JP4811787B2 - 硬質被覆層の改質κ型酸化アルミニウム層が優れた粒界面強度を有する表面被覆サーメット製切削工具 - Google Patents

Description

この発明は、特に各種の鋼や鋳鉄などの被削材の断続切削加工を、高切り込みや高送りなどの重切削条件で行った場合にも、硬質被覆層の改質κ（カッパ−）型酸化アルミニウム層が優れた粒界面強度を有する表面被覆サーメット製切削工具（以下、被覆サーメット工具という）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）基超硬合金または炭窒化チタン（以下、ＴｉＣＮで示す）基サーメットで構成された基体（以下、これらを総称して工具基体という）の表面に、
（ａ）下部層が、Ｔｉの炭化物（以下、ＴｉＣで示す）層、窒化物（以下、同じくＴｉＮで示す）層、炭窒化物（以下、ＴｉＣＮで示す）層、炭酸化物（以下、ＴｉＣＯで示す）層、および炭窒酸化物（以下、ＴｉＣＮＯで示す）層のうちの１層または２層以上からなり、かつ３〜２０μｍの全体平均層厚を有するＴｉ化合物層、
（ｂ）上部層が、１〜１５μｍの平均層厚を有し、かつ化学蒸着した状態でκ（カッパ−）型の結晶構造を有する酸化アルミニウム（以下、κ型Ａｌ₂Ｏ₃層で示す）層、
以上（ａ）および（ｂ）で構成された硬質被覆層を蒸着形成してなる被覆サーメット工具が知られており、この被覆サーメット工具は、硬質被覆層を構成する上部層のκ型Ａｌ₂Ｏ₃層がすぐれた高温強度を有することから、例えば各種の鋼や鋳鉄などの連続切削は勿論のこと、特に断続切削に用いた場合にすぐれた耐チッピング性を発揮することも知られている。

また、上記の被覆サーメット工具において、これの硬質被覆層の構成層は、一般に粒状結晶組織を有し、さらに、下部層である上記Ｔｉ化合物層を構成するＴｉＣＮ層を、層自身の強度向上を目的として、通常の化学蒸着装置にて、反応ガスとして有機炭窒化物を含む混合ガスを使用し、７００〜９５０℃の中温温度域で化学蒸着することにより形成して縦長成長結晶組織をもつようにすることも知られている。

さらに、上記Ａｌ₂Ｏ₃層には、結晶構造が上記のκ型の他に、α型やθ型などがあり、前記κ型Ａｌ₂Ｏ₃層は前記α型Ａｌ₂Ｏ₃層に比して、相対的に高温硬さは低いが、高温強度が高い性質を持つことも知られている。
特開平６−３１５０３号公報 特開平６−８０１０号公報

近年の切削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、切削加工は切削条件のうちの切り込みや送りなどを高くした重切削条件で行われる傾向にあるが、上記の従来被覆サーメット工具においては、これを鋼や鋳鉄などの通常の条件での連続切削や断続切削に用いた場合には問題はないが、特にこれを強い機械的衝撃が繰り返し付加される前記の重切削条件で断続切削加工を行うのに用いた場合には、硬質被覆層を構成するκ型Ａｌ₂Ｏ₃層が前記断続重切削条件に十分に耐え得るに足る高い高温強度を具備するものでないために、前記硬質被覆層にチッピング（微少欠け）が発生し易く、この結果比較的短時間で使用寿命に至るのが現状である。

