JP4284144B2

JP4284144B2 - 表面被覆切削工具

Info

Publication number: JP4284144B2
Application number: JP2003336315A
Authority: JP
Inventors: 栄仁谷渕
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2003-09-26
Filing date: 2003-09-26
Publication date: 2009-06-24
Anticipated expiration: 2023-09-26
Also published as: JP2005103657A

Description

本発明は、優れた耐チッピング性および耐摩耗性を有する硬質被覆層を表面に被着形成した表面被覆切削工具に関し、特に金属の断続切削等の大きな衝撃が切刃にかかるような切削に際しても、優れた耐欠損性および耐摩耗性を有する表面被覆切削工具に関する。

従来より、金属の切削加工に広く用いられている切削工具は、超硬合金やサーメット、セラミックス等の母材の表面に、ＴｉＣ層、ＴｉＮ層、ＴｉＣＮ層およびＡｌ_２Ｏ_３層等の硬質被覆層を複数層被着形成した表面被覆切削工具が多用されている。

かかる表面被覆切削工具においては、最近の切削加工の高能率化に従って金属の重断続切削等の大きな衝撃が切刃にかかるような過酷な切削条件で使われるようになっており、従来の工具では硬質被覆層が突発的に発生する大きな衝撃に耐えきれず、チッピングや硬質被覆層が剥離にて母材が露出してしまい、これが引き金となって切刃に大きな欠損や異常摩耗が発生して工具寿命の長寿命化ができないという問題があった。

そこで、特許文献１には、筋状ＴｉＣＮ結晶（縦長成長ＴｉＣＮ結晶）からなるＴｉＣＮ層を設けるとともに、その間を粒状のＴｉＮ層で分割することにより層間剥離を抑制できることが記載され、工具の耐欠損性が向上すると記載されている。
特許第３２３０３７２号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載されたＴｉＣＮ層の構成によっても、重断続切削等の突発的に大きな衝撃がかかるような切削においては依然としてＴｉＣＮ層とＡｌ_２Ｏ_３層との界面にてチッピングや硬質被覆層の剥離が発生する場合があったり、逆に硬質被覆層全体が剥離して母材が露出してしまい急激に摩耗が進行する場合もあり、いずれの場合にも工具寿命が短くなっていた。

また、ＴｉＣＮ層の結晶幅を単純に小さくしたり、大きくしたりしても、Ａｌ_２Ｏ_３層の付着力が極端に低下して連続切削によっても切削初期にＡｌ_２Ｏ_３層が大きく剥離してしまい摩耗が進行したり、母材との密着力が損なわれて硬質被覆層全体が剥離する等、硬質被覆層全体の最適化を図ることに限界があり、やはり工具寿命には限界があった。

従って、本発明は上記課題を解決するためになされたもので、その目的は、断続切削等の突発的に工具切刃に強い衝撃がかかるような過酷な切削条件においても、連続切削等の耐摩耗性が重視される切削条件においても、母材−ＴｉＣＮ層−Ａｌ_２Ｏ_３層の層間でチッピングや剥離が発生することなく、優れた耐欠損性および耐摩耗性を有する長寿命の切削工具を提供することにある。

本発明者は、上記課題に対し、母材表面にＴｉＣＮ層とＡｌ_２Ｏ_３層を順に設けた硬質被覆層を具備する切削工具の耐摩耗性を損なわずに耐欠損性を高める方法について検討した結果、前記ＴｉＣＮ層のＡｌ_２Ｏ_３層側の平均結晶幅を母材側の平均結晶幅より大きくすること、かつＡｌ_２Ｏ_３層が１０〜５０Ｎの荷重で剥離する密着力に制御することによって、母材とＴｉＣＮ層とＡｌ_２Ｏ_３層間の層間密着性を向上させることができ、連続切削においては硬質被覆層が剥離することなく、高い耐摩耗性を有するとともに、断続切削において、例え突発的に大きな衝撃が硬質被覆層にかかったときでも、Ａｌ_２Ｏ_３層がわずかに剥離したりクラックを発生させたりすることによって衝撃を吸収してＡｌ_２Ｏ_３層が広範囲にわたって剥離したり、硬質被覆層全体がチッピングしたり剥離したりすることを防止し、さらにＡｌ_２Ｏ_３層が剥離した後に残存したＴｉＣＮ層も微細な平均結晶幅の高い耐摩耗性を有する部分がある結果、特にねずみ鋳鉄（ＦＣ材）やダクタイル鋳鉄（ＦＣＤ材）のような高硬度黒鉛粒子が分散した鋳鉄等の金属の重断続切削等のような工具切刃に強い衝撃がかかる過酷な切削条件や、連続切削条件、さらにはこれら断続切削と連続切削とを組み合わせた複合切削条件においても、優れた耐摩耗性および耐欠損性を有する切削工具が得られることを知見した。

