JP7302617B2 - 被覆切削工具 - Google Patents

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からなる群より選ばれる１種の単層又は２種以上の複層からなる被覆層が知られている。

例えば、特許文献１には、基材と、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、α型Ａｌ₂Ｏ₃層を含み、α型Ａｌ₂Ｏ₃層は、複数のα型Ａｌ₂Ｏ₃の結晶粒を含み、かつ（００１）配向を示し、結晶粒の粒界は、ＣＳＬ粒界と一般粒界とを含み、ＣＳＬ粒界のうちΣ３型結晶粒界の長さは、Σ３－２９型結晶粒界の長さの８０％超であり、かつΣ３－２９型結晶粒界の長さと一般粒界の長さとの和である全粒界の合計長さの１０％以上５０％以下である、表面被覆切削工具が記載されている。

例えば、特許文献２には、超硬合金、サーメット、セラミック、スチール、若しくは立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）などの超硬質物質の基材、及び、全厚さが５から４０μｍであるコーティングであって、コーティングは、少なくとも１つの層が１から２０μｍの厚さを有するα－Ａｌ₂Ｏ₃層である１つ以上の耐熱性層からなる、コーティング、から成り、ここで、少なくとも１つのα－Ａｌ₂Ｏ₃層中のΣ３型結晶粒界の長さは、Σ３、Σ７、Σ１１、Σ１７、Σ１９、Σ２１、Σ２３、及びΣ２９型結晶粒界（＝Σ３－２９型結晶粒界）の結晶粒界を合計した全長さの８０％超であり、結晶粒界性格分布は、ＥＢＳＤによって測定される切削工具インサートが記載されている。

国際公開２０１７－００９９２８号公報 特表２０１４－５２６３９１号公報

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、従来よりも被覆切削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、鋼の高速切削等、被覆切削工具に負荷が作用し、切削温度が高くな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、従来の被覆切削工具では被覆層の耐クレータ摩耗性が不十分であるため、早期に塑性変形が生じる。これが引き金となって、工具寿命を長くし難い。さらに、被覆層のチッピングを起因とした欠損が生じ、工具寿命を長くし難い。
一方で、特許文献１のα型Ａｌ₂Ｏ₃層を形成した被覆切削工具は、α型Ａｌ₂Ｏ₃層において、ＣＳＬ粒界と一般粒界との和である全粒界の合計長さにおけるΣ３粒界の長さの割合が、５０％以下であり、一定の機械特性の向上が達成されている。しかしながら、Σ３粒界の長さの割合が５０％を超えると結晶粒が粗粒化するため、被覆切削工具の耐チッピング性が不十分となり、改善の余地がある。
また、特許文献２のα型Ａｌ₂Ｏ₃層を形成した被覆切削工具は、α型Ａｌ₂Ｏ₃層において、ＣＳＬ粒界の長さを合計した全長さに対するΣ３型結晶粒界の長さの割合を８０％超としているが、ＣＳＬ粒界と一般粒界との和である全粒界の合計長さにおけるΣ３粒界の長さの割合を高めることが検討されていない。このため、特許文献２の被覆切削工具は、耐摩耗性、耐塑性変形性及び耐欠損性が不十分であり、改善の余地がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、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目的とする。

本発明者は、上述の観点から、被覆切削工具の工具寿命の延長について研究を重ねた。その結果、被覆切削工具の被覆層として、Ｔｉ化合物層を含有する下部層と、α型Ａｌ₂Ｏ₃を含有する上部層とをこの順で含み、該上部層を特定の要件を満たす層とすることで、α型Ａｌ₂Ｏ₃を含有する上部層の損傷を抑制できることを見出した。また、それにより、α型Ａｌ₂Ｏ₃を含有する上部層の効果が従来よりも持続するので、耐摩耗性を向上させることが可能となり、その結果、被覆切削工具の工具寿命を延長できることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明の要旨は以下の通りである。
［１］
基材と、該基材の表面に形成された被覆層とを備え、
前記被覆層が、前記基材側から前記被覆層の表面側に向かって、下部層及び上部層をこの順で含み、
前記下部層が、Ｔｉと、Ｃ、Ｎ及びＯ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層又は２層以上含有し、
前記上部層が、α型Ａｌ₂Ｏ₃からなるα型Ａｌ₂Ｏ₃層を含有し、
前記下部層の平均厚さが２．０μｍ以上１５．０μｍ以下であり、
前記上部層の平均厚さが３．５μｍ以上１５．０μｍ以下であり、
前記上部層において、全粒界の合計長さ１００％に対するΣ３粒界の長さの割合が、５０％を超え８０％以下であり、且つ、ＣＳＬ粒界の合計長さ１００％に対するΣ３粒界の長さの割合が、７０％以上であり、
前記上部層において、下記式（１）で表されるα型Ａｌ₂Ｏ₃層の（０，０，１２）面の組織係数ＴＣ（０，０，１２）が、８．０以上８．９以下である、被覆切削工具。

（式（１）中、Ｉ（ｈ，ｋ，ｌ）は、α型Ａｌ₂Ｏ₃層の（ｈ，ｋ，ｌ）面を測定したＸ線回折によるピーク強度であり、Ｉ₀（ｈ，ｋ，ｌ）は、ＪＣＰＤＳカード番号１０－０１７３によるα型Ａｌ₂Ｏ₃の（ｈ，ｋ，ｌ）面の標準回折強度であり、（ｈ，ｋ，ｌ）は、（０，１，２）、（１，０，４）、（１，１，３）、（０，２，４）、（１，１，６）、（２，１，４）、（３，０，０）、（０，２，１０）及び（０，０，１２）の９の結晶面を指す。）
［２］
前記ＣＳＬ粒界の合計長さ１００％に対するΣ３粒界の長さの割合が、８０％以上９９％以下である、［１］に記載の被覆切削工具。
［３］
前記上部層において、前記下部層側から前記被覆層の表面に向かって２．５μｍの位置における平均粒径ｄ_uに対する、前記被覆層の表面側から前記下部層側に向かって０．５μｍの位置における平均粒径ｄ_sの比［ｄ_s／ｄ_u］が、１．０以上１．７以下である、［１］又は［２］に記載の被覆切削工具。
［４］
前記ｄ_uが、０．５μｍ以上１．４μｍ以下であり、前記ｄ_sが、０．６μｍ以上１．５μｍ以下である、［３］に記載の被覆切削工具。
［５］
前記被覆層が、前記上部層の前記基材側とは反対側の上に外層を含み、
前記外層が、Ｔｉと、Ｃ、Ｎ及びＯ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化合物層を含有し、
前記外層の平均厚さが、０．３μｍ以上４．０μｍ以下である、［１］～［４］のいずれかに記載の被覆切削工具。
［６］
前記被覆層全体の平均厚さが、５．５μｍ以上２５．０μｍ以下である、［１］～［５］のいずれかに記載の被覆切削工具。
［７］
前記下部層に含まれるＴｉ化合物層が、ＴｉＮからなるＴｉＮ層、ＴｉＣからなるＴｉＣ層、ＴｉＣＮからなるＴｉＣＮ層、ＴｉＣＯからなるＴｉＣＯ層及びＴｉＣＮＯからなるＴｉＣＮＯ層からなる群より選ばれる少なくとも１種である、［１］～［６］のいずれかに記載の被覆切削工具。
［８］
前記基材が、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のいずれかである、［１］～［７］のいずれかに記載の被覆切削工具。

