厚膜化を必要とされ、さらに切削加工は一段と高速化する傾向にあるが、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通常の条件での連続切削や断続切削に用いた場合には問題はないが、特にこれを高速切削条件で用いた場合には、特に硬質被覆層を構成する蒸着α型Ａｌ₂Ｏ₃層の高温硬さが不十分であるために、摩耗が急速に進行するようになり、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、硬質被覆層の上部層を、蒸着α型Ａｌ₂Ｏ₃層とＴｉ化合物層の４層以上を交互積層した交互積層構造の上部層で形成した従来被覆サーメット工具に着目し、特に硬質被覆層の上部層の前記蒸着α型Ａｌ₂Ｏ₃層の耐チッピング性向上を図るべく研究を行った結果、
（ａ）上記の従来被覆サーメット工具の硬質被覆層における蒸着α型Ａｌ₂Ｏ₃層は、一般に、通常の化学蒸着装置にて、
反応ガス組成：容量％で、ＡｌＣｌ₃：１〜５％、ＣＯ₂：３〜７％、ＨＣｌ：０．３〜３％、Ｈ₂Ｓ：０．０２〜０．４％、Ｈ₂：残り、
反応雰囲気温度：９５０〜１１００℃、
反応雰囲気圧力：６〜１３ｋＰａ、
の条件（以下、通常条件という）で形成されるが、この通常条件形成の蒸着α型Ａｌ₂Ｏ₃層（以下、蒸着α型Ａｌ₂Ｏ₃標準層という）について、電界放出型走査電子顕微鏡を用い、図１（ａ），（ｂ）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六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（０００１）面の法線がなす傾斜角を測定し、前記測定傾斜角のうちの４５〜９０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すると、図３に例示される通り、（０００１）面の測定傾斜角の分布が４５〜９０度の範囲内で不偏的な傾斜角度数分布グラフを示すこと。

（ｂ）一方、蒸着α型Ａｌ₂Ｏ₃層を、同じく通常の化学蒸着装置を用い、

反応ガス組成：容量％で、ＡｌＣｌ₃：１〜５％、ＣＯ₂：３〜７％、ＨＣｌ：０．３〜３％、Ｈ₂Ｓ：０．０２〜０．４％、Ｈ₂：残り、
反応雰囲気温度：７５０〜９００℃、
反応雰囲気圧力：２０〜３０ｋＰａ、
の相対的に低温高圧条件（反応ガス組成は上記の通常条件と同じ）で形成すると、この結果形成された蒸着α型Ａｌ₂Ｏ₃層（以下、蒸着α型Ａｌ₂Ｏ₃改質層という）は、同じく電界放出型走査電子顕微鏡を用い、図１（ａ），（ｂ）に示される通り、表面研磨面の測定範囲内に存在する六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（０００１）面の法線がなす傾斜角を測定し、前記測定傾斜角のうち、４５〜９０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で現した場合、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、試験結果によれば、化学蒸着装置における反応雰囲気圧力を、上記の通り２０〜３０ｋＰａの範囲内で変化させると、上記シャープな最高ピークの現れる位置が傾斜角区分の７５〜８５度の範囲内で変化すると共に、前記７５〜８５度の範囲内に存在する度数の合計は、傾斜角度数分布グラフにおける度数全体の４５〜６５％の割合を占めるようになり、この結果の傾斜角度数分布グラフにおいて７５〜８５度の範囲内に傾斜角区分の最高ピークが現れる改質層は、上記の通常条件形成の蒸着α型Ａｌ₂Ｏ₃標準層に比して、一段とすぐれた耐摩耗性を示すこと。

