CN114173974B - 切削工具 - Google Patents

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Abstract

一种切削工具，包括：基材、以及设置在所述基材上的被覆层，所述被覆层包括由第一单元层和第二单元层构成的多层结构层、以及单独层，所述单独层含有立方晶型的TizAl1‑zN的晶粒，所述TizAl1‑zN中的Ti的原子比z为0.4以上且小于0.55，所述单独层的厚度的平均值为2.5nm以上10nm以下，所述多层结构层的厚度的平均值为10nm以上45nm以下，在由1层所述多层结构层和1层所述单独层构成的重复单元中，所述重复单元的厚度的平均值为20nm以上50nm以下，所述重复单元的厚度的最大值为40nm以上60nm以下，所述重复单元的厚度的最小值为10nm以上30nm以下。

Description

切削工具
技术领域
本公开涉及切削工具。本申请要求基于2019年10月10日提出的日本专利申请特愿2019-186820号的优先权。该日本专利申请中所记载的全部记载内容通过参照援引在本说明书中。
背景技术
传统上，使用由硬质合金或立方氮化硼烧结体(cBN烧结体)构成的切削工具进行钢和铸件等的切削加工。这样的切削工具在切削加工时，由于其切削刃暴露在高温和高应力等严酷的环境中，因此导致切削刃的磨损和缺口。
因此，抑制切削刃的磨损和缺口对于改善切削工具的切削性能、提高切削工具的寿命来说是重要的。
为了改善切削工具的切削性能(例如，耐缺损性、耐磨损性、耐冲击性以及耐氧化性)，正在开发被覆硬质合金、cBN烧结体等的基材的表面的覆膜。其中，包括由铝(Al)、钛(Ti)以及氮(N)的化合物(以下也称为“AlTiN”)构成的层的覆膜可以在具有高硬度的同时提高耐氧化性(例如，日本特开2016-137549号公报(专利文献1)、日本特开2017-185609号公报(专利文献2)、日本特开2017-189848号公报(专利文献3)、日本特开2019-063982号公报(专利文献4))。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2016-137549号公报
专利文献2：日本特开2017-185609号公报
专利文献3：日本特开2017-189848号公报
专利文献4：日本特开2019-063982号公报
发明内容
本公开涉及的切削工具包括：
基材、以及设置在所述基材上的被覆层，
所述被覆层包括由第一单元层和第二单元层构成的多层结构层、以及单独层，
所述第一单元层与所述第二单元层各自交替层叠，
所述多层结构层与所述单独层各自交替层叠2层以上，
所述第一单元层含有立方晶型的AlxTi1-xN的晶粒，
所述第二单元层含有立方晶型的AlyTi1-yN的晶粒，
所述单独层含有立方晶型的TizAl1-zN的晶粒，
所述AlxTi1-xN中的Al的原子比x为0.8以上0.95以下，
所述AlyTi1-yN中的Al的原子比y为0.7以上且小于0.8，
所述TizAl1-zN中的Ti的原子比z为0.4以上且小于0.55，
所述第一单元层的厚度的平均值为2.5nm以上5nm以下，
所述第二单元层的厚度的平均值为2.5nm以上5nm以下，
所述多层结构层的厚度的平均值为10nm以上45nm以下，
所述单独层的厚度的平均值为2.5nm以上10nm以下，
在由1层所述多层结构层和1层所述单独层构成的重复单元中，所述重复单元的厚度的平均值为20nm以上50nm以下，所述重复单元的厚度的最大值为40nm以上60nm以下，所述重复单元的厚度的最小值为10nm以上30nm以下。
附图说明
[图1]图1是示例切削工具的一个方式的透视图。
[图2]图2是示例切削工具的一个方式的示意性剖面图。
[图3]图3是示例切削工具的其他方式的示意性剖面图。
[图4]图4是用于制造本实施方式涉及的切削工具的CVD装置的示意性剖面图。
[图5]图5是用于制造本实施方式涉及的切削工具的CVD装置的气体导入管的示意性剖面图。
具体实施方式
[本公开所要解决的课题]
在专利文献1～专利文献4中，通过由构成覆膜的AlTiN构成的层形成超多层结构，提高了设置有该覆膜的切削工具的切削性能。然而，近年来要求更高效的(进给速度大)切削加工，特别是对铬钼钢(例如SCM440)进行高速加工所使用的切削工具的更进一步的耐热裂性的提高和耐氧化性的提高备受期待。
本公开是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种具有优异的耐热裂性和优异的耐氧化性的切削工具。
[本公开的效果]
根据本公开，可以提供一种具有优异的耐热裂性和优异的耐氧化性的切削工具。
[本公开的实施方式的说明]
首先列举本公开的实施方式并进行说明。
[1]本公开涉及的表面被覆切削工具包括：
基材、以及设置在所述基材上的被覆层，
所述被覆层包括由第一单元层和第二单元层构成的多层结构层、以及单独层，
所述第一单元层与所述第二单元层各自交替层叠，
所述多层结构层与所述单独层各自交替层叠2层以上，
所述第一单元层含有立方晶型的AlxTi1-xN的晶粒，
所述第二单元层含有立方晶型的AlyTi1-yN的晶粒，
所述单独层含有立方晶型的TizAl1-zN的晶粒，
所述AlxTi1-xN中的Al的原子比x为0.8以上0.95以下，
所述AlyTi1-yN中的Al的原子比y为0.7以上且小于0.8，
所述TizAl1-zN中的Ti的原子比z为0.4以上且小于0.55，
所述第一单元层的厚度的平均值为2.5nm以上5nm以下，
所述第二单元层的厚度的平均值为2.5nm以上5nm以下，
所述多层结构层的厚度的平均值为10nm以上45nm以下，
所述单独层的厚度的平均值为2.5nm以上10nm以下，
在由1层所述多层结构层和1层所述单独层构成的重复单元中，所述重复单元的厚度的平均值为20nm以上50nm以下，所述重复单元的厚度的最大值为40nm以上60nm以下，所述重复单元的厚度的最小值为10nm以上30nm以下。
上述切削工具通过具备如上所述的构成而具有优异的耐热裂性和优异的耐氧化性。这里，“耐热裂性”是指在使切削刃部变成高温的切削加工中对切削刃部产生裂缝的耐受性。“耐氧化性”是指在使切削刃部变成高温的切削加工中对因切削刃部的氧化而产生的缺损的耐受性。
[2]所述单独层的厚度的平均值优选为2.5nm以上5nm以下。通过这样进行规定，可以提供一种耐热裂性更优异的切削工具。
[3]优选的是，所述重复单元的厚度的平均值为25nm以上50nm以下，所述重复单元的厚度的最大值为45nm以上60nm以下，所述重复单元的厚度的最小值为14nm以上29nm以下。通过这样进行规定，可以提供一种耐热裂性更优异的切削工具。
