JP7337168B2 - 被覆工具およびそれを備えた切削工具 - Google Patents

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Description

本開示は、基体の表面に被覆層を有する被覆工具およびそれを備えた切削工具に関する。
超硬合金やサーメット、セラミックス等の基体表面に、結合膜を介してＡｌ２Ｏ３層を積層した被覆層を形成した切削工具等の被覆工具が知られている。
切削工具は、最近の切削加工の高能率化に伴って、大きな衝撃が切刃にかかる重断続切削等に用いられる機会が増えている。このような過酷な切削条件においては、被覆層に大きな衝撃がかかり、被覆層のチッピングや剥離が発生しやすくなる。そのため被覆層には、耐摩耗性に加えて耐欠損性の向上が求められている。
このような課題を解決するため、特許文献１では、Ａｌ２Ｏ３層と接する界面において、先端が鉤型に屈曲した突起を配置することが記載されている。
また、特許文献２および特許文献３には、Ａｌ２Ｏ３層と接する界面において、被覆層の積層方向に延びた第１の突起の側面に、多数の第２の突起を有する複合突起を配置することが記載されている。
これらのうち、特許文献１と特許文献２に記載された突起および複合突起の先端は鈍角になっており、成膜性が劣る形状をしている。また、特許文献２および特許文献３に記載された複合突起は、第１突起が有する第２突起の数が多く、やはり成膜性が劣る形状をしている。特許文献１～３に記載の突起や複合突起は、いずれも密集して配置されており、成膜性に劣る形状を有している。
また、特許文献４や特許文献５には、突起同士が１４０ｎｍ以上の間隔で配置された例が記載されている。このような構成の場合には、比較的成膜性に優れるものの、突起の数が少なく、十分な密着性が得られない。
特開２００４－７４３２４号公報 米国公開２０１３／０１４９５２７号公報 特開２００９－１６６２１６号公報 特開２００６－２７２５１５号公報 ＷＯ２０１７／０９０７６５
耐欠損性に優れた被覆工具を提供する。
本開示の被覆工具は、基体と、該基体の表面に位置する被覆層とを備える。前記被覆層は、Ｔｉを含有する中間層と、Ａｌ２Ｏ３層とを有する。該Ａｌ２Ｏ３層は、前記中間層よりも前記基体から遠い位置において前記中間層に接して位置している。前記中間層は、前記Ａｌ２Ｏ３層に向かって突出した複数の第１突起を有する。前記複数の第１突起の平均間隔は、７０ｎｍ以上、１２０ｎｍ以下である。本開示の切削工具は、第１端から第２端に向かって延び、前記第１端側にポケットを有するホルダと、前記ポケットに位置する上述の被覆工具と、を備える。
本開示の被覆工具の一例を示す概略斜視図である。 図１の被覆工具における被覆層の断面の構成を説明するための模式図である。 本開示の被覆工具の中間層およびＡｌ２Ｏ３層付近の構成を説明するための要部拡大図である。 本開示の被覆工具の中間層およびＡｌ２Ｏ３層付近の構成を説明するための要部拡大図である。 本開示の被覆工具における他の形態の被覆層の断面の構成を説明するための模式図である。 本開示の被覆工具における他の形態の被覆層の断面の構成を説明するための模式図である。 本開示の被覆工具における他の形態の被覆層の断面の構成を説明するための模式図である。 本開示の切削工具の一例を示す平面図である。
＜被覆工具＞
本開示の被覆工具は、図１に示す例においては、主面が概略四角形状の板状である。ただし、この形状に限定されるものではない。被覆工具１は、第１面２と、第２面３とを有し、第１面２と第２面３とが交わる部分の少なくとも一部に切刃４を有している。第１面２は、すくい面と呼ばれる面であり、第２面３は逃げ面と呼ばれる面である。そのため、すくい面２と逃げ面３とが交わる部分の少なくとも一部に切刃４を有しているともいえるものである。
