WO2017217012A1 - 表面被覆切削工具 - Google Patents

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WO2017217012A1
WO2017217012A1 PCT/JP2017/005796 JP2017005796W WO2017217012A1 WO 2017217012 A1 WO2017217012 A1 WO 2017217012A1 JP 2017005796 W JP2017005796 W JP 2017005796W WO 2017217012 A1 WO2017217012 A1 WO 2017217012A1
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cutting tool
outer layer
coated cutting
coating
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PCT/JP2017/005796
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秀明 金岡
今村　晋也
アノンサック パサート
雄太 子吉
聡 小野
光平 吉村
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住友電工ハードメタル株式会社
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    • C23C28/04—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material
    • C23C28/042—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material including a refractory ceramic layer, e.g. refractory metal oxides, ZrO2, rare earth oxides
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    • C23C28/04—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material
    • C23C28/044—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material coatings specially adapted for cutting tools or wear applications

Definitions

  • the present invention relates to a surface-coated cutting tool.
  • This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2016-117931, which is a Japanese patent application filed on June 14, 2016. All the descriptions described in the Japanese patent application are incorporated herein by reference.
  • a coating For surface-coated cutting tools, traditionally coating the surface of a substrate with a coating protects it from crater wear and plastic deformation caused by heat during cutting, as well as further wear resistance, toughness, etc. Developments have been made to improve the characteristics of As the coating, for the purpose of improving cutting characteristics at high temperature, carbides, nitrides and carbonitrides (TiC, TiN, TiCN, etc.) of Group 4 metals in the periodic table are widely used. Furthermore, a layer containing aluminum oxide (Al 2 O 3 ) is also widely used as a coating to coat this type of substrate because Al 2 O 3 is chemically stable and hardly welds to the work material. Has been.
  • Patent Document 1 proposes a surface-coated cutting tool in which the adhesion strength of the outermost layer of the coating is lowered for the purpose of improving the welding resistance.
  • Patent Document 2 proposes the surface roughness Ra of the rake face to 0.12 ⁇ m and the toughness is increased by applying a compressive residual stress by performing a surface treatment after the coating is formed.
  • Surface coated cutting tools have been proposed.
  • a surface-coated cutting tool is a surface-coated cutting tool including a base material and a coating formed on the base material so as to cover at least a part of a flank.
  • the coating includes an inner layer and an outer layer formed on the inner layer, the inner layer includes one or more layers, and includes an aluminum oxide layer as a layer in contact with the outer layer among the layers,
  • the outer layer includes a multilayer structure in which three or more layers are stacked, and each layer constituting the multilayer structure includes titanium.
  • the surface-coated cutting tool described in Patent Document 1 has a rough surface at the edge of the edge of the edge of the edge where the flank and rake face intersect, and a region near the edge of the edge of the edge, and is resistant to welding. There was room for improvement. Furthermore, the surface-coated cutting tool described in Patent Document 2 also has an insufficient welding resistance, although the surface roughness Ra of the rake face is improved. Therefore, it has not yet achieved the desired welding resistance, and its development is eagerly desired.
  • the present disclosure has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a surface-coated cutting tool with significantly improved welding resistance.
  • a surface-coated cutting tool includes a base material, and a surface coating including the base material and a film formed on the base material so as to cover at least a part of the flank.
  • the coating includes an inner layer and an outer layer formed on the inner layer, and the inner layer includes one or more layers, and an aluminum oxide layer is formed as a layer in contact with the outer layer among the layers.
  • the outer layer includes a multilayer structure in which three or more layers are stacked, and each layer constituting the multilayer structure includes titanium.
  • the surface-coated cutting tool having such a configuration can significantly improve the welding resistance. Furthermore, the excellent wear resistance of the conventional surface-coated cutting tool can be maintained. Thus, by providing excellent wear resistance as well as excellent wear resistance, a surface-coated cutting tool capable of achieving a long life can be provided.
  • the coating includes a plurality of voids at the interface between the inner layer and the outer layer, and the voids have an average diameter of 10 nm or more and 100 nm or less, and the density thereof is parallel to the normal to the flank. It is preferably 0.1 to 2 pieces / ⁇ m in the cross section of the coating film cut along a flat plane. Thereby, the further outstanding welding resistance can be provided.
  • the surface-coated cutting tool preferably has a surface roughness Ra of the cutting edge portion of 0.1 ⁇ m or less. Thereby, it is possible to provide better welding resistance while maintaining excellent wear resistance.
  • the multilayer structure preferably includes a titanium carbide layer and a titanium nitride layer.
  • the titanium carbide layer having a low coefficient of thermal expansion can reduce the tensile stress after coating, and the titanium nitride layer can have excellent heat resistance.
  • a layer in contact with the aluminum oxide layer which is a layer in contact with the outer layer among the inner layers is a titanium carbide layer.
  • the base material is made of a cemented carbide, and the cemented carbide has 7.5 to 10.5 mass% cobalt, 2 to 6 mass% carbide of the first metal, and carbonized.
  • the first metal is one or more metals selected from the group consisting of Group 4 elements, Group 5 elements and Group 6 elements of the Periodic Table. It is preferable. Thereby, the further excellent abrasion resistance can be provided.
  • the aluminum oxide layer that is in contact with the outer layer among the inner layers preferably has an average film thickness of 0.5 to 4 ⁇ m. Thereby, the further excellent abrasion resistance and welding resistance can be provided.
  • the notation in the form of “A to B” in the present specification means the upper and lower limits of the range (that is, not less than A and not more than B).
  • the unit of A and the unit of B are the same.
  • the atomic ratio when a compound or the like is represented by a chemical formula, when the atomic ratio is not particularly limited, it should include any conventionally known atomic ratio and should not necessarily be limited to a stoichiometric range.
  • metal elements such as titanium (Ti), aluminum (Al), silicon (Si), tantalum (Ta), chromium (Cr), nitrogen (N), oxygen (O), carbon (C), etc.
  • the nonmetallic element does not necessarily have to have a stoichiometric composition.
  • the surface-coated cutting tool includes a base material and a coating formed on the base material so as to cover at least a part of the flank.
  • Surface coated cutting tools having such a basic configuration include, for example, a drill, a cutting edge exchangeable cutting tip for a drill, an end mill, a cutting edge exchangeable cutting tip for an end mill, a cutting edge exchangeable cutting tip for milling or turning, a metal saw, It can be suitably used as a cutting tool such as a tooth cutting tool, a reamer, a tap, and a cutting edge-exchangeable cutting tip for pin milling.
  • the substrate includes, for example, cemented carbide (for example, WC-based cemented carbide, WC, Co and / or Ni, or carbides such as Ti, Ta, Nb, Zr, Hf, Cr, and V, Including nitrides, carbonitrides, etc.), cermets (based on TiC, TiN, TiCN, etc.), high speed steel, ceramics (titanium carbide, silicon carbide, silicon nitride, aluminum nitride, oxidation) Aluminum, a mixture thereof, and the like), a cubic boron nitride sintered body, or a diamond sintered body.
  • cemented carbide for example, WC-based cemented carbide, WC, Co and / or Ni
  • carbides such as Ti, Ta, Nb, Zr, Hf, Cr, and V, Including nitrides, carbonitrides, etc.
  • cermets based on TiC, TiN, TiCN, etc.
  • high speed steel ceramic
  • cemented carbide especially WC-based cemented carbide
  • cermet particularly TiCN-based cermet
  • These base materials have an excellent balance between hardness and strength at high temperatures, and have excellent properties as base materials for surface-coated cutting tools for the above applications.
  • free carbon and an abnormal layer called ⁇ phase or ⁇ phase may be included in the structure.
  • the base material may have a modified surface.
  • a de- ⁇ layer may be formed on the surface, or in the case of cermet, a surface hardened layer may be formed. The effect is shown.
  • the base material includes those having a chip breaker and those having no chip breaker.
  • the shape of the ridge line of the cutting edge of the base material will be sharp edge (the ridge where the rake face and flank face intersect), honing (R is given to the sharp edge) ), Negative land (beveled), and a combination of honing and negative land.
  • base material of base material those before the surface treatment is performed may be particularly referred to as “base material of base material”.
  • the base material is preferably made of a cemented carbide.
  • cobalt is 7.5 to 10.5% by mass
  • carbide of the first metal is 2 to 6% by mass
  • tungsten carbide and inevitable impurities are the balance.
  • the first metal is at least one metal selected from the group consisting of Group 4 elements, Group 5 elements and Group 6 elements in the Periodic Table.
  • the carbide crystal of the first metal is preferably cubic.
  • the cobalt content is less than 7.5% by mass, it tends to be deficient.
  • the cobalt content exceeds 10.5% by mass, the coefficient of thermal expansion of the cemented carbide increases, so that the difference from the coefficient of thermal expansion of the coating becomes small and the effect of relieving stress tends to be insufficient. There is.
  • the content of the carbide of the first metal When the content of the carbide of the first metal is less than 2% by mass, it tends to be easily worn. If the content of the first metal carbide exceeds 6% by mass, the difference from the thermal expansion coefficient of the coating tends to be small, and the effect of relaxing the stress tends to be insufficient.
  • Specific metal species used as the first metal include Group 4 elements (Ti, Zr, Hf, etc.), Group 5 elements (V, Nb, Ta, etc.), Group 6 elements (Cr, etc.) of the periodic table. , Mo, W, etc.).
  • first metal carbide examples include TiC, TaC, NbC, and ZrC.
  • the inevitable impurities contained in the cemented carbide composition are generic names of elements that cannot be avoided in the production of the base material.
  • the content of each element as an inevitable impurity is 0 to 0.1% by mass, and the total of each element (that is, the content of inevitable impurities) is 0 to 0.2% by mass. Therefore, inevitable impurities may or may not be included in the composition of the cemented carbide.
  • Inevitable impurities include elements such as aluminum, silicon, boron, carbon, nitrogen, oxygen and boron.
  • the composition of the cemented carbide is an energy dispersive X-ray analyzer (EDX: Energy Dispersive X) attached with a field emission scanning electron microscope (FE-SEM: Field Emission Scanning Electron Microscope).
  • EDX Energy Dispersive X
  • FE-SEM Field Emission Scanning Electron Microscope
  • the base material (if the base material is coated with a coating, the base material covered with the coating) is embedded in resin, cut along a plane parallel to the normal of the flank of the base material, and the cross section is Expose. Subsequently, the observation cross section is polished by polishing the exposed cross section. Magnification of 3000 times using EDX for any five locations (5 fields of view) of this observation polishing surface (the substrate portion of the observation polishing surface when the substrate is coated with a coating) The elemental analysis is performed by observing the above and the value is obtained. Finally, the composition of the cemented carbide can be specified by obtaining the average value of the values in the five fields of view for each element. A thermosetting resin or the like can be used as the resin for filling the base material.
