JP2003039207A - 被覆工具 - Google Patents
被覆工具Info
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- JP2003039207A JP2003039207A JP2001230891A JP2001230891A JP2003039207A JP 2003039207 A JP2003039207 A JP 2003039207A JP 2001230891 A JP2001230891 A JP 2001230891A JP 2001230891 A JP2001230891 A JP 2001230891A JP 2003039207 A JP2003039207 A JP 2003039207A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】ジルコニウム含有膜内の結晶粒界の強度と上層
膜との膜密着性を高めることにより、従来に比して格段
に切削耐久特性が優れる被覆工具を提供する。 【解決手段】基体表面に周期律表の４、５、６族並びに
アルミニウムの炭化物、窒化物、酸化物、炭窒化物、炭
酸化物、窒酸化物、炭窒酸化物のいずれか一種の単層皮
膜または二種以上の多層皮膜を有し、前記皮膜の少なく
とも一層がジルコニウムを含有し、且つ、該ジルコニウ
ム含有膜が双晶構造を持った結晶粒を含有する被覆工具
とする。
膜との膜密着性を高めることにより、従来に比して格段
に切削耐久特性が優れる被覆工具を提供する。 【解決手段】基体表面に周期律表の４、５、６族並びに
アルミニウムの炭化物、窒化物、酸化物、炭窒化物、炭
酸化物、窒酸化物、炭窒酸化物のいずれか一種の単層皮
膜または二種以上の多層皮膜を有し、前記皮膜の少なく
とも一層がジルコニウムを含有し、且つ、該ジルコニウ
ム含有膜が双晶構造を持った結晶粒を含有する被覆工具
とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は被覆工具に関し、特
にジルコニウムを含有する皮膜を被覆した工具に関す
る。
にジルコニウムを含有する皮膜を被覆した工具に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】一般に、被覆工具は超硬質合金、高速度
鋼、特殊鋼からなる基体表面に硬質皮膜を化学蒸着法
や、物理蒸着法により成膜して作製される。このような
被覆工具は皮膜の耐摩耗性と基体の強靭性とを兼ね備え
ており、広く実用に供されている。一般に、切削液を用
いることなく（以下、乾式切削と呼ぶ。）高硬度材を高
速で切削する場合、切削工具の刃先温度は１０００℃前
後にまで上がる。切削工具は、このような高温環境下に
おいて被削材との接触による摩耗や断続切削等による機
械的衝撃に耐える必要があり、耐摩耗性と強靭性とを兼
ね備えた被覆工具が重宝されている。上記の硬質皮膜に
は、耐摩耗性と靭性とが優れる周期律表４、５、６族金
属の炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸化物、窒酸化物、
炭窒酸化物からなる膜と、耐酸化性に優れる酸化アルミ
ニウム膜が単層あるいは多層膜として被覆された被覆工
具が一般に用いられている。また、上記の周期律表４、
５、６族金属にはチタン、特にその炭化物（ＴｉＣ）、
窒化物（ＴｉＮ）、炭窒化物（ＴｉＣＮ）が主に用いら
れている。このため、以降は、煩雑を避けるため周期律
表４、５、６族金属の代表としてチタンを用いて具体的
に詳述する。
鋼、特殊鋼からなる基体表面に硬質皮膜を化学蒸着法
や、物理蒸着法により成膜して作製される。このような
被覆工具は皮膜の耐摩耗性と基体の強靭性とを兼ね備え
ており、広く実用に供されている。一般に、切削液を用
いることなく（以下、乾式切削と呼ぶ。）高硬度材を高
速で切削する場合、切削工具の刃先温度は１０００℃前
後にまで上がる。切削工具は、このような高温環境下に
おいて被削材との接触による摩耗や断続切削等による機
械的衝撃に耐える必要があり、耐摩耗性と強靭性とを兼
ね備えた被覆工具が重宝されている。上記の硬質皮膜に
は、耐摩耗性と靭性とが優れる周期律表４、５、６族金
属の炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸化物、窒酸化物、
炭窒酸化物からなる膜と、耐酸化性に優れる酸化アルミ
ニウム膜が単層あるいは多層膜として被覆された被覆工
具が一般に用いられている。また、上記の周期律表４、
５、６族金属にはチタン、特にその炭化物（ＴｉＣ）、
窒化物（ＴｉＮ）、炭窒化物（ＴｉＣＮ）が主に用いら
れている。このため、以降は、煩雑を避けるため周期律
表４、５、６族金属の代表としてチタンを用いて具体的
に詳述する。
【０００３】これらＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ膜は、常
温でのビッカース硬度Ｈｖが約３２００、２１００、２
７００と非常に硬く、常温での耐摩耗性は優れている。
しかし、これらの膜の硬度は温度が上昇するにつれて急
激に低下するため、刃先の温度が１０００℃前後に達す
るような乾式切削では、耐摩耗性が急激に低下するとい
う問題がある。これら硬質膜の耐摩耗性を改善するため
に、炭窒化チタンジルコニウム等の膜を工具基体上に被
覆する方法（特表平１１−５１０８５６号公報）が提案
されている。この方法は、少なくとも２種の金属元素を
含む炭窒化物膜を、ＣＮ化合物ガスを用いてＣＶＤ法で
被覆する方法であるが、本発明者等が該公報記載の技術
に従い再現検討した結果では、得られた炭窒化チタンジ
ルコニウム膜は結晶粒径が大きく、工具としての耐摩耗
性や耐チッピング性が必ずしも満足できるものではなか
った。
温でのビッカース硬度Ｈｖが約３２００、２１００、２
７００と非常に硬く、常温での耐摩耗性は優れている。
しかし、これらの膜の硬度は温度が上昇するにつれて急
激に低下するため、刃先の温度が１０００℃前後に達す
るような乾式切削では、耐摩耗性が急激に低下するとい
う問題がある。これら硬質膜の耐摩耗性を改善するため
に、炭窒化チタンジルコニウム等の膜を工具基体上に被