また、図２の被覆工具１における被覆層７の断面の構成を説明するための模式図に示すように、被覆工具１は、基体５と、この基体５の表面に位置する被覆層７を備えている。
被覆工具１の基体５を構成する材質は、硬質合金、セラミックスまたは金属が挙げられる。硬質合金としては、炭化タングステン（ＷＣ）と、コバルト（Ｃｏ）やニッケル（Ｎｉ）等の鉄属金属を含有する超硬合金であってもよい。他の硬質合金として、炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）と、コバルト（Ｃｏ）やニッケル（Ｎｉ）等の鉄属金属を含有するＴｉ基サーメットであってもよい。セラミックスが、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、ダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）であってもよい。金属としては、炭素鋼、高速度鋼、合金鋼であってもよい。上記材質の中でも、被覆工具１として用いる場合には、基体５は、超硬合金またはサーメットからなることが耐欠損性および耐摩耗性の点でよい。
被覆層７は、Ｔｉを含有する中間層９と、Ａｌ２Ｏ３層１１とを有している。Ａｌ２Ｏ３層１１は、中間層９の基体５から遠い位置において中間層９に接している。
本開示の被覆工具１における中間層９は、Ｔｉを有する層であり、例えば、ＴｉＮ、ＴｉＣ、ＴｉＮＯなどを含有していてもよい。また、例えば、ＴｉとＣとＮとを含有していてもよい。言い換えると、中間層９は、ＴｉＣＮ結晶を含有していてもよい。また、中間層９は、例えば、ＴｉとＣとＮとＯとを含有していてもよい。言い換えると、中間層９は、ＴｉＣＮＯ結晶を含有していてもよい。このような構成を有すると、Ａｌ２Ｏ３層１１と中間層９の密着性に優れる。
本開示の被覆工具１は、図３に示すように、Ａｌ２Ｏ３層１１に向かって突出した複数の第１突起１３を有している。
第１突起１３は、第１突起１３の突出の起点となる麓１３ａを有している。また、第１突起１３は、基体５から最も離れた位置に先端１３ｂを有している。言い換えると、第１突起１３は、麓１３ａから先端１３ｂに向けて伸びている。第１突起１３は、代表的には三角形状を有する。
麓１３ａとは、第１突起１３の基体５に近い位置を指す。麓１３ａとは、第１突起１３が形成する三角形の底辺と言い換えてもよい。
図４に示すように、第１突起１３の麓１３ａは、隣り合う他の第１突起１３の麓１３ａとの間に間隔を有している。例えば、図４の例では、第１突起１３の麓１３ａは、基体５の表面に平行な方向においてＷ１、Ｗ２、Ｗ３の長さの間隔を有している。
本開示の被覆工具１は、基体５の表面に直交する断面において、基体５の表面に平行な方向における第１突起１３の麓１３ａの平均間隔は、７０ｎｍ以上、１２０ｎｍ以下である。このような構成を有すると、中間層９とＡｌ２Ｏ３層１１の密着性に優れ、耐欠損性が高く、寿命が長い。
なお、平均間隔とは、図４に示すように、基体５の表面に直交する断面において、隣り合う第１突起１３の麓１３ａの基体５の表面に平行な方向における間隔Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３を複数測定した平均値である。平均間隔は、５０以上の測定値の平均とするとよい。平均間隔の測定は、例えば、走査型電子顕微鏡や透過型電子顕微鏡を用いて、３０，０００倍の写真を撮影して行うとよい。撮影する写真の数は、存在する第１突起１３の数に応じて適宜、定めるとよい。
なお、本開示の被覆工具１において、第１突起１３は、図３、４に示すように、先端１３ｂが鋭角であり、高さが１０ｎｍ以上であり、複数の第１突起１３の麓１３ａの平均幅に対する複数の第１突起１３の平均高さの比が、０．６以上のものを意味する。
本開示の被覆工具１は、複数の第１突起１３の麓１３ａの平均幅に対する複数の第１突起１３の平均高さの比は、１．２以下であってもよい。このような構成を有すると中間層９とＡｌ２Ｏ３層１１の密着性に優れる。