すなわち、本発明の表面被覆切削工具は、硬質合金からなる母材の表面に、連続する２層以上のＴｉＣＮ層とα型結晶構造を有するＡｌ_２Ｏ_３層とを順次被着形成した硬質被覆層を具備し、前記２層以上のＴｉＣＮ層が、断面で見て、前記母材との界面に対して垂直な方向に成長した筋状ＴｉＣＮ結晶からなるとともに、Ａｌ_２Ｏ_３層側に配設されたＴｉＣＮ上側の層の中間の高さ位置における筋状ＴｉＣＮ結晶の平均結晶幅が前記母材側に配設されたＴｉＣＮ下側の層の中間の高さ位置における筋状ＴｉＣＮ結晶の平均結晶幅より大きく、かつ前記硬質被覆層のスクラッチ試験による付着力測定において、前記Ａｌ_２Ｏ_３層が２３〜４０Ｎの荷重で剥離することを特徴とするものである。

ここで、前記ＴｉＣＮ層が２層からなり、前記母材側のＴｉＣＮ下層の中間の高さ位置における前記筋状ＴｉＣＮ結晶の平均結晶幅ｗ_１が０．０５〜０．７μｍ、かつ、前記Ａｌ_２Ｏ_３層側のＴｉＣＮ上層の中間の高さ位置における前記筋状ＴｉＣＮ結晶の平均結晶幅ｗ_２が前記平均結晶幅ｗ_１の２倍以上であることが、筋状ＴｉＣＮ結晶自身の耐摩耗性を高めることができるとともに、Ａｌ_２Ｏ_３層の付着力を制御して、硬質被覆層全体としての耐摩耗性および耐欠損性を高めるために望ましい。

前記ＴｉＣＮ層のうち、前記ＴｉＣＮ下層の膜厚ｔ_１が１μｍ≦ｔ_１≦１０μｍ、前記ＴｉＣＮ上層の膜厚ｔ_２が１μｍ≦ｔ_２≦５μｍで、かつ、１＜ｔ _１／ｔ _２≦５の関係を満たすことが、硬質被覆層全体の密着力と耐衝撃性を高めて、工具全体としての耐摩耗性と耐欠損性を最適な状態にすることができるため望ましい。

さらに、前記ＴｉＣＮ層が連続する２層以上の多層からなることが成膜条件の制御が容易な点で重要であり、前記ＴｉＣＮ層およびＡｌ_２Ｏ_３層の下層、層間または上層に、ＴｉＮ層、ＴｉＣ層、ＴｉＣＮＯ層、ＴｉＣＯ層、ＴｉＮＯ層の群から選ばれる少なくとも１層を介装することによって、母材成分の拡散防止、硬質被覆層の層間密着力の向上、工具表面を明るい色にして使用の有無を識別する、ＴｉＣＮ層、Ａｌ_２Ｏ_３層の組織、結晶構造を制御することも可能である。

さらには、前記Ａｌ_２Ｏ_３層がα型結晶構造を有することが耐摩耗性の向上の点で重要である。

上記本発明の表面被覆切削工具は、前記連続する２層以上のＴｉＣＮ層のＡｌ２Ｏ３層側に配設されたＴｉＣＮ上側の層の中間の高さ位置における筋状ＴｉＣＮ結晶の平均結晶幅を母材側に配設されたＴｉＣＮ下側の層の中間の高さ位置における筋状ＴｉＣＮ結晶の平均結晶幅より大きくすること、かつＡｌ_２Ｏ_３層が２３〜４０Ｎの荷重で剥離する密着力に制御することによって、母材とＴｉＣＮ層とＡｌ_２Ｏ_３層間の層間密着性を向上させることができ、連続切削においては硬質被覆層が剥離することなく、高い耐摩耗性を有するとともに、断続切削において、たとえ突発的に大きな衝撃が硬質被覆層にかかったときでも、Ａｌ_２Ｏ_３層がわずかに剥離したりクラックを発生させたりすることによって衝撃を吸収してＡｌ_２Ｏ_３層が広範囲にわたって剥離したり、硬質被覆層全体がチッピングしたり剥離したりすることを防止し、さらにＡｌ_２Ｏ_３層が剥離した後に残存したＴｉＣＮ層も微細な平均結晶幅の高い耐摩耗性を有する部分がある結果、特にねずみ鋳鉄（ＦＣ材）やダクタイル鋳鉄（ＦＣＤ材）のような高硬度黒鉛粒子が分散した鋳鉄等の金属の重断続切削等のような工具切刃に強い衝撃がかかる過酷な切削条件や、連続切削条件、さらにはこれら断続切削と連続切削とを組み合わせた複合切削条件においても、優れた耐摩耗性および耐欠損性を有する切削工具が得られる。

