CN116887935A - 切削工具及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种切削工具，所述切削工具包含基材和配置在所述基材上的覆膜，其中，所述覆膜具备由硬质颗粒构成的硬质颗粒层，所述硬质颗粒包含由第一单元层和第二单元层交替地层叠而成的多层结构，所述第一单元层由具有立方晶结构的第一化合物构成，所述第二单元层由具有立方晶结构的第二化合物构成，所述第一化合物以及所述第二化合物分别由以下元素构成：选自由周期表的第四族元素、第五族元素以及第六族元素组成的群组中的一种以上的金属元素；硅；以及选自由碳、氮、硼以及氧组成的群组中的一种以上的元素，所述第一单元层中的所述硅的原子数相对于所述金属元素以及所述硅的原子数的合计的百分率、与所述第二单元层中的所述硅的原子数相对于所述金属元素以及所述硅的原子数的合计的百分率不同。
Description
技术领域
本公开涉及切削工具及其制造方法。本申请主张基于2021年4月30日申请的日本专利申请的日本特愿2021-078030号的优先权。将该日本专利申请中记载的全部记载内容通过参照而援引于本说明书中。
背景技术
以往，为了提高切削工具的耐磨损性，开发了在基材上形成有TiSiCN膜的切削工具。
在专利文献1中公开了一种纳米复合覆膜，其包含通过热CVD法制造的TiCxN1-x的纳米晶体层以及非晶质SiCxNy的第二相。
在专利文献2中公开了一种至少一层的纳米复合材料层，其包含通过热CVD法制造的由立方晶氧碳氮化钛构成的第一纳米晶体相和由氧碳氮化硅或氧碳化硅构成的第二非晶相。
在非专利文献1中公开了一种通过PVD法形成的由纳米复合材料结构构成的TiSiCN覆膜。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特表2015-505902号公报
专利文献2：日本特表2020-507679号公报
非专利文献
非专利文献1：Shinya Imamura et al.,“Properties and cutting performanceof AlTiCrN/TiSiCN bilayer coatings deposited by cathodic-arc ion plating”,Surface and Coatings Technology,202,(2007),820-825
发明内容
本公开的切削工具包含基材和配置在所述基材上的覆膜，其中，
所述覆膜具备由硬质颗粒构成的硬质颗粒层，
所述硬质颗粒包含由第一单元层和第二单元层交替地层叠而成的多层结构，
所述第一单元层由具有立方晶结构的第一化合物构成，
所述第二单元层由具有立方晶结构的第二化合物构成，
所述第一化合物以及所述第二化合物分别由以下元素构成：
选自由周期表的第四族元素、第五族元素以及第六族元素组成的群组中的一种以上的金属元素；
硅；以及
选自由碳、氮、硼以及氧组成的群组中的一种以上的元素，
所述第一单元层中的所述硅的原子数相对于所述金属元素以及所述硅的原子数的合计的百分率、与所述第二单元层中的所述硅的原子数相对于所述金属元素以及所述硅的原子数的合计的百分率不同。
本公开的切削工具的制造方法是上述的切削工具的制造方法，其中，
所述切削工具的制造方法具备：
第1工序，在该第1工序中，准备基材；以及
第2工序，在该第2工序中，在所述基材上形成覆膜而得到切削工具，
所述第2工序包含通过CVD法形成由硬质颗粒构成的硬质颗粒层的第2a工序，
所述第2a工序包含将第一原料气体、第二原料气体以及第三原料气体朝向所述基材的表面喷出的第2a-1工序，
所述第一原料气体包含选自由周期表的第四族元素、第五族元素以及第六族元素组成的群组中的一种以上的元素，
所述第二原料气体为SiCl4，
所述第三原料气体包含选自由碳、氮、硼以及氧组成的群组中的一种以上的元素，
所述第一原料气体从设置于喷嘴的多个第1喷射孔喷出，
所述第二原料气体从设置于所述喷嘴的多个第2喷射孔喷出，
所述第三原料气体从设置于所述喷嘴的多个第3喷射孔喷出，
在所述第2a-1工序中，所述喷嘴旋转，
所述多个第2喷射孔包含第2-1喷射孔和第2-2喷射孔，
所述第2-1喷射孔的直径r1与所述第2-2喷射孔的直径r2不同。
附图说明
图1是表示实施方式1所涉及的切削工具的剖面的一个例子的示意图。
图2是表示实施方式1所涉及的切削工具的剖面的另一例子的示意图。
图3是表示实施方式1所涉及的切削工具的剖面的另一例子的示意图。
图4是表示实施方式1所涉及的切削工具的剖面的另一例子的示意图。
图5是实施方式1所涉及的切削工具的硬质相颗粒层的剖面的明场扫描电子显微镜(BF-SEM)图像。
图6是在图5所示的区域A内拍摄的电子衍射图像。
图7是表示硅的原子数ASi相对于金属元素(钛)的原子数AM以及硅的原子数ASi的合计的百分率{ASi/(ASi+AM)}×100沿着图5所示的箭头方向的变化的图表。
图8是对图5所示的区域A进行傅立叶变换而得到的傅立叶变换图像。
图9是表示图8的傅立叶变换图像的四角框内的强度分布的图表。
图10是在实施方式2所涉及的切削工具的制造中使用的CVD装置的一个例子的示意性剖视图。
具体实施方式
[本公开所要解决的问题]
近年来，对提高工具寿命的要求日益变高，尤其是在高硬度耐热不锈钢的铣削加工中，也要求进一步提高工具寿命。
因此，本公开的目的在于提供一种即使在高硬度耐热不锈钢的铣削加工中也能够具有较长的工具寿命的切削工具。
[本公开的效果]
根据本公开，能够提供一种即使在高硬度耐热不锈钢的铣削加工中也能够具有较长的工具寿命的切削工具。
[本公开的实施方式的说明]
首先列举本公开的实施方式进行说明。
(1)本公开的切削工具包含基材和配置在所述基材上的覆膜，其中，
所述覆膜具备由硬质颗粒构成的硬质颗粒层，
所述硬质颗粒包含由第一单元层和第二单元层交替地层叠而成的多层结构，
所述第一单元层由具有立方晶结构的第一化合物构成，
所述第二单元层由具有立方晶结构的第二化合物构成，
所述第一化合物以及所述第二化合物分别由以下元素构成：
选自由周期表的第四族元素、第五族元素以及第六族元素组成的群组中的一种以上的金属元素；
硅；以及
选自由碳、氮、硼以及氧组成的群组中的一种以上的元素，
所述第一单元层中的所述硅的原子数相对于所述金属元素以及所述硅的原子数的合计的百分率、与所述第二单元层中的所述硅的原子数相对于所述金属元素以及所述硅的原子数的合计的百分率不同。
根据本公开，能够提供一种即使在高硬度耐热不锈钢的铣削加工中也能够具有较长的工具寿命的切削工具。
(2)优选地，所述第一单元层以及所述第二单元层具有相同的晶体取向。由此，能够使界面能极小化，即使暴露于高温环境，硬度也不易降低。
