CN104540624A - 被覆工具 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种被覆工具，其含有基材和形成于该基材表面上的被覆层，所述被覆层含有第1层叠结构(3)和第2层叠结构(4)，所述第1层叠结构是将组成不同的2层以上的层在各层的平均层厚为60nm以上且500nm以下的厚度下周期性地层叠而成的结构，所述第2层叠结构是将组成不同的2层以上的层在各层的平均层厚为2nm以上且小于60nm的厚度下周期性地层叠而成的结构，构成所述第1层叠结构的层及构成第2层叠结构的层含有选自由金属元素的至少1种构成的金属以及由这些金属元素的至少1种与非金属元素的至少1种构成的化合物中的至少1种，所述金属元素选自Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Al、Si、Sr、Y、Sn及Bi，所述非金属元素选自碳、氮、氧及硼。

Description

被覆工具
技术领域
本发明涉及被覆工具。
背景技术
近年来，随着切削加工的高效率化需求的提高，一直以来都需要工具寿命长的切削工具。因此，作为工具材料的要求特性，与切削工具寿命有关的耐磨损性的提高及耐缺损性的提高变得更加重要。于是，为了提高这些特性，使用了在基材上形成有交替层叠了被膜的交替层叠膜的被覆工具。
因此，提出了用于改善这种交替层叠膜的特性的各种技术。例如，专利文献1中提出了将特定的金属元素或其化合物与特定的合金化合物以0.4nm～50nm的层叠周期在母材表面上层叠而成的耐磨损性优异的切削工具。
另外，专利文献2中提出了将以(Ti1-XAlX)N(以原子比计为X：0.30～0.70)的组成式表示的复合氮化物的第1薄层和氧化铝相的比例以在与氮化钛相的合量中所占的比例计为35～65质量％的第2薄层以各自的平均层厚为0.2～1μm在基体的表面上交替层叠4层以上、达到整体平均层厚为2～10μm而成的、即便在重切削条件下也显示优异的耐磨损性的切削工具。
进而，专利文献3中提出了将含有依次周期性地反复层叠了具有1～50nm厚度的层而成的部分层的具有100～5000nm厚度的层与具有100～5000nm厚度的单一层在硬质母材上交替层叠了10层以上而成的耐磨损性及耐熔敷性优异的切削工具。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平7-205361号公报
专利文献2：日本特开2003-200306号公报
专利文献3：日本特开平11-12718号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
在近年的切削加工中，高速化、高输送化及深切深化变得更为显著，经常会见到由于在加工中施加于刀尖的负荷而使从工具表面产生的裂纹向基材发展、或者由于刀尖温度的急剧增减而使从基材产生的裂纹向被覆层中发展所导致的工具的缺损。
出于这种背景，上述专利文献1的发明的层叠周期为0.4～50nm时，虽然在由薄膜的层叠构成的切削工具中显示高的耐磨损性，但具有易于发生工具缺损的问题。另外，在专利文献2的发明的由各自的平均层厚厚的交替层叠构成的切削工具中，由于被膜的硬度不足，因此具有耐磨损性差的问题。进而，在专利文献3的发明的具有薄膜的层叠和单一层膜的层叠结构的切削工具中由于耐缺损性不足，因此无法满足上述要求的性能。
本发明为了解决这些问题而作出，其目的在于提供在不会降低耐磨损性的情况下使耐缺损性提高了的工具寿命长的被覆工具。
用于解决技术问题的方法
本发明人们对于延长被覆工具的工具寿命进行了反复研究，结果是通过对被覆层的层构成和组成进行改良，可以在不降低耐磨损性的情况下提高耐缺损性，其结果可以延长被覆工具的工具寿命。
即，本发明的主旨如下所述。
