WO2016121690A1 - 被覆工具 - Google Patents

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WO2016121690A1
WO2016121690A1 PCT/JP2016/052015 JP2016052015W WO2016121690A1 WO 2016121690 A1 WO2016121690 A1 WO 2016121690A1 JP 2016052015 W JP2016052015 W JP 2016052015W WO 2016121690 A1 WO2016121690 A1 WO 2016121690A1
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hkl
aluminum oxide
tcf
tcr
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PCT/JP2016/052015
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晃 李
山崎　剛
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京セラ株式会社
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    • B23B—TURNING; BORING
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    • B23B2228/04—Properties of materials of tools or workpieces, materials of tools or workpieces applied in a specific manner applied by chemical vapour deposition [CVD]
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    • B23B2228/00—Properties of materials of tools or workpieces, materials of tools or workpieces applied in a specific manner
    • B23B2228/10—Coatings

Definitions

  • the present disclosure relates to a coated tool having a coating layer on a surface of a substrate.
  • Such a cutting tool has been increasingly used for heavy interrupted cutting where a large impact is applied to the cutting edge in accordance with recent high efficiency cutting. And in such severe cutting conditions, in order to suppress chipping and peeling of the coating layer due to a large impact on the coating layer, improvement of chipping resistance and wear resistance is required.
  • Patent Document 1 optimizes the particle size and thickness of the aluminum oxide layer and sets the (012) plane organization coefficient (Texture Coefficient: 1). .3 or more, a technique capable of forming a dense aluminum oxide layer having high fracture resistance is disclosed.
  • Patent Document 2 by making the organization coefficient in the (012) plane of the aluminum oxide layer 2.5 or more, the residual stress in the aluminum oxide layer is easily released, so that the fracture resistance of the aluminum oxide layer is improved. A technique that can improve the above is disclosed.
  • Patent Document 3 as a technique for improving the wear resistance in the cutting tool, an aluminum oxide layer located immediately above the intermediate layer is formed by laminating two or more unit layers exhibiting different X-ray diffraction patterns. The technique which can improve the intensity
  • Patent Document 4 the (006) plane orientation coefficient of the aluminum oxide layer is increased to 1.8 or more, and the peak intensity ratio I (104) / I (110) between the (104) plane and the (110) plane is set as follows. A cutting tool controlled to a predetermined range is disclosed.
  • the peak intensity ratio I (104) / I (012) between the (104) plane and the (012) plane of the aluminum oxide layer is set to be higher than that of the first plane below the aluminum oxide layer.
  • a cutting tool that is larger in surface is disclosed.
  • Japanese Patent No. 6-316758 Japanese Patent Laid-Open No. 2003-025114 Japanese Patent Laid-Open No. 10-204639 JP 2013-132717 A JP 2009-202264 A
  • the coated tool of the present embodiment includes a first surface, a second surface adjacent to the first surface, and a cutting blade positioned at at least a part of a ridge line portion between the first surface and the second surface. It is a coated tool.
  • the coating tool includes a base and a coating layer provided on the surface of the base.
  • the coating layer includes a titanium carbonitride layer and an aluminum oxide layer having an ⁇ -type crystal structure. The titanium carbonitride layer is located closer to the substrate than the aluminum oxide layer. Further, based on the peak of the aluminum oxide layer analyzed by X-ray diffraction analysis, when the value represented by the following formula is the orientation coefficient Tc (hkl), the orientation coefficient Tcf (104) on the second surface.
  • Tcf (104) / Tcf (012) is the ratio of the orientation coefficient Tcr (104) to Tcr (012) on the first surface (Tcr (104) / Tcr (012)). Higher).
  • Orientation coefficient Tc (hkl) ⁇ I (hkl) / I 0 (hkl) ⁇ / [(1/7) ⁇ ⁇ ⁇ I (HKL) / I 0 (HKL) ⁇ ]
  • (HKL) indicates crystal planes of (012), (104), (110), (006), (113), (024), and (116).
  • I (HKL) and I (hkl) represent peak intensities of peaks attributed to each crystal plane detected in the X-ray diffraction analysis of the aluminum oxide layer.
  • I 0 (HKL) and I 0 (hkl) are JCPDS card numbers. The standard diffraction intensity of each crystal plane described in 43-1484 is shown.
  • FIG. 4A is a schematic diagram in which a plurality of setting jigs are stacked.
  • FIG. 4B is a cross-sectional view for explaining the arrangement of the substrates.
  • FIG. 10 is another example of a substrate setting method in a film forming apparatus for forming a coating layer, and is a cross-sectional view for explaining the arrangement of the substrate.
  • a cutting tool (hereinafter simply referred to as a tool) 1 showing an embodiment of the present disclosure includes a first surface 2, a second surface 3 adjacent to the first surface 2, a first surface 2, and a second surface 3. And a cutting blade 4 positioned at a ridge line portion between the two.
  • the tool 1 has a polyhedron shape
  • the first surface 2 is a rake surface 2
  • the second surface 3 is a flank surface.
  • the first surface 2 is referred to as a rake surface 2
  • the second surface 3 is referred to as a flank surface 3.
  • the screw hole 15 exists in the center of the rake face 2 of the tool 1 shown in FIG. 1, the screw hole 15 is not necessarily required.
  • the tool 1 includes a base 5 and a coating layer 6 provided on the surface of the base 5.
  • the covering layer 6 includes a lower layer 7, a titanium carbonitride layer 8, an intermediate layer 9, an aluminum oxide layer 10, and a surface layer 11.
  • the lower layer 7, the titanium carbonitride layer 8, the intermediate layer 9, the aluminum oxide layer 10, and the surface layer 11 are laminated in this order from the substrate 5 side.
  • the aluminum oxide layer 10 has an ⁇ -type crystal structure.
  • the rake face 2, the flank face 3, and the cutting edge 4 are the outermost surfaces of the tool 1, respectively. That is, when the outermost surface of the tool 1 is the covering layer 6 as in this embodiment, the rake face 2, the flank face 3, and the cutting edge 4 refer to the surface of the covering layer 6. When the coating layer 6 is worn, the rake face 2, the flank surface 3, and the cutting edge 4 refer to the worn surface of the coating layer 6. When the coating layer 6 is worn away and the base 5 is exposed, the outermost surface of the tool 1 is the base 5, so that the rake face 2, the flank 3 and the cutting edge 4 are the surfaces of the exposed base 5. Say.
  • Orientation coefficient Tc (hkl) ⁇ I (hkl) / I 0 (hkl) ⁇ / [(1/7) ⁇ ⁇ ⁇ I (HKL) / I 0 (HKL) ⁇ ]
  • (HKL) indicates the crystal plane of (012), (104), (110), (006), (113), (024), (116), and I (HKL) and I (hkl) are The peak intensities of the peaks belonging to the crystal planes detected in the X-ray diffraction analysis of the aluminum oxide layer 10 are shown.
  • I 0 (HKL) and I 0 (hkl) are JCPDS (Joint Committee on Powder Diffraction Standards) card numbers. The standard diffraction intensity of each crystal plane described in 43-1484 is shown.
  • the orientation coefficient on the flank 3 side is defined as Tcf
  • the orientation coefficient on the rake face 2 side is defined as Tcr.
  • the orientation coefficient Tc is an index representing the degree of orientation of each crystal plane because it is determined by a ratio to the non-oriented standard data defined by the JCPDS card. Further, “(hkl)” of Tc (hkl) indicates a crystal plane for calculating the orientation coefficient.
