CN115106559B - 包覆切削工具 - Google Patents

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Abstract

提供一种包覆切削工具，其耐磨性及耐缺损性提升且工具寿命长。该包覆切削工具包括由含立方晶氮化硼的烧结体构成的基材、以及形成在该基材上的包覆层，包覆层依次包括最下层和交替层叠结构，最下层包含(Al1‑xCrx)N，最下层的平均厚度为0.01μm以上0.2μm以下，交替层叠结构为含有(Al1‑y1Cry1)N的第一化合物层和含有(Al1‑y2Cry2)N的第二化合物层这两种互不相同的化合物层交替重复2次以上，交替层叠结构整体的平均厚度为0.1μm以上1.2μm以下，包覆层整体的平均厚度为0.2μm以上1.3μm以下，包覆层的立方晶(111)面上的压缩残余应力为3.0GPa以下。

Description

包覆切削工具
技术领域
本发明涉及一种包覆切削工具。
背景技术
在烧结金属的切削加工中，较多使用由超硬合金、陶瓷或立方晶氮化硼(以下也记为“cBN”)烧结体构成的切削工具。特别是，在高速切削加工硬度超过60HRC的烧结金属的情况下，除了一部分陶瓷工具以外，多选择由cBN烧结体构成的切削工具。因为cBN烧结体与超硬合金相比，在1,000℃以上的高温下的化学稳定性和机械特性优异。在cBN烧结体的表面含有1层或2层以上TiCN层、TiAlN层或AlCrN层等包覆层的包覆cBN烧结体工具由于其优异的耐磨性，广泛用于烧结金属的高速连续切削加工的用途。
例如，在专利文献1中，提出以下方案：通过在使cBN粒子的粒度分布最优化的cBN烧结体的表面上从基材侧依次包覆2层AlCrN层和TiAlN层这两者，包覆层的基材密合力提高，结果是能够抑制加工中的异常剥离和由此引起的异常磨损。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2015-208807号公报
技术课题
在烧结金属的强断续加工中，除了以包覆层的剥离为原因的磨损以外，有时还产生切入边界部的刃尖的崩裂。通过提高包覆层和基材的密合力，能够抑制以包覆层的剥离为起点的崩裂，但为了抑制因在强断续加工中的工具刃尖和被切削材料的碰撞而产生的崩裂，不仅需要实现包覆层与基材的密合力的优化，还需要实现包覆层的结构的优化。在专利文献1所记载的技术中，公开了通过在AlCrN密合层上配置TiAlN层，同时改善包覆层与基材的密合力和耐磨性，但并未聚焦耐崩裂性。在烧结金属的强断续加工中，取得耐崩裂性和耐磨性的平衡是重要的，TiAlN层的耐磨耗性优异，另一方面，有时耐崩裂性不充分。另外，如专利文献1所示，例如在具有厚度超过1.4μm这样的包覆层的切削工具中，不能耐受加工强度，在加工的初期阶段经常产生刃尖较大地缺损的情况。
本发明是鉴于所述情况而完成，其目的在于提供一种包覆切削工具，其耐磨性及耐缺损性提升，且工具寿命长。
发明内容
本发明人对包覆切削工具的工具寿命的延长进行了重复研究，发现若使包覆切削工具为特定构成，则能够使其耐磨性及耐缺损性提升，结果，能够延长包覆切削工具的工具寿命，从而完成本发明。
即，本发明的主旨如下所述。
[1]一种包覆切削工具，包括由含立方晶氮化硼烧结体构成的基材以及形成在该基材上的包覆层，
所述包覆层从所述基材侧朝向所述包覆层的表面侧依次包含最下层和交替层叠结构，
所述最下层含有具有下述式(1)所示组成的化合物，
(Al1-xCrx)N…(1)
[式(1)中，x表示Cr元素相对于Al元素和Cr元素的合计的原子比，满足0.20≦x≦0.50]，
所述最下层的平均厚度为0.01μm以上0.2μm以下，
所述交替层叠结构是将含有具有下述式(2)所示组成的化合物的第一化合物层和含有具有下述式(3)所示组成的化合物的第二化合物层交替重复层叠2次以上而成的交替层叠结构，
(Al1-y1Cry1)N…(2)
[式(2)中，y1表示Cr元素相对于Al元素和Cr元素的合计的原子比，满足0.10≦y1≦0.60]，
(Al1-y2Cry2)N…(3)
[式(3)中，y2表示Cr元素相对于Al元素和Cr元素的合计的原子比，满足0.10≦y2≦0.60。]，
在所述交替层叠结构中，所述第一化合物层和所述第二化合物层是原子比y1和y2互不相同的两种化合物层，
所述交替层叠结构整体的平均厚度为0.1μm以上1.2μm以下，
所述包覆层整体的平均厚度为0.2μm以上1.3μm以下，
所述包覆层包含立方晶体，该立方晶(111)面上的压缩残余应力为3.0GPa以下。
[2]根据[1]所述的包覆切削工具，其中，所述第一化合物层的每层的平均厚度为1nm以上100nm以下，
所述第二化合物层的每层的平均厚度为1nm以上100nm以下。
[3]根据[1]或[2]所述的包覆切削工具，其中，所述包覆层包含立方晶体，该立方晶(220)面上的压缩残余应力为2.0GPa以下。
[4]根据[1]～[3]中任一项所述的包覆切削工具，其中，所述包覆切削工具具有前刀面、后刀面、以及在所述前刀面与所述后刀面之间的交叉棱线部，
所述包覆层包含立方晶体，与所述交叉棱线部平行的方向的所述包覆层的立方晶(111)面上的压缩残余应力σ11和与所述交叉棱线部垂直的方向的所述包覆层的立方晶(111)面上的压缩残余应力σ22之差的绝对值|σ11-σ22|小于0.5GPa。
[5]根据[4]所述的包覆切削工具，所述σ11为0.0GPa以上3.0GPa以下。
[6]根据[4]或[5]所述的包覆切削工具，所述σ22为0.0GPa以上3.0GPa以下。
[7]根据[1]～[6]中任一项所述的包覆切削工具，所述包覆层包含立方晶体，当将该立方晶(111)面和该立方晶(220)面的X射线衍射强度分别依次设为I(111)和I(220)时，I(111)/I(220)的值为2.5以上。
[8]根据[1]～[7]中任一项所述的包覆切削工具，所述包覆层在所述交替层叠结构的与所述基材相反的表面具有上部层，
所述上部层含有由选自Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Al、Si及Y中的至少一种元素、以及选自C、N、O及B中的至少一种元素构成的化合物，
所述上部层的平均厚度为0.02μm以上0.3μm以下，
所述上部层的平均厚度占包覆层整体的平均厚度的比例为25％以下。
[9]根据[1]～[8]中任一项所述的包覆切削工具，所述含立方晶氮化硼的烧结体相对于其整体100体积％，含有55体积％以上75体积％以下的立方晶氮化硼和25体积％以上45体积％以下的结合相，
所述立方晶氮化硼为粒子，该粒子的平均粒径为0.5μm以上2.0μm以下。
根据本发明，能够提供一种包覆切削工具，其耐磨性及耐缺损性得到提升，且工具寿命长。
附图说明
图1是示出本发明的包覆切削工具的一个示例的示意图。
图2是表示本发明的包覆切削工具的具体的一个示例的立体图。
主要元件符号说明
基材 1
最下层 2
第一化合物层 3
第二化合物层 4
上部层 5
交替层叠结构 6
包覆层 7
包覆层切削刀具 8
前刀面 9
后刀面 10
交叉棱线部 11
与交叉棱线部平行的方向 s11
与交叉棱线部垂直的方向 s22
具体实施方式