(1)一种被覆工具，其含有基材和形成于基材表面上的被覆层，该被覆层含有第1层叠结构和第2层叠结构，所述第1层叠结构是将组成不同的2层以上的层在各层的平均厚度为60nm以上且500nm以下的厚度下周期性地层叠而成的结构，所述第2层叠结构是将组成不同的2层以上的层在各层的平均厚度为2nm以上且小于60nm的厚度下周期性地层叠而成的结构，构成所述第1层叠结构的层及构成第2层叠结构的层含有选自由金属元素的至少1种构成的金属以及由这些金属元素的至少1种与非金属元素的至少1种构成的化合物中的至少1种，所述金属元素选自Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Al、Si、Sr、Y、Sn及Bi，所述非金属元素选自碳、氮、氧及硼。
(2)上述(1)所述的被覆工具，其中，所述第1层叠结构是将组成不同的2层交替地层叠了各2层以上而成的交替层叠结构。
(3)上述(1)或(2)所述的被覆工具，其中，所述第2层叠结构是将组成不同的2层交替地层叠了各2层以上而成的交替层叠结构。
(4)上述(1)～(3)中任一项所述的被覆工具，其中，所述被覆层含有将所述第1层叠结构和第2层叠结构交替地连续层叠2个以上而成的结构。
(5)上述(1)～(4)中任一项所述的被覆工具，其中，所述第1层叠结构的层叠周期的平均值T1与所述第2层叠结构的层叠周期的平均值T2之差(T1-T2)为20nm～996nm。
(6)上述(1)～(5)中任一项所述的被覆工具，其中，构成所述第1层叠结构的各层及构成所述第2层叠结构的各层含有选自由金属元素的至少2种构成的金属以及由这些金属元素的至少2种与非金属元素的至少1种构成的化合物中的至少1种，所述金属元素选自Ti、Nb、Ta、Cr、W、Al、Si、Sr及Y，所述非金属元素选自碳、氮、氧及硼。
(7)上述(1)～(6)中任一项所述的被覆工具，其中，构成所述第1层叠结构的层中含有的金属元素含有1种以上的下述金属元素：在构成该第1层叠结构的各层之间是相同的，并且构成所述第1层叠结构的一个层中所含的相对于金属元素整体的元素量与构成与该层相邻的所述第1层叠结构的层中所含的相对于金属元素整体的元素量之差的绝对值为5原子％以上。
(8)上述(1)～(7)中任一项所述的被覆工具，其中，构成所述第2层叠结构的层中含有的金属元素含有1种以上的下述金属元素：在构成该第2层叠结构的各层之间是相同的，并且构成所述第2层叠结构的一个层中所含的相对于金属元素整体的元素量与构成与该层相邻的所述第2层叠结构的层中所含的相对于金属元素整体的元素量之差的绝对值为5原子％以上。
(9)上述(1)～(6)中任一项所述的被覆工具，其中，构成所述第1层叠结构的一个层中所含的金属元素与构成与该层相邻的所述第1层叠结构的层中所含的金属元素有1种以上不同。
(10)上述(1)～(6)及(9)中任一项所述的被覆工具，其中，构成所述第2层叠结构的一个层中所含的金属元素与构成与该层相邻的所述第2层叠结构的层中所含的金属元素有1种以上不同。
(11)上述(1)～(10)中任一项所述的被覆工具，其中，所述被覆层整体的总层厚以平均层厚计为0.22～12μm。
(12)上述(1)～(11)中任一项所述的被覆工具，其中，所述第1层叠结构的平均厚度为0.2～6μm。
(13)上述(1)～(12)中任一项所述的被覆工具，其中，所述第2层叠结构的平均厚度为0.02～6μm。
发明效果
本发明的被覆工具由于耐磨损性及耐缺损性优异，因此发挥与以往相比工具寿命更长的效果。
附图说明
图1为本发明的被覆工具的截面组织的示意图之一例。
具体实施方式
本发明的被覆工具含有基材和形成于基材表面上的被覆层。本发明中的基材只要是作为被覆工具的基材使用的材料则无特别限定，作为其例子，可举出超硬合金、金属陶瓷、陶瓷、立方晶氮化硼烧结体、金刚石烧结体、高速度钢等。其中，当基材为超硬合金时，由于耐磨损性及耐缺损性优异，因此更为优选。
本发明的被覆工具中的被覆层整体的总层厚在以平均层厚计小于0.22μm时，可见耐磨损性降低的倾向，当被覆层整体的总层厚以平均层厚计变厚而超过12μm时，可见耐缺损性降低的倾向，因此被覆层整体的总层厚优选以平均层厚计为0.22～12μm。其中，被覆层整体的总层厚更优选以平均层厚计为1.0～8.0μm。
接着，如上所述，本发明的被覆工具中的被覆层含有特定的第1层叠结构及第2层叠结构。构成该第1层叠结构的各层含有选自：
由选自Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Al、Si、Sr、Y、Sn及Bi中的金属元素的至少1种构成的金属；以及