  • the ratio (Tcf (104) / Tcf (012)) between the orientation coefficients Tcf (104) and Tcf (012) is equal to the ratio (Tcr) between the orientation coefficients Tcr (104) and Tcr (012). (104) / Tcr (012)).
  • the coating layer 6 on the rake face 2 has high fracture resistance, crater wear caused by chipping and chipping or peeling hardly occurs due to collision of chips.
  • the coating layer 6 on the flank 3 has high wear resistance, the progress of flank wear due to contact with the work material can be suppressed.
  • Tcf (104) is higher than Tcf (012) and Tcr (104) is lower than Tcr (012).
  • Condition 1 In the X-ray diffraction chart, among the peaks on the flank 3, the peak intensity If (006) of the peak attributed to the (006) plane or the peak intensity If (104) attributed to the (104) plane Is the highest.
  • Condition 2 In the X-ray diffraction chart, of the peaks in the rake face 2, the peak intensity Ir (006) of the peak attributed to the (006) plane or the peak intensity Ir (012) attributed to the (012) plane Is the highest.
  • the X-ray diffraction analysis of the aluminum oxide layer 10 is measured using an X-ray diffraction analysis apparatus using a general CuK ⁇ ray.
  • the area to be measured is a central 3 mm ⁇ area which is a flat surface of the rake face 2 and a 3 mm ⁇ area which is the center of the flank 3.
  • the JCPDS card No In obtaining the peak intensity of each crystal plane of the aluminum oxide layer 10 from the X-ray diffraction chart, the JCPDS card No. The diffraction angle of each crystal face described in 43-1484 is confirmed, the crystal face of the detected peak is identified, and the peak intensity is measured.
  • the position of the peak may be shifted due to residual stress or the like existing in the coating layer 6. Therefore, in order to confirm whether or not the detected peak is the peak of the aluminum oxide layer 10, X-ray diffraction analysis is performed with the coating layer 6 polished so that the aluminum oxide layer 10 is exposed and polished. Compare the peaks detected before and after. From this difference, it can be confirmed that it is the peak of the aluminum oxide layer 10.
  • the surface peak measured from the surface of the aluminum oxide layer 10 is measured. Specifically, the peak intensity of the aluminum oxide layer 10 is measured in a region from the rake face 2 side surface of the aluminum oxide layer 10 to the substrate 5 side surface. In the measurement, even if the surface layer 11 exists, the X-ray diffraction analysis is basically performed without polishing the surface layer 11. If the surface layer 11 does not detect the surface peak of the aluminum oxide layer 10, the aluminum oxide layer 10 is exposed and X-ray diffraction analysis is performed.
  • the peak of aluminum oxide is identified using a JCPDS card
  • a thickness of 20% or less of the thickness of the aluminum oxide layer 10 may be removed. Even when X-ray diffraction analysis is performed on the surface layer 11 without polishing, (012), (104), (110), (006), (113), (024) of aluminum oxide , (116) 7 peaks may be measured.
  • the wear resistance and fracture resistance of the aluminum oxide layer 10 are good.
  • the titanium carbonitride layer 8 includes a so-called MT (Moderate Temperature) -titanium carbonitride layer 8a and HT (High Temperature) -titanium carbonitride layer 8b.
  • the MT-titanium carbonitride layer 8a and the HT-titanium carbonitride layer 8b are sequentially stacked from the substrate side.
  • the MT-titanium carbonitride layer 8a is made of columnar crystals containing acetonitrile (CH 3 CN) gas as a raw material and formed at a relatively low film formation temperature of 780 to 900 ° C.
  • the HT-titanium carbonitride layer 8b is made of granular crystals formed at a high film formation temperature of 950 to 1100.degree. According to this embodiment, the surface of the HT-titanium carbonitride layer 8b is formed with triangular projections in a cross-sectional view that tapers toward the aluminum oxide layer 10, thereby increasing the adhesion of the aluminum oxide layer 10. Further, peeling and chipping of the coating layer 6 can be suppressed.
  • the thickness of the titanium carbonitride layer 8 is 6.0 to 13.0 ⁇ m, the wear resistance and fracture resistance of the tool 1 are high.
  • the intermediate layer 9 is provided on the surface of the HT-titanium carbonitride layer 8b.
  • the intermediate layer 9 is made of a compound containing titanium and oxygen. This compound includes TiAlCNO, TiCNO and the like.
  • the intermediate layer 9 shown in FIG. 2 has a two-layer structure and includes a lower intermediate layer 9a and an upper intermediate layer 9b.
  • the aluminum oxide particles constituting the aluminum oxide layer 10 have an ⁇ -type crystal structure.
  • the aluminum oxide layer 10 having an ⁇ -type crystal structure has high hardness, and can improve the wear resistance of the coating layer 6.
  • the intermediate layer 9 has a laminated structure of the lower intermediate layer 9a made of TiAlCNO and the upper intermediate layer 9b made of TiCNO, there is an effect of improving the fracture resistance of the cutting tool 1.
  • the intermediate layer 9 may be a single layer or three or more layers. When the thickness of the intermediate layer 9 is 0.05 to 0.5 ⁇ m, the adhesion of the aluminum oxide layer 10 is high.
  • the lower layer 7 and the surface layer 11 are made of titanium nitride. In other embodiments, at least one of the lower layer 7 and the surface layer 11 may not be provided.
  • the lower layer 7 is provided with a thickness of 0.1 to 1.0 ⁇ m
  • the surface layer 11 is provided with a thickness of 0.1 to 3.0 ⁇ m.
  • each layer and the properties of the crystals constituting each layer should be measured by observing an electron microscope image (scanning electron microscope (SEM) image or transmission electron microscope (TEM) image) in the cross section of the tool 1.
  • SEM scanning electron microscope
  • TEM transmission electron microscope
  • the crystal form of the crystals constituting each layer of the coating layer 6 is columnar.
  • the average ratio of the average crystal width to the length in the thickness direction of the coating layer 6 of each crystal is 0.3 on average. Indicates the following state.
  • the crystal form is defined as granular.
  • examples of the material of the base 5 of the tool 1 include cemented carbide, cermet, ceramics, and metal.
  • the cemented carbide is a hard phase composed of tungsten carbide (WC) and, if desired, at least one selected from the group consisting of carbides, nitrides, and carbonitrides of Group 4, 5, and 6 metals of the periodic table other than tungsten carbide. May be a material obtained by binding a metal in a binder phase made of an iron group metal such as cobalt (Co) or nickel (Ni).
  • the cermet is a hard phase composed of titanium carbonitride (TiCN) and, if desired, at least one selected from the group consisting of carbides, nitrides, and carbonitrides of Group 4, 5, and 6 metals of the periodic table other than titanium carbonitride. May be a material obtained by binding a metal in a binder phase made of an iron group metal such as cobalt (Co) or nickel (Ni).
  • the ceramic may be Si 3 N 4 , Al 2 O 3 , diamond, cubic boron nitride (cBN), or the like.
  • the metal may be carbon steel, high speed steel, alloy steel or the like.
  • the substrate 5 may be made of cemented carbide or cermet in terms of fracture resistance and wear resistance.
  • the cutting edge 4 has a curved surface shape.
  • 3 is a partial cross-sectional view of the tool 1 shown in FIG. 1, but in FIG. 3, the cutting edge 4 has a curved shape. Thereby, chipping and chipping of the cutting edge 4 can be suppressed.
  • the ratio (L1 / L2) between the curved surface width L1 when the rake face 2 is viewed in front and the curved surface width L2 when the flank 3 is viewed in front is 1.3-2. In the case of 0.0, the sharpness and fracture resistance of the cutting blade 4 can be further improved.
