CN109500414A - 被覆切削工具 - Google Patents

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Abstract

本发明保护一种被覆切削工具，其具备基材和形成于该基材上的被覆层，其中，上述被覆层包括下部层和形成于该下部层上的上部层，上述下部层具有2.0μm以上15.0μm以下的平均厚度，并且由Ti的碳氮氧化物层构成，上述Ti的碳氮氧化物层包含具有由下述式(1)：Ti(C1－x－ yNxOy)…(1)(式中，x表示N元素相对于C元素、N元素和O元素的总量的原子比，y表示O元素相对于C元素、N元素和O元素的总量的原子比，且满足0.35≦x≦0.60、0.01≦y≦0.10)表示的组成的化合物，在上述下部层中，由X射线衍射得到的(4,2,2)面的摇摆曲线的半峰宽为20°以下，上述上部层由具有1.0μm以上15.0μm以下的平均厚度的α型氧化铝层构成，在上述上部层中，由X射线衍射得到的(0,0,12)面的摇摆曲线的半峰宽为20°以下。

Description

被覆切削工具
技术领域
本发明涉及一种被覆切削工具。
背景技术
以往，将利用化学气相沉积法在由硬质合金制成的基材表面以3～20μm的总膜厚蒸镀形成被覆层而制成的被覆切削工具用于钢、铸铁等的切削加工的技术广为人知。作为上述被覆层，例如已知有选自由Ti的碳化物、氮化物、碳氮化物、碳氧化物和碳氮氧化物、以及氧化铝组成的群组中的一种的单层或两种以上的多层构成的被覆层。
例如，在对比文件1中提出了一种被覆切削工具，其以在切削作业中改良耐磨性为目的而包含基材和涂层，其中涂层包含MTCVD TiCN层和α-Al2O3层，α-Al2O3层的织构系数TC(0012)超过5，在切削工具的后刀面中，利用X射线衍射的α-Al2O3层的(0012)面的摇摆曲线峰的半峰全宽(FWHM)不满30°，在X射线衍射中，TiCN层的220峰的积分面积强度和311峰的积分面积强度之间的关系I220/I311为低于3。
专利文献1：日本专利特开2015-9358号公报。
发明内容
在近年来的切削加工中，高速化、高进给化和深进刀化更加显著，要求进一步提高如专利文献1中的以往的被覆切削工具的耐磨性以及耐缺损性。特别是，钢的高速切削等对被覆切削工具产生负荷作用的切削加工增加，在这种苛刻的切削条件下，在以往的被覆切削工具中被覆层的粘着性不充分，由此导致因剥离而产生的缺损。这引发了无法延长工具寿命的问题。
因此，本发明的目的在于提供一种具有优越的耐缺损性和耐磨性，因而能够延长工具寿命的被覆切削工具。
本发明人从上述观点出发，对于被覆切削工具的工具寿命的延长进行了反复研究，结果获得了如下见解：采用在包括下部层、以及形成在下部层上且由指定的α型氧化铝层构成的上部层的被覆层中，用指定的Ti的碳氮氧化物层构成下部层，使指定面的摇摆曲线的半峰宽在特定值以下的方案，则可以提高耐磨性和耐缺损性，其结果能够延长工具寿命，从而完成了本发明。
即，本发明如下所述。
[1]
一种被覆切削工具，其具备基材和形成于该基材上的被覆层，其中，
上述被覆层包括下部层和形成于该下部层上的上部层，
上述下部层具有2.0μm以上15.0μm以下的平均厚度，并由Ti的碳氮氧化物层构成，所述Ti的碳氮氧化物层包含具有由下述式(1)：
Ti(C1－x－yNxOy) (1)
(式中，x表示N元素相对于C元素、N元素和O元素的总量的原子比，y表示O元素相对于C元素、N元素和O元素的总量的原子比，且满足0.35≦x≦0.60、0.01≦y≦0.10)
表示的组成的化合物，
在上述下部层中，由X射线衍射得到的(4,2,2)面的摇摆曲线的半峰宽为20°以下，
上述上部层由具有1.0μm以上15.0μm以下的平均厚度的α型氧化铝层构成，
在上述上部层中，由X射线衍射得到的(0,0,12)面的摇摆曲线的半峰宽为20°以下。
[2]
如[1]所述的被覆切削工具，其中，构成上述下部层的粒子的平均粒径为0.5μm以上1.5μm以下。
[3]
如[1]或[2]所述的被覆切削工具，其中，上述被覆层在上述下部层和上述上部层之间包含中间层，上述中间层由包含具有由下述式(2)：
Ti(C11－a－bNaOb) (2)
(式中，a表示N元素相对于C元素、N元素和O元素的总量的原子比，b表示O元素相对于C元素、N元素和O元素的总量的原子比，且满足0.00≦a≦0.30、0.01≦b≦0.10)
