JPH08318407A

JPH08318407A - 被覆切削工具

Info

Publication number: JPH08318407A
Application number: JP12116195A
Authority: JP
Inventors: Hisanori Ohara; 久典大原; Katsuya Uchino; 克哉内野
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1995-05-19
Filing date: 1995-05-19
Publication date: 1996-12-03

Abstract

(57)【要約】【目的】被覆を構成する被覆層の相互間での結晶構造
の関係に言及し、安定した耐摩耗性を発揮する被覆切削
工具を提供すること。【構成】硬質合金よりなる母材の表面に化学蒸着法に
よってセラミックス被覆を形成した被覆切削工具におい
て、内側層の母材と接する第１層が窒化チタンであり、
その上の第２層が炭窒化チタンで構成されている被覆層
を被覆した表面被覆切削工具において、内側層の炭化チ
タンが、炭窒化チタンの上部に隣接して形成されてお
り、この炭化チタンの粒径Ｄ1が、下地となる炭窒化チ
タンの平均結晶粒径Ｄ2に対してＤ1＝ｂ×Ｄ2、０．７
≦ｂ≦１．３の関係にある平均結晶粒径Ｄ1を持った結
晶粒から構成された等軸構造であることを特徴とする被
覆切削工具。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は強靱且つ耐摩耗性に優れ
た皮膜を形成した被覆切削工具に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】切削工具の使用される環境がますます過
酷になるのに伴い、炭化タングステン基超硬合金やサー
メットといった硬質母材の表面に化学蒸着法（ＣＶＤ
法）や物理蒸着法（ＰＶＤ法）等の手法によって各種の
セラミックス被覆を形成した、いわゆる被覆切削工具が
広く活用されるようになっている。このような被覆の実
例としては、炭化チタン（ＴｉＣ）、窒化チタン（Ｔｉ
Ｎ）及びアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）被覆がある。これらの単
層または複層コーティングによって、切削工具の耐摩耗
性が向上するだけでなく、切削時に被削材と切削工具と
が反応することを防止でき、結果的に工具の寿命向上が
図れたことは、すでに公知の通りである。

【０００３】しかし、これらの被覆切削工具を用いて加
工を行った場合、特に高速切削加工のように高温での耐
摩耗性が必要な加工、あるいは小物部品加工のように加
工数が多く被削材への食いつき回数が多い加工などで被
覆層の耐摩耗性が不足したり、被覆層の損傷が発生する
ことによる工具寿命の低下が発生していた。また、熱Ｃ
ＶＤ法による被覆ではＰＶＤ法に比べて母材との密着性
には優れるものの、母材の種類によっては、特に性能に
寄与する切り刃稜線部において母材との界面に脆化層で
あるη相が厚く析出し易く、切削中にこのη相とともに
被覆層が脱落して摩耗の進行が発生することから、工具
寿命のばらつきを引き起こし、被覆層が十分に寿命の向
上に寄与しているとは言えない場合があった。また被覆
層の剥離が母材と被覆層との界面の破壊から生じる場合
以外にも、多層被覆された被覆層同志の界面からの破壊
を発端として生じる場合もある。被覆層同志の界面での
破壊は、被覆層の異常損傷になり、やがては被覆層と母
材との界面での破壊をもたらし、最終的には工具刃先の
異常損傷（微小な欠けから大規模な欠損）へとつなが
る。

【０００４】これらの従来から発生していた問題を解決
するための一つの方法として、アセトニトリル（ＣＨ₃
ＣＮ）等の有機ＣＮ化合物を用いた熱ＣＶＤ法による炭
窒化チタン膜（ＴｉＣＮ）（特公昭５７−５３３０８号
公報、特公昭５７−５０８７１号公報）が注目されてい
る。従来の熱ＣＶＤ法（高温ＣＶＤ法；ＨＴ−ＣＶＤ法
と称する）では、チタン系被覆の形成中に母材から被覆
へ元素（特に炭素）の移動が生じ、母材表面に変質層
（η相と呼ばれるＣｏ₃Ｗ₃Ｃ等の複炭化物）が生成す
る。この様な好ましくない変質相の生成を抑さえるＭＴ
−ＣＶＤ法（中温ＣＶＤ法）は、被覆温度がやや低く
（８００℃〜９００℃）、気相からのＣやＮの供給が十
分であるために、切り刃稜線部の界面でさえもη相が生
じないとされている。

