JP2004237425A - 高速切削条件で硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具 - Google Patents
高速切削条件で硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】高速切削条件で硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具を提供する。
【解決手段】超硬基体の表面に、ＡｌとＴｉの複合炭窒化物層からなる硬質被覆層を２〜２０μｍの全体平均層厚で蒸着してなる表面被覆超硬合金製切削工具の前記硬質被覆層を、層厚方向にそって、Ａｌおよび炭素の最高含有点とＴｉおよび窒素の最高含有点とが所定間隔をおいて交互に繰り返し存在し、かつ前記両点間でＡｌと炭素の含有量、並びにＴｉと窒素の含有量が連続的に変化する成分濃度分布構造を有し、前記Ａｌおよび炭素の最高含有点が、組成式：（Ａｌ１−ＸＴｉＸ）Ｃ１−ＹＮＹ、（ただし、原子比で、Ｘ：０．０２〜０．２０、Ｙ：０．０２〜０．２０）、前記Ｔｉおよび窒素の最高含有点が、組成式：（Ｔｉ１−ＡＡｌＡ）Ｃ１−ＢＮＢ、（ただし、原子比で、Ａ：０．３０〜０．５０、Ｂ：０．３０〜０．５０）を満足し、かつ隣り合う上記両点間の間隔が、０．０１〜０．２μｍである硬質被覆層で構成する。
【選択図】 なし
【解決手段】超硬基体の表面に、ＡｌとＴｉの複合炭窒化物層からなる硬質被覆層を２〜２０μｍの全体平均層厚で蒸着してなる表面被覆超硬合金製切削工具の前記硬質被覆層を、層厚方向にそって、Ａｌおよび炭素の最高含有点とＴｉおよび窒素の最高含有点とが所定間隔をおいて交互に繰り返し存在し、かつ前記両点間でＡｌと炭素の含有量、並びにＴｉと窒素の含有量が連続的に変化する成分濃度分布構造を有し、前記Ａｌおよび炭素の最高含有点が、組成式：（Ａｌ１−ＸＴｉＸ）Ｃ１−ＹＮＹ、（ただし、原子比で、Ｘ：０．０２〜０．２０、Ｙ：０．０２〜０．２０）、前記Ｔｉおよび窒素の最高含有点が、組成式：（Ｔｉ１−ＡＡｌＡ）Ｃ１−ＢＮＢ、（ただし、原子比で、Ａ：０．３０〜０．５０、Ｂ：０．３０〜０．５０）を満足し、かつ隣り合う上記両点間の間隔が、０．０１〜０．２μｍである硬質被覆層で構成する。
【選択図】 なし
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、硬質被覆層が高硬度を有し、したがって各種の鋼や鋳鉄などの切削加工を、特に高速切削条件で行なった場合に、硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具（以下、被覆超硬工具という）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、被覆超硬工具には、各種の鋼や鋳鉄などの被削材の旋削加工や平削り加工にバイトの先端部に着脱自在に取り付けて用いられるスローアウエイチップ、穴あけ切削加工などに用いられるドリルやミニチュアドリル、さらに面削加工や溝加工、肩加工などに用いられるソリッドタイプのエンドミルなどがあり、また前記スローアウエイチップを着脱自在に取り付けて前記ソリッドタイプのエンドミルと同様に切削加工を行うスローアウエイエンドミル工具などが知られている。
【０００３】
また、被覆超硬工具として、炭化タングステン（以下、ＷＣで示す）基超硬合金または炭窒化チタン（以下、ＴｉＣＮで示す）基サーメットからなる基体（以下、これらを総称して超硬基体と云う）の表面に、
組成式：（Ｔｉ１−ＡＡｌＡ）Ｃ１−ＢＮＢ、
（ただし、原子比で、Ａ：０．３０〜０．５０、Ｂ：０．３０〜０．５０）
を満足するＴｉとＡｌの複合炭窒化物［以下、（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮで示す］層からなる硬質被覆層を、例えば２〜２０μｍの平均層厚で蒸着してなる被覆超硬工具が提案され、各種の鋼や鋳鉄などの連続切削や断続切削加工に用いた場合にすぐれた切削性能を発揮することも知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
さらに、上記の被覆超硬工具が、例えば図１に概略縦断面図で示される通り、中央部にステンレス鋼製の反応ガス吹き出し管が立設され、前記反応ガス吹き出し管には、図２（ａ）に概略斜視図で、同（ｂ）に概略平面図で例示される黒鉛製の超硬基体支持パレットが串刺し積層嵌着され、かつこれらがステンレス鋼製のカバーを介してヒーターで加熱される構造を有する化学蒸着装置を用い、超硬基体を前記超硬基体支持パレットの底面に形成された多数の反応ガス通過穴位置に図示される通りに載置した状態で前記化学蒸着装置に装入し、
反応ガス組成（容量％で）−ＴｉＣｌ４：０．０４〜２．５％、ＡｌＣｌ３：０．４〜６％、ＣＨ４：２〜１０％、Ｎ２：０．５〜２０％、Ｈ２：残り、
反応雰囲気温度：１０００〜１０５０℃、
反応雰囲気圧力：１０〜２０ｋＰａ、
の条件で（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮからなる硬質被覆層を形成することにより製造されることも知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭６２−５６５６５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
近年の切削加工装置の高性能化はめざましく、一方で切削加工に対する省力化および省エネ化、さらに低コスト化の要求も強く、これに伴い、切削加工は高速化の傾向にあるが、上記の従来被覆超硬工具においては、これを通常の切削加工条件で用いた場合には問題はないが、特に切削加工を高速切削条件で行なった場合には、硬質被覆層の硬さ不足が原因で、硬質被覆層の摩耗進行が一段と促進するようになることから、比較的短時間で使用寿命に至るのが現状である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者等は、上述のような観点から、特に高速切削加工条件で硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する被覆超硬工具を開発すべく、上記の従来被覆超硬工具を構成する硬質被覆層に着目し、研究を行った結果、
