JP4284510B2 - 重切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆立方晶窒化硼素基焼結材料製切削工具 - Google Patents
重切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆立方晶窒化硼素基焼結材料製切削工具 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、硬質被覆層がすぐれた高温強度を有し、かつ高温硬さと耐熱性、さらに高温耐酸化性にもすぐれ、したがって特に各種の鋼や鋳鉄などの切削加工を、高負荷のかかる高切り込みや高送りなどの重切削条件で行なった場合にも、硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆立方晶窒化硼素基焼結材料製切削工具（以下、被覆ＢＮ基工具という）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、被覆ＢＮ基工具には、各種の鋼や鋳鉄などの被削材の旋削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スローアウエイチップや、前記スローアウエイチップを着脱自在に取り付けて、面削加工や溝加工、さらに肩加工などに用いられるソリッドタイプのエンドミルと同様に切削加工を行うスローアウエイエンドミルなどが知られている。
【０００３】
また、被覆ＢＮ基工具として、すぐれた高温硬さおよび耐熱性を具備する反面、高温強度の低いものであるために、切削速度は高いが、切り込みや送りを著しく小さくした条件の高速表面仕上げ加工にしか用いられていなかった立方晶窒化硼素基焼結材料からなる切削工具を基体（以下、ＢＮ基基体という）とし、このＢＮ基基体の表面に、切削工具自体の強度向上を図る目的で、
組成式：（Ｔｉ１−Ｘ ＡｌＸ ）Ｎ（ただし、原子比で、Ｘは０．４５〜０．６５を示す）、
を満足するＴｉとＡｌの複合窒化物［以下、（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎで示す］からなる硬質被覆層を０．５〜１０μｍの平均層厚で物理蒸着して、各種の鋼や鋳鉄などの連続切削加工や断続切削加工を行なっても、切刃部に欠けやチッピング（微小欠け）などが発生しないようにした被覆ＢＮ基工具が知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
さらに、上記の被覆ＢＮ基工具が、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上記のＢＮ基基体を装入し、ヒータで装置内を、例えば５０５℃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Ｔｉ−Ａｌ合金がセットされたカソード電極（蒸発源）との間に、例えば電流：１４５Ａ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、例えば２Ｐａの反応雰囲気とし、一方上記ＢＮ基基体には、例えば−９５Ｖのバイアス電圧を印加した条件で、前記ＢＮ基基体の表面に、上記（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層からなる硬質被覆層を蒸着することにより製造されることも知られている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−１１９７７４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
近年の切削加工装置の高性能化はめざましく、一方で切削加工に対する省力化および省エネ化、さらに低コスト化の要求は強く、これに伴い、切削加工は高切り込みや高送りなどの重切削条件で行なわれる傾向にあるが、上記の従来被覆ＢＮ基工具においては、これを通常の切削加工条件で用いた場合には問題はないが、切削加工を、高負荷なかかる高切り込みや高送りなどの重切削条件で行なった場合には、特に硬質被覆層の高温強度不足が原因で切刃部にチッピング（微小割れ）が発生し易くなることから、比較的短時間で使用寿命に至るのが現状である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者等は、上述のような観点から、特に鋼や鋳鉄などの重切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する被覆ＢＮ基工具を開発すべく、上記の従来被覆ＢＮ基工具を構成する硬質被覆層に着目し、研究を行った結果、
（ａ）上記の図２に示されるアークイオンプレーティング装置を用いて形成された従来被覆ＢＮ基工具の硬質被覆層を構成する（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層は、層厚全体に亘って実質的に均一な組成を有し、したがって均質な高温硬さと耐熱性、および高温強度を有するが、例えば図１（ａ）に概略平面図で、同（ｂ）に概略正面図で示される構造のアークイオンプレーティング装置、すなわち装置中央部にＢＮ基基体装着用回転テーブルを設け、前記回転テーブルを挟んで、一方側に相対的にＡｌ含有割合の高いＴｉ−Ａｌ−Ｂ合金、他方側に相対的にＡｌ含有割合の低いＴｉ−Ａｌ−Ｂ合金をカソード電極（蒸発源）として対向配置したアークイオンプレーティング装置を用い、この装置の前記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、外周部に沿って複数のＢＮ基基体をリング状に装着し、この状態で装置内雰囲気を窒素雰囲気として前記回転テーブルを回転させると共に、蒸着形成される硬質被覆層の層厚均一化を図る目的でＢＮ基基体自体も自転させながら、前記の両側のカソード電極（蒸発源）とアノード電極との間にアーク放電を発生させて、前記ＢＮ基基体の表面にＴｉとＡｌとＢ（ボロン）の複合窒化物［以下、（Ｔｉ，Ａｌ，Ｂ）Ｎで示す］からなる硬質被覆層を形成すると、この結果の（Ｔｉ，Ａｌ，Ｂ）Ｎ層においては、回転テーブル上にリング状に配置された前記ＢＮ基基体が上記の一方側の相対的にＡｌ含有割合の高いＴｉ−Ａｌ−Ｂ合金のカソード電極（蒸発源）に最も接近した時点で層中にＡｌ最高含有点が形成され、また前記ＢＮ基基体が上記の他方側の相対的にＡｌ含有割合の低いＴｉ−Ａｌ−Ｂ合金のカソード電極に最も接近した時点で層中にＡｌ最低含有点が形成され、上記回転テーブルの回転によって層中には層厚方向にそって前記Ａｌ最高含有点とＡｌ最低含有点が所定間隔をもって交互に繰り返し現れると共に、前記Ａｌ最高含有点から前記Ａｌ最低含有点、前記Ａｌ最低含有点から前記Ａｌ最高含有点へＴｉおよびＡｌの含有割合がそれぞれ連続的に変化する成分濃度分布構造をもつようになること。