【０００５】ＭＴ−ＣＶＤ法を採用した特許はその後多
数出願されている。例えば特開平３−６４４６９号公
報、特開平３−８７３６８号公報では、いずれも超硬合
金母材表面に直接ＭＴ−ＣＶＤ法を用いてＴｉＣＮ膜を
形成し、その上にＨＴ−ＣＶＤ法によりアルミナ（Ａｌ
₂Ｏ₃）や窒化チタン（ＴｉＮ）等の多層膜を形成した工
具を提案している。また、特開昭６２−９９４６７号公
報においては、結晶粒径が０．５μmのＴｉＣＮ及び／
あるいはＴｉＮを０．５〜５．０μmの厚みで被覆した
単層あるいは多層を提案しており、ＴｉＣＮ被覆の形成
方法として蒸着温度７００〜９００℃におけるＭＴ−Ｃ
ＶＤ法を提案している。しかし、母材に接する被覆層と
してはＴｉＣＮ層を提案していた。

【０００６】ところが、ＭＴ−ＣＶＤ法、ＨＴ−ＣＶＤ
法によらず、ＣＶＤ法によるＴｉＣＮ層と超硬合金母材
との密着性は、しばしば不安定になることが本願発明者
らによって明かとなった。鋭意分析を進めた中から、そ
の原因が、ＴｉＣＮ被覆層の形成中に、反応生成物とし
て生じる塩素ガスによって、超硬合金母材表面の結合相
であるコバルト（Ｃｏ）が腐食（エッチング）されてい
ることが判明した。また被覆層の微細構造については、
特開昭６２−９９４６７号公報の様に、被覆層を構成す
るＴｉＣＮ及び／あるいはＴｉＮの結晶粒径が０．５μ
m以下であれば最適であるとの提案はなされているが、
積層された被覆相互間の結晶構造の最適な関係や結晶粒
の形状、粒径の評価法に関する記載がなく、現実的では
なかった。

【０００７】更に特開平６−８００８号公報や特開平６
−８０１０号公報の様に、被覆層の少なくとも１層をＴ
ｉＣＮ層とし、その構造を粒状と縦長状の組み合わせと
することが耐チッピング性に優れた工具を得るために重
要であることを開示している。また特開平７−３４２５
０号公報では、母材に接する第１層が柱状のＴｉＣＮか
ら成る被覆層であり、その上に粒状のＴｉＣから成る被
覆層を形成することで耐摩耗性に優れた工具を作ること
ができるとしている。しかしいずれの先行例も、母材に
接する第１層がＴｉＣＮであり、また被覆全体の機械的
特性を支配する因子である結晶粒のサイズや粒形状の厳
密な規定や、積層された被覆層の相互間での結晶構造の
関係について言及されていない。このような問題を解決
するために、本発明者らにより特願平６−２１４８０７
号明細書により示されるように、内側層の第２層に含ま
れるＴｉＣＮ被覆層を特定の構造にすることを開示して
いるが、更に微視的な被覆構造を提供するには至ってい
なかった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
点に鑑み、ＣＶＤ法によるＴｉＣＮ系被覆のメリットを
最大限発揮させることで、従来以上に信頼性の高い被覆
切削工具を提供することを目的としている。この為に、
被覆形成中における母材表面の変質を防止するととも
に、被覆と母材との界面に好ましくない物質の析出を抑
制することのできる被覆構造を提供するものである。ま
た、マクロな被覆構造の最適化に留まらず、微視的な構
造や硬度の観点から、被覆の構造、機械的強度について
も、最適な範囲を提供するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記問題
点を解決するために種々検討を加えた結果、まず母材の
表面に内側層の第１層としてＴｉＮ被覆層を形成し、次
にＴｉＣＮ被覆層を形成し、その上にＴｉＣ被覆層を形
成する際にＴｉＣＮとＴｉＣの結晶粒径が特定の関係を
持つことが上記問題点の解決に有効であることを見いだ
した。この特定の結晶粒径の関係とは、平均結晶粒径Ｄ
1を持ったＴｉＣ膜の結晶粒が、下地である炭窒化チタ
ンの平均結晶粒径Ｄ2に対してＤ1＝ｂ×Ｄ2、０．７≦
ｂ≦１．３の関係にある平均結晶粒径Ｄ1を持った結晶
粒から構成された等軸構造であることが好ましいことを
見いだした。

