JP5892331B2

JP5892331B2 - 潤滑特性と耐摩耗性にすぐれた表面被覆ドリル

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Publication number: JP5892331B2
Application number: JP2012158186A
Authority: JP
Inventors: 田中　耕一; 耕一田中; 田中　裕介; 裕介田中
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2011-07-22
Filing date: 2012-07-14
Publication date: 2016-03-23
Anticipated expiration: 2032-07-14
Also published as: JP2013046956A

Description

本発明は、ドリル本体の先端部外周に切屑排出溝が形成されるとともに、この切屑排出溝のドリル回転方向を向く内周面の先端に切刃が設けられ、主として金属材よりなる加工物に穴あけ加工をするのに用いられる長期間に亘りすぐれた潤滑特性と耐摩耗性を維持する表面被覆ドリルに関するものである。

このようなドリルとしては、軸線を中心として該軸線回りにドリル回転方向に回転される概略円柱状のドリル本体の先端側が切刃部とされ、この切刃部の外周に一対の切屑排出溝が、軸線に関して互いに対称となるように、該切刃部の先端面、すなわちドリル本体の先端逃げ面から後端側に向かうに従い軸線回りにドリル回転方向の後方側に捩れる螺旋状に形成され、これらの切屑排出溝の内周面のうちドリル回転方向を向く部分の先端側の前記先端逃げ面との交差稜線部に切刃が形成された、いわゆる２枚刃のソリッドドリルが知られている。従って、このようなソリッドドリルでは、前記切屑排出溝内周面のドリル回転方向を向く部分の先端側がこの切刃のすくい面となり、切刃によって生成された切屑は、このすくい面から切屑排出溝の内周面を摺接しつつ、該切屑排出溝の捩れによって後端側に送り出されて排出されることとなる。そして、さらにこのようなドリルでは、ドリル本体の耐摩耗性の向上のために種々の方法が採用されている。

例えば、特許文献１においては、厚さ方向にＡｌ最高含有点（Ｔｉ最低含有点）とＡｌ最低含有点（Ｔｉ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Ａｌ最低含有点、前記Ａｌ最低含有点からＡｌ最高含有点へＡｌ（Ｔｉ）含有量が連続的に変化する成分濃度分布構造を有する硬質被覆層を形成することによって、耐摩耗性を向上させた表面被覆ドリルが開示されている。

また、特許文献２においては、硬質被覆層を切刃の外周端から後端側に向けて切刃の外径Ｄに対して３×Ｄ以内の長さＭの範囲までに被覆したことによって、切屑詰まりの発生を防いで折損等の生じることのない表面被覆ドリルが開示されている。

また、特許文献３においては、切屑排出溝の内周面には硬質被覆層を被覆した後にポリッシュ加工を施したことによって、切屑詰まりの発生を防いで折損等の生じることのない表面被覆ドリルが開示されている。

また、特許文献４においては、基材表面に最外層と内層とからなる被覆層を備え、最外層は、窒化アルミニウム又は炭窒化アルミニウムからなり、最外層中に塩素を０超０．５原子％以下含有することによって、すぐれた潤滑性を有して使用寿命が長い表面被覆ドリルが開示されている。

また、特許文献５においては、最表層がＣｒＯｙ（原子比で０．３≦ｙ≦１．５）で構成され、その膜厚が０．０１〜２．０μｍである硬質被覆層を備えたことにより耐凝着性又は耐溶着性を向上させた表面被覆ドリルが開示されている。

また、特許文献６においては、工具基体の表面に、０．８〜５．０μｍの層厚のＣｒとＡｌの複合窒化物からなる硬質被覆層が蒸着形成された表面被覆切削工具において、該硬質被覆層は、ＣｒとＡｌの複合窒化物の粒状晶組織からなる薄層Ａと柱状晶組織からなる薄層Ｂとの交互積層構造として構成され、薄層Ａおよび薄層Ｂはそれぞれ０．１〜２μｍの層厚を有し、さらに、上記薄層Ａを構成する粒状晶の平均結晶粒径は３０ｎｍ以下、また、上記薄層Ｂを構成する柱状晶の平均結晶粒径は５０〜５００ｎｍであることを特徴とする表面被覆切削工具、および上記ＣｒとＡｌの複合窒化物は、組成式：（Ｃｒ_１−ＸＡｌ_Ｘ）Ｎで表した場合に、０．５５≦Ｘ≦０．７５（但し、Ｘは原子比）を満足する表面被覆工具が開示されている。

