JP7009718B1 - 切削工具 - Google Patents

Abstract

基材と、前記基材上に配置された被膜と、を備えた切削工具であって、前記被膜は、α－Ａｌ２Ｏ３層を含み、前記α－Ａｌ２Ｏ３層は、複数のα－Ａｌ２Ｏ３の結晶粒を含み、かつ、配向性指数ＴＣ（ｈｋｌ）においてＴＣ（００６）が５を超え、前記α－Ａｌ２Ｏ３層の室温における弾性率Ｅ１と、前記α－Ａｌ２Ｏ３層の８００℃における弾性率Ｅ２とは、下記式Ｂ－１の関係を示す、切削工具である。０＜｛（Ｅ１－Ｅ２）／Ｅ１｝×１００＜１０ 式Ｂ－１

Description

本開示は、切削工具に関する。

従来から、基材上に被膜を形成した切削工具が用いられている。最近、Ａｌ_２Ｏ_３の結晶配向性を変化させることによって被膜の膜質改良を図るなど、切削工具の性能を向上させる技術が提案されている。たとえば、特開２００８－２４６６６４号公報（特許文献１）では、超硬合金からなる基材上に（００６）集合組織を有するα－Ａｌ_２Ｏ_３層を備えた切削工具が提案されている。

特開２００８－２４６６６４号公報

本開示の切削工具は、基材と、前記基材上に配置された被膜と、を備えた切削工具であって、
前記被膜は、α－Ａｌ_２Ｏ_３層を含み、
前記α－Ａｌ_２Ｏ_３層は、複数のα－Ａｌ_２Ｏ_３の結晶粒を含み、かつ、配向性指数ＴＣ（ｈｋｌ）においてＴＣ（００６）が５を超え、
前記α－Ａｌ_２Ｏ_３層の室温における弾性率Ｅ１と、前記α－Ａｌ_２Ｏ_３層の８００℃における弾性率Ｅ２とは、下記式Ｂ－１の関係を示す、切削工具である。
０＜｛（Ｅ１－Ｅ２）／Ｅ１｝×１００＜１０ 式Ｂ－１

図１は、実施形態１に係る切削工具の代表的な構成例を説明する図である。 図２は、実施形態１に係る切削工具の他の構成例を説明する図である。 図３は、実施形態１に係る切削工具の他の構成例を説明する図である。 図４は、実施形態１に係る切削工具の他の構成例を説明する図である。

[本開示が解決しようとする課題]
近年、より高効率な切削加工においても、工具寿命の長い切削工具が求められている。特に、高炭素クロム鋼の高速軽断続加工においても、長い工具寿命を有する工具が求められている。

そこで、本開示は特に高炭素クロム鋼の高速軽断続加工においても、長い工具寿命を有する工具を提供することを目的とする。

[本開示の効果]
本開示の切削工具は、特に高炭素クロム鋼の高速軽断続加工においても、長い工具寿命を有することができる。

［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。
（１）本開示の切削工具は、基材と、前記基材上に配置された被膜と、を備えた切削工具であって、
前記被膜は、α－Ａｌ_２Ｏ_３層を含み、
前記α－Ａｌ_２Ｏ_３層は、複数のα－Ａｌ_２Ｏ_３の結晶粒を含み、かつ、配向性指数ＴＣ（ｈｋｌ）においてＴＣ（００６）が５を超え、
前記α－Ａｌ_２Ｏ_３層の室温における弾性率Ｅ１と、前記α－Ａｌ_２Ｏ_３層の８００℃における弾性率Ｅ２とは、下記式Ｂ－１の関係を示す、切削工具である。
０＜｛（Ｅ１－Ｅ２）／Ｅ１｝×１００＜１０ 式Ｂ－１

本開示の切削工具は、特に高炭素クロム鋼の高速軽断続加工においても、長い工具寿命を有することができる。

（２）前記弾性率Ｅ１と、前記弾性率Ｅ２とは、下記式Ｂ－２の関係を示すことが好ましい。
０＜｛（Ｅ１－Ｅ２）／Ｅ１｝×１００＜８ 式Ｂ－２

これによると、切削工具の工具寿命が更に向上する。

（３）前記ＴＣ（００６）は５超８以下であることが好ましい。これによると、切削工具の耐摩耗性が向上し、工具寿命が更に向上する。

（４）前記ＴＣ（００６）は６超８以下であることが好ましい。これによると、切削工具の耐摩耗性が向上し、工具寿命が更に向上する。

（５）前記α－Ａｌ_２Ｏ_３層の平均膜厚は、２μｍ以上１５μｍ以下であることが好ましい。これによると、切削工具の工具寿命が更に向上する。

［本開示の実施形態の詳細］
本開示の切削工具の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。本開示の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表すものである。また、長さ、幅、厚さ、深さなどの寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜変更されており、必ずしも実際の寸法関係を表すものではない。

