WO2017037797A1 - 表面被覆切削工具 - Google Patents

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layer
area
crystal grains
cutting tool
occupied
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PCT/JP2015/074506
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今村　晋也
秀明 金岡
アノンサック パサート
隆典 出谷
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住友電工ハードメタル株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a surface-coated cutting tool.
  • Patent Document 1 discloses an ⁇ whose total area of crystal grains indicating the crystal orientation of the (0001) plane is 70% or more when viewed in plan from the normal direction of the surface of the layer.
  • Patent Document 2 discloses an Al 2 O 3 layer.
  • Patent Document 2 discloses an ⁇ - crystal in which crystal grains observed on the surface of the layer have a specific size category when viewed in plan from the normal direction of the surface of the layer.
  • a surface-coated cutting tool having a coating comprising an Al 2 O 3 layer is disclosed.
  • Patent Document 1 and Patent Document 2 by having a coating film including the ⁇ -Al 2 O 3 layer configured as described above, mechanical properties such as wear resistance and fracture resistance of the surface-coated cutting tool are improved. Therefore, it is expected that the life of the cutting tool will be extended.
  • the present disclosure has been made in view of such circumstances, and an object of the present disclosure is to provide a surface-coated cutting tool that improves the mechanical properties of the coating and further extends the life of the cutting tool. It is in.
  • a surface-coated cutting tool is a surface-coated cutting tool including a base material and a coating film formed on the base material, the coating film including a plurality of ⁇ -Al 2 O 3 crystal grains.
  • An ⁇ -Al 2 O 3 layer containing Among ⁇ -Al 2 O 3 layer, a plane parallel to the surface, removing the ⁇ -Al 2 O 3 layer located 0.5 ⁇ m following areas than 0.1 ⁇ m in the depth direction from the surface Then, the crystal orientation of each crystal grain is specified by electron backscatter diffraction image (EBSD) analysis using a field emission scanning microscope (FE-SEM), and a 15 ⁇ m square based on this is determined.
  • EBSD electron backscatter diffraction image
  • FE-SEM field emission scanning microscope
  • the area A 1 occupied by the crystal grains A of ⁇ -Al 2 O 3 having a grain size of 1 ⁇ m to 3 ⁇ m is 50% or less in the color map, and the area A 1
  • the area A 2 occupied by crystal grains whose normal direction of (001) plane is within ⁇ 10 ° with respect to the normal direction of the processed surface is 90% or more, and the grain size is 0.5 ⁇ m or more and less than 1 ⁇ m.
  • the area C 1 occupied by the crystal grains C of ⁇ -Al 2 O 3 having a grain size of 0.05 ⁇ m or more and less than 0.5 ⁇ m is 10% or more and 50% or less, and among the areas C 1 , (001 )
  • the area C 2 occupied by the crystal grains whose normal direction of the surface is within ⁇ 10 ° with respect to the normal direction of the processed surface is 50% or more, and the area A 1 and the area B 1 with respect to the area of the entire color map And the ratio of the total area of the area C 1 is 95% or more.
  • the mechanical properties of the coating are improved, and the life of the cutting tool can be further extended.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II-II in FIG.
  • FIG. 3 is a partially enlarged view of FIG. 2.
  • FIG. 5 is a color map showing only coarse grains among the crystal grains shown in the color map of FIG. 4.
  • FIG. 5 is a color map showing only medium grains among the crystal grains shown in the color map of FIG. 4.
  • FIG. 5 is a color map showing only fine grains among the crystal grains shown in the color map of FIG. 4.
  • a surface-coated cutting tool is a surface-coated cutting tool including a base material and a coating film formed on the base material, and the coating film includes a plurality of ⁇ -Al 2 O 3
  • the crystal orientation of each crystal grain is specified by electron backscatter diffraction image (EBSD) analysis using a field emission scanning microscope (FE-SEM), and a 15 ⁇ m square based on this is determined.
  • EBSD electron backscatter diffraction image
  • FE-SEM field emission scanning microscope
  • the area A 1 occupied by the crystal grains A of ⁇ -Al 2 O 3 having a grain size of 1 ⁇ m to 3 ⁇ m is 50% or less in the color map, and the area A 1
  • the area A 2 occupied by crystal grains whose normal direction of (001) plane is within ⁇ 10 ° with respect to the normal direction of the processed surface is 90% or more, and the grain size is 0.5 ⁇ m or more and less than 1 ⁇ m.
  • the area C 1 occupied by the crystal grains C of ⁇ -Al 2 O 3 having a grain size of 0.05 ⁇ m or more and less than 0.5 ⁇ m is 10% or more and 50% or less, and among the areas C 1 , (001 )
  • the area C 2 occupied by the crystal grains whose normal direction of the surface is within ⁇ 10 ° with respect to the normal direction of the processed surface is 50% or more, and the area A 1 and the area B 1 with respect to the area of the entire color map And the ratio of the total area of the area C 1 is 95% or more.
  • Such an ⁇ -Al 2 O 3 layer can have a high hardness. Therefore, the surface-coated cutting tool [1] is excellent in mechanical properties and thus
  • the ⁇ -Al 2 O 3 layer preferably has a thickness of 1 ⁇ m to 25 ⁇ m. Thereby, said characteristic is exhibited more effectively.
  • the ⁇ -Al 2 O 3 layer preferably has a thickness of 4 ⁇ m to 15 ⁇ m. Thereby, said characteristic is exhibited more effectively.
  • the coating includes a first intermediate layer between the base material and the Al 2 O 3 layer, and the first intermediate layer is a TiCN layer. Since the TiCN layer has high hardness, the surface-coated cutting tool including the coating having the first intermediate layer is excellent in wear resistance.
  • the coating includes a second intermediate layer between the base material and the ⁇ -Al 2 O 3 layer, and the second intermediate layer is a TiCNO layer or a TiBN layer, The difference between the maximum thickness and the minimum thickness of the second intermediate layer is 0.3 ⁇ m or more.
  • the second intermediate layer it is possible to exhibit the effect as an anchor for adhering the alpha-Al 2 O 3 layer and the first intermediate layer, it is possible to enhance the peeling resistance of the coating. Therefore, the surface-coated cutting tool including the coating having the second intermediate layer is further excellent in fracture resistance.
  • the coating includes a surface layer located on the outermost surface, and the surface layer is a TiC layer, a TiN layer, or a TiB 2 layer. Thereby, the toughness of the coating is improved.
  • crystal grains whose normal direction of (001) plane is within ⁇ 10 ° with respect to the normal direction of the surface of the ⁇ -Al 2 O 3 layer will be referred to as “(001) plane-oriented crystal grains”.
  • a surface-coated cutting tool 10 (hereinafter simply referred to as “tool 10”) of the present embodiment has a cutting edge at which rake face 1, flank face 2, rake face 1 and flank face 2 intersect. And a ridge line portion 3. That is, the rake face 1 and the flank face 2 are faces that are connected with the blade edge line portion 3 interposed therebetween.
  • the cutting edge ridge line portion 3 constitutes a cutting edge tip portion of the tool 10.
  • the shape of such a tool 10 depends on the shape of the base material described later.
  • FIG. 1 shows a tool 10 as a cutting edge exchangeable cutting tip for turning, but the tool 10 is not limited to this, and a drill, an end mill, a cutting edge exchangeable cutting tip for a drill, a cutting edge exchangeable cutting tip for an end mill, a milling cutter. It can be suitably used as a cutting tool such as a cutting edge exchangeable cutting tip for processing, a metal saw, a gear cutting tool, a reamer, and a tap.
  • the tool 10 when the tool 10 is a cutting edge exchange type cutting tip or the like, the tool 10 includes those having a chip breaker and those having no chip breaker, and the cutting edge ridge line portion 3 has a sharp edge (rake face). And the ridge where the flank intersects), honing (having a sharp edge), negative land (having a chamfer), and a combination of honing and negative land.
  • the tool 10 includes a base material 11 and a coating 12 formed on the base material 11.
  • the coating 12 preferably covers the entire surface of the substrate 11, but a part of the substrate 11 is not covered with the coating 12 or the configuration of the coating 12 is partially different. Even so, it does not depart from the scope of the present embodiment.
  • the base material 11 of this embodiment has a rake face 11a, a flank face 11b, and a cutting edge ridge line portion 11c where the rake face 11a and the flank face 11b intersect.
  • the rake face 11 a, the flank face 11 b, and the cutting edge ridge line part 11 c constitute a rake face 1, a flank face 2, and a cutting edge ridge line part 3 of the tool 10.
  • any conventionally known substrate can be used as this type of substrate.
  • cemented carbide for example, WC-based cemented carbide, including WC, including Co, or including carbonitrides such as Ti, Ta, Nb), cermet (TiC, TiN, TiCN, etc.) Component
  • high-speed steel ceramics (titanium carbide, silicon carbide, silicon nitride, aluminum nitride, aluminum oxide, etc.), cubic boron nitride sintered body, or diamond sintered body preferable.
  • the film 12 of this embodiment includes at least one ⁇ -Al 2 O 3 layer described in detail below. As long as the coating 12 includes this ⁇ -Al 2 O 3 layer, it can include other layers.
  • the composition of the other layers is not particularly limited, and examples thereof include TiC, TiN, TiB, TiBN, TiAlN, TiSiN, AlCrN, TiAlSiN, TiAlNO, AlCrSiCN, TiCN, TiCNO, TiSiC, CrSiN, AlTiSiCO, and TiSiCN.
  • the order of the lamination is not particularly limited.
  • Such a coating 12 of this embodiment has an effect of improving various properties such as wear resistance and fracture resistance by covering the base material 11.
  • the coating 12 preferably has a thickness of 3 to 35 ⁇ m.
  • the thickness of the coating 12 is 3 ⁇ m or more, it is possible to suppress a reduction in tool life due to the thin thickness of the coating 12.
  • the thickness of the coating 12 is 35 ⁇ m or less, the chipping resistance in the initial stage of cutting can be improved.
  • the base layer 13 and the first intermediate layer are sequentially arranged from the substrate side to the surface side of the coating film 12 (from the lower side to the upper side in the figure).
  • layer 14, second intermediate layer 15, and alpha-Al 2 O 3 layer 16 will be described film 12 laminated.
  • the ⁇ -Al 2 O 3 layer 16 of the present embodiment is a layer including crystal grains of a plurality of ⁇ -Al 2 O 3 (aluminum oxide having a crystal structure of ⁇ type). That is, this layer is composed of polycrystalline ⁇ -Al 2 O 3 . Usually, this crystal grain has a grain size of about 0.01 to 3.5 ⁇ m.
  • the ⁇ -Al 2 O 3 layer 16 in the present embodiment among the ⁇ -Al 2 O 3 layer 16, a plane parallel to its surface, 0.1 [mu] m or more with respect to the depth direction from the surface 0.
