JPH10330914A - 結晶配向性硬質膜を含む積層被膜部材 - Google Patents

結晶配向性硬質膜を含む積層被膜部材

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JPH10330914A
JPH10330914A JP15583597A JP15583597A JPH10330914A JP H10330914 A JPH10330914 A JP H10330914A JP 15583597 A JP15583597 A JP 15583597A JP 15583597 A JP15583597 A JP 15583597A JP H10330914 A JPH10330914 A JP H10330914A
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護 木幡
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】低温領域から高温領域に至るまでの広い領域に
おいて、高靭性、高硬度性、耐摩耗性、耐酸化性、耐熱
衝撃性、耐欠損性、耐溶着性のある硬質膜および耐剥離
性を有し、結晶配向性の異なる2層以上の硬質膜を積層
被覆。 【解決手段】第1被膜層と第2被膜層の両層はチタンと
アルミニウムとの窒化物、炭窒化物、窒酸化物、炭酸化
物、炭窒酸化物の中の1種の単層または2種以上の多層
からなり、該第1被膜層はX線回折により求めた結晶面
のピーク強度が(200)結晶面に最大高さを有し、該
第2被膜層はX線回折により求めた結晶面のピーク強度
が(111)結晶面に最大高さを有する、基材の上に、
結晶の配向性が異なる第1被膜層と第2被膜層とが積層
被覆されておる、結晶配向性硬質膜を含む積層被覆部
材。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、金属、合金または
セラミックス焼結体の基材上に(200)結晶面を成長
させたチタンとアルミニウムとの窒化物,炭窒化物,窒
酸化物,炭酸化物,炭窒酸化物でなる(Ti,Al)化
合物の硬質膜を1層以上と、(111)結晶面を成長さ
せたチタンとアルミニウムとの窒化物,炭窒化物,窒酸
化物,炭酸化物,炭窒酸化物でなる(Ti,Al)化合
物の硬質膜を1層以上とを積層被覆した結晶配向性硬質
膜を含む積層被覆部材に関し、具体的には、金属、合金
またはセラミックス焼結体の基材上に結晶構造の異なる
2種類の(Ti,Al)化合物の被膜を積層被覆し、さ
らなる耐剥離性,高硬度性,および高靭性を達成させ
て、例えば旋削工具,フライス工具,ドリル,エンドミ
ルに代表される切削用工具、スリッタ−などの切断刃,
裁断刃とダイス,パンチなどの型工具とノズルなどの耐
腐食耐摩耗部材に代表される耐摩耗用工具、トンネル掘
削用ビット,建築用工具に代表される土木建設用工具と
して最適な結晶配向性硬質膜を含む積層被覆部材に関す
る。
【0002】
【従来の技術】金属、合金およびセラミックスの基材上
に厚さが20μm以下のセラミックスの被膜を被覆し、
基材と被膜とのそれぞれの特性を有効に引き出して、長
寿命を達成しようとした被覆部材が多数提案されてい
る。この被覆部材における被膜方法は、大別すると化学
蒸着法(CVD法)と物理蒸着法(PVD法)がある。
これらのうち、特にPVD法により被覆された被膜は、
基材の強度を劣化させることなく耐摩耗性を高める利点
がある。そのために、一般に強度,耐欠損性を重要視す
るドリル、エンドミル、フライス用スロ−アウェイチッ
プに代表される被覆切削工具の被膜は、PVD法により
被覆されているのが現状である。
【0003】従来から耐摩耗性を向上させるために窒化
チタンに代表されるTi化合物の被膜を被覆することは
よく知られている。しかしながら、窒化チタンを代表と
する金属窒化物は高温で酸化されやすく、耐摩耗性が著
しく劣化するという問題がある。この窒化チタン被膜の
酸化の問題を改善しょうとして1980年代中頃から提