（ｃ）従来被覆サーメット工具の硬質被覆層の上部層、つまり、蒸着α型Ａｌ₂Ｏ₃標準層とＴｉ化合物層の４層以上を交互積層した交互積層構造からなる上部層、において、蒸着α型Ａｌ₂Ｏ₃層を、上記（ａ）の通常条件形成の蒸着α型Ａｌ₂Ｏ₃標準層にかえて、上記（ｂ）の低温高圧条件の蒸着α型Ａｌ₂Ｏ₃改質層とし、そして、この蒸着α型Ａｌ₂Ｏ₃改質層と、これに交互積層されるＴｉ化合物層とを、それぞれの平均層厚を１．５〜５μｍとして４層以上の交互積層構造とし、かつ全体平均層厚を６〜３０μｍとした上部層を、下部層がＴｉ化合物層からなる硬質被覆層の上部層として構成してなる被覆サーメット工具は、前記交互積層構造を有する上部層が、すぐれた密着性とともにすぐれた高温硬さを具備するようになることから、特に最大層厚で３０μｍに厚膜化した状態で、高速切削条件で切削加工を行っても、上記蒸着α型Ａｌ₂Ｏ₃標準層とＴｉ化合物層とを交互積層した従来被覆サーメット工具に比して、一段と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、工具基体の表面に、
（ａ）下部層が、ＴｉＣ層、ＴｉＮ層、ＴｉＣＮ層、ＴｉＣＯ層、およびＴｉＣＮＯ層のうちの１層または２層以上からなり、かつ３〜２０μｍの全体平均層厚を有するＴｉ化合物層、

（ｂ）上部層が、第１単位層と第２単位層との交互積層構造からなり、かつ６〜３０μｍの全体平均層厚を有する第１単位層と第２単位層、
以上（ａ）および（ｂ）で構成された硬質被覆層を蒸着形成してなる表面被覆サーメット製切削工具において、
上記第１単位層は、化学蒸着した状態でα型の結晶構造を有するα型酸化アルミニウム層から構成され、また、上記第２単位層は、Ｔｉの炭化物層、窒化物層、炭窒化物層、炭酸化物層および炭窒酸化物層のうちの１種または２種以上からなるＴｉ化合物層から構成され、第１単位層と第２単位層は、それぞれ１．５〜５μｍの平均層厚を有し、かつ、第１単位層と第２単位層とからなる上記交互積層構造は、第１単位層と第２単位層とを少なくとも４層以上交互に積層することによって構成され、さらに、電界放出型走査電子顕微鏡を用い、上記工具基体の表面研磨面の測定範囲内に存在する六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（０００１）面の法線がなす傾斜角を測定し、前記測定傾斜角のうちの４５〜９０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で現した場合、
上記第１単位層は、７５〜８５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７５〜８５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こと、

を特徴とする硬質被覆層が高速切削で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に特徴を有するものである。

以下に、この発明の被覆サーメット工具の硬質被覆層の構成層に関し、上記の通りに数値限定した理由を説明する。
（ａ）Ｔｉ化合物層（下部層）
Ｔｉ化合物層は、基本的には交互積層構造の上部層を構成する第１単位層と第２単位の下部層として存在し、自身の具備するすぐれた高温強度によって硬質被覆層が高温強度を具備するようにするほか、工具基体と上部層を構成する第１単位層と第２単位層のいずれにも強固に密着し、よって硬質被覆層の工具基体に対する密着性向上に寄与する作用を有するが、その平均層厚が３μｍ未満では、前記作用を十分に発揮させることができず、一方その平均層厚が２０μｍを越えると、特に高熱発生を伴なう高速切削では熱塑性変形を起し易くなり、これが偏摩耗の原因となることから、その平均層厚を３〜２０μｍと定めた。