  • the crystal orientation of each crystal grain made of ⁇ -Al 2 O 3 is determined by EBSD analysis using FE-SEM.
  • the area A 1 occupied by the crystal grains A of ⁇ -Al 2 O 3 having a grain size of 1 ⁇ m or more and 3 ⁇ m or less is 50% or less.
  • the area B 1 occupied by the crystal grains B of ⁇ -Al 2 O 3 having a grain size of 0.5 ⁇ m or more and less than 1 ⁇ m is 20% or more and 50% or less.
  • the area C 1 occupied by the crystal grains C of ⁇ -Al 2 O 3 having a grain size of 0.05 ⁇ m or more and less than 0.5 ⁇ m is 10% or more and 50% or less.
  • the area A 2 occupied by the (001) plane-oriented crystal grains is 90% or more.
  • the area B 1 occupied by the (001) plane-oriented crystal grains is 90% or more.
  • an area C 2 occupied among the (001) plane orientation crystal grains of the area C 1 is 50% or more.
  • the ratio of the total area of the area A 1 , the area B 1 , and the area C 1 to the area of the entire color map is 95% or more.
  • ⁇ -Al 2 O 3 layer 16 is formed on the basis of the manufacturing method described later.
  • the surface is parallel to the surface of the formed ⁇ -Al 2 O 3 layer 16 (the surface opposite to the surface located on the base material side, which constitutes the surface of the coating 12 in this embodiment).
  • a processed surface which is a new surface obtained by removing the ⁇ -Al 2 O 3 layer 16 located in the region of 0.1 to 0.5 ⁇ m in the depth direction from the surface is prepared.
  • the processing position can be any position of the ⁇ -Al 2 O 3 layer 16, but is preferably in the vicinity of the edge of the blade edge as described later.
  • FIB processing using FIB can be mentioned.
  • the conditions for the FIB processing are as follows.
  • the manufacturing method of the processed surface is not limited to FIB processing, but it is preferable that at least a measurement surface according to the processed surface manufactured by FIB processing can be manufactured.
  • another layer such as a surface layer is formed on the ⁇ -Al 2 O 3 layer 16
  • the other layer is removed by polishing using, for example, a No. 3000 grindstone, and the ⁇ -Al 2
  • the FIB processing is preferably performed after the O 3 layer 16 is exposed.
  • the processed surface is observed using an FE-SEM (product name: “SU6600”, manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation) equipped with EBSD, and EBSD analysis is performed on the obtained observation image.
  • the observation location is not particularly limited, but it is preferable to observe the vicinity of the edge portion of the blade edge in consideration of the relationship with the cutting characteristics.
  • EBSD analysis data is collected sequentially by placing a focused electron beam onto each pixel individually.
  • the normal of the sample surface (the processed surface of the FIB processed ⁇ -Al 2 O 3 layer) is inclined by 70 ° with respect to the incident beam, and the analysis is performed at 15 kV. In order to avoid the charging effect, a pressure of 10 Pa is applied.
  • the high current mode is used in combination with the opening diameter of 60 ⁇ m or 120 ⁇ m.
  • Data collection is performed at a step of 0.1 ⁇ m / step for 500 ⁇ 300 points corresponding to a surface area of 50 ⁇ 30 ⁇ m on the cross section.
  • the EBSD analysis result is analyzed using commercially available software (trade name: “orientation Imaging microscopy Ver 6.2”, manufactured by EDAX), and the color map is created. Specifically, using software, the normal direction of the (001) plane of each measurement pixel and the normal direction of the surface of the ⁇ -Al 2 O 3 layer 16 (the surface located on the coating surface side) (that is, the surface) An angle formed with the normal direction of the processed surface of the ⁇ -Al 2 O 3 layer manufactured by FIB processing is calculated, and a color map is generated by changing the color for each angle. To create the color map, the “Cristal Direction MAP” method included in the software can be used.
  • the crystal grains A, the crystal grains B, and the crystal grains C can be distinguished by dividing each crystal grain by grain size using the color map. Specifically, first, in the color map, an area in which the colors match (that is, the plane orientations match) and the periphery is surrounded by other colors (that is, other plane orientations) Consider it as a separate area. Next, an imaginary diagonal line that can be drawn longest is drawn for each crystal grain, and this is used as the grain size of each crystal grain.
  • a grain having a grain size of 1 ⁇ m or more and 3 ⁇ m or less is a coarse crystal grain A
  • a grain having a grain size of 0.5 ⁇ m or more and less than 1 ⁇ m is a medium grain B
  • a grain size is 0.05 ⁇ m or more.
  • Those less than 0.5 ⁇ m are distinguished as crystal grains C which are fine grains.
  • the area occupied by each crystal grain in the color map, and the area occupied by (001) plane-oriented crystal grains among the area occupied by each crystal grain Can be requested.
  • the color map is created for a 15 ⁇ m square (15 ⁇ m ⁇ 15 ⁇ m) processed surface.
  • FIG. 4 is an example of a color map relating to the above-described processed surface of the ⁇ -Al 2 O 3 layer 16.
  • a region surrounded by a solid line and indicated by hatching with hatching is a (001) plane-oriented crystal grain
  • each region surrounded by a solid line and indicated by white is a (001) plane-oriented crystal grain.
  • Other than the crystal grains that is, in the color map illustrated in FIG. 4, the crystal grains whose angle in the normal direction of the (001) plane with respect to the normal direction of the surface of the ⁇ -Al 2 O 3 layer 16 is 10 ° or less are indicated by hatching.
  • crystal grains in which the angle of the normal direction of the (001) plane with respect to the normal direction of the surface of the ⁇ -Al 2 O 3 layer 16 exceeds 10 ° are shown in white.
  • the region where the crystal orientation was not specified was displayed in black.
  • FIGS. 5 to 7 illustrate color maps in which the crystal grains A (coarse grains), the crystal grains B (medium grains), and the crystal grains C (fine grains) are distinguished from each other in the color map of FIG. That is, of the crystal grains shown in the color map of FIG. 4, only the crystal grains A are shown in the color map of FIG. Of the crystal grains shown in the color map of FIG. 4, only the crystal grains B are shown in the color map of FIG. Of the crystal grains shown in the color map of FIG. 4, only the crystal grains C are shown in the color map of FIG. In particular, in FIG.
  • a region surrounded by a solid line and hatched is a (001) -oriented crystal grain in the crystal grain C, and a region surrounded by a solid line and not hatched is a crystal
  • the tool 10 including the ⁇ -Al 2 O 3 layer 16 satisfying the above (1) to (7) is superior in mechanical characteristics as compared with the conventional tool, and has a longer life.
  • the proportion of coarse particles is kept lower than that of the conventional one. Coarse grains tend to fall off from the ⁇ -Al 2 O 3 layer as compared with fine grains and medium grains.
  • the ⁇ -Al 2 O 3 layer 16 of the present embodiment is more likely to fall off than in the past. Therefore, the chipping resistance is excellent.
  • the ⁇ -Al 2 O 3 layer 16 of this embodiment is excellent in both wear resistance and fracture resistance characteristics, the tool 10 including the coating 12 having the ⁇ -Al 2 O 3 layer 16 has its machine. The characteristics are improved as compared with the conventional one and the life is extended.
  • the ratio of the area A 1 is greater than 50%, the wear resistance of the ⁇ -Al 2 O 3 layer 16 is significantly reduced.
  • the ratio of the area A 1 is preferably 49% or less.
  • the lower limit value of the ratio of the area A 1 is not particularly limited, but is preferably 10% or more, more preferably 25% or more from the viewpoint of fracture resistance.
  • the ratio of the area B 1 exceeds 50%, there is a concern about a decrease in wear resistance. On the other hand, if the ratio of the area B 1 is less than 20%, there is a concern that the chipping resistance is lowered.
  • the ratio of the area B 1 is preferably 25 to 48%.
  • the ratio of the area C 1 exceeds 50%, there is a concern that the fracture resistance may be lowered due to an excessive increase in the proportion of fine particles. Further, if the ratio of the area C 1 is less than 10%, decrease in wear resistance is concerned.
  • the ratio of the area C 1 is preferably 15 to 40%, more preferably 15 to 37%.
  • the ratio of the area A 2 is preferably 92% or more.
  • the upper limit of the ratio of the area A 2 is not particularly limited, and may be 100%.
  • the ratio of the area B 2 is preferably 92% or more.
  • the upper limit of the ratio of the area B 2 is not particularly limited, and may be 100%.
  • Ratio of the area C 2 is preferably 52% or more.
  • the upper limit of the ratio of the area C 2 is not particularly limited, and may be 100%. Conventionally, it has been particularly difficult to increase the ratio of the area C 2 , but it should be noted that this has become possible by the manufacturing method described later.
  • the grain size on the processed surface is particularly coarser than 3 ⁇ m. This means that there are fine crystal grains, particularly fine crystal grains having a grain size of less than 0.05 ⁇ m, and missing portions of crystal grains.
  • Such an ⁇ -Al 2 O 3 layer 16 has a marked decrease in both wear resistance and fracture resistance.
  • the ⁇ -Al 2 O 3 layer 16 preferably has a thickness of 3 to 25 ⁇ m. Thereby, the above excellent effects can be exhibited.
  • the thickness is more preferably 4 to 15 ⁇ m, still more preferably 5 to 15 ⁇ m.
  • the thickness of the ⁇ -Al 2 O 3 layer 16 is less than 3 ⁇ m, the degree of improvement in wear resistance due to the presence of the ⁇ -Al 2 O 3 layer 16 tends to be low. If it exceeds 25 ⁇ m, the interfacial stress due to the difference in coefficient of linear expansion between the ⁇ -Al 2 O 3 layer 16 and the other layers may increase, and the ⁇ -Al 2 O 3 crystal grains may fall off. Such a thickness can be confirmed by observation of a vertical cross section of the substrate 11 and the coating 12 using a scanning electron microscope (SEM) or the like.
  • SEM scanning electron microscope
  • the coating film 12 has a TiCN layer as the first intermediate layer 14 between the base material 11 and the ⁇ -Al 2 O 3 layer 16. Since the TiCN layer is excellent in wear resistance, the wear resistance of the coating 12 can be further improved.
  • the coating film 12 includes a second intermediate layer 15 between the first intermediate layer 14 and the ⁇ -Al 2 O 3 layer 16. As shown in FIG. 8, the second intermediate layer 15 is preferably composed of needle-like crystals.
  • the acicular crystal is a crystal having an elongated shape like a needle because the crystal growth direction is one direction.
