WO2018037648A1 - 表面被覆切削工具およびその製造方法 - Google Patents

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WO2018037648A1
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substrate
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layer
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今村　晋也
秀明 金岡
アノンサック パサート
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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    • C23C28/40—Coatings including alternating layers following a pattern, a periodic or defined repetition
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    • B23B2224/04—Aluminium oxide

Definitions

  • the present invention relates to a surface-coated cutting tool and a manufacturing method thereof.
  • This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2016-164781, which is a Japanese patent application filed on August 25, 2016. All the descriptions described in the Japanese patent application are incorporated herein by reference.
  • Patent Document 1 Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2013-244549
  • Patent Document 2 Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 6-07952
  • Patent Document 2 makes an effort to apply a compressive stress to the coating film by performing post-treatment on the coating film on the substrate. It is considered that the toughness of the coating can be improved by applying compressive stress, and the fracture resistance of the cutting tool is improved accordingly.
  • JP 2013-244549 A Japanese Patent Laid-Open No. 6-07952
  • a surface-coated cutting tool is a surface-coated cutting tool including a base material and a coating provided on the base material, wherein the base material is a cemented carbide or a cermet.
  • the rake surface includes a rake face, a flank face, and a rake face connecting the rake face and the flank face.
  • the oxygen concentration at a depth position of 0.4 ⁇ m from the blade edge surface is 1 atomic% or less.
  • the coating includes a hard layer, and the uppermost layer of the hard layers has a compressive stress having an absolute value of 1.5 GPa or more.
  • a method for manufacturing a surface-coated cutting tool is a method for manufacturing the above-described surface-coated cutting tool, which includes a step of preparing a base material precursor, and machining the surface of the base material precursor And a step of forming a base material, a step of forming a film including a hard layer on the base material, and a step of applying a compressive stress to the film.
  • the machining process includes a first grinding process in which a wet grinding process and a dry grinding process are alternately repeated, a second grinding process in which a low feed, low-cut wet grinding process is performed, or a first in which a dry grinding process is performed.
  • FIG. 1 is a perspective view illustrating an aspect of a surface-coated cutting tool.
  • 2 is a cross-sectional view taken along line XX in FIG.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating only the base material in the cross section of the cutting tool shown in FIG. 2.
  • FIG. 4 is a partially enlarged view of FIG.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating another shape of the blade edge surface.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating still another shape of the cutting edge surface.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating still another shape of the cutting edge surface.
  • an object of the present disclosure is to provide a surface-coated cutting tool having an extended life and a method for manufacturing the surface-coated cutting tool.
  • a surface-coated cutting tool is a surface-coated cutting tool including a base material and a coating formed on the base material, and the base material is cemented carbide or cermet.
  • the surface of the substrate includes a rake face, a flank face, and a rake face connecting the rake face and the flank face.
  • the oxygen concentration at a depth position of 0.4 ⁇ m from the blade edge surface is 1 atomic% or less
  • the coating includes a hard layer
  • the uppermost layer of the hard layers has an absolute value of 1.5 GPa or more. Compressive stress of
  • the coating containing a hard layer to which a large compressive stress is applied is likely to fall off from the base material, and therefore, it is difficult to achieve the long life expected from the applied compressive stress. I understood. Furthermore, as a result of intensive studies, the present inventors have found that unintended oxygen atoms have entered the vicinity of the blade edge surface of the base material, and this has caused a decrease in the adhesion between the base material and the coating film. I found it.
  • the concentration of oxygen atoms in the vicinity of the cutting edge surface is controlled to be lower than that of a conventional cutting tool.
  • the oxygen concentration at a depth position of 0.4 ⁇ m from the blade edge surface is 1 atomic% or less.
  • the oxygen concentration at a depth of 0.2 ⁇ m from the cutting edge surface is 10 atomic% or less. According to this surface-coated cutting tool, the adhesion between the substrate and the coating is further improved.
  • the uppermost layer has a compressive stress having an absolute value of 3.5 GPa or more. This further improves the wear resistance of the cutting tool.
  • the hard layer includes one or more first elements selected from the group consisting of Group 4 elements, Group 5 elements, Group 6 elements, Al and Si in the periodic table. , B, C, N, and O, a compound layer composed of one or more second elements selected from the group consisting of O, B, C, N, and O. Such a compound layer is suitable for improving the characteristics of the cutting tool.
  • the uppermost layer is a layer made of an oxide containing Al (Al oxide).
  • Al oxide oxide containing Al
  • the distortion of the cutting edge surface is 0.07 or less. Thereby, the peeling resistance of a film improves.
  • a method of manufacturing a surface-coated cutting tool is a method of manufacturing the surface-coated cutting tool, the step of preparing a base material precursor, and the surface of the base material precursor being machined And a step of processing to produce a base material, a step of forming a film on the base material, and a step of applying a compressive stress to the film.
  • the machining process includes a first grinding process in which a wet grinding process and a dry grinding process are alternately repeated, a second grinding process in which a low-feed low-cut wet grinding process is performed, or a dry grinding process.
  • One of the third grinding processes to be performed is a long life can be manufactured.
  • the inventors of the present invention thought that it was necessary to improve the adhesion between the coating and the base material to suppress the falling of the coating. However, many efforts have been made to improve the adhesion between the coating and the substrate. For this reason, the present inventors thought that the above-mentioned drop-off of the film could not be sufficiently suppressed by the conventional approach.
  • the present inventors decided to carry out the atomic level observation in addition to the conventional nano level observation regarding the surface-coated cutting tool in which the coating has fallen off. Specifically, in addition to the scanning electron microscope, the surface-coated cutting tool was observed using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). As a result, unintended oxygen atoms have entered the base material of the surface-coated cutting tool, and when the oxygen atoms are present at a high concentration in the base material, the film tends to fall off from the base material. I found out.
  • XPS X-ray photoelectron spectroscopy
  • a film is formed on the surface of a base material, which is carried out in a relatively severe environment. For this reason, it was initially assumed that oxygen atoms were supplied to the inside of the base material through a step of forming a film on the base material. However, in the cutting tool before having the coating, the above assumption was overturned because the entry of oxygen atoms was observed.
  • the “base material precursor” is a “base material” formed by chamfering the surface by machining to form a cutting edge. That is, the machining process is a process that is performed in order to impart suitability as a base material of a cutting tool to a base material precursor such as a sintered body.
  • a base material precursor such as a sintered body.
  • high feed high cutting wet grinding is performed. The present inventors have found that the water used for the wet grinding process is the oxygen atom supply source.
  • the present inventors conducted extensive studies on the difference in the mode of oxygen atom penetration into the base material by various machining methods. Then, by adopting a machining method different from the conventional one, it is possible to suppress the intrusion of oxygen atoms.
  • the present invention has been completed in this way.
  • the present embodiment when a compound or the like is represented by a chemical formula, when the atomic ratio is not particularly limited, it includes any conventionally known atomic ratio, and is not necessarily limited to a stoichiometric range.
  • TiCN titanium carbide
  • the surface-coated cutting tool of the present embodiment (hereinafter also simply referred to as “cutting tool”) includes a base material and a film formed on the base material.
  • the shape and application of the cutting tool are not particularly limited.
  • the cutting tool of the present embodiment includes, for example, a drill, an end mill, a cutting edge replaceable cutting tip for a drill, a cutting edge replaceable cutting tip for an end mill, a cutting edge replaceable cutting tip for milling, a cutting edge replaceable cutting tip for turning, a metal saw, It can be a gear cutter, reamer, tap, etc.
  • FIG. 1 is a perspective view illustrating an embodiment of a cutting tool
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line XX in FIG.
  • the cutting tool 10 has a surface including an upper surface, a lower surface, and four side surfaces, and as a whole, has a rectangular column shape that is slightly thin in the vertical direction. Further, the cutting tool 10 is formed with a through-hole penetrating the upper and lower surfaces, and adjacent side surfaces are connected by an arc surface at a boundary portion between the four side surfaces.
  • the upper surface and the lower surface form a rake face
  • the four side surfaces (and the arc surfaces connecting them together) form a flank surface
  • the arc surface connecting the rake face and the flank surface serves as a cutting edge surface.
  • the cutting tool 10 includes a base material 1 and a coating 2 provided on the base material 1.
  • the coating 2 may be formed on a part of the surface of the substrate 1 (for example, a blade edge surface) or may be formed on the entire surface.
  • the substrate is a cemented carbide or cermet.
  • the cemented carbide include WC-based cemented carbide (including WC, Co, or carbon nitrides such as Ti, Ta, and Nb).
  • the cermet include those mainly composed of TiC, TiN, TiCN, etc. Among them, TiCN group cermet is preferable.
  • the base material has a surface, and the surface has a rake face, a flank face, and a rake face connecting the rake face and the flank face.
  • the cutting edge surface is a surface constituting the cutting edge of the cutting tool. Which region of the substrate is the cutting edge surface is determined by the shape of the substrate. This will be described with reference to FIGS.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating only the base material in the cross section of the cutting tool shown in FIG. The reason why the coating is not shown in FIG. 3 is to facilitate explanation of the shape of the substrate 1.
  • the upper surface and the lower surface form a rake face 1 a, four side faces (and an arc face connecting them to each other) form a flank face 1 b, and an arc face connecting the rake face 1 a and the flank face 1 b
  • the cutting edge surface 1c is formed.
  • Each of the rake face 1a, the flank face 1b, and the cutting edge face 1c of the base material forms the basis of the rake face, the flank face, and the cutting edge face of the cutting tool.
  • FIG. 4 is a partially enlarged view of FIG.
  • a virtual boundary line BB that is a boundary of the deviation from is shown.
  • the virtual planes A and B are shown as lines, and the virtual boundary lines AA and BB are shown as dots.
  • the surface in the region sandwiched between the virtual boundary line AA and the virtual boundary line BB is the cutting edge surface 1c.
  • the cutting edge surface 1c is generally the surface of the base material 1 and formed by subjecting the ridges of the intersecting surfaces to machining.
  • the substrate 1 is obtained by subjecting at least a part of the surface of the substrate precursor made of a sintered body or the like to machining, and the cutting edge surface 1c is chamfered by machining treatment. It is the surface formed through.
  • FIG. 4 shows the case where the cutting edge surface 1c is a circular arc surface, but the shape of the cutting edge surface 1c is not limited to this.
  • the shape of the cutting edge surface 1c is not limited to this.
  • it may have a planar shape.
  • it may have a shape in which a plane and a circular arc surface are mixed.
  • the cutting edge surface 1c can be easily determined only from the shape. This is because the cutting edge surface 1c in this case is not included in either the virtual plane A or the virtual plane B, and is easily distinguishable from the rake face 1a and the flank face 1b.
