JP7133629B2 - 被覆工具及び切削工具 - Google Patents
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Description
本開示は、切削加工に用いられる被覆工具に関する。
旋削加工及び転削加工のような切削加工に用いられる被覆工具としては、例えば特許文献１に記載の被覆工具が知られている。特許文献１に記載の被覆工具は、超硬合金などで構成された基体の表面に、チタン（Ｔｉ）の化合物を含有する層（チタン化合物層）及び酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）を含有する層（酸化アルミニウム層）を備えた被覆層が形成された構成となっている。また、特許文献１に記載の被覆工具においては、チタン化合物層及び酸化アルミニウム層の界面に複数の空孔が形成されている。これら複数の空孔によって、衝撃緩和効果が得られることが記載されている。
また、特許文献２には、基材及び表面コーティングを含む被覆切削工具であって、前記コーティングが、０．０５～０．４μｍの平均粒子幅を有する少なくとも１つの柱状ＭＴＣＶＤＴｉ（Ｃ、Ｎ）層を含むＴｉ（Ｃ、Ｎ、Ｏ）層を含み、前記ＭＴＣＶＤＴｉ（Ｃ、Ｎ）層に含まれる炭素と窒素の合計に対する炭素の原子比（Ｃ／（Ｃ＋Ｎ））の平均値が０．５０～０．６５である被覆切削工具が開示されている。
本開示の被覆工具は、第１面を具備する基体と、前記第１面の上に位置する被覆膜と、を有する。前記被覆膜は、Ｔｉ（Ｃ、Ｎ）層と、該Ｔｉ（Ｃ、Ｎ）層を覆うＡｌ2Ｏ3層とを有する。前記Ｔｉ（Ｃ、Ｎ）層は、前記第１面に直交する断面において、前記Ｔｉ（Ｃ、Ｎ）層と前記Ａｌ2Ｏ3層の界面に沿って、複数の空孔を有する空孔領域を有する。前記界面に沿う方向における前記空孔の幅の平均値は、隣り合う前記空孔の間隔の平均値よりも小さい。前記Ｔｉ（Ｃ、Ｎ）層は、前記空孔領域よりも前記基体に近い位置にある第１Ｔｉ（Ｃ、Ｎ）層を有する。該第１Ｔｉ（Ｃ、Ｎ）層における炭素と窒素の合計に対する炭素の原子比（Ｃ／（Ｃ＋Ｎ））の平均が０．５０～０．６５である。本開示の切削工具は、第１端から第２端に向かって伸びる棒状であり、前記第１端の側に位置するポケットを有するホルダと、前記ポケット内に位置する、上述の被覆工具とを有する。
以下、本開示の被覆工具について、図面を用いて詳細に説明する。但し、以下で参照する各図は、説明の便宜上、説明する上で必要な主要部材のみを簡略化して示したものである。したがって、被覆工具は、参照する各図に示されていない任意の構成部材を備え得る。また、各図中の部材の寸法は、実際の構成部材の寸法及び各部材の寸法比率等を忠実に表したものではない。
＜被覆工具＞
図１及び図２に示すように、本開示の被覆工具１は、基体３及び被覆層５を備えている。基体３は、第１面７（図２における上面）と、第１面７と隣り合う第２面９（図２における側面）と、第１面７及び第２面９が交わる稜線の少なくとも一部に位置する切刃１１とを有している。
図１及び図２に示すように、本開示の被覆工具１は、基体３及び被覆層５を備えている。基体３は、第１面７（図２における上面）と、第１面７と隣り合う第２面９（図２における側面）と、第１面７及び第２面９が交わる稜線の少なくとも一部に位置する切刃１１とを有している。
図１に示す例における基体３は四角板形状であり、第１面７が四角形である。そのため、第２面９の数は４つとなっている。第１面７の少なくとも一部がいわゆるすくい面領域であり、第２面９の少なくとも一部がいわゆる逃げ面領域である。なお、基体３の形状としては、四角板形状に限定されるものではなく、例えば、第１面７が、三角形、五角形、六角形又は円形であってもよい。また、基体３は、板形状に限定されるものではなく、例えば柱形状であってもよい。
