WO2020071245A1 - 被覆工具及び切削工具 - Google Patents

被覆工具及び切削工具

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WO2020071245A1
WO2020071245A1 PCT/JP2019/037937 JP2019037937W WO2020071245A1 WO 2020071245 A1 WO2020071245 A1 WO 2020071245A1 JP 2019037937 W JP2019037937 W JP 2019037937W WO 2020071245 A1 WO2020071245 A1 WO 2020071245A1
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WO
WIPO (PCT)
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layer
titanium
titanium carbonitride
average value
holes
Prior art date
Application number
PCT/JP2019/037937
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
忠 勝間
Original Assignee
京セラ株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 京セラ株式会社 filed Critical 京セラ株式会社
Priority to JP2020550366A priority Critical patent/JP7142099B2/ja
Publication of WO2020071245A1 publication Critical patent/WO2020071245A1/ja

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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
    • 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
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/36—Carbonitrides

Definitions

  • the present disclosure relates to a coated tool used for cutting.
  • a coated tool used for cutting such as turning and rolling
  • a coated tool described in Patent Document 1 is known.
  • the cutting tool described in Patent Document 1 it is described that by laminating a plurality of TiCNO layers having different compositions, the wear resistance and fracture resistance of the coating layer are increased.
  • Patent Document 2 discloses that a layer containing a titanium (Ti) compound (titanium compound layer) and a layer containing aluminum oxide (Al 2 O 3 ) (aluminum oxide) are formed on the surface of a base made of a cemented carbide or the like. Coating tool having a coating layer with a layer). In the coated tool described in Patent Literature 2, it is described that a plurality of holes are formed at the interface between the titanium compound layer and the aluminum oxide layer, and the plurality of holes can provide an impact relaxation effect. .
  • a coated tool includes a substrate having a first surface, and a coating layer located on the first surface.
  • the coating layer has at least a titanium carbonitride layer, a titanium carbonitride oxide layer, and an aluminum oxide layer in this order from the substrate side.
  • the titanium oxycarbonitride layer has an oxygen content of the first titanium oxycarbonitride layer in contact with the titanium oxycarbonitride layer when the titanium oxycarbonitride layer is divided by half the thickness in a cross section orthogonal to the first surface.
  • the oxygen content of the second titanium carbonitride oxide layer in contact with the aluminum oxide layer is larger than that of the aluminum oxide layer.
  • the coating layer has a plurality of holes located in the titanium carbonitride layer in a cross section perpendicular to the first surface in a direction along a boundary between the base and the titanium carbonitride layer.
  • the average value of the width of the holes in the direction along the boundary is smaller than the average value of the interval between the adjacent holes.
  • a cutting tool according to the present disclosure is a rod-shaped tool extending from a first end toward a second end, and includes a holder having a pocket located on the first end side, and the above-described coating tool located in the pocket.
  • FIG. 1 is a perspective view illustrating a coating tool according to the present disclosure.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA of the coated tool shown in FIG. 1.
  • FIG. 3 is an enlarged view near a coating layer in the coating tool shown in FIG. 2.
  • FIG. 4 is an enlarged view illustrating an example of a region B1 illustrated in FIG. 3. It is a top view showing the cutting tool of this indication. It is an enlarged view of the area
  • the coated tool 1 of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings.
  • the coating tool may include any components not shown in the referenced figures.
  • the dimensions of the members in the drawings do not faithfully represent the actual dimensions of the constituent members, the dimensional ratios of the respective members, and the like.
  • a coating tool 1 includes a base 3 and a coating layer 5.
  • the base 3 includes a first surface 7 (an upper surface in FIG. 2), a second surface 9 adjacent to the first surface 7 (a side surface in FIG. 2), and at least one of ridge lines where the first surface 7 and the second surface 9 intersect. And a cutting blade 11 located in the portion.
  • the base 3 in the example shown in FIG. 1 has a square plate shape, and the first surface 7 is square. Therefore, the number of the second surfaces 9 is four. At least a portion of the first surface 7 is a rake surface region, and at least a portion of the second surface 9 is a flank region.
  • the shape of the base 3 is not limited to a square plate shape, and the first surface 7 may be, for example, a triangle, a pentagon, a hexagon, or a circle. Further, the base 3 is not limited to a plate shape, and may be, for example, a column shape.
  • the substrate 3 contains, for example, at least one of cobalt and nickel in an amount of 5 to 10% by mass, and also contains a hard phase made of WC, metal carbide, nitride, or carbonitride.
  • the average particle size of these hard phases is preferably 3 ⁇ m or less, and more preferably 1 ⁇ m or less from the viewpoint of increasing the hardness.
  • the coating layer 5 is located on at least the first surface 7 of the base 3.
  • the coating 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 coating layer 5 is located on the second surface 9 in addition to the first surface 7.
  • the coating layer 5 is provided to improve characteristics such as wear resistance and chipping resistance of the coated tool 1 in cutting.
  • the base 3 may have the first surface 7 and a through-hole 23 penetrating the surface located on the opposite side of the first surface 7.
  • the through hole 23 can be used to insert a fixing member for fixing the coating tool 1 to the holder.
  • the fixing member include a screw and a clamp member.
  • the size of the base 3 is not particularly limited.
  • the length of one side of the first surface 7 is set to about 3 to 20 mm.
  • the height from the first surface 7 to the surface opposite to the first surface 7 is set to about 5 to 20 mm.
  • the coating layer 5 has a titanium carbonitride layer 13, a titanium carbonitride oxide layer 14, and an aluminum oxide layer 15 in this order from the substrate 3. Titanium carbonitride layer 13 is located on first surface 7 and contains a titanium compound.
  • the titanium carbonitride layer 14 is divided by half the thickness, and the titanium carbonitride layer 14 located on the titanium carbonitride layer 13 side is defined as a first titanium carbonitride layer 14a.
  • the titanium carbonitride oxide layer 14 located on the aluminum layer 15 side is referred to as a second titanium carbonitride oxide layer 14b.
  • the second titanium oxynitride layer 14b has a larger amount of oxygen than the first titanium oxynitride layer 14a. With such a configuration, the bonding property between the second titanium carbonitride oxide layer 14b and the aluminum oxide layer 15 is high.
  • the thickness of the titanium carbonitride oxide layer 14 is preferably, for example, 0.1 to 3 ⁇ m.
  • the aluminum oxide layer 15 is located on the titanium carbonitride oxide layer 14 and contains aluminum oxide (Al 2 O 3 ). Note that a TiN layer (not shown) may be further provided on the aluminum oxide layer 15.
  • titanium compound contained in the titanium carbonitride layer 13 examples include titanium carbide, nitride, oxide, carbonitride, and carbonate.
