JP2022143690A - 被覆切削工具 - Google Patents
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Abstract
【課題】耐摩耗性及び耐欠損性を向上させた工具寿命の長い被覆切削工具を提供する。【解決手段】立方晶窒化硼素含有焼結体からなる基材と、該基材の上に形成された被覆層とを備え、被覆層が最下層と交互積層構造とをこの順で含み、最下層は（Ａｌ1-xＣｒx）Ｎを含有し、最下層の平均厚さが０．０１μｍ以上０．２μｍ以下であり、交互積層構造が（Ａｌ1-y1Ｃｒy1）Ｎを含有する第１化合物層と、（Ａｌ1-y2Ｃｒy2）Ｎを含有する第２化合物層との互いに異なる２種の化合物層を交互に２回以上繰り返しており、交互積層構造全体の平均厚さが０．１μｍ以上１．２μｍ以下であり、被覆層全体の平均厚さが０．２μｍ以上１．３μｍ以下であり、被覆層の立方晶（１１１）面における圧縮残留応力が３．０ＧＰａ以下である、被覆切削工具。【選択図】図１
Description
本発明は、被覆切削工具に関するものである。
焼結金属の切削加工には、超硬合金、セラミック又は立方晶窒化硼素（以下「ｃＢＮ」とも記す）焼結体からなる切削工具が用いられることが多い。特に、６０ＨＲｃを超えるような硬度を有する焼結金属を高速で切削加工する場合、一部のセラミック工具を除いて、ｃＢＮ焼結体からなる切削工具が選択されることが多い。ｃＢＮ焼結体は、超硬合金と比較して、１，０００℃以上の高温下における化学的安定性及び機械特性が優れるためである。ｃＢＮ焼結体の表面に、ＴｉＣＮ層、ＴｉＡｌＮ層又はＡｌＣｒＮ層などの被覆層を１層又は２層以上含む被覆ｃＢＮ焼結体工具は、その優れた耐摩耗性から、焼結金属の高速連続切削加工の用途で広く用いられている。
例えば、特許文献１には、ｃＢＮ粒子の粒度分布を最適化したｃＢＮ焼結体の表面にＡｌＣｒＮ層とＴｉＡｌＮ層との両方を基材側から順に２層被覆することで、被覆層の基材密着力が高まり、結果的に加工中の異常剥離とこれが原因の異常摩耗が抑えられることが提案されている。
焼結金属の強断続加工では、被覆層の剥離を原因とした摩耗の他に、切り込み境界部における刃先のチッピングが発生することがある。被覆層と基材との密着力を高めることで、被覆層の剥離を起点とするチッピングは抑えられるが、強断続加工における工具刃先と被削材との衝突によって発生するチッピングを抑えるには、被覆層と基材との密着力だけでなく、被覆層の構成の最適化を図る必要がある。特許文献１に記載の技術では、ＡｌＣｒＮ密着層の上にＴｉＡｌＮ層を配することで、被覆層と基材との密着力と、耐摩耗性とを同時に改善することが示されているが、耐チッピング性には焦点が当てられていない。焼結金属の強断続加工においては、耐チッピング性と耐摩耗性とのバランスをとることが重要で、ＴｉＡｌＮ層は耐摩耗性に優れる一方で、耐チッピング性が不十分となる場合がある。また、特許文献１に示されているような、例えば、厚さが１．４ｍを超えるような被覆層を有する切削工具では、加工強度に耐えられず、加工の初期段階で刃先が大きく欠損することがしばしば発生する。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、耐摩耗性及び耐欠損性を向上させた工具寿命の長い被覆切削工具を提供することを目的とする。
本発明者は被覆切削工具の工具寿命の延長について研究を重ねたところ、被覆切削工具を特定の構成にすると、その耐摩耗性及び耐欠損性を向上させることが可能となり、その結果、被覆切削工具の工具寿命を延長することができることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明の要旨は以下の通りである。
［１］
立方晶窒化硼素含有焼結体からなる基材と、該基材の上に形成された被覆層とを備え、
前記被覆層が、前記基材側から前記被覆層の表面側に向かって、最下層と交互積層構造とをこの順で含み、
前記最下層は、下記式（１）で表される組成を有する化合物を含有し、
（Ａｌ1-xＣｒx）Ｎ・・・（１）
［式（１）中、ｘはＡｌ元素とＣｒ元素との合計に対するＣｒ元素の原子比を表し、０．２０≦ｘ≦０．５０を満足する。］、
前記最下層の平均厚さが０．０１μｍ以上０．２μｍ以下であり、
前記交互積層構造が、下記式（２）で表される組成を有する化合物を含有する第１化合物層と、下記式（３）で表される組成を有する化合物を含有する第２化合物層と、を交互に２回以上繰り返し積層した交互積層構造であり、
（Ａｌ1-y1Ｃｒy1）Ｎ・・・（２）
［式（２）中、ｙ１はＡｌ元素とＣｒ元素との合計に対するＣｒ元素の原子比を表し、０．１０≦ｙ１≦０．６０を満足する。］、
（Ａｌ1-y2Ｃｒy2）Ｎ・・・（３）
［式（３）中、ｙ２はＡｌ元素とＣｒ元素との合計に対するＣｒ元素の原子比を表し、０．１０≦ｙ２≦０．６０を満足する。］、
前記交互積層構造において、前記第１化合物層と、前記第２化合物層とは、原子比ｙ１とｙ２とが互いに異なる２種の化合物層であり、
前記交互積層構造全体の平均厚さが０．１μｍ以上１．２μｍ以下であり、
前記被覆層全体の平均厚さが０．２μｍ以上１．３μｍ以下であり、
前記被覆層が、立方晶の結晶を含み、該立方晶（１１１）面における圧縮残留応力が３．０ＧＰａ以下である、被覆切削工具。
［２］
前記第１化合物層の１層当たりの平均厚さが、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、
前記第２化合物層の１層当たりの平均厚さが、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下である、［１］に記載の被覆切削工具。
［３］
前記被覆層が、立方晶の結晶を含み、該立方晶（２２０）面における圧縮残留応力が２．０ＧＰａ以下である、［１］又は［２］に記載の被覆切削工具。
［４］
前記被覆切削工具が、すくい面と、逃げ面と、前記すくい面と前記逃げ面との間に交差稜線部とを有し、
前記被覆層が、立方晶の結晶を含み、前記交差稜線部と平行な方向の前記被覆層の立方晶（１１１）面における圧縮残留応力σ１１と、前記交差稜線部と垂直な方向の前記被覆層の立方晶（１１１）面における圧縮残留応力σ２２との差の絶対値｜σ１１－σ２２｜が０．５ＧＰａ未満である、［１］～［３］のいずれかに記載の被覆切削工具。
［５］
前記σ１１が、０．０ＧＰａ以上３．０ＧＰａ以下である、［４］に記載の被覆切削工具。
［６］
前記σ２２が、０．０ＧＰａ以上３．０ＧＰａ以下である、［４］又は［５］に記載の被覆切削工具。
［７］
前記被覆層が、立方晶の結晶を含み、該立方晶（１１１）面及び該立方晶（２２０）面のＸ線回折強度をそれぞれ順にＩ（１１１）及びＩ（２２０）とした場合に、Ｉ（１１１）／Ｉ（２２０）の値が２．５以上である、［１］～［６］のいずれかに記載の被覆切削工具。
［８］
前記被覆層は、前記交互積層構造の前記基材とは反対の表面に、上部層を有し、
前記上部層が、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｓｉ及びＹからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素と、Ｃ、Ｎ、Ｏ及びＢからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素とからなる化合物を含有し、
前記上部層の平均厚さが、０．０２μｍ以上０．３μｍ以下であり、
被覆層全体の平均厚さに占める前記上部層の平均厚さの割合が２５％以下である、［１］～［７］のいずれかに記載の被覆切削工具。
［９］
前記立方晶窒化硼素含有焼結体が、その全体１００体積％に対して、立方晶窒化硼素を５５体積％以上７５体積％以下と、結合相を２５体積％以上４５体積％以下とを含み、
前記立方晶窒化硼素が粒子であり、該粒子の平均粒径が、０．５μｍ以上２．０μｍ以下である、［１］～［８］のいずれかに記載の被覆切削工具。
［１］
立方晶窒化硼素含有焼結体からなる基材と、該基材の上に形成された被覆層とを備え、
前記被覆層が、前記基材側から前記被覆層の表面側に向かって、最下層と交互積層構造とをこの順で含み、
前記最下層は、下記式（１）で表される組成を有する化合物を含有し、
（Ａｌ1-xＣｒx）Ｎ・・・（１）
［式（１）中、ｘはＡｌ元素とＣｒ元素との合計に対するＣｒ元素の原子比を表し、０．２０≦ｘ≦０．５０を満足する。］、
前記最下層の平均厚さが０．０１μｍ以上０．２μｍ以下であり、
前記交互積層構造が、下記式（２）で表される組成を有する化合物を含有する第１化合物層と、下記式（３）で表される組成を有する化合物を含有する第２化合物層と、を交互に２回以上繰り返し積層した交互積層構造であり、
（Ａｌ1-y1Ｃｒy1）Ｎ・・・（２）
［式（２）中、ｙ１はＡｌ元素とＣｒ元素との合計に対するＣｒ元素の原子比を表し、０．１０≦ｙ１≦０．６０を満足する。］、
（Ａｌ1-y2Ｃｒy2）Ｎ・・・（３）
［式（３）中、ｙ２はＡｌ元素とＣｒ元素との合計に対するＣｒ元素の原子比を表し、０．１０≦ｙ２≦０．６０を満足する。］、
前記交互積層構造において、前記第１化合物層と、前記第２化合物層とは、原子比ｙ１とｙ２とが互いに異なる２種の化合物層であり、
前記交互積層構造全体の平均厚さが０．１μｍ以上１．２μｍ以下であり、
前記被覆層全体の平均厚さが０．２μｍ以上１．３μｍ以下であり、
前記被覆層が、立方晶の結晶を含み、該立方晶（１１１）面における圧縮残留応力が３．０ＧＰａ以下である、被覆切削工具。
［２］
前記第１化合物層の１層当たりの平均厚さが、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、
前記第２化合物層の１層当たりの平均厚さが、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下である、［１］に記載の被覆切削工具。
［３］
前記被覆層が、立方晶の結晶を含み、該立方晶（２２０）面における圧縮残留応力が２．０ＧＰａ以下である、［１］又は［２］に記載の被覆切削工具。
［４］
前記被覆切削工具が、すくい面と、逃げ面と、前記すくい面と前記逃げ面との間に交差稜線部とを有し、
前記被覆層が、立方晶の結晶を含み、前記交差稜線部と平行な方向の前記被覆層の立方晶（１１１）面における圧縮残留応力σ１１と、前記交差稜線部と垂直な方向の前記被覆層の立方晶（１１１）面における圧縮残留応力σ２２との差の絶対値｜σ１１－σ２２｜が０．５ＧＰａ未満である、［１］～［３］のいずれかに記載の被覆切削工具。
［５］
前記σ１１が、０．０ＧＰａ以上３．０ＧＰａ以下である、［４］に記載の被覆切削工具。
［６］
前記σ２２が、０．０ＧＰａ以上３．０ＧＰａ以下である、［４］又は［５］に記載の被覆切削工具。
［７］
前記被覆層が、立方晶の結晶を含み、該立方晶（１１１）面及び該立方晶（２２０）面のＸ線回折強度をそれぞれ順にＩ（１１１）及びＩ（２２０）とした場合に、Ｉ（１１１）／Ｉ（２２０）の値が２．５以上である、［１］～［６］のいずれかに記載の被覆切削工具。
［８］
前記被覆層は、前記交互積層構造の前記基材とは反対の表面に、上部層を有し、