本発明によると、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。

本発明の被覆切削工具の一例を示す模式図である。

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。

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、被覆層が、基材側から被覆層の表面側に向かって、下部層及び上部層をこの順で含み、下部層が、Ｔｉと、Ｃ、Ｎ及びＯ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層又は２層以上含有し、上部層が、α型Ａｌ₂Ｏ₃からなるα型Ａｌ₂Ｏ₃層を含有し、下部層の平均厚さが２．０μｍ以上１５．０μｍ以下であり、上部層の平均厚さが３．５μｍ以上１５．０μｍ以下であり、上部層において、全粒界の合計長さ１００％に対するΣ３粒界の長さの割合が、５０％を超え８０％以下であり、且つ、ＣＳＬ粒界の合計長さ１００％に対するΣ３粒界の長さの割合が、７０％以上であり、上部層において、下記式（１）で表されるα型Ａｌ₂Ｏ₃層の（０，０，１２）面の組織係数ＴＣ（０，０，１２）が、８．０以上８．９以下である。

（式（１）中、Ｉ（ｈ，ｋ，ｌ）は、α型Ａｌ₂Ｏ₃層の（ｈ，ｋ，ｌ）面を測定したＸ線回折によるピーク強度であり、Ｉ₀（ｈ，ｋ，ｌ）は、ＪＣＰＤＳカード番号１０－０１７３によるα型Ａｌ₂Ｏ₃の（ｈ，ｋ，ｌ）面の標準回折強度であり、（ｈ，ｋ，ｌ）は、（０，１，２）、（１，０，４）、（１，１，３）、（０，２，４）、（１，１，６）、（２，１，４）、（３，０，０）、（０，２，１０）及び（０，０，１２）の９の結晶面を指す。）

本実施形態の被覆切削工具は、上記の構成を備えることにより、耐摩耗性及び耐欠損性を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。すなわち、まず、本実施形態の被覆切削工具は、Ｔｉと、Ｃ、Ｎ及びＯ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層又は２層以上含有する。本実施形態の被覆切削工具は、基材と上部層との間に、このような下部層を備えると、耐摩耗性及び密着性が向上する。また、本実施形態の被覆切削工具は、下部層の平均厚さが２．０μｍ以上であることにより、耐摩耗性が向上する。一方、本実施形態の被覆切削工具は、下部層の平均厚さが１５．０μｍ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。

また、本実施形態の被覆切削工具は、上部層がα型Ａｌ₂Ｏ₃からなるα型Ａｌ₂Ｏ₃層を含有することにより、硬くなるため、耐摩耗性が向上する。また、本実施形態の被覆切削工具は、上部層の平均厚さが、３．５μｍ以上であると、被覆切削工具のすくい面における耐クレータ摩耗性が一層向上し、上部層の平均厚さが、１５．０μｍ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一層向上する。

本実施形態の被覆切削工具は、上部層において、全粒界の合計長さ１００％に対するΣ３粒界の長さの割合が、５０％を超えると、比較的低い粒界エネルギーを有する粒界の占める割合が大きくなるため、上部層の機械的特性が向上する。一方、上部層において、全粒界の合計長さ１００％に対するΣ３粒界の長さの割合が、８０％以下であると、結晶粒の粗粒化を抑制できるため耐チッピング性に優れる。また、本実施形態の被覆切削工具は、上部層において、ＣＳＬ粒界の合計長さ１００％に対するΣ３粒界の長さの割合が、７０％以上であると粒界エネルギーが比較的低い結晶粒界の割合が多いことを示す。本実施形態の被覆切削工具において、粒界エネルギーが低いと、機械的特性が向上するので、耐クレータ摩耗性が向上する。

本実施形態の被覆切削工具は、上部層において、上記式（１）で表されるα型Ａｌ₂Ｏ₃層の（０，０，１２）面の組織係数ＴＣ（０，０，１２）が、８．０以上であることにより、（０，０，１２）面のピーク強度Ｉ（０，０，１２）の比率が高くなる。これに起因して、クレータ摩耗を抑制でき、その結果、耐摩耗性に優れる。一方、本実施形態の被覆切削工具は、上部層において、上記式（１）で表されるα型Ａｌ₂Ｏ₃層の（０，０，１２）面の組織係数ＴＣ（０，０，１２）が、８．９以下であると、容易に製造することができる。

そして、これらの構成が組み合わされることにより、本実施形態の被覆切削工具は、耐摩耗性及び耐欠損性が向上し、その結果、工具寿命を延長することができるものと考えられる。

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の表面に被覆層５が形成されており、被覆層５には、下部層２、上部層３及び外層４がこの順序で上方向（基材側から被覆層の表面側）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。

本実施形態に用いる基材は、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、セラミックス又は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。

本実施形態に用いる被覆層は、その平均厚さが、５．５μｍ以上２５．０μｍ以下であることが好ましく、これにより耐摩耗性が向上する。本実施形態の被覆切削工具は、被覆層全体の平均厚さが５．５μｍ以上であると、耐摩耗性が向上し、被覆層全体の平均厚さが２５．０μｍ以下であると、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、本実施形態に用いる被覆層の平均厚さは、８．０μｍ以上２２．０μｍ以下であることがより好ましく、１０．５μｍ以上２１．３μｍ以下であることがさらに好ましい。
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。