  • the layer made of acicular crystals has the characteristics that the thickness greatly varies and the surface shape becomes complicated. Therefore, the effect as an anchor can be exerted on the contacting layer. Therefore, by having such a second intermediate layer 15 between the base material 11 and the ⁇ -Al 2 O 3 layer 16, the ⁇ -Al 2 O 3 layer 16 can be made difficult to peel from the base material 11. Therefore, the fracture resistance of the tool 10 including the coating 12 is further improved.
  • the second intermediate layer 15 is preferably a TiCNO layer or a TiBN layer. This is because TiCNO and TiBN can easily form needle crystals.
  • the difference between the maximum thickness d 1 and the minimum thickness d 2 of the second intermediate layer 15 is preferably 0.3 ⁇ m or more. In this case, the above characteristics are effectively exhibited.
  • the difference is preferably 1.0 ⁇ m or less. This is because if the difference exceeds 1.0 ⁇ m, the shape of the second intermediate layer 15 may adversely affect the shape of the coating 12. The difference can be confirmed using an FE-SEM equipped with the EBSD.
  • the film 12 according to the present embodiment includes a base layer 13 that is in contact with the substrate 11.
  • a TiN layer as the underlayer 13
  • the adhesion between the substrate 11 and the coating 12 can be further enhanced.
  • the coating 12 according to the present embodiment may have a surface layer on the ⁇ -Al 2 O 3 layer 16.
  • the surface layer is preferably a TiC layer, a TiN layer, or a TiB 2 layer.
  • the ⁇ -Al 2 O 3 layer 16 has a high (001) orientation, but the TiC layer, TiN layer, and TiB 2 layer formed on the ⁇ -Al 2 O 3 layer 16 are This is particularly effective for suppressing crack propagation during intermittent cutting. Therefore, the coating film 12 having a surface layer having such a composition is advantageous in terms of improving toughness.
  • the TiN layer exhibits a clear gold color, it is easy to identify the cutting edge after cutting use, which is advantageous from the viewpoint of economy.
  • the tool 10 according to the above-described embodiment can be manufactured by forming the coating 12 on the surface of the substrate 11.
  • the coating 12 can be formed by a CVD method using a chemical vapor deposition (CVD) apparatus illustrated in FIG.
  • the CVD apparatus 30 includes a plurality of base material setting jigs 31 for holding the base material 11 and a reaction vessel 32 made of heat resistant alloy steel that covers the base material setting jig 31. .
  • a temperature control device 33 for controlling the temperature in the reaction vessel 32 is provided around the reaction vessel 32.
  • the reaction vessel 32 is provided with a gas introduction pipe 35 having a gas introduction port 34.
  • the gas introduction pipe 35 is arranged so as to extend in the vertical direction in the internal space of the reaction container 32 in which the base material setting jig 31 is arranged, and a plurality of gas introduction pipes 35 for ejecting gas into the reaction container 32.
  • each layer can be formed as follows.
  • the base material 11 is placed on the base material setting jig 31, and the source gas for the underlayer 13 is supplied from the gas introduction pipe 35 into the reaction container 32 while controlling the temperature and pressure in the reaction container 32 within a predetermined range. To introduce. Thereby, the base layer 13 is produced on the surface of the base material 11. Similarly, by introducing the raw material gas for the first intermediate layer 14 and the raw material gas for the second intermediate layer 15 into the reaction vessel 32 in this order, the first intermediate layer 14 and the second intermediate layer are formed on the underlayer 13. 15 are formed in order.
  • TiCl 4 and N 2 can be used as source gases.
  • TiCl 4 , N 2 and CH 3 CN can be used.
  • TiCNO layer TiCl 4 , N 2 , CO and CH 4 can be used.
  • the temperature in the reaction vessel 32 when forming each layer is preferably controlled to 1000 to 1100 ° C., and the pressure in the reaction vessel 32 is preferably controlled to 0.1 to 1013 hPa.
  • HCl may be introduced together with the above source gas. By introducing HCl, the uniformity of the thickness of each layer can be improved.
  • H 2 is preferably used as the carrier gas.
  • At least one of the above layers may be formed by an MT (Medium Temperature) -CVD method.
  • MT-CVD method Unlike the CVD method (hereinafter also referred to as “HT-CVD method”) performed at a temperature of 1000 ° C. to 1100 ° C., the MT-CVD method has a relatively mild temperature of 850 to 950 ° C. This is a method of forming a layer while maintaining a proper temperature. Since the MT-CVD method is performed at a relatively low temperature compared to the HT-CVD method, damage to the base material 11 due to heating can be reduced.
  • the TiCN layer is preferably formed by the MT-CVD method.
  • the ⁇ -Al 2 O 3 layer 16 is formed on the second intermediate layer 15.
  • the ⁇ -Al 2 O 3 layer 16 according to this embodiment can be formed by performing a CVD method including the following first step and second step. Hereinafter, each process is demonstrated in order.
  • a first ⁇ -Al 2 O 3 layer is formed on the second intermediate layer 15 (first step).
  • the raw material gas AlCl 3, N 2, CO 2, and using H 2 S.
  • the flow rate ratio is set so as to satisfy CO 2 / H 2 S ⁇ 2.
  • the upper limit of CO 2 / H 2 S is not particularly limited, but is preferably 5 or less from the viewpoint of the uniformity of the layer thickness.
  • the inventors have preferred flow rates of CO 2 and H 2 S in the first step of 0.4 to 2.0 l / min and 0.1 to 0.8 l / min, most preferably 1 l. / Min and 0.5 l / min.
  • the source gas AlCl 3 , N 2 , CO 2 , and H 2 S are used.
  • the flow rate (l / min) between the CO 2 gas and the H 2 S gas the flow rate ratio is set so as to satisfy 0.5 ⁇ CO 2 / H 2 S ⁇ 1.
  • the temperature in the reaction vessel 32 is preferably controlled to 1000 to 1100 ° C., and the pressure in the reaction vessel 32 is preferably controlled to 0.1 to 100 hPa.
  • HCl may be introduced together with the above listed source gases, and H 2 can be used as the carrier gas.
  • H 2 can be used as the carrier gas.
  • the ⁇ -Al 2 O 3 layer 16 formed of the first ⁇ -Al 2 O 3 layer and the second ⁇ -Al 2 O 3 layer formed through the first step and the second step from the surface side. Blasting may be performed.
  • the layer formed by the CVD method tends to have a tensile residual stress as a whole, this step can apply a compressive residual stress to the surface side of the ⁇ -Al 2 O 3 layer 16. -The hardness of the Al 2 O 3 layer 16 can be increased.
  • the film 12 is, if it has a surface layer formed on the ⁇ -Al 2 O 3 layer 16, after the surface layer has been formed, it is preferable to carry out the blasting treatment.
  • the CVD apparatus 30 In order to form the surface layer after performing the blasting process, it is necessary to stop the CVD apparatus 30, take out the base material 11 from the reaction vessel 32, etc., and the manufacturing process becomes complicated. Since this surface layer only needs to remain on a part of the surface of the tool 10, the surface layer may be partially removed by the blast treatment.
  • the coating 12 can be manufactured by the manufacturing method described above, and thus the tool 10 including the coating 12 can be manufactured.
  • the reason why the ⁇ -Al 2 O 3 layer 16 satisfying the above (1) to (7) is formed by such a manufacturing method is not clear, but the present inventors speculate as follows.
  • alpha-Al in the present embodiment the second intermediate layer 15 2 O 3 layer with layers of different composition in forming the alpha-Al 2 O 3 layer on the crystal grain orientation of the alpha-Al 2 O 3 and It tends to be difficult to align. This is because the compatibility between ⁇ -Al 2 O 3 and layers having different compositions affects the orientation of ⁇ -Al 2 O 3 crystal grains. Therefore, if the ⁇ -Al 2 O 3 layer is formed on the second intermediate layer 15 while the (001) plane-oriented crystal grains are small, the number of (001) plane-oriented crystal grains is small. An ⁇ -Al 2 O 3 layer is formed.
  • the (001) plane-oriented crystal grains are temporarily formed in the first ⁇ -Al 2 O 3 layer formed by the first step. Even if the amount is small, since the film formation of the ⁇ -Al 2 O 3 layer does not proceed as it is (ie, because it is switched to the second step), the (001) plane-oriented crystal grains as described above are used. Therefore, it is possible to prevent the formation of an ⁇ -Al 2 O 3 layer with a low content.
  • the first alpha-Al 2 O 3 layer is formed by a first step on the other layer
  • the second alpha-Al 2 O 3 layer formed by the subsequent second step is formed on the first ⁇ -Al 2 O 3 layer having high compatibility (good compatibility), and consequently (001) plane orientation is excellent. It will be.
  • the aspect of each layer changes by controlling each condition of the CVD method.
  • the composition of each layer is determined by the composition of the source gas introduced into the reaction vessel 32, and the thickness of each layer is controlled by the implementation time (film formation time).
  • the second intermediate layer 15 is preferably a needle crystal, but this can change the crystal shape into a needle crystal by controlling the flow rate of the source gas and the film formation temperature.
  • the length of each needle-like crystal can be made non-uniform by controlling the pressure during film formation, thereby causing the difference between the maximum thickness d 1 and the minimum thickness d 2 as described above. it can.
  • the flow rate ratio of CO 2 gas to H 2 S gas in the source gas Control of (CO 2 / H 2 S) is important.
  • Sample No. 1 to 12 correspond to the examples, and sample Nos.
  • Reference numerals 13 to 17 are comparative examples.
  • sample no. 1 Made of cemented carbide with a composition (including inevitable impurities) consisting of TaC (2.0 mass%), NbC (1.0 mass%), Co (10.0 mass%) and WC (balance) as the base material
  • a cutting tip (shape: CNMG120408N-UX, manufactured by Sumitomo Electric Hardmetal Co., Ltd., JIS B4120 (2013)) was prepared.
  • a base layer, a first intermediate layer, a second intermediate layer, an ⁇ -Al 2 O 3 layer and a surface layer are formed in this order on the prepared base material, and a coating is formed on the surface of the base material.
  • the conditions for forming each layer are shown below.
  • the parentheses following each gas composition indicate the flow rate (l / min) of each gas.
  • the following blasting treatment was performed on the cutting edge exchangeable cutting tip for turning which is a base material on which a film was formed. That is, while rotating the tip at 100 rpm, an aluminum oxide ball having an average particle diameter of 50 ⁇ m was allowed to collide with compressed air of 0.1 MPa for 5 seconds from the 45 ° direction of the edge of the blade edge to the rake face and flank face. It was.
  • sample No. 1 tool was produced.
  • Sample No. Regarding 2 to 17 each tool was produced by forming a film comprising a base layer, a first intermediate layer, a second intermediate layer, an ⁇ -Al 2 O 3 layer and a surface layer on the same base material. .
