JP5287383B2 - 高速切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性と耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具 - Google Patents

Description

この発明は、高熱発生を伴う高速条件で切削加工した場合に、硬質被覆層がすぐれた高温硬さ、靭性、潤滑性を有するとともに、被削材（の切粉）との耐溶着性にすぐれるため、長期の使用に亘って、すぐれた耐チッピング性と耐摩耗性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。

一般に、被覆工具には、各種の鋼や鋳鉄などの被削材の旋削加工や平削り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、前記被削材の穴あけ切削加工などに用いられるドリルやミニチュアドリル、さらに前記被削材の面削加工や溝加工、肩加工などに用いられるソリッドタイプのエンドミルなどがあり、また前記スローアウエイチップを着脱自在に取り付けて前記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工具などが知られている。

また、被覆工具としては、例えば、工具基体表面に、ＴｉとＡｌの複合窒化物層あるいは、これにさらに、Ｓｉ、Ｂ、Ｙ、Ｚｒ、Ｖ等を微量添加含有させたＴｉとＡｌを主成分とする複合窒化物（以下、これらを総称して、（Ｔｉ，Ａｌ，Ｍ）Ｎで示す）層を硬質被覆層として蒸着形成した被覆工具が知られており、特に、構成成分であるＡｌによって高温硬さと耐熱性、同Ｔｉによって高温強度を具備することから、上記（Ｔｉ，Ａｌ，Ｍ）Ｎ層を被覆した被覆工具は、すぐれた高温強度、耐欠損性、耐摩耗性を示すことが知られている。

また、切削加工時における被覆工具の潤滑性を改善し工具特性を高めるために、上記（Ｔｉ，Ａｌ，Ｍ）Ｎ層を下部層とし、この上に、クロムの酸化物（以下、ＣｒＯで示す）層からなる上部層を形成した被覆工具も知られている。

さらに、上記従来の被覆工具が、例えば図１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工具基体を装入し、装置内を、例えば５００℃の温度に加熱した状態で、硬質被覆層の組成に対応した合金がセットされたカソード電極、例えば、Ｔｉ−Ａｌ−Ｍ合金，金属Ｃｒと、アノード電極との間に、例えば電流：９０Ａ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あるいは酸素ガスを導入して、例えば２Ｐａの反応雰囲気とし、一方、上記工具基体には、例えば−１００Ｖのバイアス電圧を印加した条件で、前記工具基体表面に、（Ｔｉ，Ａｌ，Ｍ）Ｎ層，ＣｒＯ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。
特許第２６４４７１０号明細書 特許第２７９３７７３号明細書 特許第２７９３６９６号明細書 特開平８−１９９３３８号公報 特開２０００−２３３３２４号公報

近年の切削加工装置のＦＡ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、切削工具には被削材の材種にできるだけ影響を受けない汎用性、すなわち、できるだけ多くの材種の切削加工が可能な切削工具が求められる傾向にあるが、上記従来の被覆工具においては、これを、合金工具鋼の焼入れ材、高硬度ステンレス鋼などの被削材の通常切削速度での切削加工に用いた場合には問題ないが、これらの被削材を、高い発熱をともなうとともに、切削時の発熱によって被削材および切粉は高温に加熱されて粘性が増大し、これに伴って硬質被覆層表面に対する溶着性が一段と増すようになる高速切削加工条件で用いた場合には、硬質被覆層の高温硬さが不足し、靭性も不十分となり、また、切刃部におけるチッピング（微少欠け）の発生が急激に増加するようになるため、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、特に合金工具鋼の生材・焼入れ材、高硬度ステンレス鋼などの被削材の切削加工を、高速切削条件下で行った場合にも、硬質被覆層がすぐれた潤滑性、高温硬さ、靭性及び耐溶着性を備え、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開発すべく、鋭意研究を行った結果、以下の知見を得た、

