JPWO2014104111A1

JPWO2014104111A1 - 切削工具

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Publication number: JPWO2014104111A1
Application number: JP2014554501A
Authority: JP
Inventors: 佳輝坂本
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2012-12-27
Filing date: 2013-12-25
Publication date: 2017-01-12
Anticipated expiration: 2033-12-25
Also published as: KR20150082577A; CN104870127B; EP2939770B1; CN104870127A; KR101710501B1; EP2939770A1; US20150343535A1; EP2939770A4; JP5883161B2; WO2014104111A1; US9579728B2

Abstract

【課題】切刃、すくい面、逃げ面それぞれに最適な切削性能を発揮できる被覆層を備えた切削工具を提供する。【解決手段】基体２の表面に、ＳｉａＭ１−ａ（Ｃ１−ｘＮｘ）（ただし、ＭはＴｉ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｎｂ、ＺｒおよびＹから選ばれる少なくとも１種、０．０１≦ａ≦０．４、０≦ｘ≦１）からなる被覆層６を被覆してなるとともに、すくい面３と逃げ面４との交差稜線に切刃５を有しており、切刃５よりもすくい面３のほうが被覆層６中のＳｉ含有比率が高い切削工具１である。【選択図】図１

Description

本発明は基体の表面に被覆層が被覆されている切削工具に関する。

現在、切削工具や耐摩部材、摺動部材といった耐摩耗性や摺動性、耐欠損性を必要とする部材では、超硬合金やサーメット等の焼結合金、ダイヤモンドやｃＢＮ（立方晶窒化硼素）の高硬度焼結体、アルミナや窒化珪素等のセラミックスからなる基体の表面に被覆層を成膜して、耐摩耗性、摺動性または耐欠損性を向上させる手法が使われている。

また、イオンプレーティング法やスパッタリング法を用いて成膜されるＴｉやＡｌを主成分とする窒化物からなる被覆層が盛んに研究されており、工具寿命を延命させるための改良が続けられている。これら表面被覆工具は、切削速度の高速化を初めとする切削環境の変化、被削材の多様化に対応するため、被覆材料元素以外にも様々な工夫が施されてきている。

例えば、特許文献１や特許文献２では、イオンプレーティング法にて基体の表面にＴｉＡｌＮ等を被覆した表面被覆工具において、成膜中に印加する負のバイアスの絶対値を成膜初期よりも成膜後期で高めることによって、Ｔｉの比率を平坦部よりも切刃で多くした被覆膜（被覆層）が開示されている。

特開平０１−１９０３８３号公報特開平０８−２６７３０６号公報

しかしながら、特許文献１や特許文献２に記載された切刃におけるＴｉの比率を高くしたＴｉＡｌＮ膜の構成でも、切刃におけるチッピングを十分に抑制することができず、チッピングから急激に摩耗が進行して、工具を長期間に亘って使用できない場合があった。

本発明は上記課題を解決するためのものであり、その目的は、切刃、すくい面、逃げ面それぞれに最適な切削性能を発揮できる被覆層を備えた切削工具を提供することにある。

本発明の切削工具は、基体の表面に、平均組成が、Ｓｉ_ａＭ_１−ａ（Ｃ_１−ｘＮ_ｘ）（ただし、ＭはＴｉ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｎｂ、ＺｒおよびＹから選ばれる少なくとも１種、０．０１≦ａ≦０．４０、０≦ｘ≦１）からなる被覆層を被覆してなるとともに、すくい面と逃げ面との交差稜線に切刃を有しており、前記すくい面における前記被覆層中のＳｉ含有比率が、前記切刃における前記被覆層中のＳｉ含有比率よりも高いものである。

本発明の切削工具によれば、前記すくい面における前記被覆層中のＳｉ含有比率が、前記切刃における前記被覆層中のＳｉ含有比率よりも高い構成となっており、これによって、切屑の接触によって高温となるすくい面における被覆層の耐酸化性を高めることができる。そのため、すくい面のクレータ摩耗の進行を抑制できる。また、切刃においては、Ｓｉ含有比率がすくい面に比べて低いので、被覆層の靭性が向上する。そのため、切刃における耐チッピング性が向上する。その結果、切刃、すくい面、逃げ面それぞれに最適な切削性能を発揮でき、切削工具を長期間に亘って使用することができる。

