硬質被覆層がすぐれた耐欠損性を発揮する表面被覆切削工具
【課題】断続重切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐欠損性を発揮する表面被覆切削工具を提供する。
【解決手段】ＷＣ基超硬合金製工具基体表面に０．２〜２μｍの平均層厚のＣｒＮ層からなる硬質被覆層を物理蒸着で形成した表面被覆切削工具において、ＣｒＮ層は、平均層厚と等しい高さを有し、かつ、工具基体表面に対して直立方向に成長した縦長平板状のＣｒＮ結晶粒からなり、さらに、前記ＣｒＮ層の表面から０．１μｍの深さの水平断面における結晶粒組織を観察した場合、短辺が５〜１００ｎｍ、アスペクト比が３以上である前記縦長平板状のＣｒＮ結晶粒の占める面積割合が、全水平断面積の３０％以上である。
【解決手段】ＷＣ基超硬合金製工具基体表面に０．２〜２μｍの平均層厚のＣｒＮ層からなる硬質被覆層を物理蒸着で形成した表面被覆切削工具において、ＣｒＮ層は、平均層厚と等しい高さを有し、かつ、工具基体表面に対して直立方向に成長した縦長平板状のＣｒＮ結晶粒からなり、さらに、前記ＣｒＮ層の表面から０．１μｍの深さの水平断面における結晶粒組織を観察した場合、短辺が５〜１００ｎｍ、アスペクト比が３以上である前記縦長平板状のＣｒＮ結晶粒の占める面積割合が、全水平断面積の３０％以上である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、硬質被覆層が、工具基体表面に対して直立方向に成長した縦長平板状のＣｒＮ結晶粒で構成されることにより、断続重切削加工という厳しい切削条件下で用いられた場合にも、すぐれた耐欠損性を発揮し、切削工具の長寿命化が可能となる炭化タングステン（以下、ＷＣで示す）基超硬合金製表面被覆切削工具（以下、被覆工具という）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、被覆工具には、各種の鋼や鋳鉄などの被削材の旋削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インサートや、前記インサートを着脱自在に取り付けて、面削加工や溝加工、さらに肩加工などに用いられるソリッドタイプのエンドミルと同様に切削加工を行うインサート式エンドミルなどが知られている。
【０００３】
また、例えば、特許文献１に示されるように、工具鋼、高速度鋼、超硬高合金またはサーメットを含む硬質合金を母材としてなる工具本体の表面に、Ｃｒの窒化物（以下、ＣｒＮで示す）層およびＣｒの酸化物（以下、ＣｒＯで示す）層からなる硬質被覆層を物理蒸着してなる被覆工具が広く知られており、各種の鋼や鋳鉄などの連続切削や断続切削加工に用いられている。
また、例えば、特許文献２に示されるように、工具本体の表面に、Ｃｒ、ＣｒＮ、Ｃｒ２Ｎを含む耐摩耗性、高潤滑性皮膜により被覆された軸受けなどの摺動部材も知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３６４５２９５号明細書
【特許文献２】特許第２６３３６２３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年の切削加工装置のＦＡ化はめざましく、加えて切削加工に対する省力化、省エネ化、低コスト化さらに効率化の要求も強く、これに伴い、高送り、高切り込みなどより高効率の重切削加工が要求される傾向にあるが、前記従来被覆工具においては、各種の鋼や鋳鉄を通常条件下で切削加工した場合に特段の問題は生じないが、切刃に対して大きな断続的・衝撃的負荷がかかる断続重切削加工に用いた場合には、切刃部に欠損を生じやすく、これが原因で、比較的短時間で使用寿命に至るのが現状である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そこで、本発明者等は、前述のような観点から、断続重切削加工に用いられた場合にも優れた耐欠損性を示し被覆工具の長寿命化を図るべく、硬質被覆層をＣｒＮ層で構成するとともに、該ＣｒＮ層の結晶粒組織に着目し鋭意研究を行った結果、次のような知見を得た。
【０００７】
（ａ）従来、ＷＣ超硬合金からなる工具基体表面に、硬質被覆層としてのＣｒＮ層を成膜する場合、物理蒸着装置の１種であるアークイオンプレーティング（ＡＩＰ）装置に前記工具基体を装着し、例えば、
装置内加熱温度：３９０〜４５０℃、
工具基体に印加する直流バイアス電圧：−２０〜−５０Ｖ、
カソード電極：金属Ｃｒ、
アーク放電電流：９０〜１２０Ａ、
装置内ガス流量：窒素（Ｎ２）ガス＋アルゴン（Ａｒ）ガス、
装置内窒素ガス圧力：１〜５Ｐａ、
の条件で蒸着することにより、ＣｒＮ層（以下、従来ＣｒＮ層という）が成膜される。
【０００８】
（ｂ）しかるに、前記ＣｒＮ層の形成を、例えば、図１の概略説明図に示される物理蒸着装置の１種である圧力勾配型Ａｒプラズマガスを利用したイオンプレーティング装置に上記の工具基体を装着し、
工具基体温度：３６０〜４５０ ℃、
蒸発源：金属Ｃｒ、
プラズマガン放電電力：８〜１５ ｋＷ、
反応ガス流量：窒素（Ｎ２）ガス １００〜１２０ ｓｃｃｍ、
放電ガス：アルゴン（Ａｒ）ガス ３０〜６０ ｓｃｃｍ、
工具基体に印加する直流バイアス電圧：＋３〜＋５ Ｖ、
ハースと工具基体間の距離：９５０〜１０５０ ｍｍ、
という特定の条件でＣｒＮ層を蒸着形成した場合、この結果形成されたＣｒＮ層（以下、改質ＣｒＮ層という）を硬質被覆層とする被覆工具は、前記従来ＣｒＮ層を形成した被覆工具に比して、高切り込み、高送りの断続重切削加工条件において、すぐれた耐欠損性を示すことを見出した。
【０００９】
（ｃ）前記改質ＣｒＮ層の断面組織を透過型電子顕微鏡で観察したところ、図２の断面斜視図に示すように、層厚方向の縦断面においては、工具基体表面に対して直立方向に成長した縦長平板状のＣｒＮ結晶粒が形成され、また、改質ＣｒＮ層の表面から０．１μｍの深さの水平断面においては、短辺が５〜１００ｎｍであって、アスペクト比が３以上である前記縦長平板状のＣｒＮ結晶粒が所定の面積割合で形成されていることを確認した。
