WO2014156448A1 - 表面被覆窒化硼素焼結体工具 - Google Patents

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WO2014156448A1
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sintered body
boron nitride
nitride sintered
less
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克己 岡村
望 月原
瀬戸山　誠
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住友電工ハードメタル株式会社
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    • B23C2228/10—Coating

Definitions

  • the present invention relates to a surface-coated boron nitride sintered body tool in which at least the cutting edge portion includes a cubic boron nitride sintered body and a coating film formed on the surface of the cubic boron nitride sintered body.
  • a tool in which the surface of a cubic boron nitride sintered body is coated with a coating film such as ceramics is used as a cutting tool for cutting hardened steel because it exhibits excellent wear resistance. Recently, high precision is required in such cutting, and it is required to improve the surface roughness of the surface of the work material.
  • Patent Document 1 WO 2010/150335 pamphlet (Patent Document 1) and WO 2012/005275 pamphlet (Patent Document 2) specify the surface of a cubic boron nitride sintered body.
  • Patent Document 2 A tool coated with a coating film composed of a lower layer composed of multiple layers of ceramic composition and an upper layer composed of a compound layer has been proposed.
  • a base material for such a multilayer coated tool not only a cubic boron nitride sintered body but also a cemented carbide, for example, is used (Japanese Patent Laid-Open No. 2008-188689 (Patent Document 3)). And Japanese translations of PCT publication No. 2008-534297 (patent document 4)).
  • the present invention has been made in view of such a situation, and the object of the present invention is to cut at least in the case of processing hardened steel, etc., particularly when processing hardened steel at a low speed.
  • the blade portion is to improve the wear resistance of a tool including a base material made of a cubic boron nitride sintered body.
  • the present inventor has examined in detail the state of tool wear that occurs when machining hardened steel.
  • boundary wear occurs at the boundary of the front cutting edge, which is one end of the wear part, and this boundary wear has the greatest impact on the tool life. Turned out to be giving.
  • Such boundary wear is considered to occur even when hardened steel is processed at a low speed.
  • the chip thickness becomes infinitely small at the boundary of the front cutting edge, so tensile stress is generated, resulting in mechanical wear of the tool coating layer. It is possible.
  • the surface-coated boron nitride sintered body tool of the present invention includes a cubic boron nitride sintered body and at least a coating layer formed on the surface of the cubic boron nitride sintered body.
  • the cubic boron nitride sintered body contains not less than 30% by volume and not more than 80% by volume of cubic boron nitride, and nitrides, carbides, borons of Group 4 elements, Group 5 elements and Group 6 elements of the periodic table of elements. It further includes a binder phase containing at least one compound selected from the group consisting of compounds, oxides, and solid solutions thereof, an aluminum compound, and inevitable impurities.
  • the coating layer includes an A layer and a B layer.
  • the A layer is MLa za1 (M represents one or more of Group 4 element, Group 5 element and Group 6 element of the periodic table of elements, Al and Si, and La represents 1 of B, C, N and O) And za1 is 0.85 or more and 1.0 or less.
  • the B layer is formed by alternately laminating one or more thin film layers having different compositions. The thickness of each thin film layer is greater than 30 nm and less than 200 nm.
  • the B1 thin film layer which is one of the thin film layers, is composed of (Ti 1 -xb1-yb1 Si xb1 M1 yb1 ) (C 1 -zb1 N zb1 ) (M1 is a group 4 element in the periodic table of elements excluding Ti, Represents one or more of group elements, group 6 elements and Al, xb1 is 0.01 or more and 0.25 or less, yb1 is 0 or more and 0.7 or less, and zb1 is 0.4 or more and 1 or less. ).
  • the B2 thin film layer which is a kind of thin film layer and different from the B1 thin film layer, is formed by alternately laminating one or more compound layers having different compositions.
  • the B2a compound layer which is one of the compound layers, is composed of (Ti 1 -xb2-yb2 Si xb2 M2 yb2 ) (C 1 -zb2 N zb2 ) (M2 is a group 4 element in the periodic table of elements other than Ti, Represents one or more of group elements, group 6 elements and Al, xb2 is 0.01 or more and 0.25 or less, yb2 is 0 or more and 0.7 or less, and zb2 is 0.4 or more and 1 or less. ).
  • the B2b compound layer which is one of the compound layers and is different from the B2a compound layer, is (Al 1 -xb3 M3 xb3 ) (C 1 -zb3 N zb3 ) (M3 is a group 4 element in the periodic table of elements, the fifth Group element, Group 6 element, and one or more of Si, xb3 is 0.2 or more and 0.77 or less, and zb3 is 0.4 or more and 1 or less.
  • the thickness of the A layer is 0.2 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less.
  • the thickness of B layer is 0.05 micrometer or more and 5 micrometers or less.
  • the total thickness of the coating layer is 0.25 ⁇ m or more and 15 ⁇ m or less.
  • wear processing of hardened steel, etc., particularly when hardened steel is processed at low speed, wear resistance of a tool including a base material in which at least the cutting edge portion is made of a cubic boron nitride sintered body can be improved.
  • ⁇ Configuration of surface coated boron nitride sintered body tool> At least the cutting edge portion of the surface-coated boron nitride sintered body tool according to the present invention is described as a cubic boron nitride sintered body (hereinafter referred to as “cBN sintered body”. “CBN” is an abbreviation of “cubic Boron Nitride”. And a coating layer formed on the surface of the cBN sintered body.
  • the surface-coated boron nitride sintered body tool having such a basic configuration can be used particularly effectively in the machining of sintered alloys and hard-to-cut cast iron (for example, cutting) or hardened steel. It can be suitably used in various types of processing of general metals other than the above.
  • the cBN sintered body constitutes the base material of the tool among the cutting edge portions of the surface-coated boron nitride sintered body tool, and is 30% by volume to 80% by volume of cubic boron nitride (hereinafter referred to as “cBN”).
  • a binder phase was selected from the group consisting of nitrides, carbides, borides, oxides, and solid solutions of Group 4 elements, Group 5 elements and Group 6 elements of the periodic table of elements. It contains at least one compound, an aluminum compound, and inevitable impurities, and binds cBN to each other.
  • the cBN sintered body contains 30% by volume or more of cBN, it is possible to prevent a decrease in wear resistance of the base material of the surface-coated boron nitride sintered body tool. Moreover, since cBN can be disperse
  • the content volume ratio of cBN is determined according to the following method. The cBN sintered body is mirror-polished, and a backscattered electron image of the cBN sintered body structure in an arbitrary region is photographed at 2000 times with an electron microscope.
  • cBN particles particles made of cBN
  • the binder phase is a gray region or a white region.
  • the cBN sintered body region and the binder phase region are binarized by image processing to determine the occupied area of the cBN particles.
  • the content volume ratio of cBN can be obtained.
  • the cBN sintered body contains 50% by volume or more and 65% by volume or less of cBN. If the cBN sintered body contains 50% by volume or more of cBN, it is possible to provide a base material for a surface-coated boron nitride sintered body tool having an excellent balance between wear resistance and fracture resistance. Moreover, if the cBN sintered body contains 65% by volume or less of cBN, the bonding strength between the cBNs by the binder phase can be increased.
  • the cBN particles protrude from the binder phase toward the coating layer.
  • the adhesiveness of a cBN sintered compact and a coating layer can be improved.
  • the step between the cBN particles and the binder phase is 0.05 ⁇ m or more and 1.0 ⁇ m or less. If this level difference is 0.05 ⁇ m or more, an anchor effect can be obtained. Moreover, if this level
  • the step between the cBN particles and the binder phase is 0.1 ⁇ m or more and 0.5 ⁇ m or less. If this level difference is 0.1 ⁇ m or more, the anchor effect can be obtained effectively. Moreover, if this level
  • the volume content of cBN in the cBN sintered body is higher from the interface between the cBN sintered body and the coating layer toward the inside of the cBN sintered body.
  • the volume content rate of a binder phase is higher than the volume content rate of cBN in the interface of a cBN sintered compact and a coating layer, the adhesiveness of a cBN sintered compact and a coating layer can be improved.
  • the volume content of cBN is higher than the volume content of the binder phase inside the cBN sintered body, the fracture resistance of the cBN sintered body can be improved.
  • the volume content of cBN is 40% by volume on the interface side with the coating layer (region separated from 0 ⁇ m to 20 ⁇ m from the interface between the cBN sintered body and the coating layer toward the inside of the cBN sintered body).
  • the volume is 60% by volume.
  • the particle size of the cBN particles contained in the cBN sintered body increases from the interface between the cBN sintered body and the coating layer toward the inside of the cBN sintered body.
  • the particle size of the cBN particles is small at the interface between the cBN sintered body and the coating layer, the adhesion between the cBN sintered body and the coating layer can be enhanced.
  • the particle size of the cBN particles is large inside the cBN sintered body, the toughness can be increased.
  • the particle size of cBN particles is 0.1 ⁇ m or more and 1 ⁇ m or less in a region away from 0 ⁇ m to 20 ⁇ m toward the inside of the cBN sintered body from the interface between the cBN sintered body and the coating layer. And 2 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less in a region exceeding 20 ⁇ m and 300 ⁇ m or less from the interface between the coating layer and the cBN sintered body.
  • the particle size of cBN particles is determined according to the following method. The diameter of the circle circumscribing the cBN particles in the backscattered electron image of the cBN sintered body structure obtained when obtaining the volume fraction of cBN is measured, and the measured diameter is taken as the particle size of the cBN particles.
  • the cBN sintered body should just be provided in the cutting-blade part of the surface covering boron nitride sintered compact tool.
  • the base material of the surface-coated boron nitride sintered body tool includes a cutting edge portion made of a cBN sintered body and a base body made of a material different from the cBN sintered body (for example, a cemented carbide). Also good.
  • the cutting blade portion made of the cBN sintered body is preferably bonded to the base body through a brazing material or the like, and the brazing material can be selected in consideration of the bonding strength or the melting point. it can.
  • the cBN sintered body may constitute the entire base material of the surface-coated boron nitride sintered body tool.
  • the coating layer includes an A layer and a B layer.
  • the coating layer of the present invention may contain other layers in addition to the A layer and the B layer as long as it includes the A layer and the B layer. Examples of such other layers include, but are not limited to, the C layer provided between the A layer and the B layer as described later or the D layer which is the lowermost layer. .
  • the thickness of the coating layer is 0.25 ⁇ m or more and 15 ⁇ m or less.
  • the thickness of the coating layer is 0.25 ⁇ m or more, it is possible to prevent the wear resistance of the surface-coated boron nitride sintered body tool from being lowered due to the thin thickness of the coating layer.
  • the thickness of the coating layer is 15 ⁇ m or less, the chipping resistance of the coating layer at the initial stage of cutting can be improved.
  • the thickness of the coating layer is 0.7 ⁇ m or more and 4 ⁇ m or less.
  • the total thickness of the coating layer and the thickness of each layer and the number of layers to be described later are all cut from the surface-coated boron nitride sintered body tool, and the cross-section thereof is SEM (scanning electron microscope) or TEM It is calculated
  • the composition of each layer as described later constituting the coating layer was measured using an EDX analyzer (energy dispersive X-ray analyzer) attached to the SEM or TEM.
  • the coating layer may be provided only on the cutting edge portion of the surface-coated boron nitride sintered body tool, but it may cover the entire surface of the substrate of the surface-coated boron nitride sintered body tool, or may be cut. It may not be provided in a part of the portion different from the blade portion. Further, in a portion different from the cutting edge portion, a part of the laminated structure of the coating layer may be partially different.
  • the A layer is MLa za1 (M represents one or more of Group 4 element, Group 5 element and Group 6 element of the periodic table of elements, Al and Si, and La represents 1 of B, C, N and O) And za1 is 0.85 or more and 1.0 or less.
  • M represents one or more of Group 4 element, Group 5 element and Group 6 element of the periodic table of elements, Al and Si, and La represents 1 of B, C, N and O
  • za1 is 0.85 or more and 1.0 or less.
  • a layer (Ti 1-xa Ma xa ) (C 1-za2 N za2) (Ma fourth group elements of the periodic table of elements other than Ti, group 5 element and a group 6 element, Al And xa is 0 or more and 0.7 or less, and za2 is 0 or more and 1 or less. If the A layer contains Ti, peeling, cracking, or chipping of the A layer during wear can be further prevented. More preferably, the composition xa of Ma is 0 or more and 0.3 or less. Thereby, peeling of A layer at the time of abrasion, a crack, chipping, etc. can be prevented further.
  • xa (Ti 1-xa (1) -xa (2) Ma (1) xa (1) Ma (2) xa (2) ) (C 1-za2 N za2 )
  • xa The sum of (1) and xa (2) is preferably 0 or more and 0.7 or less, and more preferably 0 or more and 0.3 or less. This is also true for the B layer, C layer, and D layer shown below.
  • the composition of N changes in a stepped or inclined manner from the cBN sintered body side toward the surface side of the A layer.
  • the composition of N is large on the cBN sintered body side of the A layer, the fracture resistance and peel resistance can be improved.
  • the composition of N is small on the surface side of the A layer, peeling, cracking, chipping, etc. of the A layer during wear can be further prevented.
  • the composition of N changes stepwise from the cBN sintered body side toward the surface side of the A layer means that the N composition is discontinuously from the cBN sintered body side toward the surface side of the A layer.
  • the composition of N changes in an inclined manner from the cBN sintered body side to the surface side of the A layer
  • the N composition continuously decreases from the cBN sintered body side to the surface side of the A layer or
  • it is a configuration obtained by continuously changing the flow rate ratio between the N source gas and the C source gas.
  • the A layer has a region having a higher C composition than the cBN sintered body side on the surface side of the A layer. This also improves the fracture resistance and peel resistance on the cBN sintered body side of the A layer, and further prevents the A layer from peeling, cracking, or chipping during wear on the surface side of the A layer. Can do.
  • the cBN sintered body side of the A layer means a region separated from 0 ⁇ m to 0.1 ⁇ m from the surface of the A layer located closest to the cBN sintered body toward the inside of the A layer.
  • the surface side of the A layer means the side opposite to the cBN sintered body side of the A layer, and 0 ⁇ m or more from the surface of the A layer located farthest from the cBN sintered body toward the inside of the A layer. It means a region separated by 0.1 ⁇ m or less.
  • the thickness of the A layer is 0.2 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less.
