CN111940769B

CN111940769B - 被覆切削工具

Info

Publication number: CN111940769B
Application number: CN202010402560.5A
Authority: CN
Inventors: 高桥欣也; 福岛直幸
Original assignee: Tungaloy Corp
Current assignee: Tungaloy Corp
Priority date: 2019-05-14
Filing date: 2020-05-13
Publication date: 2022-10-25
Anticipated expiration: 2040-05-13
Also published as: US11253928B2; DE102020205512A1; JP2020185642A; JP6876278B2; CN111940769A; US20200361003A1

Abstract

本发明提供一种由于具有优异的耐磨性以及耐缺损性因而可以延长工具寿命的被覆切削工具。该被覆切削工具具备基材、与形成于该基材的表面的被覆层，被覆层包含指定的下部层、包含α型Al₂O₃的中间层和含有TiCN的上部层，下部层、中间层以及上部层具有指定的平均厚度，满足以式(1)[RSA≥40 (1)]表示的条件，中间层的上部层侧的界面具有超过3.0的峰度粗糙度(S_ku)，中间层的上部层侧的界面具有不足0的偏度粗糙度(S_sk)，满足下述式(2)[RSB≥40 (2)]表示的条件。

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，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，已知存在例如由选自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(Al₂O₃)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。

在专利文献1中记载了一种表面被覆切削工具，其特征在于，在由碳化钨基硬质合金构成的工具基体的表面上，蒸镀形成由钛化合物层构成的下部层和由氧化铝层(Al₂O₃层)构成的上部层作为硬质被覆层，其中由氧化铝层(Al₂O₃层)构成的上部层的(006)面取向系数TC(006)为1.8以上，并且，(104)面的峰强度I(104)与(110)面的峰强度I(110)之比I(104)/I(110)为0.5～2.0，氧化铝层(Al₂O₃层)内的残余应力值的绝对值为100MPa以下。

专利文献

专利文献1：日本特开2013-132717号公报

发明内容

在近年来的切削加工中，高速化、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。尤其是，近年来，钢的高速切削等对被覆切削工具作用负荷的切削加工逐渐增加，在这样苛刻的切削条件下，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。

此外，在专利文献1中，通过具有沿(006)面取向的氧化铝层，可以得到抑制凹陷磨损的效果。但另一方面，在硬度较低的被切削材料的加工中，该氧化铝层存在后刀面的磨损迅速加深，工具寿命不足的情况。

因此，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而可以延长工具寿命的被覆切削工具。

本发明人们经过专注研究，结果开发出了如下的被覆切削工具：其具有被覆层，该被覆层包含指定的下部层、含有α型Al₂O₃的中间层、和含有TiCN的上部层，特别是，中间层具有在指定范围内的后述RSA，同时，具有在指定范围内的峰度粗糙度(kurtosis roughness)(S_ku)以及在指定范围内的偏度粗糙度(skewness roughness)(S_sk)，进而，上部层具有在指定范围内的后述RSB。并且，本发明人们得到了如下见解：这样的被覆切削工具可以通过抑制粒子脱落来提高耐磨性，同时也能够提高耐缺损性，因此，可延长工具寿命。

即，本发明如下。

[1]

一种被覆切削工具，其具备基材、与形成于该基材的表面的被覆层，其中，

上述被覆层包含下部层、中间层和上部层，上述下部层具有一层以上的由Ti化合物形成的Ti化合物层，该Ti化合物由Ti、与选自C、N、O以及B所组成的群组中的至少1种元素组成，上述中间层包含α型Al₂O₃，上述上部层含有TiCN，

上述各层从上述基材侧朝向上述被覆层的表面侧依此顺序层叠，

上述下部层具有2.0μm以上12.0μm以下的平均厚度，

上述中间层具有3.0μm以上10.0μm以下的平均厚度，

位于从上述中间层的上述上部层侧的界面朝向上述基材侧至1μm为止的距离、并与上述基材和上述下部层之间的界面平行的第1截面满足下述式(1)表示的条件，

RSA≥40(1)

(式中，RSA为在上述第1截面中，取向差A为0度以上且不足10度的粒子的截面积相对于取向差A为0度以上45度以下的粒子的截面积的比例(单位：面积％)，取向差A为上述第1截面的法线与上述中间层中的α型Al₂O₃的粒子的(001)面的法线所成的角度(单位：度)。)

上述中间层的上述上部层侧的界面具有超过3.0的峰度粗糙度(S_ku)，

上述中间层的上述上部层侧的界面具有不足0的偏度粗糙度(S_sk)，

上述上部层具有1.0μm以上9.0μm以下的平均厚度，

位于从上述上部层的上述中间层侧的界面朝向其相反侧的界面至1μm为止的距离、并与上述基材和上述下部层之间的界面平行的第2截面满足下述式(2)表示的条件，

RSB≥40(2)