[4]所述被覆层的厚度的平均值优选为0.1μm以上10μm以下。通过这样进行规定，可以提供一种除了耐热裂性、耐氧化性以外，耐磨损性也优异的切削工具。
[5]优选进一步包括设置在所述基材与所述被覆层之间的基底层，
所述基底层由这样的化合物构成，该化合物由选自周期表的第4族元素、第5族元素、第6族元素以及铝构成的组中的至少1种元素与选自由碳、氮、氧以及硼构成的组中的至少1种元素构成，
所述基底层与所述第一单元层、所述第二单元层以及所述单独层的组成不同。通过这样进行规定，可以提供一种除了耐热裂性、耐氧化性以外，上述被覆层的耐剥离性也优异的切削工具。
[6]优选进一步包括设置在所述被覆层上的表面层，
所述表面层由这样的化合物构成，该化合物由选自周期表的第4族元素、第5族元素、第6族元素以及铝构成的组中的至少1种元素与选自由碳、氮、氧以及硼构成的组中的至少1种元素构成，
所述表面层与所述第一单元层、所述第二单元层以及所述单独层的组成不同。通过这样进行规定，可以提供一种除了耐热裂性、耐氧化性以外，耐磨损性更优异的切削工具。
[本公开的实施方式的详细说明]
以下，对本公开的一个实施方式(以下记为“本实施方式”)进行说明。但是，本实施方式不限于此。在本说明书中，“A～Z”形式的表述是指范围的上限下限(即A以上Z以下)，在对A没有记载单位、而仅对Z记载单位的情况下，A的单位与Z的单位相同。此外，在本说明书中，例如如“TiN”等，在通过不限定构成元素的组成比的化学式来表示化合物的情况下，该化学式包括一直以来公知的所有的组成比(元素比)。此时，上述化学式不仅包括化学计量组成，也包括非化学计量组成。例如，“TiN”的化学式不仅包括化学计量组成“Ti1N1”，也包括例如“Ti1N0.8”这样的非化学计量组成。这种情况对于“TiN”以外的化合物的记载也同样。
《切削工具》
本公开涉及的切削工具包括：
基材、以及设置在上述基材上的被覆层，
上述被覆层包括由第一单元层和第二单元层构成的多层结构层、以及单独层，
上述第一单元层与上述第二单元层各自交替层叠，
上述多层结构层与上述单独层各自交替层叠2层以上，
上述第一单元层含有立方晶型的AlxTi1-xN的晶粒，
上述第二单元层含有立方晶型的AlyTi1-yN的晶粒，
上述单独层含有立方晶型的TizAl1-zN的晶粒，
上述AlxTi1-xN中的Al的原子比x为0.8以上0.95以下，
上述AlyTi1-yN中的Al的原子比y为0.7以上且小于0.8，
上述TizAl1-zN中的Ti的原子比z为0.4以上且小于0.55，
上述第一单元层的厚度的平均值为2.5nm以上5nm以下，
上述第二单元层的厚度的平均值为2.5nm以上5nm以下，
上述多层结构层的厚度的平均值为10nm以上45nm以下，
上述单独层的厚度的平均值为2.5nm以上10nm以下，
在由1层上述多层结构层和1层上述单独层构成的重复单元中，上述重复单元的厚度的平均值为20nm以上50nm以下，上述重复单元的厚度的最大值为40nm以上60nm以下，上述重复单元的厚度的最小值为10nm以上30nm以下。
本实施方式的切削工具100具备基材10、以及设置在上述基材10上的被覆层20(以下有时简称为“切削工具”)(图2)。除了上述被覆层20以外，上述切削工具100也可以进一步包括设置在上述基材10与上述被覆层20之间的基底层13(图3)。上述切削工具100也可以进一步包括设置在上述被覆层20上的表面层14(图3)。对于基底层13和表面层14等其他层将后面描述。
需要说明的是，有时将设置在上述基材10上的上述各层统称为“覆膜”。即，上述切削工具100具备设置在上述基材10上的覆膜30，上述覆膜30包括上述被覆层20。另外，上述覆膜30也可以进一步包括上述基底层13或上述表面层14。
上述切削工具例如可以为钻头、端铣刀(例如，球头端铣刀)、钻头用可转位切削刀片、端铣刀用可转位切削刀片、铣削加工用可转位切削刀片、车削加工用可转位切削刀片、金属锯、齿轮切削工具、铰刀、丝锥等。
图1是示例出切削工具的一个方式的透视图。具有这样形状的切削工具例如可以用作可转位切削刀片。上述切削工具100具有：前刀面1、后刀面2、以及前刀面1与后刀面2交叉的切削刃棱线部3。即，前刀面1和后刀面2是夹着切削刃棱线部3而连接起来的面。切削刃棱线部3构成切削工具100的切削刃前端部。这样的切削工具100的形状也可以理解为上述切削工具的基材的形状。即，上述基材具有：前刀面、后刀面、以及连接前刀面与后刀面的切削刃棱线部。
<基材>
本实施方式的基材只要是以往公知的基材，则可以使用任意基材作为该种基材。例如，上述基材优选包含选自由硬质合金(例如，碳化钨(WC)基硬质合金、除WC以外还含有Co的硬质合金、除WC以外添加了Cr、Ti、Ta、Nb等的碳氮化物的硬质合金等)、金属陶瓷(以TiC、TiN、TiCN等为主要成分的材料)、高速钢、陶瓷(碳化钛、碳化硅、氮化硅、氮化铝、氧化铝等)、立方氮化硼烧结体(cBN烧结体)以及金刚石烧结体构成的组中的至少1种。
在这些各种基材当中，优选选择硬质合金(特别是WC基硬质合金)或金属陶瓷(特别是TiCN基金属陶瓷)。其理由是因为：这些基材在高温下的硬度与强度的平衡性特别优异，从而作为上述用途的切削工具的基材具有优异的特性。
在使用硬质合金作为基材的情况下，即使这种硬质合金在织构中包含游离碳或被称为η相的异常相，也能够表现出本实施方式的效果。需要说明的是，即使对本实施方式中所使用的基材的表面进行改性也不会产生影响。例如，在硬质合金的情况下，可以在其表面形成脱β层；或者在金属陶瓷的情况下，可以形成表面硬化层，即使对表面进行这样的改性，也能够表现出本实施方式的效果。
<覆膜>
本实施方式涉及的覆膜包括设置在上述基材上的被覆层。“覆膜”通过被覆上述基材的至少一部分(例如，切削加工时与切屑接触的前刀面、与被切削材料接触的后刀面等)，从而具有提高切削工具的耐缺损性、耐磨损性、耐冲击性、耐氧化性等诸多特性的作用。上述覆膜不限于被覆上述基材的一部分，优选被覆上述基材的整个表面。然而，即使上述基材的一部分未被上述覆膜被覆、或者覆膜的构成部分地不同，也不脱离本实施方式的范围。
上述覆膜的厚度优选为0.1μm以上30μm以下、更优选为2μm以上20μm以下。在本实施方式的一个方面中，上述覆膜的厚度也可以为0.1μm以上10μm以下、也可以为2μm以上10μm以下。这里，覆膜的厚度是指构成覆膜的层的各自的厚度的总和。作为“构成覆膜的层”，例如可以列举出后述的被覆层(多层结构层、单独层)、基底层以及表面层等。上述覆膜的厚度例如可以通过以下方法求出：使用扫描透射电子显微镜(STEM)对与基材的表面的法线方向平行的剖面样品中的任意选择的10点进行测定，并求出所测得的10点的厚度的平均值。此时，不采用一看就被认为是异常值的数值。在本实施方式的一个方面中，“覆膜的厚度”也可以理解为覆膜的厚度的平均值。测定后述的被覆层(多层结构层、单独层)、基底层以及表面层等各自的厚度的情况也相同。作为扫描透射电子显微镜，例如可以列举出“日本电子株式会社”制造的JEM-2100F(商品名)。