表示的组成的化合物的Ti的化合物层构成，
上述中间层具有0.05μm以上1.50μm以下的平均厚度。
[4]
如[1]至[3]中任一项所述的被覆切削工具，其中，上述被覆层在上述基材和上述下部层之间包含由Ti的氮化物层或者Ti的碳化物层构成的最下层，
上述最下层具有0.1μm以上1.5μm以下的平均厚度。
[5]
如[1]至[4]中任一项所述的被覆切削工具，其中，上述被覆层整体的平均厚度为3.0μm以上25.0μm以下。
[6]
如[1]至[5]中任一项所述的被覆切削工具，其中，上述基材为硬质合金、金属陶瓷、陶瓷和立方氮化硼烧结体中的任一种。
根据本发明，能够提供一种由于具有优越的耐磨性和耐缺损性而能够延长工具寿命的被覆切削工具。
附图说明
图1为表示本发明的被覆切削工具的一个例子的截面示意图。
具体实施方式
以下，根据需要参照附图，对本发明的实施方式(以下简称为“本实施方式”)进行详细说明，但本发明并不限于下述本实施方式。本发明可在不超出其主旨的范围内进行各种变形。
本实施方式的被覆切削工具具备基材和形成于该基材上的被覆层，被覆层包括下部层和形成于该下部层上的上部层，下部层具有2.0μm以上15.0μm以下的平均厚度，并且由Ti的碳氮氧化物层构成，上述Ti的碳氮氧化物层包含具有由下述式(1)：
Ti(C1－x－yNxOy) (1)
(式中，x表示N元素相对于C元素、N元素和O元素的总量的原子比，y表示O元素相对于C元素、N元素和O元素的总量的原子比，且满足0.35≦x≦0.60、0.01≦y≦0.10)
表示的组成的化合物，在下部层中，由X射线衍射得到的(4,2,2)面的摇摆曲线的半峰宽为20°以下，上部层由具有1.0μm以上15.0μm以下的平均厚度的α型氧化铝层构成，在上部层中，由X射线衍射得到的(0,0,12)面的摇摆曲线的半峰宽为20°以下。
本实施方式的被覆切削工具具备以上结构，由此能够提高耐磨性和耐缺损性，其结果为能够延长被覆切削工具的工具寿命。认为本实施方式的被覆切削工具的耐磨性提高的主要原因如下。但是，本发明不受以下主要原因的任何限制。即，首先，本实施方式的被覆切削工具中，在下部层中，上述式(1)中的原子比x为0.60以下，由此提高了硬度，因而提高了耐磨性。此外，本实施方式的被覆切削工具中，下部层的平均厚度为2.0μm以上，由此提高了耐磨性。此外，本实施方式的被覆切削工具中，在上部层中，由X射线衍射得到的(0,0,12)面的摇摆曲线的半峰宽为20°以下，由此与基材平行存在的(0,0,12)面的组织较多，在切削加工中抑制切削温度的上升，因而将抑制反应磨损，其结果提高了耐磨性。此外，本实施方式的被覆切削工具中，上部层的平均厚度为1.0μm以上，由此上部层的效果持续，因而将提高耐磨性。并且，认为本实施方式的被覆切削工具通过组合这些结构，显著地提高耐磨性。另一方面，认为本实施方式的被覆切削工具的耐缺损性提高的主要原因如下。但是，本发明不受以下主要原因的任何限制。即，首先，本实施方式的被覆切削工具中，在下部层中，上述式(1)中的原子比x为0.35以上，由此具有优越的韧性，原子比y为0.01以上，由此将提高下部层和上部层之间的粘着性，原子比y为0.10以下，由此将提高下部层的强度，由于上述各原因，将提高耐缺损性。此外，本实施方式的被覆切削工具中，因下部层的平均厚度为15.0μm以下，被覆层的剥离得到抑制，由此将提高耐缺损性。其次，本实施方式的被覆切削工具中，因上部层的平均厚度为15.0μm以下，被覆层的剥离得到抑制，由此将提高耐缺损性。再次，本实施方式的被覆切削工具中，因在下部层中，由X射线衍射得到的(4,2,2)面的摇摆曲线的半峰宽为20°以下，将提高下部层和上部层之间的粘着性，上部层的效果持续，由此将提高耐缺损性。于是，本实施方式的被覆切削工具中，通过这些结构的组合，认为将显著地提高耐磨性。
图1是表示本实施方式的被覆切削工具的一例的剖面示意图。被覆切削工具8形成有基材1并在基材1的表面形成有被覆层7，在被覆层7中最下层2、下部层3、中间层4、上部层5和最外层6依次向上层叠。作为被覆切削工具的种类，具体可列举用于铣削加工或用于车削加工的刀头更换型切削刀片、钻头、和立铣刀。
