JP2010207917A - 表面被覆切削工具 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｎｉ基合金、Ｃｏ基合金などの耐熱合金の高速切削条件下で、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切削工具を提供する。
【解決手段】工具基体表面に、薄層Ａと薄層Ｂと薄層Ｃの積層構造からなり、かつ、薄層Ｂと薄層Ｃが薄層Ａを介して交互に積層されてなる硬質被覆層を蒸着形成した表面被覆切削工具において、薄層Ａは、（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層あるいは（Ｔｉ，Ａｌ，Ｓｉ）Ｎ層のいずれか、薄層Ｂは、（Ｃｒ，Ａｌ）Ｎ層あるいは（Ｃｒ，Ａｌ，Ｓｉ）Ｎ層のいずれか、また、上記薄層Ｃは、（Ｔｉ，Ｓｉ）Ｎ層からなる。
【選択図】 なし

Description

この発明は、Ｎｉ基合金、Ｃｏ基合金等の耐熱合金の切削加工を、高い発熱を伴う高速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切削工具（以下、被覆工具という）に関するものである。

一般に、被覆工具には、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、前記被削材の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、さらに前記被削材の面削加工や溝加工、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、具体的な被覆工具としては、例えば、炭化タングステン（以下、ＷＣで示す）基超硬合金で構成された工具基体の表面に、まず、ＣｒとＡｌ系の複合窒化物層（以下、（Ｃｒ，Ａｌ）Ｎ層という）を形成し、ついで、ＴｉとＳｉ系の複合窒化物層（以下、（Ｔｉ，Ｓｉ）Ｎ層という）を形成し、さらに、上記（Ｃｒ，Ａｌ）Ｎ層と上記（Ｔｉ，Ｓｉ）Ｎ層との形成を繰り返し行ない、上記各層の交互積層構造からなる硬質被覆層を蒸着形成した被覆工具（以下、従来被覆工具という）が知られており、この従来被覆工具が、合金鋼、工具鋼、Ｔｉ合金等の切削加工においてすぐれた耐チッピング性を示すことも知られている。

そして、上記の従来被覆工具は、例えば、蒸着形成する硬質被覆層の種類に応じた成分組成を有するＣｒ−Ａｌ系合金及びＴｉ−Ｓｉ系合金からなる複数のカソード電極（蒸発源）を配置したアークイオンプレーティング装置において、装置内に工具基体を装入し、装置内を窒素ガス反応雰囲気とし、また、加熱した状態で、複数のカソード電極（蒸発源）とアノード電極との間に、順次、アーク放電を発生させ、上記工具基体には、バイアス電圧を印加した条件で、工具基体の表面に、（Ｃｒ，Ａｌ）Ｎ層と（Ｔｉ，Ｓｉ）Ｎ層とを交互に順次蒸着形成することにより製造されることも知られている。

特開２００８−１８８６８９号公報

近年の切削加工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、切削加工はますます高速化の傾向にあり、さらに、各種の被削材に対する切削工具の汎用化も求められているが、上記の従来被覆工具においては、これを、合金鋼、工具鋼、Ｔｉ合金等の切削加工に用いた場合には特段の問題は生じないが、例えば、Ｎｉ基合金、Ｃｏ基合金等の耐熱合金の高熱発生を伴う高速切削加工に用いた場合には、被削材である耐熱合金の熱伝導率が低いため、切削熱によって切削工具の刃先の表面温度が高くなるとともに、高温下における（Ｃｒ，Ａｌ）Ｎ層と（Ｔｉ，Ｓｉ）Ｎ層の層間付着強度が十分でないために、工具刃先のチッピング等が発生しやすくなり、その結果、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、Ｎｉ基合金、Ｃｏ基合金等の耐熱合金の高熱発生を伴う高速切削加工に用いたような場合にも、硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する被覆工具を開発すべく、鋭意研究を行った結果、次のような知見を得た。