  • a conventionally well-known method can be used about grinding
  • a smooth polished polishing surface can be obtained by performing ion milling using argon ions on the cross section of the substrate.
  • the conditions for the ion milling treatment with Ar ions are, for example, as follows. Accelerating voltage: 6kV Irradiation angle: 0-5 ° from the normal of the base flank Irradiation time: 6 hours.
  • the polished ground surface for observation of the smoothed substrate may be analyzed by EDX attached with FE-SEM.
  • the coating is formed on the substrate so as to cover at least a part of the flank. Thereby, a film can improve characteristics, such as toughness and abrasion resistance, with respect to a surface-coated cutting tool.
  • the coating is preferably formed so as to cover the entire surface of the substrate. However, in this embodiment, it suffices if it is formed so as to cover at least a part of the flank, and even if a portion not covered by the coating is included in other regions on the base material, It does not depart from the scope.
  • the coating includes an inner layer and an outer layer formed on the inner layer. Since the film may be formed by a conventionally known chemical vapor deposition (CVD) method or may be formed by a physical vapor deposition (PVD) method, the formation method is not particularly limited. However, in this embodiment, it is preferable that both the inner layer and the outer layer are formed by the CVD method. Since the CVD method has a film forming temperature of 800 to 1200 ° C. and is higher than the PVD method, compared with the PVD method, the adhesion between the coating and the substrate and the adhesion between the layers constituting the coating are improved. Because it is excellent. However, in this embodiment, the adhesion between the inner layer and the outer layer is intentionally lowered as described later.
  • CVD chemical vapor deposition
  • PVD physical vapor deposition
  • the coating preferably has an average film thickness of 2 ⁇ m or more and 25 ⁇ m or less, and the upper limit thereof is more preferably 20 ⁇ m, further preferably 18 ⁇ m, and the lower limit thereof is more preferably 3 ⁇ m, and further preferably 4 ⁇ m. . If the average film thickness is less than 2 ⁇ m, the effect of improving the wear resistance may not be sufficiently exhibited. Even if the average film thickness exceeds 25 ⁇ m, there is no significant difference in the above effect, which is economically disadvantageous. There is a case.
  • the inner layer is a layer formed on the substrate side with respect to an outer layer described later, and is composed of one or more layers. Therefore, the layer formed on the most substrate side among the inner layers is formed so as to be in direct contact with the substrate.
  • the inner layer is composed of one or more layers, and includes an aluminum oxide layer (hereinafter sometimes referred to as “Al 2 O 3 layer”) as a layer in contact with the outer layer among the layers.
  • Al 2 O 3 layer an aluminum oxide layer
  • the outer layer has a multilayer structure that can relieve stress applied to the surface-coated cutting tool at the time of cutting, and has an easy-to-peel property. For this reason, the layer in contact with the outer layer of the inner layer of the surface-coated cutting tool is exposed to the surface at the time of cutting, so that the weldability to the work material can be reduced by configuring it with an Al 2 O 3 layer. Is possible.
  • the aluminum oxide layer means that it contains at least Al 2 O 3 as a part thereof (which is regarded as an Al 2 O 3 layer if it is contained in an amount of 50% by mass or more).
  • ZrO 2 , Y 2 O 3 (it can be considered that Zr or Y is added to Al 2 O 3 ) or the like.
  • impurities such as chlorine, carbon, boron, and nitrogen may be included.
  • the Al 2 O 3 layer includes a case where the entire composition excluding impurities is Al 2 O 3 .
  • the crystal structure of Al 2 O 3 contained in the Al 2 O 3 layer should not be particularly limited. For example, ⁇ -Al 2 O 3 , ⁇ -Al 2 O 3 , ⁇ -Al 2 O 3 and amorphous state A state in which Al 2 O 3 is contained and these are mixed is also included.
  • the aluminum oxide layer preferably has an average film thickness of 0.5 to 4 ⁇ m. If the average film thickness is less than 0.5 ⁇ m, the welding resistance may be insufficient.
  • the average film thickness of the aluminum oxide layer is more preferably 0.6 ⁇ m or more, and even more preferably 0.7 ⁇ m or more.
  • the upper limit of the average film thickness of the aluminum oxide layer is 4 ⁇ m, preferably 3.7 ⁇ m or less, and more preferably 3.5 ⁇ m or less. Even if the average film thickness of the aluminum oxide layer exceeds 4 ⁇ m, there is a large difference in the effect of improving the welding resistance, which may be economically disadvantageous.
  • the inner layer is a Group 4 element (Ti, Zr, Hf, etc.), Group 5 element (V, Nb, Ta, etc.), Group 6 element (Cr, Mo, W, etc.) of the periodic table ),
  • a layer formed of a compound composed of at least one element selected from the group consisting of Al, Si and B and at least one element selected from the group consisting of carbon, nitrogen, oxygen and boron It is preferable to include one or more layers. By including such a layer, various properties such as wear resistance can be improved, and adhesion between the inner layer and the substrate can be improved.
  • the compounds for example TiC, TiN, TiCN, TiCNO, TiB 2, TiBN, TiBNO, TiCBN, Ti 2 O 3, TiZrCN, ZrC, ZrO 2, HfC, HfN, TiAlN, AlCrN, CrN, VN, Examples thereof include TiSiN, TiSiCN, AlTiCrN, TiAlCN, ZrCN, ZrCNO, AlN, AlCN, ZrN, and TiAlC.
  • the inner layer preferably has an average film thickness of 0.5 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less, and the upper limit thereof is more preferably 18 ⁇ m, further preferably 15 ⁇ m, and the lower limit thereof is more preferably 2 ⁇ m, and further preferably 3 ⁇ m. It is. If the average film thickness of the inner layer is less than 0.5 ⁇ m, the effect of welding resistance is insufficient, and if it exceeds 20 ⁇ m, there is no significant difference in the effect, which may be economically disadvantageous.
  • the outer layer includes a multilayer structure in which three or more layers are stacked. Further, each layer constituting the multilayer structure contains titanium.
  • the outer layer is a layer formed on the inner layer as described above, and it is possible to extremely effectively reduce the welding of the work material on the surface of the surface-coated cutting tool by the multilayer structure.
  • the surface-coated cutting tool according to the present embodiment relaxes stress applied to the surface-coated cutting tool at the time of cutting by a multilayer structure of three or more outer layers and peels relatively easily. Can be prevented from welding. When the welding of the work material is prevented, the coating (inner layer) is prevented from being destroyed as a result, and excellent wear resistance can be obtained. At the same time, it is possible to prevent the state of the processed surface of the work material from being deteriorated.
  • each layer constituting the multilayer structure of the outer layer contains titanium.
  • the composition should not be limited in principle.
  • the outer layer is selected from the group consisting of Ti and at least one element selected from the group consisting of carbon, nitrogen, oxygen and boron, and in some cases the compound is selected from the group consisting of Zr, Cr and Hf.
  • a layer formed of a compound to which at least one kind of element added is added. Examples of such compounds include TiN, TiCN, TiBN, TiCNO, TiZrN, TiZrCrN, and TiC.
  • Each layer of the outer layer can be uniformly coated even if it is a thin film by containing titanium.
  • the outer layer preferably includes a titanium carbide layer (hereinafter may be referred to as “TiC layer”) and a titanium nitride layer (hereinafter may be referred to as “TiN layer”). That is, the outer layer is preferably laminated with three or more layers including the TiC layer and the TiN layer. This is because, in addition to the above-described effects of the outer layer, excellent heat resistance and a thermal expansion coefficient reduction effect can be provided.
  • TiC layer titanium carbide layer
  • TiN layer titanium nitride layer
  • the outer layer is more preferably a layer in contact with the Al 2 O 3 layer is TiC layer.
  • the TiC layer has a characteristic that it is easily oxidized. If the TiC layer is formed in contact with the Al 2 O 3 layer, TiC is oxidized during film formation, and voids are easily formed at the interface. As will be described later, the adhesion strength between the outer layer and the inner layer can be effectively reduced by the voids, and the outer layer can be peeled off very easily during the cutting process.
  • the outer layer can be configured to include a multilayer structure in which, for example, a TiC layer, a TiN layer, and a TiC layer are stacked in this order from the side in contact with the Al 2 O 3 layer.
  • the outer layer may have a multilayer structure of 3 layers or more, preferably 3 to 5 layers.
  • the upper limit of the number of layers in the multilayer structure should not be particularly limited, but it is preferable that the upper limit is 7 layers. Even if the outer layer is formed to exceed seven layers, there is no great difference in the effect of improving the welding resistance, which may be economically disadvantageous.
  • the outer layer preferably has an average film thickness of the whole multilayer structure of 0.1 ⁇ m or more and 2 ⁇ m or less, the upper limit is more preferably 1.5 ⁇ m, still more preferably 1 ⁇ m, and the lower limit is more preferably 0. .2 ⁇ m, more preferably 0.3 ⁇ m. If the average film thickness of the entire multilayer structure is less than 0.1 ⁇ m, the effect of the outer layer described above is insufficient, and even if it exceeds 2 ⁇ m, there is no significant difference in the effect, which may be economically disadvantageous.
  • the average film thickness of each layer constituting the multilayer structure is preferably 0.05 ⁇ m or more and 1 ⁇ m or less, and the upper limit thereof is more preferably 0.8 ⁇ m, further preferably 0.6 ⁇ m, and the lower limit is more preferable. Is 0.1 ⁇ m, more preferably 0.2 ⁇ m. If the average film thickness of each layer is less than 0.05 ⁇ m, the effect obtained by forming a multilayer structure is insufficient, and if it exceeds 1 ⁇ m, there is no significant difference in the above-described effects, which may be economically disadvantageous. is there.
  • Confirmation of the composition of each layer constituting the inner layer and the outer layer can be performed by the same method as the above-described method for measuring the composition of the substrate. That is, an observation polished surface is prepared on a substrate covered with a coating. Elemental analysis was performed by observing at an magnification of 5000 times using EDX at any five locations (5 visual fields) of the coating portion of the observation polished surface, and the average of the values of the above 5 visual fields for each element. By calculating the value, the average value can be the above composition.
  • arbitrary five places (five fields of view) of the film portion are set for each layer constituting the film. Since the interface of each layer appears on the polishing surface for observation, it is possible to grasp the positional relationship of each layer, thereby making it possible to set arbitrary five locations (five fields of view) for each layer.
  • the film thickness of each layer constituting the coating, the inner and outer layers constituting the coating, the Al 2 O 3 layer and the multilayer structure of the outer layer can be measured by observing with a scanning electron microscope (SEM). . Specifically, first, at the flank of the base material coated with at least the coating, it is cut along a plane parallel to the normal to expose the cross section. Subsequently, a polishing surface for observation is produced by polishing at least a portion of the coating (cross-section of the coating) in the exposed cross section. When measuring the film thickness of the coating, the inner and outer layers constituting the coating, and the Al 2 O 3 layer on this observation polished surface, the thickness of each layer constituting the outer layer is measured at a magnification of 5000 times.
