表面包覆切削工具的制作方法

表面包覆切削工具的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种硬质包覆层具备优异的耐磨性的表面包覆切削工具，更详细而言 涉及一种即便用于碳钢、不锈钢、合金钢等高硬度钢的高速断续车削加工时也显示出长期 优异的切削性能的表面包覆切削工具（以下称为包覆工具）。
[0002] 本申请主张基于2012年11月30日于日本申请的日本专利申请2012-262089号、 2013年3月1日于日本申请的日本专利申请2013-40822号及2013年11月28日于日本申 请的日本专利申请2013-245678号的优先权，并将其内容援用于此。
【背景技术】
[0003] 通常，作为包覆工具有在各种钢或铸铁等工件的车削加工或平面铣削加工中以拆 卸自如地方式安装于刀具的前端部而使用的刀片、在工件的钻孔切削加工等中使用的钻头 或小型钻头、以及在工件的端面切削加工或槽加工、台肩加工等中使用的实心式立铣刀等。 并且，众所周知，作为包覆工具有以拆卸自如的方式安装刀片而与实心式立铣刀同样进行 切削加工的刀片式立铣刀等。
[0004] 以往，作为包覆工具之一，已知有通过设为如下结构而发挥优异的耐热性及循环 疲劳强度的包覆工具，即具有包含通过CVD (化学蒸镀）成膜的多个层的硬质包覆层，外层 由 IVxAlxNJihAlxC 和 / 或 IVxAlxCN (0· 65 彡 X 彡 0· 9,优选 0· 7 彡 X 彡 0· 9)构成，外层 具有100~I IOOMPa之间的压缩应力，优选具有400~800MPa之间的压缩应力，且TiCN层 或Al2O 3层配置于外层的下方（参考专利文献1)。
[0005] 并且，作为包覆工具之一，已知有如下包覆工具，其具有工具基体、形成于工具基 体上的耐磨层及形成于该耐磨层上的最表层，其中，所述耐磨层由第一元素的氮化物、碳氮 化物、氮氧化物或碳氮氧化物构成并具有立方晶结晶结构，该第一元素为下列（1)~（3)中 的任意一种，即
[0006] (1)为（TixAly)，0· 3 彡 X 彡 0· 7、0· 3 彡 y 彡 0· 7、x+y = 1
[0007] (2)为（TixAlySiz)，0· 3 彡 X 彡 0· 7、0· 3 彡 y 彡 0· 7、0· 05 彡 z 彡 0· 2、x+y+z = 1
[0008] (3)为（TixSiz)，0· 8 彡 X 彡 0· 95、0· 05 彡 z 彡 0· 2、x+z = 1
[0009] 所述最表层由第二元素即Al的氮化物、碳氮化物、氮氧化物或碳氮氧化物构成并 具有六方晶的结晶结构，并满足以下条件（参考专利文献2):
[0010] (a)耐磨层与最表层的总膜厚：0· 5 μπι以上15. 0 μπι以下；
[0011] (b)最表层的膜厚：0. 1 μ m以上5. 0 μ m以下。
[0012] 并且，作为其他包覆工具，已知有如下包覆工具，其在由碳化钨基硬质合金烧结体 构成的工具基体的表面蒸镀形成有由（Al，Ti)N构成的硬质包覆层，其中，硬质包覆层作为 以由粒状晶（Al，Ti)N构成的薄层A和柱状晶（Al，Ti)N构成的薄层B交替叠层结构而构 成，薄层A及薄层B分别具有0. 05~2 μ m的层厚，而且粒状晶的晶体粒径为30nm以下，且 柱状晶的晶体粒径为50~500nm，由此，在高硬度钢的高速断续切削加工中发挥优异的耐 磨性（参考专利文献3)。
[0013] 专利文献I :日本专利公表2011-513594号公报（A)
[0014] 专利文献2 :日本专利公开2005-271133号公报（A)
[0015] 专利文献3 :日本专利公开2011-224715号公报（A)
[0016] 近年来切削加工装置的高性能化显著，另一方面对于切削加工的节省人力及节能 以及低成本的要求越加强烈，随此，正在高速推进切削加工。例如，作为硬质包覆层，将蒸镀 形成（Ti，A1)N层等的以往包覆工具用于钢或铸铁的通常条件下的切削中时没有特别的问 题，但尤其将该以往包覆工具用于切削时伴随高热产生的碳钢、不锈钢、合金钢等高硬度钢 的高速断续车削加工中时，不能说硬质包覆层的耐氧化性及耐缺损性够充分，硬质包覆层 上有可能产生缺损、龟裂扩展、崩刀等。并且，作为硬质包覆层蒸镀形成（Ti，Al)系碳氮化 物层的以往包覆工具在不锈钢、合金钢等的高速断续车削加工中无法满足耐磨性。因此，现 如今不论何种以往包覆工具均在较短的时间内达到使用寿命。

【发明内容】

[0017] 本发明鉴于以上情况而完成，其目的在于提供一种具备在不锈钢、合金钢等高硬 度钢的断续切削加工中发挥优异的切削性能的硬质包覆层，且使用寿命比以往包覆工具长 的表面包覆切削工具。
[0018] 本发明人等基于上述观点，为了开发出具备尤其在不锈钢、合金钢等断续切削加 工中发挥优异的耐氧化性及耐缺损性的硬质包覆层，并且发挥优异的耐冲击性及耐磨性的 包覆工具，着眼于所述以往包覆工具的硬质包覆层，经研宄获得以下见解。
[0019] (a)硬质包覆层由（Al，Ti)N层构成的以往包覆工具中，硬质包覆层的构成成分即 Al提尚尚温硬度及耐热性，Ti提尚尚温强度，并且在共同含有Al和Ti的状态下具有提尚 高温耐氧化性的作用。
[0020] (b)若成膜时对施加于工具基体的偏置电压进行脉冲控制，并且改变其占空比，则 能够获得具有偏置电压为DC时获得的岩盐型（NaCl型）结晶结构（以下还称为岩盐型结 构）的晶粒以及具有结晶结构有所不同的纤锌矿型（ZnS型）结晶结构（以下还称为纤锌 矿型结构）的晶粒。
[0021] 并且，除了成膜时施加于膜的原料的能量、工具基体的温度之外，还能够通过操作 时间来控制晶粒的取向性。
[0022] (C)具有岩盐型结晶结构的（Al，Ti)N层为高硬度。因此，能够通过在工具基体上 形成（Al，Ti)N层提高包覆工具的耐磨性，但容易引起缺损或崩刀。
[0023] (d)通过混合存在具有岩盐型结晶结构的（Al，Ti)N的晶粒及具有化学性稳定且 润滑性优异的纤锌矿型结晶结构的（Al，Ti)N的晶粒这两者，能够提高耐缺损性。
[0024] (e)无秩序地形成具有岩盐型结晶结构的（Al，Ti)N的晶粒及具有纤锌矿型结晶 结构的（Al，Ti)N的晶粒时，由于结晶结构不同，因此两个晶粒的界面容易产生剥离，并缩 短工具寿命。
[0025] (f)通过对成膜时施加于工具基体的偏置电压进行脉冲控制，能够使具有岩盐型 结晶结构的（Al，Ti)N的晶粒及具有纤锌矿型结晶结构的（Al，Ti)N的晶粒分别向特定方向 的低阶面（低次面）方向取向。由此，具有岩盐型结晶结构的（Al，Ti)N的晶粒及具有纤锌 矿型结晶结构的（Al，Ti)N的晶粒之间的粘附性得到提高，两个晶粒所具有的特性相辅相 成而发挥优异的膜特性。
[0026] (g)就满足所述（a)~（f)条件的硬质包覆层而言，即便提高压缩残余应力，硬质 包覆层也不易自我破坏，其结果，能够提高硬质包覆层的致密性，延长工具寿命。
[0027] 本发明基于所述研宄结果完成，其具有以下方式：
[0028] (1) -种在由碳化钨基硬质合金烧结体构成的工具基体的表面蒸镀形成有硬质包 覆层的表面包覆切削工具，其中，
[0029] (a)所述硬质包覆层的组成由组成式：(A1XIVX)N(0. 5 < X < 0. 8)表示，所述硬 质包覆层的平均层厚为〇. 5 ym以上7. 0 ym以下，
[0030] (b)所述硬质包覆层由平均粒径为5nm以上50nm以下的晶粒构成，
[0031] (C)所述晶粒中混合存在具有岩盐型结构的立方晶系晶粒及具有纤锌矿型结构的 六方晶系晶粒，并且，
[0032] (d)所述立方晶系晶粒的{200}及所述六方晶系晶粒的{11-20}垂直取向于所述 工具基体的表面。
[0033] (2) (1)所述的表面包覆切削工具，其中，所述硬质包覆层的组成由组成式： (AlxTi1J N (0. 6彡X彡0. 8)表示，所述硬质包覆层的平均层厚为0. 5 μ m以上5. 0 μ m以下，
[0034] 所述硬质包覆层的压缩残余应力为8GPa以上12GPa以下。
[0035] (3)⑴或⑵所述的表面包覆切削工具，其中，所述晶粒的平均纵横尺寸比为3以 下。
[0036] (4) (1)至（3)中任一项所述的表面包覆切削工具，其中，从所述硬质包覆层的剖 面方向照射电子射线而观察到的电子射线衍射图形中，
[0037] 观察到源自所述岩盐型结构的衍射环的一部分及源自所述纤锌矿型结构的衍 射环的一部分，源自所述岩盐型结构的（200)的衍射圆弧与源自所述纤锌矿型结构的 (11 -20)的衍射圆弧均不是完整的圆环而是圆弧，
[0038] 源自所述岩盐型结构的（200)的衍射圆弧及源自所述纤锌矿型结构的（11-20)的 衍射圆弧各自的角度大小分别为60度以下，并且关于分别源自所述岩盐型结构的（200)的 衍射圆弧及源自所述纤锌矿型结构的（11-20)的衍射圆弧，连结所述衍射圆弧的半径中心 和所述衍射圆弧的张角的中点的直线与工具基体表面所成之角Φ (其中，Φ <90° )为75 度以上。
[0039] (5) (1)至（4)中任一项所述的表面包覆切削工具，其中，从所述硬质包覆层的剖 面方向照射电子射线而观察到的电子射线衍射图形中，
[0040] 将计算出与工具基体表面垂直方向的衍射图形的强度分布时的、所述岩盐型结构 的（200)衍射圆弧的衍射强度设为Ic，将所述纤锌矿型结构的（11-20)衍射圆弧的衍射强 度设为Ih时，