（ａ）上記の従来被覆工具の交互積層の一つの層を構成する（Ｃｒ，Ａｌ）Ｎ層におけるＡｌ成分には高温硬さを向上させ、また、Ｃｒ成分には、高温安定性を向上させる作用があり、また、交互積層の他の層を構成する（Ｔｉ，Ｓｉ）Ｎ層におけるＴｉ成分には高温靭性、高温強度を向上させる作用があり、また、Ｓｉ成分は耐酸化性を向上させ、酸化による層の硬度低下を抑制するとともに、上記（Ｃｒ，Ａｌ）Ｎ層との交互積層を構成することにより硬さも向上させ、さらに、交互積層構造からなる層構成によって各層の結晶粒の粗大化も防止されるため、（Ｃｒ，Ａｌ）Ｎ層と（Ｔｉ，Ｓｉ）Ｎ層の交互積層構造からなる硬質被覆層を設けることにより、通常の切削条件では、耐酸化性、耐摩耗性の改善が見られる。
しかし、Ｎｉ基合金、Ｃｏ基合金等の耐熱合金の高速切削においては、切刃表面温度が高温になり、そして、高温下における（Ｃｒ，Ａｌ）Ｎ層と（Ｔｉ，Ｓｉ）Ｎ層の層間付着強度は十分でないため、切刃部の欠損、チッピング、剥離等の発生が生じやすく、そのため、充分に満足できる工具寿命は得られなかった。

（ｂ）そこで、本発明者等は、交互積層を構成する（Ｃｒ，Ａｌ）Ｎ層と（Ｔｉ，Ｓｉ）Ｎ層の層間に、そのいずれの層に対しても層間付着強度の高い（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層を介在させた状態で交互積層を構成したところ、介在形成された該（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層は、切刃表面、工具基体温度が高温になった場合でも、（Ｃｒ，Ａｌ）Ｎ層、（Ｔｉ，Ｓｉ）Ｎ層のいずれに対しても層間付着強度の低下を生じることなく、その結果、（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層を介在して構成された（Ｃｒ，Ａｌ）Ｎ層と（Ｔｉ，Ｓｉ）Ｎ層の交互積層からなる硬質被覆層は、すぐれた耐チッピング性を発揮することを見出した。

（ｃ）さらに、本発明者等は、（Ｃｒ，Ａｌ）Ｎ層と（Ｔｉ，Ｓｉ）Ｎ層とが、上記（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層を介して交互に積層された硬質被覆層はすぐれた層間密着強度を有するものの、硬質被覆層全体としてその硬度をさらに高め、耐摩耗性のより一層の改善を図るべく、上記（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層、（Ｃｒ，Ａｌ）Ｎ層の構成成分の一部をＳｉで置換したところ、すぐれた耐チッピング性に加え、すぐれた耐摩耗性が発揮されることを見出した。

この発明は、上記の知見に基づいてなされたものであって、
「（１） 工具基体表面に硬質被覆層が蒸着形成された表面被覆切削工具において、該硬質被覆層は、少なくとも、それぞれ０．００３〜０．０２μｍの層厚を有する薄層Ａと薄層Ｂと薄層Ｃの積層構造からなり、かつ、薄層Ｂと薄層Ｃは、その層間に薄層Ａを介在して交互に積層されており、さらに、
（ａ）上記薄層Ａは、
組成式：［Ｔｉ_１−ＸＡｌ_Ｘ］Ｎ
で表した場合、Ｘは０．４０〜０．７０（但し、原子比）を満足するＴｉとＡｌの複合窒化物層、
（ｂ）上記薄層Ｂは、
組成式：［Ｃｒ_１−ＰＡｌ_Ｐ］Ｎ
で表した場合、Ｐは０．４０〜０．７５（但し、原子比）を満足するＣｒとＡｌの複合窒化物層、
（ｃ）上記薄層Ｃは、
組成式：［Ｔｉ_１−ＵＳｉ_Ｕ］Ｎ
で表した場合、Ｕは０．０１〜０．３０（但し、原子比）を満足するＴｉとＳｉの複合窒化物層、
であることを特徴とする表面被覆切削工具。
（２） 前記（１）に記載の表面被覆切削工具において、
上記薄層Ａが、
組成式：［Ｔｉ_{１−Ｘ−Ｙ}Ａｌ_ＸＳｉ_Ｙ］Ｎ
で表した場合、Ｘは０．４０〜０．７０かつＹは０．０１〜０．１（但し、Ｘ、Ｙはいずれも原子比）を満足するＴｉとＡｌとＳｉの複合窒化物層であることを特徴とする前記（１）に記載の表面被覆切削工具。
（３） 前記（１）または（２）のいずれかに記載の表面被覆切削工具において、
上記薄層Ｂが、
組成式：［Ｃｒ_{１−Ｐ−Ｑ}Ａｌ_ＰＳｉ_Ｑ］Ｎ
で表した場合、Ｐは０．４０〜０．７５かつＱは０．０１〜０．１（但し、Ｐ、Ｑはいずれも原子比）を満足するＣｒとＡｌとＳｉの複合窒化物層であることを特徴とする前記（１）または（２）のいずれかに記載の表面被覆切削工具。」
に特徴を有するものである。

