JP2017001147A - 被覆切削工具 - Google Patents

Abstract

【課題】 耐久性に優れる被覆切削工具を提供する。
【解決手段】 基材と、前記基材の上に設けられた中間皮膜と、前記中間皮膜の上に設けられた硬質皮膜とを備える被覆切削工具であって、前記中間皮膜は、ナノビーム回折パターンがＷＣの結晶構造に指数付けされ、タングステン（Ｗ）とチタン（Ｔｉ）を含有する炭化物からなり、膜厚が１ｎｍ以上１０ｎｍ以下であり、前記硬質皮膜は、結晶構造が面心立方格子構造の窒化物または炭窒化物であって、少なくともアルミニウム（Ａｌ）とチタン（Ｔｉ）とイットリウム（Ｙ）を含有し、半金属を含む金属元素の含有比率（原子％）の合計を１００％とした場合、アルミニウム（Ａｌ）の含有比率（原子％）が６０％以上７５％以下、チタン（Ｔｉ）の含有比率（原子％）が２０％以上３５％以下、イットリウム（Ｙ）の含有比率（原子％）が１％以上５％以下である被覆切削工具。
【選択図】図１

Description

本発明は、鋼やＮｉ基耐熱合金等の切削加工に適用される被覆切削工具に関する。

従来、切削工具の耐久性を向上させることを目的に、工具表面に硬質皮膜を被覆する表面処理が実施されている。例えば、特許文献１にあるＡｌとＴｉの複合窒化物皮膜（以下、ＡｌＴｉＮと記載する。）は耐摩耗性と耐熱性が優れるため広く適用されている。また、ＡｌＴｉＮの皮膜特性をより向上させるため、ＡｌＴｉＮをベースに周期律表の４ａ族、５ａ族、６ａ族の金属元素、ＳｉおよびＢからなる群より選択される１種または２種以上の元素を含有した硬質皮膜を被覆した被覆切削工具も広く適用されている。更には、特許文献２に開示されているように、硬質皮膜の耐酸化性を向上させるために、ＡｌＴｉＮをベースに希土類元素であるＹを含有した硬質皮膜を被覆した被覆切削工具も提案されている。

特開平８−２０９３３３号公報 特開平８−１９９３３８号公報

Ｎｉ基超耐熱合金は鋼等に比べて熱伝導率が低く高温強度が高いため、切削加工時の温度や抵抗が高くなり易い。本発明者の検討によると、Ｎｉ基超耐熱合金の切削加工では、ＡｌＴｉＮをベースに金属（半金属を含む）元素を添加した硬質皮膜を設けた被覆切削工具であっても満足する耐久性が得られ難い場合があることを確認した。

本発明は、上記のような事情に鑑みて行われたものである。本発明は、耐久性に優れた被覆切削工具を提供することを目的とする。

すなわち本発明は、基材と、前記基材の上に設けられた中間皮膜と、前記中間皮膜の上に設けられた硬質皮膜とを備える被覆切削工具であって、前記中間皮膜は、ナノビーム回折パターンがＷＣの結晶構造に指数付けされ、タングステン（Ｗ）とチタン（Ｔｉ）を含有する炭化物からなり、かつ膜厚が１ｎｍ以上１０ｎｍ以下であり、前記硬質皮膜は、結晶構造が面心立方格子構造の窒化物または炭窒化物であって、少なくともアルミニウム（Ａｌ）とチタン（Ｔｉ）とイットリウム（Ｙ）とを含有し、半金属を含む金属元素の含有比率（原子％）の合計を１００％とした場合、アルミニウム（Ａｌ）の含有比率（原子％）が６０％以上７５％以下、チタン（Ｔｉ）の含有比率（原子％）が２０％以上３５％以下、イットリウム（Ｙ）の含有比率（原子％）が１％以上５％以下である被覆切削工具である。

