JP5403058B2

JP5403058B2 - 被覆部材

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Publication number: JP5403058B2
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Authority: JP
Inventors: 美保柴田; 克久大友
Original assignee: Tungaloy Corp
Current assignee: Tungaloy Corp
Priority date: 2009-08-04
Filing date: 2010-08-04
Publication date: 2014-01-29
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Description

本発明は、焼結合金、セラミックス、ｃＢＮ焼結体、ダイヤモンド焼結体などの基材の表面に被膜を被覆した被覆部材に関する。その中でも、特にチップ、ドリル、エンドミルに代表される切削工具、各種の耐摩耗工具、各種の耐摩耗部品に好適な被覆部材に関する。

焼結合金、セラミックス、ｃＢＮ焼結体、ダイヤモンド焼結体などの基材の表面にＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＴｉＮ、（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ、ＣｒＮなどの被膜を被覆した被覆部材は、基材の高強度、高靱性と、被膜の優れた耐摩耗性、耐酸化性、潤滑性、耐溶着性などを兼備しているため、切削工具、耐摩耗工具、耐摩耗部品として多用されている。

被膜の従来技術としては、（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）（Ｃ，Ｎ）からなる切削工具用硬質皮膜がある（例えば、特許文献１参照。）。また、耐酸化性に優れた皮膜として、Ａｌ−Ｃｒ−Ｎ系皮膜がある（例えば、非特許文献１参照。）。しかしながら、被削材、切削条件などの変化から、これらの皮膜を被覆した切削工具では、長寿命が得られないという問題があった。

特開２００３−７１６１０号公報

井手幸夫、稲田和典、中村崇、高武勝彦、「耐高温酸化特性に優れたＡｌ−Ｃｒ−Ｎ系皮膜の開発」、「まてりあ」第４０巻第９号、２００１年、p.815-816

近年、切削加工において高速度加工、高送り加工などの過酷な切削条件や被削材の高硬度化など厳しい加工条件が増えており、被覆工具にはさらなる長寿命化が求められる傾向があり、従来の被覆工具ではこれらの厳しい加工要求に応えられなくなってきた。本発明はこのような事情を鑑みてなされたものであり、高速度加工、高送り加工、難削材の加工など加工条件が厳しい切削加工において、長寿命を実現する被覆部材の提供を目的とする。

従来の切削加工において、基材の表面に（ＴｉＡｌ）Ｎ、（ＴｉＣｒ）Ｎ、（ＣｒＡｌ）Ｎ、（ＴｉＡｌＣｒ）Ｎなど立方晶の金属化合物からなる硬質膜を被覆した被覆部材からなる切削工具が用いられてきた。本発明者らは、基材の表面に（ＴｉＡｌ）Ｎ、（ＴｉＣｒ）Ｎ、（ＣｒＡｌ）Ｎ、（ＴｉＡｌＣｒ）Ｎなどを被覆した被覆部材の性能向上に取り組んできたところ、硬質膜の（１１１）面と（２００）面についてＸ線回折の正極点図測定を行ったとき、硬質膜の（１１１）面に関する正極点図のα軸のＸ線強度分布はα角５０〜６５度の範囲に最高強度を示し、（２００）面に関する正極点図のα軸のＸ線強度分布はα角６０〜８０度の範囲に最高強度を示すと、耐摩耗性が向上し、切削工具として使用すると長寿命になるという知見が得られた。

すなわち、本発明の被覆部材は、基材の表面に被膜を被覆した被覆部材において、被膜の少なくとも１層は周期表４、５、６族元素、Ａｌ、Ｓｉ、Ｂ、ＹおよびＭｎの中から選ばれた少なくとも１種の元素と、Ｃ、Ｎ、Ｏの中から選ばれた少なくとも１種の元素とからなる立方晶の金属化合物からなる硬質膜であり、硬質膜の（１１１）面に関する正極点図のα軸のＸ線強度分布はα角５０〜６５度の範囲に最高強度を示し、硬質膜の（２００）面に関する正極点図のα軸のＸ線強度分布はα角６０〜８０度の範囲に最高強度を示すことを特徴とする被覆部材である。

本発明の硬質膜は、基材との密着性に優れ、耐摩耗性に優れる。本発明の被覆部材は耐摩耗性、耐欠損性および耐酸化性に優れる。本発明の被覆部材を切削工具として用いると工具寿命が長くなるという効果が得られる。特に高速度加工、高送り加工、硬さの高い被削材の加工、難削材の加工などの加工条件が厳しい切削加工において効果が高い。

Schulzの反射法の光学系を示す模式図 α角とβ角の位置を示した正極点図発明品１の硬質膜の（１１１）面に関する正極点図のα軸のＸ線強度分布発明品１の硬質膜の（２００）面に関する正極点図のα軸のＸ線強度分布比較品１の硬質膜の（１１１）面に関する正極点図のα軸のＸ線強度分布比較品１の硬質膜の（２００）面に関する正極点図のα軸のＸ線強度分布