複数の第１突起１３の麓１３ａの平均幅に対する複数の第１突起１３の平均高さの比は、１．０以下であってもよい。
本開示の被覆工具１は、第１突起１３の麓１３ａの平均幅が１０ｎｍ以上、５０ｎｍ以下であり、第１突起１３の平均高さが１０ｎｍ以上、６０ｎｍ以下であってもよい。このような構成を有すると中間層９とＡｌ２Ｏ３層１１の密着性に優れる。また、麓１３ａの平均幅は、２５ｎｍ以上、４５ｎｍ以下であってもよい。第１突起１３の平均高さは、１０ｎｍ以上、５０ｎｍ以下であってもよい。
本開示の被覆工具１は、第１突起１３の先端１３ｂの平均角度が、５０°以上、９０°以下であってもよい。このような構成を有すると、Ａｌ２Ｏ３層１１の成膜性に優れ、中間層９とＡｌ２Ｏ３層１１の密着性に優れる。また、第１突起１３の先端１３ｂの平均角度は、５５°以上であってもよい。また、第１突起１３の先端１３ｂの平均角度は、８０°以下であってもよい。このような構成を有すると、Ａｌ２Ｏ３層１１の成膜性に優れ、さらに中間層９とＡｌ２Ｏ３層１１の密着性に優れる。
図５に示すように、本開示の被覆工具１においては、複数の第１突起１３の少なくとも一つは、第１突起１３の突出方向に交わる方向に突出した第２突起１５を有する複合突起１７であってもよい。また、本開示の被覆工具１においては、第１突起１３の全てが、複合突起１７であってもよい。以後、第１突起１３のうち、第２突起１５を有するものを複合突起１７ともいう。このような構成を有すると、中間層９とＡｌ２Ｏ３層１１の密着性に優れる。
なお、本開示の被覆工具１における第２突起１５とは、第２突起１５の突出の起点である第２突起１５の麓１５ａの中央部から第２突起１５の先端１５ｂまでの高さが、１０ｎｍ以上のものである。すなわち、言い換えると、第１突起１３の側面に存在する微小な凹凸は本開示の被覆工具１においては、第２突起１５とは取り扱わない。
本開示の被覆工具１は、複合突起１７が有する第２突起１５の平均数は、１．２以下であってもよい。言い換えると、複合突起１７あたりの第２突起１５の数は少なくてもよい。このような構成を有すると、Ａｌ２Ｏ３層１１の成膜性に優れ、さらに中間層９とＡｌ２Ｏ３層１１の密着性に優れる。なお、複合突起１７は第２突起１５を含むものであるため平均数の下限値に１は含まれない。
本開示の被覆工具１における第２突起１５の麓１５ａの平均幅に対する第２突起１５の平均高さの比は、複数の第１突起１３の麓１３ａの平均幅に対する複数の第１突起１３の平均高さの比よりも大きくてもよい。なお、第２突起１５の麓１５ａの平均幅に対する第２突起１５の平均高さの比とは、第２突起１５の麓１５ａの中央部から第２突起１５の先端１５ｂまでの平均高さを、第２突起１５の麓１５ａの平均幅で割った値である。このような構成を有すると、さらに中間層９とＡｌ２Ｏ３層１１の密着性に優れる。
また、図６に示すように、本開示の被覆工具１における複合突起１７は、第２突起１５の突出方向に交わる方向に突出した第３突起１９を有していてもよい。このような構成を有すると、さらに中間層９とＡｌ２Ｏ３層１１の密着性に優れる。なお、第３突起１９の高さは、１０ｎｍ以上である。言い換えると、第２突起１５の側面に存在する微小な凹凸は本開示の被覆工具１においては、第３突起１９とは取り扱わない。そのような微小な凹凸は中間層９とＡｌ２Ｏ３層１１の密着性に実質的に寄与しない。
本開示の被覆工具１においては、図７に示すように、被覆層７が、基体５から順に、ＴｉＮ層１０ａ、第１ＴｉＣＮ層１０ｂ、第２ＴｉＣＮ層１０ｃ、中間層９、Ａｌ２Ｏ３層１１を有していてもよい。このような構成を有すると、寿命の長い被覆工具１となる。第１ＴｉＣＮ層１０ｂは、後述するＭＴ－ＴｉＣＮ層であってもよい。第２ＴｉＣＮ層１０ｃは、後述するＨＴ－ＴｉＣＮ層であってもよい。また、表層（図示せず）として、ＴｉＮ層などを設けてもよい。表層は、窒化チタン以外の炭窒化チタン、炭酸窒化チタン、窒化クロム等の他の材質であってもよい。表層は有色の材質からなり、切刃の使用の有無を容易に判別する機能を有していてもよい。表層は０．１μｍ～３．０μｍの厚みで設けてもよい。
