JP2018118346A - 硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性、耐剥離性を発揮する表面被覆切削工具 - Google Patents
硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性、耐剥離性を発揮する表面被覆切削工具 Download PDFInfo
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Abstract
Description
ただ、前記従来のTi−Al系の複合窒化物層を被覆形成した被覆工具は、比較的耐摩耗性にすぐれるものの、高速断続切削条件で用いた場合にチッピング、剥離等の異常損耗を発生しやすいことから、硬質被覆層の改善についての種々の提案がなされている。
しかし、前記特許文献1に記載されている化学蒸着法で蒸着形成した(Ti1−xAlx)N層については、Alの含有割合xを高めることができ、また、立方晶構造を形成させることができることから、所定の硬さを有し耐摩耗性にすぐれた硬質被覆層が得られるものの、工具基体との密着強度は十分でなく、また、靭性に劣るという課題があった。
また、前記特許文献2に記載されている被覆工具は、所定の硬さを有し耐摩耗性にはすぐれるものの、層間の密着強度が不十分で、鋳鉄等の高速断続切削加工に供した場合には、チッピング、欠損、剥離等の異常損傷が発生しやすく、満足できる切削性能を発揮するとは言えないという課題があった。
さらに、前記特許文献3、4に記載される被覆工具においても、鋳鉄等の高速断続切削加工に供した場合には、チッピング、欠損、剥離等の異常損傷が発生しやすく、満足できる切削性能を発揮するとはいえなかった。
そこで、本発明は、鋳鉄等の高速断続切削等に供した場合であっても、層間の密着強度に優れ、チッピング、剥離等の異常損傷を発生することなく、長期の使用に亘ってすぐれた耐摩耗性を発揮する被覆工具を提供することを目的とする。
その結果、少なくとも前記上部層αと密着層βを備える硬質被覆層を形成した被覆工具は、鋳鉄等の高速断続切削等に供した場合であっても、層間の密着強度にすぐれるとともに、チッピング、剥離等の異常損傷の発生を抑制し、長期の使用に亘ってすぐれた耐摩耗性を発揮することを見出したのである。
「(1) 炭化タングステン基超硬合金、炭窒化チタン基サーメットまたは立方晶窒化ホウ素基超高圧焼結体のいずれかで構成された工具基体の表面に、硬質被覆層が設けられた表面被覆切削工具において、
(a)前記硬質被覆層は、平均層厚が1〜20μmのTiとAlの複合窒化物または複合炭窒化物層を少なくとも含み、
(b)前記TiとAlの複合窒化物または複合炭窒化物層は、NaCl型の面心立方構造を有する複合窒化物または複合炭窒化物の相を少なくとも含み、
(c)前記TiとAlの複合窒化物または複合炭窒化物層は、硬質被覆層表面側から工具基体表面側に向かって、平均層厚が0.5μm以上の上部層αと、TiとAlの周期的な組成変化が存在する平均層厚が0.1〜5.0μmの密着層βからなる2層を含み、
(d)前記上部層αは、その組成を、
組成式:(Ti1−XαAlXα)(CYαN1−Yα)
で表した場合、AlのTiとAlの合量に占める平均含有割合XαavgおよびCのCとNの合量に占める平均含有割合Yαavg(但し、Xαavg、Yαavgはいずれも原子比)は、それぞれ、0.60≦Xαavg≦0.95、0≦Yαavg≦0.005を満足し、
(e)前記TiとAlの周期的な組成変化が存在する密着層βは、その組成を、
組成式:(Ti1−XβAlXβ)(CYβN1−Yβ)で表し、平均層厚をLβavg(μm)とした場合、その層厚方向に[Lβavg]+2分割した各区間におけるAlのTiとAlの合量に占める平均含有割合およびCのCとNの合量に占める平均含有割合を求めたとき、各区間のAlのTiとAlの合量に占める平均含有割合XβavgおよびCのCとNの合量に占める平均含有割合Yβavg(但し、Xβavg、Yβavgはいずれも原子比)は、それぞれ、0.10≦Xβavg<0.60、0≦Yβavg≦0.005を満足し、