  • the cutting edge 4 can be curved by honing.
  • both the wear resistance and the chipping resistance of the cutting edge 4 can be improved.
  • the interface roughness in the present embodiment refers to ten points specified in JIS (Japanese Industrial Standards) standard JISB0601-2001 with respect to the interface line between the base of the tool and the coating layer mirrored by a scanning electron microscope. It is the value calculated based on the calculation method of average roughness (Rz). In the present embodiment, the length of the boundary line used for calculating the ten-point average roughness (Rz) is 40 ⁇ m.
  • the cutting tool such as the tool 1 performs cutting by applying the cutting edge 4 formed on at least a part of the ridge line portion between the rake face 2 and the flank face 3 to the workpiece, as described above. An excellent effect can be exhibited.
  • the coated tool can be applied to various uses such as an excavating tool and a blade, and in this case also has excellent mechanical reliability.
  • Step 1 A substrate 5 is produced. First, a mixture in which metal powder, carbon powder, binder, and the like are appropriately added to and mixed with the inorganic powder is generated. Examples of inorganic powders include metal carbides, nitrides, carbonitrides, oxides and the like that can form hard alloys by firing. Examples of the metal powder include cobalt powder. Next, a predetermined molded body is produced from the mixture by a known molding method. In this embodiment, since the tool 1 has the screw hole 15, it is set as the molded object in which the hole corresponding to the screw hole 15 exists. Examples of the molding method include press molding, cast molding, extrusion molding, and cold isostatic pressing.
  • the substrate 5 is manufactured by firing in a vacuum or in a non-oxidizing atmosphere. Then, the surface of the substrate 5 is subjected to polishing or honing of the cutting edge as desired.
  • FIG. 4 shows an example of a method for setting the substrate 5 in the film forming apparatus for forming the coating layer 6.
  • FIG. 4A is a schematic view in which a plurality of setting jigs 20 are stacked
  • FIG. 4B is a cross-sectional view for explaining the arrangement of the base 5.
  • a setting jig 20 in which support bars are arranged at predetermined intervals is prepared.
  • the substrate 5 is held by the support rod 21 through the screw hole 15 in the center of the substrate 5 through the support rod 21.
  • a plurality of setting jigs 20 are stacked.
  • the base bodies 5 and the distance between the base body 5 and the setting jig 20 are adjusted.
  • the distance d1 between the base body 5a serving as the rake face 2 and the setting jig 20 is adjusted and set so as to be narrower than the distance d2 between the base bodies 5b serving as the flank face 3.
  • the distance between the rake faces 2 is adjusted to 0.7 or less with respect to the diameter L of the inscribed circle of the rake face 2 (the largest circle that can be drawn in the rake face 2).
  • the interval is larger than 0.7 with respect to the diameter L.
  • FIG. 5 shows another example of the method for setting the substrate 5 in the film forming apparatus for forming the coating layer 6.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view for explaining the arrangement of the base 5.
  • the base 5 is repeatedly inserted by inserting the support rod into the central screw hole 15 of the base 5, then inserting the spacer, and then inserting the second base 5 into the support rod. Is a state of being skewered on a support rod at a predetermined interval.
  • the distance d1 between the surfaces of the base 5a may be adjusted and set so as to be narrower than the distance d2 between the surfaces of the base 5b.
  • the coating layer 6 is formed by forming the lower layer 7, the titanium carbonitride layer 8, the intermediate layer 9, the aluminum oxide layer 10, and the surface layer 11 in this order.
  • the film formation conditions for the lower layer 7 include 0.5 to 10% by volume of titanium tetrachloride (TiCl 4 ) gas, 10 to 60% by volume of nitrogen (N 2 ) gas, and the remaining hydrogen (H 2 ) gas as a reaction gas.
  • TiCl 4 titanium tetrachloride
  • N 2 nitrogen
  • H 2 hydrogen
  • the MT-titanium carbonitride layer 8a is formed, and then the HT-titanium carbonitride layer 8b is formed.
  • the film formation conditions of the MT-titanium carbonitride layer 8a are 0.5 to 10% by volume of titanium tetrachloride (TiCl 4 ) gas, 5 to 60% by volume of nitrogen (N 2 ) gas, and acetonitrile (CH 3 CN) gas. Is a mixed gas composed of 0.1 to 3.0% by volume and the remainder of hydrogen (H 2 ) gas, the film forming temperature is 780 to 880 ° C., and the gas pressure is 5 to 25 kPa.
  • the average crystal width of the titanium carbonitride columnar crystals constituting the MT-titanium carbonitride layer 8a is increased to the substrate 5 side.
  • the surface may be larger than the surface.
  • the film forming conditions of the HT-titanium carbonitride layer 8b are as follows: titanium tetrachloride (TiCl 4 ) gas is 1 to 4% by volume, nitrogen (N 2 ) gas is 5 to 20% by volume, and methane (CH 4 ) gas is 0. The reaction gas is 1 to 10% by volume and the remainder is hydrogen (H 2 ) gas, the film forming temperature is 900 to 1050 ° C., and the gas pressure is 5 to 40 kPa.
  • the film formation conditions for the first stage of the intermediate layer 9 include titanium tetrachloride (TiCl 4 ) gas of 3 to 30% by volume, methane (CH 4 ) gas of 3 to 15% by volume, and nitrogen (N 2 ) gas of 5 to 5%. 10% by volume, carbon monoxide (CO) gas 0.5-1% by volume, aluminum trichloride (AlCl 3 ) gas 0.5-3% by volume, and the remainder hydrogen (H 2 ) gas as a reaction gas,
  • the film forming temperature is 900 to 1050 ° C., and the gas pressure is 5 to 40 kPa.
  • the film formation conditions for the second stage of the intermediate layer 9 include titanium tetrachloride (TiCl 4 ) gas of 3 to 15% by volume, methane (CH 4 ) gas of 3 to 10% by volume, and nitrogen (N 2 ) gas of 10 to 10%. 25 vol%, carbon monoxide (CO) gas is 1 to 5 vol%, and the remainder is hydrogen (H 2 ) gas as a reaction gas, the film forming temperature is 900 to 1050 ° C., and the gas pressure is 5 to 40 kPa.
  • the nitrogen (N 2 ) gas may be changed to argon (Ar) gas.
  • the conditions for forming the aluminum oxide layer 10 are 0.5 to 5.0% by volume of aluminum trichloride (AlCl 3 ) gas, 1.5 to 5.0% by volume of hydrogen chloride (HCl) gas, carbon dioxide (CO 2 ) A gas mixture of 0.5 to 5.0% by volume, hydrogen sulfide (H 2 S) gas of 0 to 1.0% by volume, and the remainder of hydrogen (H 2 ) gas as a mixed gas, and a film formation temperature of 950 to 1100 The film is formed at a temperature of 5 ° C. and a pressure of 5 to 20 kPa.
  • AlCl 3 aluminum trichloride
  • HCl hydrogen chloride
  • CO 2 carbon dioxide
  • the film is formed at a temperature of 5 ° C. and
  • the deposition conditions of the surface layer 11 made of TiN are as follows: titanium tetrachloride (TiCl 4 ) gas is 0.1 to 10% by volume, nitrogen (N 2 ) gas is 10 to 60% by volume, and the remainder is hydrogen (H 2 ) The gas is a reactive gas, the film formation temperature is 960 to 1100 ° C., and the gas pressure is 10 to 85 kPa.
  • Step 3 The surface of the formed coating layer 6 corresponding to the cutting edge 4 is polished. By this polishing process, the cutting edge 4 is processed smoothly, the welding of the work material is suppressed, and the tool is further excellent in fracture resistance.
