CN103717332B - 表面被覆切削工具 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种表面被覆切削工具，包括基材和在该基材上形成的被覆膜，其特征如下：所述被覆膜至少包括耐磨层和抗粘着层，所述耐磨层具有其中含Ti和Al的氮化物的A层以及含Al和Cr的氮化物的B层交替层叠的多层结构；所述耐磨层具有立方晶体结构；并且所述抗粘着层位于所述被覆膜的最外表面，由（AlaCrbTi1-a-b)N表示的氮化物（该式中，a+b<0.99，b>0.01，0.2b+0.7<a）构成，并具有纤锌矿型晶体结构。

Description

表面被覆切削工具
技术领域
本发明涉及具有形成于基材上的被覆膜的表面被覆切削工具。
背景技术
为改善耐磨性和耐崩裂性，已将包括钻头的切削工具用作具有形成于基材上的各种被覆膜的表面被覆切削工具。在现代切削加工中，需要高效率，并且由于工件材料的强度变高的趋势导致工件材料变得难以切削，因此与传统切削加工相比，被覆膜往往发生磨损。
因此，需要对上述被覆膜进行改进。例如，国际专利公布No.WO2006/070730小册子（PTD1）提出了一种表面被覆切削工具，该表面被覆切削工具包括具有特定组成的交替层作为被覆膜。
引用列表
专利文献
PTD1：国际专利公布No.WO2006/070730小册子
发明内容
技术问题
PTD1中的表面被覆切削工具成功地将被覆膜的性能改善到一定程度。然而，在现今的切削加工环境下，需要进一步提高性能，尤其需要降低工件材料对被覆膜的粘着。
这是因为工件材料粘着到工具的顶端或刀刃部会导致工具的崩裂和破损。一旦工件材料粘着在工具的顶端等上，当该工件材料再次脱落时，工件材料就会与被覆膜以及基材的一部分一起脱落，并且从脱落部分开始出现异常磨损并产生裂缝，这被认为引起了工具的崩裂和破损。
当上述表面被覆切削工具为钻头时，更需要高效率，并且工件变得更加难以切削，因此，在现今的钻头加工中强烈需要被覆膜的耐磨性。
本发明是鉴于上述情况做出的，其目的是提供一种表面被覆切削工具，在该切削工具中，被覆膜的耐磨性得到提高并且工件材料的粘着降低，从而防止了工具的崩裂和破损。
问题的解决
为解决上述问题，本发明的发明人认真地进行了研究，并获得如下发现：形成具有优异耐磨性的层作为被覆膜的内层以及形成具有优异的抗粘着性的层作为表面层是最有效的。基于这些发现，本发明的发明人对各层的结构进行了进一步的研究并完成了本发明。
具体而言，根据本发明的表面被覆切削工具是这样的表面被覆切削工具：其包括基材和在该基材上形成的被覆膜，其中所述被覆膜至少包括耐磨层和抗粘着层，所述耐磨层具有其中含Ti和Al的氮化物的A层以及含Al和Cr的氮化物的B层交替叠加的多层结构，并具有立方晶体结构，并且所述抗粘着层位于被覆膜的最外表面、由(AlaCrbTi1-a-b)N表示的氮化物（其中a+b<0.99、b>0.01并且0.2b+0.7<a）构成，并具有纤锌矿型晶体结构。
优选地在整个被覆膜中，Al相对于全部金属原子的原子比高于0.6小于等于0.8，并且Cr相对于全部金属原子的原子比高于0.15小于等于0.3。
优选地被覆膜的厚度为2μm至30μm。优选地抗粘着层的厚度为0.5μm至8μm。
假设T1表示耐磨层的厚度且T2表示抗粘着层的厚度，则厚度比T2/T1优选满足0.25≤T2/T1≤0.55的关系。假设Ta表示A层的平均厚度且Tb表示B层的平均厚度，则厚度比Tb/Ta优选满足1.5≤Tb/Ta≤4的关系。优选地，Ta为1nm至10nm且Tb为1.5nm至30nm。
优选地，A层由(Ti1-cAlc)N表示的氮化物（其中0.3<c≤0.7）构成，并且B层由(AleCr1-e)N表示的氮化物（其中0.6<e<0.75）构成。
优选地，被覆膜在基材与耐磨层之间具有中间层，并且所述中间层由含Ti和Al的氮化物构成，且厚度为0.01μm至0.5μm。
优选地，被覆膜在耐磨层和抗粘着层之间具有第一粘附层和第二粘附层，所述第一粘附层位于耐磨层和第二粘附层之间，由含Ti和Al的氮化物构成，并且厚度为30nm至0.1μm，所述第二粘附层具有其中C层以及D层交替叠加的多层结构，并且厚度为10nm至0.2μm，其中所述C层为含Ti和Al的氮化物并具有与耐磨层相同的晶体结构，所述D层具有与抗粘着层相同的组成。
本发明的有益效果
将根据本发明的表面被覆切削工具进行上述构造，从而可实现优异的耐磨性和优异的抗粘着性，因此具有非常有效地防止崩裂和破损的优异效果。
具体实施方式
以下将对本发明进行更详细地说明。
<表面被覆切削工具>
根据本发明的表面被覆切削工具具有这样的构造：其包括基材和在该基材上形成的被覆膜。上述被覆膜优选地覆盖基材的整个表面。然而，一部分基材未被该被覆膜覆盖的构造、或被覆膜的结构局部不同的构造也没有脱离本发明的范围。
根据本发明的上述表面被覆切削工具可适当地用作诸如钻头、端铣刀、钻头用被覆切削刀片、端铣刀用被覆切削刀片、铣削用被覆切削刀片、机械加工用被覆切削刀片、金属用锯、齿轮切削工具、铰刀和丝锥等切削工具。其中，由于被覆膜的耐磨性和被覆膜对工件材料的抗粘着性得以高度改善，所以根据本发明的表面被覆切削工具可特别优异地用作钻头。
<基材>
可将作为此类基材常规已知的任何基材用作根据本发明的表面被覆切削工具中所使用的基材。基材的例子可包括硬质合金（包括，例如WC基硬质合金、包含WC和Co的硬质合金，以及包含WC和Co与额外的Ti、Ta、Nb等碳氮化物的硬质合金）、金属陶瓷（包含TiC、TiN、TiCN等作为主要组分）、高速钢、陶瓷（如碳化钛、碳化硅、氮化硅、氮化铝和氧化铝）、立方氮化硼烧结体、金刚石烧结体等。
<被覆膜>
本发明的被覆膜由多个层形成并至少包括耐磨层和抗粘着层。通过协同发挥下述各层的作用，本发明的被覆膜可实现优异的耐磨性和优异的抗粘着性，因此具有非常有效地防止工具的崩裂和破损的极其优异的效果。
上述被覆膜的厚度优选为2-30μm（2μm或更大且30μm或更小。当在本发明中以这种方式通过用符号“-”连接两个数值来表示范围时，其下限值和上限值应当均包含在此范围内），并且更优选为3-12μm。
如果被覆膜的厚度小于2μm，那么在某些情况下，提高耐磨性、抗粘着性等的效果不能充分发挥。如果该厚度超过30μm，则被覆膜自身更容易剥落。
下面将对形成被覆膜的各层进行详细说明。
<抗粘着层>
本发明的抗粘着层位于被覆膜的最外表面，并且可实现非常有效地防止工件材料粘着于工具的顶端或刀刃部分的优异的抗粘着性。
上述的抗粘着层需要由(AlaCrbTi1-a-b)N表示的氮化物（其中a+b<0.99、b>0.01并且0.2b+0.7<a）构成，并且具有纤锌矿型晶体结构。
人们发现，如果上述抗粘着层通过使用具有六方晶体结构的AlN形成的话，那么该抗粘着层在抗粘着性和高温下的滑动性（slidability）方面优异，然而由于抗粘着层具有低硬度，因此由于磨损导致抗粘着层在切削加工的早期阶段消失并且具有持续性问题。因此，在本发明中，向此AlN中添加特定量的Cr和Ti以提高硬度，从而可大大改善抗粘着性的持续性。如果只添加Cr，则不能充分地提高硬度。如果只添加Ti，则高温下的稳定性不足。因此，向AlN中添加Cr和Ti两者是重要的。
在上述等式中，a和b表示原子比。如果a+b等于或大于0.99，则Ti的量相对降低，因此不能充分地提高硬度。如果b等于或小于0.01，则高温下的稳定性不足。另一方面。如果0.2b+0.7≥a，则在高温下部分或全部抗粘着层的晶体结构将变为立方晶体结构并失去抗粘着性。
换言之，本发明的抗粘着层具有纤锌矿型晶体结构是重要的。如果抗粘着层具有其他晶体结构（如立方晶体结构），则不能获得优异的抗粘着性。另外，本发明的抗粘着层优选具有纳米颗粒的结构，并且所述纳米颗粒的平均粒度等于或小于40nm。通过使晶粒细化，提高了硬度和韧性，并且改善了抗粘着层的持续性。