  • each of the five observation polishing surfaces (5 visual fields) is observed using an SEM, and the value is obtained. Finally, by obtaining the average value of the values of the five fields of view, the average value can be used as the average film thickness.
  • a conventionally well-known method can be used about grinding
  • the coating cross-section can be polished by the same method as the above-described method for measuring the composition of the substrate, that is, a method using ion milling.
  • the conditions for the ion milling process are, for example, as follows. Accelerating voltage: 6kV Irradiation angle: 0 to 5 ° from the normal direction of the base flank Irradiation time: 6 hours.
  • observation polished surface of the smoothed film may be observed by SEM as described above.
  • the coating preferably includes a plurality of voids at the interface between the inner layer and the outer layer.
  • the average diameter of the voids is 10 nm or more and 100 nm or less.
  • the voids have a density of 0.1 to 2 / ⁇ m in the cross section of the film cut along a plane parallel to the normal to the flank of the substrate.
  • These voids are included in the interface between the inner layer and the outer layer at a predetermined density by controlling the film forming conditions as in the method of manufacturing a surface-coated cutting tool described later and having a predetermined range of average diameter. It will be.
  • the surface-coated cutting tool according to this embodiment can effectively reduce the adhesion strength between the outer layer and the inner layer by including such a gap, and can peel the outer layer very easily during the cutting process. .
  • the interface includes a plurality of voids
  • the presence of voids on the interface causes the interface to disappear at locations where the voids exist.
  • the interface includes a plurality of voids” on the premise of an interface that would exist if the void did not exist, and will be described below.
  • the voids preferably have an average diameter of 20 nm or more and 80 nm or less. If the average diameter of the voids is less than 10 nm, the effect of effectively reducing the adhesion strength between the outer layer and the inner layer becomes insufficient. If the average diameter of the voids exceeds 100 nm, the outer layer may be peeled off before the outer layer is effectively peeled off during cutting.
  • the voids more preferably have a density of 0.3 to 1.8 / ⁇ m in the cross section of the coating cut along a plane parallel to the normal to the flank of the substrate. If the density of the voids is less than 0.1 / ⁇ m, the effect of effectively reducing the adhesion strength between the outer layer and the inner layer becomes insufficient. If the density of the voids exceeds 2 / ⁇ m, the outer layer may be peeled off before the outer layer is effectively peeled off during cutting.
  • the average diameter and density of the voids can be measured by observing with SEM in the same manner as the method for measuring the film thickness of the coating film, inner layer, outer layer and the like described above.
  • An observation polishing surface for measuring the film thickness of the coating described above is prepared, and this is measured using an SEM at a magnification of 20000 times at any five locations (5 fields of view) on the observation polishing surface.
  • each visual field includes an interface between the outer layer and the inner layer.
  • the average diameter of the voids can be determined for every field of view from all voids having a diameter of 10 nm or more, and the average value can be used as the average diameter of the voids.
  • the density of the voids can be obtained by counting the number of voids used for obtaining the average diameter and obtaining the density for each field of view, and taking the average value as the void density.
  • the voids when measuring the average diameter and density of the voids, if even a small part of the voids are included in the interface between the inner layer and the outer layer, the voids are targets for measuring the average diameter and density. Include.
  • the diameter of the gap is calculated by measuring the minor axis when it is an ellipse.
  • the surface roughness Ra of the blade edge portion is preferably 0.1 ⁇ m or less.
  • the inventors of the present invention for example, after coating the substrate with a coating as will be described later, smoothing the surface under specific conditions, thereby achieving an extremely smooth surface roughness Ra on the cutting edge portion.
  • the surface-coated cutting tool particularly improves the welding resistance while maintaining the conventional wear resistance.
  • the “blade edge portion” refers to a portion composed of a blade edge ridge line where the rake face and the flank face intersect each other and a region near the edge edge line.
  • the vicinity region of the cutting edge ridge line refers to a region sandwiched between a virtual line passing through a point 50 ⁇ m away from the cutting edge ridge line along the cutting edge ridge line and the cutting edge ridge line on each of the rake face and the flank face.
  • the “blade edge line portion” of the base material and the base material of the base material described above refers to a portion corresponding to the above “blade edge portion” on the base material.
  • the cutting edge ridge line is explained on the assumption of the cutting edge ridge line in a state before the surface treatment such as honing treatment or negative land treatment is applied to the cutting edge ridge line portion of the base as described above. Is done. This is because if these surface treatments are performed, the edge of the cutting edge as a line disappears, and it becomes difficult to clearly determine the range of the cutting edge portion. Therefore, when a surface treatment is applied to the surface-coated cutting tool, a line formed by intersecting the rake face and the flank face virtually is regarded as the edge edge line of the cutting edge portion. The range shall be determined.
  • the surface roughness Ra of the blade edge part is more preferably 0.08 ⁇ m or less. Furthermore, it is most preferable that it is 0.06 micrometer or less.
  • the lower limit value of the surface roughness Ra of the cutting edge is ideally 0 ⁇ m. When the surface roughness Ra of the blade edge portion exceeds 0.1 ⁇ m, the effect becomes insufficient when considering particularly excellent welding resistance.
  • the surface roughness Ra of the blade edge part can be measured using an atomic force microscope (AFM) by conforming to JIS R 1683: 2007 based on the terms used in JIS B 0601: 2013 and their definitions.
  • An area of 10 ⁇ m ⁇ 10 ⁇ m is set at any 10 positions on the blade edge, and the surface shape of each area is measured by scanning the AFM probe, and the average value of the measured surface roughness Ra at 10 positions is calculated. Can be determined.
  • the value that the surface roughness Ra of the blade edge portion is 0.1 ⁇ m or less is achieved by, for example, subjecting the blade edge portion to a smoothing process described later after the coating is formed on the substrate.
  • the method for obtaining the cutting edge portion having a surface roughness Ra of 0.1 ⁇ m or less should not be limited to the smoothing process as long as the value is achieved.
  • the surface-coated cutting tool according to the present embodiment prepares a base material having the above-described configuration by combining conventionally known methods, and appropriately controls film forming conditions and the like, and coats the base material with the above-described coating film. Can be manufactured. In particular, it is preferable to perform a smoothing treatment under predetermined conditions after the substrate is coated with the above-described coating.
  • a method for manufacturing the surface-coated cutting tool will be described.
  • a raw material powder for a substrate having a composition as described later is prepared.
  • cobalt is 7.5 to 10.5% by mass
  • the first metal carbide is 2 to 6% by mass
  • the composition is such that tungsten carbide and inevitable impurities are the balance.
  • the type of first metal and the type and content of inevitable impurities are as described above.
  • the blend obtained by the blending described above is wet mixed.
  • a conventionally known method can also be used for wet mixing.
  • the raw material powder for cemented carbide can be prepared by wet-mixing for about 6 hours using a commercially available wet attritor apparatus.
  • the raw material powder for cemented carbide is put into a predetermined mold and press-molded by a conventionally known method.
  • press molding can be performed using a commercially available press apparatus at a pressure of 20 to 50 kPa.
  • the press-molded molded body is sintered.
  • a conventionally known method can be used for this sintering.
  • the cemented carbide is sintered.
  • the body can be made.
  • the base material which consists of a cemented carbide alloy can be prepared.
  • the raw material powder for cemented carbide and the base material have the same composition.
  • a honing process or a negative land process can be performed with respect to the blade edge ridgeline part of the said base material as another process.
  • the surface-coated cutting tool can be suitably manufactured by coating a coating on the base material made of the above cemented carbide by a CVD method.
  • the coating is formed in the order of the inner layer and the outer layer.
  • these layers can be formed by a conventionally known method.
  • the thicknesses of the Al 2 O 3 layer and other layers can be adjusted by appropriately adjusting the film formation time (the film formation rate of each layer is about 0.5 to 2 ⁇ m / hour).
  • the inner layer can be formed by the following method using, for example, a CVD method. That is, a TiCN layer is formed on the substrate by a known method with or without another layer, and a TiCNO layer is formed on the surface of the TiCN layer. Furthermore, by introducing the raw material gas described later to oxidize the surface of the TiCNO layer, nucleation of ⁇ -Al 2 O 3 crystal grains is performed, and subsequently the growth of Al 2 O 3 crystal grains is promoted. Then, an Al 2 O 3 layer is formed.
  • a CVD method That is, a TiCN layer is formed on the substrate by a known method with or without another layer, and a TiCNO layer is formed on the surface of the TiCN layer. Furthermore, by introducing the raw material gas described later to oxidize the surface of the TiCNO layer, nucleation of ⁇ -Al 2 O 3 crystal grains is performed, and subsequently the growth of Al 2 O 3 crystal grains is promoted. Then, an Al 2 O 3 layer is formed.
  • the amounts of various gases blended into the raw material gas when forming the Al 2 O 3 layer are 1.3 to 2.5% by volume for AlCl 3 , 2 to 6% by volume for HCl, and 0 for H 2 S. .2 to 2% by volume, CO 2 is 0.6 to 6% by volume, and the balance is H 2 .
  • the furnace temperature of the CVD apparatus is 950 to 1050 ° C., and the furnace pressure is 5 to 150 hPa.
  • the Al 2 O 3 layer is preferably formed to have an average film thickness of 0.5 to 4 ⁇ m.
  • the outer layer can be formed by forming a film by the CVD method following the formation of the inner layer. After formation of this time the Al 2 O 3 layer, it is preferred to introduce the mixed gas consisting of two components of hydrogen and carbon dioxide in the Al 2 O 3 layer on. As a result, a very small amount of moisture can be contained on the Al 2 O 3 layer, and voids having the above average diameter and density can be present in the interface region with the outer layer to be subsequently formed.
  • the outer layer is formed as a laminated structure of three or more layers. Further, each layer constituting the multilayer structure contains titanium. In particular, in forming the outer layer, it is preferable to stack three or more layers including the TiC layer and the TiN layer. Furthermore, it is more preferable that the outer layer is a TiC layer that is in contact with the Al 2 O 3 layer in the inner layer. For example, a layer in contact with the Al 2 O 3 layer is a TiC layer, a TiN layer is laminated on the TiC layer, and one type selected from TiCN, TiBN, TiCNO, TiZrN, TiZrCrN, and TiC is formed on the TiN layer as an outermost layer. It can be set as the outer layer of the three-layer structure. However, if the outer layer has a multilayer structure of three or more layers, it may be four layers, five layers, or more.
  • Each outer layer can be formed by a conventionally known method.