本発明の切削工具の一例を示す概略斜視図である。図１の切削工具のＸ−Ｘ断面図である。図１、２の切削工具の被覆層の一例についての要部拡大図である。

本発明の切削工具についての好適な実施態様である図１、２を用いて説明する。

図１、２によれば、切削工具１は、基体２の表面に被覆層６を具備している。また、切削工具１は、主面にすくい面３を、側面に逃げ面４を、すくい面３と逃げ面４との交差稜線に切刃５を有している。

被覆層６は、平均組成が、Ｓｉ_ａＭ_１−ａ（Ｃ_１−ｘＮ_ｘ）（ただし、ＭはＴｉ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｎｂ、ＺｒおよびＹから選ばれる少なくとも１種、０．０１≦ａ≦０．４０、０≦ｘ≦１）からなる。

本実施態様によれば、すくい面３における被覆層６中のＳｉ含有比率（ａ）が、切刃５における被覆層６中のＳｉ含有比率よりも高く、特に、切刃５からすくい面３に向かって、漸次、被覆層６中のＳｉ含有比率が高くなっている。これによって、切屑の接触によって高温となるすくい面３における被覆層６の耐酸化性を高めることができる。そのため、すくい面３のクレータ摩耗の進行を抑制できる。また、切刃５においては、Ｓｉ含有比率がすくい面３に比べて低いので、被覆層６の靭性が向上する。そのため、切刃５における耐チッピング性が向上する。その結果、工具寿命を延びる。なお、Ｓｉ含有比率の好適な範囲は、切刃５の被覆層６中で０．０１〜０．０３５、すくい面３の被覆層６中で０．０１〜０．３０である。

ここで、平均組成が、Ｓｉ_ａＭ_１−ａ（Ｃ_１−ｘＮ_ｘ）（ただし、ＭはＴｉ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｎｂ、ＺｒおよびＹから選ばれる少なくとも１種、０．０１≦ａ≦０．４、０≦ｘ≦１）からなる被覆層６において、ａ（Ｓｉ含有比率)が０．０１よりも小さいと被覆層６の耐酸化性および潤滑性が低下する。ａ（Ｓｉ含有比率)が０．４よりも大きいと被覆層６の耐摩耗性が低下する。ａの特に望ましい範囲は０．０１≦ａ≦０．１５である。

なお、ＭはＴｉ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｙから選ばれる１種以上であるが、中でもＴｉ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｎｂ、ＭｏおよびＷの１種以上を含有すると硬度が向上して、耐摩耗性に優れる。中でも、ＭがＴｉ、ＡｌまたはＮｂを含有すると高温での耐酸化性に優れるために、例えば、高速切削におけるクレータ摩耗の進行を抑制できる。

ここで、本実施態様における被覆層６のより具体的な平均組成を例示すると、Ｓｉ_ａＴｉ_ｂＡｌ_ｃＮｂ_ｄＷ_ｅＣｒ_ｆ（Ｃ_１−ｘＮ_ｘ）（０．０１≦ａ≦０．４０、０．１３≦ｂ≦０．８０、０≦ｃ≦０．６５、０≦ｄ≦０．２５、０≦ｅ≦０．２５、０≦ｆ≦０．３５、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｆ＝１、０≦ｘ≦１）である。被覆層６がこの組成範囲になることによって、被覆層６は酸化開始温度が高くなって耐酸化性が高くかつ内在する内部応力を低減することができて耐欠損性が高い。しかも、被覆層６は硬度および基体２との密着性も高いものである。そのため、被覆層６は難削材の加工や乾式切削、高速切削等のきつい切削条件における耐摩耗性および耐欠損性に優れたものとなる。なお、上記組成において、被覆層６中の含有比率が１原子％未満でＭｏ、Ｔａ、Ｈｆ、ＺｒおよびＹから選ばれる少なくとも１種を含有していてもよい。