【０００８】
（ｂ）上記（ａ）の繰り返し連続変化成分濃度分布構造の（Ｔｉ，Ａｌ，Ｂ）Ｎ層において、例えば対向配置のカソード電極（蒸発源）のそれぞれの組成を調製すると共に、ＢＮ基基体が装着されている回転テーブルの回転速度を制御して、
上記Ａｌ最高含有点が、
組成式：［Ｔｉ１−（Ｘ＋Ｚ） ＡｌＸ ＢＺ ］Ｎ（ただし、原子比で、Ｘは０．４５〜０．６５、Ｚは０．００２〜０．１０を示す）、
上記Ａｌ最低含有点が、
組成式：［Ｔｉ１−（Ｙ＋Ｚ） ＡｌＹ ＢＺ ］Ｎ（ただし、原子比で、Ｙは０．１０〜０．３５、Ｚは０．００２〜０．１０を示す）、
をそれぞれ満足し、かつ隣り合う上記Ａｌ最高含有点とＡｌ最低含有点の厚さ方向の間隔を０．０１〜０．１μmとすると、
上記Ａｌ最高含有点部分では、高温硬さおよび耐熱性向上効果を有するＡｌの含有割合が上記の従来（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層におけるＡｌの含有割合と同等のものとなるので、前記従来（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層のもつ高温硬さおよび耐熱性と同等のすぐれた高温硬さと耐熱性を有し、一方上記Ａｌ最低含有点部分では、前記Ａｌ最高含有点部分に比してＡｌ含有割合が低く、Ｔｉ含有割合の高いものとなるので、相対的にきわめて高い高温強度が確保され、さらにこの場合Ｂ含有によって硬質被覆層全体の高温耐酸化性が向上し、これが耐摩耗性向上に寄与し、かつこれらＡｌ最高含有点とＡｌ最低含有点の間隔をきわめて小さくしたことから、層全体の特性として、上記従来（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層と同等のすぐれた高温硬さおよび耐熱性を具備した状態で、Ｂの作用ですぐれた高温耐酸化性を有し、かつ前記従来（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層より一段と高い高温強度を具備するようになり、したがって、硬質被覆層がかかる構成の（Ｔｉ，Ａｌ，Ｂ）Ｎ層からなる被覆ＢＮ基工具は、特に各種の鋼や鋳鉄などの切削加工を、高負荷のかかる高切り込みや高送りなどの重切削条件で行なった場合にも、硬質被覆層がチッピングの発生なく、すぐれた耐摩耗性を長期に亘って発揮するようになること。
以上（ａ）および（ｂ）に示される研究結果を得たのである。
【０００９】
この発明は、上記の研究結果に基づいてなされたものであって、装置中央部にＢＮ基基体装着用回転テーブルを設け、前記回転テーブルを挟んで、一方側にＡｌ最高含有点形成用Ｔｉ−Ａｌ−Ｂ合金、他方側にＡｌ最低含有点形成用Ｔｉ−Ａｌ−Ｂ合金をカソード電極（蒸発源）として対向配置したアークイオンプレーティング装置を用い、この装置の前記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、外周部に沿って複数の前記ＢＮ基基体をリング状に装着し、この状態で装置内雰囲気を窒素雰囲気として前記回転テーブルを回転させると共に、前記ＢＮ基基体自体も自転させながら、前記の両側のカソード電極（蒸発源）とアノード電極との間にアーク放電を発生させて、前記ＢＮ基基体の表面に、（Ｔｉ，Ａｌ，Ｂ）Ｎからなる硬質被覆層を０．５〜１０μｍの平均層厚で蒸着してなる被覆ＢＮ基工具にして、
上記硬質被覆層が、層厚方向にそって、Ａｌ最高含有点とＡｌ最低含有点とが所定間隔をおいて交互に繰り返し存在し、かつ前記Ａｌ最高含有点から前記Ａｌ最低含有点、前記Ａｌ最低含有点から前記Ａｌ最高含有点へＴｉおよびＡｌの含有割合がそれぞれ連続的に変化する成分濃度分布構造を有し、
さらに、上記Ａｌ最高含有点が、
組成式：［Ｔｉ１−（Ｘ＋Ｚ）ＡｌＸＢＺ］Ｎ（ただし、原子比で、Ｘは０．４５〜０．６５、Ｚは０．００２〜０．１０を示す）、
上記Ａｌ最低含有点が、
組成式：［Ｔｉ１−（Ｙ＋Ｚ）ＡｌＹＢＺ］Ｎ（ただし、原子比で、Ｙは０．１０〜０．３５、Ｚは０．００２〜０．１０を示す）、
をそれぞれ満足し、かつ隣り合う上記Ａｌ最高含有点とＡｌ最低含有点の間隔が、０．０１〜０．１μmである、
重切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する被覆ＢＮ基工具に特徴を有するものである。
【００１０】
つぎに、この発明の被覆ＢＮ基工具において、これを構成する硬質被覆層の構成を上記の通りに限定した理由を説明する。
（ａ）Ａｌ最高含有点の組成
（Ｔｉ，Ａｌ，Ｂ）Ｎ層において、上記の通りＴｉは高温強度を向上させ、Ａｌは高温硬さおよび耐熱性を向上させ、さらにＢは高温耐酸化性を向上させる作用を有するものであり、したがってＡｌ成分の含有割合が上記の従来（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層におけるそれと同等なので、Ａｌ最高含有点では上記の従来（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層と同等のすぐれた高温硬さおよび耐熱性を有するが、Ａｌの含有割合を示すＸ値がＴｉとＢの合量に占める割合（原子比、以下同じ）で０．４５未満では所望の高温硬さおよび耐熱性を確保することができず、摩耗の進行が速くなり、一方前記Ｘ値が同じく０．６５を越えて高くなると、高い高温強度を有するＡｌ最低含有点が隣接して存在しても層自体の高温強度の低下は避けられず、この結果チッピングなどが発生し易くなることから、Ｘ値を０．４５〜０．６５と定めた。
また、Ｂの含有割合を示すＺ値がＴｉとＡｌの合量に占める割合が０．００２未満では所望の高温耐酸化性向上効果が得られず、硬質被覆層の摩耗進行抑制作用が不十分であり、一方前記Ｚ値が０．１０を越えると高温強度が急激に低下するようになることから、Ａｌ最高含有点におけるＺ値を０．００２〜０．１０と定めた。
【００１１】
（ｂ）Ａｌ最低含有点の組成
