JP4973880B2 - 表面被覆切削工具 - Google Patents

Description

本発明は、基材と該基材上に形成された被膜とを備える表面被覆切削工具に関する。

近年の工作機械の高性能化はめざましいが、その一方で、切削加工に対する更なる高能率化の要求は高まっている。これに伴い、切削加工における高速化の傾向が強まっている。また、Ｐｂフリー鋼やダクタイル鋳鉄といった被削材を対象とする切削工具において、さらなる耐摩耗性の向上が求められている。耐摩耗性と刃先強度とは、トレードオフの関係にあり、従来の技術ではこれらを両立させることは困難であった。そのため、高能率加工の要求を十分に満たすことができていないのが現状である。

従来の技術としては、Ｚｒを被膜に含有させることで耐摩耗性を改善させる試みがなされているが、単にＺｒを含有する被膜を設けるだけでは、高速加工に対応できる物性を有する切削工具は得られていない（たとえば、特許文献１など）。

また、Ｚｒを含有させた層において、Ｚｒと特定の元素の含有量の最高含有点が交互に存在する組成分布を有し、また組成分布が連続的に変化する構造の被膜を備える切削工具が提案されている（たとえば、特許文献２など）。
特開昭５９−２２２５７０号公報 特開２００４−４２１５０号公報

しかしながら、これらの特許文献１および特許文献２などで提案されている切削工具は、耐摩耗性と刃先強度の両方を十分に向上できたものではなかった。

本発明は、上記のような現状に鑑みなされたものであって、その目的とするところは、高速条件下の切削においてクレーター摩耗を低減するとともに高度な耐摩耗性を付与することができる被膜を備えた表面被覆切削工具を提供することにある。

本出願人は上記目的を達成するには、基材上に形成される被膜においてＡｌとＺｒの含有量を特定の範囲で連続的に変化させて形成すること、および酸化ジルコニウムを含有させることで、特に、鋼、鋳鉄の切削において、耐摩耗性を改善することが可能であり、より高速域での切削において寿命が長くなることを見出した。

すなわち、本発明の表面被覆切削工具は、基材と該基材上に形成された被膜とを備える表面被覆切削工具であって、この被膜は、１層または２層以上の層からなり、被膜のうち少なくとも１層は、ＡｌとＺｒとを少なくとも含む硬質酸化物被膜層であり、硬質酸化物被膜層は、ＡｌとＺｒの含有量が前記硬質酸化物被膜層の厚み方向に沿って変化する組成構造を有し、この変化は、Ａｌの含有量が極大となるＡｌ極大含有点とＺｒの含有量が極大となるＺｒ極大含有点とを含み、Ａｌ極大含有点とＺｒ極大含有点とが繰り返し存在し、Ａｌ極大含有点におけるＡｌの含有比率Ａｌ／（Ａｌ＋Ｚｒ）は、原子比で０．９９９９＜Ａｌ≦１であり、Ｚｒ極大含有点におけるＺｒの含有量比率Ｚｒ／（Ａｌ＋Ｚｒ）は、原子比で０．００１≦Ｚｒ／（Ａｌ＋Ｚｒ）≦０．２であり、硬質酸化物被膜層は、酸化ジルコニウムを含むことを特徴とする。

上記硬質酸化物被膜層は、その厚みが０．０５μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましい。

隣接する上記Ａｌ極大含有点と上記Ｚｒ極大含有点との間隔は、０．００５μｍ以上１μｍ以下であることが好ましい。

上記被膜は、周期律表ＩＶａ族元素、Ｖａ族元素、ＶＩａ族元素、ＡｌおよびＳｉからなる群より選択される少なくとも１種の元素、または、該元素と硼素、炭素、窒素および酸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、からなる被覆層Ｘを含むことが好ましい。

また、上記被膜は、Ａｌ酸化物層をさらに含み、かつ、このＡｌ酸化物層は、Ａｌ酸化物を含む層であり、硬質酸化物被膜層の直下に形成されることが好ましい。

上記被膜は、ＴｉＢ_xＮ_y（ｘ、ｙは原子％を表し、０．００１＜ｘ／（ｘ＋ｙ）＜０．２を満たす）からなるＴｉＢＮ層をさらに含み、かつ、このＴｉＢＮ層は、Ａｌ酸化物層の直下に形成されることが好ましい。

また、上記被膜は、ＴｉＢ_aＮ_bＯ_c（ａ、ｂおよびｃは原子％を表し、０．０００５＜ａ／（ａ＋ｂ＋ｃ）＜０．２、かつ０＜ｃ／（ａ＋ｂ＋ｃ）＜０．５を満たす）からなるＴｉＢＮＯ層をさらに含み、かつ、このＴｉＢＮＯ層は、Ａｌ酸化物層の直下に形成されることが好ましい。

上記Ａｌ酸化物は、α−アルミナであることが好ましい。
上記硬質酸化物被膜層の厚みｄ₁と上記Ａｌ酸化物層の厚みｄ₂とは、ｄ₁／（ｄ₁＋ｄ₂）＞０．０５を満たすことが好ましい。

上記硬質酸化物被膜層と上記Ａｌ酸化物層とは、その合計厚みが０．５μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましい。

上記表面被覆切削工具は、刃先稜線部を有し、この刃先稜線部において、上記硬質酸化物被膜層、上記Ａｌ酸化物層および上記被覆層Ｘの少なくともいずれかが露出し、刃先稜線部以外の部分は、隣接する上記Ｚｒ極大含有点と上記Ａｌ極大含有点とが交互に繰り返し存在し、その間隔が０．００５μｍ以上１μｍ以下である硬質酸化物被膜層が露出していることが好ましい。

上記被膜は、該層を形成する少なくとも１以上の層が圧縮残留応力を有するかまたは応力を有さない層である態様とすることができ、該圧縮残留応力を有するかまたは応力を有さない層は、上記硬質酸化物被膜層および上記Ａｌ酸化物層の少なくともいずれかであることが好ましい。

上記被膜は、化学蒸着法により形成されることが好ましい。
上記被覆層Ｘは、１層以上形成され、少なくとも１層は、ＭＴ−ＣＶＤ法により形成されたＴｉＣＮを層全体の５０質量％以上含有する層であることが好ましい。

上記被膜は、その最下層としてチタン化合物を含有するチタン化合物層が形成されることが好ましい。

上記被膜は、その厚みが１μｍ以上２５μｍ以下であることが好ましい。
上記基材は、超硬合金、サーメット、酸化アルミニウム系セラミックス、および窒化珪素系セラミックスの少なくともいずれかであることが好ましい。

上記基材上に形成される被膜においてＡｌとＺｒの含有量を特定の範囲で連続的に変化させて形成し、また、該被膜に酸化ジルコニウムを含むことで、特に、鋼、鋳鉄の切削において、耐摩耗性を改善することが可能であり、さらに寿命を伸ばすことができる。

＜表面被覆切削工具＞
本発明の表面被覆切削工具は、基材と該基材上に形成された被膜とを備えるものである。このような構成を有する本発明の表面被覆切削工具は、例えばドリル、エンドミル、フライス加工用または旋削加工用刃先交換型切削チップ、メタルソー、歯切り工具、リーマ、タップ、またはクランクシャフトのピンミーリング加工用チップとして極めて有効に用いることができる。そして、本発明の被覆切削工具は、鋼や鋳鉄などの旋削加工用刃先交換型切削チップとして特に有効に用いることができる。

＜基材＞
本発明の表面被覆切削工具の基材としては、このような切削工具の基材として知られる従来公知のものを特に限定無く使用することができる。例えば、超硬合金（例えばＷＣ基超硬合金、ＷＣの他、Ｃｏを含み、あるいはさらにＴｉ、Ｔａ、Ｎｂ等の炭窒化物等を添加したものも含む）、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、炭化硅素、窒化硅素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、およびこれらの混合体など）、立方晶型窒化硼素焼結体、ダイヤモンド焼結体等をこのような基材の例として挙げることができる。このような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やη相と呼ばれる異常相を含んでいても本発明の効果は示される。なお、これらの基材は、その表面が改質されたものであっても差し支えない。たとえば、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、サーメットの場合には表面硬化層が形成されていたりしてもよく、このように表面が改質されていても本発明の効果は示される。

これらの基材のなかでも、超硬合金、サーメット、酸化アルミニウム系セラミックス、および窒化珪素系セラミックスの少なくともいずれかである場合、本発明における被膜を形成することで、鋼や鋳鉄に対する耐摩耗性をより改善することができる。

＜被膜＞
本発明の表面被覆切削工具の上記基材上に形成される被膜は、１層または２層以上からなる。そして、それらの層のうち少なくとも１の層は、以下で詳述するＡｌとＺｒの含有量を特定の範囲で連続的に変化させて形成した硬質酸化物被膜層である。本発明における被膜は、この硬質酸化物被膜層を含む限り、さらに他の層を含んでいても差し支えない。なお、本発明における被膜は、基材上の全面を被覆するもののみに限定されるものではなく、切れ刃を含むコーナー部分など、部分的に被膜が形成される態様をも含む。