案されたものに、(Ti,Al)化合物の被膜に代表さ
れる被覆部材に関するものがあり、その代表的なものと
して特開昭62−56565号公報,特開平6−210
502号公報,特開平6−210511号公報および特
開平7−197235号公報がある。
【0004】一方、基材の表面に被覆する被膜を結晶配
向させて、被膜の付着性を高めることが提案されてお
り、その代表的なものとして特開昭56−156767
号公報,特開平2−159363号公報,特開平5−2
87322号公報,特開平5−287323号公報およ
び特開平5−295517号公報がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】(Ti,Al)化合物
の被膜に関する先行技術としての特開昭62−5656
5号公報,特開平6−210502号公報,特開平6−
210511号公報および特開平7−197235号公
報には、基材の表面に(Ti,Al)の炭化物,窒化物
および炭窒化物のうちの1種の単層または2種以上の複
層でなる硬質被膜層を形成した耐摩耗性に優れた表面被
覆硬質部材について開示されている。
【0006】これらの公報に開示の表面被覆硬質部材に
代表される従来の(Ti,Al)化合物の被膜は、開発
当初の通りにTi化合物の被膜に比べて耐酸化性および
耐摩耗性の向上した被膜ではあるが、(111)結晶面
が成長した(Ti,Al)化合物の被膜であって、被膜
と基材との密着性が劣ること、被膜自体の機械的性質が
劣化しやすいことから、工具、特に苛酷な条件で用いら
れる切削工具へ適用した場合に切削性能が低下するとい
う問題がある。つまり、同公報に記載の表面被覆硬質部
材は、被膜中にAlを含有させることにより、Ti化合
物の被膜に比較して被膜表面における化学的性質の向上
を達成した反面、基材と被膜との界面における結晶構造
的な配慮がされていないことから、被膜の耐剥離性およ
び強度が劣り、表面被覆硬質部材の破壊靭性値および耐
欠損性が低下すること、特に高速切削用工具として用い
ると、高温による被膜の酸化,急激な摩耗の進行,熱衝
撃性による劣化および被削材との溶着により短寿命にな
るという問題がある。
【0007】一方、結晶配向された被膜に関する先行技
術としての特開昭56−156767号公報,特開平2
−159363号公報,特開平5−287322号公
報,特開平5−287323号公報および特開平5−2
95517号公報には、窒化チタン,炭化チタン,炭窒
化チタンでなるTi化合物の被膜を結晶配向して基材の
表面に被覆した被覆硬質部材について開示されている。
【0008】これらの結晶配向に関する公報に開示され
ている被覆硬質部材は、被膜の結晶面を配向することに
より、被膜と基材との密着性が向上してはいるものの、
被膜中にAlが含有されていないTi化合物の被膜であ
ることから、特に高温における被膜自体の機械的性質が
低く、被膜の強度,硬度,耐摩耗性,耐熱性および耐酸
化性に未だ満足できないという問題がある。
【0009】本発明は、上述のような問題点を解決した
もので、具体的には、低温領域から高温領域に至るまで
の広い領域において、高靭性,高硬度性,耐摩耗性,耐
酸化性,耐熱衝撃性,耐欠損性,耐溶着性のある硬質膜
および耐剥離性を有し、結晶配向性の異なる2層以上の
硬質膜を積層被覆することにより、さらに長寿命化を達
成させた結晶配向性硬質膜を含む積層被覆部材の提供を
目的とするものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、超硬合金
の基材上に(Ti,Al)化合物の被膜を被覆した被覆
部材が、低温領域で使用すると割合に優れた効果を発揮
するのに対し、高温領域で使用するとその効果が低減さ
れるという問題を検討していたところ、基材上に被覆さ
れる従来の(Ti,Al)化合物の被膜は(111)結
晶面を成長させた被膜であること、この(111)結晶
面を成長させた(Ti,Al)化合物の単一層の被膜に
対比し、詳細な理由は明確ではないが、(200)結晶
面を成長させた(Ti,Al)化合物の被膜と、(11
