WO2015174490A1 - 表面被覆切削工具 - Google Patents

Abstract

　本発明の表面被覆切削工具は、工具基体の表面に下部層と上部層が被覆された表面被覆切削工具であって、下部層の少なくとも１層はＴｉＣＮ層からなり、上部層は、２～１５μｍの平均層厚を有し、化学蒸着した状態でα型の結晶構造を有するＡｌ_２Ｏ_３層からなり、さらに、対応粒界分布グラフにおいて、Σ３からΣ２９の範囲でΣ３に最高ピークが存在し、かつ、Σ３の分布割合はΣ３以上の全対応粒界長の３５～７０％を占め、しかも、Σ３１以上の対応粒界は、Σ３以上の全対応粒界長の２５～６０％を占める。

Description

表面被覆切削工具

　本発明は、長期に亘ってすぐれた耐摩耗性を示す表面被覆切削工具（以下、被覆工具という）に関する。この被覆工具では、各種の鋼や鋳鉄などの切削加工を、高速で、かつ、切刃に断続的・衝撃的負荷が作用する断続切削条件で行った場合でも、硬質被覆層がすぐれた耐剥離性と耐チッピング性を発揮する。
　本願は、２０１４年５月１６日に、日本に出願された特願２０１４－１０１８８８号、および２０１５年５月１２日に出願された特願２０１５－９７２８０に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

　従来、一般に、炭化タングステン（以下、ＷＣで示す）基超硬合金または炭窒化チタン（以下、ＴｉＣＮで示す）基サーメットで構成された基体（以下、これらを総称して工具基体という）の表面に硬質被覆層が蒸着形成されている被覆工具が知られている。この硬質被覆層は、以下の（ａ）及び（ｂ）で構成されている。
（ａ）下部層が、Ｔｉの炭化物（以下、ＴｉＣで示す）層、窒化物（以下、同じくＴｉＮで示す）層、炭窒化物（以下、ＴｉＣＮで示す）層、炭酸化物（以下、ＴｉＣＯで示す）層、および炭窒酸化物（以下、ＴｉＣＮＯで示す）層のうちの１層または２層以上からなるＴｉ化合物層、
（ｂ）上部層が、化学蒸着した状態でα型の結晶構造を有する酸化アルミニウム層（以下、Ａｌ_２Ｏ_３層で示す）。

　前述したような従来の被覆工具は、例えば、各種の鋼や鋳鉄などの連続切削ではすぐれた耐摩耗性を発揮する。しかし、この被覆工具を、高速断続切削に用いた場合には、被覆層の剥離やチッピングが発生しやすく、工具寿命が短命になるという問題があった。
　そこで、被覆層の剥離、チッピングを抑制するために、下部層、上部層に改良を加えた各種の被覆工具が提案されている。

　例えば、特許文献１には、ＷＣ基超硬合金またはＴｉＣＮ基サーメットで構成された工具基体の表面に、硬質被覆層を蒸着形成してなる被覆工具が開示されており、特許文献１の硬質被覆層は、以下の（ａ）及び（ｂ）で構成されている。
（ａ）下部層として、Ｔｉの炭化物層、窒化物層、炭窒化物層、炭酸化物層、および炭窒酸化物層のうちの１層または２層以上からなり、かつ３～２０μｍの全体平均層厚を有するＴｉ化合物層、
（ｂ）上部層として、１～１５μｍの平均層厚を有し、かつ化学蒸着した状態でα型の結晶構造を有すると共に、電界放出型走査電子顕微鏡を用い、表面研磨面の測定範囲内に存在する六方晶結晶格子を有する結晶粒個々に電子線を照射して、前記表面研磨面の法線に対して、前記結晶粒の結晶面である（０００１）面および（１０-１０）面の法線がなす傾斜角を測定し、この場合の前記結晶粒は、格子点にＡｌおよび酸素からなる構成原子がそれぞれ存在するコランダム型六方晶の結晶構造を有し、この結果得られた測定傾斜角に基づいて、相互に隣接する結晶粒の界面で、前記構成原子のそれぞれが前記結晶粒相互間で１つの構成原子を共有する格子点（構成原子共有格子点）からなる対応粒界の分布を算出し、前記構成原子共有格子点間に構成原子を共有しない格子点がＮ個（ただし、Ｎはコランダム型六方晶の結晶構造上２以上の偶数となるが、分布頻度の点からＮの上限を２８とした場合、４、８、１４、２４、および２６の偶数は存在せず）存在する構成原子共有格子点形態からなる対応粒界をΣＮ＋１で表した場合、個々のΣＮ＋１がΣＮ＋１全体に占める分布割合を示す構成原子共有格子点分布グラフにおいて、Σ３に最高ピークが存在し、かつ前記Σ３のΣＮ＋１全体に占める分布割合が６０～８０％である酸化アルミニウム層。
　この硬質被覆層を蒸着形成してなる被覆工具は、高速断続切削加工ですぐれた耐チッピング性を示すことが知られている。

　また、特許文献２には、工具基体の表面に、下部層と酸化アルミニウム層を被覆した被覆工具、あるいは、工具基体と下部層の間に中間層を介して、下部層上に酸化アルミニウム層を被覆した被覆工具において、該酸化アルミニウム層のΣ３対応粒界比率を８０％以上とすることによって、耐チッピング性、耐クレーター摩耗性を改善することが提案されている。

　また、特許文献３には、下部層がＴｉ化合物層、上部層がα型Ａｌ_２Ｏ_３層からなる硬質被覆層を蒸着形成してなる表面被覆切削工具が開示されている。特許文献３では、下部層直上のＡｌ_２Ｏ_３結晶粒の３０～７０面積％を（１１－２０）配向Ａｌ_２Ｏ_３結晶粒とし、上部層の全Ａｌ_２Ｏ_３結晶粒の４５面積％以上を、（０００１）配向Ａｌ_２Ｏ_３結晶粒とし、さらに好ましくは、下部層の最表面層を、５００ｎｍまでの深さ領域に亘ってのみ０．５～３原子％の酸素を含有する酸素含有ＴｉＣＮ層を形成している。また、下部層最表面層の酸素含有ＴｉＣＮ結晶粒数と、下部層と上部層の界面におけるＡｌ_２Ｏ_３結晶粒数との比の値を０．０１～０．５としている。これにより、特許文献３の表面被覆切削工具では、高速重切削、高速断続切削における耐剥離性、耐チッピング性を改善することが提案されている。