［下部層］
本実施形態に用いる下部層は、Ｔｉと、Ｃ、Ｎ及びＯ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層又は２層以上含有する。本実施形態の被覆切削工具は、基材と上部層との間に、このような下部層を備えると、耐摩耗性及び密着性が向上する。

下部層に含まれるＴｉ化合物層としては、特に限定されないが、例えば、ＴｉＮからなるＴｉＮ層、ＴｉＣからなるＴｉＣ層、ＴｉＣＮからなるＴｉＣＮ層、ＴｉＣＯからなるＴｉＣＯ層、ＴｉＣＮＯからなるＴｉＣＮＯ層、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、複層（例えば、２層又は３層）で構成されてもよいが、複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、ＴｉＣＯ層及びＴｉＣＮＯ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い。また、本実施形態の被覆切削工具は、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傾向にある。

また、本実施形態の被覆切削工具は、下部層の少なくとも１層がＴｉＮ層であり、該ＴｉＮ層を基材の表面に形成すると、密着性が一層向上する傾向にある。下部層が２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層として形成してもよい。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、ＴｉＣＯ層又はＴｉＣＮＯ層を第３層として形成してもよい。下部層が３層で構成されている場合には、下部層の基材側（第１層）にＴｉＮ層又はＴｉＣ層を有すると、基材と下部層の密着性が一層向上する傾向があるため好ましく、また、下部層の上部層側（第３層）にＴｉＣＯ層又はＴｉＣＮＯ層を有すると、下部層と上部層の密着性が一層向上する傾向があるため好ましい。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。

本実施形態に用いる下部層の平均厚さは、２．０μｍ以上１５．０μｍ以下である。本実施形態の被覆切削工具は、下部層の平均厚さが２．０μｍ以上であることにより、耐摩耗性が向上する。一方、本実施形態の被覆切削工具は、下部層の平均厚さが１５．０μｍ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、２．５μｍ以上１４．５μｍ以下であることが好ましく、３．２μｍ以上１４．０μｍ以下であるとより好ましい。

下部層において、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、ＴｉＣ層又はＴｉＮ層の平均厚さは、０．１μｍ以上０．５μｍ以下であることがより好ましく、０．２μｍ以上０．４μｍ以下であることがさらに好ましい。

下部層において、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、２．０μｍ以上１５．０μｍ以下であることが好ましい。同様の観点から、ＴｉＣＮ層の平均厚さは、２．２μｍ以上１４．０μｍ以下であることがより好ましく、２．５μｍ以上１３．０μｍ以下であることがさらに好ましい。

下部層において、ＴｉＣＯ層又はＴｉＣＮＯ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、ＴｉＣＮ層の平均厚さは、０．２μｍ以上０．８μｍ以下であることがより好ましく、０．４μｍ以上０．７μｍ以下であることがさらに好ましい。

Ｔｉ化合物層は、Ｔｉと、Ｃ、Ｎ及びＯ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。

［上部層］
本実施形態に用いる上部層は、α型Ａｌ₂Ｏ₃からなるα型Ａｌ₂Ｏ₃層を含有する。本実施形態の被覆切削工具は、上部層がα型Ａｌ₂Ｏ₃からなるα型Ａｌ₂Ｏ₃層を含有することにより、硬くなるため、耐摩耗性が向上する。

また、本実施形態の被覆切削工具は、上部層の平均厚さが３．５μｍ以上１５．０μｍ以下である。上部層の平均厚さが、３．５μｍ以上であると、被覆切削工具のすくい面における耐クレータ摩耗性が一層向上する。上部層の平均厚さが、１５．０μｍ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一層向上する。同様の観点から、上部層の平均厚さが３．５μｍ以上１４．５μｍ以下であることが好ましく、３．６μｍ以上１４．０μｍ以下であるとより好ましい。

また、本実施形態の被覆切削工具は、上部層において、全粒界の合計長さ１００％に対するΣ３粒界の長さの割合が、５０％を超え８０％以下である。上部層において、全粒界の合計長さ１００％に対するΣ３粒界の長さの割合が、５０％を超えると、比較的低い粒界エネルギーを有する粒界の占める割合が大きくなるため、上部層の機械的特性が向上する。一方、上部層において、全粒界の合計長さ１００％に対するΣ３粒界の長さの割合が、８０％以下であると、結晶粒の粗粒化を抑制できるため耐チッピング性に優れる。なお、本実施形態において、全粒界の合計長さとは、ＣＳＬ粒界の長さとそれ以外の一般結晶粒界の長さとを合計した長さである。同様の観点から、上部層において、全粒界の合計長さ１００％に対するΣ３粒界の長さの割合は、５２％以上７９％以下であることが好ましく、５４％以上７８％以下であることがより好ましい。

また、本実施形態の被覆切削工具は、上部層において、ＣＳＬ粒界の合計長さ１００％に対するΣ３粒界の長さの割合が、７０％以上であり、好ましくは７０％以上９９％以下である。上部層において、ＣＳＬ粒界の合計長さ１００％に対するΣ３粒界の長さの割合が、７０％以上であると粒界エネルギーが比較的低い結晶粒界の割合が多いことを示す。本実施形態の被覆切削工具において、粒界エネルギーが低いと、機械的特性が向上するので、耐クレータ摩耗性が向上する。一方、ＣＳＬ粒界の合計長さ１００％に対するΣ３粒界の長さの割合が、９９％以下であると製造するのが容易となる傾向にある。同様の観点から、上部層において、ＣＳＬ粒界の合計長さ１００％に対するΣ３粒界の長さの割合は、７５％以上９９％以下であることがより好ましく、８０％以上９９％以下であることがさらに好ましく、８０％以上９７％以下であることが特に好ましい。

