JPWO2017141797A1

JPWO2017141797A1 - 被覆切削工具

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Publication number: JPWO2017141797A1
Application number: JP2018500066A
Authority: JP
Inventors: 崇昭中村
Original assignee: Tungaloy Corp
Current assignee: Tungaloy Corp
Priority date: 2016-02-18
Filing date: 2017-02-08
Publication date: 2018-12-27
Anticipated expiration: 2037-02-08
Also published as: EP3417965A1; CN108698133B; US10639724B2; CN108698133A; JP6697696B2; EP3417965B1; WO2017141797A1; EP3417965A4; US20190047055A1

Abstract

基材と、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であって、被覆層は、少なくとも１層のα型酸化アルミニウム層を含み、α型酸化アルミニウム層において、（０，０，６）面の組織係数をＴＣ１８（０，０，６）とし、（０，０，１２）面の組織係数をＴＣ１８（０，０，１２）としたとき、ＴＣ１８（０，０，６）が最大であり、ＴＣ１８（０，０，１２）が二番目に大きくなる被覆切削工具。

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の厚さで被覆層を蒸着形成してなる被覆切削工具が、鋼や鋳鉄などの切削加工に用いられていることは、よく知られている。被覆層としては、例えば、Ｔｉの炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸化物およ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種の単層または２種以上の複層からなる被覆層である。

特許文献１では、ＷＣ基超硬合金またはＴｉＣＮ基サーメットで構成された工具基体の表面に下部層としてＴｉ化合物層を形成し、上部層として、Ｘ線回折測定で（００６）面および（０１８）面に明確な回折ピークが現れるＸ線回折チャートを示すα型結晶構造のＡｌ_２Ｏ_３層を有する切削工具が記載されている。

特開２００４−２９９０２１号公報

近年の切削加工では高速化、高送り化および深切込み化が顕著となり、従来よりも工具寿命が低下する傾向が見られるようになっている。このような背景のもと、上記の特許文献１に開示された工具では、高速断続加工において、耐熱衝撃性および耐摩耗性が不十分であり、さらなる寿命向上が求められる。特に、特許文献１に開示された工具では、α型酸化アルミニウム層の粒子がすきとられることにより摩耗が進行するため、耐摩耗性が低下するという問題がある。

本発明は、これらの問題を解決するためになされたものであり、優れた耐摩耗性、および耐熱衝撃性を有し、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、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、被覆切削工具におけるα型酸化アルミニウム層の結晶方位を適正化して、所定の構成にすると、耐摩耗性を損なうことなく、また、耐熱衝撃性を向上させることができることを見出した。そして、それらの耐摩擦性および耐熱衝撃性を優れたものにすることにより、被覆切削工具の工具寿命を延長することができるという知見を得て、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る被覆切削工具であって、前記被覆層は、少なくとも１層のα型酸化アルミニウム層を含み、前記α型酸化アルミニウム層において、下記式（１）で表される（０，０，６）面の組織係数をＴＣ１８（０，０，６）とし、下記式（２）で表される（０，０，１２）面の組織係数をＴＣ１８（０，０，１２）としたとき、前記α型酸化アルミニウム層の下記１８の結晶面の組織係数のうち、前記ＴＣ１８（０，０，６）が最大であり、前記ＴＣ１８（０，０，１２）が二番目に大きくなる、被覆切削工具。

（式（１）及び（２）中、Ｉ（ｈ，ｋ，ｌ）は、前記α型酸化アルミニウム層のＸ線回折における（ｈ，ｋ，ｌ）面のピーク強度を示し、Ｉ_０（ｈ，ｋ，ｌ）は、α型酸化アルミニウムのＪＣＰＤＳカード番号１０−０１７３における（ｈ，ｋ，ｌ）面の標準回折強度を示し、（ｈ，ｋ，ｌ）は、（０，１，２）、（１，０，４）、（１，１，０）、（０，０，６）、（１，１，３）、（２，０，２）、（０，２，４）、（１，１，６）、（０，１，８）、（２，１，４）、（３，０，０）、（１，０，１０）、（０，２，１０）、（０，０，１２）、（０，１，１４）、（２，０，１４）、（１，１，１５）および（１，０，１６）の１８の結晶面を指す。）
［２］前記α型酸化アルミニウム層において、下記式（３）で表される（０，１，１４）面の組織係数をＴＣ１８（０，１，１４）としたとき、前記α型酸化アルミニウム層の前記１８の結晶面の組織係数のうち、前記ＴＣ１８（０，１，１４）が三番目に大きくなる、［１］の被覆切削工具。