本開示の被覆工具１における第１突起１３、第２突起１５および第３突起１９は、いずれもＴｉ、Ｃ、Ｎを含有しており、組成が同質であってもよい。また、第１突起１３、第２突起１５および第３突起１９は、いずれもＴｉ、Ｃ、ＮおよびＯを含有しており、組成が同質であってもよい。この第１突起１３、第２突起１５および第３突起１９の組成が同質であると、第１突起１３と第２突起１５と第３突起１９との間で、亀裂や破壊が起こりにくく、それぞれの組成が異なる場合に比べ、中間層９とＡｌ２Ｏ３層１１との密着性が高くなる。
なお、第１突起１３、第２突起１５および第３突起１９の組成が同質であるとは、それぞれの構成成分の差が５％以下のことをいう。
また、それぞれの組成のずれが３％以下であってもよい。さらに、１％以下であってもよい。
このような第１突起１３、第２突起１５および第３突起１９は、第１突起１３、第２突起１５および第３突起１９の成膜時に、同じガスを使うことで得ることができる。
また、第１突起１３と第２突起１５の組成が異なっていてもよく、第２突起１５と第３突起１９の組成が異なっていてもよい。
組成の異なる第１突起１３、第２突起１５および第３突起１９を形成するには、成膜時に組成の異なるガスを用いるとよい。
また、第１突起１３は、基体５の第１面２に対して、垂直に形成されていなくてもよく、基体５の第１面２に対して傾斜していてもよい。
また、中間層９の厚みが１０ｎｍ～３５ｎｍである場合には、中間層９の硬度が低下することなく、かつＡｌ２Ｏ３層１１がα型結晶構造となる。ここで、中間層９の厚みとは、第１突起１３、第２突起１５、第３突起１９を除くものである。
中間層９は、例えば、チタンを３０～７０原子％、炭素を１～７０原子％、窒素を１～３５原子％、酸素を３～２０原子％の割合で含有していてもよい。また、さらにアルミニウムを１０原子％以下、含有していてもよい。また、塩素やクロム等の成分を１～１０原子％含有していてもよい。また、中間層９は、他の微量成分を含有していてもよい。
本開示の被覆工具１においては、第１突起１３、第２突起１５、第３突起１９はいずれも、同じ組成であってもよく、上述の組成範囲であってもよい。
＜製造方法＞
第１突起を有する中間層は、例えば、基体の表面に、化学気相蒸着（ＣＶＤ）法によって下記の条件で成膜することで、形成することができる。
まず、基体を成膜装置のチャンバにセットし、例えば、成膜温度を９００℃～９９０℃、ガス圧を１５ｋＰａ～４０ｋＰａとし、反応ガス組成が、四塩化チタン（ＴｉＣｌ４）ガスを３体積％～１５体積％、メタン（ＣＨ４）ガスを３体積％～１０体積％、窒素（Ｎ２）ガスを３体積％～５０体積％、一酸化炭素（ＣＯ）ガスを０．２体積％～１．０体積％、残りが水素（Ｈ２）ガスとして成膜するとよい。この工程を便宜的に中間層の成膜工程の前期工程という。この前期工程の成膜時間は、２０分以上、４０分以下としてもよい。この反応ガス組成の窒素（Ｎ２）ガスを３０体積％～５０体積％とすると、第１突起の麓の平均幅は広くなりやすく、第１突起の平均高さが短くなりやすい。言い換えると、このような条件では、太く、短く、破損しにくい第１突起が得られやすい。また、前期工程の成膜時間を２０分以上、４０分以下とするとよい。このような成膜条件にすると、麓の平均間隔が７０ｎｍ以上、１２０ｎｍ以下の第１突起を形成しやすい。
また、上記の中間層の成膜の後期において、原料ガスの配合を変えずに、成膜温度を下げて成膜温度を９００～９４０℃の範囲とすると第２突起が形成される。この成膜時間は、前期工程との合計で３０～９０分としてもよい。