ＷＣ基超硬合金またはＴｉＣＮ基サーメットからなる工具基体の表面に、下部層として、平均層厚１〜５μｍの（Ｔｉ，Ａｌ，Ｍ）Ｎ層を蒸着形成し、この上に、上部層として、Ｃｒとの合量に占めるＹの含有割合が１〜１０原子％となるようにＹ成分を含有させたＣｒとＹの複合酸化物層（以下、（Ｃｒ，Ｙ）Ｏ層で示す）からなる平均層厚１〜５μｍの（Ｃｒ，Ｙ）Ｏ層を蒸着形成してなる硬質被覆層を構成すると、（Ｔｉ，Ａｌ，Ｍ）Ｎ層からなる下部層はすぐれた高温硬さ、高温強度、耐熱性を示し、また、（Ｃｒ，Ｙ）Ｏ層はすぐれた熱的安定性、潤滑性を示し、特に、（Ｃｒ，Ｙ）Ｏ層中に含有されるＹ成分によって、（Ｃｒ，Ｙ）Ｏ層の高温硬さ、靭性及び耐溶着性が向上することを見出した。

したがって、硬質被覆層として、（Ｔｉ，Ａｌ，Ｍ）Ｎ層からなる下部層と（Ｃｒ，Ｙ）Ｏ層からなる上部層を蒸着形成した被覆工具は、合金工具鋼の生材、焼入れ材、高硬度ステンレス鋼などの被削材の高速切削加工において、切削時に高熱が発生しても、高温硬さ、靭性、潤滑性の低下が少なく、しかも、切粉の溶着が抑えられるようになるため、長期の使用に亘って、すぐれた耐チッピング性、耐摩耗性が発揮されるようになる。

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、
「（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、１〜５μｍの平均層厚を有し、かつ、
組成式：（Ｔｉ_１−αＡｌ_α）Ｎ
で表した場合、０．４５≦α≦０．７５（但し、αはＡｌの含有割合を示す原子比）を満足するＴｉとＡｌの複合窒化物層、
（ｂ）上部層として、１〜５μｍの平均層厚を有し、かつ、
組成式：（Ｃｒ_１−γＹ_γ）Ｏ
で表した場合、０．０１≦γ≦０．１（但し、γはＹの含有割合を示す原子比）を満足するＣｒとＹの複合酸化物層、
上記（ａ）、（ｂ）からなる硬質被覆層を蒸着形成してなる表面被覆切削工具。
（２） 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、１〜５μｍの平均層厚を有し、かつ、
組成式：（Ｔｉ_{１−α−β}Ａｌ_αＭ_β）Ｎ
で表した場合、０．４５≦α≦０．７５、０．０１≦β≦０．２５、α+β＜１．００（但し、Ｍは、Ｔｉを除く周期律表４ａ，５ａ，６ａ族の元素、Ｓｉ、Ｂ、Ｙのうちから選ばれた１種又は２種以上の添加成分を示し、また、αはＡｌの含有割合を示す原子比、βはＭの含有割合を示す原子比）を満足するＴｉとＡｌとＭの複合窒化物層、
（ｂ）上部層として、１〜５μｍの平均層厚を有し、かつ、
組成式：（Ｃｒ_１−γＹ_γ）Ｏ
で表した場合、０．０１≦γ≦０．１（但し、γはＹの含有割合を示す原子比）を満足するＣｒとＹの複合酸化物層、
上記（ａ）、（ｂ）からなる硬質被覆層を蒸着形成してなる表面被覆切削工具。」
に特徴を有するものである。

つぎに、この発明の被覆工具の硬質被覆層について、詳細に説明する。

（ａ）（Ｔｉ，Ａｌ，Ｍ）Ｎ薄層の組成および平均層厚
（Ｔｉ，Ａｌ，Ｍ）Ｎ薄層の構成成分であるＡｌ成分には硬質被覆層における高温硬さを向上させ、同Ｔｉ成分には高温強度を向上させる作用があり、さらに、Ｍ成分のうちの、Ｔｉを除く周期律表４ａ，５ａ，６ａ族の元素、Ｓｉ、Ｂ、には硬質被覆層の耐摩耗性を向上させる作用があり、また、Ｙには硬質被覆層の高温耐酸化性を向上させる作用があるが、Ａｌの割合を示すα値がＴｉとの合量あるいはＴｉとＭの合量に占める割合（原子比、以下同じ）で０．４５未満になると、所定の高温硬さを確保することができず、これが耐摩耗性低下の原因となり、一方Ａｌの割合を示すα値が同０．７５を越えると、相対的にＴｉの含有割合が減少し、高速切削加工で必要とされる高温強度を確保することができず、チッピングの発生を防止することが困難になり、さらに、Ｍ成分の含有割合を示すβ値がＴｉとの合量に占める割合（原子比、以下同じ）で０．０１未満では、Ｍ成分を含有させたことによる耐摩耗性、高温耐酸化性等の特性向上が期待できず、一方同β値が０．２５を超えると、高温強度に低下傾向が現れるようになることから、α値を０．４５〜０．７５、β値を０．０１〜０．２５、かつ、（α+β）の値を１．００未満と定めた。
また、その平均層厚が１μｍ未満では、自身のもつすぐれた耐摩耗性を長期に亘って発揮するには不十分であり、一方その一層平均層厚が５μｍを越えると、切刃部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１〜５μｍと定めた。