(3)优选地，在所述第一单元层以及所述第二单元层中，所述硅的原子数相对于所述金属元素以及所述硅的原子数的合计的百分率分别为0.5％以上且10％以下。由此，均衡地提高覆膜的耐热龟裂性以及硬质颗粒层与相邻的层的紧贴性。
(4)优选地，所述硬质颗粒层的厚度为3μm以上且15μm以下，
所述覆膜的厚度为3μm以上且30μm以下。
由此，均衡地提高覆膜的耐磨损性以及耐缺损性。
(5)优选地，所述第一单元层中的硅的原子数ASi相对于金属元素的原子数AM和硅的原子数ASi的合计的百分率{ASi/(ASi+AM)}×100、与所述第二单元层中的硅的原子数ASi相对于金属元素的原子数AM和硅的原子数ASi的合计的百分率{ASi/(ASi+AM)}×100之差为0.5％以上且10％以下。由此，覆膜的硬度提高。
(6)优选地，所述覆膜具备配置在所述基材与所述硬质颗粒层之间的基底层，
所述基底层由第三化合物构成，
所述第三化合物由以下元素构成：
选自由周期表的第四族元素、第五族元素、第六族元素以及铝组成的群组中的一种以上的元素；以及
选自由碳、氮、硼以及氧组成的群组中的一种以上的元素。
由此，覆膜与基材的紧贴性提高，耐磨损性也提高。
(7)优选地，所述覆膜包含配置于所述基材的正上方的基底层，
所述基底层由选自由TiN层、TiC层、TiCN层、TiBN层以及Al2O3层组成的群组中的至少一种构成。
通过在基材的正上方配置TiN层、TiC层、TiCN层、TiBN层作为基底层，能够提高基材与覆膜的紧贴性。另外，通过使用Al2O3层作为基底层，能够提高覆膜的耐氧化性。
(8)优选地，所述覆膜具备配置于其最表面的表面层，
所述表面层由第四化合物构成，
所述第四化合物由以下元素构成：
选自由周期表的第四族元素、第五族元素、第六族元素以及铝组成的群组中的一种以上的元素；以及
选自由碳、氮、硼以及氧组成的群组中的一种以上的元素。
由此，覆膜的耐热龟裂性以及耐磨损性提高。
(9)优选地，所述覆膜具有配置在所述基底层与所述硬质颗粒之间的中间层。由此，覆膜的耐磨损性提高。
(10)本公开的切削工具的制造方法是上述的切削工具的制造方法，其中，
所述切削工具的制造方法具备：
第1工序，在该第1工序中，准备基材；以及
第2工序，在该第2工序中，在所述基材上形成覆膜而得到切削工具，
所述第2工序包含通过CVD法形成由硬质颗粒构成的硬质颗粒层的第2a工序，
所述第2a工序包含将第一原料气体、第二原料气体以及第三原料气体朝向所述基材的表面喷出的第2a-1工序，
所述第一原料气体包含选自由周期表的第四族元素、第五族元素以及第六族元素组成的群组中的一种以上的元素，
所述第二原料气体为SiCl4，
所述第三原料气体包含选自由碳、氮、硼以及氧组成的群组中的一种以上的元素，
所述第一原料气体从设置于喷嘴的多个第1喷射孔喷出，
所述第二原料气体从设置于所述喷嘴的多个第2喷射孔喷出，
所述第三原料气体从设置于所述喷嘴的多个第3喷射孔喷出，
在所述第2a-1工序中，所述喷嘴旋转，
所述多个第2喷射孔包含第2-1喷射孔和第2-2喷射孔，
所述第2-1喷射孔的直径r1与所述第2-2喷射孔的直径r2不同。
根据本公开，能够提供一种即使在高硬度耐热不锈钢的铣削加工中也能够具有较长的工具寿命的切削工具。
[本公开的实施方式的详细内容]
本发明的发明人在开发即使在高硬度耐热不锈钢的铣削加工中也具有较长的工具寿命的切削工具时，利用以往的切削工具进行高硬度耐热不锈钢的铣削加工，并对工具的损伤状态进行了观察。
确认了在使用专利文献1以及专利文献2的工具进行高硬度耐热不锈钢的铣削加工的情况下，在纳米复合覆膜或纳米复合材料覆膜与基底层的界面处，因切削加工时的热负荷而产生的热龟裂进展，产生了界面的剥离。据推测这是因为具有晶体性的基底层与纳米复合覆膜或纳米复合材料覆膜的界面处的整合性不足。
确认了在使用非专利文献1的工具进行高硬度耐热不锈钢的铣削加工的情况下，TiSiCN覆膜的自破坏。据推测这是因为TiSiCN覆膜是通过PVD法形成的，因此TiSiCN覆膜的压缩残余应力较大。
本发明的发明人基于上述见解进行了深入研究的结果是，得到了即使在高硬度耐热不锈钢的铣削加工中也具有较长的工具寿命的切削工具。以下，参照附图对本公开的切削工具及其制造方法的具体例进行说明。在本公开的附图中，相同的附图标记表示相同部分或相当部分。另外，长度、宽度、厚度、深度等尺寸关系为了附图的清晰化和简化而适当变更，未必表示实际的尺寸关系。
在本说明书中，“A～B”这样的形式的表述是指范围的上限下限(即A以上且B以下)，在A中没有单位的记载、仅在B中记载有单位的情况下，A的单位与B的单位相同。
在本说明书中，在以化学式表示化合物等的情况下，在不特别限定原子比时，包含以往公知的所有原子比，不一定仅限定于化学计量范围的原子比。例如在记载为“TiSiCN”的情况下，构成TiSiCN的原子数之比包含以往公知的所有原子比。
在本公开中，作为数值范围下限以及上限，在分别记载有一个以上的数值的情况下，也公开了下限所记载的任意的一个数值与上限所记载的任意的一个数值的组合。例如，在作为下限记载了a1以上、b1以上、c1以上，作为上限记载了a2以下、b2以下、c2以下的情况下，公开了a1以上且a2以下、a1以上且b2以下、a1以上且c2以下、b1以上且a2以下、b1以上且b2以下、b1以上且c2以下、c1以上且a2以下、c1以上且b2以下、c1以上且c2以下。
[实施方式1：切削工具]
本公开的一个实施方式(以下，也记为“本实施方式”)的切削工具包含基材和配置在该基材上的覆膜，其中，
该覆膜具备由硬质颗粒构成的硬质颗粒层，
该硬质颗粒包含由第一单元层和第二单元层交替地层叠而成的多层结构，
该第一单元层由具有立方晶结构的第一化合物构成，
该第二单元层由具有立方晶结构的第二化合物构成，
该第一化合物以及该第二化合物分别由以下元素构成：
选自由周期表的第四族元素、第五族元素以及第六族元素组成的群组中的一种以上的金属元素；
硅；以及
选自由碳、氮、硼以及氧组成的群组中的一种以上的元素，
该第一单元层中的该硅的原子数相对于该金属元素以及该硅的原子数的合计的百分率、与该第二单元层中的该硅的原子数相对于该金属元素以及该硅的原子数的合计的百分率不同。
在本说明书中，周期表的第四族元素包含钛(Ti)、锆(Zr)以及铪(Hf)，第五族元素包含钒(V)、铌(Nb)以及钽(Ta)，第六族元素包含铬(Cr)、钼(Mo)以及钨(W)。
本实施方式的切削工具即使在高硬度耐热不锈钢的铣削加工中也能够具有较长的工具寿命。其理由尚不明确，但推测如以下(i)～(iii)所述。