（ａ）上記の図１，２に示される化学蒸着図装置を用いて形成された従来被覆超硬工具を構成する（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層は、厚さ全体に亘って実質的に均一な組成を有し、したがって均質な硬さと強度を有するが、（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層を形成するに際して、例えば図３に反応ガス組成自動制御システムが概略チャート図で示される通り、反応ガス組成および流量中央制御装置に、前記（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層からなる硬質被覆層に層厚方向にそってＡｌおよび炭素の最高含有点とＴｉおよび窒素の最高含有点とを所定間隔をおいて交互に繰り返し形成させる目的で、前記Ａｌおよび炭素の最高含有点並びにＴｉおよび窒素の最高含有点に対応した反応ガス組成、並びに前記両点間のＡｌと炭素の連続変化に対応した反応ガス組成（この場合Ａｌおよび炭素の連続変化に対応してＴｉおよび窒素の含有量も変化することは当然である）、さらに前記両点間の間隔および硬質被覆層の全体層厚を、過去の実績データに基づいてインプットし、この反応ガス組成および流量中央制御装置からの制御信号にしたがって、原料ガスボンベからのＨ２ガス、ＣＨ４ガス、Ｎ２ガス、およびＨＣｌガスの流量、さらにＡｌＣｌ３ガスおよびＴｉＣｌ４ガスの流量をそれぞれの原料流量自動制御装置にて制御しながら、化学蒸着装置の反応ガス吹き出し管に導入すると、層厚方向にそって、Ａｌおよび炭素の最高含有点とＴｉおよび窒素の最高含有点とが所定間隔をおいて交互に繰り返し存在し、かつ前記Ａｌおよび炭素の最高含有点から前記Ｔｉおよび窒素の最高含有点、前記Ｔｉおよび窒素の最高含有点から前記Ａｌおよび炭素の最高含有点へＡｌと炭素、並びにＴｉと窒素の含有量が連続的に変化する成分濃度分布構造をもつたＡｌとＴｉの複合炭窒化物［以下、（Ａｌ，Ｔｉ）ＣＮで示す］層からなる硬質被覆層が形成されるようになること。
【０００８】
（ｂ）上記（ａ）の繰り返し連続変化成分濃度分布構造の（Ａｌ，Ｔｉ）ＣＮ層において、
上記Ａｌおよび炭素の最高含有点が、
組成式：（Ａｌ１−ＸＴｉＸ）Ｃ１−ＹＮＹ、
（ただし、原子比で、Ｘ：０．０２〜０．２０、Ｙ：０．０２〜０．２０）、
上記Ｔｉおよび窒素の最高含有点が、
組成式：（Ｔｉ１−ＡＡｌＡ）Ｃ１−ＢＮＢ、
（ただし、原子比で、Ａ：０．３０〜０．５０、Ｂ：０．３０〜０．５０）
を満足し、かつ隣り合う上記Ａｌおよび炭素の最高含有点と上記Ｔｉおよび窒素の最高含有点の厚さ方向の間隔を０．０１〜０．２μｍとすると、
上記Ａｌおよび炭素の最高含有点部分では、相対的に多量含有のＡｌ成分による高温硬さおよび耐熱性の向上、さらに同炭素成分による硬さの著しい向上が見られ、一方上記Ｔｉおよび窒素の最高含有点部分では、上記の従来（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層のもつ硬さと強度に相当する硬さと強度が確保され、かつこれらＡｌおよび炭素の最高含有点と上記Ｔｉおよび窒素の最高含有点の間隔をきわめて小さくしたことから、層全体の特性として前記従来（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層に比して、強度は同等で、高温硬さと耐熱性、さらに硬さが一段と向上したものになり、したがって、硬質被覆層がかかる構成の（Ａｌ，Ｔｉ）ＣＮ層からなる被覆超硬工具は、各種の鋼や鋳鉄などの切削加工を、特に高熱発生を伴なう高速切削条件で行なった場合にも、硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮するようになること。
以上（ａ）および（ｂ）に示される研究結果を得たのである。
【０００９】
この発明は、上記の研究結果に基づいてなされたものであって、超硬基体の表面に、（Ａｌ，Ｔｉ）ＣＮ層からなる硬質被覆層を２〜２０μｍの全体平均層厚で蒸着してなる被覆超硬工具において、
上記硬質被覆層が、層厚方向にそって、Ａｌおよび炭素の最高含有点とＴｉおよび窒素の最高含有点とが所定間隔をおいて交互に繰り返し存在し、かつ前記Ａｌおよび炭素の最高含有点から前記Ｔｉおよび窒素の最高含有点、前記Ｔｉおよび窒素の最高含有点から前記Ａｌおよび炭素の最高含有点へＡｌとＴｉの含有量、並びに炭素と窒素の含有量が連続的に変化する成分濃度分布構造を有し、
さらに、上記Ａｌおよび炭素の最高含有点が、
組成式：（Ａｌ１−ＸＴｉＸ）Ｃ１−ＹＮＹ、
（ただし、原子比で、Ｘ：０．０２〜０．２０、Ｙ：０．０２〜０．２０）、
上記Ｔｉおよび窒素の最高含有点が、
組成式：（Ｔｉ１−ＡＡｌＡ）Ｃ１−ＢＮＢ、
（ただし、原子比で、Ａ：０．３０〜０．５０、Ｂ：０．３０〜０．５０）、
を満足し、かつ隣り合う上記Ａｌおよび炭素の最高含有点と上記Ｔｉおよび窒素の最高含有点の間隔が、０．０１〜０．２μｍである、
高速切削条件で硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する被覆超硬工具に特徴を有するものである。
【００１０】
つぎに、この発明の被覆超硬工具において、硬質被覆層の構成を上記の通りに限定した理由を説明する。
（ａ）Ａｌおよび炭素の最高含有点
上記の通り硬質被覆層である（Ａｌ，Ｔｉ）ＣＮ層の厚さ方向に沿ってＡｌおよび炭素成分の相対的に高い部分を繰り返し形成して層自体の高温硬さと耐熱性、さらに硬さを一段と向上させ、一方上記の従来（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層と同等の組成を有するＴｉおよび炭素の最高含有点部分を繰り返し形成して層自体に強度を確保するものであり、したがって、この結果高速切削での耐摩耗性が前記従来（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層に比して著しく向上するようになるが、この場合ＴｉのＡｌとの相対含有割合を示すＸ値が、原子比で（以下同じ）０．０２未満であったり、また同じく窒素の炭素との相対含有割合を示すＹ値が、０．０２未満であったりすると、Ａｌおよび炭素の最高含有点が、実質的にＡｌと炭素で構成されるようになるので、一段とすぐれた高温硬さと耐熱性、さらに硬さを有するようになるが、強度の低下は著しく、高強度を有するＴｉと窒素の最高含有点が隣接して存在しても前記の実質的にＡｌと炭素からなるＡｌおよび炭素の最高含有点部分が破壊の起点となり、切刃部にチッピング（微少欠け）が発生し易くなるのが避けられず、一方同Ｘ値が０．２０を越えたり、また同Ｙ値が同じく０．２０を越えたりすると、高温硬さと耐熱性、さらに硬さが急激に低下し、すぐれた耐摩耗性を期待することができないことから、Ｘ値を０．０２〜０．２０、Ｙ値を０．０２〜０．２０と定めた。
