JP2017159424A - 耐チッピング性と耐摩耗性にすぐれた表面被覆切削工具 - Google Patents

Abstract

【課題】耐チッピング性、耐摩耗性にすぐれた表面被覆切削工具を提供する。【解決手段】硬質被覆層は少なくともＡｌＴｉＳｉＮ層からなる下部層とＡｌＣｒＳｉＮｉＺｒＮ層からなる上部層を備え、上部層は、主相と、主相中に分散分布するＣｒＳｉリッチパーティクルとＮｉＺｒリッチパーティクルとからなり、それぞれの組成を、組成式：（Ａｌ１−α−β−γ−δＣｒαＳｉβＮｉγＺｒδ）１−ｘＮｘで表した場合（ただし、α、β、γ、δ、ｘはいずれも原子比）、前記主相と、前記ＣｒＳｉリッチパーティクルと、前記ＮｉＺｒリッチパーティクルは、それぞれα、β、γ、δ、ｘが所要の値を満足し、かつ、硬質被覆層縦断面に占める長径が１００ｎｍ以上のＣｒＳｉリッチパーティクルの面積率は、０．５〜５面積％、ＮｉＺｒリッチパーティクルの面積率は０．３〜３面積％である。【選択図】図２

Description

本発明は、切れ刃に断続的・衝撃的高負荷が作用する焼入鋼等の高硬度材の断続切削加工において、硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性と耐摩耗性を示し、長期の使用にわたってすぐれた切削性能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。

従来、例えば、特許文献１に示されているように、工具基体の表面に、組成式：（Ａｌ_{１−ｘ−ｙ}Ｃｒ_ｘＳｉ_ｙ）（Ｎ_１−ｚＣ_ｚ）（但し、０．３≦ｘ≦０．７、０≦ｙ≦０．１、０≦ｚ≦０．３）で表される平均層厚０．５〜８．０μｍの複合炭窒化物層または複合窒化物層からなる硬質皮膜を形成した表面被覆切削工具において、硬質皮膜は、構成元素の９０原子％以上が金属元素である粒子を含有しており、前記粒子は、断面長径０．０５〜１．０μｍで前記硬質皮膜中に３〜２０％の縦断面面積比率で分散分布し、前記粒子のうち、構成元素に５０原子％以上のＡｌを含み、かつ縦断面形状のアスペクト比が２．０以上かつ断面長径が基板表面となす鋭角が４５°以下である粒子の縦断面面積比率をＡ％、それ以外の粒子の縦断面面積比率をＢ％としたとき、０．３≦Ａ／（Ａ＋Ｂ）を満足し、炭素鋼、合金工具鋼等の正面フライス加工において、すぐれた耐チッピング性、耐摩耗性を発揮する被覆工具が知られている。

また、特許文献２に示されているように、工具基体の表面に、少なくとも、０．５〜１０μｍの層厚のＡｌとＣｒの複合窒化物層からなる硬質被覆層を被覆形成した表面被覆切削工具において、上記ＡｌとＣｒの複合窒化物層中には、ポアおよびパーティクル（ドロップレット）が分散分布し、上記ＡｌとＣｒの複合窒化物層の任意の断面における上記ポアの占有面積率および上記パーティクル（ドロップレット）の占有面積率は、それぞれ、０．５〜１面積％および２〜４面積％であり、さらに、上記パーティクル（ドロップレット）のうち、上記ＡｌとＣｒの複合窒化物層の平均Ａｌ含有量よりもＡｌ含有割合が高いＡｌリッチパーティクル（ドロップレット）が、上記ＡｌとＣｒの複合窒化物層の任意の断面における全パーティクル（ドロップレット）面積の２０面積％以上を占め、炭素鋼、合金工具鋼等の高速切削加工において、すぐれた耐チッピング性、耐摩耗性を発揮する被覆工具が知られている。

また、特許文献３には、硬質被膜形成用のターゲットとして、Ｃｒ_{１−ｘ−ｙ−ｚ}Ａｌ_ｘ［Ｎｉ_１−ａＺｒ_ａ］_ｙＭ_ｚで表される組成を有し（但し、Ｍは、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｓｉ、Ｂ、Ｗ及びＶから選ばれる少なくとも１種の元素、０．５≦ｘ≦０．８、０．０１≦ｙ≦０．３５、０≦ｚ≦０．２、０．５１≦ｘ＋ｙ＋ｚ＜１、０．２≦ａ≦０．５）、相対密度が９５％以上であるターゲットが提案されており、このターゲットを用いて形成された窒化物、炭化物又は炭窒化物を含む硬質被膜を備えた被覆工具は、耐摩耗性及び密着性に優れることが知られている。

さらに、特許文献４には、工具基体表面に、少なくとも、薄層Ａと薄層Ｂの交互積層構造からなる硬質被覆層を形成し、薄層Ａは、組成式：［Ａｌ_ＸＣｒ_ＹＳｉ_Ｚ］Ｎ（原子比で、０．２≦Ｘ≦０．４５、０．４≦Ｙ≦０．７５、０．０１≦Ｚ≦０．２、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１）を満足する（Ａｌ，Ｃｒ，Ｓｉ）Ｎ層、薄層Ｂは［Ａｌ_ＵＴｉ_ＶＳｉ_Ｗ］Ｎ（原子比で、０．０５≦Ｕ≦０．７５、０．１５≦Ｖ≦０．９４、０．０１≦Ｗ≦０．１、Ｕ＋Ｖ＋Ｗ＝１）を満足する（Ａｌ，Ｔｉ，Ｓｉ）Ｎ層、にて構成することにより、高速切削加工における耐欠損性、耐摩耗性を改善した被覆工具が提案されている。