(i)在本实施方式的切削工具中，覆膜包含由硬质颗粒构成的硬质颗粒层。该硬质颗粒层可以在其厚度方向上具有由粒状组织构成的区域。由此，硬质颗粒层的韧性提高，即使在覆膜的表面产生与切削相伴随的热龟裂，也有效地抑制龟裂向基材的发展。另外，即使在覆膜包含硬质颗粒层以外的其他层的情况下，也能够减小硬质颗粒层与其他层之间的晶体性的差异，因此抑制了龟裂在硬质颗粒层与其他层之间的界面处的传播，抑制了膜剥离。因此，切削工具能够具有较长的工具寿命。
(ii)在本实施方式的切削工具中，硬质颗粒包含由组成不同的第一单元层和第二单元层交替地层叠而成的多层结构。由此，即使在硬质颗粒内产生应变，在覆膜的表面产生与切削相伴随的龟裂，也能够有效地抑制该龟裂向基材的进展。另外，硬质颗粒以及硬质颗粒层的硬度变高，切削工具的耐磨损性提高。另外，由此切削工具能够具有较长的工具寿命。
(iii)在本实施方式的切削工具中，第一化合物以及第二化合物分别具有立方晶结构，并且由以下元素构成：
选自由周期表的第四族元素、第五族元素以及第六族元素组成的群组中的一种以上的金属元素；
硅；以及
选自由碳、氮、硼以及氧组成的群组中的一种以上的元素。
上述第一化合物以及第二化合物的硬度高。因此，包含第一化合物以及第二化合物的硬质颗粒层的硬度高，具有优异的耐磨损性。因此，切削工具能够具有较长的工具寿命。
<切削工具>
如图1所示，本实施方式的切削工具1具备基材10和配置在该基材10上的覆膜15。在图1中，示出了该覆膜15仅由硬质颗粒层11构成的情况。优选覆膜15将基材的参与切削的部分的至少一部分覆盖，更优选将基材的整个面覆盖。基材的参与切削的部分是指基材表面上距刀尖棱线的距离为500μm以内的区域。即使基材的一部分未被该覆膜覆盖或者覆膜的构成局部不同，也不脱离本公开的范围。
<切削工具的种类>
本公开的切削工具例如可以为钻头、立铣刀(例如，球头立铣刀)、钻头用可转位切削刀片、立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、金工锯、齿轮切割工具、铰刀、丝锥等。
<基材>
基材10包含前刀面和后刀面，作为这种基材，只要是以往公知的基材，则均可以使用。例如，优选为硬质合金(例如，包含碳化钨和钴的WC基硬质合金，该硬质合金可以包含Ti、Ta、Nb等碳氮化物)、金属陶瓷(以TiC、TiN、TiCN等为主成分)、高速钢、陶瓷(碳化钛、碳化硅、氮化硅、氮化铝、氧化铝等)、立方晶型氮化硼烧结体或金刚石烧结体中的任一种。
在这些各种基材中，优选由包含碳化钨和钴的硬质合金构成且该硬质合金中的钴的含有率为6质量％以上且11质量％以下的基材。由此，高温下的硬度与强度的平衡优异，作为上述用途的切削工具的基材具有优异的特性。在使用WC基硬质合金作为基材的情况下，其组织中可以包含游离碳以及被称为η相或ε相的异常层等。
进一步地，基材的表面可以被改性。例如在硬质合金的情况下，可以在其表面形成脱β层，在金属陶瓷的情况下，可以形成表面硬化层。基材即使其表面被改性也显示出所期望的效果。
在切削工具为可转位切削刀片等的情况下，基材可以具有断屑器，也可以不具有断屑器。刀尖棱线部的形状可以采用锐边(前刀面与后刀面交叉的棱)、珩磨(对锐边赋予圆角)、负刃带(进行倒角)、或珩磨与负刃带组合等中的任一种。
<覆膜>
(覆膜的构成)
本实施方式的覆膜包含硬质颗粒层。本实施方式的覆膜只要包含硬质颗粒层即可，也可以包含其他层。
例如，如图2的切削工具21所示，覆膜25在硬质颗粒层11的基础上，还可以包含配置于基材10与硬质颗粒层11之间的基底层12。
如图3的切削工具31所示，覆膜35在硬质颗粒层11以及基底层12的基础上，还可以包含配置在硬质颗粒层11上的表面层13。
如图4的切削工具41所示，覆膜45在硬质颗粒层11、基底层12、表面层13的基础上，还可以包含配置于基底层12与硬质颗粒层11之间的中间层14。
关于硬质颗粒层、基底层、中间层以及表面层的详细内容，在后面进行叙述。
(覆膜的厚度)
本实施方式的覆膜的厚度优选为3μm以上且30μm以下。在此，覆膜的厚度是指覆膜整体的厚度。当覆膜整体的厚度为3μm以上时，能够具有优异的耐磨损性。另一方面，当覆膜整体的厚度为30μm以下时，在切削加工时，能够抑制在覆膜与基材之间被施加较大的应力时的覆膜的剥离或破坏的发生。从提高耐磨损性的观点出发，覆膜整体的厚度的下限更优选为5μm以上，进一步优选为10μm以上。从抑制覆膜的剥离或破坏的发生的观点出发，覆膜整体的厚度的上限更优选为25μm以下，进一步优选为20μm以下。覆膜整体的厚度更优选为5μm以上且25μm以下，进一步优选为10μm以上且20μm以下。
上述覆膜的厚度，例如通过得到与基材的表面的法线方向平行的剖面样品，用扫描透射型电子显微镜(STEM：Scanning Transmission Electron Microscopy)对该样品进行观察来测定。该剖面样品是使用离子切片机等加工而成的薄片样品。作为扫描透射型电子显微镜，例如可列举为日本电子株式会社制造的JEM-2100F(商标)。测定条件设为加速电压为200kV以及电流量为0.3nA。
在本说明书中提到“厚度”的情况下，该厚度是指平均厚度。具体而言，将剖面样品的观察倍率设为10000倍，在电子显微镜图像中设定(与基材表面平行的方向100μm)×(包含覆膜的厚度整体的距离)的矩形的测定视野，在该视野中对十处位置的厚度幅度进行测定，将其平均值作为“厚度”。对于下述所记载的各层的厚度(平均厚度)，也同样地进行测定而算出。
确认了只要在同一试样中进行测定，即使变更测定视野的选择部位而进行多次，测定结果也几乎没有偏差，即使任意地设定测定视野，结果也不会随意变化。
<硬质颗粒层>
(硬质颗粒层的构成)
本实施方式的硬质颗粒层由硬质颗粒构成，该硬质颗粒包含由第一单元层和第二单元层交替地层叠而成的多层结构。
本实施方式的硬质颗粒层即使作为不可避免的杂质而包含硬质颗粒以外的构成、例如非晶相、金属间化合物(例如TiSi2、Co2Si等)，只要发挥本公开的效果，就不脱离本公开的范围。
(硬质颗粒层的厚度)
本实施方式的硬质颗粒层的厚度优选为3μm以上且15μm以下。当硬质颗粒层的厚度为3μm以上时，能够具有优异的耐磨损性。另一方面，当硬质颗粒层的厚度为15μm以下时，在切削加工时，能够抑制在覆膜与基材之间被施加较大的应力时的覆膜的剥离或破坏的发生。从提高耐磨损性的观点出发，硬质颗粒层的厚度的下限更优选为4μm以上，进一步优选为5μm以上。从抑制覆膜的剥离或破坏的发生的观点出发，硬质颗粒层的厚度的上限优选为15μm以下，更优选为10μm以下。硬质颗粒层的厚度更优选为4μm以上且15μm以下，进一步优选为5μm以上且10μm以下。