(被覆层)
本实施方式中的被覆层设置在上述基材上。这里，“设置在基材上”不限于直接设置在基材上的方式，也包括经由其他层而设置在基材上的方式。即，只要能够发挥本公开的效果，上述被覆层可以直接设置在上述基材上，也可以经由后述的基底层等其他层设置在上述基材上。上述被覆层也可以在其上设置表面层等其他层。另外，上述被覆层可以为上述覆膜的最表面。
上述被覆层包括由第一单元层和第二单元层构成的多层结构层、以及单独层。上述多层结构层与上述单独层各自交替层叠2层以上。在本实施方式的一个方面中，上述被覆层的最下层可以为上述多层结构层，也可以为上述单独层。在本实施方式的其他方面中，上述被覆层的最上层可以为上述多层结构层，也可以为上述单独层。这里，“最下层”是指在构成上述被覆层的层当中最靠近上述基材的层。“最上层”是指在构成上述被覆层的层当中最远离上述基材的层。
上述被覆层的厚度的平均值优选为0.1μm以上10μm以下、更优选为2μm以上10μm以下。通过与上述相同的方法，使用STEM观察基材与覆膜的垂直剖面来确认上述被覆层的厚度的平均值。以下，对构成被覆层的多层结构层和单独层进行说明。
(多层结构层)
上述多层结构层由第一单元层和第二单元层构成。上述第一单元层与上述第二单元层各自交替层叠。在本实施方式的一个方面中，上述多层结构层的最下层可以为上述第一单元层，也可以为上述第二单元层。在本实施方式的其他方面中，上述多层结构层的最上层可以为上述第一单元层，也可以为上述第二单元层。这里，“最下层”是指在构成上述多层结构层的层当中最靠近上述基材的层。“最上层”是指在构成上述多层结构层的层当中最远离上述基材的层。
上述多层结构层的厚度的平均值为10nm以上45nm以下、优选为15nm以上45nm以下。上述多层结构层的厚度的平均值通过以下方法求出。首先，通过与上述相同的方法，使用STEM观察基材与覆膜的垂直剖面来求出各个多层结构层的厚度。接着，求出由各个多层结构层所求得的厚度的平均值(即，多个多层结构层的平均值)，并将该平均值作为该多层结构层的厚度的平均值。
(第一单元层)
上述第一单元层含有立方晶型的AlxTi1-xN的晶粒。即，上述第一单元层是含有组成为AlxTi1-xN的多晶的层。这里，化学式“AlxTi1-xN”中的“AlxTi1-x”与“N”的组成比(元素比)不仅包括化学计量组成(例如(AlxTi1-x)1N1)，也包括非化学计量组成(例如(AlxTi1-x)1N0.8)。这种情况对于后述的“AlyTi1-yN”和“TizAl1-zN”也同样。上述AlxTi1-xN中的Al(铝)的原子比x为0.8以上0.95以下、优选为0.8以上0.9以下。上述原子比x可以通过使用透射电子显微镜(TEM)所附带的能量色散型X射线分析(EDX：Energy Dispersive X-ray spectroscopy)装置对上述剖面样品中出现的第一单元层中的晶粒进行分析来求出。此时所求得的Al的原子比x是作为AlxTi1-xN的所有晶粒的平均而求出的值。具体而言，对在上述剖面样品的第一单元层中的任意选择的10点分别进行测定，来求出Al的原子比的值，并将所求出的10点的值的平均值作为上述AlxTi1-xN中的Al的原子比。此时，不采用一看就被认为是异常值的数值。这里，“任意选择的10点”是从上述第一单元层的彼此不同的晶粒中选择的。
在上述多层结构层包括2层以上的第一单元层的情况下，首先通过上述方法求出各个第一单元层中的Al的原子比，并且将由各个第一单元层所求出的该Al的原子比的平均值作为该第一单元层中的Al的原子比。在上述多层结构层所包括的第一单元层超过10层的情况下，在任意选择的10层第一单元层中，通过上述方法求出该10层的第一单元层的各自的Al的原子比，并且将由该各个第一单元层所求出的该Al的原子比的平均值作为该第一单元层中的Al的原子比。
在本实施方式中，上述被覆层包括2层以上的多层结构层。因此，首先通过上述方法求出各个多层结构层中的第一单元层的Al的原子比，并且将由各个多层结构层所求出的该Al的原子比的平均值作为该第一单元层中的Al的原子比x。在上述被覆层所包括的多层结构层超过10层的情况下，在任意选择的10层多层结构层中，通过上述方法求出该10层多层结构层的各自的第一单元层的Al的原子比，并且将由该各个多层结构层所求出的该Al的原子比的平均值作为该第一单元层中的Al的原子比x。
作为上述EDX装置，例如可以列举出“日本电子株式会社”制造的JED-2300(商品名)。需要说明的是，不仅是Al，Ti、N的原子比也可以通过上述方法来计算。后述的第二单元层和单独层中的Al、Ti(钛)、N(氮)各自的原子比也可以通过上述方法来计算。
第一单元层含有立方晶型的AlxTi1-xN的晶粒。只要能够发挥本公开的效果，上述第一单元层也可以进一步含有六方晶型的AlxTi1-xN的晶粒。立方晶型的AlxTi1-xN的晶粒和六方晶型的AlxTi1-xN的晶粒例如可以通过由以下所述的X射线衍射所得的衍射峰的图案来识别。
当以立方晶型的AlxTi1-xN(c)的晶粒和六方晶型的AlxTi1-xN(h)的晶粒的总量为基准时，上述六方晶型的AlxTi1-xN的晶粒的含有比例(h/(c+h))可以为0体积％以上15体积％以下、也可以为0体积％以上10体积％以下。该含有比例例如可以通过对由X射线衍射所得的衍射峰的图案进行分析来求出。具体的方法如下所述。
使用X射线衍射装置(Rigaku公司制造的“MiniFlex600”(商品名)获得上述剖面样品中的第一单元层的X射线光谱。此时X射线衍射装置的条件(例如)如下所述。
特征X射线：Cu-Kα(波长)
管电压：45kV
管电流：40mA
滤波器：多层镜
光学系统：聚焦法
X射线衍射法：θ-2θ法。
在所得的X射线光谱中，测定立方晶型的AlxTi1-xN的峰强度(Ic)和六方晶型的AlxTi1-xN的峰强度(Ih)。这里，“峰强度”是指X射线光谱中的峰的高度(cps)。立方晶型的AlxTi1-xN的峰可以在衍射角2θ＝38°附近和44°附近确认。六方晶型的AlxTi1-xN的峰可以在衍射角2θ＝33°附近确认。峰强度是除去背景后的值。
当以上述立方晶型的AlxTi1-xN和上述六方晶型的AlxTi1-xN的总量为基准时，上述六方晶型的AlxTi1-xN的含有比例(体积％)可以根据下式算出。这里，立方晶型的AlxTi1-xN的峰强度(Ic)是以2θ＝38°附近的峰强度与2θ＝44°附近的峰强度之和求出的。
