WO2018216256A1 - 被膜および切削工具 - Google Patents

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WO2018216256A1
WO2018216256A1 PCT/JP2017/047034 JP2017047034W WO2018216256A1 WO 2018216256 A1 WO2018216256 A1 WO 2018216256A1 JP 2017047034 W JP2017047034 W JP 2017047034W WO 2018216256 A1 WO2018216256 A1 WO 2018216256A1
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WO
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ticn layer
coating
film
layer
ticn
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Application number
PCT/JP2017/047034
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English (en)
French (fr)
Inventor
パール クリストッファー アルムスコーグ
慶春 内海
津田　圭一
Original Assignee
住友電気工業株式会社
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B27/00—Tools for turning or boring machines; Tools of a similar kind in general; Accessories therefor
    • B23B27/14—Cutting tools of which the bits or tips or cutting inserts are of special material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B51/00—Tools for drilling machines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23C—MILLING
    • B23C5/00—Milling-cutters
    • B23C5/16—Milling-cutters characterised by physical features other than shape
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23D—PLANING; SLOTTING; SHEARING; BROACHING; SAWING; FILING; SCRAPING; LIKE OPERATIONS FOR WORKING METAL BY REMOVING MATERIAL, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23D77/00—Reaming tools
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23F—MAKING GEARS OR TOOTHED RACKS
    • B23F21/00—Tools specially adapted for use in machines for manufacturing gear teeth
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23G—THREAD CUTTING; WORKING OF SCREWS, BOLT HEADS, OR NUTS, IN CONJUNCTION THEREWITH
    • B23G5/00—Thread-cutting tools; Die-heads
    • B23G5/02—Thread-cutting tools; Die-heads without means for adjustment
    • B23G5/06—Taps
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material

Definitions

  • the present invention relates to a coating and a cutting tool.
  • This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2017-101922, which is a Japanese patent application filed on May 23, 2017. All the descriptions described in the Japanese patent application are incorporated herein by reference.
  • Patent Document 1 discloses a technique for forming a Ti-based film exhibiting excellent wear resistance by appropriately controlling various conditions of arc discharge.
  • the coating according to one embodiment of the present disclosure is a coating formed on a substrate, and the coating includes one or more layers, and at least one of the layers is TiCN made of titanium carbonitride.
  • the TiCN layer occupies 75 area% or more of the surface of the titanium carbonitride granular structure, and the granular structure has a length of 5 nm to 40 nm and a width of 3 nm to 30 nm.
  • a certain particle has an aggregated form.
  • the coating according to one embodiment of the present disclosure is a coating formed on a substrate, and the coating includes one or more layers, and at least one of the layers is made of titanium carbonitride.
  • a TiCN layer, and the TiCN layer occupies 50% by area or more of the surface of the titanium carbonitride plate-like structure, and the plate-like structure has a length of 10 nm to 150 nm and a width of 1 nm or more. It has the form which the board pieces which are 10 nm or less gathered.
  • the cutting tool according to one embodiment of the present disclosure is a cutting tool in which the base material is coated with the coating film.
  • FIG. 1 is a drawing-substituting photograph showing a planar form of a coating film according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a drawing-substituting photograph showing an enlarged portion surrounded by a solid line in FIG.
  • FIG. 3 is a drawing-substituting photograph showing a cross-sectional form of the coating according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a drawing substitute photograph showing the TiCN layer appearing in FIG. 3 in an enlarged manner.
  • FIG. 5 is a drawing-substituting photograph showing a planar form of the coating film according to the second embodiment.
  • FIG. 6 is a drawing-substituting photograph showing an enlarged portion surrounded by a solid line in FIG.
  • FIG. 7 is a drawing-substituting photograph showing a cross-sectional form of the coating film according to the second embodiment.
  • FIG. 8 is a drawing substitute photograph showing the TiCN layer appearing in FIG. 7 in an enlarged manner.
  • an object of the present disclosure is to provide a coating film and a cutting tool that are excellent in terms of high hardness, low compressive stress, and surface roughness.
  • the present inventors considered that there is a limit to the performance of a film produced by a conventional vacuum arc deposition method, and focused on the High Power Impulse Magnetron Sputtering (HiPIMS) method.
  • HiPIMS High Power Impulse Magnetron Sputtering
  • the bias voltage applied to the substrate is a bipolar bias, and the ion bombardment is appropriately controlled so that the coating includes a surface having a characteristic form.
  • the film according to the present disclosure has been reached.
  • the coating according to one embodiment of the present disclosure is a coating formed on a substrate, and the coating includes one or more layers, and at least one of the layers is titanium carbonitride.
  • the TiCN layer occupies 75% by area or more of the surface of the TiCN layer, and the granular structure of the titanium carbonitride occupies a length of 5 nm to 40 nm and a width of 3 nm or more. It has a form in which particles of 30 nm or less are aggregated.
  • a film having such a configuration is excellent in terms of high hardness, low compressive stress, and surface roughness.
  • the TiCN layer has a peak intensity ratio I (111) / I (200) of (111) plane to (200) plane of 1 or more and 2 or less when analyzed by a thin film X-ray diffraction method.
  • the TiCN layer preferably has a crystal grain size determined from the half width of the peak of the (111) plane in the range of 150 to 250 mm. Thereby, it is more excellent in terms of high hardness, low compressive stress, and surface roughness.
  • the coating according to one embodiment of the present disclosure is a coating formed on a substrate, and the coating includes one or more layers, and at least one of the layers is titanium carbonitride.
  • the TiCN layer is composed of the titanium carbonitride plate-like structure occupying 50% by area or more of the surface of the TiCN layer, and the plate-like structure has a length of 10 nm to 150 nm and a width of 10 nm to 150 nm. It is preferable to have a form in which plate pieces of 1 nm or more and 10 nm or less are assembled. This also excels in terms of high hardness, low compressive stress, and surface roughness.
  • the TiCN layer has a peak intensity ratio I (111) / I (200) of 0.4 to 0.79 when analyzed by thin film X-ray diffraction method.
  • the TiCN layer preferably has a crystal grain size determined from the half width of the peak of the (200) plane of 150 to 250 mm. This is also superior in terms of high hardness, low compressive stress, and surface roughness.
  • the TiCN layer preferably contains 0.1 atomic% to 3 atomic% of argon. Thereby, the film which was excellent in surface roughness can be provided using HiPIMS method.
  • the film thickness is 0.3 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less. Thereby, the film which is more excellent in terms of high hardness, low compressive stress and surface roughness can be provided.
  • a cutting tool according to an aspect of the present disclosure is a cutting tool in which the base material is coated with the coating film.
  • the cutting tool having such a configuration has a coating film that is excellent in terms of high hardness, low compressive stress, and surface roughness, and can contribute to improving the stability of cutting ability and extending the tool life due to uniform wear progression. .
  • the base material preferably contains one or more selected from the group consisting of cemented carbide, cermet, and cubic boron nitride sintered body. Thereby, more stable cutting performance and extension of tool life can be achieved.
  • 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), and no unit is described in A, and only a unit is described in B. In this case, the unit of A and the unit of B are the same.
  • a compound or the like 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.
  • the coating film according to the first embodiment is formed on a substrate.
  • the coating includes one or more layers. At least one of these layers is a TiCN layer made of titanium carbonitride. Titanium carbonitride improves metal properties other than titanium, such as B, Al, Si, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, in order to improve properties such as oxidation resistance, wear resistance, and adhesion resistance.
  • Ta and W may be added at a composition ratio of 10 atomic% or less.
  • FIG. 1 is a drawing-substituting photograph showing a planar form of a coating film according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a drawing-substituting photograph showing a cross-sectional form of the coating film according to the first embodiment.
  • the coating film is formed by laminating a TiN layer 13 as an underlayer and a TiCN layer 11 as an outermost surface layer on the base material 12 in order from the base material 12 side.
  • the surface 111 of the TiCN layer 11 is the outermost surface of the coating.
  • the entire surface of the substrate 12 may be coated, or only a part (for example, a cutting edge that is a region that greatly contributes to cutting performance) may be coated.
  • the film preferably has a film thickness of 0.3 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less.
  • the film thickness is more preferably 0.5 ⁇ m or more and 8 ⁇ m or less, further preferably 1 ⁇ m or more and 6 ⁇ m or less, and most preferably 1 ⁇ m or more and 4 ⁇ m or less.
  • the thickness of the TiCN layer is preferably 0.3 ⁇ m to 10 ⁇ m, more preferably 0.5 ⁇ m to 8 ⁇ m, further preferably 1 ⁇ m to 6 ⁇ m, and more preferably 1 ⁇ m to 4 ⁇ m. Most preferably:
  • the film thickness of the coating is obtained as follows. First, two measurement samples including a cross section of the coating are prepared. For this measurement sample, for example, the substrate and the coating coated on the substrate are cut along the thickness direction of the coating (so that a cross section of the coating parallel to the normal direction to the surface of the substrate is obtained). Is obtained.
  • the measurement surface (cross section) of the measurement sample is preferably smoothed by a polishing process as necessary.
  • the measurement surface is scanned with a scanning electron microscope ( Observe with SEM).
  • the film thickness of the coating on the flank face within 100 ⁇ m from the R portion of the cutting edge of the substrate is measured at three points, and the average value is taken as the film thickness of the coating.
  • the film thicknesses of the TiN layer and the TiCN layer can also be obtained by the same method.
  • the R part of the cutting edge of the base material means a cutting edge ridge line part that becomes a center part of cutting when cutting the work material, and particularly when cutting along the thickness direction of the film, the cutting edge ridge line appearing in the cross section. It means the part.
  • a known means can be used as a method for obtaining the measurement sample.
  • ion milling is performed using a cross session polisher (CP) processing apparatus (trade name: “IB-19500CP cross section sample preparation apparatus”, manufactured by JEOL Ltd.). By doing so, it is preferable to expose the cross section of the coating and polish it to obtain the measurement sample.
  • CP cross session polisher
  • the coating includes one or more layers as described above, and at least one of the layers is a TiCN layer made of titanium carbonitride.
  • the TiCN layer preferably has a nanoindentation hardness of 32 GPa or more and 42 GPa or less. When the nanoindentation hardness of the TiCN layer is in the above-mentioned range, when applied to a cutting tool, it can have high hardness, excellent wear resistance, and excellent fracture resistance.
  • Nano indentation hardness refers to hardness obtained by a hardness test using a nano indenter specified in ISO14577. Specifically, it is measured by using a Berkovich-shaped nanoindenter of an ultra-fine indentation hardness tester (trade name: “ENT-1100a”, manufactured by Elionix Co., Ltd.) that can use the nanoindentation method. Can do.
  • the nanoindenter having the above shape is pushed into the coating with a predetermined load (for example, 1 g load), and the nanoindentation hardness is calculated based on the indentation depth formed in the coating (TiCN layer).
  • a predetermined load for example, 1 g load
  • the nanoindentation hardness is calculated based on the indentation depth formed in the coating (TiCN layer).
  • the same coating is pressed 10 times with the nanoindenter to obtain an average value thereof.
  • the average value a value exceeding the average value ⁇ standard deviation among the measurement values obtained each time is excluded as an abnormal value and recalculated to obtain the average value again.
  • required through this recalculation be nanoindentation hardness of the TiCN layer made into the measuring object.
  • the surface of the coating is slanted at an angle of 5 degrees with respect to the surface of the coating, and a nanoindenter is pushed in from the surface of the TiCN layer exposed by this polishing. It is possible to measure the nanoindentation hardness.
  • the nanoindentation hardness of the TiCN layer is more preferably 35 GPa or more and 39 GPa or less.
  • the nanoindentation hardness of the TiCN layer is less than 32 GPa, it is difficult to obtain a desired high hardness.
  • the nanoindentation hardness of the TiCN layer exceeds 42 GPa, indexes such as compressive residual stress and surface roughness tend to be affected.
  • the TiCN layer preferably has a compressive residual stress of 0.5 GPa or more and 2.5 GPa or less.
  • a compressive residual stress of the TiCN layer when applied to a cutting tool, it has high toughness, excellent fracture resistance, and excellent wear resistance.
  • the compressive residual stress of the TiCN layer can be measured from the slope of a 2 ⁇ -sin2 ⁇ plot using known X-ray diffraction.