由这些金属元素的至少1种与选自碳、氮、氧及硼中的非金属元素的至少1种构成的化合物
中的至少1种，且耐磨损性优异。
其中，当构成第1层叠结构的层含有选自：
由选自Ti、Nb、Ta、Cr、W、Al、Si、Sr及Y中的金属元素的至少2种构成的金属；以及
由这些金属元素的至少2种与选自碳、氮、氧及硼中的非金属元素的至少1种构成的化合物
中的至少1种时，由于是硬质的，因此更为优选。作为构成这种第1层叠结构的构成层的金属或化合物，具体地可举出(Al0.50Ti0.50)N、(Al0.60Ti0.40)N、(Al0.67Ti0.33)N、(Al0.67Ti0.33)CN、(Al0.45Ti0.45Si0.10)N、(Al0.45Ti0.45Y0.10)N、(Al0.50Ti0.30Cr0.20)N、(Al0.50Ti0.45Nb0.05)N、(Al0.50Ti0.45Ta0.05)N、(Al0.50Ti0.45W0.05)N、(Ti0.90Si0.10)N、(Al0.50Cr0.50)N等。
本发明的被覆工具的被覆层中的第1层叠结构具有将由这些金属或化合物构成的2层以上在各层的平均层厚为60nm以上且500nm以下的厚度下周期性地层叠而成的结构。在以该一定的周期性层叠的结构中，含有组成不同的2层以上的层。这些组成不同的层从抑制裂纹发展、耐缺损性提高的观点出发，优选交替地层叠各2层以上。
本发明中，将反复进行层的层叠的最小单元的厚度称作“层叠周期”。图1是本发明的被覆工具的截面组织的示意图之一例，以下利用其对层叠周期进行说明。例如，当将组成不同的A1层(5)、B1层(6)、C1层、D1层从基材1向被覆层2的表面按照A1层→B1层→C1层→D1层→A1层→B1层→C1层→D1层→…反复层叠时，将A1层至D1层的层厚之和作为“层叠周期”。另外，当将组成不同的A1层(5)和B1层(6)从基材1向被覆层2的表面按照A1层→B1层→A1层→B1层→A1层→B1层→…反复层叠时，将A1层的层厚与B1层的层厚之和作为“层叠周期”。
通过将组成不同的平均层厚为60nm以上且500nm以下的各层以这种周期性进行层叠，如果由于被覆工具的使用、自被覆层的表面发展的裂纹到达第1层叠结构时，在此处裂纹向平行于组成不同的层与层的界面的方向上发展，从而可获得防止裂纹发展至基材的作用。这种效果在为将组成不同的2层交替层叠各2层以上而成的交替层叠结构时变得更高，因此优选。具体地说，将组成不同的A1层和B1层自基材向被覆层的表面按照A1层→B1层→A1层→B1层→…交替反复2层以上层叠的交替层叠结构作为第1层叠结构是优选的。
对于构成本发明的被覆工具的被覆层的第1层叠结构的各层，当其平均层厚小于60nm时，防止裂纹发展至基材的作用降低，而增厚超过500nm时，耐缺损性降低，因此使构成所述第1层叠结构的各层的平均层厚为60nm以上且500nm以下。其中，构成所述第1层叠结构的各层的平均层厚更优选为60nm以上且250nm以下。
另外，所述第1层叠结构的平均厚度小于0.2μm时，显示组成不同的层的周期性层叠的反复数减少、抑制裂纹发展至基材的作用降低的倾向，相反，增厚超过6μm时，显示被覆层整体的残留压缩应力增高、易于发生被覆层的剥离或缺损、耐缺损性降低的倾向，因此本发明中第1层叠结构的平均厚度更优选为0.2～6μm。
接着，本发明的被覆工具中的被覆层含有上述的第2层叠结构。构成该第2层叠结构的层含有选自：
由选自Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Al、Si、Sr、Y、Sn及Bi中的金属元素的至少1种构成的金属；以及
由这些金属元素的至少1种与选自碳、氮、氧及硼中的非金属元素的至少1种构成的化合物
中的至少1种，且耐磨损性优异。
其中，当构成第2层叠结构的层含有选自：
由选自Ti、Nb、Ta、Cr、W、Al、Si、Sr及Y中的金属元素的至少2种构成的金属；以及
由这些金属元素的至少2种与选自碳、氮、氧及硼中的非金属元素的至少1种构成的化合物