本実施形態に用いる上部層は、粒界エネルギーが比較的高い結晶粒界と粒界エネルギーが比較的低い結晶粒界とを有する。通常、結晶粒界は原子の並びが不規則に乱れておりランダムに配列されるため、隙間が多く、比較的高い粒界エネルギーを有する。一方、結晶粒界の中には、原子の並びが規則的であり隙間の少ない粒界もあり、そのような結晶粒界は比較的低い粒界エネルギーを有する。このような比較的低い粒界エネルギーを有する結晶粒界の代表例として対応格子（Ｃｏｉｎｃｉｄｅｎｃｅ Ｓｉｔｅ Ｌａｔｔｉｃｅ）結晶粒界が挙げられる（以下、「ＣＳＬ結晶粒界」と表記し、「ＣＳＬ粒界」とも表記する。）。結晶粒界は、緻密化、クリープ及び拡散のような重要な焼結プロセスに対して、電気的、光学的、及び機械的特性に対してと同様に有意義な影響を及ぼす。結晶粒界の重要性は、いくつかの因子、例えば、物質中の結晶粒界密度、界面の化学組成、及び結晶学的組織、すなわち結晶粒界面方位及び結晶粒方位差に依存する。ＣＳＬ結晶粒界は、特別な役割を果たしている。ＣＳＬ結晶粒界の分布の程度を示す指標として、Σ値が知られており、それは結晶粒界において接する２つの結晶粒の結晶格子点密度と、両方の結晶格子を重ね合わせた際に一致する格子点の密度との比率として定義される。単純な構造の場合、低いΣ値を有する粒界は、低界面エネルギー及び特殊な特性を有する傾向にあることが一般的に認められる。したがって、ＣＳＬ結晶粒界の割合及び結晶粒方位差の分布を制御することは、上部層の特性及びその向上にとって重要であると考えられる。

近年、後方散乱電子回折（以下「ＥＢＳＤ」とも記す）として知られるＳＥＭをベースとした技術が、物質中の結晶粒界の研究に用いられている。ＥＢＳＤは、後方散乱電子によって発生する菊池回折パターンの自動分析に基づいている。

対象とする物質の各結晶粒について、結晶学的方位は、対応する回折パターンのインデックスを作成した後に決定される。ＥＢＳＤを市販のソフトウェアと共に用いることにより、組織分析及び粒界性格分布（Ｇｒａｉｎ Ｂｏｕｎｄａｒｙ Ｃｈａｒａｃｔｅｒ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ：ＧＢＣＤ）の決定が比較的容易に行われる。界面をＥＢＳＤにより測定及び解析することにより、界面の大きなサンプル集団での結晶粒界の方位差を明らかにすることができる。通常、方位差の分布は、物質の処理及び／又は物性に関連する。結晶粒界の方位差は、オイラー角、角／軸の対（ａｎｇｌｅ／ａｘｉｓ ｐａｉｒ）、又はロドリゲスベクトルなどの通常の方位パラメータから得られる。

本実施形態において、上部層のＣＳＬ結晶粒界は、Σ３粒界の他、Σ７粒界、Σ１１粒界、Σ１３粒界、Σ１７粒界、Σ１９粒界、Σ２１粒界、Σ２３粒界及びΣ２９粒界を指す。Σ３粒界は、上部層のＣＳＬ結晶粒界の中で最も低い粒界エネルギーを有すると考えられる。ここで、Σ３粒界の長さとは、ＥＢＳＤを備えたＳＥＭで観察される視野（特定の領域）中のΣ３粒界の合計長さを示す。このΣ３粒界は、その他のＣＳＬ結晶粒界と比較して、対応格子点密度が高くなり、低い粒界エネルギーを有する。言い換えれば、Σ３粒界は一致する格子点が多いＣＳＬ結晶粒界であり、Σ３粒界を粒界とする２つの結晶粒は単結晶又は双晶に近い挙動を示し、結晶粒が大きくなる傾向を示す。本実施形態の被覆切削工具は、上部層において、ＣＳＬ結晶粒界の合計長さ１００％に対するΣ３粒界の長さの割合を高めたことで、耐クレータ摩耗性が向上する。

ここで、全粒界とは、ＣＳＬ結晶粒界以外の結晶粒界とＣＳＬ結晶粒界とを合計したものである。以下、ＣＳＬ結晶粒界以外の結晶粒界を「一般結晶粒界」という。一般結晶粒界は、ＥＢＳＤを備えたＳＥＭで観察した場合の上部層の結晶粒の全粒界からＣＳＬ結晶粒界を除いた残りの粒界となる。したがって、「全粒界の合計長さ」とは「ＣＳＬ結晶粒界の長さと一般結晶粒界の長さとの和」として表すことができる。

本実施形態において、上部層における全粒界の合計長さ１００％に対するΣ３粒界の長さの割合及びＣＳＬ粒界の合計長さ１００％に対するΣ３粒界の長さの割合は、次のようにして算出することができる。

被覆切削工具において、基材の表面と平行な方向に上部層の断面を露出させて観察面を得る。上部層の断面を露出させる方法としては、例えば、切断及び研磨が挙げられる。このうち、上部層の観察面をより平滑にする観点から研磨が好ましい。特に、観察面は、より平滑である観点から鏡面であると好ましい。上部層の鏡面観察面を得る方法としては、特に限定されないが、例えば、ダイヤモンドペースト又はコロイダルシリカを用いて研磨する方法やイオンミリング等を挙げることができる。

その後、上記の観察面を、ＥＢＳＤを備えたＳＥＭによって観察する。該観察領域としては、平坦な面（逃げ面等）を観察することが好ましい。

ＳＥＭは、ＥＢＳＤ（ＴｅｘＳＥＭ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ社製）を備えたＳＵ６６００（日立ハイテクノロジーズ社製）を用いる。

観察面の法線は、入射ビームに対して７０°傾斜させ、分析は、１５ｋＶの加速電圧及び１．０ｎＡ照射電流で電子線を照射することにより行われる。データ収集は、観察面上、上部層の５０μｍ×３０μｍの面領域に相当する１０００×６００ポイントについて、０．０５μｍ／ステップのステップにて行われる。このデータ収集を５視野の面領域（上部層の５０μｍ×３０μｍ）について行い、その平均値を算出する。

データ処理は、市販のソフトウェアを用いて行われる。任意のΣ値に対応するＣＳＬ結晶粒界を計数し、全結晶粒界に対する比として各粒界の割合を表すことによって確認することができる。以上より、Σ３粒界の長さ、ＣＳＬ粒界の長さ及び全粒界の合計長さを求めて、全粒界の合計長さ１００％に対するΣ３粒界の長さの割合、及びＣＳＬ粒界の合計長さ１００％に対するΣ３粒界の長さの割合を算出することができる。

