CN117545574A

CN117545574A - 覆盖工具以及切削工具

Info

Publication number: CN117545574A
Application number: CN202280044422.1A
Authority: CN
Inventors: 吉见启; 森聪史
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2021-07-30
Filing date: 2022-07-12
Publication date: 2024-02-09
Also published as: WO2023008188A1; DE112022003746T5; JPWO2023008188A1

Abstract

本公开的覆盖工具具有：基体，包含以WC粒子为硬质相成分、以Co为结合相的主成分的WC基硬质合金；覆盖层，位于基体上；以及中间层，位于基体与覆盖层之间。中间层含有Ti，平均层厚为1nm以上且15nm以下。覆盖层具有与中间层相接的第一覆盖层。第一覆盖层具有选自Al、第5族元素、第6族元素及除Ti以外的第4族元素所构成的群中的至少1种元素、选自C及N所构成的群中的至少1种元素、以及Si和Cr。

Description

覆盖工具以及切削工具

技术领域

本公开涉及覆盖工具以及切削工具。

背景技术

作为车削加工、铣削加工等切削加工所使用的工具，已知有通过用覆盖层涂覆硬质合金、金属陶瓷、陶瓷等基体的表面来提高耐磨损性等的覆盖工具。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：JP专利第6773287号公报

专利文献2：JP专利第4330859号公报

发明内容

本公开的一个方式的覆盖工具具有：基体，包含以WC粒子为硬质相成分、以Co为结合相的主成分的WC基硬质合金；覆盖层，位于基体上；以及中间层，位于基体与覆盖层之间。中间层含有Ti，平均层厚为1nm以上且15nm以下。覆盖层具有与中间层相接的第一覆盖层。第一覆盖层具有选自Al、第5族元素、第6族元素及除Ti以外的第4族元素所构成的群中的至少1种元素、选自C及N所构成的群中的至少1种元素、以及Si和Cr。

附图说明

图1是表示实施方式所涉及的覆盖工具的一例的立体图。

图2是表示实施方式所涉及的覆盖工具1的一例的侧剖视图。

图3是表示实施方式所涉及的覆盖层20的一例的剖视图。

图4是图3所示的H部的示意放大图。

图5是用于说明第一层以及第二层的Al含量、Cr含量以及Si含量的示意图。

图6是基体与第一覆盖层的界面区域的示意性的放大图。

图7是表示实施方式所涉及的切削工具的一例的主视图。

图8是汇总了试样No.1～No.19所具有的覆盖层的制造条件的表。

图9是表示试样No.1～No.19所具有的覆盖层的结构的表。

图10是汇总了对试样No.1～No.19的氧化试验、磨损试验以及剥离试验的结果的表。

图11是实施方式所涉及的第一覆盖层的扫描透射电子显微镜像(HAADF-STEM像)。

图12是表示第一层以及第二层的层叠方向上的Al含量、Cr含量、Si含量以及N含量的变化的图表。

图13是实施例所涉及的覆盖工具的扫描透射电子显微镜像。

图14是实施例所涉及的覆盖工具的WC映射像。

图15是实施例所涉及的覆盖工具的Co映射像。

图16是实施例所涉及的覆盖工具的Ti映射像。

图17是表示WC上提取范围以及Co上提取范围的图。

图18是表示WC上提取范围以及Co上提取范围中的Ti量的测定结果的图表。

具体实施方式

以下，参照附图对用于实施本公开的覆盖工具以及切削工具的方式(以下，记载为“实施方式”)进行详细说明。另外，本公开的覆盖工具以及切削工具并不限定于该实施方式。此外，各实施方式能够在不使处理内容矛盾的范围内适当组合。此外，在以下的各实施方式中，对相同的部位标注相同的附图标记，并省略重复的说明。

此外，在以下所示的实施方式中，有时使用“固定”、“正交”、“垂直”或者“平行”这样的表述，但这些表述不需要严格地是“固定”、“正交”、“垂直”或者“平行”。即，上述的各表述例如允许制造精度、设置精度等的偏差。

在上述的现有技术中，在提高覆盖层与基体的密接性方面存在进一步改善的余地。

<覆盖工具>

图1是表示实施方式所涉及的覆盖工具的一例的立体图。此外，图2是表示实施方式所涉及的覆盖工具1的一例的侧剖视图。如图1所示，实施方式所涉及的覆盖工具1具有刀头主体2。

(刀头主体2)