特開２００３−３２６４０２号公報特開２００３−２７５９０９号公報特開２００３−２７５９１０号公報特開２００５−２９７１４４号公報特開平８−１３２３１０号公報特開２０１０−９４７４４号公報

近年のドリル加工装置の自動化はめざましく、加えてドリル加工に対する省力化、省エネ化、低コスト化さらに効率化の要求も強く、これに伴い、高送り、高切り込みなどより高効率の深穴用ドリル加工が要求される傾向にあるが、前記従来表面被覆ドリルにおいては、各種の鋼や鋳鉄を通常条件下でドリル加工した場合に特段の問題は生じないが、潤滑特性と耐摩耗性が必要とされるとともに切屑がドリルの切屑排出溝につまり易い、湿式高速の深穴用ドリル加工に用いた場合には、切屑排出溝に切屑がつまり易く、これが原因で、比較的短時間で使用寿命に至るのが現状である。

そこで、本発明者らは、前述のような観点から、湿式高速の深穴用ドリル加工に用いられた場合にも長期間に亘りすぐれた潤滑特性と耐摩耗性を維持する表面被覆ドリルを提供すべく、ドリルの最表面層に粒径組成制御層として（Ｃｒ_１−ｘＡｌ_ｘ）Ｎの成分系からなる層厚０．３〜５μｍの硬質被覆層が存在する表面被覆ドリルの粒径組成制御層の構造に着目し鋭意研究を行った結果、次のような知見を得た。

（ａ）ドリルのマージン部の粒径組成制御層の膜断面でのＡｌの含有比率ｘが、ｘの値が０．１から０．６の範囲に存在し、ｘの値が０．２以下となる層状のＣｒ高含有領域とｘの値が０．３以上となる層状のＡｌ高含有領域が、前記粒径組成制御層の中に各々少なくとも一層以上含まれ、かつ
（ｂ）Ｃｒ高含有領域における結晶粒の平均アスペクト比Ａが１〜５であり、
（ｃ）Ａｌ高含有領域における結晶粒の平均アスペクト比Ｂが１０〜７０である場合、このような硬質被覆層を備えた表面被覆ドリルは、従来の表面被覆ドリルに比して、湿式高速の深穴加工において、すぐれた潤滑特性・耐摩耗性および耐チッピング性を示すことを見出した。
さらに、Ｃｒ高含有領域の平均層厚Ｘ_Ｃｒが３０〜２００ｎｍの範囲に存在し、かつ、Ａｌ高含有領域の平均層厚Ｘ_Ａｌが３０〜２００ｎｍの範囲に存在し、かつ、ドリルマージン部におけるＸ_Ｃｒがドリル先端からドリル外径の５倍の距離までの領域にかけて漸次増加し、かつ、ドリルマージン部におけるＸ_Ａｌが、ドリル先端から、ドリル外径の５倍の距離までの領域にかけて漸次減少するように構成した場合、潤滑特性、耐摩耗性および耐チッピング性が一層向上することを見出した。

前述したような硬質被覆層は、図１の概略説明図に示される物理蒸着装置の１種である圧力勾配型Ａｒプラズマガンを利用したイオンプレーティング装置にドリル基体を装着し、
ドリル基体温度：４００〜４３０℃、
蒸発源１：金属Ｃｒ、
蒸発源１に対するプラズマガン放電電力：９〜１１ｋＷ、
蒸発源２：金属Ａｌ、
蒸発源２に対するプラズマガン放電電力：７〜８ｋＷ、
反応ガス流量：窒素（Ｎ_２）ガス８０〜１００ｓｃｃｍ、
放電ガス：アルゴン（Ａｒ）ガス３０〜３５ｓｃｃｍ、
ドリル基体に印加する直流バイアス電圧：−１５〜−１０Ｖ、
という特定の条件下で、かつ、ドリル基体の先端を回転中心に向けた方向で固定し、回転軸をハース積載面の法線から０度または３５〜５５度傾けて設置し、公転するドリル基体が通過する円周とＣｒのハースの距離が、公転するドリル基体が通過する円周とＡｌのハースの距離よりも短い、すなわち、相対的に空間中のＣｒ量が高い領域では速い成膜速度、相対的にＡｌ量が高い領域では遅い成膜速度となるよう調整された状態で、かつ、Ｘ_ＣｒおよびＸ_Ａｌの目標層厚に応じて、その公転速度が、Ｃｒのハースに最も接近する位置で最大、Ａｌのハースに最も接近する位置で最小となる、三角波形状の速度制御パターンとすることによって、形成することができる。この結果形成された硬質被覆層を備えた表面被覆ドリルは、従来の表面被覆ドリルに比して、湿式高速の深穴加工において、すぐれた潤滑特性および耐摩耗性を示すことを見出した。