特開２０１３−５６９５４号公報 特開２０１２−１６６３３３号公報 特開２００８−２３８３３６号公報 特開２００９−３９８３８号公報

近年の切削加工における省力化および省エネ化の要求は強く、これに伴い、被覆工具は一段と過酷な条件下で使用されるようになってきており、耐チッピング性、耐摩耗性等を高めるために、前記特許文献１〜３に示されるような手法で、被覆工具の性能向上がなされてきているが、特に、切れ刃に断続的・衝撃的な高負荷が作用する高硬度材の切削加工においては、耐チッピング性と耐摩耗性の双方の特性を相兼ね備えた被覆工具の開発は未だ十分になされているとはいえない。
例えば、特許文献１に示される被覆工具においては、硬質皮膜中に含有される粒子を構成する元素の９０原子％以上が金属元素であり、しかも、構成元素の５０原子％以上Ａｌが含有されているため、粒子組成がＡｌリッチであって融点が低く、耐溶着性が劣るため、耐チッピング性が十分ではなかった。
また、特許文献２に示される被覆工具においては、硬質皮膜中に存在するパーティクル（ドロップレット）の下部には空隙が形成されており、その空隙が存在することで、高負荷が作用した際の皮膜の強度が弱く、例えば、空隙をクラックが伝播・進展することによりチッピング発生に至るという問題があった。
また、特許文献３に示される被覆工具は、Ｃｒ−Ａｌ−Ｎｉ−Ｎ系の硬質被膜において、Ｎｉの一部をＺｒで置換するとともに、任意成分としてのＳｉを含有させることにより、密着性と耐摩耗性の改善を図ったものであるが、この被覆工具を、切れ刃に断続的・衝撃的な高負荷が作用する高硬度材の断続切削加工に供した場合には、耐チッピング性と耐摩耗性の両立を図ることはできなかった。
さらに、特許文献４に示される被覆工具では、薄層Ａの有する耐摩耗性と薄層Ｂの有する高温靭性・高温強度を相兼ね備えるように交互積層構造を形成しているが、焼入れ鋼等の高硬度材の断続切削加工では、耐チッピング性、耐摩耗性が十分であるとはいえなかった。

そこで、本発明は、切れ刃に断続的・衝撃的な高負荷が作用する焼入鋼等の高硬度材の断続切削加工(例えば、ミーリング加工)に供した場合であっても、すぐれた耐チッピング性と耐摩耗性を発揮する被覆工具を提供することを目的とする。

本発明者らは、前述のような観点から、切れ刃に断続的・衝撃的な高負荷が作用する高硬度材の断続切削加工において、耐チッピング性と耐摩耗性を両立し得る硬質被覆層の層構造について鋭意研究を行った結果、以下の知見を得たのである。

即ち、工具基体表面に、ＡｌとＣｒとＳｉとＮｉとＺｒの複合窒化物層を被覆形成した被覆工具において、前記ＡｌとＣｒとＳｉとＮｉとＺｒの複合窒化物層内に成分系の異なる２種類のパーティクル、具体的には、ＣｒＳｉリッチパーティクルとＮｉＺｒリッチパーティクル、を共存させ、しかも、前記ＡｌとＣｒとＳｉとＮｉとＺｒの複合窒化物層に占める前記２種類のパーティックルの面積率をそれぞれ特定範囲に定めることにより、前記ＡｌとＣｒとＳｉとＮｉとＺｒの複合窒化物層は耐溶着性とともにすぐれた硬さと強度を示すようになることを見出した。

さらに、本発明者らは、前記ＡｌとＣｒとＳｉとＮｉとＺｒの複合窒化物層と工具基体の密着強度を向上させるための下部層を設け、あるいは、密着強度をさらに高めるために、下部層と前記ＡｌとＣｒとＳｉとＮｉとＺｒの複合窒化物層との間に中間層を介在形成することによって、焼入れ鋼などの高硬度材の断続切削加工のような、高熱発生を伴い、しかも、切刃に対して大きな衝撃的・機械的負荷がかかる切削加工条件においても、剥離等を発生することもなく、すぐれた耐チッピング性とすぐれた耐摩耗性の両立を図り得ることを見出したのである。

前記ＡｌとＣｒとＳｉとＮｉとＺｒの複合窒化物層、下部層、中間層は、いずれも工具基体表面に、ＰＶＤ法により成膜することができる。
例えば、図３にその概略を示すアークイオンプレーティング（以下、「ＡＩＰ」で示す）装置を用いて、前記の各層を成膜することができるが、特に、ＡｌとＣｒとＳｉとＮｉとＺｒの複合窒化物層の成膜に際しては、その成膜条件として、特に、ターゲットに印加する磁束密度の強さ及びアーク電流の大きさを制御することによって、ＡｌとＣｒとＳｉとＮｉとＺｒの複合窒化物層中に所定の面積率のＣｒＳｉリッチパーティクルとＮｉＺｒリッチパーティクルを共存生成させることができる。
そして、ＡｌとＣｒとＳｉとＮｉとＺｒの複合窒化物層中に存在する所定の面積率のＣｒＳｉリッチパーティクルは、該層の耐溶着性、耐チッピング性向上に寄与すること、また、該層中に存在する所定の面積率のＮｉＺｒリッチパーティクルが、潤滑性向上に寄与することを見出したのである。

その結果、前記の硬質被覆層を被覆形成した本発明の被覆工具は、切れ刃に断続的・衝撃的な高負荷が作用する高硬度材の断続切削加工において、すぐれた耐溶着性、耐チッピング性および耐摩耗性を示し、長期の使用にわたってすぐれた切削性能を発揮するのである。

本発明は、前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、ＴｉＣＮ基サーメット、立方晶窒化硼素焼結体および高速度工具鋼のいずれかからなる工具基体の表面に、少なくとも下部層と上部層からなる硬質被覆層が形成されている表面被覆切削工具において、
（ａ）前記下部層は、ＡｌとＴｉとＳｉの複合窒化物層からなり、
前記下部層を、
組成式：（Ａｌ_{１−ａ−ｂ}Ｔｉ_ａＳｉ_ｂ）_１−ｙＮ_ｙで表した場合、
０．３０≦ａ≦０．５０、０．０１≦ｂ≦０．１０、０．４５≦ｙ≦０．６０（ただし、ａ、ｂ、ｙはいずれも原子比）を満足し、
（ｂ）前記上部層は、ＡｌとＣｒとＳｉとＮｉとＺｒの複合窒化物層からなり、該層は、主相と、主相中に分散分布するＣｒＳｉリッチパーティクルとＮｉＺｒリッチパーティクルとからなり、前記主相、ＣｒＳｉリッチパーティクルおよびＮｉＺｒリッチパーティクルの組成を、
組成式：（Ａｌ_{１−α−β−γ−δ}Ｃｒ_αＳｉ_βＮｉ_γＺｒ_δ）_１−ｘＮ_ｘ
で表した場合（ただし、α、β、γ、δ、ｘはいずれも原子比を示す）、
（ｃ）前記主相は、０．１５≦α≦０．３０、０．０１≦β≦０．１５、０．００１≦γ≦０．０２、０．００１≦δ≦０．０２、０．４５≦ｘ≦０．６０を満足し、
（ｄ）前記ＣｒＳｉリッチパーティクルは、０．２５≦α≦０．６５、０．１５≦β≦０．５０、０≦γ≦０．０２、０≦δ≦０．０２、０．０５≦ｘ≦０．３５を満足し、
（ｅ）前記ＮｉＺｒリッチパーティクルは、０≦α≦０．０５、０．１０≦β≦０．２５、０．２０≦γ≦０．４０、０．３０≦δ≦０．４５、０．１０≦ｘ≦０．３５を満足し、
（ｆ）前記上部層の縦断面に占める長径が１００ｎｍ以上の前記ＣｒＳｉリッチパーティクルの占有面積率は、０．５面積％以上５面積％以下であり、また、前記上部層の縦断面に占める長径が１００ｎｍ以上の前記ＮｉＺｒリッチパーティクルの占有面積率は、０．３面積％以上３面積％以下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、前記下部層と上部層との間に、薄層Ａと薄層Ｂの交互積層構造からなる合計平均層厚０．１〜１．０μｍの中間層が介在して設けられており、
（ａ）前記薄層Ａは、
組成式：（Ａｌ_{１−α−β−γ−δ}Ｃｒ_αＳｉ_βＮｉ_γＺｒ_δ）_１−ｘＮ_ｘ
で表した場合（ただし、α、β、γ、δ、ｘはいずれも原子比を示す）、
０．１５≦α≦０．３０、０．０１≦β≦０．１５、０．００１≦γ≦０．０２、０．００１≦δ≦０．０２、０．４５≦ｘ≦０．６０を満足し、一層平均層厚０．００５〜０．１０μｍのＡｌとＣｒとＳｉとＮｉとＺｒの複合窒化物層からなり、
（ｂ）前記薄層Ｂは、
組成式：（Ａｌ_{１−ａ−ｂ}Ｔｉ_ａＳｉ_ｂ）_１−ｙＮ_ｙで表した場合、
０．３０≦ａ≦０．５０、０．０１≦ｂ≦０．１０、０．４５≦ｙ≦０．６０（ただし、ａ、ｂ、ｙはいずれも原子比）を満足し、一層平均層厚０．００５〜０．１０μｍのＡｌとＴｉとＳｉの複合窒化物層からなることを特徴とする前記（１）に記載の表面被覆切削工具。」
に特徴を有するものである。

