すぐれた自己潤滑性を発揮する表面被覆切削工具
【課題】溶着性の高い被削材の切削加工で硬質被覆層がすぐれた自己潤滑性を発揮することにより、すぐれた耐摩耗性を示す表面被覆切削工具を提供する。
【解決手段】工具基体表面に、マトリックス相と分散相とから構成される硬質被覆層を少なくとも１層以上蒸着形成した表面被覆切削工具において、マトリックス相は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒのうちの１種以上の元素の窒化物および／または炭窒化物からなり、分散相は、Ｎｉ窒化物、Ｎｉ炭窒化物のうちの少なくとも１種以上のＮｉ化合物からなる。
【解決手段】工具基体表面に、マトリックス相と分散相とから構成される硬質被覆層を少なくとも１層以上蒸着形成した表面被覆切削工具において、マトリックス相は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒのうちの１種以上の元素の窒化物および／または炭窒化物からなり、分散相は、Ｎｉ窒化物、Ｎｉ炭窒化物のうちの少なくとも１種以上のＮｉ化合物からなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、特に、軟鋼、ステンレス鋼などのような溶着性の高い被削材を、高い発熱を伴う高速切削条件で切削加工した場合にも、硬質被覆層がすぐれた自己潤滑性を発揮し、長期に亘ってすぐれた耐摩耗性を示す表面被覆切削工具（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、前記被削材の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、さらに前記被削材の面削加工や溝加工、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】
具体的な被覆工具としては、例えば、炭化タングステン基（以下、ＷＣ基で示す）超硬合金または炭窒化チタン基（以下、ＴｉＣＮ基で示す）サーメット等で構成された工具基体の表面に硬質皮膜を蒸着形成し、被覆工具の耐摩耗性、工具寿命の改善を図ったものが一般的に知られている。
例えば、工具基体表面にＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３等の硬質皮膜を形成し、その上に、Ｎｉ酸化膜をさらに被覆形成することにより、被覆工具の特性（潤滑性）改善を図った被覆工具が知られ、また、例えば、工具基体表面にＡｌ、Ｃｒの少なくとも１種とＣ、Ｎ、Ｏ、Ｂの少なくとも１種からなる化合物に、金属Ｎｉを含有させることにより不動態を形成させ、耐摩耗性と耐酸化特性の改善を図った被覆工具が知られている。
そして、上記従来の被覆工具を、炭素鋼や合金鋼などの切削に用いた場合には、すぐれた耐摩耗性を発揮することが知られている。
【特許文献１】特開２０００−２３３３２４号公報
【特許文献２】特開２００６−８２２１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年の切削加工装置のＦＡ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は強く、これに伴って切削加工は一段と高速化する傾向にあるが、上記の従来被覆工具においては、これを通常条件での切削加工に用いた場合には問題はないが、これを特に、軟鋼やステンレス鋼等のような溶着性の高い被削材を、高い発熱を伴う高速切削に用いた場合には、切削時に発生する高熱によって硬質被覆層が過熱されて、高温硬さ、潤滑性が不足したり、また溶着を生じたりするために、耐摩耗性の低下、チッピングの発生等が避けられず、その結果、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】
【０００５】
そこで、本発明者等は、上述のような観点から、高熱を発生する高速切削条件で溶着を生じやすい軟鋼、ステンレス鋼のような被削材を切削加工するにあたり、硬質被覆層がすぐれた潤滑性と耐摩耗性を発揮する被覆工具を開発すべく、上記の従来被覆工具に着目し、研究を行った結果、
（イ）例えば図１（ａ）に概略平面図で、同（ｂ）に概略正面図で示される構造のアークイオンプレーティング（ＡＩＰ）装置を用い、装置中央部に工具基体（例えば、超硬基体）装着用回転テーブルを設け、装置内には、硬質被覆層のマトリックス相形成用カソード電極（蒸発源）と分散相形成用カソード電極（蒸発源）を設け、工具基体装着用回転テーブル上に工具基体をリング状に装着し、この状態で装置内雰囲気を窒素雰囲気等の所定に雰囲気として、前記回転テーブルを回転させると共に、形成される硬質被覆層の層厚均一化を図る目的で工具基体自体も自転させながら、前記のマトリックス相形成用カソード電極（蒸発源）とアノード電極との間、及び、前記の分散相形成用カソード電極（蒸発源）とアノード電極との間に、アーク放電を発生させると、工具基体表面には、マトリックス相を素地として、その中に、所定面積割合で分散相が分散して存在する硬質被覆層が蒸着形成され、そして、マトリックス相形成用カソード電極として、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒの金属あるいは合金を使用し、また、分散相形成用カソード電極として、金属Ｎｉを使用して硬質被覆層を蒸着形成すると、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒのうちのいずれか１種または２種以上の元素の窒化物または炭窒化物（以下、（Ａｌ，Ｔｉ，Ｃｒ）（Ｃ，Ｎ）で示す。）をマトリックス相とし、該マトリックス相中に、Ｎｉ窒化物、Ｎｉ炭窒化物のうちの少なくとも１種以上のＮｉ化合物（以下、Ｎｉ（Ｃ，Ｎ）で示す。）からなる分散相が分散存在する硬質被覆層が形成されること。
【０００６】