このような被膜の合計厚み（２層以上の層が形成される場合はその総膜厚）は、１μｍ以上２５μｍ以下とすることが好ましく、より好ましくはその上限が２３μｍ以下、さらに好ましくは２０μｍ以下、その下限が１．５μｍ以上、さらに好ましくは２μｍ以上である。その厚みが１μｍ未満の場合、耐摩耗性等の諸特性の向上作用が十分に示されない場合があり、２５μｍを超えると、被膜の合計厚みが上記範囲内にある場合に比べて、大きな耐摩耗性の改善効果は認められない傾向にあり、また、刃先強度が低下する場合があるため、工業的に不利となる。なお、膜厚の測定方法としては、切削工具を切断し、その断面をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）または金属顕微鏡にて観察することができ、膜組成の測定方法としては、同様に切削工具を切断し、その断面をＥＰＭＡ、ＥＳＣＡ、ＸＰＳ、ＥＤＳ、ＷＤＳ、ＥＥＬＳなどを用いた微小分析により行なうことができる。また、必要に応じてＴＥＭを用いて分析してもよい。

＜硬質酸化物被膜層＞
本発明における硬質酸化物被膜層はＡｌとＺｒとからなる複合被膜により形成される硬質酸化物被膜層である。この硬質酸化物被膜層は、ＡｌとＺｒの含有量が前記硬質酸化物被膜層の厚み方向に沿って変化する組成構造を有し、この変化は、Ａｌの含有量が極大となるＡｌ極大含有点とＺｒの含有量が極大となるＺｒ極大含有点とを含み、Ａｌ極大含有点とＺｒ極大含有点とは繰り返し存在し、Ａｌ極大含有点におけるＡｌの含有量比率Ａｌ／（Ａｌ＋Ｚｒ）は、原子比で０．９９９９＜Ａｌ／（Ａｌ＋Ｚｒ）≦１であり、Ｚｒ極大含有点におけるＺｒの含有量比率Ｚｒ／（Ａｌ＋Ｚｒ）は、原子比で０．００１≦Ｚｒ／（Ａｌ＋Ｚｒ）≦０．２である。このような硬質酸化物被膜層を含むことにより、被膜の硬度が高くなり、かつ断熱性が向上するので、鋼や鋳鉄に対する耐摩耗性が向上する。本発明における硬質酸化物被膜層は、ＡｌおよびＺｒの酸化物以外に不可避不純物を含むものとする。たとえば、Ａｌの酸化物としてはα−アルミナ、κ−アルミナ、γ−アルミナ、θ−アルミナ、δ−アルミナ、η−アルミナ、χ−アルミナ、無定形アルミナなどが挙げられる。各硬質酸化物被膜層は、これらの酸化物の１種または２種以上から形成することができる。

隣接する上記Ａｌ極大含有点間または上記Ｚｒ極大含有点間において、ＡｌとＺｒの含有量はそれぞれ硬質酸化物被膜層の厚み方向に沿って連続的に変化してもよいし、たとえば、０．００１μｍ以上０．５μｍ以下の幅をおいて段階的に変化するものも含む。この場合、ＡｌとＺｒのそれぞれの含有量比率の変化の傾斜は、極大含有点の間隔にあわせて調整すればよい。また、隣接する上記極大含有点の間には、含有量が最低となる極小含有点が存在し、変化するとは、極大含有点から極小含有点の間では、含有量が連続的に減少することをいい、極小含有点から極大含有点の間では、含有量が連続的に増加することをいう。また、上記極大含有点は硬質酸化物被膜層の厚み方向において繰り返し存在すればよいものであり、繰り返しの数は特に限定されないが、耐摩耗性および耐熱性をより向上させることができる点から、Ａｌ極大含有点とＺｒ極大含有点とはそれぞれ２以上（Ａｌ極大含有点とＺｒ極大含有点の繰り返し数が２以上）であることが好ましく、４以上とすることがより好ましい。

ＡｌとＺｒの上記極大含有点は、それぞれの極大含有点が厚み方向の同じ位置に存在してもよいし、異なる位置に存在してもよいが、被膜全体の硬度を高める点から、両者が異なる位置に存在し、かつＡｌ極大含有点とＺｒ極大含有点とが交互に存在することが望ましい。すなわち、Ａｌ極大含有点と厚み方向の同じ位置にＺｒ極小含有点が存在し、Ｚｒ極大含有点と厚み方向の同じ位置にＡｌ極小含有点が存在する場合である。Ａｌ極大含有点は相対的に優れた耐摩耗性、特に化学摩耗を抑制する効果を有するが断熱性が不十分であり、他方、Ｚｒ極大含有点は相対的に優れた断熱性を有するが耐摩耗性が不十分である場合がある。このため、Ａｌ極大含有点の断熱性の不十分さと、Ｚｒの極大含有点の耐摩耗性の不十分さとを互いの含有により補わせるために、上記のようにＡｌとＺｒの極大含有点は交互に存在させることが望ましい。また、Ａｌの含有による耐摩耗性とＺｒの含有による断熱性の効果を相互に補うことが可能であれば、交互とは上記ＡｌとＺｒの極大含有点は必ずしも厚み方向の同一の位置をいうものではなく、たとえば、０．００１μｍ以上０．５μｍ以下の範囲内で、厚み方向上下に異なる位置に存在してもよい。

隣接する上記Ａｌ極大含有点と上記Ｚｒ極大含有点とが交互に繰り返し存在する場合は、そのＡｌ極大含有点とＺｒ極大含有点との間隔は、０．００５μｍ以上１μｍ以下であることが好ましく、０．０３μｍ以上０．６μｍ以下であることがより好ましい。この間隔が０．００５μｍ未満では、上記の原子組成範囲においてそれぞれの極大の含有量となる点（極大含有点）を明確に形成することが難しく、またその間隔が１μｍを超える場合は、断熱性や耐摩耗性の不足する点が硬質酸化物被膜層内に局部的に現れることが多くなり、そのため切削工具の刃先の摩耗や、基材の塑性変形が進行しやすくなる場合がある。Ａｌ極大含有点とＺｒ極大含有点との間隔は、後述のように厚み方向において一定でもよく、上記のような範囲を満たす範囲において互いに異なるように形成してもよい。なお、上記極大含有点は、厚み方向に幅を持って存在する場合も含み、このような場合には、厚み方向において原子比が一定である帯域の中心部を極大含有点とみなすものとする。

上記極大含有点におけるＡｌの含有量比率Ａｌ／（Ａｌ＋Ｚｒ）は原子比で、０．９９９９＜Ａｌ／（Ａｌ＋Ｚｒ）≦１であり、好ましく０．９９９９２以上である。Ｚｒの含有量比率が下記範囲内であって、かつＡｌの含有量比率が０．９９９９以下の場合は、被膜の硬度が不十分となり、鋼や鋳鉄の切削時において耐摩耗性が不足して寿命が短くなる場合がある。

上記極大含有点におけるＺｒの含有量比率Ｚｒ／（Ａｌ＋Ｚｒ）は原子比で、０．００１≦Ｚｒ／（Ａｌ＋Ｚｒ）≦０．２であり、好ましくは０．１８以下であり、より好ましくは０．１５以下である。また、Ｚｒの含有量比率は好ましくは０．００１２以上、より好ましくは０．００１５以上である。Ｚｒの含有量比率が０．２を超える場合は、Ｚｒの含有量比が多くなり、被膜の化学的安定性に欠ける。Ｚｒの含有量比率が０．００１未満の場合は、本発明における被膜の断熱性が低下する。

上記極大含有点における原子比は、厚み方向において一定ではなく、上記範囲を満足するのであれば、たとえば厚み方向の隣接するＺｒ極大含有点どうしの原子比は異なっていてもよい。

上記硬質酸化物被膜層には、Ｚｒが上記原子比を満たす範囲内で、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂）を含有する。このように硬質酸化物被膜層中に酸化ジルコニウムを含有している場合、鋼や鋳鉄の高速切削において優れた耐摩耗性を示す。この理由は不明であるが、ＺｒＯ₂を含有することで、本発明における硬質酸化物被膜層の断熱性が高まるためと推測される。