特開２００６－１９８７３５号公報 国際公開第２０１３／０３８０００号 特開２０１３－６３５０４号公報

　近年の切削装置の高性能化はめざましく、一方で切削加工に対する省力化および省エネ化、さらに低コスト化の要求は強い。これに伴い、切削加工は一段と高速化すると共に、高切り込みや高送りなどの重切削、断続切削等で切刃に高負荷が作用する傾向にある。前述した従来の被覆工具を鋼や鋳鉄などの通常の条件での連続切削に用いた場合には問題ない。しかし、従来の被覆工具を、高速断続切削条件で用いた場合には、硬質被覆層を構成するＴｉ化合物層からなる下部層とＡｌ_２Ｏ_３層からなる上部層の密着強度が不十分であり、皮膜の靭性も十分ではない。
　そのため、上部層と下部層間での剥離、チッピング等の異常損傷が発生し、比較的短時間で工具寿命に至る。

　そこで、本発明者らは、前述のような観点から、Ｔｉ化合物層からなる下部層と、Ａｌ_２Ｏ_３層からなる上部層との密着性を改善することで、剥離、チッピング等の異常損傷の発生を防止するとともに、Ａｌ_２Ｏ_３層の靭性を向上させることにより、チッピング、剥離等の耐異常損傷性にすぐれ、もって、工具寿命の長寿命化を図るべく鋭意研究を行った。その結果、Ｔｉ化合物層からなる下部層と、Ａｌ_２Ｏ_３層からなる上部層とを被覆形成した被覆工具において、Ａｌ_２Ｏ_３層の全対応粒界長に占める各構成原子共有格子点からなる対応粒界長の割合が示された対応粒界分布グラフにおいて、Σ３からΣ２９の範囲内でΣ３に最高ピークが存在し、Σ３対応粒界の分布割合を高めつつ、Σ３１以上である対応粒界の合計分布割合も高めることで、耐剥離性の向上が図られることを見出した。

　本発明は、前述した知見に基づき、研究を重ねた結果、完成したものであって、以下のような態様を有する。

（１）炭化タングステン基超硬合金または炭窒化チタン基サーメットで構成された工具基体と該工具基体の表面に蒸着形成された硬質被覆層を備える表面被覆切削工具であって、
　前記硬質被覆層は、工具基体の表面に形成された下部層と該下部層上に形成された上部層とを有し、
（ａ）前記下部層は、３～２０μｍの合計平均層厚を有し、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＣＯ、ＴｉＣＮＯのうちの２層以上からなり、その内の少なくとも１層はＴｉＣＮ層で構成したＴｉ化合物層からなり、
（ｂ）上部層は、１～３０μｍの平均層厚を有し、化学蒸着した状態でα型の結晶構造を有するＡｌ_２Ｏ_３層からなり、
（ｃ）前記上部層のＡｌ_２Ｏ_３結晶粒について、電界放出型走査電子顕微鏡と電子線後方散乱回折装置を用い、断面研磨面の測定範囲内に存在する結晶粒個々に電子線を照射して、コランダム型六方晶結晶格子からなる結晶格子面のそれぞれの法線の方位を測定し、この測定結果から、隣接する結晶格子相互の結晶方位関係を算出し、結晶格子界面を構成する構成原子のそれぞれが前記結晶格子相互間で１つの構成原子を共有する格子点（構成原子共有格子点）からなる対応粒界の分布を算出し、前記構成原子共有格子点間に構成原子を共有しない格子点がＮ個存在する構成原子共有格子点形態をΣＮ＋１で表した場合に、それぞれの分布割合を算出し、全対応粒界長に占める各構成原子共有格子点からなる対応粒界長の割合が示された対応粒界分布グラフにおいて、Σ３からΣ２９の範囲内ではΣ３に最高ピークが存在し、かつ前記Σ３の分布割合がΣ３以上の全対応粒界長の３５～７０％を占め、
（ｄ）前記上部層のＡｌ_２Ｏ_３結晶粒について、電界放出型走査電子顕微鏡と電子線後方散乱回折装置を用い、断面研磨面の測定範囲内に存在する結晶粒個々に電子線を照射して、コランダム型六方晶結晶格子からなる結晶格子面のそれぞれの法線の方位の角度を測定し、この測定結果から、隣接する結晶格子相互の結晶方位関係を算出し、結晶格子界面を構成する構成原子のそれぞれが前記結晶格子相互間で１つの構成原子を共有する格子点（構成原子共有格子点）からなる対応粒界の分布を算出し、前記構成原子共有格子点間に構成原子を共有しない格子点がＮ個存在する構成原子共有格子点形態をΣＮ＋１で表した場合に、それぞれの分布割合を算出し、全対応粒界長に占める各構成原子共有格子点からなる対応粒界長の割合が示された対応粒界分布グラフにおいて、前記Σ３１以上である対応粒界の合計分布割合が、Σ３以上の全対応粒界長の２５～６０％を占めるＡｌ_２Ｏ_３結晶粒である表面被覆切削工具。
（２）前記下部層（ａ）の最表面層が、少なくとも５００ｎｍ以上の層厚を有するＴｉＣＮ層からなり、不可避不純物としての酸素を除けば、前記ＴｉＣＮ層と前記上部層の界面から５００ｎｍまでの深さ領域にのみ酸素が含有されており、前記深さ領域に含有される平均酸素含有量は、前記深さ領域に含有されるＴｉ，Ｃ，Ｎ，Ｏの合計含有量の１～３原子％である前記（１）に記載の表面被覆切削工具。
（３）前記（１）または（２）に記載の表面被覆切削工具において、前記上部層のＡｌ_２Ｏ_３結晶粒について、断面研磨面に対して高角散乱環状暗視野走査透過顕微鏡法による観察および元素分析を行った場合に、Σ３１以上である対応粒界に硫黄が偏析しており、硫黄が偏析しているΣ３１以上の粒界長が、Σ３１以上の全対応粒界長の３０％以上である前記（１）または（２）に記載の表面被覆切削工具。