上述六方晶型的AlxTi1-xN的含有比例(体积％)＝100×{Ih/(Ih+Ic)}
以上，对第一单元层中的晶粒的晶型的分析方法进行了说明，但是后述的第二单元层和单独层各自中的晶粒的晶型的分析也可以通过相同的方法来进行。
第一单元层的厚度的平均值为2.5nm以上5nm以下、优选为3nm以上5nm以下。上述第一单元层的厚度的平均值可以通过以下方法求出：使用STEM对与基材的表面的法线方向平行的剖面样品中的同一层内的任意选择的10点进行测定，并且求出所测得的10点的厚度的平均值。此时，不采用一看就被认为是异常值的数值。在上述多层结构层包括2层以上的第一单元层的情况下，首先通过上述方法求出各个第一单元层的厚度的平均值，并且将所求出的值的平均值(即，多个第一单元层的平均值)作为该多层结构层中的第一单元层的厚度的平均值。在上述多层结构层所包括的第一单元层超过10层的情况下，在任意选择的10层第一单元层中，通过上述方法求出该10层第一单元层的各自的厚度的平均值，并且将由该各个第一单元层所求出的值的平均值作为该多层结构层中的第一单元层的厚度的平均值。
在本实施方式中，上述被覆层包括2层以上的多层结构层。因此，首先通过上述方法求出各个多层结构层中的第一单元层的厚度的平均值，并且将由各个多层结构层所求出的该平均值的平均值作为该第一单元层的厚度的平均值。在上述被覆层所包括的多层结构层超过10层的情况下，在任意选择的10层多层结构层中，通过上述方法求出该10层多层结构层的各自的第一单元层的厚度的平均值，并且将由该各个多层结构层所求出的该平均值的平均值作为该第一单元层的厚度的平均值。后述的第二单元层和单独层各自的厚度的测定情况也相同。
(第二单元层)
上述第二单元层含有立方晶型的AlyTi1-yN的晶粒。即，上述第二单元层是含有组成为AlyTi1-yN的多晶的层。上述AlyTi1-yN中的Al的原子比y为0.7以上且小于0.8、优选为0.75以上且小于0.8。上述原子比y可以通过与上述相同的方法，使用TEM所附带的EDX装置对剖面样品中出现的第二单元层中的晶粒进行分析来求出。
第二单元层含有立方晶型的AlyTi1-yN的晶粒。只要能够发挥本公开的效果，上述第二单元层也可以进一步含有六方晶型的AlyTi1-yN的晶粒。立方晶型的AlyTi1-yN的晶粒和六方晶型的AlyTi1-yN的晶粒可以通过与上述相同的方法由X射线衍射所得的衍射峰的图案来识别。
当以立方晶型的AlyTi1-yN(c)的晶粒和六方晶型的AlyTi1-yN(h)的晶粒的总量为基准时，上述六方晶型的AlyTi1-yN的晶粒的含有比例(h/(c+h))可以为0体积％以上15体积％以下、也可以为0体积％以上10体积％以下。该含有比例可以通过与上述相同的方法对由X射线衍射所得的衍射峰的图案进行分析来求出。
第二单元层的厚度的平均值为2.5nm以上5nm以下、优选为3nm以上5nm以下。上述第二单元层的厚度的平均值可以通过与上述相同的方法使用STEM来求出。
(单独层)
上述单独层含有立方晶型的TizAl1-zN的晶粒。即，上述单独层是含有组成为TizAl1-zN的多晶的层。上述TizAl1-zN中的Ti的原子比z为0.4以上且小于0.55、优选为0.4以上0.5以下。通过将上述原子比z设在上述范围内，上述单独层具有比多层结构层的钛的原子比高的构成。上述原子比z可以通过与上述相同的方法，使用TEM所附带的EDX装置对剖面样品中出现的单独层中的晶粒进行分析来求出。
单独层含有立方晶型的TizAl1-zN的晶粒。只要能够发挥本公开的效果，上述单独层也可以进一步含有六方晶型的TizAl1-zN的晶粒。立方晶型的TizAl1-zN的晶粒和六方晶型的TizAl1-zN的晶粒可以通过与上述相同的方法由X射线衍射所得的衍射峰的图案来识别。
当以立方晶型的TizAl1-zN(c)的晶粒和六方晶型的TizAl1-zN(h)的晶粒的总量为基准时，上述六方晶型的TizAl1-zN的晶粒的含有比例(h/(c+h))可以为0体积％以上15体积％以下、也可以为0体积％以上10体积％以下。该含有比例可以通过与上述相同的方法对由X射线衍射所得的衍射峰的图案进行分析来求出。
单独层的厚度的平均值为2.5nm以上10nm以下、优选为2.5nm以上5nm以下。上述单独层的厚度的平均值可以通过与上述相同的方法使用STEM来求出。
(多层结构层与单独层的重复单元)
在由1层上述多层结构层与1层上述单独层构成的重复单元中，上述重复单元的厚度的平均值为20nm以上50nm以下，上述重复单元的厚度的最大值为40nm以上60nm以下，上述重复单元的厚度的最小值为10nm以上30nm以下。通过使上述重复单元具备上述构成，上述被覆层倾向于容易在各个单独层之间导入应变和应力。结果，本发明人认为上述被覆层的耐热裂性提高。本实施方式涉及的被覆层是通过使多层结构层与单独层交替层叠而形成的，将相邻的1层多层结构层与1层单独层组合称为“由1层多层结构层与1层单独层构成的重复单元”、或者简称为“重复单元”。此时，重复单元中的层叠顺序是从基材侧起依次为单独层、多层结构层的顺序。“重复单元的厚度”是指构成重复单元的多层结构层的厚度与单独层的厚度的合计。需要说明的是，在上述被覆层的最下层为多层结构层的情况下，在求取后述的重复单元的厚度的平均值、最大值以及最小值时，不考虑该最下层的多层结构层。
以往尝试了通过将构成覆膜的层设为多层结构，从而提高切削工具的切削性能。但是，根据作为切削加工的对象的被切削材料的材质不同，所要求的最佳切削性能不同，因此要求进一步改善切削工具。在这样的情况下，本发明人进行了深入研究，结果初次发现：通过改变单独层的厚度以及上述重复单元的厚度，可以调节切削工具的各种特性(例如，耐冲击性、耐氧化性、耐磨损性以及耐热裂性等)。
对于本实施方式涉及的切削工具而言，通过使上述重复单元具备如上所述的构成，可以具备优异的耐热裂性和优异的耐氧化性。上述切削工具特别适合作为对铬钼钢(例如SCM440)进行高速加工而使用的切削工具。
上述重复单元的厚度的平均值为20nm以上50nm以下、优选为25nm以上50nm以下。该重复单元的厚度的平均值可以由上述多层结构层的厚度的平均值与上述单独层的厚度的平均值之和来求出。这里，在被覆层所包括的重复单元的数量超过10层的情况下，在上述被覆层中选择连续10层的上述重复单元，并且将所选择的10层重复单元中的平均值作为上述重复单元的厚度的平均值。此时，以使所选择的10层中的第4层与第5层之间的界面最接近上述被覆层的中央的方式进行选择。