  • the thickness of each layer can be adjusted by appropriately adjusting the film formation time (the film formation speed of each layer is about 0.5 to 2 ⁇ m / hour).
  • the film formation speed of each layer is about 0.5 to 2 ⁇ m / hour.
  • a smoothing process can be performed with respect to the blade edge
  • brush processing can be performed as smoothing processing.
  • a surface-coated cutting tool coated with a diamond paste having an average particle diameter of 10 ⁇ m or less with respect to the cutting edge portion is 0.2 at a speed of about 15 to 50 rpm with the through hole at the center of the rake face as the axis center. It can be carried out by rubbing the blade edge part with a nylon brush while rotating about an minute, and then air cooling. In the smoothing process of this embodiment, this operation is preferably repeated 3 to 5 times.
  • tip part can be 0.1 micrometer or less. That is, in each of the rake face and the flank face, the surface roughness Ra of the region sandwiched between the virtual line passing through the point 50 ⁇ m away from the cutting edge ridge line along the cutting edge ridge line and the cutting edge ridge line is extremely smooth with 0.1 ⁇ m or less. It is possible to make it an area.
  • the smoothing process as long as the surface roughness Ra of the blade edge portion can be 0.1 ⁇ m or less, in addition to the brushing process, various types of blasting processes (sandblasting process, shot peening process, etc.) widely known in the past are performed. You may apply.
  • each layer constituting the coating is formed by CVD unless otherwise specified, and the conditions are as shown in Table 1 below.
  • source gas composition refers to the composition of the gas used when forming each layer by the CVD method
  • temperature and pressure refer to the temperature and pressure at that time.
  • TiN lowermost layer
  • TiN other than the lowermost layer
  • MT-TiCN refers to a case where a TiCN layer (hereinafter referred to as “MT-TiCN layer”) is formed at a relatively low deposition temperature (850 to 900 ° C.).
  • the ⁇ -Al 2 O 3, layer composed of Al 2 O 3 having a kappa type crystal structure shows the formation conditions of, alpha-Al 2 O 3 represents a condition for forming a layer composed of Al 2 O 3 having an ⁇ -type crystal structure (hereinafter referred to as “ ⁇ -Al 2 O 3 layer”).
  • sample no In order to prepare base materials corresponding to 1 to 11, nine kinds of raw material powders for cemented carbide were prepared by the above-described method, and these were pressed at a pressure of 35 kPa, followed by 1450 ° C. for 1 hour in a vacuum atmosphere. By sintering under the conditions of Sample No. Base materials for base materials corresponding to 1 to 11 were prepared. Further, the edge edge portion of the base material is subjected to blade edge processing by SiC brush honing treatment, and a radius (R) having a radius of about 50 ⁇ m is applied to the intersection of the rake face and the flank face, thereby CNMG120408 (JIS B 4120: 2013) Sample No. having the same shape as the shape of the cutting tool. Substrates (made of cemented carbide) corresponding to 1 to 11 were prepared. Sample No. The compositions of the substrates 1 to 11 are as shown in Table 2, respectively.
  • sample no. 1 is composed of 8% by mass of Co, 3.4% by mass of TiC, 1.0% by mass of TaC, 1.5% by mass of NbC, the balance of WC and inevitable impurities (inevitable) The impurities are not shown in Table 2).
  • Sample No. The carbide crystals contained in the base materials 1 to 11 are all cubic. In this example, sample No. Four each of the substrates 1 to 11 were prepared.
  • sample No. A TiN layer, an MT-TiCN layer, a TiCNO layer, and an Al 2 O 3 layer (layers in contact with the outer layer) are formed in order as inner layers on the entire surface of the base materials 1 to 11 according to the formation conditions of each layer described in Table 1. did.
  • the film structure and film thickness of each layer constituting the inner layer are as shown in Table 3.
  • sample No. About 1 and 3 after the formation of the Al 2 O 3 layer, by introducing a mixed gas comprising hydrogen and carbon dioxide to the the Al 2 O 3 layer on the very small amount of moisture the Al 2 O 3 layer on the Included.
  • the temperature in the CVD apparatus when the mixed gas is introduced is 1000 ° C., and the pressure is 10 kPa.
  • sample No. Table 4 shows the brush processing time (per time) and the number of times applied to the cutting edge portions 1 to 11.
  • Sample No. obtained as described above was obtained.
  • Four surface-coated cutting tools 1 to 11 are prepared for each sample. Of these, sample no. For each one of 1 to 11, the surface roughness Ra was measured using AFM for the cutting edge. The measuring method is as described above.
  • sample No. The average diameter and density of a plurality of voids existing along the interface region between the inner layer and the outer layer were determined for each one of 1 to 11 using the measurement method described above. Sample No. Abrasion resistance was evaluated for each of the other 1 to 11 pieces, and the remaining one piece was evaluated for welding resistance. The wear resistance and welding resistance were evaluated according to the following conditions. Based on the test.
  • Table 4 shows the evaluation results of the surface roughness Ra, the wear resistance and the welding resistance of the cutting edge portion by AFM.