中的至少1种时，由于是硬质的，因此更为优选。作为构成这种第2层叠结构的构成层的金属或化合物，具体地可举出(Al0.50Ti0.50)N、(Al0.60Ti0.40)N、(Al0.67Ti0.33)N、(Al0.67Ti0.33)CN、(Al0.45Ti0.45Si0.10)N、(Al0.45Ti0.45Y0.10)N、(Al0.50Ti0.30Cr0.20)N、(Al0.50Ti0.45Nb0.05)N、(Al0.50Ti0.45Ta0.05)N、(Al0.50Ti0.45W0.05)N、(Ti0.90Si0.10)N、(Al0.50Cr0.50)N等。
本发明的第2层叠结构具有将由这些金属或化合物构成的2层以上在各层的平均层厚为2nm以上且小于60nm的厚度下周期性地层叠而成的结构。具有该一定周期性层叠而成的结构中包含组成不同的2层以上的层。所述第2层叠结构从硬度提高、耐磨耗性提高的观点出发，优选是将该组成不同的层交替地层叠各2层以上而成的交替层叠结构。
对于第2层叠结构也是将反复进行层的层叠的最小单元的厚度称作“层叠周期”。例如，在图1中，当将组成不同的A2层(7)、B2层(8)、C2层、D2层自基材1向被覆层2的表面按照A2层→B2层→C2层→D2层→A2层→B2层→C2层→D2层→…反复层叠时，将A2层至D2层的层厚之和作为“层叠周期”。另外，当将组成不同的A2层(7)和B2层(8)自基材1向被覆层2的表面按照A2层→B2层→A2层→B2层→A2层→B2层→…反复层叠时，将A2层的层厚与B2层的层厚之和作为“层叠周期”。
通过将组成不同的平均层厚为2nm以上且小于60nm的各层以这种周期性进行层叠，可获得本发明的被覆工具中的第2层叠结构的硬度提高、提高耐磨损性的效果。这种效果在为组成不同的2层交替地层叠各2层以上而成的交替层叠结构时进一步提高，因此优选。具体地说，将组成不同的A2层和B2层自基材向被覆层的表面按照A2层→B2层→A2层→B2层→…交替反复2层以上层叠的交替层叠结构作为第2层叠结构更为优选。
对于构成所述第2层叠结构的各层，当其平均层厚小于2nm时，难以形成均匀厚度的层，当构成第2层叠结构的层的平均层厚达到60nm以上时，硬度降低、耐磨损性降低。而且，第2层叠结构与第1层叠结构的层厚差减少，不能充分获得通过裂纹向平行于第1层叠结构与第2层叠结构的界面的方向上发展而抑制裂纹发展至基材的效果。因此，本发明中，使构成第2层叠结构的各层的平均层厚为2nm以上且小于60nm。由此观点出发，更优选构成所述第2层叠结构的各层的平均层厚为5nm以上且30nm以下。
另外，当所述第2层叠结构的平均厚度小于0.02μm时，周期性的层的反复数减少、无法获得硬度提高的作用，而当第2层叠结构的平均厚度增厚超过6μm时，显示第2层叠结构的残留压缩应力提高、易于发生被覆层的剥离或缺损、耐缺损性降低的倾向，因此第2层叠结构的平均厚度优选为0.02～6μm。
接着，当本发明的被覆工具中的第1层叠结构的层叠周期平均值T1与第2层叠结构的层叠周期平均值T2之差(T1-T2)小于20nm时，可观察到裂纹向平行于第1层叠结构与第2层叠结构的界面的方向上发展以抑制裂纹发展至基材的作用降低的倾向；而当T1与T2之差(T1-T2)增大超过996nm时，可观察到第1层叠结构的平均厚度增厚、耐缺损性降低的倾向，因此T1与T2之差(T1-T2)优选为20～996nm。其中，T1与T2之差(T1-T2)更优选为20～500nm、进一步为20～250nm。
另外，层叠周期的平均值例如是指如下的值：按照A2层→B2层→A2层→B2层→A2层→B2层→…将A2层→B2层反复层叠100次时，求得100个反复单元的各层叠周期之和，将该层叠周期之和除以反复次数100所获得的值。
构成本发明的被覆工具中的第1层叠结构的层中所含的金属元素优选存在1种以上的下述金属元素：在构成该第1层叠结构的各层之间是相同的，并且构成第1层叠结构的一个层中所含的相对于金属元素整体的元素量与构成与该层相邻的第1层叠结构的另一层中所含的相对于金属元素整体的元素量之差的绝对值为5原子％以上。
当为这种构成时，可以在不降低构成第1层叠结构的层与其相邻层的密合性的情况下、在层与层的界面上获得晶格的失配性。因此，裂纹变得易于向平行于构成第1层叠结构的层与层的界面的方向上发展，抑制裂纹发展至基材的效果提高，因而更为优选。
