JP6876278B2 - 被覆切削工具 - Google Patents
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Description
本発明は、被覆切削工具に関する。
従来、超硬合金からなる基材の表面に化学蒸着法により３〜２０μｍの総膜厚で被覆層を蒸着形成してなる被覆切削工具が、鋼や鋳鉄等の切削加工に用いられていることは、よく知られている。上記の被覆層としては、例えば、Ｔｉの炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸化物及び炭窒酸化物並びに酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）からなる群より選ばれる１種の単層又は２種以上の層からなる被覆層が知られている。
特許文献１では、炭化タングステン基超硬合金で構成された工具基体の表面に、チタン化合物層からなる下部層と酸化アルミニウム層（Ａｌ2Ｏ3層）からなる上部層を硬質被覆層として蒸着形成した表面被覆切削工具において、酸化アルミニウム層（Ａｌ2Ｏ3層）からなる上部層は、（００６）面配向係数ＴＣ（００６）が１．８以上であり、かつ、（１０４）面のピーク強度Ｉ（１０４）と（１１０）面のピーク強度Ｉ（１１０）の比Ｉ（１０４）／Ｉ（１１０）が０．５〜２．０であり、酸化アルミニウム層（Ａｌ2Ｏ3層）内の残留応力値の絶対値が１００ＭＰａ以下であることを特徴とする表面被覆切削工具が記載されている。
近年の切削加工では、高速化、高送り化及び深切り込み化がより顕著となり、従来よりも工具の耐摩耗性及び耐欠損性を向上させることが求められている。特に、近年、鋼の高速切削等、被覆切削工具に負荷が作用するような切削加工が増えており、かかる過酷な切削条件下において、従来の工具では被覆層の粒子の脱落を起因としたクレータ摩耗及び欠損が生じる。これが引き金となって、工具寿命を長くできないという問題がある。
また、特許文献１は、（００６）面に配向した酸化アルミニウム層を有することで、クレータ摩耗を抑制する効果が得られる。一方で、当該酸化アルミニウム層は、硬度の低い被削材の加工においては、逃げ面の摩耗が早く進行し、工具寿命が不十分である場合がある。
そこで、本発明は、優れた耐摩耗性及び耐欠損性を有することによって工具寿命を延長することができる被覆切削工具を提供することを課題とする。
本発明者らは、鋭意検討の結果、所定の下部層と、α型Ａｌ2Ｏ3を含む中間層と、ＴｉＣＮを含有する上部層とを含む被覆層を備え、特に、中間層が、所定範囲内の後述のＲＳＡを有すると共に、所定範囲内のクルトシス粗さ（Ｓku）及び所定範囲内のスキューネス粗さ（Ｓsk）を有し、更に、上部層が、所定範囲内の後述のＲＳＢを有する被覆切削工具を開発した。そして、このような被覆切削工具は、粒子の脱落を抑制することにより耐摩耗性を向上させることができると共に耐欠損性も向上させることができ、その結果、工具寿命を延長することが可能になるという知見を得た。
すなわち、本発明は下記のとおりである。
［１］
基材と、該基材の表面に形成された被覆層とを備える被覆切削工具であって、
前記被覆層が、Ｔｉと、Ｃ、Ｎ、Ｏ及びＢからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素とのＴｉ化合物からなるＴｉ化合物層を１層以上有する下部層と、α型Ａｌ2Ｏ3を含む中間層と、ＴｉＣＮを含有する上部層とを含み、
前記各層が、前記基材側から前記被覆層の表面側に向かって、この順序で積層されており、
前記下部層が、２．０μｍ以上１２．０μｍ以下の平均厚さを有し、
前記中間層が、３．０μｍ以上１０．０μｍ以下の平均厚さを有し、
前記中間層の前記上部層側の界面から前記基材側に向かって１μｍまでの距離に位置し、且つ、前記基材と前記下部層との界面と平行な第１の断面が、下記式（１）で表される条件を満たし、
ＲＳＡ≧４０ （１）
（式中、ＲＳＡは、前記第１の断面において、方位差Ａが０度以上４５度以下である粒子の断面積に対する、方位差Ａが０度以上１０度未満である粒子の断面積の割合（単位：面積％）であり、方位差Ａは、前記第１の断面の法線と前記中間層におけるα型Ａｌ2Ｏ3の粒子の（００１）面の法線とがなす角度（単位：度）である。）
前記中間層の上部層側の界面が、３．０超のクルトシス粗さ（Ｓku）を有し、
前記中間層の上部層側の界面が、０未満のスキューネス粗さ（Ｓsk）を有し、
前記上部層が、１．０μｍ以上９．０μｍ以下の平均厚さを有し、
前記上部層の前記中間層側の界面からその反対側の界面に向かって１μｍまでの距離に位置し、且つ、前記基材と前記下部層との界面と平行な第２の断面が、下記式（２）で表される条件を満たす、被覆切削工具。
ＲＳＢ≧４０ （２）
（式中、ＲＳＢは、前記第２の断面において、方位差Ｂが０度以上４５度以下である粒子の断面積に対する、方位差Ｂが０度以上１０度未満である粒子の断面積の割合（単位：面積％）であり、方位差Ｂは、前記第２の断面の法線と前記上部層におけるＴｉＣＮの粒子の（１１１）面の法線とがなす角度（単位：度）である。）
［２］
前記クルトシス粗さ（Ｓku）が、３．０超１０．０以下である、［１］に記載の被覆切削工具。
［３］
前記スキューネス粗さ（Ｓsk）が、−３．０以上０未満である、［１］又は［２］に記載の被覆切削工具。
［４］
前記第１の断面が、下記式（１−１）で表される条件を満たす、［１］〜［３］のいずれかに記載の被覆切削工具。
ＲＳＡ≧５０ （１−１）
（式中、ＲＳＡは、式（１）と同義である。）
［５］
前記第２の断面が、下記式（２−１）で表される条件を満たす、［１］〜［４］のいずれかに記載の被覆切削工具。
ＲＳＢ≧５０ （２−１）
（式中、ＲＳＢは、式（２）と同義である。）
［６］
前記被覆層全体の平均厚さが、８．０μｍ以上３０．０μｍ以下である、［１］〜［５］のいずれかに記載の被覆切削工具。
［７］
前記Ｔｉ化合物層は、ＴｉＮ層、ＴｉＣ層、ＴｉＣＮ層、ＴｉＣＮＯ層、ＴｉＣＯ層、ＴｉＯＮ層及びＴｉＢ2層からなる群より選ばれる少なくとも１種である、［１］〜［６］のいずれか１項に記載の被覆切削工具。
［８］
前記基材は、超硬合金、サーメット、セラミックス又は立方晶窒化硼素焼結体である、［１］〜［７］のいずれかに記載の被覆切削工具。
［１］
基材と、該基材の表面に形成された被覆層とを備える被覆切削工具であって、
前記被覆層が、Ｔｉと、Ｃ、Ｎ、Ｏ及びＢからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素とのＴｉ化合物からなるＴｉ化合物層を１層以上有する下部層と、α型Ａｌ2Ｏ3を含む中間層と、ＴｉＣＮを含有する上部層とを含み、
前記各層が、前記基材側から前記被覆層の表面側に向かって、この順序で積層されており、
前記下部層が、２．０μｍ以上１２．０μｍ以下の平均厚さを有し、
前記中間層が、３．０μｍ以上１０．０μｍ以下の平均厚さを有し、
前記中間層の前記上部層側の界面から前記基材側に向かって１μｍまでの距離に位置し、且つ、前記基材と前記下部層との界面と平行な第１の断面が、下記式（１）で表される条件を満たし、
ＲＳＡ≧４０ （１）
（式中、ＲＳＡは、前記第１の断面において、方位差Ａが０度以上４５度以下である粒子の断面積に対する、方位差Ａが０度以上１０度未満である粒子の断面積の割合（単位：面積％）であり、方位差Ａは、前記第１の断面の法線と前記中間層におけるα型Ａｌ2Ｏ3の粒子の（００１）面の法線とがなす角度（単位：度）である。）
