JP5317722B2 - 表面被覆切削工具 - Google Patents

Description

本発明は、被覆層を基体の表面に被着形成した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、セラミックス等の基体の表面に、複数の被覆層が形成された表面被覆切削工具が多用されている。前記被覆層としては、炭化チタン（ＴｉＣ）層、窒化チタン（ＴｉＮ）層、炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）層および酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）層等の多層構造からなる硬質被覆層が知られており、炭窒化チタン層、中間層（結合層）、酸化アルミニウム層の順に成膜された被覆層が多用されている。特に、酸化アルミニウム層をα型結晶からなるα酸化アルミニウム層にて構成する場合には、炭窒化チタン層とα酸化アルミニウム層との間で剥離が発生しやすく、酸化アルミニウム層の密着力を高める必要があった。

特許文献１では、結合層が針状、棒状、板状結晶のいずれかから構成され、結合層の［１１０］面とその上の酸化アルミニウム層の［１００］面とを被覆層の成長方向に平行に配列させることによって、結合層の機械的強度が向上して結合層が破壊されにくくなり、酸化アルミニウム層の剥離を防ぐことができると記載されている。

また、特許文献２では、炭窒化チタン層上に形成された炭酸化チタンまたは炭窒酸化チタンからなる中間層について、酸化アルミニウム層との界面を先鋭針状結晶構造とすることによって、酸化アルミニウム層の密着力を向上できることが記載されている。

さらに、特許文献３では、ＴｉおよびＡｌの酸化物、酸窒化物、炭酸化物、炭窒酸化物からなる結合層の上に、Ｔｉの酸化物、酸窒化物、炭酸化物、炭窒酸化物からなる層を成膜し、さらに、その上に酸化アルミニウム層を設ける構成において、結合層の表面には酸化アルミニウム層側に突き出た多数の突起を設けることによって、酸化アルミニウム層の密着力を向上させると共に、結合層の酸素量を増加させ、酸化アルミニウム層を安定してα型結晶構造とすることが記載されている。

特開２００４−１４８５０３号公報 特開平０９−１７４３０４号公報 特開２００４−０７４３２４号公報

しかしながら、上記特許文献１〜３のいずれに記載の被覆工具も、酸化アルミニウム層と結合層との密着力が不十分であり、合金鋼、炭素鋼、鋳物等の切削加工のように突発的に大きな衝撃がかかるような切削加工においては十分な切削性能を発揮する事が困難であり、このような被削材の切削加工においても更なる耐欠損性の向上が求められていた。

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、刃先に大きな衝撃がかかる切削においてもα酸化アルミニウム層が剥離しない安定した切削性能を発揮する切削工具を提供することである。

本発明者は、上記課題に対して耐欠損性および耐摩耗性に優れた長寿命な表面被覆部材を提供することを検討した結果、α酸化アルミニウム層と炭窒化チタン層との界面において、所定形状の突起を形成し、かつこの突起の側面に所定形状の小突起が形成された状態とすることによって、切削加工時に被覆層の表面から大きな衝撃がかかっても、α酸化アルミニウム層と炭窒化チタン層とを強固に結合させることができてα酸化アルミニウム層の剥離を抑制できる結果、表面被覆切削工具の耐欠損性が向上することを知見した。

本発明の表面被覆切削工具は、基体の表面に、少なくとも炭窒化チタン層とα型結晶のα酸化アルミニウム層を前記基体側から順に含む硬質被覆層を形成してなり、前記硬質被覆層の断面組織において、前記炭窒化チタン層と前記α酸化アルミニウム層との間には、前記炭窒化チタン層から高さが平均で０．２μｍ〜１．０μｍの突起であって、該突起の中間高さにおける幅が平均で０．１μｍ〜１．５μｍの突起が並んで形成されており、かつ、前記突起の側面に高さが平均で２０ｎｍ〜１００ｎｍの小突起であって、該小突起の中間高さにおける幅が平均で１０ｎｍ〜５０ｎｍの小突起が並んで形成されており、前記α酸化アルミニウム層に隣り合う前記小突起または前記突起と、前記α酸化アルミニウム
層との間に、少なくともＴｉ、Ａｌ、ＣおよびＯ元素を含有し、かつ、前記Ｏ元素の含有量が１５〜２５原子％で構成される結合層が、５ｎｍ〜３０ｎｍの厚みで形成されていることを特徴とする。