被覆層５は、基体３の少なくとも第１面７の上に位置している。被覆層５は、第１面７のみの上に位置していてもよく、また、基体３における第１面７以外の他の面の上に位置していてもよい。図２に示す例では、第１面７に加えて第２面９の上にも被覆層５が位置している。被覆層５は、切削加工における被覆工具１の耐摩耗性及び耐チッピング性などの特性を向上させるために備えられている。
被覆層５は、図３に示すように、Ｔｉ（Ｃ、Ｎ）層１３及びＡｌ2Ｏ3層１５を有している。Ｔｉ（Ｃ、Ｎ）層１３は、第１面７の上に位置しており、チタン化合物を含有している。また、Ａｌ2Ｏ3層１５は、Ｔｉ（Ｃ、Ｎ）層１３の上に接して位置しており、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）を含有している。
Ｔｉ（Ｃ、Ｎ）層１３に含有されているチタン化合物としては、例えば、チタンの炭化物、窒化物、酸化物、炭窒化物、炭酸化物及び炭窒酸化物が挙げられる。Ｔｉ（Ｃ、Ｎ）層１３は、上記の化合物のいずれか１つのみを含有する構成であってもよく、また、上記の化合物のうち複数を含有する構成であってもよい。
また、Ｔｉ（Ｃ、Ｎ）層１３は、チタン化合物を含有しているものであれば、単層の構成であってもよく、また、複数の層が積層された構成であってもよい。例えばＴｉ（Ｃ、Ｎ）層１３は、ＴｉＮ層１７と、ＴｉＣＮ層１９とが積層された構成であってもよい。Ｔｉ（Ｃ、Ｎ）層１３が基体３に接する層としてＴｉＮ層１７を有している場合には、基体３とＴｉ（Ｃ、Ｎ）層１３との接合性が高い。
なお、ＴｉＮ層１７およびＴｉＣＮ層１９は、それぞれ窒化チタンおよび炭窒化チタンが主成分ということであり、他の成分を含有していてもよい。なお、上記の「主成分」とは、他の成分と比較して質量％の値が最も大きい成分であることを意味している。
なお、被覆層５は、Ｔｉ（Ｃ、Ｎ）層１３及びＡｌ2Ｏ3層１５のみによって構成されていてもよく、また、これらの層以外の層を有していてもよい。例えば、基体３及びＴｉ（Ｃ、Ｎ）層１３の間に別の層が存在していてもよく、また、Ａｌ2Ｏ3層１５の上に別の層が存在していてもよい。
また、ＴｉＣＮ層１９が、互いに組成の異なる複数の領域が積層された構成であってもよい。例えば、ＴｉＣＮ層１９が、いわゆるＭＴ（moderate temperature）－第１領域１９ａと、いわゆるＨＴ（high temperature）－第２領域１９ｂとが積層された構成であってもよい。
Ｔｉ（Ｃ、Ｎ）層１３が第１領域１９ａ及び第２領域１９ｂを有する場合において、Ｔｉ（Ｃ、Ｎ）層１３が、第１領域１９ａ及び第２領域１９ｂの間に更に中間領域１９ｃを有していてもよい。なお、上記の層及び領域の境界は、例えば、電子顕微鏡写真（走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）写真又は透過電子顕微鏡（ＴＥＭ：Transmission Electron Microscope）写真）を観察することにより、特定することが可能である。その特定は、各層を構成する元素の割合や、結晶の大きさや配向性の差異によって行うことができる。
被覆層５は、図４に示すように、Ｔｉ（Ｃ、Ｎ）層１３の内部に空孔２１を有している。具体的には、基体３の第１面７に直交する断面において、被覆層５が、Ｔｉ（Ｃ、Ｎ）層１３に、Ｔｉ（Ｃ、Ｎ）層１３及びＡｌ2Ｏ3層１５の境界１６に沿った方向に並んで位置する複数の空孔２１を有している。さらに具体的には、中間領域１９ｃに空孔２１を有している。このような構成において、中間領域１９ｃは本開示における空孔領域１９ｃであり、第１領域１９ａは、本開示における第１ＴｉＣＮ層１９ａである。
