CN108290223B - 切削工具 - Google Patents

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Abstract

一方式的切削工具具备基体、以及位于基体的表面的涂层，涂层具有下层、上层、位于下层与上层之间的中间层。中间层具有：第一层，其含有TiCx1Ny1Oz1，其中，0≤x1＜1，0≤y1＜1，x1+y1+z1＝1；第二层，其含有TiCx2Ny2Oz2，其中，0≤x2＜1，0≤y2＜1，0＜z2＜1，x2+y2+z2＝1；以及第三层，其位于第一层与第二层之间，且含有TiCx3Ny3Oz3，其中，0≤x3＜1，0≤y3＜1，0≤z3＜1，x3+y3+z3＝1，z1＞z3，并且，z2＞z3。

Description

切削工具
技术领域
本发明涉及在基体的表面具有涂层的切削工具。
背景技术
作为切削工具，已知具备硬质合金、金属陶瓷或者陶瓷等基体、以及位于该基体的表面的涂层的切削工具。这种切削工具一般被称作涂层工具。作为涂层，例如已知碳氮化钛(TiCN)层以及氧化铝(A12O3)层。
随着最近的切削加工的高效率化，在重断续切削等严酷的切削条件下使用切削工具的机会增加。在重断续切削中，容易对切削刃施加较大的冲击。在上述这样的严酷的切削条件下，对涂层施加有较大的冲击，容易发生涂层的卷刃、剥离。因此，对于涂层，除耐磨损性以外还要求耐缺损性的提高。
在日本特开平9-174304号公报(专利文献1)中，在碳氮化钛层与在该碳氮化钛层的表面成膜的氧化铝层的边界存在有从剖面方向观察时由针状粒子构成的中间层。通过存在有中间层，从而专利文献1所记载的切削工具的耐缺损性提高。
然而，谋求能够进一步改善涂层的耐磨损性以及耐缺损性。
发明内容
本方式的切削工具具备基体以及位于该基体的表面的涂层，所述涂层具有：下层，其含有碳氮化钛；上层，其位于所述下层之上，且含有α型结晶结构的氧化铝；以及中间层，其位于所述下层与所述上层之间。该中间层具有：第一层，其与所述下层邻接，且含有TiCx1Ny1Oz1，其中，0≤x1＜1，0≤y1＜1，x1+y1+zl＝1；第二层，其与所述上层邻接，且含有TiCx2Ny2Oz2，其中，0≤x2＜1，0≤y2＜1，0＜z2＜1，x2+y2+z2＝1；以及第三层，其位于所述第一层与所述第二层之间，且含有TiCx3Ny3Oz3，其中，0≤x3＜1，0≤y3＜1，0≤z3＜1，x3+y3+z3＝1，z1＞z3，并且，z2＞z3。
附图说明
图1是一实施方式所涉及的切削工具的概要立体图。
图2是用于对图1的切削工具的涂层的剖面的结构进行说明的示意图。
图3是用于对图2的切削工具的中间层附近的结构进行说明的主要部分放大图。
具体实施方式
如图1所示，本实施方式的切削工具(以下，简称作工具)1呈主面为大致四边形形状的柱状。在本实施方式中，图1的上表面为主面，主面的一部分形成前刀面2，侧面的一部分形成后刀面3。另外，前刀面2与后刀面3相交的部分的至少一部分形成切削刃4。
另外，如图2所示的剖面的示意图那样，工具1具备基体5以及位于该基体5的表面的涂层6。涂层6具备下层7、中间层8以及上层9。下层7位于基体5的表面，上层9位于下层7之上，中间层8位于下层7以及上层9之间。下层7含有碳氮化钛，上层9含有α型结晶结构的氧化铝(α-Al2O3)。
下层7可以与基体5的表面接触，另外，涂层6也可以还具备位于下层7以及基体5之间的基底层10。作为基底层10，例如可以列举含有氮化钛(TiN)的层。
上层9可以是涂层6的最表层，另外，涂层6也可以还具备位于上层9之上的表层11。作为表层11，例如可以列举含有氮化钛的层。
对于下层7所含有的碳氮化钛，可以列举使用含有乙腈(CH3CN)气体的原料、且成膜温度为780℃～900℃通过以较低的温度成膜而形成的所谓的MT(moderatetemperature)-碳氮化钛。下层7中的碳氮化钛的结晶12可以由在涂层6的厚度方向上细长的柱状结晶构成。