本実施形態の被覆切削工具は、上部層において、下記式（１）で表されるα型Ａｌ₂Ｏ₃層の（０，０，１２）面の組織係数ＴＣ（０，０，１２）が、８．０以上８．９以下である。

（式（１）中、Ｉ（ｈ，ｋ，ｌ）は、α型Ａｌ₂Ｏ₃層の（ｈ，ｋ，ｌ）面を測定したＸ線回折によるピーク強度であり、Ｉ₀（ｈ，ｋ，ｌ）は、ＪＣＰＤＳカード番号１０－０１７３によるα型Ａｌ₂Ｏ₃の（ｈ，ｋ，ｌ）面の標準回折強度であり、（ｈ，ｋ，ｌ）は、（０，１，２）、（１，０，４）、（１，１，３）、（０，２，４）、（１，１，６）、（２，１，４）、（３，０，０）、（０，２，１０）及び（０，０，１２）の９の結晶面を指す。）

本実施形態の被覆切削工具は、上部層において、上記式（１）で表されるα型Ａｌ₂Ｏ₃層の（０，０，１２）面の組織係数ＴＣ（０，０，１２）が、８．０以上であることにより、（０，０，１２）面のピーク強度Ｉ（０，０，１２）の比率が高くなる。これに起因して、クレータ摩耗を抑制でき、その結果、耐摩耗性に優れる。一方、本実施形態の被覆切削工具は、上部層において、上記式（１）で表されるα型Ａｌ₂Ｏ₃層の（０，０，１２）面の組織係数ＴＣ（０，０，１２）が、８．９以下であると、容易に製造することができる。
同様の観点から、上記式（１）で表されるα型Ａｌ₂Ｏ₃層の（０，０，１２）面の組織係数ＴＣ（０，０，１２）は、８．１以上８．８以下であることが好ましく、８．２以上８．８以下であることがより好ましい。
なお、本実施形態において、α型Ａｌ₂Ｏ₃層の（０，０，１２）面の組織係数ＴＣ（０，０，１２）は、後述の実施例に記載の方法により求めることができる。

本実施形態の被覆切削工具は、上部層において、下部層側から被覆層の表面に向かって２．５μｍの位置における平均粒径ｄ_uに対する、被覆層の表面側から下部層側に向かって０．５μｍの位置における平均粒径ｄ_sの比［ｄ_s／ｄ_u］が、１．０以上１．７以下であることが好ましい。

本実施形態の被覆切削工具は、上部層において、比［ｄ_s／ｄ_u］が、１．０以上であると、製造が容易であるため好ましく、１．７以下であると、α型Ａｌ₂Ｏ₃層の結晶粒の粗大化を抑制することにより耐チッピング性が向上する傾向にある。同様の観点から、本実施形態の被覆切削工具は、上部層において、比［ｄ_s／ｄ_u］が、１．２以上１．７以下であることがより好ましく、１．３以上１．７以下であることがさらに好ましい。

本実施形態の被覆切削工具は、上部層において、ｄ_uが０．５μｍ以上１．４μｍ以下であることが好ましい。本実施形態の被覆切削工具は、上部層において、ｄ_uが０．５μｍ以上であると、上部層の下部層側において、柱状晶の占める割合が高くなるため、耐チッピング性が向上する傾向にあり、ｄ_uが１．４μｍ以下であると表面側のα型Ａｌ₂Ｏ₃層の結晶粒の粗大化を抑制することで耐チッピング性が向上する傾向にある。同様の観点から、本実施形態の被覆切削工具は、上部層において、ｄ_uが０．５μｍ以上１．２μｍ以下であることがより好ましく、０．６μｍ以上１．０μｍ以下であることがさらに好ましい。

本実施形態の被覆切削工具は、上部層において、ｄ_sが０．６μｍ以上１．５μｍ以下であることが好ましい。本実施形態の被覆切削工具は、上部層において、ｄ_sが０．６μｍ以上であるとα型Ａｌ₂Ｏ₃層の結晶粒の粒子の脱落を抑制することで耐クレータ摩耗性が向上する傾向にあり、ｄ_sが１．５μｍ以下であるとα型Ａｌ₂Ｏ₃層の結晶粒の粗大化を抑制することにより耐チッピング性が向上する傾向にあり、さらに、表面粗さが小さくなる傾向にあるため、切削抵抗が小さくなり、耐チッピング性が向上する傾向にある。同様の観点から、本実施形態の被覆切削工具は、上部層において、ｄ_sが０．７μｍ以上１．５μｍ以下であることがより好ましく、０．９μｍ以上１．５μｍ以下であることがさらに好ましい。
なお、本実施形態において、ｄ_s及びｄ_uは、以下の方法により測定することができる。基材の表面と垂直な方向の断面について、ＥＢＳＤを備えたＦＥ－ＳＥＭで観察する。隣接する測定点の間で５度以上の方位差がある場合はそこを粒界と定義する。粒界で囲まれた領域を１つの結晶粒と定義する。そして、ｄ_s及びｄ_uを求めるα型Ａｌ₂Ｏ₃層の特定の厚さの位置に、基材と平行な方向の直線を引く。直線の長さを結晶粒の数で除した値を、平均粒径ｄ_s及びｄ_uとする。このとき、直線の長さは、２０μｍ以上であると好ましい。また、観察した視野において、直線の長さが２０μｍよりも短い場合は、複数の視野を観察し、直線長さの合計が２０μｍ以上となるようにすればよい。具体的には、後述の実施例に記載の方法により測定することができる。

なお、本実施形態において、上部層は、α型酸化アルミニウム（α型Ａｌ₂Ｏ₃）を含有していればよく、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。

［外層］
本実施形態の被覆切削工具において、被覆層が、上部層の基材側とは反対側の上に外層を含むことが好ましい。
本実施形態に用いる外層は、Ｔｉと、Ｃ、Ｎ及びＯから成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化合物層を含むことが好ましい。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、及びＴｉＢ₂からなるＴｉＢ₂層が挙げられる。
中でも、本実施形態に用いる外層は、ＴｉＮ層やＴｉＣＮ層などのＴｉ化合物層を有することが好ましい。本実施形態の被覆切削工具は、外層がＴｉＮ層やＴｉＣＮ層などのＴｉ化合物層を有することにより、耐摩耗性が向上する傾向にあり、さらに使用したコーナを容易に識別することができる傾向にある。同様の観点から、本実施形態に用いる外層は、ＴｉＮ層がより好ましい。