前記中間層の上部層側の界面が、３．０超のクルトシス粗さ（Ｓku）を有し、
前記中間層の上部層側の界面が、０未満のスキューネス粗さ（Ｓsk）を有し、
前記上部層が、１．０μｍ以上９．０μｍ以下の平均厚さを有し、
前記上部層の前記中間層側の界面からその反対側の界面に向かって１μｍまでの距離に位置し、且つ、前記基材と前記下部層との界面と平行な第２の断面が、下記式（２）で表される条件を満たす、被覆切削工具。
ＲＳＢ≧４０ （２）
（式中、ＲＳＢは、前記第２の断面において、方位差Ｂが０度以上４５度以下である粒子の断面積に対する、方位差Ｂが０度以上１０度未満である粒子の断面積の割合（単位：面積％）であり、方位差Ｂは、前記第２の断面の法線と前記上部層におけるＴｉＣＮの粒子の（１１１）面の法線とがなす角度（単位：度）である。）
［２］
前記クルトシス粗さ（Ｓku）が、３．０超１０．０以下である、［１］に記載の被覆切削工具。
［３］
前記スキューネス粗さ（Ｓsk）が、−３．０以上０未満である、［１］又は［２］に記載の被覆切削工具。
［４］
前記第１の断面が、下記式（１−１）で表される条件を満たす、［１］〜［３］のいずれかに記載の被覆切削工具。
ＲＳＡ≧５０ （１−１）
（式中、ＲＳＡは、式（１）と同義である。）
［５］
前記第２の断面が、下記式（２−１）で表される条件を満たす、［１］〜［４］のいずれかに記載の被覆切削工具。
ＲＳＢ≧５０ （２−１）
（式中、ＲＳＢは、式（２）と同義である。）
［６］
前記被覆層全体の平均厚さが、８．０μｍ以上３０．０μｍ以下である、［１］〜［５］のいずれかに記載の被覆切削工具。
［７］
前記Ｔｉ化合物層は、ＴｉＮ層、ＴｉＣ層、ＴｉＣＮ層、ＴｉＣＮＯ層、ＴｉＣＯ層、ＴｉＯＮ層及びＴｉＢ2層からなる群より選ばれる少なくとも１種である、［１］〜［６］のいずれか１項に記載の被覆切削工具。
［８］
前記基材は、超硬合金、サーメット、セラミックス又は立方晶窒化硼素焼結体である、［１］〜［７］のいずれかに記載の被覆切削工具。
本発明によれば、優れた耐摩耗性及び耐欠損性を有することによって工具寿命を延長することができる被覆切削工具を提供することができる。
以下、必要に応じて図面を参照しつつ、本発明を実施するための形態（以下、単に「本実施形態」という。）について詳細に説明するが、本発明は下記本実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。なお、図面中、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。更に、図面の寸法比率は図示の比率に限られるものではない。
［切削工具］
本実施形態の被覆切削工具は、基材と、該基材の表面に形成された被覆層とを備える。
本実施形態の被覆切削工具における被覆層は、Ｔｉと、Ｃ、Ｎ、Ｏ及びＢからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素とのＴｉ化合物からなるＴｉ化合物層を１層以上有する下部層と、α型Ａｌ2Ｏ3を含む中間層と、ＴｉＣＮを含有する上部層とを含み、各層が、前記基材側から前記被覆層の表面側に向かって、この順序で積層されている。
当該下部層は、２．０μｍ以上１２．０μｍ以下の平均厚さを有する。
当該中間層は、３．０μｍ以上１０．０μｍ以下の平均厚さを有する。
当該中間層の上部層側の界面から基材側に向かって１μｍまでの距離に位置し、且つ、基材と下部層との界面と平行な第１の断面が、下記式（１）で表される条件を満たす。
ＲＳＡ≧４０ （１）
（式中、ＲＳＡは、前記第１の断面において、方位差Ａが０度以上４５度以下である粒子の断面積に対する、方位差Ａが０度以上１０度未満である粒子の断面積の割合（単位：面積％）であり、方位差Ａは、前記第１の断面の法線と前記中間層におけるα型Ａｌ2Ｏ3の粒子の（００１）面の法線とがなす角度（単位：度）である。）
当該中間層の上部層側の界面は、３．０超のクルトシス粗さ（Ｓku）を有し、且つ、０未満のスキューネス粗さ（Ｓsk）を有する。
当該上部層は、１．０μｍ以上９．０μｍ以下の平均厚さを有する。
当該上部層の当該中間層側の界面からその反対側の界面に向かって１μｍまでの距離に位置し、且つ、当該基材と当該下部層との界面と平行な第２の断面が、下記式（２）で表される条件を満たす。
ＲＳＢ≧４０ （２）
（式中、ＲＳＢは、前記第２の断面において、方位差Ｂが０度以上４５度以下である粒子の断面積に対する、方位差Ｂが０度以上１０度未満である粒子の断面積の割合（単位：面積％）であり、方位差Ｂは、前記第２の断面の法線と前記上部層におけるＴｉＣＮの粒子の（１１１）面の法線とがなす角度（単位：度）である。）
以上の構成を備えることで、本実施形態の被覆切削工具は、優れた耐摩耗性及び耐欠損性を有することによって工具寿命を延長することができる。
本実施形態の被覆切削工具は、基材と、該基材の表面に形成された被覆層とを備える。
本実施形態の被覆切削工具における被覆層は、Ｔｉと、Ｃ、Ｎ、Ｏ及びＢからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素とのＴｉ化合物からなるＴｉ化合物層を１層以上有する下部層と、α型Ａｌ2Ｏ3を含む中間層と、ＴｉＣＮを含有する上部層とを含み、各層が、前記基材側から前記被覆層の表面側に向かって、この順序で積層されている。
当該下部層は、２．０μｍ以上１２．０μｍ以下の平均厚さを有する。
当該中間層は、３．０μｍ以上１０．０μｍ以下の平均厚さを有する。
当該中間層の上部層側の界面から基材側に向かって１μｍまでの距離に位置し、且つ、基材と下部層との界面と平行な第１の断面が、下記式（１）で表される条件を満たす。
ＲＳＡ≧４０ （１）
（式中、ＲＳＡは、前記第１の断面において、方位差Ａが０度以上４５度以下である粒子の断面積に対する、方位差Ａが０度以上１０度未満である粒子の断面積の割合（単位：面積％）であり、方位差Ａは、前記第１の断面の法線と前記中間層におけるα型Ａｌ2Ｏ3の粒子の（００１）面の法線とがなす角度（単位：度）である。）
当該中間層の上部層側の界面は、３．０超のクルトシス粗さ（Ｓku）を有し、且つ、０未満のスキューネス粗さ（Ｓsk）を有する。
当該上部層は、１．０μｍ以上９．０μｍ以下の平均厚さを有する。
当該上部層の当該中間層側の界面からその反対側の界面に向かって１μｍまでの距離に位置し、且つ、当該基材と当該下部層との界面と平行な第２の断面が、下記式（２）で表される条件を満たす。
ＲＳＢ≧４０ （２）
（式中、ＲＳＢは、前記第２の断面において、方位差Ｂが０度以上４５度以下である粒子の断面積に対する、方位差Ｂが０度以上１０度未満である粒子の断面積の割合（単位：面積％）であり、方位差Ｂは、前記第２の断面の法線と前記上部層におけるＴｉＣＮの粒子の（１１１）面の法線とがなす角度（単位：度）である。）
以上の構成を備えることで、本実施形態の被覆切削工具は、優れた耐摩耗性及び耐欠損性を有することによって工具寿命を延長することができる。
本実施形態の被覆切削工具の耐摩耗性及び耐欠損性が向上する要因は、以下のように考えられる。ただし、本発明は、以下の要因により何ら限定されない。