また、１つの前記突起の両側面に平均４個〜１５個の小突起が形成されていることが望ましい。

さらに、前記小突起は前記突起に比べて酸素とアルミニウムを多く含むことが望ましい。

本発明の表面被覆切削工具によれば、炭窒化チタン層とα酸化アルミニウム層との間に、炭窒化チタン層の先端に高さ０．２μｍ〜１．０μｍで中間高さにおける幅が０．１μｍ〜１．５μｍの突起が並んで形成されており、かつ、前記突起の側面に高さ２０ｎｍ〜１００ｎｍで中間高さにおける幅が１０ｎｍ〜５０ｎｍの小突起が形成される組織とすることによって、α酸化アルミニウム層が高い密着力を有することができ、α酸化アルミニウム層の剥離による切刃の異常摩耗や刃先のチッピングを抑えることができる。

また、１つの前記突起の両側面に平均４個〜１０個の小突起が存在させることで、炭窒化チタン層、突起、小突起およびα酸化アルミニウム層間の熱膨張係数が急激に変化することなく、段階的に変化させて、炭窒化チタン層と酸化アルミニウム層との間の付着力をより向上させることができる。

さらに、前記小突起は前記突起に比べて酸素とアルミニウムとを多く含むことによって、α酸化アルミニウム層の密着力を向上させることができる。

また、前記酸化アルミニウム層に隣り合う前記小突起または前記突起と前記酸化アルミニウム層との間に、少なくともＴｉ、Ａｌ、ＣおよびＯ元素を含有し、かつ、前記Ｏ元素の含有量が１５〜２５原子％で構成される結合層が、５ｎｍ〜３０ｎｍの厚みで形成されていることが、酸化アルミニウム層の膜剥離を抑え、かつ、酸化アルミニウム層を構成する結晶がα型結晶になるように容易に制御することができるため望ましい。

本発明の表面被覆工具の好適例の断面についての走査型電子顕微鏡写真である。 本発明の表面被覆工具の硬質被覆層の要部についての電界放出型透過電子顕微鏡（ＦＥ−ＴＥＭ）写真の模式図である。 図２の硬質被覆層の突起部と小突起部付近についての拡大図である。

本発明の表面被覆切削工具１は、図１に示すように、基体２の表面に、少なくとも炭窒化チタン層３とα型結晶の酸化アルミニウム層（以下、α酸化アルミニウム層と称す。）４が基体２側から順に形成された硬質被覆層６を形成してなる。

ここで、本発明によれば、図２、３に示すような硬質被覆層６の断面組織において、炭窒化チタン層３とα酸化アルミニウム層４との間は、炭窒化チタン層３から高さ０．２μｍ〜１．０μｍで中間高さにおける幅が０．１μｍ〜１．５μｍの突起７が並んで形成されており、かつ、突起７の側面に高さ２０ｎｍ〜１００ｎｍで中間高さにおける幅が１０ｎｍ〜５０ｎｍの小突起８が並んで形成された構成からなる。これによって、α型結晶構造のα酸化アルミニウム層４を安定して成膜することができるとともに、α酸化アルミニウム層４が高い密着力を有することができ、α酸化アルミニウム層４の剥離による切刃の異常摩耗や刃先のチッピングを抑えることができる。

すなわち、炭窒化チタン層３側の界面の突起７の高さＨが０．２μｍより小さいと、α酸化アルミニウム層４との接触面積が小さすぎて、α酸化アルミニウム層４の付着力を向上させることができず、高さＨが１．０μｍより大きいとα酸化アルミニウム層４の結晶成長が乱雑になって、α酸化アルミニウム層４の密着力および靭性が低下する。また、突起７の中間高さ（１／２）Ｈにおける幅Ｗが０．１μｍより小さいと、突起７の強度が低下して破壊し、これによってα酸化アルミニウム層４が剥離するおそれがあり、幅Ｗが１．５μｍより大きいと、突起７とα酸化アルミニウム層４との接触面積が小さくなってα酸化アルミニウム層４の密着力を確保できずにα酸化アルミニウム層４が剥離するおそれがある。また、小突起８がない場合、もしくは小突起８の高さｈが２０ｎｍより小さいか、または小突起８の中間高さ（１／２）ｈにおける幅ｗが１０ｎｍより小さい場合、α酸化アルミニウム層４との接触部分においてα酸化アルミニウム層４の付着力を向上させるアンカー効果が十分に発揮できず、高さｈが１００ｎｍを越えるか、または幅ｗが５０ｎｍを越えると、小突起８が突起７の側面全体を覆ってしまって、小突起８が点在する形態にならない。