（ロ）上記（Ａｌ，Ｔｉ，Ｃｒ）（Ｃ，Ｎ）からなるマトリックス相において、相構成成分であるＡｌは高温硬さ、耐熱性および耐酸化性を向上させ、同Ｔｉ、Ｃｒは高温強度を向上させ、被覆工具の基本的な特性をマトリックス相が担保しているが、溶着性の高い被削材の高速切削加工においては、高熱発生に伴って硬質被覆層が過熱され、潤滑性が不足するとともにその高温硬さも低下する傾向にあるため、耐摩耗性が不十分となり工具寿命が短いが、マトリッククス相中に、上記Ｎｉ（Ｃ，Ｎ）からなる分散相を分散存在させると、Ｎｉ（Ｃ，Ｎ）分散相自体が硬質であるため、硬質被覆層の高温硬さをさらに高め、耐摩耗性の向上に寄与するとともに、Ｎｉ（Ｃ，Ｎ）分散相の一部は、切削加工時に発生する高熱によってニッケルの酸化物、窒酸化物、炭酸化物、炭窒酸化物（以下、これらを総称して、単に、ＮｉＯで示す。）に変化し、そして、このＮｉＯは自己潤滑性を備え、被削材との潤滑性を向上させ溶着を抑制する作用があることから、（Ａｌ，Ｔｉ，Ｃｒ）（Ｃ，Ｎ）マトリックス相中にＮｉ（Ｃ，Ｎ）分散相が所定面積割合で存在する硬質被覆層は、全体としてすぐれた高温硬さ、耐熱性、耐酸化性、高温強度を備え、さらに切削加工時に自己潤滑性を発揮し、その結果として、ステンレス鋼などの溶着性の高い被削材を、高熱発生を伴う高速切削条件で切削加工しても、溶着、チッピング、偏摩耗等を生じることなくすぐれた耐摩耗性を長期に亘って発揮するようになること。
以上（イ）、（ロ）に示される研究結果を得たのである。
【０００７】
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、
「炭化タングステン基（ＷＣ基）超硬合金または炭窒化チタン基（ＴｉＣＮ基）サーメットで構成された工具基体の表面に、硬質被覆層を蒸着形成してなる表面被覆切削工具において、
上記硬質被覆層のうちの少なくとも１層は、マトリックス相と、該マトリックス相中に分散存在する分散相とから構成され、上記マトリックス相は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒのうちのいずれか１種または２種以上の元素の窒化物または炭窒化物（（Ａｌ，Ｔｉ，Ｃｒ）（Ｃ，Ｎ））からなり、上記分散相は、Ｎｉ窒化物、Ｎｉ炭窒化物のうちの少なくとも１種以上のＮｉ化合物（Ｎｉ（Ｃ，Ｎ））からなることを特徴とする自己潤滑性を発揮する表面被覆切削工具（被覆工具）。」
に特徴を有するものである。
【０００８】
つぎに、この発明の被覆工具の硬質被覆層を構成する（Ａｌ，Ｔｉ，Ｃｒ）（Ｃ，Ｎ）マトリックス相、Ｎｉ（Ｃ，Ｎ）分散相について説明する。
【０００９】
（Ａｌ，Ｔｉ，Ｃｒ）（Ｃ，Ｎ）マトリックス相；
Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒのうちのいずれか１種または２種以上の元素の窒化物または炭窒化物からなるマトリックス相は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒの金属あるいは合金をターゲットとした物理蒸着、化学蒸着等種々の方法で蒸着形成することができるが、物理蒸着（例えば、アークイオンプレーティング）による場合はそのターゲット材料の選択によって、また、化学蒸着による場合は、反応ガス条件等を調整することにより、各種成分組成のマトリックス相を形成することができる。
この発明では、具体的には、例えば、（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ、（Ａｌ，Ｔｉ）（Ｃ，Ｎ）、（Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ、（Ａｌ，Ｃｒ）（Ｃ，Ｎ）、（Ａｌ，Ｔｉ，Ｃｒ）Ｎ、（Ａｌ，Ｔｉ，Ｃｒ）（Ｃ，Ｎ）をマトリックス相として形成した。
そして、既に述べたように、マトリックス相を構成する成分によって、各種の特性が得られるが、例えば、マトリックス相中のＡｌ成分は、高温硬さ、耐熱性および耐酸化性を向上させ、同Ｔｉ成分、Ｃｒ成分が高温強度を向上させることは良く知られているところである。
【００１０】
Ｎｉ（Ｃ，Ｎ）分散相；
マトリックス相中にＮｉ（Ｃ，Ｎ）分散相が分散存在する層を得る方法それ自体は、特に限定されるものではないが、例えば、マトリックス相の蒸着を継続実行しつつ、金属Ｎｉをターゲットとし、蒸着量を調整しながらアークイオンプレーティングを行うことにより、マトリックス相中にＮｉ（Ｃ，Ｎ）相が分散する蒸着層を形成することができ、また、マトリックス相の蒸着を行いつつ、金属Ｎｉをターゲットとし、蒸着量を調整しながらスパッタリングを行うことにより、Ｎｉ（Ｃ，Ｎ）相をマトリックス相中に分散させた蒸着層を形成することもできる。
そして、（Ａｌ，Ｔｉ，Ｃｒ）（Ｃ，Ｎ）マトリックス相中に分散形成されたＮｉ（Ｃ，Ｎ）分散相それ自体は、高硬度を有しているため、マトリックス相と分散相からなる硬質被覆層の硬度を高め、その結果、高温切削条件下での被覆工具の耐摩耗性を向上させる。また、Ｎｉ（Ｃ，Ｎ）分散相を構成する窒化物、炭窒化物は、その一部が、高速切削時に発生する高熱によって、ニッケルの酸化物、窒酸化物、炭酸化物、炭窒酸化物（ＮｉＯ）に変化するが、ＮｉＯは潤滑性にすぐれるため、（Ａｌ，Ｔｉ，Ｃｒ）（Ｃ，Ｎ）マトリックス相中にＮｉ（Ｃ，Ｎ）分散相が分散存在する硬質被覆層は、該層の高温硬さを向上させると同時に、切削加工時に発揮される該層の自己潤滑性によって、溶着性の高い被削材との潤滑性を高める作用を有する。
したがって、（Ａｌ，Ｔｉ，Ｃｒ）（Ｃ，Ｎ）マトリックス相中にＮｉ（Ｃ，Ｎ）分散相が分散存在する硬質被覆層を蒸着形成した被覆工具は、軟鋼、ステンレス鋼等の溶着性の高い被削材を高速条件下で切削加工する場合にも、硬質被覆層が発揮するすぐれた自己潤滑性によって、高熱による溶着発生を防止すると同時に、硬質被覆層の有するすぐれた高温硬さによって、すぐれた耐摩耗性を長期に亘って維持することができる。
なお、（Ａｌ，Ｔｉ，Ｃｒ）（Ｃ，Ｎ）マトリックス相中におけるＮｉ（Ｃ，Ｎ）分散相の面積割合が、１．０面積％未満では、潤滑性向上効果、耐溶着性向上効果、耐摩耗性向上効果が少なく、マトリックス相の特性しか発揮されず、一方、Ｎｉ（Ｃ，Ｎ）分散相の面積割合が２０面積％を超えると、層全体の高温硬さ、高温強度が低下し、耐摩耗性の低下傾向が見られるようになり、また、チッピングの発生を抑制することが困難になることから、Ｎｉ（Ｃ，Ｎ）分散相の面積割合（＝[Ｎｉ（Ｃ，Ｎ）分散相の面積×１００]／[（Ｎｉ（Ｃ，Ｎ）分散相の面積＋（Ａｌ，Ｔｉ，Ｃｒ）（Ｃ，Ｎ）マトリックス相の面積]）を１〜２０面積％、好ましくは、５〜１５面積％、とすることが望ましい。
【発明の効果】
【００１１】
