WO2012144574A1 - 被覆切削工具 - Google Patents

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雄亮 平野
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    • Y10T428/24942—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.] including components having same physical characteristic in differing degree
    • Y10T428/2495—Thickness [relative or absolute]
    • Y10T428/24967—Absolute thicknesses specified
    • Y10T428/24975—No layer or component greater than 5 mils thick

Definitions

  • the present invention relates to a coated cutting tool which has excellent chipping resistance and wear resistance, and has excellent wear resistance even when used for milling and interrupted cutting as well as continuous cutting of, for example, steel and cast iron. .
  • the conventional technology of coated cutting tools is composed of two or more alternating layers of titanium nitride and titanium carbonitride layers with an average layer thickness of 3 to 10 ⁇ m and a granular crystal structure on the surface of a tungsten carbide base cemented carbide substrate. And a surface-coated tungsten carbide based cemented carbide cutting tool in which at least one of the titanium carbonitride layers has a vertically elongated crystal structure (see, for example, Patent Document 1).
  • the tool edge position was frequently corrected in order to correct deviations in the machining dimensions of the work material.
  • the correction of the tool edge position lowers the machining efficiency, there has been a demand for a cutting tool that is less likely to cause the tool edge position to be retracted than before.
  • an object of the present invention is to provide a coated cutting tool having excellent wear resistance and chipping resistance, in which the tool tip position is not easily retracted due to wear or chipping.
  • the present inventor conducted research and development to reduce the wear of the coated cutting tool and the retraction of the tool edge position due to chipping.
  • TiN having an average film thickness of 10 to 300 nm was formed on the surface of the cemented carbide substrate by chemical vapor deposition.
  • the tool edge position is prevented from retreating due to wear or chipping, thereby suppressing changes in the machining dimensions of the work material. Therefore, the number of times of correcting the tool edge position, which has been performed in order to suppress the change in the machining dimension, is reduced.
  • the gist of the present invention is as follows. (1) A coated cutting tool comprising a cemented carbide substrate and a coating formed on the surface of the substrate by chemical vapor deposition, wherein the coating has an average film thickness of 3 to 20 ⁇ m, A lower film having an average film thickness of 2 to 15 ⁇ m formed on the surface of the base material, and an upper film having an average film thickness of 1 to 10 ⁇ m formed on the surface of the lower film opposite to the surface in contact with the base material The lower film has an alternately laminated film in which TiN films having an average film thickness of 10 to 300 nm and TiCN films having an average film thickness of 0.1 to 0.5 ⁇ m are alternately laminated. Coated cutting tool having an aluminum oxide film.
  • At least the upper film is selected from the group consisting of Ti carbide, Ti carbonate, Ti carbonitride oxide, carbonate containing Ti and Al, and carbonitride oxide containing Ti and Al.
  • the coated cutting tool according to (1) comprising an intermediate film made of one type of metal compound, and the intermediate film is in contact with the lower film.
  • the coated cutting tool of the present invention exhibits excellent wear resistance and chipping resistance.
  • the coated cutting tool of the present invention is used, in the cutting apparatus to which the tool is attached, the tool edge position is prevented from retreating due to wear or chipping, and the machining dimension of the work material is unlikely to change. This leads to an improvement in the productivity of various processed products.
  • the coated cutting tool of the present invention includes a cemented carbide substrate and a coating formed on the surface of the cemented carbide substrate by chemical vapor deposition.
  • the cemented carbide substrate is, for example, selected from the group consisting of WC and carbides, nitrides, carbonitrides, and mutual solid solutions of Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, or W. It is a cemented carbide obtained by sintering a mixed powder of at least one kind of hard phase forming powder and Co binder phase forming powder.
  • the cemented carbide thus obtained includes a WC hard phase and a Co-based binder phase, or a WC hard phase and Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo or It is comprised by the hard phase which consists of at least 1 sort (s) chosen from the group which consists of the carbide
  • a hard phase ( ⁇ phase) consisting of at least one selected from the group consisting of mutual solid solutions and a binder phase containing Co as a main component
  • a hard phase of WC and Co When a ⁇ -free layer composed of a binder phase containing as a main component is formed, the coated cutting tool of the present invention exhibits excellent toughness and is excellent over a long period of use without occurrence of uneven wear, fracture, etc. Demonstrate wear resistance.
  • the average thickness of the de- ⁇ layer is preferably 1 to 30 ⁇ m, and among them, the average thickness of the de- ⁇ layer is more preferably 5 to 25 ⁇ m from the viewpoint of improving the fracture resistance.
  • the thickness of the cemented carbide substrate described above is not particularly limited, but is usually 1 to 120 mm.
  • the coating film constituting the coated cutting tool of the present invention is formed by chemical vapor deposition.
  • the adhesion strength between the substrate and the coating can be increased. This is presumably because the temperature of the chemical vapor deposition method is high and diffusion of the cemented carbide base material component occurs at the interface between the base material and the coating. Therefore, when the coating film is formed by the chemical vapor deposition method, a coated cutting tool having excellent peeling resistance and chipping resistance can be obtained as compared with the case of forming by the physical vapor deposition method.
  • the average film thickness of the coating film constituting the coated cutting tool of the present invention is less than 3 ⁇ m, the wear resistance of the coated cutting tool is lowered, whereas when it exceeds 20 ⁇ m, the cutting edge is likely to be chipped. Therefore, in the present invention, the average film thickness is 3 to 20 ⁇ m.
  • the average film thickness is obtained as an average value obtained by measuring the thickness at any five locations from the cross section of the film using a transmission electron microscope. The same applies hereinafter.
  • the average film thickness of the coating is preferably 3.5 to 18 ⁇ m.
  • the coating is composed of a lower film and an upper film, and the lower film is formed on the surface of the cemented carbide substrate by chemical vapor deposition.
  • the average film thickness of the lower film is set to 2 to 15 ⁇ m.
  • the average film thickness of the lower film is preferably 2 to 13 ⁇ m.
  • Such a lower film has an alternately laminated film in which TiN films having an average film thickness of 10 to 300 nm and TiCN films having an average film thickness of 0.1 to 0.5 ⁇ m are alternately laminated. Since the TiN film is excellent in toughness and the TiCN film is excellent in wear resistance, both the toughness and wear resistance of the coated cutting tool of the present invention can be improved by using these alternate laminated films.
  • the average film thickness of the alternately laminated TiN film is set to 10 to 300 nm. From the viewpoint of wear resistance of the coated cutting tool, the average thickness of the TiN film is preferably 10 to 250 nm.
  • the average film thickness of the TiCN film in the alternate laminated film is set to 0.1 to 0.5 ⁇ m.
  • the average film thickness of the TiCN film is preferably 0.15 to 0.4 ⁇ m.
  • the average film thickness of the entire alternating laminated film formed by alternately laminating the TiN film and the TiCN film described above is less than 2 ⁇ m, the wear resistance of the coated cutting tool of the present invention is lowered, while the average film thickness is 15 ⁇ m. If it exceeds 1, chipping starting from peeling of the film tends to occur. For this reason, the average film thickness of the entire alternate laminated film is preferably 2 to 15 ⁇ m.
  • the number of TiN films and TiCN films in the alternately laminated film is usually 4 to 120 layers, preferably 10 to 100 layers, from the viewpoint of wear resistance of the coated cutting tool of the present invention.
