JP7459450B2 - 被覆切削工具 - Google Patents
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Description
本発明は、被覆切削工具に関するものである。
従来、鋼などの切削加工には超硬合金や立方晶窒化硼素（ｃＢＮ）焼結体からなる切削工具が広く用いられている。中でも超硬合金基材の表面にＴｉＮ層、ＴｉＡｌＮ層、ＡｌＣｒＮ層などの硬質被覆膜を１又は２以上含む表面被覆切削工具は汎用性の高さから様々な加工に使用されている。
例えば、特許文献１では、基材と、上記基材上に設けられている被覆層とを含む表面被覆切削工具であって、上記被覆層は、第一単位層と、第二単位層とを含み、上記被覆層は、最外層が上記第一単位層であり、上記第一単位層は、立方晶型のＡｌａ（ＴｉαＣｒ１－α）ｂＸ１－ａ－ｂＮの結晶粒及び六方晶型のＡｌａ（ＴｉαＣｒ１－α）ｂＸ１－ａ－ｂＮの結晶粒を含み（０．５＜ａ＜０．８、０．２≦ｂ＜０．５、０＜１－ａ－ｂ＜０．１、０≦α≦１）、上記第二単位層は、立方晶型のＡｌｃ（ＴｉβＣｒ１－β）ｄＺ１－ｃ－ｄＮの結晶粒を含み（０．５＜ｃ＜０．８、０．２＜ｄ＜０．５、０＜１－ｃ－ｄ＜０．１、０≦β≦１）、上記第二単位層は、六方晶型のＡｌｃ（ＴｉβＣｒ１－β）ｄＺ１－ｃ－ｄＮの結晶粒を含まない表面被覆切削工具が開示されている。
近年のステンレス鋼などの難削材旋削加工は高速化及び高送り化の傾向にあり、従来よりも切削条件が厳しくなる傾向の中で、これまでより耐摩耗性及び耐欠損性を向上し、工具寿命を延長することが求められている。一方、上記特許文献１のような表面切削工具においては、被覆層におけるＡｌの含有量が少なく、被覆層の硬さ及び耐酸化性が不十分であることにより、刃先が高温となる難削材の加工等における工具の長寿命化が困難なことがある。更に、被覆層が六方晶及び立方晶を含む第一単位層と、六方晶を含まない第二単位層との間の密着性が不十分である懸念があり、耐チッピング性及び耐欠損性が求められる切削加工（被削材に断続部がある切削加工等）において、工具の長寿命化が求められる。
本発明は、上記事情に鑑みてなされてものであり、耐摩耗性及び耐欠損性を向上させた工具寿命の長い被覆切削工具を提供することを目的とする。
本発明者は被覆切削工具の工具寿命の延長について研究を重ねたところ、被覆切削工具を特定の構成にすると、耐摩耗性及び耐欠損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することが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、前記基材の上に形成された被覆層と、を含む被覆切削工具であって、
前記被覆層は、第１層と第２層との交互積層構造を有し、
前記第１層は、下記式（１）で表される組成を有する化合物を含有し、
（ＡｌａＭｂＴｉ１－ａ－ｂ）Ｎ （１）
（式（１）中、ＭはＮｂ元素及びＴａ元素のうちの少なくとも１種を表し、
ａはＡｌ元素と、Ｍで表される元素と、Ｔｉ元素との合計に対するＡｌ元素の原子比であり、
０．７５≦ａ≦０．９０を満たし、
ｂはＡｌ元素と、Ｍで表される元素と、Ｔｉ元素との合計に対するＭで表される元素の原子比であり、
０．００＜ｂ≦０．２０を満たす。）
前記第２層は、下記式（２）で表される組成を有する化合物（ただし、前記第１層に含有される化合物とは異なる化合物）を含有し、
（ＡｌｃＭｄＴｉ１－ｃ－ｄ）Ｎ （２）
（式（２）中、ＭはＮｂ元素及びＴａ元素のうちの少なくとも１種を表し、
ｃはＡｌ元素と、Ｍで表される元素と、Ｔｉ元素との合計に対するＡｌ元素の原子比であり、
０．７５≦ｃ≦０．９０を満たし、
ｄはＡｌ元素と、Ｍで表される元素と、Ｔｉ元素との合計に対するＭで表される元素の原子比であり、
０．００≦ｄ≦０．２０を満たす。）
前記ａ及び前記ｃの少なくとも一方は、０．８０以上であり、
前記交互積層構造の平均厚さが、０．５μｍ以上５．０μｍ以下である、被覆切削工具。
［２］
前記交互積層構造のＸ線回折において、立方晶（１１１）面及び立方晶（２００）面の回折ピーク強度の合計をＩｃｕｂとし、六方晶（１１０）面及び六方晶（１００）面の回折ピーク強度の合計をＩｈｅｘとしたとき、Ｉｈｅｘ／Ｉｃｕｂが、０．００以上０．４０以下である、［１］に記載の被覆切削工具。
［３］
前記交互積層構造の化合物全体における平均組成は、下記式（３）で表される、［１］又は［２］に記載の被覆切削工具。
（ＡｌｅＭｆＴｉ１－ｅ－ｆ）Ｎ （３）
（式（３）中、ＭはＮｂ元素及びＴａ元素のうちの少なくとも１種を表し、
ｅはＡｌ元素と、Ｍで表される元素と、Ｔｉ元素との合計に対するＡｌ元素の原子比であり、０．８０≦ｅ≦０．９０を満たし、
ｆはＡｌ元素と、Ｍで表される元素と、Ｔｉ元素との合計に対するＭで表される元素の原子比である。）
［４］
前記式（３）において、ｆは、０．００＜ｆ≦０．１０を満たす、［３］に記載の被覆切削工具。
［５］
前記ａ及び前記ｃは０．００≦｜ａ－ｃ｜≦０．０５を満たす、［１］～［４］のいずれかに記載の被覆切削工具。
［６］
前記第１層の１層当たりの平均厚さが、２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、前記第２層の１層当たりの平均厚さが、２ｎｍ以上５０ｎｍ以下である、［１］～［５］のいずれかに記載の被覆切削工具。
［１］
基材と、前記基材の上に形成された被覆層と、を含む被覆切削工具であって、
前記被覆層は、第１層と第２層との交互積層構造を有し、
前記第１層は、下記式（１）で表される組成を有する化合物を含有し、
（ＡｌａＭｂＴｉ１－ａ－ｂ）Ｎ （１）
（式（１）中、ＭはＮｂ元素及びＴａ元素のうちの少なくとも１種を表し、
ａはＡｌ元素と、Ｍで表される元素と、Ｔｉ元素との合計に対するＡｌ元素の原子比であり、
０．７５≦ａ≦０．９０を満たし、
ｂはＡｌ元素と、Ｍで表される元素と、Ｔｉ元素との合計に対するＭで表される元素の原子比であり、
０．００＜ｂ≦０．２０を満たす。）
前記第２層は、下記式（２）で表される組成を有する化合物（ただし、前記第１層に含有される化合物とは異なる化合物）を含有し、
（ＡｌｃＭｄＴｉ１－ｃ－ｄ）Ｎ （２）
（式（２）中、ＭはＮｂ元素及びＴａ元素のうちの少なくとも１種を表し、
ｃはＡｌ元素と、Ｍで表される元素と、Ｔｉ元素との合計に対するＡｌ元素の原子比であり、
０．７５≦ｃ≦０．９０を満たし、
ｄはＡｌ元素と、Ｍで表される元素と、Ｔｉ元素との合計に対するＭで表される元素の原子比であり、
０．００≦ｄ≦０．２０を満たす。）
前記ａ及び前記ｃの少なくとも一方は、０．８０以上であり、
前記交互積層構造の平均厚さが、０．５μｍ以上５．０μｍ以下である、被覆切削工具。
［２］
前記交互積層構造のＸ線回折において、立方晶（１１１）面及び立方晶（２００）面の回折ピーク強度の合計をＩｃｕｂとし、六方晶（１１０）面及び六方晶（１００）面の回折ピーク強度の合計をＩｈｅｘとしたとき、Ｉｈｅｘ／Ｉｃｕｂが、０．００以上０．４０以下である、［１］に記載の被覆切削工具。
［３］
前記交互積層構造の化合物全体における平均組成は、下記式（３）で表される、［１］又は［２］に記載の被覆切削工具。
（ＡｌｅＭｆＴｉ１－ｅ－ｆ）Ｎ （３）
（式（３）中、ＭはＮｂ元素及びＴａ元素のうちの少なくとも１種を表し、
ｅはＡｌ元素と、Ｍで表される元素と、Ｔｉ元素との合計に対するＡｌ元素の原子比であり、０．８０≦ｅ≦０．９０を満たし、
ｆはＡｌ元素と、Ｍで表される元素と、Ｔｉ元素との合計に対するＭで表される元素の原子比である。）
［４］
前記式（３）において、ｆは、０．００＜ｆ≦０．１０を満たす、［３］に記載の被覆切削工具。
［５］
前記ａ及び前記ｃは０．００≦｜ａ－ｃ｜≦０．０５を満たす、［１］～［４］のいずれかに記載の被覆切削工具。
［６］
前記第１層の１層当たりの平均厚さが、２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、前記第２層の１層当たりの平均厚さが、２ｎｍ以上５０ｎｍ以下である、［１］～［５］のいずれかに記載の被覆切削工具。
本発明によると、耐摩耗性及び耐欠損性を向上させた工具寿命の長い被覆切削工具を提供することができる。
以下、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、同一要素には同一符号を付すこととし、重複する説明は省略する。また、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、基材の上に形成された被覆層と、を含む被覆切削工具であって、
被覆層は、第１層と第２層との交互積層構造を有し、
第１層は、下記式（１）で表される組成を有する化合物を含有し、
（ＡｌａＭｂＴｉ１－ａ－ｂ）Ｎ （１）
（式（１）中、ＭはＮｂ元素及びＴａ元素のうちの少なくとも１種を表し、
ａはＡｌ元素と、Ｍで表される元素と、Ｔｉ元素との合計に対するＡｌ元素の原子比であり、
０．７５≦ａ≦０．９０を満たし、