（ｂ）（Ｃｒ，Ｙ）Ｏ層の組成および平均層厚
ＣｒとＹの複合酸化物層（（Ｃｒ，Ｙ）Ｏ層）は、すぐれた高温硬さ、靭性を有するとともに、その構成成分であるＹ成分によって、すぐれた熱安定性、潤滑性を備え、そのため、（Ｔｉ，Ａｌ，Ｍ）Ｎ層からなる下部層に不足する潤滑性を補完し、さらに、高熱発生を伴う高速切削条件下でも、すぐれた高温硬さ、靭性を保持するとともに、すぐれた耐溶着性を有し、高温に加熱された切粉が溶着することによって生じるチッピングの発生を抑える。
ただ、Ｙの含有割合を示すγ値がＣｒとの合量に占める割合（原子比、以下同じ）で０．０１未満になると、高温硬さ、靭性、耐溶着性の向上による耐チッピング性、耐摩耗性の改善効果を期待することができず、一方、Ｙの割合を示すγ値が同０．１０を越えると、相対的にＣｒの含有割合が減少し、潤滑性が低下傾向を示すようになることから、γ値を０．０１〜０．１０（原子比、以下同じ）と定めた。
また、（Ｃｒ，Ｙ）Ｏ層の平均層厚が１μｍ未満では、耐チッピング性、耐摩耗性を長期の使用に亘って充分に発揮することはできず、一方、平均層厚が５μｍを越えると、上部層全体としての高温強度、靭性が低下し、高速条件下の切削加工で切刃部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１〜５μｍと定めた。

（ｃ）硬質被覆層の形成
上記（Ｔｉ，Ａｌ，Ｍ）Ｎ層からなる下部層と（Ｃｒ，Ｙ）Ｏ層からなる上部層とで構成される硬質被覆層は、例えば図１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（ＡＩＰ）装置で蒸着形成することができる。
まず、図１に示されるアークイオンプレーティング（ＡＩＰ）装置に工具基体を装入し、ヒーターで装置内を、例えば５００℃の温度に加熱した状態で、装置内に所定組成のＴｉ−Ａｌ−Ｍ合金からなるカソード電極（蒸発源）と、所定組成のＣｒ−Ｙ合金からなるカソード電極（蒸発源）とを配置し、
まず、アノード電極とＴｉ−Ａｌ−Ｍ合金からなるカソード電極（蒸発源）との間に、例えば電流：９０Ａ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、上記基体には、例えば−１００Ｖのバイアス電圧を印加した条件で、基体表面に所定層厚の（Ｔｉ，Ａｌ，Ｍ）Ｎ層を下部層として蒸着形成し、アーク放電を停止した後、
引き続いて、装置内に反応ガスとして酸素ガスを導入して、例えば２Ｐａの反応雰囲気とし、工具基体には、例えば−１００Ｖのバイアス電圧を印加した条件で、アノード電極とＣｒ−Ｙ合金からなるカソード電極（蒸発源）との間に、前記と同様にアーク放電を行わせ、基体に形成した（Ｔｉ，Ａｌ，Ｍ）Ｎ層からなる下部層の表面に、所定層厚の（Ｃｒ，Ｙ）Ｏ層からなる上部層を蒸着することによって、
下部層としての（Ｔｉ，Ａｌ，Ｍ）Ｎ層及び上部層としての（Ｃｒ，Ｙ）Ｏ層からなる硬質被覆層を蒸着形成することができる。