[0041] 0. 8 ^ Ic/(Ic+Ih) ^ 0. 3
[0042] (6) (1)至（5)中任一项所述的表面包覆切削工具，其中，所述硬质包覆层的上层 存在上部层，或在所述硬质包覆层的下层存在下部层，所述上部层由TiN、（Ti，Al)N、Ti(C， N)、（Al，Cr)N、CrN中的任一种构成且平均层厚为0. 1 μπι以上0. 3 μπι以下，所述下部层由 TiN、（Ti，Al)N、Ti(C，N)、（Al，Cr)N、CrN 中的任一种构成且平均层厚为 0· 5μπι 以上 L 5μπι 以下。
[0043] (7)⑴至（5)中任一项所述的表面包覆切削工具，其中，在所述硬质包覆层的下 层形成有下部层，所述下部层由TiN、（Ti，Al) N、Ti (C，N)、（Al，Cr) N、CrN中的任一种构成 且平均层厚为〇. 5 μ m以上1. 5 μ m以下。
[0044] (8) (7)所述的表面包覆切削工具，其中，在所述硬质包覆层的上层形成有上部 层，所述上部层由TiN、（Ti，Al) N、Ti (C，N)、（Al，Cr) N、CrN中的任一种构成且平均层厚为 0· Iym以上0·3μηι以下。
[0045] (9) (8)所述的表面包覆切削工具，其中，所述下部层由TiN构成，所述上部层由 CrN构成。
[0046] (10) (7)所述的表面包覆切削工具，其中，所述下部层为（Al，Cr)N。
[0047] (11)⑴或⑵所述的表面包覆切削工具，其中，所述晶粒的平均纵横尺寸比为 1. 4以上1. 8以下。
[0048] 本发明的表面包覆切削工具中，优选所述硬质包覆层通过使用压力梯度型等离子 枪的离子镀法蒸镀形成于工具基体，在蒸镀形成时对工具基体施加受到脉冲控制的偏置电 压。
[0049] 并且，本发明的表面包覆切削工具中，进一步优选所述硬质包覆层通过使用压力 梯度型等离子枪的离子镀法蒸镀形成于工具基体，并在蒸镀形成时对工具基体施加受到脉 冲控制的偏置电压和直流偏置电压。
[0050] 本发明的一种方式所涉及的表面包覆切削工具为，在由碳化钨基硬质合金烧结体 构成的工具基体的表面蒸镀形成有硬质包覆层的表面包覆切削工具。该表面包覆切削工具 中，硬质包覆层的组成由组成式：(Al xTih)MO. 5彡X彡0. 8)表示，硬质包覆层的平均层 厚为0· 5 μπι以上7. 0 μπι以下。硬质包覆层由平均粒径为5nm以上50nm以下的微细晶粒 构成。该硬质包覆层中混合存在显示岩盐型结构的立方晶系晶粒及显示纤锌矿型结构的六 方晶系晶粒。所述立方晶系晶粒的{200}垂直取向于工具基体表面，所述六方晶系晶粒的 {11-20}垂直取向于工具基体表面。通过具备以上结构，本发明的一种实施方式的表面包覆 切削工具的硬质包覆层具有优异的耐磨性及耐缺损性。其结果，本申请发明的表面包覆切 削工具的寿命得到延长。而且各晶粒的取向被控制在特定的方向上，由此每个晶粒的耐磨 性也得到进一步提高。
[0051] 本发明的另一方式所涉及的表面包覆切削工具为，在由碳化钨基硬质合金烧结体 构成的工具基体的表面蒸镀形成有硬质包覆层的表面包覆切削工具。该表面包覆切削工具 中，硬质包覆层的组成由组成式= (Al xTih)NO). 6彡X彡0.8)表示，硬质包覆层的平均层 厚为0· 5 μπι以上5. 0 μπι以下。硬质包覆层由平均粒径为5nm以上50nm以下的微细晶粒 构成。该硬质包覆层中混合存在显示岩盐型结构的立方晶系晶粒及显示纤锌矿型结构的六 方晶系晶粒。所述立方晶系晶粒的{200}垂直取向于工具基体表面，所述六方晶系晶粒的 {11-20}垂直取向于工具基体表面。而且，硬质包覆层的压缩残余应力为8~12GPa。通过 具备以上结构，在本发明的另一方式的表面包覆切削工具的硬质包覆层中，由于有结晶结 构不同的两个相以微细混合相组织存在，因此耐磨性得到提高。并且，通过使该两个相分别 向特定的低维方向取向，能够进一步发挥优异的耐磨性并延长包覆工具的寿命。
【附图说明】
[0052] 图1为用于在工具基体表面蒸镀形成硬质包覆层的、利用压力梯度型Ar等离子枪 的离子镀装置的概要图。
[0053] 图2A为本发明的一种方式所涉及的包覆工具的剖面示意图，是形成硬质包覆层 的包覆工具的剖面示意图。
[0054] 图2B为本发明的一种方式所涉及的包覆工具的剖面示意图，是在硬质包覆层的 上层形成上部层且在硬质包覆层的下层形成下部层的包覆工具的剖面示意图。
[0055] 图3A为本发明的一种方式所涉及的包覆工具的剖面的透射电子显微镜照片。
[0056] 图3B为向本发明的一种方式所涉及的包覆工具的硬质包覆层的剖面照射电子射 线而获得的电子射线衍射图形。
[0057] 图4为说明本发明的一种方式所涉及的包覆工具的硬质包覆层中角度大小、张角 的中点等的电子射线衍射图像的例子。
[0058] 图5A为说明电子射线衍射图形中圆弧的端等的强度分布的例子。
[0059] 图5B为说明电子射线衍射图形中的角度的图。
[0060] 图6A为本发明的一种方式所涉及的包覆工具的剖面的透射电子显微镜照片。
[0061] 图6B为向本发明的一种方式所涉及的包覆工具的硬质包覆层的剖面照射电子射 线而获得的电子射线衍射图形。
[0062] 图7为说明本发明的一种方式所涉及的包覆工具的硬质包覆层中的角度大小、张 角的中点等的电子射线衍射图像的例子。
[0063] 图8A为说明电子射线衍射图形中圆弧的端等的强度分布的例子。
[0064] 图8B为说明电子射线衍射图形中的角度的图。
【具体实施方式】
[0065] (第一实施方式）
[0066] 参考附图对本发明的包覆工具的第一实施方式进行说明。
[0067] 图2A为形成硬质包覆层的包覆工具的剖面示意图。如图2A所示，本实施方式的包 覆工具的主要的构成要件为，由碳化钨基硬质合金烧结体构成的工具基体10及在其表面 蒸镀形成的硬质包覆层11。硬质包覆层11的组成由组成式：(AlxTih)NO). 5彡X彡0. 8) 表示，硬质包覆层11的平均层厚为〇. 5 ym以上7. 0 ym以下。
[0068] 对于将Al相对于（AlxTih)N中Al和Ti的总量的含有比例X设为0. 5以上0. 8 以下的理由进行说明。（AlxTih)N的结晶结构以X = 0. 5~0. 8为边界区域，从岩盐型结 晶结构变成纤锌矿型结晶结构。即，成为〇. 5 < X < 0. 8的区域中，能够使岩盐型结晶结构 与纤锌矿型结晶结构共存。在后述方法中，通过以规定的占空比切换施加到工具基体10的 脉冲偏置电压的负电压的导通和断开，能够将组成为（AlJihMOXSSxSO.S)的复合氮 化膜的硬质包覆层11的结构再现性良好地控制成，使具有岩盐型结晶结构的立方晶系晶 粒及具有纤锌矿型结晶结构的六方晶系晶粒共存的结构。并且，通过将硬质包覆层11的平 均层厚设为0. 5 μ m以上7. 0 μ m以下，能够防止因厚膜化产生的覆膜的崩刀，并发挥所希望 的耐磨性。
[0069] 图2B为在硬质包覆层11的上层（包覆工具的最外层）形成上部层13且在硬质 包覆层11的下层（硬质包覆层11与工具基体10之间）形成下部层12的包覆工具的剖面 示意图。如图2B所示，优选在硬质包覆层11的上层或下层形成规定的上部层13或下部层 12。硬质包覆层11单独也可显示出优异的特性，但通过形成上部层13或下部层12,能够进 一步提高包覆工具的切削性能。尤其，通过设置下部层12,能够提高设置于工具基体10的 覆膜（由形成于工具基体10的硬质包覆层及上部层、下部层构成的膜）的耐磨性。
[0070] 在上述结构基础上，本实施方式的硬质包覆层11还采用如下结构，因此显示出极 其优异的切削性能。
[0071] (a)立方晶系晶粒与六方晶系晶粒的取向性：
[0072] 如上所述的硬质包覆层11中，立方晶系晶粒的{200}大多垂直取向于工具基体10 的表面，六方晶系晶粒的{11-20}大多垂直取向于工具基体10的表面。这种硬质包覆层11 中，由于形成有所谓的微粒组织且向低阶面方向取向的独特的晶粒组织，因此，进一步发挥 优异的耐磨性和耐缺损性。
[0073] 详细而言，Al相对于Al和Ti的总量的含有比例为0.5以上的区域中，通过所谓 的提高高温硬度与耐热性的Al的效果，硬质包覆层11发挥较高的耐磨性。此外，通过混合 存在立方晶即具有岩盐型结构的晶粒及六方晶即具有纤锌矿型结构的晶粒，能够促进晶粒 组织的微细化。其结果，硬质包覆层11发挥优异的耐磨性。另外，后述硬质包覆层11的剖 面（参考图3A)中，优选具有岩盐型结构的立方晶系晶粒所占面积与具有纤锌矿型结构的 六方晶系晶粒所占面积之和为剖面总面积的70%以上。而且，进一步优选硬质包覆层11仅 由具有岩盐型结构的立方晶系晶粒、具有纤锌矿型结构的六方晶系晶粒及这两个晶粒的晶 界构成。如果是这种结构，则能够充分发挥上述耐磨性及耐缺损性。