在本说明书中，“纳米颗粒的平均粒度”的测量如下。首先，切下被覆膜，并使用TEM以20000倍至1000000倍的放大倍数观察截面。此时，优选对放大倍数进行以下调整，使得在观察视野中包括至少20个晶粒。接下来，对于在观察视野中随机选取的10个晶粒，将一个晶粒的最大直径定义为此晶粒的粒度。在由此获得的各晶粒的粒度中，将除最大值和最小值以外的粒度的算术平均值定义为“纳米颗粒的平均粒度”。
在上述等式中，对(AlaCrbTi1-a-b)和N之间的比值没有特别限定，并且可为任意比值。例如，如果前者为1，则后者（即，N）可为0.8至1.1。
如上所述，本发明的抗粘着层实现了非常优异的抗粘着性，这是本发明的特征之一。
上述抗粘着层的厚度优选为0.5μm至8μm，并且更优选为0.8μm至5μm。如果抗粘着层的厚度小于0.5μm，则在某些情况下所述抗粘着层不能实现充分的抗粘着性。如果厚度超过8μm，则耐磨性可能会降低。
<耐磨层>
本发明的耐磨层位于基材和上述抗粘着层之间，并且具有改善耐磨性的功能。
上述耐磨层需要具有其中含Ti和Al的氮化物的A层以及含Al和Cr的氮化物的B层交替叠加的多层结构，并且需要具有立方晶体结构。
因为含Al和Cr的氮化物层具有耐磨性和耐热性方面优异的性能，所以可以想到的是将此层用作耐磨层。然而，该层具有既硬且脆的缺点。因此在本发明中，将含Ti和Al的氮化物层（其以韧性优异为人所知）以及含Al和Cr的氮化物层交替叠加，由此本发明不仅可成功地改善耐磨性而且可成功地实现耐热性和韧性。
另外，由于本发明的耐磨层相应地包含Ti，因此该耐磨层还有助于抑制高速加工过程中后刀面的化学磨损。
此外，由于本发明的耐磨层具有立方晶体结构，因此提高了硬度，并结合上述组成实现了非常优异的耐磨性。本发明的耐磨层优选具有柱状晶体的结构，并且该柱状晶体的平均粒度大于150nm小于等于250nm。通过强化晶界提高了硬度并且改善了耐磨性。
在本说明书中，“柱状晶体的平均粒度”的测量如下。首先，切下被覆膜，并使用TEM以20000倍至1000000倍的放大倍数观察截面。此时，优选对放大倍数进行以下调整，使得在观察视野中包括至少20个晶粒（柱状晶体）。接下来，对于在观察视野中随机选取的10个柱状晶体，测量了垂直于该柱状晶体的延伸方向上的宽度（直径）的最大宽度（最大直径）。在如此获得的测量值中，将除最大值和最小值以外的测量值的算术平均值定义为“柱状晶体的平均粒度”。
现在，假设Ta表示上述A层的平均厚度且Tb表示上述B层的平均厚度，则厚度比Tb/Ta优选满足1.5≤Tb/Ta≤4的关系，更优选满足2≤Tb/Ta≤3的关系。通过将厚度比设定在上述范围内，从而可由B层实现充分的耐磨性和耐热性，并且还可由A层充分地实现改善韧性的效果。
如果上述厚度比低于1.5，则耐磨性可能降低。如果上述厚度比超过4，则韧性可能变差，并且可能降低高硬度工件材料的高速加工过程中后刀面的耐磨性。
上述平均厚度是指将各层的总厚度除以叠加的层数而获得的厚度。
上述A层的平均厚度Ta优选为1nm至10nm，更优选为2nm至6nm。上述B层的平均厚度Tb优选为1.5nm至30nm，更优选为7nm至20nm。由于各层均具有上述的厚度，因此可获得特别优异的韧性和耐磨性。如果各层的厚度均小于上述下限值，则不能获得通过多层叠加所产生的效果。如果各层的厚度均超过上限值，则也不能获得通过多层叠加所产生的效果。
耐磨层的上述厚度优选地通过交替叠加100层至10000层的上述A层和100层至10000层的上述B层获得。因此实现了特别高的韧性。
另一方面，上述A层优选由(Ti1-cAlc)N表示的氮化物（其中0.3<c≤0.7）构成，并且上述B层优选由(AleCr1-e)N表示的氮化物（其中0.6<e<0.75）构成。由于A层和B层具有上述组成，因此可将A层构造为在韧性方面特别优异并具有高硬度，并可将B层构造为在耐热性方面特别优异。这些层交替叠加，由此可实现特别优异的耐磨性。
在上述(Ti1-cAlc)N中，对(Ti1-cAlc)和N之间的比值没有特别限定，并且可以为任意比值。例如，如果前者为1，则后者（即，N）可为0.8至1.1。类似地，在上述(AleCr1-e)N中，对(AleCr1-e)和N之间的比值也没有特别限定，并且可以为任意比值。例如，如果前者为1，则后者（即，N）可为0.8至1.1。
只要上述A层和B层交替叠加即可，对叠加顺序没有特别限定。换言之，A层可位于基材侧（叠加开始侧），或者B层可位于基材侧。或者，A层可位于抗粘着层侧（叠加结束侧），或者B层可位于抗粘着层侧。除非另有说明，则假设叠加以A层开始以B层结束。
<硬度比>
至于被覆膜的硬度，假设H1表示耐磨层的硬度且H2表示从抗粘着层的表面测得的硬度，则硬度比H2/H1优选满足0.7<H2/H1<1.1的关系，更优选满足0.9<H2/H1<1.0的关系。
如上所述，与具有六方晶体结构的AlN相比，本发明的抗粘着层的特征在于硬度得以提高。另一方面，由于本发明的抗粘着层在硬度方面低于耐磨层，因此在发生磨损的部分实现了平滑磨损，并且切屑排出性变得更好。从而，可降低切削阻力并且可抑制工具的崩裂和破损。如果本发明的抗粘着层在硬度方面高于耐磨层，则可改善抗粘着层的持续性，由此可获得优异的抗粘着性。
换言之，因为本发明的抗粘着层和耐磨层在晶体结构上彼此不同，因此它们在诸如硬度、耐热性和滑动性等性能上彼此迥异。然而，由于本发明的抗粘着层和耐磨层在化学组成上彼此类似，因此它们在化学反应性上彼此相似，从而在化学磨损倾向上彼此相似。因此，通过将硬度比设定在上述范围内，优化了两层间的硬度平衡并获得了稳定的磨损性能，推测这引起了对工具的崩裂与破损的抑制。
<厚度比T2/T1>
假设T1表示上述耐磨层的厚度且T2表示上述抗粘着层的厚度，则厚度比T2/T1优选满足0.17≤T2/T1≤0.55的关系。换言之，抗粘着层的厚度优选小于如上所述的耐磨层的厚度。
如果厚度比T2/T1低于0.17，则在某些情况下不能获得充分的抗粘着性。如果厚度比T2/T1超过0.55，则在某些情况下不能获得充分的耐磨性。通过将厚度比T2/T1设定在上述范围内，可优化抗粘着层的平滑磨损与耐磨层的高度耐磨性之间的平衡，并可高度抑制工具的崩裂与破损。
<中间层>
除上述耐磨层和抗粘着层之外，本发明的被覆膜还可包括任意层。
例如，本发明的被覆膜可在基材与耐磨层之间具有中间层。此中间层优选由含Ti和Al的氮化物构成，并且厚度为0.01μm至0.5μm。
由于形成了上述中间层，因此改善了基材与被覆膜之间的粘附性，并且可有效防止在切削加工过程中被覆膜从基材上剥落。如果中间层的厚度小于0.01μm，则在某些情况下不能获得充分的粘附性。如果中间层的厚度超过0.5μm，则该中间层在韧性方面差于耐磨层，因此粘合层自身可能被破坏，这可能会导致被覆膜的剥落。上述中间层更优选的厚度为0.05μm至0.3μm。
对形成中间层的含Ti和Al的氮化物的具体组成没有特别限定，可任意选择常规已知的组成。
<粘附层>
本发明的被覆膜可进一步在耐磨层和抗粘着层之间具有第一粘附层和第二粘附层。
第一粘附层可被构造为位于耐磨层和第二粘附层之间，由含Ti和Al的氮化物构成，并且厚度为30nm至0.1μm。第二粘附层可被构造为具有其中C层以及D层交替叠加的多层结构，并且厚度为10nm至0.2μm，其中所述C层为含Ti和Al的氮化物，并且具有与耐磨层相同的晶体结构，所述D层具有与抗粘着层相同的组成。
因为本发明的耐磨层和抗粘着层在晶体结构上彼此不同，所以本发明的耐磨层和抗粘着层可能在粘附性方面较差，并且由于该抗粘着层容易剥落等导致在某些情况下不能获得充分的抗粘着性。因此，优选在耐磨层和抗粘着层之间形成第二粘附层，该第二粘附层由C层以及D层交替叠加形成，其中所述C层为含Ti和Al的氮化物且具有与耐磨层相同的晶体结构，所述D层具有与抗粘着层相同的组成，从而具有与抗粘着层相同的晶体结构。因此，可大大改善耐磨层和抗粘着层之间的粘附性。