【００１０】即ち、本発明は、主たる成分として元素周
期率表におけるＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ族の炭化物、窒化
物、炭窒化物のうちの少なくとも１種以上の硬質相を、
周期率表のＶＩＩＩ族の金属により焼結した硬質合金よ
りなる母材の表面に、被覆を形成した被覆切削工具にお
いて、内側層が、チタンの炭化物、窒化物、炭窒化物か
ら選ばれる２種以上を被覆した多重層で構成され、外側
層が、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化ハフ
ニウム、炭化チタン、炭窒化チタン、窒化チタンから選
ばれる１種又は２種以上の単層または多重層で構成され
ている被覆層を被覆した表面被覆切削工具において、内
側層の炭化チタンが、炭窒化チタンの上部に隣接して形
成されており、その炭化チタンの粒径Ｄ1と下地となる
炭窒化チタンの平均粒径Ｄ2との関係が、上記の関係を
満足するものである。ここで、母材となる硬質合金とし
ては、通常用いられる炭化タングステン基超硬合金又は
サーメットを用いる。また母材に接する第１層はＴｉＮ
であることが好ましく、特に厚み0.1μｍ以上、2.0μｍ
以下のＴｉＮとすることが好ましい。

【００１１】

【作用】本発明の特徴は、ＣＶＤ法によるＴｉＣＮを母
材表面に直接被覆するのではなく、ＴｉＮを介して被覆
する点にある。母材に接する第１層のＴｉＮ被覆層は、
超硬合金等の母材の表面が変質しない様に保護膜の働き
をしていると同時に、ＴｉＣＮ被覆を形成する際の表面
反応を安定化させていると推定される。従って、ＴｉＮ
の被覆厚が０．１μmよりも薄いと、連続した膜となら
ず、所定の機能を発揮しないため、ＴｉＮ被覆の膜厚は
０．１μm以上であることが好ましい。また、このＴｉ
Ｎ被覆の厚みが２．０μmを越えると、ＴｉＮ被覆の硬
度がＴｉＣＮ被覆の硬度よりも低いために工具としての
耐摩耗性がかえって低下するので、２．０μm以下であ
ることが好ましい。

【００１２】しかし、ＴｉＮ被覆を炭素含有母材表面に
形成した場合、被覆形成中あるいは形成後に母材から供
給される炭素を吸って、ＴｉＮ被覆中に若干の炭素が混
じる場合がある。この様なＴｉＮ被覆は炭素含有量に応
じてその色調が金色から紫あるいは褐色に変化すること
が知られている。本発明における第１層のＴｉＮ被覆
は、その色調が明かに金色のものを指す。母材から炭素
を吸って紫色あるいは褐色に変色したＴｉＮ被覆は、そ
の特性を十分発揮できないことも明かになった。この様
なＴｉＮ被覆を中間層としてＴｉＣＮ被覆を形成し、更
にその上にＴｉＣ被覆を形成する。

【００１３】平均結晶粒径の評価は、例えば走査型電子
顕微鏡により撮影された破断面あるいは研磨後のエッチ
ング面の写真において、決まった寸法の視野の中に見え
る結晶粒の個数を数えることにより実施される。例え
ば、破断面の組織観察においては、母材表面と平行に測
った１０μm幅の視野の中に、１０個の結晶粒が見られ
た時には、設定した幅である１０μmを１０で割ること
によって、１μmと評価される。このとき、視野からわ
ずかでもはみ出した結晶粒については、０．５個と数え
るものとする。