覆する方法（特表平１１−５１０８５６号公報）が提案
されている。この方法は、少なくとも２種の金属元素を
含む炭窒化物膜を、ＣＮ化合物ガスを用いてＣＶＤ法で
被覆する方法であるが、本発明者等が該公報記載の技術
に従い再現検討した結果では、得られた炭窒化チタンジ
ルコニウム膜は結晶粒径が大きく、工具としての耐摩耗
性や耐チッピング性が必ずしも満足できるものではなか
った。
【０００４】本発明者らは、上記従来技術における被覆
工具の欠点を解決するために、鋭意研究した結果、金属
成分としてジルコニウムとチタン等を含有する硬質膜、
例えば（Ｔｉ、Ｚｒ）ＣＮ膜や（Ｔｉ、Ｚｒ）ＣＮＯ膜
等において、特定の条件を満たした場合には、高温にお
いても膜硬度が急激に低下せず、膜の密着性と耐摩耗性
が優れた膜を実現できることを見いだし、先に特開２０
０１−１１６３２号や特開２００１−１７０８０４号、
特願２０００−３９４１３７号、特願２０００−３９６
５６８号、特願２００１−３０４４号、特願２００１−
３０６０号、特願２００１−２３８２１号として出願
し、当該技術を開示した。尚、ジルコニウムとチタンの
両者を含有する硬質皮膜を被覆した工具として、粒状結
晶組織を有する炭窒化チタン結晶粒と炭窒化ジルコニウ
ム結晶粒の混合層を被覆した切削工具（特開２００１−
９６０４）が最近提案されているが、上記混合層ではＴ
ｉＣＮとＺｒＣＮとが個別に結晶粒を形成しておりＴ
ｉ、Ｚｒ、Ｃ、Ｎが一体となった結晶粒からは形成され
ていない。このためＴｉＣＮ結晶粒の高温での膜硬度低
下とＺｒＣＮ結晶粒の常温での膜硬度不足の欠点が解決
していないあるいはこれら結晶粒間の結合力が充分でな
いためか、切削工具として使用時に得られる耐摩耗性や
耐チッピング性が必ずしも満足できるものではなかっ
た。
工具の欠点を解決するために、鋭意研究した結果、金属
成分としてジルコニウムとチタン等を含有する硬質膜、
例えば（Ｔｉ、Ｚｒ）ＣＮ膜や（Ｔｉ、Ｚｒ）ＣＮＯ膜
等において、特定の条件を満たした場合には、高温にお
いても膜硬度が急激に低下せず、膜の密着性と耐摩耗性
が優れた膜を実現できることを見いだし、先に特開２０
０１−１１６３２号や特開２００１−１７０８０４号、
特願２０００−３９４１３７号、特願２０００−３９６
５６８号、特願２００１−３０４４号、特願２００１−
３０６０号、特願２００１−２３８２１号として出願
し、当該技術を開示した。尚、ジルコニウムとチタンの
両者を含有する硬質皮膜を被覆した工具として、粒状結
晶組織を有する炭窒化チタン結晶粒と炭窒化ジルコニウ
ム結晶粒の混合層を被覆した切削工具（特開２００１−
９６０４）が最近提案されているが、上記混合層ではＴ
ｉＣＮとＺｒＣＮとが個別に結晶粒を形成しておりＴ
ｉ、Ｚｒ、Ｃ、Ｎが一体となった結晶粒からは形成され
ていない。このためＴｉＣＮ結晶粒の高温での膜硬度低
下とＺｒＣＮ結晶粒の常温での膜硬度不足の欠点が解決
していないあるいはこれら結晶粒間の結合力が充分でな
いためか、切削工具として使用時に得られる耐摩耗性や
耐チッピング性が必ずしも満足できるものではなかっ
た。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、本願発明者
らが先に提案した上記の発明、すなわち、金属成分とし
てジルコニウムおよびチタン等を含有する硬質膜に係る
発明を更に発展させ、ジルコニウム含有膜内の結晶粒界
の強度（双晶）と上層膜との膜密着性（双晶が連続）を
高めることにより、従来に比して格段に切削耐久特性が
優れる被覆工具を提供することである。
らが先に提案した上記の発明、すなわち、金属成分とし
てジルコニウムおよびチタン等を含有する硬質膜に係る
発明を更に発展させ、ジルコニウム含有膜内の結晶粒界
の強度（双晶）と上層膜との膜密着性（双晶が連続）を
高めることにより、従来に比して格段に切削耐久特性が
優れる被覆工具を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明者らは上記課題を
解決するために鋭意研究してきた結果、ジルコニウム含
有膜を構成する少なくとも一部の結晶粒に双晶構造を持
たせることによりジルコニウム含有膜内の結晶粒界の強
度が高まるとともに、上層膜にも双晶構造を持たせ、両
者の双晶境界部を連続して形成させることにより上層膜
自身の粒界強度と膜密着性が高まり、更に優れた切削耐
久特性を有する工具が得られることを見出し、本発明に
到達した。すなわち本発明は、基体表面に周期律表の
４、５、６族並びにアルミニウムの炭化物、窒化物、酸
化物、炭窒化物、炭酸化物、窒酸化物、炭窒酸化物のい
ずれか一種の単層皮膜または二種以上の多層皮膜を有
し、前記皮膜の少なくとも一層がジルコニウムを含有
し、且つ、該ジルコニウム含有膜が双晶構造を持った結
晶粒を含有することを特徴とする被覆工具である。本発
明の被覆工具は、ジルコニウム含有膜が双晶構造を持っ
ているため結晶粒界の強度が高く、良好な切削耐久特性
が実現されている。
解決するために鋭意研究してきた結果、ジルコニウム含
有膜を構成する少なくとも一部の結晶粒に双晶構造を持
たせることによりジルコニウム含有膜内の結晶粒界の強
度が高まるとともに、上層膜にも双晶構造を持たせ、両
者の双晶境界部を連続して形成させることにより上層膜
自身の粒界強度と膜密着性が高まり、更に優れた切削耐
久特性を有する工具が得られることを見出し、本発明に
到達した。すなわち本発明は、基体表面に周期律表の
４、５、６族並びにアルミニウムの炭化物、窒化物、酸
化物、炭窒化物、炭酸化物、窒酸化物、炭窒酸化物のい
ずれか一種の単層皮膜または二種以上の多層皮膜を有
し、前記皮膜の少なくとも一層がジルコニウムを含有
し、且つ、該ジルコニウム含有膜が双晶構造を持った結
晶粒を含有することを特徴とする被覆工具である。本発
明の被覆工具は、ジルコニウム含有膜が双晶構造を持っ
ているため結晶粒界の強度が高く、良好な切削耐久特性
が実現されている。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明の被覆工具は、ジルコニウ
ム含有膜の上に双晶構造を持った結晶粒を含有する層が
