JP5416429B2 - Surface coated cutting tool - Google Patents

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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。   The present invention relates to a surface-coated cutting tool comprising a substrate and a coating formed on the substrate.

種々の被削材を切削加工するのに用いられる表面被覆切削工具は、ＷＣ基超硬合金、サーメット、高速度鋼等の硬質の基材に対してその表面の耐摩耗性を改善したり表面保護機能を改善したりすることを目的として、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＡｌＮ等の硬質被膜でその表面を被覆することが行なわれてきた。特にＴｉＡｌＮからなる被膜は優れた耐摩耗性を示すことから、チタンの窒化物、炭化物、炭窒化物等からなる被膜に代わってこのような表面被覆切削工具の被膜として広く用いられている。   Surface-coated cutting tools used to cut various work materials can improve the surface wear resistance of hard substrates such as WC-base cemented carbide, cermet, high-speed steel, etc. For the purpose of improving the protective function, the surface has been coated with a hard coating such as TiN, TiCN, TiAlN or the like. In particular, since a coating made of TiAlN exhibits excellent wear resistance, it is widely used as a coating for such surface-coated cutting tools in place of a coating made of titanium nitride, carbide, carbonitride, or the like.

しかしながら、被削材が多様化していることおよび加工効率を向上させるために高速の切削加工が求められることなどの理由から、以前に比し切削工具の寿命は非常に短くなっている。さらに、最近の切削工具の動向として、地球環境保全の観点から切削油剤を用いない乾式の加工（ドライ加工）が求められる傾向にある。   However, the life of cutting tools is much shorter than before due to the diversification of work materials and the need for high-speed cutting to improve processing efficiency. Furthermore, as a recent trend of cutting tools, there is a tendency that dry processing (dry processing) without using a cutting fluid is required from the viewpoint of global environmental conservation.

このため切削工具に要求される特性はますます高度なものとなっており、以って表面被覆切削工具の被膜に対しても種々の高度な特性が要求されている。   For this reason, the characteristics required for cutting tools are becoming increasingly sophisticated, and various advanced characteristics are also required for the coating of surface-coated cutting tools.

このような要求に応える試みとして、たとえばＴｉＡｌの炭化物、炭窒化物、複合窒化物において、Ａｌの一部をＣｒ、Ｃｅ、Ｍｏ、Ｎｂに置き換えたものが提案されている（特許文献１）。   As an attempt to meet such a demand, for example, a TiAl carbide, carbonitride, and composite nitride in which a part of Al is replaced with Cr, Ce, Mo, and Nb has been proposed (Patent Document 1).

一方、組成式（ＴｉXＭ1-X）ＣYＮ1-Y（ただし、原子比で、０．４≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１．０を示す）を満足する被膜がＴｉＣＮ−Ｃｏ−Ｎｉ合金であるサーメット上への形成された切削工具が提案されている（特許文献２）。 On the other hand, a film satisfying the composition formula (Ti X M 1-X ) C Y N 1-Y (in which the atomic ratio indicates 0.4 ≦ X ≦ 1, 0 ≦ Y ≦ 1.0) is TiCN— A cutting tool formed on a cermet that is a Co—Ni alloy has been proposed (Patent Document 2).

特開平９−３００１０５号公報JP-A-9-300105 特開２００４−９０２８９号公報JP 2004-90289 A

しかしながら、特許文献１に提案された被膜は、被膜の全体にわたりＡｌを必須の構成成分として含むものであるため、Ａｌに起因するクレータ摩耗（すくい面の摩耗現象）を防止することは困難であった。また、特許文献２に開示された被膜は、添加元素の濃度範囲が不明であり、また、十分な耐酸化性を有する被膜を達成できておらず、結果として耐摩耗性の更なる改善が求められた。   However, since the coating proposed in Patent Document 1 contains Al as an essential component throughout the coating, it has been difficult to prevent crater wear (a rake face wear phenomenon) caused by Al. In addition, the coating disclosed in Patent Document 2 has an unknown concentration range of additive elements, and has not achieved a coating having sufficient oxidation resistance. As a result, further improvement in wear resistance is required. It was.

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、クレータ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。   The present invention has been made in view of the current situation as described above, and an object of the present invention is to provide a surface-coated cutting tool having a coating capable of reducing crater wear and imparting high wear resistance. Is to provide.

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た表面被覆切削工具であって、被膜は、少なくとも２層以上の層からなるＡ層と少なくとも１層以上の層からなるＢ層とを含み、上記Ａ層は、化学式Ｔｉ1-a（Ｍ１）aＮb（Ｍ１はＣｒ、Ｈｆ、Ｔａ、ＮｂおよびＳｉからなる群より選択される少なくとも１種の元素であって、ａはＴｉとＭ１との合計に対するＭ１の原子比、ｂはＴｉとＭ１の合計に対するＮの原子比を表わし、０＜ａ≦０．３、０．９＜ｂ≦１．１）で示される組成を有するａ１層と、化学式Ｔｉ1-c（Ｍ２）cＮd（Ｍ２はＣｒ、Ｈｆ、Ｔａ、ＮｂおよびＳｉからなる群より選択される少なくとも１種の元素であって、Ｍ１とＭ２とは少なくとも１種が相異なる元素であり、ｃはＴｉとＭ２との合計に対するＭ２の原子比、ｄはＴｉとＭ２の合計に対するＮの原子比を表わし、０＜ｃ≦０．３、０．９＜ｄ≦１．１）、または化学式Ｔｉ1-eＡｌeＮf（ｅはＴｉとＡｌとの合計に対するＡｌの原子比、ｆはＴｉとＡｌの合計に対するＮの原子比を表わし、０．４＜ｅ≦０．８、０．９＜ｆ≦１．１）で示される組成を有するａ２層とを含み、上記Ｂ層は、化学式Ｔｉ1-α（Ｍ３）αＣβＮγ（Ｍ３はＣｒ、Ｈｆ、Ｔａ、ＮｂおよびＳｉからなる群より選択される少なくとも１種の元素であって、αはＴｉとＭ３との合計に対するＭ３の原子比、βとγとは、それぞれＴｉとＭ３の合計に対するＣ、Ｎの原子比を表わし、０≦α≦０．３、０．９＜β＋γ≦１．１、０．１＜β≦１．１）で示される組成を有するｂ１層を含み、Ａ層におけるａ１層とａ２層とは交互に積層され、Ｂ層がＡ層よりも被膜の最表面側に形成されていることを特徴とする。 That is, the surface-coated cutting tool of the present invention is a surface-coated cutting tool comprising a base material and a coating film formed on the base material, and the coating film comprises an A layer composed of at least two layers and at least a layer. B layer comprising one or more layers, wherein the A layer has the chemical formula Ti 1-a (M1) a N b (M1 is selected from the group consisting of Cr, Hf, Ta, Nb and Si) A is an atomic ratio of M1 to the sum of Ti and M1, b is an atomic ratio of N to the sum of Ti and M1, and 0 <a ≦ 0.3, 0.9 <b ≦ 1.1) and a chemical formula Ti 1-c (M2) c N d (M2 is at least one element selected from the group consisting of Cr, Hf, Ta, Nb and Si) M1 and M2 are at least one different element, c is Ti and The atomic ratio of M2 to the sum of M2 and d represents the atomic ratio of N to the sum of Ti and M2, 0 <c ≦ 0.3, 0.9 <d ≦ 1.1), or the chemical formula Ti 1-e Al e N f (e is the atomic ratio of Al to the total of Ti and Al, f is the atomic ratio of N to the total of Ti and Al, 0.4 <e ≦ 0.8, 0.9 <f ≦ 1.1), and the B layer has the chemical formula Ti 1-α (M3) α C β N γ (M3 is a group consisting of Cr, Hf, Ta, Nb and Si). At least one element selected, α is the atomic ratio of M3 to the sum of Ti and M3, β and γ are the atomic ratios of C and N to the sum of Ti and M3, respectively. α ≦ 0.3, 0.9 <β + γ ≦ 1.1, 0.1 <β ≦ 1.1), and a b1 layer having a composition represented by A The a1 layer and the a2 layer in the layer are alternately laminated, and the B layer is formed on the outermost surface side of the coating rather than the A layer.

上記Ｂ層は、化学式Ｔｉ1-δ（Ｍ４）δＣεＮζ（Ｍ４はＣｒ、Ｈｆ、Ｔａ、ＮｂおよびＳｉからなる群より選択される少なくとも１種の元素であって、Ｍ３とＭ４とは少なくとも１種が相異なる元素であり、δはＴｉとＭ４との合計に対するＭ４の原子比、εとζとは、それぞれＴｉとＭ４の合計に対するＣ、Ｎの原子比を表わし、０≦δ≦０．３、０．９＜ε＋ζ≦１．１、０．１＜ε≦１．１）、または化学式Ｔｉ1-ηＡｌηＣλＮμ（ηはＴｉとＡｌとの合計に対するＡｌの原子比、λとμとは、それぞれＴｉとＡｌの合計に対するＣ、Ｎの原子比を表わし、０．４＜η≦０．８、０．９＜λ＋μ≦１．１、０．１＜λ≦１．１）で示される組成を有するｂ２層をさらに含み、Ｂ層におけるｂ１層とｂ２層とは交互に合計２層以上積層されていることが好ましい。 The B layer has the formula Ti 1-δ (M4) δ C ε N ζ (M4 are Cr, Hf, Ta, and at least one element selected from the group consisting of Nb and Si, M3 and M4 Are at least one different element, δ is the atomic ratio of M4 to the sum of Ti and M4, ε and ζ are the atomic ratios of C and N to the sum of Ti and M4, respectively, 0 ≦ δ ≦ 0.3, 0.9 <ε + ζ ≦ 1.1, 0.1 <ε ≦ 1.1), or the chemical formula Ti 1-η Al η C λ N μ (η is the amount of Al relative to the sum of Ti and Al) The atomic ratios, λ and μ, represent the atomic ratios of C and N with respect to the sum of Ti and Al, respectively. 0.4 <η ≦ 0.8, 0.9 <λ + μ ≦ 1.1, 0.1 <λ ≦ 1.1) is further included, and the b1 layer and the b2 layer in the B layer are alternately laminated in a total of two or more layers. It is preferable.

上記Ａ層におけるａ２層は、化学式Ｔｉ1-eＡｌeＮf（ｅはＴｉとＡｌとの合計に対するＡｌの原子比、ｆはＴｉとＡｌの合計に対するＮの原子比を表わし、０．４＜ｅ≦０．８、０．９＜ｆ≦１．１）で示される組成を有する層であり、Ａ層における積層周期が１ｎｍ〜３０ｎｍであることが好ましい。 The a2 layer in the A layer has the chemical formula Ti 1 -e Al e N f (e is the atomic ratio of Al to the total of Ti and Al, f is the atomic ratio of N to the total of Ti and Al, and 0.4 <E ≦ 0.8, 0.9 <f ≦ 1.1) It is preferable that the stacking period in the A layer is 1 nm to 30 nm.

上記Ｂ層におけるｂ２層は、化学式Ｔｉ1-ηＡｌηＣλＮμ（ηはＴｉとＡｌとの合計に対するＡｌの原子比、λとμとは、それぞれＴｉとＡｌの合計に対するＣ、Ｎの原子比を表わし、０．４＜η≦０．８、０．９＜λ＋μ≦１．１、０．１＜λ≦１．１）で示される組成を有する層であり、Ｂ層における積層周期が１ｎｍ〜３０ｎｍであることが好ましい。 The b2 layer in the B layer has the chemical formula Ti 1-η Al η C λ N μ (η is the atomic ratio of Al to the total of Ti and Al, and λ and μ are C, N for the total of Ti and Al, respectively. And a layer having a composition represented by 0.4 <η ≦ 0.8, 0.9 <λ + μ ≦ 1.1, 0.1 <λ ≦ 1.1), and a stack in the B layer. The period is preferably 1 nm to 30 nm.

上記Ａ層に存在する全金属元素に対するＡｌ含有比率が、３原子％以上３０原子％以下であることが好ましい。   It is preferable that Al content ratio with respect to all the metal elements which exist in the said A layer is 3 atomic% or more and 30 atomic% or less.

上記Ｂ層に存在する全金属元素に対するＡｌ含有比率が、１原子％以上２０原子％以下であることが好ましい。   It is preferable that Al content ratio with respect to all the metal elements which exist in the said B layer is 1 atomic% or more and 20 atomic% or less.

上記Ａ層に存在する全金属元素に対するＡｌ含有比率が、上記Ｂ層に存在する全金属元素に対するＡｌ含有比率よりも高いことが好ましい。   It is preferable that the Al content ratio with respect to all metal elements present in the A layer is higher than the Al content ratio with respect to all metal elements present in the B layer.

上記原子比β、ε、λは、それぞれ０．３以上０．５５以下であることが好ましい。
上記基材は、サーメットにより構成されることが好ましい。 The atomic ratios β 1 , ε, and λ are preferably 0.3 or more and 0.55 or less, respectively.
The substrate is preferably composed of cermet.

本発明によれば、被膜がＡ層とＢ層とを含むので、クレータ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ができる。   According to the present invention, since the coating includes the A layer and the B layer, it is possible to provide a surface-coated cutting tool provided with a coating capable of reducing crater wear and imparting high wear resistance.

成膜装置のターゲット設置部分の概略図である。It is the schematic of the target installation part of the film-forming apparatus. 本発明における被膜構造の１の態様を示す概略図である。It is the schematic which shows 1 aspect of the film structure in this invention. 本発明における被膜構造の他の態様を示す概略図である。It is the schematic which shows the other aspect of the film structure in this invention.

以下、本発明についてさらに詳細に説明する。
＜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、たとえばドリル、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等として極めて有用に用いることができる。そして、本発明の表面被覆切削工具は、Ｔｉ合金加工用またはインコネル合金等の耐熱合金加工用のドリル、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、歯切工具、リーマ、タップ、等として特に有用に用いることができる。これらの中でも、本発明の表面被覆切削工具は、特に旋削加工用途において高い性能を発揮することができる。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
<Surface coated cutting tool>
The surface-coated cutting tool of the present invention comprises a substrate and a film formed on the substrate. The surface-coated cutting tool of the present invention having such a structure is, for example, a drill, an end mill, a milling or turning edge cutting type cutting tip, a metal saw, a gear cutting tool, a reamer, a tap, or a pin milling of a crankshaft. It can be used extremely useful as a chip for an automobile. And the surface-coated cutting tool of the present invention is a drill for heat-resistant alloy processing such as Ti alloy processing or Inconel alloy, end mill, milling processing or cutting edge replacement type cutting tip for turning, metal saw, gear cutting tool, reamer, It can be particularly useful as a tap or the like. Among these, the surface-coated cutting tool of the present invention can exhibit high performance particularly in turning applications.

＜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なく使用することができる。たとえば、超硬合金（たとえば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。 <Base material>
As the base material of the surface-coated cutting tool of the present invention, a conventionally known material known as such a cutting tool base material can be used without particular limitation. For example, cemented carbide (for example, WC base cemented carbide, including WC, including Co, or further including carbonitride such as Ti, Ta, Nb, etc.), cermet (TiC, TiN, TiCN, etc.) High-speed steel, ceramics (titanium carbide, silicon carbide, silicon nitride, aluminum nitride, aluminum oxide, and mixtures thereof), cubic boron nitride sintered body, diamond sintered body Etc. can be mentioned as examples of such a substrate. When a cemented carbide is used as such a base material, the effect of the present invention is exhibited even if such a cemented carbide contains an abnormal phase called free carbon or η phase in the structure.

これらの中でも、特にサーメットにおいて、本発明における被膜を備える場合に、高い耐摩耗性を発揮することができる。すなわち、本発明の表面被覆切削工具は、サーメット基材上に被膜が形成されたものであることが望ましい。サーメットは、それ自体は切削時に欠けが発生しやすいことが欠点として挙げられる。本発明においては、特定の積層構造を有する被膜を形成することで、被膜靭性の向上により工具自身の靭性を向上させることができ、その効果は、靭性の低いサーメットにて顕著に現れる。また、サーメットを構成する硬質粒子であるＴｉＣＮと従来公知の被膜材質とは、結晶構造や格子定数の近さから、基材を構成する材料の粒子径を引き継いで被膜が成長する割合が特に高く、そのため後述するように成膜中に被膜の破壊による剥離を発生しやすい。本発明は被膜を特定の積層構造を有するものとすることにより、基材を構成する材料の粒子径の影響をなくして被膜を構成する組織を微細化できることから、サーメットにて特に効果が発揮される。   Among these, particularly in a cermet, when the coating according to the present invention is provided, high wear resistance can be exhibited. That is, it is desirable that the surface-coated cutting tool of the present invention has a film formed on a cermet base material. The cermet itself has a drawback in that chipping tends to occur during cutting. In the present invention, by forming a film having a specific laminated structure, the toughness of the tool itself can be improved by improving the film toughness, and the effect is remarkably exhibited in a cermet having low toughness. In addition, TiCN, which is a hard particle constituting cermet, and a conventionally known coating material have a particularly high rate of film growth by taking over the particle diameter of the material constituting the base material from the closeness of the crystal structure and lattice constant. Therefore, as described later, peeling due to the destruction of the film is likely to occur during film formation. The present invention is particularly effective in cermets because the structure of the coating can be refined by eliminating the influence of the particle size of the material constituting the substrate by making the coating have a specific laminated structure. The

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。   In addition, these base materials may have a modified surface. For example, in the case of cemented carbide, a de-β layer may be formed on the surface, and in the case of cermet, a surface hardened layer may be formed, and even if the surface is modified in this way, The effect is shown.