  • the base material 1 has a sharp edge shape as shown in FIG. 7, it is difficult to determine the cutting edge surface 1c formed by the machining process only from the shape. This is because the cutting edge surface 1c in this case is included in the virtual plane A and / or the virtual plane B, and thus it is difficult to visually distinguish the rake surface 1a and the flank 1b.
  • the cutting edge surface 1c is a surface that is included in a region where the distance d from the ridge line AB formed by the intersection of the rake face 1a and the flank face 1b is within 100 ⁇ m. And This is because the base material 1 included in this region can function as a cutting edge of the cutting tool 10.
  • the base material of the present embodiment has an oxygen concentration of 1 atomic% or less at a depth position of 0.4 ⁇ m from the blade surface. This oxygen concentration can be measured using an XPS analyzer applicable to XPS.
  • the ratio of an arbitrary atom at an arbitrary depth position of an object to be measured can be measured while etching the surface of the object to be measured with ions such as Ar. For this reason, the oxygen concentration at a depth position of 0.4 ⁇ m from the blade edge surface which is the surface of the substrate can be determined as follows.
  • the film located on the surface of the cutting tool corresponding to the cutting edge surface of the base material is etched by XPS.
  • a depth position where an element peculiar to the material of the base material (for example, an element constituting the binder phase in the base material) is measured is defined as the blade edge surface of the base material.
  • tip surface which is the surface of a base material can be determined.
  • the etching area at this time can be 500 to 50,000 ⁇ m 2 .
  • the measurement is performed under vacuum.
  • the cutting edge surface When the cutting edge surface has a sharp edge shape, the cutting edge surface includes a cutting edge surface located on the rake face side and a cutting edge surface located on the flank face side.
  • the depth position of 0.4 ⁇ m from the cutting edge surface, which is the surface of the base material is the depth position of 0.4 ⁇ m from any one of the cutting edge surfaces, and 0. It means a position corresponding to a depth position of 4 ⁇ m or more.
  • the oxygen concentration can be an average value. That is, arbitrary three measurement locations on the blade edge surface of the substrate are determined, and the oxygen concentration at a depth position of 0.4 ⁇ m is measured from each measurement location. And these average values can be made into the said oxygen concentration.
  • the present inventors have confirmed that there is no significant difference between the individual measured values and the average value when the oxygen concentration was measured at a plurality of measurement locations on the cutting edge surface. For this reason, it is good also considering the arbitrary one places in a blade edge
  • the base material has high adhesion between the base material and the coating film when the oxygen concentration at a depth of 0.4 ⁇ m from the blade edge surface is 1 atomic% or less. Can do. For this reason, even if it is a case where the big compressive stress of 1.5 GPa or more is given with respect to the uppermost layer of the hard layers contained in the film on a base material, the omission can be suppressed.
  • the present inventors have found the following (a) to (c) by examining the present disclosure.
  • C The higher the oxygen concentration in the substrate, the lower the adhesion between the substrate and the coating (the coating is more likely to fall off).
  • the present inventors infer the reason why the adhesion is improved in the cutting tool of the present embodiment as follows. That is, in the base material of a conventional cutting tool, unintended oxygen atoms exist in a region between the blade edge surface and a certain depth position from the blade edge surface toward the inside. In a region where the above oxygen atoms are present at a high concentration that can affect the physical properties of the substrate (also referred to as “high oxygen region”), the substrate becomes brittle. The film present on the embrittled substrate is more easily dropped than when it is present on the non-embrittled substrate.
  • the oxygen concentration at a depth position of 0.4 ⁇ m from the blade edge surface is 1 atomic% or less, which is a small value compared to the conventional cutting tool. is there.
  • the oxygen concentration in the vicinity of the blade edge surface is also smaller than that in the prior art, and hence embrittlement in the vicinity of the blade edge surface is suppressed. Therefore, according to the cutting tool of the present embodiment, the coating film is less likely to fall off as compared with the conventional case, and the adhesion between the substrate and the coating film is improved.
  • the base material preferably has an oxygen concentration of 10 atomic% or less at a depth position of 0.2 ⁇ m from the blade edge surface.
  • the adhesion between the substrate and the coating can be further improved.
  • the oxygen concentration at a depth of 0.4 ⁇ m from the blade edge surface and the oxygen concentration at a depth of 0.2 ⁇ m from the blade edge surface are each preferably 0 atomic%.
  • the base material preferably has a distortion on the blade edge surface of 0.07 or less.
  • the strain on the edge surface can be obtained by applying an X-ray diffraction method. Although high-intensity X-rays such as synchrotron radiation are preferable in that they can be measured with high accuracy, it goes without saying that ordinary X-ray devices may be used.
  • the integral width ⁇ of the diffraction peak can be expressed by the following formula (1).
  • ⁇ size is an integral width in a diffraction profile depending on crystallite size
  • ⁇ strain is an integral width in a diffraction profile depending on strain.
  • ⁇ size and ⁇ strain are expressed by the following formula (2) and the following formula (3).
  • ⁇ is the X-ray wavelength
  • ⁇ is the crystallite size
  • ⁇ is the X-ray incident angle
  • ⁇ is strain (nonuniform lattice strain)
  • ⁇ 0 is the Bragg angle.
  • the following formula (4) is obtained by substituting the following formula (2) and the following formula (3) into the above formula (1).
  • ⁇ size ⁇ / ( ⁇ cos ⁇ 0 ) (2)
  • ⁇ strain ⁇ tan ⁇ 0 (3)
  • ⁇ cos ⁇ 0 / ⁇ 1 / ⁇ + ⁇ sin ⁇ 0 / ⁇ (4).
  • the above distortion can be an average value. That is, diffraction profiles (a plurality of diffraction profiles having different incident angles) at arbitrary three measurement locations on the blade edge surface of the substrate are obtained, and the value of ⁇ at each measurement location is calculated. And let these average values be the above-mentioned distortion.
  • the said measurement location is a base material located in the area
  • the present inventors have confirmed that there is no significant difference between the individual values and the average value when the value of ⁇ is calculated at a plurality of measurement points on the cutting edge surface. For this reason, it is good also considering the arbitrary 1 places in a blade edge
  • the strain is sufficiently small as “0.07 or less”, it is possible to further extend the life of the cutting tool. This is because the peeling resistance of the coating is improved by the small distortion at such a position.
  • the strain is more preferably 0.05 or less. In this case, the life of the cutting tool can be further extended.
  • the distortion is most preferably 0.
  • the cutting tool of this embodiment includes a coating provided on a substrate.
  • the coating may have a single-layer structure consisting of one layer or a stacked structure in which two or more layers are stacked.
  • an underlayer, a use state display layer (surface layer), and the like can be given.
  • the coating preferably has a thickness of 0.3 to 15 ⁇ m. If the thickness of the film is 0.3 ⁇ m or more, the characteristics of the film can be sufficiently exerted, and if it is 15 ⁇ m or less, peeling of the film due to being too thick can be suppressed.
  • the thickness of the coating is obtained as follows. First, a measurement sample including a cross section parallel to the normal direction of the surface of the substrate is prepared. Next, the cross section is observed with a scanning transmission electron microscope (STEM: Scanning Transmission Electron Microscopy), and the magnification is adjusted so that the entire area in the thickness direction of the film is included in the observed image. And the thickness is measured 5 points or more, and the average value is defined as the thickness. The same applies to the thickness of the hard layer described later.
  • STEM Scanning Transmission Electron Microscopy
  • the hard layer included in the coating may have a single layer structure consisting of one layer or a laminated structure in which two or more layers are laminated.
  • the uppermost layer of the hard layers has a compressive stress having an absolute value of 1.5 GPa or more.
  • the uppermost layer means a layer that is located farthest from the base material among the layers constituting the hard layer. However, when there is one hard layer, the hard layer and the uppermost layer of the hard layers are the same layer.
  • the largest compressive stress tends to be easily applied to the uppermost layer of the hard layers due to the nature of post-processing.
  • the coating containing the hard layer has a tendency to easily fall off from the base material.
  • the cutting tool of this embodiment is excellent in adhesion between the base material and the coating as described above. For this reason, even though the coating includes a hard layer to which a large compressive stress is applied, peeling of the coating depending on this is sufficiently suppressed. Therefore, according to the cutting tool of the present embodiment, it is possible to excel both the wear resistance and the fracture resistance, and to have a long life.
  • a film that has undergone a large stress change is characterized by being easily self-destructing and / or including defects such as fine cracks.
  • a film in which a self-destructed portion exists or a fine crack is present easily falls off the substrate. Therefore, the “coating having a large compressive stress”, which is a coating that has undergone a large stress change, easily falls off.
  • compressive stress is a kind of internal stress (intrinsic strain) existing in the layer.
  • the compressive stress refers to a stress represented by a numerical value “ ⁇ ” (minus) (in this specification, the unit is represented by “GPa”). For this reason, the concept that the compressive stress is large indicates that the absolute value of the numerical value is large, and the concept that the compressive stress is small indicates that the absolute value of the numerical value is small.
  • the compressive stress of the uppermost layer can be measured by, for example, the sin 2 ⁇ method using an X-ray stress measurement apparatus.
  • a sin 2 ⁇ method using X-rays is widely used as a method for measuring the compressive stress of a polycrystalline material.
  • “X-ray stress measurement method” Japan Society for Materials Science, published by Yokendo Co., Ltd. in 1981. The method described in detail on pages 54 to 67 can be used.
  • the absolute value of the compressive stress of the uppermost layer is preferably 1.5 to 5.5 GPa or less. This is because when it exceeds 5.5 GPa, the tendency of the uppermost layer to self-destruct is remarkably increased. More preferably, the absolute value of the compressive stress of the uppermost layer is 3.5 to 5.5 GPa.
  • Each layer constituting the hard layer (when the hard layer has a single layer structure, the hard layer itself) is composed of Group 4 elements (Ti, Zr, Hf) and Group 5 elements (V, Nb, Ta) in the periodic table.
  • a compound layer composed of the second element is preferable.
  • a hard layer composed of such a compound layer is suitable as a coating for a cutting tool.
  • the above compound layer include a TiCNO layer, a TiBN layer, a TiC layer, a TiN layer, a TiAlN layer, a TiSiN layer, an AlCrN layer, an AlCrON layer, an AlCrO layer, a TiAlSiN layer, a TiAlON layer, an AlCrSiCN layer, a TiCN layer, a TiSiC layer. , CrSiN layer, AlTiSiCO layer, TiSiCN layer, ZrO 2 layer, Al 2 O 3 layer, and the like.
  • the uppermost layer of the hard layers preferably includes an Al oxide layer.
  • the Al oxide layer is particularly prone to self-destruction, and thus tends to facilitate peeling of the coating from the substrate.
  • the cutting tool of this embodiment since it is excellent in the adhesiveness of a base material and a film as mentioned above, drop-off of a film will be suppressed compared with the past.
