WO2017141797A1 - 被覆切削工具 - Google Patents

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WO2017141797A1
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aluminum oxide
cutting tool
coated cutting
type aluminum
layer
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崇昭 中村
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株式会社タンガロイ
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Definitions

  • the present invention relates to a coated cutting tool.
  • a coated cutting tool formed by depositing a coating layer with a thickness of 3 to 20 ⁇ m by chemical vapor deposition on the surface of a substrate made of cemented carbide has been used for cutting of steel or cast iron.
  • the coating layer for example, one single layer selected from the group consisting of Ti carbide, nitride, carbonitride, carbonate and carbonitride oxide, and aluminum oxide, or a coating layer composed of two or more layers It is.
  • a Ti compound layer is formed as a lower layer on the surface of a tool base made of a WC-based cemented carbide or TiCN-based cermet, and the (006) plane and (018) are measured by X-ray diffraction measurement as the upper layer.
  • a cutting tool having an Al 2 O 3 layer of ⁇ -type crystal structure showing an X-ray diffraction chart in which a clear diffraction peak appears on the surface is described.
  • the tool disclosed in Patent Document 1 described above is insufficient in thermal shock resistance and wear resistance in high-speed interrupted machining, and further life improvement is required.
  • the tool disclosed in Patent Document 1 has a problem in that wear resistance is lowered because wear progresses when the particles of the ⁇ -type aluminum oxide layer are removed.
  • the present invention has been made to solve these problems, and an object thereof is to provide a coated cutting tool having excellent wear resistance and thermal shock resistance and having a long tool life.
  • the present inventor conducted research on extending the tool life of the coated cutting tool from the above viewpoint. As a result, it has been found that if the crystal orientation of the ⁇ -type aluminum oxide layer in the coated cutting tool is optimized to have a predetermined configuration, the thermal shock resistance can be improved without impairing the wear resistance. And the knowledge that the tool life of a coated cutting tool can be extended by making those friction resistance and thermal shock resistance excellent was obtained, and the present invention was completed.
  • the gist of the present invention is as follows.
  • a coated cutting tool comprising a substrate and a coating layer formed on the surface of the substrate, wherein the coating layer includes at least one ⁇ -type aluminum oxide layer, and the ⁇ -type aluminum oxide
  • the texture coefficient of the (0, 0, 6) plane represented by the following formula (1) is TC18 (0, 0, 6)
  • (0, 0, 12) represented by the following formula (2) is TC18 (0, 0, 12)
  • the surface texture coefficient is TC18 (0, 0, 12)
  • the TC18 (0, 0, 12) is the largest
  • Coated cutting tool in which TC18 (0, 0, 12) is the second largest.
  • I (h, k, l) represents the peak intensity of the (h, k, l) plane in the X-ray diffraction of the ⁇ -type aluminum oxide layer
  • I 0 (h , K, l) represents the standard diffraction intensity of the (h, k, l) plane in ⁇ -type aluminum oxide JCPDS card number 10-0173
  • (h, k, l) represents (0, 1, 2).
  • the coating layer is composed of a Ti compound of Ti element and at least one element selected from the group consisting of C, N, O, and B between the base material and the ⁇ -type aluminum oxide layer.
  • an average thickness of the Ti compound layer is 2.0 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less.
  • a coated cutting tool having excellent wear resistance and thermal shock resistance and having a long tool life can be provided.
  • the present embodiment a mode for carrying out the present invention (hereinafter simply referred to as “the present embodiment”) will be described in detail, but the present invention is not limited to the present embodiment described below.
  • the present invention can be variously modified without departing from the gist thereof.
  • the coated cutting tool of this embodiment includes a base material and a coating layer formed on the surface of the base material.
  • Specific examples of the coated cutting tool include milling or turning cutting edge exchangeable cutting inserts, drills, and end mills.
  • the substrate in the present embodiment is not particularly limited as long as it can be used as a substrate for a coated cutting tool.
  • a substrate examples include cemented carbide, cermet, ceramics, cubic boron nitride sintered body, diamond sintered body, and high speed steel.
  • the base material is any one of cemented carbide, cermet, ceramics, and cubic boron nitride sintered body because of excellent wear resistance and fracture resistance.
  • these base materials may have a modified surface.
  • a de- ⁇ layer may be formed on the surface.
  • the hardened layer may be formed in the surface. Even if the surface of the base material is modified as described above, the effect of the present invention is exhibited.
  • the average thickness of the coating layer in the present embodiment is preferably 3.0 ⁇ m or more and 30 ⁇ m or less.
  • the average thickness of the coating layer is 3.0 ⁇ m or more, the wear resistance tends to be further improved.
  • the average thickness of the coating layer is 30 ⁇ m or less, the adhesion of the coating layer to the base material and the fracture resistance tend to be further increased.
  • the average thickness of the coating layer is more preferably 3.0 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less.
  • the coating layer in the present embodiment includes at least one ⁇ -type aluminum oxide layer.
  • the texture coefficient of the (0, 0, 6) plane represented by the following formula (1) is TC18 (0, 0, 6), and is represented by the following formula (2) (0,
  • TC18 (0,0,6) is the largest, and when TC18 (0,0,12) is the second largest, Excellent wear and thermal shock resistance.
  • the larger the TC18 (0, 0, 6) of the ⁇ -type aluminum oxide layer the more excellent the wear resistance and the thermal shock resistance, and the particularly excellent the thermal shock resistance.
  • the coated cutting tool of this embodiment is more excellent in thermal shock resistance and wear resistance than the conventional coated cutting tool.
  • the coating layer in the coated cutting tool of this embodiment includes at least one ⁇ -type aluminum oxide layer.
  • TC18 (0, 1, 14) is three when the texture coefficient of the (0, 1, 14) plane represented by the following formula (3) is TC18 (0, 1, 14).
  • the ⁇ -type aluminum oxide layer is oriented in the (0, 1, 14) plane because it is excellent in wear resistance and thermal shock resistance.
  • the contribution to wear resistance and thermal shock resistance is slightly lower than when oriented in the (0,0,6) plane and when oriented in the (0,0,12) plane.
  • the ⁇ -type aluminum oxide layer has (0, 0, 6) plane, (0, 0, 12) plane, and (0, 1). , 14) is mostly occupied by grains oriented in the plane. Therefore, the wear resistance and thermal shock resistance of the coated cutting tool are maximized, which is more preferable.
  • I (h, k, l) represents the peak intensity of the (h, k, l) plane in the X-ray diffraction of the ⁇ -type aluminum oxide layer.
  • I 0 (h, k, l) represents the standard diffraction intensity of the (h, k, l) plane in ⁇ -type aluminum oxide JCPDS card number 10-0173
  • (h, k, l) represents (0 , 1, 2), (1, 0, 4), (1, 1, 0), (0, 0, 6), (1, 1, 3), (2, 0, 2), (0, 2 , 4), (1, 1, 6), (0, 1, 8), (2, 1, 4), (3, 0, 0), (1, 0, 10), (0, 2, 10 ), (0,0,12), (0,1,14), (2,0,14), (1,1,15) and (1,0,16) 18 crystal planes.
  • the coated cutting tool has a TiCN layer on the lower layer side (base material side) than the ⁇ -type aluminum oxide layer
  • the difference from the 2 ⁇ value (76.88 °) of the (1,0,10) plane of the aluminum oxide layer is 0.17 °, and it is difficult to separate the X-ray diffraction peaks of the two.
  • the (2, 2, 2) plane of the TiCN layer is identical in crystal structure with the (1, 1, 1) plane of the layer, and (2, 2) in the X-ray diffraction of the TiCN layer.
  • the peak intensity of the plane is obtained by the following formula (4), and the peak intensity value is measured by the following formula (5), and the peak intensity I (76.9) in X-ray diffraction near 76.9 ° is measured.
