JP2021030357A - 表面被覆切削工具 - Google Patents
表面被覆切削工具 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2021030357A JP2021030357A JP2019152250A JP2019152250A JP2021030357A JP 2021030357 A JP2021030357 A JP 2021030357A JP 2019152250 A JP2019152250 A JP 2019152250A JP 2019152250 A JP2019152250 A JP 2019152250A JP 2021030357 A JP2021030357 A JP 2021030357A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- unit layer
- less
- cutting tool
- coating
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
【課題】耐剥離性に優れる表面被覆切削工具を提供すること。【解決手段】基材と、上記基材上に設けられている被覆層とを含む表面被覆切削工具であって、上記被覆層は、第一単位層と、第二単位層とを含み、上記被覆層は、最下層が上記第二単位層であり、上記第二単位層は、立方晶型のＡｌａ（ＴｉαＣｒ１−α）ｂＸ１−ａ−ｂＮの結晶粒及び六方晶型のＡｌａ（ＴｉαＣｒ１−α）ｂＸ１−ａ−ｂＮの結晶粒を含み、上記第一単位層は、立方晶型のＡｌｃ（ＴｉβＣｒ１−β）ｄＺ１−ｃ−ｄＮの結晶粒を含み、上記第一単位層は、六方晶型のＡｌｃ（ＴｉβＣｒ１−β）ｄＺ１−ｃ−ｄＮの結晶粒を含まない表面被覆切削工具。【選択図】なし
Description
本開示は、表面被覆切削工具に関する。
従来より、超硬合金等からなる切削工具を用いて、鋼及び鋳物等の切削加工が行われている。このような切削工具は、切削加工時において、その刃先が高温及び高応力等の過酷な環境に曝されるため、刃先の摩耗及び欠けが招来される。
したがって、刃先の摩耗及び欠けを抑制することが切削工具の寿命を向上させる上で重要である。
したがって、刃先の摩耗及び欠けを抑制することが切削工具の寿命を向上させる上で重要である。
切削工具の切削性能の改善を目的として、超硬合金等の基材の表面を被覆する被膜の開発が進められている。例えば、特開２０１４−１９３５２１号公報（特許文献１）には、炭化タングステン基超硬合金焼結体からなる工具基体の表面に硬質被覆層が蒸着形成された表面被覆切削工具において、（ａ）前記硬質被覆層の組成が、組成式：（ＡｌｘＴｉ１−ｘ）Ｎ（０．５≦ｘ≦０．８）で表され、前記硬質被覆層の平均層厚が０．５μｍ以上７．０μｍ以下であり、（ｂ）前記硬質被覆層が、平均粒径５ｎｍ以上５０ｎｍ以下の微細結晶粒から成り、（ｃ）前記微細結晶粒には、岩塩型構造を有する立方晶系結晶粒と、ウルツ鉱型構造を有する六方晶系結晶粒とが混在し、かつ、（ｄ）前記工具基体の表面に垂直に、前記立方晶系結晶粒の｛２００｝、および前記六方晶系結晶粒の｛１１−２０｝が配向されている、ことを特徴とする表面被覆切削工具が開示されている。
また、特開２０１８−０５９１４６号公報（特許文献２）には、Ａｌ、Ｃｒ及びＮを含有する硬質皮膜であって、ＡｌｍＣｒ１−ｍＮ１−ｘ−ｙ−ｚＣｘＢｙＯｚの組成式からなり、前記組成式において、ｍはＡｌ、Ｃｒの合計に対するＡｌの原子比、１−ｍはＡｌ、Ｃｒの合計に対するＣｒの原子比、１−ｘ−ｙ−ｚはＮ、Ｃ、Ｂ、Ｏの合計に対するＮの原子比、ｘはＮ、Ｃ、Ｂ、Ｏの合計に対するＣの原子比、ｙはＮ、Ｃ、Ｂ、Ｏの合計に対するＢの原子比、ｚはＮ、Ｃ、Ｂ、Ｏの合計に対するＯの原子比をそれぞれ示し、０．７０＜ｍ≦０．８５の関係式が満たされており、前記硬質皮膜の硬さをＨ（ＧＰａ）、前記硬質皮膜のヤング率をＥ（ＧＰａ）としたときに、ヤング率に対する硬さの比であるＨ／Ｅが０．０５０以上０．０５８未満であり且つＨが２０ＧＰａ以上であることを特徴とする、硬質皮膜が開示されている。
しかし、特許文献１に記載の表面被覆切削工具における硬質被覆層、及び特許文献２に記載の硬質皮膜は耐剥離性が低く、高効率な切削加工（送り速度が大きい切削加工等）へ適用する際には更なる性能（例えば、耐欠損性、耐剥離性等）の向上が求められる。
本開示は、上記事情に鑑みてなされたものであり、耐剥離性に優れる表面被覆切削工具を提供することを目的とする。
本開示に係る表面被覆切削工具は、
基材と、上記基材上に設けられている被覆層とを含む表面被覆切削工具であって、
上記被覆層は、第一単位層と、第二単位層とを含み、
上記被覆層は、最下層が上記第二単位層であり、
上記第二単位層は、立方晶型のＡｌａ（ＴｉαＣｒ１−α）ｂＸ１−ａ−ｂＮの結晶粒及び六方晶型のＡｌａ（ＴｉαＣｒ１−α）ｂＸ１−ａ−ｂＮの結晶粒を含み、
上記第一単位層は、立方晶型のＡｌｃ（ＴｉβＣｒ１−β）ｄＺ１−ｃ−ｄＮの結晶粒を含み、
上記第一単位層は、六方晶型のＡｌｃ（ＴｉβＣｒ１−β）ｄＺ１−ｃ−ｄＮの結晶粒を含まず、
上記Ａｌａ（ＴｉαＣｒ１−α）ｂＸ１−ａ−ｂＮにおいて、ＸはＳｉ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ及びＢからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素を示し、ａは０．５を超えて０．８未満であり、ｂは０．２以上０．５未満であり、１−ａ−ｂは０を超えて０．１未満であり、αは０以上１以下であり、
上記Ａｌｃ（ＴｉβＣｒ１−β）ｄＺ１−ｃ−ｄＮにおいて、ＺはＳｉ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ及びＢからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素を示し、ｃは０．５を超えて０．８未満であり、ｄは０．２を超えて０．５未満であり、１−ｃ−ｄは０を超えて０．１未満であり、βは０以上１以下である。
基材と、上記基材上に設けられている被覆層とを含む表面被覆切削工具であって、
上記被覆層は、第一単位層と、第二単位層とを含み、
上記被覆層は、最下層が上記第二単位層であり、
上記第二単位層は、立方晶型のＡｌａ（ＴｉαＣｒ１−α）ｂＸ１−ａ−ｂＮの結晶粒及び六方晶型のＡｌａ（ＴｉαＣｒ１−α）ｂＸ１−ａ−ｂＮの結晶粒を含み、
上記第一単位層は、立方晶型のＡｌｃ（ＴｉβＣｒ１−β）ｄＺ１−ｃ−ｄＮの結晶粒を含み、
上記第一単位層は、六方晶型のＡｌｃ（ＴｉβＣｒ１−β）ｄＺ１−ｃ−ｄＮの結晶粒を含まず、
上記Ａｌａ（ＴｉαＣｒ１−α）ｂＸ１−ａ−ｂＮにおいて、ＸはＳｉ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ及びＢからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素を示し、ａは０．５を超えて０．８未満であり、ｂは０．２以上０．５未満であり、１−ａ−ｂは０を超えて０．１未満であり、αは０以上１以下であり、
上記Ａｌｃ（ＴｉβＣｒ１−β）ｄＺ１−ｃ−ｄＮにおいて、ＺはＳｉ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ及びＢからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素を示し、ｃは０．５を超えて０．８未満であり、ｄは０．２を超えて０．５未満であり、１−ｃ−ｄは０を超えて０．１未満であり、βは０以上１以下である。
上記によれば、耐剥離性に優れる表面被覆切削工具を提供することが可能になる。
[本開示の実施形態の説明]
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
［１］本開示に係る表面被覆切削工具は、
基材と、上記基材上に設けられている被覆層とを含む表面被覆切削工具であって、
上記被覆層は、第一単位層と、第二単位層とを含み、
上記被覆層は、最下層が上記第二単位層であり、
上記第二単位層は、立方晶型のＡｌａ（ＴｉαＣｒ１−α）ｂＸ１−ａ−ｂＮの結晶粒及び六方晶型のＡｌａ（ＴｉαＣｒ１−α）ｂＸ１−ａ−ｂＮの結晶粒を含み、
上記第一単位層は、立方晶型のＡｌｃ（ＴｉβＣｒ１−β）ｄＺ１−ｃ−ｄＮの結晶粒を含み、
上記第一単位層は、六方晶型のＡｌｃ（ＴｉβＣｒ１−β）ｄＺ１−ｃ−ｄＮの結晶粒を含まず、
上記Ａｌａ（ＴｉαＣｒ１−α）ｂＸ１−ａ−ｂＮにおいて、ＸはＳｉ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ及びＢからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素を示し、ａは０．５を超えて０．８未満であり、ｂは０．２以上０．５未満であり、１−ａ−ｂは０を超えて０．１未満であり、αは０以上１以下であり、
上記Ａｌｃ（ＴｉβＣｒ１−β）ｄＺ１−ｃ−ｄＮにおいて、ＺはＳｉ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ及びＢからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素を示し、ｃは０．５を超えて０．８未満であり、ｄは０．２を超えて０．５未満であり、１−ｃ−ｄは０を超えて０．１未満であり、βは０以上１以下である。
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
［１］本開示に係る表面被覆切削工具は、
基材と、上記基材上に設けられている被覆層とを含む表面被覆切削工具であって、
上記被覆層は、第一単位層と、第二単位層とを含み、
上記被覆層は、最下層が上記第二単位層であり、
上記第二単位層は、立方晶型のＡｌａ（ＴｉαＣｒ１−α）ｂＸ１−ａ−ｂＮの結晶粒及び六方晶型のＡｌａ（ＴｉαＣｒ１−α）ｂＸ１−ａ−ｂＮの結晶粒を含み、
上記第一単位層は、立方晶型のＡｌｃ（ＴｉβＣｒ１−β）ｄＺ１−ｃ−ｄＮの結晶粒を含み、
上記第一単位層は、六方晶型のＡｌｃ（ＴｉβＣｒ１−β）ｄＺ１−ｃ−ｄＮの結晶粒を含まず、