上記の通りＡｌ最高含有点は相対的に高い高温硬さおよび耐熱性を有するが、反面高温強度の劣るものであるため、このＡｌ最高含有点の高温強度不足を補う目的で、Ａｌに比して相対的にＴｉの含有割合を高くして、高温強度を一段と向上せしめたＡｌ最低含有点を厚さ方向に交互に介在させ、高負荷のかかる重切削条件でもチッピングなどの発生が起らないようにするものであるが、Ａｌの含有割合を示すＹ値がＴｉとＢの合量に占める割合で０．１０未満になると、Ａｌ最低含有点の高温硬さおよび耐熱性が低くなり過ぎ、これが摩耗促進の原因となり、一方前記Ｙ値が０．３５を越えると、高温強度が急激に低下し、切刃部にチッピングが発生し易くなることから、Ｙ値を０．１０〜０．３５と定めた。
さらに、Ｂの含有割合を示すＺ値を０．００２〜０．１０としたのは、上記のＡｌ最高含有点におけると同じ理由によるものである。
【００１２】
（ｃ）Ａｌ最高含有点とＡｌ最低含有点間の間隔
その間隔が０．０１μm未満ではそれぞれの点を上記の組成で明確に形成することが困難であり、この結果層に所望の高温硬さと耐熱性、さらにすぐれた高温強度を確保することができなくなり、またその間隔が０．１μmを越えるとそれぞれの点がもつ欠点、すなわちＡｌ最高含有点であれば高温強度不足、Ａｌ最低含有点であれば高温硬さおよび耐熱性不足が層内に局部的に現れ、これが原因で切刃にチッピングが発生し易くなったり、摩耗が促進されるようになることから、その間隔を０．０１〜０．１μmと定めた。
【００１３】
（ｄ）硬質被覆層の平均層厚
その平均層厚が０．５μｍ未満では、所望の耐摩耗性を確保することができず、一方その平均層厚が１０μｍを越えると、切刃部ににチッピングが発生し易くなることから、その平均層厚を０．５〜１０μｍと定めた。
【００１４】
【発明の実施の形態】
つぎに、この発明の被覆ＢＮ基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０．５〜４μｍの範囲内の平均粒径を有する立方晶窒化硼素（以下、ｃ−ＢＮで示す）粉末、炭化チタン（以下、ＴｉＣで示す）粉末、窒化チタン（以下、ＴｉＮで示す）粉末、炭窒化チタン（以下、ＴｉＣＮで示す）粉末、炭化タングステン（以下、ＷＣで示す）粉末、Ａｌ粉末、Ｃｏ粉末、ＴｉとＡｌの金属間化合物粉末であるＴｉ3Ａｌ粉末、ＴｉＡｌ粉末、およびＴｉＡｌ3粉末、さらに組成式：Ｔｉ2ＡｌＮを有する複合金属窒化物粉末、硼化チタン（以下、ＴｉＢ2で示す）粉末、窒化アルミニウム（以下、ＡｌＮで示す）粉末、硼化アルミニウム（以下、ＡｌＢ2で示す）粉末、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3で示す）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８０時間湿式混合し、乾燥した後、１２０ＭＰａの圧力で直径：５０ｍｍ×厚さ：１．５ｍｍの寸法をもった圧粉体にプレス成形し、ついでこの圧粉体を、圧力：１Ｐａの真空雰囲気中、９００〜１３００℃の範囲内の所定温度に６０分間保持の条件で焼結して切刃片用予備焼結体とし、この予備焼結体を、別途用意した、Ｃｏ：８質量％、ＷＣ：残りの組成、並びに直径：５０ｍｍ×厚さ：２ｍｍの寸法をもったＷＣ基超硬合金製支持片と重ね合わせた状態で、通常の超高圧焼結装置に装入し、通常の条件である圧力：５ＧＰａ、温度：１２００〜１４００℃の範囲内の所定温度に保持時間：０．６時間の条件で超高圧焼結し、焼結後上下面をダイヤモンド砥石を用いて研摩し、ワイヤー放電加工装置にて一辺３ｍｍの正三角形状に分割し、さらにＣｏ：５質量％、ＴａＣ：５質量％、ＷＣ：残りの組成およびＣＩＳ規格ＳＮＧＡ１２０４１２の形状（厚さ：４．７６mm×一辺長さ：１２．７mmの正三角形）をもったＷＣ基超硬合金製チップ本体のろう付け部（コーナー部）に、質量％で、Ｃｕ：３０％、Ｚｎ：２８％、Ｎｉ：２％、Ａｇ：残りからなる組成を有するＡｇ合金のろう材を用いてろう付けし、所定寸法に外周加工した後、切刃部に幅：０．１５ｍｍ、角度：２５°のホーニング加工を施し、さらに仕上げ研摩を施すことによりＩＳＯ規格ＳＮＧＡ１２０４１２のチップ形状をもったＢＮ基基体Ａ〜Ｐをそれぞれ製造した。
【００１５】
ついで、上記のＢＮ基基体Ａ〜Ｐ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、外周部に沿って所定間隔をもって設けた多段回転支持板上に載置し、一方側のカソード電極（蒸発源）として、種々の成分組成をもったＡｌ最低含有点形成用Ｔｉ−Ａｌ−Ｂ合金、他方側のカソード電極（蒸発源）として、種々の成分組成をもったＡｌ最高含有点形成用Ｔｉ−Ａｌ−Ｂ合金を前記回転テーブルを挟んで対向配置し、まず装置内を排気して０．５Ｐａ以下の真空に保持しながら、ヒーターで装置内を４２０℃に加熱した後、Ａｒガスを導入して１．５ＰａのＡｒガス雰囲気とし、前記回転テーブル上で自転しながら回転するＢＮ基基体に−８２０Ｖの直流バイアス電圧を印加して、前記ＢＮ基基体表面をＡｒボンバード洗浄し、ついで装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して３Ｐａの反応雰囲気とすると共に、前記回転テーブル上で自転しながら回転するＢＮ基基体に−２５Ｖの直流バイアス電圧を印加して、それぞれのカソード電極(前記Ａｌ最低含有点形成用Ｔｉ−Ａｌ−Ｂ合金およびＡｌ最高含有点形成用Ｔｉ−Ａｌ−Ｂ合金)とアノード電極との間に１２５Ａの電流を流してアーク放電を発生させ、もって前記ＢＮ基基体の表面に、層厚方向に沿って表２，３に示される目標組成のＡｌ最低含有点とＡｌ最高含有点とが交互に同じく表２，３に示される目標間隔で繰り返し存在し、かつ前記Ａｌ最高含有点から前記Ａｌ最低含有点、前記Ａｌ最低含有点から前記Ａｌ最高含有点へＡｌおよびＴｉの含有割合が連続的に変化する成分濃度分布構造を有し、かつ同じく表２，３に示される目標層厚の硬質被覆層を蒸着形成することにより、本発明被覆ＢＮ基工具１〜１６をそれぞれ製造した。
【００１６】