＜被膜＞
本発明における被膜は、上記Ａ層および上記Ｂ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られるものではなく、部分的に被膜が形成された態様をも含む。 <Coating>
As long as the coating in the present invention includes the A layer and the B layer, it may further include other layers. In addition, the film in this invention is not restricted only to what coat | covers the whole surface on a base material, The aspect in which the film was partially formed is also included.

本発明における被膜の合計厚み（２以上の層が形成される場合はその合計層厚）は、０．３μｍ以上２０μｍ以下とすることが好ましく、より好ましくはその上限が１０μｍ以下、さらに好ましくは５μｍ以下、その下限が０．５μｍ以上、さらに好ましくは１μｍ以上である。その厚みが０．３μｍ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、２０μｍを超えると残留応力が大きくなり基材との密着性が低下する場合がある。なお、各層厚や被膜の合計厚みの測定方法としては、切削工具を切断し、その切削工具刃先部断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて観察することにより求めることができる。以下、該被膜についてさらに詳細に説明する。   The total thickness of the coating in the present invention (when two or more layers are formed, the total layer thickness) is preferably 0.3 μm or more and 20 μm or less, more preferably the upper limit is 10 μm or less, and even more preferably 5 μm. Hereinafter, the lower limit is 0.5 μm or more, more preferably 1 μm or more. If the thickness is less than 0.3 μm, the effect of improving various properties such as wear resistance may not be sufficiently exhibited. If the thickness exceeds 20 μm, the residual stress may increase and the adhesion to the substrate may decrease. . In addition, as a measuring method of each layer thickness or the total thickness of a film, it can obtain | require by cut | disconnecting a cutting tool and observing the cutting tool blade part cross section using a scanning electron microscope (SEM). Hereinafter, the coating will be described in more detail.

＜Ａ層＞
Ａ層は、化学式Ｔｉ1-a（Ｍ１）aＮb（Ｍ１はＣｒ、Ｈｆ、Ｔａ、ＮｂおよびＳｉからなる群より選択される少なくとも１種の元素であって、ａはＴｉとＭ１との合計に対するＭ１の原子比、ｂはＴｉとＭ１の合計に対するＮの原子比を表わし、０＜ａ≦０．３、０．９＜ｂ≦１．１）で示される組成を有するａ１層と、化学式Ｔｉ1-c（Ｍ２）cＮd（Ｍ２はＣｒ、Ｈｆ、Ｔａ、ＮｂおよびＳｉからなる群より選択される少なくとも１種の元素であって、Ｍ１とＭ２とは少なくとも１種が相異なる元素であり、ｃはＴｉとＭ２との合計に対するＭ２の原子比、ｄはＴｉとＭ２の合計に対するＮの原子比を表わし、０＜ｃ≦０．３、０．９＜ｄ≦１．１）、または化学式Ｔｉ1-eＡｌeＮf（ｅはＴｉとＡｌとの合計に対するＡｌの原子比、ｆはＴｉとＡｌの合計に対するＮの原子比を表わし、０．４＜ｅ≦０．８、０．９＜ｆ≦１．１）で示される組成を有するａ２層とを含む層である。Ａ層は、上記ａ１層と上記ａ２層とを、合計で２層以上積層してなる。 <A layer>
The layer A has the chemical formula Ti 1-a (M1) a N b (M1 is at least one element selected from the group consisting of Cr, Hf, Ta, Nb and Si, and a is a combination of Ti and M1. An atomic ratio of M1 to the sum, b represents an atomic ratio of N to the sum of Ti and M1, and an a1 layer having a composition represented by 0 <a ≦ 0.3, 0.9 <b ≦ 1.1); Chemical formula Ti 1-c (M2) c N d (M2 is at least one element selected from the group consisting of Cr, Hf, Ta, Nb and Si, and M1 and M2 are different from each other) C is an atomic ratio of M2 to the sum of Ti and M2, d is an atomic ratio of N to the sum of Ti and M2, and 0 <c ≦ 0.3, 0.9 <d ≦ 1.1. ), or formula Ti 1-e Al e N f (e atomic ratio of Al to the sum of Ti and Al, Represents an atomic ratio of N to the sum of Ti and Al, a layer containing a2 layer having a composition represented by 0.4 <e ≦ 0.8,0.9 <f ≦ 1.1). The A layer is formed by laminating two or more of the a1 layer and the a2 layer in total.

上記Ａ層は、後述のＢ層に比して基材側に設ける層である。基材とＡ層とは直接的に接触することが望ましいが、Ａ層と基材との間に各種中間層を形成してもよい。Ａ層をＢ層よりも基材側に設けることにより、切削時の耐摩耗性を向上することができる。   The A layer is a layer provided on the substrate side as compared with the B layer described later. Although it is desirable that the base material and the A layer are in direct contact, various intermediate layers may be formed between the A layer and the base material. By providing the A layer on the substrate side with respect to the B layer, wear resistance during cutting can be improved.

上記Ａ層はチタン含有金属の窒化物により構成されるので、チタン含有金属の炭窒化物または炭化物により構成される後述のＢ層に比して耐酸化性が高い。一般に、被膜を設けた切削工具においては、被膜の破壊は基材と被膜との界面で起こることが多いが、この界面または界面近傍に比較的耐酸化性が高い膜を設けることにより、基材からの剥離が抑制されて、被膜全体の耐摩耗性が高くなると推察される。または、チタン含有金属の炭窒化物または炭化物に比して、チタン含有金属の窒化物の方が基材との密着性が良好であるとも考えられる。   Since the A layer is composed of a titanium-containing metal nitride, it has higher oxidation resistance than a later-described B layer composed of a titanium-containing metal carbonitride or carbide. Generally, in a cutting tool provided with a coating, destruction of the coating often occurs at the interface between the substrate and the coating. By providing a film with relatively high oxidation resistance at or near this interface, the substrate It is surmised that peeling from the film is suppressed and the wear resistance of the entire coating is increased. Alternatively, it is considered that the titanium-containing metal nitride has better adhesion to the substrate than the titanium-containing metal carbonitride or carbide.

ａ１層の化学式Ｔｉ1-a（Ｍ１）aＮbにおけるＭ１およびａ２層の化学式Ｔｉ1-c（Ｍ２）cＮdにおけるＭ２で示される元素は、いずれも切削における逃げ面摩耗を抑制するのに効果を発揮する。従来、これらの元素をチタンに添加して耐摩耗性の向上を図る試みは種々行われているが、本発明においては後述のＢ層をあわせて被膜に含み、これらの元素の含有比率（原子比）を上記０＜ａ≦０．３、０＜ｃ≦０．３の範囲とすることによって、特段に逃げ面摩耗を抑制する効果が発揮されることを見出した。 a1 layer of formula Ti 1-a (M1) a N b in M1 and a2 layers of formula Ti 1-c (M2) c N element represented by M2 in d are both of suppressing flank wear during cutting To be effective. Conventionally, various attempts have been made to improve wear resistance by adding these elements to titanium. However, in the present invention, the B layer described later is included in the coating, and the content ratio of these elements (atomic atoms) It has been found that when the ratio is in the range of 0 <a ≦ 0.3 and 0 <c ≦ 0.3, the effect of particularly suppressing flank wear is exhibited.

上記Ｍ１とＭ２とは少なくとも１種が相異なる元素である。すなわち、Ｍ１とＭ２とがいずれもＣｒ、Ｈｆ、Ｔａ、ＮｂおよびＳｉからなる群より選択される１種の元素である場合は、これらの元素が相異なるものであり、Ｍ１がＣｒ、Ｈｆ、Ｔａ、ＮｂおよびＳｉからなる群より選択される１種の元素で、Ｍ２がＣｒ、Ｈｆ、Ｔａ、ＮｂおよびＳｉからなる群より選択される少なくとも２種の元素の場合は、Ｍ２の元素のいずれか一方または両方が、Ｍ１を構成する元素と異なるものとなる。同様に、Ｍ１を構成する元素とＭ２を構成する元素のそれぞれが、Ｃｒ、Ｈｆ、Ｔａ、ＮｂおよびＳｉからなる群より選択される少なくとも２種の元素の場合も、いずれか一方または両方の元素が異なるものである。   M1 and M2 are at least one different element. That is, when both M1 and M2 are one element selected from the group consisting of Cr, Hf, Ta, Nb and Si, these elements are different from each other, and M1 is Cr, Hf, When one element selected from the group consisting of Ta, Nb and Si and M2 is at least two elements selected from the group consisting of Cr, Hf, Ta, Nb and Si, any of the elements of M2 Either one or both are different from the elements constituting M1. Similarly, when each of the elements constituting M1 and M2 is at least two elements selected from the group consisting of Cr, Hf, Ta, Nb and Si, either one or both elements Are different.

特に、Ｍ１またはＭ２として、それぞれＣｒ、Ｔａ、ＨｆまたはＮｂのいずれか単独とする場合、ａおよびｃの上限としては、０．１５以下が望ましく、更に０．１以下がより望ましく、ａおよびｃの下限としては０．０１以上が望ましく、０．０３以上が更に望ましい。一方、Ｍ１またはＭ２として、Ｓｉ単独とする場合は、ａおよびｃの上限としては０．２２以下が望ましく、更に０．１以下が望ましく、ａおよびｃの下限としては０．０１以上が望ましく、０．０３以上が更に望ましい。   In particular, when M1 or M2 is Cr, Ta, Hf or Nb, respectively, the upper limit of a and c is preferably 0.15 or less, more preferably 0.1 or less, and a and c Is preferably 0.01 or more, and more preferably 0.03 or more. On the other hand, when Si is used alone as M1 or M2, the upper limit of a and c is preferably 0.22 or less, more preferably 0.1 or less, and the lower limit of a and c is preferably 0.01 or more. 0.03 or more is more desirable.

上述のように、Ｍ１またはＭ２としては、Ｃｒ、Ｈｆ、Ｔａ、ＮｂおよびＳｉからなる群より選択される少なくとも２種の元素を組み合わせた組成としてもよい。この場合、２種以上の元素の合計原子比となるａおよびｃが０＜ａ≦０．３、０＜ｃ≦０．３である。ａとｃとは、０．２５以下であることが望ましく、０．０３以上であることが望ましい。なお、２種以上の元素の合計原子比が上記範囲を満たすものであれば、各元素の原子比は特に限定されない。   As described above, M1 or M2 may have a composition in which at least two elements selected from the group consisting of Cr, Hf, Ta, Nb, and Si are combined. In this case, a and c, which are the total atomic ratio of two or more elements, are 0 <a ≦ 0.3 and 0 <c ≦ 0.3. a and c are preferably 0.25 or less, and more preferably 0.03 or more. Note that the atomic ratio of each element is not particularly limited as long as the total atomic ratio of two or more elements satisfies the above range.

Ｍ１またはＭ２として、それぞれＣｒ、Ｔａ、ＨｆまたはＮｂのいずれか単独とする場合、Ｍ１とＭ２との元素の組合せは、相異なるものであれば特に限定されないが、Ｍ１がＣｒの場合はＭ２をＨｆとすることがよく、Ｍ１がＨｆの場合はＭ２をＡｌ，Ｎｂとすることがよく、Ｍ１がＴａの場合はＭ２をＨｆとすることがよく、Ｍ１がＮｂの場合はＭ２をＨｆとすることがよく、Ｍ１がＳｉの場合はＭ２をＣｒとすることがよい。このような組合せとすることによって、クレータ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。   When M1 or M2 is Cr, Ta, Hf or Nb, respectively, the combination of elements of M1 and M2 is not particularly limited as long as they are different, but when M1 is Cr, M2 is When M1 is Hf, M2 is preferably Al and Nb. When M1 is Ta, M2 is preferably Hf. When M1 is Nb, M2 is Hf. When M1 is Si, M2 is preferably Cr. With such a combination, crater wear can be reduced and high wear resistance can be imparted.

Ｍ１またはＭ２としては、Ｃｒ、Ｈｆ、Ｔａ、ＮｂおよびＳｉからなる群より選択される少なくとも２種の元素を組み合わせた組成とする場合、例えば、Ｍ１がＣｒとＳｉの場合はＭ２をＨｆとＳｉとすることがよく、Ｍ１がＴａとＨｆの場合はＭ２をＮｂとＳｉとすることが好ましい。このような組み合せとすることによって、クレータ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。   When M1 or M2 has a composition in which at least two elements selected from the group consisting of Cr, Hf, Ta, Nb, and Si are combined, for example, when M1 is Cr and Si, M2 is Hf and Si. When M1 is Ta and Hf, M2 is preferably Nb and Si. With such a combination, crater wear can be reduced and high wear resistance can be imparted.

本発明においてＭ１またはＭ２の元素をＴｉＮに添加した組成とすることにより逃げ面摩耗を低減することができる理由として、ＴｉＮにＨｆ、ＮｂまたはＳｉを添加した組成とすることで、耐酸化性がＴｉＡｌＮに匹敵するレベルまで改善されることが挙げられる。特に、Ｍ１およびＭ２の少なくとも１つがＨｆの場合、Ｓｉ、Ｎｂ、Ｔａよりもクレータ摩耗の抑制にさらに効果を発揮できるので、望ましい。また、ＴｉＮにＣｒやＴａを添加した組成とする場合は、被膜硬度を高めることができるので、逃げ面摩耗を低減することができる。   In the present invention, the reason why the flank wear can be reduced by making the composition of M1 or M2 added to TiN is to reduce the oxidation resistance by adding Hf, Nb or Si to TiN. It can be mentioned that it is improved to a level comparable to TiAlN. In particular, when at least one of M1 and M2 is Hf, it is more preferable because it can exhibit further effects in suppressing crater wear than Si, Nb, and Ta. Moreover, when it is set as the composition which added Cr and Ta to TiN, since film hardness can be raised, flank wear can be reduced.

上記ａ２層が化学式Ｔｉ1-eＡｌeＮf（ｅはＴｉとＡｌとの合計に対するＡｌの原子比、ｆはＴｉとＡｌの合計に対するＮの原子比を表わし、０．４＜ｅ≦０．８、０．９＜ｆ≦１．１）により構成される場合は、高い耐酸化性と高い膜強度を被膜に付与することができる。一方、ａ２層として化学式Ｔｉ1-eＡｌeＮfで示される層を用いる場合、旋削において耐クレータ摩耗性が低いことが欠点となることがある。上記ａ１層と後述のＢ層を含むことにより、このような耐クレータ摩耗性の低下は抑制することができるが、より効果的にＡｌによる耐クレータ摩耗性の低下を防ぐためには、Ａ層中のＡｌ含有比率を少なくすることが望ましい。したがって、Ａ層中に存在する全金属元素におけるＡｌ含有比率が、３原子％以上３０原子％以下の範囲であることが好ましい。より望ましくは、Ａ層中に存在する全金属元素におけるＡｌ含有比率が５原子％以上２５原子％以下である。 The a2 layer has the chemical formula Ti 1-e Al e N f (e is the atomic ratio of Al to the total of Ti and Al, f is the atomic ratio of N to the total of Ti and Al, and 0.4 <e ≦ 0 .8, 0.9 <f ≦ 1.1), high oxidation resistance and high film strength can be imparted to the coating. On the other hand, when a layer represented by the chemical formula Ti 1-e Al e N f is used as the a2 layer, it may be a drawback that the crater wear resistance is low in turning. By including the a1 layer and the later-described B layer, such a decrease in crater wear resistance can be suppressed, but in order to more effectively prevent a decrease in crater wear resistance due to Al, It is desirable to reduce the Al content ratio. Therefore, it is preferable that the Al content ratio in all the metal elements present in the A layer is in the range of 3 atomic% to 30 atomic%. More desirably, the Al content ratio in all metal elements present in the A layer is 5 atomic% or more and 25 atomic% or less.

ここで、上記Ａ層中に存在する全金属元素におけるＡｌ含有比率とは、Ａ層中に含まれる金属（Ｔｉ、Ａｌ、Ｍ１および／またはＭ２）全部を考慮した場合のＡｌ元素比率のことをいう。例えば、Ａ層中に含まれる全金属元素がＴｉ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｈｆであり、それぞれの含有比率が順にｍ１、ｍ２、ｍ３、ｍ４であったとするとＡｌ含有比率は（ｍ２／（ｍ１＋ｍ２＋ｍ３＋ｍ４）×１００）原子％となる。   Here, the Al content ratio in all the metal elements present in the A layer refers to the Al element ratio in consideration of all the metals (Ti, Al, M1 and / or M2) contained in the A layer. Say. For example, assuming that all metal elements contained in the layer A are Ti, Al, Cr, and Hf, and the respective content ratios are m1, m2, m3, and m4 in this order, the Al content ratio is (m2 / (m1 + m2 + m3 + m4) × 100) atomic%.