  • the surface roughness Ra indicates that the smaller this value is, the smoother the surface is, which contributes to improvement in welding resistance.
  • the flank wear amount (Vb) after cutting for 20 minutes was measured. It represents that it is excellent in abrasion resistance, so that the value of Vb is small.
  • the welding state of the blade edge part after cutting for 5 minutes was observed.
  • the expression “no welding” in the evaluation of welding resistance means that neither welding nor chipping occurred, and the expression “slightly welded” indicates that a slight amount of welding was confirmed.
  • the performance rank indicated by symbol A in Table 4 is defined as follows.
  • sample No. 1 in which a mixed gas composed of hydrogen and carbon dioxide was introduced onto the Al 2 O 3 layer during the film production process.
  • Samples 1, 3 and 2, 6 and 7 were suitable for the surface roughness Ra, the average diameter and density of the voids, the outer layer film structure and the cobalt content of the substrate (hard metal). Abrasion and welding resistance were remarkably excellent.

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Abstract

表面被覆切削工具は、基材と、前記基材上であって、かつ少なくとも逃げ面の一部を被覆するように形成された被膜とを備え、前記被膜は、内層と、前記内層上に形成された外層とを含み、前記内層は、１以上の層からなり、その層のうち前記外層と接する層として酸化アルミニウム層を含み、前記外層は、３層以上積層された多層構造を有し、前記多層構造を構成する各層は、チタンを含む。

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。本出願は、２０１６年６月１４日に出願した日本特許出願である特願２０１６－１１７９３１号に基づく優先権を主張する。当該日本特許出願に記載されたすべての記載内容は、参照によって本明細書に援用される。
　表面被覆切削工具に対しては、従来から基材の表面を被膜で被覆することにより、切削加工時の熱によって発生するクレータ摩耗、塑性変形などから保護するとともに、更なる耐摩耗性、靭性などの諸特性を向上させる開発がなされてきた。被膜としては、高温での切削特性を改善する目的で、周期律表の第４族金属の炭化物、窒化物および炭窒化物（ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮなど）が汎用されている。さらに、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）を含む層も、Ａｌ2Ｏ3が化学的に安定であり被削材と溶着することがほとんどないことから、この種の基材を被覆する被膜として汎用されている。
　特開２００８－１３２５４７号公報（特許文献１）では、耐溶着性を高める目的で、被膜の最外層の密着強度を低くした表面被覆切削工具が提案されている。特開２０１２－２１３８５３号公報（特許文献２）では、被膜の形成後に表面処理を施すことにより、すくい面の表面粗さＲａを０．１２μｍとし、かつ圧縮残留応力を付与して靱性を高めた表面被覆切削工具が提案されている。
特開２００８－１３２５４７号公報 特開２０１２－２１３８５３号公報
　本開示の一態様に係る表面被覆切削工具は、基材と、前記基材上であって、かつ少なくとも逃げ面の一部を被覆するように形成された被膜とを備えた表面被覆切削工具であって、前記被膜は、内層と、前記内層上に形成された外層とを含み、前記内層は、１以上の層からなり、その層のうち前記外層と接する層として酸化アルミニウム層を含み、前記外層は、３層以上積層された多層構造を含み、前記多層構造を構成する各層は、チタンを含む。
　［本開示が解決しようとする課題］
　しかしながら、特許文献１に記載の表面被覆切削工具は、逃げ面とすくい面とが交差する部分である刃先稜線と、該刃先稜線の近傍領域とからなる刃先部において表面が粗く、耐溶着性を改善する余地があった。さらに、特許文献２に記載の表面被覆切削工具についても、すくい面の表面粗さＲａが改善されたものの、耐溶着性が不十分であった。したがって、未だ所望される耐溶着性を実現することには至っておらず、その開発が切望されている。
　本開示は、上記実情に鑑みなされ、耐溶着性が著しく改善された表面被覆切削工具を提供することを目的とする。
　［本開示の効果］
　上記によれば、耐溶着性が著しく改善された表面被覆切削工具を提供することができる。
　［本願発明の実施形態の説明］
　本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討を重ね、本発明に到達した。すなわち、被膜の外層の構造を３層以上積層した多層構造とし、該多層構造を構成する各層にチタンを含ませることにより、切削加工時に表面被覆切削工具にかかる応力を緩和させ、耐溶着性を高めた。
　以下、最初に本発明の実施態様を列記して説明する。
　［１］本発明の一態様に係る表面被覆切削工具は、基材と、上記基材上であって、かつ少なくとも逃げ面の一部を被覆するように形成された被膜とを備えた表面被覆切削工具であって、上記被膜は、内層と、上記内層上に形成された外層とを含み、上記内層は、１以上の層からなり、その層のうち上記外層と接する層として酸化アルミニウム層を含み、上記外層は、３層以上積層された多層構造を含み、上記多層構造を構成する各層は、チタンを含む。このような構成の表面被覆切削工具は、耐溶着性を著しく改善させることができる。さらに、従来の表面被覆切削工具に備わる優れた耐摩耗性を維持することができる。もって優れた耐摩耗性と同時に優れた耐溶着性を備えることにより、長寿命が達成可能な表面被覆切削工具を提供することができる。
　［２］上記被膜は、上記内層と上記外層との界面に複数の空隙を含み、上記空隙は、その平均径が１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、かつその密度が、上記逃げ面に対する法線と平行な平面で切断した上記被膜の断面において０．１～２個／μｍであることが好ましい。これにより、さらに優れた耐溶着性を備えることができる。
　［３］上記表面被覆切削工具は、刃先部の表面粗さＲａが０．１μｍ以下であることが好ましい。これにより、優れた耐摩耗性を維持しながら、より優れた耐溶着性を備えることができる。
　［４］上記多層構造は、炭化チタン層および窒化チタン層を含むことが好ましい。熱膨張率が低い炭化チタン層により、コーティング後の引張応力を低減することができ、窒化チタン層により優れた耐熱性を備えることができる。
　［５］上記多層構造は、上記内層のうち上記外層と接する層である上記酸化アルミニウム層と接する層が炭化チタン層であることが好ましい。これにより、さらに優れた耐溶着性を備えることができる。
　［６］上記基材は、超硬合金からなり、上記超硬合金は、コバルトが７．５～１０．５質量％であり、第１金属の炭化物が２～６質量％であり、かつ炭化タングステンおよび不可避不純物が残部である組成を有し、上記第１金属は、周期律表の第４族元素、第５族元素および第６族元素からなる群より選ばれる１種以上の金属であることが好ましい。これにより、さらに優れた耐摩耗性を備えることができる。
　［７］上記内層のうち上記外層と接する層である上記酸化アルミニウム層は、平均膜厚が０．５～４μｍであることが好ましい。これにより、さらに優れた耐摩耗性および耐溶着性を備えることができる。
　［本願発明の実施形態の詳細］
　以下、本発明の実施形態についてさらに詳細に説明する。ここで、本明細書において「Ａ～Ｂ」という形式の表記は、範囲の上限下限（すなわちＡ以上Ｂ以下）を意味し、Ａにおいて単位の記載がなく、Ｂにおいてのみ単位が記載されている場合、Ａの単位とＢの単位とは同じである。
　さらに、本明細書において化合物などを化学式で表す場合、原子比を特に限定しないときは従来公知のあらゆる原子比を含むものとし、必ずしも化学量論的範囲のもののみに限定されるべきではない。たとえば「ＴｉＡｌＮ」と記載されている場合、ＴｉＡｌＮを構成する原子数の比はＴｉ：Ａｌ：Ｎ＝０．５：０．５：１に限られず、従来公知のあらゆる原子比が含まれる。このことは、「ＴｉＡｌＮ」以外の化合物の記載についても同様である。本実施形態において、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、ケイ素（Ｓｉ）、タンタル（Ｔａ）、クロム（Ｃｒ）などの金属元素と、窒素（Ｎ）、酸素（Ｏ）、炭素（Ｃ）などの非金属元素とは、必ずしも化学量論的な組成を構成している必要がない。
　≪表面被覆切削工具≫
　本実施形態に係る表面被覆切削工具は、基材と、該基材上であって、かつ少なくとも逃げ面の一部を被覆するように形成された被膜とを備える。このような基本的構成を有する表面被覆切削工具は、たとえばドリル、ドリル用刃先交換型切削チップ、エンドミル、エンドミル用刃先交換型切削チップ、フライス加工用または旋削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、タップおよびピンミーリング加工用刃先交換型切削チ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。
　＜基材＞
　基材は、この種の基材として従来公知のものであればいずれも使用することができる。基材は、たとえば超硬合金（たとえばＷＣ基超硬合金、ＷＣのほか、ＣｏおよびＮｉの両方またはいずれか一方を含み、あるいはＴｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｖなどの炭化物、窒化物、炭窒化物などを添加したものも含む）、サーメット（ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮなどを主成分とするもの）、高速度鋼、セラミックス（炭化チタン、炭化ケイ素、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウムおよびこれらの混合体など）、立方晶型窒化ホウ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超硬合金（特にＷＣ基超硬合金）またはサーメット（特にＴｉＣＮ基サーメット）を選択することが好ましい。これらの基材は、高温における硬度と強度のバランスに優れ、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している。基材としてＷＣ基超硬合金を用いる場合、その組織中に遊離炭素、ならびにη相またはε相と呼ばれる異常層などを含んでいてもよい。
　さらに基材は、その表面が改質されたものであっても差し支えない。たとえば超硬合金の場合、その表面に脱β層が形成されていたり、サーメットの場合に表面硬化層が形成されていたりしてもよく、これらのように表面が改質されていても所望の効果が示される。
　表面被覆切削工具が刃先交換型切削チップなどである場合、基材は、チップブレーカーを有するものも、有さないものも含まれる。基材の刃先稜線部（「刃先部」との用語の使い分けは後述する）の形状は、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を組み合わせたものの中で、いずれのものも含まれる。以下、本明細書ではこれらの表面処理が行われる前のものを特に「基材の母材」と記す場合がある。