上述重复单元的厚度的最大值为40nm以上60nm以下、优选为45nm以上60nm以下。该厚度的最大值可以通过以下方法来求出。首先，通过与上述相同的方法，使用STEM分别求出上述剖面样品中的各个重复单元的厚度。接着比较所求出的各个重复单元的厚度，并将其最大值设为上述重复单元的厚度的最大值。这里，在被覆层所包括的重复单元的数量超过10层的情况下，在上述被覆层中选择连续10层的上述重复单元，并且将所选择的10层重复单元中的最大值作为上述重复单元的厚度的最大值。此时，以使所选择的10层中的第4层与第5层之间的界面最接近上述被覆层的中央的方式进行选择。另外，在重复单元的厚度的比较中，不采用一看就被认为是异常值的数值。
上述重复单元的厚度的最小值为10nm以上30nm以下、优选为14nm以上29nm以下。该厚度的最小值可以通过以下方法来求出。首先，通过与上述相同的方法，使用STEM分别求出上述剖面样品中的各个重复单元的厚度。接着比较所求出的各个重复单元的厚度，并将其最小值设为上述重复单元的厚度的最小值。这里，在被覆层所包括的重复单元的数量超过10层的情况下，在上述被覆层中选择连续10层的上述重复单元，并且将所选择的10层重复单元中的最小值作为上述重复单元的厚度的最小值。此时，以使所选择的10层中的第4层与第5层之间的界面最接近上述被覆层的中央的方式进行选择。另外，在重复单元的厚度的比较中，不采用一看就被认为是异常值的数值。
在本实施方式的一个方面中，优选的是，上述重复单元的厚度的平均值为25nm以上50nm以下，上述重复单元的厚度的最大值为45nm以上60nm以下，上述重复单元的厚度的最小值为14nm以上29nm以下。
(基底层)
上述覆膜优选进一步包括设置在上述基材与上述被覆层之间的基底层，上述基底层由这样的化合物构成，该化合物由选自周期表的第4族元素、第5族元素、第6族元素以及铝(Al)构成的组中的至少1种元素与选自由碳、氮、氧以及硼构成的组中的至少1种元素构成。另外，上述基底层与上述第一单元层、上述第二单元层以及上述单独层的组成不同。作为周期表的第4族元素，可以列举出钛(Ti)、锆(Zr)、铪(Hf)等。作为周期表的第5族元素，可以列举出钒(V)、铌(Nb)、钽(Ta)等。作为周期表的第6族元素，可以列举出铬(Cr)、钼(Mo)、钨(W)等。上述基底层优选由TiN或TiCN所表示的化合物构成。这样的基底层相对于上述被覆层和基材二者表现出强密合力。结果，覆膜的耐剥离性提高。
上述基底层的厚度的平均值优选为0.1μm以上20μm以下、更优选为1μm以上15μm以下。这样的厚度可以通过与上述相同的方法使用STEM观察基材与覆膜的垂直剖面来确认。
(表面层)
上述覆膜优选进一步包括设置在上述被覆层上的表面层，上述表面层由这样的化合物构成，该化合物由选自周期表的第4族元素、第5族元素、第6族元素以及铝(Al)构成的组中的至少1种元素与选自由碳、氮、氧以及硼构成的组中的至少1种元素构成。另外，上述表面层与上述第一单元层、上述第二单元层以及上述单独层的组成不同。作为上述表面层中所含有的化合物，例如可以列举出TiN、Al2O3以及AlN等。
上述表面层的厚度的平均值优选为0.1μm以上3μm以下、更优选为0.3μm以上2μm以下。这样的厚度可以通过与上述相同的方法使用STEM观察基材与覆膜的垂直剖面来确认。
(其他层)
只要本实施方式涉及的切削工具能够发挥上述效果，上述覆膜也可以进一步包括其他层。上述其他层与上述被覆层、上述基底层、或者上述表面层的组成可以不同，也可以相同。作为其他层中所含有的化合物，例如可以列举出TiN、TiCN、TiBN以及Al2O3等。需要说明的是，对上述其他层的层叠顺序没有特别地限定。例如，上述其他层可以设置在上述基底层与上述被覆层之间。只要能够发挥本实施方式的效果，对上述其他层的厚度没有特别地限定，例如可以列举为0.1μm以上20μm以下。
《切削工具的制造方法》
本实施方式涉及的切削工具的制造方法包括：
准备上述基材的工序(以下，有时简称为“第1工序”)；以及
使用化学气相蒸镀法在上述基材上形成上述被覆层的工序(以下，有时简称为“第2工序”)，其中
在上述基材上形成上述被覆层的工序包括：在650℃以上900℃以下且0.5kPa以上30kPa以下的气氛中，分别将包含铝的卤化物气体和钛的卤化物气体的第一气体；包含铝的卤化物气体、钛的卤化物气体以及氨气的第二气体；以及包含氨气的第三气体喷射至上述基材上。
<第1工序：准备基材的工序>
在第1工序中准备基材。例如，准备了硬质合金基材作为基材。硬质合金基材可以使用市售品，也可以通过一般的粉末冶金法来制造。在通过一般的粉末冶金法来制造的情况下，例如通过球磨机等将WC粉末和Co粉末等混合以得到混合粉末。在将该混合粉末干燥后，以预定的形状(例如SEET13T3AGSN-G等)进行成形以得到成形体。进一步，通过烧结该成形体，以得到WC-Co系硬质合金(烧结体)。接着，通过对该烧结体实施珩磨处理等预定的切削刃加工，从而可以制造由WC-Co系硬质合金构成的基材。在第1工序中，即使是除上述以外的基材，只要作为该种基材是以往公知的基材，都可以准备。
<第2工序：使用化学气相蒸镀法在基材上形成被覆层的工序>
在第2工序中，使用化学气相蒸镀法在上述基材上形成上述被覆层。即，在第2工序中，在650℃以上900℃以下且0.5kPa以上30kPa以下的气氛中，分别将包含铝的卤化物气体和钛的卤化物气体的第一气体；包含铝的卤化物气体、钛的卤化物气体以及氨气的第二气体；以及包含氨气的第三气体喷射至上述基材上。该工序例如可以使用以下说明的CVD装置来进行。
(CVD装置)
图4表示用于制造本实施方式的切削工具的CVD装置的一个例子的示意性剖面图。如图4所示，CVD装置50具备：用于设置基材10的多个基材设置夹具52、以及内包基材设置夹具52的耐热合金钢制的反应容器53。另外，在反应容器53的周围设有用于控制反应容器53内的温度的调温装置54。在本实施方式中，基材10优选设置在基材设置夹具52所具备的平板上。
在反应容器53中，气体导入管58在反应容器53的内部空间中沿垂直方向延伸，并且以该垂直方向为轴可旋转地进行设置，其中气体导入管58具有彼此相邻且接合的第1气体导入管55、第2气体导入管56以及第3气体导入管57。在气体导入管58中，以使第1气体导入管55中所导入的第一气体、第2气体导入管56中所导入的第二气体、以及第3气体导入管57中所导入的第三气体不会在气体导入管58的内部混合的方式来构成(图5)。另外，在第1气体导入管55、第2气体导入管56、以及第3气体导入管57的各个导入管中设有多个通孔，以用于将在第1气体导入管55、第2气体导入管56、以及第3气体导入管57的各个导入管的内部流动的气体喷射至设置于基材设置夹具52上的基材10上。在本实施方式中，相对于1个基材设置夹具52，用于喷射上述气体的该通孔的数量优选设定为2个。通过以这样的方式设定该通孔，能够以成为所期望的单独层的厚度以及所期望的重复单元的厚度的方式进行成膜。
