CN110871279A - 被覆切削工具 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种通过具有优异的耐磨性以及耐缺损性从而能够延长工具寿命的被覆切削工具。本发明为具备基材与形成于该基材的表面的被覆层的被覆切削工具，其中，被覆层包含从基材侧朝向被覆层的表面侧依次层叠的下部层、中间层以及上部层，下部层含有一层或两层以上的Ti化合物层，中间层含有α型Al₂O₃，上部层含有TiCN，下部层的平均厚度为4.0μm以上10.0μm以下，中间层的平均厚度为3.0μm以上10.0μm以下，上部层的平均厚度为1.5μm以上6.5μm以下，上部层的特定区域中的相对于全部晶界的总长度100％的Σ3晶界的长度的比例为20％以上60％以下，上部层的(111)面的粒子的比例为30面积％以上。

Description

被覆切削工具

技术领域

本发明涉及被覆切削工具。

背景技术

以往，利用化学气相沉积法在由硬质合金制成的基材的表面以3～20μm的总膜厚蒸镀形成被覆层而制成的被覆切削工具被用于钢、铸铁等的切削加工的技术广为人知。作为上述被覆层，例如，已知有由选自Ti的碳化物、氮化物、碳氮化物、碳氧化物和碳氮氧化物、以及氧化铝所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，在专利文献1中公开了一种涂层切削工具，其特征在于：该涂层切削工具由硬质合金、金属陶瓷、陶瓷、钢或立方氮化硼的基材、以及总涂层膜厚为5至25μm且含有通过化学气相沉积法(CVD)或中温化学气相沉积法(MT-CVD)蒸镀的至少两层的耐火涂层的多层耐磨性涂层构成，其中的至少两层的耐火涂层包含在彼此上蒸镀的第1涂层以及第2涂层，第1涂层由氮化钛铝或碳氮化钛铝Ti_1-uAl_uC_vN_w(0.2≤u≤1.0、0≤v≤0.25以及0.7≤w≤1.15)构成，在600℃至900℃的范围的反应温度下通过CVD蒸镀，第2涂层由碳氮化钛Ti_xC_yN_1-y(0.85≤x≤1.1以及0.4≤y≤0.85)构成，在600℃至900℃的范围的反应温度下通过MT-CVD蒸镀于第1涂层上，第2Ti_xC_yN_1-y涂层具有柱状的粒形，整个Ti_xC_yN_1-y涂层的纤维织构的织构系数TC(111)>2。

专利文献

专利文献1：日本特表2017-530019号公报

发明内容

在近年来的切削加工中，高进给化以及深进刀化更加显著，要求与以往相比提高工具的耐磨性以及耐缺损性。特别是，对于钢的在高进给以及深进刀的条件下的加工，像对被覆切削工具作用较大负荷这样的切削加工增加。在如上所述的苛刻的切削条件下，在以往的工具中会产生由于被覆层的粒子脱落而导致的凹陷磨损(crater wear)以及缺损。由此导致出现无法延长工具寿命的问题。在专利文献1记载的被覆切削工具中，由于不具有α型Al₂O₃层，因而在凹陷磨损容易加深的加工中，耐磨性不足。此外，由于在600℃至900℃的范围的反应温度下，通过MT-CVD形成TiCN层，因而推定晶界能较高的晶粒的晶界(以下称为“晶粒边界(grain boundary)”)的比例多，并认为耐凹陷磨损性不足。

本发明是鉴于上述情况而完成的，目的在于提供一种通过具有优异的耐磨性以及耐缺损性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的研究，结果发现：作为被覆层，如果设为以下结构，即，将含有Ti化合物层的下部层、含有α型Al₂O₃的中间层以及含有TiCN的上部层以此顺序层叠，控制上部层中(111)面的粒子的比例，并且，使晶界能较低的晶粒边界的比例处于特定的范围的含有TiCN层的上部层形成为特定的厚度，则在抑制直至切削温度上升为止的磨损的同时，可以抑制α型Al₂O₃层的粒子的脱落，因而可以提高耐磨性以及耐缺损性，因此，可以延长被覆切削工具的工具寿命，从而完成了本发明。

即，本发明的要点如下。

[1]一种被覆切削工具，其中，上述被覆切削工具具备基材与形成于该基材的表面的被覆层，

上述被覆层包含从上述基材侧朝向上述被覆层的表面侧依次层叠的下部层、中间层以及上部层，

上述下部层含有一层或两层以上的由Ti、与选自C、N、O以及B所组成的群组中的至少1种元素的Ti化合物构成的Ti化合物层，

上述中间层含有α型Al₂O₃，

上述上部层含有TiCN，

上述下部层的平均厚度为4.0μm以上10.0μm以下，

上述中间层的平均厚度为3.0μm以上10.0μm以下，

上述上部层的平均厚度为1.5μm以上6.5μm以下，

上述上部层的特定区域中的相对于全部晶界的总长度100％的Σ3晶界的长度的比例为20％以上60％以下，

上述上部层的(111)面的粒子的比例为30面积％以上。

[2]如上述[1]所述的被覆切削工具，其中，上述上部层的(111)面的粒子的比例为55面积％以下。

[3]如上述[1]或[2]所述的被覆切削工具，其中，上述上部层的氯(Cl)的含量为0.1原子％以下。

[4]如上述[1]～[3]中任一项所述的被覆切削工具，其中，上述被覆层的平均厚度为10.0μm以上25.0μm以下。

[5]如上述[1]～[4]中任一项所述的被覆切削工具，其中，上述Ti化合物层为选自TiN、TiC、TiCN、TiCNO、TiON以及TiB₂所组成的群组中的至少1种。