  • Examples of the polishing method include brushing, blasting, and polishing using an elastic grindstone.
  • a coating layer was formed on the cemented carbide substrate by the chemical vapor deposition (CVD) method under the film formation conditions shown in Table 1 to produce a cutting tool.
  • CVD chemical vapor deposition
  • Tables 1 and 2 each compound is represented by a chemical symbol.
  • the above samples were subjected to X-ray diffraction analysis using CuK ⁇ rays, and the peaks measured from the surface of the aluminum oxide layer and the peak intensity of each peak were measured.
  • a flat surface at the center of the surface of the coating layer 6 on the rake face 2 and a flat surface at the center of the surface of the coating layer on the flank 3 were selected.
  • the highest intensity peak was confirmed, and the orientation coefficients Tcf (104), Tcf (012), Tcr (104), and Tcr (012) were calculated.
  • the said X-ray-diffraction measurement measured about three arbitrary samples, and evaluated it with the average value.
  • the mirror-processed cross section of the said tool was observed with the scanning electron microscope (SEM), and the thickness of each layer was measured.
  • SEM scanning electron microscope
  • the results are shown in Tables 2 and 3.
  • the roughness Rz of the interface was estimated with respect to the interface line between the tool substrate and the coating layer mirrored by a scanning electron microscope.
  • the measurement was performed at a boundary line length of 40 ⁇ m using a 3000 times SEM photograph.
  • the width L1 of the curved surface when the rake face is viewed from the front and the width L2 of the curved surface when the flank is viewed from the front are measured by a projector, and the ratio (L1 / L2) is calculated.
  • sample no. 14 the ratio (Tcf (104) / Tcf (012)) is equal to the ratio (Tcr (104) / Tcr (012)).
  • 15 and 16 have a ratio (Tcf (104) / Tcf (012)) smaller than the ratio (Tcr (104) / Tcr (012)).
  • Tcf (104) are higher than Tcf (012) and Tcr (104) is lower than Tcr (012).
  • samples 1 to 7, 9, and 11 to 13 sample nos. Compared to 8 and 10, the flank wear width was small. Further, the sample No.
  • flank wear width was particularly small.

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Abstract

第1 面と、該第１面に隣り合う第２面と、前記第１面と第２面との稜線部の少なくとも一部に位置する切刃とを有し、基体（５）と、該基体上に位置する被覆層（６）と、を備え、前記被覆層は、炭窒化チタン層（８）と、α型結晶構造の酸化アルミニウム層（１０）と、を備え、前記炭窒化チタン層（８）は、前記酸化アルミニウム層（１０）よりも前記基体（５）に対して近くに位置し、Ｘ線回折分析にて分析される前記酸化アルミニウム層のピークを基に、下記式で表される値を配向係数Ｔｃ（ｈｋｌ）としたとき、逃げ面である前記第２面における前記被覆層の配向係数Ｔｃｆ（１０４）とＴｃｆ（０１２）との比（Ｔｃｆ（１０４）／Ｔｃｆ（０１２））が、すくい面である前記第１面における前記被覆層における配向係数Ｔｃｒ（１０４）とＴｃｒ（０１２）との比（Ｔｃｒ（１０４）／Ｔｃｒ（０１２））よりも高い被覆工具である。

Description

被覆工具
　本開示は、基体の表面に被覆層を有する被覆工具に関する。
　従来から、超硬合金やサーメット、セラミックス等の基体表面に、炭化チタン層、窒化チタン層、炭窒化チタン層、酸化アルミニウム層及び窒化チタンアルミニウム層等が単数又は複数形成された切削工具等の被覆工具が知られている。
　このような切削工具は、最近の切削加工の高能率化に従って、大きな衝撃が切刃にかかる重断続切削等に用いられる機会が増えている。そして、このような過酷な切削条件においては、被覆層にかかる大きな衝撃によるチッピングや被覆層の剥離を抑制するため、耐欠損性・耐摩耗性の向上が求められている。
　上記切削工具において耐欠損性を向上させる技術として、特許文献１では、酸化アルミニウム層の粒径と層厚を適正化すると共に、（０１２）面における組織化係数（Ｔｅｘｔｕｒｅ　Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ：配向係数）を１．３以上とすることにより、緻密で耐欠損性の高い酸化アルミニウム層を形成することができる技術が開示されている。
　また、特許文献２では、酸化アルミニウム層の（０１２）面における組織化係数を２．５以上とすることで、酸化アルミニウム層における残留応力が解放されやすくすることにより、酸化アルミニウム層の耐欠損性を向上できる技術が開示されている。