前記上部層が、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｓｉ及びＹからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素と、Ｃ、Ｎ、Ｏ及びＢからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素とからなる化合物を含有し、
前記上部層の平均厚さが、０．０２μｍ以上０．３μｍ以下であり、
被覆層全体の平均厚さに占める前記上部層の平均厚さの割合が２５％以下である、［１］～［７］のいずれかに記載の被覆切削工具。
［９］
前記立方晶窒化硼素含有焼結体が、その全体１００体積％に対して、立方晶窒化硼素を５５体積％以上７５体積％以下と、結合相を２５体積％以上４５体積％以下とを含み、
前記立方晶窒化硼素が粒子であり、該粒子の平均粒径が、０．５μｍ以上２．０μｍ以下である、［１］～［８］のいずれかに記載の被覆切削工具。
本発明によると、耐摩耗性及び耐欠損性を向上させた工具寿命の長い被覆切削工具を提供することができる。
以下、本発明を実施するための形態（以下、単に「本実施形態」という。）について詳細に説明するが、本発明は下記本実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。なお、図面中、同一要素には同一符号を付すこととし、重複する説明は省略する。また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。更に、図面の寸法比率は図示の比率に限られるものではない。
本実施形態の被覆切削工具は、立方晶窒化硼素含有焼結体からなる基材と、該基材の上に形成された被覆層とを備え、被覆層が、基材側から被覆層の表面側に向かって、最下層と交互積層構造とをこの順で含み、最下層は、下記式（１）で表される組成を有する化合物を含有し、
最下層の平均厚さが０．０１μｍ以上０．２μｍ以下であり、交互積層構造が、下記式（２）で表される組成を有する化合物を含有する第１化合物層と、下記式（３）で表される組成を有する化合物を含有する第２化合物層と、を交互に２回以上繰り返し積層した交互積層構造であり、交互積層構造において、第１化合物層と、第２化合物層とは、原子比ｙ１とｙ２とが互いに異なる２種の化合物層であり、交互積層構造全体の平均厚さが０．１μｍ以上１．２μｍ以下であり、被覆層全体の平均厚さが０．２μｍ以上１．３μｍ以下であり、被覆層が、立方晶の結晶を含み、該立方晶（１１１）面における圧縮残留応力が３．０ＧＰａ以下である。
（Ａｌ1-xＣｒx）Ｎ・・・（１）
［式（１）中、ｘはＡｌ元素とＣｒ元素との合計に対するＣｒ元素の原子比を表し、０．２０≦ｘ≦０．５０を満足する。］
（Ａｌ1-y1Ｃｒy1）Ｎ・・・（２）
［式（２）中、ｙ１はＡｌ元素とＣｒ元素との合計に対するＣｒ元素の原子比を表し、０．１０≦ｙ１≦０．６０を満足する。］
（Ａｌ1-y2Ｃｒy2）Ｎ・・・（３）
［式（３）中、ｙ２はＡｌ元素とＣｒ元素との合計に対するＣｒ元素の原子比を表し、０．１０≦ｙ２≦０．６０を満足する。］
最下層の平均厚さが０．０１μｍ以上０．２μｍ以下であり、交互積層構造が、下記式（２）で表される組成を有する化合物を含有する第１化合物層と、下記式（３）で表される組成を有する化合物を含有する第２化合物層と、を交互に２回以上繰り返し積層した交互積層構造であり、交互積層構造において、第１化合物層と、第２化合物層とは、原子比ｙ１とｙ２とが互いに異なる２種の化合物層であり、交互積層構造全体の平均厚さが０．１μｍ以上１．２μｍ以下であり、被覆層全体の平均厚さが０．２μｍ以上１．３μｍ以下であり、被覆層が、立方晶の結晶を含み、該立方晶（１１１）面における圧縮残留応力が３．０ＧＰａ以下である。
（Ａｌ1-xＣｒx）Ｎ・・・（１）
［式（１）中、ｘはＡｌ元素とＣｒ元素との合計に対するＣｒ元素の原子比を表し、０．２０≦ｘ≦０．５０を満足する。］
（Ａｌ1-y1Ｃｒy1）Ｎ・・・（２）
［式（２）中、ｙ１はＡｌ元素とＣｒ元素との合計に対するＣｒ元素の原子比を表し、０．１０≦ｙ１≦０．６０を満足する。］
（Ａｌ1-y2Ｃｒy2）Ｎ・・・（３）
［式（３）中、ｙ２はＡｌ元素とＣｒ元素との合計に対するＣｒ元素の原子比を表し、０．１０≦ｙ２≦０．６０を満足する。］
このような被覆切削工具が、耐摩耗性及び耐欠損性を向上させた工具寿命の長いものとなる要因は、詳細には明らかではないが、本発明者はその要因を下記のように考えている。ただし、要因はこれに限定されない。すなわち、本実施形態の被覆切削工具は、基材が、立方晶窒化硼素含有焼結体からなるため、例えば、焼入れ鋼や耐熱合金の加工において、耐摩耗性及び耐欠損性に優れる。また、被覆層全体の平均厚さが０．２μｍ以上１．３μｍ以下であると、十分な耐欠損性を確保することができる。また、被覆層が、基材側から被覆層の表面側に向かって、最下層と交互積層構造とをこの順で含み、最下層の上記式（１）で表される組成（Ａｌ1-xＣｒx）Ｎにおけるｘが０．２以上であると、機械特性の低下や脆化が生じるのを抑制できるため、耐チッピング性が向上し、また、立方晶窒化硼素含有焼結体からなる基材と被覆層との密着力向上に有利に働く。一方、最下層の上記式（１）で表される組成（Ａｌ1-xＣｒx）Ｎにおけるｘが０．５以下であると、最下層において（２２０）面よりも（１１１）面が強く配向するため、立方晶窒化硼素含有焼結体からなる基材と被覆層との密着力向上に有利に働く。また、最下層の平均厚さが０．０１μｍ以上０．２μｍ以下であると、被覆層の耐欠損性を損なわずに密着力を確保することができる。また、被覆層が、第１化合物層と第２化合物層とを交互に２回以上繰り返し積層したＡｌＣｒＮ同士の交互積層構造を有することにより、ＡｌＣｒＮの単層構造よりも優れた耐欠損性（耐チッピング性）を発現する。また、交互積層構造全体の平均厚さが０．１μｍ以上であると、耐摩耗性が向上し、１．２μｍ以下であると、耐欠損性が向上し、焼結金属の強断続加工強度に耐えることができる。また、第１化合物層の上記式（２）で表される組成（Ａｌ1-y1Ｃｒy1）Ｎにおけるｙ１が０．１以上であると、交互積層構造部分の高温下における化学的安定性が向上し、切削加工中の被覆層の脆化を防ぐことができるため、被覆層全体の耐欠損性向上に貢献する。一方、ｙ１が０．６以下であると、Ａｌを含有することによる高温硬さ、耐熱性が向上するので、被覆切削工具の耐摩耗性が向上する。また、第２化合物層の上記式（３）で表される組成（Ａｌ1-y2Ｃｒy2）Ｎにおけるｙ２が０．１以上であると、交互積層構造部分の高温下における化学的安定性が向上し、切削加工中の被覆層の脆化を防ぐことができるため、被覆層全体の耐欠損性向上に貢献する。一方、ｙ１が０．６以下であると、Ａｌを含有することによる高温硬さ、耐熱性が向上するので、被覆切削工具の耐摩耗性が向上する。また、被覆層の立方晶（１１１）面における圧縮残留応力が３．０ＧＰａ以下であると、被覆層の密着力が向上し、被覆層中の応力の歪みが引き金となって発生する異常損傷の発生リスクを低減できる。これらの効果が相俟って、本実施形態の被覆切削工具は、耐摩耗性及び耐欠損性を向上させた工具寿命の長いものとなる。
本実施形態の被覆切削工具は、立方晶窒化硼素含有焼結体からなる基材と、その基材の表面に形成された被覆層とを備える。本実施形態の被覆切削工具は、基材が、立方晶窒化硼素含有焼結体からなるため、例えば、焼入れ鋼や耐熱合金の加工において、耐摩耗性及び耐欠損性に優れる。
本実施形態の被覆切削工具において、立方晶窒化硼素含有焼結体が、その全体１００体積％に対して、立方晶窒化硼素を５５体積％以上７５体積％以下と、結合相を２５体積％以上４５体積％以下とを含むことが好ましい。本実施形態の被覆切削工具は、立方晶窒化硼素含有焼結体が、立方晶窒化硼素５５体積％以上と、結合相４５体積％以下とを含むと、耐欠損性が向上する傾向にある。一方、本実施形態の被覆切削工具は、立方晶窒化硼素含有焼結体が、立方晶窒化硼素７５体積％以下と、結合相２５体積％以上とを含むと、耐摩耗性が向上する傾向にある。同様の観点から、立方晶窒化硼素含有焼結体は、その全体１００体積％に対して、立方晶窒化硼素を５７体積％以上７３体積％以下と、結合相を２７体積％以上４３体積％以下とを含むことがより好ましく、立方晶窒化硼素を６０体積％以上７０体積％以下と、結合相を３０体積％以上４０体積％以下とを含むことがさらに好ましい。
なお、本実施形態において、立方晶窒化硼素及び結合相の含有量（体積％）は、例えば、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で撮影した立方晶窒化硼素含有焼結体の組織写真から市販の画像解析ソフトで解析して求めることができる。より具体的には、例えば、以下のとおり求めることができる。まず、立方晶窒化硼素焼含有結体の表面又は任意の断面を鏡面研磨し、ＳＥＭを用いて立方晶窒化硼素焼結体の研磨面の反射電子像を観察する。ＳＥＭを用いて５，０００～２０，０００倍に拡大した立方晶窒化硼素焼含有結体の研磨面を反射電子像で観察する。ＳＥＭに付属しているエネルギー分散型Ｘ線分析装置（ＥＤＳ）を用いて、研磨面の反射電子像における黒色領域は立方晶窒化硼素であり、黒色以外の領域は結合相であることを特定することができる。その後、ＳＥＭを用いて組織写真を撮影する。市販の画像解析ソフトを用い、得られた組織写真から立方晶窒化硼素及び結合相の占有面積をそれぞれ求め、その値を立方晶窒化硼素及び結合相の含有量（体積％）とする。
本実施形態の被覆切削工具において、立方晶窒化硼素が粒子であり、該粒子の平均粒径が、０．５μｍ以上２．０μｍ以下であることが好ましい。本実施形態の被覆切削工具は、立方晶窒化硼素の粒子の平均粒径が、０．５μｍ以上であると、熱伝導率が向上し、反応摩耗を抑制することができ、その結果、切れ刃の強度の低下を抑制することができるため、耐欠損性が一層向上する傾向にある。一方、本実施形態の被覆切削工具において、立方晶窒化硼素の粒子の平均粒径が、２．０μｍ以下であると、結合相の厚さが均一になるため、立方晶窒化硼含有素焼結体の強度が向上する。同様の観点から、立方晶窒化硼素の粒子の平均粒径は０．６μｍ以上１．８μｍ以下であるとより好ましく、０．８μｍ以上１．５μｍ以下であるとさらに好ましい。
なお、本実施形態において、立方晶窒化硼素の粒子の平均粒径は、例えば、ＳＥＭで撮影した立方晶窒化硼素含有焼結体の組織写真から市販の画像解析ソフトで解析して求めることができる。より具体的には、例えば、以下のとおり求めることができる。まず、立方晶窒化硼素含有焼結体の表面又は任意の断面を鏡面研磨し、ＳＥＭを用いて立方晶窒化硼素含有焼結体の研磨面の反射電子像を観察する。ＳＥＭを用いて５，０００～２０，０００倍に拡大した立方晶窒化硼素含有焼結体の組織写真を撮影する。撮影した立方晶窒化硼素含有焼結体の組織写真を、市販の画像解析ソフトを用い、ＡＳＴＭ Ｅ １１２－９６に準拠して解析して得られた値を、断面組織内に存在する立方晶窒化硼素の粒子の粒径とする。３つの視野において、立方晶窒化硼素含有焼結体の組織写真を撮影し、断面組織内に存在する立方晶窒化硼素の粒子の粒径をそれぞれ求め、その平均値（相加平均）を立方晶窒化硼素の粒子の平均粒径とする。