  • a surface-coated boron nitride sintered body tool excellent in crater wear resistance or flank wear resistance can be provided.
  • the thickness of the A layer exceeds 10 ⁇ m, it may be difficult to further improve the crater wear resistance or flank wear resistance of the surface-coated boron nitride sintered body tool.
  • the A layer is provided more on the surface side of the surface-coated boron nitride sintered body tool than the B layer.
  • a layer can wear
  • the B layer can prevent propagation of the generated crack to the base material side.
  • the B layer is formed by alternately laminating one or more thin film layers having different compositions.
  • the B layer a structure in which one or more B1 thin film layers and one or more B2 thin film layers are alternately laminated is described, but the B layer of the present invention includes the B1 thin film layer and the B2 thin film layer. As long as other layers are included in addition to the B1 thin film layer and the B2 thin film layer, there is no problem.
  • the thickness of B layer is 0.05 micrometer or more and 5 micrometers or less.
  • the average value of the Si composition in the entire B layer is 0.003 or more and 0.25 or less.
  • the average value of the Si composition in the entire B layer is more preferably 0.005 or more and 0.2 or less, and further preferably 0.005 or more and 0.15 or less.
  • the B1 thin film layer is composed of (Ti 1-xb1-yb1 Si xb1 M1 yb1 ) (C 1-zb1 N zb1 ) (M1 is a group 4 element, group 5 element and group 6 element in the periodic table of elements other than Ti) And xb1 is 0.01 or more and 0.25 or less, yb1 is 0 or more and 0.7 or less, and zb1 is 0.4 or more and 1 or less.
  • M1 represents at least one of Cr, Nb and W.
  • the composition yb1 of M1 is preferably 0 or more and 0.4 or less, and more preferably 0.05 or more and 0.15 or less.
  • the thickness of the B1 thin film layer is greater than 30 nm and less than 200 nm.
  • the B2 thin film layer is formed by alternately laminating one or more compound layers having different compositions.
  • the B2 thin film layer a structure in which one or more B2a compound layers and one or more B2b compound layers are alternately laminated is described.
  • the B2 thin film layer of the present invention includes the B2a compound layer and the B2b compound layer.
  • other layers may be included.
  • the thickness of the B2 thin film layer is greater than 30 nm and less than 200 nm.
  • the B2a compound layer is composed of (Ti 1 -xb2-yb2 Si xb2 M2 yb2 ) (C 1 -zb2 N zb2 ) (M2 is a group 4 element, group 5 element and group 6 element in the periodic table of elements other than Ti) And xb2 is 0.01 or more and 0.25 or less, yb2 is 0 or more and 0.7 or less, and zb2 is 0.4 or more and 1 or less. M2 preferably represents at least one of Cr, Nb and W, and more preferably represents the same element as M1.
  • the composition yb2 of M2 is preferably 0 or more and 0.4 or less, more preferably 0.05 or more and 0.15 or less. More preferably, it shows the same value as the composition yb1 of M1.
  • the thickness of the B2a compound layer is 0.5 nm or more and less than 30 nm.
  • the B2b compound layer is composed of (Al 1 -xb 3 M 3 xb 3 ) (C 1 -zb 3 N zb 3 ) (M 3 is a group 4 element, a group 5 element and a group 6 element in the periodic table of elements and one or more of Si Xb3 is 0.2 or more and 0.77 or less, and zb3 is 0.4 or more and 1 or less.
  • M3 represents at least one of Ti and Cr.
  • the composition xb3 of M3 is preferably 0.25 or more and 0.5 or less, more preferably 0.25 or more and 0.4 or less.
  • the thickness of the B2b compound layer is 0.5 nm or more and less than 30 nm.
  • the lowermost layer of the B layer may be a B1 thin film layer or a B2 thin film layer.
  • the uppermost layer of the B layer may be a B1 thin film layer or a B2 thin film layer.
  • the lowermost layer of the B2 thin film layer may be a B2a compound layer or a B2b compound layer.
  • the uppermost layer of the B2 thin film layer may be a B2a compound layer or a B2b compound layer.
  • t2 / t1 which is a ratio of the average thickness t1 of the B1 thin film layer and the average thickness t2 of the B2 thin film layer, satisfies 0.5 ⁇ t2 / t1 ⁇ 10.0.
  • the boundary wear resistance of the surface-coated boron nitride sintered body tool (particularly the boundary wear resistance of the surface-coated boron nitride sintered body tool during low-speed cutting) can be further improved.
  • t2 / t1 satisfies 1.5 ⁇ t2 / t1 ⁇ 5.0.
  • the boundary wear resistance of the surface-coated boron nitride sintered body tool (particularly the boundary wear resistance of the surface-coated boron nitride sintered body tool at the time of low-speed cutting) can be further improved. Therefore, it is possible to provide a surface-coated boron nitride sintered body tool having excellent wear resistance against repeated impacts or vibrations. More preferably, t2 / t1 satisfies 2.0 ⁇ t2 / t1 ⁇ 4.5.
  • t2 / t1 when the A layer is provided on the surface side of the B layer, t2 / t1 satisfies 1.5 ⁇ t2 / t1 ⁇ 5.0 on the cBN sintered body side, and on the A layer side. It becomes smaller as it goes, and the layer A side satisfies 1.2 ⁇ t2 / t1 ⁇ 2.
  • production of a crack can be prevented in the A layer side of B layer, and it can prevent that a crack propagates to the cBN sintered compact side in the cBN sintered compact side of B layer.
  • the A layer side of the B layer means the B1 thin film layer and the B2 thin film layer located closest to the A layer.
  • the cBN sintered compact side of B layer means the B1 thin film layer and B2 thin film layer which are located nearest to a cBN sintered compact.
  • the coating layer further includes a C layer provided between the A layer and the B layer, and the C layer is McLc zc (Mc is a group 4 element, a group 5 element, and an element of the periodic table of elements) It represents one or more of Group 6 elements, Al and Si, Lc represents one or more of B, C, N and O, and zc is 0 or more and 0.85 or less.
  • McLc zc Mc is a group 4 element, a group 5 element, and an element of the periodic table of elements
  • It represents one or more of Group 6 elements
  • Al and Si Lc represents one or more of B, C, N and O
  • zc is 0 or more and 0.85 or less.
  • the thickness of the C layer is 0.005 ⁇ m or more and 0.5 ⁇ m or less. If the thickness of the C layer is 0.005 ⁇ m or more, the effects obtained by providing the C layer can be sufficiently obtained. If the thickness of C layer is 0.5 micrometer or less, it can prevent that the thickness of a coating layer becomes large too much by providing C layer. More preferably, the thickness of the C layer is 0.01 ⁇ m or more and 0.2 ⁇ m or less.
  • the composition zc of Lc is greater than 0 and less than 0.7. If the composition zc of Lc is larger than 0, the heat resistance and chemical wear resistance of the C layer can be improved, and thus the propagation of cracks generated in the A layer to the substrate side is effectively stopped in the C layer. be able to. More preferably, the composition zc of Lc is 0.2 or more and 0.5 or less.
  • the C layer includes at least one element constituting the A layer and the B layer. If the C layer contains at least one element constituting the A layer, the adhesion between the A layer and the C layer can be improved. If the C layer contains at least one element constituting the B layer, the adhesion between the B layer and the C layer can be improved. More preferably, the C layer includes at least one element constituting a portion located on the C layer side of each of the A layer and the B layer.
  • the coating layer further includes a D layer provided between the base material and the B layer, and the D layer is MdLd zd (Md is a Group 4 element, a Group 5 element and a Group 5 element in the periodic table of elements) It represents one or more of group 6 elements, Al and Si, Ld represents one or more of B, C, N and O, and zd is 0.85 or more and 1.0 or less.
  • MdLd zd MdLd zd
  • Md is a Group 4 element, a Group 5 element and a Group 5 element in the periodic table of elements
  • Ld represents one or more of B, C, N and O
  • zd is 0.85 or more and 1.0 or less.
  • Such D layer is excellent in adhesiveness with a cBN sintered body. Therefore, if the coating layer further includes a D layer, the adhesion between the cBN sintered body and the coating layer can be enhanced. More preferably, in MdLd zd constituting the D layer, Ld is
  • the D layer represents (Al 1 -xd Md2 xd ) Ld zd (Md2 represents one or more of Group 4 element, Group 5 element and Group 6 element of the periodic table of elements and Si, and xd Is 0.25 or more and 0.45 or less). If D layer contains Al, the adhesiveness of a cBN sintered compact and a coating layer can be improved more. More preferably, in (Al 1-xd Md2 xd ) Ld zd constituting the D layer, Md2 is at least one of Ti, Cr and V.
  • the thickness of the D layer is 0.05 ⁇ m or more and 1.0 ⁇ m or less. If the thickness of D layer is 0.05 micrometer or more, the effect acquired by providing D layer can fully be acquired. If the thickness of D layer is 1.0 micrometer or less, it can prevent that the thickness of a coating layer becomes large too much by providing D layer. More preferably, the thickness of the D layer is 0.1 ⁇ m or more and 0.5 ⁇ m or less.
  • the method of manufacturing a surface-coated boron nitride sintered body tool according to the present invention includes, for example, a step of preparing a base material having a cBN sintered body at least at a cutting edge portion, and a coating layer on at least the surface of the cBN sintered body. Forming.
  • the step of preparing the base material preferably includes a step of forming a cBN sintered body, and the step of forming the cBN sintered body includes sintering a mixture of cBN particles and a raw material powder of a binder phase under high temperature and high pressure. It is preferable to include the process to make. More preferably, the method for preparing the base material further includes the step of joining the cBN sintered body to the base body having a predetermined shape.
  • the step of forming the coating layer preferably includes a step of forming the coating layer by an arc ion plating method (ion plating method in which a solid material is evaporated using vacuum arc discharge) or a sputtering method.
  • a coating layer can be formed by using a metal evaporation source containing a metal species that constitutes the coating layer and a reaction gas such as CH 4 , N 2, or O 2 .
  • a reaction gas such as CH 4 , N 2, or O 2 .
  • conditions for forming the coating layer known conditions can be employed.
  • a coating layer is formed by using a metal evaporation source including a metal species constituting the coating layer, a reactive gas such as CH 4 , N 2, or O 2 and a sputtering gas such as Ar, Kr, or Xe. Can be formed.
  • a metal evaporation source including a metal species constituting the coating layer, a reactive gas such as CH 4 , N 2, or O 2 and a sputtering gas such as Ar, Kr, or Xe.
  • a reactive gas such as CH 4 , N 2, or O 2
  • a sputtering gas such as Ar, Kr, or Xe.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of a surface-coated boron nitride sintered body tool in an example.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating an example of a configuration of a main part of the surface-coated boron nitride sintered body tool in the embodiment.
  • the resulting mixture was heat treated in a vacuum at 1000 ° C. for 30 minutes.
  • the compound obtained by the heat treatment was uniformly pulverized by a ball mill pulverizing method using a cemented carbide ball media having a diameter of 6 mm. This obtained the raw material powder of the binder phase.
  • a boron nitride ball medium having a diameter of 3 mm is prepared by blending cBN particles having an average particle diameter of 1.5 ⁇ m and a raw material powder of a binder phase so that the content of cBN in the cBN sintered body is 30% by volume.
  • the obtained mixed powder was laminated on a cemented carbide support plate and then filled into Mo capsules. After that, using an ultrahigh pressure apparatus, sintering was performed at a pressure of 5.5 GPa and a temperature of 1300 ° C. for 30 minutes. Thereby, cBN sintered compact A was obtained.
  • a base body made of a cemented carbide material (equivalent to K10) having an ISO standard DNGA150408 shape was prepared.
  • the above-mentioned cBN sintered body A shape: apex angle is 55 ° and both sides sandwiching the apex angle are 2 mm each on the bottom surface of the prepared base body (corner portion) is the bottom surface, and the thickness is 2 mm. Of a triangular prism).
  • a mouthpiece made of Ti—Zr—Cu was used for joining.
  • the outer peripheral surface, upper surface, and lower surface of the joined body were ground to form a negative land shape (a negative land width of 150 ⁇ m and a negative land angle of 25 °) at the cutting edge. In this way, a base material 3 having a cutting edge portion made of the cBN sintered body A was obtained.
  • the obtained base material 3 was put in a film forming apparatus and evacuated. After that, after heating to 500 ° C., Ar gas was introduced (pressure 1 Pa), a bias voltage ( ⁇ 500 V) was applied to the substrate 3, and etching was performed with Ar ions. After that, Ar gas was exhausted from the film forming apparatus.
  • the D layer 20 was formed on the substrate 3 in the film forming apparatus. Specifically, a D layer having a thickness of 0.5 ⁇ m was formed by vapor deposition under the following conditions.
  • Target Introduced gas containing 66 atomic% Al and 34 atomic% Cr: N 2 Deposition pressure: 5Pa Arc discharge current: 150A Substrate bias voltage: -35V Table rotation speed: 3 rpm.
  • the B layer 30 was formed on the D layer 20 in the film forming apparatus. Specifically, first, a B1 thin film layer 31 having an overall thickness of 35 nm was formed by vapor deposition under the following conditions.
  • Target B1 Introduced gas containing 90 atomic% Ti and 10 atomic% Si: N 2 Deposition pressure: 3Pa Arc discharge current: 150A Substrate bias voltage: -40V Table rotation speed: 4 rpm.
  • a B2 thin film layer 32 having an overall thickness of 165 nm was formed by vapor deposition under the following conditions.
  • the rotary table in which the arc currents of the targets B2a and B2b and the base material are set so that the thickness of the B2a compound layer 32A is 2.5 nm and the thickness of the B2b compound layer 32B is 3 nm.
  • the rotation speed was adjusted.
  • Target B2a Target containing 90 atomic% Ti and 10 atomic% Si
  • Target B2b Introducing gas containing 66 atomic% Al and 34 atomic% Cr: N 2 Deposition pressure: 3Pa
  • the B1 thin film layers 31 and the B2 thin film layers 32 were alternately laminated to form five layers each.
  • the B layer 30 having an overall thickness of 1 ⁇ m was formed.
  • the A layer 50 was formed on the C layer 40 in the film forming apparatus. Specifically, an A layer having a thickness of 0.1 ⁇ m was formed by vapor deposition under the following conditions.