关于上述“存在1种以上的差的绝对值为5原子％以上的金属元素”，例如在第1层叠结构由(Al0.55Ti0.45)N层和(Al0.67Ti0.33)N层构成时，2个层的金属元素中Al元素和Ti元素是相同的，(Al0.55Ti0.45)N层中所含的Al元素量相对于金属元素整体为55原子％，(Al0.67Ti0.33)N层中所含的Al元素量相对于金属元素整体为67原子％，这两个层中的Al元素量之差为12原子％，因此满足该要件。另外，如(Al0.49Ti0.39Cr0.12)N层和(Al0.56Ti0.36Cr0.08)N层那样2个层的金属元素中Al元素和Ti元素和Cr元素是相同的，2个层的Ti元素量之差为3原子％，2个层的Cr元素量之差为4原子％，分别小于5原子％，但即便这样，因为2个层的Al元素量之差为7原子％，因此还是满足该要件。
此外，本发明中将氮化物表述为(MaLb)N时，是指相对于金属元素整体的M元素的原子比为a、L元素的原子比为b。例如，(Al0.55Ti0.45)N是指相对于金属元素整体的Al元素的原子比为0.55、相对于金属元素整体的Ti元素的原子比为0.45，即相对于金属元素整体的Al元素量为55原子％、相对于金属元素整体的Ti元素量为45原子％。
另外，构成本发明的被覆工具中的第2层叠结构的层中所含的金属元素优选存在1种以上的下述金属元素：在构成第2层叠结构的各层之间是相同的，并且构成第2层叠结构的一个层中所含的相对于金属元素整体的元素量与构成与该层相邻的第2层叠结构的另一层中所含的相对于金属元素整体的元素量之差的绝对值为5原子％以上。
当为这种构成时，可以在不降低构成第2层叠结构的层与其相邻层的密合性的情况下、在层与层的界面上获得晶格的失配性。因此，裂纹变得易于向平行于构成第2层叠结构的层与层的界面的方向上发展，抑制裂纹发展至基材的效果提高，因而更为优选。上述“存在1种以上的差的绝对值为5原子％以上的金属元素”的含义与关于上述第1层叠结构说明过的含义相同。
另外，作为另一方式，当构成本发明的被覆工具中的第1层叠结构的一个层中所含的金属元素与构成与其相邻的第1层叠结构的另一层中所含的金属元素有1种以上不同时，在层与层的界面处，晶格变得失配，裂纹变得易于向平行于层与层的界面的方向上发展，抑制裂纹发展至基材的效果提高，因此更为优选。例如，第1层叠结构由(Al0.50Ti0.50)N层和(Al0.50Ti0.30Cr0.20)N层构成时，对2个层中所含的金属元素进行比较，则2个层都含有Al元素和Ti元素，但对于Cr元素仅在一个层中含有，因此满足该要件。另外，当第1层叠结构由(Al0.50Cr0.50)N层和(Al0.67Ti0.33)N层构成时，对2个层中所含的金属元素进行比较，则2个层都含有Al元素，但Cr元素仅在一个层中含有、Ti元素仅在一个层中含有，因此也满足该要件。
同样地，本发明的被覆工具中，当构成第2层叠结构的一个层中所含的金属元素与构成与该层相邻的第2层叠结构的另一层中所含的金属元素有1种以上不同时，在层与层的界面处，晶格变得失配，裂纹变得易于向平行于层与层的界面的方向上发展，抑制裂纹发展至基材的效果提高，因此更为优选。
本发明的被覆工具中的被覆层通过含有耐缺损性优异的第1层叠结构和耐磨损性优异的第2层叠结构，由此耐缺损性及耐磨损性优异。所述被覆层可以在与第1层叠结构及第2层叠结构相比更靠被覆层的与基材相反侧的表面侧上含有上部层。另外，所述被覆层可以在与第1层叠结构及第2层叠结构相比更靠基材侧上含有下部层。此外，所述被覆层还可以在第1层叠结构与第2层叠结构之间含有中间层。
这些上部层、中间层及下部层的构成只要是作为被覆工具的被覆层使用则无特别限定，其中，当为由选自金属(由选自Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Al、Si、Sr、Y、Sn及Bi中的金属元素的至少1种构成)以及由这些金属元素的至少1种与选自碳、氮、氧及硼中的非金属元素的至少1种构成的化合物中的至少1种所形成的层的单层或者没有周期的多层构成时，由于耐磨损性提高，因此优选。
