JP2016165788A - 表面被覆切削工具 - Google Patents

Abstract

【課題】炭素鋼、合金鋼、高硬度鋼等を、高熱発生を伴う高速切削条件で切削した場合にもすぐれた耐摩耗性を発揮する被覆工具を提供する。
【解決手段】ＷＣ基超硬合金、ＴｉＣＮ基サーメットからなる工具基体の表面に総層厚０．５〜１０μｍの硬質被覆層を蒸着形成してなる表面被覆切削工具において、硬質被覆層は、Ａ層とＢ層の交互積層構造からなり、Ａ層は、組成式：（Ａｌ_ａＣｒ_１−ａ）Ｎ（ただし、ａは原子比）で表した場合に、０．５０≦ａ≦０．７０を満足し、Ｂ層は、組成式：（Ａｌ_ｂＣｒ_１−ｂ）Ｎ（ただし、ｂは原子比）で表した場合に、０．７５≦ｂ≦０．９９を満足し、Ａ層の一層当たりの層厚をｘ（ｎｍ）、Ｂ層の一層当たりの層厚をｙ（ｎｍ）としたとき、５ｙ≧ｘ≧３ｙ、かつ、２５０（ｎｍ）≧ｘ＋ｙ≧１００（ｎｍ）を満足する表面被覆切削工具
【選択図】図１

Description

本発明は、表面被覆切削工具（以下、被覆工具という）に関し、さらに詳しくは、例えば、炭素鋼、合金鋼、高硬度鋼等の高熱発生を伴う高速切削加工において、硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する被覆工具に関するものである。

一般に、被覆工具には、各種の鋼や高硬度鋼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インサート、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、またインサートを着脱自在に取り付けてソリッドタイプのエンドミルと同様に切削加工を行うインサート式エンドミル工具などが知られている。
そして、耐摩耗性に優れるという点から、炭化タングステン基超硬合金、炭窒化チタン基サーメット等からなる工具基体の表面に、物理蒸着の一種であるアークイオンプレーティング法により、ＡｌとＣｒの複合窒化物（以下、（Ａｌ，Ｃｒ）Ｎで示す）を硬質被覆層として被覆形成した被覆工具が従来から知られている。

例えば、特許文献１には、基体の表面に、組成（Ａｌ_ｙＣｒ_１−ｙ）Ｘの少なくとも１層を硬質被覆層として被覆した切削工具であって、Ｘは、Ｎ、Ｃ、Ｂ、ＣＮ、ＢＮ、ＣＢＮ、ＮＯ、ＣＯ、ＢＯ、ＣＮＯ、ＢＮＯまたはＣＢＮＯであり、かつ、ｙは０．２≦ｙ＜０．７を満足することにより、六方晶構造が形成されず、立方晶構造の硬質被覆層であって、耐摩耗性を改善した被覆工具が提案されている。

そして、前記特許文献１で提案されている被覆工具の硬質被覆層は、例えば、図２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工具基体を装入し、ヒーターで工具基体を、４５０〜５００℃の温度に加熱した状態で、アノード電極と所定組成を有するＡｌ−Ｃｒ合金がセットされたカソード電極（蒸発源）との間に、電流：９０〜１００Ａの条件で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窒素雰囲気とし、一方、前記工具基体には、例えば、−１００〜−２００Ｖのバイアス電圧を印加した条件で、工具基体の表面に蒸発した粒子を蒸着させることにより（Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ層からなる硬質被覆層が形成されることも知られている。

特許文献２には、切削工具基体の表面に、硬質被覆層が蒸着形成された被覆工具において、硬質被覆層は、（Ｃｒ，Ａｌ）Ｎ層または（Ｃｒ，Ａｌ，Ｍ）Ｎ層（但し、Ｍは、ＳｉまたはＢから選ばれる１種または２種の元素）を備え、該（Ｃｒ，Ａｌ）Ｎ層、（Ｃｒ，Ａｌ，Ｍ）Ｎ層は、立方晶構造からなる薄層Ａと、立方晶構造と六方晶構造の混在する薄層Ｂの交互積層構造から構成され、各層におけるＡｌ含有割合を原子比Ｘで表した場合、薄層ＡにおけるＸは０．２５≦Ｘ≦０．６５、一方、薄層ＢにおけるＸは０．７５≦Ｘ≦０．９５とすることにより、高速切削加工において、潤滑性と耐摩耗性にすぐれた被覆工具が提案されている。