形成されていることが好ましい。上層が双晶構造を持っ
た結晶粒を含有することにより上層内の粒界強度が高く
なり、更に優れた切削耐久特性が実現される。また、本
発明の被覆工具は、ジルコニウム含有膜の上に形成され
た層の双晶境界部が前記ジルコニウム含有膜の双晶境界
部から連続していることが好ましい。双晶境界部が連続
していることにより、ジルコニウム含有膜とその上に形
成されている層との間が結晶格子面レベルで連続的に成
膜されており両層間に高い密着性が実現されるととも
に、両層が双晶構造を有しているため各層自身の結晶粒
界の強度も高く、更に優れた切削耐久特性が実現され
る。この効果は特に、二層以上のジルコニウ含有膜が多
層膜状で形成されているときに強く現れる。また、本発
明の被覆工具は、前記双晶構造を構成する双晶境界部
（双晶面）が｛１１１｝面から成っていることが好まし
い。前記双晶構造を構成する双晶境界部が格子点の多い
｛１１１｝面から成っていることにより、双晶境界部が
緻密に形成され、双晶境界部を境にして接する結晶粒間
の粒界強度が更に高められ、更に優れた切削耐久特性が
得られるものと判断される。
ム含有膜の上に双晶構造を持った結晶粒を含有する層が
形成されていることが好ましい。上層が双晶構造を持っ
た結晶粒を含有することにより上層内の粒界強度が高く
なり、更に優れた切削耐久特性が実現される。また、本
発明の被覆工具は、ジルコニウム含有膜の上に形成され
た層の双晶境界部が前記ジルコニウム含有膜の双晶境界
部から連続していることが好ましい。双晶境界部が連続
していることにより、ジルコニウム含有膜とその上に形
成されている層との間が結晶格子面レベルで連続的に成
膜されており両層間に高い密着性が実現されるととも
に、両層が双晶構造を有しているため各層自身の結晶粒
界の強度も高く、更に優れた切削耐久特性が実現され
る。この効果は特に、二層以上のジルコニウ含有膜が多
層膜状で形成されているときに強く現れる。また、本発
明の被覆工具は、前記双晶構造を構成する双晶境界部
（双晶面）が｛１１１｝面から成っていることが好まし
い。前記双晶構造を構成する双晶境界部が格子点の多い
｛１１１｝面から成っていることにより、双晶境界部が
緻密に形成され、双晶境界部を境にして接する結晶粒間
の粒界強度が更に高められ、更に優れた切削耐久特性が
得られるものと判断される。
【０００８】また、本発明の被覆工具は、ジルコニウム
含有膜の上に形成された膜がジルコニウム含有膜からエ
ピタキシャルに成長していることが好ましい。こうする
ことにより両層間に優れた密着性が得られ、更に優れた
切削耐久特性が得られる。本発明の被覆工具において、
チタンは周期律表の４、５、６族金属の代表として表記
したものであり、他の同族金属、例えばＺｒ、Ｈｆ、
Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗのいずれかであっても
略同様の効果が得られる。また、ジルコニウム含有膜は
ＴｉＺｒＣＮやＴｉＺｒＣＮＯ膜に限るものではなくＴ
ｉＺｒＣ、ＴｉＺｒＣＯ、ＴｉＺｒＮ、ＴｉＺｒＮＯ膜
でも良い。また、ＴｉＺｒＣＮ膜やＴｉＺｒＣＮＯ膜は
ＣＨ３ＣＮとＴｉＣｌ４或いはＣＨ３ＣＮとＴｉＣｌ４
と酸化ガス（例えば、ＣＯ２あるいはＣＯの単独ガス、
または、ＣＯ２とＣＯの混合ガス）を反応させて成膜す
るものに限るものではなく、ＣＨ４、Ｎ２、ＴｉＣｌ４
やＣＨ ４、Ｎ２、ＴｉＣｌ４と酸化ガスとを反応させて
成膜するＴｉＺｒＣＮ膜やＴｉＺｒＣＮＯ膜でもよい。
また、ジルコニウム含有膜は上記の膜に限るものではな
く、上記の膜に例えばＣｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｍｇ、
Ｙ、Ｓｉ、Ｂ、Ｗ、Ｍｏ、Ｓの一種または二種以上を
０．３〜１０質量％添加した膜でも良い。０．３質量％
未満ではこれらを添加する効果が現れず、１０質量％を
超えると上記膜の耐摩耗や高靭性の効果が低くなる欠点
が現れる。
含有膜の上に形成された膜がジルコニウム含有膜からエ
ピタキシャルに成長していることが好ましい。こうする
ことにより両層間に優れた密着性が得られ、更に優れた
切削耐久特性が得られる。本発明の被覆工具において、
チタンは周期律表の４、５、６族金属の代表として表記
したものであり、他の同族金属、例えばＺｒ、Ｈｆ、
Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗのいずれかであっても
略同様の効果が得られる。また、ジルコニウム含有膜は
ＴｉＺｒＣＮやＴｉＺｒＣＮＯ膜に限るものではなくＴ
ｉＺｒＣ、ＴｉＺｒＣＯ、ＴｉＺｒＮ、ＴｉＺｒＮＯ膜
でも良い。また、ＴｉＺｒＣＮ膜やＴｉＺｒＣＮＯ膜は
ＣＨ３ＣＮとＴｉＣｌ４或いはＣＨ３ＣＮとＴｉＣｌ４
と酸化ガス（例えば、ＣＯ２あるいはＣＯの単独ガス、
または、ＣＯ２とＣＯの混合ガス）を反応させて成膜す
るものに限るものではなく、ＣＨ４、Ｎ２、ＴｉＣｌ４
やＣＨ ４、Ｎ２、ＴｉＣｌ４と酸化ガスとを反応させて
成膜するＴｉＺｒＣＮ膜やＴｉＺｒＣＮＯ膜でもよい。
また、ジルコニウム含有膜は上記の膜に限るものではな
く、上記の膜に例えばＣｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｍｇ、
Ｙ、Ｓｉ、Ｂ、Ｗ、Ｍｏ、Ｓの一種または二種以上を
０．３〜１０質量％添加した膜でも良い。０．３質量％
未満ではこれらを添加する効果が現れず、１０質量％を
超えると上記膜の耐摩耗や高靭性の効果が低くなる欠点
が現れる。
【０００９】本発明の被覆工具を構成可能なジルコニウ
ム含有膜や、炭化チタン層、炭窒化チタン層、炭酸化チ
タン層、酸化アルミニウム膜は必ずしも最外層である必
要はない。例えばさらにその上に少なくとも一層のチタ
ンやジルコニウム、ハフニウムの化合物（例えばＴｉ
Ｎ、ＺｒＮ、ＨｆＮ、ＴｉＣＮ層、ＺｒＣＮ、ＨｆＣＮ
あるいはこれらを組み合わせた多層膜等）を被覆しても
よい。また、上記膜には本発明の被覆工具の切削耐久特
性を劣化させない範囲で不可避の添加物、不純物を例え
ば数質量％程度まで含むことが許容される。本発明の被
覆工具の製作は既知の成膜方法を採用できる。例えば、
通常の化学蒸着法（熱ＣＶＤ）、プラズマを付加した化