本実施形態の被覆切削工具において、結合相は、Ｔｉ（チタン）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｈｆ（ハフニウム）、Ｖ（バナジウム）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｔａ（タンタル）、Ｃｒ（クロム）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｗ（タングステン）、Ａｌ（アルミニウム）及びＣｏ（コバルト）からなる群より選択される少なくとも１種の金属元素を含むことが好ましい。あるいは、結合相は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ及びＣｏからなる群より選択される少なくとも１種の金属元素と、Ｃ（炭素）、Ｎ（窒素）、Ｏ（酸素）及びＢ（硼素）からなる群より選択される少なくとも１種の元素とからなる化合物を含むことが好ましい。具体的には、特に限定されないが、例えば、Ａｌ2Ｏ3、ＴｉＮ、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＴｉＢ2、ＡｌＮ、ＡｌＢ2、ＷＣ、ＺｒＯ2、ＺｒＯ、ＺｒＮ、ＺｒＢ2、ＷＢ、Ｗ2Ｂ、ＣｏＷＢ、ＷＣｏ21Ｂ6、Ｃｏ3Ｗ3Ｃ、Ｃｏ4Ｗ2Ｃが挙げられ、中でも、Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＮ、ＴｉＮが好ましい。本実施形態の被覆切削工具は、結合相がこのような化合物を含むと、耐摩耗性と耐欠損性とのバランスに一層優れる傾向にある。
また、本実施形態の被覆切削工具において、結合相が２種以上の化合物からなる場合、結合相中の各化合物の含有割合は特に限定されないが、例えば、結合相が、Ａｌ化合物及びＴｉ化合物からなる場合、結合相中のＡｌ化合物の含有割合は、３．０～１５．０体積％であることが好ましく、４．０～１４．０体積％であることがより好ましく、５．０～１３．５体積％であることがさらに好ましく、また、結合相中のＴｉ化合物の含有割合は、１５．０～３８．０体積％であることが好ましく、１６．０～３７．０体積％であることがより好ましく、１７．５～３６．０体積％であることがさらに好ましい。
また、本実施形態の被覆切削工具において、結合相が２種以上の化合物からなる場合、結合相中の各化合物の含有割合は特に限定されないが、例えば、結合相が、Ａｌ化合物及びＴｉ化合物からなる場合、結合相中のＡｌ化合物の含有割合は、３．０～１５．０体積％であることが好ましく、４．０～１４．０体積％であることがより好ましく、５．０～１３．５体積％であることがさらに好ましく、また、結合相中のＴｉ化合物の含有割合は、１５．０～３８．０体積％であることが好ましく、１６．０～３７．０体積％であることがより好ましく、１７．５～３６．０体積％であることがさらに好ましい。
本実施形態の被覆切削工具において、被覆層全体の平均厚さは、０．２μｍ以上１．３μｍ以下である。本実施形態の被覆切削工具において、被覆層全体の平均厚さが０．２μｍ以上１．３μｍ以下であると、十分な耐欠損性を確保することができる。同様の観点から、被覆層全体の平均厚さは０．２５μｍ以上１．２５μｍ以下であると好ましく、０．３μｍ以上１．２μｍ以下であるとより好ましい。
〔最下層〕
本実施形態の被覆切削工具は、被覆層が、基材側から被覆層の表面側に向かって、最下層と交互積層構造とをこの順で含む。
最下層は、下記式（１）で表される組成を有する化合物を含有する。
（Ａｌ1-xＣｒx）Ｎ・・・（１）
［式（１）中、ｘはＡｌ元素とＣｒ元素との合計に対するＣｒ元素の原子比を表し、０．２０≦ｘ≦０．５０を満足する。］
本実施形態の被覆切削工具は、被覆層が、基材側から被覆層の表面側に向かって、最下層と交互積層構造とをこの順で含む。
最下層は、下記式（１）で表される組成を有する化合物を含有する。
（Ａｌ1-xＣｒx）Ｎ・・・（１）
［式（１）中、ｘはＡｌ元素とＣｒ元素との合計に対するＣｒ元素の原子比を表し、０．２０≦ｘ≦０．５０を満足する。］
本実施形態の被覆切削工具は、最下層の上記式（１）で表される組成（Ａｌ1-xＣｒx）Ｎにおけるｘが０．２以上であると、機械特性の低下や脆化が生じるのを抑制できるため、耐チッピング性が向上し、また、立方晶窒化硼素含有焼結体からなる基材と被覆層との密着力向上に有利に働く。一方、実施形態の被覆切削工具は、最下層の上記式（１）で表される組成（Ａｌ1-xＣｒx）Ｎにおけるｘが０．５以下であると、最下層において（２２０）面よりも（１１１）面が強く配向するため、立方晶窒化硼素含有焼結体からなる基材と被覆層との密着力向上に有利に働く。同様の観点から、最下層の上記式（１）で表される組成（Ａｌ1-xＣｒx）Ｎにおけるｘは、０．２２以上０．４５以下であると好ましく、０．２５以上０．４以下であるとより好ましい。
本実施形態の被覆切削工具は、最下層の平均厚さが０．０１μｍ以上０．２μｍ以下である。本実施形態の被覆切削工具は、最下層の平均厚さが０．０１μｍ以上０．２μｍ以下であると、被覆層の耐欠損性を損なわずに密着力を確保することができる。同様の観点から、最下層の平均厚さは０．０３μｍ以上０．１８μｍ以下であると好ましく、０．０５μｍ以上０．１５μｍ以下であるとより好ましい。
〔第１化合物層〕
本実施形態の被覆切削工具は、被覆層が、下記式（２）で表される組成を有する化合物を含有する第１化合物層を有する。
（Ａｌ1-y1Ｃｒy1）Ｎ・・・（２）
［式（２）中、ｙ１はＡｌ元素とＣｒ元素との合計に対するＣｒ元素の原子比を表し、０．１０≦ｙ１≦０．６０を満足する。］
本実施形態の被覆切削工具は、被覆層が、下記式（２）で表される組成を有する化合物を含有する第１化合物層を有する。
（Ａｌ1-y1Ｃｒy1）Ｎ・・・（２）
［式（２）中、ｙ１はＡｌ元素とＣｒ元素との合計に対するＣｒ元素の原子比を表し、０．１０≦ｙ１≦０．６０を満足する。］
第１化合物層の上記式（２）で表される組成（Ａｌ1-y1Ｃｒy1）Ｎにおけるｙ１が０．１以上であると、交互積層構造部分の高温下における化学的安定性が向上し、切削加工中の被覆層の脆化を防ぐことができるため、被覆層全体の耐欠損性向上に貢献し、ｙ１が０．６以下であると、Ａｌを含有することによる高温硬さ、耐熱性が向上するので、被覆切削工具の耐摩耗性が向上する。同様の観点から、第１化合物層の上記式（２）で表される組成（Ａｌ1-y1Ｃｒy1）Ｎにおけるｙ１は、０．２以上０．５５以下であると好ましく、０．３以上０．５以下であるとより好ましい。
なお、本実施形態に用いる被覆層において、最下層の上記式（１）で表される組成（Ａｌ1-xＣｒx）Ｎにおけるｘと、第１化合物層の上記式（２）で表される組成（Ａｌ1-y1Ｃｒy1）Ｎにおけるｙ１とは互いに異なる値をとり、最下層と第１化合物層とは区別できる。
なお、本実施形態に用いる被覆層において、最下層の上記式（１）で表される組成（Ａｌ1-xＣｒx）Ｎにおけるｘと、第１化合物層の上記式（２）で表される組成（Ａｌ1-y1Ｃｒy1）Ｎにおけるｙ１とは互いに異なる値をとり、最下層と第１化合物層とは区別できる。
また、本実施形態において、各化合物層の組成を（Ａｌ0.80Ｃｒ0.20）Ｎと表記する場合は、Ａｌ元素とＣｒ元素との合計に対するＡｌ元素の原子比が０．８０、Ａｌ元素とＣｒ元素との合計に対するＣｒ元素の原子比が０．２０であることを意味する。すなわち、Ａｌ元素とＣｒ元素との合計に対するＡｌ元素の量が８０原子％、Ａｌ元素とＣｒ元素との合計に対するＣｒ元素の量が２０原子％であることを意味する。
さらに、本実施形態の被覆切削工具は、第１化合物層の１層当たりの平均厚さが、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが好ましい。本実施形態の被覆切削工具は、第１化合物層の１層当たりの平均厚さが１ｎｍ以上１００ｎｍ以下であると、交互積層構造全体の平均厚さが１．２μｍ以下であっても、耐欠損性と耐摩耗性との両方が向上する交互積層効果を得るために十分な積層数を設けることができる。同様の観点から、第１化合物層の１層当たりの平均厚さは、３ｎｍ以上７０ｎｍ以下であるとより好ましく、５ｎｍ以上５０ｎｍ以下であるとさらに好ましい。
〔第２化合物層〕
本実施形態の被覆切削工具は、被覆層が、下記式（３）で表される組成を有する化合物を含有する第１化合物層を有する。
（Ａｌ1-y2Ｃｒy2）Ｎ・・・（３）
［式（３）中、ｙ２はＡｌ元素とＣｒ元素との合計に対するＣｒ元素の原子比を表し、０．１０≦ｙ１≦０．６０を満足する。］
本実施形態の被覆切削工具は、被覆層が、下記式（３）で表される組成を有する化合物を含有する第１化合物層を有する。
（Ａｌ1-y2Ｃｒy2）Ｎ・・・（３）
［式（３）中、ｙ２はＡｌ元素とＣｒ元素との合計に対するＣｒ元素の原子比を表し、０．１０≦ｙ１≦０．６０を満足する。］
第２化合物層の上記式（３）で表される組成（Ａｌ1-y2Ｃｒy2）Ｎにおけるｙ２が０．１以上であると、交互積層構造部分の高温下における化学的安定性が向上し、切削加工中の被覆層の脆化を防ぐことができるため、被覆層全体の耐欠損性向上に貢献し、ｙ１が０．６以下であると、Ａｌを含有することによる高温硬さ、耐熱性が向上するので、被覆切削工具の耐摩耗性が向上する。同様の観点から、第２化合物層の上記式（３）で表される組成（Ａｌ1-y2Ｃｒy2）Ｎにおけるｙ２は、０．２以上０．５５以下であると好ましく、０．３以上０．５以下であるとより好ましい。
なお、交互積層構造において、第１化合物層と、第２化合物層とは、原子比ｙ１とｙ２とが互いに異なる２種の化合物層である。
なお、交互積層構造において、第１化合物層と、第２化合物層とは、原子比ｙ１とｙ２とが互いに異なる２種の化合物層である。
さらに、本実施形態の被覆切削工具は、第２化合物層の１層当たりの平均厚さが、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが好ましい。本実施形態の被覆切削工具は、第２化合物層の１層当たりの平均厚さが１ｎｍ以上１００ｎｍ以下であると、交互積層構造全体の平均厚さが１．２μｍ以下であっても、耐欠損性と耐摩耗性との両方が向上する交互積層効果を得るために十分な積層数を設けることができる。同様の観点から、第２化合物層の１層当たりの平均厚さは、３ｎｍ以上７０ｎｍ以下であるとより好ましく、５ｎｍ以上５０ｎｍ以下であるとさらに好ましい。
〔交互積層構造〕