そして、前記特許文献２で提案されている被覆工具の硬質被覆層は、例えば、図１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工具基体を装入し、一方側のカソード電極（蒸発源）として、所定成分組成の薄層Ａ形成用Ｃｒ−Ａｌ−Ｍ合金、他方側のカソード電極（蒸発源）として、同じく所定成分組成をもった薄層Ｂ形成用Ｃｒ−Ａｌ−Ｍ合金を前記回転テーブルを挟んで対向配置し、それぞれのカソード電極（蒸発源）で、アーク放電を交互に繰り返し行うことにより、立方晶構造からなる薄層Ａと、立方晶構造と六方晶構造の混在する薄層Ｂの交互積層構造が形成されることも知られている。

特表２００６−５２４７４８号公報 特開２００９−１０１４７４号公報

近年の切削加工装置の自動化はめざましく、一方で切削加工に対する省力化および省エネ化、さらには低コスト化の要求は強く、これに伴い、切削加工は高速化の傾向にあるが、上記従来の被覆工具においては、これを炭素鋼、合金鋼などの通常の切削加工条件で行うのに用いた場合には、格別の問題はないが、これを、特に高熱発生を伴う高速切削加工条件で行うのに用いた場合には、硬質被覆層の耐熱性不足、硬さ不足が原因で、摩耗進行がきわめて速く、このため比較的短時間で使用寿命に至るのが現状である。

そこで、本発明者は、前述のような観点から、炭素鋼、合金鋼、高硬度鋼等の高熱発生を伴う高速切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐摩耗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、以下の知見を得た。

（Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ層において、その構成成分であるＡｌは、高温硬さと耐熱性を向上させ、Ｃｒは、耐溶着性と高温強度を向上させ、かつ、Ａｌ成分との共存含有によって、高温耐酸化性向上にも寄与し、その結果、（Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ層は、すぐれた高温硬さと高温強度を示す。
しかし、（Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ層を、
組成式：（Ａｌ_ｂＣｒ_１−ｂ）Ｎ
で表した時、Ａｌ含有割合を示すｂの値（但し、原子比）が０．７５以上になると、通常は、六方晶構造の（Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ結晶粒が形成されるようになる（例えば、前記特許文献１，２参照）ため、（Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ層全体としての硬度が低下し、その結果、耐摩耗性が低下する。
そこで、本発明者は、Ａｌ含有割合を示すｂの値（但し、原子比）が０．７５以上である（Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ層（以下、「Ｂ層」という場合もある）を単層として形成するのではなく、Ｂ層よりもＡｌ含有割合が少ない立方晶構造を有する（Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ層（以下、「Ａ層」という場合もある）との交互積層構造として形成し、しかも、上記Ａ層およびＢ層の層厚を、それぞれ適正範囲にコントロールすることによって、Ｂ層の結晶構造を六方晶ではなく立方晶構造に維持し得ることを見出したのである。
つまり、Ａｌ含有割合を高めた場合でも、（Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ層全体を立方晶構造とすることができるため、得られた硬質被覆層は高硬度を有すると同時に耐熱性にすぐれ、これを工具基体表面に被覆形成した被覆工具は、炭素鋼、合金鋼、高硬度鋼等の高熱発生を伴う高速切削加工ですぐれた耐摩耗性を発揮することを見出したのである。

