JP2023515102A

JP2023515102A - 被覆切削工具

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Publication number: JP2023515102A
Application number: JP2022550122A
Authority: JP
Inventors: カールビョールマンデル，
Original assignee: エービーサンドビックコロマント
Priority date: 2020-02-28
Filing date: 2021-02-26
Publication date: 2023-04-12
Also published as: BR112022014881A2; CN115038811A; CN115038811B; KR20220147589A; US20230093032A1; EP3872222A1; WO2021170824A1; EP3872222B1

Abstract

本発明は、超硬合金、サーメット、セラミック、鋼又は高速度鋼の基体（５）と、その上に堆積された耐摩耗性被覆（６）とを有する金属機械加工用の被覆切削工具（１）に関し、前記被覆（６）は、０．４０≦ｘ≦０．９５、０≦ｙ≦０．１０及び０．８５≦ｚ≦１．１５を有するＴｉ１－ｘＡｌｘＣｙＮｚ（８）の層と、Ｔｉ１－ｘＡｌｘＣｙＮｚ（８）の層上に存在するＭｅＣａＮｂ（９）の一部、０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、ａ＋ｂ＝１、とを含み、ＭｅＣａＮｂ（９）の一部は、Ｔｉ１－ｘＡｌｘＣｙＮｚ（８）の層の５～２８％を覆う。本発明はさらに、被覆切削工具の製造方法及びステンレス鋼の機械加工における被覆切削工具の使用に関する。【選択図】図２

Description

本発明は、０．４０≦ｘ≦０．９５、０≦ｙ≦０．１０及び０．８５≦ｚ≦１．１５を有するＴｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ層を含む基体及びその上に堆積された耐摩耗性被覆を有する金属機械加工用の被覆切削工具に関する。本発明はさらに、被覆切削工具の製造方法及びステンレス鋼の機械加工における被覆切削工具の使用に関する。

チップ形成金属機械加工のための工具は、一般に、切削特性及び／又は摩耗特性を改善するための単層又は多層の耐摩耗性被覆を備えた超硬合金の基体（基板とも呼ばれる）からなる。このような耐摩耗性被覆の１つの重要なグループは、１つ以上の金属の窒化物又は炭窒化物の１つ以上の層を含む。重要な例は、Ｔｉ及びＡｌ、特に（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎの窒化物及び炭窒化物である。

前述のタイプの被覆は、一般にＣＶＤプロセス（化学気相堆積）又はＰＶＤプロセス（物理気相堆積）によって堆積される。

米国特許出願公開第２０１８／０２１６２２４号明細書は、この問題に対処し、超硬合金基材上にＣＶＤプロセスによって堆積された（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ被覆を有する被覆切削工具を開示している。アニーリング手順によって、被覆に圧縮応力を付与する（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎの粒界に形成されたｗ－ＡｌＮの六方晶相が開示される。

ステンレス鋼接着剤摩耗を機械加工する場合、特にミリング作業において重要な摩耗機構である。接着剤の摩耗又は塗抹は、ステンレス鋼などの粘着性材料の切削プロセス中に、工作物材料が刃先上に塗抹して、接着して、いわゆる層成の刃先を形成し得る材料の層を形成することを特徴とする。被覆のフレーキングは、接着剤の摩耗に関連して一般的な問題である。

したがって、塗抹ステンレス鋼などの工作物材料をミリングする場合、（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ被覆工具の性能を向上させる必要がある。

本発明の目的は、被覆が高い耐フレーキング性及び長い工具寿命を示す、ステンレス鋼などの塗抹工作物材料の金属機械加工、特にミリングのための被覆切削工具を提供することである。

本発明
本発明の目的は、すくい面と、逃げ面と、その間の刃先とを有する被覆切削工具であって、超硬合金、サーメット、セラミック、鋼又は高速度鋼の基体と、２～２０μｍの合計厚さを有する被覆とを含み、前記被覆が、０．４０≦ｘ≦０．９５、０≦ｙ≦０．１０及び０．８５≦ｚ≦１．１５であり、１～１８μｍの厚さを有するＴｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚの層であって、Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚの層が、粒界を有する柱状構造の結晶子を含み、Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚが、≧８５体積％の面心立方（ｆｃｃ）結晶構造を含み、すくい面上である、Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚの層と、ＭｅＣ_ａＮ_ｂ（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、ａ＋ｂ＝１）の一部であって、Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚの層上に存在し、Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚの層が、ＭｅＣ_ａＮ_ｂの一部と共に被覆の最外部を形成し、Ｍｅが、Ｔｉ及び／又はＺｒであり、すくい面上の、刃先から２００～４００μｍの距離にある領域内のＭｅＣ_ａＮ_ｂの一部が、Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚの層の５～２８％を覆い、ＭｅＣ_ａＮ_ｂの一部が、前記領域にわたって分布している、ＭｅＣ_ａＮ_ｂの一部と、を含む、被覆切削工具によって解決される。

好ましい実施形態では、Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚの層はＣＶＤ層であり、すなわち化学気相堆積（ＣＶＤ）プロセスによって堆積されている。

一実施形態では、Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚの層は、Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ結晶子の粒界にＴｉ_１－ｏＡｌ_ｏＣ_ｐＮ_ｑの析出物を含み、Ｔｉ_１－ｏＡｌ_ｏＣ_ｐＮ_ｑの析出物は、結晶子の内部よりも高いＡｌ含有量を有し、０．９５≦ｏ≦１．００、０≦ｐ≦０．１０、０．８５≦ｑ≦１．１５及び（ｏ－ｘ）≧０．０５である。好ましくは、０．９５≦ｏ≦１．００、ｐ＝０、ｑ＝１及び０．０５≦（ｏ－ｘ）≦０．２５である。

一実施形態では、Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚの層は、層の０．３μｍの最上部のＴｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ結晶子の粒界にＴｉ_１－ｏＡｌ_ｏＣ_ｐＮ_ｑの析出物を含む。一実施形態では、Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚの層は、層の０．８μｍの最上部のＴｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ結晶子の粒界にＴｉ_１－ｏＡｌ_ｏＣ_ｐＮ_ｑの析出物を含む。一実施形態では、Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚの層は、層全体にわたってＴｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ結晶子の粒界にＴｉ_１－ｏＡｌ_ｏＣ_ｐＮ_ｑの析出物を含む。

Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚの層は、主に面心立方（ｆｃｃ）結晶構造を有する。しかしながら、例えば六方晶ＡｌＮなどのより柔らかい他の相の割合が層内に存在する可能性があるが、それらがｆｃｃ－Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ構造と共に共堆積によって形成される場合、それらは硬度及び耐摩耗性に悪影響を及ぼすので望ましくない。