第一单元层由具有立方晶结构的第一化合物构成。第二单元层由具有立方晶结构的第二化合物构成。若第一化合物以及第二化合物具有立方晶结构，则具有优异的耐磨损性，并且能够兼顾高韧性。第一化合物以及第二化合物具有立方晶结构这一情况可以通过基于限制视场的电子衍射的图案解析来确认。
第一化合物以及第二化合物分别由以下元素构成：
选自由周期表的第四族元素、第五族元素以及第六族元素组成的群组中的一种以上的金属元素；
硅；以及
选自由碳、氮、硼以及氧组成的群组中的一种以上的元素。
在此，第一化合物的组成与第二化合物的组成不同。更具体而言，第一化合物中的硅的原子数相对于金属元素以及硅的原子数的合计的百分率、与第二化合物中的硅的原子数相对于金属元素以及硅的原子数的合计的百分率不同。
本实施方式的第一化合物以及第二化合物即使包含不可避免的杂质，只要发挥本公开的效果，就不脱离本公开的范围。
第一化合物以及第二化合物例如分别可以列举为TiSiC、TiSiN、TiSiCN、TiSiNO、TiSiCNO、TiSiBN、TiSiBNO、TiSiCBN、ZrSiC、ZrSiO2、HfSiC、HfSiN、TiCrSiN、TiZrSiN、CrSiN、VSiN、N、ZrSiCN、ZrSiCNO、ZrSiN、NbSiC、NbSiN、NbSiCN等。此外，在第一化合物以及第二化合物中，即使包含不可避免的杂质，也不脱离本公开的范围。
硬质颗粒包含由第一单元层和第二单元层交替地层叠而成的多层结构这一情况可以通过以下的(A1)～(A6)的方法来确认。
(A1)利用金刚石线沿着基材的法线对切削工具进行切割，使硬质颗粒层的剖面露出。对露出的剖面进行聚焦离子束加工(以下，也记为“FIB加工”)，使剖面成为镜面状态。
(A2)使用明场扫描电子显微镜(BF-SEM)对FIB加工后的剖面进行观察，确定一个硬质颗粒。接着，得到所确定的一个硬质颗粒的BE-STEM图像。图5是表示本实施方式的切削工具中的一个硬质颗粒的BF-STEM图像的一个例子的图。
(A3)在上述BF-STEM像中，以包含白色所示的层和黑色所示的层分别层叠10层以上的区域的方式设定测定区域(尺寸：100nm×100nm)。在图5中，由白色的框线包围的正方形的区域相当于测定区域。
此外，在图5中，黑色所示的层是硅的含量多的区域，白色所示的层是硅的含量少的区域。
(A4)在上述BF-STEM图像中的测定区域内，确定白色所示的层(以下，也记为“白色层”)与黑色所示的层(以下，也记为“黑色层”)的层叠方向。具体而言，使限制视野区域的电子衍射图案与白色层和黑色层的层叠取向重叠，根据衍射光斑所示的取向确定层叠取向。将在图5所示的区域A内拍摄到的电子衍射图像示于图6。在图5中，该层叠方向以白色箭头表示。
(A5)在上述BF-STEM图像中的测定区域中，沿着层叠方向，利用附带SEM的EDX(能量色散型X射线光谱法：Energy Dispersive X-ray Spectroscopy)进行线分析，对组成进行测定。线分析的光束直径设为0.5nm以下，扫描间隔设为0.5nm，线分析的长度设为50nm。
(A6)在线分析的结果满足以下的(a1)～(a2)的情况下，确认硬质颗粒包含由第一单元层和第二单元层交替地层叠而成的多层结构。
(a1)测定区域包含选自由周期表的第四族元素、第五族元素以及第六族元素组成的群组中的一种以上的金属元素、硅和选自由碳、氮、硼以及氧组成的群组中的一种以上的元素。
(a2)制成将线分析的结果示于坐标系的图表，在该坐标系中，X轴是距测定开始点的距离，Y轴是硅的原子数ASi相对于金属元素的原子数AM和硅的原子数ASi的合计的百分率{ASi/(ASi+AM)}×100。在该图表中，计算出测定区域中的{ASi/(ASi+AM)}×100的平均(以下，也记为“平均”)。随着距测定开始点的距离的增加，交替地存在{ASi/(ASi+AM)}×100比该平均值大的区域和比该平均值小的区域。
图7表示本实施方式中的上述图表的一个例子。图7是表示硅的原子数ASi相对于金属元素(钛)的原子数AM和硅的原子数ASi的合计的百分率{ASi/(ASi+AM)}×100沿着箭头方向的变化的图表。在图7中，X轴表示从测定开始点沿着箭头方向的距离，Y轴表示{ASi/(ASi+AM)}×100。在图7中，以虚线L1表示测定区域中的{ASi/(ASi+AM)}×100的平均。
在图7中，随着距测定开始点的距离的增加，交替地存在{ASi/(ASi+AM)}×100比上述平均值大的区域S1和比上述平均值小的区域S2。因而，在图5所示的硬质颗粒中，确认包含由第一单元层和第二单元层交替地层叠而成的多层结构。
确认了只要在同一试样中进行测定，即使变更上述(A2)中确定的硬质颗粒而进行多次，测定结果也几乎没有偏差，即使任意地设定测定部位，结果也不会随意变化。
只要通过上述方法而确认到硬质颗粒包含由第一单元层和第二单元层交替地层叠而成的多层结构，就确认显示出本公开的效果。
以下，为了容易理解，将上述(a2)中的“测定区域中的{ASi/(ASi+AM)}×100比{ASi/(ASi+AM)}×100的平均大的区域”记为“第一单元层”，将“测定区域中的{ASi/(ASi+AM)}×100比{ASi/(ASi+AM)}×100的平均小的区域”记为“第二单元层”。
(第一单元层以及第二单元层的组成)
在第一单元层以及第二单元层中，硅的原子数ASi相对于金属元素的原子数AM与硅的原子数ASi的合计的百分率{ASi/(ASi+AM)}×100分别优选为0.5％以上且10％以下。由此，均衡地提高硬质颗粒层的耐热龟裂性以及硬质颗粒层与相邻的层的紧贴性。第一单元层以及第二单元层各自的{ASi/(ASi+AM)}×100的下限优选为0.5％以上，优选为0.7％以上，优选为1.0％以上，优选为1.2％以上。第一单元层以及第二单元层各自的{ASi/(ASi+AM)}×100的上限优选为10.0％以下，优选为8.0％以下，优选为7.2％以下，优选为7％以下，优选为5％以下。第一单元层以及第二单元层各自的{ASi/(ASi+AM)}×100优选为0.5％以上且8.0％以下，优选为0.5％以上且7.2％以下，优选为0.7％以上且7％以下，优选为1.0％以上且5.0％以下。