  • the peak intensity of the (1, 0, 10) plane of the ⁇ -type aluminum oxide layer may be obtained by subtracting from (°).
  • the peak intensity of the (1, 0, 10) plane of the ⁇ -type aluminum oxide layer in X-ray diffraction can be obtained.
  • the standard X-ray diffraction intensity I 0 (h, k, l) of TiCN is calculated using the value of the (h, k, l) plane of the TiC layer and the value of the (h, k, l) plane of the TiN layer. To do.
  • the standard diffraction intensity of the (1,1,1) plane of TiC (hereinafter referred to as Ti 0 I 0 (1,1,1)) is 80, and the TiC (2 , 2, 2) plane has a standard diffraction intensity of 17 (hereinafter referred to as TiC I 0 (2, 2, 2)).
  • the standard diffraction intensity of TiN (1,1,1) plane (hereinafter referred to as TiN I 0 (1,1,1)) is 72, and TiN (2 , 2, 2) plane has a standard diffraction intensity of 12 (hereinafter referred to as TiN I 0 (2, 2, 2)).
  • the standard diffraction intensity of the (1,1,1) plane of TiCN (Hereinafter referred to as TiCN I 0 (1,1,1)) is the average value of TiC I 0 (1,1,1) and TiN I 0 (1,1,1).
  • the standard diffraction intensity of TiCN (2, 2, 2) plane (hereinafter referred to as TiCN I 0 (2, 2, 2)) is TiC I 0 (2, 2, 2) and TiN.
  • the average value of I 0 (2, 2, 2). Therefore, the standard diffraction intensity in each crystal plane of TiCN is as follows.
  • I 0 (1,1,1) and I 0 (2,2,2) of the obtained TiCN into the following formula (4)
  • the (2,2,2) plane of the TiCN layer in X-ray diffraction The peak intensity is obtained, and the peak intensity of the (1, 0, 10) plane of the ⁇ -type aluminum oxide layer in the X-ray diffraction is obtained by the following formula (5).
  • TC18 (0, 0, 6) of the ⁇ -type aluminum oxide layer is the maximum and is 7.50 or more and 14.00 or less because the thermal shock resistance of the coated cutting tool is improved.
  • TC18 (0, 0, 6) of the ⁇ -type aluminum oxide layer is 7.50 or more, the thermal shock resistance tends to be further improved.
  • TC18 (0, 0, 6) of the ⁇ -type aluminum oxide layer is preferably 14.00 or less.
  • TC18 (0, 0, 12) of the ⁇ -type aluminum oxide layer is the second largest and is 2.00 or more and 5.00 or less because the wear resistance of the coated cutting tool is improved.
  • the wear resistance tends to be further improved.
  • TC18 (0, 0, 12) of the ⁇ -type aluminum oxide layer is 5.00 or less, TC18 (0, 0, 6) tends to be relatively large, so that the thermal shock resistance is further improved. It becomes easy to do.
  • TC18 (0, 1, 14) of the ⁇ -type aluminum oxide layer is the third largest and is 0.80 or more and 2.50 or less, the coated cutting tool is further excellent in the balance of wear resistance and thermal shock resistance. Therefore, it is preferable.
  • TC18 (0, 1, 14) of the ⁇ -type aluminum oxide layer is 0.80 or more, other than (0, 0, 6) plane, (0, 0, 12) plane or (0, 1, 14) plane
  • the proportion of particles oriented in the direction tends to be relatively small, and the wear resistance or thermal shock resistance is further improved.
  • TC18 (0, 1, 14) of the ⁇ -type aluminum oxide layer is 2.50 or less, TC18 (0, 0, 6) or TC18 (0, 0, 12) tends to be relatively large. Therefore, the wear resistance or thermal shock resistance can be further improved.
  • the average thickness of the ⁇ -type aluminum oxide layer is preferably 1.0 ⁇ m or more and 15 ⁇ m or less.
  • the average thickness of the ⁇ -type aluminum oxide layer is 1.0 ⁇ m or less, the crater wear resistance on the rake face tends to be further increased, and when it exceeds 15 ⁇ m, the ⁇ -type aluminum oxide layer is further prevented from peeling off. Fracture resistance tends to be further improved.
  • the peak intensity of each surface index of the ⁇ -type aluminum oxide layer can be measured by using a commercially available X-ray diffractometer.
  • X-ray diffractometer product name “RINT TTRIII” manufactured by Rigaku Corporation
  • X-ray diffraction measurement of a 2 ⁇ / ⁇ concentration method optical system using Cu—K ⁇ rays is performed under the following conditions:
  • the peak intensities of all face indices shown in JCPDS card number 10-0173 can be measured.
  • the measurement conditions are: output: 50 kV, 250 mA, incident side solar slit: 5 °, divergence longitudinal slit: 2/3 °, divergence longitudinal limit slit: 5 mm, scattering slit 2/3 °, light receiving side solar slit: 5 °, receiving slit: 0.3 mm, BENT monochromator, receiving monochrome slit: 0.8 mm, sampling width: 0.01 °, scanning speed: 4 ° / min, 2 ⁇ measurement range: 20 to 155 °.
  • analysis software attached to the X-ray diffraction apparatus may be used.
  • the analysis software can perform background processing and K ⁇ 2 peak removal using cubic approximation, and profile fitting using the Pearson-VII function to obtain each peak intensity. If the Ti compound layer is formed on the substrate side of the ⁇ -type aluminum oxide layer, measure each peak intensity by thin film X-ray diffraction so as not to be affected by the Ti compound layer. Can do. In addition, when various layers are formed outside the ⁇ -type aluminum oxide layer (opposite to the base material), the various layers are removed by buffing, and then X-ray diffraction measurement is performed. Good.
  • the coating layer in the coated cutting tool of the present embodiment includes at least one Ti compound layer because the wear resistance and adhesion are further improved.
  • the Ti compound layer is preferably provided between the base material and the ⁇ -type aluminum oxide layer, and also preferably provided on the outer side (opposite side of the base material) than the ⁇ -type aluminum oxide layer.
  • the Ti compound layer is directly formed on the surface of the substrate because adhesion between the substrate and the coating layer is improved.
  • the Ti compound layer is formed on the outermost layer of the coated cutting tool because it becomes easy to identify a used corner (that is, a used cutting edge portion).
  • the Ti compound layer means a compound layer containing Ti element as an essential component and further containing at least one element selected from the group consisting of C, N, O and B.
  • the Ti compound layer may contain at least one element selected from the group consisting of Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Al, and Si as an optional component.
  • the average thickness of the Ti compound layer in the coated cutting tool of the present embodiment is preferably 2 ⁇ m or more and 15 ⁇ m or less.
  • the average thickness of the Ti compound layer is 2 ⁇ m or more, the wear resistance tends to be improved, and when the average thickness of the Ti compound layer is 15 ⁇ m or less, the fracture resistance tends to be improved.
  • the Ti compound layer is formed outside the ⁇ -type aluminum oxide layer (on the side opposite to the base material)
  • the average thickness of the Ti compound layer is lower than the ⁇ -type aluminum oxide layer (base material side).
  • the layer formed on the outer side (opposite side of the base material) than the ⁇ -type aluminum oxide layer is formed on the outer side (opposite side of the base material) than the ⁇ -type aluminum oxide layer.
  • each layer constituting the coating layer in the coated cutting tool of the present embodiment for example, the following method can be exemplified.
  • the TiN layer has a raw material gas composition of TiCl 4 : 5.0 to 10.0 mol%, N 2 : 20 to 60 mol%, H 2 : balance, a temperature of 850 to 920 ° C., and a pressure of 100 to 350 hPa. It can be formed by chemical vapor deposition.
  • the TiCN layer has a raw material gas composition of TiCl 4 : 10 to 15 mol%, CH 3 CN: 1 to 3 mol%, N 2 : 0 to 20 mol%, H 2 : the balance, a temperature of 850 to 920 ° C., and a pressure of 60 to It can be formed by a chemical vapor deposition method of 80 hPa.