　特に、本実施形態において基材は、超硬合金からなることが好ましい。この超硬合金は、コバルトが７．５～１０．５質量％であり、第１金属の炭化物が２～６質量％であり、かつ炭化タングステンおよび不可避不純物が残部である。第１金属は、周期律表の第４族元素、第５族元素および第６族元素からなる群より選ばれる１種以上の金属である。さらに、第１金属の炭化物の結晶は、立方晶系であることが好ましい。このような基材の構成により、上述の超硬合金の高温における硬度と強度のバランスに優れる特性が有効に発揮され、優れた耐摩耗性を備えることができる。
　超硬合金の組成において、コバルトの含有量が７．５質量％未満であると欠損しやすくなる傾向がある。コバルトの含有量が１０．５質量％を超えると、超硬合金の熱膨張係数が大きくなることにより、被膜の熱膨張係数との差が小さくなって応力を緩和する効果が不十分となる傾向がある。
　第１金属の炭化物の含有量が２質量％未満であると摩耗しやすくなる傾向がある。第１金属の炭化物の含有量が６質量％を超えると、被膜の熱膨張係数との差が小さくなって応力を緩和する効果が不十分となる傾向がある。第１金属として用いられる具体的な金属種には、周期律表の第４族元素（Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆなど）、第５族元素（Ｖ、Ｎｂ、Ｔａなど）、第６族元素（Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗなど）を挙げることができる。
　さらに第１金属の炭化物の具体例としては、ＴｉＣ、ＴａＣ、ＮｂＣ、ＺｒＣなどを挙げることができる。
　超硬合金の組成に含まれる不可避不純物とは、基材の製造上、その混入を避けることができない元素の総称をいう。不可避不純物として各元素の含有量はそれぞれ０～０．１質量％であり、各元素の総和（すなわち不可避不純物の含有量）は０～０．２質量％である。したがって、不可避不純物は超硬合金の組成に含まれていてもよく、含まれていなくてもよい。不可避不純物としては、アルミニウム、ケイ素、ホウ素、炭素、窒素、酸素、ホウ素などの元素が含まれる。
　本実施形態において超硬合金の組成、すなわち基材の組成は、電界放出型走査電子顕微鏡（ＦＥ－ＳＥＭ：Ｆｉｅｌｄ　Ｅｍｉｓｓｉｏｎ　Ｓｃａｎｎｉｎｇ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）を付帯したエネルギー分散型Ｘ線分析装置（ＥＤＸ：Ｅｎｅｒｇｙ　Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ　Ｘ－ｒａｙ　Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を用い、次のような測定手法により測定することができる。
　まず、基材（基材が被膜により被覆されている場合には、被膜で被覆された基材）を樹脂に埋め、基材の逃げ面の法線と平行な平面で切断し、その断面を露出させる。続いて、この露出させた断面を研磨することにより観察用研磨面を作製する。この観察用研磨面（基材が被膜により被覆されている場合には、観察用研磨面の基材部分）の任意の５か所（５視野）に対し、ＥＤＸを使用して３０００倍の倍率により観察して元素分析を行ない、その値を求める。最後に上記５視野の値の平均値をそれぞれの元素について求めることにより、超硬合金の組成を特定することができる。基材を埋める樹脂には、熱硬化性樹脂などを用いることができる。
　基材の断面の研磨については、従来公知の方法を用いることができる。たとえば、基材の断面を、アルゴンイオンを用いたイオンミーリング処理を行なうことにより、平滑化した観察用研磨面を得ることができる。Ａｒイオンによるイオンミーリング処理の条件は、たとえば以下のとおりである。
加速電圧：　６ｋＶ
照射角度：　基材の逃げ面の法線から０－５°
照射時間：　６時間。
　その後、上記の平滑化された基材の観察用研磨面を、ＦＥ－ＳＥＭを付帯したＥＤＸで解析すればよい。
　＜被膜＞
　被膜は、基材上であって、かつ少なくとも逃げ面の一部を被覆するようにして形成される。これにより被膜は、表面被覆切削工具に対して靭性および耐摩耗性などの特性を向上させることができる。被膜は、基材の全面を被覆するようにして形成されていることが好ましい。ただし、本実施形態では、少なくとも逃げ面の一部を被覆するように形成されていればよく、基材上のその他の領域において被膜により被覆されていない部分が含まれていても、本発明の範囲を逸脱するものではない。
　被膜は、内層と該内層上に形成された外層とを含む。被膜は、従来公知の化学蒸着（ＣＶＤ）法によって形成されてもよく、物理蒸着（ＰＶＤ）法によって形成されてもよいため、その形成方法は特に限定されるべきではない。しかしながら本実施形態において被膜は、内層および外層がともにＣＶＤ法により形成されることが好ましい。ＣＶＤ法は成膜温度が８００～１２００℃であってＰＶＤ法よりも高温のため、ＰＶＤ法と比較して被膜と基材との間の密着性、ならびに被膜を構成する各層同士の密着性に優れるからである。ただし、本実施形態において内層と外層との密着性については後述するように、意図的に低下させている。
　被膜は、２μｍ以上２５μｍ以下の平均膜厚を有することが好ましく、その上限がより好ましくは２０μｍであり、さらに好ましくは１８μｍであり、その下限がより好ましくは３μｍであり、さらに好ましくは４μｍである。被膜の平均膜厚が２μｍ未満では耐摩耗性を向上させる作用などが十分に示されない場合があり、被膜の平均膜厚が２５μｍを超えても上記作用に大差がなく、経済的に不利となる場合がある。
　（内層）
　内層は、後述の外層に対して基材側に形成された層であり、１以上の層からなる。したがって、内層のうち最も基材側に形成された層は、基材上に直接接するようにして形成されている。
　内層は、１以上の層からなり、その層のうち外層と接する層として酸化アルミニウム層（以下、「Ａｌ2Ｏ3層」と記す場合がある）を含む。後述のとおり、外層はその多層構造によって切削加工時に表面被覆切削工具にかかる応力を緩和することができ、かつ剥離しやすい特性を有する。このため表面被覆切削工具の内層のうち外層と接する層は、切削加工時に表面に露出することになるので、これをＡｌ2Ｏ3層で構成することにより被削材に対する溶着性を低減することが可能となる。
　ここで酸化アルミニウム層は、その一部として少なくともＡｌ2Ｏ3を含んでいること（５０質量％以上含まれていればＡｌ2Ｏ3層であるとみなす）を意味し、ＺｒＯ2、Ｙ2Ｏ3（Ａｌ2Ｏ3にＺｒまたはＹが添加されたとみることもできる）などを含むことができる。さらに、塩素、炭素、ホウ素、窒素などの不純物を含んでいてもよい。その一方で、Ａｌ2Ｏ3層は不純物を除く組成の全てがＡｌ2Ｏ3である場合も含まれる。Ａｌ2Ｏ3層に含まれるＡｌ2Ｏ3の結晶構造は、特に限定されるべきではなく、たとえばα－Ａｌ2Ｏ3、κ－Ａｌ2Ｏ3、γ－Ａｌ2Ｏ3およびアモルファス状態のＡｌ2Ｏ3が含まれ、これらが混在した状態も含まれる。
　酸化アルミニウム層は、平均膜厚が０．５～４μｍであることが好ましい。平均膜厚が０．５μｍ未満では、耐溶着性が不十分となる恐れがある。酸化アルミニウム層の平均膜厚は、より好ましくは０．６μｍ以上であり、さらに好ましくは０．７μｍ以上である。一方、酸化アルミニウム層の平均膜厚の上限は４μｍであり、好ましくは３．７μｍ以下であり、さらに好ましくは３．５μｍ以下である。酸化アルミニウム層の平均膜厚が４μｍを超えても、耐溶着性が向上する効果に大差がなくなり、経済的に不利となる場合がある。
　内層は、酸化アルミニウム層以外に、周期律表の第４族元素（Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆなど）、第５族元素（Ｖ、Ｎｂ、Ｔａなど）、第６族元素（Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗなど）、Ａｌ、Ｓｉ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、炭素、窒素、酸素およびホウ素からなる群より選ばれる少なくとも１種の元素とにより構成される化合物によって形成された層を１層以上含むことが好ましい。このような層を含むことにより、耐摩耗性などの諸特性が向上し、かつ内層と基材との密着性を向上させることができる。
　上記化合物の具体例としては、たとえばＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＣＮＯ、ＴｉＢ2、ＴｉＢＮ、ＴｉＢＮＯ、ＴｉＣＢＮ、Ｔｉ2Ｏ3、ＴｉＺｒＣＮ、ＺｒＣ、ＺｒＯ2、ＨｆＣ、ＨｆＮ、ＴｉＡｌＮ、ＡｌＣｒＮ、ＣｒＮ、ＶＮ、ＴｉＳｉＮ、ＴｉＳｉＣＮ、ＡｌＴｉＣｒＮ、ＴｉＡｌＣＮ、ＺｒＣＮ、ＺｒＣＮＯ、ＡｌＮ、ＡｌＣＮ、ＺｒＮ、ＴｉＡｌＣなどを挙げることができる。
　内層は、平均膜厚が０．５μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましく、その上限がより好ましくは１８μｍであり、さらに好ましくは１５μｍであり、その下限がより好ましくは２μｍであり、さらに好ましくは３μｍである。内層の平均膜厚が０．５μｍ未満では耐溶着性の効果が不十分となり、２０μｍを超えても該効果に大差がないため、経済的に不利となる場合がある。
　（外層）
　外層は、３層以上積層された多層構造を含む。さらに多層構造を構成している各層は、チタンを含む。外層は、上述のように内層上に形成された層であって、上記多層構造により表面被覆切削工具の表面に被削材が溶着することを極めて有効に低減することができる。
　すなわち本実施形態に係る表面被覆切削工具は、外層の３層以上の多層構造によって切削加工時に表面被覆切削工具にかかる応力を緩和するとともに、比較的容易に剥離するため、外層と被削材とが溶着することを防止することができる。被削材の溶着が防止されると結果的に被膜（内層）の破壊が防止され、もって優れた耐摩耗性を得ることが可能となる。同時に、被削材の加工面の状態を悪化させることも防止される。
　外層の多層構造を構成している各層は、チタンを含む。各層は、チタンを含む組成である限り、原則としてその組成が限定されるべきではない。たとえば外層は、Ｔｉと、炭素、窒素、酸素およびホウ素からなる群から選ばれる少なくとも１種の元素とにより構成される化合物、および場合によっては、この化合物にＺｒ、ＣｒおよびＨｆからなる群から選ばれる少なくとも１種の元素が添加された化合物によって形成される層とすることができる。このような化合物として、たとえばＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＢＮ、ＴｉＣＮＯ、ＴｉＺｒＮ、ＴｉＺｒＣｒＮ、ＴｉＣなどを挙げることができる。外層の各層は、チタンを含むことにより、薄膜であっても均一に被覆することができる。
　本実施形態において外層は、炭化チタン層（以下、「ＴｉＣ層」と記す場合がある）および窒化チタン層（以下、「ＴｉＮ層」と記す場合がある）を含むことが好ましい。すなわち、外層はＴｉＣ層およびＴｉＮ層を含んで３層以上積層されていることが好ましい。外層の上述した効果に加え、優れた耐熱性および熱膨張係数低減の効果を備えることができるからである。
　さらに外層は、Ａｌ2Ｏ3層と接する層がＴｉＣ層であることがより好ましい。ＴｉＣ層は酸化されやすい特性を有し、Ａｌ2Ｏ3層と接してＴｉＣ層を形成すれば、ＴｉＣが成膜時に酸化されることによって、その界面に空隙が形成されやすくなる。後述するように、この空隙によって外層と内層との密着強度を有効に低下させることができ、もって切削加工時において外層を極めて容易に剥離させることができる。
　したがって、本実施形態において外層はＡｌ2Ｏ3層と接する側から、たとえばＴｉＣ層、ＴｉＮ層、ＴｉＣ層の順に積層された多層構造を含むものとして構成することができる。ただし、外層の多層構造は３層以上であればよく、好ましくは３～５層である。多層構造の積層数の上限は特に限定されるべきはないが、７層を上限とすることが好ましい。外層を、７層を超えて形成しても耐溶着性が向上する効果に大差がなく、経済的に不利となる場合がある。
　さらに外層は、多層構造全体の平均膜厚が０．１μｍ以上２μｍ以下であることが好ましく、その上限がより好ましくは１．５μｍであり、さらに好ましくは１μｍであり、その下限がより好ましくは０．２μｍであり、さらに好ましくは０．３μｍである。多層構造全体の平均膜厚が０．１μｍ未満では上述した外層の効果が不十分となり、２μｍを超えても該効果に大差がないため、経済的に不利となる場合がある。