刀头主体2例如具有上表面以及下表面(与图1所示的Z轴相交的面)的形状为平行四边形的六面体形状。

刀头主体2的一个角部作为切削刃部发挥功能。切削刃部具有第一面(例如上表面)和与第一面连接的第二面(例如侧面)。在实施方式中，第一面作为将通过切削产生的切屑铲起的“前刀面”发挥功能，第二面作为“后刀面”发挥功能。切削刃位于第一面与第二面相交的棱线的至少一部分，覆盖工具1通过使该切削刃与被切削材料接触来切削被切削材料。

上下贯通刀头主体2的贯通孔5位于刀头主体2的中央部。在贯通孔5插入有用于将覆盖工具1安装于后述的保持架70的螺钉75(参照图7)。

如图2所示，刀头主体2具有基体10和覆盖层20。

(基体10)

基体10例如由硬质合金形成。硬质合金含有W(钨)，具体而言，含有WC(碳化钨)。此外，硬质合金也可以含有Ni(镍)、Co(钴)。具体而言，基体10由以WC粒子为硬质相成分、以Co为结合相的主成分的WC基硬质合金构成。

(覆盖层20)

覆盖层20例如以提高基体10的耐磨损性、耐热性等为目的而被基体10覆盖。在图2的例子中，覆盖层20整体上覆盖基体10。覆盖层20只要至少位于基体10之上即可。在覆盖层20位于基体10的第一面(在此为上表面)的情况下，第一面的耐磨损性、耐热性高。在覆盖层20位于基体10的第二面(在此为侧面)的情况下，第二面的耐磨损性、耐热性高。

在此，参照图3以及图4对覆盖层20的具体结构进行说明。图3是表示实施方式所涉及的覆盖层20的一例的剖视图。此外，图4是图3所示的H部的示意放大图。

如图3所示，覆盖层20具有位于中间层22之上的第一覆盖层23和位于第一覆盖层23之上的第二覆盖层24。

第一覆盖层23具有选自Al、第5族元素、第6族元素以及除Ti以外的第4族元素所构成的群中的至少1种元素、选自C以及N所构成的群中的至少1种元素、以及Si和Cr。

具体而言，第一覆盖层23也可以具有Al、Cr、Si以及N。即，第一覆盖层23也可以是含有作为Al、Cr以及Si的氮化物的AlCrSiN的AlCrSiN层。另外，“AlCrSiN”的表述是指Al、Cr、Si和N以任意的比例存在，未必是指Al、Cr、Si和N以1：1：1：1的比例存在。

这样，通过使后述的中间层22所含的含有金属(例如Si)的第一覆盖层23位于中间层22之上，中间层22与覆盖层20的密接性高。由此，覆盖层20难以从中间层22剥离，因此覆盖层20的耐久性高。

在第一覆盖层23具有Al、Cr、Si和N的情况下，也可以是，Al在第一覆盖层23的金属元素中所占的比率为38原子％以上且55原子％以下，Cr在第一覆盖层23的金属元素中所占的比率为33原子％以上且48原子％以下，Si在第一覆盖层23的金属元素中所占的比率为4原子％以上且15原子％以下。

具有该结构的第一覆盖层23的覆盖工具1的耐氧化性优异。

如图4所示，第一覆盖层23具有多个第一层23a和多个第二层23b。第一覆盖层23具有第一层23a和第二层23b在厚度方向上交替层叠的条纹状结构。第二层23b形成在第一层23a上。

第一层23a以及第二层23b的厚度可以分别设为50nm以下。较薄地形成的第一层23a以及第二层23b的残余应力小，不易产生剥离、裂缝等，因此覆盖层20的耐久性变高。

第二覆盖层24也可以具有Ti、Si以及N。即，第二覆盖层24也可以是含有Ti以及Si的氮化物层(TiSiN层)。另外，“TiSiN层”的表述是指Ti、Si和N以任意的比例存在，未必是指Ti、Si和N以1：1：1的比例存在。

由此，例如，在第二覆盖层24的摩擦系数低的情况下，能够提高覆盖工具1的耐熔敷性。此外，例如，在第二覆盖层24的硬度高的情况下，能够提高覆盖工具1的耐磨损性。此外，例如，在第二覆盖层24的氧化开始温度高的情况下，能够提高覆盖工具1的耐氧化性。

第二覆盖层24也可以具有至少两个层位于厚度方向的条纹状构造。第二覆盖层24的条纹状构造所具有的各层例如可以含有Ti、Si和N。在这种情况下，第二覆盖层24的Ti的含量(以下，记载为“Ti含量”)、Si的含量(以下，记载为“Si含量”)以及N的含量(以下，记载为“N含量”)也可以沿着第二覆盖层24的厚度方向分别反复增减。第二覆盖层24所含的金属元素中，Ti以及Si的合计可以为98原子％以上。此外，第二覆盖层24也可以具有在厚度方向上交替地配置的第三层以及第四层。