本発明は、前記知見に基づいてなされたものであって、
「（１）超硬合金焼結体あるいは高速度鋼からなるドリル基体の上に、直接または中間層を介し、最表面に粒径組成制御層として（Ｃｒ_１−ｘＡｌ_ｘ）Ｎの成分系からなる層厚０．３〜５．０μｍの硬質被覆層が存在する表面被覆ドリルにおいて、
（ａ）前記ドリルのマージン部の粒径組成制御層の膜断面でのＡｌの含有比率ｘの値が、０．１以上０．６以下の範囲に存在し、ｘの値が０．２以下となる層状のＣｒ高含有領域と、ｘの値が０．３以上となる層状のＡｌ高含有領域が、前記粒径組成制御層の中に各々少なくとも一層以上含まれ、かつ、
（ｂ）前記Ｃｒ高含有領域における結晶粒の平均アスペクト比Ａが、１〜５であり、かつ、
（ｃ）前記Ａｌ高含有領域における結晶粒の平均アスペクト比Ｂが、１０〜７０であること特徴とする長期に亘り高い耐摩耗性を維持する表面被覆ドリル。
（２）前記Ｃｒ高含有領域の平均層厚Ｘ_Ｃｒが、３０〜２００ｎｍの範囲に存在し、かつ、前記Ａｌ高含有領域の平均層厚Ｘ_Ａｌが、３０〜２００ｎｍの範囲に存在し、かつ、ドリルマージン部におけるＸ_Ｃｒが、ドリル先端からドリル外径の５倍の距離までの領域にかけて漸次増加し、かつ、ドリルマージン部におけるＸ_Ａｌが、ドリル先端からドリル外径の５倍の距離までの領域にかけて漸次減少することを特徴とする（１）に記載の表面被覆ドリル。」
に特徴を有するものである。

本発明について、以下に説明する。

本発明の表面被覆ドリルのドリル基体の上に、直接または、中間層を介して、（Ｃｒ_１−ｘＡｌ_ｘ）Ｎの成分系からなる層厚０．３〜５．０μｍの硬質被覆層を形成する。ここで、硬質被覆層の層厚が０．３μｍ未満では、所望の耐摩耗性が維持できず、一方、５μｍを超えると皮膜のチッピングなどが生じる。したがって、硬質被覆層の層厚は０．３〜５．０μｍと定めた。
また、硬質被覆層の組成（Ｃｒ_１−ｘＡｌ_ｘ）Ｎにおいて、Ａｌの含有比率ｘの値が、０．１未満ではＡｌの耐摩耗性が十分でなく、０．６を超えると六方晶組織へと変化するためＮａＣｌ型結晶が持つ強度を維持できない。したがって、Ａｌの含有比率ｘの値は０．１〜０．６と定めた。

また、Ｃｒ高含有領域における結晶粒の平均アスペクト比Ａの値は、５を超えると粒状組織が持つ安定的な切削性能が実現できない。一方、平均アスペクト比Ａの値は、個々の結晶粒の長辺を短辺で除した値の平均値であるため、１未満にはならない。したがって、平均アスペクト比Ａの値は、１〜５と定めた。
また、Ａｌ高含有領域における結晶粒の平均アスペクト比Ｂの値は、１０未満では、柱状組織が持つ耐摩耗性が実現できない。一方、平均アスペクト比Ｂの値は、７０を超えるとせん断力に対する抗折力が維持できない。したがって、アスペクト比Ｂの値は、１０〜７０と定めた。