  • the TiC layer has a raw material gas composition of TiCl 4 : 1.0 to 3.0 mol%, CH 4 : 4.0 to 6.0 mol%, H 2 : the balance, a temperature of 990 to 1030 ° C., and a pressure of 50 to 100 hPa. It can be formed by the chemical vapor deposition method.
  • the TiAlCNO layer has a raw material gas composition of TiCl 4 : 3.0 to 5.0 mol%, AlCl 3 : 1.0 to 2.0 mol%, CO: 0.4 to 1.0 mol%, N 2 : 30 to 40 mol% , H 2 :
  • the balance can be formed by chemical vapor deposition with a temperature of 975 to 1025 ° C. and a pressure of 90 to 110 hPa.
  • the TiCNO layer has a raw material gas composition of TiCl 4 : 3.0 to 5.0 mol%, CO: 0.4 to 1.0 mol%, N 2 : 30 to 40 mol%, H 2 : balance, and a temperature of 975 to 1025. It can be formed by chemical vapor deposition at a temperature of 90 ° C. and a pressure of 90 to 110 hPa.
  • the TiCO layer has a raw material gas composition of TiCl 4 : 0.5 to 1.5 mol%, CO: 2.0 to 4.0 mol%, H 2 : balance, a temperature of 975 to 1025 ° C., and a pressure of 60 to 100 hPa. It can be formed by chemical vapor deposition.
  • the coated cutting tool in which the crystal orientation of the ⁇ -type aluminum oxide layer is controlled can be obtained by, for example, the following method.
  • the coating layer in the present embodiment can be obtained by forming a Ti compound layer on the surface of the base material as necessary, and then forming an aluminum oxide nucleus on the base material or Ti compound layer.
  • Aluminum oxide nuclei are formed by a slight flow of CO gas at low temperatures. Thereby, nuclei of aluminum oxide are formed at a very slow rate. Moreover, the nucleus of aluminum oxide becomes fine, and the nucleus of a fine aluminum oxide can cover the surface of a base material or a Ti compound layer. Thereafter, when an ⁇ -type aluminum oxide layer is formed under normal conditions, an ⁇ -type aluminum oxide layer having a maximum TC18 (0, 0, 6) can be obtained.
  • the following may be performed. That is, it is preferable to form the ⁇ -type aluminum oxide layer under the condition that the film forming temperature is raised and the CO gas is not flowed after the same process as described above until the formation of the aluminum oxide nucleus. At this time, it is preferable that the time for forming the ⁇ -type aluminum oxide layer under the condition that the film forming temperature is raised and the CO gas is not flowed is 2 minutes or more and less than 5 minutes. Thereby, the ⁇ -type aluminum oxide layer is easily oriented to the (0,0,6) plane and the (0,0,12) plane. Thereafter, an ⁇ -type aluminum oxide layer may be formed under normal conditions.
  • TC18 (0, 0, 6) is the largest
  • TC18 (0, 0, 12) is the second largest
  • TC18 (0, 1, 14) is the third largest.
  • the following may be performed. That is, it is preferable to form the ⁇ -type aluminum oxide layer for 5 minutes or more and less than 8 minutes under the condition that the deposition temperature is raised and the CO gas is not flowed after the same process as described above until the formation of the aluminum oxide nucleus. Thereby, the ⁇ -type aluminum oxide layer is easily oriented to the (0, 0, 6) plane, the (0, 0, 12) plane, and the (0, 1, 14) plane. Thereafter, an ⁇ -type aluminum oxide layer may be formed under normal conditions.
  • the ⁇ -type aluminum oxide layer according to this embodiment can be obtained through the following steps (A), (B), and (C).
  • nuclei of aluminum oxide (hereinafter also referred to as “Al 2 O 3 ”) are formed.
  • the feed gas composition AlCl 3: 1.0 ⁇ 4.0mol% , CO: 0.05 ⁇ 2.0mol%, CO 2: 1.0 ⁇ 3.0mol%, HCl: 2.0 ⁇ 3.0mol% , H 2 : The balance is formed, and Al 2 O 3 nuclei are formed by chemical vapor deposition using a temperature of 880 to 930 ° C. and a pressure of 60 to 80 hPa.
  • step (B) nuclei of Al 2 O 3 different from the nuclei formed in the step (A) are formed.
  • the source gas composition is AlCl 3 : 1.0 to 3.0 mol%, CO 2 : 1.0 to 3.0 mol%, HCl: 2.0 to 3.0 mol%, H 2 : balance, and the temperature is 920 to Al 2 O 3 nuclei are formed by chemical vapor deposition at 990 ° C. and a pressure of 60-80 hPa. At this time, if the time for forming the nucleus of Al 2 O 3 is 2 minutes or more and less than 5 minutes, TC18 (0, 0, 6) is the largest and TC18 (0, 0, 12) is the second largest.
  • An ⁇ -type aluminum oxide layer can be obtained more reliably.
  • TC18 (0, 0, 6) is the largest
  • TC18 (0, 0, 12) is the second largest
  • An ⁇ -type aluminum oxide layer in which TC18 (0, 1, 14) is the third largest can be obtained more reliably.
  • an ⁇ -type aluminum oxide layer (hereinafter also referred to as “ ⁇ -type Al 2 O 3 layer”) is formed.
  • the raw material gas composition is AlCl 3 : 2.0 to 5.0 mol%, CO 2 : 2.5 to 4.0 mol%, HCl: 2.0 to 3.0 mol%, H 2 S: 0.15 to 0.25 mol %, H 2 : the balance, a chemical vapor deposition method in which the temperature is 950 to 1000 ° C. and the pressure is 60 to 80 hPa.
  • the thickness of each layer in the coated cutting tool of this embodiment is obtained by observing the cross-sectional structure of the coated cutting tool using an optical microscope, a scanning electron microscope (SEM), a field emission scanning electron microscope (FE-SEM), or the like. Can be measured.
  • the average thickness of each layer in the coated cutting tool was determined by measuring three or more layer thicknesses in the vicinity of the position of 50 ⁇ m from the edge of the cutting edge toward the center of the rake face of the coated cutting tool. It can be obtained as an average value.
  • the composition of each layer can be measured from the cross-sectional structure of the coated cutting tool of this embodiment using an energy dispersive X-ray spectrometer (EDS), a wavelength dispersive X-ray spectrometer (WDS), or the like.
  • EDS energy dispersive X-ray spectrometer
  • WDS wavelength dispersive X-ray spectrometer
  • a cemented carbide cutting insert having a JIS standard CNMG120212 shape and a 93.1WC-6.5Co-0.4Cr 3 C 2 (more than mass%) composition was prepared as a base material.
  • the edge of the edge of the base material was round-honed with a SiC brush, and then the surface of the base material was washed.
  • the base material was charged into an external heating type chemical vapor deposition apparatus, and Ti compound layers shown in Table 5 (first layer, first layer from the base material side) The layers were formed on the substrate surface under the conditions shown in Table 4 so that the average thickness shown in Table 5 was obtained.
  • Al 2 O 3 nuclei were formed on the surface of the Ti compound layer under the conditions shown in Table 1.
  • an ⁇ -type Al 2 O 3 layer is formed on the surface of the Ti compound layer and the core of Al 2 O 3 under the conditions shown in Table 2 so that the average thickness shown in Table 5 is obtained. Obtained.
  • the base material was charged into an external heating chemical vapor deposition apparatus, and the Ti compound layer shown in Table 5 (first layer, first layer from the base material side) The layers were formed on the substrate surface under the conditions shown in Table 4 so that the average thickness shown in Table 5 was obtained.
  • Al 2 O 3 nuclei were formed on the surface of the Ti compound layer under the conditions shown in Table 3.