(式中，RSB为在上述第2截面中，取向差B为0度以上且不足10度的粒子的截面积相对于取向差B为0度以上45度以下的粒子的截面积的比例(单位：面积％)，取向差B为上述第2截面的法线与上述上部层中的TiCN的粒子的(111)面的法线所成的角度(单位：度)。)

[2]

如[1]所述的被覆切削工具，其中，上述峰度粗糙度(S_ku)超过3.0且为10.0以下。

[3]

如[1]或[2]所述的被覆切削工具，其中，上述偏度粗糙度(S_sk)为-3.0以上且不足0。

[4]

如[1]～[3]中任一项所述的被覆切削工具，其中，上述第1截面满足下述式(1-1)表示的条件。

RSA≥50(1-1)

(式中，RSA的含义与式(1)中的相同。)

[5]

如[1]～[4]中任一项所述的被覆切削工具，其中，上述第2截面满足下述式(2-1)表示的条件。

RSB≥50(2-1)

(式中，RSB的含义与式(2)中的相同。)

[6]

如上述[1]～[5]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8.0μm以上30.0μm以下。

[7]

如上述[1]～[6]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层、TiC层、TiCN层、TiCNO层、TiCO层、TiON层以及TiB₂层所组成的群组中的至少1种。

[8]

如上述[1]～[7]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。

根据本发明，可以提供一种由于具有优异的耐磨性以及耐缺损性因而可以延长工具寿命的被覆切削工具。

附图说明

图1为表示本实施方式的被覆切削工具的一个例子的模式截面图。

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。

[切削工具]

本实施方式的被覆切削工具具备基材、与形成于该基材的表面的被覆层，

本实施方式的被覆切削工具中的被覆层包含下部层、中间层和上部层，各层从基材侧朝向被覆层的表面侧依此顺序层叠，上述下部层具有一层以上的由Ti化合物形成的Ti化合物层，该Ti化合物由Ti与选自C、N、O以及B所组成的群组中的至少1种元素组成，上述中间层包含α型Al₂O₃，上述上部层含有TiCN，

下部层具有2.0μm以上12.0μm以下的平均厚度，

中间层具有3.0μm以上10.0μm以下的平均厚度，

位于从中间层的上部层侧的界面朝向基材侧至1μm为止的距离，并与基材和下部层之间的界面平行的第1截面满足下述式(1)表示的条件。

RSA≥40 (1)

(式中，RSA为在第1截面中，取向差A为0度以上且不足10度的粒子的截面积相对于取向差A为0度以上45度以下的粒子的截面积的比例(单位：面积％)，取向差A为第1截面的法线与中间层中的α型Al₂O₃的粒子的(001)面的法线所形成的角度(单位：度)。)

中间层的上部层侧的界面具有超过3.0的峰度粗糙度(S_ku)，并具有不足0的偏度粗糙度(S_sk)。

上部层具有1.0μm以上9.0μm以下的平均厚度。

位于从上部层的中间层侧的界面朝向其相反侧的界面至1μm为止的距离，并与基材和下部层之间的界面平行的第2截面满足下述式(2)表示的条件。

RSB≥40 (2)

(式中，RSB为在第2截面中，取向差B为0度以上且不足10度的粒子的截面积相对于取向差B为0度以上45度以下的粒子的截面积的比例(单位：度)，取向差B为第2截面的法线与上部层中的TiCN粒子的(111)面的法线所成的角度(单位：度)。)

本实施方式的被覆切削工具通过具备上述结构，具有优异的耐磨性以及耐缺损性，因而可以延长工具寿命。

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。但是，本发明不受以下的主要原因的任何限定。

通过具备上述RSA处于指定范围并且包含沿(001)面取向的α型Al₂O₃的中间层，α型Al₂O₃粒子不易发生脱落，耐磨性优异。但是，在对较软的被切削材料进行高速加工的条件下，后刀面磨损加快，从而导致出现无法延长工具寿命的情况。因此，通过在比中间层更靠近表层侧的位置具备上述RSB处于指定范围并且包含沿(111)面取向的TiCN的上部层，由于上部层的硬度较高，认为可以抑制后刀面的磨损。然而，即使在形成有上部层的情况下，在对较软的被切削材料进行的高速加工中，中间层与上部层的粘着性有时也会不足，从而存在上部层所产生的抑制后刀面磨损的效果无法持续的情况。因此，在本实施方式中，通过使含有α型Al₂O₃的中间层的上部层侧的界面具有超过3.0的峰度粗糙度(S_ku)，并具有不足0的偏度粗糙度(S_sk)，来增强粘着性，其结果是，将延长沿(111)面取向的TiCN层的效果，因而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具备基材1和形成于基材1的表面的被覆层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、钻头以及立铣刀。