  • the composition of the second intermediate layer and the surface layer was appropriately changed by changing the source gas used for forming the second intermediate layer and the surface layer.
  • Table 1 shows the composition and thickness of each layer constituting the coating in each sample. The thickness of each layer was adjusted by appropriately adjusting the film formation time.
  • the conditions other than the source gas and the film formation time were appropriately changed.
  • the pressure during film formation was changed as shown in Table 2.
  • the difference between the maximum thickness and the minimum thickness of the second intermediate layer made of acicular crystals was different as shown in Table 2.
  • the flow rate ratio (CO 2 / H 2 S) between CO 2 and H 2 S in the introduced gas was changed as shown in Table 3.
  • Sample No. In 1 to 12 the gas for the first step was introduced for 30 minutes, and then the gas for the second step was introduced.
  • the above-described FIB processing is performed on the rake face side of the tool having a coating provided on the surface of the base material and in the vicinity of the edge of the edge of the cutting edge, so that the depth from the surface of the ⁇ -Al 2 O 3 layer is zero.
  • the ⁇ -Al 2 O 3 layer located in the 2 ⁇ m region was removed. Thereby, the processed surface was produced.
  • the prepared processed surface was observed using an FE-SEM equipped with EBSD, whereby the above-described color map was prepared for a processed surface of 15 ⁇ m ⁇ 15 ⁇ m.
  • the cutting conditions are as follows. 20 chips were used for each sample, turning was performed for 20 seconds, and the ratio (number) of broken chips among all 20 chips was calculated as the breakage rate (%). The results are shown in Table 4. In Table 4, it shows that it is excellent in fracture resistance, so that a failure rate (%) is low.
  • the conditions for turning are as follows. Using 20 tips for each sample, turning was performed for 15 minutes, the wear amount Vb (mm) on the flank side of all 20 tips was measured, and the average value of each sample was calculated. The results are shown in Table 4. It shows that it is excellent in abrasion resistance, so that the value of Vbmm) in Table 4 is small.
  • sample No. 1 to 12 sample no. Compared with 13 to 17, high fracture resistance and high wear resistance were confirmed.
  • Sample No. 1 to 12 satisfy the above (1) to (7). 13-17 did not satisfy this. From these results, sample No. 1 as an example of the present embodiment is obtained. It was confirmed that the chips 1 to 12 had high fracture resistance and high wear resistance, and therefore excellent mechanical properties, and thus had a stable long life.

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Abstract

　本発明の表面被覆切削工具（１０）が備える被膜（１２）は、複数のα－Ａｌ2Ｏ3の結晶粒を含むα－Ａｌ2Ｏ3層を有する。α－Ａｌ2Ｏ3層のうち、その表面に平行な加工面に関する１５μｍ四方のカラーマップにおいて、粗粒な結晶粒Ａの占める面積Ａ1が５０％以下であり、かつ、面積Ａ1のうち、（００１）面配向性の結晶粒の占める面積Ａ2が９０％以上であり、中粒なα－Ａｌ2Ｏ3の結晶粒Ｂの占める面積Ｂ1が２０％以上５０％以下であり、かつ、面積Ｂ1のうち、（００１）面配向性の結晶粒の占める面積Ｂ2が９０％以上であり、微粒なα－Ａｌ2Ｏ3の結晶粒Ｃの占める面積Ｃ1が１０％以上５０％以下であり、面積Ｃ1のうち、（００１）面配向性の結晶粒の占める面積Ｃ2が５０％以上であり、カラーマップ全体の面積に対する、面積Ａ1、面積Ｂ1、および面積Ｃ1の合計面積の割合が、９５％以上である。

Description

表面被覆切削工具
　本発明は、表面被覆切削工具に関する。
　従来より、基材上に被膜を形成した表面被覆切削工具が用いられてきた。たとえば、特開２００４－２８４００３号公報（特許文献１）は、層の表面の法線方向から平面視した場合に、（０００１）面の結晶方位を示す結晶粒の総面積が７０％以上のα－Ａｌ2Ｏ3層を含む被膜を有する表面被覆切削工具を開示している。
　また、特開２０１０－２０７９４６号公報（特許文献２）は、層の表面の法線方向から平面視した場合に、層の表面において観察される結晶粒が特異的な大きさ区分を有するα－Ａｌ2Ｏ3層を含む被膜を有する表面被覆切削工具を開示している。
特開２００４－２８４００３号公報 特開２０１０－２０７９４６号公報
　特許文献１および特許文献２では、上記のような構成のα－Ａｌ2Ｏ3層を含む被膜を有することにより、表面被覆切削工具の耐摩耗性や耐欠損性といった機械特性が向上し、以って切削工具の寿命が長くなることが期待されている。
　しかしながら、近年の切削加工においては、高速化および高能率化が進行し、切削工具にかかる負荷が増大し、切削工具の寿命が短期化することが問題となっていた。このため、切削工具の被膜の機械特性をさらに向上させ、切削工具の寿命をさらに長寿命化することが求められている。
　本開示は、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、被膜の機械特性を向上させ、切削工具の寿命をさらに長寿命化した表面被覆切削工具を提供することにある。
　本開示の一態様に係る表面被覆切削工具は、基材と、基材上に形成された被膜とを備える表面被覆切削工具であって、被膜は、複数のα－Ａｌ2Ｏ3の結晶粒を含むα－Ａｌ2Ｏ3層を有する。α－Ａｌ2Ｏ3層のうち、その表面に平行な面であって、表面から深さ方向に対して０．１μｍ以上０．５μｍ以下の領域に位置するα－Ａｌ2Ｏ3層を除去して得られる加工面に対し、電界放射型走査顕微鏡（ＦＥ－ＳＥＭ）を用いた電子後方散乱回折像（ＥＢＳＤ）解析によって結晶粒のそれぞれの結晶方位を特定し、これに基づいた１５μｍ四方のカラーマップを作成した場合に、カラーマップにおいて、粒径が１μｍ以上３μｍ以下であるα－Ａｌ2Ｏ3の結晶粒Ａの占める面積Ａ1が５０％以下であり、かつ、面積Ａ1のうち、（００１）面の法線方向が加工面の法線方向に対して±１０°以内となる結晶粒の占める面積Ａ2が９０％以上であり、粒径が０．５μｍ以上１μｍ未満であるα－Ａｌ2Ｏ3の結晶粒Ｂの占める面積Ｂ1が２０％以上５０％以下であり、かつ、面積Ｂ1のうち、（００１）面の法線方向が加工面の法線方向に対して±１０°以内となる結晶粒の占める面積Ｂ2が９０％以上であり、粒径が０．０５μｍ以上０．５μｍ未満であるα－Ａｌ2Ｏ3の結晶粒Ｃの占める面積Ｃ1が１０％以上５０％以下であり、かつ、面積Ｃ1のうち、（００１）面の法線方向が加工面の法線方向に対して±１０°以内となる結晶粒の占める面積Ｃ2が５０％以上であり、カラーマップ全体の面積に対する、面積Ａ1、面積Ｂ1、および面積Ｃ1の合計面積の割合が、９５％以上である。