  • Target: Ti Introduced gas: N 2 , CH 4 (the flow rate is adjusted so that the film to be formed has an atomic ratio of C: N 1: 4)
  • the coating layer 10 in which the D layer 20, the B layer 30, and the A layer 50 were sequentially laminated was formed on the base material 3, and thus the sample 1 was manufactured.
  • Samples 2 to 7 were produced according to the production method of Sample 1 except that the thickness of the A layer was changed to the numerical value shown in Table 1.
  • cBN sintered body A According to the method for forming cBN sintered body A, cBN sintering was performed except that the cBN particles and the binder phase raw material powder were blended so that the cBN content in the cBN sintered body was a numerical value shown in Table 3. Body D was obtained. Using the obtained cBN sintered body D, a base material of Sample 8 was formed according to the method of manufacturing a base material of Sample 1 described above.
  • a D layer having a thickness of 0.02 ⁇ m was formed by vapor deposition under the following conditions.
  • a B layer was formed according to the production method of Sample 1.
  • the arc thickness of the targets B2a and B2b and the rotation speed of the rotary table on which the base material is set are adjusted so that the thicknesses of the B2a compound layer and the B2b compound layer are 1.5 nm, respectively,
  • a B2 thin film layer having a thickness of 12 nm was formed by vapor deposition.
  • the N 2 flow rate and the CH 4 flow rate are adjusted so that the composition of the film to be formed is TiC 0.4 N 0.6 under the conditions shown below, and an A layer having a thickness of 0.1 ⁇ m is deposited by vapor deposition. Formed. In this way, Sample 8 was manufactured.
  • the target was prepared, and the type of the introduced gas and its supply amount were adjusted so that a layer having the composition shown in Tables 1 and 2 was obtained.
  • Ar, N 2, CH 4 or the like was appropriately used as the introduced gas.
  • the film forming pressure is adjusted as appropriate within the range of 0.1 Pa to 7 Pa
  • the arc discharge current is adjusted as appropriate within the range of 60 A to 200 A
  • the substrate bias voltage is adjusted as appropriate within the range of ⁇ 25 V to ⁇ 700 V.
  • the table rotation speed was appropriately adjusted within the range of 0.5 to 10 rpm. The same applies to Samples 15 to 56 shown below.
  • Samples 16 to 20 were manufactured according to the method for manufacturing Sample 15 except that the C layer was formed according to the method described below.
  • Target Ti Introduced gas: Ar Deposition pressure: 2Pa Arc discharge current: 150A Substrate bias voltage: -70V Table rotation speed: 3 rpm.
  • a cBN sintered body F was obtained according to the method of forming the cBN sintered body D except that cBN particles having an average particle diameter of 0.5 ⁇ m and a raw material powder of a binder phase were blended.
  • the base materials of Samples 32-36 were formed according to the base material manufacturing method of Sample 1 described above.
  • a D layer, a B layer, and an A layer were formed in order. This produced Samples 32-36.
  • a cBN sintered body G was obtained according to the method for forming the cBN sintered body D except that cBN particles having an average particle diameter of 3 ⁇ m and a raw material powder for a binder phase were blended.
  • the base materials of Samples 37 to 40 were formed in accordance with the above-described manufacturing method of the base material of Sample 1.
  • the resulting mixture was heat treated in a vacuum at 1000 ° C. for 30 minutes.
  • the compound obtained by the heat treatment was uniformly pulverized by a ball mill pulverizing method using a cemented carbide ball media having a diameter of 6 mm. This obtained the raw material powder of the binder phase.
  • a cBN sintered body H was obtained.
  • base materials of samples 41 to 45 were formed according to the base material manufacturing method of sample 1 described above.
  • the resulting mixture was heat treated in a vacuum at 1000 ° C. for 30 minutes.
  • the compound obtained by the heat treatment was uniformly pulverized by a ball mill pulverizing method using a cemented carbide ball media having a diameter of 6 mm. This obtained the raw material powder of the binder phase.
  • cBN sintered body I was obtained according to the method of forming cBN sintered body D.
  • a base material of Sample 54 was formed according to the base material manufacturing method of Sample 1 described above.
  • Sample 55 was manufactured according to the manufacturing method of Sample 1 except that the B layer, the C layer, and the D layer were not formed.
  • Sample 56 was manufactured according to the manufacturing method of Sample 1 except that the A layer and the C layer were not formed.
  • TiCN * 01 to TiCN * 08 in Table 1 are as shown in Table 4.
  • the number of layers * 21 is the sum of the number of B2a compound layers and the number of B2b compound layers
  • the number of layers * 22 is the number of B1 thin film layers and the number of B2 thin film layers. And the sum.
  • flank wear amount VB and surface roughness Rz Using the manufactured samples 1 to 56, cutting (cutting distance: 4 km) was performed according to the following cutting conditions. After that, the flank wear amount VB was measured using an optical microscope, and the surface roughness Rz of the work material surface was measured in accordance with JIS standards. The measurement result of the flank wear amount VB is shown in the column “VB (mm)” in Table 5, and the measurement result of the surface roughness Rz of the work surface is shown in the column “Rz ( ⁇ m)” in Table 5. The smaller the VB, the more excellent the flank wear resistance of the surface-coated boron nitride sintered body tool. The smaller the Rz, the better the surface-coated boron nitride sintered body tool has excellent flank wear resistance, crater wear resistance, and boundary wear resistance. In the present embodiment, it is assumed that Rz is 3 ⁇ m or less.
  • a specific numerical value of the surface roughness Rz of the work material when the surface roughness Rz of the work material exceeds 3.2 ⁇ m, a cutting distance at that time, and a surface roughness Rz of the work material are 3 Using a specific numerical value of the surface roughness Rz of the work material just before exceeding 2 ⁇ m and the cutting distance at that time, the relationship between the cutting distance and the surface roughness Rz of the work material is approximated by a straight line, The cutting distance when the surface roughness Rz of the work material reached 3.2 ⁇ m was measured. The result is shown in the column of “Cutting distance (km)” in Table 5.
  • the surface-coated boron nitride sintered body tool is more excellent in flank wear resistance, crater wear resistance, and boundary wear resistance. In the present embodiment, it is said that the cutting distance is 7 km or more, which is good.
  • Samples 2 to 6, 9 to 13, 15 to 20, 22 to 25, 28 to 30, 33 to 35, 38, 39, 42 to 44, and 46 to 54 have small VB, Rz of 3 ⁇ m or less, and cutting The distance was 7 km or more. Therefore, these samples were found to be excellent in flank wear resistance, crater wear resistance, and boundary wear resistance during low-speed cutting.
  • sample 11 and the sample 56 are considered.
  • the composition of the B layer, the thickness of the B layer, the composition of the D layer, and the thickness of the D layer are very similar between the sample 11 and the sample 56, but the A layer is provided in the sample 11. In contrast, the sample 56 is not provided.
  • Rz is 3 ⁇ m or less and the cutting distance is 9 km or more
  • VB is more than twice that of sample 11
  • Rz is greater than 3 ⁇ m and the cutting distance is less than 3 km. It was.
  • the sample 55 will be considered.
  • the A layer is provided, but the B layer is not provided.
  • Rz was larger than 3 micrometers and the cutting distance was about 3 km.
  • the surface-coated boron nitride sintered body tool that does not include either the A layer or the B layer is not excellent in flank wear resistance, crater wear resistance, and boundary wear resistance during low-speed cutting.
  • the surface-coated boron nitride sintered body tool having both the A layer and the B layer is surprisingly excellent in all of flank wear resistance, crater wear resistance, and boundary wear resistance during low speed cutting. I understood. This was first discovered by the present inventors.
  • Samples 1 to 7 have different thicknesses of the A layer. In Samples 1 and 7, Rz was larger than 3 ⁇ m and the cutting distance was about 3 km. On the other hand, in Samples 2 to 6, Rz was 3 ⁇ m or less, and the cutting distance was 7 km or more. From these facts, if the thickness of the layer A is 0.2 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less, the flank wear resistance, crater wear resistance, and boundary wear resistance of the surface-coated boron nitride sintered body tool at the time of low speed cutting will be improved. I found it to increase.
  • the thickness of the A layer is preferably 0.5 ⁇ m or more and 5 ⁇ m or less, and more preferably 1 ⁇ m or more and 5 ⁇ m or less.
  • Samples 8 to 14 since the thicknesses of the A layer and the entire B layer are different from each other, the thicknesses of the coating layers are different from each other. In samples 8 and 14, Rz was larger than 3 ⁇ m and the cutting distance was about 3 km. On the other hand, in Samples 9 to 13, Rz was 3 ⁇ m or less, and the cutting distance was 8 km or more. From these facts, if the thickness of the coating layer is 0.25 ⁇ m or more and 15 ⁇ m or less, the flank wear resistance, crater wear resistance, and boundary wear resistance of the surface-coated boron nitride sintered body tool at the time of low speed cutting will be improved. I found it to increase.
  • the thickness of the coating layer is preferably 0.5 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less, and more preferably 0.5 ⁇ m or more and 5 ⁇ m or less.
  • Samples 15 to 20> Although the thickness of the C layer was different from each other, Rz was 3 ⁇ m or less, and the cutting distance was 8 km or more. In Samples 16 to 19, Rz was 2.5 ⁇ m or less, and the cutting distance was 8.5 km or more. Accordingly, the thickness of the C layer is preferably 0.005 ⁇ m or more and 0.5 ⁇ m or less, more preferably 0.01 ⁇ m or more and 0.5 ⁇ m or less, and 0.01 ⁇ m or more and 0.2 ⁇ m or less. It turns out that it is even more preferable.
  • Samples 21 to 26 the compositions of the B1 thin film layer and the B2a compound layer are different from each other.
  • Rz was larger than 3 ⁇ m and the cutting distance was about 3 to 4 km.
  • Rz was 2.7 ⁇ m or less, and the cutting distance was 7.5 km or more.
  • the Si composition is preferably 0.05 or more and 0.25 or less, and more preferably 0.05 or more and 0.2 or less.
  • Samples 27 to 31 the thicknesses of the B1 thin film layer and the B2 thin film layer are different from each other.
  • Rz was larger than 3 ⁇ m and the cutting distance was about 3 to 3.5 km.
  • Rz was 3 ⁇ m or less and the cutting distance was 7.5 km or more. From these facts, if the thickness of each of the B1 thin film layer and the B2 thin film layer is greater than 30 nm and less than 200 nm, the flank wear resistance and crater wear resistance of the surface-coated boron nitride sintered tool during low-speed cutting. And increased resistance to boundary wear.
  • each of the B1 thin film layer and the B2 thin film layer is preferably 40 nm or more and 180 nm or less.
  • Samples 32 to 36 the thicknesses of the B2a compound layers are different from each other.
  • Rz was larger than 3 ⁇ m and the cutting distance was 3.5 km.
  • Rz was 3 ⁇ m or less, and the cutting distance was 7.5 km or more. From these facts, if the thickness of the B2a compound layer is 0.5 nm or more and less than 30 nm, the flank wear resistance, crater wear resistance, and boundary wear resistance of the surface-coated boron nitride sintered body tool during low-speed cutting. was found to increase.
  • the B2a compound layer is preferably 1 nm to 25 nm, more preferably 1 nm to 20 nm, and even more preferably 1 nm to 10 nm.
  • Samples 37 to 40 the compositions of the B2b compound layers are different from each other.
  • Rz was about 4 ⁇ m and the cutting distance was about 3 km.
  • Rz was 2.6 ⁇ m or less, and the cutting distance was 8 km or more. Therefore, if the Al composition of the B2b compound layer is 0.23 or more and 0.8 or less, the flank wear resistance, crater wear resistance, and boundary resistance of the surface-coated boron nitride sintered body tool at the time of low-speed cutting. It was found that the wear resistance was increased.
  • the Al composition of the B2b compound layer is preferably 0.5 or more and 0.75 or less, and more preferably 0.6 or more and 0.75 or less.
  • Samples 41 to 45 the thicknesses of the B2b compound layers are different from each other.
  • Rz was larger than 3.5 ⁇ m and the cutting distance was about 3 km.
  • Rz was 2.5 ⁇ m or less, and the cutting distance was 8 km or more. From these facts, if the thickness of the B2b compound layer is 0.5 nm or more and less than 30 nm, the flank wear resistance, crater wear resistance, and boundary wear resistance of the surface-coated boron nitride sintered body tool during low-speed cutting. was found to increase.
  • the thickness of the B2b compound layer is preferably 1 nm or more and 25 nm or less, more preferably 3 nm or more and 20 nm or less, and further preferably 5 nm or more and 20 nm or less.
  • samples 46 to 54 the compositions of the cBN sintered bodies were different from each other, but Rz was 3 ⁇ m or less and the cutting distance was 7 km or more. In samples 48 to 54, Rz was 2.4 ⁇ m or less, and the cutting distance was about 9 km. Therefore, the volume content of cubic boron nitride in the cubic boron nitride sintered body is preferably 30% by volume to 85% by volume, and more preferably 50% by volume to 65% by volume. I found it preferable.