  • the compressive residual stress of the TiCN layer is more preferably 0.5 GPa or more and 2 GPa or less. More preferably, it is 0.75 GPa or more and 1.5 GPa or less, Most preferably, it is 1 GPa or more and 1.5 GPa or less.
  • the compressive residual stress of the TiCN layer is less than 0.5 GPa, it becomes difficult to obtain desired toughness.
  • the compressive residual stress of the TiCN layer exceeds 2.5 GPa, the compressive residual stress is excessive, and when applied to a cutting tool, film chipping tends to occur.
  • the TiCN layer preferably has a surface roughness Ra of 0.1 ⁇ m or less.
  • Ra surface roughness Ra of the TiCN layer
  • Ra of the surface roughness Ra means an arithmetic average roughness.
  • the surface roughness Ra of the TiCN layer can be determined by a measurement method defined in JIS B 0601: 2001 (ISO 4287: 1997) when the TiCN layer is present on the outermost surface of the coating. Specifically, the surface of the TiCN layer formed on the substrate is measured under the following measurement conditions using a shape measurement laser microscope (“VK-X series (VK-X110)”, manufactured by Keyence Corporation). Can be determined by Prior to the measurement of the surface roughness Ra, it is preferable to perform image processing with an inclination correction function.
  • the TiCN layer preferably has a surface roughness Ra of 0.08 ⁇ m or less. More preferably, the surface roughness Ra is 0.07 ⁇ m or less, and most preferably 0.06 ⁇ m or less. The lower limit value of the surface roughness Ra of the TiCN layer is 0.005 ⁇ m.
  • the TiCN layer formed by the vacuum arc deposition method has droplets.
  • Surface smoothness can be improved by performing post-processing such as polishing on the surface of the TiCN layer formed by vacuum arc deposition, but in such cases, the above-mentioned high smoothness should be imparted. It is difficult.
  • the TiCN layer of this embodiment can have excellent smoothness without performing post-treatment such as polishing.
  • the TiCN layer preferably contains 0.1 atomic% or more and 3 atomic% or less of argon.
  • the TiCN layer of this embodiment contains argon by being formed by the HiPIMS method, and can impart high smoothness. For this reason, the TiCN layer of this embodiment can be distinguished from the TiCN layer formed by the vacuum arc vapor deposition method also by the content of argon.
  • the TiCN layer preferably has a total of less than 10 concave portions having a depth of 1 ⁇ m or more per 100 ⁇ m square of the surface and convex portions having a height of 1 ⁇ m or more. More preferably, the total number of concave portions having a depth of 0.5 ⁇ m or more and convex portions having a height of 0.5 ⁇ m or more per 100 ⁇ m square of the surface is less than 10. Thereby, the film which was further excellent in surface roughness can be provided.
  • the above-described shape measurement laser microscope (“VK-X series (VK-X110)”, Inc. It can be measured using the concave and convex portion function attached to (manufactured by Keyence Corporation).
  • VK-X series VK-X110
  • the surface of the TiCN layer (100 ⁇ m ⁇ 100 ⁇ m) is observed at a magnification of 100 times.
  • image processing of the observation image is performed using the inclination correction function, and the height threshold is set to the size of “distribution average ⁇ unevenness having a height difference to be measured”, and the number of target unevennesses is set.
  • the total of the concave portions having a depth of 1 ⁇ m or more per 100 ⁇ m square of the surface of the TiCN layer and the convex portions having a height of 1 ⁇ m or more is more preferably 5 or less, still more preferably 3 or less, and particularly preferably Is 0.
  • the total of the concave portions having a depth of 0.7 ⁇ m or more and the convex portions having a height of 0.7 ⁇ m or more per 100 ⁇ m square of the surface of the TiCN layer is preferably 10 or less, more preferably 2 or less. More preferably, it is 1 or less, and particularly preferably 0.
  • the total of the concave portions having a depth of 0.5 ⁇ m or more and the convex portions having a height of 0.5 ⁇ m or more per 100 ⁇ m square of the surface of the TiCN layer is preferably 10 or less, more preferably 2 or less. More preferably, it is 1 or less, and particularly preferably 0.
  • the total of the concave portions having a depth of 0.3 ⁇ m or more and the convex portions having a height of 0.3 ⁇ m or more per 100 ⁇ m square of the surface of the TiCN layer is preferably 10 or less, more preferably 5 Or less, more preferably 2 or less, and particularly preferably 0.
  • the number of these irregularities can also be determined according to the above method.
  • the lower limit of the depth or height of the irregularities has no meaning to define.
  • the TiCN layer occupies 75% by area or more of the surface of the titanium carbonitride granular structure.
  • This granular structure has a form in which particles having a length of 5 nm to 40 nm and a width of 3 nm to 30 nm are gathered. More preferably, the granular structure of titanium carbonitride occupies 85 area% or more on the surface of the TiCN layer.
  • the upper limit of the area ratio (area%) of the granular structure of titanium carbonitride occupying the surface of the TiCN layer is 100 area%.
  • a particle that does not show a specific structure, an amorphous structure, or the like can be considered.
  • the above-mentioned length means the length in the longitudinal direction of each particle in the granular structure having the form in which the particles of FIGS. 1 and 2 are assembled
  • the above-mentioned width means the longitudinal direction in each of the above-mentioned individual particles.
  • the length in the vertical direction with respect to. 1 and 2 the TiCN layer 11 has a granular structure on the surface 111 in which particles having a length of 5 nm to 40 nm and a width of 3 nm to 30 nm are gathered. Further, in the TiCN layer 11, such a granular structure occupies 75 area% or more of the surface 111. In this case, the coating can be more excellent in terms of high hardness, low compressive stress, and surface roughness.
  • Each particle of the above granular structure is considered to be formed by the growth of TiCN crystal nuclei because the TiCN layer was formed by the HiPIMS method, which will be described later, under high gas pressure and weak ion bombardment. Under high temperature and low gas pressure conditions, the nuclei of this crystal coalesce. On the other hand, under conditions where ion bombardment at high gas pressure is weak, the nucleation density increases, and the nuclei of this crystal are rapidly cooled on the surface of the TiCN layer and are supposed to exist in situ without coalescence. . In this case, as shown in FIGS. 3 and 4, TiCN crystal grains exist as granular crystals having a diameter in the direction perpendicular to the growth direction of 50 to 300 nm.
  • the film hardness increases when the crystal grains are small. Furthermore, since the ion bombardment is weak, the compressive residual stress can be kept low. In addition, as long as the denseness required for the hardness is maintained, the stress due to ion bombardment can be controlled to be low.
  • the surface of the TiCN layer can be observed by using a field emission electron microscope (FE-SEM).
  • FE-SEM field emission electron microscope
  • the TiCN layer is present on the outermost surface of the coating, the length and width of individual particles in the granular structure of the TiCN layer appeared in an observation image obtained by observing the outermost surface of the coating with a magnification of the above microscope of 10,000 to 20,000. All particles in the field of view can be selected and all these lengths and widths can be measured and determined by their average value.
  • the TiCN layer does not exist on the outermost surface of the coating, the layer existing on the surface side of the coating with respect to the TiCN layer is etched by ion etching to expose the surface of the TiCN layer, and then the TiCN layer becomes the outermost surface of the coating. The same method as it exists on the surface can be used to determine the length and width of individual particles in the granular structure.
  • the area ratio (area%) of the granular structure of titanium carbonitride occupying the surface of the TiCN layer is obtained by image analysis software (trade name: “Mac-View”, Inc. Can be obtained by calculating the area ratio of the granular tissue portion in the observed image.
  • image analysis software trade name: “Mac-View”, Inc. Can be obtained by calculating the area ratio of the granular tissue portion in the observed image.
  • the area ratio (area%) of the granular structure of titanium carbonitride the above-described observation images are obtained from three locations on the surface of the TiCN layer, and the average value thereof is defined as the area ratio of the granular structure portion.
  • TiCN layer composition In this embodiment, the composition analysis is performed on the TiCN layer by using an X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) apparatus (trade name: “Quantera SXM”, manufactured by ULVAC-PHI Co., Ltd.). Is preferred.
  • XPS X-ray photoelectron spectroscopy
  • This composition analysis is performed according to JIS K 0146 (2002).
  • each composition existing in the TiCN layer can be determined as an atomic weight (atomic%) by analyzing the composition under the following conditions.
  • X-ray conditions 100 ⁇ m, 25 W, 15 kV Transmission energy: 55112eV
  • the C / N ratio and the Ti / (C + N) ratio are based on these ratios (atomic%) after obtaining the ratio (atomic%) of each element existing in the TiCN layer by the method described above. Further, it is more preferable to calculate the ratio of free carbon as C—C bond / C—Ti bond.
  • the C / N ratio is preferably 0.35 to 0.55
  • the Ti / (C + N) ratio is preferably 0.79 to 1.05.
  • the C—C bond / C—Ti bond, which is the proportion of free carbon, is preferably 0.05 (5%) or less, and most preferably 0 (0%).
  • the peak intensity ratio I (111) / I (200) between the (111) plane and the (200) plane when the TiCN layer is analyzed by thin film X-ray diffraction is preferably 1 or more and 2 or less.
  • the TiCN layer preferably has a crystal grain size determined from the half width of the peak on the (111) plane of 150 to 250 mm. The crystal grain size in the TiCN layer does not completely match the size of the particles in the granular structure described above because the measurement method is different.
  • the conditions of thin film X-ray diffraction for the TiCN layer are as follows.
  • X-ray diffractometer “SmartLab (registered trademark)”, Rigaku Inc. incident angle ( ⁇ ): 1.5 °
  • X-ray source Cu Tube voltage: 40 kV Tube current: 30 mA.
  • the peak intensity ratio I (111) / I (200) is more preferably 1.2 or more and 1.7 or less.
  • the crystal grain size of titanium carbonitride determined from the half width of the peak on the (111) plane is preferably 160 to 220 mm.
  • the coating includes one or more layers, and at least one of the layers is a TiCN layer made of titanium carbonitride. Therefore, as long as the coating includes the TiCN layer, the coating may include other layers above or below the TiCN layer. Further, TiCN layers and other layers may be alternately stacked. As other layers, for example, Al 2 O 3 layer, TiB 2 layer, TiBN layer, AlN layer (wurtzite type), TiN layer, TiBNO layer, TiCNO layer, TiAlN layer, TiAlCN layer, TiAlON layer, TiAlONC layer, AlCrN A layer etc. can be mentioned.
  • the adhesion between the substrate and the coating can be improved by including a TiN layer, a TiC layer, and a TiBN layer as a base layer directly on the substrate.
  • a TiN layer which may not have the features of the present disclosure
  • a TiBN layer which may not have the features of the present disclosure
  • the thickness of the other layer is usually preferably 0.1 to 10 ⁇ m.
  • the cutting tool coat covers the said base material with the said film.
  • the cutting tool having such a configuration has a coating film that is excellent in terms of high hardness, low compressive stress, and surface roughness, and can contribute to improving the stability of cutting ability and extending the tool life due to uniform wear progression. .
  • cutting tools include drills, end mills, drill tip changeable cutting tips, end mill tip replacement inserts, milling throw away inserts (inserts), turning throw away inserts (inserts), metal saws, teeth
  • cutting tools include cutting tools, reamers, taps, cutting tools, wear-resistant tools, friction stir welding tools, and the like.
  • the base material includes those having a chip breaker and those having no chip breaker.
  • the edge of the cutting edge that becomes the center of cutting when cutting the work material has a sharp edge (the ridge where the rake face and the flank face intersect), and honing (the round edge is added to the sharp edge) ), Negative land (beveled), and a combination of honing and negative land.
  • a base material of a tool can be used for a base material without limitation.
  • cemented carbide for example, WC-based cemented carbide, including WC, including Co or containing carbonitride such as Ti, Ta, Nb, etc.
  • cermet TiC, TiN, TiCN, etc.
  • high speed steel ceramics (titanium carbide, silicon carbide, silicon nitride, aluminum nitride, aluminum oxide, etc.), cubic boron nitride sintered body, diamond sintered body, and the like.
  • the base material may be integrally formed, or may be a combination of a plurality of parts.
  • the base material preferably contains one or more selected from the group consisting of cemented carbide, cermet and cubic boron nitride sintered body. This is because they have an excellent balance between hardness and strength at high temperatures and have excellent properties as a base material for cutting tools.