  • the hard layer preferably has a multilayer structure in which a TiN layer, a TiCN layer, and an Al oxide layer are laminated in this order from the substrate side.
  • a multilayer structure can remarkably improve the wear resistance, oxidation resistance, heat resistance stability and chipping resistance of the cutting tool by the synergistic effect of each layer.
  • Al oxide layer examples include an AlCrON layer, an AlCrO layer, a TiAlON layer, an AlTiSiCO layer, and an Al 2 O 3 layer.
  • the hard layer is preferably a chemical vapor deposition layer formed by a CVD method.
  • the chemical vapor deposition layer is superior in adhesion to the substrate as compared with the physical vapor deposition layer formed by physical vapor deposition (PVD).
  • PVD physical vapor deposition
  • the chemical vapor deposition layer unlike the physical vapor deposition layer, often has tensile stress as a whole. For this reason, it can be said that the hard layer which has a large compressive stress although it is a chemical vapor deposition layer has a large stress change by post-processing, and is easy to drop out than the hard layer which is a physical vapor deposition layer and has a big compressive stress.
  • the hard layer of this embodiment is a chemical vapor deposition layer
  • a remarkable improvement in adhesion is expected compared to the conventional case.
  • the chemical vapor deposition layer and the physical vapor deposition layer are clearly distinguished by SEM observation of these surfaces.
  • the hard layer preferably has a thickness of 0.3 to 15 ⁇ m. If the thickness of the hard layer is 0.3 ⁇ m or more, the characteristics of the hard layer can be sufficiently exhibited, and if it is 15 ⁇ m or less, peeling of the hard layer due to being too thick can be suppressed.
  • the uppermost layer of the hard layers preferably has a thickness of 0.3 to 15 ⁇ m, preferably 2.5 to 5.5 ⁇ m, in view of the balance between exhibiting characteristics due to the application of compressive stress and suppressing self-destruction. It is more preferable to have the thickness.
  • the manufacturing method of the cutting tool of this embodiment includes a step of preparing a base material precursor, a step of machining the surface of the base material precursor to produce a base material, and a step of forming a coating on the base material And a step of applying compressive stress to the coating.
  • a substrate precursor is prepared.
  • the base material precursor include the above-mentioned cemented carbide or cermet.
  • the base material precursor is a “base material” formed by subjecting the surface to a machining process described in detail below to form a cutting edge surface. Therefore, the shape of the substrate precursor is similar to the shape of the substrate except that it does not yet have a cutting edge surface.
  • the machining process includes a first grinding process in which a wet grinding process and a dry grinding process are alternately repeated, a second grinding process in which a low feed, low-cut wet grinding process is performed, or a first in which a dry grinding process is performed.
  • One of three grinding processes Thereby, the base material of a cutting tool is produced.
  • the surface of the substrate precursor to be machined is a ridge line vicinity including a ridge line formed by intersecting the first surface and the second surface of the substrate precursor and the vicinity of the ridge line.
  • the first surface and the second surface of the base material precursor are portions that serve as a rake face and a flank surface of the base material, and the ridge line vicinity portion of the base material precursor is a portion that serves as a cutting edge surface of the base material.
  • a cutting edge surface as shown in FIG. 4 is formed, and when machining the vicinity of the ridge line into a flat shape, a cutting edge surface as shown in FIG. 5 is formed. Is done. That is, the machining process is a chamfering process for the vicinity of the ridge line of the base material precursor.
  • first grinding process examples of the wet grinding process in the first grinding process (a process using water during the process) include a wet brush process, a wet barrel process, and a wet blast process.
  • the conditions of this wet grinding process are not particularly limited, and may be, for example, a high feed high cut or a low feed low cut.
  • Examples of the dry grinding process in the first grinding process include a dry brush process, a dry barrel process, and a dry blast process.
  • the conditions for this dry grinding process are not particularly limited, and may be, for example, a high feed high cut or a low feed low cut.
  • the reason why the above-described cutting tool having a low oxygen concentration can be manufactured by the first grinding process is as follows. Conventionally, when a base material precursor is machined to form a base material, wet grinding with high feed and high depth of cut has been performed. First, the high feed and high cutting wet grinding process is excellent in productivity. Secondly, in the dry grinding process, it was considered that the surface of the substrate was oxidized by heat generated during grinding. Third, it is considered that productivity is low in the low feed, low cutting wet grinding process.
  • a machining process in which the wet grinding process and the dry grinding process are repeated is performed instead of the conventional machining process including the high feed and high cutting wet grinding process.
  • the According to such machining processing the following occurs on the processing surface (blade edge surface).
  • the substrate precursor is chamfered and oxygen enters from the surface of the substrate precursor.
  • the time during which this wet grinding process is performed can be shortened as compared with the prior art. For this reason, the oxygen concentration in the base material after one wet grinding process and the width of the high oxygen region (depth that goes straight from the blade edge surface to the internal direction in the base material) are smaller than in the past.
  • oxygen does not enter the base material precursor. For this reason, in the dry grinding process, chamfering is performed while removing the high oxygen region formed by the previous wet grinding process.
  • the width of the high oxygen region becomes sufficiently small as compared with the conventional case, or there is no high oxygen region that can affect the physical properties of the substrate.
  • the base material having an oxygen concentration of 1 atomic% or less at a depth position of 0.4 ⁇ m from the blade surface is produced.
  • the number of repetitions of the wet grinding process and the dry grinding process is not particularly limited, but at least each process is performed once. Moreover, it is preferable that each process is repeated 3 times or more alternately. Thereby, the width
  • the first process of the machining process is a wet grinding process and the last process is a dry grinding process.
  • productivity can be improved, and by making the last treatment a dry grinding treatment, the width of the high oxygen region in the finally obtained substrate is made sufficiently small. Can be controlled.
  • Examples of the low-feed low-cut wet grinding process in the second grinding process include a wet brush process, a wet barrel process, and a wet blast process, as in the first grinding process. Since the second grinding process suppresses the entry of oxygen into the base material by the conventional high-feed and high-cut wet grinding process, the above-described cutting tool having a low oxygen concentration can be manufactured.
  • the low feed and low cut in the wet grinding process differs depending on the type of the grinding process.
  • the feed amount is 200 mm / sec or less and the cut amount is 1.5 mm. It means the following.
  • the high feed and high cut in the wet grinding process means that, for example, in the case of the brush process, the feed amount is 300 mm / sec or more and the cut amount is 3 mm or more.
  • the wet grinding process in the second grinding process has an interval rather than a continuous process. That is, it is preferable to repeat the steps of performing the wet grinding process for an arbitrary time, interrupting the grinding process for an arbitrary time, and further performing the wet grinding process for an arbitrary time. As a result, the effect of suppressing the entry of oxygen can be enhanced.
  • Examples of the dry grinding process in the third grinding process include a dry brush process, a dry barrel process, and a dry blast process, as in the first grinding process.
  • the conditions of the dry grinding process in the third grinding process are not particularly limited, and for example, a high feed high cutting or a low feed low cutting may be used. Since the third grinding process suppresses the entry of oxygen into the base material by the conventional wet grinding process with a high feed and a high depth of cut, the above-described cutting tool having a low oxygen concentration can be manufactured.
  • the first grinding process, the second grinding process, and the third grinding process have been described above, but the machining process is preferably the first grinding process.
  • the above-described cutting tool having a low oxygen concentration can be manufactured while maintaining high productivity.
  • a film is formed on the surface of the substrate.
  • a method for forming the film a PVD method or a CVD method may be mentioned.
  • the CVD method it is preferable to use the CVD method.
  • the film forming temperature becomes 800 to 1200 ° C. This temperature is higher than that of physical vapor deposition, which improves the adhesion between the substrate and the coating.
  • a conventionally known method can be used as the CVD method.
  • compressive stress is applied to the coating.
  • post-processing for applying compressive stress include various methods such as brush processing, blast processing such as sand blast processing, wet blast processing, and shot peening processing, or PVD bombard processing.
  • a compressive stress can be applied to the coating, and as a result, a compressive stress can be applied to the hard layer in the coating, and a greater compressive stress can be applied to the uppermost layer.
  • the base material having an oxygen concentration of 1 atomic% or less at a depth of 0.4 ⁇ m from the blade surface, and the coating including the uppermost layer (hard layer) having a compressive stress of 1.5 GPa or more in absolute value
  • a cutting tool as described above is manufactured. This cutting tool can have a long life.
  • the distortion in the blade edge surface of the base material can be controlled to be small by adjusting the conditions of the machining process described above.
  • Example 1 Production of Cutting Tool of Example 1 >> The base material of Example 1 was produced as follows. This cutting tool is made of a base material having the following specifications.
  • Chip model number CNMG120408N-UX (manufactured by Sumitomo Electric Hardmetal Corp.) Material: Cemented carbide JIS B4120 (2013) standard.
  • Treatment type Barrel treatment Media: Plastic Treatment liquid: Water Time: 5 minutes.
  • Treatment type Brush treatment Brush: Nylon Rotation speed: 100rpm Cutting depth: 1.5mm Feed amount: 150mm / sec Treatment liquid: No time: 1 minute
  • Paste Diamond paste having an average particle size of 10 ⁇ m or less (however, the liquid component contained in the paste is solid fat).
  • a coating film shown in Table 1 was formed on the entire surface of the base material by the MT-CVD method using a CVD apparatus.
  • a hard layer formed by laminating a TiN layer, a TiCN layer, and an Al 2 O 3 layer (uppermost layer) and a TiN layer (usage state display layer) are laminated in order from the surface of the substrate. It is shown that it was a coated film.
  • the use state display layer is a TiN layer having a thickness of 0.5 ⁇ m or less, and is a layer located on the outermost surface. Moreover, the thickness (micrometer) of each layer is shown in the parenthesis following the composition of each layer.
  • the MT-CVD method is a method for forming a film in a relatively mild temperature environment of 850 to 950 ° C.
  • the following blast treatment was performed on the entire surface of the coating formed on the surface of the substrate. That is, while rotating the tip at 100 rpm, the average particle diameter is evenly distributed from the 45 ° direction of the virtual ridge line between the virtual plane including the rake face and the virtual plane including the flank face to the rake face, the flank face, and the cutting edge face.
  • a 50 ⁇ m aluminum oxide ball was struck by compressed air (projection pressure) of 0.10 MPa for 5 seconds. Thereby, the compressive stress was provided with respect to the hard layer.
  • the cutting tool of Example 1 was produced.
  • Example 2 a coating film was produced in the same manner as in Example 1 except that the composition and thickness of the layers constituting the coating film were changed as shown in Table 1.
  • Example 13 Production of Cutting Tool of Example 13 >> A base material of Example 13 was produced as follows. This cutting tool is made of a base material having the following specifications.