したがって、本発明の被覆中のＴｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚの層（存在する場合、粒界におけるＴｉ_１－ｏＡｌ_ｏＣ_ｐＮ_ｑの析出物の体積割合を含む全層）は、≧８５体積％、適切には≧９０体積％、好ましくは≧９５体積％、特に好ましくは≧９８体積％の面心立方（ｆｃｃ）結晶構造を含む。

一実施形態では、結晶子の内部よりも高いＡｌ含有量を有するＴｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ結晶子の粒界におけるＴｉ_１－ｏＡｌ_ｏＣ_ｐＮ_ｑの析出物は、六方晶ウルツ鉱型結晶構造（ｗ－ＡｌＮ）を有するＡｌＮを含み、好ましくは、結晶子の内部よりも高いＡｌ含有量を有するＴｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ結晶子の粒界におけるＴｉ_１－ｏＡｌ_ｏＣ_ｐＮ_ｑの析出物は、六方晶ウルツ鉱型結晶構造（ｗ－ＡｌＮ）を有するＡｌＮを本質的に含む。析出物は、低い割合のＴｉ及びＣを含むことができる。面心立方結晶構造を有するＴｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ結晶子からの析出物の生成中に、六方晶相への相変換が起こると想定される。六方晶ｗ－ＡｌＮ相は面心立方相よりも体積が大きいため、体積の膨張に伴って変換が起こることが明らかである。したがって、Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ結晶子の粒界における体積のこの膨張は、Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ層における残留圧縮応力の増加をもたらすとさらに仮定される。

Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚは、適切には、０．６０≦ｘ≦０．９０、ｙ＝０及び０．８５≦ｚ≦１．１５、好ましくは０．７０≦ｘ≦０．９０、ｙ＝０及び０．８５≦ｚ≦１．１５の化学量論係数を有する。これらの実施形態では、Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚの層は、製造を条件とする不可避の不純物及び／又は不純物を除いて、炭化物炭素を本質的に含まず、本質的に純粋な窒化物層である。Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ層の場合、限られた量の炭素しか立方相の格子に溶解せず、過剰の炭素が非晶質形態で存在する可能性があり、その結果、層の硬度が低くなり、工具の耐用年数に悪影響を及ぼし得る不利なトライボロジー特性がもたらされ得ることを考慮しなければならない。

一実施形態では、Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚの層は、１５０ｎｍ以下、好ましくは１００ｎｍ以下、特に好ましくは５０ｎｍ以下の厚さのラメラを有するラメラ構造を有し、ラメラは、Ｔｉ及びＡｌの交互に異なる化学量論的含有量を有し、同じ結晶構造（＝結晶学的相）及び／又は同じ結晶学的配向を有するＴｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚの層の周期的に交互に繰り返される領域から形成される。

ＭｅＣ_ａＮ_ｂの一部は、刃先から２００～４００μｍの距離のすくい面上の領域においてＴｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚの層の５～２８％を覆う。したがって、Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚの層上にＭｅＣ_ａＮ_ｂの一部が残るはずである。ＭｅＣ_ａＮ_ｂの一部によるＴｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚの層の被覆率の特定の割合は、強力なブラスト操作によって提供されるが、それにもかかわらず制御されなければならない。除去されるＭｅＣ_ａＮ_ｂが多すぎると、工具寿命が著しく低下する。一方、除去されるＭｅＣ_ａＮ_ｂが少なすぎると、工具寿命も非常に悪くなる。

適切には、刃先から２００～４００μｍの距離にあるすくい面上の領域におけるＭｅＣ_ａＮ_ｂの一部は、Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚの層の６～２６％、好ましくは７～２４％、最も好ましくは８～２２％を覆い、ＭｅＣ_ａＮ_ｂの一部は前記領域にわたって分布している。

ＭｅＣ_ａＮ_ｂの一部によるＴｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚの層の被覆は、倍率５０００Ｘの上面走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像の少なくとも約２５μｍ×１５μｍの領域の画像分析によって適切に決定される。

ＭｅＣ_ａＮ_ｂの一部は、２．５μｍ×２．５μｍの正方形の格子を５０００Ｘの倍率で上面走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像上に置くと、２．５μｍ×２．５μｍの正方形の７５％超、好ましくは９０％超が、ＭｅＣ_ａＮ_ｂとＴｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚの両方を示し、正方形の数は少なくとも６０であるように、すくい面上の刃先から２００～４００μｍの距離ですくい面上の領域にわたって適切に分布する。

ＭｅＣ_ａＮ_ｂにおいて、Ｍｅは、Ｔｉ及び／又はＺｒである。ＭｅＣ_ａＮ_ｂがＴｉ及びＺｒの両方を含有する場合、それらは、任意の原子比で存在し得る。適切には、Ｍｅは、Ｔｉ又はＺｒである。ＭｅＣ_ａＮ_ｂは、０≦ａ≦０．５、０．５≦ｂ≦１が適切であり、０≦ａ≦０．１、０．９≦ｂ≦１が好適である。好ましい実施形態では、ＭｅＣ_ａＮ_ｂはＴｉＮである。

被覆切削工具は、その製造中に強力なブラストを受けており、平滑化された表面を提供している。一実施形態では、すくい面上の被覆の表面粗さＲａは、２０～６０ｎｍ、好ましくは３０～５０ｎｍである。表面粗さは、刃先から２００～４００μｍの距離の領域で測定される。

堆積後のＴｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ層の上部表面は、Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ結晶子の上部の好ましいファセット形状のために適切に不均一である。ＭｅＣ_ａＮ_ｂの一部は、Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚの層上に堆積されたＭｅＣ_ａＮ_ｂ層が大幅に除去される製造プロセスにおけるブラスト手順後に残っているものである。Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ結晶子の上部のファセット形状は、Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ結晶子の粒界上のＭｅＣ_ａＮ_ｂの一部の好ましい位置をもたらすであろう。したがって、本発明の一実施形態では、ＭｅＣ_ａＮ_ｂは、Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚの層のＴｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ結晶子の粒界の少なくとも一部の上に位置する。

Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ結晶子Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚの粒径は、本明細書では、層の中央の柱状Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ結晶子の平均幅として定義される。一実施形態では、Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚの粒径は０．２～０．８μｍ、好ましくは０．３～０．６μｍである。

Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ結晶子の粒界におけるＴｉ_１－ｏＡｌ_ｏＣ_ｐＮ_ｑ析出物は、Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ結晶子間の体積を占める。粒界にＴｉ_１－ｏＡｌ_ｏＣ_ｐＮ_ｑ析出物を有するＴｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ結晶子間の平均距離は、適切には４～２００ｎｍ、好ましくは１０～１００ｎｍ、最も好ましくは２５～７５ｎｍである。Ｔｉ_１－ｏＡｌ_ｏＣ_ｐＮ_ｑ析出物は、粒界相とみなすことができ、Ｔｉ_１－ｏＡｌ_ｏＣ_ｐＮ_ｑ析出物を粒界に有するＴｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ結晶子間の前記平均距離も粒界相の厚さとみなすことができる。粒界にＴｉ_１－ｏＡｌ_ｏＣ_ｐＮ_ｑ析出物を有するＴｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ結晶子間の平均距離が小さすぎる場合、Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ層内の残留圧縮応力の増加は、耐摩耗性及び耐亀裂性の改善という本明細書に記載の利点を達成するには小さすぎる可能性がある。粒界にＴｉ_１－ｏＡｌ_ｏＣ_ｐＮ_ｑ析出物を有するＴｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ結晶子間の平均距離が大きすぎると、析出物の総量が多くなる。析出物は、面心立方晶Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚよりも柔らかい高い割合の六方晶ｗ－ＡｌＮを適切に含むので、析出物の割合が高すぎると、層の硬度が望ましくないほど低下し、切削特性が損なわれる。