ｂはＡｌ元素と、Ｍで表される元素と、Ｔｉ元素との合計に対するＭで表される元素の原子比であり、
０．００＜ｂ≦０．２０を満たす。）
第２層は、下記式（２）で表される組成を有する化合物（ただし、第１層に含有される化合物とは異なる化合物）を含有し、
（ＡｌｃＭｄＴｉ１－ｃ－ｄ）Ｎ （２）
（式（２）中、ＭはＮｂ元素及びＴａ元素のうちの少なくとも１種を表し、
ｃはＡｌ元素と、Ｍで表される元素と、Ｔｉ元素との合計に対するＡｌ元素の原子比であり、
０．７５≦ｃ≦０．９０を満たし、
ｄはＡｌ元素と、Ｍで表される元素と、Ｔｉ元素との合計に対するＭで表される元素の原子比であり、
０．００≦ｄ≦０．２０を満たす。）
ａ及びｃの少なくとも一方は、０．８０以上であり、
交互積層構造の平均厚さが、０．５μｍ以上５．０μｍ以下である。
被覆層は、第１層と第２層との交互積層構造を有し、
第１層は、下記式（１）で表される組成を有する化合物を含有し、
（ＡｌａＭｂＴｉ１－ａ－ｂ）Ｎ （１）
（式（１）中、ＭはＮｂ元素及びＴａ元素のうちの少なくとも１種を表し、
ａはＡｌ元素と、Ｍで表される元素と、Ｔｉ元素との合計に対するＡｌ元素の原子比であり、
０．７５≦ａ≦０．９０を満たし、
ｂはＡｌ元素と、Ｍで表される元素と、Ｔｉ元素との合計に対するＭで表される元素の原子比であり、
０．００＜ｂ≦０．２０を満たす。）
第２層は、下記式（２）で表される組成を有する化合物（ただし、第１層に含有される化合物とは異なる化合物）を含有し、
（ＡｌｃＭｄＴｉ１－ｃ－ｄ）Ｎ （２）
（式（２）中、ＭはＮｂ元素及びＴａ元素のうちの少なくとも１種を表し、
ｃはＡｌ元素と、Ｍで表される元素と、Ｔｉ元素との合計に対するＡｌ元素の原子比であり、
０．７５≦ｃ≦０．９０を満たし、
ｄはＡｌ元素と、Ｍで表される元素と、Ｔｉ元素との合計に対するＭで表される元素の原子比であり、
０．００≦ｄ≦０．２０を満たす。）
ａ及びｃの少なくとも一方は、０．８０以上であり、
交互積層構造の平均厚さが、０．５μｍ以上５．０μｍ以下である。
このような被覆切削工具が、耐酸化性及び耐摩耗性を向上させた工具寿命の長いものとなる要因は、詳細には明らかでないが、下記のように推定される。ただし、要因は下記のものに限定されない。
交互積層構造を形成する第１層において、式（１）で表される組成である（ＡｌａＭｂＴｉ１－ａ－ｂ）Ｎ中のａが０．７５以上であると硬度が高くなり、かつ耐酸化性が向上し、被覆切削工具が耐摩耗性に優れる。一方、ａが０．９０以下であると、六方晶の形成が抑制されることにより硬度の低下を抑制し、耐摩耗性に優れる。また、ｂが０．００超であると、Ｎｂ元素及びＴａ元素のうちの少なくとも一方を含有することにより、高い靭性を示し、被覆切削工具の耐チッピング性及び耐欠損性が向上する。更に、ｂが０．２０以下であると、Ａｌの含有量を多くすることにより、耐酸化性が向上するとともに高硬度になり耐摩耗性に優れ、又はＴｉの含有量を多くすることにより、被覆層の密着性が向上し被覆層の剥離を抑制することで耐欠損性に優れる。
次いで、交互積層構造のうち第２層において、式（２）で表される組成である（ＡｌｃＭｄＴｉ１－ｃ－ｄ）Ｎ中のｃが０．７５以上であると、硬度が高くなり、かつ耐酸化性が向上し、被覆切削工具が耐摩耗性に優れる。一方、ｃが０．９０以下であると、六方晶の形成が抑制されることにより硬度の低下を抑制できる。また、式（２）において、ｄが０．００以上であると、高い靭性を示し、被覆切削工具の耐チッピング性及び耐欠損性が向上する。更に、ｄが０．２０以下であると、Ａｌの含有量を多くすることにより、耐酸化性が向上するとともに高硬度になり耐摩耗性に優れ、又はＴｉの含有量を多くすることにより、被覆層の密着性が向上し被覆層の剥離を抑制することで耐欠損性に優れる。
また、被覆層は、このような第１層及び第２層との交互積層構造を有することにより、加工中に発生した亀裂が基材に向かって進展するのを抑制できるため、被覆切削工具の耐欠損性が向上する。
更に、式（１）及び（２）におけるａ及びｃのうち、少なくとも一方が０．８０以上であることにより、被覆層におけるＡｌの含有量を多くし、被覆切削工具の耐酸化性及び耐摩耗性が向上する。また、交互積層構造全体の平均厚さが０．５μｍ以上であると、被覆切削工具の耐チッピング性及び耐欠損性が向上し、交互積層構造全体の平均厚さが、５．０μｍ以下であると、被覆層の剥離を抑制することができ、被覆切削工具の耐チッピング性及び耐欠損性が向上する。これらの効果が相俟って、本実施形態の被覆切削工具は、耐摩耗性及び耐欠損性を向上させた、工具寿命の長いものとなる。
交互積層構造を形成する第１層において、式（１）で表される組成である（ＡｌａＭｂＴｉ１－ａ－ｂ）Ｎ中のａが０．７５以上であると硬度が高くなり、かつ耐酸化性が向上し、被覆切削工具が耐摩耗性に優れる。一方、ａが０．９０以下であると、六方晶の形成が抑制されることにより硬度の低下を抑制し、耐摩耗性に優れる。また、ｂが０．００超であると、Ｎｂ元素及びＴａ元素のうちの少なくとも一方を含有することにより、高い靭性を示し、被覆切削工具の耐チッピング性及び耐欠損性が向上する。更に、ｂが０．２０以下であると、Ａｌの含有量を多くすることにより、耐酸化性が向上するとともに高硬度になり耐摩耗性に優れ、又はＴｉの含有量を多くすることにより、被覆層の密着性が向上し被覆層の剥離を抑制することで耐欠損性に優れる。
次いで、交互積層構造のうち第２層において、式（２）で表される組成である（ＡｌｃＭｄＴｉ１－ｃ－ｄ）Ｎ中のｃが０．７５以上であると、硬度が高くなり、かつ耐酸化性が向上し、被覆切削工具が耐摩耗性に優れる。一方、ｃが０．９０以下であると、六方晶の形成が抑制されることにより硬度の低下を抑制できる。また、式（２）において、ｄが０．００以上であると、高い靭性を示し、被覆切削工具の耐チッピング性及び耐欠損性が向上する。更に、ｄが０．２０以下であると、Ａｌの含有量を多くすることにより、耐酸化性が向上するとともに高硬度になり耐摩耗性に優れ、又はＴｉの含有量を多くすることにより、被覆層の密着性が向上し被覆層の剥離を抑制することで耐欠損性に優れる。
また、被覆層は、このような第１層及び第２層との交互積層構造を有することにより、加工中に発生した亀裂が基材に向かって進展するのを抑制できるため、被覆切削工具の耐欠損性が向上する。
更に、式（１）及び（２）におけるａ及びｃのうち、少なくとも一方が０．８０以上であることにより、被覆層におけるＡｌの含有量を多くし、被覆切削工具の耐酸化性及び耐摩耗性が向上する。また、交互積層構造全体の平均厚さが０．５μｍ以上であると、被覆切削工具の耐チッピング性及び耐欠損性が向上し、交互積層構造全体の平均厚さが、５．０μｍ以下であると、被覆層の剥離を抑制することができ、被覆切削工具の耐チッピング性及び耐欠損性が向上する。これらの効果が相俟って、本実施形態の被覆切削工具は、耐摩耗性及び耐欠損性を向上させた、工具寿命の長いものとなる。
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含む。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、特に限定はされない。基材の例として、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、被覆切削工具の耐摩耗性及び耐欠損性が一層優れるので、更に好ましい。
本実施形態の被覆切削工具において、被覆層全体の平均厚さは、０．５μｍ以上９．０μｍ以下であることが好ましい。本実施形態の被覆切削工具において、被覆層全体の平均厚さが０．５μｍ以上であると、被覆切削工具の耐チッピング性、耐欠損性、及び／又は耐摩耗性が向上する。また、本実施形態の被覆切削工具において、被覆層全体の平均厚さが９．０μｍ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チッピング性及び耐欠損性が向上する。同様の観点から、被覆層全体の平均厚さは１．０μｍ以上８．０μｍ以下であることがより好ましく、２．０μｍ以上７．０μｍ以下であることが更に好ましい。
［第１層］
本実施形態の被覆切削工具において、第１層は、下記式（１）で表される組成を有する化合物を含有する化合物層である。また、下記式（１）中、ＭはＮｂ元素及びＴａ元素のうちの少なくとも１種を表し、ａはＡｌ元素と、Ｍで表される元素と、Ｔｉ元素との合計に対するＡｌ元素の原子比であり０．７５≦ａ≦０．９０を満たし、ｂはＡｌ元素と、Ｍで表される元素と、Ｔｉ元素との合計に対するＭで表される元素の原子比であり、０．００＜ｂ≦０．２０を満たす。
（ＡｌａＭｂＴｉ１－ａ－ｂ）Ｎ （１）
本実施形態の被覆切削工具において、第１層は、下記式（１）で表される組成を有する化合物を含有する化合物層である。また、下記式（１）中、ＭはＮｂ元素及びＴａ元素のうちの少なくとも１種を表し、ａはＡｌ元素と、Ｍで表される元素と、Ｔｉ元素との合計に対するＡｌ元素の原子比であり０．７５≦ａ≦０．９０を満たし、ｂはＡｌ元素と、Ｍで表される元素と、Ｔｉ元素との合計に対するＭで表される元素の原子比であり、０．００＜ｂ≦０．２０を満たす。