以下，对本发明的具体实施方式(以下简称为“本实施方式”)详细地进行说明，但本发明并不限于下述本实施方式。本发明在不脱离其主旨的范围内可进行各种变形。另外，在附图中，对于相同要素标注相同符号，并省略重复说明。并且，若无特别说明，上下左右等位置关系是基于附图所示的位置关系。此外，附图的尺寸比例并不限于图示的比例。
本实施方式的包覆切削工具包括由含立方晶氮化硼烧结体构成的基材以及形成在该基材上的包覆层，包覆层从所述基材侧朝向包覆层的表面侧依次包含最下层和交替层叠结构，最下层含有具有下述式(1)所示组成的化合物，
最下层的平均厚度为0.01μm以上0.2μm以下，交替层叠结构是将含有具有下述式(2)所示组成的化合物的第一化合物层和含有具有下述式(3)所示组成的化合物的第二化合物层交替重复层叠2次以上而成的交替层叠结构，在交替层叠结构中，第一化合物层和第二化合物层是原子比y1和y2互不相同的两种化合物层，交替层叠结构整体的平均厚度为0.1μm以上1.2μm以下，包覆层整体的平均厚度为0.2μm以上1.3μm以下，包覆层包含立方晶体，该立方晶(111)面上的压缩残余应力为3.0GPa以下。
(Al1-xCrx)N…(1)
[式(1)中，x表示Cr元素相对于Al元素和Cr元素的合计的原子比，满足0.20≦x≦0.50。]
(Al1-y1Cry1)N…(2)
[式(2)中，y1表示Cr元素相对于Al元素和Cr元素的合计的原子比，满足0.10≦y1≦0.60]
(Al1-y2Cry2)N…(3)
[式(3)中，y2表示Cr元素相对于Al元素和Cr元素的合计的原子比，满足0.10≦y2≦0.60。]
这种包覆切削工具的耐磨性及耐缺损性提升、工具寿命长的具体原因虽不明确，本发明人认为其原因如下。不过原因并不限于此。即，本实施方式的包覆切削工具由于基材由含立方晶氮化硼的烧结体构成，所以例如在淬火钢或耐热合金的加工中，耐磨性及耐缺损性优异。另外，包覆层整体的平均厚度为0.2μm以上1.3μm以下时，可以确保充分的耐缺损性。另外，包覆层从基材侧朝向包覆层的表面侧依次含有最下层和交替层叠结构，最下层的由上述式(1)表示的组成(Al1-xCrx)N中的x为0.2以上时，能够抑制机械特性的降低或脆化的发生，因此耐崩裂性提高，另外，有助于提高由含立方晶氮化硼的烧结体构成的基材与包覆层的密合力。另一方面，最下层的上述式(1)所示的组成Al1-xCrx)N中的x为0.5以下时，在最下层，(111)面比(220)面更强地取向，因此有助于提高由含立方晶氮化硼的烧结体构成的基材与包覆层的密合力。另外，最下层的平均厚度为0.01μm以上0.2μm以下时，可以在不损害包覆层的耐缺损性的情况下确保密合力。另外，包覆层具有将第一化合物层和第二化合物层交替重复层叠2次以上而成的AlCrN的交替层叠结构，因此，与AlCrN的单层结构相比，表现出优异的耐缺损性(耐崩裂性)。另外，交替层叠结构整体的平均厚度为0.1μm以上，则耐磨性提升，如果为1.2μm以下，则耐缺损性提高，能够耐受烧结金属的强断续加工强度。另外，若第一化合物层的上述式(2)所示的组成(Al1-y1Cry1)N中的y1为0.1以上，则交替层叠结构部分在高温下的化学稳定性提高，能够防止切削加工中的包覆层的脆化，因此有助于包覆层整体的耐缺损性提高。另一方面，若y1为0.6以下，则由于含有Al而导致的高温硬度、耐热性提高，因此包覆切削工具的耐磨性提高。另外，若第二化合物层的上述式(3)所示的组成(Al1-y2Cry2)N中的y2为0.1以上，则交替层叠结构部分在高温下的化学稳定性提高，能够防止切削加工中的包覆层的脆化，因此有助于包覆层整体的耐缺损性提高。另一方面，若y1为0.6以下，则由于含有Al而导致的高温硬度、耐热性提高，因此包覆切削工具的耐磨性提高。另外，若包覆层的立方晶(111)面上的压缩残余应力为3.0GPa以下，则包覆层的密合力提高，能够降低包覆层中的应力的应变成为触发而产生的异常损伤的发生风险。这些效果相辅相成，使得本实施方式的包覆切削工具的耐磨性及耐缺损性提升，工具寿命长。
本实施方式的包覆切削工具包括由含立方晶氮化硼的烧结体构成的基材以及在该基材的表面形成的包覆层。本实施方式的包覆切削工具由于基材由含立方晶氮化硼的烧结体构成，所以例如在淬火钢或耐热合金的加工中，耐磨性及耐缺损性优异。
在本实施方式的包覆切削工具中，相对于其整体100体积％，含立方晶氮化硼的烧结体优选含有55体积％以上75体积％以下的立方晶氮化硼和25体积％以上45体积％以下的结合相。本实施方式的包覆切削工具中，若含立方晶氮化硼的烧结体含有55体积％以上的立方晶氮化硼和45体积％以下的结合相，则存在耐缺损性提高的倾向。另一方面，在本实施方式的包覆切削工具中，如果含立方晶氮化硼的烧结体含有75体积％以下的立方晶氮化硼和25体积％以上的结合相，则存在耐磨性提高的倾向。从同样的观点出发，含立方晶氮化硼的烧结体，相对于其整体100体积％，更优选含有57体积％以上73体积％以下的立方晶氮化硼、27体积％以上43体积％以下的结合相，进一步优选含有60体积％以上70体积％以下的立方晶氮化硼、30体积％以上40体积％以下的结合相。
另外，在本实施方式中，立方晶氮化硼及结合相的含量(体积％)例如能够根据扫描型电子显微镜(SEM)拍摄的含立方晶氮化硼的烧结体的组织照片用市售的图像分析软件进行分析求出。更具体而言，例如，可以如下求出。首先，对含立方晶氮化硼烧结体的表面或任意截面进行镜面研磨，使用SEM观察立方晶氮化硼烧结体的研磨面的反射电子像。使用SEM用反射电子像观察放大到5,000～20,000倍的含立方晶氮化硼烧结体的研磨面。使用SEM附带的能量分散型X射线分析装置(EDS)，可以确定研磨面的反射电子像中的黑色区域为立方晶氮化硼，黑色以外的区域为结合相。然后，使用SEM拍摄组织照片。使用市售的图像分析软件，根据得到的组织照片分别求出立方晶氮化硼及结合相的占有面积，将该值作为立方晶氮化硼及结合相的含量(体积％)。
在本实施方式的包覆切削工具中，立方晶氮化硼是粒子，该粒子的平均粒径为0.5μm以上2.0μm以下。本实施方式的包覆切削工具的立方晶氮化硼的粒子的平均粒径为0.5μm以上时，热传导率提高，能够抑制反应磨损，其结果，能够抑制切削刃的强度的降低，因此存在耐缺损性进一步提高的倾向。另一方面，在本实施方式的包覆切削工具中，立方晶氮化硼的粒子的平均粒径为2.0μm以下时，结合相的厚度变得均匀，因此含立方晶氮化硼的烧结体的强度提高。从同样的观点出发，更优选地，立方晶氮化硼的粒子的平均粒径为0.6μm以上1.8μm以下，进一步优选为0.8μm以上1.5μm以下。
另外，在本实施方式中，立方晶氮化硼的粒子的平均粒径例如可以根据用SEM拍摄的含立方晶氮化硼的烧结体的组织照片，用市售的图像分析软件进行分析而求出。更具体而言，例如，可以如下求出。首先，对含立方晶氮化硼的烧结体的表面或任意的截面进行镜面研磨，使用SEM观察含立方晶氮化硼的烧结体的研磨面的反射电子像。用SEM拍摄放大到5,000～20,000倍的含立方晶氮化硼烧结体的组织照片。使用市售的图像分析软件，根据ASTM E 112-96对拍摄的含立方晶氮化硼的烧结体的组织照片进行分析，将得到的值作为存在于截面组织内的立方晶氮化硼的粒子的粒径。在3个视野中，拍摄含立方晶氮化硼的烧结体的组织照片，分别求出存在于截面组织内的立方晶氮化硼的粒子的粒径，将其平均值(算数平均)作为立方晶氮化硼的粒子的平均粒径。