本明細書において「Ａ～Ｂ」という形式の表記は、範囲の上限下限（すなわちＡ以上Ｂ以下）を意味し、Ａにおいて単位の記載がなく、Ｂにおいてのみ単位が記載されている場合、Ａの単位とＢの単位とは同じである。

本明細書において化合物などを化学式で表す場合、原子比を特に限定しないときは従来公知のあらゆる原子比を含むものとし、必ずしも化学量論的範囲のもののみに限定されるべきではない。たとえば「ＴｉＣＮ」と記載されている場合、ＴｉＣＮを構成する原子数の比は、従来公知のあらゆる原子比が含まれる。また、本実施形態において、Ｔｉ、Ａｌなどの金属元素と、Ｎ（窒素）、Ｏ（酸素）またはＣ（炭素）などの非金属元素とは、必ずしも化学量論的な組成を構成している必要がない。

［実施形態１：切削工具］
本開示の切削工具は、基材と、該基材上に配置された被膜と、を備えた切削工具であって、該被膜は、α－Ａｌ_２Ｏ_３層を含み、該α－Ａｌ_２Ｏ_３層は、複数のα－Ａｌ_２Ｏ_３の結晶粒を含み、かつ、配向性指数ＴＣ（ｈｋｌ）においてＴＣ（００６）が５を超え、該α－Ａｌ_２Ｏ_３層の室温における弾性率Ｅ１と、該α－Ａｌ_２Ｏ_３層の８００℃における弾性率Ｅ２とは、下記式Ｂ－１の関係を示す、切削工具である。
０＜｛（Ｅ１－Ｅ２）／Ｅ１｝×１００＜１０ 式Ｂ－１

本開示の切削工具は、特に高炭素クロム鋼の高速軽断続加工においても、長い工具寿命を有することができる。この理由は明らかではないが、下記（ｉ）及び（ｉｉ）の通りと推察される。

（ｉ）本開示の切削工具において、α－Ａｌ_２Ｏ_３層のＴＣ（００６）の値は５を超える。これによると、α－Ａｌ_２Ｏ_３層は、該α－Ａｌ_２Ｏ_３層は、膜の微小チッピングや摩耗が生じにくく、特に、高炭素クロム鋼の高速軽断続加工という高温条件下においても、優れた耐摩耗性を有することができる。よって、切削工具は長い工具寿命を有することができる。なお、α－Ａｌ_２Ｏ_３層のＴＣ（００６）の詳細については、後述する。

（ｉｉ）本開示の切削工具において、α－Ａｌ_２Ｏ_３層の室温における弾性率Ｅ１（以下、「室温弾性率Ｅ１」とも記す。）と、α－Ａｌ_２Ｏ_３層の８００℃における弾性率Ｅ２（以下、「高温弾性率Ｅ２」とも記す。）とは、下記式Ｂ－１の関係を示す。
０＜｛（Ｅ１－Ｅ２）／Ｅ１｝×１００＜１０ 式Ｂ－１

上記式Ｂ－１は、α－Ａｌ_２Ｏ_３層の高温弾性率Ｅ２の室温弾性率Ｅ１に対する低下率が１０％未満であることを示す。すなわち、α－Ａｌ_２Ｏ_３層の室温弾性率Ｅ１と高温弾性率Ｅ２とが上記式Ｂ－１を満たす場合、該α－Ａｌ_２Ｏ_３層は高温においても、高い弾性率を維持していることを示す。よって、該α－Ａｌ_２Ｏ_３層を有する切削工具は、特に高炭素クロム鋼の高速軽断続加工という高温条件下においても優れた耐欠損性及び強度を有し、長い工具寿命を有することができる。

なお、８００℃におけるα－Ａｌ_２Ｏ_３層の組織形態を分析し、その構造を規定することは、現在の技術では不可能である。よって、本発明者らは鋭意検討の結果、α－Ａｌ_２Ｏ_３層の室温弾性率Ｅ１と高温弾性率Ｅ２との関係を規定することにより、本開示を規定することとした。

＜切削工具の構成＞
図１に示されるように、本実施形態の切削工具１は、基材１０と、該基材１０上に配置された被膜１５とを備え、該被膜１５は、α－Ａｌ_２Ｏ_３層１１を含む。被膜１５は、基材の全面を被覆することが好ましい。しかしながら、基材の一部がこの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、本開示の範囲を逸脱するものではない。

