JPWO2020158426A1 - 切削工具及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

基材と、前記基材の上に設けられた被膜とを備えた切削工具であって、前記被膜は、前記基材側に設けられた第１層と、前記第１層の上に設けられた第２層とを有し、前記第１層は、ＡｌｘＴｉ１−ｘの窒化物又は炭窒化物のみからなり、前記第２層は、α−Ａｌ２Ｏ３と、ＴｉＳｙと、を含む複合化合物のみからなる。ここで、前記ｘは０．７≦ｘ＜１を満たし、前記ｙは１．０≦ｙ≦２．０を満たす。

Description

本開示は、切削工具及びその製造方法に関する。本出願は、２０１９年１月３０日に出願した日本特許出願である特願２０１９−０１３９２９号に基づく優先権を主張する。当該日本特許出願に記載された全ての記載内容は、参照によって本明細書に援用される。

超硬合金からなる切削工具は、切削加工時にその刃先が高温、高負荷などの過酷な環境に曝されるため、刃先が摩耗したり、欠けたりするといった問題が生じる場合が多い。このため、切削工具の切削性能の改善を目的として超硬合金などの基材の表面を被覆する被膜の開発が進められている。

例えば、チタン（Ｔｉ）およびアルミニウム（Ａｌ）と、窒素（Ｎ）および炭素（Ｃ）の両方またはいずれか一方との化合物（以下、ＡｌＴｉＮ、ＡｌＴｉＣＮなどとも称する）からなる被膜は、高い硬度を有することができ、かつＡｌの含有割合を高めることによって耐酸化性が向上することが知られている（特表２０１７−５０８６３２号公報（特許文献１））。このような被膜で切削工具を被覆することにより、切削工具の性能の改善が期待されている。

近年、生産性の向上や加工コストの低減のための高能率加工や、環境を考慮した乾式切削加工の要求が高まっている。高能率加工や乾式切削加工では、加工時の工具の刃先温度は約１０００℃と高温となる。ＡｌＴｉＮやＡｌＴｉＣＮは、約１０００℃以上の高温下では、空気中の酸素と反応して分解する。従って、ＡｌＴｉＮやＡｌＴｉＣＮからなる被膜を有する切削工具を、特に鋼、ＳＵＳ等の高能率加工や乾式切削加工に用いた場合は、該被膜の早期摩耗及び欠損が生じる可能性がある。

上記のＡｌＴｉＮやＡｌＴｉＣＮからなる被膜の早期摩耗及び欠損を抑制するために、ＡｌＴｉＮやＡｌＴｉＣＮからなる被膜を、断熱性を有するとともに、高温耐酸化性及び耐反応性に優れるＡｌ_２Ｏ_３層で被覆することが考えられる。

特表２０１７−５０８６３２号公報

本開示の一態様に係る切削工具は、基材と、前記基材の上に設けられた被膜とを備えた切削工具であって、
前記被膜は、前記基材側に設けられた第１層と、前記第１層の上に設けられた第２層とを有し、
前記第１層は、Ａｌ_ｘＴｉ_１−ｘの窒化物又は炭窒化物のみからなり、
前記第２層は、α−Ａｌ_２Ｏ_３と、ＴｉＳ_ｙと、を含む複合化合物のみからなる、切削工具である。

ここで、前記ｘは０．７≦ｘ＜１を満たし、前記ｙは１．０≦ｙ≦２．０を満たす。
本開示の他の一態様に係る切削工具の製造方法は、上記の切削工具の製造方法であって、
基材を準備する工程と、
前記基材上に化学気相合成法により被膜を形成する工程とを備え、
前記被膜を形成する工程は、第１層を形成する工程及び第２層を形成する工程を含み、
前記第１層は、Ａｌ_ｘＴｉ_１−ｘの窒化物又は炭窒化物のみからなり、
前記第２層は、α−Ａｌ_２Ｏ_３と、ＴｉＳ_ｙと、を含む複合化合物のみからなり、
前記第２層を形成する工程は、ＴｉＣｌ_４ガス、Ｈ_２Ｓガス及びＡｒ−Ｈ_２Ｏガスを含む混合ガスを用いて、７５０℃以上８５０℃以下の成膜温度で行われる、切削工具の製造方法である。

ここで、前記ｘは０．７≦ｘ＜１を満たし、前記ｙは１．０≦ｙ≦２．０を満たす。

図１は、本開示の一態様に係る切削工具の断面を模式的に示す図である。 図２は、本開示の一態様に係る切削工具の被膜の断面の電子顕微鏡写真である。 図３は、本開示の一態様に係る切削工具の第２層の電子顕微鏡写真である。 図４は、ＣＶＤ装置の一例を示す図である。

[本開示が解決しようとする課題]
Ａｌ_２Ｏ_３には、結晶形態により、α−Ａｌ_２Ｏ_３、γ−Ａｌ_２Ｏ_３、κ−Ａｌ_２Ｏ_３等が存在する。中でも、α−Ａｌ_２Ｏ_３は高温時の耐酸化性に優れるため、被膜の材料として好適である。

一方、通常、α−Ａｌ_２Ｏ_３を化学気相合成法（chemical vapor deposition, ＣＶＤ）で作製する場合、成膜温度は１０００℃以上と高温である。このため、ＡｌＴｉＮ又はＡｌＴｉＣＮからなる層の上に、ＣＶＤ法でα−Ａｌ_２Ｏ_３層を形成すると、ＡｌＴｉＮやＡｌＴｉＣＮが熱分解してしまい、工具寿命が低下する傾向がある。

そこで、本目的は、ＡｌＴｉＮ又はＡｌＴｉＣＮのみからなる層、及び、α−Ａｌ_２Ｏ_３を含む層を備え、かつ、高能率加工や乾式加工に用いた場合においても、優れた工具寿命を有することのできる、切削工具を提供することを目的とする。
[本開示の効果]
上記態様によれば、切削工具は、高能率加工や乾式加工に用いた場合においても、優れた工具寿命を有することが可能となる。

［本開示の実施形態の説明］
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。

（１）本開示の一態様に係る切削工具は、基材と、前記基材の上に設けられた被膜とを備えた切削工具であって、
前記被膜は、前記基材側に設けられた第１層と、前記第１層の上に設けられた第２層とを有し、
前記第１層は、Ａｌ_ｘＴｉ_１−ｘ（０．７≦ｘ＜１を満たす）の窒化物又は炭窒化物のみからなり、
前記第２層は、α−Ａｌ_２Ｏ_３及びＴｉＳ_ｙ（１．０≦ｙ≦２．０を満たす）を含む複合化合物のみからなる、切削工具である。

上記態様によれば、高能率加工や乾式加工に用いた場合においても、切削工具は優れた工具寿命を有することが可能となる。

（２）前記ＴｉＳ_ｙは、板状構造を有し、前記α−Ａｌ_２Ｏ_３中に分散していることが好ましい。これによると、切削工具の諸特性のうち、耐摩耗性が向上する。

（３）前記第２層は、前記被膜の表面に平行な断面において、前記ＴｉＳ_ｙの面積比率が０．５％以上２０％以下であることが好ましい。これによると、切削工具の耐摩耗性が更に向上する。

（４）前記ＴｉＳ_ｙの面積比率は１％以上１５％以下であることが好ましい。これによると、切削工具の耐摩耗性が更に向上する。

（５）前記ＴｉＳ_ｙの面積比率は２％以上１０％以下であることが好ましい。これによると、切削工具の耐摩耗性が更に向上する。

（６）前記第２層は、０．５μｍ以上５μｍ以下の厚みを有することが好ましい。これによると、切削工具の工具寿命が更に向上する。

（７）前記被膜は、３μｍ以上３０μｍ以下の厚みを有することが好ましい。これによると、切削工具の工具寿命が更に向上する。

（８）前記被膜は、前記第１層及び前記第２層の間に第３層を有し、前記第３層はＴｉＣＮのみからなることが好ましい。これによると、被膜の製造工程において、第２層の結晶成長を促進することができる。

（９）前記第１層は、Ａｌ_ｘＴｉ_１−ｘＣ_ａＮ_ｂで示される化合物のみからなることが好ましい。ここで、前記ｘは０．７≦ｘ＜１を満たし、前記ａは０≦ａ＜０．２５を満たし、前記ｂは０．７５≦ｂ＜１．５を満たすことが好ましい。

これによると、切削工具の諸特性のうち、耐摩耗性が向上する。
（１０）前記ｘは０．７５≦ｘ＜０．９５を満たすことが好ましい。これによると、切削工具の諸特性のうち、耐摩耗性が向上する。

（１１）前記ｘは０．８≦ｘ＜０．９を満たすことが好ましい。これによると、切削工具の諸特性のうち、耐摩耗性が向上する。

（１２）前記ａは０≦ａ＜０．１を満たすことが好ましい。これによると、切削工具の諸特性のうち、耐摩耗性が向上する。

（１３）前記ａは０≦ａ＜０．０５を満たすことが好ましい。これによると、切削工具の諸特性のうち、耐摩耗性が向上する。

（１４）前記ｂは０．８≦ｂ＜１．２を満たすことが好ましい。これによると、切削工具の諸特性のうち、耐摩耗性が向上する。

（１５）前記ｂは０．９≦ｂ＜１．１を満たすことが好ましい。これによると、切削工具の諸特性のうち、耐摩耗性が向上する。

（１６）前記ｙは１．０≦ｙ≦２．０を満たすことが好ましい。これによると、切削工具の諸特性のうち、耐摩耗性が向上する。

（１７）前記ｙは１．４≦ｙ≦１．８を満たすことが好ましい。これによると、切削工具の諸特性のうち、耐摩耗性が向上する。

（１８）前記被膜は、前記基材と前記第１層との間に配置される下地層を含むことが好ましい。これによると、基材と被膜との密着性を高めることができる。

（１９）本開示の他の一態様に係る切削工具の製造方法は、上記（１）〜（１８）のいずれかに記載の切削工具の製造方法であって、
基材を準備する工程と、
前記基材上に化学気相合成法により被膜を形成する工程とを備え、
前記被膜を形成する工程は、第１層を形成する工程及び第２層を形成する工程を含み、
前記第１層は、Ａｌ_ｘＴｉ_１−ｘの窒化物又は炭窒化物のみからなり、
前記第２層は、α−Ａｌ_２Ｏ_３と、ＴｉＳ_ｙと、を含む複合化合物のみからなり、
前記第２層を形成する工程は、ＴｉＣｌ_４ガス、Ｈ_２Ｓガス及びＡｒ−Ｈ_２Ｏガスを含む混合ガスを用いて、７５０℃以上８５０℃以下の成膜温度で行われる、切削工具の製造方法である。