【００１１】
（ｂ）Ｔｉおよび窒素の最高含有点
上記の通りＡｌおよび炭素の最高含有点は相対的にきわめてすぐれた高温硬さと耐熱性、さらに硬さを有するが、反面相対的に強度が不十分であるため、このＡｌおよび炭素の最高含有点の強度不足を補う目的で、上記の従来（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層のもつ強度と同等の相対的に高い強度を有するＴｉおよび窒素の最高含有点を厚さ方向に交互に介在させるものである。しかし、ＡｌのＴｉとの相対含有割合を示すＡ値が０．３０未満になったり、窒素の炭素との相対含有割合を示すＢ値が、０．５０を越えたりすると、すぐれた高温硬さと耐熱性、さらに硬さを有するＡｌおよび炭素の最高含有点が隣接して存在しても、層自体の高温硬さと耐熱性、さらに硬さの低下が避けられず、この結果摩耗進行が促進するようになり、一方同Ａ値が０．５０を越えたり、Ｂ値が０．３０未満になったりすると、層自体の強度低下が避けられず、切刃部にチッピング（微少欠け）が発生し易くることから、Ａ値を０．３０〜０．５０、Ｂ値を０．３０〜０．５０と定めた。
【００１２】
（ｃ）Ａｌおよび炭素の最高含有点とＴｉおよび窒素の最高含有点間の間隔
その間隔が０．０１μｍ未満ではそれぞれの点を上記の組成で明確に形成することが困難であり、この結果層に所定の強度を確保した上で、一段と高い高温硬さと耐熱性、さらに硬さを確保することができなくなり、またその間隔が０．２μｍを越えるとそれぞれの点がもつ欠点、すなわちＡｌおよび炭素の最高含有点であれば強度不足、Ｔｉおよび窒素の最高含有点であれば高温硬さおよび耐熱性不足、さらに硬さ不足が層内に局部的に現れ、これが原因でチッピングが発生し易くなったり、摩耗進行が促進されるようになることから、その間隔を０．０１〜０．２μｍと定めた。
【００１３】
（ｄ）硬質被覆層の全体平均層厚
その層厚が２μｍ未満では、所望の耐摩耗性を確保することができず、一方その平均層厚が２０μｍを越えると、チッピングが発生し易くなることから、その平均層厚を２〜２０μｍと定めた。
【００１４】
【発明の実施の形態】
つぎに、この発明の被覆超硬工具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：６．５μｍを有する粗粒ＷＣ粉末、同３．５μｍを有する中粒ＷＣ粉末、同０．８μｍの微粒ＷＣ粉末、同１．３μｍのＴａＣ粉末、同１．２μｍのＮｂＣ粉末、同１．２μｍのＺｒＣ粉末、同２．３μｍのＣｒ３Ｃ２粉末、同１．０μｍの（Ｔｉ，Ｗ）ＣＮ（質量比で、ＴｉＣ／ＴｉＮ／ＷＣ＝２４／２０／５６）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、ボールミルで７２時間混合し、減圧乾燥した後、１００ＭＰａ の圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を、表面部にＣｏ富化層を形成するものについては１３．３Ｐａ、そして全体に亘って均一組織を有するものについては６．７Ｐａの真空中、温度：１４３０℃に１時間保持の条件で焼結し、焼結後、切刃部分にＲ：０．０８のホーニング加工を施してＩＳＯ規格・ＣＮＭＧ１６０６０８のチップ形状をもったＷＣ基超硬合金製の超硬基体Ａ１〜Ａ１０を形成した。なお、超硬基体Ａ−１、Ａ−３、Ａ−４、Ａ−６、Ａ−７、およびＡ−９の表面部にＣｏ富化層の形成が見られた。
【００１５】
また、原料粉末として、いずれも０．５〜２μｍの平均粒径を有するＴｉＣＮ（重量比でＴｉＣ／ＴｉＮ＝５０／５０）粉末、Ｍｏ２ Ｃ粉末、ＺｒＣ粉末、ＮｂＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＷＣ粉末、Ｃｏ粉末、およびＮｉ粉末を用意し、これら原料粉末を、表２に示される配合組成に配合し、ボールミルで２４時間湿式混合し、乾燥した後、１００ＭＰａの圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を２ｋＰａの窒素雰囲気中、温度：１５００℃に１時間保持の条件で焼結し、焼結後、切刃部分にＲ：０．１０のホーニング加工を施してＩＳＯ規格・ＣＮＭＧ１６０６１２のチップ形状をもったＡｌＣＮ系サーメット製の超硬基体Ｂ１〜Ｂ６を形成した。
【００１６】
つぎに、上記の超硬基体Ａ１〜Ａ１０およびＢ１〜Ｂ６のそれぞれを、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した後、図１に示される化学蒸着装置内に、第２図に示される超硬基体支持パレットの位置決め穴に載置した状態で装入し、まず、装置内をヒーターで９００℃に加熱したところで、ＴｉＣｌ４：４．２％、Ｎ２：３０％、Ｈ２：残りからなる組成を有する反応ガスを反応ガス吹き出し管を通して導入して、装置内の反応雰囲気圧力を１５ｋＰａとし、この状態で３０分間保持して前記超硬基体表面に、下地密着層として０．３μｍの平均層厚をもった窒化チタン（ＴｉＮ）層を形成し、ついで、同じく装置内の雰囲気温度をヒーターにて加熱して１０２０℃とした後、図３に示される反応ガス組成自動制御システムの反応ガス組成および流量中央制御装置に、過去の実績データにしたがって、表３に示されるＡｌおよび炭素の最高含有点：Ａｌ／Ｃ最高点１〜１０の目標組成、並びに表４に示されるＴｉおよび窒素の最高含有点：Ｔｉ／Ｎ最高点１〜１０の目標組成に対応する反応ガス組成、前記Ａｌおよび炭素の最高含有点とＴｉおよび窒素の最高含有点間のＡｌとＴｉおよび炭素と窒素の含有量の連続変化に対応する反応ガス組成、さらに表４，６に示される前記両点間の目標間隔および硬質被覆層の目標全体層厚をインプットし、この反応ガス組成および流量中央制御装置からの信号にしたがって作動するコントロールバルブ内蔵の原料ガス流量自動制御装置を通して、原料ガスであるＨ２ガス、Ｎ２ガス、ＣＨ４ガス、ＡｌＣｌ３ガス、およびＴｉＣｌ４ガス（この場合、前記ＴｉＣｌ４ガスは図示の通り流量制御されたＨ２ガスをキャリアガスとしてＴｉＣｌ４ガス気化器に送り、ここで液体から気化されたＴｉＣｌ４と共に原料ガス流量自動制御装置に送られ、また前記ＡｌＣｌ３ガスは、ＡｌＣｌ３発生器で金属Ａｌと流量制御されたＨＣｌガスを反応させることにより形成される）を、それぞれのガス流量を自動制御しながら、図１の化学蒸着装置の反応ガス吹き出し管から装置内に導入し（装置内の反応雰囲気圧力は常に７ｋＰａに保持される）、もって前記超硬基体の表面に、層厚方向に沿って表３，４に示される目標組成のＡｌおよび炭素の最高含有点と、Ｔｉおよび窒素の最高含有点とが交互に表５，５に示される目標間隔で繰り返し存在し、かつ前記Ａｌおよび炭素の最高含有点から前記Ｔｉおよび窒素の最高含有点、前記Ｔｉおよび窒素の最高含有点から前記Ａｌおよび炭素の最高含有点へＡｌと炭素の含有量、並びにＴｉと窒素の含有量がそれぞれ連続的に変化する成分濃度分布構造を有し、かつ同じく表５，６に示される目標全体層厚の硬質被覆層を蒸着することにより、本発明被覆超硬工具としての本発明表面被覆超硬合金製スローアウエイチップ（以下、本発明被覆超硬チップと云う）１〜１６をそれぞれ製造した。