この発明の被覆工具は、（Ｔｉ，Ａｌ，Ｍ）Ｎ層からなる下部層の表面に、すぐれた熱安定性、潤滑性を有するとともに、高温硬さ、靭性及び耐溶着性にもすぐれた（Ｃｒ，Ｙ）Ｏ層を上部層として形成して硬質被覆層を構成していることから、合金工具鋼の生材・焼入れ材、高硬度ステンレス鋼などの被削材の、高熱発生を伴う高速切削加工であっても、長期の使用に亘って、すぐれた耐チッピング性とすぐれた耐摩耗性を発揮するものである。

つぎに、この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、ＺｒＣ粉末、ＶＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、Ｃｒ_３Ｃ_２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、ボールミルで７２時間湿式混合し、乾燥した後、１００ＭＰａ の圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を６Ｐａの真空中、温度：１４００℃に１時間保持の条件で焼結し、焼結後、ＩＳＯ規格・ＣＮＭＧ１２０４０８のチップ形状をもったＷＣ基超硬合金製の工具基体Ａ−１〜Ａ−１０を形成した。

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、Ｍｏ_２Ｃ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２４時間湿式混合し、乾燥した後、１００ＭＰａの圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を２ｋＰａ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規格・ＣＮＭＧ１２０４０８のチップ形状をもったＴｉＣＮ基サーメット製の工具基体Ｂ−１〜Ｂ−６を形成した。

（ａ）ついで、上記の工具基体Ａ−１〜Ａ−１０およびＢ−１〜Ｂ−６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そって装着し、前記回転テーブルを挟んで相対向する両側にカソード電極（蒸発源）を配置し、その一方にはカソード電極（蒸発源）として所定組成のＴｉ−Ａｌ−Ｍ合金を配置し、また、その他方にはカソード電極（蒸発源）として所定組成のＣｒ−Ｙ合金を配置し、
（ｂ）まず、装置内を排気して０．１Ｐａ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、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、かつカソード電極の前記Ｔｉ−Ａｌ−Ｍ合金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前記Ｔｉ−Ａｌ−Ｍ合金によってボンバード洗浄し、
（ｃ）次に、装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して４Ｐａ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工具基体に−１００Ｖの直流バイアス電圧を印加し、かつカソード電極の前記Ｔｉ−Ａｌ−Ｍ合金とアノード電極との間に１２０Ａの電流を流してアーク放電を発生させ、前記工具基体の表面に、表３、表４に示される目標組成、目標層厚の（Ｔｉ，Ａｌ，Ｍ）Ｎ層からなる下部層を蒸着形成した後、前記Ｔｉ−Ａｌ−Ｍ合金のカソード電極（蒸発源）とアノード電極との間のアーク放電を停止し、
（ｄ）引き続いて、装置内に反応ガスとして酸素ガスを導入して装置内雰囲気を４Ｐａの酸素雰囲気に保持し、カソード電極（蒸発源）であるＣｒ−Ｙ合金カソード電極とアノード電極との間に１２０Ａの電流を流してアーク放電を発生させて、表３、表４に示される目標組成、目標層厚の（Ｃｒ，Ｙ）Ｏ層を上部層として蒸着形成し、
本発明被覆工具としての本発明表面被覆スローアウエイチップ（以下、本発明被覆チップと云う）１〜３９をそれぞれ製造した。

また、比較の目的で、図１におけるＣｒ−Ｙ合金カソード電極（蒸発源）に代えて、金属Ｃｒをカソード電極（蒸発源）として用い、前記本発明被覆チップ１〜３９と同様な工程（ａ）〜（ｄ）により、（Ｔｉ，Ａｌ，Ｍ）Ｎ層からなる下部層とＣｒＯ層からなる上部層で硬質被覆層が形成された、比較被覆工具としての表面被覆スローアウエイチップ（以下、比較被覆チップと云う）１〜１６をそれぞれ製造した。