また、第１面７に直交する断面において、第１面７に平行な方向での空孔２１の幅ｗ１の平均値が、隣り合う空孔２１の間隔、すなわち第１部分Ｘの幅ｗ２の平均値よりも小さい。このような構成を有する被覆工具１は、第１部分Ｘの強度が低下することを抑えつつ、空孔２１において高い耐衝撃性を得ることができる。
本開示の被覆工具１におけるＴｉ（Ｃ、Ｎ）層１３の第１ＴｉＣＮ層１９ａに含有される炭素と窒素の合計に対する炭素の比率（Ｃ／（Ｃ＋Ｎ））は、原子比で０．５０～０．６５である。更には０．５５～０．６２としてもよい。第１ＴｉＣＮ層１９ａに含有される炭素の比率がこの範囲にあることで、基体３、又はＴｉ（Ｃ、Ｎ）層１３中のＴｉＮ層１７との接合強度を高くすることができ、基体３とＴｉ（Ｃ、Ｎ）層１３又はＴｉ（Ｃ、Ｎ）層１３とＡｌ2Ｏ3層１５との接合性が向上する。また、炭素と窒素の合計に対する炭素の比率（Ｃ／（Ｃ＋Ｎ））をこの範囲にすることで、Ｔｉ（Ｃ、Ｎ）層１３の第１ＴｉＣＮ層１９ａの硬度を高めることができるため、耐摩耗性が向上し、工具の寿命を長くすることができる。
このような構成を有する本開示の被覆工具１は、Ｔｉ（Ｃ、Ｎ）層１３及びＡｌ2Ｏ3層１５の接合性の低下を抑えつつ、空孔２１によって衝撃を緩和する効果が得られる。結果として、本開示の被覆工具１は高い耐衝撃性を備えつつ接合性の良好なものとなる。
第１ＴｉＣＮ層１９ａに含有される炭素と窒素の合計に対する炭素の比率（Ｃ／（Ｃ＋Ｎ））は、例えば、波長分散型Ｘ線マイクロプローブ分析（ＷＤＳ）を行い、炭素及び窒素の組成を測定することで求めることができる。
また、Ａｌ2Ｏ3層１５に含有されている酸化アルミニウムとしては、例えば、α－アルミナ（α－Ａｌ2Ｏ3）、γ－アルミナ（γ－Ａｌ2Ｏ3）及びκ－アルミナ（κ－Ａｌ2Ｏ3）が挙げられる。これらのうちＡｌ2Ｏ3層１５がα－アルミナを含有している場合には、被覆工具１の耐熱性を高めることができる。Ａｌ2Ｏ3層１５は、上記の化合物のいずれか１つのみを含有する構成であってもよく、また、上記の化合物のうち複数を含有する構成であってもよい。
Ａｌ2Ｏ3層１５に含有されている酸化アルミニウムが上記の化合物のいずれであるかは、例えば、Ｘ線回折（ＸＲＤ：X-Ray Diffraction）分析を行い、ピーク値の分布を観察することによって評価できる。
Ｔｉ（Ｃ、Ｎ）層１３におけるチタン化合物の含有比率、及び、Ａｌ2Ｏ3層１５における酸化アルミニウムの含有比率は特定の値に限定されるものではない。一例として、Ｔｉ（Ｃ、Ｎ）層１３がチタン化合物を主成分として含有しており、また、Ａｌ2Ｏ3層１５が酸化アルミニウムを主成分として含有している構成が挙げられる。なお、上記の「主成分」とは、上述と同じく、他の成分と比較して質量％の値が最も大きい成分であることを意味している。
Ｔｉ（Ｃ、Ｎ）層１３はチタン化合物以外の成分を含有していてもよく、また、Ａｌ2Ｏ3層１５は酸化アルミニウム以外の成分を含有していてもよい。例えば、Ｔｉ（Ｃ、Ｎ）層１３が酸化アルミニウムを含有する場合やＡｌ2Ｏ3層１５がチタン化合物を含有する場合には、Ｔｉ（Ｃ、Ｎ）層１３及びＡｌ2Ｏ3層１５の接合性が向上する。