（ＡｌａＭｂＴｉ１－ａ－ｂ）Ｎ （１）
交互積層構造を形成する第１層において、（ＡｌａＭｂＴｉ１－ａ－ｂ）Ｎ中のａが０．７５以上であると硬度が高くなり、かつ耐酸化性が向上し、被覆切削工具が耐摩耗性に優れる。一方、ａが０．９０以下であると、六方晶の形成が抑制されることにより硬度の低下を抑制し、耐摩耗性に優れる。同様の観点から、（ＡｌａＭｂＴｉ１－ａ－ｂ）Ｎ中のａは、０．７８以上０．８８以下であることが好ましく、０．８０以上０．８５以下であることがより好ましい。
また、（ＡｌａＭｂＴｉ１－ａ－ｂ）Ｎ中、ｂが０．００超であると、Ｎｂ元素及びＴａ元素のうちの少なくとも一方を含有することにより、高い靭性を示し、被覆切削工具の耐チッピング性及び耐欠損性が向上する。一方、ｂが０．２０以下であると、Ａｌの含有量を多くすることにより、耐酸化性が向上するとともに高硬度になり耐摩耗性に優れ、又はＴｉの含有量を多くすることにより、被覆層の密着性が向上し被覆層の剥離を抑制することで耐欠損性に優れる。同様の観点から、（ＡｌａＭｂＴｉ１－ａ－ｂ）Ｎ中のｂは、０．０２以上０．１２以下であることが好ましく、０．０４以上０．０８以下であることがより好ましい。
また、（ＡｌａＭｂＴｉ１－ａ－ｂ）Ｎ中、ｂが０．００超であると、Ｎｂ元素及びＴａ元素のうちの少なくとも一方を含有することにより、高い靭性を示し、被覆切削工具の耐チッピング性及び耐欠損性が向上する。一方、ｂが０．２０以下であると、Ａｌの含有量を多くすることにより、耐酸化性が向上するとともに高硬度になり耐摩耗性に優れ、又はＴｉの含有量を多くすることにより、被覆層の密着性が向上し被覆層の剥離を抑制することで耐欠損性に優れる。同様の観点から、（ＡｌａＭｂＴｉ１－ａ－ｂ）Ｎ中のｂは、０．０２以上０．１２以下であることが好ましく、０．０４以上０．０８以下であることがより好ましい。
式（１）において、Ｍで表される元素は、Ｎｂ元素及びＴａ元素のうちの少なくとも１種である。「Ｎｂ元素及びＴａ元素のうちの少なくとも１種」とは、Ｎｂ又はＴａのいずれか１種を含有する場合と、Ｎｂ又はＴａを両方含有する場合とを含む。Ｎｂを含有する場合、Ｔａを含有する場合に比べて六方晶の形成が抑制されることにより、硬度の低下を抑制する傾向にある。このような観点から、式（１）においてＭで表される元素としては、ＴａよりＮｂを多く含有することが好ましく、Ｎｂであることが更に好ましい。
また、本実施形態において、各化合物層の組成を、例えば、（Ａｌ０．７５Ｍ０．０５Ｔｉ０．２０）Ｎと表記する場合、Ａｌ元素とＭで表される元素とＴｉ元素との合計に対するＡｌ元素の原子比が０．７５、Ａｌ元素とＭで表される元素とＴｉ元素との合計に対するＭで表される元素の原子比が０．０５、Ａｌ元素とＭで表される元素とＴｉ元素との合計に対するＴｉ元素の原子比が０．２０であることを意味する。すなわち、Ａｌ元素とＭで表される元素とＴｉ元素との合計に対し、Ａｌ元素の量が７５％、Ｍで表される元素の量が５％、Ｔｉ元素の量が２０％であることを意味する。
［第２層］
本実施形態の被覆切削工具において、第２層は、下記式（２）で表される組成を有する化合物を含有する化合物層である。また、下記式（２）中、Ｍで表される元素は、Ｎｂ元素及びＴａ元素のうちの少なくとも１種を表し、ｃはＡｌ元素と、Ｍで表される元素と、Ｔｉ元素との合計に対するＡｌ元素の原子比であり、０．７５≦ｃ≦０．９０を満たし、ｄはＡｌ元素と、Ｍで表される元素と、Ｔｉ元素との合計に対するＭで表される元素の原子比であり、０．００≦ｄ≦０．２０を満たす。ただし、第２層は、第１層に含有する化合物とは異なる組成を有する化合物を含有する。
（ＡｌcＭdＴｉ1-c-d）Ｎ （２）
本実施形態の被覆切削工具において、第２層は、下記式（２）で表される組成を有する化合物を含有する化合物層である。また、下記式（２）中、Ｍで表される元素は、Ｎｂ元素及びＴａ元素のうちの少なくとも１種を表し、ｃはＡｌ元素と、Ｍで表される元素と、Ｔｉ元素との合計に対するＡｌ元素の原子比であり、０．７５≦ｃ≦０．９０を満たし、ｄはＡｌ元素と、Ｍで表される元素と、Ｔｉ元素との合計に対するＭで表される元素の原子比であり、０．００≦ｄ≦０．２０を満たす。ただし、第２層は、第１層に含有する化合物とは異なる組成を有する化合物を含有する。
（ＡｌcＭdＴｉ1-c-d）Ｎ （２）
交互積層構造を形成する第２層において、（ＡｌｃＭｄＴｉ１－ｃ－ｄ）Ｎ中のｃが０．７５以上であると、硬度が高くなり、かつ耐酸化性が向上し、被覆切削工具が耐摩耗性に優れる。一方、ｃが０．９０以下であると、六方晶の形成が抑制されることにより硬度の低下を抑制できる。同様の観点から、（ＡｌｃＭｄＴｉ１－ｃ－ｄ）Ｎ中のｃは、０．７８以上０．８８以下であることが好ましく、０．８０以上０．８５以下であることがより好ましい。
また、（ＡｌｃＭｄＴｉ１－ｃ－ｄ）Ｎ中、ｄが０．００以上であると、高い靭性を示し、被覆切削工具の耐チッピング性及び耐欠損性が向上する。一方、ｄが０．２０以下であると、Ａｌの含有量を多くすることにより、耐酸化性が向上すると共に高硬度になり耐摩耗性に優れ、又はＴｉの含有量を多くすることにより、被覆層の密着性が向上し被覆層の剥離を抑制することで耐欠損性が向上する。同様の観点から、（ＡｌｃＭｄＴｉ１－ｃ－ｄ）Ｎ中のｄは、０．０２以上０．１２以下であることが好ましく、０．０４以上０．１０以下であることがより好ましい。
また、（ＡｌｃＭｄＴｉ１－ｃ－ｄ）Ｎ中、ｄが０．００以上であると、高い靭性を示し、被覆切削工具の耐チッピング性及び耐欠損性が向上する。一方、ｄが０．２０以下であると、Ａｌの含有量を多くすることにより、耐酸化性が向上すると共に高硬度になり耐摩耗性に優れ、又はＴｉの含有量を多くすることにより、被覆層の密着性が向上し被覆層の剥離を抑制することで耐欠損性が向上する。同様の観点から、（ＡｌｃＭｄＴｉ１－ｃ－ｄ）Ｎ中のｄは、０．０２以上０．１２以下であることが好ましく、０．０４以上０．１０以下であることがより好ましい。
式（２）において、Ｍで表される元素はＮｂ元素及びＴａ元素のうちの少なくとも１種である。Ｎｂ又はＴａのいずれか１種を含有する場合と、Ｎｂ又はＴａを両方含有する場合とを含む。Ｎｂを含有する場合、Ｔａを含有する場合に比べて六方晶の形成が抑制されることにより、硬度の低下を抑制する傾向にある。このような観点から、式（２）においてＭで表される元素としては、ＴａよりＮｂを多く含有することが好ましく、Ｎｂであることが更に好ましい。
また、本実施形態の被覆切削工具において、後述する下部層を形成しない場合、特に限定されないが、第１層及び第２層において、Ａｌの含有割合が異なる場合は、Ａｌの含有割合が低い層を最初に基材の表面に形成することが好ましく、Ａｌの含有割合が同じ場合は、Ｍで表される元素の含有割合が低く、Ｔｉの含有割合が高い層を、最初に基材の表面に形成することが好ましい。本実施形態の被覆切削工具において、このように基材の表面に形成すると、基材と被覆層との密着性が向上する傾向にある。
［交互積層構造］
本実施形態の被覆切削工具は、被覆層において、第１層と第２層とが交互に積層された交互積層構造を有する。本実施形態の被覆切削工具は、被覆層において、第１層と第２層とが交互に積層された交互積層構造を有すると、加工中に発生した亀裂が基材に向かって進展するのを抑制できるため、耐欠損性が向上する。また、交互積層構造において、第１層の組成が式（１）を満たす（ＡｌａＭｂＴｉ１－ａ－ｂ）Ｎであり、第２層の組成が式（２）を満たす（ＡｌｃＭｄＴｉ１－ｃ－ｄ）Ｎであることで、交互積層構造全体にＡｌを多く含有しているため、被覆層全体の硬度が向上し、被覆切削工具の耐摩耗性が向上する。
本実施形態の被覆切削工具は、被覆層において、第１層と第２層とが交互に積層された交互積層構造を有する。本実施形態の被覆切削工具は、被覆層において、第１層と第２層とが交互に積層された交互積層構造を有すると、加工中に発生した亀裂が基材に向かって進展するのを抑制できるため、耐欠損性が向上する。また、交互積層構造において、第１層の組成が式（１）を満たす（ＡｌａＭｂＴｉ１－ａ－ｂ）Ｎであり、第２層の組成が式（２）を満たす（ＡｌｃＭｄＴｉ１－ｃ－ｄ）Ｎであることで、交互積層構造全体にＡｌを多く含有しているため、被覆層全体の硬度が向上し、被覆切削工具の耐摩耗性が向上する。
本実施形態に用いる被覆層において、式（１）のａ及び式（２）のｃの少なくとも一方は、０．８０以上である。ａ及びｃの少なくとも一方が０．８０以上であることにより、被覆層におけるＡｌの含有量を多くし、被覆切削工具の耐酸化性及び耐摩耗性が向上する。同様の観点から、式（１）のａ及び式（２）のｃの少なくとも一方は、０．８２以上であることが好ましく、０．８５以上であることがより好ましい。
