JP2018164960A - 高耐欠損性を有する被覆超硬合金工具 - Google Patents

Abstract

【課題】鋼の切刃に対する衝撃的な高負荷が作用する高速かつ断続の厳しい条件下におけるミーリング加工において、高耐チッピング性、耐欠損性、および、耐酸化性において優れた硬質被覆層を備えた被覆工具を提供する。【解決手段】Ｃｏを結合相として有する工具基体の表面に設けられた硬質被覆層は、工具基体と接する平均層厚０．５〜１０．０μｍのＴｉＣＮ層と、前記ＴｉＣＮ層に接する平均層厚１．５〜１５．０μｍのＡｌＴｉＮ層を少なくとも含み、前記ＴｉＣＮ層と前記ＡｌＴｉＮ層との総平均層厚は、２．０〜１６．０μｍであり、前記ＴｉＣＮ層における工具基体表面から深さ０．２μｍの位置におけるＴｉＣＮ粒界上での平均Ｃｏ濃度が、５ａｔ％以上１０ａｔ％以下であり、前記ＡｌＴｉＮ層は、ＮａＣｌ型の面心立方晶構造を有する結晶粒を少なくとも含み、かつ、ＡｌとＴｉの合量に対してＡｌの占める平均含有割合は、０．６５以上０．９０以下である。【選択図】図１

Description

本発明は、鋼の高熱発生を伴うとともに、切刃に対して衝撃的な高負荷が作用する高速かつ断続の厳しい条件下におけるミーリング加工において、硬質被覆層がすぐれた高耐チッピング性、耐欠損性、および、耐酸化性を備えることにより、長期の使用に亘ってすぐれた切削性能を有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、一般に、炭化タングステン（以下、ＷＣで示す）基超硬合金あるいは炭窒化チタン（以下、ＴｉＣＮで示す）基サーメットで構成された工具基体（以下、これらを総称して工具基体という）の表面に、硬質被覆層として、Ｔｉ−Ａｌ系の複合窒化物層を物理蒸着法により被覆形成した被覆工具が知られており、これらは、すぐれた耐摩耗性を発揮することが知られている。
しかしながら、従来の前記Ｔｉ−Ａｌ系の複合窒化物を被覆形成した被覆工具においては、比較的耐摩耗性にはすぐれるものの、高速断続切削条件にて用いた場合には、チッピングや欠損等の異常損傷を発生しやすく、また、被覆層に含有されるＡｌ比率が低いことから、保護膜が十分に形成されず、耐酸化性に劣り早期に寿命に達するという課題を有していた。

これに対して、例えば、特許文献１においては、超硬合金基体上にＣＶＤ法により、８００〜８８０℃において、炭窒化チタンの縦長結晶を有する炭窒化チタン層を形成した後、さらに、前記炭窒化チタン層上に、Ａｌ_ＸＴｉ_１−ＸＮ（平均組成Ｘ≧０．７）層の多層膜を形成することが提案されている。

国際公開第２０１２／１２６０３０号パンフレット

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、切削加工は一段と高速化、高効率化の傾向にあり、被覆工具には、より一層、耐チッピング性、耐欠損性、および、耐酸化性等の特性が求められるとともに、長期の使用にわたってのすぐれた耐摩耗性が求められている。
しかしながら、前記特許文献１には、特に、鋼の切刃に対する衝撃的な高負荷が作用する高速かつ断続の厳しい条件下におけるミーリング加工において、硬質被覆層が求められる、高耐チッピング性、耐欠損性、および、耐酸化性については、何らの解決手段も示されていない。

本発明者らは、前述の観点から、ＡｌとＴｉの複合窒化物（以下、「ＡｌＴｉＮ」で示すことがある）層およびＴｉの炭窒化物（以下、「ＴｉＣＮ」で示すことがある）層を含む硬質被覆層を化学蒸着で形成した被覆工具において、チッピング、欠損等の異常損傷を発生することなく、耐酸化性に優れ、長期の使用に亘ってすぐれた耐摩耗性を発揮する被覆工具の硬質被覆層について鋭意研究を重ねた結果、次のような知見を得た。