本実施形態の被覆切削工具は、被覆層が、第１化合物層と第２化合物層とを交互に２回以上繰り返し積層した交互積層構造を有する。本実施形態の被覆切削工具は、被覆層が、第１化合物層と第２化合物層とを交互に２回以上繰り返し積層したＡｌＣｒＮ同士の交互積層構造を有することにより、ＡｌＣｒＮの単層構造よりも優れた耐欠損性（耐チッピング性）を発現する。このような効果を発現するメカニズムは明らかではないが、本発明者は以下のとおり推定している。一般的に、被覆層が厚いほど加工中の衝撃で被覆層が大きく破壊されて、その規模が基材にまで及ぶことで、刃先のチッピングや欠損が発生する。したがって、その破壊の起点となる被覆層の厚さそのものを薄くすることで、被覆層が破壊されるリスクを下げることができる。つまり、被覆層が薄いほど被覆工具の耐チッピング性が向上する。しかし、被覆層を薄くすると、耐摩耗性が低下する。そこで、本実施形態に用いる被覆層においては、十分な耐摩耗性を得られる厚さを確保しつつ、耐チッピング性を損なわないために、ＡｌＣｒＮの交互積層構造を採用している。ＡｌＣｒＮからなることで、交互積層構造全体に亘って柱状組織が得られやすい。柱状組織は粒状組織よりも耐摩耗性に優れ、例えば、被覆層全体の平均厚さが１．３μｍ以下であっても、被覆層による摩耗抑制効果を十分に得ることができる。また、本実施形態ではＡｌＣｒＮ同士の交互積層構造とすることで、層－層界面における結晶格子の不整合による歪みを抑制し、被覆層の圧縮残留応力を低減でき、その結果、ＡｌＣｒＮの単層構造よりも優れた耐欠損性（耐チッピング性）を発現すると考えられる。さらに、本実施形態に用いる被覆層においては、最下層と交互積層構造とを同じ組成系からなるＡｌＣｒＮに統一することによって、基材－被覆層間の密着力だけでなく、層－層間の密着力も強固となり、加工中に層間剥離が発生することを抑制できると考えられる。そのため、本実施形態の被覆切削工具は、被覆層において、最下層と交互積層構造とを同じ組成系からなるＡｌＣｒＮに統一することによって、焼結金属の強断続加工で高温に曝されるような環境でも安定した加工性能を発揮できると考えられる。
本実施形態の被覆切削工具は、被覆層が、第１化合物層と第２化合物層とを交互に２回以上繰り返し積層した交互積層構造を有する。本実施形態の被覆切削工具は、被覆層が、第１化合物層と第２化合物層とを交互に２回以上繰り返し積層したＡｌＣｒＮ同士の交互積層構造を有することにより、ＡｌＣｒＮの単層構造よりも優れた耐欠損性（耐チッピング性）を発現する。このような効果を発現するメカニズムは明らかではないが、本発明者は以下のとおり推定している。一般的に、被覆層が厚いほど加工中の衝撃で被覆層が大きく破壊されて、その規模が基材にまで及ぶことで、刃先のチッピングや欠損が発生する。したがって、その破壊の起点となる被覆層の厚さそのものを薄くすることで、被覆層が破壊されるリスクを下げることができる。つまり、被覆層が薄いほど被覆工具の耐チッピング性が向上する。しかし、被覆層を薄くすると、耐摩耗性が低下する。そこで、本実施形態に用いる被覆層においては、十分な耐摩耗性を得られる厚さを確保しつつ、耐チッピング性を損なわないために、ＡｌＣｒＮの交互積層構造を採用している。ＡｌＣｒＮからなることで、交互積層構造全体に亘って柱状組織が得られやすい。柱状組織は粒状組織よりも耐摩耗性に優れ、例えば、被覆層全体の平均厚さが１．３μｍ以下であっても、被覆層による摩耗抑制効果を十分に得ることができる。また、本実施形態ではＡｌＣｒＮ同士の交互積層構造とすることで、層－層界面における結晶格子の不整合による歪みを抑制し、被覆層の圧縮残留応力を低減でき、その結果、ＡｌＣｒＮの単層構造よりも優れた耐欠損性（耐チッピング性）を発現すると考えられる。さらに、本実施形態に用いる被覆層においては、最下層と交互積層構造とを同じ組成系からなるＡｌＣｒＮに統一することによって、基材－被覆層間の密着力だけでなく、層－層間の密着力も強固となり、加工中に層間剥離が発生することを抑制できると考えられる。そのため、本実施形態の被覆切削工具は、被覆層において、最下層と交互積層構造とを同じ組成系からなるＡｌＣｒＮに統一することによって、焼結金属の強断続加工で高温に曝されるような環境でも安定した加工性能を発揮できると考えられる。
本実施形態の被覆切削工具は、交互積層構造において、第１化合物層と第２化合物層との繰り返し数が、２回以上であり、２回以上１００回以下が好ましく、５回以上９５回以下がより好ましい。
なお、本実施形態において、第１化合物層と、第２化合物層とを１層ずつ形成した場合、「繰り返し数」は１回である。
なお、本実施形態において、第１化合物層と、第２化合物層とを１層ずつ形成した場合、「繰り返し数」は１回である。
また、本実施形態の被覆切削工具は、交互積層構造全体の平均厚さが０．１μｍ以上１．２μｍ以下である。本実施形態の被覆切削工具は、交互積層構造全体の平均厚さが０．１μｍ以上であると、耐摩耗性が向上し、１．２μｍ以下であると、耐欠損性が向上し、焼結金属の強断続加工強度に耐えることができる。同様の観点から、交互積層構造全体の平均厚さは、０．１５μｍ以上１．１５μｍ以下であると好ましく、０．１９μｍ以上１．１２μｍ以下であるとより好ましい。
図１は、本実施形態の被覆切削工具の一例を示す模式断面図である。被覆切削工具８は、基材１と、その基材１の表面上に形成された被覆層７とを備える。被覆層７は、最下層２と、第１化合物層３と第２化合物層４とが交互に２回以上繰り返し形成した交互積層構造６と、上部層５とを備える。
〔圧縮残留応力〕
本実施形態の被覆切削工具は、被覆層が、立方晶の結晶を含み、該立方晶（１１１）面における圧縮残留応力が３．０ＧＰａ以下である。なお、本実施形態において、ここでの立方晶（１１１）面における圧縮残留応力は、後述の立方晶（１１１）面における圧縮残留応力σ１１及びσ２２を測定した場合、σ１１及びσ２２のいずれか大きい方の値とする。本実施形態の被覆切削工具は、被覆層の立方晶（１１１）面における圧縮残留応力が３．０ＧＰａ以下であると、被覆層の密着力が向上し、被覆層中の応力の歪みが引き金となって発生する異常損傷の発生リスクを低減できる。同様の観点から、被覆層の立方晶（１１１）面における圧縮残留応力は、０．０ＧＰａ以上３．０ＧＰａ以下であることが好ましく、０．１ＧＰａ以上３．０ＧＰａ以下であることがより好ましい。
本実施形態の被覆切削工具は、被覆層が、立方晶の結晶を含み、該立方晶（１１１）面における圧縮残留応力が３．０ＧＰａ以下である。なお、本実施形態において、ここでの立方晶（１１１）面における圧縮残留応力は、後述の立方晶（１１１）面における圧縮残留応力σ１１及びσ２２を測定した場合、σ１１及びσ２２のいずれか大きい方の値とする。本実施形態の被覆切削工具は、被覆層の立方晶（１１１）面における圧縮残留応力が３．０ＧＰａ以下であると、被覆層の密着力が向上し、被覆層中の応力の歪みが引き金となって発生する異常損傷の発生リスクを低減できる。同様の観点から、被覆層の立方晶（１１１）面における圧縮残留応力は、０．０ＧＰａ以上３．０ＧＰａ以下であることが好ましく、０．１ＧＰａ以上３．０ＧＰａ以下であることがより好ましい。
また、本実施形態の被覆切削工具は、被覆層が、立方晶の結晶を含み、該立方晶（２２０）面における圧縮残留応力が２．０ＧＰａ以下であることが好ましい。本実施形態の被覆切削工具は、被覆層の立方晶（２２０）面における圧縮残留応力が２．０ＧＰａ以下であると、立方晶（１１１）面の場合と同様に、被膜の剥離リスクが低下して、被覆層の密着力が向上する傾向にある。また、被膜硬度が極端に高くならないため、焼結金属の強断続加工に適した耐欠損性と耐摩耗性とのバランスを制御しやすい。同様の観点から、被覆層の立方晶（２２０）面における圧縮残留応力は、０．０ＧＰａ以上２．０ＧＰａ以下であることがより好ましく、０．１ＧＰａ以上２．０ＧＰａ以下であることがさらに好ましい。
また、本実施形態の被覆切削工具は、被覆層の立方晶（１１１）面における圧縮残留応力が、被覆層の立方晶（２２０）面における圧縮残留応力よりも高い方が好ましい。本実施形態の被覆切削工具は、被覆層の立方晶（１１１）面における圧縮残留応力が、被覆層の立方晶（２２０）面における圧縮残留応力よりも高いと、耐摩耗性よりも耐欠損性が大きく向上するため、焼結金属の強断続加工に使用する上で好適な被膜特性が得られる傾向にある。このメカニズムは明らかではないが、被覆層が立方晶（１１１）面に強く配向していることが影響していると推定している。
また、本実施形態の被覆切削工具は、すくい面と、逃げ面と、すくい面と逃げ面との間に交差稜線部とを有し、被覆層が、立方晶の結晶を含み、交差稜線部と平行な方向の被覆層の立方晶（１１１）面における圧縮残留応力σ１１と、交差稜線部と垂直な方向の被覆層の立方晶（１１１）面における圧縮残留応力σ２２との差の絶対値｜σ１１－σ２２｜が０．５ＧＰａ未満であることが好ましい。
図２は、本実施形態の被覆切削工具の具体的な一例を示す斜視図である。図２において、被覆切削工具８は、すくい面９と、逃げ面１０と、すくい面９と逃げ面１０との間に交差稜線部１１とを有する。ここで、圧縮残留応力σ１１は、交差稜線部と平行な方向ｓ１１の被覆層の立方晶（１１１）面における圧縮残留応力であり、圧縮残留応力σ２２は、交差稜線部と垂直な方向ｓ２２の被覆層の立方晶（１１１）面における圧縮残留応力である。
本実施形態の被覆切削工具は、被覆層の立方晶（１１１）面における圧縮残留応力が３．０ＧＰａ以下であり、かつ、交差稜線部と平行な方向の被覆層の立方晶（１１１）面における圧縮残留応力σ１１と、交差稜線部と垂直な方向の被覆層の立方晶（１１１）面における圧縮残留応力σ２２との差の絶対値｜σ１１－σ２２｜が０．５ＧＰａ未満であると、被覆層の面内歪みの異方性が小さくなり、被覆層の密着力と耐欠損性とを同時に向上させることができる傾向にある。また、本実施形態の被覆切削工具は、被覆層の立方晶（２２０）面における圧縮残留応力が２．０ＧＰａ以下であり、かつ、｜σ１１－σ２２｜が０．５ＧＰａ未満であると、安定した耐摩耗性が期待できる。同様の観点から、｜σ１１－σ２２｜は、０ＧＰａ以上０．４８ＧＰａ以下であることがより好ましく、０ＧＰａ以上０．４５ＧＰａ以下であることがさらに好ましい。
また、本実施形態の被覆切削工具は、σ１１が、０．０ＧＰａ以上３．０ＧＰａ以下であることが好ましい。本実施形態の被覆切削工具は、σ１１が、０．０ＧＰａ以上３．０ＧＰａ以下であると、被覆層の密着力が向上し、被覆層中の応力の歪みが引き金となって発生する異常損傷の発生リスクを一層低減できる傾向にある。同様の観点から、σ１１は、０．０５ＧＰａ以上２．８０ＧＰａ以下であることがより好ましく、０．１０ＧＰａ以上２．５５ＧＰａ以下であることがさらに好ましい。
また、本実施形態の被覆切削工具は、σ２２が、０．０ＧＰａ以上３．０ＧＰａ以下であることが好ましい。本実施形態の被覆切削工具は、σ２２が、０．０ＧＰａ以上３．０ＧＰａ以下であると、被覆層の密着力が向上し、被覆層中の応力の歪みが引き金となって発生する異常損傷の発生リスクを一層低減できる傾向にある。同様の観点から、σ２２は、０．０５ＧＰａ以上３．０ＧＰａ以下であることがより好ましく、０．１０ＧＰａ以上３．０ＧＰａ以下であることがさらに好ましい。
本実施形態において、被覆層の立方晶（１１１）面及び立方晶（２２０）面の圧縮残留応力は２Ｄ法（多軸応力測定法／フルデバイリングフィッティング法）を用いて測定する。Ｘ線回折測定の条件としては、Ｘ線の線源としてＣｕＫα線を用い、出力＝５０ｋＶ、１．０ｍＡの条件とする。当該条件で照射して、交差稜線部と平行な方向の被覆層の立方晶（１１１）面における圧縮残留応力σ１１と、交差稜線部と垂直な方向の被覆層の立方晶（１１１）面における圧縮残留応力σ２２と、被覆層の立方晶（２２０）面における圧縮残留応力とを測定する。このとき、圧縮残留応力値は、交差稜線部から０．４ｍｍ離れた位置の逃げ面の被覆層を測定することが好ましい。被覆層の各面について任意の３点における圧縮残留応力を２Ｄ法により測定し、これら３点の圧縮残留応力の相加平均値を求めることが好ましい。具体的には、被覆層の立方晶（１１１）面及び立方晶（２２０）面の圧縮残留応力は、後述の実施例に記載の方法により測定することができる。