  • the titanium carbonitride layer 13 may have a configuration containing only one of the above compounds, or may have a configuration containing a plurality of the above compounds.
  • the titanium carbonitride layer 13 may have a single-layer configuration or a configuration in which a plurality of layers are stacked as long as it contains a titanium compound.
  • the titanium carbonitride layer 13 may have a configuration in which a titanium nitride layer 17 and a titanium carbonitride layer 19 are stacked.
  • the titanium nitride layer 17 and the titanium carbonitride layer 19 are mainly composed of titanium nitride and titanium carbonitride, respectively, and may contain other components.
  • the “main component” means that the component has the largest value of mass% as compared with other components. The same applies to the titanium carbonitride oxide layer 14 and the aluminum oxide layer 15.
  • the titanium carbonitride layer 19 may have a configuration in which a plurality of regions having different compositions are stacked.
  • the titanium carbonitride layer 19 may have a configuration in which a so-called MT (moderate temperature) -first region 19a and a so-called HT (high temperature) -second region 19b are stacked.
  • the titanium carbonitride layer 19 may further have an intermediate region 19c between the first region 19a and the second region 19b.
  • the boundaries between the layers and the regions can be specified by observing, for example, an SEM photograph or a transmission electron microscope (TEM) photograph. The specification can be made based on the ratio of elements constituting each layer, and the difference in crystal size and orientation. Further, a technique such as Auger electron spectroscopy (AES: Auger Electron Spectroscopy) may be used in combination.
  • AES Auger electron spectroscopy
  • Examples of the aluminum oxide contained in the aluminum oxide layer 15 include ⁇ -alumina ( ⁇ -Al 2 O 3 ), ⁇ -alumina ( ⁇ -Al 2 O 3 ), and ⁇ -alumina ( ⁇ -Al 2 O 3). ).
  • the aluminum oxide layer 15 contains ⁇ -alumina, the heat resistance of the coated tool 1 can be improved.
  • the aluminum oxide layer 15 may have a configuration containing only one of the above compounds, or may have a configuration containing a plurality of the above compounds.
  • Which of the above compounds the aluminum oxide contained in the aluminum oxide layer 15 can be evaluated, for example, by performing X-ray diffraction (XRD: X-Ray-Diffraction) analysis and observing the distribution of peak values. .
  • XRD X-ray diffraction
  • the content ratio of the titanium compound in the titanium carbonitride layer 13 and the content ratio of the aluminum oxide in the aluminum oxide layer 15 are not limited to specific values.
  • the “main component” means a component having the largest value of mass% as compared with other components.
  • the titanium carbonitride layer 13 may contain components other than the titanium compound. Further, the titanium carbonitride oxide layer 14 may contain components other than TiC x N y O z . Further, aluminum oxide layer 15 may contain components other than aluminum oxide.
  • the coating layer 5 has holes 21 inside the titanium carbonitride layer 13.
  • the second titanium oxynitride layer 14b and the aluminum oxide layer 15 are omitted.
  • the coated tool 1 of the present disclosure is arranged along the boundary 16 between the base 3 and the titanium carbonitride layer 13 on the titanium carbonitride layer 13 in the cover layer 5 in a cross section orthogonal to the first surface 7 of the base 3. It has a plurality of holes 21 located therein.
  • the boundary 16 between the base 3 and the titanium carbonitride layer 13 may be simply referred to as a first boundary 16.
  • the average value of the width w1 of the holes 21 in the direction parallel to the first surface 7 is equal to the distance between the adjacent holes 21, that is, the width w2 of the first portion X. Less than the average value.
  • the coated tool 1 that satisfies such a configuration can obtain high impact resistance in the holes 21 while suppressing a decrease in the strength of the first portion X. Therefore, the effect of alleviating the impact by the holes 21 can be obtained while suppressing the decrease in the bonding property between the titanium carbonitride layer 13 and the titanium carbonitride oxide layer 14.
  • the coated tool 1 of the present disclosure reduces the impact between the titanium carbonitride layer 13 and the titanium carbonitride layer 14 due to the presence of the holes 21, Since the amount of oxygen of the second titanium oxycarbonitride layer 14b is larger than that of the first titanium oxycarbonitride layer 14a, the bondability between the titanium oxycarbonitride layer 14 and the aluminum oxide layer 15 is high.
  • the coated tool 1 of the present disclosure having such a configuration has excellent impact resistance and bonding properties.
  • the measurement of the oxygen content of the first titanium oxycarbonitride layer 14 a and the second titanium oxycarbonitride layer 14 b in the titanium oxycarbonitride layer 14 is performed by AES (Auger electron spectroscopy) in a cross section orthogonal to the first surface 7. It is good to measure using an apparatus.
  • AES Alger electron spectroscopy
  • the oxygen content of the first titanium oxycarbonitride layer 14a and the second titanium oxycarbonitride layer 14b may be measured at the center of each layer in the thickness direction.
  • the oxygen content of the second carbonitride oxide layer 14b is preferably 5 to 20 atomic%. Within such a range, the bondability between the second titanium carbonitride oxide layer 14b and the aluminum oxide layer 15 is high.
  • the amount of oxygen in the first titanium oxynitride layer 14a is preferably 1 to 5 atomic%.
  • the evaluation may be made based on the average value of the width w1 of about 5 to 10 holes 21 arranged side by side in the cross section. For example, a 10 ⁇ m square region including the boundary 22 between the titanium carbonitride layer 13 and the titanium carbonitride oxide layer 14 in a cross section orthogonal to the first surface 7 may be extracted, and the width w1 of the holes 21 in this region may be measured. .
  • the average value of the width w2 of the first portion X may be evaluated by the average value of the intervals between about 5 to 10 holes 21 arranged side by side in the cross section. In the present disclosure, an average value may be determined in some cases. Any of these may be an average of about 5 to 10 values.
  • the holes 21 may be present in the titanium carbonitride layer 13.
  • the configuration located in the titanium carbonitride layer 13 but also the configuration located in each of the titanium carbonitride layer 13 and the carbonitridation layer 14 may be employed. .
  • the hole 21 is located along the boundary 16 between the base 3 and the titanium carbonitride layer 13 means that the interval between the plurality of holes 21 up to the first boundary 16 is ⁇ 20 with respect to the average value. It means that it is within the range of%.
  • the titanium carbonitride layer 13 contains titanium carbonitride as a titanium compound and the aluminum oxide layer 15 contains ⁇ -alumina as aluminum oxide from the viewpoint of heat resistance and durability of the coated tool 1,
  • the durability of the coated tool 1 is further enhanced.
  • titanium carbonitride has a higher hardness than ⁇ -alumina, it has low impact resistance.
  • the pores 21 are located in the titanium carbonitride layer 13, the titanium carbonitride layer 13 This is because the impact resistance due to the holes 21 can be increased, and the durability of the coated tool 1 is further increased.