进一步，在反应容器53中设有用于将反应容器53的内部的气体排出至外部的气体排气管59，并且反应容器53的内部的气体经由气体排气管59，从气体排气口60排出至反应容器53的外部。
更具体而言，将上述第一气体、第二气体以及第三气体分别导入至第1气体导入管55、第2气体导入管56以及第3气体导入管57中。此时，各气体导入管内的第一气体、第二气体以及第三气体各自的温度只要是不会液化的温度即可，没有特别地限定。接着，依次将第一气体、第二气体以及第三气体重复喷射至反应容器53内，其中该反应容器53内已设为650℃以上900℃以下(优选为700℃以上780℃以下)且0.5kPa以上30kPa以下(优选为2kPa以上5kPa以下)的气氛。由于在气体导入管58上打开有多个通孔，因此所导入的第一气体、第二气体以及第三气体可以分别从不同的通孔喷射至反应容器53内。此时，如图4中的旋转箭头所示，气体导入管58以上述轴为中心，以(例如)2～4rpm的旋转速度进行旋转。由此，可以依次将第一气体、第二气体以及第三气体重复喷射至基材10上。
(第一气体)
上述第一气体包含铝的卤化物气体和钛的卤化物气体。
作为铝的卤化物气体，例如可以列举出氯化铝气体(AlCl3气体、Al2Cl6气体)等。优选使用AlCl3气体。以第一气体的总体积为基准，铝的卤化物气体的浓度(体积％)优选为0.3体积％以上1.5体积％以下、更优选为0.8体积％以上0.87体积％以下。
作为钛的卤化物气体，例如可以列举出氯化钛(IV)气体(TiCl4气体)、氯化钛(III)气体(TiCl3气体)等。优选使用氯化钛(IV)气体。以第一气体的总体积为基准，钛的卤化物气体的浓度(体积％)优选为0.1体积％以上1体积％以下、更优选为0.1体积％以上0.2体积％以下。
以铝的卤化物气体和钛的卤化物气体的总摩尔数为基准，上述第一气体中的铝的卤化物气体的摩尔比优选为0.5以上0.9以下、更优选为0.8以上0.87以下。
上述第一气体可以包含氢气，也可以包含氩气等惰性气体。以第一气体的总体积为基准，惰性气体的浓度(体积％)优选为5体积％以上70体积％以下、更优选为15体积％以上60体积％以下、进一步优选为15体积％以上20体积％以下。氢气通常占据上述第一气体的残部。
向上述基材喷射时的上述第一气体的流量优选为20～50L/分钟、更优选为30～35L/分钟。
(第二气体)
上述第二气体包含铝的卤化物气体、钛的卤化物气体以及氨气。铝的卤化物气体和钛的卤化物气体可以使用上述(第一气体)一栏中所示例的气体。此时，用于上述第一气体的铝的卤化物气体和钛的卤化物气体各自与用于第二气体的铝的卤化物气体和钛的卤化物气体各自可以相同，也可以不同。
以第二气体的总体积为基准，铝的卤化物气体的浓度(体积％)优选为2体积％以上5体积％以下、更优选为2体积％以上3.25体积％以下、进一步优选为2.75体积％以上3.25体积％以下。
以第二气体的总体积为基准，钛的卤化物气体的浓度(体积％)优选为0.1体积％以上3体积％以下、更优选为1.75体积％以上3体积％以下、进一步优选为1.75体积％以上2.25体积％以下。
以铝的卤化物气体和钛的卤化物气体的总摩尔数为基准，第二气体中的铝的卤化物气体的摩尔比优选超过0.35且小于0.7、更优选为0.4以上0.65以下、进一步优选为0.55以上0.65以下。
以第二气体的总体积为基准，氨气的浓度(体积％)优选为5体积％以上15体积％以下、更优选为9体积％以上11体积％以下。
上述第二气体可以包含氢气，也可以包含氩气等惰性气体。以第二气体的总体积为基准，惰性气体的浓度(体积％)优选为5体积％以上50体积％以下、更优选为15体积％以上17体积％以下。氢气通常占据上述第二气体的残部。
向上述基材喷射时的上述第二气体的流量优选为20～40L/分钟。
(第三气体)
上述第三气体包含氨气。另外，上述第三气体可以包含氢气，也可以包含氩气等惰性气体。
以第三气体的总体积为基准，氨气的浓度(体积％)优选为2体积％以上30体积％以下、更优选为2体积％以上10体积％以下。氢气通常占据上述第三气体的残部。
向上述基材喷射时的上述第三气体的流量优选为10～20L/分钟。
<其他工序>
在本实施方式涉及的制造方法中，除了上述工序以外，只要能够发挥本实施方式的效果，也可以适当地进行追加工序。作为上述追加工序，例如可以列举出：在上述基材与上述被覆层之间形成基底层的工序；在上述被覆层上形成表面层的工序；以及对覆膜进行喷砂(blasting)处理的工序等。对形成基底层和表面层的方法没有特别地限定，例如可以列举出通过CVD法等而形成的方法。
在本实施方式涉及的表面被覆切削工具的制造方法中，通过CVD法形成被覆层。因此，与通过PVD法形成覆膜时相比，覆膜相对于基材的密合力(膜密合力)提高。
实施例
以下，列举实施例并对本发明进行详细的说明，但是本发明不限于这些实施例。
《切削工具的制作》
<基材的准备>
首先，对于作为形成覆膜的对象的基材，准备了由下表1所示的硬质合金构成的基材(以下，有时简称为“基材”)(第1工序)。具体而言，首先，将由表1所记载的混合组成(质量％)构成的原料粉末均匀地混合。表1中的“余量”表示WC占据混合组成(质量％)的残部。
[表1]
接着，在将该混合粉末加压成形为预定形状后，在1300～1500℃下烧结1～2小时，从而得到了上述基材(基材形状(JIS标准)：SEET13T3AGSN-G)。需要说明的是，SEET13T3AGSN-G是铣削加工用可转位切削刀片的形状。
<覆膜的制作>
通过在上述基材的表面上形成表8所示的基底层、被覆层以及表面层，从而在上述基材的表面上制作了覆膜。在覆膜的制作中，主要使用CVD法。以下，对构成覆膜的各层的制作方法进行说明。
(被覆层的制作)
在表2所记载的成膜条件下，依次将分别具有表3～5所记载的组成的第一气体、第二气体以及第三气体重复喷射至上述基材的表面上，从而制作了被覆层(第2工序)。此时，上述基材设置在基材设置夹具所具备的平板上。另外，相对于1个基材设置夹具，用于喷射上述气体的通孔的数量设定为2个。需要说明的是，在上述基材的表面上设有基底层的情况下，在该基底层的表面上制作了被覆层。
例如，表6-1的识别记号[1]所示的被覆层，是在温度780℃、压力3kPa、气体导入管的旋转速度为4rpm的成膜条件下(表2的识别记号2-b)，依次将表3的识别记号3-e所示的第一气体(0.85体积％的AlCl3、0.15体积％的TiCl4、20体积％的Ar、残部为H2，气体流量为35L/分钟)，表4的识别记号4-e所示的第二气体(2.75体积％的AlCl3、2.25体积％的TiCl4、9体积％的NH3、15体积％的Ar、残部为H2，气体流量为40L/分钟)，以及表5的识别记号5-a所示的第三气体(3体积％的NH3、残部为H2，气体流量为20L/分钟)重复喷射至基材的表面上，从而制作了被覆层。需要说明的是，表6-2的识别记号[20]所示的被覆层是使用公知的PVD法而制作的。所制作的被覆层的组成等如表6-1和表6-2所示。