そこで、本発明者等は、上述のような観点から、上記のκ型Ａｌ₂Ｏ₃層が硬質被覆層の上部層を構成する被覆サーメット工具に着目し、特に前記κ型Ａｌ₂Ｏ₃層の一段の高温強度向上を図るべく研究を行った結果、
（ａ）従来被覆サーメット工具の硬質被覆層を構成する上部層としてのκ型Ａｌ₂Ｏ₃層は、例えば、通常の化学蒸着装置にて、
反応ガス組成：容量％で、ＡｌＣｌ₃ ３〜１０％、ＣＯ₂ ３〜６％、ＨＣｌ １〜４％、Ｈ₂Ｓ ０．１〜０．５％、Ｈ₂ 残り、
反応雰囲気温度：９２０〜１０２０℃、
反応雰囲気圧力：５〜１０ｋＰａ、
の条件（通常条件という）で蒸着形成されるが、これを、
反応ガス組成：容量％で、ＡｌＣｌ₃ ３〜６％、ＣＯ₂ ０．５〜３％、ＨＣｌ１〜３％、ＣＨ_３ＣＮ ０．１〜０．３％、Ｈ₂Ｓ ０．１〜０．５％、Ｈ₂ 残り、
反応雰囲気温度：７８０〜８８０℃、
反応雰囲気圧力：５〜１０ｋＰａ、
の条件、すなわち上記の通常条件に比して、反応ガス組成では、ＣＯ₂を相対的に低く、かつ新たに例えばＣＨ_３ＣＮなどの有機化合物を添加し、さらに雰囲気温度を相対的に低くした条件（反応ガス組成調整低温条件）で蒸着形成すると、この結果の反応ガス組成調整低温条件で形成したκ型Ａｌ₂Ｏ₃層は、
電界放出型走査電子顕微鏡を用い、工具基体表面と平行な表面研磨面の測定範囲内に存在する斜方晶の結晶構造を有する結晶粒個々に電子線を照射して、前記結晶粒の構成結晶面である（００１）面および（０１０）面のそれぞれの法線が前記表面研磨面の法線と交わる角度を測定すると、その測定結果によれば、それぞれ隣接する結晶粒相互の界面（結晶粒界面単位）における（００１）面の法線同士の交わる角度が１０°以下で、かつ（０１０）面の法線同士の交わる角度が５５°以上６５°以下である結晶粒界面単位が、全結晶粒界面単位の４０％以上の割合を占める結晶粒界面配列を示すようになること（図３参照）。

なお、ここでいう「結晶粒界面単位」とは、工具基体表面と平行な表面研磨面の測定範囲内に存在する斜方晶の結晶構造を有する結晶粒個々に電子線を照射して、前記結晶粒の構成結晶面である（００１）面および（０１０）面のそれぞれの法線と前記表面研磨面の法線との交わる角度を測定し、その結果得られた測定値に基づいて、前記測定を行うある単位測定領域に対し、その単位測定領域から得られた前記測定値と、その単位測定領域とそれぞれ隣接する単位測定領域における前記測定値とを、（００１）面の法線同士の交わる角度と(０１０)面の法線同士の交わる角度それぞれについて、測定値間の差の絶対値を計算し、少なくとも一方の角度の差の絶対値がある値以上（例えば、本発明では「２°以上」とした）となる単位測定領域同士の境界を結晶粒界と定義した場合、その単位測定領域間の境界（すなわち結晶粒界）を構成する単位線分長さを意味する。
なお、（００１）面の法線同士の交わる角度、あるいは、(０１０)面の法線同士の交わる角度を、以下、「交差角」と呼ぶ。
（ｂ）これに対して、上記の従来κ型Ａｌ₂Ｏ₃層では、それぞれ隣接する結晶粒相互の界面（結晶粒界面単位）における（００１）面の法線同士の交差角が１０°以下で、かつ（０１０）面の法線同士の交差角が５５°以上６５°以下である結晶粒界面単位は、全結晶粒界面単位の１５％以下の割合の結晶粒界面配列を示すにすぎないこと（図４参照）。
（ｃ）上記の反応ガス組成調整低温条件形成のκ型Ａｌ₂Ｏ₃層は、Ａｌ₂Ｏ₃自体が具備する高温硬さおよび耐熱性に加えて、安定な粒界形成に基づきすぐれた粒界面強度を備えるため、上記従来κ型Ａｌ₂Ｏ₃層に比して一段と高い高温強度を有し、これを硬質被覆層の上部層として蒸着形成してなる被覆サーメット工具は、同下部層であるＴｉ化合物層が具備するすぐれた高温強度と相俟って、特に断続切削加工を高切り込みや高送りなどの重切削条件で行うのに用いた場合にも、同じく前記従来κ型Ａｌ₂Ｏ₃層を蒸着形成してなる従来被覆サーメット工具に比して、硬質被覆層が一段とすぐれた耐チッピング性を発揮するようになること。
以上（ａ）〜（ｃ）に示される研究結果を得たのである。