另外，当将第1层叠结构和第2层叠结构交替地连续层叠2个以上时，可获得裂纹易于向平行于第1层叠结构与第2层叠结构的界面的方向上发展、抑制裂纹发展至基材的效果，耐缺损性提高，因此更为优选。就第1层叠结构和第2层叠结构的位置关系而言，可以是离基材最近的是第1层叠结构、离被覆层的与基材相反侧的表面最近的是第2层叠结构；也可以是离基材最近的是第2层叠结构、离被覆层的与基材相反侧的表面最近的是第1层叠结构，任一种均可以。进而，还可以使离基材最近者及离被覆层的与基材相反侧的表面最近者这两者为第1层叠结构或第2层叠结构。其中，当第1层叠结构的残留压缩应力低于第2层叠结构的残留压缩应力、使第1层叠结构离基材最近、使第2层叠结构离前述表面最近时，可观察到被覆层的耐剥离性提高的倾向，因此更为优选。
本发明的被覆工具中的被覆层的制造方法并无特别限定，例如可举出使用离子镀法、电弧离子镀法、溅射法、离子混合法等物理蒸镀法在基材上形成上述中说明过的第1层叠结构或第2层叠结构等各层的方法。其中，电弧离子镀法由于被覆层与基材的密合性优异，因此更为优选。
本发明的被覆工具可通过利用现有的被覆方法在基材的表面上形成各层来获得，例如可举出以下的制造方法。
将加工成工具形状的基材放在物理蒸镀装置的反应容器内，对反应容器内抽真空直至达到压力为1×10-2Pa以下的真空。抽真空之后，利用反应容器内的加热器进行加热直至基材的温度达到200～800℃。加热后，向反应容器内导入Ar气体，使压力为0.5～5.0Pa。在压力为0.5～5.0Pa的Ar气体气氛下对基材施加-200～-1000V的偏置电压，向反应容器内的钨丝流入5～20A的电流，对基材的表面实施利用Ar气体的离子轰击处理。对基材的表面进行离子轰击处理之后，抽真空直至达到压力为1×10-2Pa以下的真空。
接着，将氮气等反应气导入到反应容器内，使反应容器内的压力为0.5～5.0Pa，对基材施加-10～-150V的偏置电压，利用电弧放电使对应于各层金属成分的金属蒸发源蒸发，从而可以基材的表面上形成各层。此外，当同时利用电弧放电使位于远离位置上的2种以上金属蒸发源蒸发、使固定有基材的转台旋转、形成构成第1层叠结构或第2层叠结构的层时，通过调节反应容器内的固定有基材的转台的转速，可以控制构成第1层叠结构或第2层叠结构的各层的层厚，当交替地利用电弧放电使2种以上的金属蒸发源蒸发、形成构成第1层叠结构或第2层叠结构的层时，通过调整各个金属蒸发源的电弧放电时间，可以控制构成第1层叠结构或第2层叠结构的各层的层厚。
构成本发明的被覆工具的被覆层的各层的层厚可由被覆工具的截面组织使用光学显微镜、扫描型电子显微镜(SEM)、透射型电子显微镜(TEM)等进行测定。另外，本发明的被覆工具中的各层的平均层厚可如下求得：在从面向金属蒸发源的面的刀尖朝向该面的中心部的50μm位置的附近，由3处以上的截面测定各层的层厚，计算其平均值，从而求得。
另外，本发明的被覆工具的各层的组成可由本发明的被覆工具的截面组织使用能量分散型X射线分析装置(EDS)或波长分散型X射线分析装置(WDS)等进行测定。
作为本发明的被覆工具的种类，具体地可举出切削刀片、钻头、立铣刀等。
实施例
[实施例1]
作为基材，准备ISO标准SEEN1203刀片形状的P10相当的超硬合金。在电弧离子镀装置的反应容器内配置达到表1～3所示各层组成的金属蒸发源。将准备的基材固定在反应容器内的转台的固定金属零件上。
之后，抽真空直至反应容器内的压力达到5.0×10-3Pa以下的真空。抽真空之后，利用反应容器内的加热器进行加热直至基材的温度达到500℃。加热后，按照反应容器内的压力达到5.0Pa的方式导入Ar气体。
在压力为5.0Pa的Ar气体气氛下向基材施加-1000V的偏置电压，向反应容器内的钨丝流入10A的电流，对基材的表面进行利用Ar气体的离子轰击处理30分钟。离子轰击处理结束后，抽真空直至反应容器内的压力达到5.0×10-3Pa以下的真空。
抽真空之后，将氮气导入反应容器内，形成压力为2.7Pa的氮气气氛。向基材施加-50V的偏置电压，利用电弧电流为200A的电弧放电使金属蒸发源蒸发，形成各层。