なお、本実施形態において、圧縮残留応力の測定対象は、被覆層全体であるが、被覆層が後述の上部層を有する場合、該上部層は圧縮残留応力の測定対象から除外する。上部層を圧縮残留応力の測定対象から除外する方法は、特に限定されないが、例えば、バフ研磨により上部層を除去する方法が挙げられる。
〔Ｘ線回折強度〕
本実施形態の被覆切削工具は、被覆層が、立方晶の結晶を含み、該立方晶（１１１）面及び該立方晶（２２０）面のＸ線回折強度をそれぞれ順にＩ（１１１）及びＩ（２２０）とした場合に、Ｉ（１１１）／Ｉ（２２０）の値が２．５以上であることが好ましい。本実施形態の被覆切削工具は、被覆層のＩ（１１１）／Ｉ（２２０）の値が２．５以上であると、焼結金属の強断続加工に求められる立方晶窒化硼素含有焼結体からなる基材と被覆層との密着力、及び、被覆層の耐欠損性の両方を十分に確保することができる傾向にある。同様の観点から、被覆層のＩ（１１１）／Ｉ（２２０）の値は、２．５以上１０．０以下であることがより好ましく、２．６以上７．６以下であることがさらに好ましい。
本実施形態の被覆切削工具は、被覆層が、立方晶の結晶を含み、該立方晶（１１１）面及び該立方晶（２２０）面のＸ線回折強度をそれぞれ順にＩ（１１１）及びＩ（２２０）とした場合に、Ｉ（１１１）／Ｉ（２２０）の値が２．５以上であることが好ましい。本実施形態の被覆切削工具は、被覆層のＩ（１１１）／Ｉ（２２０）の値が２．５以上であると、焼結金属の強断続加工に求められる立方晶窒化硼素含有焼結体からなる基材と被覆層との密着力、及び、被覆層の耐欠損性の両方を十分に確保することができる傾向にある。同様の観点から、被覆層のＩ（１１１）／Ｉ（２２０）の値は、２．５以上１０．０以下であることがより好ましく、２．６以上７．６以下であることがさらに好ましい。
被覆層の立方晶（１１１）面及び立方晶（２２０）面のＸ線回折強度は、市販のＸ線回折装置を用いることにより、測定することができる。例えば、２次元検出器ＶÅＮＴＥＣ－５００と集束平行ビームＭｏｎｔｅｌミラーとを備えたＩμＳ Ｘ線源（Ｃｕ－Ｋα線、５０ｋＶ、１．０ｍＡ）を装備したＢｒｕｋｅｒ社製のＤ８ ＤＩＳＣＯＶＥＲを用いて、コリメータ径：０．３ｍｍ、スキャンスピード：１０分／ステップ（ステップ幅：２５°）、２θ測定範囲：２０～１２０°という条件にてＸ線回折測定を行うと、各結晶面のＸ線回折強度を測定することができる。測定箇所は、逃げ面の被覆層の刃先稜線部から０．４ｍｍの位置とする。Ｘ線回折図形から各結晶面のＸ線回折強度を求めるときに、Ｘ線回折装置に付属した解析ソフトウェアを用いてもよい。解析ソフトウェアでは、測定で得られたデバイ・シェラー環をχ＝±１０°の範囲で一次元化した後、三次式近似を用いてバックグラウンド処理及びＫα2ピーク除去を行い、Ｐｅａｒｓｏｎ－ＶＩＩ関数を用いてプロファイルフィッティングを行うことによって、各結晶面のＸ線回折強度を求めることができる。
〔上部層〕
本実施形態に用いる被覆層は、交互積層構造の基材とは反対側（例えば、基材から最も離れた第２化合物層の上層）に上部層を有してもよい。上部層は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｓｉ及びＹからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素と、Ｃ、Ｎ、Ｏ及びＢからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素とからなる化合物を含有することが好ましい。本実施形態の被覆切削工具は、このような化合物を含む上部層を有していると、使用コーナを識別することが容易となる傾向にある。また、同様の観点から、上部層は、Ｔｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｓｉ及びＹからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素と、Ｃ、Ｎ、Ｏ及びＢからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素とからなる化合物を含むとより好ましく、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｗ、Ａｌ、Ｓｉ、及びＹからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素と、Ｃ及びＮからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素とからなる化合物を含むとさらに好ましく、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｗ、Ａｌ、Ｓｉ、及びＹからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素と、Ｎとからなる化合物を含むとよりさらに好ましい。上部層に含まれる具体的な化合物としては、特に限定されないが、例えば、ＴｉＮ、ＡｌＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＮｂＮ、ＴｉＷＮ，ＴｉＡｌＣｒＳｉＮなどが挙げられる。また、上部層は単層であってもよく２層以上の多層であってもよい。
本実施形態に用いる被覆層は、交互積層構造の基材とは反対側（例えば、基材から最も離れた第２化合物層の上層）に上部層を有してもよい。上部層は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｓｉ及びＹからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素と、Ｃ、Ｎ、Ｏ及びＢからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素とからなる化合物を含有することが好ましい。本実施形態の被覆切削工具は、このような化合物を含む上部層を有していると、使用コーナを識別することが容易となる傾向にある。また、同様の観点から、上部層は、Ｔｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｓｉ及びＹからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素と、Ｃ、Ｎ、Ｏ及びＢからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素とからなる化合物を含むとより好ましく、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｗ、Ａｌ、Ｓｉ、及びＹからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素と、Ｃ及びＮからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素とからなる化合物を含むとさらに好ましく、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｗ、Ａｌ、Ｓｉ、及びＹからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素と、Ｎとからなる化合物を含むとよりさらに好ましい。上部層に含まれる具体的な化合物としては、特に限定されないが、例えば、ＴｉＮ、ＡｌＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＮｂＮ、ＴｉＷＮ，ＴｉＡｌＣｒＳｉＮなどが挙げられる。また、上部層は単層であってもよく２層以上の多層であってもよい。
本実施形態の被覆切削工具において、上部層の平均厚さが０．０２μｍ以上０．３μｍ以下であることが好ましい。本実施形態の被覆切削工具において、上部層の平均厚さが０．０２μｍ以上０．３μｍ以下であると、耐摩耗性により優れる傾向にある。同様の観点から、上部層の平均厚さは、０．０３μｍ以上０．２５μｍ以下であるとより好ましく、０．０５μｍ以上０．２μｍ以下であるとさらに好ましい。
本実施形態の被覆切削工具において、被覆層全体の平均厚さに占める上部層の平均厚さの割合は、２５％以下であることが好ましい。本実施形態の被覆切削工具において、被覆層全体の平均厚さに占める上部層の平均厚さの割合は、２５％以下であると、交互積層構造の効果が損なわれない傾向にある。同様の観点から、被覆層全体の平均厚さに占める上部層の平均厚さの割合は、５～２５％であるとより好ましく、７～２４％であるとさらに好ましい。
〔被覆切削工具の製造方法〕
本実施形態の被覆切削工具の製造方法について、具体例を用いて説明する。なお、本実施形態の被覆切削工具の製造方法は、当該被覆切削工具の構成を達成し得る限り、特に制限されるものではない。
本実施形態の被覆切削工具の製造方法について、具体例を用いて説明する。なお、本実施形態の被覆切削工具の製造方法は、当該被覆切削工具の構成を達成し得る限り、特に制限されるものではない。
本実施形態の被覆切削工具において、立方晶窒化硼素含有焼結体からなる基材は、特に限定されないが、例えば、以下の（Ａ）～（Ｈ）の工程を含む方法によって製造することができる。
工程（Ａ）：立方晶窒化硼素５５体積％以上７５体積％と、結合相の粉末２５体積％以上４５体積％以下とを混合する（ただし、これらの合計は、１００体積％である）。結合相の粉末は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ及びＣｏからなる群より選択される少なくとも１種の金属元素を含むことが好ましい。あるいは、結合相の粉末は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ及びＣｏからなる群より選択される少なくとも１種の金属元素と、炭素、窒素、酸素及び硼素からなる群より選択される少なくとも１種の元素とからなる化合物を含むことが好ましい。具体的には、特に限定されないが、例えば、Ａｌ2Ｏ3、ＴｉＮ、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＴｉＢ2、ＡｌＮ、ＡｌＢ2、ＷＣ、ＺｒＯ2、ＺｒＯ、ＺｒＮ、ＺｒＢ2、ＷＢ、Ｗ2Ｂ、ＣｏＷＢ、ＷＣｏ21Ｂ6、Ｃｏ3Ｗ3Ｃ、Ｃｏ4Ｗ2Ｃが挙げられ、中でも、Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＮ、及びＴｉＮが好ましい。
工程（Ｂ）：工程（Ａ）で得られた原料粉を、超硬合金製ボールにて５～２４時間の湿式ボールミルにより混合する。
工程（Ｃ）：工程（Ｂ）で得られた混合物を、所定の形状に成形して成形体を得る。
工程（Ｄ）：工程（Ｃ）で得られた成形体を、超高圧発生装置の内部で、４．０～７．０ＧＰａの圧力にて、１３００～１５００℃の範囲の焼結温度で、所定の時間保持して焼結する。
工程（Ｅ）：工程（Ｄ）で得られた焼結体を、放電加工機により、工具形状に合わせて切り出す。
工程（Ｆ）：超硬合金からなる基体を用意する。
工程（Ｇ）：工程（Ｅ）で切り出した焼結体を、工程（Ｆ）で用意した基体にろう付け等によって接合する。
工程（Ｈ）：工程（Ｇ）によって得られた工具に、ホーニング加工を施す。