[6]如上述[1]～[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、陶瓷或立方晶氮化硼烧结体中的任一种。

根据本发明，可以提供一种通过具有优异的耐磨性以及耐缺损性从而能够延长工具寿命的被覆切削工具。

附图说明

图1为显示本发明的被覆切削工具的一个例子的模式图。

具体实施方式

以下，根据需要一边参照附图，一边对用于实施本发明的方式(以下，简称为“本实施方式”)进行详细说明，但本发明不限定于下述本实施方式。本发明可在不超出其主旨的范围内进行各种变形。应予说明，除非特别说明，附图中的上下左右等位置关系是基于附图所示的位置关系。另外，附图的尺寸比例不限定于图示的比例。

本实施方式的被覆切削工具为具备基材和形成于该基材的表面的被覆层的被覆切削工具，该被覆层含有从基材侧朝向被覆层的表面侧依次层叠的下部层、中间层以及上部层，下部层含有一层或两层以上的由Ti与选自C、N、O以及B所组成的群组中的至少1种元素的Ti化合物构成的Ti化合物层，中间层含有α型Al₂O₃，上部层含有TiCN，下部层的平均厚度为4.0μm以上10.0μm以下，中间层的平均厚度为3.0μm以上10.0μm以下，上部层的平均厚度为1.5μm以上6.5μm以下，上部层的特定区域中的相对于全部晶界的总长度100％的Σ3晶界的长度的比例为20％以上60％以下，上部层的(111)面的粒子的比例为30面积％以上。

本实施方式的被覆切削工具通过具备上述结构，可以提高耐磨性以及耐缺损性，因此可以延长工具寿命。认为本实施方式的被覆切削工具的耐磨性以及耐缺损性提高的主要原因如下。但本发明不受以下的主要原因的任何限定。即，首先，对于本实施方式的被覆切削工具，作为被覆层的下部层，含有一层以上的由Ti与选自C、N、O以及B所组成的群组中的至少1种元素的Ti化合物构成的Ti化合物层。本实施方式的被覆切削工具如果在基材与含有α型氧化铝(α型Al₂O₃)的中间层之间具备这样的下部层，则耐磨性以及粘着性提高。此外，本实施方式的被覆切削工具通过使下部层的平均厚度为4.0μm以上，将提高耐磨性，另一方面，通过使下部层的平均厚度为10.0μm以下，主要由于被覆层的剥离被抑制，因而将提高耐缺损性。此外，对于本实施方式的被覆切削工具，如果含有α型Al₂O₃的中间层的平均厚度为3.0μm以上，则将进一步提高前刀面中的耐凹陷磨损性，另一方面，如果含有α型Al₂O₃的中间层的平均厚度为10.0μm以下，则被覆层的剥离被进一步抑制，耐缺损性趋于进一步提高。此外，本实施方式的被覆切削工具通过在与含有α型Al₂O₃的中间层相比更外层具有含有TiCN的上部层，因此上部层的TiCN层会比α型Al₂O₃层先与被切削材料接触。由此，本实施方式的被覆切削工具尤其能够抑制直至切削温度上升为止的Al₂O₃层的凹陷磨损。该机理尚不明确，但推测是由于TiCN层在低温时的硬度比α型Al₂O₃层在低温时的硬度更高。此外，本实施方式的被覆切削工具通过使上部层含有TiCN，将提高硬度，因而提高耐磨性。此外，在本实施方式的被覆切削工具中，如果使含有TiCN的上部层的特定区域中的相对于全部晶界的总长度100％的Σ3晶界的长度的比例为20％以上，则表示晶界能较低的晶界的比例高。在本实施方式的被覆切削工具中，如果晶界能低，则将提高机械特性，因而将提高耐凹陷磨损性。此外，对于本实施方式的被覆切削工具，如果含有TiCN的上部层的特定区域中的相对于全部晶界的总长度100％的Σ3晶界的长度的比例为60％以下，则可以抑制晶粒的粗化，因而将提高耐崩裂性。此外，对于本实施方式的被覆切削工具，如果含有TiCN的上部层的(111)面的粒子的比例为30面积％以上，则硬度升高，因而耐凹陷磨损性优异。此外，对于本实施方式的被覆切削工具，如果上部层的平均厚度为1.5μm以上，则可以获得基于具有上部层的效果，另一方面，如果上部层的平均厚度为6.5μm以下，则主要由于被覆层的剥离被抑制，因而将提高耐缺损性。并且，通过组合这些结构，将提高本实施方式的被覆切削工具的耐磨性以及耐缺损性，因此，认为可以延长工具寿命。

图1为表示本实施方式的被覆切削工具的一个例子的截面模式图。被覆切削工具6具有基材1，在基材1的表面形成有被覆层5，在被覆层5中，下部层2、中间层3、以及上部层4依次向上方层叠。