この発明の被覆工具は、（Ａｌ，Ｔｉ，Ｃｒ）（Ｃ，Ｎ）マトリックス相が、すぐれた高温硬さ、高温強度、耐熱性、耐酸化性を有し、また、（Ｎｉ（Ｃ，Ｎ）分散相が、すぐれた高温硬さを有するとともに、切削加工時にすぐれた自己潤滑性を有するＮｉＯが形成されるため、硬質被覆層全体として、すぐれた高温硬さ、高温強度、耐熱性、耐酸化性およびすぐれた潤滑性が発揮され、軟鋼、ステンレス鋼等の溶着性の高い被削材を、特に大きな発熱を伴う高速切削条件で加工した場合であっても、すぐれた耐チッピング性、耐溶着性を示すとともに、偏摩耗を生じることもなく、長期に亘ってすぐれた耐摩耗性を発揮するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
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。
【実施例１】
【００１３】
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、ＺｒＣ粉末、ＶＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、Ｃｒ３Ｃ２粉末、ＴｉＮ粉末、ＴａＮ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・ＣＮＭＧ１２０４０８のチップ形状をもったＷＣ基超硬合金製の工具基体Ａ１〜Ａ１０を形成した。
【００１４】
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（質量比で、ＴｉＣ／ＴｉＮ＝５０／５０）粉末、Ｍｏ２Ｃ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：０．０３のホーニング加工を施してＩＳＯ規格・ＣＮＭＧ１２０４０８のチップ形状をもったＴｉＣＮ基サーメット製の工具基体Ｂ１〜Ｂ６を形成した。
【００１５】
ついで、上記の工具基体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、乾燥した状態で、図１に示されるアークイオンプレーティング装置の回転テーブル上に装着し、アークイオンプレーティング装置のマトリックス相形成用カソード電極（蒸発源）として、表３に示される種々の成分組成の合金１〜５（本発明カソード１〜５という）を装着し、分散相形成用カソード電極（蒸発源）として金属Ｎｉを装着し、さらに、ボンバード洗浄用カソード電極として金属Ｔｉも装着し、まず装置内を排気して０．５Ｐａ以下の真空に保持しながら、ヒーターで装置内を５００℃に加熱した後、前記回転テーブル上で自転しながら回転する工具基体に−１０００Ｖの直流バイアス電圧を印加して、ボンバード洗浄用カソード電極の金属Ｔｉとアノード電極との間に１００Ａの電流を流してアーク放電を発生させ、もって工具基体表面をＴｉボンバード洗浄し、
（ｂ）ついで、装置内に反応ガスとして窒素ガス、または、窒素ガスとメタンガス等の反応ガスを導入して３Ｐａの反応雰囲気とすると共に、前記回転テーブル上で自転しながら回転する工具基体に−１００Ｖの直流バイアス電圧を印加して、マトリックス相形成用カソード電極とアノード電極との間に１００Ａの電流を流してアーク放電を発生させ、表４、５に示される所定成分組成、所定目標層厚のマトリックス相を蒸着形成し、
（ｃ）同時に、前記回転テーブル上で自転しながら回転する工具基体に−１００Ｖの直流バイアス電圧を印加して、分散相形成用カソード電極とアノード電極との間に９０Ａの電流を流してアーク放電を発生させ、表４、５に示される所定成分、所定面積割合（面積％）の分散相を、マトリックス相中に分散させて蒸着形成することにより、
硬質被覆層として、（Ａｌ，Ｔｉ，Ｃｒ）（Ｃ，Ｎ）マトリックス相中にＮｉ（Ｃ，Ｎ）分散相が分散した組織の層を有するＩＳＯ・ＣＮＭＧ１２０４０８に規定するスローアウエイチップ形状の本発明被覆工具１〜１６（以下、本発明被覆チップ１〜１６という）をそれぞれ製造した。
【比較例１】
【００１６】
また、比較の目的で、これら工具基体Ａ１〜Ａ１０およびＢ１〜Ｂ６のうち、工具基体Ａ１〜Ａ５およびＢ１〜Ｂ３については、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、それぞれ図１に示されるアークイオンプレーティング装置に装入し、カソード電極（蒸発源）として、表３に示される本発明カソード１〜５を装着し、Ｎｉ酸化膜形成用カソード電極（蒸発源）として金属Ｎｉを装着し、さらに、ボンバート洗浄用金属Ｔｉカソード電極も装着し、装置内を排気して０．５Ｐａ以下の真空に保持しながら、ヒーターで装置内を５００℃に加熱した後、前記工具基体に−１０００Ｖの直流バイアス電圧を印加して、ボンバード洗浄用カソード電極の金属Ｔｉとアノード電極との間に１００Ａの電流を流してアーク放電を発生させ、もって工具基体表面をＴｉボンバード洗浄し、
ついで装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して２Ｐａの反応雰囲気とすると共に、前記工具基体に印加するバイアス電圧を−１００Ｖに下げて、前記本発明カソード１〜５とアノード電極との間に９０Ａの電流を流してアーク放電を発生させ、もって前記工具基体Ａ１〜Ａ５およびＢ１〜Ｂ３のそれぞれの表面に、表６、７に示される目標組成および目標層厚をもった硬質層を形成し、
その後、装置内に反応ガスとして、酸素からなる雰囲気ガスを導入して２Ｐａの反応雰囲気とすると共に、前記回転テーブル上で自転しながら回転する工具基体に−１００Ｖの直流バイアス電圧を印加して、Ｎｉ酸化膜形成用カソード電極とアノード電極との間に９０Ａの電流を流してアーク放電を発生させ、表６、７に示される所定層厚のＮｉ酸化膜層を前記硬質層の上に蒸着形成することにより、
同じくスローアウエイチップ形状の従来被覆工具１〜５、１１〜１３（以下、従来被覆チップ１〜５、１１〜１３という）をそれぞれ製造した。
（なお、上記従来被覆チップ１〜５、１１〜１３は、特許文献１（特開２０００−２３３３２４号公報）に記載された構造の被覆工具に対応する。）
【比較例２】
【００１７】
さらに比較の目的で、これら工具基体Ａ１〜Ａ１０およびＢ１〜Ｂ６のうち、工具基体Ａ６〜Ａ１０およびＢ４〜Ｂ６については、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、それぞれ図２に示されるアークイオンプレーティング装置に装入し、表３に示される組成のＮｉ含有ターゲットからなるカソード電極（蒸発源）６〜１０（従来カソード６〜１０という）を装着し、さらに、ボンバート洗浄用金属Ｔｉカソード電極も装着し、装置内を排気して０．５Ｐａ以下の真空に保持しながら、ヒーターで装置内を５００℃に加熱した後、前記工具基体に−１０００Ｖの直流バイアス電圧を印加して、ボンバード洗浄用カソード電極の金属Ｔｉとアノード電極との間に１００Ａの電流を流してアーク放電を発生させ、もって工具基体表面をＴｉボンバード洗浄し、