すなわち、ｂ（Ｔｉ含有比率）が０．１３以上であると、被覆層６の結晶構造が立方晶から六方晶へ変化して硬度が低下することなく、耐摩耗性が高い。ｂ（Ｔｉ含有比率）が０．８以下であると、被覆層６の耐酸化性および耐熱性が高い。ｂの特に望ましい範囲は０．１５≦ｂ≦０．５０である。また、ｃ（Ａｌ含有比率）が０．６以下であると被覆層６の結晶構造が立方晶から六方晶に変化せず硬度が低下することがない。ｃの特に望ましい範囲は０．４５≦ｃ≦０．５８である。さらに、ｄ（Ｎｂ含有比率)が０．２５以下であると被覆層６の耐酸化性および硬度が低下することなく耐摩耗性が高い。ｄの特に望ましい範囲は０．０１≦ｄ≦０．２０である。ｅ（Ｗ含有比率)が０．２５以下であると被覆層６の耐酸化性および硬度が低下することなく耐摩耗性が高い。ｅの特に望ましい範囲は０．０１≦ｅ≦０．２０である。ｆ（Ｃｒ含有比率)が０．３５以下であると被覆層６の耐溶着性が高く、かつ耐酸化性が低下することなく耐摩耗性が高い。ｆの特に望ましい範囲は０．０１≦ｆ≦０．３０である。

また、被覆層６の非金属成分であるＣ、Ｎは切削工具に必要な硬度および靭性に影響を及ぼすものであり、本実施態様では、ｘ（Ｎ含有比率）は０≦ｘ≦１、特に、０．８≦ｘ≦１である。

上記被覆層６の平均組成は、エネルギー分散型Ｘ線分光分析法（ＥＤＳ）またはＸ線光電子分光分析法（ＸＰＳ）にて、被覆層６の表面から基体側に亘る組成を測定することによって特定できる。切刃５、すくい面３、逃げ面４における被覆層の組成を測定することによって、切刃５、すくい面３、逃げ面４のそれぞれにおける被覆層６の平均組成を求めることができる。

また、本実施態様においては、切刃５における被覆層６中のＳｉ含有比率が、逃げ面４における被覆層６中のＳｉ含有比率よりも高く、さらには、逃げ面４から切刃５に向かって、漸次、被覆層６中のＳｉ含有比率が高くなっている。これによって、切刃５における耐熱性を向上できるとともに、逃げ面４における耐欠損性が高くなる。

また、本実施態様では、すくい面３における被覆層６の平均組成におけるＳｉ含有比率が、逃げ面４における被覆層６の平均組成におけるＳｉ含有比率よりも大きい。これによって、すくい面３における硬度および耐酸化性が向上して、すくい面３におけるクレータ摩耗を抑制できる。また、逃げ面４における靭性が高くなり、逃げ面の境界損傷を抑制できる。

なお、下記被覆層６の組成や厚みを特定する際の切刃５の範囲は、すくい面３と逃げ面４との交差稜線から５００μｍ幅の領域と定義する。したがって、すくい面３の範囲は、切削工具１の主面等のすくい面３の中央から切刃５の終端である交差稜線から５００μｍの位置までに亘る領域、逃げ面４の範囲は、切削工具１の側面等の逃げ面４の中央から切刃５の終端である交差稜線から５００μｍの位置までに亘る領域である。

ここで、本実施態様において、切刃５における被覆層６の平均組成は、上記組成式Ｓｉ_ａＴｉ_ｂＡｌ_ｃＮｂ_ｄＷ_ｅＣｒ_ｆ（Ｃ_１−ｘＮ_ｘ）において、０．０１２≦ａ≦０．３５、０．１５≦ｂ≦０．８０、０≦ｃ≦０．６３、０≦ｄ≦０．２５、０≦ｅ≦０．２５、０≦ｆ≦０．３５、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｆ＝１、０≦ｘ≦１）である。すくい面３における被覆層６の組成は、上記組成式Ｓｉ_ａＴｉ_ｂＡｌ_ｃＮｂ_ｄＷ_ｅＣｒ_ｆ（Ｃ_１−ｘＮ_ｘ）において、０．０１５≦ａ≦０．４、０．１３≦ｂ≦０．７８、０≦ｃ≦０．６５、０≦ｄ≦０．２５、０≦ｅ≦０．２５、０≦ｆ≦０．３５、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｆ＝１、０≦ｘ≦１）である。逃げ面４における被覆層６の組成は、上記組成式Ｓｉ_ａＴｉ_ｂＡｌ_ｃＮｂ_ｄＷ_ｅＣｒ_ｆ（Ｃ_１−ｘＮ_ｘ）において、０．０１≦ａ≦０．３、０．１４≦ｂ≦０．７９、０≦ｃ≦０．６２、０≦ｄ≦０．２５、０≦ｅ≦０．２５、０≦ｆ≦０．３５、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｆ＝１、０≦ｘ≦１）である。