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Abstract

　表面被覆窒化硼素焼結体工具は、少なくとも切れ刃部分が立方晶窒化硼素焼結体と立方晶窒化硼素焼結体の表面上に形成された被覆層（１０）とを含む。被覆層（１０）のＢ層（３０）は、組成の異なる２種以上の薄膜層（３１，３２）が交互にそれぞれ１つ以上積層されてなる。薄膜層の１種であるＢ１薄膜層（３１）の厚さは、３０ｎｍよりも大きく２００ｎｍ未満である。薄膜層の１種であってＢ１薄膜層（３１）とは異なるＢ２薄膜層（３２）は、組成の異なる２種以上の化合物層（３２Ａ，３２Ｂ）が交互にそれぞれ１つ以上積層されてなり、化合物層（３２Ａ，３２Ｂ）のそれぞれの厚さは、０．５ｎｍ以上３０ｎｍ未満である。

Description

表面被覆窒化硼素焼結体工具
　本発明は、少なくとも切れ刃部分が、立方晶窒化硼素焼結体と立方晶窒化硼素焼結体の表面上に形成された被覆膜とを含む表面被覆窒化硼素焼結体工具に関する。
　立方晶窒化硼素焼結体の表面をセラミックス等の被覆膜で被覆した工具は、優れた耐摩耗性を発揮するため、焼入鋼の切削加工用の切削工具として用いられている。昨今、このような切削加工においては高精度が要求されており、被削材表面の面粗度を向上させることが求められている。
　このような要求を満たすため、たとえば国際公開第２０１０／１５０３３５号パンフレット（特許文献１）および国際公開第２０１２／００５２７５号パンフレット（特許文献２）は、立方晶窒化硼素焼結体の表面を特定のセラミックス組成の多層からなる下部層と化合物層からなる上部層とで構成される被覆膜で被覆した工具を提案している。
　また、このような多層で被覆した工具の基材としては、立方晶窒化硼素焼結体ばかりではなく、たとえば超硬合金等も用いられている（特開２００８－１８８６８９号公報（特許文献３）および特表２００８－５３４２９７号公報（特許文献４））。
国際公開第２０１０／１５０３３５号パンフレット 国際公開第２０１２／００５２７５号パンフレット 特開２００８－１８８６８９号公報 特表２００８－５３４２９７号公報
　鋼加工を行なう切削工具として、超硬合金からなる基材の表面をセラミックス組成の多層により被覆した工具を用いると、耐摩耗性が向上することが知られている。しかしながら、焼入鋼の加工を行なう場合、この用途に用いられる立方晶窒化硼素焼結体を基材とする切削工具の表面を、セラミックス組成の多層により被覆しても耐摩耗性を向上させることはできなかった。また、被削材表面の面粗度のさらなる向上も要求されている。たとえば、低速で焼入鋼の加工等を行った場合でも、被削材表面の面粗度の向上が要求されている。
　本発明は、このような状況に鑑みなされたものであって、その目的とするところは、焼入鋼の加工等において、特に、低速で焼入鋼の加工等を行った場合において、少なくとも切れ刃部分が立方晶窒化硼素焼結体からなる基材を含む工具の耐摩耗性を向上させることにある。
　本発明者は、上記課題を解決するために、焼入鋼の加工を行なう場合に発生する工具の摩耗の状況を詳細に検討した。その結果、通常のクレータ摩耗および逃げ面摩耗に加えて、摩耗部の一方端である前切れ刃の境界部において境界摩耗が発生することが明らかとなり、この境界摩耗が工具寿命に最も大きな影響を与えていることが判明した。このような境界摩耗は低速で焼入鋼の加工等を行った場合でも発生すると考えられる。低速で焼入鋼の加工等を行うと、前切れ刃の境界部では切り屑の厚さが無限小となるので、引張応力が発生し、その結果、工具の被覆層が機械的に摩耗すると考えられるからである。
　本発明者は、この知見に基づき検討を重ねた結果、この境界摩耗を抑制するためには特定の組成の層を特定の積層態様で積層させることが最も効果的であるとのさらなる知見を得、この知見に基づきさらに検討を重ねることによって本発明を完成させた。
　本発明の表面被覆窒化硼素焼結体工具は、少なくとも切れ刃部分が立方晶窒化硼素焼結体と立方晶窒化硼素焼結体の表面上に形成された被覆層とを含む。立方晶窒化硼素焼結体は、立方晶窒化硼素を３０体積％以上８０体積％以下含み、元素の周期表の第４族元素、第５族元素および第６族元素の窒化物、炭化物、硼化物、酸化物ならびにこれらの固溶体からなる群の中から選択された少なくとも１種の化合物とアルミニウム化合物と不可避不純物とを含む結合相をさらに含む。被覆層は、Ａ層とＢ層とを含む。Ａ層は、ＭＬａza1（Ｍは元素の周期表の第４族元素、第５族元素および第６族元素、ＡｌならびにＳｉの１種以上を表わし、ＬａはＢ、Ｃ、ＮおよびＯの１種以上を表わし、ｚａ１は０．８５以上１．０以下である）からなる。Ｂ層は、組成の異なる２種以上の薄膜層が交互にそれぞれ１つ以上積層されてなる。薄膜層のそれぞれの厚さは、３０ｎｍよりも大きく２００ｎｍ未満である。薄膜層の１種であるＢ１薄膜層は、（Ｔｉ1-xb1-yb1Ｓｉxb1Ｍ１yb1）（Ｃ1-zb1Ｎzb1）（Ｍ１はＴｉを除く元素の周期表の第４族元素、第５族元素および第６族元素ならびにＡｌの１種以上を表わし、ｘｂ１は０．０１以上０．２５以下であり、ｙｂ１は０以上０．７以下であり、ｚｂ１は０．４以上１以下である）からなる。薄膜層の１種であってＢ１薄膜層とは異なるＢ２薄膜層は、組成の異なる２種以上の化合物層が交互にそれぞれ１つ以上積層されてなる。化合物層のそれぞれの厚さは、０．５ｎｍ以上３０ｎｍ未満である。化合物層の１種であるＢ２ａ化合物層は、（Ｔｉ1-xb2-yb2Ｓｉxb2Ｍ２yb2）（Ｃ1-zb2Ｎzb2）（Ｍ２はＴｉを除く元素の周期表の第４族元素、第５族元素および第６族元素ならびにＡｌの１種以上を表わし、ｘｂ２は０．０１以上０．２５以下であり、ｙｂ２は０以上０．７以下であり、ｚｂ２は０．４以上１以下である）からなる。化合物層の１種であってＢ２ａ化合物層とは異なるＢ２ｂ化合物層は、（Ａｌ1-xb3Ｍ３xb3）（Ｃ1-zb3Ｎzb3）（Ｍ３は元素の周期表の第４族元素、第５族元素および第６族元素ならびにＳｉの１種以上を表わし、ｘｂ３は０．２以上０．７７以下であり、ｚｂ３は０．４以上１以下である）からなる。Ａ層の厚さは、０．２μｍ以上１０μｍ以下である。Ｂ層の厚さは、０．０５μｍ以上５μｍ以下である。被覆層全体の厚さは、０．２５μｍ以上１５μｍ以下である。
　本発明では、焼入鋼の加工等において、特に、低速で焼入鋼の加工等を行った場合において、少なくとも切れ刃部分が立方晶窒化硼素焼結体からなる基材を含む工具の耐摩耗性を向上させることができる。
本発明の実施例における表面被覆窒化硼素焼結体工具の構成の一例を示す断面図である。 本発明の実施例における表面被覆窒化硼素焼結体工具の要部の構成の一例を示す断面図である。
　以下、本発明についてさらに詳細に説明する。なお、以下の実施の形態の説明では、図面を用いて説明しているが、本願の図面において同一の参照符号を付したものは、同一部分または相当部分を示している。
　＜表面被覆窒化硼素焼結体工具の構成＞
　本発明にかかる表面被覆窒化硼素焼結体工具の少なくとも切れ刃部分は、立方晶窒化硼素焼結体（以下では「ｃＢＮ焼結体」と記す。「ｃＢＮ」は「cubic Boron Nitride」の略語である。）と、ｃＢＮ焼結体の表面上に形成された被覆層とを含む。このような基本的構成を有する表面被覆窒化硼素焼結体工具は、焼結合金や難削鋳鉄の機械加工（たとえば切削加工）または焼入鋼の加工において特に有効に用いることができる他、これら以外の一般的な金属の各種加工においても好適に用いることができる。
　＜ｃＢＮ焼結体＞
　ｃＢＮ焼結体は、表面被覆窒化硼素焼結体工具の切れ刃部分のうち当該工具の基材を構成するものであり、３０体積％以上８０体積％以下の立方晶窒化硼素（以下では「ｃＢＮ」と記す）を含み、結合相をさらに含む。ここで、結合相は、元素の周期表の第４族元素、第５族元素および第６族元素の窒化物、炭化物、硼化物、酸化物ならびにこれらの固溶体からなる群の中から選択された少なくとも１種の化合物とアルミニウム化合物と不可避不純物とを含み、ｃＢＮ同士を互いに結合する。ｃＢＮ焼結体が３０体積％以上のｃＢＮを含んでいれば、表面被覆窒化硼素焼結体工具の基材の耐摩耗性の低下を防止できる。また、ｃＢＮ焼結体が８０体積％以下のｃＢＮを含んでいれば、ｃＢＮ焼結体においてｃＢＮを分散させることができるので、結合相によるｃＢＮ同士の接合強度を確保することができる。本明細書では、ｃＢＮの含有体積率は次に示す方法にしたがって求められたものである。ｃＢＮ焼結体を鏡面研磨し、任意の領域のｃＢＮ焼結体組織の反射電子像を電子顕微鏡にて２０００倍で写真撮影する。このとき、ｃＢＮからなる粒子（以下では「ｃＢＮ粒子」と記す。）は黒色領域となり、結合相は灰色領域または白色領域となる。撮影されたｃＢＮ焼結体組織の写真からｃＢＮ焼結体領域と結合相領域とを画像処理により２値化し、ｃＢＮ粒子の占有面積を求める。求められたｃＢＮ粒子の占有面積を以下に示す式に代入すれば、ｃＢＮの含有体積率が求まる。
（ｃＢＮの含有体積率）＝（ｃＢＮ粒子の占有面積）÷（撮影されたｃＢＮ焼結体組織の面積）×１００。
　好ましくは、ｃＢＮ焼結体が５０体積％以上６５体積％以下のｃＢＮを含むことである。ｃＢＮ焼結体が５０体積％以上のｃＢＮを含んでいれば、耐摩耗性と耐欠損性とのバランスに優れた表面被覆窒化硼素焼結体工具の基材を提供することができる。また、ｃＢＮ焼結体が６５体積％以下のｃＢＮを含んでいれば、結合相によるｃＢＮ同士の接合強度を高めることができる。
　好ましくは、ｃＢＮ焼結体と被覆層との界面では、ｃＢＮ粒子が結合相よりも被覆層側に突出していることである。これにより、ｃＢＮ焼結体と被覆層との密着性を高めることができる。より好ましくは、ｃＢＮ粒子と結合相との段差が０．０５μｍ以上１．０μｍ以下であることである。この段差が０．０５μｍ以上であれば、アンカー効果を得ることができる。また、この段差が１．０μｍ以下であれば、ｃＢＮ粒子がｃＢＮ焼結体から脱落することを防止できる。さらに好ましくは、ｃＢＮ粒子と結合相との段差が０．１μｍ以上０．５μｍ以下であることである。この段差が０．１μｍ以上であれば、アンカー効果を有効に得ることができる。また、この段差が０．５μｍ以下であれば、ｃＢＮ粒子がｃＢＮ焼結体から脱落することをさらに防止できる。本明細書では、上記段差は、後述する被覆層の全体の厚さなどの測定方法と同一の方法にしたがって測定されたものである。
　好ましくは、ｃＢＮ焼結体におけるｃＢＮの体積含有率は、ｃＢＮ焼結体と被覆層との界面からｃＢＮ焼結体の内部へ向かうにつれて高くなることである。これにより、ｃＢＮ焼結体と被覆層との界面では、結合相の体積含有率がｃＢＮの体積含有率よりも高いので、ｃＢＮ焼結体と被覆層との密着性を高めることができる。一方、ｃＢＮ焼結体の内部では、ｃＢＮの体積含有率の方が結合相の体積含有率よりも高いので、ｃＢＮ焼結体の耐欠損性を向上させることができる。たとえば、ｃＢＮの体積含有率は、被覆層との界面側（ｃＢＮ焼結体と被覆層との界面からｃＢＮ焼結体の内部へ向かって０μｍ以上２０μｍ以下離れた領域）では４０体積％であり、ｃＢＮ焼結体の厚さ方向中央付近（ｃＢＮ焼結体と被覆層との界面からｃＢＮ焼結体の内部へ向かって２０μｍを超えて１００μｍ以下離れた領域）では６０体積％である。
　好ましくは、ｃＢＮ焼結体に含まれるｃＢＮ粒子の粒径は、ｃＢＮ焼結体と被覆層との界面からｃＢＮ焼結体の内部へ向かうにつれて大きくなることである。これにより、ｃＢＮ焼結体と被覆層との界面では、ｃＢＮ粒子の粒径は小さいので、ｃＢＮ焼結体と被覆層との密着性を高めることができる。一方、ｃＢＮ焼結体の内部では、ｃＢＮ粒子の粒径は大きいので、靱性を高めることができる。たとえば、ｃＢＮ粒子の粒径は、ｃＢＮ焼結体と被覆層との界面からｃＢＮ焼結体の内部へ向かって０μｍ以上２０μｍ以下離れた領域では０．１μｍ以上１μｍ以下であり、ｃＢＮ焼結体と被覆層との界面からｃＢＮ焼結体の内部へ向かって２０μｍを超えて３００μｍ以下離れた領域では２μｍ以上１０μｍ以下である。本明細書では、ｃＢＮ粒子の粒径は次に示す方法にしたがって求められたものである。ｃＢＮの含有体積率を求めるさいに得られたｃＢＮ焼結体組織の反射電子像においてｃＢＮ粒子に外接する円の直径を測定し、測定された直径をｃＢＮ粒子の粒径としている。