被膜１５は、α－Ａｌ_２Ｏ_３層１１に加えて、他の層を含むことができる。例えば、図２に示されるように、被膜２５は、基材１０とα－Ａｌ_２Ｏ_３層１１との間に配置される下地層１２を更に含んでいてもよい。

図３に示されるように、被膜３５は、α－Ａｌ_２Ｏ_３層１１上に配置される表面層１３を更に含んでいてもよい。

図４に示されるように、被膜４５は、下地層１２とα－Ａｌ_２Ｏ_３層１１との間に配置される中間層１４を更に含んでいてもよい。

＜切削工具の用途＞
本開示の切削工具は、例えば、ドリル、エンドミル（例えば、ボールエンドミル）、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。

＜被膜＞
被膜は、α－Ａｌ_２Ｏ_３層を含む。たとえば被膜は、α－Ａｌ_２Ｏ_３層を１層以上含み、さらに他の層を含んだ複数の層から構成することができる。

上記他の層として、上記の下地層、表面層、中間層等を挙げることができる。より具体的には、ＴｉＣＮＯ層またはＴｉＢＮ層、ＴｉＣ層、ＴｉＮ層、ＴｉＡｌＮ層、ＴｉＳｉＮ層、ＡｌＣｒＮ層、ＴｉＡｌＳｉＮ層、ＴｉＡｌＮＯ層、ＡｌＣｒＳｉＣＮ層、ＴｉＣＮ層、ＴｉＳｉＣ層、ＣｒＳｉＮ層、ＡｌＴｉＳｉＣＯ層、ＴｉＳｉＣＮ層等を挙げることができる。

被膜全体の平均厚さは、３μｍ以上３５μｍ以下が好ましい。これによると、被膜は優れた耐摩耗性及び耐剥離性を有することが出来る。被膜全体の平均厚さは、５μｍ以上２０μｍ以下が更に好ましい。

被膜の厚さは、例えば基材の表面の法線方向に平行な断面サンプルを得て、このサンプルを走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）で観察することにより測定される。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。

本明細書において「厚さ」といった場合、その厚さは平均厚さを意味する。具体的には、断面サンプルの観察倍率を５０００～１００００倍とし、観察面積を１００～５００μｍ^２として、１視野において１０箇所の厚み幅を測定し、その平均値を「厚さ」とする。下記に記載される各層の厚さ及び平均厚さについても、同様に測定し、算出される。

＜α－Ａｌ_２Ｏ_３層＞
（α－Ａｌ_２Ｏ_３層の構成）
本開示において、α－Ａｌ_２Ｏ_３層は、複数のα－Ａｌ_２Ｏ_３（結晶構造がα型である酸化アルミニウム）の結晶粒を含む層である。すなわち、α－Ａｌ_２Ｏ_３層は、多結晶のα－Ａｌ_２Ｏ_３により構成される。α－Ａｌ_２Ｏ_３の結晶粒の平均粒径は、１００～２０００ｎｍが好ましい。

（ＴＣ（００６））
本開示において、α－Ａｌ_２Ｏ_３層は、下記式（１）で示される配向性指数ＴＣ（ｈｋｌ）においてＴＣ（００６）が５を超える。

式（１）中、Ｉ（ｈｋｌ）は、（ｈｋｌ）反射面のＸ線回折強度を示し、Ｉ₀（ｈｋｌ）は、ＩＣＤＤのＰＤＦカード番号００－０１０－０１７３による標準強度を示す。また式（１）中のｎは、計算に用いた反射数を示し、本実施形態では８である。反射に用いた（ｈｋｌ）面は、（０１２）、（１０４）、（１１０）、（００６）、（１１３）、（０２４）、（１１６）および（３００）である。

ＩＣＤＤ（登録商標）とは、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｅｎｔｒｅ ｆｏｒ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ Ｄａｔａ（国際回折データセンター）の略称である。また、ＰＤＦ（登録商標）とは、Ｐｏｗｄｅｒ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ Ｆｉｌｅの略称である。