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、ＷＣ基超硬合金またはＴｉＣＮ基サーメットで構成された工具基体の表面に、
（ａ）下部層として、いずれも化学蒸着された、Ｔｉの炭化物層（ＴｉＣ層）、窒化物層（ＴｉＮ層）、炭窒化物層（ＴｉＣＮ層）、炭酸化物層（ＴｉＣＯ層）および炭窒酸化物層（ＴｉＣＮＯ層）のうちの１層または２層以上からなり、かつ３〜２０μｍの合計平均層厚を有するＴｉ化合物層
（ｂ）上部層として、化学蒸着した状態でκ（カッパ−）型の結晶構造を有し、電界放出型走査電子顕微鏡を用い、工具基体表面と平行な表面研磨面の測定範囲内に存在する斜方晶の結晶構造を有する結晶粒個々に電子線を照射して、前記結晶粒の構成結晶面である（００１）面および（０１０）面のそれぞれの法線が前記表面研磨面の法線と交わる角度を測定し、この結果得られた測定値から、それぞれ隣接する結晶粒相互の界面（結晶粒界面単位）における（００１）面の法線同士の交わる角度（交差角）が１０°以下で、かつ（０１０）面の法線同士の交わる角度（交差角）が５５°以上６５°以下である結晶粒界面単位が、全結晶粒界面単位の４０％以上の割合を占める結晶粒界面配列を示し、かつ１〜１５μｍの平均層厚を有する酸化アルミニウム層、
以上（ａ）および（ｂ）で構成された硬質被覆層の改質κ（カッパー）型Ａｌ₂Ｏ₃層が優れた粒界面強度を有する表面被覆サーメット製切削工具（被覆サーメット工具）に特徴を有するものである。

以下に、この発明の被覆サーメット工具の硬質被覆層の構成層において、上記の通りに数値限定した理由を説明する。
（ａ）下部層のＴｉ化合物層
Ｔｉ化合物層は、κ型Ａｌ₂Ｏ₃層の下部層として存在し、自身の具備するすぐれた高温強度によって硬質被覆層の高温強度向上に寄与するほか、工具基体とκ型Ａｌ₂Ｏ₃層のいずれにも強固に密着し、よって硬質被覆層の工具基体に対する密着性を向上させる作用を有するが、その平均層厚が３μｍ未満では、前記作用を十分に発揮させることができず、一方その平均層厚が２０μｍを越えると、特に高熱発生を伴なう高速切削では熱塑性変形を起し易くなり、これが偏摩耗の原因となることから、その平均層厚を３〜２０μｍと定めた。
（ｂ）上部層の改質κ（カッパー）型Ａｌ₂Ｏ₃層
電界放出型走査電子顕微鏡を用い、工具基体表面と平行な表面研磨面の測定範囲内に存在する斜方晶の結晶構造を有する結晶粒個々に電子線を照射して、前記結晶粒の構成結晶面である（００１）面および（０１０）面のそれぞれの法線の、前記表面研磨面の法線との交わる角度を測定し、この結果得られた測定値から、それぞれ隣接する結晶粒相互の界面（結晶粒界面単位）における（００１）面の法線同士の交差角が１０°以下で、かつ（０１０）面の法線同士の交差角が５５°以上６５°以下である結晶粒界面単位が、全結晶粒界面単位の４０％以上の割合を占める結晶粒界面配列を示す改質κ型Ａｌ₂Ｏ₃層は、Ａｌ₂Ｏ₃自体のもつ高温硬さと耐熱性に加えて、κ型Ａｌ₂Ｏ₃の結晶対称性から非常に安定な粒界を形成するために、すぐれた粒界面強度を備え、クラックの発生ばかりか、クラックの伝播も抑えられ、一段とすぐれた高温強度を有することになるので、強い機械的衝撃が繰り返し付加される断続重切削加工で、上記の従来被覆サーメット工具の硬質被覆層を構成する従来κ型Ａｌ₂Ｏ₃層に比して、一段とすぐれた耐チッピング性を発揮するが、その平均層厚が１μｍ未満では、所望のすぐれた耐摩耗性を十分に発揮させることができず、一方その平均層厚が１５μｍを越えて厚くなりすぎると、チッピングが発生し易くなることから、その平均層厚を１〜１５μｍと定めた。
なお、電界放出型走査電子顕微鏡を用いた実際の分析手順を説明すると次のとおりである。