　なお、ｃＢＮ焼結体は、表面被覆窒化硼素焼結体工具の切れ刃部分に設けられていればよい。そのため、表面被覆窒化硼素焼結体工具の基材は、ｃＢＮ焼結体からなる切れ刃部分と、ｃＢＮ焼結体とは異なる材料（たとえば超硬合金）からなる基材本体とを含んでいてもよい。この場合、ｃＢＮ焼結体からなる切れ刃部分はロウ材等を介して基材本体に接着されていることが好ましく、ロウ材の材料としては、接合強度または融点を考慮して選定することができる。また、ｃＢＮ焼結体は、表面被覆窒化硼素焼結体工具の基材全体を構成していてもよい。
　＜被覆層＞
　被覆層は、Ａ層とＢ層とを含む。本発明の被覆層は、Ａ層とＢ層とを含む限り、Ａ層およびＢ層以外に他の層を含んでいても差し支えない。このような他の層としては、たとえば後述のようなＡ層とＢ層との間に設けられるＣ層または最下層であるＤ層などを挙げることができるが、これらのみに限られるものではない。
　被覆層の厚さは、０．２５μｍ以上１５μｍ以下である。被覆層の厚さが０．２５μｍ以上であれば、被覆層の厚さが薄いことに起因する表面被覆窒化硼素焼結体工具の耐摩耗性の低下を防止することができる。被覆層の厚さが１５μｍ以下であれば、切削初期における被覆層の耐チッピング性を高めることができる。好ましくは、被覆層の厚さが０．７μｍ以上４μｍ以下である。
　本明細書では、被覆層の全体の厚さおよび後述の各層の厚さならびに積層数は、いずれも表面被覆窒化硼素焼結体工具を切断し、その断面をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）またはＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）を用いて観察することにより求められたものである。また、被覆層を構成する後述のような各層の組成は、ＳＥＭまたはＴＥＭ付帯のＥＤＸ分析器（エネルギー分散型Ｘ線分析器）を用いて測定されたものである。
　被覆層は、表面被覆窒化硼素焼結体工具の切れ刃部分にのみ設けられていればよいが、表面被覆窒化硼素焼結体工具の基材の表面全面を被覆していてもよいし、切れ刃部分とは異なる部分の一部において設けられていなくてもよい。また、切れ刃部分とは異なる部分では、被覆層の一部の積層構成が部分的に異なっていてもよい。
　＜Ａ層＞
　Ａ層は、ＭＬａza1（Ｍは元素の周期表の第４族元素、第５族元素および第６族元素、ＡｌならびにＳｉの１種以上を表わし、ＬａはＢ、Ｃ、ＮおよびＯの１種以上を表わし、ｚａ１は０．８５以上１．０以下である）からなる。これにより、Ａ層は、滑らかに摩耗する。別の言い方をすると、Ａ層は、剥離、割れ、または、チッピングなどを伴うことなく摩耗する。よって、表面被覆窒化硼素焼結体工具の耐クレータ摩耗性または耐逃げ面摩耗性などを高めることができる。
　好ましくは、Ａ層は、（Ｔｉ1-xaＭａxa）（Ｃ1-za2Ｎza2）（ＭａはＴｉを除く元素の周期表の第４族元素、第５族元素および第６族元素、ＡｌならびにＳｉの１種以上を表わし、ｘａは０以上０．７以下であり、ｚａ２は０以上１以下である）からなることである。Ａ層がＴｉを含んでいれば、摩耗時におけるＡ層の剥離、割れ、または、チッピングなどをさらに防止することができる。より好ましくは、Ｍａの組成ｘａが０以上０．３以下であることである。これにより、摩耗時におけるＡ層の剥離、割れ、または、チッピングなどをさらに防止することができる。なお、Ａ層が（Ｔｉ1-xa(1)-xa(2)Ｍａ（１）xa(1)Ｍａ（２）xa(2)）（Ｃ1-za2Ｎza2）からなる場合には、ｘａ（１）とｘａ（２）との和は、０以上０．７以下であることが好ましく、０以上０．３以下であることがより好ましい。このことは、以下に示すＢ層、Ｃ層およびＤ層においても言える。
　好ましくは、Ａ層では、Ｎの組成は、ｃＢＮ焼結体側から当該Ａ層の表面側へ向かってステップ状または傾斜状に変化することである。たとえばＡ層のｃＢＮ焼結体側においてＮの組成が大きければ、耐欠損性および耐剥離性を高めることができる。また、Ａ層の表面側においてＮの組成が小さければ、摩耗時におけるＡ層の剥離、割れ、または、チッピング等をさらに防止することができる。ここで、「Ｎの組成がｃＢＮ焼結体側からＡ層の表面側へ向かってステップ状に変化する」とは、Ｎの組成がｃＢＮ焼結体側からＡ層の表面側へ向かって不連続に減少または増加することを意味し、たとえばＮの組成が互いに異なる２以上の層を積層することにより得られる構成である。また、「Ｎの組成がｃＢＮ焼結体側からＡ層の表面側へ向かって傾斜状に変化する」とは、Ｎの組成がｃＢＮ焼結体側からＡ層の表面側へ向かって連続に減少または増加することを意味し、たとえばＮの原料ガスとＣの原料ガスとの流量比を連続的に変化させて形成することにより得られる構成である。
　好ましくは、Ａ層は、当該Ａ層の表面側に、ｃＢＮ焼結体側よりもＣの組成の高い領域を有することである。これによっても、Ａ層のｃＢＮ焼結体側では耐欠損性および耐剥離性を高めることができ、Ａ層の表面側では摩耗時におけるＡ層の剥離、割れ、または、チッピングなどをさらに防止することができる。ここで、Ａ層のｃＢＮ焼結体側とは、ｃＢＮ焼結体の最も近くに位置するＡ層の面からＡ層の内部へ向かって０μｍ以上０．１μｍ以下離れた領域を意味する。また、Ａ層の表面側とは、Ａ層のｃＢＮ焼結体側とは反対側を意味し、ｃＢＮ焼結体とは最も離れて位置するＡ層の面からＡ層の内部へ向かって０μｍ以上０．１μｍ以下離れた領域を意味する。
　Ａ層の厚さは、０．２μｍ以上１０μｍ以下である。Ａ層の厚さが０．２μｍ以上であれば、耐クレータ摩耗性または耐逃げ面摩耗性などに優れた表面被覆窒化硼素焼結体工具を提供することができる。一方、Ａ層の厚さが１０μｍを超えると、表面被覆窒化硼素焼結体工具の耐クレータ摩耗性または耐逃げ面摩耗性などをさらに向上させることが難しいことがある。
　好ましくは、Ａ層がＢ層よりも表面被覆窒化硼素焼結体工具の表面側に設けられていることである。これにより、Ａ層が滑らかに摩耗してクラックの発生を防止することができる。クラックが発生した場合であっても、Ｂ層が、発生したクラックの基材側への伝搬を防止することができる。
　＜Ｂ層＞
　Ｂ層は、組成の異なる２種以上の薄膜層が交互にそれぞれ１つ以上積層されてなる。以下では、Ｂ層として、Ｂ１薄膜層とＢ２薄膜層とが交互にそれぞれ１つ以上積層されて構成されたものを挙げるが、本発明のＢ層は、Ｂ１薄膜層とＢ２薄膜層とを含む限り、Ｂ１薄膜層およびＢ２薄膜層以外に他の層を含んでいても差し支えない。Ｂ層の厚さは、０．０５μｍ以上５μｍ以下である。
　好ましくは、Ｂ層全体におけるＳｉ組成の平均値が０．００３以上０．２５以下であることである。これにより、Ｂ層の耐剥離性を高めることができるので、酸素がＢ層とＡ層または基材との界面に侵入することを防止することができる。Ｂ層全体におけるＳｉ組成の平均値は、より好ましくは０．００５以上０．２以下であり、さらに好ましくは０．００５以上０．１５以下である。本明細書では、Ｂ層全体におけるＳｉ組成の平均値は、次の計算式を用いて求められたものである。
（Ｂ層全体におけるＳｉ組成の平均値）＝［｛（Ｂ層を構成する各層のＳｉ組成）×（当該各層の厚さ）｝の総和］÷（Ｂ層全体の厚さ）。
　Ｂ１薄膜層は、（Ｔｉ1-xb1-yb1Ｓｉxb1Ｍ１yb1）（Ｃ1-zb1Ｎzb1）（Ｍ１はＴｉを除く元素の周期表の第４族元素、第５族元素および第６族元素ならびにＡｌの１種以上を表わし、ｘｂ１は０．０１以上０．２５以下であり、ｙｂ１は０以上０．７以下であり、ｚｂ１は０．４以上１以下である）からなる。好ましくは、Ｍ１がＣｒ、ＮｂおよびＷの少なくとも１種以上を表わすことである。Ｍ１の組成ｙｂ１は、好ましくは０以上０．４以下であり、より好ましくは０．０５以上０．１５以下である。Ｂ１薄膜層の厚さは、３０ｎｍよりも大きく２００ｎｍ未満である。
　Ｂ２薄膜層は、組成の異なる２種以上の化合物層が交互にそれぞれ１つ以上積層されてなる。以下では、Ｂ２薄膜層として、Ｂ２ａ化合物層とＢ２ｂ化合物層とが交互にそれぞれ１つ以上積層されて構成されたものを挙げるが、本発明のＢ２薄膜層は、Ｂ２ａ化合物層とＢ２ｂ化合物層とを含む限り、Ｂ２ａ化合物層およびＢ２ｂ化合物層以外に他の層を含んでいても差し支えない。Ｂ２薄膜層の厚さは、３０ｎｍよりも大きく２００ｎｍ未満である。
　Ｂ２ａ化合物層は、（Ｔｉ1-xb2-yb2Ｓｉxb2Ｍ２yb2）（Ｃ1-zb2Ｎzb2）（Ｍ２はＴｉを除く元素の周期表の第４族元素、第５族元素および第６族元素ならびにＡｌの１種以上を表わし、ｘｂ２は０．０１以上０．２５以下であり、ｙｂ２は０以上０．７以下であり、ｚｂ２は０．４以上１以下である）からなる。Ｍ２は、好ましくはＣｒ、ＮｂおよびＷの少なくとも１種以上を表わすことであり、より好ましくはＭ１と同じ元素を表わすことである。Ｍ２の組成ｙｂ２は、好ましくは０以上０．４以下であり、より好ましくは０．０５以上０．１５以下である。さらに好ましくはＭ１の組成ｙｂ１と同じ値を示すことである。Ｂ２ａ化合物層の厚さは、０．５ｎｍ以上３０ｎｍ未満である。
　Ｂ２ｂ化合物層は、（Ａｌ1-xb3Ｍ３xb3）（Ｃ1-zb3Ｎzb3）（Ｍ３は元素の周期表の第４族元素、第５族元素および第６族元素ならびにＳｉの１種以上を表わし、ｘｂ３は０．２以上０．７７以下であり、ｚｂ３は０．４以上１以下である）からなる。好ましくは、Ｍ３がＴｉおよびＣｒの少なくとも１つを表わすことである。Ｍ３の組成ｘｂ３は、好ましくは０．２５以上０．５以下であり、より好ましくは０．２５以上０．４以下である。Ｂ２ｂ化合物層の厚さは、０．５ｎｍ以上３０ｎｍ未満である。
　なお、Ｂ層の最下層は、Ｂ１薄膜層であってもよいし、Ｂ２薄膜層であってもよい。Ｂ層の最上層は、Ｂ１薄膜層であってもよいし、Ｂ２薄膜層であってもよい。Ｂ２薄膜層の最下層は、Ｂ２ａ化合物層であってもよいし、Ｂ２ｂ化合物層であってもよい。Ｂ２薄膜層の最上層は、Ｂ２ａ化合物層であってもよいし、Ｂ２ｂ化合物層であってもよい。
　好ましくは、Ｂ１薄膜層の平均厚さｔ１とＢ２薄膜層の平均厚さｔ２との比であるｔ２／ｔ１が０．５＜ｔ２／ｔ１≦１０．０を満たすことである。これにより、表面被覆窒化硼素焼結体工具の耐境界摩耗性など（特に低速切削時における表面被覆窒化硼素焼結体工具の耐境界摩耗性など）をより向上させることができる。本明細書では、Ｂ１薄膜層の平均厚さｔ１は、次の計算式を用いて求められたものである。Ｂ２薄膜層の平均厚さｔ２も同様である。
（Ｂ１薄膜層の平均厚さｔ１）＝（Ｂ１薄膜層の厚さの合計）÷（Ｂ１薄膜層の層数）。
　より好ましくは、ｔ２／ｔ１が１．５＜ｔ２／ｔ１≦５．０を満たすことである。これにより、表面被覆窒化硼素焼結体工具の耐境界摩耗性など（特に低速切削時における表面被覆窒化硼素焼結体工具の耐境界摩耗性など）をさらに向上させることができる。よって、繰り返される衝撃または振動などに対して優れた耐摩耗性を有する表面被覆窒化硼素焼結体工具を提供することができる。さらに好ましくは、ｔ２／ｔ１が２．０＜ｔ２／ｔ１≦４．５を満たすことである。
　さらに好ましくは、Ａ層がＢ層よりも表面側に設けられている場合には、ｔ２／ｔ１は、ｃＢＮ焼結体側では１．５＜ｔ２／ｔ１≦５．０を満たし、Ａ層側に向かうにつれて小さくなり、Ａ層側では１．２＜ｔ２／ｔ１＜２を満たすことである。これにより、Ｂ層のＡ層側では、クラックの発生を防止することができ、Ｂ層のｃＢＮ焼結体側では、クラックがｃＢＮ焼結体側へ伝搬することを防止することができる。ここで、Ｂ層のＡ層側とは、Ａ層の最も近くに位置するＢ１薄膜層およびＢ２薄膜層を意味する。また、Ｂ層のｃＢＮ焼結体側とは、ｃＢＮ焼結体の最も近くに位置するＢ１薄膜層およびＢ２薄膜層を意味する。
　＜Ｃ層＞
　好ましくは、被覆層がＡ層とＢ層との間に設けられたＣ層をさらに含むことであり、Ｃ層がＭｃＬｃzc（Ｍｃは元素の周期表の第４族元素、第５族元素および第６族元素、ＡｌならびにＳｉの１種以上を表わし、ＬｃはＢ、Ｃ、ＮおよびＯの１種以上を表わし、ｚｃは０以上０．８５以下である）からなることである。これにより、Ａ層とＢ層との密着性を高めることができる。また、Ａ層がＢ層よりも表面側に設けられている場合には、Ａ層で発生したクラックの基材側への伝搬をＣ層で止めることができる。
　より好ましくは、Ｃ層の厚さが０．００５μｍ以上０．５μｍ以下であることである。Ｃ層の厚さが０．００５μｍ以上であれば、Ｃ層を設けたことにより得られる効果を十分に得ることができる。Ｃ層の厚さが０．５μｍ以下であれば、Ｃ層を設けたことにより被覆層の厚さが大きくなりすぎることを防止することができる。さらに好ましくは、Ｃ層の厚さが０．０１μｍ以上０．２μｍ以下であることである。