ここで、前記ｘは０．７≦ｘ＜１を満たし、前記ｙは１．０≦ｙ≦２．０を満たす。
上記態様によれば、高能率加工や乾式加工に用いた場合においても、優れた工具寿命を有する切削工具を製造することが可能となる。

［本開示の実施形態の詳細］
本開示の一実施形態に係る切削工具及びその製造方法の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。本開示の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表すものである。また、長さ、幅、厚さ、深さなどの寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜変更されており、必ずしも実際の寸法関係を表すものではない。

本明細書において「Ａ〜Ｂ」という形式の表記は、範囲の上限下限（すなわちＡ以上Ｂ以下）を意味し、Ａにおいて単位の記載がなく、Ｂにおいてのみ単位が記載されている場合、Ａの単位とＢの単位とは同じである。

本明細書において化合物などを化学式で表す場合、原子比を特に限定しないときは従来公知のあらゆる原子比を含むものとし、必ずしも化学量論的範囲のもののみに限定されるべきではない。例えば「ＡｌＴｉＮ」と記載されている場合、ＡｌＴｉＮを構成する原子数の比はＡｌ：Ｔｉ：Ｎ＝０．８：０．２：１に限られず、従来公知のあらゆる原子比が含まれる。このことは、「ＡｌＴｉＮ」以外の化合物の記載についても同様である。本実施形態では、任意の化合物において、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、タンタル（Ｔａ）、クロム（Ｃｒ）などの金属元素と、窒素（Ｎ）、酸素（Ｏ）、炭素（Ｃ）などの非金属元素とは、必ずしも化学量論的な組成を構成している必要がない。

＜切削工具＞
図１及び図２に示されるように、本実施形態に係る切削工具１０は、基材１と該基材１の上に設けられた被膜２とを備える。被膜は、基材の全面を被覆することが好ましい。しかしながら、基材の一部がこの被膜で被覆されていなかったり被膜の構成が部分的に異なっていたりしていたとしても本開示の範囲を逸脱するものではない。

切削工具は、ドリル、エンドミル、ドリル用刃先交換型切削チップ、エンドミル用刃先交換型切削チップ、フライス加工用刃先交換型切削チップ、旋削加工用刃先交換型切削チップ、メタルソー、歯切工具、リーマ、タップなどの切削工具として好適に使用することができる。

＜基材＞
基材１は、この種の基材として従来公知のものであればいずれも使用することができる。例えば、超硬合金（例えば、ＷＣ基超硬合金、ＷＣのほか、Ｃｏを含み、あるいはＴｉ、Ｔａ、Ｎｂなどの炭窒化物を添加したものも含む）、サーメット（ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮなどを主成分とするもの）、高速度鋼、セラミックス（炭化チタン、炭化ケイ素、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウムなど）、立方晶型窒化ホウ素焼結体またはダイヤモンド焼結体のいずれかであることが好ましい。

これらの各種基材の中でも超硬合金（特にＷＣ基超硬合金）またはサーメット（特にＴｉＣＮ基サーメット）を選択することが好ましい。これらの基材は、高温における硬度と強度のバランスに優れ、上記用途の切削工具の基材として優れた特性を有している。基材としてＷＣ基超硬合金を用いる場合、その組織中に遊離炭素、ならびにη相またはε相と呼ばれる異常層などを含んでいてもよい。

さらに基材は、その表面が改質されたものであっても差し支えない。例えば超硬合金の場合、その表面に脱β層が形成されていたり、サーメットの場合に表面硬化層が形成されていたりしてもよい。基材は、その表面が改質されていても所望の効果が示される。

切削工具が刃先交換型切削チップなどである場合、基材は、チップブレーカーを有するものも、有さないものも含まれる。刃先稜線部の形状は、シャープエッジ（すくい面と逃げ面とが交差する稜）、ホーニング（シャープエッジに対してアールを付与したもの）、ネガランド（面取りをしたもの）、ホーニングとネガランドを組み合わせたものの中で、いずれのものも含まれる。

＜被膜＞
被膜２は、基材１側に設けられた第１層４と、第１層４の上に設けられた第２層６とを有する。被膜２は、第１層４及び第２層６以外の他の層を含むことができる。他の層としては、例えば、基材１と第１層４との間に配置される下地層３、第１層４と第２層６との間に配置される第３層５、第２層６の上に配置される表面層（図示せず）が挙げられる。

被膜の合計厚みは３μｍ以上３０μｍ以下が好ましい。被膜の厚みがこの範囲であることにより、耐摩耗性を維持しつつ耐欠損性を向上させることができる。被膜の厚みが３μｍ未満であると硬度が低下する傾向があり、３０μｍを超えると切削加工時に被膜が基材から剥離し易くなる。被膜の合計厚みは、その特性を向上させる観点から５μｍ以上２０μｍ以下がより好ましく、７μｍ以上１５μｍ以下が更に好ましい。

被膜の厚みは、例えば基材の表面の法線方向に平行な断面サンプルを得て、このサンプルを走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）で観察することにより測定される。このようなＳＴＥＭを用いた測定方法としては、ＳＴＥＭ高角度散乱暗視野法（ＨＡＡＤＦ−ＳＴＥＭ：Ｈｉｇｈ−Ａｎｇｌｅ Ａｎｎｕｌａｒ Ｄａｒｋ−ｆｉｅｌｄ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）を挙げることができる。

本明細書において「厚み」といった場合、その厚みは平均厚みを意味する。具体的には、断面サンプルの観察倍率を５０００〜１００００倍とし、観察面積を１００〜５００μｍ²として、１視野において１０箇所の厚み幅を測定し、その平均値を「厚み」とする。後述の各層の厚みについても、特に記載のない限り同様である。

＜第１層＞
第１層４は、Ａｌ_ｘＴｉ_１−ｘの窒化物又は炭窒化物のみからなる。ここで、ｘは０．７≦ｘ＜１を満たす。Ａｌ_ｘＴｉ_１−ｘの窒化物は、Ａｌ_ｘＴｉ_１−ｘＮと示され、Ａｌ_ｘＴｉ_１−ｘの炭窒化物はＡｌ_ｘＴｉ_１−ｘＣＮと示される。第１層４は、Ａｌ_ｘＴｉ_１−ｘＣ_ａＮ_ｂ（０．７≦ｘ＜１、０≦ａ＜０．２５、０．７５≦ｂ＜１．５を満たす。）で示される化合物のみからなることが好ましい。

Ａｌ_ｘＴｉ_１−ｘ（０．７≦ｘ＜１を満たす）の窒化物又は炭窒化物においては、ＡｌがＡｌとＴｉの合計に対して原子比で７０％以上含まれ、更に、炭素（Ｃ）又は炭素（Ｃ）及び窒素（Ｎ）が含まれる。このような化合物のみからなる第１層は高い硬度を有することができ、優れた耐摩耗性を有することができる。

第１層を構成する化合物の組成に関して、０．７５≦ｘ＜０．９５が好ましく、０．８≦ｘ＜０．９がより好ましく、０≦ａ＜０．１が好ましく、０≦ａ＜０．０５がより好ましく、０．８≦ｂ＜１．２が好ましく、０．９≦ｂ＜１．１がより好ましい。

第１層の組成は、ＳＥＭまたはＴＥＭ付帯のＥＤＸ（Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ−ｒａｙ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）装置を用いることにより、確認することができる。具体的には、まず、切削工具１０の任意の位置を切断し、被膜２の断面を含む試料を作製する。

次に、被膜２の第１層に関し、１０μｍ×２０μｍの矩形の測定視野を任意に５箇所選択し、この領域を分析する。これにより、任意の測定領域に含まれる各元素の原子比を特定することができ、この原子比から第１層の組成を決定することができる。

なお、出願人が測定した限りでは、同一の試料において測定する限りにおいては、第１層の組成の測定結果を測定視野の選択個所を変更して複数回算出しても、測定結果のばらつきはほとんどないことが確認された。

第１層は、Ａｌ_ｘＴｉ_１−ｘ（０．７≦ｘ＜１を満たす）の窒化物又は炭窒化物のみからなる１５０ｎｍ以下の厚みの層（以下、第１単位層とも記す。）を複数含む層状構造であることが好ましい。これによると、第１層は高い耐熱衝撃性を有することができる。第１層に含まれる第１単位層の積層数は５以上５０００以下が好ましく、１０以上２５００以下が更に好ましい。

第１層は、上記の層状構造からなり、層状構造を構成する各層は、同一の面心立方格子構造を有し、ＴｉとＡｌの化学量論的割合が交互に異なる第１単位層が周期的に交番する領域を形成することが好ましい。これによると、第１単位層が立方晶構造を保持することができ、かつ、より高い熱安定性を有することができる。

第１層が層状構造を有すること、及び、第１単位層の積層数は、基材の表面の法線方向に平行な断面サンプルを得て、このサンプルを走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）で観察することにより測定される。

第１層は、９０体積％以上が面心立方格子構造を有することが好ましい。これによると、第１層の硬度の低下を最小限に制御することができ、第１層は優れた耐摩耗性及び耐欠損性を有することができる。第１層における面心立方格子構造の割合は、９５体積％以上がより好ましく、１００体積％が最も好ましい。

第１層が面心立方格子構造を有すること、及びその体積割合は、Ｘ線回折装置、ＳＥＭ−ＥＢＳＤ（ｓｃａｎｎｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｂａｃｋ ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）装置、ＴＥＭ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）分析装置などを用いて確認することができる。

第１層は、合計で１μｍ以上１５μｍ以下の厚みを有することが好ましい。これによると、切削工具の工具寿命が向上する。第１層の厚みが１μｍ未満であると、第１層による耐摩耗性の向上効果が低下する傾向があり、１５μｍを超えると切削加工時に被膜が基材から剥離し易くなる。第１層の厚みは、２μｍ以上１０μｍ以下がより好ましく、４μｍ以上８μｍ以下が更に好ましい。