  • ⁇ Method for producing film> The inventors of the present invention have made extensive studies regarding the production of a coating using the HiPIMS method, and have reached the present disclosure as being capable of producing a coating (particularly a TiCN layer) including a surface having a characteristic form as described above. did.
  • a method for forming a TiCN layer of the present disclosure that can be formed for the first time by using the HiPIMS method will be described.
  • a TiCN layer is formed after a base layer made of a TiN layer is formed immediately above a substrate.
  • a TiN layer may be formed directly on the substrate by a conventionally known film forming method.
  • a TiCN layer is formed on this TiN layer using the HiPIMS method.
  • CH 4 gas is used as the C source (carbon source) for forming the TiCN layer. This is because abnormal growth of crystals is suppressed and surface roughness is improved as compared with the case of using C 2 H 2 gas.
  • C 2 H 2 gas since C 2 H 2 gas is likely to react, TiC or TiCN particles are formed as dust in the air (in the reaction vessel) by reaction in plasma, and this adheres to the substrate. May grow abnormally.
  • the C source is introduced near the substrate. This is because reaction in plasma can be suppressed.
  • Bipolar pulse bias is used for the bias voltage. Thereby, it is possible to avoid continuous ion bombardment to the coating, to relieve stress in the coating, and to maintain the denseness of the coating.
  • the energy of metal ions reaching the substrate can be controlled by a bipolar pulse bias.
  • the power applied to the Ti target is set to a high power short pulse, and the film is applied to the film by ion bombardment by forming the film at a high gas pressure under the condition that the ionization rate of Ti is increased.
  • the substrate temperature may be the same as the conventionally known HiPIMS method.
  • the TiCN layer can be formed on the substrate by using a HiPIMS apparatus.
  • a HiPIMS apparatus a plurality of Ti targets serving as metal materials for the TiCN layer are arranged in a chamber.
  • the number of targets placed in the chamber should not be particularly limited.
  • a rotatable table is disposed between the plurality of Ti targets, and a plurality of substrate holders are disposed on the table.
  • a base material is placed on each of the base material holders.
  • the number of substrate holders on the table and the number of rotations of the table should not be particularly limited.
  • the heater which can heat a base material is arrange
  • the Ti target is connected to the negative electrode of the HiPIMS power source for supplying pulse power.
  • the positive electrode of the HiPIMS power supply is grounded.
  • a negative electrode of a bias power source for applying a bias voltage is electrically connected to the table, and a positive electrode of the bias power source is grounded.
  • the substrate on which the TiN layer is formed is placed on the substrate holder, and then the inside of the chamber is evacuated and inert gas (Ar) and nitrogen gas are introduced. Next, a bias voltage is applied to the table via the bias power source, and pulse power is supplied to the target via the HiPIMS power source to start the film forming operation for the HiPIMS apparatus.
  • the film forming conditions in the first embodiment are as follows.
  • the target power density described later refers to a value obtained by dividing the maximum power value of the pulse by the surface area of the target, and the plasma power density described later refers to a value obtained by dividing the maximum power value of the pulse by the plasma area on the target.
  • Target Ti C source: CH 4 Bias voltage: 50-80 (V) Negative pulse: 20 to 100 ( ⁇ s) Positive pulse: 10-50 ( ⁇ s) Pulse power: 60-80 kW Pulse width: 0.1 to 1 ⁇ s Target power density: 340 to 453 kW / cm 2 Plasma power density: 2 to 2.7 kW / cm 2 Average power: 4-7kW Ar partial pressure: 1.2 to 1.5 Pa Substrate temperature: 400-450 ° C C source gas / nitrogen gas flow ratio: 0.4-1 The partial pressure of nitrogen gas and C source gas is adjusted to form a film in transition mode.
  • these operations include, for example, increasing the cleanliness of the chamber relative to the above apparatus, increasing the blast frequency of the shutter and shield plate arranged in front of the target, increasing the blast frequency of the jig, and film formation. For example, improving the cleanliness of the room where the device is installed. Further, blasting the target for each batch at the time of film formation, setting the base material in the chamber immediately after cleaning, and starting the batch can be mentioned. Since the higher the residual stress of the film, the more dust is generated, reducing the compressive residual stress is also effective in improving the surface smoothness.
  • the manufacturing method of the TiCN layer was explained in full detail, even if it uses methods other than HiPIMS method, it is difficult to manufacture the TiCN layer which has the effect of this embodiment.
  • the vacuum arc deposition method when used, relaxation of residual compressive stress does not occur. Since metal droplets called droplets are generated, the surface roughness tends to be inferior.
  • the sputtering method when used, the ionization rate necessary for adjusting the residual stress due to bombardment cannot be achieved, and it becomes difficult to maintain the adhesion and the denseness of the film.
  • the CVD method is used, a tensile residual stress is applied to the layer to be formed. Furthermore, the surface roughness is inferior to that of the HiPIMS method.
  • FIG. 5 is a drawing-substituting photograph showing a planar form of the coating film according to the second embodiment.
  • FIG. 7 is a drawing-substituting photograph showing a cross-sectional form of the coating according to the second embodiment.
  • the coating film is formed by laminating a TiN layer 23 as a base layer and a TiCN layer 21 as an outermost layer in order from the base material 22 side.
  • the TiCN layer 21 is the outermost surface layer as described above, the surface 211 of the TiCN layer 21 is the outermost surface of the coating.
  • the coating film of the second embodiment is the same as the coating film of the first embodiment except that the properties of the TiCN layer, specifically, the surface structure of the TiCN layer is different.
  • the properties of the TiCN layer, specifically, the surface structure of the TiCN layer is different.
  • a TiCN layer occupies 50% by area or more of the surface of the TiCN layer with a titanium carbonitride plate-like structure, and the plate-like structure has a length of 10 nm to 150 nm and a width of 1 nm to 10 nm. It is preferable to have the form which the following board pieces gathered. More preferably, the plate-like structure of titanium carbonitride occupies 60% by area or more on the surface of the TiCN layer. The upper limit of the area ratio (area%) of the plate-like structure of titanium carbonitride occupying the surface of the TiCN layer is 100 area%. As a structure other than the plate-like structure of titanium carbonitride occupying the surface of the TiCN layer, a particle that does not show a specific structure or an amorphous structure may be considered.
  • the length refers to the length in the longitudinal direction of the individual plate pieces in the plate-like structure having the form in which the plate pieces of FIGS. 5 and 6 are assembled
  • the width refers to the individual plates.
  • the length in the direction perpendicular to the longitudinal direction of the piece. 5 and 6, the TiCN layer 21 has a plate-like structure on the surface 211 in which plate pieces having a length of 10 nm to 150 nm and a width of 1 nm to 10 nm are gathered. Further, in the TiCN layer 21, such a plate-like structure occupies 50 area% or more of the surface 211. In this case, the coating can be more excellent in terms of high hardness, low compressive stress, and surface roughness.
  • each plate piece of the plate-like structure does not constitute crystal grains by itself, but constitutes one crystal grain as an aggregate of them.
  • crystal grains are grown under conditions of a low gas pressure and a high substrate temperature by the HiPIMS method described later. For this reason, since the nuclei generated on the surface of the TiCN layer have a long movement distance on the surface, the nuclei coalesce.
  • Each crystal grows competitively because the growth rate and surface energy differ depending on the crystal orientation, and as a result, it is considered that the crystal is observed as a form of a plate-like structure in which plate pieces are gathered on the surface of the TiCN layer. Further, the plate-like structure is considered to represent the tip of the crystal grain. As shown in FIGS.
  • the TiCN crystal grains in the second embodiment are relatively large columnar crystals having a diameter of 300 to 700 nm perpendicular to the growth direction and a diameter of 50 to 200 nm. Columnar crystals each having a relatively small size.
  • the surface of the TiCN layer has a long moving distance of atoms, the denseness is increased, the defects in the film are reduced, and the surface becomes high hardness. When the movement of the atoms is completed, it becomes thermodynamically stable, so that the compressive residual stress can be kept low.
  • the surface of the TiCN layer in the second embodiment can be observed by using a field emission electron microscope (FE-SEM), as in the first embodiment, whereby each plate in the plate-like structure can be observed. The length and width of the piece can be determined. Furthermore, the area ratio (area%) of titanium carbonitride occupying the surface of the TiCN layer and the composition of the TiCN layer can also be obtained by the same method as in the first embodiment.
  • the C / N ratio is preferably 0.35 to 0.56, and the Ti / (C + N) ratio is preferably 0.74 to 1.05.
  • the C—C bond / C—Ti bond which is the proportion of free carbon, is preferably 0.05 (5%) or less, and most preferably 0 (0%).
  • the TiCN layer is analyzed by thin film X-ray diffraction, the peak intensity ratio I (111) / I (200) between the (111) plane and the (200) plane is 0.4 or more and 0.79 or less. preferable.
  • the TiCN layer preferably has a crystal grain size determined from the half width of the peak on the (200) plane of 150 to 250 mm.
  • the conditions for thin film X-ray diffraction for the TiCN layer can be the same as those in the first embodiment.
  • the peak intensity ratio I (111) / I (200) is more preferably 0.5 or more and 0.7 or less.
  • the crystal grain size of titanium carbonitride determined from the half-value width of the (200) plane peak is preferably 180 to 220 mm.
  • a TiCN layer is formed on a substrate using the following HiPIMS method.
  • the film forming conditions in the second embodiment are as follows.
  • Target Ti C source: CH 4 Bias voltage: 20 to 40 (V) Negative pulse: 20 to 100 ( ⁇ s) Positive pulse: 10-50 ( ⁇ s) Pulse power: 45-60kW Pulse width: 5-10 ⁇ s Target power density: 255 to 340 kW / cm 2 Plasma power density: 1.5-2 kW / cm 2 Average power: 8-10 kW Ar partial pressure: 0.3 to 0.5 Pa Substrate temperature: 550 to 650 ° C. C source gas / nitrogen gas flow ratio: 0.4-1 The partial pressure of nitrogen gas and C source gas is adjusted to form a film in transition mode.
  • plasma is generated in the chamber, and ions collide with the Ti target, whereby Ti atoms or Ti ions are released from the Ti target, and together with nitrogen atoms and carbon atoms, Adhere to the surface.
  • a TiCN layer is formed on the substrate (on the TiN layer).
  • the coating film according to the present embodiment (the first embodiment and the second embodiment) is excellent in terms of high hardness, low compressive stress, and surface roughness.
  • a cutting tool in which the base material is coated with this coating can stabilize the cutting ability and extend the life of the tool due to uniform progress of wear.
  • Example 1 ⁇ Preparation of base material>
  • a BN2000 cBN turning insert manufactured by Sumitomo Electric Hardmetal Co., Ltd., shape: 2NU-DNGA150408
  • an A30N carbide milling insert manufactured by Sumitomo Electric Hardmetal Co., Ltd., shape: SEET13T3AGSN-N
  • a TiCN layer was formed on the substrate (on the TiN layer) using CH 4 gas as the C source (carbon source) and a bipolar pulse bias with respect to the bias voltage.
  • the argon gas partial pressure was 1.35 Pa
  • the C source gas / nitrogen gas flow rate ratio was 0.4. The partial pressures of nitrogen gas and C source gas were adjusted to form a film in the transition mode.
  • a TiCN layer was formed on the base material (on the TiN layer) by using the same method as the first base material described above.
  • Example 2 A TiCN layer was formed on the substrate in the same manner as in Example 1 except that the film formation conditions were changed as shown in Table 2.
  • the surface of the titanium carbonitride is A TiCN layer having a granular structure in which the particles are aggregated was formed.
  • Example 11 to 20 A TiCN layer was formed on the substrate in the same manner as in Example 1 except that the film formation conditions were changed as shown in Table 2.
  • Examples 11 to 20 as understood from the film formation conditions shown in Table 2 and the grain / plate / other classification of the surface texture shown in Table 3 to be described later, the surface of titanium carbonitride is formed on the surface.
  • a TiCN layer having a plate-like structure in which the plate pieces were assembled was formed.
  • Comparative Example 1 A TiCN layer was formed on the substrate in the same manner as in Example 1 except that the film formation conditions were changed as shown in Table 2. Comparative Example 1 is an example in which a TiCN layer is formed on a substrate under the conditions of the conventional HiPIMS method, although the bias voltage is a bipolar pulse bias.
