WO2018235775A1 - 被覆工具、切削工具及び切削加工物の製造方法 - Google Patents

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WO2018235775A1
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tool
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芳和 児玉
忠 勝間
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京セラ株式会社
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Definitions

  • This aspect relates to a coated tool used in cutting.
  • Patent Document 1 As a coated tool used for cutting such as turning and turning, for example, a coated tool described in JP-A-2009-166216 (Patent Document 1) is known.
  • the coated tool described in Patent Document 1 comprises a layer (multilayer film) containing a compound such as titanium (Ti) and a layer containing a compound of titanium, which are located on the surface of a substrate made of cemented carbide or the like.
  • a coating layer including (coupling film) and a layer ( ⁇ -type aluminum oxide film) containing ⁇ -type aluminum oxide ( ⁇ -Al 2 O 3 ) is formed.
  • the surface of the bonding film has a dendritic shape including dendrites and branch-like protrusions. Since the binding film has a dendritic shape, it is described that the adhesion between the binding film and the ⁇ -type aluminum oxide film is enhanced by the anchor effect.
  • both dendrites and branch-like protrusions protrude from the bonding film toward the ⁇ -type aluminum oxide film.
  • both dendrite-induced load and branch-induced load caused by the anchor effect are applied to the ⁇ -type aluminum oxide film. Therefore, the durability of the coating layer may be reduced.
  • a coated tool comprises a substrate having a first surface and a coated layer located on the first surface.
  • the covering layer has a first layer containing aluminum oxide located on the first surface, and a second layer containing a titanium compound located on the first layer and in contact therewith. There is. Further, in a cross section orthogonal to the first surface, the first layer has a first convex portion protruding toward the second layer and a first concave portion positioned in the first convex portion, and The second layer has a second concave portion engaged with the first convex portion and a second convex portion engaged with the first concave portion.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the coated tool shown in FIG. It is an enlarged view of the coating layer vicinity in the coating tool shown in FIG. It is an enlarged view in area
  • the coated tool 1 according to the embodiment will be described in detail with reference to the drawings.
  • the respective drawings referred to in the following show only main members necessary for describing the following embodiment in a simplified manner.
  • the coated tool 1 may comprise any component not shown in the figures to which it refers.
  • the dimensions of the members in the respective drawings do not faithfully represent the dimensions of the actual constituent members, the dimensional ratio of the respective members, and the like.
  • the coated tool 1 includes a base 3 and a cover layer 5 as shown in FIGS. 1 and 2.
  • the base 3 in the example shown in FIG. 2 includes the first surface 7 (upper surface in FIG. 2), the second surface 9 (side surface in FIG. 2) adjacent to the first surface 7, the first surface 7 and the second surface 9 And a cutting edge 11 located on at least a part of the ridge line where the two intersect.
  • the base 3 in the example shown in FIG. 1 has a square plate shape, and the first surface 7 is a square. Therefore, the number of second surfaces 9 is four.
  • the coated tool 1 of the example at least a part of the first surface 7 is a rake surface area, and at least a part of the second surface 9 is a flank surface area.
  • the shape of the base 3 is not limited to the square plate shape.
  • the first surface 7 may be triangular, pentagonal, hexagonal or circular.
  • the base 3 is not limited to a plate shape, and may be, for example, a pillar shape.
  • the covering layer 5 is located on at least the first surface 7 of the substrate 3.
  • the covering layer 5 may be located only on the first surface 7 or may be located on another surface of the base 3 other than the first surface 7.
  • the covering layer 5 is located on the second surface 9 in addition to the first surface 7.
  • the covering layer 5 is provided to improve the characteristics such as the abrasion resistance and the chipping resistance of the covering tool 1 in cutting.
  • the covering layer 5 in the example shown in FIG. 3 has a first layer 13 and a second layer 15.
  • the first layer 13 is located on the first surface 7 and contains aluminum oxide (Al 2 O 3 ).
  • the second layer 15 is positioned on and in contact with the first layer 13 and contains a titanium compound.
  • the first layer 13 may contain aluminum oxide as a main component.
  • the second layer 15 may contain a titanium compound as a main component.
  • said "main component” means that it is a component with the largest value of mass% compared with another component.
  • the first layer 13 may contain a component other than aluminum oxide
  • the second layer 15 may contain a component other than a titanium compound.
  • the bonding property of the first layer 13 and the second layer 15 is high.
  • the bonding property of the first layer 13 and the second layer 15 is high.
  • Examples of aluminum oxide contained in the first layer 13 include ⁇ -alumina ( ⁇ -Al 2 O 3 ), ⁇ -alumina ( ⁇ -Al 2 O 3 ), and ⁇ -alumina ( ⁇ -Al 2 O 3). Can be mentioned. Among these, when the first layer 13 contains the largest amount of ⁇ -alumina, the heat resistance of the coated tool 1 is high.
  • the first layer 13 may be configured to contain only any one of the above-described compounds, or may be configured to include a plurality of the above-described compounds.
  • Whether the aluminum oxide contained in the first layer 13 is any of the above-described compounds can be evaluated by, for example, X-ray diffraction (XRD) analysis and comparison with a JCPDS card.
  • XRD X-ray diffraction
  • the above-mentioned ⁇ -alumina, ⁇ -alumina and ⁇ -alumina may be contained in the first layer 13 in any state, for example, extending from the side of the substrate 3 toward the second layer 15
  • the first layer 13 may be provided in the state of the plurality of columnar crystals 13 a.
  • Examples of the titanium compound contained in the second layer 15 include carbides, nitrides, oxides, carbonitrides, carbooxides and oxycarbonitrides of titanium.
  • the second layer 15 may be configured to contain only any one of the above-described compounds, or may be configured to include a plurality of the above-described compounds.
  • the boundary between the first layer 13 and the second layer 15 can be identified, for example, by observing a scanning electron microscope (SEM) photograph or a transmission electron microscope (TEM) photograph. It is.
  • SEM scanning electron microscope
  • TEM transmission electron microscope
  • the interface on the side where the first layer 13 joins with the second layer 15 (upper interface in FIG. 4)
  • the first convex portion 17 protruding toward the second layer 15 and the first concave portion 19 positioned on the first convex portion 17 are provided.