【００１７】
また、比較の目的で、上記の超硬基体Ａ１〜Ａ１０およびＢ１〜Ｂ６を、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した後、同じくそれぞれ図１，２に示される通常の化学蒸着装置に装入し、上記したＴｉＮ層形成条件と同じ条件で下地密着層として０．３μｍの平均層厚を有するＴｉＮ層を形成し、ついで反応雰囲気温度を１０２０℃に加熱した後、それぞれ表４のＴｉおよび窒素の最高含有点：Ｔｉ／Ｎ最高点１〜１０の目標組成と同じ組成の反応ガスを反応ガス吹き出し管から導入し、反応雰囲気圧力を７ｋＰａに一定とした条件で、前記超硬基体Ａ１〜Ａ１０およびＢ１〜Ｂ６のそれぞれの表面に、表７に示される目標全体層厚を有し、かつ層厚方向に沿って実質的に組成変化のない（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層からなる硬質被覆層を蒸着することにより、従来被覆超硬工具としての従来表面被覆超硬合金製スローアウエイチップ（以下、従来被覆超硬チップと云う）１〜１６をそれぞれ製造した。
【００１８】
つぎに、上記本発明被覆超硬チップ１〜１６および従来被覆超硬チップ１〜１６について、これを工具鋼製バイトの先端部に固定治具にてネジ止めした状態で、
被削材：ＪＩＳ・ＳＣＭ４３０の丸棒、
切削速度：４３０ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：２．５ｍｍ、
送り：０．２５ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：５分、
の条件での合金鋼の乾式連続高速切削加工試験、
被削材：ＪＩＳ・Ｓ３５Ｃの長さ方向等間隔４本縦溝入り丸棒、
切削速度：３６０ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：２．０ｍｍ、
送り：０．１５ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：５分、
の条件での炭素鋼の乾式断続高速切削加工試験、さらに、
被削材：ＪＩＳ・ＦＣ２５０の丸棒、
切削速度：４８０ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：３．０ｍｍ、
送り：０．３０ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：５分、
の条件での鋳鉄の乾式連続高速切削加工試験を行い、いずれの切削加工試験でも切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。この測定結果を表４〜７に示した。
【００１９】
【表１】
【００２０】
【表２】
【００２１】
【表３】
【００２２】
【表４】
【００２３】
【表５】
【００２４】
【表６】
【００２５】
【表７】
【００２６】
この結果得られた本発明被覆超硬チップ１〜１６および従来被覆超硬チップ１〜１６を構成する硬質被覆層について、厚さ方向に沿ってＡｌ、Ｔｉ、炭素、および窒素の含有量をオージェ分光分析装置を用いて測定しところ、本発明被覆超硬チップ１〜１６の硬質被覆層では、Ａｌおよび炭素の最高含有点と、Ｔｉおよび窒素の最高含有点とがそれぞれ目標値と実質的に同じ組成および間隔で交互に繰り返し存在し、かつＡｌおよび炭素の最高含有点からＴｉおよび窒素の最高含有点、前記Ｔｉおよび窒素の最高含有点からＡｌおよび炭素の最高含有点へＡｌと炭素の含有量、並びにＴｉと窒素の含有量がそれぞれ連続的に変化する成分濃度分布構造を有することも確認され、また、硬質被覆層の全体平均層厚も目標全体層厚と実質的に同じ値を示した。一方前記従来被覆超硬チップ１〜１６の硬質被覆層では厚さ方向に沿って組成変化が見られず、かつ目標組成と実質的に同じ組成および目標全体層厚と実質的に同じ全体平均層厚を示すことが確認された。
【００２７】
【発明の効果】
表３〜７に示される結果から、硬質被覆層が層厚方向に、相対的に一段と高い高温硬さと耐熱性、さらに硬さを有するＡｌおよび炭素の最高含有点と上記の従来（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層のもつ強度に相当する相対的に高い強度を有するＴｉおよび窒素の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および炭素の最高含有点から前記Ｔｉおよび窒素の最高含有点、前記Ｔｉおよび窒素の最高含有点から前記Ａｌおよび炭素の最高含有点へＡｌと炭素の含有量、並びにＴｉと窒素の含有量がそれぞれ連続的に変化する成分濃度分布構造を有する本発明被覆超硬チップ１〜１６は、いずれも各種の鋼や鋳鉄などの切削加工を、高速切削条件で行なった場合にも、硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮するのに対して、硬質被覆層が層厚方向に沿って実質的に組成変化のない従来被覆超硬チップ１〜１６においては、特に高速切削条件では高温硬さと耐熱性不足、さらに硬さ不足が原因で摩耗の進行がきわめて速くなり、比較的短時間で使用寿命に至ることが明らかである。
上述のように、この発明の被覆超硬工具は、通常の条件での切削加工は勿論のこと、特に各種の鋼や鋳鉄などの切削加工を、高速で行なった場合にも、すぐれた耐摩耗性を発揮し、長期に亘ってすぐれた切削性能を示すものであるから、切削加工の省力化および省エネ化、さらに低コスト化に十分満足に対応できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】被覆超硬工具を構成する硬質被覆層を形成するのに用いられている化学蒸着装置を例示する概略縦断面図である。