  • Comparative Examples 2 to 3 A TiCN layer was formed on the substrate in the same manner as in Example 1 except that the film formation conditions were changed as shown in Table 2. Comparative Examples 2 to 3 are examples in which a TiCN layer is formed on a substrate under the condition that the bias voltage is a direct current.
  • Comparative Example 4 A TiCN layer was formed on the substrate in the same manner as in Example 1 except that the film formation conditions were changed as shown in Table 2. Comparative Example 4 is an example in which a TiCN layer is formed on a substrate under the condition that the C source is C 2 H 2 .
  • Comparative Example 5 is an example in which a TiCN layer was formed on a substrate using a vacuum arc deposition method under the film forming conditions shown in Table 2.
  • the TiCN layers of Examples 1 to 20 have a nanoindentation hardness of 32 GPa to 42 GPa, a compressive residual stress of 0.5 GPa to 2.5 GPa, and a surface roughness Ra. All the requirements of 0.1 ⁇ m or less were satisfied. Therefore, it is understood that Examples 1 to 20 have excellent coating films in terms of high hardness, low compressive stress, and surface roughness.
  • the TiCN layers of Comparative Examples 1 to 5 have a nanoindentation hardness of 32 GPa to 42 GPa, a compressive residual stress of 0.5 GPa to 2.5 GPa, and a surface roughness Ra of 0.1 ⁇ m. It did not meet at least one of the following requirements.
  • the granular structure of titanium carbonitride occupied 75% by area or more of the surface. Further, when analyzed by a thin film X-ray diffraction method, the peak intensity ratio I (111) / I (200) was 1 or more and 2 or less, and the crystal grain size was 150 to 250 mm.
  • the plate-like structure of titanium carbonitride occupied 50% by area or more of the surface. Further, when analyzed by a thin film X-ray diffraction method, the peak intensity ratio I (111) / I (200) was 0.4 or more and 0.79 or less, and the crystal grain size was 150 to 250 mm.
  • Table 4 shows the film thickness (average value) of the cutting edge portion (within 100 ⁇ m from the R portion) of the TiCN layer formed on the substrate in the cBN turning inserts of Examples 1 to 20 and Comparative Examples 1 to 5. Also expressed.
  • the film thickness of the TiCN layer at the blade edge portion in the cBN turning inserts of Examples 1 to 20 was as follows. That is, cBN is difficult to process and it is difficult to obtain a measurement sample for observing its cross section. Therefore, a TiCN layer is coated on the base material of the same type of carbide tool as the cBN turning insert according to the film formation conditions shown in Table 2. And the film thickness was measured by the measuring method mentioned above, and it was set as the film thickness of the TiCN layer of the blade edge
  • ⁇ Milling insert> With respect to the milling inserts of Examples 1 to 20 and Comparative Examples 1 to 5, the tool life was defined as the time when the flank wear width Vb reached 0.2 mm under the following cutting conditions. The cutting length (m) and the number of cuttings until the end of the service life (number of passes: 0.3 m cutting with 1 pass) were evaluated. The results are also shown in Table 4. Table 4 also shows the film thickness of the cutting edge portion of the TiCN layer formed on the substrate in the milling inserts of Examples 1 to 20 and Comparative Examples 1 to 5. The method for measuring the film thickness is as described above.
  • the milling inserts of Examples 1 to 20 all had a life of 12.0 m or more and had a pass number of 40 times or more.
  • all of the milling inserts of Comparative Examples 1 to 5 had a life of 9.9 m or less and had a pass number of 33 times or less. Therefore, it is understood that the tool life of Examples 1 to 20 is extended. The reason for this is thought to be that the coating is more excellent in terms of high hardness, low compressive stress, and surface roughness, so that uniform wear progresses, thereby improving the stability of cutting performance.

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Abstract

被膜は、基材上に形成される被膜であって、前記被膜は、１または２以上の層を含み、前記層のうち少なくとも１層は、炭窒化チタンからなるＴｉＣＮ層であり、前記ＴｉＣＮ層は、その表面の７５面積％以上を前記炭窒化チタンの粒状組織が占め、前記粒状組織は、長さが５ｎｍ以上４０ｎｍ以下であって且つ幅が３ｎｍ以上３０ｎｍ以下である粒子が集合した形態を有する。

Description

被膜および切削工具
　本発明は、被膜および切削工具に関する。本出願は、２０１７年５月２３日に出願した日本特許出願である特願２０１７－１０１９２２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。
　切削性能に優れた切削工具として、基材の表面にＴｉＮ、ＴｉＣ、ＴｉＣＮなどのＴｉ系被膜が被覆された切削工具が知られている。このようなＴｉ系被膜の形成方法の一つとして、真空アーク蒸着法がある。たとえば特開平１１－１５８６０６号公報（特許文献１）には、アーク放電の各種条件を適切に制御することにより、優れた耐摩耗性を示すＴｉ系被膜を形成する技術が開示されている。
特開平１１－１５８６０６号公報
　本開示の一態様に係る被膜は、基材上に形成される被膜であって、上記被膜は、１または２以上の層を含み、上記層のうち少なくとも１層は、炭窒化チタンからなるＴｉＣＮ層であり、上記ＴｉＣＮ層は、その表面の７５面積％以上を上記炭窒化チタンの粒状組織が占め、上記粒状組織は、長さが５ｎｍ以上４０ｎｍ以下であって且つ幅が３ｎｍ以上３０ｎｍ以下である粒子が集合した形態を有する。
　さらに本開示の一態様に係る被膜は、基材上に形成される被膜であって、上記被膜は、１または２以上の層を含み、上記層のうち少なくとも１層は、炭窒化チタンからなるＴｉＣＮ層であり、上記ＴｉＣＮ層は、その表面の５０面積％以上を上記炭窒化チタンの板状組織が占め、上記板状組織は、長さが１０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下であって且つ幅が１ｎｍ以上１０ｎｍ以下である板片が集合した形態を有する。
　本開示の一態様に係る切削工具は、上記基材を、上記被膜により被覆した切削工具である。
図１は、第１の実施形態に係る被膜の平面形態を示す図面代用写真である。 図２は、図１の実線で囲まれた部分を拡大して示す図面代用写真である。 図３は、第１の実施形態に係る被膜の断面形態を示す図面代用写真である。 図４は、図３に現れたＴｉＣＮ層を拡大して示す図面代用写真である。 図５は、第２の実施形態に係る被膜の平面形態を示す図面代用写真である。 図６は、図５の実線で囲まれた部分を拡大して示す図面代用写真である。 図７は、第２の実施形態に係る被膜の断面形態を示す図面代用写真である。 図８は、図７に現れたＴｉＣＮ層を拡大して示す図面代用写真である。
［本開示が解決しようとする課題］
　しかし、特許文献１に開示された真空アーク蒸着法では、これにより形成されるＴｉ系被膜の圧縮残留応力を低下させる目的で、基材に付与するバイアス電圧が抑制されている。この場合、Ｔｉ系被膜の硬度は低下する傾向がある。さらに真空アーク蒸着法では、Ｔｉ系被膜の表面粗さが劣る傾向がある。このように、未だ真空アーク蒸着法で高硬度、低圧縮応力および表面粗さの点で優れたＴｉ系被膜を形成することは実現されておらず、その開発が切望されている。