１…発散スリット（ＤＳ）
２…試料中心
３…発散縦制限スリット（Schulzスリット）
４…受光スリット（ＲＳ）
５…散乱スリット（ＳＳ）
６…カウンター

本発明者らは、正極点図測定により硬質膜を構成している立方晶の（１１１）面の傾きの角度分布と（２００）面の傾きの角度分布とを調べ、それを制御することによって、従来の硬質膜よりも耐摩耗性を向上させることができた。

本発明の硬質膜にＸ線回折の正極点図測定を行ったとき、硬質膜の（１１１）面に関する正極点図のα軸のＸ線強度分布がα角５０〜６５度の範囲に最高強度を示し、（２００）面に関する正極点図のα軸のＸ線強度分布がα角６０〜８０度の範囲に最高強度を示す。その中でも硬質膜の（１１１）面に関する正極点図のα軸のＸ線強度分布がα角５０〜６５度の範囲に最高強度を示し、（２００）面に関する正極点図のα軸のＸ線強度分布がα角６５〜７５度の範囲に最高強度を示すとより好ましい。このことは、硬質膜を構成している立方晶の結晶の中で、（１１１）面が被覆部材表面に対して６０度ほど傾いた結晶と、（２００）面が被覆部材表面に対して７０度ほど傾いた結晶が多いことを示している。硬質膜の（１１１）面に関する正極点図のα軸のＸ線強度分布がα角５０度未満もしくはα角６５度を超えるα角に最高強度を示す被覆部材、または、（２００）面に関する正極点図のα軸のＸ線強度分布がα角６０度未満もしくはα角８０度を超えるα角に最高強度を示す被覆部材に比較して耐摩耗性を向上させることができた。

本発明の硬質膜の（１１１）面、（２００）面に関する正極点図のα軸のＸ線強度分布は、Schulzの反射法により測定することができる。Schulzの反射法は、図１に示すように２θを回折角として入射角と反射角がそれぞれθになっている等角度反射の光学系を使用し、試料面内のＡ軸を中心とするα回転と、試料面法線（Ｂ軸）を中心とするβ回転すなわち試料面内回転により、入射Ｘ線に対する試料の方向を変えて回折線の強度分布を測定する方法である。Ｂ軸が入射線と回折線とで決まる平面上にあるとき、α角を９０度と定義する。α角が９０度のときは、図２に示すように正極点図上で中心の点になる。具体的な測定方法として、例えば株式会社リガク製Ｘ線回折装置ＲＩＮＴ−ＴＴＲIIIの正極点測定プログラムを使用し、下記の測定条件および測定手法により、硬質膜の（１１１）面、（２００）面に関する正極点図のα軸のＸ線強度分布を測定することができる。

［測定条件］
（１）ＴＴＲIII水平ゴニオメータ
（２）極点用多目的試料台
（３）走査方法：同心円
（４）β走査範囲：０〜３６０度／５度ピッチ
（５）βスキャンスピード：１８０度／ｍｉｎ
（６）γ振幅：０ｍｍ

［測定手法（Schulzの反射法）］
（１）θ固定角度：硬質膜の（１１１）面の回折角度は３６．０度から３７．５度までの間で回折強度が最も高くなる角度とし、硬質膜の（２００）面の回折角度は４２．０度から４４．０度までの間で回折強度が最も高くなる角度とする。
（２）α走査範囲：２０〜９０度（５度ステップ）
（３）ターゲット：Ｃｕ、電圧：５０ｋＶ、電流：２５０ｍＡ
（４）発散スリット：１／４度
（５）散乱スリット：６ｍｍ
（６）発散縦制限スリット：５ｍｍ

（１１１）面、（２００）面に関する正極点図の等高線からも最高強度を示すα角を読みとることができるが、（１１１）面、（２００）面に関する正極点図のα軸のＸ線強度分布から、最高強度を示すα角を容易に求めることができる。

本発明の被覆部材の基材として、具体的には焼結合金、セラミックス、ｃＢＮ焼結体、ダイヤモンド焼結体などを挙げることができる。その中でも焼結合金は耐欠損性と耐摩耗性に優れるため好ましく、その中でもサーメット、超硬合金がさらに好ましく、その中でも超硬合金がさらに好ましい。

本発明の被膜は、周期表４（Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ等）、５（Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ等）、６（Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ等）族元素、Ａｌ、Ｓｉ、Ｂ、ＹおよびＭｎの中から選ばれた少なくとも１種の元素と、Ｃ、ＮおよびＯの中から選ばれた少なくとも１種の元素とからなる金属化合物膜で構成され、具体的には、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＴｉＣＮＯ、ＴｉＮ、（ＴｉＡｌ）Ｎ、（ＣｒＡｌ）Ｎ、Ａｌ₂Ｏ₃、（ＣｒＡｌ）₂Ｏ₃、（ＡｌＴｉＳｉ）Ｎ、（ＡｌＣｒＷ）Ｎ、（ＴｉＡｌ）ＢＮ、（ＨｆＡｌＭｎ）Ｎ、（ＴｉＳｉ）Ｎ、（ＺｒＡｌ）ＣＮ、（ＴｉＮｂ）ＢＮなどを挙げることができる。本発明の被膜の少なくとも１層が硬質膜である。本発明の被膜は、硬質膜のみからなる単層膜、硬質膜と硬質膜以外の膜との２層以上の複層膜のいずれの膜構成も含む。本発明の被膜全体の平均膜厚は、０．１μｍ以上であると耐摩耗性、耐酸化性が向上し、１５μｍを超えると耐欠損性が低下する。このため本発明の被膜の平均膜厚は０．１〜１５μｍの範囲が好ましく、その中でも０．５〜１０μｍの範囲がより好ましく、０．７〜８μｍの範囲がさらに好ましく、１〜５μｍの範囲が特に好ましい。