　さらに、特許文献３では、上記切削工具において耐摩耗性を向上させる技術として、中間層の直上に位置する酸化アルミニウム層が、異なるＸ線回折パターンを示す２層以上の単位層を積層してなるように形成されることにより、被膜の強度及び靭性を向上させることができる技術が開示されている。
　また、特許文献４では、酸化アルミニウム層の（００６）面配向係数を１．８以上と高め、かつ（１０４）面と（１１０）面とのピーク強度比Ｉ（１０４）／Ｉ（１１０）を所定の範囲に制御した切削工具が開示されている。
　さらに、特許文献５では、酸化アルミニウム層の（１０４）面と（０１２）面とのピーク強度比Ｉ（１０４）／Ｉ（０１２）を、酸化アルミニウム層の下側の第一面よりも第二面で大きくした切削工具が開示されている。
特許平６－３１６７５８号公報 特開２００３－０２５１１４号公報 特開平１０－２０４６３９号公報 特開２０１３－１３２７１７号公報 特開２００９－２０２２６４号公報
　本実施形態の被覆工具は、第１面と、該第１面に隣り合う第２面と、前記第１面と前記第２面との稜線部の少なくとも一部に位置する切刃とを有する被覆工具である。前記被覆工具は、基体と、該基体の表面に設けられた被覆層とを備えている。前記被覆層は、炭窒化チタン層と、α型結晶構造の酸化アルミニウム層とを備えている。前記炭窒化チタン層は、前記酸化アルミニウム層よりも前記基体に対して近くに位置している。
また、Ｘ線回折分析にて分析される前記酸化アルミニウム層のピークを基に、下記式で表される値を配向係数Ｔｃ（ｈｋｌ）としたとき、前記第２面における配向係数Ｔｃｆ（１０４）とＴｃｆ（０１２）との比（Ｔｃｆ（１０４）／Ｔｃｆ（０１２））が、前記第１面における配向係数Ｔｃｒ（１０４）とＴｃｒ（０１２）との比（Ｔｃｒ（１０４）／Ｔｃｒ（０１２））よりも高い。
配向係数Ｔｃ（ｈｋｌ）＝｛Ｉ(ｈｋｌ)／Ｉ０(ｈｋｌ)｝／〔（１／７）×Σ｛Ｉ（ＨＫＬ）／Ｉ０（ＨＫＬ）｝〕
ここで、(ＨＫＬ)は、（０１２）、（１０４）、（１１０）、（００６）、（１１３）、（０２４）、（１１６）の結晶面を示す。Ｉ（ＨＫＬ）およびＩ（ｈｋｌ）は、前記酸化アルミニウム層のＸ線回折分析において検出される各結晶面に帰属されるピークのピーク強度を示す。Ｉ０（ＨＫＬ）およびＩ０（ｈｋｌ）は、ＪＣＰＤＳカードＮｏ．４３－１４８４に記載された各結晶面の標準回折強度を示す。
本実施形態に係る被覆工具の一実施例である切削工具の概略斜視図である。 図１に示した切削工具の概略断面図である。 図１に示した工具１の部分断面図である。 被覆層を成膜する成膜装置内における基体のセット方法の一例である。図４Ａは、セット治具を複数段積み重ねた模式図である。図４Ｂは、基体の配置を説明するための断面図である。 被覆層を成膜する成膜装置内における基体のセット方法の他の例であり、基体の配置を説明するための断面図である。
　本開示の被覆工具について詳細に説明する。
本開示の一実施態様を示す切削工具（以下、単に工具と略す）１は、第１面２と、第１面２に隣り合う第２面３と、第１面２と第２面３との間の稜線部に位置する切刃４と、を備える。本実施形態においては、図１に示すように、工具１は、その形状が多面体であり、第１面２がすくい面２、第２面３が逃げ面である。以下、第１面２をすくい面２、第２面３を逃げ面３という。なお、図１に示す工具１のすくい面２の中央にはネジ孔１５が存在するが、ネジ孔１５は必ずしも必要ではない。
　また、図２に示すように、工具１は、基体５と、この基体５の表面に設けられた被覆層６を備えている。
被覆層６は、下層７、炭窒化チタン層８、中間層９、酸化アルミニウム層１０および表層１１を備えている。下層７、炭窒化チタン層８、中間層９、酸化アルミニウム層１０および表層１１は、基体５側から順に積層されている。なお、酸化アルミニウム層１０はα型結晶構造からなる。
　ここで、すくい面２、逃げ面３および切刃４は、それぞれ工具１の最表面のことをいう。すなわち、本実施形態のように、工具１の最表面が被覆層６である場合には、すくい面２、逃げ面３および切刃４は、被覆層６の表面のことをいう。被覆層６が摩耗した場合には、すくい面２、逃げ面３および切刃４は、被覆層６の摩耗した表面のことをいう。被覆層６が摩滅して基体５が露出した場合には、工具１の最表面は基体５であるため、すくい面２、逃げ面３および切刃４は、露出した基体５の表面のことをいう。
　本実施態様において、Ｘ線回折分析にて分析される酸化アルミニウム層１０のピークにおいて、下記式で表される値を配向係数Ｔｃ（ｈｋｌ）と定義する。
配向係数Ｔｃ（ｈｋｌ）＝｛Ｉ(ｈｋｌ)／Ｉ０(ｈｋｌ)｝／〔（１／７）×Σ｛Ｉ（ＨＫＬ）／Ｉ０（ＨＫＬ）｝〕
ここで、(ＨＫＬ)は、（０１２）、（１０４）、（１１０）、（００６）、（１１３）、（０２４）、（１１６）の結晶面を示し
Ｉ（ＨＫＬ）およびＩ（ｈｋｌ）は、酸化アルミニウム層１０のＸ線回折分析において検出される各結晶面に帰属されるピークのピーク強度を示す。Ｉ０（ＨＫＬ）およびＩ０（ｈｋｌ）は、ＪＣＰＤＳ(Joint Committee on Powder Diffraction Standards)カードＮｏ．４３－１４８４に記載された各結晶面の標準回折強度を示す。
　逃げ面３側における配向係数をＴｃｆ、すくい面２側における配向係数をＴｃｒと定義する。なお、配向係数ＴｃはＪＣＰＤＳカードで規定された無配向の標準データに対する比率で求められるので、各結晶面の配向度合いを表す指標である。また、Ｔｃ（ｈｋｌ）の「（ｈｋｌ）」は配向係数を算出する結晶面を示す。
　本実施形態によれば、配向係数Ｔｃｆ（１０４）とＴｃｆ（０１２）との比（Ｔｃｆ（１０４）／Ｔｃｆ（０１２））が、配向係数Ｔｃｒ（１０４）とＴｃｒ（０１２）との比（Ｔｃｒ（１０４）／Ｔｃｒ（０１２））よりも高い。これによって、すくい面２においては酸化アルミニウム層１０の耐チッピング性が向上し、酸化アルミニウム層１０の剥離に伴うクレータ摩耗の進行が抑制される。逃げ面３においては酸化アルミニウム層１０の耐摩耗性が向上し、逃げ面摩耗が抑制される。すなわち、本実施形態では、すくい面２における被覆層６は耐欠損性が高いことから、切屑が衝突して被覆層がチッピングや剥離に起因するクレータ摩耗が進行しにくい。一方、逃げ面３における被覆層６は耐摩耗性が高いことから、被削材の接触による逃げ面摩耗の進行を抑制できる。
　上記実施形態においては、Ｔｃｆ（１０４）がＴｃｆ（０１２）よりも高く、かつＴｃｒ（１０４）がＴｃｒ（０１２）よりも低い。これによって、逃げ面３における耐摩耗性をより改善することができる。その結果、長期間使用可能な被覆工具を提供することができる。
　本実施形態の被覆工具においては、以下の条件１、２の双方を満足する。
条件１：Ｘ線回折チャートにおいて、逃げ面３におけるピークのうち、（００６）面に帰属されるピークのピーク強度Ｉｆ（００６）または（１０４）面に帰属されるピークのピーク強度Ｉｆ（１０４）が最も高い。
条件２：Ｘ線回折チャートにおいて、すくい面２におけるピークのうち、（００６）面に帰属されるピークのピーク強度Ｉｒ（００６）または（０１２）面に帰属されるピークのピーク強度Ｉｒ（０１２）が最も高い。
以上の条件１、２の双方を満足することによって、逃げ面３における耐摩耗性をより改善することができる。