まず、請求項１の発明の被覆工具の硬質被覆層に関し、詳細に説明する。

薄層Ａ：
薄層Ｂと薄層Ｃの層間に介在形成される薄層Ａ（（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層）は、強度にすぐれ、かつ、薄層Ｂ、薄層Ｃのいずれとも層間密着性にすぐれることから、薄層Ａ、薄層Ｂ、薄層Ｃの積層構造からなる硬質被覆層全体としての層間密着性、強度を高める。
（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層からなる薄層Ａを、
組成式：［Ｔｉ_１−ＸＡｌ_Ｘ］Ｎ
で表した場合、Ｘは０．４０〜０．７０（但し、原子比）を満足するＴｉとＡｌの複合窒化物層であり、Ａｌの含有割合を示すＸの値（但し、原子比）が、０．４０未満であると、薄層Ａの有する高温硬さが不十分となり、一方、Ｘの値が０．７０を超えると、薄層Ａの高温靭性、高温強度が低下するようになるので、Ｘの値は、０．４０〜０．７０（但し、原子比）と定めた。

薄層Ｂ：
（Ｃｒ，Ａｌ）Ｎ層からなる薄層Ｂは、比較的高硬度を有し、かつ、最も高温安定性の高い層であることから、Ｎｉ基合金、Ｃｏ基合金等の耐熱合金の高速切削加工時の高温下でも、特に、基体成分であるＣｏの硬質被覆層中への拡散を抑制し、層の特性劣化を防止する。
（Ｃｒ，Ａｌ）Ｎ層からなる薄層Ｂを、
組成式：［Ｃｒ_１−ＰＡｌ_Ｐ］Ｎ
で表した場合、Ｐは０．４０〜０．７５（但し、原子比）を満足するＣｒとＡｌの複合窒化物層であり、Ａｌ成分には高温硬さ、同Ｃｒ成分には高温靭性、高温強度を向上させると共に、ＡｌおよびＣｒが共存含有した状態で耐酸化性を向上させる作用があるが、Ａｌの含有割合を示すＰの値（但し、原子比）が、０．４０未満であると、薄層Ｂの有する高温硬さが不十分となり、一方、Ｐの値が０．７５を超えると、薄層Ｂの高温靭性、高温強度が低下するようになるので、Ｐの値は、０．４０〜０．７５（但し、原子比）と定めた。

薄層Ｃ：
（Ｔｉ，Ｓｉ）Ｎ層からなる薄層Ｃは、Ｓｉ成分によって、耐酸化性が向上し、その結果、Ｎｉ基合金、Ｃｏ基合金等の耐熱合金の高速切削における高温下においても、すぐれた高硬度を維持する。
（Ｔｉ，Ｓｉ）Ｎ層からなる薄層Ｃを、
組成式：［Ｔｉ_１−ＵＳｉ_Ｕ］Ｎ
で表した場合、Ｕは０．０１〜０．３０（但し、原子比）を満足するＴｉとＳｉの複合窒化物層からなるが、Ｓｉの含有割合を示すＵの値（但し、原子比）が、０．０１未満であると、薄層Ｃの有する高温硬さが不十分となり、一方、Ｕの値が０．３０を超えると、薄層Ｃの高温靭性、高温強度が低下するようになることから、Ｕの値は、０．０１〜０．３０（但し、原子比）と定めた。