[0074] 以往，混合存在具有岩盐型结构的晶粒及具有纤锌矿型结构的晶粒的微细晶粒组 织中，由于这些晶粒无秩序地取向，因此形成较多的随机晶界而使各晶粒之间的结合强度 变弱，因此容易使粒子因冲击而丢失。其结果，使工具用硬质包覆层难以确保在实际使用中 足够耐用的性能。而本实施方式的硬质包覆层11中，由于具有岩盐型结构的晶粒及具有纤 锌矿型结构的晶粒具有规定取向性，因此作为工具用硬质包覆层能够确保充分的耐磨性及 耐缺损性。即，晶粒大多具有规定的取向，因此即便相邻的晶粒具有不同的结晶结构，也可 缓和这些晶粒的晶界中的各向异性。并且，该规定取向中，立方晶系晶粒的{200}及六方晶 系晶粒的{11-20}以垂直方式取向于工具基体10的表面。因此，纤锌矿型结构的晶面中的 垂直于{11-20}的{10-10}的原子排列与岩盐型结构的晶面中的垂直于{200}的{011}的 原子排列具有相近似的结构，因此形成较多具有整合性高的低能量的晶界，且提高晶粒之 间的结合强度，其结果，提高覆膜整体的耐缺损性。另外，后述硬质包覆层11的剖面（图3A 参考）中具有岩盐型结构的立方晶系晶粒所占面积之中，{200}从垂直于工具基体10的表 面的方向在15度以内取向的立方晶系晶粒的面积优选为50%以上100%以下，进一步优选 为80%以上100%以下。同样，硬质包覆层11的剖面中具有纤锌矿型结构的六方晶系晶粒 所占面积中，{11-20}从垂直于工具基体10的表面的方向在15度以内取向的六方晶系晶 粒的面积优选为50%以上100%以下，进一步优选为80%以上100%以下。
[0075] (b)微细晶粒的平均粒径与平均纵横尺寸比：
[0076] 构成硬质包覆层11的微细晶粒的平均粒径为5nm以上50nm以下。由此，能够提 高硬质包覆层的硬度及耐缺损性。平均粒径小于5nm，则晶粒过细，因此减弱作为氮化物结 晶的特性，降低硬质包覆层的硬度。另一方面，平均粒径超过50nm，则晶粒过于粗大，而无法 获得所希望的耐缺损性。并且，若微细晶粒的纵横尺寸比的平均值即平均纵横尺寸比超过 3,则晶粒的各向异性变得过高，因此，龟裂容易向长径方向扩展，耐缺损性下降。因此，优选 微细晶粒的平均纵横尺寸比为3以下。
[0077] 另外，如下进行微细晶粒的平均粒径及平均纵横尺寸比的计算。首先，通过透射电 子显微镜在放大几万倍至几十万倍（例如2万倍）的视场内观察剖面。图3A为本实施方 式中剖面的透射电子显微镜照片。如图3A所示，通过透射电子显微镜观察到的剖面为，通 过包含垂直于工具基体10的表面的方向的平面切断工具基体10及硬质包覆层11的切断 面。另外，以下说明中，将进行观察的剖面中与表示工具基体10表面的线垂直的方向称为 膜厚方向，将与进行观察的剖面垂直的方向（图3A中与纸面垂直的方向）称为剖面方向。 该剖面中通过透射电子显微镜所能测定的晶体粒径及纵横尺寸比的范围取决于事先通过 扫描型电子显微镜进行观察而确定的平均层厚。平均层厚通过测定该剖面内的多个点的层 厚并求出其平均值来确定。在观察视场内，确定以工具基体10的表面上的任意一点为起点 的与平均层厚长度相等的膜厚方向的线段，并将具有相同起点的与膜厚方向垂直的几微米 (例如5 μ m)的线段所构成的平均层厚X几微米的矩形区域作为测定范围。分别测定测定 范围中所有晶粒的晶体粒径及纵横尺寸比。将表示各晶粒的最大长度的线段作为长径（粒 子长度），且将表示与该长径垂直方向的晶粒的最大宽度的线段作为短径（粒子宽度）来进 行测定。将该长径与短径的平均值作为晶体粒径，长径值除以短径值的值作为纵横尺寸比。 并且，将测定范围中所有晶粒的晶体粒径及纵横尺寸比的平均值分别作为平均粒径及平均 纵横尺寸比。
[0078] (c)岩盐型结构的（200)的衍射圆弧、纤锌矿型结构的（11-20)的衍射圆弧的角度 大小：
[0079] 图3B为向硬质包覆层11的剖面照射电子射线获得的电子射线衍射图形。这种电 子射线衍射图形利用透射电子显微镜（TEM)来观察。制作将图3A所示剖面作为观察面的 薄膜的样品，该样品所在区域例如被图3A的虚线包围的区域中从硬质包覆层11的剖面方 向照射点径相当于硬质包覆层11的层厚的电子射线，由此获得图3B所示电子射线衍射图 形。该电子射线衍射图形中，观察到以电子射线的照射轴〇(参考图4)为中心的多个衍射 环或其一部分。其中，电子射线的照射轴〇为图3B(图4或图5B)的电子射线衍射图形的 纸面垂直方向。硬质包覆层11以混合存在具有岩盐型结构的立方晶系晶粒及具有纤锌矿 型结构的六方晶系晶粒的状态形成，因此，图3B中观察到源自所述岩盐型结构的衍射环的 一部分及源自所述纤锌矿型结构的衍射环或其一部分（圆弧）。另外，图3B中，c(hkl)表 示源自岩盐型结构的（hkl)的衍射图案，h(hkil)表示源自纤锌矿型结构的（hkil)的衍射 图案。例如，c(200)为源自具有岩盐型结构的立方晶系晶粒的（200)的衍射图案，h(ll-20) 为源自具有纤锌矿型结构的六方晶系晶粒的（11-20)的衍射图案。
[0080] 硬质包覆层11中，立方晶系晶粒的{200}及六方晶系晶粒的{11-20}由于取向于 规定方位，因此，在图3B中观察到源自立方晶系晶粒的（200)的衍射图案以及源自六方晶 系晶粒的（11-20)的衍射图案，所观察到的所述源自六方晶系晶粒的（11-20)的衍射图案 均为圆弧形而非完整的圆环，
[0081] 图4为说明图3B的电子射线衍射图形中的角度的测定方法的图。如图4所示，若 将衍射圆弧的角度大小（中心角）设为Θ，源自立方晶系晶粒的（200)的衍射圆弧及源自 六方晶系晶粒的（11-20)的衍射圆弧的角度大小Θ分别优选为60度以下。可在如下情况 下观察到这种电子射线衍射图形，即当整个硬质包覆层11中{200}从特定方向在15度以 下的范围内取向的立方晶系晶粒与{11-20}从特定方向在15度以下的范围内取向的六方 晶系晶粒的体积率较高时观察到。此时，纤锌矿型结构中与{11-20}垂直的{10-10}和岩 盐型结构中与{200}垂直的{011}彼此大致平行地取向，如上所述，晶粒之间的结合强度变 高。其结果，能够提高硬质包覆层11的耐缺损性及耐磨性。但是，若角度大小Θ超过60 度，则无法获得所希望的取向性，因此难以充分提高耐缺损性及耐磨性，而不优选。
[0082] (d)连结圆弧的半径中心和圆弧的张角的中点的线段（直线）与工具基体表面所 成之角Φ :
[0083] 连结具有角度大小Θ的圆弧的张角的中点（圆弧的中点）和圆弧的半径中心（圆 弧的中心即电子射线的照射轴0)的直线C(角度大小Θ的平分线C)与在电子射线衍射图 形上的工具基体10表面S所成之角Φ (其中，Φ < 90° )优选为75度以上。可在如下情 形下观察到这种电子射线衍射图形，即当{200}与工具基体10表面所成之角为75度以上 90度以下的立方晶系晶粒及{11-20}与工具基体10表面所成之角为75度以上90度以下 的六方晶系晶粒在整个硬质包覆层11中的体积率较高时观察到。此时，能够提高硬质包覆 层11的耐磨性。角度Φ小于75度，则发挥耐磨性的特定方向即立方晶系晶粒的{011}及 六方晶系晶粒{10-10}相对于工具基体10表面倾斜取向，因此难以承受 施加于工具基体10 的切削过程中的应力或冲击，而且难以确保所希望的耐磨性，因此不优选。
[0084] 接着，对确定衍射圆弧的角度大小Θ及圆弧的张角的中点的方法进行说明。图5A 为说明电子射线衍射图形中的强度分布的图，图5B为说明电子射线衍射图形中的角度ω 的图。首先，假定出衍射环，该衍射环通过将图5Β的电子射线的照射轴0为中心，对衍射圆 弧进行增补而得到。接着，将在该环的圆周上的衍射线的强度值标在纵轴为强度横轴为角 度ω的曲线图上，以绘制强度分布。图5Α为如此绘制的特定圆弧的强度分布。并且，在与 所要求出角度大小Θ及圆弧的张角的中点的圆弧对应的强度分布中，将强度达到最大值 Ip的一半的角度ω分别作为衍射圆弧的第一端El及第二端Ε2。将连结电子射线的照射 轴0和第一端El的直线Ll与连结电子射线的照射轴0和第二端Ε2的直线L2所成之角的 大小定为衍射圆弧的角度大小Θ。而且，直线Ll与直线L2所成之角的平分线C与其衍射 圆弧相交的位置定为该衍射圆弧的张角的中点。
[0085] 另外，作为根据电子射线衍射图形将强度数值化的方法有，将读入计算机的衍射 图形转换成灰度数字图像以作为二维强度分布的方式进行数值化的方法。
[0086] (e)将岩盐型结构的（200)衍射线的强度设为Ic，将纤锌矿型结构的（11-20)衍 射线的强度为Ih时的IcAlc+Ih)的值：
[0087] 电子射线衍射图形中，将与工具基体10的表面S垂直方向上的岩盐型结构的 (200)衍射线的强度为Ic，将纤锌矿型结构的（11-20)衍射线的强度为Ih时的IcAlc+Ih) 的值优选为〇. 3以上0. 8以下。具有岩盐型结构的立方晶系晶粒的{200}及具有纤锌矿型 结构的六方晶系晶粒的{11-20}垂直取向于工具基体10的表面，并且，以这种方式取向的 晶粒中立方晶系晶粒与六方晶系晶粒的存在比率（体积比率）适当时，可获得这种电子射 线衍射图形。此时，硬质包覆层11具有充分的耐磨性。该值小于0.3,则硬质相即具有岩盐 型结构的立方晶系晶粒相对变少，因此无法获得所希望的耐磨性。另一方面，超过〇. 8,则 具有岩盐型结构的晶粒的特性占主导地位，因此通过以两相混合相组织构成硬质包覆层11 而提高硬度及耐磨性的效果下降，且无法获得所希望的工具寿命。因此优选设为0. 8多Ic/ (Ic+Ih) ^ 0. 3〇
[0088] 另外，作为根据电子射线衍射图形将与工具基体表面垂直方向上的衍射线的强度 数值化的方法有，将读入计算机中的衍射图形转换成灰度数字图像，并且在电子射线衍射 图形上获取从电子射线的照射轴0向与工具基体10的表面S垂直方向勾画的直线上的各 衍射圆弧的灰度值而作为衍射强度Ic、Ih的方法。或者，也可以针对与工具基体10的表面 S垂直方向附近的（200)的衍射圆弧及（11-20)的衍射圆弧求出上述图5A中的强度分布， 并将各衍射线的峰值面积分别作为Ic、Ih。此时，需要调整电子射线衍射图形的拍摄时间 等拍摄条件，以免衍射环的一部分饱和，但能够在每个透射电子显微镜的装置上调整拍摄 条件。