　上記によれば、被膜の機械特性が向上し、切削工具の寿命をさらに長寿命化することができる。
本開示の一実施形態に係る表面被覆切削工具の一例を示す斜視図である。 図１のＩＩ－ＩＩ線矢視断面図である。 図２の部分拡大図である。 α－Ａｌ2Ｏ3層の加工面に関するカラーマップの一例である。 図４のカラーマップに示される結晶粒のうち、粗粒のみを示したカラーマップである。 図４のカラーマップに示される結晶粒のうち、中粒のみを示したカラーマップである。 図４のカラーマップに示される結晶粒のうち、微粒のみを示したカラーマップである。 第２中間層の厚み方向における形状を概略的に示す断面図である。 実施形態に係る被膜の製造に用いられる化学気相蒸着装置の一例を概略的に示す断面図である。
　[本発明の実施形態の説明]
　最初に本発明の実施態様を列記して説明する。なお、本明細書の結晶学的記載においては、個別面を（）で示す。また、本明細書において「Ｘ～Ｙ」という形式の表記は、範囲の上限下限（すなわちＸ以上Ｙ以下）を意味しており、Ｘにおいて単位の記載がなく、Ｙにおいてのみ単位が記載されている場合、Ｘの単位とＹの単位とは同じである。また本明細書において、「ＴｉＮ」、「ＴｉＣＮ」等の化学式において特に原子比を特定していないものは、各元素の原子比が「１」のみであることを示すものではなく、従来公知の原子比が全て含まれるものとする。
　〔１〕本開示の一態様に係る表面被覆切削工具は、基材と、基材上に形成された被膜とを備える表面被覆切削工具であって、被膜は、複数のα－Ａｌ2Ｏ3の結晶粒を含むα－Ａｌ2Ｏ3層を有する。α－Ａｌ2Ｏ3層のうち、その表面に平行な面であって、表面から深さ方向に対して０．１μｍ以上０．５μｍ以下の領域に位置するα－Ａｌ2Ｏ3層を除去して得られる加工面に対し、電界放射型走査顕微鏡（ＦＥ－ＳＥＭ）を用いた電子後方散乱回折像（ＥＢＳＤ）解析によって結晶粒のそれぞれの結晶方位を特定し、これに基づいた１５μｍ四方のカラーマップを作成した場合に、カラーマップにおいて、粒径が１μｍ以上３μｍ以下であるα－Ａｌ2Ｏ3の結晶粒Ａの占める面積Ａ1が５０％以下であり、かつ、面積Ａ1のうち、（００１）面の法線方向が加工面の法線方向に対して±１０°以内となる結晶粒の占める面積Ａ2が９０％以上であり、粒径が０．５μｍ以上１μｍ未満であるα－Ａｌ2Ｏ3の結晶粒Ｂの占める面積Ｂ1が２０％以上５０％以下であり、かつ、面積Ｂ1のうち、（００１）面の法線方向が加工面の法線方向に対して±１０°以内となる結晶粒の占める面積Ｂ2が９０％以上であり、粒径が０．０５μｍ以上０．５μｍ未満であるα－Ａｌ2Ｏ3の結晶粒Ｃの占める面積Ｃ1が１０％以上５０％以下であり、かつ、面積Ｃ1のうち、（００１）面の法線方向が加工面の法線方向に対して±１０°以内となる結晶粒の占める面積Ｃ2が５０％以上であり、カラーマップ全体の面積に対する、面積Ａ1、面積Ｂ1、および面積Ｃ1の合計面積の割合が、９５％以上である。このようなα－Ａｌ2Ｏ3層は、高い硬度を有することができる。したがって、上記〔１〕の表面被覆切削工具は、機械特性に優れ、もって寿命が長寿命化されたものとなる。
　〔２〕上記表面被覆切削工具において好ましくは、α－Ａｌ2Ｏ3層は１μｍ以上２５μｍ以下の厚みを有する。これにより、上記の特性がより効果的に発揮される。
　〔３〕上記表面被覆切削工具において好ましくは、α－Ａｌ2Ｏ3層は４μｍ以上１５μｍ以下の厚みを有する。これにより、上記の特性がより効果的に発揮される。
　〔４〕上記表面被覆切削工具において好ましくは、被膜は、基材とＡｌ2Ｏ3層との間に第１中間層を含み、該第１中間層はＴｉＣＮ層である。ＴｉＣＮ層は高硬度であるため、このような第１中間層を有する被膜を含む表面被覆切削工具は、耐摩耗性に優れることとなる。
　〔５〕上記表面被覆切削工具において好ましくは、被膜は、基材とα－Ａｌ2Ｏ3層との間に第２中間層を含み、第２中間層は、ＴｉＣＮＯ層またはＴｉＢＮ層であり、第２中間層の最大厚みと最小厚みとの差は、０．３μｍ以上である。このような第２中間層は、α－Ａｌ2Ｏ3層と第１中間層とを密着させるアンカーとしての効果を発揮することができるため、被膜の耐剥離性を高めることができる。したがって、このような第２中間層を有する被膜を含む表面被覆切削工具は、さらに耐欠損性に優れることとなる。
　〔６〕上記表面被覆切削工具において好ましくは、被膜は、最表面に位置する表面層を含み、表面層は、ＴｉＣ層、ＴｉＮ層またはＴｉＢ2層である。これにより、被膜の靱性が向上する。
　[本発明の実施形態の詳細]
　以下、本発明の一実施形態（以下「本実施形態」と記す）について説明するが、本実施形態はこれらに限定されるものではない。また、以下において「（００１）面の法線方向がα－Ａｌ2Ｏ3層の表面の法線方向に対して±１０°以内となる結晶粒」を、「（００１）面配向性結晶粒」ともいう。
　〔表面被覆切削工具〕
　図１を参照し、本実施形態の表面被覆切削工具１０（以下、単に「工具１０」と記す）は、すくい面１と、逃げ面２と、すくい面１と逃げ面２とが交差する刃先稜線部３とを有する。すなわち、すくい面１と逃げ面２とは、刃先稜線部３を挟んで繋がる面である。刃先稜線部３は、工具１０の切刃先端部を構成する。このような工具１０の形状は、後述する基材の形状に依拠する。
　図１には旋削加工用刃先交換型切削チップとしての工具１０が示されるが、工具１０はこれに限られず、ドリル、エンドミル、ドリル用刃先交換型切削チップ、エンドミル用刃先交換型切削チップ、フライス加工用刃先交換型切削チップ、メタルソー、歯切工具、リーマ、タップなどの切削工具として好適に使用することができる。
　また、工具１０が刃先交換型切削チップ等である場合、工具１０は、チップブレーカを有するものも、有さないものも含まれ、また、刃先稜線部３は、その形状がシャープエッジ（すくい面と逃げ面とが交差する稜）、ホーニング（シャープエッジに対してアールを付与したもの）、ネガランド（面取りをしたもの）、ホーニングとネガランドとを組み合せたもののいずれのものも含まれる。
　図２を参照し、上記工具１０は、基材１１と、該基材１１上に形成された被膜１２とを備えた構成を有する。工具１０において、被膜１２は、基材１１の全面を被覆することが好ましいが、基材１１の一部がこの被膜１２で被覆されていなかったり、被膜１２の構成が部分的に異なったりしていたとしても本実施形態の範囲を逸脱するものではない。
　〔基材〕
　図２を参照し、本実施形態の基材１１は、すくい面１１ａと、逃げ面１１ｂと、すくい面１１ａと逃げ面１１ｂとが交差する刃先稜線部１１ｃとを有する。すくい面１１ａ、逃げ面１１ｂ、および刃先稜線部１１ｃは、工具１０のすくい面１、逃げ面２、および刃先稜線部３を構成する。
　基材１１としては、この種の基材として従来公知のものであればいずれのものも使用することができる。たとえば、超硬合金（たとえばＷＣ基超硬合金、ＷＣの他、Ｃｏを含み、あるいはＴｉ、Ｔａ、Ｎｂ等の炭窒化物を添加したものも含む）、サーメット（ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ等を主成分とするもの）、高速度鋼、セラミックス（炭化チタン、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウムなど）、立方晶型窒化硼素焼結体、またはダイヤモンド焼結体のいずれかであることが好ましい。これらの各種基材の中でも、特にＷＣ基超硬合金、サーメット（特にＴｉＣＮ基サーメット）を選択することが好ましい。これは、これらの基材が特に高温における硬度と強度とのバランスに優れ、上記用途の表面被覆切削工具の基材として優れた特性を有するためである。
　〔被膜〕
　本実施形態の被膜１２は、以下に詳述するα－Ａｌ2Ｏ3層を少なくとも１層含む。被膜１２は、このα－Ａｌ2Ｏ3層を含む限り、他の層を含むことができる。他の層の組成は特に限定されず、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＢ、ＴｉＢＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＳｉＮ、ＡｌＣｒＮ、ＴｉＡｌＳｉＮ、ＴｉＡｌＮＯ、ＡｌＣｒＳｉＣＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＣＮＯ、ＴｉＳｉＣ、ＣｒＳｉＮ、ＡｌＴｉＳｉＣＯまたはＴｉＳｉＣＮ等を挙げることができる。その積層の順も特に限定されない。
　このような本実施形態の被膜１２は、基材１１を被覆することにより、耐摩耗性や耐欠損性等の諸特性を向上させる作用を有するものである。
　被膜１２は、３～３５μｍの厚みを有することが好ましい。被膜１２の厚みが３μｍ以上の場合、被膜１２の厚みが薄いことに起因する工具寿命の低下を抑制することができる。被膜１２の厚みが３５μｍ以下の場合、切削初期における耐欠損性を向上させることができる。
　図３を参照し、本実施形態の被膜１２の好ましい構成の一例として、基材側から被膜１２の表面側に向かって（図中下方から上方に向かって）順に、下地層１３、第１中間層１４、第２中間層１５、およびα－Ａｌ2Ｏ3層１６が積層された被膜１２について説明する。
　〔α－Ａｌ2Ｏ3層〕
　本実施形態のα－Ａｌ2Ｏ3層１６は、複数のα－Ａｌ2Ｏ3（結晶構造がα型である酸化アルミニウム）の結晶粒を含んだ層である。すなわち、この層は、多結晶のα－Ａｌ2Ｏ3により構成される。通常この結晶粒は、約０．０１～３．５μｍ程度の大きさの粒径を有する。
　また本実施形態のα－Ａｌ2Ｏ3層１６は、α－Ａｌ2Ｏ3層１６のうち、その表面に平行な面であって、表面から深さ方向に対して０．１μｍ以上０．５μｍ以下の領域に位置するα－Ａｌ2Ｏ3層を除去して得られる加工面に対し、ＦＥ－ＳＥＭを用いたＥＢＳＤ解析によってα－Ａｌ2Ｏ3からなる結晶粒のそれぞれの結晶方位を特定し、これに基づいた１５μｍ四方のカラーマップを作成した場合に、カラーマップにおいて、以下（１）～（７）を満たすことを特徴とする。
（１）粒径が１μｍ以上３μｍ以下であるα－Ａｌ2Ｏ3の結晶粒Ａの占める面積Ａ1が５０％以下である。
（２）粒径が０．５μｍ以上１μｍ未満であるα－Ａｌ2Ｏ3の結晶粒Ｂの占める面積Ｂ1が２０％以上５０％以下である。
（３）粒径が０．０５μｍ以上０．５μｍ未満であるα－Ａｌ2Ｏ3の結晶粒Ｃの占める面積Ｃ1が１０％以上５０％以下である。