本実施形態に用いる立方晶窒化硼素含有焼結体中の立方晶窒化硼素の粒子の平均粒径を所望の値にするには、例えば、上述の基材を作製する過程（例えば、工程（Ｂ））において、原料の立方晶窒化硼素の粒子の平均粒径を適宜調整するとよい。
〔被覆層の製造方法〕
本実施形態の被覆切削工具に用いる被覆層の製造方法は、特に限定されるものではないが、例えば、イオンプレーティング法、アークイオンプレーティング法、スパッタ法、及びイオンミキシング法などの物理蒸着法が挙げられる。物理蒸着法を使用して、被覆層を形成すると、シャープエッジを形成することができるので好ましい。その中でも、アークイオンプレーティング法は、被覆層と基材との密着性に一層優れるので、より好ましい。
本実施形態の被覆切削工具に用いる被覆層の製造方法は、特に限定されるものではないが、例えば、イオンプレーティング法、アークイオンプレーティング法、スパッタ法、及びイオンミキシング法などの物理蒸着法が挙げられる。物理蒸着法を使用して、被覆層を形成すると、シャープエッジを形成することができるので好ましい。その中でも、アークイオンプレーティング法は、被覆層と基材との密着性に一層優れるので、より好ましい。
まず、工具形状に加工した基材を物理蒸着装置の反応容器内に収容し、金属蒸発源を反応容器内に設置する。その後、反応容器内をその圧力が１．０×１０-2Ｐａ以下の真空になるまで真空引きし、反応容器内のヒーターにより基材をその温度が２００℃～７００℃になるまで加熱する。加熱後、反応容器内にＡｒガスを導入して、反応容器内の圧力を０．５Ｐａ～５．０Ｐａとする。圧力０．５Ｐａ～５．０ＰａのＡｒガス雰囲気にて、基材に－５００Ｖ～－３５０Ｖのバイアス電圧を印加し、反応容器内のタングステンフィラメントに４０Ａ～５０Ａの電流を流して、基材の表面にＡｒガスによるイオンボンバードメント処理を施す。基材の表面にイオンボンバードメント処理を施した後、反応容器内をその圧力が１．０×１０-2Ｐａ以下の真空になるまで真空引きする。
本実施形態に用いる最下層を形成する場合、基材をその温度が４５０℃～５５０℃になるように制御し、窒素ガス（Ｎ2）を反応容器内に導入し、反応容器内の圧力を２．０Ｐａ～３．０Ｐａにする。その後、基材に－６０Ｖ～－２０Ｖのバイアス電圧を印加し、最下層の金属成分（Ａｌ、Ｃｒ）に応じた金属蒸発源を１４０Ａ～１６０Ａとするアーク放電により蒸発させて、最下層を形成するとよい。
本実施形態に用いる第１化合物層を形成する場合、基材をその温度が４５０℃～５５０℃になるように制御し、窒素ガス（Ｎ2）を反応容器内に導入し、反応容器内の圧力を２．５Ｐａ～３．５Ｐａにする。その後、基材に－６０Ｖ～－２０Ｖのバイアス電圧を印加し、第１化合物層の金属成分（Ａｌ、Ｃｒ）に応じた金属蒸発源を１００Ａ～１５０Ａとするアーク放電により蒸発させて、第１化合物層を形成するとよい。
本実施形態に用いる第２化合物層を形成する場合、基材をその温度が４５０℃～５５０℃になるように制御する。なお、その基材の温度を、第１化合物層を形成する際の基材の温度と同じにすると、第１化合物層と第２化合物層とを連続して形成することができるので好ましい。温度を制御した後、反応容器内にＮ2ガスを導入して、反応容器内の圧力を２．５Ｐａ～３．５Ｐａとする。次いで、基材に－６０Ｖ～－２０Ｖのバイアス電圧を印加し、アーク電流１００Ａ～１５０Ａのアーク放電により第２化合物層の金属成分（Ａｌ、Ｃｒ）に応じた金属蒸発源を蒸発させて、第２化合物層を形成するとよい。
第１化合物層と第２化合物層との交互積層構造を形成するには、２種類以上の金属蒸発源を上述した条件にて、交互にアーク放電により蒸発させることによって、各化合物層を交互に形成するとよい。金属蒸発源のアーク放電時間をそれぞれ調整することによって、交互積層構造を構成する各化合物層の厚さを制御することができる。
本実施形態に用いる被覆層の立方晶（１１１）面における圧縮残留応力を所定の値にするには、上述の被覆層を形成する過程において、基材の温度を調整したり、バイアス電圧を調整するとよい。より具体的には、被覆層を形成する過程において、基材の温度を低くしたり、負のバイアス電圧を大きく（ゼロから遠い側）すると、被覆層の立方晶（１１１）面における圧縮残留応力が大きくなる傾向がある。
本実施形態に用いる被覆層の立方晶（２２０）面における圧縮残留応力を所定の値にするには、上述の被覆層を形成する過程において、基材の温度を調整したり、バイアス電圧を調整するとよい。より具体的には、被覆層を形成する過程において、基材の温度を低くしたり、負のバイアス電圧を大きく（ゼロから遠い側）すると、被覆層の立方晶（２２０）面における圧縮残留応力が大きくなる傾向がある。
本実施形態に用いる被覆層の立方晶（１１１）面における圧縮残留応力σ１１及びσ２２を所定の値にするには、上述の被覆層を形成する過程において、バイアス電圧を調整したり、被覆層の厚さを調整するとよい。より具体的には、被覆層を形成する過程において、負のバイアス電圧を大きく（ゼロから遠い側）したり、被覆層の厚さを厚くすると、圧縮残留応力σ１１及びσ２２が大きくなる傾向がある。特に、被覆層を形成する過程において、負のバイアス電圧を大きく（ゼロから遠い側）すると、圧縮残留応力σ１１及びσ２２が顕著に大きくなる傾向がある。
本実施形態に用いる被覆層のＩ（１１１）／Ｉ（２２０）を所定の値にするには、上述の被覆層を形成する過程において、基材の温度を調整したり、基材の圧力を調整するとよい。より具体的には、被覆層を形成する過程において、基材の温度を低くしたり、基材の圧力を低くすると、被覆層のＩ（１１１）／Ｉ（２２０）が大きくなる傾向がある。
本実施形態に用いる上部層を形成する場合、まず、基材をその温度が４００℃～４５０℃になるまで加熱する。加熱後、反応容器内にガスを導入して、反応容器内の圧力を３．０Ｐａ～５．０Ｐａとする。ガスとしては、例えば、上部層がＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｓｉ及びＹからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素と、Ｎとからなる化合物で構成される場合、Ｎ2ガスが挙げられ、上部層がＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｓｉ及びＹからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素と、Ｎ及びＣとからなる化合物で構成される場合、Ｎ2ガスとＣ2Ｈ2ガスとの混合ガスが挙げられる。混合ガスの体積比率としては、特に限定されないが、例えば、Ｎ2ガス：Ｃ2Ｈ2ガス＝９５：５～８５：１５であってもよい。次いで、基材に－６０Ｖ～－４０Ｖのバイアス電圧を印加してアーク電流１００Ａ～１５０Ａのアーク放電により各層の金属成分に応じた金属蒸発源を蒸発させて、上部層を形成するとよい。
本実施形態の被覆切削工具における被覆層を構成する各層の厚さは、被覆切削工具の断面組織から、光学顕微鏡、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）などを用いて測定することができる。なお、本実施形態の被覆切削工具における各層の平均厚さは、金属蒸発源に対向する面の刃先稜線部から、当該面の中心部に向かって５０μｍの位置の近傍における３箇所以上の断面から各層の厚さを測定して、その平均値（相加平均値）を計算することで求めることができる。
また、本実施形態の被覆切削工具における被覆層を構成する各層の組成は、本実施形態の被覆切削工具の断面組織から、エネルギー分散型Ｘ線分析装置（ＥＤＳ）や波長分散型Ｘ線分析装置（ＷＤＳ）などを用いて測定することができる。
本実施形態の被覆切削工具は、少なくとも耐摩耗性及び耐欠損性に優れていることに起因して、従来よりも工具寿命を延長できるという効果を奏すると考えられる（ただし、工具寿命を延長できる要因は上記に限定されない）。本実施形態の被覆切削工具の種類として具体的には、フライス加工用又は旋削加工用刃先交換型切削インサート、ドリル、及びエンドミルなどを挙げることができる。
以下、実施例によって本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
基材として、表１に示す組成の原料を用いて下記（１）～（８）の工程を方法により、Ｈ３０相当の立方晶窒化硼素含有焼結体(ＩＳＯ規格：ＣＮＧＡ１２０４０８インサート)を作製した。
基材として、表１に示す組成の原料を用いて下記（１）～（８）の工程を方法により、Ｈ３０相当の立方晶窒化硼素含有焼結体(ＩＳＯ規格：ＣＮＧＡ１２０４０８インサート)を作製した。
工程（１）：表１に示す割合で、立方晶窒化硼素と、結合相の粉末とを混合した（ただし、これらの合計は、１００体積％とした）。
工程（２）：工程（１）で得られた原料粉を、超硬合金製ボールにて１２時間の湿式ボールミルにより混合した。
工程（３）：工程（２）で得られた混合物を、所定の形状に成形して成形体を得た。
工程（４）：工程（３）で得られた成形体を、超高圧発生装置の内部で、６．０ＧＰａの圧力にて、１３００℃の焼結温度で、１時間保持して焼結した。
工程（５）：工程（４）で得られた焼結体を、放電加工機により、上記工具形状に合わせて切り出した。
工程（６）：超硬合金からなる基体を用意した。
工程（７）：工程（５）で切り出した焼結体を、工程（６）で用意した基体にろう付けによって接合した。
工程（８）：工程（７）によって得られた工具に、ホーニング加工を施した。
工程（２）：工程（１）で得られた原料粉を、超硬合金製ボールにて１２時間の湿式ボールミルにより混合した。
工程（３）：工程（２）で得られた混合物を、所定の形状に成形して成形体を得た。
工程（４）：工程（３）で得られた成形体を、超高圧発生装置の内部で、６．０ＧＰａの圧力にて、１３００℃の焼結温度で、１時間保持して焼結した。
工程（５）：工程（４）で得られた焼結体を、放電加工機により、上記工具形状に合わせて切り出した。
工程（６）：超硬合金からなる基体を用意した。
工程（７）：工程（５）で切り出した焼結体を、工程（６）で用意した基体にろう付けによって接合した。
工程（８）：工程（７）によって得られた工具に、ホーニング加工を施した。
アークイオンプレーティング装置の反応容器内に、表２に示す各層の組成になるよう金属蒸発源を配置した。上記作製した基材を、反応容器内の回転テーブルの固定金具に固定した。
その後、反応容器を密閉し、反応容器内をその圧力が５．０×１０-3Ｐａ以下の真空になるまで真空引きした。真空引き後、反応容器内のヒーターにより、基材をその温度が４５０℃になるまで加熱した。加熱後、反応容器内にその圧力が２．７ＰａになるようにＡｒガスを導入した。
圧力２．７ＰａのＡｒガス雰囲気にて、基材に－４００Ｖのバイアス電圧を印加して、反応容器内のタングステンフィラメントに４０Ａの電流を流して、基材の表面にＡｒガスによるイオンボンバードメント処理を３０分間施した。イオンボンバードメント処理終了後、反応容器内をその圧力が５．０×１０-3Ｐａ以下の真空になるまで真空引きした。