  • the number of stacked layers indicates how many layers are present when the TiN film is counted as one layer and the TiCN film is counted as one layer.
  • either the TiN film or the TiCN film may be in contact with the base material.
  • the TiN film is preferably in contact with the substrate.
  • an upper film is formed on the lower film.
  • either the TiN film or the TiCN film may be in contact with the upper film. From the viewpoint of adhesion, it is preferable that the TiCN film is in contact with the upper film.
  • the hardness of the alternating laminated film exceeds 40 GPa, the toughness of the alternating laminated film is lowered, and there is a tendency that chipping starting from the peeling of the alternating laminated film tends to occur.
  • the hardness of the alternately laminated film is low and less than 28 GPa, the wear resistance of the coated cutting tool of the present invention tends to be lowered. Therefore, the hardness of the alternately laminated film is preferably 28 GPa to 40 GPa.
  • the hardness of the alternating laminated film can be adjusted by the average film thickness of the TiN film and the TiCN film of the alternating laminated film. Specifically, the hardness of the alternately laminated film can be increased by reducing the average film thickness of each of the TiN film and the TiCN film. Note that the hardness of the alternating laminated film is such that the surface of the alternating laminated film obtained by removing the film (upper film etc.) coated on the surface side of the alternating laminated film by polishing in the coated cutting tool according to the present invention It can be measured by applying an indenter.
  • the thermal expansion coefficient of the alternating laminated film is larger than the thermal expansion coefficient of the cemented carbide base material, tensile residual stress is generated in the alternating laminated film when the coated cutting tool of the present invention is manufactured. Furthermore, since TiN and TiCN have different thermal expansion coefficients, the tensile residual stress of the TiN film and the tensile residual stress of the TiCN film are different.
  • the tensile residual stress of the TiCN film of the alternately laminated film of the present invention is preferably 400 MPa or less.
  • the tensile residual stress of the TiCN film is usually 100 MPa to 600 MPa.
  • the tensile residual stress of the TiCN film of the alternately laminated film can be measured by a conventionally known sin 2 ⁇ method of X-ray diffraction measurement. Further, the Young's modulus of the TiCN film necessary for calculating the tensile residual stress by the sin 2 ⁇ method is measured with a dynamic hardness meter or the like. The PoCN ratio of the TiCN film is 0.2. Note that a TiCN film not included in the alternating laminated film is formed on the side closer to the surface opposite to the base material in the coated cutting tool of the present invention than the alternating laminated film, and the TiCN film in the alternating laminated film is pulled. If the residual stress cannot be measured, the TiCN film not included in the alternate laminated film may be removed by polishing or the like.
  • an TiN film having an average film thickness of 10 to 300 nm and an TiCN film having an average film thickness of 0.1 to 0.5 ⁇ m are alternately stacked. What is necessary is just composition.
  • ⁇ Upper membrane> An upper film is formed on the surface of the lower film constituting the coated cutting tool of the present invention on the side opposite to the surface in contact with the cemented carbide substrate. Since the upper film of the present invention has an aluminum oxide film, the crater wear resistance of the coated cutting tool is improved.
  • the average film thickness of the upper film is set to 1 to 10 ⁇ m.
  • the crystal type of the aluminum oxide film in the upper film is not particularly limited such as ⁇ -type, ⁇ -type, and ⁇ -type, but is preferably ⁇ -type that is stable at high temperatures.
  • ⁇ -type such as high-speed cutting of carbon steel or alloy steel
  • ⁇ -type aluminum oxide film
  • chipping and chipping hardly occur.
  • the average thickness of the aluminum oxide film is preferably 0.5 to 10 ⁇ m, and more preferably 0.5 to 8 ⁇ m.
  • the coated cutting tool of the present invention comprises Ti carbide, Ti carbonate, Ti carbonitride, carbonate containing Ti and Al, and carbonitride oxidation containing Ti and Al as the layers constituting the upper film. It is preferable that an intermediate film made of at least one metal compound selected from the group consisting of materials is provided, and the intermediate film is in contact with the lower film.
  • the intermediate film having such a structure When the intermediate film having such a structure is present, the adhesion between the lower film and the upper film is improved.
  • the average film thickness of the intermediate film is usually 0.1 to 2 ⁇ m, more preferably 0.3 to 1.0 ⁇ m.
  • the intermediate film may be a plurality of laminated films made of the various metal compounds mentioned above.
  • the intermediate film include a film made of TiC, TiCO, TiCNO, TiAlCO, or TiAlCNO.
  • a film made of oxycarbonitride containing Ti and Al is more preferable.
  • TiAlCNO can be cited as an intermediate film made of oxycarbonitride containing Ti and Al.
  • the aluminum oxide film is more preferable because the adhesion between the film and the lower film is improved.
  • the surface film may be a laminated film of a film made of Ti carbonitride and a film made of Ti nitride. Moreover, the formation method of this surface film is well-known, and various well-known conditions of chemical vapor deposition are employable. The average film thickness of such a surface film is usually 0.1 to 5 ⁇ m.
  • the TiN film constituting the alternate laminated film of the lower film has a raw material gas composition of TiCl 4 : 5.0 to 10.0 mol%, N 2 : 20 to 60 mol%, H 2 : remaining, temperature: 850 to 920 ° C., It can be formed by chemical vapor deposition with a pressure of 100 to 350 hPa.
  • the TiCN film constituting the alternately laminated film has a raw material gas composition of TiCl 4 : 10 to 15 mol%, CH 3 CN: 1 to 3 mol%, N 2 : 0 to 20 mol%, H 2 : remaining, temperature: 850 It can be formed by a chemical vapor deposition method at ⁇ 920 ° C. and pressure: 60 ⁇ 100 hPa.
  • the ⁇ -type aluminum oxide film in the upper film has a raw material gas composition of AlCl 3 : 2.1 to 5.0 mol%, CO 2 : 2.5 to 4.0 mol%, HCl: 2.0 to 3.0 mol%, It can be formed by chemical vapor deposition using H 2 S: 0.28 to 0.45 mol%, H 2 : remaining, temperature: 900 to 1000 ° C., pressure: 60 to 80 hPa.
  • the ⁇ -type aluminum oxide film has a raw material gas composition of AlCl 3 : 2.0 to 5.0 mol%, CO 2 : 4.2 to 6.0 mol%, CO: 3.0 to 6.0 mol%, HCl: 3.5 to 5.0 mol%, H 2 S: 0.3 to 0.5 mol%, H 2 : remaining, temperature: 900 to 1020 ° C., pressure: 60 to 80 hPa, formed by chemical vapor deposition. it can.
  • a TiAlCNO film, a TiC film, a TiCO film, a TiCNO film, and a TiAlCO film, which are examples of the intermediate film, can be formed as follows.
  • the TiAlCNO film has a raw material gas composition of TiCl 4 : 3.0 to 5.0 mol%, AlCl 3 : 1.0 to 2.0 mol%, CO: 0.4 to 1.0 mol%, N 2 : 30 to 40 mol%. , H 2 : the remainder, temperature: 975 to 1025 ° C., pressure: 90 to 110 hPa.
  • the TiC film has a raw material gas composition of TiCl 4 : 1.0 to 3.0 mol%, CH 4 : 4.0 to 6.0 mol%, H 2 : remaining, temperature: 990 to 1030 ° C., pressure: 50 to It can be formed by a chemical vapor deposition method of 100 hPa.