本発明において元素の含有比率、および化学式における組成量は、走査型二次電子顕微鏡（ＳＥＭ）に付帯のエネルギー分散型ケイ光Ｘ線分析装置（ＥＤＸ）、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）に付帯のＥＤＸ、波長分散型Ｘ線マイクロアナライザー（ＷＤＸ型ＥＰＭＡ）、Ｘ線光電子分光（ＸＰＳ）などよく知られた方法にて求めることができる。ただし、膜断面より膜組成分析が広い範囲可能との理由で金属元素の定量にはＳＥＭ付帯のＥＤＸや、ＴＥＭ付帯のＥＤＸを用いることが望ましい。   In the present invention, the element content ratio and the composition amount in the chemical formula are the same as those of the energy dispersive X-ray fluorescence spectrometer (EDX) and the transmission electron microscope (TEM) incidental to the scanning secondary electron microscope (SEM). It can be determined by well-known methods such as EDX, wavelength dispersive X-ray microanalyzer (WDX EPMA), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). However, it is desirable to use SEM-attached EDX or TEM-attached EDX for quantification of metal elements because the film composition analysis can be performed in a wider range than the film cross section.

Ａ層中のＡｌ含有比率を低減する手法としては、積層構造内のａ２層Ｔｉ1-eＡｌeＮfの１層あたりおよびその合計厚さを減少させることが挙げられる。例えば、Ａ層が、ａ１層としてＴｉ0.9Ｈｆ0.1Ｎ、ａ２層としてＴｉ0.3Ａｌ0.7Ｎを含み、これらａ１層とａ２層との積層の場合、１層あたりの層厚比をＴｉ0.9Ｈｆ0.1Ｎ：Ｔｉ0.3Ａｌ0.7Ｎ＝１：１とした場合には、Ａ層中のＡｌ含有比率は、０．７／（０．９＋０．１＋０．３＋０．７）×１００％＝３５原子％となる。一方、１層あたりの層比をＴｉ0.9Ｈｆ0.1Ｎ：Ｔｉ0.3Ａｌ0.7Ｎ＝２：１とした場合には、Ａ層中のＡｌ含有比率は、０．７／（２×（０．９＋０．１）＋０．３＋０．７）×１００％＝２３原子％となり、上記のＡｌ含有比率の好ましい範囲を満たすようになる。なお、上記例においては、Ａｌ含有比率に影響を及ぼす金属についてのみ原子比を示した。各例示におけるＮの原子比は、本発明における範囲を満たすものであればよい。 As a technique for reducing the Al content ratio in the A layer, there is a method of reducing the total thickness of one layer of the a2 layer Ti 1-e Al e N f in the laminated structure. For example, when the A layer includes Ti 0.9 Hf 0.1 N as the a1 layer and Ti 0.3 Al 0.7 N as the a2 layer, and the a1 layer and the a2 layer are stacked, the layer thickness ratio per layer is Ti 0.9 Hf 0.1 When N: Ti 0.3 Al 0.7 N = 1: 1, the Al content ratio in the A layer is 0.7 / (0.9 + 0.1 + 0.3 + 0.7) × 100% = 35 atomic%. . On the other hand, when the layer ratio per layer is Ti 0.9 Hf 0.1 N: Ti 0.3 Al 0.7 N = 2: 1, the Al content ratio in the A layer is 0.7 / (2 × (0.9 + 0 0.1) + 0.3 + 0.7) × 100% = 23 atomic%, which satisfies the preferable range of the Al content ratio. In the above example, the atomic ratio is shown only for metals that affect the Al content ratio. The atomic ratio of N in each exemplification only needs to satisfy the range in the present invention.

上記Ａ層は、後述のチタン含有金属の炭窒化物または炭化物を含むＢ層との組合せにおいて、上記化学式Ｔｉ1-a（Ｍ１）aＮbで示される組成を有する層（ａ１層）と、化学式Ｔｉ1-c（Ｍ２）cＮdまたは化学式Ｔｉ1-eＡｌeＮfで示される組成を有する層（ａ２層）とを交互に積層した構造とすることで、すなわち異なる組成を有する窒化物からなる層の２種以上の多層構造とすることにより、Ａ層として窒化物からなる層の多層構造を被膜に含まない場合に比較して、成膜時の膜剥離を抑制することができる。チタン含有金属の窒化物を含むＡ層とチタン含有金属の炭窒化物または炭化物を含むＢ層とは、物理蒸着または化学蒸着等により形成することができるが、上記Ａ層は柱状構造となる。そして、たとえば後述するように、好ましい形態として上記Ａ層に上記Ｂ層が隣接して形成される場合は、上記Ｂ層の成長当初は窒化物を含むＡ層の柱状構造を引き継いだ形で成長するため、柱状組織は５００ｎｍ〜１μｍと大きな組織である。その後、Ｂ層自身の成長形態に則って、柱状晶が小さくなりながら成長していく。このとき、炭窒化物または炭化物の組織の変化に伴い、膜中で破壊がおこり、成膜中に膜が剥離しやすい。一方、窒化物層が多層構造となっている場合、窒化物層の柱状組織は、１０ｎｍ〜４００ｎｍと小さな組織であるため、炭窒化物または炭化物の柱状晶も初めからこの組織を受け継ぎ、炭窒化物または炭化物自身の成長形態に則っても柱状晶構造は大きく変化せず、成膜中の膜剥離は起こしにくい。 The layer A includes a layer having a composition represented by the chemical formula Ti 1-a (M1) a N b (a1 layer) in combination with a later-described titanium layer-containing carbonitride or carbide-containing B layer. with formula Ti 1-c (M2) c N d or formula Ti 1-e Al e N layer (a2 layer) having a composition represented by f and alternately laminated structure, i.e., nitride having a different composition By adopting a multilayer structure of two or more kinds of layers made of a product, film peeling at the time of film formation can be suppressed as compared with the case where the multilayer structure of a layer made of nitride is not included in the coating as the A layer. . The A layer containing a titanium-containing metal nitride and the B layer containing a titanium-containing metal carbonitride or carbide can be formed by physical vapor deposition or chemical vapor deposition, but the A layer has a columnar structure. For example, as will be described later, when the B layer is formed adjacent to the A layer as a preferred form, the B layer is grown in the form of inheriting the columnar structure of the A layer containing nitride at the beginning of the growth. Therefore, the columnar structure is a large structure of 500 nm to 1 μm. Thereafter, the columnar crystals grow while becoming smaller in accordance with the growth mode of the B layer itself. At this time, with the change in the structure of carbonitride or carbide, destruction occurs in the film, and the film is easily peeled off during film formation. On the other hand, when the nitride layer has a multilayer structure, since the columnar structure of the nitride layer is a small structure of 10 nm to 400 nm, carbonitride or carbide columnar crystals also inherit this structure from the beginning. The columnar crystal structure does not change greatly even in accordance with the growth form of the material or carbide itself, and film peeling during film formation hardly occurs.

Ａ層におけるａ１層とａ２層との積層周期は、１ｎｍ以上３０ｎｍ以下が望ましいが、下限は２ｎｍ以上がより望ましく、さらに望ましくは４ｎｍ以上である。上限は２０ｎｍ以下がより望ましく、さらに望ましくは１５ｎｍ以下である。被膜において、膜厚方向に対して上記積層周期が一定である必要はなく、本発明の好ましい範囲を満足する積層周期を切削に供する刃先の一部分に備えていればよい。このときＡ層中の積層周期が１ｎｍ〜３０ｎｍであることが望ましい。積層周期とは化学式Ｔｉ1-a（Ｍ１）aＮbで示される組成を有するａ１層と化学式Ｔｉ1-c（Ｍ２）cＮdまたはＴｉ1-eＡｌeＮfで示される組成を有するａ２層との積層単位を足し合わせた厚み（以下、単位積層構造の厚みということがある）であり、化学式Ｔｉ1-a（Ｍ１）aＮbで示される組成を有するａ１層の１層分の厚みが１０ｎｍ、化学式Ｔｉ1-c（Ｍ２）cＮdまたはＴｉ1-eＡｌeＮfで示される組成を有するａ２層の１層分の厚みが５ｎｍの場合、積層周期は１５ｎｍとなり、本発明においては、この積層周期において各層を複数回繰り返し形成することで所定の膜厚まで到達させてＡ層とする。 The lamination period of the a1 layer and the a2 layer in the A layer is preferably 1 nm or more and 30 nm or less, but the lower limit is more preferably 2 nm or more, and further preferably 4 nm or more. The upper limit is more preferably 20 nm or less, and even more preferably 15 nm or less. In the coating, it is not necessary that the stacking period is constant with respect to the film thickness direction, and it is sufficient if a stacking period that satisfies the preferred range of the present invention is provided in a part of the cutting edge used for cutting. At this time, it is desirable that the lamination period in the A layer is 1 nm to 30 nm. The stacking cycle has an a1 layer having a composition represented by the chemical formula Ti 1-a (M1) a N b and a composition represented by the chemical formula Ti 1-c (M2) c N d or Ti 1-e Al e N f. The thickness of the a1 layer having a composition represented by the chemical formula Ti 1-a (M1) a N b , which is a thickness obtained by adding together the lamination units with the a2 layer (hereinafter sometimes referred to as the thickness of the unit laminated structure). When the thickness of one layer of the a2 layer having the composition represented by the chemical formula Ti 1-c (M2) c N d or Ti 1-e Al e N f is 5 nm, the lamination period is 15 nm, In the present invention, each layer is repeatedly formed in this stacking cycle to reach a predetermined film thickness to be the A layer.

上記Ａ層の単位積層構造において、ａ１層とａ２層とは、いずれを基板側に形成してもよいが、ａ２層が化学式Ｔｉ1-eＡｌeＮfで示される組成により構成される場合は、ａ１層を基板側に設けることによって、基板との密着性が良好なものとなり、切削時の被膜の基板からの剥がれをより防止することができる。 In the unit laminate structure of the A layer, if the a1 layer and a2 layer, either a may be formed on the substrate side, but constituted by a composition a2 layers represented by the chemical formula Ti 1-e Al e N f By providing the a1 layer on the substrate side, the adhesiveness with the substrate is improved, and the peeling of the coating film from the substrate during cutting can be further prevented.

上記Ａ層の合計厚みは特に限定されるものではないが、０．２μｍ〜１５μｍとすることが好ましく、０．５μｍ〜１０μｍとすることがより好ましい。また、ａ１層の合計厚みとａ２層の合計厚みとが、それぞれ０．１μｍ〜８μｍであることが好ましく、０．２μｍ〜６μｍであることがより好ましい。Ａ層、ａ１層またはａ２層がこのような合計厚みを満足する場合は、成膜時に膜剥離なく形成することができる。本発明において膜厚および層厚は切削工具の刃先部分で測定した値をいう。   The total thickness of the A layer is not particularly limited, but is preferably 0.2 μm to 15 μm, and more preferably 0.5 μm to 10 μm. Further, the total thickness of the a1 layer and the total thickness of the a2 layer are each preferably 0.1 μm to 8 μm, and more preferably 0.2 μm to 6 μm. When the A layer, the a1 layer, or the a2 layer satisfies such a total thickness, it can be formed without film peeling at the time of film formation. In the present invention, the film thickness and the layer thickness are values measured at the cutting edge portion of the cutting tool.

＜Ｂ層＞
本発明におけるＢ層は、化学式Ｔｉ1-α（Ｍ３）αＣβＮγ（Ｍ３はＣｒ、Ｈｆ、Ｔａ、ＮｂおよびＳｉからなる群より選択される少なくとも１種の元素であって、αはＴｉとＭ３との合計に対するＭ３の原子比、βとγとは、それぞれＴｉとＭ３の合計に対するＣ、Ｎの原子比を表わし、０≦α≦０．３、０．９＜β＋γ≦１．１、０．１＜β≦１．１）で示される組成を有するｂ１層を含む。 <B layer>
The B layer in the present invention has the chemical formula Ti 1-α (M3) α C β N γ (M3 is at least one element selected from the group consisting of Cr, Hf, Ta, Nb and Si, and α is The atomic ratio of M3 with respect to the sum of Ti and M3, and β and γ represent the atomic ratio of C and N with respect to the sum of Ti and M3, respectively. 0 ≦ α ≦ 0.3, 0.9 <β + γ ≦ 1. 1, b <b> 1 layer having a composition represented by 0.1 <β ≦ 1.1).

Ｂ層は、上記Ａ層に比して上層、すなわちＡ層よりも被膜の最表層側に設ける。Ｂ層を表層側に設置することにより、クレータ摩耗を低減することができる。Ｂ層はチタン含有金属の炭窒化物または炭化物であるため、Ａ層に比して、硬度が高く、摩擦係数が低く、耐溶着性にも優れている。これらの効果によりクレータ摩耗を低減することができると考えている。本発明においてはＡ層とＢ層とをこの順で設けることにより、クレータ摩耗の低減効果を従来の被膜に比べて優れたものとすることができる。また、基材とＢ層との間には必ずＡ層が存在するが、Ａ層とＢ層とは必ずしも接する必要はなく、なんらかの介在層が存在していてもよいが、Ａ層とＢ層とが隣接して設けられる場合は、上述のように成膜中の膜剥離をより防止することができるので好ましい。   The B layer is provided as an upper layer compared to the A layer, that is, on the outermost layer side of the film with respect to the A layer. By installing the B layer on the surface layer side, crater wear can be reduced. Since the B layer is a titanium-containing metal carbonitride or carbide, it has higher hardness, lower friction coefficient, and better welding resistance than the A layer. We believe that crater wear can be reduced by these effects. In the present invention, by providing the A layer and the B layer in this order, the effect of reducing crater wear can be made superior to conventional coatings. In addition, the A layer always exists between the base material and the B layer, but the A layer and the B layer are not necessarily in contact with each other, and some intervening layer may be present. Are provided adjacent to each other, as described above, since film peeling during film formation can be further prevented.

上記Ｍ３として、Ｃｒ、Ｔａ、ＨｆまたはＮｂのいずれか単独とする場合、αの上限としては０．１５以下が望ましく、０．１以下がより望ましい。αの下限としては０．０１以上が望ましく、０．０３以上がより望ましい。一方、Ｍ３がＳｉ単独の場合は、αの上限としては０．２２以下が望ましく、０．１以下がより望ましい。αの下限としては０．０１以上が望ましく、０．０３以上がより望ましい。このような原子比とする場合は、耐摩耗性をより向上させることができる。   When M3 is Cr, Ta, Hf or Nb alone, the upper limit of α is preferably 0.15 or less, and more preferably 0.1 or less. The lower limit of α is preferably 0.01 or more, and more preferably 0.03 or more. On the other hand, when M3 is Si alone, the upper limit of α is preferably 0.22 or less, and more preferably 0.1 or less. The lower limit of α is preferably 0.01 or more, and more preferably 0.03 or more. In the case of such an atomic ratio, the wear resistance can be further improved.

上記Ｍ３としては、Ｃｒ、Ｔａ、Ｈｆ、ＮｂおよびＳｉからなる群より選択される少なくとも２種以上を組み合わせた組成としてもよい。この場合、２種以上の元素の合計原子比となるαが０以上であり０．３以下の範囲であれば、これらの各元素の原子比は特に限定されない。このように２種以上を組み合わせた組成とする場合、αは、より好ましくは０．２５以下であり、０．０３以上であることが望ましい。   As said M3, it is good also as a composition which combined at least 2 or more types selected from the group which consists of Cr, Ta, Hf, Nb, and Si. In this case, the atomic ratio of each of these elements is not particularly limited as long as α, which is the total atomic ratio of two or more elements, is in the range of 0 or more and 0.3 or less. Thus, when setting it as the composition which combined 2 or more types, (alpha) becomes like this. More preferably, it is 0.25 or less, and it is desirable that it is 0.03 or more.

本発明において上記Ｂ層には、化学式Ｔｉ1-δ（Ｍ４）δＣεＮζ（Ｍ４はＣｒ、Ｈｆ、Ｔａ、ＮｂおよびＳｉからなる群より選択される少なくとも１種の元素であって、Ｍ３とＭ４とは少なくとも１種が相異なる元素であり、δはＴｉとＭ４との合計に対するＭ４の原子比、εとζとは、それぞれＴｉとＭ４の合計に対するＣ、Ｎの原子比を表わし、０≦δ≦０．３、０．９＜ε＋ζ≦１．１、０．１＜ε≦１．１）、または化学式Ｔｉ1-ηＡｌηＣλＮμ（ηはＴｉとＡｌとの合計に対するＡｌの原子比、λとμとは、それぞれＴｉとＡｌの合計に対するＣ、Ｎの原子比を表わし、０．４＜η≦０．８、０．９＜λ＋μ≦１．１、０．１＜λ≦１．１）で示される組成を有するｂ２層をさらに含むことが好ましい。 To the B layer in the present invention is at least one element formula Ti 1-δ (M4) δ C ε N ζ (M4 is that Cr, Hf, Ta, is selected from the group consisting of Nb and Si, M3 and M4 are at least one different element, δ represents the atomic ratio of M4 to the sum of Ti and M4, and ε and ζ represent the atomic ratio of C and N to the sum of Ti and M4, respectively. , 0 ≦ δ ≦ 0.3, 0.9 <ε + ζ ≦ 1.1, 0.1 <ε ≦ 1.1), or the chemical formula Ti 1-η Al η C λ N μ (η is the relationship between Ti and Al The atomic ratio of Al to the sum, λ and μ, represents the atomic ratio of C and N to the sum of Ti and Al, respectively. 0.4 <η ≦ 0.8, 0.9 <λ + μ ≦ 1.1, 0 It is preferable to further include a b2 layer having a composition represented by .1 <λ ≦ 1.1).