第一单元层中的硅的原子数ASi相对于金属元素的原子数AM和硅的原子数ASi的合计的百分率{ASi/(ASi+AM)}×100的下限优选为1％以上，优选为1.5％以上，优选为2.0％以上，优选为5.3％以上，优选为6.0％以上。第一单元层中的硅的原子数ASi相对于金属元素的原子数AM和硅的原子数ASi的合计的百分率{ASi/(ASi+AM)}×100的上限优选为10.0％以下，优选为9.0％以下，优选为8.0％以下。从提高耐热性的观点出发，第一单元层中的硅的原子数ASi相对于金属元素的原子数AM和硅的原子数ASi的合计的百分率{ASi/(ASi+AM)}×100优选为1％以上且10％以下，优选为1.5％以上且9.0％以下，优选为2.0％以上且8.0％以下，优选为5.3％以上且10.0％以下，优选为6.0％以上且10.0％以下。在第一单元层具有组成在厚度方向上变化的构成的情况下，上述的{ASi/(ASi+AM)}×100是指第一单元层中的平均值。
第二单元层中的硅的原子数ASi相对于金属元素的原子数AM和硅的原子数ASi的合计的百分率{ASi/(ASi+AM)}×100的下限优选为0.1％以上，优选为0.2％以上，优选为0.5％以上。第二单元层中的硅的原子数ASi相对于金属元素的原子数AM和硅的原子数ASi的合计的百分率{ASi/(ASi+AM)}×100的上限优选为2.0％以下，优选为1.5％以下，优选为1.2％以下，优选为1.0％以下。从提高紧贴性的观点出发，第二单元层中的硅的原子数ASi相对于金属元素的原子数AM和硅的原子数ASi的合计的百分率{ASi/(ASi+AM)}×100优选为0.1％以上且2.0％以下，优选为0.5％以上且2.0％以下，优选为0.2％以上且1.5％以下，优选为0.5％以上且1.5％以下，更优选为0.5％以上且1.0％以下。在第二单元层具有组成在厚度方向上变化的构成的情况下，上述的{ASi/(ASi+AM)}×100是指第二单元层中的平均值。
从提高硬度的观点出发，第一单元层中的{ASi/(ASi+AM)}×100与第二单元层中的{ASi/(ASi+AM)}×100之差优选为0.5％以上且10％以下，优选为1％以上且9％以下，优选为2％以上且8％以下，优选为4％以上且8％以下。
第一单元层以及第二单元层分别在其厚度方向上可以分别具有由单一的组成构成的构成，也可以分别具有组成变化的构成。在该情况下，上述的第一单元层中的{ASi/(ASi+AM)}×100是指进行了线分析的区域中的第一单元层中的{ASi/(ASi+AM)}×100的平均。另外，上述的第二单元层中的{ASi/(ASi+AM)}×100是指进行了线分析的区域中的第二单元层中的{ASi/(ASi+AM)}×100的平均。
确认了只要在同一试样中进行测定，即使变更上述(A2)中确定的硬质颗粒而进行多次，测定结果也几乎没有偏差，即使任意地设定测定部位，结果也不会随意变化。
(层叠结构的平均组成)
层叠结构的平均组成通过基于上述(A5)的线分析的结果来计算出进行了线分析的区域的平均组成而得到。
从提高耐热性的观点出发，进行了线分析的区域中的{ASi/(ASi+AM)}×100的平均优选为1％以上且8％以下，更优选为1.5％以上且7.5％以下，更优选为2％以上且5％以下。
在本说明书中，上述的{ASi/(ASi+AM)}×100的平均是指对相邻的三个硬质颗粒进行线分析而得到的值的平均。
(第一单元层以及第二单元层的晶体取向)
第一单元层和第二单元层优选具有相同的晶体取向。由此，界面能被抑制。该晶体取向例如可以列举为{311}、{211}、{110}、{100}、{111}等。在本说明书中的晶体学记载中，{}表示集合面。
第一单元层和第二单元层具有相同的晶体取向这一情况通过以下的步骤来确认。通过与上述(A1)～(A4)同样的方法，得到如图6所示的电子衍射图像。在该电子衍射图像为来自单一晶体的衍射图像的情况下，判断为第一单元层和第二单元层具有相同的晶体取向。
(层叠结构的周期宽度)
从维持单元层间的应变、提高耐缺损的观点出发，本实施方式中的层叠结构的周期宽度的平均优选为2nm以上且20nm以下，优选为4.1nm以上且17.7nm以下，优选为3nm以上且15nm以下，优选为5nm以上且10nm以下。在此，层叠结构的周期宽度是指从一个第一单元层到夹着与该一个第一单元层相邻的第二单元层而相邻的另一个第一单元层的距离。另外，该距离设为连结第一单元层和另一个第一单元层的各层的厚度方向的中点的距离。层叠结构的周期宽度的平均是指在上述(A3)中设定的测定区域内测定的全部层叠结构的周期宽度的平均。
在本说明书中，硅的浓度的周期宽度的测定方法如下所述。通过与上述(A1)～(A3)同样的方法设定测定区域。对该测定区域进行傅立叶变换，得到傅立叶变换图像。图8表示对图5所示的区域A进行傅立叶变换而得到的傅立叶变换图像。在该傅立叶变换图像中，测定区域内的周期性表现为光斑。周期宽度通过计算上述光斑与在傅立叶变换图像中表示最大强度的图像中央之间的距离的倒数来计算。
确认了只要在同一试样中进行测定，即使变更测定部位进行多次，测定结果也几乎没有偏差，即使任意地设定测定部位，结果也不会随意变化。
构成多层结构层的第一单元层以及第二单元层的层叠数(合计层叠数)没有特别限定，例如优选为10层以上且1000层以下。若层叠数为10层以上，则可抑制各单元层中的晶粒的粗大化，能够维持硬质颗粒的硬度。另一方面，若层叠数为1000层以下，则能够充分确保各单元层的厚度，能够抑制单元层彼此的混合。
<基底层>
优选地，覆膜具备配置在所述基材与所述硬质颗粒层之间的基底层，该基底层由第三化合物构成，该第三化合物由以下元素构成：
选自由周期表的第四族元素、第五族元素、第六族元素以及铝组成的群组中的一种以上的元素；以及
选自由碳、氮、硼以及氧组成的群组中的一种以上的元素。
由此，覆膜与基材的紧贴性提高，耐磨损性也提高。
作为基底层，通过在基材的正上方配置TiN层、TiC层、TiCN层或TiBN层，能够提高基材与覆膜的紧贴性。通过使用Al2O3层作为基底层，能够提高覆膜的耐氧化性。基底层的平均厚度优选为0.1μm以上且20μm以下。由此，覆膜能够具有优异的耐磨损性以及耐缺损性。
<表面层>
优选地，覆膜具备配置于其最表面的表面层，该表面层由第四化合物构成，该第四化合物由以下元素构成：
选自由周期表的第四族元素、第五族元素、第六族元素以及铝组成的群组中的一种以上的元素；以及
选自由碳、氮、硼以及氧组成的群组中的一种以上的元素。由此，覆膜的耐热龟裂性以及耐磨损性提高。
表面层是在覆膜中配置于最表面侧的层。但是，也有在刀尖棱线部没有形成表面层的情况。在硬质颗粒层上没有形成其他层的情况下，表面层配置于硬质颗粒层的正上方。
作为表面层，可列举为TiN层或Al2O3层。TiN层的色彩清晰(呈现金色)，因此若用作表面层，则具有切削使用后的切削刀片的角部识别(使用过的部位的识别)容易的优点。通过使用Al2O3层作为表面层，能够提高覆膜的耐氧化性。