　本発明の被覆工具によれば、硬質被覆層が、工具基体の表面に形成された下部層と該下部層上に形成された上部層とを有し、（ａ）下部層は、３～２０μｍの合計平均層厚を有し、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＣＯ、ＴｉＣＮＯのうちの２層以上からなり、その内の少なくとも１層はＴｉＣＮ層で構成したＴｉ化合物層からなり、（ｂ）上部層は、１～３０μｍの平均層厚を有し、化学蒸着した状態でα型の結晶構造を有するＡｌ_２Ｏ_３層からなる。そして、本発明では、該Ａｌ_２Ｏ_３層を構成する個々の結晶粒について、電界放出型走査電子顕微鏡と電子線後方散乱回折装置を用い、その対応粒界分布を求めた場合、Ａｌ_２Ｏ_３結晶粒にΣ３からΣ２９の範囲内でΣ３に最高ピークが存在し、かつ、Σ３の分布割合が３５～７０％、かつ、Σ３１以上の分布割合が２５～６０％を占める。本発明の被覆工具は、このような本発明に特有の構成を有することにより、すぐれた耐チッピング性、耐欠損性、耐剥離性および耐摩耗性という本発明に特有の効果を奏する。
　そのため、本発明の被覆工具によれば、各種の鋼や鋳鉄などの切削加工を高速で、かつ切れ刃に対して機械的・衝撃的高負荷が作用する高速重切削条件、高速断続切削条件で行っても、すぐれた高温強度、高温靭性と高温硬さを示し、チッピング、欠損、剥離等の異常損傷の発生もなく、長期の使用に亘ってすぐれた耐摩耗性を発揮する。

本発明被覆工具における、工具基体表面に垂直方向の断面の模式図である。 本発明被覆工具における、対応粒界分布グラフの一例を示す。 比較例被覆工具における、対応粒界分布グラフの一例を示す。

　ここで前述した本発明の実施形態について詳細に説明する。
（ａ）下部層：
　下部層３を構成するＴｉ化合物層（例えば、ＴｉＣ層、ＴｉＮ層、ＴｉＣＮ層、ＴｉＣＯ層およびＴｉＣＮＯ層）は、基本的には上部層４のＡｌ_２Ｏ_３層の下部層として存在し、Ｔｉ化合物が有するすぐれた高温強度によって、硬質被覆層２に対して高温強度を与える。その他にも、下部層３のＴｉ化合物層は、工具基体１表面、及びＡｌ_２Ｏ_３層からなる上部層４のいずれにも密着し、硬質被覆層２の工具基体１に対する密着性を維持する作用を有する。しかしながら、下部層３のＴｉ化合物層の合計平均層厚が３μｍ未満である場合、前述した作用を十分に発揮させることができない。一方、下部層３のＴｉ化合物層の合計平均層厚が２０μｍを越える場合、特に高熱発生を伴う高速重切削・高速断続切削では熱塑性変形が起り易くなり、偏摩耗の原因となる。以上から、下部層３のＴｉ化合物層の合計平均層厚は３～２０μｍと定めた。上記下部層３のＴｉ化合物層の合計平均層厚は、好ましくは５～１５μｍであるが、これに限定されることはない。

（ｂ）下部層の最表面層：
　本発明における下部層３の最表面層は、例えば、以下のようにして形成される。
　即ち、まず、通常の化学蒸着装置を使用して、ＴｉＣ層、ＴｉＮ層、ＴｉＣＮ層、ＴｉＣＯ層およびＴｉＣＮＯ層のうちの１層または２層以上からなる種々の下部層３のＴｉ化合物層を蒸着形成（なお、ＴｉＣＮ層のみを蒸着形成することも勿論可能である）する。その後、下部層３の最表面層として、同じく通常の化学蒸着装置を使用して、以下の条件で化学蒸着することで、酸素を含有するＴｉＣＮ（以下、酸素含有ＴｉＣＮという）層を形成する。
　反応ガス組成（容量％）：ＴｉＣｌ_４　２～１０％、ＣＨ_３ＣＮ　０．５～１．０％、Ｎ_２　２５～６０％、残部Ｈ_２、
　反応雰囲気温度：７５０～９３０℃、
　反応雰囲気圧力：５～１５ｋＰａ。
　すなわち、本発明における下部層３の最表面層は、１層または２層以上からなる種々のＴｉ化合物層を形成した後に上記条件により形成される、上層部と接した酸素含有ＴｉＣＮ層を示す。この際、所定層厚を得るために必要とされる蒸着時間終了前の５分から３０分の間は、全反応ガス量に対して１～５容量％のＣＯガスを添加して化学蒸着を行う。これにより、下部層３の最表面層と上部層４との界面から、下部層３の最表面層の層厚方向に最大５００ｎｍまでの深さ領域にのみ、Ｔｉ、Ｃ、Ｎ、Ｏの合計含有量の１～３原子％の平均酸素含有量の酸素を含有する酸素含有ＴｉＣＮ層が蒸着形成される。なお、下部層３の最表面と上部層４との界面から、下部層３の最表面層の膜厚方向に５００ｎｍを超える深さ領域には、不可避不純物として０．５原子％未満の酸素が含有されることが許容される。このため、本発明で定義される「酸素を含有しない」とは、厳密には酸素の含有量が０．５原子％未満であることを意味する。

　酸素含有ＴｉＣＮ層からなる前記下部層３の最表面層は、例えば、その上に、好ましいＡｌ_２Ｏ_３結晶粒を形成するために（後記（ｃ）参照）、少なくとも５００ｎｍ以上の層厚をもたせて形成し、かつ、この酸素含有ＴｉＣＮ層と上部層４との界面から、前記酸素含有ＴｉＣＮ層の層厚方向に最大５００ｎｍまでの深さ領域にのみに含有される酸素を、Ｔｉ、Ｃ、Ｎ、Ｏの合計含有量の１から３原子％としてもよい。これにより、前記酸素含有ＴｉＣＮ層の層厚方向に最大５００ｎｍまでの深さ領域にのみ酸素を含有させることができる。
　ここで、酸素含有ＴｉＣＮ層の深さ領域を前述のように限定したのは、５００ｎｍより深い領域において１原子％以上の酸素が含有されていると、ＴｉＣＮ最表面の組織形態が柱状組織から粒状組織に変化しやすくなるためである。また、下部層３の最表面層直上のＡｌ_２Ｏ_３結晶粒の構成原子共有格子点形態を所望のものとしにくくなる。
　ただ、深さ領域５００ｎｍまでの平均酸素含有量が１原子％未満では、上部層４と下部層３のＴｉＣＮの付着強度の向上の度合が低くなりやすくなる。また、下部層３の最表面層直上のＡｌ_２Ｏ_３結晶粒の対応粒界の形成を充分に得にくくなる。一方、この深さ領域における平均酸素含有量が３原子％を超えると、下部層最表面直上の上部層４のＡｌ_２Ｏ_３において、Σ３の分布割合が３５％未満となりやすくなり、上部層４の高温硬さが低下しやすくなる。
　ここで、平均酸素含有量は、下部層３の最表面層を構成する前記ＴｉＣＮ層と上部層４との界面から、このＴｉＣＮ層の層厚方向に５００ｎｍまでの深さ領域におけるチタン（Ｔｉ），炭素（Ｃ），窒素（Ｎ）及び酸素（Ｏ）の合計含有量に占める酸素（Ｏ）含有量を原子％（＝Ｏ／（Ｔｉ＋Ｃ＋Ｎ＋Ｏ）×１００）で表したものをいう。