  • the TiCO film has a raw material gas composition of TiCl 4 : 1.2 to 3.2 mol%, CO: 3.0 to 5.0 mol%, H 2 : remaining, temperature: 960 to 1025 ° C., pressure: 170 to 210 hPa. It can be formed by the chemical vapor deposition method.
  • the TiAlCO film has a raw material gas composition of TiCl 4 : 0.5 to 1.5 mol%, AlCl 3 : 3.0 to 5.0 mol%, CO: 2.0 to 4.0 mol%, H 2 : remaining, It can be formed by a chemical vapor deposition method at a temperature of 975 to 1025 ° C. and a pressure of 60 to 100 hPa.
  • the surface of the coated cutting tool more specifically, the surface in contact with the lower film of the upper film in the tool is adjusted by adjusting the surface roughness of the cemented carbide substrate constituting the coated cutting tool of the present invention and the conditions for forming the film. It is possible to adjust the arithmetic average roughness Ra of the surface on the opposite side. Thereby, welding of the work material to a covering cutting tool can be controlled.
  • the arithmetic average roughness Ra of the surface of the coated cutting tool is usually 0.03 to 0.5 ⁇ m, preferably 0.03 to 0.3 ⁇ m.
  • the surface of the coated cutting tool is subjected to a surface treatment such as a grinding treatment with a grindstone or a polishing treatment with a wet blast to adjust the arithmetic average roughness Ra of the surface of the coated cutting tool to 0.03 to 0.3 ⁇ m. It is also preferable to do this.
  • the arithmetic average roughness Ra is measured according to JIS B0601 (2001).
  • a WC— (Ti, W, Ta, Nb) (C, N) —Co cemented carbide was obtained by sintering a mixed powder comprising Co powder having an average particle size of 1.5 ⁇ m: 7% by weight.
  • the cemented carbide was processed into an ISO standard CNMG120212-shaped insert to obtain a cemented carbide substrate.
  • a de- ⁇ layer composed of WC and Co was formed near the surface of the cemented carbide substrate.
  • the average thickness of the de- ⁇ layer on the flank face of the cemented carbide substrate was 15 ⁇ m.
  • a film having a film configuration shown in Table 1 below was formed on this cemented carbide substrate by chemical vapor deposition (excluding comparative product 10).
  • the TiN film in the alternately laminated film is in contact with the cemented carbide substrate, the TiCN film in the alternately laminated film is in contact with the intermediate film, the intermediate film is in contact with the aluminum oxide film, and the aluminum oxide A TiCN film and / or a TiN film as a surface film are laminated in this order on the surface of the film opposite to the surface in contact with the intermediate film.
  • the number of laminated layers in the alternately laminated film represents how many layers are formed in total when counting one TiN film and one TiCN film.
  • the alternately laminated TiN films were formed under the conditions that the raw material gas composition was TiCl 4 : 9.0 mol%, N 2 : 40 mol%, H 2 : remaining, temperature: 900 ° C., and pressure: 160 hPa.
  • TiCN film of alternate lamination film a raw material gas composition TiCl 4: 10.8mol%, CH 3 CN: 1.3mol%, N 2: 13.5mol%, H 2: the remainder, temperature: 900 ° C., pressure: The film was formed under the condition of 90 hPa.
  • TiN films and TiCN films were alternately laminated until the predetermined number of layers was reached under these coating conditions. Note that the lower film of the invention product and the comparative product is composed only of alternating laminated films.
  • the TiAlCNO film of the intermediate film has a raw material gas composition of TiCl 4 : 4.0 mol%, AlCl 3 : 1.2 mol%, CO: 0.6 mol%, N 2 : 34 mol%, H 2 : remaining, temperature: 1000 ° C. And pressure: 100 hPa.
  • the ⁇ -type aluminum oxide film of the upper film has a raw material gas composition of AlCl 3 : 2.3 mol%, CO 2 : 3.6 mol%, HCl: 2.0 mol%, H 2 S: 0.3 mol%, H 2 : remaining And a temperature: 1000 ° C. and a pressure: 70 hPa.
  • the upper film of ⁇ -type aluminum oxide film (Invention 8) has a raw material gas composition of AlCl 3 : 2.5 mol%, CO 2 : 4.5 mol%, CO: 4.4 mol%, HCl: 4.0 mol%, H 2 S: 0.4 mol%, H 2 : The rest, temperature: 1000 ° C., pressure: 70 hPa.
  • the upper TiCN film is composed of TiCl 4 : 7.3 mol%, N 2 : 11.6 mol%, CH 3 CN: 1.2 mol%, H 2 : remaining, temperature: 1000 ° C., pressure: 90 hPa.
  • the film was formed under the following conditions.
  • the upper TiN film was formed under the conditions that the source gas composition was TiCl 4 : 9.0 mol%, N 2 : 40 mol%, H 2 : remaining, temperature: 1000 ° C., and pressure: 160 hPa.
  • Comparative product 10 a TiAlN film was formed by physical vapor deposition, but the cutting performance could not be evaluated because the TiAlN film was peeled off from the cemented carbide substrate before the cutting test was performed with the cutting edge of the coated cutting tool. Further, the measurement of the arithmetic average roughness Ra and the like of the sample surface shown below was not performed. The reason why the TiAlN film naturally peeled before the cutting test is considered to be that the adhesion strength between the TiAlN film and the substrate was not sufficient and the compressive residual stress of the TiAlN film was very high.
  • the tensile residual stress of the TiCN film in the alternately laminated film was measured by the sin 2 ⁇ method using an X-ray diffractometer (RINT-TTRIII) manufactured by RIGAKU.
  • the composition of the coating was measured with an energy dispersive X-ray analyzer attached to a transmission electron microscope. Moreover, when the average film thickness (average value of 5 places) of each film was measured from the cross section of the film using a transmission electron microscope, all showed the same value as the target film thickness (value shown in Table 1). . Furthermore, when the crystal form of the aluminum oxide film was examined using an X-ray diffractometer, the target crystal form (shown in Table 1) was obtained in all cases.
  • flank wear width was measured to check for chipping.
  • the cutting test was performed twice. Table 3 below shows the average flank wear width of the sample and the number of samples with chipping.
  • the inventive product (the coated cutting tool of the present invention) is superior in wear resistance and chipping resistance to the comparative product.
  • the comparative product has an average value of the flank wear width of 0.25 mm or more, and is less wear resistant than the invention product.
  • the comparative products 3 and 6 to 9 in which chipping occurred have an average value of the flank wear width of 0.54 mm or more, and it can be seen that the wear resistance is particularly low.
  • the coated cutting tool of the present invention When the coated cutting tool of the present invention is used for cutting, the tool cutting edge position is prevented from retreating due to chipping or wear in the cutting apparatus to which the tool is attached. Therefore, according to the present invention, it is possible to reduce the change in the machining dimension of the work material and the number of times of correction work of the tool edge position that has been frequently performed in the past in order to suppress the change, thereby improving machining productivity. Leads to.