表面层的平均厚度优选为0.05μm以上且1μm以下。由此，表面层与相邻的层的紧贴性提高。
<中间层>
中间层是配置于基底层与硬质颗粒层之间的层。在基底层为TiN层的情况下，中间层优选为TiCN层。由于TiCN层的耐磨损性优异，因此能够通过覆膜而赋予适当的耐磨损性。中间层的平均厚度优选为1μm以上且20μm以下。
[实施方式2：切削工具的制造方法]
使用图10对本实施方式的切削工具的制造方法进行说明。图10是在本实施方式的切削工具的制造中使用的CVD装置的一个例子的概要剖视图。
本实施方式的切削工具的制造方法是实施方式1所述的切削工具的制造方法，其中，
该切削工具的制造方法具备：
第1工序，在该第1工序中，准备基材；以及
第2工序，在该第2工序中，在该基材上形成覆膜而得到切削工具，
该第2工序包含通过CVD法形成由硬质颗粒构成的硬质颗粒层的第2a工序，
该第2a工序包含将第一原料气体、第二原料气体以及第三原料气体朝向该基材的表面喷出的第2a-1工序，
该第一原料气体包含选自由周期表的第四族元素、第五族元素以及第六族元素组成的群组中的一种以上的元素，
该第二原料气体为SiCl4，
该第三原料气体包含选自由碳、氮、硼以及氧组成的群组中的一种以上的元素，
该第一原料气体从设置于喷嘴的多个第1喷射孔喷出，
该第二原料气体从设置于该喷嘴的多个第2喷射孔喷出，
该第三原料气体从设置于该喷嘴的多个第3喷射孔喷出，
在该第2a-1工序中，该喷嘴旋转，
该多个第2喷射孔包含第2-1喷射孔和第2-2喷射孔，
该第2-1喷射孔的直径r1与该第2-2喷射孔的直径r2不同。
(第1工序)
在第1工序中，准备基材。基材的详细内容记载于实施方式1，因此不重复其说明。
(第2工序)
接着，在第2工序中，在上述基材上形成覆膜而得到切削工具。覆膜的形成例如使用图10所示的CVD装置来进行。在CVD装置50内，能够设置多个保持基材10的基材设置夹具52，它们被耐热合金钢制的反应容器53覆盖。另外，在反应容器53的周围配置有调温装置54，通过该调温装置54，能够对反应容器53内的温度进行控制。
在CVD装置50配置有具有三个导入口55、导入口57(另一个导入口未图示)的喷嘴56。喷嘴56配置为将配置基材设置夹具52的区域贯通。在喷嘴56的基材设置夹具52附近的部分形成有多个喷射孔(第1喷射孔61、第2喷射孔62、第3喷射孔(未图示))。
在图10中，从导入口55、导入口57以及另一个导入口(未图示)导入到喷嘴56内的各气体在喷嘴56内也不混合，而是分别经由不同的喷射孔导入到反应容器53内。该喷嘴56能够以其轴为中心轴进行旋转。另外，在CVD装置50配置有排气管59，废气能够从排气管59的排气口60向外部排出。此外，反应容器53内的夹具类等通常由石墨构成。
在覆膜包含基底层、中间层和/或表面层的情况下，这些层可以通过以往公知的方法形成。
(第2a工序)
第2工序包含通过CVD法形成由硬质颗粒构成的硬质颗粒层的第2a工序，该第2a工序包含将第一原料气体、第二原料气体以及第三原料气体朝向该基材的表面喷出的第2a-1工序。
第一原料气体包含选自由周期表的第四族元素、第五族元素以及第六族元素组成的群组中的一种以上的元素。第一原料气体例如为周期表的第四族元素、第五族元素或第六族元素的氯化物气体。更具体而言，可列举为TiCl4、ZrCl4、VCl4、CrCl3、以及包含它们中的两种以上的混合气体。第二原料气体为SiCl4。第三原料气体例如为CH3CN、CH4、N2、NH3、BCl3、H2O、以及包含它们中的两种以上的混合气体。
第一原料气体从设置于喷嘴的多个第1喷射孔喷出，第二原料气体从设置于该喷嘴的多个第2喷射孔喷出，第三原料气体从设置于喷嘴的多个第3喷射孔喷出。具体而言，第一原料气体从喷嘴的导入口55被导入喷嘴56内，并从多个第1喷射孔61喷出。第二原料气体从喷嘴的导入口57被导入喷嘴56内，并从多个第2喷射孔62喷出。第三原料气体从喷嘴的导入口(未图示)被导入喷嘴56内，并从多个第3喷射孔(未图示)喷出。
在该第2a-1工序中，该喷嘴旋转，多个第2喷射孔包含第2-1喷射孔和第2-2喷射孔，该第2-1喷射孔的直径r1与该第2-2喷射孔的直径r2不同。由此，硬质颗粒能够包含多层结构，该多层结构包含第一单元层和第二单元层，第一单元层中的硅的原子数相对于金属元素以及硅的原子数的合计的百分率、与第二单元层中的硅的原子数相对于金属元素以及硅的原子数的合计的百分率不同。以下，为了容易理解，以r1<r2进行说明。
第2-1喷射孔的直径r1优选为0.5mm以上且3mm以下，更优选为1mm以上且2.5mm以下，进一步优选为1.5mm以上且2mm以下。第2-2喷射孔的直径r2优选为1mm以上且4mm以下，更优选为1.5mm以上且3.5mm以下，进一步优选为2mm以上且3mm以下。
第2-1喷射孔的直径r1与第2-2喷射孔的直径r2之比r1/r2的下限优选为0.125以上，更优选为0.2以上，进一步优选为0.5以上。r1/r2的上限优选小于1，优选为0.8以下，优选为0.6以下。r1/r2优选为0.125以上且小于1，优选为0.2以上且0.8以下，优选为0.5以上且0.6以下。
在本工序中，反应容器内的基材温度优选为700～900℃的范围，反应容器内的压力优选为0.1～13kPa。另外，作为载气，可以使用H2气体、N2气体、Ar气体等。第一单元层以及第二单元层的组成可以通过原料气体的混合比例、以及第2-1喷射孔的直径r1与第2-2喷射孔的直径r2之比r1/r2来进行控制。硬质颗粒层的厚度可以通过对原料气体的流量和成膜时间进行调节来进行控制。第一单元层以及第二单元层各自的厚度、它们的层叠周期、层叠数可以通过对喷嘴的旋转速度和成膜时间进行调节来进行控制。
在硬质颗粒层的形成过程中，反应气体的总气体流量例如可以设为70～90L/分钟。在此，“总气体流量”表示将标准状态(0℃、1个大气压)下的气体作为理想气体，每单位时间导入到CVD炉的总容积流量。
(其他工序)
接着，将形成有覆膜的基材10冷却。冷却速度例如不超过5℃/min，另外，该冷却速度随着基材10的温度降低而变慢。
此外，在上述工序的基础上，还可以进行退火等热处理工序、表面磨削、喷丸等表面处理工序。
通过上述的制造方法，能够得到实施方式1的切削工具。
实施例
通过实施例对本实施方式进一步具体地进行说明。但是，本实施方式并不限定于这些实施例。
<基材的准备(第1工序)>
准备以下的表1中记载的基材A。具体而言，首先，均匀地混合由表1中记载的配合组成(质量％)构成的原料粉末，得到混合粉末。表1中的“余量”表示WC占配合组成(质量％)的剩余部分。接着，将混合粉末加压成形为SEMT13T3AGSR-G(住友电工硬质合金公司制造的可转位切削刀片)的形状后，在1300～1500℃下烧结1～2小时，由此得到硬质合金制的基材A。基材A的形状为SEMT13T3AGSR-G。