発明品１～１４及び比較品１～６及び８～１２について、真空引き後、基材をその温度が表３に示す温度（成膜開始時の温度）になるように制御し、窒素ガス（Ｎ2）を反応容器内に導入し、反応容器内を表３に示す圧力に調整した。その後、基材に表３に示すバイアス電圧を印加して、表２に示す組成の最下層の金属蒸発源を、表３に示すアーク電流のアーク放電により蒸発させて、基材の表面に最下層を形成した。このとき表３に示す反応容器内の圧力になるよう制御した。また、最下層の厚さは、表２に示す厚さとなるように、それぞれのアーク放電時間を調整して制御した。なお、比較品７については、最下層を形成しなかった。
次に、発明品１～１４及び比較品１～５及び７～１２について、表３に示す温度（成膜開始時の温度）になるように制御し、窒素ガス（Ｎ2）を反応容器内に導入し、反応容器内を表３に示す圧力に調整した。その後、表３に示すバイアス電圧を印加して、表２に示す組成の第１化合物層と第２化合物層との金属蒸発源をこの順で交互に、表３に示すアーク電流のアーク放電により蒸発させることにより、比較品７については基材の表面に、発明品１～１４及び比較品１～５及び８～１２については最下層の表面に、第１化合物層と第２化合物層とをこの順で交互に積層し、交互積層構造を形成した。このとき表３に示す反応容器内の圧力になるよう制御した。また、第１化合物層の厚さ及び第２化合物層の厚さは、表２に示す厚さとなるように、それぞれのアーク放電時間を調整して制御した。なお、比較品６については、交互積層構造を形成せずに、表３に示す条件で、基材の表面に、表２に示す組成の第１化合物層の単層を形成した。
基材の表面に表２に示す所定の平均厚さまで各層を形成した後に、ヒーターの電源を切り、試料温度が１００℃以下になった後で、反応容器内から試料を取り出した。
上記作製した基材において、立方晶窒化硼素含有焼結体に含まれる結合相の組成を、Ｘ線回折装置によって同定した。結果を表１に示す。立方晶窒化硼素及び結合相の含有量（体積％）は、以下のとおり走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で撮影した立方晶窒化硼素含有焼結体の組織写真から画像解析ソフトで解析して求めた。まず、立方晶窒化硼素焼含有結体の表面又は任意の断面を鏡面研磨し、ＳＥＭを用いて立方晶窒化硼素焼結体の研磨面の反射電子像を観察した。ＳＥＭを用いて１０，０００倍に拡大した立方晶窒化硼素焼含有結体の研磨面を反射電子像で観察した。ＳＥＭに付属しているエネルギー分散型Ｘ線分析装置（ＥＤＳ）を用いて、研磨面の反射電子像における黒色領域は立方晶窒化硼素であり、黒色以外の領域は結合相であることを特定した。その後、ＳＥＭを用いて組織写真を撮影した。画像解析ソフトを用い、得られた組織写真から立方晶窒化硼素及び結合相の占有面積をそれぞれ求め、その値を立方晶窒化硼素及び結合相の含有量（体積％）とした。結果を表１に示す。
立方晶窒化硼素の粒子の平均粒径は、以下のとおりＳＥＭで撮影した立方晶窒化硼素含有焼結体の組織写真から画像解析ソフトで解析して求めた。まず、立方晶窒化硼素含有焼結体の表面又は任意の断面を鏡面研磨し、ＳＥＭを用いて立方晶窒化硼素含有焼結体の研磨面の反射電子像を観察した。ＳＥＭを用いて１０，０００倍に拡大した立方晶窒化硼素含有焼結体の組織写真を撮影した。撮影した立方晶窒化硼素含有焼結体の組織写真を、市販の画像解析ソフトを用い、ＡＳＴＭ Ｅ １１２－９６に準拠して解析して得られた値を、断面組織内に存在する立方晶窒化硼素の粒子の粒径とした。３つの視野において、立方晶窒化硼素含有焼結体の組織写真を撮影し、断面組織内に存在する立方晶窒化硼素の粒子の粒径をそれぞれ求め、その平均値（相加平均）を立方晶窒化硼素の粒子の平均粒径とした。結果を表１に示す。
得られた試料の各層の平均厚さは、被覆切削工具の金属蒸発源に対向する面の刃先稜線部から当該面の中心部に向かって５０μｍの位置の近傍において、３箇所の断面をＴＥＭ観察し、各層の厚さを測定し、その平均値（相加平均値）を計算することで求めた。第１化合物層の１層当たりの平均厚さは、各々の第1化合物層の厚さを合計した総厚さを第１化合物層の数（繰り返し数）で除した値として算出した。第２化合物層の１層当たりの平均厚さも同様に、各々の第２化合物層の厚さを合計した総厚さを第２化合物層の数（繰り返し数）で除した値として算出した。それらの結果を表２に示す。
得られた試料の各層の組成は、被覆切削工具の金属蒸発源に対向する面の刃先稜線部から中心部に向かって５０μｍまでの位置の近傍の断面において、ＴＥＭに付属するＥＤＳを用いて測定した。それらの結果も表２に示す。なお、表２の各層の金属元素の組成比は、各層を構成する金属化合物における金属元素全体に対する各金属元素の原子比を示す。
〔圧縮残留応力〕
得られた試料について、２Ｄ法（多軸応力測定法／フルデバイリングフィッティング法）を用いて、被覆層の立方晶（１１１）面及び立方晶（２２０）面の圧縮残留応力を測定した。Ｘ線回折測定の条件としては、Ｘ線の線源としてＣｕＫα線を用い、出力：５０ｋＶ、１．０ｍＡの条件とした。当該条件で照射して、交差稜線部と平行な方向の被覆層の立方晶（１１１）面における圧縮残留応力σ１１と、交差稜線部と垂直な方向の被覆層の立方晶（１１１）面における圧縮残留応力σ２２と、被覆層の立方晶（２２０）面における圧縮残留応力とを測定した。このとき、圧縮残留応力値は、交差稜線部から０．４ｍｍ離れた位置の逃げ面の被覆層を測定した。被覆層の各面について任意の３点における圧縮残留応力値を２Ｄ法により測定し、これら３点の圧縮残留応力の相加平均値を求めた。また、得られた測定結果から、σ１１とσ２２との差の絶対値｜σ１１－σ２２｜を求めた。それらの測定結果を表４に示す。なお、本実施例において、被覆層全体の立方晶（１１１）面における圧縮残留応力は、σ１１及びσ２２のいずれか大きい方の値とした。
得られた試料について、２Ｄ法（多軸応力測定法／フルデバイリングフィッティング法）を用いて、被覆層の立方晶（１１１）面及び立方晶（２２０）面の圧縮残留応力を測定した。Ｘ線回折測定の条件としては、Ｘ線の線源としてＣｕＫα線を用い、出力：５０ｋＶ、１．０ｍＡの条件とした。当該条件で照射して、交差稜線部と平行な方向の被覆層の立方晶（１１１）面における圧縮残留応力σ１１と、交差稜線部と垂直な方向の被覆層の立方晶（１１１）面における圧縮残留応力σ２２と、被覆層の立方晶（２２０）面における圧縮残留応力とを測定した。このとき、圧縮残留応力値は、交差稜線部から０．４ｍｍ離れた位置の逃げ面の被覆層を測定した。被覆層の各面について任意の３点における圧縮残留応力値を２Ｄ法により測定し、これら３点の圧縮残留応力の相加平均値を求めた。また、得られた測定結果から、σ１１とσ２２との差の絶対値｜σ１１－σ２２｜を求めた。それらの測定結果を表４に示す。なお、本実施例において、被覆層全体の立方晶（１１１）面における圧縮残留応力は、σ１１及びσ２２のいずれか大きい方の値とした。
〔Ｉ（１１１）／Ｉ（２２０）〕
得られた試料について、被覆層の立方晶（１１１）面及び立方晶（２２０）面のＸ線回折強度を、２次元検出器ＶÅＮＴＥＣ－５００と集束平行ビームＭｏｎｔｅｌミラーとを備えたＩμＳ Ｘ線源（Ｃｕ－Ｋα線、５０ｋＶ、１．０ｍＡ）を装備したＢｒｕｋｅｒ社製のＤ８ ＤＩＳＣＯＶＥＲを用いて測定した。具体的には、コリメータ径：０．３ｍｍ、スキャンスピード：１０分／ステップ（ステップ幅：２５°）、２θ測定範囲：２０～１２０°という条件にてＸ線回折測定を行って、各結晶面のＸ線回折強度を測定した。測定箇所は、逃げ面の被覆層の刃先稜線部から０．４ｍｍの位置とした。Ｘ線回折図形から各結晶面のＸ線回折強度を求めるときに、Ｘ線回折装置に付属した解析ソフトウェアを用いた。解析ソフトウェアでは、測定で得られたデバイ・シェラー環をχ＝±１０°の範囲で一次元化した後、三次式近似を用いてバックグラウンド処理及びＫα2ピーク除去を行い、Ｐｅａｒｓｏｎ－ＶＩＩ関数を用いてプロファイルフィッティングを行うことによって、各結晶面のＸ線回折強度を求めた。被覆層の立方晶（１１１）面及び立方晶（２２０）面のＸ線回折強度をそれぞれ順にＩ（１１１）及びＩ（２２０）とした場合に、Ｉ（１１１）／Ｉ（２２０）の値を求めた。結果を表４に示す。
得られた試料について、被覆層の立方晶（１１１）面及び立方晶（２２０）面のＸ線回折強度を、２次元検出器ＶÅＮＴＥＣ－５００と集束平行ビームＭｏｎｔｅｌミラーとを備えたＩμＳ Ｘ線源（Ｃｕ－Ｋα線、５０ｋＶ、１．０ｍＡ）を装備したＢｒｕｋｅｒ社製のＤ８ ＤＩＳＣＯＶＥＲを用いて測定した。具体的には、コリメータ径：０．３ｍｍ、スキャンスピード：１０分／ステップ（ステップ幅：２５°）、２θ測定範囲：２０～１２０°という条件にてＸ線回折測定を行って、各結晶面のＸ線回折強度を測定した。測定箇所は、逃げ面の被覆層の刃先稜線部から０．４ｍｍの位置とした。Ｘ線回折図形から各結晶面のＸ線回折強度を求めるときに、Ｘ線回折装置に付属した解析ソフトウェアを用いた。解析ソフトウェアでは、測定で得られたデバイ・シェラー環をχ＝±１０°の範囲で一次元化した後、三次式近似を用いてバックグラウンド処理及びＫα2ピーク除去を行い、Ｐｅａｒｓｏｎ－ＶＩＩ関数を用いてプロファイルフィッティングを行うことによって、各結晶面のＸ線回折強度を求めた。被覆層の立方晶（１１１）面及び立方晶（２２０）面のＸ線回折強度をそれぞれ順にＩ（１１１）及びＩ（２２０）とした場合に、Ｉ（１１１）／Ｉ（２２０）の値を求めた。結果を表４に示す。
得られた試料を用いて、以下の切削試験を行い、評価した。
［切削試験］
被削材：ＳＣＭ４１５Ｈ（６０ＨＲｃ）
被削材形状：φ１１０ｍｍ×２０ｍｍの円板（端面にφ６ｍｍの穴が２０個）
切削速度：１００ｍ／分
切込み深さ：０．２０ｍｍ
送り：０．１０ｍｍ／ｒｅｖ
クーラント：水溶性
評価項目：試料が欠損（試料の切れ刃部に欠けが生じる）したとき、又は逃げ面摩耗幅が０．１５ｍｍに至ったときを工具寿命とし、工具寿命に至るまでの加工時間を測定した。加工時間が長いことは、耐欠損性及び耐摩耗性に優れていることを意味する。得られた評価の結果を表５に示す。
被削材：ＳＣＭ４１５Ｈ（６０ＨＲｃ）
被削材形状：φ１１０ｍｍ×２０ｍｍの円板（端面にφ６ｍｍの穴が２０個）
切削速度：１００ｍ／分
切込み深さ：０．２０ｍｍ
送り：０．１０ｍｍ／ｒｅｖ
クーラント：水溶性
評価項目：試料が欠損（試料の切れ刃部に欠けが生じる）したとき、又は逃げ面摩耗幅が０．１５ｍｍに至ったときを工具寿命とし、工具寿命に至るまでの加工時間を測定した。加工時間が長いことは、耐欠損性及び耐摩耗性に優れていることを意味する。得られた評価の結果を表５に示す。
表５に示す結果より、発明品の加工時間は２８分以上であり、全ての比較品の加工時間よりも長かった。
以上の結果より、耐摩耗性及び耐欠損性を向上させたことにより、発明品の工具寿命が長くなっていることが分かった。
（実施例２）
基材として、表６に示す組成の原料を用いて下記（１）～（８）の工程を方法により、Ｈ３０相当の立方晶窒化硼素含有焼結体(ＩＳＯ規格：ＣＮＧＡ１２０４０８インサート)を作製した。
基材として、表６に示す組成の原料を用いて下記（１）～（８）の工程を方法により、Ｈ３０相当の立方晶窒化硼素含有焼結体(ＩＳＯ規格：ＣＮＧＡ１２０４０８インサート)を作製した。
工程（１）：表６に示す割合で、立方晶窒化硼素と、結合相の粉末とを混合した（ただし、これらの合計は、１００体積％とした）。
工程（２）：工程（１）で得られた原料粉を、超硬合金製ボールにて１２時間の湿式ボールミルにより混合した。
工程（３）：工程（２）で得られた混合物を、所定の形状に成形して成形体を得た。