　ここで、酸化アルミニウム層１０のＴｃｒ（ｈｋｌ）とＴｃｆ（ｈｋｌ）の測定方法について説明する。酸化アルミニウム層１０のＸ線回折分析は、一般的なＣｕＫα線を用いたＸ線回折分析の装置を用いて測定する。測定する領域は、すくい面２の平坦面である中央の３ｍｍφの領域、および逃げ面３の中央の３ｍｍφの領域で測定する。Ｘ線回折チャートから酸化アルミニウム層１０の各結晶面のピーク強度を求めるにあたり、ＪＣＰＤＳカードのＮｏ．４３－１４８４に記載された各結晶面の回折角を確認して、検出されたピークの結晶面を同定し、そのピーク強度を測定する。
　なお、Ｘ線回折分析にて検出されるピークの同定はＪＣＰＤＳカードを用いて行うが、被覆層６に存在する残留応力等によってピークの位置がずれることがある。そのため、検出されたピークが酸化アルミニウム層１０のピークであるかどうかを確認するには、酸化アルミニウム層１０が露出するように、被覆層６を研磨した状態でＸ線回折分析を行い、研磨する前後で検出されるピークを比較する。この差異によって、酸化アルミニウム層１０のピークであることを確認できる。
　Ｔｃｒ（ｈｋｌ）およびＴｃｆ（ｈｋｌ）の測定においては、酸化アルミニウム層１０の表面から測定される表面ピークを測定する。具体的には、酸化アルミニウム層１０のすくい面２側表面から基体５側表面までの領域について、酸化アルミニウム層１０のピーク強度を測定する。測定は、表層１１が存在していても、基本的に表層１１を研磨しない状態でＸ線回折分析を行なう。もし、表層１１によって酸化アルミニウム層１０の表面ピークが検出されない場合には、酸化アルミニウム層１０を露出させてＸ線回折分析を行なう。得られた各ピークについて、ＪＣＰＤＳカードを用いて酸化アルミニウムのピークを同定し、酸化アルミニウムの各ピーク強度を測定して、配向係数Ｔｃ１（ｈｋｌ）を算出する。なお、表層１１を研磨除去する際には、酸化アルミニウム層１０の厚みの２０％以下の厚みが除去されていてもよい。また、表層１１に対して研磨しない状態でＸ線回折分析を行った場合であっても、酸化アルミニウムの（０１２）、（１０４）、（１１０）、（００６）、（１１３）、（０２４）、（１１６）の７本のピークが測定できれば良い。
　酸化アルミニウム層１０の厚みが２～９μｍである場合には、酸化アルミニウム層１０の耐摩耗性および耐欠損性が良好である。
　炭窒化チタン層８は、いわゆるＭＴ(Moderate Temperature)－炭窒化チタン層８ａと、ＨＴ(High Temperature)－炭窒化チタン層８ｂとを備える。ＭＴ－炭窒化チタン層８ａおよびＨＴ－炭窒化チタン層８ｂは、基体側から順に積層されている。ＭＴ－炭窒化チタン層８ａは、アセトニトリル（ＣＨ３ＣＮ）ガスを原料として含み、成膜温度が７８０～９００℃と比較的低温で成膜した柱状結晶からなる。ＨＴ－炭窒化チタン層８ｂは、成膜温度が９５０～１１００℃と高温で成膜した粒状結晶からなる。本実施態様によれば、ＨＴ－炭窒化チタン層８ｂの表面には酸化アルミニウム層１０に向かって先細りする断面視で三角形形状の突起が形成され、これによって、酸化アルミニウム層１０の密着力が高まり、被覆層６の剥離やチッピングを抑えることができる。炭窒化チタン層８の厚みが６．０～１３．０μｍである場合には工具１の耐摩耗性および耐欠損性が高い。
　また、本実施形態によれば、中間層９は、ＨＴ－炭窒化チタン層８ｂの表面に設けられる。中間層９は、チタンと酸素とを含有する化合物からなる。この化合物には、ＴｉＡｌＣＮＯ、ＴｉＣＮＯ等を含む。図２に示す中間層９は２層構造を有し、下部中間層９ａと上部中間層９ｂとからなっている。中間層９を配置することによって、酸化アルミニウム層１０を構成する酸化アルミニウム粒子はα型結晶構造となる。α型結晶構造からなる酸化アルミニウム層１０は、硬度が高く、被覆層６の耐摩耗性を高めることができる。中間層９が、ＴｉＡｌＣＮＯからなる下部中間層９ａと、ＴｉＣＮＯからなる上部中間層９ｂとの積層構造からなることによって、切削工具１の耐欠損性を高める効果がある。なお、中間層９は単層であっても３層以上であってもよい。中間層９の厚みが０．０５～０．５μｍである場合には、酸化アルミニウム層１０の密着性が高い。
　さらに、下層７及び表層１１は、窒化チタンにより構成されている。なお、他の実施態様においては、下層７および表層１１の少なくとも一方を備えないものであっても良い。また、下層７は０．１～１．０μｍの厚みで、表層１１は０．１～３．０μｍの厚みで設けられる。
　なお、各層の厚みおよび各層を構成する結晶の性状は、工具１の断面における電子顕微鏡画像（走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像または透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）画像）を観察することにより、測定することが可能である。また、本実施形態において、被覆層６の各層を構成する結晶の結晶形態が柱状であるとは、各結晶の被覆層６の厚み方向の長さに対する平均結晶幅の比が平均で０．３以下の状態を指す。一方、この各結晶の被覆層の厚み方向の長さに対する平均結晶幅の比が平均で０．３を超えるものは、結晶形態が粒状であると定義する。
　一方、工具１の基体５の材料としては、超硬合金、サーメット、セラミックス、金属が挙げられる。超硬合金は、炭化タングステン（ＷＣ）と、所望により炭化タングステン以外の周期表第４、５、６族金属の炭化物、窒化物、炭窒化物の群から選ばれる少なくとも１種とからなる硬質相を、コバルト（Ｃｏ）やニッケル（Ｎｉ）等の鉄属金属からなる結合相にて結合させた材料であってもよい。サーメットは、炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）と、所望により炭窒化チタン以外の周期表第４、５、６族金属の炭化物、窒化物、炭窒化物の群から選ばれる少なくとも１種とからなる硬質相を、コバルト（Ｃｏ）やニッケル（Ｎｉ）等の鉄属金属からなる結合相にて結合させた材料であってもよい。セラミックスは、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、ダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）等であってもよい。金属は、炭素鋼、高速度鋼、合金鋼等であってもよい。基体５は、超硬合金またはサーメットからなることが耐欠損性および耐摩耗性の点でよい。
　本実施形態では、切刃４は曲面状である。なお、図３は図１に示した工具１の部分断面図であるが、図３においては、切刃４は曲線状である。これによって、切刃４のチッピングや欠損を抑制できる。また、図３に示すように、すくい面２を正面視したときにおける曲面の幅Ｌ１と逃げ面３を正面視したときにおける曲面の幅Ｌ２との比（Ｌ１／Ｌ２）が１．３～２．０である場合には、切刃４の切れ味と耐欠損性をより高めることができる。なお、切刃４はホーニングを施すことによって曲面状にできる。
　また、逃げ面３を正面視したときにおける曲面の幅Ｌ２が０．０３０～０．０８０ｍｍである場合には、切刃４の耐摩耗性および耐欠損性をともに高めることができる。
　さらに、基体５の表面のうち、すくい面２に対応する表面５ａの界面粗さが、逃げ面３に対応する表面５ｂの界面粗さよりも小さい場合には、すくい面２の上を流れる切屑がスムーズに流れるとともに、酸化アルミニウム層１０中の酸化アルミニウム粒子の配向性を容易に制御することができる。ここで、本実施形態における界面粗さとは、走査型電子顕微鏡により鏡面した工具の基体と被覆層との界面線に対して、ＪＩＳ（Japanese Industrial Standards）規格のＪＩＳＢ０６０１－２００１に規格された十点平均粗さ（Ｒｚ）の算出方法に準拠して算出した値である。本実施形態においては、十点平均粗さ（Ｒｚ）の算出に用いる境界線の長さは４０μｍとする。