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Abstract

　本発明は、摩耗やチッピングによる工具刃先位置の後退が生じにくい、耐摩耗性および耐チッピング性に優れた被覆切削工具の提供を目的とする。　本発明の被覆切削工具は、超硬合金基材と、該基材の表面に化学蒸着法によって形成された被膜とを備える被覆切削工具であって、前記被膜の平均膜厚は３～２０μｍであり、該被膜は、前記基材の表面に形成された平均膜厚２～１５μｍの下部膜と、該下部膜の前記基材と接する面とは反対側の表面に形成された平均膜厚１～１０μｍの上部膜とから構成され、前記下部膜は、平均膜厚１０～３００ｎｍのＴｉＮ膜と平均膜厚０．１～０．５μｍのＴｉＣＮ膜とを交互に積層した交互積層膜を有し、前記上部膜は酸化アルミニウム膜を有する被覆切削工具である。

Description

被覆切削工具
　本発明は、耐チッピング性及び耐摩耗性に優れ、例えば鋼や鋳鉄などの連続切削は勿論のこと、これらのフライス切削や断続切削に用いた場合にも耐摩耗性に優れた被覆切削工具に関する。
　被覆切削工具の従来技術としては、炭化タングステン基超硬合金基体の表面に、平均層厚が３～１０μｍであり、粒状結晶組織を有する窒化チタン層と炭窒化チタン層の交互２層以上で構成された硬質被覆層を有し、前記炭窒化チタン層の少なくとも１層が縦長成長結晶組織である表面被覆炭化タングステン基超硬合金製切削工具が挙げられる（例えば、特許文献１参照。）。
　また、ＷＣ基超硬合金基体の表面に、化学蒸着法を用いてＴｉＮ及びＴｉＣＮの交互積層からなる多層被覆層を１～５μｍの層厚で形成してなる表面被覆超硬合金製切削工具も、被覆切削工具の従来技術として挙げられる（例えば、特許文献２参照。）。
特開平７－１３６８０８号公報 特公平４－０３３８６５号公報
　近年機械加工の現場では、加工後の被削材の品質、特に加工寸法精度の向上に対する要求が高まってきている。さらに被削材の高硬度化が年々進んでおり、上記の特許文献１または特許文献２に記載された従来の切削工具では、当該工具が取り付けられた切削装置において、逃げ面部の摩耗やチッピングによる工具刃先位置の後退が生じやすい。このため、短い加工時間で被削材の加工寸法が規定の範囲を超えるようになる傾向にあった。
　加工現場では被削材の加工寸法の逸脱を是正するため、工具刃先位置の補正を頻繁に行っていた。しかし、工具刃先位置の補正は加工効率を落とすため、従来よりも工具刃先位置の後退が生じにくい切削工具が加工現場から求められていた。
　そこで、本発明は摩耗やチッピングによる工具刃先位置の後退が生じにくい、耐摩耗性および耐チッピング性に優れた被覆切削工具の提供を目的とする。
　本発明者は、被覆切削工具の摩耗やチッピングによる工具刃先位置の後退を低減すべく研究開発を行った結果、超硬合金基材の表面に、化学蒸着法によって平均膜厚１０～３００ｎｍのＴｉＮ膜と平均膜厚０．１～０．５μｍのＴｉＣＮ膜とからなる交互積層膜を有する下部膜を形成し、さらに当該下部膜の表面に、酸化アルミニウム膜を有する上部膜を形成して得られた被覆切削工具は、耐摩耗性および耐チッピング性に優れることを見出した。
　この被覆切削工具を使用すれば、摩耗やチッピングによる工具刃先位置の後退が抑制され、それにより被削材の加工寸法の変化が抑制される。そのため、前記加工寸法の変化を抑制するために行われていた工具刃先位置の補正作業の回数が低減される。
　本発明の要旨は次のとおりである。
（１）超硬合金基材と、該基材の表面に化学蒸着法によって形成された被膜とを備える被覆切削工具であって、前記被膜の平均膜厚は３～２０μｍであり、該被膜は、前記基材の表面に形成された平均膜厚２～１５μｍの下部膜と、該下部膜の前記基材と接する面とは反対側の表面に形成された平均膜厚１～１０μｍの上部膜とから構成され、前記下部膜は、平均膜厚１０～３００ｎｍのＴｉＮ膜と平均膜厚０．１～０．５μｍのＴｉＣＮ膜とを交互に積層した交互積層膜を有し、前記上部膜は酸化アルミニウム膜を有する被覆切削工具。
（２）前記上部膜が、Ｔｉの炭化物、Ｔｉの炭酸化物、Ｔｉの炭窒酸化物、ＴｉとＡｌとを含む炭酸化物及びＴｉとＡｌとを含む炭窒酸化物からなる群より選ばれる少なくとも１種の金属化合物からなる中間膜を備え、該中間膜が前記下部膜に接している（１）に記載の被覆切削工具。
（３）前記交互積層膜の硬度が２８ＧＰａ～４０ＧＰａである（１）または（２）に記載の被覆切削工具。
（４）前記交互積層膜中のＴｉＣＮ膜のＸ線回折測定のｓｉｎ２Ψ法により測定した引張残留応力が４００ＭＰａ以下である（１）～（３）のいずれかに記載の被覆切削工具。
（５）前記酸化アルミニウム膜がα型酸化アルミニウム膜である（１）～（４）のいずれかに記載の被覆切削工具。
（６）前記被覆切削工具において、前記上部膜の前記下部膜と接する面と反対側の表面の算術平均粗さＲａが、０．０３～０．３μｍである（１）～（５）のいずれかに記載の被覆切削工具。
（７）前記被膜の平均膜厚が３．５～１８μｍである（１）～（６）のいずれかに記載の被覆切削工具。
（８）前記下部膜の平均膜厚が２～１３μｍである（１）～（７）のいずれかに記載の被覆切削工具。
（９）前記交互積層膜中のＴｉＮ膜の平均膜厚が１０～２５０ｎｍである（１）～（８）のいずれかに記載の被覆切削工具。
（１０）前記交互積層膜中のＴｉＣＮ膜の平均膜厚が０．１５～０．４μｍである（１）～（９）のいずれかに記載の被覆切削工具。
（１１）前記交互積層膜の平均膜厚が２～１５μｍである（１）～（１０）のいずれかに記載の被覆切削工具。
（１２）前記交互積層膜におけるＴｉＮ膜及びＴｉＣＮ膜の積層数が４～１２０層である（１）～（１１）のいずれかに記載の被覆切削工具。
（１３）前記中間膜の平均膜厚が０．１～２μｍである（２）～（１２）のいずれかに記載の被覆切削工具。
（１４）前記中間膜が、ＴｉＣ、ＴｉＣＯ、ＴｉＣＮＯ、ＴｉＡｌＣＯ又はＴｉＡｌＣＮＯからなる膜である（２）～（１３）のいずれかに記載の被覆切削工具。