本発明の硬質膜は、周期表４（Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ等）、５（Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ等）、６（Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ等）族元素、Ａｌ、Ｓｉ、Ｂ、ＹおよびＭｎの中から選ばれた少なくとも１種の元素と、Ｃ、ＮおよびＯの中から選ばれた少なくとも１種の元素とからなる立方晶の金属化合物からなる。その中でも、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｓｉの中から選ばれた少なくとも１種の金属元素と、Ｃ、Ｎ、Ｏの中から選ばれた少なくとも１種の非金属元素とからなる立方晶の金属化合物であると硬さが高く耐摩耗性に優れるので好ましい。これらの中でも、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｓｉの中から選ばれた少なくとも１種の金属元素の窒化物からなるものであることが好ましい。具体的には、ＴｉＮ、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＴｉＣＮＯ、（ＴｉＮｂ）Ｎ、（ＴｉＺｒ）ＣＮ、（ＡｌＴｉ）Ｎ、（ＡｌＴｉ）Ｃ、（ＡｌＴｉ）（ＣＮ）、（ＡｌＴｉ）（ＣＮＯ）、（ＡｌＣｒ）Ｎ、（ＡｌＣｒ）Ｃ、（ＡｌＣｒ）（ＣＮ）、（ＡｌＣｒ）（ＣＮＯ）、（ＡｌＴｉＣｒ）Ｎ、（ＡｌＴｉＣｒ）Ｃ、（ＡｌＴｉＣｒ）（ＣＮ）、（ＡｌＴｉＣｒ）（ＣＮＯ）、（ＡｌＴｉＳｉ）Ｎ、（ＡｌＴｉＳｉ）Ｃ、（ＡｌＴｉＳｉ）（ＣＮ）、（ＡｌＴｉＳｉ）（ＣＮＯ）、（ＡｌＴｉＣｒＳｉ）Ｎ、（ＡｌＴｉＣｒＳｉ）Ｃ、（ＡｌＴｉＣｒＳｉ）（ＣＮ）、（ＡｌＴｉＣｒＳｉ）（ＣＮＯ）などを挙げることができる。本発明の硬質膜の平均膜厚は、０．１μｍ以上であると耐摩耗性、耐酸化性が向上し、１５μｍを超えると耐欠損性が低下する。このため本発明の硬質膜の平均膜厚は０．１〜１５μｍの範囲が好ましく、その中でも０．５〜１０μｍの範囲がより好ましく、０．７〜８μｍの範囲がさらに好ましく、１〜５μｍの範囲が特に好ましい。

その中でも、本発明の硬質膜は、（Ａｌ_aＪ_b）（Ｃ_xＮ_y）（但し、ＪはＴｉおよびＣｒの１種または２種を表し、ａはＡｌとＪとの合計に対するＡｌの原子比を表し、ｂはＡｌとＪとの合計に対するＪの原子比を表し、ａ、ｂは、ａ＋ｂ＝１、０．５≦ａ≦０．７、０．３≦ｂ≦０．５を満足し、ｘはＣとＮとの合計に対するＣの原子比を表し、ｙはＣとＮとの合計に対するＮの原子比を表し、ｘ＋ｙ＝１、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１を満足する。）で表される金属化合物であると好ましい。これは以下の理由による。ａが０．５以上、ｂが０．５以下になると、硬質膜の硬さが高くなり耐摩耗性が向上する。一方、ａが０．７を超え、ｂが０．３未満になると立方晶以外の金属化合物が生成されやすくなり、硬質膜の硬さが低下して耐摩耗性が低下する。また、非金属元素がＣ、Ｎの１種または２種からなると耐欠損性や耐チッピング性が向上する。具体的には、（Ａｌ_0.50Ｔｉ_0.50）Ｎ、（Ａｌ_0.55Ｔｉ_0.45）Ｎ、（Ａｌ_0.60Ｔｉ_0.40）Ｎ、（Ａｌ_0.70Ｔｉ_0.30）Ｎ、（Ａｌ_0.60Ｔｉ_0.20Ｃｒ_0.20）Ｎ、（Ａｌ_0.50Ｃｒ_0.50）Ｎなどを挙げることができる。