（４）面積Ａ1のうち（００１）面配向性結晶粒の占める面積Ａ2が９０％以上である。
（５）面積Ｂ1のうち（００１）面配向性結晶粒の占める面積Ｂ2が９０％以上である。
（６）面積Ｃ1のうち（００１）面配向性結晶粒の占める面積Ｃ2が５０％以上である。
（７）カラーマップ全体の面積に対する、面積Ａ1、面積Ｂ1、および面積Ｃ1の合計面積の割合が、９５％以上である。
　ここで、上記のカラーマップの具体的な作成方法について説明する。まずα－Ａｌ2Ｏ3層１６を後述の製造方法に基づき形成する。そして、形成されたα－Ａｌ2Ｏ3層１６の表面（基材側に位置する面の反対側の面であり、本実施形態においては被膜１２の表面を構成する）に平行な面であって、表面から深さ方向に対して０．１～０．５μｍの領域に位置するα－Ａｌ2Ｏ3層１６を除去して得られる新たな表面である加工面を作製する。加工位置に関しては、α－Ａｌ2Ｏ3層１６の任意の位置とすることができるが、後述のように、刃先稜線部近傍とすることが好ましい。
　上記の加工面の好適な作製方法としては、ＦＩＢ（Focused　Ion　Beam）を用いたＦＩＢ加工が挙げられる。ＦＩＢ加工の条件は以下の通りである。これにより、表面に平行であり、かつＦＥ－ＳＥＭを用いたＥＢＳＤ解析に適した測定面（加工面）が得られる。
加速電圧：３０ｋＶ
イオン　：ガリウム（Ｇａ）イオン
加工範囲：２０μｍ×２０μｍ
加工深さ：０．１～０．５μｍ（除去されるα－Ａｌ2Ｏ3層１６の厚さ）
照射角度：５°
照射時間：１時間。
　加工面の作製方法はＦＩＢ加工に限られないが、少なくとも、ＦＩＢ加工により作製される加工面に準じた測定面が作製可能な方法であることが好ましい。また、α－Ａｌ2Ｏ3層１６上に表面層等の他の層が形成されている場合には、たとえば３０００番の砥石を用いた研磨加工により他の層を除去してα－Ａｌ2Ｏ3層１６を露出させた後に上記ＦＩＢ加工を実施することが好ましい。
　次に、上記加工面をＥＢＳＤを備えたＦＥ－ＳＥＭ（製品名：「ＳＵ６６００」、日立ハイテクノロジーズ社製）を用いて観察し、得られた観察像に対してＥＢＳＤ解析を行う。該観察場所は、特に限定されないが、切削特性との関係を考慮すると刃先稜線部近傍を観察することが好ましい。
　またＥＢＳＤ解析に関し、データは、集束電子ビームを各ピクセル上へ個別に位置させることによって順に収集する。サンプル面（ＦＩＢ加工されたα－Ａｌ2Ｏ3層の加工面）の法線は、入射ビームに対して７０°傾斜させ、解析は、１５ｋＶにて行なう。帯電効果を避けるために、１０Ｐａの圧力を印加する。開口径６０μｍまたは１２０μｍと合わせて高電流モードを用いる。データ収集は、断面上、５０×３０μｍの面領域に相当する５００×３００ポイントについて、０．１μｍ／ステップのステップにて行なう。
　上記ＥＢＳＤ解析結果を、市販のソフトウェア（商品名：「orientation　Imaging　microscopy　Ver　6.2」、ＥＤＡＸ社製）を用いて分析し、上記カラーマップを作成する。具体的には、ソフトウェアを用いて各測定ピクセルの（００１）面の法線方向と、α－Ａｌ2Ｏ3層１６の表面（被膜表面側に位置する表面とする）の法線方向（すなわちＦＩＢ加工により作製されたα－Ａｌ2Ｏ3層の加工面の法線方向）とのなす角度を算出し、その角度毎に色彩を変化させたカラーマップを作成する。該カラーマップの作成には、上記ソフトウェアに含まれる「Cristal　Direction　MAP」の手法を用いることができる。
　また、上記カラーマップを用いて、各結晶粒を粒径毎に区分することにより、結晶粒Ａ、結晶粒Ｂおよび結晶粒Ｃを区別することができる。具体的には、まず、上記カラーマップにおいて、色彩が一致し（すなわち面方位が一致し）、かつ周囲が他の色彩（すなわち他の面方位）で囲まれている領域を、各結晶粒の個別の領域とみなす。次に、各結晶粒に対して最も長く引ける仮想の対角線を引き、これを各結晶粒の粒径とする。そして、該粒径が１μｍ以上３μｍ以下のものを粗粒である結晶粒Ａとし、粒径が０．５μｍ以上１μｍ未満のものを中粒である結晶粒Ｂとし、粒径が０．０５μｍ以上０．５μｍ未満のものを微粒である結晶粒Ｃとして区別する。
　区別された結晶粒Ａ、結晶粒Ｂおよび結晶粒Ｃに基づいて、カラーマップ中における各結晶粒の占める面積、および各結晶粒の占める面積のうち、（００１）面配向性結晶粒の占める面積を求めることができる。カラーマップは、１５μｍ四方（１５μｍ×１５μｍ）の加工面について作成される。
　図４は、α－Ａｌ2Ｏ3層１６の上述の加工面に関するカラーマップの一例である。図４において、実線で囲まれかつ斜線のハッチングで示される領域が（００１）面配向性結晶粒であり、実線で囲まれかつ白抜きで示される各領域が、（００１）面配向性結晶粒以外の結晶粒である。すなわち、図４に例示されるカラーマップでは、α－Ａｌ2Ｏ3層１６の表面の法線方向に対する（００１）面の法線方向の角度が１０°以下の結晶粒が斜線のハッチングで示されており、α－Ａｌ2Ｏ3層１６の表面の法線方向に対する（００１）面の法線方向の角度が１０°超の結晶粒が白抜きで示されている。なお、図４においては、結晶方位が特定されなかった領域を黒色で表示した。
　図５～図７に、図４のカラーマップのうちの結晶粒Ａ（粗粒）、結晶粒Ｂ（中粒）および結晶粒Ｃ（微粒）をそれぞれ区別したカラーマップを例示する。すなわち、図４のカラーマップ中に示される結晶粒のうち、結晶粒Ａのみが図５のカラーマップに示される。図４のカラーマップ中に示される結晶粒のうち、結晶粒Ｂのみが図６のカラーマップに示される。図４のカラーマップ中に示される結晶粒のうち、結晶粒Ｃのみが図７のカラーマップに示される。特に図７において、実線で囲まれかつハッチングが施された領域が、結晶粒Ｃのうちの（００１）面配向性結晶粒であり、実線で囲まれかつハッチングが施されていない領域が、結晶粒Ｃのうちの（００１）面配向性結晶粒以外の結晶粒である。なお、図５および図６を参照すれば、このカラーマップを呈するα－Ａｌ2Ｏ3層１６においては、結晶粒Ａのすべてが（００１）面配向性結晶粒であり、結晶粒Ｂのすべてが（００１）面配向性結晶粒であることが分かる。
　上記（１）～（７）を満たすα－Ａｌ2Ｏ3層１６を備える工具１０は、従来の工具と比して機械特性に優れ、もって長寿命化されたものとなる。
　具体的には、上記（１）～（３）および（７）を満たすα－Ａｌ2Ｏ3層は、粗粒の割合が従来と比して低く抑えられている。粗粒は微粒や中粒と比してα－Ａｌ2Ｏ3層から脱落し易い傾向があるが、本実施形態のα－Ａｌ2Ｏ3層１６はこのような脱落が従来と比して抑制されるため、耐欠損性に優れることとなる。また、上記（４）～（６）を満たすα－Ａｌ2Ｏ3層は、粗粒、中粒、微粒のそれぞれにおいて、（００１）配向性結晶粒の占める割合が従来と比して高い。このため、本実施形態のα－Ａｌ2Ｏ3層１６は耐摩耗性に優れることとなる。したがって、本実施形態のα－Ａｌ2Ｏ3層１６は耐摩耗性および耐欠損性の両特性に優れるため、α－Ａｌ2Ｏ3層１６を有する被膜１２を備える工具１０においては、その機械特性が従来と比して向上し、もって長寿命化されたものとなる。
　上記（１）に関し、面積Ａ1の割合が５０％を超えると、α－Ａｌ2Ｏ3層１６の耐摩耗性が著しく低下する。面積Ａ1の割合は好ましくは４９％以下である。また、面積Ａ1の割合の下限値は特に制限されないが、耐欠損性の観点から、好ましくは１０％以上であり、より好ましくは２５％以上である。
　上記（２）に関し、面積Ｂ1の割合が５０％を超えると、耐摩耗性の低下が懸念される。また面積Ｂ1の割合が２０％を下回ると、耐欠損性の低下が懸念される。面積Ｂ1の割合は好ましくは２５～４８％である。
　上記（３）に関し、面積Ｃ1の割合が５０％を超えると、微粒の割合が増加し過ぎることによる耐欠損性の低下が懸念される。また面積Ｃ1の割合が１０％を下回ると、耐摩耗性の低下が懸念される。面積Ｃ1の割合は好ましくは１５～４０％であり、より好ましくは１５～３７％である。
　上記（４）に関し、面積Ａ2の割合が９０％未満の場合、α－Ａｌ2Ｏ3層１６の硬度が著しく低下し、これに起因して耐摩耗性も低下する。面積Ａ2の割合は好ましくは９２％以上である。また、面積Ａ2の割合の上限は特に限定されず、１００％とすることができる。
　上記（５）に関し、面積Ｂ2の割合が９０％未満の場合、α－Ａｌ2Ｏ3層１６の硬度が著しく低下し、これに起因して耐摩耗性も低下する。面積Ｂ2の割合は好ましくは９２％以上である。また、面積Ｂ2の割合の上限は特に限定されず、１００％とすることができる。
　上記（６）に関し、面積Ｃ2の割合が５０％未満の場合、α－Ａｌ2Ｏ3層１６の硬度が著しく低下し、これに起因して耐摩耗性も低下する。面積Ｃ2の割合は好ましくは５２％以上である。また、面積Ｃ2の割合の上限は特に限定されず、１００％とすることができる。従来、面積Ｃ2の割合を高めることは特に難しい傾向があったが、後述する製造方法によりこれが可能となったことは特筆すべきことである。
　上記（７）に関し、カラーマップ全体の面積に対する、面積Ａ1、面積Ｂ1、および面積Ｃ1の合計面積の割合が、９５％未満の場合、加工面において、粒径が３μｍ超の特に粗大な結晶粒や、粒径が０．０５μｍ未満の特に微細な結晶粒が存在したり、結晶粒の欠落部分が存在したりすることを意味する。このようなα－Ａｌ2Ｏ3層１６は、耐摩耗性および耐欠損性ともに著しく低下する。
　〔α－Ａｌ2Ｏ3層の厚み〕
　本実施形態において、α－Ａｌ2Ｏ3層１６は、好ましくは３～２５μｍの厚みを有する。これにより、上記のような優れた効果を発揮することができる。その厚みは、より好ましくは４～１５μｍであり、さらに好ましくは５～１５μｍである。
　α－Ａｌ2Ｏ3層１６の厚みが３μｍ未満の場合、α－Ａｌ2Ｏ3層１６の存在に起因する耐摩耗性の向上の程度が低い傾向がある。２５μｍを超えると、α－Ａｌ2Ｏ3層１６と他の層との線膨張係数の差に起因する界面応力が大きくなり、α－Ａｌ2Ｏ3の結晶粒が脱落する場合がある。このような厚みは、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）等を用いて基材１１と被膜１２の垂直断面観察により確認することができる。
　〔第１中間層〕