【００１０】
（ｄ）そして、表面被覆切削工具の硬質被覆層を、前記結晶粒組織の改質ＣｒＮ層で構成すると、層の曲げ抵抗が大になり耐塑性変形性が向上するとともに、結晶粒界が複雑に入り組んで形成されていることから、硬質被覆層にクラックが発生した場合でも、クラックの進展に対する抵抗性が増し、その結果、切刃に対して大きな断続的・衝撃的負荷がかかる高送り、高切り込みの断続重切削加工に用いた場合であっても、チッピング、欠損の発生が抑制され、長期の使用に亘ってすぐれた切削性能を発揮することを見出したのである。
【００１１】
本発明は、前記知見に基づいてなされたものであって、
「（１）炭化タングステン基超硬合金製工具基体の表面に、０．２〜２μｍの平均層厚のＣｒＮ層からなる硬質被覆層を物理蒸着した表面被覆切削工具において、
前記ＣｒＮ層が、前記平均層厚と等しい高さを有し、かつ、前記工具基体表面に対して直立方向に成長した縦長平板状のＣｒＮ結晶粒からなり、
さらに、前記ＣｒＮ層の表面から０．１μｍの深さの水平断面における結晶粒組織を透過型電子顕微鏡で観察した場合、短辺が５〜１００ｎｍであって、アスペクト比が３以上である前記縦長平板状のＣｒＮ結晶粒が存在し、かつ、前記水平断面において縦長平板状のＣｒＮ結晶粒が占める面積の合計は、全断面積の３０％以上であることを特徴とする表面被覆切削工具。
（２）前記ＣｒＮ層を、
組成式：ＣｒＸＮ
で表わした場合、Ｃｒ成分の窒素成分に対する含有割合Ｘが、原子比で０．５≦Ｘ≦２．０を満足する前記（１）に記載の表面被覆切削工具。」
に特徴を有するものである。
【００１２】
本発明について、以下に説明する。
【００１３】
従来の被覆工具におけるＣｒＮ層は、すぐれた耐摩耗性、耐溶着性、潤滑性を示すが、これを、切刃に対して大きな断続的・衝撃的負荷がかかる断続重切削加工に用いた場合には、層内でのクラックの進展を避けられず、これを原因として層の剥離や欠損が生じていたが、本発明の被覆工具の硬質被覆層を構成する改質ＣｒＮ層においては、層内にクラックが発生した場合でも、結晶粒界が複雑に入り組み形成されていることによって、クラックの進展に対する抵抗性が増し、その結果、切刃に対して大きな断続的・衝撃的負荷がかかる高送り、高切り込みの断続重切削加工に用いた場合であっても、チッピング、欠損の発生が抑制され、被覆工具の耐摩耗性の向上が図られるとともに工具の長寿命化に寄与する。
そして、本発明者等は、ＣｒＮ層を蒸着形成するための数多くの試験を行った結果、図１に示される圧力勾配型Ａｒプラズマガンを利用したイオンプレーティングにより、工具基体上にＣｒＮ層を形成する条件を、例えば、
工具基体温度：３９０〜４５０ ℃、
蒸発源：金属Ｃｒ、
プラズマガン放電電力：８〜１５ ｋＷ、
反応ガス流量：窒素（Ｎ２）ガス ６０〜１２０ ｓｃｃｍ、
放電ガス：アルゴン（Ａｒ）ガス ３０〜６０ ｓｃｃｍ、
工具基体に印加する直流バイアス電圧：＋３〜＋５ Ｖ、
ハースと工具基体間の距離：９５０〜１０５０ ｍｍ、
蒸着時間： ３０〜１５０ ｍｉｎ、
という特定の条件に調整して蒸着すると、工具基体表面に対して直立方向に成長した縦長平板状のＣｒＮ結晶粒からなる改質ＣｒＮ層が形成されることを見出した。
【００１４】
なお、この改質ＣｒＮ層の高温強度特性を特に発揮させるためには、改質ＣｒＮ層を、
組成式：ＣｒＸＮ
で表わした場合、Ｃｒの窒素に対する含有割合Ｘが０．５未満では所望の高温硬さと耐熱性を期待することはできず、一方、その含有割合Ｘが２．０を越えると、層自体の強度低下が生じ、耐欠損性を得ることができなくなることから、Ｃｒの窒素に対する含有割合Ｘは、原子比で０．５≦ｘ≦２．０とすることが望ましい。
【００１５】
改質ＣｒＮ層の組織をより詳細に透過型電子顕微鏡で観察すると、図２の断面斜視図に示すように、改質ＣｒＮ層の層厚方向の縦断面においては、前記縦長平板状のＣｒＮ結晶粒の高さが、改質ＣｒＮ層の層厚を構成している。
【００１６】
また、工具基体表面に平行で、改質ＣｒＮ層の表面から０．１μｍの深さにある水平断面（即ち、改質ＣｒＮ層表面から０．１μｍの深さにあり、層厚方向に直交する平面）においては、短辺が５〜１００ｎｍであって、アスペクト比が３以上である矩形状のＣｒＮ結晶粒が存在する。
しかも、前記水平断面において、前記矩形状のＣｒＮ結晶粒の面積の合計が占める面積割合は、水平断面の全面積の３０％以上となっている。
【００１７】
この改質ＣｒＮ層の平均層厚（前記縦長平板状のＣｒＮ結晶粒の高さと同じ）は成膜時間によって大きく影響され、成膜時間が短いため（例えば、３０分未満）に前記ＣｒＮ結晶粒の高さが０．２μｍに満たないような場合は、耐摩耗性に劣り長期の使用に亘ってすぐれた切削性能を発揮することはできず、一方、成膜時間が長くなり（例えば、１５０分を超える）、前記ＣｒＮ結晶粒の高さが２μｍを超えるような場合は、ＣｒＮ結晶粒が粗大化し、表面平滑性が失われ、チッピングが生じ易くなる。
したがって、改質ＣｒＮ層の平均層厚（＝前記縦長平板状のＣｒＮ結晶粒の高さ）は、０．２〜２μｍと定める。
【００１８】
また、この改質ＣｒＮ層の表面から０．１μｍの深さにある水平断面に存在する矩形状のＣｒＮ結晶粒の短辺が５ｎｍ未満では、結晶粒自体の靭性を発揮することはできず、一方、短辺が１００ｎｍを超えると、結晶粒が粗大になり複雑に入り組んだ結晶粒界を形成できないため、チッピングを生じ易くなることから、前記矩形状のＣｒＮ結晶粒の短辺は５〜１００ｎｍと定める。
なお、この発明でいう「短辺」とは、改質ＣｒＮ層の表面から０．１μｍの深さにある水平断面に存在する個々のＣｒＮ結晶粒について、そのサイズを透過型電子顕微鏡により測定し、個々の結晶粒の測定された最大径を示す線分を長辺とした場合に、長辺方向に対して垂直な方向における最大幅をいう。
