JP4994367B2 - 切削工具及びその製造方法、並びに切削方法 - Google Patents

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属等の切削加工に用いられる切削工具及びその製造方法、並びに切削方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、基体の表面に被覆層を被着形成した切削インサートが各種用途に用いられている。例えば、金属の切削加工に広く用いられている切削工具は、超硬合金やサーメット、セラミックス等の硬質基体の表面に、炭化チタン（ＴｉＣ）層、窒化チタン（ＴｉＮ）層、炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）層、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）層および窒化チタンアルミ（ＴｉＡｌＮ）層等の被覆層を単層または複数層形成されている。そして、最近の切削加工の多様化に従ってさらなる耐欠損性・耐摩耗性の向上が求められている。
【０００３】
上記被覆層の特性改善のために、特許文献1には、炭化タングステン基超硬合金基体の表面に、平均層厚０．１〜５μｍの粒状窒化チタン（ＴｉＮ）層−平均層厚２〜１５μｍの縦長成長結晶組織の炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）層−平均層厚０．５〜１０μｍの酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）層−平均層厚２〜１０μｍの縦長成長結晶組織の炭化チタン（ＴｉＣ）層で構成された被覆層を具備する表面被覆炭化タングステン基超硬合金製切削工具が開示され、優れた耐摩耗性を発揮することが記載されている。
【０００４】
さらに、特許文献２では、炭化タングステン基超硬合金基体の表面に、平均層厚０．１〜１μｍの粒状結晶組織の窒化チタン（ＴｉＮ）層−平均層厚０．３〜３μｍの縦長成長結晶組織の炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）層−さらに、切刃以外のすくい面と逃げ面には、−平均層厚０．１〜１μｍの粒状結晶組織の炭窒酸化チタン（ＴｉＣＮＯ）層−平均層厚０．１〜１．５μｍの粒状結晶組織を有する酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）層で構成された被覆層を具備する、すなわち切刃におけるＡｌ_２Ｏ_３層を除去してＴｉＣＮ層を露出させた表面被覆炭化タングステン基超硬合金製エンドミルが開示されている。
【０００５】
さらに、特許文献３及び特許文献４には、基体の組成成分を被覆層に拡散させることにより、基体と被覆層との密着性を向上させる方法が開示されている。
【０００６】
具体的には、コバルト（Ｃｏ）を含む炭化タングステン（ＷＣ）基超硬合金からなる基体の表面にＣＶＤ法（Chemical Vapor Deposition:化学蒸着法）により、炭化チタン（ＴｉＣ）又は窒化チタン（ＴｉＮ）の第１層、柱状晶結晶を含む炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）の第２層、炭化チタン（ＴｉＣ）、炭酸化チタン（ＴｉＣＯ）等の第３層、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）の第４層を順次被覆形成し、第１層と第２層又は第１〜３層までに基体中のタングステン（Ｗ）及びコバルト（Ｃｏ）を拡散させた切削工具が開示されている。
【特許文献１】
特開２０００−１５８２０７号公報
【特許文献２】
特開平１１−２２９１４３号公報
【特許文献３】
特開平７−２４３０２３号公報
【特許文献４】
特開平８−１１８１０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１や特許文献２に記載された被覆層の構成では、十分な耐摩耗性を得ることができなかった。そのため、ステンレス材等の難削材の加工に用いるには、依然として耐摩耗性が十分でなく、更なる耐摩耗性の向上が求められていた。
【０００８】
また、ステンレス材は熱伝導率が低いために切削温度が上がりやすい材質である。そのため、切削加工によって切削温度が高くなりやすく、被削材が切刃に溶着して拡散摩耗が発生しやすいものであった。
【０００９】
さらに上記特許文献３や特許文献４に記載の方法を用いた場合、基体から拡散された元素が不純物として存在する。これにより、被覆層の強度が低下してしまう。そのため十分な耐欠損性を得ることはできず、切削性能を長期にわたって維持することは難しかった。
【００１０】
そこで本発明は、耐摩耗性に優れた切削工具を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一実施形態における切削工具は、基体と、該基体の表面に被覆層とを備える切削工具であって、前記基体は、少なくともコバルトを含んでおり、前記被覆層は、少なくとも前記基体の表面に形成された窒化チタン層と、該窒化チタン層の表面に形成された炭窒化チタン層と、該炭窒化チタン層の表面に形成された中間層と、該中間層の表面に形成された酸化アルミニウム層とを含み、前記中間層は、少なくとも酸素およびチタンを含み、前記酸化アルミニウム層中には、コバルトを主成分とする粒子を含むことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明のその他の実施形態における切削工具は、基体と、該基体の表面に形成された被覆層とを備える切削工具であって、前記被覆層は、少なくとも前記基体の表面に形成された窒化チタン層と、該窒化チタン層の表面に形成された炭窒化チタン層と、該炭窒化チタン層の表面に形成された中間層と、該中間層の表面に形成された酸化アルミニウム層とを含み、前記中間層から前記酸化アルミニウム層に向かって、０．０５〜０．４μｍの平均結晶高さで、炭酸化チタン、酸窒化チタン、炭窒酸化チタン、酸化チタンの群から選ばれる少なくとも１種にて構成された突出粒子が点在して、前記酸化アルミニウム層の内部に食い込んでいることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の他の実施形態における切削工具の製造方法は、基体と、該基体の表面に被覆層とを備え、前記被覆層は、少なくとも前記基体の表面に形成された窒化チタン層と、該窒化チタン層の表面に形成された炭窒化チタン層と、該炭窒化チタン層の表面に形成された中間層と、該中間層の表面に形成された酸化アルミニウム層とを含む、切削工具の製造方法であって、ＣＶＤ炉内において、Ｈ_２を５０〜７５ｖｏｌ％、Ｎ_２を２５〜５０ｖｏｌ％の範囲内でそれぞれ含み合計が１００ｖｏｌ％になるように混合したガスを導入し、前記導入するガスの常温常圧での体積（流量）をＶｇ（ｌ／ｍｉｎ）、前記ＣＶＤ炉内の体積をＶｒ（ｌ）としたときのＶｇ／Ｖｒ（１／ｍｉｎ）が０．１〜０．３（１／ｍｉｎ）になるように制御し、前記基体をＣＶＤ炉内に保持する前処理工程と、前記基体の表面に窒化チタン層を形成する窒化チタン層成膜工程と、前記ＣＶＤ炉内において、Ｈ_２を５０〜７５ｖｏｌ％、Ｎ_２を２５〜５０ｖｏｌ％の範囲内でそれぞれ含み合計が１００ｖｏｌ％になるように混合したガスを導入し、前記Ｖｇ／Ｖｒ（１／ｍｉｎ）が０．１〜０．３（１／ｍｉｎ）となるように制御し、窒化チタン層が形成された基体をＣＶＤ炉内に保持する中間処理工程と、窒化チタン層上に、炭窒化チタン層、中間層を順次形成する炭窒化チタン層及び中間層成膜工程と、中間層が形成された基体を、ＡｌＣｌ_３を１〜１５ｖｏｌ％、Ｈ_２を８５〜９９ｖｏｌ％の範囲内でそれぞれ含み合計が１００ｖｏｌ％になるように混合したガスを導入して保持する後処理工程と、中間層上に、酸化アルミニウム層を形成する酸化アルミニウム層成膜工程とを具えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明を用いることにより、強断続となる切削加工中に被覆層に発生するクラックを抑制することができる。さらに、酸化アルミニウム層上に表面層を有する場合は、表面層で発生したクラックの進展を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明は、金属等の切削加工に用いられる切削工具に関するものである。具体的には硬質相を、少なくともコバルトを結合金属にて結合した超硬合金からなる基体の表面上に、被覆層が形成された硬質材を用いた切削工具に関するものである。