第１層の合計厚みは、上記の被膜の厚みの測定に用いた方法と同じ方法により測定することができる。

第１層はその効果を奏する限り、Ａｌ_ｘＴｉ_１−ｘの窒化物又は炭窒化物に加えて、不可避不純物を含んでいても良い。不可避不純物としては、例えば、酸素、アルゴン、水素、塩素、硫黄が挙げられる。

＜第２層＞
第２層６は、α−Ａｌ_２Ｏ_３（結晶構造がα型である酸化アルミニウム）と、ＴｉＳ_ｙ（硫化チタン）と、を含む複合化合物のみからなる。ここで、ｙは１．０≦ｙ≦２．０を満たす。第２層がα−Ａｌ_２Ｏ_３と、ＴｉＳ_ｙと、を含む複合化合物のみからなることにより、本実施形態に係る切削工具は、高能率加工や乾式加工に用いた場合においても、優れた高温安定性及び高温耐酸化性を有し、長い工具寿命を達成できる。その理由は明らかではないが、下記（ａ）〜（ｄ）の通りと推察される。

（ａ）α−Ａｌ_２Ｏ_３は断熱性、高温耐酸化性及び耐反応性を有する。従って、第２層がα−Ａｌ_２Ｏ_３を含むと、切削工具の使用時に、ＡｌＴｉＮやＡｌＴｉＣＮのみからなる第１層が切削熱により分解したり、酸化することを抑制することができ、切削工具の耐摩耗性が向上する。

（ｂ）α−Ａｌ_２Ｏ_３及びＴｉＳ_ｙを含む第２層は、７５０〜８５０℃の温度条件下で成膜することができる。よって、成膜時にＡｌＴｉＮやＡｌＴｉＣＮのみからなる第１層が熱分解されず、切削工具は優れた耐摩耗性を維持することができる。

（ｃ）ＴｉＳ_ｙは高温潤滑性を有する。従って、第２層がＴｉＳ_ｙを含むと、切削工具の使用時に切削抵抗が低減するため、すくい面の摩耗を抑制することができ、切削工具の耐摩耗性が向上する。

（ｄ）ＴｉＳ_ｙは高温潤滑性を有する。従って、第２層がＴｉＳ_ｙを含むと、切削工具の使用時に切削抵抗が低減するため、刃先温度の上昇を抑制することができる。これにより、ＡｌＴｉＮやＡｌＴｉＣＮのみからなる第１層が切削熱により分解したり、酸化することを抑制することができ、切削工具の耐摩耗性が向上する。

ＴｉＳ_ｙの組成に関して、１．０≦ｙ≦２．０が好ましく、１．４≦ｙ≦１．８がより好ましい。ＴｉＳｙの組成は、上記の第１層の組成の測定に用いた方法と同じ方法により測定することができる。

具体的には、第２層がα−Ａｌ_２Ｏ_３と、ＴｉＳ_ｙと、を含むことは、ＳＥＭまたはＴＥＭ付帯のＥＤＸ（Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ−ｒａｙ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）装置を用いることにより、確認することができる。切削工具１０の第２層の表面の任意の領域をＳＥＭで観察すると、例えば図３で示されるように、α−Ａｌ_２Ｏ_３のみからなるα−Ａｌ_２Ｏ_３領域７と、ＴｉＳ_ｙのみからなるＴｉＳ_ｙ領域８とが確認される。α−Ａｌ_２Ｏ_３領域７及びＴｉＳ_ｙ領域８のそれぞれについて分析すると、各領域に含まれる各元素の原子比を特定することができ、この原子比からα−Ａｌ_２Ｏ_３領域及びＴｉＳ_ｙ領域の組成を決定することができる。

第２層の上に、更に表面層が存在する場合は、該表面層を研磨して第２層を露出させ、該露出面において組成の測定を行う。

なお、出願人が測定した限りでは、同一の試料において測定する限りにおいては、α−Ａｌ_２Ｏ_３領域及びＴｉＳ_ｙ領域の組成の測定結果を測定視野の選択個所を変更して複数回算出しても、測定結果のばらつきはほとんどないことが確認された。

第２層において、ＴｉＳ_ｙは、板状構造を有し、α−Ａｌ_２Ｏ_３中に分散していることが好ましい。ＴｉＳ_ｙが板状構造を有すると、ＴｉＳ_ｙの硬度が高くなる。よって、第２層は高い硬度を有することができる。

第２層において、ＴｉＳ_ｙが板状構造を有し、該板状構造の軸方向が、第２層の表面から第２層とその下に存在する層との界面まで、第２層の厚み方向に延在して存在していることが好ましい。ＴｉＳ_ｙが、α−Ａｌ_２Ｏ_３のみからなるマトリックス中に柱状に存在していると、切削初期から終期まで、ＴｉＳ_ｙが切削工具の表面に露出するため、ＴｉＳ_ｙによる潤滑効果が維持される。よって、切削初期から終期まで、耐摩耗性の向上効果を得ることができ、工具寿命が向上する。

ＴｉＳ_ｙが板状構造を有することは、第２層の表面をＳＴＥＭで観察することにより確認することができる。第２層の上に、更に表面層が存在する場合は、該表面層を研磨して第２層を露出させ、該露出面をＳＴＥＭで観察する。板状構造の軸方向が第２層の厚み方向に延在して存在していることは、基材の表面の法線方向に平行な断面サンプルを得て、この第２層の断面をＳＴＥＭで観察することにより確認することができる。

第２層は、前記被膜の表面に平行な断面において、ＴｉＳ_ｙの面積比率が０．５％以上２０％以下であることが好ましい。これによると、切削工具の耐摩耗性が向上する。ＴｉＳ_ｙの面積比率は１％以上１５％以下がより好ましく、２％以上１０％以下が更に好ましい。

第２層におけるＴｉＳ_ｙの面積比率は、以下の（ａ）〜（ｄ）の手順に従い算出される。

（ａ）測定視野の設定
切削工具を、第２層において、第２層の表面側からの深さ（第２層より表面側に他の層（例えば表面層）が設けられている場合は、第２層と該他の層との界面からの深さ）０．５μｍで、かつ、被膜の表面に対して平行な方向にワイヤー放電加工機を用いて切り出し、露出した断面を、平均粒径３μｍのダイヤモンドスラリーを用いて鏡面研磨する。被膜の表面に凹凸がある場合は、該表面を平面となるまで研磨し、該平面に対して平行な方向に切り出し、露出した断面を、平均粒径３μｍのダイヤモンドスラリーを用いて鏡面研磨する。切削工具の最表面が第２層の場合は、切り出しを行わずに、第２層の表面を平均粒径３μｍのダイヤモンドスラリーを用いて鏡面研磨する。

第２層の鏡面研磨された断面又は表面において、１０μｍ×２０μｍの矩形の測定視野を無作為に５箇所選択する。なお、出願人が測定した限りでは、同一の試料において測定する限りにおいては、後述するＴｉＳ_ｙの面積比率の測定結果を測定視野の選択個所を変更して複数回算出しても、測定結果のばらつきはほとんどないことが確認された。

（ｂ）測定視野の撮像
下記の機器を用いて、下記の条件で、各測定視野を撮像する。

光学顕微鏡：カールツァイス社製「ＡＸＩＯ Ｖｅｒｔ．Ａ１」（製品名）
レンズ：カールツァイス社製「ＥＣ Ｅｐｉｐｌａｎ １００ｘ／０．８５ ＨＤ Ｍ２７」（製品名）
撮像条件：ｔｉｍｅ：７００ｍｓ，ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ：８０％，ｇａｍｍａ：０．４５。

（ｃ）撮像された画像の二値化処理
上記（ｂ）で撮像された画像に対して、下記の画像処理ソフトを用いて、下記の手順に従い二値化処理を施す。

画像処理ソフト：Ｗｉｎ Ｒｏｏｆ ｖｅｒ．７．４．５
処理手順：
１．ヒストグラム平均輝度補正（補正基準値１２８）
２．バックグラウンド除去（物体サイズ３０μｍ）
３．単一閾値による二値化（閾値１００）
４．輝度反転。

（ｄ）二値化処理された画像の解析
上記（ｃ）で得られた画像において、明視野はＴｉＳ_ｙに該当し、暗視野はＡｌ_２Ｏ_３に該当する。従って、測定視野（第２層）全体の面積に占める明視野に由来する画素（ＴｉＳ_ｙに由来する画素）の面積比率を算出することにより、第２層におけるＴｉＳ_ｙの面積比率を得ることができる。

なお、第２層は、０．５μｍ以上５μｍ以下の厚みを有することが好ましい。これによると、切削工具の工具寿命が向上する。第２層の厚みが０．５μｍ未満であると、第２層による耐摩耗性の向上効果が低下する傾向があり、５μｍを超えると切削加工時に第２層が剥離し易くなる。第２層の厚みは、１μｍ以上４μｍ以下がより好ましく、２μｍ以上３μｍ以下が更に好ましい。

第２層の厚みは、上記の被膜の厚みの測定に用いた方法と同じ方法により測定することができる。

第２層は、ナノインデンテーション法で測定した硬度が１５ＧＰａ以上３５ＧＰａ以下であることが好ましい。これによると、切削工具の耐摩耗性が向上する。第２層の硬度が１５ＧＰａ未満であると、耐摩耗性が低下する傾向があり、３５ＧＰａを超えると、耐欠損性が低下する傾向がある。第２層の硬度は、２０ＧＰａ以上３０ＧＰａ以下がより好ましく、２２ＧＰａ以上２８ＧＰａ以下が更に好ましい。

上記の硬度の測定は、ＩＳＯ１４５７７に準拠した方法で行い、測定荷重は１０ｍＮとする。測定機器はナノインデンテーション硬度計（ＥＮＴ１１００ａ；Ｅｌｉｏｎｉｘ社製）を用いて行う。

第２層はその効果を奏する限り、α−Ａｌ_２Ｏ_３と、ＴｉＳ_ｙと、を含む複合化合物に加えて、不可避不純物を含んでいても良い。不可避不純物としては、例えば水素、塩素、アルゴンが挙げられる。