（式（３）中、Ｉ（ｈ，ｋ，ｌ）、Ｉ_０（ｈ，ｋ，ｌ）、および（ｈ，ｋ，ｌ）は、前記式（１）および（２）におけるものと同義である。）
［３］前記ＴＣ１８（０，０，６）が、７．５０以上１４．００以下である、［１］または［２］の被覆切削工具。
［４］前記ＴＣ１８（０，０，１２）が、２．００以上５．００以下である、［１］〜［３］のいずれかの被覆切削工具。
［５］前記ＴＣ１８（０，１，１４）が、０．８０以上２．５０以下である、［１］〜［４］のいずれかの被覆切削工具。
［６］前記α型酸化アルミニウム層の平均厚さは、１．０μｍ以上１５μｍ以下である、［１］〜［５］のいずれかの被覆切削工具。
［７］前記被覆層は、前記基材と前記α型酸化アルミニウム層との間に、Ｔｉ元素と、Ｃ、Ｎ、ＯおよびＢ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化合物層を備える、［１］〜［６］のいずれかの被覆切削工具。
［８］前記Ｔｉ化合物層の平均厚さは、２．０μｍ以上２０μｍ以下である、［７］の被覆切削工具。
［９］前記被覆層の平均厚さは、３．０μｍ以上３０μｍ以下である、［１］〜［８］のいずれかの被覆切削工具。
［１０］前記基材は、超硬合金、サーメット、セラミックスおよび立方晶窒化硼素焼結体のいずれかである、［１］〜［９］のいずれかの被覆切削工具。

本発明によると、優れた耐摩耗性、および耐熱衝撃性を有し、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。

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、フライス加工用または旋削加工用刃先交換型切削インサート、ドリルおよびエンドミルを挙げることができる。

本実施形態における基材は、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およ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、セラミックスおよび立方晶窒化硼素焼結体のいずれかであると、耐摩耗性および耐欠損性に優れるので、さらに好ましい。

なお、これらの基材は、その表面が改質されたものであっても差し支えない。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層が形成されていてもよい。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いてもよい。これらのように基材の表面が改質されていても、本発明の効果は奏される。

本実施形態における被覆層は、その平均厚さが、３．０μｍ以上３０μｍ以下であることが好ましい。被覆層の平均厚さが、３．０μｍ以上であると、耐摩耗性が更に向上する傾向にある。一方、被覆層の平均厚さが、３０μｍ以下であると、被覆層の基材との密着性および耐欠損性が一層高まる傾向にある。同様の観点から、被覆層の平均厚さは、３．０μｍ以上２０μｍ以下であるとさらに好ましい。

本実施形態における被覆層は、少なくとも１層のα型酸化アルミニウム層を含む。α型酸化アルミニウム層において、下記式（１）で表される（０，０，６）面の組織係数をＴＣ１８（０，０，６）とし、下記式（２）で表される（０，０，１２）面の組織係数をＴＣ１８（０，０，１２）としたとき、ＴＣ１８（０，０，６）が最大であり、ＴＣ１８（０，０，１２）が二番目に大きくなると、耐摩耗性および耐熱衝撃性に優れる。α型酸化アルミニウム層のＴＣ１８（０，０，６）が大きくなるほど、耐摩耗性および耐熱衝撃性に優れるようになり、特に耐熱衝撃性に非常に優れるようになる。また、α型酸化アルミニウム層のＴＣ１８（０，０，１２）が大きくなるほど、耐摩耗性および耐熱衝撃性に優れるようになり、特に耐摩耗性に非常に優れるようになる。そのため、本実施形態の被覆切削工具は、従来の被覆切削工具よりも耐熱衝撃性および耐摩耗性に優れる。

