专利名称：表面包覆超硬合金制切削工具及其制造方法
技术领域：
本发明涉及特别在以高速进行各种钢及铸铁等钢铁材料、还有Al合金及Cu合金等非铁材料的切削加工的情况下、润滑性非晶质碳类覆膜也能够发挥良好的耐磨损性的表面包覆超硬合金制切削工具(以下称作包覆超硬工具)。
此外，本发明涉及表面包覆层除了良好的高温硬度和耐热性、以及良好的高温强度以外、还具有良好的润滑性、因而特别在以伴随着高发热的高速、且伴随着高机械冲击的高切深或高进给等重切削条件下尤其进行各种Al及Al合金、Cu及Cu合金、以及Ti及Ti合金等非铁材料的切削加工的情况下、在表面包覆层中不产生碎屑(微小缺陷)等、发挥良好的耐磨损性的包覆超硬工具。
本申请对于2004年1月30日申请的特愿2004-22535号、2004年5月17日申请的特愿2004-146397号、同日申请的特愿2004-146398号、以及2004年7月21日申请的特愿2004-212896号主张优先权，这里引用它们的内容。
背景技术：
一般，作为包覆超硬工具，已知有在各种钢或铸铁等钢铁材料、还有Al合金及Cu合金等非铁材料的车削加工或刨削加工中拆装自如地安装在刀具的前端部上而使用的不重磨刀片、在开孔切削加工等中使用的钻头或小型钻头、还有在端面切削及槽加工、台肩加工等中使用的整体型的立铣刀等，还有拆装自如地安装上述不重磨刀片、与上述整体型的立铣刀同样地进行切削加工的不重磨立铣刀工具等。
此外，作为上述包覆超硬工具，已知有(a)在碳化钨(以下用WC表示)基超硬合金或碳氮化钛(以下用TiCN表示)类金属陶瓷构成的超硬基体表面上，(b)在溅射装置中，使用Ti中间电极作为阴极(蒸发源)，经由在氮气与Ar的混合气体、或由碳氢化合物的分解气体、氮气与Ar的混合气体构成的反应气体环境中形成的、由氮化钛(以下用TiN表示)层及碳氮化钛(以下用TiCN表示)层的任一种或两者构成、并且具有1～3μm的平均层厚的密接接合层，(c)在溅射装置中，使用WC中间电极作为阴极(蒸发源)，蒸镀形成有在由碳氢化合物的分解气体与Ar的混合气体构成的反应气体环境中形成、通过俄歇分光分析装置测量时含有W5～20原子％、其余具有由碳和不可避免杂质构成的组成、并且具有1～13μm的平均层厚的润滑性非晶质碳类覆膜的而形成的包覆超硬工具。
进而，还已知有如下的制造上述以往的包覆超硬工具的技术在例如图5A中由概略俯视图、图5B中由概略正视图所示，将上述超硬基体装入到具备阴极(蒸发源)为Ti中间电极的溅射装置、和阴极(蒸发源)为WC中间电极的溅射装置的蒸镀装置中，在由加热器将装置内加热到例如300℃的温度的状态下，作为反应气体将氮气和Ar以例如氮气流量200sccm、Ar流量300sccm的比例导入装置内，将例如1Pa的氮气与Ar的混合气体、或例如C2H2(碳氢化合物)、氮气与Ar以例如C2H2流量40sccm、氮气流量200sccm、Ar流量300sccm的比例导入装置内，同样形成1Pa的由C2H2的分解气体、氮气与Ar的混合气体构成的反应气体环境，对Ti中间电极的阴极(蒸发源)施加功率12kW(频率40kHz)的溅射电力，另一方面，在上述超硬基体上在施加了例如-100V的旁路电压的条件下产生辉光放电，在上述超硬基体的表面上形成由规定层厚的TiN层及TiCN层的任一种或两者构成的密接接合层，接着在例如将装置内的加热温度设为200℃的状态下，将C2H2等碳氢化合物和Ar以C2H2流量40～80sccm、Ar流量250sccm的比例导入，将由上述氮气与Ar的混合气体、或上述甲烷的分解气体、氮气与Ar的混合气体构成的反应气体环境改变为例如1Pa的由碳氢化合物的分解气体与Ar的混合气体构成的反应气体环境，在例如设施加给上述超硬基体的旁路电压为-20V、对WC中间电极的阴极(蒸发源)施加了功率4～6kW(频率40kHz)的溅射电力的条件下，通过在上述密接接合层上蒸镀形成规定层厚的润滑性非晶质碳类覆膜来制造(参照特开平07-164211号公报及特表2002-513087号公报)。
此外，还已知有，作为特别在由上述的非铁材料构成的被切削材料的切削加工中使用的包覆超硬工具，在由碳化钨(以下用WC表示)基超硬合金或碳氮化钛(以下用TiCN表示)基金属陶瓷构成的超硬基体的表面上，(a)作为下部层而蒸镀有由具有1.5～10μm的平均层厚、且满足组成式(Ti1-ZAlZ)N(其中，在原子比中，Z表示0.40～0.60)的Ti与Al的复合氮化物(以下用(Ti，Al)N表示)层构成的硬质层；(b)作为上部层而蒸镀有具有1～10μm的平均层厚、且在溅射装置中使用WC中间电极作为阴极(蒸发源)、在由碳氢化合物的分解气体与Ar的混合气体构成的反应气体环境中形成、通过俄歇分光分析装置测量时含有W5～20原子％、其余由碳和不可避免的杂质构成的组成的非晶质碳类润滑层而形成的包覆超硬工具；并且已知作为上述包覆超硬工具的表面包覆层的硬质层的(Ti，Al)N层通过作为构成成分的Al而具有高温硬度和耐热性，通过作为构成成分的Ti而具有高温强度，并且通过与作为其上部层的非晶质碳类润滑层的共同结合，在用于上述非铁材料等被切削材料的连续切削或断续切削加工时可发挥良好的切削性能。
进而，还已知有如下的制造上述包覆超硬工具的技术利用例如图6中由概略说明图所示的蒸镀装置、即具备作为阴极(蒸发源)而设置了具有规定组成的Ti-Al合金的辉光放电装置、和作为阴极(蒸发源)而设置了WC中间电极的溅射装置的蒸镀装置，将上述超硬基体装入到其中，(a)首先，作为上述下部层，在由加热器将装置内加热到例如500℃的温度的状态下，在阳极和上述Ti-Al合金的阴极(蒸发源)之间以例如电流90A的条件发生电弧放电，同时将氮气作为反应气体导入到装置内，形成例如2Pa的反应气体环境，另一方面，在上述超硬基体上以施加了例如-100V的旁路电压的条件下，在上述超硬基体的表面上蒸镀形成由上述(Ti，Al)N层构成的硬质层；(b)接着，作为上部层，在将装置内加热到例如200℃的温度的状态下，将C2H2等碳氢化合物和Ar以C2H2流量40～80sccm、Ar流量250sccm的比例导入，形成例如1Pa的由碳氢化合物和Al的混合气体构成的反应气体环境，在例如设施加给上述超硬基体的旁路电压为-20V、对WC中间电极的阴极(蒸发源)施加了功率4～6kW(频率40kHz)的溅射电力的条件下，通过在上述(Ti，Al)N层构成的硬质层之上蒸镀形成非晶质碳类润滑层来制造(参照特表2002-513087号公报)。
近年来的切削加工装置的高性能化很显著，另一方面，对切削加工的省力化及节能化、进一步低成本化的要求也较强，与此相伴，切削加工有高速化的趋势，但在上述以往的包覆超硬工具中，在通常的切削加工条件下使用它时没有问题，但特别在以高速进行切削加工的情况下，润滑性非晶质碳类覆膜的磨损发展非常迅速、在较短时间内就达到使用寿命是现实的状况。此外，特别在以高速、且在伴随着高机械性冲击的高切深及高进给等重切削条件下进行上述非铁材料等被切削材料的切削加工的情况下，由于在作为表面包覆层的下部层的硬质层中高温硬度及耐热性、还有高温强度不充分、此外在其非晶质碳类润滑层中高温强度不充分，所以容易产生碎屑、并且也进一步促进了磨损发展，因此在较短时间内就达到使用寿命是现实状况。
发明内容
鉴于此，本发明者等根据上述那样的观点，进行了想要开发特别在高速切削加工中润滑性非晶质碳类覆膜可发挥良好的耐磨损性的包覆超硬工具的研究，结果得到了以下(a)及(b)所示的研究结果。
(a)在由图2A、图2B中分别由概略俯视图及概略正视图所示的蒸镀装置、即上述图5A、图5B所示的以往的润滑性非晶质碳类覆膜形成用蒸镀装置中的各个溅射装置中，如果利用设有电磁线圈作为磁控溅射装置的蒸镀装置，通过上述电磁线圈形成磁场，在将超硬基体的安装部的磁束密度设为100～300(高斯)、将上述装置内的加热温度设为300～500℃的状态下，并且将例如C2H2等碳氢化合物、氮气与Ar作为反应气体优选地以C2H2流量25～100sccm、氮气流量200～300sccm、Ar流量150～250sccm的比例导入到装置内，使反应气体环境成为例如1Pa的C2H2的分解气体、氮气与Ar的混合气体，并且在对上述两磁控溅射装置的WC中间电极的阴极(蒸发源)施加例如功率1～3kW(频率40kHz)的溅射电力、同时对其Ti中间电极施加例如3～8kW(频率40kHz)的溅射电力的条件下进行润滑性非晶质碳类覆膜的形成，结果，形成的润滑性非晶质碳类覆膜为，其透过型电子显微镜的组织观察结果如图1A中由示意图所示，具有在碳类非晶质体的基底上分散分布有结晶质碳氮类化合物的微粒(以下用“结晶质Ti(C，N)类化合物微粒”表示)的组织。
(b)在形成上述(a)的润滑性非晶质碳类覆膜时，调整作为导入到蒸镀装置内的反应气体的碳氢化合物、氮气与Ar各自的流量、和施加在磁控溅射装置的WC中间电极和Ti中间电极上的溅射电力，上述润滑性非晶质碳类覆膜利用俄歇分光分析装置测量而含有W5～40原子％、Ti0.5～30原子％、氮0.5～20原子％、其余具有由碳和不可避免的杂质构成的组成，结果，形成的润滑性非晶质碳类覆膜在结晶质Ti(C，N)类微粒的分散分布效果、以及在上述电磁线圈的磁场成膜时的微粒化效果下硬度显著提高，因而，形成有该润滑性非晶质碳类覆膜的包覆超硬工具与W成分的强度提高效果配合，在高速切削加工中也不会在切刃部上产生碎屑(微小缺陷)，而长期地发挥更良好的耐磨损性。
本发明是根据上述研究的结果而做出的，提供一种包覆超硬工具，具有如下的特征(a)在由WC基超硬合金或TiCN类金属陶瓷构成的超硬基体的表面上，(b)经由通过磁控溅射装置、利用Ti中间电极作为阴极(蒸发源)、在由氮气和Ar的混合气体、或碳氢化合物的分解气体、氮气与Ar的混合气体构成的反应气体环境中且在磁场中成膜的TiN层及TiCN层的任一种或两者所构成、且具有0.1～3μm的平均层厚的密接接合层，蒸镀形成(c)同样通过磁控溅射装置，利用WC中间电极和Ti中间电极作为阴极(蒸发源)，在由碳氢化合物的分解气体、氮气与Ar的混合气体构成的反应气体环境中且在磁场中成膜、用俄歇分光分析装置测量而含有W5～40原子％、Ti0.5～30原子％、氮0.5～30原子％、其余具有由碳和不可避免的杂质构成的组成、并且在通过透过型电子显微镜的观察中显示出在碳类非晶质体的基底中分散分布有结晶质Ti(C，N)类化合物微粒的组织、且具有1～13μm的平均层厚的润滑性非晶质碳类覆膜而形成，特别在高速切削加工中润滑性非晶质碳类覆膜可发挥良好的耐磨损性。
接着，在本发明的包覆超硬工具中，对于如上述那样限定构成它的密接接合层及润滑性非晶质碳类覆膜的理由进行说明。
(a)密接接合层的平均层厚由TiN层及TiCN层的任一种或两者构成的密接接合层位于超硬基体与润滑性非晶质碳类覆膜之间，与这两者牢固地密接接合，对上述超硬基体的密接接合性通过磁场中成膜而进一步提高了，但在其平均层厚不到0.1μm的情况下，不能确保想要的良好的密接接合性，另一方面，如果其平均层厚超过了3μm，则特别在高速切削中容易引起热塑性变形，这成为润滑性非晶质碳类覆膜的碎屑产生的原因，所以其平均层厚设定为0.1～3μm。
(b)润滑性非晶质碳类覆膜的W含有量W成分形成上述润滑性非晶质碳类覆膜的基底，具有提高覆膜的强度的作用，但在其含有量不到5原子％的情况下不能确保想要的高强度，另一方面，如果含有量超过了40原子％，则润滑性急剧降低，所以将其含有量设定为5～40原子％。
(c)润滑性非晶质碳类覆膜的Ti及N含有量Ti成分与N成分还有C(碳)成分在磁场成膜下结合，在覆膜中作为结晶质的Ti(C，N)类化合物微粒而存在，具有显著提高覆膜的硬度的作用，但如果其含有量为Ti成分不到0.5原子％、以及N成分不到0.5原子％，则在覆膜中作为Ti(C，N)类微粒而存在的比例变得过少，不能确保想要的高硬度，另一方面，如果其含有量为Ti成分超过30原子％、以及N成分超过了30原子％，则强度及润滑性急剧地降低，所以将其含有量分别设定为Ti0.5～30原子％、N0.5～30原子％。