硬質酸化物被膜層に酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂）を含有することは、たとえば、ＸＲＤ測定を行ない、Ａｌの酸化物とＺｒＯ₂とに関するＸ線の回折角度と回折強度のデータを収集することにより確認することができる。具体的には、主体となっている「アルミニウムの酸化物の結晶構造において、ＪＣＰＤＳ（Join Committee on Powder Diffraction Standards）カードにおける基準回折強度において、回折強度が高いものから順に並べた８つの面間隔における回折強度のうち、最も回折強度が低い面間隔の回折強度」と、「ジルコニウムの酸化物（ＺｒＯ₂）のそれぞれ結晶構造において、ＪＣＰＤＳカードにおける面間隔ｄ（Å）が、ＺｒＯ₂単斜晶の場合：３．１６４Å、２．８４０Å、２．６０６Å（いずれも小数点以下四桁目は切り捨て）、またはＺｒＯ₂正方晶の場合：２．９５０Å、１．８１０Å、１．５３５Å（いずれも小数点以下四桁目は切り捨て）の面間隔における回折強度のなかで、最も回折強度が高いものの回折強度」とを比べ、これらの「ジルコニウムの酸化物（ＺｒＯ₂）に関する回折強度うちのいずれかが、前述のアルミニウムの酸化物に関する回折強度の一番小さいものより大きい場合」は、硬質酸化物被膜層はＺｒＯ₂を含有していると判断する。

すなわち、たとえば、アルミニウムの酸化物がα−Ａｌ₂Ｏ₃の場合、基準回折強度においてＪＣＰＳＤカードにおける回折強度が高いものから順に並べた８つの面間隔ｄ（Å）は、３．４７９Å、２．５５２Å、２．３７９Å、２．０８５Å、１．７４０Å、１．６０１Å、１．４０４Å、１．３７４Å（いずれも小数点以下四桁目は切り捨て）となる。これらの面間隔における回折強度のなかで最も回折強度が低いものと、ジルコニウムの酸化物（ＺｒＯ₂）に起因する面間隔ｄ（Å）が単斜晶の場合の３．１６４Å、２．８４０Åおよび２．６０６Åにおける回折強度、または正方晶の場合の２．９５０Å、１．８１０Åおよび１．５３５Å（いずれも小数点以下四桁目は切り捨て）における回折強度のなかで最も回折強度が高いものとを比べて、後者の回折強度が高い場合は、硬質酸化物被膜層にＺｒＯ₂が含有されているものと判断する。なお、上記α−Ａｌ₂Ｏ₃の面間隔はＪＣＰＤＳのNo.46-1212およびNo.010-0173（Huang,T.,Parrish,W.,Masciocchi,N.,Wang,P.,Adv.X-Ray Anal.,33,295.（1990）、Acta Crystallogr.,Sec.B:Structural Science.49,973,（1993））を基準とするものである。

また、たとえば、アルミニウムの酸化物がκ−Ａｌ₂Ｏ₃の場合、α−Ａｌ₂Ｏ₃の場合と同様、基準回折強度においてＪＣＰＳＤカードにおける回折強度が高いものから順に並べた８つ面間隔ｄ（Å）、３．０４０Å、２．７９０Å、２．５７０Å、２．３２０Å、２．１１０Å、１．６４０Å、１．４３０Å、１．３９０Å（いずれも小数点以下四桁目は切り捨て）における回折強度のなかで最も回折強度が低いものと、ジルコニウムの酸化物（ＺｒＯ₂）に起因する面間隔ｄ（Å）が単斜晶の場合の３．１６４Å、２．８４０Åおよび２．６０６Åにおける回折強度、または正方晶の場合の２．９５０Å、１．８１０Åおよび１．５３５Å（いずれも小数点以下四桁目は切り捨て）における回折強度のなかで最も回折強度が高いものとを比べて、後者の回折強度が高い場合は、硬質酸化物被膜層にＺｒＯ₂が含有されているものと判断する。なお、上記κ−Ａｌ₂Ｏ₃の面間隔は、ＪＣＰＤＳのNo.052-0803およびNo.004-0878（Halvarsson,M.,Langer,V.,Vuorinen,S.,Powder Diffraction,14,61,（1999）、Yourdshahyan,Y.,Ruberto,C.,Halvarsson,M.,Bengtsson,L.,Langer,V.,Lundqvist,B.,J.Am.Ceram.Soc.,82,1365.（1999）、Stumpf et al.,Ind.Eng.Chem.,42,1398,（1950））を基準とするものである。

上記硬質酸化物被膜層は、その厚みが０．０５μｍ以上であることが好ましく、より好ましくは０．１μｍ以上、さらに好ましくは、０．５μｍ以上２０μｍ以下である。硬質酸化物被膜層の厚みが０．０５μｍ未満の場合は、該硬質酸化物被膜層を設ける効果が十分得られない場合がある。

＜被覆層Ｘ＞
上記被膜は、周期律表ＩＶａ族元素、Ｖａ族元素、ＶＩａ族元素、ＡｌおよびＳｉからなる群より選択される少なくとも１種の元素、または、周期律表ＩＶａ族、Ｖａ族およびＶＩａ族の元素、ＡｌおよびＳｉからなる群より選択される少なくとも１種の元素と硼素、炭素、窒素および酸素からなる群より選択される少なくとも１種とからなる化合物、からなる被覆層Ｘを含むことが好ましい。このような被覆層Ｘを設けることによって、耐摩耗性と靭性とのバランスをより高めることができる。被覆層Ｘを構成する元素または化合物が２種以上により構成される場合、その組み合わせは特に限定されるものではない。上記のような元素または化合物としては、たとえばＣｒ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｈｆ、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＮＯ、ＴｉＣＮＯ、ＴｉＢ₂、ＴｉＯ₂、ＴｉＢＮ、ＴｉＢＮＯ、ＴｉＣＢＮ、ＺｒＣ、ＺｒＯ₂、ＨｆＣ、ＨｆＮ、ＴｉＡｌＮ、ＡｌＣｒＮ、ＣｒＮ、ＶＮ、ＴｉＳｉＮ、ＴｉＳｉＣＮ、ＡｌＴｉＣｒＮ、ＴｉＡｌＣＮ、ＺｒＣＮ、ＺｒＣＮＯ、Ａｌ₂Ｏ₃、ＡｌＮ、ＡｌＣＮ、ＺｒＮ、ＴｉＺｒＮ、ＴｉＺｒＣＮ、ＴｉＺｒＣ、ＴｉＡｌＣ、ＮｂＣ、ＮｂＮ、ＮｂＣＮ、Ｍｏ₂Ｃ、ＷＣ、Ｗ₂Ｃ等を挙げることができる。なお、本発明において上記のように化合物を化学式で表わす場合、原子比を特に限定しない場合は従来公知のあらゆる原子比を含むものとし、必ずしも化学量論的範囲のもののみに限定されるものではない。たとえば単に「ＴｉＣＮ」と記す場合、「Ｔｉ」と「Ｃ」と「Ｎ」の原子比は５０：２５：２５の場合のみに限られず、また「ＴｉＮ」と記す場合も「Ｔｉ」と「Ｎ」の原子比は５０：５０の場合のみに限られない。これらの原子比としては従来公知のあらゆる原子比が含まれるものとする（以下の化学蒸着層、物理蒸着層、実施例等において同じ）。

上記被覆層Ｘの厚さは、特に限定されないが、０．１μｍ以上３０μｍ以下とすることが好ましい。被覆層Ｘの厚みが０．１μｍ未満では、前述のバランス改善の効果が現れない場合があり、３０μｍを超える場合は、耐摩耗性の大幅な改善は認められず、耐欠損性が劣化する場合がある。

上記被膜において、被覆層Ｘを形成する厚み方向の位置は特に限定されるものではなく、たとえば、上記硬質酸化物被膜層の上に形成した場合は、耐摩耗性、放熱性、耐溶着性、使用刃先の認識性等のうち少なくとも１の特性を改善することができ、上記硬質酸化物被膜層の下に形成した場合は、耐摩耗性と靭性とのバランスの改善や、これらの層間での密着力の改善を実現することができる。

また、上記被覆層Ｘは、１層または２層以上形成してもよく、複数層形成する場合は、少なくとも１層を、ＭＴ−ＣＶＤ法により形成されたＴｉＣＮ層とすることが好ましく、この場合、耐摩耗性と切削工具の刃先の強度のバランスを良好なものとすることができる。このＴｉＣＮ層の組成比は特に限定されず、また、ＴｉＣＮ層中には、例えば、酸素、ケイ素、Ｚｒ、Ｈｆ、Ａｌ等その他の元素が含まれていてもよい。ＭＴ−ＣＶＤ法としては、従来公知条件をいずれも採用することができるが、成膜の際、加熱による基材のダメージをより低減させるためには、８００℃以上９００℃以下で成膜することが好ましい。また、この場合、成膜に使用するガスは、ニトリル系のガス、特に、アセトニトリル（ＣＨ₃ＣＮ）を用いた場合は量産性に優れるので好ましい。

＜Ａｌ酸化物層＞
上記被膜には、Ａｌ酸化物層を含むことが好ましく、このＡｌ酸化物層は上記硬質酸化物被膜層の直下に形成されることが好ましい。Ａｌ酸化物層を含むことによって、被膜の密着力をより向上させることができる。この場合、硬質酸化物被膜層とＡｌ酸化物層との境界において、Ａｌの組成は、連続的に変化してもよいし、断続的や、不連続に変化するものであってもよく、いずれの態様であっても、Ａｌ酸化物層を含むことによる密着力の向上効果は発揮されるものである。