上述のＲＳＡが所定範囲にあり、（００１）に配向したα型Ａｌ2Ｏ3を含む中間層を備えることで、α型Ａｌ2Ｏ3粒子の脱落が起こりにくく、耐摩耗性に優れる。しかしながら、軟らかい被削材を高速で加工する条件下では、逃げ面摩耗の進行が早く、これが引き金となり、工具寿命が延長できない場合があった。そこで、中間層よりも表層側に、上述のＲＳＢが所定範囲にあり、（１１１）面に配向したＴｉＣＮを含む上部層を備えることで、当該上部層の硬度が高いので、逃げ面の摩耗を抑制することができると考えられる。しかしながら、当該上部層を形成した場合であっても、軟らかい被削材の高速加工においては、中間層と上部層の密着性が不十分な場合があり、当該上部層による逃げ面の摩耗を抑制する効果が持続しない場合があった。そこで、本実施形態においては、α型Ａｌ2Ｏ3を含む中間層の上部層側の界面が、３．０超のクルトシス粗さ（Ｓku）を有し、且つ、０未満のスキューネス粗さ（Ｓsk）を有することで、密着性を向上させ、この結果、（１１１）面に配向したＴｉＣＮ層の効果を延長させ、工具寿命を延長させることができたと考えられる。
上述のＲＳＡが所定範囲にあり、（００１）に配向したα型Ａｌ2Ｏ3を含む中間層を備えることで、α型Ａｌ2Ｏ3粒子の脱落が起こりにくく、耐摩耗性に優れる。しかしながら、軟らかい被削材を高速で加工する条件下では、逃げ面摩耗の進行が早く、これが引き金となり、工具寿命が延長できない場合があった。そこで、中間層よりも表層側に、上述のＲＳＢが所定範囲にあり、（１１１）面に配向したＴｉＣＮを含む上部層を備えることで、当該上部層の硬度が高いので、逃げ面の摩耗を抑制することができると考えられる。しかしながら、当該上部層を形成した場合であっても、軟らかい被削材の高速加工においては、中間層と上部層の密着性が不十分な場合があり、当該上部層による逃げ面の摩耗を抑制する効果が持続しない場合があった。そこで、本実施形態においては、α型Ａｌ2Ｏ3を含む中間層の上部層側の界面が、３．０超のクルトシス粗さ（Ｓku）を有し、且つ、０未満のスキューネス粗さ（Ｓsk）を有することで、密着性を向上させ、この結果、（１１１）面に配向したＴｉＣＮ層の効果を延長させ、工具寿命を延長させることができたと考えられる。
図１は、本実施形態の被覆切削工具の一例を示す断面模式図である。被覆切削工具６は、基材１と、基材１の表面に形成された被覆層５とを備え、被覆層５には、下部層２、中間層３、及び上部層４がこの順序で上方向に積層されている。
本実施形態の被覆切削工具は、基材とその基材の表面に形成された被覆層とを備える。被覆切削工具の種類として、具体的には、フライス加工用若しくは旋削加工用刃先交換型切削インサート、ドリル及びエンドミルを挙げることができる。
本実施形態における基材は、被覆切削工具の基材として用いられ得るものであれば、特に限定されない。そのような基材として、例えば、超硬合金、サーメット、セラミックス、立方晶窒化硼素焼結体、ダイヤモンド焼結体及び高速度鋼を挙げることができる。それらの中でも、基材が、超硬合金、サーメット、セラミックス及び立方晶窒化硼素焼結体のいずれかであると、耐摩耗性及び耐欠損性に更に優れるので好ましく、同様の観点から、基材が超硬合金であるとより好ましい。
なお、基材は、その表面が改質されたものであってもよい。例えば、基材が超硬合金からなるものである場合、その表面に脱β層が形成されてもよい。また、基材がサーメットからなるものである場合、その表面に硬化層が形成されてもよい。これらのように基材の表面が改質されていても、本発明の作用効果は奏される。
本実施形態における被覆層は、その平均厚さが、８．０μｍ以上３０．０μｍ以下である。平均厚さが８．０μｍ以上であると、耐摩耗性が向上し、３０．０μｍ以下であると、被覆層の基材との密着性及び耐欠損性が向上する。同様の観点から、被覆層の平均厚さは、１０．０μｍ以上２７．０μｍ以下であるとより好ましく、１２．７μｍ以上２４．５μｍ以下であることが更に好ましい。なお、本実施形態の被覆切削工具における各層及び被覆層全体の平均厚さは、各層又は被覆層全体における３箇所以上の断面から、各層の厚さ又は被覆層全体の厚さを測定して、その相加平均値を計算することで求めることができる。
＜下部層＞
本実施形態の下部層は、Ｔｉと、Ｃ、Ｎ、Ｏ及びＢからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素とのＴｉ化合物からなるＴｉ化合物層を１層以上有する。被覆切削工具が、基材とα型酸化アルミニウム（α型Ａｌ2Ｏ3）を含有する中間層との間に、下部層を備えると、耐摩耗性及び密着性が向上する。
本実施形態の下部層は、Ｔｉと、Ｃ、Ｎ、Ｏ及びＢからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素とのＴｉ化合物からなるＴｉ化合物層を１層以上有する。被覆切削工具が、基材とα型酸化アルミニウム（α型Ａｌ2Ｏ3）を含有する中間層との間に、下部層を備えると、耐摩耗性及び密着性が向上する。
Ｔｉ化合物層としては、例えば、ＴｉＣからなるＴｉＣ層、ＴｉＮからなるＴｉＮ層、ＴｉＣＮからなるＴｉＣＮ層、ＴｉＣＯからなるＴｉＣＯ層、ＴｉＣＮＯからなるＴｉＣＮＯ層、ＴｉＯＮからなるＴｉＯＮ層、及びＴｉＢ2からなるＴｉＢ2層が挙げられる。
下部層は、１層で構成されていてもよく、２以上の層（例えば、２層又は３層）で構成されてもよいが、２以上の層で構成されていることが好ましく、２層又は３層で構成されていることがより好ましく、３層で構成されていることが更に好ましい。下部層は、耐摩耗性及び密着性がより一層向上する観点から、ＴｉＮ層、ＴｉＣ層、ＴｉＣＮ層、ＴｉＣＮＯ層、ＴｉＣＯ層、ＴｉＯＮ層、及びＴｉＢ2層からなる群より選ばれる少なくとも1種の層を含むことが好ましく、ＴｉＮ層、ＴｉＣ層、ＴｉＣＮ層、ＴｉＣＮＯ層、及びＴｉＣＯ層からなる群より選ばれる少なくとも1種の層を含むことがより好ましく、下部層の少なくとも１層がＴｉＣＮ層であると、耐摩耗性が一層向上するため好ましい。下部層が３層で構成されている場合には、基材の表面に、ＴｉＣ層又はＴｉＮ層を第１層として形成し、第１層の表面に、ＴｉＣＮ層を第２層として形成し、第２層の表面に、ＴｉＣＮＯ層又はＴｉＣＯ層を第３層として形成してもよい。それらの中では、下部層が基材の表面にＴｉＮ層を第１層として形成し、第１層の表面に、ＴｉＣＮ層を第２層として形成し、第２層の表面に、ＴｉＣＮＯ層を第３層として形成してもよい。
本実施形態の下部層の全体の平均厚さは、２．０μｍ以上１２．０μｍ以下であることが好ましい。平均厚さが２．０μｍ以上であることにより、耐摩耗性が向上する。一方、下部層の平均厚さが１２．０μｍ以下であることにより、被覆層の剥離が抑制されることに主に起因して耐欠損性が向上する。同様の観点から、下部層の平均厚さは、３．０μｍ以上１２．０μｍ以下であることがより好ましく、４．０μｍ以上１２．０μｍ以下であることが更に好ましく、４．５μｍ以上１１．５μｍ以下であることが特に好ましい。
ＴｉＣ層又はＴｉＮ層の平均厚さは、耐摩耗性及び耐欠損性を一層向上する観点から、０．０５μｍ以上１．０μｍ以下であることが好ましい。同様の観点から、平均厚さは、０．１０μｍ以上０．５０μｍ以下であることがより好ましく、０．１５μｍ以上０．３０μｍ以下であることが更に好ましい。
ＴｉＣＮ層の平均厚さは、耐摩耗性及び耐欠損性を一層向上する観点から、１．５μｍ以上１１．８μｍ以下であることが好ましい。同様の観点から、平均厚さは、２．５μｍ以上１１．５μｍ以下であることがより好ましく、３．５μｍ以上１１．０μｍ以下であることが更に好ましい。