在与基体5的表面平行的方向(图2中的左右方向)上的碳氮化钛的结晶12的平均结晶宽度w为100nm～800nm的情况下，下层7的韧性高，具有吸收施加于涂层6的冲击的效果，因此涂层6的耐缺损性提高。平均结晶宽度w的优选范围为400nm～600nm。
在此，在将下层7所含有的碳氮化钛表示为TiCxNy时，在0.4≤x≤0.8，0.2≤y≤0.6，x+y＝1的情况下，涂层6的耐磨损性和耐缺损性均较高。在0.6≤x≤0.8，0.2≤y≤0.4的情况下，涂层6的耐磨损性和耐缺损性更高。
在本实施方式中，中间层8具有：与下层7邻接的第一层8a、与上层9邻接的第二层8b、以及位于第一层8a以及第二层8b之间的第三层8c。第一层8a、第二层8b以及第三层8c分别含有钛化合物。
在将第一层8a所含有的钛化合物表示为TiCx1Ny1Oz1的情况下，0≤x1＜1，0≤y1＜1，0＜z1＜1，x1+y1+z1＝1。在将第二层8b所含有的钛化合物表示为TiCx2Ny2Oz2的情况下，0≤x2＜1，0≤y2＜1，0＜z2＜1，x2+y2+z2＝1。另外，在将第三层8c所含有的钛化合物表示为TiCx3Ny3Oz3的情况下，0≤x3＜1，0≤y3＜1，0≤z3＜1，x3+y3+z3＝1。
此时，z1＞z3，并且，z2＞z3。即，在本实施方式的中间层8中，如上述那样，与第三层8c相比，第一层8a以及第二层8b中的氧的含有比率相对较大。中间层8像这样构成，因此中间层8与下层7以及上层9各自的紧贴性提高。
具体而言，通过存在有氧的含有比率相对较大的第一层8a，从而中间层8相对于下层7的紧贴性提高。另外，通过存在有氧的含有比率相对较大的第二层8b，从而中间层8相对于上层9的紧贴性提高。此外，第二层8b中的氧的含有比率相对较大，因此上层9中的氧化铝容易成为α型结晶结构。
另一方面，中间层8整体的氧的含有比率并不一样高，在第一层8a以及第二层8b之间存在有氧的含有比率相对较小的第三层8c。在第三层8c中，氧的含有比率相对较小，因此与第一层8a以及第二层8b相比硬度较高。因此，作为中间层8整体的硬度提高，因此避免了中间层8的耐久性降低的情况。通过像这样提高中间层8的紧贴性以及耐久性，从而改善了涂层6的耐磨损性以及耐缺损性。
需要说明的是，在第一层8a中，0.1≤x1≤0.5，0.2≤y1≤0.5，0.1≤z1≤0.4，在第二层8b中，0.3≤x2≤0.8，0≤y2≤0.3，0.1≤z2≤0.5，在第三层8c中，0.2≤x3≤0.7，0.3≤y3≤0.8，0≤z3≤0.1，在这种情况下，中间层8与下层7以及上层9的紧贴性特别高。
在第一层8a以及第二层8b中，也可以为z1≥z2，但在z1＜z2的情况下，中间层8与供该中间层8接合的下层7的接合性提高，因此作为涂层6整体的耐久性进一步提高。
在与基体5的表面正交的剖面中，第二层8b有时具有多个朝向上方突出的针状的突起13。如图3所示，在具有多个突起13的情况下，中间层8与上层9的紧贴性进一步提高。其结果是，工具1的耐缺损性提高。作为中间层8与上层9的紧贴性进一步提高的理由，认为是突起13发挥了作为楔子的作用。
需要说明的是，针状的突起13是指，在上述的剖面中，将与基体5的表面正交的方向上的突起13的长度除以该突起13的长度的中间的与基体5的表面平行的方向上的宽度而得到的比为3以上的形状。
各突起13的长度优选为20nm～300nm，在平均长度为40nm～100nm的情况下，中间层8与上层9的紧贴性高。并且，对于突起13，在相对于与基体5的表面正交的方向以10°以内的倾斜角度伸出的突起的数量相对于突起13的整体的数量以80％以上的比例存在的情况下，中间层8与上层9的紧贴性高。
针状的突起13的数量并不特别限定，但在上述的剖面中，在与表面平行的方向上的0.5μm的范围内平均存在有三个以上的情况下，中间层8与上层9的紧贴性高。