上記Ａｌ酸化物としては、α−アルミナ、κ−アルミナ、γ−アルミナ、θ−アルミナ、δ−アルミナ、η−アルミナ、χ−アルミナ、無定形アルミナなどや、これらＡｌ酸化物のうちの２種以上が混在した状態が挙げられるが、化学的安定性の点からα−アルミナであることが好ましく、Ａｌ酸化層中にα−アルミナを質量比で５０％以上含有することが好ましい。α−アルミナのより好ましい含有量は、６０％以上であり、α−アルミナをこのような範囲で含有したＡｌ酸化物層とすることにより、優れた耐摩耗性や化学的安定性を得ることができる。

Ａｌ酸化物層の厚みは、特に限定されないが、上記硬質酸化物被膜層の厚みｄ₁と上記Ａｌ酸化物層の厚みｄ₂とが、ｄ₁／（ｄ₁＋ｄ₂）＞０．０５を満たすことが好ましい。０．１＜ｄ₁／（ｄ₁＋ｄ₂）＜０．７を満たすことがより好ましい。ｄ₁／（ｄ₁＋ｄ₂）が０．０５以下の場合は、被膜全体に占めるＺｒの含有比率が小さくなるため、Ｚｒを含むことによる効果が低下する場合がある。

上記Ａｌ酸化物層と上記硬質酸化物被膜層との合計膜厚ｄ₁＋ｄ₂は、０．５μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは１．０μｍ以上、さらには１．５μｍ以上であることが好ましい。また、その上限が、１８μｍ以下であることがより好ましく、１５μｍ以下であることがさらに好ましい。ｄ₁＋ｄ₂が０．５μｍ未満の場合は、耐摩耗性の改善が認められない場合があり、２０μｍを超える場合は、上記範囲内に比べて大きな耐摩耗性の改善は認められない傾向にあり、また、刃先の強度が低下する場合があるので、工業的に不利となる。

上記Ａｌ酸化物層は、被膜と基材である超硬合金との密着性や、切削工具の刃先の強度と耐摩耗性とのバランスを良好にできる点から、上記被覆層Ｘとともに形成されることが好ましい。ここで、上記被膜層とＡｌ酸化層とは、相対的に耐酸化性に優れるが、上記被覆層Ｘをともに設ける場合には、これらの層間の密着性を高めるために、後述のＴｉＢＮ層やＴｉＢＮＯ層を含むことが好ましい。

上記被膜がＡｌ酸化物層を含む場合、ＴｉＢ_xＮ_y（ｘ、ｙは原子％を表し、０．００１＜ｘ／（ｘ＋ｙ）＜０．２を満たす）からなる層（ＴｉＢＮ層）をさらに含むことが好ましい。ｘ／（ｘ＋ｙ）は、０．００２＜ｘ／（ｘ＋ｙ）＜０．１５であることがより好ましい。このＴｉＢＮ層は、Ａｌ酸化物層の直下に形成される層である。ｘ／（ｘ＋ｙ）が０．０１以下の場合は、密着力を改善する効果が低く、０．２以上の場合は、被削材との反応性が高まり、溶着などによる摩耗が進行しやすくなることがある。なお、ＢとＮが上記原子比率を満たす限り、ＴｉとＢＮの存在比率は特に限定されるものではない。

また、上記被膜がＡｌ酸化物層を含む場合、上記ＴｉＢＮ層の変わりに、ＴｉＢ_aＮ_bＯ_c（ａ、ｂおよびｃは原子％を表し、０．０００５＜ａ／（ａ＋ｂ＋ｃ）＜０．２、かつ０＜ｃ／（ａ＋ｂ＋ｃ）＜０．５を満たす）からなる層（ＴｉＢＮＯ層）をさらに含むことが好ましい。このＴｉＢＮＯ層は、上記Ａｌ酸化物層の直下に形成される層である。ａ／（ａ＋ｂ＋ｃ）が０．０００５以下の場合は、密着力を改善する効果が低く、０．２以上の場合は、被削材との反応性が高まり、溶着などによる摩耗が進行しやすくなることがある。酸素元素（Ｏ）が含まれることにより、被膜全体の硬度が高まるので、耐摩耗性をより改善することが可能であるが、ｃ／（ａ＋ｂ＋ｃ）が０．５以上の場合は、被膜の硬度が低下し、切削時にこのＴｉＢＮＯ層が破壊の基点となる虞がある。なお、Ｂ、ＮおよびＯが上記原子率比を満たす限り、ＴｉとＢＮＯとの存在比率は特に限定されるものではない。

＜最下層＞
上記被膜は、その最下層（基材直上層）として、チタン化合物を層全体の５０質量％以上含有するチタン化合物層が形成されていることが好ましい。このようなチタン化合物を特定量含むチタン化合物層を最下層として設けることで、積層される被膜の密着力をより向上させることができる。

最下層を構成するチタン化合物としては、Ｔｉと炭素、窒素、珪素および酸素の少なくともいずれかとの化合物であることが好ましく、ＴｉＮであることが好ましい。

＜最表面層＞
上記被膜は、耐溶着性を改善できる点からは、その最表面層が酸化物からなる層であることが好ましい。このような酸化物からなる層としては、上記Ａｌ酸化物を主体とする層や、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｈｆ等の酸化物を主体とする層を用いることが好ましい。また、チップの使用状態（認識性、すなわち未使用であるか既使用であるか）を明確にするために、すくい面および逃げ面の少なくともいずれか一方を、明るい光沢のある層が表面層として残るように、上記表面被覆切削工具は、刃先稜線部を有する構造を有することが好ましく、該刃先稜線部において、上記硬質酸化物被膜層、Ａｌ酸化物層および被覆層Ｘの少なくともいずれかが露出し、刃先稜線部以外の部分を、硬質酸化物被膜層が露出した構成とすることが好ましい。

図４（ａ）は、ノーズＲ二等分線での断面図（ノーズＲの頂角を二等分する線により分割される刃先の厚み方向の断面図）であり、本発明においては、刃先稜線部１２が上記のように酸化物からなる層であることが好ましい。また、図４（ａ）に示す刃先稜線部の表面層部分１０、１１、１３および１４を構成する層は特に限定されないが、使用状態が確認できることがより好ましい態様である。上記露出とは、上記硬質酸化物被膜層またはＡｌ酸化物層が露出する場合、刃先稜線部１２における露出率がその表面積のたとえば５０％以上である場合をいうものとする。なお、この露出率は、刃先稜線部１２の表面の中心部分を含む領域であって、この領域の中心と刃先稜線部１２の中心部とはほぼ同じ位置にある場合の値をいうものとする。刃先稜線部１２における露出率は、表面積の８０％以上であることがより望ましい。表面層部分１１および１３の露出率は、上記硬質酸化物層またはＡｌ酸化物層が露出する場合、刃先稜線部１２側からの表面領域が、各部分の表面積の５０％以上であることが好ましいが、コーナーが識別できる限り特に限定されるものではない。また、表面層部分１０および１４の上記硬質酸化物層またはＡｌ酸化物層の露出率は、各部分の表面積の５０％以上であることが望ましく、８０％以上であることがより好ましい。

また、刃先の耐微小チッピング性を高めるためには、刃先稜線部１２における酸化物からなる層の層厚を薄くするか、図４（ｂ）のノーズＲ二等分線での断面図に示すように酸化物からなる層の内層（刃先稜線部１２ｃ）を露出させることが効果的である。図４（ｂ）においては、たとえば、基材上に被覆層Ｘが形成され、その上に硬質酸化物被膜層またはＡｌ酸化物層が形成され、さらに任意の表面層が設けられた場合の刃先稜線部を示す。すなわち、図４（ｂ）において、表面層部分１０および１４は任意の表面層、表面層部分１１、１２ａ、１２ｂおよび１３は硬質酸化物被膜層またはＡｌ酸化物層を示す。刃先稜線部１２ｃは、内層が５％以上露出することが好ましく、望ましくは１０％以上内層が露出することにより、耐微小チッピング性を向上させることができる。また、刃先稜線部１２ａおよび１２ｂにおいては、硬質酸化物被膜層、Ａｌ酸化物層または被覆層Ｘが５０％以上露出することが好ましく、望ましくは８０％以上である。また、表面層部分１１および１３は、図４（ａ）と同様、表面積の５０％以上の露出が望ましいが、コーナーが識別できる限り特に限定されるものではない。

