WO2020079952A1 - 切削工具 - Google Patents

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WO2020079952A1
WO2020079952A1 PCT/JP2019/032821 JP2019032821W WO2020079952A1 WO 2020079952 A1 WO2020079952 A1 WO 2020079952A1 JP 2019032821 W JP2019032821 W JP 2019032821W WO 2020079952 A1 WO2020079952 A1 WO 2020079952A1
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WO
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layer
gas
residual stress
gpa
cutting
Prior art date
Application number
PCT/JP2019/032821
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English (en)
French (fr)
Inventor
保樹 城戸
アノンサック パサート
今村　晋也
Original Assignee
住友電工ハードメタル株式会社
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Publication date
Application filed by 住友電工ハードメタル株式会社 filed Critical 住友電工ハードメタル株式会社
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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
    • 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
    • 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
    • C23C16/34—Nitrides

Definitions

  • cutting of steel and castings has been performed using cutting tools made of cemented carbide or cubic boron nitride sintered body (cBN sintered body).
  • cBN sintered body cemented carbide or cubic boron nitride sintered body
  • a coating film made of a compound of aluminum (Al), titanium (Ti) and nitrogen (N) (hereinafter, also referred to as “AlTiN”) can have high hardness and enhance oxidation resistance.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2012-096304 (Patent Document 1) and Japanese Patent Laid-Open No. 2012-232348 (Patent Document 2)).
  • a cutting tool comprising a substrate and a coating for coating the substrate,
  • the base material includes a rake face, a flank face, and a cutting edge portion connecting the rake face and the flank face
  • the coating comprises an Al x Ti 1-x N layer,
  • the above x is 0.7 or more and 0.95 or less, Residual Stress A of the Al x Ti 1-x N layer in the rake face, of the Al x Ti 1-x N layer in the residual stress B and the edge portion of the Al x Ti 1-x N layer in the flank face
  • the residual stress C is 0.5GPa ⁇ max (A, B, C) ⁇ min (A, B, C) ⁇ 3GPa is satisfied,
  • the residual stress A is ⁇ 5 GPa or more and less than 0 GPa,
  • Each of the residual stress B and the residual stress C is ⁇ 5 GPa or more and 5 GPa or less.
  • FIG. 1 is a perspective view illustrating one embodiment of a base material of a cutting tool.
  • FIG. 2 is a sectional view taken along the line XX of FIG.
  • FIG. 3 is a partially enlarged view of FIG.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating another shape of the cutting edge portion.
  • FIG. 5 is a diagram further illustrating another shape of the cutting edge portion.
  • FIG. 6 is a schematic diagram for explaining the measurement position of the rake face or the flank face in the X-ray diffraction measurement.
  • FIG. 7: is a schematic diagram which illustrates the aspect of the intermittent process using the cutting tool which concerns on this embodiment.
  • FIG. 8 is a partially enlarged sectional view of FIG. 7.
  • FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of a CVD apparatus used for manufacturing the cutting tool according to this embodiment.
  • FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of a gas introduction pipe of a CVD device used for manufacturing the cutting tool according to this embodiment.
  • the present disclosure has been made in view of the above circumstances, and an object of the present disclosure is to provide a cutting tool having excellent fracture resistance and wear resistance in intermittent cutting.
  • a cutting tool comprising a substrate and a coating for coating the substrate,
  • the base material includes a rake face, a flank face, and a cutting edge portion connecting the rake face and the flank face
  • the coating comprises an Al x Ti 1-x N layer,
  • the above x is 0.7 or more and 0.95 or less, Residual Stress A of the Al x Ti 1-x N layer in the rake face, of the Al x Ti 1-x N layer in the residual stress B and the edge portion of the Al x Ti 1-x N layer in the flank face
  • the residual stress C is 0.5GPa ⁇ max (A, B, C) ⁇ min (A, B, C) ⁇ 3GPa is satisfied,
  • the residual stress A is ⁇ 5 GPa or more and less than 0 GPa,
  • Each of the residual stress B and the residual stress C is ⁇ 5 GPa or more
  • the Al x Ti 1-x N layer includes cubic Al x Ti 1-x N and hexagonal Al x Ti 1-x N, When based on the total amount of Al x Ti 1-x N and the hexagonal of Al x Ti 1-x N of the cubic, the content of Al x Ti 1-x N of the hexagonal is , And 0 volume% or more and 15 volume% or less. By defining in this way, a cutting tool having an Al x Ti 1-x N layer in which a desired residual stress is easily applied is obtained.
  • the thickness of the Al x Ti 1-x N layer is 2 ⁇ m or more and 30 ⁇ m or less.
  • the coating film is at least one element selected from the group consisting of Group 4 elements, Group 5 elements, Group 6 elements and aluminum of the periodic table and at least one element selected from the group consisting of boron, carbon, nitrogen and oxygen. It further includes another layer containing a compound consisting of By defining in this way, a cutting tool with further excellent wear resistance can be obtained.
  • the thickness of the coating film is 2 ⁇ m or more and 30 ⁇ m or less.
  • this embodiment is not limited to this.
  • the same reference numerals represent the same or corresponding parts.
  • the notation in the form of "AB” means the upper and lower limits of the range (that is, A or more and B or less), and when A has no unit, B only has a unit.
  • the unit of B and the unit of B are the same.
  • a compound is represented by a chemical formula in which the composition ratio of constituent elements is not limited, such as “TiN”, the chemical formula is represented by any conventionally known composition ratio (element ratio).
  • the above chemical formula includes not only the stoichiometric composition but also the non-stoichiometric composition.
  • the chemical formula of “TiN” includes not only the stoichiometric composition “Ti 1 N 1 ”, but also a non-stoichiometric composition such as “Ti 1 N 0.8 ”. This also applies to the description of compounds other than "TiN”.
  • a cutting tool comprising a substrate and a coating for coating the substrate,
  • the base material includes a rake face, a flank face, and a cutting edge portion connecting the rake face and the flank face
  • the coating comprises an Al x Ti 1-x N layer,
  • the above x is 0.7 or more and 0.95 or less, Residual Stress A of the Al x Ti 1-x N layer in the rake face, of the Al x Ti 1-x N layer in the residual stress B and the edge portion of the Al x Ti 1-x N layer in the flank face
  • the residual stress C is 0.5GPa ⁇ max (A, B, C) ⁇ min (A, B, C) ⁇ 3GPa is satisfied,
  • the residual stress A is ⁇ 5 GPa or more and less than 0 GPa,
  • Each of the residual stress B and the residual stress C is ⁇ 5 GPa or more and 5 GPa or less.
  • the surface-coated cutting tool of the present embodiment (hereinafter sometimes simply referred to as “cutting tool”) includes a base material and a coating film that coats the base material.
  • the cutting tools include, for example, drills, end mills, cutting edge exchangeable cutting tips for drills, cutting edge exchangeable cutting tips for end mills, cutting edge exchangeable cutting tips for milling, cutting edge exchangeable cutting tips for turning, metal saws, and tooth cutting tools. , Reamers, taps, etc.
  • the base material of the present embodiment any base material conventionally known as this type of base material can be used.
  • the base material is a cemented carbide (eg, tungsten carbide (WC) -based cemented carbide, a cemented carbide containing Co in addition to WC, a carbonitride of Cr, Ti, Ta, Nb, etc. in addition to WC). Cemented carbide, etc.), cermet (having TiC, TiN, TiCN, etc.
  • high-speed steel high-speed steel, ceramics (titanium carbide, silicon carbide, silicon nitride, aluminum nitride, aluminum oxide, etc.), cubic crystal Type boron nitride sintered body (cBN sintered body) and at least one selected from the group consisting of diamond sintered bodies are preferable, and at least 1 selected from the group consisting of cemented carbide, cermet and cBN sintered body. More preferably, the seed is included.
  • these various base materials it is preferable to select WC-based cemented carbide or cBN sintered body. This is because these base materials have an excellent balance of hardness and strength, especially at high temperatures, and have excellent properties as a base material for a cutting tool for the above-mentioned use.
  • the effect of this embodiment is exhibited even if such a cemented carbide contains an abnormal phase called free carbon or ⁇ phase in the structure.
  • the substrate used in this embodiment may have a modified surface.
  • a de- ⁇ layer may be formed on the surface thereof, and in the case of a cBN sintered body, a surface hardened layer may be formed, and thus the surface may be modified in this manner. The effect of this embodiment is shown.
  • the base material also has a rake face, a flank face, and a cutting edge portion connecting the rake face and the flank face.
  • the "rake face” means a face where the chips scraped from the work material are scooped out.
  • the “flank surface” means a surface, a part of which is in contact with the work material.
  • the “blade portion” is at least a part of the cutting edge of the cutting tool. Which region of the base material is the cutting edge portion is determined by the shape of the base material. This will be described with reference to FIGS.
  • FIG. 1 is a perspective view illustrating one mode of a base material of a cutting tool
  • FIG. 2 is a sectional view taken along the line XX of FIG.
  • the cutting tool having such a shape is used as a cutting edge exchange type cutting tip for turning.
  • the base material 1 of the cutting tool 10 shown in FIGS. 1 and 2 has a surface including an upper surface, a lower surface, and four side surfaces, and is in the shape of a quadrangular prism that is slightly thin in the vertical direction as a whole. Further, a through hole penetrating the upper and lower surfaces is formed in the base material 1, and adjacent side surfaces are connected by an arc surface at a boundary portion between two adjacent surfaces among the four side surfaces.
  • the upper surface and the lower surface form the rake surface 1a, and the four side surfaces (and the arc surface connecting these to each other) form the flank surface 1b. Furthermore, in the boundary portion between the adjacent rake face 1a and flank face 1b, an arc surface connecting the rake face 1a and the flank face 1b forms a cutting edge portion 1c.
  • FIG. 3 is a partially enlarged view of FIG.
  • a virtual plane A including the rake face 1a and a virtual boundary line AA that is a boundary between the rake face 1a and the virtual plane A are shown.
  • a virtual plane B including the flank 1b and a virtual boundary line BB which is a boundary between the flank 1b and the virtual plane B are shown in FIG.
  • the virtual planes A and B are shown in a line shape
  • the virtual boundary lines AA and BB are shown in a dot shape.
  • the surface in the area between the virtual boundary line AA and the virtual boundary line BB is the cutting edge portion 1c.
  • the cutting edge portion 1c generally includes the surface of the base material 1 that is formed by subjecting the edges of the intersecting surfaces to the machining process.
  • the base material 1 is obtained by subjecting at least a part of the surface of a base material precursor made of a sintered body or the like to a machining process, and the cutting edge portion 1c is chamfered by the machining process. Includes the formed surface.
  • the shape of the cutting edge portion 1c is not limited to this.
  • it may have a planar shape (negative land).
  • it may have a shape in which a flat surface and a circular arc surface are mixed (a shape in which honing and negative land are combined).
  • the cutting edge portion 1c can be determined only from the shape. This is because the cutting edge portion 1c in this case is not included in either the virtual plane A or the virtual plane B, and can be visually distinguished from the rake face 1a and the flank face 1b.
  • the shape of the base material 1 and the names of the respective parts have been described above with reference to FIGS. 1 to 5.
  • the shape corresponding to the base material and the names of the respective parts are the same as above.
  • the term will be used. That is, the cutting tool has a rake face, a flank, and a cutting edge portion connecting the rake face and the flank.
  • the base material may or may not have a chip breaker.
  • the coating film according to the present embodiment includes an Al x Ti 1-x N layer.
  • the "coating” has an effect of improving various properties such as fracture resistance and wear resistance of a cutting tool by coating at least a part of the above-mentioned base material (for example, a part which comes into contact with a work material during cutting). Have.
  • the coating preferably covers the entire surface of the substrate. However, it does not depart from the scope of the present embodiment even if a part of the base material is not covered with the coating or the structure of the coating is partially different.
  • the thickness of the coating film is preferably 2 ⁇ m or more and 30 ⁇ m or less, and more preferably 2 ⁇ m or more and 15 ⁇ m or less.
  • the thickness of the coating means the total thickness of the layers constituting the coating.
  • Examples of the “layer forming the coating film” include an Al x Ti 1-x N layer, a base layer, an outermost layer and the like which will be described later.
  • the thickness of the coating film is measured at 10 arbitrary points in a cross-section sample parallel to the normal line direction of the surface of the substrate using, for example, a transmission electron microscope (TEM), and the thickness of the measured 10 points is measured. It is possible to obtain by taking the average value of.
  • TEM transmission electron microscope
  • Examples of the transmission electron microscope include JEM-2100F (trade name) manufactured by JEOL Ltd.
  • the Al x Ti 1-x N layer is a layer made of a compound represented by Al x Ti 1-x N.
  • the atomic ratio x of Al in the Al x Ti 1-x N layer is 0.7 or more and 0.95 or less, preferably 0.75 or more and 0.9 or less, and 0.8 or more and 0.9 or less. Is more preferable.