位于第二层8b的下方的第三层8c的表面可以平坦，另外，也可以具有一个或多个朝向上方凸出的第一凸部14。在第三层8c具有第一凸部14的情况下，第二层8b与第三层8c的接合面积增加，因此上述层的紧贴性提高。第一凸部14无需特别设为针状。
在突起13的至少一个从第一凸部14的顶部14a朝向上方突出的情况下，突起13的前端容易位于上层9的厚度方向的深处。因此，能够提高突起13的作为楔子的作用，因此中间层8与上层9的紧贴性进一步提高。
位于中间层8的下方的下层7的表面可以平坦，另外，也可以具有一个或多个朝向上方凸出的第二凸部15。在下层7具有第二凸部15的情况下，中间层8与下层7的接合面积增加，因此上述层的紧贴性提高。第二凸部15无需特别设为针状。
下层7所含有的碳氮化钛具有沿与基体5的表面正交的方向延伸的结晶结构，该碳氮化钛的结晶12有时具有沿与基体5的表面正交的方向延伸的双晶边界16。在该情况下，下层7中的与中间层8相接的部分中、以双晶边界16为顶部的结晶12的前端部分成为第二凸部15。
第一凸部14存在有位于下层7的第二凸部15之上的部分和不位于第二凸部15之上的部分。第一凸部14位于下层7的第二凸部15之上是指，如图3所示，第二凸部15的顶部与第一凸部14的顶部能够通过假想直线X连结的状态。在突起13的至少一个位于通过第一凸部14的顶部14a以及第二凸部15的顶部15a的假想直线X上的情况下，突起13的前端容易位于上层9的厚度方向的更深处。因此，第一凸部14的顶部14a以及第二凸部15的顶部15a这样的容易产生涂层6的剥离的位置处的中间层8与上层9的紧贴性提高，因此进一步改善了涂层6的耐磨损性以及耐缺损性。
此时，在假想直线X上的突起13的长度比假想直线X上的第三层8c的长度大的情况下，能够进一步提高中间层8与上层9的紧贴性。
在第一凸部14的平均宽度为80nm～300nm、平均高度为50nm～200nm的情况下，能够提高下层7、中间层8以及上层9之间的紧贴性。第一凸部14的平均宽度的优选范围为100nm～200nm，平均高度为100nm～150nm。
需要说明的是，第一凸部14的宽度w1是指，如图3所示，通过从第一凸部14的顶部14a朝向基体5侧的两侧的斜坡的底r、底s中的远离基体5的一侧(距基体5的高度较高的一侧)的斜坡的底r、且与基体5的表面平行的平行线与底s侧的斜坡相交时的底r与底s之间的距离。另外，第一凸部14的高度h1是指，如图3所示，从成为第一凸部14的宽度w1的基准的平行线到第一凸部14的顶部14a为止的垂线的距离h1。对于第一凸部14的平均高度，通过相邻的三个以上的第一凸部14的高度h1的平均值进行测定。另外，对于存在于第一凸部14的顶部14a的突起13的长度，以将与第一凸部14的顶部14a连续的两个棱线延长的交点作为起点而进行测定。
另外，在下层7中的碳氮化钛的结晶12具有双晶边界16的情况下，在第一层8a以及第三层8c成膜时有时也以继承与碳氮化钛的结晶12相同的结晶结构的方式使第一层8a以及第三层8c的结晶成长，从而继续形成双晶边界16。在这种情况下，下层7与中间层8的紧贴性进一步提高。
在本实施方式中，在第二凸部15的平均宽度为80nm～600nm、平均高度为30nm～200nm的情况下，能够提高下层7、中间层8以及上层9之间的紧贴性。第二凸部15的平均宽度的优选范围为200nm～400nm，平均高度为60nm～150nm。
需要说明的是，第二凸部15的宽度w2是指，如图3所示，通过从第二凸部15的顶部15a朝向基体5侧的两侧的斜坡的底p、底q中的远离基体5的一侧(距基体5的高度较高的一侧)的斜坡的底p、且与基体5的表面平行的平行线与底q侧的斜坡相交时的底p与底q之间的距离。对于第二凸部15的平均宽度，通过相邻的三个以上的第二凸部15的宽度w1的平均值进行测定。另外，第二凸部15的高度h2是指，如图3所示，从成为第二凸部15的宽度w2的基准的平行线到第二凸部15的顶部15a为止的垂线的距离h2。对于第二凸部15的平均高度，通过相邻的三个以上的第二凸部15的高度h2的平均值进行测定。