【００１６】
なお、上記切削工具としては、ろう付けタイプ又はスローアウェイタイプの旋削バイトに用いられる切削インサートや、ソリッドタイプのドリル又はエンドミル等、切削に寄与する切刃部分を備えるもののことを指す。なお、以下に記載の実施例においては切削工具としてホルダに取り付けられる切削インサートを例示して説明する。
【００１７】
本発明の切削インサートの一実施形態における概略斜視図を図１（ａ）に示す。また、切刃を含む概略断面図を図１（ｂ）に示す。
【００１８】
図１における切削インサートは、上面がすくい面３を、下面が着座面４をなし、側面が逃げ面５をなす平板状である。前記すくい面３と前記逃げ面５との交差稜線部には切刃６を備えている。超硬合金からなる基体２の表面には、被覆層８が被着形成されている。
【００１９】
前記基体２は、硬質相を結合相により結合した超硬合金からなる。前記硬質相は、周期表の４、５、６族金属の炭化物、窒化物および炭窒化物から選ばれる少なくとも１種を含んでいる。具体的は、炭化タングステン（ＷＣ）を主成分として、所望により、炭化チタン（ＴｉＣ）等の周期表の４、５、６族金属の炭化物（炭化タングステン以外）、窒化物および炭窒化物から選ばれる少なくとも１種以上が含まれるものが挙げられる。
【００２０】
前記結合相は結合金属からなる。結合金属としては、少なくともコバルト（Ｃｏ）が含まれている。その他の金属がさらに含まれていてもよく、例えば鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）等が使用可能である。
【００２１】
前記被覆層は、基体側から（ａ）窒化チタン（ＴｉＮ）層１０、（ｂ）炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）層１１、（ｃ）中間層１２、（ｄ）酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）層１４が順次形成されている。
【００２２】
前記中間層１２としては、炭酸化チタン（ＴｉＣＯ）、酸窒化チタン（ＴｉＮＯ）、炭窒酸化チタン（ＴｉＣＮＯ）及び酸化チタン（Ｔｉ_２Ｏ_３，ＴｉＯ_２）の群から選ばれる少なくとも１種から構成される。
【００２３】
また、前記酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）層１４上に、さらに（ｅ）表面層１５を形成しても良い。前記表面層１５は、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化ジルコニウム（ＺｒＮ）及び窒化ハフニウム（ＨｆＮ）の群から選ばれる少なくとも１種から構成される。
【００２４】
前記被覆層８としては、すべての膜を含んだ全体平均膜厚が、１．５〜７．０μｍ、特に、２〜５μｍであることが好ましい。
【００２５】
本発明の特徴として、図２に示すように酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）層中に、コバルト（Ｃｏ）を主成分とする粒子Ｅ（以下、コバルト粒子と呼ぶ）が含まれている。このコバルト粒子Ｅは、コバルト粒子が酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）層中に固溶した状態でなく、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）層中に粒子として析出していることが観察できるものを意味する。具体的には、切断面または破断面を５０００〜２００００倍の倍率の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて観察して確認できるものを指す。
【００２６】
これにより、延性に優れたコバルト（Ｃｏ）粒子Ｅと、硬度に優れた酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）粒子が酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）層１４内に混在することで、高硬度と高靭性を兼ね備えることができる。
そのため、強断続加工での強い衝撃の際に、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）層１４にクラックが発生するのを抑制できる。
【００２７】
つまり、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）層１４中に前記コバルト（Ｃｏ）粒子Ｅが存在しない構成とすると、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）層１４にクラックが発生しやすくなるため、該クラックを起点として切刃の欠損が発生しやすくなってしまう。
【００２８】
また、前記酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）層１４上に前記表面層が１５形成されている場合は、前記表面層１５にクラックが発生したとしても、高靭性なコバルト粒子Ｅを含む酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）層１４がクラックの発生を抑制できる。
【００２９】
ここで、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）層１４中に含まれるコバルト（Ｃｏ）粒子Ｅが複数個である場合、その平均粒径は、０．０５〜０．４μｍ、特に、０．１〜０．３μｍ、さらに、０．１〜０．２μｍであることが好ましい。
【００３０】
上記範囲内においては、切削工具として、金属の靭性とセラミックスの耐摩耗性がバランス良くなる。また、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）層１４が高靭性、即ちクッションの役割を果たす。これにより、クラックの発生を抑制できる。つまり、上記範囲は、耐摩耗性を低下させずに被覆層８の強度を向上させることができる点で好ましい。
【００３１】
また、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）層１４中に含まれるコバルト（Ｃｏ）粒子Ｅの組成は、合計を１００ｗｔ％とした場合、コバルト（Ｃｏ）を９２〜９８ｗｔ％、チタン（Ｔｉ）を１．０〜４．０ｗｔ％、残部が不可避不純物で構成されていることが好ましい。
【００３２】
上記範囲内においては、コバルト（Ｃｏ）よりも延性に優れたチタン（Ｔｉ）と、チタンよりも弾性率に優れたコバルト（Ｃｏ）をバランス良く含むことにより、優れた耐摩耗性と靭性とを兼ね具えることができる。