ここで、突起７および小突起８の高さと幅の測定方法は次のとおりとする。測定にはＨＲ−ＴＥＭ観察による断面の観察にて行う。ＴＥＭ観察条件の一例を以下に示す。
装置：透過型電子顕微鏡（日立製Ｈ−９０００ＵＨＲ III）
測定条件：加速電圧３００ｋＶ
試料作製：機械研磨＋イオンミリングＧＡＴＡＮ社製ＰＩＰＳ６９１型
また、突起７の高さＨを測定するには、図１に示すようなＨＲ−ＴＥＭにて撮影した断面写真の模式図で、炭窒化チタン層３の上部における各突起７の両側にある谷のうち、低いほうの谷の位置から突起７の最頂部の一番高い位置までの基体２の表面に略水平な平面との垂線方向の長さを測定する。突起７の幅Ｗを測定するには、高さＨの半分の高さ（１／２）Ｈの位置における突起７の基体２と略水平な方向の幅Ｗを測定する。

また、小突起８の高さｈを測定するには、図２に示すように各小突起の最頂部から突起７と小突起８との界面（突起７の側面）に向かって該界面に略垂直な直線の長さｈを測定する。また、小突起８の幅ｗを測定するには、上記高さｈを測定した際の前記界面に垂直な直線の中間地点（位置）（１／２）ｈの位置において、小突起８の突起７の界面と略水平な方向の幅ｗを測定する。

ここで、硬質被覆層６の幅方向１０μｍの長さあたりに突起７が１０個〜３０個存在させることによって、α酸化アルミニウム層４の密着力を向上させることができる。すなわち、突起７を１０個以上とすることでα酸化アルミニウム層４の密着力を向上させ、３０個以下とすることによって、突起７の幅Ｗを本発明の範囲内に容易にできるため望ましい。この時、突起７の数は、前記ＨＲ−ＴＥＭでの断面図を任意の３視野にて観察した写真についてそれぞれ測定し、その平均値とする。

また、１つの突起７の側面の両面に平均４個〜１０個の小突起８が存在させることで、α酸化アルミニウム層４の付着力を向上させることができる。すなわち、小突起８の数を４個以上とすることでα酸化アルミニウム層４の密着力を向上させることができる。また、小突起８の数を１０個以下とすることで、小突起８が層状になることなく、点在した状態で存在できることから、小突起８のアンカー効果が高くなる。この時、小突起８の数は、突起７を５つ以上観察しそれぞれの突起７に存在する小突起８の数を測定して、その平均値をとるものとする。また、Ｈ、Ｗ、ｈ、ｗについてもそれぞれ任意の１０個以上について測定してその平均値をとるものとする。

さらに、小突起８は突起７に比べて酸素とアルミニウムを多く含むことによって、α酸化アルミニウム層４と小突起８との含有元素が傾斜するため、α酸化アルミニウム層４と小突起８との熱膨張係数の差が小さくなって、α酸化アルミニウム層４の密着力を向上させることができる。特に、突起７中の酸素含有量が少ないことによって、突起７と炭窒化チタン層３との熱膨張係数の差が小さくなるために、突起７と炭窒化チタン層３との間の密着性を高めることができる。

ここで、α酸化アルミニウム層４に隣り合う小突起８または突起７とα酸化アルミニウム層４と間に、少なくともＴｉ、Ａｌ、ＣおよびＯ元素を含有し、かつ、前記Ｏ元素の含有量が１５〜２５原子％で構成される結合層５を、５ｎｍ〜３０ｎｍの厚みで形成していることが、α酸化アルミニウム層４の密着力を落とさずにα酸化アルミニウム層４を構成する結晶構造を均一にα型結晶構造にすることができるため望ましい。

この時、結合層５に含まれる酸素量を２５原子％以下とすることで、結合層５の強度低下を抑えることができ、膜剥離やチッピングを抑制することができる。また、結合層５に含まれる酸素量を１５原子％以上とすることで、α酸化アルミニウム層４を切削性能が高いα型結晶構造にするために必要な酸素源を十分に得ることができ、α型酸化アルミニウム層を容易に作製することができるため望ましい。

なお、結合層５に含まれるチタン原子が２０．０〜４０．０原子％であり、且つ、結合層５に含まれるアルミニウム原子が５．０〜１５．０原子％であることが、ＴｉＣＮ層３、突起７、小突起８、結合層５、α型Ａｌ_２Ｏ_３層４の各境界が傾斜的な組成となり、それぞれの部位を強固に結合させることで各層間の熱膨張係数の差を小さくすることができるため、衝撃によるクラックの発生等を防止してより耐衝撃性に優れる点で望ましい。