【００１９】
また、この改質ＣｒＮ層の表面から０．１μｍの深さにある水平断面に存在する矩形状のＣｒＮ結晶粒のアスペクト比が３未満では、層の曲げ抗力が小さくなり所望の耐塑性変形性が得られないことから、前記矩形状のＣｒＮ結晶粒のアスペクト比は３以上と定める。
なお、ここでいう「アスペクト比」とは、前記個々の結晶粒の測定された最大径を示す線分である長辺の値を、前記短辺の値で除した値である。
【００２０】
また、この改質ＣｒＮ層の表面から０．１μｍの深さにある水平断面に存在する矩形状のＣｒＮ結晶粒の面積割合が、測定した水平断面の全面積の３０％未満であるような場合は、クラックの進展経路が複雑でなくなりクラックの進展に対する抵抗力が十分に得られずチッピングを生じやすくなることから、前記矩形状のＣｒＮ結晶粒面積割合は３０％以上とする。
【００２１】
改質ＣｒＮ層の表面から０．１μｍの深さにある水平断面に存在する矩形状のＣｒＮ結晶粒の短辺の値、アスペクト比の値および面積割合、Ｃｒの窒素に対する含有割合は、改質ＣｒＮ層の蒸着条件の内のそれぞれ、印加する直流バイアス電圧、成膜温度、窒素ガス流量によって影響を受けるので、矩形状のＣｒＮ結晶粒の短辺の値、アスペクト比の値および面積割合を所定の数値範囲に維持するためには、前記蒸着条件のうち、特に、成膜温度、印加する直流バイアス電圧、窒素ガス流量については厳密に調整しなければならない。
【発明の効果】
【００２２】
この発明の被覆工具は、硬質被覆層を構成する改質ＣｒＮ層が、工具基体表面に対して直立方向に成長した縦長平板状のＣｒＮ結晶粒からなり、さらに、前記改質ＣｒＮ層の表面から０．１μｍの深さの水平断面において、短辺が５〜１００ｎｍであって、アスペクト比が３以上である前記縦長平板状のＣｒＮ結晶粒が存在し、かつ、該縦長平板状のＣｒＮ結晶粒が占める面積の合計は、全断面積の３０％以上である結晶粒組織を備えることから、改質ＣｒＮ層の曲げ抵抗が大になり耐塑性変形性が向上するとともに、切刃に対して断続的・衝撃的負荷が作用する高送り、高切り込みの断続重切削加工において硬質被覆層にクラックが発生した場合でも、結晶粒界が複雑に入り組み形成されていることから、クラックの進展に対する抵抗性が増し、その結果、すぐれた高温硬さ、耐熱性、高温強度に加えて耐欠損性が改善され、長期の使用に亘ってすぐれた切削性能を発揮し、工具寿命の延命化が図られるのである。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】この発明の表面被覆切削工具の硬質被覆層（改質ＣｒＮ層）を蒸着形成するため圧力勾配型Ａｒプラズマガンを利用したイオンプレーティング装置の概略図を示し、（ａ）は概略正面図、（ｂ）は概略平面図を示す。
【図２】この発明の表面被覆切削工具の改質ＣｒＮ層からなる硬質被覆層の断面斜視図を示す。
【図３】本発明インサート１の改質ＣｒＮ層の表面から０．１μｍの深さの水平断面におけるＣｒＮ結晶粒の組織の模式図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
つぎに、この発明の被覆工具を実施例により具体的に説明する。
なお、ここでは被覆インサートを中心にして説明するが、被覆インサートに限らず、被覆エンドミル、被覆ドリル等の各種の被覆工具に適用できるものである。
【実施例１】
【００２５】
原料粉末として、いずれも１〜３μｍの平均粒径を有するＷＣ粉末、ＴｉＣ粉末、ＶＣ粉末、Ｃｒ3 Ｃ2 粉末、およびＣｏ粉末を用意し、これら原料粉末を、表１に示される配合組成に配合し、ボールミルで７２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６Ｐａの真空中、温度：１４００℃に１時間保持の条件で焼結し、焼結後、切刃部分にＲ：０．０３のホーニング加工を施してＩＳＯ規格・ＳＥＥＮ１２０３のインサート形状をもったＷＣ基超硬合金製の工具基体１〜１０を形成した。
【００２６】
【表１】
【００２７】
ついで、前記工具基体１〜１０を、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、図１に示される圧力勾配型Ａｒプラズマガンを利用したイオンプレーティング装置に装着し、蒸発源として、金属Ｃｒを装着し、まず、装置内を排気して１．０×１０−３Ｐａ以下の真空に保持しながらヒーターで装置内を３９０〜４５０℃に加熱した後、Ａｒガスを導入して２．３×１０−２Ｐａとしたのち、圧力勾配型プラズマガンの放電電力を２ｋＷとし、装置内にＡｒイオンを発生させて、工具基体に−２００Ｖのバイアス電圧を印加することによって、前記工具基体を１０分間Ａｒボンバード処理し、ついで、装置内を一旦１×１０−３Ｐａ程度の真空にした後、圧力勾配型Ａｒプラズマガンの放電電力を１２ｋＷとし、Ａｒガスを４５ｓｃｃｍ，窒素ガスを１００ｓｃｃｍ流しながら、炉内の圧力を３×１０−２〜６×１０−２Ｐａに保ち、蒸発源にプラズマビームを入射し金属Ｃｒの蒸気を発生させるとともにプラズマビームでイオン化して、蒸発源の上部１０００ｍｍに固定された工具基体表面に、表３に示される目標層厚の改質ＣｒＮ層を硬質被覆層として蒸着形成することにより、本発明被覆工具としての本発明表面被覆インサート（以下、本発明インサートという）１〜１０を製造した。
なお、表２に、本発明インサート１〜１０の改質ＣｒＮ層の形成条件である圧力勾配型Ａｒプラズマガンを利用したイオンプレーティングの各種条件を一覧で示す。
【００２８】
比較のため、前記工具基体Ａ１〜Ａ１０について、通常のアークイオンプレーティング（ＡＩＰ）法によって、以下の条件で、表５に示される目標層厚の従来ＣｒＡｌＮ層を蒸着形成することにより、比較例表面被覆インサート（以下、比較例インサートという）１〜１０を製造した。
装置内加熱温度：３９０〜４５０℃、
工具基体に印加する直流バイアス電圧：−２０〜−５０Ｖ、