ＴｉＣＮＯ層又はＴｉＣＯ層の平均厚さは、耐摩耗性及び耐欠損性を一層向上する観点から、０．１μｍ以上１．０μｍ以下であることが好ましい。同様の観点から、平均厚さは、０．２μｍ以上０．５μｍ以下であることがより好ましい。
Ｔｉ化合物層は、Ｔｉと、Ｃ、Ｎ、Ｏ及びＢからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素とのＴｉ化合物からなる層であるが、下部層による作用効果を奏する限りにおいて、上記元素以外の成分を微量含んでもよい。
＜中間層＞
本実施形態における中間層は、α型Ａｌ2Ｏ3を含む。中間層は、α型酸化アルミニウム（α型Ａｌ2Ｏ3）からなることが好ましいが、本発明の作用効果を奏する限りにおいて、α型酸化アルミニウム（α型Ａｌ2Ｏ3）以外の成分を含んでもよく、含まなくてもよい。
本実施形態における中間層は、α型Ａｌ2Ｏ3を含む。中間層は、α型酸化アルミニウム（α型Ａｌ2Ｏ3）からなることが好ましいが、本発明の作用効果を奏する限りにおいて、α型酸化アルミニウム（α型Ａｌ2Ｏ3）以外の成分を含んでもよく、含まなくてもよい。
（ＲＳＡ）
本実施形態における中間層は、上部層側の界面から前記基材側に向かって１μｍまでの距離に位置し、且つ、前記基材と前記下部層との界面と平行な第１の断面が、下記式（１）で表される条件を満たす。
ＲＳＡ≧４０ （１）
式中、ＲＳＡは、前記第１の断面において、方位差Ａが０度以上４５度以下である粒子の断面積に対する、方位差Ａが０度以上１０度未満である粒子の断面積の割合（単位：面積％）であり、方位差Ａは、前記第１の断面の法線と前記中間層におけるα型Ａｌ2Ｏ3の粒子の（００１）面の法線とがなす角度（単位：度）である。
本実施形態における中間層は、上部層側の界面から前記基材側に向かって１μｍまでの距離に位置し、且つ、前記基材と前記下部層との界面と平行な第１の断面が、下記式（１）で表される条件を満たす。
ＲＳＡ≧４０ （１）
式中、ＲＳＡは、前記第１の断面において、方位差Ａが０度以上４５度以下である粒子の断面積に対する、方位差Ａが０度以上１０度未満である粒子の断面積の割合（単位：面積％）であり、方位差Ａは、前記第１の断面の法線と前記中間層におけるα型Ａｌ2Ｏ3の粒子の（００１）面の法線とがなす角度（単位：度）である。
本実施形態の被覆切削工具は、ＲＳＡが４０面積％以上であることにより、中間層の耐熱性が向上することに主に起因して、α型Ａｌ2Ｏ3粒子の脱落を防止し、耐クレータ摩耗性に優れるので、耐摩耗性を向上できる。同様の観点から、ＲＳＡは、５０面積％以上であることが好ましく、６０面積％以上であることがより好ましい。ＲＳＡの上限は特に限定されないが、例えば８０面積％以下である。なお、ＲＳＡは、実施例に記載の方法により求めることができる。
（クルトシス粗さ（Ｓku））
本実施形態における、中間層の上部層側の界面は、３．０超のクルトシス粗さ（Ｓku）を有する。ここで、クルトシス粗さ（ＳKU）は、ＩＳＯ ２５１７８に規定され、二乗平均平方根高さＳqの四乗によって無次元化した基準面において、Ｚ（ｘ、ｙ）の四乗平均を意味する。当該クルトシス粗さ（ＳKU）は、表面の鋭さの尺度である尖度（せんど）を意味し、高さ分布のとがり（鋭さ）を表す指標である。中間層の表面（上部層側）のクルトシス粗さ（Ｓku）が、３．０超であることは、表面が鋭い凹凸を有する組織であることを示し、この結果、アンカー効果が高まるため、上部層との密着性が向上すると推測される。また、後述の上部層のＴｉＣＮは、平坦部よりも凹凸の箇所に付着されやすいため、中間層と上部層との界面における空孔が減少することにより、上部層との密着性が向上すると推測される。
本実施形態における、中間層の上部層側の界面は、３．０超のクルトシス粗さ（Ｓku）を有する。ここで、クルトシス粗さ（ＳKU）は、ＩＳＯ ２５１７８に規定され、二乗平均平方根高さＳqの四乗によって無次元化した基準面において、Ｚ（ｘ、ｙ）の四乗平均を意味する。当該クルトシス粗さ（ＳKU）は、表面の鋭さの尺度である尖度（せんど）を意味し、高さ分布のとがり（鋭さ）を表す指標である。中間層の表面（上部層側）のクルトシス粗さ（Ｓku）が、３．０超であることは、表面が鋭い凹凸を有する組織であることを示し、この結果、アンカー効果が高まるため、上部層との密着性が向上すると推測される。また、後述の上部層のＴｉＣＮは、平坦部よりも凹凸の箇所に付着されやすいため、中間層と上部層との界面における空孔が減少することにより、上部層との密着性が向上すると推測される。
中間層の上部層側の界面のクルトシス粗さ（Ｓku）は、同様の観点から、３．５以上であることが好ましく、４．０以上であることがより好ましく、４．５以上であることが更に好ましい。当該クルトシス粗さ（Ｓku）の上限は、特に限定されないが、例えば、１５．０以下であることが好ましく、１１．６以下であることがより好ましい。なお、クルトシス粗さ（Ｓku）は、実施例に記載の方法により求めることができる。
中間層の上部層側の界面のクルトシス粗さ（Ｓku）は、例えば、後述する粗さ制御工程において、ＡｌＣｌ3の原料組成を成膜工程時よりも減らすことで、クルトシス粗さ（Ｓku）が大きくなり上述の範囲とすることができる。
（スキューネス粗さ（Ｓsk））
中間層の上部層側の界面は、０未満のスキューネス粗さ（Ｓsk）を有する。スキューネス粗さ（Ｓsk）は、ＩＳＯ ２５１７８に規定され、二乗平均平方根高さＳｑの三乗によって無次元化した基準面において、Ｚ（ｘ、ｙ）の三乗平均を意味する。当該スキューネス粗さ（Ｓsk）は、歪度を意味し、平均面を中心とした山部と谷部の対称性を表す指標である。スキューネス粗さ（Ｓsk）が０より小さいと、中間層の表面の粗さの平均線に対して上側に偏っていることを示す。中間層の表面の粗さの平均線とは中間層と上部層との界面の粗さの平均線と同義であり、つまりは中間層の表面の粗さの平均線に対して上側に偏っていることとは中間層と上部層との界面の粗さの平均線においてα型Ａｌ2Ｏ3の割合がＴｉＣＮの割合よりも多いことを示す。一般に破壊靱性値はＴｉＣＮよりもα型Ａｌ2Ｏ3が小さく、同じ太さの結晶であればα型Ａｌ2Ｏ3のほうがＴｉＣＮよりも割れやすい。そこでα型Ａｌ2Ｏ3層とＴｉＣＮ層との界面の平均線において、割れやすいα型Ａｌ2Ｏ3の割合をＴｉＣＮよりも多くすることによってα型Ａｌ2Ｏ3層の割れによる上部層の剥離を抑制することができる。このように割れやすいα型Ａｌ2Ｏ3の割合を多く得することで、破壊の起点となりにくくし、剥離の発生が抑制されたと推測される。
中間層の上部層側の界面は、０未満のスキューネス粗さ（Ｓsk）を有する。スキューネス粗さ（Ｓsk）は、ＩＳＯ ２５１７８に規定され、二乗平均平方根高さＳｑの三乗によって無次元化した基準面において、Ｚ（ｘ、ｙ）の三乗平均を意味する。当該スキューネス粗さ（Ｓsk）は、歪度を意味し、平均面を中心とした山部と谷部の対称性を表す指標である。スキューネス粗さ（Ｓsk）が０より小さいと、中間層の表面の粗さの平均線に対して上側に偏っていることを示す。中間層の表面の粗さの平均線とは中間層と上部層との界面の粗さの平均線と同義であり、つまりは中間層の表面の粗さの平均線に対して上側に偏っていることとは中間層と上部層との界面の粗さの平均線においてα型Ａｌ2Ｏ3の割合がＴｉＣＮの割合よりも多いことを示す。一般に破壊靱性値はＴｉＣＮよりもα型Ａｌ2Ｏ3が小さく、同じ太さの結晶であればα型Ａｌ2Ｏ3のほうがＴｉＣＮよりも割れやすい。そこでα型Ａｌ2Ｏ3層とＴｉＣＮ層との界面の平均線において、割れやすいα型Ａｌ2Ｏ3の割合をＴｉＣＮよりも多くすることによってα型Ａｌ2Ｏ3層の割れによる上部層の剥離を抑制することができる。このように割れやすいα型Ａｌ2Ｏ3の割合を多く得することで、破壊の起点となりにくくし、剥離の発生が抑制されたと推測される。