1)結晶面を成長させた(Ti,Al)化合物の被膜と
を積層すると高硬度の傾向となること、そしてX線回折
により求めた結晶面のピーク強度が(200)結晶面に
最大高さを有する少なくとも1層の被膜と、X線回折に
より求めた結晶面のピーク強度が(111)結晶面に最
大高さを有する少なくとも1層の被膜とを含む積層被膜
にすると、耐剥離性,耐酸化性,耐熱衝撃性にすぐれる
こと、また低温から高温の領域に至るまで耐摩耗性の低
減が生じないこと、これらが複合されて長寿命になると
いう知見を得て、本発明を完成するに至ったものであ
る。
【0011】本発明の積層被覆部材は、基材の上に、結
晶の配向性が異なる第1被膜層と第2被膜層とが積層被
覆されており、該第1被膜層と該第2被膜層の両層はチ
タンとアルミニウムとの窒化物,炭窒化物,窒酸化物,
炭酸化物,炭窒酸化物の中の1種の単層または2種以上
の多層からなり、該第1被膜層はX線回折により求めた
結晶面のピーク強度が(200)結晶面に最大高さを有
し、該第2被膜層はX線回折により求めた結晶面のピー
ク強度が(111)結晶面に最大高さを有することを特
徴とするものである。
【0012】
【発明の実施の態様】本発明の積層被覆部材における基
材は、材質的には、特に制限されることがなく、被膜層
を形成するときに加熱する温度に耐えることができる材
質、例えば金属部材,焼結合金またはセラミックス焼結
体ならば問題がなく、具体的には、例えばステンレス
鋼,耐熱合金,高速度鋼,ダイス鋼,Ti合金,Al合
金に代表される金属部材、超硬合金,サ−メット,粉末
ハイスに代表される焼結合金、Al23系焼結体,Si
34系焼結体,サイアロン系焼結体,ZrO2系焼結体
に代表されるセラミックス焼結体を挙げることができ
る。これらのうち、切削用工具または耐摩耗用工具とし
て用いるときには、超硬合金,窒素含有TiC系サ−メ
ットもしくはセラミックス焼結体の基材が好ましい。
【0013】この基材上に被覆される第1被膜層および
第2被膜層の組成成分は、具体的には、例えば(Ti,
Al)N、(Ti,Al)CN、(Ti,Al)NO、
(Ti,Al)CO、(Ti,Al)CNOを挙げるこ
とができる。この第1被膜層および第2被膜層は、それ
ぞれが結晶構造の異なる少なくとも1層からなり、第1
被膜層および第2被膜層の中に含有する金属元素である
Ti元素対Al元素の原子比率が48〜75:52〜2
5にあると、高硬度になること、耐剥離性,耐酸化性,
耐熱衝撃性にすぐれること、長寿命になることから好ま
しいことである。この第1被膜層および第2被膜層は、
化学量論組成または非化学量論組成からなる場合でもよ
い。
【0014】この第1被膜層および第2被膜層のうち、
第1被膜層は、第1被膜層の表面からX線回折した場合
に、(200)結晶面が最大の強度ピークとなる(20
0)面に結晶配向された被膜である。別の表現をする
と、この第1被膜層は、X線回折における(200)結
晶面と(111)結晶面によるそれぞれの強度ピークの
高さをh(200),h(111)としたときに、h
(200)>h(111)の関係にあればよく、後述す
る効果を高めるために、(111)結晶面に対する(2
00)結晶面の強度比が2〜100の関係にあることが
好ましいことである。すなわち、第1被膜層の表面から
X線回折した場合における(200)結晶面と(11
1)結晶面により求めた、それぞれの強度ピークの高さ
がh(200)/h(111)=2〜100の関係にあ
ることが好ましいことである。
【0015】また、第2被膜層は、第2被膜層の表面か
らX線回折した場合に、(111)結晶面が最大の強度
ピークとなる(111)面に結晶配向された被膜であ
る。別の表現をすると、この第2被膜層は、X線回折に
おける(111)結晶面と(200)結晶面によるそれ
ぞれの強度ピークの高さをh(111),h(200)
としたときに、h(111)>h(200)の関係にあ
ればよく、後述する効果を高めるために、(200)結
晶面に対する(111)結晶面の強度比が1.5以上の
関係にあることが好ましいことである。すなわち、第2