(f)前記密着層βの平均層厚をLβavg(μm)とし、前記密着層βをその層厚方向に[Lβavg]+2分割し、分割した各区間におけるAlのTiとAlの合量に占める平均含有割合Xβavgを、それぞれ分割した区間毎に求めたとき、工具基体側の区間におけるXβavgに比して、硬質被覆層表面側の区間におけるXβavgが単調増加し、最も工具基体側の区間のXβavgよりも最も硬質被覆層表面側の区間におけるXβavgの方が大きい値であることを特徴とする表面被覆切削工具。
(2) 前記上部層αのAlのTiとAlの合量に占める平均含有割合Xαavgは、0.70≦Xαavg≦0.95であることを特徴とする(1)に記載の表面被覆切削工具。
(3) 前記密着層βを、その縦断面から観察したとき、TiとAlの周期的な組成変化の周期は1nm以上20nm未満であり、かつ、周期的に変化するAlのTiとAlの合量に占める含有割合Xβの隣接する極大値と極小値の差の平均値は0.01〜0.07であることを特徴とする(1)または(2)に記載の表面被覆切削工具。
(4) 前記上部層αのTiとAlの複合窒化物または複合炭窒化物層について、該層の縦断面を観察した場合に、複合窒化物または複合炭窒化物層内のNaCl型の面心立方構造を有する個々の結晶粒の粒界部に、六方晶構造を有する微粒結晶粒が存在し、該微粒結晶粒の存在する面積割合は5面積%以下であり、該微粒結晶粒の平均粒径Rは0.01〜0.3μmであることを特徴とする(1)〜(3)のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
(5) 前記工具基体と前記密着層βの間に、Tiの炭化物層、窒化物層、炭窒化物層、炭酸化物層および炭窒酸化物層のうちの1層または2層以上のTi化合物層からなり、0.1〜20μmの合計平均層厚を有する下部層γが存在することを特徴とする(1)〜(4)のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
(6) 前記上部層αの上部に、少なくとも酸化アルミニウム層を含む最上部層δが1〜25μmの合計平均層厚で存在することを特徴とする(1)〜(5)のいずれかに記載の表面被覆切削工具。」
に特徴を有するものである。
図1〜4に、本発明の硬質被覆層を構成するTiとAlの複合窒化物または複合炭窒化物層(TiAlCN層)の縦断面模式図の例を示し、また、図5、図6に、密着層βの層厚方向にわたるTiとAlの周期的組成変化の態様の例を示す。
本発明の硬質被覆層は、TiAlCN層を少なくとも含む。このTiAlCN層は、硬さが高く、すぐれた耐摩耗性を有するが、平均層厚が1μm未満では各層の耐摩耗性が十分に発揮されず、20μmを越えると、TiAlCN層の結晶粒が粗大化し易くなり、チッピング、剥離を発生しやすくなることから、その平均層厚は1μm以上20μm以下と定めた。
また、本発明のTiAlCN層は、NaCl型の面心立方構造を有するTiAlCN結晶粒の相を含むことから、所定の硬さを有し耐摩耗性にすぐれる。
本発明の硬質被覆層を構成するTiAlCN層は、図1〜図4に示すように、硬質被覆層の表面側から工具基体側に向かって、上部層αと密着層βの順で形成された2層を含み、さらに、密着層βは、該層を層厚方向に複数の区間に分割し、分割したそれぞれの区間におけるAlのTiとAlの合量に占める平均含有割合(以下、「AlのTiとAlの合量に占める平均含有割合」を、単に、「Alの平均含有割合」という)Xβavgをそれぞれの分割した区間で求めたとき、工具基体側の区間におけるAlの平均含有割合Xβavgに比して、硬質被覆層表面側の区間におけるAlの平均含有割合Xβavgの方が大きい値となる組成変化構造を有する。
組成式:(Ti1−XαAlXα)(CYαN1−Yα)