  • Chip model number CNMG120408N-UX (manufactured by Sumitomo Electric Hardmetal Corp.) Material: P20 grade cermet.
  • Example 2 a coating film was produced in the same manner as in Example 1 except that the composition and thickness of the layers constituting the coating film were changed as shown in Table 1.
  • a cutting tool of Example 14 was produced in the same manner as Example 1 except that the following low-feed low-cut wet grinding process, that is, the second grinding process, was performed as the machining process for the substrate precursor.
  • Treatment type Barrel treatment Media: Plastic Treatment liquid: Water Time: 3 minutes.
  • a cutting tool of Example 15 was produced in the same manner as Example 1 except that the following dry grinding process, that is, the third grinding process was performed as the machining process for the substrate precursor.
  • Treatment type Brush treatment Brush: Nylon Rotation speed: 100rpm
  • Treatment liquid No time: 1 minute
  • Paste Diamond paste having an average particle size of 10 ⁇ m or less (however, the liquid component contained in the paste is solid fat).
  • Comparative Examples 1 to 5 were produced as follows. First, a base material precursor made of a cemented carbide was obtained in the same manner as in Example 1. Then, as a machining process for the substrate precursor, Comparative Example 1 to Comparative Example 1 were performed in the same manner as in Example 1 except that the above dry grinding process was not performed and the following high feed and high cutting wet grinding process was performed. 5 substrates were prepared.
  • Treatment type Barrel treatment Media: Plastic Treatment liquid: Water Time: 3 minutes.
  • Example 2 a coating film was produced in the same manner as in Example 1 except that the composition and thickness of the layers constituting the coating film were changed as shown in Table 1.
  • XPS analyzer (measurement of oxygen concentration): “JPS-9030” manufactured by JEOL Ltd.
  • X-ray apparatus measurement of strain: High-intensity optical science research center, "SPring 8"
  • X-ray stress measurement device compression stress measurement: “JSM-7800” manufactured by JEOL Ltd.
  • the column of “compressive stress (GPa)” indicates the absolute value of each compressive stress.
  • the column of “0.4 oxygen concentration (atomic%)” the oxygen concentration at a depth position of 0.4 ⁇ m from the blade surface is shown.
  • the column of “0.2 oxygen concentration (atomic%)” shows the oxygen concentration at a depth of 0.2 ⁇ m from the blade surface. The measured values of each oxygen concentration and strain were the average values of the three measurement points.
  • the conditions of the SPring-8 synchrotron radiation (high-intensity X-ray) used in the measurement of strain by the X-ray diffraction method are as follows.
  • the cutting tools of Examples 1 to 15 exhibited higher fracture resistance and higher wear resistance than the cutting tools of Comparative Examples 1 to 5. From this, it was confirmed that the cutting tool of the example has a longer life than the cutting tool of the comparative example.

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Abstract

基材と、基材上に形成された被膜とを備える表面被覆切削工具であって、基材は、超硬合金またはサーメットであり、基材の表面は、すくい面と、逃げ面と、該すくい面および該逃げ面を繋ぐ刃先面とを含む。基材において、刃先面から０．４μｍの深さ位置での酸素濃度は１原子％以下である。被膜は、硬質層を含み、硬質層のうちの最上層は、絶対値が１．５ＧＰａ以上の圧縮応力を有する。

Description

表面被覆切削工具およびその製造方法
　本発明は、表面被覆切削工具およびその製造方法に関する。本出願は、２０１６年８月２５日に出願した日本特許出願である特願２０１６－１６４７８１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全ての記載内容は、参照によって本明細書に援用される。
　従来より、耐摩耗性、耐欠損性といった工具特性を向上させることによる、切削工具の長寿命化が検討されている。たとえば、特開２０１３－２４４５４９号公報（特許文献１）には、基材の表面に被膜が形成された表面被覆切削工具が開発されている。基材上に被膜を設けることにより、切削工具の特性をより向上させることができる。また特開平６－０７９５０２号公報（特許文献２）には、基材上の被膜に後処理を実施することにより、被膜に対して圧縮応力を付与する取り組みがなされている。圧縮応力の付与によって被膜の靱性を向上させることができ、これに伴って切削工具の耐欠損性が向上すると考えられている。
特開２０１３－２４４５４９号公報 特開平６－０７９５０２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、基材上に設けられた被膜とを備える表面被覆切削工具であって、基材は、超硬合金またはサーメットであり、基材の表面は、すくい面と、逃げ面と、該すくい面および該逃げ面を繋ぐ刃先面とを含む。基材において、刃先面から０．４μｍの深さ位置での酸素濃度は１原子％以下である。被膜は、硬質層を含み、硬質層のうちの最上層は、絶対値が１．５ＧＰａ以上の圧縮応力を有する。
　本開示の一態様に係る表面被覆切削工具の製造方法は、上記の表面被覆切削工具を製造する方法であって、基材前駆体を準備する工程と、基材前駆体の表面を機械加工処理して基材を作製する工程と、基材上に硬質層を含む被膜を形成する工程と、被膜に圧縮応力を付与する工程と、を備える。機械加工処理は、湿式研削処理と乾式研削処理とが交互に繰り返される第１研削処理、低送り低切込みの湿式研削処理が実施される第２研削処理、または、乾式研削処理が実施される第３研削処理のいずれかである。
図１は、表面被覆切削工具の一態様を例示する斜視図である。 図２は、図１のＸ－Ｘ線矢視断面図である。 図３は、図２に示す切削工具の断面において基材のみを例示する図である。 図４は、図３の部分拡大図である。 図５は、刃先面の他の形状を例示する図である。 図６は、刃先面のさらに他の形状を例示する図である。 図７は、刃先面のさらに他の形状を例示する図である。
　[本開示が解決しようとする課題]
　上記取り組みに関しては、付与する圧縮応力が大きくなるにつれて、耐欠損性のさらなる向上が可能となり、これによって表面被覆切削工具の長寿命化が図れるものと期待される。しかし、後処理を経た表面被覆切削工具においては、期待され得る長寿命化が達成されない場合が多くあった。
　以上の点に鑑み、本開示では、長寿命化された表面被覆切削工具およびその製造方法の提供を目的とする。
　[本開示の効果]
　上記によれば、長寿命化された表面被覆切削工具およびその製造方法が提供される。
　[本願発明の実施形態の説明]
　最初に本発明の実施態様を列記して説明する。なお、本明細書において「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。
　〔１〕本開示の一態様に係る表面被覆切削工具は、基材と、前記基材上に形成された被膜とを備える表面被覆切削工具であって、基材は、超硬合金またはサーメットであり、基材の表面は、すくい面と、逃げ面と、該すくい面および該逃げ面を繋ぐ刃先面とを含む。基材において、刃先面から０．４μｍの深さ位置での酸素濃度は１原子％以下であり、被膜は、硬質層を含み、硬質層のうちの最上層は、絶対値が１．５ＧＰａ以上の圧縮応力を有する。