ついで装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して２Ｐａの反応雰囲気とすると共に、前記工具基体に印加するバイアス電圧を−１００Ｖに下げて、前記Ｎｉ含有ターゲットからなる従来カソード６〜１０とアノード電極との間に９０Ａの電流を流してアーク放電を発生させ、もって前記工具基体Ａ６〜Ａ１０およびＢ４〜Ｂ６のそれぞれの表面に、表６、７に示される目標組成および目標層厚をもった硬質層を形成することにより、
同じくスローアウエイチップ形状の従来被覆工具６〜１０、１４〜１６（以下、従来被覆チップ６〜１０、１４〜１６という）をそれぞれ製造した。
（なお、上記従来被覆チップ６〜１０、１４〜１６は、特許文献２（特開２００６−８２２１０号公報）に記載された構造の被覆工具に対応する。）
【００１８】
つぎに、上記の各種の被覆チップを、いずれも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、本発明被覆チップ１〜１６および従来被覆チップ１〜１６について、
被削材：ＪＩＳ・ＳＵＳ３２１の丸棒、
切削速度： １８０ ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み： ２．０ ｍｍ、
送り： ０．５ ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間： ５ 分、
の条件（切削条件Ａ）でのオーステナイト系ステンレス鋼の乾式高速切削加工試験（通常の切削速度は、１００ｍ／ｍｉｎ．）、
被削材：ＪＩＳ・Ｓ１７Ｃの丸棒、
切削速度： ３５０ ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み： ２．０ ｍｍ、
送り： ０．５ ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間： ５ 分、
の条件（切削条件Ｂ）での軟鋼の乾式高速切削加工試験（通常の切削速度は、２５０ｍ／ｍｉｎ．）、
被削材：ＪＩＳ・ＳＣＭ４３２の丸棒、
切削速度： ２４０ ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み： ３．０ ｍｍ、
送り： ０．５ ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間： ４ 分、
の条件（切削条件Ｂ）での合金鋼の乾式高速切削加工試験（通常の切削速度は、１７０ｍ／ｍｉｎ．）、
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８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】
【表８】
【００２７】
この結果得られた本発明被覆工具としての本発明被覆チップ１〜１６の硬質被覆層を構成する（Ａｌ，Ｔｉ，Ｃｒ）（Ｃ，Ｎ）マトリックス相とＮｉ（Ｃ，Ｎ）分散相の組成を、透過型電子顕微鏡を用いてのエネルギー分散Ｘ線分析法により測定したところ、それぞれ目標組成のＡｌ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｎ，Ｃ含有割合および目標組成のＮｉ，Ｎ，Ｃ含有割合と実質的に同じ組成を示した。
また、従来被覆工具としての従来被覆チップ１〜１６の硬質被覆層を構成する層の組成を、透過型電子顕微鏡を用いてのエネルギー分散Ｘ線分析法により測定したところ、それぞれ目標組成と実質的に同じ組成を示した。
【００２８】
また、本発明被覆工具の硬質被覆層の分散相を構成するＮｉ（Ｃ，Ｎ）分散相の面積率を、オージェ分光分析装置の定性分析のマッピングを用い測定したところ、表４、５に示される面積割合（５ヶ所の平均値）を示した。
【００２９】
表４〜８に示される結果から、本発明被覆工具は、軟鋼、ステンレス鋼のような溶着性の高い被削材を、高熱発生を伴う高速条件下での切削加工に用いた場合であっても、硬質被覆層の少なくとも一つの層が、（Ａｌ，Ｔｉ，Ｃｒ）（Ｃ，Ｎ）マトリックス相とＮｉ（Ｃ，Ｎ）分散相の２相組織からなり、全体として、すぐれた高温硬さ、高温強度、耐熱性、耐酸化性および自己潤滑性を備えていることによって、溶着、チッピング、偏摩耗の発生がなく、長期に亘ってすぐれた耐摩耗性を発揮するのに対して、従来被覆工具においては、高速切削加工で高熱発生を伴うことにより、溶着・偏摩耗やチッピングが発生し、これが原因で比較的短時間で使用寿命に至ることが明らかである。
なお、被覆チップばかりでなく、被覆エンドミル、被覆ドリルを作成し、同様な切削試験を行ったところ、被覆エンドミル、被覆ドリルについても、被覆チップの場合と同様な結果が得られた。
【００３０】
上述のように、この発明の被覆工具は、一般鋼や普通鋳鉄などの切削加工は勿論のこと、軟鋼、ステンレス鋼等のような溶着性の高い被削材の高い発熱を伴う高速切削加工に用いた場合でも、長期に亘ってすぐれた耐チッピング性、耐摩耗性を発揮し、すぐれた切削性能を示すものであるから、切削加工装置のＦＡ化、並びに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】
【００３１】
【図１】硬質被覆層を形成するのに用いたアークイオンプレーティング装置の概略平面図である。
【図２】比較例２の硬質被覆層を形成するのに用いたアークイオンプレーティング装置の概略図である。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、特に、軟鋼、ステンレス鋼などのような溶着性の高い被削材を、高い発熱を伴う高速切削条件で切削加工した場合にも、硬質被覆層がすぐれた自己潤滑性を発揮し、長期に亘ってすぐれた耐摩耗性を示す表面被覆切削工具（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、前記被削材の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、さらに前記被削材の面削加工や溝加工、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】