在本实施方式的包覆切削工具中，结合相优选含有选自Ti(钛)、Zr(锆)、Hf(铪)、V(钒)、Nb(铌)、Ta(钽)、Cr(铬)、Mo(钼)、W(钨)、Al(铝)及Co(钴)中的至少一种金属元素。或者，结合相优选含有由选自Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Al及Co中的至少一种金属元素和选自C(碳)、N(氮)、O(氧)及B(硼)中的至少一种元素构成的化合物。具体而言，没有特别限定，例如可以举出Al2O3、TiN、TiC、TiCN、TiB2、AlN、AlB2、WC、ZrO2、ZrO、ZrN、ZrB2、WB、W2B、CoWB、WCo21B6、Co3W3C、Co4W2C，其中，Al2O3、AlN、TiN是优选的。本实施方式的包覆切削工具中，当结合相含有这样的化合物时，存在耐磨耗性和耐缺损性的平衡更优异的倾向。
另外，在本实施方式的包覆切削工具中，在结合相由两种以上的化合物构成的情况下，结合相中的各化合物的含有比例没有特别限定，例如，在结合相由Al化合物和Ti化合物构成的情况下，结合相中的Al化合物的含有比例优选为3.0～15.0体积％，更优选为4.0～14.0体积％，进一步优选为5.0～13.5体积％，另外，结合相中Ti化合物的含有比例优选为15.0～38.0体积％，更优选为16.0～37.0体积％，进一步优选为17.5～36.0体积％。
在本实施方式的包覆切削工具中，包覆层整体的平均厚度优选为0.2μm以上1.3μm以下。在本实施方式的包覆切削工具中，包覆层整体的平均厚度优选为0.2μm以上1.3μm以下时，可以确保充分的耐缺损性。从同样的观点出发，包覆层整体的平均厚度优选为0.25μm以上1.25μm以下，进一步优选为0.3μm以上1.2μm以下。
[最下层]
本实施方式的包覆切削工具中，包覆层从基材侧朝向包覆层的表面侧依次包括最下层和交替层叠结构。
所述最下层含有具有下述式(1)所示组成的化合物，
(Al1-xCrx)N…(1)
[式(1)中，x表示Cr元素相对于Al元素和Cr元素的合计的原子比，满足0.20≦x≦0.50。]
本实施方式的包覆切削工具中，若最下层的上述式(1)所示的组成(Al1-xCrx)N中的x为0.2以上，则能够抑制机械特性的降低或脆化的发生，因此耐崩裂性提高，另外，有助于提高由含立方晶氮化硼的烧结体构成的基材与包覆层的密合力。另一方面，实施方式的包覆切削工具中，若最下层的由上述式(1)表示的组成(Al1-xCrx)N中的x为0.5以下，则在最下层，(111)面比(220)面更强地取向，因此有助于提高由含立方晶氮化硼的烧结体构成的基材与包覆层的密合力。从同样的观点出发，最下层的上述式(1)所示的组成(Al1-xCrx)N中的x优选为0.22以上0.45以下，更优选为0.25以上0.4以下。
在本实施方式的包覆切削工具中，最下层的平均厚度在0.01μm以上0.2μm以下。在本实施方式的包覆切削工具中，最下层的平均厚度在0.01μm以上0.2μm以下时，可以在不损害包覆层的耐缺损性的情况下确保密合力。从同样的观点出发，最下层的平均厚度优选为0.03μm以上0.18μm以下，更优选为0.05μm以上0.15μm以下。
[第一化合物层]
在本实施方式的包覆切削工具中，包覆层具有含有具有下述式(2)所示的组成的化合物的第一化合物层。
(Al1-y1Cry1)N…(2)
[式(2)中，y1表示Cr元素相对于Al元素和Cr元素的合计的原子比，满足0.10≦y1≦0.60。]
若第一化合物层的所述式(2)所示的组成(Al1-y1Cry1)N中的y1为0.1以上，则交替层叠结构部分在高温下的化学稳定性提高，能够防止切削加工中的包覆层的脆化，因此有助于包覆层整体的耐缺损性提高，若y1为0.6以下，则由于含有Al而导致的高温硬度、耐热性提高，因此包覆切削工具的耐磨性提高。从同样的观点出发，第一化合物层的上述式(2)所示的组成(Al1-y1Cry1)N中的y1优选为0.2以上0.55以下，更优选为0.3以上0.5以下。
另外，在本实施方式中使用的包覆层中，最下层的上述式(1)所示的组成(Al1- xCrx)N中的x和第一化合物层的上述式(2)所示的组成(Al1-y1Cry1)N中的y1取互不相同的值，可以区别最下层和第一化合物层。
另外，在本实施方式中，将各化合物层的组成记为(Al0.80Cr0.20)N时，意味着Al元素相对于Al元素与Cr元素的合计的原子比为0.80，Cr元素相对于Al元素与Cr元素的合计的原子比为0.20。即，意味着Al元素的量相对于Al元素和Cr元素的合计为80原子％，Cr元素的量相对于Al元素和Cr元素的合计为20原子％。
此外，本实施方式包覆切削工具中，优选地，每层第一化合物层的平均厚度为1nm以上100nm以下。本实施方式的包覆切削工具中，当第一化合物层的每层的平均厚度为1nm以上100nm以下时，即使交替层叠结构整体的平均厚度为1.2μm以下，为了得到耐缺损性和耐磨性双方都提高的交替层叠效果，也可以设置充足的层叠数。从同样的观点来看，第一化合物层的每层的平均厚度为3nm以上70nm以下更为优选，进一步优选为5nm以上50nm以下。
[第二化合物层]
在本实施方式的包覆切削工具中，包覆层具有含有具有下述式(3)所示的组成的化合物的第一化合物层。
(Al1-y2Cry2)N…(3)
[式(3)中，y2表示Cr元素相对于Al元素和Cr元素的合计的原子比，满足0.10≦y1≦0.60。]
若第二化合物层的由上述式(3)表示的组成(Al1-y2Cry2)N中的y2为0.1以上，则交替层叠结构部分在高温下的化学稳定性提高，能够防止切削加工中的包覆层的脆化，因此有助于包覆层整体的耐缺损性提高，若y1为0.6以下，则由于含有Al而导致的高温硬度、耐热性提高，因此包覆切削工具的耐磨性提高。从同样的观点出发，第二化合物层的上述式(3)所示的组成(Al1-y2Cry2)N中的y2优选为0.2以上0.55以下，更优选为0.3以上0.5以下。
另外，在交替层叠结构中，第一化合物层和第二化合物层是原子比y1和y2互不相同的两种化合物层。
此外，本实施方式的包覆切削工具优选第二化合物层的每层的平均厚度为1nm以上100nm以下。本实施方式的包覆切削工具中，当第二化合物层的每层的平均厚度为1nm以上100nm以下时，即使交替层叠结构整体的平均厚度为1.2μm以下，为了得到耐缺损性和耐磨性双方都提高的交替层叠效果，也可以设置充足的层叠数。从同样的观点出发，第二化合物层的每层的平均厚度更优选为3nm以上70nm以下，进一步优选为5nm以上50nm以下。
[交替层叠结构]