　上記実情に鑑み、本開示は、高硬度、低圧縮応力および表面粗さの点で優れた被膜および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、高硬度、低圧縮応力および表面粗さの点で優れた被膜および切削工具を提供することができる。
　［本発明の実施形態の説明］
　本発明者らは、従来の真空アーク蒸着法によって作製される被膜の性能には限界があると考え、High　Power　Impulse　Magnetron　Sputtering（ＨｉＰＩＭＳ）法に着目した。ＨｉＰＩＭＳ法を用いた被膜の作製に関して鋭意検討を重ねたところ、基材に印加するバイアス電圧をバイポーラバイアスにするとともに、イオンボンバードを適切に制御することによって、特徴的な形態を有する表面を含む被膜を作製可能となることを知見し、本開示に係る被膜に到達した。
　最初に本発明の実施態様を列記して説明する。
　［１］本開示の一態様に係る被膜は、基材上に形成される被膜であって、上記被膜は、１または２以上の層を含み、上記層のうち少なくとも１層は、炭窒化チタンからなるＴｉＣＮ層であり、上記ＴｉＣＮ層は、その表面の７５面積％以上を上記炭窒化チタンの粒状組織が占め、上記粒状組織は、長さが５ｎｍ以上４０ｎｍ以下であって且つ幅が３ｎｍ以上３０ｎｍ以下である粒子が集合した形態を有する。このような構成を有する被膜は、高硬度、低圧縮応力および表面粗さの点で優れる。
　［２］上記ＴｉＣＮ層は、薄膜Ｘ線回折法により解析した場合の（１１１）面と（２００）面とのピーク強度比Ｉ(111)／Ｉ(200)が１以上２以下であり、上記ＴｉＣＮ層は、上記（１１１）面のピークの半値幅から求めた結晶粒径が、１５０Å以上２５０Å以下であることが好ましい。これにより、高硬度、低圧縮応力および表面粗さの点でより優れる。
　［３］本開示の一態様に係る被膜は、基材上に形成される被膜であって、上記被膜は、１または２以上の層を含み、上記層のうち少なくとも１層は、炭窒化チタンからなるＴｉＣＮ層であり、上記ＴｉＣＮ層は、その表面の５０面積％以上を上記炭窒化チタンの板状組織が占め、上記板状組織は、長さが１０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下であって且つ幅が１ｎｍ以上１０ｎｍ以下である板片が集合した形態を有することが好ましい。これによっても、高硬度、低圧縮応力および表面粗さの点で優れる。
　［４］上記ＴｉＣＮ層は、薄膜Ｘ線回折法により解析した場合の（１１１）面と（２００）面とのピーク強度比Ｉ(111)／Ｉ(200)が０．４以上０．７９以下であり、上記ＴｉＣＮ層は、上記（２００）面のピークの半値幅から求めた結晶粒径が、１５０Å以上２５０Å以下であることが好ましい。これによっても、高硬度、低圧縮応力および表面粗さの点でより優れる。
　［５］上記ＴｉＣＮ層は、アルゴンを０．１原子％以上３原子％以下含むことが好ましい。これにより、ＨｉＰＩＭＳ法を用いてより表面粗さに優れた被膜を提供することができる。
　［６］上記被膜は、その膜厚が０．３μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。これにより、高硬度、低圧縮応力および表面粗さの点でより優れる被膜を提供することができる。
　［７］本開示の一態様に係る切削工具は、上記基材を上記被膜により被覆した切削工具である。このような構成の切削工具は、高硬度、低圧縮応力および表面粗さの点で優れる被膜を有し、均一な摩耗進行による切削能力の安定性向上および工具寿命の延長に貢献することができる。
　［８］上記基材は、超硬合金、サーメットおよび立方晶窒化ホウ素焼結体からなる群より選ばれる１以上を含むことが好ましい。これにより、より安定した切削性能および工具寿命の延長を果たすことができる。
　［本発明の実施形態の詳細］
　以下、本発明の実施形態（以下「本実施形態」とも記す）についてさらに詳細に説明するが、本実施形態はこれらに限定されるものではない。以下では図面を参照しながら説明する。
　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。このことは、「ＴｉＣＮ」以外の化合物の記載についても同様である。
　［第１の実施形態］
　＜被膜＞
　第１の実施形態に係る被膜は、基材上に形成される。被膜は、１または２以上の層を含む。この層のうち少なくとも１層は、炭窒化チタンからなるＴｉＣＮ層である。炭窒化チタンは、耐酸化性、耐摩耗性、耐凝着性などの特性を向上させるため、チタン以外の金属元素、たとえばＢ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗが１０原子％以下の組成比率で添加されていてもよい。
　図１は、第１の実施形態に係る被膜の平面形態を示す図面代用写真である。さらに図３は、第１の実施形態に係る被膜の断面形態を示す図面代用写真である。これらの図において被膜は、基材１２上に、基材１２側から順に下地層としてのＴｉＮ層１３および最表面層としてのＴｉＣＮ層１１が積層されることにより形成されている。本実施形態においてＴｉＣＮ層１１は、上述のとおり最表面層であるので、ＴｉＣＮ層１１の表面１１１が被膜の最表面となる。ここで被膜は、基材１２の全面が被覆されていてもよく、一部（たとえば切削性能に大きく寄与する領域である刃先）のみが被覆されていてもよい。
　被膜は、その膜厚が０．３μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。被膜の膜厚が０．３μｍ未満である場合、耐摩耗性の点で所望の性能を得ることが困難となる傾向がある。被膜の膜厚が１０μｍを超える場合、残留圧縮応力が大きくなり過ぎ、切削工具に適用した場合に膜チッピングが起きやすくなる傾向がある。被膜の膜厚は、０．５μｍ以上８μｍ以下であることがより好ましく、１μｍ以上６μｍ以下であることがさらに好ましく、最も好ましくは１μｍ以上４μｍ以下である。特に、被膜は、ＴｉＣＮ層の膜厚が０．３μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましく、０．５μｍ以上８μｍ以下であることがより好ましく、１μｍ以上６μｍ以下であることがさらに好ましく、１μｍ以上４μｍ以下であることが最も好ましい。
　被膜の膜厚は次のようにして求められる。まず、被膜の断面を含む測定試料を２つ準備する。この測定試料は、たとえば基材および該基材に被覆された被膜を、被膜の厚み方向に沿って（基材の表面に対する法線方向と平行な被膜の断面が得られるように）切断することにより得られる。この測定試料の測定面（断面）に対しては、必要に応じて研磨処理により平滑にすることが好ましい。次に観察像に、基材の刃先のＲ（アール）部および被膜の厚み方向の全域が含まれるように倍率を調整（たとえば１５０００倍程度）した上で、上記測定面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察する。このとき、２つの測定試料について上記基材の刃先のＲ部から１００μｍ以内の逃げ面における被膜の膜厚を３点測定し、その平均値を被膜の膜厚とする。上記ＴｉＮ層およびＴｉＣＮ層の膜厚も同じ方法により求めることができる。基材の刃先のＲ部とは、被削材を切削する際に切削の中心部となる刃先稜線部を意味し、特に被膜の厚み方向に沿って切断した場合に、その断面に現れる刃先稜線部のことをいう。
　上記測定試料を得る方法は、公知の手段を用いることができる。なかでも、被膜に被覆された基材を樹脂に埋めた後、クロスセッションポリッシャ（ＣＰ）加工装置（商品名：「ＩＢ－１９５００ＣＰ　断面試料作製装置」、日本電子株式会社製）を用い、イオンミーリングすることによって被膜の断面を露出させるとともに研磨し、上記測定試料を得ることが好ましい。
　＜ＴｉＣＮ層＞
　（ナノインデンテーション硬度）
　被膜は、上述のように１または２以上の層を含み、その層のうち少なくとも１層が炭窒化チタンからなるＴｉＣＮ層である。ＴｉＣＮ層は、そのナノインデンテーション硬度が３２ＧＰａ以上４２ＧＰａ以下であることが好ましい。ＴｉＣＮ層のナノインデンテーション硬度が上述の範囲であることにより、切削工具に適用した場合に、高硬度であって耐摩耗性に優れ、且つ耐欠損性にも優れることができる。
　ナノインデンテーション硬度とは、ＩＳＯ１４５７７に規定されたナノインデンターによる硬さ試験により得られる硬度をいう。具体的には、ナノインデンテーション法が利用可能な超微小押し込み硬さ試験機（商品名：「ＥＮＴ－１１００ａ」、株式会社エリオニクス製）のＢｅｒｋｏｖｉｃｈ形状のナノインデンターを用いることにより測定することができる。上記形状のナノインデンターを、被膜に対して所定荷重（たとえば１ｇ荷重）押し込み、これにより被膜（ＴｉＣＮ層）に形成される押し込み深さに基づいてナノインデンテーション硬度を算出する。本実施形態では、同一の被膜に対して上記ナノインデンターによる押し込みを１０回行って、これらの平均値を得る。さらにその平均値について、各回で得られる測定値のうち平均値±標準偏差を超えた値を異常値として除外して再計算し、再度平均値を得る。この再計算を通じて求めた平均値を、測定対象としたＴｉＣＮ層のナノインデンテーション硬度とする。ＴｉＣＮ層が被膜の最表面に存する場合、被膜の最表面からナノインデンターを押し込むことによってＴｉＣＮ層のナノインデンテーション硬度を測定することが可能である。ＴｉＣＮ層が被膜の最表面に存しない場合、被膜の表面に対し５度の角度で被膜の表面を斜めに研磨し、この研磨により露出したＴｉＣＮ層の表面からナノインデンターを押し込むことによってＴｉＣＮ層のナノインデンテーション硬度を測定することが可能である。
　ＴｉＣＮ層のナノインデンテーション硬度は、３５ＧＰａ以上３９ＧＰａ以下であることがより好ましい。ＴｉＣＮ層のナノインデンテーション硬度が３２ＧＰａ未満である場合、所望の高い硬度を得ることが困難となる。ＴｉＣＮ層のナノインデンテーション硬度が４２ＧＰａを超える場合、圧縮残留応力、表面粗さなどの指標に影響が及ぶ傾向がある。
　（圧縮残留応力）
　ＴｉＣＮ層は、その圧縮残留応力が０．５ＧＰａ以上２．５ＧＰａ以下であることが好ましい。ＴｉＣＮ層の圧縮残留応力が上述の範囲であることにより、切削工具に適用した場合に、高い靱性を有して耐欠損性に優れ、且つ耐摩耗性にも優れることができる。
　ＴｉＣＮ層の圧縮残留応力は、公知のＸ線回折を用いた２θ－ｓｉｎ２φプロットの傾きから測定することができる。
　ＴｉＣＮ層の圧縮残留応力は、０．５ＧＰａ以上２ＧＰａ以下であることがより好ましい。さらに好ましくは０．７５ＧＰａ以上１．５ＧＰａ以下であり、最も好ましくは、１ＧＰａ以上１．５ＧＰａ以下である。ＴｉＣＮ層の圧縮残留応力が０．５ＧＰａ未満である場合、所望の靱性を得ることが困難となる。ＴｉＣＮ層の圧縮残留応力が２．５ＧＰａを超える場合、圧縮残留応力が入り過ぎ、切削工具に適用した場合に膜チッピングが発生しやすくなる傾向がある。
　（表面粗さＲａ）
　ＴｉＣＮ層は、その表面粗さＲａが０．１μｍ以下であることが好ましい。ＴｉＣＮ層の表面粗さＲａが上述の範囲であることにより、切削工具に適用した場合に、その平滑性によって均一な摩耗が進行することにより、切削能力の安定性が向上し、工具寿命を延長することができる。表面粗さＲａの「Ｒａ」とは、算術平均粗さをいう。
　ＴｉＣＮ層の表面粗さＲａは、ＴｉＣＮ層が被膜の最表面に存する場合、ＪＩＳ　Ｂ　０６０１：２００１（ＩＳＯ４２８７：１９９７）に規定される測定方法により求めることができる。具体的には、形状測定レーザーマイクロスコープ（「ＶＫ－Ｘシリーズ（ＶＫ－Ｘ１１０）」、株式会社キーエンス社製）を用い、以下の計測条件で基材上に形成したＴｉＣＮ層の表面を測定することによって求めることができる。表面粗さＲａの測定前には、傾き補正機能でイメージ処理を行なうことが好ましい。
　（計測条件）
倍率　　　　　　　　：１００倍
使用機能　　　　　　：複数線粗さ
複数線設定　　　　　：周囲１０本、間引き２０本
カットオフλs　　　：２．５μｍ
カットオフλc　　　：０．２５ｍｍ
スタイラスモード　　：オン
スタイラス先端角度　：６０°
スタイラス先端半径　：２μｍ
ノイズフィルター　　：無し。
　ＴｉＣＮ層は、その表面粗さＲａが０．０８μｍ以下であることが好ましい。さらに好ましくは、表面粗さＲａは０．０７μｍ以下であり、最も好ましくは０．０６μｍ以下である。ＴｉＣＮ層の表面粗さＲａの下限値は、０．００５μｍである。