薄層Ａ、薄層Ｂ、薄層Ｃの層厚：
薄層Ｂと薄層Ｃの交互積層を構成した場合には、下部層の交互積層の場合と同様、それぞれの層が隣接して組成の異なる層を形成することにより、それぞれの層の粒子の成長の粗大化が防止され、粒子の微細化が図られ、膜強度が向上することで耐欠損性、耐チッピング性が向上するが、層間密着強度が十分でないことから、薄層Ａを、薄層Ｂと薄層Ｃの層間に介在形成し、層間密着強度の向上を図る。
ただ、薄層Ａ、薄層Ｂ及び薄層Ｃのそれぞれの層厚が０．００３μｍ未満であると、各薄層を所定組成のものとして明確に形成することが困難であるばかりか、各薄層の有する上記のすぐれた特性を発揮することができず、一方、それぞれの層厚が０．０２μｍを超えると、粒子の粗大化による膜強度の低下により、耐欠損性、耐チッピング性が低下することから、薄層Ａ、薄層Ｃのそれぞれの層厚を、０．００３〜０．０２μｍと定めた。
また、薄層Ａを、薄層Ｂと薄層Ｃの層間に介在形成し、交互積層構造として構成される本発明の硬質被覆層は、その合計層厚が１μｍ未満では、長期の使用に亘る工具寿命の長寿命化を期待することはできず、一方、その合計層厚が８μｍを超えると、チッピング、 欠損を発生しやすくなるので、薄層Ａ、薄層Ｂ及び薄層Ｃの積層構造からなる硬質被覆層の合計層厚は１〜８μｍとすることが望ましい。

つぎに、請求項２の発明の被覆工具の硬質被覆層について説明する。
（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層からなる薄層Ａは、強度、層間密着性にすぐれる層であるが、薄層Ａの構成成分であるＴｉの一部をＳｉで置換し、
組成式：［Ｔｉ_{１−Ｘ−Ｙ}Ａｌ_ＸＳｉ_Ｙ］Ｎ
で表した場合、Ｘは０．４０〜０．７０かつＹは０．０１〜０．１（但し、Ｘ、Ｙはいずれも原子比）を満足するＴｉとＡｌとＳｉの複合窒化物層で薄層Ａを構成すると、薄層Ａは、すぐれた耐酸化性と高硬度を備えるようになるため、Ｎｉ基合金、Ｃｏ基合金等の耐熱合金の高速切削加工という高温条件下ですぐれた耐チッピング性とともにすぐれた摩耗性を示す。
Ｓｉの含有割合を示すＹ値（但し、原子比）が０．０１未満の場合には、耐酸化性の向上を期待できず、一方、Ｙ値が０．１を超えるような場合には、高温硬さが低下することから、Ｓｉ成分の含有割合を示すＹ値を、０．０１〜０．１と定めた。

つぎに、請求項３の発明の被覆工具の硬質被覆層について説明する。
（Ｃｒ，Ａｌ）Ｎ層からなる薄層Ｂは、前記したとおり、比較的高硬度を有し、かつ、最も高温安定性の高い層であるが、薄層Ｂの構成成分であるＣｒの一部をＳｉで置換し、
組成式：［Ｃｒ_{１−Ｐ−Ｑ}Ａｌ_ＰＳｉ_Ｑ］Ｎ
で表した場合、Ｐは０．４０〜０．７５かつＱは０．０１〜０．１（但し、Ｐ、Ｑはいずれも原子比）を満足するＣｒとＡｌとＳｉの複合窒化物層で薄層Ｂを構成すると、Ｓｉ成分が高温硬さと耐熱塑性変形性を向上させる作用があるため、Ｎｉ基合金、Ｃｏ基合金等の耐熱合金の高速切削加工という高温条件下ですぐれた耐チッピング性とともにすぐれた摩耗性を示すようになる。
ただ、Ｓｉの含有割合を示すＱ値（原子比）が０．０１未満では、高温硬さと耐熱塑性変形性の改善による耐摩耗性の向上効果を期待できず、一方、Ｑ値が０．１を越えると、耐摩耗性向上効果に低下傾向がみられるようになることから、Ｑ値を０．０１〜０．１と定めた。