中間層の成膜の後期、すなわち、第２突起を形成する工程において、成膜時間を延ばすと、第２突起の数が増え、幅や高さが増加しやすい。また、突出方向が基体に向かって延びている第２突起が形成されやすい。さらに、成膜時間を延ばすと、第２突起から突出した第３突起が形成される。
Ａｌ２Ｏ３層は、中間層の成膜後に、成膜温度を９００℃～９９０℃、ガス圧を５ｋＰａ～２０ｋＰａとし、反応ガスの組成が、三塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ３）ガスを３．５体積％～１５体積％、塩化水素（ＨＣｌ）ガスを０．５体積％～２．５体積％、二酸化炭素（ＣＯ２）ガスを０．５体積％～５．０体積％、硫化水素（Ｈ２Ｓ）ガスを０体積％～１．０体積％、残りが水素（Ｈ２）ガスとして成膜してもよい。Ａｌ２Ｏ３層は、α－アルミナからなるものであってもよい。
以上、基体の上に中間層とＡｌ２Ｏ３層が順に形成された例を説明した。被覆層は、基体から順に、ＴｉＮ層、第１ＴｉＣＮ層、第２ＴｉＣＮ層を有していてもよい。そして、この第２ＴｉＣＮ層の上に、順に、中間層、Ａｌ２Ｏ３層を有していてもよい。また、Ａｌ２Ｏ３層の上に、さらに、ＴｉとＮを含有する表層を有していてもよい。
基体の表面にＴｉＮ層を設ける場合には、成膜温度を８００℃～９４０℃、ガス圧を８ｋＰａ～５０ｋＰａとし、反応ガスの組成を、四塩化チタン（ＴｉＣｌ４）ガスを０．５体積％～１０体積％、窒素（Ｎ２）ガスを１０体積％～６０体積％とし、残りを水素（Ｈ２）ガスとして成膜してもよい。
ＴｉＮ層の上に第１ＴｉＣＮ層、第２ＴｉＣＮ層を設けてもよい。第１ＴｉＣＮ層は、いわゆるＭＴ（moderate temperature）－ＴｉＣＮ層であってもよい。このＭＴ－ＴｉＣＮ層は、例えば、四塩化チタン（ＴｉＣｌ４）ガス、窒素（Ｎ２）ガスおよびアセトニトリル（ＣＨ３ＣＮ）ガス等を含む原料を用い、成膜温度を７８０℃～８８０℃として、比較的低温で成膜することによって形成される、第１ＴｉＣＮ層の厚みが２μｍ～１５μｍであると、第１ＴｉＣＮ層の耐摩耗性と耐欠損性が高い。第１ＴｉＣＮ層中に含まれる炭窒化チタン結晶は、被覆層の厚み方向に細長い柱状結晶としてもよい。
第２ＴｉＣＮ層は、いわゆるＨＴ（high temperature）－ＴｉＣＮ層であってもよい。ＨＴ－ＴｉＣＮ層は、例えば、原料ガスとして四塩化チタン（ＴｉＣｌ４）ガス、窒素（Ｎ２）ガス、メタン（ＣＨ４）ガス等を用いて、アセトニトリル（ＣＨ３ＣＮ）ガスを含まず、成膜温度が９００℃～１０５０℃の範囲で成膜してもよい。また、第１ＴｉＣＮ層よりも高温で成膜してもよい。第２ＴｉＣＮ層の厚みは１０ｎｍ～９００ｎｍとしてもよい。
ここで、第１ＴｉＣＮ層と第２ＴｉＣＮ層との間には、チタンを３０～７０原子％、炭素を１５～３５原子％、窒素を１５～３５原子％、酸素を２～１０原子％の割合で含有する界面層（図示せず）が配置されていてもよい。界面層の厚みは５ｎｍ～５０ｎｍとしてもよい。
以下に第１ＴｉＣＮ層の成膜条件の例を説明する。成膜温度を７８０℃～８８０℃、ガス圧を５ｋＰａ～２５ｋＰａとし、反応ガス組成として、体積％で四塩化チタン（ＴｉＣｌ４）ガスを０．５体積％～１０体積％、窒素（Ｎ２）ガスを５体積％～６０体積％、アセトニトリル（ＣＨ３ＣＮ）ガスを０．１体積％～３．０体積％、残りを水素（Ｈ２）ガスとして成膜してもよい。このとき、アセトニトリル（ＣＨ３ＣＮ）ガスの含有比率を成膜初期よりも成膜後期で増すことによって、第１ＴｉＣＮ層を構成する炭窒化チタン柱状結晶の平均結晶幅を基体側よりも表面側の方が大きい構成とすることができる。
次に、第２ＴｉＣＮ層の成膜条件について説明する。成膜温度を９００℃～９９０℃、ガス圧を５ｋＰａ～４０ｋＰａとし、反応ガスの組成を、四塩化チタン（ＴｉＣｌ４）ガスを１体積％～４体積％、窒素（Ｎ２）ガスを５体積％～２０体積％、メタン（ＣＨ４）ガスを０．１体積％～１０体積％、残りを水素（Ｈ２）ガスとして成膜してもよい。