　図３に戻り、本実施形態に係る被膜１２は、基材１１とα－Ａｌ2Ｏ3層１６との間に第１中間層１４としてのＴｉＣＮ層を有する。ＴｉＣＮ層は耐摩耗性に優れているため、これにより被膜１２の耐摩耗性をさらに向上させることができる。
　〔第２中間層〕
　図３を参照し、本実施形態に係る被膜１２は、第１中間層１４とα－Ａｌ2Ｏ3層１６との間に第２中間層１５を有する。図８に示されるように、第２中間層１５は針状結晶から構成されることが好ましい。
　針状結晶とは、その結晶成長方向が一方向であるために針のように細長い形状を有する結晶である。針状結晶からなる層は、図８に示されるように、その厚みが大きくばらつき、表面形状が複雑になるという特徴を有するため、接する層に対してアンカーとしての効果を発揮することができる。したがって、基材１１とα－Ａｌ2Ｏ3層１６との間にこのような第２中間層１５を有することにより、α－Ａｌ2Ｏ3層１６を基材１１から剥離し難くすることができ、もって被膜１２を含む工具１０の耐欠損性がさらに優れることとなる。
　第２中間層１５は、ＴｉＣＮＯ層またはＴｉＢＮ層であることが好ましい。ＴｉＣＮＯおよびＴｉＢＮは針状結晶を構成し易いためである。また、第２中間層１５の最大厚みｄ1と最小厚みｄ2との差は、０．３μｍ以上であることが好ましい。この場合、上記特性が効果的に発揮される。また、上記差は１．０μｍ以下であることが好ましい。上記差が１．０μｍを超えると、第２中間層１５の形状が被膜１２の形状に悪影響を及ぼす恐れがあるためである。なお、上記差は、上記のＥＢＳＤを備えたＦＥ－ＳＥＭを用いて確認することができる。
　〔下地層〕
　図３を参照し、本実施形態に係る被膜１２は、基材１１と接する下地層１３を有する。下地層１３として、たとえばＴｉＮ層を用いることにより、基材１１と被膜１２との密着性をさらに高めることができる。
　〔その他の層〕
　本実施形態に係る被膜１２は、α－Ａｌ2Ｏ3層１６上に、表面層を有していてもよい。表面層は、ＴｉＣ層、ＴｉＮ層、またはＴｉＢ2層であることが好ましい。α－Ａｌ2Ｏ3層１６は、（００１）面の高い配向性を有するが、このようなα－Ａｌ2Ｏ3層１６上に形成されたＴｉＣ層、ＴｉＮ層、およびＴｉＢ2層は、断続切削時時の亀裂伝搬抑制に特に効果がある。したがって、このような組成の表面層を有する被膜１２は、靭性向上の点で有利である。なかでも、ＴｉＮ層は色彩が明瞭な金色を呈するため、切削使用後の刃先の識別が容易であり、経済性の観点で有利である。
　〔製造方法〕
　上述の本実施形態に係る工具１０は、基材１１の表面に被膜１２を作製することにより製造することができる。被膜１２は、図９に例示する化学気相蒸着（ＣＶＤ）装置を用いたＣＶＤ法により形成することができる。
　図９を参照し、ＣＶＤ装置３０は、基材１１を保持するための基材セット治具３１の複数と、基材セット治具３１を覆う耐熱合金鋼製の反応容器３２とを備えている。また、反応容器３２の周囲には、反応容器３２内の温度を制御するための調温装置３３が設けられている。反応容器３２にはガス導入口３４を有するガス導入管３５が設けられている。ガス導入管３５は、基材セット治具３１が配置される反応容器３２の内部空間において、鉛直方向に延在するように配置されており、またガスを反応容器３２内に噴出するための複数の噴出孔３６が設けられている。このＣＶＤ装置３０を用いて、次のようにして各層を形成することができる。
　まず、基材１１を基材セット治具３１に配置し、反応容器３２内の温度および圧力を所定の範囲に制御しながら、下地層１３用の原料ガスをガス導入管３５から反応容器３２内に導入させる。これにより、基材１１の表面に下地層１３が作製される。同様に、第１中間層１４用の原料ガス、第２中間層１５用の原料ガスを順に反応容器３２内に導入させることにより、下地層１３上に、第１中間層１４および第２中間層１５が順に形成される。
　たとえば、ＴｉＮ層を製造する場合、原料ガスとして、ＴｉＣｌ4およびＮ2を用いることができる。ＴｉＣＮ層を製造する場合、ＴｉＣｌ4、Ｎ2およびＣＨ3ＣＮを用いることができる。ＴｉＣＮＯ層を製造する場合、ＴｉＣｌ4、Ｎ2、ＣＯおよびＣＨ4を用いることができる。
　各層を形成する際の反応容器３２内の温度は、１０００～１１００℃に制御されることが好ましく、反応容器３２内の圧力は０．１～１０１３ｈＰａに制御されることが好ましい。また、上記の原料ガスとともにＨＣｌを導入してもよい。ＨＣｌの導入により、各層の厚みの均一性を向上させることができる。なお、キャリアガスとしては、Ｈ2を用いることが好ましい。また、ガス導入時、不図示の駆動部によりガス導入管３５を回転させることが好ましい。これにより、反応容器３２内において各ガスを均一に分散させることができる。
　さらに、上記層のうち、少なくとも１層を、ＭＴ（Medium　Temperature）－ＣＶＤ法で形成してもよい。ＭＴ－ＣＶＤ法は、１０００℃～１１００℃の温度で実施されるＣＶＤ法（以下、「ＨＴ－ＣＶＤ法」ともいう）とは異なり、反応容器３２内の温度を８５０～９５０℃といった比較的マイルドな温度に維持して層を形成する方法である。ＭＴ－ＣＶＤ法は、ＨＴ－ＣＶＤ法と比して比較的低温で実施されるため、加熱による基材１１へのダメージを低減することができる。特に、ＴｉＣＮ層をＭＴ－ＣＶＤ法で形成することが好ましい。
　次に、第２中間層１５上にα－Ａｌ2Ｏ3層１６を形成する。本実施形態に係るα－Ａｌ2Ｏ3層１６は、以下の第１工程および第２工程を含むＣＶＤ法を実施することによって形成することができる。以下、各工程について順に説明する。
　第１に、第２中間層１５上に、第１のα－Ａｌ2Ｏ3層を形成する（第１工程）。原料ガスとしては、ＡｌＣｌ3、Ｎ2、ＣＯ2、およびＨ2Ｓを用いる。このとき、ＣＯ2とＨ2Ｓとの流量（ｌ／ｍｉｎ）に関し、ＣＯ2／Ｈ2Ｓ≧２を満たすような流量比とする。これにより、第１のα－Ａｌ2Ｏ3層が形成される。なおＣＯ2／Ｈ2Ｓの上限値は特に制限されないが、層の厚みの均一性の観点から、５以下が好ましい。また、本発明者らは、第１工程におけるＣＯ2およびＨ2Ｓの好ましい各流量は、０．４～２．０ｌ／ｍｉｎおよび０．１～０．８ｌ／ｍｉｎであり、最も好ましくは１ｌ／ｍｉｎおよび０．５ｌ／ｍｉｎであることを確認した。
　第２に、第１のα－Ａｌ2Ｏ3層上に第２のα－Ａｌ2Ｏ3層を形成する（第２工程）。原料ガスとしては、ＡｌＣｌ3、Ｎ2、ＣＯ2、およびＨ2Ｓを用いる。このとき、ＣＯ2ガスとＨ2Ｓガスとの流量（ｌ／ｍｉｎ）に関し、０．５≦ＣＯ2／Ｈ2Ｓ≦１を満たすような流量比とする。
　第１工程および第２工程において、反応容器３２内の温度は１０００～１１００℃に制御されることが好ましく、反応容器３２内の圧力は０．１～１００ｈＰａに制御されることが好ましい。また、上記に列挙の原料ガスとともにＨＣｌを導入してもよく、キャリアガスとしてはＨ2を用いることができる。なお、ガス導入時、ガス導入管３５を回転させることが好ましいことは、上記と同様である。
　第１工程および第２工程を経て形成された、第１のα－Ａｌ2Ｏ3層および第２のα－Ａｌ2Ｏ3層からなるα－Ａｌ2Ｏ3層１６に対し、表面側からブラスト処理を実施してもよい。ＣＶＤ法によって形成された層は、全体に引張残留応力を有する傾向があるが、本工程により、α－Ａｌ2Ｏ3層１６の表面側に圧縮残留応力を付与することができ、もって、α－Ａｌ2Ｏ3層１６の硬度を高めることができる。
　なお、被膜１２が、α－Ａｌ2Ｏ3層１６上に形成された表面層を有する場合、該表面層が形成された後に、ブラスト処理を実施することが好ましい。ブラスト処理を実施した後に表面層を形成するためには、ＣＶＤ装置３０の停止、反応容器３２内からの基材１１の取り出し等が必要となり、製造工程が煩雑となるためである。この表面層は、工具１０の表面の一部に残存していれば足りるため、上記ブラスト処理によって表面層が部分的に除去されてもよい。
　上述の製造方法により、被膜１２を製造することができ、もって被膜１２を含む工具１０を製造することができる。このような製造方法によって、上記（１）～（７）を満たすα－Ａｌ2Ｏ3層１６が形成される理由は明確ではないが、本発明者らは次のように推察する。
　α－Ａｌ2Ｏ3層と組成の異なる層（本実施形態では第２中間層１５）上にα－Ａｌ2Ｏ3層を形成するにあたって、α－Ａｌ2Ｏ3の結晶粒の配向性を揃えるのは難しい傾向がある。これは、α－Ａｌ2Ｏ3と組成の異なる層との適合性がα－Ａｌ2Ｏ3の結晶粒の配向性に影響するためである。このため、仮に、第２中間層１５上に、（００１）面配向性結晶粒が少ないままにα－Ａｌ2Ｏ3層の成膜を進めた場合、（００１）面配向性結晶粒の少ないα－Ａｌ2Ｏ3層が形成されてしまう。
　これに対し、上述のような第１工程および第２工程を実施することにより、仮に、第１工程によって形成された第１のα－Ａｌ2Ｏ3層において（００１）面配向性結晶粒が少なかったとしても、従来のようにα－Ａｌ2Ｏ3層の成膜がそのまま進められることがないため（すなわち第２工程に切り替えられるため）、上記のような（００１）面配向性結晶粒の少ないα－Ａｌ2Ｏ3層の成膜を防ぐことができる。特に、第１工程によって他の層上に第１のα－Ａｌ2Ｏ3層が形成されていることにより、続く第２工程によって形成される第２のα－Ａｌ2Ｏ3層は、上述のような適合性に左右されることがなく、むしろ適合性の高い（相性の良い）第１のα－Ａｌ2Ｏ3層に形成されるため、結果的に（００１）面配向性に優れることとなる。
　上記製造方法に関し、ＣＶＤ法の各条件を制御することによって、各層の態様が変化する。たとえば、反応容器３２内に導入する原料ガスの組成によって、各層の組成が決定され、実施時間（成膜時間）により、各層の厚みが制御される。また、第２中間層１５は針状結晶であることが好ましいが、これは、原料ガスの流量と成膜温度とを制御することによって、結晶の形状を針状結晶とすることができる。また、成膜時の圧力の制御により、各針状結晶の長さを不均一にすることができ、もって、上述のような最大厚みｄ1と最小厚みｄ2との差を生じさせることができる。なかでも、α－Ａｌ2Ｏ3層１６における粗粒の割合を低下させたり、（００１）面配向性を高めるためには、原料ガスのうち、ＣＯ2ガスとＨ2Ｓガスとの流量比（ＣＯ2／Ｈ2Ｓ）の制御が重要である。
　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。試料Ｎｏ．１～１２が実施例に該当し、試料Ｎｏ．１３～１７は比較例である。
　〔試料の作製〕