上記所望の層の露出は、たとえば、弾性砥石、バレル、ブラシ、ブラストなどを用いて加工すればよい。

上述のように刃先稜線部において、上記硬質酸化物被膜層、Ａｌ酸化物層および被覆層Ｘの少なくともいずれかが露出した状態とすることによって、刃先の稜線部における耐微小チッピング性を改善することができ、また、本発明の硬質酸化物被膜層を備えるので、チッピングにより引き起こされる被膜層の摩擦による破損を効果的に抑制することができる。その結果、切削工具全体として、耐摩耗性等を著しく改善することが可能となる。

＜残留応力＞
上記被膜は、被膜を形成する少なくとも１以上の層が圧縮残留応力を有するかまたは応力を有さない層とすることすることができ、これらの層が、上記硬質酸化物被膜層およびＡｌ酸化物層の少なくともいずれかであることが好ましい。

上記のように、圧縮残留応力がある状態または応力を有さない状態とするためには、切削に寄与する部位の被膜を、弾性砥石、バレル、ブラシ、ブラストなどを用いて加工することにより、実現することができ、このような圧縮残留応力が導入された層または応力を有さない層は、層内に引張残留応力が存在している場合に比べて靭性が改善される。導入する圧縮残留応力は、特に限定されるものではないが、たとえば、０．０ＭＰａ以上５．０ＭＰａ以下の範囲で導入すれば、靭性の改善効果が良好となる。なお、本発明において上記残留応力は、Ｘ線応力測定装置を用いたｓｉｎ²ψ法により測定することができる。

圧縮残留応力の導入、応力を有さない層の形成は、全ての層を形成し被膜を完成後に、該被膜に対して行なうことができる。この場合、上記本発明の効果が低減することはない。また、後述のように、表面層と特定の層とするために、表面処理により積層の一部を除去した場合においても、硬質酸化物被膜層が存在する限り、本発明の効果は発揮されるものである。

＜その他の層など＞
本発明における被膜は、上記のような硬質酸化物被膜層以外の他の層をさらに１以上含むことができる。そのような他の層の形成位置は特に限定されず、このような他の層を形成することにより、たとえば、密着力をさらに向上させ高度な耐摩耗性を付与するという本発明の効果がさらに向上したり、あるいは潤滑性を付与したり、被削材との凝着を抑制したりすることができるという効果を達成することもできる。

このような他の層を形成する化合物としては、例えばＡｌＮ、ＡｌＣＮ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＶＮ、ＺｒＮ等を挙げることができる。なお、このような他の層は、０．０１μｍ以上１０μｍ以下、好ましくは０．１μｍ以上５μｍ以下の厚みとすることが好ましい。

＜製造方法＞
本発明における被膜は、化学蒸着法（ＣＶＤ法）および物理蒸着法（ＰＶＤ法）のいずれによっても形成することができるが、基材との密着性や化学的安定性より、化学蒸着法により形成することが好ましい。

また、上記ＡｌとＺｒの含有量がその層内で連続的に変化した組成構造を有する硬質酸化物被膜層は、たとえば、図１に示すようなＣＶＤ炉により製造することができる。図１は、ＣＶＤ炉１の断面を模式的に示す図である。ＣＶＤ炉１内には、基材２を保持した基材セット治具３を複数設置することができ、これらをステンレス鋼製の反応容器４でカバーしてヒータ５で加熱し、反応容器４内に原料ガスを流すことで被膜層形成を行なうことができる。反応容器４内の治具類等は、通常黒鉛により構成されている。また、原料ガス７，８は、排気口９より排気できる構成となっている。

本発明においては、反応容器４内に導入する原料ガスを、短時間または連続的に変化させるため、短時間で反応容器内のガス均一化を図ることが望ましい。図２に、基材セット治具３とその上に保持された基材２を模式的に示す。基材セット治具３は、図２に示すように貫通孔が開いているため反応容器４内のガス分散の均一化を促進している。原料ガスは、たとえば図１に示すような複数の通気口を有する導入ノズル８から導入する場合、該導入ノズル８は回転させることが望ましい。また、反応容器４内のガス循環を促進するため、基材２は基材セット治具３に対して図２のように横置きにするのが望ましい。なお、図２においては、このような基材の設置方法の一例として、１２．７ｍｍ角、厚みが４．７６ｍｍであり、中央に穴が明いているＪＩＳ規格Ｂ−４１２０（１９９８） ＣＮＭＡ１２０４０８形状の基材２を設置した場合を模式的に示し説明している。基材２の被覆層Ｘの品質や厚みのバラツキを低減させるために、図２に示すように、刃先位置が貫通孔上となるように基材を並べるのが望ましい。また、基材セット治具３と基材２の間にはスペーサー等（図示せず）を用いることで両者を密着させないことが、基材の上面と下面の被覆層Ｘとのバラツキを低減できるため望ましい。また、種々の試験結果より、反応容器４内へ原料ガスを導入する際、図１に示すようにＺｒＣｌ₄ガスの導入口７とそれ以外の原料ガスの導入口８を分離した場合には、本発明の硬質酸化物被膜層を形成する際、上記範囲内にＺｒ含有量を制御することが可能となる。すなわちＡｌに対して相対的にＺｒが少ない状況でより正確な被膜層中の組成制御が可能となるため望ましい。そして、導入口より導入されたＺｒＣｌ₄を拡散するためのＺｒＣｌ₄導入用治具６には、図３に示されるように同心円状に複数の孔が開いており、反応容器４内にガスが均一に導入される。

上記のようなＣＶＤ炉を用いて、たとえば反応容器内を７５０℃以上１１００℃以下の範囲内の所定の温度に加熱し、原料ガスを反応容器内に流すことで成膜することができる。用いる原料ガスは、ＴｉＣｌ₄、ＺｒＣｌ₄、ＡｌＣｌ₃、Ｎ₂、Ｈ₂、ＣＨ₃ＣＮ、ＣＨ₄、ＣＯ、ＣＯ₂、ＢＣl₃、Ｈ₂Ｓ、Ａｒ等で、ＣＶＤ炉内の圧力は３ｋＰａ以上６０ｋＰａ以下の範囲内の所定の圧力とすることが好ましい。本発明における硬質酸化物被膜層においては、厚み方向に沿って被膜層構成する元素等の組成を精密に制御するため、導入ガス種、導入量と導入時間はコンピュターやシーケンサー等を用いて自動制御することが望ましい。

以上のようにして、ＡｌおよびＺｒの含有量が規定された本発明の硬質酸化物被膜層を形成することができる。

以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、以下の各被膜を構成する各層の化学組成（化合物の組成）はＸ線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）により確認し、各層の厚みは被膜の断面をＳＥＭまたは金属顕微鏡を用いて観察し、確認した。

本実施例において基材上に形成される被膜は、以下のようにＣＶＤ法、ＭＴ（Moderate Temperature）−ＣＶＤ法、またはＨＴ（High Temperature）−ＣＶＤ法により形成した。

（実施例１〜１１：構造）
６．０質量％ＴｉＣＮ、１．０質量％ＴａＣ、０．５質量％ＮｂＣ、０．５質量％ＺｒＣ、０．２質量％Ｃｒ₃Ｃ₂、８．０質量％Ｃｏと残部がＷＣである組成比で配合した原料粉末をボールミルで４８時間湿式混合した後、乾燥させ、その後１００ＭＰａの圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を２Ｐａの真空中において、１４３０℃で１時間保持した。その後、圧粉体を取り出し、座面を平研した後、刃先処理（ＳｉＣブラシですくい面から見て０．０６ｍｍのホーニング）を行ない、ＪＩＳ規格、Ｂ−４１２０（１９９８）に規定されているＣＮＭＡ１２０４０８形状のＷＣ超硬合金製切削チップ基材を準備した。基材を厚み方向に切断した面を、ダイヤモンドペーストを用いてラッピングして金属顕微鏡で観測し、この基材の表面には１８μｍの脱β層が形成されていることを確認した。

次に、上記作製した基材の表面に公知の化学蒸着法を用いて、表１に示した被膜組成に従い、被膜を形成した。

被膜の組成は、表１の「被膜層構造」の欄の左側に記載された層を最下層として順に上に積層させるよう形成した。また、表１の「被膜層構造」の欄の括弧内の記載は各層の厚み（μｍ）を示し、硬質酸化物被膜層Ａ１〜Ａ３は下記表２に示す組成構造のものである。なお、ＥＰＭＡの測定結果から、表１の実施例４におけるα−Ａｌ₂Ｏ₃（２．５）中には、０．１６原子％のＺｒ元素が含まれていることを確認した。

表２において、Ｚｒ／（Ａｌ＋Ｚｒ）は所定間隔におけるＺｒ極大含有点を示し、Ａｌ／（Ａｌ＋Ｚｒ）は所定間隔におけるＡｌ極大含有点を示す。Ａｌ／（Ａｌ＋Ｚｒ）が「＞０．９９９９」とは、ＥＰＭＡにて測定したＺｒの含有比率が０．０００１以下であったことを示す。また、ｄ_Zr-Alは、隣接するＺｒ極大含有点とＡｌ極大含有点との間隔を示す。なお、この極大含有点に関する表記は、以下の表において同様とする。