(d)润滑性非晶质碳类覆膜的平均层厚在其平均层厚不到1μm的情况下，不能确保想要的润滑性及耐磨损性效果，另一方面，如果其平均层厚超过了13μm，则在切刃部中容易产生碎屑，所以将其平均层厚设定为1～13μm。
此外，本发明者等还进行了想要开发特别在高速切削加工中润滑性非晶质碳类覆膜可发挥良好的耐磨损性的包覆超硬工具的研究，结果得到以下所示的研究结果(a)在图3A、图3B中分别由概略俯视图及概略正视图所示的蒸镀装置、即上述图5A、图5B所示的以往的润滑性非晶质碳类覆膜形成用蒸镀装置中的各个溅射装置中，设置电磁线圈而成为磁控溅射装置，并且，利用将作为一个阴极(蒸发源)的Ti中间电极做成具有规定的组成的Ti-Al合金中间电极的蒸镀装置，通过上述电磁线圈形成磁场，在将超硬基体的安装部的磁束密度设为100～300G(高斯)、将上述装置内的加热温度设为300～500℃的状态下，将氮气与Ar作为反应气体以例如氮气流量200sccm、Ar流量300sccm的比例导入到装置内，而形成例如1Pa的由氮气与Ar的混合气体构成的反应气体环境，对上述Ti-Al合金中间电极的阴极(蒸发源)施加例如功率12kW(频率40kHz)的溅射电力，另一方面，在上述超硬基体上，例如在施加了-100V的旁路电压的条件下产生辉光放电，由此，在上述超硬基体的表面上形成满足组成式(Ti1-XAlX)N(其中X为原子比，表示0.40～0.60)的Ti与Al的复合氮化物(以下用(Ti，Al)N表示)层，于是，其结果的(Ti，Al)N层不仅相对于超硬基体表面牢固地密接接合、并且对上述超硬基体的密接接合性通过磁场中成膜而进一步提高，而且通过含有Al而提高了高温硬度及耐热性，与Ti的高温强度提高效果配合，即使在伴随高发热的高速切削加工中，也不会产生碎屑而能够发挥良好的耐磨损性。
(b)接着，将例如C2H2等碳氢化合物、氮气与Ar作为反应气体优选为以C2H2流量25～100sccm、氮气流量200～300sccm、Ar流量200sccm的比例导入到装置内，使反应气体环境成为例如1Pa的C2H2的分解气体、氮气与Ar的混合气体，并且在同时对上述两磁控溅射装置中的WC中间电极的阴极(蒸发源)施加例如功率1～3kW(频率40kHz)的溅射电力、对上述Ti-Al合金中间电极施加例如功率3～8kW(频率40kHz)的溅射电力的条件下进行润滑性非晶质碳类覆膜的形成，于是，结果形成的润滑性非晶质碳类覆膜相对于上述(Ti，Al)N层牢固地密接接合，并且其用透过型电子显微镜的组织观察结果如图1B中用示意图所示，具有在碳类非晶质体的基底中分散分布有高温硬度及耐热性良好的结晶质Ti-Al类复合碳氮化物微粒(以下用“结晶质Ti-Al类(C，N)微粒”表示)的组织。
(c)在形成上述(b)的润滑性非晶质碳类覆膜时，调节导入到蒸镀装置内的作为反应气体的碳氢化合物、氮气和Ar的各自的流量、施加给磁控溅射装置的WC中间电极和Ti-Al合金中间电极的溅射电力、还有上述Ti-Al合金中间电极的组成，上述润滑性非晶质碳类覆膜如果通过俄歇分光分析装置测量而含有W5～20原子％、Ti2.5～10原子％、Al1.6～15原子％、氮0.4～22.5原子％、其余具有由碳和不可避免的杂质构成的组成，则结果形成的润滑性非晶质碳类覆膜通过结晶质Ti-Al类(C，N)微粒的分散分布效果、以及上述电磁线圈的磁场成膜时的细粒化效果，显著地提高了硬度，因而，形成该润滑性非晶质碳类覆膜而成的包覆超硬工具与W成分的强度提高效果配合，即使在高速切削加工中也不会在切刃部中产生碎屑(微小缺陷)、能够长期地发挥更良好的耐磨损性。
本发明是基于上述研究结果而做出的，提供一种表面包覆超硬工具，具有如下的特征(a)在由WC基超硬合金或TiCN类金属陶瓷构成的超硬基体的表面上，(b)经由通过磁控溅射装置、利用Ti中间电极作为阴极(蒸发源)、在由氮气和Ar的混合气体构成的反应气体环境中且在磁场中成膜、且具有0.1～3μm的平均层厚、且由满足组成式(Ti1-XAlX)N(其中X为原子比，表示0.40～0.60)的(Ti，Al)N层构成的密接接合层，蒸镀形成(c)同样通过磁控溅射装置，利用WC中间电极和Ti-Al中间电极作为阴极(蒸发源)，在由碳氢化合物的分解气体、氮气与Ar的混合气体构成的反应气体环境中且在磁场中成膜、用俄歇分光分析装置测量而含有W5～20原子％、Ti2.5～10原子％、
Al1.6～15原子％、氮0.4～22.5原子％、其余具有由碳和不可避免的杂质构成的组成、并且在通过透过型电子显微镜的观察中显示出在碳类非晶质体的基底中分散分布有结晶质Ti-Al类(C，N)微粒的组织、且具有1～13μm的平均层厚的润滑性非晶质碳类覆膜而形成，特别在高速切削加工中润滑性非晶质碳类覆膜可发挥良好的耐磨损性。
接着，在本发明的包覆超硬工具中，对于如上述那样限定构成它的密接接合层及润滑性非晶质碳类覆膜的理由进行说明。
(a)密接接合层的组成及平均层厚由(Ti，Al)N层构成的密接接合层，通过作为上述那样构成成分的Ti而具备良好的高温强度、通过其Al成分而具备良好的高温硬度及耐热性，但表示Al的含有比例的X值在与Ti的合量中所占的比例(原子比)不到0.40的情况下，不能得到伴随着高发热的高速切削中的耐磨损性提高的效果，另一方面，如果上述X值超过0.60，则高温强度急剧地降低，成为碎屑产生的原因，所以将X值设定为0.40～0.60。
此外，上述(Ti，Al)N层与超硬基体及润滑性非晶质碳类覆膜两者牢固地密接接合，对上述超硬基体的密接接合性通过磁场中成膜而进一步提高了，但在其平均层厚不到0.1μm的情况下，不能确保想要的良好的密接接合性，另一方面，如果其平均层厚超过了3μm，则特别在高速切削中成为碎屑产生的原因，所以其平均层厚设定为0.1～3μm。
(b)润滑性非晶质碳类覆膜的W含有量W成分形成上述润滑性非晶质碳类覆膜的基底，具有提高覆膜的强度的作用，但在其含有量不到5原子％的情况下不能确保想要的高强度，另一方面，如果含有量超过了20原子％，则润滑性急剧降低，所以将其含有量设定为5～20原子％。
(c)润滑性非晶质碳类覆膜的Ti、Al及氮含有量Ti及Al成分与氮(N)成分还有C(碳)成分在磁场成膜下结合，在覆膜中作为结晶质Ti-Al类(C，N)微粒而存在，上述结晶质Ti-Al类(C，N)微粒通过作为构成成分的Ti及N成分而具备良好的高温强度、还通过Al及C成分而具备良好的高温硬度和耐热性，所以其分散分布在基底上而成的覆膜显著地提高了耐磨损性，但如果其含有量如果为对于Ti成分不到2.5原子％、对于Al成分不到1.6原子％、对于N成分不到0.4原子％，则在覆膜中作为Ti-Al类(C，N)微粒而存在的比例变得过少，不能确保想要的耐磨损性，另一方面，如果其含有量为对于Ti成分超过10原子％、对于Al成分超过15原子％、对于N成分超过22.5原子％，则高温强度降低，或高温硬度及耐热性急剧地降低，所以将其含有量分别设定为Ti2.5～10原子％、Al1.6～15原子％、N0.4～22.5原子％。
(d)润滑性非晶质碳类覆膜的平均层厚在其平均层厚不到1μm的情况下，不能确保想要的润滑性及耐磨损性效果，另一方面，如果其平均层厚超过了13μm，则在切刃部中容易产生碎屑，所以将其平均层厚设定为1～13μm。
进而，本发明者等着眼于上述以往的包覆超硬工具，进行了想要开发特别在上述非铁材料等的被切削材料的高速重切削加工中表面包覆层不产生碎屑、而可长期发挥良好的耐磨损性的包覆超硬工具的研究，得到以下(a)～(e)所示的研究结果(a)利用上述图6的蒸镀装置的电弧放电装置形成的构成以往的包覆超硬工具的表面硬质层的(Ti，Al)N层的下部层(硬质层)遍及整个层厚而基本上具有均匀的组成，因而具有均质的高温硬度和耐热性、还有高温强度，而使用例如图3A中由概略俯视图、图3B中由概略正视图表示的构造的电弧离子电镀装置、即在装置中央部设置有超硬基体安装用旋转工作台、隔着上述旋转工作台而分别作为阴极(蒸发源)而对置地在一侧配置Al含有量相对较高的(Ti含有量较低的)Al-Ti合金、在另一侧配置Ti含有量相对较高的(Al含有量较低的)Ti-Al合金、而且在相对于上述两阴极旋转了90度的位置上也安装有金属Cr作为阴极(蒸发源)的电弧离子电镀装置，在该蒸镀装置的上述旋转工作台上，在从其中心轴向半径方向离开规定距离的位置上以环状安装多个超硬基体，在该状态下使装置内气体环境成为氮气气体环境而使上述旋转工作台旋转，并且在谋求蒸镀形成的下部层(硬质层)的层厚均匀化的目的下也使超硬基体自身自转，同时使上述附图左右两侧的各个阴极(蒸发源)和阳极之间发生电弧放电，在上述超硬基体的表面上形成Al与Ti的复合氮化物(以下用(Al/Ti)N表示)层，于是，在其结果的(Al/Ti)N层中，以环状配置在旋转工作台上的上述超硬基体在与上述一侧的相对地Al含有量较高的(Ti含有量较低的)Al-Ti合金的阴极(蒸发源)最接近的时刻在层中形成Al最高含有点，而且上述超硬基体在与上述另一侧的相对地Ti含有量较高的(Al含有量较低的)Ti-Al合金的阴极最接近的时刻在层中形成Ti最高含有点，通过上述旋转工作台的旋转而在层中沿着层厚方向以规定间隔交替地反复出现上述Al最高含有点和Ti最高含有点，并且具有从上述Al最高含有点向上述Ti最高含有点、从上述Ti最高含有点向上述Al最高含有点、Al及Ti含有量分别连续地变化的组成变化构造。
(b)在具有上述(a)的组成变化构造的(Al/Ti)N层的形成中，使作为对置配置的一侧的阴极(蒸发源)的Al-Ti合金的Al含有量与上述以往的Ti-Al合金的Al含有量相比相对地较高、并使作为其另一侧的阴极(蒸发源)的Ti-Al合金的Ti含有量与上述以往的Ti-Al合金的Ti含有量相比相对地较高，并且控制安装有超硬基体的旋转工作台的旋转速度，分别使上述Al最高含有点满足组成式(Al1-XTiX)N(其中，X为原子比，表示0.05～0.35)、上述Ti最高含有点满足组成式(Ti1-YAlY)N(其中，Y为原子比，表示0.05～0.35)，且设相邻的上述Al最高含有点与Ti最高含有点的厚度方向的间隔为0.01～0.1μm，于是，在上述Al最高含有点部分中，因Al含有量与上述以往的(Ti，Al)N层相比相对地较高，所以显示出更加良好的高温硬度与耐热性(高温特性)，另一方面，在上述Ti最高含有点部分中，因Ti含有量与上述以往的(Ti，Al)N层相比相对地较高，所以具备更高的高温强度，并且因为将这些Al最高含有点与Ti最高含有点的间隔设定为很小，所以在作为层整体的特性而保持良好的高温强度的状态下具备良好的高温硬度与耐热性。
(c)接着，例如在图2A中用概略俯视图、在图2B中用概略正视图表示那样，在对置配置有阴极(蒸发源)为Ti中间电极的磁控溅射装置、和阴极(蒸发源)为WC中间电极的磁控溅射装置的蒸镀装置的旋转工作台上，安装形成有上述下部层的超硬基体，使旋转工作台旋转，并且以谋求蒸镀形成的上部层(非晶质碳类润滑层)的层厚均匀化为目的也使上述超硬基体自身自转，通过电磁线圈形成磁场，在将上述超硬基体的安装部的磁束密度为100～300G(高斯)、将上述装置内的加热温度设为300～500℃的状态下，并且将例如C2H2等碳氢化合物、氮气和Ar作为反应气体优选为以C2H2流量25～100sccm、氮气流量200～300sccm、Ar流量150～250sccm的比例导入到装置内，使反应气体环境成为例如1Pa的C2H2的分解气体、氮气与Ar的混合气体，并且在同时对上述两磁控溅射装置的WC中间电极的阴极(蒸发源)施加例如功率1～3kW(频率40kHz)的溅射电力、对其Ti中间电极施加例如功率3～8kW(频率40kHz)的溅射电力的条件下进行非晶质碳类润滑层(上部层)的形成，于是，结果形成的非晶质碳类润滑层的通过透过型电子显微镜的组织观察结果如图1A中由示意图表示那样，具有在含有W成分的碳类非晶质体的基底上分散分布有结晶质碳氮化钛类化合物的微粒(以下称作“结晶质Ti(C，N)类化合物微粒”)的组织。