　本発明者らの検討により、大きな圧縮応力が付与された硬質層を含む被膜は、基材から脱落し易く、そのために、付与された圧縮応力から期待される長寿命化が達成され難いことが分かった。さらに本発明者らは、鋭意検討の結果、基材のうちの刃先面近傍に意図しない酸素原子が入り込んでおり、これによって、基材と被膜との密着性の低下が引き起こされていることを見出した。
　本開示の表面被覆切削工具においては、従来の切削工具と比して、刃先面近傍における酸素原子の濃度が低く制御されている。具体的には、基材において、刃先面から０．４μｍの深さ位置での酸素濃度は１原子％以下である。これにより、従来と比して基材と被膜との密着性が高められる。このため、被膜に含まれる硬質層に対して大きな圧縮応力が付与されている場合であっても、従来と比して被膜の脱落が抑制されることとなる。このように、上記表面被覆切削工具によれば、被膜の脱落による耐欠損性の低下を抑制しつつ、圧縮応力の付与による耐摩耗性の向上が可能となり、もって長寿命化が可能となる。
　〔２〕上記表面被覆切削工具の基材において、刃先面から０．２μｍの深さ位置での酸素濃度は１０原子％以下である。この表面被覆切削工具によれば、基材と被膜との密着性にさらに優れることとなる。
　〔３〕上記表面被覆切削工具において、最上層は、絶対値が３．５ＧＰａ以上の圧縮応力を有する。これにより、切削工具の耐摩耗性がさらに向上する。
　〔４〕上記表面被覆切削工具において、硬質層は、周期表の第４族元素、第５族元素、第６族元素、ＡｌおよびＳｉからなる群より選択される１種以上の第１元素と、Ｂ、Ｃ、Ｎ、およびＯからなる群より選択される１種以上の第２元素とからなる化合物層である。このような化合物層は、切削工具の特性の向上に好適である。
　〔５〕上記表面被覆切削工具において、最上層は、Ａｌを含む酸化物（Ａｌ酸化物）からなる層である。この場合、従来と比して飛躍的な効果を奏することができる。
　〔６〕上記表面被覆切削工具の基材において、刃先面の歪みは０．０７以下である。これにより、被膜の耐剥離性が向上する。
　〔７〕本開示の一態様に係る表面被覆切削工具の製造方法は、上記表面被覆切削工具を製造する方法であって、基材前駆体を準備する工程と、基材前駆体の表面を機械加工処理して基材を作製する工程と、基材上に被膜を形成する工程と、被膜に圧縮応力を付与する工程と、を備える。機械加工処理は機械加工処理は、湿式研削処理と乾式研削処理とが交互に繰り返される第１研削処理、低送り低切込みの湿式研削処理が実施される第２研削処理、または、乾式研削処理が実施される第３研削処理のいずれかである。これにより、長寿命化された上記表面被覆切削工具を製造することができる。
　[本願発明の実施形態の詳細]
　本発明者らは、後処理によって圧縮応力が付与された表面被覆切削工具について、様々な角度からの観察を実施した。その結果、大きな圧縮応力が付与された被膜を有する表面被覆切削工具では、被膜の部分的な脱落が生じやすいことが分かった。
　本発明者らは、被膜と基材との密着力を向上させて、被膜の脱落を抑制する必要があると考えた。しかし、被膜と基材との密着力を向上させるための取り組みはこれまでも多くなされている。このため、本発明者らは、従来のアプローチでは、上述の被膜の脱落を十分に抑制できないと考えた。
　そこで、本発明者らは、被膜の脱落が生じた表面被覆切削工具に関し、従来のナノレベルの観察に加え、原子レベルの観察をも実施することとした。具体的には、走査型電子顕微鏡に加え、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）を用いて、表面被覆切削工具を観察した。その結果、表面被覆切削工具の基材内に意図しない酸素原子が入り込んでいること、また、基材内に高い濃度で酸素原子が存在する場合に、基材からの被膜の脱落が起こりやすいことを知見した。
　表面被覆切削工具においては、基材の表面に被膜が形成されるが、これは、比較的厳しい環境下で実施される。このため当初、基材上に被膜を形成する工程を経ることによって、基材の内部に酸素原子が供給されることが想定された。しかし、被膜を有する前の切削工具においても、酸素原子の入り込みが見られたことから、上記想定は覆されることとなった。
　そこで、本発明者らは、基材前駆体に対する機械加工処理に着眼した。「基材前駆体」とは、機械加工処理によってその表面が面取りされ、切れ刃が形成されることによって「基材」となるものである。すなわち、機械加工処理は、焼結体等の基材前駆体に対して切削工具の基材としての適性を付与するために実施される処理である。硬質な基材前駆体を機械加工処理する場合には、処理時の発熱を抑制し、または加工品位を向上させるために、工業的に、高送り高切込みの湿式研削処理が実施される。本発明者らは、この湿式研削処理に使用される水が上記酸素原子の供給源であることを見出した。
　続いて、本発明者らは、機械加工処理の各種方法による基材内への酸素原子の侵入の態様の差異について鋭意検討を重ねた。そして、従来とは異なる機械加工処理の方法を採用することによって、酸素原子の侵入を抑制することを可能とした。本発明は、このようにして完成されたものである。
　以下、本発明の一実施形態（以下「本実施形態」と記す）について説明する。ただし、本実施形態はこれらに限定されるものではない。なお以下の実施形態の説明に用いられる図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わす。また、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に限定されるものではない。たとえば「ＴｉＣＮ」と記載されている場合、ＴｉＣＮを構成する原子数の比はＴｉ：Ｃ：Ｎ＝１：０．５：０．５に限られず、従来公知のあらゆる原子比が含まれる。
　〈表面被覆切削工具〉
　本実施形態の表面被覆切削工具（以下、単に「切削工具」ともいう）は、基材と、基材上に形成された被膜とを備える。切削工具の形状および用途等は特に限定されない。本実施形態の切削工具は、たとえば、ドリル、エンドミル、ドリル用刃先交換型切削チップ、エンドミル用刃先交換型切削チップ、フライス加工用刃先交換型切削チップ、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、タップ等であり得る。
　図１は、切削工具の一態様を例示する斜視図であり、図２は、図１のＸ－Ｘ線矢視断面図である。
　切削工具１０は、上面、下面および４つの側面を含む表面を有しており、全体として、上下方向にやや薄い四角柱形状である。また、切削工具１０には上下面を貫通する貫通孔が形成されており、４つの側面の境界部分においては、隣り合う側面同士が円弧面で繋がれている。
　上記切削工具１０では、上面および下面がすくい面を成し、４つの側面（およびこれらを相互に繋ぐ円弧面）が逃げ面を成し、すくい面と逃げ面とを繋ぐ円弧面が刃先面を成す。このような形状の切削工具は、旋削加工用刃先交換型切削チップとして用いられる。
　また、切削工具１０は、基材１と、基材１上に設けられた被膜２とを備える。被膜２は、基材１の表面の一部（たとえば刃先面）に形成されていても良いし、全面に形成されていても良い。
　《基材》
　基材は、超硬合金またはサーメットである。超硬合金としては、ＷＣ基超硬合金（ＷＣのほか、Ｃｏを含み、あるいはＴｉ、Ｔａ、Ｎｂなどの炭窒化物を添加したものも含む）が挙げられる。サーメットとしては、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮなどを主成分とするものが挙げられ、なかでも、ＴｉＣＮ基サーメットが好ましい。
　また基材は、表面を有し、該表面は、すくい面と、逃げ面と、該すくい面および該逃げ面を繋ぐ刃先面とを有する。刃先面は、切削工具の切れ刃を構成する面である。基材のうち、いずれの領域が刃先面となるかは、基材の形状によって決定される。これについて図３～５を用いて説明する。
　図３は、図２に示す切削工具の断面において基材のみを例示する図である。なお図３において被膜を図示しなかったのは、基材１の形状の説明を容易とするためである。
　基材１において、上面および下面がすくい面１ａを成し、４つの側面（およびこれらを相互に繋ぐ円弧面）が逃げ面１ｂを成し、すくい面１ａと逃げ面１ｂとを繋ぐ円弧面が刃先面１ｃを成す。なお、基材のすくい面１ａ、逃げ面１ｂおよび刃先面１ｃのそれぞれが、切削工具のすくい面、逃げ面および刃先面のそれぞれを形作る基礎となる。
　図４は、図３の部分拡大図である。図４においては、すくい面１ａを含む仮想平面Ａ、すくい面１ａと仮想平面Ａとの乖離の境界となる仮想境界線ＡＡ、逃げ面１ｂを含む仮想平面Ｂ、および逃げ面１ｂと仮想平面Ｂとの乖離の境界となる仮想境界線ＢＢとが示されている。なお図４において、各仮想平面Ａ，Ｂは線状に示されており、各仮想境界線ＡＡ，ＢＢは点状に示されている。図４において、仮想境界線ＡＡおよび仮想境界線ＢＢに挟まれる領域内の表面が、刃先面１ｃとなる。
　このように、刃先面１ｃは、一般的に、基材１の表面であって、交差する面の稜に対して機械加工処理が施されることによって形成される面である。換言すれば、基材１は、焼結体等からなる基材前駆体の表面の少なくとも一部に対して機械加工処理が施されてなるものであり、刃先面１ｃは、機械加工処理による面取りを経て形成された面である。
　図４においては、刃先面１ｃが円弧面である場合について示したが、刃先面１ｃの形状はこれに限られない。たとえば、図５に示されるように、平面の形状を有している場合もある。また、図６に示されるように、平面と円弧面とが混在する形状を有している場合もある。
　上記のように基材１が図４～図６に示されるような形状を有する場合、刃先面１ｃは、その形状のみから容易に決定することができる。この場合の刃先面１ｃは、仮想平面Ａおよび仮想平面Ｂのいずれにも含まれず、すくい面１ａおよび逃げ面１ｂとの目視による区別が容易だからである。
　一方、基材１が図７に示されるようなシャープエッジ形状を有する場合、その形状のみから機械加工処理により形成された刃先面１ｃを決定することは難しい。この場合の刃先面１ｃは、仮想平面Ａおよび／または仮想平面Ｂに含まれるため、すくい面１ａおよび逃げ面１ｂとの目視による区別が難しいためである。
　そこで本明細書において、基材１がシャープエッジ形状を有する場合、刃先面１ｃは、すくい面１ａと逃げ面１ｂとが交差して成る稜線ＡＢからの距離ｄが１００μｍ以内の領域に含まれる面とする。この領域に含まれる基材１が、切削工具１０の切れ刃として機能し得るためである。
　本実施形態の基材は、刃先面から０．４μｍの深さ位置での酸素濃度が１原子％以下である。この酸素濃度はＸＰＳに適用可能なＸＰＳ分析装置を用いて測定することができる。
　ＸＰＳにおいては、Ａｒ等のイオンによって測定対象物の表面をエッチングしながら、測定対象物の任意の深さ位置における任意の原子の割合を測定することができる。このため、次のようにして、基材の表面である刃先面から０．４μｍの深さ位置での酸素濃度を決定することができる。
　まず、ＸＰＳによって、基材の刃先面に対応する切削工具の表面に位置する被膜をエッチングしていく。エッチング過程において、基材の材料に特有の元素（たとえば基材中の結合相を構成する元素）が測定された深さ位置を、基材の刃先面とする。そして、基材の表面である刃先面から０．４μｍの深さ位置での酸素濃度を決定することができる。このときのエッチング面積は、５００～５００００μｍ2とすることができる。測定は真空下で実施される。