その後、所望により、成膜した被覆層表面の少なくとも切刃部を研磨加工する。この研磨加工により、切刃部が平滑に加工され、被削材の溶着を抑制して、さらに耐欠損性に優れた工具となる。
以上、本開示の被覆工具について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されず、本開示の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良および変更を行なってもよい。
＜切削工具＞
次に、本開示の切削工具について図面を用いて説明する。
本開示の切削工具１０１は、図８に示すように、例えば、第１端（図８における上端）から第２端（図８における下端）に向かって延びる棒状体である。切削工具１０１は、図８に示すように、第１端側（先端側）にポケット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。切削工具１０１は、被覆工具１を備えているため、長期に渡り安定した切削加工を行うことができる。
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（図示しない）が挟まれていてもよい。
被覆工具１は、第１面２及び第２面３が交わる稜線における切刃４として用いられる部分の少なくとも一部がホルダ１０５から外方に突出するようにホルダ１０５に装着される。本実施形態においては、被覆工具１は、固定ネジ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の貫通孔１７に固定ネジ１０７を挿入し、この固定ネジ１０７の先端をポケット１０３に形成されたネジ孔（図示しない）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の材質としては、鋼、鋳鉄などを用いることができる。これらの部材の中で靱性の高い鋼を用いてもよい。
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１０１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などが挙げられる。なお、切削工具１０１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。
まず、平均粒径１．２μｍの金属コバルト粉末を６質量％、平均粒径２．０μｍの炭化チタン粉末を０．５質量％、平均粒径２．０μｍの炭化ニオブ粉末を５質量％、残部が平均粒径１．５μｍのタングステンカーバイト粉末の割合で添加、混合し、プレス成形により工具形状（ＣＮＭＧ１２０４０８）に成形した。その後、脱バインダ処理を施し、アルゴン雰囲気および窒素雰囲気等の非酸化性雰囲気中で、１４５０℃～１６００℃の温度で、１時間焼成して超硬合金からなる基体を作製した。その後、作製した基体にブラシ加工をし、切刃となる部分にＲホーニングを施した。
次に、上記の超硬合金の基体に対して、化学気相蒸着（ＣＶＤ）法により被覆層を成膜した。表１の例では、基体に直接、中間層、Ａｌ２Ｏ３層を成膜した。また、表２の例では、上記の超硬合金の基体の表面にＴｉＮ層を設け、ＴｉＮ層の上に順に第１ＴｉＣＮ層、第２ＴｉＣＮ層、中間層、Ａｌ２Ｏ３層を設けた。それぞれ試料の中間層の成膜条件は、表１、２に記載した。なお、中間層の成膜においては、ＴｉＣｌ４ガス、Ｎ２ガス、ＣＯガスおよびＨ２ガスを用いた。表１、２に示す原料ガスの欄に記載したのは、それぞれのガスの体積％である。表１、２において、前期、後期と示した成膜条件で、前期、後期の順で成膜した。なお、前期のみ記載し、後期の記載がない試料では、成膜条件を変えずに前期の成膜条件のみで成膜した。