  • the second layer 15 engages with the first concave portion 21 and the second concave portion 21 engaged with the first convex portion 17 at the interface (lower interface in FIG. 4) on the side where the second layer 15 is joined to the first layer 13.
  • the second convex portion 23 to be fitted to be fitted.
  • the first convex portion 17 protrudes toward the second layer 15, and the second convex portion 23 protrudes toward the first layer 13. Therefore, due to the anchor effect, the bonding property to the second layer 15 by the first convex portion 17 is high, and the bonding property to the first layer 13 by the second convex portion 23 is high.
  • the coated tool 1 provided with the above-described coated layer 5 has high bondability and high durability due to the anchor effect.
  • the size of the first convex portion 17 and the second convex portion 23 is not limited to a specific numerical value.
  • the maximum height of the interface of the first surface 7 located on the second surface 9 side is Rz in a cross section orthogonal to the first surface 7
  • the height of the first convex portion 17 is Rz / 10 or more
  • the height of the second convex portion 23 may be set to less than Rz / 10.
  • the length of a first virtual straight line connecting a pair of base ends of the convex portion in the cross-sectional view is taken as the width W of the convex portion.
  • the length of the second virtual straight line which is orthogonal to the first virtual straight line and which passes through the apexes of the first virtual straight line and the convex portion is taken as the height H of the convex portion.
  • the first convex portion 17 is It is larger than 2 convex part 23. Specifically, the width W1 of the first convex portion 17 is larger than the width W2 of the second convex portion 23, and the height H1 of the first convex portion 17 is larger than the height H2 of the second convex portion 23. . Thereby, the durability of the coated tool 1 is high.
  • the load due to the anchor effect is more greatly applied to the second concave portion 21 than the first concave portion 19.
  • the second layer 15 is positioned on and in contact with the first layer 13. Therefore, even if a crack is caused in the second recess 21 in the direction away from the first layer 13 due to the load due to the anchor effect, this load can be released on the surface of the covering layer 5.
  • the load caused by the anchor effect applied to the first recess 19 is relatively small, it is difficult for the first recess 19 to crack in the direction away from the second layer 15, in other words, in the direction toward the inside of the coated tool 1 . As described above, since the crack is difficult to progress deeply, the durability of the coated tool 1 is high.
  • the covering layer 5 is not limited to the structure having only the first layer 13 and the second layer 15, and may have layers other than the first layer 13 and the second layer 15.
  • the covering layer 5 may have a third layer 25 located between the base 3 and the first layer 13 in addition to the first layer 13 and the second layer 15. .
  • the third layer 25 in the example shown in FIG. 3 contains a titanium compound.
  • a titanium compound contained in the 3rd layer 25 a carbide, a nitride, an oxide, a carbonitride, a carbon oxide, and an oxycarbonitride of titanium are mentioned like the 2nd layer 15, for example.
  • the third layer 25 may have a single layer configuration, or may have a configuration in which a plurality of layers are stacked.
  • the third layer 25 is located on the side of the base 3, the layer 25 b containing titanium nitride (TiN) and the layer containing titanium carbonitride (TiCN) located on the side of the first layer 13. 25a may be located in order.
  • the bonding property of the base 3 and the covering layer 5 is high.
  • the bonding property of the third layer 25 and the first layer 13 is high.
  • Elemental analysis of the components contained in each layer of the first layer 13, the second layer 15, and the third layer 25 can be performed by, for example, SEM-EDX using an energy dispersive X-ray spectrometer (EDX) attached to a scanning electron microscope. It can be evaluated by a method or analysis using an electron beam microanalyzer (EPMA).
  • EDX energy dispersive X-ray spectrometer
  • EPMA electron beam microanalyzer
  • the number of the first convex portions 17 and the second convex portions 23 in the first layer 13 is not particularly limited, and may be one or more. It may be In the above-described cross section, when the first layer 13 has a plurality of first convex portions 17, the bonding property by the anchor effect is high.
  • the bonding property of the first layer 13 and the second layer 15 is further enhanced.
  • the durability of the first layer 13 and the second layer 15 is further enhanced.
  • the anchor effect by one first convex portion 17 is larger than the anchor effect by one second convex portion 23.
  • the anchor effect by the second convex portion 23 with respect to the first convex portion 17 per one is high. Therefore, the bondability of the first layer 13 and the second layer 15 is further enhanced, and the durability of the first layer 13 and the second layer 15 is further enhanced.
  • the direction in which the first convex portion 17 and the second convex portion 23 protrude in the cross section orthogonal to the first surface 7 is not limited to a specific direction.
  • the load due to the anchor effect in the first convex portion 17 And the load by the anchor effect in the 2nd convex part 23 is easy to be distributed. Therefore, the durability of the covering layer 5 is high.
  • the direction in which the first convex portion 17 protrudes With respect to the direction in which the first convex portion 17 protrudes, the direction in which the line connecting the middle point of the straight line connecting the two base ends 17 b and the tip end 17 a is the protruding direction. Similarly, with respect to the direction in which the second convex portion 23 protrudes, the direction in which the line connecting the middle point of the straight line connecting the two base ends 23 b and the tip end 23 a is the protruding direction.
  • the 1st layer 13 may be equipped with said several columnar crystal 13a. Further, in the cross section orthogonal to the first surface 7, as shown in FIG. 5, the base end 17b of the first convex portion 17 may be located at the boundary 13b of the columnar crystals 13a adjacent to each other. A relatively large load is likely to be applied to the proximal end 17b of the first convex portion 17, but if the proximal end 17b of at least one first convex portion 17 is located at the above location, this first convex portion The crack is less likely to progress from the base end 17b of 17 toward the inside of the columnar crystal 13a. Therefore, the durability of the first layer 13 is high.
  • the tip end 23a of at least one second convex portion 23 may be located at the boundary 13b of the columnar crystals 13a adjacent to each other.
  • a relatively large load is likely to be applied to the bottom of the first recess 19 engaged with the tip 23a of the second protrusion 23.
  • the tip 23a of the second protrusion 23 is located at the above location, The crack is less likely to progress from the bottom of the first recess 19 toward the inside of the columnar crystal 13a. Therefore, the durability of the first layer 13 is high.