本発明によれば、優れた耐久性を発揮する被覆切削工具を提供することができる。特に、Ｎｉ基超耐熱合金の切削加工に適用することで優れた耐久性を発揮できる。

本発明例に係る硬質皮膜の走査型電子顕微鏡による断面観察写真（１５，０００倍）の一例である。

本発明者は被覆切削工具の硬質皮膜の損傷状態について鋭意研究し、Ｎｉ基超耐熱合金の切削加工の場合、鋼の切削加工の場合に比べて切削負荷が大きくなり、硬質皮膜が塑性変形を起して早期に工具寿命に到達することを知見した。そして、特定の中間皮膜を介して、Ｙを含有したＡｌリッチのＡｌＴｉの窒化物または炭窒化物の硬質皮膜を適用することで、硬質皮膜の塑性変形が抑制され易くなり、鋼やＮｉ基超耐熱合金の切削加工において優れた耐久性を発揮できる被覆切削工具が得られることを確認した。以下、本発明の詳細について説明する。

まず、本発明の硬質皮膜について説明する。
本発明の硬質皮膜は、ＡｌとＴｉを含有し、更にＹを含有した窒化物または炭窒化物である。ＡｌとＴｉを含有した窒化物または炭窒化物は、耐熱性と耐摩耗性に優れるとともに基材との密着性にも優れており、被覆切削工具に優れた耐久性を付与することができる。特に、Ｎｉ基超耐熱合金の切削加工に用いる場合、耐熱性がより優れる窒化物を適用することが好ましい。Ａｌは硬質皮膜に耐熱性を付与する重要な元素であり、半金属を含む金属元素の合計の含有比率（原子％）で、Ａｌの含有比率（原子％）を最も大きくすることで、硬質皮膜の耐熱性が向上して被覆切削工具の耐久性が向上する。また、硬質皮膜のＡｌの含有量が増加すると、皮膜組織が微細化するとともに切削負荷が低下する傾向にあり、Ｎｉ基超耐熱合金の切削加工において硬質皮膜の塑性変形が抑制され易くなることを知見した。そのため、本発明に係る硬質皮膜は、半金属を含む金属元素の含有比率（原子％）の合計を１００％とした場合、Ａｌの含有比率（原子％）を６０％以上とする。更にはＡｌの含有比率（原子％）を６５％以上とすることが好ましい。但し、Ａｌの含有量が多くなり過ぎると、脆弱なＺｎＳ型の六方最密充墳（ｈｃｐ；以下、単に「ｈｃｐ」と省略することがある）構造のＡｌＮが増加して被覆切削工具の耐久性が低下する。そのため、Ａｌの含有比率（原子％）を７５％以下とする。更には７０％以下とすることが好ましい。

Ｔｉは硬質皮膜に高い耐摩耗性を付与する元素である。Ｔｉの含有量が少なくなると、硬質皮膜の硬度が低下して耐摩耗性が低下するとともに、脆弱なｈｃｐ構造のＡｌＮが増加して被覆切削工具の耐久性が低下する。硬質皮膜により高い耐摩耗性を付与して、硬質皮膜の結晶構造を面心立方格子（ｆｃｃ；以下、単に「ｆｃｃ」と省略することがある）構造とするには、半金属を含む金属元素の含有比率（原子％）の合計を１００％とした場合、Ｔｉの含有比率（原子％）を２０％以上とする。更には、Ｔｉの含有比率（原子％）を２５％以上とすることがより好ましい。一方、Ｔｉの含有量が多くなり過ぎると、相対的にＡｌの含有比率が低下するため被覆切削工具の耐久性が低下する。そのため、Ｔｉの含有比率（原子％）を３５％以下とする。より優れた耐久性を付与するには、半金属を含む金属元素の含有比率（原子％）の合計を１００％とした場合、ＡｌとＴｉの合計の含有比率（原子％）を９０％以上とすることが好ましい。

ＡｌリッチのＡｌＴｉの窒化物または炭窒化物に、更にＹを含有させた硬質皮膜とすることで、硬質皮膜の耐酸化性が向上するとともに、高温下での安定性が向上する。このため、例えば、切削負荷が大きいＮｉ基超耐熱合金の切削加工の場合、硬質皮膜の塑性変形が抑制され易くなり、優れた耐久性の被覆切削工具を得ることができる。Ｙの添加効果を得るには、半金属を含む金属元素の含有比率（原子％）の合計を１００％とした場合、Ｙの含有比率（原子％）を１％以上とする。更には２％以上とすることが好ましい。但し、ＡｌリッチのＡｌＴｉの窒化物または炭窒化物は、Ｙの含有量が多くなると硬質皮膜の硬さが低下するとともに、ｈｃｐ構造のＡｌＮが増加して被覆切削工具の耐久性が低下し易くなる。そのため、Ａｌリッチの本発明に係る硬質皮膜は、皮膜硬度を高めて皮膜中のｈｃｐ構造のＡｌＮを低減するために、Ｙの含有量を５％以下とする。