【００３３】
なお、本発明において、コバルト（Ｃｏ）粒子の平均粒径とは、被覆層８を構成する酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）層１４を含む任意破断面５ヵ所について、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を撮り、膜厚方向に対して垂直な方向で酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）層１４中に点在するそれぞれのコバルト（Ｃｏ）粒子Ｅの大きさを測定し、各１０個の平均値を算出したものである。
【００３４】
また、本発明において、平均層厚とは、基体と被覆層との界面、又は被覆層の各層の界面を含む任意破断面５ヵ所について、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を撮り、それぞれの層厚を数点測定し平均値を算出したものである。
【００３５】
また、中間層１２と酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）層１４との界面と平行な基準長さ１０μｍに含まれる前記酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）層中のコバルト（Ｃｏ）粒子Ｅの数が３〜２０個であることが好ましい。
【００３６】
上記範囲内においては、靭性に優れたコバルト（Ｃｏ）粒子Ｅが酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）層１４において、適度な間隔で分散していることとなる。そのため、上記範囲においては、耐摩耗性を低下させずに硬質層８の強度を向上させることができる。
【００３７】
なお、前記酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）層１４内に含まるコバルト（Ｃｏ）粒子Ｅの数は、被覆層８１５面を基準に１５〜２０°傾いた面を、研削加工および鏡面加工を施し、その後、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により、反射電子像を５０００〜２００００倍の倍率で撮影し、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）層１４な中間層１２と酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）層１４との界面と略平行な基準長さ１０μｍにおけるコバルト（Ｃｏ）粒子Ｅの数を測定する。なお、１つのサンプルにつき、５箇所測定を実施して、その平均値をコバルト（Ｃｏ）粒子Ｅの数とする。
【００３８】
なお、図１の切削インサートにおいては、切刃６における前記硬質層８は、表面層１５が研磨されており切刃部分の箇所と比べて薄くなっている、または、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）層１４が露出していることが好ましい。これにより、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）の耐溶着性および耐摩耗性により、切削工具としての切削性能を向上させることができる。
【００３９】
以下に各層について説明する。
【００４０】
（ａ）窒化チタン（ＴｉＮ）層１０
窒化チタン（ＴｉＮ）層１０は基体２と炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）層１１との間に存在して、炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）層１１の付着力を向上させるとともに基体２成分の拡散により被覆層８の耐摩耗性が低下することを防ぐため、層厚０．１〜１μｍの範囲で形成されることが好ましい。結晶組織の形態は粒状、米粒状、柱状のいずれであってもよい。上記範囲内で形成することにより、基体２の成分の必要以上の拡散を抑制するとともに、被覆層８の靭性を向上させることができる。
【００４１】
（ｂ）炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）層１１
炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）層１１は、被覆層８が受ける衝撃を吸収して被覆層８の耐欠損性を向上させるため、平均層厚１．０〜４μｍの範囲で形成されることが好ましい。また、前記炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）層１１は、基体２表面に対して略垂直な方向に伸びる結晶組織であることが好ましい。これにより被覆層８の靭性を向上させることができる。
【００４２】
また、炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）層１１を表面方向から見たとき、細径をなす炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）粒子（以下、微細炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）粒子と記す。）の集合体にて構成されていることが好ましい。また、該微細炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）粒子が炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）層１１を表面からみたときにランダムな方向にそれぞれ伸びていることが好ましい。これにより、クラックの偏向効果が高くなる。さらに、クラックが炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）層１１の深さ方向に進展することを抑制でき、耐欠損性が向上する。
【００４３】
なお、断面方向および表面方向の観察を加味すると、微細炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）粒子は板状結晶になっているものと推定される。また、粒子（上記微細炭窒化チタン粒子）のアスペクト比は、各粒子について、粒子の長軸と直交する短軸の長さ／粒子の長軸の長さの比が最大値となる値を算定し、一視野内に存在する各炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）粒子についてそのアスペクト比の平均値によって見積もることができる。また、被覆層８の断面組織観察にて、粒状ＴｉＣＮ結晶が３０面積％以下の割合で混合した混晶であってもよい。
【００４４】
また、炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）層１１の表面付近、すなわち（ｃ）中間層１２側の０．０５〜０．５μｍの厚み領域においては、平均結晶幅が下側よりも広いものであってもよい。
【００４５】
（ｃ）中間層１２
中間層１２は、炭酸化チタン（ＴｉＣＯ）、酸窒化チタン（ＴｉＮＯ）、炭窒酸化チタン（ＴｉＣＮＯ）及び酸化チタン（Ｔｉ_２Ｏ_３，ＴｉＯ_２）の群から選ばれる少なくとも１種にて構成される。前記中間層１２は、炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）層１１（ｂ）と後述する酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）層１４（ｄ）との間に存在して、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）層１４の結晶をα−酸化アルミニウム（α−Ａｌ_２Ｏ_３）の結晶構造とする効果がある。