（ｃ）上部層のＡｌ_２Ｏ_３結晶粒：
　下部層３の最表面層に前記（ｂ）の酸素含有ＴｉＣＮ層を蒸着形成した後、上部層４のＡｌ_２Ｏ_３層を以下の条件で形成する。
　初めに、前記（ｂ）で形成した酸素含有ＴｉＣＮ層の表面を、以下の条件で処理する。
　反応ガス組成（容量％）：ＣＯ　３～８％、ＣＯ_２　３～８％、残部Ｈ_２、
　雰囲気温度：８５０～１０５０℃、
　雰囲気圧力：５～１５ｋＰａ、
　処理時間：５～２０ｍｉｎ。
　次に、以下の蒸着条件で、Ａｌ_２Ｏ_３の初期成長を行った後、上層を形成させることにより、所定の構成原子共有格子点形態を有するＡｌ_２Ｏ_３結晶粒からなる上部層４が形成する。Ａｌ_２Ｏ_３初期成長工程は、所定の上部層４を確実に形成させるために行われる。なお、本発明の実施形態では、上部層４の目標層厚をＡｌ_２Ｏ_３初期成長工程とＡｌ_２Ｏ_３上層形成工程で形成された膜厚の合計としている。
＜Ａｌ_２Ｏ_３初期成長＞
　反応ガス組成（容量％）：ＡｌＣｌ_３　１～３％、ＣＯ_２　１～５％、ＨＣｌ　０．３～１．０％、残部Ｈ_２、
　雰囲気温度：８５０～１０５０℃、
　雰囲気圧力：５～１５ｋＰａ、
　処理時間：２０～９０ｍｉｎ。
＜Ａｌ_２Ｏ_３上層形成＞
　反応ガス組成（容量％）：ＡｌＣｌ_３　０．５～５．０％、ＣＯ_２　２～１０％、ＨＣｌ　０．５～３．０％、Ｈ_２Ｓ　０．５～１．５％、残部Ｈ_２、
　反応雰囲気温度：８５０～１０５０℃、
　反応雰囲気圧力：５～１５ｋＰａ、
　処理時間：（目標とする上部層層厚になるまで）。
　なお、上部層４全体の層厚が、１μｍ未満であると長期の使用に亘ってすぐれた高温強度および高温硬さを発揮することができず、一方、３０μｍを越えると、チッピングが発生し易くなることから、上部層４の層厚は１～３０μｍと定めた。前記上部層４の層厚は、３～２０μｍであることが好ましいが、これに限定されることはない。
　上記Ａｌ_２Ｏ_３上層形成工程の反応雰囲気温度は、好ましくは８７０～９７０℃であり、より好ましくは９００～９５０℃であるが、これに限定されることはない。また、Ａｌ_２Ｏ_３上層形成工程の反応ガスＨ_２Ｓは、好ましくは０．５～１．３％であり、より好ましくは０．７～１．２％であるが、これに限定されることはない。

　さらに、上部層４を構成するα型の結晶構造を有するＡｌ_２Ｏ_３結晶粒について、電界放出型走査電子顕微鏡と電子線後方散乱回折装置を用い、その構成原子共有格子点形態からなる対応粒界を詳細に解析した。その結果、対応粒界分布グラフにおいて、Ａｌ_２Ｏ_３結晶粒には、Σ３からΣ２９の範囲内でΣ３に最高ピークが存在し、かつ、前記Σ３の分布割合がΣ３以上の全対応粒界長の３５～７０％を占めていること、及び、Σ３１以上の全対応粒界長の合計分布割合が、Σ３以上の全粒界の合計分布割合の２５～６０％を占めていることがわかった。この結果から、上記対応粒界分布を示すＡｌ_２Ｏ_３結晶粒により上部層４が構成されていることが分かった。

　前記特許文献１、２に示されるように、従来の被覆工具においても、Ｎの上限を２８とし、ΣＮ＋１全体に占めるΣ３の比率を高めることにより、耐チッピング性、耐剥離性等を改善する試みがなされている。しかし、Ｎの値が３０以上である対応粒界（即ち、Σ３１以上の対応粒界）による工具特性への影響については、従来、全く検討されていなかった。
　しかし、この発明では、前記成膜方法により上部層４のＡｌ_２Ｏ_３結晶粒を蒸着する。これにより、図２に示すように、Σ３からΣ２９の範囲内でΣ３に最高ピークが存在し、かつ、Σ３以上の全対応粒界長に対するΣ３の分布割合が３５～７０％に維持されることで、上部層４の粒界強度の向上が図られる。
　それと同時に、Σ３１以上の全対応粒界長をΣ３以上の全対応粒界長に対して２５～６０％形成することができる。これによって、謂わば、ランダム粒界とみなすことができるΣ３１以上の対応粒界が所定の割合で形成される。そのため、上部層のＡｌ_２Ｏ_３層４は、耐摩耗性にすぐれると同時に、靭性が一段と向上する。
　即ち、この発明によれば、Ａｌ_２Ｏ_３層からなる上部層４は、硬さ、強度の向上に加え、一段とすぐれた靭性を備えることから、切れ刃に高負荷が作用する断続切削、重切削等の切削条件下においても、チッピング、欠損、剥離等の異常損傷を発生することなく、長期の使用に亘って、すぐれた耐摩耗性を発揮することができる。
　ここで、Σ３に最高ピークが存在しない場合、あるいは、Σ３の分布割合が３５％未満であると、Ａｌ_２Ｏ_３結晶粒の粒界強度が十分でなく、高負荷が作用した場合のチッピング、欠損等の発生を抑制する効果が十分ではない。一方、Σ３の分布割合が７０％を超えると、結果として、Σ３に最高ピークが形成されるが、その反面、Σ３１以上の構成原子共有格子点形態の分布割合を２５％以上にすることができなくなり、ランダム粒界を十分に形成することができないため、靭性の向上を期待することができない。
　また、Σ３１以上の分布割合が２５％未満であると、前述のように靭性の向上を望めず、一方、Σ３１以上の分布割合が６０％を超えると、Σ３の形成割合が３５％未満となってしまい、Ａｌ_２Ｏ_３結晶粒の高温硬さが低下するほか、粒界強度が低下する。
　したがって、この発明では、Ａｌ_２Ｏ_３層からなる上部層４にΣ３からΣ２９の範囲内でΣ３にピークが存在するとともに、Σ３以上の全粒界の合計分布割合に対するΣ３の分布割合を３５～７０％、また、Σ３１以上の分布割合を２５～６０％と定めた。なお、前記Σ３以上の全粒界の合計分布割合に対するΣ３の分布割合は、好ましくは４０～６０％、また、前記Σ３１以上の分布割合は、好ましくは３５～５５％であるが、これに限定されることはない。