Ｃｒ高含有領域の平均層厚Ｘ_ＣｒおよびＡｌ高含有領域の平均層厚Ｘ_Ａｌの値は、３０ｎｍを下回るとそれぞれが持つ潤滑特性および耐摩耗性が発揮できない。一方、Ｘ_Ｃｒが２００ｎｍを超えると、Ａｌ高含有領域に比べて耐摩耗性の劣るＣｒ高含有領域の割合が相対的に大きくなり、Ｃｒ高含有領域中での破壊が生じやすくなるために所望の工具性能を維持できず、また、Ｘ_Ａｌが２００ｎｍを超えると、Ａｌ高含有領域に導入された圧縮応力の積算値が大きくなりすぎ、皮膜のチッピングの原因となる。したがって、Ｘ_ＣｒおよびＸ_Ａｌの値は、３０〜２００ｎｍと定めた。
なお、本発明でいう「アスペクト比」とは、個々の結晶粒の測定された最大径を示す線分である長辺の値を、長辺に対して垂直方向の最大径を示す短辺の値で除した値である。また、平均アスペクト比は、測定した５つの結晶粒のアスペクト比の平均値である。
また、「ドリル先端から、ドリル外径の５倍の距離までの領域」とは、ドリルの中心軸と平行にドリル切れ刃部先端を起点に後方すなわちシャンクの方向へ計測して、ドリルの中心軸に垂直な平面内の最大直径の５倍の長さまでの領域をいう。
また、同一の測定領域に、膜厚方向に複数のＣｒ高含有領域、あるいは複数のＡｌ高含有領域が存在する場合は、それぞれの平均値をＸ_Ｃｒ、Ｘ_Ａｌとする。

本発明の表面被覆ドリルは、超硬合金焼結体あるいは高速度鋼からなるドリル基体の上に、直接または中間層を介し、最表面に粒径組成制御層として（Ｃｒ_１−ｘＡｌ_ｘ）Ｎの成分系からなる層厚０．３〜５．０μｍの硬質被覆層が存在する表面被覆ドリルにおいて、（ａ）前記ドリルのマージン部の粒径組成制御層の膜断面でのＡｌの含有比率ｘの値が、０．１以上０．６以下の範囲に存在し、ｘの値が０．２以下となる層状のＣｒ高含有領域と、ｘの値が０．３以上となる層状のＡｌ高含有領域が存在し、かつ、（ｂ）前記Ｃｒ高含有領域における結晶粒の平均アスペクト比Ａが、１〜５であり、かつ、（ｃ）前記Ａｌ高含有領域における結晶粒の平均アスペクト比Ｂが、１０〜７０であることによって、長期に亘り高い潤滑特性、耐チッピング性および耐摩耗性を維持する表面被覆ドリルに特徴を有するものである。
さらに、Ｃｒ高含有領域の平均層厚Ｘ_Ｃｒが、３０〜２００ｎｍの範囲に存在し、かつ、Ａｌ高含有領域の平均層厚Ｘ_Ａｌが、３０〜２００ｎｍの範囲に存在し、かつ、ドリルマージン部におけるＸ_Ｃｒが、ドリル先端からドリル外径の５倍の距離までの領域にかけて漸次増加し、かつ、ドリルマージン部におけるＸ_Ａｌが、ドリル先端からドリル外径の５倍の距離までの領域にかけて漸次減少するように形成することによって、耐摩耗性をより一層向上させることができる。
すなわち、一般的な深穴加工において、力学的負荷が高くまた同時に高い耐熱性が要求される先端部においては、高いＡｌ含有比率を有するＡｌ高含有領域をＣｒ高含有領域に対して大きい割合で、柱状組織にて構成することにより、長期に亘り高い耐摩耗性を維持する。一方、力学的負荷よりも滑り特性や安定的な摩耗形態が要求される切屑排出溝やドリル後方のマージン部においては、ＣｒＮのもつ潤滑特性をさらに生かすために高いＣｒ含有比率を有するＣｒ高含有領域を、アスペクト比の低い粒状組織で構成することにより、最低限の耐摩耗性を維持したまま長期に亘り高い潤滑特性を維持することができる。また同時に、それらの領域が膜厚方向に層状に積層されていることで、主として柱状組織で構成されるＡｌ高含有領域において発生した膜厚方向へ進展するクラックの進展方向がＣｒ高含有領域の微細粒状組織により分散され、皮膜の耐衝撃性を向上させることが出来る。
さらに、Ｘ_Ｃｒが、ドリル先端からドリル外径の５倍の距離までの領域にかけて漸次増加し、かつ、Ｘ_Ａｌが、ドリル先端からドリル外径の５倍の距離までの領域にかけて漸次減少することで、耐摩耗性が要求される先端部近傍から、潤滑特性が要求される工具後方にかけて、両者の効果をバランスよく発現し、更に工具寿命を延長することが出来る。
さらに、本発明によれば、膜厚方向へ組成比率とアスペクト比が連続的に変化する、あるいは、ドリル軸方向へＸ_Ａｌ、Ｘ_Ｃｒが漸次変化することで、ブラスト後処理やマスキングによる、不連続的に処理がなされた従来技術よりもきわめて安定的な切削を実現し、長寿命化を実現するものである。一般的な製造方法によれば、Ａｌの含有比率ｘを変化させたとしても、粒状組織・柱状組織はＡｌの含有比率ｘにより被支配的に変化するものではないが、本製法によれば、基体回転機構およびＣｒ蒸発源、Ａｌ蒸発源を極めて特異な配置とし、特定の成膜速度分布および、成膜時の基体表面におけるＣｒイオンやＡｌイオンの特定の密度分布を実現することで、本発明の表面被覆ドリルを制御可能な状態で製造することが出来るものである。