表面研磨面に電子線を照射し、各測定点における結晶面の法線が、表面研磨面の法線に対して交わる角度（本発明では、（００１）面および(０１０)面の各法線が、表面研磨面の法線に対してなす角度）を測定し、各測定点毎の結晶方位データを取得し、各測定点の結晶方位データを、それと隣接する測定点での結晶方位データと比較し、ある一定以上の角度の差（例えば、本発明では「２°以上」の角度の差とした）の有無を調べ、そして、一定以上の角度の差（２°以上の角度の差）がある場合には、そこを「粒界」と判断し、その場合の測定点間の境界の長さを粒界の最小単位としてカウントする。つまり、２°以上のズレが(００１)面の法線同士あるいは(０１０)面の法線同士のいずれか一方にでもある場合には、その測定点の境界を「粒界」と判断し、逆に、どちらの法線同士のズレも２°に満たない測定点間には、「粒界」は存在せず、同一結晶粒であるとして取り扱うことになる。

例えば、ある単位測定領域ｉ（すなわち分析の最小単位）から得られる測定値のうち、（００１）面の法線と表面研磨面の法線との交わる角度をθ_ｉ（００１），（０１１）面の法線と表面研磨面の法線との交わる角度をθ_ｉ（０１０）と表現した場合に、それぞれ隣接する単位測定領域Ａ，Ｂについて考えると、領域Ａから得られた結晶方位データは（（θ_Ａ（００１），θ_Ａ（０１０）），また、領域Ｂから得られた結晶方位データは（θ_Ｂ（００１），θ_Ｂ（０１０））と表わされ、これを用いると、隣接する領域Ａ，Ｂについて、

（００１）面の法線同士の交差角φ（００１）_Ａ−Ｂは、
φ（００１）_Ａ−Ｂ＝θ_Ａ（００１）−θ_Ｂ（００１）
（０１０）面の法線同士の交差角φ（０１０）_Ａ−Ｂは、
φ（０１０）_Ａ−Ｂ＝θ_Ａ（０１０）−θ_Ｂ（０１０）

となり、そして、このφ（００１）_Ａ−Ｂ，φ（０１０）_Ａ−Ｂの少なくとも一方の値の絶対値が２°以上である場合には、この領域Ａと領域Ｂとの境界は「結晶粒界」であると判断され、この領域Ａと領域Ｂとの境界の長さが結晶粒界面単位となる。そして、領域Ａと領域Ｂは、いずれも分析の最小単位であるので、結晶粒界面単位の具体的な単位長さは、すなわち分析実施時の単位ステップ長さになり、本発明の実施例（後記）では分析の単位ステップが０．１μｍ／stepであるから、結晶粒界面単位の単位長さは、０．１μｍということになる。
このような手順によって、結晶方位データの取得、結晶粒界の確定、結晶粒界面単位のカウント等を行う。
なお、切削工具の使用前後の識別を目的として、黄金色の色調を有するＴｉＮ層を、必要に応じて硬質被覆層の最表面層として蒸着形成してもよいが、この場合の平均層厚は０．１〜１μｍでよく、これは０．１μｍ未満では、十分な識別効果が得られず、一方前記ＴｉＮ層による前記識別効果は１μｍまでの平均層厚で十分であるという理由からである。