　多層構造を構成する各層の平均膜厚は、０．０５μｍ以上１μｍ以下であることが好ましく、その上限がより好ましくは０．８μｍであり、さらに好ましくは０．６μｍであり、その下限がより好ましくは０．１μｍであり、さらに好ましくは０．２μｍである。各層の平均膜厚が０．０５μｍ未満であれば、多層構造としたことにより得られる効果が不十分となり、１μｍを超えると、上述した効果に大差がないため、経済的に不利となる場合がある。
　内層および外層をそれぞれ構成する各層の組成の確認は、上述した基材の組成の測定方法と同じ方法により行なうことができる。すなわち、被膜により被覆されている基材に対して観察用研磨面を作製する。この観察用研磨面の被膜部分の任意の５か所（５視野）に対し、ＥＤＸを使用して５０００倍の倍率により観察して元素分析を行ない、それぞれの元素について上記５視野の値の平均値を求めることにより、その平均値を上記組成とすることができる。ここで上記被膜部分の任意の５か所（５視野）は、被膜を構成する各層ごとにそれぞれ設定される。上記観察用研磨面には各層の界面が現れているので、各層の位置関係を把握することができ、これにより各層ごとに任意の５か所（５視野）を設定することが可能となる。
　さらに、被膜、被膜を構成する内層および外層、Ａｌ2Ｏ3層ならびに外層の多層構造を構成する各層の膜厚は、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて観察することにより、測定することができる。具体的には、まず被膜が少なくとも被覆されている基材の逃げ面においてその法線と平行な平面で切断し、その断面を露出させる。続いて、この露出した断面のうち少なくとも被膜の部分（被膜断面）を研磨することにより観察用研磨面を作製する。この観察用研磨面に対し、被膜、被膜を構成する内層および外層、ならびにＡｌ2Ｏ3層の膜厚を測定する場合には５０００倍の倍率により、外層を構成する各層の膜厚を測定する場合には２００００倍の倍率により、それぞれ観察用研磨面の任意の５か所（５視野）をＳＥＭを用いて観察し、その値を求める。最後に上記５視野の値の平均値を求めることにより、その平均値を平均膜厚とすることができる。
　被膜断面の研磨については、従来公知の方法を用いることができる。たとえば被膜断面の研磨は、上述した基材の組成の測定方法と同じ方法、すなわちイオンミーリング処理を用いた方法により行なうことができる。イオンミーリング処理の条件は、たとえば以下のとおりである。
加速電圧：　６ｋＶ
照射角度：　基材の逃げ面の法線方向から０～５°
照射時間：　６時間。
　その後、平滑化された被膜の観察用研磨面をＳＥＭによって上述のとおりに観察すればよい。
　ここで、被膜の表面および被膜を構成する各層の界面をＳＥＭにより観察すれば、その多くが平滑面ではなく、凹凸を有する面であることが確認される。したがって、視野内において上記被膜断面に現れる被膜の表面に対応する外郭線、および各層の界面に対応する境界線も、多くが直線ではなく波状である。よって、被膜ならびに各層の膜厚を測定する場合、視野内における各線の最頂点と最底点との中点をまず決定する。さらにこの中点を通過し、かつ基材の表面（逃げ面）と平行となる仮想線をそれぞれ設定し、これを基準線とする。次いで、外郭線および境界線に対応する基準線を順次設定し、基準線同士の距離をそれぞれの膜厚とすることが望ましい。
　（内層と外層との界面の空隙）
　本実施形態において被膜は、内層と外層との界面に複数の空隙を含むことが好ましい。空隙は、その平均径が１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。さらに空隙は、その密度が基材の逃げ面に対する法線と平行な平面で切断した被膜の断面において０．１～２個／μｍである。これらの空隙は、後述する表面被覆切削工具の製造方法のように成膜条件を制御することにより、所定の範囲の平均径を有し、かつ所定の密度で内層と外層との界面に含まれることとなる。本実施形態に係る表面被覆切削工具は、このような空隙を含むことにより、外層と内層との密着強度を有効に低下させることができ、切削加工時において外層を極めて容易に剥離させることができる。
　ここで「界面に複数の空隙を含む」とは以下を意味する。すなわち、厳密に言えば、界面上に空隙が存在することにより、該空隙が存在する箇所において界面は消失することとなる。しかしながら、本明細書においては、該空隙が存在しなければ存在したであろう界面を前提に「界面に複数の空隙を含む」ものとし、以下、説明する。
　空隙は、より好ましくは平均径が２０ｎｍ以上８０ｎｍ以下である。空隙の平均径が１０ｎｍ未満であれば、外層と内層との密着強度を有効に低下させる作用が不十分となる。空隙の平均径が１００ｎｍを超えれば、切削加工時において外層を有効に剥離させる前に、外層が剥離してしまう恐れがある。
　空隙は、より好ましくは密度が、基材の逃げ面に対する法線と平行な平面で切断した被膜の断面において０．３～１．８個／μｍである。空隙の密度が０．１個／μｍ未満であれば、外層と内層との密着強度を有効に低下させる作用が不十分となる。空隙の密度が２個／μｍを超えれば、切削加工時において外層を有効に剥離させる前に、外層が剥離してしまう恐れがある。
　空隙の平均径および密度は、上述した被膜、内層および外層などの膜厚の測定方法と同じようにＳＥＭを用いて観察することにより、測定することができる。上記した被膜の膜厚を測定するための観察用研磨面を準備し、これに対しＳＥＭを用いて２００００倍の倍率により、観察用研磨面の任意の５か所（５視野）で測定する。ただし、上記５か所は各視野に外層と内層との界面が含まれるものとする。空隙の平均径は、１０ｎｍ以上の径を有する空隙すべてから視野毎に平均径を求め、その平均値を空隙の平均径とすることができる。空隙の密度は、上記平均径を求めるのに用いた空隙の個数を数えてその密度を視野毎に求め、その平均値を空隙の密度とすることができる。
　ここで本実施形態において、空隙の平均径および密度を測定するに際しては、空隙の一部が僅かでも内層と外層との界面に含まれる場合、その空隙は、平均径および密度を測定する対象に含めることとする。空隙の径は、楕円となっている場合は短径を測定することにより算出するものとする。
　＜刃先部＞
　（表面粗さＲａ）
　本実施形態に係る表面被覆切削工具は、刃先部の表面粗さＲａが０．１μｍ以下であることが好ましい。本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、たとえば後述するように基材を被膜により被覆した後に、その表面を特定の条件で平滑処理することにより、刃先部に極めて平滑な表面粗さＲａを備えさせた。これにより表面被覆切削工具が、従来から備わる耐摩耗性を維持しながら、耐溶着性が特に向上することを見出した。
　本明細書において、「刃先部」とは、すくい面と逃げ面とが交差する部分である刃先稜線と該刃先稜線の近傍領域とからなる部分をいう。ここで、刃先稜線の近傍領域とは、すくい面および逃げ面のそれぞれにおいて、刃先稜線に沿って該刃先稜線から５０μｍ離れた地点を通る仮想線と刃先稜線とで挟まれる領域を指す。さらに上述した基材および基材の母材の「刃先稜線部」とは、基材上における上記の「刃先部」に相当する部分を指す。
　ただし刃先稜線は、上述のように基材の刃先稜線部に対してホーニング処理またはネガランド処理などの表面処理が施された場合、これらの表面処理を施す前の状態の刃先稜線を前提にして説明される。これらの表面処理を施せば、線としての刃先稜線が消失してしまい、刃先部の範囲を明確に決定することが困難となるからである。したがって、表面被覆切削工具に表面処理が施されている場合、すくい面と逃げ面とを仮想的に延長させたときにこれらが交差して形成される線を、刃先稜線とみなして刃先部の範囲を決定するものとする。
　本実施形態において刃先部の表面粗さＲａは、０．０８μｍ以下であることがより好ましい。さらに、０．０６μｍ以下であることが最も好ましい。刃先部の表面粗さＲａの下限値は、理想的には０μｍである。刃先部の表面粗さＲａが、０．１μｍを超えると、特に優れた耐溶着性を考慮したときに、その効果が不十分となる。
　刃先部の表面粗さＲａは、ＪＩＳ　Ｂ　０６０１：２０１３で用いられる用語およびその定義に基づき、ＪＩＳ　Ｒ　１６８３：２００７に準拠することにより原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて測定することができる。刃先部の任意の１０箇所において１０μｍ×１０μｍの領域を設定し、それぞれＡＦＭの探針を走査して該領域の表面形状を測定し、測定した１０箇所の表面粗さＲａの平均値を算出することにより決定することができる。
　本実施形態において刃先部の表面粗さＲａが０．１μｍ以下という値は、基材上に被膜が形成された後にその刃先部に対し、たとえば後述する平滑処理が施されることにより達成される。ただし、表面粗さＲａが０．１μｍ以下となる刃先部を得る方法については、その値が達成される限り、上記平滑処理に限定されるべきではない。
　≪表面被覆切削工具の製造方法≫
　本実施形態に係る表面被覆切削工具は、従来公知の方法を組合せることにより上記構成の基材を準備し、かつ成膜条件などを適切に制御し、該基材を上記構成の被膜で被覆することにより製造することができる。特に、上記被膜で基材を被覆した後に、所定の条件により平滑処理を施すことが好ましい。以下、表面被覆切削工具の製造方法について説明する。
　＜基材の準備＞
　（原料粉末の配合および混合）
　まず、後述のとおりの組成を有する基材用原料粉末を準備する。初めに従来公知の配合方法により、コバルトが７．５～１０．５質量％となり、第１金属の炭化物が２～６質量％となり、炭化タングステンおよび不可避不純物が残部となる組成を満たすように配合する。第１金属の種類、ならびに不可避不純物の種類および含有量については、上述のとおりである。
　続いて、上述した配合により得た配合物を湿式混合する。湿式混合についても従来公知の方法を用いることができる。たとえば、市販されている湿式アトライタ装置を用いて６時間程度かけて湿式混合することにより、超硬合金用原料粉末を調製することができる。
　（プレス成型および焼結）
　次に、超硬合金用原料粉末を、所定の金型に投入して従来公知の方法によりプレス成型する。たとえば市販されているプレス装置を用い、２０～５０ｋＰａの圧力でプレス成型することができる。さらに、プレス成型された成型体を焼結する。この焼結についても従来公知の方法を用いることができ、上記成型体を従来公知の方法により１３５０～１５５０℃、０．５～２時間の条件で焼結することにより、超硬合金の焼結体を作製することができる。これにより、超硬合金からなる基材を準備することができる。ここで本実施形態において超硬合金用原料粉末と基材とは、同一の組成を有するものとする。
　（その他の工程）
　さらに、本実施形態に係る表面被覆切削工具の製造方法では、上記基材の刃先稜線部に対し、その他の工程としてホーニング処理またはネガランド処理を施すことができる。
　＜被膜による被覆＞
　表面被覆切削工具は、上記超硬合金からなる基材上に、ＣＶＤ法により被膜を被覆することによって好適に製造することができる。被膜は、内層、外層の順に成膜される。
　（内層の成膜）
　内層は、Ａｌ2Ｏ3層以外の他の層を形成する場合、それらの層を従来公知の方法で形成することができる。Ａｌ2Ｏ3層および他の層の厚みは、成膜時間を適宜調節することにより調整することができる（各層の成膜速度は、約０．５～２μｍ／時間である）。
　内層は、たとえばＣＶＤ法を用い、以下の方法によって形成することができる。すなわち、基材上に他の層を介して、または介さずに公知の方法でＴｉＣＮ層を形成し、このＴｉＣＮ層の表面にＴｉＣＮＯ層を形成する。さらに、後述する原料ガスを導入してＴｉＣＮＯ層の表面を酸化するとともに、α－Ａｌ2Ｏ3の結晶粒の核生成を行ない、続いてＡｌ2Ｏ3の結晶粒の粒成長を促すことにより、Ａｌ2Ｏ3層を形成する。
　たとえば、Ａｌ2Ｏ3層の形成時において原料ガスに配合される各種ガスの配合量は、ＡｌＣｌ3が１．３～２．５体積％、ＨＣｌが２～６体積％、Ｈ２Ｓが０．２～２体積％、ＣＯ2が０．６～６体積％であり、残部がＨ2である。このとき、ＣＶＤ装置の炉内温度を９５０～１０５０℃とし、炉内圧力を５～１５０ｈＰａとする。Ａｌ2Ｏ3層は、０．５～４μｍの平均膜厚を有するように成膜されることが好ましい。
　（外層の成膜）