[0089] 如上所述，本实施方式的硬质包覆层作为具有岩盐型结晶结构的晶粒及具有纤锌 矿型结晶结构的晶粒的微细混合相组织而形成，因此硬质包覆层的耐磨性及耐缺损性比以 往高。而且，立方晶系晶粒的{200}垂直取向于工具基体表面，六方晶系晶粒的{11-20}垂 直取向于所述工具基体表面，由此因结晶结构引起的各向异性得到缓和，因此耐缺损性及 耐磨性得以提高。
[0090] (f)硬质包覆层的下部层及上部层：
[0091] 如上所述，优选在硬质包覆层11的下层形成下部层12或在硬质包覆层11的上层 形成上部层13。若作为下部层12形成TiN层，则提高工具基体10与硬质包覆层11之间 的附着强度。并且，若将（Ti，A1)N、Ti (C，N)、（Al，Ti)N等耐磨层作为下部层12或上部层 13形成，则覆膜的耐磨性会进一步提高。而且，若作为上部层13将TiN或CrN包覆在硬质 包覆层11，则能够降低覆膜的切削阻力，并抑制覆膜的崩刀或切削热的产生。另外，优选上 部层13的平均层厚为0.1 ym以上0.3 ym以下，优选下部层12的平均层厚为0.5 ym以上 1. 5 μ m以下。若上部层13及下部层12的平均层厚在该范围内，则能够进一步提高上述切 削性能。
[0092] 接着，参考图1对将上述硬质包覆层11蒸镀形成于工具基体10的表面的方法进 行说明。
[0093] 图1为用于在工具基体10蒸镀形成硬质包覆层11的离子镀装置100的概要图。 离子镀装置100具备：壳体101 ;两个等离子枪111、112 ;两个炉缸121、122 ;工具基体支架 130 ;加热器140 ;辅助等离子枪153 ;及电源160。壳体101形成在其内部进行蒸镀的蒸镀 室。壳体101的底面设有用于将反应气体导入到蒸镀室内的两个反应气体导入口 151、152 以及用于将反应后的气体排到壳体外的未图示的排出口，以连通壳体101的内部与外部。 反应气体导入口 151、152与壳体101的侧壁之间分别设有加入蒸镀材料的炉缸121、122。 炉缸121、122的上侧（图1的上侧）且壳体101的侧壁上设有向炉缸121、122照射等离子 体50的压力梯度型等离子枪111、112,炉缸121与等离子枪111以及炉缸122与等离子枪 112分别与共用电源连接。反应气体导入口 151、152之间设有照射不同于等离子枪111、112 的等离子体的辅助等离子枪153。
[0094] 而且，壳体的上面侧设有工具基体支架130。工具基体支架130具备：与设置于壳 体外部的电源160电连接的主轴131 ;及向与主轴131垂直的方向延伸的、保持工具基体10 的保持部132。主轴131以能够绕着与载置有炉缸121、122的壳体101的底面垂直的轴线 R旋转的方式安装于壳体101的上面，保持部132以能够绕着与主轴131垂直的轴线（与壳 体101的底面平行的轴线）旋转的方式安装于主轴131。并且，工具基体支架130与壳体 101的侧壁之间设有对工具基体10进行加热的加热器140。另外，图1示出作为工具基体 10将多个刀片安装在工具基体支架130的例子。
[0095] 接着，对利用这种离子镀装置100将硬质包覆层11蒸镀形成于工具基体10的表 面的顺序进行说明。
[0096] 首先，清洗工具基体10,之后在干燥工具基体10的状态下安装到工具基体支架 130的保持部132,作为蒸发源21、22分别将Ti及Al设置到炉缸121、122。接着，设为能够 开始对蒸镀室内进行蒸镀状态。具体而言，从反应气体导入口 151、152向壳体101内（蒸 镀室）导入作为反应气体的氮气，并且利用加热器140将工具基体10加热至规定温度。此 时，壳体101内的压力保持恒定。之后，维持导入到壳体101内的氮气的流量、工具基体10 的温度及壳体101内的压力，同时使工具基体支架130的主轴131绕着与壳体101的底面 垂直的轴（箭头A)旋转，并且使保持部132绕着与壳体101的底面平行的轴（箭头B)旋 转。并且，经由工具基体支架130从电源160对工具基体10施加偏置电压。
[0097] 将蒸镀室设为这种状态之后开始蒸镀。首先，从等离子枪111、112向蒸镀室内供 给放电气体，并且对等离子枪111、112施加功率，从等离子枪111向炉缸121内的Ti以及 从等离子枪112向炉缸122内的Al照射等离子体50,由此蒸发Ti与Al以进行离子化。同 时，从辅助等离子枪153朝向壳体上方照射等离子体，并使Ti +离子、Al +离子及氮气进行反 应而同时蒸镀于工具基体10。通过蒸镀形成的硬质包覆膜11的厚度达到所希望的厚度之 后结束蒸镀。
[0098] 以上方法中，在蒸镀过程中施加于工具基体10的偏置电压为脉冲偏置电压，因此 各离子与工具基体10碰撞的频率发生变化。其结果，蒸镀形成于工具基体10的表面的硬 质包覆层作为混合存在具有岩盐型结构的立方晶系晶粒及具有纤锌矿型结构的六方晶系 晶粒的混合相组织而形成。并且，通过调节脉冲偏置电压的导通与断开的占空比，能够调节 立方晶系晶粒与六方晶系晶粒的存在比率。而且，通过调节脉冲偏置电压的导通与断开的 占空比，能够使立方晶系晶粒与六方晶系晶粒向特定的低阶面方向取向。并且，通过使用这 种压力梯度型等离子体的离子镀装置100及使用其装置方法来形成硬质包覆层，由此容易 形成层厚较为均匀的硬质包覆层。
[0099] (第二实施方式）
[0100] 参考附图对本发明的包覆工具的第二实施方式进行说明。
[0101] 如图2A所示，本实施方式的包覆工具的主要的构成要件为由碳化钨基硬质合金 烧结体构成的工具基体10及蒸镀形成于其表面的硬质包覆层11。本实施方式中，硬质包 覆层11的组成由组成式：(Al xTih)MO. 6彡X彡0. 8)表示，硬质包覆层11的平均层厚为 0.5"111以上5.〇41]1以下。
[0102] 并且，本实施方式中，硬质包覆层11的压缩残余应力为8GPa以上12GPa以下。其 他结构与第一实施方式相同而省略说明，并对与第一实施方式相同的部分进行以下说明。
[0103] 对于将Al相对于（AlxTih)N中Al和Ti的总量的含有比例X设为0. 6以上0. 8 以下的理由进行说明。（AlxTih)N的结晶结构以X = 0. 6~0. 8为边界区域，从岩盐型结 晶结构变成纤锌矿型结晶结构。即成为0. 6 < X < 0. 8的区域中，能够使岩盐型结晶结构 与纤锌矿型结晶结构共存。如上所述，通过以规定的占空比切换施加于工具基体10的脉冲 偏置电压的负电压的导通与断开，能够将组成为（Al xTih)NaxeSxS(XS)的复合氮化膜 即硬质包覆层11的结构再现性良好地控制成，使具有岩盐型结晶结构的立方晶系晶粒及 具有纤锌矿型结晶结构的六方晶系晶粒共存的结构。并且，通过将硬质包覆层11的平均层 厚设为0. 5 μ m以上7. 0 μ m以下，能够防止因厚膜化而引起的覆膜的崩刀，并且获得所谓发 挥所希望的耐磨性的效果。其中，本实施方式中将Al相对于Al和Ti的总量的含有比例X 设为〇. 6彡X彡0. 8,将平均层厚设为0. 5 μ m以上7. 0 μ m以下，因此，上述作用比第一实施 方式更显著。
[0104] (a)立方晶系晶粒与六方晶系晶粒的取向性：
[0105] 硬质包覆层11中，立方晶系晶粒的{200}大多垂直取向于工具基体10的表面，六 方晶系晶粒的{11-20}大多垂直取向于工具基体10的表面。这种硬质包覆层11中形成有 微粒组织且向低阶面方向取向的特异的晶粒组织，因此进一步发挥优异的耐磨性及耐缺损 性。
[0106] 详细而言，Al相对于Al和Ti的总量的含有比例为0.6以上的区域中，通过所谓 的提高高温硬度及耐热性的Al的效果，硬质包覆层11发挥较高的耐磨性。此外，通过混合 存在立方晶即具有岩盐型结构的晶粒与六方晶即具有纤锌矿型结构的晶粒，能够促进晶粒 组织的微细化。其结果，硬质包覆层11发挥优异的耐磨性。另外，后述硬质包覆层11的剖 面（参考图6A)中，具有岩盐型结构的立方晶系晶粒所占面积与具有纤锌矿型结构的六方 晶系晶粒所占面积之和优选为整个剖面面积的70 %以上。而且，硬质包覆层11进一步优选 仅由具有岩盐型结构的立方晶系晶粒、具有纤锌矿型结构的六方晶系晶粒及晶界构成。若 是这种结构，则能够充分发挥上述耐磨性及耐缺损性。以往，在混合存在具有岩盐型结构的 晶粒及具有纤锌矿型结构的晶粒的微细晶粒组织中，由于这些晶粒无秩序地取向，因此形 成较多的随机晶界而使各晶粒之间的结合强度变弱，因此容易使粒子因冲击而丢失。其结 果，使工具用硬质包覆层难以确保在实际使用中足够耐用的性能。而本实施方式的硬质包 覆层11中，由于具有岩盐型结构的晶粒及具有纤锌矿型结构的晶粒具有规定取向性，因此 作为工具用硬质包覆层能够确保充分的耐磨性及耐缺损性。即，晶粒大多具有规定的取向， 因此即便相邻的晶粒具有不同的结晶结构，也可缓和这些晶粒在晶界上的各向异性。并且， 该规定的取向中，立方晶系晶粒的{200}及六方晶系晶粒的{11-20}以垂直方式取向于工 具基体10的表面。因此，纤锌矿型结构的晶面中的垂直于{11-20}的{10-10}的原子排列 与岩盐型结构的晶面中的垂直于{200}的{011}的原子排列具有相近似的结构，因此形成 较多具有整合性高的低能量的晶界，且提高晶粒之间的结合强度，其结果，提高整体覆膜的 耐缺损性。另外，后述硬质包覆层11的剖面中具有岩盐型结构的立方晶系晶粒所占面积之 中，{200}从垂直于工具基体10的表面的方向在15度以内取向的立方晶系晶粒的面积优 选为50%以上100%以下，进一步优选为80%以上100%以下。同样，硬质包覆层11的剖 面中具有纤锌矿型结构的六方晶系晶粒所占面积中，{11-20}从垂直于工具基体10的表面 的方向在15度以内取向的六方晶系晶粒的面积优选为50%以上100%以下，进一步优选为 80%以上100%以下。