また、被覆層６は、全体が均一な単一の組成からなるものであってもよいが、本実施態様においては、図３の被覆層６の一例についての要部拡大図に示すように、被覆層６が異なる組成の２層以上が交互に積層された多層構成となっている。そして、本実施態様においては、第１被覆層６ａと第２被覆層６ｂとが合計で１０層以上繰り返し交互に積層された構成からなる。これによって、被覆層６内にクラックが進展することを抑制することができ、かつ被覆層６全体が高硬度化して、耐摩耗性が向上する。また、被覆層６の内部応力を低くできるので、被覆層６の厚みを厚くしても、被覆層６がチッピングや剥離することを抑制できる。

なお、本発明において、このように組成の異なる２種類以上の多層構成からなる被覆層６の場合、被覆層６の平均組成は、上述したＥＤＳ分析またはＸＰＳ分析にて被覆層６の表面から基体に亘る全体組成にて表す。そして、被覆層６中の第１層６ａおよび第２層６ｂの各層の組成については、透過型電子顕微鏡（ＴＥM）にて被覆層６の断面を観察して、ＥＤＳ分析によって各層の組成を測定することができる。

また、上記多層構成の被覆層６を形成するには、例えば、成膜装置のチャンバの内壁側面に、組成の異なるターゲットを一定の間隔をあけて配置した状態で、成膜する試料を回転させながら成膜することによって作製することができる。

一方の層（第１層６ａまたは第２層６ｂ）が、Ｓｉ_ａＴｉ_ｂＡｌ_ｃＮｂ_ｄＷ_ｅ（Ｃ_１−ｘ１Ｎ_ｘ１）（ただし、０．０１≦ａ≦０．８０、０．１≦ｂ≦０．８０、０≦ｃ≦０．８０、０≦ｄ≦０．５０、０≦ｅ≦０．５０、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＝１、０≦ｘ１≦１）からなり、他方の層（第１６ａまたは第２層６ｂ）が、Ｓｉ_ｇＡｌ_ｈＣｒ_ｉ（Ｃ_１−ｘ2Ｎ_ｘ2）（ただし、０≦ｇ≦０．３０、０．３０≦ｈ≦０．９０、０．０５≦ｉ≦０．７０、０≦ｘ２≦１）からなる場合には、被覆層６の硬度及び耐溶着性が向上するとともに、被覆層６の内部応力を低くでき、被覆層６の厚みを厚くしても、被覆層６がチッピングや剥離することを抑制できる。各元素のより好適な範囲は、０．０１≦ａ≦０．２０であり、０．１０≦ｂ≦０．５０であり、０．３０≦ｃ≦０．７０であり、０．０１≦ｄ≦０．３０であり、０．０１≦ｅ≦０．２０であり、０≦ｇ≦０．２０であり、０．３０≦ｈ≦０．８０であり、０．１５≦ｉ≦０．６０であり、０．８≦ｘ１≦１であり、０．８≦ｘ２≦１である。

ここで、第１被覆層６ａおよび第２被覆層６ｂの組成は、連続する５層ずつ（合計１０層）の組成を測定して平均値を取ることにより算出される。

被覆層６の上記組成式において、切刃５における一方の被覆層（第１層６ａまたは第２被覆層６ｂ）の組成は、０．０１≦ａ≦０．７５、０．１５≦ｂ≦０．８０、０≦ｃ≦０．７０、０≦ｄ≦０．５０、０≦ｅ≦０．５０、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＝１、０≦ｘ１≦１）である。すくい面３における一方の被覆層の組成は０．０２≦ａ≦０．８０、０．１０≦ｂ≦０．７０、０≦ｃ≦０．８０、０≦ｄ≦０．５０、０≦ｅ≦０．５０、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＝１、０≦ｘ１≦１）である。逃げ面４における一方の被覆層の組成は、０．０１≦ａ≦０．７０、０．１≦ｂ≦０．７５、０≦ｃ≦０．７５、０≦ｄ≦０．５０、０≦ｅ≦０．５０、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＝１、０≦ｘ１≦１）である。