  • the size of the holes 21 is not particularly limited, but can be set to, for example, 20 to 200 nm. When the size of the holes 21 is 20 nm or more, the effect of the holes 21 to reduce the impact can be enhanced. When the size of the holes 21 is 200 nm or less, the strength of the titanium carbonitride layer 13 is easily maintained. Note that the size of the hole 21 means the maximum value of the width w1 in a cross section orthogonal to the first surface 7 of the hole 21.
  • the shape of the holes 21 is not particularly limited, but is more parallel to the first surface 7 than the height h1 in the direction orthogonal to the first surface 7 in a cross section orthogonal to the first surface 7.
  • the width w1 in the direction is large, in other words, the average value of the width w1 of the holes 21 in the direction parallel to the first surface 7 is equal to the height h1 of the holes 21 in the direction orthogonal to the first surface 7.
  • the impact resistance can be further increased while the ratio of the holes 21 is suppressed. This is for the following reason.
  • a cutting load is easily applied to the coating layer 5 in a direction orthogonal to the first surface 7.
  • the hole 21 has a shape in which the width w1 in the direction parallel to the first surface 7 is larger than the height h1 in the direction orthogonal to the first surface 7, the hole 21 is made unnecessarily large. Without this, the cutting load can be absorbed in a wide range of the holes 21. Therefore, the impact resistance can be further increased while the ratio of the holes 21 is suppressed.
  • the height h1 in the direction in which the holes 21 are orthogonal to the first surface 7 is the maximum value of the height h1 in the direction in which the holes 21 are orthogonal to the first surface 7.
  • the ratio of the average value of the width w1 of the holes 21 in the direction orthogonal to the first surface 7 to the average value of the height h1 of the holes 21 in the direction parallel to the first surface 7 is 1. If it is 2 or more, the cutting load can be easily absorbed in a wide range of the holes 21. When the above ratio is 2 or less, the amount of deformation of the holes 21 in the direction orthogonal to the first surface 7 is easily secured, so that the holes 21 can stably absorb the cutting load.
  • the maximum height of the boundary between the first surface 7 and the second surface 9 in a cross section orthogonal to the first surface 7 is Rz
  • the height h1 of the hole 21 in the direction orthogonal to the first surface 7 When the average value is smaller than Rz, it is easy to suppress a decrease in the durability of the coating layer 5.
  • the first portion X and the plurality of holes 21 located between the adjacent holes 21 in the titanium carbonitride layer 13 are deformed, so that the coated tool 1 of the present disclosure has high impact resistance.
  • the average value of the width of the holes 21 in the direction orthogonal to the first surface 7 is smaller than Rz, the imaginary line connecting the adjacent holes 21 bends more greatly than the width of the holes 21. It is shown in a zigzag shape.
  • the average value of the distance d1 from the holes 21 to the boundary 22 between the titanium carbonitride layer 13 and the titanium carbonitride oxide layer 14 is the average value of the width w2 of the first portion X. It may be larger than.
  • the distance d1 from the hole 21 to the boundary 22 between the titanium carbonitride layer 13 and the titanium carbonitride oxide layer 14 is also referred to as a first distance d1. With such a configuration, the durability of the coating layer 5 is not easily reduced.
  • the first distance d1 is the minimum value of the distance from the hole 21 to the boundary 22.
  • the boundary 22 between the titanium carbonitride layer 13 and the titanium carbonitride oxide layer 14 may be simply referred to as a second boundary 22.
  • Vacancies 21 are located in titanium carbonitride layer 13 and located away from second boundary 22.
  • the average value of the distance d 1 from the holes 21 to the second boundary 22 is the average value of the height h 1 of the holes 21 in the direction orthogonal to the first surface 7. It may be larger than.
  • the distance from the hole 21 to the second boundary 22 can be sufficiently secured as compared with the size of the hole 21, so that even if the hole 21 is deformed to absorb the cutting load, the second This is because the boundary 22 does not deform or the amount of deformation becomes sufficiently small. Since the second boundary 22 is not easily deformed significantly, the bonding property between the titanium carbonitride layer 13 and the titanium carbonitride oxide layer 14 is not easily reduced.
  • the average value of the second distance d2 may be larger than the average value of the first distance d1.
  • a metal powder, a carbon powder, and the like are appropriately added to and mixed with an inorganic powder selected from a carbide, a nitride, a carbonitride, an oxide, and the like that can be formed by firing a hard alloy serving as the base 3. Is prepared.
  • tungsten carbide (WC) powder having an average particle size of 1.0 ⁇ m or less, and 0.1 to 3.0% by mass of vanadium carbide (VC) powder having an average particle size of 0.3 to 1.0 ⁇ m. %
  • Chromium carbide (Cr 3 C 2 ) powder having an average particle diameter of 0.3 to 2.0 ⁇ m is 0.1 to 3% by mass
  • metallic cobalt (Co) having an average particle diameter of 0.2 to 0.6 ⁇ m is 5 to 15 mass%, and further, if desired, metal tungsten (W) powder or carbon black (C) is mixed.
  • an organic solvent such as methanol is added so that the solid content ratio of the slurry is 60 to 80% by mass
  • an appropriate dispersant is added, and the mixture is mixed with a pulverizer such as a ball mill or a vibration mill.
  • a pulverizer such as a ball mill or a vibration mill.
  • an organic pinder such as paraffin is added to the mixed powder to obtain a mixed powder for molding.
  • the mixed powder is formed into a predetermined shape by a known molding method such as press molding, cast molding, extrusion molding, cold isostatic press molding or the like, and then argon gas of 0.01 to 0.6 MPa is formed.
  • argon gas 0.01 to 0.6 MPa is formed.
  • the substrate 3 is obtained by cooling at a rate of 55 to 65 ° C./min to a temperature of 800 ° C. or less.
  • the surface of the base 3 may be subjected to polishing and honing.
  • a coating layer 5 is formed on the surface of the substrate 3 by a chemical vapor deposition (CVD) method.
  • CVD chemical vapor deposition
  • a titanium nitride layer 17 (base layer) in the titanium carbonitride layer 13 is formed.
  • a first mixed gas used as a reaction gas is produced by mixing 0.5 to 10% by volume of titanium tetrachloride gas and 10 to 60% by volume of nitrogen gas with hydrogen (H 2 ) gas.
  • the first mixed gas is introduced into the chamber at a gas partial pressure of 10 to 20 kPa, and the titanium nitride layer 17 is formed in a temperature range of 830 to 870 ° C.
  • a second mixed gas is prepared by mixing 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 gas with hydrogen gas. I do.
  • the second mixed gas is introduced into the chamber at a gas partial pressure of 6 to 12 kPa, and a first region 19a containing MT-titanium carbonitride is formed in a temperature range of 830 to 870 ° C.