　本発明の被覆切削工具は優れた耐摩耗性および耐チッピング性を示す。本発明の被覆切削工具を使用すると、当該工具を取り付けた切削装置において、摩耗やチッピングによる工具刃先位置の後退が抑制され、被削材の加工寸法の変化が生じにくく、工具刃先位置の補正回数を低減することができ、種々の加工製品の生産性向上につながる。
　［被覆切削工具］
　本発明の被覆切削工具は、超硬合金基材と、化学蒸着法によって当該超硬合金基材の表面に形成された被膜とを備える。
　〔超硬合金基材〕
　前記超硬合金基材は、例えば、ＷＣおよび、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、ＭｏもしくはＷの炭化物、窒化物、炭窒化物ならびにこれらの相互固溶体からなる群より選ばれる少なくとも１種からなる硬質相形成粉末と、Ｃｏの結合相形成粉末との混合粉末を焼結して得られる超硬合金である。
　このようにして得られた超硬合金は、ＷＣの硬質相とＣｏを主成分とする結合相、または、ＷＣの硬質相と、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、ＭｏもしくはＷの炭化物、窒化物、炭窒化物およびこれらの相互固溶体からなる群より選ばれる少なくとも１種からなる硬質相と、Ｃｏを主成分とする結合相とで構成される。
　また、ＷＣの硬質相と、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、ＭｏおよびＷの中から選ばれた２種以上の金属元素を含む炭化物、窒化物、炭窒化物およびこれらの相互固溶体からなる群より選ばれる少なくとも１種からなる硬質相（β相）と、Ｃｏを主成分とする結合相とで構成される超硬合金基材の表面近傍に、ＷＣの硬質相とＣｏを主成分とする結合相とからなる脱β層が形成されると、本発明の被覆切削工具は優れた靱性を発揮し、偏摩耗、欠損等の発生もなく長期の使用に亘って優れた耐摩耗性を発揮する。
　当該脱β層の平均厚みは、１μｍ未満であると本発明の被覆切削工具の耐欠損性が低下する傾向が見られ、３０μｍを超えると被覆切削工具の耐塑性変形性が低下する傾向が見られる。そのため、本発明においては、脱β層の平均厚みを１～３０μｍとすると好ましく、その中でも耐欠損性を向上させる観点から、脱β層の平均厚みは、５～２５μｍであることがさらに好ましい。
　また、以上説明した超硬合金基材の厚みは特に制限されないが、通常１～１２０ｍｍである。
　〔被膜〕
　本発明の被覆切削工具を構成する被膜は化学蒸着法によって形成される。化学蒸着法によって形成すると、前記基材と被膜との密着強度を高くすることができる。これは、化学蒸着法の温度が高く、前記基材と被膜との界面で超硬合金基材成分の拡散が生じるためと考えられる。そのため前記被膜を化学蒸着法によって形成すると、物理蒸着法で形成した場合に比べて耐剥離性および耐チッピング性に優れた被覆切削工具が得られる。
　本発明の被覆切削工具を構成する被膜の平均膜厚は、３μｍ未満であると被覆切削工具の耐摩耗性が低下し、一方２０μｍを超えると刃先がチッピングしやすくなる。そのため本発明においては、被膜の平均膜厚を３～２０μｍとする。
　なお、本明細書において平均膜厚は、透過型電子顕微鏡を用いて膜の断面から、任意の５ヶ所の厚みを測定し、その平均値として求められる。以下同様である。
　また、本発明の被覆切削工具において優れた耐摩耗性を達成し、チッピングを抑制する観点からは、前記被膜の平均膜厚は３．５～１８μｍであることが好ましい。
　＜下部膜＞
　前記被膜は下部膜と上部膜とから構成されるが、該下部膜は超硬合金基材の表面に化学蒸着法によって形成される。前記下部膜の平均膜厚は、２μｍ未満であると被覆切削工具の耐摩耗性が低下し、１５μｍを超えると被膜の剥離を起点としたチッピングが発生しやすくなる。そのため本発明においては、前記下部膜の平均膜厚を２～１５μｍとする。
　本発明の被覆切削工具において優れた耐摩耗性を達成し、チッピングを抑制する観点からは、前記下部膜の平均膜厚は２～１３μｍであることが好ましい。
　（交互積層膜）
　このような下部膜は、平均膜厚１０～３００ｎｍのＴｉＮ膜と平均膜厚０．１～０．５μｍのＴｉＣＮ膜とを交互に積層した交互積層膜を有する。ＴｉＮ膜は靭性に優れ、ＴｉＣＮ膜は耐摩耗性に優れるので、これらの交互積層膜を使用することで、本発明の被覆切削工具の靭性及び耐摩耗性の両方を向上させることができる。
　前記交互積層膜において、化学蒸着法によっては平均膜厚１０ｎｍ未満のＴｉＮ膜を形成することは非常に困難であり、一方ＴｉＮ膜の平均膜厚が３００ｎｍを超えると被覆切削工具の耐摩耗性が低下する。このことから、交互積層膜のＴｉＮ膜の平均膜厚を１０～３００ｎｍとする。なお、被覆切削工具の耐摩耗性の観点から、ＴｉＮ膜の平均膜厚は好ましくは１０～２５０ｎｍである。
　次に、前記交互積層膜においてＴｉＣＮ膜の平均膜厚は、０．１μｍ未満であると本発明の被覆切削工具の耐摩耗性が低下し、一方平均膜厚が０．５μｍを超えると、交互積層膜の剥離を起点としたチッピングが発生しやすくなる。このことから、前記交互積層膜のＴｉＣＮ膜の平均膜厚を０．１～０．５μｍとする。なお、被覆切削工具において優れた耐摩耗性を達成し、チッピングを抑制する観点からは、ＴｉＣＮ膜の平均膜厚は、好ましくは０．１５～０．４μｍである。
　以上説明したＴｉＮ膜及びＴｉＣＮ膜が交互に積層されてなる交互積層膜全体の平均膜厚は、２μｍ未満であると本発明の被覆切削工具の耐摩耗性が低下し、一方平均膜厚が１５μｍを超えると被膜の剥離を起点としたチッピングが発生しやすくなる。そのため前記交互積層膜全体の平均膜厚は２～１５μｍであることが好ましい。
　さらに、前記交互積層膜におけるＴｉＮ膜及びＴｉＣＮ膜の積層数は、本発明の被覆切削工具の耐摩耗性の観点から通常４～１２０層、好ましくは１０～１００層である。ここで積層数は、ＴｉＮ膜を１層、ＴｉＣＮ膜を１層と数えたとき、合計で何層存在するかを表す。
　交互積層膜が超硬合金基材と接している場合、ＴｉＮ膜とＴｉＣＮ膜のいずれが前記基材と接していてもよい。なお、密着性の観点からは、ＴｉＮ膜が前記基材と接していることが好ましい。
　また後述する通り、下部膜の上には上部膜が形成されるが、交互積層膜がこの上部膜と接している場合、ＴｉＮ膜とＴｉＣＮ膜のいずれが前記上部膜と接していてもよい。なお、密着性の観点からは、ＴｉＣＮ膜が前記上部膜と接していることが好ましい。