　上部層４の構成原子共有格子点形態は、以下の手順で測定することができる。
　まず、被覆工具について、その縦断面（被覆工具表面に垂直な断面）を研磨面とする（図１参照）。
　次に、電界放出型走査電子顕微鏡と電子線後方散乱回折装置を用い、断面研磨面の測定範囲内に存在するコランダム型六方晶結晶格子を有する結晶粒個々に電子線を照射して、結晶格子面のそれぞれの法線の方位のなす角度を測定する。上記測定範囲は、３０×５０μｍとすることが好ましいがこれに限定されることはない。
　ついで、この測定結果から、隣接する結晶格子相互の結晶方位関係を算出し、結晶格子界面を構成する構成原子のそれぞれが前記結晶格子間で１つの構成原子を共有する格子点（「構成原子共有格子点」という）の分布を算出する。
　構成原子共有格子点形態は、前記構成原子共有格子点間に構成原子を共有しない格子点がＮ個（但し、Ｎはコランダム型六方晶結晶格子の結晶構造上２以上の偶数となるが、４、８、１４、２４および２６の偶数は存在しない）存在する場合に、ΣＮ＋１で表される。上記で表した構成原子共有格子点のそれぞれの分布割合を算出し、Σ３以上の全対応粒界長の合計分布割合に占める割合で示す対応粒界分布グラフ(図２、図３参照)を作成することによって、Σ３のピークの存在、Σ３の分布割合およびΣ３１以上の分布割合を求めることができる。なお、Σ３１以上の分布割合の算出方法は、得られた測定結果から、Σ３、Σ７、Σ１１、Σ１７、Σ１９、Σ２１、Σ２３、Σ２９のそれぞれの対応粒界長を算出し、全対応粒界長からこれらの対応粒界長の和を差し引いた値を用いてΣ３１以上の分布割合として求めた。
　Σ２９以下の対応粒界とΣ３１以上の対応粒界を区別しているのは、Ｈ．Ｇｒｉｍｍｅｒらの論文（Ｐｈｉｌｏｓｏｐｈｉｃａｌ　Ｍａｇａｚｉｎｅ　Ａ，１９９０，Ｖｏｌ．６１，Ｎｏ．３，４９３－５０９）にあるように、分布頻度の点からα―Ａｌ_２Ｏ_３の対応粒界は、Ｎの上限を２８としたΣ３からΣ２９までの粒界が主な対応粒界であることが報告されているためである。従って本発明においてもΣ３１以上は個々のＮにおける分布割合を算出せず、Σ３１以上としてひとまとめにした。Σ３、Σ７、Σ１１、Σ１７、Σ１９、Σ２１、Σ２３、Σ２９のそれぞれの対応粒界は上記論文に示された、対応粒界を構成する結晶粒間のなす角度の値を用いて同定した。また、隣接する結晶格子間で構成原子共有格子点間に構成原子を共有しない格子点がＮ個存在する構成原子共有格子点形態を満たすΣＮ＋１の対応粒界から、結晶粒間のなす角度の値にどの程度の誤差Δθまでを許容できるかという基準として、Δθ＝５°として計算を行った。

　また、上部層４を構成するα型のコランダム型六方晶結晶格子を有するＡｌ_２Ｏ_３結晶粒について、高角散乱環状暗視野走査透過顕微鏡を用いて、構成原子共有格子点形態を観察した上記断面研磨面の測定範囲内で、エネルギー分散型Ｘ線分析法による元素分析を行った。その結果、Σ３１以上である対応粒界に硫黄が偏析しており、その粒界長がΣ３１以上である全粒界長に対して３０％以上であるとき、特に優れた耐剥離性を示すことがわかった。このような結合状態をもつ粒界をＡｌ_２Ｏ_３結晶粒内に付加することで、その箇所が硬質皮膜中に広く分散された微細な破壊起点の役割を担うようになり、高速重切削加工、高速断続切削加工といった切削形態でも、Ａｌ_２Ｏ_３層の大きな剥離やチッピングを抑制することができる。
　Σ３１以上である対応粒界への硫黄の偏析が３０％未満である場合は、上記に述べたような、所望とする耐剥離性や耐チッピング性における効果が小さくなる。こういった硫黄のΣ３１以上である対応粒界への偏析は、Ａｌ_２Ｏ_３成膜時の化学蒸着反応で用いた硫化水素ガスの吸着によるものである。Σ３１以上である対応粒界への硫黄の偏析は、全粒界長に対して４０～６５％であることが好ましいが、これに限定されることはない。

　本発明の被覆工具の実施形態について、実施例に基づいて具体的に説明する。特に、本発明の被覆工具の硬質被覆層２を構成する各層について、詳細に説明する。

　原料粉末として、いずれも１～３μｍの平均粒径を有するＷＣ粉末、ＴｉＣ粉末、ＺｒＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、Ｃｒ_３Ｃ_２粉末、ＴｉＮ粉末、およびＣｏ粉末を用意した。これら原料粉末を、表１に示される配合組成に配合し、さらにワックスを加えてアセトン中で２４時間ボールミル混合し、減圧乾燥した。その後、９８ＭＰａの圧力で所定形状の圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を５Ｐａの真空中、１３７０～１４７０℃の範囲内の所定の温度に１時間保持して真空焼結した。焼結後、ＩＳＯ規格ＣＮＭＧ１２０４０８のインサート形状をもったＷＣ基超硬合金製の工具基体Ａ～Ｅをそれぞれ製造した。