本実施形態に用いる外層の平均厚さは、０．３μｍ以上４．０μｍ以下であることが好ましい。本実施形態の被覆切削工具は、外層の平均厚さが０．３μｍ以上であると、上層を有することによる効果を得ることができ、また、外層の平均厚さが４．０μｍ以下であると、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、本実施形態の被覆切削工具は、外層の平均厚さが、０．３μｍ以上３．５μｍ以下であることがより好ましく、０．３μｍ以上３．０μｍ以下であることがさらに好ましい。

なお、本実施形態において、外層は、本発明の作用効果を奏する限りにおいて、ＴｉＮやＴｉＣＮなどのＴｉ化合物以外の成分を含んでもよく、含まなくてもよい。

本実施形態の被覆切削工具において、被覆層を構成する各層は、化学蒸着法によって形成されてもよく、物理蒸着法によって形成されてもよい。各層の形成方法の具体例としては、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。

（化学蒸着法）
（下部層形成工程）
下部層として、例えば、Ｔｉと、Ｃ、Ｎ及びＯ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化合物層を以下のとおり形成することができる。
例えば、Ｔｉ化合物層がＴｉの窒化物層（以下、「ＴｉＮ層」ともいう。）である場合、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化合物層がＴｉの炭化物層（以下、「ＴｉＣ層」ともいう。）である場合、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化合物層がＴｉの炭窒化物層（以下、「ＴｉＣＮ層」ともいう。）である場合、原料組成をＴｉＣｌ₄：４．０～８．０ｍｏｌ％、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化合物層がＴｉの炭窒酸化物層（以下、「ＴｉＣＮＯ層」ともいう。）である場合、原料組成をＴｉＣｌ₄：１．０～６．０ｍｏｌ％、ＣＯ：０．０５～２．０ｍｏｌ％、Ｎ₂：２０～４５ｍｏｌ％、Ｈ₂：残部とし、温度を９５０～１０２０℃、圧力を７０～１２０ｈＰａとする化学蒸着法で形成することができる。下部層形成工程において、第３層としてＴｉＣＮＯ層を形成する場合、原料ガス組成のうち、ＣＯの割合を減らすことにより、平滑界面とすることができ、その結果、次に形成する上部層において、式（１）で表されるα型Ａｌ₂Ｏ₃層の（０，０，１２）面の組織係数ＴＣ（０，０，１２）を大きくすることができ、上述した特定の範囲とすることができる。当該組織係数ＴＣ（０，０，１２）を大きくし、上述した特定の範囲とするためには、原料ガス組成において、ＣＯの割合は、２．０ｍｏｌ％以下であることが好ましく、１．８ｍｏｌ％以下であることがより好ましく、１．７ｍｏｌ％以下であることが特に好ましい。

Ｔｉ化合物層がＴｉの炭酸化物層（以下、「ＴｉＣＯ層」ともいう。）である場合、原料組成をＴｉＣｌ₄：１．０～６．０ｍｏｌ％、ＣＯ：０．０５～２．０ｍｏｌ％、Ｈ₂：残部とし、温度を９５０～１０２０℃、圧力を７０～１２０ｈＰａ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）
上部層として、例えば、α型Ａｌ₂Ｏ₃からなるα型Ａｌ₂Ｏ₃層（以下、単に「Ａｌ₂Ｏ₃層」ともいう。）を以下のとおり形成することができる。

まず、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、下部層のうち、基材から最も離れた層の表面を酸化する。その後、基材から離れた層の表面にα型Ａｌ₂Ｏ₃層を含有する上部層を形成する。

より具体的には、下部層における基材から最も離れた層の表面の酸化は、ガス組成をＣＯ₂：０．２～１．０ｍｏｌ％、Ｈ₂：残部とし、温度を９５０～１０５０℃、圧力を５０～８０ｈＰａ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、１～１０分であることが好ましい。

その後、基材から最も離れた層の表面上にα型Ａｌ₂Ｏ₃層の核を形成する（核形成工程）。α型Ａｌ₂Ｏ₃層の核形成工程は、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９５０～９８０℃、圧力を６０～８０ｈＰａの条件で行う。核形成工程の時間は、３～５分であることが好ましい。また、原料ガス組成を反応容器に導入する前の余熱部の温度を２３０～２６０℃の範囲とすることが好ましい。当該余熱部の温度を前記範囲とすることにより、上部層において、ＣＳＬ粒界の合計長さ１００％に対するΣ３粒界の長さの割合を上述した特定の範囲とすることができる。具体的には、当該余熱部の温度が大きいほど、ＣＳＬ粒界の合計長さ１００％に対するΣ３粒界の長さの割合が高くなる傾向にある。

α型Ａｌ₂Ｏ₃層の核形成後、アニール工程を行う。アニール工程は、原料ガス組成をＨ₂：１００ｍｏｌ％とし、温度を９５０～１０２０℃、圧力を７０～２００ｈＰａの条件で行う。アニール工程の時間は、４５～７０分であることが好ましい。核形成工程後、前記時間の範囲でアニール工程を行うことにより、上部層において、全粒界の合計長さ１００％に対するΣ３粒界の長さの割合を上述した特定の範囲とすることができる。具体的には、アニール工程の時間が長いほど、上部層において、全粒界の合計長さ１００％に対するΣ３粒界の長さの割合が高くなる傾向にある。また、アニール工程を行わないと、上部層において、全粒界の合計長さ１００％に対するΣ３粒界の長さの割合は極めて小さくなる傾向にある。

その後、α型Ａｌ₂Ｏ₃層は、原料ガス組成をＡｌＣｌ₃：１．０～５．０ｍｏｌ％、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）。成膜工程において、０．５～２．０℃／分の速度で徐々に冷却することが好ましい。成膜工程において、前記速度で徐々に冷却することにより、上部層において、平均粒径ｄ_sを上述した特定の範囲とすることができ、平均粒径の比［ｄ_s／ｄ_u］を上述した特定の範囲とすることができる。また、成膜工程において、原料ガス組成のうち、ＣＯ₂の割合を減らすことにより、新たな核形成を抑制でき、その結果、上部層において、式（１）で表されるα型Ａｌ₂Ｏ₃層の（０，０，１２）面の組織係数ＴＣ（０，０，１２）を大きくすることができ、上述した特定の範囲とすることができる。