　交互積層膜の硬度が４０ＧＰａを超えると交互積層膜の靭性が低下し、交互積層膜の剥離を起点としたチッピングが発生しやすくなる傾向が見られる。逆に交互積層膜の硬度が低く２８ＧＰａ未満であると、本発明の被覆切削工具の耐摩耗性が低下する傾向が見られる。そのため、交互積層膜の硬度は２８ＧＰａ～４０ＧＰａであることが好ましい。
　交互積層膜の硬度は、交互積層膜のＴｉＮ膜とＴｉＣＮ膜の平均膜厚により調整できる。具体的には、ＴｉＮ膜とＴｉＣＮ膜のそれぞれの膜の平均膜厚を薄くすることで、交互積層膜の硬度を高くすることができる。なお交互積層膜の硬度は、本発明の被覆切削工具において、交互積層膜よりも表面側に被覆された膜（上部膜等）を研磨により除去して得られた交互積層膜の表面に、ダイヤモンド圧子を印加して測定することができる。
　超硬合金基材の熱膨張率よりも交互積層膜の熱膨張率が大きいので、本発明の被覆切削工具を製造した時点において、交互積層膜には引張残留応力が生じる。さらに、ＴｉＮとＴｉＣＮは熱膨張率が異なるので、ＴｉＮ膜の引張残留応力とＴｉＣＮ膜の引張残留応力は異なる。
　そこで、平均膜厚が厚く残留応力の測定が容易な交互積層膜のＴｉＣＮ膜の残留応力を測定したところ、ＴｉＣＮ膜の引張残留応力が４００ＭＰａを超えると、耐チッピング性が低下する傾向が見られた。このことから、本発明の交互積層膜のＴｉＣＮ膜の引張残留応力は４００ＭＰａ以下であることが好ましい。また、ＴｉＣＮ膜の引張残留応力は通常１００ＭＰａ～６００ＭＰａである。
　なお交互積層膜のＴｉＣＮ膜の引張残留応力は、従来公知のＸ線回折測定のｓｉｎ２Ψ法により測定することができる。またｓｉｎ２Ψ法で引張残留応力を算出するために必要なＴｉＣＮ膜のヤング率はダイナミック硬度計等で測定する。またＴｉＣＮ膜のポアソン比は０．２とする。なお、交互積層膜よりも本発明の被覆切削工具における基材と反対側の表面に近い側に、交互積層膜に含まれないＴｉＣＮ膜が形成されていて、交互積層膜中のＴｉＣＮ膜の引張残留応力が測定できない場合は、その交互積層膜に含まれないＴｉＣＮ膜を研磨などにより除去するとよい。
　なお、ＴｉＣＮ膜の引張残留応力を４００ＭＰａ以下にするためには、平均膜厚１０～３００ｎｍのＴｉＮ膜と平均膜厚０．１～０．５μｍのＴｉＣＮ膜とを交互に積層した交互積層膜の構成にすればよい。
　＜上部膜＞
　本発明の被覆切削工具を構成する下部膜の、超硬合金基材と接する面と反対側の表面には、上部膜が形成されている。本発明の上部膜は酸化アルミニウム膜を有するので、被覆切削工具の耐クレーター摩耗性が向上する。
　前記上部膜の平均膜厚は、１μｍ未満であると本発明の被覆切削工具のすくい面における耐クレーター摩耗性が向上せず、一方平均膜厚が１０μｍを超えると刃先が欠損しやすくなる。このことから、上部膜の平均膜厚を１～１０μｍとする。
　なお上部膜中の酸化アルミニウム膜の結晶型はα型やκ型やγ型など特に制限されないが、高温で安定なα型であることが好ましい。特に炭素鋼や合金鋼の高速切削など刃先が高温になる場合において、酸化アルミニウム膜がα型酸化アルミニウム膜であると欠損やチッピングが起こりにくい。
　このような酸化アルミニウム膜の平均膜厚は、０．５μｍ未満になると被覆切削工具のすくい面における耐クレーター摩耗性が向上せず、一方平均膜厚が１０μｍを超えると刃先が欠損しやすくなる。このことから、酸化アルミニウム膜の平均膜厚は０．５～１０μｍであることが好ましく、０．５～８μｍであることがより好ましい。
　（中間膜）
　本発明の被覆切削工具は、上部膜を構成する層として、Ｔｉの炭化物、Ｔｉの炭酸化物、Ｔｉの炭窒酸化物、ＴｉとＡｌとを含む炭酸化物及びＴｉとＡｌとを含む炭窒酸化物からなる群より選ばれる少なくとも１種の金属化合物からなる中間膜を備え、当該中間膜が上記下部膜に接していることが好ましい。
　このような構成の中間膜が存在すると、下部膜と上部膜との密着性が向上する。なお、中間膜の平均膜厚は通常０．１～２μｍであり、さらに好ましくは、０．３～１．０μｍである。該中間膜は以上挙げた種々の金属化合物からなる膜の複数の積層膜であってもよい。
　前記中間膜として具体的には、ＴｉＣ、ＴｉＣＯ、ＴｉＣＮＯ、ＴｉＡｌＣＯ又はＴｉＡｌＣＮＯからなる膜などを挙げることができる。これらの中でもＴｉとＡｌとを含む炭窒酸化物からなる膜がさらに好ましい。ＴｉとＡｌとを含む炭窒酸化物からなる中間膜として具体的には、ＴｉＡｌＣＮＯを挙げることができる。
　さらに、下部膜の超硬合金基材と接する面と反対側の表面に中間膜を形成し、その中間膜の下部膜と接する面と反対側の表面に酸化アルミニウム膜を形成すると、酸化アルミニウム膜と下部膜との密着性が向上するのでさらに好ましい。
　（表面膜）
　また、被覆切削工具の使用コーナーの識別を容易にするために、酸化アルミニウム膜の中間膜と接する面と反対側の表面に、Ｔｉの炭窒化物及び窒化物からなる群より選ばれる少なくとも１種からなる表面膜を形成すると、さらに好ましい。
　なお、当該表面膜は、Ｔｉの炭窒化物からなる膜及びＴｉの窒化物からなる膜の複数の積層膜であってもよい。また、この表面膜の形成方法は公知であり、種々の公知の化学蒸着の条件を採用することができる。このような表面膜の平均膜厚は、通常０．１～５μｍである。
　〔被膜の製造方法〕
　本発明の被覆切削工具における被膜を構成する各膜の製造方法として、例えば、以下の方法を挙げることができる。
　下部膜の交互積層膜を構成するＴｉＮ膜は、原料ガス組成をＴｉＣｌ４：５．０～１０．０ｍｏｌ％、Ｎ２：２０～６０ｍｏｌ％、Ｈ２：残りとし、温度：８５０～９２０℃、圧力：１００～３５０ｈＰａとする化学蒸着法で形成することができる。
　また、交互積層膜を構成するＴｉＣＮ膜は、原料ガス組成をＴｉＣｌ４：１０～１５ｍｏｌ％、ＣＨ３ＣＮ：１～３ｍｏｌ％、Ｎ２：０～２０ｍｏｌ％、Ｈ２：残りとし、温度：８５０～９２０℃、圧力：６０～１００ｈＰａとする化学蒸着法で形成することができる。