图5是用于说明第一层23a以及第二层23b的A1含量、Cr含量以及Si含量的示意图。

第一层23a以及第二层23b含有Al、Cr、Si和N。在此，将第一层23a中的Al含量设为第一Al含量，将第一层23a中的Cr含量设为第一Cr含量，将第一层23a中的Si含量设为第一Si含量。此外，将第二层23b中的Al含量设为第二Al含量，将第二层23b中的Cr含量设为第二Cr含量，将第二层23b中的Si含量设为第二Si含量。

在这种情况下，也可以是，第一Al含量比所述第二Al含量多，第一Cr含量比第二Cr含量少，第一Si含量比第二Si含量多。

具有该结构的第一覆盖层23的覆盖工具1的高硬度且耐缺损性优异。

此外，也可以是，第一层23a的Al含量与第二层23b的Al含量之差为1原子％以上且9原子％以下，第一层23a的Cr含量与第二层23b的Cr含量之差为1原子％以上且12原子％以下，第一层23a的Si含量与第二层23b的Si含量之差为0.5原子％以上且5原子％以下。

具有该结构的第一覆盖层23的覆盖工具1维持高的耐氧化性且高硬度，并且缓和覆膜内部的应力，耐磨损性优异。

(覆盖层的制造方法)

覆盖层例如可以通过物理蒸镀法形成。作为物理蒸镀法，例如可列举离子镀法以及溅射法等。作为一例，在利用离子镀法制作覆盖层的情况下，能够通过下述的方法制作覆盖层。

首先，示出通过离子镀法制作第一覆盖层的方法的一例。首先，作为一例，准备Cr、Si以及Al的各金属靶、或复合化的合金靶或烧结体靶。

接下来，通过电弧放电或辉光放电等使作为金属源的上述靶蒸发而离子化。使离子化后的金属与氮源的氮气(N₂)等反应，并且蒸镀到基体的表面。通过以上的步骤，能够形成A1CrSiN层。

在上述的步骤中，也可以将基体的温度设为500～600℃，将氮气压力设为1.0～6.0Pa，对基体施加-50～-200V的直流偏置电压，将电弧放电电流设为100～200A。

第一覆盖层的组成能够通过针对各个靶独立地控制铝金属靶、铬金属靶、铝-硅复合化合金靶以及铬-硅复合化合金靶的电弧放电/辉光放电时的电压/电流值来进行调整。此外，覆盖层的组成也可以通过覆盖时间、气氛气体压力的控制来进行调整。在实施方式的一例中，通过使电弧放电/辉光放电时的电压/电流值变化，能够使靶金属的离子化量变化。此外，通过针对每个靶周期性地改变电弧放电/辉光放电时的电流值，能够使靶金属的离子化量周期性地变化。靶的电弧放电/辉光放电时的电流值以0.01～0.5min周期性地改变，由此能够使靶金属的离子化量周期性地变化。由此，能够构成为在覆盖膜的膜厚方向上各金属元素的含有比例以各自的周期变化。

在进行上述的步骤时，以使Al、Si的量变少、此外使Cr的量变多地使Al、Si、Cr的组成变化，然后，以Al、Si的量变多、此外使Cr的量变少地使Al、Si、Cr的组成变化，由此能够制作具有第一层以及第二层的第一覆盖层。

接下来，对作为TiSiN层的第二覆盖层的制造方法的一例进行说明。

与第一覆盖层同样地，第二覆盖层也可以通过物理蒸镀法形成。作为一例，首先，准备Ti金属靶以及Ti-Si复合化合金靶。而且，通过针对每个靶独立地控制对所准备的各靶施加的电弧放电/辉光放电时的电压/电流值，能够制作具有条纹状构造的第二覆盖层。

在上述的步骤中，也可以将基体的温度设为500～600℃，将氮气压力设为1.0～6.0Pa，对基体施加-50～-200V的直流偏置电压，将电弧放电电流设为100～200A，将电弧电流的变化周期设为0.01～0.5min。

(中间层22)

中间层22也可以位于基体10与覆盖层20之间。具体而言，中间层22在一个面(在此为下表面)与基体10的上表面相接，并且在另一个面(在此为上表面)与覆盖层20(第一覆盖层23)的下表面相接。