  • the x is an energy dispersive X-ray analysis (EDX: Energy Dispersive X-X) incidental to a scanning electron microscope (SEM) or a TEM for the crystal grains in the Al x Ti 1-x N layer appearing in the above-mentioned cross-section sample. It can be determined by analysis using a ray spectroscopy apparatus.
  • each of arbitrary 10 points in the Al x Ti 1-x N layer of the cross-section sample is measured to obtain the value of x, and the average value of the obtained values of 10 points is used as the Al x Ti 1 -X N in the N layer.
  • the “arbitrary 10 points” are selected from crystal grains different from each other in the Al x Ti 1-x N layer.
  • Examples of the EDX device include JED-2300 (trade name) manufactured by JEOL Ltd.
  • the thickness of the Al x Ti 1-x N layer is preferably 2 ⁇ m or more and 30 ⁇ m or less, and more preferably 2 ⁇ m or more and 15 ⁇ m or less.
  • the Al x Ti 1-x N layer preferably contains cubic Al x Ti 1-x N and hexagonal Al x Ti 1-x N. In one aspect of the present embodiment, it is preferable that the Al x Ti 1-x N layer contains cubic Al x Ti 1-x N, and hexagonal Al x Ti 1-x N. May be included. Cubic Al x Ti 1-x N and hexagonal Al x Ti 1-x N are distinguished from each other by, for example, a pattern of diffraction peaks obtained by X-ray diffraction.
  • the content ratio (h / (c + h)) is preferably 0% by volume or more and 15% by volume or less, and more preferably 0% by volume or more and 10% by volume or less.
  • Cubic type Al x Ti 1-x N tends to be more likely to be given residual stress due to the blasting treatment described later, as compared with hexagonal type Al x Ti 1-x N. Therefore, by setting the content ratio of the hexagonal Al x Ti 1-x N as described above, a cutting tool having an Al x Ti 1-x N layer in which desired residual stress is easily applied can be obtained.
  • the Al x Ti 1-x N layer comprises a Al x Ti 1-x N of Al x Ti 1-x N and hexagonal of cubic, the cubic Al x Ti 1- x N and the hexagonal Al x Ti 1-x N based on the total amount, the hexagonal Al x Ti 1-x N content is 0% by volume or more and 15% by volume or less. It is preferable that the content is 0 volume% or more and 10 volume% or less.
  • the content ratio can be obtained, for example, by analyzing a pattern of diffraction peaks obtained by X-ray diffraction. The specific method is as follows.
  • An X-ray spectrum of the Al x Ti 1-x N layer in the above-mentioned cross-section sample is obtained by using an X-ray diffractometer (“MiniFlex 600” (trade name) manufactured by Rigaku).
  • the conditions of the X-ray diffractometer at this time are as follows, for example.
  • Characteristic X-ray Cu-K ⁇ (wavelength 1.54 ⁇ ) Tube voltage: 45kV Tube current: 40mA
  • Filter Multi-layer mirror
  • Optical system Focusing method X-ray diffraction method: ⁇ -2 ⁇ method.
  • the peak intensity of Al x Ti 1-x N of the cubic (Ic) the peak intensity of Al x Ti 1-x N of hexagonal and (Ih).
  • the peak intensity means the height of the peak.
  • the peak intensity is the value excluding the background.
  • Content ratio of the hexagonal Al x Ti 1-x N based on the total amount of the cubic Al x Ti 1-x N and the hexagonal Al x Ti 1-x N ( Volume%) is calculated by the following formula.
  • Content ratio (volume%) of the above-mentioned hexagonal Al x Ti 1-x N Ih / (Ih + Ic) ⁇ 100
  • the coating is formed from at least one element selected from the group consisting of Group 4 elements, Group 5 elements, Group 6 elements and Al of the periodic table and boron (B), carbon (C), nitrogen (N) and oxygen (O). It may further include another layer containing a compound consisting of at least one element selected from the group consisting of Examples of the Group 4 element of the periodic table include titanium (Ti), zirconium (Zr), hafnium (Hf), and the like. Examples of the periodic table group 5 element include vanadium (V), niobium (Nb), tantalum (Ta), and the like. Examples of the Group 6 element of the periodic table include chromium (Cr), molybdenum (Mo), and tungsten (W).
  • the composition of the other layer is different from that of the Al x Ti 1-x N layer.
  • the other layer include a TiN layer (a layer made of a compound represented by TiN; the same applies hereinafter), a TiCN layer, a TiBN layer, and an Al 2 O 3 layer.
  • the order of stacking the layers is not particularly limited.
  • a base layer provided between the base material and the Al x Ti 1-x N layer, and an uppermost layer provided on the Al x Ti 1-x N layer.
  • the outer layer and the like can be mentioned.
  • the thickness of the other layer is not particularly limited as long as the effects of the present embodiment are not impaired, but examples thereof include 0.1 ⁇ m or more and 2 ⁇ m or less.
  • the residual stress C of the -x N layer is 0.5 GPa ⁇ max (A, B, C) ⁇ min (A, B, C) ⁇ 3 GPa is satisfied.
  • the residual stress A is ⁇ 5 GPa or more and less than 0 GPa
  • each of the residual stress B and the residual stress C is ⁇ 5 GPa or more and 5 GPa or less.
  • the coating may include a plurality of the Al x Ti 1-x N layers.
  • the plurality of Al x Ti 1-x N layers may differ from each other in composition and residual stress A, residual stress B and residual stress C, or may be the same.
  • the residual stress A, the residual stress B, and the residual stress C in at least one of the plurality of Al x Ti 1-x N layers should satisfy the above-mentioned conditions.
  • the residual stress of Al x Ti 1-x N layer means the internal stress (intrinsic strain) existing on Al x Ti 1-x N layer.
  • the residual stress represented by a positive value (plus numerical value) (unit: “GPa” is used in this embodiment) is called tensile residual stress.
  • the residual stress represented by a negative value (negative value) (unit: “GPa” is used in this embodiment) is called compressive residual stress.
  • residual stress A the residual stress on each of the rake face, the flank face and the cutting edge portion
  • residual stress B the residual stress on each of the rake face, the flank face and the cutting edge portion
  • residual stress C the residual stress on each of the rake face, the flank face and the cutting edge portion
  • Max (A, B, C) indicates the largest residual stress value (GPa) of the residual stress A, the residual stress B, and the residual stress C. Further, “min (A, B, C)” indicates the smallest residual stress value (GPa) of the residual stress A, the residual stress B and the residual stress C.
  • the residual stress C of the -x N layer is 0.5GPa ⁇ max (A, B, C) ⁇ min (A, B, C) ⁇ 3GPa is satisfied, It is preferable that 0.5 GPa ⁇ max (A, B, C) ⁇ min (A, B, C) ⁇ 2 GPa is satisfied, It is more preferable to satisfy 0.8 GPa ⁇ max (A, B, C) ⁇ min (A, B, C) ⁇ 1.8 GPa.
  • the above residual stress A is -5 GPa or more and less than 0 GPa.
  • Each of the residual stress B and the residual stress C is ⁇ 5 GPa or more and 5 GPa or less. That is, the residual stress B is ⁇ 5 GPa or more and 5 GPa or less.
  • the residual stress C is ⁇ 5 GPa or more and 5 GPa or less.
  • the above residual stress A is preferably -5 GPa or more and -1 GPa or less.
  • the residual stress A can be obtained by the 2 ⁇ -sin 2 ⁇ method (side tilt method) using X-rays.
  • the base material 1 that is, the cutting tool 10) has a honing-shaped cutting edge portion as shown in FIG. 3, it is an area in the rake face 1a and is a virtual plane including the rake face 1a.
  • X-rays are applied to arbitrary three points in a region d1 sandwiched between a virtual ridge line AB formed by intersecting A and a virtual plane B including the flank 1b and a virtual line D1 separated from the virtual ridge line AB by 2 mm.
  • the 2 ⁇ -sin 2 ⁇ method (side tilt method) used was used to analyze the Al x Ti 1-x N layer, and the average value of the residual stresses obtained at these three points was taken as the residual stress A on the rake face 1a. (Fig. 6).
  • the region d1 of the rake face can be grasped as a region sandwiched between the virtual boundary line AA and the virtual line D1.
  • three points on the virtual line D1 are selected in FIG. 6, but any three points may be selected as long as they are within the area d1.
  • the base material 1 has a cutting edge portion having a shape as shown in FIGS. 4 and 5, the residual stress A can be obtained by the same method as described above.
  • the rake face 1a When the rake face 1a does not exist in the region sandwiched between the virtual ridge line AB and the virtual line D1 that is 2 mm away from the virtual ridge line AB, it is the region on the rake face 1a and the virtual boundary line AA.
  • the 2 ⁇ -sin 2 ⁇ method side tilt method using X-rays for any three points of the area d1 ′ sandwiched between the imaginary line D1 ′ (not shown) 2 mm away from the imaginary boundary line AA.
  • the Al x Ti 1-x N layer to be analyzed will be analyzed.
  • the measurement conditions in the 2 ⁇ -sin 2 ⁇ method (side tilt method) using the above X-rays are as follows.
  • the thickness of the sample of the film used for measurement is 20 ⁇ m.
  • X-ray output 10keV X-ray source Synchrotron radiation measurement plane Al x Ti 1-x N layer depth position of (111) plane X-ray irradiation Al x Ti 1-x N layer center detector
  • the residual stress B is preferably ⁇ 5 GPa or more and 1 GPa or less, more preferably ⁇ 5 GPa or more and less than 0 GPa, and more preferably ⁇ 5 GPa or more and ⁇ 1 GPa or less.
  • the residual stress B can be obtained by the 2 ⁇ -sin 2 ⁇ method (side tilt method) using X-rays.
  • the base material 1 that is, the cutting tool 10) has a honing-shaped cutting edge portion as shown in FIG. 3, it is a region on the flank 1b and is a virtual plane including the rake face 1a.
  • X-rays are applied to arbitrary three points in a region d2 sandwiched between a virtual ridge line AB formed by intersecting A and a virtual plane B including the flank 1b and a virtual line D2 that is 2 mm away from the virtual ridge line AB.
  • the 2 ⁇ -sin 2 ⁇ method (side tilt method) used was used to analyze the Al x Ti 1-x N layer, and the average value of the residual stress obtained at these three points was used as the residual stress B on the flank 1b. (Fig. 6).
  • the area d2 of the flank can be understood as an area sandwiched between the virtual boundary line BB and the virtual line D2.
  • the residual stress B can be obtained by the same method as described above.
  • flank 1b when the flank 1b does not exist in the area sandwiched between the virtual ridge line AB and the virtual line D2 that is 2 mm away from the virtual ridge line AB, it is the region on the flank surface 1b and the virtual boundary line BB.
  • 2 ⁇ -sin 2 ⁇ method side tilt method using X-rays for any three points in the area d2 ′ sandwiched between the imaginary line D2 ′ (not shown) 2 mm away from the imaginary boundary line BB.
  • the Al x Ti 1-x N layer to be analyzed will be analyzed.
  • the above residual stress C is preferably -5 GPa or more and less than 0 GPa, and more preferably -5 GPa or more and -1 GPa or less.
  • the residual stress C can be obtained by the 2 ⁇ -sin 2 ⁇ method (side tilt method) using X-rays.
  • the base material 1 that is, the cutting tool 10
  • the area d3 sandwiched between the virtual boundary line AA and the virtual boundary line BB is arbitrary.
  • the Al x Ti 1-x N layer was analyzed by the 2 ⁇ -sin 2 ⁇ method (side tilt method) using X-rays, and the average value of the residual stress obtained at these 3 points was calculated.
  • the residual stress C in the portion 1c is used.
  • arbitrary three points in FIG.
  • the adhesive force of the coating film is preferably 80 N or more and 120 N or less, and more preferably 80 N or more and 100 N or less. By prescribing in this way, peeling of the coating film during cutting is suppressed, and stable cutting is possible.
  • the adhesive force can be measured by, for example, a scratch test.
  • the conditions in the scratch test include, for example, the following conditions. Vertical load rate: 120N / min Scratch speed: 5mm / min
  • the cutting tool according to the present embodiment has excellent fracture resistance and wear resistance in intermittent cutting.
  • a round bar 30 having a V-shaped groove as shown in FIG. 7 is turned.
  • FIG. 8 is a partially enlarged sectional view of FIG. 7.
  • the edge portion of the groove collides with the cutting edge portion 1c of the cutting tool 10 and is cut (FIG. 8).
  • the impact during cutting is concentrated on the cutting edge portion 1c.
  • the difference in residual stress among the residual stress A, the residual stress B, and the residual stress C is small (3 GPa or less). Therefore, the strain accumulated in the Al x Ti 1-x N layer during cutting is suppressed, and the cutting edge portion has excellent fracture resistance.
  • the manufacturing method of the cutting tool A method of manufacturing a cutting tool comprising a substrate and a coating coating the substrate, A step of preparing the base material, A first gas containing aluminum halide gas and titanium halide gas, a second gas containing aluminum halide gas, titanium halide gas and ammonia gas, and a third gas containing ammonium gas, respectively. A step of spraying onto the base material in an atmosphere of 650 ° C. to 900 ° C. and 0.5 kPa to 5 kPa to form the coating film, Blasting the coating.