本発明の表面被覆ドリルの硬質被覆層（粒径組成制御層）を蒸着形成するための圧力勾配型Ａｒプラズマガンを利用したイオンプレーティング装置の概略図を示す。本発明の表面被覆ドリルの硬質被覆層（粒径組成制御層）の断面模式図を示す。従来被覆ドリルを蒸着形成するためのアークイオンプレーティング装置の概略図を表す。

つぎに、本発明の表面被覆ドリルを実施例により具体的に説明する。

原料粉末として、平均粒径０．８μｍのＷＣ粉末、同２．３μｍのＣｒ_３Ｃ_２粉末、同１．５μｍのＶＣ粉末および同１．８μｍのＣｏ粉末を用意し、これら原料粉末をそれぞれ表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２４時間ボールミル混合し、減圧乾燥した後、１００ＭＰａの圧力で所定形状の各種の圧粉体にプレス成形し、これらの圧粉体を、６Ｐａの真空雰囲気中、７℃／分の昇温速度で１３７０〜１４７０℃の範囲内の所定の温度に昇温し、この温度に１時間保持後、炉冷の条件で焼結して、ドリル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、溝形成部の直径×長さが１０ｍｍ×８０ｍｍの寸法、並びにねじれ角３０度の２枚刃形状をもったＷＣ基超硬合金製のドリル基体Ｄ−１〜Ｄ−４をそれぞれ製造した。

ついで、これらのドリル基体Ｄ−１〜Ｄ−４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、図１の概略図に示される物理蒸着装置の１種である圧力勾配型Ａｒプラズマガンを利用したイオンプレーティング装置に装着し、
ドリル基体温度：４００〜４３０℃、
蒸発源１：金属Ｃｒ、
蒸発源１に対するプラズマガン放電電力：９〜１１ｋＷ、
蒸発源２：金属Ａｌ、
蒸発源２に対するプラズマガン放電電力：７〜８ｋＷ、
反応ガス流量：窒素（Ｎ_２）ガス８０〜１００ｓｃｃｍ、
放電ガス：アルゴン（Ａｒ）ガス３０〜３５ｓｃｃｍ、
ドリル基体に印加する直流バイアス電圧：−１５〜−１０Ｖ、
という表２に示される特定の条件下、ドリル基体の先端を回転中心に向けた方向で固定し、本発明被覆ドリル１〜１５については公転回転軸をハース積載面の法線から０度、本発明被覆ドリル１６〜３０については３５〜５５度傾けて回転させ、回転速度が、Ｃｒのハースに最も接近する位置で最大、Ａｌのハースに最も接近する位置で最小となる三角波形状の速度制御パターンとして反応性蒸着をして、表２に示される組成、および表４、５に示される目標層厚、平均アスペクト比を有する粒径組成制御層を形成した本発明表面被覆ドリル１〜３０をそれぞれ製造した。