本实施方式中使用的基材只要是能够作为被覆切削工具的基材使用，就没有特别的限定。作为这种基材，例如可列举硬质合金、金属陶瓷、陶瓷、立方晶氮化硼烧结体、金刚石烧结体、和高速钢。在它们中，如果基材为硬质合金、金属陶瓷、陶瓷和立方晶氮化硼烧结体中的任意一种，则本实施方式的被覆切削工具的耐磨性和耐缺损性更加优异因而优选，从同样的观点来看，若基材为硬质合金则更优选。
应予说明，基材也可为其表面经过改性的基材。例如，在基材由硬质合金制成的情况下，也可在其表面形成脱β层。另外，在基材由金属陶瓷制成的情况下，也可在其表面形成硬化层。像它们这样即使基材的表面进行了改性，也能够发挥本发明的作用效果。
在本实施方式中使用的被覆层的整体的平均厚度优选为3.0μm以上25.0μm以下。在本实施方式的被覆切削工具中，如果被覆层整体的平均厚度为3.0μm以上，则耐磨性有进一步提高的倾向，如果为25.0μm以下，则被覆层与基材的粘着性良好，因此耐缺损性有进一步提高的倾向。从同样的观点来看，被覆层整体的平均厚度更优选为5.0μm以上20.0μm以下。应予说明，本实施方式的被覆切削工具中各层和被覆层整体的平均厚度可通过从各层或被覆层整体中的3处以上的截面对各层的厚度或被覆层整体的厚度进行测定，并计算其算数平均值而求得。
[下部层]在本实施方式中使用的下部层由包含具有由下述式(1)：
Ti(C1－x－yNxOy) (1)
表示的组成的化合物的Ti的碳氮氧化物层构成。在上述式(1)中，x表示N元素相对于C元素、N元素和O元素的总量的原子比，且满足0.35≦x≦0.60。在本实施方式的被覆切削工具中，如上所述，原子比x为0.35以上，由此将提高耐缺损性；原子比x为0.60以下，由此将提高耐磨性。其中，原子比x优选为0.36以上0.58以下，更优选为0.40以上0.50以下。在本实施方式的被覆切削工具中，如果原子比x在上述范围内，则耐磨性和耐缺损性的平衡将更佳，因此优选。y表示O元素相对于C元素、N元素和O元素的总量的原子比，且满足0.01≦y≦0.10。在本实施方式的被覆切削工具中，如上所述，原子比y为0.01以上0.10以下，由此将提高耐缺损性。其中，原子比y优选为0.02以上0.08以下，更优选为0.03以上0.07以下。在本实施方式的被覆切削工具中，如果原子比y在上述范围内，则耐磨性和耐缺损性的平衡将更佳，因此优选。
在本实施方式中使用的下部层具有2.0μm以上15.0μm以下的平均厚度。本实施方式的被覆切削工具中，下部层的平均厚度为2.0μm以上，由此将提高耐磨性。另一方面，本实施方式的被覆切削工具中，下部层的平均厚度为15.0μm以下，由此将提高耐缺损性。从同样的观点来看，下部层的平均厚度优选为3.0μm以上12.0μm以下，更优选为5.0μm以上10.0μm以下。
在本实施方式中使用的下部层中，由X射线衍射得到的(4,2,2)面的摇摆曲线的半峰宽为20°以下(例如，5°以上20°以下)。本实施方式的被覆切削工具中，如果半峰宽在20°以下，则将提高耐磨性。从同样的观点来看，半峰宽优选为18°以下，更优选为16°以下。
下部层的由X射线衍射得到的(4,2,2)面的摇摆曲线的半峰宽可以通过以下测定条件来测定。即，首先，利用通常的X射线衍射装置，确定下部层的(4,2,2)面的2θ(°)，根据以下测定条件来测定摇摆曲线的半峰宽。
(测定条件)ω：步进模式，特征X射线：CuKα射线，2θ原点：固定由X射线衍射测定的2θ(°)，步长：1°，测定时间：10秒/步，扫描角度：30°～90°
构成下部层的粒子的平均粒径优选为0.5μm以上1.5μm以下。在本实施方式的被覆切削工具中，如果构成下部层的粒子的平均粒径为0.5μm以上，则耐缺损性有进一步提高的倾向，如果构成下部层的粒子的平均粒径为1.5μm以下，则耐磨性有进一步提高的倾向。这些的主要原因是，首先，在本实施方式的被覆切削工具中，如果构成下部层的粒子的平均粒径为0.5μm以上，则主要由于将抑制相对于基材表面平行的方向上的龟裂产生，因此耐缺损性将进一步提高。另一方面，如果粒径大的粒子脱落，则有在下部层形成凹部的倾向，因此由局部磨损导致的损伤可能会容易加深。对此，在本实施方式的被覆切削工具中，如果构成上述下部层的粒子的平均粒径为1.5μm以下，则主要由于将抑制如上所述的粒子的脱落而导致的损伤加深，因此认为耐缺损性将进一步提高，但是本发明不受这些主要原因的任何限制。其中，在本实施方式的被覆切削工具中，如果构成下部层的粒子的平均粒径为0.8μm以上1.2μm以下，则耐磨性和耐缺损性的平衡将更佳，因此优选。