本实施方式的被覆切削工具具备基材和形成于该基材的表面的被覆层。作为被覆切削工具的种类，具体而言，可以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(drill)以及立铣刀(end mill)。

本实施方式中使用的基材只要可用作被覆切削工具的基材，则没有特别限定。作为这样的基材，可以列举例如硬质合金、金属陶瓷、陶瓷、立方晶氮化硼烧结体、金刚石烧结体以及高速钢。其中，如果基材为硬质合金、金属陶瓷、陶瓷或立方晶氮化硼烧结体中的任一种，则耐磨性以及耐缺损性更优异，故优选，从同样的观点出发，基材更优选为硬质合金。

应予说明，基材可以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，可以在其表面形成脱β层。此外，在基材由金属陶瓷制成的情况下，可以在其表面形成硬化层。即使像这样在基材的表面进行了改性，也可以发挥本发明的作用效果。

本实施方式中使用的被覆层优选其平均厚度为10.0μm以上25.0μm以下。对于本实施方式的被覆切削工具，如果被覆层的平均厚度为10.0μm以上，则将提高耐磨性，如果被覆层的平均厚度为25.0μm以下，则主要由于被覆层的剥离被抑制，因而将提高耐缺损性。应予说明，本实施方式的被覆切削工具中的各层以及被覆层全体的平均厚度可以通过以下方式求出：从各层或整个被覆层中的3处以上的截面，测定各层的厚度或整个被覆层的厚度，计算其算术平均值。

[下部层]

本实施方式中使用的下部层含有一层或两层以上的由Ti与选自C、N、O以及B所组成的群组中的至少1种元素的Ti化合物构成的Ti化合物层。本实施方式的被覆切削工具如果在基材与含有α型氧化铝(α型Al₂O₃)的中间层之间具备这样的下部层，则将提高耐磨性以及粘着性。

作为Ti化合物层，可列举例如由TiC构成的TiC层、由TiN构成的TiN层、由TiCN构成的TiCN层、由TiCO构成的TiCO层、由TiCNO构成的TiCNO层、由TiON构成的TiON层、以及由TiB₂构成的TiB₂层。

下部层可以由一层构成，也可以由多层(例如，两层或三层)构成，优选由多层构成，更优选由两层或三层构成，进一步优选由三层构成。从进一步提高耐磨性以及粘着性的观点出发，下部层优选含有选自TiN层、TiC层、TiCN层、TiCNO层、TiON层、以及TiB₂层所组成的群组中的至少1种层。此外，对于本实施方式的被覆切削工具，如果下部层的至少1层为TiCN层，则耐磨性趋于进一步提高。此外，对于本实施方式的被覆切削工具，如果下部层的至少一层为TiN层，并且该TiN层形成于基材的表面，则粘着性趋于进一步提高。此外，对于本实施方式的被覆切削工具，如果下部层的至少1层为TiCNO层，并且形成为使该TiCNO层与含有α型Al₂O₃的中间层接触，则粘着性趋于进一步提高。在下部层由三层构成的情况下，可以在基材的表面形成TiC层或TiN层作为第1层，在第1层的表面形成TiCN层作为第2层，并在第2层的表面形成TiCNO层或TiCO层作为第3层。其中，对于下部层，可在基材的表面形成TiN层作为第1层，在第1层的表面形成TiCN层作为第2层，并在第2层的表面形成TiCNO层作为第3层。

本实施方式中使用的下部层的平均厚度为4.0μm以上10.0μm以下。本实施方式的被覆切削工具通过使下部层的平均厚度为4.0μm以上，将提高耐磨性。另一方面，本实施方式的被覆切削工具通过使下部层的平均厚度为10.0μm以下，主要由于被覆层的剥离被抑制，因而将提高耐缺损性。

从进一步提高耐磨性以及耐缺损性的观点出发，TiC层或TiN层的平均厚度优选为0.05μm以上1.0μm以下。从同样的观点出发，TiC层或TiN层的平均厚度更优选为0.10μm以上0.5μm以下，进一步优选为0.15μm以上0.3μm以下。

从进一步提高耐磨性以及耐缺损性的观点出发，TiCN层的平均厚度优选为3.0μm以上10.0μm以下。从同样的观点出发，TiCN层的平均厚度更优选为3.5μm以上9.5μm以下，进一步优选为4.0μm以上9.0μm以下。

从进一步提高耐磨性以及耐缺损性的观点出发，TiCNO层或TiCO层的平均厚度优选为0.1μm以上1.0μm以下。从同样的观点出发，TiCNO层或TiCO层的平均厚度更优选为0.2μm以上0.5μm以下。

Ti化合物层为由Ti与选自C、N、O以及B所组成的群组中的至少1种元素的Ti化合物构成的层，只要发挥基于下部层的作用效果，则也可以微量含有上述元素以外的成分。

[中间层]

本实施方式中使用的中间层含有α型Al₂O₃。

本实施方式中使用的中间层的平均厚度为3.0μm以上10.0μm以下。如果含有α型Al₂O₃的中间层的平均厚度为3.0μm以上，则被覆切削工具的前刀面中的耐凹陷磨损性趋于进一步提高，如果含有α型Al₂O₃的中间层的平均厚度为10.0μm以下，则被覆层的剥离进一步被抑制，被覆切削工具的耐缺损性趋于进一步提高。