本発明の表面被覆切削工具の一例について硬質被覆層を含む破断面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である図１を基に説明する。

図１によれば、表面被覆切削工具（以下、単に工具と略す。）１は、炭化タングステン（ＷＣ）と、所望により周期律表第４ａ、５ａ、６ａ族金属の炭化物、窒化物、炭窒化物の群から選ばれる少なくとも１種からなる硬質相をコバルト（Ｃｏ）および／またはニッケル（Ｎｉ）の鉄属金属からなる結合相にて結合させた超硬合金、または炭化チタン（ＴｉＣ）や炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）を主体として周期律表第４ａ、５ａ、６ａ族金属の炭化物、窒化物、炭窒化物の群から選ばれる少なくとも１種からなる硬質相をコバルト（Ｃｏ）および／またはニッケル（Ｎｉ）の鉄属金属から成る結合相にて結合させたサーメット、さらには、ダイヤモンド質焼結体、立方晶窒化硼素（ｃＢＮ）質焼結体等の硬質合金からなる母材２の表面に硬質被覆層３を被着形成したものである。

本発明によれば、硬質被覆層３として、少なくとも連続する２層以上の炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）層４とα型結晶構造を有するアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）層６とを順次被着形成した構成からなり、ＴｉＣＮ層４が母材２との界面に対して垂直な方向に成長した筋状ＴｉＣＮ結晶からなるとともに、Ａｌ _２Ｏ _３層側に配設されたＴｉＣＮ上側の層の中間の高さ位置における筋状ＴｉＣＮ結晶の平均結晶幅が母材２側に配設されたＴｉＣＮ下側の層の中間の高さ位置における筋状ＴｉＣＮ結晶の平均結晶幅より大きく、かつ硬質被覆層３のスクラッチ試験による付着力測定において、Ａｌ_２Ｏ_３層６が２３〜４０Ｎの荷重で剥離することが大きな特徴である。

上記構成によって、母材２とＴｉＣＮ層４とＡｌ_２Ｏ_３層６間の層間密着性を向上させ、かつＡｌ_２Ｏ_３層６の密着力を適正な範囲に制御することができ、連続切削時には硬質被覆層が剥離することなく優れた耐摩耗性を発揮し、断続切削時には例え突発的に大きな衝撃が被覆層にかかったときでもＡｌ_２Ｏ_３層６が微小剥離やクラックの生成等によって衝撃を吸収してＡｌ_２Ｏ_３層６が広範囲にわたって剥離したり、硬質被覆層３全体がチッピングしたり剥離したりすることを防止し、さらに、その後、Ａｌ_２Ｏ_３層６が剥離した後にも残存したＴｉＣＮ層４が微細な平均結晶幅を有する高い耐摩耗性を備える結果、特にねずみ鋳鉄（ＦＣ材）やダクタイル鋳鉄（ＦＣＤ材）のような高硬度黒鉛粒子が分散した鋳鉄等の重断続切削および連続切削のいずれにおいても優れた耐摩耗性および耐欠損性を有する工具１が得られる。

すなわち、Ａｌ_２Ｏ_３層６の付着強度が２３Ｎ以下になると、連続切削中にＡｌ_２Ｏ_３層６が早期に剥離して摩耗が急速に進行してしまい、耐摩耗性が低下してしまう。また、付着強度が４０Ｎ以上になると、断続切削中に突発的に大きな衝撃がかかったときにＡｌ_２Ｏ_３層６のみにて衝撃を吸収することなく下層のＴｉＣＮ層４まで剥離して欠損が生じたり、母材が露出して、異常摩耗が発生してしまう。