本発明は、上記知見に基づいてなされたものであって、
「（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総層厚０．５〜１０μｍの硬質被覆層を蒸着形成してなる表面被覆切削工具において、
（ａ）前記硬質被覆層は、Ａ層とＢ層の交互積層構造からなり、
（ｂ）前記Ａ層は、組成式：（Ａｌ_ａＣｒ_１−ａ）Ｎ（ただし、ａは原子比）で表した場合に、０．５０≦ａ≦０．７０を満足し、
（ｃ）前記Ｂ層は、組成式：（Ａｌ_ｂＣｒ_１−ｂ）Ｎ（ただし、ｂは原子比）で表した場合に、０．７５≦ｂ≦０．９９を満足し、
（ｄ）前記Ａ層の一層当たりの層厚をｘ（ｎｍ）、前記Ｂ層の一層当たりの層厚をｙ（ｎｍ）としたとき、５ｙ≧ｘ≧３ｙ、かつ、２５０（ｎｍ）≧ｘ＋ｙ≧１００（ｎｍ）を満足することを特徴とする表面被覆切削工具。」
を特徴とする。

次に、本発明の被覆工具の硬質被覆層について、より詳細に説明する。

硬質被覆層の組成：
硬質被覆層のＡ層を構成する（Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ層は、組成式：（Ａｌ_ａＣｒ_１−ａ）Ｎ（ただし、ａは原子比）で表した場合に、Ａｌの含有割合を示すａの値が０．５０未満では、相対的にＣｒの割合が多くなって、すぐれた耐溶着性と高温強度は得られるものの十分な硬さを確保することができなくなり、一方、ａの値が０．７０を超えると、六方晶構造の（Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ結晶粒が形成されるようになるため、高温硬さが低下し、すぐれた耐摩耗性を発揮することができなくなる。
したがって、本発明では、Ａ層を構成する（Ａｌ_ａＣｒ_１−ａ）Ｎにおけるａの値を０．５０≦ａ≦０．７０と定めた。

また、前記Ａ層とともに硬質被覆層の交互積層構造を形成するＢ層は、その組成を組成式：（Ａｌ_ｂＣｒ_１−ｂ）Ｎ（ただし、ｂは原子比）で表した場合に、０．７５≦ｂ≦０．９９を満足することが必要である。
上記Ｂ層におけるｂの値を０．７５以上とすることによって、硬質被覆層が高Ａｌ含有量となるため耐熱性が向上する。しかし、ｂの値が０．９９を超えると、Ｃｒ含有量の相対的な減少によって高温強度が低下するとともに、層中に六方晶構造の（Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ結晶粒が増加するため、硬さも低下し、耐摩耗性が低下傾向を示すようになる。
したがって、本発明では、Ｂ層を構成する（Ａｌ_ｂＣｒ_１−ｂ）Ｎにおけるｂの値を、０．７５≦ｂ≦０．９９と定めた。

ここで注目すべきことは、上記Ｂ層と同一の組成を有する層（即ち、Ａｌの含有割合が０．７５以上０．９９以下）を、Ａ層との交互積層構造ではなく、それ自体単独の硬質被覆層として形成した場合には、（Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ結晶粒の多くが六方晶構造の結晶粒となるため、硬質被覆層の硬さが大幅に低下し、耐摩耗性を発揮することはできない。
しかし、本発明では、上記Ａ層とＢ層の層厚をそれぞれ適正範囲となるように定めて交互積層構造とすることによって、Ｂ層のＡｌ含有割合を０．７５以上０．９９以下と高めた場合であっても、Ｂ層を六方晶ではなく立方晶構造のものとして形成することができる。

Ａ層とＢ層の交互積層構造からなる硬質被覆層：
交互積層構造を構成するＡ層の一層の平均層厚をｘ（ｎｍ）、また、同じく交互積層構造を構成するＢ層の一層の平均層厚をｙ（ｎｍ）とした場合に、５ｙ≧ｘ≧３ｙとする。
ｘが３ｙ未満であると、硬質被覆層中に占めるＡｌの含有割合が高いＢ層の占める割合が大きくなり、硬さの低い六方晶結晶構造の結晶粒が生成しやすくなって硬質被覆層の硬度が低下し、一方、ｘが５ｙを超えると、Ａｌの含有割合が高いＢ層の占める割合が低下し、十分な耐熱性を発揮することができなくなる。
したがって、本発明では、Ａ層の一層平均層厚ｘとＢ層の一層平均層厚ｙとの関係が、５ｙ≧ｘ≧３ｙを満足するように定める。