上述第二粘附层优选通过将C层和D层重复交替叠加两次至十次形成，并且厚度为10nm至0.2μm。将叠加重复两次以上，由此改善了机械性能并改善了粘附性。第二粘附层的厚度优选为0.2μm或更小。这是因为，如果厚度超过0.2μm，则机械性能降低，并且容易发生自身破坏。因此，考虑到厚度，叠加的重复次数的上限优选为约10。
只要上述C层和D层交替叠加即可，对叠加的顺序没有特别限定。换言之，C层可位于耐磨层侧（叠加开始侧），或者D层可位于耐磨层侧。或者，C层可位于抗粘着层侧（叠加结束侧），或者D层可位于抗粘着层侧。然而，考虑到对耐磨层的粘附性，优选地叠加从C层开始。因此，除非另有说明，假设叠加以C层开始以D层结束。
此外，由于第一粘附层在该第二粘附层和耐磨层之间形成，因此可进一步改善耐磨层和抗粘着层之间的粘附性。因为如上所述耐磨层具有高硬度，所以耐磨层往往在粘附性方面差于其他层。因此，插入了由含Ti和Al的氮化物构成、并对其它层具有特别优异的粘附性的第一粘附层，由此改善了耐磨层和第二粘附层之间的粘附性，因此进一步改善了耐磨层和抗粘着层之间的粘附性。优选地，形成第一粘附层的含Ti和Al的氮化物具有与耐磨层相同的立方晶体结构。
上述第一粘附层的厚度优选为30nm至0.1μm。如果第一粘附层的厚度超过0.1μm，则机械强度降低。如果第一粘附层的厚度小于30nm，则该第一粘附层不具有充分的粘附性。对形成第一粘附层的含Ti和Al的氮化物的具体组成没有特别限定，可任意选择常规已知的组成。
<原子比>
优选地，在本发明的整个被覆膜中，Al相对于全部金属原子的原子比（即，当假设全部金属原子数为1时的Al的原子比）高于0.6小于等于0.8，并且Cr相对于全部金属原子的原子比高于0.15小于等于0.3。
作为整个被覆膜的平均组成将Al的原子比设定在上述范围内，由此可获得具有优异的抗粘着性和优异的耐热性的被覆膜。更优选地，Al的原子比高于0.65小于等于0.72。
另一方面，作为整个被覆膜的平均组成将Cr的原子比设定在上述范围内，由此可获得具有优异的耐磨性的被覆膜。更优选地，Cr的原子比高于0.17小于等于0.23。
如上所述，作为整个被覆膜的平均组成将Al和Cr的原子比设定在上述范围内，由此可高度改善被覆膜的耐磨性和抗粘着性。
在本发明中，“金属原子”是指除氢、氦、氖、氩、氪、氙、氡、氟、氯、溴、碘、砹、氧、硫、硒、碲、氮、磷、砷、锑和碳以外的元素的原子。
<应力>
本发明的被覆膜的应力测量如下。首先，使用表面粗糙度计测量成膜前后的硬质合金制成的板(20mm×10mm×1mm)的翘曲量。接着，使用Calotest测量被覆膜的膜厚。然后，利用如此获得的翘曲量和膜厚计算被覆膜的应力。
本发明的被覆膜的压缩应力优选为-0.1GPa以下-3.0GPa以上，更优选为-1.0GPa以下-2.5GPa以上。
由于本发明的被覆膜具有上述的压缩应力，因此能够抑制裂缝（其被认为是导致崩裂的原因）的发展。换言之，本发明的被覆膜具有优异的耐崩裂性。
<X-射线图样>
本说明书中所描述的X射线衍射图样是在下面的条件下测量的。
测量部位：钻头的后刀面
所用的X-射线：Cu-Kα
激发条件：45kV200mA
所用的准直仪：φ0.3mm
测量方法：θ-2θ法。
另外，在本说明书中，峰强度的测量如下。首先，对于所获得的X射线衍射图样，在2θ=36°、37.4°、37.9°和43.2°处指定峰的位置。接着，用软件自动进行峰的分离。由此获得分离的峰的强度。
本发明的被覆膜可具有下面的X射线衍射图样。具体而言，假设K1表示2θ=36°附近的峰强度且K2表示2θ=37.4°附近的峰强度，则强度比K2/K1满足0.2<K2/K1<0.35的关系。2θ=36°附近的峰对应于抗粘着层中的六方晶体（002），并且2θ=37.4°附近的峰对应于耐磨层中的立方晶体（111）。换言之，在此情况下，抗粘着层具有（002）取向，并且耐磨层具有（111）取向。六方晶体的（002）面和立方晶体的（111）面是各层中的最密面，也是强度最高的面。因此，由于本发明的被覆膜的上述X射线衍射图样，抗粘着层的持续性和耐磨层的耐磨性变得更加优异。
本发明的被覆膜也可具有下面的X射线衍射图样。具体而言，假设K1表示2θ=37.4°附近的峰强度且K2表示2θ=37.9°附近的峰强度，则强度比K2/K1满足0.4<K2/K1<0.6的关系。2θ=37.4°附近的峰对应于耐磨层中的立方晶体（111），并且2θ=37.9°附近的峰对应于抗粘着层中的六方晶体（101）。换言之，在此情况下，抗粘着层具有（101）取向，并且耐磨层具有（111）取向。立方晶体的（111）面是最密面，也是强度最高的面。六方晶体的（101）面在强度方面似乎低于最密面。由于本发明的被覆膜的上述X射线衍射图样，所以耐磨层的耐磨性可变得更加优异，并且在抗粘着层的发生磨损的部分处可实现平滑磨损，而且切屑排出性可变得更好。因此可降低切削阻力，并可抑制工具的崩裂和破损。
本发明的被覆膜也可具有下面的X射线衍射图样。具体而言，假设K1表示2θ=37.4°附近的峰强度且K2表示2θ=43.2°附近的峰强度，则强度比K2/K1满足0.6<K2/K1<0.75的关系。2θ=37.4°附近的峰对应于耐磨层中的立方晶体（111），并且2θ=43.2°附近的峰对应于抗粘着层中的立方晶体（200）。在此情况下，耐磨层具有弱（111）取向。立方晶体的（111）面是最密面，也是强度最高的面。因此，由于本发明的被覆膜的上述X射线衍射图样，耐磨层的耐磨性变得更加优异。
<制造方法>
根据本发明的表面被覆切削工具可通过使用（例如）物理气相沉积法在基材上形成被覆膜而制造。作为物理气相沉积法，可使用常规已知的方法，没有特别限定，并且（例如）可使用选自由电弧离子镀法、平衡磁控溅射法和非平衡磁控溅射法构成的组中的至少一种方法。
实施例
下面将基于实施例对本发明进行更详细地描述，但是本发明不限于此。以下描述的各实施例中被覆膜各层的组成可以通过带有透射电子显微镜的EDS分析（能量分散X射线分析）来确定。
<实施例1至12和比较例1至5>
如下制造实施例1至12和比较例1至5中的表面被覆切削工具。这些表面被覆切削工具中的每个工具都具有以下构造：通过电弧离子镀法在基材上依次形成中间层、耐磨层、第一粘附层、第二粘附层和抗粘着层作为被覆膜，并且除第二粘附层和抗粘着层之外，其余的构造是共通的。
将由硬质合金制成的钻头（刀刃直径：直径8.0mm，总长度：115mm，槽的长度：65mm，带有油孔）用作基材。
将此基材放置在电弧离子镀装置中，进行抽真空，并将基材加热至500℃。然后，进行Ar离子蚀刻，之后在N2气氛中通过电弧沉积首先在基材上形成由含Ti和Al的氮化物构成的中间层（厚度：0.2μm）。该含Ti和Al的氮化物具有Ti0.5Al0.5N的组成并且形成条件如下：
靶：Ti0.5Al0.5
压力：6Pa
电弧电流：120A
偏压：50V
在使用电弧离子镀法形成各层的情况下，对所用的靶的组成进行调节以获得各层的组成。
接着，在如上形成的中间层上形成耐磨层（厚度：3.9μm），该耐磨层具有包括交替叠加的A层和B层的多层结构。含Ti和Al的氮化物的A层具有4nm的厚度（Ta）以及Ti0.5Al0.5N的组成。含Al和Cr的氮化物的B层具有10nm的厚度（Tb）以及Al0.65Cr0.35N的组成。A层和B层各自的叠加数均为280，并且Tb/Ta=2.5。此耐磨层的形成条件如下：
靶：Ti0.5Al0.5（A层），Al0.65Cr0.35（B层）
压力：5Pa
放电电流：100A（A层），180A（B层）
偏压：40V
将上述靶放置在电弧离子镀装置的炉中的预定位置，并在基材面对各靶的情况下使基材旋转。一边调整旋转速度，一边形成具有包括交替叠加的A层和B层的多层结构的耐磨层。
使用X射线衍射装置测定此耐磨层的晶体结构，并确认该耐磨层具有立方晶体结构。