また、切刃５における他方の被覆層（第１被覆層６ａまたは第２層６ｂ）の組成は、０≦ｇ≦０．２５、０．３０≦ｈ≦０．７５、０．０５≦ｉ≦０．６０、０≦ｘ２≦１）である。すくい面３における第２層６ｂの組成は、０≦ｇ≦０．３０、０．４０≦ｈ≦０．８０、０．０５≦ｉ≦０．７０、０≦ｘ２≦１）である。逃げ面４における第２層６ｂの組成は、０≦ｇ≦０．２０、０．３０≦ｈ≦０．６０、０．０５≦ｉ≦０．６５、０≦ｘ２≦１）である。

さらに、本実施態様では、すくい面３における被覆層６の厚みｔｒに対する切刃５における被覆層６の厚みｔｃの比（ｔｃ／ｔｒ）が１．１〜３である。これによって、切刃５における耐チッピング性とすくい面３における耐摩耗性とのバランスを保って、工具寿命を長くすることができる。

なお、本実施態様では、被覆層６の逃げ面４における厚みｔｆが、すくい面３における厚みｔｒよりも厚い。これによって、逃げ面４の耐摩耗性が向上し、工具寿命を延ばすことができる。本実施態様では、すくい面３における被覆層６の厚みｔｒに対する逃げ面４における被覆層６の厚みｔｆの比（ｔｆ／ｔｒ）が１．２〜３である。

また、被覆層６の表面および内部には、図２に示すように、ドロップレット７と呼ばれる粒状物質が存在する。そして、本実施態様では、すくい面３の表面に存在するドロプレット７の平均組成は逃げ面４の表面に存在するドロップレット７の平均組成に比べてＳｉの含有比率が高い構成となっている。

この構成によれば、切削時にすくい面３上を切屑が通過してもドロップレット７の存在によって切屑がすくい面３にベタ当たりすることなく、被覆層６の表面がさほど高温になることがない。しかも、すくい面３のほうが逃げ面４に比べてドロップレット７中のＳｉの含有比率が高いので、すくい面３上に存在するドロップレット７の耐熱性が高く、かつ切削液を被覆層６の表面に保液する効果も発揮する。また、逃げ面４においてはドロップレット７中のＳｉの含有比率が低くて耐熱性が低いために、早期に摩耗して消滅してしまい、加工時の仕上げ面状態が改善される。

なお、本実施態様では、被覆層６のすくい面３の表面に形成されるドロップレット７のＳｉ含有比率Ｓｉ_ＤＲは逃げ面４の表面に形成されるドロップレット７のＳｉ含有比率Ｓｉ_ＤFに対して１．０５≦Ｓｉ_ＤＲ／Ｓｉ_ＤＦ≦３．５０である。これによって、すくい面３および逃げ面４における耐摩耗性をともに最適化できる。

また、存在するドロップレット７の数は、すくい面３における１０μｍ×１０μｍ四方で直径が０．２μｍ以上のドロップレット７が１５〜５０個、望ましくは１８〜３０個であることが切屑の通過による発熱の緩和の点で望ましい。また、すくい面３におけるドロップレット７の数が逃げ面４に存在するドロップレット７の数よりも多いことが、すくい面３が切屑の通過によって高温になることを緩和するとともに、逃げ面４の表面を滑らかにして仕上げ面品位を向上する点で望ましい。