上記Ａｌａ（ＴｉαＣｒ１−α）ｂＸ１−ａ−ｂＮにおいて、ＸはＳｉ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ及びＢからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素を示し、ａは０．５を超えて０．８未満であり、ｂは０．２以上０．５未満であり、１−ａ−ｂは０を超えて０．１未満であり、αは０以上１以下であり、
上記Ａｌｃ（ＴｉβＣｒ１−β）ｄＺ１−ｃ−ｄＮにおいて、ＺはＳｉ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ及びＢからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素を示し、ｃは０．５を超えて０．８未満であり、ｄは０．２を超えて０．５未満であり、１−ｃ−ｄは０を超えて０．１未満であり、βは０以上１以下である。
上記表面被覆切削工具における上記被覆層は、最下層が上記第二単位層である。ここで、「最下層」とは、上記被覆層を構成する層のうち、上記基材から最も近い層を意味する。上記第二単位層は、硬度に優れる立方晶型の結晶粒に加えて、靱性に優れる六方晶型の結晶粒を含む。そのため、上記被覆層は基材に対する密着性に優れる。すなわち、上記表面被覆切削工具は、上述のような構成を備えることによって、優れた耐剥離性を有することが可能になる。「耐剥離性」とは、上記基材から上記被覆層が剥離することに対する耐性を意味する。
［２］上記第二単位層の硬度Ｈは２８ＧＰａ以上６０ＧＰａ以下であり、上記第二単位層のヤング率Ｅは２８０ＧＰａ以上８６０ＧＰａ以下であり、上記第二単位層における上記ヤング率Ｅに対する上記硬度Ｈの比Ｈ／Ｅが０．０７以上０．１以下である。このように規定することで、上記表面被覆切削工具は優れた耐剥離性を有することに加えて、優れた耐摩耗性を有することが可能になる。
［３］上記第二単位層における、立方晶型のＡｌａ（ＴｉαＣｒ１−α）ｂＸ１−ａ−ｂＮの結晶粒及び六方晶型のＡｌａ（ＴｉαＣｒ１−α）ｂＸ１−ａ−ｂＮの結晶粒の平均粒径は、２ｎｍ以上２０ｎｍ以下である。このように規定することで、上記表面被覆切削工具は更に優れた耐剥離性を有することが可能になる。
［４］上記第一単位層における、立方晶型のＡｌｃ（ＴｉβＣｒ１−β）ｄＺ１−ｃ−ｄＮの結晶粒の平均粒径は、２ｎｍ以上２０ｎｍ以下である。このように規定することで、上記表面被覆切削工具は優れた耐剥離性に加えて、優れた耐摩耗性を有することが可能になる。
［５］上記第一単位層及び上記第二単位層は、それぞれが交互に１層以上積層された多層構造を形成しており、上記多層構造において、上記第一単位層及び上記第二単位層はそれぞれ１層以上１０層以下含まれる。このように規定することで、上記表面被覆切削工具は優れた耐剥離性を有することに加えて、優れた耐摩耗性を有することが可能になる。
［６］上記第一単位層は、１層あたりの厚みが１００ｎｍ以上３μｍ以下である。このように規定することで、上記表面被覆切削工具は優れた耐剥離性を有することに加えて、優れた耐摩耗性を有することが可能になる。
［７］上記第二単位層は、１層あたりの厚みが１００ｎｍ以上３μｍ以下である。このように規定することで、上記表面被覆切削工具は優れた耐剥離性を有することに加えて、優れた耐摩耗性を有することが可能になる。
[本開示の実施形態の詳細]
以下、本開示の一実施形態（以下「本実施形態」と記す。）について説明する。ただし、本実施形態はこれに限定されるものではない。本明細書において「Ａ〜Ｂ」という形式の表記は、範囲の上限下限（すなわちＡ以上Ｂ以下）を意味し、Ａにおいて単位の記載がなく、Ｂにおいてのみ単位が記載されている場合、Ａの単位とＢの単位とは同じである。さらに、本明細書において、例えば「ＴｉＣ」等のように、構成元素の組成比が限定されていない化学式によって化合物が表された場合には、その化学式は従来公知のあらゆる組成比（元素比）を含むものとする。このとき上記化学式は、化学量論組成のみならず、非化学量論組成も含むものとする。例えば「ＴｉＣ」の化学式には、化学量論組成「Ｔｉ１Ｃ１」のみならず、例えば「Ｔｉ１Ｃ０．８」のような非化学量論組成も含まれる。このことは、「ＴｉＣ」以外の化合物の記載についても同様である。
以下、本開示の一実施形態（以下「本実施形態」と記す。）について説明する。ただし、本実施形態はこれに限定されるものではない。本明細書において「Ａ〜Ｂ」という形式の表記は、範囲の上限下限（すなわちＡ以上Ｂ以下）を意味し、Ａにおいて単位の記載がなく、Ｂにおいてのみ単位が記載されている場合、Ａの単位とＢの単位とは同じである。さらに、本明細書において、例えば「ＴｉＣ」等のように、構成元素の組成比が限定されていない化学式によって化合物が表された場合には、その化学式は従来公知のあらゆる組成比（元素比）を含むものとする。このとき上記化学式は、化学量論組成のみならず、非化学量論組成も含むものとする。例えば「ＴｉＣ」の化学式には、化学量論組成「Ｔｉ１Ｃ１」のみならず、例えば「Ｔｉ１Ｃ０．８」のような非化学量論組成も含まれる。このことは、「ＴｉＣ」以外の化合物の記載についても同様である。
≪表面被覆切削工具≫
本開示に係る表面被覆切削工具は、
基材と、上記基材上に設けられている被覆層とを含む表面被覆切削工具であって、
上記被覆層は、第一単位層と、第二単位層とを含み、
上記被覆層は、最下層が上記第二単位層であり、
上記第二単位層は、立方晶型のＡｌａ（ＴｉαＣｒ１−α）ｂＸ１−ａ−ｂＮの結晶粒及び六方晶型のＡｌａ（ＴｉαＣｒ１−α）ｂＸ１−ａ−ｂＮの結晶粒を含み、
上記第一単位層は、立方晶型のＡｌｃ（ＴｉβＣｒ１−β）ｄＺ１−ｃ−ｄＮの結晶粒を含み、
上記第一単位層は、六方晶型のＡｌｃ（ＴｉβＣｒ１−β）ｄＺ１−ｃ−ｄＮの結晶粒を含まず、
上記Ａｌａ（ＴｉαＣｒ１−α）ｂＸ１−ａ−ｂＮにおいて、ＸはＳｉ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ及びＢからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素を示し、ａは０．５を超えて０．８未満であり、ｂは０．２以上０．５未満であり、１−ａ−ｂは０を超えて０．１未満であり、αは０以上１以下であり、
上記Ａｌｃ（ＴｉβＣｒ１−β）ｄＺ１−ｃ−ｄＮにおいて、ＺはＳｉ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ及びＢからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素を示し、ｃは０．５を超えて０．８未満であり、ｄは０．２を超えて０．５未満であり、１−ｃ−ｄは０を超えて０．１未満であり、βは０以上１以下である。
本開示に係る表面被覆切削工具は、
基材と、上記基材上に設けられている被覆層とを含む表面被覆切削工具であって、
上記被覆層は、第一単位層と、第二単位層とを含み、
上記被覆層は、最下層が上記第二単位層であり、
上記第二単位層は、立方晶型のＡｌａ（ＴｉαＣｒ１−α）ｂＸ１−ａ−ｂＮの結晶粒及び六方晶型のＡｌａ（ＴｉαＣｒ１−α）ｂＸ１−ａ−ｂＮの結晶粒を含み、
上記第一単位層は、立方晶型のＡｌｃ（ＴｉβＣｒ１−β）ｄＺ１−ｃ−ｄＮの結晶粒を含み、
上記第一単位層は、六方晶型のＡｌｃ（ＴｉβＣｒ１−β）ｄＺ１−ｃ−ｄＮの結晶粒を含まず、
上記Ａｌａ（ＴｉαＣｒ１−α）ｂＸ１−ａ−ｂＮにおいて、ＸはＳｉ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ及びＢからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素を示し、ａは０．５を超えて０．８未満であり、ｂは０．２以上０．５未満であり、１−ａ−ｂは０を超えて０．１未満であり、αは０以上１以下であり、
上記Ａｌｃ（ＴｉβＣｒ１−β）ｄＺ１−ｃ−ｄＮにおいて、ＺはＳｉ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ及びＢからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素を示し、ｃは０．５を超えて０．８未満であり、ｄは０．２を超えて０．５未満であり、１−ｃ−ｄは０を超えて０．１未満であり、βは０以上１以下である。
本実施形態に係る表面被覆切削工具（以下、単に「切削工具」という場合がある。）は、例えば、ドリル、エンドミル、ドリル用刃先交換型切削チップ、エンドミル用刃先交換型切削チップ、フライス加工用刃先交換型切削チップ、旋削加工用刃先交換型切削チップ、メタルソー、歯切工具、リーマ、タップ等であり得る。
図１は表面被覆切削工具の一態様を例示する斜視図である。このような形状の切削工具１０は、旋削加工用刃先交換型切削チップとして用いられる。
図１に示される切削工具１０は、上面、下面及び４つの側面を含む表面を有しており、全体として、上下方向にやや薄い四角柱形状である。また、切削工具１０には上下面を貫通する貫通孔が形成されており、４つの側面の境界部分においては、隣り合う側面同士が円弧面で繋がれている。
上記切削工具１０では、通常、上面及び下面がすくい面１ａを成し、４つの側面（及びこれらを相互に繋ぐ円弧面）が逃げ面１ｂを成し、すくい面１ａと逃げ面１ｂとを繋ぐ円弧面が刃先部１ｃを成す。「すくい面」とは、被削材から削り取った切りくずをすくい出す面を意味する。「逃げ面」とは、その一部が被削材と接する面を意味する。刃先部は、切削工具の切れ刃を構成する部分に含まれる。
上記表面被覆切削工具が刃先交換型切削チップである場合、上記切削工具１０は、チップブレーカーを有する形状も、有さない形状も含まれる。図１において刃先部１ｃは円弧面で表されているが、刃先部１ｃの形状はこれに限られない。すなわち、刃先部１ｃの形状は、シャープエッジ（すくい面と逃げ面とが交差する稜）、ホーニング（シャープエッジに対してアールを付与した形状）、ネガランド（面取りをした形状）、ホーニングとネガランドを組み合わせた形状の中で、いずれの形状も含まれる。