构成下部层的粒子的平均粒径能够利用市面上销售的场致发射型扫描式电子显微镜(FE-SEM)或者透射型电子显微镜(TEM)上附属的电子背散射衍射装置(EBSD)观察下部层的截面组织而获得。具体而言，对与被覆切削工具的基材表面平行或大致平行的方向的截面进行镜面抛光，将得到的镜面抛光面作为截面组织。作为对下部层进行镜面抛光的方法，可以列举使用金刚石研膏(diamond paste)或者胶态二氧化硅(colloidal silica)来进行抛光的方法、以及离子铣削(ion milling)。将下部层的截面组织设置在FE-SEM上，在70度的入射角度下以15kV的加速电压和0.5nA的照射电流(probe current)的条件对试样照射电子束。优选以0.1μm步长的EBSD的设定来测定测定范围为30μm×50μm的范围。将被取向差(misorientation)为5°以上的组织边界包围的区域作为粒子。将与粒子面积相等的面积的圆的直径作为该粒子的粒径。当从下部层的截面组织获取粒径时，也可以使用图像解析软件。测定在30μm×50μm的范围中的下部层的粒径，将获得的所有粒子的粒径的平均值(算术平均值)作为平均粒径。
在本实施方式中使用的下部层是由Ti的碳氮氧化物层构成的层，但是只要具有上述结构，能够发挥Ti的碳氮氧化物层的作用效果，则也可以含有微量Ti的碳氮氧化物以外的成分。
[上部层]
在本实施方式中使用的上部层由α型氧化铝层构成。在本实施方式中使用的α型氧化铝层的平均厚度为1.0μm以上15.0μm以下。如果α型氧化铝层的平均厚度为1.0μm以上，则将提高被覆切削工具的前刀面的耐月牙洼磨损性，如果平均厚度为15.0μm以下，则主要因为将进一步抑制被覆层的剥离，因此将提高被覆切削工具的耐缺损性。从同样的观点来看，α型氧化铝层的平均厚度优选为1.5μm以上12.0μm以下，更优选为3.0μm以上10.0μm以下。
在本实施方式中使用的上部层中，由X射线衍射得到的(0,0,12)面的摇摆曲线的半峰宽为20°以下(例如，5°以上20°以下)。本实施方式的被覆切削工具中，如果半峰宽在20°以下，则主要因为将抑制反应磨损，因此将提高耐磨性。从同样的观点来看，半峰宽优选为18°以下，更优选为15°以下，进一步优选为13°以下。
上部层的由X射线衍射得到的(0,0,12)面的摇摆曲线的半峰宽可以通过以下测定条件来测定。
在本实施方式中使用的上部层是由α型氧化铝层构成的层，但是只要上部层具有在本实施方式中使用的结构，并发挥本发明的作用效果，则也可以含有微量的α型氧化铝以外的成分。
[中间层]
如果在本实施方式中使用的被覆层在下部层和上部层之间包含中间层，该中间层由包含具有由下述式(2)：
Ti(C1－a－bNaOb) (2)
表示的组成的化合物的Ti的化合物层构成，则下部层和上部层通过中间层而进一步粘着，其结果为，将进一步提高本实施方式的被覆切削工具的耐缺损性，因此优选。在上述式(2)中，a表示N元素相对于C元素、N元素和O元素的总量的原子比，且满足0.00≦a≦0.30。在本实施方式的被覆切削工具中，如果原子比a为0.30以下，则下部层和上部层通过中间层而更容易粘着，因此耐缺损性有进一步提高的倾向。从同样的观点来看，原子比a优选为0.25以下，更优选为0.22以下。另一方面，在上述式(2)表示的组成中也可以不含氮，但是如果含有氮，则本实施方式的被覆切削工具的韧性有进一步提高的倾向，从同样的观点来看，原子比a优选为0.08以上，更优选为0.20以上。b表示O元素相对于C元素、N元素和O元素的总量的原子比，且满足0.01≦b≦0.10。在本实施方式的被覆切削工具中，如果原子比b为0.01以上，则主要因为下部层和上部层通过中间层而更容易粘着，因此耐缺损性有进一步提高的倾向。在本实施方式的被覆切削工具中，如果原子比b为0.10以下，则主要因为中间层的强度进一步提高，因此耐缺损性有进一步提高的倾向。从同样的观点来看，原子比b更优选为0.03以上0.09以下。
中间层的平均厚度优选为0.05μm以上1.50μm以下。本实施方式的被覆切削工具中，中间层的平均厚度为0.05μm以上，由此将提高耐磨性。另一方面，本实施方式的被覆切削工具中，通过使中间层的平均厚度为1.50μm以下，主要因为将抑制被覆层的剥离，因此将提高耐缺损性。从同样的观点来看，中间层的平均厚度更优选为0.1μm以上1.0μm以下。