本实施方式的包覆切削工具中，包覆层具有交替重复层叠2次以上第一化合物层和第二化合物层而成的交替层叠结构。在本实施方式的包覆切削工具中，包覆层具有将第一化合物层和第二化合物层交替重复层叠2次以上而成的AlCrN的交替层叠结构，因此，与AlCrN的单层结构相比，表现出优异的耐缺损性(耐崩裂性)。表达这种效果的机理并不明确，但本发明人推测如下。一般而言，包覆层越厚，则包覆层由于加工中的冲击而被越大地破坏，其规模甚至波及基材，从而产生刃尖的崩裂或缺损。因此，通过使成为该破坏起点的包覆层的厚度本身变薄，能够降低包覆层被破坏的风险。即，包覆层越薄，包覆工具的耐崩裂性越提高。但是，如果使包覆层变薄，则耐磨性降低。因此，在本实施方式中使用的包覆层中，为了确保能够得到足够的耐磨性的厚度，并且不损害耐崩裂性，采用AlCrN的交替层叠结构。通过由AlCrN构成，在整个交替层叠结构中容易得到柱状组织。柱状组织与粒状组织相比耐磨性优异，例如即使包覆层整体的平均厚度为1.3μm以下，也能够充分地得到包覆层的磨损抑制效果。另外，认为在本实施方式中，通过形成AlCrN的交替层叠结构，能够抑制层-层界面的晶格的不匹配引起的应变，降低包覆层的压缩残余应力，其结果，与AlCrN的单层结构相比，表现出优异的耐缺损性(耐碎裂性)。进而，在本实施方式中使用的包覆层中，通过将最下层和交替层叠结构统一为由相同组成体系构成的AlCrN，不仅基材-包覆层间的密合力牢固，层-层间的密合力也牢固，可以抑制加工中发生层间剥离。因此，认为本实施方式的包覆切削工具在包覆层中，通过将最下层和交替层叠结构统一为由相同组成体系构成的AlCrN，即使在烧结金属的强断续加工中暴露于高温这样的环境下，也能够发挥稳定的加工性能。
在本实施方式的包覆切削工具中，交替层叠结构中第一化合物层与第二化合物层的重复次数为2次以上，优选为2次以上100次以下，更优选为5次以上95次以下。另外，在本实施方式中，在第一化合物层与第二化合物层各形成有一层的情况下，“重复次数”为1次。
另外，在本实施方式的包覆切削工具中，交替层叠结构整体的平均厚度超过0.1μm以上1.2μm以下。在本实施方式的包覆切削工具中，交替层叠结构整体的平均厚度为0.1μm以上时，耐磨性提升，1.2μm以下时，耐缺损性提高，能够耐受烧结金属的强断续加工强度。从同样的观点出发，交替层叠结构整体的平均厚度优选为0.15μm以上1.15μm以下，更优选为0.19μm以上1.12μm以下。
图1是示出本实施方式的包覆切削工具的一个示例的剖视示意图。包覆切削工具8包括基材1、以及形成于该基材1的表面上的包覆层7。包覆层7包括最下层2、第一化合物层3和第二化合物层4交替重复形成2次以上交替层叠结构6和上部层5。
[压缩残余应力]
本实施方式的包覆切削工具中，包覆层包含立方晶体，该立方晶(111)面上的压缩残余应力为3.0GPa以下。另外，在本实施方式中，在测定了后述的立方晶(111)面上的压缩残余应力σ11及σ22的情况下，这里的立方晶(111)面上的压缩残余应力设为σ11及σ22中的任一较大的值。本实施方式的包覆切削工具中，若包覆层的立方晶(111)面上的压缩残余应力为3.0GPa以下，则包覆层的密合力提高，能够降低包覆层中的应力的应变成为触发而产生的异常损伤的发生风险。从同样的观点来看，包覆层的立方晶(111)面上的压缩残余应力优选为0.0GPa以上3.0GPa以下，更优选为0.1GPa以上3.0GPa以下。
另外，本实施方式的包覆切削工具中，包覆层包含立方晶体，该立方晶(220)面上的压缩残余应力优选为2.0GPa以下。本实施方式的包覆切削工具中，如果包覆层的立方晶(220)面上的压缩残余应力为2.0GPa以下，则与立方晶(111)面的情况同样，包膜的剥离风险降低，包覆层的密合力有提高的倾向。另外，由于包覆硬度不会变得极高，因此容易控制适于烧结金属的强断续加工的耐缺损性和耐磨性的平衡。从同样的观点出发，包覆层的立方晶(220)表面上的压缩残余应力更优选为0.0GPa以上2.0GPa以下，进一步优选为0.1GPa以上2.0GPa以下。
另外，本实施方式的包覆切削工具优选包覆层的立方晶(111)面上的压缩残余应力比包覆层的立方晶(220)面上的压缩残余应力高。在本实施方式的包覆切削工具中，如果包覆层的立方晶(111)面上的压缩残余应力比包覆层的立方晶(220)面上的压缩残余应力高，则因为相比耐磨耗性更大幅提高耐缺损性，所以存在在烧结金属的强断续加工中使用时能够得到合适的包覆特性的倾向。该机理并不清楚，但推测包覆层强烈地取向在立方晶(111)面上产生了影响。
另外，本实施方式的包覆切削工具具有前刀面、后刀面、以及在前刀面与后刀面之间的交叉棱线部，包覆层包含立方晶体，与所述交叉棱线部平行的方向的包覆层的立方晶(111)面上的压缩残余应力σ11和与交叉棱线部垂直的方向的包覆层的立方晶(111)面上的压缩残余应力σ22之差的绝对值|σ11-σ22|小于0.5GPa。
图2是表示本实施方式的包覆切削工具的具体一个示例的立体图。在图2中，包覆切削工具8具有前刀面9、后刀面10、以及在前刀面9和后刀面10之间的交叉棱线部11。在此，压缩残余应力σ11是与交叉棱线部平行的方向s11的包覆层的立方晶(111)面上的压缩残余应力，压缩残余应力σ22是与交叉棱线部垂直的方向s22的包覆层的立方晶(111)面上的压缩残余应力。
本实施方式的包覆切削工具在包覆层的立方晶(111)面上的压缩残余应力为3.0GPa以下，且与交叉棱线部平行的方向的包覆层的立方晶(111)面上的压缩残余应力σ11和与交叉棱线部垂直的方向的包覆层的立方晶(111)面上的压缩残余应力σ22之差的绝对值|σ11-σ22|小于0.5GPa时，包覆层的面内应变的各向异性变小，存在能够同时提高包覆层的密合力和耐缺损性的倾向。另外，本实施方式的包覆切削工具在包覆层的立方晶(220)面上的压缩残余应力为2.0GPa以下，且|σ11-σ22|小于0.5GPa时，可以期待稳定的耐磨性。从同样的观点出发，|σ11-σ22|更优选为0GPa以上0.48GPa以下，进一步优选为0GPa以上0.45GPa以下。
另外，在本实施方式的包覆切削工具中，σ11优选为0.0GPa以上3.0GPa以下。本实施方式的包覆切削工具中，σ11为0.0GPa以上3.0GPa以下时，包覆层的密合力提高，具有能够进一步降低包覆层中的应力的应变成为触发而产生的异常损伤的发生风险的倾向。从同样的观点出发，σ11更优选为0.05GPa以上2.80GPa以下，进一步优选为0.10GPa以上2.55GPa以下。
另外，在本实施方式的包覆切削工具中，σ22优选为0.0GPa以上3.0GPa以下。本实施方式的包覆切削工具中，σ22为0.0GPa以上3.0GPa以下时，包覆层的密合力提高，具有能够进一步降低包覆层中的应力的应变成为触发而产生的异常损伤的发生风险的倾向。从同样的观点出发，σ22更优选为0.05GPa以上3.0GPa以下，进一步优选为0.10GPa以上3.0GPa以下。
在本实施方式中，包覆层的立方晶(111)面和立方晶(220)面上的压缩残余应力使用2D法(多轴应力测定法/全分离拟合法)进行测定。作为X射线衍射测定的条件，使用CuKα射线作为X射线的射线源，设输出＝50kV，1.0mA为。在该条件下照射，测定与交叉棱线部平行的方向的包覆层的立方晶(111)面上的压缩残余应力σ11、与交叉棱线部垂直的方向的包覆层的立方晶(111)面上的压缩残余应力σ22、包覆层的立方晶(220)面上的压缩残余应力。此时，压缩残余应力值测定距离交叉棱线部0.4mm的位置处的后刀面的包覆层。对于包覆层的各面，优选通过2D法测定任意3点的压缩残余应力，求出这3点的压缩残余应力的算数平均值。具体而言，包覆层的立方晶(111)面及立方晶(220)面上的压缩残余应力可以通过后述的实施例中记载的方法来测定。