なお、本実施形態のα－Ａｌ_２Ｏ_３層のＴＣ（００６）は、下記式（２）で示すことができる。

したがって、「配向性指数ＴＣ（ｈｋｌ）においてＴＣ（００６）が５を超える」とは、上記式（１）にＴＣ（００６）を代入してなる上記式（２）により求まる数値が５を超えることを意味する。そして、ＴＣ（００６）の値が５を超えるα－Ａｌ_２Ｏ_３層は、該α－Ａｌ_２Ｏ_３層は、膜の微小チッピングや摩耗が生じにくく、特に、高炭素クロム鋼の高速軽断続加工という高温条件下においても、優れた耐摩耗性を有することができる。よって、切削工具は長い工具寿命を有することができる。

上記ＴＣ（００６）の値は、６を超えることが好ましく、より好ましくは７を超える。ＴＣ（００６）の値が大きいほど、耐摩耗性を効果的に向上させることができる。ＴＣ（００６）の値の上限は制限されないが、計算に用いた反射面が８つであるから、８以下とすればよい。ＴＣ（００６）の値は、５超８以下、６超８以下、７超８以下とすることができる。

以上のようなＴＣ（ｈｋｌ）の測定は、Ｘ線回折装置を用いた分析により可能となる。ＴＣ（ｈｋｌ）は、たとえば、リガク株式会社製ＳｍａｒｔＬａｂ（登録商標）（スキャンスピード：２１．７°／分、ステップ：０．０１°、スキャン範囲：１５～１４０°）を用いて以下のような条件で測定することができる。なお、本実施形態において、Ｘ線回折装置を用いたＴＣ（ｈｋｌ）の測定の結果を「ＸＲＤ結果」と称する。

特性Ｘ線： Ｃｕ－Ｋα
管電圧： ４５ｋＶ
管電流： ２００ｍＡ
フィルター： 多層ミラー
光学系： 集中法
Ｘ線回折法： θ－２θ法
Ｘ線回折装置を用いるに際して、切削工具のすくい面にＸ線を照射する。通常、すくい面には凹凸が形成され、これに対して逃げ面は平坦になっていることから、外乱因子を排除するため、Ｘ線を逃げ面に照射することが好ましい。特に、刃先稜線部から２～４ｍｍ程度の範囲に広がる逃げ面上の箇所にＸ線を照射する。これによると、結果の再現性が高くなる。

（弾性率）
本開示において、α－Ａｌ_２Ｏ_３層の室温における弾性率Ｅ１と、α－Ａｌ_２Ｏ_３層の８００℃における弾性率Ｅ２とは、下記式Ｂ－１の関係を示す。
０＜｛（Ｅ１－Ｅ２）／Ｅ１｝×１００＜１０ 式Ｂ－１

上記式Ｂ－１は、α－Ａｌ_２Ｏ_３層の高温弾性率Ｅ２の室温弾性率Ｅ１に対する低下率が１０％未満であることを示す。すなわち、α－Ａｌ_２Ｏ_３層の室温弾性率Ｅ１と高温弾性率Ｅ２とが上記式Ｂ－１を満たす場合、該α－Ａｌ_２Ｏ_３層は高温においても、高い弾性率を維持していることを示す。よって、該α－Ａｌ_２Ｏ_３層を有する切削工具は、特に高炭素クロム鋼の高速軽断続加工という高温条件下においても優れた耐欠損性及び強度を有し、長い工具寿命を有することができる。

室温弾性率Ｅ１と、高温弾性率Ｅ２とは、下記式Ｂ－２の関係を示すことが好ましく、下記式Ｂ－３の関係を示すことが更に好ましい。
０＜｛（Ｅ１－Ｅ２）／Ｅ１｝×１００＜８ 式Ｂ－２

α－Ａｌ_２Ｏ_３層の室温弾性率Ｅ１の下限は、３００ＧＰａ以上、３１５ＧＰａ以上、３２５ＧＰａ以上とすることができる。室温弾性率Ｅ１の上限は特に限定されないが、例えば、４００ＧＰａ以下、３８０ＧＰａ以下、３５０ＧＰａ以下とすることができる。室温弾性率Ｅ１は、３００ＧＰａ以上４００ＧＰａ以下、３１５ＧＰａ以上３８０ＧＰａ以下、３２５ＧＰａ以上３５０ＧＰａ以下とすることができる。

α－Ａｌ_２Ｏ_３層の高温弾性率Ｅ２の下限は、２８０ＧＰａ以上、２９０ＧＰａ以上、３００ＧＰａ以上とすることができる。高温弾性率Ｅ２の上限は特に限定されないが、例えば、３５０ＧＰａ以下、３４０ＧＰａ以下、３３０ＧＰａ以下とすることができる。高温弾性率Ｅ２は、２８０ＧＰａ以上３５０ＧＰａ以下、２９０ＧＰａ以上３４０ＧＰａ以下、３００ＧＰａ以上３３０ＧＰａ以下とすることができる。