  • the base material is prepared.
  • any base material conventionally known as this kind of base material can be used as described above.
  • the base material is made of cemented carbide
  • raw material powders having a predetermined composition (mass%) are uniformly mixed using a commercially available attritor, and then the mixed powder is given a predetermined shape (for example, , SEET13T3AGSN-G, CNMG120408-GZ, etc.) and then sintered in a predetermined sintering furnace at 1300 ° C. to 1500 ° C. for 1 to 2 hours to obtain the base material made of a cemented carbide. be able to.
  • a commercially available product may be used as it is. Examples of commercially available products include EH520 (trade name) manufactured by Sumitomo Electric Hardmetal Co., Ltd.
  • a first gas containing an aluminum halide gas and a titanium halide gas a first gas containing an aluminum halide gas and a titanium halide gas, a second gas containing an aluminum halide gas, a titanium halide gas and an ammonia gas, and a third gas containing an ammonia gas. And each of them are jetted onto the base material in an atmosphere of 650 ° C. or more and 900 ° C. or less and 0.5 kPa or more and 20 kPa or less.
  • This step can be performed using, for example, the CVD apparatus described below.
  • FIG. 9 shows a schematic sectional view of an example of a CVD apparatus used for manufacturing the cutting tool according to the embodiment.
  • the CVD apparatus 50 includes a plurality of base material setting jigs 52 for setting the base material 1 and a reaction container 53 made of heat-resistant alloy steel that contains the base material setting jigs 52. ing.
  • a temperature control device 54 for controlling the temperature inside the reaction container 53 is provided around the reaction container 53.
  • a gas introduction pipe 58 having a first gas introduction pipe 55, a second gas introduction pipe 56, and a third gas introduction pipe 57 joined adjacent to each other is vertically provided in the reaction container 53 in a space inside the reaction container 53. And extends rotatably around the vertical direction.
  • the first gas introduced into the first gas introduction pipe 55, the second gas introduced into the second gas introduction pipe 56, and the third gas introduced into the third gas introduction pipe 57. are not mixed inside the gas introduction pipe 58.
  • the first gas introduction pipe 55, the second gas introduction pipe 56, and the third gas introduction pipe 57 are respectively connected to the first gas introduction pipe 55, the second gas introduction pipe 56, and the third gas introduction pipe 57.
  • a plurality of through holes are provided for ejecting the gas flowing inside onto the base material 1 installed in the base material setting jig 52.
  • reaction container 53 is provided with a gas exhaust pipe 59 for exhausting the gas inside the reaction container 53 to the outside, and the gas inside the reaction container 53 passes through the gas exhaust pipe 59, The gas is exhausted from the gas exhaust port 60 to the outside of the reaction container 53.
  • the above-mentioned first gas, second gas, and third gas are introduced into the first gas introduction pipe 55, the second gas introduction pipe 56, and the third gas introduction pipe 57, respectively.
  • the temperature of each of the first gas, the second gas, and the third gas in each gas introduction pipe is not particularly limited as long as it is a temperature that does not liquefy.
  • the first gas and the first gas are introduced into the reaction vessel 53 in an atmosphere of 650 ° C. or higher and 900 ° C. or lower (preferably 700 ° C. or higher and 750 ° C. or lower) and 0.5 kPa or higher and 20 kPa or lower (preferably 2 kPa or higher and 2.5 kPa or lower).
  • the second gas and the third gas are repeatedly ejected in this order. Since the gas introducing pipe 58 has a plurality of through holes, the introduced first gas, second gas, and third gas are jetted into the reaction container 53 through different through holes. At this time, the gas introduction pipe 58 is rotating at a rotation speed of, for example, 2 to 4 rpm around the above-mentioned axis as shown by the rotation arrow in FIG. As a result, the first gas, the second gas, and the third gas can be repeatedly ejected in this order onto the base material 1.
  • the first gas includes an aluminum halide gas and a titanium halide gas.
  • the aluminum halide gas examples include aluminum chloride gas (AlCl 3 gas, Al 2 Cl 6 gas) and the like. Preferably, AlCl 3 gas is used.
  • the concentration (volume%) of the aluminum halide gas is preferably 0.3 volume% or more and 1.5 volume% or less, based on the total volume of the first gas, and 0.7 volume% or more and 0.8 volume% or more. More preferably, it is not more than volume%.
  • titanium halide gas examples include titanium (IV) chloride gas (TiCl 4 gas) and titanium (III) chloride gas (TiCl 3 gas).
  • titanium (IV) chloride gas is used.
  • concentration (volume%) of the halide gas of titanium is preferably 0.1 volume% or more and 1 volume% or less, based on the total volume of the first gas, and 0.2 volume% or more and 0.3 volume% or less. The following is more preferable.
  • the molar ratio of the aluminum halide gas in the first gas is preferably 0.5 or more and 0.85 or less based on the total number of moles of the aluminum halide gas and the titanium halide gas, and is preferably 0. It is more preferably 7 or more and 0.8 or less.
  • the above-mentioned first gas may contain hydrogen gas or may contain inert gas such as argon gas.
  • concentration (volume%) of the inert gas is preferably 5% by volume or more and 50% by volume or less, and more preferably 20% by volume or more and 40% by volume or less, based on the total volume of the first gas.
  • Hydrogen gas usually occupies the balance of the first gas.
  • the flow rate of the first gas when ejected onto the base material is preferably 20 to 40 L / min.
  • the second gas includes aluminum halide gas, titanium halide gas, and ammonia gas.
  • the aluminum halide gas and the titanium halide gas the gases exemplified in the above section (first gas) can be used.
  • the aluminum halide gas and the titanium halide gas used for the first gas are the same as the aluminum halide gas and the titanium halide gas used for the second gas, respectively. May be different or different.
  • the concentration (volume%) of the aluminum halide gas is preferably 4 volume% or more and 5 volume% or less, based on the total volume of the second gas, and is 4.3 volume% or more and 4.5 volume% or less. More preferably.
  • the titanium halide gas concentration (volume%) is preferably 0.1 volume% or more and 1 volume% or less, based on the total volume of the second gas, and 0.5 volume% or more and 0.8 volume% or less. The following is more preferable.
  • the molar ratio of the aluminum halide gas in the second gas is preferably 0.82 or more and 0.98 or less, based on the total number of moles of the aluminum halide gas and the titanium halide gas, and 0.85. More preferably, it is 0.9 or less.
  • the concentration (volume%) of the ammonia gas is preferably 5 volume% or more and 25 volume% or less, and more preferably 10 volume% or more and 20 volume% or less, based on the total volume of the second gas.
  • the second gas may contain hydrogen gas or may contain an inert gas such as argon gas.
  • concentration (volume%) of the inert gas is preferably 5 volume% or more and 50 volume% or less, and more preferably 15 volume% or more and 17 volume% or less, based on the total volume of the second gas.
  • Hydrogen gas usually occupies the balance of the second gas.
  • the flow rate of the second gas when jetted onto the base material is preferably 20 to 40 L / min.
  • the third gas includes ammonia gas.
  • the third gas may contain hydrogen gas or may contain inert gas such as argon gas.
  • the concentration (volume%) of ammonia gas is preferably 2 volume% or more and 30 volume% or less, and more preferably 2 volume% or more and 10 volume% or less, based on the total volume of the third gas. Hydrogen gas usually occupies the balance of the third gas.
  • the flow rate of the third gas when ejected onto the base material is preferably 10 to 20 L / min.
  • the conditions for the blasting process include the following conditions.
  • the blasting treatment is preferably performed along the cutting edge portion while rotating the cutting tool such that a straight line passing through the center of the rake face and perpendicular to the rake face serves as the axis (for example, 60 rpm).
  • Blasting condition media Alumina particles, 300g Projection angle: 45 ° Projection distance: 50 mm Projection time: 10 seconds
  • a step of forming another layer, a step of surface treatment, and the like may be appropriately performed.
  • the other layer may be formed by a conventional method.
  • the coating including the Al x Ti 1-x N layer is formed by the CVD method. Therefore, as compared with the case where the film is formed by the PVD method, the adhesion of the film to the substrate (film adhesion) is improved.
  • a surface-coated cutting tool comprising a substrate and a coating for coating the substrate,
  • the base material includes a rake face, a flank face, and a cutting edge portion connecting the rake face and the flank face
  • the coating includes an Al x Ti 1-x N layer,
  • the x is 0.7 or more and 0.95 or less, Wherein in said rake face Al x Ti 1-x N layer of residual stress A, of the Al x Ti 1-x N layer in the residual stress B and the cutting edge portion of the Al x Ti 1-x N layer in the relief surface
  • the residual stress C is 0.5GPa ⁇ max (A, B, C) ⁇ min (A, B, C) ⁇ 3GPa is satisfied,
  • the residual stress A is ⁇ 5 GPa or more and less than 0 GPa
  • the surface-coated cutting tool wherein each of the residual stress B and the residual stress C is -5 GPa or more and 5 GPa or less.
  • the Al x Ti 1-x N layer includes cubic Al x Ti 1-x N and hexagonal Al x Ti 1-x N, When based on the total amount of Al x Ti 1-x N of the hexagonal and Al x Ti 1-x N of the cubic, the content of Al x Ti 1-x N of the hexagonal is The surface-coated cutting tool according to Appendix 1, wherein the surface-coated cutting tool is 0 to 15% by volume. (Appendix 3) The surface-coated cutting tool according to Appendix 1 or 2, wherein the Al x Ti 1-x N layer has a thickness of 2 ⁇ m or more and 30 ⁇ m or less.
  • the coating film contains at least one element selected from the group consisting of Group 4 elements, Group 5 elements, Group 6 elements and Al of the periodic table and at least one element selected from the group consisting of B, C, N and O. 4.
  • the base material T and the base material M shown in the following Table 1 were prepared as the base material for forming the coating film (step of preparing the base material). Specifically, first, raw material powders having the blending composition (mass%) shown in Table 1 were uniformly mixed. "Remainder” in Table 1 indicates that WC occupies the balance of the composition (mass%).
  • this mixed powder is pressure-molded into a predetermined shape and then sintered at 1300 to 1500 ° C. for 1 to 2 hours to form a base material T (base material shape (JIS standard): CNMG120408) made of cemented carbide. -GZ) and a base material M (base material shape (JIS standard): SEET13T3AGSN-G, cutter diameter 160) made of cemented carbide were obtained.
  • CNMG120408-GZ is the shape of a cutting edge exchange type cutting tip for turning processing
  • SEET13T3AGSN-G is the shape of a cutting edge exchange type cutting tip for rolling (milling) processing.
  • the Al x Ti 1-x N layer represented by the identification code [1] in Table 6 is formed under the film forming conditions of the temperature of 780 ° C., the pressure of 3 kPa, and the rotation speed of the gas inlet tube of 2 rpm (identification code 2-of Table 2 a), the first gas represented by the identification symbol 3-a in Table 3 (0.7 vol% AlCl 3 , 0.3 vol% TiCl 4 , 20 vol% Ar, balance H 2 , gas flow rate 20 L / Min), a second gas (4.5 vol% AlCl 3 , 0.5 vol% TiCl 4 , 10 vol% NH 3 , 17 vol% Ar; The balance is H 2 , the gas flow rate is 40 L / min, and the third gas (2% by volume of NH 3 , the balance is H 2 , the gas flow rate is 10 L / min) is repeated in this order. And jetted onto the surface of the substrate to form an Al x Ti 1-x N layer. Table 6 shows the composition and the like of the produced Al x
  • Blasting processing The blast treatment was performed on the coating film coated on the surface of the substrate under the following conditions. At this time, while the cutting tool was rotated such that a straight line passing through the center of the rake face and perpendicular to the rake face was the axis (60 rpm), the medium was projected onto the coating film along the cutting edge portion.
  • Blasting condition media Alumina particles, 300g Projection angle: 45 ° Projection distance: 50 mm Projection time: 10 seconds
  • the cutting tool according to the present example was manufactured by the above steps.
  • ⁇ Measurement of film thickness> The thickness of the coating film, the underlying layer, the Al x Ti 1-x N layer, and the outermost layer forming the coating film was measured by using a transmission electron microscope (TEM) (JEOL Ltd., trade name: JEM-2100F). Then, 10 points were arbitrarily measured for each layer in the cross-section sample parallel to the normal line direction of the surface of the base material, and the average value of the measured thicknesses of 10 points was obtained. The results are shown in Tables 8 and 9. The notation "-" in the column of "outermost layer” indicates that the outermost layer is not present in the coating.
  • TEM transmission electron microscope
  • Al x Ti 1-x N layer is indicated by the identification symbol [1] in Table 6. It has a structure and has a thickness of 9.0 ⁇ m.
  • a notation such as “TiCN (1.0)” indicates that the corresponding layer is a TiCN layer having a thickness of 1.0 ⁇ m.