Ｂ層がｂ１層とｂ２層とを含む場合、Ｂ層にはこれらの層を合計で２層以上交互に積層する。これらの積層数は特に限定されないが、ｂ２層として化学式Ｔｉ1-ηＡｌηＣλＮμで示される組成から構成される層とする場合、後述のようにＡｌの含有比率によりその積層数や厚みを調整することが好ましい。ｂ２層として化学式Ｔｉ1-δ（Ｍ４）δＣεＮζで示される組成から構成される層を採用する場合、Ｍ３とＭ４とは少なくとも１種が異なる元素とする。このようなＭ３およびＭ４の元素の組合せの選択は、上記Ｍ１とＭ２の組合せと同様とすればよい。すなわち、Ｍ３とＭ４とがいずれもＣｒ、Ｈｆ、Ｔａ、ＮｂおよびＳｉからなる群より選択される１種の元素である場合は、これらの元素が相異なるものであり、Ｍ３がＣｒ、Ｈｆ、Ｔａ、ＮｂおよびＳｉからなる群より選択される１種の元素で、Ｍ４がＣｒ、Ｈｆ、Ｔａ、ＮｂおよびＳｉからなる群より選択される少なくとも２種の元素の場合は、Ｍ４の元素のいずれか一方または両方が、Ｍ３を構成する元素と異なるものとなる。同様に、Ｍ３を構成する元素とＭ４を構成する元素のそれぞれが、Ｃｒ、Ｈｆ、Ｔａ、ＮｂおよびＳｉからなる群より選択される少なくとも２種の元素の場合も、いずれか一方または両方の元素が異なるものである。 When the B layer includes the b1 layer and the b2 layer, a total of two or more of these layers are alternately stacked on the B layer. The number of these layers is not particularly limited. However, when the b2 layer is a layer composed of the composition represented by the chemical formula Ti 1-η Al η C λ N μ , the number of layers depends on the Al content ratio as described later. It is preferable to adjust the thickness. When a layer composed of a composition represented by the chemical formula Ti 1-δ (M4) δ C ε N ζ is employed as the b2 layer, M3 and M4 are at least one different element. Such a combination of elements M3 and M4 may be selected in the same manner as the combination of M1 and M2. That is, when both M3 and M4 are one element selected from the group consisting of Cr, Hf, Ta, Nb and Si, these elements are different from each other, and M3 is Cr, Hf, When one element selected from the group consisting of Ta, Nb and Si and M4 is at least two elements selected from the group consisting of Cr, Hf, Ta, Nb and Si, any of the elements of M4 Either one or both are different from the elements constituting M3. Similarly, when each of the elements constituting M3 and M4 is at least two elements selected from the group consisting of Cr, Hf, Ta, Nb and Si, either one or both elements Are different.

上記Ｍ４として、Ｃｒ、Ｔａ、ＨｆまたはＮｂのいずれか単独とする場合、δの上限としては０．１５以下が望ましく、０．１以下がより望ましい。δの下限としては０．０１以上が望ましく、０．０３以上がより望ましい。一方、Ｍ４がＳｉ単独の場合は、δの上限としては０．２２以下が望ましく、０．１以下がより望ましい。δの下限としては０．０１以上が望ましく、０．０３以上がより望ましい。このような原子比とする場合は、耐摩耗性をより向上させることができる。   When M4 is Cr, Ta, Hf or Nb alone, the upper limit of δ is preferably 0.15 or less, and more preferably 0.1 or less. The lower limit of δ is preferably 0.01 or more, and more preferably 0.03 or more. On the other hand, when M4 is Si alone, the upper limit of δ is preferably 0.22 or less, and more preferably 0.1 or less. The lower limit of δ is preferably 0.01 or more, and more preferably 0.03 or more. In the case of such an atomic ratio, the wear resistance can be further improved.

上記Ｍ４としては、Ｃｒ、Ｔａ、Ｈｆ、ＮｂおよびＳｉからなる群より選択される少なくとも２種以上を組み合わせた組成としてもよい。この場合、２種以上の元素の合計原子比となるδが０以上であり０．３以下の範囲であれば、これらの各元素の原子比は特に限定されない。このように２種以上を組み合わせた組成とする場合、δは、より好ましくは０．２５以下であり、０．０３以上であることが望ましい。   As said M4, it is good also as a composition which combined at least 2 or more types selected from the group which consists of Cr, Ta, Hf, Nb, and Si. In this case, the atomic ratio of each of these elements is not particularly limited as long as δ, which is the total atomic ratio of two or more elements, is in the range of 0 or more and 0.3 or less. Thus, when setting it as the composition which combined 2 or more types, (delta) becomes like this. More preferably, it is 0.25 or less, and it is desirable that it is 0.03 or more.

ここで、Ｍ３およびＭ４として用いられる各元素は、切削における逃げ面摩耗を抑制するのに効果を発揮する。従来、これらの元素を添加して耐摩耗性の向上を図る試みは種々行われているが、本発明においては、上記Ａ層とＢ層との組合せにおいて、その含有比率が０≦α≦０．３、０≦δ≦０．３の範囲にて、特段に逃げ面摩耗を抑制する効果を発揮できることを見出した。   Here, each element used as M3 and M4 is effective in suppressing flank wear in cutting. Conventionally, various attempts have been made to improve the wear resistance by adding these elements. In the present invention, the content ratio of the combination of the A layer and the B layer is 0 ≦ α ≦ 0. In the range of 0.3, 0 ≦ δ ≦ 0.3, it has been found that the effect of particularly suppressing flank wear can be exhibited.

Ｍ３またはＭ４として、Ｃｒ、Ｔａ、ＨｆまたはＮｂのいずれかを単独とする場合、αおよびδの上限としてはそれぞれ０．１５以下が望ましく、０．１以下がより望ましい。αおよびδの下限としては０．０１以上が望ましく、０．０３以上がより望ましい。一方、Ｍ３またはＭ４としてＳｉ単独とする場合は、αおよびδの上限としては０．２２以下が望ましく、０．１以下がより望ましい。αおよびδの下限としては０．０１以上が望ましく、０．０３以上がより望ましい。   When any one of Cr, Ta, Hf and Nb is used as M3 or M4, the upper limit of α and δ is preferably 0.15 or less, and more preferably 0.1 or less. The lower limit of α and δ is preferably 0.01 or more, and more preferably 0.03 or more. On the other hand, when Si is used alone as M3 or M4, the upper limit of α and δ is preferably 0.22 or less, and more preferably 0.1 or less. The lower limit of α and δ is preferably 0.01 or more, and more preferably 0.03 or more.

上述のように、Ｍ３またはＭ４としては、Ｃｒ、Ｈｆ、Ｔａ、ＮｂおよびＳｉからなる群より選択される少なくとも２種の元素を組み合わせた組成としてもよい。この場合、２種以上の元素の合計原子比となるαおよびδが０≦α≦０．３、０≦δ≦０．３である。αとδとは、０．２５以下であることが望ましく、０．０３以上であることが望ましい。なお、２種以上の元素の合計原子比が上記範囲を満たすものであれば、各元素の原子比は特に限定されない。   As described above, M3 or M4 may have a composition in which at least two elements selected from the group consisting of Cr, Hf, Ta, Nb, and Si are combined. In this case, α and δ, which are the total atomic ratio of two or more elements, are 0 ≦ α ≦ 0.3 and 0 ≦ δ ≦ 0.3. α and δ are desirably 0.25 or less, and desirably 0.03 or more. Note that the atomic ratio of each element is not particularly limited as long as the total atomic ratio of two or more elements satisfies the above range.

Ｍ３またはＭ４として、それぞれＣｒ、Ｔａ、ＨｆまたはＮｂのいずれか単独とする場合、Ｍ３とＭ４との元素の組合せは、相異なるものであれば特に限定されないが、Ｍ３がＣｒの場合はＭ４をＨｆ，Ｎｂとすることがよく、Ｍ３がＨｆの場合はＭ４をＡｌ，Ｎｂとすることがよく、Ｍ３がＴａの場合はＭ４をＨｆとすることがよく、Ｍ３がＮｂの場合はＭ４をＨｆとすることがよく、Ｍ３がＳｉの場合はＭ４をＣｒとすることがよい。このような組合せとすることによって、クレータ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。   When M3 or M4 is Cr, Ta, Hf or Nb, respectively, the combination of elements of M3 and M4 is not particularly limited as long as they are different, but when M3 is Cr, M4 is not limited. When M3 is Hf, M4 is preferably Al, Nb. When M3 is Ta, M4 is preferably Hf. When M3 is Nb, M4 is Hf. When M3 is Si, M4 is preferably Cr. With such a combination, crater wear can be reduced and high wear resistance can be imparted.

Ｍ３またはＭ４としては、Ｃｒ、Ｈｆ、Ｔａ、ＮｂおよびＳｉからなる群より選択される少なくとも２種の元素を組み合わせた組成とする場合、例えば、Ｍ３がＣｒとＳｉの場合はＭ４をＨｆとＳｉとすることがよく、Ｍ３がＴａとＨｆの場合はＭ４をＮｂとＳｉとすることがよい。このような組み合せとすることによって、クレータ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。   When M3 or M4 has a composition in which at least two elements selected from the group consisting of Cr, Hf, Ta, Nb and Si are combined, for example, when M3 is Cr and Si, M4 is Hf and Si. In the case where M3 is Ta and Hf, M4 is preferably Nb and Si. With such a combination, crater wear can be reduced and high wear resistance can be imparted.

Ｂ層においてこれらのＭ３またはＭ４の元素を含むことにより逃げ面摩耗を低減することができる理由として、ＴｉＣＮまたはＴｉＣにＨｆ、Ｎｂ、Ｓｉを添加することで、耐酸化性がＴｉＡｌＣＮに匹敵するレベルまで改善されることが挙げられる。また、ＴｉＣＮまたはＴｉＣにＣｒやＴａを添加した組成とする場合は、被膜硬度を高めることができるので、逃げ面摩耗を低減することができる。   The reason why flank wear can be reduced by including these M3 or M4 elements in the B layer is that the oxidation resistance is comparable to that of TiAlCN by adding Hf, Nb, and Si to TiCN or TiC. Can be improved. Moreover, when it is set as the composition which added Cr and Ta to TiCN or TiC, since film hardness can be raised, flank wear can be reduced.

特に、Ｍ３およびＭ４の少なくとも１つとしてＨｆを含む場合は、Ｓｉ、Ｎｂ、Ｔａを単独で含む場合に比べてクレータ摩耗の抑制に効果があり望ましい。   In particular, when Hf is included as at least one of M3 and M4, it is more effective in suppressing crater wear than when Si, Nb, and Ta are included alone.

上記ｂ２層が化学式Ｔｉ1-ηＡｌηＣλＮμ（ηはＴｉとＡｌとの合計に対するＡｌの原子比、λとμとは、それぞれＴｉとＡｌの合計に対するＣ、Ｎの原子比を表わし、０．４＜η≦０．８、０．９＜λ＋μ≦１．１、０．１＜λ≦１．１）により構成される場合は、旋削において耐クレータ摩耗性が低いことが欠点となることがある。上記Ａ層とＢ層との組合せにより、このようなクレータ摩性の低減は防止することができるが、より好ましくはＢ層中のＡｌ含有比率を少なくすることである。したがって、Ｂ層中に存在する全金属におけるＡｌ含有比率が、３原子％以上２０原子％以下である。より望ましくは、５原子％以上、１５原子％以下である。このとき、Ａ層よりもＢ層におけるＡｌ含有量を低くしておく方がクレータ摩耗を低減するのにより効果的であり、Ａ層中のＡｌ含有比率よりもＢ層中のＡｌ含有比率が低いことが望ましい。 The b2 layer has the chemical formula Ti 1-η Al η C λ N μ (η is the atomic ratio of Al to the total of Ti and Al, λ and μ are the atomic ratio of C and N to the total of Ti and Al, respectively. In the case of 0.4 <η ≦ 0.8, 0.9 <λ + μ ≦ 1.1, 0.1 <λ ≦ 1.1), the crater wear resistance is low in turning. It may become. The combination of the A layer and the B layer can prevent such a decrease in crater wear, but it is more preferable to reduce the Al content ratio in the B layer. Therefore, the Al content ratio in all metals present in the B layer is 3 atomic% or more and 20 atomic% or less. More desirably, it is 5 atomic% or more and 15 atomic% or less. At this time, lowering the Al content in the B layer than the A layer is more effective in reducing crater wear, and the Al content ratio in the B layer is lower than the Al content ratio in the A layer. It is desirable.

Ｂ層中のＡｌ含有比率を低減する手法としては、前述したＡ層中におけるＡｌ含有比率を低減する手法と同様に、積層構造内の化学式Ｔｉ1-ηＡｌηＣλＮμで示される組成により構成される層の１層あたりの厚さを減少させる方法をとることができる。先に述べた様にＡｌは、耐クレータ性の面で劣化する材料であるが、切削時の被削材の仕上げ面を良好にする効果があり、この用途で有用である。 As a method for reducing the Al content ratio in the B layer, the composition represented by the chemical formula Ti 1-η Al η C λ N μ in the laminated structure is similar to the method for reducing the Al content ratio in the A layer described above. The method of reducing the thickness per one layer of the layer comprised by this can be taken. As described above, Al is a material that deteriorates in terms of crater resistance, but has the effect of improving the finished surface of the work material during cutting, and is useful in this application.

これら化学式Ｔｉ1-α（Ｍ３）αＣβＮγで示される組成により構成されるｂ１層と、化学式Ｔｉ1-δ（Ｍ４）δＣεＮζまたは化学式Ｔｉ1-ηＡｌηＣλＮμで示される組成により構成されるｂ２層とを積層することで、ｂ１層単層を用いるよりも、さらにクレータ、逃げ面耐摩耗性を向上させることができる。異種材料の積層によって、ミクロ亀裂の進展が抑制できていると考えられる。さらに、成膜時の膜剥離を抑制することができる。炭窒化物または炭化物は、硬度が高いため、組成によっては靭性が低い欠点がある。また、窒化物に比較して、成膜時の残留応力により膜破壊を起こしやすい場合もある。従って被膜中にｂ１層とｂ２層との多層構造を形成させることで、ミクロ亀裂の進展をより抑制することができ、ある残留応力に対して、単層の場合に比べて成膜中に被膜が剥離しにくい。 A b1 layer having a composition represented by the chemical formula Ti 1-α (M3) α C β N γ and a chemical formula Ti 1-δ (M4) δ C ε N ζ or the chemical formula Ti 1-η Al η C λ N By laminating the b2 layer constituted by the composition represented by μ, it is possible to further improve the crater and flank wear resistance as compared to using the b1 layer single layer. It is considered that the growth of microcracks can be suppressed by the lamination of different materials. Furthermore, film peeling during film formation can be suppressed. Since carbonitrides or carbides have high hardness, there is a drawback that the toughness is low depending on the composition. In addition, there are cases where film breakdown is likely to occur due to residual stress during film formation as compared with nitride. Therefore, by forming a multilayer structure of the b1 layer and the b2 layer in the coating, it is possible to further suppress the development of microcracks, and for a certain residual stress, the coating is formed during the film formation as compared with the case of a single layer. Is difficult to peel.