本発明について、以下に詳細を説明する。

硬質被覆層：
本発明の硬質被覆層は、一つの態様として、図１（ａ）の模式図に示すように、ＡｌとＴｉとＳｉの複合窒化物（以下、「ＡｌＴｉＳｉＮ」で示す）層からなる下部層とＡｌとＣｒとＳｉとＮｉとＺｒの複合窒化物（以下、「ＡｌＣｒＳｉＮｉＺｒＮ」で示す）層からなる上部層との二層構造で構成される。
また、別の態様としては、図１（ｂ）に示すように、ＡｌＴｉＳｉＮ層からなる下部層とＡｌＣｒＳｉＮｉＺｒＮ層からなる上部層の間に、薄層Ａと薄層Ｂの交互積層構造からなら中間層が介在形成された三層構造で構成される。
そして、前記二層構造であるか三層構造であるかにかかわらず、前記上部層は、主相と、該主相中に分散分布するＣｒＳｉリッチパーティクルおよびＮｉＺｒリッチパーティクルとにより構成される。

下部層あるいは中間層の薄層Ｂを構成するＡｌＴｉＳｉＮ層の組成：
下部層あるいは中間層の薄層Ｂを構成するＡｌＴｉＳｉＮ層の組成式におけるＡｌ成分、Ｓｉ成分は、下部層あるいは中間層の薄層Ｂにおける耐摩耗性を向上し、また、Ｔｉ成分は下部層あるいは中間層の薄層Ｂにおける高温靭性、高温強度改善する。
さらに、ＡｌＴｉＳｉＮ層は、工具基体および上部層あるいは中間層の薄層Ａとの密着強度にすぐれるため、切削加工時に大きな衝撃的・機械的負荷が作用した場合に、硬質被覆層の耐剥離性を高める。

しかし、ＡｌとＴｉとＳｉの合量に占めるＴｉの含有割合を示すａ値が０．３０（但し、ａは原子比）未満の場合には、高温靭性、高温強度の向上効果を期待できず、一方、ａ値が０．５０を超えるような場合には、相対的なＡｌ成分、Ｓｉ成分の含有割合の減少により、最低限必要とされる高温硬さおよび高温耐酸化性を確保することができなくなる。また、ＡｌとＴｉとＳｉの合量に占めるＳｉの割合を示すｂ値が０．０１未満では、最低限必要とされる所定の高温硬さ、高温耐酸化性、耐熱塑性変形性を確保することができなくなるため、耐摩耗性低下の原因となり、またｂ値が０．１０を超えると、耐摩耗性向上作用に低下傾向がみられるようになる。
したがって、Ｔｉの含有割合を示すａ値は０．３０≦ａ≦０．５０、また、Ｓｉの含有割合を示すｂ値は０．０１≦ｂ≦０．１０と定めた。上記ａ、ｂについて、望ましい範囲は、０．３５≦ａ≦０．４２、０．０３≦ｂ≦０．０８である。
なお、ＡｌＴｉＳｉＮ層を構成する成分の総量に対するＮ成分の含有割合ｙは、化学量論比である０．５０には限定されず、これと同等な効果が得られる範囲である０．４５≦ｙ≦０．６０の範囲であればよい。

下部層の平均層厚：
下部層は、工具基体表面と上部層あるいは中間層との付着強度をより高める作用を有するが、下部層の層厚が、０．３μｍ未満では、密着力向上効果が得られず、一方、層厚が３．０μｍを超えると、残留圧縮応力の蓄積により、クラックが発生しやすくなり安定した密着力を確保できなくなることから、下部層の層厚は、０．３〜３．０μｍとすることが望ましく、より望ましくは、０．５〜２．０μｍの範囲である。

上部層の主相：
上部層の主相を、
組成式：（Ａｌ_{１−α−β−γ−δ}Ｃｒ_αＳｉ_βＮｉ_γＺｒ_δ）_１−ｘＮ_ｘ
で表した場合（ただし、α、β、γ、δ、ｘはいずれも原子比を示す）、その構成成分であるＡｌ成分は高温硬さと耐熱性を向上させ、Ｃｒ成分は高温強度を向上させ、Ｓｉ成分は耐酸化性を向上させる。また、ＡｌとＣｒとが共存することによって高温耐酸化性を向上させる作用がある。さらに、Ｎｉ成分は層の潤滑性を向上させ、Ｚｒ成分は層の硬さを高める作用がある。
そして、前記組成式において、ＡｌとＣｒとＳｉとＮｉとＺｒの合量に占めるＣｒの含有割合αが０．１５未満であると、相対的にＡｌ含有量が高くなるため、溶着性の高い被削材の断続切削加工において、被削材および切粉に対する耐溶着性を確保することができず、また、高温強度も低下するため、溶着、チッピングを発生しやすくなる。一方、ＡｌとＣｒとＳｉとＮｉとＺｒの合量に占めるＣｒの含有割合αが０．３０を超えると、硬質被覆層をＡＩＰ装置で成膜する際に、ターゲット材の融点が高くなり、その結果、副次的に生成されるＣｒＳｉリッチパーティクルも高Ｃｒ濃度となり、融点が相対的に高くなる。そのため、ＣｒＳｉリッチパーティクルの形状は球状に近くなり、長径が１００ｎｍ以上のパーティクル形状が形成されず、パーティクルの下部に空隙が残る。そして、この空隙が、切削加工時のクラックの起点となりやすく、チッピングが発生しやすくなる。
したがって、ＡｌとＣｒとＳｉとＮｉとＺｒの合量に占めるＣｒの含有割合αは、０．１５≦α≦０．３０とする。