　上述した数値の表面粗さＲａを有するＴｉＣＮ層は、真空アーク蒸着法によって製造することは困難である。真空アーク蒸着法によって形成されたＴｉＣＮ層は、ドロップレットが存在するためである。真空アーク蒸着法によって形成されたＴｉＣＮ層の表面に対し、研磨などの後処理を実施することによって表面平滑性を向上させることもできるが、その場合でも上記のような高い平滑性を付与することは困難である。換言すれば、本実施形態のＴｉＣＮ層は、研磨などの後処理を実施することなく、優れた平滑性を備えることができる。
　（アルゴン）
　さらにＴｉＣＮ層は、アルゴンを０．１原子％以上３原子％以下含むことが好ましい。本実施形態のＴｉＣＮ層は、ＨｉＰＩＭＳ法によって形成されることによりアルゴンを含むこととなり、高い平滑性を付与することができる。このため本実施形態のＴｉＣＮ層は、真空アーク蒸着法によって形成されたＴｉＣＮ層と、アルゴンの含有量によっても区別することができる。
　（表面の凹凸の数）
　ＴｉＣＮ層は、その表面１００μｍ四方当たりの１μｍ以上の深さを有する凹部および１μｍ以上の高さを有する凸部の合計が１０個未満であることが好ましい。さらに好ましくは、その表面１００μｍ四方当たりの０．５μｍ以上の深さを有する凹部および０．５μｍ以上の高さを有する凸部の合計が１０個未満である。これにより、さらに表面粗さに優れた被膜を提供することができる。
　ＴｉＣＮ層の表面１００μｍ四方当たりの凹部および凸部の数については、ＴｉＣＮ層が被膜の最表面に存する場合、上述した形状測定レーザーマイクロスコープ（「ＶＫ－Ｘシリーズ（ＶＫ－Ｘ１１０）」、株式会社キーエンス社製）に付帯した凹凸部機能を用いて測定することができる。まず１００倍の倍率でＴｉＣＮ層の表面（１００μｍ×１００μｍ）を観察する。このとき、傾き補正機能を用いて観察画像のイメージ処理を実施し、高さ閾値を「分布平均±測定したい高低差を有する凹凸」の大きさに設定した上で、対象とする凹凸の数を測定する。たとえば、高低差１μｍ以上の凹凸を測定する場合、まず凸部モードを選択して高さ閾値を「平均値＋１μｍ」に設定して測定し、次いで凹部モードに変更して高さ閾値を「平均値－１μｍ」に設定して測定する。これにより、平均値±１μｍ以上の高低差を有する凹凸の数が求められる。ただし、１００ピクセル以下の微小領域は測定しないように設定される。
　ＴｉＣＮ層の表面１００μｍ四方当たりの１μｍ以上の深さを有する凹部および１μｍ以上の高さを有する凸部の合計は、より好ましくは５個以下であり、さらに好ましくは３個以下であり、特に好ましくは０個である。ＴｉＣＮ層の表面１００μｍ四方当たりの０．７μｍ以上の深さを有する凹部および０．７μｍ以上の高さを有する凸部の合計は、好ましくは１０個以下であり、より好ましくは２個以下であり、さらに好ましくは１個以下であり、特に好ましくは０個である。
　ＴｉＣＮ層の表面１００μｍ四方当たりの０．５μｍ以上の深さを有する凹部および０．５μｍ以上の高さを有する凸部の合計は、好ましくは１０個以下であり、より好ましくは２個以下であり、さらに好ましくは１個以下であり、特に好ましくは０個である。同様に、ＴｉＣＮ層の表面１００μｍ四方当たりの０．３μｍ以上の深さを有する凹部および０．３μｍ以上の高さを有する凸部の合計は、好ましくは１０個以下であり、より好ましくは５個以下であり、さらに好ましくは２個以下であり、特に好ましくは０個である。これらの凹凸の数も、上記の方法に準じて求めることができる。上記凹凸の深さまたは高さの下限値については、規定する意味がない。
　（ＴｉＣＮ層の表面組織）
　第１の実施形態においてＴｉＣＮ層は、その表面の７５面積％以上を炭窒化チタンの粒状組織が占める。この粒状組織は、長さが５ｎｍ以上４０ｎｍ以下であって且つ幅が３ｎｍ以上３０ｎｍ以下である粒子が集合した形態を有する。炭窒化チタンの粒状組織は、ＴｉＣＮ層の表面において８５面積％以上を占めることがより好ましい。ＴｉＣＮ層の表面に占める炭窒化チタンの粒状組織の面積比率（面積％）の上限値は、１００面積％である。ＴｉＣＮ層の表面を占める炭窒化チタンの粒状組織以外の組織としては、特定の組織を示さない粒子または不定形の組織などが考えられる。
　ここで上記の長さとは、図１および図２の粒子が集合した形態を有する粒状組織において、個々の粒子における長手方向の長さをいい、上記の幅とは、上記個々の粒子における長手方向に対する垂直方向の長さをいう。図１および図２においてＴｉＣＮ層１１は、長さが５ｎｍ以上４０ｎｍ以下であり、且つその幅が３ｎｍ以上３０ｎｍ以下である粒子が集合した粒状組織をその表面１１１に有している。さらにＴｉＣＮ層１１は、このような粒状組織が表面１１１の７５面積％以上を占めている。この場合に、被膜は高硬度、低圧縮応力および表面粗さの点でより優れることができる。
　上記粒状組織の各粒子は、後述するＨｉＰＩＭＳ法によるＴｉＣＮ層の成膜を高ガス圧によりイオンボンバードが弱い条件の下で行なったために、ＴｉＣＮの結晶の核が成長して生成したと考えられる。高温且つ低ガス圧の条件では、この結晶の核はそれ同士が合体する。一方、高ガス圧のイオンボンバードが弱い条件の下では、核発生密度が上昇し、且つこの結晶の核はＴｉＣＮ層の表面で急冷され、合体することなくその場で存在することとなると考えられる。この場合、ＴｉＣＮの結晶粒は、図３および図４に示すように、その成長方向に対して垂直方向の直径が５０～３００ｎｍの粒状晶として存在する。結晶粒が小さい場合、膜硬度が高まることがＨａｌｌ－Ｐｅｔｃｈ式から理解される。さらにイオンボンバードが弱いため圧縮残留応力を低く抑えることができる。加えて、硬度に必要な緻密性が維持される限り、イオンボンバードによる応力が低くなるように制御することができる。
　ＴｉＣＮ層の表面は、電界放出型電子顕微鏡（ＦＥ－ＳＥＭ）を用いることにより観察することができる。ＴｉＣＮ層が被膜の最表面に存する場合、ＴｉＣＮ層の粒状組織における個々の粒子の長さおよび幅は、上記顕微鏡の倍率を１～２万倍として被膜の最表面を観察した観察像に現れた視野中のすべての粒子を選択し、これらすべての長さおよび幅を測定し、その平均値により求めることができる。ＴｉＣＮ層が被膜の最表面に存しない場合、ＴｉＣＮ層よりも被膜表面側に存する層をイオンエッチングによりエッチングすることにより、ＴｉＣＮ層の表面を露出させた上で、上記のＴｉＣＮ層が被膜の最表面に存する場合と同じ方法を用いて粒状組織における個々の粒子の長さおよび幅を求めることができる。
　ＴｉＣＮ層の表面を占める炭窒化チタンの粒状組織の面積比率（面積％）は、上述の観察像における粒状組織部分とその他の部分とを画像解析ソフト（商品名：「Ｍａｃ－Ｖｉｅｗ」、株式会社マウンテック製）を用いて区分けし、上記観察像における粒状組織部分の面積比率を算出することにより求めることができる。炭窒化チタンの粒状組織の面積比率（面積％）は、上述した観察像をＴｉＣＮ層の表面上の３箇所から得、これらの平均値を粒状組織部分の面積比率とする。
　（ＴｉＣＮ層の組成）
　本実施形態では、ＴｉＣＮ層に対してＸ線光電子分光（ＸＰＳ：Ｘ－ｒａｙ　Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）装置（商品名：「ＱｕａｎｔｅｒａＳＸＭ」、アルバック・ファイ株式会社製）を用いることにより、その組成分析を行うことが好ましい。この組成分析は、ＪＩＳ　Ｋ　０１４６（２００２）に準拠して行なう。具体的には、以下の条件で組成分析することにより、ＴｉＣＮ層に存する各組成をそれぞれ原子量（原子％）として求めることができる。ＴｉＣＮ層が被膜の最表面に存し、その表面に酸化層が形成されている場合、あるいはＴｉＣＮ層よりも被膜の最表面側に他の層が存する場合、これらをＡｒによりエッチングして除去した上で組成分析を行なう。
Ｘ線条件　：１００μｍ、２５Ｗ、１５ｋＶ
透過エネルギー　：５５１１２ｅＶ
帯電中和　：電子＋Ａｒ
イオンガン条件　：４ｋＶ、２×２。
　上述した方法により、ＴｉＣＮ層に存する各元素の割合を（原子％）を求めた後、これらの割合（原子％）に基づきＣ／Ｎ比およびＴｉ／（Ｃ＋Ｎ）比を算出することが好ましい。さらに、フリーカーボンの割合をＣ－Ｃ結合／Ｃ－Ｔｉ結合として算出することがより好ましい。第１の実施形態において、Ｃ／Ｎ比は、０．３５～０．５５、Ｔｉ／（Ｃ＋Ｎ）比は、０．７９～１．０５であることが好ましい。フリーカーボンの割合であるＣ－Ｃ結合／Ｃ－Ｔｉ結合は、０．０５（５％）以下であることが好ましく、最も好ましくは０（０％）である。
　（Ｘ線回折のピーク強度比および結晶粒径）
　ＴｉＣＮ層は、薄膜Ｘ線回折法により解析した場合の（１１１）面と（２００）面とのピーク強度比Ｉ(111)／Ｉ(200)は１以上２以下であることが好ましい。ＴｉＣＮ層は、（１１１）面のピークの半値幅から求めた結晶粒径が、１５０Å以上２５０Å以下であることが好ましい。ＴｉＣＮ層における結晶粒径が、上述した粒状組織における粒子の大きさと完全には一致していないのは、測定方法が異なるからである。
　ＴｉＣＮ層を対象とした薄膜Ｘ線回折法（ｇｒａｚｉｎｇ　ｉｎｃｉｄｅｎｃｅ　Ｘ－ｒａｙ　ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）の条件は以下のとおりである。
Ｘ線回折装置　：「ＳｍａｒｔＬａｂ（登録商標）」、株式会社リガク製
入射角度（ω）　：１．５°
スキャン角度　：３０～６０°
スキャンスピード　：０．５°／ｍｉｎ
スキャンステップ幅　：０．１°
Ｘ線源　：Ｃｕ
管電圧　：４０ｋＶ
管電流　：３０ｍＡ。
　上記ピーク強度比Ｉ(111)／Ｉ(200)は、１．２以上１．７以下であることがより好ましい。（１１１）面のピークの半値幅から求めた炭窒化チタンの結晶粒径は、１６０Å以上２２０Å以下であることが好ましい。
　＜被膜構造＞
　被膜は、上述のとおり１または２以上の層を含み、上記層のうち少なくとも１層が炭窒化チタンからなるＴｉＣＮ層である。したがって、被膜は、ＴｉＣＮ層を含む限り、ＴｉＣＮ層の上層もしくは下層に他の層を含んでいてもよい。さらにＴｉＣＮ層と他の層とが交互に積層されていてもよい。他の層としては、たとえばＡｌ2Ｏ3層、ＴｉＢ2層、ＴｉＢＮ層、ＡｌＮ層（ウルツ鉱型）、ＴｉＮ層、ＴｉＢＮＯ層、ＴｉＣＮＯ層、ＴｉＡｌＮ層、ＴｉＡｌＣＮ層、ＴｉＡｌＯＮ層、ＴｉＡｌＯＮＣ層、ＡｌＣｒＮ層などを挙げることができる。
　たとえば、基材上に被膜を形成する場合、下地層としてＴｉＮ層、ＴｉＣ層、ＴｉＢＮ層を基材の直上に含むことにより、基材と被膜との密着性を高めることができる。本実施形態において基材と被膜との密着性を高める観点から、基材の直上に下地層としてＴｉＣＮ層（本開示の特徴を有さなくてもよい）を含むことも除外されない。他の層の厚みは、通常０．１～１０μｍの厚みとすることが好ましい。
　＜切削工具＞
　第１の実施形態において、切削工具は、上記基材を上記被膜により被覆してなる。このような構成の切削工具は、高硬度、低圧縮応力および表面粗さの点で優れる被膜を有し、均一な摩耗進行による切削能力の安定性向上および工具寿命の延長に貢献することができる。
　上記切削工具の用途としては、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チップ、フライス加工用スローアウェイチップ（インサート）、旋削加工用スローアウェイチップ（インサート）、メタルソー、歯切工具、リーマ、タップ、切削バイト、耐摩工具、摩擦撹拌接合用ツールなどを挙げることができる。
　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、チップブレーカを有するものも、有さないものも含まれる。さらに被削材を切削する際に切削の中心部となる刃先稜線部は、その形状がシャープエッジ（すくい面と逃げ面とが交差する稜）、ホーニング（シャープエッジに対してアールを付与したもの）、ネガランド（面取りをしたもの）、ホーニングとネガランドとを組み合わせたもののいずれのものも含まれる。
　＜基材＞
　基材は、工具の基材として知られる従来公知のものを特に限定なく使用することができる。たとえば、超硬合金（たとえばＷＣ基超硬合金、ＷＣの他、Ｃｏを含み、あるいはＴｉ、Ｔａ、Ｎｂなどの炭窒化物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、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウムなど）、立方晶型窒化硼素焼結体およびダイヤモンド焼結体などが挙げられる。基材は一体形成されていてもよく、複数の部品が組み合わされたものであってもよい。