で表した場合、AlのTiとAlの合量に占める平均含有割合(以下、「AlのTiとAlの合量に占める平均含有割合」を、単に、「Alの平均含有割合」という)XαavgおよびCのCとNの合量に占める平均含有割合(以下、「CのCとNの合量に占める平均含有割合」を、単に、「Cの平均含有割合」という)Yαavg(但し、Xαavg、Yαavgはいずれも原子比)は、それぞれ、0.60≦Xαavg≦0.95、0≦Yαavg≦0.005を満足することが必要である。
その理由は、Alの平均含有割合Xαavgが0.60未満では、上部層αは耐酸化性に劣るため、鋳鉄等の高速断続切削に供した場合には、耐摩耗性が十分でない。一方、Alの平均含有割合Xαavgが0.95を超えると、硬さに劣る六方晶の析出量が増大し硬さが低下するため、耐摩耗性が低下する。
したがって、上部層αにおけるAlの平均含有割合Xαavgは、0.60≦Xαavg≦0.95と定めた。なお、好ましいXαavgは、0.70≦Xαavg≦0.95である。
また、上部層αに含まれるCの平均含有割合Yαavgは、0≦Yαavg≦0.005の範囲の微量であるとき、上部層αと前記密着層βとの密着性が向上し、かつ、潤滑性が向上することによって切削時の衝撃を緩和し、結果として硬質被覆層全体としての耐欠損性および耐チッピング性が向上する。一方、Cの平均含有割合Yαavgが0.005を超えると、上部層αの靭性が低下し、その結果、耐欠損性および耐チッピング性も低下するため好ましくない。
したがって、上部層αにおけるCの平均含有割合Yαavgは、0≦Yavg≦0.005と定めた。
また、前記上部層αの平均層厚をLαavgとし、密着層βの平均層厚をLβavgとした場合、上部層αと密着層βの合計平均層厚(=Lαavg+Lβavg)は、1μm≦Lαavg+Lβavg≦20μmとする。
これは、合計平均層厚が1μm未満では耐摩耗性を十分に担持できず、一方、20μmを超えるとTiAlCN層の結晶粒が粗大化し易くなり、チッピングを発生しやすくなるという理由による。また、上部層αの平均層厚は0.5μm以上とする。これは上部層αの平均層厚が0.5μm未満では耐摩耗性が十分に発揮されないという理由による。
組成式:(Ti1−XβAlXβ)(CYβN1−Yβ)
で表し、平均層厚をLβavg(μm)とし、前記密着層βをその層厚方向に[Lβavg]+2分割し、分割した各区間におけるAlの平均含有割合XβavgおよびCのCとNの合量に占める平均含有割合Yβavgを、それぞれ分割した区間毎に求めたとき、各区間のAlの平均含有割合XβavgとCの平均含有割合Yβavg(但し、Xβavg、Yβavgはいずれも原子比)はいずれも、0.10≦Xβavg<0.60、0≦Yβavg≦0.005を満足する。
Xβavgを0.10以上とした理由は、0.10未満では硬度が十分でなく、耐摩耗性が損なわれるためであり、Xβavg<0.60とした理由は、Alの平均含有割合Xβavgが0.60以上になり、上部層αのAlの平均含有割合Xαavgより高いAlの平均含有割合になると、上部層αより硬さが向上する一方で靱性が低下することにより、耐欠損性の低下が生じ、また、チッピングや剥離が発生しやすくなるためである。
また、Yβavgについては、前記した上部層αのYαavgと同様な理由により0≦Yβavg≦0.005とした。
また、密着層βの平均層厚は0.1μm以上5.0μm以下と定めた。これは密着層βの平均層厚が0.1μm未満では十分な耐摩耗性、耐亀裂進展抑制性能、密着強度が十分に発揮されず、5.0μmを超えるとチッピング、剥離を発生しやすくなるという理由による。
ここで、[Lβavg]はガウス記号を表し、[Lβavg]はLβavgを超えない最大の整数を表す数学記号であり、言い換えれば、[Lβavg]は、n≦Lβavg<n+1で定義される数値(ただし、nは整数)をいう。また、ここでいう単調増加とは、Xβn≦Xβn+1のこと(但し、最も工具基体側の区間のXβavgよりも最も硬質被覆層表面側の区間におけるXβavgの方が大きい値となる)をいう。