　上部膜中のα型酸化アルミニウム膜は、原料ガス組成をＡｌＣｌ３：２．１～５．０ｍｏｌ％、ＣＯ２：２．５～４．０ｍｏｌ％、ＨＣｌ：２．０～３．０ｍｏｌ％、Ｈ２Ｓ：０．２８～０．４５ｍｏｌ％、Ｈ２：残りとし、温度：９００～１０００℃、圧力：６０～８０ｈＰａとする化学蒸着法で形成することができる。
　なお、κ型酸化アルミニウム膜は、原料ガス組成をＡｌＣｌ３：２．０～５．０ｍｏｌ％、ＣＯ２：４．２～６．０ｍｏｌ％、ＣＯ：３．０～６．０ｍｏｌ％、ＨＣｌ：３．５～５．０ｍｏｌ％、Ｈ２Ｓ：０．３～０．５ｍｏｌ％、Ｈ２：残りとし、温度：９００～１０２０℃、圧力：６０～８０ｈＰａとする化学蒸着法で形成することができる。
　中間膜として挙げられるＴｉＡｌＣＮＯ膜、ＴｉＣ膜、ＴｉＣＯ膜、ＴｉＣＮＯ膜及びＴｉＡｌＣＯ膜は、以下のようにして形成することができる。
　ＴｉＡｌＣＮＯ膜は、原料ガス組成をＴｉＣｌ４：３．０～５．０ｍｏｌ％、ＡｌＣｌ３：１．０～２．０ｍｏｌ％、ＣＯ：０．４～１．０ｍｏｌ％、Ｎ２：３０～４０ｍｏｌ％、Ｈ２：残りとし、温度：９７５～１０２５℃、圧力：９０～１１０ｈＰａとする化学蒸着法で形成することができる。
　前記ＴｉＣ膜は、原料ガス組成をＴｉＣｌ４：１．０～３．０ｍｏｌ％、ＣＨ４：４．０～６．０ｍｏｌ％、Ｈ２：残りとし、温度：９９０～１０３０℃、圧力：５０～１００ｈＰａとする化学蒸着法で形成することができる。
　前記ＴｉＣＯ膜は、原料ガス組成をＴｉＣｌ４：１．２～３．２ｍｏｌ％、ＣＯ：３．０～５．０ｍｏｌ％、Ｈ２：残りとし、温度：９６０～１０２５℃、圧力：１７０～２１０ｈＰａとする化学蒸着法で形成することができる。
　前記ＴｉＣＮＯ膜は、原料ガス組成をＴｉＣｌ４：１．０～３．０ｍｏｌ％、ＣＯ：２．０～４．０ｍｏｌ％、Ｎ２：４～６ｍｏｌ％、Ｈ２：残りとし、温度：９６０～１０２５℃、圧力：６０～１００ｈＰａとする化学蒸着法で形成することができる。
　前記ＴｉＡｌＣＯ膜は、原料ガス組成をＴｉＣｌ４：０．５～１．５ｍｏｌ％、ＡｌＣｌ３：３．０～５．０ｍｏｌ％、ＣＯ：２．０～４．０ｍｏｌ％、Ｈ２：残りとし、温度：９７５～１０２５℃、圧力：６０～１００ｈＰａとする化学蒸着法で形成することができる。
　〔被覆切削工具表面の表面粗さ〕
　本発明の被覆切削工具を構成する超硬合金基材の表面粗さと被膜の形成条件とを調整して、被覆切削工具の表面、より具体的には当該工具における上部膜の下部膜と接する面と反対側の表面の算術平均粗さＲａを調整することができる。これにより、被覆切削工具への被削材の溶着を抑制することができる
　被覆切削工具の表面の算術平均粗さＲａは通常０．０３～０．５μｍであるが、好ましくは０．０３～０．３μｍである。
　また、前記被覆切削工具の表面に対して砥石による研磨処理あるいはウエットブラストによる研磨処理等の表面処理を施して、被覆切削工具の表面の算術平均粗さＲａを０．０３～０．３μｍに調整するのも好ましい。なお、本明細書において算術平均粗さＲａは、ＪＩＳ　Ｂ０６０１（２００１）に準拠して測定したものである。
　以下、実施例により本発明についてより詳細に説明する。
　［被覆切削工具の製造］
　平均粒径４．５μｍのＷＣ粉：８９重量％と、平均粒径１．５μｍのＴｉＣＮ粉：２重量％と、平均粒径１．５μｍの（Ｔａ，Ｎｂ）Ｃ粉：２重量％と、平均粒径１．５μｍのＣｏ粉：７重量％とからなる混合粉末を焼結してＷＣ－（Ｔｉ，Ｗ，Ｔａ，Ｎｂ）（Ｃ，Ｎ）－Ｃｏ系超硬合金を得た。
　その超硬合金をＩＳＯ規格ＣＮＭＧ１２０４１２形状のインサートに加工して、超硬合金基材を得た。なお、この超硬合金基材の表面近傍には、ＷＣとＣｏとからなる脱β層が形成されていた。前記超硬合金基材の逃げ面における脱β層の平均厚みは１５μｍであった。この超硬合金基材上に化学蒸着法（比較品１０を除く）で下記表１に示す膜構成の被膜を形成した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 ＊膜厚は全て平均膜厚である。
＊得られた被膜において、交互積層膜中のＴｉＮ膜が超硬合金基材と接し、前記交互積層膜中のＴｉＣＮ膜が中間膜と接し、該中間膜は酸化アルミニウム膜と接し、該酸化アルミニウム膜の中間膜と接する面と反対側の面に、表面膜であるＴｉＣＮ膜および／またはＴｉＮ膜がこの順に積層されている。
　表１において交互積層膜における積層数は、ＴｉＮ膜を１層、ＴｉＣＮ膜を１層と数えたとき、合計で何層形成されているかを表している。
　交互積層膜のＴｉＮ膜は、原料ガス組成をＴｉＣｌ４：９．０ｍｏｌ％、Ｎ２：４０ｍｏｌ％、Ｈ２：残りとし、温度：９００℃、圧力：１６０ｈＰａとする条件で形成した。
　交互積層膜のＴｉＣＮ膜は、原料ガス組成をＴｉＣｌ４：１０．８ｍｏｌ％、ＣＨ３ＣＮ：１．３ｍｏｌ％、Ｎ２：１３．５ｍｏｌ％、Ｈ２：残りとし、温度：９００℃、圧力：９０ｈＰａとする条件で形成した。
　これらの被覆条件で所定の積層数になるまでＴｉＮ膜とＴｉＣＮ膜とを交互に積層した。なお、発明品、比較品ともに下部膜は交互積層膜のみからなる。
　中間膜のＴｉＡｌＣＮＯ膜は、原料ガス組成をＴｉＣｌ４：４．０ｍｏｌ％、ＡｌＣｌ３：１．２ｍｏｌ％、ＣＯ：０．６ｍｏｌ％、Ｎ２：３４ｍｏｌ％、Ｈ２：残りとし、温度：１０００℃、圧力：１００ｈＰａとする条件で形成した。
　上部膜のα型酸化アルミニウム膜は、原料ガス組成をＡｌＣｌ３：２．３ｍｏｌ％、ＣＯ２：３．６ｍｏｌ％、ＨＣｌ：２．０ｍｏｌ％、Ｈ２Ｓ：０．３ｍｏｌ％、Ｈ２：残りとし、温度：１０００℃、圧力：７０ｈＰａとする条件で形成した。
　上部膜のκ型酸化アルミニウム膜（発明品８）は、原料ガス組成をＡｌＣｌ３：２．５ｍｏｌ％、ＣＯ２：４．５ｍｏｌ％、ＣＯ：４．４ｍｏｌ％、ＨＣｌ：４．０ｍｏｌ％、Ｈ２Ｓ：０．４ｍｏｌ％、Ｈ２：残りとし、温度：１０００℃、圧力：７０ｈＰａとする条件で形成した。
　上部膜のＴｉＣＮ膜は、原料ガス組成をＴｉＣｌ４：７．３ｍｏｌ％、Ｎ２：１１．６ｍｏｌ％、ＣＨ３ＣＮ：１．２ｍｏｌ％、Ｈ２：残りとし、温度：１０００℃、圧力：９０ｈＰａとする条件で形成した。
　上部膜のＴｉＮ膜は、原料ガス組成をＴｉＣｌ４：９．０ｍｏｌ％、Ｎ２：４０ｍｏｌ％、Ｈ２：残りとし、温度：１０００℃、圧力：１６０ｈＰａとする条件で形成した。