  • the intermediate region 19c is formed. 3% to 30% by volume of titanium tetrachloride gas, 3% to 15% by volume of methane gas, 5% to 10% by volume of nitrogen gas, and 0.5% to 5% by volume of hydrogen gas To produce a third mixed gas.
  • the third mixed gas is introduced into the chamber at a gas partial pressure of 6 to 12 kPa, and an intermediate region 19c having a thickness of about 50 to 300 nm is formed in a temperature range of 980 to 1050 ° C. Since the third mixed gas contains carbon dioxide gas, holes 21 are formed in the intermediate region 19c.
  • the average value of the width w1 of the holes 21 in the direction parallel to the first surface 7 is larger than the average value of the interval w2 of the adjacent holes 21.
  • a small coated tool 1 can be manufactured.
  • the holes 21 formed in the intermediate region 19c are located side by side in the direction along the boundary 16 between the base 3 and the titanium carbonitride layer 13. It becomes possible.
  • a second region 19b in the titanium carbonitride layer 13 is formed.
  • hydrogen gas 1 to 4% by volume of titanium tetrachloride gas, 5 to 20% by volume of nitrogen gas, 0.1 to 10% by volume of methane gas, and 0.5% to 10% by volume of carbon dioxide gas are mixed to produce a fourth mixed gas.
  • the fourth mixed gas is introduced into the chamber at a gas partial pressure of 5 to 45 kPa to form a second region 19 b containing HT-titanium carbonitride having a thickness of about 0.3 to 3 ⁇ m in a temperature range of 950 to 1050 ° C. Film.
  • the titanium carbonitride oxide layer 14 is formed. First, 3 to 30% by volume of titanium tetrachloride gas, 3 to 15% by volume of methane gas, 5 to 10% by volume of nitrogen gas, and 0.1 to 0.5% by volume of carbon monoxide By mixing with a gas, a fifth mixed gas is produced. The fifth mixed gas is introduced into the chamber, and the first carbonitride oxide layer 14a is formed at a film forming temperature of 900 to 1050 ° C. and a pressure of 5 to 40 kPa in the chamber.
  • titanium tetrachloride gas 3 to 10% by volume of methane gas, 3 to 25% by volume of nitrogen gas, and 0.5 to 3% by volume of carbon monoxide gas are added to the hydrogen gas.
  • the sixth mixed gas is introduced into the chamber, the film formation temperature is set to 900 to 1050 ° C., the pressure in the chamber is set to 5 to 40 kPa, and the second carbonitride oxide layer 14b is formed.
  • the film formation temperature is 950 ° C. to 1100 ° C.
  • the gas pressure is 5 kPa to 20 kPa
  • the composition of the reaction gas is 5% to 15% by volume of aluminum trichloride gas in hydrogen gas, and 0.5% to 2.0% by volume.
  • a seventh mixed gas is prepared by mixing 5% by volume of hydrogen chloride gas, 0.5% by volume to 5.0% by volume of carbon dioxide gas, and 0% by volume to 1% by volume of hydrogen sulfide gas. .
  • the seventh mixed gas is introduced into the chamber, and the aluminum oxide layer 15 is formed.
  • the above manufacturing method is an example of a method for manufacturing the coated tool 1. Therefore, it goes without saying that the coated tool 1 is not limited to one manufactured by the above-described manufacturing method.
  • a third layer may be separately formed on the aluminum oxide layer 15.
  • the average value of the width w1 of the holes 21 in a direction parallel to the first surface 7 is equal to the average of the heights h1 of the holes 21 in the direction orthogonal to the first surface 7.
  • the average value of the distance d1 from the holes 21 to the second boundary 22 is larger than the average value of the height h1 of the holes 21 in the direction orthogonal to the first surface 7.
  • time is adjusted at the time of forming the intermediate region 19c to form a film having a thickness of about 50 to 150 nm, and then the second region 19b in the titanium carbonitride layer 13 is removed by 0.5%.
  • the film is preferably formed to a thickness of about 3 ⁇ m.
  • the second region 19b in the titanium carbonitride layer 13 is preferably formed so as to be thicker than the average value of the interval w2 between the adjacent holes 21.
  • the cutting tool 101 of the present disclosure is a rod-shaped body extending from a first end (upper in FIG. 5) toward a second end (lower in FIG. 5).
  • a holder 105 having a pocket 103 located on the side, and the above-described coating tool 1 located in the pocket 103 are provided.
  • the covering tool 1 is mounted such that a portion used as a cutting edge in the ridge protrudes from the tip of the holder 105.
  • the pocket 103 is a portion where the coating tool 1 is mounted, and has a seating surface parallel to the lower surface of the holder 105 and a restraining side surface inclined with respect to the seating surface.
  • the pocket 103 is open on the first end side of the holder 105.
  • the coating tool 1 is located in the pocket 103. At this time, the lower surface of the coating tool 1 may be in direct contact with the pocket 103, or a sheet may be interposed between the coating tool 1 and the pocket 103.
  • the covering tool 1 is mounted such that a portion used as a cutting edge on the ridge projects outward from the holder 105.
  • the coating tool 1 is mounted on the holder 105 by screws 107. That is, the screw 107 is inserted into the through-hole 23 of the coating tool 1, and the tip of the screw 107 is inserted into a screw hole (not shown) formed in the pocket 103 to screw the screw portions together, thereby forming the coating tool. 1 is mounted on the holder 105.
  • the holder 105 steel, cast iron, or the like can be used. In particular, it is preferable to use high toughness steel among these members.
  • FIG. 5 and 6 illustrate cutting tools used for so-called turning.
  • Turning includes, for example, inner diameter processing, outer diameter processing, and grooving processing.
  • the cutting tools are not limited to those used for turning.
  • the coated tool 1 of the above-described embodiment may be used as a cutting tool used for the rolling process.