被膜層の表面からX線回折した場合における(111)
結晶面と(200)結晶面により求めた、それぞれの強
度ピークの高さがh(111)/h(200)≧1.5
の関係にあることが好ましいことである。
【0016】これらの第1被膜層と第2被膜層との合計
した結晶配向した硬質膜は、用途または形状により被膜
厚さを選定する必要があり、工具としての用途では、1
0μm以下でなる膜厚さであることが好ましく、第1被
膜層の層厚さが第2被膜層の層厚さよりも厚く被覆され
ていることが好ましいことである。また、両被膜層のう
ち、第2被膜層厚さが0.01〜2.0μmであること
が好ましいことである。特に過酷な用途であるドリル,
エンドミル,リーマに代表される回転切削工具の場合に
は、結晶配向した硬質膜の膜厚さが0.6〜5μmであ
ることが好ましいことである。
【0017】この第1被膜層と第2被膜層との位置関係
は、基材側に第1被膜層、第1被膜層に隣接して第2被
膜層が積層された第1の層構成、基材側に第2被膜層、
第2被膜層に隣接して第1被膜層が積層された第2の層
構成、第1被膜層が第2被膜層によりサンドイッチ状に
挟持された第3の層構成、第2被膜層が第1被膜層によ
りサンドイッチ状に挟持された第4の層構成、または、
これらの第1〜第4の層構成における第1被膜層と第2
被膜層の他に別の被膜層が積層された第5の層構成を代
表例として挙げることができる。これらのうち、第1の
層構成および第4の層構成でなる場合には、被膜表面か
らの硬さが高く、耐摩耗性にすぐれており、長寿命とな
ることから好ましいことである。
【0018】これらの被膜層の位置関係における第5の
層構成について、さらに詳細に説明すると、第1被膜層
および第2被膜層は、熱膨張係数に代表される問題から
基材の材質によっては密着性に対する効果がほとんどな
くなる場合がある。この場合には、基材と第1被膜層ま
たは第2被膜層との間に下地層を介在させることも好ま
しいことである。また、第1被膜層と第2被膜層との界
面における結晶学的ミスフィトエネルギーを最小とする
等のために、この両層間に中間層を介在させることも好
ましいことである。さらに、基材から最も離れた第1被
膜層または第2被膜層の表面に最上層を形成することも
好ましいことである。
【0019】この第5の層構成における下地層は、基材
との親和性の高い物質、具体的には、例えばTi,Ti
Al,Ti3Al,TiAl3,W,に代表される金属ま
たは合金,WC,Mo2C,Cr2N,TaN,VB2
NbB2,TaB2,W25,MoB2,CrB2,Ti
C,ZrC,HfC,TaC,NbC,VC,WC,M
2C,Cr32,TiN,ZrN,HfN,TaN,
CrN,Ti(CN),(Ti,W)C,(Ti,T
a)C,(Ti,Ta)CN,(Ti,Ta)Nの中の
1種の単層または2種以上の多層でなる場合を挙げるこ
とができる。これらのうち、下地層は、Tiを含有した
化合物が好ましいことである。この下地層の膜厚さは、
下地層の表面に被覆される第1被膜層または第2被膜層
が密着性を高めることができる膜厚さであればよく、具
体的には、例えば0.01〜2μm厚さ、特に0.1〜
1μm厚さでなることが好ましい。
【0020】また、中間層は、具体的には、例えばTi
C,ZrC,HfC,TaC,NbC,VC,WC,M
2C,Cr32,TiN,ZrN,HfN,TaN,
CrN,Ti(CN),(Ti,W)C,(Ti,T
a)C,(Ti,Ta)CN,(Ti,Ta)Nの中の
1種の単層または2種以上の多層でなる場合を挙げるこ
とができる。これらのうち、中間層は、Tiを含有した
化合物とし、かつ結晶面を配向させることが好ましいこ
とである。この中間層の膜厚さは、中間層の表面に被覆
される第1被膜層または第2被膜層の結晶学的ミスフィ
トエネルギーを最小とし、かつ密着性を高めることがで
きる膜厚さであればよく、具体的には、例えば0.01
〜5μm厚さ、特に0.1〜2μm厚さでなることが好
ましい。
【0021】さらに、最上層は、より耐熱性,耐酸化性