随后，在如上形成的耐磨层上形成由含Ti和Al的氮化物构成的第一粘附层（厚度：30nm）。含Ti和Al的氮化物具有Ti0.5Al0.5N的组成并且形成条件如下：
靶：Ti0.5Al0.5
放电电流：100A
偏压：100V
随后，在如上形成的第一粘附层上形成第二粘附层（厚度：60nm），该第二粘附层具有包括交替叠加的C层和D层的多层结构。含Ti和Al的氮化物的C层具有6nm的厚度以及Ti0.5Al0.5N的组成。D层具有6nm的厚度以及与下表1中描述的抗粘着层相同的组成。C层和D层各自的叠加数均为5。此第二粘附层的形成条件如下：
靶：Ti0.5Al0.5（C层），与表1中所述的抗粘着层相同的靶（D层）
放电电流：100A（C层），100A（D层）
偏压：100V
与上述耐磨层的形成相似，在基材面对各靶的情况下使基材旋转。一边调整旋转速度，一边形成具有上述构造的第二粘附层。
使用带有透射电子显微镜的透射电子衍射（TED）测定此第二粘附层的晶体结构，并确认C层具有立方晶体结构且D层具有纤锌矿型晶体结构。
接下来，在如上形成的第二粘附层上形成抗粘着层（厚度（T2）：1.5μm，此为共通的）。此抗粘着层位于被覆膜的最外表面并且具有下表1中描述的组成。形成条件如下：
靶：组成被调整为表1中所述的组成的靶
放电电流：150A
偏压：100V
使用X射线衍射装置测定由此形成的抗粘着层的晶体结构，并确认除比较例2和3之外的抗粘着层都具有纤锌矿型晶体结构。比较例2和3中的各抗粘着层均具有立方晶体结构。
耐磨层的厚度T1和抗粘着层的厚度T2之间的比值T2/T1在表1中示出。
表1
抗粘着层的组成 厚度比T2/T1
实施例1 Al0.82Cr0.15Ti0.03N 0.38
实施例2 Al0.82Cr0.14Ti0.04N 0.38
实施例3 Al0.81Cr0.1Ti0.09N 0.38
实施例4 Al0.80Cr0.05Ti0.15N 0.38
实施例5 Al0.80Cr0.02Ti0.18N 0.38
实施例6 Al0.85Cr0.1Ti0.05N 0.38
实施例7 Al0.86Cr0.07Ti0.07N 0.38
实施例8 Al0.85Cr0.03Ti0.12N 0.38
实施例9 Al0.90Cr0.06Ti0.04N 0.38
实施例10 Al0.79Cr0.17Ti0.04N 0.38
实施例11 Al0.75Cr0.1Ti0.15N 0.38
实施例12 Al0.80Cr0.15Ti0.05N 0.38
比较例1 AlN 0.38
比较例2 Al0.72Cr0.23Ti0.05N 0.38
比较例3 Al0.65Cr0.1Ti0.25N 0.38
比较例4 Al0.75Ti0.25N 0.38
比较例5 Al0.85Cr0.15N 0.38
将如上所述具有形成于基材上的被覆膜的表面被覆切削工具进行冷却，然后，将表面被覆切削工具从电弧离子镀装置中取出，之后，用包含磨粒的刷子将被覆膜的表面平滑化。由此获得了实施例1至12和比较例1至5中的表面被覆切削工具。
<比较例6至10>
用与上述实施例6中完全相同的方法制造了表面被覆切削工具，不同之处在于耐磨层具有下表2中描述的构造（然而，比较例10中的抗粘着层具有Ti0.5Al0.5N的组成（厚度：2μm），而不是具有实施例6中的抗粘着层的构造）。这些比较例中的各耐磨层均具有立方晶体结构。
表2
<实施例13至16>
如下制造实施例13至16中的表面被覆切削工具。这些表面被覆切削工具中的每个工具均具有以下构造：通过电弧离子镀法在基材上依次形成耐磨层、第一粘附层、第二粘附层和抗粘着层作为被覆膜，并且除耐磨层以外，其余的构造是共通的。
所述基材与上述实施例1至12中的基材相同。
将此基材放置在电弧离子镀装置中，并形成具有包括交替叠加的A层和B层的多层结构的耐磨层。耐磨层的具体构造如下表3所述，且形成条件与上述实施例1至12中的形成条件相同。
表3
使用X射线衍射装置测定此耐磨层的晶体结构，并确认该耐磨层具有立方晶体结构。
随后，在如上形成的耐磨层上形成由含Ti和Al的氮化物构成的第一粘附层（厚度：50nm）。该含Ti和Al的氮化物具有Ti0.3Al0.7N的组成，并且除靶的组成以外，形成条件与上述实施例1至12中的形成条件相同。
随后，在如上形成的第一粘附层上形成第二粘附层（厚度：60nm），该第二粘附层具有包括交替叠加的C层和D层的多层结构。含Ti和Al的氮化物的C层具有6nm的厚度以及Ti0.3Al0.7N的组成。D层具有6nm的厚度以及与下述的抗粘着层相同的组成。C层和D层各自的叠加数均为5。除靶材的组成以外，此第二粘附层的形成条件与上述实施例1至12中的形成条件相同。
使用带有透射电子显微镜的透射电子衍射（TED）测定此第二粘附层的晶体结构，并确认C层具有立方晶体结构且D层具有纤锌矿型晶体结构。
接下来，在如上形成的第二粘附层上形成抗粘着层（厚度（T2）：1.5μm，此为共通的）。此抗粘着层位于被覆膜的最外表面并具有Al0.84Cr0.1Ti0.06N的组成。除靶的组成以外，形成条件与上述实施例1至12中的形成条件相同。
使用X射线衍射装置测定如此形成的抗粘着层的晶体结构，并确认该抗粘着层具有纤锌矿型晶体结构。
耐磨层的厚度T1和抗粘着层的厚度T2之间的比值T2/T1在表3中示出。
将如上所述具有形成于基材上的被覆膜的表面被覆切削工具进行冷却，然后，将表面被覆切削工具从电弧离子镀装置中取出，之后，用包含磨粒的刷子将被覆膜的表面平滑化。由此获得了实施例13至16的表面被覆切削工具。
<实施例17至24>
如下制造实施例17至24中的表面被覆切削工具。这些表面被覆切削工具中的每个工具都具有以下构造：通过电弧离子镀法在基材上依次形成中间层、耐磨层、第一粘附层、第二粘附层和抗粘着层作为被覆膜，并且除耐磨层的厚度和抗粘着层的厚度以外，其余的构造是共通的。
所述基材与上述实施例1至12中的基材相同。
将此基材放置在电弧离子镀装置中，并在该基材上首先形成由含Ti和Al的氮化物构成的中间层（厚度：0.3μm）。该含Ti和Al的氮化物具有Ti0.5Al0.5N的组成，并且形成条件与上述实施例1至12中的形成条件相同。
接着，在如上形成的中间层上形成耐磨层（厚度如下表4中所示），该耐磨层具有包括交替叠加的A层和B层的多层结构。含Ti和Al的氮化物的A层具有4nm的厚度（Ta）以及Ti0.5Al0.5N的组成。含Al和Cr的氮化物的B层具有10nm的厚度（Tb）以及Al0.7Cr0.3N的组成。A层和B层各自的叠加数如下表4中所示，并且Tb/Ta=2.5。此耐磨层的形成条件与上述实施例1至12中的形成条件相同。
使用X射线衍射装置测定此耐磨层的晶体结构，并确认该耐磨层具有立方晶体结构。
随后，在如上形成的耐磨层上形成由含Ti和Al的氮化物构成的第一粘附层（厚度：30nm）。该含Ti和Al的氮化物具有Ti0.5Al0.5N的组成，并且形成条件与上述实施例1至12中的形成条件相同。
随后，在如上形成的第一粘附层上形成第二粘附层（厚度：30nm），该第二粘附层具有包括交替叠加的C层和D层的多层结构。含Ti和Al的氮化物的C层具有6nm的厚度以及Ti0.5Al0.5N的组成。D层具有9nm的厚度以及与下述的抗粘着层相同的组成。C层和D层各自的叠加数均为2。此第二粘附层的形成条件与上述实施例1至12中的形成条件相同。
使用带有透射电子显微镜的透射电子衍射（TED）测定此第二粘附层的晶体结构，并确认C层具有立方晶体结构且D层具有纤锌矿型晶体结构。
接下来，在如上形成的第二粘附层上形成抗粘着层（厚度（T2）如下表4中所示）。此抗粘着层位于被覆膜的最外表面并具有Al0.85Cr0.1Ti0.05N的组成。形成条件与上述实施例1至12中的形成条件相同。
使用X射线衍射装置测定如此形成的抗粘着层的晶体结构，并确认该抗粘着层具有纤锌矿型晶体结构。