　また、原料粉末として、いずれも０．５～２μｍの平均粒径を有するＴｉＣＮ（質量比でＴｉＣ／ＴｉＮ＝５０／５０）粉末、ＺｒＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、Ｍｏ₂Ｃ粉末、ＷＣ粉末、Ｃｏ粉末およびＮｉ粉末を用意し、これら原料粉末を、表２に示される配合組成に配合し、ボールミルで２４時間湿式混合し、乾燥した。その後、９８ＭＰａの圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を１．３ｋＰａの窒素雰囲気中、温度：１５００℃に１時間保持して焼結した。焼結後、ＩＳＯ規格ＣＮＭＧ１２０４１２のインサート形状をもったＴｉＣＮ基サーメット製の工具基体ａ～ｅを作製した。

　ついで、これらの工具基体Ａ～Ｅおよび工具基体ａ～ｅのそれぞれを、通常の化学蒸着装置に装入し、以下の手順で本発明被覆工具１～１３をそれぞれ製造した。
（ａ）まず、表３に示される条件にて、表７に示される目標層厚となるように下部層としてＴｉ化合物層を蒸着形成した。
（ｂ）次に、表４に示される条件にて、下部層３の最表面層として酸素含有ＴｉＣＮ層（即ち、該層と上部層４との界面から、該層の膜厚方向に５００ｎｍまでの深さ領域にのみ、平均酸素含有量（Ｏ／（Ｔｉ＋Ｃ＋Ｎ＋Ｏ）×１００）が１から３原子％の酸素が含有される）を表８に示される目標層厚となるように形成した。なお、表４の酸素含有ＴｉＣＮ層種別Ｄでは、蒸着時間終了前の５～３０分の間にＣＯガスを添加しなかった。
（ｃ）次に、表５に示される条件にて、下部層３の最表面のＴｉＣＮ層にＣＯとＣＯ_２の混合ガスによる酸化処理（下部層表面処理）を行った。なお、表５の下部層表面処理種別Ｄでは、反応ガス組成のうち、ＣＯ及びＣＯ_２の供給量を変更した。
（ｄ）次に、表６に示される初期成長条件にて、Ａｌ_２Ｏ_３の初期成長を行い、同じく表６に示される上層形成条件による蒸着を表８に示される目標層厚となるまで行うことにより、本発明被覆工具１～１３をそれぞれ製造した。なお、初期成長条件の形式記号Ｅでは、反応ガス組成のうち、ＣＯ_２の供給量を変更した。また、上層形成条件の形式記号ｅでは、反応ガス組成のうち、Ｈ_２Ｓの供給量を変更した。

　また、比較の目的で、前記本発明被覆工具１～１３の製造条件から外れる条件で前記工程（ｃ）、（ｄ）を行うことにより、表９に示す比較例被覆工具１～１３をそれぞれ製造した。

　ついで、本発明被覆工具１～１３と比較例被覆工具１～１３については、下部層３の最表面層を構成するＴｉＣＮ層について、このＴｉＣＮ層と上部層４との界面からＴｉＣＮ層の層厚方向に５００ｎｍまでの深さ領域における平均酸素含有量（＝Ｏ／（Ｔｉ＋Ｃ＋Ｎ＋Ｏ）×１００）を、オージェ電子分光分析器を用いて測定した。まず、被覆工具の断面研磨面に下部層Ｔｉ炭窒化物層の最表面からＴｉ炭化物層の膜厚相当の距離の範囲に直径１０ｎｍの電子線を照射させていき、Ｔｉ、Ｃ、Ｎ、Ｏのオージェピークの強度を測定した。その後、それらのピーク強度の総和からＯのオージェピーク強度の割合を算出して求めた。さらに、上記の方法で、５００ｎｍを超える深さ領域における最大酸素含有量（＝Ｏ／（Ｔｉ＋Ｃ＋Ｎ＋Ｏ）×１００）を求め、不純物以外の酸素含有量を求めた。最大酸素含有量は５００ｎｍを超える深さ領域における酸素含有量の最大値の値である。５００ｎｍまでの深さ領域における平均酸素含有量と５００ｎｍを超える深さ領域における最大酸素含有量の値を表８、９に示した。

　また、ＴｉＣＮ層に不可避的に含有する酸素含有量を求めるため、別途炭化タングステン基超硬合金または炭窒化チタン基サーメットで構成された工具基体１の表面に、以下の条件で化学蒸着した。
　反応ガス組成（容量％）：ＴｉＣｌ_４　２～１０％、ＣＨ_３ＣＮ　０．５～１．０％、Ｎ_２　２５～６０％、残部Ｈ_２、
　反応雰囲気温度：７８０～９３０℃、
　反応雰囲気圧力：６～１０ｋＰａ。
　上記の条件で、酸素を意図的に含有させないＴｉＣＮ（以下、不可避酸素含有ＴｉＣＮという）層を３μｍ以上の層厚で形成した。この不可避酸素含有ＴｉＣＮ層の最表面から前記層の層厚方向に５００ｎｍより深い領域に不可避的に含まれる酸素含有量を、オージェ電子分光分析器を用いて前記深さ領域に含有されるＴｉ、Ｃ、Ｎ、Ｏの合計含有量に対する割合から求めた。その結果、オージェ電子分光分析器の精度の範囲内で求められる不可避酸素含有量が０．５原子％未満であったことから、前記不可避酸素含有ＴｉＣＮ層に含まれる不可避酸素含有量を０．５原子％未満と定めた。