中間層の上部層側の界面のスキューネス粗さ（Ｓsk）は、同様の観点から、−０．２以下であることが好ましく、−０．３以下であることがより好ましく、−０．４以下であることが更に好ましい。当該スキューネス粗さ（Ｓsk）の下限は、特に限定されないが、例えば、−３．０以上であることが好ましく、−２．６以上であることがより好ましい。なお、スキューネス粗さ（Ｓsk）は、実施例に記載の方法により求めることができる。
中間層の上部層側の界面のスキューネス粗さ（Ｓsk）は、例えば、後述する粗さ制御工程において、ＡｌＣｌ3の原料組成を成膜工程時よりも減らすことで、スキューネス粗さ（Ｓsk）が小さくなり、上述の範囲とすることができる。
本実施形態における中間層は、３．０μｍ以上１０．０μｍ以下の平均厚さを有する。中間層の平均厚さが、３．０μｍ以上であると、被覆切削工具のすくい面における耐摩耗性がより向上し、１０．０μｍ以下であると被覆層の剥離がより抑制され、被覆切削工具の耐欠損性がより向上する。中間層は、同様の観点から、４，０μｍ以上１０．０μｍ以下であることが好ましく、５．０μｍ以上１０．０μｍ以下であることがより好ましく、６．０μｍ以上９．７μｍ以下であることが更に好ましい。
＜上部層＞
本実施形態の上部層は、ＴｉＣＮを含有する。上部層は、ＴｉＣＮからなることが好ましいが、本発明の作用効果を奏する限りにおいて、ＴｉＣＮ以外の成分を含んでもよく、含まなくてもよい。なお、上部層は、中間層に隣接することが好ましい。
本実施形態の上部層は、ＴｉＣＮを含有する。上部層は、ＴｉＣＮからなることが好ましいが、本発明の作用効果を奏する限りにおいて、ＴｉＣＮ以外の成分を含んでもよく、含まなくてもよい。なお、上部層は、中間層に隣接することが好ましい。
本実施形態における、上部層の中間層側の界面からその反対側の界面に向かって１μｍまでの距離に位置し、且つ、基材と下部層との界面と平行な第２の断面が、下記式（２）で表される条件を満たす。
ＲＳＢ≧４０ （２）
式中、ＲＳＢは、前記第２の断面において、方位差Ｂが０度以上４５度以下である粒子の断面積に対する、方位差Ｂが０度以上１０度未満である粒子の断面積の割合（単位：面積％）であり、方位差Ｂは、前記第２の断面の法線と前記上部層におけるＴｉＣＮの粒子の（１１１）面の法線とがなす角度（単位：度）である。
ＲＳＢ≧４０ （２）
式中、ＲＳＢは、前記第２の断面において、方位差Ｂが０度以上４５度以下である粒子の断面積に対する、方位差Ｂが０度以上１０度未満である粒子の断面積の割合（単位：面積％）であり、方位差Ｂは、前記第２の断面の法線と前記上部層におけるＴｉＣＮの粒子の（１１１）面の法線とがなす角度（単位：度）である。
本実施形態の被覆切削工具は、ＲＳＢが４０面積％以上であることにより、中間層からのα型Ａｌ2Ｏ3粒子の脱落を抑制することができるので、耐摩耗性及び耐欠損性が向上する。他の配向に比し、より硬くなる（１１１）面に配向したＴｉＣＮを多く含む上部層を中間層よりも表層側に有すると、逃げ面の摩耗を抑制することができる。同様の観点から、ＲＳＢは、５０面積％以上であることが好ましく、６０面積％以上であることがより好ましい。ＲＳＢの上限は、特に限定されないが、例えば、７０面積％以下である。
ＲＳＢは、実施例に記載の方法により求めることができる。
本実施形態における上部層の平均厚さは、１．０μｍ以上９．０μｍ以下である。平均厚さが１．０μｍ以上であることにより、α型Ａｌ2Ｏ3層の粒子の脱落を抑制する効果がより向上する傾向にあり、平均厚さが９．０μｍ以下であることにより、耐欠損性がより向上する傾向にある。上部層の平均厚さは、同様の観点から、１．５μｍ以上８．０μｍ以下であることが好ましく、３．０μｍ以上６．０μｍ以下であることがより好ましい。
［切削工具の製造方法］
本実施形態の被覆切削工具における被覆層を構成する各層の形成方法として、例えば、以下の方法を挙げることができる。ただし、各層の形成方法はこれに限定されない。
本実施形態の被覆切削工具における被覆層を構成する各層の形成方法として、例えば、以下の方法を挙げることができる。ただし、各層の形成方法はこれに限定されない。
例えば、Ｔｉの窒化物層（以下、「ＴｉＮ層」ともいう。）からなるＴｉ化合物層は、原料組成をＴｉＣｌ4：５．０〜１０．０ｍｏｌ％、Ｎ2：２０〜６０ｍｏｌ％、Ｈ2：残部とし、温度を８５０〜９５０℃、圧力を３００〜４００ｈＰａとする化学蒸着法で形成することができる。
Ｔｉの炭化物層（以下、「ＴｉＣ層」ともいう。）からなるＴｉ化合物層は、原料組成をＴｉＣｌ4：１．５〜３．５ｍｏｌ％、ＣＨ4：３．５〜５．５ｍｏｌ％、Ｈ2：残部とし、温度を９５０〜１０５０℃、圧力を７０〜８０ｈＰａとする化学蒸着法で形成することができる。
Ｔｉの炭窒化物層（以下、「ＴｉＣＮ層」ともいう。）からなるＴｉ化合物層は、原料組成をＴｉＣｌ4：５．０〜７．０ｍｏｌ％、ＣＨ3ＣＮ：０．５〜１．５ｍｏｌ％、Ｈ2：残部とし、温度を８００〜９００℃、圧力を６０〜８０ｈＰａとする化学蒸着法で形成することができる。
Ｔｉの炭窒酸化物層（以下、「ＴｉＣＮＯ層」ともいう。）からなるＴｉ化合物層は、原料組成をＴｉＣｌ4：３．０〜４．０ｍｏｌ％、ＣＯ：０．５〜１．０ｍｏｌ％、Ｎ2：３０〜４０ｍｏｌ％、Ｈ2：残部とし、温度を９５０〜１０５０℃、圧力を５０〜１５０ｈＰａとする化学蒸着法で形成することができる。
Ｔｉの炭酸化物層（以下、「ＴｉＣＯ層」ともいう。）からなるＴｉ化合物層は、原料組成をＴｉＣｌ4：１．０〜２．０ｍｏｌ％、ＣＯ：２．０〜３．０ｍｏｌ％、Ｈ2：残部とし、温度を９５０〜１０５０℃、圧力を５０〜１５０ｈＰａとする化学蒸着法で形成することができる。
基材の表面に、１層以上のＴｉ化合物層からなる下部層を形成する。次いで、それらの層のうち、基材から最も離れた層の表面を酸化する。より具体的には、上記基材から最も離れた層の表面の酸化は、ガス組成をＣＯ：０．１〜０．３ｍｏｌ％、ＣＯ2：０．３〜１．０ｍｏｌ％、Ｈ2：残部とし、温度を９５０〜１０５０℃、圧力を５０〜６０ｈＰａとする条件により行われる（酸化工程）。このときの酸化処理時間は、１〜３分であることが好ましい。
中間層は、例えば、上述の酸化工程後、基材から最も離れた層の表面にα型Ａｌ2Ｏ3の核を形成し（核形成工程）、その核が形成された状態で、α型Ａｌ2Ｏ3を含む中間層を形成する（成膜工程）ことで得られる。さらに、上述のクルトシス粗さ（Ｓku）及びスキューネス粗さ（Ｓsk）を得るために、中間層の表面の粗さを制御する工程（粗さ制御工程）を有していてもよい。
中間層の核は、原料ガス組成をＡｌＣｌ3：１．０〜４．０ｍｏｌ％、ＣＯ：０．０５〜２．０ｍｏｌ％、ＣＯ2：１．０〜３．０ｍｏｌ％、ＨＣｌ：２．０〜３．０ｍｏｌ％、Ｈ2：残部とし、温度を８８０〜９３０℃、圧力を６０〜８０ｈＰａとする化学蒸着法で形成される（核形成工程）。