析出物は、例えば、被覆の十分に薄い電子透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）で、好ましくは集束イオンビーム（ＦＩＢ）によって調製されたサンプルを通して、十分に薄い電子透過型研磨断面で示すことができ、Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ結晶子間の平均距離は、ＳＴＥＭ画像を使用して決定することができる。好ましくは、ＨＡＡＤＦ検出器（ＨｉｇｈＡｎｇｌｅＡｎｎｕｌａｒＤａｒｋＦｉｅｌｄｄｅｔｅｃｔｏｒｓ：高角度環状暗視野検出器）が使用され、ＢＦ画像（ｂｒｉｇｈｔｆｉｅｌｄ：明視野）及びＨＡＡＤＦ画像の逆コントラストで析出物が可視化される。これにより、結晶子内部よりもＡｌ含有量が高いＴｉ_１－ｏＡｌ_ｏＣ_ｐＮ_ｑ析出物は、ＢＦ画像ではＴｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ結晶子よりも明るく見え、ＨＡＡＤＦ画像ではＴｉ_１－ｏＡｌ_ｏＣ_ｐＮ_ｑ析出物はＴｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ結晶子よりも暗く見える。

電子ビームに対するＴｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ結晶子の適切なサンプル厚さ及び配向で、高分解能透過型電子顕微鏡（ＨＲＴＥＭ）によって、Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ結晶子からの回折像、並びに粒界におけるＴｉ_１－ｏＡｌ_ｏＣ_ｐＮ_ｑ排出物の領域からの回折像をフーリエ変換によって導出することができる画像を得ることができる。回折像のインデックス付けにより、面心立方（ｆｃｃ）相がＴｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ結晶子に存在することを示すことができる。また、Ｔｉ_１－ｏＡｌ_ｏＣ_ｐＮ_ｑ析出物がｗ－ＡｌＮ構造を含む場合、回折像のインデックス付けによって、Ｔｉ_１－ｏＡｌ_ｏＣ_ｐＮ_ｑ粒界析出物の結晶ドメインが実際にｗ－ＡｌＮ構造を有し、ｆｃｃＴｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ結晶子とｗ－ＡｌＮ析出物との間にエピタキシャル関係が存在することを示すことができる。

別の方法では、埋め込み金属研磨断面又は表面に平行に研磨されたサンプルの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で析出物を可視化することができる。これにより、後述する調製プロセスの最終研磨工程において、ｗ－ＡｌＮが立方相の領域よりも強くエッチングされるという効果を利用する。本発明の析出物は、高い割合の六方晶ｗ－ＡｌＮを含有するため、調製された研磨断面において明確に視認可能である。

一例として、記載された分析のための研磨断面のサンプル調製のために、製造された工具は分離され、例えばベークライトに埋め込まれ、次いで以下の方法：砥石車ＳｔｒｕｅｒｓＰｉａｎｏ２２０及び水を使用した６分間の研削；Ｓｔｒｕｅｒｓ９μｍＭＤ－Ｌａｒｇｏダイヤモンド懸濁液を用いた３分間の研磨；Ｓｔｒｕｅｒｓ３μｍＭＤ－Ｄａｃダイヤモンド懸濁液を用いた３：４０分間の研磨；Ｓｔｒｕｅｒｓ１μｍＭＤ－Ｎａｐダイヤモンド懸濁液を用いた２分間の研磨；ＳｔｒｕｅｒｓＯＰ－Ｓ（平均粒子径０，０４μｍのコロイド状二酸化シリコーンの懸濁液）を用いた少なくとも１２分間の化学研磨、で処理される。その後のＳＥＭ検査の前に、サンプルを超音波浴で洗浄し、消磁する。このようにして製造された研磨断面において、Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ層を、加速電圧２．５ｋＶ及び典型的な作動距離３～１０ｍｍで二次電子検出器を使用してＦＥ－ＳＥＭで画像化する。これにより、サンプルの研磨断面において、非アニール状態で約１００％の面心立方（ｆｃｃ）構造を有するＴｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ層の柱状構造が観察される。上述の調製における化学研磨の最終工程で結晶子よりも強くエッチングされた粒界での析出物は、トポグラフィ及び原子番号コントラストに起因してより暗い領域として識別することができる。結晶子は本質的に１００％の面心立方相を含有するが、アニーリングによって形成されたｗ－ＡｌＮ相の割合はＴｉ_１－ｏＡｌ_ｏＣ_ｐＮ_ｑ粒界析出物に含有され、それにより、Ｔｉ_１－ｏＡｌ_ｏＣ_ｐＮ_ｑ粒界析出物は主にｗ－ＡｌＮからなると考えられる。Ｔｉ_１－ｏＡｌ_ｏＣ_ｐＮ_ｑ粒界析出物の広がりの決定及びＴｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ層中のｆｃｃ相の最小含有量の決定は、一般に、画像を測定することによって、又は確立された画像分析手順を適用することによって、そのように生成された画像上で可能である。

一実施形態では、Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ層は、ｓｉｎ^２ψ法によってｆｃｃ－Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ相の約８１．５－８２度２シータでの（２２２）反射で測定して、適切には＜０ＭＰａ～－５０００ＭＰａの範囲内、好ましくは－３００ＭＰａ～－３５００ＭＰａの範囲内の残留圧縮応力を有する。

Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ層内の残留圧縮応力によって、亀裂形成、特にコーム亀裂形成に対する耐性、したがって工具の耐摩耗性が改善される。しかしながら、Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ層の残留圧縮応力が高すぎると、接着の問題及び層のチッピングが生じる可能性がある。

一実施形態では、０．０５μｍ～２μｍ、好ましくは０．１μｍ～１μｍの厚さを有する基体上に直接設けられたさらなる層があり、さらなる層は金属窒化物又は金属炭窒化物層であり、Ｍｅは元素の周期表の第４族に属する元素、好ましくはＴｉＮ層又はＴｉ（Ｃ，Ｎ）層である。このさらなる層は、基体と上層との密着性を向上させる機能を適切に有する。

Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚの層は、適切には１～１５μｍ、好ましくは３～１２μｍ、最も好ましくは５～１０μｍの厚さを有する。