另外，在本实施方式中，压缩残余应力的测定对象是包覆层整体，但在包覆层具有后述的上部层的情况下，将该上部层从压缩残余应力的测定对象中排除。将上部层从压缩残余应力的测定对象中除去的方法没有特别限定，例如可以举出通过抛光研磨除去上部层的方法。
[X射线衍射强度]
在本实施方式包覆切削工具中，包覆层包含立方晶体，当将该立方晶(111)面和该立方晶(220)面的X射线衍射强度分别依次设为I(111)和I(220)时，I(111)/I(220)的值优选为2.5以上。在本实施方式的包覆切削工具中，包覆层的I(111)/I(220)的值为2.5以上时，具有能够充分确保烧结金属的强断续加工所要求的由含立方晶氮化硼的烧结体构成的基材与包覆层的密合力、以及包覆层的耐缺损性这两方面的倾向。从同样的观点出发，包覆层的I(111)/I(220)的值更优选为2.5以上10.0以下，进一步优选为2.6以上7.6以下。
包覆层的立方晶(111)面和立方晶(220)面的X射线衍射强度可以使用市售的X射线衍射装置来测定。例如，使用具有二维检测器和聚焦平行光束Montel反射镜的装备有IμS X射线源(Cu-Kα射线，50kV，1.0mA)的Bruker公司制造的D8 DISCOVER，在准直仪直径：0.3mm、扫描速度：10分/步(步长：25°)、2θ测定范围：20～120°的条件下进行X射线衍射测定，则能够测定各结晶面的X射线衍射强度。测定部位为距离后刀面的包覆层的刃尖棱线部0.4mm的位置。在根据X射线衍射图形求出各结晶面的X射线衍射强度时，也可以使用X射线衍射装置附带的分析软件。在分析软件中，在χ＝±10°的范围内对在测量中获得的Debye-Scherrer环进行一维化，然后使用三次样条逼近进行背景处理和Kα2峰除去，使用Pearson-VII函数进行峰形拟合，可以求出各结晶面的X射线衍射强度。
[上部层]
本实施方式中使用的包覆层可以在交替层叠结构的与基材相反一侧(例如，离基材最远的第二化合物层的上层)具有上部层。上部层优选含有由选自Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Al、Si及Y中的至少一种元素、以及选自C、N、O及B中的至少一种元素构成的化合物，本实施方式的包覆切削工具若具有含有这样的化合物的上部层，则具有容易识别使用角部的倾向。另外，从同样的观点出发，上部层更优选含有由选自Ti、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Al、Si及Y中的至少一种元素和选自C、N、O及B中的至少一种元素构成的化合物，进一步优选含有由选自Ti、Nb、Ta、Cr、W、Al、Si及Y中的至少一种元素和选自C及N的至少一种元素构成的化合物，进一步更优选含有由选自Ti、Nb、Ta、Cr、W、Al、Si、及Y中的至少一种元素和N构成的化合物。作为上部层所含的具体化合物，没有特别限定，例如可以举出TiN、AlN、TiAlN、TiCN、TiNbN、TiWN、TiAlCrSiN等。另外，上部层既可为单层，也可为两层以上的多层。
在本实施方式的包覆切削工具中，优选上部层的平均厚度为0.02μm以上0.3μm以下。在本实施方式的包覆切削工具中，若上部层的平均厚度为0.02μm以上0.3μm以下，则显示出耐磨性更加优异的趋势。从同样的观点出发，上部层的平均厚度更优选为0.03μm以上0.25μm以下，进一步优选为0.05μm以上0.2μm以下。
在本实施方式的包覆切削工具中，上部层的平均厚度占被覆层整体的平均厚度的比例优选为25％以下。在本实施方式的包覆切削工具中，如果上部层的平均厚度占包覆层整体的平均厚度的比例为25％以下，则存在不损害交替层叠结构的效果的倾向。从同样的观点出发，上部层的平均厚度占包覆层整体的平均厚度的比例更优选为5％～25％，进一步优选为7％～24％。
[包覆切削工具的制造方法]
下面，使用具体例对本实施方式的包覆切削工具的制造方法进行说明。此外，本实施方式的包覆切削工具的制造方法只要能够实现该包覆切削工具的构成即可，并无特别限制。
在本实施方式的包覆切削工具中，由含立方晶氮化硼的烧结体构成的基材没有特别限定，例如可以通过包括以下的(A)～(H)的工序的方法来制造。
工序(A)：将55体积％至75体积％的立方晶氮化硼与25体积％至45体积％的结合相粉末混合(其中，它们的总和为100体积％)。结合相的粉末优选含有选自Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Al和Co中的至少一种金属元素。或者，结合相的粉末优选含有由选自Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Al及Co中的至少一种金属元素和选自碳、氮、氧及硼中的至少一种元素构成的化合物。具体而言，没有特别限定，例如可以举出Al2O3、TiN、TiC、TiCN、TiB2、AlN、AlB2、WC、ZrO2、ZrO、ZrN、ZrB2、WB、W2B、CoWB、WCo21B6、Co3W3C、Co4W2C，其中，Al2O3、AlN、TiN是优选的。
工序(B)：将工序(A)中得到的原料粉用超硬合金制球通过5～24小时的湿式球磨进行混合。
工序(C)：将工序(B)中得到的混合物成形为规定的形状，得到成形体。
工序(D)：将工序(C)中得到的成形体在超高压发生装置的内部，于4.0～7.0GPa的压力下，在1300℃～1500℃的烧结温度下保持规定的时间进行烧结。
工序(E)：利用放电加工机按照工具形状切出在工序(D)中得到的烧结体。
工序(F)：准备由超硬合金构成的基体。
工序(G)：将在工序(E)中切出的烧结体通过钎焊等接合在工序(F)中准备的基体上。
工序(H)：对通过工序(G)得到的工具实施珩磨加工。
为了使本实施方式中使用的含立方晶氮化硼的烧结体中的立方晶氮化硼的粒子的平均粒径为所希望的值，例如，在制作上述基材的过程(例如工序(B))中，适当调整原料立方晶氮化硼的粒子的平均粒径即可。
[包覆层的制造方法]
本实施方式的包覆切削工具中使用的包覆层的制造方法并无特别限定，例如可列举离子镀法、电弧离子镀法、溅射法及离子混合法等物理蒸镀法。若使用物理蒸镀法形成包覆层，则能够形成锐边，因此较为优选。其中，电弧离子镀法使包覆层与基材的密接性更加优异，因此更优选。
首先，将加工成工具形状的基材收容于物理蒸镀装置的反应容器内，将金属蒸发源设置在反应容器内。之后，对反应容器内抽真空，直到成为压力为1.0×10-2Pa以下的真空，利用反应容器内的加热器将基材加热至其温度达到200℃～700℃。加热后，将Ar气体导入至反应容器内，使反应容器内的压力为0.5Pa～5.0Pa。在压力为0.5Pa～5.0Pa的Ar气体气氛下，对基材施加-500V～-350V的偏置电压，使40A～50A的电流通过反应容器内的钨丝，对基材表面实施利用Ar气体的离子轰击处理。在对基材表面实施离子轰击处理后，对反应容器内抽真空，直到成为压力为1.0×10-2Pa以下的真空。