そして、中間層は、原料ガス組成をＡｌＣｌ3：２．０〜５．０ｍｏｌ％、ＣＯ2：２．５〜４．０ｍｏｌ％、ＨＣｌ：２．０〜３．０ｍｏｌ％、Ｈ2Ｓ：０．１５〜０．２５ｍｏｌ％、Ｈ2：残部とし、温度を９５０〜１０００℃、圧力を６０〜８０ｈＰａとする化学蒸着法で形成される（成膜工程）。
さらに、中間層は、原料ガス組成をＡｌＣｌ3：０．５〜４．５ｍｏｌ％、ＣＯ2：２．５〜４．０ｍｏｌ％、ＨＣｌ：２．０〜３．０ｍｏｌ％、Ｈ2Ｓ：０．１５〜０．２５ｍｏｌ％、Ｈ2：残部とし、温度を９５０〜１０００℃、圧力を６０〜８０ｈＰａとする化学蒸着法で表面粗さが制御される（粗さ制御工程）。粗さ制御工程におけるＡｌＣｌ3の割合は、成膜工程におけるＡｌＣｌ3の割合よりも相対的に低くすることが好ましい。
ＲＳＡを特定値以上とするためには、酸化工程における酸化処理時間を制御したり、酸化工程及び／又は核形成工程におけるガス組成中のＣＯの割合を制御したり、成膜工程における成膜温度を制御したりすればよい。より具体的には、酸化工程における酸化処理時間を大きくしたり、酸化工程及び／又は核形成工程におけるガス組成中のＣＯの割合を大きくしたり、成膜工程における成膜温度を、核形成工程における核形成温度よりも大きくしたりすることにより、ＲＳＡを高くすることができる。
クルトシス粗さ（Ｓku）及びスキューネス粗さ（Ｓsk）を所定範囲内とするためには、粗さ制御工程におけるＡｌＣｌ3の割合を、成膜工程のＡｌＣｌ3の割合よりも相対的に低くするとよい。粗さ制御工程と成膜工程とのＡｌＣｌ3の割合の差を大きくすると、クルトシス粗さ（Ｓku）は大きくなる傾向があり、スキューネス粗さ（Ｓsk）は小さくなる傾向がある。
さらに、中間層の表面にＴｉＣＮ層を含有する上部層を形成する。上部層は、原料組成をＴｉＣｌ4：４．０〜８．０ｍｏｌ％、ＣＨ3ＣＮ：０．５〜２．０ｍｏｌ％、Ｎ2：０．０〜１５．０ｍｏｌ％、Ｈ2：残部とし、温度を９５０〜１０５０℃、圧力を６０〜８０ｈＰａとする化学蒸着法で形成することができる（上部層形成工程）。
ＲＳＢを特定値以上とするためには、上部層形成工程において、温度を制御したり、原料組成中のＣＨ3ＣＮの割合を制御したりすればよい。より具体的には、上部層形成工程における温度を大きくしたり、原料組成中のＣＨ3ＣＮの割合を大きくしたりすることにより、ＲＳＢ（面積％）を大きくすることができる。
本実施形態の被覆切削工具の被覆層における各層の厚さは、被覆切削工具の断面組織を、光学顕微鏡、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、又はＦＥ−ＳＥＭ等を用いて観察することにより測定することができる。なお、本実施形態の被覆切削工具における各層の平均厚さは、刃先稜線部から被覆切削工具のすくい面の中心部に向かって５０μｍの位置の近傍において、各層の厚さを３箇所以上測定し、その相加平均値として求めることができる。また、各層の組成は、本実施形態の被覆切削工具の断面組織から、エネルギー分散型Ｘ線分光器（ＥＤＳ）や波長分散型Ｘ線分光器（ＷＤＳ）等を用いて測定することができる。
以下、実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
［基材］
以下の基材に対して、その刃先稜線部にＳｉＣブラシにより丸ホーニングを施した後、基材の表面を洗浄し、使用した。
＜基材１＞
形状：ＣＮＭＧ１２０４１２
材質：超硬合金（８８．９ＷＣ−７．９Ｃｏ−１．５ＴｉＮ−１．４ＮｂＣ−０．３Ｃｒ3Ｃ2（以上質量％））
＜基材２＞
形状：ＣＮＭＧ１２０４１２
材質：超硬合金（８９．７ＷＣ−７．１Ｃｏ−１．５ＴｉＮ−１．５ＮｂＣ−０．２Ｃｒ３Ｃ２（以上質量％））
以下の基材に対して、その刃先稜線部にＳｉＣブラシにより丸ホーニングを施した後、基材の表面を洗浄し、使用した。
＜基材１＞
形状：ＣＮＭＧ１２０４１２
材質：超硬合金（８８．９ＷＣ−７．９Ｃｏ−１．５ＴｉＮ−１．４ＮｂＣ−０．３Ｃｒ3Ｃ2（以上質量％））
＜基材２＞
形状：ＣＮＭＧ１２０４１２
材質：超硬合金（８９．７ＷＣ−７．１Ｃｏ−１．５ＴｉＮ−１．５ＮｂＣ−０．２Ｃｒ３Ｃ２（以上質量％））
［ＲＳＡ及びＲＳＢの測定方法］
ＲＳＡ及びＲＳＢについて下記の条件で、それぞれ下記の断面を電解放射型走査電子顕微鏡（以下、「ＦＥ−ＳＥＭ」ともいう）で観察し、ＦＥ−ＳＥＭに付属した電子後方散乱解析像装置（以下、「ＥＢＳＤ」ともいう）を用いて下記の＜特定の方位差を有する粒子断面の測定方法＞により、方位差が０度以上４５度以下の範囲内にある断面の粒子断面の面積の合計（ＲＳＡTotal又はＲＳＢTotal）を測定した。
そして、方位差が０度以上４５度以下の範囲内にある粒子の断面積を５度のピッチ毎に区分して、区分毎の粒子断面の面積を求めた。次に、方位差が０度以上１０度未満の区分、１０度以上２０度未満の区分、２０度以上３０度未満の区分、及び３０度以上４５度以下の区分のそれぞれの区分の粒子断面の面積の合計を求めた。尚、０度以上４５度以下の粒子断面の面積の合計は１００面積％となる。
方位差が０度以上４５度以下の範囲内にある断面の粒子断面の面積の合計に対して、方位差が０度以上１０度未満の範囲内にある粒子の断面積の割合をＲＳＡ、ＲＳＢとした。以上の測定結果を下記表７に示す。
（条件）
・ＲＳＡ
測定平面：第１の平面（中間層の上部層側の界面から基材側に向かって０．５μｍの距離に位置し、基材の下部層側の界面と平行な面）
測定面の削り出し方法：上記測定平面が露出するまでダイヤモンドペーストにより研磨し、鏡面研磨面を得た。
方位差：方位差Ａ（第１の断面の法線とα型Ａｌ2Ｏ3の粒子の（００１）面の法線とがなす角度（単位：度））
・ＲＳＢ
測定平面：第２の平面（上部層の中間層側の界面からその反対側の界面に向かって０．５μｍの距離に位置し、基材の下部層側の界面と平行な面）
測定面の削り出し方法：上記測定平面が露出するまでダイヤモンドペーストにより研磨し、鏡面研磨面を得た。
方位差：方位差Ｂ（第２の断面の法線と第２の断面におけるＴｉＣＮの粒子の（１１１）面の法線とがなす角度（単位：度））
（特定の方位差を有する粒子断面の測定方法）
試料をＦＥ−ＳＥＭにセットした。試料に７０度の入射角度で、１５ｋＶの加速電圧及び１．０ｎＡ照射電流で電子線を照射した。測定範囲３０μｍ×５０μｍにて、０．１μｍのステップサイズというＥＢＳＤの設定で、各粒子の方位差及び断面積の測定を行った。測定範囲内における中間層の粒子断面の面積は、その面積に対応するピクセルの総和とした。すなわち、各層の粒子の、方位差Ａに基づいた１０度又は１５度のピッチ毎の各区分における粒子断面の面積の合計は、各区分に該当する粒子断面が占めるピクセルを集計し、面積に換算して求めた。
ＲＳＡ及びＲＳＢについて下記の条件で、それぞれ下記の断面を電解放射型走査電子顕微鏡（以下、「ＦＥ−ＳＥＭ」ともいう）で観察し、ＦＥ−ＳＥＭに付属した電子後方散乱解析像装置（以下、「ＥＢＳＤ」ともいう）を用いて下記の＜特定の方位差を有する粒子断面の測定方法＞により、方位差が０度以上４５度以下の範囲内にある断面の粒子断面の面積の合計（ＲＳＡTotal又はＲＳＢTotal）を測定した。
そして、方位差が０度以上４５度以下の範囲内にある粒子の断面積を５度のピッチ毎に区分して、区分毎の粒子断面の面積を求めた。次に、方位差が０度以上１０度未満の区分、１０度以上２０度未満の区分、２０度以上３０度未満の区分、及び３０度以上４５度以下の区分のそれぞれの区分の粒子断面の面積の合計を求めた。尚、０度以上４５度以下の粒子断面の面積の合計は１００面積％となる。