被覆の合計厚さは、適切には２～１６μｍ、好ましくは５～１２μｍである。

基体は、超硬合金の基体であることが好ましい。

超硬合金は、適切には、５～１５重量％のＣｏ、必要に応じて最大１０重量％の元素の周期表の第４族、第５族及び第６族からの１つ以上の金属の炭化物又は炭窒化物、及び７５～９５重量％のＷＣを含む。一実施形態では、超硬合金は、５～１５重量％のＣｏ、必要に応じて最大１０重量％の元素の周期表の第４族、第５族及び第６族からの１つ以上の金属の炭化物又は炭窒化物、並びに残部ＷＣの組成を有する。炭化物又は炭窒化物であってもよい元素の周期表における第４族、第５族及び第６族の金属は、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｖ、Ｚｒ、Ｃｒ及びＭｏのグループに適切に属し、Ｗは、必要に応じて炭化物又は炭窒化物中にさらに存在してもよい。

被覆切削工具は、適切には、ミリングインサート又はターニングインサート、ドリル又はエンドミルである。好ましくは、被覆切削工具はミリングインサートである。

本発明はまた、すくい面と、逃げ面と、その間の刃先とを有する本明細書に記載の被覆切削工具であって、超硬合金、サーメット、セラミック、鋼又は高速度鋼の基体と、０．４０≦ｘ≦０．９５、０≦ｙ≦０．１０及び０．８５≦ｚ≦１．１５を有する１～１８μｍの厚さのＴｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ層を含む２～２０μｍの合計厚さを有する被覆とを含み、Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ層は粒界を有する柱状構造の結晶子を含み、Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚは≧８５体積％の面心立方（ｆｃｃ）結晶構造を含む、被覆切削工具の製造のためのプロセスであって、プロセスは以下の順序で、以下の工程：
・ＣＶＤプロセスによってＴｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚの層を提供する工程と、
・Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚの層の真上のＣＶＤプロセスによって、ＭｅＣ_ａＮ_ｂ（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、ａ＋ｂ＝１）の層を提供する工程であって、ＭｅはＴｉ及び／又はＺｒである、提供する工程と、
・Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚの層の５～２８％を覆う刃先から２００～４００μｍの距離のすくい面上の領域にＭｅＣ_ａＮ_ｂの一部が残存するまで被覆の表面をブラストする工程であって、ＭｅＣ_ａＮ_ｂの一部が前記領域にわたって分布するブラストする工程と、
を含む、プロセスに関する。

Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚの層の堆積は、６２５～８００℃の範囲内のプロセス温度で適切に行われる。

一実施形態では、プロセスは、ブラストする工程の前に、Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚの堆積層を、空気又は酸素の排除下、それぞれ７００～９５０℃の範囲内の温度で０．５～１２時間の持続時間にわたってアニーリングに供することを含み、条件が、Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ結晶子の粒界でＴｉ_１－ｏＡｌ_ｏＣ_ｐＮ_ｑの析出物が生成され、Ｔｉ_１－ｏＡｌ_ｏＣ_ｐＮ_ｑの析出物がＴｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ結晶子の内部よりも高いＡｌ含有量を有するように選択され、０．９５≦ｏ≦１．００、０≦ｐ≦０．１０、０．８５≦ｑ≦１．１５及び（ｏ－ｘ）≧０．０５である。適切には、Ｔｉ_１－ｏＡｌ_ｏＣ_ｐＮ_ｑの析出物は、Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚの層の少なくとも０．３μｍの最上部、好ましくはＴｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚの層の少なくとも０．８μｍの最上部、最も好ましくはＴｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚの層全体にわたって、Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ結晶子の粒界に生成される。

一実施形態では、Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚの層を堆積させるために、ＣＶＤプロセスは、反応ゾーンで反応するＴｉＣｌ_４、ＡｌＣｌ_３、Ｈ_２、及びＮＨ_３を前駆体として使用することを含む。好ましい実施形態では、ＴｉＣｌ_４、ＡｌＣｌ_３及びＨ_２を含む第１の前駆体ガス混合物、並びにＨ_２及びＮＨ_３を含む第２の前駆体ガス混合物がある。第１及び第２の前駆体ガス混合物は、反応ゾーンへの入口で混合される。

好ましくは、Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ層を堆積させるためのＣＶＤプロセスは、ＬＰ－ＣＶＤプロセス（低圧ＣＶＤプロセス）であり、これは、０．０５～８ｋＰａ、好ましくは０．１～７ｋＰａ、特に好ましくは０．３～２ｋＰａのＣＶＤ反応器内のプロセス圧力で行われる。より高いプロセス圧力では、一般に、面心立方及び柱状構造を有するＴｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ層は達成されず、むしろかなりの割合のｗ－ＡｌＮを有する層が達成される。より低いプロセス圧力は、真空を生成するために非常に高い技術的努力を必要とし、さらに、より低い圧力での被覆プロセスは、複雑な成形部品にわたって被覆厚さを均一に分布させるためのより低い投入力を有する。

一実施形態では、ＭｅＣ_ａＮ_ｂの層を堆積させるために、ＣＶＤプロセスは、前駆体としてＭｅＣｌ_４、Ｈ_２、並びに窒素源及び炭素源の一方又は両方を使用することを含む。窒素源は、好ましくはＮ_２、又はＮＨ_３と共にＮ_２である。炭素源としては、ＣＨ_３ＣＮが好ましい。Ｍｅは、Ｔｉ及び／又はＺｒである。

堆積したＴｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ層のアニーリングは、７５０～９００℃、好ましくは８００～８５０℃の温度で適切に行われる。

アニーリングの持続時間は、適切には１～６時間である。

アニーリングは、好ましくは、同じ反応器内のＴｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚの層の堆積直後に行われる。これは、Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚの堆積層がＭｅＣ_ａＮ_ｂの堆積前に冷却される場合に起こり得る冷却亀裂を回避するためである。

一実施形態では、Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚの堆積層のアニーリングは、ＭｅＣ_ａＮ_ｂの層の堆積前、堆積中、及び堆積後の両方で行われる。

本プロセスの好ましい実施形態では、アニーリング中の温度及び持続時間の条件は、アニーリング後のＴｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ層中のＴｉ_１－ｏＡｌ_ｏＣ_ｐＮ_ｑの析出物の発生後の、Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ層中の面心立方（ｆｃｃ）結晶構造の残存含有量が≧８５体積％、好ましくは≧９０体積％、より好ましくは≧９５体積％、特に好ましくは≧９８体積％であるように選択される。

必須のプロセス条件はまた、アニーリング中の空気又は酸素の排除であり、そうしなければＴｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚの層が酸化する可能性があるためである。このプロセスは、例えば、アルゴン、水素又は窒素などの真空又は保護ガス雰囲気下で行うことができる。