また、被覆層６のすくい面３の表面に形成されるドロップレット７のＡｌ含有比率Ａｌ_ＤＲは逃げ面４の表面に形成されるドロップレット７のＡｌ含有比率Ａｌ_ＤFに対して１．００≦Ａｌ_ＤＲ／Ａｌ_ＤＦ≦１．１０であることが、すくい面３および逃げ面４における耐摩耗性を最適化できる点で望ましい。比率Ａｌ_ＤＲ／Ａｌ_ＤＦの特に望ましい範囲は１．００≦Ａｌ_ＤＲ／Ａｌ_ＤＦ≦１．０２である。さらに、被覆層６のすくい面３の表面に形成されるドロップレット７のＴｉ含有比率Ｔｉ_ＤＲは逃げ面４の表面に形成されるドロップレット７のＴｉ含有比率Ｔｉ_ＤFに対して０．９１≦Ｔｉ_ＤＲ／Ｔｉ_ＤＦ≦０．９７であることが、すくい面３および逃げ面４における耐チッピング性をともに最適化できる点で望ましい。比率Ｔｉ_ＤＲ／Ｔｉ_ＤＦの特に望ましい範囲は０．９４≦Ｔｉ_ＤＲ／Ｔｉ_ＤＦ≦０．９７である。

なお、基体２としては、炭化タングステンや炭窒化チタンを主成分とする硬質相とコバルト、ニッケル等の鉄族金属を主成分とする結合相とからなる超硬合金やサーメットの硬質合金、窒化ケイ素や酸化アルミニウムを主成分とするセラミックス、多結晶ダイヤモンドや立方晶窒化ホウ素からなる硬質相とセラミックスや鉄族金属等の結合相とを超高圧下で焼成する超高圧焼結体等の硬質材料が好適に使用される。

（製造方法）
次に、本発明の切削工具の製造方法について説明する。

まず、工具形状の基体を従来公知の方法を用いて作製する。次に、基体の表面に、被覆層を成膜する。被覆層の成膜方法として、イオンプレーティング法やスパッタリング法等の物理蒸着（ＰＶＤ）法が好適に適応可能である。成膜方法の一例についての詳細について説明すると、被覆層をアークイオンプレーティング法で作製する場合には、金属シリコン（Ｓｉ）、および所定の金属Ｍ（ただし、ＭはＴｉ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｎｂ、ＺｒおよびＹから選ばれる少なくとも１種以上）をそれぞれ独立に含有する金属ターゲット、複合化した合金ターゲットまたは焼結体ターゲットをチャンバの側壁面位置にセットする。本実施態様では、Ｓｉを多く含有する第１ターゲットと、Ｓｉを含有しないかまたはＳｉ含有量が少ない第２ターゲットとの２種類のターゲットを用いて成膜する。

このとき、ターゲットの周囲には、ターゲットの裏面の中央側に位置するようにセンター磁石が設置されている。本発明によれば、この磁石の磁力の強さを制御することによって、上記実施態様の切削工具を作製することができる。すなわち、第１ターゲットに併設されるセンター磁石の磁力を強くし、第２ターゲットのセンター磁石の磁力を弱くする。これによって、各ターゲットから発生する金属イオンの拡散状態を変えて、チャンバ内に存在する金属イオンの分布状態を変化させる。その結果、基体の表面に成膜される被覆層中の各金属の比率、およびドロップレットの存在状態を変化させることができる。

成膜条件としては、これらのターゲットを用いて、アーク放電やグロー放電などにより金属源を蒸発させイオン化すると同時に、窒素源の窒素（Ｎ_２）ガスや炭素源のメタン（ＣＨ_４）／アセチレン（Ｃ_２Ｈ_２）ガスと反応させるイオンプレーティング法またはスパッタリング法によって被覆層を成膜する。このとき、基体のセット位置は逃げ面がチャンバの側面とほぼ平行に、かつすくい面がチャンバの上面とほぼ平行な向きにセットする。この時、センター磁石には２〜８Ｔの磁力を印加して成膜するが、第１ターゲットに併設されるセンター磁石に印加する磁力を、第２ターゲットに併設されるセンター磁石に印加する磁力よりも高くして成膜する。

なお、上記被覆層を成膜する際には、被覆層の結晶構造を考慮して高硬度な被覆層を作製できるとともに基体との密着性を高めるために、本実施態様では、３５〜２００Ｖのバイアス電圧を印加する。

また、チャンバ内にセットする試料を、チャンバ内で回転させながら成膜することによて、試料と２種類のターゲットとの距離が周期的に変化するので、第１層と第２層との交互積層構造からなる被覆層を成膜することができる。