本实施方式中的基材只要是可作为被覆切削工具的基材来使用的基材，则不受特别的限制。作为这样的基材，例如可列举硬质合金、金属陶瓷、陶瓷、立方晶氮化硼烧结体、金刚石烧结体以及高速钢。在它们中，如果基材为硬质合金、金属陶瓷、陶瓷以及立方晶氮化硼烧结体中的任一种，则由于耐磨性以及耐缺损性更加优异而优选，从同样的观点来看，基材更优选为硬质合金。

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。

本实施方式中的被覆层的平均厚度为8.0μm以上30.0μm以下。被覆层的平均厚度如果为8.0μm以上，则将提高耐磨性，被覆层的平均厚度如果为30.0μm以下，则将提高被覆层的与基材间的粘着性以及耐缺损性。从同样的观点来看，被覆层的平均厚度更优选为10.0μm以上27.0μm以下，进一步优选为12.7μm以上24.5μm以下。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处以上的截面测定各层的厚度或被覆层整体的厚度，并计算其算数平均值而求得。

<下部层>

本实施方式中的下部层具有一层以上的由Ti化合物形成的Ti化合物层，该Ti化合物由Ti与选自C、N、O以及B所组成的群组中的至少一种元素组成。如果被覆切削工具在基材与包含α型氧化铝(α型Al₂O₃)的中间层之间具备下部层，则将提高耐磨性以及粘着性。

作为Ti化合物层，例如可列举由TiC形成的TiC层、由TiN形成的TiN层、由TiCN形成的TiCN层、由TiCO形成的TiCO层、由TiCNO形成的TiCNO层、由TiON形成的TiON层以及由TiB₂形成的TiB₂层。

下部层既可以由一层构成，也可以由两层以上的层(例如，两层或三层)构成，但优选为由两层以上的层构成，更优选为由两层或三层构成，进一步优选为由三层构成。从进一步提高耐磨性以及粘着性的观点出发，下部层优选包含选自TiN层、TiC层、TiCN层、TiCNO层、TiCO层、TiON层以及TiB₂层所组成的群组中的至少一种层，更优选包含选自TiN层、TiC层、TiCN层、TiCNO层以及TiCO层所组成的群组中的至少一种层，如果下部层的至少一层为TiCN层，则耐磨性进一步提高，因而优选。在下部层由三层构成的情况下，可以在基材的表面上形成TiC层或TiN层作为第1层，在第1层的表面上形成TiCN层作为第2层，在第2层的表面上形成TiCNO层或TiCO层作为第3层。在它们当中，下部层也可以在基材的表面上形成TiN层作为第1层，在第1层的表面上形成TiCN层作为第2层，在第2层的表面上形成TiCNO层作为第3层。

本实施方式中的下部层的整体的平均厚度优选为2.0μm以上12.0μm以下。通过使下部层的平均厚度为2.0μm以上，将提高耐磨性。另一方面，通过使下部层的平均厚度为12.0μm以下，主要由于被覆层的剥离受到抑制，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4.0μm以上12.0μm以下，特别优选为4.5μm以上11.5μm以下。

从进一步提高耐磨性以及耐缺损性的观点来看，TiC层或者TiN层的平均厚度优选为0.05μm以上1.0μm以下。从同样的观点来看，TiC层或者TiN层的平均厚度更优选为0.10μm以上0.50μm以下，进一步优选为0.15μm以上0.30μm以下。

从进一步提高耐磨性以及耐缺损性的观点看来，TiCN层的平均厚度优选为1.5μm以上11.8μm以下。从同样的观点来看，TiCN层的平均厚度更优选为2.5μm以上11.5μm以下，进一步优选为3.5μm以上11.0μm以下。

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

Ti化合物层是由Ti与选自C、N、O以及B所组成的群组中的至少一种元素的Ti化合物形成的层，但是只要可产生基于下部层的作用效果，则也可以含有微量的上述元素以外的成分。

<中间层>

本实施方式中的中间层包含α型Al₂O₃。虽然中间层优选含有由α型氧化铝(α型Al₂O₃)形成，但只要可产生本发明的作用效果，则也可以包含α型氧化铝(α型Al₂O₃)以外的成分，或不包含α型氧化铝(α型Al₂O₃)以外的成分。

(RSA)

在本实施方式中的中间层中，位于从上部层侧的界面朝向基材侧至1μm为止的距离、并与基材和下部层之间的界面平行的第1截面满足下述式(1)表示的条件。

RSA≥40 (1)

式中，RSA为在上述第1截面中，取向差A为0度以上且不足10度的粒子的截面积相对于取向差A为0度以上45度以下的粒子的截面积的比例(单位：面积％)，取向差A为第1截面的法线与中间层中的α型Al₂O₃的粒子的(001)面的法线所形成的角度(单位：度)。