つぎに、上記の各種の被覆チップを、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、本発明被覆チップ１〜３９および比較被覆チップ１〜１６について、
被削材：ＪＩＳ・ＳＫＤ１１（ＨＲＣ２０）の丸棒、
切削速度： ２００ ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み： １．５ ｍｍ、
送り： ０．２ ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間： ５ 分、
の条件（切削条件Ａ）での工具鋼の乾式連続高速切削加工試験（通常の切削速度は、１２０ｍ／ｍｉｎ．）、
被削材：ＪＩＳ・ＳＫＤ６１（ＨＲＣ６０）の丸棒、
切削速度： １８０ ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み： １．５ ｍｍ、
送り： ０．２５ ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間： ５ 分、
の条件（切削条件Ｂ）での高硬度鋼の乾式連続高速切削加工試験（通常の切削速度は、１００ｍ／ｍｉｎ．）、
被削材：ＪＩＳ・ＳＵＳ４４０Ｂの丸棒、
切削速度： １１０ ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み： １．３ ｍｍ、
送り： ０．２ ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間： ５ 分、
の条件（切削条件Ｃ）での高硬度ステンレス鋼の乾式連続高速切削加工試験（通常の切削速度は、６０ｍ／ｍｉｎ．）、
を行い、いずれの高速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７、表８に示した。

実施例１と同様、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、Ｃｒ_３Ｃ_２粉末、ＴｉＮ粉末、ＴａＮ粉末、およびＣｏ粉末からなる原料粉末を、表１に示される配合組成に配合し、ボールミルで７２時間湿式混合し、乾燥した後、１００ＭＰａ の圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を６Ｐａの真空中、温度：１４００℃に１時間保持の条件で焼結し、直径が１３ｍｍの工具基体形成用丸棒焼結体を形成し、さらに前記の丸棒焼結体から、研削加工にて、切刃部の直径×長さが１０ｍｍ×２２ｍｍの寸法、並びにねじれ角３０度の４枚刃スクエア形状をもったＷＣ基超硬合金製の工具基体（エンドミル）Ａ−１〜Ａ−１０をそれぞれ製造した。

ついで、これらの工具基体（エンドミル）Ａ−１〜Ａ−１０の表面をアセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、同じく図１に示されるアークイオンプレーティング装置に装入し、上記実施例１と同一の条件で、表１０に示される目標組成および目標層厚の（Ｔｉ，Ａｌ，Ｍ）Ｎ層、および、同じく表９に示される目標組成および目標層厚の（Ｃｒ，Ｙ）Ｏ層からなる硬質被覆層を蒸着形成することにより、本発明被覆工具としての本発明表面被覆超硬製エンドミル（以下、本発明被覆エンドミルと云う）１〜２７をそれぞれ製造した。

また、比較の目的で、上記の工具基体（エンドミル）Ａ−１〜Ａ−１０の表面をアセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、上記実施例１と同一の条件（即ち、Ｃｒ−Ｙ合金カソード電極に代えて、金属Ｃｒカソード電極を使用）で、表１０に示される目標組成および目標層厚の（Ｔｉ，Ａｌ，Ｍ）Ｎ層からなる下部層とＣｒＯ層からなる上部層で硬質被覆層が形成された、比較被覆工具としての表面被覆超硬製エンドミル（以下、比較被覆エンドミルと云う）１〜１０をそれぞれ製造した。

つぎに、上記本発明被覆エンドミル１〜２７および比較被覆エンドミル１〜１０について、
被削材−平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・ＳＫＤ１１（ＨＲＣ２０）の板材、
切削速度： ９０ ｍ／ｍｉｎ．、
溝深さ（切り込み）： ０．５ ｍｍ、
テーブル送り： ５２０ ｍｍ／分、
の条件（切削条件Ｄ）での工具鋼の乾式高速溝切削加工試験（通常の切削速度は、６０ｍ／ｍｉｎ．）、
被削材−平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・ＳＫＤ６１（ＨＲＣ６０）の板材、
切削速度： ９０ ｍ／ｍｉｎ．、
溝深さ（切り込み）： ０．５ ｍｍ、
テーブル送り： ４３０ ｍｍ／分、
の条件（切削条件Ｅ）での焼入れ鋼の乾式高速溝切削加工試験（通常の切削速度は、６０ｍ／ｍｉｎ．）、
被削材−平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・ＳＵＳ４４０Ｂの板材、
切削速度： ６０ ｍ／ｍｉｎ．、
溝深さ（切り込み）： ０．５ ｍｍ、
テーブル送り： ４１０ ｍｍ／分、
の条件（切削条件Ｆ）での高硬度ステンレス鋼の乾式高速溝切削加工試験（通常の切削速度は、４０ｍ／ｍｉｎ．）、
をそれぞれ行い、いずれの高速溝切削加工試験でも切刃部の外周刃の逃げ面摩耗幅が使用寿命の目安とされる０．１ｍｍに至るまでの切削溝長を測定した。この測定結果を表９、表１０にそれぞれ示した。