[0107] (b)硬质包覆层的压缩残余应力： [0108] 硬质包覆层11的压缩残余应力为8GPa以上12GPa以下。由此，能够提高硬质包 覆层11的致密性，因此即便在硬质包覆层内产生龟裂时，也难以使龟裂扩展，且能够提高 耐磨性及耐缺损性。其结果，能够延长工具的寿命。本实施方式的硬质包覆层11具有上述 结构，尤其将Al相对于Al和Ti的总量的含有比例X设为0. 6 < X < 0. 8,且将平均层厚 设为0. 5 μπι以上7. 0 μπι以下，因此即便将硬质包覆层11的残余压缩应力设定得高于以往 的硬质包覆层，也不会使硬质包覆层11自我破坏。具体而言，以往的硬质包覆层中残余压 缩应力的极限为5~6GPa，而本实施方式所涉及的残余压缩应力能够设为8GPa以上12GPa 以下。低于8GPa，则压缩残余应力值变小，而无法获得所希望的耐磨性。另一方面，若高于 12GPa，则压缩残余应力值变得过大，即便晶粒之间具有较高的结合强度，也会因硬质包覆 层11的自我破坏而无法获得所希望的耐缺损性。因此，优选将硬质包覆层11的压缩残余 应力设为8~12GPa。
[0109] 如下施加硬质包覆层11的压缩残余应力。即，如上所述，蒸镀过程中通过以规 定的占空比切换施加于工具基体10的脉冲偏置电压的负电压的导通与断开，将组成为 (Al xTih)N(C). 6彡X彡0. 8)的复合氮化膜的硬质包覆层11的结晶结构控制成，具有岩盐 型结晶结构的立方晶系晶粒及具有纤锌矿型结晶结构的六方晶系晶粒共存的结构。此时， 施加脉冲偏置电压并施加作为偏置电压的DC(直流）负电压。即，即便在脉冲偏置电压断 开期间也可施加负电压。结果，施加于工具基体10的偏置电压变成交替施加高电压与低电 压的脉冲偏置电压。由此，经蒸镀形成的晶粒受到Ti +离子、Al +离子的攻击，其碰撞能量在 蒸镀层内积累，由此在硬质包覆层施加压缩残余应力。
[0110] 另外，残余压缩应力通过基于使用CuKa射线的X射线衍射测定的Sin21D法测定。 首先，从多个角度Φ向硬质包覆层的剖面照射X射线以测定衍射线强度分布。角度Φ为 剖面方向与X射线照射方向所成之角。并且，求出每个所获衍射线强度分布中表示衍射线 强度的峰值的衍射角。接着，在将纵轴作为衍射角，将横轴作为Sin 2It的曲线图绘制所获 衍射角与此时的sin2 Φ。求出所绘制的点的最小二乘逼近直线，在该直线轻度乘以应力常 量能够计算出残余压缩应力。
[0111] 利用图1所涉及的装置能够蒸镀形成本实施方式所涉及的硬质包覆层11。蒸镀 的顺序与第一实施方式的顺序相同，但经由工具基体支架130从电源160施加到工具基体 10的电压为脉冲偏置电压与直流偏置电压，即施加较高的负电压与较低的负电压的脉冲电 压，这一点有所不同。由此，蒸镀形成于工具基体10的表面的硬质包覆层11形成为，混合 存在具有岩盐型结构的立方晶系晶粒及具有纤锌矿型结构的六方晶系晶粒，并且能够向硬 质包覆层11赋予压缩残余应力。并且，通过调节脉冲偏置电压的占空比，能够调节立方晶 系晶粒与六方晶系晶粒的存在比率。而且，通过调节脉冲偏置电压的占空比，能够使立方晶 系晶粒与六方晶系晶粒向特定的低阶面方向取向。
[0112] 另外，本发明的技术范围不限于以上所说明的实施方式，在不脱离本发明的宗旨 的范围内能够加以各种变更。
[0113] 下面，根据实施例对本发明的包覆工具进行具体说明。
[0114] [实施例1]
[0115] 作为原料粉末，准备均具有1~3 μ m的平均粒径的WC粉末、TiC粉末、ZrC粉末、 VC粉末、TaC粉末、NbC粉末、Cr3C2粉末、TiN粉末及Co粉末，将这些原料粉末配合成表1所 示的配合组成，利用球磨机湿式混合72小时，并进行干燥。之后，以IOOMPa的压力将经干燥 的原料粉末的混合物冲压成型为压坯，且在压力为6Pa的真空中，使该压坯在温度1400°C 的条件下保持1小时，进行了烧结。烧结之后，对切削刃部分实施半径R为〇. 〇3mm的刃口 修磨加工，以形成具有ISO标准·0ΝΜ6120408中规定的刀片形状的碳化钨（WC)基硬质合金 制工具基体A~Ε。
[0116] 接着，将每个所述工具基体A~E在丙酮中进行超声波清洗之后干燥。在上述图1 的概要图所示的物理蒸镀装置的种类之一的利用压力梯度型氩（Ar)等离子枪的离子镀装 置100的工具基体支架130上安装工具基体A~E，且在下列条件下蒸镀形成了硬质包覆 层。
[0117] 工具基体温度：400~430 °C
[0118] 蒸发源 21 :钛（Ti)
[0119] 等离子枪111对蒸发源21的放电功率：8~9kW
[0120] 蒸发源 22 :铝（Al)
[0121] 等离子枪112对蒸发源22的放电功率：9~IlkW
[0122] 从反应气体导入口 151及152流入到蒸镀室内的反应气体：氮（N2)气氮气的流量： IOOsccm
[0123] 等离子枪用放电气体：氩（Ar)气
[0124] 等离子枪用氩气的流量：35sccm
[0125] 施加于工具基体的偏置电压：一周期100 μ sec的脉冲电压（重复将-90V或-80V 的电压施加98 μ sec的导通期间与2 μ sec不施加电压的断开期间的脉冲电压）
[0126] 辅助等离子枪153的放电输出功率：2kW
[0127] 蒸镀时间：40~280min
[0128] 具体而言，在表2所示的形成条件下形成具有表3所示的规定的目标层厚的硬质 包覆层，分别制造本实施例所涉及的表面包覆切削工具的本发明刀片al~a8。另外，表2 中偏置电压表不导通期间的电压（V)与一周期（100 μ sec)内的施加时间（μ sec)。
[0129] 并且，出于比较目的形成了比较刀片al~a8。与本发明刀片al~a8相同，在丙 酮中超声波清洗工具基体A~E，并将其干燥。与本发明刀片al~a8相同，在图1的概要 图所示的物理蒸镀装置的种类之一的利用压力梯度型Ar等离子枪的离子镀装置100的工 具基体支架130上安装工具基体A~E，并在下列条件下蒸镀形成硬质包覆层。
[0130] 工具基体温度：400~430 °C
[0131] 蒸发源 21 :钛（Ti)
[0132] 等离子枪111对蒸发源21的放电功率：8~9kW
[0133] 蒸发源 22 :铝（Al)
[0134] 等离子枪112对蒸发源22的放电功率：9~IlkW
[0135] 从反应气体导入口 151及152流入到蒸镀室内的反应气体：氮（N2)气氮气的流量： IOOsccm
[0136] 等离子枪用放电气体：氩（Ar)气
[0137] 等尚子枪用氩气的流量：35sccm
[0138] 施加于工具基体的偏置电压：-10~-20V的直流电压
[0139] 辅助等离子枪153的放电输出功率：未使用辅助等离子枪
[0140] 蒸镀时间：将蒸镀进行至达到目标层厚（参考表5)
[0141] 具体而言，在表4所示的形成条件下形成具有表5所示的规定目标层厚的硬质包 覆层，且分别制造出作为比较用包覆工具的比较刀片al~a8。
[0142] 并且，形成所述硬质包覆层之前和/或形成硬质包覆层之后，利用一般的物理蒸 镀法，形成由TiN、（Ti，Al) N、Ti (C，N)、（Al，Cr) N、CrN中的任一种构成的平均层厚为0. 1~ 0. 3 μ m的上部层或平均层厚为0. 5~1. 5 μ m的下部层，由此分别制造出表3及表5所示的 本发明刀片a9~al4及比较刀片a9~al2。另外，所谓一般的物理蒸镀法是指通常用于工 具的被膜的物理蒸镀法，可将电弧离子镀作为一例举出。所谓电弧离子镀是指，通过使配置 于蒸镀室内的金属局部电弧放电，在离子化状态下使该金属飞溅以在靶上蒸镀的方法。
[0143] 接着，在利用固定夹具将所述各种刀片均紧固到工具钢制车刀的前端部的状态 下，对本发明刀片al~al4及比较刀片al~al2进行以下切削条件A~C下的干式断续高 速切削加工试验。所谓干式断续高速切削加工试验是指，针对向轴向（长度方向）延伸的 多个槽在圆周方向上等间隔形成在表面的圆棒，不使用润滑剂而向轴向进给同时向圆周方 向进行切削加工的试验。另外，相比一般的切削速度加快了各个条件下的切削速度之后进 行了试验。所谓的该一般的切削速度是指，使用以往包覆刀片时的效率（通常，在达到工具 寿命之前所能加工的部件的数量等）最佳的切削速度。若以超过该速度的速度进行切削， 则工具寿命会变得极短，且降低加工效率。
[0144] (切削条件A :不锈钢的干式断续高速切削加工试验）
[0145] 工件：JIS *SUS316 (与ISO TR15510-26相对应）的在长度方向等间隔形成有2条 纵槽的圆棒
[0146] 切削速度：180m/min.(-般的切削速度：150m/min.)