【００４６】
また、前記中間層１２は、平均層厚が０．０５〜０．４μｍであることが好ましい。この範囲内においては、α−酸化アルミニウムの生成が促進するとともに、硬度および強度が高くなる。また、結晶組織の形態は粒状、米粒状、柱状のいずれであってもよいが、特には炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）層１１同じく柱状結晶組織をなしていることが望ましい。
【００４７】
ここで、中間層１２から酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）層１４に向かって、０．０５〜０．４μｍの平均結晶高さで、炭酸化チタン（ＴｉＣＯ）、酸窒化チタン（ＴｉＮＯ）、炭窒酸化チタン（ＴｉＣＮＯ）及び酸化チタン（Ｔｉ_２Ｏ_３，ＴｉＯ_２）の群から選ばれる少なくとも１種にて構成された突出粒子１３が点在して、Ａｌ_２Ｏ_３層１４の内部に食い込んでいることが好ましい。これにより、中間層１２と酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）層１４との付着力をより高めることができる。
【００４８】
また、中間層１２及び突出粒子１３の少なくとも一方が酸化チタン（Ｔｉ_２Ｏ_３）を含有し、被覆層８の表面におけるＸ線回折パターンにおいて、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）層１４の（０１２）面のピーク強度Ｉ_{Ａｌ２Ｏ３}と、中間層１２または突出粒子１３のＴｉ_２Ｏ_３の（０１２）面のピーク強度Ｉ_{Ｔｉ２Ｏ３}との比率（Ｉ_{Ｔｉ２Ｏ３}／Ｉ_{Ａｌ２Ｏ３}）が０．１〜０．７の範囲にあることが、中間層１２と酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）層１４のとの付着力を高める点で望ましい。
【００４９】
（ｄ）酸化アルミニウム層１４
酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）層１４はα型結晶構造の酸化アルミニウム（α−Ａｌ_２Ｏ_３）からなり、平均層厚０．１〜０．４５μｍで存在することが好ましい。また、結晶組織としては粒状結晶組織であることが好ましい。
【００５０】
なお、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）層１４はα型結晶構造からなることによって構造的に安定で高温になっても優れた耐摩耗性を維持できる。従来ではα型結晶構造をもつ酸化アルミニウムは優れた耐摩耗性を持つが、核生成を行う際の粒径が大きいため、炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）層１１との接触面積が小さくなり、付着力が弱くなってしまい、膜剥離を起こしやすいという問題があった。しかし、上述した組織調整によって酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）層１４と炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）層１１との十分な付着力を得ることができる。よって、α型結晶構造の酸化アルミニウム（α−Ａｌ_２Ｏ_３）結晶の持つ、優れた耐摩耗性を酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）層１４の付着力を低下させることなく得ることができるため、工具寿命のより長い切削インサート１を得ることができる。
【００５１】
さらに、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）層１４の基体２側の界面において、基準長さ５μｍに対する最大高さＲｚが０．１〜０．５μｍであって、かつ基準長さ５μｍにおける最も高い位置と最も低い位置との中点を通る基準線に対して、該基準線よりも上に突き出している部分を１つの凸部と規定したとき、前記基準長さ５μｍにおける前記凸部の数が４〜１５個であることが、中間層１２とＡｌ_２Ｏ_３層１４との付着力を高める点で望ましい。
【００５２】
ここで、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）層１４の基体２側の界面における上記規定は、被覆層８の組織観察において、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）層１４の基体２側の界面における凹凸形状をトレースした線からＪＩＳ Ｂ ０６０１−２００１（ＩＳＯ４２８７−１９９７）に規定される最大高さ（Ｒｚ）の算出方法に準じて基準長さを５μｍとしたときに求められる値と定義する。
【００５３】
また、基準長さ５μｍにおける凸部の数は、上記トレースした線Ｌから図４に示す方法で求めることができる。すなわち、界面における面粗さの測定は、工具１の切断面または破断面を５０００〜２００００倍の倍率の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて観察し、基体２と被覆層８の界面での最高凸部を通り、基体２と略平行な直線Ａから最深凹部を通り、基体２と略平行な直線Ｂまでの最短距離Ｍの中点を通り、基体２に平行な直線を引いたものを基準線Ｃとし、基準線Ｃよりも上に突き出しているものを凸部、基準線Ｃよりも下に凹んでいるものを凹部として、基準線Ｃから凸部の個数を数える（図４では２個）ことにより算出する（図４参照）。またこの測定に際しては、突出粒子１３がある部分は避けてトレースおよび測定を行う。
【００５４】
（ｅ）表面層１５
表面層１５は、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化ジルコニウム（ＺｒＮ）及び窒化ハフニウム（ＨｆＮ）の群から選ばれる少なくとも１種からなり、０．１〜２μｍの平均層厚で構成される。被覆層表面の摺動性、外観等の調整が可能となる。すなわち、表面層１５を形成することによって、工具が金色を呈するため、切削インサート１を使用したときに表層が摩耗して使用済みかどうかの判別がつきやすく、また、摩耗の進行を容易に確認できる。
【００５５】
（製造方法）
また、本発明の切削工具の一例である上述した切削インサート１を製造する方法について説明する。
【００５６】
まず、上述した硬質合金を焼成によって形成しうる金属炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化物等の無機物粉末に、金属粉末、カーボン粉末等を適宜添加、混合する。その後、プレス成形、鋳込成形、押出成形、冷間静水圧プレス成形等の公知の成形方法によって所定の工具形状に成形する。そして、真空中または非酸化性雰囲気中にて焼成することによって上述した硬質合金からなる基体２を作製する。そして、上記基体２の表面に所望によって研磨加工や切刃部のホーニング加工を施す。
【００５７】
なお、基体２の表面粗さは、被覆層８の付着力を制御する点で、すくい面における算術平均粗さ（Ｒａ）が０．１〜１．５μｍ、逃げ面における算術平均粗さ（Ｒａ）が０．５〜３μｍとなるように原料粉末の粒径、成形方法、焼成方法、加工方法を制御する。
【００５８】
そして、基体２の表面に例えば化学気相蒸着（ＣＶＤ）法によって被覆層８を成膜する。