第二层8b的厚度不限定于特定的值，在第二层8b的厚度为10nm～35nm的情况下，中间层8的硬度不会降低，并且上层9中的氧化铝容易成为α型结晶结构。需要说明的是，在第二层8b具有突起13的情况下，第二层8b的厚度是指除突起13以外的部分的厚度。需要说明的是，存在突起13的区域和不存在突起13的区域具有弯曲点，因此能够容易地辨别它们的边界，能够测定除突起13以外的部分的第二层8b的厚度。
另外，在第一层8a的厚度为5nm～50nm、第三层8c的厚度为50nm～300nm的情况下，第二层8b与上层9的紧贴性提高。第一层8a的厚度的优选范围为10nm～35nm，第三层8c的厚度的优选范围为70nm～100nm。
如上述例示那样，在第三层8c的厚度比第一层8a以及第二层8b的厚度厚的情况下，作为中间层8整体的硬度进一步提高，因此能够进一步避免中间层8的耐久性降低的情况。
在存在有三个以上的碳氮化钛的结晶12的视野内，以碳氮化钛的结晶12与第一层8a以及第三层8c的边界线作为基准，等间隔地在十处以上进行厚度的测定，将它们的平均值设为第一层8a、第二层8b以及第三层8c的厚度。
各层的结构、厚度、以及构成各层的结晶的形状等能够通过观察工具1的剖面的电子显微镜照片(扫描型电子显微镜(SEM)照片或者透射电子显微镜(TEM)照片)而进行测定。求出各结晶的厚度方向的长度的中间的长度处的与基体5的表面平行的方向上的宽度，对它们进行平均而得到的值为各结晶的平均结晶宽度。另外，在本实施方式中，构成涂层6的各层的结晶的结晶形态为柱状是指，各结晶的平均结晶宽度与涂层6的厚度方向的长度之比平均为0.3以下的状态。另一方面，将该各结晶的平均结晶宽度与涂层6的厚度方向的长度之比平均大于0.3的情况定义为结晶形态为粒状。
在本实施方式中，上层9含有α型结晶结构的氧化铝的结晶，硬度以及耐磨损性高。另外，在基于从涂层6的表面测定的X射线衍射分析得到的上层9的由下述通式Tc(hkl)表示的表面侧的取向系数Tc(104)为2以上的情况下，上层9的耐磨损性提高。其结果是，工具1成为能够长期使用的工具1。表面侧Tc(104)的优选范围为2～3.5。
需要说明的是，(hkl)是(012)、(104)、(110)、(113)、(006)、(024)、(116)、(214)的任一方的结晶面，取向系数Tc(hkl)由下式表示。
Tc(hkl)＝{I(hkl)/I0(hkl)}/〔(1/9)×∑{I(HKL)/I0(HKL)}〕
在此，(HKL)是(012)、(104)、(110)、(113)、(006)、(024)、(116)、(214)的结晶面，I是归属于各结晶面的峰值强度，I0是JCPDS卡No.00-010-0173中记载的各结晶面的标准衍射强度。
Tc(104)成为2以上这一较高的值的理由不明，但认为由于中间层8的组成以及形状而使氧化铝的结晶的取向方向发生变化。
在此，根据本实施方式，在上层9中，从基体5侧起的10％～40％的厚度部分处的基体5侧的取向系数Tc(104)比表面侧的取向系数Tc(104)小。即，在对上层9的一部分进行研磨而在仅残留有上层9的基体5侧的部分的状态下进行测定而检测到的基体5侧峰值、与从上层9的表面侧进行测定而检测到的表面侧峰值进行比较时，表面侧峰值中的表面侧的Tc(104)比基体5侧峰值中的基体5侧的Tc(104)大。
换言之，基体5侧的Tc(104)比表面侧的Tc(104)小。在上层9中的基体5侧的取向系数Tc(104)小的情况下，上层9的热膨胀率与中间层8以及下层7的热膨胀率之差变小，因此能够抑制上层9的剥离。基体5侧的Tc(104)的优选范围为0.1～1.1，更优选为0.5～1.1。