さらに、交互積層構造からなる硬質被覆層がより高い硬度を示すようにするためには、上記Ａ層とＢ層のユニット厚さｘ＋ｙ（即ち、一層のＡ層と一層のＢ層をユニットとした場合の合計層厚）が１００（ｎｍ）以上で２５０（ｎｍ）以下となるようにする。
上記ユニット厚さが１００（ｎｍ）未満である場合には、相対的にＢ層の一層平均層厚ｙが小さくなり、硬質被覆層の耐熱性向上効果が少なくなり、一方、ユニット厚さが２５０（ｎｍ）を超えるようになると、Ｂ層において六方晶構造の結晶粒が生成しやすくなり、その結果、硬質被覆層の硬度低下を招くようになるためである。
したがって、本発明では、Ａ層とＢ層のユニット厚さｘ＋ｙを、２５０（ｎｍ）≧ｘ＋ｙ≧１００（ｎｍ）を満足するように定める。

硬質被覆層の総層厚：
前記交互積層構造からなる硬質被覆層の総層厚が０．５μｍ未満であると、長期の使用にわたって十分な耐摩耗性を発揮することができず、一方、総層厚が１０μｍを超えると、切削加工時にチッピング、欠損、剥離等の異常損傷を発生しやすくなることから、硬質被覆層の総層厚は、０．５〜１０μｍと定めた。

本発明の被覆工具によれば、工具基体表面に形成された硬質被覆層が、組成式：（Ａｌ_ａＣｒ_１−ａ）Ｎ（ただし、ａは原子比であって、０．５０≦ａ≦０．７０を満足する）で表されるＡ層と、組成式：（Ａｌ_ｂＣｒ_１−ｂ）Ｎ（ただし、ｂは原子比であって、０．７５≦ｂ≦０．９９を満足する）で表されるＢ層との交互積層構造として構成され、さらに、Ａ層の一層当たりの層厚ｘ（ｎｍ）と、Ｂ層の一層当たりの層厚ｙ（ｎｍ）が、５ｙ≧ｘ≧３ｙ、かつ、２５０（ｎｍ）≧ｘ＋ｙ≧１００（ｎｍ）の関係を満足することから、硬質被覆層はすぐれた耐熱性と高硬度を有し、その結果、炭素鋼、合金鋼、高硬度鋼等の高熱発生を伴う高速切削加工においても、チッピング、欠損、剥離等の異常損傷を発生知ることなく、長期の使用に亘ってすぐれた耐摩耗性を発揮するものである。

本発明被覆工具および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。 従来技術を説明する従来のアークイオンプレーティング装置の概略説明図である。

つぎに、本発明の被覆工具を実施例により具体的に説明する。
なお、ここでは、炭化タングステン（ＷＣ）基超硬合金を工具基体とする被覆工具について述べるが、炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）基サーメットを工具基体とした場合も同様である。

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、ＶＣ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、ＩＳＯ規格・ＣＮＭＧ１２０４０８のインサート形状をもったＷＣ基超硬合金製の工具基体Ａ−１〜Ａ−３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のインサート形状をもったＴｉＣＮ基サーメット製の工具基体Ｂ−１〜Ｂ−３を形成した。

（ａ）ついで、前記工具基体Ａ−１〜Ａ−３、Ｂ−１〜Ｂ−３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沿って装着し、前記回転テーブルを挟んで対向する位置に、Ａ層形成用Ａｌ−Ｃｒ合金およびＢ層形成用Ａｌ−Ｃｒ合金からなるカソード電極（蒸発源）を配置し、
（ｂ）まず、装置内を排気して０．１ Ｐａ以下の真空に保持しながら、ヒーターで装置内を６００℃に加熱した後、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、かつ、Ａｌ−Ｃｒ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し、
（ｃ）次に装置内雰囲気を０．５〜９．０Ｐａの窒素雰囲気に保持して、回転テーブル上で自転しながら回転する工具基体に−２０〜−１５０Ｖの直流バイアス電圧を印加し、カソード電極（蒸発源）であるＡ層形成用のＡｌ−Ｃｒ合金電極とアノード電極との間に５０〜２５０Ａの電流を流してアーク放電を発生させて所定層厚のＡ層を形成し、次いで、Ｂ層形成用のＡｌ−Ｃｒ合金電極とアノード電極との間に５０〜２５０Ａの電流を流してアーク放電を発生させて所定層厚のＢ層を形成し、これを交互に繰り返し行うことにより、表３に示される目標組成、目標層厚のＡ層とＢ層の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表面被覆インサート（以下、本発明被覆インサートと云う）１〜１０を製造した。