この発明の被覆サーメット工具は、各種の鋼や鋳鉄などの切削加工を、強い機械的衝撃を伴う断続切削加工を重切削条件で行うのに用いた場合にも、硬質被覆層の上部層を構成する改質κ型Ａｌ₂Ｏ₃層が、Ａｌ₂Ｏ₃自身のもつすぐれた高温硬さと耐熱性による耐摩耗性に加えて、より一段とすぐれた高温強度を具備することから、すぐれた耐チッピング性を発揮し、使用寿命の一層の延命化を可能とするものである。

つぎに、この発明の被覆サーメット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、ＺｒＣ粉末、ＶＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、Ｃｒ₃Ｃ₂粉末、ＴｉＮ粉末、ＴａＮ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４０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、切刃部にＲ：０．０７ｍｍのホーニング加工を施すことによりＩＳＯ・ＣＮＭＧ１６０４１２に規定するスローアウエイチップ形状をもったＷＣ基超硬合金製の工具基体Ａ〜Ｆ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、Ｍｏ₂Ｃ粉末、ＺｒＣ粉末、ＮｂＣ粉末、ＴａＣ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４０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：１５４０℃に１時間保持の条件で焼結し、焼結後、切刃部分にＲ：０．０７ｍｍのホーニング加工を施すことによりＩＳＯ規格・ＣＮＭＧ１６０４１２のチップ形状をもったＴｉＣＮ基サーメット製の工具基体ａ〜ｆを形成した。

ついで、これらの工具基体Ａ〜Ｆおよび工具基体ａ〜ｆのそれぞれを、通常の化学蒸着装置に装入し、まず、表３（表３中のｌ−ＴｉＣＮは特開平６−８０１０号公報に記載される縦長成長結晶組織をもつＴｉＣＮ層の形成条件を示すものであり、これ以外は通常の粒状結晶組織の形成条件を示すものである）に示される条件にて、表４に示される目標層厚のＴｉ化合物層を硬質被覆層の下部層として蒸着形成し、ついで、表５に示される条件で、表４に示される目標層厚の改質κ型Ａｌ₂Ｏ₃層を硬質被覆層の上部層として蒸着形成することにより本発明被覆サーメット工具１〜１３をそれぞれ製造した。

また、比較の目的で、表6に示される条件で、表７に示される目標層厚の従来κ型Ａｌ₂Ｏ₃層を硬質被覆層の上部層として蒸着形成する以外は同一の条件で従来被覆サーメット工具１〜１３をそれぞれ製造した。

ついで、上記の本発明被覆サーメット工具の硬質被覆層を構成する改質κ型Ａｌ₂Ｏ₃層と従来被覆サーメット工具の硬質被覆層を構成する従来κ型Ａｌ₂Ｏ₃層のそれぞれについて、電界放出型走査電子顕微鏡を用いて、図３、図４に例示されるように、交差角分布グラフをそれぞれ作成した。なお、図３は、本発明被覆サーメット工具２のκ型Ａｌ₂Ｏ₃層の交差角分布グラフ、図４は、従来被覆サーメット工具２のκ型Ａｌ₂Ｏ₃層の交差角分布グラフをそれぞれ示す。