　まず、試料Ｎｏ．１の作製について説明する。基材として、ＴａＣ（２．０質量％）、ＮｂＣ（１．０質量％）、Ｃｏ（１０．０質量％）およびＷＣ（残部）からなる組成（ただし不可避不純物を含む）の超硬合金製切削チップ（形状：ＣＮＭＧ１２０４０８Ｎ－ＵＸ、住友電工ハードメタル株式会社製、ＪＩＳ　Ｂ４１２０（２０１３））を準備した。準備した基材に対し、ＣＶＤ装置を用いて、下地層、第１中間層、第２中間層、α－Ａｌ2Ｏ3層および表面層をこの順に形成させて、基材の表面に被膜を作製した。各層の形成条件を以下に示す。なお、各ガス組成に続く括弧内は、各ガスの流量（ｌ／ｍｉｎ）を示す。
　（下地層：ＴｉＮ層）
　ガス：ＴｉＣｌ4（５）、Ｎ2（１５）、Ｈ2（４５）
　圧力および温度：１３０ｈＰａおよび９００℃。
　（第１中間層：ＴｉＣＮ層）
　ガス：ＴｉＣｌ4（１０）、Ｎ2（１５）、ＣＨ3ＣＮ（１．０）、Ｈ2（８０）
　圧力および温度：９０ｈＰａおよび８６０℃（ＭＴ－ＣＶＤ法）。
　（第２中間層：ＴｉＣＮＯ層）
　ガス：ＴｉＣｌ4（０．００２）、ＣＨ4（２．５）、Ｎ2（６．０）、ＣＯ（０．５）、ＨＣｌ（１．２）、Ｈ2（４０）
　圧力および温度：１８０ｈＰａおよび１０１０℃。
　（α－Ａｌ2Ｏ3層）
　（１）第１工程におけるＣＶＤ条件
　ガス：ＡｌＣｌ3（２．５）、ＣＯ2（１．３）、Ｈ2Ｓ（０．４）、Ｈ2（４０）
　圧力および温度：８０ｈＰａおよび１０００℃
　（２）第２工程ＣＶＤ条件
　ガス：ＡｌＣｌ3（３．０）、ＣＯ2（１．２）、Ｈ2Ｓ（１．４）、Ｈ2（３２）
　圧力および温度：８０ｈＰａおよび１０００℃。
　（表面層：ＴｉＮ層）
　ガス：ＴｉＣｌ4（５）、Ｎ2（１５）、Ｈ2（４５）
　圧力および温度：１３０ｈＰａおよび９００℃。
　次に、被膜が形成された基材である旋削加工用刃先交換型切削チップに対し、以下のブラスト処理を行った。すなわち、チップを１００ｒｐｍで回転させながら、刃先稜線部の４５°方向から、すくい面、逃げ面に均等に、平均粒径５０μｍの酸化アルミニウム製のボールを０．１ＭＰａの圧縮空気で５秒間衝突させた。
　以上のようにして、試料Ｎｏ．１の工具を作製した。試料Ｎｏ．２～１７に関しても、同様の基材上に、下地層、第１中間層、第２中間層、α－Ａｌ2Ｏ3層および表面層からなる被膜を形成することにより、各工具を作製した。各試料において、第２中間層および表面層の成膜に用いる原料ガスを変更することにより、第２中間層および表面層の組成を適宜変更した。各試料において被膜を構成する各層の組成および厚みを表１に示す。なお、各層の厚みは、成膜時間を適宜調節することにより調整した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　また、第２中間層およびα－Ａｌ2Ｏ3層については、原料ガス、成膜時間以外の他の条件についても適宜変更した。具体的には、第２中間層においては、成膜時の圧力を表２に示すように変更した。これにより、各試料において、針状結晶からなる第２中間層の最大厚みと最小厚みとの差は、表２に示すように異なっていた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　また、α－Ａｌ2Ｏ3層については、導入するガスのうち、ＣＯ2とＨ2Ｓとの流量比（ＣＯ2／Ｈ2Ｓ）を表３に示すように変更させた。試料Ｎｏ．１～１２において、第１工程用のガスを３０分間導入した後、第２工程用のガスを導入した。一方、試料Ｎｏ．１３～１７においては、第１工程を実施せず、第２工程のみを実施した。
　そして、基材の表面に被膜が設けられた工具のすくい面側であって刃先稜線部近傍において上述のＦＩＢ加工を実施し、α－Ａｌ2Ｏ3層の表面から深さ方向に対して０．２μｍの領域に位置するα－Ａｌ2Ｏ3層を除去した。これにより、加工面が作製された。作製された加工面をＥＢＳＤを備えたＦＥ－ＳＥＭを用いて観察することにより、１５μｍ×１５μｍの加工面に関して上述のカラーマップを作成した。そして、各カラーマップを用いて、結晶粒Ａ、結晶粒Ｂおよび結晶粒Ｃの占める各面積Ａ1、Ｂ1、Ｃ1、ならびに各面積に占める（００１）面配向性結晶粒の面積の割合Ａ2、Ｂ2、Ｃ2、を求めた。その結果を表３に示す。また、表３から明らかなように、各カラーマップにおいて、カラーマップ全体の面積に対する、面積Ａ1、面積Ｂ1、および面積Ｃ1の合計面積の割合は１００％であった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　〔評価１：耐欠損性〕
　各試料のチップを、型番ＰＣＬＮＲ２５２５－４３（住友電気工業株式会社製）のバイトにセットし、これを用いて合金鋼の繰り返し旋削加工による耐欠損性の評価を行った。
　切削加工の条件は、以下のとおりである。試料毎に２０個のチップを用い、２０秒間旋削加工を行い、全２０個のチップのうち、破損が生じたチップの割合（数）を破損率（％）として算出した。その結果を表４に示す。表４において破損率（％）が低いほど、耐欠損性に優れることを示す。
　被削材：ＳＣＭ４４０（６本溝入り、φ３５０ｍｍ）
　切削速度：１２０ｍ／ｍｉｎ
　切り込み量：２．０ｍｍ
　切削油：なし。
　〔評価２：耐摩耗性〕
　各試料のチップを、型番ＰＣＬＮＲ２５２５－４３（住友電気工業株式会社製）のバイトにセットし、これを用いて合金鋼の繰り返し旋削加工による耐摩耗性の評価を行った。
　旋削加工の条件は、以下のとおりである。試料毎に２０個のチップを用い、１５分間旋削加工を行い、全２０個のチップの逃げ面側の摩耗量Ｖｂ（ｍｍ）を測定し、各試料の平均値を算出した。その結果を表４に示す。表４においてＶｂｍｍ）の値が小さいほど、耐摩耗性に優れることを示す。
　被削材：ＳＣｒ４２０Ｈ（φ２５０ｍｍ）
　切削速度：２８０ｍ／ｍｉｎ
　切り込み量：２．０ｍｍ
　送り量：０．２ｍｍ／ｒｅｖ
　切削油：水溶性油。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　表４を参照し、試料Ｎｏ．１～１２においては、試料Ｎｏ．１３～１７と比較して、高い耐欠損性と高い耐摩耗性が確認された。試料Ｎｏ．１～１２は、上記（１）～（７）を満たしており、一方、試料Ｎｏ．１３～１７はこれを満たしていなかった。これらの結果から、本実施形態の一例となる試料Ｎｏ．１～１２のチップは、高い耐欠損性と高い耐摩耗性とを有し、故に機械特性に優れ、もって、安定した長寿命を有することが確認された。
　なお、試料Ｎｏ．１３、１５および１７においては、α－Ａｌ2Ｏ3層１６の成膜時に、原料ガスの流量を制御することによって、粗粒の割合を低下させることはできたものの、その（００１）面の配向性を高めることはできなかった。
　今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなく請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
　１　すくい面、２　逃げ面、３　刃先稜線部、１０　表面被覆切削工具、１１　基材、１１ａ　すくい面、１１ｂ　逃げ面、１１ｃ　刃先稜線部、１２　被膜、１３　下地層、１４　第１中間層、１５　第２中間層、１６　α－Ａｌ2Ｏ3層、３０　ＣＶＤ装置、３１　基材セット治具、３２　反応容器、３３　調温装置、３４　ガス導入口、３５　ガス導入管、３６　貫通孔、Ｐ1　第１領域、Ｐ2　第２領域、Ｐ3　中間点。

Claims (6)

  1. 　基材と、該基材上に形成された被膜とを備える表面被覆切削工具であって、
    　前記被膜は、複数のα－Ａｌ2Ｏ3の結晶粒を含むα－Ａｌ2Ｏ3層を有し、
    　前記α－Ａｌ2Ｏ3層のうち、その表面に平行な面であって、前記表面から深さ方向に対して０．１μｍ以上０．５μｍ以下の領域に位置する前記α－Ａｌ2Ｏ3層を除去して得られる加工面に対し、電界放射型走査顕微鏡を用いた電子後方散乱回折像解析によって前記結晶粒のそれぞれの結晶方位を特定し、これに基づいた１５μｍ四方のカラーマップを作成した場合に、
    　前記カラーマップにおいて、
    　粒径が１μｍ以上３μｍ以下であるα－Ａｌ2Ｏ3の結晶粒Ａの占める面積Ａ1が５０％以下であり、かつ、前記面積Ａ1のうち、（００１）面の法線方向が前記加工面の法線方向に対して±１０°以内となる結晶粒の占める面積Ａ2が９０％以上であり、
    　粒径が０．５μｍ以上１μｍ未満であるα－Ａｌ2Ｏ3の結晶粒Ｂの占める面積Ｂ1が２０％以上５０％以下であり、かつ、前記面積Ｂ1のうち、（００１）面の法線方向が前記加工面の法線方向に対して±１０°以内となる結晶粒の占める面積Ｂ2が９０％以上であり、
    　粒径が０．０５μｍ以上０．５μｍ未満であるα－Ａｌ2Ｏ3の結晶粒Ｃの占める面積Ｃ1が１０％以上５０％以下であり、かつ、前記面積Ｃ1のうち、（００１）面の法線方向が前記加工面の法線方向に対して±１０°以内となる結晶粒の占める面積Ｃ2が５０％以上であり、
    　前記カラーマップ全体の面積に対する、前記面積Ａ1、前記面積Ｂ1、および前記面積Ｃ1の合計面積の割合が、９５％以上である、表面被覆切削工具。
  2. 　前記α－Ａｌ2Ｏ3層は、１μｍ以上２５μｍ以下の厚みを有する、請求項１に記載の表面被覆切削工具。
  3. 　前記α－Ａｌ2Ｏ3層は、４μｍ以上１５μｍ以下の厚みを有する、請求項２に記載の表面被覆切削工具。
  4. 　前記被膜は、前記基材と前記α－Ａｌ2Ｏ3層との間に第１中間層を含み、
    　前記第１中間層は、ＴｉＣＮ層である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の表面被覆切削工具。
  5. 　前記被膜は、前記基材と前記α－Ａｌ2Ｏ3層との間に第２中間層を含み、
    　前記第２中間層は、ＴｉＣＮＯ層またはＴｉＢＮ層であり、
    　前記第２中間層の最大厚みと最小厚みとの差は、０．３μｍ以上である、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の表面被覆切削工具。
  6. 　前記被膜は、最表面に位置する表面層を含み、
    　前記表面層は、ＴｉＣ層、ＴｉＮ層またはＴｉＢ2層である、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の表面被覆切削工具。
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