例えば、密着層のLβavg=1.5(μm)の場合、[1.5]=1であるから、『[Lβavg]+2分割』とは、1+2=3分割ということになる。
なお、図6に、密着層βが3分割された模式図を示す。
つまり、密着層のLβavgを1.5(μm)としたとき、密着層βをその層厚方向に3つの区間に分割し、工具基体側の第1分割区間におけるAlの平均含有割合XβavgがXβ1、同じく中央部の第2分割区間におけるAlの平均含有割合XβavgがXβ2、同じく上部層α側の第3分割区間におけるAlの平均含有割合XβavgがXβ3であった場合には、Xβ1≦Xβ2<Xβ3という組成変化構造(ラメラ構造)を密着層βは有するということである。
図5に示す態様においては、密着層βにおけるAlの含有割合Xβは、少しずつの増減を繰り返しながら、全体としては、工具基体側から上部層側に向かってXβは増加していく。
また、図6に示す別の態様においては、密着層βにおけるAlの含有割合Xβは、長周期の増減と短周期の増減とを少しずつ繰り返しながら、全体としては、工具基体側から上部層側に向かってXβは増加していく。
なお、本発明でいう「TiとAlの周期的な組成変化」とは、Alの含有割合が増減を繰り返しながら、全体としては、工具基体側から上部層側に向かって増加することをいう。
本発明の密着層βは、前記したAlの平均含有割合XβavgとCの平均含有割合Yβavgを有し、さらに、前記したTiとAlの周期的な組成変化を形成することによって、密着層β内のTiAlCN結晶粒にひずみが生じ、硬さが向上し、また、切削加工時のクラックの進展が、組成変化構造(ラメラ構造)の界面で抑制され靱性が向上するとともに、TiAlCN結晶粒の格子歪が順次に緩和されるため、上部層αとの密着性の向上が図られる。
図6のように長周期の増減と短周期の増減を繰り返す場合でも、分割した区間毎の平均値において、工具基体側の区間におけるXβavgに比して、硬質被覆層表面側の区間におけるXβavgの方が大きい値となる場合には殆どその効果を損なわない。
なお、本発明では特に規定していないが、上部層αが、密着層βのような組成変化構造(ラメラ構造)を備えることも排除するものではない。また、この時、上部層αと密着層βについて分析上区別する上で、各層のAlのTiとAlの合量に占める平均含有割合の範囲、0.60≦Xαavg≦0.95と0.10≦Xβavg<0.60にて区別されるものとする。
したがって、鋳鉄等の高速断続切削加工において、切れ刃に断続的・衝撃的な高負荷が作用した場合でも、上部層αと密着層βの層間密着強度に優れるため、チッピング、剥離等の異常損傷の発生が抑制され、長期の使用に亘ってすぐれた耐摩耗性が発揮される。
前記の面分析により、前記密着層βをその層厚方向に[Lβavg]+2分割し、分割した各区間における50nm×50nmの視野を少なくとも10点以上測定し、Alの平均含有割合Xβavgとして、それぞれ分割した区間毎に求めることが出来る。
また、前記の線分析によって、周期的に変化するAlの含有割合Xβの隣接する極大値と極小値の差の平均値を求めることができ、また、組成変化の周期を求めることができる。なお、TiとAlの周期的な組成変化の周期とは、TiとAlの周期的な組成変化の周期が最小となる方向において測定される隣り合う極小値の長さ(距離)のことである。
具体的な組成変化の周期、Alの含有割合Xβの隣接する極大値と極小値の差の平均値は、次のようにして求めることができる。
図5を用いて説明すると、密着層βについて、波状に変化し、かつ、全体的には右肩上がりの傾向を示す周期的な組成変化が測定された場合、極大値同士をそれぞれ結ぶ近似線分と極小値同士をそれぞれ結ぶ近似線分を作成し、工具基体(あるいは後記する下部層γ)との界面における密着層βのAlの含有割合Xβの極大値と極小値の差ΔXβLを求め、また、上部層αとの界面における密着層βのAlの含有割合Xβの極大値と極小値の差ΔXβHを求め、(ΔXβL+ΔXβH)/2の値を、Alの含有割合Xβの隣接する極大値と極小値の差の平均値ΔXβとして算出する。