  • an ⁇ -type Al 2 O 3 layer is formed on the surface of the Ti compound layer and the core of Al 2 O 3 under the conditions shown in Table 4 so that the average thickness shown in Table 5 is obtained. Obtained.
  • each layer of the obtained sample was determined as follows. That is, using FE-SEM, the thickness of three sections in the cross section in the vicinity of the position of 50 ⁇ m from the edge of the cutting edge of the coated cutting tool toward the center of the rake face was measured, and the arithmetic mean value was averaged. Obtained as thickness.
  • the composition of each layer of the obtained sample was measured using EDS in a cross section in the vicinity of the position from the edge of the coated cutting tool to the center of the rake face up to 50 ⁇ m.
  • the apparatus used was an X-ray diffraction apparatus (model “RINT TTRIII”) manufactured by Rigaku Corporation.
  • the peak intensity of each surface index in the ⁇ -type aluminum oxide layer was determined from the X-ray diffraction pattern.
  • TC18 (h, k, l) was determined from the obtained peak intensity of each surface index. From the obtained values of TC18 (h, k, l), the crystal plane having the largest texture coefficient, the crystal face having the second largest texture coefficient, and the crystal face having the third largest texture coefficient were specified. The results are shown in Table 6. Table 6 also shows values of TC18 (0, 0, 6), TC18 (0, 0, 12), and TC18 (0, 1, 14).
  • cutting test 1 and cutting test 2 were performed under the following conditions.
  • the cutting test 1 is for evaluating wear resistance
  • the cutting test 2 is for testing chipping resistance.
  • the results of each cutting test are shown in Table 7.
  • the wear resistance and fracture resistance of the invention were improved.
  • the occurrence of defects in the evaluation of fracture resistance is considered to be caused by thermal shock caused by the use of coolant in high-speed cutting. That is, improving the fracture resistance also means improving the thermal shock resistance.
  • the inventive product has a longer tool life than the comparative product because the processing time until the tool life is reached and the number of impacts is large.
  • the coated cutting tool of the present invention has excellent wear resistance and thermal shock resistance and can extend the tool life as compared with the prior art, it has industrial applicability from such a viewpoint.

Abstract

基材と、基材の表面に形成された被覆層とを備える被覆切削工具であって、被覆層は、少なくとも１層のα型酸化アルミニウム層を含み、α型酸化アルミニウム層において、（０，０，６）面の組織係数をＴＣ１８（０，０，６）とし、（０，０，１２）面の組織係数をＴＣ１８（０，０，１２）としたとき、ＴＣ１８（０，０，６）が最大であり、ＴＣ１８（０，０，１２）が二番目に大きくなる被覆切削工具。

Description

被覆切削工具
　本発明は、被覆切削工具に関する。
　従来、超硬合金からなる基材の表面に化学蒸着法により３～２０μｍの厚さで被覆層を蒸着形成してなる被覆切削工具が、鋼や鋳鉄などの切削加工に用いられていることは、よく知られている。被覆層としては、例えば、Ｔｉの炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸化物および炭窒酸化物並びに酸化アルミニウムからなる群より選ばれる１種の単層または２種以上の複層からなる被覆層である。
　特許文献１では、ＷＣ基超硬合金またはＴｉＣＮ基サーメットで構成された工具基体の表面に下部層としてＴｉ化合物層を形成し、上部層として、Ｘ線回折測定で（００６）面および（０１８）面に明確な回折ピークが現れるＸ線回折チャートを示すα型結晶構造のＡｌ２Ｏ３層を有する切削工具が記載されている。
特開２００４－２９９０２１号公報
　近年の切削加工では高速化、高送り化および深切込み化が顕著となり、従来よりも工具寿命が低下する傾向が見られるようになっている。このような背景のもと、上記の特許文献１に開示された工具では、高速断続加工において、耐熱衝撃性および耐摩耗性が不十分であり、さらなる寿命向上が求められる。特に、特許文献１に開示された工具では、α型酸化アルミニウム層の粒子がすきとられることにより摩耗が進行するため、耐摩耗性が低下するという問題がある。
　本発明は、これらの問題を解決するためになされたものであり、優れた耐摩耗性、および耐熱衝撃性を有し、工具寿命の長い被覆切削工具を提供することを目的とする。