Ａｌ２Ｏ３層の成膜温度は、９５０℃とした。ガス圧は、７．５ｋＰａとした。反応ガスの組成は、三塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ３）ガスを３．７体積％、塩化水素（ＨＣｌ）ガスを０．７体積％、二酸化炭素（ＣＯ２）ガスを４．３体積％、硫化水素（Ｈ２Ｓ）ガスを０．３体積％、残りを水素（Ｈ２）ガスとした。Ａｌ２Ｏ３層の成膜時間は、３８０分とした。
表２の例におけるＴｉＮ層の成膜条件を以下に示す。ＴｉＮ層の成膜温度は、８５０度とした。ガス圧は、１６ｋＰａとした。反応ガスの組成は、四塩化チタン（ＴｉＣｌ４）ガスを１．０体積％、窒素（Ｎ２）ガスを３８体積％、残りを水素（Ｈ２）ガスとした。成膜時間は１８０分とした。
表２の例における第１ＴｉＣＮ層の成膜条件を以下に示す。成膜温度を８５０℃、ガス圧を９．０ｋＰａとした。反応ガス組成は、体積％で四塩化チタン（ＴｉＣｌ４）ガスを４．０体積％、窒素（Ｎ２）ガスを２３体積％、アセトニトリル（ＣＨ３ＣＮ）ガスを０．４体積％、残りを水素（Ｈ２）ガスとした。成膜時間は４００分とした。
表２における第２ＴｉＣＮ層の成膜条件を以下に示す。成膜温度は、９５０℃とした。ガス圧は、１３ｋＰａとした。反応ガスの組成が、四塩化チタン（ＴｉＣｌ４）ガスを４体積％、窒素（Ｎ２）ガスを２０体積％、メタン（ＣＨ４）ガスを８体積％、残りを水素（Ｈ２）ガスとした。成膜時間は、８０分とした。
表１、２の試料について、被覆層を含む断面において、ＳＥＭ観察を行い、第１突起の麓の平均間隔を測定した。また、第１突起および複合突起の形態を観察した。その結果を、表１、２に示す。
得られた試料を用いて、下記の条件において、断続切削試験を行い、耐欠損性を評価した。試験結果は表１、２に示す。表１、２に示す衝撃回数（比率）は、試料Ｎｏ．１における衝撃回数に対する、それぞれの試料の衝撃回数の比率である。衝撃回数（比率）が大きいほど、耐欠損性に優れるということである。
＜断続切削条件＞
被削材 ：クロムモリブデン鋼 ４本溝入り鋼材（ＳＣＭ４４０）
工具形状：ＣＮＭＧ１２０４０８
切削速度：３００ｍ／分
送り速度：０．３ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み：１．５ｍｍ
その他 ：水溶性切削液使用
評価項目：Ａｌ２Ｏ３層剥離に至る衝撃回数を測定。
Figure 0007337168000001
Figure 0007337168000002
表１において、麓の平均間隔が、７０ｎｍ以上、１２０ｎｍ以下であり、本開示の実施例である試料Ｎｏ．３～９の被覆工具はいずれも耐欠損性が優れていた。麓の平均間隔が７０ｎｍ未満である試料Ｎｏ．１、２は、試料Ｎｏ．３～９よりも耐欠損性が劣っていた。また、麓の平均間隔が１２０ｎｍを超える試料Ｎｏ．１０も試料Ｎｏ．３～９よりも耐欠損性が劣っていた。
表２において、麓の平均間隔が、７０ｎｍ以上、１２０ｎｍ以下であり、本開示の実施例である試料Ｎｏ．１３～１９の被覆工具はいずれも耐欠損性が優れていた。麓の平均間隔が７０ｎｍ未満である試料Ｎｏ．１１、１２は、試料Ｎｏ．１３～１９よりも耐欠損性が劣っていた。また、麓の平均間隔が１２０ｎｍを超える試料Ｎｏ．２０も試料Ｎｏ．１３～１９よりも耐欠損性が劣っていた。
１ 被覆工具
２ 第１面、すくい面
３ 第２面、逃げ面
４ 切刃
５ 基体
７ 被覆層
９ 中間層
１０ａ ＴｉＮ層
１０ｂ 第１ＴｉＣＮ層
１０ｃ 第２ＴｉＣＮ層
１１ Ａｌ２Ｏ３層
１３ 第１突起
１３ａ 第１突起の麓
１３ｂ 第１突起の先端
１５ 第２突起
１５ａ 第２突起の麓
１５ｂ 第２突起の先端
１７ 複合突起
１９ 第３突起
１０１ 切削工具
１０３ ポケット
１０５ ホルダ
１０７ 固定ネジ

Claims (11)

  1. 基体と、該基体の表面に位置する被覆層とを備えた被覆工具であって、
    前記被覆層は、Ｔｉを含有する中間層と、Ａｌ2Ｏ3層とを有し、