また、比較の目的で、前記ドリル基体Ｄ−１〜Ｄ−４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、図３に示される、Ｃｒ−Ａｌ合金をターゲットとして取り付けたアークイオンプレーティング装置内にドリル基体を垂直方向に固定した状態で保持し自転させると同時に、該鉛直方向の軸を回転中心軸として公転させながら、
ドリル基体温度：４１０〜４２０℃、
ターゲット１：Ｃｒ−Ａｌ合金、
ターゲット１に対するアーク放電電流：８０〜１４０Ａ、
ターゲット２：Ｃｒ−Ａｌ合金、
ターゲット２に対するアーク放電電流：６０〜１２０Ａ、
反応ガス圧力：窒素（Ｎ_２）ガス６〜１０Ｐａ、
ドリル基体に印加する直流バイアス電圧：−２５〜−５Ｖ、
という条件のもと、従来被覆層を蒸着形成して、ドリル基体Ｄ−１〜Ｄ−４の表面に、表３に示される組成、および、表６に示される目標層厚、平均アスペクト比を有する従来層を形成した比較表面被覆ドリル１〜８をそれぞれ製造した。

つぎに、前記本発明表面被覆ドリル１〜３０および比較表面被覆ドリル１〜８について、
被削材−平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：８０ｍｍのＪＩＳ・ＳＣ５５（ＨＢ２６０）の板材、
切削速度：１３０ｍ／ｍｉｎ．、
送り：０．３０ｍｍ／ｒｅｖ．、
穴深さ：５０ｍｍ、
の条件での合金鋼の湿式高速深穴あけ切削加工試験（通常の、加工穴深さ５Ｄの切削速度および送りは、それぞれ、１１０ｍ／ｍｉｎ．および０．２０ｍｍ／ｒｅｖ．）、
を行い、先端切刃面の逃げ面摩耗幅が０．３ｍｍに至るまで、若しくは工具の欠損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４、５、６にそれぞれ示した。

この結果得られた本発明表面被覆ドリル１〜３０の硬質被覆層を構成する粒径組成制御層、さらに、比較表面被覆ドリル１〜８の硬質被覆層を構成する従来層の平均層厚を、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。

さらに、本発明表面被覆ドリル１〜３０、比較表面被覆ドリル１〜８を集束イオンビーム加工装置により、層厚方向に
高さ：層厚の２倍相当 × 幅：５μｍ × 厚さ：１００ｎｍ
の薄片に加工した後、透過型電子顕微鏡を用いて、観察加速電圧２００ｋＶの条件のもと、本発明表面被覆ドリル１〜３０の硬質被覆層を構成する粒径組成制御層、比較表面被覆ドリル１〜８の硬質被覆層を構成する従来層の粒径組織を観測したのち、薄片の幅方向における中心線とドリル基体の交差点から、ドリル基体に略垂直に皮膜の表面の方向へ向かって、１０ｎｍの間隔で組成を測定し、各点での組成が表２、３に示す目標組成範囲と実質的に同じ組成範囲を有していることを確認するとともに、さらに、Ａｌの含有比率ｘが０．１以上０．２以下となるＣｒ高含有領域の平均層厚Ｘ_Ｃｒおよび、Ｃｒ高含有領域に含まれる（Ｃｒ_１−ｘＡｌ_ｘ）Ｎの成分系からなる個々の結晶粒の長辺および短辺を測定し、平均アスペクト比Ａを算出し、同じく、Ａｌの含有比率ｘが０．３以上０．６以下となるＡｌ高含有領域の平均層厚Ｘ_Ａｌおよび、Ａｌ高含有領域に含まれる（Ｃｒ_１−ｘＡｌ_ｘ）Ｎの成分系からなる個々の結晶粒の長辺および短辺を測定し、平均アスペクト比Ｂを算出し、それぞれの結果を表４、５、６に示した。なお、ここで言う長辺とは結晶粒中の最大の長さを示す線分の長さを表し、短辺とは、長辺に垂直な線分のうち最大の長さもつ線分の長さを表し、アスペクト比とは前記長辺を前記短辺で除した値である。