カソード電極：金属Ｃｒ、
アーク放電電流：１００〜１２０Ａ、
装置内ガス：窒素（Ｎ２）ガス、
装置内窒素ガス圧力：１〜５Ｐａ、
なお、表４に、比較例インサート１〜１０の従来ＣｒＮ層の形成条件であるアークイオンプレーティング（ＡＩＰ）の各種条件を一覧で示す。
【００２９】
ついで、本発明インサート１〜１０および比較例インサート１〜１０の各硬質被覆層について、透過型電子顕微鏡を用いて結晶粒組織の状態を観察した。
表３，５に、その観察結果を示す。
表３によれば、本発明インサート１〜１０では、改質ＣｒＮ層の平均層厚と等しい高さの縦長平板状のＣｒＮ結晶粒が、工具基体表面に対して直立方向に成長しており、ＣｒＮ層の表面から０．１μｍの深さの水平断面について透過型電子顕微鏡を用いて観察・測定したところ、短辺が５〜１００ｎｍ、アスペクト比が３以上であり、かつ、該水平断面における合計面積が、全断面積の３０％以上である縦長平板状のＣｒＮ結晶粒が存在することが確認された。
図３に、一例として、本発明インサート１の改質ＣｒＮ層の表面から０．１μｍの深さの水平断面におけるＣｒＮ結晶粒の組織写真を示す。
【００３０】
これに対して、表５から、ＣｒＮ層を通常のアークイオンプレーティング法により成膜した比較例インサート１〜１０においては、従来ＣｒＮ層の平均層厚と等しい高さの柱状のＣｒＮ結晶粒が工具基体表面に対して直立方向に成長しており、ＣｒＮ層の表面から０．１μｍの高さの水平断面につて透過型電子顕微鏡を用いて観察・測定したところ、観測面の大部分をアスペクト比が２未満の粒により構成されており、アスペクト比が３以上の粒子の存在は確認されないことが分かる。
【００３１】
【表２】
【００３２】
【表３】
【００３３】
【表４】
【００３４】
【表５】
【００３５】
つぎに、本発明インサート１〜１０および比較例インサート１〜１０について、これを工具鋼製カッタの先端部に固定治具にてネジ止めした状態で、
被削材：平面寸法 １００ｍｍ×２５０ｍｍ 厚さ５０ｍｍのＪＩＳ・Ｓ１０Ｃの板材、
切削速度： ４００ｍ／ｍｉｎ．、
一刃あたりの送り： ０．３５ｍｍ／刃、
切削時間： ２分、
の条件（切削条件１という）での炭素鋼の乾式高速高送り切削加工試験（通常の切削速度及びテーブル送りは、それぞれ、２５０ｍ／ｍｉｎ．、０．２５ｍｍ／刃）、
被削材：平面寸法 １００ｍｍ×２５０ｍｍ 厚さ５０ｍｍのＪＩＳ・ＡＣ７Ａの板材、
切削速度： ４５０ｍ／ｍｉｎ．、
一刃あたりの送り： ０．３５ｍｍ／刃、
切削時間： ２分、
の条件（切削条件２という）でのアルミニウム合金の乾式高速高送り切削加工試験（通常の切り込み及び送りは、それぞれ、３００ｍ／ｍｉｎ．、０．３ｍｍ／刃）、
被削材：平面寸法 １００ｍｍ×２５０ｍｍ 厚さ５０ｍｍのＪＩＳ・ＳＳ４００の板材、
切削速度： ３００ｍ／ｍｉｎ．、
一刃あたりの送り： ０．３５ｍｍ／刃、
切削時間： ２分、
の条件（切削条件３という）での軟鋼の乾式高速高送り切削加工試験（通常の切り込み及び送りは、それぞれ、２５０ｍ／ｍｉｎ．、０．３ｍｍ／刃）、
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７に示した。
【００３６】
【表６】
【００３７】
表３，５，６に示される結果から、本発明インサート１〜１０は、いずれも硬質被覆層を構成する改質ＣｒＮ層が０．２〜２μｍの平均層厚を有するとともに、工具基体表面に対して直立方向に平均層厚と同じ高さの縦長平板状のＣｒＮ結晶粒組織が形成されており、さらに、前記改質ＣｒＮ層の表面から０．１μｍの深さの水平断面において、短辺が５〜１００ｎｍであって、アスペクト比が３以上である前記縦長平板状のＣｒＮ結晶粒が存在し、かつ、該縦長平板状のＣｒＮ結晶粒が占める面積の合計は、全断面積の３０％以上である結晶粒組織を備えることから、改質ＣｒＮ層の曲げ抵抗性が増し、耐塑性変形性が向上するとともに、切刃に対して断続的・衝撃的負荷が作用する高送り、高切り込みの断続重切削加工において硬質被覆層にクラックが発生した場合でも、結晶粒界が複雑に入り組み形成されていることから、クラックの進展に対する抵抗性が増し、その結果、すぐれた高温硬さ、耐熱性、高温強度に加えて耐欠損性が改善され、長期の使用に亘ってすぐれた切削性能を発揮し、工具寿命の延命化が図られているのである。
【００３８】
これに対して、比較例インサート１〜１０においては、従来ＣｒＮ層における結晶粒はアスペクト比が低く、結晶粒界が複雑に入り組んで形成されておらず、クラックの進展に対する抵抗力が弱いため、断続切削加工においては、欠損等により比較的短時間で使用寿命に至ることが明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
上述のように、この発明の被覆工具は、硬質被覆層（改質ＣｒＮ層）が、特定の短径、アスペクト比、面積割合を有する縦長平板状のＣｒＮ結晶粒組織として形成されていることから、優れた耐欠損性を備えており、そして、この優れた切削性能は、実施例において示した被覆インサートばかりでなく、被覆エンドミル、被覆ドリル等の各種被覆工具においても、長期の使用に亘って発揮されるものである。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、硬質被覆層が、工具基体表面に対して直立方向に成長した縦長平板状のＣｒＮ結晶粒で構成されることにより、断続重切削加工という厳しい切削条件下で用いられた場合にも、すぐれた耐欠損性を発揮し、切削工具の長寿命化が可能となる炭化タングステン（以下、ＷＣで示す）基超硬合金製表面被覆切削工具（以下、被覆工具という）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、被覆工具には、各種の鋼や鋳鉄などの被削材の旋削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インサートや、前記インサートを着脱自在に取り付けて、面削加工や溝加工、さらに肩加工などに用いられるソリッドタイプのエンドミルと同様に切削加工を行うインサート式エンドミルなどが知られている。