前述のとおり、本実施形態の被覆切削工具における被覆層は、少なくとも１層のα型酸化アルミニウム層を含む。α型酸化アルミニウム層において、下記式（３）で表される（０，１，１４）面の組織係数をＴＣ１８（０，１，１４）としたとき、ＴＣ１８（０，１，１４）が三番目に大きくなると、耐摩耗性および耐熱衝撃性に一層優れる。α型酸化アルミニウム層が（０，１，１４）面に配向していると、耐摩耗性および耐熱衝撃性に優れるようになるので、より好ましい。ただし、（０，０，６）面に配向する場合、および（０，０，１２）面に配向する場合よりも、耐摩耗性および耐熱衝撃性への寄与がわずかに低い。α型酸化アルミニウム層のＴＣ１８（０，１，１４）が三番目に大きくなると、α型酸化アルミニウム層は、（０，０，６）面、（０，０，１２）面および（０，１，１４）面に配向した粒子で大部分が占められることになる。それゆえ、被覆切削工具の耐摩耗性および耐熱衝撃性が最大限に発揮されるので、より好ましい。

ただし、上記式（１）、（２）および（３）において、Ｉ（ｈ，ｋ，ｌ）は、α型酸化アルミニウム層のＸ線回折における（ｈ，ｋ，ｌ）面のピーク強度を示し、Ｉ_０（ｈ，ｋ，ｌ）は、α型酸化アルミニウムのＪＣＰＤＳカード番号１０−０１７３における（ｈ，ｋ，ｌ）面の標準回折強度を示し、（ｈ，ｋ，ｌ）は、（０，１，２）、（１，０，４）、（１，１，０）、（０，０，６）、（１，１，３）、（２，０，２）、（０，２，４）、（１，１，６）、（０，１，８）、（２，１，４）、（３，０，０）、（１，０，１０）、（０，２，１０）、（０，０，１２）、（０，１，１４）、（２，０，１４）、（１，１，１５）および（１，０，１６）の１８の結晶面を指す。

なお、被覆切削工具がα型酸化アルミニウム層よりも下層側（基材側）にＴｉＣＮ層を有する場合、ＴｉＣＮ層の（２，２，２）面の２θ値（７７．０５°）とα型酸化アルミニウム層の（１，０，１０）面の２θ値（７６．８８°）とはその差が０．１７°であり、両者のＸ線回折ピークを分離することは困難である。このため、ＴｉＣＮ層の（２，２，２）面はその層の（１，１，１）面と結晶構造上同一であることを利用して、ＴｉＣＮ層のＸ線回折における（２，２，２）面のピーク強度を下記式（４）により求め、そのピーク強度の値を、下記式（５）により、実測された７６．９°近傍のＸ線回折におけるピーク強度Ｉ（７６．９°）から差し引くことにより、α型酸化アルミニウム層の（１，０，１０）面のピーク強度を求めるとよい。

具体的には、以下に示すとおりにＸ線回折におけるα型酸化アルミニウム層の（１，０，１０）面のピーク強度を求めることができる。ＴｉＣＮの標準Ｘ線回折強度Ｉ_０（ｈ，ｋ，ｌ）は、ＴｉＣ層の（ｈ，ｋ，ｌ）面の値とＴｉＮ層の（ｈ，ｋ，ｌ）面の値とを用いて算出する。ＪＣＰＤＳカード番号３２−１３８３によると、ＴｉＣの（１，１，１）面の標準回折強度（以下、ＴｉＣのＩ_０（１，１，１）とする。）は８０であり、ＴｉＣの（２，２，２）面の標準回折強度（以下、ＴｉＣのＩ_０（２，２，２）とする。）は１７である。ＪＣＰＤＳカード番号３８−１４２０によると、ＴｉＮの（１，１，１）面の標準回折強度（以下、ＴｉＮのＩ_０（１，１，１）とする。）は７２であり、ＴｉＮの（２，２，２）面の標準回折強度（以下、ＴｉＮのＩ_０（２，２，２）とする。）は１２である。このとき、ＴｉＣＮ層に含まれる炭素と窒素との原子比［Ｃ：Ｎ）］は、Ｃ：Ｎ＝０．５：０．５とし、ＴｉＣＮの（１，１，１）面の標準回折強度（以下、ＴｉＣＮのＩ_０（１，１，１）とする。）は、ＴｉＣのＩ_０（１，１，１）とＴｉＮのＩ_０（１，１，１）との平均値とする。同様に、ＴｉＣＮの（２，２，２）面の標準回折強度（以下、ＴｉＣＮのＩ_０（２，２，２）とする。）は、ＴｉＣのＩ_０（２，２，２）とＴｉＮのＩ_０（２，２，２）との平均値とする。したがって、ＴｉＣＮの各結晶面における標準回折強度は、以下のとおりになる。
ＴｉＣＮのＩ_０（１，１，１）＝７６
ＴｉＣＮのＩ_０（２，２，２）＝１４．５
得られたＴｉＣＮのＩ_０（１，１，１）およびＩ_０（２，２，２）を下記式（４）に代入し、Ｘ線回折におけるＴｉＣＮ層の（２，２，２）面のピーク強度を求め、下記式（５）により、Ｘ線回折におけるα型酸化アルミニウム層の（１，０，１０）面のピーク強度を求める。