在本实施方式的被覆切削工具中，通过使RSA为40面积％以上，主要由于将提高中间层的耐热性，因此将防止α型Al₂O₃粒子的脱落，耐凹陷磨损性优异，因而能够提高耐磨性。从同样的观点来看，RSA优选为50面积％以上，更优选为60面积％以上。RSA的上限没有特别限定，例如为80面积％以下。应予说明，RSA可以通过实施例所记载的方法求得。

(峰度粗糙度(S_ku))

本实施方式中的中间层的上部层侧的界面具有超过3.0的峰度粗糙度(S_ku)。在此，峰度粗糙度(S_ku)由ISO 25178规定，在通过均方根高度Sq的四次方进行了无因次化的基准面中，指Z(x,y)的四次方平均。峰度粗糙度(S_ku)指作为表面的尖锐程度的尺度的峰态度(kurtosis)，它是表示高度分布的尖利程度(尖锐程度)的指标。中间层的表面(上部层侧)的峰度粗糙度(S_ku)超过3.0，表示其为表面具有尖锐的凹凸的组织，其结果是，锚定(anchor)效果提高，因此推测与上部层的粘着性提高。此外，后述上部层的TiCN相比平坦的部位更容易附着于凹凸处，因此推测将减少中间层与上部层之间的界面中的空穴，从而将提高与上部层间的粘着性。

从同样的观点来看，中间层的上部层侧的界面的峰度粗糙度(S_ku)优选为3.5以上，更优选为4.0以上，进一步优选为4.5以上。该峰度粗糙度(S_ku)的上限没有特别的限定，例如优选为15.0以下，更优选为11.6以下。应予说明，峰度粗糙度(S_ku)可通过实施例所记载的方法来求得。

关于中间层的上部层侧的界面的峰度粗糙度(S_ku)，例如，可以通过在后述粗糙度控制工序中，与成膜工序时相比减少AlCl₃的原料组成，来增大峰度粗糙度(S_ku)，从而使其达到上述范围。

(偏度粗糙度(S_sk))

中间层的上部层侧的界面具有不足0的偏度粗糙度(S_sk)。偏度粗糙度(S_sk)由ISO25178规定，在通过均方根高度Sq的立方进行了无因次化的基准面中，指Z(x,y)的立方平均。偏度粗糙度(S_sk)指歪斜度，它是表示以平均面为中心的山部与谷部的对称性的指标。如果偏度粗糙度(S_sk)小于0，则表示相对于中间层的表面粗糙度的平均线偏向上侧。中间层的表面粗糙度的平均线与中间层和上部层之间的界面的粗糙度的平均线的含义相同，也就是说，相对于中间层的表面粗糙度的平均线偏向上侧表示在中间层和上部层之间的界面的粗糙度的平均线上，α型Al₂O₃的比例大于TiCN的比例。一般来说，α型Al₂O₃的断裂韧性值小于TiCN的断裂韧性值，如果是相同粗细的结晶，则α型Al₂O₃比TiCN更容易破裂。因此，在α型Al₂O₃层与TiCN层之间的界面的平均线上，通过使容易破裂的α型Al₂O₃的比例大于TiCN，可以抑制由α型Al₂O₃层的破裂导致的上部层的剥离。通过像这样增大容易破裂的α型Al₂O₃的比例，不易形成断裂的起点，推测会抑制剥离的发生。

从同样的观点来看，中间层的上部层侧的界面的偏度粗糙度(S_sk)优选为-0.2以下，更优选为-0.3以下，进一步优选为-0.4以下。该偏度粗糙度(S_sk)的下限没有特别限定，例如优选为-3.0以上，更优选为-2.6以上。应予说明，偏度粗糙度(S_sk)可以通过实施例所记载的方法求得。

关于中间层的上部层侧的界面的偏度粗糙度(S_sk)，例如，可以通过在后述粗糙度控制工序中，与成膜工序时相比减少AlCl₃的原料组成，来减小偏度粗糙度(S_sk)，从而使其达到上述范围。

本实施方式中的中间层具有3.0μm以上10.0μm以下的平均厚度。如果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磨性进一步提高，如果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。从同样的观点来看，中间层优选为4.0μm以上10.0μm以下，更优选为5.0μm以上10.0μm以下，进一步优选为6.0μm以上9.7μm以下。

<上部层>

本实施方式中的上部层含有TiCN。上部层虽然优选由TiCN形成，但只要能够产生本发明的作用效果，则也可以含有TiCN以外的成分，或者不含TiCN以外的成分。应予说明，上部层优选与中间层邻接。