  • Al 2 O 3 (0.2) -TiN (0.1) When two compounds are described in one column (for example, “Al 2 O 3 (0.2) -TiN (0.1)”), the compound on the left side (Al 2 O 3 (0.2) is a layer located on the side closer to the surface of the substrate, and the compound on the right side (TiN (0.1)) is a layer located on the side farther from the surface of the substrate. It means that there is. Furthermore, a notation such as “[Al 2 O 3 (0.2) -TiN (0.1)] ⁇ 3 ” means that a layer represented by “Al 2 O 3 (0.2) -TiN (0.1)” is It means that it is laminated three times.
  • the film hardness of the Al x Ti 1-x N layer was measured under the following conditions using a nano indenter (manufactured by Elionix, trade name: ENT1100a). At this time, when measuring the sample in which the Al x Ti 1-x N layer is not on the outermost surface, the measurement was performed after exposing the Al x Ti 1-x N layer by mechanical polishing or the like. Further, the film hardness is obtained by measuring each of arbitrary 10 points in the Al x Ti 1-x N layer, and an average value of the obtained film hardness of 10 points is taken as the film in the Al x Ti 1-x N layer. Hardness was used.
  • the residual stress A of the Al x Ti 1-x N layer on the rake face is a region on the rake face, and is a virtual ridge line AB formed by intersecting the virtual plane A including the rake face and the virtual plane B including the flank face. It was determined by measuring three points on the imaginary line D1 that are 2 mm away from (for example, FIG. 6) and averaging them.
  • the residual stress B of the Al x Ti 1-x N layer on the flank is a region on the flank and is calculated from a virtual ridge line AB formed by intersecting a virtual plane A including the rake face and a virtual plane B including the flank. It was determined by measuring three points on the imaginary line D2 separated by 2 mm (for example, FIG. 6) and averaging them.
  • the residual stress C of the Al x Ti 1-x N layer at the cutting edge portion is a virtual boundary line AA that is the boundary between the rake face and the virtual plane A, and a virtual boundary line that is the boundary between the flank face and the virtual plane B. It was determined by measuring three points on the center line CC of the area d3 sandwiched between the boundary line BB and the center point (for example, FIG. 6), and taking the average thereof.
  • the cutting tools of Examples 1 to 8 and Example 17 provided good results with a cutting time of 12 minutes or more. Further, the cutting tools of Examples 1 to 8 and Example 17 had normal wear as the final damage form. Minute chipping was confirmed in the cutting tools of Examples 6 to 8. On the other hand, in the cutting tools of Comparative Example 1 and Comparative Example 2, the cutting time was 6 minutes or less. Further, the cutting tool of Comparative Example 1 finally suffered from chipping, and the cutting tools of Comparative Example 1 and Comparative Example 2 both showed remarkable wear, and the tool life was short due to the wear. From the results of Test 1, the cutting tools of Examples 1 to 8 and Example 17 are superior to the cutting tools of Comparative Example 1 and Comparative Example 2 in fracture resistance and wear resistance, and have a long tool life. I found out.
  • the cutting tools of Examples 9 to 16 and Example 18 had good cutting distances of 2.1 m or more. Further, the cutting tools of Examples 9 to 16 and Example 18 had normal wear as the final damage form. Minute chipping was confirmed in the cutting tools of Examples 14 to 16.
  • the cutting tools of Comparative Example 3 and Comparative Example 4 had cutting distances of 1.2 m and 0.9 m, respectively. Further, the cutting tool of Comparative Example 3 was observed to be defective, and the cutting tools of Comparative Example 3 and Comparative Example 4 both showed remarkable wear, and the tool life was short due to the wear. From the results of Test 2, the cutting tools of Examples 9 to 16 and Example 18 are superior to the cutting tools of Comparative Example 3 and Comparative Example 4 in fracture resistance and wear resistance, and have a long tool life. I found out.
  • the area between the virtual ridgeline formed by the intersection of the rake face and the flank and the virtual line D1 that is 2 mm away from the virtual ridgeline, the region on the flank d2, which is the rake face and the above A region sandwiched between a virtual ridgeline that intersects with the flank and a virtual line D2 that is 2 mm away from the virtual ridgeline, a region sandwiched between d3 virtual boundary line AA and virtual boundary line BB, 50 CVD device, 52 base material setting jig, 53 reaction container, 54 temperature controller, 55 first gas introduction pipe, 56 second gas introduction pipe, 57 third gas introduction pipe, 58 gas inlet pipe, 59 gas exhaust pipe, 60 gas exhaust port.

Landscapes

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Abstract

基材と上記基材を被覆する被膜とを含む切削工具であって、上記基材は、すくい面と、逃げ面と、上記すくい面及び上記逃げ面を繋ぐ刃先部とを含み、上記被膜は、ＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層を含み、上記ｘは、０．７以上０．９５以下であり、上記すくい面における上記ＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層の残留応力Ａ、上記逃げ面における上記ＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層の残留応力Ｂ及び上記刃先部における上記ＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層の残留応力Ｃは、０．５ＧＰａ≦ｍａｘ（Ａ、Ｂ、Ｃ）－ｍｉｎ（Ａ、Ｂ、Ｃ）≦３ＧＰａを満たし、上記残留応力Ａは、－５ＧＰａ以上０ＧＰａ未満であり、上記残留応力Ｂ及び上記残留応力Ｃのそれぞれは、－５ＧＰａ以上５ＧＰａ以下である、切削工具。

Description

切削工具
　本開示は、切削工具に関する。本出願は、２０１８年１０月１５日に出願した日本特許出願である特願２０１８－１９４１４０号に基づく優先権を主張する。当該日本特許出願に記載された全ての記載内容は、参照によって本明細書に援用される。
　従来より、超硬合金又は立方晶型窒化硼素焼結体（ｃＢＮ焼結体）からなる切削工具を用いて、鋼及び鋳物等の切削加工が行われている。このような切削工具は、切削加工時において、その刃先が高温及び高応力等の過酷な環境に曝されるため、刃先の摩耗及び欠けが招来される。
　したがって、刃先の摩耗及び欠けを抑制することが、切削工具の切削性能を改善し、切削工具の寿命を向上させる上で重要である。
　切削工具の切削性能（例えば、耐欠損性、耐摩耗性）の改善を目的として、超硬合金、ｃＢＮ焼結体等の基材の表面を被覆する被膜の開発が進められている。なかでも、アルミニウム（Ａｌ）とチタン（Ｔｉ）と窒素（Ｎ）との化合物（以下、「ＡｌＴｉＮ」ともいう。）からなる被膜は、高い硬度を有することができるとともに、耐酸化性を高めることができる（例えば、特開２０１２－０９６３０４号公報（特許文献１）、特開２０１２－２３２３４８号公報（特許文献２））。
特開２０１２－０９６３０４号公報 特開２０１２－２３２３４８号公報
　本開示に係る切削工具は、
　基材と上記基材を被覆する被膜とを含む切削工具であって、
　上記基材は、すくい面と、逃げ面と、上記すくい面及び上記逃げ面を繋ぐ刃先部とを含み、
　上記被膜は、ＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層を含み、
　上記ｘは、０．７以上０．９５以下であり、
　上記すくい面における上記ＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層の残留応力Ａ、上記逃げ面における上記ＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層の残留応力Ｂ及び上記刃先部における上記ＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層の残留応力Ｃは、
　０．５ＧＰａ≦ｍａｘ（Ａ、Ｂ、Ｃ）－ｍｉｎ（Ａ、Ｂ、Ｃ）≦３ＧＰａを満たし、
　上記残留応力Ａは、－５ＧＰａ以上０ＧＰａ未満であり、
　上記残留応力Ｂ及び上記残留応力Ｃのそれぞれは、－５ＧＰａ以上５ＧＰａ以下である。
図１は、切削工具の基材の一態様を例示する斜視図である。 図２は、図１のＸ－Ｘ線矢視断面図である。 図３は、図２の部分拡大図である。 図４は、刃先部の他の形状を例示する図である。 図５は、刃先部の他の形状を更に例示する図である。 図６は、Ｘ線回折測定における、すくい面又は逃げ面の測定位置を説明する模式図である。 図７は、本実施形態に係る切削工具を用いた断続加工の実施態様を例示する模式図である。 図８は、図７の部分拡大断面図である。 図９は、本実施形態に係る切削工具の製造に用いられるＣＶＤ装置の模式的な断面図である。 図１０は、本実施形態に係る切削工具の製造に用いられるＣＶＤ装置のガス導入管の模式的な断面図である。