上記交差角分布グラフは、上記のκ型Ａｌ₂Ｏ₃層の表面を上記工具基体の表面と平行な研磨面とした状態で、電界放出型走査電子顕微鏡の鏡筒内にセットし、前記研磨面に７０度の入射角度で１５ｋＶの加速電圧の電子線を１ｎＡの照射電流で、前記表面研磨面の測定範囲内に存在する斜方晶の結晶構造を有する結晶粒個々に照射して、電子後方散乱回折像装置を用い、３０×５０μｍの領域を０．１μｍ／ｓｔｅｐの間隔で、前記表面研磨面の法線に対して、前記結晶粒の結晶面である（００１）面および（０１０）面のそれぞれの法線の前記表面研磨面の法線との交わる角度を測定し、この結果得られた測定値から、それぞれ隣接する結晶粒相互の界面（結晶粒界面単位）における（００１）面の法線同士の交差角が２°以上１０°以下であるものについて、斜方晶の結晶構造の対称性を考慮し、（０１０）面の法線同士の交差角０〜１２０°の範囲内において、（０１０）面の法線同士の交差角を０．２５°のピッチ毎に区分し、各区分内に存在する結晶粒界面単位の度数を集計することにより作成した。

各種のκ型Ａｌ₂Ｏ₃層について作成した交差角分布グラフから、隣接する結晶粒相互の界面（結晶粒界面単位）における（００１）面の法線同士の交差角が２°以上１０°以下で、かつ（０１０）面の法線同士の交差角が５５°以上６５°以下である結晶粒界面単位が、全結晶粒界面単位に対して占める割合を求め、その結果を表４、７に示した。

図３、図４として例示した交差角分布グラフおよび表４、７に示した数値割合からもわかるように、本発明被覆サーメット工具１〜１３および従来被覆サーメット工具１〜１３の硬質被覆層を構成するいずれのκ型Ａｌ₂Ｏ₃層であっても、隣接領域の（００１）面の法線同士の交差角が２°以上１０°以下で、かつ、隣接領域の（０１０）面の法線同士の交差角が５５°以上６５°以下の範囲に分布のピークが存在するが、本発明被覆サーメット工具１〜１３では、そのピーク値は４０％以上の数値であるのに対して、従来被覆サーメット工具１〜１３では、そのピーク値は僅か１５％以下の値にすぎなかった。

また、この結果得られた本発明被覆サーメット工具１〜１３および従来被覆サーメット工具１〜１３の硬質被覆層の構成層の厚さを、走査型電子顕微鏡を用いて測定（縦断面測定）したところ、いずれも目標層厚と実質的に同じ平均層厚（５点測定の平均値）を示した。

つぎに、上記の本発明被覆サーメット工具１〜１３および従来被覆サーメット工具１〜１３各種の被覆サーメット工具について、いずれも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・ＳＮＣＭ４３１の長さ方向等間隔４本縦溝入り丸棒、
切削速度：２７０ｍ／ｍｉｎ、
切り込み：６ｍｍ、
送り：０．２５ｍｍ／ｒｅｖ、
切削時間：８分、
の条件（切削条件Ａという）での合金鋼の乾式断続高切り込み切削試験（通常の切り込みは２ｍｍ）、
被削材：ＪＩＳ・Ｓ２５Ｃの長さ方向等間隔４本縦溝入り丸棒、
切削速度：３００ｍ／ｍｉｎ、
切り込み：２ｍｍ、
送り：０．６５ｍｍ／ｒｅｖ、
切削時間：８分、
の条件（切削条件Ｂという）での炭素鋼の乾式断続高送り切削試験（通常の送りは０．３ｍｍ／ｒｅｖ）、さらに、
被削材：ＪＩＳ・ＦＣＤ４００の長さ方向等間隔４本縦溝入り丸棒、
切削速度：２４０ｍ／ｍｉｎ、
切り込み：５．５ｍｍ、
送り：０．３５ｍｍ／ｒｅｖ、
切削時間：８分、
の条件（切削条件Ｃという）でのダクタイル鋳鉄の乾式断続高切り込み切削試験（通常の切り込みは２ｍｍ）を行い、いずれの切削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８に示した。