【００１４】また柱状に成長した結晶粒から成るＴｉＣ
Ｎ被覆の様な場合は、その成長面を構成する粒子径（被
膜の成長方向に垂直な断面における平均結晶粒径）を指
すが、成長面の組織観察においては、母材表面に対して
平行（即ち被膜の成長方向に垂直）に研磨、ラッピング
した面において、１０μm四方の視野の中に、１００個
の結晶粒が見られた時には、設定した幅である１０μm
を１００の平方根である１０で割ることによって、１μ
mと評価される。このとき、視野からわずかでもはみ出
した結晶粒については、０．５個と数えるものとする。
これらの組織観察の方法としては、薄片に加工した試料
を透過型電子顕微鏡で観察する方法などの方法を用いて
も構わない。いずれも適切な倍率で撮影した写真から、
結晶粒径を算出する。但し、Ｘ線回折法による結晶粒径
の算出は、計算値が被覆の残留応力等に影響され易いた
め、好ましくない。

【００１５】さてＴｉＣＮ被覆の上にＴｉＣ被覆を積層
すると、ＴｉＣ被覆の成長が下地であるＴｉＣＮの成長
終了面の影響を受けず、ＴｉＣＮ被覆の表面に露出して
いる結晶粒とは無関係の大きさの結晶粒径を持ったＴｉ
Ｃが形成される場合がある。この結果得られた積層被覆
は、耐摩耗性、耐剥離性共に劣ることがわかった。これ
に対して、ＴｉＣ被覆の成長が下地ＴｉＣＮの成長終了
面の影響を受け、ＴｉＣＮ被覆の結晶粒径に対応した粒
径になると、耐剥離性、耐摩耗性共に非常に優れた工具
となる。これは下地のＴｉＣＮ被覆とその上のＴｉＣ被
覆の結晶成長が連続性を保ったまま行なわれているかど
うか、言い換えれば二つの被覆層の界面の接合状態が良
好かどうかに依存しているものと推定される。従って炭
窒化チタンの平均結晶粒径をＤ1、隣接する上層の炭化
チタン膜の平均結晶粒径Ｄ2としたときに、式Ｄ1＝ｂ×Ｄ2 で表される粒径の関係式におけるｂが０．７よりも小さ
いと、ＴｉＣ被覆の結晶粒子が細かくなりすぎ、被覆質
の低下をもたらすので、好ましくない。またｂが１．３
よりも大きいと、ＴｉＣ被覆の粒子が大きくなりすぎ、
被覆の表面粗さが粗くなり、切削時に溶着等を生じるた
め、好ましくない。

【００１６】また、ＴｉＣ被覆が等軸状ではなく柱状に
成長すると、被覆の表面粗さが大きくなり、切削中に被
削材が溶着したり、切削中の衝撃で被覆が破壊しやす
く、好ましくないため、粒状であることが必要である。
つまり、本発明に該当しない被覆は、ＴｉＣＮとＴｉＣ
との間の結合が弱く、被覆が均一に摩耗しないために、
被覆が崩れながら摩耗し、工具切れ刃のチッピング等の
異常摩耗につながっているものと推定される。これらの
具体的な内容は実施例において詳しく説明するが、いず
れにしても、本発明のＴｉＣＮ被覆層とＴｉＣ被覆層の
構造の関係を維持することは、安定して優れた切削性能
を示す工具を得るために必要なものである。

【００１７】

【実施例】（実施例１）ＩＳＯに示された型番コート１２０４０
８の形状の超硬合金（ＪＩＳＢ４０５３切削工具用
合金成分一覧表中のＰ１０に該当する合金成分）の表面
に、公知の熱ＣＶＤ法により厚み０．５μmのＴｉＮ被
覆を形成した後に、公知のＣＶＤ法によりＴｉＣＮ被覆
を４μm厚さで形成し、更にその上にＴｉＣ膜を３μｍ
厚さで形成した。ＴｉＮ被覆の形成条件は、ＴｉＣ
ｌ₄：１．５％、Ｎ₂：６０％、Ｈ₂：残、（いずれも流
量モル比）、総流量２０リットル／分、基板温度９００
℃、反応槽圧力５００Ｔｏｒｒとし、窒素の分圧を高め
にすることでＴｉＮ被覆が母材から炭素を吸う現象を抑
さえた。一方ＴｉＣＮ被覆の形成条件は、ＴｉＣｌ₄：
１．５％、ＣＨ₄：３％、Ｎ₂：２％、Ｈ₂：残、（いず
れも流量モル比）、総流量２０リットル／分、基板温度
９８０℃、反応槽圧力９０Ｔｏｒｒとした。