本発明の硬質膜は、（Ａｌ_cＪ_dＳｉ_e）（Ｃ_zＮ_w）（但し、ＪはＴｉおよびＣｒの１種または２種を表し、ｃはＡｌとＪとＳｉとの合計に対するＡｌの原子比を表し、ｄはＡｌとＪとＳｉとの合計に対するＪの原子比を表し、ｅはＡｌとＪとＳｉとの合計に対するＳｉの原子比を表し、ｃ、ｄ、ｅは、ｃ＋ｄ＋ｅ＝１、０．３≦ｃ≦０．６、０．３≦ｄ≦０．６、０．０１≦ｅ≦０．１を満足し、ｚはＣとＮとの合計に対するＣの原子比を表し、ｗはＣとＮとの合計に対するＮの原子比を表し、ｚ＋ｗ＝１、０≦ｚ≦１、０≦ｗ≦１を満足する。）で表される金属化合物であると好ましい。これは以下の理由による。ｃが０．３以上、ｄが０．６以下、ｅが０．０１以上になると、硬質膜の硬さがさらに高くなり耐摩耗性が向上する。一方、ｃが０．６を超え、ｄが０．３未満になると立方晶以外の金属化合物が生成されやすくなり、ｅが０．１を超えると硬さを高くするＳｉ添加効果が低下して、硬質膜の硬さが低くなり耐摩耗性が低下する。また、非金属元素がＣ、Ｎの１種または２種からなると耐欠損性や耐チッピング性が向上する。具体的には、（Ａｌ_0.45Ｔｉ_0.40Ｓｉ_0.15）Ｎ、（Ａｌ_0.55Ｔｉ_0.35Ｓｉ_0.10）Ｎ、（Ａｌ_0.60Ｔｉ_0.35Ｓｉ_0.05）Ｎ、（Ａｌ_0.30Ｃｒ_0.30Ｔｉ_0.30Ｓｉ_0.10）Ｎ、（Ａｌ_0.45Ｃｒ_0.30Ｔｉ_0.20Ｓｉ_0.05）Ｎ、（Ａｌ_0.55Ｔｉ_0.30Ｃｒ_0.10Ｓｉ_0.05）Ｎ、（Ａｌ_0.60Ｔｉ_0.29Ｃｒ_0.10Ｓｉ_0.01）Ｎ、（Ａｌ_0.55Ｔｉ_0.05Ｃｒ_0.3Ｓｉ_0.1）（Ｃ_0.5Ｎ_0.5）、（Ａｌ_0.4Ｔｉ_0.4Ｃｒ_0.15Ｓｉ_0.05）（Ｃ_0.3Ｎ_0.7）、（Ａｌ_0.5Ｔｉ_0.38Ｃｒ_0.08Ｓｉ_0.04）Ｎ、（Ａｌ_0.55Ｔｉ_0.4Ｓｉ_0.05）（Ｃ_0.1Ｎ_0.9）などを挙げることができる。

本発明の硬質膜は、立方晶の金属化合物からなり、その中でも、（２００）面の回折線の半価幅が０．９０〜１．６０度であるものが、耐摩耗性に優れるので好ましい。

本発明の被膜の組成に関しては、二次イオン質量分析装置（ＳＩＭＳ）、エネルギー分散元素分析装置（ＥＤＳ）、グロー放電型分析装置（ＧＤＳ）などの元素分析装置を使って測定することができる。

本発明の硬質膜の製造には、例えばアークイオンプレーティング装置（以下、ＡＩＰ装置という。）を使用することができるが、他の装置、例えばスパッタリング装置を使用することもできる。ＡＩＰ装置を使用する場合は、ＡＩＰ装置内に基材を入れて、ヒーターにより基材温度を５００〜７５０℃まで、好ましくは５００〜７００℃まで加熱し、基材に対して、Ａｒガスボンバードした後、Ａｒ、Ｎ₂、Ｏ₂、ＣＨ₄、Ｃ₂Ｈ₂またはこれらの混合ガスを導入して、ＡＩＰ装置内の圧力を２〜５Ｐａ、好ましくは２〜４Ｐａとし、基材に直流バイアス電圧：−２０〜−７０Ｖを、好ましくは−３０〜−６０Ｖを、さらに好ましくは−３０〜−４５Ｖを印加して、アーク放電電流：８０〜１８０Ａ、好ましくは１００〜１５０Ａの第１被覆工程により硬質膜の平均膜厚の３〜１５％に相当する膜厚分を時間調整して被覆する。これにより、柱状組織の硬質膜が被覆される。その後、基材温度を下げて４５０〜７００℃、好ましくは４５０〜５５０℃とし、圧力を維持したまま、徐々に基材バイアス電圧を−２０〜−７０Ｖから調整して、基材バイアス電圧を−８０〜−１８０Ｖ、好ましくは−８０〜−１２０Ｖ、さらに好ましくは−８０〜−９５Ｖ、アーク放電電流：１３０〜１８０Ａ、好ましくは１５０〜１８０Ａの第２被覆工程により硬質膜の平均膜厚の８５〜９７％に相当する膜厚分を時間調整して硬質膜を被覆する。この方法により、立方晶の金属化合物からなり、（１１１）面に関する正極点図のα軸のＸ線強度分布はα角５０〜６５度の範囲に最高強度を示し、（２００）面に関する正極点図のα軸のＸ線強度分布はα角６０〜８０度の範囲に最高強度を示す硬質膜が形成される。