ここで、Ａｌ_２Ｏ_３層６の直下に位置するＴｉＣＮ層４の炭窒化チタン結晶を全体的に微細化して平均結晶幅を小さくすると、ＴｉＣＮ層４の耐摩耗性が向上する。ＴｉＣＮ層４と母材２との層間密着性が増しＴｉＣＮ層４の剥離を抑えることができるが、Ａｌ_２Ｏ_３層６の付着力が２３Ｎよりも小さくなってしまい、断続切削中だけでなく連続切削中においてもＡｌ_２Ｏ_３層６がＴｉＣＮ層４から早期に剥離して、異常摩耗や切刃の欠損が発生する。

一方、ＴｉＣＮ層４の炭窒化チタン結晶を全体的に粗粒化して平均結晶幅を大きくすると、Ａｌ_２Ｏ_３層６とＴｉＣＮ層４との層間密着性を改善することができるが、Ａｌ_２Ｏ_３層６の付着力が４０Ｎを超えてしまうとともに、母材２とＴｉＣＮ層４との層間密着性が悪くなってしまい、硬質被覆層３がＴｉＣＮ層４ごと母材２から剥離して母材が露出しやすくなり、やはり異常摩耗や切刃の欠損が発生してしまう。

なお、本発明のＴｉＣＮ層は、硬質被覆層３の厚み方向（母材との界面に対して垂直な方向）の結晶長さ／平均結晶幅＝アスペクト比が２以上の筋状ＴｉＣＮ結晶からなるが、断面組織にて観察したとき、粒状ＴｉＣＮ結晶が３０面積％以下の割合で混合した混晶であってもよい。

ここで、ＴｉＣＮ層が２層からなり、ＴｉＣＮ層４の母材２側のＴｉＣＮ下層の中間の高さ位置における前記筋状ＴｉＣＮ結晶の平均結晶幅ｗ_１が０．０５〜０．７μｍ、かつ、Ａｌ_２Ｏ_３層６側のＴｉＣＮ上層の中間の高さ位置における前記筋状ＴｉＣＮ結晶の平均結晶幅ｗ_２が平均結晶幅ｗ_１の２倍以上であることが、筋状ＴｉＣＮ結晶自身の耐摩耗性を高めることができるとともに、Ａｌ_２Ｏ_３層６の付着力を制御して、硬質被覆層３全体としての耐摩耗性および耐欠損性を高めるために望ましい。

なお、平均結晶幅を測定する際には、各層の中間の高さ位置（図１：線Ａおよび線Ｂ参照）で測定する。具体的な測定方法は、その線分上にある各粒子の幅の平均値、すなわち、線分長さを線分上を横切る粒界の数で割った値を平均結晶幅ｗとする。

また、ＴｉＣＮ層４のうち、ＴｉＣＮ下層の膜厚ｔ_１が１μｍ≦ｔ_１≦１０μｍ、ＴｉＣＮ上層の膜厚ｔ_２が１μｍ≦ｔ_２≦５μｍで、かつ、１＜ｔ _１／ｔ _２≦５の関係を満たすことが、硬質被覆層３全体の密着力と耐衝撃性を高めて、工具１全体としての耐摩耗性と耐欠損性を最適な状態にすることができるため望ましい。

さらに、ＴｉＣＮ層４が２層以上の多層からなることが成膜条件の制御が容易な点で望ましく、前記ＴｉＣＮ層４およびＡｌ_２Ｏ_３層６の下層、多層ＴｉＣＮ層の層間、ＴｉＣＮ層とＡｌ_２Ｏ_３層との層間、または上層に、ＴｉＮ層、ＴｉＣ層、ＴｉＣＮＯ層、ＴｉＣＯ層、ＴｉＮＯ層の群から選ばれる少なくとも１層を介装することによって、母材２の成分の拡散防止、硬質被覆層３の各層間密着力の向上、工具１表面を明るい色にして使用の有無を識別する、ＴｉＣＮ層４、Ａｌ_２Ｏ_３層６の組織、結晶構造を制御することも可能である。

具体的には、ＴｉＣＮ層４と母材２の間に、付着力向上のおよび母材成分の拡散による耐摩耗性の低下を防ぐため窒化チタン（ＴｉＮ）層（下層）１０を被覆することが望ましい。また、ＴｉＮ層の層厚は０．１〜２μｍの範囲であることが付着力の低下を防ぐ点で望ましい。