[本開示が解決しようとする課題]
　近年はより高効率な（送り速度が大きい）切削加工が求められており、特に断続加工に用いられる切削工具の更なる耐欠損性及び耐摩耗性の向上（刃先の欠け及び摩耗の抑制）が期待されている。
　本開示は、上記事情に鑑みてなされたものであり、断続加工において優れた耐欠損性及び耐摩耗性を有する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、断続加工において優れた耐欠損性及び耐摩耗性を有する切削工具を提供することが可能になる。
　[本開示の実施形態の説明]
　最初に本開示の一態様の内容を列記して説明する。
［１］本開示に係る切削工具は、
　基材と上記基材を被覆する被膜とを含む切削工具であって、
　上記基材は、すくい面と、逃げ面と、上記すくい面及び上記逃げ面を繋ぐ刃先部とを含み、
　上記被膜は、ＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層を含み、
　上記ｘは、０．７以上０．９５以下であり、
　上記すくい面における上記ＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層の残留応力Ａ、上記逃げ面における上記ＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層の残留応力Ｂ及び上記刃先部における上記ＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層の残留応力Ｃは、
　０．５ＧＰａ≦ｍａｘ（Ａ、Ｂ、Ｃ）－ｍｉｎ（Ａ、Ｂ、Ｃ）≦３ＧＰａを満たし、
　上記残留応力Ａは、－５ＧＰａ以上０ＧＰａ未満であり、
　上記残留応力Ｂ及び上記残留応力Ｃのそれぞれは、－５ＧＰａ以上５ＧＰａ以下である。
　上記切削工具は、上述のような構成を備えることによって、断続加工において優れた耐欠損性及び耐摩耗性を有することが可能になる。
［２］上記ＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層は、立方晶型のＡｌｘＴｉ１－ｘＮと六方晶型のＡｌｘＴｉ１－ｘＮとを含み、
　上記立方晶型のＡｌｘＴｉ１－ｘＮと上記六方晶型のＡｌｘＴｉ１－ｘＮとの総量を基準としたとき、上記六方晶型のＡｌｘＴｉ１－ｘＮの含有割合は、０体積％以上１５体積％以下である。このように規定することで所望の残留応力が付与されやすいＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層を有する切削工具となる。
［３］上記ＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層の厚さは、２μｍ以上３０μｍ以下である。このように規定することで耐欠損性及び耐摩耗性に更に優れる切削工具となる。
［４］上記被膜は、周期表４族元素、５族元素、６族元素及びアルミニウムからなる群より選ばれる少なくとも１つの元素とホウ素、炭素、窒素及び酸素からなる群より選ばれる少なくとも１つの元素とからなる化合物を含む他の層を更に含む。このように規定することで耐摩耗性に更に優れる切削工具となる。
［５］上記被膜の厚さは、２μｍ以上３０μｍ以下である。このように規定することで耐欠損性及び耐摩耗性に更に優れる切削工具となる。
　[本開示の実施形態の詳細]
　以下、本開示の一実施形態（以下「本実施形態」と記す。）について説明する。ただし、本実施形態はこれに限定されるものではない。なお以下の実施形態の説明に用いられる図面において、同一の参照符号は、同一部分又は相当部分を表わす。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、例えば「ＴｉＮ」等のように、構成元素の組成比が限定されていない化学式によって化合物が表された場合には、その化学式は従来公知のあらゆる組成比（元素比）を含むものとする。このとき上記化学式は、化学量論組成のみならず、非化学量論組成も含むものとする。例えば「ＴｉＮ」の化学式には、化学量論組成「Ｔｉ１Ｎ１」のみならず、例えば「Ｔｉ１Ｎ０．８」のような非化学量論組成も含まれる。このことは、「ＴｉＮ」以外の化合物の記載についても同様である。
≪表面被覆切削工具≫
　本実施形態に係る切削工具は、
　基材と上記基材を被覆する被膜とを含む切削工具であって、
　上記基材は、すくい面と、逃げ面と、上記すくい面及び上記逃げ面を繋ぐ刃先部とを含み、
　上記被膜は、ＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層を含み、
　上記ｘは、０．７以上０．９５以下であり、
　上記すくい面における上記ＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層の残留応力Ａ、上記逃げ面における上記ＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層の残留応力Ｂ及び上記刃先部における上記ＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層の残留応力Ｃは、
　０．５ＧＰａ≦ｍａｘ（Ａ、Ｂ、Ｃ）－ｍｉｎ（Ａ、Ｂ、Ｃ）≦３ＧＰａを満たし、
　上記残留応力Ａは、－５ＧＰａ以上０ＧＰａ未満であり、
　上記残留応力Ｂ及び上記残留応力Ｃのそれぞれは、－５ＧＰａ以上５ＧＰａ以下である。
　本実施形態の表面被覆切削工具（以下、単に「切削工具」という場合がある。）は、基材と、上記基材を被覆する被膜とを含む。上記切削工具は、例えば、ドリル、エンドミル、ドリル用刃先交換型切削チップ、エンドミル用刃先交換型切削チップ、フライス加工用刃先交換型切削チップ、旋削加工用刃先交換型切削チップ、メタルソー、歯切工具、リーマ、タップ等であり得る。
　＜基材＞
　本実施形態の基材は、この種の基材として従来公知のものであればいずれのものも使用することができる。例えば、上記基材は、超硬合金（例えば、炭化タングステン（ＷＣ）基超硬合金、ＷＣの他にＣｏを含む超硬合金、ＷＣの他にＣｒ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ等の炭窒化物を添加した超硬合金等）、サーメット（ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ等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、酸化アルミニウム等）、立方晶型窒化硼素焼結体（ｃＢＮ焼結体）及びダイヤモンド焼結体からなる群より選ばれる少なくとも１種を含むことが好ましく、超硬合金、サーメット及びｃＢＮ焼結体からなる群より選ばれる少なくとも１種を含むことがより好ましい。
　これらの各種基材の中でも、特にＷＣ基超硬合金又はｃＢＮ焼結体を選択することが好ましい。これは、これらの基材が特に高温における硬度と強度とのバランスに優れ、上記用途の切削工具の基材として優れた特性を有するためである。
　基材として超硬合金を使用する場合、そのような超硬合金は、組織中に遊離炭素又はη相と呼ばれる異常相を含んでいても本実施形態の効果は示される。なお、本実施形態で用いる基材は、その表面が改質されたものであっても差し支えない。例えば、超硬合金の場合はその表面に脱β層が形成されていたり、ｃＢＮ焼結体の場合には表面硬化層が形成されていてもよく、このように表面が改質されていても本実施形態の効果は示される。
　また基材は、すくい面と、逃げ面と、上記すくい面及び上記逃げ面を繋ぐ刃先部とを有する。「すくい面」とは、被削材から削り取った切りくずをすくい出す面を意味する。「逃げ面」とは、その一部が被削材と接する面を意味する。「刃先部」は、切削工具の切れ刃の少なくとも一部となるものである。基材のうち、いずれの領域が刃先部となるかは、基材の形状によって決定される。これについて図１～３を用いて説明する。
　図１は切削工具の基材の一態様を例示する斜視図であり、図２は図１のＸ－Ｘ線矢視断面図である。このような形状の切削工具は、旋削加工用刃先交換型切削チップとして用いられる。
　図１及び図２に示される切削工具１０の基材１は、上面、下面及び４つの側面を含む表面を有しており、全体として、上下方向にやや薄い四角柱形状である。また、上記基材１には上下面を貫通する貫通孔が形成されており、４つの側面のうち隣り合う２面間の境界部分においては、隣り合う側面同士が円弧面で繋がれている。
　上記基材１では、上面及び下面がすくい面１ａを成し、４つの側面（及びこれらを相互に繋ぐ円弧面）が逃げ面１ｂを成す。さらに隣り合うすくい面１ａと逃げ面１ｂとの境界部分においては、当該すくい面１ａ及び当該逃げ面１ｂを繋ぐ円弧面が刃先部１ｃを成す。
　図３は、図２の部分拡大図である。図３においては、すくい面１ａを含む仮想平面Ａ、すくい面１ａと仮想平面Ａとの乖離の境界となる仮想境界線ＡＡが示されている。また、逃げ面１ｂを含む仮想平面Ｂ、及び逃げ面１ｂと仮想平面Ｂとの乖離の境界となる仮想境界線ＢＢとが図３において示されている。なお図３において、各仮想平面Ａ，Ｂは線状に示されており、各仮想境界線ＡＡ，ＢＢは点状に示されている。図３において、仮想境界線ＡＡ及び仮想境界線ＢＢに挟まれる領域内の表面が、刃先部１ｃとなる。
　このように、刃先部１ｃは、一般的に、基材１の表面であって、交差する面の稜に対して機械加工処理が施されることによって形成される面を含んでいる。換言すれば、基材１は焼結体等からなる基材前駆体の表面の少なくとも一部に対して機械加工処理が施されてなるものであり、刃先部１ｃは機械加工処理による面取りを経て形成された面を含んでいる。
　図１～図３においては、刃先部１ｃが円弧面（ホーニング）である場合について示したが、刃先部１ｃの形状はこれに限られない。たとえば、図４に示されるように、平面の形状（ネガランド）を有している場合もある。また、図５に示されるように、平面と円弧面とが混在する形状（ホーニングとネガランドとを組み合わせた形状）を有している場合もある。
　上記のように基材１が図３～図５に示されるような形状を有する場合、刃先部１ｃは、その形状のみから決定することができる。この場合の刃先部１ｃは、仮想平面Ａ及び仮想平面Ｂのいずれにも含まれず、すくい面１ａ及び逃げ面１ｂとの目視による区別が可能だからである。
　以上、基材１の形状及び各部の名称を図１～５を用いて説明したが、本実施形態に係る切削工具において、上記基材に対応する形状及び各部の名称については、上記と同様の用語を用いることとする。すなわち、上記切削工具は、すくい面と、逃げ面と、上記すくい面及び上記逃げ面を繋ぐ刃先部とを有する。
　切削工具が刃先交換型切削チップである場合、基材はチップブレーカーを有していてもよいし、有さなくてもよい。
　＜被膜＞
　本実施形態に係る被膜は、ＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層を含む。「被膜」は、上記基材の少なくとも一部（例えば、切削加工時に被削材と接する部分）を被覆することで、切削工具における耐欠損性、耐摩耗性等の諸特性を向上させる作用を有する。上記被膜は、上記基材の全面を被覆することが好ましい。しかしながら、上記基材の一部が上記被膜で被覆されていなかったり被膜の構成が部分的に異なっていたりしていたとしても本実施形態の範囲を逸脱するものではない。
　上記被膜の厚さは、２μｍ以上３０μｍ以下であることが好ましく、２μｍ以上１５μｍ以下であることがより好ましい。ここで、被膜の厚さとは、被膜を構成する層それぞれの厚さの総和を意味する。「被膜を構成する層」としては、例えば、後述するＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層、下地層及び最外層等が挙げられる。上記被膜の厚さは、例えば、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて、基材の表面の法線方向に平行な断面サンプルにおける任意の１０点を測定し、測定された１０点の厚さの平均値をとることで求めることが可能である。後述するＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層、下地層、最外層等のそれぞれの厚さを測定する場合も同様である。透過型電子顕微鏡としては、例えば、日本電子株式会社製のＪＥＭ－２１００Ｆ（商品名）が挙げられる。
　（ＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層）
　本実施形態において、ＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層は、ＡｌｘＴｉ１－ｘＮで示される化合物からなる層である。上記ＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層におけるＡｌの原子比ｘは、０．７以上０．９５以下であり、０．７５以上０．９以下であることが好ましく、０．８以上０．９以下であることがより好ましい。上記ｘは、上述の断面サンプルにあらわれたＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層における結晶粒に対して走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）又はＴＥＭに付帯のエネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ：Ｅｎｅｒｇｙ　Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ　Ｘ－ｒａｙ　ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）装置を用いて分析することにより、求めることが可能である。具体的には、上記断面サンプルのＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層における任意の１０点それぞれを測定して上記ｘの値を求め、求められた１０点の値の平均値を上記ＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層におけるｘとする。ここで当該「任意の１０点」は、上記ＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層の互いに異なる結晶粒から選択するものとする。上記ＥＤＸ装置としては、例えば、日本電子株式会社製のＪＥＤ－２３００（商品名）が挙げられる。
　上記ＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層の厚さは、２μｍ以上３０μｍ以下であることが好ましく、２μｍ以上１５μｍ以下であることがより好ましい。
　上記ＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層は、立方晶型のＡｌｘＴｉ１－ｘＮと六方晶型のＡｌｘＴｉ１－ｘＮとを含むことが好ましい。本実施形態の一側面において、上記ＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層は、立方晶型のＡｌｘＴｉ１－ｘＮを含むことが好ましく、これと六方晶型のＡｌｘＴｉ１－ｘＮとを含んでいてもよい。立方晶型のＡｌｘＴｉ１－ｘＮと六方晶型のＡｌｘＴｉ１－ｘＮとは、例えば、Ｘ線回折により得られる回折ピークのパターンにより識別される。