［実施例１］
基材として形状がＣＮＭＧ１２０４０８のＳ１０相当超硬合金製インサートを用意した。発明品については、表１に示す被膜の金属元素およびＳｉ元素の組成に対応する金属ターゲットをＡＩＰ装置内に設置した。ＡＩＰ装置内に基材を入れ、ヒーターにより基材温度を７００℃まで加熱し、基材に対してＡｒガスボンバードした。ＡＩＰ装置内に、被膜の組成によってＡｒ、Ｎ₂、Ｏ₂およびＣＨ₄の中から選択した原料ガスを導入して、圧力を３Ｐａに調整して基材バイアス電圧：−２０〜−７０Ｖ、アーク放電電流：１６０Ａの第１被覆工程により表２に示す時間被覆した。第１被覆工程による被覆を終了した後、圧力を維持したまま、基材温度を５５０℃まで下げて、徐々に基材バイアス電圧を−２０〜−７０Ｖから−１００〜−１５０Ｖに調整し、基材バイアス電圧：−１００〜−１５０Ｖ、アーク放電電流：１６０Ａの第２被覆工程により表２に示す時間被覆した。

比較品１および２については、表１に示す被膜の金属元素の組成に対応する金属ターゲットをＡＩＰ装置内に設置し、発明品と同じように基材をＡＩＰ装置内に入れ、ヒーターにより基材温度を６００℃まで加熱し、発明品と同様に基材に対してＡｒガスボンバードした後、ＡＩＰ装置内にＡｒとＮ₂の混合ガスを導入して圧力を２Ｐａに調整し、基材バイアス電圧：−５０Ｖ、アーク放電電流：１５０Ａという被覆条件で被膜を被覆した。

基材の表面に被覆された被膜の組成に関しては、エネルギー分散元素分析装置（ＥＤＳ）を使用し、被膜表面から測定を行った。基材の表面に被覆された被膜の平均膜厚については、各試料を切断して、断面を鏡面仕上げして得られた断面を光学顕微鏡で観察して測定した。これらの値は表１に併記した。

発明品１〜７および比較品１，２の被膜について、株式会社リガク製Ｘ線回折装置ＲＩＮＴ−ＴＴＲIIIを用いて、２θ／θスキャン法のＸ線回折測定を行ったところ、全試料の被膜は立方晶のＮａＣｌ型構造であった。さらに、株式会社リガク製Ｘ線回折装置ＲＩＮＴ−ＴＴＲIIIを用いて、下記に示す測定条件および測定手法により全試料の被膜の（１１１）面と（２００）面に関する正極点図のα軸のＸ線強度分布を測定した。測定結果は表３に示した。

［測定手法（Schulzの反射法）］
（１）θ固定角度：被膜の（１１１）面の回折角度は３６．０度から３７．５度までの間で回折強度が最も高くなる角度とし、被膜の（２００）面の回折角度は４２．０度から４４．０度までの間で回折強度が最も高くなる角度とする。
（２）α走査範囲：２０〜９０度（５度ステップ）
（３）ターゲット：Ｃｕ、電圧：５０ｋＶ、電流：２５０ｍＡ
（４）発散スリット：１／４度
（５）散乱スリット：６ｍｍ
（６）発散縦制限スリット：５ｍｍ

発明品１〜７、比較品１、２の被覆超硬合金工具を用いて、被削材：Ｎｉ基耐熱合金Ｉｎｃｏｎｅｌ７１８、切削速度：６０ｍ／ｍｉｎ、切り込み：０．７ｍｍ、送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖの条件で湿式旋削加工試験を行った。工具寿命は、最大逃げ面摩耗量ＶＢｍａｘ＝０．３０ｍｍを目安とした。切削時間１０ｍｉｎまでに最大逃げ面摩耗量ＶＢｍａｘ＝０．３０ｍｍに達しない場合は、切削時間１０ｍｉｎ時点の最大逃げ面摩耗量ＶＢｍａｘを測定した。これらの結果を表４に示す。

表４に示されるように、比較品１は切削時間７分で最大逃げ面摩耗量が０．３０ｍｍとなったため寿命となり、比較品２は切削時間９分で欠損となり寿命となった。発明品１〜７は、切削時間１０分まで加工ができ、さらに加工が可能であった。発明品の中でも、発明品６の被膜はＡｌ，Ｃｒ，Ｓｉを含み、発明品７の被膜はＡｌ，Ｔｉ，Ｓｉを含むので、特に優れた耐摩耗性を示した。