即ち、本発明者らは、限定された条件で、基体に対し、ＴｉＣＮ層を成膜し、成膜後、前記ＴｉＣＮ層に対し熱処理を行うことにより、基体中に結合相として含まれるＣｏを、基体と前記ＴｉＣＮ層との境界部よりＴｉＣＮ層中のＴｉＣＮ粒界に拡散させ、ＴｉＣＮ層中の所定深さ位置におけるＣｏ濃度を高め、ＴｉＣＮ層の強靭化を図ることにより、チッピングを抑制することができ、また、引き続き、前記ＴｉＣＮ層上に、Ａｌを高濃度にて含有し、ＮａＣｌ型の面心立方晶構造を有するＡｌＴｉＮ結晶粒を含むＡｌＴｉＮ層を最外層として成膜し、切削時の切削熱により被膜表面にアルミニウム酸化物層を形成させ、該酸化物層を保護膜として機能させることができるため、硬質被覆層として、かかるＴｉＣＮ層およびＡｌＴｉＮ層を形成した被覆工具は、切刃に対して衝撃的な高負荷が作用する高速かつ断続の厳しい条件下における鋼のミーリング加工において、すぐれた高耐チッピング性、耐欠損性、および、耐酸化性を発揮することを見出したものである。

また、前記ＡｌＴｉＮ層において、ＮａＣｌ型の面心立方晶構造（以下、単に「面心立方晶構造」という場合もある）を有するＡｌＴｉＮ結晶粒について、Ｘ線回折測定により回折ピーク強度を求めた際に、（１１１）面、（２００）面、および、（２２０）面において、（１１１）面が最大ピークを有し、かつ、(１１１)面の回折ピーク強度をＩｆｃｃ（１１１）とし、（２００)面の回折ピーク強度をＩｆｃｃ（２００）とした場合、Ｉｆｃｃ（１１１）／（Ｉｆｃｃ（１１１）＋Ｉｆｃｃ（２００））≧０．５を満足するときに、ＡｌＴｉＮ層の耐摩耗性が向上することを見出した。

さらに、前記ＡｌＴｉＮ層についてＸ線回折測定を行い、面心立方晶構造を有するＡｌＴｉＮ結晶粒の（１１１）面回折ピーク強度Ｉｆｃｃ（１１１）と六方晶構造を有するＡｌＴｉＮ結晶粒の（１００）面回折ピーク強度Ｉｈｃｐ（１００）を求めた際に、Ｉｆｃｃ（１１１）／（Ｉｆｃｃ（１１１）＋Ｉｈｃｐ（１００））≧０．９を満足する際には、より一段と耐摩耗性が向上することを見出した。

本発明は、前記の知見に基づいてなされたものであって、
「（１） Ｃｏを結合相として有する工具基体の表面に、硬質被覆層が設けられている表面被覆切削工具において、
（ａ）前記硬質被覆層は、工具基体と接するＴｉＣＮ層と、前記ＴｉＣＮ層に接するＡｌＴｉＮ層を少なくとも含み、
（ｂ）前記ＴｉＣＮ層の平均層厚は、０．５〜１０．０μｍであり、前記ＡｌＴｉＮ層の平均層厚は、１．５〜１５．０μｍであり、また、前記ＴｉＣＮ層と前記ＡｌＴｉＮ層との総平均層厚は、２．０〜１６．０μｍであり、
（ｃ）前記ＴｉＣＮ層における工具基体表面から深さ０．２μｍの位置におけるＴｉＣＮ粒界上での平均Ｃｏ濃度が、５ａｔ％以上１０ａｔ％以下であり、
（ｄ）前記ＡｌＴｉＮ層は、ＮａＣｌ型の面心立方晶構造を有する結晶粒を少なくとも含み、かつ、ＡｌＴｉＮの組成を組成式：（Ａｌ_ｘＴｉ_１−ｘ）Ｎで表した場合のＡｌとＴｉの合量に対してＡｌが占める平均含有割合Ｘ_ａｖｇ（但し、Ｘ_ａｖｇは原子比）は、０．６５≦Ｘ_ａｖｇ≦０．９０の関係を満足することを特徴とする表面被覆切削工具。
（２） 前記ＡｌＴｉＮ層において、前記面心立方晶構造を有するＡｌＴｉＮ結晶粒について、Ｘ線回折測定により回折ピーク強度を求めた際に、（１１１）面、（２００）面、および、（２２０）面において、（１１１）面が最大ピークを有し、
かつ、(１１１)面の回折ピーク強度をＩｆｃｃ（１１１）とし、（２００)面の回折ピーク強度をＩｆｃｃ（２００）とした場合、Ｉｆｃｃ（１１１）／（Ｉｆｃｃ（１１１）＋Ｉｆｃｃ（２００））≧０．５を満足し、
また、前記ＡｌＴｉＮ層において、六方晶構造を有するＡｌＴｉＮ結晶粒について、（１００）面回折ピーク強度をＩｈｃｐ（１００）として求めた際に、Ｉｆｃｃ（１１１）／（Ｉｆｃｃ（１１１）＋Ｉｈｃｐ（１００））≧０．９を満足す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。」
に特徴を有するものである。