＜他の層＞
被膜２は、第１層４及び第２層６に加えて、他の層を含むことができる。他の層としては、例えば、基材１と第１層４との間に配置される下地層３、第１層４と第２層６との間に配置される第３層５、第２層６の上に配置される表面層（図示せず）が挙げられる。

（下地層）
下地層３は、基材１と第１層４との間に配置されることにより、被膜中における第１層の密着性を高め、基材と被膜との密着性を高めることができる。下地層は、例えば、ＴｉＮ層、ＴｉＣＮ層、ＴｉＣＮＯ層、ＴｉＢＮ層等を用いることができる。下地層は１層からなることができる。また、複数の層からなることもできる。下地層は、公知の方法により形成可能である。

下地層としてＴｉＮ層を用いる場合は、平均厚みが０．３〜１μｍであることが好ましい。この範囲の厚みにより、被膜中の第１層の密着性をさらに高めることができる。ＴｉＮ層は、より好ましくは、０．４〜０．８μｍである。

下地層としてＴｉＣＮ層およびＴｉＢＮ層を用いる場合は、平均厚みが２〜２０μｍであることが望ましい。この平均厚みを２μｍ未満とすれば摩耗が進みやすくなる恐れがある。この平均厚みが２０μｍを超えると耐欠損性が低下する恐れがある。

下地層の厚みは、上記の被膜の厚みの測定に用いた方法と同じ方法により測定することができる。

（第３層）
第３層５は、第１層４と第２層６との間に配置されることにより、第２層６の結晶成長を促進することができる。第３層は、例えば、ＴｉＣＮ層、ＴｉＣＮＯ層等を用いることができる。中でも、第３層としてＴｉＣＮ層を用いると、α−Ａｌ_２Ｏ_３を含む第２層を形成する際の前処理工程が短時間で可能になり、第２層の結晶成長がより促進されるため好ましい。第３層は１層からなることができる。また、複数の層からなることもできる。

第３層５は、平均厚みが０．２〜２．０μｍであることが好ましく、０．５〜１．５μｍであることがより好ましい。第３層の平均厚みが０．２μｍ未満であると、第２層の結晶成長の促進効果が低下する傾向がある。第３層の平均厚みが２．０μｍを超えると、第２層と第３層と隣接する層との密着性が低下する恐れがある。

第３層の厚みは、上記の被膜の厚みの測定に用いた方法と同じ方法により測定することができる。

（表面層）
表面層（図示せず）は、被膜２において表面側に配置される層である。表面層は、例えば、第２層６の直上に配置される。表面層は、例えば、Ｔｉの炭化物、窒化物または硼化物のいずれかを主成分とする化合物からなることができる。ここで、「Ｔｉの炭化物、窒化物または硼化物のいずれかを主成分とする」とは、Ｔｉの炭化物、窒化物および硼化物のいずれかを９０質量％以上含むことを意味する。さらに、好ましくは不可避不純物を除きＴｉの炭化物、窒化物および硼化物のいずれかからなることを意味する。表面層は１層からなることができる。また、複数の層からなることもできる。

表面層を構成した場合、明瞭な色彩色を呈するなどの効果によって、切削使用後の切削チップのコーナー識別（使用済み部位の識別）が容易となる。

表面層は、平均厚みが０．０５〜１μｍであることが好ましい。表面層の平均厚みの上限は好ましくは０．８μｍであり、さらに好ましくは０．６μｍである。この平均厚みの下限は好ましくは０．１μｍであり、さらに好ましくは０．２μｍである。この平均厚みを０．０５μｍ未満とすれば、耐欠損性が十分に得られない恐れがある。この平均厚みが１μｍを超えると、表面層に隣接する層との密着性が低下する恐れがある。表面層の厚みは、上記の被膜の厚みの測定に用いた方法と同じ方法により測定することができる。

＜切削工具の製造方法＞
本実施形態に係る切削工具の製造方法は、上記の切削工具の製造方法であって、基材を準備する工程と、基材上に化学気相合成法により被膜を形成する工程とを備え、被膜を形成する工程は、第１層を形成する工程及び第２層を形成する工程を含み、第１層は、Ａｌ_ｘＴｉ_１−ｘの窒化物又は炭窒化物のみからなり、第２層は、α−Ａｌ_２Ｏ_３と、ＴｉＳ_ｙと、を含む複合化合物のみからなり、第２層を形成する工程は、ＴｉＣｌ_４ガス、Ｈ_２Ｓガス及びＡｒ−Ｈ_２Ｏガスを含む混合ガスを用いて、７５０℃以上８５０℃以下の成膜温度で行われる。ここで、ｘは０．７≦ｘ＜１を満たし、ｙは１．０≦ｙ≦２．０を満たす。これにより、上記の構成および効果を有する切削工具を製造することができる。

まず、図４を用いて本実施形態に係る切削工具の製造方法に用いられるＣＶＤ装置の一例について説明する。図４に示されるように、ＣＶＤ装置１００は、基材１を設置するための複数の基材保持治具２１と、基材保持治具２１を包囲する耐熱合金鋼製の反応容器２２とを備えている。反応容器２２の周囲には、反応容器２２内の温度を制御するための調温装置２３が設けられている。

反応容器２２には、隣接して接合された第１ガス導入管２４と第２ガス導入管２５とを有するガス導入管が反応容器２２の内部の空間を鉛直方向に延在し、その軸２６で回転可能となるように設けられている。ガス導入管においては、その内部で第１ガス導入管２４に導入されたガスと、第２ガス導入管２５に導入されたガスとが混合しない構成とされている。第１ガス導入管２４および第２ガス導入管２５の一部にはそれぞれ、第１ガス導入管２４および第２ガス導入管２５の内部を流れるガスを基材保持治具２１に設置された基材１上に噴出させるための複数の貫通孔が設けられている。

さらに、反応容器２２には、反応容器２２の内部のガスを外部に排気するためのガス排気管２７が設けられている。反応容器２２の内部のガスは、ガス排気管２７を通過して、ガス排気口２８から反応容器２２の外部に排出される。

次に、ＣＶＤ装置１００を用いた切削工具の製造方法について説明する。以下、説明の便宜のため、基材上にＡｌ_ｘＴｉ_１−ｘ（０．７≦ｘ＜１を満たす）の窒化物又は炭窒化物のみからなる第１層を直接形成し、第１層の直上に第２層を形成する場合について説明するが、基材上に下地層などの他の層を形成してから第１層を形成してもよい。更に、第１層を形成した後、第３層を形成し、第３層の上に第２層を形成してもよい。更に、第２層の上に、表面層を形成することもできる。下地層、第３層及び表面層を形成する方法は、いずれも従来公知の方法を用いることができる。

＜基材を準備する工程＞
まず、基材１を準備する。基材は、市販のものを用いてもよく、一般的な粉末冶金法で製造してもよい。例えば、基材として超硬合金基材を一般的な粉末冶金法で製造する場合、ボールミルなどによってＷＣ粉末とＣｏ粉末などとを混合して混合粉末を得ることができる。該混合粉末を乾燥した後、所定の形状に成形して成形体を得る。さらに該成形体を焼結することにより、ＷＣ−Ｃｏ系超硬合金（焼結体）を得る。次いで該焼結体に対して、ホーニング処理などの所定の刃先加工を施すことにより、ＷＣ−Ｃｏ系超硬合金からなる基材を製造することができる。上記以外の基材であっても、この種の基材として従来公知のものをいずれも準備可能である。

＜被膜を形成する工程＞
被膜を形成する工程では、ＣＶＤ装置１００を用いたＣＶＤ法により、基材１上に被膜を形成する。被膜を形成する工程は、第１層を形成する工程及び第２層を形成する工程を含む。

＜第１層を形成する工程＞
まずＣＶＤ装置１００の反応容器２２内に、基材１として任意の形状のチップを基材保持治具２１に装着する。続いて調温装置２３を使って基材保持治具２１に設置した基材１の温度を６８０〜７８０℃に上昇させる。さらに反応容器２２の内部の圧力を０．１〜３．０ｋＰａとする。

次に、軸２６を中心に第１ガス導入管２４と第２ガス導入管２５を回転させながら、ＴｉＣｌ_４ガス及びＡｌＣｌ_３ガスを含む第１ガス群を第１ガス導入管２４に導入し、ＮＨ_３ガスを含む第２ガス群を第２ガス導入管２５に導入する。これにより、第１ガス導入管２４の貫通孔および第２ガス導入管２５の貫通孔から、第１ガス群および第２ガス群がそれぞれ反応容器２２内に噴出される。

第１ガス群は、ＴｉＣｌ_４ガス及びＡｌＣｌ_３ガスとともに、キャリアガスとしてＨ_２ガスを含むことが好ましい。第２ガス群はＮＨ_３ガスとともに、Ｈ_２ガスを含むことが好ましい。

噴出された第１ガス群および第２ガス群は回転操作によって反応容器２２内で均一に混合され、この混合ガスが基材１上へ向かう。そして、第１ガス群に含まれるガス成分および第２ガス群に含まれるガス成分が化学反応することによって、基材１上にＡｌ_ｘＴｉ_１−ｘ（０．７≦ｘ＜１を満たす）の窒化物又は炭窒化物のみからなる結晶粒の核が生成される。引き続き、第１ガス導入管２４の貫通孔から第１ガス群を、第２ガス導入管２５の貫通孔から第２ガス群を噴出させる。これにより、上記結晶粒の核が成長し、Ａｌ_ｘＴｉ_１−ｘ（０．７≦ｘ＜１を満たす）の窒化物又は炭窒化物のみからなる第１層が形成される。

第１層を形成する工程において、第１ガス群及び第２ガス群の流量及び成膜時間を制御することにより、第１層の厚さを調整することができる。第１ガス群の流量は２０ＮＬ／ｍｉｎ以上１００ＮＬ／ｍｉｎ以下が好ましく、４０ＮＬ／ｍｉｎ以上８０ＮＬ／ｍｉｎ以下がより好ましい。成膜時間は１０分以上３００分以下が好ましく、３０分以上１８０分以下がより好ましい。第２ガス群の流量は５ＮＬ／ｍｉｎ以上５０ＮＬ／ｍｉｎ以下が好ましく、１０ＮＬ／ｍｉｎ以上２５ＮＬ／ｍｉｎ以下がより好ましい。成膜時間は１０分以上３００分以下が好ましく、３０分以上１８０分以下がより好ましい。