表２の硬質酸化物被膜層Ａ１〜Ａ３は、表３に示す成膜条件「Ａ−Ｚｒ」で５分間保持した後、成膜条件「Ａ−Ａｌ」で５分間保持する各条件を交互に繰り返して形成した。Ａ１は、各条件を１５回ずつ交互に繰り返し、Ａ２は４０回ずつ交互に繰り返し、Ａ３は１３０回ずつ交互に繰り返して、所定の膜厚を有する硬質酸化物被膜層を形成させた。

（切削評価）
上記のようにして製造された実施例１〜１１の表面被覆切削工具について、以下の切削条件により連続旋削試験を実施することにより、逃げ面摩耗量を測定した。逃げ面摩耗量が小さいもの程耐摩耗性に優れていることを示す。その結果を以下の表４に示す。

（鋼の耐摩耗性試験：切削条件）
被削材：ＳＣＭ４３５丸棒
切削速度：３３０ｍ／ｍｉｎ
送り：０．３２ｍｍ／ｒｅｖ．
切込み：２．０ｍｍ
切削油：水溶性油
切削時間：８分
（鋳鉄の耐摩耗性試験：切削条件）
被削材：ＦＣＤ４５０丸棒
切削速度：２９０ｍ／ｍｉｎ
送り：０．３３ｍｍ／ｒｅｖ．
切込み：１．５ｍｍ
切削油：水溶性油
切削時間：１５分
（靭性試験：切削条件）
下記切削条件で切削により２０コーナーを切削して破損率を算出し、得られた表面被覆切削工具の靭性を評価した。

被削材：Ｓ５５Ｃ溝入り丸棒
切削速度：１１０ｍ／ｍｉｎ
送り：０．４４ｍｍ／ｒｅｖ．
切込み：２．０ｍｍ
切削油：無し
切削時間：１分

（実施例１２〜２１、比較例１〜３：組成）
被膜の構成を表５とし、各硬質酸化物被膜層Ｘを表６に示すものを用いた以外は実施例１と同様にして、表面被覆切削工具を得た。

被膜の組成は、表５の「被膜層構造」の欄の左側に記載された層を最下層として順に上に積層させるよう形成した。また、表５の「被膜層構造」の欄の括弧内の記載は、各層の厚み（μｍ）を示す。

実施例１２〜２１、比較例１〜３で得られた表面被覆切削工具について、上記切削評価を行なった。その結果を表６に示す。

表６の硬質酸化物被膜層Ｂ〜Ｄは、表７に示す成膜条件「Ｘ−Ｚｒ」で６分間保持した後、成膜条件「Ｘ−Ａｌ」で６分間保持する各条件を交互に９回繰り返して、所定の膜厚を有する被膜を形成させた。なお、上記成膜条件におけるＸは、各硬質酸化物被膜層におけるＸと同一とする。また、硬質酸化物被膜層Ｅ〜Ｎは、表７に示す成膜条件「Ｘ−Ｚｒ」で４分間保持した後、「Ｘ−Ａｌ」で４分間保持する各条件を交互に９回繰り返して、所定の膜厚を有する被膜を形成させた。

（実施例２２〜３０、比較例４〜５：周期）
被膜の構成を表８とし、各硬質酸化物被膜層Ｘを表９に示すものを用いた以外は実施例１と同様にして、表面被覆切削工具を得た。

被膜の組成は、表８の「被膜層構造」の欄の左側に記載された層を最下層として順に上に積層させるよう形成した。また、表８の「被膜層構造」の欄の括弧内の記載は、各層の厚み（μｍ）を示す。

表９において、各硬質酸化物被膜層Ｏ〜Ｓは下記の条件で形成させた。
硬質酸化物被膜層Ｏ：成膜条件「Ｃ−Ｚｒ」で１５秒間保持した後、成膜条件「Ｃ−Ａｌ」で１５秒間保持する工程を５００回繰り返す。
硬質酸化物被膜層Ｐ：成膜条件「Ｃ−Ｚｒ」で２０秒間保持した後、成膜条件「Ｃ−Ａｌ」で２０秒間保持する工程を３５０回繰り返す。
硬質酸化物被膜層Ｑ：成膜条件「Ｃ−Ｚｒ」で８０秒間保持した後、成膜条件「Ｃ−Ａｌ」で８０秒間保持する工程を９０回繰り返す。
硬質酸化物被膜層Ｒ：成膜条件「Ｃ−Ｚｒ」で２５分間保持した後、成膜条件「Ｃ−Ａｌ」で２５分間保持する工程を５回繰り返す。
硬質酸化物被膜層Ｓ：成膜条件「Ｃ−Ｚｒ」で６０分間保持した後、成膜条件「Ｃ−Ａｌ」で６０分間保持する工程を２回繰り返す。

また、硬質酸化物被膜層Ｔ１〜Ｔ６は下記の条件で形成させた。なお、実施例２９の硬質酸化物被膜層Ｔ５におけるＺｒとＡｌの極大含有点間の距離ｄ_Zr-Al「０．１２−０．２５」とは、下記成膜条件によって、０．１２μｍと０．２５μｍの間の値であることを示す。また、実施例３０の硬質酸化物被膜層Ｔ６におけるＺｒの極大含有点の比率は、下記成膜条件によって０．０５０と０．０１３の間の値としたことを示す。

硬質酸化物被膜層Ｔ１：成膜条件「Ｅ−Ｚｒ」で４分間保持した後、成膜条件「Ｅ−Ｚｒ」から成膜条件「Ｅ−Ａｌ」へ１０分間かけて連続的にガス混合比率を変化させ、その後１０分間かけて連続的にガス混合比率を成膜条件「Ｅ−Ａｌ」から成膜条件「Ｅ−Ｚｒ」に変化させることを８回繰り返し、最後に成膜条件「Ｅ−Ｚｒ」で４分間保持する。なお、Ｔ１におけるガス混合比率を変化させる工程は、例えばＺｒＣｌ₄ガスであれば、表７に示す０．９０体積％から０体積％まで１０分間かけて、すなわち０．０９体積％／分の速度で混合ガス比率を変化させた後、０体積％から０．９０体積％まで０．０９体積％／分の速度で混合ガス比率を変化させることを９回繰り返した。他の原料ガスについても同様とする。

硬質酸化物被膜層Ｔ２：成膜条件「Ｅ−Ｚｒ」で１０分間保持した後、１０分間水素ガスのみを流し（水素ガス体積分率１００％）し、その後成膜条件「Ｅ−Ａｌ」で１０分間保持した後、１０分間水素ガスのみを流し（水素ガス体積分率１００％）と変化させることを８回繰り返す。Ｚｒ極大含有点とＡｌ極大含有点との間隔について、Ａｌおよび／またはＺｒの濃度分析値がほぼ一定（具体的には分析値の±１％以内）の帯域がある場合は、中心点をその帯域の極大含有点とみなした。

硬質酸化物被膜層Ｔ３：成膜条件「Ｅ−Ｚｒ」で４分間保持する。その後、成膜条件「Ｅ−Ｚｒ」から成膜条件「Ｅ−Ａｌ」へ５分間かけて連続的にガス混合比率を変化させ、その後成膜条件「Ｅ−Ａｌ」で５分間保持し、再び５分間かけて連続的にガス混合比率を成膜条件「Ｅ−Ａｌ」から成膜条件「Ｅ−Ｚｒ」に変化させ、その後成膜条件「Ｅ−Ｚｒ」で５分間保持する工程を８回繰り返した。次いで、成膜条件「Ｅ−Ｚｒ」で４分間保持し、硬質酸化物被膜層を形成した。Ｚｒ極大含有点とＡｌ極大含有点との間隔については、Ａｌおよび／またはＺｒの濃度分析値がほぼ一定（具体的には分析値の±１％以内）の帯域がある場合は、中心点をその帯域の極大含有点とみなした。なお、連続的なガス比率の変化はＴ１と同様にガス供給時間に比例して変化させる方法とした。

硬質酸化物被膜層Ｔ４：成膜条件「Ｅ−Ｚｒ」で５分間保持した後に、成膜条件「Ｅ−Ａｌ」で５分間保持する工程を４回繰り返した。その後、成膜条件「Ｅ−Ｚｒ」で１０分間保持した後、成膜条件「Ｅ−Ａｌ」で１０分間保持する工程を６回繰り返した。次いで、成膜条件「Ｅ−Ｚｒ」で５分間保持した後、成膜条件「Ｅ−Ａｌ」で５分間保持する工程を４回繰り返した。