中间层只要含有α型氧化铝(α型Al₂O₃)即可，只要发挥本发明的作用效果，则可以含有α型氧化铝(α型Al₂O₃)以外的成分，也可以不含有α型氧化铝(α型Al₂O₃)以外的成分。

[上部层]

本实施方式中使用的上部层含有TiCN。本实施方式的被覆切削工具通过使上部层含有TiCN，硬度升高，因而将提高耐磨性。此外，本实施方式的被覆切削工具在比含有α型Al₂O₃的中间层更外层处具有含有TiCN的上部层。本实施方式的被覆切削工具通过在比含有α型Al₂O₃的中间层更外层处具有含有TiCN的上部层，与α型Al₂O₃层相比，上部层的TiCN层更先接触被切削材料。由此，本实施方式的被覆切削工具尤其能够抑制直至切削温度上升为止的α型Al₂O₃层的凹陷磨损。

此外，对于本实施方式的被覆切削工具，上部层的特定区域中的相对于全部晶界的总长度100％的Σ3晶界的长度的比例为20％以上60％以下。如果含有TiCN的上部层的特定区域中的相对于全部晶界的总长度100％的Σ3晶界的长度的比例为20％以上，则晶界能较低的晶界的比例增多。在本实施方式的被覆切削工具中，如果晶界能较低的晶界的比例多，则将提高机械特性，因而提高耐凹陷磨损性。此外，对于本实施方式的被覆切削工具，如果含有TiCN的上部层的特定区域中的相对于全部晶界的总长度100％的Σ3晶界的长度的比例为60％以下，则可以抑制晶粒的粗化，因而将提高耐崩裂性。从同样的观点出发，上部层的特定区域中的相对于全部晶界的总长度100％的Σ3晶界的长度的比例优选为55％以下，更优选为50％以下。应予说明，在此，上部层的特定区域指通过具备后述的电子背散射衍射(以下，也记载为“EBSD”)的扫描电子显微镜(以下，也记载为“SEM”)观察的上部层的区域。

本实施方式中的含有TiCN的上部层具有晶界能较高的晶粒边界和晶界能较低的晶粒边界。通常，对于晶粒边界，由于原子的排布不规则地混乱，并且随机地排列，因此间隙多，从而具有较高的晶界能。另一方面，在晶粒边界中也存在原子排布规则并且间隙少的晶界，这样的晶界具有较低的晶界能。作为这样的具有较低的晶界能的晶粒边界的代表例子，可列举重位点阵(Coincidence Site Lattice)晶粒边界(以下，记载为“CSL晶粒边界”)。晶粒边界对于像致密化、蠕变以及扩散这样的重要的烧结工序，与对于电气的、光学的、以及机械的特性同样地具有有意义的影响。晶粒边界的重要性依赖于几个因素，例如，物质中的晶粒边界密度、界面的化学组成、以及晶体学上的组织，即晶粒边界面取向以及晶粒取向差。CSL晶粒边界发挥特别的作用。作为表示CSL晶粒边界的分布的程度的指标，已知有Σ值，其被定义为在晶粒边界中相接触的两个晶粒的晶格点密度与双方的晶格重叠时一致的晶格点的密度的比率。一般认为在简单的结构的情况下，具有低的Σ值的晶界趋向于具有低界面能以及特殊的特性。因此，控制CSL晶粒边界的比例以及晶粒取向差的分布被认为对上部层的特性以及这些特性的提高很重要。

近年，以作为EBSD而为人所知的SEM为基础的技术被用于物质中的晶粒边界的研究。EBSD基于对由背散射电子产生的菊池衍射图案的自动分析。

对于作为目标的物质的各晶粒，在制作对应的衍射图案的标定(index)后，确定晶体学取向。通过将EBSD与市售的软件一起使用，将比较容易地进行组织分析以及晶界特征分布(Grain Boundary Character Distribution:GBCD)的确定。通过利用EBSD来测定并解析界面，可以明确在界面较大的样本群体中的晶粒边界的取向差。通常，取向差的分布与物质的处理和/或物性有关。晶粒边界的取向差根据欧拉角(Euler angles)、角/轴对(angle/axis pair)、或罗德里格斯向量(Rodrigues vector)等通常的取向参数而获得。

含有TiCN的上部层的CSL晶粒边界通常除了Σ3晶界之外，还由Σ5晶界、Σ7晶界、Σ9晶界、Σ11晶界、Σ13晶界、Σ15晶界、Σ17晶界、Σ19晶界、Σ21晶界、Σ23晶界、Σ25晶界、Σ27晶界、以及Σ29晶界构成。Σ3晶界被认为在含有TiCN的上部层的CSL晶粒边界中具有最低的晶界能。在此，Σ3晶界的长度表示通过具备EBSD的SEM观察的视野(特定区域)中的Σ3晶界的总长度。该Σ3晶界与其他的CSL晶粒边界相比，重位点阵点密度变高，具有低晶界能。换言之，Σ3晶界为一致的格子点多的CSL晶粒边界，以Σ3晶界作为晶粒边界的两个晶粒表现出接近于单晶或双晶的行为，并显示出晶粒增大的倾向。并且，如果晶粒增大，则耐崩裂性等涂膜特性趋向于降低。