以上、切削工具１０の形状及び各部の名称を、図１を用いて説明したが、本実施形態に係る表面被覆切削工具の基材において、上記切削工具１０に対応する形状及び各部の名称については、上記と同様の用語を用いることとする。すなわち、上記表面被覆切削工具の基材は、すくい面と、逃げ面と、上記すくい面及び上記逃げ面を繋ぐ刃先部とを有する。
上記切削工具１０は、基材１１と、上記基材１１上に設けられている被覆層１２とを含む（図２）。上記切削工具１０は、上記被覆層１２の他にも、上記基材１１と上記被覆層１２との間に設けられている下地層１３を更に備えていてもよい（図４）。上記切削工具１０は、上記被覆層１２上に設けられている表面層１４を更に備えていてもよい（図４）。下地層１３及び表面層１４等の他の層については、後述する。
なお、上記基材上に設けられている上述の各層をまとめて「被膜」と呼ぶ場合がある。すなわち、上記切削工具１０は上記基材１１を被覆する被膜２０を備え、上記被膜２０は上記被覆層１２を含む（図２）。また、上記被膜２０は、上記下地層１３、又は上記表面層１４を更に含んでいてもよい（図４）。
なお、上記基材上に設けられている上述の各層をまとめて「被膜」と呼ぶ場合がある。すなわち、上記切削工具１０は上記基材１１を被覆する被膜２０を備え、上記被膜２０は上記被覆層１２を含む（図２）。また、上記被膜２０は、上記下地層１３、又は上記表面層１４を更に含んでいてもよい（図４）。
＜基材＞
本実施形態の基材は、この種の基材として従来公知のものであればいずれのものも使用することができる。例えば、上記基材は、超硬合金（例えば、炭化タングステン（ＷＣ）基超硬合金、ＷＣの他にＣｏを含む超硬合金、ＷＣの他にＣｒ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ等の炭窒化物を添加した超硬合金等）、サーメット（ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ等を主成分とするもの）、高速度鋼、セラミックス（炭化チタン、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム等）、立方晶型窒化硼素焼結体（ｃＢＮ焼結体）及びダイヤモンド焼結体からなる群から選ばれる１種を含むことが好ましい。
本実施形態の基材は、この種の基材として従来公知のものであればいずれのものも使用することができる。例えば、上記基材は、超硬合金（例えば、炭化タングステン（ＷＣ）基超硬合金、ＷＣの他にＣｏを含む超硬合金、ＷＣの他にＣｒ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ等の炭窒化物を添加した超硬合金等）、サーメット（ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ等を主成分とするもの）、高速度鋼、セラミックス（炭化チタン、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム等）、立方晶型窒化硼素焼結体（ｃＢＮ焼結体）及びダイヤモンド焼結体からなる群から選ばれる１種を含むことが好ましい。
これらの各種基材の中でも、特に超硬合金（特にＷＣ基超硬合金）、サーメット（特にＴｉＣＮ基サーメット）を選択することが好ましい。その理由は、これらの基材が特に高温における硬度と強度とのバランスに優れ、上記用途の表面被覆切削工具の基材として優れた特性を有するためである。
基材として超硬合金を使用する場合、そのような超硬合金は、組織中に遊離炭素又はη相と呼ばれる異常相を含んでいても本実施形態の効果は示される。なお、本実施形態で用いる基材は、その表面が改質されたものであっても差し支えない。例えば、超硬合金の場合はその表面に脱β層が形成されていたり、ｃＢＮ焼結体の場合には表面硬化層が形成されていてもよく、このように表面が改質されていても本実施形態の効果は示される。
＜被膜＞
本実施形態に係る被膜は、被覆層を含む。「被膜」は、上記基材の少なくとも一部（例えば、すくい面の一部）を被覆することで、切削工具における耐剥離性、耐欠損性、耐クレータ摩耗性等の諸特性を向上させる作用を有するものである。上記被膜は、上記基材の全面を被覆することが好ましい。しかしながら、上記基材の一部が上記被膜で被覆されていなかったり被膜の構成が部分的に異なっていたりしていたとしても本実施形態の範囲を逸脱するものではない。
本実施形態に係る被膜は、被覆層を含む。「被膜」は、上記基材の少なくとも一部（例えば、すくい面の一部）を被覆することで、切削工具における耐剥離性、耐欠損性、耐クレータ摩耗性等の諸特性を向上させる作用を有するものである。上記被膜は、上記基材の全面を被覆することが好ましい。しかしながら、上記基材の一部が上記被膜で被覆されていなかったり被膜の構成が部分的に異なっていたりしていたとしても本実施形態の範囲を逸脱するものではない。
上記被膜は、その厚みが０．２μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましく、１μｍ以上１２μｍ以下であることがより好ましい。ここで、被膜の厚みとは、被膜を構成する層それぞれの厚みの総和を意味する。「被膜を構成する層」としては、例えば、上記被覆層、上述した下地層及び表面層等の他の層が挙げられる。上記被膜の厚みは、例えば、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて、基材の表面の法線方向に平行な断面サンプルにおける任意の１０点を測定し、測定された１０点の厚みの平均値をとることで求めることが可能である。このときの測定倍率は、例えば１００００倍である。上記断面サンプルとしては、例えば、イオンスライサ装置で上記切削工具の断面を薄片化したサンプルが挙げられる。上記被覆層、上述した下地層及び表面層等のそれぞれの厚みを測定する場合も同様である。透過型電子顕微鏡としては、例えば、日本電子株式会社製のＪＥＭ−２１００Ｆ（商品名）が挙げられる。
（被覆層）
本実施形態に係る被覆層１２は、第一単位層１２１と、第二単位層１２２とを含む（図２）。上記被覆層１２は、最下層が上記第二単位層１２２である。上記被覆層１２は、本実施形態に係る表面被覆切削工具が奏する効果を維持する限り、第一単位層１２１と第二単位層１２２との間に設けられている中間層１２３を更に備えていてもよい（図４）。上記被覆層は、本実施形態に係る表面被覆切削工具が奏する効果を維持する限り、上記基材の直上に設けられていてもよいし、下地層等の他の層を介して上記基材の上に設けられていてもよい（図４）。上記被覆層は、表面被覆切削工具が奏する効果を維持する限り、その上に表面層等の他の層が設けられていてもよい（図４）。また、上記被覆層は、上記被膜の表面に設けられていてもよい。
本実施形態に係る被覆層１２は、第一単位層１２１と、第二単位層１２２とを含む（図２）。上記被覆層１２は、最下層が上記第二単位層１２２である。上記被覆層１２は、本実施形態に係る表面被覆切削工具が奏する効果を維持する限り、第一単位層１２１と第二単位層１２２との間に設けられている中間層１２３を更に備えていてもよい（図４）。上記被覆層は、本実施形態に係る表面被覆切削工具が奏する効果を維持する限り、上記基材の直上に設けられていてもよいし、下地層等の他の層を介して上記基材の上に設けられていてもよい（図４）。上記被覆層は、表面被覆切削工具が奏する効果を維持する限り、その上に表面層等の他の層が設けられていてもよい（図４）。また、上記被覆層は、上記被膜の表面に設けられていてもよい。
上記被覆層は、上記基材のすくい面を被覆することが好ましい。上記被覆層は、上記基材の逃げ面を被覆していてもよい。上記被覆層は、上記基材の全面を被覆することがより好ましい。しかしながら、上記基材の一部が上記被覆層で被覆されていなかったりしていたとしても本実施形態の範囲を逸脱するものではない。
上記被覆層は、その厚みが０．２μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましく、１μｍ以上１２μｍ以下であることがより好ましく、３μｍ以上８μｍ以下であることが更に好ましい。このようにすることで、上記表面被覆切削工具は優れた耐剥離性を有することに加えて、優れた耐摩耗性を有することが可能になる。当該厚みは、例えば、上述したような上記表面被覆切削工具の断面を透過型電子顕微鏡を用いて倍率１００００倍で観察することで測定可能である。
（第二単位層）
本実施形態において、第二単位層は、立方晶型のＡｌａ（ＴｉαＣｒ１−α）ｂＸ１−ａ−ｂＮの結晶粒及び六方晶型のＡｌａ（ＴｉαＣｒ１−α）ｂＸ１−ａ−ｂＮの結晶粒を含む。すなわち、上記第二単位層は、多結晶のＡｌａ（ＴｉαＣｒ１−α）ｂＸ１−ａ−ｂＮを含む層である。
本実施形態において、第二単位層は、立方晶型のＡｌａ（ＴｉαＣｒ１−α）ｂＸ１−ａ−ｂＮの結晶粒及び六方晶型のＡｌａ（ＴｉαＣｒ１−α）ｂＸ１−ａ−ｂＮの結晶粒を含む。すなわち、上記第二単位層は、多結晶のＡｌａ（ＴｉαＣｒ１−α）ｂＸ１−ａ−ｂＮを含む層である。
立方晶型のＡｌａ（ＴｉαＣｒ１−α）ｂＸ１−ａ−ｂＮの結晶粒と六方晶型のＡｌａ（ＴｉαＣｒ１−α）ｂＸ１−ａ−ｂＮの結晶粒とは、例えば、電子線回折により得られる回折パターンにより識別される（例えば、図５Ｂ参照）。詳細な手順は以下の通りである。まず上述の断面サンプルにおいて上記第二単位層の電子線回折測定を行う。次に、測定によって得られた電子線回折像において各結晶構造に固有の回折パターンにより結晶構造の同定を行う。このとき、事前にＸ線回折法で測定した各結晶構造における面間隔を用いて、上記電子線回折像の指数付けを行い、結晶構造を同定する。
上記Ａｌａ（ＴｉαＣｒ１−α）ｂＸ１−ａ−ｂＮにおいて、ＸはＳｉ（ケイ素）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｔａ（タンタル）、Ｗ（タングステン）及びＢ（ホウ素）からなる群より選ばれる少なくとも１種の元素を示す。
なお、ホウ素は通常、金属元素と非金属元素との中間の性質を示す半金属として捉えられる。ただし、本実施形態においては自由電子を有する元素を金属であるとみなしてホウ素を金属元素の範囲に含むものとする。