【０００３】
また、例えば、特許文献１に示されるように、工具鋼、高速度鋼、超硬高合金またはサーメットを含む硬質合金を母材としてなる工具本体の表面に、Ｃｒの窒化物（以下、ＣｒＮで示す）層およびＣｒの酸化物（以下、ＣｒＯで示す）層からなる硬質被覆層を物理蒸着してなる被覆工具が広く知られており、各種の鋼や鋳鉄などの連続切削や断続切削加工に用いられている。
また、例えば、特許文献２に示されるように、工具本体の表面に、Ｃｒ、ＣｒＮ、Ｃｒ２Ｎを含む耐摩耗性、高潤滑性皮膜により被覆された軸受けなどの摺動部材も知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３６４５２９５号明細書
【特許文献２】特許第２６３３６２３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年の切削加工装置のＦＡ化はめざましく、加えて切削加工に対する省力化、省エネ化、低コスト化さらに効率化の要求も強く、これに伴い、高送り、高切り込みなどより高効率の重切削加工が要求される傾向にあるが、前記従来被覆工具においては、各種の鋼や鋳鉄を通常条件下で切削加工した場合に特段の問題は生じないが、切刃に対して大きな断続的・衝撃的負荷がかかる断続重切削加工に用いた場合には、切刃部に欠損を生じやすく、これが原因で、比較的短時間で使用寿命に至るのが現状である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そこで、本発明者等は、前述のような観点から、断続重切削加工に用いられた場合にも優れた耐欠損性を示し被覆工具の長寿命化を図るべく、硬質被覆層をＣｒＮ層で構成するとともに、該ＣｒＮ層の結晶粒組織に着目し鋭意研究を行った結果、次のような知見を得た。
【０００７】
（ａ）従来、ＷＣ超硬合金からなる工具基体表面に、硬質被覆層としてのＣｒＮ層を成膜する場合、物理蒸着装置の１種であるアークイオンプレーティング（ＡＩＰ）装置に前記工具基体を装着し、例えば、
装置内加熱温度：３９０〜４５０℃、
工具基体に印加する直流バイアス電圧：−２０〜−５０Ｖ、
カソード電極：金属Ｃｒ、
アーク放電電流：９０〜１２０Ａ、
装置内ガス流量：窒素（Ｎ２）ガス＋アルゴン（Ａｒ）ガス、
装置内窒素ガス圧力：１〜５Ｐａ、
の条件で蒸着することにより、ＣｒＮ層（以下、従来ＣｒＮ層という）が成膜される。
【０００８】
（ｂ）しかるに、前記ＣｒＮ層の形成を、例えば、図１の概略説明図に示される物理蒸着装置の１種である圧力勾配型Ａｒプラズマガスを利用したイオンプレーティング装置に上記の工具基体を装着し、
工具基体温度：３６０〜４５０ ℃、
蒸発源：金属Ｃｒ、
プラズマガン放電電力：８〜１５ ｋＷ、
反応ガス流量：窒素（Ｎ２）ガス １００〜１２０ ｓｃｃｍ、
放電ガス：アルゴン（Ａｒ）ガス ３０〜６０ ｓｃｃｍ、
工具基体に印加する直流バイアス電圧：＋３〜＋５ Ｖ、
ハースと工具基体間の距離：９５０〜１０５０ ｍｍ、
という特定の条件でＣｒＮ層を蒸着形成した場合、この結果形成されたＣｒＮ層（以下、改質ＣｒＮ層という）を硬質被覆層とする被覆工具は、前記従来ＣｒＮ層を形成した被覆工具に比して、高切り込み、高送りの断続重切削加工条件において、すぐれた耐欠損性を示すことを見出した。
【０００９】
（ｃ）前記改質ＣｒＮ層の断面組織を透過型電子顕微鏡で観察したところ、図２の断面斜視図に示すように、層厚方向の縦断面においては、工具基体表面に対して直立方向に成長した縦長平板状のＣｒＮ結晶粒が形成され、また、改質ＣｒＮ層の表面から０．１μｍの深さの水平断面においては、短辺が５〜１００ｎｍであって、アスペクト比が３以上である前記縦長平板状のＣｒＮ結晶粒が所定の面積割合で形成されていることを確認した。
【００１０】
（ｄ）そして、表面被覆切削工具の硬質被覆層を、前記結晶粒組織の改質ＣｒＮ層で構成すると、層の曲げ抵抗が大になり耐塑性変形性が向上するとともに、結晶粒界が複雑に入り組んで形成されていることから、硬質被覆層にクラックが発生した場合でも、クラックの進展に対する抵抗性が増し、その結果、切刃に対して大きな断続的・衝撃的負荷がかかる高送り、高切り込みの断続重切削加工に用いた場合であっても、チッピング、欠損の発生が抑制され、長期の使用に亘ってすぐれた切削性能を発揮することを見出したのである。
【００１１】
本発明は、前記知見に基づいてなされたものであって、
「（１）炭化タングステン基超硬合金製工具基体の表面に、０．２〜２μｍの平均層厚のＣｒＮ層からなる硬質被覆層を物理蒸着した表面被覆切削工具において、
前記ＣｒＮ層が、前記平均層厚と等しい高さを有し、かつ、前記工具基体表面に対して直立方向に成長した縦長平板状のＣｒＮ結晶粒からなり、
さらに、前記ＣｒＮ層の表面から０．１μｍの深さの水平断面における結晶粒組織を透過型電子顕微鏡で観察した場合、短辺が５〜１００ｎｍであって、アスペクト比が３以上である前記縦長平板状のＣｒＮ結晶粒が存在し、かつ、前記水平断面において縦長平板状のＣｒＮ結晶粒が占める面積の合計は、全断面積の３０％以上であることを特徴とする表面被覆切削工具。
（２）前記ＣｒＮ層を、
組成式：ＣｒＸＮ
で表わした場合、Ｃｒ成分の窒素成分に対する含有割合Ｘが、原子比で０．５≦Ｘ≦２．０を満足する前記（１）に記載の表面被覆切削工具。」
に特徴を有するものである。
【００１２】
本発明について、以下に説明する。
【００１３】