耐磨层的厚度T1和抗粘着层的厚度T2之间的比值T2/T1在表4中示出。
表4
将如上所述具有形成于基材上的被覆膜的表面被覆切削工具进行冷却，然后，将表面被覆切削工具从电弧离子镀装置中取出，之后，用包含磨粒的刷子将被覆膜的表面平滑化。由此获得了实施例17至24中的表面被覆切削工具。
<实施例25至30>
如下制造实施例25至30中的表面被覆切削工具。这些表面被覆切削工具中的每个工具都具有以下构造：通过电弧离子镀法在基材上依次形成中间层、耐磨层、第一粘附层、第二粘附层和抗粘着层作为被覆膜，并且除耐磨层的厚度和抗粘着层的厚度以外，其余的构造是共通的。
所述基材与上述实施例1至12中的基材相同。
将此基材放置在电弧离子镀装置中，并在该基材上首先形成由含Ti和Al的氮化物构成的中间层（厚度：0.1μm）。该含Ti和Al的氮化物具有Ti0.7Al0.3N的组成，并且形成条件与上述实施例1至12中的形成条件相同。
接着，在如上形成的中间层上形成耐磨层（厚度如下表5中所示），该耐磨层具有包括交替叠加的A层和B层的多层结构。含Ti和Al的氮化物的A层具有5nm的厚度（Ta）以及Ti0.7Al0.3N的组成。含Al和Cr的氮化物的B层具有19nm的厚度（Tb）以及Al0.67Cr0.33N的组成。A层和B层各自的叠加数如下表5中所示，并且Tb/Ta=3.8。此耐磨层的形成条件与上述实施例1至12中的形成条件相同。
使用X射线衍射装置测定此耐磨层的晶体结构，并确认该耐磨层具有立方晶体结构。
随后，在如上形成的耐磨层上形成由含Ti和Al的氮化物构成的第一粘附层（厚度：70nm）。该含Ti和Al的氮化物具有Ti0.33Al0.67N的组成，并且形成条件与上述实施例1至12中的形成条件相同。
随后，在如上形成的第一粘附层上形成第二粘附层（厚度：70nm），该第二粘附层具有包括交替叠加的C层和D层的多层结构。含Ti和Al的氮化物的C层具有5nm的厚度以及Ti0.33Al0.67N的组成。D层具有5nm的厚度以及与下述的抗粘着层相同的组成。C层和D层各自的叠加数均为7。此第二粘附层的形成条件与上述实施例1至12中的形成条件相同。
使用带有透射电子显微镜的透射电子衍射（TED）测定此第二粘附层的晶体结构，并确认C层具有立方晶体结构且D层具有纤锌矿型晶体结构。
接下来，在如上形成的第二粘附层上形成抗粘着层（厚度（T2）如下表5中所示）。此抗粘着层位于被覆膜的最外表面并具有Al0.85Cr0.1Ti0.05N的组成。形成条件与上述实施例1至12中的形成条件相同。
使用X射线衍射装置测定如此形成的抗粘着层的晶体结构，并确认该抗粘着层具有纤锌矿型晶体结构。
耐磨层的厚度T1和抗粘着层的厚度T2之间的比值T2/T1在表5中示出。
表5
将如上所述具有形成于基材上的被覆膜的表面被覆切削工具进行冷却，然后，将表面被覆切削工具从电弧离子镀装置中取出，之后，用包含磨粒的刷子将被覆膜的表面平滑化。由此获得了实施例25至30中的表面被覆切削工具。
<实施例31至37>
如下制造实施例31至37中的表面被覆切削工具。这些表面被覆切削工具中的每个工具都具有以下构造：通过电弧离子镀法在基材上依次形成中间层、耐磨层和抗粘着层作为被覆膜，并且除耐磨层的构造以外，其余的构造是共通的。
所述基材与上述实施例1至12中的基材相同。
将此基材放置在电弧离子镀装置中，并在该基材上首先形成由含Ti和Al的氮化物构成的中间层（厚度：0.07μm）。该含Ti和Al的氮化物具有Ti0.45Al0.55N的组成，并且形成条件与上述实施例1至12中的形成条件相同。
接着，在如上形成的中间层上形成耐磨层，该耐磨层具有包括交替叠加的A层和B层的多层结构。该耐磨层的构造在下表6中示出，并且形成条件与上述实施例1至12中的形成条件相同。
使用X射线衍射装置测定此耐磨层的晶体结构，并确认该耐磨层具有立方晶体结构。
随后，在如上形成的耐磨层上形成抗粘着层（厚度（T2）：1.5μm）。此抗粘着层位于被覆膜的最外表面并且具有Al0.85Cr0.1Ti0.05N的组成。形成条件与所述实施例1至12中的形成条件相同。
使用X射线衍射装置测定如此形成的抗粘着层的晶体结构，并确认该抗粘着层具有纤锌矿型晶体结构。
耐磨层的厚度T1和抗粘着层的厚度T2之间的比值T2/T1在表6中示出。
表6
将如上所述具有形成于基材上的被覆膜的表面被覆切削工具进行冷却，然后，将表面被覆切削工具从电弧离子镀装置中取出，之后，用包含磨粒的刷子将被覆膜的表面平滑化。由此获得了实施例31至37中的表面被覆切削工具。
<实施例38至43以及比较例11和12>
如下制造实施例38至43以及比较例11和12中的表面被覆切削工具。这些表面被覆切削工具中的每个工具都具有以下构造：通过电弧离子镀法在基材上依次形成中间层、耐磨层、第一粘附层、第二粘附层和抗粘着层作为被覆膜，并且除耐磨层以外，其余的构造是共通的。
所述基材与上述实施例1至12中的基材相同。
将此基材放置在电弧离子镀装置中，并在该基材上首先形成由含Ti和Al的氮化物构成的中间层（厚度：0.1μm）。该含Ti和Al的氮化物具有Ti0.5Al0.5N的组成，并且形成条件与上述实施例1至12中的形成条件相同。
接着，在如上形成的中间层上形成耐磨层，该耐磨层具有包括交替叠加的A层和B层的多层结构。该耐磨层的构造如下表7所示，并且形成条件与上述实施例1至12中的形成条件相同。
表7
使用X射线衍射装置测定此耐磨层的晶体结构，并确认各实施例中的耐磨层均具有立方晶体结构，而各比较例中的耐磨层均具有立方晶体结构和六方晶体结构的混合结构。
随后，在如上形成的耐磨层上形成由含Ti和Al的氮化物构成的第一粘附层（厚度：40nm）。该含Ti和Al的氮化物具有Ti0.5Al0.5N的组成，并且形成条件与上述实施例1至12中的形成条件相同。
随后，在如上形成的第一粘附层上形成第二粘附层（厚度：90nm），该第二粘附层具有包括交替叠加的C层和D层的多层结构。含Ti和Al的氮化物的C层具有5.5nm的厚度以及Ti0.5Al0.5N的组成。D层具有9.5nm的厚度以及与下述的抗粘着层相同的组成。C层和D层各自的叠加数均为6。此第二粘附层的形成条件与上述实施例1至12中的形成条件相同。
使用带有透射电子显微镜的透射电子衍射（TED）测定此第二粘附层的晶体结构，并确认C层具有立方晶体结构且D层具有纤锌矿型晶体结构。
随后，在如上形成的第二粘附层上形成抗粘着层（厚度（T2）：1μm）。此抗粘着层位于被覆膜的最外表面并具有Al0.82Cr0.14Ti0.04N的组成。形成条件与上述实施例1至12中的形成条件相同。
通过X射线衍射装置测定如此形成的抗粘着层的晶体结构，并确认该抗粘着层具有纤锌矿型晶体结构。
耐磨层的厚度T1和抗粘着层的厚度T2之间的比值T2/T1为0.5，该值在各实施例38至43以及比较例11和12中是共通的。
将如上所述具有形成于基材上的被覆膜的表面被覆切削工具进行冷却，然后，将表面被覆切削工具从电弧离子镀装置中取出，之后，用包含磨粒的刷子将被覆膜的表面平滑化。由此获得了实施例38至43以及比较例11和12中的表面被覆切削工具。
<实施例44至48>
如下制造实施例44至48中的表面被覆切削工具。这些表面被覆切削工具中的每个工具都具有以下构造：通过电弧离子镀法在基材上依次形成中间层、耐磨层和抗粘着层作为被覆膜，并且除中间层的厚度以及耐磨层的构造以外，其余的构造是共通的。
所述基材与上述实施例1至12中的基材相同。
将此基材放置在电弧离子镀装置中，并在该基材上首先形成由含Ti和Al的氮化物构成的中间层。该含Ti和Al的氮化物具有Ti0.5Al0.5N的组成，并且除调整了厚度以外，形成条件与上述实施例1至12中的形成条件相同。此中间层在实施例44中的厚度为0.005μm、在实施例45中为0.04μm、在实施例46中为0.15μm、在实施例47中为0.4μm、并且在实施例48中为1μm.