　立方晶型のＡｌｘＴｉ１－ｘＮ（ｃ）と六方晶型のＡｌｘＴｉ１－ｘＮ（ｈ）との総量を基準としたとき、上記六方晶型のＡｌｘＴｉ１－ｘＮの含有割合（ｈ／（ｃ＋ｈ））は、０体積％以上１５体積％以下であることが好ましく、０体積％以上１０体積％以下であることがより好ましい。立方晶型のＡｌｘＴｉ１－ｘＮは、六方晶型のＡｌｘＴｉ１－ｘＮに比べて、後述するブラスト処理による残留応力が付与されやすい傾向がある。そのため、上記六方晶型のＡｌｘＴｉ１－ｘＮの含有割合を上述のようにすることで、所望の残留応力が付与されやすいＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層を有する切削工具となる。
　すなわち、上記ＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層は、立方晶型のＡｌｘＴｉ１－ｘＮと六方晶型のＡｌｘＴｉ１－ｘＮとを含み、上記立方晶型のＡｌｘＴｉ１－ｘＮと上記六方晶型のＡｌｘＴｉ１－ｘＮとの総量を基準としたとき、上記六方晶型のＡｌｘＴｉ１－ｘＮの含有割合は、０体積％以上１５体積％以下であることが好ましく、０体積％以上１０体積％以下であることがより好ましい。当該含有割合は、例えば、Ｘ線回折により得られる回折ピークのパターンを解析することによって求めることが可能である。具体的な方法は以下の通りである。
　Ｘ線回折装置（Ｒｉｇａｋｕ社製「ＭｉｎｉＦｌｅｘ６００」（商品名））を用いて上述の断面サンプルにおけるＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層のＸ線スペクトルを得る。このときのＸ線回折装置の条件は例えば、下記の通りとする。
特性Ｘ線：　Ｃｕ－Ｋα（波長１．５４Å）
管電圧：　４５ｋＶ
管電流：　４０ｍＡ
フィルター：　多層ミラー
光学系：　集中法
Ｘ線回折法：　θ－２θ法。
　得られたＸ線スペクトルにおいて、立方晶型のＡｌｘＴｉ１－ｘＮのピーク強度（Ｉｃ）と、六方晶型のＡｌｘＴｉ１－ｘＮのピーク強度（Ｉｈ）とを測定する。ここで、上記ピーク強度は、当該ピークの高さを意味する。立方晶型のＡｌｘＴｉ１－ｘＮのピークは、回折角２θ＝３８°付近及び４４°付近に確認することができる。六方晶型のＡｌｘＴｉ１－ｘＮのピークは、回折角２θ＝３３°付近に確認することができる。ピーク強度はバックグラウンドを除いた値とする。
　上記立方晶型のＡｌｘＴｉ１－ｘＮと上記六方晶型のＡｌｘＴｉ１－ｘＮとの総量を基準としたときの上記六方晶型のＡｌｘＴｉ１－ｘＮの含有割合（体積％）は、下記の式により算出される。
　上記六方晶型のＡｌｘＴｉ１－ｘＮの含有割合（体積％）＝Ｉｈ／（Ｉｈ＋Ｉｃ）×１００
　（他の層）
　上記被膜は、周期表４族元素、５族元素、６族元素及びＡｌからなる群より選ばれる少なくとも１つの元素とホウ素（Ｂ）、炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）及び酸素（Ｏ）からなる群より選ばれる少なくとも１つの元素とからなる化合物を含む他の層を更に含んでいてもよい。周期表４族元素としては、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）等が挙げられる。周期表５族元素としては、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）等が挙げられる。周期表６族元素としては、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）等が挙げられる。上記他の層は、上記ＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層とは組成が異なっている。他の層としては、例えば、ＴｉＮ層（ＴｉＮで示される化合物からなる層、以下同じ。）、ＴｉＣＮ層、ＴｉＢＮ層、Ａｌ２Ｏ３層等を挙げることができる。なお、その積層の順も特に限定されない。例えば、上記他の層としては、上記基材と上記ＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層との間に設けられている下地層、上記ＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層の上に設けられている最外層等が挙げられる。上記他の層の厚さは、本実施形態の効果を損なわない範囲において、特に制限はないが例えば、０．１μｍ以上２μｍ以下が挙げられる。
＜ＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層の残留応力＞
　本実施形態において、上記すくい面における上記ＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層の残留応力Ａ、上記逃げ面における上記ＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層の残留応力Ｂ及び上記刃先部における上記ＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層の残留応力Ｃは、
　０．５ＧＰａ≦ｍａｘ（Ａ、Ｂ、Ｃ）－ｍｉｎ（Ａ、Ｂ、Ｃ）≦３ＧＰａを満たす。
　上記残留応力Ａは、－５ＧＰａ以上０ＧＰａ未満であり、上記残留応力Ｂ及び上記残留応力Ｃのそれぞれは、－５ＧＰａ以上５ＧＰａ以下である。
　本実施形態の一側面において、上記被膜は複数の上記ＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層を含んでいてもよい。複数の上記ＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層のそれぞれは、互いに、組成並びに残留応力Ａ、残留応力Ｂ及び残留応力Ｃが異なっていてもよいし、同一であってもよい。この場合、複数の上記ＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層のうち少なくとも１つの層において、残留応力Ａ、残留応力Ｂ及び残留応力Ｃが上述の条件を満たしていればよい。
　ＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層の残留応力とは、ＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層に存する内部応力（固有ひずみ）を意味する。上記ＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層の残留応力のうち、正の値（プラスの数値）（単位：本実施形態では「ＧＰａ」を使う）で表される残留応力を引張残留応力という。上記ＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層の残留応力のうち、負の値（マイナスの数値）（単位：本実施形態では「ＧＰａ」を使う）で表される残留応力を圧縮残留応力という。
　本実施形態において、上記ＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層の残留応力のうち、上記すくい面、上記逃げ面及び上記刃先部それぞれにおける残留応力を、「残留応力Ａ」、「残留応力Ｂ」及び「残留応力Ｃ」と呼ぶことにする。
　「ｍａｘ（Ａ、Ｂ、Ｃ）」は、上記残留応力Ａ、上記残留応力Ｂ及び上記残留応力Ｃのうちの最も大きい残留応力値（ＧＰａ）を示す。また、「ｍｉｎ（Ａ、Ｂ、Ｃ）」は、上記残留応力Ａ、上記残留応力Ｂ及び上記残留応力Ｃのうちの最も小さい残留応力値（ＧＰａ）を示す。
　本実施形態において、上記すくい面における上記ＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層の残留応力Ａ、上記逃げ面における上記ＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層の残留応力Ｂ及び上記刃先部における上記ＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層の残留応力Ｃは、
　０．５ＧＰａ≦ｍａｘ（Ａ、Ｂ、Ｃ）－ｍｉｎ（Ａ、Ｂ、Ｃ）≦３ＧＰａを満たし、
　０．５ＧＰａ≦ｍａｘ（Ａ、Ｂ、Ｃ）－ｍｉｎ（Ａ、Ｂ、Ｃ）≦２ＧＰａを満たすことが好ましく、
　０．８ＧＰａ≦ｍａｘ（Ａ、Ｂ、Ｃ）－ｍｉｎ（Ａ、Ｂ、Ｃ）≦１．８ＧＰａを満たすことがより好ましい。
　上記残留応力Ａは、－５ＧＰａ以上０ＧＰａ未満である。また、上記残留応力Ｂ及び上記残留応力Ｃのそれぞれは、－５ＧＰａ以上５ＧＰａ以下である。すなわち、上記残留応力Ｂは、－５ＧＰａ以上５ＧＰａ以下である。上記残留応力Ｃは、－５ＧＰａ以上５ＧＰａ以下である。
　上記残留応力Ａは、－５ＧＰａ以上－１ＧＰａ以下であることが好ましい。
　上記残留応力Ａは、Ｘ線を用いた２θ－ｓｉｎ２ψ法（側傾法）によって求めることが可能である。具体的には、基材１（すなわち、切削工具１０）が図３に示されるようなホーニング形状の刃先部を有する場合、上記すくい面１ａにおける領域であって、上記すくい面１ａを含む仮想平面Ａと上記逃げ面１ｂを含む仮想平面Ｂとが交差してなる仮想稜線ＡＢと、上記仮想稜線ＡＢから２ｍｍ離れた仮想線Ｄ１とに挟まれた領域ｄ１における任意の３点について、Ｘ線を用いた２θ－ｓｉｎ２ψ法（側傾法）によってＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層の解析を行い、これら３点で求められた残留応力の平均値を当該すくい面１ａにおける上記残留応力Ａとする（図６）。このとき当該すくい面の領域ｄ１は、仮想境界線ＡＡと、上記仮想線Ｄ１とに挟まれた領域と把握することもできる。任意の３点について、図６では仮想線Ｄ１上の３点を選択しているが、領域ｄ１内であればどの３点を選択してもよい。また、基材１が図４及び図５に示されるような形状の刃先部を有する場合、上記と同様の方法によって上記残留応力Ａを求めることができる。
　なお、仮想稜線ＡＢと、上記仮想稜線ＡＢから２ｍｍ離れた仮想線Ｄ１とに挟まれた領域にすくい面１ａが存在しない場合は、上記すくい面１ａにおける領域であって、仮想境界線ＡＡと、上記仮想境界線ＡＡから２ｍｍ離れた仮想線Ｄ１’（図示せず）とに挟まれた領域ｄ１’の任意の３点についてＸ線を用いた２θ－ｓｉｎ２ψ法（側傾法）によって対応するＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層の解析を行うこととする。
　上述のＸ線を用いた２θ－ｓｉｎ２ψ法（側傾法）における測定条件は以下の通りである。ここで、測定に用いる被膜のサンプルの厚さは、２０μｍである。
（測定の条件）
Ｘ線出力　　　　　　　１０ｋｅＶ
Ｘ線源　　　　　　　　放射光
測定面　　　　　　　　ＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層における（１１１）面
Ｘ線照射の深さ位置　　ＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層の中心
検出器　　　　　　　　フラットパネル
集光サイズ　　　　　　１４０ｎｍ×２３０ｎｍ
スキャン軸　　　　　　２θ／θ
スキャンモード　　　　ＣＯＮＴＩＮＵＯＵＳ
　上記残留応力Ｂは、－５ＧＰａ以上１ＧＰａ以下であることが好ましく、－５ＧＰａ以上０ＧＰａ未満であることがより好ましく、－５ＧＰａ以上－１ＧＰａ以下であることが好ましい。
　上記残留応力Ｂは、Ｘ線を用いた２θ－ｓｉｎ２ψ法（側傾法）によって求めることが可能である。具体的には、基材１（すなわち、切削工具１０）が図３に示されるようなホーニング形状の刃先部を有する場合、上記逃げ面１ｂにおける領域であって、上記すくい面１ａを含む仮想平面Ａと上記逃げ面１ｂを含む仮想平面Ｂとが交差してなる仮想稜線ＡＢと、上記仮想稜線ＡＢから２ｍｍ離れた仮想線Ｄ２とに挟まれた領域ｄ２における任意の３点について、Ｘ線を用いた２θ－ｓｉｎ２ψ法（側傾法）によってＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層の解析を行い、これら３点で求められた残留応力の平均値を当該逃げ面１ｂにおける上記残留応力Ｂとする（図６）。このとき当該逃げ面の領域ｄ２は、仮想境界線ＢＢと、上記仮想線Ｄ２とに挟まれた領域と把握することもできる。任意の３点について、図６では仮想線Ｄ２上の３点を選択しているが、領域ｄ２内であればどの３点を選択してもよい。また、基材１が図４及び図５に示されるような形状の刃先部を有する場合、上記と同様の方法によって上記残留応力Ｂを求めることができる。
　なお、仮想稜線ＡＢと、上記仮想稜線ＡＢから２ｍｍ離れた仮想線Ｄ２とに挟まれた領域に逃げ面１ｂが存在しない場合は、上記逃げ面１ｂにおける領域であって、仮想境界線ＢＢと、上記仮想境界線ＢＢから２ｍｍ離れた仮想線Ｄ２’（図示せず）とに挟まれた領域ｄ２’の任意の３点についてＸ線を用いた２θ－ｓｉｎ２ψ法（側傾法）によって対応するＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層の解析を行うこととする。
　上記残留応力Ｃは、－５ＧＰａ以上０ＧＰａ未満であることが好ましく、－５ＧＰａ以上－１ＧＰａ以下であることがより好ましい。
　上記残留応力Ｃは、Ｘ線を用いた２θ－ｓｉｎ２ψ法（側傾法）によって求めることが可能である。具体的には、基材１（すなわち、切削工具１０）が図３に示されるようなホーニング形状の刃先部を有する場合、仮想境界線ＡＡと仮想境界線ＢＢとに挟まれた領域ｄ３における任意の３点について、Ｘ線を用いた２θ－ｓｉｎ２ψ法（側傾法）によってＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層の解析を行い、これら３点で求められた残留応力の平均値を当該刃先部１ｃにおける上記残留応力Ｃとする。任意の３点について、図６では仮想境界線ＡＡと仮想境界線ＢＢとで挟まれた領域ｄ３の中央線ＣＣ上の３点を選択しているが、領域ｄ３内であればどの３点を選択してもよい。また、基材１が図４及び図５に示されるような形状の刃先部を有する場合、上記と同様の方法によって上記残留応力Ｃを求めることができる。
＜被膜の密着力＞
　本実施形態において上記被膜の密着力は、８０Ｎ以上１２０Ｎ以下であることが好ましく、８０Ｎ以上１００Ｎ以下であることがより好ましい。このように規定することで切削加工時における被膜の剥離が抑制され、安定した切削加工が可能になる。上記密着力は、例えば、スクラッチ試験によって測定できる。上記スクラッチ試験における条件としては例えば、以下の条件が挙げられる。
垂直荷重負荷速度：　１２０Ｎ／ｍｉｎ
スクラッチ速度　：　５ｍｍ／ｍｉｎ
　本実施形態に係る切削工具は、断続加工において優れた耐欠損性及び耐摩耗性を有する。このような断続加工としては、例えば図７に示されるようなＶ字型の溝を有する丸棒３０を、旋削加工することが挙げられる。図８は、図７の部分拡大断面図である。Ｖ字型の溝を有する丸棒３０を旋削加工する場合、溝の縁部分は切削工具１０の刃先部１ｃに衝突し切削される（図８）。言い換えると、切削加工時の衝撃が当該刃先部１ｃに集中する。本実施形態に係る切削工具では、上記残留応力Ａ、上記残留応力Ｂ及び上記残留応力Ｃ間の残留応力の差が小さい（３ＧＰａ以下）。そのため、切削加工においてＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層に蓄積される歪みが抑制され、耐欠損性に優れる刃先部になる。
　≪表面被覆切削工具の製造方法≫
　本実施形態に係る切削工具の製造方法は、