また、比較の目的で、上記のＢＮ基チップ基体Ａ〜Ｐの表面への硬質被覆層の形成を、図２に示される通常のアークイオンプレーティング装置を用い、カソード電極（蒸発源）として種々の成分組成をもったＴｉ−Ａｌ合金およびＴｉ−Ａｌ−Ｂ合金をそれぞれ装着し、装置内を排気して０．５Ｐａ以下の真空に保持しながら、ヒーターで装置内を５００℃に加熱した後、Ａｒガスを装置内に導入して２．５ＰａのＡｒ雰囲気とし、この状態でＢＮ基基体に−８００Ｖのバイアス電圧を印加してＢＮ基基体表面をＡｒガスボンバード洗浄し、ついで装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して３．５Ｐａの反応雰囲気とすると共に、前記ＢＮ基基体に印加するバイアス電圧を−８０Ｖに下げて、前記カソード電極とアノード電極との間にアーク放電を発生させる条件にて行なって、前記ＢＮ基基体Ａ〜Ｐのそれぞれの表面に、表４，５に示される目標組成および目標層厚を有し、かつ上記の従来被覆ＢＮ基工具を構成する硬質被覆層に相当する（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層、すなわち層厚方向に沿って実質的に組成変化のない（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層、および同じく層厚方向に沿って実質的に組成変化のない（Ｔｉ，Ａｌ，Ｂ）Ｎ層からなる硬質被覆層を蒸着形成する以外は、上記の本発明被覆ＢＮ基工具１〜１６の製造条件と同じ条件で比較被覆ＢＮ基工具１〜１６をそれぞれ製造した。
【００１７】
つぎに、上記本発明被覆ＢＮ基工具１〜１６および比較被覆ＢＮ基工具１〜１６について、これを工具鋼製バイトの先端部に固定治具にてネジ止めした状態で、
被削材：ＪＩＳ・ＳＣＭ４３５の浸炭焼入れ丸棒（表面硬さ：ＨＲＣ５８）、
切削速度：１３０ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：０．５３ｍｍ、
送り：０．０７ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：２０分、
の条件での浸炭焼入れ合金鋼の乾式連続高切り込み切削加工試験（通常の切り込み量は０．１０ｍｍ）、
被削材：ＪＩＳ・Ｓ２２Ｃの高周波焼入れ丸棒（表面硬さ：ＨＲＣ５４）、
切削速度：１３５ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：０．１１ｍｍ、
送り：０．５５ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：２０分、
の条件での高周波焼入れ炭素鋼の乾式連続高送り切削加工試験（通常の送り量は０．１０ｍｍ／ｒｅｖ．）、さらに、
被削材：ＪＩＳ・ＦＣ２５０の丸棒、
切削速度：５９０ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：０．６２ｍｍ、
送り：０．１５ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：３０分、
の条件での鋳鉄の乾式連続高切り込み切削加工試験（通常の切り込み量は０．２０ｍｍ）を行い、いずれの切削加工試験でも切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。この測定結果を表２〜５に示した。
【００１８】
【表１】
【００１９】
【表２】
【００２０】
【表３】
【００２１】
【表４】
【００２２】
【表５】
【００２３】
この結果得られた本発明被覆ＢＮ基工具１〜１６を構成する硬質被覆層におけるＡｌ最高含有点とＡｌ最低含有点の組成、並びに比較被覆ＢＮ基工具１〜１６の硬質被覆層の組成について、厚さ方向に沿ってＴｉ、Ａｌ、およびＢ成分の含有量をオージェ分光分析装置を用いて測定したところ、本発明被覆ＢＮ基工具１〜１６の硬質被覆層では、Ａｌ最高含有点とＡｌ最低含有点とがそれぞれ目標値と実質的に同じ組成および間隔で交互に繰り返し存在し、かつ前記Ａｌ最高含有点から前記Ａｌ最低含有点、前記Ａｌ最低含有点から前記Ａｌ最高含有点へＴｉおよびＡｌ成分の含有割合がそれぞれ連続的に変化する成分濃度分布構造を有することが確認され、また硬質被覆層の平均層厚も目標層厚と実質的に同じ値を示した。
一方前記比較被覆ＢＮ基工具１〜１６の硬質被覆層では厚さ方向に沿って組成変化が見られず、かつ目標組成と実質的に同じ組成および目標層厚と実質的に同じ平均層厚を示すことが確認された。
【００２４】
【発明の効果】
表２〜５に示される結果から、硬質被覆層が層厚方向にＡｌ最低含有点とＡｌ最高含有点とが交互に所定間隔をおいて繰り返し存在し、かつ前記Ａｌ最高含有点から前記Ａｌ最低含有点、前記Ａｌ最低含有点から前記Ａｌ最高含有点へＡｌおよびＴｉの含有割合がそれぞれ連続的に変化する成分濃度分布構造を有する本発明被覆ＢＮ基工具は、いずれも各種の鋼や鋳鉄などの切削加工を、高負荷のかかる高切り込みや高送りなどの重切削条件で行なった場合にも、切刃部にチッピングの発生なく、すぐれた耐摩耗性を発揮するのに対して、硬質被覆層が層厚方向に沿って実質的に組成変化のない（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層または（Ｔｉ，Ａｌ，Ｂ）Ｎ層からなる比較被覆ＢＮ基工具においては、前記硬質被覆層が高温硬さと耐熱性を有するものの、十分な高温強度を具備するものでないために、チッピングが発生し、これが原因で比較的短時間で使用寿命に至ることが明らかである。
上述のように、この発明の被覆ＢＮ基工具は、通常の条件での切削加工は勿論のこと、特に各種の鋼や鋳鉄などの切削加工を重切削条件で行なった場合にも、すぐれた耐チッピング性を発揮し、長期に亘ってすぐれた耐摩耗性を示すものであるから、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。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の被覆ＢＮ基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。
【図２】比較被覆ＢＮ基工具を構成する硬質被覆層を形成するのに用いた通常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。
【発明の属する技術分野】
この発明は、硬質被覆層がすぐれた高温強度を有し、かつ高温硬さと耐熱性、さらに高温耐酸化性にもすぐれ、したがって特に各種の鋼や鋳鉄などの切削加工を、高負荷のかかる高切り込みや高送りなどの重切削条件で行なった場合にも、硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆立方晶窒化硼素基焼結材料製切削工具（以下、被覆ＢＮ基工具という）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、被覆ＢＮ基工具には、各種の鋼や鋳鉄などの被削材の旋削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スローアウエイチップや、前記スローアウエイチップを着脱自在に取り付けて、面削加工や溝加工、さらに肩加工などに用いられるソリッドタイプのエンドミルと同様に切削加工を行うスローアウエイエンドミルなどが知られている。