平均粒径０．８μｍの炭化タングステン（ＷＣ）粉末を主成分として、平均粒径１．２μｍの金属コバルト（Ｃｏ）粉末を１０質量％、平均粒径１．０μｍの炭化バナジウム（ＶＣ）粉末を０．１質量％、平均粒径１．０μｍの炭化クロム（Ｃｒ_３Ｃ_２）粉末を０．３質量％の割合で添加し混合して、プレス成形により京セラ製切削工具ＢＤＭＴ１１Ｔ３０８ＴＲ−ＪＴ形状のスローアウェイチップ形状に成形した後、脱バインダ処理を施し、０．０１Ｐａの真空中、１４５０℃で１時間焼成して超硬合金を作製した。また、各試料のすくい面の表面をブラスト加工、ブラシ加工等によって研磨加工した。さらに、作製した超硬合金にブラシ加工にて刃先処理（ホーニング）を施した。

このようにして作製した基体に対して、チャンバ内の第１ターゲット、第２ターゲットに対して表１に示す磁力のセンター磁石をセットして、表１に示すバイアス電圧を印加し、アーク電流１５０Ａをそれぞれ流し、成膜温度５４０℃として表２〜３に示す組成の被覆層を成膜した。なお、被覆層の組成は下記方法にて全体組成を測定した。

得られたスローアウェイチップに対して、被覆層の表面から、切刃、すくい面及び逃げ面の被覆層の各位置の任意３箇所およびすくい面および逃げ面の表面上に形成されたドロップレットを走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて観察し、各位置での組成を分析した。切刃、すくい面、逃げ面における３か所の平均組成を、被覆層の切刃、すくい面、逃げ面の組成として表記した。また、１視野における１０μｍ×１０μｍの任意領域における直径０．２μｍ以上のドロップレットの個数を測定し、測定箇所５箇所における平均個数を算出した。さらに、ドロップレット各１０個の組成をエネルギー分散分光分析（ＥＤＳ）（アメテック社製ＥＤＡＸ）によって測定し、これらの平均値を被覆層のすくい面、逃げ面および各表面上のドロップレットの組成として算出した。表中、すくい面に形成されたドロップレットについてＳｉ，Ｔｉ，Ａｌの平均含有量（原子％）をそれぞれＳｉ_ＤＲ、Ｔｉ_ＤＲ、Ａｌ_ＤＲ、逃げ面に形成されたドロップレットについてＳｉ，Ｔｉ，Ａｌの平均含有量（原子％）をそれぞれＳｉ_ＤＦ、Ｔｉ_ＤＦ、Ａｌ_ＤＦと表記した。さらに、各試料の被覆層を含む断面についてＳＥＭ観察を行い、切刃、すくい面および逃げ面の各位置における被覆層の厚みを測定し、厚み比を求めた。結果は表２〜４に示した。

次に、得られたスローアウェイチップを用いて以下の切削条件にて切削試験を行った。結果は表４に示した。
切削方法：ミリング加工
被削材：金型鋼（ＳＫＤ１１）
切削速度：１５０ｍ／分
送り：０．１２ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み：２．０ｍｍ
切削状態：乾式
評価方法：２００個加工後の切削工具を観察して切刃状態を確認した。また、工具寿命まで加工できた加工数を確認した。

表１〜４に示す結果より、切刃とすくい面との被覆層のＳｉ含有比率が同じ試料Ｎｏ．９、および、切刃よりもすくい面において被覆層のＳｉ含有比率が低い試料Ｎｏ．８では、切刃においてチッピングが発生しやすく、かつ、すくい面におけるクレータ摩耗が進行して早期に寿命となった。

これに対して、本発明の範囲内である試料Ｎｏ．１〜７では、いずれも切刃におけるチッピングの発生が少なく、かつすくい面におけるクレータ摩耗の進行が遅くて加工数が多く、良好な切削性能を発揮した。

実施例１の基体に対して、第１ターゲット、第２ターゲットに対して表５に示す磁力のセンター磁石をセットして、表５に示すバイアス電圧を印加し、アーク電流１５０Ａをそれぞれ流し、成膜温度５４０℃として表６〜８に示す組成の被覆層を成膜した。なお、被覆層の組成は、実施例１と同様にして、全体組成を測定した。