本実施形態では、第１層を形成するに際し、ＡｌＣｌ_３ガスおよびＴｉＣｌ_４ガスの両方またはいずれか一方の流量を変調させながら結晶粒を成長させることが好ましい。この方法としては、全反応ガス中のＡｌＣｌ_３ガスの割合（体積％）を一定に維持しながら、ＴｉＣｌ_４ガスの割合（体積％）を変調させる第１結晶成長方法と、全反応ガス中のＴｉＣｌ_４ガスの割合（体積％）を一定に維持しながら、ＡｌＣｌ_３ガスの割合（体積％）を変調させる第２結晶成長方法とがある。

第１結晶成長方法では、ＴｉＣｌ_４ガスの流量の調節によってＴｉの原子比を制御することができる（すなわちＡｌの原子比も制御することができる）。例えば、ＡｌＣｌ_３ガスの割合を０．２〜０．３体積％で一定に維持しながら、ＴｉＣｌ_４ガスの割合を０．１〜０．２体積％（高流量：Ｈｉｇｈ Ｆｌｏｗ）として５〜１５秒間維持する条件で第１ガス群を第１ガス導入管２４に導入する。その後、直ちにＴｉＣｌ_４ガスの流量の高低を切り替えてＴｉＣｌ_４ガスの割合を０．０２〜０．０４体積％（低流量：Ｌｏｗ Ｆｌｏｗ）として４５〜５５秒間維持する条件で第１ガス群を第１ガス導入管２４に導入する。その後、さらにＴｉＣｌ_４ガスの流量の高低を切り替える。この操作を複数回繰り返すことにより、Ｔｉの原子比の異なる第１単位層が交互に積層された積層構造を有する結晶粒を含む第１層を形成することができる。

第２結晶成長方法では、ＡｌＣｌ_３ガスの流量の調節によってＡｌの原子比を制御することができる（すなわちＴｉの原子比も制御することができる）。具体的には、ＴｉＣｌ_４ガスの割合を０．０２〜０．０４体積％で一定に維持しながら、ＡｌＣｌ_３ガスの割合を１〜２体積％（高流量：Ｈｉｇｈ Ｆｌｏｗ）として１０〜１５秒間維持する条件で第１ガス群を第１ガス導入管２４に導入する。その後、直ちにＡｌＣｌ_３ガスの流量の高低を切り替えてＡｌＣｌ_３ガスの割合を０．２〜０．４体積％（低流量：Ｌｏｗ Ｆｌｏｗ）として４５〜５０秒間維持する条件で第１ガス群を第１ガス導入管２４に導入する。その後、さらにＡｌＣｌ_３ガスの流量の高低を切り替える。この操作を複数回繰り返すことにより、Ａｌの原子比の異なる第１単位層が交互に積層された積層構造を有する結晶粒を含む第１層を形成することができる。

第１結晶成長方法および第２結晶成長方法において、高流量（High Flow)でＴｉＣｌ_４ガスまたはＡｌＣｌ_３ガスを噴出する時間、低流量（Low Flow)でＴｉＣｌ_４ガスまたはＡｌＣｌ_３ガスを噴出する時間、ＴｉＣｌ_４ガスまたはＡｌＣｌ_３ガスの流量を高流量から低流量へ、または低流量から高流量へ切り替える回数などを調節することにより、各第１単位層の厚み、第１層の厚みの合計をそれぞれ所望の厚みに制御することができる。

また、反応容器２２の内部の圧力および基材１の温度を上記範囲とすることにより、第１層に含まれる結晶粒の配向性を制御することができる。

＜第２層を形成する工程＞
次に、基材の温度を７５０℃以上８５０℃以下に調節する。これは、第２層の形成時の反応雰囲気の温度（以下、成膜温度とも記す。）が７５０℃以上８５０℃以下であることを意味する。成膜温度が７５０℃未満であると、十分な成膜速度が得られない可能性がある。一方、成膜温度が８５０℃を超えると、第１層を構成するＡｌＴｉＮ又はＡｌＴｉＣＮが熱分解するおそれがある。成膜温度は７７０℃以上８３０℃以下が好ましく、７８０℃以上８２０℃以下がより好ましい。

上記の基材の温度の調節とともに、反応容器２２の内部の圧力を５ｋＰａ以上１０ｋＰａ以下に調節する。

次に、軸２６を中心にガス第１ガス導入管２４と第２ガス導入管２５を回転させながら、ＴｉＣｌ_４ガス、Ｈ_２Ｓガス及びＡｒ−Ｈ_２Ｏガスを含む混合ガス（以下、「第２層用混合ガス」とも記す。）を第１ガス導入管又は第２ガス導入管に導入する。Ｈ_２Ｓガス及びＡｒ−Ｈ_２Ｏガスは触媒である。Ａｒ−Ｈ_２Ｏガスとは、Ｈ_２Ｏを３０〜３００ｐｐｍの濃度で含むＡｒガスを意味する。これにより、第１ガス導入管２４の貫通孔又は第２ガス導入管２５の貫通孔から、第２層用混合ガスが反応容器内に噴出される。

噴出された第２層用混合ガスは回転操作によって反応容器２２内で均一に混合され、ガス成分が化学反応することによって、第１層上にα−Ａｌ_２Ｏ_３のみからなる結晶粒の核、及び、ＴｉＳ_ｙのみからなる結晶粒の核が生成される。引き続き、第１ガス導入管２４の貫通孔又は第２ガス導入管２５の貫通孔から、混合ガスを噴出される。これにより、上記結晶粒の核が成長し、α−Ａｌ_２Ｏ_３のみからなる結晶粒、及び、ＴｉＳ_ｙのみからなる結晶粒を備える第２層が形成される。

第２層を形成する工程において、第２層用混合ガスの流量及び成膜時間を制御することにより、第２層の厚さを調整することができる。第２層用混合ガスの流量は２０ＮＬ／ｍｉｎ以上８０ＮＬ／ｍｉｎ以下が好ましく、４０ＮＬ／ｍｉｎ以上６０ＮＬ／ｍｉｎ以下がより好ましい。成膜時間は３０分以上３００分以下が好ましく、６０分以上１８０分以下がより好ましい。

第２層の成膜速度は、０．５μｍ／ｈｒ以上２μｍ／ｈｒ以下が好ましく、０．７μｍ／ｈｒ以上１．５μｍ／ｈｒ以下がより好ましい。

従来、ＣＶＤ法でＡｌ_２Ｏ_３層を形成する際には、下記反応式（１）及び反応式（２）で示される反応経路を用いていた。

Ｈ_２＋ＣＯ_２→Ｈ_２Ｏ＋ＣＯ （１）
２ＡｌＣｌ_３＋３Ｈ_２Ｏ→Ａｌ_２Ｏ_３＋６ＨＣｌ （２）
上記反応式（１）において、反応中間体であるＨ_２Ｏの生成反応は８００℃でΔＧ＝０ｋＪと熱力学的に計算される。このため、十分なＡｌ_２Ｏ_３の生成速度を確保するためには、約１０００℃の温度が必要である。

一方、第１層を構成するＡｌ_ｘＴｉ_１−ｘ（０．７≦ｘ＜１を満たす）の窒化物又は炭窒化物（例えば、ＡｌＴｉＮ、ＡｌＴｉＣＮ）は、約１０００℃以上の高温下では、熱分解する。そこで、本発明者らは、Ａｌ_２Ｏ_３層の形成をより低温で行うことのできる反応条件を鋭意検討した結果、下記反応式（１’）及び反応式（２’）で示される反応経路を新たに考案した。

３ＴｉＣｌ_４＋６Ｈ_２＋５ＣＯ_２→Ｔｉ_３Ｏ_５＋５ＣＯ＋１２ＨＣｌ （１’）
１０ＡｌＣｌ_３＋３Ｔｉ_３Ｏ_５＋１．５Ｈ_２→５Ａｌ_２Ｏ_３＋９ＴｉＣｌ_３＋３ＨＣｌ （２’）
反応式（１’）及び反応式（２’）で示される反応経路では、反応中間体はＨ_２Ｏではなく、Ｔｉ_３Ｏ_５である。Ｔｉ_３Ｏ_５の生成反応（１’）は５０℃付近でΔＧ＝０ｋＪ）と熱力学的に計算される。また、Ａｌ_２Ｏ_３の生成反応（２’）は８５０℃以下でΔＧが負である。このため、該反応経路では、７５０〜８００℃の低温において、十分なＡｌ_２Ｏ_３の生成速度を確保することが可能である。なお、本実施形態において、７５０〜８００℃の低温で生成されるＡｌ_２Ｏ_３の結晶構造は、α−Ａｌ_２Ｏ_３である。

更に、本発明者らは、混合ガス中のＨ_２Ｓガスの割合を制御することにより、α−Ａｌ_２Ｏ_３のみからなるマトリックス領域中に、高温潤滑性を有するＴｉＳ_ｙのみからなる結晶粒を析出させることが可能であることを見出した。これにより、得られた第２層は、α−Ａｌ_２Ｏ_３に由来する断熱性、高温耐酸化性及び耐反応性とともに、ＴｉＳ_ｙに由来する高温潤滑性を有することができる。

第２層用混合ガス中のＨ_２Ｓガスの割合は、０．１体積％以上１．０体積％以下が好ましく、０．２体積％以上０．８体積％以下がより好ましく、０．３体積％以上０．５体積％以下が更に好ましい。Ｈ_２Ｓガスの割合が０．１体積％未満であると、ＴｉＳ_ｙの析出量が不十分となり、高温潤滑性を確保することができない傾向がある。一方、Ｈ_２Ｓガスの割合が１．０体積％を超えると、第２層の硬度が低下する傾向がある。

