JP6946613B1 - 切削工具 - Google Patents
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Abstract
基材と、上記基材の上に設けられている被覆層とを含む切削工具であって、上記被覆層は、上記基材の上に設けられている炭窒化チタン層と、上記炭窒化チタン層の上に接して設けられている中間層と、上記中間層の上に接して設けられているアルミナ層とからなり、上記中間層は、チタン、炭素、酸素及び窒素からなる化合物から構成されていて、上記中間層の厚みは、１μｍを超えていて、上記中間層と上記アルミナ層との界面における上記炭素の原子割合をＰＣ１原子％とし、上記界面から上記中間層の側に１μｍ離れた地点Ａの上記炭素の原子割合をＰＣ２原子％とした場合、ＰＣ２に対するＰＣ１の比ＰＣ１／ＰＣ２が１．０３以上である、切削工具。
Description
本開示は、切削工具に関する。
従来より、基材上に被膜を被覆した切削工具が用いられている。たとえば、特開平０９−１７４３０４号公報（特許文献１）は、炭化タングステン基超硬合金基体の表面に、炭化チタン層、窒化チタン層、および炭窒化チタン層のうちの１種の単層または２種以上の複層からなる内側層と、炭酸化チタン層および／または炭窒酸化チタン層からなる中間層と、酸化アルミニウム層からなる外側層とで構成された硬質被覆層を５〜２０μｍの平均層厚で形成してなる表面被覆超硬合金製切削工具において、上記中間層における外側層である酸化アルミニウム層との界面部分を先鋭化針状結晶構造としたことを特徴とする耐チッピング性のすぐれた表面被覆超硬合金製切削工具を開示している。
また、特開２００９−１６６２１６号公報（特許文献２）は、基体表面に周期律表４ａ、５ａ、６ａ族金属から選択される元素の炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化物、炭酸化物、窒酸化物及び炭窒酸化物のいずれか１種の単層皮膜又は２種以上の多層皮膜が形成され、該皮膜の上層に結合膜を介してα型酸化アルミニウム膜が形成されている被覆工具において、該結合膜と該α型酸化アルミニウム膜との界面における該結合膜の表面形状が樹状突起とこれに連なる枝状突起とからなる樹枝形状を有し、該枝状突起の長さ（ｎｍ）をＬＢとしたとき、５≦ＬＢ≦２００、であり、該枝状突起と該α型酸化アルミニウム膜との界面は透過電子顕微鏡の観察により連続した格子縞を有することを特徴とする被覆工具を開示している。
本開示に係る切削工具は、
基材と、上記基材の上に設けられている被覆層とを含む切削工具であって、
上記被覆層は、上記基材の上に設けられている炭窒化チタン層と、上記炭窒化チタン層の上に接して設けられている中間層と、上記中間層の上に接して設けられているアルミナ層とからなり、
上記中間層は、チタン、炭素、酸素及び窒素からなる化合物から構成されていて、
上記中間層の厚みは、１μｍを超えていて、
上記中間層と上記アルミナ層との界面における上記炭素の原子割合をＰＣ１原子％とし、上記界面から上記中間層の側に１μｍ離れた地点Ａの上記炭素の原子割合をＰＣ２原子％とした場合、ＰＣ２に対するＰＣ１の比ＰＣ１／ＰＣ２が１．０３以上である。
基材と、上記基材の上に設けられている被覆層とを含む切削工具であって、
上記被覆層は、上記基材の上に設けられている炭窒化チタン層と、上記炭窒化チタン層の上に接して設けられている中間層と、上記中間層の上に接して設けられているアルミナ層とからなり、
上記中間層は、チタン、炭素、酸素及び窒素からなる化合物から構成されていて、
上記中間層の厚みは、１μｍを超えていて、
上記中間層と上記アルミナ層との界面における上記炭素の原子割合をＰＣ１原子％とし、上記界面から上記中間層の側に１μｍ離れた地点Ａの上記炭素の原子割合をＰＣ２原子％とした場合、ＰＣ２に対するＰＣ１の比ＰＣ１／ＰＣ２が１．０３以上である。
[本開示が解決しようとする課題]
特許文献１及び特許文献２では、上記のような構成の被膜を有することにより、酸化アルミニウム層と、当該酸化アルミニウム層と接する他の層との間の密着性が向上し、以って切削工具の寿命が長くなることが期待されている。
特許文献１及び特許文献２では、上記のような構成の被膜を有することにより、酸化アルミニウム層と、当該酸化アルミニウム層と接する他の層との間の密着性が向上し、以って切削工具の寿命が長くなることが期待されている。
しかしながら、近年の切削加工においては、高速化及び高能率化が進行し、切削工具にかかる負荷が増大し、切削工具の寿命が短期化する傾向があった。このため、切削工具の被膜の機械特性（例えば、耐剥離性、耐摩耗性、耐チッピング性等）を更に向上させることが求められている。
本開示は、上記事情に鑑みてなされたものであり、耐チッピング性が向上した切削工具を提供することを目的とする。
[本開示の効果]
本開示によれば、耐チッピング性が向上した切削工具を提供することが可能になる。
本開示によれば、耐チッピング性が向上した切削工具を提供することが可能になる。
[本開示の実施形態の説明]
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
［１］本開示に係る切削工具は、
基材と、上記基材の上に設けられている被覆層とを含む切削工具であって、
上記被覆層は、上記基材の上に設けられている炭窒化チタン層と、上記炭窒化チタン層の上に接して設けられている中間層と、上記中間層の上に接して設けられているアルミナ層とからなり、
上記中間層は、チタン、炭素、酸素及び窒素からなる化合物から構成されていて、
上記中間層の厚みは、１μｍを超えていて、
上記中間層と上記アルミナ層との界面における上記炭素の原子割合をＰＣ１原子％とし、上記界面から上記中間層の側に１μｍ離れた地点Ａの上記炭素の原子割合をＰＣ２原子％とした場合、ＰＣ２に対するＰＣ１の比ＰＣ１／ＰＣ２が１．０３以上である。
基材と、上記基材の上に設けられている被覆層とを含む切削工具であって、
上記被覆層は、上記基材の上に設けられている炭窒化チタン層と、上記炭窒化チタン層の上に接して設けられている中間層と、上記中間層の上に接して設けられているアルミナ層とからなり、
上記中間層は、チタン、炭素、酸素及び窒素からなる化合物から構成されていて、
上記中間層の厚みは、１μｍを超えていて、
上記中間層と上記アルミナ層との界面における上記炭素の原子割合をＰＣ１原子％とし、上記界面から上記中間層の側に１μｍ離れた地点Ａの上記炭素の原子割合をＰＣ２原子％とした場合、ＰＣ２に対するＰＣ１の比ＰＣ１／ＰＣ２が１．０３以上である。
上記切削工具は、上述のような構成を備えることによって、耐チッピング性が向上する。ここで、「耐チッピング性」とは、切削加工に用いた場合被覆層を含む被膜に発生する微小な欠けに対する耐性を意味する。
［２］上記ＰＣ１は、２５原子％以上６５原子％以下であることが好ましい。このように規定することで、耐チッピング性が更に向上する。
［３］上記界面における上記窒素の原子割合をＰＮ１原子％とし、上記地点Ａの上記窒素の原子割合をＰＮ２原子％とした場合、ＰＮ２に対するＰＮ１の比ＰＮ１／ＰＮ２が０．９以上１未満であることが好ましい。このように規定することで、耐チッピング性に加えて、アルミナ層の耐剥離性が向上する。ここで、「アルミナ層の耐剥離性」とは、切削加工に用いた場合切削工具の中間層から上記アルミナ層が剥離することに対する耐性を意味する。
［４］上記界面における上記酸素の原子割合をＰＯ１原子％とし、上記地点Ａの上記酸素の原子割合をＰＯ２原子％とした場合、ＰＯ２に対するＰＯ１の比ＰＯ１／ＰＯ２が０．９以上１未満であることが好ましい。このように規定することで、耐チッピング性に加えて、耐摩耗性が向上する。ここで「耐摩耗性」とは、切削加工に用いた場合被覆層を含む被膜が摩耗することに対する耐性を意味する。
［５］上記中間層の厚みは、１μｍを超えて３μｍ以下であることが好ましい。このように規定することで、耐チッピング性が更に向上する。
［６］上記基材と上記被覆層との間に下地層が更に設けられていることが好ましい。このように規定することで、耐チッピング性に加えて、上記基材と上記被覆層との密着性が向上する。
［７］上記被覆層の上に表面層が更に設けられていることが好ましい。このように規定することで、耐チッピング性に加えて、耐摩耗性に優れた切削工具を提供することが可能になる。
[本開示の実施形態の詳細]
以下、本開示の一実施形態（以下「本実施形態」と記す。）について説明する。ただし、本実施形態はこれに限定されるものではない。本明細書において「Ｘ〜Ｚ」という形式の表記は、範囲の上限下限（すなわちＸ以上Ｚ以下）を意味し、Ｘにおいて単位の記載がなく、Ｚにおいてのみ単位が記載されている場合、Ｘの単位とＺの単位とは同じである。さらに、本明細書において、例えば「ＴｉＣ」等のように、構成元素の組成比が限定されていない化学式によって化合物が表された場合には、その化学式は従来公知のあらゆる組成比（元素比）を含むものとする。このとき上記化学式は、化学量論組成のみならず、非化学量論組成も含むものとする。例えば「ＴｉＣ」の化学式には、化学量論組成「Ｔｉ１Ｃ１」のみならず、例えば「Ｔｉ１Ｃ０．８」のような非化学量論組成も含まれる。このことは、「ＴｉＣ」以外の化合物の記載についても同様である。
以下、本開示の一実施形態（以下「本実施形態」と記す。）について説明する。ただし、本実施形態はこれに限定されるものではない。本明細書において「Ｘ〜Ｚ」という形式の表記は、範囲の上限下限（すなわちＸ以上Ｚ以下）を意味し、Ｘにおいて単位の記載がなく、Ｚにおいてのみ単位が記載されている場合、Ｘの単位とＺの単位とは同じである。さらに、本明細書において、例えば「ＴｉＣ」等のように、構成元素の組成比が限定されていない化学式によって化合物が表された場合には、その化学式は従来公知のあらゆる組成比（元素比）を含むものとする。このとき上記化学式は、化学量論組成のみならず、非化学量論組成も含むものとする。例えば「ＴｉＣ」の化学式には、化学量論組成「Ｔｉ１Ｃ１」のみならず、例えば「Ｔｉ１Ｃ０．８」のような非化学量論組成も含まれる。このことは、「ＴｉＣ」以外の化合物の記載についても同様である。