α型酸化アルミニウム層のＴＣ１８（０，０，６）が最大であり、かつ、７．５０以上１４．００以下であると、被覆切削工具の耐熱衝撃性が向上するため、好ましい。α型酸化アルミニウム層のＴＣ１８（０，０，６）が７．５０以上であると、耐熱衝撃性が更に向上する傾向にある。一方、被覆切削工具の製造容易性の観点から、α型酸化アルミニウム層のＴＣ１８（０，０，６）は１４．００以下であると好ましい。

α型酸化アルミニウム層のＴＣ１８（０，０，１２）が二番目に大きく、かつ、２．００以上５．００以下であると、被覆切削工具の耐摩耗性が向上するため、好ましい。α型酸化アルミニウム層のＴＣ１８（０，０，１２）が２．００以上であると、耐摩耗性が更に向上する傾向にある。一方、α型酸化アルミニウム層のＴＣ１８（０，０，１２）が５．００以下であることにより、相対的にＴＣ１８（０，０，６）が大きくなる傾向にため、耐熱衝撃性が更に向上しやすくなる。

α型酸化アルミニウム層のＴＣ１８（０，１，１４）が三番目に大きく、かつ、０．８０以上２．５０以下であると、被覆切削工具の耐摩耗性および耐熱衝撃性のバランスに一層優れるため、好ましい。α型酸化アルミニウム層のＴＣ１８（０，１，１４）が０．８０以上であると、（０，０，６）面、（０，０，１２）面または（０，１，１４）面以外に配向した粒子の比率が相対的に少なくなる傾向となり、耐摩耗性または耐熱衝撃性が更に向上する。一方、α型酸化アルミニウム層のＴＣ１８（０，１，１４）が２．５０以下であると、相対的にＴＣ１８（０，０，６）またはＴＣ１８（０，０，１２）が大きくなる傾向にあるため、耐摩耗性または耐熱衝撃性が更に向上しやすくなる。

本実施形態の被覆切削工具において、α型酸化アルミニウム層の平均厚さは、１．０μｍ以上１５μｍ以下であることが好ましい。α型酸化アルミニウム層の平均厚さが、１．０μｍ以下であると、すくい面における耐クレータ摩耗性が更に高まる傾向にあり、１５μｍを超えるとα型酸化アルミニウム層の剥離をより抑制する結果、耐欠損性が更に向上する傾向にある。

α型酸化アルミニウム層の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、測定することができる。例えば、株式会社リガク製のＸ線回折装置（製品名「ＲＩＮＴＴＴＲIII」）を用いて、Ｃｕ−Ｋα線を用いた２θ／θ集中法光学系のＸ線回折測定を、下記条件で測定すると、ＪＣＰＤＳカード番号１０−０１７３において示されている全て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：２０〜１５５°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および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、α型酸化アルミニウム層よりも基材側にＴｉ化合物層が形成されている場合には、Ｔｉ化合物層の影響を受けないように、薄膜Ｘ線回折法により、各ピーク強度を測定することができる。また、α型酸化アルミニウム層よりも外側（基材とは反対側）に各種の層が形成されている場合には、バフ研磨により、各種の層を除去し、その後、Ｘ線回折測定を行うとよい。