本発明について、以下に詳細に説明する。

ＡｌＴｉＮ層、ＴｉＣＮ層、および、全硬質被覆層の平均層厚：
ＡｌＴｉＮ層は、高硬度にて、すぐれた耐摩耗性を有するが、特に平均層厚が１．５μｍ以上１５．０μｍ以下のとき、その効果が際立って発揮される。その理由は、平均層厚が１．５μｍ未満では、層厚が薄いため、長期の使用に亘っての耐摩耗性を十分確保することができず、一方、その平均層厚が１５．０μｍを越えると、ＡｌＴｉＮ層の結晶粒が粗大化し易くなり、チッピングを発生しやすくなるためである。
また、ＴｉＣＮ層の膜厚については、０．５μｍ未満では層厚が薄いため、長期の使用に亘っての耐摩耗性を十分確保することができず、１０．０μｍを超えるとＴｉＣＮ層の結晶粒が粗大化し、チッピングの発生が生じる可能性があるため、その平均層厚を０．５μｍ以上１０．０μｍ以下と定めた。
そして、全硬質被覆層の総平均層厚については、２．０μｍ未満では、耐摩耗性が不十分であり、１６．０μｍを超える場合には、耐チッピング性が不十分となるため、２．０μｍ以上１６．０μｍ以下と定めた。

ＴｉＣＮ層における平均Ｃｏ濃度：
ＴｉＣＮ層中の工具基体表面から深さ０．２μｍの位置におけるＴｉＣＮ粒界上での平均Ｃｏ濃度が、５ａｔ％以上１０ａｔ％以下であるとき、ＴｉＣＮ層を強靭化できることを見出した。
平均Ｃｏ濃度が５ａｔ％未満である場合は、所望の強靭化効果を実現することはできず、一方、平均Ｃｏ濃度が１０ａｔ％を超えると、ＴｉＣＮ層の耐摩耗性が低下することから、
５ａｔ％以上１０ａｔ％以下と規定した。
Ｃｏ濃度の測定は、オージェ電子分光分析により測定を行った。
具体的には、ＴｉＣＮ層について工具基体表面からＴｉＣＮ層の内部深さ０．２μｍまでの範囲において、オージェ電子分光分析器を用いて、複数個所（１０箇所）におけるＣｏ成分の濃度を測定し、得られた複数の測定値（１０箇所の測定値）を平均することによって、平均Ｃｏ含有割合（原子％）を求めた。（表５、表６を参照。）

ＡｌＴｉＮ層の結晶構造：
本発明のＡｌＴｉＮ層の面心立方晶構造を有するＡｌＴｉＮ結晶粒について、Ｘ線回折により(１１１)面の回折ピーク強度Ｉｆｃｃ（１１１）と、(２００)面の回折ピーク強度Ｉｆｃｃ（２００）を求めた場合、Ｉｆｃｃ（１１１）／（Ｉｆｃｃ（１１１）＋Ｉｆｃｃ（２００））≧０．５の関係を満足する場合には、稠密面である（１１１）配向性が高いために、ＡｌＴｉＮ層の耐摩耗性が飛躍的に向上する。