また、Ａｌ_２Ｏ_３層６の上層に、硬質被覆層３の表面層としてＴｉＮ層（表層）９を形成することによって、工具１が金色を呈するため、工具１を使用したときに変色して使用済みかどうかの判別がつきやすく、また、摩耗の進行を容易に確認できるため望ましい。

一方、本発明に使用されるＡｌ_２Ｏ_３層６としては、結晶構造がα型であることが重要である。従来ではα型結晶構造をもつアルミナは優れた耐摩耗性を持つが、核生成を行う際の粒径が大きいため、ＴｉＣＮ層４との接触面積が小さくなり、付着力が弱くなってしまい、膜剥離を起こしやすいという問題があった。しかし、本発明の構成によれば、Ａｌ_２Ｏ_３層６をα型結晶構造としてもＡｌ_２Ｏ_３層６の付着力を２３〜４０Ｎの範囲に制御することができ、工具寿命のより長い工具１を得ることができる。

なお、Ａｌ_２Ｏ_３層６をα型結晶構造とする場合には、ＴｉＣＮ層４とＡｌ_２Ｏ_３層６との間に０．２μｍ以下のＴｉＣＯ層、ＴｉＮＯ層またはＴｉＣＮＯ層のいずれかよりなる中間層を介装することにより安定してα型結晶構造を成長させることができる。また、Ａｌ_２Ｏ_３層６の層厚は３〜８μｍであることが耐摩耗性、特に鋳鉄に対する耐摩耗性および耐溶着性を維持しつつ、膜剥離を防止して耐欠損性を高めることができる点で望ましい。

（製造方法）
また、上述した表面被覆切削工具を製造するには、まず、上述した硬質合金を焼成によって形成しうる金属炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化物等の無機物粉末に、金属粉末、カーボン粉末等を適宜添加、混合し、プレス成形、鋳込成形、押出成形、冷間静水圧プレス成形等の公知の成形方法によって所定の工具形状に成形した後、真空中または非酸化性雰囲気中にて焼成することによって上述した硬質合金からなる母材２を作製する。

次に、上記母材２の表面を所望によって研磨加工した後、その表面に例えば化学気相蒸着（ＣＶＤ）法によって硬質被覆層３を成膜する。筋状ＴｉＣＮ層４の成膜条件は、例えば、反応ガス組成として、体積％でＴｉＣｌ_４ガスを０．１〜１０体積％、Ｎ_２ガスを０〜６０体積％、ＣＨ_４ガスを０〜０．１体積％、ＣＨ_３ＣＮガスを０．１〜３体積％、残りがＨ_２ガスからなる混合ガスを調整して反応チャンバ内に導入し、チャンバ内を８００〜１１００℃、５〜８５ｋＰａにて成膜する。

ここで、本発明では、ＴｉＣＮ層の成膜前期（ＴｉＣＮ層の母材側）に使用する反応ガス中のＣＨ_３ＣＮの割合よりもＴｉＣＮ層の成膜後期（ＴｉＣＮ層のＡｌ_２Ｏ_３側）に使用する反応ガス中のアセトニトリル（ＣＨ_３ＣＮ）ガスの混合割合を増やすことによって、ＴｉＣＮ結晶を母材側よりもＡｌ_２Ｏ_３層側に大きくすることができる。

具体的には、ＴｉＣＮ層の成膜前期に使用するＣＨ_３ＣＮガスの導入割合に対してＴｉＣＮ層の成膜後期時に導入するＣＨ_３ＣＮガスの割合を１．５倍以上とすることにより制御可能である。

ここで、上記成膜条件のうち、反応ガス中のＣＨ_３ＣＮガスの割合が０．１体積％より少ないと筋状ＴｉＣＮ結晶に成長させることができず、粒状結晶となる。逆に反応ガス中のＣＨ_３ＣＮガスの混合割合が３体積％を超えるとＴｉＣＮ結晶の平均結晶幅が大きくなって、その比を制御することができない。

なお、反応ガス中のＣＨ_３ＣＮガス導入量の変化に代えて、成膜温度を成膜前期よりも成膜後期において高めるといった方法によってもＴｉＣＮ結晶の平均結晶幅を所定の構成に制御することが可能である。