　なお、刃先面がシャープエッジ形状を有する場合、刃先面は、すくい面側に位置する刃先面と、逃げ面側に位置する刃先面とがある。この場合、「基材の表面である刃先面から０．４μｍの深さ位置」とは、いずれか一方の刃先面から０．４μｍの深さ位置であり、かつ他方の刃先面からは０．４μｍ以上の深さ位置に当たる位置を意味する。
　上記酸素濃度は平均値とすることができる。すなわち、基材の刃先面のうち任意の３つの測定箇所を決定し、該測定箇所から０．４μｍの深さ位置での酸素濃度をそれぞれ測定する。そして、これらの平均値を上記酸素濃度とすることができる。
　また本発明者らは、刃先面の複数の測定箇所における酸素濃度の測定を実施したところ、個々の測定値と平均値とで有意な差がないことを確認している。このため、刃先面のうちの任意の１箇所を測定し、その結果を上記酸素濃度としてもよい。ただし、明らかに異常値と認識される結果は除外されるべきである。このときの１箇所は、刃先面の中央部分で決定されることが好ましい。切削工具の特性に大きく関与する部分であり、切削工具の特性評価の対象部位として適切なためである。
　本実施形態の切削工具によれば、基材において、刃先面から０．４μｍの深さ位置での酸素濃度が１原子％以下であることにより、基材と被膜との高い密着性を有することができる。このため、基材上の被膜に含まれる硬質層のうちの最上層に対し、１．５ＧＰａ以上という大きな圧縮応力が付与されている場合であっても、その脱落を抑制することができる。
　ここで、本発明者らは本開示に関する検討によって以下（ａ）～（ｃ）のことを知見している。
（ａ）切削工具用の基材の刃先面には、意図しない酸素原子が入り込んでおり、かつその酸素原子に由来する酸素濃度は、刃先面近傍において最も高く、基材の内部に向かうに連れて減少している；
（ｂ）刃先面近傍の酸素濃度が高いほど、基材の内部深くまで酸素原子が入り込んでいる傾向がある；
（ｃ）基材内の酸素濃度が高いほど、基材と被膜との密着性が低い（被膜が脱落し易い）。
　本発明者らは、上記知見を踏まえ、本実施形態の切削工具において、上記密着性が向上する理由を次のように推察する。すなわち、従来の切削工具の基材においては、刃先面と、該刃先面から内部に向かうある程度の深さ位置との間の領域に、意図しない酸素原子が存在していた。基材の物性に影響を与え得る高い濃度で上記の酸素原子が存在する領域（「高酸素領域」ともいう）では、基材の脆化が起こる。脆化された基材上に存在する被膜は、脆化されていない基材上に存在する場合よりも脱落し易い。
　一方、本実施形態の切削工具においては、基材において、刃先面から０．４μｍの深さ位置での酸素濃度が１原子％以下であり、これは従来の切削工具と比して小さい値である。このため、刃先面近傍の酸素濃度もまた、従来と比して小さく、ゆえに刃先面近傍の脆化が抑制される。したがって、本実施形態の切削工具によれば、従来と比して被膜の脱落が生じにくく、もって基材と被膜との密着性が向上する。
　また、上述のように刃先面近傍の脆化が従来と比して抑制されることにより、基材自身の硬度の低下も抑制され得る。基材の硬度低下の抑制は、切削工具の耐摩耗性の向上に寄与する。このことも、本実施形態の切削工具の長寿命化に寄与していると推察される。
　本実施形態の切削工具において、基材は、刃先面から０．２μｍの深さ位置での酸素濃度が１０原子％以下であることが好ましい。この場合、基材と被膜との密着性をさらに向上させることができる。なお、理論上、刃先面から０．４μｍの深さ位置での酸素濃度、および刃先面から０．２μｍの深さ位置での酸素濃度は、それぞれ０原子％であることが好ましい。
　基材は、刃先面における歪みが０．０７以下であることが好ましい。刃先面における歪は、Ｘ線回折法を適用することにより求めることができる。なお、放射光のような高輝度のＸ線は、高精度に測定できる点で好ましいが、通常のＸ線装置を使用してもよいことはいうまでもない。
　Ｘ線回折法により得られるＸ線の回折角（２θ）と回折強度との回折プロファイルにおいては、結晶子サイズおよび歪みのそれぞれに依存して、回折ピークが拡がる（ブロードになる）ことが知られている。結晶子サイズに依存する回折ピークおよび歪みに依存する回折ピークのそれぞれをローレンツ関数で近似すると、回折ピークの積分幅βは下記式（１）で表すことができる。βsizeは、結晶子サイズに依存する回折プロファイルにおける積分幅であり、βstrainは、歪みに依存する回折プロファイルにおける積分幅である。
β＝βsize＋βstrain・・・（１）。
　βsizeおよびβstrainは、下記式（２）および下記式（３）で表される。λはＸ線の波長であり、εは結晶子サイズであり、θはＸ線の入射角であり、ηは歪み（不均一格子歪み）であり、θ0はブラッグ角である。さらに、下記式（２）および下記式（３）を上記
式（１）に代入することにより、下記式（４）が得られる。
βsize＝λ／（εcosθ0）・・・（２）
βstrain＝ηtanθ0・・・（３）
βcosθ0／λ=１／ε+ηsinθ0／λ・・・（４）。
　縦軸をβcosθ0／λとし、横軸をsinθ0／λとする２軸グラフにおいて、2θの値が異なる複数の回折プロファイルから求められる値をプロットし、このプロットを線形回帰する。得られた回帰直線において、その傾きが歪み（不均一格子歪み）であり、該回帰直線の切片の逆数が結晶子サイズとなる。
　上記歪みは平均値とすることができる。すなわち、基材の刃先面のうち任意の３つの測定箇所における回折プロファイル（入射角の異なる複数の回折プロファイル）を得て、各測定箇所におけるηの値をそれぞれ算出する。そして、これらの平均値を上記歪みとする。上記測定箇所は、基材の刃先面から深さ方向に対して、その厚みが１．５μｍとなる領域に位置する基材である。すなわち、各測定箇所における歪みは、刃先面から深さ１．５μｍまでの領域における基材の歪みの積算値として、各測定箇所において測定される。
　また本発明者らは、刃先面の複数の測定箇所におけるηの値の算出を実施したところ、個々の値と平均値とで有意な差がないことを確認している。このため、刃先面のうちの任意の１箇所を測定し、その結果を上記歪みとしてもよい。ただし、明らかに異常値と認識される結果は除外されるべきである。このときの１箇所は、刃先面の中央部分で決定されることが好ましい。切削工具の特性に大きく関与する部分であり、切削工具の特性評価の対象部位として適切なためである。
　上記歪みが「０．０７以下」と十分に小さい場合、切削工具のさらなる長寿命化が可能となる。このような位置での歪みが小さいことにより、被膜の耐剥離性が向上するためである。また上記歪みは、０．０５以下であることがより好ましい。この場合、さらなる切削工具の長寿命化が可能となる。なお、理論上、上記歪みは０であることが最も好ましい。
　《被膜》
　本実施形態の切削工具は、基材上に設けられた被膜を備える。被膜は、硬質層を含む限り、１層からなる単層構造であってもよく、２層以上が積層された積層構造であってもよい。たとえば、硬質層以外に、下地層、使用状態表示層（表面層）等が挙げられる。
　被膜は、０．３～１５μｍの厚みを有することが好ましい。被膜の厚みが０．３μｍ以上であれば、被膜の特性を十分に発揮することができ、１５μｍ以下であれば、被膜が厚すぎることによる被膜の剥離を抑制することができる。
　被膜の厚みは次のようにして求められる。まず、基材の表面の法線方向に平行な断面を含む測定試料を作製する。次に、該断面を走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ：Scanning　Transmission　Electron　Microscopy）で観察し、観察画像に被膜の厚み方向の全域が含まれるように倍率を調整する。そして、その厚みを５点以上測定し、その平均値を厚みとする。後述する硬質層の厚みについても同様である。
　《硬質層》
　被膜に含まれる硬質層は、１層からなる単層構造であってもよく、２層以上が積層された積層構造であってもよい。硬質層のうちの最上層は、絶対値が１．５ＧＰａ以上の圧縮応力を有する。なお、最上層とは、硬質層を構成する層のうち、最も基材から離れた位置にある層を意味する。ただし硬質層が１層の場合には、該硬質層と硬質層のうちの最上層とは同一の層となる。
　後処理によって圧縮応力が付与された硬質層においては、後処理の性質上、硬質層のうちの最上層に最も大きな圧縮応力が付与され易い傾向にある。そして硬質層のうちの最上層がこのように大きな圧縮応力を有する場合、従来であれば、この硬質層を含む被膜は、基材から脱落し易い傾向にあった。
　これに対し本実施形態の切削工具は、上述のように、基材と被膜との密着性に優れる。このため、被膜が大きな圧縮応力が付与された硬質層を含むにも関わらず、これに依拠する被膜の剥離が十分に抑制される。したがって、本実施形態の切削工具によれば、耐摩耗性と耐欠損性との両特性に優れることができ、もって長寿命を有することができる。
　なお、大きな圧縮応力を有する硬質層を含む被膜が、基材から脱落し易い理由は明確ではない。ただし、「大きな圧縮応力を有する被膜」を「後処理による応力変化が大きい被膜」と捉えた場合には、次のことが推察される。
　大きな応力変化を経た被膜は、自壊し易い、および／または微細な亀裂等の欠陥を含み易いといった特徴がある。内部に自壊した部分が存在したり、微細な亀裂が存在していたりするような被膜は、基材から脱落し易くなる。したがって、大きな応力変化を経た被膜である「大きな圧縮応力を有する被膜」は、脱落しやすくなる。
　ここで「圧縮応力」とは、層内に存する内部応力（固有ひずみ）の一種である。圧縮応力は、「－」（マイナス）の数値（本明細書においてその単位は「ＧＰａ」で表す）で表される応力をいう。このため、圧縮応力が大きいという概念は、上記数値の絶対値が大きくなることを示し、圧縮応力が小さいという概念は、上記数値の絶対値が小さくなることを示す。
　最上層の圧縮応力は、たとえば、Ｘ線応力測定装置を用いたｓｉｎ2ψ法により測定することができる。このようなＸ線を用いたｓｉｎ2ψ法は、多結晶材料の圧縮応力の測定方法として広く用いられ、たとえば「Ｘ線応力測定法」（日本材料学会、１９８１年株式会社養賢堂発行）の５４～６７頁に詳細に説明されている方法を用いることができる。
　ｓｉｎ2ψ法を適用して最上層の圧縮残留応力を測定する場合、最上層の上に使用状態表示層などの他の層が存在するときには、必要に応じて電解研磨、フラットミーリングなどをすることにより、他の層を除いて最上層を露出させ、この露出した最上層に対して圧縮応力を測定する。
　最上層の圧縮応力の絶対値は、１．５～５．５ＧＰａ以下であることが好ましい。５．５ＧＰａを超えると、最上層が自壊する傾向が顕著に高まるためである。さらに好ましくは、最上層の圧縮応力の絶対値は、３．５～５．５ＧＰａである。
　硬質層を構成する各層（硬質層が１層構造である場合には硬質層そのもの）は、周期表の第４族元素（Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ）、第５族元素（Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ）、第６族元素（Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ）、ＡｌおよびＳｉからなる群より選択される１種以上の第１元素と、Ｂ、Ｃ、Ｎ、およびＯからなる群より選択される１種以上の第２元素とからなる化合物層であることが好ましい。このような化合物層より構成される硬質層は、切削工具の被膜として好適である。