  • the extending direction of the second convex portion 23 may be inclined with respect to the extending direction (vertical direction in FIG. 5) of the columnar crystal 13a.
  • the recessed direction of the first concave portion 19 engaged with the second convex portion 23 is inclined with respect to the extending direction of the columnar crystal 13 a.
  • the direction in which the load applied from the second convex portion 23 to the first concave portion 19 is inclined with respect to the direction in which the columnar crystals 13a extend, so cracks occur at the boundaries 13b of the columnar crystals 13a adjacent to each other. It is hard to occur.
  • Examples of the material of the base 3 include inorganic materials such as cemented carbide, cermet, and ceramics.
  • the material of the base 3 is not limited to these.
  • composition of the cemented carbide examples include WC (tungsten carbide) -Co (cobalt), WC-TiC (titanium carbide) -Co and WC-TiC-TaC (tantalum carbide) -Co.
  • WC, TiC and TaC are hard particles
  • Co is a binder phase.
  • cermet is a sintered composite material in which a ceramic component is compounded with a metal.
  • examples of the cermet include compounds containing TiCN, TiC or TiN as a main component.
  • the base 3 may have a through hole 27 passing through the first surface 7 and a surface (lower surface in FIG. 1) located on the opposite side of the first surface 7.
  • the through hole 27 can be used to insert a fixing member for fixing the covering tool 1 to the holder.
  • a fixing member a screw and a clamp member are mentioned, for example.
  • the size of the substrate 3 is not particularly limited.
  • the length of one side of the first surface 7 may be set to about 3 to 20 mm.
  • the height from the first surface 7 to the surface located on the opposite side of the first surface 7 may be set to about 5 to 20 mm.
  • metal powder, carbon powder and the like are appropriately added and mixed to an inorganic powder selected from carbides, nitrides, carbonitrides, oxides, etc. which can form a hard alloy to be the substrate 3 by firing, and mixed powder Make
  • a molded body is produced by molding the mixed powder into a predetermined tool shape using a known molding method. Examples of the molding method include press molding, cast molding, extrusion molding and cold isostatic press molding.
  • the base 3 is produced by baking the above-mentioned molded body in vacuum or in a non-oxidative atmosphere. The surface of the base 3 may be subjected to polishing and honing as required.
  • the covering layer 5 is formed on the surface of the substrate 3 by a chemical vapor deposition (CVD) method.
  • CVD chemical vapor deposition
  • the first layer 13 can be formed by the following method. Hydrogen (H 2 ) gas, 5% by volume to 15% by volume of aluminum trichloride (AlCl 3 ) gas, 0.5% by volume to 2.5% by volume of hydrogen chloride (HCl) gas, and 0.5% by volume A first mixed gas is produced by mixing% to 5.0% by volume of carbon dioxide (CO 2 ) gas and 1% by volume or less of hydrogen sulfide (H 2 S) gas. The first mixed gas is introduced into the chamber under the conditions of a film forming temperature of 950 ° C. to 1100 ° C. and a gas pressure of 5 kPa to 20 kPa. Thereby, the first layer 13 in the covering layer 5 can be formed.
  • Hydrogen (H 2 ) gas Hydrogen (H 2 ) gas
  • AlCl 3 aluminum trichloride
  • HCl hydrogen chloride
  • a first mixed gas is produced by mixing% to 5.0% by volume of carbon dioxide (CO 2 ) gas and 1% by volume or less of hydrogen
  • the second layer 15 can be formed by the following method.
  • a second mixed gas is produced by mixing 0.1 to 10% by volume of titanium tetrachloride (TiCl 4 ) gas and 10 to 60% by volume of nitrogen (N 2 ) gas with hydrogen gas.
  • the second mixed gas is introduced into the chamber under the conditions of a film forming temperature of 960 to 1100 ° C. and a gas pressure of 10 to 85 kPa. Thereby, the second layer 15 in the covering layer 5 can be formed.
  • the substrate 3 covered with the first layer 13 is removed from the chamber and the first layer 13 is surface processed.
  • the first layer 13 having the first convex portion 17 and the first concave portion 19 can be formed.
  • the above-mentioned surface processing is not limited to a specific processing, for example, blast processing, laser processing, etching processing, etc. are mentioned.
  • the first convex portion 17 is formed, and the first convex portion 17 is formed on the surface of the first layer 13. Blasting may be performed by spraying particles having a particle diameter smaller than the height of the convex portion 17 to form the first concave portion 19.
  • the third layer 25 can be formed by the following method.
  • hydrogen gas is mixed with 0.5 to 10% by volume of titanium tetrachloride gas and 10 to 60% by volume of nitrogen gas to prepare a third mixed gas.
  • the third mixed gas is introduced into the chamber under the conditions of a film forming temperature of 800 to 940 ° C. and a gas pressure of 8 to 50 kPa.
  • the titanium nitride-containing layer 25 b of the third layer 25 can be formed.
  • hydrogen gas is mixed with 0.5 to 10% by volume of titanium tetrachloride gas, 5 to 60% by volume of nitrogen gas, and 0.1 to 3% by volume of acetonitrile (CH 3 CN) gas.
  • a fourth mixed gas is prepared.
  • the fourth mixed gas is introduced into the chamber under the conditions of a film forming temperature of 780 to 880 ° C. and a gas pressure of 5 to 25 kPa. Thereby, the layer 25 a containing titanium carbonitride in the third layer 25 can be formed.
  • the portion of the surface of the coated layer 5 on which the cutting edge 11 is located is polished.
  • welding of the material to be cut to the cutting blade 11 is easily suppressed, so that the coated tool 1 having excellent fracture resistance is obtained.
  • said manufacturing method is an example of the method of manufacturing the coated tool 1 of embodiment. Therefore, it goes without saying that the coated tool 1 is not limited to one manufactured by the above-described manufacturing method.
  • the cutting tool 101 in one example shown in FIGS. 6 and 7 is a rod-like body extending from the first end (upper end in FIG. 6) to the second end (lower end in FIG. 6). It has the holder 105 which has it, and the above-mentioned covering tool 1 located in the pocket 103.
  • the pocket 103 is a portion to which the coated tool 1 is attached, and has a seating surface parallel to the lower surface of the holder 105 and a constraining side surface inclined to the seating surface. Further, the pocket 103 is open at the first end side of the holder 105.