(d)在形成上述(c)的非晶质碳类润滑层时，调节作为导入到蒸镀装置内的反应气体的碳氢化合物、氮气与Ar各自的流量、和施加给磁控溅射装置的WC中间电极和Ti中间电极的溅射电力，使上述非晶质碳类润滑层通过俄歇分光分析装置测量而含有W5～40原子％、Ti0.5～30原子％、氮0.5～30原子％、其余具有由碳和不可避免的杂质构成的组成，则结果形成的非晶质碳类润滑层通过其基底所含有的W成分的作用、结晶质Ti(C，N)类微粒的分散分布效果、以及在上述电磁线圈的磁场成膜时的细粒化效果，高温强度显著提高。
(e)上述的下部层为具有组成变化构造的(Al/Ti)N层、上部层蒸镀形成有由非晶质碳类润滑层构成的表面包覆层而形成的包覆超硬工具即使在伴随着特别显著的高温发生与高机械冲击的上述非铁材料等被切削材料的高速重切削中由于作为下部层的(Al/Ti)N层具有良好的高温硬度和耐热性、还有良好的高温强度、并且作为上部层的非晶质碳类润滑层也具备良好的高温强度，所以不会在表面包覆层中产生碎屑，能够长期地发挥良好的耐磨损性。
本发明是基于上述的研究结果而做出的，提供一种包覆超硬工具，其特征在于，在超硬基体的表面上，蒸镀形成有由以下的(a)及(b)构成的表面包覆层，(a)作为下部层，是具有1.5～10μm的平均层厚，并且沿着层厚方向而隔开规定间隔交替地反复存在Al最高含有点和Ti最高含有点，并且具有从上述Al最高含有点向上述Ti最高含有点、从上述Ti最高含有点向上述Al最高含有点、Al及Ti含有量分别连续地变化的成分浓度分布构造，而且具有上述Al最高含有点满足组成式(Al1-XTiX)N(其中X为原子比，表示0.05～0.35)、上述Ti最高含有点满足组成式(Ti1-YAlY)N(其中Y为原子比，表示0.05～0.35)、并且相邻的上述Al最高含有点与Ti最高含有点的间隔由0.01～0.1μm构成的组成变化构造的(Al/Ti)N层构成的硬质层；(b)作为上部层，是具有1～10μm的平均层厚，并且通过磁控溅射装置，利用WC中间电极和Ti中间电极作为阴极(蒸发源)，在由碳氢化合物的分解气体、氮气与Ar的混合气体构成的反应气体环境中成膜，由俄歇分光分析装置测量而含有W5～40原子％、Ti0.5～30原子％、氮0.5～30原子％，其余具有由碳和不可避免的杂质构成的组成，并且通过透过型电子显微镜观察，具有在含有W成分的碳类非晶质体的基底上分散分布有结晶质Ti(C，N)类化合物微粒的组织的非晶质碳类润滑层；特别在高速重切削加工中表面包覆层可发挥良好的耐碎屑性。
接着，在本发明的包覆超硬工具的表面包覆层的构成层中，对于如上述那样限定数值的理由进行说明。
(A)下部层(Al/Ti)N层(a)Al最高含有点的组成作为下部层的(Al/Ti)N层中的Al成分有提高高温硬度及耐热性的作用，其Ti成分有提高高温强度的作用，因而，在相对地Al成分的含有比例较高的Al最高含有点具备更加良好的高温硬度和耐热性，在伴随着高发热的高速切削条件下，可发挥良好的耐磨损性，但如果表示Ti的比例的X值在占与Al的合量的比例(原子比)不到0.05，则Al的比例相对地变得过多，即使相邻地存在具有良好的高温强度的Ti最高含有点也不能避免层自身的强度降低，结果，在高速重切削条件下容易产生碎屑等，另一方面，如果表示Ti成分的比例的X值超过了0.35，则Al的比例相对地变得过少，不能确保想要的良好的高温硬度及耐热性，所以将X值设定为0.05～0.35。
(b)Ti最高含有点的组成如上所述，Al最高含有点的高温硬度及耐热性良好，而相反高温强度较差，所以在补充该Al最高含有点的高温强度不足的目的下，相对地Ti含有比例较高，由此将具有良好的高温强度的Ti最高含有点在厚度方向上交替地夹在中间，因而，如果表示Al的比例的Y值即占与Ti的合量的比例(原子比)超过了0.35，则相对地Al的比例变得过多，不能确保想要的良好的高温强度，另一方面，如果Y值同样不到0.05，则相对地Ti的比例变得过多，不能使Ti最高含有点中具备想要的高温硬度及耐热性，成为促进磨损发展的原因，所以将Y值设定为0.05～0.35。
(c)Al最高含有点与Ti最高含有点间的间隔在其间隔不到0.01μm的情况下，难以通过上述的组成明确地形成各个点，结果在层中不能确保想要的良好的高温强度、良好的高温硬度及耐热性，并且，如果其间隔超过了0.1μm，则在层内局部地出现各个点所具有的缺点，即如果是Al最高含有点则出现高温强度不足，如果是Ti最高含有点则出现高温硬度及耐热性不足，以此为原因而容易在切刃中产生碎屑，促进了磨损发展，所以将其间隔设定为0.01～0.1μm。
(d)平均层厚在其层厚不到1.5μm的情况，不能长期地确保想要的耐磨损性，而如果其平均层厚超过了10μm，则容易产生碎屑，所以将其平均层厚设定为1.5～10μm。
(B)上部层(非晶质碳类润滑层)(a)W含有量W成分含有在上述非晶质碳类润滑层的基底中，具有提高层的高温强度的作用，但在其含有量不到5原子％的情况下不能确保想要的良好的高温强度，另一方面，如果含有量超过了40原子％，则润滑性急剧降低，所以将其含有量设定为5～40原子％。
(b)Ti及N含有量Ti成分与N成分还有C(碳)成分在磁场成膜下结合，在覆膜中作为结晶质Ti(C，N)类化合物微粒而存在，具有不损害层所具备的良好的润滑性而显著提高高温强度的作用，但在其含有量为Ti成分不到0.5原子％、以及N成分不到0.5原子％的情况下，在层中作为Ti(C，N)类微粒而存在的比例较少，不能确保想要的良好的高温强度，另一方面，如果其含有量为Ti成分超过了30原子％以及N成分超过了30％原子，则高温硬度及润滑性急剧地降低，所以将其含有量分别设为Ti0.5～30原子％、N0.5～30原子％。
(c)平均层厚在其平均层厚不到1μm的情况下，不能长期地确保想要的润滑效果，另一方面，如果其平均层厚超过了10μm，则在切刃部中容易产生碎屑，所以将其平均层厚设定为1～10μm。
如以上所述，本发明的包覆超硬工具是在WC基超硬基体或碳氮化钛类金属陶瓷基体表面上形成了下部层(硬质层)及上部层(非晶质碳类润滑层)。
1、下部层中的TiN、TiCN及TiAlN赋予了与基材的良好的密接性及高温硬度和耐热性、高温强度。
2、在作为上部层的非晶质碳类润滑层中，2-1作为碳类非晶质相成分的W是以提高覆膜强度为目的而含有的，C是以提高润滑性效果为目的而含有的。
2-2通过使结晶质Ti(C，N)类化合物(TiN，TiCN等)以及结晶质(Ti，Al)(C，N)类化合物(TiAlN，TiAlCN等)微粒分散分布在上述2-1所述的碳类非晶质相中，能够提高上部润滑层整体的耐磨损性、耐热性、高温硬度、高温强度。
3、分散分布在上部层中的结晶质Ti(C，N)类化合物及结晶质(Ti，Al)(C，N)类化合物的微粒径优选为40nm以下。在粒径为40nm以上的情况下，上部层整体的耐磨损性变差。
4、通过复合上述1～3，在伴随着高发热与机械冲击的高速切削及高速重切削中，下部层可发挥良好的高温硬度与耐热性、还有高温强度，上部层(非晶质碳类润滑层)也通过含有下部层成分的微粒结晶而可发挥良好的润滑性、耐磨损性和高温稳定性。
本发明的包覆超硬工具是使构成它的润滑性非晶质碳类覆膜的硬度通过在其碳类非晶质体的基底上在由磁场成膜而成为超精细的状态下分散分布的结晶质Ti(C，N)类化合物微粒而显著地提高，与上述碳类非晶质体的基底在W成分的作用下而具备高强度相配合，在各种钢及铸铁等钢铁材料、还有Al合金或Cu合金等的高速切削中不会产生碎屑而长期地发挥良好的耐磨损性。
此外，本发明的包覆超硬工具是使构成它的润滑性非晶质碳类覆膜的耐磨损性通过在其碳类非晶质体的基底上在由磁场成膜而成为超精细的状态下分散分布的结晶质(Ti，Al)(C，N)类化合物微粒而显著地提高，与上述碳类非晶质体的基底在W成分的作用下而具备高强度相配合，在各种钢及铸铁等钢铁材料、还有Al合金或Cu合金等的高速切削中不会产生碎屑而长期地发挥良好的耐磨损性。
进而，在本发明的包覆超硬工具中，构成表面包覆层的下部层即(Al/Ti)N层具有良好的高温硬度和耐热性、还有良好的高温强度，并且作为其上部层的非晶质碳类润滑层通过其碳类非晶质体的基底所含有的W成分的作用、以及在上述基底上在由磁场成膜成为超精细的状态下分散分布的结晶质Ti(C，N)类化合物微粒、以及结晶质(Ti，Al)(C，N)类化合物微粒的作用，具备更加良好的高温强度，所以特别在伴随着显著的高发热和高机械冲击的上述非铁材料等被切削材料的高速重切削中，也不会在表面包覆层中产生碎屑，长期地发挥良好的耐磨性。
图1A是利用透过型电子显微镜对构成本发明的包覆超硬工具的润滑性非晶质碳类覆膜(含有结晶质Ti(C，N)类化合物微粒)进行组织观察的结果的示意图。
图1B是利用透过型电子显微镜对构成本发明的包覆超硬工具的润滑性非晶质碳类覆膜(含有结晶质(Ti，Al)(C，N)类化合物微粒)进行组织观察的结果的示意图。
图2A是表示在形成构成本发明的包覆超硬工具的密接接合层及润滑性非晶质碳类覆膜中使用的蒸镀装置的概略俯视图。
图2B是图2A所示的蒸镀装置的概略正视图。
图3A是表示在形成构成本发明的包覆超硬工具的密接接合层及润滑性非晶质碳类覆膜中使用的蒸镀装置的概略俯视图。
图3B是图2A所示的蒸镀装置的概略正视图。
图4A是在形成作为本发明包覆超硬工具的表面包覆层的下部侧的(Al/Ti)N层中使用的电弧离子电镀装置的概略俯视图。
图4B是图4A所示的电弧离子电镀装置的概略正视图。
图5A是在形成构成以往的包覆超硬工具(比较包覆超硬工具)的密接接合层及润滑性非晶质碳类覆膜中使用的蒸镀装置的概略俯视图。
图5B是图5A所示的蒸镀装置的概略正视图。
图6是在形成以往的包覆超硬工具的作为表面包覆层的下部侧的(Ti，Al)N层及作为上部层的非晶质碳类覆膜中使用的蒸镀装置的概略说明图。
具体实施例方式
接着，通过实施例具体地说明本发明的包覆超硬工具。
实施例1作为原料粉末，准备都具有0.8～3μm的平均粒径的WC粉末、TiC粉末、VC粉末、TaC粉末、NbC粉末、Cr3C2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，通过球磨机进行84小时湿式混合、干燥后，通过100MPa的压力压制成形为压粉体，将该压粉体在6Pa的真空中、温度1400℃中保持1小时的条件下烧结，制造都由WC基超硬合金构成的碳素钢切削用超硬基体坯材和Al合金及Cu合金切削用超硬基体坯材，在上述碳素钢切削用超硬基体坯材上，对切刃部分实施R0.03的珩磨加工而做成具有ISO规格·TNMG160408的片形状的超硬基体A-1～A-10，此外，对上述Al合金及Cu合金切削用超硬基体坯材实施研磨加工而做成具有ISO规格·TEGX 160304R的片形状的超硬基体A-1’～A-10’。
此外，作为原料粉末，准备都具有0.5～2μm的平均粒径的TiCN(质量比为TiC/TiN＝50/50)粉末、Mo2C粉末、ZrC粉末、NbC粉末、TaC粉末、WC粉末、Co粉末、及Ni粉末，将这些原料粉末配合成表2所示的配合组成，通过球磨机进行84小时湿式混合、干燥后，通过100MPa的压力压制成形为压粉体，将该压粉体在2kPa的氮气气体环境中、在温度1500℃中保持1小时的条件下烧结，制造都由TiCN类金属陶瓷构成的碳素钢切削用超硬基体坯材和Al合金及Cu合金切削用超硬基体坯材，在上述碳素钢切削用超硬基体坯材上，对切刃部分实施R0.03的珩磨加工而做成具有ISO规格·TNMG160408的片形状的超硬基体B-1～B-6，此外，对上述Al合金及Cu合金切削用超硬基体坯材实施研磨加工而做成具有ISO规格·TEGX160304R的片形状的超硬基体B-1’～B-6’。