本実施形態に用いる被覆層において、式（１）のａ及び式（２）のｃの差の絶対値（｜ａ－ｃ｜）が０．００以上０．０５以下であることが好ましい。｜ａ－ｃ｜の値が０．０５以下であると、交互積層構造の全体にわたりＡｌを多く含有することとなり、硬度が高くなり、かつ耐酸化性が向上するため、被覆切削工具の耐摩耗性が向上するとともに、第１層と第２層との間における密着性も向上し耐欠損性に優れる傾向にある。同様の観点から、｜ａ－ｃ｜は、０．００以上０．０４以下であることがより好ましく、０．００以上０．０２以下であることが更に好ましい。
また、本実施形態に用いる被覆層において、式（１）のｂ及び式（２）のｄの差の絶対値（｜ｂ－ｄ｜）は、特に限定されないが、例えば、０．００以上０．２０未満であってもよい。第１層と第２層との密着性を向上させ、被覆層の剥離を抑制する観点から、｜ｂ－ｄ｜の値は、０．００以上０．１５以下であることが好ましく、０．００以上０．１０以下であることがより好ましく、０．００以上０．０８以下であることが更に好ましい。
本実施形態の被覆切削工具は、交互積層構造において、第１層と第２層との繰り返し数が、２回以上であることが好ましく、５回以上１２５０回以下であることがより好ましく、１０回以上１０００回以下であることが更に好ましく、３０回以上７５０回以下であることがより更に好ましい。第１層と第２層との繰り返し数が上記範囲内にあることにより、耐欠損性が一層向上する傾向にある。
なお、本実施形態において、第１層と、第２層とを１層ずつ形成した場合、「繰り返し数」は１回である。
なお、本実施形態において、第１層と、第２層とを１層ずつ形成した場合、「繰り返し数」は１回である。
本実施形態の被覆切削工具において、交互積層構造の平均組成が、下記式（３）で表されるものであると好ましい。
（ＡｌｅＭｆＴｉ１－ｅ－ｆ）Ｎ （３）
ここで、ＭはＮｂ元素及びＴａ元素のうちの少なくとも１種を表し、ｅはＡｌ元素と、Ｍで表される元素と、Ｔｉ元素との合計に対するＡｌ元素の原子比であり、０．８０≦ｅ≦０．９０を満たし、ｆはＡｌ元素と、Ｍで表される元素と、Ｔｉ元素との合計に対するＭで表される元素の原子比であり、０．００＜ｆ≦０．１０を満たす。
（ＡｌｅＭｆＴｉ１－ｅ－ｆ）Ｎ （３）
ここで、ＭはＮｂ元素及びＴａ元素のうちの少なくとも１種を表し、ｅはＡｌ元素と、Ｍで表される元素と、Ｔｉ元素との合計に対するＡｌ元素の原子比であり、０．８０≦ｅ≦０．９０を満たし、ｆはＡｌ元素と、Ｍで表される元素と、Ｔｉ元素との合計に対するＭで表される元素の原子比であり、０．００＜ｆ≦０．１０を満たす。
式（３）において、ｅが０．８０以上であると、硬度が高くなり、かつ耐酸化性が向上し、被覆切削工具が耐摩耗性に優れる傾向にある。一方、ｅが０．９０以下であると、六方晶の形成が抑制されることにより硬度の低下を抑制し、耐摩耗性に優れる傾向にある。同様の観点から、ｅは、０．８１以上０．８８以下であることがより好ましく、０．８２以上０．８５以下であることが更に好ましい。
また、式（３）において、ｆが０．００超であると、Ｎｂ元素及びＴａ元素のうちの少なくとも一方を含有することにより、高い靭性を示し、被覆切削工具の耐欠損性が向上する。一方、ｆが０．１０以下であると、Ａｌの含有量を多くすることにより、耐酸化性が向上するとともに高硬度になり耐摩耗性に優れ、又はＴｉの含有量を多くすることにより、被覆層の密着性が向上し被覆層の剥離を抑制することで耐欠損性に優れる傾向にある。同様の観点から、ｆは、０．０１以上０．０９以下であることがより好ましく、０．０２以上０．０５以下であることが更に好ましい。
また、式（３）において、ｆが０．００超であると、Ｎｂ元素及びＴａ元素のうちの少なくとも一方を含有することにより、高い靭性を示し、被覆切削工具の耐欠損性が向上する。一方、ｆが０．１０以下であると、Ａｌの含有量を多くすることにより、耐酸化性が向上するとともに高硬度になり耐摩耗性に優れ、又はＴｉの含有量を多くすることにより、被覆層の密着性が向上し被覆層の剥離を抑制することで耐欠損性に優れる傾向にある。同様の観点から、ｆは、０．０１以上０．０９以下であることがより好ましく、０．０２以上０．０５以下であることが更に好ましい。
本実施形態の被覆切削工具において、第１層及び第２層のそれぞれの１層当たりの平均厚さは、２ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが好ましい。交互積層構造における第１層及び第２層のそれぞれの１層当たりの平均厚さが２ｎｍ以上であると、交互積層構造とした場合、加工中において発生する亀裂が基材に向かって進展する現象を抑制でき、更に硬度を向上させるため、被覆切削工具の耐欠損性及び耐摩耗性が一層向上する傾向にある。また、第１層及び第２層のそれぞれの１層当たりの平均厚さが２ｎｍ以上であることにより、均一な化合物層を形成することが容易となり、製造上の利点もある。
一方、交互積層構造における第１層及び第２層のそれぞれの１層当たりの平均厚さが１００ｎｍ以下であると、第１層と第２層との密着性が向上し、被覆層の剥離に起因する工具の欠損が抑制され、被覆切削工具の耐摩耗性が向上する傾向にある。
上記と同様の観点から、交互積層構造における第１層及び第２層のそれぞれの１層当たりの平均厚さは２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることがより好ましく、５ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることが更に好ましく、５ｎｍ以上３０ｎｍ以下であることがより更に好ましい。
なお、第１層及び第２層の１層当たりの平均厚さは、同じであってもよく、異なっていてもよい。
一方、交互積層構造における第１層及び第２層のそれぞれの１層当たりの平均厚さが１００ｎｍ以下であると、第１層と第２層との密着性が向上し、被覆層の剥離に起因する工具の欠損が抑制され、被覆切削工具の耐摩耗性が向上する傾向にある。
上記と同様の観点から、交互積層構造における第１層及び第２層のそれぞれの１層当たりの平均厚さは２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることがより好ましく、５ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることが更に好ましく、５ｎｍ以上３０ｎｍ以下であることがより更に好ましい。
なお、第１層及び第２層の１層当たりの平均厚さは、同じであってもよく、異なっていてもよい。
本実施形態の被覆切削工具において、交互積層構造全体の平均厚さは、０．５μｍ以上５．０μｍ以下である。交互積層構造全体の平均厚さが０．５μｍ以上であると、被覆切削工具の耐チッピング性及び耐欠損性が向上する。また、交互積層構造全体の平均厚さが、５．０μｍ以下であると、被覆層の剥離を抑制することができ、被覆切削工具の耐チッピング性及び耐欠損性が向上する。同様の観点から、交互積層構造の平均厚さは、１．０μｍ以上４．５μｍ以下であることが好ましく、１．５μｍ以上４．０μｍ以下であることがより好ましい。
本実施形態の被覆切削工具は、交互積層構造のＸ線回折において、立方晶（１１１）面及び立方晶（２００）面の回折ピーク強度の合計をＩｃｕｂとし、六方晶（１１０）面及び六方晶（１００）面の回折ピーク強度の合計をＩｈｅｘとしたとき、Ｉｈｅｘ／Ｉｃｕｂは、例えば、０．００以上０．４８以下であってもよいが、０．００以上０．４０以下であると好ましい。
Ｉｈｅｘ／Ｉｃｕｂが、０．４８以下であると、六方晶の形成が抑制されるため、硬度が高くなり、被覆切削工具の耐摩耗性が一層向上する傾向にある。同様の観点から、交互積層構造において、Ｉｈｅｘ／Ｉｃｕｂは、０．００以上０．３５以下であることがより好ましく、０．００以上０．２４以下であることが更に好ましく、０．００以上０．１２以下であることがより更に好ましい。
Ｉｈｅｘ／Ｉｃｕｂが、０．４８以下であると、六方晶の形成が抑制されるため、硬度が高くなり、被覆切削工具の耐摩耗性が一層向上する傾向にある。同様の観点から、交互積層構造において、Ｉｈｅｘ／Ｉｃｕｂは、０．００以上０．３５以下であることがより好ましく、０．００以上０．２４以下であることが更に好ましく、０．００以上０．１２以下であることがより更に好ましい。
本実施形態に用いる被覆層における各面指数のピーク強度については、市販のＸ線回折装置を用いることにより、求めることができる。例えば、株式会社リガク製のＸ線回折装置ＲＩＮＴ ＴＴＲＩＩＩ（製品名）を用いて、Ｃｕ－Ｋα線を用いた２θ／θ集中法光学系のＸ線回折を、下記条件で測定すると、上記の各面指数のピーク強度を測定することができる。ここで測定条件は、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°／ｍｉｎ、２θ測定範囲：２５°～７０°である。Ｘ線回折図形から上記の各面指数のピーク強度を求めるときに、Ｘ線回折装置に付属の解析ソフトウェアを用いてもよい。解析ソフトウェアでは、三次式近似を用いてバックグラウンド処理及びＫα２ピーク除去を行い、Ｐｅａｒｓｏｎ－ＶＩＩ関数を用いてプロファイルフィッティングを行い、各ピーク強度を求めることができる。なお、具体的には、後述の実施例に記載の方法により測定及び算出することができる。