≪切削工具≫
本開示に係る切削工具は、
基材と、上記基材の上に設けられている被覆層とを含む切削工具であって、
上記被覆層は、上記基材の上に設けられている炭窒化チタン層と、上記炭窒化チタン層の上に接して設けられている中間層と、上記中間層の上に接して設けられているアルミナ層とからなり、
上記中間層は、チタン、炭素、酸素及び窒素からなる化合物から構成されていて、
上記中間層の厚みは、１μｍを超えていて、
上記中間層と上記アルミナ層との界面における上記炭素の原子割合をＰＣ１原子％とし、上記界面から上記中間層の側に１μｍ離れた地点Ａの上記炭素の原子割合をＰＣ２原子％とした場合、ＰＣ２に対するＰＣ１の比ＰＣ１／ＰＣ２が１．０３以上である。
本開示に係る切削工具は、
基材と、上記基材の上に設けられている被覆層とを含む切削工具であって、
上記被覆層は、上記基材の上に設けられている炭窒化チタン層と、上記炭窒化チタン層の上に接して設けられている中間層と、上記中間層の上に接して設けられているアルミナ層とからなり、
上記中間層は、チタン、炭素、酸素及び窒素からなる化合物から構成されていて、
上記中間層の厚みは、１μｍを超えていて、
上記中間層と上記アルミナ層との界面における上記炭素の原子割合をＰＣ１原子％とし、上記界面から上記中間層の側に１μｍ離れた地点Ａの上記炭素の原子割合をＰＣ２原子％とした場合、ＰＣ２に対するＰＣ１の比ＰＣ１／ＰＣ２が１．０３以上である。
本実施形態の切削工具５０は、基材１０と、上記基材１０上に設けられている被覆層４０とを備える（以下、単に「切削工具」という場合がある。）（図２）。上記切削工具５０は、上記被覆層４０の他にも、上記基材１０と上記被覆層４０との間に設けられている下地層２３を更に含んでいてもよい（図３）。上記切削工具５０は、上記被覆層４０上に設けられている表面層２４を更に含んでいてもよい（図３）。下地層２３、及び表面層２４等の他の層については、後述する。
なお、上記基材１０上に設けられている上述の各層をまとめて「被膜」と呼ぶ場合がある。すなわち、上記切削工具５０は上記基材１０上に設けられている被膜４５を備え、上記被膜４５は上記被覆層４０を含む。また、上記被膜４５は、上記下地層２３又は上記表面層２４を更に含んでいてもよい。
なお、上記基材１０上に設けられている上述の各層をまとめて「被膜」と呼ぶ場合がある。すなわち、上記切削工具５０は上記基材１０上に設けられている被膜４５を備え、上記被膜４５は上記被覆層４０を含む。また、上記被膜４５は、上記下地層２３又は上記表面層２４を更に含んでいてもよい。
本実施形態の切削工具（以下、単に「切削工具」という場合がある。）５０は、基材１０と、上記基材１０を被覆する被膜４５とを備える（図２、図３参照）。本実施形態の一側面において、上記被膜は、上記基材におけるすくい面を被覆していてもよいし、すくい面以外の部分（例えば、逃げ面）を被覆していてもよい。上記切削工具は、例えば、ドリル、エンドミル、ドリル用刃先交換型切削チップ、エンドミル用刃先交換型切削チップ、フライス加工用刃先交換型切削チップ、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、タップ等であり得る。
＜基材＞
本実施形態の基材は、この種の基材として従来公知のものであればいずれの基材も使用することができる。例えば、上記基材は、超硬合金（例えば、炭化タングステン（ＷＣ）基超硬合金、ＷＣの他にＣｏを含む超硬合金、ＷＣの他にＣｒ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ等の炭窒化物を添加した超硬合金等）、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、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム等）、立方晶型窒化硼素焼結体（ｃＢＮ焼結体）及びダイヤモンド焼結体からなる群より選ばれる少なくとも１種を含むことが好ましく、超硬合金、サーメット及びｃＢＮ焼結体からなる群より選ばれる少なくとも１種を含むことがより好ましい。
本実施形態の基材は、この種の基材として従来公知のものであればいずれの基材も使用することができる。例えば、上記基材は、超硬合金（例えば、炭化タングステン（ＷＣ）基超硬合金、ＷＣの他にＣｏを含む超硬合金、ＷＣの他にＣｒ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ等の炭窒化物を添加した超硬合金等）、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、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム等）、立方晶型窒化硼素焼結体（ｃＢＮ焼結体）及びダイヤモンド焼結体からなる群より選ばれる少なくとも１種を含むことが好ましく、超硬合金、サーメット及びｃＢＮ焼結体からなる群より選ばれる少なくとも１種を含むことがより好ましい。
これらの各種基材の中でも、特にＷＣ基超硬合金又はｃＢＮ焼結体を選択することが好ましい。その理由は、これらの基材が特に高温における硬度と強度とのバランスに優れ、上記用途の切削工具の基材として優れた特性を有するためである。
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、組織中に遊離炭素又はη相と呼ばれる異常相を含んでいても本実施形態の効果は示される。なお、本実施形態で用いる基材は、その表面が改質されたものであっても差し支えない。例えば、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、ｃＢＮ焼結体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実施形態の効果は示される。
図１は、切削工具の基材の一態様を例示する斜視図である。このような形状の基材は、例えば、旋削加工用刃先交換型切削チップの基材として用いられる。上記基材１０は、すくい面１と、逃げ面２と、上記すくい面１と逃げ面２とが交差する刃先稜線部３とを有する。すなわち、すくい面１と逃げ面２とは、刃先稜線部３を挟んで繋がる面である。刃先稜線部３は、基材１０の切刃先端部を構成する。このような基材１０の形状は、上記切削工具の形状と把握することもできる。
上記切削工具が刃先交換型切削チップである場合、上記基材１０は、チップブレーカーを有する形状も、有さない形状も含まれる。刃先稜線部３の形状は、シャープエッジ（すくい面と逃げ面とが交差する稜）、ホーニング（シャープエッジに対してアールを付与した形状）、ネガランド（面取りをした形状）、ホーニングとネガランドを組み合わせた形状の中で、いずれの形状も含まれる。
以上、基材１０の形状及び各部の名称を、図１を用いて説明したが、本実施形態に係る切削工具５０において、上記基材１０に対応する形状及び各部の名称については、上記と同様の用語を用いることとする。すなわち、上記切削工具は、すくい面と、逃げ面と、上記すくい面及び上記逃げ面を繋ぐ刃先稜線部とを有する。
＜被膜＞
本実施形態に係る被膜４５は、上記基材１０上に設けられている被覆層４０を含む（図２参照）。「被膜」は、上記基材の少なくとも一部（例えば、切削加工時に被削材と接するすくい面等）を被覆することで、切削工具における耐チッピング、耐摩耗性、耐剥離性等の諸特性を向上させる作用を有するものである。上記被膜は、上記基材の一部に限らず上記基材の全面を被覆することが好ましい。しかしながら、上記基材の一部が上記被膜で被覆されていなかったり被膜の構成が部分的に異なっていたりしていたとしても本実施形態の範囲を逸脱するものではない。
本実施形態に係る被膜４５は、上記基材１０上に設けられている被覆層４０を含む（図２参照）。「被膜」は、上記基材の少なくとも一部（例えば、切削加工時に被削材と接するすくい面等）を被覆することで、切削工具における耐チッピング、耐摩耗性、耐剥離性等の諸特性を向上させる作用を有するものである。上記被膜は、上記基材の一部に限らず上記基材の全面を被覆することが好ましい。しかしながら、上記基材の一部が上記被膜で被覆されていなかったり被膜の構成が部分的に異なっていたりしていたとしても本実施形態の範囲を逸脱するものではない。
上記被膜の厚みは、７μｍ以上３０μｍ以下であることが好ましく、７μｍ以上２５μｍ以下であることがより好ましい。ここで、被膜の厚みとは、被膜を構成する層それぞれの厚みの総和を意味する。「被膜を構成する層」としては、例えば、後述する被覆層（炭窒化チタン層、中間層、アルミナ層）、下地層及び表面層等が挙げられる。上記被膜の厚みは、例えば、走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）を用いて、基材の表面の法線方向に平行な断面サンプルにおける任意の１０点を測定し、測定された１０点の厚みの平均値をとることで求めることが可能である。後述する被覆層（炭窒化チタン層、中間層、アルミナ層）、下地層及び表面層等のそれぞれの厚みを測定する場合も同様である。走査透過型電子顕微鏡としては、例えば、日本電子株式会社製のＪＥＭ−２１００Ｆ（商品名）が挙げられる。
（被覆層）
本実施形態における被覆層は、上記基材の上に設けられている。ここで「基材の上に設けられている」とは、基材の直上に設けられている態様（図２参照）に限られず、他の層を介して基材の上に設けられている態様（図３参照）も含まれる。すなわち、上記被覆層は、本開示の効果が奏する限りにおいて、上記基材の直上に設けられていてもよいし、後述する下地層等の他の層を介して上記基材の上に設けられていてもよい。上記被覆層は、その上に表面層等の他の層が設けられていてもよい。また、上記被覆層は、上記被膜の最表面であってもよい。