作为中间层的Ti的化合物层是由Ti的化合物构成的层，但是只要具有上述构成，能够发挥作为中间层的上述作用效果，则也可以含有微量的Ti的化合物以外的成分。
[最下层]
如果在本实施方式中使用的被覆层在基材和下部层之间包含由Ti的氮化物层或者Ti的碳化物层构成的最下层，则会进一步提高粘着性，因此优选。该最下层的平均厚度优选为0.1μm以上1.5μm以下。如果最下层的平均厚度为0.1μm以上，则Ti的氮化物层或者碳化物层将构成更加均匀的组织，因此会进一步提高粘着性，其结果为，使得本实施方式的被覆切削工具的耐缺损性有进一步提高的倾向。另一方面，如果最下层的平均厚度为1.5μm以下，则主要因为将进一步抑制作为最下层的Ti的氮化物层或者碳化物层成为剥离的起点，因此本实施方式的被覆切削工具的耐缺损性有进一步提高的倾向。从同样的观点来看，最下层的平均厚度更优选为0.4μm以上1.0μm以下。
作为最下层的Ti的氮化物层或者碳化物层是由TiN构成的层，但是只要具有上述构成，并能够发挥作为最下层的上述作用效果，则也可以含有微量的Ti的氮化物层或者碳化物层以外的成分。
[最外层]如果在本实施方式中使用的被覆层包括作为基材的相反侧的最外层的Ti的氮化物层构成的TiN层，则可以确认被覆切削工具的是否有使用等使用状态，具有优越的目视性，因此优选。作为最外层的TiN层的平均厚度优选为0.2μm以上5.0μm以下。如果作为最外层的TiN层的平均厚度为0.2μm以上，则有能够进一步抑制α型氧化铝层的粒子脱落的倾向，如果平均厚度为5.0μm以下，则被覆切削工具的耐缺损性有进一步提高的倾向。从同样的观点来看，平均厚度更优选为0.3μm以上3.0μm以下。
作为最外层的Ti的氮化物层是由Ti的氮化物构成的层，但是只要具有上述构成，并能够发挥作为最外层的上述作用效果，则也可以含有微量的Ti的氮化物以外的成分。
作为构成本实施方式的被覆切削工具中的被覆层的各层的形成方法，例如可以列举以下方法。但是，各层的形成方法并不限定于此。
由Ti的氮化物层(以下，也称为“TiN层”。)构成的最下层，例如可以通过原料气体组成为TiCl4：5.0～10.0mol％、N2：20～60mol％、H2：剩余部分，温度850～920℃、压力100～400hPa的化学气相沉积法来形成。
由Ti的碳化物层(以下，也称为“TiC层”。)构成的最下层，例如可以通过原料气体组成为TiCl4：1.5～3.5mol％、CH4：2.0～8.0mol％、H2：剩余部分，温度950～1050℃、压力50～100hPa的化学气相沉积法来形成。
由Ti的碳氮氧化物层(以下，也称为“TiCNO层”。)构成的下部层，例如可以通过原料气体组成为TiCl4：3.0～15.0mol％、CH3CN：0.5～2.0mol％、CO：0.5～2.5mol％、N2：2.0～10.0mol％、H2：剩余部分，温度840～950℃、压力60～80hPa的化学气相沉积法来形成。
为了使在本实施方式中使用的由TiCNO层构成的下部层的摇摆曲线的半峰宽在指定值以下，例如可以控制作为上述原料气体组合物的成分的CH3CN的量。更具体而言，如果使原料气体组合物中的CH3CN的组成比增大，则有能够使由TiCNO层构成的下部层的摇摆曲线的半峰宽变小的倾向。
为了使构成在本实施方式中使用的由TiCNO层构成的下部层的粒子的平均粒径在指定的范围内，例如可以控制作为上述原料气体组合物的成分的TiCl4和CH3CN的量，或者控制形成下部层的温度等。更具体而言，如果增大原料气体组合物中的TiCl4的比例(CTiCl4(mol％))相对原料气体组合物中的CH3CN的比例(CCH3CN(mol％))的比率(CTiCl4/CCH3CN)，或者降低形成温度等，则平均粒径有变小的倾向。
由Ti的化合物层构成的中间层例如在Ti的化合物层为TiCNO层的情况下，可以通过原料气体组成为TiCl4：2.0～5.0mol％、CH4：0.5～1.5mol％、CO：0.4～2.5mol％、N2：0.5～2.5mol％、H2：剩余部分，温度975～1025℃、压力60～100hPa的化学气相沉积法来形成。