【図２】化学蒸着装置の構造部材である超硬基体支持パレットを示し、（ａ）が概略斜視図、（ｂ）が概略平面図である。
【図３】この発明の被覆超硬工具を構成する硬質被覆層の形成に用いられる反応ガス組成自動制御システムの概略チャート図である。
【発明の属する技術分野】
この発明は、硬質被覆層が高硬度を有し、したがって各種の鋼や鋳鉄などの切削加工を、特に高速切削条件で行なった場合に、硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具（以下、被覆超硬工具という）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、被覆超硬工具には、各種の鋼や鋳鉄などの被削材の旋削加工や平削り加工にバイトの先端部に着脱自在に取り付けて用いられるスローアウエイチップ、穴あけ切削加工などに用いられるドリルやミニチュアドリル、さらに面削加工や溝加工、肩加工などに用いられるソリッドタイプのエンドミルなどがあり、また前記スローアウエイチップを着脱自在に取り付けて前記ソリッドタイプのエンドミルと同様に切削加工を行うスローアウエイエンドミル工具などが知られている。
【０００３】
また、被覆超硬工具として、炭化タングステン（以下、ＷＣで示す）基超硬合金または炭窒化チタン（以下、ＴｉＣＮで示す）基サーメットからなる基体（以下、これらを総称して超硬基体と云う）の表面に、
組成式：（Ｔｉ１−ＡＡｌＡ）Ｃ１−ＢＮＢ、
（ただし、原子比で、Ａ：０．３０〜０．５０、Ｂ：０．３０〜０．５０）
を満足するＴｉとＡｌの複合炭窒化物［以下、（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮで示す］層からなる硬質被覆層を、例えば２〜２０μｍの平均層厚で蒸着してなる被覆超硬工具が提案され、各種の鋼や鋳鉄などの連続切削や断続切削加工に用いた場合にすぐれた切削性能を発揮することも知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
さらに、上記の被覆超硬工具が、例えば図１に概略縦断面図で示される通り、中央部にステンレス鋼製の反応ガス吹き出し管が立設され、前記反応ガス吹き出し管には、図２（ａ）に概略斜視図で、同（ｂ）に概略平面図で例示される黒鉛製の超硬基体支持パレットが串刺し積層嵌着され、かつこれらがステンレス鋼製のカバーを介してヒーターで加熱される構造を有する化学蒸着装置を用い、超硬基体を前記超硬基体支持パレットの底面に形成された多数の反応ガス通過穴位置に図示される通りに載置した状態で前記化学蒸着装置に装入し、
反応ガス組成（容量％で）−ＴｉＣｌ４：０．０４〜２．５％、ＡｌＣｌ３：０．４〜６％、ＣＨ４：２〜１０％、Ｎ２：０．５〜２０％、Ｈ２：残り、
反応雰囲気温度：１０００〜１０５０℃、
反応雰囲気圧力：１０〜２０ｋＰａ、
の条件で（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮからなる硬質被覆層を形成することにより製造されることも知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭６２−５６５６５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
近年の切削加工装置の高性能化はめざましく、一方で切削加工に対する省力化および省エネ化、さらに低コスト化の要求も強く、これに伴い、切削加工は高速化の傾向にあるが、上記の従来被覆超硬工具においては、これを通常の切削加工条件で用いた場合には問題はないが、特に切削加工を高速切削条件で行なった場合には、硬質被覆層の硬さ不足が原因で、硬質被覆層の摩耗進行が一段と促進するようになることから、比較的短時間で使用寿命に至るのが現状である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者等は、上述のような観点から、特に高速切削加工条件で硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する被覆超硬工具を開発すべく、上記の従来被覆超硬工具を構成する硬質被覆層に着目し、研究を行った結果、
（ａ）上記の図１，２に示される化学蒸着図装置を用いて形成された従来被覆超硬工具を構成する（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層は、厚さ全体に亘って実質的に均一な組成を有し、したがって均質な硬さと強度を有するが、（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層を形成するに際して、例えば図３に反応ガス組成自動制御システムが概略チャート図で示される通り、反応ガス組成および流量中央制御装置に、前記（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層からなる硬質被覆層に層厚方向にそってＡｌおよび炭素の最高含有点とＴｉおよび窒素の最高含有点とを所定間隔をおいて交互に繰り返し形成させる目的で、前記Ａｌおよび炭素の最高含有点並びにＴｉおよび窒素の最高含有点に対応した反応ガス組成、並びに前記両点間のＡｌと炭素の連続変化に対応した反応ガス組成（この場合Ａｌおよび炭素の連続変化に対応してＴｉおよび窒素の含有量も変化することは当然である）、さらに前記両点間の間隔および硬質被覆層の全体層厚を、過去の実績データに基づいてインプットし、この反応ガス組成および流量中央制御装置からの制御信号にしたがって、原料ガスボンベからのＨ２ガス、ＣＨ４ガス、Ｎ２ガス、およびＨＣｌガスの流量、さらにＡｌＣｌ３ガスおよびＴｉＣｌ４ガスの流量をそれぞれの原料流量自動制御装置にて制御しながら、化学蒸着装置の反応ガス吹き出し管に導入すると、層厚方向にそって、Ａｌおよび炭素の最高含有点とＴｉおよび窒素の最高含有点とが所定間隔をおいて交互に繰り返し存在し、かつ前記Ａｌおよび炭素の最高含有点から前記Ｔｉおよび窒素の最高含有点、前記Ｔｉおよび窒素の最高含有点から前記Ａｌおよび炭素の最高含有点へＡｌと炭素、並びにＴｉと窒素の含有量が連続的に変化する成分濃度分布構造をもつたＡｌとＴｉの複合炭窒化物［以下、（Ａｌ，Ｔｉ）ＣＮで示す］層からなる硬質被覆層が形成されるようになること。