好ましくは、被覆の表面は、Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚの層の６～２６％、好ましくは７～２４％、最も好ましくは８～２２％を覆う刃先から２００～４００μｍの距離のすくい面上の領域に残存するＭｅＣ_ａＮ_ｂの一部が存在するまでブラストされ、ＭｅＣ_ａＮ_ｂの一部は前記領域にわたって分布する。

一実施形態では、Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ結晶子の粒界におけるＴｉ_１－ｏＡｌ_ｏＣ_ｐＮ_ｑの析出物は、六方晶ウルツ鉱型結晶構造（ｗ－ＡｌＮ）を有するＡｌＮを含む。

一実施形態では、ＣＶＤプロセスによって、０．０５μｍ～２μｍ、好ましくは０．１μｍ～１μｍの厚さを有する基体上に直接設けられたさらなる層があり、さらなる層は金属窒化物又は金属炭窒化物層であり、Ｍｅは元素の周期表の第４族に属する元素、好ましくはＴｉＮ層又はＴｉ（Ｃ，Ｎ）層である。このさらなる層を堆積させるために、ＣＶＤプロセスは、前駆体としてＭｅＣｌ_４、Ｈ_２、並びに窒素源及び炭素源の一方又は両方を使用することを含む。窒素源は、好ましくはＮ_２である。炭素源は、好ましくはＣＨ_４又はＣＨ_３ＣＮである。Ｍｅは、好ましくはＴｉ及び／又はＺｒ、最も好ましくはＴｉである。

好ましくは、被覆の表面のブラストは、湿式ブラストによって行われる。

本明細書では、「湿式ブラスト」とは、スラリーを形成する液体中で研磨粒子、例えば酸化アルミニウム粒子を含む媒体を使用するブラスト処理を意味し、材料は典型的にはある程度除去されて被覆のより滑らかな表面をもたらす。また、いくつかの残留圧縮応力が被覆に導入される。

湿式ブラストは、スラリーがノズルから出るブラストガンを使用する。一実施形態では、湿式ブラストは、１．８～３．５バール、好ましくは２．０～３バールのノズルの出口でのブラスト圧力を使用して行われる。

一実施形態では、スラリー中の酸化アルミニウム粒子の濃度は、１０～２５体積％、好ましくは１５～２０体積％である。

例えばブラストに使用される砥粒については、粒径を定義する確立された規格－ＦＥＰＡ（ＦｅｄｅｒａｔｉｏｎｏｆＥｕｒｏｐｅａｎＰｒｏｄｕｃｅｒｓｏｆＡｂｒａｓｉｖｅｓ）がある。湿式ブラストに使用される酸化アルミニウム粒子は、適切には、ＦＥＰＡ名称Ｆ１２０～Ｆ２４０、すなわち、約４４～約１０９μｍ、好ましくはＦ１５０～Ｆ２３０の平均グリットサイズ、すなわち、約３６～約８２μｍの平均グリットサイズのうちの１つ以上に属する。ＭｅＣ_ａＮ_ｂ被覆率に関して所望の結果を得るために、適切なグリットサイズが選択される。

一実施形態では、湿式ブラストは、被覆切削工具の表面に対する角度が４０～９０°、好ましくは５０～９０°、最も好ましくは８０～９０°であるブラスト方向に行われる。

一実施形態では、ブラストガンノズルと被覆切削工具の表面との間の距離は、７５～２００ｍｍ、好ましくは１００～１５０ｍｍである。

所望のブラスト時間は、他の全てのブラストパラメータ、すなわちブラスト圧力、酸化アルミニウム粒子の濃度、ブラストガンノズルと被覆切削工具の表面との間の距離、及びブラスト角に依存する。

ブラスト時間は、適切には１～８０分、好ましくは１．５～６０分である。これらの時間範囲は、一般に約２００～４００個のインサートがブラスト前に支持ネット上にまとめられているブラスト処理に有効である。したがって、個々のインサートのブラスト時間は、約０．５～３０秒、好ましくは約１～２０秒である。

一実施形態では、高いブラスト角、すなわち８０～９０°の間が使用される場合、湿式ブラストにおけるブラスト時間は、適切には１０～８０分、好ましくは２０～６０分である。これらの時間範囲は、一般に約２００～４００個のインサートがブラスト前に支持ネット上にまとめられているブラスト処理に有効である。したがって、個々のインサートのブラスト時間は、約２～１０秒である。

一実施形態では、より低いブラスト角、すなわち４５～７０°の間が使用される場合、湿式ブラストにおけるブラスト時間は、適切には１～１０分、好ましくは２～５分である。これらの時間範囲は、一般に約２００～４００個のインサートがブラスト前に支持ネット上にまとめられているブラスト処理に有効である。したがって、個々のインサートのブラスト時間は、約０．２～２秒である。

ブラストの目的は、被覆の表面を平滑化することと、ＭｅＣ_ａＮ_ｂの一部がＴｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚの層のごく一部を被覆したままになるまでＭｅＣ_ａＮ_ｂを除去することの両方である。ブラスト後に過剰のＭｅＣ_ａＮ_ｂが残存する場合、工具寿命はその最適レベルに達しない。一方、ブラスト後に残留するＭｅＣ_ａＮ_ｂが少なすぎると、工具寿命に悪影響を及ぼす。

最後に、本発明はまた、ステンレス鋼の機械加工における本明細書に記載の被覆切削工具の使用に関する。

方法
走査型電子顕微鏡法（ＳＥＭ）：
走査型電子顕微鏡画像のために、ＣａｒｌＺｅｉｓｓ製の電界放出カソードを備えたＳｕｐｒａ４０電子顕微鏡を使用した。粒界析出物を見つけて特徴付けるための画像化条件は、上記で説明されている。ＭｅＣ_ａＮ_ｂの一部によるＴｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚの層の被覆は、倍率５０００Ｘの上面走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像の少なくとも２５μｍ×１５μｍの領域の画像分析によって適切に決定される。

本明細書の実施例では、倍率５０００Ｘの上面走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像の約２５μｍ×１８μｍの領域を使用した。

画像分析に用いたソフトウェアは「画像Ｊ」であった。画像分析では、ＭｅＣ_ａＮ_ｂの領域とＴｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚの領域との間に十分なコントラストが提供され、例えば、白黒である。次いで、それぞれの領域の量を決定することができる。

刃先から２００～４００μｍの距離におけるすくい面上の領域にわたるＭｅＣ_ａＮ_ｂの一部の分布は、３μｍ×３μｍの正方形の格子を、倍率５０００Ｘの上面走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像上に、電子的に又は印刷画像として置くことによって行われる。ＭｅＣ_ａＮ_ｂの領域とＴｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚの領域の両方を含む正方形の数を求める。少なくとも７０個の正方形が調査される。ＭｅＣ_ａＮ_ｂの非常に小さい領域、すなわち０．１μｍ未満の画像における最大幅を有するＭｅＣ_ａＮ_ｂは、重要ではないと考えられ、したがって無視される。全ての正方形のうち、ＭｅＣ_ａＮ_ｂの領域とＴｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚの領域の両方を含む正方形の割合を求める。