  • the coated tool 1 is located in the pocket 103. At this time, the surface opposite to the first surface of the coated tool 1 may be in direct contact with the pocket 103, or a sheet may be sandwiched between the coated tool 1 and the pocket 103.
  • the coated tool 1 is mounted such that the portion used as the cutting edge in the ridge line protrudes outward from the holder 105.
  • the coated tool 1 is attached to the holder 105 by means of a screw 107. That is, the covering tool 1 is inserted by inserting the screw 107 into the through hole of the covering tool 1 and inserting the tip of the screw 107 into a screw hole (not shown) formed in the pocket 103 and screwing the screw parts together. Is attached to the holder 105.
  • the holder 105 steel, cast iron or the like can be used. In particular, when steel is used among these members, the toughness of the holder 105 is high.
  • a cutting tool used for so-called turning is illustrated.
  • Examples of turning include inner diameter machining, outer diameter machining and grooving.
  • the cutting tool is not limited to one used for turning.
  • the coated tool 1 of the above embodiment may be used for a cutting tool used for milling.
  • the machined product is manufactured by cutting the work material 201.
  • the method of manufacturing a machined product according to the embodiment includes the following steps. That is, (1) a step of rotating the work material 201; (2) bringing the cutting material 101 represented by the above-described embodiment into contact with the rotating workpiece 201; (3) releasing the cutting tool 101 from the work material 201; Is equipped.
  • the work material 201 is rotated about the axis O2, and the cutting tool 101 is relatively brought close to the work material 201.
  • the cutting edge of the cutting tool 101 is brought into contact with the material to be cut 201 to cut the material to be cut 201.
  • the cutting tool 101 is relatively moved away from the work material 201.
  • the cutting tool 101 is moved in the Y1 direction in a state in which the axis O2 is fixed and the work material 201 is rotated around the axis O2, thereby bringing the work material 201 closer. Further, in the example shown in FIG. 9, the work material 201 is cut by bringing the cutting edge of the insert 1 into contact with the work material 201 being rotated. Further, in the example shown in FIG. 10, the cutting tool 101 is moved in the Y2 direction in a state in which the work material 201 is rotated to move it away.
  • the cutting tool 101 is brought into contact with the work material 201 or the cutting tool 101 is separated from the work material 201 by moving the cutting tool 101 in each process.
  • the cutting tool 101 is not limited to such a form.
  • the work material 201 may be brought close to the cutting tool 101.
  • the work material 201 may be moved away from the cutting tool 101.
  • the process of keeping the work material 201 rotated and keeping the cutting blade of the insert 1 in contact with different places of the work material 201 may be repeated.