【００５９】
まず、前処理工程として、ＣＶＤ炉内において、水素（Ｈ_２）を５０〜７５ｖｏｌ％、窒素（Ｎ_２）を２５〜５０ｖｏｌ％の範囲内でそれぞれ含み合計が１００ｖｏｌ％になるように混合したガスを導入し、前記導入するガスの常温常圧での体積（流量）をＶｇ（ｌ／ｍｉｎ）、前記ＣＶＤ炉内の体積をＶｒ（ｌ）としたときのＶｇ／Ｖｒが０．１〜０．３（１／ｍｉｎ）になるように制御し、前記基体をＣＶＤ炉内に保持する。この前処理工程によって、基体表面の不純物や汚れを除去してコバルト（Ｃｏ）が被覆層８に拡散しやすい状態を作り出すことができる。
【００６０】
次に、窒化チタン（ＴｉＮ）層１０成膜工程として、前記ＣＶＤ炉内において、例えば塩化チタン（ＴｉＣｌ_４）が０．３〜１．２ｖｏｌ％、水素（Ｈ_２）が３５〜６５ｖｏｌ％、窒素（Ｎ_２）が３５〜６５ｖｏｌ％の範囲内でそれぞれ含み合計が１００ｖｏｌ％になるように混合したガスを導入し、一定の圧力で前記Ｖｇ／Ｖｒ（１／ｍｉｎ）が０．７〜１．１（１／ｍｉｎ）に制御し、ＣＶＤ法により前記基体２上に窒化チタン（ＴｉＮ）層１０を形成する。
【００６１】
その後、中間処理工程として、前記ＣＶＤ炉内において、水素（Ｈ_２）を５０〜７５ｖｏｌ％、窒素（Ｎ_２）を２５〜５０ｖｏｌ％の範囲内でそれぞれ含み合計が１００ｖｏｌ％になるように混合したガスを導入し、前記Ｖｇ／Ｖｒ（１／ｍｉｎ）が０．１〜０．３（１／ｍｉｎ）となるように制御し、窒化チタン層が形成された基体をＣＶＤ炉内に保持する。なお、前記処理時間は１０〜６０分程度、ＣＶＤ炉内の圧力は１０〜３０ｋＰａ、処理温度は８００〜９００℃で行なうことが好ましい。
【００６２】
この中間処理工程により、窒化チタン（ＴｉＮ）層１０の表面の不純物や汚れを除去してコバルト（Ｃｏ）が前記窒化チタン（ＴｉＮ）層１０より上層に拡散しやすい状態を作り出すことができる。
【００６３】
次に、炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）層１１成膜工程として、前記ＣＶＤ炉内において、例えば塩化チタン（ＴｉＣｌ_４）が０．５〜５ｖｏｌ％、アセトニトリル（ＣＨ_３ＣＮ）が０．３〜１．５ｖｏｌ％、窒素（Ｎ_２）が１０〜４０ｖｏｌ％、残りが水素（Ｈ_２）にて構成され、合計が１００ｖｏｌ％になるように混合したガスを導入し、ＣＶＤ法により前記窒化チタン（ＴｉＮ）層１０上に炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）層１１を形成する。
【００６４】
ここで、上記成膜条件のうち、ガス中のアセトニトリルガスの割合が上記範囲内に調整することによって、炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）層１１中の炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）粒子の組織を上述した範囲に確実に成長させることができる。また、上記成膜温度を、７８０℃〜８８０℃とすることにより、断面観察において柱状をなし、かつ表面観察において細径をなす炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）からなる突出粒子を形成するのに好ましい。
【００６５】
ここで、炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）層１１の成膜において、炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）層１１の成膜前期に使用する反応ガス中のアセトニトリル（ＣＨ_３ＣＮ）の導入を炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）層１１の成膜後期には止めることにより、炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）層１１の表面側（中間層側）の炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）結晶の平均結晶幅を大きくすることもできる。なお、上記成膜条件のうち、炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）層１１の成膜前期における炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）結晶の成長過程では、アセトニトリル（ＣＨ_３ＣＮ）ガスの割合ＶＡを０．３〜１．５ｖｏｌ％に制御するとともに、キャリアガスである水素（Ｈ_２）ガスの割合Ｖ_Ｈとアセトニトリル（ＣＨ_３ＣＮ）ガスの割合Ｖ_Ａとの比（Ｖ_Ａ／Ｖ_Ｈ）が０．０３以下となるように低濃度に制御することによって、微細な核生成ができて炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）層の付着力を向上させることができる。
【００６６】
次に、中間層１２を成膜する。例えば中間層１２として炭窒酸化チタン（ＴｉＣＮＯ）層を成膜する場合には、塩化チタン（ＴｉＣｌ_４）ガスを０．１〜３ｖｏｌ％、メタン（ＣＨ_４）ガスを０．１〜１０ｖｏｌ％、二酸化炭素（ＣＯ_２）ガスを０．０１〜５ｖｏｌ％、窒素（Ｎ_２）ガスを０〜６０ｖｏｌ％、残りが水素（Ｈ_２）ガスからなる混合ガスを調整して反応チャンバ内に導入し、チャンバ内を８００〜１１００℃、５〜３０ｋＰａとする。
【００６７】
ここで、中間層１２として炭窒酸化チタン（ＴｉＣＮＯ）層を形成する
場合の成膜条件として、塩化チタン（ＴｉＣｌ_４）ガスの流量に対する二酸化炭素（ＣＯ_２）ガスの流量比（ＣＯ_２／ＴｉＣｌ_４）を１．８〜４．０に制御することが好ましい。これにより、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）層の基体側の界面において、基準長さ５μｍに対する最大高さＲｚが０．１〜０．５μｍ、かつ基準長さ５μｍにおける凸部の数が４〜１５個に制御することができる。そのため、中間層１２と酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）層１４との密着性を高めることができる。
【００６８】
さらに、上記流量比率を２．０〜３．０に制御することにより突出粒子１３が形成されやすくなる。
【００６９】
その後、後処理工程として、中間層１２が形成された基体を、塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ_３）を１〜１５ｖｏｌ％、残りを水素（Ｈ_２）にて構成し、合計が１００ｖｏｌ％になるように混合したガスを導入して保持する。なお、処理時間は１５〜６０分程度、圧力は５〜３０ｋＰａ、処理温度は９５０〜１１５０℃で行なうことが好ましい。
【００７０】
この後処理工程を行うことにより、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）層１４にコバルト（Ｃｏ）粒子が析出しやすくなる。
【００７１】
そして、引き続き、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）層１４を成膜する。酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）層１４の成膜方法としては、塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ_３）ガスを３〜２０ｖｏｌ％、塩化水素（ＨＣｌ）ガスを０．５〜３．５ｖｏｌ％、二酸化炭素（ＣＯ_２）ガスを０．０１〜５．０ｖｏｌ％、硫化水素（Ｈ_２Ｓ）ガスを０〜０．０１ｖｏｌ％、残りが水素（Ｈ_２）ガスからなる混合ガスを用い、９００〜１１００℃、５〜１０ｋＰａとすることが望ましい。