表２、４、５に示される結果から、本発明表面被覆ドリルは、最表面に（Ｃｒ_１−ｘＡｌ_ｘ）Ｎの成分系からなる粒径組成制御層が形成されており、その平均層厚が０．３〜５μｍであり、ドリルのマージン部の粒径組成制御層の膜断面でのＡｌの含有比率ｘが、０．１〜０．６の範囲に存在し、ｘの値が０．２以下となる層状のＣｒ高含有領域とｘの値が０．３以上となる層状のＡｌ高含有領域が存在し、かつ、Ｃｒ高含有領域における結晶粒の平均アスペクト比Ａが、１〜５であり、かつ、Ａｌ高含有領域における結晶粒の平均アスペクト比Ｂが、１０〜７０であることにより、長期に亘りすぐれた潤滑特性と耐摩耗性を維持する表面被覆ドリルが得られることが明らかである。
また、Ｃｒ高含有領域の平均層厚Ｘ_Ｃｒが、３０〜２００ｎｍの範囲に存在し、かつ、Ａｌ高含有領域の平均層厚Ｘ_Ａｌが、３０〜２００ｎｍの範囲に存在し、かつ、ドリルマージン部におけるＸ_Ｃｒが、ドリル先端からドリル外径の５倍の距離までの領域にかけて漸次増加し、かつ、ドリルマージン部におけるＸ_Ａｌが、ドリル先端からドリル外径の５倍の距離までの領域にかけて漸次減少していることにより、さらに一層、長期に亘りすぐれた潤滑特性と耐摩耗性を維持する表面被覆ドリルが得られることが明らかである。
これに対して、表３、６に示される結果から、硬質被覆層のＣｒとＡｌそれぞれの高含有領域がない、あるいは、ＣｒとＡｌそれぞれの高含有領域の平均アスペクト比および平均層厚が所定の範囲内に制御されていない従来層を有する比較表面被覆ドリルにおいては、潤滑特性および耐摩耗性が十分でないために、チッピング、欠損、剥離の発生等により、比較的短時間で使用寿命に至ることが明らかである。

前述のように、本発明の表面被覆ドリルは、超硬合金焼結体あるいは高速度鋼からなるドリル基体の上に、直接または中間層を介し、最表面に粒径組成制御層として（Ｃｒ_１−ｘＡｌ_ｘ）Ｎの成分系からなる平均層厚０．３〜５．０μｍの硬質被覆層が存在し、ドリルのマージン部の粒径組成制御層の膜断面でのＡｌの含有比率ｘの値が、０．１以上０．６以下の範囲に存在し、ｘの値が０．２以下となる層状のＣｒ高含有領域と、ｘの値が０．３以上となる層状のＡｌ高含有領域が、粒径組成制御層の中に各々少なくとも一層以上含まれ、かつ、Ｃｒ高含有領域における結晶粒の平均アスペクト比Ａが１〜５であり、かつ、Ａｌ高含有領域における結晶粒の平均アスペクト比Ｂが１０〜７０であることにより、すぐれた潤滑特性を備えており、そして、このすぐれた潤滑特性は、湿式高速の深穴用ドリル加工条件においても、長期間に亘り高い耐摩耗性を維持するものである。

Claims

超硬合金焼結体あるいは高速度鋼からなるドリル基体の上に、直接または中間層を介し、最表面に粒径組成制御層として（Ｃｒ_１−ｘＡｌ_ｘ）Ｎの成分系からなる平均層厚０．３〜５．０μｍの硬質被覆層が存在する表面被覆ドリルにおいて、
（ａ）前記ドリルのマージン部の粒径組成制御層のＡｌの含有比率ｘの値が、
０．１以上０．６以下の範囲であり、ｘの値が０．２以下となる層状のＣｒ高含有領域と、ｘの値が０．３以上となる層状のＡｌ高含有領域が、前記粒径組成制御層の中に各々少なくとも一層以上含まれ、かつ、
（ｂ）前記Ｃｒ高含有領域における結晶粒の平均アスペクト比Ａが、１〜５であり、かつ、
（ｃ）前記Ａｌ高含有領域における結晶粒の平均アスペクト比Ｂが、１０〜７０であること特徴とする長期に亘り高い耐摩耗性を維持する表面被覆ドリル。
前記Ｃｒ高含有領域の平均層厚Ｘ_Ｃｒが、３０〜２００ｎｍの範囲に存在し、かつ、前記Ａｌ高含有領域の平均層厚Ｘ_Ａｌが、３０〜２００ｎｍの範囲に存在し、かつ、ドリルマージン部におけるＸ_Ｃｒが、ドリル先端からドリル外径の５倍の距離までの領域にかけて漸次増加し、かつ、ドリルマージン部におけるＸ_Ａｌが、ドリル先端からドリル外径の５倍の距離までの領域にかけて漸次減少することを特徴とする請求項１に記載の表面被覆ドリル。