を高める目的、表面の着色,使用前後の判別等のために
形成し、具体的には、例えばAl23,(Al,Si)
ON,(Ti,Al,Si)N,(Ti,Al,Si)
ON,TiC,ZrC,HfC,TaC,NbC,V
C,WC,Mo2C,Cr32,TiN,ZrN,Hf
N,TaN,CrN,Ti(CN),(Ti,W)C,
(Ti,Ta)C,(Ti,Ta)CN,(Ti,T
a)Nの中の1種の単層または2種以上の多層でなる場
合を挙げることができる。この最上層の膜厚さは、目的
により異なるが、具体的には、例えば0.1〜5μm厚
さでなることが好ましい。
【0022】本発明の積層被覆部材を作製する場合に、
まず基材は、従来から市販されているステンレス鋼,耐
熱合金,高速度鋼,ダイス鋼,Ti合金,Al合金に代
表される金属部材、超硬合金,サ−メット,粉末ハイス
の焼結合金、Al2O3系焼結体,Si3N4系焼結
体,サイアロン系焼結体,ZrO2系焼結体のセラミッ
クス焼結体を基材とし、好ましくはJIS規格B405
3の超硬合金の使用選択基準の中で分類されているP2
0〜P40,M20〜40およびK10〜K20相当の
超硬合金材質、特に好ましくはP30,M20,M3
0,K10相当の超硬合金材質でなる基材を用いればよ
い。この基材の表面を、必要に応じて研磨し、超音波,
有機溶剤などによる洗浄処理を行った後、従来から行わ
れている物理蒸着法(PVD法),化学蒸着法(CVD
法)またはプラズマCVD法により基材上に被膜を被覆
して作製することができる。
【0023】基材上に被膜を被覆する場合は、必要に応
じて被覆する下地層,中間層または最上層を含めて、そ
れぞれの膜質に応じてPVD法,CVD法,またはプラ
ズマCVD法を使い分けることもできる。これらのう
ち、製造工程上から全ての被膜を、イオンプレ−ティン
グ法またはスパッタリング法に代表されるPVD法で行
うことが好ましく、この中でもイオンプレ−ティング
法、特にア−クイオンプレ−ティング法で被覆処理する
ことが好ましい。
【0024】本発明の積層被覆部材における第1被膜層
および第2被膜層のうち、特に第1被膜層をイオンプレ
−ティング法で作製する場合について、さらに詳述する
と、蒸発源としては金属チタン、金属アルミニウムの2
種類を独立して用いてもよく、Ti−Al合金,TiA
l金属間化合物を使用してもよい。金属のイオン化の方
法もア−ク放電の他、グロ−放電または高周波加熱など
のいずれでもよい。イオンプレ−ティング法で使用する
ガスは、窒化物を生成するためのガス、すなわち窒素ガ
スの他、窒素を含んだアンモニアなどの窒素源ガスを用
いてもよい。この反応ガスを炉内に導入し、蒸発源とし
ての金属,合金,金属間化合物をイオン化し、基材に負
のバイアスを印加すると膜の結晶配向が容易となること
から好ましい。特に、(200)結晶面の含有率を高め
て結晶配向した(Ti,Al)化合物の被膜を形成する
ためには、被膜形成前の基材表面を洗浄するためのボン
バード条件と被膜形成時における窒素ガスおよび/また
は窒素源ガスの分圧,基材へのバイアス電圧の調整が重
要である。
【0025】
【作用】本発明の積層被覆部材は、第1被膜層である
(200)結晶面に配向された(Ti,Al)化合物の
被膜が被膜硬さを高め、第1被膜層と第2被膜層との積
層が膜全体の破壊靭性値および耐摩耗性を向上させる作
用をし、かつ基材と被膜との界面近傍に残留する応力を
緩和する作用をし、特に超硬合金でなる基材の場合に
は、被膜中への残留圧縮応力を高めて、基材との密着性
を顕著に高める作用をしているものである。
【0026】
【実施試験1】市販されている形状SNGA12040
8の超硬合金(JIS規格B4053のK10相当材
質)を基材とし、この基材表面を有機溶剤で洗浄した
後、アーク放電プラズマPVD装置のチャンバー内に設
置し、(逃げ面とすくい面へ同時に被覆できる治具を用
いて設置)、チャンバー内の初期条件を、温度:600
℃,圧力:1×10-4Torrの真空とし、60分間保
持した。次いで、圧力:1×10-3Torrの真空と