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Abstract

一態様の被覆工具は、第１面を有する基体と、第１面の上に位置する被覆層とを備えている。被覆層は、第１面の上に位置する、酸化アルミニウムを含有する第１層と、第１層の上に接して位置する、チタン化合物を含有する第２層とを有している。また、第１面に直交する断面において、第１層が、第２層に向かって突出する第１凸部と、第１凸部に位置する第１凹部とを有するとともに、第２層が、第１凸部と係合する第２凹部と、第１凹部に係合する第２凸部とを有している。

Description

被覆工具、切削工具及び切削加工物の製造方法
　本態様は、切削加工において用いられる被覆工具に関する。
　旋削加工及び転削加工のような切削加工に用いられる被覆工具としては、例えば特開２００９－１６６２１６号公報（特許文献１）に記載の被覆工具が知られている。特許文献１に記載の被覆工具は、超硬合金などで構成された基体の表面に位置して、チタン（Ｔｉ）などの化合物を含有する層（多層被膜）と、チタンの化合物を含有する層（結合膜）と、α型酸化アルミニウム（α－Ａｌ２Ｏ３）を含有する層（α型酸化アルミニウム膜）とを備えた被覆層が形成された構成となっている。
　また、特許文献１に記載の被覆工具においては、結合膜の表面が、樹状突起及び枝状突起からなる樹枝形状を有している。結合膜が樹枝形状を有していることから、アンカー効果によって結合膜とα型酸化アルミニウム膜との密着性が高められることが記載されている。
　しかしながら、特許文献１に記載の被覆工具においては、樹状突起及び枝状突起のいずれも結合膜からα型酸化アルミニウム膜に向かって突出した構成である。このような構成を被覆層が有している場合には、アンカー効果に起因する、樹状突起による負荷及び枝状突起による負荷の両方がα型酸化アルミニウム膜に対して加わる。そのため、被覆層の耐久性が低下するおそれがある。
　一態様に基づく被覆工具は、第１面を有する基体と、前記第１面の上に位置する被覆層とを備えている。前記被覆層は、前記第１面の上に位置する、酸化アルミニウムを含有する第１層と、該第１層の上に接して位置する、チタン化合物を含有する第２層とを有している。また、前記第１面に直交する断面において、前記第１層が、前記第２層に向かって突出する第１凸部と、該第１凸部に位置する第１凹部とを有するとともに、前記第２層が、前記第１凸部と係合する第２凹部と、前記第１凹部に係合する第２凸部とを有している。
実施形態の被覆工具を示す斜視図である。 図１に示す被覆工具におけるＡ－Ａ断面の断面図である。 図２に示す被覆工具における被覆層付近の拡大図である。 図３に示す領域Ｂ１における拡大図である。 図４に示す領域Ｂ２における拡大図である。 実施形態の切削工具を示す平面図である。 図６に示す領域Ｂ３における拡大図である。 実施形態の切削加工物の製造方法の一工程を示す概略図である。 実施形態の切削加工物の製造方法の一工程を示す概略図である。 実施形態の切削加工物の製造方法の一工程を示す概略図である。
　以下、実施形態の被覆工具１について、図面を用いて詳細に説明する。但し、以下で参照する各図は、説明の便宜上、下記の実施形態を説明する上で必要な主要部材のみを簡略化して示している。したがって、被覆工具１は、参照する各図に示されていない任意の構成部材を備え得る。また、各図中の部材の寸法は、実際の構成部材の寸法及び各部材の寸法比率等を忠実に表したものではない。
　＜被覆工具＞
　実施形態の被覆工具１は、図１及び図２に示すように、基体３及び被覆層５を備えている。図２に示す一例における基体３は、第１面７（図２における上面）と、第１面７と隣り合う第２面９（図２における側面）と、第１面７及び第２面９が交わる稜線の少なくとも一部に位置する切刃１１とを有している。
　図１に示す一例における基体３は四角板形状であり、第１面７が四角形である。そのため、第２面９の数は４つとなっている。一例の被覆工具１においては、第１面７の少なくとも一部がすくい面領域であり、第２面９の少なくとも一部が逃げ面領域である。なお、基体３の形状は、四角板形状には限定されない。例えば第１面７が、三角形、五角形、六角形又は円形であってもよい。また、基体３は、板形状に限定されず、例えば柱形状であってもよい。
　被覆層５は、基体３の少なくとも第１面７の上に位置している。被覆層５は、第１面７のみの上に位置していてもよく、また、基体３における第１面７以外の他の面の上に位置していてもよい。一例の被覆工具１においては、第１面７に加えて第２面９の上にも被覆層５が位置している。被覆層５は、切削加工における被覆工具１の耐摩耗性及び耐チッピング性などの特性を向上させるために備えられている。
　図３に示す一例における被覆層５は、第１層１３及び第２層１５を有している。第１層１３は、第１面７の上に位置しており、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）を含有している。また、第２層１５は、第１層１３の上に接して位置しており、チタン化合物を含有している。
　第１層１３は、酸化アルミニウムを主成分として含有していてもよい。また、第２層１５は、チタン化合物を主成分として含有していてもよい。なお、上記の「主成分」とは、他の成分と比較して質量％の値が最も大きい成分であることを意味している。
　第１層１３は酸化アルミニウム以外の成分を含有していてもよく、また、第２層１５はチタン化合物以外の成分を含有していてもよい。例えば、第１層１３がチタン化合物を含有する場合には、第１層１３及び第２層１５の接合性が高い。また、第２層１５が酸化アルミニウムを含有する場合にも、第１層１３及び第２層１５の接合性が高い。
　第１層１３に含有されている酸化アルミニウムとしては、例えば、α－アルミナ（α－Ａｌ２Ｏ３）、γ－アルミナ（γ－Ａｌ２Ｏ３）及びκ－アルミナ（κ－Ａｌ２Ｏ３）が挙げられる。これらのうち第１層１３がα－アルミナを最も多く含有している場合には、被覆工具１の耐熱性が高い。第１層１３は、上記の化合物のいずれか１つのみを含有する構成であってもよく、また、上記の化合物のうち複数を含有する構成であってもよい。
　第１層１３に含有されている酸化アルミニウムが上記の化合物のいずれであるかは、例えば、Ｘ線回折（ＸＲＤ：X-Ray Diffraction）分析を行い、ＪＣＰＤＳカードとの照合によって評価できる。
　また、上記のα－アルミナ、γ－アルミナ及びκ－アルミナはどのような状態で第１層１３に含有されていてもよく、例えば、基体３の側から第２層１５に向かってそれぞれ延びた複数の柱状結晶１３ａの状態で第１層１３に備えられていてもよい。
　第２層１５に含有されているチタン化合物としては、例えば、チタンの炭化物、窒化物、酸化物、炭窒化物、炭酸化物及び炭窒酸化物が挙げられる。第２層１５は、上記の化合物のいずれか１つのみを含有する構成であってもよく、また、上記の化合物のうち複数を含有する構成であってもよい。