α－Ａｌ_２Ｏ_３層の室温弾性率Ｅ１及び高温弾性率Ｅ２の測定方法は次の通りである。まず、工具の任意の表面に対してクロスセクションポリッシャ加工（ＣＰ加工）による鏡面加工を行う。被膜がα－Ａｌ_２Ｏ_３層より表面側にα－Ａｌ_２Ｏ_３層以外の層（例えば表面層）を含む場合は、α－Ａｌ_２Ｏ_３層が露出するまで鏡面加工を行う。該加工面に対して、高温ナノインデンター測定（装置：ハイジトロン社製「ＴＩ９８０」を用いた押し込み試験）を行う。

室温弾性率Ｅ１は、室温（２５±５℃）で工具の押し込み試験を行い測定される。高温弾性率Ｅ２は、測定装置の測定室内をアルゴン（Ａｒ）雰囲気で８００℃に加熱し、該雰囲気下で工具の押し込み試験を行い測定する。押し込み試験では、８ｍＮの荷重で２秒押し込み、押し込んだ状態で１秒保持し、２秒かけて除荷する。押し込み試験は、工具の表面の１０箇所で行う。本明細書において、該１０箇所の室温弾性率の平均値をα－Ａｌ_２Ｏ_３層の室温弾性率Ｅ１とする。また、該１０箇所の高温弾性率の平均値をα－Ａｌ_２Ｏ_３層の高温弾性率Ｅ２とする。

（厚さ）
α－Ａｌ_２Ｏ_３層の平均厚さは２μｍ以上１５μｍ以下が好ましい。これによると、耐摩耗性と耐チッピング性とを両立させることができる。α－Ａｌ_２Ｏ_３層の平均厚さの下限は、２μｍ以上、３．５μｍ以上、５μｍ以上とすることができる。α－Ａｌ_２Ｏ_３層の平均厚さの上限は、１５μｍ以下、１３μｍ以下、１１μｍ以下とすることができる。α－Ａｌ_２Ｏ_３層の平均厚さは、２μｍ以上１５μｍ以下、３．５μｍ以上１３μｍ以下、５μｍ以上１１μｍ以下とすることができる。

α－Ａｌ_２Ｏ_３層の厚さは、上記の通り、走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）等を用いて、切削工具の断面サンプルを観察することにより確認することができる。

＜他の層＞
被膜は上述のとおり、α－Ａｌ_２Ｏ_３層以外に他の層を含むことができる。図２～図４に示されるように、他の層としては、下地層１２、表面層１３、中間層１４等が挙げられる。

（下地層）
下地層は、基材とα－Ａｌ_２Ｏ_３層との間に配置される。下地層は、例えば、ＴｉＮ層を挙げることができる。ＴｉＮ層は、平均厚さが０．１μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましい。これによると、被膜は優れた耐摩耗性及び耐欠損性を有することができる。

（表面層）
表面層としては、例えば、Ｔｉ（チタン）の炭化物、窒化物または硼化物のいずれかを主成分とすることが好ましい。表面層は、被膜において最も表面側に配置される層である。ただし、刃先稜線部においては形成されない場合もある。表面層は、たとえば、α－Ａｌ_２Ｏ_３層上に他の層が形成されていない場合、α－Ａｌ_２Ｏ_３層の直上に配置される。

「Ｔｉの炭化物、窒化物または硼化物のいずれかを主成分とする」とは、Ｔｉの炭化物、窒化物および硼化物のいずれかを９０質量％以上含むことを意味する。また、好ましくは不可避不純物を除きＴｉの炭化物、窒化物および硼化物のいずれかからなることを意味する。

Ｔｉの炭化物、窒化物および炭窒化物のいずれかのうち、特に好ましいのはＴｉの窒化物（すなわちＴｉＮで表される化合物）を主成分として表面層を構成することである。ＴｉＮはこれらの化合物のうち色彩が最も明瞭（金色を呈する）であるため、切削使用後の切削チップのコーナー識別（使用済み部位の識別）が容易であるという利点がある。表面層はＴｉＮ層からなることが好ましい。

表面層は、平均厚さが０．０５μｍ以上１μｍ以下であることが好ましい。これによると、表面層と、隣接する層との密着性が向上する。表面層の平均厚さの上限は０．８μｍ以下、０．６μｍ以下とすることができる。平均厚さの下限は０．１μｍ以上、０．２μｍ以上とすることができる。