由Ti的化合物层构成的中间层例如在Ti的化合物层为TiCO层的情况下，可以通过原料气体组成为TiCl4：2.0～3.0mol％、CO：1.0～3.0mol％、H2：剩余部分，温度975～1025℃、压力60～100hPa的化学气相沉积法来形成。
由α型氧化铝层构成的上部层例如可以通过以下方法得到。
首先，在形成上部层之前，氧化离基材最远的层的表面(氧化处理工序)。最远的层指的是，例如当在下部层上形成中间层时指中间层；当没有在下部层上形成中间层时，指下部层。然后，在离基材最远的层的表面上形成α型氧化铝层的核(成核工序)，在形成该核的状态下，形成α型氧化铝层(成膜工序)。
更具体而言，对离上述基材最远的层的表面的氧化在气体组成为CO2：0.1～1.0mol％、H2：剩余部分，温度850～1150℃、压力45～65hPa的条件下进行。此时氧化时间优选为1～5分钟。
然后，α型氧化铝层的核通过原料气体组成为AlCl3：1.0～3.5mol％、CO：0.5～2.5mol％、CO2：0.5～4.0mol％、HCl：1.5～3.5mol％、H2：剩余部分，温度850～950℃、压力60～80hPa的化学气相沉积法来形成。
然后，由α型氧化铝层构成的上部层通过原料气体组成为AlCl3：2.0～5.0mol％、CO2：2.0～5.0mol％、HCl：2.0～3.0mol％、H2S：0.15～0.25mol％、H2：剩余部分，温度900～1100℃、压力60～80hPa的化学气相沉积法来形成。
在本实施方式中使用的由α型氧化铝层构成的上部层为了含有向(0,0,12)面取向的晶体，可以在成核工序中控制温度或者控制作为原料气体组合物的成分的CO的量等。更具体而言，在成核工序中，如果降低温度，或者减小原料气体组合物的CO的组成比，则α型氧化铝层有包含向(0,0,12)面取向的晶体的倾向。
为了使在本实施方式中使用的由α型氧化铝层构成的上部层的摇摆曲线的半峰宽在指定值以下，可以在氧化处理工序中控制氧化时间，或者在成膜工序中控制作为原料气体组合物的成分的CO2的量等。更具体而言，如果在氧化处理工序中增大氧化时间，或者在成膜工序中减小原料气体组合物中的CO2的比例(mol％)等，则有能够使由α型氧化铝层构成的上部层的摇摆曲线的半峰宽变小的倾向。
由Ti的氮化物层(TiN层)构成的最外层可以与上述最下层相同地通过原料气体组成为TiCl4：5.0～10.0mol％、N2：20～60mol％、H2：剩余部分，温度850～1050℃、压力100～400hPa的化学气相沉积法来形成。
在本实施方式的被覆切削工具中使用的被覆层中各层的厚度可以通过利用光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)或者FE-SEM等观察被覆切削工具的截面组织来测定。应予说明，本实施方式的被覆切削工具中各层的平均厚度可通过在从刀尖棱线部朝向被覆切削工具的前刀面的中心部而距刀尖棱线部50μm的位置附近，测定3处以上的各层的厚度，并计算其算数平均值而求得。此外，各层的组成可通过使用能量色散型X射线光谱仪(EDS)、波长色散型X射线光谱仪(WDS)等，从本实施方式的被覆切削工具的截面组织中进行测定。
实施例
以下通过列举实施例进一步详细地说明本发明，但本发明并不限于这些实施例。
作为基材，准备具有JIS标准CNMG120412形状、88.7WC-8.0Co-1.5TiN-1.5NbC-0.3Cr3C2(以上为质量％)的组成的硬质合金制的切削刀片(以下有时将其称为“基材1”)，和具有JIS标准CNMG120412形状、89.7WC-7.0Co-1.5TiN-1.5NbC-0.1Cr3C2(以上为质量％)的组成的硬质合金制的切削刀片(以下有时将其称为“基材2”)这两种。在通过SiC刷对各基材的刀尖棱线部实施磨圆后，洗涤各基材的表面。
在洗涤各基材的表面后，通过化学气相沉积法形成被覆层。对于发明产品1～30，首先，将各基材装入外热式化学蒸镀装置，并在表1所示的原料气体组成、温度和压力的条件下，在各基材的表面形成表10所示组成的最下层，使其达到表10所示的平均厚度。接着，在表2所示的原料气体组成、温度和压力的条件下，在最下层的表面形成表10所示组成的Ti的碳氮氧化物层(下部层)，使其达到表10所示的平均厚度。接着，在表4所示的原料气体组成、温度和压力的条件下，在Ti的碳氮氧化层(下部层)的表面形成表10所示组成的中间层，使其达到表10所示的平均厚度。之后，在表6所示的气体组成、温度和压力的条件下，按照表6所示的时间，对中间层的表面实施氧化处理。接着，在表8的“成核工序”所示的原料气体组成、温度和压力的条件下，在实施了氧化处理的中间层的表面形成α型氧化铝的核。进而，在表8的“成膜工序”所示的原料气体组成、温度和压力的条件下，在中间层和α型氧化铝的核的表面形成表10所示组成的α型氧化铝层(上部层)，使其达到表10所示的平均厚度。最后，在表1所示的原料气体组成、温度和压力的条件下，在α型氧化铝层(上部层)的表面形成表10所示组成的最外层，使其达到表10所示的平均厚度。由此，得到发明产品1～30的被覆切削工具。