　特に基材は、超硬合金、サーメットおよび立方晶窒化ホウ素焼結体からなる群より選ばれる１以上を含むことが好ましい。これらは高温における硬度と強度とのバランスに優れ、切削工具の基材として優れた特性を有するためである。
　＜被膜の製造方法＞
　本発明者らは、ＨｉＰＩＭＳ法を用いた被膜の作製に関して鋭意検討を重ねたところ、上述のように特徴的な形態を有する表面を含む被膜（特に、ＴｉＣＮ層）を作製可能として本開示に到達した。以下、ＨｉＰＩＭＳ法を用いることによって初めて製膜可能となった本開示のＴｉＣＮ層の製膜方法について説明する。ここでは、一例として基材の直上にＴｉＮ層からなる下地層を形成した後、ＴｉＣＮ層を形成する場合について説明する。第１の実施形態において、被膜が下地層および化合物層の両方またはいずれか一方を有する場合、これらの層は従来公知の製膜方法により製造することができる。したがって、第１の実施形態では従来公知の製膜方法により、基材の直上にＴｉＮ層を形成すればよい。
　次に、このＴｉＮ層上にＨｉＰＩＭＳ法を用いてＴｉＣＮ層を形成する。このとき、ＴｉＣＮ層を形成するＣ源（炭素源）には、ＣＨ4ガスを用いる。Ｃ2Ｈ2ガスを用いる場合に比べ、結晶の異常成長が抑制され、面粗さが改善されるからである。Ｃ2Ｈ2ガスを用いる場合、Ｃ2Ｈ2ガスが反応しやすいため、プラズマ中で反応することによりＴｉＣまたはＴｉＣＮの粒子が空中（反応容器中）でダストとして形成され、これが基材に付着して異常成長する場合がある。Ｃ源は、基材付近に導入する。プラズマ中で反応することを抑制できるからである。
　バイアス電圧については、バイポーラパルスバイアスとする。これにより被膜への連続的なイオンボンバードを避け、被膜内の応力を緩和することを可能としつつ、且つ被膜の緻密性を維持することができる。メタルイオン化率の高いＨｉＰＩＭＳ法を用いることにより、バイポーラパルスバイアスによって基材に到達するメタルイオンのエネルギーを制御することができる。
　特に第１の実施形態においては、Ｔｉターゲットに印加する電力を高電力短パルスとし、Ｔｉのイオン化率を高めた条件の下、高ガス圧で成膜することによりイオンボンバードによって膜に付与される圧縮残留応力を低減する。基板温度は、従来公知のＨｉＰＩＭＳ法と同じとすればよい。
　ＴｉＣＮ層は、ＨｉＰＩＭＳ装置を用いることにより基材上に形成することができる。このＨｉＰＩＭＳ装置は、チャンバ内にＴｉＣＮ層の金属原料となるＴｉターゲットが複数配置されている。チャンバ内に配置されるターゲットの数は特に制限すべきではない。
　複数のＴｉターゲットの間には、回転可能なテーブルが配置され、このテーブル上に複数の基材ホルダーが配置されている。これらの基材ホルダーには、それぞれ基材が載置される。テーブル上の基材ホルダーの数およびテーブルの回転数などは特に制限すべきではない。その他チャンバ内には、基材を加熱可能なヒータが配置されている。
　Ｔｉターゲットには、パルス電力を供給するためのＨｉＰＩＭＳ電源の負極が接続されている。ＨｉＰＩＭＳ電源の正極はアース接続されている。テーブルには、バイアス電圧を印加するためのバイアス電源の負極が電気的に接続され、バイアス電源の正極はアース接続されている。
　ＴｉＣＮ層の成膜に際しては、ＴｉＮ層を形成した基材を基材ホルダーに設置した上で、まずチャンバ内を真空にし、不活性ガス（Ａｒ）および窒素ガスを導入する。次にテーブルに対し、バイアス電源を介してバイアス電圧を印加するとともに、ターゲットに対し、ＨｉＰＩＭＳ電源を介してパルス電力を供給することにより、ＨｉＰＩＭＳ装置に対して成膜動作を開始させる。第１の実施形態における成膜条件は以下のとおりである。後述するターゲット電力密度とは、パルスの最大電力値をターゲットの表面積で除した値をいい、後述するプラズマ電力密度とは、パルスの最大電力値をターゲット上のプラズマ面積で除した値をいう。
　（成膜条件）
ターゲット　　　：Ｔｉ
Ｃ源　　　　　　：ＣＨ4
バイアス電圧　　：５０～８０（Ｖ）
マイナスパルス　：２０～１００（μｓ）
プラスパルス　　：１０～５０（μｓ）
パルス電力　　　：６０～８０ｋＷ
パルス幅　　　　：０．１～１μｓ
ターゲット電力密度　：３４０～４５３ｋＷ／ｃｍ2
プラズマ電力密度　：２～２．７ｋＷ／ｃｍ2
平均電力　　　　：４～７ｋＷ
Ａｒ分圧　　　　：１．２～１．５Ｐａ
基材温度　　　　：４００～４５０℃
Ｃ源ガス／窒素ガス流量比：０．４～１
窒素ガスとＣ源ガスとの分圧は、遷移モードで成膜するように調整。
　これにより、チャンバ内にプラズマが発生し、且つＴｉターゲットにイオンが衝突することにより、ＴｉターゲットからＴｉ原子またはＴｉイオンが放出され、窒素原子、炭素原子と共に基材の表面に付着する。これにより、基材上（ＴｉＮ層上）にＴｉＣＮ層が形成される。
　上述したＨｉＰＩＭＳ法では、成膜条件の他にもチャンバ内のダストの発生を抑えることによって、ＴｉＣＮ層の表面の平滑性を向上させることのできる複数の操作が存在するため、これらの操作を適宜行なうことが好ましい。これらの操作とは、たとえば上記装置に対してチャンバ内の清浄度を上げること、ターゲットの前方に配置されるシャッターおよびシールド板のブラスト頻度を上げること、治具のブラスト頻度を上げること、成膜装置を設置している部屋の清浄度を向上することなどが挙げられる。さらに、成膜に際して一回のバッチ毎にターゲットに対してブラストを行なうこと、洗浄後すぐに基材をチャンバ内にセットし、バッチを開始することなどが挙げられる。膜の残留応力が高い程、ダストが多く発生するため、圧縮残留応力を低減することも表面の平滑性を向上するのに効果的となる。
　以上、ＴｉＣＮ層の製造方法について詳述したが、ＨｉＰＩＭＳ法以外の他の方法を用いても、本実施形態の効果を奏するＴｉＣＮ層を製造することは困難である。たとえば、真空アーク蒸着法を用いた場合、残留圧縮応力の緩和は起こらない。ドロプレットと呼ばれる金属液滴が発生するため面粗さが劣る傾向もある。スパッタ法を用いた場合、ボンバードによる残留応力を調整するために必要なイオン化率が達成できず、膜の密着力および緻密性を保つことが困難となる。ＣＶＤ法を用いた場合、成膜される層に引張残留応力が付与される。さらに、面粗さもＨｉＰＩＭＳ法に比べて劣位である。
　［第２の実施形態］
　＜被膜＞
　図５は、第２の実施形態に係る被膜の平面形態を示す図面代用写真である。さらに図７は、第２の実施形態に係る被膜の断面形態を示す図面代用写真である。これらの図において被膜は、基材２２上に、基材２２側から順に下地層としてのＴｉＮ層２３および最表面層としてのＴｉＣＮ層２１が積層されることにより形成されている。本実施形態においてＴｉＣＮ層２１は、上述のとおり最表面層であるので、ＴｉＣＮ層２１の表面２１１が被膜の最表面となる。
　第２の実施形態の被膜は、ＴｉＣＮ層の性状、具体的には、ＴｉＣＮ層の表面組織が異なる以外、第１の実施形態の被膜と同様である。以下、第１の実施形態と相違する点について詳述する。
　（ＴｉＣＮ層の表面組織）
　第２の実施形態においてＴｉＣＮ層は、その表面の５０面積％以上を炭窒化チタンの板状組織が占め、この板状組織は、長さが１０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下であって且つ幅が１ｎｍ以上１０ｎｍ以下である板片が集合した形態を有することが好ましい。炭窒化チタンの板状組織は、ＴｉＣＮ層の表面において６０面積％以上を占めることがより好ましい。ＴｉＣＮ層の表面に占める炭窒化チタンの板状組織の面積比率（面積％）の上限値は、１００面積％である。ＴｉＣＮ層の表面を占める炭窒化チタンの板状組織以外の組織としては、特定の組織を示さない粒子または不定形の組織などが考えられる。
　ここで上記の長さとは、図５および図６の板片が集合した形態を有する板状組織において、個々の板片における長手方向の長さをいい、上記の幅とは、上記個々の板片における長手方向に対して垂直方向の長さをいう。図５および図６においてＴｉＣＮ層２１は、長さが１０ｎｍ以１５０ｎｍ以下であり、その幅が１ｎｍ以上１０ｎｍ以下である板片が集合した板状組織をその表面２１１に有している。さらにＴｉＣＮ層２１は、このような板状組織が表面２１１の５０面積％以上を占めている。この場合に、被膜は高硬度、低圧縮応力および表面粗さの点でより優れることができる。
　上記板状組織の各板片は、それ自体で結晶粒を構成するのではなく、それらが集合した集合体として一つの結晶粒を構成していると考えられる。第２の実施形態では、後述するＨｉＰＩＭＳ法により低ガス圧且つ高基材温度の条件の下で結晶粒を成長させる。このため、ＴｉＣＮ層の表面で発生した核は、表面での移動距離が長くなるので、核同士が合体する。各結晶は、結晶方位によって成長速度および表面エネルギーが異なるために競争的に成長し、その結果、ＴｉＣＮ層の表面において板片が集合した板状組織の形態として観察されると考えられる。さらに、上記板状組織は結晶粒の先端を現しているものと考えられる。第２の実施形態におけるＴｉＣＮの結晶粒は、図７および図８に示すように、その成長方向に対して垂直方向の直径が３００～７００ｎｍの比較的大きいサイズの柱状晶および直径が５０～２００ｎｍの比較的小さいサイズの柱状晶がそれぞれ存在する。第２の実施形態においてＴｉＣＮ層の表面は、原子の移動距離が長いために緻密性が高まり、膜内欠陥が低減して高硬度となる。原子の移動が終わると熱力学的に安定となるので、圧縮残留応力も低く抑えることができる。
　第２の実施形態におけるＴｉＣＮ層の表面は、第１の実施形態と同じように、電界放出型電子顕微鏡（ＦＥ－ＳＥＭ）を用いることにより観察することができ、これにより板状組織における各板片の長さおよび幅を求めることができる。さらにＴｉＣＮ層の表面を占める炭窒化チタンの面積比率（面積％）およびＴｉＣＮ層の組成についても、第１の実施形態と同じ方法により求めることができる。第２の実施形態において、Ｃ／Ｎ比は、０．３５～０．５６、Ｔｉ／（Ｃ＋Ｎ）比は、０．７４～１．０５であることが好ましい。フリーカーボンの割合であるＣ－Ｃ結合／Ｃ－Ｔｉ結合は、０．０５（５％）以下であることが好ましく、最も好ましくは０（０％）である。
　（Ｘ線回折のピーク強度比および結晶粒径）
　ＴｉＣＮ層は、薄膜Ｘ線回折法により解析した場合の（１１１）面と（２００）面とのピーク強度比Ｉ(111)／Ｉ(200)は０．４以上０．７９以下であることが好ましい。ＴｉＣＮ層は、（２００）面のピークの半値幅から求めた結晶粒径が、１５０Å以上２５０Å以下であることが好ましい。ＴｉＣＮ層を対象とした薄膜法Ｘ線回折の条件は第１の実施形態と同じとすることができる。
　上記ピーク強度比Ｉ(111)／Ｉ(200)は、０．５以上０．７以下であることがより好ましい。（２００）面のピークの半値幅から求めた炭窒化チタンの結晶粒径は、１８０Å以上２２０Å以下であることが好ましい。
　＜被膜の製造方法＞
　第２の実施形態においては、次のようなＨｉＰＩＭＳ法を用いてＴｉＣＮ層を基材上に形成する。まず成膜時の圧力を従来公知の方法と同様としつつ、第１の実施形態のＨｉＰＩＭＳ法の条件よりも低電力長パルスとしてイオン化率を下げることによりイオンボンバードによって膜に付与される圧縮残留応力を低減する。さらに基板温度を、従来公知のＨｉＰＩＭＳ法よりも高めて基材上における原子拡散を強化する。その他については、第１の実施形態におけるＨｉＰＩＭＳ法の条件と同様とする。具体的には、第２の実施形態における成膜条件は以下のとおりとする。
　（成膜条件）
ターゲット　　　：Ｔｉ
Ｃ源　　　　　　：ＣＨ4
バイアス電圧　　：２０～４０（Ｖ）
マイナスパルス　：２０～１００（μｓ）
プラスパルス　　：１０～５０（μｓ）
パルス電力　　　：４５～６０ｋＷ
パルス幅　　　　：５～１０μｓ
ターゲット電力密度　：２５５～３４０ｋＷ／ｃｍ2
プラズマ電力密度　：１．５～２ｋＷ／ｃｍ2
平均電力　　　　：８～１０ｋＷ
Ａｒ分圧　　　　：０．３～０．５Ｐａ
基材温度　　　　：５５０～６５０℃
Ｃ源ガス／窒素ガス流量比：０．４～１
窒素ガスとＣ源ガスとの分圧は、遷移モードで成膜するように調整。
　これにより、第２の実施形態では、チャンバ内にプラズマが発生し、且つＴｉターゲットにイオンが衝突することにより、ＴｉターゲットからＴｉ原子またはＴｉイオンが放出され、窒素原子、炭素原子と共に基材の表面に付着する。これにより、基材上（ＴｉＮ層上）にＴｉＣＮ層が形成される。
　［作用］
　以上により、本実施形態（第１の実施形態および第２の実施形態）に係る被膜は、高硬度、低圧縮応力および表面粗さの点で優れる。この被膜で基材を被覆した切削工具は、均一に摩耗が進行することによって切削能力が安定し、且つ工具寿命を延長することができる。
　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］