另外，对上层9的基体5侧的Tc(104)和表面侧的Tc(104)的测定方法进行说明。上层9的X射线衍射分析利用使用了通常的CuKα线的X射线衍射分析装置进行测定。对于测定而言，在面积大的平坦面进行测定，因此在前刀面2形成有断屑槽等凹凸的情况下，在后刀面3进行测定。在根据X射线衍射图求出上层9的各结晶面的峰值强度时，确认JCPDS卡的No.00-101-0173中记载的各结晶面的衍射角，识别检测到峰值的结晶面，并测定其峰值强度。
在对表面侧Tc(104)进行测定时，从上层9的表面侧进行测定。具体而言，在将表层11研磨除去的状态或者未对表层11进行研磨的状态下，对涂层6进行X射线衍射分析。测定所得到的各峰值的峰值强度，并计算取向系数Tc(hkl)。需要说明的是，在将表层11研磨除去时，可以除去上层9的厚度的20％以下的厚度。另外，即使在未对表层11进行研磨的状态下进行X射线衍射分析的情况下，只要能够测定氧化铝的九个峰值即可。需要说明的是，对于表面侧峰值，以还包括上层9的基体5侧的取向状态的方式进行检测，但上层9的接近X射线衍射分析的测定面的位置的组织状态对峰值造成较大影响，因此基体5侧的取向状态对表面侧峰值造成的影响较小。
在测定基体5侧的Tc(104)时，对上层9的一部分进行研磨，在仅残留有上层9的基体5侧的部分的状态下测定峰值强度。具体而言，首先，对涂层6的上层9进行研磨直至相对于上层9的研磨前的厚度成为10％～40％的厚度。通过使用了金刚石磨粒的刷加工、基于弹性磨石的加工、或者喷丸加工等进行研磨。之后，对于上层9的被研磨后的部分，以与上层9的表面侧的部分的测定相同的条件进行X射线衍射分析，测定上层9的峰值，并计算取向系数Tc(hkl)。
能够对通过以上的方法测定出的上层9的表面侧峰值中的表面侧的Tc(104)和基体5侧的Tc(104)进行比较。需要说明的是，取向系数Tc通过相对于JCPDS卡中规定的无取向的标准数据的比率而求出，因此是表示各结晶面的取向程度的指标。
另外，在上层9中，在表面中的峰值强度的大小最大的两个是I(116)以及I(104)的情况下，即，在关于上层9的表面侧峰值，I(116)以及I(104)的一方最强、I(116)以及I(104)的另一方第二强的情况下，容易抑制前刀面2的月牙洼磨损，且容易抑制后刀面3的因微小卷刃引起的侧面磨损。需要说明的是，可以为I(104)最强、I(116)第二强的情况，也可以为I(116)最强、I(104)第二强的情况。
并且，根据本实施方式，在表面侧峰值中的表面侧的Tc(104)比基体5侧峰值中的基体5侧的Tc(104)大的情况下，具有能够进一步抑制后刀面3的侧面磨损、并且提高前刀面2的耐缺损性从而提高切削工具1的耐缺损性的效果。
需要说明的是，在表面侧的Tc(104)比基体5侧的Tc(104)大、并且表面侧的Tc(006)为1以上的情况下，上层9的耐月牙洼磨损性大幅提高。
本实施方式的基底层10含有氮化钛。基底层10抑制基体5中的钴(Co)、碳(C)、钨(W)等成分扩散至下层7中的情况，从而抑制基体5的表面部以及下层7的硬度降低的情况。需要说明的是，基底层10可以仅含有氮化钛，另外，也可以除氮化钛以外，还含有碳氮化钛、碳氧氮化钛(TiCNO)以及氮化铬(CrN)等。基底层10的厚度例如能够设定为0.1μm～1μm。
本实施方式的表层11含有氮化钛。需要说明的是，表层11可以仅含有氮化钛，另外，也可以除氮化钛以外，还含有碳氮化钛、碳氧氮化钛以及氮化铬等。表层11由有色的材质构成，被设置用于容易地辨别有无切削刃4的使用。并且，表层11的厚度例如能够设定为0.1μm～3μm。