また、結合層５の厚みは３０ｎｍ以下とすることが望ましく、この厚みであれば、酸素を含むため比較的脆い結合層であっても、炭窒化チタン層３とα酸化アルミニウム層４との強固な結合を可能とするとともに、α酸化アルミニウム層４の剥離やα酸化アルミニウム層４の剥離が起点となるチッピングを抑制することができる。また、結合層５が５ｎｍ以上であると、α酸化アルミニウム層４の結晶構造を安定してα型結晶構造とすることができ、優れた切削性能を示すことができる。また、α酸化アルミニウム層４と炭窒化チタン層３との間の密着力も優れたものとなる。

なお、本発明において拡散現象を利用して形成される結合層５の厚みは、被覆層３を含む断面における透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）写真により測定が可能である。また、拡散現象を利用して形成される結合層５を構成する原子種およびその組成比は、図１、２に示すような透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）観察において、エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＳ）、電子エネルギー損失分光法（ＥＥＬＳ）などを利用した測定法により、元素の存在判別、定量分析によって測定することが可能である。

また、表面被覆切削工具１の基体２は、炭化タングステン（ＷＣ）と、所望により周期表第４、５、６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）等の鉄属金属からなる結合相にて結合させた超硬合金や、Ｔｉ基サーメット、またはＳｉ_３Ｎ_４、Ａｌ_２Ｏ_３、ダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）等のセラミックスのいずれかが好適に使用できる。中でも、表面被覆工具１を切削工具として用いる場合には、基体２は、超硬合金またはサーメットからなることが耐欠損性および耐摩耗性の点で望ましい。また、用途によっては、基体２は炭素鋼、高速度鋼、合金鋼等の金属からなるものであっても良い。

さらに、Ａｌ_２Ｏ_３層４の上層に、表層（図示せず。）として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（他のＴｉ系被覆層）を形成することによって被覆層表面の摺動性、外観等の調整が可能となる。すなわち、被覆膜の表面にＴｉＮ層からなる表層を形成することによって、工具が金色を呈するため、表面被覆工具１を使用したときに表層が摩耗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。さらには、表層はＴｉＮ層に限定されるものではなく、摺動性を高めるためにＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）層やＣｒＮ層を形成する場合もある。表層をなすＴｉＮ層の厚みは２．０μｍ以下であることが望ましく、かかる表層の剥離強度がＡｌ_２Ｏ_３膜４の剥離強度よりも低いことが使用の有無を目視で確認しやすくなる点で望ましい。

また、ＴｉＣＮ層３と基体２との間に下地層９として上記他のＴｉ系被覆層を形成することによって、基体成分の拡散を抑制する効果がある。

さらに、上記構成からなる表面被覆工具１は、摺動部品や金型等の耐摩部品、切削工具、掘削工具、刃物等の工具、耐衝撃部品等の各種の用途へ応用可能である。上記表面被覆工具１は、すくい面と逃げ面との交差部に形成された切刃を被切削物に当てて切削加工する切削工具として用いた場合には上述した優れた効果を発揮することができ、他の用途に用いた場合であっても優れた機械的信頼性を有するものである。
（製造方法）
ここで、本発明の切削工具を作製する方法について説明する。

まず、基体２となる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基体２を作製する。そして、上記基体２の表面に所望によって研磨加工や切刃部のホーニング加工を施す。

次に、その表面に化学気相蒸着（ＣＶＤ）法によって表面被覆層を成膜する。
まず、反応ガス組成として四塩化チタン（ＴｉＣｌ_４）ガスを０．５〜１０体積％、窒素（Ｎ_２）ガスを１０〜６０体積％、残りが水素（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８００〜９４０℃、８〜５０ｋＰａの条件で下地層であるＴｉＮ層を成膜する。

次に、反応ガス組成として、体積％で四塩化チタン（ＴｉＣｌ_４）ガスを０．５〜１０体積％、窒素（Ｎ_２）ガスを１０〜６０体積％、アセトニトリル（ＣＨ_３ＣＮ）ガスを０．１〜３．０体積％、残りが水素（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、成膜温度を７８０〜８８０℃、５〜２５ｋＰａにてＴｉＣＮ層３の下側部分を成膜する。