[0147] 切口 ： I. 5mm
[0148] 进给速度：0· 25mm/rev.
[0149] 切削时间：5分钟
[0150] (切削条件B :碳钢的干式断续高速切削加工试验）
[0151] 工件：JIS · S50C(与IS0683-1-C50或C50E4或C50M2相对应）的在长度方向等 间隔形成有4条纵槽的圆棒
[0152] 切削速度：240m/min.(-般的切削速度：220m/min.)
[0153] 切口 ：2. Omm
[0154] 进给速度：0· 25mm/rev.
[0155] 切削时间：5分钟
[0156] (切削条件C :合金钢的干式断续高速切削加工试验）
[0157] 工件 JIS · SCM440(与 IS0683/l-42CrMo4 或 IS0683/l-42CrMoS4 相对应）的在 长度方向上等间隔形成有6条纵槽的圆棒
[0158] 切削速度：250m/min.(-般的切削速度：200m/min.)
[0159] 切口 ：1. 5mm
[0160] 进给速度：0· 25mm/rev.
[0161] 切削时间：5分钟
[0162] 这种条件下，针对本发明刀片al~al4及比较刀片al~al2进行了干式断续高 速切削加工试验。测定了此时的切削刃的膜厚方向中后刀面磨损宽度。将该测定结果示于 表6。另外，关于比较刀片al~al2,由于覆膜的崩刀或缺损等原因，有磨损较大的刀片。关 于这些刀片，将最大磨损宽度超过0. 25mm之前的切削寿命时间（分：秒）记入表6,并标注 了 1个星号。
[0163] [表 1]
[0164]
[0167] [表 3]
[0168]
[0169] [表 4]
[0170]
[0171] [表 5]
[0172]
[0173] [表 6]
[0174]
[0175] 经过通过利用透射电子显微镜的能量分散型X射线分析法测定了该结果获得的 本发明刀片al~al4及比较刀片al~al2的硬质包覆层的组成，获知均显示与表3及表 5所示的目标组成（Al相对于成为目标的Al和Ti的总量的含有比例X)基本相同的组成。
[0176] 而且，针对构成本发明刀片al~al4及比较刀片al~al2的硬质包覆层的（A1， Ti) N层，通过聚焦离子束加工切出薄片。薄片为自工具后刀面起包括工具基体及硬质包覆 层的宽度IOOymX高度300 ymX厚度0.2 ym的薄片。另外，将与工具基体表面平行的方 向作为宽度，将与工具基体表面垂直的方向（膜厚方向）作为高度。通过透射电子显微镜观 察该薄片中被设定为包含硬质包覆层的整个厚度区域的宽度为IOym且高度为硬质包覆 层的平均层厚的2倍的视场，以根据电子射线衍射图形确定晶粒的结晶结构。其结果确认 到，本发明刀片al~al4中混合存在在与工具基体表面垂直方向上具有{200}取向的岩盐 型结构的立方晶系晶粒与同样具有{11-20}取向的纤锌矿型结构的六方晶系结晶这两者。
[0177] 并且，利用扫描电子显微镜（倍率为5000倍）测定本发明刀片al~al4及比较 刀片al~al2的硬质包覆层的层厚，测定观察视场内5个点的层厚，算出平均值以求出平 均层厚，结果均显示出与表3及表5所示的目标层厚基本相同的平均层厚。
[0178] 并且，利用透射电子显微镜（在倍率为200000倍至1000000倍的范围中设定为 适当值）观察本发明刀片al~al4及比较刀片al~al2的硬质包覆层剖面，并测定平均 粒径与平均纵横尺寸比。针对观察视场内的平均层厚X5ym范围内的每个晶粒，将表示 晶粒的最大长度的线段作为长径（粒子长度），将表示与该长径垂直方向的晶粒的最大宽 度的线段作为短径（粒子宽度）进行测定，并将长径值除以短径值而得的值作为纵横尺寸 比，其中上述观察视场由以剖面组织观察视场内的任意工具基体表 面作为起点膜厚方向上 的平均层厚相等的线段及与具有相同起点的膜厚方向垂直的5 μπι的线段构成。并且，将观 察视场内的平均层厚X 5 μ m范围内的每个晶粒的纵横尺寸比的平均值作为平均纵横尺寸 比。并且，将每个粒子的长径与短径的平均值作为其粒子的晶体粒径，将观察视场内的平均 层厚Χ5μπι范围内的每个晶粒的晶体粒径的平均值作为平均粒径。将其结果示于表3及 表5。另外，表3中平均纵横尺寸比为3以下的结果上标注了 1个星号。
[0179] 而且，在从硬质包覆层的剖面方向照射点径相当于硬质包覆层的层厚的电子射线 的状态下观察了电子射线衍射图形。图3Β、图4、图5Β其为其中一例。其结果，观察到本发 明刀片al~al4中源自岩盐型结构的衍射环的一部分及源自纤锌矿型结构的衍射环或其 一部分（圆弧），并且，确认到岩盐型结构的（200)的衍射圆弧及纤锌矿型结构的（11-20) 的衍射圆弧均不是完整的圆环而是圆弧。并且，根据该电子射线衍射图形，关于岩盐型结 构的（200)的衍射圆弧及纤锌矿型结构的（11-20)的衍射圆弧，分别测定了其圆弧的角度 大小Θ (中心角）。并且，测定了连结这些衍射圆弧的半径中心（电子射线照射轴〇)和 圆弧的张角的中点的直线（角度大小Θ的平分线）与工具基体表面所成之角φ(其中， Φ <90° )。将其结果示于表3。
[0180] 关于比较刀片al~al2的电子射线衍射图形，如表5所示。从它们的电子射线衍 射图形中可知，存在岩盐型结构的（200)的衍射图形及纤锌矿型结构的（11-20)的衍射图 形以衍射环形式观察到的刀片及无法观察到衍射图形本身的刀片，不存在它们的衍射图形 被观察为圆弧的刀片。因此，无法测定角度大小Θ及角度Φ。
[0181] 而且，电子射线衍射图形中，计算出与工具基体表面垂直方向上的源自岩盐型结 构的（200)的衍射图形及源自纤锌矿型结构的（11-20)的衍射图形的强度分布，并计算出 将岩盐型结构的（200)衍射线的峰值面积作为强度Ic及将纤锌矿型结构的（11-20)衍射 线的峰值面积作为强度Ih时的IcAlc+Ih)。将其结果示于表3及表5。另外，表3中在 IcAlc+Ih)值未包含在0. 3以上0. 8以下范围的结果上标注了两个星号。
[0182] 根据表3可知，本发明刀片al~al4的硬质包覆层的组成为（TipxAl x) Ν(0· 5彡X彡0· 8)，晶粒的平均粒径为5nm以上50nm以下。并且，电子射线衍射图形（参 考图3B)中，观察到源自岩盐型结构的衍射环的一部分及源自纤锌矿型结构的衍射环或其 一部分，因此得知混合存在具有岩盐型结构的立方晶系晶粒及具有纤锌矿型结构的六方晶 系晶粒。并且，岩盐型结构的（200)的衍射圆弧及纤锌矿型结构的（11-20)的衍射圆弧的 角度大小Θ均为60度以下，角度Φ均为75度以上90度以下，由此得知立方晶系晶粒的 {200}及六方晶系晶粒的{11-20}垂直取向于工具基体表面。而且，根据表6可知，本发明 刀片al~al4与比较刀片al~al2相比，切削加工中的磨损量更小。即，根据表3及表6 所示的结果证实，本发明刀片al~al4的整个硬质包覆层或整个覆膜具有优异的耐缺损 性，并且，显示出优异的耐磨性，不产生剥离、缺损、崩刀，且长期发挥优异的工具特性。
[0183] 另一方面，根据表5,比较刀片al~al2的硬质包覆层的组成为（TipxAl x) N(0. 5彡X彡0. 8)。并且，比较刀片a4~a8、al0~al2的晶粒的平均粒径为5nm以上50nm 以下。然而，比较刀片al~a4、a7~all的硬质包覆层中未混合存在具有岩盐型结构的立 方晶系晶粒及具有纤锌矿型结构的六方晶系晶粒，仅由具有岩盐型结构的立方晶系晶粒和 具有纤锌矿型结构的六方晶系晶粒中的任意一种形成硬质包覆层。并且，比较刀片a5、a6、 al2的硬质包覆层中虽然混合存在具有岩盐型结构的立方晶系晶粒及具有纤锌矿型结构的 六方晶系晶粒，但立方晶系晶粒的{200}及六方晶系晶粒的{11-20}未垂直取向于工具基 体表面。因此，证实比较刀片al~al2的整个硬质包覆层或整个覆膜在耐缺损性、耐磨性 方面较差，且产生剥离、缺损、崩刀，并且在较短的时间内达到使用寿命。
[0184] 根据表3及表6,形成有下部层的本发明刀片a9~al4的干式断续高速切削加工 试验后的磨损宽度比未形成下部层的本发明刀片al~a8的磨损宽度更小。据此可知，若 形成有下部层则提高切削性能。而且，具有由TiN形成的下部层及由CrN形成的上部层的本 发明刀片all中，在任何切削条件下的磨损宽度均最小，且显示出高切削性能。并且，具有 由（Al，Cr) N形成的下部层的本发明刀片al0、al4中，不具有上部层的本发明刀片alO的磨 损宽度比具有上部层的本发明刀片al4更小，且显示出高切削性能。并且，具有由（Ti，Al) N形成的下部层的本发明刀片a9、al2中，具有上部层的本发明刀片al2的磨损宽度值与不 具有上部层的本发明刀片a9的磨损宽度值相同。
[0185] 由平均纵横尺寸比大于3的晶粒构成的本发明刀片al中，干式断续高速切削加工 试验后的磨损宽度比比较刀片al~al2小，但比平均纵横尺寸比为3以下的本发明刀片 a2~al4大。并且，没有下部层，且平均纵横尺寸比为3以下的本发明刀片a2~a8中，平 均纵横尺寸比为1. 4以上1. 8以下的本发明刀片a3~a6的磨损宽度小于0. 18mm，比其他 本发明刀片a2、a7、a8更小，显示出更好的切削性能。
[0186] 另外，比较刀片al~al2的平均纵横尺寸比的值均远比3大。这是因为，未将制 造比较刀片al~al2时施加于工具基体的偏置电压设为脉冲偏置电压而是设为恒定的直 流电压。
[0187] I(V(Ic+Ih)的值超过0. 8的本发明刀片al中，干式断续高速切削加工试验后的磨 损宽度比其他本发明刀片更大。并且，I(V(Ic+Ih)的值小于0.3的本发明刀片a8中，在切 削条件A下进行的干式断续高速切削加工试验后的磨损宽度较大。