接着，在如上形成的中间层上形成耐磨层，该耐磨层具有包括交替叠加的A层和B层的多层结构。该耐磨层的构造如下表8中所示，并且形成条件与上述实施例1至12中的形成条件相同。
使用X射线衍射装置测定此耐磨层的晶体结构，并确认耐磨层具有立方晶体结构。
随后，在如上形成的耐磨层上形成抗粘着层（厚度（T2）：0.9μm）。此抗粘着层位于被覆膜的最外表面并且具有Al0.88Cr0.1Ti0.02N的组成。形成条件与上述实施例1至12中的形成条件相同。
通过X射线衍射装置测定如此形成的抗粘着层的晶体结构，并确认该抗粘着层具有纤锌矿型晶体结构。
耐磨层的厚度T1和抗粘着层的厚度T2之间的比值T2/T1在表8中示出。
表8
将如上所述具有形成于基材上的被覆膜的表面被覆切削工具进行冷却，然后，将表面被覆切削工具从电弧离子镀装置中取出，之后，用包含磨粒的刷子将被覆膜的表面平滑化。由此获得了实施例44至48中的表面被覆切削工具。
<实施例49至55>
如下制造实施例49至55中的表面被覆切削工具。这些表面被覆切削工具中的每个工具都具有以下构造：通过电弧离子镀法在基材上依次形成中间层、耐磨层、第一粘附层、第二粘附层和抗粘着层作为被覆膜，并且除第一粘附层和第二粘附层的厚度以外，其余的构造是共通的。
所述基材与上述实施例1至12中的基材相同。
将此基材放置在电弧离子镀装置中，并在该基材上首先形成由含Ti和Al的氮化物构成的中间层（厚度：0.3μm）。该含Ti和Al的氮化物具有Ti0.5Al0.5N的组成，并且形成条件与上述实施例1至12中的形成条件相同。
接着，在如上形成的中间层上形成耐磨层（厚度：2.8μm），该耐磨层具有包括交替叠加的A层和B层的多层结构。含Ti和Al的氮化物的A层具有4nm的厚度（Ta）以及Ti0.5Al0.5N的组成。含Al和Cr的氮化物的B层具有10nm的厚度（Tb）以及Al0.7Cr0.3N的组成。A层和B层各自的叠加数均为200，并且Tb/Ta=2.5。此耐磨层的形成条件与上述实施例1至12中的形成条件相同。
使用X射线衍射装置测定此耐磨层的晶体结构，并确认该耐磨层具有立方晶体结构。
随后，在如上形成的耐磨层上形成由含Ti和Al的氮化物构成的第一粘附层（厚度如表9中所示）。该含Ti和Al的氮化物具有Ti0.5Al0.5N的组成，并且除调整了厚度以外，形成条件与上述实施例1至12中的形成条件相同。
随后，在如上形成的第一粘附层上形成第二粘附层（厚度和叠加数如表9所示），该第二粘附层具有包括交替叠加的C层和D层的多层结构。含Ti和Al的氮化物的C层具有9nm的厚度以及Ti0.5Al0.5N的组成。D层具有11nm的厚度以及与下述的抗粘着层相同的组成。此第二粘附层的形成条件与上述实施例1至12中的形成条件相同。
使用带有透射电子显微镜的透射电子衍射（TED）测定此第二粘附层的晶体结构，并确认C层具有立方晶体结构且D层具有纤锌矿型晶体结构。
表9
随后，在如上形成的第二粘附层上形成抗粘着层（厚度（T2）：1μm）。此抗粘着层位于被覆膜的最外表面并具有Al0.82Cr0.14Ti0.04N的组成。形成条件与上述实施例1至12中的形成条件相同。
使用X射线衍射装置测定如此形成的抗粘着层的晶体结构，并确认该抗粘着层具有纤锌矿型晶体结构。
耐磨层的厚度T1和抗粘着层的厚度T2之间的比值T2/T1为0.36。
将如上所述具有形成于基材上的被覆膜的表面被覆切削工具进行冷却，然后，将表面被覆切削工具从电弧离子镀装置中取出，之后，用包含磨粒的刷子将被覆膜的表面平滑化。由此获得了实施例49至55中的表面被覆切削工具。
<评价>
通过实施下述切削试验1至5，对实施例/比较例中的表面被覆切削工具进行评价。
<切削试验1>
利用实施例1至12和25至30以及比较例1至5和10中的各表面被覆切削工具，在下列条件下对工件材料进行钻孔，并对直至发生破损时的孔数进行计数。钻头的破损是由工件材料对刀刃的粘着而引起的。因此，随着孔数变大，抗粘着性变得更加优异，并且工具寿命变得更优异。该结果在表10中示出。
（加工条件）
工件材料：SCM415原材料
切削速度：V=80m/分钟
每转的进给量：f=0.2mm/rev.
单孔的深度：H=40mm
供油方法：外部供油法（切削液=乳液）
表10
切削试验1（孔数）
实施例1 701
实施例2 852
实施例3 811
实施例4 564
实施例5 423
实施例6 1019
实施例7 925
实施例8 876
实施例9 900
实施例10 317
实施例11 303
实施例12 498
实施例25 295
实施例26 481
实施例27 697
实施例28 752
实施例29 708
实施例30 554
比较例1 176
比较例2 82
比较例3 85
比较例4 155
比较例5 180
比较例10 50
<切削试验2>
利用实施例44至55中的各表面被覆切削工具，在与切削试验1相同的条件下对工件材料进行钻孔，每50个孔观察刀刃的状态。然后，确认首次观察到抗粘着层或整个被覆膜剥落时的孔数。随着孔数变大，被覆膜的耐剥落性变得更加优异。该结果在表11中示出。
表11
切削试验2（孔数）
实施例44 300
实施例45 600
实施例46 900
实施例47 750
实施例48 150
实施例49 200
实施例50 600
实施例51 600
实施例52 400
实施例53 200
实施例54 600
实施例55 400
<切削试验3>
利用实施例4、6和17至43以及比较例6至9、11和12中的各表面被覆切削工具，在下列条件下对工件材料进行钻孔，并对直至变薄部分（thinningportion）或刀刃发生崩裂时的孔数进行计数。其崩裂是由工件材料的粘着引起的。因此，随着孔数变大，抗粘着性变得更加优异，并且工具寿命变得更加优异。该结果在表12中示出。
（加工条件）
工件材料：S50C(HB230)
切削速度：V=80m/分钟
每转的进给量：f=0.25mm/rev.
单孔的深度：H=40mm
供油方法：内部供油法（切削液=乳液）
表12
<切削试验4>
利用实施例13至24中的各表面被覆切削工具，在与切削试验3相同的条件下对工件材料钻200个孔，之后使用显微镜观察边缘损伤（margindamage）。然后测量在边缘部分发生进给痕迹或被覆膜剥落的范围距离顶端的长度（mm）。随着此长度变短，诸如抗粘着性、耐磨性和韧性之类的切削性能变得更加优异。其结果在表13中示出。
表13
切削试验4（长度(mm)）
实施例13 0.4
实施例14 0.3
实施例15 0.25
实施例16 0.2
实施例17 0.2mm或更短
实施例18 0.25
实施例19 0.3
实施例20 0.45
实施例21 1.0
实施例22 2.0
实施例23 3.8
实施例24 5.1
<切削试验5>
利用实施例31至37中的各表面被覆切削工具，在下列条件下对工件材料钻1000个孔，之后，通过对钻头进行显微观察测量在后刀面的外周侧的磨损宽度（mm）。随着磨损宽度变小，耐磨性变得更加优异。该结果在表14中示出。
（加工条件）
工件材料：S50C(HB230)
切削速度：V=130m/分钟
每转的进给量：f=0.25mm/rev.