　上記の化合物層の具体例として、ＴｉＣＮＯ層、ＴｉＢＮ層、ＴｉＣ層、ＴｉＮ層、ＴｉＡｌＮ層、ＴｉＳｉＮ層、ＡｌＣｒＮ層、ＡｌＣｒＯＮ層、ＡｌＣｒＯ層、ＴｉＡｌＳｉＮ層、ＴｉＡｌＯＮ層、ＡｌＣｒＳｉＣＮ層、ＴｉＣＮ層、ＴｉＳｉＣ層、ＣｒＳｉＮ層、ＡｌＴｉＳｉＣＯ層、ＴｉＳｉＣＮ層、ＺｒＯ2層、Ａｌ2Ｏ3層などが挙げられる。
　特に硬質層のうちの最上層は、Ａｌ酸化物層を含むことが好ましい。Ａｌ酸化物層は、大きな圧縮応力が付与された場合に、特に自壊し易く、故に被膜の基材からの剥離を促し易い傾向がある。これに対し、本実施形態の切削工具によれば、上述のように、基材と被膜との密着性に優れるため、従来と比して被膜の脱落が抑制されることとなる。
　中でも硬質層は、基材側から順に、ＴｉＮ層、ＴｉＣＮ層およびＡｌ酸化物層が積層された多層構造を有することが好ましい。このような多層構造は、各層の相乗効果によって、切削工具の耐摩耗性、耐酸化性、耐熱安定性および耐チッピング性を顕著に向上させることができる。
　Ａｌ酸化物層としては、ＡｌＣｒＯＮ層、ＡｌＣｒＯ層、ＴｉＡｌＯＮ層、ＡｌＴｉＳｉＣＯ層、Ａｌ2Ｏ3層などが挙げられる。
　また硬質層は、ＣＶＤ法により成膜された化学蒸着層であることが好ましい。その理由の一つは、化学蒸着層は、物理蒸着（ＰＶＤ）法により成膜された物理蒸着層と比して、基材との密着性に優れるためである。また、その理由の他の一つは、化学蒸着層は、物理蒸着層と異なり、その全体に引張応力を有することが多い点にある。このため、化学蒸着層でありながら大きな圧縮応力を有する硬質層は、物理蒸着層であって大きな圧縮応力を有する硬質層よりも、後処理による応力変化が大きく、脱落し易いと言える。換言すれば、本実施形態の硬質層が化学蒸着層である場合には、従来と比して顕著な密着性の向上が期待される。なお、化学蒸着層と物理蒸着層は、これらの表面をＳＥＭ観察することにより、明確に区別される。
　硬質層は、０．３～１５μｍの厚みを有することが好ましい。硬質層の厚みが０．３μｍ以上であれば、硬質層の特性を十分に発揮することができ、１５μｍ以下であれば、硬質層が厚すぎることによる硬質層の剥離を抑制することができる。また硬質層のうちの最上層は、圧縮応力が付与されたことによる特性の発揮と自壊の抑制とのバランスから、０．３～１５μｍの厚みを有することが好ましく、２．５～５．５μｍの厚みを有することがより好ましい。
　〈切削工具の製造方法〉
　本実施形態の切削工具の製造方法は、基材前駆体を準備する工程と、基材前駆体の表面を機械加工処理して基材を作製する工程と、基材上に被膜を形成する工程と、被膜に圧縮応力を付与する工程と、を備える。以下、各工程について詳述する。
　《基材前駆体を準備する工程》
　本工程では、基材前駆体が準備される。基材前駆体としては、上述の超硬合金またはサーメットを挙げることができる。また基材前駆体とは、その表面に対して下記に詳述する機械加工処理が施されて刃先面が形成されることによって「基材」となるものである。したがって基材前駆体の形状は、刃先面を未だ有していない以外は、基材の形状に類似している。
　《基材を作製する工程》
　本工程では、基材前駆体の表面が機械加工処理される。機械加工処理は、湿式研削処理と乾式研削処理とが交互に繰り返される第１研削処理、低送り低切込みの湿式研削処理が実施される第２研削処理、または、乾式研削処理が実施される第３研削処理のいずれかである。これにより、切削工具の基材が作製される。
　基材前駆体のうち機械加工処理される表面は、基材前駆体における第１面と第２面とが交差して成る稜線と、該稜線の近傍とを含む稜線近傍部である。基材前駆体の第１面および第２面は、基材のすくい面および逃げ面となる部分であり、基材前駆体の稜線近傍部は、基材の刃先面となる部分である。
　たとえば、稜線近傍部を円弧状に機械加工処理した場合は図４に示すような刃先面が形成され、稜線近傍部を平面状に機械加工処理した場合は図５に示すような刃先面が形成される。すなわち機械加工処理とは、基材前駆体の稜線近傍部に対する面取り処理である。
　（第１研削処理）
　第１研削処理における湿式研削処理（処理時に水を使用する処理）としては、湿式ブラシ処理、湿式バレル処理、湿式ブラスト処理が挙げられる。この湿式研削処理の条件は特に限定されず、たとえば高送り高切込みでもよく、低送り低切込みでもよい。
　第１研削処理における乾式研削処理（処理時に水を使用しない処理）としては、乾式ブラシ処理、乾式バレル処理、乾式ブラスト処理が挙げられる。この乾式研削処理の条件は特に限定されず、たとえば高送り高切込みでもよく、低送り低切込みでもよい。
　第１研削処理により、上述の酸素濃度の低い切削工具を製造することができる理由は次のとおりである。従来、基材前駆体を機械加工処理して基材とするに当たっては、高送り高切込みの湿式研削処理が実施されていた。第１には、高送り高切込みの湿式研削処理が生産性に優れているためである。第２には、乾式研削処理では、研削時の発熱により基材表面が酸化すると考えられていたためである。第３には、低送り低切込みの湿式研削処理では、生産性が悪いと考えられていたためである。
　しかし、この高送り高切込みの湿式研削処理によって基材の刃先面から内部方向への酸素の侵入が発生し、結果的に、基材自体の硬度の低下や基材と被膜との密着性の低下が引き起こされていた。
　これに対し、本実施形態の製造方法によれば、従来の高送り高切込みの湿式研削処理からなる機械加工処理に代えて、湿式研削処理と乾式研削処理とが繰り返される機械加工処理が実施される。このような機械加工処理によれば、処理面（刃先面）において次のようなことが起こる。
　１回の湿式研削処理によって、基材前駆体の面取りが実施されるとともに、基材前駆体の表面から酸素が侵入していく。この湿式研削処理が実施される時間は従来と比して短くできる。このため、１回の湿式研削処理後における基材内の酸素濃度や、高酸素領域の幅（刃先面から基材内の内部方向に直進する深さ）は、従来よりも小さくなる。さらに、湿式研削処理後の乾式研削処理においては、基材前駆体に酸素が侵入することがない。このため、乾式研削処理においては、先の湿式研削処理によって形成された高酸素領域が除去されながら、面取りが実施されることとなる。
　したがって、結果的に高酸素領域の幅が従来と比して十分に小さくなり、または、基材の物性に影響を与え得る高酸素領域が存在しなくなる。これによって、刃先面から０．４μｍの深さ位置での酸素濃度が１原子％以下である、上記基材が作製される。
　湿式研削処理と乾式研削処理との繰り返しの回数は特に制限されないが、少なくとも各処理は１回ずつ実施される。また各処理は交互に３回以上ずつ繰り返されることが好ましい。これにより、各湿式研削処理時に形成される高酸素領域の幅をさらに小さくすることができる。このため、最終的な高酸素領域の幅もさらに小さくすることができる。また、高酸素領域における酸素濃度自体も低くすることができる。
　また、機械加工処理の最初の処理を湿式研削処理とし、最後の処理を乾式研削処理とすることが好ましい。最初の処理を湿式研削処理とすることにより、生産性を向上させることができ、最後の処理を乾式研削処理とすることにより、最終的に得られる基材における高酸素領域の幅を十分に小さく制御することができる。
　（第２研削処理）
　第２研削処理における低送り低切込みの湿式研削処理としては、第１研削処理と同様に、湿式ブラシ処理、湿式バレル処理、湿式ブラスト処理が挙げられる。第２研削処理により、従来の高送り高切込みの湿式研削処理による基材内への酸素の入り込みが抑制されるため、上述の酸素濃度の低い切削工具を製造することができる。
　なお本明細書において、湿式研削処理における低送り低切込みとは、研削処理の種類によって異なるが、たとえばブラシ処理の場合には、送り量が２００ｍｍ／ｓｅｃ以下であり、かつ切り込み量が１．５ｍｍ以下であることを意味する。また本明細書において、湿式研削処理における高送り高切込みとは、たとえばブラシ処理の場合には、送り量が３００ｍｍ／ｓｅｃ以上であり、かつ切り込み量が３ｍｍ以上であることを意味する。
　また第２研削処理における湿式研削処理は、連続処理ではなく、インターバルを有することが好ましい。つまり、湿式研削処理を任意の時間実施した後、任意の時間研削処理を中断し、さらに湿式研削処理を任意の時間実施する、という工程を繰り返すことが好ましい。これにより、酸素の入り込みの抑制効果を高めることができる。
　（第３研削処理）
　第３研削処理における乾式研削処理としては、第１研削処理と同様に、乾式ブラシ処理、乾式バレル処理、乾式ブラスト処理が挙げられる。第３研削処理における乾式研削処理の条件は特に限定されず、たとえば高送り高切込みでもよく、低送り低切込みでもよい。第３研削処理により、従来の高送り高切込みの湿式研削処理による基材内への酸素の入り込みが抑制されるため、上述の酸素濃度の低い切削工具を製造することができる。
　以上、第１研削処理、第２研削処理および第３研削処理について説明したが、機械加工処理は、第１研削処理であることが好ましい。この場合、高い生産性を維持したまま、上述の酸素濃度の低い切削工具を製造することができる。
　《被膜を形成する工程》
　本工程では、基材の表面に被膜が形成される。被膜を形成する方法として、ＰＶＤ法またはＣＶＤ法が挙げられるが、本実施形態においては、ＣＶＤ法を用いることが好ましい。ＣＶＤ法を用いると、成膜温度が８００～１２００℃となる。この温度は物理蒸着法と比較して高く、これにより基材と被膜の密着性が向上する。ＣＶＤ法としては従来公知の方法を用いることができる。
　《被膜に圧縮応力を付与する工程》
　本工程では、被膜に対して圧縮応力が付与される。圧縮応力を付与するための後処理としては、ブラシ処理、またはサンドブラスト処理、ウエットブラスト処理、ショットピーニング処理などのブラスト処理、あるいはＰＶＤのボンバード処理などの各種手法が挙げられる。これにより被膜に対して圧縮応力を付与することができ、結果的に、被膜内の硬質層に圧縮応力が付与され、特に最上層により大きな圧縮応力を付与することができる。
　以上により、刃先面から０．４μｍの深さ位置での酸素濃度は１原子％以下である基材と、絶対値が１．５ＧＰａ以上の圧縮応力を有する最上層（硬質層）を含む被膜とを備える、上述の切削工具が製造される。この切削工具は、長寿命を有することができる。
　なお、上記基材の刃先面における歪は、上述の機械加工処理の条件を調整することにより小さく制御することができる。
　以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
　実施例１～１５の切削工具と、比較例１～５の切削工具とを作製し、これらの特性を評価した。
　《実施例１の切削工具の作製》
　以下のようにして、実施例１の基材を作製した。この切削工具は以下の仕様の基材からなる。
　チップ型番：ＣＮＭＧ１２０４０８Ｎ－ＵＸ（住友電工ハードメタル社製）
　材質　　　：超硬合金　ＪＩＳ　Ｂ４１２０（２０１３）規格。
　まず、２．０質量％のＴａＣと、１．０質量％のＮｂＣと、６質量％のＣｏと、残部のＷＣ（ただし、不可避不純物を含む）とからなる組成比で配合した原料粉末を、所定の形状に加圧成形した後に、１３００～１５００℃で１～２時間焼結した。これにより基材前駆体を得た。