接着，在将上述超硬基体A-1、1’～A-10、10’及B-1、1’～B-6、6’分别在丙酮中进行超声波清洗、干燥后的状态下，在图2A、图2B所示的蒸镀装置内的旋转工作台上，将多个超硬基体以环状安装在从其中心轴向半径方向离开规定距离的位置上，作为一侧的磁控溅射装置的阴极(蒸发源)而配置纯度99.9质量％的Ti中间电极，在对置侧配置纯度99.6质量％的WC中间电极作为磁控溅射装置的阴极(蒸发源)。此外，在与上述2个阴极正交侧，作为由(Ti，Al)N层构成的密接接合层形成用的磁控溅射装置的阴极(蒸发源)而配置具有规定的组成的Ti-Al合金中间电极；(a)首先，一边将装置内真空排气而保持为0.01Pa的真空，一边用加热器将装置内加热到200℃以后，将Ar气体导入到装置内而成为0.5Pa压力的Ar气体环境，在此状态下对在上述旋转工作台上一边自转一边旋转的上述超硬基体施加-800V的旁路电压，对上述超硬基体表面进行20分钟Ar气体冲击清洗；(b)接着，在上述蒸镀装置的对置配置的两磁控溅射装置的电磁线圈上，都施加电压50V、电流10A的条件，形成上述超硬基体的安装部的磁束密度为140G(高斯)的磁场，并且在使上述蒸镀装置内的加热温度为400℃的状态下，作为反应气体而将氮气与Ar以氮气流量300sccm、Ar流量200sccm的比例导入，形成1Pa的由氮气与Ar的混合气体构成的反应气体环境，或者作为反应气体而将C2H2、氮气和Ar以C2H2流量50sccm、氮气流量300sccm、Ar流量230sccm的比例导入，形成1Pa的由C2H2的分解气体、氮气与Ar的混合气体构成的反应气体环境，对于Ti中间电极的阴极(蒸发源)施加功率12kW(频率40kHz)的溅射电力，另一方面，在上述超硬基体上，通过在施加了-100V的旁路电压的条件下发生辉光放电，在上述超硬基体的表面上形成由表3所示的目标层厚的TiN层及TiCN层的任一种或两者构成的密接接合层；(c)进而，将对上述电磁线圈施加的条件设为电压50～100V、电流10～20A的范围内的规定值，将上述超硬基体的安装部的磁束密度设为100～300G(高斯)的范围内的规定值，在上述蒸镀装置内的加热温度为400℃、上述超硬基体的旁路电压为-100V的状态下，将C2H2(碳氢化合物)、氮气和Ar以C2H2流量25～100sccm、氮气流量200～300sccm、Ar流量150～250sccm的范围内的规定流量，作为反应气体导入到上述蒸镀装置内，使反应气体环境成为1Pa的C2H2的分解气体、氮气与Ar的混合气体，并且在对上述两磁控溅射装置的WC中间电极的阴极(蒸发源)施加例如功率1～3kW(频率40kHz)的范围内的规定的溅射电力、同时在其Ti中间电极上施加功率3～8kW(频率40kHz)的范围内的规定的溅射电力的条件下，形成同样由表3所示的目标组成及目标层厚的润滑性非晶质碳类覆膜，由此分别制造出作为本发明的包覆超硬工具的本发明的表面包覆超硬合金制不重磨刀片(以下称作本发明的包覆超硬刀片)1、1’～26、26’。
进而，在将上述超硬基体A-1、1’～A-10、10’及B-1、1’～B-6、6’分别在丙酮中进行超声波清洗、干燥后的状态下，在图3A、图3B所示的蒸镀装置内的旋转工作台上，将多个超硬基体以环状安装在从其中心轴向半径方向离开规定距离的位置上，作为一侧的磁控溅射承接装置的阴极(蒸发源)而配置具有规定的组成的Ti-Al合金中间电极，在对置侧配置纯度99.6质量％的WC中间电极作为磁控溅射装置的阴极(蒸发源)。此外，在与上述2个阴极正交侧，作为由TiN层及TiCN层的任一种或两者构成的密接接合层形成用的磁控溅射装置的阴极(蒸发源)而配置纯度99.9质量％的Ti中间电极；(a)首先，一边将装置内真空排气而保持为0.01Pa的真空，一边用加热器将装置内加热到200℃以后，将Ar气体导入到装置内而成为0.5Pa压力的Ar气体环境，在此状态下对在上述旋转工作台上一边自转一边旋转的上述超硬基体施加-800V的旁路电压，对上述超硬基体表面进行20分钟Ar气体冲击清洗；(b)接着，在上述蒸镀装置的对置配置的两磁控溅射装置的电磁线圈上，都施加电压50V、电流10A的条件，形成上述超硬基体的安装部的磁束密度为140G(高斯)的磁场，并且在使上述蒸镀装置内的加热温度为400℃的状态下，作为反应气体而将氮气与Ar以氮气流量300sccm、Ar流量200sccm的比例导入，形成1Pa的由氮气与Ar的混合气体构成的反应气体环境，或者作为反应气体而将C2H2、氮气和Ar以C2H2流量50sccm、氮气流量300sccm、Ar流量230sccm的比例导入，形成1Pa的由C2H2的分解气体、氮气与Ar的混合气体构成的反应气体环境，对于Ti中间电极的阴极(蒸发源)施加功率12kW(频率40kHz)的溅射电力，另一方面，在上述超硬基体上，通过在施加了-100V的旁路电压的条件下发生辉光放电，在上述超硬基体的表面上形成由表3所示的目标层厚的TiN层及TiCN层的任一种或两者构成的密接接合层；(c)进而，将对上述电磁线圈施加的条件设为电压50～100V、电流10～20A的范围内的规定值，将上述超硬基体的安装部的磁束密度设为100～300G(高斯)的范围内的规定值，在上述蒸镀装置内的加热温度为400℃、上述超硬基体的旁路电压为-70V的状态下，将C2H2(碳氢化合物)、氮气和Ar以C2H2流量25～100sccm、氮气流量200～300sccm、Ar流量150～250sccm的范围内的规定的流量，作为反应气体导入到上述蒸镀装置内，使反应气体环境成为1Pa的C2H2的分解气体、氮气与Ar的混合气体，并且在对上述两磁控溅射装置的WC中间电极的阴极(蒸发源)施加例如功率1～3kW(频率40kHz)的范围内的规定的溅射电力、同时在其Ti中间电极上施加功率3～8kW(频率40kHz)的范围内的规定的溅射电力的条件下，蒸镀形成表4所示的目标组成及目标层厚的润滑性非晶质碳类覆膜，由此分别制造出作为本发明的包覆超硬工具的本发明的表面包覆超硬合金制不重磨刀片(以下称作本发明包覆超硬刀片)27、27’～42、42’。
此外，在比较的目的下，在将上述超硬基体A-1、1’～A-10、10’及B-1、1’～B-6、6’的各表面分别在丙酮中进行超声波清洗、干燥后的状态下，在图5A、图5B所示的阴极(蒸发源)为Ti中间电极的溅射装置、和阴极(蒸发源)为WC中间电极的溅射装置对置配置的蒸镀装置的旋转工作台上，将多个超硬基体以环状安装在从其中心轴向半径方向离开规定距离的位置上；(a)首先，一边将装置内真空排气而保持为0.01Pa的真空，一边用加热器将装置内加热到200℃以后，将Ar气体导入到装置内而成为0.5Pa压力的Ar气体环境，在此状态下对在上述旋转工作台上一边自转一边旋转的上述超硬基体施加-800V的旁路电压，对上述超硬基体表面进行20分钟Ar气体冲击清洗；(b)接着，在使上述蒸镀装置内的加热温度为300℃的状态下，作为反应气体而将氮气与Ar以氮气流量200sccm、Ar流量300sccm的比例导入，形成1Pa的由氮气与Ar的混合气体构成的反应气体环境，或者作为反应气体而将C2H2、氮气和Ar以C2H2流量40sccm、氮气流量200sccm、Ar流量300sccm的比例导入，形成1Pa的由C2H2的分解气体、氮气与Ar的混合气体构成的反应气体环境，对于Ti中间电极的阴极(蒸发源)施加功率12kW(频率40kHz)的溅射电力，另一方面，在上述超硬基体上，通过在施加了-100V的旁路电压的条件下发生辉光放电，在上述超硬基体的表面上形成由表5、表6所示的目标层厚的TiN层及TiCN层的任一种或两者构成的密接接合层；(c)接着，在使上述蒸镀装置内的加热温度为200℃的状态下，将C2H2与Ar以C2H2流量40～80sccm、Ar流量250sccm的范围内的规定的流量导入，形成1Pa的由C2H2的分解气体与Ar的混合气体构成的反应气体环境，并且将对上述超硬基体施加的旁路电压设为-20V，在对WC中间电极的阴极(蒸发源)施加功率4～6kW(频率40kHz)的范围内的规定的溅射电力的条件下，在上述密接接合层之上蒸镀形成同样由表5、表6所示的目标组成及目标层厚的润滑性非晶质碳类覆膜，由此分别制造出相当于以往的包覆超硬工具的比较表面包覆超硬合金制不重磨刀片(以下称作比较包覆超硬刀片)1、1’～16、16’。
接着，在通过固定夹具将上述本发明的包覆超硬刀片1、1’～42、42’以及比较包覆超硬刀片1、1’～16、16’螺钉固定在工具钢制刀具的前端部上的状态下，进行被切削材料JIS·S10C的圆棒、切削速度350m/min、切深1.2mm、进给0.18mm/rev、切削时间5分钟、的条件下的碳素钢的干式高速切削加工试验(通常的切削速度为120m/min。)；被切削材料JIS·S5052的圆棒、切削速度1000m/min、切深1.4mm、进给0.3mm/rev、切削时间20分钟、的条件下的Al合金的干式高速切削加工试验(通常的切削速度为400m/min。)；还有、被切削材料JIS·C3710的圆棒、切削速度430m/min、切深1.2mm、进给0.25mm/rev、切削时间20分钟、的条件下的Cu合金的干式高速切削加工试验(通常的切削速度为200m/min。)。在哪个切削加工试验中都测量切刃的后面磨损宽度。将其测量结果在表3～6中表示。
实施例2作为原料粉末，准备具有平均粒径4.5μm的中粗粒WC粉末、平均粒径0.8μm的微粒WC粉末、平均粒径1.3μm的TaC粉末、平均粒径1.2μm的NbC粉末、平均粒径1.2μm的ZrC粉末、平均粒径1.8μm的Cr3C2粉末、平均粒径1.5μm的VC粉末、平均粒径1.0μm的(Ti，W)C(质量比为TiC/WC＝50/50)粉末、以及平均粒径1.8μm的Co粉末，将这些原料粉末分别配合成表7所示的配合组成，再添加石蜡而在丙酮中进行72小时球磨机混合、减压干燥后，通过100MPa的压力压制成形为规定形状的各种压粉体，将这些压粉体在6Pa的真空气体环境中，以7℃/分的升温速度升温到1370～1470℃的范围内的规定的温度，在该温度下保持1小时后，在炉冷的条件下进行烧结，形成直径为8mm、13mm、及26mm的3种超硬基体形成用圆棒烧结体，再由上述3种圆棒烧结体通过研削加工，以表7所示的组合，分别制造出切刃部的直径×长度分别为6mm×13mm、10mm×22mm、以及20mm×45mm的尺寸、以及都具有扭转角30度的4片具有方刃形状的超硬基体(立铣刀)C-1～C-8。
接着，将这些超硬基体(立铣刀)C-1～C-8在丙酮中进行超声波清洗、干燥后的状态下，装入到同样由图2A、图2B或图3A、图3B所示的蒸镀装置中，在与上述实施例1相同的条件下，通过蒸镀形成表8、表9所示的目标层厚的TiN层及TiCN层的任一种或两者、以及同样由表8、表9所示的目标组成及目标层厚的润滑性非晶质碳类覆膜，分别制造出作为本发明的包覆超硬工具的本发明的表面包覆超硬合金制立铣刀(以下称作本发明的包覆超硬立铣刀)1～19。
此外，在比较的目的下，将上述超硬基体(立铣刀)C-1～C-8在丙酮中进行超声波清洗、干燥后的状态下，装入到同样由图5A、图5B所示的蒸镀装置中，在与上述实施例1相同的条件下，通过蒸镀形成表10所示的目标层厚的TiN层及TiCN层的任一种或两者、以及同样由表10所示的目标组成及目标层厚的润滑性非晶质碳类覆膜，分别制造出相当于以往的包覆超硬工具的比较表面包覆超硬合金制立铣刀(以下称作比较包覆超硬立铣刀)1～8。