第２層用混合ガス中のＴｉＣｌ_４ガスの割合は、０．０５体積％以上０．５体積％以下が好ましく、０．１体積％以上０．４体積％以下がより好ましく、０．２体積％以上０．３体積％以下が更に好ましい。ＴｉＣｌ_４ガスの割合が０．０５体積％未満であるとＴｉＳ_ｙの析出量が不均一となる傾向がある。一方、ＴｉＣｌ_４ガスの割合が０．５体積％を超えると、ＴｉＳ_ｙの組織が粗大化する傾向がある。

第２層用混合ガス中のＡｒ−Ｈ_２Ｏガスの割合は、０．０１体積％以上１．０体積％以下が好ましく、０．０５体積％以上０．８体積％以下がより好ましく、０．１体積％以上０．５体積％以下が更に好ましい。Ａｒ−Ｈ_２Ｏガスの割合が０．０１体積％未満であると、α−Ａｌ_２Ｏ_３の析出が不均一となる傾向がある。一方、Ａｒ−Ｈ_２Ｏガスの割合が１体積％を超えると、α−Ａｌ_２Ｏ_３の密着力が不十分な傾向がある。

第２層用混合ガスは、ＴｉＣｌ_４ガス、Ｈ_２Ｓガス及びＡｒ−Ｈ_２Ｏガスとともに、Ｈ_２ガス、Ｎ_２ガス、ＣＯ_２ガス、ＣＯガス、ＨＣｌガス、ＡｌＣｌ_３ガスを含むことができる。

第２層用混合ガスの流量は、２０ＮＬ／ｍｉｎ以上８０ＮＬ／ｍｉｎ以下が好ましく、４０ＮＬ／ｍｉｎ以上６０ＮＬ／ｍｉｎ以下がより好ましい。成膜時間は３０分以上３００分以下が好ましく、６０分以上１８０分以下がより好ましい。

第２層を形成する工程は、前処理工程、核生成工程及び核成長工程を含むことが好ましい。

前処理工程とは、第２層を形成する前に、第２層の下地となる層の表面（第１層と第２層とが接する場合は、第１層の表面、第１層と第２層との間に第３層が配置されている場合は、第２層に接する第３層の表面）にＡｌＣｌ_３を吸着させる工程である。

前処理工程は、７５０℃以上８５０℃以下の温度、及び、５〜１０ｋＰａの圧力条件下で行われることが好ましい。

前処理工程は、ＡｌＣｌ_３ガス及びＣＯ_２ガスを含み、ＣＯガスを含まない混合ガス（以下、「前処理工程用混合ガス」とも記す。）を用いることが好ましい。これによると、α−Ａｌ_２Ｏ_３の形成が容易となるからである。

前処理工程用混合ガス中のＣＯ_２ガスの割合は、０．２体積％以上４．０体積％以下が好ましく、０．４体積％以上３．０体積％以下がより好ましく、１．０体積％以上２．０体積％以下が更に好ましい。ＣＯ_２ガスの割合が０．２体積％未満であると、炉内の位置によってκ−Ａｌ_２Ｏ_３が混在する傾向がある。一方、ＣＯ_２ガスの割合が４．０体積％を超えると、α−Ａｌ_２Ｏ_３の密着力が不十分となるの傾向がある。

前処理工程用混合ガスは、ＡｌＣｌ_３ガス及ＣＯ_２ガスとともに、Ｈ_２ガス、Ｎ_２ガス、ＨＣｌガス、Ａｒ−Ｈ_２Ｏガスを含むことができる。

前処理工程用混合ガスの流量は４０ＮＬ／ｍｉｎ以上１００ＮＬ／ｍｉｎ以下が好ましく、６０ＮＬ／ｍｉｎ以上８０ＮＬ／ｍｉｎ以下がより好ましい。前処理工程の時間は１分以上１０分以下が好ましく、２分以上５分以下がより好ましい。

前処理工程の後に、核生成工程を行うことができる。核生成工程とは、前処理工程において第２層が形成される層の表面に吸着させたＡｌＣｌ_３を起点として、α−Ａｌ_２Ｏ_３を含む結晶粒の核を生成する工程である。

核生成工程は、７５０℃以上８５０℃以下の温度、及び、５ｋＰａ以上１０ｋＰａ以下の圧力条件下で行われることが好ましい。

核生成工程は、ＡｌＣｌ_３ガス、ＴｉＣｌ_４ガス、Ｈ_２ガス、ＣＯ_２ガス、ＣＯガス及びＨＣｌガスを含む混合ガス（以下、「核生成工程用混合ガス」とも記す。）を用いることが好ましい。これによると、上記の反応式（１’）及び（２’）で示される反応経路により、α−Ａｌ_２Ｏ_３を生成することができる。

核生成工程用混合ガス中のＡｌＣｌ_３ガスの割合は、０．５体積％以上５．０体積％以下が好ましく、０．７５体積％以上３．０体積％以下がより好ましく、１．０体積％以上２．０体積％以下が更に好ましい。ＡｌＣｌ_３ガスの割合が０．５体積％未満であると、α−Ａｌ_２Ｏ_３の組織が不均一となる傾向がある。一方、ＡｌＣｌ_３ガスの割合が５．０体積％を超えると、α−Ａｌ_２Ｏ_３の組織が粗大化する傾向がある。

核生成工程用混合ガス中のＴｉＣｌ_４ガスの割合は、０．０１体積％以上１．０体積％以下が好ましく、０．０５体積％以上０．７５体積％以下がより好ましく、０．１体積％以上０．５体積％以下が更に好ましい。ＴｉＣｌ_４ガスの割合が０．０１体積％未満であると、α−Ａｌ_２Ｏ_３の組織及び膜厚が不均一となる傾向がある。一方、ＴｉＣｌ_４ガスの割合が１．０体積％を超えると、α−Ａｌ_２Ｏ_３の組織が粗大化する傾向がある。

核生成工程用混合ガス中のＨ_２ガスの割合は、６０体積％以上９９体積％以下が好ましく、７０体積％以上９５体積％以下がより好ましく、８５体積％以上９５体積％以下が更に好ましい。Ｈ_２ガスの割合が６０体積％未満であると、α−Ａｌ_２Ｏ_３の組織が粗大化する傾向がある。一方、Ｈ_２ガスの割合が９９体積％を超えると、α−Ａｌ_２Ｏ_３の膜厚が不均一となる傾向がある。

核生成工程用混合ガス中のＣＯ_２ガスの割合は、０．５体積％以上４．０体積％以下が好ましく、１．０体積％以上３．０体積％以下がより好ましく、１．５体積％以上２．５体積％以下が更に好ましい。ＣＯ_２ガスの割合が０．５体積％未満であると、α−Ａｌ_２Ｏ_３の組織が不均一となる傾向がある。一方、ＣＯ_２ガスの割合が４．０体積％を超えると、α−Ａｌ_２Ｏ_３の組織が粗大化する傾向がある。

核生成工程用混合ガス中のＣＯガスの割合は、０．２５体積％以上２．５体積％以下が好ましく、０．５体積％以上２．０体積％以下がより好ましく、０．７５体積％以上１．５体積％以下が更に好ましい。ＣＯガスの割合が０．２５体積％未満であると、α−Ａｌ_２Ｏ_３の組織が粗大化する傾向がある。一方、ＣＯガスの割合が２．５体積％を超えると、α−Ａｌ_２Ｏ_３の組織が不均一となる傾向がある。

核生成工程用混合ガス中のＨＣｌガスの割合は、０．１体積％以上３．０体積％以下が好ましく、０．５体積％以上２．０体積％以下がより好ましく、０．７体積％以上１．５体積％以下が更に好ましい。ＨＣｌガスの割合が０．１体積％未満であると、α−Ａｌ_２Ｏ_３の組織が粗大化する傾向がある。一方、ＨＣｌガスの割合が３．０体積％を超えると、α−Ａｌ_２Ｏ_３の組織が不均一となるの傾向がある。

核生成工程用混合ガスの流量は４０ＮＬ／ｍｉｎ以上８０ＮＬ／ｍｉｎ以下が好ましく、５０ＮＬ／ｍｉｎ以上７０ＮＬ／ｍｉｎ以下がより好ましい。核生成工程の時間は１分以上３０分以下が好ましく、５分以上２５分以下がより好ましい。

核生成工程の後に、核成長工程を行うことができる。核成長工程とは、核生成工程において生成された結晶粒の核を成長させ、第２層を得る工程である。

核成長工程は、７５０℃以上８５０℃以下の温度、及び、５ｋＰａ以上２０ｋＰａ以下の圧力条件下で行われることが好ましい。

核成長工程は、ＡｌＣｌ_３ガス、ＴｉＣｌ_４ガス、Ｈ_２ガス、ＣＯ_２ガス、ＣＯガス、ＨＣｌガス、Ｈ_２Ｓガス、及び、Ａｒ−Ｈ_２Ｏガスを含む混合ガス（以下、「核成長工程用混合ガス」とも記す。）を用いることが好ましい。これによると、上記の反応式（１’）及び（２’）で示される反応経路により、α−Ａｌ_２Ｏ_３の核が成長し、かつ、ＴｉＳ_ｙの核も成長する。

核成長工程用混合ガス中のＨ_２Ｓガスの割合は、０．０５体積％以上３．０体積％以下が好ましく、０．１体積％以上２．０体積％以下がより好ましく、０．３体積％以上１．０体積％以下が更に好ましい。Ｈ_２Ｓガスの割合が０．０５体積％未満であると、ＴｉＳ_ｙの析出量が不十分となり、高温潤滑性を確保することができない傾向がある。一方、Ｈ_２Ｓガスの割合が３．０体積％を超えると、第２層の硬度が低下する傾向がある。

核成長工程用混合ガス中のＡｒ−Ｈ_２Ｏガスの割合は、０．０１体積％以上２．０体積％以下が好ましく、０．１体積％以上１．５体積％以下がより好ましく、０．２体積％以上１．０体積％以下が更に好ましい。Ａｒ−Ｈ_２Ｏガスの割合が０．０１体積％未満であると、第２層の成膜速度が低下する傾向がある。一方、Ａｒ−Ｈ_２Ｏガスの割合が２．０体積％を超えると、第２層の密着力が悪化する傾向がある。