具体的な被覆工具としては、例えば、炭化タングステン基（以下、ＷＣ基で示す）超硬合金または炭窒化チタン基（以下、ＴｉＣＮ基で示す）サーメット等で構成された工具基体の表面に硬質皮膜を蒸着形成し、被覆工具の耐摩耗性、工具寿命の改善を図ったものが一般的に知られている。
例えば、工具基体表面にＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３等の硬質皮膜を形成し、その上に、Ｎｉ酸化膜をさらに被覆形成することにより、被覆工具の特性（潤滑性）改善を図った被覆工具が知られ、また、例えば、工具基体表面にＡｌ、Ｃｒの少なくとも１種とＣ、Ｎ、Ｏ、Ｂの少なくとも１種からなる化合物に、金属Ｎｉを含有させることにより不動態を形成させ、耐摩耗性と耐酸化特性の改善を図った被覆工具が知られている。
そして、上記従来の被覆工具を、炭素鋼や合金鋼などの切削に用いた場合には、すぐれた耐摩耗性を発揮することが知られている。
【特許文献１】特開２０００−２３３３２４号公報
【特許文献２】特開２００６−８２２１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年の切削加工装置のＦＡ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は強く、これに伴って切削加工は一段と高速化する傾向にあるが、上記の従来被覆工具においては、これを通常条件での切削加工に用いた場合には問題はないが、これを特に、軟鋼やステンレス鋼等のような溶着性の高い被削材を、高い発熱を伴う高速切削に用いた場合には、切削時に発生する高熱によって硬質被覆層が過熱されて、高温硬さ、潤滑性が不足したり、また溶着を生じたりするために、耐摩耗性の低下、チッピングの発生等が避けられず、その結果、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】
【０００５】
そこで、本発明者等は、上述のような観点から、高熱を発生する高速切削条件で溶着を生じやすい軟鋼、ステンレス鋼のような被削材を切削加工するにあたり、硬質被覆層がすぐれた潤滑性と耐摩耗性を発揮する被覆工具を開発すべく、上記の従来被覆工具に着目し、研究を行った結果、
（イ）例えば図１（ａ）に概略平面図で、同（ｂ）に概略正面図で示される構造のアークイオンプレーティング（ＡＩＰ）装置を用い、装置中央部に工具基体（例えば、超硬基体）装着用回転テーブルを設け、装置内には、硬質被覆層のマトリックス相形成用カソード電極（蒸発源）と分散相形成用カソード電極（蒸発源）を設け、工具基体装着用回転テーブル上に工具基体をリング状に装着し、この状態で装置内雰囲気を窒素雰囲気等の所定に雰囲気として、前記回転テーブルを回転させると共に、形成される硬質被覆層の層厚均一化を図る目的で工具基体自体も自転させながら、前記のマトリックス相形成用カソード電極（蒸発源）とアノード電極との間、及び、前記の分散相形成用カソード電極（蒸発源）とアノード電極との間に、アーク放電を発生させると、工具基体表面には、マトリックス相を素地として、その中に、所定面積割合で分散相が分散して存在する硬質被覆層が蒸着形成され、そして、マトリックス相形成用カソード電極として、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒの金属あるいは合金を使用し、また、分散相形成用カソード電極として、金属Ｎｉを使用して硬質被覆層を蒸着形成すると、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒのうちのいずれか１種または２種以上の元素の窒化物または炭窒化物（以下、（Ａｌ，Ｔｉ，Ｃｒ）（Ｃ，Ｎ）で示す。）をマトリックス相とし、該マトリックス相中に、Ｎｉ窒化物、Ｎｉ炭窒化物のうちの少なくとも１種以上のＮｉ化合物（以下、Ｎｉ（Ｃ，Ｎ）で示す。）からなる分散相が分散存在する硬質被覆層が形成されること。
【０００６】
（ロ）上記（Ａｌ，Ｔｉ，Ｃｒ）（Ｃ，Ｎ）からなるマトリックス相において、相構成成分であるＡｌは高温硬さ、耐熱性および耐酸化性を向上させ、同Ｔｉ、Ｃｒは高温強度を向上させ、被覆工具の基本的な特性をマトリックス相が担保しているが、溶着性の高い被削材の高速切削加工においては、高熱発生に伴って硬質被覆層が過熱され、潤滑性が不足するとともにその高温硬さも低下する傾向にあるため、耐摩耗性が不十分となり工具寿命が短いが、マトリッククス相中に、上記Ｎｉ（Ｃ，Ｎ）からなる分散相を分散存在させると、Ｎｉ（Ｃ，Ｎ）分散相自体が硬質であるため、硬質被覆層の高温硬さをさらに高め、耐摩耗性の向上に寄与するとともに、Ｎｉ（Ｃ，Ｎ）分散相の一部は、切削加工時に発生する高熱によってニッケルの酸化物、窒酸化物、炭酸化物、炭窒酸化物（以下、これらを総称して、単に、ＮｉＯで示す。）に変化し、そして、このＮｉＯは自己潤滑性を備え、被削材との潤滑性を向上させ溶着を抑制する作用があることから、（Ａｌ，Ｔｉ，Ｃｒ）（Ｃ，Ｎ）マトリックス相中にＮｉ（Ｃ，Ｎ）分散相が所定面積割合で存在する硬質被覆層は、全体としてすぐれた高温硬さ、耐熱性、耐酸化性、高温強度を備え、さらに切削加工時に自己潤滑性を発揮し、その結果として、ステンレス鋼などの溶着性の高い被削材を、高熱発生を伴う高速切削条件で切削加工しても、溶着、チッピング、偏摩耗等を生じることなくすぐれた耐摩耗性を長期に亘って発揮するようになること。
以上（イ）、（ロ）に示される研究結果を得たのである。
【０００７】
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、
「炭化タングステン基（ＷＣ基）超硬合金または炭窒化チタン基（ＴｉＣＮ基）サーメットで構成された工具基体の表面に、硬質被覆層を蒸着形成してなる表面被覆切削工具において、
上記硬質被覆層のうちの少なくとも１層は、マトリックス相と、該マトリックス相中に分散存在する分散相とから構成され、上記マトリックス相は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒのうちのいずれか１種または２種以上の元素の窒化物または炭窒化物（（Ａｌ，Ｔｉ，Ｃｒ）（Ｃ，Ｎ））からなり、上記分散相は、Ｎｉ窒化物、Ｎｉ炭窒化物のうちの少なくとも１種以上のＮｉ化合物（Ｎｉ（Ｃ，Ｎ））からなることを特徴とする自己潤滑性を発揮する表面被覆切削工具（被覆工具）。」