接着，对于上述本发明的包覆超硬立铣刀1～19及比较包覆超硬立铣刀1～8中的本发明的包覆超硬立铣刀1～3、9、12～14及比较包覆超硬立铣刀1～3，进行被切削材料平面尺寸100mm×250mm、厚度50mm的JIS·A5052的板材、切削速度300m/min、轴向切深4mm、径向切深0.7mm、工作台进给2200mm/分、的条件下的Al合金的干式高速侧面切削加工试验(通常的切削速度为180m/min。)；对于本发明的包覆超硬立铣刀4～6、10、15～17及比较包覆超硬立铣刀4～6，进行被切削材料平面尺寸100mm×250mm、厚度50mm的JIS·C3710的板材、切削速度300m/min、轴向切深6mm、径向切深1.1mm、工作台进给2050mm/分、的条件下的Cu合金的干式高速侧面切削加工试验(通常的切削速度为180m/min。)；对于本发明的包覆超硬立铣刀7、8、11、18、19，进行被切削材料平面尺寸100mm×250mm、厚度50mm的JIS·S10C的板材、切削速度350m/min、轴向切深8mm、径向切深2mm、工作台进给2050mm/分、的条件下的碳素钢的干式高速侧面切削加工试验(通常的切削速度为200m/min。)；在哪个侧面切削加工试验中都测量切刃部的外周刃的后面磨损宽度达到作为使用寿命的参考标准的0.1mm时的切削长度。将其测量结果分别表示在表8～表10中。
实施例3利用在上述实施例2中制造的直径为8mm(超硬基体C-1～C-3形成用)、13mm(超硬基体C-4～C-6形成用)、及26mm(超硬基体C-7、C-8形成用)的3种圆棒烧结体，由这3种圆棒烧结体通过研削加工，分别制造出槽形成部的直径×长度分别为4mm×13mm(超硬基体D-1～D-3)、8mm×22mm(超硬基体D-4～D-6)、以及16mm×45mm(超硬基体D-7、D-8)的尺寸、以及都具有扭转角30度的2片刃形状的超硬基体(钻头)D-1～D-8。
接着，对这些超硬基体(钻头)D-1～D-8的切刃实施珩磨，在丙酮中进行超声波清洗、干燥后的状态下，装入到同样由图2A、图2B或图3A、图3B所示的蒸镀装置中，在与上述实施例1相同的条件下，通过蒸镀形成表11、表12所示的目标层厚的TiN层及TiCN层的任一种或两者、以及同样由表11、表12所示的目标组成及目标层厚的润滑性碳类非晶质体的覆膜，分别制造出作为本发明的包覆超硬工具的本发明的表面包覆超硬合金制钻头(以下称作本发明的包覆超硬钻头)1～19。
此外，在比较的目的下，对上述超硬基体(钻头)D-1～D-8的切刃实施珩磨，在丙酮中进行超声波清洗、干燥后的状态下，装入到同样由图5A、图5B所示的蒸镀装置中，在与上述实施例1相同的条件下，通过蒸镀形成表13所示的目标层厚的TiN层及TiCN层的任一种或两者、以及同样由表13所示的目标组成及目标层厚的润滑性非晶质碳类覆膜，分别制造出相当于以往的包覆超硬工具的比较表面包覆超硬合金制钻头(以下称作比较包覆超硬钻头)1～8。
接着，对于上述本发明的包覆超硬钻头1～19及比较包覆超硬钻头1～8中的本发明的包覆超硬钻头1～3、9、12～14及比较包覆超硬钻头1～3，进行被切削材料平面尺寸100mm×250mm、厚度50mm的JIS·A5052的板材、切削速度280m/min、进给0.4mm/rev、孔深6mm、的条件下的Al合金的湿式高速开孔切削加工试验(通常的切削速度为120m/min。)；对于本发明的包覆超硬钻头4～6、10、15～17及比较包覆超硬钻头4～6，进行被切削材料平面尺寸100mm×250mm、厚度50mm的JIS·S10C的板材、切削速度250m/min、进给0.5mm/rev、孔深12mm、的条件下的碳素钢的湿式高速开孔切削加工试验(通常的切削速度为110m/min。)；对于本发明的包覆超硬钻头7、8、11、18、19及比较包覆超硬钻头7、8，进行被切削材料平面尺寸100mm×250mm、厚度50mm的JIS·C3710的板材、切削速度250m/min、进给0.6mm/rev、孔深20mm、的条件下的Cu合金的湿式高速开孔切削加工试验(通常的切削速度为110m/min。)；在哪个湿式开孔切削加工试验(使用水溶性切削油)中都测量前端切刃面的后面磨损宽度达到0.3mm时的开孔加工数。将其测量结果分别表示在表11～表13中。
对于构成作为得到了该结果的本发明的包覆超硬工具的本发明的包覆超硬刀片1、1’～42、42’、本发明的包覆超硬立铣刀1～19、以及本发明的包覆超硬钻头1～19、以及相当于以往的包覆超硬工具的比较包覆超硬刀片1、1’～16、16’、比较包覆超硬立铣刀1～8、及比较包覆超硬钻头1～8的润滑性非晶质碳类覆膜，利用俄歇分光分析装置测量其组成、利用扫描型电子显微镜测量其层厚，然后表示都与目标组成及目标层厚基本上相同的组成及平均层厚(截面5处的平均值)，此外，在利用透过型电子显微镜观察其组织后，上述本发明的包覆超硬工具表示在碳类非晶质体的基底上分散分布有结晶质的Ti(C，N)类化合物微粒的组织，而上述以往的包覆超硬工具表示由碳类非晶质体的单一相构成的组织。
由表3～表13所示的结果可知，润滑性非晶质碳类覆膜具有在碳类非晶质体的基底上分散分布有结晶质的Ti(C，N)类化合物微粒的组织的本发明的包覆超硬工具即使在都以高速条件进行Al合金、Cu合金还有钢的切削加工的情况下，也能够发挥良好的耐磨损性，与此相对，在润滑性非晶质碳类覆膜具有由碳类非晶质体的单一相构成的组织的以往的包覆超硬工具(比较包覆超硬工具)中，在高速切削条件下，上述润滑性非晶质碳类覆膜的磨损发展很快，在较短的时间内就会达到使用寿命。
实施例4作为原料粉末，准备都具有0.7～3μm的平均粒径的WC粉末、TiC粉末、VC粉末、TaC粉末、NbC粉末、Cr3C2粉末、及Co粉末，将这些原料粉末配合成表14所示的配合组成，通过球磨机进行80小时湿式混合、干燥后，通过100MPa的压力压制成形为压粉体，将该压粉体在6Pa的真空中、温度1400℃中保持1小时的条件下烧结，制造都由WC基超硬合金构成的碳素钢切削用超硬基体坯材和Al合金及Cu合金切削用超硬基体坯材，在上述碳素钢切削用超硬基体坯材上，对切刃部分实施R0.03的珩磨加工而做成具有ISO规格·TNMG160408的片形状的超硬基体A-1～A-10，此外，对上述Al合金及Cu合金切削用超硬基体坯材实施研磨加工而做成具有ISO规格·TEGX 160304R的片形状的超硬基体A-1’～A-10’。
此外，作为原料粉末，准备都具有0.5～2μm的平均粒径的TiCN(质量比为TiC/TiN＝50/50)粉末、Mo2C粉末、ZrC粉末、NbC粉末、TaC粉末、WC粉末、Co粉末、及Ni粉末，将这些原料粉末配合成表15所示的配合组成，通过球磨机进行80小时湿式混合、干燥后，通过100MPa的压力压制成形为压粉体，将该压粉体在2kPa的氮气气体环境中、在温度1510℃中保持1小时的条件下烧结，制造都由TiCN类金属陶瓷构成的碳素钢切削用超硬基体坯材和Al合金及Cu合金切削用超硬基体坯材，在上述碳素钢切削用超硬基体坯材上，对切刃部分实施R0.03的珩磨加工而做成具有ISO规格·TNMG160408的片形状的超硬基体B-1～B-6，此外，对上述Al合金及Cu合金切削用超硬基体坯材实施研磨加工而做成具有ISO规格·TEGX160304R的片形状的超硬基体B-1’～B-6’。
接着，将上述超硬基体A-1、1’～A-10、10’及B-1、1’～B-6、6’分别在丙酮中进行超声波清洗、干燥后的状态下，在图2A、图2B所示的蒸镀装置内的旋转工作台上，将多个超硬基体以环状安装在从其中心轴向半径方向离开规定距离的位置上，作为一侧的磁控溅射承接装置的阴极(蒸发源)而配置纯度99.6质量％的Ti中间电极，在对置侧配置纯度99.6质量％的WC中间电极作为磁控溅射装置的阴极(蒸发源)。此外，在与上述2个阴极正交侧，作为由(Ti，Al)N层构成的密接接合层形成用的磁控溅射装置的阴极(蒸发源)而配置具有规定的组成的Ti-Al合金中间电极；(a)首先，一边将装置内真空排气而保持为0.01Pa的真空，一边用加热器将装置内加热到200℃以后，将Ar气体导入到装置内而成为0.5Pa压力的Ar气体环境，在此状态下对在上述旋转工作台上一边自转一边旋转的上述超硬基体施加-810V的旁路电压，对上述超硬基体表面进行20分钟Ar气体冲击清洗；(b)接着，在上述蒸镀装置的所有的磁控溅射装置的电磁线圈上，都施加电压50V、电流10A的条件，形成上述超硬基体的安装部的磁束密度为140G(高斯)的磁场，并且在使上述蒸镀装置内的加热温度为400℃的状态下，作为反应气体而将氮气与Ar以氮气流量300sccm、Ar流量200sccm的比例导入，形成1Pa的由氮气与Ar的混合气体构成的反应气体环境，对于Ti-Al合金中间电极的阴极(蒸发源)施加功率12kW(频率40kHz)的溅射电力，另一方面，在上述超硬基体上，通过在施加了-70V的旁路电压的条件下发生辉光放电，在上述超硬基体的表面上形成由表16、17所示的目标组成及目标层厚的(Ti，N)N层构成的密接接合层；(c)进而，将对上述电磁线圈施加的条件设为电压50～100V、电流10～20A的范围内的规定值，将上述超硬基体的安装部的磁束密度设为100～300G(高斯)的范围内的规定值，在上述蒸镀装置内的加热温度为400℃、上述超硬基体的旁路电压为-100V的状态下，将C2H2(碳氢化合物)、氮气和Ar作为反应气体以C2H2流量25～100sccm、氮气流量200～300sccm、Ar流量150～250sccm的范围内的规定的流量，导入到上述蒸镀装置内，使反应气体环境成为1Pa的C2H2的分解气体、氮气与Ar的混合气体，并且在对上述两磁控溅射装置的WC中间电极的阴极(蒸发源)施加例如功率1～3kW(频率40kHz)的范围内的规定的溅射电力、同时在其Ti中间电极上施加功率3～8kW(频率40kHz)的范围内的规定的溅射电力的条件下，形成同样由表16所示的目标组成及目标层厚的润滑性非晶质碳类覆膜，由此分别制造出作为本发明的包覆超硬工具的本发明的表面包覆超硬合金制不重磨刀片(以下称作本发明的包覆超硬刀片)1、1’～26、26’。
进而，将上述超硬基体A-1、1’～A-10、10’及B-1、1’～B-6、6’分别在丙酮中进行超声波清洗、干燥后的状态下，在图3A、图3B所示的蒸镀装置内的旋转工作台上，将多个超硬基体以环状安装在从其中心轴向半径方向离开规定距离的位置上，作为一侧的磁控溅射承接装置的阴极(蒸发源)而配置具有规定的组成的Ti-Al合金中间电极，在对置侧配置纯度99.6质量％的WC中间电极作为磁控溅射装置的阴极(蒸发源)。此外，在与上述2个阴极正交侧，作为由TiN层及TiCN层的任一种或两者构成的密接接合层形成用的磁控溅射装置的阴极(蒸发源)而配置纯度99.9质量％的Ti中间电极；(a)首先，一边将装置内真空排气而保持为0.01Pa的真空，一边用加热器将装置内加热到200℃以后，将Ar气体导入到装置内而成为0.5Pa压力的Ar气体环境，在此状态下对在上述旋转工作台上一边自转一边旋转的上述超硬基体施加-810V的旁路电压，对上述超硬基体表面进行20分钟Ar气体冲击清洗；(b)接着，在上述蒸镀装置的所有的磁控溅射装置的电磁线圈上，都施加电压50V、电流10A的条件，形成上述超硬基体的安装部的磁束密度为140G(高斯)的磁场，并且在使上述蒸镀装置内的加热温度为400℃的状态下，作为反应气体而将氮气与Ar以氮气流量300sccm、Ar流量200sccm的比例导入，形成1Pa的由氮气与Ar的混合气体构成的反应气体环境，对于Ti-Al合金中间电极的阴极(蒸发源)施加功率12kW(频率40kHz)的溅射电力，另一方面，在上述超硬基体上，通过在施加了-70V的旁路电压的条件下发生辉光放电，在上述超硬基体的表面上形成由表16、17所示的目标组成及目标层厚的(Ti，Al)N层构成的密接接合层；(c)进而，将对上述电磁线圈施加的条件设为电压50～100V、电流10～20A的范围内的规定值，将上述超硬基体的安装部的磁束密度设为100～300G(高斯)的范围内的规定值，在上述蒸镀装置内的加热温度为400℃、上述超硬基体的旁路电压为-70V的状态下，将C2H2(碳氢化合物)、氮气和Ar作为反应气体以C2H2流量25～100sccm、氮气流量200～300sccm、Ar流量150～250sccm的范围内的规定的流量，导入到上述蒸镀装置内，使反应气体环境成为1Pa的C2H2的分解气体、氮气与Ar的混合气体，并且在对上述两磁控溅射装置的WC中间电极的阴极(蒸发源)施加例如功率1～3kW(频率40kHz)的范围内的规定的溅射电力、在其Ti-Al合金中间电极上同时施加功率3～8kW(频率40kHz)的范围内的规定的溅射电力的条件下，形成同样由表17所示的目标组成及目标层厚的润滑性非晶质碳类覆膜，由此分别制造出作为本发明的包覆超硬工具的本发明的表面包覆超硬合金制不重磨刀片(以下称作本发明的包覆超硬刀片)27、27’～42、42’。