[0188] [实施例2]
[0189] 首先，与实施例1同样形成了工具基体A~E。详细而言，作为原料粉末准备了均 具有1~3 μ m平均粒径的WC粉末、TiC粉末、ZrC粉末、VC粉末、TaC粉末、NbC粉末、Cr3C2 粉末、TiN粉末及Co粉末，并将这些原料粉末配合成表1所示的配合组成，利用球磨机湿式 混合72小时，并将其干燥。之后，以IOOMPa的压力向将经干燥的原料粉末的混合物冲压 成形为压坯，且在IOOMPa的真空中，使该压坯在温度为1400°C的条件下保持1小时，并烧 结。进行烧结之后，对切削刃部分实施半径R为〇. 〇3_的刃口修磨加工，以形成具有ISO 标准· CNMG120408中规定的刀片形状的WC基硬质合金制工具基体A~E。
[0190] 接着，将每个所述工具基体A~E在丙酮中进行超声波清洗之后干燥。在上述图1 的概要图所示的物理蒸镀装置的种类之一的利用压力梯度型氩（Ar)等离子枪的离子镀装 置100的工具基体支架130上安装工具基体A~E，且在下列条件下蒸镀形成了硬质包覆 层。
[0191] 工具基体温度：420~450°C
[0192] 蒸发源 21 :钛（Ti)
[0193] 等离子枪111对蒸发源21的放电功率：8~9kW
[0194] 蒸发源 22 :铝（Al)
[0195] 等离子枪112对蒸发源22的放电功率：9~12kW
[0196] 从反应气体导入口 151及152流入到蒸镀室内的反应气体：氮（N2)气氮气的流量： IOOsccm
[0197] 等离子枪用放电气体：氩（Ar)气
[0198] 等离子枪用氩气的流量：35sccm
[0199] 施加于工具基体的偏置电压：一周期IOOysec的脉冲电压（为重复将-90V 或-80V的电压施加98 μ sec的导通期间与2 μ sec期间不施加电压的断开期间的脉冲电 压，断开期间施加-50V或-60V的直流偏置电压）。
[0200] 辅助等离子枪153的放电输出功率：2kW
[0201] 蒸镀时间：40~280min
[0202] 具体而言，在表7所示的形成条件下形成具有表8所示的规定的目标层厚的硬质 包覆层，分别制造本实施例所涉及的包覆切削工具的本发明刀片bl~b8。另外，表7中显 示偏置电压导通期间的电压（V)和一周期（IOOy sec)内的施加时间（μ sec)。并且，所谓 在断开期间施加于工具基体的偏置电压是指，脉冲电压在断开期间（2 μ sec)施加的电压。
[0203] 并且，出于比较目的形成了比较刀片bl~b8。与本发明刀片bl~b8相同，在丙 酮中超声波清洗工具基体A~E，并将其干燥。与本发明刀片bl~b8相同，在图1的概要 图所示的物理蒸镀装置的种类之一的利用压力梯度型Ar等离子枪的离子镀装置100上安 装工具基体A~E，并在下列条件下蒸镀形成硬质包覆层。
[0204] 工具基体温度：400~450 °C
[0205] 蒸发源 21 :钛（Ti)
[0206] 等离子枪111对蒸发源21的放电功率：8~9kW
[0207] 蒸发源 22 :错（Al)
[0208] 等离子枪112对蒸发源22的的放电功率：9~12kW
[0209] 反应气体导入口 1及2的反应气体：氮（N2)气
[0210] 氮气的流量：100sccm
[0211] 等离子枪用放电气体：氩（Ar)气
[0212] 等尚子枪用氩气的流量：35sccm
[0213] 施加于工具基体的偏置电压：-10~-20V的直流电压
[0214] 辅助等离子枪153的放电输出功率：未使用辅助等离子枪
[0215] 蒸镀时间：将蒸镀进行至达到目标层厚（参考表10)
[0216] 具体而言，在表9所示的形成条件下形成具有表10所示的规定的目标层厚的硬质 包覆层，且分别制造出作为比较用包覆工具的比较刀片bl~b8。
[0217] 并且，形成所述硬质包覆层之前和/或形成硬质包覆层之后，利用一般的物理蒸 镀法，形成由TiN、（Ti，A1)N、Ti(C，N)、（Al，Cr)N、CrN中的任意一种构成的平均层厚为 0. 1~0.3 μπι的上部层或平均层厚为0.5~1.5 μπι的下部层，由此分别制造出表8及表 10所示的本发明刀片b9~bl4及比较刀b9~bl2。
[0218] 接着，在利用固定夹具将所述各种刀片均紧固到工具钢制车刀的前端部的状态 下，对本发明刀片bl~bl4及比较刀片bl~bl2进行以下切削条件A~C下的干式断续 高速切削加工试验。另外，相比一般的切削速度加快了各个条件下的切削速度之后进行了 试验。
[0219] (切削条件A :不锈钢的干式断续高速切削加工试验）
[0220] 工件：JIS · SUS304(与ISO TR15510-6相对应）的在长度方向等间隔形成有2条 纵槽的圆棒
[0221] 切削速度：230m/min.(-般的切削速度为200m/min.)
[0222] 切口 ：1.5mm
[0223] 进给速度：0. 25mm/rev.
[0224] 切削时间：5分钟
[0225] (切削条件B :碳钢的干式断续高速切削加工试验）
[0226] 工件：JIS · S50C(与IS0683-1-C50或C50E4或C50M2相对应）的在长度方向上 等间隔形成有2条纵槽的圆棒
[0227] 切削速度：220m/min.(-般的切削速度为220m/min.)
[0228] 切口 ：2.0mm
[0229] 进给速度：0. 25mm/rev.
[0230] 切削时间：5分钟
[0231] (切削条件C :合金钢的干式断续高速切削加工试验）
[0232] 工件 JIS · SCM440 (与 IS0683/l-42CrMo4 或 IS0683/l-42CrMoS4 相对应）的在 长度方向上等间隔形成有4条纵槽的圆棒
[0233] 切削速度：250m/min.(-般的切削速度为200m/min.)
[0234] 切口 ： I. 5mm
[0235] 进给速度：0. 25mm/rev.
[0236] 切削时间：5分钟
[0237] 这种条件下，针对本发明刀片bl~bl4及比较刀片bl~bl2进行了干式断续高速 切削加工试验。并测定了此时的切削刃的膜厚方向中后刀面磨损宽度。将该测定结果示于 表11。另外，关于比较刀片al~al2,由于覆膜的崩刀或缺损等原因，有磨损较大的刀片。 关于这些刀片，将最大磨损宽度超过0.25mm之前的切削寿命时间（分：秒）记入表11，并 标注了 1个星号。
[0238] [表 7]
[0239]
[0240] [表 8]
[02411
[0 242] [表 9]
[0243]
[0244] [表 10]
[0245]
[0246] [表 11]
[0247]
[0248] 而且，针对构成本发明刀片bl~bl4及比较刀片bl~bl2的硬质包覆层的（Al， Ti) N层，通过聚焦离子束加工切出薄片。薄片为自工具后刀面起包括工具基体及硬质包覆 层的、宽度100 μ mX高度300 μ mX厚度0. 2 μ m的薄片。另外，将与工具基体表面平行的方 向作为宽度，将与工具基体表面垂直的方向（膜厚方向）作为高度。该薄片中被设定为包含 硬质包覆层的整个厚度区域的宽度为10 μ m，且高度为硬质包覆层的平均层厚的2倍的视 场，通过透射电子显微镜来观察，由此根据电子射线衍射图形（参考图6B)确定晶粒的结晶 结构。其结果，确认到本发明刀片bl~bl4及比较刀片bl~bl2中混合存在{200}在与 工具基体表面垂直方向上取向的岩盐型结构的立方晶系晶粒及{11-20}同样进行取向的 纤锌矿型结构的六方晶系结晶这两者。并且，同时通过透射电子显微镜（在倍率为200000 倍至1000000倍的范围中设定为适当值）观察剖面，并测定了平均粒径（参考图6A)。以 与实施例1相同的方法测定本发明刀片bl~bl4及比较刀片bl~bl2的硬质包覆层的剖 面组织观察视场内的（Al，Ti)N层的区域中，（Al，Ti)N层的层厚Χ5μπι范围内的每个晶粒 的长径与短径，并将它们的平均值作为其晶粒的平均粒径。将其结果示于表8及表10。并 且，利用透射电子显微镜通过能量分散型X射线分析法测定了构成本发明刀片bl~bl4及 比较刀片bl~bl2的硬质包覆层的（Al，Ti)N层的组成，结果均显示与表8及表10所示的 目标组成基本相同的组成。
[0249] 并且，利用扫描电子显微镜（在倍率为5000倍至200000倍的范围中设定为适当 值）测定本发明刀片bl~bl4及比较刀片bl~bl2的硬质包覆层的层厚，测定观察视场 内5个点的层厚，算出平均值以求出平均层厚，结果均显示出与表8及表10所示的目标层 厚基本相同的平均层厚。
[0250] 并且，本发明刀片bl~bl4及比较刀片bl~bl2的硬质包覆层的残余压缩应力 通过基于利用CuK α射线的X射线衍射测定的sin2 Φ法测定。将其结果示于表8及表10。
[0251] 而且，在从硬质包覆层的剖面方向照射点径相当于硬质包覆层的层厚的电子射线 的状态下，观察了电子射线衍射图形。图6Β、图7、图8Β为其中一例。其结果，本发明刀片 bl~bl4中，观察到源自岩盐型结构的衍射环的一部分及源自纤锌矿型结构的衍射环或圆 弧，并且，确认到岩盐型结构的（200)的衍射圆弧、纤锌矿型结构的（11-20)的衍射圆弧均 不是完整的圆环而是圆弧。并且，根据该电子射线衍射图形，关于各岩盐型结构的（200)的 衍射圆弧及纤锌矿型结构的（11-20)的衍射圆弧，测定了其圆弧的角度大小Θ (中心角） (参考图7、图8A及图8B)。并且，测定了连结这些衍射圆弧的半径中心（电子射线照射轴 〇)和圆弧的张角的中点的直线（角度大小Θ的平分线）与工具基体表面所成之角φ (其 中，90° )。将其结果示于表8。关于比较刀片al~al2的电子射线衍射图形，如同 表10所示。从它们的电子射线衍射图形中可知，存在岩盐型结构的（200)的衍射图形及纤 锌矿型结构的（11-20)的衍射图形以衍射环形式观察到的刀片及无法观察到衍射图形本 身的刀片，不存在它们的衍射图形被观察为圆弧的刀片。因此，无法测定角度大小Θ及角 度Φ。