＜中間層＞
中間層は、下地層とα－Ａｌ_２Ｏ_３層との間に配置される。中間層としては、例えば、ＴｉＣＮ層を挙げることができる。ＴｉＣＮ層は耐摩耗性に優れるため、被膜により好適な耐摩耗性を付与することができる。中間層は、平均厚さが１μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましい。

［実施形態２：切削工具の製造方法］
実施形態１の切削工具は、基材上に被膜を化学気相蒸着（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により形成することによって製造することができる。被膜のうち、α－Ａｌ_２Ｏ_３層以外の他の層が形成される場合、他の層は化学気相蒸着装置（以下、「ＣＶＤ装置」とも記す。）を用いて従来公知の条件で形成することができる。一方、α－Ａｌ_２Ｏ_３層は、例えば、以下のようにして形成することができる。なお、実施形態１の切削工具は、下記の製造方法で作製されたものに限定されず、他の製造方法で作製されてもよい。

原料ガスとして、ＡｌＣｌ_３、ＨＣｌ、ＣＯ_２、Ｈ_２Ｓ、Ｎ_２及びＨ_２を用いる。成膜開始から３０分間（以下「前半」とも記す。）と、その後の成膜開始から３０分超（以下「後半」）とにおいて、原料ガスの配合量を変える。具体的には、前半の配合量は、ＡｌＣｌ_３を１～６体積％、ＨＣｌを５～１０体積％、ＣＯ_２を０．５～２体積％、Ｈ_２Ｓを１～３体積％、Ｎ_２を１～１０体積％とし、残部はＨ_２とする。後半の配合量は、ＨＣｌの配合量を前半よりも少なく、かつ、２～７体積％とし、これに合わせてＨ_２の量を変更した他は、前半の配合量と同一とする。すなわち、原料ガス中のＨＣｌの含有量を、前半より後半を少なくする。

上記の通り、原料ガスはキャリアガスとしてＮ_２及びＨ_２の混合ガスを含む。これにより、ＣＶＤ装置内のガス分布が良好となり、高温時でも高い弾性率を有する本実施形態のα－Ａｌ_２Ｏ_３層を形成することができる。これは、本発明者らが新たに見出したものである。

α－Ａｌ_２Ｏ_３層の成膜条件は、例えば、温度９５０～１０５０℃、圧力１～５ｋＰａ、ガス流量（全ガス量）５０～１００Ｌ／ｍｉｎとすることができる。また、原料ガスの反応容器内への導入速度は１．７～３．５ｍ／ｓｅｃとすることができる。

［付記１］
本開示の切削工具において、α－Ａｌ_２Ｏ_３層のＴＣ（００６）は７超８以下が好ましい。

［付記２］
本開示の切削工具において、被膜全体の平均厚さは、３μｍ以上３５μｍ以下が好ましい。
本開示の切削工具において、被膜全体の平均厚さは、５μｍ以上２０μｍ以下が好ましい。

［付記３］
本開示の切削工具において、α－Ａｌ_２Ｏ_３層の室温弾性率Ｅ１は、３００ＧＰａ以上４００ＧＰａ以下とすることができる。
本開示の切削工具において、α－Ａｌ_２Ｏ_３層の室温弾性率Ｅ１は、３１５ＧＰａ以上３８０ＧＰａ以下とすることができる。
本開示の切削工具において、α－Ａｌ_２Ｏ_３層の室温弾性率Ｅ１は、３２５ＧＰａ以上３５０ＧＰａ以下とすることができる。

［付記４］
本開示の切削工具において、α－Ａｌ_２Ｏ_３層の高温弾性率Ｅ２は、２８０ＧＰａ以上３５０ＧＰａ以下とすることができる。
本開示の切削工具において、α－Ａｌ_２Ｏ_３層の高温弾性率Ｅ２は、２９０ＧＰａ以上３４０ＧＰａ以下とすることができる。
本開示の切削工具において、α－Ａｌ_２Ｏ_３層の高温弾性率Ｅ２は、３００ＧＰａ以上３３０ＧＰａ以下とすることができる。

［付記５］
本開示の切削工具において、α－Ａｌ_２Ｏ_３層の平均厚さは２μｍ以上１５μｍ以下とすることができる。
本開示の切削工具において、α－Ａｌ_２Ｏ_３層の平均厚さは３．５μｍ以上１３μｍ以下とすることができる。
本開示の切削工具において、α－Ａｌ_２Ｏ_３層の平均厚さは５μｍ以上１１μｍ以下とすることができる。