此外，在比较的目的下，将上述超硬基体A-1、1’～A-10、10’及B-1、1’～B-6、6’的各表面分别在丙酮中进行超声波清洗、干燥后的状态下，在图5A、图5B所示的阴极(蒸发源)为Ti中间电极的溅射装置、和阴极(蒸发源)为WC中间电极的与溅射装置对置配置的蒸镀装置的旋转工作台上，将多个超硬基体以环状安装在从其中心轴向半径方向离开规定距离的位置上；(a)首先，一边将装置内真空排气而保持为0.01Pa的真空，一边用加热器将装置内加热到200℃以后，将Ar气体导入到装置内而成为0.5Pa压力的Ar气体环境，在此状态下对在上述旋转工作台上一边自转一边旋转的上述超硬基体施加-800V的旁路电压，对上述超硬基体表面进行20分钟Ar气体冲击清洗；(b)接着，在使上述蒸镀装置内的加热温度为300℃的状态下，作为反应气体而将氮气与Ar以氮气流量200sccm、Ar流量300sccm的比例导入，形成1Pa的由氮气与Ar的混合气体构成的反应气体环境，对于Ti中间电极的阴极(蒸发源)施加功率12kW(频率40kHz)的溅射电力，另一方面，在上述超硬基体上，通过在施加了-100V的旁路电压的条件下发生辉光放电，在上述超硬基体的表面上形成由表18所示的目标层厚的TiN层构成的密接接合层；(c)接着，在使上述蒸镀装置内的加热温度为200℃的状态下，将C2H2与Ar以C2H2流量40～80sccm、Ar流量250sccm的范围内的规定的流量导入，形成1Pa的由C2H2的分解气体与Ar的混合气体构成的反应气体环境，并且将对上述超硬基体施加的旁路电压设为-20V，在对WC中间电极的阴极(蒸发源)施加功率4～6kW(频率40kHz)的范围内的规定的溅射电力的条件下，在上述密接接合层之上蒸镀形成同样由表18所示的目标组成及目标层厚的润滑性非晶质碳类覆膜，由此分别制造出相当于以往的包覆超硬工具的比较表面包覆超硬合金制不重磨刀片(以下称作比较包覆超硬刀片)1、1’～16、16’。
接着，在通过固定夹具将上述本发明的包覆超硬刀片1、1’～42、42’以及比较包覆超硬刀片1、1’～16、16’螺钉固定在工具钢制刀具的前端部上的状态下，进行被切削材料JIS·S10C的圆棒、切削速度360m/min、切深1.2mm、进给0.2mm/rev、切削时间5分钟、的条件(称作切削条件A)下的碳素钢的干式高速切削加工试验(通常的切削速度为120m/min。)；被切削材料JIS·A5052的圆棒、切削速度1050m/min、切深1.2mm、进给0.3mm/rev、切削时间20分钟、的条件(称作切削条件B)下的Al合金的干式高速切削加工试验(通常的切削速度为400m/min。)；还有、被切削材料JIS·C3710的圆棒、切削速度450m/min、切深1.4mm、进给0.27mm/rev、切削时间20分钟、的条件(称作切削条件C)下的Cu合金的干式高速切削加工试验(通常的切削速度为200m/min。)。在哪个切削加工试验中都测量切刃的后面磨损宽度。将其测量结果在表16～18中表示。
实施例5作为原料粉末，准备具有平均粒径4.2μm的中粗粒WC粉末、平均粒径0.7μm的微粒WC粉末、平均粒径1.2μm的TaC粉末、平均粒径1.1μm的NbC粉末、平均粒径1.1μm的ZrC粉末、平均粒径1.6μm的Cr3C2粉末、平均粒径1.4μm的VC粉末、平均粒径1.1μm的(Ti，W)C(质量比为TiC/WC＝50/50)粉末、以及平均粒径1.8μm的Co粉末，将这些原料粉末分别配合成表19所示的配合组成，再添加石蜡而在丙酮中进行70小时球磨机混合、减压干燥后，通过100MPa的压力压制成形为规定形状的各种压粉体，将这些压粉体在6Pa的真空气体环境中，以7℃/分的升温速度升温到1375～1475℃的范围内的规定的温度，在该温度下保持1小时后，在炉冷的条件下进行烧结，形成直径为8mm、13mm、及26mm的3种超硬基体形成用圆棒烧结体，再由上述3种圆棒烧结体通过研削加工，以表19所示的组合，分别制造出切刃部的直径×长度分别为6mm×13mm、10mm×22mm、以及20mm×45mm的尺寸、以及都具有扭转角30度的4片具有方刃形状的超硬基体(立铣刀)C-1～C-8。
接着，将这些超硬基体(立铣刀)C-1～C-8在丙酮中进行超声波清洗、干燥后的状态下，装入到同样由图2A、图2B或图3A、图3B所示的蒸镀装置中，在与上述实施例4相同的条件下，通过蒸镀形成表20、表21所示的目标组成及目标层厚的(Ti，Al)N层、以及同样由表20、表21所示的目标组成及目标层厚的润滑性非晶质碳类覆膜，分别制造出作为本发明的包覆超硬工具的本发明的表面包覆超硬合金制立铣刀(以下称作本发明的包覆超硬立铣刀)1～19。
此外，在比较的目的下，将上述超硬基体(立铣刀)C-1～C-8在丙酮中进行超声波清洗、干燥后的状态下，装入到同样由图5A、图5B所示的蒸镀装置中，在与上述实施例4相同的条件下，通过蒸镀形成表22所示的目标层厚的TiN层、以及同样由表22所示的目标组成及目标层厚的润滑性非晶质碳类覆膜，分别制造出相当于以往的包覆超硬工具的比较表面包覆超硬合金制立铣刀(以下称作比较包覆超硬立铣刀)1～8。
接着，对于上述本发明的包覆超硬立铣刀1～19及比较包覆超硬立铣刀1～8中的本发明的包覆超硬立铣刀1～3、9、12～14及比较包覆超硬立铣刀1～3，进行被切削材料平面尺寸100mm×250mm、厚度50mm的JIS·A5052的板材、切削速度320m/min、轴向切深4.5mm、径向切深0.7mm、工作台进给2350mm/分、的条件下的Al合金的干式高速侧面切削加工试验(通常的切削速度为180m/min。)；对于本发明的包覆超硬立铣刀4～6、10、15～17及以往包覆超硬立铣刀4～6，进行被切削材料平面尺寸100mm×250mm、厚度50mm的JIS·C3710的板材、切削速度320m/min、轴向切深6.5mm、径向切深1.2mm、工作台进给2185mm/分、的条件下的Cu合金的干式高速侧面切削加工试验(通常的切削速度为180m/min。)；对于本发明的包覆超硬立铣刀7、8、11、18、19及比较包覆超硬立铣刀7、8进行被切削材料平面尺寸100mm×250mm、厚度50mm的JIS·S10C的板材、切削速度365m/min、轴向切深8.0mm、径向切深2.0mm、工作台进给2140mm/分、的条件下的碳素钢的湿式高速侧面切削加工试验(通常的切削速度为200m/min。)；在哪个侧面切削加工试验中都测量切刃部的外周刃的后面磨损宽度达到作为使用寿命的参考标准的0.1mm时的切削长度。将其测量结果分别表示在表20～表22中。
实施例6利用在上述实施例5中制造的直径为8mm(超硬基体C-1～C-3形成用)、13mm(超硬基体C-4～C-6形成用)、及26mm(超硬基体C-7、C-8形成用)的3种圆棒烧结体，由这3种圆棒烧结体通过研削加工，分别制造出槽形成部的直径×长度分别为4mm×13mm(超硬基体D-1～D-3)、8mm×22mm(超硬基体D-4～D-6)、以及16mm×45mm(超硬基体D-7、D-8)的尺寸、以及都具有扭转角30度的2片刃形状的超硬基体(钻头)D-1～D-8。
接着，对这些超硬基体(钻头)D-1～D-8的切刃实施珩磨，在丙酮中进行超声波清洗、干燥后的状态下，装入到同样由图2A、图2B或图3A、图3B所示的蒸镀装置中，在与上述实施例4相同的条件下，通过蒸镀形成表23、表24所示的目标组成及目标层厚的(Ti，Al)N层、以及同样由表23、表24所示的目标组成及目标层厚的润滑性碳类非晶质体的覆膜，分别制造出作为本发明的包覆超硬工具的本发明的表面包覆超硬合金制钻头(以下称作本发明的包覆超硬钻头)1～19。
此外，在比较的目的下，对超硬基体(钻头)D-1～D-8的切刃实施珩磨，在丙酮中进行超声波清洗、干燥后的状态下，装入到同样由图5A、图5B所示的蒸镀装置中，在与上述实施例4相同的条件下，通过蒸镀形成表2所示的目标层厚的TiN层、以及同样由表25所示的目标组成及目标层厚的润滑性非晶质碳类覆膜，分别制造出相当于以往的包覆超硬工具的比较表面包覆超硬合金制钻头(以下称作比较包覆超硬钻头)1～8。
接着，对于上述本发明的包覆超硬钻头1～19及比较包覆超硬钻头1～8中的本发明的包覆超硬钻头1～3、9、12～14及比较包覆超硬钻头1～3，进行被切削材料平面尺寸100mm×250mm、厚度50mm的JIS·A5052的板材、切削速度290m/min、进给0.4mm/rev、孔深6mm、的条件下的Al合金的湿式高速开孔切削加工试验(通常的切削速度为120m/min。)；对于本发明的包覆超硬钻头4～6、10、15～17及比较包覆超硬钻头4～6，进行被切削材料平面尺寸100mm×250mm、厚度50mm的JIS·S10C的板材、切削速度265m/min、进给0.5mm/rev、孔深12mm、的条件下的碳素钢的湿式高速开孔切削加工试验(通常的切削速度为110m/min。)；对于本发明的包覆超硬钻头7、8、11、18、19及比较包覆超硬钻头7、8，进行被切削材料平面尺寸100mm×250mm、厚度50mm的JIS·C3710的板材、切削速度265m/min、进给0.6mm/rev、孔深20mm、的条件下的Cu合金的湿式高速开孔切削加工试验(通常的切削速度为110m/min。)；在哪个湿式开孔切削加工试验(使用水溶性切削油)中都测量前端切刃面的后面磨损宽度达到0.3mm时的开孔加工数。将其测量结果分别表示在表23～表25中。
对于构成作为得到了该结果的本发明的包覆超硬工具的本发明的包覆超硬刀片1、1’～42、42’、本发明的包覆超硬立铣刀1～19、以及本发明的包覆超硬钻头1～19、以及相当于以往的包覆超硬工具的比较包覆超硬刀片1、1’～16、16’、比较包覆超硬立铣刀1～8、及比较包覆超硬钻头1～8的密接接合层及润滑性非晶质碳类覆膜，利用俄歇分光分析装置测量其组成、利用扫描型电子显微镜测量其层厚，然后表示都与目标组成及目标层厚基本上相同的组成及平均层厚(截面5处的平均值)，此外，在利用透过型电子显微镜观察其组织后，上述本发明的包覆超硬工具表示在碳类非晶质体的基底上分散分布有结晶质的Ti-Al类(C，N)微粒的组织，而上述以往的包覆超硬工具表示由碳类非晶质体的单一相构成的组织。
由表16～表25所示的结果可知，润滑性非晶质碳素覆膜具有在碳类非晶质体的基底上分散分布有结晶质的Ti-Al类(C，N)微粒的组织的本发明的包覆超硬工具即使在都以高速条件进行Al合金、Cu合金还有钢的切削加工的情况下，也能够发挥良好的耐磨损性，与此相对，在润滑性非晶质碳素覆膜具有由碳类非晶质体的单一相构成的组织的以往的包覆超硬工具(比较包覆超硬工具)中，在高速切削条件下，上述润滑性非晶质碳类覆膜的磨损发展很快，在较短的时间内就会达到使用寿命。
实施例7作为原料粉末，准备都具有1～3μm的平均粒径的WC粉末、TiC粉末、VC粉末、TaC粉末、NbC粉末、Cr3C2粉末、TiN粉末、TaN粉末、及Co粉末，将这些原料粉末配合成表26所示的配合组成，通过球磨机进行60小时湿式混合、干燥后，通过100MPa的压力压制成形为压粉体，将该压粉体在6Pa的真空中、温度1400℃中保持1小时的条件下烧结，在烧结后，实施研磨加工而做成具有ISO规格·TEGX 160304R的片形状的WC基超硬合金制的超硬基体A-1～A～10。