なお、第１面７に平行な方向での空孔２１の幅ｗ１の平均値を評価する際に、第１面７に直交する断面に存在する全ての空孔２１の幅ｗ１を評価する必要はなく、断面において並んで位置する５～１０個程度の空孔２１の幅ｗ１の平均値によって評価すればよい。例えば、第１面７に直交する断面においてＴｉ（Ｃ、Ｎ）層１３及びＡｌ2Ｏ3層１５の境界１６を含む１０μｍ四方の領域を抽出し、この領域における空孔２１の幅ｗ１を測定すればよい。また、第１部分Ｘの幅ｗ２の平均値は、断面において並んで位置する５～１０個程度の空孔２１での間隔の平均値によって評価すればよい。なお、本開示においては、他にも平均値を定める場合がある。これらはいずれも、５～１０程度の値の平均値とするとよい。
空孔２１は、Ｔｉ（Ｃ、Ｎ）層１３に存在していればよい。例えば、図４に示すようにＴｉ（Ｃ、Ｎ）層１３内に位置している構成だけでなく、図５に示すようにＴｉ（Ｃ、Ｎ）層１３内及びＡｌ2Ｏ3層１５内のそれぞれに位置している構成であってもよい。図５において、Ｔｉ（Ｃ、Ｎ）層１３及びＡｌ2Ｏ3層１５の境界１６に沿った仮想線分を一点鎖線で示しており、Ａｌ2Ｏ3層１５内に位置する空孔２１がＴｉ（Ｃ、Ｎ）層１３及びＡｌ2Ｏ3層１５の境界１６に沿って位置していてもよい。
なお、空孔２１がＴｉ（Ｃ、Ｎ）層１３及びＡｌ2Ｏ3層１５の境界１６に沿って位置しているとは、複数の空孔２１のＴｉ（Ｃ、Ｎ）層１３及びＡｌ2Ｏ3層１５の境界１６までの間隔が、その平均値に対して±２０％の範囲に収まっていることをいう。
被覆工具１の耐熱性及び耐久性の観点からＴｉ（Ｃ、Ｎ）層１３がチタン化合物として炭窒化チタンを含有し、さらに、Ａｌ2Ｏ3層１５が酸化アルミニウムとしてα－アルミナを含有している場合において、複数の空孔２１がＴｉ（Ｃ、Ｎ）層１３内に位置している際には被覆工具１の耐久性がさらに高められる。
これは、α－アルミナと比較して炭窒化チタンの硬度は高いものの耐衝撃性が低いため、空孔２１がＴｉ（Ｃ、Ｎ）層１３内に位置している場合には、Ｔｉ（Ｃ、Ｎ）層１３において空孔２１による耐衝撃性を高めることができ、被覆工具１の耐久性がさらに高められるからである。
空孔２１の大きさとしては、特に限定されるものではないが、例えば、２０～２００ｎｍに設定できる。空孔２１の大きさが２０ｎｍ以上である場合には、空孔２１による衝撃緩和の効果を高めることができる。また、空孔２１の大きさが、２００ｎｍ以下の場合には、Ｔｉ（Ｃ、Ｎ）層１３の強度を維持し易い。なお、空孔２１の大きさとは、その空孔２１の第１面７に直交する断面における幅ｗ１の最大値を意味する。
また、空孔２１の形状としては、特に限定されるものではないが、第１面７に直交する断面において、第１面７に直交する方向における高さｈ１よりも第１面７に平行な方向の幅ｗ１が大きい場合、言い換えれば、第１面７に平行な方向での空孔２１の幅ｗ１の平均値が、第１面７に直交する方向での空孔２１の高さｈ１の平均値よりも大きい場合には、空孔２１の比率を抑えつつ耐衝撃性をさらに高めることができる。これは、以下の理由による。
切削加工物を製造するため被削材を切削加工する際に、被覆層５に対しては第１面７に直交する方向に切削負荷が加わり易い。このとき、空孔２１が第１面７に直交する方向の高さｈ１よりも第１面７に平行な方向の幅ｗ１が大きい形状である場合には、空孔２１を必要以上に大きくすることなく、空孔２１の広い範囲で切削負荷を吸収することができる。そのため、空孔２１の比率を抑えつつ耐衝撃性をさらに高めることができる。なお、空孔２１が第１面７に直交する方向の高さｈ１とは、空孔２１が第１面７に直交する方向の高さｈ１の最大値である。
具体的には、第１面７に平行な方向での空孔２１の高さｈ１の平均値に対する第１面７に直交する方向での空孔２１の幅ｗ１の平均値の比率が１．２以上である場合には、空孔２１の広い範囲で切削負荷を吸収しやすい。また、上記の比率が２以下である場合には、第１面７に直交する方向での空孔２１の変形量が確保され易いので、空孔２１において安定して切削負荷を吸収しやすい。