し,アーク電流:70A,基材バイアス:−600Vと
し、10分間保持によりボンバード処理を施した。その
後の成膜条件は、TiAl金属間化合物含有のTi−A
l蒸発源を用いて、圧力:20×10-3Torr,アー
ク電流:100A,その他の基材バイアス,窒素流量,
保持時間を表1に示した(A)条件により被覆処理し、
基材表面に順次第1被膜層,第2被膜層,第1被膜層か
らなる3層積層の本発明品1を作製した。同様に(B)
条件により被覆処理し、基材表面に順次第1被膜層,第
2被膜層,第1被膜層からなる3層積層の本発明品2を
作製した。このうち、(A)条件の基材バイアス電圧
は、段階的に変化、具体的には、例えば−40Vから一
起に−100Vに変化させる方法により行い、(B)条
件の基材バイアス電圧は、徐々に連続的に変化、具体的
には、例えば−40Vから連続的に−100Vとする方
法により行った。
【0027】比較として、ボンバード処理条件における
圧力:1×10-5Torrの真空,基材バイアス:−8
00V,保持時間:4分間、成膜条件を表1の(C)条
件とした以外は、上述の本発明品1,2と同様に被覆処
理をして、基材表面に第2被膜層を被覆し、比較品1を
得た。
【0028】こうして得た本発明品1,2と比較品1の
被膜を、X線回折して、被膜の組成と結晶面の強度比を
調査し、被膜が全て(Ti,Al)Nの組成からなって
いること、本発明品1,2の第1被膜層の結晶面強度比
(200)/(111)がそれぞれ4.1(本発明品
1),5.7(本発明品2)であることおよび比較品1
の第2被膜層の結晶面強度比(111)/(200)が
2.5〜6.7内にあることを確認した。また、X線回
折装置およびグロー放電発光分析装置を用いて、本発明
品1,2および比較品1の被膜中に存在するTi元素と
Al元素の原子比率を求めた結果、本発明品1がTi:
Al=56:44,本発明品2がTi:Al=55:4
5,比較品がTi:Al=60:40からなることを確
認した。
【0029】次いで、走査型電子顕微鏡,ビッカース硬
度測定機,引っ掻き摩耗試験機に相当する被膜剥離試験
機を用いて、本発明品1,2および比較品1の被膜厚
さ,被膜硬さの測定、ならびに被膜の耐剥離性として、
被膜が剥離されるまでの臨界剥離荷重を求めるスクラッ
チ強度を測定し、被膜厚さ,被膜硬さ,被膜のスクラッ
チ強度について、それぞれの平均値を表2に示した。
【0030】次に、本発明品1,2および比較品1を用
いて被削材:S48C(HB205〜223)、切削速
度150m/min、送り:0.3mm/rev、切込
み:1.5mm、チップ形状:SNGA120408,
乾式切削試験による切削条件により旋削試験を行い、被
膜の剥離,チッピングまたは平均逃げ面摩耗幅が0.1
mmに達したときを寿命とし、寿命までの切削時間を求
めて表2に併記した。
【0031】
【表1】
【0032】
【表2】
【0033】
【実施試験2】実施試験1の本発明品1,2の条件のう
ち、成膜条件として、表3,表4および表5の成膜条件
により順次、基材表面に被膜を被覆し、第1被膜層(第
1層目),第2被膜層(第2層目)および第1被膜層
(第3層目)からなる3層を被覆した以外は、ほぼ本発
明品1,2と同様に処理し、本発明品3〜18を得た。
また、成膜条件として、表3,表4および表5の成膜条
件のうち、表4の成膜条件のみ行って、基材表面に第2
被膜層のみ被覆して比較品2および3を得た。
【0034】実施試験1と同様に、X線回折装置および
グロー放電発光分析装置を用いて、これらの本発明品3
〜18および比較品2,3の被膜の組成と結晶面の強度
比を調査し、被膜が全て(Ti,Al)Nの組成からな
っていること、第1被膜層が(200)結晶面に最大の
X線ピーク強度でなる被膜であること、第2被膜層が
(111)結晶面に最大のX線ピーク強度でなる被膜で
あることを確認した。また、本発明品3〜18および比
較品2,3の被膜中に存在するTi元素とAl元素の原
子比率を求めた結果、ほぼTi:Al=60〜62:4
0〜38の範囲からなる(Ti,Al)Nの被膜である