学蒸着法（ＰＡＣＶＤ）、イオンプレーティング法等を
用いることができる。用途は切削工具に限るものではな
く、硬質皮膜を被覆した耐摩耗材や金型、溶湯部品等で
もよい。次に、本発明の被覆工具を実施例により具体的
に説明するが、それら実施例により本発明が限定される
ものではない。
ム含有膜や、炭化チタン層、炭窒化チタン層、炭酸化チ
タン層、酸化アルミニウム膜は必ずしも最外層である必
要はない。例えばさらにその上に少なくとも一層のチタ
ンやジルコニウム、ハフニウムの化合物（例えばＴｉ
Ｎ、ＺｒＮ、ＨｆＮ、ＴｉＣＮ層、ＺｒＣＮ、ＨｆＣＮ
あるいはこれらを組み合わせた多層膜等）を被覆しても
よい。また、上記膜には本発明の被覆工具の切削耐久特
性を劣化させない範囲で不可避の添加物、不純物を例え
ば数質量％程度まで含むことが許容される。本発明の被
覆工具の製作は既知の成膜方法を採用できる。例えば、
通常の化学蒸着法（熱ＣＶＤ）、プラズマを付加した化
学蒸着法（ＰＡＣＶＤ）、イオンプレーティング法等を
用いることができる。用途は切削工具に限るものではな
く、硬質皮膜を被覆した耐摩耗材や金型、溶湯部品等で
もよい。次に、本発明の被覆工具を実施例により具体的
に説明するが、それら実施例により本発明が限定される
ものではない。
【００１０】（実施例１）ＷＣ：８０質量％、ＴｉＣ：
５質量％、（Ｔａ、Ｎｂ）Ｃ：６質量％、Ｃｏ：９質量
％の組成よりなる超硬合金製スローアウェイチップ上
に、熱ＣＶＤ法により成膜温度９００℃で厚さ０．４μ
ｍの窒化チタン膜をまず形成した。続いて、成膜温度８
５０℃、原料ガスをＴｉＣｌ４ガス：１．５ｖｏｌ％、
ＣＨ３ＣＮガス：１．０ｖｏｌ％、Ｎ２ガス：４５ｖｏ
ｌ％、残りＨ２キャリヤーガスで構成された原料ガスを
毎分６０００ｍｌだけＣＶＤ炉内に流し、成膜圧力：
５．０ｋＰａで厚さ１μｍの炭窒化チタン膜を成膜し
た。次に、ＴｉＣｌ４ガス１．５ｖｏｌ％、ＺｒＣｌ４
ガス１．５ｖｏｌ％、ＣＨ３ＣＮガス１ｖｏｌ％、ＣＯ
ガスを１ｖｏｌ％、Ｎ２ガス４５ｖｏｌ％、残Ｈ２キャ
リヤーガスで構成された原料ガスを毎分６０００ｍｌだ
けＣＶＤ炉内に流し、成膜圧力５ｋＰａ、成膜温度８５
０℃で反応させることによりＴｉとＺｒ、Ｃ、Ｎ、Ｏか
らなる炭窒酸化チタンジルコニウム膜を成膜した。続い
て、ＺｒＣｌ４ガス：１．５ｖｏｌ％、ＣＨ３ＣＮガ
ス：１．０ｖｏｌ％、Ｎ２ガス：４５ｖｏｌ％、残りＨ
２キャリヤーガスで構成された原料ガスを毎分６０００
ｍｌだけＣＶＤ炉内に流し、上記と同じ成膜温度８５０
℃、成膜圧力５ｋＰａで炭窒化ジルコニウム層を成膜し
た。この炭窒酸化チタンジルコニウム層と炭窒化ジルコ
ニウム層とを一組とする複層構造を単位層として、１６
組の複層構造単位層を積層することにより炭窒酸化チタ
ンジルコニウム層と炭窒化ジルコニウム層とからなる全
厚が９μｍの多層膜を成膜した。
５質量％、（Ｔａ、Ｎｂ）Ｃ：６質量％、Ｃｏ：９質量
％の組成よりなる超硬合金製スローアウェイチップ上
に、熱ＣＶＤ法により成膜温度９００℃で厚さ０．４μ
ｍの窒化チタン膜をまず形成した。続いて、成膜温度８
５０℃、原料ガスをＴｉＣｌ４ガス：１．５ｖｏｌ％、
ＣＨ３ＣＮガス：１．０ｖｏｌ％、Ｎ２ガス：４５ｖｏ
ｌ％、残りＨ２キャリヤーガスで構成された原料ガスを
毎分６０００ｍｌだけＣＶＤ炉内に流し、成膜圧力：
５．０ｋＰａで厚さ１μｍの炭窒化チタン膜を成膜し
た。次に、ＴｉＣｌ４ガス１．５ｖｏｌ％、ＺｒＣｌ４
ガス１．５ｖｏｌ％、ＣＨ３ＣＮガス１ｖｏｌ％、ＣＯ
ガスを１ｖｏｌ％、Ｎ２ガス４５ｖｏｌ％、残Ｈ２キャ
リヤーガスで構成された原料ガスを毎分６０００ｍｌだ
けＣＶＤ炉内に流し、成膜圧力５ｋＰａ、成膜温度８５
０℃で反応させることによりＴｉとＺｒ、Ｃ、Ｎ、Ｏか
らなる炭窒酸化チタンジルコニウム膜を成膜した。続い
て、ＺｒＣｌ４ガス：１．５ｖｏｌ％、ＣＨ３ＣＮガ
ス：１．０ｖｏｌ％、Ｎ２ガス：４５ｖｏｌ％、残りＨ
２キャリヤーガスで構成された原料ガスを毎分６０００
ｍｌだけＣＶＤ炉内に流し、上記と同じ成膜温度８５０
℃、成膜圧力５ｋＰａで炭窒化ジルコニウム層を成膜し
た。この炭窒酸化チタンジルコニウム層と炭窒化ジルコ
ニウム層とを一組とする複層構造を単位層として、１６
組の複層構造単位層を積層することにより炭窒酸化チタ
ンジルコニウム層と炭窒化ジルコニウム層とからなる全
厚が９μｍの多層膜を成膜した。
【００１１】このようにして作製した本発明例１の多層
膜の断面を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ、日立製作所製、
Ｈ−８００、２００ｋＶ）により撮影した写真を図１に
示す。図２は、図１中の中央右上部近傍の暗ＳＴＥＭ像
である。これは透過した散乱電子を像化したもので、原
子番号効果が強調され通常のＳＥＭ像と同様の像が撮影
されている。即ち、明るい縞模様に撮影されている層が
ＺｒＣＮ膜、その上下で暗く撮影されている縞模様層が
ＴｉＺｒＣＮＯ膜である。図３は図２近傍の領域に於け
るＴｉの分布、図４はＺｒの分布を分析したものであ
る。この元素マップはＴＥＭ装置に内蔵したエネルギー
分散形Ｘ線分析装置（ＥＤＸ、ＮＯＲＡＮ社製）により
分析した。図１〜４より、ＴｉＺｒＣＮＯ膜とＺｒＣＮ
膜とが多層膜状に高密度に成膜されていることがわか
る。各膜間や結晶粒間に空孔は観察されていない。ま
た、例えば図２の右下から左上にかけてのように、多数
の結晶粒界が一直線に多層膜間を貫通していることがわ
かる。尚、図１において、特に暗く撮影されている部分
が数箇所存在するが、これは、この部分の結晶の格子面
が電子線の入射に整合しブラッグ反射のため電子線が回
折されたため、入射電子線の透過能が低くなったためで
ある。膜中にクラックや空孔があるためではない。
膜の断面を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ、日立製作所製、
Ｈ−８００、２００ｋＶ）により撮影した写真を図１に
示す。図２は、図１中の中央右上部近傍の暗ＳＴＥＭ像
である。これは透過した散乱電子を像化したもので、原
子番号効果が強調され通常のＳＥＭ像と同様の像が撮影
されている。即ち、明るい縞模様に撮影されている層が