【００１８】このＴｉＣＮ被覆上のＴｉＣ被覆の形成条
件は、ＴｉＣｌ₄：１．５％、ＣＨ₄：５％、Ｈ₂：残、
（いずれも流量モル比）、総流量１５リットル／分、反
応槽圧力５０Ｔｏｒｒとし、基板温度をＴｉＣＮ膜形成
時の温度条件である９８０℃から約３０分間かけて１０
５０℃まで昇温し、ＴｉＣＮ被覆とＴｉＣ被覆の結晶成
長が連続的に行なわれるようにした。この上にＴｉＢＮ
（０．５μm）、Ａｌ₂Ｏ₃（１．５μｍ）、ＴｉＮ
（０．２μｍ）の順に公知の熱ＣＶＤ法により被覆を形
成し、全体厚み９．７μmの、本発明の被覆構造を持っ
た工具を試作した。

【００１９】平均結晶粒径の評価は、被覆の断面を研磨
して平滑にし、弗酸と硝酸の混合液を用いてエッチング
して結晶粒界を出し、これを走査型電子顕微鏡を用いて
観察し、評価した。評価の結果、本発明品である工具に
おいては、第１層のＴｉＮ被覆が明かに金色の色調を持
っており、母材からの炭素拡散による変色は全くないこ
と、第２層のＴｉＣＮ被覆の成長終了面での平均結晶粒
径が０．５μmであり、第３層のＴｉＣ被覆が本発明に
記載の通りの等軸結晶粒（ＴｉＣＮ／ＴｉＣ層界面での
ＴｉＣ層の平均結晶粒径は０．５５μmであった）であ
ること、がそれぞれ確認できた。本発明品に対して、被
覆厚を揃えた４種類の比較用工具を作製した。

【００２０】（比較例１）：第１層のＴｉＮの無いもの
（ＴｉＣＮ厚みを４．５μmとした）。（比較例２）：
下地のＴｉＮを３μm厚さで形成したもの（ＴｉＣＮ厚
みを１．５μmとした）。（比較例３）：ＴｉＣ被覆が
下地であるＴｉＣＮ被覆の成長終了面での結晶粒径０．
５μmに対して粗大等軸結晶（平均結晶粒径：２．１μ
m）から構成されているもの。（比較例４）：ＴｉＣ被
覆が柱状結晶（平均結晶粒径：０．６μm）から構成さ
れているもの。本発明品及び４つの比較例について、表
１に示す条件で切削試験を実施した。結果を表２に示
す。

【００２１】

【表１】

【００２２】

【表２】

【００２３】表２からわかる様に、本発明品は、耐摩耗
性に優れると同時に耐剥離性、耐欠損性にもすぐれるこ
とがわかる。一方、下地のＴｉＮ被覆のない場合（比較
例１）は、被覆の耐剥離性にやや劣ることが確認された
が、本発明品に次いで耐摩耗性に優れていた。更に第１
層のＴｉＮが厚い場合（比較例２）、耐剥離性は優れる
ものの、耐摩耗性に劣っていた。次にＴｉＣ被覆が粗大
等軸結晶から構成されている場合（比較例３）と、Ｔｉ
Ｃ被覆が柱状構造を持っている場合（比較例４）は、概
ね良好な耐摩耗性と耐剥離性を示したが、いずれも刃先
部に欠けが見られ、摩耗が乱れ易く、寿命がばらつくこ
とがわかった。