核成長工程用混合ガス中のＡｌＣｌ_３ガス、ＴｉＣｌ_４ガス、Ｈ_２ガス、ＣＯ_２ガス、ＣＯガス、ＨＣｌガスのそれぞれの割合は、核生成工程用混合ガス中のそれぞれのガスの割合と同様とすることができる。

核成長工程用混合ガスの流量は４０ＮＬ／ｍｉｎ以上１００ＮＬ／ｍｉｎ以下が好ましく、６０ＮＬ／ｍｉｎ以上８０ＮＬ／ｍｉｎ以下がより好ましい。核成長工程の成膜時間は３０分以上３００分以下が好ましく、６０分以上１８０分以下がより好ましい。

以上のようにして、本実施形態に係る切削工具を製造することができる。

本実施の形態を実施例によりさらに具体的に説明する。ただし、これらの実施例により本実施の形態が限定されるものではない。

［試料１〜試料１４］
＜基材の調製＞
基材Ａおよび基材Ｂを準備した。具体的には、表１に記載の配合組成（質量％）からなる原料粉末を均一に混合した。なお表１中の「残り」とは、ＷＣが配合組成（質量％）の残部を占めることを示す。次に、この混合粉末を所定の形状に加圧成形した後に、１３００〜１５００℃で１〜２時間焼結することにより、超硬合金からなる基材Ａ（形状：ＣＮＭＧ１２０４０８ＮＧＵ）および基材Ｂ（形状：ＯＮＭＴ０５Ｔ６ＡＮＥＲ−Ｇ）を得た。これらの形状は、いずれも住友電工ハードメタル株式会社製の製品と同一である。

基材ＡであるＣＮＭＧ１２０４０８ＮＧＵは、旋削用の刃先交換型切削チップの形状である。基材Ａは７個準備し、それぞれ試料１〜試料７に用いた。

基材ＢであるＯＮＭＴ０５Ｔ６ＡＮＥＲ−Ｇは、フライス加工用の刃先交換型切削チップの形状である。基材Ｂは７個準備し、それぞれ試料８〜試料１４に用いた。

＜被膜の形成＞
基材Ａ又は基材ＢをＣＶＤ装置内にセットし、その表面にそれぞれＣＶＤ法で被膜を形成した。

試料１〜試料７では、被膜は、基材側から順にＴｉＮ層、Ａｌ_０．８Ｔｉ_０．２Ｎ層（第１層）、ＴｉＣＮ層、第２層となるように形成した。試料８〜試料１４では、被膜は、基材側から順にＴｉＮ層、Ａｌ_０．８Ｔｉ_０．２Ｎ層（第１層）、第２層となるように形成した。各層の厚みは、表４に示す通りである。

被膜の成膜条件に関し、第２層を除く各層の成膜条件を表２に記載する。

例えば、表２の「ＴｉＮ層」の欄には、ＴｉＮ層の形成条件が示されている。表２によれば、ＴｉＮ層は、図４に示されるような公知のＣＶＤ装置の反応容器内に基材を配置し、反応容器内に２．０体積％のＴｉＣｌ_４ガス、３９．７体積％のＮ_２ガスおよび５８．３体積％のＨ_２ガスからなる混合ガス（第１ガス群）を、圧力７．０ｋＰａおよび温度９００℃の雰囲気において４４．７ＮＬ／ｍｉｎの全ガス流量で噴出することにより形成することができる。

表２の「Ａｌ_０．８Ｔｉ_０．２Ｎ層」の欄には、Ｈ_２ガス、ＴｉＣｌ_４ガス及びＡｌＣｌ_３ガスを含む第１ガス群、並びに、Ｈ_２ガス及びＮＨ_３ガスを含む第２ガス群が記載されている。この場合は、第１ガス群及び第２ガス群を、それぞれＣＶＤ装置の別の原料ガス導入管から反応容器内に導入する。

各層の厚みは、各層の原料ガスを噴出する時間によって制御することができる。
第２層の成膜は、図４に示されるような公知のＣＶＤ装置を用い、表３に示される成膜条件ａ〜ｅ、ｋ、ｌのいずれかの条件で行なった。各成膜条件は、前処理工程、核生成工程及び核成長工程を含む。

具体的な成膜方法について、成膜条件ａを用いて説明する。成膜条件ａの前処理工程は、表３に示されるように、Ｈ_２ガス、Ｎ_２ガス、ＣＯ_２ガス、ＨＣｌガス、ＡｌＣｌ_３ガスを含む前処理工程用混合ガスを用いて行われる。前処理工程の成膜時間は５分であり、反応雰囲気の温度は８００℃、圧力は５．０ｋＰａ、前処理工程用混合ガスの全ガス流量は５９．８ＮＬ／ｍｉｎである。

成膜条件ａの核生成工程は、表３に示されるように、Ｈ_２ガス、ＣＯ_２ガス、ＣＯガス、ＨＣｌガス、ＡｌＣｌ_３ガス、ＴｉＣｌ_４ガスを含む核生成工程用混合ガスを用いて行われる。核生成工程の成膜時間は１０分であり、反応雰囲気の温度は８００℃、圧力は５．０ｋＰａ、核生成工程用混合ガスの全ガス流量は６０．２ＮＬ／ｍｉｎである。

成膜条件ａの核成長工程は、表３に示されるように、Ｈ_２ガス、ＣＯ_２ガス、ＣＯガス、Ｈ_２Ｓガス、ＨＣｌガス、ＡｌＣｌ_３ガス、ＴｉＣｌ_４ガス、Ａｒ−Ｈ_２Ｏガス（３００ｐｐｍＨ_２Ｏを含むＡｒガス）を含む核成長工程用混合ガスを用いて行われる。核成長工程の成膜時間は１２０分であり、反応雰囲気の温度は８００℃、圧力は５．０ｋＰａ、核成長工程用混合ガスの全ガス流量は６１．４ＮＬ／ｍｉｎである。

＜第２層の特性＞
表３に示す成膜条件ａ〜ｅ、ｋ、ｌのそれぞれにより得られた第２層について、第２層の組成、ＴｉＳ_ｙの面積比率の測定、膜硬度の測定、及び、高温摺動試験を行った。

なお、第２層の特性を調べるための試験用サンプルは、試料１〜試料１４とは別に、以下の手順で作製した。まず、基材Ａを準備し、この上に、ＴｉＮ層（厚み１．１μｍ）、Ａｌ_０．８Ｔｉ_０．２Ｎ層（厚み６．０μｍ）、ＴｉＣＮ層（厚み３．０μｍ）をこの順に積層したものを準備した。該ＴｉＣＮ層上に成膜条件ａ〜ｅ、ｋ、ｌのいずれかで第２層を形成することにより、各試験用サンプルを作製した。

（第２層の組成）
成膜条件ａ〜ｅ、ｋ、ｌにより得られた各試験用サンプルにおいて、第２層の組成を、ＳＥＭ又はＴＥＭ付帯の電子線回折及びＥＤＸ装置により分析した。

成膜条件ａ〜ｅの試験サンプルは、第２層がα−Ａｌ_２Ｏ_３及びＴｉＳ_ｙを含むことが確認された。これらの試験用サンプルでは、ＴｉＳ_ｙにおけるｙの値は１．２以上２．０以下の範囲内であった。

成膜条件ｋ及びｌの試験用サンプルは、第２層がα−Ａｌ_２Ｏ_３を含み、ＴｉＳ_ｙを含まないことが確認された。

（ＴｉＳ_ｙの面積比率）
成膜条件ａ〜ｅ、ｋ、ｌにより得られた各試験用サンプルにおいて、ＴｉＳ_ｙの面積比率を以下の（ａ）〜（ｄ）の手順に従い算出した。

（ａ）測定視野の設定
成膜条件ａ〜ｅ、ｋ、ｌのそれぞれにより得られた第２層の表面を平均粒径３μｍのダイヤモンドスラリーを用いて鏡面研磨する。

第２層の鏡面研磨された表面において、１０μｍ×２０μｍの矩形の測定視野を無作為に５箇所選択する。

（ｂ）測定視野の撮像
下記の機器を用いて、下記の条件で、各測定視野を撮像する。

光学顕微鏡：カールツァイス社製「ＡＸＩＯ Ｖｅｒｔ．Ａ１」（製品名）
レンズ：カールツァイス社製「ＥＣ Ｅｐｉｐｌａｎ １００ｘ／０．８５ ＨＤ Ｍ２７」（製品名）
撮像条件：ｔｉｍｅ：７００ｍｓ，ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ：８０％，ｇａｍｍａ：０．４５。

（ｃ）撮像された画像の二値化処理
上記（ｂ）で撮像された画像に対して、下記の画像処理ソフトを用いて、下記の手順に従い二値化処理を施す。

画像処理ソフト：Ｗｉｎ Ｒｏｏｆ ｖｅｒ．７．４．５
処理手順：
１．ヒストグラム平均輝度補正（補正基準値１２８）
２．バックグラウンド除去（物体サイズ３０μｍ）
３．単一閾値による二値化（閾値１００）
４．輝度反転。

成膜条件ａ〜ｅでは、二値化処理された画像において、明視野、及び、暗視野が確認された。

成膜条件ｋ及びｌでは、二値化処理された画像において、暗視野のみが確認され、明視野は確認されなかった。

（ｄ）二値化処理された画像の解析
上記（ｃ）で得られた画像から、測定視野（第２層）の面積に占める明視野に由来する画素（ＴｉＳ_ｙに由来する画素）の面積比率、すなわち、測定視野におけるＴｉＳ_ｙの面積比率を計算する。

成膜条件ａ〜ｅにおいて、測定視野（第２層）における明視野及び暗視野のそれぞれの任意の領域をＳＥＭまたはＴＥＭ付帯の電子線回折及びＥＤＸで分析したところ、明視野はＴｉＳ_ｙのみからなり、暗視野はα−Ａｌ_２Ｏ_３のみからなることが確認された。

成膜条件ｋ及びｌにおいて、測定視野（第２層）における暗視野の任意の領域をＳＥＭまたはＴＥＭ付帯の電子線回折及びＥＤＸで分析したところ、暗視野はα−Ａｌ_２Ｏ_３のみからなることが確認された。