【０００３】
また、被覆ＢＮ基工具として、すぐれた高温硬さおよび耐熱性を具備する反面、高温強度の低いものであるために、切削速度は高いが、切り込みや送りを著しく小さくした条件の高速表面仕上げ加工にしか用いられていなかった立方晶窒化硼素基焼結材料からなる切削工具を基体（以下、ＢＮ基基体という）とし、このＢＮ基基体の表面に、切削工具自体の強度向上を図る目的で、
組成式：（Ｔｉ１−Ｘ ＡｌＸ ）Ｎ（ただし、原子比で、Ｘは０．４５〜０．６５を示す）、
を満足するＴｉとＡｌの複合窒化物［以下、（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎで示す］からなる硬質被覆層を０．５〜１０μｍの平均層厚で物理蒸着して、各種の鋼や鋳鉄などの連続切削加工や断続切削加工を行なっても、切刃部に欠けやチッピング（微小欠け）などが発生しないようにした被覆ＢＮ基工具が知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
さらに、上記の被覆ＢＮ基工具が、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上記のＢＮ基基体を装入し、ヒータで装置内を、例えば５０５℃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Ｔｉ−Ａｌ合金がセットされたカソード電極（蒸発源）との間に、例えば電流：１４５Ａ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、例えば２Ｐａの反応雰囲気とし、一方上記ＢＮ基基体には、例えば−９５Ｖのバイアス電圧を印加した条件で、前記ＢＮ基基体の表面に、上記（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層からなる硬質被覆層を蒸着することにより製造されることも知られている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−１１９７７４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
近年の切削加工装置の高性能化はめざましく、一方で切削加工に対する省力化および省エネ化、さらに低コスト化の要求は強く、これに伴い、切削加工は高切り込みや高送りなどの重切削条件で行なわれる傾向にあるが、上記の従来被覆ＢＮ基工具においては、これを通常の切削加工条件で用いた場合には問題はないが、切削加工を、高負荷なかかる高切り込みや高送りなどの重切削条件で行なった場合には、特に硬質被覆層の高温強度不足が原因で切刃部にチッピング（微小割れ）が発生し易くなることから、比較的短時間で使用寿命に至るのが現状である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者等は、上述のような観点から、特に鋼や鋳鉄などの重切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する被覆ＢＮ基工具を開発すべく、上記の従来被覆ＢＮ基工具を構成する硬質被覆層に着目し、研究を行った結果、
（ａ）上記の図２に示されるアークイオンプレーティング装置を用いて形成された従来被覆ＢＮ基工具の硬質被覆層を構成する（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層は、層厚全体に亘って実質的に均一な組成を有し、したがって均質な高温硬さと耐熱性、および高温強度を有するが、例えば図１（ａ）に概略平面図で、同（ｂ）に概略正面図で示される構造のアークイオンプレーティング装置、すなわち装置中央部にＢＮ基基体装着用回転テーブルを設け、前記回転テーブルを挟んで、一方側に相対的にＡｌ含有割合の高いＴｉ−Ａｌ−Ｂ合金、他方側に相対的にＡｌ含有割合の低いＴｉ−Ａｌ−Ｂ合金をカソード電極（蒸発源）として対向配置したアークイオンプレーティング装置を用い、この装置の前記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、外周部に沿って複数のＢＮ基基体をリング状に装着し、この状態で装置内雰囲気を窒素雰囲気として前記回転テーブルを回転させると共に、蒸着形成される硬質被覆層の層厚均一化を図る目的でＢＮ基基体自体も自転させながら、前記の両側のカソード電極（蒸発源）とアノード電極との間にアーク放電を発生させて、前記ＢＮ基基体の表面にＴｉとＡｌとＢ（ボロン）の複合窒化物［以下、（Ｔｉ，Ａｌ，Ｂ）Ｎで示す］からなる硬質被覆層を形成すると、この結果の（Ｔｉ，Ａｌ，Ｂ）Ｎ層においては、回転テーブル上にリング状に配置された前記ＢＮ基基体が上記の一方側の相対的にＡｌ含有割合の高いＴｉ−Ａｌ−Ｂ合金のカソード電極（蒸発源）に最も接近した時点で層中にＡｌ最高含有点が形成され、また前記ＢＮ基基体が上記の他方側の相対的にＡｌ含有割合の低いＴｉ−Ａｌ−Ｂ合金のカソード電極に最も接近した時点で層中にＡｌ最低含有点が形成され、上記回転テーブルの回転によって層中には層厚方向にそって前記Ａｌ最高含有点とＡｌ最低含有点が所定間隔をもって交互に繰り返し現れると共に、前記Ａｌ最高含有点から前記Ａｌ最低含有点、前記Ａｌ最低含有点から前記Ａｌ最高含有点へＴｉおよびＡｌの含有割合がそれぞれ連続的に変化する成分濃度分布構造をもつようになること。
【０００８】
（ｂ）上記（ａ）の繰り返し連続変化成分濃度分布構造の（Ｔｉ，Ａｌ，Ｂ）Ｎ層において、例えば対向配置のカソード電極（蒸発源）のそれぞれの組成を調製すると共に、ＢＮ基基体が装着されている回転テーブルの回転速度を制御して、
上記Ａｌ最高含有点が、
組成式：［Ｔｉ１−（Ｘ＋Ｚ） ＡｌＸ ＢＺ ］Ｎ（ただし、原子比で、Ｘは０．４５〜０．６５、Ｚは０．００２〜０．１０を示す）、
上記Ａｌ最低含有点が、
組成式：［Ｔｉ１−（Ｙ＋Ｚ） ＡｌＹ ＢＺ ］Ｎ（ただし、原子比で、Ｙは０．１０〜０．３５、Ｚは０．００２〜０．１０を示す）、
をそれぞれ満足し、かつ隣り合う上記Ａｌ最高含有点とＡｌ最低含有点の厚さ方向の間隔を０．０１〜０．１μmとすると、