当形成本实施方式中所使用的最下层时，控制基材使其温度成为450℃～550℃，将氮气(N2)导入至反应容器内，使反应容器内的压力为2.0Pa～3.0Pa。然后，对基材施加-60V～-20V的偏置电压，通过使与最下层的金属成分(Al、Cr)对应的金属蒸发源通过140A～160A的电弧放电蒸发，形成最下层即可。
当形成本实施方式中所使用的第一化合物层时，控制基材使其温度成为450℃～550℃，将氮气(N2)导入至反应容器内，使反应容器内的压力为2.5Pa～3.5Pa。然后，对基材施加-60V～-20V的偏置电压，通过使与第一化合物层的金属成分(Al、Cr)对应的金属蒸发源通过100A～150A的电弧放电蒸发，形成第一化合物层即可。
当形成本实施方式中所使用的第二化合物层时，控制基材使其温度达到450℃～550℃。此外，若使该基材的温度与形成第一化合物层时的基材的温度相同，则能够连续地形成第一化合物层与第二化合物层，因此较为优选。在对温度进行控制后，将N2气体导入至反应容器内，使反应容器内的压力为2.5Pa～3.5Pa。接着，对基材施加-60V～-20V的偏置电压，通过电弧电流为100A～150A的电弧放电使与第二化合物层的金属成分(Al、Cr)对应的金属蒸发源蒸发而形成第二化合物层即可。
为了形成第一化合物层与第二化合物层的交替层叠结构，通过在上述条件下，利用电弧放电使两种以上的金属蒸发源交替地蒸发，来交替地形成各化合物层即可。通过分别调整金属蒸发源的电弧放电时间，能够控制构成交替层叠结构的各化合物层的厚度。
为了使用于本实施方式包覆层的立方晶(111)面上的压缩残余应力成为规定的值，在形成上述包覆层的过程中，可以调整基材的温度或调整偏置电压。更具体而言，在形成包覆层的过程中，如果降低基材的温度或增大负偏置电压(远离零的一侧)，则包覆层的立方晶(111)面上的压缩残余应力有变大的倾向。
为了使本实施方式中使用的包覆层的立方晶(220)面上的压缩残余应力成为规定的值，在形成所述包覆层的过程中，可以调整基材的温度或调整偏置电压。更具体而言，在形成包覆层的过程中，如果降低基材的温度或增大负偏置电压(远离零的一侧)，则包覆层的立方晶(220)面上的压缩残余应力有变大的倾向。
为了使本实施方式中使用的包覆层的立方晶(111)面上的压缩残余应力σ11及σ22成为规定值，在形成上述包覆层的过程中，调整偏置电压或调整包覆层的厚度即可。更具体而言，在形成包覆层的过程中，如果增大负偏置电压(远离零的一侧)或加厚包覆层的厚度，则压缩残余应力σ11和σ22有变大的倾向。特别是，在形成包覆层的过程中，如果增大负偏置电压(远离零的一侧)，则压缩残余应力σ11和σ22有显著增大的倾向。
为了使本实施方式中使用的包覆层的I(111)/I(220)成为规定的值，在形成上述包覆层的过程中，可以调整基材的温度或调整基材的压力。更具体而言，在形成包覆层的过程中，如果降低基材的温度或降低基材的压力，则包覆层的I(111)/I(220)有变大的倾向。
当形成本实施方式中所使用的上部层时，首先将基材加热至其温度达到400℃～450℃。加热后，将气体导入至反应容器内，使反应容器内的压力为3.0Pa～5.0Pa。作为气体，例如，在上部层包含由选自Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Al、Si及Y中的至少一种元素、以及N构成的化合物的情况下，可列举N2气体，在上部层由包含由选自Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Al、Si及Y中的至少一种元素、以及N和C构成的化合物的情况下，可列举N2气体与C2H2气体的混合气体。混合气体的体积比例并无特别限定，例如可为N2气体:C2H2气体＝95:5～85:15。接着，对基材施加-60V～-40V的偏置电压，通过电弧电流为100A～150A的电弧放电使与各层的金属成分相应的金属蒸发源蒸发而形成上部层即可。
本实施方式的包覆切削工具中的构成包覆层的各层的厚度可以根据包覆切削工具的截面组织，使用光学显微镜、扫描型电子显微镜(SEM)、透射型电子显微镜(TEM)等进行测定。此外，本实施方式的包覆切削工具中的各层的平均厚度可以根据从与金属蒸发源相对的面的刃尖棱线部向该面的中心部移动50μm的位置附近的三处以上的截面，对各层的厚度进行测定，并计算其平均值(算数平均值)而求得。
另外，本实施方式的包覆切削工具中的构成包覆层的各层的组成可以根据本实施方式的包覆切削工具的截面组织，使用能量色散型X射线分析装置(EDS)或波长色散型X射线分析装置(WDS)等进行测定。
可认为本实施方式的包覆切削工具至少由于耐磨性及耐缺损性优异，而起到与以往相比能够延长工具寿命的效果(其中，能够延长工具寿命的原因并不限定于所述内容)。作为本实施方式的包覆切削工具的种类，具体来说，可列举铣削加工用或车削加工用的更换刃尖型切削刀片、钻具及立铣刀等。
[实施例]
下面，通过实施例对本发明更详细地进行说明，但本发明不限于这些实施例。
(实施例1)
作为基材，使用表1所示组成的原料，通过下述(1)～(8)的工序的方法，制作相当于H30的含立方晶氮化硼的烧结体(ISO规格：CNGA120408刀片)。
工序(1)：以表1中所示的比例混合立方晶氮化硼和结合相粉末(其中，它们的总和为100体积％)。
工序(2)：将工序(1)中得到的原料粉用超硬合金制球通过湿式球磨机混合12小时。
工序(3)：将工序(2)中得到的混合物成形为规定的形状，得到成形体。
工序(4)：将工序(3)中得到的成形体在超高压发生装置的内部，于6.0GPa的压力下，在1300℃的烧结温度下保持1小时进行烧结。
工序(5)：通过放电加工机按照所述工具形状切出工序(4)中得到的烧结体。
工序(6)：准备由超硬合金构成的基体。
工序(7)：将在工序(5)中切出的烧结体通过钎焊接合在工序(6)中准备的基体上。
工序(8)：对通过工序(7)得到的工具实施珩磨加工。
在电弧离子镀装置的反应容器内配置金属蒸发源，以成为表2所示的各层的组成。将上述制造好的基材固定于反应容器内的旋转工作台的固定模具上。
然后，将反应容器密闭，在反应容器内进行抽真空，使其成为压力为5.0×10-3Pa以下的真空。抽真空后，通过反应容器内的加热器，将基材加热至其温度达到450℃。加热后，将Ar气体导入至反应容器内，使其压力成为2.7Pa。
在压力为2.7Pa的Ar气体气氛下，对基材施加-400V的偏置电压，使40A的电流流过反应容器内的钨丝，对基材表面实施30分钟利用Ar气体的离子轰击处理。离子轰击处理结束后，对反应容器内抽真空，直到成为压力为5.0×10-3Pa以下的真空。
对于发明品1～14与比较品1～6以及8～12，抽真空后，控制基材使其温度达到表3所示的温度(成膜开始时的温度)，将氮气(N2)导入至反应容器内，将反应容器内调整为表3所示的压力。然后，对基材施加表3所示的偏置电压，通过表3所示的电弧电流的电弧放电使表2所示组成的最下层的金属蒸发源蒸发，在基材的表面形成最下层。此时，进行控制以成为表3所示的反应容器内的压力。另外，调整各自的电弧放电时间控制最下层的厚度成为表2所示的厚度。另外，关于比较品7，没有形成最下层。