［実施例２］
基材として形状がＣＮＭＧ１２０４０８のＳ１０相当超硬合金製インサートを用意した。発明品については、表５に示す被膜の金属元素およびＳｉ元素の組成に対応する金属ターゲットをＡＩＰ装置内に設置した。ＡＩＰ装置内に基材を入れ、ヒーターにより基材温度を６５０℃まで加熱し、基材に対してＡｒガスボンバードした。ＡＩＰ装置内に、被膜の組成によってＡｒ、Ｎ₂およびＣＨ₄の中から選択した原料ガスを導入して、圧力を３．５Ｐａに調整して基材バイアス電圧：−３０〜−６０Ｖ、アーク放電電流：１５０Ａの第１被覆工程により表６に示す時間被覆した。第１被覆工程による被覆を終了した後、圧力を維持したまま、基材温度を５００℃まで下げて、徐々に基材バイアス電圧を−３０〜−６０Ｖから−８０〜−１００Ｖに調整し、基材バイアス電圧：−８０〜−１００Ｖ、アーク放電電流：１３０Ａの第２被覆工程により表６に示す時間被覆した。

比較品３については、表５に示す被膜の金属元素の組成に対応する金属ターゲットをＡＩＰ装置内に設置し、発明品と同じように基材をＡＩＰ装置内に入れ、ヒーターにより基材温度を６００℃まで加熱し、発明品と同様に基材に対してＡｒガスボンバードした後、ＡＩＰ装置内にＡｒとＮ₂の混合ガスを導入して圧力を２Ｐａに調整し、基材バイアス電圧：−５０Ｖ、アーク放電電流：１５０Ａという被覆条件で被膜を被覆した。

基材の表面に被覆された被膜の組成に関しては、エネルギー分散元素分析装置（ＥＤＳ）を使用し、被膜表面から測定を行った。基材の表面に被覆された被膜の平均膜厚については、各試料を切断して、断面を鏡面仕上げして得られた断面を光学顕微鏡で観察して測定した。これらの値は表５に併記した。

発明品８〜１５および比較品３の被膜について、実施例１と同様に株式会社リガク製Ｘ線回折装置ＲＩＮＴ−ＴＴＲIIIを用いて、２θ／θスキャン法のＸ線回折測定を行ったところ、全試料の被膜は立方晶のＮａＣｌ型構造であった。さらに、実施例１と同様に株式会社リガク製Ｘ線回折装置ＲＩＮＴ−ＴＴＲIIIを用いて全試料の被膜の（１１１）面と（２００）面に関する正極点図のα軸のＸ線強度分布を測定した。測定結果は表７に示した。

発明品８〜１５、比較品３の被覆超硬合金工具を用いて、被削材：Ｎｉ基耐熱合金Ｉｎｃｏｎｅｌ７１８、切削速度：７５ｍ／ｍｉｎ、切り込み：１．０ｍｍ、送り：０．２ｍｍ／ｒｅｖの条件で湿式旋削加工試験を行った。工具寿命は、チッピングまたは欠損が生じるまでの切削時間とし、チッピングまたは欠損が生じない場合は、最大逃げ面摩耗量ＶＢｍａｘ＝０．３０ｍｍになるまでの切削時間とした。これらの結果を表８に示す。

表８に示されるように、比較品３は切削時間７分で寿命となったが、発明品８〜１５は、切削時間１０分以上加工ができ、比較品３に対して１．４倍以上の工具寿命を示した。発明品８〜１５の中でも、発明品９〜１１、１３〜１５は比較品３の２倍以上の工具寿命を示した。

［実施例３］
基材として形状がＣＮＭＧ１２０４０８のＳ１０相当超硬合金製インサートを用意した。発明品については、表９に示す被膜の金属元素の組成に対応する金属ターゲットをＡＩＰ装置内に設置した。ＡＩＰ装置内に基材を入れ、ヒーターにより基材温度を６５０℃まで加熱し、基材に対してＡｒガスボンバードした。ＡＩＰ装置内に、被膜の組成によってＡｒ、Ｎ₂およびＣＨ₄の中から選択した原料ガスを導入して、圧力を３．５Ｐａに調整して基材バイアス電圧：−３０〜−５０Ｖ、アーク放電電流：１２０〜１６０Ａの第１被覆工程により表１０に示す時間被覆した。第１被覆工程による被覆を終了した後、圧力を維持したまま、基材温度を５００℃まで下げて、徐々に基材バイアス電圧を−３０〜−５０Ｖから−８０〜−１１０Ｖに調整し、基材バイアス電圧：−８０〜−１１０Ｖ、アーク放電電流：１３０〜１７０Ａの第２被覆工程により表１０に示す時間被覆した。

比較品４については、表９に示す被膜の金属元素の組成に対応する金属ターゲットをＡＩＰ装置内に設置し、発明品と同じように基材をＡＩＰ装置内に入れ、ヒーターにより基材温度を６００℃まで加熱し、発明品と同様に基材に対してＡｒガスボンバードした後、ＡＩＰ装置内にＡｒとＮ₂の混合ガスを導入して圧力を２Ｐａに調整し、基材バイアス電圧：−５０Ｖ、アーク放電電流：１５０Ａという被覆条件で被膜を被覆した。

基材の表面に被覆された被膜の組成に関しては、エネルギー分散元素分析装置（ＥＤＳ）を使用し、被膜表面から測定を行った。基材の表面に被覆された被膜の平均膜厚については、各試料を切断して、断面を鏡面仕上げして得られた断面を光学顕微鏡で観察して測定した。これらの値は表９に併記した。