作为基体5的材质，并不特别限定，例如可以列举硬质合金、Ti基金属陶瓷以及陶瓷。作为硬质合金，例如可以列举碳化钨(WC)、根据需要使含有从周期表第四、五、六族金属的碳化物、氮化物、碳氮化物的组中选出的至少一种的硬质相与含有钴以及镍(Ni)等铁族金属的结合相结合而成的物质。作为陶瓷，例如可以列举氮化硅(Si3N4)、氧化铝、金刚石或者立方晶氮化硼(cBN)等。另外，根据用途，基体5也可以是包含碳钢、高速钢、合金钢等金属的基体。
并且，上述的工具1通过使在前刀面2与后刀面3的交叉部形成的切削刃4与被切削件接触而进行切削加工，能够发挥上述的优异效果。另外，本实施方式的工具1除能够应用于切削工具以外，还能够应用于滑动部件以及模具等耐磨部件、挖掘工具、刀具等工具、耐冲击部件等各种用途，在这些情况下也具有以优异的机械可靠性。
接下来，参考工具1的制造方法的一例对本实施方式所涉及的切削工具的制造方法进行说明。
首先，向从金属碳化物、氮化物、碳氮化物以及氧化物等选出的无机物粉末中适当添加金属粉末以及碳粉末等并进行混合。使用公知的成形方法将混合后的上述的粉末成形为规定的形状，从而制作出成形体。作为成形方法，例如可以列举冲压成形、浇铸成形、挤压成形以及冷等静压冲压成形等。通过在真空中或者非氧化性气氛中对上述的成形体进行烧制，从而制作出基体5。需要说明的是，也可以根据需要而对基体5的表面实施研磨加工或者棱珩磨加工。
接下来，在基体5的表面通过化学气相蒸镀(CVD)法形成涂层6。
首先，通过向氢(H2)气中混合0.5～10体积％的四氯化钛(TiCl4)气体、10～60体积％的氮(N2)气，从而制作用作反应气体的第一混合气体。将第一混合气体导入腔内，将成膜温度设为800～940℃，将腔内的压力设为8～50kPa，形成含有氮化钛的基底层10。
接下来，通过向氢(H2)气中混合0.5～10体积％的四氯化钛(TiCl4)气体、5～60体积％的氮(N2)气、0.1～3体积％的乙腈气体，从而制作第二混合气体。将第二混合气体导入腔内，将成膜温度设为780～880℃，将腔内的压力设为5～25kPa，形成下层7。
此时，通过在成膜后期将乙腈气体的含有比率设为比成膜初期高，能够形成使构成下层7的碳氮化钛柱状结晶的平均结晶宽度在远离基体5的一侧比接近基体5的一侧大的结构。
接下来，制作中间层8。首先，通过向氢(H2)气中混合3～30体积％的四氯化钛气体、3～15体积％的甲烷(CH4)气体、5～10体积％的氮(N2)气、0.5～1体积％的一氧化碳(CO)气体、0.5～10体积％的三氯化铝(AlCl3)气体，从而制作第三混合气体。将第三混合气体导入腔内，将成膜温度设为900～1050℃，将腔内的压力设为5～40kPa，形成第一层8a。
接下来，通过向氢气中混合1～4体积％的四氯化钛气体、0.1～10体积％的甲烷气体、5～20体积％的氮气，从而制作第四混合气体。将第四混合气体导入腔内，将成膜温度设为900～1050℃，将腔内的压力设为5～40kPa，形成第三层8c。在第四混合气体中不含氧源，但一部分氧从第一层8a扩散。
接下来，向氢气中混合3～15体积％的四氯化钛气体、3～10体积％的甲烷气体、3～25体积％的氮气、0.5～2体积％的一氧化碳气体，从而制作第五混合气体。将第五混合气体导入腔内，将成膜温度设为900～1050℃，将腔内的压力设为5～40kPa，形成第二层8b。
接下来，形成上层9。通过向氢气中混合5～15体积％的三氯化铝(AlCl3)气体、0.5～2.5体积％的氯化氢(HCl)气体、0.5～5体积％的二氧化碳气体、0～1体积％的硫化氢(H2S)气体，从而制作第六混合气体。将第六混合气体导入腔内，将成膜温度设为950～1100℃，将腔内的压力设为5～20kPa，形成上层9。
然后，根据需要形成表层11。通过向氢气中混合0.1～10体积％的四氯化钛气体、10～60体积％的氮气，从而制作第七混合气体。将第七混合气体导入腔内，将成膜温度设为960～1100℃，将腔内的压力设为10～85kPa，形成表层11。