硬質酸化物被膜層Ｔ５：成膜条件「Ｅ−Ｚｒ」で１０分間保持した後、成膜条件「Ｅ−Ａｌ」で１０分間保持する工程を２回繰り返した。その後、成膜条件「Ｋ−Ｚｒ」で１０分間保持した後、成膜条件「Ｋ−Ａｌ」で１０分間保持する工程を４回繰り返した。次いで、成膜条件「Ｅ−Ｚｒ」で１０分間保持した後、成膜条件「Ｅ−Ａｌ」で１０分間保持する工程を２回繰り返した。

硬質酸化物被膜層Ｔ６：成膜条件「Ｅ−Ｚｒ」で５分間保持した後、「Ｅ−Ａｌ」で５分間保持する工程を４回繰り返した。その後、成膜条件「Ｋ−Ｚｒ」で１０分間保持した後、成膜条件「Ｋ−Ａｌ」で１０分間保持する工程を６回繰り返した。次いで、成膜条件「Ｅ−Ｚｒ」で５分間保持した後、成膜条件「Ｅ−Ａｌ」で５分間保持する工程を４回繰り返した。

実施例２２〜３０、比較例４〜５で得られた表面被覆切削工具について、上記切削評価を行なった。その結果を表９に示す。

（実施例３１〜３５：厚み）
被膜の構成を表１０とし、各硬質酸化物被膜層Ｘを表１１に示すものを用いた以外は実施例１と同様にして、表面被覆切削工具を得た。

被膜の組成は、表１０の「被膜層構造」の欄の左側に記載された層を最下層として順に上に積層させるよう形成した。また、表１０の「被膜層構造」の欄の括弧内の記載は、各層の厚み（μｍ）を示す。

表１１において、各硬質酸化物被膜層は下記の条件で形成させた。
硬質酸化物被膜層Ｕ１：成膜条件「Ａ−Ｚｒ」で５分間保持した後、成膜条件「Ａ−Ａｌ」で５分間保持する工程を５回繰り返した。
硬質酸化物被膜層Ｕ２：成膜条件「Ａ−Ｚｒ」で５分間保持した後、成膜条件「Ａ−Ａｌ」で５分間保持する工程を７回繰り返した。
硬質酸化物被膜層Ｕ３：成膜条件「Ａ−Ｚｒ」で１０分間保持した後、成膜条件「Ａ−Ａｌ」で１０分間保持する工程を１５回繰り返す。
硬質酸化物被膜層Ｕ４：成膜条件「Ａ−Ｚｒ」で１３分間保持した後、成膜条件「Ａ−Ａｌ」で１３分間保持する工程を１８回繰り返す。
硬質酸化物被膜層Ｕ５：成膜条件「Ｃ−Ｚｒ」で３０秒間保持した後、成膜条件「Ｃ−Ａｌ」で３０秒間保持する工程を２回繰り返した。

実施例３１〜３５で得られた表面被覆切削工具について、上記切削評価を行なった。その結果を表１１に示す。

（実施例３６〜４５：ＴｉＢＮ層、ＴｉＢＮＯ層の組成）
被膜の構成を表１２とし、上記硬質酸化物被膜層Ｂ、Ａ１を用いた以外は実施例１と同様にして、表面被覆切削工具を得た。

被膜の組成は、表１２の「被膜層構造」の欄の左側に記載された層を最下層として順に上に積層させるよう形成した。また、表１２の「被膜層構造」の欄の括弧内の記載は、各層の厚み（μｍ）を示す。

実施例３６〜４５で得られた表面被覆切削工具について、上記切削評価を行なった。その結果を表１２に示す。

（比較例６〜１１）
被膜の構成を表１３とした以外は実施例１と同様にして、表面被覆切削工具を得た。

被膜の組成は、表１３の「被膜層構造」の欄の左側に記載された層を最下層として順に上に積層させるよう形成した。また、表１３の「被膜層構造」の欄の括弧内の記載は、各層の厚み（μｍ）を示す。比較例６〜１１で得られた表面被覆切削工具について、上記切削評価を行なった。その結果を表１４に示す。

（内層露出１）
実施例２、６、１２および比較例７、９、１０で得られた表面被覆切削工具について、それぞれ表１５または表１６に示すように、＃３２０ＳｉＣブラシ、振動バレル機または＃３２０弾性砥石を用いて刃先稜線部の被覆層除去処理を行ない、表１５または表１６に記載した各部位の構成を有するチップを準備した。

表１５および表１６において、たとえば表面層部位１１の欄の「０．０２ｍｍＴｉＮ除去」とは、表面層部位１１が、刃先稜線部１２との境界線部分（図４（ａ）中破線部）から表面層部位１０方向に、最大０．０２ｍｍの幅でＴｉＮが除去されたことを示す。なお、この「最大０．０２ｍｍ」とは、種々の断面における表面層部位１１の表面状態を観測したなかで除去された幅の最も広い値をいい、実際に種々の断面において除去された表面層部位１１の幅は０−０．０２ｍｍの範囲である。同様に、表面層部位１３の欄の「０．０３ｍｍＴｉＮ除去」とは、表面層部位１３が、刃先稜線部１２との境界線部分（図４（ａ）中破線部）から表面層部位１４方向に、最大０．０３ｍｍの幅で除去されたことを示す。また、たとえば表面層部１２の欄の「ＴｉＣＮが１０％露出」とは、切削工具の切れ刃部におけるノーズＲの二等分線を中心とした刃先稜線部表面に沿った単位長さ（０．２ｍｍ）に占めるＴｉＣＮの露出面積が１０％以上であることを示す。なお、この露出は、電子顕微鏡の反射電子像や、光学顕微鏡や、ビデオマイクロスコープなどを用いて観測することにより決定できる。表１５および表１６に示す実施例からは、本発明のように厚み方向に組成が変化する構造を有する硬質酸化物被膜層を備えた表面被覆切削工具は、刃先稜線部における酸化物層が除去された場合、耐微小チッピング性の改善効果が大きく、その結果、耐摩耗性および靭性が改善されていることが判る。

表１５および表１６において、たとえば実施例２と実施例２ウと、比較例７と比較例７アとの破損率のデータを比べると、比較例７アでは、ＴｉＣＮを露出させても破損率はほとんど向上しないが、実施例２においてＴｉＣＮを露出させた実施例２ウの場合は、破損率が飛躍的に向上することがわかった。また、実施例２と比較例９、比較例１０とをそれぞれ比較した場合も、同様に実施例２においてＴｉＣＮを露出させた場合の破損率の向上効果が示される。この理由は明確ではないが、被膜として本発明の硬質酸化物被膜層を含む場合は、各層同士の継ぎ目における破壊が起こりにくくなるためではないかと推察される。

（内層露出２）
実施例２、６、１２および比較例７、９、１０で得られた表面被覆切削工具について、砥粒５０μｍのアルミナ、吐出圧０．１ＭＰａ湿式ブラスト処理を行ない、被膜を表１７に記載したように内層を露出させて、圧縮残留応力等を導入した。圧縮残留応力は、Ｘ線応力測定装置を用いたｓｉｎ²ψ法により測定した。

表１７中の表面層部位１１〜１３は、図４（ａ）に示すノーズＲ二等分線の断面図の各部位に対応する。また、これらの処理を行なった切削工具について、実施例１と同様の切削試験を行なった。結果を表１７に示す。なお、図４（ａ）の刃先稜線部１２に対応する実際の切削工具の稜線部は、内接円が１２．７ｍｍ、ノーズＲが０．８ｍｍである。また、切削試験開始後１分で、各切削工具の切れ刃と被削材の加工面の光沢を目視により確認したところ、表１７中の２に比べて、２ａおよび２ｂは切れ刃の溶着が少なく、被削材の加工面の光沢が優れていた。また、表１７中の６に比べて、６ａおよび６ｂの評価がよく、表１７中の１２に比べて、１２ａ〜１２ｆの切れ刃と被削材の加工面の光沢が優れていた。

（内層露出３）
上記表１５または表１６の実施例２ア〜２エ、実施例６ア〜６エ、実施例１２ア〜１２サで得られた表面被覆切削工具について、上記（内層露出２）の方法を用いてブラスト処理を行ない、−０．１〜−０．２ＭＰａの圧縮応力を導入したところ、それぞれに試験の耐摩耗性の改善即ち逃げ面摩耗量は０．００１〜０．００２ｍｍ減少したのに対し、靭性の改善即ち破損率はいずれも５〜１５％低下した。

（実施例４６〜４９、比較例１２〜１５：基材）
基材として、表１８に示す各配合組成のものを用いた以外は、実施例１と同様の手順により表面被覆切削工具を製造した。基材および被膜層の組み合わせを表１９に示す。なお、被膜層としては、表１および表６に示す実施例と、表１３に示す比較例とのものを適用した。