発明品１６〜２３および比較品４の被膜について、実施例１と同様に株式会社リガク製Ｘ線回折装置ＲＩＮＴ−ＴＴＲIIIを用いて、２θ／θスキャン法のＸ線回折測定を行ったところ、全試料の被膜は立方晶のＮａＣｌ型構造であった。さらに、実施例１と同様に株式会社リガク製Ｘ線回折装置ＲＩＮＴ−ＴＴＲIIIを用いて全試料の被膜の（１１１）面と（２００）面に関する正極点図のα軸のＸ線強度分布を測定した。測定結果は表１１に示した。

発明品１６〜２３、比較品４の被覆超硬合金工具を用いて、被削材：Ｎｉ基耐熱合金Ｉｎｃｏｎｅｌ７１８、切削速度：９０ｍ／ｍｉｎ、切り込み：０．５ｍｍ、送り：０．１５ｍｍ／ｒｅｖの条件で湿式旋削加工試験を行った。工具寿命は、最大逃げ面摩耗量ＶＢｍａｘ＝０．２０ｍｍになるまでの切削時間とした。これらの結果を表１２に示す。

表１２に示されるように、比較品４は切削時間７分で寿命となったが、発明品１６〜２３は、切削時間１１分以上加工ができ、比較品４に対して１．５倍以上の工具寿命を示した。発明品の中でも、発明品１７、１８、１９、２１、２２、２３は比較品４の２倍以上の工具寿命を示した。