ことを確認した。次いで、実施試験1と同様にして、こ
れらの本発明品3〜18および比較品2,3の被膜厚
さ,被膜硬度,被膜のスクラッチ強度および寿命までの
切削時間を求めて、それぞれの平均値を表6に示した。
【0035】
【表3】
【0036】
【表4】
【0037】
【表5】
【0038】
【表6】
【0039】
【実施試験3】第2被膜層の成膜時に窒素ガスを導入し
たところを、アンモニアガスとメタンガスとの混合ガス
を使用した以外は、実施試験1の本発明品1の条件とほ
ぼ同様にして、本発明品19を得た。また、第2被膜層
の成膜時に窒素ガスを導入したところを、アンモニアガ
スと一酸化炭素との混合ガスを使用した以外は、実施試
験1の本発明品1の条件とほぼ同様にして、本発明品2
0を得た。さらに、第2被膜層の成膜時に窒素ガスを導
入したところを、アンモニアガスとメタンガスと一酸化
炭素との混合ガスを使用した以外は、実施試験1の本発
明品1の条件とほぼ同様にして、本発明品21を得た。
【0040】こうして得た本発明品19〜21の被膜
を、実施試験1と同様にして調べたところ、本発明品1
9の被膜は、第1被膜層が(Ti,Al)Nの組成、第
2被膜層が(Ti,Al)NCの組成であること、本発
明品20の被膜は、第1被膜層が(Ti,Al)Nの組
成、第2被膜層が(Ti,Al)NOの組成であるこ
と、本発明品34の被膜は、第1被膜層が(Ti,A
l)Nの組成、第2被膜層が(Ti,Al)NCOの組
成であることを確認した。この本発明品19〜21につ
いて、実施試験1と同様に被膜のスクラッチ強度および
寿命までの切削時間をそれぞれ調べた結果、ほぼ本発明
品1と同様の傾向を示した。
【0041】
【実施試験4】成膜時の基材バイアス電圧,そのバイア
ス電圧における保持時間および窒素流量を表7の(D)
条件とした以外は、実施試験1の本発明品1と同様の条
件として本発明品22を得た。また、同じく表7の
(E)条件とした以外は、実施試験1の本発明品1と同
様の条件として本発明品23を得た。
【0042】実施試験1の本発明品1と同様にして、本
発明品22および23の被膜層の構成を調べたところ、
本発明品22は、基材表面に第1被膜層,第2被膜層が
順次被覆されており、本発明品23は、基材表面に第2
被覆層,第1被覆層が順次被覆された構成であった。こ
れらの被膜厚さをすくい面と逃げ面に分けて調べて、そ
れぞれの平均被膜層厚さを表8に示した。
【0043】次に、実施試験1の本発明品1と同様にし
て、本発明品22および23の被膜の硬さ,スクラッチ
強度,結晶配向性およびTi元素とAl元素の比率を求
めた結果、本発明品22は、硬さ(HV):2950,
スクラッチ強度(N):80,Ti/Al(at%):
56/44,第1被膜層の結晶(200)/(11
1):4.1,第2被膜層の結晶(111)/(20
0):1.8であり、本発明品23は、硬さ(HV):
2970,スクラッチ強度(N):80,Ti/Al
(at%):55/45,第1被膜層の結晶(200)
/(111):5.7,第2被膜層の結晶(111)/
(200):2.0であった。
【0044】
【表7】
【0045】
【表8】
【0046】
【発明の効果】本発明の積層被覆部材は、従来の(11
1)結晶面に配向した(Ti,Al)Nの被膜を被覆し
た比較品に対比して、被膜の耐剥離性が優れており、か
つ被膜自体が高硬度,高靭性,耐摩耗性,耐酸化性,耐
熱衝撃性,耐欠損性,耐溶着性を有していることから、
この分野での中速切削領域から高速切削領域に相当する
領域において、長寿命になるという効果がある。したが
って、本発明の積層被覆部材は、従来の被覆部材の領域
である低速切削領域から高速切削領域に至るまで広い領
域で長寿命を達成できるという優れた効果があること、
従来の比較品に対比して、特にフライス用切削工具,エ
ンドミルおよびドリルとしての回転切削工具として長寿
命が期待されること、また高靭性および高硬度な積層被
膜を被覆した被覆部材であることから、軽切削領域から