在此，全部晶界为CSL晶粒边界以外的晶粒边界与CSL晶粒边界的总和。以下，将CSL晶粒边界以外的晶粒边界称为“一般晶粒边界”。一般晶粒边界为在通过具备EBSD的SEM进行观察的情况下从含有TiCN的上部层的晶粒的全部晶界中除去CSL晶粒边界后剩下的晶界。因此，“全部晶界的总长度”可以表示为“CSL晶粒边界的长度与一般晶粒边界的长度之和”。

在本实施方式中，上部层的特定区域中的相对于全部晶界的总长度100％的Σ3晶界的长度的比例可以通过以下的方式计算。

使被覆切削工具在与基材的表面平行的方向上露出上部层的截面而得到观察面。作为露出上部层的截面的方法，可列举例如切割以及研磨。其中，从使上部层的观察面更平滑的观点出发，优选研磨。此时，优选在被覆层的厚度方向上残留上部层的平均厚度的50％以上的位置处得到观察面。更优选在被覆层的厚度方向上残留上部层的平均厚度的50％以上90％以下的位置处得到观察面。特别是，从使观察面更平滑的观点出发，观察面优选为镜面。作为得到上部层的镜面观察面的方法，没有特别限定，可列举例如使用金刚石研磨膏(diamond paste)或胶态二氧化硅(colloidal silica)来进行研磨的方法、或离子铣削(ion milling)等。

然后，通过具备EBSD的SEM观察上述观察面。作为该观察区域，优选观察平坦的面(后刀面等)。

对于SEM，使用具备EBSD(TexSEM Laboratories公司制)的SU6600(日立ハイテクノロジーズ公司制)。

使观察面的法线相对于入射光束倾斜70°，关于分析，在15kV的加速电压以及1.0nA的照射电流下照射电子射线。在观察面上，对于相当于50×30μm的平面区域的500×300个点，以0.1μm/步的步长(step)来进行数据收集。

使用市售的软件进行数据处理。可以通过对对应于任意的Σ值的CSL晶粒边界进行计数，并将其表示为相对于全部晶界的比来进行确认。根据以上的方式，求出Σ3晶界的长度以及全部晶界的总长度，能够算出Σ3晶界的长度相对于全部晶界的总长度的比例。

对于本实施方式的被覆切削工具，含有TiCN的上部层的(111)面的粒子的比例为30面积％以上。对于本实施方式的被覆切削工具，如果含有TiCN的上部层的(111)面的粒子的比例为30面积％以上，则硬度升高，因而耐凹陷磨损性优异。从同样的观点出发，含有TiCN的上部层的(111)面的粒子的比例优选为34面积％以上。此外，对于本实施方式的被覆切削工具，含有TiCN的上部层的(111)面的粒子的比例优选为55面积％以下。对于本实施方式的被覆切削工具，如果含有TiCN的上部层的(111)面的粒子的比例为55面积％以下，则硬度与韧性的平衡优异，耐崩裂性趋于提高。从同样的观点出发，含有TiCN的上部层的(111)面的粒子的比例更优选为50面积％以下。

在本实施方式中，上部层的(111)面的粒子的比例的含义为取向差为0度以上且不足10度的粒子的截面面积相对于取向差为0度以上且45度以下的粒子的截面面积的比例(单位：面积％)。在此，取向差指在从上部层的表面朝向基材侧1μm为止的范围内与基材的表面平行的截面中，截面的法线与上部层中的TiCN层的粒子的(111)面的法线所成的角度(单位：度)。

在本实施方式中，上部层的(111)面的粒子的比例可以通过以下的方法求出。将在从上部层的表面朝向基材侧1μm为止的范围内与基材的表面平行的截面中、截面的法线与上部层中的TiCN层的粒子的(111)面的法线所成的角度的取向差为0度以上45度以下的粒子截面的面积的总和作为100面积％，求出取向差为0度以上且不足10度的粒子截面的面积的总和相对于取向差为0度以上45度以下的粒子截面的面积的总和占多少面积％，并将此作为上部层的(111)面的粒子的比例。在求取上部层的(111)面的粒子的比例(面积％)时，可以使用附属于例如扫描电子显微镜(SEM)、场致发射扫描电子显微镜(FE-SEM)等的电子背散射衍射图像装置(EBSD)，测定各粒子的截面的面积。使用EBSD，确定粒子的各结晶的晶体取向，将确定的各晶体取向的粒子截面的面积分配于例如每5度的间距的分区，并求出每个分区的粒子截面的面积。然后，求出例如0度以上且不足10度的分区、10度以上且不足20度的分区、20度以上且不足30度的分区、以及30度以上45度以下的分区中各自分区的粒子截面的面积的总和。应予说明，在这种情况下，0度以上45度以下的粒子截面的面积的总和为100面积％。并且，可以将这些各分区内取向差处于0度以上且不足10度的范围内的粒子的截面面积表示为相对于取向差为0度以上45度以下的粒子截面的面积的总和的比率，并以此作为(111)面的粒子的比例而算出。