また、ＡｌとＣｒとＳｉとＮｉとＺｒの合量に占めるＳｉの含有割合βが０．０１未満では、耐酸化性向上効果が少ないばかりか、相対的にＣｒ含有割合が高くなるため、粒子の融点が高くなり、耐チッピング性向上効果が少ない。一方、ＡｌとＣｒとＳｉとＮｉとＺｒの合量に占めるＳｉの含有割合βが０．１５を超えると、主相の高温靭性、高温強度が低下するので、ＡｌとＣｒとＳｉとＮｉとＺｒの合量に占めるＳｉの含有割合βは、０．０１≦β≦０．１５とする。

また、ＡｌとＣｒとＳｉとＮｉとＺｒの合量に占めるＮｉの含有割合γが０．００１未満では、主相の潤滑性向上効果が少なく、一方、ＡｌとＣｒとＳｉとＮｉとＺｒの合量に占めるＮｉの含有割合γが０．０２を超えると、主相の硬度を低下させることにより、耐摩耗性を低下させるので、ＡｌとＣｒとＳｉとＮｉとＺｒの合量に占めるＮｉの含有割合γは、０．００１≦γ≦０．０２とする。

さらに、ＡｌとＣｒとＳｉとＮｉとＺｒの合量に占めるＺｒの含有割合δが０．００１未満では、主相の硬度を高める効果が少なく、一方、ＡｌとＣｒとＳｉとＮｉとＺｒの合量に占めるＺｒの含有割合δが０．０２を超えると、耐チッピング性を低下させるので、ＡｌとＣｒとＳｉとＮｉとＺｒの合量に占めるＺｒの含有割合δは、０．００１≦γ≦０．０２とする。

なお、複合窒化物からなる主相において、主相を構成する成分の総量に対するＮ成分の含有割合ｘは、化学量論比である０．５０には限定されず、これと同等な効果が得られる範囲である０．４５≦ｘ≦０．６０の範囲であればよい。

また、上部層の層厚について本発明では特に制限するものではないが、上部層の層厚が０．５μｍ未満であると、十分な耐摩耗性を長期にわたって発揮することができず、一方、５．０μｍを越えると、硬質被覆層中に蓄積される圧縮残留応力が大きくなるため、切削初期に切れ刃でのチッピング発生が生じやすくなり、また、硬質被覆層自体が自己破壊する恐れがある。
したがって、上部層の層厚は、０．５μｍ以上５．０μｍ以下とすることが望ましい。

上部層中のＣｒＳｉリッチパーティクル、ＮｉＺｒリッチパーティクル：
上部層中には、前記主相に分散分布するＣｒＳｉリッチパーティクル、ＮｉＺｒリッチパーティクル（図２参照）が形成される。
ＣｒＳｉリッチパーティクル、ＮｉＺｒリッチパーティクルの生成は、図３に示すＡＩＰ装置を用いてＡｌＣｒＳｉＮｉＺｒＮ層を蒸着形成する際の蒸着条件、特に、ターゲットに印加する磁束密度の大きさ及びアーク電流の大きさをコントロールすることによって、それぞれのパーティクルを所望の組成とすることができ、さらに、主相中に存在するパーティクルのうち、長径が１００ｎｍ以上のそれぞれのパーティクルが上部層の縦断面に占める面積率を所望の値とすることができる。

ＣｒＳｉリッチパーティクル：
ＣｒＳｉリッチパーティクルは、主相中に分散分布し、上部層の高温強度を向上し、その結果、切削加工時の耐チッピング性を向上させる。
ＣｒＳｉリッチパーティクルの組成を、
組成式：（Ａｌ_{１−α−β−γ−δ}Ｃｒ_αＳｉ_βＮｉ_γＺｒ_δ）_１−ｘＮ_ｘ
で表した場合（α、β、γ、δ、ｘはいずれも原子比を示す）、ＣｒＳｉリッチパーティクルの組成が、０．２５≦α≦０．６５、０．１５≦β≦０．５０、０≦γ≦０．０２、０≦δ≦０．０２、０．０５≦ｘ≦０．３５の範囲を外れると、焼入鋼等の高硬度材の断続切削加工において、被削材および切粉に対する高温強度を確保することができなくなるため、チッピングを発生しやすくなる。
Ｃｒの含有割合αが０．２５未満では、主相に対して十分な強度が得られず、主相中へ分散した際に発揮する耐チッピング性向上の効果が小さくなる。一方、Ｃｒの含有割合が０．６５を超えると、パーティクルが球状に近くなりパーティクル下に空隙が残りやすくなり、これがクラックの起点となりやすく、チッピングが発生しやすくなる。
Ｓｉの含有割合βが０．１５未満では、パーティクルの耐酸化性が低下し、０．５０を超えると、パーティクルの高温靭性が低下し、パーティクル自体がクラックの起点になってしまう。
Ｎｉ、Ｚｒ含有割合が０．０２を超えると、パーティクル自体の強度が低下し、ＣｒＳｉリッチパーティクルを分散させることにより得られる耐チッピング性が十分発揮できなくなる。
Ｎの含有量ｘが０．０５未満では、主相との親和性が低下しパーティクルと主相の界面がクラックの起点になってしまい、また、０．３５を超えるとＣｒＳｉリッチパーティクルとしての効果が発揮されない。