中间层22与基体10的密接性比覆盖层20高。作为具有这样的特性的金属元素，例如可举出Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Al、Si、Y、Ti。中间层22含有上述金属元素中的至少1种以上的金属元素。例如，中间层22也可以含有Ti。另外，Si是半金属元素，但在本说明书中，半金属元素也包含在金属元素中。

在中间层22含有Ti的情况下，中间层22中的Ti的含量可以为1.5原子％以上。例如，中间层22中的Ti的含量可以为2.0原子％以上。

中间层22也可以含有上述金属元素(Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Al、Si、Y、Ti)以外的金属元素成分。其中，从与基体10的密接性的观点出发，中间层22可以以总量计至少含有95原子％以上的上述金属元素。更优选中间层22以总量计含有98原子％以上的上述金属元素。另外，中间层22中的金属成分的比例例如可以通过使用了附属于STEM(扫描透射电子显微镜)的EDS(能量分散型X射线分光器)的分析来确定。

这样，在实施方式所涉及的覆盖工具1中，通过在基体10与覆盖层20之间设置与基体10的润湿性比覆盖层20高的中间层22，能够提高基体10与覆盖层20的密接性。另外，中间层22与覆盖层20的密接性也高，因此也不易产生覆盖层20从中间层22剥离的情况。

另外，中间层22的厚度例如可以为0.1nm以上且小于20nm。

图6是基体10与第一覆盖层23的界面区域的示意性的放大图。在图6中，示出了与基体10的表面垂直的截面中的基体10与第一覆盖层23的界面区域。

如图6所示，位于基体10与第一覆盖层23的界面区域的中间层22较多地位于基体10所包含的WC粒子10a以及结合相10b中的WC粒子10a上。

具体而言，将在从第一覆盖层23横切到WC粒子10a的方向上进行元素分析而得到的Ti的最大值(atm％)设为Ti(WC)值，将在从第一覆盖层23起从WC横切到结合相10b的方向上进行元素分析而得到的Ti的最大值(atm％)设为Ti(Co)值。此外，将Ti(WC)值与Ti(Co)值的比率(Ti(Co)值/Ti(WC)值)设为Ti(Co/WC)比率。在这种情况下，实施方式所涉及的覆盖工具1的Ti(Co/WC)比率为0.8以下。

以往，包括选自Al、Cr、Si、第5族元素、第6族元素以及除Ti以外的第4族元素所构成的群中的至少1种元素和选自C、N所构成的群中的至少1种元素的第一覆盖层与WC粒子的密接性存在改善的余地。另一方面，Ti与第一覆盖层以及WC粒子这两者具有良好的密接性。因此，如实施方式所涉及的覆盖工具1那样，通过在第一覆盖层23与WC粒子10a之间导入包括Ti的中间层22，能够提高基体10与第一覆盖层23的密接力。

具有上述结构的中间层22例如能够通过以下的制造方法得到。

(中间层的制造方法)

8×10^-3～1×10^-4Pa的减压环境下加热基体，使表面温度为500～600℃。接下来，导入氩气作为气氛气体，将压力保持为3.0Pa。接下来，将偏置电压设为-400V，进行11分钟的氩气轰击处理。接下来，将压力减压至0.1Pa，对Ti金属蒸发源施加130～160A的电弧电流，处理0.3分钟，对基体的表面形成作为中间层的含Ti层。

<氩气轰击前处理条件1>

(1)偏置电压：-400V

(2)压力：3Pa

(3)处理时间：11分钟

<含Ti层的成膜条件1>

(1)电弧电流：-100～-200A

(2)偏置电压：-380～-430V

(3)压力：0.1Pa

(4)处理时间：0.3分钟

含Ti层例如也可以含有基于扩散的其他金属元素。含Ti层也可以含有50～95原子％的除Ti以外的金属元素。

此外，含有Co的结合相与Ti的密接性差。因此，位于包括Co的结合相之上的Ti的量尽可能少的话，基体与覆盖层的整体的密接力提高。因此，如实施方式所涉及的覆盖工具1那样，通过采用基体10所含的WC粒子10a以及结合相10b中的更多的Ti位于WC粒子10a上的结构，能够提高基体10与第一覆盖层23的密接力，由此，能够提高覆盖工具1的耐磨损性、耐缺损性。