【００２４】（実施例２）ＩＳＯに示された型番コー
ト１２０４０８の形状でチップブレーカー付きの形状で
ある超硬合金（ＪＩＳＢ４０５３切削工具用合金成
分一覧表中のＰ３０に該当する合金成分）を母材として
用い、この表面に表３に示す構造の被覆層を持った本発
明品１〜３を作製した。ここで、本発明品における第１
層のＴｉＮ被覆は実施例１に記載した条件と同じとし、
被覆厚を３通りとした。また第２層のＴｉＣＮ被覆の形
成は、いずれの本発明品でもアセトニトリル（ＣＨ₃Ｃ
Ｎ）を用いたＭＴ−ＣＶＤ法により、被覆形成温度８５
０℃で行なったが、ＴｉＣＮ被覆形成の最後の１時間で
被覆形成温度を９８０℃まで上昇させ、そのままＴｉＣ
被覆の形成へと移行させた。ＴｉＣ被覆は公知のＣＶＤ
法により実施したが、その形成条件は実施例１と同じと
した。なお本発明品２では、塩化ハフニウムを原料とし
た酸化ハフニウム（ＨｆＯ₂）を、本発明品３では、塩
化ジルコニウムを原料とした酸化ジルコニウム（ＺｒＯ
₂）をそれぞれ熱ＣＶＤ法により形成した。

【００２５】以上の手法により得られた本発明品である
工具のひとつ（本発明品１）について、被覆の破断面及
び研磨面を詳細に調べたところ、第１層のＴｉＮ被覆
が、厚み０．３μmであると共に、明かに金色の色調を
持っており、母材からの炭素拡散による変色は全く認め
られなかった。また第２層のＴｉＣＮ被覆は厚み４．６
μmであると共に、被覆を構成する粒子がテーパー形状
の柱状結晶であり、ＴｉＣＮ／ＴｉＣ層界面でのＴｉＣ
Ｎ被覆の平均結晶粒径は０．３６μmであった。次に第
３層のＴｉＣ被覆は厚みが３．３μmであり、平均結晶
粒径０．４μmの微細かつ等軸構造を持っていることが
確認できた。その他の本発明品（２及び３）についても
同様の調査を行なった結果、いずれも本発明の範囲に入
る構造を有していた。

【００２６】他方、比較例１では、下地にＴｉＮを入れ
ずに、本発明品と同条件で基材上に直接ＴｉＣＮ被覆の
形成を行った。比較例２ではＴｉＣＮ被覆の成長終了面
での平均結晶粒径が０．４μmであったのに対して、Ｔ
ｉＣ被覆が平均結晶粒径０．８μmの等軸構造を有して
おり、本発明の範囲を越えていた。比較例３ではＴｉＣ
Ｎ被覆の成長終了面での平均結晶粒径が０．４５μmで
あったのに対して、ＴｉＣ被覆が平均結晶粒径０．５μ
mの柱状構造を有しており、本発明の範囲に入っていな
かった。なお本発明品と同様に、全ての比較例における
ＴｉＣＮ被覆の形成はＭＴ−ＣＶＤ法により行った。そ
の他の被覆については、公知の熱ＣＶＤ法により被覆形
成を行い、表３に示す被覆厚及び被覆構造の試料を得
た。

【００２７】

【表３】

【００２８】表３に示した試料について、表４に示す切
削条件にて切削試験を実施した。

【００２９】

【表４】

【００３０】切削試験の結果を表５に示す。

【００３１】

【表５】

【００３２】表５より、本発明品１〜３は、耐摩耗性、
耐剥離性共に優れており、安定した寿命が得られること
がわかる。これに対して、下地の中間層としてＴｉＮ被
覆を入れなかった場合（比較例１）は、実施例１におい
ても確認した様に、耐剥離性に劣るという結果が得られ
た。次にＴｉＣ被覆を構成する結晶の平均粒径及び粒形
状が本発明品に該当しない場合（比較例２及び３）は、
切削中に被覆が大規模に破壊し易く、欠けを生じた。こ
れらの比較例は全て耐摩耗性と耐剥離性を両方満足させ
ておらず、切削工具としては性能的に劣ることがわか
る。