　本発明者は、上述の観点から、被覆切削工具の工具寿命の延長について研究を重ねた。その結果、被覆切削工具におけるα型酸化アルミニウム層の結晶方位を適正化して、所定の構成にすると、耐摩耗性を損なうことなく、また、耐熱衝撃性を向上させることができることを見出した。そして、それらの耐摩擦性および耐熱衝撃性を優れたものにすることにより、被覆切削工具の工具寿命を延長することができるという知見を得て、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明の要旨は以下の通りである。
［１］基材と、該基材の表面に形成された被覆層とを備える被覆切削工具であって、前記被覆層は、少なくとも１層のα型酸化アルミニウム層を含み、前記α型酸化アルミニウム層において、下記式（１）で表される（０，０，６）面の組織係数をＴＣ１８（０，０，６）とし、下記式（２）で表される（０，０，１２）面の組織係数をＴＣ１８（０，０，１２）としたとき、前記α型酸化アルミニウム層の下記１８の結晶面の組織係数のうち、前記ＴＣ１８（０，０，６）が最大であり、前記ＴＣ１８（０，０，１２）が二番目に大きくなる、被覆切削工具。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
 （式（１）及び（２）中、Ｉ（ｈ，ｋ，ｌ）は、前記α型酸化アルミニウム層のＸ線回折における（ｈ，ｋ，ｌ）面のピーク強度を示し、Ｉ０（ｈ，ｋ，ｌ）は、α型酸化アルミニウムのＪＣＰＤＳカード番号１０－０１７３における（ｈ，ｋ，ｌ）面の標準回折強度を示し、（ｈ，ｋ，ｌ）は、（０，１，２）、（１，０，４）、（１，１，０）、（０，０，６）、（１，１，３）、（２，０，２）、（０，２，４）、（１，１，６）、（０，１，８）、（２，１，４）、（３，０，０）、（１，０，１０）、（０，２，１０）、（０，０，１２）、（０，１，１４）、（２，０，１４）、（１，１，１５）および（１，０，１６）の１８の結晶面を指す。）
［２］前記α型酸化アルミニウム層において、下記式（３）で表される（０，１，１４）面の組織係数をＴＣ１８（０，１，１４）としたとき、前記α型酸化アルミニウム層の前記１８の結晶面の組織係数のうち、前記ＴＣ１８（０，１，１４）が三番目に大きくなる、［１］の被覆切削工具。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
 （式（３）中、Ｉ（ｈ，ｋ，ｌ）、Ｉ０（ｈ，ｋ，ｌ）、および（ｈ，ｋ，ｌ）は、前記式（１）および（２）におけるものと同義である。）
［３］前記ＴＣ１８（０，０，６）が、７．５０以上１４．００以下である、［１］または［２］の被覆切削工具。
［４］前記ＴＣ１８（０，０，１２）が、２．００以上５．００以下である、［１］～［３］のいずれかの被覆切削工具。
［５］前記ＴＣ１８（０，１，１４）が、０．８０以上２．５０以下である、［１］～［４］のいずれかの被覆切削工具。
［６］前記α型酸化アルミニウム層の平均厚さは、１．０μｍ以上１５μｍ以下である、［１］～［５］のいずれかの被覆切削工具。
［７］前記被覆層は、前記基材と前記α型酸化アルミニウム層との間に、Ｔｉ元素と、Ｃ、Ｎ、ＯおよびＢからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素とのＴｉ化合物からなるＴｉ化合物層を備える、［１］～［６］のいずれかの被覆切削工具。
［８］前記Ｔｉ化合物層の平均厚さは、２．０μｍ以上２０μｍ以下である、［７］の被覆切削工具。
［９］前記被覆層の平均厚さは、３．０μｍ以上３０μｍ以下である、［１］～［８］のいずれかの被覆切削工具。
［１０］前記基材は、超硬合金、サーメット、セラミックスおよび立方晶窒化硼素焼結体のいずれかである、［１］～［９］のいずれかの被覆切削工具。
　本発明によると、優れた耐摩耗性、および耐熱衝撃性を有し、工具寿命の長い被覆切削工具を提供することができる。
　以下、本発明を実施するための形態（以下、単に「本実施形態」という。）について詳細に説明するが、本発明は下記本実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。
　本実施形態の被覆切削工具は、基材とその基材の表面に形成された被覆層とを備える。被覆切削工具の種類として、具体的には、フライス加工用または旋削加工用刃先交換型切削インサート、ドリルおよびエンドミルを挙げることができる。
　本実施形態における基材は、被覆切削工具の基材として用いられ得るものであれば、特に限定されない。そのような基材として、例えば、超硬合金、サーメット、セラミックス、立方晶窒化硼素焼結体、ダイヤモンド焼結体および高速度鋼を挙げることができる。それらの中でも、基材が、超硬合金、サーメット、セラミックスおよび立方晶窒化硼素焼結体のいずれかであると、耐摩耗性および耐欠損性に優れるので、さらに好ましい。
　なお、これらの基材は、その表面が改質されたものであっても差し支えない。例えば、基材が超硬合金からなるものである場合、その表面に脱β層が形成されていてもよい。また、基材がサーメットからなるものである場合、その表面に硬化層が形成されていてもよい。これらのように基材の表面が改質されていても、本発明の効果は奏される。
　本実施形態における被覆層は、その平均厚さが、３．０μｍ以上３０μｍ以下であることが好ましい。被覆層の平均厚さが、３．０μｍ以上であると、耐摩耗性が更に向上する傾向にある。一方、被覆層の平均厚さが、３０μｍ以下であると、被覆層の基材との密着性および耐欠損性が一層高まる傾向にある。同様の観点から、被覆層の平均厚さは、３．０μｍ以上２０μｍ以下であるとさらに好ましい。
　本実施形態における被覆層は、少なくとも１層のα型酸化アルミニウム層を含む。α型酸化アルミニウム層において、下記式（１）で表される（０，０，６）面の組織係数をＴＣ１８（０，０，６）とし、下記式（２）で表される（０，０，１２）面の組織係数をＴＣ１８（０，０，１２）としたとき、ＴＣ１８（０，０，６）が最大であり、ＴＣ１８（０，０，１２）が二番目に大きくなると、耐摩耗性および耐熱衝撃性に優れる。α型酸化アルミニウム層のＴＣ１８（０，０，６）が大きくなるほど、耐摩耗性および耐熱衝撃性に優れるようになり、特に耐熱衝撃性に非常に優れるようになる。また、α型酸化アルミニウム層のＴＣ１８（０，０，１２）が大きくなるほど、耐摩耗性および耐熱衝撃性に優れるようになり、特に耐摩耗性に非常に優れるようになる。そのため、本実施形態の被覆切削工具は、従来の被覆切削工具よりも耐熱衝撃性および耐摩耗性に優れる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
　前述のとおり、本実施形態の被覆切削工具における被覆層は、少なくとも１層のα型酸化アルミニウム層を含む。α型酸化アルミニウム層において、下記式（３）で表される（０，１，１４）面の組織係数をＴＣ１８（０，１，１４）としたとき、ＴＣ１８（０，１，１４）が三番目に大きくなると、耐摩耗性および耐熱衝撃性に一層優れる。α型酸化アルミニウム層が（０，１，１４）面に配向していると、耐摩耗性および耐熱衝撃性に優れるようになるので、より好ましい。ただし、（０，０，６）面に配向する場合、および（０，０，１２）面に配向する場合よりも、耐摩耗性および耐熱衝撃性への寄与がわずかに低い。α型酸化アルミニウム層のＴＣ１８（０，１，１４）が三番目に大きくなると、α型酸化アルミニウム層は、（０，０，６）面、（０，０，１２）面および（０，１，１４）面に配向した粒子で大部分が占められることになる。それゆえ、被覆切削工具の耐摩耗性および耐熱衝撃性が最大限に発揮されるので、より好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
　ただし、上記式（１）、（２）および（３）において、Ｉ（ｈ，ｋ，ｌ）は、α型酸化アルミニウム層のＸ線回折における（ｈ，ｋ，ｌ）面のピーク強度を示し、Ｉ０（ｈ，ｋ，ｌ）は、α型酸化アルミニウムのＪＣＰＤＳカード番号１０－０１７３における（ｈ，ｋ，ｌ）面の標準回折強度を示し、（ｈ，ｋ，ｌ）は、（０，１，２）、（１，０，４）、（１，１，０）、（０，０，６）、（１，１，３）、（２，０，２）、（０，２，４）、（１，１，６）、（０，１，８）、（２，１，４）、（３，０，０）、（１，０，１０）、（０，２，１０）、（０，０，１２）、（０，１，１４）、（２，０，１４）、（１，１，１５）および（１，０，１６）の１８の結晶面を指す。