図１は、本実施形態の被覆切削工具の一例を示す模式断面図である。図１に示す被覆切削工具１は、基材２と、その基材２の表面上に形成された被覆層３とを備える。被覆層３は、基材２側から順に、第１層４１と第２層４２とを交互に繰り返し形成した交互積層構造４を有する。なお、図１に示す交互積層構造４において、第１層４１と、第２層４２とが交互に６回繰り返し形成されている。また、図２は、本実施形態の被覆切削工具の別の一例を示す模式断面図である。図２に示す被覆切削工具１は、基材２と、第１層４１及び第２層４２を含む交互積層構造４との間に下部層５を有し、交互積層構造４における基材２と反対側の表面に上部層６を有する。
［下部層］
本実施形態に用いる被覆層は、第１層及び第２層の交互積層構造だけで構成されていてもよいが、基材と、第１層及び第２層を含む交互積層構造との間に下部層を有すると好ましい。下部層を有することにより、基材と被覆層との密着性が一層向上する傾向にある。同様の観点から、下部層は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｓｉ及びＹからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素と、Ｃ、Ｎ、Ｏ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（ただし、式（１）で表される組成からなる化合物及び式（２）で表される組成からなる化合物を除く。）の単層又は多層であると好ましく、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｓｉ及びＹからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素と、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の単層又は多層であるとより好ましく、Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｌ及びＳｉからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素と、Ｃ及びＮ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の単層又は多層であると特に好ましい。下部層に含まれる具体的な化合物としては、特に限定されないが、例えば、ＣｒＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＡｌＳｉＮ等が挙げられる。
本実施形態に用いる被覆層は、第１層及び第２層の交互積層構造だけで構成されていてもよいが、基材と、第１層及び第２層を含む交互積層構造との間に下部層を有すると好ましい。下部層を有することにより、基材と被覆層との密着性が一層向上する傾向にある。同様の観点から、下部層は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｓｉ及びＹからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素と、Ｃ、Ｎ、Ｏ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（ただし、式（１）で表される組成からなる化合物及び式（２）で表される組成からなる化合物を除く。）の単層又は多層であると好ましく、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｓｉ及びＹからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素と、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の単層又は多層であるとより好ましく、Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｌ及びＳｉからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素と、Ｃ及びＮ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の単層又は多層であると特に好ましい。下部層に含まれる具体的な化合物としては、特に限定されないが、例えば、ＣｒＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＡｌＳｉＮ等が挙げられる。
本実施形態において、下部層の平均厚さが０．２μｍ以上２．０μｍ以下であると、基材と被覆層との密着性が更に向上する傾向を示すため、好ましい。同様の観点から、下部層の平均厚さは、０．３μｍ以上１．８μｍ以下であるとより好ましく、０．５μｍ以上１．５μｍ以下であると更に好ましい。
［上部層］
本実施形態に用いる被覆層は、第１層及び第２層の交互積層構造だけで構成されていてもよいが、交互積層構造における基材と反対側の表面に上部層を有してもよい。上部層は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｓｉ及びＹからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素と、Ｃ、Ｎ、Ｏ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（ただし、式（１）で表される組成からなる化合物及び式（２）で表される組成からなる化合物を除く。）の単層又は多層であることが好ましい。被覆層が上記のような化合物の単層又は多層である上部層を有すると、耐摩耗性に一層優れる傾向にある。また、同様の観点から、上部層は、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｓｉ及びＹからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素と、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と更に好ましく、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ａｌ及びＳｉからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素と、Ｎとからなる化合物を含むと特に好ましい。上部層に含まれる具体的な化合物としては、特に限定されないが、例えば、ＴｉＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＳｉＮ、ＴｉＭｏＮ、ＮｂＮ等が挙げられる。
本実施形態に用いる被覆層は、第１層及び第２層の交互積層構造だけで構成されていてもよいが、交互積層構造における基材と反対側の表面に上部層を有してもよい。上部層は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｓｉ及びＹからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素と、Ｃ、Ｎ、Ｏ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（ただし、式（１）で表される組成からなる化合物及び式（２）で表される組成からなる化合物を除く。）の単層又は多層であることが好ましい。被覆層が上記のような化合物の単層又は多層である上部層を有すると、耐摩耗性に一層優れる傾向にある。また、同様の観点から、上部層は、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｓｉ及びＹからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素と、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と更に好ましく、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ａｌ及びＳｉからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素と、Ｎとからなる化合物を含むと特に好ましい。上部層に含まれる具体的な化合物としては、特に限定されないが、例えば、ＴｉＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＳｉＮ、ＴｉＭｏＮ、ＮｂＮ等が挙げられる。
本実施形態に用いる被覆層において、上部層の平均厚さは、０．２μｍ以上２．０μｍ以下であると好ましい。上部層の平均厚さが０．２μｍ以上であると、被覆切削工具の耐摩耗性が向上する傾向にある。また、上部層の平均厚さが２．０μｍ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被覆切削工具の耐欠損性が向上する傾向にある。同様の観点から、上部層の平均厚さは、０．３μｍ以上１．８μｍ以下であるとより好ましく、０．５μｍ以上１．５μｍ以下であると更に好ましい。