方位差が０度以上４５度以下の範囲内にある断面の粒子断面の面積の合計に対して、方位差が０度以上１０度未満の範囲内にある粒子の断面積の割合をＲＳＡ、ＲＳＢとした。以上の測定結果を下記表７に示す。
（条件）
・ＲＳＡ
測定平面：第１の平面（中間層の上部層側の界面から基材側に向かって０．５μｍの距離に位置し、基材の下部層側の界面と平行な面）
測定面の削り出し方法：上記測定平面が露出するまでダイヤモンドペーストにより研磨し、鏡面研磨面を得た。
方位差：方位差Ａ（第１の断面の法線とα型Ａｌ2Ｏ3の粒子の（００１）面の法線とがなす角度（単位：度））
・ＲＳＢ
測定平面：第２の平面（上部層の中間層側の界面からその反対側の界面に向かって０．５μｍの距離に位置し、基材の下部層側の界面と平行な面）
測定面の削り出し方法：上記測定平面が露出するまでダイヤモンドペーストにより研磨し、鏡面研磨面を得た。
方位差：方位差Ｂ（第２の断面の法線と第２の断面におけるＴｉＣＮの粒子の（１１１）面の法線とがなす角度（単位：度））
（特定の方位差を有する粒子断面の測定方法）
試料をＦＥ−ＳＥＭにセットした。試料に７０度の入射角度で、１５ｋＶの加速電圧及び１．０ｎＡ照射電流で電子線を照射した。測定範囲３０μｍ×５０μｍにて、０．１μｍのステップサイズというＥＢＳＤの設定で、各粒子の方位差及び断面積の測定を行った。測定範囲内における中間層の粒子断面の面積は、その面積に対応するピクセルの総和とした。すなわち、各層の粒子の、方位差Ａに基づいた１０度又は１５度のピッチ毎の各区分における粒子断面の面積の合計は、各区分に該当する粒子断面が占めるピクセルを集計し、面積に換算して求めた。
［クルトシス粗さ（Ｓku）及びスキューネス粗さ（Ｓsk）］
被覆層を形成した後、被覆切削工具を５〜３０分程度フッ化水素酸と硝酸の混合液に浸漬し、上部層を除去した。上部層を除去すると、中間層の表面組織が露出するので、レーザー粗さ測定器「ＶＫ−Ｘ１００」（製品名、株式会社キーエンス製）を用いて、１４４μｍ×１０８μｍの範囲をＩＳＯ２５１７８に準拠し、中間層の表面のクルトシス粗さ（Ｓku）とスキューネス粗さ（Ｓsk）を算出した。中間層の表面のクルトシス粗さ（Ｓku）とスキューネス粗さ（Ｓsk）を３箇所にてそれぞれ算出し、その平均値をクルトシス粗さ（Ｓku）とスキューネス粗さ（Ｓsk）とした。
被覆層を形成した後、被覆切削工具を５〜３０分程度フッ化水素酸と硝酸の混合液に浸漬し、上部層を除去した。上部層を除去すると、中間層の表面組織が露出するので、レーザー粗さ測定器「ＶＫ−Ｘ１００」（製品名、株式会社キーエンス製）を用いて、１４４μｍ×１０８μｍの範囲をＩＳＯ２５１７８に準拠し、中間層の表面のクルトシス粗さ（Ｓku）とスキューネス粗さ（Ｓsk）を算出した。中間層の表面のクルトシス粗さ（Ｓku）とスキューネス粗さ（Ｓsk）を３箇所にてそれぞれ算出し、その平均値をクルトシス粗さ（Ｓku）とスキューネス粗さ（Ｓsk）とした。
［層の厚さの測定方法］
ＦＥ−ＳＥＭを用いて、被覆切削工具の刃先稜線部から逃げ面の中心部に向かって５０μｍの位置の近傍における断面での３箇所の厚さを測定し、その相加平均値を平均厚さとして求めた。得られた試料の各層の組成は、被覆切削工具の刃先稜線部から逃げ面の中心部に向かって５０μｍまでの位置の近傍の断面において、ＥＤＳを用いて測定した。
ＦＥ−ＳＥＭを用いて、被覆切削工具の刃先稜線部から逃げ面の中心部に向かって５０μｍの位置の近傍における断面での３箇所の厚さを測定し、その相加平均値を平均厚さとして求めた。得られた試料の各層の組成は、被覆切削工具の刃先稜線部から逃げ面の中心部に向かって５０μｍまでの位置の近傍の断面において、ＥＤＳを用いて測定した。
［発明品１〜１７及び比較品１〜８］
基材の表面を洗浄した後、被覆層を化学蒸着法により形成した。まず、基材を外熱式化学蒸着装置に装入し、表１に示す原料組成、温度及び圧力の条件の下、表７に組成を示す第１層を、表７に示す平均厚さになるよう、基材の表面に形成した。次いで、表１に示す原料組成、温度及び圧力の条件の下、表７に組成を示す第２層を、表７に示す平均厚さになるよう、第１層の表面に形成した。次に、表１に示す原料組成、温度及び圧力の条件の下、表７に組成を示す第３層を、表７に示す平均厚さになるよう、第２層の表面に形成した。これにより、３層から構成された下部層を形成した。その後、表２に示す組成、温度及び圧力の条件の下、表２に示す時間にて、第３層の表面に酸化処理を施した。次いで、表３に示す原料組成、温度及び圧力の条件の下、酸化処理を施した第３層の表面にα型酸化アルミニウム（α型Ａｌ2Ｏ3）の核を形成した。さらに、表４に示す原料組成、温度及び圧力の条件の下、第３層及びα型酸化アルミニウム（α型Ａｌ2Ｏ3）の核の表面に、表７に組成を示す中間層を、表７に示す平均厚さの３０％の厚さになるよう形成し、表５に示す条件に変更し中間層の粗さ制御工程を行い、所望のクルトシス粗さ（Ｓku）及びスキューネス粗さ（Ｓsk）とし、表７に示す平均厚さの中間層を形成した。最後に、表６に示す原料組成、温度及び圧力の条件の下、表７に組成を示す上部層を、表７に示す平均厚さになるよう、α型Ａｌ2Ｏ3層の表面に形成した。こうして、発明品１〜１７及び比較品１〜８の被覆切削工具を得た。
基材の表面を洗浄した後、被覆層を化学蒸着法により形成した。まず、基材を外熱式化学蒸着装置に装入し、表１に示す原料組成、温度及び圧力の条件の下、表７に組成を示す第１層を、表７に示す平均厚さになるよう、基材の表面に形成した。次いで、表１に示す原料組成、温度及び圧力の条件の下、表７に組成を示す第２層を、表７に示す平均厚さになるよう、第１層の表面に形成した。次に、表１に示す原料組成、温度及び圧力の条件の下、表７に組成を示す第３層を、表７に示す平均厚さになるよう、第２層の表面に形成した。これにより、３層から構成された下部層を形成した。その後、表２に示す組成、温度及び圧力の条件の下、表２に示す時間にて、第３層の表面に酸化処理を施した。次いで、表３に示す原料組成、温度及び圧力の条件の下、酸化処理を施した第３層の表面にα型酸化アルミニウム（α型Ａｌ2Ｏ3）の核を形成した。さらに、表４に示す原料組成、温度及び圧力の条件の下、第３層及びα型酸化アルミニウム（α型Ａｌ2Ｏ3）の核の表面に、表７に組成を示す中間層を、表７に示す平均厚さの３０％の厚さになるよう形成し、表５に示す条件に変更し中間層の粗さ制御工程を行い、所望のクルトシス粗さ（Ｓku）及びスキューネス粗さ（Ｓsk）とし、表７に示す平均厚さの中間層を形成した。最後に、表６に示す原料組成、温度及び圧力の条件の下、表７に組成を示す上部層を、表７に示す平均厚さになるよう、α型Ａｌ2Ｏ3層の表面に形成した。こうして、発明品１〜１７及び比較品１〜８の被覆切削工具を得た。
試料の各層の厚さを下記のようにして求めた。すなわち、ＦＥ−ＳＥＭを用いて、被覆切削工具の刃先稜線部からすくい面の中心部に向かって５０μｍの位置の近傍における断面での３箇所の厚さを測定し、その相加平均値を平均厚さとして求めた。得られた試料の各層の組成は、被覆切削工具の刃先稜線部からすくい面の中心部に向かって５０μｍまでの位置の近傍の断面において、ＥＤＳを用いて測定した。
得られた試料の中間層における、中間層の表面から、基材側に向かって０．５μｍにあり、基材の表面と平行な断面を上述の方法でＲＳＡを測定し、その結果を下記表８に示す。得られた試料の上部層における、上部層の表面から、基材側に向かって０．５μｍにあり、基材の表面と平行な断面を上述の方法でＲＳＢを測定した。その結果を下記表８に示す。