　基材と上記基材を被覆する被膜とを含む切削工具の製造方法であって、
　上記基材を準備する工程と、
　アルミニウムのハロゲン化物ガス及びチタンのハロゲン化物ガスを含む第一ガスと、アルミニウムのハロゲン化物ガス、チタンのハロゲン化物ガス及びアンモニアガスを含む第二ガスと、アンモニウムガスを含む第三ガスとのそれぞれを、６５０℃以上９００℃以下且つ０．５ｋＰａ以上５ｋＰａ以下の雰囲気において上記基材に対して噴出し、上記被膜を形成する工程と、
　上記被膜をブラスト処理する工程と、を含む。
　＜基材を準備する工程＞
　本工程では、上記基材を準備する。上記基材としては、上述したようにこの種の基材として従来公知のものであればいずれのものも使用することができる。例えば、上記基材が超硬合金からなる場合、所定の配合組成（質量％）からなる原料粉末を市販のアトライターを用いて均一に混合して、続いてこの混合粉末を所定の形状（例えば、ＳＥＥＴ１３Ｔ３ＡＧＳＮ－Ｇ、ＣＮＭＧ１２０４０８－ＧＺ等）に加圧成形した後に、所定の焼結炉において１３００℃～１５００℃で、１～２時間焼結することにより、超硬合金からなる上記基材を得ることができる。また、基材は、市販品をそのまま用いてもよい。市販品としては、例えば、住友電工ハードメタル株式会社製のＥＨ５２０（商品名）が挙げられる。
　＜第一ガスと第二ガスと第三ガスとのそれぞれを基材に噴出し、被膜を形成する工程＞
　本工程では、アルミニウムのハロゲン化物ガス及びチタンのハロゲン化物ガスを含む第一ガスと、アルミニウムのハロゲン化物ガス、チタンのハロゲン化物ガス及びアンモニアガスを含む第二ガスと、アンモニアガスを含む第三ガスとのそれぞれを、６５０℃以上９００℃以下且つ０．５ｋＰａ以上２０ｋＰａ以下の雰囲気において上記基材に噴出する。この工程は、例えば以下に説明するＣＶＤ装置を用いて行うことができる。
　（ＣＶＤ装置）
　図９に、実施の形態の切削工具の製造に用いられるＣＶＤ装置の一例の模式的な断面図を示す。図９に示すように、ＣＶＤ装置５０は、基材１を設置するための基材セット治具５２の複数と、基材セット治具５２を内包する耐熱合金鋼製の反応容器５３とを備えている。また、反応容器５３の周囲には、反応容器５３内の温度を制御するための調温装置５４が設けられている。
　反応容器５３には、互いに隣接して接合された第１ガス導入管５５と第２ガス導入管５６と第３ガス導入管５７とを有するガス導入管５８が反応容器５３の内部の空間を鉛直方向に延在し、当該鉛直方向を軸に回転可能に設けられている。ガス導入管５８においては、第１ガス導入管５５に導入された第一ガスと、第２ガス導入管５６に導入された第二ガスと第３ガス導入管５７に導入された第三ガスとがガス導入管５８の内部で混合しない構成とされている。また、第１ガス導入管５５、第２ガス導入管５６及び第３ガス導入管５７のそれぞれには、第１ガス導入管５５、第２ガス導入管５６及び第３ガス導入管５７のそれぞれの内部を流れるガスを基材セット治具５２に設置された基材１上に噴出させるための複数の貫通孔が設けられている。
　さらに、反応容器５３には、反応容器５３の内部のガスを外部に排気するためのガス排気管５９が設けられており、反応容器５３の内部のガスは、ガス排気管５９を通過して、ガス排気口６０から反応容器５３の外部に排出される。
　より具体的には、上述した第一ガス、第二ガス及び第三ガスを、それぞれ第１ガス導入管５５、第２ガス導入管５６及び第３ガス導入管５７に導入する。このとき、各ガス導入管内における第一ガス、第二ガス及び第三ガスそれぞれの温度は、液化しない温度であれば特に制限はない。次に、６５０℃以上９００℃以下（好ましくは７００℃以上７５０℃以下）且つ０．５ｋＰａ以上２０ｋＰａ以下（好ましくは２ｋＰａ以上２．５ｋＰａ以下）の雰囲気とした反応容器５３内へ第一ガス、第二ガス、第三ガスをこの順で繰り返して噴出する。ガス導入管５８には複数の貫通孔が開いているため、導入された第一ガス、第二ガス及び第三ガスは、それぞれ異なる貫通孔から反応容器５３内に噴出される。このときガス導入管５８は、図９中の回転矢印が示すように上述の軸を中心として、例えば、２～４ｒｐｍの回転速度で回転している。これによって、第一ガス、第二ガス、第三ガスをこの順で繰り返して基材１に対して噴出することができる。
　（第一ガス）
　上記第一ガスは、アルミニウムのハロゲン化物ガス及びチタンのハロゲン化物ガスを含む。
　アルミニウムのハロゲン化物ガスとしては、例えば、塩化アルミニウムガス（ＡｌＣｌ３ガス、Ａｌ２Ｃｌ６ガス）等が挙げられる。好ましくは、ＡｌＣｌ３ガスが用いられる。アルミニウムのハロゲン化物ガスの濃度（体積％）は、第一ガスの全体積を基準として、０．３体積％以上１．５体積％以下であることが好ましく、０．７体積％以上０．８体積％以下であることがより好ましい。
　チタンのハロゲン化物ガスとしては、例えば、塩化チタン（ＩＶ）ガス（ＴｉＣｌ４ガス）、塩化チタン（ＩＩＩ）ガス（ＴｉＣｌ３ガス）等が挙げられる。好ましくは、塩化チタン（ＩＶ）ガスが用いられる。チタンのハロゲン化物ガスの濃度（体積％）は、第一ガスの全体積を基準として、０．１体積％以上１体積％以下であることが好ましく、０．２体積％以上０．３体積％以下であることがより好ましい。
　上記第一ガスにおけるアルミニウムのハロゲン化物ガスのモル比は、アルミニウムのハロゲン化物ガス及びチタンのハロゲン化物ガスの全モル数を基準として、０．５以上０．８５以下であることが好ましく、０．７以上０．８以下であることがより好ましい。
　上記第一ガスは、水素ガスを含んでもよいし、アルゴンガス等の不活性ガスを含んでもよい。不活性ガスの濃度（体積％）は、第一ガスの全体積を基準として、５体積％以上５０体積％以下であることが好ましく、２０体積％以上４０体積％以下であることがより好ましい。水素ガスは、通常上記第一ガスの残部を占める。
　上記基材に噴出するときの上記第一ガスの流量は、２０～４０Ｌ／ｍｉｎであることが好ましい。
　（第二ガス）
　上記第二ガスは、アルミニウムのハロゲン化物ガス、チタンのハロゲン化物ガス及びアンモニアガスを含む。アルミニウムのハロゲン化物ガス及びチタンのハロゲン化物ガスは、上記（第一ガス）の欄において例示されたガスを用いることができる。このとき、上記第一ガスに用いられたアルミニウムのハロゲン化物ガス及びチタンのハロゲン化物ガスそれぞれと、第二ガスに用いられたアルミニウムのハロゲン化物ガス及びチタンのハロゲン化物ガスそれぞれとは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。
　アルミニウムのハロゲン化物ガスの濃度（体積％）は、第二ガスの全体積を基準として、４体積％以上５体積％以下であることが好ましく、４．３体積％以上４．５体積％以下であることがより好ましい。
　チタンのハロゲン化物ガスの濃度（体積％）は、第二ガスの全体積を基準として、０．１体積％以上１体積％以下であることが好ましく、０．５体積％以上０．８体積％以下であることがより好ましい。
　第二ガスにおけるアルミニウムのハロゲン化物ガスのモル比は、アルミニウムのハロゲン化物ガス及びチタンのハロゲン化物ガスの全モル数を基準として、０．８２以上０．９８以下であることが好ましく、０．８５以上０．９以下であることがより好ましい。
　アンモニアガスの濃度（体積％）は、第二ガスの全体積を基準として、５体積％以上２５体積％以下であることが好ましく、１０体積％以上２０体積％以下であることがより好ましい。
　上記第二ガスは、水素ガスを含んでもよいし、アルゴンガス等の不活性ガスを含んでもよい。不活性ガスの濃度（体積％）は、第二ガスの全体積を基準として、５体積％以上５０体積％以下であることが好ましく、１５体積％以上１７体積％以下であることがより好ましい。水素ガスは、通常上記第二ガスの残部を占める。
　上記基材に噴出するときの上記第二ガスの流量は、２０～４０Ｌ／ｍｉｎであることが好ましい。
　（第三ガス）
　上記第三ガスは、アンモニアガスを含む。また上記第三ガスは、水素ガスを含んでもよいし、アルゴンガス等の不活性ガスを含んでもよい。
　アンモニアガスの濃度（体積％）は、第三ガスの全体積を基準として、２体積％以上３０体積％以下であることが好ましく、２体積％以上１０体積％以下であることがより好ましい。水素ガスは、通常上記第三ガスの残部を占める。
　上記基材に噴出するときの上記第三ガスの流量は、１０～２０Ｌ／ｍｉｎであることが好ましい。
　＜ブラスト処理をする工程＞
　本工程では、上記被膜にブラスト処理を実施する。上記ブラスト処理の条件としては例えば、以下の条件が挙げられる。ブラスト処理は、切削工具を、すくい面の中心を通り且つ上記すくい面に垂直な直線が軸となるように回転させながら（例えば、６０ｒｐｍ）、刃先部に沿うように行うのが好ましい。
ブラスト処理の条件
メディア：アルミナ粒子、３００ｇ
投射角度：４５°
投射距離：５０ｍｍ
投射時間：１０秒
　上述のような、低密度のメディアを少量、斜めの投射角度から長時間投射することによって、切削工具のすくい面、逃げ面、刃先部に均一に残留応力を付与することが可能になる。そのため、０．５ＧＰａ≦ｍａｘ（Ａ、Ｂ、Ｃ）－ｍｉｎ（Ａ、Ｂ、Ｃ）≦３ＧＰａを満たすことが可能になると、本発明者らは考えている。
　＜その他の工程＞
　本実施形態に係る製造方法では、上述した工程の他にも、他の層を形成する工程、及び表面処理する工程等を適宜行ってもよい。上述の他の層を形成する場合、従来の方法によって他の層を形成してもよい。
　本実施形態に係る切削工具の製造方法では、ＣＶＤ法によってＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層を含む被膜を形成している。そのため、ＰＶＤ法で被膜を形成したときと比較して、基材に対する被膜の密着力（膜密着力）が向上している。
　以上の説明は、以下に付記する特徴を含む。
（付記１）
　基材と前記基材を被覆する被膜とを含む表面被覆切削工具であって、
　前記基材は、すくい面と、逃げ面と、前記すくい面及び前記逃げ面を繋ぐ刃先部とを含み、
　前記被膜は、ＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層を含み、
　前記ｘは、０．７以上０．９５以下であり、
　前記すくい面における前記ＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層の残留応力Ａ、前記逃げ面における前記ＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層の残留応力Ｂ及び前記刃先部における前記ＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層の残留応力Ｃは、
　０．５ＧＰａ≦ｍａｘ（Ａ、Ｂ、Ｃ）－ｍｉｎ（Ａ、Ｂ、Ｃ）≦３ＧＰａを満たし、
　前記残留応力Ａは、－５ＧＰａ以上０ＧＰａ未満であり、
　前記残留応力Ｂ及び前記残留応力Ｃのそれぞれは、－５ＧＰａ以上５ＧＰａ以下である、表面被覆切削工具。
（付記２）
　前記ＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層は、立方晶型のＡｌｘＴｉ１－ｘＮと六方晶型のＡｌｘＴｉ１－ｘＮとを含み、
　前記立方晶型のＡｌｘＴｉ１－ｘＮと前記六方晶型のＡｌｘＴｉ１－ｘＮとの総量を基準としたとき、前記六方晶型のＡｌｘＴｉ１－ｘＮの含有割合は、０～１５体積％である、付記１に記載の表面被覆切削工具。
（付記３）
　前記ＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層は、その厚さが２μｍ以上３０μｍ以下である、付記１又は付記２に記載の表面被覆切削工具。
（付記４）
　前記被膜は、周期表４族元素、５族元素、６族元素及びＡｌからなる群より選ばれる少なくとも１つの元素とＢ、Ｃ、Ｎ及びＯからなる群より選ばれる少なくとも１つの元素とからなる化合物を含む他の層を更に含む、付記１～付記３のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
（付記５）
　前記被膜は、その厚さが２μｍ以上３０μｍ以下である、付記１～付記４のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
　以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
　≪切削工具の作製≫
　＜基材の準備＞
　まず、被膜を形成させる対象となる基材として、以下の表１に示す基材Ｔ及び基材Ｍを準備した（基材を準備する工程）。具体的には、まず、表１に記載の配合組成（質量％）からなる原料粉末を均一に混合した。表１中の「残り」とは、ＷＣが配合組成（質量％）の残部を占めることを示している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　次に、この混合粉末を所定の形状に加圧成形した後に、１３００～１５００℃で１～２時間焼結することにより、超硬合金からなる基材Ｔ（基材形状（ＪＩＳ規格）：ＣＮＭＧ１２０４０８－ＧＺ）及び超硬合金からなる基材Ｍ（基材形状（ＪＩＳ規格）：ＳＥＥＴ１３Ｔ３ＡＧＳＮ－Ｇ、カッタ径１６０）を得た。
　なお、ＣＮＭＧ１２０４０８－ＧＺは旋削加工用刃先交換型切削チップの形状であり、ＳＥＥＴ１３Ｔ３ＡＧＳＮ－Ｇは転削（フライス）加工用刃先交換型切削チップの形状である。
　＜被膜の作製＞
　基材Ｔ又は基材Ｍの表面上に、表８及び表９に示される下地層、ＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層及び最外層を形成することによって、基材Ｔ又は基材Ｍの表面上に被膜を作製した。以下、被膜を構成する各層の作製方法について説明する。
　（ＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層の作製）
　表２に記載の成膜条件のもとで、表３～５に記載の組成をそれぞれ有する第一ガス、第二ガス及び第三ガスをこの順で繰り返して基材Ｔ又は基材Ｍの表面上に噴出してＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層を作製した（第一ガスと第二ガスと第三ガスとのそれぞれを基材に噴出し、被膜を形成する工程）。なお、基材の表面に下地層を設けた場合は、当該下地層の表面上にＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層を作製した。
　例えば、表６の識別記号［１］で示されるＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層は、温度７８０℃、圧力３ｋＰａ、ガス導入管の回転速度２ｒｐｍの成膜条件で（表２の識別記号２－ａ）、表３の識別記号３－ａで示される第一ガス（０．７体積％のＡｌＣｌ３、０．３体積％のＴｉＣｌ４、２０体積％のＡｒ、残部はＨ２、ガス流量２０Ｌ／ｍｉｎ）、表４の識別記号４－ｂで示される第二ガス（４．５体積％のＡｌＣｌ３、０．５体積％のＴｉＣｌ４、１０体積％のＮＨ３、１７体積％のＡｒ、残部はＨ２、ガス流量４０Ｌ／ｍｉｎ）及び表５の識別記号５－ｂで示される第三ガス（２体積％のＮＨ３、残部はＨ２、ガス流量１０Ｌ／ｍｉｎ）をこの順で繰り返して基材の表面上に噴出してＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層を作製した。作製したＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層の組成等を表６に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