重切削領域においても優れた効果を発揮できるものであ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI // B23B 27/14 B23B 27/14 A

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基材の上に、結晶の配向性が異なる第1
    被膜層と第2被膜層とを積層被覆されており、該第1被
    膜層と該第2被膜層の両層はチタンとアルミニウムとの
    窒化物,炭窒化物,窒酸化物,炭酸化物,炭窒酸化物の
    中の1種の単層または2種以上の多層からなり、該第1
    被膜層はX線回折により求めた結晶面のピーク強度が
    (200)結晶面に最大高さを有し、該第2被膜層はX
    線回折により求めた結晶面のピーク強度が(111)結
    晶面に最大高さを有することを特徴とする結晶配向性硬
    質膜を含む積層被覆部材。
  2. 【請求項2】 上記基材は、超硬合金またはサーメット
    の焼結合金からなることを特徴とする請求項1記載の結
    晶配向性硬質膜を含む積層被覆部材。
  3. 【請求項3】 上記第1被膜層は、X線回折により求め
    た(111)結晶面に対する(200)結晶面の強度比
    が2〜100であることを特徴とする請求項1または2
    記載の結晶配向性硬質膜を含む積層被覆部材。
  4. 【請求項4】 上記第1被膜層は、該第1被膜層中に含
    有する金属元素であるTi元素対Al元素の原子比率
    が、48〜75:52〜25であることを特徴とする請
    求項1,2または3記載の結晶配向性硬質膜を含む積層
    被覆部材。
  5. 【請求項5】 上記第2被膜層は、X線回折により求め
    た(200)結晶面に対する(111)結晶面の強度比
    が1.5以上であることを特徴とする請求項1,2,3
    または4記載の結晶配向性硬質膜を含む積層被覆部材。
  6. 【請求項6】 上記第2被膜層は、膜厚さが0.01μ
    m〜2.0μmであることを特徴とする請求項1,2,
    3,4または5記載の結晶配向性硬質膜を含む積層被覆
    部材。
  7. 【請求項7】 上記第2被膜層は、該第2被膜層中に含
    有する金属元素であるTi元素対Al元素の原子比率
    が、48〜75:52〜25であることを特徴とする請
    求項1,2,3,4,5または6記載の結晶配向性硬質
    膜を含む積層被覆部材。
  8. 【請求項8】 上記第1被膜層と上記第2被膜層の合計
    層厚さは、0.6μm〜5μmであって、かつ該第1被
    膜層の層厚さが該第2被膜層の層厚さよりも厚いことを
    特徴とする請求項1,2,3,4,5,6または7記載
    の結晶配向性硬質膜を含む積層被覆部材。
  9. 【請求項9】 上記第1被膜層と上記第2被膜層とが隣
    接した2層以上に積層されていることを特徴とする請求
    項1,2,3,4,5,6,7または8記載の結晶配向
    性硬質膜を含む積層被覆部材。
  10. 【請求項10】 上記第1被膜層は、上記基材側に被覆
    されており、上記第2被膜層は、該第1被膜層に隣接し
    て被覆されていることを特徴とする請求項1,2,3,
    4,5,6,7,8または9記載の結晶配向性硬質膜を
    含む積層被覆部材。
  11. 【請求項11】 上記第2被膜層は、上記第1被膜層に
    よりサンドイッチ状に挟持された状態に被覆されている
    ことを特徴とする請求項1,2,3,4,5,6,7,
    8,9または10記載の結晶配向性硬質膜を含む積層被
    覆部材。
  12. 【請求項12】 上記積層被覆部材は、回転切削工具と
    して用いられることを特徴とする請求項1,2,3,
    4,5,6,7,8,9,10または11記載の結晶配
    向性硬質膜を含む積層被覆部材。
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