本实施方式中的位于从上部层的中间层侧的界面朝向其相反侧的界面至1μm为止的距离、并与基材和下部层之间的界面平行的第2截面满足下述式(2)表示的条件。

RSB≥40 (2)

式中，RSB为在第2截面中，取向差B为0度以上且不足10度的粒子的截面积相对于取向差B为0度以上45度以下的粒子的截面积的比例(单位：面积％)，取向差B为第2截面的法线与上部层中的TiCN的粒子的(111)面的法线所形成的角度(单位：度)。

在本实施方式的被覆切削工具中，通过使RSB为40面积％以上，能够抑制α型Al₂O₃粒子从中间层脱落，因此将提高耐磨性以及耐缺损性。如果在比中间层更靠近表层侧的位置具有包含大量与其他的取向相比变得更硬的沿(111)面取向的TiCN的上部层，则可以抑制后刀面的磨损。从同样的观点来看，RSB优选为50面积％以上，更优选为60面积％以上。RSB的上限没有特别限定，例如为70面积％以下。

RSB可以通过实施例所记载的方法求得。

本实施方式中的上部层的平均厚度优选为1.0μm以上9.0μm以下。通过使上部层的平均厚度为1.0μm以上，抑制α型Al₂O₃层的粒子脱落的效果趋于进一步提高，而通过使上部层的平均厚度为9.0μm以下，耐缺损性趋于进一步提高。从同样的观点来看，上部层的平均厚度优选为1.5μm以上8.0μm以下,更优选为3.0μm以上6.0μm以下。

[切削工具的制造方法]

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。

例如，由Ti的氮化物层(以下也称为“TiN层”)形成的Ti化合物层可通过在以下条件下进行的化学气相沉积法来形成：将原料组成设为TiCl₄：5.0～10.0mol％、N₂：20～60mol％、H₂：剩余部分，将温度设为850～950℃，将压力设为300～400hPa。

由Ti的碳化物层(以下也称为“TiC层”)形成的Ti化合物层可通过在以下条件下进行的化学气相沉积法来形成：将原料组成设为TiCl₄：1.5～3.5mol％、CH₄：3.5～5.5mol％、H₂：剩余部分，将温度设为950～1050℃，将压力设为70～80hPa。

由Ti的碳氮化物层(以下也称为“TiCN层”)形成的Ti化合物层可通过在以下条件下进行的化学气相沉积法来形成：将原料组成设为TiCl₄：5.0～7.0mol％、CH₃CN：0.5～1.5mol％、H₂：剩余部分，将温度设为800～900℃，将压力设为60～80hPa。

由Ti的碳氮氧化物层(以下也称为“TiCNO层”)形成的Ti化合物层可通过在以下条件下进行的化学气相沉积法来形成：将原料组成设为TiCl₄：3.0～4.0mol％、CO：0.5～1.0mol％、N₂：30～40mol％、H₂：剩余部分，将温度设为950～1050℃，将压力设为50～150hPa。

由Ti的碳氧化物层(以下也称为“TiCO层”)形成的Ti化合物层可通过在以下条件下进行的化学气相沉积法来形成：将原料组成设为TiCl₄：1.0～2.0mol％、CO：2.0～3.0mol％、H₂：剩余部分，将温度设为950～1050℃，将压力设为50～150hPa。

在基材的表面上形成一层以上的由Ti化合物层构成的下部层。接着，对这些层之中离基材最远的层的表面进行氧化。更具体而言，离上述基材最远的层的表面的氧化在气体组成为CO：0.1～0.3mol％、CO₂：0.3～1.0mol％、H₂：剩余部分，温度为950～1050℃，压力为50～60hPa的条件下进行(氧化工序)。此时的氧化处理时间优选为1～3分钟。

关于中间层，例如，通过在上述氧化工序之后，在离基材最远的层的表面上形成α型Al₂O₃的核(成核工序)，并在已形成该核的状态下，形成包含α型Al₂O₃的中间层(成膜工序)，从而得到中间层。进而，为了得到上述峰度粗糙度(S_ku)以及偏度粗糙度(S_sk)，也可以具有控制中间层的表面的粗糙度的工序(粗糙度控制工序)。

中间层的核通过在以下条件下进行的化学气相沉积法来形成(成核工序)：将原料气体组成设为AlCl₃：1.0～4.0mol％、CO：0.05～2.0mol％、CO₂：1.0～3.0mol％、HCl：2.0～3.0mol％、H₂：剩余部分，将温度设为880～930℃，将压力设为60～80hPa。

然后，通过在以下条件下进行的化学气相沉积法来形成中间层(成膜工序)：将原料气体组成设为AlCl₃：2.0～5.0mol％、CO₂：2.5～4.0mol％、HCl：2.0～3.0mol％、H₂S：0.15～0.25mol％、H₂：剩余部分，将温度设为950～1000℃，将压力设为60～80hPa。