［付記６］
本開示の切削工具において、被膜は、基材とα－Ａｌ_２Ｏ_３層との間に配置された下地層を含むことが好ましい。
前記下地層はＴｉＮ層からなることが好ましい。
前記下地層の平均厚さは０．１μｍ以上２０μｍ以下が好ましい。

［付記７］
本開示の切削工具において、被膜は、その最も表面側に配置された表面層を含むことが好ましい。
前記表面層は、ＴｉＮ層からなることが好ましい。
前記表面層の平均厚さは０．０５μｍ以上１μｍ以下が好ましい。

［付記８］
本開示の切削工具において、被膜は、下地層とα－Ａｌ_２Ｏ_３層との間に配置される中間層を含むことが好ましい。
前記中間層は、ＴｉＣＮ層からなることが好ましい。
前記中間層の平均厚さは１μｍ以上２０μｍ以下が好ましい。

本実施の形態を実施例によりさらに具体的に説明する。ただし、これらの実施例により本実施の形態が限定されるものではない。

［試料１～試料７］
＜基材の調製＞
表１に記載の配合組成からなる原料粉末を均一に混合し、所定の形状に加圧成形した後、１３００～１５００℃で１～２時間焼結することにより、超硬合金製（型番ＣＮＭＧ１２０４０８Ｎ－ＧＵ（住友電工ハードメタル製））の基材を得た。

＜被膜の形成＞
上記で得られた各基材に対してその表面に被膜を形成して切削工具を作製した。具体的には、基材を化学気相蒸着装置内にセットすることにより、基材上に化学気相蒸着法により被膜を形成した。被膜は、ＴｉＮ層（下地層）、ＴｉＣＮ層（中間層）、α－Ａｌ_２Ｏ_３層、ＴｉＮ層（表面層）を含む。

（ＴｉＮ層（下地層）、ＴｉＣＮ層（中間層））
基材上にＴｉＮ層（下地層）及びＴｉＣＮ層（中間層）を前記の順で形成した。ＴｉＮ層及びＴｉＣＮ層の成膜条件を表２に示す。

例えば、ＴｉＮ層（下地層）は、２体積％のＴｉＣｌ_４、３９．７体積％のＮ_２及び残部Ｈ_２からなる組成の原料ガスを用いた。該原料ガスを化学気相蒸着装置へ供給し、圧力３５ｋＰａ、温度９１０℃、流量（全ガス量）７５Ｌ／ｍｉｎの条件で化学気相蒸着法を実行してＴｉＮ層（下地層）を形成した。

表２中の「残り」とは、Ｈ_２が原料ガスの残部を占めることを示している。また、「全ガス量」とは、標準状態（０℃、１気圧）における気体を理想気体とし、単位時間当たりに化学気相蒸着装置に導入された全体積流量を示す（表３のα－Ａｌ_２Ｏ_３層についても同じ）。また、各層の厚みは、成膜時間を適宜調節することにより調整した（各層の成膜速度は約０．５～２．０μｍ／時間である）。

（α－Ａｌ_２Ｏ_３層の形成）
次に、ＴｉＣＮ層上にα－Ａｌ_２Ｏ_３層を形成した。各試料の成膜条件を表３に示す。α－Ａｌ_２Ｏ_３層の形成において、原料ガスの導入速度は２ｍ／ｓｅｃとし、基材を固定しつつ、原料ガスを噴出させるためのガス管を２ｒｐｍで回転させた。

例えば、試料１の成膜条件は次の通りである。α－Ａｌ_２Ｏ_３層の成膜開始から３０分間は、３．６体積％のＡｌＣｌ_３、８．５体積％のＨＣｌ、１．４体積％のＣＯ_２、２．１体積％のＨ_２Ｓ、４．５体積％のＮ_２及び残部Ｈ_２からなる組成の原料ガスを用いた。その後の成膜開始から３０分超は、原料ガス中のＨＣｌ量を６体積％とし、これに合わせて残部Ｈ_２の量を変更した以外は、上記と同一の配合の原料ガスを用いた。上記の原料ガスを化学気相蒸着装置へ供給し、圧力４ｋＰａ、温度１０００℃、流量（全ガス量）８０Ｌ／ｍｉｎの条件で化学気相蒸着法を実行してα－Ａｌ_２Ｏ_３層を形成した。

（ＴｉＮ層（表面層）の形成）
次に、α－Ａｌ_２Ｏ_３層上にＴｉＮ層（表面層）を形成した。形成条件は、表２に示される通りである。

＜被膜の構成＞
各試料の被膜の構成を表４に示す。表４に関し、各被膜の組成および厚みは、ＳＥＭ－ＥＤＸ（走査型電子顕微鏡－エネルギー分散型Ｘ線分光）により確認した。