また、組成変化の周期は、密着層βの平均層厚Lβavg(μm)を、Alの含有割合Xβの組成変化において形成された極小値の数で割った値として求めることができる。この時、分析した線上にポアが存在する場合あるいは、組成変化が無い、もしくは明瞭でない場合にはこの部分の長さを平均層厚Lβavg(μm)から除き、線上のAlの含有割合Xβの組成変化において形成された極小値の数で割った値として求める。
なお、図6に示す長周期と短周期の組み合わせからなる組成変化の態様については、長周期によって形成されるAlの含有割合Xβの極大値と極小値から算出された値を、Alの含有割合Xβの隣接する極大値と極小値の差の平均値とし、また、組成変化の周期とした。
また、密着層βにおける周期的な組成変化において、Alの含有割合Xβの隣接する極大値と極小値の差の平均値ΔXβは0.01〜0.07であることが好ましいが、これは、隣接する極大値と極小値の差の平均値ΔXβが0.01未満では、結晶粒の歪みが小さく十分な硬さ向上効果が見込めず、一方、極大値と極小値の差の平均値ΔXβが0.07を超えると結晶粒の格子歪が大きくなりすぎ、格子欠陥が増加するため、硬さが低下傾向を示すようになるからである。
本発明の上部層α、密着層βでは、NaCl型の面心立方構造を有するTiAlCN結晶粒の粒界に六方晶構造の微粒結晶粒を含有することができるが、NaCl型の面心立方構造を有するTiAlCN結晶粒の粒界に靱性に優れた微粒六方晶が存在することで粒界における摩擦が低減し、靱性が向上する。
しかし、六方晶構造の微粒結晶粒の面積割合が5面積%を超えると相対的に硬さが低下し好ましくなく、また、六方晶構造の微粒結晶粒の平均粒径Rが0.01μm未満であると靱性向上の効果が見られず、0.3μmを超えると、硬さが低下し、耐摩耗性が損なわれるため、平均粒径Rは0.01〜0.3μmとすることが好ましい。
なお、本発明でいう粒界中に存在する六方晶構造の微粒結晶粒は、透過型電子顕微鏡を用いて電子線回折図形を解析することにより同定することができ、また、六方晶構造の微粒結晶粒の平均粒子径は、粒界を含んだ0.1μm×0.1μmの測定範囲内に存在する粒子について、粒径を測定し、それらの平均値を算出することによって求めることができる。
なお、粒径は六方晶と同定した各々の結晶粒に対して外接円を作成し、その外接円の直径を求め、その平均値を粒径とした。
本発明の被覆工具は、硬質被覆層として、前記上部層αおよび前記密着層βを設けることにより、耐チッピング性、耐剥離性が向上するが、TiAlCN層は、それだけでも十分な効果を奏するが、図2、図3、図4として例示するように、Tiの炭化物層、窒化物層、炭窒化物層、炭酸化物層および炭窒酸化物層のうちの1層または2層以上のTi化合物層からなり、0.1〜20μmの合計平均層厚を有する下部層γを設けた場合(図2参照)、および/または、少なくとも酸化アルミニウム層を含む最上部層δを1〜25μmの合計平均層厚で設けた場合(図3、4参照)には、これらの層が奏する効果と相俟って、一層すぐれた特性が発揮される。
Tiの炭化物層、窒化物層、炭窒化物層、炭酸化物層および炭窒酸化物層のうちの1層または2層以上のTi化合物層からなる下部層γを設ける場合、下部層γの合計平均層厚が0.1μm未満では、下部層γを形成した効果が十分に奏されず、一方、20μmを超えると結晶粒が粗大化し易くなり、チッピングを発生しやすくなる。
また、酸化アルミニウム層を含む最上部層δの合計平均層厚が1μm未満では、上部層δを形成した効果が十分に奏されず、一方、25μmを超えると結晶粒が粗大化し易くなり、チッピングを発生しやすくなる。
その結果、本発明の被覆工具は、鋳鉄等の高速断続切削等に供した場合であっても、層間の密着強度にすぐれるとともに、チッピング、剥離等の異常損傷の発生を抑制し、長期の使用に亘ってすぐれた耐摩耗性を発揮するという効果が奏される。
なお、実施例においては、工具基体として、炭化タングステン基超硬合金あるいは炭窒化チタン基サーメットを用いたものについて説明するが、立方晶窒化ホウ素基超高圧焼結体を工具基体とした場合にも、同様な効果が得られる。