［被覆層の製造方法］
本実施形態の被覆切削工具における被覆層の製造方法は、特に限定されるものではないが、例えば、イオンプレーティング法、アークイオンプレーティング法、スパッタ法、及びイオンミキシング法などの物理蒸着法が挙げられる。物理蒸着法を使用して、被覆層を形成すると、シャープエッジを形成することができるので好ましい。その中でも、アークイオンプレーティング法は、被覆層と基材との密着性に一層優れるので、より好ましい。
本実施形態の被覆切削工具における被覆層の製造方法は、特に限定されるものではないが、例えば、イオンプレーティング法、アークイオンプレーティング法、スパッタ法、及びイオンミキシング法などの物理蒸着法が挙げられる。物理蒸着法を使用して、被覆層を形成すると、シャープエッジを形成することができるので好ましい。その中でも、アークイオンプレーティング法は、被覆層と基材との密着性に一層優れるので、より好ましい。
［被覆切削工具の製造方法］
本実施形態の被覆切削工具の製造方法について、以下に具体例を用いて説明する。なお、本実施形態の被覆切削工具の製造方法は、当該被覆切削工具の構成を達成し得る限り、特に制限されるものではない。
本実施形態の被覆切削工具の製造方法について、以下に具体例を用いて説明する。なお、本実施形態の被覆切削工具の製造方法は、当該被覆切削工具の構成を達成し得る限り、特に制限されるものではない。
まず、工具形状に加工した基材を物理蒸着装置の反応容器内に収容し、金属蒸発源を反応容器内に設置する。その後、反応容器内をその圧力が１．０×１０－２Ｐａ以下の真空になるまで真空引きし、反応容器内のヒーターにより基材をその温度が２００℃～７００℃になるまで加熱する。加熱後、反応容器内にＡｒガスを導入して、反応容器内の圧力を０．５Ｐａ～５．０Ｐａとする。圧力０．５Ｐａ～５．０ＰａのＡｒガス雰囲気にて、基材に－５００Ｖ～－３５０Ｖのバイアス電圧を印加し、反応容器内のタングステンフィラメントに４０Ａ～５０Ａの電流を流して、基材の表面にＡｒガスによるイオンボンバードメント処理を施す。基材の表面にイオンボンバードメント処理を施した後、反応容器内をその圧力が１．０×１０－２Ｐａ以下の真空になるまで真空引きする。
本実施形態に用いる下部層を形成する場合、基材をその温度が２５０℃～５００℃になるまで制御する。制御後、反応容器内にガスを導入して、反応容器内の圧力を３．０Ｐａ～８．０Ｐａとする。ガスとしては、例えば、下部層がＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｓｉ及びＹからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素と、Ｎ及びＢの少なくとも１種とからなる化合物で構成される場合、Ｎ２ガスが挙げられ、下部層がＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｓｉ及びＹからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素と、Ｎ及びＣとからなる化合物で構成される場合、Ｎ２ガスとＣ２Ｈ２ガスとの混合ガスが挙げられる。
混合ガスの体積比率としては、特に限定されないが、例えば、Ｎ２ガス：Ｃ２Ｈ２ガス＝９５：５～８５：１５であってもよい。次いで、基材に－２００Ｖ～－４０Ｖのバイアス電圧を印加してアーク電流８０Ａ～１２０Ａのアーク放電により各層の金属及び非金属成分に応じた金属蒸発源を蒸発させて下部層を形成するとよい。例えば、Ｂ元素及びＣ元素のうち少なくとも１種を含む下部層を形成する場合、必要に応じでＢ元素及び／又はＣ元素を含む金属蒸発源を用いてもよい。
混合ガスの体積比率としては、特に限定されないが、例えば、Ｎ２ガス：Ｃ２Ｈ２ガス＝９５：５～８５：１５であってもよい。次いで、基材に－２００Ｖ～－４０Ｖのバイアス電圧を印加してアーク電流８０Ａ～１２０Ａのアーク放電により各層の金属及び非金属成分に応じた金属蒸発源を蒸発させて下部層を形成するとよい。例えば、Ｂ元素及びＣ元素のうち少なくとも１種を含む下部層を形成する場合、必要に応じでＢ元素及び／又はＣ元素を含む金属蒸発源を用いてもよい。
本実施形態に用いる第２層を形成する場合、基材をその温度が２００℃～３００℃になるように制御し、Ｎ２ガスを反応容器内に導入し、反応容器内の圧力を８．０Ｐａ～１２．０Ｐａにする。その後、基材に－４００Ｖ～－２００Ｖのバイアス電圧を印加し、８０Ａ～１２０Ａのアーク放電により第２層の金属成分に応じた金属蒸発源を蒸発させて、第２層を形成するとよい。
本実施形態に用いる第１層を形成する場合、基材をその温度が２００℃～３００℃になるように制御する。なお、その基材の温度を、第２層を形成する際の基材の温度と同じにすると、第２層と第１層とを連続して形成することができるので好ましい。温度を制御した後、Ｎ２ガスを反応容器内に導入し、反応容器内の圧力を８．０Ｐａ～１２．０Ｐａにする。次いで、基材に－４００Ｖ～－２００Ｖのバイアス電圧を印加し、アーク電流８０Ａ～１２０Ａのアーク放電により第１層の金属成分に応じた金属蒸発源を蒸発させて、第１層を形成するとよい。
第１層と第２層とが交互にそれぞれ２層以上積層された交互積層構造を形成するには、第１層の金属成分に応じた金属蒸発源と、第２層の金属成分に応じた金属蒸発源とを上述した条件にて、交互にアーク放電により蒸発させることによって、各層を交互に形成するとよい。第１層の金属成分に応じた金属蒸発源と、第２層の金属成分に応じた金属蒸発源とのアーク放電時間をそれぞれ調整することによって、交互積層構造を構成する各層の厚さを制御することができる。
本実施形態に用いる交互積層構造における化合物全体の組成を所定の値にするには、上述の交互積層構造を形成する過程において、交互積層構造における各層の厚さ、各層における金属元素の比率を調整するとよい。
本実施形態に用いる被覆層におけるＸ線回折強度比Ｉｈｅｘ／Ｉｃｕｂを所定の値にするには、上述の交互積層構造を形成する過程において、基材の温度を調整したり、バイアス電圧を調整したり、各金属元素の原子比を調整するとよい。より具体的には、構造積層構造を形成する過程において、基材の温度を低くしたり、負のバイアス電圧を大きく（ゼロから離れる方向）すると、Ｉｈｅｘ／Ｉｃｕｂが小さくなる傾向がある。また、交互積層構造を形成する過程において、Ａｌ元素の原子比を少なくし、Ｍで表される元素（Ｎｂ元素及びＴａ元素のうちの少なくとも１種）又はＴｉ元素の原子比を多くすると、Ｉｈｅｘ／Ｉｃｕｂが小さくなる傾向がある。また、交互積層構造を形成する過程において、Ｍ元素として、Ｎｂ元素及びＴａ元素の２種を用いる場合、Ｍ元素に占めるＮｂ元素の割合を多くすると、Ｉｈｅｘ／Ｉｃｕｂが小さくなる傾向がある。
本実施形態に用いる上部層を形成する場合、上述した下部層と同様の製造条件により形成するとよい。すなわち、まず、基材をその温度が２００℃～５００℃になるまで制御する。制御後、反応容器内にガスを導入して、反応容器内の圧力を３．０Ｐａ～８．０Ｐａとする。ガスとしては、例えば、上部層がＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｓｉ及びＹからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素と、Ｎ及びＢのうち少なくとも１種とからなる化合物で構成される場合、Ｎ２ガスが挙げられ、上部層がＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｓｉ及びＹからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素と、Ｎ及びＣとからなる化合物で構成される場合、Ｎ２ガスとＣ２Ｈ２ガスとの混合ガスが挙げられる。混合ガスの体積比率としては、特に限定されないが、例えば、Ｎ２ガス：Ｃ２Ｈ２ガス＝９５：５～８５：１５であってもよい。次いで、基材に－２００Ｖ～－４０Ｖのバイアス電圧を印加してアーク電流８０Ａ～１２０Ａのアーク放電により各層の金属及び非金属成分に応じた金属蒸発源を蒸発させて、上部層を形成するとよい。例えば、Ｂ元素及びＣ元素のうち少なくとも１種を含む上部層を形成する場合、必要に応じでＢ元素及び／又はＣ元素を含む金属蒸発源を用いてもよい。
本実施形態の被覆切削工具における被覆層を構成する各層の厚さは、被覆切削工具の断面組織から、光学顕微鏡、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）などを用いて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、金属蒸発源に対向する面の刃先稜線部から、当該面の中心部に向かって５０μｍの位置の近傍における３箇所以上の断面から各層の厚さを測定して、その平均値（相加平均値）を計算することで求めることができる。