得られた表面被覆切削工具について、下記条件で切削評価を行なった。結果を表１９に示す。

（鋼の耐摩耗性試験：切削条件）
被削材：ＳＣＭ４１５丸棒
切削速度：３４０ｍ／ｍｉｎ
送り：０．３５ｍｍ／ｒｅｖ．
切込み：２．０ｍｍ
切削油：無し
切削時間：８分
（鋳鉄の耐摩耗性試験：切削条件）
被削材：ＦＣＤ６００丸棒
切削速度：２８０ｍ／ｍｉｎ
送り：０．３３ｍｍ／ｒｅｖ．
切込み：１．０ｍｍ
切削油：水溶性油
切削時間：１０分
（靭性試験：切削条件）
下記切削条件で切削により２０コーナーを切削して破損率を算出し、得られた表面被覆切削工具の靭性を評価した。

被削材：ＳＣＭ４３５溝入り丸棒
切削速度：９５ｍ／ｍｉｎ
送り：０．４６ｍｍ／ｒｅｖ．
切込み：２．０ｍｍ
切削油：無し
切削時間：１分

（実施例５０〜５３、比較例１６〜１９）
基材として、表２０に示す各配合組成のものを用いた以外は、実施例１と同様の手順により表面被覆切削工具を製造した。基材および被膜層の組み合わせを表２１に示す。なお、被膜層としては、表１または表６に示す実施例および表１３に示す比較例のものを適用した。また、得られた表面被覆切削工具について、下記条件で切削評価を行なった。結果を表２１に示す。

（鋼の耐摩耗性試験：切削条件）
被削材：Ｓ３５Ｃ丸棒
切削速度：２４５ｍ／ｍｉｎ
送り：０．３１ｍｍ／ｒｅｖ．
切込み：２．０ｍｍ
切削油：水溶性油
切削時間：８分
（鋳鉄の耐摩耗性試験：切削条件）
被削材：ＦＣ２５０丸棒
切削速度：３８０ｍ／ｍｉｎ
送り：０．４０ｍｍ／ｒｅｖ．
切込み：２．０ｍｍ
切削油：水溶性油
切削時間：１５分
（靭性試験：切削条件）
下記切削条件で切削により２０コーナーを切削して破損率を算出し、得られた表面被覆切削工具の靭性を評価した。

被削材：ＳＣＭ４３５溝入り丸棒
切削速度：１１０ｍ／ｍｉｎ
送り：０．４４ｍｍ／ｒｅｖ．
切込み：２．０ｍｍ
切削油：無し
切削時間：０．５分

なお、各実施例および比較例における硬質酸化物被膜層以外の層は、下記表２２の成膜条件にしたがい、所望の厚みの被膜を形成したところで、混合ガスの供給を停止した。表２２中、Ｈ₂ガスの「残」とは、体積１００％のうちの残部であることを示す。また、ＴｉＮ（最下層）とは、被膜の最下層をＴｉＮ層とする場合の形成条件を示し、被膜の最下層以外に位置するＴｉＮ層を形成する場合は、「ＴｉＮ」に記載した条件で被膜を形成した。表２０中の、α−Ａｌ₂Ｏ₃（＊）は、実施例４のα−Ａｌ₂Ｏ₃の場合の形成条件を示す。

上記実施例より明らかなように、本発明の実施例の表面被覆切削工具は、高速条件下での切削における耐摩耗性の向上において優れた結果を示していることは明らかである。したがって、本発明の表面被覆切削工具は優れた切削性能を有するものである。

以上のように本発明の実施の形態および実施例について説明を行なったが、上述の各実施の形態および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およ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説明ではなくて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。

ＣＶＤ炉の断面を示す模式図である。 基材および基材セット治具を示す模式図である。 ＺｒＣｌ₄導入用治具を示す模式図である。 （ａ）切削工具のノーズＲの二等分線の断面を示す模式図であり、（ｂ）内層が露出した状態の切削工具のノーズＲの二等分線の断面を示す模式図である。

符号の説明

１ ＣＶＤ反応炉、２ 基材、３ 基材セット治具、４ 反応容器、５ ヒータ、６ ＺｒＣｌ₄導入用治具、７，８ 原料ガス、９ 排気口、１０，１１，１３，１４ 表面層部位、１２ 刃先稜線部。

Claims (18)

1. 基材と該基材上に形成された被膜とを備える表面被覆切削工具であって、
   前記被膜は、１層または２層以上の層からなり、
   前記被膜のうち少なくとも１層は、ＡｌとＺｒとを少なくとも含む硬質酸化物被膜層であり、
   前記硬質酸化物被膜層は、ＡｌとＺｒの含有量が前記硬質酸化物被膜層の厚み方向に沿って変化する組成構造を有し、前記変化は、Ａｌの含有量が極大となるＡｌ極大含有点とＺｒの含有量が極大となるＺｒ極大含有点とを含み、前記Ａｌ極大含有点と前記Ｚｒ極大含有点とが繰り返し存在し、
   前記Ａｌ極大含有点におけるＡｌの含有量比率Ａｌ／（Ａｌ＋Ｚｒ）は、原子比で０．９９９９＜Ａｌ／（Ａｌ＋Ｚｒ）≦１であり、
   前記Ｚｒ極大含有点におけるＺｒの含有量比率Ｚｒ／（Ａｌ＋Ｚｒ）は、原子比で０．００１≦Ｚｒ／（Ａｌ＋Ｚｒ）≦０．２であり、
   前記硬質酸化物被膜層は、酸化ジルコニウムを含む表面被覆切削工具。
2. 前記硬質酸化物被膜層は、その厚みが０．０５μｍ以上２０μｍ以下である請求項１に記載の表面被覆切削工具。
3. 隣接する前記Ａｌ極大含有点と前記Ｚｒ極大含有点とが交互に繰り返し存在し、その間隔は０．００５μｍ以上１μｍ以下である請求項１または２に記載の表面被覆切削工具。
4. 前記被膜は、周期律表ＩＶａ族元素、Ｖａ族元素、ＶＩａ族元素、ＡｌおよびＳｉからなる群より選択される少なくとも１種の元素、または、該元素と硼素、炭素、窒素および酸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、からなる被覆層Ｘを含む請求項１〜３のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
5. 前記被膜は、Ａｌ酸化物層をさらに含み、
   前記Ａｌ酸化物層は、Ａｌ酸化物を含む層であり、前記硬質酸化物被膜層の直下に形成される請求項１〜４のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
6. 前記被膜は、ＴｉＢ_xＮ_y（ｘ、ｙは原子％を表し、０．００１＜ｘ／（ｘ＋ｙ）＜０．２を満たす）からなるＴｉＢＮ層をさらに含み、
   前記ＴｉＢＮ層は、前記Ａｌ酸化物層の直下に形成される請求項５に記載の表面被覆切削工具。
7. 前記被膜は、ＴｉＢ_aＮ_bＯ_c（ａ、ｂおよびｃは原子％を表し、０．０００５＜ａ／（ａ＋ｂ＋ｃ）＜０．２、かつ０＜ｃ／（ａ＋ｂ＋ｃ）＜０．５を満たす）からなるＴｉＢＮＯ層をさらに含み、
   前記ＴｉＢＮＯ層は、前記Ａｌ酸化物層の直下に形成される請求項５に記載の表面被覆切削工具。
8. 前記Ａｌ酸化物は、α−アルミナである請求項５〜７のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
9. 前記硬質酸化物被膜層の厚みｄ₁と前記Ａｌ酸化物層の厚みｄ₂とは、ｄ₁／（ｄ₁＋ｄ₂）＞０．０５を満たす請求項５〜８のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
10. 前記硬質酸化物被膜層と前記Ａｌ酸化物層とは、その合計厚みが０．５μｍ以上２０μｍ以下である請求項５〜９のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
11. 前記表面被覆切削工具は、刃先稜線部を有し、
    前記刃先稜線部において、前記硬質酸化物被膜層、前記Ａｌ酸化物層および前記被覆層Ｘの少なくともいずれかが露出し、
    前記刃先稜線部以外の部分は、前記硬質酸化物被膜層が露出する請求項３〜１０のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
12. 前記被膜は、この被膜を形成する少なくとも１以上の層が圧縮残留応力を有するか、または応力を有さない層である請求項１〜１１のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
13. 前記圧縮残留応力を有するかまたは応力を有さない層は、前記硬質酸化物被膜層および前記Ａｌ酸化物層の少なくともいずれかである請求項１２に記載の表面被覆切削工具。
14. 前記被膜は、化学蒸着法により形成される請求項１〜１３のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
15. 前記被覆層Ｘは、１層以上形成され、少なくとも１層は、ＭＴ−ＣＶＤ法により形成されたＴｉＣＮを含有する層である請求項４〜１４のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
16. 前記被膜は、その最下層としてチタン化合物を含有するチタン化合物層が形成される請求項１〜１５のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
17. 前記被膜は、その厚みが１μｍ以上２５μｍ以下である請求項１〜１６のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
18. 前記基材は、超硬合金、サーメット、酸化アルミニウム系セラミックス、および窒化珪素系セラミックスの少なくともいずれかである請求項１〜１７のいずれかに記載の表面被覆切削工具。

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