また、比較の目的で、
（ａ）前記工具基体Ａ−１〜Ａ−３、Ｂ−１〜Ｂ−３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沿って装着し、前記回転テーブルを挟んで対向する位置に、カソード電極として異なる組成を有するＡｌ−Ｃｒ合金（以下、それぞれを、Ｃ層形成用Ａｌ−Ｃｒ合金，Ｄ層形成用Ａｌ−Ｃｒ合金）を配置し、
（ｂ）まず、装置内を排気して０．１ Ｐａ以下の真空に保持しながら、ヒーターで装置内を６００℃に加熱した後、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、かつ、Ａｌ−Ｃｒ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し、
（ｃ）次に装置内雰囲気を０．５〜９．０Ｐａの窒素雰囲気に保持して、回転テーブル上で自転しながら回転する工具基体に−２０〜−１５０Ｖの直流バイアス電圧を印加し、カソード電極（蒸発源）であるＣ層形成用Ａｌ−Ｃｒ合金電極とアノード電極との間に５０〜２５０Ａの電流を流してアーク放電を発生させて所定組成のＣ層を蒸着形成し、次いで、Ｄ層形成用Ａｌ−Ｃｒ合金電極とアノード電極との間に５０〜２５０Ａの電流を流してアーク放電を発生させて所定組成のＤ層を蒸着形成することにより、表４に示される目標組成、目標層厚の交互積層からなる硬質被覆層を蒸着形成し、
比較被覆工具としての表面被覆インサート（以下、比較被覆インサートと云う）１〜５を製造した。

次いで、本発明被覆インサート１〜１０、比較被覆インサート１〜５について、その硬質被覆層の交互積層構造を示す各層の組成を、硬質被覆層縦断面を、透過型電子顕微鏡を用いてのエネルギー分散型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交互積層構造を示す各層の平均層厚を、透過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３、表４に、これらの測定値を示す。

次に、本発明被覆インサート１〜１０および比較被覆インサート１〜５について、以下の切削条件で切削試験を行い、いずれの高速切削加工試験でも切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。
切削条件Ａ：
被削材：ＪＩＳ・ＳＣＭ４２０（ＨＢ３００）の丸棒、
切削速度： ２３０ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み： ０．２５ｍｍ、
送り： ０．３ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間： ５分、
の条件での合金鋼の連続高速切削加工試験（通常の切削速度および送りは、それぞれ、１８０ｍ／ｍｉｎ．、０．２５ ｍｍ／ｒｅｖ．）。
切削条件Ｂ：
被削材：ＪＩＳ・Ｓ５０Ｃ（ＨＢ１９０）の丸棒、
切削速度： ２６０ ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み： ０．２ ｍｍ、
送り： ０．３５ ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間： ５分、
の条件での炭素鋼の連続高速切削加工試験（通常の切削速度および送りは、それぞれ、１９０ ｍ／ｍｉｎ．、０．３０ ｍｍ／ｒｅｖ．）。
切削条件Ｃ：
被削材：ＪＩＳ・ＳＫＤ１１（ＨＲＣ６１）の丸棒、
切削速度： １００ ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み： ０．２ ｍｍ、
送り： ０．２５ ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間： ３分、
の条件での高硬度鋼の連続高速切削加工試験（通常の切削速度および送りは、それぞれ、６５ ｍ／ｍｉｎ．、０．１ ｍｍ／ｒｅｖ．）。
表５に、この測定結果を示す。