之后，根据需要，对成膜后的涂层6的表面中配置有切削刃4的部分进行研磨加工。在进行这种研磨加工的情况下，容易抑制被切削件向切削刃4的熔敷，因此成为耐缺损性更加优异的工具1。
实施例
首先，制作混合粉末，该混合粉末含有6质量％的平均粒径1.2μm的金属钴粉末、0.5质量％的平均粒径2μm的碳化钛(TiC)粉末、5质量％的平均粒径2μm的碳化铌(NbC)粉末，其余为平均粒径1.5μm的碳化钨粉末。利用冲压成形制作将上述的混合粉末成形为工具形状(CNMG120408)的成形体。在对成形体实施了脱粘合剂处理后，在1500℃、0.01Pa的真空中烧制1小时，从而制作出基体。之后，对制作出的基体实施刷加工，对工具中的成为切削刃的部分实施圆角珩磨。
接下来，对于上述的基体，通过化学气相蒸镀法，以表1的成膜条件形成涂层，从而制作出切削工具。在表1～3中，各化合物通过化学符号来表述。在表2～3中示出结果。
对于上述试料，利用SEM对分别含有涂层且与基体的表面正交的剖面进行观察，并测定各层的厚度、平均结晶粒径。另外，在中间层附近，通过TEM进行观察，并测定各层的厚度、第一凸部、第二凸部的平均宽度和平均高度、第二层中的针状的突起的个数以及平均长度。
另外，在上述切削工具的后刀面的平坦面中，不对涂层进行研磨，进行基于CuKα线的X射线衍射分析，在任意三个位置处，识别从上层的表面侧测定的表面侧峰值(表中记载为表面侧或者表面侧峰值)，并测定各峰值的峰值强度。
另外，对于表面侧峰值，确认强度最高的峰值和强度第二高的峰值，并且计算JCPDS卡的(104)面的取向系数Tc。接下来，进行研磨直至成为上层的厚度的10％～40％的厚度，同样通过X射线衍射分析，识别在对上层的一部分进行研磨而仅残留有基体侧的部分的状态下测定的基体侧峰值(表中记载为基体侧)，并测定各峰值的峰值强度。使用所得到的各峰值的峰值强度，来计算(104)面的取向系数Tc。另外，通过SEM观察上述工具的切断面，并测定各层的厚度。在表3中示出结果。
接下来，使用所得的切削工具，在下述的条件下，进行连续切削试验以及断续切削试验，评价耐磨损性以及耐缺损性。在表3中示出结果。
(连续切削条件)
被切削件：铬钼钢材(SCM435)
工具形状：CNMG120408
切削速度：300m/分钟
进给速度：0.3mm/rev
切深：1.5mm
切削时间：25分钟
其他：使用水溶性切削液
评价项目：通过扫描型电子显微镜观察刃尖珩磨部分，在实际磨损的部分处，测定后刀面的侧面磨损幅度。
(断续切削条件)
被切削件：铬钼钢设置有四个槽的钢材(SCM440)
工具形状：CNMG120408
切削速度：300m/分钟
进给速度：0.3mm/rev
切深：1.5mm
其他：使用水溶性切削液
评价项目：测定发生缺损的冲击次数。
[表1]
[表2]
[表3]
根据表1～3的结果，在第一层、第二层、第三层均不存在的试料No.6～8中，侧面磨损幅度大并且在较少的冲击次数下发生缺损。另外，在z1＜z2的试料No.9以及z2＝z3的试料No.10中，侧面磨损幅度大并且在较少的冲击次数下发生缺损。需要说明的是，在不存在第二层的试料No.8以及z2＝z3的试料No.10中，在X射线衍射测定的上层的峰值中，除α型结晶结构以外还发现κ型结晶结构的峰值。
另一方面，在将第一层8a所含有的钛化合物表示为TiCx1Ny1Oz1的情况下，0≤x1＜1，0≤y1＜1，0＜z1＜1，x1+y1+z1＝1，在将第二层所含有的钛化合物表示为TiCx2Ny2Oz2的情况下，0≤x2＜1，0≤y2＜1，0＜z2＜1，x2+y2+z2＝1，在将第三层所含有的钛化合物表示为TiCx3Ny3Oz3的情况下，0≤x3＜1，0≤y3＜1，0≤z3＜1，x3+y3+z3＝1，在满足上述条件的试料No.1～5中，侧面磨损幅度小，冲击次数超过3000次。
在试料No.1～5中的试料No.1～4中，除针状的突起以外的第二层的厚度为10nm～35nm，侧面磨损幅度小并且冲击次数多。