ＮｉＺｒリッチパーティクル：
ＮｉＺｒリッチパーティクルは、主相中に分散分布し、硬質被覆層の潤滑性を高め、その結果、耐摩耗性を向上させる。
ＮｉＺｒリッチパーティクルの組成を、
組成式：（Ａｌ_{１−α−β−γ−δ}Ｃｒ_αＳｉ_βＮｉ_γＺｒ_δ）_１−ｘＮ_ｘ
で表した場合（α、β、γ、δ、ｘはいずれも原子比を示す）、ＮｉＺｒリッチパーティクルの組成が、０≦α≦０．０５、０．１０≦β≦０．２５、０．２０≦γ≦０．４０、０．３０≦δ≦０．４５、０．１０≦ｘ≦０．３５の範囲を外れると、耐摩耗性向上効果が低下する。
Ｎｉの含有割合γが０．２０未満では、ＮｉＺｒリッチパーティクルとしての潤滑性が発揮されず、一方、Ｎｉの含有割合γが０．４０を超えると、パーティクルの硬さを低下し、これらが分散した膜全体の硬さを低下させ、耐摩耗性を低下させる。
Ｚｒの含有割合δが０．３０未満では、パーティクルの硬さが低下し、パーティクル部が局所的に損傷しやすくなり、膜全体の損傷の起点となる。一方、Ｚｒの含有割合が０．０４５を超えると相対的にパーティクルの形状が球状に近くなりパーティクルの下に空隙が残りやすくなり、これがクラックの起点になりやすく、チッピングが発生しやすくなる。
Ｃｒの含有割合αが０．０５を超えると相対的にパーティクルの硬さが低下し、耐摩耗性を低下させる。
Ｓｉの含有割合βが０．１０未満ではパーティクルの耐酸化性が発揮されず、０．２５を超えると靭性が低下し、パーティクル部が損傷の起点となりやすくチッピングが発生しやすくなる。
Ｎの含有量ｘが０．１０未満では、主相との親和性が低下しパーティクルと主相の界面がクラックの起点になってしまい、また、０．３５を超えるとＮｉＺｒリッチパーティクルとしての効果が発揮されない。

なお、主相中に分散分布するＣｒＳｉリッチパーティクル、ＮｉＺｒリッチパーティクルの組成は、走査型電子顕微鏡−エネルギー分散型Ｘ線分光分析（ＳＥＭ−ＥＤＳ）を用いて測定することができる

本発明においては、上部層を、主相と該主相中に分散分布するＣｒＳｉリッチパーティクル、ＮｉＺｒリッチパーティクルとで構成することによって、上部層がすぐれた耐溶着性、耐チッピング性、耐摩耗性を備えるようになるが、上部層中に存在するＣｒＳｉリッチパーティクル、ＮｉＺｒリッチパーティクルの面積率によって、上部層の特性が影響を受けることから、上部層中に占める前記パーティクルの面積率を適正な範囲に維持することが重要である。
本発明の上部層は、ＡＩＰ装置を用い、かつ、制御された成膜条件（特に、ターゲットに印加する磁束密度の強さ及びアーク電流の大きさ）のもとで蒸着することで、主相が形成されると同時に、該主相中にＣｒＳｉリッチパーティクル、ＮｉＺｒリッチパーティクルが分散分布して形成される。
上部層の縦断面を観察した場合、上記パーティクルは、工具基体表面とほぼ平行な方向に直径を有する扁平形状のものとして形成される。その長径と短径の比からアスペクト比を測定しその平均を求めると２以上となる。
上記パーティクルのアスペクト比が２未満の場合、パーティクル形状が球状に近くなりパーティクル下に空隙が発生しやすくなり、この空隙はクラックの起点になりやすく、チッピングの原因となる。
そして、上記パーティクルのうちで、長径が１００ｎｍ以上のパーティクルの存在が、上部層の特性に影響を及ぼすことから、長径が１００ｎｍ以上のＣｒＳｉリッチパーティクルについては、上部層の縦断面に占める面積率を０．５面積％以上５面積％以下とし、また、ＮｉＺｒリッチパーティクルについては、上部層の縦断面に占める面積率を０．３面積％以上３面積％以下とする。
これは、ＣｒＳｉリッチパーティクルの面積率が０．５面積％未満の場合には、十分な耐チッピング性を発揮できない。
一方、ＣｒＳｉリッチパーティクルの面積率が５面積％を超える場合には、皮膜全体の硬さを低下させる、という理由による。
また、ＮｉＺｒリッチパーティクルの面積率を０．３面積％未満の場合には、十分な潤滑性を発揮できない。
一方、ＮｉＺｒリッチパーティクルの面積率が３面積％を超える場合には、皮膜全体の硬さが低下し耐摩耗性を低下させる、という理由による。

なお、パーティクルの長径とは、基体表面に垂直な上部層断面におけるパーティクルの断面形状について測定した最も長い直径を意味するが、本発明においては、ほとんどすべてのパーティクルの長径が工具基体表面と平行な方向であるので、工具基体表面と平行な方向に測定したパーティクルの最大長さを長径とよび、また、該長径方向に直交するパーティクルの最大長さを短径とよぶ。
そして、アスペクト比とは、長径／短径の値であり、アスペクト比を複数個所で測定し、この測定値を平均した値が平均アスペクト比である。

中間層の合計平均層厚と薄層Ａ、薄層Ｂの一層平均層厚：
本発明では、ＡｌＣｒＳｉＮｉＺｒＮ層からなる上部層と工具基体との密着強度を向上させるために、工具基体表面にＡｌＴｉＳｉＮ層からなる下部層を形成するが、上部層と下部層との密着強度をより高めるために、上部層−下部層間に、薄層Ａ、薄層Ｂの交互積層からなる中間層を介在形成する。
ここで、薄層Ａは、上部層の主相と同一成分組成のＡｌＣｒＳｉＮｉＺｒＮ層で構成し、また、薄層Ｂは、下部層と同一成分組成のＡｌＴｉＳｉＮ層から構成する。
薄層Ａ、薄層Ｂのそれぞれの一層平均層厚が０．００５μｍ未満では、それぞれの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、薄層Ａによる耐溶着性・耐摩耗性向上効果、薄層Ｂによる高温靭性改善効果が発揮されず、一方、薄層Ａ、薄層Ｂそれぞれの一層層厚が０．１０μｍを超えた場合には、それぞれの薄層がもつ欠点、すなわち薄層Ａであれば強度不足が、また、薄層Ｂであれば耐摩耗性不足が層内に局部的に現れ、中間層全体、ひいては、硬質被覆層全体としての特性低下を招く恐れがあるので、薄層Ａ、薄層Ｂそれぞれの一層平均層厚を０．００５〜０．１０μｍとする。
すなわち、薄層Ｂは、薄層Ａの有する特性のうちの不十分な特性を補うために設けたものであるが、薄層Ａ、薄層Ｂそれぞれの層厚が０．００５〜０．１０μｍの範囲内であれば、薄層Ａと薄層Ｂの交互積層構造からなる硬質被覆層は、すぐれた耐溶着性、高温硬さを損なうことなく、すぐれた高温靭性、高温強度を具備したあたかも一つの層であるかのように作用し、しかも、上部層と下部層の密着強度を高めるが、薄層Ａ、薄層Ｂの層厚が０．１０μｍを超えると、薄層Ａの強度不足が、また、薄層Ｂの耐摩耗性不足が顕在化する。
また、薄層Ａと薄層Ｂの交互積層構造からなる中間層は、その合計平均層厚が０．１μｍ未満ではすぐれた特性を発揮することはできず、また、合計平均層厚が１．０μｍ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と薄層Ｂの交互積層構造からなる中間層の合計平均層厚は、０．１〜１．０μｍとするが、０．２〜０．５μｍとすることがより望ましい。