　比較品１０では、物理蒸着法によりＴｉＡｌＮ膜を形成したが、被覆切削工具の刃先で切削試験を行う前にＴｉＡｌＮ膜が超硬合金基材から剥離したため、切削性能を評価できなかった。また以下に示す試料表面の算術平均粗さＲａ等の測定も行わなかった。切削試験前にＴｉＡｌＮ膜が自然に剥離したのは、ＴｉＡｌＮ膜と基材との密着強度が十分でなく、ＴｉＡｌＮ膜の圧縮残留応力が非常に高かったためと考えられる。
　［特性測定］
　以上の化学蒸着法で得られた被覆切削工具試料表面（上部膜の下部膜と接する面と反対側の表面）の算術平均粗さＲａを、Ｍｉｔｕｔｏｙｏ製の表面性状測定機（ＳＵＲＦＰＡＫ－ＳＶ）を用いて測定した。
　更に試料表面の上部膜をダイヤモンドラップ研磨で除去して、表面に現れた交互積層膜の硬度をダイナミック硬度計（ＭＴＳ社製ナノインデンター）を用いて測定した。
　さらに交互積層膜中のＴｉＣＮ膜の引張残留応力を、ＲＩＧＡＫＵ製のＸ線回折装置（ＲＩＮＴ－ＴＴＲIII）を用いてｓｉｎ２Ψ法によって測定した。
　これらの測定結果を下記表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　発明品１～１１及び比較品１～９の被覆切削工具について、被膜の組成を透過電子顕微鏡付属のエネルギー分散型Ｘ線分析装置により測定した。また、透過型電子顕微鏡を用いて被膜の断面から各膜の平均膜厚（５ヶ所の平均値）を測定したところ、いずれも目標膜厚（表１に示した値）と同じ値を示した。さらに、Ｘ線回折装置を用いて酸化アルミニウム膜の結晶型を調べたところ、いずれも目的とする結晶型（表１に示したもの）が得られていた。
　［切削試験］
　切削試験として、１試料当たり２個のサンプルを用意し、直径１２０ｍｍ×長さ４００ｍｍの円柱状のＳ５３Ｃ（硬さ：ＨＢ２７０）を被削材として使用して、下記の切削条件で端面切削を行った。
　＜切削条件＞
切削速度：２００ｍ／ｍｉｎ、
切込み：２ｍｍ、
送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ、
切削雰囲気：湿式（水溶性エマルジョン使用）、
１回の切削時間：１５ｍｉｎ、
試験回数：２回
　切削試験終了後に逃げ面摩耗幅を測定し、チッピングの有無を確認した。切削試験は２回行った。下記表３に、試料の逃げ面摩耗幅の平均値とチッピングが生じたサンプル数を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　表３に示した結果から、発明品（本発明の被覆切削工具）は比較品に対して耐摩耗性および耐チッピング性に優れることが分かる。比較品は逃げ面摩耗幅の平均値が０．２５ｍｍ以上であり発明品よりも耐摩耗性が低い。その中でも、チッピングが生じた比較品３及び６～９は、逃げ面摩耗幅の平均値が０．５４ｍｍ以上であり、特に耐摩耗性が低いことが分かる。
　一方、発明品ではチッピングが見られず、逃げ面摩耗幅の平均値は０．２０ｍｍ以下であることから、本発明の被覆切削工具は耐チッピング性および耐摩耗性に優れることが分かる。
　本発明の被覆切削工具を切削加工に用いると、当該工具を取り付けた切削装置において、チッピングや摩耗による工具刃先位置の後退が抑制される。そのため本発明によれば、被削材の加工寸法の変化と、それを抑制するために従来頻繁に行われていた工具刃先位置の補正作業の回数を低減することができ、加工生産性の向上につながる。

Claims (14)

  1. 　超硬合金基材と、該基材の表面に化学蒸着法によって形成された被膜とを備える被覆切削工具であって、
    　前記被膜の平均膜厚は３～２０μｍであり、該被膜は、前記基材の表面に形成された平均膜厚２～１５μｍの下部膜と、該下部膜の前記基材と接する面とは反対側の表面に形成された平均膜厚１～１０μｍの上部膜とから構成され、
    　前記下部膜は、平均膜厚１０～３００ｎｍのＴｉＮ膜と平均膜厚０．１～０．５μｍのＴｉＣＮ膜とを交互に積層した交互積層膜を有し、
    　前記上部膜は酸化アルミニウム膜を有する被覆切削工具。
  2. 　前記上部膜が、Ｔｉの炭化物、Ｔｉの炭酸化物、Ｔｉの炭窒酸化物、ＴｉとＡｌとを含む炭酸化物及びＴｉとＡｌとを含む炭窒酸化物からなる群より選ばれる少なくとも１種の金属化合物からなる中間膜を備え、
    　該中間膜が前記下部膜に接している請求項１に記載の被覆切削工具。
  3. 　前記交互積層膜の硬度が２８ＧＰａ～４０ＧＰａである請求項１または２に記載の被覆切削工具。
  4. 　前記交互積層膜中のＴｉＣＮ膜のＸ線回折測定のｓｉｎ２Ψ法により測定した引張残留応力が４００ＭＰａ以下である請求項１～３のいずれか１項に記載の被覆切削工具。
  5. 　前記酸化アルミニウム膜がα型酸化アルミニウム膜である請求項１～４のいずれか１項に記載の被覆切削工具。
  6. 　前記被覆切削工具において、前記上部膜の前記下部膜と接する面と反対側の表面の算術平均粗さＲａが、０．０３～０．３μｍである請求項１～５のいずれか１項に記載の被覆切削工具。
  7. 　前記被膜の平均膜厚が３．５～１８μｍである請求項１～６のいずれか１項に記載の被覆切削工具。
  8. 　前記下部膜の平均膜厚が２～１３μｍである請求項１～７のいずれか１項に記載の被覆切削工具。
  9. 　前記交互積層膜中のＴｉＮ膜の平均膜厚が１０～２５０ｎｍである請求項１～８のいずれか１項に記載の被覆切削工具。
  10. 　前記交互積層膜中のＴｉＣＮ膜の平均膜厚が０．１５～０．４μｍである請求項１～９のいずれか１項に記載の被覆切削工具。
  11. 　前記交互積層膜の平均膜厚が２～１５μｍである請求項１～１０のいずれか１項に記載の被覆切削工具。
  12. 　前記交互積層膜におけるＴｉＮ膜及びＴｉＣＮ膜の積層数が４～１２０層である請求項１～１１のいずれか１項に記載の被覆切削工具。
  13. 　前記中間膜の平均膜厚が０．１～２μｍである請求項２～１２のいずれか１項に記載の被覆切削工具。
  14. 　前記中間膜が、ＴｉＣ、ＴｉＣＯ、ＴｉＣＮＯ、ＴｉＡｌＣＯ又はＴｉＡｌＣＮＯからなる膜である請求項２～１３のいずれか１項に記載の被覆切削工具。
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