この発明の表面被覆切削工具は、硬質被覆層が、薄層Ａを介して、薄層Ｂと薄層Ｃが交互に積層された構造からなり、各層間の密着強度が高められていることから、Ｎｉ基合金、Ｃｏ基合金等の耐熱合金の高速切削加工において、すぐれた耐チッピング性を発揮するものである。
また、薄層Ａ、薄層Ｂの構成成分の一部をＳｉで置換することによって、Ｎｉ基合金、Ｃｏ基合金等の耐熱合金の高速切削加工でも、すぐれた耐チッピング性に加え、すぐれた耐摩耗性を長期に亘って発揮するものである。

この発明の被覆工具を構成する硬質被覆層を形成するのに用いたアークイオンプレーティング装置を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は概略正面図である。 比較被覆工具を構成する硬質被覆層を形成するのに用いたアークイオンプレーティング装置を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は概略正面図である。

つぎに、この発明の被覆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、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、Ｃｒ_３Ｃ_２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：０．０２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Ａ−１〜Ａ−５を形成した。

（ａ）ついで、上記の工具基体Ａ−１〜Ａ−５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１に示されるアークイオンプレーティング装置内の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外周部にそって装着し、カソード電極（蒸発源）として、それぞれ表２に示される目標組成に対応した成分組成をもった薄層Ａ（（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層あるいは（Ｔｉ，Ａｌ，Ｓｉ）Ｎ層）形成用のＴｉ−Ａｌ（−Ｓｉ）合金、薄層Ｂ（（Ｃｒ，Ａｌ）Ｎ層あるいは（Ｃｒ，Ａｌ，Ｓｉ）Ｎ層）形成用のＣｒ−Ａｌ（−Ｓｉ）合金、薄層Ｃ（（Ｔｉ，Ｓｉ）Ｎ層）形成用のＴｉ−Ｓｉ合金を前記回転テーブルを挟んで配置する。
なお、Ｔｉ−Ａｌ（−Ｓｉ）合金からなるカソード電極（蒸発源）は、工具基体のボンバード洗浄用にも用いる。
（ｂ）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−１０００Ｖの直流バイアス電圧を印加して、例えば、Ｔｉ−Ａｌ（−Ｓｉ）合金カソード電極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、もって工具基体表面をボンバード洗浄する。
（ｃ）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、Ｔｉ−Ａｌ（−Ｓｉ）合金カソード電極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、もって工具基体の表面に、表２、３に示される目標組成および目標層厚の薄層Ａを蒸着形成する。
（ｄ）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た状態で、Ｃｒ−Ａｌ（−Ｓｉ）合金のカソード電極とアノード電極との間に５０〜２００Ａの範囲内の所定の電流を流してアーク放電を発生させて、前記薄層Ａの上に所定層厚の薄層Ｂを形成し、その後、Ｔｉ−Ａｌ（−Ｓｉ）合金のカソード電極とアノード電極間に同じく５０〜２００Ａの範囲内の所定の電流を流してアーク放電を発生させて、所定層厚の薄層Ａを形成する。
（ｅ）ついで、同じく装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入し、２Ｐａの反応雰囲気を維持したままで、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た状態で、Ｔｉ−Ｓｉ合金のカソード電極とアノード電極との間に５０〜２００Ａの範囲内の所定の電流を流してアーク放電を発生させて、前記薄層Ａ上に所定層厚の薄層Ｃを形成し、
上記（ｃ）〜（ｅ）の工程を繰り返し行ない、工具基体の表面に、表２、３に示される目標組成および目標層厚の、薄層Ａ、薄層Ｂ、薄層Ｃの積層からなり、かつ、薄層Ｂと薄層Ｃは、薄層Ａを介して交互に積層された交互積層構造の硬質被覆層を蒸着形成することにより、ＩＳＯ・ＣＮＭＧ１２０４０８に規定するスローアウエイチップ形状の本発明被覆工具としての本発明被覆チップ１〜１０をそれぞれ製造した。