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Abstract

本開示の被覆工具は、第１面を具備する基体と、第１面の上に位置する被覆膜と、を有する。被覆層は、少なくとも、基体側から順に炭窒化チタン層、炭窒酸化チタン層、酸化アルミニウム層とを有する。炭窒化チタン層は、第１面に直交する断面において、第１面に沿った方向に並んで位置する複数の空孔を有する。第１面に沿う方向における空孔の幅の平均値が、隣り合う空孔の間隔の平均値よりも小さい。炭窒酸化チタン層は、第１面に直交する断面において厚みの半分で分け、炭窒化チタン層に接する層を第１炭窒酸化チタン層、酸化アルミニウム層に接する層を第２炭窒酸化チタン層としたとき、第２炭窒酸化チタン層における酸素量が、第１炭窒酸化チタン層における酸素量よりも多い。

Description

被覆工具及び切削工具
　本開示は、切削加工に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に記載の切削工具では、組成の異なるＴｉＣＮＯ層を複数積層することで、被覆層の耐摩耗性及び耐欠損性を高くすることが記載されている。
　特許文献２には、超硬合金などで構成された基体の表面に、チタン（Ｔｉ）の化合物を含有する層（チタン化合物層）及び酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）を含有する層（酸化アルミニウム層）を備えた被覆層が形成された被覆工具が記載されている。特許文献２に記載の被覆工具においては、チタン化合物層及び酸化アルミニウム層の界面に複数の空孔が形成されており、これら複数の空孔によって、衝撃緩和効果が得られることが記載されている。
　これらの特許文献に記載されているように、被覆工具においては、被覆層の構成を工夫することが行われている。
ＷＯ２０１７／０９０７６５ 特開２０１５－１８２２０９号公報
　本開示の被覆工具は、第１面を具備する基体と、前記第１面の上に位置する被覆層と、を有する。前記被覆層は、少なくとも、前記基体側から順に炭窒化チタン層、炭窒酸化チタン層、酸化アルミニウム層とを有する。前記炭窒酸化チタン層は、前記第１面に直交する断面において、前記炭窒酸化チタン層を厚みの半分で分けたとき、前記炭窒化チタン層に接する第１炭窒酸化チタン層の酸素量よりも、前記酸化アルミニウム層に接する第２炭窒酸化チタン層の酸素量が多い。前記被覆層は、前記第１面に直交する断面において、前記炭窒化チタン層に、前記基体及び前記炭窒化チタン層境界に沿った方向に並んで位置する複数の空孔を有する。前記境界に沿う方向における前記空孔の幅の平均値が、隣り合う前記空孔の間隔の平均値よりも小さい。
　本開示の切削工具は、第１端から第２端に向かって伸びる棒状であり、前記第１端の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、上述の被覆工具とを有する。
本開示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の一例を示す拡大図である。 本開示の切削工具を示す平面図である。 図５に示す領域Ｂ２の拡大図である。
　以下、本開示の被覆工具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、説明する上で必要な主要部材のみを簡略化して示したものである。したがって、被覆工具は、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＞
　図１及び図２に示すように、本開示の被覆工具１は、基体３及び被覆層５を備えている。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。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の形状としては、四角板形状に限定されるものではなく、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、板形状に限定されるものではなく、例えば柱形状であってもよい。
　基体３は、例えば、コバルトおよびニッケルの少なくとも一方を５～１０質量％含有しており、他にＷＣや金属の炭化物や窒化物や炭窒化物からなる硬質相を含有している。これらの硬質相の平均粒径は、硬度を高くする観点から３μｍ以下、さらに１μｍ以下であるとよい。
　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。図２に示す例では、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。
　基体３は、第１面７及び第１面７の反対側に位置する面を貫通する貫通穴２３を有していてもよい。貫通穴２３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るものではないが、例えば、第１面７の一辺の長さが３～２０ｍｍ程度に設定される。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程度に設定される。
　被覆層５は、図３に示すように、基体３側から順に炭窒化チタン層１３、炭窒酸化チタン層１４、酸化アルミニウム層１５を有している。炭窒化チタン層１３は、第１面７の上に位置しており、チタン化合物を含有している。
　炭窒酸化チタン層１４は、ＴｉＣxＮyＯz（０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１、０＜ｚ＜１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）で表される組成を有している。
　第１面に直交する断面において、この炭窒酸化チタン層１４を厚みの半分で分け、炭窒化チタン層１３側に位置する炭窒酸化チタン層１４を第１炭窒酸化チタン層１４ａとし、酸化アルミニウム層１５側に位置する炭窒酸化チタン層１４を第２炭窒酸化チタン層１４ｂとする。
　本開示の被覆工具１は、第１炭窒酸化チタン層１４ａよりも、第２炭窒酸化チタン層１４ｂの酸素量が多い。このような構成を有することで、第２炭窒酸化チタン層１４ｂと酸化アルミニウム層１５との接合性が高い。炭窒酸化チタン層１４の厚みは、例えば、０．１～３μｍとするとよい。
　酸化アルミニウム層１５は、炭窒酸化チタン層１４の上に接して位置しており、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）を含有している。なお、酸化アルミニウム層１５の上にさらにＴｉＮ層（図示しない）を有していてもよい。
　炭窒化チタン層１３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、炭酸化物が挙げられる。炭窒化チタン層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。