　より好ましくは、Ｃ層を構成するＭｃＬｃzcでは、Ｌｃの組成ｚｃが０よりも大きく０．７未満であることである。Ｌｃの組成ｚｃが０よりも大きければ、Ｃ層の耐熱性および化学的な耐摩耗性を高めることができるので、Ａ層で発生したクラックの基材側への伝搬をＣ層で有効に止めることができる。さらに好ましくは、Ｌｃの組成ｚｃが０．２以上０．５以下であることである。
　より好ましくは、Ｃ層は、Ａ層およびＢ層を構成する元素の少なくとも１種以上を含むことである。Ｃ層がＡ層を構成する元素の少なくとも１種以上を含むのであれば、Ａ層とＣ層との密着性を高めることができる。Ｃ層がＢ層を構成する元素の少なくとも１種以上を含むのであれば、Ｂ層とＣ層との密着性を高めることができる。さらに好ましくは、Ｃ層は、Ａ層およびＢ層のそれぞれのうちＣ層側に位置する部分を構成する元素の少なくとも１種以上を含むことである。
　＜Ｄ層＞
　好ましくは、被覆層が基材とＢ層との間に設けられたＤ層をさらに含むことであり、Ｄ層がＭｄＬｄzd（Ｍｄは元素の周期表の第４族元素、第５族元素および第６族元素、ＡｌならびにＳｉの１種以上を表わし、ＬｄはＢ、Ｃ、ＮおよびＯの１種以上を表わし、ｚｄは０．８５以上１．０以下である）からなることである。このようなＤ層はｃＢＮ焼結体との密着性に優れる。よって、被覆層がＤ層をさらに含むのであれば、ｃＢＮ焼結体と被覆層との密着性を高めることができる。より好ましくは、Ｄ層を構成するＭｄＬｄzdでは、ＬｄがＮであることである。
　より好ましくは、Ｄ層が（Ａｌ1-xdＭｄ２xd）Ｌｄzd（Ｍｄ２は、元素の周期表の第４族元素、第５族元素および第６族元素ならびにＳｉの１種以上を表わし、ｘｄは０．２５以上０．４５以下である）からなることである。Ｄ層がＡｌを含んでいれば、ｃＢＮ焼結体と被覆層との密着性をより高めることができる。さらに好ましくは、Ｄ層を構成する（Ａｌ1-xdＭｄ２xd）Ｌｄzdでは、Ｍｄ２がＴｉ、ＣｒおよびＶの少なくとも１種以上であることである。
　より好ましくは、Ｄ層の厚さが０．０５μｍ以上１．０μｍ以下である。Ｄ層の厚さが０．０５μｍ以上であれば、Ｄ層を設けたことにより得られる効果を十分に得ることができる。Ｄ層の厚さが１．０μｍ以下であれば、Ｄ層を設けたことにより被覆層の厚さが大きくなりすぎることを防止することができる。さらに好ましくは、Ｄ層の厚さが０．１μｍ以上０．５μｍ以下であることである。
　＜表面被覆窒化硼素焼結体工具の製造方法＞
　本発明にかかる表面被覆窒化硼素焼結体工具の製造方法は、たとえば、ｃＢＮ焼結体を少なくとも切れ刃部分に有する基材を準備する工程と、少なくともｃＢＮ焼結体の表面上に被覆層を形成する工程とを含む。基材を準備する工程は、ｃＢＮ焼結体を形成する工程を含むことが好ましく、ｃＢＮ焼結体を形成する工程は、ｃＢＮ粒子と結合相の原料粉末との混合物を高温高圧下で焼結させる工程を含むことが好ましい。基材を準備する方法は、所定の形状を有する基材本体にｃＢＮ焼結体を接合させる工程をさらに含むことがより好ましい。
　被覆層を形成する工程は、アークイオンプレーティング法（真空アーク放電を利用して固体材料を蒸発させるイオンプレーティング法）またはスパッタ法により被覆層を形成する工程を含むことが好ましい。アークイオンプレーティング法では、被覆層を構成することになる金属種を含む金属蒸発源とＣＨ4、Ｎ2またはＯ2などの反応ガスとを用いて、被覆層を形成することができる。被覆層を形成する条件としては、公知の条件を採用することができる。また、スパッタ法では、被覆層を構成することになる金属種を含む金属蒸発源とＣＨ4、Ｎ2またはＯ2などの反応ガスとＡｒ、ＫｒまたはＸｅなどのスバッタガスとを用いて、被覆層を形成することができる。被覆層を形成する条件としては、公知の条件を採用することができる。
　以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
　＜表面被覆窒化硼素焼結体工具の製造＞
　図１は、実施例における表面被覆窒化硼素焼結体工具の構成の一例を示す断面図である。図２は、実施例における表面被覆窒化硼素焼結体工具の要部の構成の一例を示す断面図である。
　＜試料１の製造＞
　＜ｃＢＮ焼結体Ａの形成＞
　まず、原子比でＴｉ：Ｎ＝１：０．６となるように、平均粒子径が１μｍのＴｉＮ粉末と平均粒子径が３μｍのＴｉ粉末とを混合した。得られた混合物を真空中で１２００℃で３０分間、熱処理してから、粉砕した。これにより、ＴｉＮ0.6からなる金属間化合物粉末を得た。
　次に、質量比でＴｉＮ0.6：Ａｌ＝９０：１０となるように、ＴｉＮ0.6からなる金属間化合物粉末と平均粒子径が４μｍのＡｌ粉末とを混合した。得られた混合物を真空中で１０００℃で３０分間、熱処理した。熱処理により得られた化合物を、直径が６ｍｍの超硬合金製ボールメディアを用いて、ボールミル粉砕法により均一に粉砕した。これにより、結合相の原料粉末を得た。
　続いて、ｃＢＮ焼結体におけるｃＢＮの含有率が３０体積％となるように平均粒径が１．５μｍのｃＢＮ粒子と結合相の原料粉末とを配合し、直径が３ｍｍの窒化硼素製ボールメディアを用いてボールミル混合法により均一に混合した。得られた混合粉末を超硬合金製支持板に積層してからＭｏ製カプセルに充填した。そののち、超高圧装置を用いて、圧力５．５ＧＰａで温度１３００℃で３０分間焼結した。これにより、ｃＢＮ焼結体Ａを得た。
　＜基材の形成＞
　形状がＩＳＯ規格のＤＮＧＡ１５０４０８であり、超硬合金材料（Ｋ１０相当）からなる基材本体を準備した。準備した基材本体の刃先（コーナ部分）に上記ｃＢＮ焼結体Ａ（形状：頂角が５５°であり当該頂角を挟む両辺がそれぞれ２ｍｍである二等辺三角形を底面とし、厚さが２ｍｍの三角柱状のもの）を接合した。接合には、Ｔｉ－Ｚｒ－Ｃｕからなる口ウ材を用いた。接合体の外周面、上面および下面を研削し、刃先にネガランド形状（ネガランド幅が１５０μｍであり、ネガランド角が２５°）を形成した。このようにして、切れ刃部分がｃＢＮ焼結体Ａからなる基材３を得た。
　得られた基材３を成膜装置内に入れて真空引きを行なった。そののち、５００℃に加熱してからＡｒガスを導入し（圧力１Ｐａ）、基材３にバイアス電圧（－５００Ｖ）をかけて、Ａｒイオンによりエッチングを行なった。そののち、成膜装置内からＡｒガスを排気した。
　＜被覆層の形成＞
　＜Ｄ層の形成＞
　上記成膜装置内でＤ層２０を基材３上に形成した。具体的には、以下に示す条件で、厚さが０．５μｍであるＤ層を蒸着により形成した。
ターゲット：Ａｌを６６原子％、Ｃｒを３４原子％含む
導入ガス：Ｎ2
成膜圧力：５Ｐａ
アーク放電電流：１５０Ａ
基板バイアス電圧：－３５Ｖ
テーブル回転速度：３ｒｐｍ。
　＜Ｂ層の形成＞
　上記成膜装置内でＢ層３０をＤ層２０上に形成した。具体的には、まず、以下に示す条件で、全体の厚さが３５ｎｍであるＢ１薄膜層３１を蒸着により形成した。
ターゲットＢ１：Ｔｉを９０原子％、Ｓｉを１０原子％含む
導入ガス：Ｎ2
成膜圧力：３Ｐａ
アーク放電電流：１５０Ａ
基板バイアス電圧：－４０Ｖ
テーブル回転速度：４ｒｐｍ。
　次に、以下に示す条件で、全体の厚さが１６５ｎｍであるＢ２薄膜層３２を蒸着により形成した。このとき、Ｂ２ａ化合物層３２Ａの厚さが２．５ｎｍとなるように、且つ、Ｂ２ｂ化合物層３２Ｂの厚さが３ｎｍとなるように、ターゲットＢ２ａ、Ｂ２ｂのアーク電流と基材をセットした回転テーブルの回転速度とを調整した。
ターゲットＢ２ａ：Ｔｉを９０原子％、Ｓｉを１０原子％含む
ターゲットＢ２ｂ：Ａｌを６６原子％、Ｃｒを３４原子％含む
導入ガス：Ｎ2
成膜圧力：３Ｐａ
基板バイアス電圧：－５０Ｖ。
　そして、Ｂ１薄膜層３１とＢ２薄膜層３２とを交互に積層し、それぞれを５層ずつ形成した。このようにして、全体の厚さが１μｍであるＢ層３０を形成した。
　＜Ａ層の形成＞
　上記成膜装置内でＡ層５０をＣ層４０上に形成した。具体的には、以下に示す条件で、厚さが０．１μｍであるＡ層を蒸着により形成した。
ターゲット：Ｔｉ
導入ガス：Ｎ2、ＣＨ4(形成する膜が原子比でＣ：Ｎ＝１：４となるように流量を調整)
成膜圧力：１Ｐａ
アーク放電電流：１６０Ａ
基板バイアス電圧：－４００Ｖ
テーブル回転速度：３ｒｐｍ。
　このようにして、基材３の上には、Ｄ層２０とＢ層３０とＡ層５０とが順に積層されてなる被覆層１０が形成され、よって、試料１が製造された。
　＜試料２～７の製造＞
　Ａ層の厚さを表１に示す数値となるように変更したことを除いては上記試料１の製造方法にしたがって、試料２～７を製造した。
　＜試料８の製造＞
　ｃＢＮ焼結体におけるｃＢＮ含有率が表３に示す数値となるようにｃＢＮ粒子と結合相の原料粉末とを配合したことを除いては上記ｃＢＮ焼結体Ａの形成方法にしたがって、ｃＢＮ焼結体Ｄを得た。得られたｃＢＮ焼結体Ｄを用いて、上記試料１の基材の製造方法にしたがって、試料８の基材を形成した。
　次に、以下に示す条件で、厚さが０．０２μｍであるＤ層を蒸着により形成した。
ターゲット：Ａｌを６０原子％、Ｃｒを４０原子％含む
導入ガス：Ｎ2
成膜圧力：０．７Ｐａ
アーク放電電流：１３０Ａ
基板バイアス電圧：－３５Ｖ
テーブル回転速度：３ｒｐｍ。
　続いて、上記試料１の製造方法にしたがってＢ層を形成した。このとき、Ｂ２ａ化合物層およびＢ２ｂ化合物層のそれぞれの厚さが１．５ｎｍとなるようにターゲットＢ２ａ、Ｂ２ｂのアーク電流と基材をセットした回転テーブルの回転速度とを調整し、全体の厚さが１２ｎｍであるＢ２薄膜層を蒸着により形成した。
　続いて、以下に示す条件で、形成する膜の組成がＴｉＣ0.4Ｎ0.6となるようにＮ2の流量とＣＨ4の流量とを調整し、厚さが０．１μｍであるＡ層を蒸着により形成した。このようにして試料８を製造した。
ターゲット：Ｔｉ
導入ガス：Ｎ2、ＣＨ4
成膜圧力：２Ｐａ
アーク放電電流：１４０Ａ
基板バイアス電圧：－６００Ｖ
テーブル回転速度：４ｒｐｍ。
　＜試料９～１０の製造＞
　Ｂ２ａ化合物層およびＢ２ｂ化合物層のそれぞれの層数を変更し、且つ、Ｂ１薄膜層およびＢ２薄膜層のそれぞれの層数を変更して、Ｂ層の全体の厚さを変更したこと、および、Ａ層の厚さを表１に示す厚さとしたことを除いては上記試料８の製造方法にしたがって、試料９～１０を製造した。
　＜試料１１～１４の製造＞
　Ｂ２ａ化合物層およびＢ２ｂ化合物層のそれぞれの層数を変更し、且つ、Ｂ１薄膜層およびＢ２薄膜層のそれぞれの層数を変更して、Ｂ層の全体の厚さを変更したこと、および、以下に示す条件でＡ層を形成したことを除いては上記試料８の製造方法にしたがって、試料１１を製造した。具体的には、Ａ層の形成開始時からＡ層の厚さが１μｍとなるまでの間は、Ｎ2のみを導入して成膜圧力を２Ｐａとした。そののち、ＣＨ4を徐々に増やしながらＮ2を徐々に減らして、Ａ層をさらに０．６μｍ形成した。このとき、組成がＴｉＣ0.4Ｎ0.6となるまで、ＣＨ4を徐々に増やしながらＮ2を徐々に減らした。このようにして試料１１を製造した。試料１２～１４も同様に製造した。
ターゲット：Ｔｉ
導入ガス：Ｎ2、ＣＨ4
アーク放電電流：１４０Ａ
基板バイアス電圧：－６００Ｖ
テーブル回転速度：４ｒｐｍ。
　なお、試料を製造するさい、表１～表２に示す組成からなる層が得られるように、ターゲットを調製し、導入ガスの種類およびその供給量を調整した。導入ガスとしては、Ａｒ、Ｎ2またはＣＨ4などを適宜用いた。成膜圧力を０．１Ｐａ～７Ｐａの範囲内で適宜、調整し、アーク放電電流を６０Ａ～２００Ａの範囲内で適宜、調整し、基板バイアス電圧を－２５Ｖ～－７００Ｖの範囲内で適宜、調整し、テーブル回転速度を０．５～１０ｒｐｍの範囲内で適宜、調整した。以下に示す試料１５～５６においても同様とした。
　＜試料１５の製造＞
　ｃＢＮ焼結体におけるｃＢＮ含有率が表３に示す数値となるようにｃＢＮ粒子と結合相の原料粉末とを配合したことを除いては上記ｃＢＮ焼結体Ａの形成方法にしたがって、ｃＢＮ焼結体Ｂを得た。得られたｃＢＮ焼結体Ｂを用いて、上記試料１の基材の製造方法にしたがって、試料１５～２０の基材を形成した。
　次に、上記試料１、１１の製造方法にしたがって、Ｄ層、Ｂ層およびＡ層を順に形成した。このようにして試料１５を製造した。
　＜試料１６～２０の製造＞
　以下に示す方法にしたがってＣ層を形成したことを除いては上記試料１５の製造方法にしたがって、試料１６～２０を製造した。
ターゲット：Ｔｉ
導入ガス：Ａｒ
成膜圧力：２Ｐａ
アーク放電電流：１５０Ａ
基板バイアス電圧：－７０Ｖ
テーブル回転速度：３ｒｐｍ。