　第１層１３及び第２層１５の境界は、例えば、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）写真又は透過電子顕微鏡（ＴＥＭ：Transmission Electron Microscope）写真を観察することにより、特定することが可能である。
　被覆層５を第１面７に直交する断面において観察した場合に、図４に示す一例においては、第１層１３が、第２層１５と接合する側の界面（図４における上側の界面）に、第２層１５に向かって突出する第１凸部１７と、この第１凸部１７に位置する第１凹部１９とを有している。また、第２層１５が、第１層１３と接合する側の界面（図４における下側の界面）に、第１凸部１７と係合する第２凹部２１と、第１凹部１９に係合する第２凸部２３とを有している。
　図４及び図５に示す一例における被覆層５では、第１凸部１７が第２層１５に向かって突出するとともに、第２凸部２３が第１層１３に向かって突出している。そのため、アンカー効果によって、第１凸部１７による第２層１５への接合性が高く、且つ、第２凸部２３による第１層１３への接合性が高い。
　さらに、第１層１３が第１凸部１７を有するとともに第２層１５が第２凸部２３を有していることから、アンカー効果に起因する負荷が第１層１３及び第２層１５の一方のみに偏りにくい。そのため、上記の被覆層５を備えた被覆工具１は、アンカー効果による高い接合性と高い耐久性とを備える。
　第１凸部１７及び第２凸部２３の大きさは特定の数値に限定されない。例えば、第１面７に直交する断面において、第２面９の側に位置する第１面７の界面の最大高さをＲｚとしたとき、第１凸部１７の高さがＲｚ／１０以上、第２凸部２３の高さがＲｚ／１０未満に設定されてもよい。
　以下の説明において、図５に示すように、断面視した場合での凸部の一対の基端を結ぶ第１仮想直線の長さを凸部の幅Ｗとする。また、上記の第１仮想直線に対して直交し、第１仮想直線及び凸部の頂点を通る第２仮想直線の長さを凸部の高さＨとする。
　第２凸部２３が第１凹部１９に係合しており、第１凹部１９が第１凸部１７に位置していることから、一例の被覆工具１においては、第１凸部１７は第２凸部２３よりも大きい。具体的には、第１凸部１７の幅Ｗ１が第２凸部２３の幅Ｗ２よりも大きく、かつ、第１凸部１７の高さＨ１が第２凸部２３の高さＨ２よりも大きい。これにより、被覆工具１の耐久性が高い。
　第１凸部１７が第２凸部２３よりも大きいことから、第１凹部１９よりも第２凹部２１に対してアンカー効果による負荷が大きく加わる。このとき、第２層１５は第１層１３の上に接して位置している。そのため仮に、アンカー効果による負荷に起因して第２凹部２１において第１層１３から離れる方向にクラックが生じたとしても、被覆層５の表面において、この負荷を逃がすことができる。
　一方、第１凹部１９に対して加わるアンカー効果に起因する負荷が比較的小さいため、第１凹部１９において第２層１５から離れる方向、言い換えれば被覆工具１の内部に向かう方向にクラックが生じにくい。このように、クラックが深く進展しにくくなっているため、被覆工具１の耐久性が高い。
　被覆層５は、第１層１３及び第２層１５のみを有する構成に限定されるものではなく、第１層１３及び第２層１５以外の層を有していてもよい。例えば、図３に示すように、被覆層５が、第１層１３及び第２層１５に加えて、基体３及び第１層１３の間に位置する第３層２５を有していてもよい。
　図３に示す一例における第３層２５は、チタン化合物を含有している。第３層２５に含有されているチタン化合物としては、第２層１５と同様に、例えば、チタンの炭化物、窒化物、酸化物、炭窒化物、炭酸化物及び炭窒酸化物が挙げられる。
　また、第３層２５は、単層の構成であってもよく、また、複数の層が積層された構成であってもよい。例えば、第３層２５が、基体３の側に位置して、窒化チタン（ＴｉＮ）を含有する層２５ｂと、第１層１３の側に位置して、炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）を含有する層２５ａとが順に位置する構成であってもよい。
　窒化チタンを含有する層２５ｂを有している場合には、基体３及び被覆層５の接合性が高い。また、炭窒化チタンを含有する層２５ａを有している場合には、第３層２５及び第１層１３の接合性が高い。
　第１層１３、第２層１５及び第３層２５の各層に含有される成分の元素分析は、例えば走査型電子顕微鏡に付属するエネルギー分散型Ｘ線分光器（ＥＤＸ）を用いたＳＥＭ－ＥＤＸ法、或いは、電子線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）を用いた分析によって評価することができる。
　第１面７に直交する断面において、第１層１３における第１凸部１７及び第２凸部２３の数は特に限定されるものではなく、１つずつであってもよく、また、それぞれ複数であってもよい。上記の断面において、第１層１３が複数の第１凸部１７を有している場合には、アンカー効果による接合性が高い。
　また、第１面７に直交する断面において、１つの第１凸部１７に複数の第１凹部１９が位置している場合には、第１層１３及び第２層１５の接合性がさらに高く、且つ、第１層１３及び第２層１５の耐久性がさらに高い。
　第１凸部１７が第２凸部２３よりも大きいことから、１つあたりの第２凸部２３によるアンカー効果よりも１つあたりの第１凸部１７によるアンカー効果が大きい。このとき、１つの第１凸部１７に第１凹部１９が複数位置している場合には、１つあたりの第１凸部１７に対する第２凸部２３によるアンカー効果が高い。そのため、第１層１３及び第２層１５の接合性がさらに高く、且つ、第１層１３及び第２層１５の耐久性がさらに高い。
　第１面７に直交する断面における、第１凸部１７及び第２凸部２３が突出する方向は、特定の方向には限定されない。図４に示す一例のように、第２凸部２３が突出する方向が、第１凸部１７が突出する方向に対して傾斜している場合には、第１凸部１７におけるアンカー効果による負荷、及び第２凸部２３におけるアンカー効果による負荷が分散され易い。そのため、被覆層５の耐久性が高い。
　第１凸部１７の突出する方向とは、２つの基端１７ｂを結ぶ直線の中点と、先端１７ａとを結ぶ線の延びる方向を突出方向とする。また、同様に、第２凸部２３の突出する方向とは、２つの基端２３ｂを結ぶ直線の中点と、先端２３ａとを結ぶ線の延びる方向を突出方向とする。
　第１面７に直交する断面において、図４に示す一例のように、１つの第１凸部１７に複数の第１凹部１９が位置している際に、複数の第１凹部１９のうち少なくとも１つが、基体３から離れる方向に向かって窪んでいてもよい。言い換えれば、複数の第２凸部２３のうち少なくとも１つが、基体３から離れる方向に向かって突出していてもよい。上記の方向に第２凸部２３が突出している場合には、仮に、アンカー効果による負荷に起因して第１凹部１９においてクラックが生じたとしても、このクラックが基体３に向かって進展することが避けられ易い。