进一步地，对于中间层，通过在以下条件下进行的化学气相沉积法来控制表面粗糙度(粗糙度控制工序)：将原料气体组成设为AlCl₃：0.5～4.5mol％、CO₂：2.5～4.0mol％、HCl：2.0～3.0mol％、H₂S：0.15～0.25mol％、H₂：剩余部分，将温度设为950～1000℃，将压力设为60～80hPa。粗糙度控制工序中的AlCl₃的比例优选相对低于成膜工序中的AlCl₃的比例。

为了将RSA设定为特定值以上，控制氧化工序中的氧化处理时间、控制氧化工序和/或成核工序中的气体组成中的CO的比例、或者控制成膜工序中的成膜温度即可。更具体而言，通过增加氧化工序中的氧化处理时间、增大氧化工序和/或成核工序中的气体组成中的CO的比例、或将成膜工序中的成膜温度设为高于成核工序中的成核温度，可以提高RSA。

为了使峰度粗糙度(S_ku)以及偏度粗糙度(S_sk)处于指定范围内，使粗糙度控制工序中的AlCl₃的比例相对低于成膜工序中的AlCl₃的比例即可。如果增大粗糙度控制工序与成膜工序中的AlCl₃的比例之差，则峰度粗糙度(S_ku)趋于变大而偏度粗糙度(S_sk)趋于变小。

进一步地，在中间层的表面形成含有TiCN层的上部层。上部层可通过在以下条件下进行的化学气相沉积法来形成(上部层形成工序)：将原料组成设为TiCl₄：4.0～8.0mol％、CH₃CN：0.5～2.0mol％、N₂：0.0～15.0mol％、H₂：剩余部分，将温度设为950～1050℃，将压力设为60～80hPa。

为了将RSB设定为指定值以上，在上部层形成工序中控制温度、或者控制原料组成中的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、或者增大原料组成中的CH₃CN的比例，可以增大RSB(面积％)。

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量。应予说明，本实施方式的被覆切削工具中的各层的平均厚度可通过在从刀头棱线部朝向被覆切削工具的前刀面的中心部至50μm的位置附近，测量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量。

[实施例]

以下，列举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。

[基材]

对于以下基材，在使用SiC刷对其刀头棱线部实施磨圆后，清洗基材的表面而使用。

<基材1>

形状：CNMG120412

材质：硬质合金(88.9WC-7.9Co-1.5TiN-1.4NbC-0.3Cr₃C₂(以上为质量％))

<基材2>

形状：CNMG120412

材质：硬质合金(89.7WC-7.1Co-1.5TiN-1.5NbC-0.2Cr₃C₂(以上为质量％))

[RSA以及RSB的测定方法]

对于RSA和RSB，在以下条件下，使用场致发射型扫描电子显微镜(以下也称为“FE-SEM”)分别观察下述截面，并使用附属于FE-SEM的电子背散射分析图像装置(以下也称为“EBSD”)，根据下述的<具有特定取向差的粒子截面的测定方法>，测定取向差处于0度以上45度以下的范围内的截面的粒子截面的面积的总和(RSA_Total或RSB_Total)。

然后，将取向差处于0度以上45度以下的范围内的粒子的截面积以每5度的间隔进行分区，并且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度以下的分区的各分区的粒子截面的面积总和。应予说明，0度以上45度以下的粒子截面的面积总和为100面积％。

求出取向差处于0度以上且不足10度的范围内的粒子的截面积相对于取向差处于0度以上45度以下的范围内的截面的粒子截面的面积总和的比例，将其作为RSA、RSB。将以上测定结果表示于下述表7。

[条件]

·RSA

测定平面：第1平面(位于从中间层的上部层侧的界面朝向基材侧0.5μm的距离且与基材的下部层侧的界面平行的面)

测定面的削出方法：使用金刚石研磨膏进行研磨直至露出上述测定平面，从而得到镜面研磨面。

取向差：取向差A(第1截面的法线与α型Al₂O₃粒子的(001)面的法线所形成的角度(单位：度))

·RSB

测定平面：第2平面(位于从上部层的中间层侧的界面朝向其相反侧的界面0.5μm的距离且与基材的下部层侧的界面平行的面)

取向差：取向差B(第2截面的法线与第2截面中的TiCN粒子的(111)面的法线所形成的角度(单位：度))

(具有特定取向差的粒子截面的测定方法)

将试样装载于FE-SEM。对试样以70度的入射角、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积的测定。将在测定范围内的中间层的粒子截面的面积设为对应于该面积的像素的总和。即，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，求得各层的粒子的、基于取向差A的每10度或15度间隔的各分区中的粒子截面的面积总和。

[峰度粗糙度(S_ku)以及偏度粗糙度(S_sk)]