本実施形態における被覆層は、上記基材の上に設けられている。ここで「基材の上に設けられている」とは、基材の直上に設けられている態様（図２参照）に限られず、他の層を介して基材の上に設けられている態様（図３参照）も含まれる。すなわち、上記被覆層は、本開示の効果が奏する限りにおいて、上記基材の直上に設けられていてもよいし、後述する下地層等の他の層を介して上記基材の上に設けられていてもよい。上記被覆層は、その上に表面層等の他の層が設けられていてもよい。また、上記被覆層は、上記被膜の最表面であってもよい。
上記被覆層４０は、上記基材１０の上に設けられている炭窒化チタン層２０と、上記炭窒化チタン層２０の上に接して設けられている中間層２１と、上記中間層２１の上に接して設けられているアルミナ層２２とからなる（図２参照）。
上記被覆層の厚みは、７μｍ以上３０μｍ以下であることが好ましく、７μｍ以上２５μｍ以下であることがより好ましい。上記被覆層の厚みは、上述したのと同様の方法で、ＳＴＥＭを用いて基材と被膜の垂直断面を観察することにより確認することができる。以下、被覆層を構成する炭窒化チタン層、中間層及びアルミナ層について説明する。
（炭窒化チタン層）
本実施形態に係る炭窒化チタン層２０は、上記基材１０の上に設けられている。上記炭窒化チタン層は、炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）のみから構成されていてもよいし、炭窒化チタン及び不可避不純物から構成されていてもよい。上記不可避不純物としては、例えば、酸素、塩素等が挙げられる。炭窒化チタン層の厚みは、３μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましく、３μｍ以上１５μｍ以下であることがより好ましい。炭窒化チタン層の厚みは、上述したのと同様の方法で、ＳＴＥＭを用いて基材と被膜の垂直断面を観察することにより確認することができる。
本実施形態に係る炭窒化チタン層２０は、上記基材１０の上に設けられている。上記炭窒化チタン層は、炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）のみから構成されていてもよいし、炭窒化チタン及び不可避不純物から構成されていてもよい。上記不可避不純物としては、例えば、酸素、塩素等が挙げられる。炭窒化チタン層の厚みは、３μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましく、３μｍ以上１５μｍ以下であることがより好ましい。炭窒化チタン層の厚みは、上述したのと同様の方法で、ＳＴＥＭを用いて基材と被膜の垂直断面を観察することにより確認することができる。
（中間層）
本実施形態に係る中間層２１は、上記炭窒化チタン層２０の上に接して設けられている。上記中間層は、チタン、炭素、酸素及び窒素からなる化合物から構成されている。当該化合物としては、例えば、チタンの炭窒酸化物（ＴｉＣＮＯ）等が挙げられる。本実施形態の一側面において、中間層は、ＴｉＣＮＯからなることが好ましい。なお、上記中間層は、チタン、炭素、酸素及び窒素からなる化合物のみから構成されていてもよいし、当該化合物及び不可避不純物から構成されていてもよい。上記不可避不純物としては、例えば、塩素等が挙げられる。
本実施形態に係る中間層２１は、上記炭窒化チタン層２０の上に接して設けられている。上記中間層は、チタン、炭素、酸素及び窒素からなる化合物から構成されている。当該化合物としては、例えば、チタンの炭窒酸化物（ＴｉＣＮＯ）等が挙げられる。本実施形態の一側面において、中間層は、ＴｉＣＮＯからなることが好ましい。なお、上記中間層は、チタン、炭素、酸素及び窒素からなる化合物のみから構成されていてもよいし、当該化合物及び不可避不純物から構成されていてもよい。上記不可避不純物としては、例えば、塩素等が挙げられる。
上記中間層の厚みは、１μｍを超えていて、１μｍを超えて３μｍ以下であることが好ましく、１．１μｍ以上２μｍ以下であることがより好ましい。中間層の厚みは、上述したのと同様の方法で、ＳＴＥＭを用いて基材と被膜の垂直断面を観察することにより確認することができる。
（アルミナ層）
本実施形態におけるアルミナ層２２は、上記中間層２１の上に接して設けられている。上記アルミナ層は、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）のみから構成されていてもよいし、酸化アルミニウム及び不可避不純物から構成されていてもよい。上記不可避不純物としては、例えば、塩素、硫黄等が挙げられる。上記酸化アルミニウムは、α型の酸化アルミニウム（α−Ａｌ２Ｏ３）であることが好ましい。アルミナ層の厚みは、３μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましく、３μｍ以上１５μｍ以下であることがより好ましい。アルミナ層の厚みは、上述したのと同様の方法で、ＳＴＥＭを用いて基材と被膜の垂直断面を観察することにより確認することができる。
本実施形態におけるアルミナ層２２は、上記中間層２１の上に接して設けられている。上記アルミナ層は、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）のみから構成されていてもよいし、酸化アルミニウム及び不可避不純物から構成されていてもよい。上記不可避不純物としては、例えば、塩素、硫黄等が挙げられる。上記酸化アルミニウムは、α型の酸化アルミニウム（α−Ａｌ２Ｏ３）であることが好ましい。アルミナ層の厚みは、３μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましく、３μｍ以上１５μｍ以下であることがより好ましい。アルミナ層の厚みは、上述したのと同様の方法で、ＳＴＥＭを用いて基材と被膜の垂直断面を観察することにより確認することができる。
（中間層とアルミナ層との界面付近における炭素の原子割合）
本実施形態において、上記中間層と上記アルミナ層との界面における上記炭素の原子割合をＰＣ１原子％とし、上記界面から上記中間層の側に１μｍ離れた地点Ａの上記炭素の原子割合をＰＣ２原子％とした場合、ＰＣ２に対するＰＣ１の比ＰＣ１／ＰＣ２が１．０３以上であり、１．０３以上１．１以下であることが好ましく、１．０４以上１．０９以下であることがより好ましく、１．０５以上１．０８以下であることが更に好ましい。ここで、上記炭素の原子割合ＰＣ１及びＰＣ２は、チタン、炭素、酸素及び窒素の合計を基準としたときの原子割合である。
本実施形態において、上記中間層と上記アルミナ層との界面における上記炭素の原子割合をＰＣ１原子％とし、上記界面から上記中間層の側に１μｍ離れた地点Ａの上記炭素の原子割合をＰＣ２原子％とした場合、ＰＣ２に対するＰＣ１の比ＰＣ１／ＰＣ２が１．０３以上であり、１．０３以上１．１以下であることが好ましく、１．０４以上１．０９以下であることがより好ましく、１．０５以上１．０８以下であることが更に好ましい。ここで、上記炭素の原子割合ＰＣ１及びＰＣ２は、チタン、炭素、酸素及び窒素の合計を基準としたときの原子割合である。
上述のような構成を備える中間層は、アルミナ層との界面付近に炭素原子が偏在する。そのため、上記中間層は、アルミナ層との界面付近において靱性が向上する。その結果、耐チッピング性が向上すると本発明者らは考えている。
炭素の原子割合は、上述の基材の表面の法線方向に平行な断面サンプルに対して、オージェ電子分光法（ＡＥＳ法）によって線分析を行うことで求めることが可能である。具体的には、まず、クロスセクションポリッシャ加工（ＣＰ加工）等によって上記断面サンプルの切断面を研磨する。研磨した切断面に対して、電解放出型走査顕微鏡（ＦＥ−ＳＥＭ）を用いた分析によって図６に示すような被覆層における断面ＳＥＭ像を得る。このときの測定倍率は、５００００倍である。図６では被覆層を横向きにしており、中間層が暗い領域として観察され、アルミナ層が明るい領域として観察される。次に、上記断面ＳＥＭ像における視野で、上記中間層の積層方向に平行な方向で炭窒化チタン層側からアルミナ層側に向かって（図６の白い矢印の方向で且つ黒い線に沿って）、上記研磨した切断面に対してＡＥＳ法によって線分析を行う。このときの測定ピッチは、０．０１６μｍである。また、ＡＥＳ法のその他の測定条件は、以下の条件である。ＡＥＳ法の測定装置としては、例えば、アルバック・ファイ社製のＰＨＩ７００（商品名）が挙げられる。
（ＡＥＳ法の測定条件）
測定加速電圧：１０ｋＶ
測定電流 ：１０ｍＡ
試料傾斜角度：３０°
スパッタ電圧：１ｋＶ
（ＡＥＳ法の測定条件）
測定加速電圧：１０ｋＶ
測定電流 ：１０ｍＡ
試料傾斜角度：３０°
スパッタ電圧：１ｋＶ
図７は、上述の線分析を行って得られた結果を示すグラフの一例である。図７においてＸ軸（横軸）は、測定開始点からの距離を示す。図７においてＹ軸（縦軸）は、測定対象の各元素の原子割合（原子％）を示す。なお、上述の研磨した切断面では、中間層に由来する酸素（図７のＯＴｉ）と、アルミナ層に由来する酸素（図７のＯＡｌ）とが存在するが、得られた測定データに対して標準スペクトルを用いた波形分離処理を実行することで、両者を区別することが可能である。具体的には、まずアルミニウムの標準試料として、純度９９．９９％のアルミインゴット（例えば、ニコラ社製）を準備する。次にアルミナの標準試料として、純度９９．９９％のアルミナ粉末（例えば、石津製薬社製）と高純度カーボン粉末との混合粉末を準備する。このとき、上記アルミナ粉末と上記高純度カーボン粉末との混合比率は、質量比で１：１とする。準備された２種類の標準試料それぞれに対してＡＥＳ法によるスペクトル測定を実施して、それぞれの標準スペクトルを得る。その後、得られた２種類の標準スペクトルを用いて、上記測定データの横軸で示される各測定地点における測定スペクトルの波形分離処理を行い、中間層に由来する酸素とアルミナ層に由来する酸素それぞれの原子割合を算出する。次に、このグラフに基づいてＡｌの原子割合が１０原子％となる地点を「中間層とアルミナ層との界面」とする（図４、図７参照）。また、当該界面から上記中間層の側に１μｍ離れた地点を「地点Ａ」とする（図４、図７参照）。そして、上記グラフに基づいて中間層とアルミナ層との界面における上記炭素の原子割合（ＰＣ１）と、上記地点Ａにおける上記炭素の原子割合（ＰＣ２）とを求める。