此外，在与基体10的表面垂直的截面中，结合相10b的至少一部分也可以与第一覆盖层23相接。

包含选自Al、Cr、Si、第5族元素、第6族元素以及除Ti以外的第4族元素所构成的群中的至少1种元素的第一覆盖层和包括Co的结合相的密接性优于含有Co的结合相和Ti的密接性。因此，在设为结合相10b的至少一部分与第一覆盖层23相接的结构的情况下，能够进一步提高基体10与第一覆盖层23的密接力，能够进一步提高覆盖工具1的耐磨损性、耐缺损性。

具有上述结构的中间层22例如也可以通过以下的条件来制造。

<氩气轰击前处理条件2>

(1)偏置电压：-400V

(2)压力：3Pa

(3)处理时间：11分钟

<含Ti层的成膜条件2>

(1)电弧电流：100～200A

(2)偏置电压：-380～-430V

(3)压力：0.1Pa

(4)处理时间：0.3分钟

<氩气轰击后处理条件2>

(1)偏置电压：-200V

(2)压力：3Pa

(3)处理时间：1分钟

将含Ti层的成膜条件2和氩气轰击后处理条件2交替地重复1次以上。

此外，在界面区域中WC粒子10a上的包括Ti的区域、即WC粒子10a上的中间层22的厚度可以为1nm以上且15nm以下。

若中间层22的厚度为1nm以上，则可进一步发挥第一覆盖层23与WC粒子10a的密接效果，若中间层22的厚度为15nm以下，则可抑制从中间层22产生/发展龟裂。因此，通过将WC粒子10a上的中间层22的厚度设为1nm以上且15nm以下，能够进一步提高基体10与第一覆盖层23的密接力，能够进一步提高覆盖工具1的耐磨损性、耐缺损性。

具有上述结构的中间层22例如能够通过以下的条件来制造。

<氩气轰击前处理条件3>

(1)偏置电压：-400V

(2)压力：3Pa以下

(3)处理时间：11分钟

<含Ti层的成膜条件3>

(1)电弧电流：100A180A以下

(2)偏置电压：-400V

(3)压力：0.1Pa

(4)处理时间：0.3分钟

<氩气轰击后处理条件3>

(1)偏置电压：-200V

(2)压力：3Pa

(3)处理时间：1分钟

将含Ti层的成膜条件3和氩轰击后处理条件3交替地重复1次以上且20次以下。

<切削工具>

接下来，参照图7对具备上述覆盖工具1的切削工具的结构进行说明。图7是表示实施方式所涉及的切削工具的一例的主视图。

如图7所示，实施方式所涉及的切削工具100具有覆盖工具1和用于固定覆盖工具1的保持架70。

保持架70是从第一端(图7中的上端)朝向第二端(图7中的下端)延伸的棒状的构件。保持架70例如是钢、铸铁制。特别优选在这些构件中使用韧性高的钢。

保持架70在第一端侧的端部具有兜孔73。兜孔73是供装配覆盖工具1的部分，具有与被切削材料的旋转方向相交的落座面和相对于落座面倾斜的约束侧面。在落座面设置有供后述的螺钉75螺合的螺孔。

覆盖工具1位于保持架70的兜孔73，通过螺钉75装配于保持架70。即，将螺钉75插入覆盖工具1的贯通孔5，将该螺钉75的前端插入形成于兜孔73的落座面的螺孔，使螺纹部彼此螺合。由此，覆盖工具1以切削刃部分从保持架70向外侧突出地装配于保持架70。

在实施方式中，例示了用于所谓车削加工的切削工具。作为车削加工，例如可举出内径加工、外径加工以及开槽加工。另外，作为切削工具，并不限定于车削加工所使用的工具。例如，覆盖工具1可以用于铣削加工中使用的切削工具。作为用于铣削加工的切削工具，例如可举出平铣刀、正面铣刀、侧铣刀、开槽铣削等铣削、1刃立铣刀、多刃立铣刀、锥形刃立铣刀、球头立铣刀等立铣刀等。

实施例

以下，对本公开的实施例进行具体说明。另外，本公开并不限定于以下所示的实施例。

制作在包含WC基硬质合金的基体上具有覆盖层的试样No.1～No.19，进行条纹状构造的有无的确认、Al含量、Cr含量以及Si含量的测定。试样No.2～No.19所具有的中间层的制作条件如图8所示。另外，试样No.1～No.19中，试样No.2～No.5、No.7～No.14相当于本公开的实施例，试样No.1、No.6、No.15～No.19相当于比较例。此外，图8所示的中间层的制造条件即“覆盖时间”相当于上述含Ti层的成膜条件下的“处理时间”。