本実施形態の被覆切削工具における被覆層は、少なくとも１層のＴｉ化合物層を備えると、耐摩耗性および密着性が更に向上するため、好ましい。Ｔｉ化合物層は、基材とα型酸化アルミニウム層との間に備えられると好ましく、α型酸化アルミニウム層よりも外側（基材とは反対側）に備えられる場合も好ましい。その中でも、Ｔｉ化合物層は、基材の表面上に直接形成されると、基材と被覆層との密着性が向上するので好ましい。また、Ｔｉ化合物層は、被覆切削工具の最外層に形成されると、使用済みコーナー（すなわち使用済みの切れ刃部分）の識別が容易になるため好ましい。Ｔｉ化合物層とは、Ｔｉ元素を必須成分として含み、さらに、Ｃ、Ｎ、ＯおよびＢからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素をも含む化合物層を意味する。Ｔｉ化合物層は、任意成分として、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、ＡｌおよびＳｉからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素を含んでもよい。

本実施形態の被覆切削工具におけるＴｉ化合物層の平均厚さは、２μｍ以上１５μｍ以下であると好ましい。Ｔｉ化合物層の平均厚さが２μｍ以上になると、耐摩耗性が向上する傾向にあり、Ｔｉ化合物層の平均厚さが１５μｍ以下であると、耐欠損性が向上する傾向にある。なお、Ｔｉ化合物層がα型酸化アルミニウム層よりも外側（基材とは反対側）に形成される場合、Ｔｉ化合物層の平均厚さは、α型酸化アルミニウム層よりも下層側（基材側）に形成された層とα型酸化アルミニウム層よりも外側（基材とは反対側）に形成された層との合計の平均厚さを指す。

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形成方法として、例えば、以下の方法を挙げることができる。

例えば、ＴｉＮ層は、原料ガス組成をＴｉＣｌ_４：５．０〜１０．０ｍｏｌ％、Ｎ_２：２０〜６０ｍｏｌ％、Ｈ_２：残部とし、温度を８５０〜９２０℃、圧力を１００〜３５０ｈＰａとする化学蒸着法で形成することができる。

ＴｉＣＮ層は、原料ガス組成をＴｉＣｌ_４：１０〜１５ｍｏｌ％、ＣＨ_３ＣＮ：１〜３ｍｏｌ％、Ｎ_２：０〜２０ｍｏｌ％、Ｈ_２：残部とし、温度を８５０〜９２０℃、圧力を６０〜８０ｈＰａとする化学蒸着法で形成することができる。

ＴｉＣ層は、原料ガス組成をＴｉＣｌ_４：１．０〜３．０ｍｏｌ％、ＣＨ_４：４．０〜６．０ｍｏｌ％、Ｈ_２：残部とし、温度を９９０〜１０３０℃、圧力を５０〜１００ｈＰａとする化学蒸着法で形成することができる。

ＴｉＡｌＣＮＯ層は、原料ガス組成をＴｉＣｌ_４：３．０〜５．０ｍｏｌ％、ＡｌＣｌ_３：１．０〜２．０ｍｏｌ％、ＣＯ：０．４〜１．０ｍｏｌ％、Ｎ_２：３０〜４０ｍｏｌ％、Ｈ_２：残部とし、温度を９７５〜１０２５℃、圧力を９０〜１１０ｈＰａとする化学蒸着法で形成することができる。

ＴｉＣＮＯ層は、原料ガス組成をＴｉＣｌ_４：３．０〜５．０ｍｏｌ％、ＣＯ：０．４〜１．０ｍｏｌ％、Ｎ_２：３０〜４０ｍｏｌ％、Ｈ_２：残部とし、温度を９７５〜１０２５℃、圧力を９０〜１１０ｈＰａとする化学蒸着法で形成することができる。

ＴｉＣＯ層は、原料ガス組成をＴｉＣｌ_４：０．５〜１．５ｍｏｌ％、ＣＯ：２．０〜４．０ｍｏｌ％、Ｈ_２：残部とし、温度を９７５〜１０２５℃、圧力を６０〜１００ｈＰａとする化学蒸着法で形成することができる。