Claims

基材の表面に被膜を被覆した被覆部材において、被膜の少なくとも１層は周期表４、５、６族元素、Ａｌ、Ｓｉ、Ｂ、ＹおよびＭｎの中から選ばれた少なくとも１種の元素と、Ｃ、ＮおよびＯの中から選ばれた少なくとも１種の元素とからなる立方晶の金属化合物からなる硬質膜であり、硬質膜の（１１１）面に関する正極点図のα軸のＸ線強度分布はα角５０〜６５度の範囲に最高強度を示し、硬質膜の（２００）面に関する正極点図のα軸のＸ線強度分布はα角６０〜８０度の範囲に最高強度を示すことを特徴とする被覆部材。
硬質膜が、Ａｌ、Ｓｉ、ＴｉおよびＣｒの中から選ばれた少なくとも１種の金属元素と、Ｃ、Ｎ、Ｏの中から選ばれた少なくとも１種の非金属元素とからなる金属化合物層である請求項１に記載の被覆部材。
硬質膜が、ＴｉＮ、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＴｉＣＮＯ、（ＡｌＴｉ）Ｎ、（ＡｌＴｉ）Ｃ、（ＡｌＴｉ）（ＣＮ）、（ＡｌＴｉ）（ＣＮＯ）、（ＡｌＣｒ）Ｎ、（ＡｌＣｒ）Ｃ、（ＡｌＣｒ）（ＣＮ）、（ＡｌＣｒ）（ＣＮＯ）、（ＡｌＴｉＣｒ）Ｎ、（ＡｌＴｉＣｒ）Ｃ、（ＡｌＴｉＣｒ）（ＣＮ）、（ＡｌＴｉＣｒ）（ＣＮＯ）、（ＡｌＴｉＳｉ）Ｎ、（ＡｌＴｉＳｉ）Ｃ、（ＡｌＴｉＳｉ）（ＣＮ）、（ＡｌＴｉＳｉ）（ＣＮＯ）、（ＡｌＴｉＣｒＳｉ）Ｎ、（ＡｌＴｉＣｒＳｉ）Ｃ、（ＡｌＴｉＣｒＳｉ）（ＣＮ）及び（ＡｌＴｉＣｒＳｉ）（ＣＮＯ）からなる群より選択された少なくとも１種である請求項２に記載の被覆部材。
硬質膜が、（Ａｌ_aＪ_b）（Ｃ_xＮ_y）
但し、ＪはＴｉおよびＣｒの１種または２種を表し、ａはＡｌ
とＪとの合計に対するＡｌの原子比を表し、ｂはＡｌとＪとの
合計に対するＪの原子比を表し、ａ、ｂは、ａ＋ｂ＝１、０．
５≦ａ≦０．７、０．３≦ｂ≦０．５を満足し、ｘはＣとＮと
の合計に対するＣの原子比を表し、ｙはＣとＮとの合計に対す
るＮの原子比を表し、ｘ＋ｙ＝１、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１を
満足する、
で表される金属化合物層である請求項２に記載の被覆部材。
硬質膜が、（Ａｌ_0.50Ｔｉ_0.50）Ｎ、（Ａｌ_0.55Ｔｉ_0.45）Ｎ、（Ａｌ_0.60Ｔｉ_0.40）Ｎ、（Ａｌ_0.70Ｔｉ_0.30）Ｎ、（Ａｌ_0.60Ｔｉ_0.20Ｃｒ_0.20）Ｎ及び（Ａｌ_0.50Ｃｒ_0.50）Ｎからなる群より選択された少なくとも１種である請求項４に記載の被覆部材。
硬質膜が、（Ａｌ_cＪ_dＳｉ_e）（Ｃ_zＮ_w）
但し、ＪはＴｉおよびＣｒの１種または２種を表し、ｃはＡｌ
とＪとＳｉとの合計に対するＡｌの原子比を表し、ｄはＡｌと
ＪとＳｉとの合計に対するＪの原子比を表し、ｅはＡｌとＪと
Ｓｉとの合計に対するＳｉの原子比を表し、ｃ、ｄ、ｅは、ｃ
＋ｄ＋ｅ＝１、０．３≦ｃ≦０．６、０．３≦ｄ≦０．６、０
．０１≦ｅ≦０．１を満足し、ｚはＣとＮとの合計に対するＣ
の原子比を表し、ｗはＣとＮとの合計に対するＮの原子比を表
し、ｚ＋ｗ＝１、０≦ｚ≦１、０≦ｗ≦１を満足する、
で表される金属化合物層である請求項２に記載の被覆部材。
硬質膜が、（Ａｌ_0.45Ｔｉ_0.40Ｓｉ_0.15）Ｎ、（Ａｌ_0.55Ｔｉ_0.35Ｓｉ_0.10）Ｎ、（Ａｌ_0.60Ｔｉ_0.35Ｓｉ_0.05）Ｎ、（Ａｌ_0.30Ｃｒ_0.30Ｔｉ_0.30Ｓｉ_0.10）Ｎ、（Ａｌ_0.45Ｃｒ_0.30Ｔｉ_0.20Ｓｉ_0.05）Ｎ、（Ａｌ_0.55Ｔｉ_0.30Ｃｒ_0.10Ｓｉ_0.05）Ｎ、（Ａｌ_0.60Ｔｉ_0.29Ｃｒ_0.10Ｓｉ_0.01）Ｎ、（Ａｌ_0.55Ｔｉ_0.05Ｃｒ_0.3Ｓｉ_0.1）（Ｃ_0.5Ｎ_0.5）、（Ａｌ_0.4Ｔｉ_0.4Ｃｒ_0.15Ｓｉ_0.05）（Ｃ_0.3Ｎ_0.7）、（Ａｌ_0.5Ｔｉ_0.38Ｃｒ_0.08Ｓｉ_0.04）Ｎ及び（Ａｌ_0.55Ｔｉ_0.4Ｓｉ_0.05）（Ｃ_0.1Ｎ_0.9）からなる群より選択された少なくとも１種である請求項６に記載の被覆部材。
硬質膜の（２００）面の回折線の半価幅が０．９０〜１．６０度である請求項４〜７のいずれか１項に記載の被覆部材。
被膜全体の平均膜厚は０．１〜１５μｍである請求項１〜８のいずれか１項に記載の被覆部材。
硬質膜が、基材をアークイオンプレーティング装置内に入れ、ヒーターにより基材温度を５００〜７５０℃まで加熱し、基材に対して、Ａｒガスボンバードした後、Ａｒ、Ｎ₂、Ｏ₂、ＣＨ₄、Ｃ₂Ｈ₂またはこれらの混合ガスを導入して、装置内の圧力を２〜５Ｐａとし、基材に直流バイアス電圧：−２０〜−７０Ｖを印加して、アーク放電電流：８０〜１８０Ａの第１被覆工程により硬質膜の平均膜厚の３〜１５％に相当する膜厚分を時間調整して被覆し、次いで、基材温度を下げて４５０〜７００℃とし、圧力を維持したまま、徐々に基材バイアス電圧を−２０〜−７０Ｖから調整して、基材バイアス電圧を−８０〜−１８０Ｖ、アーク放電電流：１３０〜１８０Ａの第２被覆工程により硬質膜の平均膜厚の８５〜９７％に相当する膜厚分を時間調整して被覆することにより形成する請求項１〜９のいずれか１項に記載の被覆部材。
硬質膜が、基材をアークイオンプレーティング装置内に入れ、ヒーターにより基材温度を５００〜７００℃まで加熱し、基材に対して、Ａｒガスボンバードした後、Ａｒ、Ｎ₂、Ｏ₂、ＣＨ₄、Ｃ₂Ｈ₂またはこれらの混合ガスを導入して、装置内の圧力を２〜４Ｐａとし、基材に直流バイアス電圧：−３０〜−６０Ｖを印加して、アーク放電電流：１００〜１５０Ａの第１被覆工程により硬質膜の平均膜厚の３〜１５％に相当する膜厚分を時間調整して被覆し、次いで、基材温度を下げて４５０〜５５０℃とし、圧力を維持したまま、徐々に基材バイアス電圧を−３０〜−６０Ｖから調整して、基材バイアス電圧を−８０〜−１２０Ｖ、アーク放電電流：１５０〜１８０Ａの第２被覆工程により硬質膜の平均膜厚の８５〜９７％に相当する膜厚分を時間調整して被覆することにより形成する請求項１〜１０のいずれか１項に記載の被覆部材。
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の被覆部材を切削工具として用いる切削工具用被覆部材。