　ついで、硬質被覆層２の上部層４のＡｌ_２Ｏ_３について、電界放出型走査電子顕微鏡と電子線後方散乱回折装置を用いて、Ａｌ_２Ｏ_３結晶粒の結晶格子面のそれぞれの法線のなす角度を測定するとともに、この測定結果から、隣接する結晶格子相互の結晶方位関係を算出することにより、上部層４のＡｌ_２Ｏ_３の対応粒界分布を測定した。
　具体的には、上記の本発明被覆工具１～１３の上部層４のＡｌ_２Ｏ_３層について、その断面（上部層表面に垂直な断面）を研磨面とした。その状態で、前記被覆工具を電界放出型走査電子顕微鏡の鏡筒内にセットし、前記断面研磨面に７０度の入射角度で１５ｋＶの加速電圧の電子線を１ｎＡの照射電流で、それぞれの前記断面研磨面の測定範囲内に存在するコランダム型六方晶結晶格子を有する結晶粒個々に電子線を照射した。より詳細には、電子線後方散乱回折装置を用い、基体表面に平行する方向に５０μｍ、基体表面方向に直交する方向に該Ａｌ_２Ｏ_３層の層厚を上限とする領域で０．１μｍ／ｓｔｅｐの間隔で電子線を照射し、電子線が照射された各測定点において前記結晶粒を構成する結晶格子の各面の法線の方位を測定した。この測定結果から、隣接する測定点における結晶格子相互の結晶方位関係を算出した。この算出結果から、隣接する相互の測定点間において、結晶方位角度差が５度以上である測定点間に結晶粒界が存在するとみなし、この結晶粒界に囲まれた測定点の集合を１つの結晶粒と特定し、全体の結晶粒を特定した。それと共に、結晶格子界面を構成する測定点間の結晶方位関係が、前述のＨ．Ｇｒｉｍｍｅｒ等の文献に記載されている、対応粒界を構成する結晶粒間のなす角度の値に対して誤差Δθ＝５°の範囲内となった場合に、その測定点間に対応粒界が存在するとみなし、全粒界長に対するΣＮ＋１対応粒界の割合を求めた。測定結果をΣ３の分布割合（％）として表８に示した。Σ３１以上の分布割合の算出方法は、得られた測定結果から、Σ３、Σ７、Σ１１、Σ１７、Σ１９、Σ２１、Σ２３、Σ２９のそれぞれの対応粒界長を算出し、全対応粒界長からこれらの対応粒界長の和を差し引いた値を用いてΣ３１以上の分布割合（％）として表８に示した。
　次に、比較被覆工具１～１３の上部層４のＡｌ_２Ｏ_３層についても、本発明被覆工具１～１３の場合と同様の方法により、Σ３の分布割合およびΣ３１以上の分布割合を求めた。その値を、表９に示した。

　図２に、この測定により得られた本発明被覆工具１について求めた対応粒界分布グラフの一例を示す。
　本発明被覆工具１は、Σ３からΣ２９の範囲内でΣ３に最高ピークが形成され、Σ３の分布割合が５２％であり、Σ３１以上の分布割合が４６％であることが分かる。
　また、図３には、この測定により得られた比較例被覆工具１について求めた対応粒界分布グラフの一例を示す。
　比較例被覆工具１は、Σ３からΣ２９の範囲内でΣ３に最高ピークが形成されるが、Σ３の分布割合が１４％であり、Σ３１以上の分布割合は６９％となることが分かる。
　表８、表９、図２、図３にも示されるように、本発明被覆工具では、全ての被覆工具について、Σ３からΣ２９の範囲内でΣ３に最高ピークが存在するとともに、Σ３の分布割合が３５～７０％であり、さらに、Σ３１以上の分布割合は２５～５９％のものが形成された。それに対して、比較例被覆工具では、Σ３に最高ピークが存在しない、若しくは、Σ３の分布割合が３５～７０％から外れる、または、Σ３１以上の分布割合が２５～６０％を外れるものであった。そのため、上部層の靭性、硬さ、強度が十分でなく、耐異常損傷性、耐摩耗性が十分であるとはいえない。
　表８、表９にこれらの値を示す。

　次に、本発明被覆工具１～１３の上部層４を構成するα型の結晶構造を有するＡｌ_２Ｏ_３結晶粒について、高角散乱環状暗視野走査透過顕微鏡を用いて、対応粒界分布を測定した断面研磨面の測定範囲内で、エネルギー分散型Ｘ線分析法による元素マップ分析を行うことで、Ａｌ_２Ｏ_３結晶粒内および結晶粒界中の硫黄の偏析について測定を行った。測定した元素はＡｌ，Ｏ，Ｃｌ，Ｓであった。硫黄がＡｌ_２Ｏ_３結晶粒の粒界に偏析しているという状態は、元素マップのデータに線分析を行ったときに、Ａｌ_２Ｏ_３結晶粒内の硫黄の存在割合に対して、Ａｌ_２Ｏ_３結晶粒の粒界上での硫黄の存在割合が３倍以上であるということで定義する。Ａｌ_２Ｏ_３結晶粒の粒界のΣ３１以上である対応粒界の粒界長のなかで、硫黄が偏析しているΣ３１以上である対応粒界による粒界長を、電界放出型走査電子顕微鏡と電子線後方散乱回折装置を用いて算出したあと、Σ３１以上である対応粒界による全粒界長で除すことで、その割合が求められる。その値を表８に示す。
　次に、比較被覆工具１～１３の上部層４のＡｌ_２Ｏ_３層についても、本発明被覆工具１～１３の場合と同様の方法により、Ａｌ_２Ｏ_３結晶粒の粒界のΣ３１以上である対応粒界の粒界長のなかで、硫黄が偏析しているΣ３１以上である対応粒界による粒界長の割合求めた。その値を表９に示した。Σ３１以上である対応粒界への硫黄の偏析が３０％未満である場合は、上記に述べたような効果が小さくなる。

　なお、本発明被覆工具１～１３、比較例被覆工具１～１３の硬質被覆層２の各構成層の厚さを、走査型電子顕微鏡を用いて測定（縦断面測定）したところ、いずれも目標層厚と実質的に同じ平均層厚（５点測定の平均値）を示した。