本実施形態において、第１面７に直交する断面での第１面７及び第２面９の境界の最大高さをＲｚとした際に、第１面７に直交する方向での空孔２１の高さｈ１の平均値がＲｚよりも小さい場合には、被覆層５の耐久性の低下を抑え易い。
Ｔｉ（Ｃ、Ｎ）層１３における隣り合う空孔２１間に位置する第１部分Ｘ及び複数の空孔２１が変形することによって本開示の被覆工具１は高い耐衝撃性を備えている。ここで、第１面７に直交する方向での空孔２１の幅の平均値がＲｚよりも小さい場合には、隣り合う空孔２１を結ぶ仮想線が、空孔２１の幅よりも大きく折れ曲がったジグザグ形状で示される。
仮想線が上記の形状で示される際には、仮に第１部分Ｘの一つに亀裂が生じた場合であっても、この亀裂が生じた第１部分Ｘの隣に位置する第１部分Ｘに亀裂が進展しにくい。そのため、被覆層５の耐久性が低下しにくい。
また、第１面７に直交する断面において、空孔２１からＴｉ（Ｃ、Ｎ）層１３及びＡｌ2Ｏ3層１５の境界１６までの距離ｄ１の平均値が、第１部分Ｘの幅ｗ２の平均値よりも大きい場合にも、被覆層５の耐久性が低下しにくい。なお、空孔２１からＴｉ（Ｃ、Ｎ）層１３及びＡｌ2Ｏ3層１５の境界１６までの距離ｄ１とは、空孔２１における、境界１６への距離の最小値である。
これは、上記の場合においては、第１部分Ｘと比較して空孔２１からＴｉ（Ｃ、Ｎ）層１３及びＡｌ2Ｏ3層１５の境界１６までの距離が十分に確保できるため、仮に第１部分Ｘの一つに亀裂が生じた場合であっても、この亀裂がＴｉ（Ｃ、Ｎ）層１３及びＡｌ2Ｏ3層１５の境界１６に達しにくいからである。上記の亀裂がＴｉ（Ｃ、Ｎ）層１３及びＡｌ2Ｏ3層１５の境界１６に達しにくいため、Ｔｉ（Ｃ、Ｎ）層１３及びＡｌ2Ｏ3層１５の接合性が低下しにくい。
空孔２１は、Ｔｉ（Ｃ、Ｎ）層１３に位置しており、Ｔｉ（Ｃ、Ｎ）層１３及びＡｌ2Ｏ3層１５の境界から離れて位置している。ここで、第１面７に直交する断面において、空孔２１からＴｉ（Ｃ、Ｎ）層１３及びＡｌ2Ｏ3層１５の境界１６までの距離ｄ１の平均値が、第１面７に直交する方向での空孔２１の高さｈ１の平均値よりも大きい場合には、被覆層５における耐衝撃性を高めつつＴｉ（Ｃ、Ｎ）層１３及びＡｌ2Ｏ3層１５の接合性が低下しにくい。
これは、空孔２１の大きさと比較して空孔２１からＴｉ（Ｃ、Ｎ）層１３及びＡｌ2Ｏ3層１５の境界１６までの距離が十分に確保できるため、切削負荷を吸収するため空孔２１が変形する場合であっても、Ｔｉ（Ｃ、Ｎ）層１３及びＡｌ2Ｏ3層１５の境界１６は変形しない、または、変形量が十分に小さくなるからである。Ｔｉ（Ｃ、Ｎ）層１３及びＡｌ2Ｏ3層１５の境界１６が大きく変形しにくいため、Ｔｉ（Ｃ、Ｎ）層１３及びＡｌ2Ｏ3層１５の接合性が低下しにくい。
基体３の材質としては、例えば、超硬合金、サーメット及びセラミックスなどの無機材料が挙げられる。なお、基体３の材質としては、これらに限定されるものではない。
超硬合金の組成としては、例えば、ＷＣ（炭化タングステン）－Ｃｏ、ＷＣ－ＴｉＣ（炭化チタン）－Ｃｏ及びＷＣ－ＴｉＣ－ＴａＣ（炭化タンタル）－Ｃｏが挙げられる。ここで、ＷＣ、ＴｉＣ及びＴａＣは硬質粒子であり、Ｃｏは結合相である。また、サーメットは、セラミック成分に金属を複合させた焼結複合材料である。具体的には、サーメットとして、ＴｉＣＮ、ＴｉＣ又はＴｉＮ（窒化チタン）を主成分とした化合物が挙げられる。
基体３は、第１面７及び第１面７の反対側に位置する面を貫通する貫通穴２３を有していてもよい。貫通穴２３は、被覆工具１をホルダに固定するための固定部材を挿入するために用いることができる。固定部材としては、例えばネジ及びクランプ部材が挙げられる。