本発明に係る硬質皮膜は、ＡｌとＴｉとＹとの含有量を考慮して、結晶構造が面心立方格子構造となる範囲で、半金属を含む他の金属元素を含有することができる。この場合、周期律表の４ａ族、５ａ族、６ａ族の元素およびＳｉ、Ｂから選択される１種または２種以上の元素を含有することが好ましい。これらの元素は、硬質皮膜に耐摩耗性や耐熱性を付与するものであり、適量を含有するのであれば被覆切削工具の耐久性は著しく低下し難い傾向にある。但し、半金属を含む他の金属元素を含有する場合でも、被覆切削工具が優れた耐久性を発揮するためには、半金属を含む金属元素の含有比率（原子％）の合計を１００％とした場合、その合計の含有比率（原子％）が５％以下であることが好ましい。
製造コストの点では、本発明の硬質皮膜は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｙのみからなる窒化物または炭窒化物であることがより好ましい。

本発明に係る硬質皮膜はｆｃｃ構造であり、例えば、市販のＸ線回折装置（株式会社リガク製 ＲＩＮＴ２５００Ｖ−ＰＳＲＣ／ＭＤＧ）を用いて測定した場合に、ｈｃｐ構造のＡｌＮに起因するピーク強度が確認されず、ｆｃｃ構造に起因するピーク強度のみが確認される。但し、皮膜の被験面積が小さい場合や多層とした場合には、Ｘ線回折による結晶構造の同定が困難な場合がある。このような場合、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いた制限視野回折パターンを評価することで、結晶構造を評価することができる。
Ｘ線回折ではｈｃｐ構造のＡｌＮに起因するピーク強度が確認されなくても、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）による制限視野回折パターンでは、ｈｃｐ構造のＡｌＮや非晶質相が確認される場合がある。この場合、本発明に係る硬質皮膜は、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）による制限視野回折パターンの輝度から求められる強度プロファイルにおいて、ｈｃｐ構造のＡｌＮ（０１０）面に起因するピーク強度をＩｈとし、ｆｃｃ構造のＡｌＮ（１１１）面、ＴｉＮ（１１１）面、ＡｌＮ（２００）面、ＴｉＮ（２００）面、ＡｌＮ（２２０）面およびＴｉＮ（２２０）面に起因するピーク強度と、ｈｃｐ構造のＡｌＮ（０１０）面、ＡｌＮ（０１１）面、およびＡｌＮ（１１０）面に起因するピーク強度との合計をＩｓとした場合、Ｉｈ×１００／Ｉｓ≦２０の関係を満たすことが好ましい。更には、Ｉｈ×１００／Ｉｓ≦１５の関係を満たすことが好ましい。この関係をみたすことで、硬質皮膜のミクロ組織に存在するｈｃｐ構造のＡｌＮが低減して、耐久性がより優れる被覆切削工具を得ることができる。

硬質皮膜の粒子構成において、硬質皮膜を形成する柱状粒子が粗大になると硬質皮膜の塑性変形量が大きくなり、大きな皮膜損傷が発生し易くなる。従って、硬質皮膜の塑性変形を抑制するには、硬質皮膜を形成する柱状粒子が微細であることが好ましい。具体的には、本発明に係る硬質皮膜は、透過型電子顕微鏡による断面観察において、基材と平行方向の柱状粒子の平均幅が６０ｎｍ以下であることが好ましい。一方、硬質皮膜の柱状粒子が微細になり過ぎるとアモルファス状になり、硬質皮膜の耐久性が著しく低下する。そのため、基材と平行方向の柱状粒子の平均幅が１０ｎｍ以上であることが好ましい。

硬質皮膜が薄くなり過ぎると、優れた耐久性が十分に発揮されない場合がある。そのため、硬質皮膜は０．５μｍ以上であることが好ましい。また、硬質皮膜が厚くなり過ぎると、皮膜剥離が発生する場合がある。更には、Ｎｉ基超耐熱合金を切削加工する場合、硬質皮膜の膜厚が厚くなると刃先のシャープさが低減し切削抵抗がより増大するため、工具寿命が低下し易くなる。そのため、硬質皮膜は５μｍ以下であることが好ましい。