其中，当形成发明品1～11的A1层和B1层时，交替地利用电弧放电使A1层的金属蒸发源和B1层的金属蒸发源蒸发，形成A1层和B1层。此时，A1层的层厚和B1层的层厚通过调节各自的电弧放电时间来进行控制。层厚厚的比较品1也同样地为交替地利用电弧放电使X层的金属蒸发源和Y层的金属蒸发源蒸发而形成X层和Y层。此时，X层的层厚与Y层的层厚通过调节各自的电弧放电时间来进行控制。
另外，形成发明品1～11的A2层和B2层时，同时地利用电弧放电使A2层的金属蒸发源和B2层的金属蒸发源蒸发，形成A2层和B2层。此时，A2层的层厚和B2层的层厚通过在0.2～10min-1的范围内调节转台的转速来进行控制。层厚薄的比较品2的层厚也同样地为同时地利用电弧放电使X层的金属蒸发源和Y层的金属蒸发源蒸发而形成X层和Y层。此时，X层的层厚与Y层的层厚通过在0.2～10min-1的范围内调节转台的转速来进行控制。
在基材的表面上形成各层至规定的层厚之后，切断加热器的电源，在试样温度达到100℃以下之后，将试样从反应容器内取出。
表3
所得试样的各层的平均层厚如下求得：在从被覆工具的面向金属蒸发源的面的刀尖朝向该面的中心部的50μm位置的附近，对3处截面进行TEM观察，测定各层的层厚，计算其平均值，从而求得。所得试样的各层的组成是在从被覆工具的面向金属蒸发源的面的刀尖朝向中心部至50μm位置的截面处使用EDS进行测定。这些结果也一并示于表1～3中。其中，表1～3的各层金属元素的组成比表示相对于构成各层的金属化合物中的金属元素整体的各金属元素的原子比。
使用所得试样，在以下的试验条件下进行正面铣刀加工来评价耐缺损性。将其评价结果示于表4。
[试验条件]
被削材料：SCM440、
被削材料形状：105mm×200mm×60mm的长方体(但在进行正面铣刀加工的长方体的105mm×200mm面上开有6处直径φ30mm的孔穴。)
切削速度：250m/min、
输送：0.4mm/tooth、
切深：2.0mm、
切削宽度：105mm、
冷却介质：无、
刀具有效直径：φ125mm、
评价项目：测定至试样产生缺损(在试样的切削刃部上产生了缺损)的加工长度。
表4
由表4的结果可知，发明品与具备交替地层叠均匀的各种层厚的层而成的交替层叠结构的比较品相比，加工长度更长、工具寿命更长。
[实施例2]
作为基材，准备ISO标准SEEN1203刀片形状的P10相当的超硬合金。在电弧离子镀装置的反应容器内配置成为表5所示各层组成的金属蒸发源，利用与实施例1相同的制造方法制作表5及6所示层构成的试样。
与实施例1同样地对所得试样的各层的平均层厚及各层的组成进行测定。将它们的结果示于表5及6。并且，使用所得试样，在与实施例1同样的试验条件下进行正面铣刀加工，评价耐缺损性。将其评价结果示于表7。
表7
由表7可知，发明品与具有交替层叠均匀的各种层厚的层而成的交替层叠结构的比较品相比，加工长度更长、工具寿命更长。
[实施例3]
作为基材，准备ISO标准SEEN1203刀片形状的P10相当的超硬合金。发明品23、25～35及比较品3、5～15为在电弧离子镀装置的反应容器内配置成为表8及表10所示各层组成的金属蒸发源，利用与实施例1相同的制造方法制作表9及10所示层构成的试样。
另外，发明品24和比较品4为在电弧离子镀装置的反应容器内配置成为表8及表10所示各层组成的金属蒸发源，使形成各层时的反应容器内的气氛为按照N2气与CH4气体的分压比达到N2：CH4＝1：1的方式混合而成的混合气体，使反应容器内的压力为2.7Pa，除此之外，与实施例1同样地制作表9及10所示层构成的试样。
表9
*“层叠结构”一栏中的“第1”和“第2”是指表8中对应编号的发明品的第1层叠结构和第2层叠结构。
表10
与实施例1同样地测定所得试样的各层的层厚及各层的组成。将它们的结果一并示于表8～10。其中，表8及10的各层的金属元素的组成比表示相对于构成各层的金属化合物中的金属元素整体的各金属元素的原子比。使用所得试样，在与实施例1相同的试验条件下进行正面铣刀加工，评价耐缺损性。将其评价结果示于表11及表12中。
表11
表12