　さらに、上記工具１のような切削工具は、すくい面２と逃げ面３との稜線部の少なくとも一部に形成された切刃４を被切削物に当てて切削加工するものであり、上述した優れた効果を発揮することができる。また、被覆工具としては、切削工具以外にも、掘削工具、刃物等の各種の用途へ応用可能であり、この場合にも優れた機械的信頼性を有するものである。
　次に、本開示に係る被覆工具の製造方法について、工具１の製造方法の一例を参考にして説明する。
  工程１．基体５を作製する。
まず、無機物粉末に、金属粉末、カーボン粉末、バインダー等を適宜添加、混合した混合物を生成する。無機物粉末の例としては、硬質合金を焼成によって形成しうる金属炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化物等が挙げられる。金属粉末の例としては、コバルト粉末等が挙げられる。次に、前記混合物を公知の成形方法によって所定の成形体を生成する。本実施形態においては、工具１はネジ孔１５を有することから、ネジ孔１５に対応する孔が存在するような成形体とする。成形方法としては、プレス成形、鋳込成形、押出成形、冷間静水圧プレス成形等が挙げられる。そして、前記成形体を所望によって脱バインダ処理した後、真空中または非酸化性雰囲気中にて焼成することによって基体５を作製する。そして、上記基体５の表面に所望によって研磨加工や切刃部のホーニング加工を施す。
　工程２．基体５の表面に被覆層６を成膜する。
本実施態様においては、被覆層６を化学気相蒸着（ＣＶＤ）法によって成膜する。図４に、被覆層６を成膜する成膜装置内における基体５のセット方法の一例を示す。図４Ａは、セット治具２０を複数段積み重ねた模式図であり、図４Ｂは、基体５の配置を説明するための断面図である。基体５のセットにあたり、図４のセット方法によれば、まず、所定の間隔で支持棒を配置したセット治具２０を準備する。支持棒２１に基体５の中央のネジ孔１５を通して、基体５を支持棒２１で保持する。そして、セット治具２０を複数段積み重ねる。セット治具２０内に複数の基体５をセットする場合、基体５同士、および基体５とセット治具２０との間隔を調整する。具体的には、すくい面２となる基体５ａとセット治具２０との間の間隔ｄ１が、逃げ面３となる基体５ｂ同士間の間隔ｄ２よりも狭くなるように調整してセットする。より具体的には、すくい面２間の間隔はすくい面２の内接円（すくい面２内に描ける最大の円）の直径Ｌに対して０．７以下に調整し、逃げ面３間の間隔は直径Ｌに対して０．７より大きくする。これによって、すくい面２および逃げ面３における酸化アルミニウム層１０の結晶配向を制御することができる。
　また、図５に、被覆層６を成膜する成膜装置内における基体５のセット方法の他の例を示す。図５は、基体５の配置を説明するための断面図である。図５に示すセット方法は、基体５の中央のネジ孔１５に支持棒を差し込み、次にスペーサを差し込み、その次に２つ目の基体５を支持棒に差し込むことを繰り返すことにより、基体５を所定の間隔で支持棒に串刺しした状態とする方法である。この場合には、基体５ａの表面間の間隔ｄ１が、基体５ｂの表面間の間隔ｄ２よりも狭くなるように調整してセットすればよい。
　本実施形態においては、下層７、炭窒化チタン層８、中間層９、酸化アルミニウム層１０および表層１１の順に成膜することにより被覆層６を成膜する。
　下層７の成膜条件は、四塩化チタン（ＴｉＣｌ４）ガスを０．５～１０体積％、窒素（Ｎ２）ガスを１０～６０体積％、残りが水素（Ｈ２）ガスを反応ガスとし、成膜温度を８００～９４０℃、ガス圧を８～５０ｋＰａとする。
　炭窒化チタン層８の成膜は、まず、ＭＴ－炭窒化チタン層８ａを成膜し、続いてＨＴ－炭窒化チタン層８ｂを成膜する。ＭＴ－炭窒化チタン層８ａの成膜条件は、四塩化チタン（ＴｉＣｌ４）ガスを０．５～１０体積％、窒素（Ｎ２）ガスを５～６０体積％、アセトニトリル（ＣＨ３ＣＮ）ガスを０．１～３．０体積％、残りが水素（Ｈ２）ガスからなる混合ガスを反応ガスとし、成膜温度を７８０～８８０℃、ガス圧を５～２５ｋＰａとする。このとき、アセトニトリル（ＣＨ３ＣＮ）ガスの含有比率を成膜初期よりも成膜後期で増すことによって、ＭＴ－炭窒化チタン層８ａを構成する炭窒化チタン柱状結晶の平均結晶幅を基体５側よりも表面のほうが大きい構成とすることができる。
　ＨＴ－炭窒化チタン層８ｂの成膜条件は、四塩化チタン（ＴｉＣｌ４）ガスを１～４体積％、窒素（Ｎ２）ガスを５～２０体積％、メタン（ＣＨ４）ガスを０．１～１０体積％、残りが水素（Ｈ２）ガスを反応ガスとし、成膜温度を９００～１０５０℃、ガス圧を５～４０ｋＰａとする。
　中間層９の第１段階の成膜条件は、四塩化チタン（ＴｉＣｌ４）ガスを３～３０体積％、メタン（ＣＨ４）ガスを３～１５体積％、窒素（Ｎ２）ガスを５～１０体積％、一酸化炭素（ＣＯ）ガスを０．５～１体積％、三塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ３）ガスを０．５～３体積％、残りが水素（Ｈ２）ガスを反応ガスとし、成膜温度を９００～１０５０℃、ガス圧を５～４０ｋＰａとする。この工程によって、炭窒化チタン層８の表面に凹凸のある中間層９が成膜される。
　中間層９の第２段階の成膜条件は、四塩化チタン（ＴｉＣｌ４）ガスを３～１５体積％、メタン（ＣＨ４）ガスを３～１０体積％、窒素（Ｎ２）ガスを１０～２５体積％、一酸化炭素（ＣＯ）ガスを１～５体積％、残りが水素（Ｈ２）ガスを反応ガスとし、成膜温度を９００～１０５０℃、ガス圧を５～４０ｋＰａとする。なお、本工程は上記窒素（Ｎ２）ガスをアルゴン（Ａｒ）ガスに変更してもよい。この工程によって、中間層９の表面の凹凸が微細になり、次に成膜される酸化アルミニウム層１０中の酸化アルミニウム結晶の成長状態を調整することができる。
　酸化アルミニウム層１０の成膜条件は、三塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ３）ガスを０．５～５．０体積％、塩化水素（ＨＣｌ）ガスを１．５～５．０体積％、二酸化炭素（ＣＯ２）ガスを０．５～５．０体積％、硫化水素（Ｈ２Ｓ）ガスを０～１．０体積％、残りが水素（Ｈ２）ガスを混合ガスとし、成膜温度９５０～１１００℃、ガス圧を５～２０ｋＰａに変えて成膜する。
　ＴｉＮからなる表層１１の成膜条件は、反応ガス組成として四塩化チタン（ＴｉＣｌ４）ガスを０．１～１０体積％、窒素（Ｎ２）ガスを１０～６０体積％、残りが水素（Ｈ２）ガスを反応ガスとし、成膜温度を９６０～１１００℃、ガス圧を１０～８５ｋＰａとする。
　工程３．切刃４に対応する成膜した被覆層６の表面を研磨加工する。
この研磨加工により、切刃４が平滑に加工され、被削材の溶着を抑制して、さらに耐欠損性に優れた工具となる。研磨方法としては、ブラシ加工、ブラスト加工および弾性砥石を用いた研磨加工が挙げられる。
　まず、平均粒径１．２μｍの金属コバルト粉末を６質量％、平均粒径２．０μｍの炭化チタン粉末を０．５質量％、平均粒径２．０μｍの炭化ニオブ粉末を２．０質量％、残部が平均粒径１．５μｍのタングステンカーバイト粉末の割合で添加、混合した混合物を調製した。次に、この混合物をプレス成形により工具形状（ＣＮＭＧ１２０４０８）に成形した。その後、成形体に対して脱バインダ処理を施し、そして、１５００℃、０．０１Ｐａの真空中において、１時間焼成して超硬合金からなる基体を作製した。その後、作製した基体にブラシ加工をし、切刃となる部分にＲホーニングを施した。