Ｂ層においてｂ１層とｂ２層を交互に積層させる場合、その積層周期が１ｎｍ〜３０ｎｍであることが望ましい。積層周期とは、前述したＡ層における定義と同様であり、化学式Ｔｉ1-α（Ｍ３）αＣβＮγで示される組成を有するｂ１層と化学式Ｔｉ1-δ（Ｍ４）δＣεＮζまたは化学式Ｔｉ1-ηＡｌηＣλＮμで示される組成を有するｂ２層との積層単位を足し合わせた厚み（以下、単位積層構造の厚みということがある）である。積層周期は、１ｎｍ以上、３０ｎｍ以下が望ましいが、下限は２ｎｍ以上がより望ましく、さらに望ましくは４ｎｍ以上である。上限は２０ｎｍ以下がより望ましく、さらに望ましくは１５ｎｍ以下である。被膜において、膜厚方向に対して上記積層周期が一定である必要はなく、本発明の好ましい範囲を満足する積層周期を切削に供する刃先の一部分に備えていればよい。 When the b1 layer and the b2 layer are alternately stacked in the B layer, the stacking cycle is desirably 1 nm to 30 nm. The stacking period is the same as the definition in the A layer described above, and the b1 layer having the composition represented by the chemical formula Ti 1-α (M3) α C β N γ and the chemical formula Ti 1-δ (M4) δ C ε N The thickness is the sum of the stack units with the b2 layer having the composition represented by ζ or the chemical formula Ti 1-η Al η C λ N μ (hereinafter sometimes referred to as the thickness of the unit stack structure). The lamination period is preferably 1 nm or more and 30 nm or less, but the lower limit is more preferably 2 nm or more, and further preferably 4 nm or more. The upper limit is more preferably 20 nm or less, and even more preferably 15 nm or less. In the coating, it is not necessary that the stacking period is constant with respect to the film thickness direction, and it is sufficient if a stacking period that satisfies the preferred range of the present invention is provided in a part of the cutting edge used for cutting.

上記Ｂ層の単位積層構造において、ｂ１層とｂ２層とは、いずれを基板側（Ａ層側）に形成してもよいが、ｂ２層が化学式Ｔｉ1-ηＡｌηＣλＮμで示される組成により構成される場合は、ｂ１層をより基板側に設けることによって、基板との密着性が良好なものとなり、切削時の被膜の基板からの剥がれをより防止することができる。 In the unit layered structure of the B layer, either the b1 layer or the b2 layer may be formed on the substrate side (A layer side), but the b2 layer is represented by the chemical formula Ti 1-η Al η C λ N μ In the case where it is constituted by the composition, by providing the b1 layer on the substrate side, the adhesion to the substrate becomes good, and the peeling of the coating film from the substrate at the time of cutting can be further prevented.

上記Ｂ層の合計厚みは特に限定されるものではないが、０．２μｍ〜１０μｍとすることが好ましく、１μｍ〜６μｍとすることがより好ましい。また、ｂ１層の合計厚みとｂ２層の合計厚みとが、それぞれ０．１μｍ〜６μｍであることが好ましく、０．４μｍ〜４μｍであることがより好ましい。また、Ａ層の合計厚み（ｄA）に対するＢ層の合計厚み（ｄB）の比（ｄB／ｄA）が、０．４〜５であることが好ましい。Ｂ層がこのような合計厚みおよび合計厚みの比を満足する場合は、耐クレータ摩耗性と耐逃げ面摩耗性を両立させることができる。 The total thickness of the layer B is not particularly limited, but is preferably 0.2 μm to 10 μm, and more preferably 1 μm to 6 μm. In addition, the total thickness of the b1 layer and the total thickness of the b2 layer are each preferably 0.1 μm to 6 μm, and more preferably 0.4 μm to 4 μm. Further, the ratio (d B / d A ) of the total thickness (d B ) of the B layer to the total thickness (d A ) of the A layer is preferably 0.4 to 5. When the B layer satisfies the total thickness and the ratio of the total thickness, both crater wear resistance and flank wear resistance can be achieved.

＜Ａ層およびＢ層＞
上記のようなＡ層とＢ層との組合せとしては、例えば、Ａ層の基材側にａ１層を形成し、ａ１層上にａ２層として化学式Ｔｉ1-c（Ｍ２）cＮdで示される組成を有する層を形成した積層単位を含み、Ｂ層としてｂ１層を形成する第１の態様が挙げられる。第２の態様としては、Ａ層の基材側にａ１層を形成し、ａ１層上にａ２層として化学式Ｔｉ1-eＡｌeＮfで示される組成を有する層を形成した積層単位を含み、Ｂ層としてｂ１層を形成する態様が挙げられる。これら第１および第２の態様の被膜構造の概略図を図２に示す。図２に示されるように、第１および第２の態様においては、基板１０上に各対応するａ１層１３とａ２層１４とからなる積層単位を含むＡ層１１と、ｂ１層１５からなるＢ層１２とが形成されている。また、Ｂ層がｂ１層とｂ２層とを含む場合については、Ａ層の基材側にａ１層を形成し、ａ１層上にａ２層として化学式Ｔｉ1-c（Ｍ２）cＮdで示される組成を有する層を形成した積層単位を含み、Ｂ層としてＡ層側にｂ１層を形成し、その上にｂ２層として化学式Ｔｉ1-δ（Ｍ４）δＣεＮζで示される組成を有する層を形成した積層単位を含む第３の態様が挙げられる。また、Ａ層の基材側にａ１層を形成し、ａ１層上にａ２層として化学式Ｔｉ1-c（Ｍ２）cＮdで示される組成を有する層を形成した積層単位を含み、Ｂ層としてＡ層側にｂ１層を形成し、その上にｂ２層として化学式Ｔｉ1-ηＡｌηＣλＮμで示される組成を有する層を形成した積層単位を含む第４の態様が挙げられる。Ａ層の基材側にａ１層を形成し、ａ１層上にａ２層として化学式Ｔｉ1-eＡｌeＮfで示される組成を有する層を形成した積層単位を含み、Ｂ層としてＡ層側にｂ１層を形成し、その上にｂ２層として化学式Ｔｉ1-δ（Ｍ４）δＣεＮζで示される組成を有する層を形成した積層単位を含む第５の態様が挙げられる。Ａ層の基材側にａ１層を形成し、ａ１層上にａ２層として化学式Ｔｉ1-eＡｌeＮfで示される組成を有する層を形成した積層単位を含み、Ｂ層としてＡ層側にｂ１層を形成し、その上にｂ２層として化学式Ｔｉ1-ηＡｌηＣλＮμで示される組成を有する層を形成した積層単位を含む第６の態様が挙げられる。これら第３〜第６の態様の被膜構造の概略図を図３に示す。図３に示されるように、第３〜第６の態様においては、基板１０上に各対応するａ１層１３とａ２層１４とからなる積層単位を含むＡ層１１と、ｂ１層１５とｂ２層１６とからなる積層単位を含むＢ層１２とが形成されている。その他、上記第１〜第６の各態様において、Ａ層における積層順を入れ替えて、ａ２層を基材側に形成しａ１層をその上に形成する組合せ、Ｂ層における積層順を入れ替えて、ｂ２層をＡ層側に形成しｂ１層をその上に形成する組合せ、Ａ層およびＢ層における積層順を入れ替えた態様も考えられる。 <A layer and B layer>
As a combination of the A layer and the B layer as described above, for example, an a1 layer is formed on the base material side of the A layer, and a chemical layer Ti 1-c (M2) c N d is shown as an a2 layer on the a1 layer. The 1st aspect which includes the lamination | stacking unit in which the layer which has a composition which is formed, and forms b1 layer as B layer is mentioned. The second aspect includes a laminated unit in which an a1 layer is formed on the base material side of the A layer, and a layer having a composition represented by the chemical formula Ti 1-e Al e N f is formed as an a2 layer on the a1 layer. And an embodiment in which the b1 layer is formed as the B layer. A schematic diagram of the coating structure of these first and second embodiments is shown in FIG. As shown in FIG. 2, in the first and second embodiments, an A layer 11 including a laminated unit composed of the corresponding a1 layer 13 and a2 layer 14 on the substrate 10, and B composed of the b1 layer 15. Layer 12 is formed. Further, in the case where the B layer includes the b1 layer and the b2 layer, the a1 layer is formed on the base material side of the A layer, and the chemical formula Ti 1-c (M2) c N d is shown as the a2 layer on the a1 layer. A layer having a composition represented by the chemical formula Ti 1-δ (M4) δ C ε N ζ is formed as a B layer on the A layer side. The 3rd aspect containing the lamination | stacking unit which formed the layer which has is mentioned. In addition, the layer A includes a layer unit in which an a1 layer is formed on the base material side of the A layer, and a layer having a composition represented by the chemical formula Ti 1-c (M2) c N d is formed on the a1 layer as the a2 layer. In the fourth embodiment, a b1 layer is formed on the A layer side, and a layer having a layer having a composition represented by the chemical formula Ti 1-η Al η C λ N μ is formed thereon as the b2 layer. The a1 layer is formed on the base material side of the A layer comprises a layered units to form a layer having a composition represented by the formula Ti 1-e Al e N f as a2 layers on a1 layer, A layer side as B layer In the fifth embodiment, a b1 layer is formed, and a layer having a layer represented by the chemical formula Ti 1-δ (M4) δ C ε N ζ is formed thereon as the b2 layer. The a1 layer is formed on the base material side of the A layer comprises a layered units to form a layer having a composition represented by the formula Ti 1-e Al e N f as a2 layers on a1 layer, A layer side as B layer In the sixth embodiment, a b1 layer is formed, and a layer having a composition represented by the chemical formula Ti 1-η Al η C λ N μ is formed thereon as the b2 layer. A schematic diagram of the coating structure of these third to sixth aspects is shown in FIG. As shown in FIG. 3, in the third to sixth aspects, the A layer 11 including the laminated unit composed of the corresponding a1 layer 13 and the a2 layer 14 on the substrate 10, the b1 layer 15, and the b2 layer. And a B layer 12 including a stack unit composed of 16 is formed. In addition, in each of the first to sixth aspects, the stacking order in the A layer is switched, the combination in which the a2 layer is formed on the substrate side and the a1 layer is formed thereon, the stacking order in the B layer is switched, A combination in which the b2 layer is formed on the A layer side and the b1 layer is formed thereon, and the stacking order in the A layer and the B layer are also considered.

＜その他の層＞
本発明における被膜には、上記Ａ層およびＢ層を含む限り、それらの他に上記介在層や中間層、その他、基材の表面に設ける表面層を含むことができる。このような層としては、切削工具の被覆において被膜強度や耐摩耗性を付与するものとして従来用いられる被膜を用いることができる。このような介在層、中間層または表面層としては、ＴｉＮ、ＡｌＮ、Ｔｉ0.8Ｓｉ0.2Ｎ、Ａｌ0.7Ｃｒ0.3Ｎ、ＣｒＮの組成を有する層を例示することができ、介在層としては、Ｔｉ0.8Ｓｉ0.2Ｎ、中間層としては、ＴｉＮ，ＣｒＮ、表面層としては、ＡｌＮ，Ａｌ0.7Ｃｒ0.3Ｎを用いる場合に、特に本発明の被膜と合わせて用いることによる被膜強度や耐摩耗性の向上効果が見られる。 <Other layers>
As long as the A layer and the B layer are included in the coating according to the present invention, in addition to them, the intervening layer, the intermediate layer, and other surface layers provided on the surface of the substrate can be included. As such a layer, a film conventionally used for imparting film strength and wear resistance in the coating of a cutting tool can be used. Such intermediate layer, as the intermediate layer or the surface layer, TiN, AlN, Ti 0.8 Si 0.2 N, Al 0.7 Cr 0.3 N, can be exemplified a layer having a composition of CrN, as an intervening layer, Ti 0.8 Si 0.2 N, TiN, CrN as the intermediate layer, AlN, Al 0.7 Cr 0.3 N as the surface layer, especially when used in combination with the coating of the present invention, the effect of improving the coating strength and wear resistance Is seen.

このようなその他の層の厚みは、合計層厚を０．０１μｍ〜３μｍ程度とすることが好ましい。また、その他の層の各層厚を０．０１μｍ〜３μｍの範囲に収めることが望ましく、中でもＡ層とＢ層との間に設けられる上記中間層は、０．０１μｍ〜０．２μｍとしておくことによって、本発明の効果を良好に維持することができる。   As for the thickness of such other layers, the total layer thickness is preferably about 0.01 μm to 3 μm. In addition, it is desirable that the thickness of each of the other layers be in the range of 0.01 μm to 3 μm, and above all, the intermediate layer provided between the A layer and the B layer is 0.01 μm to 0.2 μm. The effect of the present invention can be maintained satisfactorily.

＜製造方法＞
本発明における被膜は、上記組成を有する限りその製造方法は特に限定されるものではないが、物理蒸着法（ＰＶＤ法）により形成されることが望ましい。このような物理蒸着法としては、たとえばバランストマグネトロンスパッタリング法、アンバランストマグネトロンスパッタリング法、アークイオンプレーティング法、これらを各組み合わせた方法等を挙げることができる。被膜を物理蒸着法により形成することによって、本発明における被膜組成を実現することができる。 <Manufacturing method>
The production method of the coating in the present invention is not particularly limited as long as it has the above composition, but it is preferably formed by a physical vapor deposition method (PVD method). Examples of such physical vapor deposition include balanced magnetron sputtering, unbalanced magnetron sputtering, arc ion plating, and combinations of these. By forming the film by physical vapor deposition, the film composition in the present invention can be realized.

上記Ａ層およびＢ層を好適に形成する具体的な条件を以下に例示する。すなわち、アークイオンプレーティング法を採用する場合、所望の組成が得られるように適切な配合比で各対応する金属元素を含んだターゲットをアーク式蒸発源にセットする。用いるアークイオンプレーティング装置の１例を成膜装置のターゲット設置部分の概略図として図１に示す。ターゲット１，２，３，４はＴｉ、Ａｌ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｎｂ、ＴａまたはＳｉ元素の組合せからなっており、ガス導入口５から導入する反応ガスとしての窒素と反応して、基材１０上に窒化物膜が形成される。Ａ層中のａ１層を形成するためにターゲット１にＴｉ、Ｍ１からなるターゲットをセットする。一方、ａ２層を形成するためにターゲット２にＴｉおよびＭ２、またはＴｉおよびＡｌからなるターゲットをセットする。基材は図のように、装置中央部の回転テーブル７により回転しており、ターゲット１面の前面にある場合は、ａ１層である化学式Ｔｉ1-a（Ｍ１）aＮbからなる層が形成される。次に、回転してターゲット２面の前面にある場合は、ａ２層である化学式Ｔｉ1-c（Ｍ２）cＮd、またはＴｉ1-eＡｌeＮfからなる層が形成される。基材温度をヒータ６により４００〜７００℃、該装置内の反応ガス圧を２．０〜６．０Ｐａに設定し、反応ガスとして窒素ガスを導入する。そして、基板（負）バイアス電圧を−３０Ｖ〜−１５０Ｖに維持したまま、カソード電極に５０〜１２０Ａのアーク電流を供給し、アーク式蒸発源から金属イオン等を発生させることによりＡ層を形成することができる。 Specific conditions for suitably forming the A layer and the B layer are exemplified below. That is, when the arc ion plating method is employed, a target including each corresponding metal element is set in an arc evaporation source at an appropriate blending ratio so as to obtain a desired composition. An example of an arc ion plating apparatus to be used is shown in FIG. 1 as a schematic diagram of a target installation portion of a film forming apparatus. The targets 1, 2, 3, and 4 are made of a combination of Ti, Al, Hf, Cr, Nb, Ta, or Si elements, and react with nitrogen as a reaction gas introduced from the gas inlet 5 to form the base material 10. A nitride film is formed thereon. In order to form the a1 layer in the A layer, a target made of Ti and M1 is set on the target 1. On the other hand, in order to form the a2 layer, a target made of Ti and M2, or Ti and Al is set on the target 2. As shown in the figure, the substrate is rotated by a turntable 7 in the center of the apparatus. When the substrate is on the front surface of the target 1, a layer composed of the chemical formula Ti 1-a (M1) a N b is an a1 layer. It is formed. Next, when rotated on the front of the second surface target, a layer consisting of a a2-layer formula Ti 1-c (M2) c N d or Ti 1-e Al e N f , it is formed. The substrate temperature is set to 400 to 700 ° C. by the heater 6, the reaction gas pressure in the apparatus is set to 2.0 to 6.0 Pa, and nitrogen gas is introduced as the reaction gas. Then, while maintaining the substrate (negative) bias voltage at −30 V to −150 V, an arc current of 50 to 120 A is supplied to the cathode electrode, and metal ions and the like are generated from the arc evaporation source to form the A layer. be able to.

つぎに、Ｂ層を形成する。まず、所望の組成が得られるように適切な配合比で各対応する金属元素を含んだターゲットをアーク式蒸発源にセットする。ターゲットはＴｉ、Ａｌ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｓｉ元素の組合せからなっており、反応ガスとしての窒素、炭化水素ガス（主にはメタン）と反応して、基材上に炭窒化物膜または炭化物膜が形成される。Ｂ層を構成するｂ１層を形成するためにＴｉおよびＭ３からなるターゲットをターゲット３にセットする。一方、ｂ２層を含む場合は、ｂ２層を形成するためにターゲット４にＴｉとＭ４、またはＴｉとＡｌからなるターゲットをセットする。   Next, a B layer is formed. First, a target containing each corresponding metal element is set in an arc evaporation source at an appropriate blending ratio so as to obtain a desired composition. The target is composed of a combination of Ti, Al, Hf, Cr, Nb, Ta, and Si elements, and reacts with nitrogen and hydrocarbon gas (mainly methane) as a reactive gas to form a carbonitride on the substrate. A film or a carbide film is formed. A target composed of Ti and M3 is set on the target 3 in order to form the b1 layer constituting the B layer. On the other hand, when the b2 layer is included, a target composed of Ti and M4 or Ti and Al is set on the target 4 in order to form the b2 layer.