続いて中間皮膜について説明する。中間皮膜は基材の直上に設けられることが好ましい。そして、中間皮膜はナノビーム回折パターンがＷＣの結晶構造に指数付けされ、タングステン（Ｗ）を含有する炭化物であれば基材である超硬合金との親和性が強くなり密着性が優れると考えられる。また、中間皮膜はチタン（Ｔｉ）を含有することで、中間皮膜の直上に設けられる硬質皮膜がｆｃｃ構造となり易くなり、硬質皮膜にミクロレベルで含まれるｈｃｐ構造のＡｌＮが低減すると考えられる。中間皮膜は、半金属を含む金属元素の含有比率（原子％）の合計を１００％とした場合、Ｔｉの含有比率（原子％）が１０％以上３０％以下であることが好ましい。尚、硬質皮膜は中間皮膜の直上に設けることが好ましい。
また、中間皮膜は、薄くなり過ぎても厚くなり過ぎても、基材との密着性を向上させるのに好ましくない。よって、中間皮膜の膜厚は、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の範囲とする。中間皮膜の膜厚は、２ｎｍ以上であることが好ましく、更には３ｎｍ以上が好ましい。また、中間皮膜の膜厚は、７ｎｍ以下であることが好ましく、更には６ｎｍ以下が好ましい。

本発明に係る硬質皮膜は、ターゲット中央付近の垂直方向成分の平均磁束密度が１８ｍＴ以上のカソードを用いて被覆することが好ましい。ターゲット中心付近の垂直方向成分の平均磁束密度が高いカソードを用いて硬質皮膜を被覆することで、硬質皮膜のミクロ組織に存在するｈｃｐ構造のＡｌＮ量が低下して被覆切削工具の耐久性が向上する傾向にある。但し、硬質皮膜の被覆時に基材に印加する負のバイアス電圧の絶対値が小さいと、硬質皮膜に存在するｈｃｐ構造のＡｌＮ量が増加する傾向にある。また、基材に印加する負のバイアス電圧の絶対値が大きくなり過ぎると、硬質皮膜が自己破壊を起し易くなる。そのため、基材に印加する負のバイアス電圧を−２００Ｖ〜−７０Ｖとして硬質皮膜を被覆すること好ましい。より好ましくは−１５０Ｖ〜−１００Ｖである。

本発明の中間皮膜は、ＷおよびＴｉ以外に硬質皮膜の成分および基材成分や酸素等の不可避的不純物を含有しても良い。本発明の中間皮膜には、基材側のＣｏや硬質皮膜側のＡｌ、Ｙ、Ｎが拡散して含まれ得るが、中間皮膜がナノビーム回折パターンがＷＣの結晶構造に指数付けされ、タングステン（Ｗ）とチタン（Ｔｉ）を含有する炭化物であることで本発明の効果を発揮することができる。中間皮膜は、工具刃先を透過型電子顕微鏡観察による断面観察、組成分析、ナノビーム回折パターンより確認することができる。

本発明では、Ｙを含有するＡｌＴｉの窒化物または炭窒化物からなる硬質皮膜の上に、更に別の層を被覆してもよい。この場合、Ｙを含有するＡｌＴｉの窒化物または炭窒化物からなる硬質皮膜の上には、保護皮膜として、耐熱性と耐摩耗性に優れた窒化物または炭窒化物からなる別の硬質皮膜が被覆されていることが好ましい。保護皮膜は、窒化物からなる層であることが好ましい。例えば、ＴｉＳｉＮ、ＴｉＡｌＳｉＮ、ＡｌＣｒＮ、ＣｒＳｉＮ、ＡｌＣｒＳｉＮ、ＡｌＴｉＮ、ＡｌＴｉＣｒＮ等を設けることができる。