ここで、上記成膜条件のうち、反応ガス中のアセトニトリルガスの割合が０．１〜０．４体積％に調整すること、および成膜温度を７８０℃〜８８０℃とすることが、断面観察において下側部分が微細な筋状晶をなすＴｉＣＮ層（ＭＴ−ＴｉＣＮ層）３を形成できるために望ましい。

なお、ＴｉＣＮ層３の下側部分の成膜条件は単一条件で形成しても良いが、ＴｉＣＮ層３の成膜条件を途中で変更して組織状態を変えることもできる。例えば、上記ＴｉＣＮ層３の成膜途中から、成膜条件を、四塩化チタン（ＴｉＣｌ_４）ガスを１〜５体積％、メタン（ＣＨ_４）ガスを４〜１０体積％、窒素（Ｎ_２）ガスを１０〜３０体積％、残りが水素（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９５０〜１１００℃、５〜４０ｋＰａの条件に変更することによって、ＴｉＣＮ層３の上側の結晶を下側の結晶よりも幅の広い柱状結晶とすることができる。このとき、メタン（ＣＨ_４）ガスの代わりにアセトニトリル（ＣＨ_３ＣＮ）ガスを使用しても所望のＴｉＣＮ層３の形成が可能である。

次に、ＴｉＣＮ層３の上側部分を構成するＨＴ−ＴｉＣＮ層を成膜する。上記ＭＴ−ＴｉＣＮ層とこのＨＴ−ＴｉＣＮ層との成膜によって、ＴｉＣＮ層３の表面に突起７が形成される。ＨＴ−ＴｉＣＮ層の具体的な成膜条件は、四塩化チタン（ＴｉＣｌ_４）ガスを２．５〜４体積％、メタン（ＣＨ_４）ガスを０．１〜１０体積％、窒素（Ｎ_２）ガスを０〜１５体積％、残りが水素（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９５０〜１１００℃、５〜４０ｋＰａとし、成膜時間を２０〜６０分とすることが望ましい。この工程によって、本発明の突起７を含んだＨＴ−ＴｉＣＮ層を作製することが可能となる。

さらに、突起７を作製した後、小突起８を作製する。小突起８を生成するための具体的な成膜条件は、四塩化チタン（ＴｉＣｌ_４）ガスを１〜５体積％、メタン（ＣＨ_４）ガスを４〜１０体積％、窒素（Ｎ_２）ガスを１０〜３０体積％、一酸化炭素（ＣＯ）ガスを４〜８体積％、残りが水素（Ｈ_２）ガスからなる混合ガスを調整する。このとき、本発明においては、上記所定量の一酸化炭素（ＣＯ）ガスを混合するとともに、上記突起７を含むＨＴ−ＴｉＣＮ層の成膜工程における四塩化チタン（ＴｉＣｌ_４）ガス、メタン（ＣＨ_４）ガス、窒素（Ｎ_２）ガスの混合比率に対して、それぞれ±１０体積％以内の混合比率とする必要がある。これらの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９５０〜１１００℃、５〜４０ｋＰａとし、成膜時間を２０〜６０分とする条件で成膜することにより、本発明の小突起８を容易に生成させることができる。

次に、処理ガス組成として、体積％で二酸化炭素（ＣＯ_２）ガスを０．５〜４．０体積％、残りが窒素（Ｎ_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、成膜温度を９５０〜１１００℃、５〜４０ｋＰａにて、上記条件で成膜した被覆層の表面に露出する突起および小突起の表面を処理（酸化処理）して被覆層の表面に酸化層を形成する。なお、本工程は上記窒素（Ｎ_２）ガスをアルゴン（Ａｒ）ガスに変更してもよい。

次に、処理ガス組成として、体積％で三塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ_３）ガスを０．５〜５．０体積％、残りが水素（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、成膜温度を９５０〜１１００℃、５〜４０ｋＰａにて前記酸化層をアルミ化処理する。以上の酸化処理、アルミ化処理によって結合層５を作製することができる。

そして、引き続き、Ａｌ_２Ｏ_３層４を成膜する。Ａｌ_２Ｏ_３層９の成膜方法としては、三塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ_３）ガスを０．５〜５．０体積％、塩化水素（ＨＣｌ）ガスを０．５〜３．５体積％、二酸化炭素（ＣＯ_２）ガスを０．５〜５．０体積％、硫化水素（Ｈ_２Ｓ）ガスを０．０〜０．５体積％、残りが水素（Ｈ_２）ガスからなる混合ガスを用い、９５０〜１１００℃、５〜１０ｋＰａとすることが望ましい。