上述のような測定を少なくとも３回行い、各測定で求められた上記炭素の原子割合の平均値をその被覆層における炭素の原子割合（ＰＣ１及びＰＣ２）とする。後述する窒素の原子割合（ＰＮ１及びＰＮ２）、並びに、酸素の原子割合（ＰＯ１及びＰＯ２）も同様の方法で求めることが可能である。ここで、「上記酸素の原子割合」とは、上記中間層に由来する酸素の原子割合を意味する。
上記ＰＣ１は、２５原子％以上６５原子％以下であることが好ましく、３５原子％以上６０原子％以下であることがより好ましく、４０原子％以上６０原子％以下であることが更に好ましい。
上記ＰＣ２は、２２原子％以上６３原子％以下であることが好ましく、３５原子％以上６０原子％以下であることがより好ましい。
本実施形態において、上記界面ＰＢと上記地点Ａを含む仮想平面ＰＡとで挟まれた領域における上記炭素の原子割合の多寡は、特に制限されない。
例えば、上記界面から上記中間層の側に０．５μｍ離れた地点Ｍ（図示せず）の上記炭素の原子割合をＰＣ３原子％とした場合、上記ＰＣ３は、ＰＣ１以上であってもよいし、ＰＣ２以下であってもよいし、ＰＣ２以上ＰＣ１以下であってもよい。本実施形態の一側面において、上記ＰＣ３は、ＰＣ２以上であり且つＰＣ１とＰＣ２との平均値以下であることが好ましい。本実施形態の他の一側面において、上記ＰＣ３は、２５原子％以上６５原子％以下であることが好ましく、３５原子％以上６０原子％以下であることがより好ましく、４０原子％以上６０原子％以下であることが更に好ましい。
例えば、上記界面から上記中間層の側に０．５μｍ離れた地点Ｍ（図示せず）の上記炭素の原子割合をＰＣ３原子％とした場合、上記ＰＣ３は、ＰＣ１以上であってもよいし、ＰＣ２以下であってもよいし、ＰＣ２以上ＰＣ１以下であってもよい。本実施形態の一側面において、上記ＰＣ３は、ＰＣ２以上であり且つＰＣ１とＰＣ２との平均値以下であることが好ましい。本実施形態の他の一側面において、上記ＰＣ３は、２５原子％以上６５原子％以下であることが好ましく、３５原子％以上６０原子％以下であることがより好ましく、４０原子％以上６０原子％以下であることが更に好ましい。
また、上記界面から上記中間層の側に０．５μｍ離れた地点Ｍ（図示せず）の上記炭素の原子割合をＰＣ３原子％とした場合、ＰＣ２に対するＰＣ３の比ＰＣ３／ＰＣ２は、０．９以上１．１以下であることが好ましく、０．９５以上１．０５以下であることがより好ましい。
（中間層とアルミナ層との界面付近における窒素の原子割合）
本実施形態において、上記界面における上記窒素の原子割合をＰＮ１原子％とし、上記地点Ａの上記窒素の原子割合をＰＮ２原子％とした場合、ＰＮ２に対するＰＮ１の比ＰＮ１／ＰＮ２が０．９以上１未満であることが好ましく、０．９２以上０．９８以下であることがより好ましい。ここで、上記窒素の原子割合ＰＮ１及びＰＮ２は、チタン、炭素、酸素及び窒素の合計を基準としたときの原子割合である。
本実施形態において、上記界面における上記窒素の原子割合をＰＮ１原子％とし、上記地点Ａの上記窒素の原子割合をＰＮ２原子％とした場合、ＰＮ２に対するＰＮ１の比ＰＮ１／ＰＮ２が０．９以上１未満であることが好ましく、０．９２以上０．９８以下であることがより好ましい。ここで、上記窒素の原子割合ＰＮ１及びＰＮ２は、チタン、炭素、酸素及び窒素の合計を基準としたときの原子割合である。
上述のような構成を備える中間層は、アルミナ層との界面付近において、上記中間層の厚み方向に対して垂直な方向（面内方向）に酸素原子が多い部分と少ない部分とに偏在する傾向があると考えられる。その結果、耐チッピング性に加えて、上記アルミナ層の耐剥離性が向上すると本発明者らは考えている。
上記ＰＮ１は、５原子％以上３５原子％以下であることが好ましく、１０原子％以上３０原子％以下であることがより好ましい。
上記ＰＮ２は、５原子％以上３５原子％以下であることが好ましく、１０原子％以上３０原子％以下であることがより好ましい。
（中間層とアルミナ層との界面付近における酸素の原子割合）
本実施形態において、上記界面における上記酸素の原子割合をＰＯ１原子％とし、上記地点Ａの上記酸素の原子割合をＰＯ２原子％とした場合、ＰＯ２に対するＰＯ１の比ＰＯ１／ＰＯ２が０．９以上１未満であることが好ましく、０．９２以上０．９８以下であることがより好ましい。ここで、上記酸素の原子割合ＰＯ１及びＰＯ２は、チタン、炭素、酸素及び窒素の合計を基準としたときの原子割合である。また、「上記酸素の原子割合」とは、上記中間層に由来する酸素の原子割合を意味する。
本実施形態において、上記界面における上記酸素の原子割合をＰＯ１原子％とし、上記地点Ａの上記酸素の原子割合をＰＯ２原子％とした場合、ＰＯ２に対するＰＯ１の比ＰＯ１／ＰＯ２が０．９以上１未満であることが好ましく、０．９２以上０．９８以下であることがより好ましい。ここで、上記酸素の原子割合ＰＯ１及びＰＯ２は、チタン、炭素、酸素及び窒素の合計を基準としたときの原子割合である。また、「上記酸素の原子割合」とは、上記中間層に由来する酸素の原子割合を意味する。
上述のような構成を備える中間層は、アルミナ層との界面付近において、上記中間層の厚み方向に対して垂直な方向（面内方向）に窒素原子が多い部分と少ない部分とに偏在する傾向があると考えられる。その結果、耐チッピング性に加えて、耐摩耗性が向上すると本発明者らは考えている。
上記ＰＯ１は、５原子％以上２５原子％以下であることが好ましく、１０原子％以上２０原子％以下であることがより好ましい。
上記ＰＯ２は、５原子％以上２５原子％以下であることが好ましく、１０原子％以上２０原子％以下であることがより好ましい。
（下地層）
上記切削工具は、上記基材１０と上記被覆層４０との間に下地層が更に設けられていることが好ましい（図３参照）。上記下地層２３は、ＴｉＮを含むことが好ましい。上記ＴｉＮは、立方晶であることが好ましい。
上記切削工具は、上記基材１０と上記被覆層４０との間に下地層が更に設けられていることが好ましい（図３参照）。上記下地層２３は、ＴｉＮを含むことが好ましい。上記ＴｉＮは、立方晶であることが好ましい。
上記下地層の厚みは、０．１μｍ以上３μｍ以下であることが好ましく、０．３μｍ以上１μｍ以下であることがより好ましい。このような厚みは、上述したのと同様に走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）等を用いて基材と被膜の垂直断面を観察することにより確認することができる。
（表面層）
上記切削工具は、上記被覆層の上に表面層が更に設けられていることが好ましい。（図３参照）。上記表面層２４は、チタン元素と、Ｃ、Ｎ及びＢからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素とからなる化合物を含むことが好ましい。
上記切削工具は、上記被覆層の上に表面層が更に設けられていることが好ましい。（図３参照）。上記表面層２４は、チタン元素と、Ｃ、Ｎ及びＢからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素とからなる化合物を含むことが好ましい。
上記表面に含まれる化合物としては、例えば、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ及びＴｉＢ２等が挙げられる。
上記表面層の厚みは、０．１μｍ以上３μｍ以下であることが好ましく、０．３μｍ以上１．５μｍ以下であることがより好ましい。このような厚みは、上述したのと同様に走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）等を用いて基材と被膜の垂直断面を観察することにより確認することができる。
（他の層）
本実施形態に係る切削工具が奏する効果を損なわない範囲において、上記被膜は、他の層を更に含んでいてもよい。上記他の層は、上記炭窒化チタン層、上記中間層、上記アルミナ層、上記下地層又は上記表面層とは組成が異なっていてもよいし、同じであってもよい。他の層に含まれる化合物としては、例えば、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＢＮ及びＡｌ２Ｏ３等を挙げることができる。なお、上記他の層は、その積層の順も特に限定されない。上記他の層の厚みは、本実施形態の効果を損なわない範囲において、特に制限はないが例えば、０．１μｍ以上２０μｍ以下が挙げられる。
本実施形態に係る切削工具が奏する効果を損なわない範囲において、上記被膜は、他の層を更に含んでいてもよい。上記他の層は、上記炭窒化チタン層、上記中間層、上記アルミナ層、上記下地層又は上記表面層とは組成が異なっていてもよいし、同じであってもよい。他の層に含まれる化合物としては、例えば、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＢＮ及びＡｌ２Ｏ３等を挙げることができる。なお、上記他の層は、その積層の順も特に限定されない。上記他の層の厚みは、本実施形態の効果を損なわない範囲において、特に制限はないが例えば、０．１μｍ以上２０μｍ以下が挙げられる。
≪切削工具の製造方法≫
本実施形態に係る切削工具の製造方法は、
上記基材を準備する第１工程（以下、単に「第１工程」という場合がある。）と、
化学気相蒸着法で、上記基材上に上記炭窒化チタン層を形成する第２工程（以下、単に「第２工程」という場合がある。）と、