在本实施方式中使用的上部层中，氯(Cl)的含量优选为0.1原子％以下。对于本实施方式的被覆切削工具，如果含有TiCN的上部层的Cl的含量为0.1原子％以下，则硬度升高，因而耐磨性趋于提高。上部层的Cl的含量的下限值没有特别限定，例如，为0原子％。

应予说明，在本实施方式中，氯(Cl)的含量可以通过后述的实施例所记载的方法测定。

本实施方式中使用的上部层的平均厚度为1.5μm以上6.5μm以下。对于本实施方式的被覆切削工具，如果上部层的平均厚度为1.5μm以上，则可以获得基于具有上部层的效果，另一方面，如果上部层的平均厚度为6.5μm以下，则主要由于被覆层的剥离被抑制，因而耐缺损性趋于提高。从同样的观点出发，上部层的平均厚度优选为2.0μm以上6.0μm以下。

上部层含有TiCN即可，只要发挥本发明的作用效果，则可以含有TiCN以外的成分，也可以不含有TiCN以外的成分。

在本实施方式的被覆切削工具中，构成被覆层的各层可以通过化学气相沉积法来形成，也可以通过物理气相沉积法来形成。作为各层的形成方法的具体例子，可以列举例如以下的方法。但各层的形成方法不限定于此。

(化学气相沉积法)

例如，由Ti的氮化物层(以下也称为“TiN层”)构成的Ti化合物层可以通过设定原料组成为TiCl₄：5.0～10.0mol％、N₂：20～60mol％、H₂：剩余部分，温度为850～950℃，压力为300～400hPa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Ti化合物层可以通过设定原料组成为TiCl₄：1.5～3.5mol％、CH₄：3.5～5.5mol％、H₂：剩余部分，温度为950～1050℃，压力为70～80hPa的化学气相沉积法来形成。

由Ti的碳氮化物层(以下，也称为“TiCN层”)构成的Ti化合物层可以通过设定原料组成为TiCl₄：5.0～7.0mol％、CH₃CN：0.5～1.5mol％、H₂：剩余部分，温度为800～900℃，压力为60～80hPa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Ti化合物层可以通过设定原料组成为TiCl₄：3.0～4.0mol％、CO：0.5～1.0mol％、N₂：30～40mol％、H₂：剩余部分，温度为950～1050℃，压力为50～150hPa的化学气相沉积法来形成。

由Ti的碳氧化物层(以下，也称为“TiCO层”)构成的Ti化合物层可以通过设定原料组成为TiCl₄：1.0～2.0mol％、CO：2.0～3.0mol％、H₂：剩余部分，温度为950～1050℃，压力为50～150hPa的化学气相沉积法来形成。

由α型Al₂O₃层(以下，也简称为“Al₂O₃层”)构成的中间层通过例如以下的方法来形成。

首先，在基材的表面形成由一层以上的Ti化合物层构成的下部层。接着，对在这些层中距离基材最远的层的表面进行氧化。然后，在距离基材最远的层的表面形成含有α型Al₂O₃层的中间层。

更具体而言，上述距离基材最远的层的表面的氧化通过设定气体组成为CO₂：0.3～1.0mol％、H₂：剩余部分，温度为950～1050℃，压力为50～70hPa的条件来进行(氧化工序)。此时的氧化处理时间优选为1～3分钟。

然后，通过设定原料气体组成为AlCl₃：2.0～5.0mol％、CO₂：2.5～4.0mol％、HCl：2.0～3.0mol％、H₂S：0.30～0.40mol％、H₂：剩余部分，温度为950～1050℃、压力为60～80hPa的化学气相沉积法来形成α型Al₂O₃层(成膜工序)。

进而，在α型Al₂O₃层的表面形成由Ti的碳氮化物层(以下，也称为“TiCN层”)构成的上部层。

可以通过设定原料组成为TiCl₄：7.0～8.0mol％、CH₃CN：0.7～2.0mol％、N₂：15.0～25.0mol％、H₂：剩余部分，温度为980～1050℃、压力为70～120hPa的化学气相沉积法来形成TiCN层(上部层形成工序)。

为了使上部层的(111)面的粒子的比例(面积％)为特定值以上，在上部层形成工序中，控制温度或控制原料组成中的CH₃CN的比例即可。更具体而言，通过提高上部层形成工序中的温度，或增大原料组成中的CH₃CN的比例，能够增大上部层的(111)面的粒子的比例(面积％)。

此外，为了使Σ3晶界的长度相对于上部层中的全部晶界的总长度100％的比例处于特定范围，在上部层形成工序中，控制压力或控制原料组成中的TiCl₄和/或N₂的比例即可。更具体而言，通过降低上部层形成工序中的压力，或增大原料组成中的TiCl₄和/或N₂的比例，能够增大上部层的Σ3晶界的长度的比例(％)。

另外，为了使上部层的氯(Cl)的含量(原子％)为特定值以下，在上部层形成工序中，控制温度和/或压力即可。更具体而言，通过提高上部层形成工序中的温度或降低压力，能够减少上部层的氯(Cl)的含量(原子％)。