上記Ａｌ最高含有点部分では、高温硬さおよび耐熱性向上効果を有するＡｌの含有割合が上記の従来（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層におけるＡｌの含有割合と同等のものとなるので、前記従来（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層のもつ高温硬さおよび耐熱性と同等のすぐれた高温硬さと耐熱性を有し、一方上記Ａｌ最低含有点部分では、前記Ａｌ最高含有点部分に比してＡｌ含有割合が低く、Ｔｉ含有割合の高いものとなるので、相対的にきわめて高い高温強度が確保され、さらにこの場合Ｂ含有によって硬質被覆層全体の高温耐酸化性が向上し、これが耐摩耗性向上に寄与し、かつこれらＡｌ最高含有点とＡｌ最低含有点の間隔をきわめて小さくしたことから、層全体の特性として、上記従来（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層と同等のすぐれた高温硬さおよび耐熱性を具備した状態で、Ｂの作用ですぐれた高温耐酸化性を有し、かつ前記従来（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層より一段と高い高温強度を具備するようになり、したがって、硬質被覆層がかかる構成の（Ｔｉ，Ａｌ，Ｂ）Ｎ層からなる被覆ＢＮ基工具は、特に各種の鋼や鋳鉄などの切削加工を、高負荷のかかる高切り込みや高送りなどの重切削条件で行なった場合にも、硬質被覆層がチッピングの発生なく、すぐれた耐摩耗性を長期に亘って発揮するようになること。
以上（ａ）および（ｂ）に示される研究結果を得たのである。
【０００９】
この発明は、上記の研究結果に基づいてなされたものであって、装置中央部にＢＮ基基体装着用回転テーブルを設け、前記回転テーブルを挟んで、一方側にＡｌ最高含有点形成用Ｔｉ−Ａｌ−Ｂ合金、他方側にＡｌ最低含有点形成用Ｔｉ−Ａｌ−Ｂ合金をカソード電極（蒸発源）として対向配置したアークイオンプレーティング装置を用い、この装置の前記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、外周部に沿って複数の前記ＢＮ基基体をリング状に装着し、この状態で装置内雰囲気を窒素雰囲気として前記回転テーブルを回転させると共に、前記ＢＮ基基体自体も自転させながら、前記の両側のカソード電極（蒸発源）とアノード電極との間にアーク放電を発生させて、前記ＢＮ基基体の表面に、（Ｔｉ，Ａｌ，Ｂ）Ｎからなる硬質被覆層を０．５〜１０μｍの平均層厚で蒸着してなる被覆ＢＮ基工具にして、
上記硬質被覆層が、層厚方向にそって、Ａｌ最高含有点とＡｌ最低含有点とが所定間隔をおいて交互に繰り返し存在し、かつ前記Ａｌ最高含有点から前記Ａｌ最低含有点、前記Ａｌ最低含有点から前記Ａｌ最高含有点へＴｉおよびＡｌの含有割合がそれぞれ連続的に変化する成分濃度分布構造を有し、
さらに、上記Ａｌ最高含有点が、
組成式：［Ｔｉ１−（Ｘ＋Ｚ）ＡｌＸＢＺ］Ｎ（ただし、原子比で、Ｘは０．４５〜０．６５、Ｚは０．００２〜０．１０を示す）、
上記Ａｌ最低含有点が、
組成式：［Ｔｉ１−（Ｙ＋Ｚ）ＡｌＹＢＺ］Ｎ（ただし、原子比で、Ｙは０．１０〜０．３５、Ｚは０．００２〜０．１０を示す）、
をそれぞれ満足し、かつ隣り合う上記Ａｌ最高含有点とＡｌ最低含有点の間隔が、０．０１〜０．１μmである、
重切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する被覆ＢＮ基工具に特徴を有するものである。
【００１０】
つぎに、この発明の被覆ＢＮ基工具において、これを構成する硬質被覆層の構成を上記の通りに限定した理由を説明する。
（ａ）Ａｌ最高含有点の組成
（Ｔｉ，Ａｌ，Ｂ）Ｎ層において、上記の通りＴｉは高温強度を向上させ、Ａｌは高温硬さおよび耐熱性を向上させ、さらにＢは高温耐酸化性を向上させる作用を有するものであり、したがってＡｌ成分の含有割合が上記の従来（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層におけるそれと同等なので、Ａｌ最高含有点では上記の従来（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層と同等のすぐれた高温硬さおよび耐熱性を有するが、Ａｌの含有割合を示すＸ値がＴｉとＢの合量に占める割合（原子比、以下同じ）で０．４５未満では所望の高温硬さおよび耐熱性を確保することができず、摩耗の進行が速くなり、一方前記Ｘ値が同じく０．６５を越えて高くなると、高い高温強度を有するＡｌ最低含有点が隣接して存在しても層自体の高温強度の低下は避けられず、この結果チッピングなどが発生し易くなることから、Ｘ値を０．４５〜０．６５と定めた。
また、Ｂの含有割合を示すＺ値がＴｉとＡｌの合量に占める割合が０．００２未満では所望の高温耐酸化性向上効果が得られず、硬質被覆層の摩耗進行抑制作用が不十分であり、一方前記Ｚ値が０．１０を越えると高温強度が急激に低下するようになることから、Ａｌ最高含有点におけるＺ値を０．００２〜０．１０と定めた。
【００１１】
（ｂ）Ａｌ最低含有点の組成
上記の通りＡｌ最高含有点は相対的に高い高温硬さおよび耐熱性を有するが、反面高温強度の劣るものであるため、このＡｌ最高含有点の高温強度不足を補う目的で、Ａｌに比して相対的にＴｉの含有割合を高くして、高温強度を一段と向上せしめたＡｌ最低含有点を厚さ方向に交互に介在させ、高負荷のかかる重切削条件でもチッピングなどの発生が起らないようにするものであるが、Ａｌの含有割合を示すＹ値がＴｉとＢの合量に占める割合で０．１０未満になると、Ａｌ最低含有点の高温硬さおよび耐熱性が低くなり過ぎ、これが摩耗促進の原因となり、一方前記Ｙ値が０．３５を越えると、高温強度が急激に低下し、切刃部にチッピングが発生し易くなることから、Ｙ値を０．１０〜０．３５と定めた。
さらに、Ｂの含有割合を示すＺ値を０．００２〜０．１０としたのは、上記のＡｌ最高含有点におけると同じ理由によるものである。
【００１２】
（ｃ）Ａｌ最高含有点とＡｌ最低含有点間の間隔
その間隔が０．０１μm未満ではそれぞれの点を上記の組成で明確に形成することが困難であり、この結果層に所望の高温硬さと耐熱性、さらにすぐれた高温強度を確保することができなくなり、またその間隔が０．１μmを越えるとそれぞれの点がもつ欠点、すなわちＡｌ最高含有点であれば高温強度不足、Ａｌ最低含有点であれば高温硬さおよび耐熱性不足が層内に局部的に現れ、これが原因で切刃にチッピングが発生し易くなったり、摩耗が促進されるようになることから、その間隔を０．０１〜０．１μmと定めた。