并且，在第二层具有朝向上方突出的针状的突起的试料No.1～3、5中，耐缺损性提高，冲击次数多。
另外，在对于上层的X射线衍射分析中，在表面侧的取向系数Tc(104)为2以上的试料No.1～4中，耐磨损性高，侧面磨损幅度小。另外，在基体侧的取向系数Tc(104)比表面侧的取向系数Tc(104)小的试料No.1～3、5中，耐缺损性提高，冲击次数多。并且，在上层的表面侧峰值中，I(104)以及I(116)的一方为最强峰值，另一方为第二强峰值，对于满足上述条件的试料No.1～4，已知侧面磨损幅度更小，耐磨损性特别优异。
附图标记说明
1…切削工具(工具)；
2…前刀面；
3…后刀面
4…切削刃；
5…基体
6…涂层；
7…下层；
8…中间层；
8a…第一层；
8b…第二层；
8c…第三层；
9…上层；
10…基底层；
11…表层；
12…碳氮化钛的结晶；
13…突起；
14…第一凸部；
15…第二凸部；
16…双晶边界。

Claims (9)

1.一种切削工具，其具备基体以及位于该基体的表面的涂层，其中，
所述涂层具有：
下层，其含有碳氮化钛；
上层，其位于所述下层之上，且含有α型结晶结构的氧化铝；以及
中间层，其位于所述下层与所述上层之间，
所述中间层具有：
第一层，其与所述下层邻接，且含有TiCx1Ny1Oz1，其中，0≤x1＜1，0≤y1＜1，0＜z1＜1，x1+y1+z1＝1；
第二层，其与所述上层邻接，且含有TiCx2Ny2Oz2，其中，0≤x2＜1，0≤y2＜1，0＜z2＜1，x2+y2+z2＝1；以及
第三层，其位于所述第一层与所述第二层之间，且含有TiCx3Ny3Oz3，其中，0≤x3＜1，0≤y3＜1，0≤z3＜1，x3+y3+z3＝1，
z1＞z3，并且，z2＞z3，
在与所述基体的表面正交的剖面中，所述第二层具有多个朝向上方突出的针状的突起，
所述第三层具有朝向上方凸出的第一凸部，
所述突起的至少一个从所述第一凸部的顶部朝向上方突出。
2.根据权利要求1所述的切削工具，其中，
z1＜z2。
3.根据权利要求1所述的切削工具，其中，
所述下层具有朝向上方凸出的第二凸部，
所述突起的至少一个位于通过所述第一凸部的顶部以及所述第二凸部的顶部的假想直线上。
4.根据权利要求3所述的切削工具，其中，
所述假想直线上的所述突起的长度比所述假想直线上的所述第三层的长度大。
5.根据权利要求1所述的切削工具，其中，
所述第二层的厚度为10nm～35nm。
6.根据权利要求1所述的切削工具，其中，
所述第一层的厚度为5nm～50nm，所述第三层的厚度为50nm～300nm。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的切削工具，其中，
通过基于X射线衍射分析的从所述涂层的表面侧进行的测定而检测出的、由下述通式Tc(hkl)表示的所述上层的取向系数Tc(104)为2以上，
取向系数Tc(hkl)＝{I(hkl)/I0(hkl)}/〔(1/9)×∑{I(HKL)/I0(HKL)}〕
(HKL)是(012)、(104)、(110)、(113)、(024)、(116)、(214)、(146)、(006)的结晶面，
I是归属于各结晶面的峰值强度，
I0是JCPDS卡No.00-010-0173中记载的各结晶面的标准衍射强度。
8.根据权利要求7所述的切削工具，其中，
在所述上层中，所述基体侧的所述取向系数Tc(104)比表面侧的所述取向系数Tc(104)小。
9.根据权利要求8所述的切削工具，其中，
通过基于X射线衍射分析的从所述涂层的表面侧进行的测定而检测出的所述X射线衍射强度I(hkl)中，I(116)以及I(104)中的一方最强，I(116)以及I(104)中的另一方第二强。
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