また、本発明のＡｌＴｉＮ層についてＸ線回折を行い、面心立方晶構造を有する結晶粒の(１１１)面の回折ピーク強度Ｉｆｃｃ（１１１）と、六方晶構造を有する結晶粒の(１００)面の回折ピーク強度Ｉｈｃｐ（１００）を求めた時、Ｉｆｃｃ（１１１）／（Ｉｆｃｃ（１１１）＋Ｉｈｃｐ（１００））≧０．９の関係を満足することが好ましい。
この場合、ＡｌＴｉＮ層は面心立方晶構造のＡｌＴｉＮ結晶粒を主体として構成されているため、より一層耐摩耗性が向上する。一方、Ｉｆｃｃ（１１１）／（Ｉｆｃｃ（１１１）＋Ｉｈｃｐ（１００））＜０．９になると、ＡｌＴｉＮ層中に六方晶構造を有する結晶相が増加するため、耐摩耗性の低下がみられる。

ＡｌＴｉＮ層の組成：
本発明のＡｌＴｉＮ層は、ＡｌのＴｉとＡｌの合量に占める平均含有割合Ｘ_ａｖｇ（但し、Ｘ_ａｖｇは原子比）が、０．６５≦Ｘ_ａｖｇ≦０．９０を満足するように制御する。
その理由は、Ａｌの平均含有割合Ｘ_ａｖｇが０．６５未満であると、ＡｌＴｉＮ層は耐酸化性に劣るため、鋼を高速断続切削加工に供した場合に、耐摩耗性が十分でない。一方、Ａｌの平均含有割合Ｘ_ａｖｇが０．９０を超えると、硬さに劣る六方晶の析出量が増大し硬さが低下するため、耐摩耗性が低下する。
また、本発明では、ＡｌＴｉＮ層中のＡｌの平均含有割合Ｘ_ａｖｇは、０．６５≦Ｘ_ａｖｇ≦０．９０であって、ＡｌＴｉＮ層中のＡｌの含有量が高いため、切削加工時の発熱によってＡｌＴｉＮ層表面にはＡｌリッチな酸化物層が形成され、これが保護層として働き、ＡｌＴｉＮ層中のクラックの発生・進展を抑制する作用が期待される。
したがって、Ａｌの平均含有割合Ｘ_ａｖｇは、０．６５≦Ｘ_ａｖｇ≦０．９０と定めた。

超硬基材とＴｉＣＮ層、および、ＡｌＴｉＮ層の関係：
図１は、本発明に係る超硬基材とＴｉＣＮ層、および、ＡｌＴｉＮ層の関係の一例を示す部分拡大模式図である。
図１では、超硬母材にＭＴ(Moderate Temperature)-ＣＶＤ法を用いて超硬母材上に７００〜９００℃にてＴｉＣＮ層を成膜した後、１０００℃前後の温度に加熱し、超硬母材に結合相として含まれるＣｏをＴｉＣＮ層の結晶粒界に拡散させ、ＴｉＣＮ膜の強靭化を図る様子を示した模式図である。

本発明のＴｉＣＮ層、および、ＡｌＴｉＮ層の成膜方法：
本発明で規定する成分組成、配向性を備えたＴｉＣＮ層、および、ＡｌＴｉＮ層は、以下に示す成膜条件にて化学蒸着法を用いることにより形成することができる。
［成膜条件］
ＴｉＣＮ層の成膜条件
成膜方法：ＣＶＤ
反応ガス組成(容量％)：
ＴｉＣｌ_４：１．０〜４．０％、ＣＨ_３ＣＮ：０．１〜１．０％、
Ｎ_２：０．０〜２５．０％、Ｈ_２：残、
反応雰囲気圧力：４．０〜５．０ｋＰａ、
反応雰囲気温度：７００〜９００℃、