　また、炭窒化チタン層１３は、チタン化合物を含有しているものであれば、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、図３に示すように炭窒化チタン層１３は、窒化チタン層１７と、炭窒化チタン層１９とが積層された構成であってもよい。炭窒化チタン層１３が窒化チタン層１７を有している場合には、基体３と炭窒化チタン層１３との密着力がさらに高い。なお、窒化チタン層１７および炭窒化チタン層１９は、それぞれ窒化チタンおよび炭窒化チタンが主成分ということであり、他の成分を含有していてもよい。また、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。なお、炭窒酸化チタン層１４及び酸化アルミニウム層１５についても同様である。
　また、炭窒化チタン層１９が、互いに組成の異なる複数の領域が積層された構成であってもよい。例えば、炭窒化チタン層１９が、いわゆるＭＴ（moderate temperature）－第１領域１９ａと、いわゆるＨＴ（high temperature）－第２領域１９ｂとが積層された構成であってもよい。
　炭窒化チタン層１９が第１領域１９ａ及び第２領域１９ｂを有する場合において、炭窒化チタン層１９が、第１領域１９ａ及び第２領域１９ｂの間に更に中間領域１９ｃを有していてもよい。なお、上記の層及び領域の境界は、例えば、ＳＥＭ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。その特定は、各層を構成する元素の割合や、結晶の大きさや配向性の差異によって行うことができる。また、オージェ電子分光分析（ＡＥＳ：Auger Electron Spectroscopy）などの手法を併用してもよい。
　酸化アルミニウム層１５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。これらのうち酸化アルミニウム層１５がα－アルミナを含有している場合には、被覆工具１の耐熱性を高めることができる。酸化アルミニウム層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。
　酸化アルミニウム層１５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、ピーク値の分布を観察することによって評価できる。
　炭窒化チタン層１３におけるチタン化合物の含有比率、及び、酸化アルミニウム層１５における酸化アルミニウムの含有比率は特定の値に限定されるものではない。一例として、炭窒化チタン層１３がチタン化合物を主成分として含有しており、また、酸化アルミニウム層１５が酸化アルミニウムを主成分として含有している構成が挙げられる。なお、上記の「主成分」とは、上述と同じく、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。
　炭窒化チタン層１３はチタン化合物以外の成分を含有していてもよい。また、炭窒酸化チタン層１４は、ＴｉＣxＮyＯz以外の成分を含有していてもよい。また、酸化アルミニウム層１５は酸化アルミニウム以外の成分を含有していてもよい。
　被覆層５は、図４に示すように、炭窒化チタン層１３の内部に空孔２１を有している。なお、図４においては、第２炭窒酸化チタン層１４ｂ及び酸化アルミニウム層１５を省略して記載している。
　本開示の被覆工具１は、基体３の第１面７に直交する断面において、被覆層５における炭窒化チタン層１３に、基体３及び炭窒化チタン層１３の境界１６に沿った方向に並んで位置する複数の空孔２１を有している。なお、以後、基体３及び炭窒化チタン層１３の境界１６は、単に第１境界１６と記載することがある。
　また、第１面７に直交する断面において、第１面７に平行な方向での空孔２１の幅ｗ１の平均値が、隣り合う空孔２１の間隔、すなわち第１部分Ｘの幅ｗ２の平均値よりも小さい。このような構成を満たす被覆工具１は、第１部分Ｘの強度が低下することを抑えつつ、空孔２１において高い耐衝撃性を得ることができる。そのため、炭窒化チタン層１３及び炭窒酸化チタン層１４の接合性の低下を抑えつつ、空孔２１によって衝撃を緩和する効果が得られる。
　本開示の被覆工具１は、炭窒化チタン層１３及び炭窒酸化チタン層１４の間では、空孔２１の存在によって衝撃を緩和し、炭窒酸化チタン層１４及び酸化アルミニウム層１５の間では、第２炭窒酸化チタン層１４ｂの酸素量が第１炭窒酸化チタン層１４ａよりも多いことで、炭窒酸化チタン層１４及び酸化アルミニウム層１５の接合性が高い。
　このような構成を有する本開示の被覆工具１は、優れた耐衝撃性と接合性を有する。
　なお、炭窒酸化チタン層１４における、第１炭窒酸化チタン層１４ａ及び第２炭窒酸化チタン層１４ｂの酸素量の測定は、第１面７に直交する断面においてＡＥＳ（オージェ電子分光分析）装置を用いて測定するとよい。
　第１炭窒酸化チタン層１４ａ及び第２炭窒酸化チタン層１４ｂの酸素量は、それぞれの層の厚み方向における中心における量を測定するとよい。
　また、第２炭窒酸化チタン層１４ｂの酸素量は、５～２０原子％とするとよい。このような範囲とすると、第２炭窒酸化チタン層１４ｂと酸化アルミニウム層１５との接合性が高い。
　また、第１炭窒酸化チタン層１４ａの酸素量は、１～５原子％とするとよい。なお、第１面７に平行な方向での空孔２１の幅ｗ１の平均値を評価する際に、第１面７に直交する断面に存在する全ての空孔２１の幅ｗ１を評価する必要はなく、断面において並んで位置する５～１０個程度の空孔２１の幅ｗ１の平均値によって評価すればよい。例えば、第１面７に直交する断面において炭窒化チタン層１３及び炭窒酸化チタン層１４の境界２２を含む１０μｍ四方の領域を抽出し、この領域における空孔２１の幅ｗ１を測定すればよい。また、第１部分Ｘの幅ｗ２の平均値は、断面において並んで位置する５～１０個程度の空孔２１での間隔の平均値によって評価すればよい。なお、本開示においては、他にも平均値を定める場合がある。これらはいずれも、５～１０程度の値の平均値とするとよい。
　空孔２１は、炭窒化チタン層１３に存在していればよい。例えば、図４に示すように炭窒化チタン層１３内に位置している構成だけでなく、炭窒化チタン層１３内及び炭窒酸化層１４内のそれぞれに位置している構成であってもよい。
　なお、空孔２１が基体３及び炭窒化チタン層１３の境界１６に沿って位置しているとは、複数の空孔２１の第１境界１６までの間隔が、その平均値に対して±２０％の範囲に収まっていることをいう。
　被覆工具１の耐熱性及び耐久性の観点から炭窒化チタン層１３がチタン化合物として炭窒化チタンを含有し、さらに、酸化アルミニウム層１５が酸化アルミニウムとしてα－アルミナを含有している場合において、複数の空孔２１が炭窒化チタン層１３内に位置している際には被覆工具１の耐久性がさらに高められる。
　これは、α－アルミナと比較して炭窒化チタンの硬度は高いものの耐衝撃性が低いが、空孔２１が炭窒化チタン層１３内に位置していることにより、炭窒化チタン層１３において空孔２１による耐衝撃性を高めることができ、被覆工具１の耐久性がさらに高められるからである。
　空孔２１の大きさとしては、特に限定されるものではないが、例えば、２０～２００ｎｍに設定できる。空孔２１の大きさが２０ｎｍ以上である場合には、空孔２１による衝撃緩和の効果を高めることができる。また、空孔２１の大きさが、２００ｎｍ以下の場合には、炭窒化チタン層１３の強度を維持し易い。なお、空孔２１の大きさとは、その空孔２１の第１面７に直交する断面における幅ｗ１の最大値を意味する。
　また、空孔２１の形状としては、特に限定されるものではないが、第１面７に直交する断面において、第１面７に直交する方向における高さｈ１よりも第１面７に平行な方向の幅ｗ１が大きい場合、言い換えれば、第１面７に平行な方向での空孔２１の幅ｗ１の平均値が、第１面７に直交する方向での空孔２１の高さｈ１の平均値よりも大きい場合には、空孔２１の比率を抑えつつ耐衝撃性をさらに高めることができる。これは、以下の理由による。