チタンを構成元素として含むガス、窒素を構成元素として含むガス、一酸化炭素ガス及びメタンガスを含む原料ガスを用いて、化学気相蒸着法で、上記炭窒化チタン層の直上に上記中間層を形成する第３工程（以下、単に「第３工程」という場合がある。）と、
化学気相蒸着法で、上記中間層の直上に上記アルミナ層を形成する第４工程（以下、単に「第４工程」という場合がある。）と、
を含み、
上記第３工程において、上記窒素を構成元素として含むガスに対する上記メタンガスの分圧比ＰＣＨ４／ＰＮ２ｇを増加させながら、上記中間層を形成させる。
本実施形態に係る切削工具の製造方法は、
上記基材を準備する第１工程（以下、単に「第１工程」という場合がある。）と、
化学気相蒸着法で、上記基材上に上記炭窒化チタン層を形成する第２工程（以下、単に「第２工程」という場合がある。）と、
チタンを構成元素として含むガス、窒素を構成元素として含むガス、一酸化炭素ガス及びメタンガスを含む原料ガスを用いて、化学気相蒸着法で、上記炭窒化チタン層の直上に上記中間層を形成する第３工程（以下、単に「第３工程」という場合がある。）と、
化学気相蒸着法で、上記中間層の直上に上記アルミナ層を形成する第４工程（以下、単に「第４工程」という場合がある。）と、
を含み、
上記第３工程において、上記窒素を構成元素として含むガスに対する上記メタンガスの分圧比ＰＣＨ４／ＰＮ２ｇを増加させながら、上記中間層を形成させる。
＜第１工程：基材を準備する工程＞
第１工程では基材を準備する。例えば、基材として超硬合金基材が準備される。超硬合金基材は、市販品を用いてもよく、一般的な粉末冶金法で製造してもよい。一般的な粉末冶金法で製造する場合、例えば、ボールミル等によってＷＣ粉末とＣｏ粉末等とを混合して混合粉末を得る。該混合粉末を乾燥した後、所定の形状に成形して成形体を得る。さらに該成形体を焼結することにより、ＷＣ−Ｃｏ系超硬合金（焼結体）を得る。次いで該焼結体に対して、ホーニング処理等の所定の刃先加工を施すことにより、ＷＣ−Ｃｏ系超硬合金からなる基材を製造することができる。第１工程では、上記以外の基材であっても、この種の基材として従来公知の基材であればいずれも準備可能である。
第１工程では基材を準備する。例えば、基材として超硬合金基材が準備される。超硬合金基材は、市販品を用いてもよく、一般的な粉末冶金法で製造してもよい。一般的な粉末冶金法で製造する場合、例えば、ボールミル等によってＷＣ粉末とＣｏ粉末等とを混合して混合粉末を得る。該混合粉末を乾燥した後、所定の形状に成形して成形体を得る。さらに該成形体を焼結することにより、ＷＣ−Ｃｏ系超硬合金（焼結体）を得る。次いで該焼結体に対して、ホーニング処理等の所定の刃先加工を施すことにより、ＷＣ−Ｃｏ系超硬合金からなる基材を製造することができる。第１工程では、上記以外の基材であっても、この種の基材として従来公知の基材であればいずれも準備可能である。
＜第２工程：基材上に炭窒化チタン層を形成する工程＞
第２工程では、化学気相蒸着法（ＣＶＤ法）で、上記基材上に炭窒化チタン層を形成する。
第２工程では、化学気相蒸着法（ＣＶＤ法）で、上記基材上に炭窒化チタン層を形成する。
図５は、被膜の製造に用いられる化学気相蒸着装置（ＣＶＤ装置）の一例を示す模式断面図である。以下図５を用いて第２工程について説明する。ＣＶＤ装置３０は、基材１０を保持するための基材セット治具３１の複数と、基材セット治具３１を覆う耐熱合金鋼製の反応容器３２とを備えている。また、反応容器３２の周囲には、反応容器３２内の温度を制御するための調温装置３３が設けられている。反応容器３２にはガス導入口３４を有するガス導入管３５が設けられている。ガス導入管３５は、基材セット治具３１が配置される反応容器３２の内部空間において、鉛直方向に延在し当該鉛直方向を軸に回転可能に配置されている。また、上記ガス導入管３５は、ガスを反応容器３２内に噴出するための複数の噴出孔３６が設けられている。このＣＶＤ装置３０を用いて、次のようにして上記被覆層を構成する炭窒化チタン層等を形成することができる。
まず、基材１０を基材セット治具３１に配置し、反応容器３２内の温度および圧力を所定の範囲に制御しながら、上記炭窒化チタン層用の原料ガスをガス導入管３５から反応容器３２内に導入させる。これにより、基材１０上に炭窒化チタン層２０が形成される。ここで、上記炭窒化チタン層２０を形成する前に（すなわち、第２工程の前に）、下地層用の原料ガスをガス導入管３５から反応容器３２内に導入させることにより、基材１０の表面に下地層（例えば、ＴｉＮを含む層。）を形成することが好ましい。以下、基材１０の表面に下地層を形成した後に、上記炭窒化チタン層２０を形成する方法について説明する。
上記下地層用の原料ガスとしては、特に制限はないが例えば、ＴｉＣｌ４及びＮ２の混合ガスが挙げられる。
上記下地層を形成する際の反応容器３２内の温度は、１０００〜１１００℃に制御されることが好ましい。上記下地層を形成する際の反応容器３２内の圧力は０．１〜１０１３ｈＰａに制御されることが好ましい。なお、キャリアガスとしては、Ｈ２を用いることが好ましい。また、ガス導入時、不図示の駆動部によりガス導入管３５を回転させることが好ましい。これにより、反応容器３２内において各ガスを均一に分散させることができる。
さらに、上記下地層を、ＭＴ（Ｍｅｄｉｕｍ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）−ＣＶＤ法で形成してもよい。ＭＴ−ＣＶＤ法は、１０００〜１１００℃の温度で実施されるＣＶＤ法（以下、「ＨＴ−ＣＶＤ法」ともいう。）とは異なり、反応容器３２内の温度を８５０〜９５０℃といった比較的低い温度に維持して層を形成する方法である。ＭＴ−ＣＶＤ法は、ＨＴ−ＣＶＤ法と比して比較的低温で実施されるため、加熱による基材１０へのダメージを低減することができる。特に、上記下地層がＴｉＮ層である場合、ＭＴ−ＣＶＤ法で形成することが好ましい。
次に、上記下地層上に上記炭窒化チタン層を形成する。原料ガスとしては、例えば、ＴｉＣｌ４、ＣＨ３ＣＮ及びＮ２の混合ガスを用いる。
原料ガス中におけるＴｉＣｌ４の含有割合は、０．８〜３．０体積％であることが好ましく、１．０〜２．７体積％であることがより好ましく、１．５〜２．５体積％であることが更に好ましい。ＴｉＣｌ４の好ましい流量は、１．０〜２．５Ｌ／ｍｉｎである。
原料ガス中におけるＣＨ３ＣＮの含有割合は、０．２〜１．５体積％であることが好ましく、０．３〜１．２体積％であることがより好ましく、０．５〜１．０体積％であることが更に好ましい。ＣＨ３ＣＮの好ましい流量は、０．５〜２．０Ｌ／ｍｉｎである。
原料ガス中におけるＮ２の含有割合は、１０〜３０体積％であることが好ましく、１５〜２８体積％であることがより好ましく、１７〜２５体積％であることが更に好ましい。Ｎ２の好ましい流量は、１０〜２５Ｌ／ｍｉｎである。
反応容器３２内の温度は９５０〜１０００℃に制御されることが好ましい。反応容器３２内の圧力は５０〜１００ｈＰａに制御されることが好ましい。また、キャリアガスとしてはＨ２を用いることができる。なお、ガス導入時、ガス導入管３５を回転させることが好ましいことは、上記と同様である。
上記製造方法に関し、ＣＶＤ法の各条件を制御することによって、各層の態様が変化する。たとえば、反応容器３２内に導入する原料ガスの組成によって、各層の組成が決定される。実施時間（成膜時間）により、各層の厚みが制御される。
＜第３工程：炭窒化チタン層の直上に中間層を形成する工程＞
第３工程では、チタンを構成元素として含むガス、窒素を構成元素として含むガス、一酸化炭素ガス及びメタンガスを含む原料ガスを用いて、化学気相蒸着法で、上記炭窒化チタン層の直上に上記中間層を形成する。
第３工程では、チタンを構成元素として含むガス、窒素を構成元素として含むガス、一酸化炭素ガス及びメタンガスを含む原料ガスを用いて、化学気相蒸着法で、上記炭窒化チタン層の直上に上記中間層を形成する。
原料ガスとしては、例えば、ＴｉＣｌ４（チタンを構成元素として含むガス）、ＣＨ４、ＣＯ、及びＮ２（窒素を構成元素として含むガス）の混合ガスを用いる。
原料ガス中におけるＴｉＣｌ４の含有割合は、０．５〜２．５体積％であることが好ましく、０．７〜２．０体積％であることがより好ましく、０．８〜１．５体積％であることが更に好ましい。ＴｉＣｌ４の好ましい流量は、０．５〜１．０Ｌ／ｍｉｎである。
原料ガス中におけるＣＨ４の含有割合は、２．０〜７．０体積％であることが好ましく、２．０〜６．０体積％であることがより好ましく、２．５〜４．５体積％であることが更に好ましい。ＣＨ４の好ましい流量は、１．３〜３．０Ｌ／ｍｉｎである。
原料ガス中におけるＣＯの含有割合は、０．５〜３．０体積％であることが好ましく、０．７〜２．５体積％であることがより好ましく、１．０〜２．０体積％であることが更に好ましい。ＣＯの好ましい流量は、０．６〜１．５Ｌ／ｍｉｎである。
原料ガス中におけるＮ２の含有割合は、５〜３０体積％であることが好ましく、７〜２５体積％であることがより好ましく、８〜２０体積％であることが更に好ましい。Ｎ２の好ましい流量は、４〜１５Ｌ／ｍｉｎである。
ここで、第３工程において、窒素を構成元素として含むガス（例えば、Ｎ２）に対するメタンガスの（ＣＨ４）分圧比ＰＣＨ４／ＰＮ２ｇを増加させながら、上記中間層を形成させることが好ましい。
従来は、製造コストの抑制等の観点から、成膜時に原料ガスの分圧を積極的に変化させるという発想がなかった。また、当該分圧を変化させなくても所望の品質を備える被膜を形成することが可能であった。
しかしながら、近年の切削加工においては、高速化及び高能率化が進行し、切削工具にかかる負荷が増大し、切削工具の寿命が短期化する傾向があった。このような事情に鑑みて本発明者らは鋭意検討した結果、上記分圧比ＰＣＨ４／ＰＮ２ｇを増加させながら、上記中間層を形成させることによって、上述の比ＰＣ１／ＰＣ２を所定の範囲に設定することができることを見出した。