　＜試料２１～２６の製造＞
　ｃＢＮ焼結体におけるｃＢＮ含有率が表３に示す数値となるようにｃＢＮ粒子と結合相の原料粉末とを配合したことを除いては上記ｃＢＮ焼結体Ａの形成方法にしたがって、ｃＢＮ焼結体Ｃを得た。得られたｃＢＮ焼結体Ｃを用いて、上記試料１の基材の製造方法にしたがって、試料２１～２６の基材を形成した。
　次に、上記試料１、１１の製造方法にしたがって、Ｄ層、Ｂ層およびＡ層を順に形成した。これにより、試料２１～２６を製造した。
　＜試料２７～３１の製造＞
　ｃＢＮ焼結体におけるｃＢＮ含有率が表３に示す数値となるようにｃＢＮ粒子と結合相の原料粉末とを配合したことを除いては上記ｃＢＮ焼結体Ａの形成方法にしたがって、ｃＢＮ焼結体Ｅを得た。得られたｃＢＮ焼結体Ｅを用いて、上記試料１の基材の製造方法にしたがって、試料２７の基材を形成した。
　次に、上記試料１、１６の製造方法にしたがって、Ｄ層、Ｂ層、Ｃ層およびＡ層を順に形成した。これにより、試料２７～３１を製造した。
　＜試料３２～３６の製造＞
　平均粒径が０．５μｍのｃＢＮ粒子と結合相の原料粉末とを配合したことを除いては上記ｃＢＮ焼結体Ｄの形成方法にしたがって、ｃＢＮ焼結体Ｆを得た。得られたｃＢＮ焼結体Ｆを用いて、上記試料１の基材の製造方法にしたがって、試料３２～３６の基材を形成した。次に、上記試料１の製造方法にしたがって、Ｄ層、Ｂ層およびＡ層を順に形成した。これにより、試料３２～３６を製造した。
　＜試料３７～４０の製造＞
　平均粒径が３μｍのｃＢＮ粒子と結合相の原料粉末とを配合したことを除いては上記ｃＢＮ焼結体Ｄの形成方法にしたがって、ｃＢＮ焼結体Ｇを得た。得られたｃＢＮ焼結体Ｇを用いて、上記試料１の基材の製造方法にしたがって、試料３７～４０の基材を形成した。
　次に、上記試料１、１１、１６の製造方法にしたがって、Ｄ層、Ｂ層、Ｃ層およびＡ層を順に形成した。これにより、試料３７～４０を製造した。
　＜試料４１～４５の製造＞
　まず、原子比でＴｉ：Ｃ：Ｎ＝１：０．３：０．３となるように、平均粒子径が１μｍのＴｉＣＮ粉末と平均粒子径が３μｍのＴｉ粉末とを混合した。得られた混合物を真空中で１２００℃で３０分間、熱処理してから、粉砕した。これにより、ＴｉＣ0.3Ｎ0.3からなる金属間化合物粉末を得た。
　次に、質量比でＴｉＣ0.3Ｎ0.3：Ａｌ＝９０：１０となるように、ＴｉＣ0.3Ｎ0.3からなる金属間化合物粉末と平均粒子径が４μｍのＡｌ粉末とを混合した。得られた混合物を真空中で１０００℃で３０分間、熱処理した。熱処理により得られた化合物を、直径が６ｍｍの超硬合金製ボールメディアを用いて、ボールミル粉砕法により均一に粉砕した。これにより、結合相の原料粉末を得た。そののちは、上記ｃＢＮ焼結体Ｄの形成方法にしたがって、ｃＢＮ焼結体Ｈを得た。得られたｃＢＮ焼結体Ｈを用いて、上記試料１の基材の製造方法にしたがって、試料４１～４５の基材を形成した。
　次に、上記試料１、１６の製造方法にしたがって、Ｄ層、Ｂ層、Ｃ層およびＡ層を順に形成した。これにより、試料４１～４５を製造した。
　＜試料４６～５３の製造＞
　表１に示すｃＢＮ焼結体を用いて、上記試料１の基材の製造方法にしたがって、試料４６～５３の基材を形成した。次に、上記試料１、１１、１６の製造方法にしたがって、Ｄ層、Ｂ層、Ｃ層およびＡ層を順に形成した。これにより、試料４６～５３を製造した。
　＜試料５４の製造＞
　まず、原子比でＴｉ：Ｃ＝１：０．６となるように、平均粒子径が１μｍのＴｉＣ粉末と平均粒子径が３μｍのＴｉ粉末とを混合した。得られた混合物を真空中で１２００℃で３０分間、熱処理してから、粉砕した。これにより、ＴｉＣ0.6からなる金属間化合物粉末を得た。
　次に、質量比でＴｉＣ0.6：Ａｌ＝９０：１０となるように、ＴｉＣ0.6からなる金属間化合物粉末と平均粒子径が４μｍのＡｌ粉末とを混合した。得られた混合物を真空中で１０００℃で３０分間、熱処理した。熱処理により得られた化合物を、直径が６ｍｍの超硬合金製ボールメディアを用いて、ボールミル粉砕法により均一に粉砕した。これにより、結合相の原料粉末を得た。そののちは、上記ｃＢＮ焼結体Ｄの形成方法にしたがって、ｃＢＮ焼結体Ｉを得た。得られたｃＢＮ焼結体Ｉを用いて、上記試料１の基材の製造方法にしたがって、試料５４の基材を形成した。
　続いて、試料４６～５３の製造方法にしたがって、Ｄ層、Ｂ層、Ｃ層およびＡ層を順に形成した。これにより、試料５４を製造した。
　＜試料５５の製造＞
　Ｂ層、Ｃ層およびＤ層を形成しなかったことを除いては上記試料１の製造方法にしたがって、試料５５を製造した。
　＜試料５６の製造＞
　Ａ層およびＣ層を形成しなかったことを除いては上記試料１の製造方法にしたがって、試料５６を製造した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　表１におけるＴｉＣＮ*01～ＴｉＣＮ*08については、表４に示すとおりである。また、表２において、層数*21は、Ｂ２ａ化合物層の層数とＢ２ｂ化合物層の層数との合計であり、層数*22は、Ｂ１薄膜層の層数とＢ２薄膜層の層数との合計である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　＜逃げ面摩耗量ＶＢおよび面粗度Ｒｚの測定＞
　製造された試料１～５６を用いて、以下に示す切削条件にしたがって切削加工（切削距離：４ｋｍ）を行った。そののち、光学顕微鏡を用いて逃げ面摩耗量ＶＢを測定し、ＪＩＳ規格にしたがって被削材表面の面粗度Ｒｚを測定した。逃げ面摩耗量ＶＢの測定結果を表５の「ＶＢ（ｍｍ）」の欄に示し、被削材表面の面粗度Ｒｚの測定結果を表５の「Ｒｚ（μｍ）」の欄に示す。ＶＢが小さいほど、表面被覆窒化硼素焼結体工具は耐逃げ面摩耗性に優れる。Ｒｚが小さいほど、表面被覆窒化硼素焼結体工具は耐逃げ面摩耗性、耐クレータ摩耗性および耐境界摩耗性に優れる。本実施例では、Ｒｚが３μｍ以下であれば良好であるとしている。
　（切削条件）
被削材：高硬度鋼（ＳＣＭ４１５Ｈ／ＨＲＣ６０）
切削速度：１００ｍ／ｍｉｎ（低速）
送り：ｆ＝０．１ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み：ａｐ＝０．１ｍｍ
切削油：エマルジョン（日本フルードシステム製造の商品名「システムカット９６」）を２０倍希釈したもの（ｗｅｔ状態）。
　＜工具寿命の測定＞
　製造された試料１～５６を用いて、上記切削条件にしたがって切削加工を行った。具体的には、一定の切削間隔だけ切削加工を行った後に表面粗さ計を用いて被削材の面粗度Ｒｚを測定するということを繰り返し行った。被削材の面粗度Ｒｚが３．２μｍを超えると、切削加工を停止し、そのときの切削距離｛（一定の切削間隔）×（被削材の面粗度Ｒｚが３．２μｍを超えたときの切削回数ｎ）｝を求めた。また、被削材の面粗度Ｒｚが３．２μｍを超える直前の切削距離｛（一定の切削間隔）×（ｎ－１）｝も求めた。そして、被削材の面粗度Ｒｚが３．２μｍを超えたときの被削材の面粗度Ｒｚの具体的な数値およびそのときの切削距離と、被削材の面粗度Ｒｚが３．２μｍを超える直前の被削材の面粗度Ｒｚの具体的な数値およびそのときの切削距離とを用い、切削距離と被削材の面粗度Ｒｚとの関係を直線で近似して、被削材の面粗度Ｒｚが３．２μｍとなった時点の切削距離を測定した。その結果を表５の「切削距離（ｋｍ）」の欄に示す。切削距離が長いほど、表面被覆窒化硼素焼結体工具は耐逃げ面摩耗性、耐クレータ摩耗性および耐境界摩耗性に優れる。本実施例では、切削距離が７ｋｍ以上であれば良好であるとしている。
　＜結果と考察＞
　結果を表５に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
　試料２～６、９～１３、１５～２０、２２～２５、２８～３０、３３～３５、３８、３９、４２～４４および４６～５４では、ＶＢが小さく、Ｒｚが３μｍ以下であり、切削距離は７ｋｍ以上であった。よって、これらの試料は低速切削時において耐逃げ面摩耗性、耐クレータ摩耗性および耐境界摩耗性に優れることが分かった。
　一方、試料１、７、８、１４、２１、２６、２７、３１、３２、３６、３７、４０、４１、４５、５５および５６では、Ｒｚが３μｍよりも大きく、切削距離は３～４ｋｍ程度であった。よって、これらの試料は低速切削時において耐逃げ面摩耗性、耐クレータ摩耗性および耐境界摩耗性に優れないことが分かった。
　＜試料１１、５５、５６＞
　まず、試料１１と試料５６とについて考察する。Ｂ層の組成、Ｂ層の厚さ、Ｄ層の組成およびＤ層の厚さは、試料１１と試料５６とで互いに酷似しているが、Ａ層は、試料１１では設けられているのに対して試料５６では設けられていない。そして、試料１１では、Ｒｚは３μｍ以下であり切削距離は９ｋｍ以上であるのに対し、試料５６では、ＶＢは試料１１の２倍超でありＲｚは３μｍよりも大きく切削距離は３ｋｍ未満であった。
　次に、試料５５について考察する。試料５５では、Ａ層は設けられているが、Ｂ層は設けられていない。そして、試料５５では、Ｒｚは３μｍよりも大きく、切削距離は３ｋｍ程度であった。
　以上のことから、Ａ層およびＢ層のどちらか一方を備えていない表面被覆窒化硼素焼結体工具は、低速切削時、耐逃げ面摩耗性、耐クレータ摩耗性および耐境界摩耗性に優れないことが分かった。しかしながら、Ａ層およびＢ層の両方を備える表面被覆窒化硼素焼結体工具は、驚くべきことに、低速切削時、耐逃げ面摩耗性、耐クレータ摩耗性および耐境界摩耗性のすべてに優れることが分かった。これは、本発明者らによって初めて見出されたことである。
　＜試料１～７＞
　試料１～７では、Ａ層の厚さが互いに異なる。試料１、７では、Ｒｚは３μｍよりも大きく、切削距離は３ｋｍ程度であった。一方、試料２～６では、Ｒｚは３μｍ以下であり、切削距離は７ｋｍ以上であった。これらのことから、Ａ層の厚さが０．２μｍ以上１０μｍ以下であれば、低速切削時、表面被覆窒化硼素焼結体工具の耐逃げ面摩耗性、耐クレータ摩耗性および耐境界摩耗性が高まることが分かった。
　また、試料３～５では、Ｒｚは２．６５μｍ以下であり、切削距離は７．５ｋｍ以上であった。試料４、５では、切削距離は８ｋｍ以上であった。これらのことから、Ａ層の厚さは、０．５μｍ以上５μｍ以下であることが好ましく、１μｍ以上５μｍ以下であることがより好ましいことも分かった。
　＜試料８～１４＞
　試料８～１４では、Ａ層の厚さおよびＢ層全体の厚さのそれぞれが互いに異なるので、被覆層の厚さが互いに異なる。試料８、１４では、Ｒｚは３μｍよりも大きく、切削距離は３ｋｍ程度であった。一方、試料９～１３では、Ｒｚは３μｍ以下であり、切削距離は８ｋｍ以上であった。これらのことから、被覆層の厚さが０．２５μｍ以上１５μｍ以下であれば、低速切削時、表面被覆窒化硼素焼結体工具の耐逃げ面摩耗性、耐クレータ摩耗性および耐境界摩耗性が高まることが分かった。
　また、試料９～１２では、Ｒｚは２．５μｍ以下であり、切削距離は８．５ｋｍ以上であった。試料９～１１では、切削距離は９ｋｍ程度であった。よって、被覆層の厚さは、０．５μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましく、０．５μｍ以上５μｍ以下であることがより好ましいということも分かった。
　＜試料１５～２０＞
　試料１５～２０では、Ｃ層の厚さが互いに異なるが、Ｒｚは３μｍ以下であり、切削距離は８ｋｍ以上であった。また、試料１６～１９では、Ｒｚは２．５μｍ以下であり、切削距離は８．５ｋｍ以上であった。これらのことから、Ｃ層の厚さは、０．００５μｍ以上０．５μｍ以下であることが好ましく、０．０１μｍ以上０．５μｍ以下であることがより好ましく、０．０１μｍ以上０．２μｍ以下であることがさらに好ましいということが分かった。
　＜試料２１～２６＞
　試料２１～２６では、Ｂ１薄膜層およびＢ２ａ化合物層のそれぞれの組成が互いに異なる。試料２１、２６では、Ｒｚは３μｍよりも大きく、切削距離は３～４ｋｍ程度であった。一方、試料２２～２５では、Ｒｚは２．７μｍ以下であり、切削距離は７．５ｋｍ以上であった。これらのことから、Ｂ１薄膜層およびＢ２ａ化合物層のそれぞれでは、Ｓｉ組成が０．０１以上０．２５以下であれば、低速切削時、表面被覆窒化硼素焼結体工具の耐逃げ面摩耗性、耐クレータ摩耗性および耐境界摩耗性が高まることが分かった。