なお、ホウ素は通常、金属元素と非金属元素との中間の性質を示す半金属として捉えられる。ただし、本実施形態においては自由電子を有する元素を金属であるとみなしてホウ素を金属元素の範囲に含むものとする。
上記Ｘは、Ａｌ、Ｔｉ及びＣｒに対して原子半径の差が大きい元素を選択することが好ましい。このようにすることで、Ａｌａ（ＴｉαＣｒ１−α）ｂＸ１−ａ−ｂＮの結晶粒に歪みが生じやすくなり、ひいては靱性が向上する傾向がある。本実施形態の一側面において上記Ｘは、Ｓｉ又はＮｂを含むことが好ましい。
上記Ａｌａ（ＴｉαＣｒ１−α）ｂＸ１−ａ−ｂＮにおいて、ａは０．５を超えて０．８未満であり、０．６５以上０．７５以下であることが好ましい。上記ａは、上述の断面サンプルをＴＥＭに付帯のエネルギー分散型Ｘ線分光法（ＴＥＭ−ＥＤＸ）で、第二単位層の全体を元素分析することによって求めることが可能である。このときの観察倍率は、例えば、２００００倍である。具体的には、上記断面サンプルの第二単位層における任意の１０点それぞれを測定して上記ａの値を求め、求められた１０点の値の平均値を上記第二単位層におけるａとする。ここで当該「任意の１０点」は、上記第二単位層中の互いに異なる結晶粒から選択するものとする。後述するｂ及びα、並びに、後述する第一単位層におけるｃ、ｄ及びβの同定の場合も同様である。上記ＥＤＸ装置としては、例えば、日本電子株式会社製のＪＥＤ−２３００（商品名）が挙げられる。
上記Ａｌａ（ＴｉαＣｒ１−α）ｂＸ１−ａ−ｂＮにおいて、ｂは０．２以上０．５未満であり、０．２５以上０．３５以下であることが好ましい。上記ｂは、上述の断面サンプルをＴＥＭ−ＥＤＸで、第二単位層の全体を元素分析することによって求めることが可能である。
上記Ａｌａ（ＴｉαＣｒ１−α）ｂＸ１−ａ−ｂＮにおいて、１−ａ−ｂは０を超えて０．１未満であり、０．０１以上０．０５以下であることが好ましい。Ｘが２種以上の元素を含む場合、上述の１−ａ−ｂの値は、上記２種以上の元素の合計の値を意味する。上記１−ａ−ｂの値は、上記ａ及び上記ｂの値を１から減ずることで求められる。
上記Ａｌａ（ＴｉαＣｒ１−α）ｂＸ１−ａ−ｂＮにおいて、αは０以上１以下であり、０．３以上０．７以下であることが好ましい。αの値が小さい場合、上記第二単位層の耐熱性が向上する傾向がある。αの値が大きい場合、上記第二単位層の硬度が向上する傾向がある。上記αは、上述の断面サンプルをＴＥＭ−ＥＤＸで、第二単位層の全体を元素分析することによって求めることが可能である。
Ａｌａ（ＴｉαＣｒ１−α）ｂＸ１−ａ−ｂＮで表される化合物としては、例えば、ＡｌＴｉＳｉＮ、ＡｌＣｒＳｉＮ、Ａｌ（ＴｉＣｒ）ＳｉＮ、ＡｌＴｉＮｂＮ、ＡｌＣｒＮｂＮ、Ａｌ（ＴｉＣｒ）ＮｂＮ、及びＡｌ（ＴｉＣｒ）ＢＮ等が挙げられる（ただし、具体的な化合物中のａ、ｂ及びαで示される添え字は省略した。）。
上記第二単位層の硬度Ｈは２８ＧＰａ以上６０ＧＰａ以下であることが好ましく、３２ＧＰａ以上４０ＧＰａ以下であることがより好ましい。上記硬度Ｈ及び後述するヤング率Ｅは、「ＩＳＯ １４５７７−１： ２０１５ Ｍｅｔａｌｌｉｃ ｍａｔｅｒｉａｌｓ−Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｅｄ ｉｎｄｅｎｔａｔｉｏｎ ｔｅｓｔ ｆｏｒ ｈａｒｄｎｅｓｓ ａｎｄ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ−」において定められている標準手順によるナノインデンテーション法によって、求めることが可能である。このとき、上記硬度Ｈ及び後述するヤング率Ｅを正確に求める観点から、圧子の押し込み深さは、当該圧子の押し込み方向における上記第二単位層の厚みの１／１０を超えないようにする。サンプルは、上記第二単位層の断面積が上記圧子に対して十分な広さを確保できるのであれば、上述の断面サンプルを用いてもよい。また、上記第二単位層の断面積が上記圧子に対して十分な広さを確保できるように、基材の表面の法線方向に対して傾斜した断面を有するサンプルを用いてもよい。
上記第二単位層のヤング率Ｅは２８０ＧＰａ以上８６０ＧＰａ以下であることが好ましく、３２０ＧＰａ以上５７０ＧＰａ以下であることがより好ましい。
上記第二単位層における上記ヤング率Ｅに対する上記硬度Ｈの比Ｈ／Ｅは、０．０７以上０．１以下であることが好ましく、０．０８５以上０．０９５以下であることが好ましい。
本実施形態の一側面において、上記第二単位層の硬度Ｈは２８ＧＰａ以上６０ＧＰａ以下であり、上記第二単位層のヤング率Ｅは２８０ＧＰａ以上８６０ＧＰａ以下であり、上記第二単位層における上記ヤング率Ｅに対する上記硬度Ｈの比Ｈ／Ｅが０．０７以上０．１以下であることが好ましい。このようにすることで、上記表面被覆切削工具は優れた耐剥離性を有することに加えて、優れた耐摩耗性を有することが可能になる。
上記第二単位層における、立方晶型のＡｌａ（ＴｉαＣｒ１−α）ｂＸ１−ａ−ｂＮの結晶粒及び六方晶型のＡｌａ（ＴｉαＣｒ１−α）ｂＸ１−ａ−ｂＮの結晶粒の平均粒径は、２ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることが好ましく、５ｎｍ以上１０ｎｍ以下であることがより好ましい。このようにすることで、上記表面被覆切削工具は更に優れた耐剥離性を有することが可能になる。当該平均粒径は、例えば、上述したような上記表面被覆切削工具の断面を透過型電子顕微鏡を用いて倍率２００万倍で観察することで測定可能である。
具体的には、当該断面の撮影画像から、個々の結晶粒の粒径（Ｈｅｙｗｏｏｄ径：等面積円相当径）を算出し、その平均値をＡｌａ（ＴｉαＣｒ１−α）ｂＸ１−ａ−ｂＮの結晶粒の平均粒径とする。測定する結晶粒の数は、少なくとも１０個以上とし、更に２０個以上とすることが好ましい。また、被覆層内に複数の第二単位層が含まれる場合は、以下のように当該結晶粒の平均粒径を求めるのが好ましい。まずそれぞれの第二単位層において上記画像解析を行い各第二単位層における結晶粒の平均粒径を求める。次に、各第二単位層で求められた結晶粒の平均粒径の平均値を求める。求められた平均値を上記Ａｌａ（ＴｉαＣｒ１−α）ｂＸ１−ａ−ｂＮの結晶粒の平均粒径とする。画像解析を行う視野の数は、２視野以上であることが好ましく、４視野以上であることがより好ましく、１０視野以上であることが更に好ましい。上述したような結晶粒の平均粒径を算出する一連の操作は、画像解析ソフトウェアを用いて行ってもよい。画像解析ソフトウェアとしては、画像解析式粒度分布ソフトウェア（株式会社マウンテック社製「Ｍａｃ−Ｖｉｅｗ」）を好適に用いることができる。
上記第二単位層は、１層あたりの厚みが１００ｎｍ以上３μｍ以下であることが好ましく、２００ｎｍ以上１μｍ以下であることがより好ましい。このようにすることで、上記表面被覆切削工具は優れた耐剥離性を有することに加えて、優れた耐摩耗性を有することが可能になる。当該厚みは、例えば、上述したような上記表面被覆切削工具の断面を透過型電子顕微鏡を用いて倍率１００００倍で観察することで測定可能である。
（第一単位層）
本実施形態において、第一単位層は、立方晶型のＡｌｃ（ＴｉβＣｒ１−β）ｄＺ１−ｃ−ｄＮの結晶粒を含む。すなわち、上記第一単位層は、多結晶のＡｌｃ（ＴｉβＣｒ１−β）ｄＺ１−ｃ−ｄＮを含む層である。また、上記第一単位層は、六方晶型のＡｌｃ（ＴｉβＣｒ１−β）ｄＺ１−ｃ−ｄＮの結晶粒を含まない。本実施形態の一側面において、上記第一単位層は、立方晶型のＡｌｃ（ＴｉβＣｒ１−β）ｄＺ１−ｃ−ｄＮの結晶粒のみからなっていてもよい。
本実施形態において、Ａｌｃ（ＴｉβＣｒ１−β）ｄＺ１−ｃ−ｄＮの組成は、上記第二単位層におけるＡｌａ（ＴｉαＣｒ１−α）ｂＸ１−ａ−ｂＮの組成と同一であってもよいし、異なっていてもよい。
本実施形態において、第一単位層は、立方晶型のＡｌｃ（ＴｉβＣｒ１−β）ｄＺ１−ｃ−ｄＮの結晶粒を含む。すなわち、上記第一単位層は、多結晶のＡｌｃ（ＴｉβＣｒ１−β）ｄＺ１−ｃ−ｄＮを含む層である。また、上記第一単位層は、六方晶型のＡｌｃ（ＴｉβＣｒ１−β）ｄＺ１−ｃ−ｄＮの結晶粒を含まない。本実施形態の一側面において、上記第一単位層は、立方晶型のＡｌｃ（ＴｉβＣｒ１−β）ｄＺ１−ｃ−ｄＮの結晶粒のみからなっていてもよい。
本実施形態において、Ａｌｃ（ＴｉβＣｒ１−β）ｄＺ１−ｃ−ｄＮの組成は、上記第二単位層におけるＡｌａ（ＴｉαＣｒ１−α）ｂＸ１−ａ−ｂＮの組成と同一であってもよいし、異なっていてもよい。
立方晶型のＡｌｃ（ＴｉβＣｒ１−β）ｄＺ１−ｃ−ｄＮの結晶粒は、例えば、上述した電子線回折により得られる回折パターンにより識別される（例えば、図５Ａ参照）。なお、上記第一単位層に六方晶型のＡｌｃ（ＴｉβＣｒ１−β）ｄＺ１−ｃ−ｄＮの結晶粒が極微量含まれていたとしても、上述の回折パターンにおいて、上記六方晶型に対応するパターン（図５Ｂにおける矢印で示されているパターン）が観察されない場合は、「第一単位層は、六方晶型のＡｌｃ（ＴｉβＣｒ１−β）ｄＺ１−ｃ−ｄＮの結晶粒を含まない」と判断する。
上記Ａｌｃ（ＴｉβＣｒ１−β）ｄＺ１−ｃ−ｄＮにおいて、ＺはＳｉ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ及びＢからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素を示す。上記Ｚは、上記Ｘと同一の元素であってもよいし、異なる元素であってもよい。
上記Ｚは、Ａｌ、Ｔｉ及びＣｒに対して原子半径の差が大きい元素を選択することが好ましい。このようにすることで、Ａｌｃ（ＴｉβＣｒ１−β）ｄＺ１−ｃ−ｄＮの結晶粒に歪みが生じやすくなり、ひいては靱性が向上する傾向がある。本実施形態の一側面において上記Ｚは、Ｓｉ又はＮｂを含むことが好ましい。
上記Ａｌｃ（ＴｉβＣｒ１−β）ｄＺ１−ｃ−ｄＮにおいて、ｃは０．５を超えて０．８未満であり、０．５５以上０．６５以下であることが好ましい。上記ｃは、上述の断面サンプルをＴＥＭ−ＥＤＸで、第一単位層の全体を元素分析することによって求めることが可能である。
上記Ａｌｃ（ＴｉβＣｒ１−β）ｄＺ１−ｃ−ｄＮにおいて、ｄは０．２を超えて０．５未満であり、０．３５以上０．４５以下であることが好ましい。上記ｄは、上述の断面サンプルをＴＥＭ−ＥＤＸで、第一単位層の全体を元素分析することによって求めることが可能である。