また、上部層において、ＣＳＬ粒界の合計長さ１００％に対するΣ３粒界の長さの割合を上述した特定範囲とするためには、上部層形成工程において、圧力を制御したり、上部層の平均厚さを制御したり、原料組成中のＴｉＣｌ₄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圧力を低くしたり、原料組成中のＴｉＣｌ₄の割合を大きくしたりすることにより、上部層におけるΣ３粒界の長さの割合を大きくすることができる。また、上部層の平均厚さを大きくすることにより、上部層におけるΣ３粒界の長さの割合を小さくすることができる。

（外層形成工程）
さらに、上部層の表面にＴｉの窒化物層（以下、「ＴｉＮ層」ともいう）やＴｉの炭窒化物層（以下、「ＴｉＣＮ層」ともいう）からなる外層を形成してもよい。

外層としてのＴｉＮ層は、原料組成をＴｉＣｌ₄：７．０～８．０ｍｏｌ％、Ｎ₂：３０～５０ｍｏｌ％、Ｈ₂：残部とし、温度を９５０～１０５０℃、圧力を３００～４００ｈＰａとする化学蒸着法で形成することができる。

外層としてのＴｉＣＮ層は、原料組成をＴｉＣｌ₄：７．０～９．０ｍｏｌ％、ＣＨ₃ＣＮ：０．７～２．０ｍｏｌ％、ＣＨ₄：１．０～２．０ｍｏｌ％、Ｎ₂：４．０～６．０ｍｏｌ％、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。

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）、又は電界放射型走査型電子顕微鏡（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、本実施形態の被覆切削工具の被覆層における各層の組成は、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。

本実施形態の被覆切削工具は、優れた耐欠損性及び耐摩耗性を有することに起因して、従来よりも工具寿命を延長できるという効果を奏すると考えられる。ただし、工具寿命を延長できる要因は上記に限定されない。

以下、実施例によっ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。

基材として、ＣＮＭＧ１２０４０８のインサート形状に加工し、８９．２ＷＣ－８．８Ｃｏ－２．０ＮｂＣ（以上質量％）の組成を有する超硬合金を用意した。この基材の刃先稜線部に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た。

［発明品１～１４及び比較品１～１１］
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及び３に示す原料ガス組成、温度及び圧力の条件の下、表２に組成を示す下部層を、第１層、第２層及び第３層の順で、表２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、ＣＯ₂：０．３ｍｏｌ％、Ｈ₂：９９．７ｍｏｌ％のガス組成、１０００℃の温度、及び７０ｈＰａの圧力の条件の下、２分間、下部層の表面に酸化処理を施した。その後、表４に示す条件で、下部層の表面上にα型Ａｌ₂Ｏ₃層の核を形成した。また、その際、原料ガス組成を反応容器に導入する前の余熱部の温度を表４に示すとおりとした。α型Ａｌ₂Ｏ₃層の核形成後、表５示す条件で、アニール工程を行った。次いで、表６に示す原料ガス組成、温度及び圧力の条件の下、表２に示す組成の上部層を、表２に示す平均厚さになるよう、下部層の第３層の表面に形成した。最後、表１に示す原料ガス組成、温度及び圧力の条件の下、表２に示す組成の外層を、表２に示す平均厚さになるよう、上部層の表面に形成した。こうして、発明品１～１４及び比較品１～１１の被覆切削工具を得た。

［各層の平均厚さ］
得られた試料の各層の平均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。測定結果を表２に示す。

［各層の組成］
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。測定結果を表２に示す。

［ＣＳＬ粒界の長さ及びΣ３粒界の長さ］
得られた試料の上部層のＣＳＬ粒界の長さ及びΣ３粒界の長さを下記のとおりに測定した。まず、被覆切削工具において、基材の表面と平行な方向に上部層の断面が露出するまで研磨して観察面を得た。また、得られた観察面を、コロイダルシリカを用いて研磨して鏡面観察面を得た。

その後、上記の観察面を、ＥＢＳＤを備えたＳＥＭによって観察した。該観察領域としては、逃げ面を観察した。

ＳＥＭは、ＥＢＳＤ（ＴｅｘＳＥＭ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ社製）を備えたＳＵ６６００（日立ハイテクノロジーズ社製）を用いた。

観察面の法線は、入射ビームに対して７０°傾斜させ、分析は、１５ｋＶの加速電圧及び１．０ｎＡ照射電流で電子線を照射することにより行われた。データ収集は、観察面上、上部層の５０μｍ×３０μｍの面領域に相当する１０００×６００ポイントポイントについて、０．０５μｍ／ステップのステップにて行われた。このデータ収集を５視野の面領域（上部層の５０μｍ×３０μｍ）について行い、その平均値を算出した。

データ処理は、市販のソフトウェアを用いて行われた。任意のΣ値に対応するＣＳＬ結晶粒界を計数し、全結晶粒界に対する比として各粒界の割合を表すことによって確認した。以上より、Σ３粒界の長さ、ＣＳＬ粒界の長さ及び全粒界の合計長さを求めて、全粒界の合計長さ１００％に対するΣ３粒界の長さ、及びＣＳＬ粒界の合計長さ１００％に対するΣ３粒界の長さの割合を算出した。結果を表７に示す。

［α型Ａｌ₂Ｏ₃層の（０，０，１２）面の組織係数ＴＣ（０，０，１２）］
得られた試料について、Ｃｕ－Ｋα線を用いた２θ／θ集中法光学系のＸ線回折測定を、出力：５０ｋＶ、２５０ｍＡ、入射側ソーラースリット：５°、発散縦スリット：２／３°、発散縦制限スリット：５ｍｍ、散乱スリット：２／３°、受光側ソーラースリット：５°、受光スリット：０．３ｍｍ、ＢＥＮＴモノクロメータ、受光モノクロスリット：０．８ｍｍ、サンプリング幅：０．０１°、スキャンスピード：４°／分、２θ測定範囲：２０°～１５５°とする条件で行った。装置は、株式会社リガク製のＸ線回折装置（型式「ＲＩＮＴ ＴＴＲＩＩＩ」）を用いた。Ｘ線回折図形からα型Ａｌ₂Ｏ₃層の各結晶面のピーク強度を求めた。得られた各結晶面のピーク強度から、α型Ａｌ₂Ｏ₃層の（０，０，１２）面の組織係数ＴＣ（０，０，１２）を求めた。結果を表７に示す。