本発明の被覆工具は、硬質被覆層の上部層が、主相と、該主相中に分散分布するＣｒＳｉリッチパーティクルとＮｉＺｒリッチパーティクルとからなり、それぞれが所定の組成を有し、また、上部層の縦断面に占める長径が１００ｎｍ以上のＣｒＳｉリッチパーティクルの占有面積率は、０．５面積％以上５面積％以下、また、ＮｉＺｒリッチパーティクルの占有面積率は、０．３面積％以上３面積％以下であり、さらに、工具基体と上部層の密着強度を高めるための下部層が設けられ、あるいは、下部層と上部層の密着強度をさらに高めるために、薄層Ａと薄層Ｂからなる中間層が介在形成されていることによって、本発明の硬質意被覆層は、すぐれた耐溶着性、耐チッピング性、耐摩耗性を備える。
したがって、本発明の被覆工具は、切れ刃に断続的・衝撃的な高負荷が作用する高硬度材の断続切削加工に用いた場合であっても、長期の使用にわたって、すぐれた耐チッピング性、耐摩耗性を発揮する。

本発明被覆工具の硬質被覆層の概略縦断面模式図を示し、（ａ）は一つの態様を、（ｂ）は別の態様を示す。 本発明被覆工具の上部層のＴＥＭ像の一例を示す。 本発明被覆工具の硬質被覆層を成膜するアークイオンプレーティング装置の概略説明図を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図を示す。

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。
以下の実施例では、本発明の被覆工具をミーリング加工で使用した場合について説明するが、旋削加工、ドリル加工等について用いることを何ら排除するものではない。
また、ＷＣ基超硬合金を工具基体として用いた場合について説明するが、ＴｉＣＮ基サーメット、立方晶窒化硼素焼結体、高速度工具鋼を工具基体として用いた場合であっても同様である。

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Ｃｒ_３Ｃ_２粉末、同１．５μｍのＶＣ粉末、同１．０μｍの（Ｔｉ，Ｗ）Ｃ［質量比で、ＴｉＣ／ＷＣ＝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、１００ＭＰａの圧力で所定形状の各種の圧粉体に押出しプレス成形し、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１０ｍｍの工具基体形成用丸棒焼結体を形成し、さらに前記丸棒焼結体から、研削加工にて、切刃部の直径×長さが６ｍｍ×１２ｍｍの寸法で、ねじれ角３０度の２枚刃ボール形状をもったＷＣ基超硬合金製の工具基体（エンドミル）１〜３をそれぞれ製造した。

（ａ）これらの工具基体１〜３を、図３に示すＡＩＰ装置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、ＡＩＰ装置の一方に所定組成のＡｌ−Ｔｉ−Ｓｉ合金からなるターゲット（カソード電極）を、他方側に所定組成のＡｌ−Ｃｒ−Ｓｉ−Ｎｉ−Ｚｒ合金からなるターゲット（カソード電極）を配置し、
（ｂ）まず、装置内を排気して真空に保持しながら、ヒータで工具基体を４００℃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、かつ、Ａｌ−Ｔｉ−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し、
（ｃ）ついで、装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して表２に示す窒素圧とし、前記回転テーブル上で自転しながら回転する工具基体の温度を表２に示す温度範囲内に維持するとともに、表２に示す直流バイアス電圧を印加し、かつ、Ａｌ−Ｔｉ−Ｓｉ合金ターゲットとアノード電極との間に表２に示すアーク電流を流して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に示される組成および平均層厚のＡｌＴｉＳｉＮ層からなる下部層を蒸着形成し、
（ｄ）ついで、表３に示す所定組成のＡｌ−Ｃｒ−Ｓｉ−Ｎｉ−Ｚｒ合金ターゲットの表面に、表３に示す種々の最大磁束密度に制御した磁場を印加し、装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して表３に示す窒素圧とし、前記回転テーブル上で自転しながら回転する工具基体の温度を表３に示す温度範囲内に維持するとともに表３に示す直流バイアス電圧を印加し、かつ前記Ａｌ−Ｃｒ−Ｓｉ−Ｎｉ−Ｚｒ合金ターゲットとアノード電極との間に表３に示すアーク電流を流してアーク放電を発生させ、もって前記ＡｌＴｉＳｉＮ層の表面に、表４に示される組成の主相、平均層厚、表５に示される組成、面積率、平均アスペクト比のＣｒＳｉリッチパーティクル、ＮｉＺｒリッチパーティクルが存在する上部層を蒸着形成することにより、表４、表５に示す下部層と上部層とからなる硬質被覆層を備えた本発明被覆工具１〜１０を作製した。

前記本発明被覆工具１〜１０の下部層及び上部層について、工具基体表面に垂直な各層断面の組織観察と組成分析を、透過型電子顕微鏡−エネルギー分散型Ｘ線分光分析（ＴＥＭ−ＥＤＳ）を用いて行った。
また、本発明被覆工具１〜１０の上部層については、工具基体表面と平行方向に２０μｍの観察範囲において、上部層断面に対して０．０１μｍ以下の空間分解能の元素マッピングを行い、被覆した上部層の主相およびＣｒＳｉリッチパーティクルとＮｉＺｒリッチパーティクルの組成を複数個所測定し、本発明で規定する範囲内であることを確認した。
また、ＣｒＳｉリッチパーティクルとＮｉＺｒリッチパーティクルが、上部層断面に占める面積率は、次のような方法で求めた。すなわち、各パーティクルを撮影したＴＥＭ―ＥＤＳマッピング像において、窒素量を分析したマッピング像を用いてパーティクルと主相の境界を区別し、パーティクルの外周部を選択し、囲まれた面積を、画像解析ソフト（例えば、Ａｄｏｂｅ ｐｈｏｔｏｓｈｏｐなど）を用いて算出し、測定領域の上部層断面に占めるパーティクルの面積率として算出した。
なお、ＣｒＳｉリッチパーティクルとＮｉＺｒリッチパーティクルの面積率は、パーティクルの長径が１００ｎｍ以上であるパーティクルのみを測定対象とした。
また、ＣｒＳｉリッチパーティクルとＮｉＺｒリッチパーティクルの工具基体表面に平行な方向の最大長さを長径として測定し、また、長径の方向に直交する方向の最大長さを短径として測定し、それぞれのパーティクルについてのアスペクト比（長径／短径）を求め、複数領域でアスペクト比を測定してこれらの値を平均することによった、パーティクルの平均アスペクト比を算出した。
さらに、下部層、上部層の層厚を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて測定した。
表４、表５に、これらの測定値、算出値をそれぞれ示す。