　＜基材の準備＞
　第１の基材として、ＢＮ２０００のｃＢＮ旋削インサート（住友電工ハードメタル株式会社製、形状：２ＮＵ－ＤＮＧＡ１５０４０８）を準備した。さらに第２の基材として、Ａ３０Ｎ超硬のフライスインサート（住友電工ハードメタル株式会社製、形状：ＳＥＥＴ１３Ｔ３ＡＧＳＮ－Ｎ）を準備した。
　＜被膜の形成＞
　上記第１の基材を洗浄後、ＨｉＰＩＭＳ装置のチャンバ内のテーブル上に設置した。チャンバ内には、表１に示すように従来公知の粉末冶金により製造したＴｉからなる複数のＴｉターゲットを配置した。さらに、表１に示す条件でチャンバ内のテーブルに設置した上記基材に対して前処理（成膜前処理）を行なった。次に、ＨｉＰＩＭＳ法の従来公知の成膜条件により基材上にＴｉＮ層を形成した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　さらに表２に示す製造条件の下、Ｃ源（炭素源）にＣＨ4ガスを用い、且つバイアス電圧についてバイポーラパルスバイアスとして、基材上（ＴｉＮ層上）にＴｉＣＮ層を形成した。このときアルゴンガス分圧は、１．３５Ｐａとし、Ｃ源ガス／窒素ガス流量比を０．４とした。窒素ガスとＣ源ガスとの分圧は、遷移モードで成膜するように調整した。
　上記第２の基材についても、上述した第１の基材と同じ方法を用いることにより基材上（ＴｉＮ層上）にＴｉＣＮ層を形成した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　［実施例２～実施例１０］
　成膜条件を表２に示すように変更した以外は、実施例１と同様に基材上にＴｉＣＮ層を形成した。
　実施例１～実施例１０では、表２に示した成膜条件および後述する表３に示した表面組織の粒／板／その他の分類から理解されるように、その表面に、炭窒化チタンの粒子が集合した粒状組織を有するＴｉＣＮ層が形成された。
　［実施例１１～実施例２０］
　成膜条件を表２に示すように変更した以外は、実施例１と同様に基材上にＴｉＣＮ層を形成した。
　実施例１１～実施例２０では、表２に示した成膜条件および後述する表３に示した表面組織の粒／板／その他の分類から理解されるように、その表面に、炭窒化チタンの板片が集合した板状組織を有するＴｉＣＮ層が形成された。
　［比較例１］
　成膜条件を表２に示すように変更した以外は、実施例１と同様に基材上にＴｉＣＮ層を形成した。比較例１は、バイアス電圧についてバイポーラパルスバイアスとするものの、それ以外については従来のＨｉＰＩＭＳ法の条件で基材上にＴｉＣＮ層を形成した例である。
　［比較例２～比較例３］
　成膜条件を表２に示すように変更した以外は、実施例１と同様に基材上へＴｉＣＮ層を形成した。比較例２～比較例３は、バイアス電圧について直流とする条件で基材上にＴｉＣＮ層を形成した例である。
　［比較例４］
　成膜条件を表２に示すように変更した以外は、実施例１と同様に基材上にＴｉＣＮ層を形成した。比較例４は、Ｃ源をＣ2Ｈ2とする条件で基材上にＴｉＣＮ層を形成した例である。
　［比較例５］
　比較例５は、表２に示す成膜条件により真空アーク蒸着法を用いて基材上にＴｉＣＮ層を形成した例である。
　以上により、実施例１～実施例２０および比較例１～比較例５に関し、それぞれ基材上に被膜を形成したｃＢＮ旋削インサートおよびフライスインサート（以下、これらをまとめて「切削工具」とも記す）を作製した。
　［被膜の物性］
　実施例１～２０および比較例１～比較例５について、基材上に形成したＴｉＣＮ層の物性を評価した。その結果を表３に示す。表３中の「硬度」とは、ナノインデンテーション硬度を意味し、上述した測定方法を用いて評価した。表３中の「応力」とは、残留圧縮応力を意味し、上述した測定方法を用いて評価した。「応力」の欄における「－（マイナス）」は、応力の種類が「圧縮」であることを意味する。表３中の「Ｒａ」とは、「表面粗さＲａ」を意味し、上述した測定方法を用いて評価した。
　表３中に示したＴｉＣＮ層の物性に係る指標である「表面組織」の分類、「ＸＲＤ」によるピーク強度比、結晶粒径、「アルゴン」の含有量、「凹凸（個）」の数、「ＸＰＳ」による組成分析についても上述した測定方法を用いて評価した。「表面組織」の欄における「粒」とは、その表面の形態が粒状組織に分類されることを意味し、「板」とは、その表面の形態が板状組織に分類されることを意味する。「他」とは、その表面の形態が粒状組織および板状組織のいずれにも分類されなかったことを意味する。「凹凸（個）」の欄における「０．５μｍ以上」には、「１μｍ以上」のものを含んだ数で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　表３によれば、実施例１～実施例２０のＴｉＣＮ層は、ナノインデンテーション硬度が３２ＧＰａ以上４２ＧＰａ以下であり、圧縮残留応力が０．５ＧＰａ以上２．５ＧＰａ以下であり、表面粗さＲａが、０．１μｍ以下である要件をすべて満たしていた。したがって実施例１～実施例２０は、高硬度、低圧縮応力および表面粗さの点で優れた被膜を有していることが理解される。一方、比較例１～比較例５のＴｉＣＮ層は、ナノインデンテーション硬度が３２ＧＰａ以上４２ＧＰａ以下であり、圧縮残留応力が０．５ＧＰａ以上２．５ＧＰａ以下であり、表面粗さＲａが、０．１μｍ以下である要件のうち少なくともいずれかを満たしていなかった。
　特に、実施例１～実施例１０のＴｉＣＮ層は、その表面の７５面積％以上を炭窒化チタンの粒状組織が占めていた。さらに薄膜Ｘ線回折法により解析した場合、ピーク強度比Ｉ(111)／Ｉ(200)が１以上２以下であり、結晶粒径が、１５０Å以上２５０Å以下であった。
　実施例１１～実施例２０のＴｉＣＮ層は、その表面の５０面積％以上を炭窒化チタンの板状組織が占めていた。さらに薄膜Ｘ線回折法により解析した場合、ピーク強度比Ｉ(111)／Ｉ(200)が０．４以上０．７９以下であり、結晶粒径が、１５０Å以上２５０Å以下であった。
　［切削試験］
　さらに、実施例１～実施例２０および比較例１～比較例５の切削工具であるｃＢＮ旋削インサートおよびフライスインサートに対し、それぞれ切削試験（耐摩耗試験）を実施したので、以下、その結果について説明する。
　＜ｃＢＮ旋削インサート＞
　実施例１～実施例２０および比較例１～比較例５のｃＢＮ旋削インサートに対し、下記の切削条件の下で、切削距離１０ｋｍ時点での逃げ面摩耗幅Ｖｂおよび被削材の面粗さＲｚを評価した。その結果を表４に示す。逃げ面摩耗幅Ｖｂは、その数値が小さい程、ｃＢＮ旋削インサートの被膜が高硬度で耐摩耗性が高いと理解される。被削材の面粗さＲｚは、その数値が小さい程、ｃＢＮ旋削インサートの被膜が平滑であると理解される。表面粗さＲｚの「Ｒｚ」とは、ＪＩＳ　Ｂ　０６０１における最大高さ粗さを示す。
　表４には、実施例１～実施例２０および比較例１～比較例５のｃＢＮ旋削インサートにおいて基材上に形成したＴｉＣＮ層の刃先部分（Ｒ部から１００μｍ以内）の膜厚（平均値）についても表した。
　ここで実施例１～実施例２０のｃＢＮ旋削インサートにおける刃先部分のＴｉＣＮ層の膜厚は、次のとおりとした。すなわち、ｃＢＮは加工しにくく、その断面を観察する測定試料を得ることが難しいため、上記ｃＢＮ旋削インサートと同型の超硬工具の基材に対し表２に示した成膜条件によりＴｉＣＮ層を被覆し、その膜厚を上述した測定方法により測定することにより、ｃＢＮ旋削インサートにおける刃先部分のＴｉＣＮ層の膜厚とした。この膜厚の測定は、上記超硬工具のＲ（アール）部、ネガランドを除いた稜線から１００μｍ以内の逃げ面の３箇所において行ない、これらの測定値の平均値とした。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　（切削条件）
被削材　：ＳＣＭ４１５浸炭焼き入れ鋼（ＨＲＣ＞５８の表面層のみ切削）
切削速度　：２００ｍ／ｍｉｎ．
送り量　：０．１ｍｍ／ｒｅｖ．
切り込み量　：０．１ｍｍ
切削油　：なし。
　表４によれば、実施例１～実施例２０のｃＢＮ旋削インサートは、いずれもＶｂが３９μｍ以下であり、Ｒｚが４．１μｍ以下であった。これに対し、比較例１～比較例５のｃＢＮ旋削インサートは、いずれもＶｂが少なくとも４８μｍ以上であり、Ｒｚが４．９μｍ以上であった。したがって実施例１～実施例２０は、均一な摩耗が進行していると理解され、切削能力の安定性が向上し、工具寿命が延長できるものと期待される。
　＜フライスインサート＞
　実施例１～実施例２０および比較例１～比較例５のフライスインサートに対し、下記の切削条件の下で、逃げ面摩耗幅Ｖｂが０．２ｍｍに到達した時点を工具寿命と定義し、この寿命に至るまでの切削長（ｍ）および切削回数（パス数：１パスで０．３ｍ切削）を評価した。その結果も表４に示す。表４には、実施例１～実施例２０および比較例１～比較例５のフライスインサートにおいて基材上に形成したＴｉＣＮ層の刃先部分の膜厚についても表した。この膜厚の測定方法は、上述したとおりである。
　（切削条件）
被削材　：ＳＣＭ４３５
切削速度　：２３０ｍ／ｍｉｎ．
送り量　：０．３ｍｍ／ｒｅｖ．
切り込み量　：２ｍｍ
切削油　：なし。
　表４によれば、実施例１～実施例２０のフライスインサートは、いずれも１２．０ｍ以上の寿命を有し、４０回以上のパス数を有していた。これに対し、比較例１～比較例５のフライスインサートは、いずれも９．９ｍ以下の寿命を有し、３３回以下のパス数を有していた。したがって実施例１～実施例２０は、工具寿命が延長されていることが理解される。この理由は、被膜が高硬度、低圧縮応力および表面粗さの点でより優れることにより均一な摩耗が進行し、もって切削性能の安定性が向上したことによるものと考えられる。
　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実施の形態および実施例ではなく請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
　１１、２１　ＴｉＣＮ層、　１１１、２１１　表面、　１２、２２　基材、　１３、２３　ＴｉＮ層。

Claims (8)

  1. 　基材上に形成される被膜であって、
    　前記被膜は、１または２以上の層を含み、
    　前記層のうち少なくとも１層は、炭窒化チタンからなるＴｉＣＮ層であり、
    　前記ＴｉＣＮ層は、その表面の７５面積％以上を前記炭窒化チタンの粒状組織が占め、
    　前記粒状組織は、長さが５ｎｍ以上４０ｎｍ以下であって且つ幅が３ｎｍ以上３０ｎｍ以下である粒子が集合した形態を有する、被膜。
  2. 　前記ＴｉＣＮ層は、薄膜Ｘ線回折法により解析した場合の（１１１）面と（２００）面とのピーク強度比Ｉ(111)／Ｉ(200)が１以上２以下であり、
    　前記ＴｉＣＮ層は、前記（１１１）面のピークの半値幅から求めた結晶粒径が、１５０Å以上２５０Å以下である、請求項１に記載の被膜。
  3. 　基材上に形成される被膜であって、
    　前記被膜は、１または２以上の層を含み、
    　前記層のうち少なくとも１層は、炭窒化チタンからなるＴｉＣＮ層であり、
    　前記ＴｉＣＮ層は、その表面の５０面積％以上を前記炭窒化チタンの板状組織が占め、
    　前記板状組織は、長さが１０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下であって且つ幅が１ｎｍ以上１０ｎｍ以下である板片が集合した形態を有する、被膜。
  4. 　前記ＴｉＣＮ層は、薄膜Ｘ線回折法により解析した場合の（１１１）面と（２００）面とのピーク強度比Ｉ(111)／Ｉ(200)が０．４以上０．７９以下であり、
    　前記ＴｉＣＮ層は、前記（２００）面のピークの半値幅から求めた結晶粒径が、１５０Å以上２５０Å以下である、請求項３に記載の被膜。
  5. 　前記ＴｉＣＮ層は、アルゴンを０．１原子％以上３原子％以下含む、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の被膜。
  6. 　前記被膜は、その膜厚が０．３μｍ以上１０μｍ以下である、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の被膜。
  7. 　前記基材を、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の被膜により被覆した、切削工具。
  8. 　前記基材は、超硬合金、サーメットおよび立方晶窒化ホウ素焼結体からなる群より選ばれる１以上を含む、請求項７に記載の切削工具。
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