[表2]
[表3]
[表4]
[表5]
[表6-1]
*是指厚度的平均值。
[表6-2]
*是指厚度的平均值。
**通过公知的PVD法进行成膜。
(基底层的制作、表面层的制作)
在表7所记载的成膜条件下，通过将具有表7所记载的组成的反应气体喷射至基材的表面上，从而制作了基底层。在表7所记载的成膜条件下，通过将具有表7所记载的组成的反应气体喷射至被覆层的表面上，从而制作了表面层。
[表7]
通过以上工序，制作了本实施例涉及的切削工具。试样编号1-3以及2～20的切削工具是这样的切削工具，其包括基材、设置在上述基材上的被覆层、以及设置在上述基材与上述被覆层之间的基底层(表8)。试样编号1-1和1-2的切削工具是这样的切削工具，其包括基材、设置在上述基材上的被覆层、设置在上述基材与上述被覆层之间的基底层、以及设置在上述被覆层上的表面层(表8)。
《切削工具的特性评价》
使用如上所述制作的试样的切削工具，对切削工具的各特性进行了如下评价。这里，试样编号1-1～1-3以及试样编号2～9的切削工具相当于实施例。试样编号10～20的切削工具相当于比较例。
<覆膜等的厚度的测定>
覆膜和构成该覆膜的基底层、被覆层以及表面层的厚度可以通过以下方法来求出：使用扫描透射电子显微镜(STEM)(“日本电子株式会社”制造、商品名：JEM-2100F)，对于各层测定与基材的表面的法线方向平行的剖面样品中的任意选择的10点，并求出所测定的10点的厚度的平均值。结果如表8所示。在“表面层”一栏中的“-”的标记表示在覆膜中不存在该表面层。另外，在“被覆层”一栏中的“[1](3.6)”等的标记表示被覆层具有表6-1的识别记号[1]所示的构成、且厚度为3.6μm。在表8中，“TiCN(0.5)”等的标记表示对应的层是厚度为0.5μm的TiCN层。另外，在一栏内记载了2个化合物的情况(例如“Al2O3(0.2)-TiN(0.1)”等的情况)是指左侧的化合物(Al2O3(0.2))是位于靠近基材的表面一侧的层，右侧的化合物(TiN(0.1))是位于远离基材的表面一侧的层。进一步，“[Al2O3(0.2)-TiN(0.1)]×3”等的标记是指“Al2O3(0.2)-TiN(0.1)”所示的层重复层叠3次。
[表8]
<多层结构层和单独层的组成分析>
多层结构层(第一单元层、第二单元层)和单独层的组成是通过上述方法，使用TEM所附带的EDX装置(“日本电子株式会社”制造、商品名：JED-2300)对上述剖面样品中出现的各层中的晶粒进行分析来求出的。结果如表6-1和表6-2所示。
<多层结构层和单独层的晶型分析>
多层结构层(第一单元层、第二单元层)和单独层的晶型是通过上述方法，对由X射线衍射所得的衍射峰的图案进行分析来求出的。X射线衍射装置使用Rigaku公司制造的“MiniFlex600”(商品名)。X射线衍射装置的条件如下所述。以各层中所求出的立方晶型的晶粒(c)和六方晶型的晶粒(h)的总量为基准时的上述六方晶型的晶粒的含有比例(h/(c+h))如表6-1和表6-2所示。
特征X射线：Cu-Kα(波长)
管电压：45kV
管电流：40mA
滤波器：多层镜
光学系统：聚焦法
X射线衍射法：θ-2θ法。
<多层结构层和单独层的厚度>
多层结构层(第一单元层、第二单元层)和单独层的厚度通过以下步骤来求出。首先，使用扫描透射电子显微镜(STEM)(“日本电子株式会社”制造、商品名：JEM-2100F)，对于各层测定与基材的表面的法线方向平行的剖面样品中的任意选择的10点，并取得所测定的10点的厚度的平均值，从而求出各层的厚度。
这里，在多层结构层包括2层以上的第一单元层的情况下，首先通过上述方法求出各个第一单元层的厚度的平均值，并且将所求出的值的平均值作为多层结构层中的第一单元层的厚度的平均值。在上述多层结构层所包括的第一单元层超过10层的情况下，在任意选择的10处第一单元层中，通过上述方法求出该10处第一单元层各自的厚度的平均值，并且将所求出的值的平均值作为该多层结构层中的第一单元层的厚度的平均值。进一步，由于上述被覆层包括2层以上的多层结构层，因此将由各个多层结构层所求出的第一单元层的厚度的平均值进一步进行平均所得的值作为该第一单元层的厚度的平均值。在上述被覆层所包括的多层结构层超过10层的情况下，在任意选择的10层多层结构层中，通过上述方法求出该10层多层结构层各自的第一单元层的厚度的平均值，并且将由该各个多层结构层所求出的该平均值的平均值作为该第一单元层的厚度的平均值。对于上述第二单元层，也通过相同的方法求出厚度的平均值。
上述被覆层包括2层以上的上述单独层。因此，将由各个单独层所求出的厚度的平均值进一步进行平均所得的值作为该单独层的厚度的平均值。结果如表6-1和表6-2所示。
<重复单元的厚度的平均值、最大值以及最小值>
对于由1层多层结构层与1层单独层构成的重复单元(以下称为“重复单元”)而言，通过以下方法求出了其厚度的平均值、最大值以及最小值。此时，通过将重复单元中的层叠顺序设为从基材侧起依次为单独层、多层结构层的顺序来确定了各个重复单元。
上述重复单元的厚度的平均值是以上述多层结构层的厚度的平均值与上述单独层的厚度的平均值之和来求出。这里，在被覆层所包括的重复单元的数量超过10层的情况下，在上述被覆层中选择连续10层的上述重复单元，并且将所选择的10层重复单元的平均值作为上述重复单元的厚度的平均值。此时，以使所选择的10层中的第4层与第5层之间的界面最接近上述被覆层的中央的方式进行选择。另外，通过将被覆层的厚度的平均值除以上述重复单元的厚度的平均值，从而求出上述重复单元的数量。
在求出上述重复单元的厚度的最大值时，首先，通过与上述相同的方法，使用STEM分别求出上述剖面样品中的各个重复单元的厚度。接着比较所求出的各个重复单元的厚度，并将其最大值设为上述重复单元的厚度的最大值。这里，在被覆层所包括的重复单元的数量超过10层的情况下，在上述被覆层中选择连续10层的上述重复单元，并且将所选择的10层重复单元中的最大值作为上述重复单元的厚度的最大值。此时，以使所选择的10层中的第4层与第5层之间的界面最接近上述被覆层的中央的方式进行选择。另外，不采用一看就被认为是异常值的数值。通过相同的方法，也求出了上述重复单元的厚度的最小值。结果如表9所示。表9中用“-”所表示的地方表示不存在相应的参数。
[表9]
*通过公知的PVD法进行成膜。
《切削试验》