表４、７、８に示される結果から、本発明被覆サーメット工具１〜１３は、いずれも硬質被覆層の上部層は、それぞれ隣接する結晶粒相互の界面（結晶粒界面単位）における（００１）面の法線同士の交差角が１０°以下で、かつ（０１０）面の法線同士の交差角が５５〜６５°である結晶粒界面単位が全結晶粒界面単位の４０％以上を占める結晶粒界面配列示すκ（カッパー）型Ａｌ₂Ｏ₃層で構成されているので、Ａｌ₂Ｏ₃自体のもつ高温硬さと耐熱性に加えて、その結晶対称性から非常に安定な粒界を形成し、粒界面強度を高め、クラックの発生ばかりか、クラックの伝播も抑え、その結果、一段とすぐれた高温強度を有するものであることから、鋼および鋳鉄の強い機械的衝撃を伴う断続重切削加工で、すぐれた耐チッピング性を示し、長期に亘ってすぐれた切削性能を発揮するのに対して、硬質被覆層の上部層が、それぞれ隣接する結晶粒相互の界面（結晶粒界面単位）における（００１）面の法線同士の交差角が１０°以下で、かつ（０１０）面の法線同士の交差角が５５〜６５°である結晶粒界面単位が全結晶粒界面単位の１５％以下を占めるにすぎないκ型Ａｌ₂Ｏ₃層で構成された従来被覆サーメット工具１〜１３においては、いずれも上記の断続重切削加工では、前記κ型Ａｌ₂Ｏ₃層の高温強度不足が原因で硬質被覆層にチッピングが発生し、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、この発明の被覆サーメット工具は、各種鋼や鋳鉄などの通常の条件での連続切削や断続切削は勿論のこと、特に断続切削加工を重切削条件で行う場合にもすぐれた耐チッピング性を示し、長期に亘ってすぐれた切削性能を発揮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。

硬質被覆層を構成するκ型Ａｌ₂Ｏ₃層における、結晶粒（結晶格子）の（００１）面の法線の方向、（０１０）面の法線の方向を示す概略説明図である。 硬質被覆層を構成するκ型Ａｌ₂Ｏ₃層に結晶粒界面において（ａ）は、（００１）面の法線が表面研磨面の法線と交わる状態を示し、（ｂ）は、（０１０）面の法線同士が交わる状態を示す概略説明図である。 本発明被覆サーメット工具２の硬質被覆層を構成するκ型Ａｌ₂Ｏ₃層の（０１０）面の法線同士の交差角分布グラフである。 従来被覆サーメット工具２の硬質被覆層を構成するκ型Ａｌ₂Ｏ₃層の（０１０）面の法線同士の交差角分布グラフである。

Claims (1)

1. 炭化タングステン基超硬合金または炭窒化チタン基サーメットで構成された工具基体の表面に、
   （ａ）下部層として、いずれも化学蒸着された、Ｔｉの炭化物層、窒化物層、炭窒化物層、炭酸化物層、および炭窒酸化物層のうちの１層または２層以上からなり、かつ３〜２０μｍの合計平均層厚を有するＴｉ化合物層、
   （ｂ）上部層として、化学蒸着した状態でκ（カッパ−）型の結晶構造を有し、電界放出型走査電子顕微鏡を用い、工具基体表面と平行な表面研磨面の測定範囲内に存在する斜方晶の結晶構造を有する結晶粒個々に電子線を照射して、前記結晶粒の構成結晶面である（００１）面および（０１０）面のそれぞれの法線が前記表面研磨面の法線と交わる角度を測定し、この結果得られた測定値から、それぞれ隣接する結晶粒相互の界面（結晶粒界面単位）における（００１）面の法線同士の交わる角度が１０°以下で、かつ（０１０）面の法線同士の交わる角度が５５°以上６５°以下である結晶粒界面単位が、全結晶粒界面単位の４０％以上の割合を占める結晶粒界面配列を示し、かつ１〜１５μｍの平均層厚を有する酸化アルミニウム層、
   以上（ａ）および（ｂ）で構成された硬質被覆層を蒸着形成してなる、硬質被覆層の改質κ（カッパ−）型酸化アルミニウム層が優れた粒界面強度を有する表面被覆サーメット製切削工具。
   

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