例えば、試料１の切削工具では、表１に記載の基材の表面に、下地層として厚み０．４μｍのＴｉＮ層、中間層として厚み９．８μｍのＴｉＣＮ層、厚み６．４μｍのα－Ａｌ_２Ｏ_３層、表面層として厚み０．４μｍのＴｉＮ層が前記の順で形成されている。試料１の被膜の合計厚みは１７μｍである。

＜α－Ａｌ_２Ｏ_３層の評価＞
各試料のα－Ａｌ_２Ｏ_３層について、ＴＣ（００６）、室温弾性率Ｅ１、高温（８００℃）弾性率Ｅ２を測定した。これらの測定方法は、実施形態１に示されるとおりであるため、その説明は繰り返さない。

例えば、試料１では、Ｅ１は３３１ＧＰａであり、Ｅ２は３０８ＧＰａであった。

更に、室温弾性率Ｅ１と高温弾性率Ｅ２とに基づき、｛（Ｅ１－Ｅ２）／Ｅ１｝×１００の値を算出した。結果を表５の「ＴＣ（００６）」、「｛（Ｅ１－Ｅ２）／Ｅ１｝×１００」欄に示す。

＜切削試験＞
上記で得られた切削工具を用いて、下記の切削条件で切削試験を行い、Ｖｂ摩耗量（逃げ面摩耗量）が０．３ｍｍとなるまでの切削時間、又は、摩耗を起点とする欠損までの時間を測定した。結果を表６に示す。切削時間が長いもの程、工具寿命が長いことを示す。

（切削条件）
被削材：ＳＵＪ２ 切欠き１本付き丸棒
加工：丸棒外径旋削
切削速度ｖｃ：３５０ｍ／ｍｉｎ
送り速度ｆ：０．３ｍｍ／ｒｅｖ
切込み量ａｐ：２．０ｍｍ
切削液：なし
上記の切削条件は、高炭素クロム鋼の高速軽断続加工に該当する。

＜考察＞
試料１～試料４の切削工具は実施例に該当する。試料５～試料７の切削工具は比較例に該当する。試料１～試料４は、試料５～試料７に比べて工具寿命が長いことが確認された。

中でも、試料２及び試料３は工具寿命が長かった。これは、ＴＣ（００６）の値が大きく、耐摩耗性が更に向上したためと考えられる。

試料５及び試料６は、｛（Ｅ１－Ｅ２）／Ｅ１｝×１００の値が１０超であり、弾性率の低下が大きく、耐欠損性及び強度が低下し、工具寿命が短いと考えられる。

試料７は、ＴＣ（００６）の値が５以下であり、耐摩耗性が低下したため、工具寿命が短いと考えられる。

以上のように本開示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たり、様々に変形することも当初から予定している。
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態およ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。

１，２１，３１，４１ 切削工具、１０ 基材、１１ α－Ａｌ_２Ｏ_３層、１２ 下地層、１３ 表面層、１４ 中間層、１５，２５，３５，４５ 被膜

Claims (5)

1. 基材と、前記基材上に配置された被膜と、を備えた切削工具であって、
   前記被膜は、α－Ａｌ_２Ｏ_３層を含み、
   前記α－Ａｌ_２Ｏ_３層は、複数のα－Ａｌ_２Ｏ_３の結晶粒を含み、かつ、配向性指数ＴＣ（ｈｋｌ）においてＴＣ（００６）が５を超え、
   前記α－Ａｌ_２Ｏ_３層の室温における弾性率Ｅ１と、前記α－Ａｌ_２Ｏ_３層の８００℃における弾性率Ｅ２とは、下記式Ｂ－１の関係を示す、切削工具。
   ０＜｛（Ｅ１－Ｅ２）／Ｅ１｝×１００＜１０ 式Ｂ－１
2. 前記弾性率Ｅ１と、前記弾性率Ｅ２とは、下記式Ｂ－２の関係を示す、請求項１に記載の切削工具。
   ０＜｛（Ｅ１－Ｅ２）／Ｅ１｝×１００＜８ 式Ｂ－２
3. 前記ＴＣ（００６）は５超８以下である、請求項１又は請求項２に記載の切削工具。
4. 前記ＴＣ（００６）は６超８以下である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の切削工具。
5. 前記α－Ａｌ_２Ｏ_３層の平均厚さは、２μｍ以上１５μｍ以下である、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の切削工具。

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