【００７２】
次に、表面層１５を形成する。例えば、表面層１５として窒化チタン（ＴｉＮ）層を成膜するには、反応ガス組成として塩化チタン（ＴｉＣｌ_４）ガスを０．１〜１０ｖｏｌ％、窒素（Ｎ_２）ガスを１０〜６０ｖｏｌ％、残りが水素（Ｈ_２）ガスからなる混合ガスを調整して反応チャンバ内に導入し、チャンバ内を８００〜１１００℃、５０〜８５ｋＰａとすればよい。
【００７３】
従来の製造方法では、特許文献１や特許文献２のように、基体の組成成分を被覆層に拡散させることにより、基体と被覆層との密着性を向上させる方法は知られていたものの、十分な耐欠損性を得ることはできず、高送りや高切り込み加工などの重切削や断続切削においては切刃の欠損が発生し、すぐれた切削性能を長期に渡り維持することは難しかった。
【００７４】
そこで、出願人は実験を繰り返した結果、（１）基体表面に窒化チタン形成する前に行なう前処理工程、（２）窒化チタン層形成後、炭窒化チタン層形成前に行なう中間処理工程、（３）中間層形成後、酸化アルミニウム層形成前に行なう後処理工程、これらを行なうことにより、従来はなしえなかった酸化アルミニウム層中に、コバルトを主成分とする粒子を含ませることに成功した。
【００７５】
即ち、上記前処理工程、中間処理工程および後処理工程により、基体より拡散するコバルト（Ｃｏ）成分を酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）層まで吸い上げることができる。これにより、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）層にコバルトを主成分とする粒子を析出させることができる。
【００７６】
また、切刃６のみまたは切刃６を含むすくい面３を、成膜した被覆層８の表面からブラシ、弾性砥石またはブラスト法によって機械的に研磨加工して、切刃６にて表面層１５を研磨して薄くするか、または酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）層１４を露出させる。この研磨加工により、被覆層中に残存する残留応力が開放されるとともに、切刃６に酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）層１４が露出するか、または酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）層１４が被覆層８の表面近傍に存在することとなる。これにより、被削材の溶着を抑制し、かつ耐摩耗性に優れた切削インサート１となる。
【００７７】
次に、本発明の切削方法について説明する。
【００７８】
図５から図７に本発明の切削方法の工程図を示す。まず、上記本発明にかかる切削工具１（図においては、例として旋削工具を記載する）に本発明の切削インサートを取り付ける。そして、図５に示すように、切削工具１の切刃を被削材５０に近づける。なお、切削工具１と被削材５０が相対的に近づけば良く、例えば、被削材５０を切削工具１の切刃に近づけても良い。
【００７９】
そして、被削材５０と切削工具１の少なくとも一方を回転させる。なお、図５から図７においては、被削材が回転するものを例示している。次いで、図６に示すように切削工具１の切刃部分を被削材５０に接触させて切削する。その後、図７に示すように前記被削材５０から切削工具１を離間させる。なお、切削加工を継続する場合は、切削工具１と被削材５０を相対的に回転された状態を保持して、被削材５０の異なる箇所に切削工具１の切刃を接触させる工程を繰り返す。
【００８０】
以下に本発明の実施例を、表を参照して説明する。
【００８１】
（実施例１）
平均粒径１．４μｍの炭化タングステン（ＷＣ）粉末を９０ｗｔ％、平均粒径１．６μｍの金属コバルト（Ｃｏ）粉末を８ｗｔ％、平均粒径１．５μｍの炭化チタン（ＴｉＣ）粉末を０．３ｗｔ％、平均粒径１．４μｍのＴａＣ粉末を１．２ｗｔ％、平均粒径１．５μｍのＮｂＣ粉末を０．５ｗｔ％の配合組成で添加、混合して、プレス成形により切削工具形状（ＣＮＭＧ１２０４０８）に成形した後、脱バインダ処理を施し、０．０１Ｐａの真空中において１５００℃で１時間焼成して超硬合金を作製した。
【００８２】
上記超硬合金を基体として、表１及び表２に記載の各条件で、前処理工程、窒化チタン（ＴｉＮ）層成膜工程、中間処理工程、炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）層成膜工程、中間層成膜工程、後処理工程、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）層成膜工程、窒化チタン（ＴｉＮ）からなる表面層成膜工程を順次行い、試料Ｎｏ．１−１６の切削工具(スローアウェイ
チップ)を作製した。
【表１】

【００８３】
【表２】

【００８４】
なお、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）中のコバルト（Ｃｏ）を主成分とする粒子の確認については、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）層を含む界面を高分解能透過型電子顕微鏡（ＨＲ−ＴＥＭ）によって行なった。その結果、表２から分かる通り、本発明の製造方法を用いた試料Ｎｏ．１−１０については、図１に示すように酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）層中にコバルト（Ｃｏ）を主成分とする粒子Ｅが含まれていた。それに対して試料Ｎｏ．１１−１６は、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）層中にコバルトを主成分とする粒子は確認できなかった。
【００８５】
上記試料Ｎｏ．１−１６のスローアウェイチップをホルダに取り付けて、下記条件により切削試験を行い、耐摩耗性（逃げ面摩耗、境界摩耗）、耐欠損性、刃先状態をそれぞれ測定した。その結果を以下の表３に示す。
【００８６】
（切削条件）
（１）耐摩耗性試験
被削材 ：ＳＵＳ３０４ 円柱材
工具形状：ＣＮＭＧ１２０４０８
切込速度：２００ｍ／分
送り速度：０．２ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み：１．５ｍｍ
切削時間：２０分
切削状態：湿式切削
（２）耐欠損性試験
被削材 ：ＳＵＳ３０４ 円柱材（溝付き）
工具形状：ＣＮＭＧ１２０４０８
切込速度：１７０ｍ／分
送り速度：０．３ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み：１．５ｍｍ
切削状態：湿式切削
【表３】

【００８７】
表３から分かるように、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）層中にコバルト（Ｃｏ）を主成分とする粒子を含む試料Ｎｏ．１−１０については、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）層中にコバルト（Ｃｏ）を主成分とする粒子を確認できなかった試料Ｎｏ．１１−１６に比べて、逃げ面摩耗、境界摩耗、耐欠損試験、刃先状態のすべてにおいて優れた結果を得ることができた。
【００８８】