ＺｒＣＮ膜、その上下で暗く撮影されている縞模様層が
ＴｉＺｒＣＮＯ膜である。図３は図２近傍の領域に於け
るＴｉの分布、図４はＺｒの分布を分析したものであ
る。この元素マップはＴＥＭ装置に内蔵したエネルギー
分散形Ｘ線分析装置（ＥＤＸ、ＮＯＲＡＮ社製）により
分析した。図１〜４より、ＴｉＺｒＣＮＯ膜とＺｒＣＮ
膜とが多層膜状に高密度に成膜されていることがわか
る。各膜間や結晶粒間に空孔は観察されていない。ま
た、例えば図２の右下から左上にかけてのように、多数
の結晶粒界が一直線に多層膜間を貫通していることがわ
かる。尚、図１において、特に暗く撮影されている部分
が数箇所存在するが、これは、この部分の結晶の格子面
が電子線の入射に整合しブラッグ反射のため電子線が回
折されたため、入射電子線の透過能が低くなったためで
ある。膜中にクラックや空孔があるためではない。
【００１２】図５は図２中央部の高分解能像（日立製作
所製ＨＦ−２１００、２００ｋＶを使用）である。図５
上半分にＺｒＣＮ膜、下半分にＴｉＺｒＣＮＯ膜が撮影
され、右下から左上にかけて結晶粒界ａ−ｂが撮影され
ている。図５より、結晶粒界ａ−ｂと平行にＴｉＺｒＣ
ＮＯ膜とＺｒＣＮ膜の両格子縞が一直線に連続して形成
されており、しかも結晶粒界ａ−ｂを境界にして左右に
対称であることがわかる。すなわち、ＴｉＺｒＣＮＯ膜
とＺｒＣＮ膜の両者が双晶構造を有しており結晶粒界ａ
−ｂが双晶面であること、しかもこの双晶面がＴｉＺｒ
ＣＮＯ膜からＺｒＣＮ膜まで一直線に連続していること
がわかる。図５の格子像をフーリエ変換した結果、Ｚｒ
ＣＮ膜とＴｉＺｒＣＮＯ膜とはともに結晶格子が面心立
方晶であり、格子縞ａ−ｂは｛１１１｝面であることが
判明した。また、図５において、ＴｉＺｒＣＮＯ膜とＺ
ｒＣＮ膜の格子縞が界面（図５中央部付近にある）を越
えて一直線に連続していることから両者がエピタキシャ
ルに成長していることがわかる。
所製ＨＦ−２１００、２００ｋＶを使用）である。図５
上半分にＺｒＣＮ膜、下半分にＴｉＺｒＣＮＯ膜が撮影
され、右下から左上にかけて結晶粒界ａ−ｂが撮影され
ている。図５より、結晶粒界ａ−ｂと平行にＴｉＺｒＣ
ＮＯ膜とＺｒＣＮ膜の両格子縞が一直線に連続して形成
されており、しかも結晶粒界ａ−ｂを境界にして左右に
対称であることがわかる。すなわち、ＴｉＺｒＣＮＯ膜
とＺｒＣＮ膜の両者が双晶構造を有しており結晶粒界ａ
−ｂが双晶面であること、しかもこの双晶面がＴｉＺｒ
ＣＮＯ膜からＺｒＣＮ膜まで一直線に連続していること
がわかる。図５の格子像をフーリエ変換した結果、Ｚｒ
ＣＮ膜とＴｉＺｒＣＮＯ膜とはともに結晶格子が面心立
方晶であり、格子縞ａ−ｂは｛１１１｝面であることが
判明した。また、図５において、ＴｉＺｒＣＮＯ膜とＺ
ｒＣＮ膜の格子縞が界面（図５中央部付近にある）を越
えて一直線に連続していることから両者がエピタキシャ
ルに成長していることがわかる。
【００１３】尚、図１〜５の透過型電子顕微鏡写真は成
膜面の断面を厚さ２０μｍ以下に研磨した後、更にイオ
ンミリングにより厚さを薄くした膜断面の微少領域に、
電子線を透過させて撮影したものである。このため、ジ
ルコニウム含有膜やその上に成膜されている層に含有さ
れている双晶部分が実際に観察される確率は低いと考え
られる。したがって、図５のように、微少領域のＴＥＮ
写真中に双晶部分が観測されるということはかなりの頻
度でジルコニウム含有膜やその上層膜中に双晶部分が存
在していると判断できる。また、観察試料の膜厚が厚い
等、試料の条件が悪い時には、電子線回折像では双晶関
係が確認されないことがある。この場合も試料を再加工
し格子像を観察することにより、上記のような双晶関係
が確認されることがあるので注意を要する。
膜面の断面を厚さ２０μｍ以下に研磨した後、更にイオ
ンミリングにより厚さを薄くした膜断面の微少領域に、
電子線を透過させて撮影したものである。このため、ジ
ルコニウム含有膜やその上に成膜されている層に含有さ
れている双晶部分が実際に観察される確率は低いと考え
られる。したがって、図５のように、微少領域のＴＥＮ
写真中に双晶部分が観測されるということはかなりの頻
度でジルコニウム含有膜やその上層膜中に双晶部分が存
在していると判断できる。また、観察試料の膜厚が厚い
等、試料の条件が悪い時には、電子線回折像では双晶関
係が確認されないことがある。この場合も試料を再加工
し格子像を観察することにより、上記のような双晶関係
が確認されることがあるので注意を要する。
【００１４】本発明例１の条件で製作した切削工具５個
を以下の条件で断続切削し、刃先先端の欠け状況を倍率
５０倍の実体顕微鏡で観察し、刃先にチッピングや膜剥
離が生じるまでの断続切削回数を求めた。 被削材：ＳＣＭ４３５材（四つ溝入） 工具形状：ＣＮＭＧ４３３ 切削条件：２００ｍ／分 送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ 切り込み：１．５ｍｍ 切削液：使用せず（乾式切削） その結果、本発明品は８０００回迄断続切削後も刃先が
健全でチッピングや剥離が見られず、膜の結晶粒界強度
と膜間の密着性が優れており、切削工具として断続切削
時の耐久性が優れていることがわかった。
を以下の条件で断続切削し、刃先先端の欠け状況を倍率
５０倍の実体顕微鏡で観察し、刃先にチッピングや膜剥
離が生じるまでの断続切削回数を求めた。 被削材：ＳＣＭ４３５材（四つ溝入） 工具形状：ＣＮＭＧ４３３ 切削条件：２００ｍ／分 送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ 切り込み：１．５ｍｍ 切削液：使用せず（乾式切削） その結果、本発明品は８０００回迄断続切削後も刃先が
健全でチッピングや剥離が見られず、膜の結晶粒界強度
と膜間の密着性が優れており、切削工具として断続切削
時の耐久性が優れていることがわかった。
【００１５】（実施例２）比較例２として、ジルコニウ
ム含有膜に双晶構造が存在する場合としない場合の切削
特性への影響を明確にするために、以下の比較例２を作
製した。実施例１と同様の組成を持つ超硬合金製基板の
表面に実施例１と同様の方法によりＴｉＮとＴｉＣＮＯ