上記Ａｌｃ（ＴｉβＣｒ１−β）ｄＺ１−ｃ−ｄＮにおいて、１−ｃ−ｄは０を超えて０．１未満であり、０．０１以上０．０５以下であることが好ましい。Ｚが２種以上の元素を含む場合、上述の１−ｃ−ｄの値は、上記２種以上の元素の合計の値を意味する。上記１−ｃ−ｄの値は、上記ｃ及び上記ｄの値を１から減ずることで求められる。
上記Ａｌｃ（ＴｉβＣｒ１−β）ｄＺ１−ｃ−ｄＮにおいて、βは０以上１以下であり、０．３以上０．７以下であることが好ましい。βの値が小さい場合、上記第一単位層の耐熱性が向上する傾向がある。βの値が大きい場合、上記第一単位層の硬度が向上する傾向がある。上記βは、上述の断面サンプルをＴＥＭ−ＥＤＸで、第一単位層の全体を元素分析することによって求めることが可能である。
Ａｌｃ（ＴｉβＣｒ１−β）ｄＺ１−ｃ−ｄＮで表される化合物としては、例えば、ＡｌＴｉＳｉＮ、ＡｌＣｒＳｉＮ、Ａｌ（ＴｉＣｒ）ＳｉＮ、ＡｌＴｉＮｂＮ、ＡｌＣｒＮｂＮ、Ａｌ（ＴｉＣｒ）ＮｂＮ、及びＡｌ（ＴｉＣｒ）ＢＮ等が挙げられる（ただし、具体的な化合物中のｃ、ｄ及びβで示される添え字は省略した。）。
上記第一単位層における、立方晶型のＡｌｃ（ＴｉβＣｒ１−β）ｄＺ１−ｃ−ｄＮの結晶粒の平均粒径は、２ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることが好ましく、５ｎｍ以上１４ｎｍ以下であることがより好ましい。このように規定することで、上記表面被覆切削工具は更に優れた耐剥離性を有することに加えて、優れた耐摩耗性を有することが可能になる。当該平均粒径は、例えば、上述したような上記表面被覆切削工具の断面を透過型電子顕微鏡を用いて倍率２００万倍で観察することで測定可能である。具体的には、上記Ａｌａ（ＴｉαＣｒ１−α）ｂＸ１−ａ−ｂＮの結晶粒の平均粒径を求める場合と同様に、当該断面の撮影画像から、個々の結晶粒の粒径（Ｈｅｙｗｏｏｄ径：等面積円相当径）を算出し、その平均値をＡｌｃ（ＴｉβＣｒ１−β）ｄＺ１−ｃ−ｄＮの結晶粒の平均粒径とする。
上記第一単位層は、１層あたりの厚みが１００ｎｍ以上３μｍ以下であることが好ましく、２００ｎｍ以上１μｍ以下であることがより好ましい。このようにすることで、上記表面被覆切削工具は優れた耐チッピング性を有することに加えて、優れた耐摩耗性を有することが可能になる。当該厚みは、例えば、上述したような上記表面被覆切削工具の断面を透過型電子顕微鏡を用いて倍率１００００倍で観察することで測定可能である。
（多層構造）
上記第一単位層及び上記第二単位層は、それぞれが交互に１層以上積層された多層構造を形成しており（例えば、図３）、上記多層構造において、上記第一単位層及び上記第二単位層はそれぞれ１層以上１０層以下含まれることが好ましい。このようにすることで、上記表面被覆切削工具は更に優れた耐摩耗性を有することに加えて、優れた耐摩耗性を有することが可能になる。ここで上記多層構造は、上記第二単位層から積層を開始する。すなわち、上記多層構造における最下層は上記第二単位層である。一方、上記多層構造における最外層は、上記第一単位層又は上記第二単位層のどちらであってもよい。ここで、「最外層」とは、上記被覆層を構成する層のうち、上記基材から最も離れた層を意味する。
上記第一単位層及び上記第二単位層は、それぞれが交互に１層以上積層された多層構造を形成しており（例えば、図３）、上記多層構造において、上記第一単位層及び上記第二単位層はそれぞれ１層以上１０層以下含まれることが好ましい。このようにすることで、上記表面被覆切削工具は更に優れた耐摩耗性を有することに加えて、優れた耐摩耗性を有することが可能になる。ここで上記多層構造は、上記第二単位層から積層を開始する。すなわち、上記多層構造における最下層は上記第二単位層である。一方、上記多層構造における最外層は、上記第一単位層又は上記第二単位層のどちらであってもよい。ここで、「最外層」とは、上記被覆層を構成する層のうち、上記基材から最も離れた層を意味する。
（中間層）
本実施形態に係る表面被覆切削工具が奏する効果を維持する限り、上記第一単位層１２１と上記第二単位層１２２との間に中間層１２３が設けられていてもよい（図４）。上記多層構造において、上記第一単位層及び上記第二単位層がそれぞれ２層以上含まれている場合、上記中間層は、複数ある上記第一単位層と上記第二単位層との界面のうち、１つの界面だけに設けられていてもよいし、複数の界面に設けられていてもよい。上記中間層は、例えば、ＡｌＣｒＮで表される化合物からなる層であってもよい。上記中間層の厚みは、例えば、０．１μｍ以上１μｍ以下であることが挙げられる。
本実施形態に係る表面被覆切削工具が奏する効果を維持する限り、上記第一単位層１２１と上記第二単位層１２２との間に中間層１２３が設けられていてもよい（図４）。上記多層構造において、上記第一単位層及び上記第二単位層がそれぞれ２層以上含まれている場合、上記中間層は、複数ある上記第一単位層と上記第二単位層との界面のうち、１つの界面だけに設けられていてもよいし、複数の界面に設けられていてもよい。上記中間層は、例えば、ＡｌＣｒＮで表される化合物からなる層であってもよい。上記中間層の厚みは、例えば、０．１μｍ以上１μｍ以下であることが挙げられる。
（他の層）
本実施形態の効果を損なわない限り、上記被膜は、他の層を更に含んでいてもよい。上記他の層としては、例えば、上記基材と上記被覆層との間に設けられている下地層及び上記被覆層上に設けられている表面層等が挙げられる。上記下地層は、例えば、ＴｉＷＮで表される化合物からなる層であってもよい。上記表面層は、例えば、ＴｉＣＮで表される化合物からなる層であってもよい。上記他の層の厚みは、本実施形態の効果を損なわない範囲において、特に制限はないが例えば、０．１μｍ以上２μｍ以下が挙げられる。
本実施形態の効果を損なわない限り、上記被膜は、他の層を更に含んでいてもよい。上記他の層としては、例えば、上記基材と上記被覆層との間に設けられている下地層及び上記被覆層上に設けられている表面層等が挙げられる。上記下地層は、例えば、ＴｉＷＮで表される化合物からなる層であってもよい。上記表面層は、例えば、ＴｉＣＮで表される化合物からなる層であってもよい。上記他の層の厚みは、本実施形態の効果を損なわない範囲において、特に制限はないが例えば、０．１μｍ以上２μｍ以下が挙げられる。
≪表面被覆切削工具の製造方法≫
本実施形態に係る表面被覆切削工具の製造方法は、
上記基材を準備する工程（以下、「第１工程」という場合がある。）と、
物理的蒸着法を用いて、上記基材上に上記被覆層を形成する工程（以下、「第２工程」という場合がある。）と、を含み、
上記被覆層は、上記第一単位層と、上記第二単位層とを含み、
上記被覆層は、最下層が上記第二単位層である。
本実施形態に係る表面被覆切削工具の製造方法は、
上記基材を準備する工程（以下、「第１工程」という場合がある。）と、
物理的蒸着法を用いて、上記基材上に上記被覆層を形成する工程（以下、「第２工程」という場合がある。）と、を含み、
上記被覆層は、上記第一単位層と、上記第二単位層とを含み、
上記被覆層は、最下層が上記第二単位層である。
物理蒸着法とは、物理的な作用を利用して原料（「蒸発源」、「ターゲット」ともいう。）を気化し、気化した原料を基材等の上に付着させる蒸着方法である。特に、本実施形態で用いる物理的蒸着法は、カソードアークイオンプレーティング法を用いる。
カソードアークイオンプレーティング法は、装置内に基材を設置するとともにカソードとしてターゲットを設置した後、このターゲットに高電流を印加してアーク放電を生じさせる。これにより、ターゲットを構成する原子を蒸発させイオン化させて、負のバイアス電圧を印可した基材上に堆積させて被膜を形成する。
＜第１工程：基材を準備する工程＞
第１工程では基材を準備する。例えば、基材として超硬合金基材が準備される。超硬合金基材は、市販の基材を用いてもよく、一般的な粉末冶金法で製造してもよい。一般的な粉末冶金法で製造する場合、例えば、ボールミル等によってＷＣ粉末とＣｏ粉末等とを混合して混合粉末を得る。該混合粉末を乾燥した後、所定の形状に成形して成形体を得る。さらに該成形体を焼結することにより、ＷＣ−Ｃｏ系超硬合金（焼結体）を得る。次いで該焼結体に対して、ホーニング処理等の所定の刃先加工を施すことにより、ＷＣ−Ｃｏ系超硬合金からなる基材を製造することができる。第１工程では、上記以外の基材であっても、この種の基材として従来公知のものであればいずれも準備可能である。
第１工程では基材を準備する。例えば、基材として超硬合金基材が準備される。超硬合金基材は、市販の基材を用いてもよく、一般的な粉末冶金法で製造してもよい。一般的な粉末冶金法で製造する場合、例えば、ボールミル等によってＷＣ粉末とＣｏ粉末等とを混合して混合粉末を得る。該混合粉末を乾燥した後、所定の形状に成形して成形体を得る。さらに該成形体を焼結することにより、ＷＣ−Ｃｏ系超硬合金（焼結体）を得る。次いで該焼結体に対して、ホーニング処理等の所定の刃先加工を施すことにより、ＷＣ−Ｃｏ系超硬合金からなる基材を製造することができる。第１工程では、上記以外の基材であっても、この種の基材として従来公知のものであればいずれも準備可能である。
＜第２工程：被覆層を形成する工程＞
第２工程では、物理的蒸着法を用いて、上記基材上に上記被覆層を形成する。その方法としては、形成しようとする被覆層の組成に応じて、各種の方法が用いられる。例えば、Ｔｉ、Ｃｒ及びＡｌ等の粒径をそれぞれ変化させた合金製ターゲットを使用する方法、それぞれ組成の異なる複数のターゲットを使用する方法、成膜時に印可するバイアス電圧をパルス電圧とする方法、成膜時にガス流量を変化させる方法、又は、成膜装置において基材を保持する基材ホルダの回転速度を調整する方法等を挙げることができる。
第２工程では、物理的蒸着法を用いて、上記基材上に上記被覆層を形成する。その方法としては、形成しようとする被覆層の組成に応じて、各種の方法が用いられる。例えば、Ｔｉ、Ｃｒ及びＡｌ等の粒径をそれぞれ変化させた合金製ターゲットを使用する方法、それぞれ組成の異なる複数のターゲットを使用する方法、成膜時に印可するバイアス電圧をパルス電圧とする方法、成膜時にガス流量を変化させる方法、又は、成膜装置において基材を保持する基材ホルダの回転速度を調整する方法等を挙げることができる。