従来の被覆工具におけるＣｒＮ層は、すぐれた耐摩耗性、耐溶着性、潤滑性を示すが、これを、切刃に対して大きな断続的・衝撃的負荷がかかる断続重切削加工に用いた場合には、層内でのクラックの進展を避けられず、これを原因として層の剥離や欠損が生じていたが、本発明の被覆工具の硬質被覆層を構成する改質ＣｒＮ層においては、層内にクラックが発生した場合でも、結晶粒界が複雑に入り組み形成されていることによって、クラックの進展に対する抵抗性が増し、その結果、切刃に対して大きな断続的・衝撃的負荷がかかる高送り、高切り込みの断続重切削加工に用いた場合であっても、チッピング、欠損の発生が抑制され、被覆工具の耐摩耗性の向上が図られるとともに工具の長寿命化に寄与する。
そして、本発明者等は、ＣｒＮ層を蒸着形成するための数多くの試験を行った結果、図１に示される圧力勾配型Ａｒプラズマガンを利用したイオンプレーティングにより、工具基体上にＣｒＮ層を形成する条件を、例えば、
工具基体温度：３９０〜４５０ ℃、
蒸発源：金属Ｃｒ、
プラズマガン放電電力：８〜１５ ｋＷ、
反応ガス流量：窒素（Ｎ２）ガス ６０〜１２０ ｓｃｃｍ、
放電ガス：アルゴン（Ａｒ）ガス ３０〜６０ ｓｃｃｍ、
工具基体に印加する直流バイアス電圧：＋３〜＋５ Ｖ、
ハースと工具基体間の距離：９５０〜１０５０ ｍｍ、
蒸着時間： ３０〜１５０ ｍｉｎ、
という特定の条件に調整して蒸着すると、工具基体表面に対して直立方向に成長した縦長平板状のＣｒＮ結晶粒からなる改質ＣｒＮ層が形成されることを見出した。
【００１４】
なお、この改質ＣｒＮ層の高温強度特性を特に発揮させるためには、改質ＣｒＮ層を、
組成式：ＣｒＸＮ
で表わした場合、Ｃｒの窒素に対する含有割合Ｘが０．５未満では所望の高温硬さと耐熱性を期待することはできず、一方、その含有割合Ｘが２．０を越えると、層自体の強度低下が生じ、耐欠損性を得ることができなくなることから、Ｃｒの窒素に対する含有割合Ｘは、原子比で０．５≦ｘ≦２．０とすることが望ましい。
【００１５】
改質ＣｒＮ層の組織をより詳細に透過型電子顕微鏡で観察すると、図２の断面斜視図に示すように、改質ＣｒＮ層の層厚方向の縦断面においては、前記縦長平板状のＣｒＮ結晶粒の高さが、改質ＣｒＮ層の層厚を構成している。
【００１６】
また、工具基体表面に平行で、改質ＣｒＮ層の表面から０．１μｍの深さにある水平断面（即ち、改質ＣｒＮ層表面から０．１μｍの深さにあり、層厚方向に直交する平面）においては、短辺が５〜１００ｎｍであって、アスペクト比が３以上である矩形状のＣｒＮ結晶粒が存在する。
しかも、前記水平断面において、前記矩形状のＣｒＮ結晶粒の面積の合計が占める面積割合は、水平断面の全面積の３０％以上となっている。
【００１７】
この改質ＣｒＮ層の平均層厚（前記縦長平板状のＣｒＮ結晶粒の高さと同じ）は成膜時間によって大きく影響され、成膜時間が短いため（例えば、３０分未満）に前記ＣｒＮ結晶粒の高さが０．２μｍに満たないような場合は、耐摩耗性に劣り長期の使用に亘ってすぐれた切削性能を発揮することはできず、一方、成膜時間が長くなり（例えば、１５０分を超える）、前記ＣｒＮ結晶粒の高さが２μｍを超えるような場合は、ＣｒＮ結晶粒が粗大化し、表面平滑性が失われ、チッピングが生じ易くなる。
したがって、改質ＣｒＮ層の平均層厚（＝前記縦長平板状のＣｒＮ結晶粒の高さ）は、０．２〜２μｍと定める。
【００１８】
また、この改質ＣｒＮ層の表面から０．１μｍの深さにある水平断面に存在する矩形状のＣｒＮ結晶粒の短辺が５ｎｍ未満では、結晶粒自体の靭性を発揮することはできず、一方、短辺が１００ｎｍを超えると、結晶粒が粗大になり複雑に入り組んだ結晶粒界を形成できないため、チッピングを生じ易くなることから、前記矩形状のＣｒＮ結晶粒の短辺は５〜１００ｎｍと定める。
なお、この発明でいう「短辺」とは、改質ＣｒＮ層の表面から０．１μｍの深さにある水平断面に存在する個々のＣｒＮ結晶粒について、そのサイズを透過型電子顕微鏡により測定し、個々の結晶粒の測定された最大径を示す線分を長辺とした場合に、長辺方向に対して垂直な方向における最大幅をいう。
【００１９】
また、この改質ＣｒＮ層の表面から０．１μｍの深さにある水平断面に存在する矩形状のＣｒＮ結晶粒のアスペクト比が３未満では、層の曲げ抗力が小さくなり所望の耐塑性変形性が得られないことから、前記矩形状のＣｒＮ結晶粒のアスペクト比は３以上と定める。
なお、ここでいう「アスペクト比」とは、前記個々の結晶粒の測定された最大径を示す線分である長辺の値を、前記短辺の値で除した値である。
【００２０】
また、この改質ＣｒＮ層の表面から０．１μｍの深さにある水平断面に存在する矩形状のＣｒＮ結晶粒の面積割合が、測定した水平断面の全面積の３０％未満であるような場合は、クラックの進展経路が複雑でなくなりクラックの進展に対する抵抗力が十分に得られずチッピングを生じやすくなることから、前記矩形状のＣｒＮ結晶粒面積割合は３０％以上とする。
【００２１】
改質ＣｒＮ層の表面から０．１μｍの深さにある水平断面に存在する矩形状のＣｒＮ結晶粒の短辺の値、アスペクト比の値および面積割合、Ｃｒの窒素に対する含有割合は、改質ＣｒＮ層の蒸着条件の内のそれぞれ、印加する直流バイアス電圧、成膜温度、窒素ガス流量によって影響を受けるので、矩形状のＣｒＮ結晶粒の短辺の値、アスペクト比の値および面積割合を所定の数値範囲に維持するためには、前記蒸着条件のうち、特に、成膜温度、印加する直流バイアス電圧、窒素ガス流量については厳密に調整しなければならない。
【発明の効果】
【００２２】