しかしながら、近年の切削加工においては、高速化及び高能率化が進行し、切削工具にかかる負荷が増大し、切削工具の寿命が短期化する傾向があった。このような事情に鑑みて本発明者らは鋭意検討した結果、上記分圧比ＰＣＨ４／ＰＮ２ｇを増加させながら、上記中間層を形成させることによって、上述の比ＰＣ１／ＰＣ２を所定の範囲に設定することができることを見出した。
第３工程の開始時における分圧比ＰＣＨ４／ＰＮ２ｇは、０．１〜０．６であることが好ましく、０．２〜０．５であることがより好ましい。
第３工程の終了時における分圧比ＰＣＨ４／ＰＮ２ｇは、０．１１〜０．６５であることが好ましく、０．２〜０．５であることがより好ましい。なお、終了時における分圧比ＰＣＨ４／ＰＮ２ｇは、開始時における分圧比ＰＣＨ４／ＰＮ２ｇより大きいことは言うまでもない。
反応容器３２内の温度は９２０〜９８０℃に制御されることが好ましい。反応容器３２内の圧力は５０〜２５０ｈＰａに制御されることが好ましい。また、キャリアガスとしてはＨ２を用いることができる。なお、ガス導入時、ガス導入管３５を回転させることが好ましいことは、上記と同様である。
＜第４工程：中間層の直上にアルミナ層を形成する工程＞
第４工程では、化学気相蒸着法で、上記中間層の直上にアルミナ層を形成する。
第４工程では、化学気相蒸着法で、上記中間層の直上にアルミナ層を形成する。
原料ガスとしては、例えば、ＡｌＣｌ３、ＣＯ２、Ｈ２Ｓ及びＨＣｌの混合ガスを用いる。
原料ガス中におけるＡｌＣｌ３の含有割合は、０．５〜６．０体積％であることが好ましく、１．０〜５．０体積％であることがより好ましく、２．０〜４．０体積％であることが更に好ましい。ＡｌＣｌ３の好ましい流量は、０．７５〜３．５Ｌ／ｍｉｎである。
原料ガス中におけるＣＯ２の含有割合は、０．３〜３体積％であることが好ましく、０．４〜２．５体積％であることがより好ましく、０．５〜２．０体積％であることが更に好ましい。ＣＯ２の好ましい流量は、０．２５〜２．０Ｌ／ｍｉｎである。
原料ガス中におけるＨ２Ｓの含有割合は、０．０２〜２．０体積％であることが好ましく、０．０４〜１．８体積％であることがより好ましく、０．０５〜１．５体積％であることが更に好ましい。Ｈ２Ｓの好ましい流量は、０．５〜５．０Ｌ／ｍｉｎである。
原料ガス中におけるＨＣｌの含有割合は、０．５〜６．０体積％であることが好ましく、０．７〜５．５体積％であることがより好ましく、１．０〜５．０体積％であることが更に好ましい。ＨＣｌの好ましい流量は、０．５〜５．０Ｌ／ｍｉｎであり、より好ましい流量は１．０〜５．０Ｌ／ｍｉｎである。
反応容器３２内の温度は９５０〜１０００℃に制御されることが好ましい。反応容器３２内の圧力は５０〜２００ｈＰａに制御されることが好ましい。また、キャリアガスとしてはＨ２を用いることができる。なお、ガス導入時、ガス導入管３５を回転させることが好ましいことは、上記と同様である。
＜その他の工程＞
本実施形態に係る製造方法では、上述した工程の他にも、本実施形態の効果を損なわない範囲で追加工程を適宜行ってもよい。上記追加工程としては例えば、上記アルミナ層上に表面層を形成する工程、及び被膜にブラスト処理を行う工程等が挙げられる。表面層を形成する方法としては、特に制限はなく、例えば、ＣＶＤ法等によって形成する方法が挙げられる。
本実施形態に係る製造方法では、上述した工程の他にも、本実施形態の効果を損なわない範囲で追加工程を適宜行ってもよい。上記追加工程としては例えば、上記アルミナ層上に表面層を形成する工程、及び被膜にブラスト処理を行う工程等が挙げられる。表面層を形成する方法としては、特に制限はなく、例えば、ＣＶＤ法等によって形成する方法が挙げられる。
以上の説明は、以下に付記する特徴を含む。
（付記１）
基材と、前記基材の上に設けられている被覆層とを含む切削工具であって、
前記被覆層は、前記基材の上に設けられている炭窒化チタン層と、前記炭窒化チタン層の上に接して設けられている中間層と、前記中間層の上に接して設けられているアルミナ層とからなり、
前記中間層は、チタン、炭素、酸素及び窒素からなる化合物から構成されていて、
前記中間層の厚みは、１μｍを超えていて、
前記中間層と前記アルミナ層との界面における前記炭素の原子割合をＰＣ１原子％とし、前記界面から前記中間層の側に１μｍ離れた地点Ａの前記炭素の原子割合をＰＣ２原子％とした場合、ＰＣ２に対するＰＣ１の比ＰＣ１／ＰＣ２が１．０３以上である、切削工具。
（付記２）
前記界面における前記窒素の原子割合をＰＮ１原子％とした場合、前記窒素の原子割合ＰＮ１は、５原子％以上３５原子％以下である、付記１に記載の切削工具。
（付記３）
前記界面における前記酸素の原子割合をＰＯ１原子％とした場合、前記酸素の原子割合ＰＯ１は、５原子％以上２５原子％以下である、付記１又は付記２に記載の切削工具。
（付記４）
前記アルミナ層の厚みは、３μｍ以上２０μｍ以下である、付記１から付記３のいずれかに記載の切削工具。
（付記５）
前記炭窒化チタン層の厚みは、３μｍ以上２０μｍ以下である、付記１から付記４のいずれかに記載の切削工具。
（付記１）
基材と、前記基材の上に設けられている被覆層とを含む切削工具であって、
前記被覆層は、前記基材の上に設けられている炭窒化チタン層と、前記炭窒化チタン層の上に接して設けられている中間層と、前記中間層の上に接して設けられているアルミナ層とからなり、
前記中間層は、チタン、炭素、酸素及び窒素からなる化合物から構成されていて、
前記中間層の厚みは、１μｍを超えていて、
前記中間層と前記アルミナ層との界面における前記炭素の原子割合をＰＣ１原子％とし、前記界面から前記中間層の側に１μｍ離れた地点Ａの前記炭素の原子割合をＰＣ２原子％とした場合、ＰＣ２に対するＰＣ１の比ＰＣ１／ＰＣ２が１．０３以上である、切削工具。
（付記２）
前記界面における前記窒素の原子割合をＰＮ１原子％とした場合、前記窒素の原子割合ＰＮ１は、５原子％以上３５原子％以下である、付記１に記載の切削工具。
（付記３）
前記界面における前記酸素の原子割合をＰＯ１原子％とした場合、前記酸素の原子割合ＰＯ１は、５原子％以上２５原子％以下である、付記１又は付記２に記載の切削工具。
（付記４）
前記アルミナ層の厚みは、３μｍ以上２０μｍ以下である、付記１から付記３のいずれかに記載の切削工具。
（付記５）
前記炭窒化チタン層の厚みは、３μｍ以上２０μｍ以下である、付記１から付記４のいずれかに記載の切削工具。
以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
≪切削工具の作製≫
＜第１工程：基材を準備する工程＞
基材として、ＴａＣ（２．０質量％）、ＮｂＣ（１．０質量％）、Ｃｏ（１０．０質量％）及びＷＣ（残部）からなる組成（ただし不可避不純物を含む。）の超硬合金製切削チップ（形状：ＣＮＭＧ１２０４０８Ｎ−ＵＸ、住友電工ハードメタル株式会社製、ＪＩＳ Ｂ４１２０（２０１３））を準備した。
＜第１工程：基材を準備する工程＞
基材として、ＴａＣ（２．０質量％）、ＮｂＣ（１．０質量％）、Ｃｏ（１０．０質量％）及びＷＣ（残部）からなる組成（ただし不可避不純物を含む。）の超硬合金製切削チップ（形状：ＣＮＭＧ１２０４０８Ｎ−ＵＸ、住友電工ハードメタル株式会社製、ＪＩＳ Ｂ４１２０（２０１３））を準備した。
＜下地層を形成する工程＞
後述の第２工程の前に、準備した基材に対し、ＣＶＤ装置を用いて、下地層を形成させた。下地層の形成条件を以下に示す。なお、各ガス組成に続く括弧内の値は、各ガスの流量（Ｌ／ｍｉｎ）を示す。また、下地層の厚み及び下地層の組成を表１に示す。
後述の第２工程の前に、準備した基材に対し、ＣＶＤ装置を用いて、下地層を形成させた。下地層の形成条件を以下に示す。なお、各ガス組成に続く括弧内の値は、各ガスの流量（Ｌ／ｍｉｎ）を示す。また、下地層の厚み及び下地層の組成を表１に示す。
（下地層：ＴｉＮ）
原料ガス：ＴｉＣｌ４（１５Ｌ／ｍｉｎ）、Ｎ２（２０Ｌ／ｍｉｎ）、Ｈ２（８０Ｌ／ｍｉｎ）
圧力 ：９５ｈＰａ
温度 ：８６０℃
成膜時間：表１に示される厚みとなるように適宜調製した
原料ガス：ＴｉＣｌ４（１５Ｌ／ｍｉｎ）、Ｎ２（２０Ｌ／ｍｉｎ）、Ｈ２（８０Ｌ／ｍｉｎ）
圧力 ：９５ｈＰａ
温度 ：８６０℃
成膜時間：表１に示される厚みとなるように適宜調製した
＜第２工程：基材上に炭窒化チタン層を形成する工程＞
下地層が形成された基材に対し、ＣＶＤ装置を用いて、炭窒化チタン層を形成させて、後工程の第３工程に移った。炭窒化チタン層の形成条件を以下に示す。また、炭窒化チタン層の厚み及び炭窒化チタン層の組成を表１に示す。
下地層が形成された基材に対し、ＣＶＤ装置を用いて、炭窒化チタン層を形成させて、後工程の第３工程に移った。炭窒化チタン層の形成条件を以下に示す。また、炭窒化チタン層の厚み及び炭窒化チタン層の組成を表１に示す。
（炭窒化チタン層：ＴｉＣＮ）
原料ガス：ＴｉＣｌ４（２．０Ｌ／ｍｉｎ）、ＣＨ３ＣＮ（０．８Ｌ／ｍｉｎ）、Ｎ２（２０Ｌ／ｍｉｎ）、Ｈ２（６５Ｌ／ｍｉｎ）
圧力 ：７５ｈＰａ
温度 ：９７５℃
成膜時間：表１に示される厚みとなるように適宜調製した
原料ガス：ＴｉＣｌ４（２．０Ｌ／ｍｉｎ）、ＣＨ３ＣＮ（０．８Ｌ／ｍｉｎ）、Ｎ２（２０Ｌ／ｍｉｎ）、Ｈ２（６５Ｌ／ｍｉｎ）
圧力 ：７５ｈＰａ
温度 ：９７５℃
成膜時間：表１に示される厚みとなるように適宜調製した
＜第３工程：炭窒化チタン層の直上に中間層を形成する工程＞
次に、上記炭窒化チタン層が形成された基材に対し、ＣＶＤ装置を用いて、中間層を形成した。中間層の形成条件を以下に示す。また、中間層の厚み及び中間層の組成を表１に示す。ここで、上記第３工程における上記窒素ガスに対する上記メタンガスの分圧比ＰＣＨ４／ＰＮ２ｇを表２に示す。
次に、上記炭窒化チタン層が形成された基材に対し、ＣＶＤ装置を用いて、中間層を形成した。中間層の形成条件を以下に示す。また、中間層の厚み及び中間層の組成を表１に示す。ここで、上記第３工程における上記窒素ガスに対する上記メタンガスの分圧比ＰＣＨ４／ＰＮ２ｇを表２に示す。