また、本実施形態の被覆切削工具における被覆層を構成する各層の組成は、本実施形態の被覆切削工具の断面組織から、エネルギー分散型Ｘ線分析装置（ＥＤＳ）や波長分散型Ｘ線分析装置（ＷＤＳ）など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、少なくとも耐摩耗性及び耐欠損性に優れていることに起因して、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）。本実施形態の被覆切削工具の種類として具体的には、フライス加工用又は旋削加工用刃先交換型切削インサート、ドリル、及びエンドミルなどを挙げることができる。
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。
（実施例１）
基材として、ＣＮＭＧ１２０４０８－ＳＭのインサート形状（株式会社タンガロイ製）に加工した、９４．７％ＷＣ－５．０％Ｃｏ－０．３％Ｃｒ３Ｃ２（以上質量％）の組成を有する超硬合金を用意した。アークイオンプレーティング装置の反応容器内に、表１～３に示す化合物層の組成になるよう金属蒸発源を配置した。用意した基材を、反応容器内の回転テーブルの固定金具に固定した。
基材として、ＣＮＭＧ１２０４０８－ＳＭのインサート形状（株式会社タンガロイ製）に加工した、９４．７％ＷＣ－５．０％Ｃｏ－０．３％Ｃｒ３Ｃ２（以上質量％）の組成を有する超硬合金を用意した。アークイオンプレーティング装置の反応容器内に、表１～３に示す化合物層の組成になるよう金属蒸発源を配置した。用意した基材を、反応容器内の回転テーブルの固定金具に固定した。
その後、反応容器内をその圧力が５．０×１０－３Ｐａ以下の真空になるまで真空引きした。真空引き後、反応容器内のヒーターにより、基材をその温度が４５０℃になるまで加熱した。加熱後、反応容器内にその圧力が２．７ＰａになるようにＡｒガスを導入した。
圧力２．７ＰａのＡｒガス雰囲気にて、基材に－４００Ｖのバイアス電圧を印加して、反応容器内のタングステンフィラメントに４０Ａの電流を流して、基材の表面にＡｒガスによるイオンボンバードメント処理を３０分間施した。イオンボンバードメント処理終了後、反応容器内をその圧力が５．０×１０－３Ｐａ以下の真空になるまで真空引きした。
発明品１～３６及び比較品４～１２について、真空引き後、基材をその温度が表４及び５に示す温度（成膜開始時の温度）になるように制御し、窒素ガス（Ｎ２）を反応容器内に導入し、反応容器内を表４及び５に示す圧力に調整した。その後、基材に表４及び５に示すバイアス電圧を印加して、表１～３に示す組成の第２層と第１層との金属蒸発源をこの順で交互に、表４及び５に示すアーク電流のアーク放電により蒸発させて、基材の表面に第２層と第１層とをこの順で交互に形成した。このとき表４及び５に示す反応容器内の圧力になるよう制御した。また、第１層及び第２層の厚さは、表１～３に示す厚さとなるように、それぞれのアーク放電時間を調整して制御した。また、比較品１～３については、真空引き後、基材をその温度が表５に示す温度（成膜開始時の温度）になるように制御し、窒素ガス（Ｎ２）を反応容器内に導入し、反応容器内を表５に示す圧力に調整した。その後、基材に表５に示すバイアス電圧を印加して、表３に示す組成の第２層の金属蒸発源を、表５に示すアーク電流のアーク放電により蒸発させて、基材の表面に第２層の単層を形成した。このとき表５に示す反応容器内の圧力になるよう制御した。また、第２層の厚さは、表３に示す厚さとなるように、アーク放電時間を調整して制御した。
基材の表面に表１～３に示す所定の平均厚さまで化合物層を形成した後に、ヒーターの電源を切り、試料温度が１００℃以下になった後で、反応容器内から試料を取り出した。
得られた試料の化合物層の平均厚さは、被覆切削工具の金属蒸発源に対向する面の刃先稜線部から当該面の中心部に向かって５０μｍの位置の近傍において、３箇所の断面をＴＥＭ観察し、化合物層の厚さを測定し、その平均値（相加平均値）を計算することで求めた。第１層の１層当たりの平均厚さは、各々の第１層の厚さを合計した総厚さを第１層の数（繰り返し数）で除した値として算出した。第２層の１層当たりの平均厚さも同様に、各々の第２層の厚さを合計した総厚さを第２層の数（繰り返し数）で除した値として算出した。その結果を、表１～３に示す。
得られた試料の各化合物層の組成は、被覆切削工具の金属蒸発源に対向する面の刃先稜線部から中心部に向かって５０μｍまでの位置の近傍の断面において、ＴＥＭに付属するＥＤＳを用いて測定した。なお、組成差｜ａ―ｃ｜は、当該測定方法から得られるａとｃとの差の絶対値を求めて算出した。その結果も、表１～３に併せて示す。また、交互積層構造の化合物全体における式（３）で表される組成（ＡｌｅＭｆＴｉ１－ｅ－ｆ）Ｎにおけるｅ及びｆの値は、ＴＥＭに付属するＥＤＳを用いて測定した。具体的には、被覆切削工具の金属蒸発源に対向する面の刃先稜線部から中心部に向かって５０μｍまでの位置の近傍の断面において、交互積層構造を面分析した。このとき、測定範囲は「交互積層構造の平均厚さの８０％の長さ」×「１μｍ（基材表面と略平行な方向の長さ）以上」とした。面分析の結果から交互積層構造の平均組成（ＡｌｅＭｆＴｉ１－ｅ－ｆ）Ｎの原子比をそれぞれ求めた。それらの結果も、表１～３に示す。
得られた試料の交互積層構造における比Ｉhex／Ｉcubについては、株式会社リガク製のＸ線回折装置である型式：ＲＩＮＴ ＴＴＲＩＩＩを用いて測定した。具体的には、Ｃｕ－Ｋα線による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：２０～７０°という条件にて、交互積層構造の立方晶（２００）面のピーク強度及び交互積層構造の立方晶（１１１）面のピーク強度を測定し、並びに交互積層構造の六方晶（１１０）面及び交互積層構造の六方晶（１００）面のピーク強度を測定することにより、立方晶（１１１）面及び立方晶（２００）面の回折ピーク強度の合計をＩ
cub
とし、六方晶（１１０）面及び六方晶（１００）面の回折ピーク強度の合計をＩ
hex
としたときの比Ｉhex／Ｉcubを算出した。その結果を、表６及び７に示す。なお、Ｘ線回折図形から上記の各面指数のピーク強度を求めるときに、Ｘ線回折装置に付属の解析ソフトウェアを用いた。解析ソフトウェアでは、三次式近似を用いてバックグラウンド処理及びＫα２ピーク除去を行い、Ｐｅａｒｓｏｎ－ＶＩＩ関数を用いてプロファイルフィッティングを行い、各ピーク強度を求めた。なお、当該プロファイルフィッティングにより得られた、Ｘ線回折プロファイルにおける各面のピークは、以下の範囲にピークトップを有していた。
・立方晶（１１１）面のピーク：３７．０°以上３７．８°以下
・立方晶（２００）面のピーク：４３．０°以上４３．９°以下
・六方晶（１００）面のピーク：３２．０°以上３２．９°以下
・六方晶（１１０）面のピーク：５６．８°以上５８．７°以下
また、交互積層構造の結晶系もＸ線回折測定で確認した。より具体的には、測定対象として交互積層構造の立方晶（２００）面、立方晶（１１１）、六方晶（１１０）面、及び六方晶（１００）面のピーク強度を測定した。このとき第１層と第２層とのピークを分離するのではなく、両方の反射を含むピーク強度を求めた。便宜上、このようにして求めたピーク強度から上記の比Ｉhex／Ｉcubを算出し、交互積層構造のＩhex／Ｉcubとした。
・立方晶（１１１）面のピーク：３７．０°以上３７．８°以下
・立方晶（２００）面のピーク：４３．０°以上４３．９°以下
・六方晶（１００）面のピーク：３２．０°以上３２．９°以下
・六方晶（１１０）面のピーク：５６．８°以上５８．７°以下
また、交互積層構造の結晶系もＸ線回折測定で確認した。より具体的には、測定対象として交互積層構造の立方晶（２００）面、立方晶（１１１）、六方晶（１１０）面、及び六方晶（１００）面のピーク強度を測定した。このとき第１層と第２層とのピークを分離するのではなく、両方の反射を含むピーク強度を求めた。便宜上、このようにして求めたピーク強度から上記の比Ｉhex／Ｉcubを算出し、交互積層構造のＩhex／Ｉcubとした。
得られた試料を用いて、以下の切削試験を行い、評価した。
［切削試験］
被削材：ＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌ
被削材形状：外周面に、４本の溝が等間隔に入っている丸棒
切削速度：１２０ｍ／分
送り：０．１５ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み深さ：０．５ｍｍ
クーラント：水溶性
評価項目：試料が欠損に至ったときを工具寿命とし、工具寿命までの衝撃回数を測定した。工具寿命までの衝撃回数が多いほど、耐欠損性及び耐摩耗性に優れることを意味する。
得られた評価の結果を表８及び９に示す。