比較の目的で、これら工具基体Ａ−１〜Ａ−５を、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、それぞれ図２に示されるアークイオンプレーティング装置に装入し、カソード電極（蒸発源）として、それぞれ表４に示される目標組成に対応した成分組成をもったＴｉ−Ａｌ合金及びＴｉ−Ｓｉ合金を装着し、
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、前記工具基体に−１０００Ｖの直流バイアス電圧を印加し、かつカソード電極の前記Ｔｉ−Ａｌ合金（あるいはＴｉ−Ｓｉ合金）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、もって工具基体表面を前記Ｔｉ−Ａｌ合金（あるいはＴｉ−Ｓｉ合金）でボンバード洗浄し、
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、前記Ｔｉ−Ａｌ合金のカソード電極とアノード電極との間に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層を蒸着形成し、
ついで、前記Ｔｉ−Ｓｉ合金のカソード電極とアノード電極との間に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，Ｓｉ）Ｎ層を蒸着形成し、
上記の（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層と（Ｔｉ，Ｓｉ）Ｎ層の蒸着形成を交互に繰り返すことにより、表４に示される目標組成および目標層厚の交互積層からなる硬質被覆層を有し、ＩＳＯ・ＣＮＭＧ１２０４０８に規定するスローアウエイチップ形状の比較被覆工具としての比較被覆チップ１〜５をそれぞれ製造した。

つぎに、上記の各種の被覆チップを、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、本発明被覆チップ１〜１０および比較被覆チップ１〜５について、
被削材：質量％で、Ｎｉ−１９％Ｃｒ−１８．５％Ｆｅ−５．２％Ｃｄ−５％Ｔａ−３％Ｍｏ−０．９％Ｔｉ−０．５％Ａｌ−０．３％Ｓｉ−０．２％Ｍｎ−０．０５％Ｃｕ−０．０４％Ｃの組成を有するＮｉ基合金の長さ方向等間隔４本縦溝入り丸棒、
切削速度： １００ ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み： １．５ ｍｍ、
送り： ０．２５ ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間： ５ 分、
の条件（切削条件Ａ）でのＮｉ基合金の乾式高速断続切削加工試験（通常の切削速度は、３０ｍ／ｍｉｎ．）、
被削材：質量％で、Ｃｏ−２３％Ｃｒ−６％Ｍｏ−２％Ｎｉ−１％Ｆｅ−０．６％Ｓｉ−０．４％Ｃの組成を有するＣｏ基合金の長さ方向等間隔４本縦溝入り丸棒、
切削速度： ８０ ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み： １．５ ｍｍ、
送り： ０．２０ ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間： ５ 分、
の条件（切削条件Ｂ）でのＣｏ基合金の乾式高速断続切削加工試験（通常の切削速度は、２５ｍ／ｍｉｎ．）、
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０．８μｍのＷＣ粉末、同２．３μｍのＣｒ_３Ｃ_２粉末、同１．５μｍのＶＣ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、工具基体形成用丸棒焼結体を形成し、さらに前記の丸棒焼結体から、研削加工にて、切刃部の直径×長さが１０ｍｍ×２２ｍｍの寸法、並びにねじれ角４５度の４枚刃スクエア形状をもったＷＣ基超硬合金製の工具基体（エンドミル）Ｃ−１〜Ｃ−４をそれぞれ製造した。