次に、比較の目的で、前記ＡＩＰ装置を用いて、工具基体１〜３の表面に、実施例１の前記工程（ａ）〜（ｃ）と同様にして、表６に示す条件で表８に示される組成および目標平均層厚のＡｌＴｉＳｉＮ層からなる下部層を蒸着形成し（なお、一部については下部層を形成していない）、次いで、表７に示す条件で表８、表９に示す上部層を形成することにより、表８、表９に示す下部層および上部層を備えた比較被覆工具１〜１０を作製した。

比較被覆工具１〜１０についても、実施例１の場合と同様な方法で、下部層及び上部層の組成分析を行い、また、上部層にパーティクルが存在する場合には、該パーティクルの組成、面積率、平均アスペクト比を測定・算出し、さらに、下部層、上部層の層厚を測定した。
表８、表９に、これらの値をそれぞれ示す。

つぎに、前記本発明被覆工具１〜１０および比較被覆工具１〜１０について、以下に示す条件で、ミーリング切削加工試験を実施し、切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。
≪切削条件Ａ≫
被削材： ＪＩＳ・ＳＫＨ５１（ＨＲＣ６４）のブロック材
回転速度： ５４００／ｍｉｎ．、
切削速度： １００ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み： ａｅ ０．２ｍｍ、ａｐ ２．０ｍｍ
送り（１刃当り）： ０．０５ｍｍ／刃、
切削油剤： エアーブロー、
切削長： １８ ｍ、
≪切削条件Ｂ≫
被削材： ＪＩＳ・ＳＫＤ１１（６０ＨＲＣ）のブロック材
回転速度： ５４００／ｍｉｎ．、
切削速度： １００ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み： ａｅ ０．３ｍｍ、ａｐ ２．０ｍｍ
送り（１刃当り）： ０．０４ｍｍ／刃、
切削油剤： エアーブロー、
切削長： ６０ｍ、
表１０に、前記切削試験の結果を示すとともに、チッピング、溶着発生の有無を示す。

表４、５、８、９、１０に示される結果から、本発明の被覆工具１〜１０は、ＡｌＣｒＳｉＮｉＺｒＮ層からなる硬質被覆層中に、所定の組成の主相とともに、所定組成のＣｒＳｉリッチパーティクルおよびＮｉＺｒリッチパーティクルが所定の面積率で存在することによって、切れ刃に断続的・衝撃的高負荷が作用する高硬度材の断続切削加工において、すぐれた耐チッピング性、耐摩耗性を示した。
これに対して、比較被覆工具１〜１０は、硬質被覆層中に、パーティクルが形成されているものの、本発明で規定する範囲を外れているため、耐チッピング性あるいは耐摩耗性の両特性にすぐれるものであるとはいえない。

実施例１で用いた工具基体１〜３に対して、次のような方法で、下部層、中間層および上部層を蒸着形成することにより、下部層と、薄層Ａと薄層Ｂの交互積層構造からなる中間層と上部層からなる硬質被覆層を備えた本発明被覆工具１１〜２０を作製した。

（ａ）工具基体１〜３を、図３に示すＡＩＰ装置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、ＡＩＰ装置の一方に所定組成のＡｌ−Ｔｉ−Ｓｉ合金からなるターゲット（カソード電極）を、他方側に所定組成のＡｌ−Ｃｒ−Ｓｉ−Ｎｉ−Ｚｒ合金からなるターゲット（カソード電極）を配置し、実施例１と同様な条件で工具基体表面をボンバード洗浄し、
（ｂ）ついで、装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して表１１に示す窒素圧とし、前記回転テーブル上で自転しながら回転する工具基体の温度を表１１に示す温度範囲内に維持するとともに、表１１に示す直流バイアス電圧を印加し、かつ前記Ａｌ−Ｔｉ−Ｓｉ合金ターゲットとアノード電極との間に表１１に示すアーク電流を流してアーク放電を発生させ、もって前記工具基体の表面に、表１４に示される組成および目標平均層厚のＡｌＴｉＳｉＮ層からなる下部層を蒸着形成し、
（ｃ）ついで、装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して表１２に示す窒素圧とすると共に、前記回転テーブル上で自転しながら回転する工具基体の温度を表１２に示す温度範囲内に維持するとともに、表１２に示す直流バイアス電圧を印加し、かつ前記Ａｌ−Ｃｒ−Ｓｉ−Ｎｉ−Ｚｒ合金ターゲットとアノード電極との間に表１２に示すアーク電流を流してアーク放電を発生させ、もって前記下部層表面に、表１４に示される組成および一層平均層厚のＡｌＣｒＳｉＮｉＺｒＮ層からなる薄層Ａを蒸着形成し、
（ｄ）ついで、アーク放電を停止し、工具基体に表１２に示す直流バイアス電圧を印加し、かつ前記Ａｌ−Ｔｉ−Ｓｉ合金カソード電極とアノード電極間に同じく表１２に示すアーク電流を流してアーク放電を発生させて、もって、前記で形成した薄層Ａの表面に、表１４に示される組成および一層平均層厚のＡｌＴｉＳｉＮ層からなる薄層Ｂを蒸着形成し、
（ｅ）上記（ｃ）と（ｄ）を交互に繰り返し行うことによって、薄層Ａと薄層Ｂの交互積層構造からなる表１４に示される所定の合計平均層厚となるまで中間層を蒸着形成し、
（ｆ）ついで、前記Ａｌ−Ｃｒ−Ｓｉ−Ｎｉ−Ｚｒ合金ターゲットの表面に表１３に示す種々の最大磁束密度に制御した磁場を印加し、装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して表１３に示す窒素圧とし、前記回転テーブル上で自転しながら回転する工具基体の温度を表１３に示す温度範囲内に維持するとともに表１３に示す直流バイアス電圧を印加し、かつ前記Ａｌ−Ｃｒ−Ｓｉ−Ｎｉ−Ｚｒ合金ターゲットとアノード電極との間に表１３に示すアーク電流を流してアーク放電を発生させ、もって前記中間層の表面に、表１４に示される組成の主相、同じく表１５に示される組成、面積率、平均アスペクト比のＣｒＳｉリッチパーティクル、ＮｉＺｒリッチパーティクルが存在する目標平均層厚の上部層を蒸着形成することにより、表１４、表１５に示す下部層、中間層および上部層とからなる硬質被覆層を備えた本発明被覆工具１１〜２０を作製した。