そして、本発明によれば、引き続き、Ａｌ_２Ｏ_３層６を成膜する。Ａｌ_２Ｏ_３層６の成膜方法としては、ＡｌＣｌ_３ガスを３〜２０体積％、ＨＣｌガスを０．５〜３．５体積％、ＣＯ_２ガスを０．０１〜５．０体積％、Ｈ_２Ｓガスを０〜０．０１体積％、残りがＨ_２ガスからなる混合ガスを用い、９００〜１１００℃、５〜１０ｋＰａとすることが望ましい。

また、ＴｉＮ層を成膜するには、反応ガス組成としてＴｉＣｌ_４ガスを０．１〜１０体積％、Ｎ_２ガスを０〜６０体積％、残りがＨ_２ガスからなる混合ガスを順次調整して反応チャンバ内に導入し、チャンバ内を８００〜１１００℃、５〜８５ｋＰａとすればよい。

さらに、ＴｉＣＮＯ層を成膜するには、ＴｉＣｌ_４ガスを０．１〜３体積％、ＣＨ_４ガスを０．１〜１０体積％、ＣＯ_２ガスを０．０１〜５体積％、Ｎ_２ガスを０〜６０体積％、残りがＨ_２ガスからなる混合ガスを順次調整して反応チャンバ内に導入し、チャンバ内を８００〜１１００℃、５〜８５ｋＰａとすればよい。

（実施例１）
平均粒径１．５μｍの炭化タングステン（ＷＣ）粉末に対して、平均粒径１．２μｍの金属コバルト（Ｃｏ）粉末を６質量％、平均粒径２．０μｍの炭化チタン（ＴｉＣ）粉末を０．５質量％、ＴａＣ粉末を５質量％の割合で添加、混合して、プレス成形により切削工具形状（ＣＮＭＡ１２０４１２）に成形した後、脱バインダ処理を施し、０．０１Ｐａの真空中、１５００℃で１時間焼成して超硬合金を作製した。

そして、上記超硬合金に対して、ＣＶＤ法により表１に示す条件で各種の硬質被覆層を形成して表２に示す多層膜構成からなる試料Ｎｏ．１〜８の表面被覆切削工具を作製した。なお、筋状ＴｉＣＮ層の平均結晶幅の測定は、図１に示すような工具の硬質被覆層を含む任意破断面５ヵ所について走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を撮り、各写真おいてＴｉＣＮ層の組織を観察して異なる結晶組織部分がある場合にはＴｉＣＮ層の下側と上側に線Ａおよび線Ｂを引いて線上を横切る粒界数を測定して炭窒化チタン結晶の結晶幅に換算した値を算出し、さらに、写真５ヶ所についての平均値を平均結晶幅（ｗ_１、ｗ_２）として算出した。また、平均結晶幅ｗが前記ＴｉＣＮ層の前記母材側の平均結晶幅ｗ_１に対して２倍以下である部分の膜厚ｔ_１、前記母材側の平均結晶幅ｗ_１に対して２倍を超える部分の膜厚ｔ_２との関係式ｔ _１／ｔ _２の値を計算した。結果は表２に示した。

一方、硬質被覆層の付着力を、下記条件で行ったスクラッチ試験によって測定した。
装置：ナノテック社製ＣＳＥＭ−ＲＥＶＥＴＥＳＴ
測定条件
テーブルスピード：０．１７ｍｍ／ｓｅｃ
荷重スピード１００Ｎ／ｍｉｎ
圧子
円錐形ダイヤモンド圧子（東京ダイヤモンド工具製作所社製ダイヤモンド接触子：Ｎ２−１４８７）
曲率半径：０．２ｍｍ
稜線角度：１２０°
結果は表２に示した。

そして、この切削工具を用いて下記の条件により、連続切削試験および断続切削試験を行い、耐摩耗性および耐欠損性を評価した。

（連続切削試験）
被削材：ダクタイル鋳鉄スリーブ材（ＦＣＤ７００）
工具形状：ＣＮＭＡ１２０４１２
切削速度：２５０ｍ／分
送り速度：０．４ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み：２ｍｍ
切削時間：２０分
その他：水溶性切削液使用
評価項目：顕微鏡にて切刃を観察し、フランク摩耗量・先端摩耗量を測定
（断続試験）
被削材：ダクタイル鋳鉄４本溝付スリーブ材（ＦＣＤ７００）
工具形状：ＣＮＭＡ１２０４１２
切削速度：２００ｍ／分
送り速度：０．３〜０．５ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み：２ｍｍ
その他：水溶性切削液使用
評価項目：欠損に至る衝撃回数
衝撃回数１０００回時点で顕微鏡にて切刃の硬質被覆層の剥離状態を観察