（中間層：ＴｉＣＮＯ）
原料ガス：ＴｉＣｌ４（０．８Ｌ／ｍｉｎ）、ＣＨ４（１．３〜３．０Ｌ／ｍｉｎ）、ＣＯ（１．０Ｌ／ｍｉｎ）、Ｎ２（６〜１２Ｌ／ｍｉｎ）、Ｈ２（３５Ｌ／ｍｉｎ）
圧力 ：１７５ｈＰａ
温度 ：９６０℃
成膜時間：表１に示される厚みとなるように適宜調製した
原料ガス：ＴｉＣｌ４（０．８Ｌ／ｍｉｎ）、ＣＨ４（１．３〜３．０Ｌ／ｍｉｎ）、ＣＯ（１．０Ｌ／ｍｉｎ）、Ｎ２（６〜１２Ｌ／ｍｉｎ）、Ｈ２（３５Ｌ／ｍｉｎ）
圧力 ：１７５ｈＰａ
温度 ：９６０℃
成膜時間：表１に示される厚みとなるように適宜調製した
＜第４工程：中間層の直上にアルミナ層を形成する工程＞
次に、上記中間層が形成された基材に対し、ＣＶＤ装置を用いて、アルミナ層を形成した。アルミナ層の形成条件を以下に示す。また、アルミナ層の厚み及びアルミナ層の組成を表１に示す。
次に、上記中間層が形成された基材に対し、ＣＶＤ装置を用いて、アルミナ層を形成した。アルミナ層の形成条件を以下に示す。また、アルミナ層の厚み及びアルミナ層の組成を表１に示す。
（アルミナ層：α−Ａｌ２Ｏ３）
原料ガス：ＡｌＣｌ３（２．１Ｌ／ｍｉｎ）、ＣＯ２（０．５Ｌ／ｍｉｎ）、Ｈ２Ｓ（０．５Ｌ／ｍｉｎ）、ＨＣｌ（２．１Ｌ／ｍｉｎ）Ｈ２（５０Ｌ／ｍｉｎ）
圧力 ：１５０ｈＰａ
温度 ：９８０℃
成膜時間：表１に示される厚みとなるように適宜調製した
原料ガス：ＡｌＣｌ３（２．１Ｌ／ｍｉｎ）、ＣＯ２（０．５Ｌ／ｍｉｎ）、Ｈ２Ｓ（０．５Ｌ／ｍｉｎ）、ＨＣｌ（２．１Ｌ／ｍｉｎ）Ｈ２（５０Ｌ／ｍｉｎ）
圧力 ：１５０ｈＰａ
温度 ：９８０℃
成膜時間：表１に示される厚みとなるように適宜調製した
＜表面層を形成する工程＞
最後に、上記アルミナ層が形成された基材（ただし、試料４、１２及び１０３を除く。）に対し、ＣＶＤ装置を用いて、表面層を形成させた。表面層の形成条件を以下に示す。また、表面層の厚み及び組成を表１に示す。なお、表１において「−」で示されている箇所は、該当する層が設けられていないことを意味する。
最後に、上記アルミナ層が形成された基材（ただし、試料４、１２及び１０３を除く。）に対し、ＣＶＤ装置を用いて、表面層を形成させた。表面層の形成条件を以下に示す。また、表面層の厚み及び組成を表１に示す。なお、表１において「−」で示されている箇所は、該当する層が設けられていないことを意味する。
（表面層：ＴｉＮ、ＴｉＣ又はＴｉＣＮ）
（ＴｉＮの場合）
原料ガス：ＴｉＣｌ４（４Ｌ／ｍｉｎ）、Ｎ２（２０Ｌ／ｍｉｎ）、Ｈ２（７０Ｌ／ｍｉｎ）
圧力 ：１４０ｈＰａ
温度 ：９９０℃
成膜時間：表１に示される厚みとなるように適宜調製した
（ＴｉＮの場合）
原料ガス：ＴｉＣｌ４（４Ｌ／ｍｉｎ）、Ｎ２（２０Ｌ／ｍｉｎ）、Ｈ２（７０Ｌ／ｍｉｎ）
圧力 ：１４０ｈＰａ
温度 ：９９０℃
成膜時間：表１に示される厚みとなるように適宜調製した
（ＴｉＣの場合）
原料ガス：ＴｉＣｌ４（２Ｌ／ｍｉｎ）、ＣＨ４（３Ｌ／ｍｉｎ）、Ｈ２（７５Ｌ／ｍｉｎ）
圧力 ：３００ｈＰａ
温度 ：９８０℃
成膜時間：表１に示される厚みとなるように適宜調製した
原料ガス：ＴｉＣｌ４（２Ｌ／ｍｉｎ）、ＣＨ４（３Ｌ／ｍｉｎ）、Ｈ２（７５Ｌ／ｍｉｎ）
圧力 ：３００ｈＰａ
温度 ：９８０℃
成膜時間：表１に示される厚みとなるように適宜調製した
（ＴｉＣＮの場合）
原料ガス：ＴｉＣｌ４（４．５Ｌ／ｍｉｎ）、ＣＨ３ＣＮ（２．５Ｌ／ｍｉｎ）、Ｎ２（３５Ｌ／ｍｉｎ）、Ｈ２（６５Ｌ／ｍｉｎ）
圧力 ：７５ｈＰａ
温度 ：９７５℃
成膜時間：表１に示される厚みとなるように適宜調製した
原料ガス：ＴｉＣｌ４（４．５Ｌ／ｍｉｎ）、ＣＨ３ＣＮ（２．５Ｌ／ｍｉｎ）、Ｎ２（３５Ｌ／ｍｉｎ）、Ｈ２（６５Ｌ／ｍｉｎ）
圧力 ：７５ｈＰａ
温度 ：９７５℃
成膜時間：表１に示される厚みとなるように適宜調製した
以上の手順によって、試料１〜１５及び試料１０１〜１０４の切削工具を作製した。
≪切削工具の特性評価≫
上述のようにして作製した試料の切削工具を用いて、以下のように、切削工具の各特性を評価した。ここで、試料１〜１５は実施例に相当し、試料１０１〜１０４は比較例に相当する。
上述のようにして作製した試料の切削工具を用いて、以下のように、切削工具の各特性を評価した。ここで、試料１〜１５は実施例に相当し、試料１０１〜１０４は比較例に相当する。
＜被膜を構成する各層の厚みの測定＞
被膜を構成する各層の厚みは、走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）（日本電子株式会社製、商品名：ＪＥＭ−２１００Ｆ）を用いて、基材の表面の法線方向に平行な断面サンプルにおける任意の１０点を測定し、測定された１０点の厚みの平均値をとることで求めた。結果を表１に示す。
被膜を構成する各層の厚みは、走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）（日本電子株式会社製、商品名：ＪＥＭ−２１００Ｆ）を用いて、基材の表面の法線方向に平行な断面サンプルにおける任意の１０点を測定し、測定された１０点の厚みの平均値をとることで求めた。結果を表１に示す。
＜中間層とアルミナ層との界面付近における各元素の原子割合（ＡＥＳ測定）＞
中間層とアルミナ層との界面付近における各元素（酸素、窒素、炭素、アルミニウム等）の原子割合は、上述の基材の表面の法線方向に平行な断面サンプルに対して、オージェ電子分光法（ＡＥＳ法）によって線分析を行うことで求めた。具体的には、まず、クロスセクションポリッシャ加工によって上記断面サンプルの切断面を研磨した。研磨した切断面に対して、電解放出型走査顕微鏡（ＦＥ−ＳＥＭ）を用いた分析によって被覆層における断面ＳＥＭ像を得た（例えば、図６）。このときの測定倍率は、５００００倍であった。図６では、中間層が暗い領域として観察され、アルミナ層が明るい領域として観察される。次に、上記断面ＳＥＭ像における視野で、上記中間層の積層方向に平行な方向で炭窒化チタン層側からアルミナ層側に向かって（例えば、図６の白い矢印の方向で且つ黒い線に沿って）、上記研磨した切断面に対してＡＥＳ法によって線分析を行った。このときの測定ピッチは、０．０１６μｍであった。ＡＥＳ法のその他の測定条件は、以下の条件であった。
（ＡＥＳ法の測定条件）
測定装置 ：アルバック・ファイ社製、商品名：ＰＨＩ７００
測定加速電圧：１０ｋＶ
測定電流 ：１０ｍＡ
試料傾斜角度：３０°
スパッタ電圧：１ｋＶ
中間層とアルミナ層との界面付近における各元素（酸素、窒素、炭素、アルミニウム等）の原子割合は、上述の基材の表面の法線方向に平行な断面サンプルに対して、オージェ電子分光法（ＡＥＳ法）によって線分析を行うことで求めた。具体的には、まず、クロスセクションポリッシャ加工によって上記断面サンプルの切断面を研磨した。研磨した切断面に対して、電解放出型走査顕微鏡（ＦＥ−ＳＥＭ）を用いた分析によって被覆層における断面ＳＥＭ像を得た（例えば、図６）。このときの測定倍率は、５００００倍であった。図６では、中間層が暗い領域として観察され、アルミナ層が明るい領域として観察される。次に、上記断面ＳＥＭ像における視野で、上記中間層の積層方向に平行な方向で炭窒化チタン層側からアルミナ層側に向かって（例えば、図６の白い矢印の方向で且つ黒い線に沿って）、上記研磨した切断面に対してＡＥＳ法によって線分析を行った。このときの測定ピッチは、０．０１６μｍであった。ＡＥＳ法のその他の測定条件は、以下の条件であった。
（ＡＥＳ法の測定条件）
測定装置 ：アルバック・ファイ社製、商品名：ＰＨＩ７００
測定加速電圧：１０ｋＶ
測定電流 ：１０ｍＡ
試料傾斜角度：３０°
スパッタ電圧：１ｋＶ
上述の線分析によって得られたデータからグラフを作成した（例えば、図７）。このグラフにおいて、Ｘ軸（横軸）は測定開始点からの距離を示し、Ｙ軸（縦軸）は、測定対象の各元素の原子割合（原子％）を示す。ここで、上述の研磨した切断面では、中間層に由来する酸素（ＯＴｉ）と、アルミナ層に由来する酸素（ＯＡｌ）とが存在するが、得られた測定データに対して標準スペクトルを用いた波形分離処理を実行することで、両者を区別した。具体的には、まずアルミニウムの標準試料として、純度９９．９９％のアルミインゴット（ニコラ社製）を準備した。次にアルミナの標準試料として、純度９９．９９％のアルミナ粉末（石津製薬社製）と高純度カーボン粉末（高純度化学研究所製）との混合粉末を準備した。このとき、上記アルミナ粉末と上記高純度カーボン粉末との混合比率は、質量比で１：１とした。準備された２種類の標準試料それぞれに対してＡＥＳ法によるスペクトル測定を実施して、それぞれの標準スペクトルを得た。その後、得られた２種類の標準スペクトルを用いて、上記測定データの横軸で示される各測定地点における測定スペクトルの波形分離処理を行い、中間層に由来する酸素とアルミナ層に由来する酸素それぞれの原子割合を算出した。次に、このグラフに基づいてＡｌの原子割合が１０原子％となる地点を「中間層とアルミナ層との界面」とした（例えば、図７参照）。また、当該界面から上記中間層の側に１μｍ離れた地点を「地点Ａ」とした（例えば、図７参照）。また、当該界面から上記中間層の側に０．５μｍ離れた地点を「地点Ｍ」とした（図示せず）。そして、上記グラフに基づいて中間層とアルミナ層との界面における酸素、窒素及び炭素それぞれの原子割合（ＰＯ１、ＰＮ１、及びＰＣ１）、上記地点Ａにおける酸素、窒素及び炭素それぞれの原子割合（ＰＯ２、ＰＮ２、及びＰＣ２）、並びに、上記地点Ｍにおける上記炭素の原子割合（ＰＣ３）とを求めた。このような測定を３回行い、各測定で求められた各元素の原子割合の平均値をその被覆層における当該元素の原子割合とした。また、上記結果に基づいて、各原子割合の比（ＰＯ１／ＰＯ２、ＰＮ１／ＰＮ２、ＰＣ１／ＰＣ２及びＰＣ３／ＰＣ２）を求めた。結果を表３に示す。
≪切削試験≫
（切削評価（１）：断続加工試験、耐チッピング性の評価）