例えば、第２工程は、次のようにして行なうことができる。まず、成膜装置のチャンバ内に、基材として任意の形状のチップを装着する。例えば、基材を、成膜装置のチャンバ内において中央に回転可能に備え付けられた回転テーブル上の基材ホルダの外表面に取り付ける。基材ホルダには、バイアス電源を取り付ける。上記基材をチャンバ内の中央で回転させた状態で、反応ガスとして窒素ガス等を導入する。さらに、基材を温度３００〜４００℃（第二単位層の場合）又は５５０〜６５０℃（第一単位層の場合）に、反応ガス圧を３〜６Ｐａに、バイアス電源の電圧を−５０〜−３０Ｖ（直流電源）の範囲にそれぞれ維持しながら、第一単位層形成用の蒸発源又は第二単位層形成用の蒸発源に１００〜２００Ａのアーク電流を供給する。これにより、第一単位層形成用の蒸発源又は第二単位層形成用の蒸発源から金属イオンを発生させ、所定の時間が経過したところでアーク電流の供給を止めて、基材の表面上に被覆層（第一単位層及び第二単位層）を形成する。このとき、成膜時間を調節することにより、被覆層の厚みが所定範囲になるように調整する。上記第２工程は、切削加工に関与する部分（例えば、切れ刃付近のすくい面）に加えて、切削加工に関与する部分以外の上記基材の表面上に被覆層が形成されていてもよい。
本実施形態では、温度３００〜４００℃において第二単位層を形成する。そのため、上記第二単位層は立方晶と六方晶とを含む構成となる。さらに、温度５５０〜６５０℃において第一単位層を形成する。そのため上記第一単位層は立方晶を含む構成となる。本実施形態では、第二単位層を先に形成する。一方、最後は第一単位層又は第二単位層のいずれかを形成することで、被覆層の形成が完了する。こうすることで上記被覆層における最下層が上記第二単位層となる。
（第二単位層の原料）
上記第２工程において、第二単位層の原料は、Ｔｉ及びＣｒのいずれか１種又はその両方、並びにＡｌを含む。上記第二単位層の原料は、Ｓｉ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ及びＢからなる群より選ばれる少なくとも１種（上述のＸで表される元素）を更に含む。上記第二単位層の原料は、粉末状であってもよいし、平板状であってもよい。
上記第２工程において、第二単位層の原料は、Ｔｉ及びＣｒのいずれか１種又はその両方、並びにＡｌを含む。上記第二単位層の原料は、Ｓｉ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ及びＢからなる群より選ばれる少なくとも１種（上述のＸで表される元素）を更に含む。上記第二単位層の原料は、粉末状であってもよいし、平板状であってもよい。
上記Ａｌの含有割合（原子数比）は、第二単位層の原料全体を１とした場合、０．５を超えて０．８以下であることが好ましく、０．６５以上０．７５以下であることがより好ましい。ここで、原料全体に対する上記Ａｌの含有割合は、通常、第二単位層における上記Ａｌの組成比に対応する。後述するＴｉ、Ｃｒ及び上記Ｘで表される元素等の他の元素についても同様である。
上記Ｔｉと上記Ｃｒとの合計の含有割合（原子数比）は、第二単位層の原料全体を１とした場合、０．１７以上０．５未満であることが好ましく、０．２５以上０．３５以下であることがより好ましい。
ここで、上記Ｔｉと上記Ｃｒとの合計に対する上記Ｔｉの含有割合（原子数比）は、上記Ｔｉと上記Ｃｒとの合計を１とした場合、０以上１以下であることが好ましく、０．３以上０．７以下であることがより好ましい。
上記Ｘで表される元素の含有割合（原子数比）は、第二単位層の原料全体を１とした場合、０を超えて０．１未満であることが好ましく、０．０１以上０．０５以下であることがより好ましい。
（第一単位層の原料）
上記第２工程において、第一単位層の原料は、Ｔｉ及びＣｒのいずれか１種又はその両方、並びにＡｌを含む。上記第一単位層の原料は、Ｓｉ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ及びＢからなる群より選ばれる少なくとも１種（上述のＺで表される元素）を更に含む。上記第一単位層の原料の組成は、上記第二単位層の原料の組成と同一であってもよいし、異なっていてもよい。上記第一単位層の原料は、粉末状であってもよいし、平板状であってもよい。
上記第２工程において、第一単位層の原料は、Ｔｉ及びＣｒのいずれか１種又はその両方、並びにＡｌを含む。上記第一単位層の原料は、Ｓｉ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ及びＢからなる群より選ばれる少なくとも１種（上述のＺで表される元素）を更に含む。上記第一単位層の原料の組成は、上記第二単位層の原料の組成と同一であってもよいし、異なっていてもよい。上記第一単位層の原料は、粉末状であってもよいし、平板状であってもよい。
上記Ａｌの含有割合（原子数比）は、第一単位層の原料全体を１とした場合、０．５を超えて０．８未満であることが好ましく、０．５５以上０．６５以下であることがより好ましい。ここで、原料全体に対する上記Ａｌの含有割合は、通常、第一単位層における上記Ａｌの組成比に対応する。後述するＴｉ、Ｃｒ及び上記Ｚで表される元素等の他の元素についても同様である。
上記Ｔｉと上記Ｃｒとの合計の含有割合（原子数比）は、第一単位層の原料全体を１とした場合、０．２を超えて０．５未満であることが好ましく、０．３５以上０．４５以下であることがより好ましい。
ここで、上記Ｔｉと上記Ｃｒとの合計に対する上記Ｔｉの含有割合（原子数比）は、上記Ｔｉと上記Ｃｒとの合計を１とした場合、０以上１以下であることが好ましく、０．３以上０．７以下であることがより好ましい。
上記Ｚで表される元素の含有割合（原子数比）は、第一単位層の原料全体を１とした場合、０を超えて０．１未満であることが好ましく、０．０１以上０．１以下であることがより好ましい。
本実施形態の一側面において、第一単位層と第二単位層との間に中間層を形成させてもよい。中間層の原料としては、例えば、ＡｌＣｒＮが挙げられる。
本実施形態において、上述した反応ガスは、上記被覆層の組成に応じて適宜設定される。上記反応ガスとしては、例えば、窒素ガス等が挙げられる。
被覆層を形成した後、上記被覆層に圧縮残留応力を付与してもよい。靭性が向上するからである。圧縮残留応力は、例えばブラスト法、ブラシ法、バレル法、イオン注入法等によって付与することができる。
＜その他の工程＞
本実施形態に係る製造方法では、上述した工程の他にも、第１工程と第２工程との間に、上記基材の表面をイオンボンバードメント処理するイオンボンバードメント処理工程、基材と上記被覆層との間に下地層を形成する下地層被覆工程、上記被覆層の上に表面層を形成する表面層被覆工程及び、表面処理する工程等を適宜行ってもよい。上述の下地層及び表面層等の他の層を形成する場合、従来の方法によって他の層を形成してもよい。具体的には、例えば、上述したＰＶＤ法によって上記他の層を形成することが挙げられる。表面処理をする工程としては、例えば、弾性材にダイヤモンド粉末を担持させたメディアを用いた表面処理等が挙げられる。上記表面処理を行う装置としては、例えば、株式会社不二製作所製のシリウスＺ等が挙げられる。
本実施形態に係る製造方法では、上述した工程の他にも、第１工程と第２工程との間に、上記基材の表面をイオンボンバードメント処理するイオンボンバードメント処理工程、基材と上記被覆層との間に下地層を形成する下地層被覆工程、上記被覆層の上に表面層を形成する表面層被覆工程及び、表面処理する工程等を適宜行ってもよい。上述の下地層及び表面層等の他の層を形成する場合、従来の方法によって他の層を形成してもよい。具体的には、例えば、上述したＰＶＤ法によって上記他の層を形成することが挙げられる。表面処理をする工程としては、例えば、弾性材にダイヤモンド粉末を担持させたメディアを用いた表面処理等が挙げられる。上記表面処理を行う装置としては、例えば、株式会社不二製作所製のシリウスＺ等が挙げられる。
以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
≪切削工具の作製≫
＜基材の準備＞
まず、被膜を形成させる対象となる基材として、表面被覆フライス加工用超硬チップ（ＪＩＳ規格、Ｐ３０相当超硬合金、ＳＥＭＴ１３Ｔ３ＡＧＳＮ−Ｇ）を準備した（第１工程：基材を準備する工程）。
＜基材の準備＞
まず、被膜を形成させる対象となる基材として、表面被覆フライス加工用超硬チップ（ＪＩＳ規格、Ｐ３０相当超硬合金、ＳＥＭＴ１３Ｔ３ＡＧＳＮ−Ｇ）を準備した（第１工程：基材を準備する工程）。
＜イオンボンバードメント処理＞
後述する被膜の作製に先立って、以下の手順で上記基材の表面にイオンボンバードメント処理を行った。まず、上記基材をアークイオンプレーティング装置にセットした。次に、以下の条件によってイオンボンバードメント処理を行った。
ガス組成 ： Ａｒ（１００％）
ガス圧 ： ０．５Ｐａ
バイアス電圧： −６００Ｖ（直流電源）
処理時間 ： ６０分
後述する被膜の作製に先立って、以下の手順で上記基材の表面にイオンボンバードメント処理を行った。まず、上記基材をアークイオンプレーティング装置にセットした。次に、以下の条件によってイオンボンバードメント処理を行った。
ガス組成 ： Ａｒ（１００％）
ガス圧 ： ０．５Ｐａ
バイアス電圧： −６００Ｖ（直流電源）
処理時間 ： ６０分
＜被膜の作製＞
イオンボンバードメント処理を行った上記基材の表面上に、被覆層、並びに必要に応じて下地層、中間層及び表面層を形成することによって、被膜を作製した。以下、被覆層、下地層、中間層及び表面層の作製方法について説明する。
イオンボンバードメント処理を行った上記基材の表面上に、被覆層、並びに必要に応じて下地層、中間層及び表面層を形成することによって、被膜を作製した。以下、被覆層、下地層、中間層及び表面層の作製方法について説明する。
（被覆層の作製）