【００３３】（実施例３）ＩＳＯに示された型番コー
ト１２０４０８の形状で、ＪＩＳＢ４０５３切削工具
用合金成分一覧表中のＰ０１に該当する炭窒化チタン基
サーメットを母材として用い、この表面に表６に示す構
造の被覆層を形成した。ここで、本発明品における第１
層のＴｉＮ被覆、第２層のＴｉＣＮ被覆及び第３層のＴ
ｉＣ被覆の形成は、実施例１に記載の本発明品の被覆形
成条件にて、被覆形成時間を変えることで被覆厚のみを
調整し、第１層のＴｉＮ被覆の厚み、第２層のＴｉＮ被
覆と第３層のＴｉＣＮ被覆の結晶粒径の関係、及び第３
層のＴｉＣ被覆を構成する粒形状が、それぞれ本発明の
範囲に入っていることを確認した。比較例では、第１層
のＴｉＮを入れずに基材上に直接ＴｉＣＮ被覆の形成を
行なったもの（比較例１）、第１層のＴｉＮ被覆の厚み
が厚いもの（比較例２）、第２層のＴｉＣＮ被覆と第３
層のＴｉＣ被覆との粒径の関係が本発明の範囲に入って
いないもの（比較例３）をそれぞれ作製した。またこれ
ら比較例におけるＴｉＣＮ被覆の形成は、実施例１と同
様の条件を用いて、被覆形成時間を変えることで被覆厚
のみを調整した。その他の被覆については、従来の熱Ｃ
ＶＤ法により形成し、表６に示す被覆厚及び被覆構造の
試料を得た。

【００３４】

【表６】

【００３５】表６に示した試料について、表７に示す切
削条件にて切削試験を実施した結果を表８に示す。

【００３６】

【表７】

【００３７】

【表８】

【００３８】表８より、本発明品は耐摩耗性、耐剥離性
共に優れており、安定した寿命が得られていることがわ
かる。これに対して、下地のＴｉＮ被覆を入れなかった
場合は、実施例１においても確認したように、耐剥離性
に劣るという結果が得られた。次にＴｉＣＮ被覆を構成
する柱状結晶の平均粒径が本発明品に該当しない場合
は、切削中に異常摩耗を生じやすく、欠けを生じた。こ
れらの比較例はいずれも耐摩耗性と耐剥離性を両方満足
させておらず、切削工具としては性能的に劣ることがわ
かる。

【００３９】

【発明の効果】以上記した様に、本発明の被覆切削工具
は、従来の被覆切削工具に比較し、被覆層全体の耐摩耗
性が高いだけでなく、被覆層と母材との接着が強固であ
り、切削時の耐剥離性にも優れている。また、従来提案
されていた被覆構造ではＣＶＤ法によるＴｉＣＮ被覆の
持つ特徴を引き出すことが困難であったのに対して、下
地の中間層であるＴｉＮを特定の厚みで挿入すること、
及び特定の構造を持ったＴｉＣ被覆を形成することで、
被覆切削工具の性能を安定させることが可能となった。
以上の点を加味した多層被覆を超硬合金工具基材上に形
成することで、前記の様な優れた性能を持った切削工具
を容易に製造することができる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】主たる成分として元素周期率表における
ＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ族の炭化物、窒化物、炭窒化物の
うちの少なくとも１種又は２種以上の硬質相を、周期率
表のVIII族の金属により焼結した硬質合金よりなる母材
の表面に、内側層が、チタンの炭化物、窒化物、炭窒化
物から選ばれる２種以上を被覆した多層で構成され、外
側層が、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化ハ
フニウム、炭化チタン、炭窒化チタン、窒化チタンから
選ばれる１種又は２種以上の単層又は多層で構成されて
いる被覆層を被覆した表面被覆切削工具において、内側
層の炭化チタンが、炭窒化チタンの上に隣接して形成さ
れており、この炭化チタンの粒径Ｄ1と下地となる炭窒
化チタンの平均結晶粒径Ｄ2がＤ1＝ｂ×Ｄ2、０．７≦
ｂ≦１．３の関係にある平均結晶粒径Ｄ1を持った結晶
粒から構成された等軸構造であることを特徴とする被覆
切削工具。
【請求項２】前記内側層の母材と接する第１層が窒化
チタンであり、その上の第２層が炭窒化チタンであり、
更にその上の第３層がチタンの炭化物であることを特徴
とする請求項１記載の被覆切削工具。
【請求項３】前記母材と接する第１層の窒化チタンの
厚みが０．１μm以上、２．０μm以下であることを特徴
とする請求項２記載の被覆切削工具。