残留応力測定：
残留応力の分析のために、面心立方晶Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ層の｛２２２｝干渉は、この目的のために適切な回折計を使用して－６０°～＋６０°までの２５ψ角度（５°ずつ増加）を適用するｓｉｎ^２ψ法に従って測定することができる。バックグラウンド減算、ローレンツ偏波補正、及びＫα_２減算（Ｒａｃｈｉｎｇｅｒ分離）の後、干渉の線の位置は、プロファイル関数を測定データに当てはめることによって決定される。適用される弾性定数は、１／２ｓ_２＝１．９３ＴＰａ^－１及びｓ_１＝－０．１８ＴＰａ^－１である。

Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ層中のラメラ構造の特性評価：
Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ層中のラメラ構造の存在の確認及び特性評価は、例えば、Ｊ．Ｋｅｃｋｅｓら、「Ｓｅｌｆ－ｏｒｇａｎｉｚｅｄｐｅｒｉｏｄｉｃｓｏｆｔ－ｈａｒｄｎａｎｏ－ｌａｍｅｌｌａｅｉｎｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅＴｉＡｌＮｔｈｉｎｆｉｌｍｓ」、ＴｈｉｎＳｏｌｉｄＦｉｌｍｓ５４５（２０１３）、２９－３２ページに記載されているように、Ｘ線回折（ＸＲＤ）によって、及び実行される従来及び高分解能透過型電子顕微鏡法（ＴＥＭ及びＨＲ－ＴＥＭ）によって行うことができる。

表面粗さ：
表面粗さは、ＩＳＯ４２８７：１９９７による算術平均偏差Ｒａである。

ミリングインサートである被覆切削工具の一実施形態を示す。本発明の被覆切削工具の一実施形態の断面の概略図である。ＴｉＮの上層を有するＴｉＡｌＮの被覆の断面であるＳＥＭ画像を示す。本発明の一実施形態の被覆の断面であるＳＥＭ画像を示す。表面上のＴｉＮの一部を示す、本発明の一実施形態の被覆切削工具の上面ＳＥＭ画像を示す。表面上のＴｉＮの一部を示す、本発明の一実施形態の被覆切削工具の、画像処理を施した上面ＳＥＭ画像を示す。表面上のＴｉＮの一部の分布を決定するために、約２．５μｍ×２．５μｍの正方形の格子を画像上に置いた、図６と同じ画像処理ＳＥＭ画像を示す。

図１は、すくい面（２）及び逃げ面（３）並びに刃先（４）を有する切削工具（１）の一実施形態の概略図を示す。切削工具（１）は、この実施形態ではミリングインサートである。

図２は、基体（５）及び被覆（６）を有する本発明の実施形態の被覆切削工具（１）の断面を概略的に示す。被覆（６）は、基体（５）に最も近いＴｉＮ（７）の層と、それに続くＴｉＡｌＮ（８）の層とからなる。ＴｉＮ（９）の一部は、後処理後にＴｉＡｌＮ（８）の層上に残る。

図３は、ＴｉＮ（９）の上層が堆積されたＴｉＡｌＮ（８）の被覆の断面であるＳＥＭ画像を示す。被覆の後処理は行われていない。

図４は、本発明の一実施形態の被覆の断面であるＳＥＭ画像を示す。超硬合金基体（５）上にＴｉＮ（７）の層が存在し、続いてＴｉＡｌＮ（８）の層が存在する。被覆の表面は後処理されているため、実質的に平滑化されており、特にＴｉＡｌＮ結晶子の上面が摩耗している。ＴｉＮ（９）の一部は、ある程度まで、特にＴｉＡｌＮ結晶子の粒界にわたって存在する。

図５は、約１８μｍ×２５μｍの領域を示す、本発明の実施形態の５０００倍の倍率のＳＥＭ画像を示す。ＴｉＮ（９）の一部は、ＴｉＡｌＮ（８）の層上に見られる。ＴｉＮ（９）の一部は、露出したＴｉＡｌＮ（８）よりも画像上で明るい。

図６は、約１８μｍ×２５μｍの領域を示す、本発明の実施形態の５０００倍の倍率のＳＥＭ画像を示す。ＳＥＭ画像は、画像分析においてＴｉＮの領域とＴｉＡｌＮの領域とを分離できるようにするために画像処理に供されている。ＴｉＮ（８）の一部は、黒色のＴｉＡｌＮ（８）の層上に白色で見られる。ＴｉＡｌＮ上のＴｉＮの被覆率は約９％である。

図７は、ＴｉＮ（９）の一部の分布を決定するために、約２．５μｍ×２．５μｍの正方形の格子を画像上に置いた、図６と同じ画像処理ＳＥＭ画像を示す。正方形の総数は６０である。

実施例１：
これらの例における基体として、９０．５重量％のＷＣ、８重量％のＣｏ及び１．５重量％の（ＮｂＣ＋ＴａＣ）の組成を有する幾何形状Ｒ３９０－１１Ｍ－ＭＭの超硬合金切削インサート（ミリングインサート）を使用した。

図１は、ミリングインサートである被覆切削工具（１）の実施形態を示す。切削工具（１）は、すくい面（２）と、逃げ面（３）と、その間の刃先（４）とを有する。

超硬合金割出可能切削インサートの被覆のために、１２５０ｍｍの反応器高さ、３２５ｍｍの反応器直径及び４０リットルの充填装置の容積を有するＢｅｒｎｅｘＢＰＸ３２５Ｓ型のＣＶＤ被覆反応器を使用した。ガス流は、反応器の長手方向軸に対して半径方向であった。

Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ層を接着するために、超硬合金基体のすぐ上に、表１に示す堆積条件下でＣＶＤによって厚さ約０．３μｍのＴｉＮ層を最初に堆積させた。

Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ層の調製のために、出発化合物ＴｉＣｌ_４及びＡｌＣｌ_３を含有する第１の前駆体ガス混合物（ＶＧ１）と、反応性窒素成分として出発成分ＮＨ_３を含有する第２の前駆体ガス混合物（ＶＧ２）とを別々に反応器に導入して、２つのガス流の混合が反応ゾーンへの入口よりも早く行われないようにした。前駆体ガス混合物（ＶＧ１）及び（ＶＧ２）の体積ガス流は、反応器内の反応ガスの平均保持時間及び通常条件下での総体積流が達成されるように設定した。Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ層の調製のためのパラメータを表２に示す。Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ層の厚さは約８μｍであった。

この後、準備した切削インサートを、表３に示す条件下で一定期間熱処理に供した。

熱処理期間中、ＴｉＮの０．３μｍの最上層を堆積させた。このＴｉＮ層の調製のためのプロセスパラメータを表４に示す。したがって、３時間１５分間の熱処理のうち、４５分間のＴｉＮ堆積時間があった。

Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ層の特性評価には、Ｘ線回折（ＸＲＤ）、電子回折、特にＥＢＳＤ、走査型電子顕微鏡法（ＳＥＭ）、走査透過型電子顕微鏡法（ＳＴＥＭ）及び透過型電子顕微鏡法（ＴＥＭ）を適用した。

堆積されたＴｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚにおいて、ｘ＝０．８０、ｙ＝０、ｚ＝１である。

Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚの平均粒径は０．４μｍであった。粒径は、層の途中に線を引き、各Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ柱状結晶子の幅を測定し、平均値を算出した。５０００倍の断面ＳＥＭ像を撮影し、約２０個の結晶子の個々の幅の平均値を算出した。

サンプル１は全く後処理されなかったが、サンプル２～８は異なる厳格性の異なるブラスト手順によって後処理された。

湿式ブラストを、表に記載の「メッシュ」のサイズの酸化アルミニウムグリット（砂）を用いて行った。ブラストガンノズルと被覆表面との間の距離は、トップブラストでは１２０ｍｍ、そうでなければ１３５ｍｍであった。サンプル２にショットピーニングを使用する場合、ＺｒＯ_２系ビーズを乾燥形態で使用し、ビーズは７０～１２０μｍのサイズであった。ブラスト角は、被覆表面とブラスト方向との間の角度である。ブラスト圧力は、スラリーがブラストガンノズルを出るときの圧力である。

異なる処理は以下の通りであった。
１．処理なし
２．ショットピーニング（９０°、５．３バール）＋微湿式ブラスト（１１－１５°、２．６バール、ＦＥＰＡ２４０メッシュグリットサイズ、３分）
３．ＴＢ３（上部湿式ブラスト９０°、２．１バール、ＦＥＰＡ２３０メッシュグリットサイズ、２７分）
４．ＥＲＢ（角度付き湿式ブラスト５５°、２．８バール、ＦＥＰＡ２８０メッシュグリットサイズ、３分）
５．ＴＢ１（上部湿式ブラスト９０°、２．０バール、ＦＥＰＡ２３０メッシュグリットサイズ、５４分）
６．ＥＲＢ（角度付き湿式ブラスト５５°、２．８バール、１５０メッシュグリットサイズ、１．８分）
７．ＥＲＢ（角度付き湿式ブラスト５５°、２．１バール、１５０メッシュグリットサイズ、３分）
８．ＥＲＢ（角度付き湿式ブラスト５５°、３．２バール、１５０メッシュグリットサイズ、４．５分）

各サンプルについて、ＳＥＭ像を５０００倍の倍率で画像分析して、外表面に残存するＴｉＮ量を求めた。すくい面の刃先から約２５０μｍの約１８μｍ×２５μｍの領域を分析した。画像分析に用いたソフトウェアは「画像Ｊ」であった。

いくつかのサンプルについて、後処理後の被覆の表面粗さＲａを測定した。刃先から約２５０μｍの距離のすくい面で測定した。

結果を表５に示す。

ＴｉＮの一部を、刃先から２５０μｍの距離ですくい面上の領域にわたって分布させ、２．５μｍ×２．５μｍの正方形の格子を５０００倍の倍率で上面走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像の上に置いたときに、以下の結果が得られた。

図６は、約１８μｍ×２５μｍの領域を示す、サンプル６の５０００倍の倍率のＳＥＭ画像を示す。画像は画像処理に供されている。ＴｉＮの一部は白色に見え、ＴｉＡｌＮは黒色に見える。

図７は、表面上のＴｉＮの一部の分布を決定するために、約２．５μｍ×２．５μｍの正方形の格子を画像上に置いた、図６と同じ画像処理ＳＥＭ画像を示す。

透過型電子顕微鏡法（ＴＥＭ）を用いた分析により、Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ層がＴｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ結晶子の粒界にＴｉ_１－ｏＡｌ_ｏＣ_ｐＮ_ｑ析出物を含むことが確認された。さらに、Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ結晶子中に≧９５体積％の面心立方（ｆｃｃ）相の存在、隣接する粒界でのＴｉ_１－ｏＡｌ_ｏＣ_ｐＮ_ｑ析出物中の結晶ドメインとのエピタキシャル関係、及びＴｉ_１－ｏＡｌ_ｏＣ_ｐＮ_ｑ析出物中のｗ－ＡｌＮ相の存在がある。ｗ－ＡｌＮ構造を有するＴｉ_１－ｏＡｌ_ｏＣ_ｐＮ_ｑ析出物を有するＴｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ結晶子の粒界における平均距離は約２５ｎｍである。

さらに、Ｔｉ_１－ｘＡ_ｌｘＣ_ｙＮ_ｚ層のラメラ構造が存在する。より高いＴｉ割合（より低いＡｌ割合）及びより低いＴｉ割合（より高いＡｌ割合）の交互のラメラが存在する。より高いＴｉ割合の領域は、一般に、ラメラ構造のＡｌリッチ領域よりも著しく薄い。

さらに、全体構造は面心立方（ｆｃｃ）相からなる。ラメラ構造全体は面心立方（ｆｃｃ）相からなり、それによって１つの結晶子内に同じ配向が存在する。

実施例２：切削試験
サンプル１～８は、以下の切削条件下でミリング操作（湿式コーム亀裂及びフレーキング試験）で試験した。
工作物材料：ステンレス鋼：ＳＳ２３４３－２８ＰＲ
手順：アップミリング、湿式冷却剤
歯当たりの供給量：ｆ_ｚ＝０．２ｍｍ
切削深さ：ａ_ｐ＝３ｍｍ
切削速度：ｖ_ｃ＝１５０ｍ／分
ミリング幅：ａ_ｅ＝１５ｍｍ
通過長：２００ｍｍ