　切削加工物を製造するため被削材を切削加工する際に、被覆層５に対しては第１面７に直交する方向に切削負荷が加わり易い。このとき、空孔２１が第１面７に直交する方向の高さｈ１よりも第１面７に平行な方向の幅ｗ１が大きい形状である場合には、空孔２１を必要以上に大きくすることなく、空孔２１の広い範囲で切削負荷を吸収することができる。そのため、空孔２１の比率を抑えつつ耐衝撃性をさらに高めることができる。なお、空孔２１が第１面７に直交する方向の高さｈ１とは、空孔２１が第１面７に直交する方向の高さｈ１の最大値である。
　具体的には、第１面７に平行な方向での空孔２１の高さｈ１の平均値に対する第１面７に直交する方向での空孔２１の幅ｗ１の平均値の比率が１．２以上である場合には、空孔２１の広い範囲で切削負荷を吸収しやすい。また、上記の比率が２以下である場合には、第１面７に直交する方向での空孔２１の変形量が確保され易いので、空孔２１において安定して切削負荷を吸収しやすい。
　第１面７に直交する断面での第１面７及び第２面９の境界の最大高さをＲｚとした際に、第１面７に直交する方向での空孔２１の高さｈ１の平均値がＲｚよりも小さい場合には、被覆層５の耐久性の低下を抑え易い。
　炭窒化チタン層１３における隣り合う空孔２１間に位置する第１部分Ｘ及び複数の空孔２１が変形することによって本開示の被覆工具１は高い耐衝撃性を備えている。ここで、第１面７に直交する方向での空孔２１の幅の平均値がＲｚよりも小さい場合には、隣り合う空孔２１を結ぶ仮想線が、空孔２１の幅よりも大きく折れ曲がったジグザグ形状で示される。
　仮想線が上記の形状で示される際には、仮に第１部分Ｘの一つに亀裂が生じた場合であっても、この亀裂が生じた第１部分Ｘの隣に位置する第１部分Ｘに亀裂が進展しにくい。そのため、被覆層５の耐久性が低下しにくい。
　また、第１面７に直交する断面において、空孔２１から炭窒化チタン層１３及び炭窒酸化チタン層１４の境界２２までの距離ｄ１の平均値が、第１部分Ｘの幅ｗ２の平均値よりも大きくてもよい。以下、空孔２１から炭窒化チタン層１３及び炭窒酸化チタン層１４の境界２２までの距離ｄ１を第１距離ｄ１ともいう。このような構成を有すると、被覆層５の耐久性が低下しにくい。なお、第１距離ｄ１とは、空孔２１における、境界２２への距離の最小値である。以後、炭窒化チタン層１３及炭窒酸化チタン層１４の境界２２を単に第２境界２２ということがある。
　これは、上記の場合においては、第１部分Ｘと比較して空孔２１から第２境界２２までの距離が十分に確保できるため、仮に第１部分Ｘの一つに亀裂が生じた場合であっても、この亀裂が第２境界２２に達しにくいからである。上記の亀裂が第２境界２２に達しにくいため、炭窒化チタン層１３及び炭窒酸化チタン層１４の接合性が低下しにくい。
　空孔２１は、炭窒化チタン層１３に位置しており、第２境界２２から離れて位置している。ここで、第１面７に直交する断面において、空孔２１から第２境界２２までの距離ｄ１の平均値が、第１面７に直交する方向での空孔２１の高さｈ１の平均値よりも大きくてもよい。このような構成を有すると、被覆層５における耐衝撃性を高めつつ炭窒化チタン層１３及び炭窒酸化チタン層１４の接合性が低下しにくい。
　これは、空孔２１の大きさと比較して空孔２１から第２境界２２までの距離が十分に確保できるため、切削負荷を吸収するため空孔２１が変形する場合であっても、第２境界２２は変形しない、または、変形量が十分に小さくなるからである。第２境界２２が大きく変形しにくいため、炭窒化チタン層１３及び炭窒酸化チタン層１４の接合性が低下しにくい。
　また、空孔２１から第１面７までの距離を第２距離ｄ２としたとき、第２距離ｄ２の平均値は、第１距離ｄ１の平均値よりも大きくてもよい。このような構成を有すると基体３と炭窒化チタン層１３の接合性が低下しにくい。
　＜製造方法＞
　次に、本開示に係る被覆工具の製造方法の一例を説明する。
　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。
　例えば平均粒径１．０μｍ以下の炭化タングステン（ＷＣ）粉末を７９～９４．８質量％、平均粒径０．３～１．０μｍの炭化バナジウム（ＶＣ）粉末を０．１～３．０質量％、平均粒径０．３～２．０μｍの炭化クロム（Ｃｒ3Ｃ2）粉末を０．１～３質量％、平均粒径０．２～０．６μｍの金属コバルト（Ｃｏ）を５～１５質量％、さらに所望により、金属タングステン（Ｗ）粉末、あるいはカーボンブラック（Ｃ）を混合する。
　次に、上記混合に際して、メタノール等の有機溶媒をスラリーの固形分比率が６０～８０質量％となるように添加するとともに、適切な分散剤を添加し、ボールミルや振動ミル等の粉砕装置で１０～２０時間の粉砕時間で粉砕することにより、混合粉末の均一化を図った後、混合粉末にパラフィン等の有機パインダを添加して成形用の混合粉末を得る。
　そして、上記混合粉末を用いて、例えばプレス成形、鋳込成形、押出成形、冷間静水圧プレス成形等の公知の成形方法によって所定形状に成形した後、０．０１～０．６ＭＰａのアルゴンガス中、１３５０～１４５０℃、望ましくは１３７５～１４２５℃で、０．２～２時間焼成した後、５５～６５℃／分の速度で８００℃以下の温度まで冷却することにより基体３が得られる。
　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。
　まず、炭窒化チタン層１３における窒化チタン層１７（下地層）を成膜する。水素（Ｈ2）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、反応ガスとして用いられる第１混合ガスを作製する。第１混合ガスを１０～２０ｋＰａのガス分圧でチャンバ内に導入し、８３０～８７０℃の温度域で窒化チタン層１７を成膜する。
　次に、炭窒化チタン層１３における第１領域１９ａを成膜する。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％のアセトニトリルガスとを混合して、第２混合ガスを作製する。第２混合ガスを６～１２ｋＰａのガス分圧でチャンバ内に導入し、８３０～８７０℃の温度域でＭＴ－炭窒化チタンを含有する第１領域１９ａを成膜する。
　次に、中間領域１９ｃを成膜する。水素ガスに、３体積％～３０体積％の四塩化チタンガスと、３体積％～１５体積％のメタンガスと、５体積％～１０体積％の窒素ガスと、０．５体積％～５体積％の二酸化炭素ガスとを混合して、第３混合ガスを作製する。第３混合ガスを６～１２ｋＰａのガス分圧でチャンバ内に導入し、９８０～１０５０℃の温度域で５０～３００ｎｍ程度の厚みの中間領域１９ｃを成膜する。第３混合ガスが二酸化炭素ガスを含有していることによって、この中間領域１９ｃに空孔２１が形成される。上記の条件とすると、第１面７に直交する断面において、第１面７に平行な方向での空孔２１の幅ｗ１の平均値が、隣り合う空孔２１の間隔ｗ２の平均値よりも小さい被覆工具１を作製できる。
　また、このとき中間領域１９ｃの厚みが５０～３００ｎｍ程度と薄いため、中間領域１９ｃに形成された空孔２１を、基体３及び炭窒化チタン層１３の境界１６に沿った方向に並んで位置させることが可能となる。