成膜条件ａ〜ｅにおいて、第２層の表面をＳＴＥＭで観察したところ、成膜条件ａ〜ｅにおいて、ＴｉＳ_ｙが板状構造を有することが確認された。

（膜硬度の測定）
成膜条件ａ〜ｅ、ｋ、ｌのそれぞれにより得られた第２層の膜硬度をナノインデンテーション法で測定する。測定は、ＩＳＯ１４５７７に準拠した方法で行い、測定荷重は１０ｍＮとする。測定機器はナノインデンテーション硬度計（ＥＮＴ１１００ａ；Ｅｌｉｏｎｉｘ社製）を用いて行う。

（高温摺動試験）
成膜条件ａ〜ｅ、ｋ、ｌのそれぞれにより得られた第２層の表面摩擦係数を、ボール・オン・ディスク構造の高温トライボメータ（スイス、CMS Instruments社製）を用いて測定した。ボール・オン・ディスク試験は、ＡＩＳＩ：３１６ボール（６ｍｍψ）、滑り速度２５ｃｍ／ｓ、滑り半径５ｍｍ、荷重１Ｎ、温度７００℃、湿度２５％の雰囲気下で行った。ボールの接触界面と摩擦コーティングとの間の酸化トライボフィルムの形成を抑制するために、全滑り時間は１分まで低減した。これは滑り距離１５ｍに相当する（約４８０周）。コーティングの表面粗さ及び摩耗痕跡を３Ｄレーザマイクロスコープ（ＶＫ−８７１０、キーエンス社製）及び電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）でそれぞれ調べた。

ＴｉＳ_ｙの面積比率及びＴｉＳ_ｙにおけるｙの値の測定、膜硬度の測定、及び、高温摺動試験の結果を表３に示す。

＜切削工具の作製＞
基材Ａまたは基材Ｂを、上記のような方法で形成した被膜により被覆し、表４に示す通りの試料１〜試料１４の切削工具を作製した。試料１〜試料５、試料８〜試料１２は実施例であり、試料６、試料７、試料１３、試料１４は比較例である。

例えば、表４によれば、試料１の切削工具は、基材Ａの表面に、１．２μｍの厚みのＴｉＮ層、５．６μｍの厚みのＡｌ_０．８Ｔｉ_０．２Ｎ層（第１層）、３．２μｍの厚みのＴｉＣＮ層及び２．５μｍの厚みの成膜条件ａで形成された第２層がこの順に積層されて被膜が形成されている。

＜切削試験１＞
試料１〜試料７の切削工具について、下記の切削条件で切削試験を行い、耐摩耗性を評価した。耐摩耗性の評価においては、上述の切削工具をそれぞれＮＣ旋盤にセットし、被削材の切削を開始したときから、逃げ面摩耗幅Ｖｂが０．２ｍｍを超えるまでの時間を評価した。この時間が長いほど耐摩耗性に優れ、工具寿命が長いと評価することができる。結果を表５に示す。

（切削条件）
被削材：ＦＣ３００（硬度ＨＶ２４０）
周速：３００ｍ／ｍｉｎ
送り：０．２ｍｍ／ｒｅｖ
切込み：１．０ｍｍ
切削液：なし
評価：逃げ面摩耗幅Ｖｂが０．２ｍｍを超えるまでの時間。

当該切削条件は、高能率加工及び乾式加工に該当する。

（評価）
試料１〜試料５の切削工具は、第１層がＡｌ_０．８Ｔｉ_０．２Ｎ層のみからなり、第２層がα−Ａｌ_２Ｏ_３と、ＴｉＳ_ｙと、を含む複合化合物のみからなる。試料６及び試料７の切削工具は、第１層がＡｌ_０．８Ｔｉ_０．２Ｎ層のみからなり、第２層がα−Ａｌ_２Ｏ_３を含み、ＴｉＳ_ｙを含まない。試料１〜試料５の切削工具は、試料６及び試料７の切削工具に比べて、高能率加工及び乾式加工に用いた場合においても、耐摩耗性に優れ、工具寿命が長いことが確認された。

＜切削試験２＞
試料８〜試料１４の切削工具からなるフライス加工用刃先交換型切削チップをカッタ（形状：「ＤＧＣＭ１３１２５」、住友電工ハードメタル株式会社製）に取り付け、下記の切削条件下で切削試験を行い、耐摩耗性を評価した。耐摩耗性の評価においては、被削材の切削を開始したときから、逃げ面摩耗幅Ｖｂが０．２ｍｍを超えるまでの時間を評価した。この時間が長いほど耐摩耗性に優れ、工具寿命が長いと評価することができる。結果を表６に示す。

（切削条件）
被削材：ＦＣＤ６００（硬度ＨＶ２８０）
周速：３００ｍ／ｍｉｎ
一刃当り送り（ｆｚ）：０．２ｍｍ／ｔ
切削幅（ａｅ）：６０ｍｍ
切込み深さ（ａｐ）：１．０ｍｍ
切削液：なし
評価：逃げ面摩耗幅Ｖｂが０．２ｍｍを超えるまでの時間。

当該切削条件は、高能率加工及び乾式加工に該当する。

（評価）
試料８〜試料１２の切削工具は、第１層がＡｌ_０．８Ｔｉ_０．２Ｎ層のみからなり、第２層がα−Ａｌ_２Ｏ_３と、ＴｉＳ_ｙと、を含む複合化合物からなる。試料１３及び試料１４の切削工具は、第１層がＡｌ_０．８Ｔｉ_０．２Ｎ層のみからなり、第２層がα−Ａｌ_２Ｏ_３を含み、ＴｉＳ_ｙを含まない。試料８〜試料１２の切削工具は、試料１３及び試料１４の切削工具に比べて、高能率加工及び乾式加工に用いた場合においても、耐摩耗性に優れ、工具寿命が長いことが確認された。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態および実施例ではなく請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 基材、２ 被膜、３ 下地層、４ 第１層、５ 第３層、６ 第２層、７ α−Ａｌ_２Ｏ_３領域、８ ＴｉＳ_ｙ領域、１０ 切削工具、２１ 基材保持治具、２２ 反応容器、２３ 調温装置、２４ 第１ガス導入管、２５ 第２ガス導入管、２６ 軸、２７ ガス排気管、２８ ガス排気口、１００ ＣＶＤ装置

Claims (19)

1. 基材と、前記基材の上に設けられた被膜とを備えた切削工具であって、
   前記被膜は、前記基材側に設けられた第１層と、前記第１層の上に設けられた第２層とを有し、
   前記第１層は、Ａｌ_ｘＴｉ_１−ｘの窒化物又は炭窒化物のみからなり、
   前記第２層は、α−Ａｌ_２Ｏ_３と、ＴｉＳ_ｙと、を含む複合化合物のみからなる、切削工具。
   ここで、前記ｘは０．７≦ｘ＜１を満たし、前記ｙは１．０≦ｙ≦２．０を満たす。
2. 前記ＴｉＳ_ｙは、板状構造を有し、前記α−Ａｌ_２Ｏ_３中に分散している、請求項１に記載の切削工具。
3. 前記第２層は、前記被膜の表面に平行な断面において、前記ＴｉＳ_ｙの面積比率が０．５％以上２０％以下である、請求項１又は請求項２に記載の切削工具。
4. 前記ＴｉＳ_ｙの面積比率は１％以上１５％以下である、請求項３に記載の切削工具。
5. 前記ＴｉＳ_ｙの面積比率は２％以上１０％以下である、請求項３又は請求項４に記載の切削工具。
6. 前記第２層は、０．５μｍ以上５μｍ以下の厚みを有する、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の切削工具。
7. 前記被膜は、３μｍ以上３０μｍ以下の厚みを有する、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の切削工具。
8. 前記被膜は、前記第１層及び前記第２層の間に第３層を有し、
   前記第３層はＴｉＣＮのみからなる、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の切削工具。
9. 前記第１層は、Ａｌ_ｘＴｉ_１−ｘＣ_ａＮ_ｂで示される化合物のみからなる、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の切削工具。
   ここで、前記ｘは０．７≦ｘ＜１を満たし、前記ａは０≦ａ＜０．２５を満たし、前記ｂは０．７５≦ｂ＜１．５を満たす。
10. 前記ｘは０．７５≦ｘ＜０．９５を満たす、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の切削工具。
11. 前記ｘは０．８≦ｘ＜０．９を満たす、請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の切削工具。
12. 前記ａは０≦ａ＜０．１を満たす、請求項９から請求項１１のいずれか１項に記載の切削工具。
13. 前記ａは０≦ａ＜０．０５を満たす、請求項９から請求項１２のいずれか１項に記載の切削工具。
14. 前記ｂは０．８≦ｂ＜１．２を満たす、請求項９から請求項１３のいずれか１項に記載の切削工具。
15. 前記ｂは０．９≦ｂ＜１．１を満たす、請求項９から請求項１４のいずれか１項に記載の切削工具。
16. 前記ｙは１．０≦ｙ≦２．０を満たす、請求項１から請求項１５のいずれか１項に記載の切削工具。
17. 前記ｙは１．４≦ｙ≦１．８を満たす、請求項１から請求項１６のいずれか１項に記載の切削工具。
18. 前記被膜は、前記基材と前記第１層との間に配置される下地層を含む、請求項１から請求項１７のいずれか１項に記載の切削工具。
19. 請求項１から請求項１８のいずれか１項に記載の切削工具の製造方法であって、
    基材を準備する工程と、
    前記基材上に化学気相合成法により被膜を形成する工程とを備え、
    前記被膜を形成する工程は、第１層を形成する工程及び第２層を形成する工程を含み、
    前記第１層は、Ａｌ_ｘＴｉ_１−ｘの窒化物又は炭窒化物のみからなり、
    前記第２層は、α−Ａｌ_２Ｏ_３と、ＴｉＳ_ｙと、を含む複合化合物のみからなり、
    前記第２層を形成する工程は、ＴｉＣｌ_４ガス、Ｈ_２Ｓガス及びＡｒ−Ｈ_２Ｏガスを含む混合ガスを用いて、７５０℃以上８５０℃以下の成膜温度で行われる、切削工具の製造方法。
    ここで、前記ｘは０．７≦ｘ＜１を満たし、前記ｙは１．０≦ｙ≦２．０を満たす。