上記の実施例２で製造した直径が１３ｍｍの丸棒焼結体を用い、この丸棒焼結体から、研削加工にて、溝形成部の直径×長さがそれぞれ８ｍｍ×２２ｍｍの寸法、並びにねじれ角３０度の２枚刃形状をもったＷＣ基超硬合金製の工具基体（ドリル）Ａ−１〜Ａ−１０をそれぞれ製造した。

ついで、これらの工具基体（ドリル）Ａ−１〜Ａ−１０の切刃に、ホーニングを施し、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、同じく図１に示されるアークイオンプレーティング装置に装入し、上記実施例１と同一の条件で、表１１に示される目標組成および目標層厚の（Ｔｉ，Ａｌ，Ｍ）Ｎ層、および、同じく表１１に示される目標組成および目標層厚の（Ｃｒ，Ｙ）Ｏ層からなる硬質被覆層を蒸着形成することにより、本発明被覆工具としての本発明表面被覆超硬製ドリル（以下、本発明被覆ドリルと云う）１〜２７をそれぞれ製造した。

また、比較の目的で、上記の工具基体（ドリル）Ａ−１〜Ａ−１０の表面に、ホーニングを施し、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、上記実施例１と同一の条件（即ち、Ｃｒ−Ｙ合金カソード電極に代えて、金属Ｃｒカソード電極を使用）で、表１２に示される目標組成および目標層厚の（Ｔｉ，Ａｌ，Ｍ）Ｎ層からなる下部層とＣｒＯ層からなる上部層で硬質被覆層が形成された、比較被覆工具としての表面被覆超硬製ドリル（以下、比較被覆ドリルと云う）１〜１０をそれぞれ製造した。

つぎに、上記本発明被覆ドリル１〜２７および比較被覆ドリル１〜１０について、
被削材−平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・ＳＫＤ１１（ＨＲＣ２０）の板材、
切削速度： １００ ｍ／ｍｉｎ．、
送り： ０．６ ｍｍ／ｒｅｖ、
穴深さ： ５ ｍｍ、
の条件（切削条件Ｇ）での工具鋼の湿式高速穴あけ切削加工試験（通常の切削速度は、５０ｍ／ｍｉｎ．）、
被削材−平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・ＳＫＤ６１（ＨＲＣ６０）の板材、
切削速度： ８０ ｍ／ｍｉｎ．、
送り： ０．４ ｍｍ／ｒｅｖ、
穴深さ： ５ ｍｍ、
の条件（切削条件Ｈ）での焼入れ鋼の湿式高速穴あけ切削加工試験（通常の切削速度は、４０ｍ／ｍｉｎ．）、
被削材−平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・ＳＵＳ４４０Ｂの板材、
切削速度： １００ ｍ／ｍｉｎ．、
送り： ０．５ ｍｍ／ｒｅｖ、
穴深さ： ６ ｍｍ、
の条件（切削条件Ｉ）での高硬度ステンレス鋼の湿式高速穴あけ切削加工試験（通常の切削速度は、４０ｍ／ｍｉｎ．）、
をそれぞれ行い、いずれの湿式高速穴あけ切削加工試験（水溶性切削油使用）でも先端切刃面の逃げ面摩耗幅が０．３ｍｍに至るまでの穴あけ加工数を測定した。この測定結果を表１１、表１２にそれぞれ示した。

この結果得られた本発明被覆工具としての本発明被覆チップ１〜３９、本発明被覆エンドミル１〜２７、および本発明被覆ドリル１〜２７の硬質被覆層を構成する（Ｔｉ，Ａｌ，Ｍ）Ｎ層および（Ｃｒ，Ｙ）Ｏ層の組成、並びに、比較被覆工具としての比較被覆チップ１〜１６、比較被覆エンドミル１〜１０、および比較被覆ドリル１〜１０の（Ｔｉ，Ａｌ，Ｍ）Ｎ層からなる硬質被覆層の組成を、透過型電子顕微鏡を用いてのエネルギー分散Ｘ線分析法により測定したところ、それぞれ目標組成と実質的に同じ組成を示した。