ついで、これらの工具基体（エンドミル）Ｃ−１〜Ｃ−４の表面をアセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、同じく図１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、層厚方向に沿って表７に示される目標組成および目標層厚の薄層Ａ、薄層Ｂと薄層Ｃからなり、かつ、薄層Ｂと薄層Ｃは、薄層Ａを介して交互に積層された交互積層構造からなる硬質被覆層を蒸着形成することにより、本発明被覆工具としての本発明被覆エンドミル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−４の表面をアセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、同じく図２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（エンドミル）Ｃ−１〜Ｃ−４の表面に、表８に示される目標組成および目標層厚の（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層と（Ｔｉ，Ｓｉ）Ｎ層との交互積層からなる硬質被覆層を蒸着することにより、比較被覆工具としての比較被覆エンドミル１〜４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および比較被覆エンドミル１〜４について、
被削材−平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍの、質量％で、Ｎｉ−１９％Ｃｒ−１４％Ｃｏ−４．５％Ｍｏ−２．５％Ｔｉ−２％Ｆｅ−１．２％Ａｌ−０．７％Ｍｎ−０．４％Ｓｉの組成を有するＮｉ基合金の板材、
切削速度： ６０ ｍ／ｍｉｎ．、
溝深さ（切り込み）： ２．５ ｍｍ、
テーブル送り： ３００ ｍｍ／分、
の条件でのＮｉ基合金の乾式高速溝切削加工試験（通常の切削速度および溝深さは、それぞれ、２５ｍ／ｍｉｎ．および１．２ｍｍ）、
を行い、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、８にそれぞれ示した。

上記の実施例２で製造した丸棒焼結体を用い、この丸棒焼結体から、研削加工にて、溝形成部の直径×長さが８ｍｍ×４８ｍｍの寸法、並びにねじれ角３０度の２枚刃形状をもったＷＣ基超硬合金製の工具基体（ドリル）Ｄ−１〜Ｄ−４をそれぞれ製造した。

ついで、これらの工具基体（ドリル）Ｄ−１〜Ｄ−４の切刃に、ホーニングを施し、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、同じく図１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、層厚方向に沿って表９に示される目標組成および目標層厚の薄層Ａ、薄層Ｂと薄層Ｃからなり、かつ、薄層Ｂと薄層Ｃは、薄層Ａを介して交互に積層された交互積層構造からなる硬質被覆層を蒸着形成することにより、本発明被覆工具としての本発明被覆ドリル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−４の表面に、ホーニングを施し、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、同じく図２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（ドリル）Ｄ−１〜Ｄ−４の表面に、表１０に示される目標組成および目標層厚の（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層と（Ｔｉ，Ｓｉ）Ｎ層との交互積層構造からなる硬質被覆層を蒸着することにより、比較被覆工具としての比較被覆ドリル１〜４をそれぞれ製造した。

つぎに、上記本発明被覆ドリル１〜８および比較被覆ドリル１〜４について、
被削材−平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍの、質量％で、Ｎｉ−１９％Ｃｒ−１８．５％Ｆｅ−５．２％Ｃｄ−５％Ｔａ−３％Ｍｏ−０．９％Ｔｉ−０．５％Ａｌ−０．３％Ｓｉ−０．２％Ｍｎ−０．０５％Ｃｕ−０．０４％Ｃの組成を有するＮｉ基合金の板材、
切削速度： ５０ ｍ／ｍｉｎ．、
送り： ０．３０ ｍｍ／ｒｅｖ、
穴深さ： ２０ ｍｍ、
の条件でのＮｉ基合金の湿式高速穴あけ切削加工試験（通常の切削速度および送りは、それぞれ、２５ｍ／ｍｉｎ．および０．１２ｍｍ／ｒｅｖ）、
を行い（水溶性切削油使用）、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９、１０にそれぞれ示した。