　なお、被覆切削工具がα型酸化アルミニウム層よりも下層側（基材側）にＴｉＣＮ層を有する場合、ＴｉＣＮ層の（２，２，２）面の２θ値（７７．０５°）とα型酸化アルミニウム層の（１，０，１０）面の２θ値（７６．８８°）とはその差が０．１７°であり、両者のＸ線回折ピークを分離することは困難である。このため、ＴｉＣＮ層の（２，２，２）面はその層の（１，１，１）面と結晶構造上同一であることを利用して、ＴｉＣＮ層のＸ線回折における（２，２，２）面のピーク強度を下記式（４）により求め、そのピーク強度の値を、下記式（５）により、実測された７６．９°近傍のＸ線回折におけるピーク強度Ｉ（７６．９°）から差し引くことにより、α型酸化アルミニウム層の（１，０，１０）面のピーク強度を求めるとよい。
　具体的には、以下に示すとおりにＸ線回折におけるα型酸化アルミニウム層の（１，０，１０）面のピーク強度を求めることができる。ＴｉＣＮの標準Ｘ線回折強度Ｉ０（ｈ，ｋ，ｌ）は、ＴｉＣ層の（ｈ，ｋ，ｌ）面の値とＴｉＮ層の（ｈ，ｋ，ｌ）面の値とを用いて算出する。ＪＣＰＤＳカード番号３２－１３８３によると、ＴｉＣの（１，１，１）面の標準回折強度（以下、ＴｉＣのＩ０（１，１，１）とする。）は８０であり、ＴｉＣの（２，２，２）面の標準回折強度（以下、ＴｉＣのＩ０（２，２，２）とする。）は１７である。ＪＣＰＤＳカード番号３８－１４２０によると、ＴｉＮの（１，１，１）面の標準回折強度（以下、ＴｉＮのＩ０（１，１，１）とする。）は７２であり、ＴｉＮの（２，２，２）面の標準回折強度（以下、ＴｉＮのＩ０（２，２，２）とする。）は１２である。このとき、ＴｉＣＮ層に含まれる炭素と窒素との原子比［Ｃ：Ｎ）］は、Ｃ：Ｎ＝０．５：０．５とし、ＴｉＣＮの（１，１，１）面の標準回折強度（以下、ＴｉＣＮのＩ０（１，１，１）とする。）は、ＴｉＣのＩ０（１，１，１）とＴｉＮのＩ０（１，１，１）との平均値とする。同様に、ＴｉＣＮの（２，２，２）面の標準回折強度（以下、ＴｉＣＮのＩ０（２，２，２）とする。）は、ＴｉＣのＩ０（２，２，２）とＴｉＮのＩ０（２，２，２）との平均値とする。したがって、ＴｉＣＮの各結晶面における標準回折強度は、以下のとおりになる。
　ＴｉＣＮのＩ０（１，１，１）＝７６
　ＴｉＣＮのＩ０（２，２，２）＝１４．５
得られたＴｉＣＮのＩ０（１，１，１）およびＩ０（２，２，２）を下記式（４）に代入し、Ｘ線回折におけるＴｉＣＮ層の（２，２，２）面のピーク強度を求め、下記式（５）により、Ｘ線回折におけるα型酸化アルミニウム層の（１，０，１０）面のピーク強度を求める。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
　α型酸化アルミニウム層のＴＣ１８（０，０，６）が最大であり、かつ、７．５０以上１４．００以下であると、被覆切削工具の耐熱衝撃性が向上するため、好ましい。α型酸化アルミニウム層のＴＣ１８（０，０，６）が７．５０以上であると、耐熱衝撃性が更に向上する傾向にある。一方、被覆切削工具の製造容易性の観点から、α型酸化アルミニウム層のＴＣ１８（０，０，６）は１４．００以下であると好ましい。
　α型酸化アルミニウム層のＴＣ１８（０，０，１２）が二番目に大きく、かつ、２．００以上５．００以下であると、被覆切削工具の耐摩耗性が向上するため、好ましい。α型酸化アルミニウム層のＴＣ１８（０，０，１２）が２．００以上であると、耐摩耗性が更に向上する傾向にある。一方、α型酸化アルミニウム層のＴＣ１８（０，０，１２）が５．００以下であることにより、相対的にＴＣ１８（０，０，６）が大きくなる傾向にため、耐熱衝撃性が更に向上しやすくなる。
　α型酸化アルミニウム層のＴＣ１８（０，１，１４）が三番目に大きく、かつ、０．８０以上２．５０以下であると、被覆切削工具の耐摩耗性および耐熱衝撃性のバランスに一層優れるため、好ましい。α型酸化アルミニウム層のＴＣ１８（０，１，１４）が０．８０以上であると、（０，０，６）面、（０，０，１２）面または（０，１，１４）面以外に配向した粒子の比率が相対的に少なくなる傾向となり、耐摩耗性または耐熱衝撃性が更に向上する。一方、α型酸化アルミニウム層のＴＣ１８（０，１，１４）が２．５０以下であると、相対的にＴＣ１８（０，０，６）またはＴＣ１８（０，０，１２）が大きくなる傾向にあるため、耐摩耗性または耐熱衝撃性が更に向上しやすくなる。
　本実施形態の被覆切削工具において、α型酸化アルミニウム層の平均厚さは、１．０μｍ以上１５μｍ以下であることが好ましい。α型酸化アルミニウム層の平均厚さが、１．０μｍ以下であると、すくい面における耐クレータ摩耗性が更に高まる傾向にあり、１５μｍを超えるとα型酸化アルミニウム層の剥離をより抑制する結果、耐欠損性が更に向上する傾向にある。
　α型酸化アルミニウム層の各面指数のピーク強度については、市販のＸ線回折装置を用いることにより、測定することができる。例えば、株式会社リガク製のＸ線回折装置（製品名「ＲＩＮＴ　ＴＴＲIII」）を用いて、Ｃｕ－Ｋα線を用いた２θ／θ集中法光学系のＸ線回折測定を、下記条件で測定すると、ＪＣＰＤＳカード番号１０－０１７３において示されている全ての各面指数のピーク強度を測定することができる。ここで、測定条件は、出力：５０ｋＶ、２５０ｍＡ、入射側ソーラースリット：５°、発散縦スリット：２／３°、発散縦制限スリット：５ｍｍ、散乱スリット２／３°、受光側ソーラースリット：５°、受光スリット：０．３ｍｍ、ＢＥＮＴモノクロメータ、受光モノクロスリット：０．８ｍｍ、サンプリング幅：０．０１°、スキャンスピード：４°／ｍｉｎ、２θ測定範囲：２０～１５５°である。Ｘ線回折図形から上記の各面指数のピーク強度を求めるときに、Ｘ線回折装置に付属の解析ソフトウェアを用いてもよい。解析ソフトウェアでは、三次式近似を用いてバックグラウンド処理およびＫα２ピーク除去を行い、Ｐｅａｒｓｏｎ－VII関数を用いてプロファイルフィッティングを行い、各ピーク強度を求めることができる。なお、α型酸化アルミニウム層よりも基材側にＴｉ化合物層が形成されている場合には、Ｔｉ化合物層の影響を受けないように、薄膜Ｘ線回折法により、各ピーク強度を測定することができる。また、α型酸化アルミニウム層よりも外側（基材とは反対側）に各種の層が形成されている場合には、バフ研磨により、各種の層を除去し、その後、Ｘ線回折測定を行うとよい。
　本実施形態の被覆切削工具における被覆層は、少なくとも１層のＴｉ化合物層を備えると、耐摩耗性および密着性が更に向上するため、好ましい。Ｔｉ化合物層は、基材とα型酸化アルミニウム層との間に備えられると好ましく、α型酸化アルミニウム層よりも外側（基材とは反対側）に備えられる場合も好ましい。その中でも、Ｔｉ化合物層は、基材の表面上に直接形成されると、基材と被覆層との密着性が向上するので好ましい。また、Ｔｉ化合物層は、被覆切削工具の最外層に形成されると、使用済みコーナー（すなわち使用済みの切れ刃部分）の識別が容易になるため好ましい。Ｔｉ化合物層とは、Ｔｉ元素を必須成分として含み、さらに、Ｃ、Ｎ、ＯおよびＢからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素をも含む化合物層を意味する。Ｔｉ化合物層は、任意成分として、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、ＡｌおよびＳｉからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素を含んでもよい。
　本実施形態の被覆切削工具におけるＴｉ化合物層の平均厚さは、２μｍ以上１５μｍ以下であると好ましい。Ｔｉ化合物層の平均厚さが２μｍ以上になると、耐摩耗性が向上する傾向にあり、Ｔｉ化合物層の平均厚さが１５μｍ以下であると、耐欠損性が向上する傾向にある。なお、Ｔｉ化合物層がα型酸化アルミニウム層よりも外側（基材とは反対側）に形成される場合、Ｔｉ化合物層の平均厚さは、α型酸化アルミニウム層よりも下層側（基材側）に形成された層とα型酸化アルミニウム層よりも外側（基材とは反対側）に形成された層との合計の平均厚さを指す。