[0252] 而且，电子射线衍射图形中，计算与工具基体表面垂直方向的源自岩盐型结构的 (200)的衍射图形及源自纤锌矿型结构的（11-20)的衍射图形的强度分布，并计算出将岩 盐型结构的（200)衍射线的峰值面积作为强度Ic及将纤锌矿型结构的（11-20)衍射线的 峰值面积作为强度Ih时的IcAlc+Ih)。将其结果示于表8及表10。另外，表8中，在Ic/ (Ic+Ih)的值不属于0. 3以上0. 8以下的范围的结果上标注了两个星号。
[0253] 根据表8,本发明刀片bl~bl4的硬质包覆层的组成为（IVxAlx) Ν(0· 5彡X彡0· 8)，晶粒的平均粒径为5nm以上50nm以下。并且，电子射线衍射图形（参 考图6B)中，观察到源自岩盐型结构的衍射环的一部分及源自纤锌矿型结构的衍射环或其 一部分，因此得知混合存在具有岩盐型结构立方晶系晶粒及具有纤锌矿型结构的六方晶系 晶粒。并且，岩盐型结构的（200)的衍射圆弧及纤锌矿型结构的（11-20)的衍射圆弧的角 度大小Θ均为60度以下，角度Φ均为75度以上90度以下，因此得知，立方晶系晶粒的 {200}及六方晶系晶粒的{11-20}垂直取向于工具基体表面。而且根据表11可知，本发明 刀片bl~bl4与比较刀片bl~bl2相比，切削加工中的磨损量较小。即，根据表8及表11 所示的结果证实到，本发明刀片bl~bl4的整个硬质包覆层或整个覆膜具有优异的耐缺损 性，并且显示出优异的耐磨性，且不产生剥离、缺损、崩刀，长期发挥优异的工具特性。
[0254] 另一方面，根据表10,比较刀片bl~bl2的硬质包覆层的组成为（TipxAl x) N(0. 5彡X彡0. 8)。并且，比较刀片b5~b8、bl0~bl2的晶粒的平均粒径为5nm以上50nm 以下。然而，比较刀片bl~b4、b7~bll的硬质包覆层中未混合存在具有岩盐型结构的立 方晶系晶粒及具有纤锌矿型结构的六方晶系晶粒这两者，而仅由具有岩盐型结构的立方晶 系晶粒和具有纤锌矿型结构的六方晶系晶粒中的任意一种形成硬质包覆层。并且，比较刀 片b5、b6、bl2的硬质包覆层中混合存在具有岩盐型结构的立方晶系晶粒及具有纤锌矿型 结构的六方晶系晶粒，但立方晶系晶粒的{200}及六方晶系晶粒的{11-20}未垂直取向于 工具基体表面。因此，证实到整个硬质包覆层或整个覆膜在耐缺损性、耐磨性方面较差，且 产生剥离、缺损、崩刀，并且在较短的时间内达到使用寿命。
[0255] 根据表8及表11可获知，形成有下部层的本发明刀片b9~b 14的干式断续高速 切削加工试验后的磨损宽度小于未形成下部层的本发明刀片bl~b8的磨损宽度。据此可 知，因形成有下部层，切削性能得以提高。而且，具有由TiN形成的下部层及由CrN形成的 上部层的本发明刀片bll中，在任何切削条件的磨损宽度均最小。
[0256] I(V(Ic+Ih)的值超过0. 8的本发明刀片bl中，干式断续高速切削加工试验后的磨 损宽度大于其他本发明刀片。
[0257] 根据表8及表11获知，在本发明刀片bl~bl4中赋予了 8~12MPa的较高的残 余压缩应力，因此如同实施例1，即便不控制平均纵横尺寸比也能够获得充分的耐磨性。
[0258] 产业上的可利用性
[0259] 本发明的表面包覆切削工具不仅在各种钢或铸铁等一般的切削条件下的切削加 工，尤其在伴有高热产生且对切削刃部施加较大负荷的不锈钢、合金钢等高硬度钢的高速 断续车削加工中，也发挥优异的耐缺损性及耐磨性，并长期显示出优异的切削性能，因此能 够充分满足切削加工装置的高性能化及在切削加工中的节省劳力、节能以及低成本化。
[0260] 并且，本发明的表面包覆切削工具尤其第二实施方式所涉及的表面包覆切削工 具，不仅在各种钢等一般切削条件下的切削加工中，尤其在伴随高热产生且对切削刃部加 以较大负荷的合金钢、不锈钢等高速断续车削加工中，也发挥优异的耐缺损性及耐磨性，并 长期显示出优异的切削性能，因此能够充分地适应切削加工装置的高性能化以及切削加工 的节省劳力、节能以及低成本化要求。
[0261] 符号说明
[0262] 10-工具基体，11-硬质包覆层，12-下部层，13-上部层，22、21_蒸发源，50-等离 子体，100-离子镀装置，101-壳体，111、112-压力梯度型等离子枪，121、122-炉缸，130-工 具基体支架，140-加热器，151、152-反应气体导入口，153-辅助等离子枪，160-电源。
【主权项】
1. 一种表面包覆切削工具，在由碳化钨基硬质合金烧结体构成的工具基体的表面蒸镀 形成有硬质包覆层，该表面包覆切削工具的特征在于， (a) 所述硬质包覆层的组成由组成式JAlxTi1JN表示，其中，0. 5彡X彡0. 8,所述硬 质包覆层的平均层厚为〇. 5 ym以上7. 0 ym以下， (b) 所述硬质包覆层由平均粒径5nm以上50nm以下的微细晶粒构成， (c) 所述微细晶粒中混合存在具有岩盐型结构的立方晶系晶粒及具有纤锌矿型结构的 六方晶系晶粒，并且， (d) 所述立方晶系晶粒的{200}及所述六方晶系晶粒的{11-20}垂直取向于所述工具 基体的表面。2. 根据权利要求1所述的表面包覆切削工具，其特征在于， 所述硬质包覆层的组成由组成式：(AlxTih)N表示，其中，0. 6彡X彡0. 8,所述硬质包 覆层的平均层厚为0. 5 ym以上5. 0 ym以下， 所述硬质包覆层的压缩残余应力为8GPa以上12GPa以下。3. 根据权利要求1或2所述的表面包覆切削工具，其特征在于， 所述微细晶粒的平均纵横尺寸比为3以下。4. 根据权利要求1至3中任一项所述的表面包覆切削工具，其特征在于， 从所述硬质包覆层的剖面方向照射电子射线而观察到的电子射线衍射图形中， 观察到源自所述岩盐型结构的衍射环的一部分及源自所述纤锌矿型结构的衍射环的 一部分，源自所述岩盐型结构的（200)的衍射圆弧及源自所述纤锌矿型结构的（11-20)的 衍射圆弧均不是完整的圆环而是圆弧， 源自所述岩盐型结构的（200)的衍射圆弧及源自所述纤锌矿型结构的（11-20)的衍 射圆弧各自的角度大小分别为60度以下，并且关于分别源自所述岩盐型结构的（200)的 衍射圆弧及源自所述纤锌矿型结构的（11-20)的衍射圆弧，连结所述衍射圆弧的半径中心 和所述衍射圆弧的张角的中点的直线与工具基体的表面所成之角巾为75度以上，其中， 伞彡90°。5. 根据权利要求1至4中任一项所述的表面包覆切削工具，其特征在于， 从所述硬质包覆层的剖面方向照射电子射线而观察到的电子射线衍射图形中， 将计算出与工具基体的表面垂直方向的衍射图形的强度分布时的所述岩盐型结构的 (200)衍射圆弧的衍射强度设为Ic，将所述纤锌矿型结构的（11-20)衍射圆弧的衍射强度 设为Ih时， 0. 8 ^ Ic/(Ic+Ih) ^ 0. 3〇6. 根据权利要求1至5中任一项所述的表面包覆切削工具，其特征在于， 所述硬质包覆层的上层存在上部层，或者在所述硬质包覆层的下层存在下部层，所述 上部层由TiN、（Ti，Al) N、Ti (C，N)、（Al，Cr) N、CrN中的任一种构成且平均层厚为0.1 y m以 上0. 3 y m以下，所述下部层由TiN、（Ti，Al)N、Ti (C，N)、（Al，Cr)N、CrN中的任一种构成且 平均层厚为0. 5 y m以上I. 5 y m以下。7. 根据权利要求1至5中任一项所述的表面包覆切削工具，其特征在于， 所述硬质包覆层的下层形成有下部层，所述下部层由TiN、（Ti，Al)N、Ti(C，N)、(Al，Cr) N、CrN中的任一种构成且平均层厚为0. 5 y m以上I. 5 y m以下。8. 根据权利要求7所述的表面包覆切削工具，其特征在于， 所述硬质包覆层的上层形成有上部层，所述上部层由TiN、（Ti，Al) N、Ti (C，N)、(Al，Cr) N、CrN中的任一种构成且平均层厚为0.1 ym以上0. 3 ym以下。9. 根据权利要求8所述的表面包覆切削工具，其特征在于， 所述下部层由TiN构成，所述上部层由CrN构成。10. 根据权利要求7所述的表面包覆切削工具，其特征在于， 所述下部层由（Al，Cr)N构成。11. 根据权利要求1或2所述的表面包覆切削工具，其特征在于， 所述晶粒的平均纵横尺寸比为1. 4以上1. 8以下。
【专利摘要】本发明提供一种在工具基体的表面蒸镀形成有硬质包覆层的表面包覆切削工具，所述硬质包覆层的组成由组成式：(AlxTi1-x)N表示，其中，0.5≤x≤0.8，所述硬质包覆层的平均层厚为0.5μm以上7.0μm以下，所述硬质包覆层由平均粒径5nm以上50nm以下的晶粒构成，所述硬质包覆层中混合存在具有岩盐型结构的立方晶系晶粒及具有纤锌矿型结构的六方晶系晶粒，所述立方晶系晶粒的{200}及所述六方晶系晶粒的{11-20}垂直取向于所述工具基体的表面。
【IPC分类】C23C14/06, B23C5/16, B23B51/00, B23B27/14
【公开号】CN104884199
【申请号】CN201380062141
【发明人】田中耕一, 高桥正训
【申请人】三菱综合材料株式会社
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2013年11月29日
【公告号】EP2926930A1, EP2926930A4, US20150292078, WO2014084338A1