ＴｉＣＮ層の成膜後の熱処理条件
雰囲気：Ｈ_２
雰囲気圧力：２６〜４０ｋＰａ
熱処理温度：１０５０℃〜１１００℃
熱処理時間：３０分〜８０分

ＡｌＴｉＮの成膜条件
成膜方法：ＣＶＤ
反応ガス組成(容量％)：
ガス群Ａ：ＮＨ_３：０．８〜１．６％、Ｈ_２：４５〜５５％、
ガス群Ｂ：ＡｌＣｌ_３：０．５〜０．７％、ＴｉＣｌ_４：０．１〜０．３％、
Ｎ_２：０．０〜１０％、Ｈ_２：残、
反応雰囲気圧力：４．０〜５．０ｋＰａ、
反応雰囲気温度：７００〜９００℃、
供給周期 ：１〜５秒、
１周期当たりのガス供給時間：０．１５〜０．２５秒、
ガス群Ａの供給とガス群Ｂの供給の位相差：０．１０〜０．２０秒

本発明は、工具基体の表面に硬質被覆層を設けた表面被覆切削工具であって、工具基体の表面に、ＴｉＣＮ層を成膜し、成膜後、前記ＴｉＣＮ層に対し熱処理を行うことにより、基体中に結合相として含まれるＣｏを前記ＴｉＣＮ層のＴｉＣＮ粒界に拡散させ、ＴｉＣＮ層の強靭化を図り、チッピングを抑制することができ、また、引き続き、前記ＴｉＣＮ層上に、Ａｌ高含有のＡｌＴｉＮ層を成膜し、切削時の切削熱により被膜表面にアルミニウム酸化物層を形成させ、該酸化物層を保護膜として機能させることができるため、切刃に対して衝撃的な高負荷が作用する高速かつ断続の厳しい条件下における鋼のミーリング加工において、すぐれた高耐チッピング性、耐欠損性、および、耐酸化性を発揮するものである。
また、本発明は、前記ＡｌＴｉＮ層の面心立方晶構造を有するＡｌＴｉＮ結晶粒について、Ｘ線回折により(１１１)面の回折ピーク強度Ｉｆｃｃ（１１１）と、(２００)面の回折ピーク強度Ｉｆｃｃ（２００）を求めた場合、Ｉｆｃｃ（１１１）／（Ｉｆｃｃ（１１１）＋Ｉｆｃｃ（２００））≧０．５の関係を満足する場合には、稠密面である（１１１）配向性が高いために、ＡｌＴｉＮ層の耐摩耗性が飛躍的に向上する。
また、さらに、本発明のＡｌＴｉＮ層についてＸ線回折を行い、面心立方晶構造を有する結晶粒の(１１１)面の回折ピーク強度Ｉｆｃｃ（１１１）と、六方晶構造を有する結晶粒の(１００)面の回折ピーク強度Ｉｈｃｐ（１００）を求めた時、Ｉｆｃｃ（１１１）／（Ｉｆｃｃ（１１１）＋Ｉｈｃｐ（１００））≧０．９の関係を満足する場合には、ＡｌＴｉＮ層は面心立方晶構造のＡｌＴｉＮ結晶粒を主体として構成されているため、より一層耐摩耗性が向上する。

超硬母材に結合相として含まれるＣｏがＴｉＣＮ層の結晶粒界に拡散し、ＴｉＣＮ膜の強靭化が図られるメカニズムを示す模式図である。

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。

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、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、Ｃｒ₃Ｃ₂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、ＩＳＯ・ＳＥＥＮ１２０３ＡＦＳＮ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，Ｂ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、ＮｂＣ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：１５００℃に１時間保持の条件で焼結し、焼結後、ＩＳＯ・ＳＥＥＮ１２０３ＡＦＳＮ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Ｃを作製した。