对于对比产品1～10，首先，将各基材装入外热式化学蒸镀装置，并在表1所示的原料气体组成、温度和压力的条件下，在各基材的表面形成表11所示组成的最下层，使其达到表11所示的平均厚度。接着，在表3所示的原料气体组成、温度和压力的条件下，在最下层的表面形成表11所示组成的TiCN层或者TiCNO(下部层)，使其达到表11所示的平均厚度。接着，在表5所示的原料气体组成、温度和压力的条件下，在下部层的表面形成表11所示组成的中间层，使其达到表11所示的平均厚度。之后，在表7所示的气体组成、温度和压力的条件下，按照表7所示的时间，对中间层的表面实施氧化处理。接着，在表9的“成核工序”所示的原料气体组成、温度和压力的条件下，在实施了氧化处理的中间层的表面形成α型氧化铝的核。进而，在表9的“成膜工序”所示的原料气体组成、温度和压力的条件下，在中间层和α型氧化铝的核的表面形成表11所示组成的α型氧化铝层(上部层)，使其达到表11所示的平均厚度。最后，在表1所示的原料气体组成、温度和压力的条件下，在α型氧化铝层(上部层)的表面形成表11所示组成的最外层，使其达到表11所示的平均厚度。由此，得到对比产品1～10的被覆切削工具。
应予说明，尽管通过化学气相沉积法在两种基材(基材1和基材2)的每一种上形成被覆层，但是并未观察到因这些基材的种类不同而导致被覆层的各特性产生差异。因此，表中的实施产品1～30和对比产品1～10的各产品中的各项目包括在基材1上形成被覆层和在基材2上形成被覆层的两种情况。
以如下方法求得试样的各层的厚度。即，使用FE-SEM，测定在被覆切削工具的从刀尖棱线部朝向前刀面的中心部而距刀尖棱线部50μm的位置附近的截面中的3处的厚度，求出其算数平均值作为平均厚度。得到的试样的各层的组成为在被覆切削工具的从刀尖棱线部朝向前刀面的中心部直至50μm的位置附近的截面中，使用EDS进行测定。
[表1]
[表2]
[表3]
[表4]
[表5]
[表6]
[表7]
[表8]
[表9]
[表10]
[表11]
得到的试样的(4,2,2)面的摇摆曲线的半峰宽可以通过以下测定条件来测定。即，首先，利用通常的X射线衍射装置，确定下部层的(4,2,2)面的2θ(°)，根据以下测定条件来测定摇摆曲线的半峰宽。
(测定条件)ω：步进模式，特征X射线：CuKα射线，2θ原点：固定由X射线衍射测定的2θ(°)，步长：1°，测定时间：10秒/步，扫描角度：30°～90°
另一方面，试样的(0,0,12)面的摇摆曲线的半峰宽可以通过以下测定条件来测定。
(测定条件)ω：步进模式，特征X射线：CuKα射线，2θ原点：固定90.665°，步长：1°，测定时间：10秒/步，扫描角度：6.3°～69.3°
将其结果表示在表12和表13。
另外，通过观察下部层的截面组织而得到构成得到的试样的下部层的粒子的平均粒径。具体而言，对与试样的基材的表面平行的方向的截面进行镜面抛光，将得到的镜面抛光面作为截面组织。在对下部层进行镜面抛光的时候，使用胶态二氧化硅来进行抛光。然后，将试样设置在FE-SEM上，使得电子束能够照射下部层的截面组织，在70度的入射角度下以15kV的加速电压和0.5nA的照射电流的条件对该试样照射电子束。此时，以0.1μm步长的EBSD的设定来测定30μm×50μm的测定范围。将被取向差为5°以上的组织边界包围的区域作为粒子，并将与该粒子面积相等的面积的圆的直径作为该粒子的粒径。此时，可以使用图像解析软件从下部层的截面组织获取粒径。测定上述测定中下部层的粒径，将获得的所有粒子的粒径的平均值(算术平均值)作为平均粒径。将其结果表示在表12和表13。
[表12]
[表13]
利用得到的发明产品1～30和对比产品1～10，按照下述条件执行切削试验1和切削试验2。切削试验1为评价耐磨性的磨损试验，切削试验2为评价耐缺损性的缺损试验。