图9是表示试样No.1～No.19所具有的覆盖层的结构的表。如图9所示，试样No.1在基体与第一覆盖层之间不具有中间层。与此相对，试样No.2～No.19在基体与第一覆盖层之间具有中间层。其中，试样No.2～No.18具有含有Ti的中间层，试样No.19具有含有Cr的中间层。试样No.2～No.19所具有的中间层的层厚(平均层厚)为：试样No.2为0.1nm，试样No.3为1nm，试样No.4为8nm，试样No.5为15nm，试样No.6为18nm，试样No.7～No.14为8nm，试样No.15为5nm，试样No.16为3nm，试样No.17为5nm，试样No.18为10nm，试样No.19为2nm。

试样No.1～No.14具有含有Al、Cr、Si和N的第一覆盖层(AlCrSiN层)。试样No.1～No.14所具有的AlCrSiN层的平均组成为(Al₅₀Cr₃₉Si₁₁)N。这些试样所具有的第一覆盖层具有第一层和第二层交替地配置的条纹状构造。

试样No.15～No.19所具有的第一覆盖层均不具有条纹状构造。试样No.15～No.19所具有的第一覆盖层的组成为：试样No.15为(Al₅₀Cr₅₀)N，试样No.16为(Ti₅₀Al₅₀)N，试样No.17为(Ti₅₀Al₄₀Si₁₀)N，试样No.18为TiN，试样No.19为(Al₅₅CTi₂₅Cr₁₅Si₃Y2)N。

对于具有条纹状构造的试样No.1～No.14，第一层中的Al含量与第二层中的Al含量之差(Al含量差)分别为6原子％、6原子％、6原子％、6原子％、6原子％、6原子％、2原子％、4原子％、6原子％、8原子％、9原子％、10原子％、9原子％、6原子％。

对于具有条纹状构造的试样No.1～No.14，第一层中的Cr含量与第二层中的Cr含量之差(Cr含量差)分别为8原子％、8原子％、8原子％、8原子％、8原子％、8原子％、3原子％、6原子％、9原子％、12原子％、11原子％、11原子％、13原子％、12原子％。

对于具有条纹状构造的试样No.1～No.14，第一层中的Si含量与第二层中的Si含量之差(Si含量差)分别为2原子％、2原子％、2原子％、2原子％、2原子％、2原子％、1原子％、2原子％、3原子％、4原子％、2原子％、1原子％、4原子％、6原子％。

图10是汇总了对试样No.1～No.19的氧化试验、磨损试验以及剥离试验的结果的表。氧化试验、磨损试验以及剥离试验的各试验条件如下。

<氧化试验>

对于试样No.1～No.15的AlCr系的覆盖层，进行如下的氧化试验：对铂线进行给定的中间层形成处理，然后，以覆盖层成为3μm的厚度地进行制膜，将得到的涂层铂丝在大气中、1000℃下保持1小时。

对于试样No.16～No.19的Ti系的覆盖层，进行如下的氧化试验：对铂线进行给定的中间层形成处理，然后，以覆盖层成为3μm的厚度地进行制膜，将得到的涂层铂丝在大气中、800℃下保持1小时。

对试验后的铂丝进行截面加工，从截面观察薄膜状态，由此观察氧化膜的厚度。另外，成为氧化膜的厚度越小、表示耐氧化性越好的指标。

<磨损试验>

磨损试验使用2刃硬质合金球头立铣刀(型号：2KMBL0200-0800-S4)，在以下的条件下进行。

(1)切削方法：兜孔加工

(2)被切削材料：SKD11H

(3)进给fz：1320mm/min

(4)切口：ap0.08mm×ae 0.20mm

(5)评价方法：用显微镜测定切削20m后的侧后刀面的磨损宽度。

<剥离试验>

剥离试验通过划痕试验机进行。作为载荷范围20～150N，利用产生剥离时的载荷进行评价。

对于具有1nm以上且15nm以下的含有Ti的中间层，且具有选自Al、第4族元素、第5族元素以及第6族元素所构成的群中的至少1种元素、Si以及Cr的试样No.2～No.5、No.7～No.14，与试样No.1、No.19相比，与覆盖层的密接力优异，此外，与试样No.1、No.6、No.15～No.19相比，表现出高的耐磨耗性。特别是，对于第一覆盖层具有在厚度方向上交替地配置的第一层和第二层、第一层的Al含量与第二层的Al含量之差为1原子％以上且9原子％以下、第一层的Cr含量与第二层的Cr含量之差为1原子％以上且12原子％以下、第一层的Si含量与第二层的Si含量之差为0.5原子％以上且5原子％以下的试样No.2～No.5、No.7～No.11，耐氧化性、耐磨损性优异。