［平均粒径ｄ_s及びｄ_u］
得られた試料について、平均粒径ｄ_s及びｄ_uを以下のとおり測定した。基材の表面と垂直な方向の断面について、ＥＢＳＤを備えたＦＥ－ＳＥＭで観察した。隣接する測定点の間で５度以上の方位差がある場合はそこを粒界と定義した。粒界で囲まれた領域を１つの結晶粒と定義した。そして、ｄ_s及びｄ_uを求めるα型Ａｌ₂Ｏ₃層の特定の厚さの位置に、基材と平行な方向の直線を引いた。直線の長さを結晶粒の数で除した値を、平均粒径ｄ_s及びｄ_uとした。このとき、直線の長さは、３０μｍとした。結果を表７に示す。

得られた発明品１～１４及び比較品１～１１を用いて、下記の条件にて切削試験１及び２を行った。切削試験１及び２の結果を表８に示す。

［切削試験１］
インサート：ＣＮＭＧ１２０４０８
基材：８９．２ＷＣ－８．８Ｃｏ－２．０ＮｂＣ（以上質量％）
被削材：Ｓ４５Ｃの丸棒（直径１５０ｍｍ×長さ４００ｍｍ）
切削速度：３００ｍ／分
送り：０．５０ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み深さ：２．０ｍｍ
クーラント：使用
評価項目：試料が欠損または最大逃げ面摩耗幅が０．３ｍｍ又は塑性変形量が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。

［切削試験２］
インサート：ＣＮＭＧ１２０４０８
基材：８９．２ＷＣ－８．８Ｃｏ－２．０ＮｂＣ（以上質量％）
被削材：外周に４本の溝を有するＳＣＭ４１５丸棒（直径１５０ｍｍ×長さ４００ｍｍ）、
切削速度：２５０ｍ／分
送り：０．３０ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み深さ：１．０ｍｍ、
クーラント：使用、
評価項目：試料がチッピング（幅０．２ｍｍ以上）あるいは欠損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。

表８に示す結果より、いずれの発明品も、切削試験１における工具寿命までの加工時間が２０分以上であり、かつ、切削試験２における工具寿命までの加工時間が１５分以上であるのに対し、比較品は、切削試験１における工具寿命までの加工時間が２０分未満、及び／又は、切削試験２における工具寿命までの加工時間が１５分未満であった。よって、発明品の耐摩耗性及び耐欠損性は、比較品と比べて、総じて、より優れていることが分かる。

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、優れた耐摩耗性及び耐欠損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…上部層、４…外層、５…被覆層、６…被覆切削工具

Claims (3)

1. 基材と、該基材の表面に形成された被覆層とを備え、
   前記被覆層が、前記基材側から前記被覆層の表面側に向かって、下部層及び上部層をこの順で含み、
   前記下部層が、Ｔｉと、Ｃ、Ｎ及びＯ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３層含有し、
   前記上部層が、α型Ａｌ₂Ｏ₃からなるα型Ａｌ₂Ｏ₃層を含有し、
   前記下部層の平均厚さが２．０μｍ以上１５．０μｍ以下であり、
   前記上部層の平均厚さが３．５μｍ以上１５．０μｍ以下であり、
   前記上部層において、全粒界の合計長さ１００％に対するΣ３粒界の長さの割合が、５０％を超え８０％以下であり、且つ、ＣＳＬ粒界の合計長さ１００％に対するΣ３粒界の長さの割合が、７０％以上であり、
   前記上部層において、下記式（１）で表されるα型Ａｌ₂Ｏ₃層の（０，０，１２）面の組織係数ＴＣ（０，０，１２）が、８．０以上８．９以下であり、
   前記上部層において、前記下部層側から前記被覆層の表面に向かって２．５μｍの位置における平均粒径ｄ _u に対する、前記被覆層の表面側から前記下部層側に向かって０．５μｍの位置における平均粒径ｄ _s の比［ｄ _s ／ｄ _u ］が、１．０以上１．７以下であり、
   前記ｄ _u が、０．５μｍ以上１．４μｍ以下であり、前記ｄ _s が、０．６μｍ以上１．５μｍ以下であり、
   前記被覆層全体の平均厚さが、５．５μｍ以上２５．０μｍ以下であり、
   前記下部層に含まれるＴｉ化合物層が、ＴｉＮからなるＴｉＮ層、ＴｉＣからなるＴｉＣ層、ＴｉＣＮからなるＴｉＣＮ層、ＴｉＣＯからなるＴｉＣＯ層及びＴｉＣＮＯからなるＴｉＣＮＯ層からなる群より選ばれる少なくとも１種であり、
   前記基材が、超硬合金である、被覆切削工具。
   

   

   （式（１）中、Ｉ（ｈ，ｋ，ｌ）は、α型Ａｌ₂Ｏ₃層の（ｈ，ｋ，ｌ）面を測定したＸ線回折によるピーク強度であり、Ｉ₀（ｈ，ｋ，ｌ）は、ＪＣＰＤＳカード番号１０－０１７３によるα型Ａｌ₂Ｏ₃の（ｈ，ｋ，ｌ）面の標準回折強度であり、（ｈ，ｋ，ｌ）は、（０，１，２）、（１，０，４）、（１，１，３）、（０，２，４）、（１，１，６）、（２，１，４）、（３，０，０）、（０，２，１０）及び（０，０，１２）の９の結晶面を指す。）
2. 前記ＣＳＬ粒界の合計長さ１００％に対するΣ３粒界の長さの割合が、８０％以上９９％以下である、請求項１に記載の被覆切削工具。
3. 前記被覆層が、前記上部層の前記基材側とは反対側の上に外層を含み、
   前記外層が、Ｔｉと、Ｃ、Ｎ及びＯ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化合物層を含有し、
   前記外層の平均厚さが、０．３μｍ以上４．０μｍ以下である、請求項１又は２に記載の被覆切削工具。
   
   

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