カットオフ基準、ＶＢｍａｘはチッピング＞０．３ｍｍである

結果を表７に示す。

Claims

すくい面（２）と、逃げ面（３）と、その間の刃先（４）とを有する被覆切削工具（１）であって、超硬合金、サーメット、セラミック、鋼又は高速度鋼の基体（５）と、２～２０μｍの合計厚さを有する被覆（６）とを含み、前記被覆（６）が、
・０．４０≦ｘ≦０．９５、０≦ｙ≦０．１０及び０．８５≦ｚ≦１．１５であり、１～１８μｍの厚さを有するＴｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ（８）の層であって、Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ（８）の層が、粒界を有する柱状構造の結晶子を含み、Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚが、≧８５体積％の面心立方（ｆｃｃ）結晶構造を含み、すくい面（２）上の、Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ（８）の層と、
・ＭｅＣ_ａＮ_ｂ（９）の一部であって（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、ａ＋ｂ＝１）、Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ（８）の層上に存在し、Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ（８）の層が、ＭｅＣ_ａＮ_ｂ（９）の一部と共に被覆（６）の最外部を形成し、Ｍｅが、Ｔｉ及び／又はＺｒであり、すくい面（２）上の、刃先（４）から２００～４００μｍの距離にある領域内のＭｅＣ_ａＮ_ｂ（９）の一部が、Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ（８）の層の５～２８％を覆い、ＭｅＣ_ａＮ_ｂ（９）の一部が、前記領域にわたって分布している、ＭｅＣ_ａＮ_ｂ（９）の一部と、
を含む、被覆切削工具（１）。
Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚの層（８）が、Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ結晶子の粒界にＴｉ_１－ｏＡｌ_ｏＣ_ｐＮ_ｑの析出物を含み、Ｔｉ_１－ｏＡｌ_ｏＣ_ｐＮ_ｑの析出物が、Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ結晶子の内部よりも高いＡｌ含有量を有し、０．９５≦ｏ≦１．００、０≦ｐ≦０．１０、０．８５≦ｑ≦１．１５及び（ｏ－ｘ）≧０．０５である、請求項１に記載の被覆切削工具（１）。
Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚの層（８）が、層の０．３μｍの最上部のＴｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ結晶子の粒界にＴｉ_１－ｏＡｌ_ｏＣ_ｐＮ_ｑの析出物を含む、請求項２に記載の被覆切削工具（１）。
Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚの層（８）が、層全体にわたるＴｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ結晶子の粒界におけるＴｉ_１－ｏＡｌ_ｏＣ_ｐＮ_ｑの析出物を含む、請求項２又は３のいずれか一項に記載の被覆切削工具（１）。
Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ結晶子の粒界におけるＴｉ_１－ｏＡｌ_ｏＣ_ｐＮ_ｑの析出物が、六方晶ウルツ鉱型結晶構造（ｗ－ＡｌＮ）を有するＡｌＮを含むことを特徴とする、請求項２から４のいずれか一項に記載の被覆切削工具（１）。
Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ（８）が、≧９０体積％の面心立方（ｆｃｃ）結晶構造を含むことを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の被覆切削工具（１）。
Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚが、０．６０≦ｘ≦０．９０、ｙ＝０及び０．８５≦ｚ≦１．１５の化学量論係数を有することを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の被覆切削工具（１）。
刃先（４）から２００～４００μｍの距離にあるすくい面（２）上の領域におけるＭｅＣ_ａＮ_ｂ（９）の一部が、Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ（８）の層の７～２４％を覆い、ＭｅＣ_ａＮ_ｂ（９）の一部が前記領域にわたって分布している、請求項１から７のいずれか一項に記載の被覆切削工具（１）。
ＭｅＣ_ａＮ_ｂ（９）が、ＴｉＮ又はＴｉ（Ｃ，Ｎ）であることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の被覆切削工具（１）。
すくい面（２）上の被覆の表面粗さＲａが、刃先（４）から２００～４００μｍの距離で２０～６０ｎｍ、好ましくは３０～５０ｎｍであることを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載の被覆切削工具（１）。
すくい面（２）と、逃げ面（３）と、その間の刃先（４）とを有し、超硬合金、サーメット、セラミック、鋼又は高速度鋼の基体（５）と、０．４０≦ｘ≦０．９５、０≦ｙ≦０．１０、及び０．８５≦ｚ≦１．１５であり、１～１８μｍの厚さのＴｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ（８）の層を含む２～２０μｍの厚さの被覆（６）と、を含み、Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ（８）の層が、粒界を有する柱状構造の結晶子を含み、Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ（８）が、≧８５体積％の面心立方晶（ｆｃｃ）結晶構造を含む、被覆切削工具（１）の製造方法であって、方法が、
・ＣＶＤプロセスによってＴｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ（８）の層を提供する工程と、
・Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ（８）の層の真上のＣＶＤプロセスによって、ＭｅＣ_ａＮ_ｂ（９）の層（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、ａ＋ｂ＝１）を提供する工程であって、ＭｅはＴｉ及び／又はＺｒである、提供する工程と、
・Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ（８）の層の５～２８％を覆う刃先（４）から２００～４００μｍの距離ですくい面（２）上の領域に残存するＭｅＣ_ａＮ_ｂ（９）の一部が存在するまで被覆（６）の表面をブラストする工程であって、ＭｅＣ_ａＮ_ｂ（９）の一部が前記領域にわたって分布する、ブラストする工程と、
を含む、方法。
被覆（６）の表面をブラストする工程の前に、Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ（８）の堆積層が、空気又は酸素の排除下、７００～９５０℃の範囲内の温度で０．５～１２時間の持続時間にわたってアニーリングを受け、条件が、Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ結晶子の粒界でＴｉ_１－ｏＡｌ_ｏＣ_ｐＮ_ｑの析出物が生成され、Ｔｉ_１－ｏＡｌ_ｏＣ_ｐＮ_ｑの析出物がＴｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ結晶子の内部よりも高いＡｌ含有量を有するように選択され、０．９５≦ｏ≦１．００、０≦ｐ≦０．１０、０．８５≦ｑ≦１．１５及び（ｏ－ｘ）≧０．０５であることを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ（８）の堆積層のアニーリングが、ＭｅＣ_ａＮ_ｂ（９）の層の堆積前、堆積中、及び堆積後の両方で行われることを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
Ｔｉ_１－ｘＡｌ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ（８）の層の堆積のためのＣＶＤプロセスが、ＬＰ－ＣＶＤプロセスであり、ＣＶＤプロセスが、０．０５～８ｋＰａのＣＶＤ反応器内のプロセス圧力で実行されることを特徴とする、請求項１１から１３のいずれか一項に記載の方法。
被覆（６）の表面のブラストが、スラリーが、ブラストガンノズルを出る酸化アルミニウム粒子のスラリーを使用する湿式ブラストによって行われ、湿式ブラストが、１．８～３．５バール、好ましくは２．０～３．０バールのノズルの出口でのブラスト圧力を使用して行われ、スラリー中の酸化アルミニウム粒子の濃度が、１０～２５体積％、好ましくは１５～２０体積％であり、酸化アルミニウム粒子が、ＦＥＰＡ名称Ｆ１２０～Ｆ２４０、好ましくはＦ１５０～Ｆ２３０のうちの１つ以上に属し、ブラストガンノズルと被覆切削工具（１）の表面との間の距離が、７５～２００ｍｍ、好ましくは１００～１５０ｍｍであり、湿式ブラストは、被覆切削工具（１）の表面に対して４０～９０°、好ましくは５０～９０°の角度を有するブラスト方向で行われ、ブラスト時間が、１～７５分、好ましくは１．５分～６０分であることを特徴とする、請求項１１～１４のいずれか一項に記載の方法。
ステンレス鋼の機械加工における、請求項１から１０のいずれか一項に記載の被覆切削工具（１）の使用。