关于发明品1～14与比较品1～5以及7～12，进行控制达到表3所示的温度(成膜开始时的温度)，将氮气(N2)导入至反应容器内，将反应容器内调整为表3所示的压力。然后，施加表3所示的偏置电压，使表2所示组成的第一化合物层和第二化合物层的金属蒸发源按照该顺序交替地、通过表3所示的电弧电流的电弧放电而蒸发，由此，关于比较品7，在基材的表面，对于发明品1～14和比较品1～5以及8～12，在最下层的表面上，按照该顺序交替层叠第一化合物层和第二化合物层，交替层叠形成结构。此时，进行控制以成为表3所示的反应容器内的压力。另外，调整各自的电弧放电时间控制第一化合物层的厚度和第二化合物层的厚度成为表2所示的厚度。另外，关于比较品6，不形成交替层叠结构，在表3所示的条件下，在基材的表面形成表2所示组成的第一化合物层的单层。
在基材表面使各层形成表2所示的预定的平均厚度后，断开加热器的电源，在样品温度达到100℃以下后，从反应容器内取出样品。
[表1]
[表2]
[表3]
在上述制作的基材中，含立方晶氮化硼烧结体中含有的结合相的组成通过X射线衍射装置鉴定。结果如表1所示。立方晶氮化硼和结合相的含量(体积％)如下所示，能够根据扫描型电子显微镜(SEM)拍摄的含立方晶氮化硼的烧结体的组织照片用市售的图像分析软件进行分析求出。首先，对含立方晶氮化硼烧结体的表面或任意截面进行镜面研磨，使用SEM观察立方晶氮化硼烧结体的研磨面的反射电子像。使用SEM用反射电子像观察放大到10,000倍的含立方晶氮化硼烧结体的研磨面。使用SEM附带的能量分散型X射线分析装置(EDS)，可以确定研磨面的反射电子像中的黑色区域为立方晶氮化硼，黑色以外的区域为结合相。然后，使用SEM拍摄组织照片。使用市售的图像分析软件，根据得到的组织照片分别求出立方晶氮化硼及结合相的占有面积，将该值作为立方晶氮化硼及结合相的含量(体积％)。结果如表1所示。
立方晶氮化硼的粒子的平均粒径如下所述，根据用SEM拍摄的含立方晶氮化硼的烧结体的组织照片，用图像分析软件进行分析而求出。首先，对含立方晶氮化硼的烧结体的表面或任意的截面进行镜面研磨，使用SEM观察含立方晶氮化硼的烧结体的研磨面的反射电子像。使用SEM拍摄放大至10,000倍的含立方晶氮化硼烧结体的组织照片。使用市售的图像分析软件，根据ASTM E 112-96对拍摄的含立方晶氮化硼的烧结体的组织照片进行分析，将得到的值作为存在于截面组织内的立方晶氮化硼的粒子的粒径。在3个视野中，拍摄含立方晶氮化硼的烧结体的组织照片，分别求出存在于截面组织内的立方晶氮化硼的粒子的粒径，将其平均值(算数平均)作为立方晶氮化硼的粒子的平均粒径。结果如表1所示。
在从包覆切削工具的与金属蒸发源相对的面的刃尖棱线部向该面的中心部移动50μm的位置附近，对三处截面进行TEM观察，对各层的厚度进行测定，并计算其平均值(算数平均值)，由此，求出所获得的样品的各层的平均厚度。第一化合物层的每层的平均厚度作为将各第一化合物层的厚度合计后的总厚度除以第一化合物层的数量(重复数)而得到的值算出。第二化合物层的每层的平均厚度也同样地作为将各第二化合物层的厚度合计后的总厚度除以第二化合物层的数量(重复数)而得到的值算出。这些结果如表2所示。
在从包覆切削工具的与金属蒸发源相对的面的刃尖棱线部向中心部移动50μm的位置附近的截面中，使用与TEM配套的EDS，对所获得的样品的各层的组成进行测定。这些结果也如表2所示。此外，表2的各层的金属元素的组成比表示构成各层的金属化合物中各金属元素相对于金属元素整体的原子比。
[压缩残余应力]
对于得到的样品，使用2D法(多轴应力测定法/全分离拟合法)，测定包覆层的立方晶(111)面和立方晶(220)面上的压缩残余应力。作为X射线衍射测定的条件，使用CuKα射线作为X射线的射线源，设条件为输出：50kV、1.0mA。在该条件下照射，测定与交叉棱线部平行的方向的包覆层的立方晶(111)面上的压缩残余应力σ11、与交叉棱线部垂直的方向的包覆层的立方晶(111)面上的压缩残余应力σ22、包覆层的立方晶(220)面上的压缩残余应力。此时，压缩残余应力值测定距离交叉棱线部0.4mm的位置处的后刀面的包覆层。对于包覆层的各面，通过2D法测定任意3点的压缩残余应力值，求出这3点的压缩残余应力的算数平均值。另外，根据得到的测定结果，求出σ11和σ22之差的绝对值|σ11-σ22|。这些测定结果如表4所示。另外，在本实施例中，包覆层整体的立方晶(111)面上的压缩残余应力为σ11和σ22中的任一较大的值。
[I(111)/I(220)]
对于得到的样品，对包覆层的立方晶(111)面及立方晶(220)面的X射线衍射强度使用具有二维检测器和聚焦平行光束Montel反射镜的装备有IμS X射线源(Cu-Kα射线，50kV，1.0mA)的Bruker公司制造的D8 DISCOVER。具体而言，在准直仪直径：0.3mm、扫描速度：10分/步(步长：25°)、2θ测定范围：20～120°的条件下进行X射线衍射测定，测定各结晶面的X射线衍射强度。测定部位为距离后刀面的包覆层的刃尖棱线部0.4mm的位置。在根据X射线衍射图形求出各结晶面的X射线衍射强度时，也可以使用附带于X射线衍射装置的分析软件。在分析软件中，在χ＝±10°的范围内对在测量中获得的Debye-Scherrer环进行一维化，然后使用三次样条逼近进行背景处理和Kα2峰除去，使用Pearson-VII函数进行峰形拟合，可以求出各结晶面的X射线衍射强度。当将包覆层的立方晶(111)面和该立方晶(220)面的X射线衍射强度分别依次设为I(111)和I(220)时，求出I(111)/I(220)的值。结果如表4所示。
[表4]
使用所获得的样品进行以下切削试验，并进行评价。
[切削试验]
被切削材料：SCM415H(60HRC)
被切削材料形状：的圆板(端面有20个的孔)
切削速度：100m/分
切深：0.20mm
进给：0.10mm/rev
冷却剂：水溶性
评价项目：将样品缺损(在样品的切削刃部产生缺口)时、或后刀面磨损宽度达到0.15mm时设为工具寿命，对到工具寿命之前的加工时间进行测定。另外，加工时间较长是指耐缺损性及耐磨性优异。将所得到的评价结果示于表5。
[表5]
根据表5所示结果，发明品的加工时间为28分钟以上，长于所有比较品的加工时间。
根据以上结果可知，通过使耐磨性及耐缺损性提升，发明品的工具寿命较长。
(实施例2)
作为基材，使用表6所示组成的原料，通过下述(1)～(8)的工序的方法，制作相当于H30的含立方晶氮化硼的烧结体(ISO规格：CNGA120408刀片)。
工序(1)：以表6中所示的比例混合立方晶氮化硼和结合相粉末(其中，它们的总和为100体积％)。
工序(2)：将工序(1)中得到的原料粉用超硬合金制球通过湿式球磨机混合12小时。
工序(3)：将工序(2)中得到的混合物成形为规定的形状，得到成形体。
工序(4)：将工序(3)中得到的成形体在超高压发生装置的内部，于6.0GPa的压力下，在1300℃的烧结温度下保持1小时进行烧结。
工序(5)：通过放电加工机按照所述工具形状切出工序(4)中得到的烧结体。
工序(6)：准备由超硬合金构成的基体。
工序(7)：将在工序(5)中切出的烧结体通过钎焊接合在工序(6)中准备的基体上。
工序(8)：对通过工序(7)得到的工具实施珩磨加工。
在电弧离子镀装置的反应容器内配置金属蒸发源，以成为表7所示的各层的组成。将上述制造好的基材固定于反应容器内的旋转工作台的固定模具上。