また、得られた試料に対して、実施例１と同様に、切刃、すくい面及び逃げ面の被覆層の表面のドロップレットの個数と、ドロップレット中のＳｉ，Ａｌ，Ｔｉの平均含有量（原子％）、各位置における被覆層の厚みを測定した。結果は表６〜７に示した。

なお、各被覆層を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）にて観察したところ、第１層と第２層とが交互に積層した構造からなることがわかった。連続する１０層（第１層と第２層の５層ずつ）について第１層と第２層の厚みを測定し、その平均値を算出したところ、いずれも平均厚み１０ｎｍであった。また、ＴＥＭ装置に付随のエネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＳ）にて、連続する５層ずつについて第１層および第２層の組成を分析した。結果は表６〜９に示した。さらに、実施例１と同じ条件で切削性能を評価した。結果は表１０に示した。

表５〜１０に示す結果より、試料Ｎｏ．１０〜１２のいずれも、切刃におけるチッピングの発生が少なく、かつすくい面におけるクレータ摩耗の進行が遅くて加工数が多かった。特に、被覆層が、第１層または第２層のいずれか一方が、Ｓｉ_ａＴｉ_ｂＡｌ_ｃＮｂ_ｄＷ_ｅ（Ｃ_１−ｘ１Ｎ_ｘ１）（ただし、０．０１≦ａ≦０．８０、０．１≦ｂ≦０．８０、０≦ｃ≦０．８０、０≦ｄ≦０．５０、０≦ｅ≦０．５０、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＝１、０≦ｘ１≦１）からなり、第２層または第１層の他方が、Ｓｉ_ｇＡｌ_ｈＣｒ_ｉ（Ｃ_１−ｘ2Ｎ_ｘ2）（ただし、０≦ｇ≦０．３０、０．３０≦ｈ≦０．９０、０．０５≦ｉ≦０．７０、０≦ｘ２≦１）からなる試料Ｎｏ．１０、１１では、さらに良好な切削性能を発揮した。

１切削工具
２基体
３すくい面
４逃げ面
５切刃
６被覆層
７ドロップレット

Claims

基体の表面に、平均組成が、Ｓｉ_ａＭ_１−ａ（Ｃ_１−ｘＮ_ｘ）（ただし、ＭはＴｉ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｎｂ、ＺｒおよびＹから選ばれる少なくとも１種、０．０１≦ａ≦０．４、０≦ｘ≦１）からなる被覆層を被覆してなるとともに、すくい面と逃げ面との交差稜線に切刃を有しており、前記すくい面における前記被覆層中のＳｉ含有比率が、前記切刃における前記被覆層中のＳｉ含有比率よりも高い切削工具。
前記切刃における前記被覆層中のＳｉ含有比率が、前記逃げ面における前記被覆層中のＳｉ含有比率よりも高い請求項１記載の切削工具。
前記すくい面における前記被覆層の厚みｔｒに対する前記切刃における前記被覆層の厚みｔｃの比（ｔｃ／ｔｒ）が１．１〜３である請求項１または２記載の切削工具。
前記すくい面の表面に形成されるドロップレットにおけるＳｉの含有比率が、前記逃げ面の表面に形成されるドロップレットにおけるＳｉの含有比率よりも高い請求項１乃至３のいずれか記載の切削工具。
前記被覆層が、組成の異なる少なくとも第１層と第２層とが、合計で１０層以上繰り返し交互に積層された構成からなる請求項１乃至４のいずれか記載の切削工具。
前記第１層または前記第２層のいずれか一方が、Ｓｉ_ａＴｉ_ｂＡｌ_ｃＮｂ_ｄＷ_ｅ（Ｃ_１−ｘ１Ｎ_ｘ１）（ただし、０．０１≦ａ≦０．８０、０．１≦ｂ≦０．８０、０≦ｃ≦０．８０、０≦ｄ≦０．５０、０≦ｅ≦０．５０、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＝１、０≦ｘ１≦１）からなり、前記第１層または前記第２層のいずれか他方が、Ｓｉ_ｇＡｌ_ｈＣｒ_ｉ（Ｃ_１−ｘ2Ｎ_ｘ2）（ただし、０≦ｇ≦０．３０、０．３０≦ｈ≦０．９０、０．０５≦ｉ≦０．７０、０≦ｘ２≦１）からなる請求項５記載の切削工具。