本实施方式的被覆切削工具的被覆层中的各层的厚度可以通过使用光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、或场致发射扫描电子显微镜(FE-SEM)等观察被覆切削工具的截面组织来测定。应予说明，对于本实施方式的被覆切削工具中的各层的平均厚度，可以在从刀头棱线部朝向被覆切削工具的前刀面的中心部50μm的位置附近，测定3处以上的各层的厚度，并求出其算术平均值。此外，本实施方式的被覆切削工具的被覆层中的各层的组成可以使用能量色散型X射线光谱仪(EDS)或波长色散型X射线光谱仪(WDS)等从被覆切削工具的截面组织中测定。

本实施方式的被覆切削工具被认为由于具有优异的耐缺损性以及耐磨性，因而将发挥能够与以往相比延长工具寿命的效果。特别是，在高进给以及深进刀的条件下作用负荷并且切削温度不会急剧上升的切削加工条件下，本实施方式的被覆切削工具通过抑制粒子的脱落，能够改善凹陷磨损，进而能够抑制加工初期中的磨损的进行并且也能够提高耐缺损性，因此，认为其将发挥能够与以往相比延长工具寿命的效果。此外，本实施方式的被覆切削工具在切削温度升高时，处于α型Al₂O₃层的损伤较小的状态，因而α型Al₂O₃层的效果与以往相比更持久，从而将提高耐凹陷磨损性，因此认为其将发挥能够与以往相比延长工具寿命的效果。但能够延长工具寿命的因素不限定于上述内容。

[实施例]

以下，通过实施例，对本发明更详细地进行说明，但本发明不限定于这些实施例。

作为基材，准备加工为CNMG120412的刀片形状并具有87.0WC-8.6Co-2.0TiN-2.0NbC-0.4Cr₃C₂(以上为质量％)的组成的硬质合金。通过SiC刷在该基材的刀头棱线部实施磨圆后，清洗基材的表面。

[发明品1～11以及比较品1～9]

在清洗基材的表面后，通过化学气相沉积法形成被覆层。首先，将基材装入外热式化学蒸镀装置中，在表1所示的原料气体组成、温度以及压力的条件下，在基材的表面以第1层、第2层、第3层的顺序以及表2所示的平均厚度，形成表2所示组成的下部层。接着，在CO₂：0.5mol％、H₂：99.5mol％的气体组成、1000℃的温度、以及60hPa的压力的条件下，对下部层的表面实施1分钟的氧化处理。然后，在表1所示的原料气体组成、温度以及压力的条件下，在实施氧化处理后的下部层的表面以表2所示的平均厚度形成由α型氧化铝构成的中间层。最后，在表3所示的原料气体组成、温度以及压力的条件下，在中间层的表面以表2所示的平均厚度形成表2所示的组成的上部层。由此，得到发明品1～11以及比较品1～9的被覆切削工具。

[表1]

[表2]

[表3]

[各层的平均厚度]

采用下述方式求出得到的试样的各层的厚度。即，使用FE-SEM，测定从被覆切削工具的刀头棱线部朝向前刀面的中心部50μm的位置附近的截面中的3处的厚度，求其算数平均值作为平均厚度。测定结果显示于表2。

[各层的组成]

使用EDS，在从被覆切削工具的刀头棱线部朝向前刀面的中心部50μm为止的位置附近的截面中，测定得到的试样的各层的组成。测定结果显示于表2。

[Σ3晶界的长度]

按照以下的方法，测定得到的试样的上部层的Σ3晶界的长度。

研磨被覆切削工具直至在与基材的表面平行的方向上露出上部层的截面而获得观察面。此时，在被覆层的厚度方向上残留上部层的平均厚度的70％的位置获得观察面。并且，使用胶态二氧化硅研磨得到的观察面而得到镜面观察面。

然后，通过具备EBSD的SEM来观察上述观察面。作为该观察区域观察后刀面。

对于SEM，使用具备EBSD(TexSEM Laboratories公司制)的SU6600(日立ハイテクノロジーズ公司制)。

使观察面的法线相对于入射光束倾斜70°，在15kV的加速电压以及1.0nA照射电流下照射电子射线进行分析。在观察面上，对相当于50×30μm的平面区域的500×300个点，以0.1μm/步的步长来进行数据收集。

使用市售的软件来进行数据处理。可以通过对对应于任意的Σ值的CSL晶粒边界进行计数，并将其表示为相对于全部晶粒边界的比值，从而进行确认。根据以上的方式，求出Σ3晶界的长度以及全部晶界的总长度，算出Σ3晶界的长度相对于全部晶界的总长度的比例。

[(111)面的粒子的比例]