单孔的深度：H=40mm
供油方法：内部供油法（切削液=乳液）
表14
切削试验5(磨损宽度(mm))
实施例31 0.15
实施例32 0.15
实施例33 0.07
实施例34 0.05
实施例35 0.11
实施例36 0.26
实施例37 0.31
从表10至14可清楚地证实，根据本发明的表面被覆切削工具实现了优异的耐磨性和优异的抗粘着性，由此非常有效地实现了防止崩裂和破损的优异效果。
<实施例56至58以及比较例13和14>
如下制造实施例56至58以及比较例13和14中的表面被覆切削工具。这些表面被覆切削工具中的每个工具都具有以下构造：通过电弧离子镀法在基材上依次形成中间层、耐磨层、第一粘附层、第二粘附层和抗粘着层作为被覆膜，并且除抗粘着层以外，其余的构造是共通的。
将由硬质合金制成的钻头（刀刃直径：直径6.0mm，总长度：100mm，槽的长度：48mm，带油孔）和由硬质合金制成的板（20mm×10mm×1mm）用作基材。
将这些基材中的每一个放置在电弧离子镀装置中，并在该基材上首先形成由含Ti和Al的氮化物构成的中间层（厚度：0.4μm）。该含Ti和Al的氮化物具有Ti0.6Al0.4N的组成，并且形成条件与上述实施例1至12中的形成条件相同。
接下来，在如上形成的中间层上形成耐磨层（厚度（T1）：4.5μm），该耐磨层具有包括交替叠加的A层和B层的多层结构。含Ti和Al的氮化物的A层具有8nm的厚度（Ta）以及Ti0.6Al0.4N的组成。含Al和Cr的氮化物的B层具有15nm的厚度（Tb）以及Al0.7Cr0.3N的组成。A层和B层各自的叠加数均为196，并且厚度比Tb/Ta=1.9。此耐磨层的形成条件与上述实施例1至12中的形成条件相同。
使用X射线衍射装置测定此耐磨层的晶体结构，并确认该耐磨层具有立方晶体结构。
随后，在如上形成的耐磨层上形成由含Ti和Al的氮化物构成的第一粘附层（厚度：60nm）。该含Ti和Al的氮化物具有Ti0.6Al0.4N的组成，并且形成条件与上述实施例1至12中的形成条件相同。
随后，在如上形成的第一粘附层上形成第二粘附层（厚度：40nm），该第二粘附层具有包括交替叠加的C层和D层的多层结构。含Ti和Al的氮化物的C层具有5nm的厚度以及Ti0.6Al0.4N的组成。D层具有5nm的厚度以及与下述的抗粘着层相同的组成。C层和D层各自的叠加数均为4。此第二粘附层的形成条件与上述实施例1至12中的形成条件相同。
使用带有透射电子显微镜的透射电子衍射（TED）测定此第二粘附层的晶体结构，并确认C层具有立方晶体结构且D层具有纤锌矿型晶体结构。
接着，在如上形成的第二粘附层上形成抗粘着层（厚度（T2）：1.5μm，此为共通的）。此抗粘着层位于被覆膜的最外表面并且具有下表15所示的组成。形成条件与上述实施例1至12中的形成条件相同。
表15
抗粘着层的组成 硬度比H2/H1
实施例56 Al0.85Cr0.02Ti0.13N 0.8
实施例57 Al0.85Cr0.11Ti0.04N 0.95
实施例58 Al0.85Cr0.12Ti0.03N 1.05
比较例13 Al0.70Cr0.23Ti0.07N 0.6
比较例14 Al0.9Cr0.1N 1.2
使用X射线衍射装置测定如此形成的抗粘着层的晶体结构，并确认该抗粘着层具有纤锌矿型晶体结构。
耐磨层的厚度T1和抗粘着层的厚度T2之间的比值T2/T1为0.33。
使用纳米压痕仪，在被覆膜上进行耐磨层和抗粘着层的表面附近处的硬度测量，该被覆膜形成于作为基材的硬质合金制成的板上。硬度比H2/H1在表15中示出，该硬度比为耐磨层的硬度H1和抗粘着层的硬度H2（从表面测得）之间的比。
将如上所述具有形成于基材上的被覆膜的表面被覆切削工具进行冷却，然后，将表面被覆切削工具从电弧离子镀装置中取出，之后，用包含磨粒的刷子将该被覆膜的表面平滑化。由此获得了实施例56至58以及比较例13和14中的表面被覆切削工具。
<实施例59至63>
除了成膜过程中的偏压如下表16中所示以外，按照与上述实施例57中完全相同的方法制造了表面被覆切削工具。这些实施例中的各个耐磨层都具有立方晶体结构。这些实施例中的各个第二粘附层和抗粘着层都具有纤锌矿型晶体结构。
测量在硬质合金制成的板（基材）上成膜前后的翘曲量，并使用Calotest测量所形成的被覆膜的膜厚，并计算该被覆膜的应力。该结果在表16中示出。
表16
<实施例64至78>
如下制造实施例64至78中的表面被覆切削工具。这些表面被覆切削工具中的每个工具都具有以下构造：通过电弧离子镀法在基材上依次形成中间层、耐磨层、第一粘附层、第二粘附层和抗粘着层作为被覆膜，并且在各实施例中构造是共通的。
将由硬质合金制成的钻头（刀刃直径：直径6.0mm，总长度：100mm，槽的长度：48mm，带油孔）用作基材。
将此基材放置在电弧离子镀装置中，并在该基材上首先形成由含Ti和Al的氮化物构成的中间层（厚度：0.3μm）。该含Ti和Al的氮化物具有Ti0.55Al0.45N的组成，并且形成条件与上述实施例1至12中的形成条件相同。
接着，在如上形成的中间层上形成耐磨层（厚度（T1）：4.5μm），该耐磨层具有包括交替叠加的A层和B层的多层结构。含Ti和Al的氮化物的A层具有8nm的厚度（Ta）以及Ti0.55Al0.45N的组成。含Al和Cr的氮化物的B层具有15nm的厚度（Tb）以及Al0.7Cr0.3N的组成。A层和B层各自的叠加数均为196，并且厚度比Tb/Ta=1.9。此耐磨层的形成条件如下。
靶：Ti0.55Al0.45（A层），Al0.7Cr0.3（B层）
压力：5Pa，通过向N2中加入10%的量的Ar来成膜。
放电电流：100A（A层），180A（B层）
偏压：如表17、18和19中所示
成膜温度：如表17、18和19中所示
将上述靶放置在电弧离子镀装置的炉中的预定位置，在基材面对各靶的情况下使基材旋转。一边调整旋转速度，一边形成具有包括交替叠加的A层和B层的多层结构的耐磨层。
使用X射线衍射装置测定此耐磨层的晶体结构，并确认该耐磨层具有立方晶体结构。
随后，在如上形成的耐磨层上形成由含Ti和Al的氮化物构成的第一粘附层（厚度：30nm）。该含Ti和Al的氮化物具有Ti0.55Al0.45N的组成，并且形成条件与上述耐磨层的形成条件相同。
然后，在如上形成的第一粘附层上形成第二粘附层（厚度：60nm），该第二粘附层具有包括交替叠加的C层和D层的多层结构。含Ti和Al的氮化物的C层具有6nm的厚度以及Ti0.55Al0.45N的组成。D层具有6nm的厚度以及与下述的抗粘着层相同的组成。
C层和D层各自的叠加数均为5。此第二粘附层的形成条件与上述耐磨层（C层）以及下述抗粘着层（D层）的形成条件相同。
使用带有透射电子显微镜的透射电子衍射（TED）测定此第二粘附层的晶体结构，并确认C层具有立方晶体结构且D层具有纤锌矿型晶体结构。
接着，在如上形成的第二粘附层上形成抗粘着层（厚度（T2）：1.5μm，此为共通的）。此抗粘着层位于被覆膜的最外表面并且具有Al0.85Cr0.11Ti0.04N的组成。形成条件如下：
靶：Al0.85Cr0.11Ti0.04
放电电流：150A
偏压：如表17、18和19中所示
成膜温度：如表17、18和19中所示
使用X射线衍射装置测定如此形成的抗粘着层的晶体结构，并确认该抗粘着层具有纤锌矿型晶体结构。
耐磨层的厚度T1和抗粘着层的厚度T2之间的比值T2/T1为0.33。
将如上所述具有形成于基材上的被覆膜的表面被覆切削工具进行冷却，然后，将表面被覆切削工具从电弧离子镀装置中取出，之后，用包含磨粒的刷子将被覆膜的表面平滑化。由此获得了实施例64至78中的表面被覆切削工具。
如此形成的被覆膜的X射线衍射图样的测定条件如下：
测量部位：钻头的后刀面
所用的X-射线：Cu-Kα
激发条件：45kV200mA
所用的准直仪：φ0.3mm
测量方法：θ-2θ法。