膜とを成膜した後、次に、ＴｉＣｌ４ガス１．５ｖｏｌ
％、ＺｒＣｌ ４ガス１ｖｏｌ％、ＣＨ３ＣＮガス０．５
ｖｏｌ％、ＣＯ２ガス１ｖｏｌ％、Ｎ ２ガス４５ｖｏｌ
％、残Ｈ２キャリヤーガスで構成された原料ガスを毎分
６０００ｍｌだけＣＶＤ炉内に流し、成膜圧力１０ｋＰ
ａ、成膜温度７５０℃でＴｉとＺｒ、Ｃ、Ｎ、Ｏからな
る炭窒酸化チタンジルコニウム膜を成膜した。続いて、
原料ガスをＺｒＣｌ４ガス：１．５ｖｏｌ％、ＣＨ３Ｃ
Ｎガス：０．５ｖｏｌ％、Ｎ２ガス：４５ｖｏｌ％、残
りＨ２キャリヤーガスで構成された原料ガスを毎分６０
００ｍｌだけＣＶＤ炉内に流し、成膜温度９５０℃、成
膜圧力１０ｋＰａで炭窒化ジルコニウム層を成膜した。
この炭窒酸化チタンジルコニウム層と炭窒化ジルコニウ
ム層とを一組とする複層構造を単位層として、１６組の
複層構造単位層を積層することにより炭窒酸化チタンジ
ルコニウム層と炭窒化ジルコニウム層とからなる全厚が
９μｍの多層膜を成膜することにより、比較例２を作製
した。
ム含有膜に双晶構造が存在する場合としない場合の切削
特性への影響を明確にするために、以下の比較例２を作
製した。実施例１と同様の組成を持つ超硬合金製基板の
表面に実施例１と同様の方法によりＴｉＮとＴｉＣＮＯ
膜とを成膜した後、次に、ＴｉＣｌ４ガス１．５ｖｏｌ
％、ＺｒＣｌ ４ガス１ｖｏｌ％、ＣＨ３ＣＮガス０．５
ｖｏｌ％、ＣＯ２ガス１ｖｏｌ％、Ｎ ２ガス４５ｖｏｌ
％、残Ｈ２キャリヤーガスで構成された原料ガスを毎分
６０００ｍｌだけＣＶＤ炉内に流し、成膜圧力１０ｋＰ
ａ、成膜温度７５０℃でＴｉとＺｒ、Ｃ、Ｎ、Ｏからな
る炭窒酸化チタンジルコニウム膜を成膜した。続いて、
原料ガスをＺｒＣｌ４ガス：１．５ｖｏｌ％、ＣＨ３Ｃ
Ｎガス：０．５ｖｏｌ％、Ｎ２ガス：４５ｖｏｌ％、残
りＨ２キャリヤーガスで構成された原料ガスを毎分６０
００ｍｌだけＣＶＤ炉内に流し、成膜温度９５０℃、成
膜圧力１０ｋＰａで炭窒化ジルコニウム層を成膜した。
この炭窒酸化チタンジルコニウム層と炭窒化ジルコニウ
ム層とを一組とする複層構造を単位層として、１６組の
複層構造単位層を積層することにより炭窒酸化チタンジ
ルコニウム層と炭窒化ジルコニウム層とからなる全厚が
９μｍの多層膜を成膜することにより、比較例２を作製
した。
【００１６】この比較例２のジルコニウム含有膜近傍を
実施例１と同様にして透過型電子顕微鏡で観察したが、
ジルコニウム含有膜に双晶構造部は見られなかった。次
に、比較例２の条件で作製した切削工具５個を用いて実
施例１と同一の条件で断続切削試験を行い、刃先先端の
欠け状況を倍率５０倍の実体顕微鏡で観察した結果、５
０００回衝撃切削後にいずれにも刃先にチッピングが発
生し切削工具として劣っていることが判明した。また、
この断続切削試験で膜剥離や欠けを発生した部分をミク
ロ観察したところ、膜剥離がジルコニウム含有膜から発
生しており、これが原因でチッピングが発生しているこ
とがわかった。
実施例１と同様にして透過型電子顕微鏡で観察したが、
ジルコニウム含有膜に双晶構造部は見られなかった。次
に、比較例２の条件で作製した切削工具５個を用いて実
施例１と同一の条件で断続切削試験を行い、刃先先端の
欠け状況を倍率５０倍の実体顕微鏡で観察した結果、５
０００回衝撃切削後にいずれにも刃先にチッピングが発
生し切削工具として劣っていることが判明した。また、
この断続切削試験で膜剥離や欠けを発生した部分をミク
ロ観察したところ、膜剥離がジルコニウム含有膜から発
生しており、これが原因でチッピングが発生しているこ
とがわかった。
【００１７】（実施例３）本発明例３として、ＷＣ：８
０質量％、ＴｉＣ：５質量％、（Ｔａ、Ｎｂ）Ｃ：６質
量％、Ｃｏ：９質量％の組成よりなる超硬合金製スロー
アウェイチップ上に、実施例１と同じ条件で厚さ０．４
μｍの窒化チタン膜と厚さ１μｍの炭窒化チタン膜を成
膜した。次に、ＴｉＣｌ４ガス１．５ｖｏｌ％、ＺｒＣ
ｌ４ガス１．５ｖｏｌ％、ＣＨ３ＣＮガス２．０ｖｏｌ
％、Ｎ２ガス４５ｖｏｌ％、残Ｈ２キャリヤーガスで構
成された原料ガスを毎分６０００ｍｌだけＣＶＤ炉内に
流し、成膜圧力５ｋＰａ、成膜温度８５０℃で反応させ
ることによりＴｉとＺｒ、Ｃ、Ｎからなる炭窒化チタン
ジルコニウム膜を成膜した。続いて、ＺｒＣｌ４ガス
１．５ｖｏｌ％、ＣＨ３ＣＮガス１．０ｖｏｌ％、Ｎ２
ガス４５ｖｏｌ％、残Ｈ２キャリヤーガスで構成された
原料ガスを毎分６０００ｍｌだけＣＶＤ炉内に流し、上
記と同じ成膜温度８５０℃、成膜圧力：５ｋＰａで炭窒
化ジルコニウム層を成膜した。この炭窒化チタンジルコ
ニウム層と炭窒化ジルコニウム層とを一組とする複層構
造を単位層として、１２組の複層構造単位層を積層する
ことにより炭窒化チタンジルコニウム層と炭窒化ジルコ
ニウム層とからなる全厚が７μｍの多層膜を成膜した。
その後、ＴｉＣｌ４ガスとＣＨ４ガスとＨ２キャリヤー
ガスで構成された原料ガス２、２００ｍｌ／分を３０分
間流し、そのまま連続して本構成の原料ガスにさらに２
０ｍｌ／分のＣＯ２ガスを追加して３０分間流すことに
より、成膜温度９５０℃で、チタンの炭化物とチタンの
炭酸化物からなる層（結合膜）を作製した。続いてＡｌ
金属小片を詰め３５０℃に保温した小筒中にＨ２ガス３
１０ｍｌ／分とＨＣｌガス１３０ｍｌ／分とを流すこと
により発生させたＡｌＣｌ３ガスとＨ２ガス２ｌ／分と
ＣＯ２ガス１００ｍｌ／分とをＣＶＤ炉内に流し、１０
１０℃で反応させることにより２μｍ厚さのα型酸化ア
ルミニウム膜を成膜した後、更に成膜温度１０１０℃で
厚さ０．８μｍの窒化チタン膜することにより本発明例
３の被覆工具を得た。
０質量％、ＴｉＣ：５質量％、（Ｔａ、Ｎｂ）Ｃ：６質
量％、Ｃｏ：９質量％の組成よりなる超硬合金製スロー
アウェイチップ上に、実施例１と同じ条件で厚さ０．４
μｍの窒化チタン膜と厚さ１μｍの炭窒化チタン膜を成
膜した。次に、ＴｉＣｌ４ガス１．５ｖｏｌ％、ＺｒＣ
ｌ４ガス１．５ｖｏｌ％、ＣＨ３ＣＮガス２．０ｖｏｌ
％、Ｎ２ガス４５ｖｏｌ％、残Ｈ２キャリヤーガスで構
成された原料ガスを毎分６０００ｍｌだけＣＶＤ炉内に
流し、成膜圧力５ｋＰａ、成膜温度８５０℃で反応させ
ることによりＴｉとＺｒ、Ｃ、Ｎからなる炭窒化チタン
ジルコニウム膜を成膜した。続いて、ＺｒＣｌ４ガス