(切削评价：连续加工试验)
使用如上述那样制作的试样(试样编号1-1～1-3以及2～20)的切削工具，根据以下切削条件，测定后刀面的磨损量达到0.25mm时或切削刃部产生缺损时的切削距离(m)。另外，观察切削后的损伤形态(最终损伤形态)。其结果如表10所示。将切削距离越长的试样评价为耐热裂性和耐氧化性越优异的切削工具。另外，据认为：下述切削条件容易使切削刃部变成高温。因此，只要在切削后的损伤形态中未观察到缺损，则可以评价为耐热裂性和耐氧化性优异的切削工具。
连续加工的试验条件
被切削材料：SCM440(块材、W300×L50)
刀具直径：φ100
切削速度：300m/分钟
进给量：0.3mm/t
切入量：2mm
切入宽度：80mm
切削油：湿式
[表10]
试样编号 切削距离(m) 最终损伤形态
1-1 6 正常磨损
1-2 6.6 正常磨损
1-3 5.7 正常磨损
2 6.9 正常磨损
3 6 正常磨损
4 6.9 正常磨损
5 7.5 正常磨损
6 7.2 正常磨损
7 6 正常磨损
8 6.6 正常磨损
9 5.7 正常磨损
10 2.7 异常磨损
11 2.4 异常磨损
12 2.7 异常磨损
13 2.1 异常磨损
14 2.1 异常磨损
15 2.7 异常磨损
16 3 异常磨损
17 2.7 异常磨损
18 2.4 异常磨损
19 2.1 异常磨损
20 2.1 异常磨损
根据表10的结果可知，试样编号1-1～1-3以及试样编号2～9的切削工具(实施例的切削工具)在连续加工中获得了切削距离为5.7m以上的良好结果。试样编号1-1～1-3以及试样编号2～9的切削工具没有产生切削刃部的缺损，是正常地磨损(正常磨损)。另一方面，试样编号10～20的切削工具(比较例的切削工具)在连续加工中的切削距离为3m以下。试样编号10～20的切削工具的最终损伤形态为异常磨损。这里，“异常磨损”包括：磨损的进展异常大的情况、以崩裂或缺损为起点的磨损进展的情况。从以上的结果可知：实施例的切削工具的耐热裂性和耐氧化性优异。
如上所述，对本发明的实施方式和实施例进行了说明，但是最初预定的是可以适当地组合上述各实施方式和各实施例的构成。
应该认为本次公开的实施方式和实施例在所有方面都为示例性的，并不是限制性的。本发明的范围不是由上述实施方式和实施例表示，而是由权利要求书所表示，并且意图包括与权利要求书等同的意义和范围内的所有变化。
符号的说明
1前刀面、2后刀面、3切削刃棱线部、10基材、11多层结构层、11a第一单元层、11b第二单元层、12单独层、13基底层、14表面层、20被覆层、30覆膜、50 CVD装置、52基材设置夹具、53反应容器、54调温装置、55第1气体导入管、56第2气体导入管、57第3气体导入管、58气体导入管、59气体排气管、60气体排气口、100切削工具。

Claims (14)

1.一种切削工具，包括：基材、以及设置在所述基材上的被覆层，
所述被覆层包括由第一单元层和第二单元层构成的多层结构层、以及单独层，
所述第一单元层与所述第二单元层各自交替层叠，
所述多层结构层与所述单独层各自交替层叠2层以上，
所述第一单元层含有立方晶型的AlxTi1-xN的晶粒，
所述第二单元层含有立方晶型的AlyTi1-yN的晶粒，
所述单独层含有立方晶型的TizAl1-zN的晶粒，
所述AlxTi1-xN中的Al的原子比x为0.8以上0.95以下，
所述AlyTi1-yN中的Al的原子比y为0.7以上且小于0.8，
所述TizAl1-zN中的Ti的原子比z为0.4以上且小于0.55，
所述第一单元层的厚度的平均值为2.5nm以上5nm以下，
所述第二单元层的厚度的平均值为2.5nm以上5nm以下，
所述多层结构层的厚度的平均值为10nm以上45nm以下，
所述单独层的厚度的平均值为2.5nm以上10nm以下，
在由1层所述多层结构层和1层所述单独层构成的重复单元中，所述重复单元的厚度的平均值为20nm以上50nm以下，所述重复单元的厚度的最大值为40nm以上60nm以下，所述重复单元的厚度的最小值为10nm以上30nm以下。
2.根据权利要求1所述的切削工具，其中，
所述单独层的厚度的平均值为2.5nm以上5nm以下。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的切削工具，其中，
所述重复单元的厚度的平均值为25nm以上50nm以下，所述重复单元的厚度的最大值为45nm以上60nm以下，所述重复单元的厚度的最小值为14nm以上29nm以下。
4.根据权利要求1至权利要求3中任意一项所述的切削工具，其中，
所述被覆层的厚度的平均值为0.1μm以上10μm以下。
5.根据权利要求1至权利要求4中任意一项所述的切削工具，其中
所述第一单元层的厚度的平均值为3nm以上5nm以下。
6.根据权利要求1至权利要求5中任意一项所述的切削工具，其中
所述第二单元层的厚度的平均值为3nm以上5nm以下。
7.根据权利要求1至权利要求6中任意一项所述的切削工具，其中
所述多层结构层的厚度的平均值为15nm以上45nm以下。
8.根据权利要求1至权利要求7中任意一项所述的切削工具，其中
所述AlxTi1-xN中的Al的原子比x为0.8以上0.9以下。
9.根据权利要求1至权利要求8中任意一项所述的切削工具，其中
所述AlyTi1-yN中的Al的原子比y为0.75以上且小于0.8。
10.根据权利要求1至权利要求9中任意一项所述的切削工具，其中
所述TizAl1-zN中的Ti的原子比z为0.4以上0.5以下。
11.根据权利要求1至权利要求10中任意一项所述的切削工具，
进一步包括设置在所述基材与所述被覆层之间的基底层，
所述基底层由这样的化合物构成，该化合物由选自周期表的第4族元素、第5族元素、第6族元素以及铝构成的组中的至少1种元素与选自由碳、氮、氧以及硼构成的组中的至少1种元素构成，
所述基底层与所述第一单元层、所述第二单元层以及所述单独层的组成不同。
12.根据权利要求11所述的切削工具，其中
所述基底层的厚度的平均值为0.1μm以上20μm以下。
13.根据权利要求1至权利要求12中任意一项所述的切削工具，
进一步包括设置在所述被覆层上的表面层，
所述表面层由这样的化合物构成，该化合物由选自周期表的第4族元素、第5族元素、第6族元素以及铝构成的组中的至少1种元素与选自由碳、氮、氧以及硼构成的组中的至少1种元素构成，
所述表面层与所述第一单元层、所述第二单元层以及所述单独层的组成不同。
14.根据权利要求13所述的切削工具，其中
所述表面层的厚度的平均值为0.1μm以上3μm以下。
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