表1
<覆膜的形成(第2工序)>
对于上述得到的基材A，在其表面形成覆膜。具体而言，使用图10所示的CVD装置，将基材设置于基材设置夹具，进行热CVD法，由此在基材上形成覆膜。将各试样的覆膜的构成示于表2。表2的“-”所示的一栏表示不存在该层。
表2
表2所示的基底层(TiN层)、中间层(TiCN层)以及表面层(Al2O3层)是通过以往公知的CVD法形成的层，其成膜条件如表3所示。例如，在表3的“TiN(基底层)”的一行中，示出了作为基底层的TiN层的成膜条件。表3的TiN层(基底层)的记载是指：在CVD装置的反应容器内(反应容器内压力为6.7kPa、基材温度为915℃)配置基材，向反应容器内以63.8L/分钟的流量喷出由2.0体积％的TiCl4气体、39.7体积％的N2气体以及余量(58.3体积％)的H2气体构成的混合气体，由此形成TiN层。此外，根据各成膜条件形成的各层的厚度通过喷出各反应气体的时间来进行控制。
表3
表2的硬质颗粒层一栏的成膜条件A～G、X以及Y与表4的成膜条件A～G、表5的成膜条件X以及Y对应。例如，试样1的硬质颗粒层表示是在表4的成膜条件A下形成的层，括号内的数值意味着硬质颗粒层的厚度为4.5μm。
表4
(成膜条件A～成膜条件G)
在成膜条件A～成膜条件G下，使用图10所示的CVD装置形成硬质颗粒层。在CVD装置的喷嘴设置有第1喷射孔、第2喷射孔(第2-1喷射孔以及第2-2喷射孔)以及第3喷射孔。将各成膜条件下使用的CVD装置的喷嘴中的第2-1喷射孔的直径以及第2-2喷射孔的直径示于表4的“喷射孔的直径/>r1/r2”一栏。例如，在成膜条件A下，第2-1喷射孔的直径/>为1.5mm，第2-2喷射孔的直径/>为2.5mm。该喷嘴在成膜过程中旋转。
在成膜条件A～成膜条件G中，首先，将CVD装置的反应容器内压力设定为表4的“压力(kPa)”一栏中记载的压力，并且，将基材温度设定为表4的“温度(℃)”一栏中记载的温度。例如，在成膜条件A下，将CVD装置的反应容器内压力设定为9.0kPa，并且，将基材温度设定为800℃。
接着，向反应容器内导入包含表4的“反应气体组成(体积％)”一栏中记载的成分的反应气体，在基材上形成硬质颗粒层。表4中的“余量”表示H2气体占反应气体组成(体积％)的剩余部分。反应气体中，TiCl4、ZrCl4、VCl4以及CrCl3为第一原料气体，SiCl4为第二原料气体，CH3CN以及BCl3为第三原料气体。H2是为了对总气体流量进行调整而与第三原料气体混合。
在成膜条件A～成膜条件G下，反应气体的总气体流量为80L/分钟。“总气体流量”表示将标准状态(0℃、1个大气压)下的气体作为理想气体，每单位时间导入到CVD炉的总容积流量。例如，成膜条件A中使用的反应气体由SiCl4气体1体积％、TiCl4气体1体积％、CH3CH气体0.5体积％以及H2气体(余量，97.5体积％)构成。
成膜过程中的喷嘴的旋转速度如表4的“旋转速度(rpm)”一栏所示。例如，在成膜条件A下，喷嘴的旋转速度为2.0rpm。
之后，将基材冷却。
(成膜条件X)
在成膜条件X下，使用以往的CVD装置形成硬质颗粒层。CVD装置的喷嘴的喷射孔的直径全部相同，为10mm。该喷嘴在成膜过程中不旋转。
在成膜条件X下，首先，将CVD装置的反应容器内压力设定为6kPa，并且，将基材温度设定为800℃。
接着，向反应容器内导入包含表5的“反应气体组成(体积％)”一栏中记载的成分的反应气体(SiCl4：0.84体积％、TiCl4：0.17体积％、CH3CN：0.32体积％、H2：余量)，在基材上形成TiSiCN层(硬质颗粒层)。反应气体的总气体流量为80L/分钟。之后，将基材冷却。
(成膜条件Y)
在成膜条件Y下，通过以往的PVD法形成硬质颗粒层。成膜条件Y的具体条件如表5的“成膜条件Y”一列所示。
根据上述内容，得到试样1～试样16(相当于实施例)以及试样1-1～试样1-4(相当于比较例)的切削工具。
表5
硬质颗粒层的特征
(硬质颗粒层的结构)
利用明场扫描电子显微镜(BF-SEM)对通过成膜条件A～成膜条件G得到的覆膜的硬质颗粒层进行观察，结果为硬质颗粒层由多个硬质颗粒构成，在该硬质颗粒内确认到多层结构。确认了通过成膜条件A～成膜条件G得到的硬质颗粒层的多层结构是硅的原子数相对于金属元素以及硅的原子数的合计的百分率大的层(第一单元层)、与硅的原子数相对于金属元素以及硅的原子数的合计的百分率小的层(第二单元层)交替地层叠而形成的。
确认了通过成膜条件A～成膜条件G得到的硬质颗粒层中的第一单元层和第二单元层具有相同的晶体取向。
利用明场扫描电子显微镜(BF-SEM)对通过成膜条件X得到的硬质颗粒(TiCN)层进行观察，结果为均匀的组织，未确认到周期性变化。
利用明场扫描电子显微镜(BF-SEM)对通过成膜条件Y得到的硬质颗粒层进行观察，结果为确认到纳米复合材料结构。
(层叠结构的平均组成、第一单元层中的{ASi/(ASi+AM)}×100(％)、第二单元层中的{ASi/(ASi+AM)}×100(％))
对于通过各成膜条件得到的硬质颗粒层，对层叠结构的平均组成、第一单元层中的硅的原子数相对于金属元素以及硅的原子数的合计的百分率(Si/Me+Si(％))、以及第二单元层中的硅的原子数相对于金属元素以及硅的原子数的合计的百分率({ASi/(ASi+AM)}×100(％))进行测定。具体的测定方法如实施方式1中所记载的那样，因此不重复其说明。将结果示于表6的“平均组成”、“第一单元层{ASi/(ASi+AM)}×100(％)”以及“第二单元层{ASi/(ASi+AM)}×100(％)”一栏。此外，“-”的标记表示未进行测定。
(周期宽度)
在通过各成膜条件得到的硬质颗粒层中，对多层结构的周期宽度的平均值进行测定。具体的测定方法如实施方式1中所记载的那样，因此不重复其说明。将结果示于表6的“周期宽度平均(nm)”一栏。此外，“-”的标记表示未进行测定。
表6
<切削试验1>
使用试样1～试样10以及试样1-1及试样1-3的切削工具，在以下的切削条件下进行切削，对工具刀尖变为缺损状态为止的切削距离进行测定。以下的切削条件相当于高硬度耐热不锈钢的铣削加工(干式加工)。切削距离越长，表示工具寿命越长。将结果示于表7。
<切削条件>
被切削件：SUS630/H900块材(尺寸：300mm×150mm×50mm)
刀具：WGX13100RS(住友电工硬质合金公司制造)
刀片：SEMT13T3AGSR-G