また、上記の本発明被覆工具および比較被覆工具の硬質被覆層を構成する各層の平均層厚を走査型電子顕微鏡を用いて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値（５ヶ所の平均値）を示した。

表７〜１２に示される結果から、本発明被覆工具は、例えば、合金工具鋼の生材・焼入れ材、高硬度ステンレス鋼などの被削材の高速切削加工でも、硬質被覆層の下部層を構成する（Ｔｉ，Ａｌ，Ｍ）Ｎ層が、すぐれた高温硬さ、高温強度、あるいは、これに加えてさらにすぐれた耐摩耗性、高温耐酸化性を有し、同じく上部層を構成する（Ｃｒ，Ｙ）Ｏ層がすぐれた熱安定性、潤滑性、高温硬さ、靭性に加え、高温条件下での被削材および切粉に対するすぐれた耐溶着性を備え、その結果、（Ｔｉ，Ａｌ，Ｍ）Ｎ層に不足する潤滑性が、（Ｃｒ，Ｙ）Ｏ層によって補完され、さらに、溶着発生が抑制されることによって、硬質被覆層全体として、チッピングの発生なく、長期に亘ってすぐれた耐摩耗性を発揮する。
しかるに、硬質被覆層が（Ｔｉ，Ａｌ，Ｍ）Ｎ層とＣｒＯ層で構成された比較被覆工具においては、これを前記被削材の高速切削加工に用いた場合には、高熱発生により、被削材および切粉と前記硬質被覆層との粘着性および反応性が一段と高くなり、また、高温硬さ、靭性も不十分であるため、切刃部にチッピングが発生し、また、摩耗進行も促進するため、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、この発明の被覆工具は、一般的な被削材の切削加工は勿論のこと、特に合金工具鋼の生材・焼入れ材、高硬度ステンレス鋼などの被削材の高速切削加工でもすぐれた耐チッピング性と耐摩耗性を発揮し、長期に亘ってすぐれた切削性能を示すものであるから、切削加工装置のＦＡ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。

被覆工具の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。

Claims (2)

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、１〜５μｍの平均層厚を有し、かつ、
   組成式：（Ｔｉ_１−αＡｌ_α）Ｎ
   で表した場合、０．４５≦α≦０．７５（但し、αはＡｌの含有割合を示す原子比）を満足するＴｉとＡｌの複合窒化物層、
   （ｂ）上部層として、１〜５μｍの平均層厚を有し、かつ、
   組成式：（Ｃｒ_１−γＹ_γ）Ｏ
   で表した場合、０．０１≦γ≦０．１（但し、γはＹの含有割合を示す原子比）を満足するＣｒとＹの複合酸化物層、
   上記（ａ）、（ｂ）からなる硬質被覆層を蒸着形成してなる表面被覆切削工具。
2. 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、１〜５μｍの平均層厚を有し、かつ、
   組成式：（Ｔｉ_{１−α−β}Ａｌ_αＭ_β）Ｎ
   で表した場合、０．４５≦α≦０．７５、０．０１≦β≦０．２５、α+β＜１．００（但し、Ｍは、Ｔｉを除く周期律表４ａ，５ａ，６ａ族の元素、Ｓｉ、Ｂ、Ｙのうちから選ばれた１種又は２種以上の添加成分を示し、また、αはＡｌの含有割合を示す原子比、βはＭの含有割合を示す原子比）を満足するＴｉとＡｌとＭの複合窒化物層、
   （ｂ）上部層として、１〜５μｍの平均層厚を有し、かつ、
   組成式：（Ｃｒ_１−γＹ_γ）Ｏ
   で表した場合、０．０１≦γ≦０．１（但し、γはＹの含有割合を示す原子比）を満足するＣｒとＹの複合酸化物層、
   上記（ａ）、（ｂ）からなる硬質被覆層を蒸着形成してなる表面被覆切削工具。
   

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