基材１０は図のように、装置中央部の回転テーブル７により回転しており、ターゲット３面の前面にある場合は、ｂ１層である化学式Ｔｉ1-α（Ｍ３）αＣβＮγからなる層が形成される。次に、回転してターゲット４面の前面にある場合は、ｂ２層である化学式Ｔｉ1-δ（Ｍ４）δＣεＮζ、またはＴｉ1-ηＡｌηＣλＮμからなる層が形成される。基材温度をヒータ６により４００〜７００℃とし、該装置内の反応ガス圧を２．０〜６．０Ｐａに設定し、ガス導入口５から反応ガスとして窒素ガス、メタンガスを導入する。そして、基板（負）バイアス電圧を−３００Ｖ〜−５５０Ｖに維持したまま、カソード電極に４０〜１２０Ａのアーク電流を供給し、アーク式蒸発源から金属イオン等を発生させることによりＢ層を形成することができる。 As shown in the figure, the base material 10 is rotated by a rotary table 7 in the center of the apparatus. When the base material 10 is in front of the target 3 surface, from the chemical formula Ti 1-α (M3) α C β N γ which is the b1 layer. A layer is formed. Next, in the case of rotating and in front of the target 4 surface, a layer made of the chemical formula Ti 1-δ (M4) δ C ε N ζ or Ti 1-η Al η C λ N μ is formed. Is done. The substrate temperature is set to 400 to 700 ° C. by the heater 6, the reaction gas pressure in the apparatus is set to 2.0 to 6.0 Pa, and nitrogen gas and methane gas are introduced as reaction gases from the gas inlet 5. Then, while maintaining the substrate (negative) bias voltage at −300 V to −550 V, an arc current of 40 to 120 A is supplied to the cathode electrode to generate metal ions and the like from the arc evaporation source to form the B layer. be able to.

Ａ層とＢ層の形成においては、Ａ層を形成した後、基材を装置から取り出さずにＢ層を形成することが望ましい。装置にターゲットがセットできる面が多くある場合は、Ａ層とＢ層を形成する原料金属ターゲットは異なることもあり得るが、装置のターゲットをセットできる面が三面より少ない場合は、Ａ層とＢ層の原料金属ターゲットは一致する。しかし、Ａ層を形成後、一旦基材を装置外に取り出し、再度別の装置、またはターゲット材質を交換してＢ層を形成しても構わない。   In forming the A layer and the B layer, it is desirable to form the B layer without forming the substrate from the apparatus after forming the A layer. When there are many surfaces on which the target can be set in the apparatus, the raw metal target for forming the A layer and the B layer may be different, but when there are fewer than three surfaces on which the target of the apparatus can be set, the A layer and the B layer The raw metal target of the layer matches. However, after forming the A layer, the base material may be once taken out of the apparatus, and another apparatus or target material may be replaced again to form the B layer.

その他の層についても、上記ターゲットを所望の組成を有するものに置換することによって、Ａ層とＢ層の形成方法と同様に形成することができる。   Other layers can be formed in the same manner as the formation method of the A layer and the B layer by substituting the target with one having a desired composition.

また、アンバランストマグネトロンスパッタリング法を採用する場合の方法を述べる。同法を採用するにあたり用いた成膜装置のターゲット設置部分の一例を図１に示す。ターゲットの設置はアークイオンプレーティング法と同様である。まず、Ａ層を形成する場合を述べる。まず、所望の組成が得られるように適切な配合比で各対応する金属元素を含んだターゲット１，２をスパッタ蒸発源１，２に各々セットする。ターゲットはＴｉ、Ａｌ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｓｉ元素の組合せからなっており、希ガスにてスパッタリングされた金属元素が、ガス導入口５から導入された反応ガスとしての窒素と反応して、基材１０上に窒化物膜が形成される。基板（基材）温度をヒータ６により４００〜６００℃とし、該装置内の反応ガス圧を３００ｍＰａ〜８００ｍＰａに設定し、Ａ層を形成するために反応ガスとして窒素を導入する（なお、反応ガスの導入に際しては、希ガス／反応ガスの体積比を１〜５に設定することが好ましい）。そして、基板（負）バイアス電圧を０Ｖ〜−９０Ｖに維持したまま、ターゲットに０．１２〜０．３Ｗ／ｍｍ2の電力密度を発生させる。 A method in the case of employing the unbalanced magnetron sputtering method will be described. FIG. 1 shows an example of a target installation portion of a film forming apparatus used for adopting the method. The target installation is the same as in the arc ion plating method. First, the case where the A layer is formed will be described. First, the targets 1 and 2 containing the corresponding metal elements are set in the sputter evaporation sources 1 and 2 at an appropriate blending ratio so as to obtain a desired composition. The target is composed of a combination of Ti, Al, Hf, Cr, Nb, Ta, and Si elements, and the metal element sputtered with a rare gas reacts with nitrogen as a reaction gas introduced from the gas inlet 5. Thus, a nitride film is formed on the substrate 10. The substrate (base material) temperature is set to 400 to 600 ° C. by the heater 6, the reaction gas pressure in the apparatus is set to 300 mPa to 800 mPa, and nitrogen is introduced as a reaction gas in order to form the A layer (reaction gas) Is preferably set to a volume ratio of noble gas / reactive gas to 1 to 5). Then, a power density of 0.12 to 0.3 W / mm 2 is generated on the target while maintaining the substrate (negative) bias voltage at 0V to −90V.

基材１０は図のように、装置中央部の回転テーブル７により回転しており、ターゲット１面の前面にある場合は、ａ１層である化学式Ｔｉ1-a（Ｍ１）aＮbからなる層が形成される。次に、回転してターゲット２面の前面にある場合は、ａ２層である化学式Ｔｉ1-c（Ｍ２）cＮd、またはＴｉ1-eＡｌeＮfからなる層が形成される。 As shown in the figure, the base material 10 is rotated by a turntable 7 at the center of the apparatus. When the base material 10 is in front of the target 1 surface, it is a layer composed of the chemical formula Ti 1-a (M1) a N b which is an a1 layer. Is formed. Next, when rotated on the front of the second surface target, a layer consisting of a a2-layer formula Ti 1-c (M2) c N d or Ti 1-e Al e N f , it is formed.

次にＢ層を形成する場合を述べる。まず、所望の組成が得られるように適切な配合比で各対応する金属元素を含んだターゲット３，４を各々スパッタ蒸発源３，４にセットする。ターゲットはＴｉ、Ａｌ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｓｉ元素の組合せからなっており、希ガスにてスパッタリングされた金属元素が、ガス導入口５から導入された反応ガスとしての窒素及び炭化水素ガスと反応して、基材１０上に窒化物膜が形成される。基板（基材）温度をヒータ６により４００〜６００℃とし、該装置内の反応ガス圧を３００ｍＰａ〜８００ｍＰａに設定し、Ｂ層を形成するために反応ガスとして窒素と炭化水素ガス（アセチレンが望ましい）を導入する（なお、反応ガスの導入に際しては、希ガス／反応ガスの体積比を１〜５に設定することが好ましい）。そして、基板（負）バイアス電圧を０Ｖ〜−９０Ｖに維持したまま、ターゲットに０．１２〜０．３Ｗ／ｍｍ2の電力密度を発生させる。 Next, the case where the B layer is formed will be described. First, the targets 3 and 4 containing the corresponding metal elements are set to the sputter evaporation sources 3 and 4 respectively at an appropriate blending ratio so as to obtain a desired composition. The target is composed of a combination of Ti, Al, Hf, Cr, Nb, Ta, and Si elements, and a metal element sputtered with a rare gas is nitrogen and hydrocarbons as reaction gases introduced from the gas inlet 5 A nitride film is formed on the substrate 10 by reacting with the gas. The substrate (base material) temperature is set to 400 to 600 ° C. by the heater 6, the reaction gas pressure in the apparatus is set to 300 mPa to 800 mPa, and nitrogen and hydrocarbon gas (acetylene is desirable as the reaction gas in order to form the B layer. (In addition, when introducing the reaction gas, the volume ratio of the rare gas / reaction gas is preferably set to 1 to 5). Then, a power density of 0.12 to 0.3 W / mm 2 is generated on the target while maintaining the substrate (negative) bias voltage at 0V to −90V.

基材１０は図のように、装置中央部の回転テーブル７により回転しており、ターゲット３面の前面にある場合は、ｂ１層である化学式Ｔｉ1-α（Ｍ３）αＣβＮγからなる層が形成される。次に、回転してターゲット４面の前面にある場合は、ｂ２層である化学式Ｔｉ1-δ（Ｍ４）δＣεＮζ、またはＴｉ1-ηＡｌηＣλＮμからなる層が形成される。 As shown in the figure, the base material 10 is rotated by a rotary table 7 in the center of the apparatus. When the base material 10 is in front of the target 3 surface, from the chemical formula Ti 1-α (M3) α C β N γ which is the b1 layer. A layer is formed. Next, in the case of rotating and in front of the target 4 surface, a layer made of the chemical formula Ti 1-δ (M4) δ C ε N ζ or Ti 1-η Al η C λ N μ is formed. Is done.

その他の層についても、上記ターゲットを所望の組成を有するものに置換することによって、Ａ層とＢ層の形成方法と同様に形成することができる。   Other layers can be formed in the same manner as the formation method of the A layer and the B layer by substituting the target with one having a desired composition.

上記のような製造方法により本発明における被膜を有する表面被覆切削工具を形成することができる。このようにして製造された本発明の表面被覆切削工具は、クレータ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ものであり、良好な切削性能を有する。   The surface-coated cutting tool having the coating according to the present invention can be formed by the manufacturing method as described above. The surface-coated cutting tool of the present invention produced as described above is provided with a coating capable of reducing crater wear and imparting high wear resistance, and has good cutting performance.

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金属組成（化合物の組成）は二次電子顕微鏡に付帯のエネルギー分散型ケイ光Ｘ線分光計（ＳＥＭ−ＥＤＸ）により確認した。炭素、窒素含有率は、Ｘ線光電子分光（ＸＰＳ）により金属の含有率と同時に求めることができる。積層周期は被膜の断面を透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）により観察し、ＥＤＸで同定することで各層の構成元素を決定した後、積層周期１０層分の距離を求めて、１層あたりの平均積層周期を求めた。積層周期１０層分から算出した平均積層周期を５つ求め、更にこの５つの平均値を積層周期とした。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated in detail, this invention is not limited to these. In addition, the metal composition (composition of the compound) of each layer constituting each of the following films was confirmed by an energy dispersive fluorescence X-ray spectrometer (SEM-EDX) attached to the secondary electron microscope. The carbon and nitrogen content can be determined simultaneously with the metal content by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The stacking period is determined by observing the cross section of the coating film with a transmission electron microscope (TEM) and identifying the constituent elements of each layer by identifying with EDX, and then determining the distance of the stacking period of 10 layers to obtain the average stacking period per layer. Asked. Five average lamination periods calculated from 10 lamination periods were obtained, and these five average values were taken as the lamination period.

＜実施例１〜１１、１３、１４、１６〜１９および参考例１２、１５＞
本実施例において基材上に形成される被膜は、以下のように陰極式アークイオンプレーティング法またはスパッタリング法により形成した。 <Examples 1 to 11, 13, 14, 16 to 19 and Reference Examples 12 and 15 >
In this example, the coating film formed on the substrate was formed by the cathodic arc ion plating method or the sputtering method as follows.

＜陰極式アークイオンプレーティング（ＡＩＰ）法＞
まず、基材として、グレードがＰ２０（ＪＩＳ Ｂ ４０５３−１９９８）のサーメットであり、形状がＣＮＭＧ１２０４０８（ＪＩＳ Ｂ ４１２１−１９９８）である切削チップを準備し、これを洗浄した後、陰極式アークイオンプレーティング装置（成膜装置）内の基板取り付け位置にセットした。なお、このような成膜装置としては従来公知の構成のものを特に制限なく使用することができる。 <Cathode-type arc ion plating (AIP) method>
First, as a base material, a cutting tip having a grade of P20 (JIS B 4053-1998) and a shape of CNMG120408 (JIS B 4121-1998) was prepared, washed, and then subjected to a cathodic arc ion plate. The substrate was set at the substrate mounting position in the coating apparatus (film forming apparatus). As such a film forming apparatus, a conventionally known apparatus can be used without any particular limitation.

そして、真空ポンプにより該装置内を１×１０-4Ｐａ以下に減圧するとともに、該装置内に設置されたヒータにより上記基材の温度を５５０℃に加熱し、１時間保持した。 And while reducing the inside of this apparatus to 1x10 <-4> Pa or less with a vacuum pump, the temperature of the said base material was heated to 550 degreeC with the heater installed in this apparatus, and it hold | maintained for 1 hour.

次に、アルゴンガスを導入して該装置内の圧力を３．０Ｐａに保持し、基板（基材）バイアス電圧を徐々に上げながら−１５００Ｖとし、基材の表面のクリーニングを１５分間行なった。その後、アルゴンガスを排気した。   Next, argon gas was introduced to maintain the pressure in the apparatus at 3.0 Pa, the substrate (base material) bias voltage was gradually increased to −1500 V, and the surface of the base material was cleaned for 15 minutes. Thereafter, argon gas was exhausted.

次いで、上記基材表面に形成されるＡ層として、その化学組成が以下の表１に示したものとなるように各対応する元素を含んだ各ターゲットを２つの原料蒸発源（アーク式蒸発源）にそれぞれセットした。ターゲット１、２の各々として、形成される被膜組成が表１のａ１層、ａ２層に記載の組成となるような組成のターゲットをセットした。表１において組成は各元素の原子比で記載しており、金属全体（ＴｉおよびＭ１、ＴｉおよびＭ２、またはＴｉおよびＡｌ）を１とした場合の含有率を示した。すなわち、表１のａ１層のＴｉ、Ｍ１、Ｎの欄は、それぞれ形成される被膜の化学式Ｔｉ1-a（Ｍ１）aＮbにおける１−ａ、ａ、ｂに該当する。表１のａ２層のＴｉ、Ｍ２、Ｎの欄は、それぞれ形成される被膜の化学式Ｔｉ1-c（Ｍ２）cＮdにおける１−ｃ、ｃ、ｄに該当する。また、表１において、ａ２層が化学式Ｔｉ1-eＡｌeＮfで示される組成を有する場合について、便宜上Ｍ２の欄にＡｌと表わし、ａ２層のＴｉ、Ｍ２、Ｎの欄はそれぞれ化学式Ｔｉ1-eＡｌeＮfにおける１−ｅ、ｅ、ｆを各欄に記載した。基板（基材）温度を５５０〜６５０℃および該装置内の反応ガス圧を４．０Ｐａに設定し、反応ガスとして、窒素を導入した。そして、基板バイアス電圧を−３０に維持したまま、カソード電極に４０〜１２０Ａのアーク電流を供給し、アーク式蒸発源から金属イオン等を発生させＡ層を形成した。 Next, as the A layer formed on the surface of the base material, each target containing each corresponding element so that the chemical composition thereof is as shown in Table 1 below, two raw material evaporation sources (arc evaporation source) ). As each of the targets 1 and 2, a target having a composition such that the formed film composition was the composition described in the a1 layer and the a2 layer in Table 1 was set. In Table 1, the composition is described by the atomic ratio of each element, and the content when the whole metal (Ti and M1, Ti and M2, or Ti and Al) is 1 is shown. That is, the columns of Ti, M1, and N of the a1 layer in Table 1 correspond to 1-a, a, and b in the chemical formula Ti 1-a (M1) a N b of the formed film, respectively. The columns of Ti, M2, and N of the a2 layer in Table 1 correspond to 1-c, c, and d in chemical formulas Ti 1-c (M2) c N d of the formed film, respectively. In Table 1, when the a2 layer has a composition represented by the chemical formula Ti 1-e Al e N f , for convenience, it is expressed as Al in the column of M2, and the Ti, M2, and N columns of the a2 layer are respectively represented by the chemical formula Ti. 1-e , e, and f in 1-e Al e N f are described in each column. The substrate (base material) temperature was set to 550 to 650 ° C., the reaction gas pressure in the apparatus was set to 4.0 Pa, and nitrogen was introduced as a reaction gas. Then, while maintaining the substrate bias voltage at −30, an arc current of 40 to 120 A was supplied to the cathode electrode, and metal ions were generated from the arc evaporation source to form the A layer.

すなわち、アーク式蒸発源から発生した金属イオン、金属元素、またはクラスター等がプラズマ雰囲気中で上記反応ガスと反応することにより、基材上に窒化物が形成（析出）されることになる。前述のとおり、中央で回転している基材が２つの蒸発源のそれぞれ正面に来たときに、それぞれの窒化物が形成されることで積層構造が形成される。   That is, a metal ion, a metal element, or a cluster generated from an arc evaporation source reacts with the reaction gas in a plasma atmosphere, thereby forming (depositing) a nitride on the substrate. As described above, when the base material rotating in the center comes to the front of each of the two evaporation sources, the respective nitrides are formed to form a laminated structure.