被削材：ＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌ
被削材形状：外周面に、４本の溝が等間隔に入っている丸棒
切削速度：１２０ｍ／分
送り：０．１５ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み深さ：０．５ｍｍ
クーラント：水溶性
評価項目：試料が欠損に至ったときを工具寿命とし、工具寿命までの衝撃回数を測定した。工具寿命までの衝撃回数が多いほど、耐欠損性及び耐摩耗性に優れることを意味する。
得られた評価の結果を表８及び９に示す。
表８及び９に示されている結果より、被覆切削工具が基材と基材の表面に形成された被覆層とを含み、被覆層は、第１層と第２層とが交互にそれぞれ２層以上積層された交互積層構造を有し、第１層は式（１）を満たす化合物層であり、第２層は式（２）を満たす化合物層であり、式（１）のａ及び式（２）のｃの少なくとも一方は０．８０以上であり、交互積層構造の平均厚さが、０．５μｍ以上５．０μｍ以下である発明品の方が、そうでない比較品より優れた耐欠損性及び耐摩耗性を有し、長い工具寿命を有することがわかった。
（実施例２）
基材として、ＣＮＭＧ１２０４０８－ＳＭのインサート形状（株式会社タンガロイ製）に加工した、９４．７％ＷＣ－５．０％Ｃｏ－０．３％Ｃｒ３Ｃ２（以上質量％）の組成を有する超硬合金を用意した。アークイオンプレーティング装置の反応容器内に、所定の金属蒸発源を配置した。用意した基材を、反応容器内の回転テーブルの固定金具に固定した。
基材として、ＣＮＭＧ１２０４０８－ＳＭのインサート形状（株式会社タンガロイ製）に加工した、９４．７％ＷＣ－５．０％Ｃｏ－０．３％Ｃｒ３Ｃ２（以上質量％）の組成を有する超硬合金を用意した。アークイオンプレーティング装置の反応容器内に、所定の金属蒸発源を配置した。用意した基材を、反応容器内の回転テーブルの固定金具に固定した。
その後、反応容器内をその圧力が５．０×１０－３Ｐａ以下の真空になるまで真空引きした。真空引き後、反応容器内のヒーターにより、基材をその温度が４５０℃になるまで加熱した。加熱後、反応容器内にその圧力が２．７ＰａになるようにＡｒガスを導入した。
圧力２．７ＰａのＡｒガス雰囲気にて、基材に－４００Ｖのバイアス電圧を印加して、反応容器内のタングステンフィラメントに４０Ａの電流を流して、基材の表面にＡｒガスによるイオンボンバードメント処理を３０分間施した。イオンボンバードメント処理終了後、反応容器内をその圧力が５．０×１０－３Ｐａ以下の真空になるまで真空引きした。
発明品３７～４１について、真空引き後、基材をその温度が表１１に示す温度（成膜開始時の温度）になるまで制御し、Ｎ２ガスを反応容器内に導入し、反応容器内を表１１に示す圧力に調整した。その後、基材に表１１に示すバイアス電圧を印加して、表１１に示すアーク電流のアーク放電により表１０に示す下部層の組成に応じた金属蒸発源を蒸発させて、下部層を形成した。
発明品３７については発明品１と、発明品３８については発明品２と、発明品３９については発明品２５と、発明品４０については発明品２３と、発明品４１については発明品７と、発明品４２については発明品８と、発明品４３については発明品１２と、発明品４４については発明品１３と、交互積層構造の製造条件と同様にし、下部層又は基材の表面に第２層と第１層とを交互に形成し、交互積層構造を形成した。
次いで、発明品４０～４４については、真空引き後、基材をその温度が表１１に示す温度（成膜開始時の温度）になるまで制御し、Ｎ２ガスを反応容器内に導入し、反応容器内を表１１に示す圧力に調整した。その後、基材に表１１に示すバイアス電圧を印加して、表１１に示すアーク電流のアーク放電により表１０に示す上部層の組成に応じた金属蒸発源を蒸発させて、上部層を形成した。基材の表面に表１０に示す所定の平均厚さまで各層を形成した後に、ヒーターの電源を切り、試料温度が１００℃以下になった後で、反応容器内から試料を取り出した。
得られた試料の各層の平均厚さ、組成、交互積層構造における比Ｉｈｅｘ／Ｉｃｕｂ、及び残留応力については、実施例１と同様にして測定及び算出した。その結果を表１２に示す。なお、当該測定の際、以下の（ｉ）～（ｉｉｉ）の方法により、交互積層構造のピークを特定した。
（ｉ）被覆層が上部層を備えている場合は、バフ研磨により、上部層を除去することで、交互積層構造のピークを特定した。
（ｉｉ）被覆層が下部層を備えている場合は、下部層の影響を受けないように、薄膜Ｘ線回折法により、交互積層構造のピークを特定した。
（ｉｉｉ）被覆層が上部層及び下部層を備えている場合は、上記（ｉ）及び（ｉｉ）を組み合わせることで、交互積層構造のピークを特定した。
（ｉ）被覆層が上部層を備えている場合は、バフ研磨により、上部層を除去することで、交互積層構造のピークを特定した。
（ｉｉ）被覆層が下部層を備えている場合は、下部層の影響を受けないように、薄膜Ｘ線回折法により、交互積層構造のピークを特定した。
（ｉｉｉ）被覆層が上部層及び下部層を備えている場合は、上記（ｉ）及び（ｉｉ）を組み合わせることで、交互積層構造のピークを特定した。
得られた試料を用いて、実施例１と同じく切削試験を行い、発明品を評価した。その結果を表１３に示す。
表１３に示されている結果より、被覆切削工具が基材と基材の表面に形成された被覆層とを含み、被覆層は、第１層と第２層とが交互にそれぞれ２層以上積層された交互積層構造を有し、第１層は式（１）を満たす化合物層であり、第２層は式（２）を満たす化合物層であり、式（１）のａ及び式（２）のｃの少なくとも一方は０．８０以上であり、交互積層構造の平均厚さが、０．５μｍ以上５．０μｍ以下であり、更に、下部層及び上部層の少なくとも一方を有する発明品は、耐欠損性及び耐摩耗性に一層優れ、更に長い工具寿命を有することがわかった。
本発明の被覆切削工具は、耐摩耗性及び耐欠損性に優れることにより、従来よりも工具寿命を延長できるので、その点で産業上の利用可能性が高い。
１…被覆切削工具、２…基材、３…被覆層、４…交互積層構造、４１…第１層、４２…第２層、５…下部層、６…上部層。
Claims (6)
- 基材と、前記基材の上に形成された被覆層と、を含む被覆切削工具であって、
前記被覆層は、第１層と第２層との交互積層構造を有し、
前記第１層は、下記式（１）で表される組成を有する化合物を含有し、
（ＡｌａＭｂＴｉ１－ａ－ｂ）Ｎ （１）
（式（１）中、ＭはＮｂ元素及びＴａ元素のうちの少なくとも１種を表し、
ａはＡｌ元素と、Ｍで表される元素と、Ｔｉ元素との合計に対するＡｌ元素の原子比であり、
０．７５≦ａ≦０．９０を満たし、
ｂはＡｌ元素と、Ｍで表される元素と、Ｔｉ元素との合計に対するＭで表される元素の原子比であり、
０．００＜ｂ≦０．２０を満たす。）
前記第２層は、下記式（２）で表される組成を有する化合物（ただし、前記第１層に含有される化合物とは異なる化合物）を含有し、
（ＡｌｃＭｄＴｉ１－ｃ－ｄ）Ｎ （２）
（式（２）中、ＭはＮｂ元素及びＴａ元素のうちの少なくとも１種を表し、
ｃはＡｌ元素と、Ｍで表される元素と、Ｔｉ元素との合計に対するＡｌ元素の原子比であり、
０．７５≦ｃ≦０．９０を満たし、
ｄはＡｌ元素と、Ｍで表される元素と、Ｔｉ元素との合計に対するＭで表される元素の原子比であり、
０．００≦ｄ≦０．２０を満たす。）
前記ａ及び前記ｃの少なくとも一方は、０．８０以上であり、
前記交互積層構造の平均厚さが、０．５μｍ以上５．０μｍ以下である、被覆切削工具。 - 前記交互積層構造のＸ線回折において、立方晶（１１１）面及び立方晶（２００）面の回折ピーク強度の合計をＩｃｕｂとし、六方晶（１１０）面及び六方晶（１００）面の回折ピーク強度の合計をＩｈｅｘとしたとき、Ｉｈｅｘ／Ｉｃｕｂが、０．００以上０．４０以下である、請求項１に記載の被覆切削工具。
- 前記交互積層構造の化合物全体における平均組成は、下記式（３）で表される、請求項１又は２に記載の被覆切削工具。
（ＡｌｅＭｆＴｉ１－ｅ－ｆ）Ｎ （３）
（式（３）中、ＭはＮｂ元素及びＴａ元素のうちの少なくとも１種を表し、
ｅはＡｌ元素と、Ｍで表される元素と、Ｔｉ元素との合計に対するＡｌ元素の原子比であり、０．８０≦ｅ≦０．９０を満たし、
ｆはＡｌ元素と、Ｍで表される元素と、Ｔｉ元素との合計に対するＭで表される元素の原子比である。） - 前記式（３）において、ｆは、０．００＜ｆ≦０．１０を満たす、請求項３に記載の被覆切削工具。
- 前記ａ及び前記ｃは０．００≦｜ａ－ｃ｜≦０．０５を満たす、請求項１又は２に記載の被覆切削工具。
- 前記第１層の１層当たりの平均厚さが、２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、前記第２層の１層当たりの平均厚さが、２ｎｍ以上５０ｎｍ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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