前記本発明被覆工具１１〜２０の下部層、中間層及び上部層について、工具基体表面に垂直な各層断面の組織観察と組成分析を、透過型電子顕微鏡−エネルギー分散型Ｘ線分光分析（ＴＥＭ−ＥＤＳ）を用いて行った。
また、本発明被覆工具１１〜２０の上部層については、実施例１の場合と同様にして、組成分析を行い、また、パーティクルが存在する場合には、該パーティクルの組成、面積率、平均アスペクト比を測定・算出した。
表１４、表１５に、これらの測定値、算出値をそれぞれ示す。

また、本発明被覆工具１１〜２０の下部層、薄層Ａ、薄層Ｂおよび上部層の層厚を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて測定した。
表１４に、これらの値を示す。

つぎに、前記本発明被覆工具１１〜２０について、以下に示す条件で、ミーリング切削加工試験を実施し、切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。
≪切削条件Ａ≫
被削材： ＪＩＳ・ＳＫＨ５１（ＨＲＣ６４）のブロック材
回転速度： ５４００／ｍｉｎ．、
切削速度： １００ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み： ａｅ ０．２ｍｍ、ａｐ ２．０ｍｍ
送り（１刃当り）： ０．０５ｍｍ／刃、
切削油剤： エアーブロー、
切削長： １８ ｍ、
≪切削条件Ｂ≫
被削材： ＪＩＳ・ＳＫＤ１１（６０ＨＲＣ）のブロック材
回転速度： ５４００／ｍｉｎ．、
切削速度： １００ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み： ａｅ ０．３ｍｍ、ａｐ ２．０ｍｍ
送り（１刃当り）： ０．０４ｍｍ／刃、
切削油剤： エアーブロー、
切削長： ６０ｍ、
表１６に、前記切削試験の結果を示す。

表１４〜１６に示される結果から、本発明の被覆工具１１〜２０は、下部層と上部層の間に、薄層Ａと薄層Ｂの交互積層構造からなる中間層が介在形成されていることによって、層間密着強度が向上し、さらに、ＡｌＣｒＳｉＮｉＺｒＮ層からなる硬質被覆層中に、所定の組成の主相とともに、所定組成のＣｒＳｉリッチパーティクルおよびＮｉＺｒリッチパーティクルが所定の面積率で存在することによって、切れ刃に断続的・衝撃的高負荷が作用する高硬度材の断続切削加工において、すぐれた耐チッピング性、耐摩耗性を示した。

本発明の被覆工具は、焼入鋼等の高硬度材の断続切削加工においてすぐれた耐チッピング性、耐摩耗性を発揮し、使用寿命の延命化を可能とするものであるが、他の被削材の切削加工、他の条件での切削加工で使用することも勿論可能である。

Claims (2)

1. 炭化タングステン基超硬合金、ＴｉＣＮ基サーメット、立方晶窒化硼素焼結体および高速度工具鋼のいずれかからなる工具基体の表面に、少なくとも下部層と上部層からなる硬質被覆層が形成されている表面被覆切削工具において、
   （ａ）前記下部層は、ＡｌとＴｉとＳｉの複合窒化物層からなり、
   前記下部層を、
   組成式：（Ａｌ_{１−ａ−ｂ}Ｔｉ_ａＳｉ_ｂ）_１−ｙＮ_ｙで表した場合、
   ０．３０≦ａ≦０．５０、０．０１≦ｂ≦０．１０、０．４５≦ｙ≦０．６０（ただし、ａ、ｂ、ｙはいずれも原子比）を満足し、
   （ｂ）前記上部層は、ＡｌとＣｒとＳｉとＮｉとＺｒの複合窒化物層からなり、該層は、主相と、主相中に分散分布するＣｒＳｉリッチパーティクルとＮｉＺｒリッチパーティクルとからなり、前記主相、ＣｒＳｉリッチパーティクルおよびＮｉＺｒリッチパーティクルの組成を、
   組成式：（Ａｌ_{１−α−β−γ−δ}Ｃｒ_αＳｉ_βＮｉ_γＺｒ_δ）_１−ｘＮ_ｘ
   で表した場合（ただし、α、β、γ、δ、ｘはいずれも原子比を示す）、
   （ｃ）前記主相は、０．１５≦α≦０．３０、０．０１≦β≦０．１５、０．００１≦γ≦０．０２、０．００１≦δ≦０．０２、０．４５≦ｘ≦０．６０を満足し、
   （ｄ）前記ＣｒＳｉリッチパーティクルは、０．２５≦α≦０．６５、０．１５≦β≦０．５０、０≦γ≦０．０２、０≦δ≦０．０２、０．０５≦ｘ≦０．３５を満足し、
   （ｅ）前記ＮｉＺｒリッチパーティクルは、０≦α≦０．０５、０．１０≦β≦０．２５、０．２０≦γ≦０．４０、０．３０≦δ≦０．４５、０．１０≦ｘ≦０．３５を満足し、
   （ｆ）前記上部層の縦断面に占める長径が１００ｎｍ以上の前記ＣｒＳｉリッチパーティクルの占有面積率は、０．５面積％以上５面積％以下であり、また、前記上部層の縦断面に占める長径が１００ｎｍ以上の前記ＮｉＺｒリッチパーティクルの占有面積率は、０．３面積％以上３面積％以下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、前記下部層と上部層との間に、薄層Ａと薄層Ｂの交互積層構造からなる合計平均層厚０．１〜１．０μｍの中間層が介在して設けられており、
   （ａ）前記薄層Ａは、
   組成式：（Ａｌ_{１−α−β−γ−δ}Ｃｒ_αＳｉ_βＮｉ_γＺｒ_δ）_１−ｘＮ_ｘ
   で表した場合（ただし、α、β、γ、δ、ｘはいずれも原子比を示す）、
   ０．１５≦α≦０．３０、０．０１≦β≦０．１５、０．００１≦γ≦０．０２、０．００１≦δ≦０．０２、０．４５≦ｘ≦０．６０を満足し、一層平均層厚０．００５〜０．１０μｍのＡｌとＣｒとＳｉとＮｉとＺｒの複合窒化物層からなり、
   （ｂ）前記薄層Ｂは、
   組成式：（Ａｌ_{１−ａ−ｂ}Ｔｉ_ａＳｉ_ｂ）_１−ｙＮ_ｙで表した場合、
   ０．３０≦ａ≦０．５０、０．０１≦ｂ≦０．１０、０．４５≦ｙ≦０．６０（ただし、ａ、ｂ、ｙはいずれも原子比）を満足し、一層平均層厚０．００５〜０．１０μｍのＡｌとＴｉとＳｉの複合窒化物層からな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。