此外，作为原料粉末，准备都具有0.5～2μm的平均粒径的TiCN(质量比为TiC/TiN＝50/50)粉末、Mo2C粉末、ZrC粉末、NbC粉末、TaC粉末、WC粉末、Co粉末、及Ni粉末，将这些原料粉末配合成表27所示的配合组成，通过球磨机进行48小时湿式混合、干燥后，通过100MPa的压力压制成形为压粉体，将该压粉体在2kPa的氮气气体环境中、在温度1500℃中保持1小时的条件下烧结，在烧结后实施研磨加工而形成具有ISO规格·TEGX160304R的片形状的TiCN类超硬质的超硬基体B-1～B～6。
(a)接着，在图4A、图4B所示的电弧离子电镀装置、即装置中央部设置超硬基体安装用旋转工作台，隔着上述旋转工作台，分别在一侧安装相对地Al含有量较高的Al-Ti合金、在另一侧安装相对地Ti含有量较高的Ti-Al合金作为阴极(蒸发源)，再利用在相对于上述两阴极旋转90度的位置上作为阴极(蒸发源)而安装有金属Cr的电弧离子电镀装置，将上述超硬基体A-1～A-10及B-1～B-6分别在丙酮中进行超声波清洗、干燥后的状态下，沿着外周部安装在从上述蒸镀装置内的旋转工作台上的中心轴向半径方向离开规定距离的位置上；(b)首先，一边将装置内真空排气而保持为0.1Pa以下的真空，一边用加热器将装置内加热到500℃以后，对在上述旋转工作台上一边自转一边旋转的上述超硬基体施加-1000V的直流旁路电压，并且使100A的电流流过作为阴极安装的上述金属Cr与阳极之间而发生电弧放电，由此，通过上述金属Cr冲击清洗超硬基体表面；(c)接着，将氮气作为反应气体导入到装置内，形成3Pa的反应气体环境，并且对在上述旋转工作台上一边自转一边旋转的超硬基体施加-70V的直流旁路电压，并且使100A的电流流过分别对置配置的两阴极(上述Ti最高含有点形成用Ti-Al合金及Al最高含有点形成用Al-Ti合金)和阳极之间而发生电弧放电，由此，在上述超硬基体的表面上，沿着层厚方向交替地以同样由表28、表29所示的目标间隔反复存在表28、表29所示的目标组成的Al最高含有点和Ti最高含有点，并且，具有从上述Al最高含有点向上述Ti最高含有点、从上述Ti最高含有点向上述Al最高含有点、Al及Ti含有量分别连续地变化的组成变化构造，并且作为表面包覆层的下部层而蒸镀形成同样由表28、表29所示的目标层厚的(Al/Ti)N层；(d)接着，使用隔着旋转工作台而对置配置有纯度99.9质量％的Ti中间电极作为图2A、图2B所示的蒸镀装置、即一侧的磁控溅射承接装置的阴极(蒸发源)、和纯度99.6质量％的WC中间电极作为另一侧的磁控溅射装置的阴极(蒸发源)的蒸镀装置，在装置内的旋转工作台上，将上述下部层形成的超硬基体以环状安装在从其中心轴向半径方向离开规定距离的位置上；(e)将对电磁线圈施加的条件设为电压50～100V、电流10～20A的范围内的规定值，将上述下部层形成的超硬基体的安装部的磁束密度设为100～300G(高斯)的范围内的规定值，将上述蒸镀装置内的加热温度设为400℃、对上述超硬基体施加-100V的旁路电压，另一方面，将C2H2(碳氢化合物)、氮气和Ar作为反应气体以C2H2流量25～100sccm、氮气流量200～300sccm、Ar流量150～250sccm的范围内的规定的流量，导入到上述蒸镀装置内，使反应气体环境成为1Pa的C2H2的分解气体、氮气与Ar的混合气体，并且在对上述两磁控溅射装置的WC中间电极的阴极(蒸发源)施加例如功率1～3kW(频率40kHz)的范围内的规定的溅射电力、同时在其Ti中间电极上施加功率3～8kW(频率40kHz)的范围内的规定的溅射电力的条件下，作为上部层而蒸镀形成同样由表28所示的目标组成及目标层厚的润滑性非晶质碳类覆膜，由此分别制造出作为本发明的包覆超硬工具的本发明的表面包覆超硬合金制不重磨刀片(以下称作本发明的包覆刀片)1～26。
(f)进而，代替上述记载(d)，使用隔着旋转工作台而对置配置有具有规定的组成的Ti-Al合金中间电极作为图3A、图3B所示的蒸镀装置、即一侧的磁控溅射承接装置的阴极(蒸发源)、和纯度99.6质量％的WC中间电极作为对置侧的磁控溅射装置的阴极(蒸发源)的蒸镀装置，在装置内的旋转工作台上，将由上述(c)形成了下部层的超硬基体以环状安装在从其中心轴向半径方向离开规定距离的位置上；(g)将对电磁线圈施加的条件设为电压50～100V、电流10～20A的范围内的规定值，将上述超硬基体的安装部的磁束密度设为100～300G(高斯)的范围内的规定值，在将上述蒸镀装置内的加热温度设为400℃、对上述超硬基体施加-100V的旁路电压的状态下，将C2H2(碳氢化合物)、氮气和Ar作为反应气体以C2H2流量25～100sccm、氮气流量200～300sccm、Ar流量150～250sccm的范围内的规定的流量，导入到上述蒸镀装置内，使反应气体环境成为1Pa的C2H2的分解气体、氮气与Ar的混合气体，并且在对上述两磁控溅射装置的WC中间电极的阴极(蒸发源)施加例如功率1～3kW(频率40kHz)的范围内的规定的溅射电力、在其Ti中间电极上同时施加功率3～8kW(频率40kHz)的范围内的规定的溅射电力的条件下，蒸镀形成同样由表29所示的目标组成及目标层厚的润滑性非晶质碳类覆膜，由此分别制造出作为本发明的包覆超硬工具的本发明的表面包覆超硬合金制不重磨刀片(以下称作本发明的包覆超硬刀片)27～42。
(a)此外，在比较的目的下，将上述超硬基体A-1～A-10及B-1～B-6分别在丙酮中进行超声波清洗、干燥后的状态下，分别装入到图6所示的蒸镀装置、即具备具有规定组成的Ti-Al合金作为阴极(蒸发源)的电孤放电装置、和WC中间电极作为阴极(蒸发源)的溅射装置的蒸镀装置中；(b)首先，一边将装置内真空排气而保持为0.1Pa以下的真空，一边用加热器将装置内加热到500℃以后，对上述超硬基体施加-1000V的直流旁路电压，并且使100A的电流流过阴极的上述Ti-Al合金和阳极之间而发生电弧放电，由此通过上述Ti-Al合金冲击清洗超硬基体表面；(c)将氮气作为反应气体导入到上述装置内，而形成3Pa的反应气体环境，并且将施加给上述超硬基体的旁路电压降低到-100V，使上述Ti-Al合金的阴极与阳极之间发生电弧放电，由此在上述超硬基体A-1～A-10及B-1～B-6的各个表面上蒸镀形成表30所示的目标组成及目标层厚的(Ti，Al)N层作为表面包覆层的下部层；(d)接着，在使上述蒸镀装置内的加热温度为200℃的状态下，将C2H2和Ar以C2H2流量40～80sccm、Ar流量250sccm的范围内的规定的流量导入，形成1Pa的由C2H2的分解气体与Ar的混合气体构成的反应气体环境，并且在将对上述下部层形成的超硬基体施加的旁路电压设为-20V、对WC中间电极的阴极(蒸发源)施加了功率4～6kW(频率40kHz)的范围内的规定的溅射电力的条件下，在上述下部层之上蒸镀形成同样由表30表示的目标组成及目标层厚的非晶质碳类润滑层，由此分别制造出相当于以往的包覆超硬工具的比较表面包覆超硬合金制不重磨刀片(以下称作比较包覆超硬刀片)1～16。
接着，在将上述各种包覆刀片都通过固定夹具螺钉固定在工具钢制刀具的前端部上的状态下，对本发明的包覆刀片1～42及比较包覆刀片1～16，进行被切削材料JIS·A5052的圆棒、切削速度800m/min、切深7.3mm、进给0.1mm/rev、切削时间20分钟、的条件(切削条件A)下的Al合金的干式连续高速高切深切削加工试验(通常的切削速度及切深为400m/min及2mm)；被切削材料JIS·C3710的圆棒、切削速度380m/min、切深6.8mm、进给0.13mm/rev、切削时间20分钟、的条件(切削条件B)下的Cu合金的干式连续高速高切深切削加工试验(通常的切削速度及切深为200m/min及2mm)；被切削材料JIS·TB340H的圆棒、切削速度150m/min、
切深6.4mm、进给0.11mm/rev、切削时间15分钟、的条件(切削条件C)下的Ti合金的干式连续高速高切深切削加工试验(通常的切削速度及切深为100m/min及1.5mm)；在哪个切削加工试验中都测量切刃的后面磨损宽度。将其测量结果在表28、表29中表示。
实施例8作为原料粉末，准备具有平均粒径4.6μm的中粗粒WC粉末、平均粒径0.8μm的微粒WC粉末、平均粒径1.3μm的TaC粉末、平均粒径1.2μm的NbC粉末、平均粒径1.2μm的ZrC粉末、平均粒径2.3μm的Cr3C2粉末、平均粒径1.5μm的VC粉末、平均粒径1.0μm的(Ti，W)C[质量比为TiC/WC＝50/50]粉末、以及平均粒径1.8μm的Co粉末，将这些原料粉末分别配合成表31所示的配合组成，再添加石蜡而在丙酮中进行24小时球磨机混合、减压干燥后，通过100MPa的压力压制成形为规定形状的各种压粉体，将这些压粉体在6Pa的真空气体环境中，以7℃/分的升温速度升温到1370～1470℃的范围内的规定的温度，在该温度下保持1小时后，在炉冷的条件下进行烧结，形成直径为8mm、13mm、及26mm的3种超硬基体形成用圆棒烧结体，再由上述3种圆棒烧结体通过研削加工，以表31所示的组合，分别制造出切刃部的直径×长度分别为6mm×13mm、10mm×22mm、以及20mm×45mm的尺寸、以及都具有扭转角30度的4片方刃形状的WC基超硬合金制的超硬基体(立铣刀)C-1～C-8。
接着，将这些超硬基体(立铣刀)C-1～C-8的表面在丙酮中进行超声波清洗、干燥后的状态下，装入到同样由图4A、图4B所示的电弧离子电镀装置中，在与上述实施例7相同的条件下，作为表面包覆层的下部层(硬质层)而蒸镀形成沿着层厚方向交替地以同样由表7所示的目标间隔反复存在表32、表33所示的目标组成的Al最高含有点和Ti最高含有点、并且具有从上述Al最高含有点向上述Ti最高含有点、从上述Ti最高含有点向上述Al最高含有点、Al及Ti含有量分别连续地变化的组成变化构造、并且由表32、表33所示的目标层厚的(Al/Ti)N层，接着将上述下部层形成的超硬基体装入到同样由图2A、图2B、图3A、图3B所示的蒸镀装置中，作为其上部层而蒸镀形成同样由表32、表33所示的目标组成及目标层厚的非晶质碳类润滑层，由此分别制造出作为本发明的包覆超硬工具的本发明的表面包覆超硬合金制立铣刀(以下称作本发明的包覆超硬立铣刀)1～19。
此外，在比较的目的下，将上述超硬基体(立铣刀)C-1～C-8的表面在丙酮中进行超声波清洗、干燥后的状态下，装入到同样由图6所示的蒸镀装置中，在与上述实施例7相同的条件下，分别蒸镀形成同样由表34表示的目标组成及目标层厚的(Ti，Al)N层及非晶质碳类润滑层作为表面包覆层的下部层及上部层，由此分别制造出相当于以往的包覆超硬工具的比较表面包覆超硬立铣刀(以下称作比较包覆立铣刀)1～8。
接着，对于上述本发明的包覆立铣刀1～19及比较包覆立铣刀1～8中的本发明的包覆立铣刀1～3、9、12～14及比较包覆立铣刀1～3，进行被切削材料平面尺寸100mm×250mm、厚度50mm的JIS·C3710的板材、切削速度180m/min、槽深(切深)5mm、工作台进给485mm/分、的条件下的Cu合金的干式高速高切深槽切削加工试验(通常的切削速度及槽深为150m/min及2mm)；对于本发明的包覆立铣刀4～6、10、15～17及比较包覆立铣刀4～6，进行被切削材料平面尺寸100mm×250mm、厚度50mm的JIS·TP340H的板材、切削速度185m/min、槽深(切深)8.1mm、工作台进给455mm/分、的条件下的Ti合金的干式高速高切深槽切削加工试验(通常的切削速度及槽深为150m/min及4mm)；对于本发明的包覆立铣刀7、8、11、18、19及比较包覆立铣刀7、8，进行被切削材料平面尺寸100mm×250mm、厚度50mm的JIS·A5052的板材、切削速度205m/min、槽深(切深)16mm、工作台进给500mm/分、的条件下的Ti合金的干式高速高切深槽切削加工试验(通常的切削速度及槽深为180m/min及8mm)；在哪个槽切削加工试验中都测量切刃部的外周刃的后面磨损宽度达到作为使用寿命的参考标准的0.1mm时的切削长度。将其测量结果分别表示在表32～表34中。