この発明の被覆工具は、硬質被覆層を構成する改質ＣｒＮ層が、工具基体表面に対して直立方向に成長した縦長平板状のＣｒＮ結晶粒からなり、さらに、前記改質ＣｒＮ層の表面から０．１μｍの深さの水平断面において、短辺が５〜１００ｎｍであって、アスペクト比が３以上である前記縦長平板状のＣｒＮ結晶粒が存在し、かつ、該縦長平板状のＣｒＮ結晶粒が占める面積の合計は、全断面積の３０％以上である結晶粒組織を備えることから、改質ＣｒＮ層の曲げ抵抗が大になり耐塑性変形性が向上するとともに、切刃に対して断続的・衝撃的負荷が作用する高送り、高切り込みの断続重切削加工において硬質被覆層にクラックが発生した場合でも、結晶粒界が複雑に入り組み形成されていることから、クラックの進展に対する抵抗性が増し、その結果、すぐれた高温硬さ、耐熱性、高温強度に加えて耐欠損性が改善され、長期の使用に亘ってすぐれた切削性能を発揮し、工具寿命の延命化が図られるのである。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】この発明の表面被覆切削工具の硬質被覆層（改質ＣｒＮ層）を蒸着形成するため圧力勾配型Ａｒプラズマガンを利用したイオンプレーティング装置の概略図を示し、（ａ）は概略正面図、（ｂ）は概略平面図を示す。
【図２】この発明の表面被覆切削工具の改質ＣｒＮ層からなる硬質被覆層の断面斜視図を示す。
【図３】本発明インサート１の改質ＣｒＮ層の表面から０．１μｍの深さの水平断面におけるＣｒＮ結晶粒の組織の模式図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
つぎに、この発明の被覆工具を実施例により具体的に説明する。
なお、ここでは被覆インサートを中心にして説明するが、被覆インサートに限らず、被覆エンドミル、被覆ドリル等の各種の被覆工具に適用できるものである。
【実施例１】
【００２５】
原料粉末として、いずれも１〜３μｍの平均粒径を有するＷＣ粉末、ＴｉＣ粉末、ＶＣ粉末、Ｃｒ3 Ｃ2 粉末、およびＣｏ粉末を用意し、これら原料粉末を、表１に示される配合組成に配合し、ボールミルで７２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６Ｐａの真空中、温度：１４００℃に１時間保持の条件で焼結し、焼結後、切刃部分にＲ：０．０３のホーニング加工を施してＩＳＯ規格・ＳＥＥＮ１２０３のインサート形状をもったＷＣ基超硬合金製の工具基体１〜１０を形成した。
【００２６】
【表１】
【００２７】
ついで、前記工具基体１〜１０を、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、図１に示される圧力勾配型Ａｒプラズマガンを利用したイオンプレーティング装置に装着し、蒸発源として、金属Ｃｒを装着し、まず、装置内を排気して１．０×１０−３Ｐａ以下の真空に保持しながらヒーターで装置内を３９０〜４５０℃に加熱した後、Ａｒガスを導入して２．３×１０−２Ｐａとしたのち、圧力勾配型プラズマガンの放電電力を２ｋＷとし、装置内にＡｒイオンを発生させて、工具基体に−２００Ｖのバイアス電圧を印加することによって、前記工具基体を１０分間Ａｒボンバード処理し、ついで、装置内を一旦１×１０−３Ｐａ程度の真空にした後、圧力勾配型Ａｒプラズマガンの放電電力を１２ｋＷとし、Ａｒガスを４５ｓｃｃｍ，窒素ガスを１００ｓｃｃｍ流しながら、炉内の圧力を３×１０−２〜６×１０−２Ｐａに保ち、蒸発源にプラズマビームを入射し金属Ｃｒの蒸気を発生させるとともにプラズマビームでイオン化して、蒸発源の上部１０００ｍｍに固定された工具基体表面に、表３に示される目標層厚の改質ＣｒＮ層を硬質被覆層として蒸着形成することにより、本発明被覆工具としての本発明表面被覆インサート（以下、本発明インサートという）１〜１０を製造した。
なお、表２に、本発明インサート１〜１０の改質ＣｒＮ層の形成条件である圧力勾配型Ａｒプラズマガンを利用したイオンプレーティングの各種条件を一覧で示す。
【００２８】
比較のため、前記工具基体Ａ１〜Ａ１０について、通常のアークイオンプレーティング（ＡＩＰ）法によって、以下の条件で、表５に示される目標層厚の従来ＣｒＡｌＮ層を蒸着形成することにより、比較例表面被覆インサート（以下、比較例インサートという）１〜１０を製造した。
装置内加熱温度：３９０〜４５０℃、
工具基体に印加する直流バイアス電圧：−２０〜−５０Ｖ、
カソード電極：金属Ｃｒ、
アーク放電電流：１００〜１２０Ａ、
装置内ガス：窒素（Ｎ２）ガス、
装置内窒素ガス圧力：１〜５Ｐａ、
なお、表４に、比較例インサート１〜１０の従来ＣｒＮ層の形成条件であるアークイオンプレーティング（ＡＩＰ）の各種条件を一覧で示す。
【００２９】
ついで、本発明インサート１〜１０および比較例インサート１〜１０の各硬質被覆層について、透過型電子顕微鏡を用いて結晶粒組織の状態を観察した。
表３，５に、その観察結果を示す。
表３によれば、本発明インサート１〜１０では、改質ＣｒＮ層の平均層厚と等しい高さの縦長平板状のＣｒＮ結晶粒が、工具基体表面に対して直立方向に成長しており、ＣｒＮ層の表面から０．１μｍの深さの水平断面について透過型電子顕微鏡を用いて観察・測定したところ、短辺が５〜１００ｎｍ、アスペクト比が３以上であり、かつ、該水平断面における合計面積が、全断面積の３０％以上である縦長平板状のＣｒＮ結晶粒が存在することが確認された。
図３に、一例として、本発明インサート１の改質ＣｒＮ層の表面から０．１μｍの深さの水平断面におけるＣｒＮ結晶粒の組織写真を示す。
【００３０】
これに対して、表５から、ＣｒＮ層を通常のアークイオンプレーティング法により成膜した比較例インサート１〜１０においては、従来ＣｒＮ層の平均層厚と等しい高さの柱状のＣｒＮ結晶粒が工具基体表面に対して直立方向に成長しており、ＣｒＮ層の表面から０．１μｍの高さの水平断面につて透過型電子顕微鏡を用いて観察・測定したところ、観測面の大部分をアスペクト比が２未満の粒により構成されており、アスペクト比が３以上の粒子の存在は確認されないことが分かる。
【００３１】
【表２】
【００３２】
【表３】
【００３３】
【表４】
【００３４】
【表５】
【００３５】
つぎに、本発明インサート１〜１０および比較例インサート１〜１０について、これを工具鋼製カッタの先端部に固定治具にてネジ止めした状態で、
被削材：平面寸法 １００ｍｍ×２５０ｍｍ 厚さ５０ｍｍのＪＩＳ・Ｓ１０Ｃの板材、
切削速度： ４００ｍ／ｍｉｎ．、