形成被覆层后，将被覆切削工具浸泡于氢氟酸和硝酸的混合液中5～30分钟左右，除去上部层。除去上部层后，中间层的表面组织露出，因此使用激光粗糙度测定器[VK-X100](商品名，株式会社キーエンス制)，对144μm×108μm的测定范围，按照ISO25178，计算出中间层的表面的峰度粗糙度(S_ku)和偏度粗糙度(S_sk)。分别算出3处的中间层的表面的峰度粗糙度(S_ku)和偏度粗糙度(S_sk)，并将其平均值作为峰度粗糙度(S_ku)和偏度粗糙度(S_sk)。

[层的厚度的测定方法]

使用FE-SEM，对从被覆切削工具的刀头棱线部朝向后刀面的中心部至50μm的位置附近的截面的三处的厚度进行测定，计算其算数平均值作为平均厚度。使用EDS，在从被覆切削工具的刀头棱线部朝向后刀面的中心部至50μm的位置附近的截面中，测定所得到的试样的各层的组成。

[发明产品1～17以及比较产品1～8]

清洗基材表面后，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，并在表1所示的原料组成、温度和压力的条件下，在基材的表面形成表7所示组成的第1层，使其达到表7所示的平均厚度。接着，在表1所示的原料组成、温度和压力的条件下，在第1层的表面形成表7所示组成的第2层，使其达到表7所示的平均厚度。接着，在表1所示的原料组成、温度和压力的条件下，在第2层的表面形成表7所示组成的第3层，使其达到表7所示的平均厚度。由此形成了由3层构成的下部层。之后，在表2所示组成、温度和压力的条件下，按照表2所示的时间，对第3层的表面实施氧化处理。接着，在表3所示的原料组成、温度和压力的条件下，在实施了氧化处理的第3层的表面形成α型氧化铝(α型Al₂O₃)的核。进而，在表4所示的原料组成、温度和压力的条件下，在第3层和α型氧化铝(α型Al₂O₃)的核的表面形成表7所示组成的中间层，使其形成为表7所示的平均厚度的30％的厚度，变更为表5所示的条件，进行中间层的粗糙度控制工序，达到所期望的峰度粗糙度(S_ku)和偏度粗糙度(S_sk)，从而形成表7所示的平均厚度的中间层。最后，在表6所示的原料组成、温度和压力的条件下，在α型Al₂O₃层的表面形成表7所示组成的上部层，使其达到表7所示的平均厚度。由此，得到发明产品1～17和比较产品1～8的被覆切削工具。

以如下所述方法求出试样的各层厚度。即，使用FE-SEM，对从被覆切削工具的刀头棱线部朝向前刀面的中心部至50μm的位置附近的截面中的三处的厚度进行测定，计算其算数平均值作为平均厚度。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至50μm的位置附近的截面中，测定所得到的试样的各层的组成。

[表1]

各层组成	温度(℃)	压力(hPa)	原料组成(mol％)
				TiN(下部层，第1层)	900	350	TiCl<sub>4</sub>：7.5％,N<sub>2</sub>：40.0％,H<sub>2</sub>：52.5％
TiC(下部层，第1层)	1000	75	TiCl<sub>4</sub>：2.4％,CH<sub>4</sub>：4.6％,H<sub>2</sub>：93.0％
				TiCN(下部层，第2层)	850	70	TiCl<sub>4</sub>：6.0％,CH<sub>3</sub>CN：1.0％,H<sub>2</sub>：93.0％
TiCNO(下部层，第3层)	1000	100	TiCl<sub>4</sub>：3.5％,CO：0.7％,N<sub>2</sub>：35.5％,H<sub>2</sub>：60.3％
				TiCO(下部层，第3层)	1000	80	TiCl<sub>4</sub>：1.5％,CO：2.5％,H<sub>2</sub>：96.0％
TiN(上部层：比较产品)	1000	350	TiCl<sub>4</sub>：7.5％,N<sub>2</sub>：40.0％,H<sub>2</sub>：52.5％

[表2]

[表3]

[表4]

[表5]

[表6]

[表7]

对得到的试样的中间层中的位于从中间层的表面朝向基材侧0.5μm处且平行于基材的表面的截面，用上述方法测定RSA，将其结果表示于下述表8。对得到的试样的上部层中的位于从上部层的表面朝向基材侧0.5μm处且平行于基材的表面的截面，用上述方法测定RSB，将其结果表示于下述表8。

[表8]

以上述方法测定了上部层侧界面的峰度粗糙度(S_ku)以及偏度粗糙度(S_sk)。将其结果示于下述表9。

[表9]

[切削试验]

使用得到的发明产品1～17和比较产品1～8，按照下述条件进行切削试验1和切削试验2。切削试验1是评价耐磨性的磨损试验，切削试验2是评价耐缺损性的缺损试验。将各切削试验的结果表示于表10。