保護皮膜は、耐熱衝撃性に優れる残留圧縮応力を有する硬質皮膜であることが好ましい。特に湿式加工においては、加熱冷却のサイクルにより硬質皮膜が剥離し易くなることから、高い残留圧縮応力を有する硬質皮膜を保護皮膜として設けることが好ましい。特に、残留圧縮応力が高い皮膜種である点で、半金属を含む金属元素の含有比率（原子％）の合計を１００％とした場合、Ｔｉの含有比率（原子％）を５０％以上、Ｓｉの含有比率（原子％）を１％〜４０％含有する窒化物又は炭窒化物であることが好ましい。

続いて中間皮膜の製造方法について説明する。基材の上にナノビーム回折パターンがＷＣの結晶構造に指数付けされ、タングステン（Ｗ）とチタン（Ｔｉ）を含有する炭化物を１ｎｍ以上１０ｎｍ以下で形成するには、ターゲットの外周にコイル磁石を配備してアークスポットをターゲット内部に閉じ込めるような磁場構成としたカソードを用いてＴｉボンバードを実施することが好ましい。このようなカソードを用いてＴｉボンバード処理することで、基材表面の酸化物が除去されて清浄化されると共に、ボンバードされたＴｉイオンが基材表面のＷＣに拡散し、ナノビーム回折パターンがＷＣの結晶構造に指数付けされ、タングステン（Ｗ）とチタン（Ｔｉ）を含有する炭化物が形成され易くなる。
また、Ｔｉボンバードの際に基材に印加する負のバイアス電圧およびターゲットへ投入する電流が低いと、ナノビーム回折パターンがＷＣの結晶構造に指数付けされ、タングステン（Ｗ）とチタン（Ｔｉ）を含有する炭化物が形成され難い。そのため、基材に印加する負のバイアス電圧は−１０００Ｖ〜−７００Ｖとすることが好ましい。また、ターゲットへ投入する電流は８０Ａ〜１５０Ａとすることが好ましい。また、ボンバード処理前の基材の加熱温度が低くなると、ナノビーム回折パターンがＷＣの結晶構造に指数付けされ、タングステン（Ｗ）とチタン（Ｔｉ）を含有する炭化物が形成され難くなるため、基材と硬質皮膜の密着性が低下する傾向にある。そのため、基材の加熱温度を４５０℃以上として、その後のボンバード処理をすることが好ましい。また、Ｔｉボンバード処理の時間が短いと、ナノビーム回折パターンがＷＣの結晶構造に指数付けされ、タングステン（Ｗ）とチタン（Ｔｉ）を含有する炭化物が形成され難くなり密着性が低下する傾向にある。一方、Ｔｉボンバード処理の時間が長すぎると、中間皮膜の膜厚が厚くなり過ぎて密着性が低下する傾向にある。そのため、Ｔｉボンバード処理は３分〜７分とすることが好ましい。
Ｔｉボンバードはアルゴンガス、窒素ガス、水素ガス、炭化水素系ガス等を導入しながら実施してもよいが、炉内雰囲気を１．０×１０^−２Ｐａ以下の真空下で実施することで基材表面の清浄化および拡散層の形成が容易になり好ましい。

本発明の被覆切削工具は、外周刃を主に使用するラジアスエンドミルまたはスクエアエンドミルに適用するのが特に有効である。本発明の被覆切削工具は特に被削材を限定するのもではないが、特にＮｉ基超耐熱合金の切削加工に適用することで優れた耐久性が発揮され易くなり有効である。

＜基材＞
中間皮膜の解析および切削評価の基材には、組成が、ＷＣ（ｂａｌ．）−Ｃｏ（１１質量％）−ＴａＣ（０．４質量％）−Ｃｒ_３Ｃ_２（０．９質量％）、ＷＣ平均粒径０．６μｍ、硬度９２．４ＨＲＡ、である超硬合金製のスクエアエンドミルを準備した。
物性評価の基材には、組成が、ＷＣ（ｂａｌ．）−Ｃｏ（１１質量％）−ＴａＣ（０．４質量％）−Ｃｒ_３Ｃ_２（０．９質量％）からなる、寸法が１２．７ｍｍ×１２．７ｍｍ、厚さ４．８ｍｍの試験片を準備した。