に特徴を有するものである。
【０００８】
つぎに、この発明の被覆工具の硬質被覆層を構成する（Ａｌ，Ｔｉ，Ｃｒ）（Ｃ，Ｎ）マトリックス相、Ｎｉ（Ｃ，Ｎ）分散相について説明する。
【０００９】
（Ａｌ，Ｔｉ，Ｃｒ）（Ｃ，Ｎ）マトリックス相；
Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒのうちのいずれか１種または２種以上の元素の窒化物または炭窒化物からなるマトリックス相は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒの金属あるいは合金をターゲットとした物理蒸着、化学蒸着等種々の方法で蒸着形成することができるが、物理蒸着（例えば、アークイオンプレーティング）による場合はそのターゲット材料の選択によって、また、化学蒸着による場合は、反応ガス条件等を調整することにより、各種成分組成のマトリックス相を形成することができる。
この発明では、具体的には、例えば、（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ、（Ａｌ，Ｔｉ）（Ｃ，Ｎ）、（Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ、（Ａｌ，Ｃｒ）（Ｃ，Ｎ）、（Ａｌ，Ｔｉ，Ｃｒ）Ｎ、（Ａｌ，Ｔｉ，Ｃｒ）（Ｃ，Ｎ）をマトリックス相として形成した。
そして、既に述べたように、マトリックス相を構成する成分によって、各種の特性が得られるが、例えば、マトリックス相中のＡｌ成分は、高温硬さ、耐熱性および耐酸化性を向上させ、同Ｔｉ成分、Ｃｒ成分が高温強度を向上させることは良く知られているところである。
【００１０】
Ｎｉ（Ｃ，Ｎ）分散相；
マトリックス相中にＮｉ（Ｃ，Ｎ）分散相が分散存在する層を得る方法それ自体は、特に限定されるものではないが、例えば、マトリックス相の蒸着を継続実行しつつ、金属Ｎｉをターゲットとし、蒸着量を調整しながらアークイオンプレーティングを行うことにより、マトリックス相中にＮｉ（Ｃ，Ｎ）相が分散する蒸着層を形成することができ、また、マトリックス相の蒸着を行いつつ、金属Ｎｉをターゲットとし、蒸着量を調整しながらスパッタリングを行うことにより、Ｎｉ（Ｃ，Ｎ）相をマトリックス相中に分散させた蒸着層を形成することもできる。
そして、（Ａｌ，Ｔｉ，Ｃｒ）（Ｃ，Ｎ）マトリックス相中に分散形成されたＮｉ（Ｃ，Ｎ）分散相それ自体は、高硬度を有しているため、マトリックス相と分散相からなる硬質被覆層の硬度を高め、その結果、高温切削条件下での被覆工具の耐摩耗性を向上させる。また、Ｎｉ（Ｃ，Ｎ）分散相を構成する窒化物、炭窒化物は、その一部が、高速切削時に発生する高熱によって、ニッケルの酸化物、窒酸化物、炭酸化物、炭窒酸化物（ＮｉＯ）に変化するが、ＮｉＯは潤滑性にすぐれるため、（Ａｌ，Ｔｉ，Ｃｒ）（Ｃ，Ｎ）マトリックス相中にＮｉ（Ｃ，Ｎ）分散相が分散存在する硬質被覆層は、該層の高温硬さを向上させると同時に、切削加工時に発揮される該層の自己潤滑性によって、溶着性の高い被削材との潤滑性を高める作用を有する。
したがって、（Ａｌ，Ｔｉ，Ｃｒ）（Ｃ，Ｎ）マトリックス相中にＮｉ（Ｃ，Ｎ）分散相が分散存在する硬質被覆層を蒸着形成した被覆工具は、軟鋼、ステンレス鋼等の溶着性の高い被削材を高速条件下で切削加工する場合にも、硬質被覆層が発揮するすぐれた自己潤滑性によって、高熱による溶着発生を防止すると同時に、硬質被覆層の有するすぐれた高温硬さによって、すぐれた耐摩耗性を長期に亘って維持することができる。
なお、（Ａｌ，Ｔｉ，Ｃｒ）（Ｃ，Ｎ）マトリックス相中におけるＮｉ（Ｃ，Ｎ）分散相の面積割合が、１．０面積％未満では、潤滑性向上効果、耐溶着性向上効果、耐摩耗性向上効果が少なく、マトリックス相の特性しか発揮されず、一方、Ｎｉ（Ｃ，Ｎ）分散相の面積割合が２０面積％を超えると、層全体の高温硬さ、高温強度が低下し、耐摩耗性の低下傾向が見られるようになり、また、チッピングの発生を抑制することが困難になることから、Ｎｉ（Ｃ，Ｎ）分散相の面積割合（＝[Ｎｉ（Ｃ，Ｎ）分散相の面積×１００]／[（Ｎｉ（Ｃ，Ｎ）分散相の面積＋（Ａｌ，Ｔｉ，Ｃｒ）（Ｃ，Ｎ）マトリックス相の面積]）を１〜２０面積％、好ましくは、５〜１５面積％、とすることが望ましい。
【発明の効果】
【００１１】
この発明の被覆工具は、（Ａｌ，Ｔｉ，Ｃｒ）（Ｃ，Ｎ）マトリックス相が、すぐれた高温硬さ、高温強度、耐熱性、耐酸化性を有し、また、（Ｎｉ（Ｃ，Ｎ）分散相が、すぐれた高温硬さを有するとともに、切削加工時にすぐれた自己潤滑性を有するＮｉＯが形成されるため、硬質被覆層全体として、すぐれた高温硬さ、高温強度、耐熱性、耐酸化性およびすぐれた潤滑性が発揮され、軟鋼、ステンレス鋼等の溶着性の高い被削材を、特に大きな発熱を伴う高速切削条件で加工した場合であっても、すぐれた耐チッピング性、耐溶着性を示すとともに、偏摩耗を生じることもなく、長期に亘ってすぐれた耐摩耗性を発揮するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
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。
【実施例１】
【００１３】
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、ＺｒＣ粉末、ＶＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、Ｃｒ３Ｃ２粉末、ＴｉＮ粉末、ＴａＮ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・ＣＮＭＧ１２０４０８のチップ形状をもったＷＣ基超硬合金製の工具基体Ａ１〜Ａ１０を形成した。
【００１４】
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（質量比で、ＴｉＣ／ＴｉＮ＝５０／５０）粉末、Ｍｏ２Ｃ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：０．０３のホーニング加工を施してＩＳＯ規格・ＣＮＭＧ１２０４０８のチップ形状をもったＴｉＣＮ基サーメット製の工具基体Ｂ１〜Ｂ６を形成した。
【００１５】