　次に、炭窒化チタン層１３における第２領域１９ｂを成膜する。水素ガスに、１～４体積％の四塩化チタンガスと、５～２０体積％の窒素ガスと、０．１～１０体積％のメタンガスと、０．５体積％～１０体積％の二酸化炭素ガスとを混合して、第４混合ガスを作製する。第４混合ガスを５～４５ｋＰａのガス分圧でチャンバ内に導入し、９５０～１０５０℃の温度域で０．３～３μｍ程度の厚みのＨＴ－炭窒化チタンを含有する第２領域１９ｂを成膜する。
　次に炭窒酸化チタン層１４を成膜する。まず、水素ガスに、３～３０体積％の四塩化チタンガスと、３～１５体積％のメタンガスと、５～１０体積％の窒素ガスと、０．１～０．５体積％の一酸化炭素ガスとを混合して、第５混合ガスを作製する。第５混合ガスをチャンバ内に導入し、成膜温度を９００～１０５０℃、チャンバ内の圧力を５～４０ｋＰａとして、第１炭窒酸化層１４ａを成膜する。
　続いて、水素ガスに、３～１５体積％の四塩化チタンガスと、３～１０体積％のメタンガスと、３～２５体積％の窒素ガスと、０．５～３体積％の一酸化炭素ガスとを混合して、第６混合ガスを作製する。第６混合ガスをチャンバ内に導入し、成膜温度を９００～１０５０℃、チャンバ内の圧力を５～４０ｋＰａとして、第２炭窒酸化層１４ｂを成膜する。
　このとき、第５混合ガスに比べて、第６混合ガスに含まれる一酸化炭素ガスの割合を多くすると、第１炭窒酸化層１４ａよりも第２炭窒酸化層１４ｂに含まれる酸素量を多くすることができる。
　次に、酸化アルミニウム層１５を成膜する。成膜温度を９５０℃～１１００℃、ガス圧を５ｋＰａ～２０ｋＰａとし、反応ガスの組成が、水素ガスに、５体積％～１５体積％の三塩化アルミニウムガスと、０．５体積％～２．５体積％の塩化水素ガスと、０．５体積％～５．０体積％の二酸化炭素ガスと、０体積％～１体積％の硫化水素ガスとを混合して、第７混合ガスを作製する。第７混合ガスをチャンバ内に導入し、酸化アルミニウム層１５を成膜する。
　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、さらに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、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。例えば、酸化アルミニウム層１５の上に別途第３層を成膜してもよい。
　第１面７に直交する断面において、第１面７に平行な方向での空孔２１の幅ｗ１の平均値が、第１面７に直交する方向での空孔２１の高さｈ１の平均値よりも大きい被覆工具１を作製するには、中間領域１９ｃの成膜の際に時間調整を行い、中間領域１９ｃを５０～１５０ｎｍ程度の厚みに成膜するとよい。
　第１面７に直交する断面において、空孔２１から第２境界２２までの距離ｄ１の平均値が、第１面７に直交する方向での空孔２１の高さｈ１の平均値よりも大きい被覆工具１を作製するには、中間領域１９ｃの成膜の際に時間調整を行い、５０～１５０ｎｍ程度の厚みに成膜したのち、炭窒化チタン層１３における第２領域１９ｂを、０．５～３μｍ程度の厚みに成膜するとよい。
　第１面７に直交する断面において、空孔２１から第２境界２２までの距離ｄ１の平均値が、隣り合う空孔２１の間隔ｗ２の平均値よりも大きい被覆工具１を作製するには、炭窒化チタン層１３における第２領域１９ｂが、隣り合う空孔２１の間隔ｗ２の平均値よりも厚くなるように成膜するとよい。
　＜切削工具＞
　次に、本開示の切削工具１０１について図面を用いて説明する。
　本開示の切削工具１０１は、図５および図６に示すように、第１端（図５における上）から第２端（図５における下）に向かって延びる棒状体であり、第１端の側に位置するポケット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。本開示の切削工具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の下面がポケット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。被覆工具１は、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の貫通穴２３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靱性の高い鋼を用いることが好ましい。
　図５、６に示す例では、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。
　　１・・・被覆工具
　　３・・・基体
　　５・・・被覆層
　　７・・・第１面
　　９・・・第２面
　１１・・・切刃
　１３・・・炭窒化チタン層
　１４・・・炭窒酸化チタン層
　１４ａ・・第１炭窒酸化層
　１４ｂ・・第２炭窒酸化層
　１５・・・酸化アルミニウム層
　１６・・・第１境界（基体及び炭窒化チタン層の境界）
　１７・・・窒化チタン層
　１９・・・炭窒化チタン層
　１９ａ・・第１領域
　１９ｂ・・第２領域
　１９ｃ・・中間領域
　２１・・・空孔
　２２・・・第２境界（炭窒化チタン層及び炭窒酸化チタン層の境界）
　２３・・・貫通穴
　ｄ１・・・第１距離
　ｄ２・・・第２距離
１０１・・・切削工具
１０３・・・ポケット
１０５・・・ホルダ
１０７・・・固定ネジ

Claims (6)

  1. 　第１面を具備する基体と、
    　前記第１面の上に位置する被覆膜と、を有する被覆工具であって、
    　前記被覆層は、少なくとも、前記基体側から順に炭窒化チタン層、炭窒酸化チタン層、酸化アルミニウム層とを有し、
    　前記炭窒化チタン層は、前記第１面に直交する断面において、前記第１面に沿った方向に並んで位置する複数の空孔を有し、前記第１面に沿う方向における前記空孔の幅の平均値が、隣り合う前記空孔の間隔の平均値よりも小さく、
    　前記炭窒酸化チタン層は、前記第１面に直交する断面において厚みの半分で分け、前記炭窒化チタン層に接する層を第１炭窒酸化チタン層、前記酸化アルミニウム層に接する層を第２炭窒酸化チタン層としたとき、該第２炭窒酸化チタン層における酸素量が、前記第１炭窒酸化チタン層における酸素量よりも多い、被覆工具。
  2. 　前記第１面に直交する断面において、前記空孔の幅の平均値が、前記第１面に直交する方向における前記空孔の高さの平均値よりも大きい、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、前記炭窒化チタン層と前記炭窒酸化チタン層との境界から前記空孔までの第１距離の平均値は、前記第１面に直交する方向における前記空孔の高さの平均値よりも大きい、請求項１～２のいずれかに記載の被覆工具。
  4. 　前記第１面に直交する断面において、前記空孔から前記第１面までの第２距離の平均値は、前記第１距離の平均値よりも大きい、請求項３に記載の被覆工具。
  5. 　前記第１面に直交する断面において、前記炭窒化チタン層と前記炭窒酸化チタン層との境界から前記空孔までの第１距離の平均値は、隣り合う前記空孔の間隔の平均値よりも大きい、請求項１～４のいずれか１つに記載の被覆工具。
  6. 　第１端から第２端に向かって伸びる棒状であり、前記第１端の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１～５のいずれか１つに記載の被覆工具とを有する切削工具。
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