（ｂ）第１および第２単位層（上部層）
上記の通り、第１単位層（蒸着α型Ａｌ₂Ｏ₃改質層）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、化学蒸着装置における反応雰囲気圧力を、上記の通り２０〜３０ｋＰａの範囲内で変化させると、傾斜角区分の７５〜８５度の範囲内で変化すると共に、前記７５〜８５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るものであり（この場合前記反応雰囲気圧力を調整しても６５％以上の度数割合を占めるようにすることはできない）、したがって、前記反応雰囲気圧力が前記範囲から低い方に外れても、また高い方に外れても、測定傾斜角の最高ピーク位置は７５〜８５度の範囲から外れてしまうと共に、これに対応して傾斜角度数分布グラフにおける前記７５〜８５度の範囲内に存在する度数の割合も度数全体の４５％未満となってしまい、所望のすぐれた高温硬さを確保することができないものとなる。
また、第１単位層（蒸着α型Ａｌ₂Ｏ₃改質層）および第２単位層（交互積層されるＴｉ化合物層）のもつそれぞれの特性、すなわち高温強度および高温硬さを上部層に十分に、かつ層厚全体に亘って均一に具備させ、かつ、第１単位層（蒸着α型Ａｌ₂Ｏ₃改質層）と第２単位層（交互積層されるＴｉ化合物層）との交互積層構造の密着性を確保するためには、前記各単位層のそれぞれの平均層厚を１．５〜５μｍにして、４層以上の交互積層構造とする必要があり、したがって平均層厚が前記範囲から外れた場合、あるいは、交互積層数が４層未満であった場合には、前記特性のうちの少なくともいずれかの特性が低下し、所望のすぐれた高温硬さ、高温強度および密着性をバランス良く具備せしめることができない。
さらに、上部層全体の平均層厚が６μｍ未満では、これのもつすぐれた特性を長期に亘って十分に発揮させることができず、一方その平均層厚が３０μｍを越えて厚くなりすぎると、切刃部にチッピング（微少欠け）が発生し易くなることから、その全体平均層厚を６〜３０μｍと定めた。

なお、切削工具の使用前後の識別を目的として、黄金色の色調を有するＴｉＮ層を、必要に応じて硬質被覆層の最表面層として蒸着形成してもよいが、この場合の平均層厚は０．１〜１μｍでよく、これは０．１μｍ未満では、十分な識別効果が得られず、一方前記ＴｉＮ層による前記識別効果は１μｍまでの平均層厚で十分であるという理由からである。

この発明の被覆サーメット工具は、硬質被覆層の上部層を厚膜化した状態で、各種の鋼や鋳鉄などの切削加工を高速で行っても、前記第１単位層（蒸着α型Ａｌ₂Ｏ₃改質層）がすぐれた高温硬さを有するとともに、第２単位層（交互積層されるＴｉ化合物層）によって上部層の交互積層構造の密着性が確保されるため、硬質被覆層はすぐれた耐摩耗性を発揮し、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、ＺｒＣ粉末、ＶＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、Ｃｒ₃Ｃ₂粉末、ＴｉＮ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、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、９８ＭＰａの圧力で所定形状の圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を５Ｐａの真空中、１３７０〜１４７０℃の範囲内の所定の温度に１時間保持の条件で真空焼結し、焼結後、切刃部にＲ：０．０７ｍｍのホーニング加工を施すことによりＩＳＯ・ＣＮＭＧ１２０４０８に規定するスローアウエイチップ形状をもったＷＣ基超硬合金製の工具基体Ａ〜Ｆをそれぞれ製造した。

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、９８ＭＰａの圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を１．３ｋＰａの窒素雰囲気中、温度：１５４０℃に１時間保持の条件で焼結し、焼結後、切刃部分にＲ：０．０７ｍｍのホーニング加工を施すことによりＩＳＯ規格・ＣＮＭＧ１２０４１２のチップ形状をもったＴｉＣＮ基サーメット製の工具基体ａ〜ｆを形成した。

ついで、これらの工具基体Ａ〜Ｆおよび工具基体ａ〜ｆのそれぞれを、通常の化学蒸着装置に装入し、
（ａ）まず、表３（表３中のｌ−ＴｉＣＮは特開平６−８０１０号公報に記載される縦長成長結晶組織をもつＴｉＣＮ層の形成条件を示すものであり、これ以外は通常の粒状結晶組織の形成条件を示すものである）に示される条件にて、表５，６に示される目標層厚のＴｉ化合物層を硬質被覆層の下部層として蒸着形成し、
（ｂ）ついで、表４に示される条件にて、表５、６に示される組み合わ、目標層厚および交互積層数で、第１単位層である蒸着α型Ａｌ₂Ｏ₃改質層（ａ）〜（ｊ）を蒸着形成し、
（ｃ）また、表３に示される条件にて、表５、６に示される組み合わ、目標層厚および交互積層数で、第２単位層であるＴｉ化合物層（１）〜（８）を蒸着形成し、本発明被覆サーメット工具１〜１３をそれぞれ製造した。