基体３の大きさは特に限定されるものではないが、例えば、第１面７の一辺の長さが３～２０ｍｍ程度に設定される。また、第１面７から第１面７の反対側に位置する面までの高さは５～２０ｍｍ程度に設定される。
＜製造方法＞
次に、被覆工具の製造方法の一例を説明する。
次に、被覆工具の製造方法の一例を説明する。
まず、基体３となる硬質合金を焼成によって形成しうる炭化物、窒化物、炭窒化物及び酸化物などから選択される無機物粉末に、金属粉末、カーボン粉末などを適宜添加及び混合して、混合粉末を作製する。次に、この混合粉末を公知の成形方法を用いて所定の工具形状に成形することによって成形体を作製する。成形方法としては、例えば、プレス成形、鋳込成形、押出成形及び冷間静水圧プレス成形などが挙げられる。上記の成形体を、真空中又は非酸化性雰囲気中にて焼成することによって基体３を作製する。なお、必要に応じて、基体３の表面に研磨加工及びホーニング加工を施してもよい。
次に、基体３の表面に化学気相蒸着（ＣＶＤ）法によって被覆層５を成膜する。
まず、Ｔｉ（Ｃ、Ｎ）層１３におけるＴｉＮ層１７（下地層）を成膜する。水素（Ｈ2）ガスに、０．５～１０体積％の四塩化チタンガスと、１０～６０体積％の窒素ガスとを混合して、反応ガスとして用いられる第１混合ガスを作製する。第１混合ガスを１０～２０ｋＰａのガス分圧でチャンバ内に導入し、８３０～８７０℃の温度域で窒化チタンを含有する層１７を成膜する。
次に、Ｔｉ（Ｃ、Ｎ）層１３における第１領域１９ａを成膜する。この第１領域１９ａは第１ＴｉＣＮ層である。水素ガスに、１～５体積％の四塩化チタンガスと、０～４体積％の窒素ガスと、０．１～０．５体積％のアセトニトリルガスとを混合して、第２混合ガスを作製する。第２混合ガスを５～１２ｋＰａのガス分圧でチャンバ内に導入し、８００～８７０℃の温度域でＭＴ－第１領域１９ａを成膜する。
次に、中間領域１９ｃを成膜する。水素ガスに、３体積％～３０体積％の四塩化チタンガスと、３体積％～１５体積％のメタンガスと、５体積％～１０体積％の窒素ガスと、０．５体積％～５体積％の二酸化炭素（ＣＯ2）ガスとを混合して、第３混合ガスを作製する。第３混合ガスを６～１２ｋＰａのガス分圧でチャンバ内に導入し、９８０～１０５０℃の温度域で５０～３００ｎｍ程度の厚みの中間領域１９ｃを成膜する。第３混合ガスが二酸化炭素ガスを含有していることによって、この中間領域１９ｃに空孔２１が形成される。上記の条件とすると、第１面７に直交する断面において、第１面７に平行な方向での空孔２１の幅ｗ１の平均値が、隣り合う空孔２１の間隔ｗ２の平均値よりも小さい被覆工具１を作製できる。
また、このとき中間領域１９ｃの厚みが５０～３００ｎｍ程度と薄いため、中間領域１９ｃに形成された空孔２１を、Ｔｉ（Ｃ、Ｎ）層１３及びＡｌ2Ｏ3層１５の境界１６に沿った方向に並んで位置させることが可能となる。
次に、Ｔｉ（Ｃ、Ｎ）層１３における第２領域１９ｂを成膜する。水素ガスに、１～４体積％の四塩化チタンガスと、５～２０体積％の窒素ガスと、０．１～１０体積％のメタンガスと、０．５体積％～１０体積％の二酸化炭素ガスとを混合して、第４混合ガスを作製する。第４混合ガスを５～４５ｋＰａのガス分圧でチャンバ内に導入し、９５０～１０５０℃の温度域で０．３～３μｍ程度の厚みのＨＴ－第２領域１９ｂを成膜する。