試料Ｎｏ．１〜４２においては、基材をチャンバ内の中央で回転させた状態で、反応ガスとして窒素ガスを導入した。さらに、基材を温度４００℃（第二単位層の場合）又は５５０℃（第一単位層の場合）に、反応ガス圧を６．０Ｐａに、バイアス電源の電圧を−５０Ｖ（直流電源）にそれぞれ維持して第一単位層形成用の蒸発源または第二単位層用の蒸発源にそれぞれ１５０Ａのアーク電流を供給した。これにより、第一単位層形成用の蒸発源または第二単位層形成用の蒸発源から金属イオンを発生させ、基材の表面上に表３及び表４に示す組成の被覆層を形成した（第２工程：被覆層を形成する工程）。ここで、第一単位層形成用の蒸発源または第二単位層形成用の蒸発源は、表１及び表２に記載の原料組成のものを用いた。
試料Ｎｏ．１〜４２においては、基材をチャンバ内の中央で回転させた状態で、反応ガスとして窒素ガスを導入した。さらに、基材を温度４００℃（第二単位層の場合）又は５５０℃（第一単位層の場合）に、反応ガス圧を６．０Ｐａに、バイアス電源の電圧を−５０Ｖ（直流電源）にそれぞれ維持して第一単位層形成用の蒸発源または第二単位層用の蒸発源にそれぞれ１５０Ａのアーク電流を供給した。これにより、第一単位層形成用の蒸発源または第二単位層形成用の蒸発源から金属イオンを発生させ、基材の表面上に表３及び表４に示す組成の被覆層を形成した（第２工程：被覆層を形成する工程）。ここで、第一単位層形成用の蒸発源または第二単位層形成用の蒸発源は、表１及び表２に記載の原料組成のものを用いた。
（下地層、中間層又は表面層の作製）
試料Ｎｏ．３７については、通常のＰＶＤ法を用いて基材と上記被覆層との間にＴｉＷＮで示される化合物からなる下地層を形成した。試料Ｎｏ．３８については、通常のＰＶＤ法を用いて第一単位層と第二単位層との間にＡｌＣｒＮで示される化合物からなる中間層を１層形成した。言い換えると、試料Ｎｏ．３８における被膜は、１層の中間層を含む構成とした。試料Ｎｏ．３９については、通常のＰＶＤ法を用いて被覆層の表面上にＴｉＣＮで示される化合物からなる表面層を形成した。
以上の工程によって、試料Ｎｏ．１〜４２の表面被覆切削工具を作製した。
試料Ｎｏ．３７については、通常のＰＶＤ法を用いて基材と上記被覆層との間にＴｉＷＮで示される化合物からなる下地層を形成した。試料Ｎｏ．３８については、通常のＰＶＤ法を用いて第一単位層と第二単位層との間にＡｌＣｒＮで示される化合物からなる中間層を１層形成した。言い換えると、試料Ｎｏ．３８における被膜は、１層の中間層を含む構成とした。試料Ｎｏ．３９については、通常のＰＶＤ法を用いて被覆層の表面上にＴｉＣＮで示される化合物からなる表面層を形成した。
以上の工程によって、試料Ｎｏ．１〜４２の表面被覆切削工具を作製した。
≪切削工具の特性評価≫
上述のようにして作製した試料Ｎｏ．１〜４２の切削工具を用いて、以下のように、切削工具の各特性を評価した。なお、試料Ｎｏ．１〜３９の切削工具は実施例に対応し、試料Ｎｏ．４０〜４２の切削工具は比較例に対応する。
上述のようにして作製した試料Ｎｏ．１〜４２の切削工具を用いて、以下のように、切削工具の各特性を評価した。なお、試料Ｎｏ．１〜３９の切削工具は実施例に対応し、試料Ｎｏ．４０〜４２の切削工具は比較例に対応する。
＜被膜を構成する各層の厚みの測定＞
被膜を構成する各層の厚み（すなわち、被覆層（第一単位層、第二単位層）、下地層、中間層及び表面層それぞれの厚み）は、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）（日本電子株式会社製、商品名：ＪＥＭ−２１００Ｆ）を用いて、基材の表面の法線方向に平行な断面サンプルにおける任意の１０点を測定し、測定された１０点の厚みの平均値をとることで求めた。このときの観察倍率は、１００００倍であった。結果を表３及び表４に示す。表３及び表４における被覆層の「合計厚み」について例えば、試料Ｎｏ．１８の「６μｍ×３」の表記は、１層の第一単位層（３μｍ）と１層の第二単位層（３μｍ）とからなる層構造（合計６μｍ）が３回繰り返されていることを意味している。すなわち、上記第一単位層及び上記第二単位層は、それぞれが交互に１層以上積層された多層構造を形成しており、上記多層構造において、上記第一単位層及び上記第二単位層はそれぞれ３層含まれる。なお、表４に示されていないが、試料Ｎｏ．３７における下地層の厚み、試料Ｎｏ．３８における中間層の厚み及び試料Ｎｏ．３９における表面層の厚みは、それぞれ５００ｎｍであった。
被膜を構成する各層の厚み（すなわち、被覆層（第一単位層、第二単位層）、下地層、中間層及び表面層それぞれの厚み）は、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）（日本電子株式会社製、商品名：ＪＥＭ−２１００Ｆ）を用いて、基材の表面の法線方向に平行な断面サンプルにおける任意の１０点を測定し、測定された１０点の厚みの平均値をとることで求めた。このときの観察倍率は、１００００倍であった。結果を表３及び表４に示す。表３及び表４における被覆層の「合計厚み」について例えば、試料Ｎｏ．１８の「６μｍ×３」の表記は、１層の第一単位層（３μｍ）と１層の第二単位層（３μｍ）とからなる層構造（合計６μｍ）が３回繰り返されていることを意味している。すなわち、上記第一単位層及び上記第二単位層は、それぞれが交互に１層以上積層された多層構造を形成しており、上記多層構造において、上記第一単位層及び上記第二単位層はそれぞれ３層含まれる。なお、表４に示されていないが、試料Ｎｏ．３７における下地層の厚み、試料Ｎｏ．３８における中間層の厚み及び試料Ｎｏ．３９における表面層の厚みは、それぞれ５００ｎｍであった。
＜被膜を構成する各層の組成分析＞
被膜を構成する各層の組成は、ＴＥＭに付帯のエネルギー分散型Ｘ線分光法（ＴＥＭ−ＥＤＸ）で、各層の全体を分析することによって求めた。具体的には、上記断面サンプルを用いて、組成分析の対象となる層における任意の１０点それぞれを、ＴＥＭ−ＥＤＸで測定して各構成元素の組成比を算出した。このときの観察倍率は、２００００倍であった。各構成元素について、求められた１０点の組成比の平均値を当該組成分析の対象となる層における当該構成元素の組成比とした。ここで当該「任意の１０点」は、上記組成分析の対象となる層中の互いに異なる結晶粒から選択した。ＥＤＸ装置としては、日本電子株式会社製のＪＥＤ−２３００（商品名）を用いた。求められた各層の組成を表３及び表４に示す。
また、ＴＥＭ−ＥＤＸで被覆層を分析することによって、被覆層における最外層が第一単位層であるのか、第二単位層であるのかを同定した（表３及び表４）。
被膜を構成する各層の組成は、ＴＥＭに付帯のエネルギー分散型Ｘ線分光法（ＴＥＭ−ＥＤＸ）で、各層の全体を分析することによって求めた。具体的には、上記断面サンプルを用いて、組成分析の対象となる層における任意の１０点それぞれを、ＴＥＭ−ＥＤＸで測定して各構成元素の組成比を算出した。このときの観察倍率は、２００００倍であった。各構成元素について、求められた１０点の組成比の平均値を当該組成分析の対象となる層における当該構成元素の組成比とした。ここで当該「任意の１０点」は、上記組成分析の対象となる層中の互いに異なる結晶粒から選択した。ＥＤＸ装置としては、日本電子株式会社製のＪＥＤ−２３００（商品名）を用いた。求められた各層の組成を表３及び表４に示す。
また、ＴＥＭ−ＥＤＸで被覆層を分析することによって、被覆層における最外層が第一単位層であるのか、第二単位層であるのかを同定した（表３及び表４）。
＜第一単位層及び第二単位層の電子線回折分析＞
第一単位層及び第二単位層について電子線回折法による分析を行って、各層に含まれる結晶型について分析した。立方晶のみの回折パターン（例えば、図５Ａ）と、立方晶と六方晶を含む回折パターン（例えば、図５Ｂ）により同定を行った。結果を表５及び表６に示す。
第一単位層及び第二単位層について電子線回折法による分析を行って、各層に含まれる結晶型について分析した。立方晶のみの回折パターン（例えば、図５Ａ）と、立方晶と六方晶を含む回折パターン（例えば、図５Ｂ）により同定を行った。結果を表５及び表６に示す。
＜第一単位層及び第二単位層それぞれにおける結晶粒の平均粒径＞
第一単位層及び第二単位層それぞれにおける結晶粒の平均粒径は、上記断面サンプルをＴＥＭを用いて倍率２００万倍で観察することで測定した。具体的には、当該断面の撮影画像から、個々の結晶粒の粒径（Ｈｅｙｗｏｏｄ径：等面積円相当径）を算出し、その平均値を当該結晶粒の平均粒径とした。測定する結晶粒の数は、１０個とした。また、被覆層は、複数の第一単位層及び第二単位層が含まれているため、以下のようにして当該結晶粒の平均粒径を求めた。まずそれぞれの第一単位層（又はそれぞれの第二単位層）において上記画像解析を行い各第一単位層（又は第二単位層）における結晶粒の平均粒径を求めた。次に、各第一単位層（又は各第二単位層）で求められた結晶粒の平均粒径の平均値を求めた。求められた平均値を測定対象の層における結晶粒の平均粒径とした。画像解析を行う視野の数は、４視野とした。上述した結晶粒の平均粒径を算出する一連の操作は、画像解析ソフトウェア（株式会社マウンテック社製「Ｍａｃ−Ｖｉｅｗ」）を用いて行った。結果を表５及び表６に示す。
第一単位層及び第二単位層それぞれにおける結晶粒の平均粒径は、上記断面サンプルをＴＥＭを用いて倍率２００万倍で観察することで測定した。具体的には、当該断面の撮影画像から、個々の結晶粒の粒径（Ｈｅｙｗｏｏｄ径：等面積円相当径）を算出し、その平均値を当該結晶粒の平均粒径とした。測定する結晶粒の数は、１０個とした。また、被覆層は、複数の第一単位層及び第二単位層が含まれているため、以下のようにして当該結晶粒の平均粒径を求めた。まずそれぞれの第一単位層（又はそれぞれの第二単位層）において上記画像解析を行い各第一単位層（又は第二単位層）における結晶粒の平均粒径を求めた。次に、各第一単位層（又は各第二単位層）で求められた結晶粒の平均粒径の平均値を求めた。求められた平均値を測定対象の層における結晶粒の平均粒径とした。画像解析を行う視野の数は、４視野とした。上述した結晶粒の平均粒径を算出する一連の操作は、画像解析ソフトウェア（株式会社マウンテック社製「Ｍａｃ−Ｖｉｅｗ」）を用いて行った。結果を表５及び表６に示す。
＜第二単位層の硬度及びヤング率＞