　次に、基材前駆体の稜線近傍部に対し、以下の湿式研削処理および乾式研削処理をこの順に交互に５回ずつ繰り返して実施した。すなわち第１研削処理を実施した。これにより、基材前駆体の稜線近傍部に対して、刃先面の円弧に関し、Ｒ＝０．０３ｍｍとなるように機械加工処理が施された。このようにして、基材が作製された。
　（湿式研削処理）
　処理種類：バレル処理
　メディア：プラスチック
　処理液　：水
　時間　　：５分。
　（乾式研削処理）
　処理種類：ブラシ処理
　ブラシ　：ナイロン
　回転数　：１００ｒｐｍ
　切込み　：１．５ｍｍ
　送り量　：１５０ｍｍ／ｓｅｃ
　処理液　：無
　時間　　：１分
　ペースト：平均粒径１０μｍ以下のダイヤモンドペースト
　　　　　（ただし、ペーストに含まれる液体成分は固形油脂）。
　次に、ＣＶＤ装置を用いて、基材の表面全面に対し、ＭＴ－ＣＶＤ法により表１に示す被膜を作製した。たとえば実施例１の被膜は、基材の表面から順に、ＴｉＮ層、ＴｉＣＮ層、Ａｌ2Ｏ3層（最上層）が積層されてなる硬質層と、ＴｉＮ層（使用状態表示層）とが積層された被膜であることを示す。なお、使用状態表示層は、その厚みが０．５μｍ以下のＴｉＮ層であって、最表面に位置する層である。また、各層の組成の後に続く括弧内には、各層の厚み（μｍ）を示す。なおＭＴ－ＣＶＤ法とは、８５０～９５０℃という比較的マイルドな温度環境下で成膜する方法である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 　次に、基材の表面に形成された被膜の全面に対し、以下のブラスト処理を実施した。すなわち、チップを１００ｒｐｍで回転させながら、すくい面を含む仮想平面と、逃げ面を含む仮想平面との仮想稜線の４５°方向から、すくい面、逃げ面、および刃先面に均等に、平均粒径５０μｍの酸化アルミニウム製のボールを０．１０ＭＰａの圧縮空気（投射圧）で５秒間衝突させた。これにより、硬質層に対して圧縮応力が付与された。以上により、実施例１の切削工具が作製された。
　《実施例２～１２の切削工具の作製》
　基材前駆体に対する機械加工処理として、上記の湿式研削処理および乾式研削処理の各処理時間および繰り返し回数を適宜変更した以外は、実施例１と同様にして実施例２～１２の基材を作製した。
　次に、被膜を構成する層の組成および厚みを表１に示すように変更した以外は、実施例１と同様の方法により、被膜を作製した。
　次に、ブラスト処理の投射圧および処理時間を適宜変更して、各被膜に対して圧縮応力を付与させた。以上により、実施例２～１２の切削工具が作製された。
　《実施例１３の切削工具の作製》
　以下のようにして、実施例１３の基材を作製した。この切削工具は以下の仕様の基材からなる。
　チップ型番：ＣＮＭＧ１２０４０８Ｎ－ＵＸ（住友電工ハードメタル社製）
　材質　　　：Ｐ２０グレードサーメット。
　まず、７質量％のＮｂＣと、７質量％のＭｏ2Ｃと、１０質量％のＣｏと、５質量％のＮｉと、２０質量％のＷＣと、残部のＴｉＣＮ（ただし、不可避不純物を含む）とからなる組成比で配合した原料粉末を、所定の形状に加圧成形した後に、１３００～１６５０℃で１～２時間焼結した。これにより基材前駆体を得た。
　次に、基材前駆体の稜線近傍部に対し、上記の湿式研削処理および乾式研削処理の各処理時間および繰り返し回数を適宜変更した以外は、実施例１と同様にして機械加工処理を行った。これにより、基材前駆体の稜線近傍部に対して、刃先面の円弧に関し、Ｒ＝０．０３ｍｍとなるように機械加工処理が施された。このようにして、基材が作製された。
　次に、被膜を構成する層の組成および厚みを表１に示すように変更した以外は、実施例１と同様の方法により、被膜を作製した。
　次に、ブラスト処理の投射圧および処理時間を適宜変更して、被膜に対して圧縮応力を付与させた。以上により、実施例１３の切削工具が作製された。
　《実施例１４の切削工具の作成》
　基材前駆体に対する機械加工処理として、以下の低送り低切込みの湿式研削処理、すなわち第２研削処理を実施した以外は、実施例１と同様にして実施例１４の切削工具を作製した。
　（湿式研削処理）
　処理種類：バレル処理
　メディア：プラスチック
　処理液　：水
　時間　　：３分。
　《実施例１５の切削工具の作成》
　基材前駆体に対する機械加工処理として、以下の乾式研削処理、すなわち第３研削処理を実施した以外は、実施例１と同様にして実施例１５の切削工具を作製した。
　（乾式研削処理）
　処理種類：ブラシ処理
　ブラシ　：ナイロン
　回転数　：１００ｒｐｍ
　処理液　：無
　時間　　：１分
　ペースト：平均粒径１０μｍ以下のダイヤモンドペースト
　　　　　（ただし、ペーストに含まれる液体成分は固形油脂）。
　《比較例１～５の切削工具の作製》
　比較例１～５は、次のようにして作製した。まず、実施例１と同様にして超硬合金からなる基材前駆体を得た。そして、基材前駆体に対する機械加工処理として、上記の乾式研削処理を実施せず、かつ以下の高送り高切り込みの湿式研削処理を実施した以外は、実施例１と同様にして比較例１～５の基材を作製した。
　（湿式研削処理）
　処理種類：バレル処理
　メディア：プラスチック
　処理液　：水
　時間　　：３分。
　次に、被膜を構成する層の組成および厚みを表１に示すように変更した以外は、実施例１と同様の方法により、被膜を作製した。
　次に、ブラスト処理の投射圧および処理時間を適宜変更して、各被膜に対して圧縮応力を付与させた。以上により、比較例１～５の切削工具が作製された。
　《各種特性評価》
　各切削工具に関し、刃先面から０．４μｍの深さ位置での酸素濃度、刃先面から０．２μｍの深さ位置での酸素濃度、刃先面における歪み、および最上層の圧縮応力のそれぞれを、上述の方法に従って測定した。
　各酸素濃度および歪みは、それぞれ刃先面のうち任意の３つの測定箇所にて測定した。ただし３つの測定箇所のうちの１箇所は、刃先面の中央部分とした。各結果を表２に示す。各結果を表２に示す。
　なお各種装置として以下の装置を用いた。
ＸＰＳ分析装置（酸素濃度の測定）　：日本電子社製、「ＪＰＳ－９０３０」
Ｘ線装置（歪みの測定）　　　　　　：公益財団法人高輝度光科学研究センター、「ＳＰｒｉｎｇ　８」
Ｘ線応力測定装置（圧縮応力の測定）：日本電子社製、「ＪＳＭ－７８００」。
　表２において、「圧縮応力（ＧＰａ）」の欄に示されるのは、各圧縮応力の絶対値である。「０．４酸素濃度（原子％）」の欄には、刃先面から０．４μｍの深さ位置での酸素濃度が示される。「０．２酸素濃度（原子％）」の欄には、刃先面から０．２μｍの深さ位置での酸素濃度が示される。また各酸素濃度および歪みの測定値は、３点の測定箇所の平均値とした。
　Ｘ線回折法による歪の測定において利用したＳＰｒｉｎｇ－８の放射光（高輝度Ｘ線）の条件は以下のとおりである。
ビームライン：ＢＬ１６ＸＵ
入射Ｘ線エネルギー：１０．０１２ｋｅＶ（波長λ：１．２３８５Å）
走査範囲：２θで２０°～１２０°。
　《試験１：耐欠損性試験》
　各切削工具について、以下の切削条件下での切削を実施した。そして、切削時間２０分経過後の逃げ面側の平均摩耗量Ｖｂ（ｍｍ）を測定した。各結果を表２に示す。当該試験では、低合金鋼の低速切削が実施されるため、切削工具への被削材の溶着が起こり易い。切削工具に溶着した成分が脱落する際には、被膜の脱落が引き起こされ易く、その結果、摩耗量が増大することとなる。したがって、当該試験により、被膜の脱落に関与する切削工具の耐欠損性を評価することができる。具体的には、Ｖｂ（ｍｍ）の値が小さいほど、耐欠損性に優れることとなる。
　（切削条件）
　被削材：ＳＣＭ４１５
　切削速度：１００ｍ／ｍｉｎ．
　送り量：０．２ｍｍ／ｒｅｖ．
　切り込み量：２．０ｍｍ
　切削液：水溶性切削油。
　《試験２：耐摩耗性試験》
　各切削工具について、以下の切削条件下での切削を実施した。そして、切削時間１５分経過後の逃げ面側の平均摩耗量Ｖｂ（ｍｍ）を測定した。各結果を表２に示す。Ｖｂ（ｍｍ）の値が小さいほど、耐摩耗性に優れることとなる。
　（切削条件）
　被削材：ＦＣＤ７００
　切削速度：２００ｍ／ｍｉｎ．
　送り量：０．２ｍｍ／ｒｅｖ．
　切り込み量：２．０ｍｍ
　切削液：水溶性切削油。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 　表２に示されるように、実施例１～１５の切削工具は、比較例１～５の切削工具と比して、高い耐欠損性と高い耐摩耗性を示した。このことから、実施例の切削工具は、比較例の切削工具よりも長寿命化されていることが確認された。
　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。
　１０　切削工具、１　基材、１ａ　すくい面、１ｂ　逃げ面、１ｃ　刃先面、２　被膜。

Claims (7)

  1. 　基材と、前記基材上に形成された被膜とを備える表面被覆切削工具であって、
    　前記基材は、超硬合金またはサーメットであり、
    　前記基材の表面は、すくい面と、逃げ面と、該すくい面および該逃げ面を繋ぐ刃先面とを含み、
    　前記基材において、前記刃先面から０．４μｍの深さ位置での酸素濃度は１原子％以下であり、
    　前記被膜は、硬質層を含み、
    　前記硬質層のうちの最上層は、絶対値が１．５ＧＰａ以上の圧縮応力を有する、表面被覆切削工具。
  2. 　前記基材において、前記刃先面から０．２μｍの深さ位置での酸素濃度は１０原子％以下である、請求項１に記載の表面被覆切削工具。
  3. 　前記最上層は、絶対値が３．５ＧＰａ以上の圧縮応力を有する、請求項１または請求項２に記載の表面被覆切削工具。
  4. 　前記硬質層は、周期表の第４族元素、第５族元素、第６族元素、ＡｌおよびＳｉからなる群より選択される１種以上の第１元素と、Ｂ、Ｃ、Ｎ、およびＯからなる群より選択される１種以上の第２元素とからなる化合物層である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の表面被覆切削工具。
  5. 　前記最上層は、Ａｌを含む酸化物からなる層である、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の表面被覆切削工具。
  6. 　前記基材において、前記刃先面における歪みは０．０７以下である、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の表面被覆切削工具。
  7. 　請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の表面被覆切削工具を製造する方法であって、
    　基材前駆体を準備する工程と、
    　前記基材前駆体の表面を機械加工処理して基材を作製する工程と、
    　前記基材上に、硬質層を含む被膜を形成する工程と、
    　前記被膜に圧縮応力を付与する工程と、を備え、
    　　前記機械加工処理は、
    　　前記基材前駆体の表面に対し、湿式研削処理と乾式研削処理とが交互に繰り返される第１研削処理、
    　　低送り低切込みの湿式研削処理が実施される第２研削処理、または、
    　　乾式研削処理が実施される第３研削処理のいずれかである、表面被覆切削工具の表面被覆製造方法。
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