このときの基板の回転数およびアーク電流（Ａ）を表１に示す。アーク電流は、ターゲットから発生する金属イオンの量を決定するもので、アーク電流が高くなればなるほど金属イオンの量は多くなる。アーク電流を調整することで、ａ２層としてＴｉＡｌＮ系の材質を選択した場合のＡｌ含有比率の調整を行なうことができる。また、基板の回転数は、ａ１層、およびａ２層の層厚に影響を与える。回転数が小さい場合は、ターゲット正面を通過する時間が長くなるため、層厚が厚くなる。   Table 1 shows the number of rotations of the substrate and the arc current (A) at this time. The arc current determines the amount of metal ions generated from the target, and the amount of metal ions increases as the arc current increases. By adjusting the arc current, it is possible to adjust the Al content ratio when a TiAlN-based material is selected as the a2 layer. The number of rotations of the substrate affects the layer thicknesses of the a1 layer and the a2 layer. When the number of rotations is small, the time for passing through the front of the target becomes long, so that the layer thickness increases.

表１にａ１層およびａ２層の化学組成、および各層の１層分の層厚を示す。ａ１層とａ２層の各１層の層厚を足し合わせることで積層周期となる。アーク電流（Ａ）を減少させることで層厚が薄くなる。   Table 1 shows the chemical composition of the a1 layer and the a2 layer, and the layer thickness of one layer of each layer. By adding the layer thicknesses of each of the a1 layer and the a2 layer, a stacking cycle is obtained. By reducing the arc current (A), the layer thickness is reduced.

つづいてＢ層を形成する。Ａ層の合計層厚が２μｍとなったところでアーク式蒸発源に供給する電流を停止し、基板（基材）温度を４５０〜６００℃および該装置内の反応ガス圧を２．５Ｐａに設定し、表３に示した化学組成に対応する反応ガスとして、窒素及びメタンを導入した。雰囲気ガスとしてＡｒを導入した。窒素とメタンの流量比率は、メタン／（窒素＋メタン）（表３、表５中、ＣＨ4／（Ｎ2＋ＣＨ4））が０．２〜０．５として、基板バイアス電圧を−４５０〜−６５０Ｖに維持したまま、カソード電極に４０〜１２０Ａのアーク電流を供給し、アーク式蒸発源３，４から金属イオン等を発生させＢ層を形成した。ターゲット３，４の各々として、形成される被膜組成が表３のｂ１層、ｂ２層に記載の組成となるような組成のターゲットをセットした。表３における組成表記は表１における表記と同様である。すなわち、表３のｂ１層のＴｉ、Ｍ３、Ｃ、Ｎの欄はそれぞれ化学式Ｔｉ1-α（Ｍ３）αＣβＮγにおける１−α、α、β、γに該当する。表３のｂ２層のＴｉ、Ｍ４、Ｃ、Ｎの欄はそれぞれ化学式Ｔｉ1-δ（Ｍ４）δＣεＮζにおける１−δ、δ、ε、ζに該当する。また、表３において、ｂ２層が化学式Ｔｉ1-ηＡｌηＣλＮμで示される組成を有する場合について、便宜上Ｍ４の欄にＡｌと表わし、ｂ２層のＴｉ、Ｍ４、Ｃ、Ｎの欄はそれぞれ化学式Ｔｉ1-ηＡｌηＣλＮμにおける１−η、η、λ、μを各欄に記載した。また、Ｂ層成膜時のメタン、窒素流量におけるメタン流量比率（ＣＨ4／（Ｎ2＋ＣＨ4））を表３に示す。 Subsequently, the B layer is formed. When the total thickness of layer A reaches 2 μm, the current supplied to the arc evaporation source is stopped, the substrate (base material) temperature is set to 450 to 600 ° C., and the reaction gas pressure in the apparatus is set to 2.5 Pa. Nitrogen and methane were introduced as reaction gases corresponding to the chemical compositions shown in Table 3 . Ar was introduced as an atmospheric gas. The flow rate ratio of nitrogen and methane is such that methane / (nitrogen + methane) (in Tables 3 and 5, CH 4 / (N 2 + CH 4 )) is 0.2 to 0.5, and the substrate bias voltage is −450 to While maintaining at −650 V, an arc current of 40 to 120 A was supplied to the cathode electrode to generate metal ions and the like from the arc evaporation sources 3 and 4 to form a B layer. As each of the targets 3 and 4, a target having a composition such that the formed film composition was the composition described in the b1 layer and the b2 layer in Table 3 was set. The composition notation in Table 3 is the same as the notation in Table 1. That is, the columns of Ti, M3, C, and N of the b1 layer in Table 3 correspond to 1-α, α, β, and γ in the chemical formula Ti 1-α (M3) α C β N γ , respectively. The columns of Ti, M4, C, and N of the b2 layer in Table 3 correspond to 1-δ, δ, ε, and ζ in the chemical formula Ti 1-δ (M4) δ C ε N ζ , respectively. Further, in Table 3, when the b2 layer has a composition represented by the chemical formula Ti 1-η Al η C λ N μ, it is expressed as Al in the M4 column for convenience, and the Ti, M4, C, and N columns in the b2 layer. 1-η, η, λ and μ in the chemical formula Ti 1-η Al η C λ N μ are described in each column. Table 3 shows the methane flow rate ratio (CH 4 / (N 2 + CH 4 )) in the methane and nitrogen flow rates during the formation of the B layer.

すなわち、アーク式蒸発源から発生した金属イオン、金属元素、またはクラスター等がプラズマ雰囲気中で上記反応ガスと反応することにより、基材上に窒化物が形成（析出）されることになる。Ａ層の場合と同様に、すなわち、中央で回転している基材が２つの蒸発源のそれぞれ正面に来たときに、それぞれの炭窒化物が形成されることで積層構造が形成される。回転数を増加させ、アーク電流を減少させることで層厚が薄くなる。アーク電流を調整することで、ｂ２層としてＴｉＡｌＣＮ系またはＴｉＡｌＣ系の材質を選択した場合のＡｌ含有比率の調整を行なうことができる。   That is, a metal ion, a metal element, or a cluster generated from an arc evaporation source reacts with the reaction gas in a plasma atmosphere, thereby forming (depositing) a nitride on the substrate. As in the case of the A layer, that is, when the base material rotating in the center comes to the front of each of the two evaporation sources, the respective carbonitrides are formed to form a laminated structure. The layer thickness is reduced by increasing the number of revolutions and decreasing the arc current. By adjusting the arc current, it is possible to adjust the Al content ratio when a TiAlCN-based or TiAlC-based material is selected as the b2 layer.

表３にｂ１層およびｂ２層形成時のアーク電流と基板の回転数を示す。Ｂ層の合計層厚は３μｍとした。   Table 3 shows the arc current and the number of rotations of the substrate when forming the b1 layer and the b2 layer. The total layer thickness of the B layer was 3 μm.

装置内を常温まで冷却後、該装置内を大気に開放した後、被膜が基材上に形成された表面被覆切削工具を装置から取り出して、本発明の表面被覆切削工具を得た。   After the inside of the apparatus was cooled to room temperature, the inside of the apparatus was opened to the atmosphere, and then the surface-coated cutting tool having a coating formed on the substrate was taken out of the apparatus to obtain the surface-coated cutting tool of the present invention.

また、表３に、積層周期中のｂ１層とｂ２層の各１層分の層厚を記載した。２つの層厚を足し合わせることで積層周期となる。   Table 3 shows the layer thickness of each of the b1 layer and the b2 layer in the stacking cycle. The stacking cycle is obtained by adding the two layer thicknesses.

＜スパッタリング（ＳＰ）法＞
まず、基材として、上記の陰極式アークイオンプレーティング法で用いたのと同じ基材を準備し、これを洗浄した後、スパッタリング装置（成膜装置）内の基板取り付け位置にセットした。次いで、装置内の２つのターゲットに、上記基材表面に形成される各層を形成する原料として、形成される被膜化学組成が以下の表４に示したものとなるように、各対応する元素を含んだターゲットをそれぞれセットした。該ターゲットは、合金ターゲット、粉末焼結体ターゲットでもよいし、金属単体のターゲットを上記化学組成となるように分割して用いることもできる。なお、このような成膜装置としては従来公知の構成のものを特に制限なく使用することができる。 <Sputtering (SP) method>
First, as the base material, the same base material as used in the above-described cathodic arc ion plating method was prepared, washed, and then set at the substrate mounting position in the sputtering apparatus (film forming apparatus). Next, as a raw material for forming each layer to be formed on the surface of the substrate, the corresponding elements are formed on the two targets in the apparatus so that the film chemical composition to be formed is as shown in Table 4 below. Each included target was set. The target may be an alloy target or a powder sintered body target, or a single metal target may be divided and used so as to have the above chemical composition. As such a film forming apparatus, a conventionally known apparatus can be used without any particular limitation.

そして、真空ポンプにより該装置内を１×１０-4Ｐａ以下に減圧するとともに、該装置内に設置されたヒータにより上記基材の温度を５００℃以上に加熱し、１時間保持した。 Then, the inside of the apparatus was depressurized to 1 × 10 −4 Pa or less by a vacuum pump, and the temperature of the base material was heated to 500 ° C. or more by a heater installed in the apparatus and held for 1 hour.

次に、アルゴンガスを導入して該装置内の圧力を５００ｍＰａ〜６５０ｍＰａに保持し、基板（基材）バイアス電圧を徐々に上げながら−６００Ｖとし、基材の表面のクリーニングを３０分間行なった。続いて、基板バイアス電圧を−３５０Ｖとし、ホロカソード型ガス活性化源を用いて基材表面のクリーニングをさらに６０分間行なった。その後、アルゴンガスを排気した。   Next, argon gas was introduced to maintain the pressure in the apparatus at 500 mPa to 650 mPa, the substrate (base material) bias voltage was gradually increased to −600 V, and the surface of the base material was cleaned for 30 minutes. Subsequently, the substrate bias voltage was set to −350 V, and the substrate surface was further cleaned for 60 minutes using a holocathode gas activation source. Thereafter, argon gas was exhausted.

次いで、基板（基材）温度を４００〜５５０℃および該装置内の反応ガス圧を５００ｍＰａ〜６５０ｍＰａに設定し、表４に示した化学組成に対応する反応ガスとして、窒素を導入した。なお、反応ガスの導入に際しては、希ガス／反応ガスの体積比を１〜５に設定した。   Next, the substrate (base material) temperature was set to 400 to 550 ° C., the reaction gas pressure in the apparatus was set to 500 mPa to 650 mPa, and nitrogen was introduced as a reaction gas corresponding to the chemical composition shown in Table 4. In introducing the reaction gas, the volume ratio of the rare gas / reaction gas was set to 1 to 5.

そして、基板バイアス電圧を−５０〜−１３０Ｖに維持したまま、ターゲットに０．１２〜０．３Ｗ／ｍｍ2の電力密度を発生させることにより、Ａ層を形成した。ターゲット１，２の各々として、形成される被膜組成が表６のａ１層、ａ２層に記載の組成となるような組成のターゲットをセットした。表６における各層の表記は表１と同様である。なお、ターゲットに供給するスパッタ電力密度、基板の回転数も表４に示す。電力密度が上がると金属蒸発量増加し、ａ１層、ａ２層の膜厚を厚くできる。また、基板の回転数を減少させると、ａ１層、ａ２層の膜厚を厚くできる。Ａ層の合計厚みが３μｍとなったところで電力供給を停止した。 Then, while maintaining the substrate bias voltage at −50 to −130 V, a power density of 0.12 to 0.3 W / mm 2 was generated on the target to form an A layer. As each of the targets 1 and 2, a target having a composition such that the formed film composition was the composition described in the a1 layer and the a2 layer in Table 6 was set. The notation of each layer in Table 6 is the same as in Table 1. Table 4 also shows the sputtering power density supplied to the target and the number of rotations of the substrate. As the power density increases, the amount of metal evaporation increases and the thickness of the a1 layer and a2 layer can be increased. Further, when the number of rotations of the substrate is decreased, the thicknesses of the a1 layer and the a2 layer can be increased. The power supply was stopped when the total thickness of the A layer reached 3 μm.

なお、上記反応ガスには必ず希ガス（アルゴンが好ましいがこれのみに限定されない）を混在させた。陰極式アークイオンプレーティング法と同様に中央で回転している基材が２つの蒸発源のそれぞれ正面に来たときに、それぞれの窒化物が形成されることで積層構造が形成される。Ａ層が所定の合計膜厚になったときに、ターゲットへの電力の供給を停止させた。   The reaction gas was always mixed with a rare gas (preferably, but not limited to argon). Similar to the cathodic arc ion plating method, when the substrate rotating in the center comes to the front of each of the two evaporation sources, the respective nitrides are formed to form a laminated structure. When the A layer reached a predetermined total film thickness, the supply of power to the target was stopped.

つづいて、Ｂ層を形成する。上記電力の供給を停止させた状態で、基板（基材）温度を４００〜５５０℃および該装置内の反応ガス圧を５００ｍＰａ〜６５０ｍＰａに設定し、窒素、アセチレンを導入した。なお、反応ガスの導入に際しては、希ガス／反応ガスの体積比を１〜５に設定した。反応ガスである窒素とアセチレンのガス流量比は、アセチレン／（窒素＋アセチレン）＝０．２５〜０．５とした。表７にアセチレン／（窒素＋アセチレン）量を記載した。   Subsequently, the B layer is formed. With the supply of power stopped, the substrate (base material) temperature was set to 400 to 550 ° C., the reaction gas pressure in the apparatus was set to 500 mPa to 650 mPa, and nitrogen and acetylene were introduced. In introducing the reaction gas, the volume ratio of the rare gas / reaction gas was set to 1 to 5. The gas flow rate ratio between nitrogen and acetylene, which is a reaction gas, was acetylene / (nitrogen + acetylene) = 0.25 to 0.5. Table 7 shows the amount of acetylene / (nitrogen + acetylene).

そして、基板バイアス電圧を−５０〜−１３０Ｖに維持したまま、ターゲットに０．１２〜０．３Ｗ／ｍｍ2の電力密度を発生させることにより、Ｂ層を形成した。ターゲット３，４の各々として、形成される被膜組成が表７のｂ１層、ｂ２層に記載の組成となるような組成のターゲットをセットした。記載方法は表１と同様である。なお、ターゲットに供給するスパッタ電力密度、基板の回転数も表７に示す。電力密度が上がると金属蒸発量増加し、ｂ１層、ｂ２層の膜厚を厚くできる。また、基板の回転数を減少させると、ｂ１層、ｂ２層の膜厚を厚くできる。Ｂ層の厚さが３μｍとなったところで電力供給を停止した。このようにして本発明の表面被覆切削工具を製造した。 The B layer was formed by generating a power density of 0.12 to 0.3 W / mm 2 on the target while maintaining the substrate bias voltage at −50 to −130 V. As each of the targets 3 and 4, a target having a composition such that the film composition to be formed was the composition described in the b1 layer and the b2 layer in Table 7 was set. The description method is the same as in Table 1. Table 7 also shows the sputtering power density supplied to the target and the number of rotations of the substrate. When the power density increases, the amount of metal evaporation increases, and the thicknesses of the b1 layer and the b2 layer can be increased. Further, when the number of rotations of the substrate is decreased, the thicknesses of the b1 layer and the b2 layer can be increased. The power supply was stopped when the thickness of the B layer reached 3 μm. Thus, the surface-coated cutting tool of the present invention was produced.

なお、各被膜を構成する層の組成については表１、表２、表３、表４、表６および表７に記載した組成に対応するものである。   In addition, about the composition of the layer which comprises each film, it respond | corresponds to the composition described in Table 1, Table 2, Table 3, Table 4, Table 6, and Table 7.

＜比較例１〜１４＞
各比較例についても実施例と同様の方法により基板上に被膜を形成させた。各被膜を構成する層の組成については表２、表４、表６および表７に記載した組成に対応するものである。 <Comparative Examples 1-14>
In each comparative example, a film was formed on the substrate by the same method as in the example. About the composition of the layer which comprises each film, it respond | corresponds to the composition described in Table 2, Table 4, Table 6, and Table 7.

＜膜剥離状態の観察＞
切削工具は、上述のようにグレードがＰ２０（ＪＩＳ Ｂ ４０５３−１９９８）のサーメットであり、形状がＣＮＭＧ１２０４０８（ＪＩＳ Ｂ ４１２１−１９９８）である基材を用いて製造した。光学顕微鏡１００倍の視野において刃先での膜剥離有無をカウントした。４０コーナー観察し、（剥離なしのコーナー数）−（剥離ありのコーナー数）を表３および表６に記載した。全部のコーナーで剥離がない場合は、４０−０と記載し、剥離コーナーが１０個あった場合は、３０−１０と記載した。これによれば、窒化物層に多層構造を有する方が、膜剥離は発生しにくいことがわかる。 <Observation of film peeling state>
The cutting tool was manufactured using the base material whose grade is P20 (JIS B 4053-1998) and whose shape is CNMG120408 (JIS B 4121-1998) as described above. The presence or absence of film peeling at the blade edge was counted in a field of view of 100 times optical microscope. 40 corners were observed, and (number of corners without peeling) − (number of corners with peeling) are shown in Tables 3 and 6. When there was no peeling at all corners, it was described as 40-0, and when there were 10 peeling corners, it was described as 30-10. According to this, it can be seen that film peeling is less likely to occur when the nitride layer has a multilayer structure.