上述のようにして作製した試料（試料１〜１５及び試料１０１〜１０４）の切削工具を用いて、以下の切削条件により、刃先におけるチッピングが発生するまでの、切削工具と被削材との接触回数を測定した。その結果を表４に示す。接触回数が多い程耐チッピング性に優れる切削工具として評価することができる。切削工具と被削材との接触回数は、以下の手順で測定した。切削加工を開始してから３０秒毎に切削加工を止め、切削工具の刃先稜線部を実体顕微鏡（倍率１００倍）で観察した。同様の作業を刃先稜線部におけるチッピングが確認されるまで繰り返した。チッピングが発生した時点までの、切削加工に要した累積の時間から上記被削材の断続部への接触回数を算出した。
断続加工の試験条件
被削材 ：ＳＣＭ４１５断続材
切削速度：２２０ｍ／ｍｉｎ
送り速度：０．３ｍｍ／ｒｅｖ
切込み ：２ｍｍ
切削油 ：湿式
（切削評価（１）：断続加工試験、耐チッピング性の評価）
上述のようにして作製した試料（試料１〜１５及び試料１０１〜１０４）の切削工具を用いて、以下の切削条件により、刃先におけるチッピングが発生するまでの、切削工具と被削材との接触回数を測定した。その結果を表４に示す。接触回数が多い程耐チッピング性に優れる切削工具として評価することができる。切削工具と被削材との接触回数は、以下の手順で測定した。切削加工を開始してから３０秒毎に切削加工を止め、切削工具の刃先稜線部を実体顕微鏡（倍率１００倍）で観察した。同様の作業を刃先稜線部におけるチッピングが確認されるまで繰り返した。チッピングが発生した時点までの、切削加工に要した累積の時間から上記被削材の断続部への接触回数を算出した。
断続加工の試験条件
被削材 ：ＳＣＭ４１５断続材
切削速度：２２０ｍ／ｍｉｎ
送り速度：０．３ｍｍ／ｒｅｖ
切込み ：２ｍｍ
切削油 ：湿式
（切削評価（２）：連続加工試験、耐摩耗性の評価）
上述のようにして作製した試料（試料１〜１５及び試料１０１〜１０４）の切削工具を用いて、以下の切削条件により、２０分間切削を行った後の、逃げ面における平均摩耗量を測定した。その結果を表４に示す。平均摩耗量が小さいほど耐摩耗性に優れる切削工具として評価することができる。
連続加工の試験条件
被削材 ：ＳＣＭ４３５丸棒
切削速度：２４０ｍ／ｍｉｎ
送り速度：０．２ｍｍ／ｒｅｖ
切込み ：２ｍｍ
切削油 ：湿式
上述のようにして作製した試料（試料１〜１５及び試料１０１〜１０４）の切削工具を用いて、以下の切削条件により、２０分間切削を行った後の、逃げ面における平均摩耗量を測定した。その結果を表４に示す。平均摩耗量が小さいほど耐摩耗性に優れる切削工具として評価することができる。
連続加工の試験条件
被削材 ：ＳＣＭ４３５丸棒
切削速度：２４０ｍ／ｍｉｎ
送り速度：０．２ｍｍ／ｒｅｖ
切込み ：２ｍｍ
切削油 ：湿式
（切削評価（３）：連続加工試験、アルミナ層の耐剥離性の評価）
上述のようにして作製した試料（試料１〜１５及び試料１０１〜１０４）の切削工具を用いて、以下の切削条件により、すくい面におけるアルミナ層が剥離するまでの切削時間を測定した。その結果を表４に示す。上記切削時間が長い程アルミナ層の耐剥離性に優れる切削工具として評価することができる。アルミナ層が剥離するまでの切削時間は、以下の手順で測定した。切削加工を開始してから３０秒毎に切削加工を止め、切削工具の刃先稜線部付近におけるすくい面を実体顕微鏡（倍率１００倍）で観察した。同様の作業をアルミナ層の剥離が発生するまで繰り返し、アルミナ層の剥離が発生した時点までの、切削加工に要した累積の時間を上述の「アルミナ層が剥離するまでの切削時間」とした。
連続加工の試験条件
被削材 ：Ｓ１５Ｃ丸棒
切削速度：１２０ｍ／ｍｉｎ
送り速度：０．２５ｍｍ／ｒｅｖ
切込み ：２ｍｍ
切削油 ：湿式
上述のようにして作製した試料（試料１〜１５及び試料１０１〜１０４）の切削工具を用いて、以下の切削条件により、すくい面におけるアルミナ層が剥離するまでの切削時間を測定した。その結果を表４に示す。上記切削時間が長い程アルミナ層の耐剥離性に優れる切削工具として評価することができる。アルミナ層が剥離するまでの切削時間は、以下の手順で測定した。切削加工を開始してから３０秒毎に切削加工を止め、切削工具の刃先稜線部付近におけるすくい面を実体顕微鏡（倍率１００倍）で観察した。同様の作業をアルミナ層の剥離が発生するまで繰り返し、アルミナ層の剥離が発生した時点までの、切削加工に要した累積の時間を上述の「アルミナ層が剥離するまでの切削時間」とした。
連続加工の試験条件
被削材 ：Ｓ１５Ｃ丸棒
切削速度：１２０ｍ／ｍｉｎ
送り速度：０．２５ｍｍ／ｒｅｖ
切込み ：２ｍｍ
切削油 ：湿式
表４の結果から、試料１〜１５の切削工具は、切削評価（１）における接触回数が、４８００回超の良好な結果が得られた。一方試料１０１〜１０４の切削工具（比較例の切削工具）は、切削評価（１）における接触回数が１３００回未満であった。以上の結果から、実施例の切削工具（ＰＣ１／ＰＣ２が１．０３以上である切削工具）は、比較例の切削工具に比べて耐チッピング性に優れることが分かった。
また、表４の結果から、試料１〜５及び９〜１３の切削工具は、切削評価（２）における逃げ面の摩耗量が、０．２ｍｍ以下の良好な結果が得られた。この結果から、実施例の切削工具のなかでも、ＰＯ１／ＰＯ２が０．９以上１未満である切削工具は、上述の耐チッピング性に加えて、耐摩耗性にも優れることが分かった。
さらに表４の結果から試料１〜３、６、７、９〜１２及び１４の切削工具は、切削評価（３）における切削時間が６分以上の良好な結果が得られた。この結果から、実施例の切削工具のなかでも、ＰＮ１／ＰＮ２が０．９以上１未満である切削工具は、耐チッピング性に加えて、アルミナ層における耐剥離性にも優れることが分かった。
以上のように本発明の実施形態及び実施例について説明を行なったが、上述の各実施形態及び各実施例の構成を適宜組み合わせることも当初から予定している。
今回開示された実施の形態及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実施の形態及び実施例ではなく請求の範囲によって示され、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。
１ すくい面、 ２ 逃げ面、 ３ 刃先稜線部、 １０ 基材、 ２０ 炭窒化チタン層、 ２１ 中間層、 ２２ アルミナ層、 ２３ 下地層、 ２４ 表面層、 ３０ ＣＶＤ装置、 ３１ 基材セット治具、 ３２ 反応容器、 ３３ 調温装置、 ３４ ガス導入口、 ３５ ガス導入管、 ３６ 噴出孔、 ４０ 被覆層、 ４５ 被膜、 ５０ 切削工具、 Ａ 中間層とアルミナ層との界面から中間層の側に１μｍ離れた地点、 ＰＡ 地点Ａを含む仮想平面、 ＰＢ 中間層とアルミナ層との界面
Claims (7)
- 基材と、前記基材の上に設けられている被覆層とを含む切削工具であって、
前記被覆層は、前記基材の上に設けられている炭窒化チタン層と、前記炭窒化チタン層の上に接して設けられている中間層と、前記中間層の上に接して設けられているアルミナ層とからなり、
前記中間層は、チタン、炭素、酸素及び窒素からなる化合物から構成されていて、
前記中間層の厚みは、１μｍを超えていて、
前記中間層と前記アルミナ層との界面における前記炭素の原子割合をＰＣ１原子％とし、前記界面から前記中間層の側に１μｍ離れた地点Ａの前記炭素の原子割合をＰＣ２原子％とした場合、ＰＣ２に対するＰＣ１の比ＰＣ１／ＰＣ２が１．０３以上であり、
前記ＰＣ１及び前記ＰＣ２は、前記チタン、前記炭素、前記窒素及び前記中間層に由来する前記酸素及び前記アルミナ層に由来する酸素の合計を基準としたときの原子割合であり、
前記中間層と前記アルミナ層との界面は、前記基材の表面の法線方向に平行な方向で前記中間層及び前記アルミナ層を切断したときの断面に対し、オージェ電子分光法によって、前記中間層の積層方向に平行な方向で、前記炭窒化チタン層側から前記アルミナ層側に向かって、前記中間層に対して線分析を行った場合におけるアルミニウムの原子割合が１０原子％となる地点である、切削工具。 - 前記ＰＣ１は、２５原子％以上６５原子％以下である、請求項１に記載の切削工具。
- 前記界面における前記窒素の原子割合をＰＮ１原子％とし、前記地点Ａの前記窒素の原子割合をＰＮ２原子％とした場合、ＰＮ２に対するＰＮ１の比ＰＮ１／ＰＮ２が０．９以上１未満であり、
前記ＰＮ１及び前記ＰＮ２は、前記チタン、前記炭素、前記窒素及び前記中間層に由来する前記酸素及び前記アルミナ層に由来する前記酸素の合計を基準としたときの原子割合である、請求項１又は請求項２に記載の切削工具。 - 前記界面における前記中間層に由来する前記酸素の原子割合をＰＯ１原子％とし、前記地点Ａにおける前記中間層に由来する前記酸素の原子割合をＰＯ２原子％とした場合、ＰＯ２に対するＰＯ１の比ＰＯ１／ＰＯ２が０．９以上１未満であり、
前記ＰＯ１及び前記ＰＯ２は、前記チタン、前記炭素、前記窒素及び前記中間層に由来する前記酸素及び前記アルミナ層に由来する前記酸素の合計を基準としたときの原子割合である、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の切削工具。 - 前記中間層の厚みは、１μｍを超えて３μｍ以下である、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の切削工具。
- 前記基材と前記被覆層との間に下地層が更に設けられている、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の切削工具。
- 前記被覆層の上に表面層が更に設けられている、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の切削工具。
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