【０００８】
（ｂ）上記（ａ）の繰り返し連続変化成分濃度分布構造の（Ａｌ，Ｔｉ）ＣＮ層において、
上記Ａｌおよび炭素の最高含有点が、
組成式：（Ａｌ１−ＸＴｉＸ）Ｃ１−ＹＮＹ、
（ただし、原子比で、Ｘ：０．０２〜０．２０、Ｙ：０．０２〜０．２０）、
上記Ｔｉおよび窒素の最高含有点が、
組成式：（Ｔｉ１−ＡＡｌＡ）Ｃ１−ＢＮＢ、
（ただし、原子比で、Ａ：０．３０〜０．５０、Ｂ：０．３０〜０．５０）
を満足し、かつ隣り合う上記Ａｌおよび炭素の最高含有点と上記Ｔｉおよび窒素の最高含有点の厚さ方向の間隔を０．０１〜０．２μｍとすると、
上記Ａｌおよび炭素の最高含有点部分では、相対的に多量含有のＡｌ成分による高温硬さおよび耐熱性の向上、さらに同炭素成分による硬さの著しい向上が見られ、一方上記Ｔｉおよび窒素の最高含有点部分では、上記の従来（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層のもつ硬さと強度に相当する硬さと強度が確保され、かつこれらＡｌおよび炭素の最高含有点と上記Ｔｉおよび窒素の最高含有点の間隔をきわめて小さくしたことから、層全体の特性として前記従来（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層に比して、強度は同等で、高温硬さと耐熱性、さらに硬さが一段と向上したものになり、したがって、硬質被覆層がかかる構成の（Ａｌ，Ｔｉ）ＣＮ層からなる被覆超硬工具は、各種の鋼や鋳鉄などの切削加工を、特に高熱発生を伴なう高速切削条件で行なった場合にも、硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮するようになること。
以上（ａ）および（ｂ）に示される研究結果を得たのである。
【０００９】
この発明は、上記の研究結果に基づいてなされたものであって、超硬基体の表面に、（Ａｌ，Ｔｉ）ＣＮ層からなる硬質被覆層を２〜２０μｍの全体平均層厚で蒸着してなる被覆超硬工具において、
上記硬質被覆層が、層厚方向にそって、Ａｌおよび炭素の最高含有点とＴｉおよび窒素の最高含有点とが所定間隔をおいて交互に繰り返し存在し、かつ前記Ａｌおよび炭素の最高含有点から前記Ｔｉおよび窒素の最高含有点、前記Ｔｉおよび窒素の最高含有点から前記Ａｌおよび炭素の最高含有点へＡｌとＴｉの含有量、並びに炭素と窒素の含有量が連続的に変化する成分濃度分布構造を有し、
さらに、上記Ａｌおよび炭素の最高含有点が、
組成式：（Ａｌ１−ＸＴｉＸ）Ｃ１−ＹＮＹ、
（ただし、原子比で、Ｘ：０．０２〜０．２０、Ｙ：０．０２〜０．２０）、
上記Ｔｉおよび窒素の最高含有点が、
組成式：（Ｔｉ１−ＡＡｌＡ）Ｃ１−ＢＮＢ、
（ただし、原子比で、Ａ：０．３０〜０．５０、Ｂ：０．３０〜０．５０）、
を満足し、かつ隣り合う上記Ａｌおよび炭素の最高含有点と上記Ｔｉおよび窒素の最高含有点の間隔が、０．０１〜０．２μｍである、
高速切削条件で硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する被覆超硬工具に特徴を有するものである。
【００１０】
つぎに、この発明の被覆超硬工具において、硬質被覆層の構成を上記の通りに限定した理由を説明する。
（ａ）Ａｌおよび炭素の最高含有点
上記の通り硬質被覆層である（Ａｌ，Ｔｉ）ＣＮ層の厚さ方向に沿ってＡｌおよび炭素成分の相対的に高い部分を繰り返し形成して層自体の高温硬さと耐熱性、さらに硬さを一段と向上させ、一方上記の従来（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層と同等の組成を有するＴｉおよび炭素の最高含有点部分を繰り返し形成して層自体に強度を確保するものであり、したがって、この結果高速切削での耐摩耗性が前記従来（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層に比して著しく向上するようになるが、この場合ＴｉのＡｌとの相対含有割合を示すＸ値が、原子比で（以下同じ）０．０２未満であったり、また同じく窒素の炭素との相対含有割合を示すＹ値が、０．０２未満であったりすると、Ａｌおよび炭素の最高含有点が、実質的にＡｌと炭素で構成されるようになるので、一段とすぐれた高温硬さと耐熱性、さらに硬さを有するようになるが、強度の低下は著しく、高強度を有するＴｉと窒素の最高含有点が隣接して存在しても前記の実質的にＡｌと炭素からなるＡｌおよび炭素の最高含有点部分が破壊の起点となり、切刃部にチッピング（微少欠け）が発生し易くなるのが避けられず、一方同Ｘ値が０．２０を越えたり、また同Ｙ値が同じく０．２０を越えたりすると、高温硬さと耐熱性、さらに硬さが急激に低下し、すぐれた耐摩耗性を期待することができないことから、Ｘ値を０．０２〜０．２０、Ｙ値を０．０２〜０．２０と定めた。
【００１１】
（ｂ）Ｔｉおよび窒素の最高含有点
上記の通りＡｌおよび炭素の最高含有点は相対的にきわめてすぐれた高温硬さと耐熱性、さらに硬さを有するが、反面相対的に強度が不十分であるため、このＡｌおよび炭素の最高含有点の強度不足を補う目的で、上記の従来（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層のもつ強度と同等の相対的に高い強度を有するＴｉおよび窒素の最高含有点を厚さ方向に交互に介在させるものである。しかし、ＡｌのＴｉとの相対含有割合を示すＡ値が０．３０未満になったり、窒素の炭素との相対含有割合を示すＢ値が、０．５０を越えたりすると、すぐれた高温硬さと耐熱性、さらに硬さを有するＡｌおよび炭素の最高含有点が隣接して存在しても、層自体の高温硬さと耐熱性、さらに硬さの低下が避けられず、この結果摩耗進行が促進するようになり、一方同Ａ値が０．５０を越えたり、Ｂ値が０．３０未満になったりすると、層自体の強度低下が避けられず、切刃部にチッピング（微少欠け）が発生し易くることから、Ａ値を０．３０〜０．５０、Ｂ値を０．３０〜０．５０と定めた。
【００１２】
（ｃ）Ａｌおよび炭素の最高含有点とＴｉおよび窒素の最高含有点間の間隔
その間隔が０．０１μｍ未満ではそれぞれの点を上記の組成で明確に形成することが困難であり、この結果層に所定の強度を確保した上で、一段と高い高温硬さと耐熱性、さらに硬さを確保することができなくなり、またその間隔が０．２μｍを越えるとそれぞれの点がもつ欠点、すなわちＡｌおよび炭素の最高含有点であれば強度不足、Ｔｉおよび窒素の最高含有点であれば高温硬さおよび耐熱性不足、さらに硬さ不足が層内に局部的に現れ、これが原因でチッピングが発生し易くなったり、摩耗進行が促進されるようになることから、その間隔を０．０１〜０．２μｍと定めた。