＜成膜装置＞
成膜にはアークイオンプレーティング方式の成膜装置を用いた。
真空容器内部は真空ポンプにより排気され、ガスは供給ポートより導入される。真空容器内に設置した各基材にはバイアス電源が接続され、独立して各基材に負のＤＣバイアス電圧を印加する。
基材回転機構は、プラネタリーとプラネタリー上のプレート状治具、プレート状治具上のパイプ状治具が取り付けられ、プラネタリーが毎分３回転の速さで回転し、プレート状治具、パイプ状治具は夫々自公転する。
本発明の硬質皮膜を被覆するには、ターゲットの外周および背面に永久磁石を配備し、ターゲット中央付近の垂直方向成分の平均磁束密度が２０．２ｍＴであるカソードを用いた。メタルボンバード処理には、ターゲットの外周にコイル磁石を配備したカソードを用いた。

＜成膜工程＞
真空容器内に設置したヒーターにより、基材を加熱して真空排気を行った。そして、真空容器内の圧力を８×１０^−３Ｐａ以下とした。その後、Ａｒプラズマによるクリーニングを行い、続いて、Ｔｉボンバード処理をした。真空容器内のガスを窒素に置き換え、真空容器内の圧力を５Ｐａとした。そして、カソードに１５０Ａの電流を供給して硬質皮膜を被覆した。成膜条件を表１に示す。なお、本発明例４については、Ｙを含有する硬質皮膜を被覆した後に保護皮膜であるＴｉＳｉＮを連続して被覆した。

＜組成分析＞
株式会社日本電子製の電子プローブマイクロアナライザー装置（型番：ＪＸＡ−８５００Ｆ）を用いて、硬質皮膜の組成を波長分散型電子プローブ微小分析（ＷＤＳ−ＥＰＭＡ）により測定した。測定条件は、加速電圧１０ｋＶ、照射電流５×１０^−８Ａ、取り込み時間１０秒、分析領域直径０．５μｍ、分析深さが略０．５μｍで５点測定してその平均から求めた。

＜Ｘ線回折＞
Ｘ線回折を用いて硬質皮膜の結晶構造を評価した。株式会社リガク製のＸ線回折装置（型番：ＲＩＮＴ２５００Ｖ−ＰＳＲＣ／ＭＤＧ）を用い、管電圧４０ｋＶ、管電流３００ｍＡ、Ｘ線源Ｃｕｋα（λ＝０．１５４１８ｎｍ）、２θが３０〜７０度の測定条件で実施した。本発明例および比較例ともに、ｈｃｐ構造のＡｌＮに起因するピーク強度は確認されず、ｆｃｃ構造であることを確認した。

＜硬度測定＞
株式会社エリオニクス製のナノインデンテーション装置を用い、皮膜表面の硬度を測定した。押込み荷重９．８ｍＮ、最大荷重保持時間１秒、荷重負荷後の除去速度０．４９ｍＮ／秒の測定条件で１０点測定し、値の大きい２点と値の小さい２点を除いて６点の平均値から求めた。

＜中間皮膜のＴＥＭ観察＞
中間皮膜を評価するため、工具刃先部分について、膜面に垂直な面で切断した場合の切断面をＴＥＭで解析した。中間皮膜の組成は付属のＵＴＷ型Ｓｉ（Ｌｉ）半導体検出器を用いてビーム径１ｎｍで分析した。ナノビーム回折は、カメラ長５０ｃｍとし、２ｎｍ以下のビーム径で分析した。ＥＤＳスペクトル分析およびナノビーム回折パターンから、基材、硬質皮膜、中間皮膜の確認を行った。ＥＤＳスペクトル分析結果から、本発明例に係る中間皮膜は、金属元素の含有比率（原子％）でＷを最も多く含有し、次いでＴｉを多く含有することを確認した。金属元素の含有比率（原子％）でＷの含有比率（原子％）は約８０％であった。また、Ｔｉの含有比率（原子％）は約１５％であった。また、ＷおよびＴｉ以外には硬質皮膜の成分であるＡｌ、Ｙ、Ｎを含有していた。また、母材成分であるＣｏも僅かに含有していた。そして、本発明例に係る中間皮膜はナノビーム回折パターンがＷＣの結晶構造に指数付けが可能であった。ＥＤＳスペクトル分析およびナノビーム回折パターンから、本発明例に係る中間皮膜はＷＣの結晶構造に指数付けされ、タングステン（Ｗ）とチタン（Ｔｉ）を含有する炭化物であることを確認した。中間皮膜の膜厚は断面観察における５視野以上の平均から求めた。各試料の物性評価の結果を表２に示す。