本実施形態において、α型酸化アルミニウム層の結晶方位を制御した被覆切削工具は、例えば以下の方法によって得ることができる。

本実施形態における被覆層は、必要に応じて基材の表面にＴｉ化合物層を形成し、その後、基材上又はＴｉ化合物層上に酸化アルミニウムの核を形成することにより得ることができる。酸化アルミニウムの核は、低温でＣＯガスをわずかに流して形成する。これにより、酸化アルミニウムの核が、非常に遅い速度で形成される。また、酸化アルミニウムの核が微細になり、且つ、微細な酸化アルミニウムの核が基材又はＴｉ化合物層の表面を覆うことができる。その後、通常の条件でα型酸化アルミニウム層を形成すると、ＴＣ１８（０，０，６）が最大となるα型酸化アルミニウム層を得ることができる。

ＴＣ１８（０，０，６）が最大であり、ＴＣ１８（０，０，１２）が二番目に大きくなるα型酸化アルミニウム層を得るには、例えば以下のようにすればよい。すなわち、酸化アルミニウムの核の形成までは上記と同様にした後に、成膜温度を高くし、ＣＯガスを流さない条件でα型酸化アルミニウム層を形成するとよい。このとき、成膜温度を高くし、ＣＯガスを流さない条件でα型酸化アルミニウム層を形成する時間は、２分以上５分未満であることが好ましい。これにより、α型酸化アルミニウム層は、（０，０，６）面および（０，０，１２）面に配向しやすくなる。その後、通常の条件でα型酸化アルミニウム層を形成すればよい。

ＴＣ１８（０，０，６）が最大であり、ＴＣ１８（０，０，１２）が二番目に大きく、さらにＴＣ１８（０，１，１４）が三番目に大きくなるα型酸化アルミニウム層を得るには、例えば以下のようにすればよい。すなわち、酸化アルミニウムの核の形成までは上記と同様にした後に、成膜温度を高くし、ＣＯガスを流さない条件でα型酸化アルミニウム層を５分以上８分未満、形成するとよい。これにより、α型酸化アルミニウム層は、（０，０，６）面、（０，０，１２）面および（０，１，１４）面に配向しやすくなる。その後、通常の条件でα型酸化アルミニウム層を形成すればよい。

より具体的には、以下の工程（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）を経て、本実施形態に係るα型酸化アルミニウム層を得ることができる。

工程（Ａ）では酸化アルミニウム（以下、「Ａｌ_２Ｏ_３」とも表記する。）の核を形成する。原料ガス組成を、ＡｌＣｌ_３：１．０〜４．０ｍｏｌ％、ＣＯ：０．０５〜２．０ｍｏｌ％、ＣＯ_２：１．０〜３．０ｍｏｌ％、ＨＣｌ：２．０〜３．０ｍｏｌ％、Ｈ_２：残部とし、温度を８８０〜９３０℃、圧力を６０〜８０ｈＰａとする化学蒸着法でＡｌ_２Ｏ_３の核を形成する。

工程（Ｂ）では工程（Ａ）にて形成された核とは異なるＡｌ_２Ｏ_３の核を形成する。原料ガス組成を、ＡｌＣｌ_３：１．０〜３．０ｍｏｌ％、ＣＯ_２：１．０〜３．０ｍｏｌ％、ＨＣｌ：２．０〜３．０ｍｏｌ％、Ｈ_２：残部とし、温度を９２０〜９９０℃、圧力を６０〜８０ｈＰａとする化学蒸着法でＡｌ_２Ｏ_３の核を形成する。このとき、Ａｌ_２Ｏ_３の核を形成する時間を２分以上５分未満にすると、ＴＣ１８（０，０，６）が最大であり、ＴＣ１８（０，０，１２）が二番目に大きくなるα型酸化アルミニウム層をより確実に得ることができる。また、Ａｌ_２Ｏ_３の核を形成する時間を５分以上８分未満にすると、ＴＣ１８（０，０，６）が最大であり、ＴＣ１８（０，０，１２）が二番目に大きく、さらにＴＣ１８（０，１，１４）が三番目に大きくなるα型酸化アルミニウム層をより確実に得ることができる。

工程（Ｃ）では、α型酸化アルミニウム層（以下、「α型Ａｌ_２Ｏ_３層」とも表記する。）を形成する。原料ガス組成をＡｌＣｌ_３：２．０〜５．０ｍｏｌ％、ＣＯ_２：２．５〜４．０ｍｏｌ％、ＨＣｌ：２．０〜３．０ｍｏｌ％、Ｈ_２Ｓ：０．１５〜０．２５ｍｏｌ％、Ｈ_２：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することができる。