表２、３より、単層ＴｉＣＮ層からなり、Ａｌ_２Ｏ_３層の付着力が２３Ｎより小さい試料Ｎｏ．８では、切刃部においてＴｉＣＮ層とＡｌ_２Ｏ_３層との間で層剥離が早期に発生して切削性能が低下した。

また、同じ成膜条件で２層のＴｉＣＮ層を成膜し、Ａｌ_２Ｏ_３層の付着力が２３Ｎより小さい試料Ｎｏ．６では、連続切削において耐摩耗性が低下し、Ａｌ_２Ｏ_３層の付着力が５０Ｎより大きい試料Ｎｏ．７では、切刃部の硬質被覆層がＴｉＣＮ層ごと剥離して母材が露出し、早期に欠損した。

これに対して、本発明に従い、ＴｉＣＮ層が筋状ＴｉＣＮ結晶からなり、母材側に配設されたＴｉＣＮ下側の層の中間の高さ位置における筋状ＴｉＣＮ結晶の平均結晶幅よりＡｌ_２Ｏ_３層側に配設されたＴｉＣＮ上側の層の中間の高さ位置における筋状ＴｉＣＮ結晶の平均結晶幅が大きく、かつＡｌ_２Ｏ_３層の付着力を２３〜４０Ｎに調整した試料Ｎｏ．１〜５では、いずれも硬質被覆層の剥離が発生せず、連続切削においても断続切削においても長寿命であり、耐欠損性および耐摩耗性とも優れた切削性能を有するものであった。

本発明による表面被覆切削工具の破断面の走査型電子顕微鏡写真である。

符号の説明

１：表面被覆切削工具
２：母材
３：硬質被覆層
４：ＴｉＣＮ層
６：Ａｌ_２Ｏ_３層
７：中間層（ＴｉＣＮＯ層）
９：ＴｉＮ層（表層）
１０：ＴｉＮ層（下層）
ｗ_１：ＴｉＣＮ層の母材側の平均結晶幅
ｗ_２：ＴｉＣＮ層のＡｌ_２Ｏ_３層側の平均結晶幅

Claims

硬質合金からなる母材の表面に、連続する２層以上のＴｉＣＮ層とα型結晶構造を有するＡｌ_２Ｏ_３層とを順次被着形成した硬質被覆層を具備し、前記２層以上のＴｉＣＮ層が、断面で見て、前記母材との界面に対して垂直な方向に成長した筋状ＴｉＣＮ結晶からなるとともに、Ａｌ_２Ｏ_３層側に配設されたＴｉＣＮ上側の層の中間の高さ位置における筋状ＴｉＣＮ結晶の平均結晶幅が前記母材側に配設されたＴｉＣＮ下側の層の中間の高さ位置における筋状ＴｉＣＮ結晶の平均結晶幅より大きく、かつ前記硬質被覆層のスクラッチ試験による付着力測定において、前記Ａｌ_２Ｏ_３層が２３〜４０Ｎの荷重で剥離することを特徴とする表面被覆切削工具。
前記ＴｉＣＮ層が２層からなり、前記母材側のＴｉＣＮ下層の中間の高さ位置における前記筋状ＴｉＣＮ結晶の平均結晶幅ｗ_１が０．０５〜０．７μｍ、かつ、前記Ａｌ_２Ｏ_３層側のＴｉＣＮ上層の中間の高さ位置における前記筋状ＴｉＣＮ結晶の平均結晶幅ｗ_２が前記平均結晶幅ｗ_１の２倍以上であることを特徴とする請求項１記載の表面被覆切削工具。
前記ＴｉＣＮ層のうち、前記ＴｉＣＮ下層の膜厚ｔ_１が１μｍ≦ｔ_１≦１０μｍ、前記ＴｉＣＮ上層の膜厚ｔ_２が１μｍ≦ｔ_２≦５μｍで、かつ、１＜ｔ _１／ｔ _２≦５の関係を満たすことを特徴とする請求項２記載の表面被覆切削工具。
前記ＴｉＣＮ層および前記Ａｌ_２Ｏ_３層の下層、層間または上層に、ＴｉＮ層、ＴｉＣ層、ＴｉＣＮＯ層、ＴｉＣＯ層、ＴｉＮＯ層の群から選ばれる少なくとも１層を介装することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の表面被覆切削工具。