これは、延性に優れたコバルトを主成分とする粒子を酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）層中に存在させることで、高硬度と高靭性を兼ね備えることができたため、強断続加工での強い衝撃の際に、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）層にクラックが発生するのを抑制できたものと考えられる。さらに、表面層にクラックが発生した場合であっても、高靭性なコバルト（Ｃｏ）を主成分とする粒子を含む酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）層がクラックの発生を抑制することができたものと考えられる。
【００８９】
（実施例２）
平均粒径１．５μｍの炭化タングステン（ＷＣ）粉末に対して、平均粒径１．２μｍの金属コバルト（Ｃｏ）粉末を６質量％、平均粒径２．０μｍの炭化チタン（ＴｉＣ）粉末を０．５質量％、炭化タンタル（ＴａＣ）粉末を５質量％の割合で添加、混合して、プレス成形により切削工具形状（ＣＮＭＧ１２０４０８）に成形した後、脱バインダ処理を施し、０．０１Ｐａの真空中、１５００℃で１時間焼成して超硬合金を作製した。
さらに、作製した超硬合金にブラシ加工にてすくい面より刃先処理（ホーニングＲ）を施した。得られた基体の逃げ面においてＪＩＳＢ０６０１−２００１に準じた算術平均粗さ（Ｒａ）は１．１μｍ、すくい面における算術平均粗さ（Ｒａ）は０．４μｍであった。
【００９０】
次に、上記超硬合金に対して、ＣＶＤ法により各種の被覆層を表５に示す構成の多層膜からなる被覆層を成膜した。なお、表５の各層の成膜条件は表４に示した。そして、被覆層の表面をすくい面側から切刃にわたってブラシ加工により切刃が表５の状態となるようして表面被覆スローアウェイチップを作製した。
【表４】

【００９１】
得られた工具について、被覆層８の断面を含む任意破断面５ヵ所について走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を撮り、各写真おいて各被覆層の組織状態を観察し、各層の層厚を測定するとともに突出粒子の存在の有無を確認した。なお、図３に試料Ｎｏ．１７のチップについての断面ＳＥＭ写真を示す。さらに、この写真から酸化アルミニウム層の基体側界面における凹凸をトレースし、最大粗さＲｚおよび凸部の数を測定した。さらに、被覆層８の表面からＸ線回折測定を行い、酸化チタン（Ｔｉ_２Ｏ_３）の（０１２）面のピークが存在の有無を確認し、存在する場合には、酸化チタンの（０１２）面のピーク強度Ｉ_{Ｔｉ２Ｏ３}と酸化アルミニウムの（０１２）面のピーク強度Ｉ _{Ａｌ２Ｏ３} との比率（Ｉ_{Ｔｉ２Ｏ３}／Ｉ_{Ａｌ２Ｏ３}）を算出した。
【表５】

【００９２】
そして、この切削工具を用いて下記の条件により、連続切削試験および断続切削試験を行い、耐摩耗性および耐欠損性を評価した。
【００９３】
（連続切削条件）
被削材 ：ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）
工具形状：ＣＮＭＧ１２０４０８
切削速度：１２０ｍ／分
送り速度：０．２ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み：１．５ｍｍ
切削時間：３０分
その他 ：水溶性切削液使用
評価項目：顕微鏡にて切刃を観察し、逃げ面摩耗量・境界摩耗量を測定
（断続切削条件）
被削材 ：ステンレス鋼４本溝付（ＳＵＳ３０４）
工具形状：ＣＮＭＧ１２０４０８
切削速度：１７０ｍ／分
送り速度：０．２ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み：１．０ｍｍ
その他 ：水溶性切削液使用
評価項目：欠損に至る衝撃回数
衝撃回数１０００回時点で顕微鏡にて切刃の被覆層の剥離状態を観察
【表６】

【００９４】
表４〜６より、Ａｌ_２Ｏ_３層の層厚が０．４５μｍを越える試料Ｎｏ．２９では、摩耗の進行が速く、また早い段階で欠損が発生してしまった。また、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）としてκ−Ａｌ_２Ｏ_３となった試料Ｎｏ．３０でも、摩耗の進行が速く、また早い段階で欠損が発生してしまった。
【００９５】
これに対して、本発明に従った層構成であるＮｏ．１７〜２８では、いずれも連続切削においても断続切削においても長寿命であり、耐欠損性および耐摩耗性とも優れた切削性能を有するものであった。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
本発明の一実施形態によれば、酸化アルミニウム層中に、コバルトを主成分とする粒子が含まれている。これにより、延性に優れたコバルト（Ｃｏ）粒子と、硬度に優れた酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）粒子が酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）層内に混在し、高硬度と高靭性を兼ね備えることができる。そのため、強断続加工での強い衝撃の際に、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）層にクラックが発生するのを抑制できる。
【００９７】
前記酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）層上に前記表面層が形成されている場合は、前記表面層にクラックが発生したとしても、高靭性なコバルト粒子を含む酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）層がクラックの発生を抑制できる。
【００９８】
また、本発明は、被覆層が、（ａ）基体２の表面に形成される平均層厚０．１〜１．０μｍの窒化チタン（ＴｉＮ）層１０と、（ｂ）平均層厚１．０〜４．０μｍで柱状結晶組織の炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）層１１と、（ｃ）平均層厚０．０５〜０．４μｍで、炭酸化チタン（ＴｉＣＯ）、酸窒化チタン（ＴｉＮＯ）、炭窒酸化チタン（ＴｉＣＮＯ）、酸化チタン（Ｔｉ_２Ｏ_３，ＴｉＯ_２）の群から選ばれる少なくとも１種にて構成される中間層１２、と、（ｄ）平均層厚０．１〜０．４５μｍのα型結晶構造の酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）層１４と、（ｅ）０．１〜２．０μｍの平均層厚で構成された窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化ジルコニウム（ＺｒＮ）または窒化ハフニウム（ＨｆＮ）の群から選ばれる少なくとも１種からなる表面層１５と、を順に積層した全体平均層厚１．５〜７．０μｍの構成であることが好ましい。そして、切削工具によれば、切刃６における被覆層８は、表面層１５が研磨されて薄くなっているか、または表面層１５が除去されて酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）層１４が露出した状態となっていることが好ましい。
【００９９】
これによって、切刃にて露出するＡｌ_２Ｏ_３層１４が耐溶着性および耐摩耗性に優れる。しかも、耐欠損性が要求される加工においても実用的に問題ない耐摩耗性を確保して被覆層８のチッピングを抑制できる。
【０１００】
また、本発明においては、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）層中に含まれるコバルト（Ｃｏ）粒子の平均粒径は、０．０５〜０．４μｍであることが好ましい。