この結果得られた本発明被覆工具としての本発明被覆チップ１〜１０、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の硬質被覆層を構成する薄層Ａ、薄層Ｂ、薄層Ｃ、さらに、比較被覆チップ１〜１０、比較被覆エンドミル１〜８および比較被覆ドリル１〜８の硬質被覆層を構成する（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層と（Ｔｉ，Ｓｉ）Ｎ層の組成を、透過型電子顕微鏡を用いてのエネルギー分散Ｘ線分析法により測定したところ、それぞれ目標組成と実質的に同じ組成を示した。

また、上記の硬質被覆層の平均層厚を走査型電子顕微鏡を用いて断面測定したところ、いずれも目標層厚と実質的に同じ平均値（５ヶ所の平均値）を示した。

表５、７〜１０に示される結果から、本発明被覆工具は、その硬質被覆層が薄層Ａ、薄層Ｂおよび薄層Ｃからなり、かつ、薄層Ｂと薄層Ｃは、薄層Ａを介して交互に積層された交互積層構造を構成していることから、Ｎｉ基合金、Ｃｏ基合金等の耐熱合金の高速切削加工において、高温下でもすぐれた層間密着強度を示し、その結果、すぐれた耐チッピング性を長期に亘って発揮する。
これに対して、硬質被覆層が（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層と（Ｔｉ，Ｓｉ）Ｎ層との交互積層で構成された比較被覆工具においては、Ｎｉ基合金、Ｃｏ基合金等の耐熱合金の高速切削加工では、特に層間密着強度の不足により、チッピングを発生しやすく、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、この発明の被覆工具は、一般鋼や普通鋳鉄などの切削加工は勿論のこと、高い発熱を伴うＮｉ基合金、Ｃｏ基合金等の耐熱合金の高速切削加工に用いた場合でも、長期に亘ってすぐれた耐チッピング性を発揮し、すぐれた切削性能を示すものであるから、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、さらに低コスト化に十分満足に対応できるものである。

Claims (3)

1. 工具基体表面に硬質被覆層が蒸着形成された表面被覆切削工具において、該硬質被覆層は、少なくとも、それぞれ０．００３〜０．０２μｍの層厚を有する薄層Ａと薄層Ｂと薄層Ｃの積層構造からなり、かつ、薄層Ｂと薄層Ｃは、その層間に薄層Ａを介在して交互に積層されており、さらに、
   （ａ）上記薄層Ａは、
   組成式：［Ｔｉ_１−ＸＡｌ_Ｘ］Ｎ
   で表した場合、Ｘは０．４０〜０．７０（但し、原子比）を満足するＴｉとＡｌの複合窒化物層、
   （ｂ）上記薄層Ｂは、
   組成式：［Ｃｒ_１−ＰＡｌ_Ｐ］Ｎ
   で表した場合、Ｐは０．４０〜０．７５（但し、原子比）を満足するＣｒとＡｌの複合窒化物層、
   （ｃ）上記薄層Ｃは、
   組成式：［Ｔｉ_１−ＵＳｉ_Ｕ］Ｎ
   で表した場合、Ｕは０．０１〜０．３０（但し、原子比）を満足するＴｉとＳｉの複合窒化物層、
   であることを特徴とする表面被覆切削工具。
2. 請求項１に記載の表面被覆切削工具において、
   上記薄層Ａが、
   組成式：［Ｔｉ_{１−Ｘ−Ｙ}Ａｌ_ＸＳｉ_Ｙ］Ｎ
   で表した場合、Ｘは０．４０〜０．７０かつＹは０．０１〜０．１（但し、Ｘ、Ｙはいずれも原子比）を満足するＴｉとＡｌとＳｉの複合窒化物層であることを特徴とする請求項１に記載の表面被覆切削工具。
3. 請求項１または２のいずれかに記載の表面被覆切削工具において、
   上記薄層Ｂが、
   組成式：［Ｃｒ_{１−Ｐ−Ｑ}Ａｌ_ＰＳｉ_Ｑ］Ｎ
   で表した場合、Ｐは０．４０〜０．７５かつＱは０．０１〜０．１（但し、Ｐ、Ｑはいずれも原子比）を満足するＣｒとＡｌとＳｉの複合窒化物層であることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の表面被覆切削工具。

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