　また、試料２３～２５では、Ｒｚは２．５μｍ程度であり、切削距離は８ｋｍ程度であった。よって、Ｂ１薄膜層およびＢ２ａ化合物層のそれぞれでは、Ｓｉ組成は、０．０５以上０．２５以下であることが好ましく、０．０５以上０．２以下であることがより好ましいことも分かった。
　＜試料２７～３１＞
　試料２７～３１では、Ｂ１薄膜層およびＢ２薄膜層のそれぞれの厚さが互いに異なる。試料２７、３１では、Ｒｚは３μｍよりも大きく、切削距離は３～３．５ｋｍ程度であった。一方、試料２８～３０では、Ｒｚは３μｍ以下であり、切削距離は７．５ｋｍ以上であった。これらのことから、Ｂ１薄膜層およびＢ２薄膜層のそれぞれの厚さが３０ｎｍよりも大きく２００ｎｍ未満であれば、低速切削時、表面被覆窒化硼素焼結体工具の耐逃げ面摩耗性、耐クレータ摩耗性および耐境界摩耗性が高まることが分かった。
　また、試料２８、２９では、Ｒｚは２．５μｍ程度であり、切削距離は８ｋｍ程度であった。よって、Ｂ１薄膜層およびＢ２薄膜層のそれぞれの厚さは、４０ｎｍ以上１８０ｎｍ以下であることが好ましいということも分かった。
　＜試料３２～３６＞
　試料３２～３６では、Ｂ２ａ化合物層の厚さが互いに異なる。試料３２、３６では、Ｒｚは３μｍよりも大きく、切削距離は３．５ｋｍであった。一方、試料３３～３５では、Ｒｚは３μｍ以下であり、切削距離は７．５ｋｍ以上であった。これらのことから、Ｂ２ａ化合物層の厚さが０．５ｎｍ以上３０ｎｍ未満であれば、低速切削時、表面被覆窒化硼素焼結体工具の耐逃げ面摩耗性、耐クレータ摩耗性および耐境界摩耗性が高まることが分かった。
　また、試料３３、３４では、Ｒｚは２．７μｍ以下であり、切削距離は８ｋｍ以上であった。よって、Ｂ２ａ化合物層は、１ｎｍ以上２５ｎｍ以下であることが好ましく、１ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることがより好ましく、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下であることがさらに好ましいということも分かった。
　＜試料３７～４０＞
　試料３７～４０では、Ｂ２ｂ化合物層の組成が互いに異なる。試料３７、４０では、Ｒｚは４μｍ程度であり、切削距離は３ｋｍ程度であった。一方、試料３８、３９では、Ｒｚは２．６μｍ以下であり、切削距離は８ｋｍ以上であった。これらのことから、Ｂ２ｂ化合物層のＡｌ組成が０．２３以上０．８以下であれば、低速切削時、表面被覆窒化硼素焼結体工具の耐逃げ面摩耗性、耐クレータ摩耗性および耐境界摩耗性が高まることが分かった。
　また、試料３８では、切削距離は８．５ｋｍであった。よって、Ｂ２ｂ化合物層のＡｌ組成は、０．５以上０．７５以下であることが好ましく、０．６以上０．７５以下であることがより好ましいことも分かった。
　＜試料４１～４５＞
　試料４１～４５では、Ｂ２ｂ化合物層の厚さが互いに異なる。試料４１、４５では、Ｒｚは３．５μｍよりも大きく、切削距離は３ｋｍ程度であった。一方、試料４２～４４では、Ｒｚは２．５μｍ以下であり、切削距離は８ｋｍ以上であった。これらのことから、Ｂ２ｂ化合物層の厚さが０．５ｎｍ以上３０ｎｍ未満であれば、低速切削時、表面被覆窒化硼素焼結体工具の耐逃げ面摩耗性、耐クレータ摩耗性および耐境界摩耗性が高まることが分かった。
　また、試料４３では、切削距離は９ｋｍ程度であった。よって、Ｂ２ｂ化合物層の厚さは、１ｎｍ以上２５ｎｍ以下であることが好ましく、３ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることがより好ましく、５ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることがさらに好ましいということも分かった。
　＜試料４６～５４＞
　試料４６～５４では、ｃＢＮ焼結体の組成が互いに異なるが、Ｒｚは３μｍ以下であり、切削距離は７ｋｍ以上であった。また、試料４８～５４では、Ｒｚは２．４μｍ以下であり、切削距離は９ｋｍ程度であった。これらのことから、立方晶窒化硼素焼結体における立方晶窒化硼素の体積含有率は、３０体積％以上８５体積％以下であることが好ましく、５０体積％以上６５体積％以下であることがより好ましいということが分かった。
　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説明ではなくて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。
　３　基材、１０　被覆層、２０　Ｄ層、３０　Ｂ層、３１　Ｂ１薄膜層、３２　Ｂ２薄膜層、３２Ａ　Ｂ２ａ化合物層、３２Ｂ　Ｂ２ｂ化合物層、４０　Ｃ層、５０　Ａ層。

Claims (21)

  1. 　少なくとも切れ刃部分が立方晶窒化硼素焼結体と前記立方晶窒化硼素焼結体の表面上に形成された被覆層とを含む表面被覆窒化硼素焼結体工具であって、
    　前記立方晶窒化硼素焼結体は、立方晶窒化硼素を３０体積％以上８０体積％以下含み、元素の周期表の第４族元素、第５族元素および第６族元素の窒化物、炭化物、硼化物、酸化物ならびにこれらの固溶体からなる群の中から選択された少なくとも１種の化合物とアルミニウム化合物と不可避不純物とを含む結合相をさらに含み、
    　前記被覆層は、Ａ層とＢ層とを含み、
    　前記Ａ層は、ＭＬａza1（Ｍは元素の周期表の第４族元素、第５族元素および第６族元素、ＡｌならびにＳｉの１種以上を表わし、ＬａはＢ、Ｃ、ＮおよびＯの１種以上を表わし、ｚａ１は０．８５以上１．０以下である）からなり、
    　前記Ｂ層は、組成の異なる２種以上の薄膜層が交互にそれぞれ１つ以上積層されてなり、
    　前記薄膜層のそれぞれの厚さは、３０ｎｍよりも大きく２００ｎｍ未満であり、
    　前記薄膜層の１種であるＢ１薄膜層は、（Ｔｉ1-xb1-yb1Ｓｉxb1Ｍ１yb1）（Ｃ1-zb1Ｎzb1）（Ｍ１はＴｉを除く元素の周期表の第４族元素、第５族元素および第６族元素ならびにＡｌの１種以上を表わし、ｘｂ１は０．０１以上０．２５以下であり、ｙｂ１は０以上０．７以下であり、ｚｂ１は０．４以上１以下である）からなり、
    　前記薄膜層の１種であって前記Ｂ１薄膜層とは異なるＢ２薄膜層は、組成の異なる２種以上の化合物層が交互にそれぞれ１つ以上積層されてなり、
    　　前記化合物層のそれぞれの厚さは、０．５ｎｍ以上３０ｎｍ未満であり、
    　　前記化合物層の１種であるＢ２ａ化合物層は、（Ｔｉ1-xb2-yb2Ｓｉxb2Ｍ２yb2）（Ｃ1-zb2Ｎzb2）（Ｍ２はＴｉを除く元素の周期表の第４族元素、第５族元素および第６族元素ならびにＡｌの１種以上を表わし、ｘｂ２は０．０１以上０．２５以下であり、ｙｂ２は０以上０．７以下であり、ｚｂ２は０．４以上１以下である）からなり、
    　　前記化合物層の１種であって前記Ｂ２ａ化合物層とは異なるＢ２ｂ化合物層は、（Ａｌ1-xb3Ｍ３xb3）（Ｃ1-zb3Ｎzb3）（Ｍ３は元素の周期表の第４族元素、第５族元素および第６族元素ならびにＳｉの１種以上を表わし、ｘｂ３は０．２以上０．７７以下であり、ｚｂ３は０．４以上１以下である）からなり、
    　前記Ａ層の厚さは、０．２μｍ以上１０μｍ以下であり、
    　前記Ｂ層の厚さは、０．０５μｍ以上５μｍ以下であり、
    　前記被覆層全体の厚さは、０．２５μｍ以上１５μｍ以下である表面被覆窒化硼素焼結体工具。
  2. 　前記Ａ層は、（Ｔｉ1-xaＭａxa）（Ｃ1-za2Ｎza2）（ＭａはＴｉを除く元素の周期表の第４族元素、第５族元素および第６族元素、ＡｌならびにＳｉの１種以上を表わし、ｘａは０以上０．７以下であり、ｚａ２は０以上１以下である）からなる請求項１に記載の表面被覆窒化硼素焼結体工具。
  3. 　前記Ａ層では、Ｎの組成ｚａ２が、前記立方晶窒化硼素焼結体側から当該Ａ層の表面側へ向かってステップ状または傾斜状に変化する請求項２に記載の表面被覆窒化硼素焼結体工具。
  4. 　前記Ａ層は、当該Ａ層の表面側に、前記立方晶窒化硼素焼結体側よりもＣの組成の高い領域を有する請求項２または３に記載の表面被覆窒化硼素焼結体工具。
  5. 　前記Ｍ１は、Ｃｒ、ＮｂおよびＷの少なくとも１つを表わし、
    　前記Ｍ１の組成ｙｂ１は、０以上０．４以下であり、
    　前記Ｍ２は、Ｃｒ、ＮｂおよびＷの少なくとも１つを表わし、
    　前記Ｍ２の組成ｙｂ２は、０以上０．４以下である請求項１～４のいずれか１項に記載の表面被覆窒化硼素焼結体工具。
  6. 　前記Ｍ２は前記Ｍ１と同一の元素を表わし、前記Ｍ２の組成ｙｂ２は前記Ｍ１の組成ｙｂ１と同一の値である請求項５に記載の表面被覆窒化硼素焼結体工具。
  7. 　前記Ｍ３はＴｉおよびＣｒの少なくとも１つを表わし、前記Ｍ３の組成ｘｂ３は０．２５以上０．５以下である請求項１～６のいずれか１項に記載の表面被覆窒化硼素焼結体工具。
  8. 　前記Ｂ１薄膜層の平均厚さｔ１と前記Ｂ２薄膜層の平均厚さｔ２との比であるｔ２／ｔ１が、０．５＜ｔ２／ｔ１≦１０．０を満たす請求項１～７のいずれか１項に記載の表面被覆窒化硼素焼結体工具。
  9. 　前記ｔ２／ｔ１は、１．５＜ｔ２／ｔ１≦５．０を満たす請求項８に記載の表面被覆窒化硼素焼結体工具。
  10. 　前記Ｂ層は、前記Ａ層よりも前記立方晶窒化硼素焼結体側に設けられており、
    　前記ｔ２／ｔ１は、前記立方晶窒化硼素焼結体側では１．５＜ｔ２／ｔ１≦５．０を満たし、前記Ａ層側に向かうにつれて小さくなり、前記Ａ層側では１．２＜ｔ２／ｔ１＜２を満たす請求項８または９に記載の表面被覆窒化硼素焼結体工具。
  11. 　前記Ｂ層全体におけるＳｉ組成の平均値は、０．００３以上０．２５以下である請求項１～１０のいずれか１項に記載の表面被覆窒化硼素焼結体工具。
  12. 　前記Ｂ層全体におけるＳｉ組成の平均値は、０．０２以上０．２以下である請求項１１に記載の表面被覆窒化硼素焼結体工具。
  13. 　前記Ａ層は、前記Ｂ層よりも前記表面被覆窒化硼素焼結体工具の表面側に設けられている請求項１～１２のいずれか１項に記載の表面被覆窒化硼素焼結体工具。
  14. 　前記被覆層は、前記Ａ層と前記Ｂ層との間に設けられたＣ層をさらに含み、
    　前記Ｃ層は、ＭｃＬｃzc（Ｍｃは元素の周期表の第４族元素、第５族元素および第６族元素、ＡｌならびにＳｉの１種以上を表わし、ＬｃはＢ、Ｃ、ＮおよびＯの１種以上を表わし、ｚｃは０以上０．８５以下である）からなり、
    　前記Ｃ層の厚さは、０．００５μｍ以上０．５μｍ以下である請求項１～１３のいずれか１項に記載の表面被覆窒化硼素焼結体工具。
  15. 　前記Ｌｃの組成ｚｃは０よりも大きく０．７未満である請求項１４に記載の表面被覆窒化硼素焼結体工具。
  16. 　前記Ｃ層は、前記Ａ層および前記Ｂ層を構成する元素の少なくとも１種以上を含む請求項１４または１５に記載の表面被覆窒化硼素焼結体工具。
  17. 　前記被覆層は、前記立方晶窒化硼素焼結体と前記Ｂ層との間に設けられたＤ層をさらに含み、
    　前記Ｄ層は、ＭｄＬｄzd（Ｍｄは元素の周期表の第４族元素、第５族元素および第６族元素、ＡｌならびにＳｉの１種以上を表わし、ＬｄはＢ、Ｃ、ＮおよびＯの１種以上を表わし、ｚｄは０．８５以上１．０以下である）からなる請求項１～１６のいずれか１項に記載の表面被覆窒化硼素焼結体工具。
  18. 　前記立方晶窒化硼素焼結体は、前記立方晶窒化硼素を５０体積％以上６５体積％以下含む請求項１～１７のいずれか１項に記載の表面被覆窒化硼素焼結体工具。
  19. 　前記立方晶窒化硼素焼結体と前記被覆層との界面では、
    　　前記立方晶窒化硼素からなる粒子が前記結合相よりも前記被覆層側に突出しており、
    　　前記立方晶窒化硼素からなる粒子と前記結合相との段差が０．０５μｍ以上１．０μｍ以下である請求項１～１８のいずれか１項に記載の表面被覆窒化硼素焼結体工具。
  20. 　前記立方晶窒化硼素焼結体における前記立方晶窒化硼素の体積含有率は、前記立方晶窒化硼素焼結体と前記被覆層との界面から前記立方晶窒化硼素焼結体の内部に向かって高くなる請求項１～１９のいずれか１項に記載の表面被覆窒化硼素焼結体工具。
  21. 　前記立方晶窒化硼素焼結体に含まれる前記立方晶窒化硼素の粒径は、前記立方晶窒化硼素焼結体と前記被覆層との界面から前記立方晶窒化硼素焼結体の内部に向かって大きくなる請求項１～２０のいずれか１項に記載の表面被覆窒化硼素焼結体工具。
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