上述の方法で、上部層側界面のクルトシス粗さ（Ｓku）及びスキューネス粗さ（Ｓsk）を測定した。その結果を下記表９に示す。
［切削試験］
得られた発明品１〜１７及び比較品１〜８を用いて、下記の条件にて切削試験１及び切削試験２を行った。切削試験１は耐摩耗性を評価する摩耗試験であり、切削試験２は耐欠損性を評価する欠損試験である。各切削試験の結果を表１０に示す。
得られた発明品１〜１７及び比較品１〜８を用いて、下記の条件にて切削試験１及び切削試験２を行った。切削試験１は耐摩耗性を評価する摩耗試験であり、切削試験２は耐欠損性を評価する欠損試験である。各切削試験の結果を表１０に示す。
＜切削試験１：耐摩耗性試験＞
被削材：Ｓ４５Ｃの丸棒（硬度：１５０ＨＢ）、
切削速度：２３０ｍ／ｍｉｎ、
送り：０．２５ｍｍ／ｒｅｖ、
切り込み深さ：１．８ｍｍ、
クーラント：有り、
評価項目：試料が欠損または最大逃げ面摩耗幅が０．３ｍｍに至ったときを工具寿命とし、工具寿命までの加工時間を測定した。また、加工時間が２０分における損傷状態をＳＥＭで確認した。結果を表１０に示す。表中、「正常摩耗」とは、欠損や脱落がなく摩耗していることを意味し、「欠損」とは、被覆層の一部が欠けていることを意味し、「粒子脱落」とは、中間層のＡｌ2Ｏ3粒子の脱落が観察されたことを意味し、「上部層剥離」とは、中間層と上部層の界面で剥離が生じていることを意味する。なお、比較品３では、２０分より前に欠損した。
被削材：Ｓ４５Ｃの丸棒（硬度：１５０ＨＢ）、
切削速度：２３０ｍ／ｍｉｎ、
送り：０．２５ｍｍ／ｒｅｖ、
切り込み深さ：１．８ｍｍ、
クーラント：有り、
評価項目：試料が欠損または最大逃げ面摩耗幅が０．３ｍｍに至ったときを工具寿命とし、工具寿命までの加工時間を測定した。また、加工時間が２０分における損傷状態をＳＥＭで確認した。結果を表１０に示す。表中、「正常摩耗」とは、欠損や脱落がなく摩耗していることを意味し、「欠損」とは、被覆層の一部が欠けていることを意味し、「粒子脱落」とは、中間層のＡｌ2Ｏ3粒子の脱落が観察されたことを意味し、「上部層剥離」とは、中間層と上部層の界面で剥離が生じていることを意味する。なお、比較品３では、２０分より前に欠損した。
＜切削試験２：耐欠損性試験＞
被削材：Ｓ４５Ｃの２本の溝入り丸棒（硬度：２００ＨＢ）、
切削速度：２００ｍ／ｍｉｎ、
送り：０．２０ｍｍ／ｒｅｖ、
切り込み深さ：１．５ｍｍ、
クーラント：有り、
評価項目：試料が欠損または最大逃げ面摩耗幅が０．３ｍｍに至ったときを工具寿命とし、工具寿命までの加衝撃回数を測定した。また、衝撃回数が５０００回における損傷状態をＳＥＭで確認した。衝撃回数は、１５０００回までとした。結果を表１０に示す。表中、「正常摩耗」とは、欠損や脱落がなく摩耗していることを意味し、「チッピング」とは、被覆層の一部にチッピングが観測されることを意味する。
被削材：Ｓ４５Ｃの２本の溝入り丸棒（硬度：２００ＨＢ）、
切削速度：２００ｍ／ｍｉｎ、
送り：０．２０ｍｍ／ｒｅｖ、
切り込み深さ：１．５ｍｍ、
クーラント：有り、
評価項目：試料が欠損または最大逃げ面摩耗幅が０．３ｍｍに至ったときを工具寿命とし、工具寿命までの加衝撃回数を測定した。また、衝撃回数が５０００回における損傷状態をＳＥＭで確認した。衝撃回数は、１５０００回までとした。結果を表１０に示す。表中、「正常摩耗」とは、欠損や脱落がなく摩耗していることを意味し、「チッピング」とは、被覆層の一部にチッピングが観測されることを意味する。
以上の結果より、発明品は、耐摩耗性及び耐欠損性に優れる結果、工具寿命が長いことが分かった。
本発明の被覆切削工具は、耐欠損性を低下させることなく、しかも優れた耐摩耗性を有することにより、従来よりも工具寿命を延長できるので、そのような観点から、産業上の利用可能性がある。
１…基材、２…下部層、３…中間層、４…上部層、５…被覆層、６…被覆切削工具。
Claims (8)
- 基材と、該基材の表面に形成された被覆層とを備える被覆切削工具であって、
前記被覆層が、Ｔｉと、Ｃ、Ｎ、Ｏ及びＢからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素とのＴｉ化合物からなるＴｉ化合物層を１層以上有する下部層と、α型Ａｌ2Ｏ3を含む中間層と、ＴｉＣＮを含有する上部層とを含み、
前記各層が、前記基材側から前記被覆層の表面側に向かって、この順序で積層されており、
前記下部層が、２．０μｍ以上１２．０μｍ以下の平均厚さを有し、
前記中間層が、３．０μｍ以上１０．０μｍ以下の平均厚さを有し、
前記中間層の前記上部層側の界面から前記基材側に向かって１μｍまでの距離に位置し、且つ、前記基材と前記下部層との界面と平行な第１の断面が、下記式（１）で表される条件を満たし、
ＲＳＡ≧４０ （１）
（式中、ＲＳＡは、前記第１の断面において、方位差Ａが０度以上４５度以下である粒子の断面積に対する、方位差Ａが０度以上１０度未満である粒子の断面積の割合（単位：面積％）であり、方位差Ａは、前記第１の断面の法線と前記中間層におけるα型Ａｌ2Ｏ3の粒子の（００１）面の法線とがなす角度（単位：度）である。）
前記中間層の前記上部層側の界面が、３．０超のクルトシス粗さ（Ｓku）を有し、
前記中間層の前記上部層側の界面が、０未満のスキューネス粗さ（Ｓsk）を有し、
前記上部層が、１．０μｍ以上９．０μｍ以下の平均厚さを有し、
前記上部層の前記中間層側の界面からその反対側の界面に向かって１μｍまでの距離に位置し、且つ、前記基材と前記下部層との界面と平行な第２の断面が、下記式（２）で表される条件を満たす、被覆切削工具。
ＲＳＢ≧４０ （２）
（式中、ＲＳＢは、前記第２の断面において、方位差Ｂが０度以上４５度以下である粒子の断面積に対する、方位差Ｂが０度以上１０度未満である粒子の断面積の割合（単位：面積％）であり、方位差Ｂは、前記第２の断面の法線と前記上部層におけるＴｉＣＮの粒子の（１１１）面の法線とがなす角度（単位：度）である。） - 前記クルトシス粗さ（Ｓku）が、３．０超１０．０以下である、請求項１に記載の被覆切削工具。
- 前記スキューネス粗さ（Ｓsk）が、−３．０以上０未満である、請求項１又は２に記載の被覆切削工具。
- 前記第１の断面が、下記式（１−１）で表される条件を満たす、請求項１〜３のいずれか1項に記載の被覆切削工具。
ＲＳＡ≧５０ （１−１）
（式中、ＲＳＡは、式（１）と同義である。） - 前記第２の断面が、下記式（２−１）で表される条件を満たす、請求項１〜４のいずれか1項に記載の被覆切削工具。
ＲＳＢ≧５０ （２−１）
（式中、ＲＳＢは、式（２）と同義である。） - 前記被覆層全体の平均厚さが、８．０μｍ以上３０．０μｍ以下である、請求項１〜５のいずれか1項に記載の被覆切削工具。
- 前記Ｔｉ化合物層は、ＴｉＮ層、ＴｉＣ層、ＴｉＣＮ層、ＴｉＣＮＯ層、ＴｉＣＯ層、ＴｉＯＮ層及びＴｉＢ2層からなる群より選ばれる少なくとも１種である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の被覆切削工具。
- 前記基材は、超硬合金、サーメット、セラミックス又は立方晶窒化硼素焼結体である、請求項１〜７のいずれか１項に記載の被覆切削工具。
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