本実施形態の被覆切削工具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）、または電界放射型走査電子顕微鏡（ＦＥ−ＳＥＭ）など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、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、各層の層厚を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。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線分光器（ＥＤＳ）や波長分散型Ｘ線分光器（ＷＤＳ）などを用いて測定することができる。

以下、実施例を挙げて本発明を更に説明するが、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、ＪＩＳ規格ＣＮＭＧ１２０４１２形状を有し、９３．１ＷＣ−６．５Ｃｏ―０．４Ｃｒ_３Ｃ_２（以上質量％）組成を有する超硬合金製の切削インサートを用意した。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。

基材の表面を洗浄した後、発明品１〜１０については、まず、基材を外熱式化学蒸着装置に装入し、表５に示すＴｉ化合物層（基材側から第１層、第２層、第３層の順）を表５に示す平均厚さとなるように、表４に示す条件で基材表面に形成した。次いで、表１に示す条件でＴｉ化合物層の表面にＡｌ_２Ｏ_３の核を形成した。その後、表５に示す平均厚さになるように、表２に示す条件でＴｉ化合物層およびＡｌ_２Ｏ_３の核の表面にα型Ａｌ_２Ｏ_３層を形成し、被覆切削工具の試料を得た。

基材の表面を洗浄した後、比較品１〜１０については、まず、基材を外熱式化学蒸着装置に装入し、表５に示すＴｉ化合物層（基材側から第１層、第２層、第３層の順）を表５に示す平均厚さとなるように、表４に示す条件で基材表面に形成した。次いで、表３に示す条件でＴｉ化合物層の表面にＡｌ_２Ｏ_３の核を形成した。その後、表５に示す平均厚さになるように、表４に示す条件でＴｉ化合物層およびＡｌ_２Ｏ_３の核の表面にα型Ａｌ_２Ｏ_３層を形成し、被覆切削工具の試料を得た。

得られた試料の各層の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。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。

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°／ｍｉｎ、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「ＲＩＮＴＴＴＲIII」）を用いた。Ｘ線回折図形からα型酸化アルミニウム層における各面指数のピーク強度を求めた。得られた各面指数のピーク強度から、ＴＣ１８（ｈ，ｋ，ｌ）をそれぞれ求めた。求めたＴＣ１８（ｈ，ｋ，ｌ）の値から、最も組織係数が大きい結晶面、二番目に組織係数が大きい結晶面および三番目に組織係数が大きい結晶面を特定した。その結果を、表６に示す。また、ＴＣ１８（０，０，６）、ＴＣ１８（０，０，１２）およびＴＣ１８（０，１，１４）の値も、表６に示す。

得られた試料を用いて、下記の条件にて切削試験１および切削試験２を行った。切削試験１は耐摩耗性を評価し、切削試験２は耐欠損性を評価する試験である。各切削試験の結果を表７に示す。

［切削試験１］
被削材：Ｓ５０Ｃの丸棒、
切削速度：３００ｍ／ｍｉｎ、
送り：０．３０ｍｍ／ｒｅｖ、
切り込み：２．０ｍｍ、
クーラント：有り、
評価項目：試料に欠損もしくはチッピングが発生したとき、または試料の最大逃げ面摩耗幅が０．２ｍｍ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］
被削材：Ｓ５０Ｃの長さ方向に等間隔で２本の溝入り丸棒、
切削速度：２５０ｍ／ｍｉｎ、
送り：０．４０ｍｍ／ｒｅｖ、
切り込み：１．５ｍｍ、
クーラント：有り、
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。衝撃回数は、試料と被削材とが接触した回数とし、接触回数が最大で２００００回に到達した時点で試験を終了した。つまり、工具寿命が「２００００回」となっているのは、２００００回の衝撃回数に到達しても工具寿命に至らなかったことを意味する。なお、各試料について、５個のインサートを用意し、それぞれ衝撃回数を測定し、それらの衝撃回数の値から相加平均値を求め、工具寿命とした。