実施例１と同様、いずれも１〜３μｍの平均粒径を有するＷＣ粉末、ＶＣ粉末、Ｃｒ_３Ｃ_２粉末、およびＣｏ粉末からなる原料粉末を、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、直径が１３ｍｍの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３０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）Ａ−１〜Ａ−３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）Ａ−１〜Ａ−３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、実施例１と同一の条件で、表６に示される目標組成、目標層厚のＡ層とＢ層の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表面被覆超硬製エンドミル（以下、本発明被覆エンドミルと云う）１〜６をそれぞれ製造した。

また、比較の目的で、前記工具基体（エンドミル）Ａ−１〜Ａ−３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、実施例１と同様の工程で、表７に示される目標組成、目標層厚の交互積層からなる硬質被覆層を蒸着形成することにより、比較被覆工具としての表面被覆超硬製エンドミル（以下、比較被覆エンドミルと云う）１〜５をそれぞれ製造した。

次いで、本発明被覆エンドミル１〜６、比較被覆エンドミル１〜５について、その硬質被覆層の交互積層構造を示す各層の組成を、硬質被覆層縦断面を、透過型電子顕微鏡を用いてのエネルギー分散型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交互積層構造を示す各層の平均層厚を、透過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６、表７に、これらの測定値を示す。

つぎに、本発明被覆エンドミル１〜６および比較被覆エンドミル１〜５について、
被削材−平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍの、ＪＩＳ・ＳＣＭ４２０（ＨＢ３００）の板材、
切削速度： ２５０ｍ／ｍｉｎ．、
溝深さ（切り込み）：１５ｍｍ、
テーブル送り： ８３０ｍｍ／ｍｉｎ．、
の条件（切削条件Ｄ）での合金鋼の湿式高速溝切削加工試験（通常の切削速度およびテーブル送りは、それぞれ、１９５ｍ／ｍｉｎ．、６６０ｍｍ／ｍｉｎ．）、
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６、表７にそれぞれ示した。

表５〜７に示される結果から、本発明被覆工具は、工具基体の表面にそれぞれ所定の組成、層厚のＡ層とＢ層の交互積層構造からなる硬質被覆層が形成されていることによって、硬質被覆層がすぐれた耐熱性と高硬度を有することから炭素鋼、合金鋼、高硬度鋼等の高速切削加工において、チッピング、欠損、剥離等の異常損傷の発生を招くことなく、長期の使用に亘ってすぐれた耐摩耗性を発揮する。
これに対して、硬質被覆層を構成する層のいずれかが本発明で規定した組成、層厚等から外れる比較被覆工具においては、耐摩耗性が十分でなく、比較的短時間で使用寿命に至ることが明らかである。

前述のように、本発明の被覆工具は、炭素鋼、合金鋼、高硬度鋼等の高速切削加工ばかりでなく、一般的な被削材の切削加工においても、すぐれた耐摩耗性を発揮し、長期に亘ってすぐれた切削性能を示すものであるから、切削加工装置の自動化、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 (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総層厚０．５〜１０μｍの硬質被覆層を蒸着形成してなる表面被覆切削工具において、
   （ａ）前記硬質被覆層は、Ａ層とＢ層の交互積層構造からなり、
   （ｂ）前記Ａ層は、組成式：（Ａｌ_ａＣｒ_１−ａ）Ｎ（ただし、ａは原子比）で表した場合に、０．５０≦ａ≦０．７０を満足し、
   （ｃ）前記Ｂ層は、組成式：（Ａｌ_ｂＣｒ_１−ｂ）Ｎ（ただし、ｂは原子比）で表した場合に、０．７５≦ｂ≦０．９９を満足し、
   （ｄ）前記Ａ層の一層当たりの層厚をｘ（ｎｍ）、前記Ｂ層の一層当たりの層厚をｙ（ｎｍ）としたとき、５ｙ≧ｘ≧３ｙ、かつ、２５０（ｎｍ）≧ｘ＋ｙ≧１００（ｎｍ）を満足することを特徴とする表面被覆切削工具。