ついで、上記の工具基体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、乾燥した状態で、図１に示されるアークイオンプレーティング装置の回転テーブル上に装着し、アークイオンプレーティング装置のマトリックス相形成用カソード電極（蒸発源）として、表３に示される種々の成分組成の合金１〜５（本発明カソード１〜５という）を装着し、分散相形成用カソード電極（蒸発源）として金属Ｎｉを装着し、さらに、ボンバード洗浄用カソード電極として金属Ｔｉも装着し、まず装置内を排気して０．５Ｐａ以下の真空に保持しながら、ヒーターで装置内を５００℃に加熱した後、前記回転テーブル上で自転しながら回転する工具基体に−１０００Ｖの直流バイアス電圧を印加して、ボンバード洗浄用カソード電極の金属Ｔｉとアノード電極との間に１００Ａの電流を流してアーク放電を発生させ、もって工具基体表面をＴｉボンバード洗浄し、
（ｂ）ついで、装置内に反応ガスとして窒素ガス、または、窒素ガスとメタンガス等の反応ガスを導入して３Ｐａの反応雰囲気とすると共に、前記回転テーブル上で自転しながら回転する工具基体に−１００Ｖの直流バイアス電圧を印加して、マトリックス相形成用カソード電極とアノード電極との間に１００Ａの電流を流してアーク放電を発生させ、表４、５に示される所定成分組成、所定目標層厚のマトリックス相を蒸着形成し、
（ｃ）同時に、前記回転テーブル上で自転しながら回転する工具基体に−１００Ｖの直流バイアス電圧を印加して、分散相形成用カソード電極とアノード電極との間に９０Ａの電流を流してアーク放電を発生させ、表４、５に示される所定成分、所定面積割合（面積％）の分散相を、マトリックス相中に分散させて蒸着形成することにより、
硬質被覆層として、（Ａｌ，Ｔｉ，Ｃｒ）（Ｃ，Ｎ）マトリックス相中にＮｉ（Ｃ，Ｎ）分散相が分散した組織の層を有するＩＳＯ・ＣＮＭＧ１２０４０８に規定するスローアウエイチップ形状の本発明被覆工具１〜１６（以下、本発明被覆チップ１〜１６という）をそれぞれ製造した。
【比較例１】
【００１６】
また、比較の目的で、これら工具基体Ａ１〜Ａ１０およびＢ１〜Ｂ６のうち、工具基体Ａ１〜Ａ５およびＢ１〜Ｂ３については、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、それぞれ図１に示されるアークイオンプレーティング装置に装入し、カソード電極（蒸発源）として、表３に示される本発明カソード１〜５を装着し、Ｎｉ酸化膜形成用カソード電極（蒸発源）として金属Ｎｉを装着し、さらに、ボンバート洗浄用金属Ｔｉカソード電極も装着し、装置内を排気して０．５Ｐａ以下の真空に保持しながら、ヒーターで装置内を５００℃に加熱した後、前記工具基体に−１０００Ｖの直流バイアス電圧を印加して、ボンバード洗浄用カソード電極の金属Ｔｉとアノード電極との間に１００Ａの電流を流してアーク放電を発生させ、もって工具基体表面をＴｉボンバード洗浄し、
ついで装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して２Ｐａの反応雰囲気とすると共に、前記工具基体に印加するバイアス電圧を−１００Ｖに下げて、前記本発明カソード１〜５とアノード電極との間に９０Ａの電流を流してアーク放電を発生させ、もって前記工具基体Ａ１〜Ａ５およびＢ１〜Ｂ３のそれぞれの表面に、表６、７に示される目標組成および目標層厚をもった硬質層を形成し、
その後、装置内に反応ガスとして、酸素からなる雰囲気ガスを導入して２Ｐａの反応雰囲気とすると共に、前記回転テーブル上で自転しながら回転する工具基体に−１００Ｖの直流バイアス電圧を印加して、Ｎｉ酸化膜形成用カソード電極とアノード電極との間に９０Ａの電流を流してアーク放電を発生させ、表６、７に示される所定層厚のＮｉ酸化膜層を前記硬質層の上に蒸着形成することにより、
同じくスローアウエイチップ形状の従来被覆工具１〜５、１１〜１３（以下、従来被覆チップ１〜５、１１〜１３という）をそれぞれ製造した。
（なお、上記従来被覆チップ１〜５、１１〜１３は、特許文献１（特開２０００−２３３３２４号公報）に記載された構造の被覆工具に対応する。）
【比較例２】
【００１７】
さらに比較の目的で、これら工具基体Ａ１〜Ａ１０およびＢ１〜Ｂ６のうち、工具基体Ａ６〜Ａ１０およびＢ４〜Ｂ６については、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、それぞれ図２に示されるアークイオンプレーティング装置に装入し、表３に示される組成のＮｉ含有ターゲットからなるカソード電極（蒸発源）６〜１０（従来カソード６〜１０という）を装着し、さらに、ボンバート洗浄用金属Ｔｉカソード電極も装着し、装置内を排気して０．５Ｐａ以下の真空に保持しながら、ヒーターで装置内を５００℃に加熱した後、前記工具基体に−１０００Ｖの直流バイアス電圧を印加して、ボンバード洗浄用カソード電極の金属Ｔｉとアノード電極との間に１００Ａの電流を流してアーク放電を発生させ、もって工具基体表面をＴｉボンバード洗浄し、
ついで装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して２Ｐａの反応雰囲気とすると共に、前記工具基体に印加するバイアス電圧を−１００Ｖに下げて、前記Ｎｉ含有ターゲットからなる従来カソード６〜１０とアノード電極との間に９０Ａの電流を流してアーク放電を発生させ、もって前記工具基体Ａ６〜Ａ１０およびＢ４〜Ｂ６のそれぞれの表面に、表６、７に示される目標組成および目標層厚をもった硬質層を形成することにより、
同じくスローアウエイチップ形状の従来被覆工具６〜１０、１４〜１６（以下、従来被覆チップ６〜１０、１４〜１６という）をそれぞれ製造した。
（なお、上記従来被覆チップ６〜１０、１４〜１６は、特許文献２（特開２００６−８２２１０号公報）に記載された構造の被覆工具に対応する。）
【００１８】
つぎに、上記の各種の被覆チップを、いずれも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、本発明被覆チップ１〜１６および従来被覆チップ１〜１６について、
被削材：ＪＩＳ・ＳＵＳ３２１の丸棒、
切削速度： １８０ ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み： ２．０ ｍｍ、
送り： ０．５ ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間： ５ 分、