また、所望により、表層（ＴｉＮ層）１０を成膜する。具体的な成膜条件は、反応ガス組成として四塩化チタン（ＴｉＣｌ_４）ガスを０．１〜１０体積％、窒素（Ｎ_２）ガスを０〜６０体積％、残りが水素（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９６０〜１１００℃、１０〜８５ｋＰａとすればよい。

そして、所望により、成膜した硬質被覆層３表面の少なくとも切刃部を研磨加工する。この研磨加工により、切刃部が平滑に加工され、被削材の溶着を抑制して、さらに耐欠損性に優れた工具となる。

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％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、０．５〜１００Ｐａの真空中、１４００℃で１時間焼成して超硬合金を作製した。さらに、作製した超硬合金にブラシ加工にてすくい面側について刃先処理（Ｒホーニング）を施した。

次に、上記超硬合金に対して、ＣＶＤ法により各種の被覆層を表１および表２に示す成膜条件および膜構成にて成膜した。そして、被覆層の表面をすくい面側から３０秒間ブラシ加工して試料Ｎｏ．１〜１４の表面被覆切削工具を作製した。

得られた工具について、電界放出形透過電子顕微鏡（ＨＲ−ＴＥＭ）を用いて表２に記載する被覆層が観察できるように機械研磨およびイオンミリングによる研磨加工を実施し、断面を露出させた。各層の断面に略垂直な方向からみた各層のミクロな組織状態を観察し、層厚みを観察した。そして、エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＳ）、電子エネルギー損失分光法（ＥＥＬＳ）などにより、各層に存在する原子種の確認、組成等についても観察した。また、被覆層の断面を含む任意破断面５ヵ所について透過電子顕微鏡写真を撮り、各写真において酸化アルミニウム層と炭窒化チタン層との界面付近の状態を観察した。
そのとき、突起の高さ、幅、１０μｍの単位長さ当りの個数、微小突起の高さ、幅、突起一個当りの微小突起の個数をそれぞれ測定した。
結果は表３、４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、断続切削試験を行い、耐欠損性を評価した。

（断続切削条件）
被削材 ：ダクタイル鋳鉄８本溝入りスリーブ材（ＦＣＤ７００）
工具形状：ＣＮＭＡ１２０４１２
切削速度：３００ｍ／分
送り速度：０．３ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み：１．５ｍｍ
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２０００回、４０００回、６０００回時点で顕微鏡にて切刃の被覆層の剥離状態を観察。
結果は表５に示した。

表１〜５より、試料Ｎｏ．８〜１４では衝撃回数２０００から４０００回時にＡｌ_２Ｏ_３剥離が発生し、損傷が基体にまで達成して耐欠損性に劣るものであった。

これに対して、本発明に従って酸化アルミニウム層と炭窒化チタン層との界面に突起および微小突起を備えた試料１〜７では、切削評価においてＡｌ_２Ｏ_３層の剥離が抑制され、耐欠損性が優れた切削性能を有するものであった。

１ 切削工具
２ 基体
３ 炭窒化チタン層
４ α酸化アルミニウム層
５ 結合層
６ 硬質被覆層
７ 突起
８ 小突起
９ 下地層

Claims (3)

1. 基体の表面に、少なくとも炭窒化チタン層とα型結晶のα酸化アルミニウム層を前記基体側から順に含む硬質被覆層を形成してなり、前記硬質被覆層の断面組織において、前記炭窒化チタン層と前記α酸化アルミニウム層との間には、前記炭窒化チタン層から高さが平均で０．２μｍ〜１．０μｍの突起であって、該突起の中間高さにおける幅が平均で０．１μｍ〜１．５μｍの突起が並んで形成されており、かつ、前記突起の側面に高さが平均で２０ｎｍ〜１００ｎｍの小突起であって、該小突起の中間高さにおける幅が平均で１０ｎｍ〜５０ｎｍの小突起が並んで形成されており、
   前記α酸化アルミニウム層に隣り合う前記小突起または前記突起と、前記α酸化アルミニウム層との間に、少なくともＴｉ、Ａｌ、ＣおよびＯ元素を含有し、かつ、前記Ｏ元素の含有量が１５〜２５原子％で構成される結合層が、５ｎｍ〜３０ｎｍの厚みで形成されていることを特徴とする表面被覆切削工具。
2. １つの前記突起の両側面に合計で平均４個〜１５個の小突起が形成されてい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。
3. 前記小突起は前記突起に比べて酸素とアルミニウムとを多く含むことを特徴とする請求項１に記載の表面被覆切削工具。