また、比較の目的で、硬質被覆層の上部層である蒸着α型Ａｌ₂Ｏ₃層を、表４に示される蒸着α型Ａｌ₂Ｏ₃標準層（１）〜（８）の形成条件（上記の通り、前記標準層（１）〜（８）の形成条件は蒸着α型Ａｌ₂Ｏ₃層の形成条件と同一である）にて、表７、８に示される組み合わせおよび目標層厚で形成する以外は、上記の本発明被覆サーメット工具１〜１３と同一の条件で従来被覆サーメット工具１〜１３をそれぞれ製造した。

ついで、上記の本発明被覆サーメット工具１〜１３の硬質被覆層の上部層を構成する第１および第２単位層と、従来被覆サーメット工具１〜１３の上部層を構成する蒸着α型Ａｌ₂Ｏ₃標準層について、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、上記の本発明被覆サーメット工具１〜１３の上部層の第１単位層および第２単位層について、それぞれの表面をそれぞれ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、それぞれの前記表面研磨面の測定範囲内に存在する六方晶結晶格子を有する結晶粒個々に照射して、電子後方散乱回折像装置を用い、３０×５０μｍの領域を０．１μｍ／ｓｔｅｐの間隔で、前記研磨面の法線に対して、前記結晶粒の結晶面である（０００１）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の４５〜９０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。
また、従来被覆サーメット工具１〜１３の蒸着α型Ａｌ₂Ｏ₃標準層（上記の通り上記標準層（１）〜（８）のいずれかに相当）についても、表面研磨面を同一の条件で観察し、同一の条件で傾斜角度数分布グラフを作成した。

この結果得られた各種の蒸着α型Ａｌ₂Ｏ₃層の傾斜角度数分布グラフにおいて、表５〜８にそれぞれ示される通り、本発明被覆サーメット工具１〜１３の上部層を構成する第１単位層（蒸着α型Ａｌ₂Ｏ₃改質層）は、（０００１）面の測定傾斜角の分布が、それぞれ７５〜８５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、従来被覆サーメット工具１〜１３の蒸着α型Ａｌ₂Ｏ₃標準層は、（０００１）面の測定傾斜角の分布が４５〜９０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５〜８には、上記の各種の蒸着α型Ａｌ₂Ｏ₃層の傾斜角度数分布グラフにおいて、それぞれ７５〜８５度の範囲内の傾斜角区分に存在する全傾斜角度数の傾斜角度数分布グラフ全体に占める割合を示した。
なお、図２は、本発明被覆サーメット工具１の上部層を構成する第１単位層（蒸着α型Ａｌ₂Ｏ₃改質層）の傾斜角度数分布グラフ、図３は従来被覆サーメット工具１の上部層を構成する蒸着α型Ａｌ₂Ｏ₃標準層の４５〜９０度の傾斜角区分を示す傾斜角度数分布グラフである。

また、この結果得られた本発明被覆サーメット工具１〜１３および従来被覆サーメット工具１〜１３の硬質被覆層の構成層の厚さを、走査型電子顕微鏡を用いて測定（縦断面測定）したところ、いずれも目標層厚と実質的に同じ平均層厚（５点測定の平均値）を示した。

つぎに、上記の本発明被覆サーメット工具１〜１３および従来被覆サーメット工具１〜１３各種の被覆サーメット工具について、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、
被削材： ＪＩＳ−Ｓ３５Ｃ、
切削速度：４５０ ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：１．５ ｍｍ、
送り： ０．３ ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間： １０ 分、
の条件（切削条件Ａという）での炭素鋼の乾式連続高速切削試験（通常の切削速度は ２００ｍ／ｍｉｎ．）、
被削材： ＪＩＳ−ＳＮＣＭ４３９、
切削速度：４００ ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：１．５ ｍｍ、
送り： ０．２５ ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間： ９ 分、
の条件（切削条件Ｂという）での合金鋼の乾式断続高速切削試験（通常の切削速度は ２００ｍ／ｍｉｎ．）、さらに、
被削材： ＪＩＳ−ＦＣ４５０、
切削速度：５００ ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：１．５ ｍｍ、
送り： ０．３０ ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間： ６ 分、
の条件（切削条件Ｃという）での鋳鉄の乾式連続高速切削試験（通常の切削速度は ２００ｍ／ｍｉｎ．）を行い、いずれの切削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９に示した。