工程（４）：工程（３）で得られた成形体を、超高圧発生装置の内部で、６．０ＧＰａの圧力にて、１３００℃の焼結温度で、１時間保持して焼結した。
工程（５）：工程（４）で得られた焼結体を、放電加工機により、上記工具形状に合わせて切り出した。
工程（６）：超硬合金からなる基体を用意した。
工程（７）：工程（５）で切り出した焼結体を、工程（６）で用意した基体にろう付けによって接合した。
工程（８）：工程（７）によって得られた工具に、ホーニング加工を施した。
工程（２）：工程（１）で得られた原料粉を、超硬合金製ボールにて１２時間の湿式ボールミルにより混合した。
工程（３）：工程（２）で得られた混合物を、所定の形状に成形して成形体を得た。
工程（４）：工程（３）で得られた成形体を、超高圧発生装置の内部で、６．０ＧＰａの圧力にて、１３００℃の焼結温度で、１時間保持して焼結した。
工程（５）：工程（４）で得られた焼結体を、放電加工機により、上記工具形状に合わせて切り出した。
工程（６）：超硬合金からなる基体を用意した。
工程（７）：工程（５）で切り出した焼結体を、工程（６）で用意した基体にろう付けによって接合した。
工程（８）：工程（７）によって得られた工具に、ホーニング加工を施した。
アークイオンプレーティング装置の反応容器内に、表７に示す各層の組成になるよう金属蒸発源を配置した。上記作製した基材を、反応容器内の回転テーブルの固定金具に固定した。
その後、反応容器を密閉し、反応容器内をその圧力が５．０×１０-3Ｐａ以下の真空になるまで真空引きした。真空引き後、反応容器内のヒーターにより、基材をその温度が４５０℃になるまで加熱した。加熱後、反応容器内にその圧力が２．７ＰａになるようにＡｒガスを導入した。
圧力２．７ＰａのＡｒガス雰囲気にて、基材に－４００Ｖのバイアス電圧を印加して、反応容器内のタングステンフィラメントに４０Ａの電流を流して、基材の表面にＡｒガスによるイオンボンバードメント処理を３０分間施した。イオンボンバードメント処理終了後、反応容器内をその圧力が５．０×１０-3Ｐａ以下の真空になるまで真空引きした。
発明品１５～１７については発明品１と同様に、発明品１８～２０については発明品６と同様に、発明品２１～２３については発明品１３と同様に、基材の表面に最下層を形成し、最下層の表面に、第１化合物層と第２化合物層とをこの順で交互に積層し、交互積層構造を形成した。
次に、発明品１５～２３について、表８に示す温度（成膜開始時の温度）になるように制御し、窒素ガス（Ｎ2）、又は、窒素ガス（Ｎ2）とアセチレン（Ｃ2Ｈ2）ガスとの混合ガスを反応容器内に導入し、反応容器内を表８に示す圧力に調整した。その後、表８に示すバイアス電圧を印加して、表８に示す組成の上部層の金属蒸発源を、表８に示すアーク電流のアーク放電により蒸発させて、交互積層構造の表面に上部層を形成した。このとき表８に示す反応容器内の圧力になるよう制御した。また、上部層の厚さは、表８に示す厚さとなるように、それぞれのアーク放電時間を調整して制御した。
基材の表面に表８に示す所定の平均厚さまで各層を形成した後に、ヒーターの電源を切り、試料温度が１００℃以下になった後で、反応容器内から試料を取り出した。
上記作製した基材において、立方晶窒化硼素含有焼結体に含まれる結合相の組成を、Ｘ線回折装置によって同定した。結果を表６に示す。立方晶窒化硼素及び結合相の含有量（体積％）並びに立方晶窒化硼素の平均粒径は、実施例１と同様にして求めた。それらの結果を表６に示す。
得られた試料の各層の平均厚さは、実施例１と同様にして算出した。それらの結果を表７に示す。また、得られた試料の各層の組成は、実施例１と同様にして測定した。それらの結果も表７に示す。なお、表７の各層の金属元素の組成比は、各層を構成する金属化合物における金属元素全体に対する各金属元素の原子比を示す。
〔圧縮残留応力〕
得られた試料について、実施例１と同様にして、交差稜線部と平行な方向の被覆層の立方晶（１１１）面における圧縮残留応力σ１１と、交差稜線部と垂直な方向の被覆層の立方晶（１１１）面における圧縮残留応力σ２２と、被覆層の立方晶（２２０）面における圧縮残留応力とを測定した。また、得られた測定結果から、σ１１とσ２２との差の絶対値｜σ１１－σ２２｜を求めた。それらの測定結果を表９に示す。
得られた試料について、実施例１と同様にして、交差稜線部と平行な方向の被覆層の立方晶（１１１）面における圧縮残留応力σ１１と、交差稜線部と垂直な方向の被覆層の立方晶（１１１）面における圧縮残留応力σ２２と、被覆層の立方晶（２２０）面における圧縮残留応力とを測定した。また、得られた測定結果から、σ１１とσ２２との差の絶対値｜σ１１－σ２２｜を求めた。それらの測定結果を表９に示す。
〔Ｉ（１１１）／Ｉ（２２０）〕
得られた試料について、実施例１と同様にして、被覆層の立方晶（１１１）面及び立方晶（２２０）面のＸ線回折強度を測定し、Ｉ（１１１）／Ｉ（２２０）の値を求めた。結果を表９に示す。
得られた試料について、実施例１と同様にして、被覆層の立方晶（１１１）面及び立方晶（２２０）面のＸ線回折強度を測定し、Ｉ（１１１）／Ｉ（２２０）の値を求めた。結果を表９に示す。
得られた試料を用いて、以下の切削試験を行い、評価した。
［切削試験］
被削材：ＳＣＭ４１５Ｈ（６０ＨＲｃ）
被削材形状：φ１１０ｍｍ×２０ｍｍの円板（端面にφ６ｍｍの穴が２０個）
切削速度：１００ｍ／分
切込み深さ：０．２０ｍｍ
送り：０．１０ｍｍ／ｒｅｖ
クーラント：水溶性
評価項目：試料が欠損（試料の切れ刃部に欠けが生じる）したとき、又は逃げ面摩耗幅が０．１５ｍｍに至ったときを工具寿命とし、工具寿命に至るまでの加工時間を測定した。加工時間が長いことは、耐欠損性及び耐摩耗性に優れていることを意味する。得られた評価の結果を表１０に示す。
被削材：ＳＣＭ４１５Ｈ（６０ＨＲｃ）
被削材形状：φ１１０ｍｍ×２０ｍｍの円板（端面にφ６ｍｍの穴が２０個）
切削速度：１００ｍ／分
切込み深さ：０．２０ｍｍ
送り：０．１０ｍｍ／ｒｅｖ
クーラント：水溶性
評価項目：試料が欠損（試料の切れ刃部に欠けが生じる）したとき、又は逃げ面摩耗幅が０．１５ｍｍに至ったときを工具寿命とし、工具寿命に至るまでの加工時間を測定した。加工時間が長いことは、耐欠損性及び耐摩耗性に優れていることを意味する。得られた評価の結果を表１０に示す。
表１０に示す結果より、発明品の加工時間は３２分以上であり、全ての比較品の加工時間よりも長かった。
以上の結果より、耐摩耗性及び耐欠損性を向上させたことにより、発明品の工具寿命が長くなっていることが分かった。
本発明の被覆切削工具は、耐摩耗性及び耐欠損性に優れることにより、従来よりも工具寿命を延長できるので、その点で産業上の利用可能性が高い。
１…基材、２…最下層、３…第１化合物層、４…第２化合物層、５…上部層、６…交互積層構造、７…被覆層、８…被覆切削工具、９…すくい面、１０…逃げ面、１１…交差稜線部、ｓ１１…交差稜線部と平行な方向、ｓ２２…交差稜線部と垂直な方向。
Claims (9)
- 立方晶窒化硼素含有焼結体からなる基材と、該基材の上に形成された被覆層とを備え、
前記被覆層が、前記基材側から前記被覆層の表面側に向かって、最下層と交互積層構造とをこの順で含み、
前記最下層は、下記式（１）で表される組成を有する化合物を含有し、
（Ａｌ1-xＣｒx）Ｎ・・・（１）
［式（１）中、ｘはＡｌ元素とＣｒ元素との合計に対するＣｒ元素の原子比を表し、０．２０≦ｘ≦０．５０を満足する。］、
前記最下層の平均厚さが０．０１μｍ以上０．２μｍ以下であり、
前記交互積層構造が、下記式（２）で表される組成を有する化合物を含有する第１化合物層と、下記式（３）で表される組成を有する化合物を含有する第２化合物層と、を交互に２回以上繰り返し積層した交互積層構造であり、
（Ａｌ1-y1Ｃｒy1）Ｎ・・・（２）
［式（２）中、ｙ１はＡｌ元素とＣｒ元素との合計に対するＣｒ元素の原子比を表し、０．１０≦ｙ１≦０．６０を満足する。］、
（Ａｌ1-y2Ｃｒy2）Ｎ・・・（３）
［式（３）中、ｙ２はＡｌ元素とＣｒ元素との合計に対するＣｒ元素の原子比を表し、０．１０≦ｙ２≦０．６０を満足する。］、
前記交互積層構造において、前記第１化合物層と、前記第２化合物層とは、原子比ｙ１とｙ２とが互いに異なる２種の化合物層であり、
前記交互積層構造全体の平均厚さが０．１μｍ以上１．２μｍ以下であり、
前記被覆層全体の平均厚さが０．２μｍ以上１．３μｍ以下であり、
前記被覆層が、立方晶の結晶を含み、該立方晶（１１１）面における圧縮残留応力が３．０ＧＰａ以下である、被覆切削工具。 - 前記第１化合物層の１層当たりの平均厚さが、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、
前記第２化合物層の１層当たりの平均厚さが、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下である、請求項１に記載の被覆切削工具。 - 前記被覆層が、立方晶の結晶を含み、該立方晶（２２０）面における圧縮残留応力が２．０ＧＰａ以下である、請求項１又は２に記載の被覆切削工具。
- 前記被覆切削工具が、すくい面と、逃げ面と、前記すくい面と前記逃げ面との間に交差稜線部とを有し、
前記被覆層が、立方晶の結晶を含み、前記交差稜線部と平行な方向の前記被覆層の立方晶（１１１）面における圧縮残留応力σ１１と、前記交差稜線部と垂直な方向の前記被覆層の立方晶（１１１）面における圧縮残留応力σ２２との差の絶対値｜σ１１－σ２２｜が０．５ＧＰａ未満である、請求項１～３のいずれか１項に記載の被覆切削工具。 - 前記σ１１が、０．０ＧＰａ以上３．０ＧＰａ以下である、請求項４に記載の被覆切削工具。
- 前記σ２２が、０．０ＧＰａ以上３．０ＧＰａ以下である、請求項４又は５に記載の被覆切削工具。
- 前記被覆層が、立方晶の結晶を含み、該立方晶（１１１）面及び該立方晶（２２０）面のＸ線回折強度をそれぞれ順にＩ（１１１）及びＩ（２２０）とした場合に、Ｉ（１１１）／Ｉ（２２０）の値が２．５以上である、請求項１～６のいずれか１項に記載の被覆切削工具。
- 前記被覆層は、前記交互積層構造の前記基材とは反対の表面に、上部層を有し、
前記上部層が、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｓｉ及びＹからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素と、Ｃ、Ｎ、Ｏ及びＢからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素とからなる化合物を含有し、
前記上部層の平均厚さが、０．０２μｍ以上０．３μｍ以下であり、
被覆層全体の平均厚さに占める前記上部層の平均厚さの割合が２５％以下である、請求項１～７のいずれか１項に記載の被覆切削工具。 - 前記立方晶窒化硼素含有焼結体が、その全体１００体積％に対して、立方晶窒化硼素を５５体積％以上７５体積％以下と、結合相を２５体積％以上４５体積％以下とを含み、
前記立方晶窒化硼素が粒子であり、該粒子の平均粒径が、０．５μｍ以上２．０μｍ以下である、請求項１～８のいずれか１項に記載の被覆切削工具。
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