【００１３】
（ｄ）硬質被覆層の全体平均層厚
その層厚が２μｍ未満では、所望の耐摩耗性を確保することができず、一方その平均層厚が２０μｍを越えると、チッピングが発生し易くなることから、その平均層厚を２〜２０μｍと定めた。
【００１４】
【発明の実施の形態】
つぎに、この発明の被覆超硬工具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：６．５μｍを有する粗粒ＷＣ粉末、同３．５μｍを有する中粒ＷＣ粉末、同０．８μｍの微粒ＷＣ粉末、同１．３μｍのＴａＣ粉末、同１．２μｍのＮｂＣ粉末、同１．２μｍのＺｒＣ粉末、同２．３μｍのＣｒ３Ｃ２粉末、同１．０μｍの（Ｔｉ，Ｗ）ＣＮ（質量比で、ＴｉＣ／ＴｉＮ／ＷＣ＝２４／２０／５６）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、ボールミルで７２時間混合し、減圧乾燥した後、１００ＭＰａ の圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を、表面部にＣｏ富化層を形成するものについては１３．３Ｐａ、そして全体に亘って均一組織を有するものについては６．７Ｐａの真空中、温度：１４３０℃に１時間保持の条件で焼結し、焼結後、切刃部分にＲ：０．０８のホーニング加工を施してＩＳＯ規格・ＣＮＭＧ１６０６０８のチップ形状をもったＷＣ基超硬合金製の超硬基体Ａ１〜Ａ１０を形成した。なお、超硬基体Ａ−１、Ａ−３、Ａ−４、Ａ−６、Ａ−７、およびＡ−９の表面部にＣｏ富化層の形成が見られた。
【００１５】
また、原料粉末として、いずれも０．５〜２μｍの平均粒径を有するＴｉＣＮ（重量比でＴｉＣ／ＴｉＮ＝５０／５０）粉末、Ｍｏ２ Ｃ粉末、ＺｒＣ粉末、ＮｂＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＷＣ粉末、Ｃｏ粉末、およびＮｉ粉末を用意し、これら原料粉末を、表２に示される配合組成に配合し、ボールミルで２４時間湿式混合し、乾燥した後、１００ＭＰａの圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を２ｋＰａの窒素雰囲気中、温度：１５００℃に１時間保持の条件で焼結し、焼結後、切刃部分にＲ：０．１０のホーニング加工を施してＩＳＯ規格・ＣＮＭＧ１６０６１２のチップ形状をもったＡｌＣＮ系サーメット製の超硬基体Ｂ１〜Ｂ６を形成した。
【００１６】
つぎに、上記の超硬基体Ａ１〜Ａ１０およびＢ１〜Ｂ６のそれぞれを、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した後、図１に示される化学蒸着装置内に、第２図に示される超硬基体支持パレットの位置決め穴に載置した状態で装入し、まず、装置内をヒーターで９００℃に加熱したところで、ＴｉＣｌ４：４．２％、Ｎ２：３０％、Ｈ２：残りからなる組成を有する反応ガスを反応ガス吹き出し管を通して導入して、装置内の反応雰囲気圧力を１５ｋＰａとし、この状態で３０分間保持して前記超硬基体表面に、下地密着層として０．３μｍの平均層厚をもった窒化チタン（ＴｉＮ）層を形成し、ついで、同じく装置内の雰囲気温度をヒーターにて加熱して１０２０℃とした後、図３に示される反応ガス組成自動制御システムの反応ガス組成および流量中央制御装置に、過去の実績データにしたがって、表３に示されるＡｌおよび炭素の最高含有点：Ａｌ／Ｃ最高点１〜１０の目標組成、並びに表４に示されるＴｉおよび窒素の最高含有点：Ｔｉ／Ｎ最高点１〜１０の目標組成に対応する反応ガス組成、前記Ａｌおよび炭素の最高含有点とＴｉおよび窒素の最高含有点間のＡｌとＴｉおよび炭素と窒素の含有量の連続変化に対応する反応ガス組成、さらに表４，６に示される前記両点間の目標間隔および硬質被覆層の目標全体層厚をインプットし、この反応ガス組成および流量中央制御装置からの信号にしたがって作動するコントロールバルブ内蔵の原料ガス流量自動制御装置を通して、原料ガスであるＨ２ガス、Ｎ２ガス、ＣＨ４ガス、ＡｌＣｌ３ガス、およびＴｉＣｌ４ガス（この場合、前記ＴｉＣｌ４ガスは図示の通り流量制御されたＨ２ガスをキャリアガスとしてＴｉＣｌ４ガス気化器に送り、ここで液体から気化されたＴｉＣｌ４と共に原料ガス流量自動制御装置に送られ、また前記ＡｌＣｌ３ガスは、ＡｌＣｌ３発生器で金属Ａｌと流量制御されたＨＣｌガスを反応させることにより形成される）を、それぞれのガス流量を自動制御しながら、図１の化学蒸着装置の反応ガス吹き出し管から装置内に導入し（装置内の反応雰囲気圧力は常に７ｋＰａに保持される）、もって前記超硬基体の表面に、層厚方向に沿って表３，４に示される目標組成のＡｌおよび炭素の最高含有点と、Ｔｉおよび窒素の最高含有点とが交互に表５，５に示される目標間隔で繰り返し存在し、かつ前記Ａｌおよび炭素の最高含有点から前記Ｔｉおよび窒素の最高含有点、前記Ｔｉおよび窒素の最高含有点から前記Ａｌおよび炭素の最高含有点へＡｌと炭素の含有量、並びにＴｉと窒素の含有量がそれぞれ連続的に変化する成分濃度分布構造を有し、かつ同じく表５，６に示される目標全体層厚の硬質被覆層を蒸着することにより、本発明被覆超硬工具としての本発明表面被覆超硬合金製スローアウエイチップ（以下、本発明被覆超硬チップと云う）１〜１６をそれぞれ製造した。
【００１７】
また、比較の目的で、上記の超硬基体Ａ１〜Ａ１０およびＢ１〜Ｂ６を、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した後、同じくそれぞれ図１，２に示される通常の化学蒸着装置に装入し、上記したＴｉＮ層形成条件と同じ条件で下地密着層として０．３μｍの平均層厚を有するＴｉＮ層を形成し、ついで反応雰囲気温度を１０２０℃に加熱した後、それぞれ表４のＴｉおよび窒素の最高含有点：Ｔｉ／Ｎ最高点１〜１０の目標組成と同じ組成の反応ガスを反応ガス吹き出し管から導入し、反応雰囲気圧力を７ｋＰａに一定とした条件で、前記超硬基体Ａ１〜Ａ１０およびＢ１〜Ｂ６のそれぞれの表面に、表７に示される目標全体層厚を有し、かつ層厚方向に沿って実質的に組成変化のない（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層からなる硬質被覆層を蒸着することにより、従来被覆超硬工具としての従来表面被覆超硬合金製スローアウエイチップ（以下、従来被覆超硬チップと云う）１〜１６をそれぞれ製造した。