　図４及び図５に示す一例のように、第１層１３が上記の複数の柱状結晶１３ａを備えていてもよい。また、第１面７に直交する断面において、図５に示すように、第１凸部１７の基端１７ｂが互いに隣り合う柱状結晶１３ａの境界１３ｂに位置していてもよい。第１凸部１７の基端１７ｂには比較的大きな負荷が加わり易いが、少なくとも一つの第１凸部１７の基端１７ｂが上記の箇所に位置している場合には、この第１凸部１７の基端１７ｂから柱状結晶１３ａの内部に向かってクラックが進展しにくい。そのため、第１層１３の耐久性が高い。
　また、第１面７に直交する断面において、少なくとも一つの第２凸部２３の先端２３ａが、互いに隣り合う柱状結晶１３ａの境界１３ｂに位置していてもよい。第２凸部２３の先端２３ａに係合する第１凹部１９の底には比較的大きな負荷が加わり易いが、第２凸部２３の先端２３ａが上記の箇所に位置している場合には、第１凹部１９の底から柱状結晶１３ａの内部に向かってクラックが進展しにくい。そのため、第１層１３の耐久性が高い。
　さらに、図５に示す一例のように、上記の第２凸部２３の延びた方向が、柱状結晶１３ａの延びた方向（図５においては上下方向）に対して傾斜していてもよい。第２凸部２３が上記のように突出している場合には、第２凸部２３に係合する第１凹部１９の窪んだ方向が柱状結晶１３ａの延びた方向に対して傾斜することになる。このような場合には、第２凸部２３から第１凹部１９に加わる負荷の掛かる方向が柱状結晶１３ａの延びた方向に対して傾斜するため、互いに隣り合う柱状結晶１３ａの境界１３ｂにクラックが生じにくい。
　基体３の材質としては、例えば、超硬合金、サーメット及びセラミックスなどの無機材料が挙げられる。なお、基体３の材質としては、これらに限定されるものではない。
　超硬合金の組成としては、例えば、ＷＣ（炭化タングステン）－Ｃｏ（コバルト）、ＷＣ－ＴｉＣ（炭化チタン）－Ｃｏ及びＷＣ－ＴｉＣ－ＴａＣ（炭化タンタル）－Ｃｏが挙げられる。ここで、ＷＣ、ＴｉＣ及びＴａＣは硬質粒子であり、Ｃｏは結合相である。また、サーメットは、セラミック成分に金属を複合させた焼結複合材料である。具体的には、サーメットとして、ＴｉＣＮ、ＴｉＣ又はＴｉＮを主成分とした化合物が挙げられる。
　基体３は、第１面７及び第１面７の反対側に位置する面（図１における下面）を貫通する貫通孔２７を有していてもよい。貫通孔２７は、被覆工具１をホルダに固定するための固定部材を挿入するために用いることができる。固定部材としては、例えばネジ及びクランプ部材が挙げられる。
　基体３の大きさは特に限定されない。例えば、第１面７の一辺の長さが、３～２０ｍｍ程度に設定されてもよい。また、第１面７から第１面７の反対側に位置する面までの高さは、５～２０ｍｍ程度に設定されてもよい。
　＜製造方法＞
　次に、実施形態に係る被覆工具１の製造方法について説明する。
  まず、基体３となる硬質合金を焼成によって形成しうる炭化物、窒化物、炭窒化物及び酸化物などから選択される無機物粉末に、金属粉末、カーボン粉末などを適宜添加及び混合して、混合粉末を作製する。次に、この混合粉末を公知の成形方法を用いて所定の工具形状に成形することによって成形体を作製する。成形方法としては、例えば、プレス成形、鋳込成形、押出成形及び冷間静水圧プレス成形などが挙げられる。上記の成形体を、真空中又は非酸化性雰囲気中にて焼成することによって基体３を作製する。なお、必要に応じて、基体３の表面に研磨加工及びホーニング加工を施してもよい。
　次に、基体３の表面に化学気相蒸着（ＣＶＤ）法によって被覆層５を成膜する。
　第１層１３は、以下の方法によって形成することができる。水素（Ｈ２）ガスに、５体積％～１５体積％の三塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ３）ガスと、０．５体積％～２．５体積％の塩化水素（ＨＣｌ）ガスと、０．５体積％～５．０体積％の二酸化炭素（ＣＯ２）ガスと、１体積％以下の硫化水素（Ｈ２Ｓ）ガスとを混合して、第１混合ガスを作製する。この第１混合ガスを、成膜温度が９５０℃～１１００℃、ガス圧が５ｋＰａ～２０ｋＰａの条件下でチャンバ内に導入する。これによって、被覆層５における第１層１３を形成することができる。
　第２層１５は、以下の方法によって形成することができる。水素ガスに、０．１～１０体積％の四塩化チタン（ＴｉＣｌ４）ガスと、１０～６０体積％の窒素（Ｎ２）ガスとを混合して第２混合ガスを作製する。この第２混合ガスを、成膜温度が９６０～１１００℃、ガス圧が１０～８５ｋＰａの条件下でチャンバ内に導入する。これによって、被覆層５における第２層１５を形成することができる。
　このとき、例えば第１層１３を形成した後に連続して第２層１５を形成するのではなく、第１層１３で覆われた基体３をチャンバから取り出して第１層１３を表面加工することで第１凸部１７及び第１凹部１９を有する第１層１３を形成することができる。上記の表面加工は、特定の加工に限定されるものではないが、例えば、ブラスト加工、レーザー加工、エッチング処理などが挙げられる。
　具体的には、例えば、上記の第１混合ガスを用いて第１層１３を形成する際に第１凸部１７を形成し、第１凸部１７を有する第１層１３の表面に第１凸部１７の高さよりも小さい粒径の粒子を吹き付けることによってブラスト加工を行い、第１凹部１９を形成すればよい。
　被覆層５が、基体３及び第１層１３の間に位置する第３層２５を有する場合には、この第３層２５は以下の方法によって形成することができる。
　まず、水素ガスに、０．５～１０体積％の四塩化チタンガスと、１０～６０体積％の窒素ガスとを混合して第３混合ガスを作製する。この第３混合ガスを、成膜温度が８００～９４０℃、ガス圧が８～５０ｋＰａの条件下でチャンバ内に導入する。これによって、第３層２５における窒化チタンを含有する層２５ｂを形成することができる。
　また、水素ガスに、０．５～１０体積％の四塩化チタンガスと、５～６０体積％の窒素ガスと、０．１～３体積％のアセトニトリル（ＣＨ３ＣＮ）ガスとを混合して第４混合ガスを作製する。この第４混合ガスを、成膜温度が７８０～８８０℃、ガス圧が５～２５ｋＰａの条件下でチャンバ内に導入する。これによって、第３層２５における炭窒化チタンを含有する層２５ａを形成することができる。
　その後、必要に応じて、成膜した被覆層５の表面における切刃１１が位置する部分を研磨加工する。このような研磨加工を行った場合には、切刃１１への被削材の溶着が抑制され易くなるため、耐欠損性に優れた被覆工具１となる。
　なお、上記の製造方法は、実施形態の被覆工具１を製造する方法の一例である。したがって、被覆工具１は、上記の製造方法によって作製されたものに限定されないことは言うまでもない。
　＜切削工具＞
　次に、実施形態の切削工具１０１について図面を用いて説明する。