一刃あたりの送り： ０．３５ｍｍ／刃、
切削時間： ２分、
の条件（切削条件１という）での炭素鋼の乾式高速高送り切削加工試験（通常の切削速度及びテーブル送りは、それぞれ、２５０ｍ／ｍｉｎ．、０．２５ｍｍ／刃）、
被削材：平面寸法 １００ｍｍ×２５０ｍｍ 厚さ５０ｍｍのＪＩＳ・ＡＣ７Ａの板材、
切削速度： ４５０ｍ／ｍｉｎ．、
一刃あたりの送り： ０．３５ｍｍ／刃、
切削時間： ２分、
の条件（切削条件２という）でのアルミニウム合金の乾式高速高送り切削加工試験（通常の切り込み及び送りは、それぞれ、３００ｍ／ｍｉｎ．、０．３ｍｍ／刃）、
被削材：平面寸法 １００ｍｍ×２５０ｍｍ 厚さ５０ｍｍのＪＩＳ・ＳＳ４００の板材、
切削速度： ３００ｍ／ｍｉｎ．、
一刃あたりの送り： ０．３５ｍｍ／刃、
切削時間： ２分、
の条件（切削条件３という）での軟鋼の乾式高速高送り切削加工試験（通常の切り込み及び送りは、それぞれ、２５０ｍ／ｍｉｎ．、０．３ｍｍ／刃）、
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７に示した。
【００３６】
【表６】
【００３７】
表３，５，６に示される結果から、本発明インサート１〜１０は、いずれも硬質被覆層を構成する改質ＣｒＮ層が０．２〜２μｍの平均層厚を有するとともに、工具基体表面に対して直立方向に平均層厚と同じ高さの縦長平板状のＣｒＮ結晶粒組織が形成されており、さらに、前記改質ＣｒＮ層の表面から０．１μｍの深さの水平断面において、短辺が５〜１００ｎｍであって、アスペクト比が３以上である前記縦長平板状のＣｒＮ結晶粒が存在し、かつ、該縦長平板状のＣｒＮ結晶粒が占める面積の合計は、全断面積の３０％以上である結晶粒組織を備えることから、改質ＣｒＮ層の曲げ抵抗性が増し、耐塑性変形性が向上するとともに、切刃に対して断続的・衝撃的負荷が作用する高送り、高切り込みの断続重切削加工において硬質被覆層にクラックが発生した場合でも、結晶粒界が複雑に入り組み形成されていることから、クラックの進展に対する抵抗性が増し、その結果、すぐれた高温硬さ、耐熱性、高温強度に加えて耐欠損性が改善され、長期の使用に亘ってすぐれた切削性能を発揮し、工具寿命の延命化が図られているのである。
【００３８】
これに対して、比較例インサート１〜１０においては、従来ＣｒＮ層における結晶粒はアスペクト比が低く、結晶粒界が複雑に入り組んで形成されておらず、クラックの進展に対する抵抗力が弱いため、断続切削加工においては、欠損等により比較的短時間で使用寿命に至ることが明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
上述のように、この発明の被覆工具は、硬質被覆層（改質ＣｒＮ層）が、特定の短径、アスペクト比、面積割合を有する縦長平板状のＣｒＮ結晶粒組織として形成されていることから、優れた耐欠損性を備えており、そして、この優れた切削性能は、実施例において示した被覆インサートばかりでなく、被覆エンドミル、被覆ドリル等の各種被覆工具においても、長期の使用に亘って発揮されるものである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化タングステン基超硬合金製工具基体の表面に、０．２〜２μｍの平均層厚のＣｒＮ層からなる硬質被覆層を物理蒸着した表面被覆切削工具において、
前記ＣｒＮ層が、前記平均層厚と等しい高さを有し、かつ、前記工具基体表面に対して直立方向に成長した縦長平板状のＣｒＮ結晶粒からなり、
さらに、前記ＣｒＮ層の表面から０．１μｍの深さの水平断面における結晶粒組織を透過型電子顕微鏡で観察した場合、短辺が５〜１００ｎｍであって、アスペクト比が３以上である前記縦長平板状のＣｒＮ結晶粒が存在し、かつ、前記水平断面において縦長平板状のＣｒＮ結晶粒が占める面積の合計は、全断面積の３０％以上であることを特徴とする表面被覆切削工具。
【請求項２】
前記ＣｒＮ層を、
組成式：ＣｒＸＮ
で表わした場合、Ｃｒ成分の窒素成分に対する含有割合Ｘが、原子比で０．５≦Ｘ≦２．０を満足する請求項１に記載の表面被覆切削工具。
【請求項１】
炭化タングステン基超硬合金製工具基体の表面に、０．２〜２μｍの平均層厚のＣｒＮ層からなる硬質被覆層を物理蒸着した表面被覆切削工具において、
前記ＣｒＮ層が、前記平均層厚と等しい高さを有し、かつ、前記工具基体表面に対して直立方向に成長した縦長平板状のＣｒＮ結晶粒からなり、
さらに、前記ＣｒＮ層の表面から０．１μｍの深さの水平断面における結晶粒組織を透過型電子顕微鏡で観察した場合、短辺が５〜１００ｎｍであって、アスペクト比が３以上である前記縦長平板状のＣｒＮ結晶粒が存在し、かつ、前記水平断面において縦長平板状のＣｒＮ結晶粒が占める面積の合計は、全断面積の３０％以上であることを特徴とする表面被覆切削工具。
【請求項２】
前記ＣｒＮ層を、
組成式：ＣｒＸＮ
で表わした場合、Ｃｒ成分の窒素成分に対する含有割合Ｘが、原子比で０．５≦Ｘ≦２．０を満足する請求項１に記載の表面被覆切削工具。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１１−１５６６３９（Ｐ２０１１−１５６６３９Ａ）
【公開日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２２１１０（Ｐ２０１０−２２１１０）
【出願日】平成２２年２月３日（２０１０．２．３）
【出願人】（０００００６２６４）三菱マテリアル株式会社 (4,417)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月３日（２０１０．２．３）
【出願人】（０００００６２６４）三菱マテリアル株式会社 (4,417)
【Ｆターム（参考）】
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