次に、Ａｌ2Ｏ3層１５を成膜する。成膜温度を９５０℃～１１００℃、ガス圧を５ｋＰａ～２０ｋＰａとし、反応ガスの組成が、水素ガスに、５体積％～１５体積％の三塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ3）ガスと、０．５体積％～２．５体積％の塩化水素（ＨＣｌ）ガスと、０．５体積％～５．０体積％の二酸化炭素ガスと、０体積％～１体積％の硫化水素（Ｈ2Ｓ）ガスとを混合して、第５混合ガスを作製する。第５混合ガスをチャンバ内に導入し、Ａｌ2Ｏ3層１５を成膜する。
その後、必要に応じて、成膜した被覆層５の表面における切刃１１が位置する部分を研磨加工する。このような研磨加工を行った場合には、切刃１１への被削材の溶着が抑制され易くなるため、さらに耐欠損性に優れた被覆工具１となる。
なお、上記の製造方法は、被覆工具１を製造する方法の一例である。したがって、被覆工具１は、上記の製造方法によって作製されたものに限定されないことは言うまでもない。例えば、Ａｌ2Ｏ3層１５の上に別途、ＴｉＮ層などを成膜してもよい。
第１面７に直交する断面において、第１面７に平行な方向での空孔２１の幅ｗ１の平均値が、第１面７に直交する方向での空孔２１の高さｈ１の平均値よりも大きい被覆工具１を作製するには、中間領域１９ｃの成膜の際に時間調整を行い、中間領域１９ｃを５０～１５０ｎｍ程度の厚みに成膜するとよい。
第１面７に直交する断面において、空孔２１から境界１６までの距離ｄ１の平均値が、第１面７に直交する方向での空孔２１の高さｈ１の平均値よりも大きい被覆工具１を作製するには、中間領域１９ｃの成膜の際に時間調整を行い、５０～１５０ｎｍ程度の厚みに成膜したのち、Ｔｉ（Ｃ、Ｎ）層１３における第２領域１９ｂを、０．５～３μｍ程度の厚みに成膜するとよい。
第１面に直交する断面において、空孔２１から境界１６までの距離ｄ１の平均値が、隣り合う空孔２１の間隔ｗ２の平均値よりも大きい被覆工具１を作製するには、Ｔｉ（Ｃ、Ｎ）層１３における第２領域１９ｂが、隣り合う空孔２１の間隔ｗ２の平均値よりも厚くなるように成膜するとよい。
＜切削工具＞
次に、一実施形態の切削工具１０１について図面を用いて説明する。
次に、一実施形態の切削工具１０１について図面を用いて説明する。
本実施形態の切削工具１０１は、図６及び図７に示すように、第１端（図６における上）から第２端（図６における下）に向かって延びる棒状体であり、第１端の側に位置するポケット１０３を有するホルダ１０５と、ポケット１０３に位置する上記の被覆工具１とを備えている。本実施形態の切削工具１０１においては、稜線における切刃として用いられる部分がホルダ１０５の先端から突出するように被覆工具１が装着されている。
ポケット１０３は、被覆工具１が装着される部分であり、ホルダ１０５の下面に対して平行な着座面と、着座面に対して傾斜する拘束側面とを有している。また、ポケット１０３は、ホルダ１０５の第１端側において開口している。
ポケット１０３には被覆工具１が位置している。このとき、被覆工具１の下面がポケット１０３に直接に接していてもよく、また、被覆工具１とポケット１０３との間にシートを挟んでいてもよい。
被覆工具１は、稜線における切刃として用いられる部分がホルダ１０５から外方に突出するように装着される。本実施形態においては、被覆工具１は、ネジ１０７によって、ホルダ１０５に装着されている。すなわち、被覆工具１の貫通穴２３にネジ１０７を挿入し、このネジ１０７の先端をポケット１０３に形成されたネジ孔（不図示）に挿入してネジ部同士を螺合させることによって、被覆工具１がホルダ１０５に装着されている。
ホルダ１０５としては、鋼、鋳鉄などを用いることができる。特に、これらの部材の中で靱性の高い鋼を用いることが好ましい。