　次に、上記超硬合金の基体に対して、化学気相蒸着（ＣＶＤ）法により、表１の成膜条件で被覆層を成膜して、切削工具を作製した。表１、２において、各化合物は化学記号で表記した。また、被覆層を成膜する際、工具のすくい面に対応する基体の主面における内接円直径Ｌ＝１２．７ｍｍに対する主面とセット治具との間の間隔、および工具の逃げ面に対応する側面（逃げ面）間の間隔が表２に示す距離となるように配置して成膜した。
　上記試料について、ＣｕＫα線によるＸ線回折分析を行い、酸化アルミニウム層の表面から測定したピークの同定と、各ピークのピーク強度を測定した。Ｘ線回折分析の測定箇所としては、すくい面２における被覆層６の表面の中央の平坦面および逃げ面３における被覆層表面の中央の平坦面を選定した。また、このＸ線回折データについて、最も強度の高いピークを確認するとともに、配向係数Ｔｃｆ（１０４）、Ｔｃｆ（０１２）、Ｔｃｒ（１０４）、Ｔｃｒ（０１２）を算出した。なお、上記Ｘ線回折測定は、任意の３つの試料について測定し、その平均値で評価した。また、上記工具の鏡面加工した断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて観察し、各層の厚みを測定した。結果は表２、３に示した。また、走査型電子顕微鏡により鏡面した工具の基体と被覆層との界面線に対して、界面の粗さＲｚを見積もった。算出においては、３０００倍のＳＥＭ写真を用いて、境界線４０μｍ長さで測定した。さらに、投影機によって、すくい面を正面視したときにおける曲面の幅Ｌ１と逃げ面を正面視したときにおける前記曲面の幅Ｌ２とを測定し、その比（Ｌ１／Ｌ２）を算出した。
　次に、得られた切削工具を用いて、下記の条件において、連続切削試験及び断続切削試験を行い、耐摩耗性及び耐欠損性を評価した。結果は表４に示した。
（連続切削条件）
被削材　：クロムモリブデン鋼材（ＳＣＭ４３５）
工具形状：ＣＮＭＧ１２０４０８
切削速度：３００ｍ／分
送り速度：０．３ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み：１．５ｍｍ
切削時間：２５分
その他　：水溶性切削液使用
評価項目：走査型電子顕微鏡にて刃先ホーニング部分を観察し、実際に摩耗している部分において、逃げ面摩耗幅を測定。
（断続切削条件）
被削材　：クロムモリブデン鋼　４本溝入り鋼材（ＳＣＭ４４０）
工具形状：ＣＮＭＧ１２０４０８
切削速度：３００ｍ／分
送り速度：０．３ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み：１．５ｍｍ
その他　：水溶性切削液使用
評価項目：欠損に至る衝撃回数を測定。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
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　表１～４からわかるように、試料Ｎｏ．１４では比（Ｔｃｆ（１０４）／Ｔｃｆ（０１２））が比（Ｔｃｒ（１０４）／Ｔｃｒ（０１２））と等しく、試料Ｎｏ．１５、１６は比（Ｔｃｆ（１０４）／Ｔｃｆ（０１２））が比（Ｔｃｒ（１０４）／Ｔｃｒ（０１２））よりも小さい。そして、試料Ｎｏ．１４、１５、１６のいずれも、摩耗の進行が早く、かつ酸化アルミニウム層が衝撃によって剥離しやすいものであった。
　一方、比（Ｔｃｆ（１０４）／Ｔｃｆ（０１２））が、比（Ｔｃｒ（１０４）／Ｔｃｒ（０１２））よりも大きい試料Ｎｏ．１～１３においては、連続切削条件においては逃げ面摩耗ともに抑制され、かつ断続切削条件においては衝撃回数が多かった。特に、Ｔｃｆ（１０４）がＴｃｆ（０１２）よりも高く、かつＴｃｒ（１０４）がＴｃｒ（０１２）よりも低い試料Ｎｏ．１～７、９、１１～１３では、試料Ｎｏ．８、１０に比べて逃げ面摩耗幅が小さかった。さらに、逃げ面における酸化アルミニウム層の最強ピークがＩｆ（００６）またはＩｆ（１０４）であり、かつすくい面における酸化アルミニウム層の最強ピークが、Ｉｒ（００６）またはＩｒ（０１２）である試料Ｎｏ．１～６、１１～１３では、特に逃げ面摩耗幅が小さかった。
１・・・切削工具
２・・・すくい面
３・・・逃げ面
４・・・切刃
５・・・基体
６・・・被覆層
７・・・下層
８・・・炭窒化チタン層
　８ａ・・・ＭＴ－炭窒化チタン層
　８ｂ・・・ＨＴ－炭窒化チタン層
９・・・中間層
　９ａ・・・下部中間層
　９ｂ・・・上部中間層
１０・・酸化アルミニウム層
１１・・・表層
１５・・・ネジ孔

Claims (7)

  1. 　第１面と、該第１面に隣り合う第２面と、前記第１面と第２面との稜線部の少なくとも一部に位置する切刃とを有する被覆工具において、
    基体と、該基体上に位置する被覆層と、を備え、
    前記被覆層は、炭窒化チタン層と、α型結晶構造の酸化アルミニウム層と、を備え、
    前記炭窒化チタン層は、前記酸化アルミニウム層よりも前記基体に対して近くに位置し、
    Ｘ線回折分析にて分析される前記酸化アルミニウム層のピークを基に、下記式で表される値を配向係数Ｔｃ（ｈｋｌ）としたとき、
    前記第２面における前記被覆層の配向係数Ｔｃｆ（１０４）とＴｃｆ（０１２）との比（Ｔｃｆ（１０４）／Ｔｃｆ（０１２））が、前記第１面における前記被覆層における配向係数Ｔｃｒ（１０４）とＴｃｒ（０１２）との比（Ｔｃｒ（１０４）／Ｔｃｒ（０１２））よりも高い被覆工具。
    配向係数Ｔｃ（ｈｋｌ）＝｛Ｉ(ｈｋｌ)／Ｉ０(ｈｋｌ)｝／〔（１／７）×Σ｛Ｉ（ＨＫＬ）／Ｉ０（ＨＫＬ）｝〕
    ここで、(ＨＫＬ)は、（０１２）、（１０４）、（１１０）、（００６）、（１１３）、（０２４）、（１１６）の結晶面を示し、
    Ｉ（ＨＫＬ）およびＩ（ｈｋｌ）は、前記酸化アルミニウム層のＸ線回折分析において検出される各結晶面に帰属されるピークのピーク強度を示し
    Ｉ０（ＨＫＬ）およびＩ０（ｈｋｌ）は、ＪＣＰＤＳカードＮｏ．４３－１４８４に記載された各結晶面の標準回折強度を示す。
  2. 　前記Ｔｃｆ（１０４）が前記Ｔｃｆ（０１２）よりも高く、かつ前記Ｔｃｒ（１０４）が前記Ｔｃｒ（０１２）よりも低い請求項１に記載の被覆工具。
  3. 　前記第２面における前記被覆層での前記酸化アルミニウム層のピークのうち、（００６）面に帰属されるピークのピーク強度Ｉｆ（００６）または（１０４）面に帰属されるピークのピーク強度Ｉｆ（１０４）が最も高く、かつ前記第１面における前記被覆層での前記酸化アルミニウム層のピークのうち、（００６）面に帰属されるピークのピーク強度Ｉｒ（００６）または（０１２）面に帰属されるピークのピーク強度Ｉｒ（０１２）が最も高い請求項１または２に記載の被覆工具。
  4. 　前記切刃は曲面状であり、前記第１面を正面視したときにおける前記曲面の幅Ｌ１と前記第２面を正面視したときにおける前記曲面の幅Ｌ２との比（Ｌ１／Ｌ２）が１．３～２．０である請求項１乃至３のいずれか記載の被覆工具。 
  5. 　前記第２面を正面視したときにおける前記曲面の幅Ｌ２が０．０３０～０．０８０ｍｍである請求項４記載の被覆工具。
  6. 　前記第１面に対応する前記基体の表面の界面粗さが、前記第２面に対応する前記基体の表面の界面粗さよりも小さい請求項１乃至５のいずれか記載の被覆工具。 
  7. 　前記第１面がすくい面であり、前記第２面が逃げ面である請求項１乃至６のいずれか記載の被覆工具。
    　
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