表17示出了各实施例64至68中，假设K1表示2θ=36°附近的峰强度且K2表示2θ=37.4°附近的峰强度时的强度比K2/K1。K1被认为表示抗粘着层中的六方晶体（002）的峰强度，且K2被认为表示耐磨层中的立方晶体（111）的峰强度。
表18示出了各实施例69至73中，假设K1表示2θ=37.4°附近的峰强度且K2表示2θ=37.9°附近的峰强度时的强度比K2/K1。K1被认为表示耐磨层中的立方晶体（111）的峰强度，且K2被认为表示抗粘着层中的六方晶体（101）的峰强度。
表19示出了各实施例74至78中，假设K1表示2θ=37.4°附近的峰强度且K2表示2θ=43.2°附近的峰强度时的强度比K2/K1。K1被认为表示耐磨层中的立方晶体（111）的峰强度，且K2被认为表示抗粘着层中的立方晶体（200）的峰强度。
表17
表18
表19
<实施例79至83>
除耐磨层的成膜温度如下表20所示以外，按照与上述实施例57完全相同的方法制造了表面被覆切削工具。这些实施例中的每个耐磨层都具有立方晶体结构。这些实施例中的每个第二粘附层和抗粘着层都具有纤锌矿型晶体结构。
使用透射电子显微镜（TEM）观察如此形成的耐磨层的横截面，并确认了柱状晶体的形成。各个实施例79至83中的耐磨层的柱状晶体的平均粒度在表20中示出（“耐磨层的平均粒度”部分）。
表20
耐磨层的成膜温度（℃） 耐磨层的平均粒度（nm）
实施例79 400 168
实施例80 500 198
实施例81 600 237
实施例82 300 135
实施例83 650 282
<实施例84至87>
除抗粘着层的组成和成膜温度如下表21所示以外，按照与上述实施例57完全相同的方法制造了表面被覆切削工具。这些实施例中的每个耐磨层都具有立方晶体结构。这些实施例中的每个第二粘附层和抗粘着层都具有纤锌矿型晶体结构。
使用透射电子显微镜（TEM）观察如此形成的抗粘着层的横截面，并确认了纳米颗粒的形成。各个实施例84至87中的每个抗粘着层的纳米颗粒的平均粒度在表21中示出（“抗粘着层的平均粒度”部分）。
表21
<切削试验6>
使用各个实施例56至87以及比较例13和14中的表面被覆切削工具（硬质合金制成的钻头被用作基材），在下列条件下对工件材料进行钻孔，并对直至发生刀刃崩裂或钻头破损时的孔数进行计数。该崩裂是由膜的剥落或抗粘着层耗尽引起的工件材料的粘着而导致的。因此，随着孔数变大，抗粘着性变得更加优异，并且工具寿命变得更加优异。另外，破损是由抗粘着层的损耗导致的切屑排出性变差而引起的。因此，随着孔数变大，抗粘着性变得更加优异，并且工具的寿命变得更加优异。该结果在表22中示出。
<加工条件>
工件材料：S50C(HB230)
切削速度：V=130m/分钟
每转的进给量：f=0.25mm/rev.
单孔的深度：H=40mm
供油方法：内部供油法（切削液=乳液）
对于实施例79至83，在切削试验5的条件下进行了评价且其结果在表23中示出。
表22
表23
切削试验5（磨损宽度(mm)）
实施例79 0.1
实施例80 0.12
实施例81 0.09
实施例82 0.4
实施例83 0.38
虽然已经如上文所述对本发明的实施方案和实施例进行了说明，但是原本旨在适当地组合上述实施方案和实施例的构造。
应当理解的是，本文所公开的实施方案和实施例在每个方面都是示例性的而非限制性的。本发明的范围由权利要求书的权项、而不是上文的说明来限定，并且意图包括在与权利要求书的权项等同的范围和含义内的任何修改。

Claims (19)

1.一种表面被覆切削工具，包括基材和在该基材上形成的被覆膜，其中
所述被覆膜至少包括耐磨层和抗粘着层，
所述耐磨层具有其中含Ti和Al的氮化物的A层以及含Al和Cr的氮化物的B层交替叠加的多层结构，并具有立方晶体结构，并且
所述抗粘着层位于所述被覆膜的最外表面，由(AlaCrbTi1-a-b)N表示的氮化物构成，其中a+b＜0.99，b＞0.01并且0.2b+0.7＜a，并具有纤锌矿型晶体结构。
2.根据权利要求1所述的表面被覆切削工具，其中
在整个所述被覆膜中，Al相对于全部金属原子的原子比高于0.6小于等于0.8，并且Cr相对于全部金属原子的原子比高于0.15小于等于0.3。
3.根据权利要求1或2所述的表面被覆切削工具，其中
所述被覆膜的厚度为2μm至30μm。
4.根据权利要求1或2所述的表面被覆切削工具，其中
所述抗粘着层的厚度为0.5μm至8μm。
5.根据权利要求1或2所述的表面被覆切削工具，其中
假设T1表示所述耐磨层的厚度且T2表示所述抗粘着层的厚度，则厚度比T2/T1满足0.17≤T2/T1≤0.55的关系。
6.根据权利要求1或2所述的表面被覆切削工具，其中
假设Ta表示所述A层的平均厚度且Tb表示所述B层的平均厚度，则厚度比Tb/Ta满足1.5≤Tb/Ta≤4的关系。
7.根据权利要求6所述的表面被覆切削工具，其中
所述Ta为1nm至10nm并且所述Tb为1.5nm至30nm。
8.根据权利要求1或2所述的表面被覆切削工具，其中
所述A层由(Ti1-cAlc)N表示的氮化物构成，其中0.3＜c≤0.7，并且
所述B层由(AleCr1-e)N表示的氮化物构成，其中0.6＜e＜0.75。
9.根据权利要求1或2所述的表面被覆切削工具，其中
所述被覆膜在所述基材与所述耐磨层之间具有中间层，并且
所述中间层由含Ti和Al的氮化物构成，并且厚度为0.01μm至0.5μm。
10.根据权利要求1或2所述的表面被覆切削工具，其中
所述被覆膜在所述耐磨层和所述抗粘着层之间具有第一粘附层和第二粘附层，
所述第一粘附层位于所述耐磨层和所述第二粘附层之间，由含Ti和Al的氮化物构成，并且厚度为30nm至0.1μm，并且
所述第二粘附层具有其中C层以及D层交替叠加的多层结构，并且厚度为10nm至0.2μm，其中所述C层为含Ti和Al的氮化物并具有与所述耐磨层相同的晶体结构，所述D层具有与所述抗粘着层相同的组成。
11.根据权利要求1或2所述的表面被覆切削工具，其中
假设H1表示所述耐磨层的硬度且H2表示从所述抗粘着层的表面测得的硬度，则硬度比H2/H1满足0.7＜H2/H1＜1.1的关系。
12.根据权利要求1或2所述的表面被覆切削工具，其中
假设H1表示所述耐磨层的硬度且H2表示从所述抗粘着层的表面测得的硬度，则硬度比H2/H1满足0.9＜H2/H1＜1.0的关系。
13.根据权利要求1或2所述的表面被覆切削工具，其中
所述被覆膜的压缩应力为-0.1GPa以下-3.0GPa以上。
14.根据权利要求1或2所述的表面被覆切削工具，其中
所述被覆膜的压缩应力为-1.0GPa以下-2.5GPa以上。
15.根据权利要求1或2所述的表面被覆切削工具，其中
假设K1表示2θ＝36°附近的峰强度且K2表示2θ＝37.4°附近的峰强度，则所述被覆膜具有其中强度比K2/K1满足0.2＜K2/K1＜0.35的关系的X射线衍射图样。
16.根据权利要求1或2所述的表面被覆切削工具，其中
假设K1表示2θ＝37.4°附近的峰强度且K2表示2θ＝37.9°附近的峰强度，则所述被覆膜具有其中强度比K2/K1满足0.4＜K2/K1＜0.6的关系的X射线衍射图样。
17.根据权利要求1或2所述的表面被覆切削工具，其中
假设K1表示2θ＝37.4°附近的峰强度且K2表示2θ＝43.2°附近的峰强度，则所述被覆膜具有其中强度比K2/K1满足0.6＜K2/K1＜0.75的关系的X射线衍射图样。
18.根据权利要求1或2所述的表面被覆切削工具，其中
所述耐磨层具有柱状晶体的结构，并且所述柱状晶体的平均粒度大于150nm小于等于250nm。
19.根据权利要求1或2所述的表面被覆切削工具，其中
所述抗粘着层具有纳米颗粒的结构，并且所述纳米颗粒的平均粒度等于或小于40nm。
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