切削速度Vc：300m/min
每刃的进给Fz：0.1mm/t
切入深度Ap：1.0mm
切削宽度Ae：75mm
切削液：无(干式)
表7
(评价1)
确认了试样1～试样10(实施例)与试样1-1以及试样1-3(比较例)相比，在高硬度耐热不锈钢的铣削加工(干式加工)中，切削距离长，工具寿命长。据推测这是因为，在试样1～试样10中，硬质颗粒包含多层结构，因此耐热龟裂进展性以及耐剥离性提高。
<切削试验2>
使用试样11～试样16以及试样1-2及试样1-4的切削工具，在以下的切削条件下进行切削，对工具刀尖变为缺损状态为止的切削距离进行测定。以下的切削条件相当于高硬度耐热不锈钢的铣削加工(湿式加工)。切削距离越长，表示耐热性越优异，工具寿命越长。将结果示于表8。
<切削条件>
被切削件：SUS640/H900块材(尺寸：300mm×150mm×50mm)
刀具：WGX13100RS(住友电工硬质合金公司制造)
刀片：SEMT13T3AGSR-G
切削速度Vc：150m/min
每刃的进给fz：0.3mm/t
切入深度ap：1.0mm
切削宽度ae：75mm
切削液：湿式
表8
(评价2)
确认了试样11～试样16(实施例)与试样1-2以及试样1-4(比较例)相比，在高硬度耐热不锈钢的铣削加工(湿式加工)中，切削距离长，工具寿命长。据推测这是因为，在试样11～试样16中，硬质颗粒包含多层结构，因此耐热龟裂进展性以及耐剥离性提高。
如以上那样对本公开的实施方式以及实施例进行了说明，但从最初起也预定将上述的各实施方式以及实施例的构成适当组合或进行各种变形。
应当认为本次公开的实施方式以及实施例在所有方面都是示例，而不是限制性的。本发明的范围不是由上述的实施方式以及实施例表示，而是由权利要求书表示，意图包含与权利要求书等同的意思以及范围内的全部变更。
附图标记说明
1、21、31、41：切削工具；10：基材；11：硬质颗粒层；12：基底层；13：表面层；14：中间层；15、25、35、45：覆膜；50：CVD装置；52：基材设置夹具；53：反应容器；54：调温装置；55、57：导入口；56：喷嘴；59：排气管；60：排气口；61：第1喷射孔；62：第2喷射孔。
Claims (10)
1.一种切削工具，所述切削工具包含基材和配置在所述基材上的覆膜，其中，
所述覆膜具备由硬质颗粒构成的硬质颗粒层，
所述硬质颗粒包含由第一单元层和第二单元层交替地层叠而成的多层结构，
所述第一单元层由具有立方晶结构的第一化合物构成，
所述第二单元层由具有立方晶结构的第二化合物构成，
所述第一化合物以及所述第二化合物分别由以下元素构成：
选自由周期表的第四族元素、第五族元素以及第六族元素组成的群组中的一种以上的金属元素；
硅；以及
选自由碳、氮、硼以及氧组成的群组中的一种以上的元素，
所述第一单元层中的所述硅的原子数相对于所述金属元素以及所述硅的原子数的合计的百分率、与所述第二单元层中的所述硅的原子数相对于所述金属元素以及所述硅的原子数的合计的百分率不同。
2.根据权利要求1所述的切削工具，其中，所述第一单元层以及所述第二单元层具有相同的晶体取向。
3.根据权利要求1或2所述的切削工具，其中，在所述第一单元层以及所述第二单元层中，所述硅的原子数相对于所述金属元素以及所述硅的原子数的合计的百分率分别为0.5％以上且10％以下。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的切削工具，其中，
所述硬质颗粒层的厚度为3μm以上且15μm以下，
所述覆膜的厚度为3μm以上且30μm以下。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的切削工具，其中，所述第一单元层中的硅的原子数ASi相对于金属元素的原子数AM和硅的原子数ASi的合计的百分率{ASi/(ASi+AM)}×100、与所述第二单元层中的硅的原子数ASi相对于金属元素的原子数AM和硅的原子数ASi的合计的百分率{ASi/(ASi+AM)}×100之差为0.5％以上且10％以下。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的切削工具，其中，
所述覆膜具备配置在所述基材与所述硬质颗粒层之间的基底层，
所述基底层由第三化合物构成，
所述第三化合物由以下元素构成：
选自由周期表的第四族元素、第五族元素、第六族元素以及铝组成的群组中的一种以上的元素；以及
选自由碳、氮、硼以及氧组成的群组中的一种以上的元素。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的切削工具，其中，
所述覆膜包含配置于所述基材的正上方的基底层，
所述基底层由选自由TiN层、TiC层、TiCN层、TiBN层以及Al2O3层组成的群组中的至少一种构成。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的切削工具，其中，
所述覆膜具备配置于其最表面的表面层，
所述表面层由第四化合物构成，
所述第四化合物由以下元素构成：
选自由周期表的第四族元素、第五族元素、第六族元素以及铝组成的群组中的一种以上的元素；以及
选自由碳、氮、硼以及氧组成的群组中的一种以上的元素。
9.根据权利要求6或7所述的切削工具，其中，所述覆膜具有配置在所述基底层与所述硬质颗粒之间的中间层。
10.一种切削工具的制造方法，其是权利要求1至9中任一项所述的切削工具的制造方法，其中，
所述切削工具的制造方法具备：
第1工序，在该第1工序中，准备基材；以及
第2工序，在该第2工序中，在所述基材上形成覆膜而得到切削工具，
所述第2工序包含通过CVD法形成由硬质颗粒构成的硬质颗粒层的第2a工序，
所述第2a工序包含将第一原料气体、第二原料气体以及第三原料气体朝向所述基材的表面喷出的第2a-1工序，
所述第一原料气体包含选自由周期表的第四族元素、第五族元素以及第六族元素组成的群组中的一种以上的元素，
所述第二原料气体为SiCl4，
所述第三原料气体包含选自由碳、氮、硼以及氧组成的群组中的一种以上的元素，
所述第一原料气体从设置于喷嘴的多个第1喷射孔喷出，
所述第二原料气体从设置于所述喷嘴的多个第2喷射孔喷出，
所述第三原料气体从设置于所述喷嘴的多个第3喷射孔喷出，
在所述第2a-1工序中，所述喷嘴旋转，
所述多个第2喷射孔包含第2-1喷射孔和第2-2喷射孔，
所述第2-1喷射孔的直径r1与所述第2-2喷射孔的直径r2不同。
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