つぎに、これらの工具基体Ａ〜Ｃの表面に、化学蒸着装置を用い、表３に示される形成条件Ａ〜Ｇ、すなわち、ＴｉＣｌ_４、ＣＨ_３ＣＮ、Ｎ_２およびＨ_２からなる反応ガス組成を、ＴｉＣｌ_４：１．０〜４．０％、ＣＨ_３ＣＮ：０．１〜１．０％、Ｎ_２：０．０〜２５．０％，Ｈ_２：残とし、反応雰囲気圧力：４．０〜５．０ｋＰａ、反応雰囲気温度：７００〜９００℃として、所定時間、ＭＴ(Moderate Temperature)−ＣＶＤ法を用いＴｉＣＮ層を成膜し、次いで、表３に示される成膜後の熱処理条件にて熱処理を行った後、表４に示される形成条件Ａ〜Ｇ、すなわち、ＮＨ_３およびＨ_２からなるガス群Ａと、ＡｌＣｌ_３、ＴｉＣｌ_４、Ｎ_２およびＨ_２からなるガス群Ｂ、および、おのおのガスの供給方法として、反応ガス組成（ガス群Ａおよびガス群Ｂを合わせた全体に対する容量％）をガス群Ａとして、ＮＨ_３：０．８〜１．６％、Ｈ_２：４５〜５５％、ガス群Ｂとして、ＡｌＣｌ_３：０．５〜０．７％、ＴｉＣｌ_４：０．１〜０．３％、Ｎ_２：０．０〜１０％、Ｈ_２：残、反応雰囲気圧力：４．０〜５．０ｋＰａ、反応雰囲気温度７００〜９００℃、供給周期１〜５秒、１周期当たりのガス供給時間０．１５〜０．２５秒、ガス群Ａの供給とガス群Ｂの供給の位相差を０．１０〜０．２０秒として、所定時間、通常の熱ＣＶＤ法を用い、ＡｌＴｉＮ層を成膜することにより、表５に示されるＴｉＣＮ層およびＡｌＴｉＮ層を有する本発明被覆工具１〜１２を製造した。

また、比較の目的で、前記工具基体Ａ〜Ｃの表面に、表３および表４に示される比較成膜工程の条件で、表６に示される目標層厚（μｍ）で本発明被覆工具１〜１２と同様に、ＴｉＣＮ層および／またはＡｌＴｉＮ層を含む硬質被覆層を蒸着形成し比較例被覆工具１〜１２を製造した。この時には、ＡｌＴｉＮ層の成膜工程中に、工具基体表面における反応ガス組成が時間的に変化しない様に硬質被覆層を形成することにより比較例被覆工具１〜１２を製造した。

ついで、本発明被覆工具１〜１２、比較例被覆工具１〜１２の各構成層の工具基体に垂直な方向の断面を、走査型電子顕微鏡（倍率５０００倍）を用いて測定し、観察視野内の５点の層厚を測って平均して平均層厚を求めたところ、いずれも表５および表６に示される目標平均層厚と実質的に同じ平均層厚を示した。
また、ＡｌＴｉＮ層の平均Ａｌ含有割合Ｘ_ａｖｇについては、電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ，Ｅｌｅｃｔｒｏｎ−Ｐｒｏｂｅ−Ｍｉｃｒｏ−Ａｎａｌｙｓｅｒ）を用い、表面を研磨した試料において、電子線を試料表面側から照射し、得られた特性Ｘ線の解析結果の１０点平均からＡｌの平均Ａｌ含有割合Ｘ_ａｖｇを求めた。
表５および表６に、Ｘ_ａｖｇの値を示す。

また、ＡｌＴｉＮ層について、Ｃｒ管球を用いたＸ線回折によって、面心立方晶構造のＡｌＴｉＮ結晶粒の（１１１）面の回折ピーク強度Ｉｆｃｃ（１１１）、（２００）面の回折ピーク強度Ｉｆｃｃ（２００）および六方晶構造のＡｌＴｉＮ結晶粒の（１００）面の回折ピーク強度Ｉｈｃｐ（１００）を測定するとともに、Ｉｆｃｃ（１１１）／｛Ｉｆｃｃ（１１１）＋Ｉｆｃｃ（２００）｝の値およびＩｆｃｃ（１１１）／｛Ｉｆｃｃ（１１１）＋Ｉｈｃｐ（１００）｝の値を算出した。
表５および表６に、これらの値を示す。