<第一覆盖层的元素分析>

对试样No.4的第一覆盖层进行了基于EDX分析的元素分析。具体而言，从EDX分析数据提取跨越多个第一层以及第二层的范围，对于提取出的范围，测定沿着第一层以及第二层的层叠方向的方向(扫描方向)上的Al含量、Cr含量、Si含量以及N含量的变化。分析条件如下。

(1)试样前处理：利用FIB法(μ-取样法)的薄片化

(2)元素分析(面分析)

(3)扫描透射电子显微镜：日本电子制JEM-ARM 200F

(4)加速电压：200kV

(5)光束直径：约

(6)元素分析装置：日本电子制JED-2300T

(7)X射线检测器：Si漂移检测器

(8)能量分辨率：约140eV

(9)X射线取出角：21.9°

(10)立体角：0.98sr

(11)取入像素数：256×256

图11是实施方式所涉及的第一覆盖层的扫描透射电子显微镜像(HAADF-STEM像)。如图11所示，可知实施例所涉及的第一覆盖层具有第一层与第二层交替配置的条纹状构造。

图12是表示第一层以及第二层的层叠方向上的Al含量、Cr含量、Si含量以及N含量的变化的图表。图12所示的图表的横轴与图11所示的扫描方向对应。即，图11所示的扫描方向的起点(图11所示的“0nm”)与图12所示的图表的横轴的“0nm”对应，图11所示的扫描方向的终点(图11所示的“50nm”)与图12所示的图表的横轴的“50nm”对应。

如图12所示，可知Al含量以及Cr含量沿着扫描方向(即，第一层以及第二层的层叠方向)周期性地变动。具体而言，Al含量在第一层中增加，在第二层中减少。此外，Cr含量在第一层中减少，在第二层中增加。

此外，Si含量也沿着扫描方向周期性地变动。具体而言，Si含量与Al含量同样地，在第一层中增加，在第二层中减少。

这样，在实施例所涉及的第一覆盖层中，第一层中的Al含量(第一Al含量)比第二层中的Al含量(第二Al含量)多，第一层中的第一Cr含量比第二层中的第二Cr含量少，第一层中的第一Si含量比第二层中的第二Si含量多。

此外，如图12所示，可知第一Al含量与第二Al含量之差为1原子％以上且9原子％以下，第一Cr含量与第二Cr含量之差为1原子％以上且12原子％以下，第一Si含量与第二Si含量之差为0.5原子％以上且5原子％以下。

<基体与第一覆盖层的界面区域的元素分析>

对通过上述制造方法制造的试样中的基体与第一覆盖层的界面区域进行了基于EDX分析的元素分析。分析条件与上述的第一覆盖层的EDX分析的条件相同。

图13是实施例所涉及的覆盖工具的扫描透射电子显微镜像。具体而言，图13中示出了与基体的表面垂直的截面中的基体与第一覆盖层的界面区域的扫描透射电子显微镜像(HAADF-STEM像)。

此外，图14～图16示出与图13所示的扫描透射电子显微镜像相同区域中的元素映射像。具体而言，图14是实施例所涉及的覆盖工具的WC映射像，图15是实施例所涉及的覆盖工具的Co映射像，图16是实施例所涉及的覆盖工具的Ti映射像。

如图14～图16所示，在实施例所涉及的覆盖工具中，位于基体与第一覆盖层的界面区域的Ti较多地位于基体所包括的WC以及Co中的WC之上。

此外，如图15所示，在实施例所涉及的覆盖工具中，含有Co的结合相的至少一部分与第一覆盖层相接。

<Ti量的比较>

对于试样No.2，从EDX分析数据(面分析数据)分别提取从第一覆盖层横切到WC粒子的线上的范围(以下，记载为“WC上提取范围”)和从第一覆盖层横切到结合相的线上的范围(以下，记载为“Co上提取范围”)，对各提取范围进行了Ti量的测定。进行了提取的EDX分析数据的分析条件与针对上述的第一覆盖层的EDX分析的条件相同。

图17是表示WC上提取范围以及Co上提取范围的图。如图17所示，将沿着从第一覆盖层横切到WC粒子的方向的长度为50.0nm的区域作为WC提取范围。WC上提取范围的起点(0.0nm)位于第一覆盖层，终点(50.0nm)位于WC粒子。

此外，将沿着从第一覆盖层横切到包括Co的结合相的方向的长度为50.0nm的范围作为Co上提取范围。Co上提取范围的起点(0.0nm)位于第一覆盖层，终点(50.0nm)位于结合相。