实施例9利用在上述实施例8中制造的直径为8mm(超硬基体C-1～C-3形成用)、13mm(超硬基体C-4～C-6形成用)、及26mm(超硬基体C-7、C-8形成用)的3种圆棒烧结体，由这3种圆棒烧结体通过研削加工，分别制造出槽形成部的直径×长度分别为4mm×13mm(超硬基体D-1～D-3)、8mm×22mm(超硬基体D-4～D-6)、以及16mm×45mm(超硬基体D-7、D-8)的尺寸、以及都具有扭转角30度的2片刃形状的WC基超硬合金制的超硬基体(钻头)D-1～D-8。
接着，对这些超硬基体(钻头)D-1～D-8的切刃实施珩磨，在丙酮中进行超声波清洗、干燥后的状态下，装入到同样由图4A、图4B所示的蒸镀装置中，在与上述实施例7相同的条件下，作为表面包覆层的下部层(硬质层)而蒸镀形成沿着层厚方向交替地以同样由表35、表36所示的目标间隔反复存在表35、表36所示的目标组成的Al最高含有点和Ti最高含有点、并且具有从上述Al最高含有点向上述Ti最高含有点、从上述Ti最高含有点向上述Al最高含有点、Al及Ti含有量分别连续地变化的组成变化构造、并且由表35、表36所示的目标层厚的(Al/Ti)N层，接着将上述下部层形成的超硬基体装入到同样由图2A、图2B、或图3A、图3B所示的蒸镀装置中，作为其上部层而蒸镀形成同样由表35、表36所示的目标组成及目标层厚的非晶质碳类润滑层，由此分别制造出作为本发明的包覆超硬工具的本发明的表面包覆超硬制钻头(以下称作本发明的包覆钻头)1～19。
此外，在比较的目的下，对上述超硬基体(钻头)D-1～D-8的表面实施珩磨，在丙酮中进行超声波清洗、干燥后的状态下，装入到同样由图6所示的蒸镀装置中，在与上述实施例7相同的条件下，分别蒸镀形成同样由表37表示的目标组成及目标层厚的(Ti，Al)N层及非晶质碳类润滑层作为表面包覆层的下部层及上部层，由此分别制造出相当于以往的包覆超硬工具的比较表面包覆超硬制钻头(以下称作比较包覆钻头)1～8。
接着，对于上述本发明的包覆钻头1～19及比较包覆钻头1～8中的本发明的包覆钻头1～3、9、12～14及比较包覆钻头1～3，进行被切削材料平面尺寸100mm×250mm、厚度50mm的JIS·A5052的板材、切削速度115m/min、进给0.52mm/rev、孔深6mm、的条件下的Al合金的湿式高速高进给开孔切削加工试验(通常的切削速度及进给为80m/min及0.2mm/rev)；对于本发明的包覆超硬钻头4～6、10、15～17及比较包覆钻头4～6，进行被切削材料平面尺寸100mm×250mm、厚度50mm的JIS·C3710的板材、切削速度110m/min、进给0.57mm/rev、孔深12mm、的条件下的Cu合金的湿式高速高进给开孔切削加工试验(通常的切削速度及进给为80m/min及0.25mm/rev)；对于本发明的包覆钻头7、8、11、18、19及比较包覆钻头7、8，进行被切削材料平面尺寸100mm×250mm、厚度50mm的JIS·TP340H的板材、切削速度65m/min、进给0.52mm/rev、孔深20mm、的条件下的Ti合金的湿式高速高进给开孔切削加工试验(通常的切削速度及进给为40m/min及0.2mm/rev)；在哪个湿式高速高进给开孔切削加工试验(水溶性切削油使用)中都测量前端切刃面的后面磨损宽度达到0.3mm时的开孔加工数。将其测量结果分别表示在表35～表37中。
对于构成作为得到了该结果的本发明的包覆超硬工具的本发明的包覆超硬刀片1～42、本发明的包覆超硬立铣刀1～19、以及本发明的包覆超硬钻头1～19、以及作为以往的包覆超硬工具的比较包覆超硬刀片1～16、比较包覆超硬立铣刀1～8、及比较包覆超硬钻头1～8的表面包覆层的下部层的(Al/Ti)N层及(Ti，Al)N层，利用俄歇分光分析装置沿着层厚方向测量Al及Ti成分的含有量、利用扫描型电子显微镜测量其层厚，然后在上述本发明的包覆超硬工具的(Al/Ti)N层中，确认分别以与目标值基本上相同的组成及间隔交替地反复存在Al最高含有点和Ti最高含有点，并且具有从上述Al最高含有点向Ti最高含有点、从上述Ti最高含有点向上述Al最高含有点、Al及Ti含有量分别连续地变化的组成变化构造，进而，平均层厚也显示出与目标层厚基本上相同的值。另一方面，在上述以往的包覆超硬工具的(Ti，Al)N层中，虽然显示了与目标组成基本上相同的组成及与目标层厚基本上相同的平均层厚，但不能看到沿着厚度方向的组成变化，表示遍及整个层为均质的组成。
进而，对于构成其上部层的非晶质碳类润滑层也利用俄歇分光分析装置测量了其组成、利用扫描型电子显微镜测量了其层厚，都显示出与目标组成及目标层厚基本上相同的组成及平均层厚(截面5处的平均值)，并且，在利用透过型电子显微镜观察其组织时，上述本发明的包覆超硬工具如图1A所示那样显示出在含有W成分的碳类非晶质体的基底上分散分布有结晶质的Ti(C，N)类化合物微粒的组织，另一方面，上述以往的包覆超硬工具显示出由碳类非晶质体的单一相构成的组织。
由表28～表37所示的结果可知，本发明的包覆超硬工具即使在都伴随着很高发热及高机械冲击的非铁材料的高速重切削的情况下，由于作为表面包覆层的下部层的(Al/Ti)N层具有良好的高温硬度和耐热性、还有良好的高温强度，并且作为其上部层的非晶质碳类润滑层具有在含有W成分的碳类非晶质体的基底上分散分布有结晶质的Ti(C，N)类化合物微粒的组织，具备良好的高温强度，所以在表面包覆层中不会产生碎屑、能够长期发挥良好的耐磨损性，与此相对，在表面包覆层的下部层为(Ti，Al)N、其上部层由具有由碳类非晶质体的单一相构成的组织的非晶质碳类润滑层构成的以往的包覆超硬工具中，在非铁材料的高速重切削加工条件下，表面包覆层的磨损发展都很快、并且也产生碎屑，所以在较短的时间内就会达到使用寿命。
以上说明了本发明的优选的实施例，但本发明并不限于这些实施例。在不脱离本发明的主旨的范围内能够进行结构的附加、省略、置换、以及其他变更。本发明并不受上述说明限制，而仅受附加的权利要求书的范围限制。
工业实用性如上所述，本发明的包覆超硬工具在通常的条件下的切削加工中当然没有问题，特别在以高速切削条件进行各种被切削材料的切削加工的情况下，也能够发挥良好的耐磨损性，所以能够充分满足地应对切削加工的省力化及节能化、还有低成本化。
此外，本发明的包覆超硬工具特别在各种非铁材料等的通常的切削条件下的切削加工中当然没有问题，特别在伴随着高发热及机械冲击的高速重切削加工中也能够发挥良好的耐磨损性，长期显示出良好的切削性能，所以能够充分满足地应对切削加工装置的高性能化及自动化、以及切削加工的省力化及节能化、还有低成本化。
权利要求
1.一种表面包覆切削工具，具备硬质基体；下部层，形成在上述硬质基体的表面上，含有由Ti、Al中的至少1种及N、C中的至少1种构成的复合化合物，且具有0.1～3μm的平均层厚；上部层，形成在上述下部层上，显示出在含有W的碳类非晶质体的基底中分散分布有结晶质Ti(C，N)类化合物微粒或结晶质(Ti，Al)(C，N)类化合物微粒的组织，并且具有1～13μm的平均层厚。
2.如权利要求1所述的表面包覆切削工具，上述上部层由含有W5～20原子％、Ti5～30原子％、N0.5～30原子％、其余具有由C及不可避免的杂质构成的组成的非晶质碳类润滑层构成。
3.如权利要求1所述的表面包覆切削工具，上述上部层由含有W5～20原子％、Ti5～20原子％、N0.5～18原子％、其余具有由C及不可避免的杂质构成的组成的非晶质碳类润滑层构成。
4.如权利要求1所述的表面包覆切削工具，上述上部层由含有W10～40原子％、Ti0.5～4原子％、N10～30原子％、其余具有由C及不可避免的杂质构成的组成的非晶质碳类润滑层构成。
5.如权利要求1所述的表面包覆切削工具，上述上部层由含有W5～20原子％、Ti2.5～10原子％、N0.4～22.5原子％、Al1.6～15原子％、其余具有由C及不可避免的杂质构成的组成的非晶质碳类润滑层构成。
6.如权利要求1所述的表面包覆切削工具，上述上部层含有碳类非晶质体，上述碳类非晶质体的基底中的结晶质Ti(C，N)类化合物微粒或结晶质(Ti，Al)(C，N)类化合物微粒的平均粒度在通过透过型电子显微镜的观察时为40nm以下。
7.如权利要求1所述的表面包覆切削工具，上述上部层含有碳类非晶质体，上述碳类非晶质体的基底中的结晶质Ti(C，N)类化合物微粒或结晶质(Ti，Al)(C，N)类化合物微粒的平均粒度在通过透过型电子显微镜的观察时为20nm以下。
8.如权利要求1所述的表面包覆切削工具，上述上部层含有碳类非晶质体，上述碳类非晶质体的基底中的结晶质Ti(C，N)类化合物微粒或结晶质(Ti，Al)(C，N)类化合物微粒的平均粒度在通过透过型电子显微镜的观察时为10nm以下。
9.如权利要求1所述的表面包覆切削工具，上述下部层由Ti层及TiCN层的至少一种构成。
10.如权利要求1所述的表面包覆切削工具，上述下部层由满足组成式(Ti1-X，AlX)N(其中X为原子比，表示0.40～0.60)的Ti和Al的复合氮化物层构成。
11.如权利要求1所述的表面包覆切削工具，上述下部层由具有沿着膜厚方向隔开规定间隔而交替地反复存在Al最高含有点和Ti最高含有点、且从上述Al最高含有点向Ti最高含有点、从上述Ti最高含有点向上述Al最高含有点、Al及Ti含有量分别连续地变化的组成浓度分布构造、而且具有上述Al最高含有点满足组成式(Al1-X)N(其中X为原子比，表示0.05～0.35)、上述Ti最高含有点满足组成式(Ti1-X，AlX)N(其中X为原子比，表示0.05～0.35)、并且相邻的Al最高含有点的间隔为0.01～0.1μm的组成变化构造的Ti和Al的复合氮化物层构成。
12.如权利要求1所述的表面包覆切削工具，上述硬质基体由碳化钨基超硬合金构成。
13.如权利要求1所述的表面包覆切削工具，上述硬质基体由碳化钛基金属陶瓷构成。
14.一种表面包覆切削工具的制造方法，包括准备硬质基体的阶段；利用磁控溅射装置，利用Ti中间电极或Ti-Al合金中间电极作为阴极，在由氮气与Ar的混合气体、或碳氢化合物的分解气体、氮气和Ar的混合气体构成的反应气体环境中且在磁场中，将含有由Ti、Al中的至少1种及N、C中的至少1种构成的复合化合物且具有0.1～3μm的平均层厚的下部层形成在上述硬质基体表面上的阶段；利用上述磁控溅射装置，利用碳化钨中间电极和Ti中间电极或Ti-Al合金中间电极作为阴极，在由碳氢化合物的分解气体、氮气和Ar的混合气体构成的反应气体环境中且在磁场中，将显示出在含有W的碳类非晶质体的基底中分散分布有结晶质Ti(C，N)类化合物微粒或结晶质(Ti，Al)(C，N)类化合物微粒的组织、且具有1～13μm的平均层厚的上部层形成在上述下部层上的阶段。
全文摘要
一种表面包覆切削工具，具备硬质基体；下部层，形成在上述硬质基体的表面上，含有由Ti、Al中的至少1种及N、C中的至少1种构成的复合化合物，且具有0.1～3μm的平均层厚；上部层，在上述下部层上形成，显示出在含有W的碳类非晶质体的基底中分散分布有结晶质Ti(C，N)类化合物微粒或结晶质(Ti，Al)(C，N)类化合物微粒的组织，并且具有1～13μm的平均层厚。
文档编号B23C5/16GK1905974SQ200580001819
公开日2007年1月31日 申请日期2005年1月28日 优先权日2004年1月30日
发明者森田启介, 益野智行, 长田晃, 中村惠滋 申请人:三菱麻铁里亚尔株式会社