本実施形態においては、いわゆる旋削加工に用いられる切削工具を例示している。旋削加工としては、例えば、内径加工、外径加工及び溝入れ加工が挙げられる。なお、切削工具としては旋削加工に用いられるものに限定されない。例えば、転削加工に用いられる切削工具に上記の実施形態の被覆工具１を用いてもよい。
１・・・被覆工具
３・・・基体
５・・・被覆層
７・・・第１面
９・・・第２面
１１・・・切刃
１３・・・Ｔｉ（Ｃ、Ｎ）層
１５・・・Ａｌ2Ｏ3層
１６・・・境界（Ｔｉ（Ｃ、Ｎ）層及びＡｌ2Ｏ3層の境界）
１７・・・ＴｉＮ層
１９・・・ＴｉＣＮ層
１９ａ・・第１領域、第１Ｔｉ（Ｃ、Ｎ）層
１９ｂ・・第２領域
１９ｃ・・中間領域、空孔領域
２１・・・空孔
２３・・・貫通穴
１０１・・・切削工具
１０３・・・ポケット
１０５・・・ホルダ
１０７・・・固定ネジ
３・・・基体
５・・・被覆層
７・・・第１面
９・・・第２面
１１・・・切刃
１３・・・Ｔｉ（Ｃ、Ｎ）層
１５・・・Ａｌ2Ｏ3層
１６・・・境界（Ｔｉ（Ｃ、Ｎ）層及びＡｌ2Ｏ3層の境界）
１７・・・ＴｉＮ層
１９・・・ＴｉＣＮ層
１９ａ・・第１領域、第１Ｔｉ（Ｃ、Ｎ）層
１９ｂ・・第２領域
１９ｃ・・中間領域、空孔領域
２１・・・空孔
２３・・・貫通穴
１０１・・・切削工具
１０３・・・ポケット
１０５・・・ホルダ
１０７・・・固定ネジ
Claims (7)
- 第１面を具備する基体と、
前記第１面の上に位置する被覆膜と、を有する被覆工具であって、
前記被覆膜は、チタン化合物を含有するＴｉ（Ｃ、Ｎ、Ｏ）層と、該Ｔｉ（Ｃ、Ｎ、Ｏ）層を覆うＡｌ2Ｏ3層とを有し、
前記Ｔｉ（Ｃ、Ｎ、Ｏ）層は、前記チタン化合物として少なくとも炭窒化チタンを含有し、前記第１面に直交する断面において、前記Ｔｉ（Ｃ、Ｎ、Ｏ）層と前記Ａｌ2Ｏ3層の境界に沿って、複数の空孔を有する空孔領域を有し、
前記境界に沿う方向における前記空孔の幅の平均値は、隣り合う前記空孔の間隔の平均値よりも小さく、
前記Ｔｉ（Ｃ、Ｎ、Ｏ）層は、前記空孔領域よりも基体に近い位置にあり、且つ、炭窒化チタンを主成分として含有する第１ＴｉＣＮ層を有し、
該第１ＴｉＣＮ層における炭素と窒素の合計に対する炭素の原子比（Ｃ／（Ｃ＋Ｎ））の平均が０．５０～０．６５であり、
前記第１面に直交する断面において、前記第１面に平行な方向での前記空孔の幅の平均値が、前記第１面に直交する方向での前記空孔の高さの平均値よりも大きい、被覆工具。 - 前記第１面に直交する断面において、前記第１面に平行な方向での前記空孔の幅の平均値が、前記第１面に平行な方向での隣り合う前記空孔の間隔の平均値よりも小さい、請求項１に記載の被覆工具。
- 前記Ａｌ2Ｏ3層がα－アルミナを含有する、請求項１又は２のいずれかに記載の被覆工具。
- 前記第１面に直交する断面において、前記空孔から前記境界までの距離の平均値が、前記第１面に直交する方向での前記空孔の高さの平均値よりも大きい、請求項１～３のいずれか１つに記載の被覆工具。
- 前記第１面に直交する断面において、前記空孔から前記境界までの距離の平均値が、前記第１面に平行な方向での隣り合う前記空孔の間隔の平均値よりも大きい、請求項１～４のいずれか１つに記載の被覆工具。
- 前記第１ＴｉＣＮ層における炭素と窒素の合計に対する炭素の原子比（Ｃ／（Ｃ＋Ｎ））の平均が０．５５～０．６２である、請求項１～５のいずれか１つに記載の被覆工具。
- 第１端から第２端に向かって伸びる棒状であり、前記第１端の側に位置するポケットを有するホルダと、前記ポケット内に位置する、請求項１～６のいずれか１つに記載の被覆工具とを有する切削工具。
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