表７に示すように、発明品の耐摩耗性および耐欠損性が向上していた。耐欠損性の評価における欠損の発生は、高速切削加工においてクーラントを用いたことによる熱衝撃を原因とするものと考えられる。つまり、耐欠損性が向上することは、耐熱衝撃性が向上することをも意味する。発明品は比較品よりも工具寿命に至るまでの加工時間が長く、衝撃回数が多いため、工具寿命が大幅に長いことが分かる。

本出願は、２０１６年２月１８日出願の日本特許出願（特願２０１６−０２８４７７）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

本発明の被覆切削工具は、優れた耐摩耗性および耐熱衝撃性を有し、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。

本実施形態の被覆切削工具において、α型酸化アルミニウム層の平均厚さは、１．０μｍ以上１５μｍ以下であることが好ましい。α型酸化アルミニウム層の平均厚さが、１．０μｍ以上であると、すくい面における耐クレータ摩耗性が更に高まる傾向にあり、１５μｍ以下であるとα型酸化アルミニウム層の剥離をより抑制する結果、耐欠損性が更に向上する傾向にある。

Claims

基材と、該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であって、
前記被覆層は、少なくとも１層のα型酸化アルミニウム層を含み、
前記α型酸化アルミニウム層において、下記式（１）で表される（０，０，６）面の組織係数をＴＣ１８（０，０，６）とし、下記式（２）で表される（０，０，１２）面の組織係数をＴＣ１８（０，０，１２）としたとき、前記α型酸化アルミニウム層の下記１８の結晶面の組織係数のうち、前記ＴＣ１８（０，０，６）が最大であり、前記ＴＣ１８（０，０，１２）が二番目に大きくなる、被覆切削工具。

（式（１）及び（２）中、Ｉ（ｈ，ｋ，ｌ）は、前記α型酸化アルミニウム層のＸ線回折における（ｈ，ｋ，ｌ）面のピーク強度を示し、Ｉ_０（ｈ，ｋ，ｌ）は、α型酸化アルミニウムのＪＣＰＤＳカード番号１０−０１７３における（ｈ，ｋ，ｌ）面の標準回折強度を示し、（ｈ，ｋ，ｌ）は、（０，１，２）、（１，０，４）、（１，１，０）、（０，０，６）、（１，１，３）、（２，０，２）、（０，２，４）、（１，１，６）、（０，１，８）、（２，１，４）、（３，０，０）、（１，０，１０）、（０，２，１０）、（０，０，１２）、（０，１，１４）、（２，０，１４）、（１，１，１５）および（１，０，１６）の１８の結晶面を指す。）
前記α型酸化アルミニウム層において、下記式（３）で表される（０，１，１４）面の組織係数をＴＣ１８（０，１，１４）としたとき、前記α型酸化アルミニウム層の前記１８の結晶面の組織係数のうち、前記ＴＣ１８（０，１，１４）が三番目に大きくなる、請求項１に記載の被覆切削工具。

（式（３）中、Ｉ（ｈ，ｋ，ｌ）、Ｉ_０（ｈ，ｋ，ｌ）、および（ｈ，ｋ，ｌ）は、前記式（１）および（２）におけるものと同義である。）
前記ＴＣ１８（０，０，６）が、７．５０以上１４．００以下である、請求項１または２に記載の被覆切削工具。
前記ＴＣ１８（０，０，１２）が、２．００以上５．００以下である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の被覆切削工具。
前記ＴＣ１８（０，１，１４）が、０．８０以上２．５０以下である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の被覆切削工具。
前記α型酸化アルミニウム層の平均厚さは、１．０μｍ以上１５μｍ以下である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の被覆切削工具。
前記被覆層は、前記基材と前記α型酸化アルミニウム層との間に、Ｔｉ元素と、Ｃ、Ｎ、ＯおよびＢ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化合物層を備える、請求項１〜６のいずれか１項に記載の被覆切削工具。
前記Ｔｉ化合物層の平均厚さは、２．０μｍ以上２０μｍ以下である、請求項７に記載の被覆切削工具。
前記被覆層の平均厚さは、３．０μｍ以上３０μｍ以下である、請求項１〜８のいずれか１項に記載の被覆切削工具。
前記基材は、超硬合金、サーメット、セラミックスおよび立方晶窒化硼素焼結体のいずれかである、請求項１〜９のいずれか１項に記載の被覆切削工具。