１．５ｖｏｌ％、ＣＨ３ＣＮガス１．０ｖｏｌ％、Ｎ２
ガス４５ｖｏｌ％、残Ｈ２キャリヤーガスで構成された
原料ガスを毎分６０００ｍｌだけＣＶＤ炉内に流し、上
記と同じ成膜温度８５０℃、成膜圧力：５ｋＰａで炭窒
化ジルコニウム層を成膜した。この炭窒化チタンジルコ
ニウム層と炭窒化ジルコニウム層とを一組とする複層構
造を単位層として、１２組の複層構造単位層を積層する
ことにより炭窒化チタンジルコニウム層と炭窒化ジルコ
ニウム層とからなる全厚が７μｍの多層膜を成膜した。
その後、ＴｉＣｌ４ガスとＣＨ４ガスとＨ２キャリヤー
ガスで構成された原料ガス２、２００ｍｌ／分を３０分
間流し、そのまま連続して本構成の原料ガスにさらに２
０ｍｌ／分のＣＯ２ガスを追加して３０分間流すことに
より、成膜温度９５０℃で、チタンの炭化物とチタンの
炭酸化物からなる層（結合膜）を作製した。続いてＡｌ
金属小片を詰め３５０℃に保温した小筒中にＨ２ガス３
１０ｍｌ／分とＨＣｌガス１３０ｍｌ／分とを流すこと
により発生させたＡｌＣｌ３ガスとＨ２ガス２ｌ／分と
ＣＯ２ガス１００ｍｌ／分とをＣＶＤ炉内に流し、１０
１０℃で反応させることにより２μｍ厚さのα型酸化ア
ルミニウム膜を成膜した後、更に成膜温度１０１０℃で
厚さ０．８μｍの窒化チタン膜することにより本発明例
３の被覆工具を得た。
【００１８】本発明例３を理学電気（株）製のＸ線回折
装置（ＲＵ−２００ＢＨ）でＸ線源にＣｕＫα１線（λ
＝０．１５４０５ｎｍ）を用いて２θ−θ走査法により
Ｘ線回折図形を測定した後、実施例１と同様に、本発明
品の多層膜の断面を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ、日立製
作所製、Ｈ−８００、２００ｋＶ）とエネルギー分散形
Ｘ線分析装置（ＥＤＸ、ＮＯＲＡＮ社製）によりミクロ
解析した結果、超硬合金製基体の表面にＴｉＮとＴｉＣ
Ｎ膜を経てＴｉＺｒＣＮとＺｒＣＮとから成る多層膜が
高密度に成膜されており、その上に結合膜を経てα型酸
化アルミニウムとＴｉＮ膜が成膜されていることが確認
された。そして、多層膜部分にはＴｉＺｒＣＮ結晶粒と
ＺｒＣＮ結晶粒の両者が双晶構造を有しており、しかも
両結晶粒間で双晶面が直線的に連続していることが確認
された。
装置（ＲＵ−２００ＢＨ）でＸ線源にＣｕＫα１線（λ
＝０．１５４０５ｎｍ）を用いて２θ−θ走査法により
Ｘ線回折図形を測定した後、実施例１と同様に、本発明
品の多層膜の断面を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ、日立製
作所製、Ｈ−８００、２００ｋＶ）とエネルギー分散形
Ｘ線分析装置（ＥＤＸ、ＮＯＲＡＮ社製）によりミクロ
解析した結果、超硬合金製基体の表面にＴｉＮとＴｉＣ
Ｎ膜を経てＴｉＺｒＣＮとＺｒＣＮとから成る多層膜が
高密度に成膜されており、その上に結合膜を経てα型酸
化アルミニウムとＴｉＮ膜が成膜されていることが確認
された。そして、多層膜部分にはＴｉＺｒＣＮ結晶粒と
ＺｒＣＮ結晶粒の両者が双晶構造を有しており、しかも
両結晶粒間で双晶面が直線的に連続していることが確認
された。
【００１９】上記のようにして得られた本発明の被覆工
具を用いて、以下の条件で断続切削を行い、刃先の損傷
状況を倍率５０倍の工具顕微鏡で観察した。 被削材：ＳＣＭ４３５（四つ溝入り） 工具形状：ＣＮＭＧ４３３ 切削速度：２２０ｍ／分 送り：０．２０ｍｍ／ｒｅｖ 切り込み：１．５ｍｍ 切削液：使用せず（乾式切削） この切削テストの結果、本発明品は、いずれも、断続切
削回数が７０００回迄断続切削後も刃先にジルコニウム
含有膜やアルミナ膜にチッピングや剥離が見られず、本
発明例３の膜の結晶粒界強度と膜間の密着性が優れてお
り、工具寿命が長いことが判明した。
具を用いて、以下の条件で断続切削を行い、刃先の損傷
状況を倍率５０倍の工具顕微鏡で観察した。 被削材：ＳＣＭ４３５（四つ溝入り） 工具形状：ＣＮＭＧ４３３ 切削速度：２２０ｍ／分 送り：０．２０ｍｍ／ｒｅｖ 切り込み：１．５ｍｍ 切削液：使用せず（乾式切削） この切削テストの結果、本発明品は、いずれも、断続切
削回数が７０００回迄断続切削後も刃先にジルコニウム
含有膜やアルミナ膜にチッピングや剥離が見られず、本
発明例３の膜の結晶粒界強度と膜間の密着性が優れてお
り、工具寿命が長いことが判明した。
【００２０】（実施例４）比較例４として、ジルコニウ
ム含有膜が双晶構造を有する場合と有しない場合との差
を明確にするために以下の比較例４を作製した。実施例
３と同様の組成を持つ超硬合金製基板の表面に実施例３
と同様の方法によりＴｉＮとＴｉＣＮ膜とを成膜した
後、次に、ＴｉＣｌ４ガス１．５ｖｏｌ％、ＺｒＣｌ４
ガス０．５ｖｏｌ％、ＣＨ３ＣＮガス０．５ｖｏｌ％、
Ｎ２ガス４５ｖｏｌ％、残Ｈ２キャリヤーガスで構成さ
れた原料ガスを毎分６０００ｍｌだけＣＶＤ炉内に流
し、成膜圧力１５ｋＰａ、成膜温度７５０℃でＴｉとＺ
ｒ、Ｃ、Ｎ、からなる炭窒化チタンジルコニウム膜を成
膜した。続いて、成膜温度９５０℃、原料ガスをＺｒＣ
ｌ４ガス：１．５ｖｏｌ％、ＣＨ３ＣＮガス：０．５ｖ
ｏｌ％、Ｎ２ガス：４５ｖｏｌ％、残りＨ２キャリヤー
ガスで構成された原料ガスを毎分６０００ｍｌだけＣＶ
Ｄ炉内に流し、成膜圧力：１５ｋＰａで炭窒化ジルコニ
ウム層を成膜した。この炭窒化チタンジルコニウム層と
炭窒化ジルコニウム層とを一組とする複層構造を単位層
として、１２組の複層構造単位層を積層することにより
炭窒化チタンジルコニウム層と炭窒化ジルコニウム層と
からなる全厚が７μｍの多層膜を成膜した。そして更
に、実施例２と同じ条件でチタンの炭化物とチタンの炭
酸化物からなる層（結合膜）を作製し、更に厚さ２μｍ
のα型酸化アルミニウム膜と厚さ０．８μｍの窒化チタ
ン膜を成膜することにより比較例４の被覆工具を作製し
た。
ム含有膜が双晶構造を有する場合と有しない場合との差
を明確にするために以下の比較例４を作製した。実施例
３と同様の組成を持つ超硬合金製基板の表面に実施例３
と同様の方法によりＴｉＮとＴｉＣＮ膜とを成膜した
後、次に、ＴｉＣｌ４ガス１．５ｖｏｌ％、ＺｒＣｌ４
ガス０．５ｖｏｌ％、ＣＨ３ＣＮガス０．５ｖｏｌ％、