表５〜９に示される結果から、本発明被覆サーメット工具１〜１３は、いずれも硬質被覆層の上部層が第１および第２単位層の交互積層構造を有し、かつ前記第１単位層(蒸着α型Ａｌ₂Ｏ₃改質層)が、（０００１）面の傾斜角度数分布グラフで７５〜８５度の範囲内の傾斜角区分で最高ピークを示し、この結果として相対的にすぐれた耐摩耗性を有し、一方第２単位層（Ｔｉ化合物層）が交互積層構造の上部層の密着性を確保していることから、前記上部層の層厚を厚膜化した状態で、鋼や鋳鉄の切削加工を、高速で行っても、すぐれた耐摩耗性を示すのに対して、硬質被覆層の上部層の蒸着α型Ａｌ₂Ｏ₃層が、（０００１）面の測定傾斜角の分布が４５〜９０度範囲内で不偏的で、最高ピークが存在しない傾斜角度数分布グラフを示す蒸着α型Ａｌ₂Ｏ₃標準層で構成された従来被覆サーメット工具１〜１３においては、いずれも前記蒸着α型Ａｌ₂Ｏ₃層の耐摩耗性不足が原因で、高速切削条件では硬質被覆層の摩耗が著しく促進され、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、特に高速切削加工でも硬質被覆層にチッピングの発生なく、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。

硬質被覆層の上部層を構成する第１単位層（蒸着α型Ａｌ₂Ｏ₃改質層）における結晶粒の（０００１）面を測定する場合の傾斜角の測定範囲を示す概略説明図である。 本発明被覆サーメット工具１の硬質被覆層の上部層を構成する第１単位層（蒸着α型Ａｌ₂Ｏ₃改質層）の（０００１）面の傾斜角度数分布グラフである。 従来被覆サーメット工具１の硬質被覆層を構成する蒸着α型Ａｌ₂Ｏ₃標準層の（０００１）面の４５〜９０度の傾斜角区分を示す傾斜角度数分布グラフである。

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工具基体の表面に、
   （ａ）下部層が、Ｔｉの炭化物層、窒化物層、炭窒化物層、炭酸化物層、および炭窒酸化物層のうちの１層または２層以上からなり、かつ３〜２０μｍの全体平均層厚を有するＴｉ化合物層、
   （ｂ）上部層が、第１単位層と第２単位層との交互積層構造からなり、かつ６〜３０μｍの全体平均層厚を有する第１単位層と第２単位層、
   以上（ａ）および（ｂ）で構成された硬質被覆層を蒸着形成してなる表面被覆サーメット製切削工具において、
   上記第１単位層は、化学蒸着した状態でα型の結晶構造を有するα型酸化アルミニウム層から構成され、また、上記第２単位層は、Ｔｉの炭化物層、窒化物層、炭窒化物層、炭酸化物層および炭窒酸化物層のうちの１種または２種以上からなるＴｉ化合物層から構成され、第１単位層と第２単位層は、それぞれ１．５〜５μｍの平均層厚を有し、かつ、第１単位層と第２単位層とからなる上記交互積層構造は、第１単位層と第２単位層とを少なくとも４層以上交互に積層することによって構成され、さらに、電界放出型走査電子顕微鏡を用い、上記工具基体の表面研磨面の測定範囲内に存在する六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（０００１）面の法線がなす傾斜角を測定し、前記測定傾斜角のうちの４５〜９０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で現した場合、
   上記第１単位層は、７５〜８５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７５〜８５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こと、
   
   を特徴とする硬質被覆層が高速切削で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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