[切削试验1]
使用的基材：基材1
被切削材料：S45C的圆条，
切削速度：230m/min，
进给量：0.25mm/rev，
进刀量：2.0mm，
冷却液：有，
评价项目：将试样发生缺损时或最大后刀面磨损宽度达到0.2mm的时间设为工具寿命，并测定直至工具寿命的加工时间。另外，通过SEM确认加工时间为15分钟时的损伤状态。
[切削试验2]
使用的基材：基材2
被切削材料：S45C的设有2条槽的圆条，
切削速度：150m/min，
进给量：0.15mm/rev，
进刀量：1.7mm，
冷却液：有，
评价项目：将试样发生缺损的时间或最大后刀面磨损宽度达到0.2mm的时间设为工具寿命，并测定直至工具寿命的冲击次数。另外，通过SEM观察冲击次数为5000次时的损伤状态。
对于直至切削试验1(磨损试验)的工具寿命的加工时间，以40分钟以上为“A”、30分钟以上不足40分钟为“B”、不足30分钟为“C”来进行评价。此外，对于直至切削试验2(缺损试验)的工具寿命的冲击次数，以13000次以上为“A”、11000次以上不足13000次为“B”、不足11000次为“C”来进行评价。在该评价中，“A”表示最优异、“B”表示次优异、“C”表示最差，所具有的A或B越多意味着切削性能越优异。将得到的评价结果表示于表14和表15。
[表14]
[表15]
根据表14和表15所示结果，发明产品的磨损试验和缺损试验的评价均为“B”以上的评价。另一方面，对比产品的评价在磨损试验和缺损试验两者中或任一者中为“C”。特别是在磨损试验中，发明产品的评价都在“B”以上，而对比产品的评价都是“C”。由此可知发明产品的耐磨性与对比产品相比总的来说更为优异。
从以上的结果可知，发明产品具有优越的耐磨性和耐缺损性，因此工具寿命较长。
产业上的可利用性
本发明被覆切削工具通过不降低耐缺损性并且具有优越的耐磨性，相较于以往能够延长工具寿命，因此从该观点看来，具有产业上的可利用性。
符号说明
1…基材、2…最下层、3…下部层、4…中间层、5…上部层、6…最外层、7…被覆层、8…被覆切削工具。

Claims (6)

1.一种被覆切削工具，其具备基材和形成于该基材上的被覆层，其中，
所述被覆层包括下部层和形成于该下部层上的上部层，
所述下部层具有2.0μm以上15.0μm以下的平均厚度，并由Ti的碳氮氧化物层构成，所述Ti的碳氮氧化物层包含具有由下述式(1)：
Ti(C1－x－yNxOy) (1)
(式中，x表示N元素相对于C元素、N元素和O元素的总量的原子比，y表示O元素相对于C元素、N元素和O元素的总量的原子比，且满足0.35≦x≦0.60、0.01≦y≦0.10)
表示的组成的化合物，
在所述下部层中，由X射线衍射得到的(4,2,2)面的摇摆曲线的半峰宽为20°以下，
所述上部层由具有1.0μm以上15.0μm以下的平均厚度的α型氧化铝层构成，
在所述上部层中，由X射线衍射得到的(0,0,12)面的摇摆曲线的半峰宽为20°以下。
2.如权利要求1所述的被覆切削工具，其中，
构成所述下部层的粒子的平均粒径为0.5μm以上1.5μm以下。
3.如权利要求1或2所述的被覆切削工具，其中，
所述被覆层在所述下部层和所述上部层之间包含中间层，所述中间层由包含具有由下述式(2)：
Ti(C1－a－bNaOb) (2)
(式中，a表示N元素相对于C元素、N元素和O元素的总量的原子比，b表示O元素相对于C元素、N元素和O元素的总量的原子比，且满足0.00≦a≦0.30、0.01≦b≦0.10)
表示的组成的化合物的Ti的化合物层构成，
所述中间层具有0.05μm以上1.50μm以下的平均厚度。
4.如权利要求1至3中任一项所述的被覆切削工具，其中，
所述被覆层在所述基材和所述下部层之间包含由Ti的氮化物层或者Ti的碳化物层构成的最下层，
所述最下层具有0.1μm以上1.5μm以下的平均厚度。
5.如权利要求1至4中任一项所述的被覆切削工具，其中，
所述被覆层整体的平均厚度为3.0μm以上25.0μm以下。
6.如权利要求1至5中任一项所述的被覆切削工具，其中，
所述基材为硬质合金、金属陶瓷、陶瓷和立方氮化硼烧结体中的任一种。
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