【００１３】
（ｄ）硬質被覆層の平均層厚
その平均層厚が０．５μｍ未満では、所望の耐摩耗性を確保することができず、一方その平均層厚が１０μｍを越えると、切刃部ににチッピングが発生し易くなることから、その平均層厚を０．５〜１０μｍと定めた。
【００１４】
【発明の実施の形態】
つぎに、この発明の被覆ＢＮ基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０．５〜４μｍの範囲内の平均粒径を有する立方晶窒化硼素（以下、ｃ−ＢＮで示す）粉末、炭化チタン（以下、ＴｉＣで示す）粉末、窒化チタン（以下、ＴｉＮで示す）粉末、炭窒化チタン（以下、ＴｉＣＮで示す）粉末、炭化タングステン（以下、ＷＣで示す）粉末、Ａｌ粉末、Ｃｏ粉末、ＴｉとＡｌの金属間化合物粉末であるＴｉ3Ａｌ粉末、ＴｉＡｌ粉末、およびＴｉＡｌ3粉末、さらに組成式：Ｔｉ2ＡｌＮを有する複合金属窒化物粉末、硼化チタン（以下、ＴｉＢ2で示す）粉末、窒化アルミニウム（以下、ＡｌＮで示す）粉末、硼化アルミニウム（以下、ＡｌＢ2で示す）粉末、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3で示す）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８０時間湿式混合し、乾燥した後、１２０ＭＰａの圧力で直径：５０ｍｍ×厚さ：１．５ｍｍの寸法をもった圧粉体にプレス成形し、ついでこの圧粉体を、圧力：１Ｐａの真空雰囲気中、９００〜１３００℃の範囲内の所定温度に６０分間保持の条件で焼結して切刃片用予備焼結体とし、この予備焼結体を、別途用意した、Ｃｏ：８質量％、ＷＣ：残りの組成、並びに直径：５０ｍｍ×厚さ：２ｍｍの寸法をもったＷＣ基超硬合金製支持片と重ね合わせた状態で、通常の超高圧焼結装置に装入し、通常の条件である圧力：５ＧＰａ、温度：１２００〜１４００℃の範囲内の所定温度に保持時間：０．６時間の条件で超高圧焼結し、焼結後上下面をダイヤモンド砥石を用いて研摩し、ワイヤー放電加工装置にて一辺３ｍｍの正三角形状に分割し、さらにＣｏ：５質量％、ＴａＣ：５質量％、ＷＣ：残りの組成およびＣＩＳ規格ＳＮＧＡ１２０４１２の形状（厚さ：４．７６mm×一辺長さ：１２．７mmの正三角形）をもったＷＣ基超硬合金製チップ本体のろう付け部（コーナー部）に、質量％で、Ｃｕ：３０％、Ｚｎ：２８％、Ｎｉ：２％、Ａｇ：残りからなる組成を有するＡｇ合金のろう材を用いてろう付けし、所定寸法に外周加工した後、切刃部に幅：０．１５ｍｍ、角度：２５°のホーニング加工を施し、さらに仕上げ研摩を施すことによりＩＳＯ規格ＳＮＧＡ１２０４１２のチップ形状をもったＢＮ基基体Ａ〜Ｐをそれぞれ製造した。
【００１５】
ついで、上記のＢＮ基基体Ａ〜Ｐ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、外周部に沿って所定間隔をもって設けた多段回転支持板上に載置し、一方側のカソード電極（蒸発源）として、種々の成分組成をもったＡｌ最低含有点形成用Ｔｉ−Ａｌ−Ｂ合金、他方側のカソード電極（蒸発源）として、種々の成分組成をもったＡｌ最高含有点形成用Ｔｉ−Ａｌ−Ｂ合金を前記回転テーブルを挟んで対向配置し、まず装置内を排気して０．５Ｐａ以下の真空に保持しながら、ヒーターで装置内を４２０℃に加熱した後、Ａｒガスを導入して１．５ＰａのＡｒガス雰囲気とし、前記回転テーブル上で自転しながら回転するＢＮ基基体に−８２０Ｖの直流バイアス電圧を印加して、前記ＢＮ基基体表面をＡｒボンバード洗浄し、ついで装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して３Ｐａの反応雰囲気とすると共に、前記回転テーブル上で自転しながら回転するＢＮ基基体に−２５Ｖの直流バイアス電圧を印加して、それぞれのカソード電極(前記Ａｌ最低含有点形成用Ｔｉ−Ａｌ−Ｂ合金およびＡｌ最高含有点形成用Ｔｉ−Ａｌ−Ｂ合金)とアノード電極との間に１２５Ａの電流を流してアーク放電を発生させ、もって前記ＢＮ基基体の表面に、層厚方向に沿って表２，３に示される目標組成のＡｌ最低含有点とＡｌ最高含有点とが交互に同じく表２，３に示される目標間隔で繰り返し存在し、かつ前記Ａｌ最高含有点から前記Ａｌ最低含有点、前記Ａｌ最低含有点から前記Ａｌ最高含有点へＡｌおよびＴｉの含有割合が連続的に変化する成分濃度分布構造を有し、かつ同じく表２，３に示される目標層厚の硬質被覆層を蒸着形成することにより、本発明被覆ＢＮ基工具１〜１６をそれぞれ製造した。
【００１６】
また、比較の目的で、上記のＢＮ基チップ基体Ａ〜Ｐの表面への硬質被覆層の形成を、図２に示される通常のアークイオンプレーティング装置を用い、カソード電極（蒸発源）として種々の成分組成をもったＴｉ−Ａｌ合金およびＴｉ−Ａｌ−Ｂ合金をそれぞれ装着し、装置内を排気して０．５Ｐａ以下の真空に保持しながら、ヒーターで装置内を５００℃に加熱した後、Ａｒガスを装置内に導入して２．５ＰａのＡｒ雰囲気とし、この状態でＢＮ基基体に−８００Ｖのバイアス電圧を印加してＢＮ基基体表面をＡｒガスボンバード洗浄し、ついで装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して３．５Ｐａの反応雰囲気とすると共に、前記ＢＮ基基体に印加するバイアス電圧を−８０Ｖに下げて、前記カソード電極とアノード電極との間にアーク放電を発生させる条件にて行なって、前記ＢＮ基基体Ａ〜Ｐのそれぞれの表面に、表４，５に示される目標組成および目標層厚を有し、かつ上記の従来被覆ＢＮ基工具を構成する硬質被覆層に相当する（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層、すなわち層厚方向に沿って実質的に組成変化のない（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層、および同じく層厚方向に沿って実質的に組成変化のない（Ｔｉ，Ａｌ，Ｂ）Ｎ層からなる硬質被覆層を蒸着形成する以外は、上記の本発明被覆ＢＮ基工具１〜１６の製造条件と同じ条件で比較被覆ＢＮ基工具１〜１６をそれぞれ製造した。
【００１７】
つぎに、上記本発明被覆ＢＮ基工具１〜１６および比較被覆ＢＮ基工具１〜１６について、これを工具鋼製バイトの先端部に固定治具にてネジ止めした状態で、
被削材：ＪＩＳ・ＳＣＭ４３５の浸炭焼入れ丸棒（表面硬さ：ＨＲＣ５８）、