の条件（切削条件Ａ）でのオーステナイト系ステンレス鋼の乾式高速切削加工試験（通常の切削速度は、１００ｍ／ｍｉｎ．）、
被削材：ＪＩＳ・Ｓ１７Ｃの丸棒、
切削速度： ３５０ ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み： ２．０ ｍｍ、
送り： ０．５ ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間： ５ 分、
の条件（切削条件Ｂ）での軟鋼の乾式高速切削加工試験（通常の切削速度は、２５０ｍ／ｍｉｎ．）、
被削材：ＪＩＳ・ＳＣＭ４３２の丸棒、
切削速度： ２４０ ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み： ３．０ ｍｍ、
送り： ０．５ ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間： ４ 分、
の条件（切削条件Ｂ）での合金鋼の乾式高速切削加工試験（通常の切削速度は、１７０ｍ／ｍｉｎ．）、
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８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】
【表８】
【００２７】
この結果得られた本発明被覆工具としての本発明被覆チップ１〜１６の硬質被覆層を構成する（Ａｌ，Ｔｉ，Ｃｒ）（Ｃ，Ｎ）マトリックス相とＮｉ（Ｃ，Ｎ）分散相の組成を、透過型電子顕微鏡を用いてのエネルギー分散Ｘ線分析法により測定したところ、それぞれ目標組成のＡｌ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｎ，Ｃ含有割合および目標組成のＮｉ，Ｎ，Ｃ含有割合と実質的に同じ組成を示した。
また、従来被覆工具としての従来被覆チップ１〜１６の硬質被覆層を構成する層の組成を、透過型電子顕微鏡を用いてのエネルギー分散Ｘ線分析法により測定したところ、それぞれ目標組成と実質的に同じ組成を示した。
【００２８】
また、本発明被覆工具の硬質被覆層の分散相を構成するＮｉ（Ｃ，Ｎ）分散相の面積率を、オージェ分光分析装置の定性分析のマッピングを用い測定したところ、表４、５に示される面積割合（５ヶ所の平均値）を示した。
【００２９】
表４〜８に示される結果から、本発明被覆工具は、軟鋼、ステンレス鋼のような溶着性の高い被削材を、高熱発生を伴う高速条件下での切削加工に用いた場合であっても、硬質被覆層の少なくとも一つの層が、（Ａｌ，Ｔｉ，Ｃｒ）（Ｃ，Ｎ）マトリックス相とＮｉ（Ｃ，Ｎ）分散相の２相組織からなり、全体として、すぐれた高温硬さ、高温強度、耐熱性、耐酸化性および自己潤滑性を備えていることによって、溶着、チッピング、偏摩耗の発生がなく、長期に亘ってすぐれた耐摩耗性を発揮するのに対して、従来被覆工具においては、高速切削加工で高熱発生を伴うことにより、溶着・偏摩耗やチッピングが発生し、これが原因で比較的短時間で使用寿命に至ることが明らかである。
なお、被覆チップばかりでなく、被覆エンドミル、被覆ドリルを作成し、同様な切削試験を行ったところ、被覆エンドミル、被覆ドリルについても、被覆チップの場合と同様な結果が得られた。
【００３０】
上述のように、この発明の被覆工具は、一般鋼や普通鋳鉄などの切削加工は勿論のこと、軟鋼、ステンレス鋼等のような溶着性の高い被削材の高い発熱を伴う高速切削加工に用いた場合でも、長期に亘ってすぐれた耐チッピング性、耐摩耗性を発揮し、すぐれた切削性能を示すものであるから、切削加工装置のＦＡ化、並びに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】
【００３１】
【図１】硬質被覆層を形成するのに用いたアークイオンプレーティング装置の概略平面図である。
【図２】比較例２の硬質被覆層を形成するのに用いたアークイオンプレーティング装置の概略図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化タングステン基超硬合金または炭窒化チタン基サーメットで構成された工具基体の表面に、硬質被覆層を蒸着形成してなる表面被覆切削工具において、
上記硬質被覆層のうちの少なくとも１層は、マトリックス相と、該マトリックス相中に分散存在する分散相とから構成され、上記マトリックス相は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒのうちのいずれか１種または２種以上の元素の窒化物または炭窒化物からなり、上記分散相は、Ｎｉ窒化物、Ｎｉ炭窒化物のうちの少なくとも１種以上のＮｉ化合物からなることを特徴とする自己潤滑性を発揮する表面被覆切削工具。
【請求項１】
炭化タングステン基超硬合金または炭窒化チタン基サーメットで構成された工具基体の表面に、硬質被覆層を蒸着形成してなる表面被覆切削工具において、
上記硬質被覆層のうちの少なくとも１層は、マトリックス相と、該マトリックス相中に分散存在する分散相とから構成され、上記マトリックス相は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒのうちのいずれか１種または２種以上の元素の窒化物または炭窒化物からなり、上記分散相は、Ｎｉ窒化物、Ｎｉ炭窒化物のうちの少なくとも１種以上のＮｉ化合物からなることを特徴とする自己潤滑性を発揮する表面被覆切削工具。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００９−２８５７５７（Ｐ２００９−２８５７５７Ａ）
【公開日】平成２１年１２月１０日（２００９．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１３９２９８（Ｐ２００８−１３９２９８）
【出願日】平成２０年５月２８日（２００８．５．２８）
【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２１年１２月１０日（２００９．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月２８日（２００８．５．２８）
【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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