Ｎ２ガス４５ｖｏｌ％、残Ｈ２キャリヤーガスで構成さ
れた原料ガスを毎分６０００ｍｌだけＣＶＤ炉内に流
し、成膜圧力１５ｋＰａ、成膜温度７５０℃でＴｉとＺ
ｒ、Ｃ、Ｎ、からなる炭窒化チタンジルコニウム膜を成
膜した。続いて、成膜温度９５０℃、原料ガスをＺｒＣ
ｌ４ガス：１．５ｖｏｌ％、ＣＨ３ＣＮガス：０．５ｖ
ｏｌ％、Ｎ２ガス：４５ｖｏｌ％、残りＨ２キャリヤー
ガスで構成された原料ガスを毎分６０００ｍｌだけＣＶ
Ｄ炉内に流し、成膜圧力：１５ｋＰａで炭窒化ジルコニ
ウム層を成膜した。この炭窒化チタンジルコニウム層と
炭窒化ジルコニウム層とを一組とする複層構造を単位層
として、１２組の複層構造単位層を積層することにより
炭窒化チタンジルコニウム層と炭窒化ジルコニウム層と
からなる全厚が７μｍの多層膜を成膜した。そして更
に、実施例２と同じ条件でチタンの炭化物とチタンの炭
酸化物からなる層（結合膜）を作製し、更に厚さ２μｍ
のα型酸化アルミニウム膜と厚さ０．８μｍの窒化チタ
ン膜を成膜することにより比較例４の被覆工具を作製し
た。
【００２１】比較例４のジルコニウム含有膜近傍を実施
例３と同様にして透過型電子顕微鏡で観察したが、ジル
コニウム含有膜に双晶構造部は見られなかった。次に、
比較例４の条件で作製した切削工具５個を用いて実施例
３と同じ条件で断続切削試験を行い、刃先先端のチッピ
ング発生状況を倍率５０倍の実体顕微鏡で観察した結
果、４５００回衝撃切削後にいずれにもチッピングや膜
剥離が発生しており切削工具として劣っていることが判
明した。また、この断続切削試験で膜剥離や欠けを発生
した部分をミクロ観察したところ、チッピングや膜剥離
がジルコニウム含有膜中で発生しており、これが原因で
欠けが発生していると考えられることがわかった。
例３と同様にして透過型電子顕微鏡で観察したが、ジル
コニウム含有膜に双晶構造部は見られなかった。次に、
比較例４の条件で作製した切削工具５個を用いて実施例
３と同じ条件で断続切削試験を行い、刃先先端のチッピ
ング発生状況を倍率５０倍の実体顕微鏡で観察した結
果、４５００回衝撃切削後にいずれにもチッピングや膜
剥離が発生しており切削工具として劣っていることが判
明した。また、この断続切削試験で膜剥離や欠けを発生
した部分をミクロ観察したところ、チッピングや膜剥離
がジルコニウム含有膜中で発生しており、これが原因で
欠けが発生していると考えられることがわかった。
【００２２】
【発明の効果】上述のように、本発明を適用することに
より、ジルコニウム含有膜の結晶粒界の強度や上層膜と
の密着性が優れ、優れた切削耐久特性を持つ有用なジル
コニウム含有膜被覆工具を実現することができる。
より、ジルコニウム含有膜の結晶粒界の強度や上層膜と
の密着性が優れ、優れた切削耐久特性を持つ有用なジル
コニウム含有膜被覆工具を実現することができる。
【図１】図１は、本発明例の被覆工具の多層膜の断面を
透過型電子顕微鏡で観察した組織写真を示す。
透過型電子顕微鏡で観察した組織写真を示す。
【図２】図２は、図１中の中央右上部近傍の暗ＳＴＥＭ
像を示す。
像を示す。
【図３】図３は、図２近傍の領域に於けるＴｉの分布を
示す。
示す。
【図４】図４は、図２近傍の領域におけるＺｒの分布を
示す。
示す。
【図５】図５は、図２の中央部の高分解能像で、図５上
半分にＺｒＣＮ膜、下半分にＴｉＺｒＣＮＯ膜が撮影さ
れ、右下から左上にかけて結晶粒界ａ−ｂを撮影したＳ
ＴＥＭ像を示す。
半分にＺｒＣＮ膜、下半分にＴｉＺｒＣＮＯ膜が撮影さ
れ、右下から左上にかけて結晶粒界ａ−ｂを撮影したＳ
ＴＥＭ像を示す。
フロントページの続き
(72)発明者 澤野 公一
千葉県成田市新泉13番地の２ 日立ツール
株式会社成田工場内
Ｆターム(参考） 3C046 FF02 FF11 FF17
4K029 BA41 BA44 BA54 BA55 BA58
BB02 BB07 BC00 BD05
4K030 BA02 BA22 BA35 BA36 BA38
BA41 BB01 BB12 LA01 LA22
Claims (7)
- 【請求項１】基体表面に周期律表の４、５、６族並びに
アルミニウムの炭化物、窒化物、酸化物、炭窒化物、炭
酸化物、窒酸化物、炭窒酸化物のいずれか一種の単層皮
膜または二種以上の多層皮膜を有し、前記皮膜の少なく
とも一層がジルコニウムを含有し、且つ、該ジルコニウ
ム含有膜が双晶構造を持った結晶粒を含有することを特
徴とする被覆工具。 - 【請求項２】請求項１に記載の被覆工具において、前記
ジルコニウム含有膜の上に双晶構造を持った結晶粒を含
有する膜が形成されていることを特徴とする被覆工具。 - 【請求項３】請求項２記載の被覆工具において、前記ジ
ルコニウム含有膜の上に形成された膜の双晶境界部が前
記ジルコニウム含有膜の双晶境界部から連続しているこ
とを特徴とする被覆工具。 - 【請求項４】請求項１乃至３記載の被覆工具において、
前記双晶構造を構成する双晶境界部が｛１１１｝面から
成っていることを特徴とする被覆工具。 - 【請求項５】請求項１乃至４記載の被覆工具において、
前記ジルコニウム含有膜の上に形成された層が、前記ジ
ルコニウム含有膜の上にエピタキシャルに成長している
ことを特徴とする被覆工具。 - 【請求項６】請求項１乃至５記載の被覆工具において、
前記ジルコニウム含有膜がＴｉ、Ｚｒ、Ｃ、Ｎから成る
ことを特徴とする被覆工具。 - 【請求項７】請求項１乃至６記載の被覆工具において、
前記ジルコニウム含有膜がＴｉ、Ｚｒ、Ｃ、Ｎ、Ｏから
成ることを特徴とする被覆工具。
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| JP2001230891A JP2003039207A (ja) | 2001-07-31 | 2001-07-31 | 被覆工具 |
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-
2001
- 2001-07-31 JP JP2001230891A patent/JP2003039207A/ja active Pending
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