　（下地層の作製、最外層の作製）
　表７に記載の成膜条件のもとで、表７に記載の組成を有する反応ガスを基材の表面上に噴出して下地層を作製した。表７に記載の成膜条件のもとで、表７に記載の組成を有する反応ガスをＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層の表面上に噴出して最外層を作製した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
　（ブラスト処理）
　以下の条件によって、基材の表面に被覆された被膜に対してブラスト処理を行った。このとき、切削工具を、すくい面の中心を通り且つ上記すくい面に垂直な直線が軸となるように回転させながら（６０ｒｐｍ）、刃先部に沿うようにメディアを被膜に投射した。
ブラスト処理の条件
メディア：アルミナ粒子、３００ｇ
投射角度：４５°
投射距離：５０ｍｍ
投射時間：１０秒
　以上の工程によって、本実施例に係る切削工具を作製した。
　≪切削工具の特性評価≫
　上述のようにして作製した試料（実施例１～１８及び比較例１～４）の切削工具を用いて、以下のように、切削工具の各特性を評価した。
　＜被膜等の厚さの測定＞
　被膜、及び当該被膜を構成する下地層、ＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層及び最外層の厚さは、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）（日本電子株式会社製、商品名：ＪＥＭ－２１００Ｆ）を用いて、基材の表面の法線方向に平行な断面サンプルにおける任意の１０点を各層ごとに測定し、測定された１０点の厚さの平均値をとることで求めた。結果を表８及び表９に示す。「最外層」の欄における「－」との表記は、当該最外層が被膜中に存在しないことを示す。また、「ＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層」の欄における「［１］（９．０）」等の表記は、ＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層が表６の識別記号［１］で示される構成を有し、厚さが９．０μｍであることを示す。表８及び表９中、「ＴｉＣＮ（１．０）」等の表記は、該当する層が厚さ１．０μｍのＴｉＣＮの層であることを示す。また、１つの欄内に２つの化合物が記載されている場合（例えば、「Ａｌ２Ｏ３（０．２）－ＴｉＮ（０．１）」等の場合）は、左側の化合物（Ａｌ２Ｏ３（０．２））が基材の表面に近い側に位置する層であることを意味し、右側の化合物（ＴｉＮ（０．１））が基材の表面から遠い側に位置する層であることを意味している。さらに「［Ａｌ２Ｏ３（０．２）－ＴｉＮ（０．１）］ｘ３」等の表記は、「Ａｌ２Ｏ３（０．２）－ＴｉＮ（０．１）」で示される層が３回繰り返して積層されていることを意味している。
　＜Ｘ線回折測定＞
　Ｘ線回折測定を行うことによって、ＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層に含まれる結晶型を分析した。その結果、ＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層には六方晶型の結晶構造と立方晶型の結晶構造が含まれることが分かった。また、上述の（ＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層）の欄において、記載されているのと同様の方法によって、六方晶型の結晶構造（ｈ）及び立方晶型の結晶構造（ｃ）の総量に対する六方晶型の結晶構造の含有割合（ｈ／（ｃ＋ｈ））を求めた。その結果を表６に示す。
　＜膜硬度の測定＞
　ＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層の膜硬度は、ナノインデンター（Ｅｌｉｏｎｉｘ社製、商品名：ＥＮＴ１１００a）を用いて、以下の条件で測定した。このとき、上記ＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層が最表面にない試料を測定する場合は、機械研磨等で上記ＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層を露出させてから測定を行った。また、上記ＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層における任意の１０点それぞれを測定して上記膜硬度を求め、求められた１０点の膜硬度の平均値を上記ＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層における膜硬度とした。なお、ＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層の膜硬度は、荷重と変位との曲線からオリバーとパーの理論に基づき算出した。結果を表６に示す。
　ナノインデンターの測定条件
圧子材質：ダイヤモンド
圧子形状：バーコビッチ圧子
試験荷重：３０ｍＮ
ステップインターバル：２０ｍｓｅｃ
保持時間：１０００ｍｓｅｃ
測定位置：逃げ面の末端部
測定点数：１０点
　＜ＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層の残留応力の測定及び残留応力差の算出＞
　上記のようにして作製した実施例１～実施例１８及び比較例１～比較例４の切削工具について、Ｘ線を用いた２θ－ｓｉｎ２ψ法（側傾法）によって各切削工具のすくい面、逃げ面及び刃先部それぞれにおけるＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層の残留応力を測定した。測定は以下の条件で行った。ここで、測定に用いた被膜のサンプルの厚さは、２０μｍであった。
（測定の条件）
Ｘ線出力　　　　　　　１０ｋｅＶ
Ｘ線源　　　　　　　　放射光
測定面　　　　　　　　ＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層における（１１１）面
Ｘ線照射の深さ位置　　ＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層の中心
検出器　　　　　　　　フラットパネル
集光サイズ　　　　　　１４０ｎｍ×２３０ｎｍ
スキャン軸　　　　　　２θ／θ
スキャンモード　　　　ＣＯＮＴＩＮＵＯＵＳ
　すくい面におけるＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層の残留応力Ａは、すくい面における領域であって、上記すくい面を含む仮想平面Ａと逃げ面を含む仮想平面Ｂとが交差してなる仮想稜線ＡＢから２ｍｍ離れた仮想線Ｄ１上の地点を３点測定し（例えば、図６）、それらの平均を取ることで求めた。
　逃げ面におけるＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層の残留応力Ｂは、逃げ面における領域であって、すくい面を含む仮想平面Ａと逃げ面を含む仮想平面Ｂとが交差してなる仮想稜線ＡＢから２ｍｍ離れた仮想線Ｄ２上の地点を３点測定し（例えば、図６）、それらの平均を取ることで求めた。
　刃先部におけるＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層の残留応力Ｃは、すくい面と仮想平面Ａとの乖離の境界となる仮想境界線ＡＡと、逃げ面と仮想平面Ｂとの乖離の境界となる仮想境界線ＢＢとで挟まれた領域ｄ３の中央線ＣＣ上の地点を３点測定し（例えば、図６）、それらの平均を取ることで求めた。
　上記残留応力Ａ、上記残留応力Ｂ及び上記残留応力Ｃに基づいて、ｍａｘ（Ａ、Ｂ、Ｃ）－ｍｉｎ（Ａ、Ｂ、Ｃ）を算出した。結果を表６に示す。
　＜被膜の密着力の測定＞
　以下の条件によるスクラッチ試験を行うことで、上記被膜の上記基材に対する密着力を測定した。その結果、後述する実施例１～１８に係る切削工具は、上記被膜の密着力が８０Ｎ以上であることが確認された。
垂直荷重負荷速度：　１２０Ｎ／ｍｉｎ
スクラッチ速度　：　５ｍｍ／ｍｉｎ
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000009
　≪切削試験≫
　＜試験１：旋削加工試験＞
　上述のようにして作製した試料（実施例１～実施例８、実施例１７、比較例１及び比較例２）の切削工具を用いて、以下の切削条件により逃げ面摩耗量（Ｖｂ）が０．３ｍｍとなるまで又は欠損が起きるまでの切削時間を測定するとともに刃先の最終損傷形態を観察した。その結果を表１０に示す。切削時間が長いほど耐摩耗性に優れる切削工具として評価することができる。ここで、表１０における「欠損」とは刃先部に生じた大きな欠けを意味し、「微小チッピング」とは、刃先部に生じた微小な欠けを意味する。
　切削条件
被削材　　　　　：ＦＣＤ４５０（４カ所にＶ字の溝を有する丸棒、図７参照）
速度　　　　　　：３５０ｍ／ｍｉｎ
切込み量（ａｐ）：１．５ｍｍ
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000010
　＜試験２：フライス加工試験＞
　上述のようにして作製した試料（実施例９～実施例１６、実施例１８、比較例３及び比較例４）の切削工具を用いて、以下の切削条件により逃げ面摩耗量（Ｖｂ）が０．２５ｍｍとなるまで又は欠損が起きるまでの切削距離を測定するとともに刃先の最終損傷形態を観察した。その結果を表１１に示す。切削距離が長いほど耐摩耗性に優れる切削工具として評価することができる。ここで、表１１における「欠損」とは刃先部に生じた大きな欠けを意味する。「微小チッピング」とは、刃先部に生じた微小な欠けを意味する。
　切削条件
被削材　　　　　：ＦＣＤ４５０ブロック（Ｗ３００＊Ｌ５０）
周速　　　　　　：１５０ｍ／ｍｉｎ
切込み量（ａｐ）：２．０ｍｍ
切込み幅（ａｅ）：３０ｍｍ
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000011
　表１０の結果から実施例１～８及び実施例１７の切削工具は、切削時間が１２分以上の良好な結果が得られた。また、実施例１～８及び実施例１７の切削工具は、最終的な損傷形態が正常摩耗であった。実施例６～８の切削工具は、微小なチッピングが確認された。一方比較例１及び比較例２の切削工具は、切削時間が６分以下であった。また、比較例１の切削工具は最終的に欠損を起こしており、比較例１及び比較例２の切削工具は共に摩耗が著しく、摩耗が要因で工具寿命が短かった。試験１の結果から、実施例１～８及び実施例１７の切削工具は、比較例１及び比較例２の切削工具に比べて、耐欠損性、耐摩耗性に優れており、工具寿命も長いことが分かった。
　表１１の結果から、実施例９～１６及び実施例１８の切削工具は、切削距離が２．１ｍ以上の良好な結果が得られた。また、実施例９～１６及び実施例１８の切削工具は、最終的な損傷形態が正常摩耗であった。実施例１４～１６の切削工具は、微小なチッピングが確認された。一方比較例３及び比較例４の切削工具は、切削距離がそれぞれ１．２ｍ及び０．９ｍであった。また、比較例３の切削工具は欠損が観察され、比較例３及び比較例４の切削工具は共に摩耗が著しく、摩耗が要因で工具寿命が短かった。試験２の結果から、実施例９～１６及び実施例１８の切削工具は、比較例３及び比較例４の切削工具に比べて、耐欠損性及び耐摩耗性に優れており、工具寿命も長いことが分かった。
　以上のように本発明の実施形態及び実施例について説明を行なったが、上述の各実施形態及び各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及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及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、及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。
　１　基材、　１ａ　すくい面、　１ｂ　逃げ面、　１ｃ　刃先部、　１０　切削工具、　３０　丸棒、　ＡＢ　仮想稜線、　ＡＡ、ＢＢ　仮想境界線、　ＣＣ　中央線、　Ｄ１、Ｄ２　仮想線、　ｄ１　すくい面における領域であって、上記すくい面と逃げ面とが交差してなる仮想稜線と、上記仮想稜線から２ｍｍ離れた仮想線Ｄ１とに挟まれた領域、　ｄ２　逃げ面における領域であって、すくい面と上記逃げ面とが交差してなる仮想稜線と、上記仮想稜線から２ｍｍ離れた仮想線Ｄ２とに挟まれた領域、　ｄ３　仮想境界線ＡＡと仮想境界線ＢＢとに挟まれた領域、　５０　ＣＶＤ装置、　５２　基材セット治具、　５３　反応容器、　５４　調温装置、　５５　第１ガス導入管、　５６　第２ガス導入管、　５７　第３ガス導入管、　５８　ガス導入管、　５９　ガス排気管、　６０　ガス排気口。

Claims (5)

  1. 　基材と前記基材を被覆する被膜とを含む切削工具であって、
    　前記基材は、すくい面と、逃げ面と、前記すくい面及び前記逃げ面を繋ぐ刃先部とを含み、
    　前記被膜は、ＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層を含み、
    　前記ｘは、０．７以上０．９５以下であり、
    　前記すくい面における前記ＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層の残留応力Ａ、前記逃げ面における前記ＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層の残留応力Ｂ及び前記刃先部における前記ＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層の残留応力Ｃは、
    　０．５ＧＰａ≦ｍａｘ（Ａ、Ｂ、Ｃ）－ｍｉｎ（Ａ、Ｂ、Ｃ）≦３ＧＰａを満たし、
    　前記残留応力Ａは、－５ＧＰａ以上０ＧＰａ未満であり、
    　前記残留応力Ｂ及び前記残留応力Ｃのそれぞれは、－５ＧＰａ以上５ＧＰａ以下である、切削工具。
  2. 　前記ＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層は、立方晶型のＡｌｘＴｉ１－ｘＮと六方晶型のＡｌｘＴｉ１－ｘＮとを含み、
    　前記立方晶型のＡｌｘＴｉ１－ｘＮと前記六方晶型のＡｌｘＴｉ１－ｘＮとの総量を基準としたとき、前記六方晶型のＡｌｘＴｉ１－ｘＮの含有割合は、０体積％以上１５体積％以下である、請求項１に記載の切削工具。
  3. 　前記ＡｌｘＴｉ１－ｘＮ層の厚さは、２μｍ以上３０μｍ以下である、請求項１又は請求項２に記載の切削工具。
  4. 　前記被膜は、周期表４族元素、５族元素、６族元素及びアルミニウムからなる群より選ばれる少なくとも１つの元素とホウ素、炭素、窒素及び酸素からなる群より選ばれる少なくとも１つの元素とからなる化合物を含む他の層を更に含む、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の切削工具。
  5. 　前記被膜の厚さは、２μｍ以上３０μｍ以下である、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の切削工具。
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