次いで、表7に示されるガス条件及び表8に示される形成条件で、表11に示されるTiAlCN層からなる上部層αを形成した。
上記の成膜工程により、WC基超硬合金あるいはTiCN基サーメットからなる工具基体の表面に、密着層βおよび上部層αからなる硬質被覆層を形成することにより、表11に示す本発明被覆工具5〜8、13〜16を作製した。
上記の各成膜工程により、WC基超硬合金あるいはTiCN基サーメットからなる工具基体の表面に、下部層γ、密着層β、上部層αおよび最上部層δからなる硬質被覆層を形成することにより、表11に示す本発明被覆工具1、2、6、11、12、14を作製した。
なお、本発明被覆工具3〜5、7〜10、13、15,16は、最上部層δを形成していない。
なお、密着層β内にAlやTiが偏析した異相が存在しても上記発明の効果を損なわない。
なお、表9に示される形成条件で、α−Al2O3からなる最上部層δを成膜することで、表12に示す比較例被覆工具1、2、6、9、10、14を作製した。
また、本発明被覆工具1〜16の密着層β、上部層α、比較例被覆工具1〜16の密着層β、上部層αを構成するTiAlCN層の平均Al含有割合Xβavg、Xαavg、平均C含有割合Yβavg、Yαavgについては、透過型電子顕微鏡を用いて、該層の微小領域の観察を行い、エネルギー分散型X線分光法(EDS)によって工具基体表面と垂直な方向についての線分析を行うことにより求めた。 ただし、Cの含有割合Yavgについては、ガス原料としてCを含むガスを用いなくても、不可避的に含有されるCの含有割合を除外している。具体的には、例えば、Cを含むガス原料であるC2H4の供給量を0とした場合に、複合窒化物または複合炭窒化物層から検出されるC成分の含有割合(原子比)を不可避的なCの含有割合として求め、例えば、C2H4を意図的に供給したから場合に得られる複合窒化物または複合炭窒化物層に含まれるC成分の含有割合(原子比)前記不可避的に含有されるCの含有割合を差し引いた値をYavgとして定めた。
つまり、透過型電子顕微鏡を用いた微小領域の観察と、エネルギー分散型X線分光法(EDS)を用いた縦断面側からの線分析により、工具基体(あるいは下部層γ)との界面における密着層βのAlの含有割合Xβの極大値と極小値の差ΔXβLを求め、また、上部層αとの界面における密着層βのAlの含有割合Xβの極大値と極小値の差ΔXβHを求め、(ΔXβL+ΔXβH)/2の値を、Alの含有割合Xβの隣接する極大値と極小値の差の平均値ΔXβとして算出した。
また、組成変化の周期は、密着層βの平均層厚Lβavg(μm)を、Alの含有割合Xβの組成変化において形成された極小値の数で割った値として求めた。
また、六方晶構造の微粒結晶粒の平均粒径Rは、粒界を含んだ0.1μm×0.1μmの測定範囲内に存在する粒子について、粒径を測定し、それらの平均値を算出することによって求めた。
なお、粒径は六方晶と同定した各々の結晶粒に対して外接円を作成し、その外接円の直径を求め、その平均値を粒径とした。
表11、表12に、これらの測定結果を示す。
カッタ径: 125 mm、
被削材: JIS・FCD700幅100mm、長さ400mmのブロック材、
回転速度: 765 min−1、
切削速度: 300 m/min、
切り込み: 2.0 mm、
一刃送り量: 0.2 mm/刃、
切削時間: 8分、
(通常の切削速度は、200 m/min)
被削材:JIS・FCD700の長さ方向等間隔4本縦溝入り丸棒、
切削速度:300 m/min、
切り込み:2.0 mm、
送り:0.3 mm/rev、
切削時間:5 分、
(通常の切削速度は、200m/min)、
表13、表14に、前記切削試験A、切削試験Bの結果を示す。
Claims (6)
- 炭化タングステン基超硬合金、炭窒化チタン基サーメットまたは立方晶窒化ホウ素基超高圧焼結体のいずれかで構成された工具基体の表面に、硬質被覆層が設けられた表面被覆切削工具において、