　本実施形態の被覆切削工具における被覆層を構成する各層の形成方法として、例えば、以下の方法を挙げることができる。
　例えば、ＴｉＮ層は、原料ガス組成をＴｉＣｌ４：５．０～１０．０ｍｏｌ％、Ｎ２：２０～６０ｍｏｌ％、Ｈ２：残部とし、温度を８５０～９２０℃、圧力を１００～３５０ｈＰａとする化学蒸着法で形成することができる。
　ＴｉＣＮ層は、原料ガス組成をＴｉＣｌ４：１０～１５ｍｏｌ％、ＣＨ３ＣＮ：１～３ｍｏｌ％、Ｎ２：０～２０ｍｏｌ％、Ｈ２：残部とし、温度を８５０～９２０℃、圧力を６０～８０ｈＰａとする化学蒸着法で形成することができる。
　ＴｉＣ層は、原料ガス組成をＴｉＣｌ４：１．０～３．０ｍｏｌ％、ＣＨ４：４．０～６．０ｍｏｌ％、Ｈ２：残部とし、温度を９９０～１０３０℃、圧力を５０～１００ｈＰａとする化学蒸着法で形成することができる。
　ＴｉＡｌＣＮＯ層は、原料ガス組成をＴｉＣｌ４：３．０～５．０ｍｏｌ％、ＡｌＣｌ３：１．０～２．０ｍｏｌ％、ＣＯ：０．４～１．０ｍｏｌ％、Ｎ２：３０～４０ｍｏｌ％、Ｈ２：残部とし、温度を９７５～１０２５℃、圧力を９０～１１０ｈＰａとする化学蒸着法で形成することができる。
　ＴｉＣＮＯ層は、原料ガス組成をＴｉＣｌ４：３．０～５．０ｍｏｌ％、ＣＯ：０．４～１．０ｍｏｌ％、Ｎ２：３０～４０ｍｏｌ％、Ｈ２：残部とし、温度を９７５～１０２５℃、圧力を９０～１１０ｈＰａとする化学蒸着法で形成することができる。
　ＴｉＣＯ層は、原料ガス組成をＴｉＣｌ４：０．５～１．５ｍｏｌ％、ＣＯ：２．０～４．０ｍｏｌ％、Ｈ２：残部とし、温度を９７５～１０２５℃、圧力を６０～１００ｈＰａとする化学蒸着法で形成することができる。
　本実施形態において、α型酸化アルミニウム層の結晶方位を制御した被覆切削工具は、例えば以下の方法によって得ることができる。
　本実施形態における被覆層は、必要に応じて基材の表面にＴｉ化合物層を形成し、その後、基材上又はＴｉ化合物層上に酸化アルミニウムの核を形成することにより得ることができる。酸化アルミニウムの核は、低温でＣＯガスをわずかに流して形成する。これにより、酸化アルミニウムの核が、非常に遅い速度で形成される。また、酸化アルミニウムの核が微細になり、且つ、微細な酸化アルミニウムの核が基材又はＴｉ化合物層の表面を覆うことができる。その後、通常の条件でα型酸化アルミニウム層を形成すると、ＴＣ１８（０，０，６）が最大となるα型酸化アルミニウム層を得ることができる。
　ＴＣ１８（０，０，６）が最大であり、ＴＣ１８（０，０，１２）が二番目に大きくなるα型酸化アルミニウム層を得るには、例えば以下のようにすればよい。すなわち、酸化アルミニウムの核の形成までは上記と同様にした後に、成膜温度を高くし、ＣＯガスを流さない条件でα型酸化アルミニウム層を形成するとよい。このとき、成膜温度を高くし、ＣＯガスを流さない条件でα型酸化アルミニウム層を形成する時間は、２分以上５分未満であることが好ましい。これにより、α型酸化アルミニウム層は、（０，０，６）面および（０，０，１２）面に配向しやすくなる。その後、通常の条件でα型酸化アルミニウム層を形成すればよい。
　ＴＣ１８（０，０，６）が最大であり、ＴＣ１８（０，０，１２）が二番目に大きく、さらにＴＣ１８（０，１，１４）が三番目に大きくなるα型酸化アルミニウム層を得るには、例えば以下のようにすればよい。すなわち、酸化アルミニウムの核の形成までは上記と同様にした後に、成膜温度を高くし、ＣＯガスを流さない条件でα型酸化アルミニウム層を５分以上８分未満、形成するとよい。これにより、α型酸化アルミニウム層は、（０，０，６）面、（０，０，１２）面および（０，１，１４）面に配向しやすくなる。その後、通常の条件でα型酸化アルミニウム層を形成すればよい。
　より具体的には、以下の工程（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）を経て、本実施形態に係るα型酸化アルミニウム層を得ることができる。
　工程（Ａ）では酸化アルミニウム（以下、「Ａｌ２Ｏ３」とも表記する。）の核を形成する。原料ガス組成を、ＡｌＣｌ３：１．０～４．０ｍｏｌ％、ＣＯ：０．０５～２．０ｍｏｌ％、ＣＯ２：１．０～３．０ｍｏｌ％、ＨＣｌ：２．０～３．０ｍｏｌ％、Ｈ２：残部とし、温度を８８０～９３０℃、圧力を６０～８０ｈＰａとする化学蒸着法でＡｌ２Ｏ３の核を形成する。
　工程（Ｂ）では工程（Ａ）にて形成された核とは異なるＡｌ２Ｏ３の核を形成する。原料ガス組成を、ＡｌＣｌ３：１．０～３．０ｍｏｌ％、ＣＯ２：１．０～３．０ｍｏｌ％、ＨＣｌ：２．０～３．０ｍｏｌ％、Ｈ２：残部とし、温度を９２０～９９０℃、圧力を６０～８０ｈＰａとする化学蒸着法でＡｌ２Ｏ３の核を形成する。このとき、Ａｌ２Ｏ３の核を形成する時間を２分以上５分未満にすると、ＴＣ１８（０，０，６）が最大であり、ＴＣ１８（０，０，１２）が二番目に大きくなるα型酸化アルミニウム層をより確実に得ることができる。また、Ａｌ２Ｏ３の核を形成する時間を５分以上８分未満にすると、ＴＣ１８（０，０，６）が最大であり、ＴＣ１８（０，０，１２）が二番目に大きく、さらにＴＣ１８（０，１，１４）が三番目に大きくなるα型酸化アルミニウム層をより確実に得ることができる。
　工程（Ｃ）では、α型酸化アルミニウム層（以下、「α型Ａｌ２Ｏ３層」とも表記する。）を形成する。原料ガス組成をＡｌＣｌ３：２．０～５．０ｍｏｌ％、ＣＯ２：２．５～４．０ｍｏｌ％、ＨＣｌ：２．０～３．０ｍｏｌ％、Ｈ２Ｓ：０．１５～０．２５ｍｏｌ％、Ｈ２：残部とし、温度を９５０～１０００℃、圧力を６０～８０ｈＰａとする化学蒸着法で形成することができる。
　本実施形態の被覆切削工具における各層の厚さは、被覆切削工具の断面組織を、光学顕微鏡、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、または電界放射型走査電子顕微鏡（ＦＥ－ＳＥＭ）などを用いて観察することにより測定することができる。なお、被覆切削工具における各層の平均厚さは、刃先稜線部から被覆切削工具のすくい面の中心部に向かって５０μｍの位置の近傍において、各層の層厚を３箇所以上測定し、その相加平均値として求めることができる。各層の組成は、本実施形態の被覆切削工具の断面組織から、エネルギー分散型Ｘ線分光器（ＥＤＳ）や波長分散型Ｘ線分光器（ＷＤＳ）などを用いて測定することができる。
　以下、実施例を挙げて本発明を更に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
　基材として、ＪＩＳ規格ＣＮＭＧ１２０４１２形状を有し、９３．１ＷＣ－６．５Ｃｏ―０．４Ｃｒ３Ｃ２（以上質量％）組成を有する超硬合金製の切削インサートを用意した。この基材の刃先稜線部にＳｉＣブラシにより丸ホーニングを施した後、基材の表面を洗浄した。
　基材の表面を洗浄した後、発明品１～１０については、まず、基材を外熱式化学蒸着装置に装入し、表５に示すＴｉ化合物層（基材側から第１層、第２層、第３層の順）を表５に示す平均厚さとなるように、表４に示す条件で基材表面に形成した。次いで、表１に示す条件でＴｉ化合物層の表面にＡｌ２Ｏ３の核を形成した。その後、表５に示す平均厚さになるように、表２に示す条件でＴｉ化合物層およびＡｌ２Ｏ３の核の表面にα型Ａｌ２Ｏ３層を形成し、被覆切削工具の試料を得た。
　基材の表面を洗浄した後、比較品１～１０については、まず、基材を外熱式化学蒸着装置に装入し、表５に示すＴｉ化合物層（基材側から第１層、第２層、第３層の順）を表５に示す平均厚さとなるように、表４に示す条件で基材表面に形成した。次いで、表３に示す条件でＴｉ化合物層の表面にＡｌ２Ｏ３の核を形成した。その後、表５に示す平均厚さになるように、表４に示す条件でＴｉ化合物層およびＡｌ２Ｏ３の核の表面にα型Ａｌ２Ｏ３層を形成し、被覆切削工具の試料を得た。