「ＩＳＯ １４５７７−１： ２０１５ Ｍｅｔａｌｌｉｃ ｍａｔｅｒｉａｌｓ−Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｅｄ ｉｎｄｅｎｔａｔｉｏｎ ｔｅｓｔ ｆｏｒ ｈａｒｄｎｅｓｓ ａｎｄ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ−」において定められている標準手順によるナノインデンテーション法によって、各切削工具における第二単位層の硬度とヤング率とを測定した。ここで、押し込み深さは１００ｎｍに設定した。第二単位層の上に他の層が形成されている場合は、研磨によって第二単位層を露出させてから測定した。測定装置は、株式会社エリオニクス製のＥＮＴ−１１００（商品名）を用いた。結果を表５及び表６に示す。
「ＩＳＯ １４５７７−１： ２０１５ Ｍｅｔａｌｌｉｃ ｍａｔｅｒｉａｌｓ−Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｅｄ ｉｎｄｅｎｔａｔｉｏｎ ｔｅｓｔ ｆｏｒ ｈａｒｄｎｅｓｓ ａｎｄ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ−」において定められている標準手順によるナノインデンテーション法によって、各切削工具における第二単位層の硬度とヤング率とを測定した。ここで、押し込み深さは１００ｎｍに設定した。第二単位層の上に他の層が形成されている場合は、研磨によって第二単位層を露出させてから測定した。測定装置は、株式会社エリオニクス製のＥＮＴ−１１００（商品名）を用いた。結果を表５及び表６に示す。
≪切削試験≫
＜フライス加工試験＞
上述のようにして作製した試料Ｎｏ．１〜４２の切削工具を用いて、以下の切削条件により切削工具に欠損が発生するまでの切削距離を測定した。その結果を表５及び表６に示す。切削距離が長いほど耐剥離性に優れる切削工具として評価することができる。
切削条件
被削材 ：ＳＵＳ３１６
切削速度 ：１５０ｍ／ｍｉｎ
送り量 ：０．２ｍｍ／ｔ
切込み量（ａｐ）：２ｍｍ、ｄｒｙ
＜フライス加工試験＞
上述のようにして作製した試料Ｎｏ．１〜４２の切削工具を用いて、以下の切削条件により切削工具に欠損が発生するまでの切削距離を測定した。その結果を表５及び表６に示す。切削距離が長いほど耐剥離性に優れる切削工具として評価することができる。
切削条件
被削材 ：ＳＵＳ３１６
切削速度 ：１５０ｍ／ｍｉｎ
送り量 ：０．２ｍｍ／ｔ
切込み量（ａｐ）：２ｍｍ、ｄｒｙ
切削試験について、表５及び表６の結果から試料Ｎｏ．１〜３９の切削工具は、切削距離が２．２ｍ以上の良好な結果が得られた。一方試料Ｎｏ．４０〜４２の切削工具は、切削距離が１．５ｍ未満であった。以上の結果から、試料Ｎｏ．１〜３９の切削工具は、耐剥離性に優れることが分かった。
以上のように本発明の実施形態及び実施例について説明を行なったが、上述の各実施形態及び各実施例の構成を適宜組み合わせることも当初から予定している。
今回開示された実施の形態及び実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態及び実施例ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
１ａ すくい面
１ｂ 逃げ面
１ｃ 刃先部
１０ 表面被覆切削工具
１１ 基材
１２ 被覆層
１３ 下地層
１４ 表面層
２０ 被膜
１２１ 第一単位層
１２２ 第二単位層
１２３ 中間層。
１ｂ 逃げ面
１ｃ 刃先部
１０ 表面被覆切削工具
１１ 基材
１２ 被覆層
１３ 下地層
１４ 表面層
２０ 被膜
１２１ 第一単位層
１２２ 第二単位層
１２３ 中間層。
Claims (7)
- 基材と、前記基材上に設けられている被覆層とを含む表面被覆切削工具であって、
前記被覆層は、第一単位層と、第二単位層とを含み、
前記被覆層は、最下層が前記第二単位層であり、
前記第二単位層は、立方晶型のＡｌａ（ＴｉαＣｒ１−α）ｂＸ１−ａ−ｂＮの結晶粒及び六方晶型のＡｌａ（ＴｉαＣｒ１−α）ｂＸ１−ａ−ｂＮの結晶粒を含み、
前記第一単位層は、立方晶型のＡｌｃ（ＴｉβＣｒ１−β）ｄＺ１−ｃ−ｄＮの結晶粒を含み、
前記第一単位層は、六方晶型のＡｌｃ（ＴｉβＣｒ１−β）ｄＺ１−ｃ−ｄＮの結晶粒を含まず、
前記Ａｌａ（ＴｉαＣｒ１−α）ｂＸ１−ａ−ｂＮにおいて、ＸはＳｉ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ及びＢからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素を示し、ａは０．５を超えて０．８未満であり、ｂは０．２以上０．５未満であり、１−ａ−ｂは０を超えて０．１未満であり、αは０以上１以下であり、
前記Ａｌｃ（ＴｉβＣｒ１−β）ｄＺ１−ｃ−ｄＮにおいて、ＺはＳｉ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ及びＢからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素を示し、ｃは０．５を超えて０．８未満であり、ｄは０．２を超えて０．５未満であり、１−ｃ−ｄは０を超えて０．１未満であり、βは０以上１以下である、表面被覆切削工具。 - 前記第二単位層の硬度Ｈは２８ＧＰａ以上６０ＧＰａ以下であり、前記第二単位層のヤング率Ｅは２８０ＧＰａ以上８６０ＧＰａ以下であり、前記第二単位層における前記ヤング率Ｅに対する前記硬度Ｈの比Ｈ／Ｅが０．０７以上０．１以下である、請求項１に記載の表面被覆切削工具。
- 前記第二単位層における、立方晶型のＡｌａ（ＴｉαＣｒ１−α）ｂＸ１−ａ−ｂＮの結晶粒及び六方晶型のＡｌａ（ＴｉαＣｒ１−α）ｂＸ１−ａ−ｂＮの結晶粒の平均粒径は、２ｎｍ以上２０ｎｍ以下である、請求項１又は請求項２に記載の表面被覆切削工具。
- 前記第一単位層における、立方晶型のＡｌｃ（ＴｉβＣｒ１−β）ｄＺ１−ｃ−ｄＮの結晶粒の平均粒径は、２ｎｍ以上２０ｎｍ以下である、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の表面被覆切削工具。
- 前記第一単位層及び前記第二単位層は、それぞれが交互に１層以上積層された多層構造を形成しており、前記多層構造において、前記第一単位層及び前記第二単位層はそれぞれ１層以上１０層以下含まれる、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の表面被覆切削工具。
- 前記第一単位層は、１層あたりの厚みが１００ｎｍ以上３μｍ以下である、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の表面被覆切削工具。
- 前記第二単位層は、１層あたりの厚みが１００ｎｍ以上３μｍ以下である、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の表面被覆切削工具。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2019152250A JP2021030357A (ja) | 2019-08-22 | 2019-08-22 | 表面被覆切削工具 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2019152250A JP2021030357A (ja) | 2019-08-22 | 2019-08-22 | 表面被覆切削工具 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2021030357A true JP2021030357A (ja) | 2021-03-01 |
Family
ID=74674671
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2019152250A Pending JP2021030357A (ja) | 2019-08-22 | 2019-08-22 | 表面被覆切削工具 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2021030357A (ja) |
-
2019
- 2019-08-22 JP JP2019152250A patent/JP2021030357A/ja active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| WO2017179220A1 (ja) | 表面被覆切削工具およびその製造方法 | |
| WO2021140818A1 (ja) | 切削工具 | |
| EP3960341A1 (en) | Cutting tool | |
| JP6863649B1 (ja) | 切削工具 | |
| JP2021030356A (ja) | 表面被覆切削工具 | |
| WO2019181133A1 (ja) | 表面被覆切削工具およびその製造方法 | |
| JP6642836B2 (ja) | 被覆ドリル | |
| JP7354933B2 (ja) | 切削工具 | |
| JP2024022661A (ja) | 切削工具 | |
| JP6583762B1 (ja) | 表面被覆切削工具及びその製造方法 | |
| JP6794604B1 (ja) | 切削工具 | |
| JPWO2019181220A1 (ja) | 表面被覆切削工具 | |
| JP2021030357A (ja) | 表面被覆切削工具 | |
| JP6780222B1 (ja) | 切削工具 | |
| JP7067691B1 (ja) | 切削工具 | |
| JP7226688B2 (ja) | 切削工具 | |
| JP6565093B1 (ja) | 表面被覆切削工具およびその製造方法 | |
| JP6743350B2 (ja) | 切削工具 | |
| JP7338827B1 (ja) | 切削工具 | |
| JP6743349B2 (ja) | 切削工具 | |
| JP6565092B1 (ja) | 表面被覆切削工具およびその製造方法 | |
| JP6565091B1 (ja) | 表面被覆切削工具およびその製造方法 | |
| WO2019181135A1 (ja) | 表面被覆切削工具およびその製造方法 |