　外層は、内層の成膜に引き続いてＣＶＤ法で成膜することにより形成することができる。このときＡｌ2Ｏ3層の形成後に、Ａｌ2Ｏ3層上に水素と二酸化炭素との２成分からなる混合ガスを導入することが好ましい。これによりＡｌ2Ｏ3層上にごく微量の水分を含ませることができ、もって引き続いて成膜する外層との界面領域に上述したような平均径および密度を有する空隙を存在させることができる。混合ガスにおけるＨ2とＣＯ2との比率は、Ｈ2：ＣＯ2＝７０：１～３０：１とすることが好ましい。
　外層は、３層以上の積層構造として成膜する。さらに、多層構造を構成している各層にはチタンを含ませる。特に外層の成膜では、ＴｉＣ層およびＴｉＮ層を含んで３層以上積層することが好ましい。さらに外層は、内層におけるＡｌ2Ｏ3層と接する層を、ＴｉＣ層とすることがより好ましい。たとえば、Ａｌ2Ｏ3層と接する層をＴｉＣ層とし、このＴｉＣ層上にＴｉＮ層を積層し、このＴｉＮ層上にＴｉＣＮ、ＴｉＢＮ、ＴｉＣＮＯ、ＴｉＺｒＮ、ＴｉＺｒＣｒＮ、ＴｉＣから選ばれる１種を最外層とした３層構造の外層とすることができる。もっとも、外層は３層以上の多層構造であれば、４層であっても５層であっても、それ以上であってもよい。
　外層は、その各層を従来公知の方法で形成することができる。各層の厚みは、成膜時間を適宜調節することにより調整することができる（各層の成膜速度は、約０．５～２μｍ／時間である）。これにより基材上に内層および外層からなる被膜により被覆された表面被覆切削工具を製造することができる。
　＜平滑処理＞
　さらに本実施形態においては、基材上に被膜が被覆された表面被覆切削工具の刃先部に対し、平滑処理を施すことができる。たとえば平滑処理としてブラシ処理を施すことができる。ブラシ処理は、たとえば刃先部に対して平均粒径が１０μｍ以下であるダイヤモンドペーストを塗布した表面被覆切削工具を、すくい面の中心の貫通孔を軸中心として１５～５０ｒｐｍ程度の速度で０．２分程度回転させながら、刃先部をナイロン製のブラシで擦り、その後空冷することにより行なうことができる。本実施形態の平滑処理では、この操作を３～５回繰り返すことが好ましい。これにより、刃先部の表面粗さＲａを０．１μｍ以下とすることができる。すなわち、すくい面および逃げ面のそれぞれにおいて、刃先稜線に沿って該刃先稜線から５０μｍ離れた地点を通る仮想線と、刃先稜線とで挟まれる領域の表面粗さＲａを０．１μｍ以下の極めて平滑な領域とすることができる。
　上記平滑処理に関しては、刃先部の表面粗さＲａを０．１μｍ以下とすることができる限り、ブラシ処理のほかに、従来から広く知られる各種のブラスト処理（サンドブラスト処理、ショットピーニング処理など）を適用してもよい。
　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。
　本実施例において、被膜（内層および外層）を構成する各層は特に断らない限りＣＶＤ法により形成し、その条件は以下の表１に示すとおりである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１中、「原料ガス組成」とはＣＶＤ法により各層を形成する際に用いたガスの組成をいい、「温度」および「圧力」とはその際の温度および圧力をいう。
　表１において、「ＴｉＮ（最下層）」とは、基材上に直接接するようにしてＴｉＮ層を形成する場合の条件を示し、「ＴｉＮ（最下層以外）」とは、それ以外の積層位置にＴｉＮ層を形成する場合の条件を示す。ＭＴ－ＴｉＣＮとは、比較的低い成膜温度（８５０～９００℃）でＴｉＣＮ層（以下、「ＭＴ－ＴｉＣＮ層」と記す）を形成する場合を示す。κ－Ａｌ2Ｏ3とは、κ型の結晶構造を有するＡｌ2Ｏ3で構成される層（以下、「κ－Ａｌ2Ｏ3層」と記す）の形成条件を示し、α－Ａｌ2Ｏ3とは、α型の結晶構造を有するＡｌ2Ｏ3（以下、「α－Ａｌ2Ｏ3層」と記す）で構成される層の形成条件を示す。
　＜基材の準備＞
　まず、試料Ｎｏ．１～１１に対応する基材を準備するため、上述した方法により９種の超硬合金用原料粉末を調製し、これらを３５ｋＰａの圧力でプレスし、続けて真空雰囲気中で１４５０℃、１時間の条件で焼結することにより、試料Ｎｏ．１～１１に対応する基材の母材をそれぞれ作製した。さらに、これらの母材の刃先稜線部に対しＳｉＣブラシホーニング処理により刃先処理を行ない、すくい面と逃げ面との交差部分に対して半径が約５０μｍのアール（Ｒ）を付与することにより、ＣＮＭＧ１２０４０８（ＪＩＳ　Ｂ　４１２０：２０１３）の切削工具の形状と同形状の試料Ｎｏ．１～１１に対応する基材（超硬合金製）を準備した。試料Ｎｏ．１～１１の基材の組成は、それぞれ表２に示すとおりである。
　たとえば、試料Ｎｏ．１の基材の組成は、８質量％のＣｏと、３．４質量％のＴｉＣと、１．０質量％のＴａＣと、１．５質量％のＮｂＣと、残部のＷＣおよび不可避不純物（不可避不純物については表２に示さず）とからなる。試料Ｎｏ．１～１１の基材に含まれる炭化物の結晶は、いずれも立方晶系である。本実施例においては試料Ｎｏ．１～１１の基材を、それぞれ４個ずつ準備した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　＜被膜による被覆＞
　（内層の形成）
　次に、試料Ｎｏ．１～１１の基材の全面に対し、表１に記載した各層の形成条件により、内層として順にＴｉＮ層、ＭＴ－ＴｉＣＮ層、ＴｉＣＮＯ層およびＡｌ2Ｏ3層（外層と接する層）をそれぞれ形成した。内層を構成する各層の膜構造および膜厚については表３に示すとおりである。
　（外層の形成）
　さらに引き続き、内層が形成された試料Ｎｏ．１～１１に対し、表１に記載した各層の形成条件により、表３に示すとおりの膜構造および膜厚となるように外層をそれぞれ形成した。本実施例は、後述するように試料Ｎｏ．１～８が実施例に該当し、試料Ｎｏ．９～１１が比較例に該当する。
　本実施例では特に、試料Ｎｏ．１および３について、Ａｌ2Ｏ3層の形成後において、このＡｌ2Ｏ3層上に水素と二酸化炭素とからなる混合ガスを導入することにより、Ａｌ2Ｏ3層上にごく微量の水分を含ませた。混合ガスにおける水素と二酸化炭素との体積比率は、Ｈ2：ＣＯ2＝５０：１である。さらに、この混合ガス導入時のＣＶＤ装置内の温度は１０００℃であり、圧力は１０ｋＰａである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　（平滑処理）
　最後に、外層が形成された試料Ｎｏ．１～１１の刃先部に対し、平滑処理としてブラシ処理を施した。このブラシ処理の条件は以下のとおりである。
刃先部への塗布物：　ダイヤモンドペースト（平均粒径１０μｍ以下）
回転速度：　５０ｒｐｍ
切り込み：　１．０ｍｍ
ブラシ素材：　ナイロン
処理後の空冷時間：　１分。
　さらに試料Ｎｏ．１～１１の刃先部に施したブラシ処理時間（１回あたり）および回数は、表４に示すとおりである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　＜試験の内容＞
　上記のようにして得られた試料Ｎｏ．１～１１の表面被覆切削工具は、試料毎に４個ずつ準備されている。このうち試料Ｎｏ．１～１１の各１個に対し、刃先部を対象にしてＡＦＭを用いて表面粗さＲａを測定した。測定方法は上述したとおりである。
　さらに試料Ｎｏ．１～１１の別の各１個に対し、内層と外層との界面領域に沿って存在する複数の空隙の平均径および密度を、上述した測定方法を用いて求めた。試料Ｎｏ．１～１１のまた別の各１個に対し耐摩耗性を評価し、残りの各１個に対し耐溶着性を評価した、耐摩耗性および耐溶着性の評価は、それぞれ以下の条件による切削試験に基づいて行なった。
　（耐摩耗性評価のための切削試験）
被削材：　ＳＣＭ４３５（ＪＩＳ）
切削速度：　２５０ｍ／分
送り：　０．３ｍｍ／ｒｅｖ．
切込み：　２．０ｍｍ
乾式／湿式：　湿式
切削時間：　２０分。
　（耐溶着性評価のための切削試験）
被削材：　ＳＣＭ４１５（ＪＩＳ）
切削速度：　８０ｍ／分
送り：　０．３ｍｍ／ｒｅｖ
切込み：　１．５ｍｍ
乾式／湿式：　湿式
切削時間：　５分。
　＜評価＞
　ＡＦＭによる刃先部の表面粗さＲａ、耐摩耗性および耐溶着性の評価結果をそれぞれ表４に示す。表面粗さＲａは、この値が小さいほど表面が平滑であり、耐溶着性の向上に寄与していることを表す。耐摩耗性の評価では、２０分切削後の逃げ面摩耗量（Ｖｂ）を測定した。Ｖｂの値が小さいほど、耐摩耗性に優れていることを表す。さらに耐溶着性の評価では、５分切削後の刃先部の溶着状態を観察した。表４中、耐溶着性の評価に関して「溶着なし」との表記は、溶着、チッピングがともになかったことを意味し、「若干溶着発生」との表記は、若干量の溶着が確認されたものの被削材の切削加工を継続することに支障のない範囲であり、かつチッピングが発生しなかったことを意味し、「溶着発生」との表記は、溶着が確認されたもののチッピングが発生しなかったことを意味し、「溶着、チッピング発生」との表記は、溶着、チッピングがともに発生したことを意味する。
　さらに表４中で記号Ａなどで示した性能ランクは、以下のように定義される。
Ａ：耐摩耗性および耐溶着性が非常に優れている（表面粗さＲａ＝０．１以下、Ｖｂ＝０．１６１以下、刃先の状態＝溶着なしであることの合計３項目のうちすべての項目を満たす）
Ｂ：耐摩耗性および耐溶着性が優れている（表面粗さＲａ＝０．１以下、Ｖｂ＝０．１６１以下、刃先の状態＝溶着なしであることの合計３項目のうち２項目を満たす）
Ｃ：耐摩耗性または耐溶着性が不十分である（表面粗さＲａ＝０．１以下、Ｖｂ＝０．１６１以下、刃先の状態＝溶着なしであることの合計３項目のうち２項目を満たすことができない）。
　表４から、実施例に該当する試料Ｎｏ．１～８の表面被覆切削工具はいずれも、比較例に該当する試料Ｎｏ．９～１１の表面被覆切削工具に比べ、表面粗さＲａ、耐摩耗性において同等または優れ、耐溶着性においては著しく優れていることが分かった。
　特に、被膜の作製過程でＡｌ2Ｏ3層上に水素と二酸化炭素とからなる混合ガスを導入した試料Ｎｏ．１、３、および試料２、６および７は、表面粗さＲａ、空隙の平均径および密度、外層の膜構造および基材（超硬合金）のコバルト含有量がいずれも好適であったため、耐摩耗性および耐溶着性が著しく優れていた。
　以上のように本発明の実施の形態および実施例について説明を行なったが、上述の各実施の形態および実施例の構成を適宜組み合わせることも当初から予定している。
　今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

Claims (7)

  1. 　基材と、前記基材上であって、かつ少なくとも逃げ面の一部を被覆するように形成された被膜とを備えた表面被覆切削工具であって、
    　前記被膜は、内層と、前記内層上に形成された外層とを含み、
    　前記内層は、１以上の層からなり、その層のうち前記外層と接する層として酸化アルミニウム層を含み、
    　前記外層は、３層以上積層された多層構造を含み、
    　前記多層構造を構成する各層は、チタンを含む、表面被覆切削工具。
  2. 　前記被膜は、前記内層と前記外層との界面に複数の空隙を含み、
    　前記空隙は、その平均径が１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、かつその密度が前記逃げ面に対する法線と平行な平面で切断した前記被膜の断面において０．１～２個／μｍである、請求項１に記載の表面被覆切削工具。
  3. 　前記表面被覆切削工具は、刃先部の表面粗さＲａが０．１μｍ以下である、請求項１または請求項２に記載の表面被覆切削工具。
  4. 　前記多層構造は、炭化チタン層および窒化チタン層を含む、請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の表面被覆切削工具。
  5. 　前記多層構造は、前記内層のうち前記外層と接する層である前記酸化アルミニウム層と接する層が炭化チタン層である、請求項１～請求項４のいずれか１項に記載の表面被覆切削工具。
  6. 　前記基材は、超硬合金からなり、
    　前記超硬合金は、コバルトが７．５～１０．５質量％であり、第１金属の炭化物が２～６質量％であり、かつ炭化タングステンおよび不可避不純物が残部である組成を有し、
    　前記第１金属は、周期律表の第４族元素、第５族元素および第６族元素からなる群より選ばれる１種以上の金属である、請求項１～請求項５のいずれか１項に記載の表面被覆切削工具。
  7. 　前記内層のうち前記外層と接する層である前記酸化アルミニウム層は、平均膜厚が０．５～４μｍである、請求項１～請求項６のいずれか１項に記載の表面被覆切削工具。
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