然后，将反应容器密闭，在反应容器内进行抽真空，使其成为压力为5.0×10-3Pa以下的真空。抽真空后，通过反应容器内的加热器，将基材加热至其温度达到450℃。加热后，将Ar气体导入至反应容器内，使其压力成为2.7Pa。
在压力为2.7Pa的Ar气体气氛下，对基材施加-400V的偏置电压，使40A的电流流过反应容器内的钨丝，对基材表面实施30分钟利用Ar气体的离子轰击处理。离子轰击处理结束后，对反应容器内抽真空，直到成为压力为5.0×10-3Pa以下的真空。
发明品15～17与发明品1同样地，发明品18～20与发明品6同样地，发明品21～23与发明品13同样地，在基材的表面形成最下层，在最下层的表面按照该顺序交替层叠第一化合物层和第二化合物层，形成交替层叠结构。
接着，对于发明品15～23，控制成表8所示的温度(成膜开始时的温度)，将氮气(N2)或氮气(N2)和乙炔(C2H2)气体的混合气体导入反应容器内，将反应容器内调整为表8所示的压力。然后，施加表8所示的偏置电压，通过表8所示的电弧电流的电弧放电使表8所示组成的上部层的金属蒸发源蒸发，在交替层叠结构的表面形成上部层。此时，进行控制以成为表8所示的反应容器内的压力。另外，调整各自的电弧放电时间控制上部层的厚度成为表8所示的厚度。
在基材表面使各层形成表8所示的预定的平均厚度后，断开加热器的电源，在样品温度达到100℃以下后，从反应容器内取出样品。
[表6]
[表7]
[表8]
在上述制作的基材中，含立方晶氮化硼烧结体中含有的结合相的组成通过X射线衍射装置鉴定。结果如表6所示。立方晶氮化硼和结合相的含量(体积％)以及立方晶氮化硼的平均粒径与实施例1同样地求出。这些结果如表6所示。
得到的样品的各层的平均厚度与实施例1同样地算出。这些结果如表7所示。另外，得到的样品的各层的组成与实施例1同样地进行测定。这些结果也如表7所示。此外，表7的各层的金属元素的组成比表示构成各层的金属化合物中各金属元素相对于金属元素整体的原子比。
[压缩残余应力]
对于得到的样品，与实施例1同样地测定与交叉棱线部平行的方向的包覆层的立方晶(111)面上的压缩残余应力σ11、与交叉棱线部垂直的方向的包覆层的立方晶(111)面上的压缩残余应力σ22、包覆层的立方晶(220)面上的压缩残余应力。另外，根据得到的测定结果，求出σ11和σ22之差的绝对值|σ11-σ22|。这些测定结果如表9所示。
[I(111)/I(220)]
对于得到的样品，与实施例1同样地测定包覆层的立方晶(111)面及立方晶(220)面的X射线衍射强度，求出I(111)/I(220)的值。结果如表9所示。
[表9]
使用所获得的样品进行以下切削试验，并进行评价。
[切削试验]
被切削材料：SCM415H(60HRC)
被切削材料形状：的圆板(端面有20个的孔)
切削速度：100m/分
切深：0.20mm
进给：0.10mm/rev
冷却剂：水溶性
评价项目：将样品缺损(在样品的切削刃部产生缺口)时、或后刀面磨损宽度达到0.15mm时设为工具寿命，对到工具寿命之前的加工时间进行测定。另外，加工时间较长是指耐缺损性及耐磨性优异。将所得到的评价结果示于表10。
[表10]
根据表10所示结果，发明品的加工时间为32分钟以上，长于所有比较品的加工时间。
根据以上结果可知，通过使耐磨性及耐缺损性提升，发明品的工具寿命较长。
[产业上的可利用性]
本发明的包覆切削工具由于耐磨性及耐缺损性优异，因此，与以往相比能够延长工具寿命，在这一点上产业上的可利用性高。

Claims (9)

1.一种包覆切削工具，包括由含立方晶氮化硼烧结体构成的基材以及形成在该基材上的包覆层，
所述包覆层从所述基材侧朝向所述包覆层的表面侧依次包含最下层和交替层叠结构，
所述最下层含有具有下述式（1）所示组成的化合物，
(Al1-xCrx)N…（1）；
式（1）中，x表示Cr元素相对于Al元素和Cr元素的合计的原子比，满足0.20 ≤x ≤0.50，
所述最下层的平均厚度为0.01 μm以上0.2 μm以下，
所述交替层叠结构是将含有具有下述式（2）所示组成的化合物的第一化合物层和含有具有下述式（3）所示组成的化合物的第二化合物层交替重复层叠2次以上而成的交替层叠结构，
(Al1-y1Cry1)N…（2）；
式（2）中，y1表示Cr元素相对于Al元素和Cr元素的合计的原子比，满足0.10 ≤y1 ≤0.60，
(Al1-y2Cry2)N…（3）；
式（3）中，y2表示Cr元素相对于Al元素和Cr元素的合计的原子比，满足0.10 ≤y2 ≤0.60，
在所述交替层叠结构中，所述第一化合物层和所述第二化合物层为原子比y1和y2互不相同的两种化合物层，
所述交替层叠结构整体的平均厚度为0.1 μm以上1.2 μm以下，
所述包覆层整体的平均厚度为0.2 μm以上1.3 μm以下，
所述包覆层包含立方晶体，该立方晶（111）面上的压缩残余应力为3.0 GPa以下。
2.根据权利要求1所述的包覆切削工具，其中，所述第一化合物层的每层的平均厚度为1 nm以上100 nm以下，
所述第二化合物层的每层的平均厚度为1 nm以上100 nm以下。
3.根据权利要求1或2所述的包覆切削工具，其中，所述包覆层包含立方晶体，该立方晶（220）面上的压缩残余应力为2.0 GPa以下。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的包覆切削工具，其中，所述包覆切削工具具有前刀面、后刀面以及所述前刀面与所述后刀面之间的交叉棱线部，
所述包覆层包含立方晶体，与所述交叉棱线部平行的方向的所述包覆层的立方晶（111）面上的压缩残余应力σ11和与所述交叉棱线部垂直的方向的所述包覆层的立方晶（111）面上的压缩残余应力σ22之差的绝对值|σ11 - σ22|小于0.5 GPa。
5.根据权利要求4所述的包覆切削工具，其中，所述σ11为0.0 GPa以上3.0 GPa以下。
6.根据权利要求4或5所述的包覆切削工具，其中，
所述σ22为0.0 GPa以上3.0 GPa以下。
7.根据权利要求1~6中任一项所述的包覆切削工具，其中，所述包覆层包含立方晶体，当将该立方晶（111）面和该立方晶（220）面的X射线衍射强度分别依次设为I（111）和I（220）时，I（111）/I（220）的值为2.5以上。
8.根据权利要求1~7中任一项所述的包覆切削工具，其中，
所述包覆层在所述交替层叠结构的与所述基材相反的表面具有上部层，
所述上部层含有由选自Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Al、Si及Y中的至少一种元素、以及选自C、N、O及B中的至少一种元素构成的化合物，
所述上部层的平均厚度为0.02 μm以上0.3 μm以下，
所述上部层的平均厚度占包覆层整体的平均厚度的比例为25%以下。
9.根据权利要求1~8中任一项所述的包覆切削工具，其中，
所述含立方晶氮化硼的烧结体相对于其整体100体积%，含有55体积%以上75体积%以下的立方晶氮化硼和25体积%以上45体积%以下的结合相，
所述立方晶氮化硼为粒子，该粒子的平均粒径为0.5 μm以上2.0 μm以下。
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