按照以下的方式，算出得到的试样的上部层的(111)面的粒子的比例。

首先，通过FE-SEM观察在得到的试样的上部层中位于从上部层的表面朝向基材侧0.5μm处并与基材的表面平行的截面，使用附属于FE-SEM的EBSD，测定取向差处于0度以上45度以下的范围内的各层的粒子截面的面积的总和。然后，以每5度的间距划分取向差处于0度以上45度以下的范围内的粒子的截面面积，求出每个分区的粒子截面的面积。接着，求出取向差为0度以上且不足10度的分区、10度以上且不足20度的分区、20度以上且不足30度的分区、以及30度以上45度以下的分区中各自分区的粒子截面的面积的总和。应予说明，0度以上45度以下的粒子截面的面积的总和为100面积％。将这些各分区内取向差处于0度以上且不足10度的范围内的粒子的截面面积表示为相对于取向差处于0度以上45度以下的范围内的各层的粒子截面的面积的总和的比率，并以此作为(111)面的粒子的比例。以上的测定结果显示于表4。应予说明，按照以下的方式进行基于EBSD的测定。将试样装载于FE-SEM。对试样以70度的入射角，以15kV的加速电压以及1.0nA的照射电流照射电子射线。在测定范围30μm×50μm内，以0.1μm的步长的EBSD设定，进行各粒子的取向差以及截面面积的测定。将在测定范围内的上部层的粒子截面的面积作为对应于该面积的像素的总和。即，各层的粒子的、基于取向差的每10度或15度的间距的各分区中的粒子截面的面积的总和为通过统计符合各分区的粒子截面所占的像素并换算为面积而求得。

[氯(Cl)的含量]

按照以下的方式，测定得到的试样的上部层的氯(Cl)的含量。

首先，制作与测定被覆层的厚度时相同的截面(镜面观察面)。然后，通过电子探针显微分析仪(EPMA)，测定上部层的截面。测定3点以上的上部层的厚度为50％的位置，将其算术平均值作为Cl的含量。测定结果显示于表4。

[表4]

使用得到的发明品1～11以及比较品1～9，以下述条件进行切削试验1以及切削试验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。各切削试验的结果显示于表5。

[切削试验1]

被切削材料：SCM440的圆条，

切削速度：200m/分钟，

进给量：0.30mm/rev，

切削深度：2.0mm，

冷却液：使用，

评价项目：将试样发生缺损或最大后刀面磨损宽度达到0.3mm时作为工具寿命，测定直至工具寿命为止的加工时间。此外，通过SEM确认达到工具寿命时的损伤状态。

[切削试验2]

被切削材料：S45C的设有4条槽的圆条，

切削速度：120m/分钟，

进给量：0.30mm/rev，

切削深度：1.5mm，

冷却液：使用，

评价项目：将试样发生缺损或最大后刀面磨损宽度达到0.3mm时作为工具寿命，测定直至工具寿命为止的冲击次数。冲击次数设为至15000次为止。

对于切削试验1(磨损试验)的达到工具寿命为止的加工时间，将21分钟以上作为“A”、16分钟以上且不足21分钟作为“B”、不足16分钟作为“C”而进行评价。此外，对于切削试验2(缺损试验)的达到工具寿命为止的冲击次数，将13000次以上作为“A”、11000次以上12999次以下作为“B”、10999次以下作为“C”而进行评价。在该评价中，“A”表示最优异，“B”表示次优异，“C”表示最差，具有的A或B越多，表示切削性能越优异。得到的评价的结果显示于表5。

[表5]

根据表5所示的结果，发明品的磨损试验以及缺损试验的评价均为“A”或“B”的评价。另一方面，对于比较品的评价，磨损试验以及缺损试验中的二者或一者为“C”。特别是，在磨损试验中，发明品的评价均为“B”以上，比较品的评价均为“C”。由此可知，发明品的耐磨性与比较品相比，总的来说更加优异。

根据以上的结果可知，发明品的耐磨性以及耐缺损性优异因而工具寿命长。

[产业上的可利用性]

本发明的被覆切削工具通过不降低耐缺损性且具有优异的耐磨性，与以往相比，能够延长工具寿命，因此，从这样的观点来看，具有产业上的可利用性。

符号说明

1…基材、2…下部层、3…中间层、4…上部层、5…被覆层、6…被覆切削工具。

Claims (6)

1.一种被覆切削工具，其中，

所述被覆切削工具具备基材、与形成于该基材的表面的被覆层，

所述被覆层包含从所述基材侧朝向所述被覆层的表面侧依次层叠的下部层、中间层以及上部层，

所述下部层含有一层或两层以上的由Ti、与选自C、N、O以及B所组成的群组中的至少1种元素的Ti化合物构成的Ti化合物层，

所述中间层含有α型Al₂O₃，

所述上部层含有TiCN，

所述下部层的平均厚度为4.0μm以上10.0μm以下，

所述中间层的平均厚度为3.0μm以上10.0μm以下，

所述上部层的平均厚度为1.5μm以上6.5μm以下，

所述上部层的特定区域中的相对于全部晶界的总长度100％的Σ3晶界的长度的比例为20％以上60％以下，

所述上部层的(111)面的粒子的比例为30面积％以上。

2.如权利要求1所述的被覆切削工具，其中，

所述上部层的(111)面的粒子的比例为55面积％以下。

3.如权利要求1或2所述的被覆切削工具，其中，

所述上部层的氯(Cl)的含量为0.1原子％以下。

4.如权利要求1～3中任一项所述的被覆切削工具，其中，

所述被覆层的平均厚度为10.0μm以上25.0μm以下。

5.如权利要求1～4中任一项所述的被覆切削工具，其中，

所述Ti化合物层为选自TiN、TiC、TiCN、TiCNO、TiON以及TiB₂所组成的群组中的至少1种。

6.如权利要求1～5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、陶瓷或立方晶氮化硼烧结体中的任一种。

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