    該Ａｌ2Ｏ3層は、前記中間層よりも前記基体から遠い位置において前記中間層に接して位置しており、
    前記中間層は、前記Ａｌ2Ｏ3層に向かって突出した複数の第１突起を有し、
    前記基体の表面に直交する断面において、走査型電子顕微鏡または透過型電子顕微鏡を用いて３０，０００倍の写真を撮影し、隣り合う第１突起の麓の前記基体の表面に平行な方向における間隔を５０以上測定し、且つ、前記第１突起の麓における前記基体に最も近い位置を測定して得られる前記複数の第１突起の平均間隔は、７０ｎｍ以上、１２０ｎｍ以下であり、
    前記複数の第１突起の少なくとも一つは、第１突起の突出方向に交わる方向に突出した第２突起を有する複合突起であり、
    前記第１突起及び前記第２突起の組成が同質である、被覆工具。
  2. 前記基体の表面に直交する断面において、
    前記第１突起の麓における前記基体に最も近い位置の幅の平均値が、前記複数の第１突起の麓の平均幅であり、
    前記第１突起の麓における前記基体に最も近い位置から前記第１突起の先端までの高さの平均値が、前記複数の第１突起の平均高さであり、
    前記複数の第１突起の麓の平均幅に対する前記複数の第１突起の平均高さの比が１．２以下である、請求項１に記載の被覆工具。
  3. 前記基体の表面に直交する断面において、
    前記第１突起の麓における前記基体に最も近い位置の幅の平均値が、前記複数の第１突起の麓の平均幅であり、
    前記第１突起の麓における前記基体に最も近い位置から前記第１突起の先端までの高さの平均値が、前記複数の第１突起の平均高さであり、
    前記第１突起の麓の平均幅は１０ｎｍ以上、５０ｎｍ以下であり、前記第１突起の平均高さは１０ｎｍ以上、６０ｎｍ以下である、請求項１または２に記載の被覆工具。
  4. 前記基体の表面に直交する断面において、前記第１突起の先端の平均角度は、５０°以上、９０°以下である、請求項１～３のいずれかに記載の被覆工具。
  5. 前記基体の表面に直交する断面において、前記複合突起が有する前記第２突起の平均数は、１．２以下である、請求項１～４のいずれかに記載の被覆工具。
  6. 前記基体の表面に直交する断面において、
    前記第１突起の麓における前記基体に最も近い位置の幅の平均値が、前記複数の第１突起の麓の平均幅であり、
    前記第１突起の麓における前記基体に最も近い位置から前記第１突起の先端までの高さの平均値が、前記複数の第１突起の平均高さであり、
    前記第２突起の麓における前記第１突起に最も近い位置の幅の平均値が、前記第２突起の麓の平均幅であり、
    前記第２突起の麓における前記第１突起に最も近い位置の幅の中央部から前記第２突起の先端までの高さの平均値が、前記第２突起の平均高さであり、
    前記第２突起の麓の平均幅に対する前記第２突起の平均高さの比は、前記複数の第１突起の麓の平均幅に対する前記複数の第１突起の平均高さの比よりも大きい、請求項１～５のいずれかに記載の被覆工具。
  7. 前記複合突起は、前記第２突起の突出方向に交わる方向に突出した第３突起を有する、請求項１～６のいずれかに記載の被覆工具。
  8. 前記被覆層は、前記基体から順に、第１ＴｉＣＮ層、第２ＴｉＣＮ層、前記中間層、前記Ａｌ2Ｏ3層を有する、請求項１～７のいずれかに記載の被覆工具。
  9. 前記中間層は、ＣとＮとを含有する、請求項１～８に記載の被覆工具。
  10. 前記中間層は、さらにＯを含有する、請求項９に記載の被覆工具。
  11. 第１端から第２端に向かって延び、前記第１端側にポケットを有するホルダと、
    前記ポケットに位置する請求項１～１０のいずれかに記載の被覆工具と、を備えた切削工具。
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