【００１８】
つぎに、上記本発明被覆超硬チップ１〜１６および従来被覆超硬チップ１〜１６について、これを工具鋼製バイトの先端部に固定治具にてネジ止めした状態で、
被削材：ＪＩＳ・ＳＣＭ４３０の丸棒、
切削速度：４３０ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：２．５ｍｍ、
送り：０．２５ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：５分、
の条件での合金鋼の乾式連続高速切削加工試験、
被削材：ＪＩＳ・Ｓ３５Ｃの長さ方向等間隔４本縦溝入り丸棒、
切削速度：３６０ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：２．０ｍｍ、
送り：０．１５ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：５分、
の条件での炭素鋼の乾式断続高速切削加工試験、さらに、
被削材：ＪＩＳ・ＦＣ２５０の丸棒、
切削速度：４８０ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：３．０ｍｍ、
送り：０．３０ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：５分、
の条件での鋳鉄の乾式連続高速切削加工試験を行い、いずれの切削加工試験でも切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。この測定結果を表４〜７に示した。
【００１９】
【表１】
【表２】
【表３】
【表４】
【表５】
【表６】
【表７】
この結果得られた本発明被覆超硬チップ１〜１６および従来被覆超硬チップ１〜１６を構成する硬質被覆層について、厚さ方向に沿ってＡｌ、Ｔｉ、炭素、および窒素の含有量をオージェ分光分析装置を用いて測定しところ、本発明被覆超硬チップ１〜１６の硬質被覆層では、Ａｌおよび炭素の最高含有点と、Ｔｉおよび窒素の最高含有点とがそれぞれ目標値と実質的に同じ組成および間隔で交互に繰り返し存在し、かつＡｌおよび炭素の最高含有点からＴｉおよび窒素の最高含有点、前記Ｔｉおよび窒素の最高含有点からＡｌおよび炭素の最高含有点へＡｌと炭素の含有量、並びにＴｉと窒素の含有量がそれぞれ連続的に変化する成分濃度分布構造を有することも確認され、また、硬質被覆層の全体平均層厚も目標全体層厚と実質的に同じ値を示した。一方前記従来被覆超硬チップ１〜１６の硬質被覆層では厚さ方向に沿って組成変化が見られず、かつ目標組成と実質的に同じ組成および目標全体層厚と実質的に同じ全体平均層厚を示すことが確認された。
【００２７】
【発明の効果】
表３〜７に示される結果から、硬質被覆層が層厚方向に、相対的に一段と高い高温硬さと耐熱性、さらに硬さを有するＡｌおよび炭素の最高含有点と上記の従来（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層のもつ強度に相当する相対的に高い強度を有するＴｉおよび窒素の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および炭素の最高含有点から前記Ｔｉおよび窒素の最高含有点、前記Ｔｉおよび窒素の最高含有点から前記Ａｌおよび炭素の最高含有点へＡｌと炭素の含有量、並びにＴｉと窒素の含有量がそれぞれ連続的に変化する成分濃度分布構造を有する本発明被覆超硬チップ１〜１６は、いずれも各種の鋼や鋳鉄などの切削加工を、高速切削条件で行なった場合にも、硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮するのに対して、硬質被覆層が層厚方向に沿って実質的に組成変化のない従来被覆超硬チップ１〜１６においては、特に高速切削条件では高温硬さと耐熱性不足、さらに硬さ不足が原因で摩耗の進行がきわめて速くなり、比較的短時間で使用寿命に至ることが明らかである。
上述のように、この発明の被覆超硬工具は、通常の条件での切削加工は勿論のこと、特に各種の鋼や鋳鉄などの切削加工を、高速で行なった場合にも、すぐれた耐摩耗性を発揮し、長期に亘ってすぐれた切削性能を示すものであるから、切削加工の省力化および省エネ化、さらに低コスト化に十分満足に対応できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】被覆超硬工具を構成する硬質被覆層を形成するのに用いられている化学蒸着装置を例示する概略縦断面図である。
【図２】化学蒸着装置の構造部材である超硬基体支持パレットを示し、（ａ）が概略斜視図、（ｂ）が概略平面図である。
【図３】この発明の被覆超硬工具を構成する硬質被覆層の形成に用いられる反応ガス組成自動制御システムの概略チャート図である。
Claims (1)
- 炭化タングステン基超硬合金基体または炭窒化チタン系サーメット基体の表面に、ＡｌとＴｉの複合炭窒化物層からなる硬質被覆層を２〜２０μｍの全体平均層厚で蒸着してなる表面被覆超硬合金製切削工具において、
上記硬質被覆層が、層厚方向にそって、Ａｌおよび炭素の最高含有点とＴｉおよび窒素の最高含有点とが所定間隔をおいて交互に繰り返し存在し、かつ前記Ａｌおよび炭素の最高含有点から前記Ｔｉおよび窒素の最高含有点、前記Ｔｉおよび窒素の最高含有点から前記Ａｌおよび炭素の最高含有点へＡｌとＴｉの含有量、並びに炭素と窒素の含有量が連続的に変化する成分濃度分布構造を有し、
さらに、上記Ａｌおよび炭素の最高含有点が、
組成式：（Ａｌ１−ＸＴｉＸ）Ｃ１−ＹＮＹ、
（ただし、原子比で、Ｘ：０．０２〜０．２０、Ｙ：０．０２〜０．２０）、
上記Ｔｉおよび窒素の最高含有点が、
組成式：（Ｔｉ１−ＡＡｌＡ）Ｃ１−ＢＮＢ、
（ただし、原子比で、Ａ：０．３０〜０．５０、Ｂ：０．３０〜０．５０）
を満足し、かつ隣り合う上記Ａｌおよび炭素の最高含有点と上記Ｔｉおよび窒素の最高含有点の間隔が、０．０１〜０．２μｍであること、
を特徴とする高速切削条件で硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具。
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