(a)前記硬質被覆層は、平均層厚が1〜20μmのTiとAlの複合窒化物または複合炭窒化物層を少なくとも含み、
(b)前記TiとAlの複合窒化物または複合炭窒化物層は、NaCl型の面心立方構造を有する複合窒化物または複合炭窒化物の相を少なくとも含み、
(c)前記TiとAlの複合窒化物または複合炭窒化物層は、硬質被覆層表面側から工具基体表面側に向かって、平均層厚が0.5μm以上の上部層αと、TiとAlの周期的な組成変化が存在する平均層厚が0.1〜5.0μmの密着層βからなる2層を含み、
(d)前記上部層αは、その組成を、
組成式:(Ti1−XαAlXα)(CYαN1−Yα)
で表した場合、AlのTiとAlの合量に占める平均含有割合XαavgおよびCのCとNの合量に占める平均含有割合Yαavg(但し、Xαavg、Yαavgはいずれも原子比)は、それぞれ、0.60≦Xαavg≦0.95、0≦Yαavg≦0.005を満足し、
(e)前記TiとAlの周期的な組成変化が存在する密着層βは、その組成を、
組成式:(Ti1−XβAlXβ)(CYβN1−Yβ)で表し、平均層厚をLβavg(μm)とした場合、その層厚方向に[Lβavg]+2分割した各区間におけるAlのTiとAlの合量に占める平均含有割合およびCのCとNの合量に占める平均含有割合を求めたとき、各区間のAlのTiとAlの合量に占める平均含有割合XβavgおよびCのCとNの合量に占める平均含有割合Yβavg(但し、Xβavg、Yβavgはいずれも原子比)は、それぞれ、0.10≦Xβavg<0.60、0≦Yβavg≦0.005を満足し、
(f)前記密着層βの平均層厚をLβavg(μm)とし、前記密着層βをその層厚方向に[Lβavg]+2分割し、分割した各区間におけるAlのTiとAlの合量に占める平均含有割合Xβavgを、それぞれ分割した区間毎に求めたとき、工具基体側の区間におけるXβavgに比して、硬質被覆層表面側の区間におけるXβavgが単調増加し、最も工具基体側の区間のXβavgよりも最も硬質被覆層表面側の区間におけるXβavgの方が大きい値であることを特徴とする表面被覆切削工具。 - 前記上部層αのAlのTiとAlの合量に占める平均含有割合Xαavgは、0.70≦Xαavg≦0.95であることを特徴とする請求項1に記載の表面被覆切削工具。
- 前記密着層βを、その縦断面から観察したとき、TiとAlの周期的な組成変化の周期は1nm以上20nm未満であり、かつ、周期的に変化するAlのTiとAlの合量に占める含有割合Xβの隣接する極大値と極小値の差の平均値は0.01〜0.07であることを特徴とする請求項1または2に記載の表面被覆切削工具。
- 前記上部層αのTiとAlの複合窒化物または複合炭窒化物層について、該層の縦断面を観察した場合に、複合窒化物または複合炭窒化物層内のNaCl型の面心立方構造を有する個々の結晶粒の粒界部に、六方晶構造を有する微粒結晶粒が存在し、該微粒結晶粒の存在する面積割合は5面積%以下であり、該微粒結晶粒の平均粒径Rは0.01〜0.3μmであることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の表面被覆切削工具。
- 前記工具基体と前記密着層βの間に、Tiの炭化物層、窒化物層、炭窒化物層、炭酸化物層および炭窒酸化物層のうちの1層または2層以上のTi化合物層からなり、0.1〜20μmの合計平均層厚を有する下部層γが存在することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の表面被覆切削工具。
- 前記上部層αの上部に、少なくとも酸化アルミニウム層を含む最上部層δが1〜25μmの合計平均層厚で存在することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の表面被覆切削工具。
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