　得られた試料の各層の厚さを下記のようにして求めた。すなわち、ＦＥ－ＳＥＭを用いて、被覆切削工具の刃先稜線部からすくい面の中心部に向かって５０μｍの位置の近傍における断面での３箇所の厚さを測定し、その相加平均値を平均厚さとして求めた。得られた試料の各層の組成は、被覆切削工具の刃先稜線部からすくい面の中心部に向かって５０μｍまでの位置の近傍の断面において、ＥＤＳを用いて測定した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000012
  
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000013
  
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000014
  
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000015
  
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000016
  
　得られた試料について、Ｃｕ－Ｋα線を用いた２θ／θ集中法光学系のＸ線回折測定を、出力：５０ｋＶ、２５０ｍＡ、入射側ソーラースリット：５°、発散縦スリット：２／３°、発散縦制限スリット：５ｍｍ、散乱スリット２／３°、受光側ソーラースリット：５°、受光スリット：０．３ｍｍ、ＢＥＮＴモノクロメータ、受光モノクロスリット：０．８ｍｍ、サンプリング幅：０．０１°、スキャンスピード：４°／ｍｉｎ、２θ測定範囲：２０°～１５５°とする条件で行った。装置は、株式会社リガク製のＸ線回折装置（型式「ＲＩＮＴ　ＴＴＲIII」）を用いた。Ｘ線回折図形からα型酸化アルミニウム層における各面指数のピーク強度を求めた。得られた各面指数のピーク強度から、ＴＣ１８（ｈ，ｋ，ｌ）をそれぞれ求めた。求めたＴＣ１８（ｈ，ｋ，ｌ）の値から、最も組織係数が大きい結晶面、二番目に組織係数が大きい結晶面および三番目に組織係数が大きい結晶面を特定した。その結果を、表６に示す。また、ＴＣ１８（０，０，６）、ＴＣ１８（０，０，１２）およびＴＣ１８（０，１，１４）の値も、表６に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000017
  
　得られた試料を用いて、下記の条件にて切削試験１および切削試験２を行った。切削試験１は耐摩耗性を評価し、切削試験２は耐欠損性を評価する試験である。各切削試験の結果を表７に示す。
［切削試験１］
　被削材：Ｓ５０Ｃの丸棒、
　切削速度：３００ｍ／ｍｉｎ、
　送り：０．３０ｍｍ／ｒｅｖ、
　切り込み：２．０ｍｍ、
　クーラント：有り、
　評価項目：試料に欠損もしくはチッピングが発生したとき、または試料の最大逃げ面摩耗幅が０．２ｍｍに至ったときを工具寿命とし、工具寿命までの加工時間を測定した。
［切削試験２］
　被削材：Ｓ５０Ｃの長さ方向に等間隔で２本の溝入り丸棒、
　切削速度：２５０ｍ／ｍｉｎ、
　送り：０．４０ｍｍ／ｒｅｖ、
　切り込み：１．５ｍｍ、
　クーラント：有り、
　評価項目：試料が欠損に至ったときを工具寿命とし、工具寿命までの衝撃回数を測定した。衝撃回数は、試料と被削材とが接触した回数とし、接触回数が最大で２００００回に到達した時点で試験を終了した。つまり、工具寿命が「２００００回」となっているのは、２００００回の衝撃回数に到達しても工具寿命に至らなかったことを意味する。なお、各試料について、５個のインサートを用意し、それぞれ衝撃回数を測定し、それらの衝撃回数の値から相加平均値を求め、工具寿命とした。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000018
　表７に示すように、発明品の耐摩耗性および耐欠損性が向上していた。耐欠損性の評価における欠損の発生は、高速切削加工においてクーラントを用いたことによる熱衝撃を原因とするものと考えられる。つまり、耐欠損性が向上することは、耐熱衝撃性が向上することをも意味する。発明品は比較品よりも工具寿命に至るまでの加工時間が長く、衝撃回数が多いため、工具寿命が大幅に長いことが分かる。
　本出願は、２０１６年２月１８日出願の日本特許出願（特願２０１６－０２８４７７）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
　本発明の被覆切削工具は、優れた耐摩耗性および耐熱衝撃性を有し、従来よりも工具寿命を延長できるので、そのような観点から産業上の利用可能性がある。

Claims (10)

  1. 　基材と、該基材の表面に形成された被覆層とを備える被覆切削工具であって、
    　前記被覆層は、少なくとも１層のα型酸化アルミニウム層を含み、
    　前記α型酸化アルミニウム層において、下記式（１）で表される（０，０，６）面の組織係数をＴＣ１８（０，０，６）とし、下記式（２）で表される（０，０，１２）面の組織係数をＴＣ１８（０，０，１２）としたとき、前記α型酸化アルミニウム層の下記１８の結晶面の組織係数のうち、前記ＴＣ１８（０，０，６）が最大であり、前記ＴＣ１８（０，０，１２）が二番目に大きくなる、被覆切削工具。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
     （式（１）及び（２）中、Ｉ（ｈ，ｋ，ｌ）は、前記α型酸化アルミニウム層のＸ線回折における（ｈ，ｋ，ｌ）面のピーク強度を示し、Ｉ０（ｈ，ｋ，ｌ）は、α型酸化アルミニウムのＪＣＰＤＳカード番号１０－０１７３における（ｈ，ｋ，ｌ）面の標準回折強度を示し、（ｈ，ｋ，ｌ）は、（０，１，２）、（１，０，４）、（１，１，０）、（０，０，６）、（１，１，３）、（２，０，２）、（０，２，４）、（１，１，６）、（０，１，８）、（２，１，４）、（３，０，０）、（１，０，１０）、（０，２，１０）、（０，０，１２）、（０，１，１４）、（２，０，１４）、（１，１，１５）および（１，０，１６）の１８の結晶面を指す。）
  2. 　前記α型酸化アルミニウム層において、下記式（３）で表される（０，１，１４）面の組織係数をＴＣ１８（０，１，１４）としたとき、前記α型酸化アルミニウム層の前記１８の結晶面の組織係数のうち、前記ＴＣ１８（０，１，１４）が三番目に大きくなる、請求項１に記載の被覆切削工具。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
     （式（３）中、Ｉ（ｈ，ｋ，ｌ）、Ｉ０（ｈ，ｋ，ｌ）、および（ｈ，ｋ，ｌ）は、前記式（１）および（２）におけるものと同義である。）
  3. 　前記ＴＣ１８（０，０，６）が、７．５０以上１４．００以下である、請求項１または２に記載の被覆切削工具。
  4. 　前記ＴＣ１８（０，０，１２）が、２．００以上５．００以下である、請求項１～３のいずれか１項に記載の被覆切削工具。
  5. 　前記ＴＣ１８（０，１，１４）が、０．８０以上２．５０以下である、請求項１～４のいずれか１項に記載の被覆切削工具。
  6. 　前記α型酸化アルミニウム層の平均厚さは、１．０μｍ以上１５μｍ以下である、請求項１～５のいずれか１項に記載の被覆切削工具。
  7. 　前記被覆層は、前記基材と前記α型酸化アルミニウム層との間に、Ｔｉ元素と、Ｃ、Ｎ、ＯおよびＢからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素とのＴｉ化合物からなるＴｉ化合物層を備える、請求項１～６のいずれか１項に記載の被覆切削工具。
  8. 　前記Ｔｉ化合物層の平均厚さは、２．０μｍ以上２０μｍ以下である、請求項７に記載の被覆切削工具。
  9. 　前記被覆層の平均厚さは、３．０μｍ以上３０μｍ以下である、請求項１～８のいずれか１項に記載の被覆切削工具。
  10. 　前記基材は、超硬合金、サーメット、セラミックスおよび立方晶窒化硼素焼結体のいずれかである、請求項１～９のいずれか１項に記載の被覆切削工具。
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