【０１０１】
これにより、切削工具として、金属の靭性とセラミックスの耐摩耗性が最もバランス良くなる。また、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）層が高靭性、即ちクッションの役割を果たす。これにより、クラックの発生を抑制することができる。つまり、上記範囲は、耐摩耗性を低下させずに硬質層の強度を向上させることができる。また、本発明は、酸化アルミニウム層中に含まれるコバルト（Ｃｏ）粒子の組成は、合計を１００ｗｔ％とした場合、コバルトを９２〜９８ｗｔ％、チタンを１〜４ｗｔ％、残部がその他の物質で構成されていることが好ましい。
【０１０２】
上記範囲内においては、コバルト（Ｃｏ）よりも延性に優れたチタン（Ｔｉ）と、チタンよりも弾性率に優れたコバルト（Ｃｏ）をバランス良く含むことにより、優れた耐摩耗性と靭性とを兼ね具えることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】 本発明の切削工具（切削インサート）の一例についての（ａ）概略斜視図、（ｂ）要部拡大断面図である。
【図２】 本発明の酸化アルミニウム層内のコバルト粒子を示す断面図である。
【図３】 本発明の切削工具（切削インサート）の一例（実施例２）について、その組織を断面から観察した際の走査型電子顕微鏡写真である。
【図４】 酸化アルミニウム層の基体側界面における凸部の数を測定する方法を説明するための模式図である。
【図５】 本発明の切削方法の工程図である。
【図６】 本発明の切削方法の工程図である。
【図７】 本発明の切削方法の工程図である。

Claims (15)

1. 基体と、該基体の表面に形成された被覆層とを備える切削工具であって、
   前記基体は、少なくともコバルトを含んでおり、
   前記被覆層は、少なくとも前記基体の表面に形成された窒化チタン層と、該窒化チタン層の表面に形成された炭窒化チタン層と、該炭窒化チタン層の表面に形成された中間層と、該中間層の表面に形成された酸化アルミニウム層とを含み、
   前記中間層は、少なくとも酸素およびチタンを含み、
   前記酸化アルミニウム層中には、コバルトを主成分とする粒子を含むことを特徴とする切削工具。
2. 前記被覆層は、前記窒化チタン層の平均層厚が０．１〜１μｍ、
   前記炭窒化チタン層の平均層厚が１．０〜６μｍ、
   前記中間層の平均層厚が０．０５〜０．４μｍ、
   前記酸化アルミニウム層の平均層厚が０．１〜０．４５μｍであることを特徴とする請求項１に記載の切削工具。
3. 前記コバルトを主成分とする粒子は、前記酸化アルミニウム層中に複数個存在し、
   前記コバルトを主成分とする粒子の平均粒径は０．０５〜０．４μｍであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の切削工具。
4. 前記中間層と前記酸化アルミニウム層との界面と平行な基準長さ１０μｍに含まれる前記酸化アルミニウム層中のコバルトを主成分とする粒子の数が３〜２０個であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の切削工具。
5. 前記酸化アルミニウム層中に含まれるコバルトを主成分とする粒子の組成は、コバルトを９２〜９８ｗｔ％、チタンを１〜４ｗｔ％、残部が不可避不純物であり、合計が１００ｗｔ％となることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の切削工具。
6. 前記酸化アルミニウム層がα型結晶構造を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の切削工具。
7. 前記酸化アルミニウム層上には、表面層が形成されており、
   前記表面層は、窒化チタン、炭化チタン、炭窒化チタン、窒化ジルコニウム、窒化ハフニウムの群から選ばれる少なくとも１種からなり、
   平均層厚が０．１〜２μｍの表面層が形成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の切削工具。
8. 前記被覆層の全体の平均層厚が１．５〜７μｍであることを特徴とする請求項２乃至７のいずれかに記載の切削工具。
9. 前記基体が、炭化タングステンを主成分とすることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の切削工具
10. 前記基体は、主面がすくい面をなし、側面が逃げ面をなす平板状であり、前記すくい面と前記逃げ面との交差稜線部に切刃が形成されており、
    前記切刃における前記被覆層は、少なくとも前記表面層が研磨されて薄くなっているか、または前記表面層が除去されて前記酸化アルミニウム層が露出していることを特徴とする請求項１に記載の切削工具。
11. 基体と、該基体の表面に形成された被覆層とを備え、
    前記被覆層は、少なくとも前記基体の表面に形成された窒化チタン層と、該窒化チタン層の表面に形成された炭窒化チタン層と、該炭窒化チタン層の表面に形成された中間層と、該中間層の表面に形成された酸化アルミニウム層とを含む、切削工具の製造方法であって、
    ＣＶＤ炉内において、Ｈ_２を５０〜７５ｖｏｌ％、Ｎ_２を２５〜５０ｖｏｌ％の範囲内でそれぞれ含み合計が１００ｖｏｌ％になるように混合したガスを導入し、前記導入するガスの常温常圧での体積（流量）をＶｇ（ｌ／ｍｉｎ）、前記ＣＶＤ炉内の体積をＶｒ（ｌ）としたときのＶｇ／Ｖｒ（１／ｍｉｎ）が０．１〜０．３（１／ｍｉｎ）になるように制御し、前記基体をＣＶＤ炉内に保持する前処理工程と、
    前記基体の表面に窒化チタン層を形成する窒化チタン層成膜工程と、
    前記ＣＶＤ炉内において、Ｈ_２を５０〜７５ｖｏｌ％、Ｎ_２を２５〜５０ｖｏｌ％の範囲内でそれぞれ含み合計が１００ｖｏｌ％になるように混合したガスを導入し、前記Ｖｇ／Ｖｒ（１／ｍｉｎ）が０．１〜０．３（１／ｍｉｎ）となるように制御し、窒化チタン層が形成された基体をＣＶＤ炉内に保持する中間処理工程と、
    窒化チタン層上に、炭窒化チタン層、中間層を順次形成する炭窒化チタン層及び中間層成膜工程と、
    中間層が形成された基体を、ＡｌＣｌ_３を１〜１５ｖｏｌ％、Ｈ_２を８５〜９９ｖｏｌ％の範囲内でそれぞれ含み合計が１００ｖｏｌ％になるように混合したガスを導入して保持する後処理工程と、
    中間層上に、酸化アルミニウム層を形成する酸化アルミニウム層成膜工程とを
    具えることを特徴とする切削工具の製造方法。
12. 前記前処理工程における処理時間が１０〜６０分であることを特徴とする請求項１１に記載の切削工具の製造方法。
13. 前記中間処理工程における処理時間が１０〜６０分であることを特徴とする請求項１１又は請求項１２に記載の切削工具の製造方法。
14. 前記後処理工程における処理時間が１５〜６０分であることを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれかに記載の切削工具の製造方法。
15. 請求項１０に記載の切削工具を用いて被削材を切削する切削方法であって、
    前記切削工具の切刃と前記被削材を相対的に近づける近接工程と、
    前記切削工具および前記被削材の少なくとも一方を回転させ、前記切刃を被削材の表面に接触させて、被削材の表面を切削する切削工程と、
    前記被削材と前記切刃とを相対的に遠ざける退避工程とを、備えることを特徴とする切削方法。

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