　つぎに、本発明被覆工具１～１３、比較例被覆工具１～１３の各種の被覆工具について、いずれも工具鋼製バイトの先端部に固定治具にてネジ止めした状態で、以下に示す切削試験、合金鋼の乾式高速断続切削試験（切削条件Ａ）、ニッケルクロムモリブデン合金鋼の乾式高送り切削試験（切削条件Ｂ）、鋳鉄の乾式高速断続重切削試験（切削条件Ｃ）を実施し、切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。
　切削条件Ａ：
　被削材：ＪＩＳ・ＳＣＭ４２０の長さ方向等間隔４本縦溝入り、
　切削速度：３８０ｍ／ｍｉｎ、
　切り込み：１．５ｍｍ、
　送り：０．３５ｍｍ／ｒｅｖ、
　切削時間：５分。
（通常の切削速度、切り込み、送りは、それぞれ、２００ｍ／ｍｉｎ、１．５ｍｍ，０．３ｍｍ／ｒｅｖ）
　切削条件Ｂ：
　被削材：ＪＩＳ・ＳＮＣＭ４３９の丸棒、
　切削速度：１２０ｍ／ｍｉｎ、
切り込み：１．５ｍｍ、
　送り：１．１ｍｍ／ｒｅｖ、
　切削時間：５分。
（通常の切削速度、送り量は、それぞれ、２５０ｍ／ｍｉｎ、０．３ｍｍ／ｒｅｖ）
切削条件Ｃ：
　被削材：ＪＩＳ・ＦＣ３００の長さ方向等間隔４本縦溝入り棒材、
　切削速度：４５０ｍ／ｍｉｎ、
　切り込み：２．０ｍｍ、
　送り：０．３５ｍｍ／ｒｅｖ、
　切削時間：５分。
（通常の切削速度、切込量、送り量はそれぞれ２５０ｍ／ｍｉｎ、１．５ｍｍ、０．３ｍｍ／ｒｅｖ）
　表１０にこの測定結果を示した。なお、上記通常の切削速度とは、従来被覆インサートを用いた場合の効率（一般には、工具寿命までに加工できる部品の数など）が最適となる切削速度をいう。この速度を超えて切削を行うと工具の寿命が極端に短くなり、加工の効率が低下する。

　表１０に示される結果から、本発明被覆工具１～１３は、その上部層が、すぐれた高温強度、高温靭性と高温硬さを備えるため、チッピング、欠損、剥離等の異常損傷の発生もなく、長期の使用に亘ってすぐれた耐摩耗性を示した。
　これに対して、比較例被覆工具１～１３では、高速重切削加工、高速断続切削加工においては、硬質被覆層の剥離発生、チッピング発生により、比較的短時間で使用寿命に至った。

　前述のように、本発明の被覆工具は、各種鋼や鋳鉄などの通常の条件での連続切削や断続切削は勿論のこと、切刃に高負荷、断続的・衝撃的負荷が作用する高速重切削、高速断続切削という厳しい切削条件下でも、硬質被覆層の剥離、チッピングが発生することはなく、長期の使用に亘ってすぐれた切削性能を発揮する。そのため、本発明の被覆工具は、切削装置の高性能化並びに切削加工の省力化および省エネ化、さらに低コスト化に十分満足に対応できる。

１　　工具基体
２　　硬質被覆層
３　　下部層（Ｔｉ化合物層）
４　　上部層（Ａｌ_２Ｏ_３層）

Claims (3)

1. 　炭化タングステン基超硬合金または炭窒化チタン基サーメットで構成された工具基体と該工具基体の表面に蒸着形成された硬質被覆層を備える表面被覆切削工具であって、
   　前記硬質被覆層は、工具基体の表面に形成された下部層と該下部層上に形成された上部層とを有し、
   （ａ）前記下部層は、３～２０μｍの合計平均層厚を有し、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＣＯ、ＴｉＣＮＯのうちの２層以上からなり、その内の少なくとも１層はＴｉＣＮ層で構成したＴｉ化合物層からなり、
   （ｂ）上部層は、１～３０μｍの平均層厚を有し、化学蒸着した状態でα型の結晶構造を有するＡｌ_２Ｏ_３層からなり、
   （ｃ）前記上部層のＡｌ_２Ｏ_３結晶粒について、電界放出型走査電子顕微鏡と電子線後方散乱回折装置を用い、断面研磨面の測定範囲内に存在する結晶粒個々に電子線を照射して、コランダム型六方晶結晶格子からなる結晶格子面のそれぞれの法線の方位の角度を測定し、この測定結果から、隣接する結晶格子相互の結晶方位関係を算出し、結晶格子界面を構成する構成原子のそれぞれが前記結晶格子相互間で１つの構成原子を共有する格子点（構成原子共有格子点）からなる対応粒界の分布を算出し、前記構成原子共有格子点間に構成原子を共有しない格子点がＮ個存在する構成原子共有格子点形態をΣＮ＋１で表した場合に、それぞれの分布割合を算出し、全対応粒界長に占める各構成原子共有格子点からなる対応粒界長の割合が示された対応粒界分布グラフにおいて、Σ３からΣ２９の範囲でΣ３に最高ピークが存在し、かつ前記Σ３の分布割合がΣ３以上の全対応粒界長の３５～７０％を占め、
   （ｄ）前記上部層のＡｌ_２Ｏ_３結晶粒について、電界放出型走査電子顕微鏡と電子線後方散乱回折装置を用い、断面研磨面の測定範囲内に存在する結晶粒個々に電子線を照射して、コランダム型六方晶結晶格子からなる結晶格子面のそれぞれの法線の方位の角度を測定し、この測定結果から、隣接する結晶格子相互の結晶方位関係を算出し、結晶格子界面を構成する構成原子のそれぞれが前記結晶格子相互間で１つの構成原子を共有する格子点（構成原子共有格子点）からなる対応粒界の分布を算出し、前記構成原子共有格子点間に構成原子を共有しない格子点がＮ個存在する構成原子共有格子点形態をΣＮ＋１で表した場合に、それぞれの分布割合を算出し、全対応粒界長に占める各構成原子共有格子点からなる対応粒界長の割合が示された対応粒界分布グラフにおいて、前記Σ３１以上である対応粒界の合計分布割合が、Σ３以上の全対応粒界長の２５～６０％を占めるＡｌ_２Ｏ_３結晶粒である表面被覆切削工具。
2. 　前記下部層（ａ）の最表面層が、少なくとも５００ｎｍ以上の層厚を有するＴｉＣＮ層からなり、不可避不純物としての酸素を除けば、前記ＴｉＣＮ層と前記上部層の界面から５００ｎｍまでの深さ領域にのみ酸素が含有されており、前記深さ領域に含有される平均酸素含有量は、前記深さ領域に含有されるＴｉ，Ｃ，Ｎ，Ｏの合計含有量の１～３原子％である請求項１に記載の表面被覆切削工具。
3. 　請求項１または２に記載の表面被覆切削工具において、上部層のＡｌ_２Ｏ_３結晶粒について、断面研磨面に対して高角散乱環状暗視野走査透過顕微鏡法による観察および元素分析を行った場合に、Σ３１以上である対応粒界に硫黄が偏析しており、硫黄が偏析しているΣ３１以上の粒界長が、Σ３１以上の全対応粒界長の３０％以上である請求項１または２に記載の表面被覆切削工具。

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