つぎに、前記本発明被覆工具１〜１２、比較例被覆工具１〜１２について、以下に示す、高速切削断続加工試験を実施し、切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。
その結果を表７に示す。
なお、比較例被覆工具１〜１２については、熱亀裂の伝播・進展を原因として、チッピング発生により工具寿命に至ったものについては、寿命に至るまでの切削時間（分）を記載している。

切削試験 ：乾式高速正面フライス、センターカット切削加工、
被削材 ：ＪＩＳ・ＳＣＭ４４０幅１００ｍｍ、長さ４００ｍｍのブロック材、
回転速度 ：９６８ｍｉｎ^−１、
切削速度 ：３８０ｍ／ｍｉｎ、
切り込み ：１．５ｍｍ、
一刃送り量：０．４ｍｍ／刃、
切削時間 ：５分

表７に示されるように、本発明にかかる被覆工具は、鋼の高速、断続切削条件下においても、長期の使用に亘ってすぐれた耐チッピング性、耐摩耗性を発揮するものである。

他方、ＴｉＣＮ層またはＡｌＴｉＮ層の形成条件を満たさず、目的とする膜厚や、平均Ｃｏ濃度、Ａｌ平均含有割合が得られなかったものでは、チッピングや欠損等がみられ、短時間で寿命に至るものであった。

本発明の被覆工具は、鋼の高熱発生を伴い、また、切刃に対して衝撃的な高負荷が作用する高速かつ断続の厳しい条件下においても、すぐれた耐チッピング性、耐欠損性、および、耐酸化性を備え長期の使用に亘ってすぐれた切削性能を有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。

Claims (2)

1. Ｃｏを結合相として有する工具基体の表面に、硬質被覆層が設けられている表面被覆切削工具において、
   （ａ）前記硬質被覆層は、工具基体と接するＴｉＣＮ層と、前記ＴｉＣＮ層に接するＡｌＴｉＮ層を少なくとも含み、
   （ｂ）前記ＴｉＣＮ層の平均層厚は、０．５〜１０．０μｍであり、前記ＡｌＴｉＮ層の平均層厚は、１．５〜１５．０μｍであり、また、前記ＴｉＣＮ層と前記ＡｌＴｉＮ層との総平均膜厚は、２．０〜１６．０μｍであり、
   （ｃ）前記ＴｉＣＮ層における工具基体表面から深さ０．２μｍの位置におけるＴｉＣＮ粒界上での平均Ｃｏ濃度が、５ａｔ％以上１０ａｔ％以下であり、
   （ｄ）前記ＡｌＴｉＮ層は、ＮａＣｌ型の面心立方晶構造を有する結晶粒を少なくとも含み、かつ、ＡｌＴｉＮの組成を組成式：（Ａｌ_ｘＴｉ_１−ｘ）Ｎで表した場合のＡｌとＴｉの合量に対してＡｌの占める平均含有割合Ｘ_ａｖｇ（但し、Ｘ_ａｖｇは原子比）は、０．６５≦Ｘ_ａｖｇ≦０．９０の関係を満足することを特徴とする表面被覆切削工具。
2. 前記ＡｌＴｉＮ層を構成する前記面心立方晶構造を有するＡｌＴｉＮ結晶粒について、Ｘ線回折測定による回折ピーク強度を求めた際に、（１１１）面、（２００）面、および、（２２０）面において、（１１１）面が最大ピークを示し、
   かつ、(１１１)面の回折ピーク強度をＩｆｃｃ（１１１）とし、（２００)面の回折ピーク強度をＩｆｃｃ（２００）とした場合、Ｉｆｃｃ（１１１）／（Ｉｆｃｃ（１１１）＋Ｉｆｃｃ（２００））≧０．５を満足し、
   また、前記ＡｌＴｉＮ層において、六方晶構造を有するＡｌＴｉＮ結晶粒について、（１００）面回折ピーク強度をＩｈｃｐ（１００）として求めた際に、Ｉｆｃｃ（１１１）／（Ｉｆｃｃ（１１１）＋Ｉｈｃｐ（１００））≧０．９を満足す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。」