<切削试验1：耐磨性试验>

被切削材料：S45C的圆条(硬度：150HB)，

切削速度：230m/min，

进给量：0.25mm/rev，

切削深度：1.8mm，

冷却剂：有，

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的时间作为工具寿命，测量直至工具寿命的加工时间。并且，通过SEM确认在加工时间为20分钟时的损伤状况。将结果表示于表10。表中，“正常磨损”表示没有发生缺损、脱落地发生了磨损，“缺损”表示被覆层缺失了一部分，“粒子脱落”表示观察到中间层的Al₂O₃粒子的脱落，“上部层剥离”表示在中间层和上部层之间的界面发生了剥离。应予说明，在比较产品3中，在20分钟之前便发生了缺损。

<切削试验2：耐缺损性试验>

被切削材料：S45C的设有两条槽的圆条(硬度：200HB)，

切削速度：200m/min，

进给量：0.20mm/rev，

切削深度：1.5mm，

冷却剂：有，

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的时间作为工具寿命，测量直至工具寿命的冲击次数。并且，通过SEM确认在冲击次数为5000次时的损伤状况。冲击次数设定为至15000次为止。将结果表示于表10。表中，“正常磨损”表示没有发生缺损、脱落地发生了磨损，“崩裂(chipping)”表示在被覆层的一部分观察到发生了崩裂。

[表10]

根据以上的结果可知，发明产品的耐磨性以及耐缺损性优异，因此工具寿命较长。

[产业上的可利用性]

本发明的被覆切削工具不会降低耐缺损性并且具有优异的耐磨性，因而与以往相比可以延长工具寿命，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

1.一种被覆切削工具，其具备基材、与形成于该基材的表面的被覆层，其中，

所述被覆层包含下部层、中间层和上部层，所述下部层具有一层以上的由Ti化合物形成的Ti化合物层，该Ti化合物由Ti、与选自C、N、O以及B所组成的群组中的至少1种元素组成，所述中间层包含α型Al₂O₃，所述上部层含有TiCN，

所述各层从所述基材侧朝向所述被覆层的表面侧依此顺序层叠，

所述下部层具有2.0μm以上12.0μm以下的平均厚度，

所述中间层具有3.0μm以上10.0μm以下的平均厚度，

位于从所述中间层的所述上部层侧的界面朝向所述基材侧至1μm为止的距离、并与所述基材和所述下部层之间的界面平行的第1截面满足下述式(1)表示的条件，

RSA≥40 (1)

式中，RSA为在所述第1截面中，取向差A为0度以上且不足10度的粒子的截面积相对于取向差A为0度以上45度以下的粒子的截面积的比例，其单位为面积％，取向差A为所述第1截面的法线与所述中间层中的α型Al₂O₃的粒子的(001)面的法线所成的角度，其单位为度，

所述中间层的所述上部层侧的界面具有超过3.0的峰度粗糙度(S_ku)，

所述中间层的所述上部层侧的界面具有不足0的偏度粗糙度(S_sk)，

所述上部层具有1.0μm以上9.0μm以下的平均厚度，

位于从所述上部层的所述中间层侧的界面朝向其相反侧的界面至1μm为止的距离、并与所述基材和所述下部层之间的界面平行的第2截面满足下述式(2)表示的条件，

RSB≥40 (2)

式中，RSB为在所述第2截面中，取向差B为0度以上且不足10度的粒子的截面积相对于取向差B为0度以上45度以下的粒子的截面积的比例，其单位为面积％，取向差B为所述第2截面的法线与所述上部层中的TiCN的粒子的(111)面的法线所成的角度，其单位为度。

2.如权利要求1所述的被覆切削工具，其中，

所述峰度粗糙度(S_ku)超过3.0且为10.0以下。

3.如权利要求1或2所述的被覆切削工具，其中，

所述偏度粗糙度(S_sk)为-3.0以上且不足0。

4.如权利要求1～3中任一项所述的被覆切削工具，其中，

所述第1截面满足下述式(1-1)表示的条件，

RSA≥50 (1-1)

式中，RSA的含义与式(1)中的相同。

5.如权利要求1～4中任一项所述的被覆切削工具，其中，

所述第2截面满足下述式(2-1)表示的条件，

RSB≥50 (2-1)

式中，RSB的含义与式(2)中的相同。

6.如权利要求1～5中任一项所述的被覆切削工具，其中，

所述被覆层整体的平均厚度为8.0μm以上30.0μm以下。

7.如权利要求1～6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层、TiC层、TiCN层、TiCNO层、TiCO层、TiON层以及TiB₂层所组成的群组中的至少1种。

8.如权利要求1～7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。