　図６及び図７に示す一例における切削工具１０１は、第１端（図６における上端）から第２端（図６における下端）に向かって延びる棒状体であり、第１端側にポケット１０３を有するホルダ１０５と、ポケット１０３に位置する上記の被覆工具１とを備えている。図６及び図７に示す一例の切削工具１０１においては、稜線における切刃として用いられる部分がホルダ１０５の先端から突出するように被覆工具１が装着されている。
　ポケット１０３は、被覆工具１が装着される部分であり、ホルダ１０５の下面に対して平行な着座面と、着座面に対して傾斜する拘束側面とを有している。また、ポケット１０３は、ホルダ１０５の第１端側において開口している。
　ポケット１０３には被覆工具１が位置している。このとき、被覆工具１における第１面の反対側の面がポケット１０３に直接に接していてもよく、また、被覆工具１とポケット１０３との間にシートを挟んでいてもよい。
　被覆工具１は、稜線における切刃として用いられる部分がホルダ１０５から外方に突出するように装着される。図６及び図７に示す一例においては、被覆工具１が、ネジ１０７によって、ホルダ１０５に装着されている。すなわち、被覆工具１の貫通孔にネジ１０７を挿入し、このネジ１０７の先端をポケット１０３に形成されたネジ孔（不図示）に挿入してネジ部同士を螺合させることによって、被覆工具１がホルダ１０５に装着されている。
　ホルダ１０５としては、鋼、鋳鉄などを用いることができる。特に、これらの部材の中で鋼を用いた場合には、ホルダ１０５の靱性が高い。
　実施形態においては、いわゆる旋削加工に用いられる切削工具を例示している。旋削加工としては、例えば、内径加工、外径加工及び溝入れ加工が挙げられる。なお、切削工具としては旋削加工に用いられるものに限定されない。例えば、転削加工に用いられる切削工具に上記の実施形態の被覆工具１を用いてもよい。
　＜切削加工物の製造方法＞
　次に、実施形態の切削加工物の製造方法について図面を用いて説明する。
　切削加工物は、被削材２０１を切削加工することによって作製される。実施形態における切削加工物の製造方法は、以下の工程を備えている。すなわち、
（１）被削材２０１を回転させる工程と、
（２）回転している被削材２０１に上記の実施形態に代表される切削工具１０１を接触させる工程と、
（３）切削工具１０１を被削材２０１から離す工程と、
を備えている。
　より具体的には、まず、図８に示すように、被削材２０１を軸Ｏ２の周りで回転させるとともに、被削材２０１に切削工具１０１を相対的に近付ける。次に、図９に示すように、切削工具１０１における切刃を被削材２０１に接触させて、被削材２０１を切削する。そして、図１０に示すように、切削工具１０１を被削材２０１から相対的に遠ざける。
　図８に示す一例においては、軸Ｏ２を固定するとともに被削材２０１を軸Ｏ２の周りで回転させた状態で切削工具１０１をＹ１方向に移動させることによって被削材２０１に近づけている。また、図９に示す一例においては、回転している被削材２０１にインサート１における切刃を接触させることによって被削材２０１を切削している。また、図１０に示す一例においては、被削材２０１を回転させた状態で切削工具１０１をＹ２方向に移動させることによって遠ざけている。
　なお、実施形態の製造方法における切削加工では、それぞれの工程において、切削工具１０１を動かすことによって、切削工具１０１を被削材２０１に接触させる、あるいは、切削工具１０１を被削材２０１から離しているが、当然ながらこのような形態に限定されるものではない。
　例えば（１）の工程において、被削材２０１を切削工具１０１に近づけてもよい。同様に（３）の工程において、被削材２０１を切削工具１０１から遠ざけてもよい。切削加工を継続する場合には、被削材２０１を回転させた状態を維持して、被削材２０１の異なる箇所にインサート１における切刃を接触させる工程を繰り返せばよい。
　なお、被削材２０１の材質の代表例としては、炭素鋼、合金鋼、ステンレス、鋳鉄、または非鉄金属などが挙げられる。
　　１・・・被覆工具
　　３・・・基体
　　５・・・被覆層
　　７・・・第１面
　　９・・・第２面
　１１・・・切刃
　１３・・・第１層
　１３ａ・・柱状結晶
　１５・・・第２層
　１７・・・第１凸部
　１７ａ・・先端
　１７ｂ・・基端
　１９・・・第１凹部
　２１・・・第２凹部
　２３・・・第２凸部
　２３ａ・・先端
　２５・・・第３層
　２７・・・貫通孔
１０１・・・切削工具
１０３・・・ポケット
１０５・・・ホルダ
１０７・・・固定ネジ
２０１・・・被削材

Claims (9)

  1. 　第１面を有する基体と、前記第１面の上に位置する被覆層とを備えた被覆工具であって、
    　前記被覆層は、前記第１面の上に位置する、酸化アルミニウムを含有する第１層と、該第１層の上に接して位置する、チタン化合物を含有する第２層とを有し、
    　前記第１面に直交する断面において、前記第１層が、前記第２層に向かって突出する第１凸部と、該第１凸部に位置する第１凹部とを有するとともに、前記第２層が、前記第１凸部と係合する第２凹部と、前記第１凹部に係合する第２凸部とを有している、被覆工具。
  2. 　前記第１面に直交する断面において、１つの第１凸部に前記第１凹部が複数位置している、請求項１に記載の被覆工具。
  3. 　前記第１面に直交する断面において、前記第２凸部が突出する方向が、前記第１凸部が突出する方向に対して傾斜している、請求項１又は２に記載の被覆工具。
  4. 　前記第１面に直交する断面において、１つの第１凸部に前記第１凹部が複数位置しており、
    　複数の前記第１凹部のうち少なくとも１つが、前記基体から離れる方向に向かって窪んでいる、請求項３に記載の被覆工具。
  5. 　前記第１層は、前記基体の側から前記第２層に向かってそれぞれ延びた複数の柱状結晶を備え、
    　前記第１面に直交する断面において、前記第１凸部の基端が、互いに隣り合う前記柱状結晶の境界に位置している、請求項１～４のいずれか１つに記載の被覆工具。
  6. 　前記第１層は、前記基体の側から前記第２層に向かってそれぞれ延びた複数の柱状結晶を備え、
    　前記第１面に直交する断面において、前記第２凸部の先端が、互いに隣り合う前記柱状結晶の境界に位置している、請求項１～５のいずれか１つに記載の被覆工具。
  7. 　互いに隣り合う前記柱状結晶の境界に先端が位置する前記第２凸部の突出する方向は、前記柱状結晶の延びた方向に対して傾斜している、請求項６に記載の被覆工具。
  8. 　先端側に位置するポケットを有するホルダと、
    　前記ポケット内に位置する、請求項１～７のいずれか１つに記載の被覆工具とを有する切削工具。
  9. 　請求項８に記載の切削工具を回転させる工程と、
    　回転している前記切削工具を被削材に接触させる工程と、
    　前記切削工具を前記被削材から離す工程とを備えた切削加工物の製造方法。
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