＜硬質皮膜の断面観察＞
物性評価用の試験片を断面加工して、走査型電子顕微鏡により本発明例に係る硬質皮膜の断面観察を行った。図１に本発明例１の断面観察写真（１５，０００倍）を示す。本発明例１の皮膜組織は、明確な柱状粒子は確認されず、極めて微細な組織形態であることが確認される。更に、断面観察の試料を鏡面加工して、透過型電子顕微鏡により柱状粒子の平均幅を測定した。柱状粒子の平均幅は連続する５０個以上の柱状粒子から求めた。そして、本発明に係る硬質皮膜は、基材の垂直方向に成長した柱状粒子の集合からなり、基材と平行方向の柱状粒子の平均幅が１０ｎｍ以上６０ｎｍ以下であることを確認した。

＜硬質皮膜のＴＥＭ解析＞
本発明に係る硬質皮膜を鏡面加工して、カメラ長：１００ｃｍ、制限視野領域：φ７５０ｎｍで制限視野回折パターンを求めた。そして、制限視野回折パターンから求められる強度プロファイルによりｈｃｐ構造およびｆｃｃ構造のピーク強度を求めた。本発明に係る硬質皮膜は、ｈｃｐ構造のＡｌＮに起因するピーク強度が僅かに確認された。そして、ｈｃｐ構造のＡｌＮ（０１０）面に起因するピーク強度をＩｈとし、ｆｃｃ構造のＡｌＮ（１１１）面、ＴｉＮ（１１１）面、ＡｌＮ（２００）面、ＴｉＮ（２００）面、ＡｌＮ（２２０）面およびＴｉＮ（２２０）面に起因するピーク強度と、ｈｃｐ構造のＡｌＮ（０１０）面、ＡｌＮ（０１１）面、およびＡｌＮ（１１０）面に起因するピーク強度との合計をＩｓとした場合、Ｉｈ×１００／Ｉｓ≦１５の関係を満たすことを確認した。

＜切削試験＞
以下の条件で切削評価を実施し、逃げ面の摩耗幅を評価した。試験結果を表２に示す。
切削方法：側面切削
被削材：質量％で、Ｎｉ−１９％Ｃｒ−１８．７％Ｆｅ−３．０％Ｍｏ−５．０％（Ｎｄ＋Ｔａ）−０．８％Ｔｉ−０．５％Ａｌ−０．０３％Ｃの組成を有するＮｉ基合金（時効硬化処理済み）
切込み：軸方向６ｍｍ、径方向０．３ｍｍ
切削速度：４０ｍ／ｍｉｎ
一刃送り量：０．０４ｍｍ／ｔｏｏｔｈ
切削油：水溶性切削油
切削距離：０．４ｍ

Ｙを含有した本発明例は比較例よりも工具損傷が抑制された。Ａｌの含有量が多い本発明例１、４は工具損傷が抑制される傾向にあった。また、硬質皮膜の膜厚が薄い本発明例３も工具損傷が抑制される傾向にあった。
比較例１は、Ｙを含有していないため、本発明例よりも硬質皮膜の塑性変形量が多くなり工具損傷が大きくなった。比較例２は、中間皮膜を設けていないため、工具損傷が大きくなった。

Claims (1)

1. 基材と、前記基材の上に設けられた中間皮膜と、前記中間皮膜の上に設けられた硬質皮膜とを備える被覆切削工具であって、前記中間皮膜は、ナノビーム回折パターンがＷＣの結晶構造に指数付けされ、タングステン（Ｗ）とチタン（Ｔｉ）を含有する炭化物からなり、かつ膜厚が１ｎｍ以上１０ｎｍ以下であり、前記硬質皮膜は、結晶構造が面心立方格子構造の窒化物または炭窒化物であって、少なくともアルミニウム（Ａｌ）とチタン（Ｔｉ）とイットリウム（Ｙ）とを含有し、半金属を含む金属元素の含有比率（原子％）の合計を１００％とした場合、アルミニウム（Ａｌ）の含有比率（原子％）が６０％以上７５％以下、チタン（Ｔｉ）の含有比率（原子％）が２０％以上３５％以下、イットリウム（Ｙ）の含有比率（原子％）が１％以上５％以下である被覆切削工具。