图18是表示WC上提取范围以及Co上提取范围中的Ti量的测定结果的图表。在图18中，以白色圆圈来表示在WC上提取范围中测定的Ti量，以黑色圆圈来表示在Co上提取范围中测定的Ti量。

在此，将对WC上提取范围进行元素分析而得到的Ti量(atm％)的最大值设为Ti(WC)值，将对Co上提取范围进行元素分析而得到的Ti量(atm％)的最大值设为Ti(Co)值。如图18所示，Ti(WC)值为约2.55atm％，Ti(Co)值为1.35atm％。此外，Ti(WC)值与Ti(Co)值的比率(Ti(Co)值/Ti(WC)值)约为0.53。

这样，在实施例所涉及的覆盖工具中，Ti(WC)值与Ti(Co)值的比率(Ti(Co/WC)比率)小于0.8。

如上所述，实施方式所涉及的覆盖工具(作为一例，覆盖工具1)具有：包含WC基硬质合金的基体(作为一例，基体10)，该WC基硬质合金将WC粒子(作为一例，WC粒子1Oa)作为硬质相成分、将Co作为结合相(作为一例，结合相10b)的主成分；覆盖层(作为一例，覆盖层20)，位于基体上；以及中间层(作为一例，中间层22)，位于基体与覆盖层之间。中间层含有Ti，平均层厚为1nm以上且15nm以下。覆盖层具有与中间层相接的第一覆盖层(作为一例，第一覆盖层23)。第一覆盖层具有选自Al、第5族元素、第6族元素及除Ti以外的第4族元素所构成的群中的至少1种元素、选自C及N所构成的群中的至少1种元素、以及Si和Cr。

因此，根据实施方式所涉及的覆盖工具，能够提高覆盖层与基体的密接性。

另外，图1所示的覆盖工具1的形状只不过是一例，并不限定本公开的覆盖工具的形状。本公开的覆盖工具例如也可以具有：棒形状的主体，具有旋转轴，从第一端延伸至第二端；切削刃，位于主体的第一端；以及槽，从切削刃朝向主体的第二端一侧呈螺旋状延伸。

本领域技术人员能够容易地导出进一步的效果、变形例。因此，本发明的更广泛的方式并不限定于如以上那样表示且记述的特定的细节以及代表性的实施方式。因此，能够在不脱离由所附权利要求书以及其等价物定义的概括性发明的概念的精神或范围的情况下进行各种变更。

-附图标记说明-

1 覆盖工具

2 刀头主体

5 贯通孔

10 基体

10A WC粒子

10b 结合相

20 覆盖层

22 中间层

23 第一覆盖层

24 第二覆盖层

70 保持架

73 兜孔

75 螺钉

100 切削工具。

Claims

1.一种覆盖工具，具有：

基体，包含以WC粒子为硬质相成分、以Co为结合相的主成分的WC基硬质合金；

覆盖层，位于该基体之上；以及

中间层，位于所述基体与所述覆盖层之间，

所述中间层含有Ti，平均层厚为1nm以上且15nm以下，

所述覆盖层具有与所述中间层相接的第一覆盖层，

该第一覆盖层具有选自Al、第5族元素、第6族元素及除Ti以外的第4族元素所构成的群中的至少1种元素、选自C及N所构成的群中的至少1种元素、以及Si和Cr。

2.根据权利要求1所述的覆盖工具，其中，

所述第一覆盖层具有Al、Cr、Si和N，

Al在所述第一覆盖层的金属元素中所占的比率为38原子％以上且55原子％以下，

Cr在所述第一覆盖层的金属元素中所占的比率为33原子％以上且48原子％以下，

Si在所述第一覆盖层的金属元素中所占的比率为4原子％以上且15原子％以下。

3.根据权利要求2所述的覆盖工具，其中，

所述第一覆盖层具有在厚度方向上交替地配置的第一层和第二层，

所述第一层以及所述第二层具有Al、Cr、Si和N。

4.根据权利要求3所述的覆盖工具，其中，

所述第一层的Al含量与所述第二层的Al含量之差为1原子％以上且9原子％以下，

所述第一层的Cr含量与所述第二层的Cr含量之差为1原子％以上且12原子％以下，

所述第一层的Si含量与所述第二层的Si含量之差为0.5原子％以上且5原子％以下。

5.一种切削工具，具有：

棒状的保持架，在端部具有兜孔；以及

权利要求1～4中任一项所述的覆盖工具，位于所述兜孔内。