由表11及12可知，发明品与具有交替层叠均匀的各种层厚的层而成的交替层叠结构的比较品相比，加工长度更长、工具寿命更长。
符号说明
1 基材
2 被覆层
3 第1层叠结构
4 第2层叠结构
5 A1层
6 B1层
7 A2层
8 B2层

Claims (13)

1.一种被覆工具，其含有基材和形成于基材表面上的被覆层，该被覆层含有第1层叠结构和第2层叠结构，
所述第1层叠结构是将组成不同的2层以上的层在各层的平均厚度为60nm以上且500nm以下的厚度下周期性地层叠而成的结构，
所述第2层叠结构是将组成不同的2层以上的层在各层的平均厚度为2nm以上且小于60nm以下的厚度下周期性地层叠而成的结构，
构成所述第1层叠结构的层及构成第2层叠结构的层含有选自由金属元素的至少1种构成的金属以及由这些金属元素的至少1种与非金属元素的至少1种构成的化合物中的至少1种，所述金属元素选自Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Al、Si、Sr、Y、Sn及Bi，所述非金属元素选自碳、氮、氧及硼。
2.根据权利要求1所述的被覆工具，其中，所述第1层叠结构是将组成不同的2层交替地层叠了各2层以上而成的交替层叠结构。
3.根据权利要求1或2所述的被覆工具，其中，所述第2层叠结构是将组成不同的2层交替地层叠了各2层以上而成的交替层叠结构。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的被覆工具，其中，所述被覆层含有将所述第1层叠结构和第2层叠结构交替地连续层叠2个以上而成的结构。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的被覆工具，其中，所述第1层叠结构的层叠周期的平均值T1与所述第2层叠结构的层叠周期的平均值T2之差T1-T2为20nm～996nm。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的被覆工具，其中，构成所述第1层叠结构的各层及构成所述第2层叠结构的各层含有选自由金属元素的至少2种构成的金属以及由这些金属元素的至少2种与非金属元素的至少1种构成的化合物中的至少1种，所述金属元素选自Ti、Nb、Ta、Cr、W、Al、Si、Sr及Y，所述非金属元素选自碳、氮、氧及硼。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的被覆工具，其中，构成所述第1层叠结构的层中含有的金属元素含有1种以上的下述金属元素：在构成该第1层叠结构的各层之间是相同的，并且构成所述第1层叠结构的一个层中所含的相对于金属元素整体的元素量与构成与该层相邻的所述第1层叠结构的层中所含的相对于金属元素整体的元素量之差的绝对值为5原子％以上。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的被覆工具，其中，构成所述第2层叠结构的层中含有的金属元素含有1种以上的下述金属元素：在构成该第2层叠结构的各层之间是相同的，并且构成所述第2层叠结构的一个层中所含的相对于金属元素整体的元素量与构成与该层相邻的所述第2层叠结构的层中所含的相对于金属元素整体的元素量之差的绝对值为5原子％以上。
9.根据权利要求1～6中任一项所述的被覆工具，其中，构成所述第1层叠结构的一个层中所含的金属元素与构成与该层相邻的所述第1层叠结构的层中所含的金属元素有1种以上不同。
10.根据权利要求1～6及9中任一项所述的被覆工具，其中，构成所述第2层叠结构的一个层中所含的金属元素与构成与该层相邻的所述第2层叠结构的层中所含的金属元素有1种以上不同。
11.根据权利要求1～10中任一项所述的被覆工具，其中，所述被覆层整体的总层厚以平均层厚计为0.22～12μm。
12.根据权利要求1～11中任一项所述的被覆工具，其中，所述第1层叠结构的平均厚度为0.2～6μm。
13.根据权利要求1～12中任一项所述的被覆工具，其中，所述第2层叠结构的平均厚度为0.02～6μm。
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