＜切削試験１＞
上記のようにして製造された実施例１〜１１、１３、１４、１６〜１９および参考例１２、１５の表面被覆切削工具および比較例１〜１４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した。切削工具は、上述のようにグレードがＰ２０（ＪＩＳ Ｂ ４０５３−１９９８）のサーメットであり、形状がＣＮＭＧ１２０４０８（ＪＩＳ Ｂ ４１２１−１９９８）である基材を用いて製造した。逃げ面摩耗量とクレータ摩耗幅とを測定した。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し、クレータ摩耗量が小さいもの程クレータ摩耗が低減されていることを示す。その結果を以下の表３および表６に示す。切削条件は、Ｖｃ＝１５０ｍ/ｍｉｎ、ｆ＝０．２ｍｍ/ｒｅｖ．、Ａｄ＝１．５ｍｍ、ｄｒｙで行なった。被削材はＪＩＳ−ＳＣＭ４３５を用いた。Ｖｃは切削速度、ｆは送り、Ａｄは切込み量をそれぞれ示し、ｄｒｙは切削試験に於いて切削油を用いない乾式切削としたことを示す。 <Cutting test 1>
With respect to the surface-coated cutting tools of Examples 1 to 11, 13, 14, 16 to 19 and Reference Examples 12 and 15 and the surface-coated cutting tools of Comparative Examples 1 to 14 manufactured as described above, the following cutting conditions were used. A continuous turning test was conducted. The cutting tool was manufactured using the base material whose grade is P20 (JIS B 4053-1998) and whose shape is CNMG120408 (JIS B 4121-1998) as described above. The flank wear amount and crater wear width were measured. The smaller the flank wear amount, the better the wear resistance, and the smaller the crater wear amount, the lower the crater wear. The results are shown in Tables 3 and 6 below. Cutting conditions are Vc = 150 m / min, f = 0.2 mm / rev. Ad = 1.5 mm and dry. The work material used was JIS-SCM435. Vc represents the cutting speed, f represents the feed, Ad represents the cutting depth, and dry represents dry cutting without using cutting oil in the cutting test.

＜切削試験２＞
上記のようにして製造された実施例１〜１１、１３、１４、１６〜１９および参考例１２、１５の表面被覆切削工具および比較例１〜１４の表面被覆切削工具について、以下の条件で切削を所定時間行い、最終の被削材表面の光沢を、目視で３段階評価した。切削工具は、上述のようにグレードがＰ２０（ＪＩＳ Ｂ ４０５３−１９９８）のサーメットであり、形状がＣＮＭＧ１２０４０８（ＪＩＳ Ｂ ４１２１−１９９８）である基材を用いて製造した。切削条件は、Ｖｃ＝６０ｍ/ｍｉｎ、ｆ＝０．１５ｍｍ／ｒｅｖ、Ａｄ＝１．０ｍｍ、ｗｅｔでおこなった。被削材はＪＩＳ−ＳＣＭ４１５を用いた。ｗｅｔとは切削試験に於いて切削油を用いる湿式切削としたことを示す。光沢は３段階評価とし、３の面光沢が最も優れており、１の面光沢が最も劣っている。面光沢が１とは仕上げ面部に切削時のむしれが多く、全面が白濁している場合につけた、２とは仕上げ面部に切削時のむしれがあるものの、時折金属光沢部も見受けられて、白濁部と光沢部が混在している場合につけた、３とは仕上げ面部に切削時のむしれがなく全面が金属光沢を有している場合につけたであることを示す。結果を表５および表８に示す。 <Cutting test 2>
The surface-coated cutting tools of Examples 1 to 11, 13, 14, 16 to 19 and Reference Examples 12 and 15 and the surface-coated cutting tools of Comparative Examples 1 to 14 manufactured as described above were cut under the following conditions. Was performed for a predetermined time, and the gloss of the surface of the final work material was visually evaluated in three stages. The cutting tool was manufactured using the base material whose grade is P20 (JIS B 4053-1998) and whose shape is CNMG120408 (JIS B 4121-1998) as described above. Cutting conditions were Vc = 60 m / min, f = 0.15 mm / rev, Ad = 1.0 mm, and wet. JIS-SCM415 was used for the work material. “Wet” indicates that wet cutting using a cutting oil was performed in the cutting test. The gloss is evaluated in three grades, the surface gloss of 3 is the best, and the surface gloss of 1 is the inferior. A surface gloss of 1 means that there is a lot of splatter on the finished surface and when the entire surface is cloudy, and 2 is a case where there is a stub on the finished surface, but there are occasional metal glossy parts. 3 given when the cloudy part and the glossy part coexist, and 3 shows that it was given when the finished surface part had no metal shine during cutting. The results are shown in Tables 5 and 8.

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表５および表８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、比較例の表面被覆切削工具に比し、クレータ摩耗の低減化および耐摩耗性の向上の両者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したものである。   As is apparent from Tables 5 and 8, the surface-coated cutting tool of the example of the present invention was superior to the surface-coated cutting tool of the comparative example in both reducing crater wear and improving wear resistance. It is clear that the results are shown. Therefore, the surface-coated cutting tool of the present invention has excellent cutting performance.

なお、上記した実施例においては、基材上に被膜としてＡ層およびＢ層のみを形成した構造であるが、基材上に前述のような介在層を形成し、その介在層上にＡ層を形成することもでき、基材と被膜との密着性をさらに向上させることができる。また、Ａ層とＢ層との間に中間層を設けても、Ｂ層上にその他の層や表面層を設けても本発明の効果は奏される。   In the above-described embodiment, only the A layer and the B layer are formed as a coating on the base material, but the above-described intervening layer is formed on the base material, and the A layer is formed on the intervening layer. The adhesion between the substrate and the film can be further improved. Moreover, even if an intermediate layer is provided between the A layer and the B layer, and the other layer and the surface layer are provided on the B layer, the effect of the present invention is exhibited.

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。   Although the embodiments and examples of the present invention have been described as described above, it is also planned from the beginning to appropriately combine the configurations of the above-described embodiments and examples.

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。   It should be understood that the embodiments and examples disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

本発明における被膜は、切削工具に限らず、基材との密着性や被膜強度を向上させる目的で、種々の基材の被膜として用いることができる。   The coating in the present invention is not limited to a cutting tool, and can be used as a coating on various substrates for the purpose of improving adhesion to the substrate and coating strength.

１００ 成膜装置、１，２，３，４ ターゲット、５ ガス導入口、６ ヒータ、７ 回転テーブル、１０ 基材、１１ Ａ層、１２ Ｂ層、１３ ａ１層、１４ ａ２層、１５ ｂ１層、１６ ｂ２層。   100 film forming apparatus, 1, 2, 3, 4 target, 5 gas inlet, 6 heater, 7 rotating table, 10 base material, 11 A layer, 12 B layer, 13 a1 layer, 14 a2 layer, 15 b1 layer, 16 b2 layer.

Claims (9)

基材と該基材上に形成された被膜とを備えた表面被覆切削工具であって、
前記被膜は、少なくとも２層以上の層からなるＡ層と少なくとも１層以上の層からなるＢ層とを含み、
前記Ａ層は、化学式Ｔｉ1-a（Ｍ１）aＮb（Ｍ１はＣｒ、Ｈｆ、Ｔａ、ＮｂおよびＳｉからなる群より選択される少なくとも１種の元素であって、ａはＴｉとＭ１との合計に対するＭ１の原子比、ｂはＴｉとＭ１の合計に対するＮの原子比を表わし、０＜ａ≦０．３、０．９＜ｂ≦１．１）で示される組成を有するａ１層と、化学式Ｔｉ1-c（Ｍ２）cＮd（Ｍ２はＣｒ、Ｈｆ、Ｔａ、ＮｂおよびＳｉからなる群より選択される少なくとも１種の元素であって、Ｍ１とＭ２とは少なくとも１種が相異なる元素であり、ｃはＴｉとＭ２との合計に対するＭ２の原子比、ｄはＴｉとＭ２の合計に対するＮの原子比を表わし、０＜ｃ≦０．３、０．９＜ｄ≦１．１）、または化学式Ｔｉ1-eＡｌeＮf（ｅはＴｉとＡｌとの合計に対するＡｌの原子比、ｆはＴｉとＡｌの合計に対するＮの原子比を表わし、０．４＜ｅ≦０．８、０．９＜ｆ≦１．１）で示される組成を有するａ２層とを含み、
前記Ｂ層は、化学式Ｔｉ1-α（Ｍ３）αＣβＮγ（Ｍ３はＣｒ、Ｈｆ、Ｔａ、ＮｂおよびＳｉからなる群より選択される少なくとも１種の元素であって、αはＴｉとＭ３との合計に対するＭ３の原子比、βとγとは、それぞれＴｉとＭ３の合計に対するＣ、Ｎの原子比を表わし、０＜α≦０．３、０．９＜β＋γ≦１．１、０．１＜β≦１．１）で示される組成を有するｂ１層を含み、
前記Ａ層におけるａ１層とａ２層とは交互に積層され、
前記Ｂ層が前記Ａ層よりも前記被膜の最表面側に形成されている表面被覆切削工具。 A surface-coated cutting tool comprising a substrate and a coating formed on the substrate,
The coating includes an A layer composed of at least two layers and a B layer composed of at least one layer,
The layer A has the chemical formula Ti 1-a (M1) a N b (M1 is at least one element selected from the group consisting of Cr, Hf, Ta, Nb and Si, and a is Ti, M1, and An atomic ratio of M1 with respect to the sum of N, b represents an atomic ratio of N with respect to the sum of Ti and M1, and an a1 layer having a composition represented by 0 <a ≦ 0.3, 0.9 <b ≦ 1.1) Chemical formula Ti 1-c (M2) c N d (M2 is at least one element selected from the group consisting of Cr, Hf, Ta, Nb and Si, and at least one of M1 and M2 is a phase. C is an atomic ratio of M2 to the sum of Ti and M2, d is an atomic ratio of N to the sum of Ti and M2, and 0 <c ≦ 0.3, 0.9 <d ≦ 1. 1), or formula Ti 1-e Al e N f (e atomic of Al to the sum of Ti and Al , F is represents an atomic ratio of N to the sum of Ti and Al, and a a2-layer having a composition represented by 0.4 <e ≦ 0.8,0.9 <f ≦ 1.1),
The B layer has the chemical formula Ti 1-α (M3) α C β N γ (M3 is at least one element selected from the group consisting of Cr, Hf, Ta, Nb and Si, and α is Ti and The atomic ratio of M3 to the sum of M3, β and γ, respectively, represent the atomic ratio of C and N to the sum of Ti and M3, and 0 < α ≦ 0.3, 0.9 <β + γ ≦ 1.1, A b1 layer having a composition represented by 0.1 <β ≦ 1.1),
A1 layer and a2 layer in the A layer are alternately laminated,
The surface-coated cutting tool in which the B layer is formed on the outermost surface side of the coating rather than the A layer. 前記Ｂ層は、化学式Ｔｉ1-δ（Ｍ４）δＣεＮζ（Ｍ４はＣｒ、Ｈｆ、Ｔａ、ＮｂおよびＳｉからなる群より選択される少なくとも１種の元素であって、Ｍ３とＭ４とは少なくとも１種が相異なる元素であり、δはＴｉとＭ４との合計に対するＭ４の原子比、εとζとは、それぞれＴｉとＭ４の合計に対するＣ、Ｎの原子比を表わし、０≦δ≦０．３、０．９＜ε＋ζ≦１．１、０．１＜ε≦１．１）、または化学式Ｔｉ1-ηＡｌηＣλＮμ（ηはＴｉとＡｌとの合計に対するＡｌの原子比、λとμとは、それぞれＴｉとＡｌの合計に対するＣ、Ｎの原子比を表わし、０．４＜η≦０．８、０．９＜λ＋μ≦１．１、０．１＜λ≦１．１）で示される組成を有するｂ２層をさらに含み、
前記Ｂ層におけるｂ１層とｂ２層とは交互に合計２層以上積層されている、請求項１に記載の表面被覆切削工具。 The B layer has the formula Ti 1-δ (M4) δ C ε N ζ (M4 are Cr, Hf, Ta, and at least one element selected from the group consisting of Nb and Si, M3 and M4 Are at least one different element, δ is the atomic ratio of M4 to the sum of Ti and M4, ε and ζ are the atomic ratios of C and N to the sum of Ti and M4, respectively, 0 ≦ δ ≦ 0.3, 0.9 <ε + ζ ≦ 1.1, 0.1 <ε ≦ 1.1), or the chemical formula Ti 1-η Al η C λ N μ (η is the amount of Al relative to the sum of Ti and Al) The atomic ratios, λ and μ, represent the atomic ratios of C and N with respect to the sum of Ti and Al, respectively. 0.4 <η ≦ 0.8, 0.9 <λ + μ ≦ 1.1, 0.1 <λ A b2 layer having a composition represented by ≦ 1.1),
The surface-coated cutting tool according to claim 1, wherein a total of two or more layers of the b1 layer and the b2 layer in the B layer are alternately laminated. 前記Ａ層におけるａ２層は、化学式Ｔｉ1-eＡｌeＮf（ｅはＴｉとＡｌとの合計に対するＡｌの原子比、ｆはＴｉとＡｌの合計に対するＮの原子比を表わし、０．４＜ｅ≦０．８、０．９＜ｆ≦１．１）で示される組成を有する層であり、
前記Ａ層における積層周期が１ｎｍ〜３０ｎｍである、請求項１または２に記載の表面被覆切削工具。 The a2 layer in the A layer has the chemical formula Ti 1-e Al e N f (e is the atomic ratio of Al to the total of Ti and Al, f is the atomic ratio of N to the total of Ti and Al, 0.4 <E ≦ 0.8, 0.9 <f ≦ 1.1).
The surface-coated cutting tool according to claim 1 or 2, wherein a lamination period in the A layer is 1 nm to 30 nm. 前記Ｂ層におけるｂ２層は、化学式Ｔｉ1-ηＡｌηＣλＮμ（ηはＴｉとＡｌとの合計に対するＡｌの原子比、λとμとは、それぞれＴｉとＡｌの合計に対するＣ、Ｎの原子比を表わし、０．４＜η≦０．８、０．９＜λ＋μ≦１．１、０．１＜λ≦１．１）で示される組成を有する層であり、
前記Ｂ層における積層周期が１ｎｍ〜３０ｎｍである、請求項２または３に記載の表面被覆切削工具。 The b2 layer in the B layer has the chemical formula Ti 1-η Al η C λ N μ (η is the atomic ratio of Al to the total of Ti and Al, and λ and μ are C, N for the total of Ti and Al, respectively. In which 0.4 <η ≦ 0.8, 0.9 <λ + μ ≦ 1.1, 0.1 <λ ≦ 1.1)
The surface-coated cutting tool according to claim 2 or 3, wherein a lamination period in the B layer is 1 nm to 30 nm. 前記Ａ層に存在する全金属元素に対するＡｌ含有比率が、３原子％以上３０原子％以下である、請求項１から４のいずれかに記載の表面被覆切削工具。   The surface-coated cutting tool according to any one of claims 1 to 4, wherein an Al content ratio relative to all metal elements present in the A layer is 3 atomic percent or more and 30 atomic percent or less. 前記Ｂ層に存在する全金属元素に対するＡｌ含有比率が、１原子％以上２０原子％以下である、請求項２から５のいずれかに記載の表面被覆切削工具。   The surface-coated cutting tool according to any one of claims 2 to 5, wherein an Al content ratio with respect to all metal elements existing in the B layer is 1 atomic% or more and 20 atomic% or less. 前記Ａ層に存在する全金属元素に対するＡｌ含有比率が、前記Ｂ層に存在する全金属元素に対するＡｌ含有比率よりも高い、請求項２から６のいずれかに記載の表面被覆切削工具。   The surface-coated cutting tool according to any one of claims 2 to 6, wherein an Al content ratio relative to all metal elements present in the A layer is higher than an Al content ratio relative to all metal elements present in the B layer. 前記原子比β、ε、λは、それぞれ０．３以上０．５５以下である、請求項２から７のいずれかに記載の表面被覆切削工具。   The surface-coated cutting tool according to any one of claims 2 to 7, wherein each of the atomic ratios β, ε, and λ is 0.3 or more and 0.55 or less. 前記基材は、サーメットにより構成される、請求項１から８のいずれかに記載の表面被覆切削工具。   The surface-coated cutting tool according to any one of claims 1 to 8, wherein the substrate is composed of cermet.
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