切削速度：１３０ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：０．５３ｍｍ、
送り：０．０７ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：２０分、
の条件での浸炭焼入れ合金鋼の乾式連続高切り込み切削加工試験（通常の切り込み量は０．１０ｍｍ）、
被削材：ＪＩＳ・Ｓ２２Ｃの高周波焼入れ丸棒（表面硬さ：ＨＲＣ５４）、
切削速度：１３５ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：０．１１ｍｍ、
送り：０．５５ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：２０分、
の条件での高周波焼入れ炭素鋼の乾式連続高送り切削加工試験（通常の送り量は０．１０ｍｍ／ｒｅｖ．）、さらに、
被削材：ＪＩＳ・ＦＣ２５０の丸棒、
切削速度：５９０ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：０．６２ｍｍ、
送り：０．１５ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：３０分、
の条件での鋳鉄の乾式連続高切り込み切削加工試験（通常の切り込み量は０．２０ｍｍ）を行い、いずれの切削加工試験でも切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。この測定結果を表２〜５に示した。
【００１８】
【表１】
【表２】
【表３】
【表４】
【表５】
この結果得られた本発明被覆ＢＮ基工具１〜１６を構成する硬質被覆層におけるＡｌ最高含有点とＡｌ最低含有点の組成、並びに比較被覆ＢＮ基工具１〜１６の硬質被覆層の組成について、厚さ方向に沿ってＴｉ、Ａｌ、およびＢ成分の含有量をオージェ分光分析装置を用いて測定したところ、本発明被覆ＢＮ基工具１〜１６の硬質被覆層では、Ａｌ最高含有点とＡｌ最低含有点とがそれぞれ目標値と実質的に同じ組成および間隔で交互に繰り返し存在し、かつ前記Ａｌ最高含有点から前記Ａｌ最低含有点、前記Ａｌ最低含有点から前記Ａｌ最高含有点へＴｉおよびＡｌ成分の含有割合がそれぞれ連続的に変化する成分濃度分布構造を有することが確認され、また硬質被覆層の平均層厚も目標層厚と実質的に同じ値を示した。
一方前記比較被覆ＢＮ基工具１〜１６の硬質被覆層では厚さ方向に沿って組成変化が見られず、かつ目標組成と実質的に同じ組成および目標層厚と実質的に同じ平均層厚を示すことが確認された。
【００２４】
【発明の効果】
表２〜５に示される結果から、硬質被覆層が層厚方向にＡｌ最低含有点とＡｌ最高含有点とが交互に所定間隔をおいて繰り返し存在し、かつ前記Ａｌ最高含有点から前記Ａｌ最低含有点、前記Ａｌ最低含有点から前記Ａｌ最高含有点へＡｌおよびＴｉの含有割合がそれぞれ連続的に変化する成分濃度分布構造を有する本発明被覆ＢＮ基工具は、いずれも各種の鋼や鋳鉄などの切削加工を、高負荷のかかる高切り込みや高送りなどの重切削条件で行なった場合にも、切刃部にチッピングの発生なく、すぐれた耐摩耗性を発揮するのに対して、硬質被覆層が層厚方向に沿って実質的に組成変化のない（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層または（Ｔｉ，Ａｌ，Ｂ）Ｎ層からなる比較被覆ＢＮ基工具においては、前記硬質被覆層が高温硬さと耐熱性を有するものの、十分な高温強度を具備するものでないために、チッピングが発生し、これが原因で比較的短時間で使用寿命に至ることが明らかである。
上述のように、この発明の被覆ＢＮ基工具は、通常の条件での切削加工は勿論のこと、特に各種の鋼や鋳鉄などの切削加工を重切削条件で行なった場合にも、すぐれた耐チッピング性を発揮し、長期に亘ってすぐれた耐摩耗性を示すものであるから、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。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の被覆ＢＮ基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。
【図２】比較被覆ＢＮ基工具を構成する硬質被覆層を形成するのに用いた通常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。
Claims (1)
- 装置中央部に立方晶窒化硼素基焼結材料基体装着用回転テーブルを設け、前記回転テーブルを挟んで、一方側にＡｌ最高含有点形成用Ｔｉ−Ａｌ−Ｂ合金、他方側にＡｌ最低含有点形成用Ｔｉ−Ａｌ−Ｂ合金をカソード電極（蒸発源）として対向配置したアークイオンプレーティング装置を用い、この装置の前記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、外周部に沿って複数の前記基体をリング状に装着し、この状態で装置内雰囲気を窒素雰囲気として前記回転テーブルを回転させると共に、前記基体自体も自転させながら、前記の両側のカソード電極（蒸発源）とアノード電極との間にアーク放電を発生させて、前記基体の表面に、ＴｉとＡｌとＢ（ボロン）の複合窒化物層からなる硬質被覆層を０．５〜１０μｍの平均層厚で蒸着してなる表面被覆立方晶窒化硼素基焼結材料製切削工具にして、
上記硬質被覆層が、層厚方向にそって、Ａｌ最高含有点とＡｌ最低含有点とが所定間隔をおいて交互に繰り返し存在し、かつ前記Ａｌ最高含有点から前記Ａｌ最低含有点、前記Ａｌ最低含有点から前記Ａｌ最高含有点へＴｉおよびＡｌの含有割合がそれぞれ連続的に変化する成分濃度分布構造を有し、
さらに、上記Ａｌ最高含有点が、
組成式：［Ｔｉ１−（Ｘ＋Ｚ）ＡｌＸＢＺ］Ｎ（ただし、原子比で、Ｘは０．４５〜０．６５、Ｚは０．００２〜０．１０を示す）、
上記Ａｌ最低含有点が、
組成式：［Ｔｉ１−（Ｙ＋Ｚ）ＡｌＹＢＺ］Ｎ（ただし、原子比で、Ｙは０．１０〜０．３５、Ｚは０．００２〜０．１０を示す）、
をそれぞれ満足し、かつ隣り合う上記Ａｌ最高含有点とＡｌ最低含有点の間隔が、０．０１〜０．１μmであること、
を特徴とする重切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆立方晶窒化硼素基焼結材料製切削工具。
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