WO2021193677A1 - 被覆工具 - Google Patents

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WO2021193677A1
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film
coating film
particles
substrate
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PCT/JP2021/012105
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博俊 伊藤
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京セラ株式会社
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Definitions

  • This disclosure relates to covering tools.
  • a coating tool in which a coating film is provided on a substrate such as cemented carbide is used for cutting.
  • a coating film in which a TiN layer, a TiCN layer, and an Al 2 O 3 layer are sequentially laminated on a substrate is known. Further, a technique is used in which a TiN layer is further arranged on the Al 2 O 3 layer so that the TiN layer is removed by use, and the corners used are made easy to understand.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2017-221992 describes that a TiN layer and a Ti-based film other than TiN are arranged on the Al 2 O 3 layer.
  • Non-Patent Document 1 Yoshiyasu Nanjo, 4 others, "Study on evaluation of mechanical properties of single-layer TiCN film and multilayer TiCN film by microslurry jet erosion (MSE) method", Journal of Precision Engineering, 2018, 84 (2), p. 167-174 (Non-Patent Document 1) is a study on the evaluation of the mechanical properties of such a coating film, and evaluates the TiN layer and the TiCN layer by the MSE method.
  • Non-Patent Document 1 a test is conducted in which a slurry obtained by mixing amorphous (polygonal) alumina having a particle size of 8000 with purified water is projected onto a coating film.
  • Non-Patent Document 1 describes that the smaller the erosion rate obtained by the MSE method, the better the mechanical properties of the coating film.
  • Patent Document 2 describes that the wear resistance of the hard film was evaluated by the MSE method using amorphous (polygonal) alumina particles having a particle size of 8000. Patent Document 2 describes that the smaller the erosion rate obtained by the MSE method, the better the wear resistance of the hard film.
  • An example of a covering tool of the present disclosure which is not limited to the present disclosure, has a substrate and a coating film located on the substrate.
  • the coating film is a surface located at a position from the first surface of the Al 2 O 3 layer and the side of the Al 2 O 3 layer away from the substrate to the second surface which is the surface of the coating film. It has a layer and.
  • the surface layer is measured by colliding a liquid A in which 3% by mass of amorphous Al 2 O 3 particles having an average particle size of 1.1 to 1.3 ⁇ m are dispersed with pure water against the surface layer.
  • the second erosion rate obtained by colliding with the surface layer is 2.0 ⁇ m / min or more.
  • FIG. 1 It is a perspective view which shows the covering tool of embodiment which is not limited in this disclosure. It is sectional drawing of the II-II cross section in the covering tool shown in FIG. It is an enlarged view near the coating film in the coating tool shown in FIG. It is a perspective view which shows the cutting tool of embodiment which is not limited in this disclosure.
  • the covering tool 1 of the embodiment not limited to the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings.
  • the covering tool 1 may include any component not shown in each of the referenced figures.
  • the dimensions of the members in each drawing do not faithfully represent the dimensions of the actual constituent members and the dimensional ratio of each member.
  • the covering tool 1 As an example of the covering tool 1, a cutting insert applicable to a cutting tool used when cutting a work material is shown.
  • the covering tool 1 can be applied to, for example, wear-resistant parts such as sliding parts and dies, tools such as excavation tools and blades, and impact-resistant parts.
  • the application of the covering tool 1 is not limited to the illustrated one.
  • the coating tool 1 may have a substrate 2 and a coating film 3 located on the substrate 2.
  • the material of the substrate 2 examples include hard alloys, ceramics and metals.
  • the cemented carbide includes, for example, WC (tungsten carbide) and, if desired, at least one selected from the group of carbides, nitrides, and carbonitrides of the metals of Groups 4, 5 and 6 of the Periodic Table other than WC.
  • Cemented carbide in which the hard phase is bonded by a bonded phase made of an iron metal such as Co (cobalt) or Ni (nickel) can be mentioned.
  • Ti-based cermet and the like may be mentioned.
  • Ceramics examples include Si 3 N 4 (silicon nitride), Al 2 O 3 (aluminum oxide), diamond and cBN (cubic boron nitride).
  • metal examples include carbon steel, high speed steel, alloy steel and the like.
  • the material of the substrate 2 is not limited to the illustrated material.
  • the coating film 3 may cover the entire surface 4 of the substrate 2, or may cover only a part of the surface 4. When the coating film 3 covers only a part of the surface 4 of the substrate 2, it may be said that the coating film 3 is located at least a part on the substrate 2.
  • the coating film 3 may be formed by a chemical vapor deposition (CVD) method.
  • the coating film 3 may be a CVD film.
  • the coating film 3 is not limited to a specific thickness.
  • the thickness of the coating film 3 may be set to 1 to 30 ⁇ m.
  • the thickness and structure of the coating film 3, the shape of the crystals constituting the coating film 3, and the like may be measured by, for example, cross-sectional observation using an electron microscope. Examples of the electron microscope include a scanning electron microscope (SEM) and a transmission electron microscope (TEM).
  • the covering tool 1 has a first surface 5 (upper surface), a second surface 6 (side surface) adjacent to the first surface 5, and a first surface 5 and a first surface, as in the unlimited example shown in FIGS. 1 and 2.
  • a cutting edge 7 located at least a part of the ridgeline portion of the two surfaces 6 may be provided.
  • the first surface 5 may be a rake surface.
  • the entire surface of the first surface 5 may be a rake surface, or a part thereof may be a rake surface.
  • the region of the first surface 5 along the cutting edge 7 may be a rake surface.
  • the second surface 6 may be an escape surface.
  • the entire surface of the second surface 6 may be a flank, or a part thereof may be a flank.
  • the region of the second surface 6 along the cutting edge 7 may be the flank.
  • the cutting edge 7 may be located in a part of the ridgeline portion, or may be located in the entire ridgeline portion.
  • the cutting edge 7 can be used for cutting a work material.
  • the covering tool 1 may have a square plate shape as in the non-limiting example shown in FIG.
  • the shape of the covering tool 1 is not limited to the square plate shape.
  • the first surface 5 may be triangular, pentagonal, hexagonal or circular.
  • the covering tool 1 may have a pillar shape.
  • the covering tool 1 is not limited to a specific size.
  • the length of one side of the first surface 5 may be set to about 3 to 20 mm.
  • the height from the first surface 5 to the surface (lower surface) located on the opposite side of the first surface 5 may be set to about 5 to 20 mm.
  • the coating film 3 may have an Al 2 O 3 layer 8 and a surface layer 9, as in the case of the non-limiting example shown in FIG.
  • the Al 2 O 3 layer 8 may contain Al 2 O 3 particles.
  • the Al 2 O 3 layer 8 may mean a layer containing Al 2 O 3 as a main component.
  • the "main component” may mean the component having the largest mass% value as compared with other components.
  • the surface layer 9 may be located at a position from the first surface 10 on the side of the Al 2 O 3 layer 8 away from the substrate 2 to the second surface 11 which is the surface of the coating film 3.
  • the surface layer 9 may have a second surface 11. Further, the surface layer 9 may be in contact with the Al 2 O 3 layer 8.
  • the erosion rate of the surface layer 9 may be obtained by an MSE (Micro Slurry-jet Erosion) test.
  • MSE Micro Slurry-jet Erosion
  • amorphous Al 2 O 3 particles and spherical Al 2 O 3 particles may be used.
  • the amorphous Al 2 O 3 particles may be produced by pulverizing the raw material particles, or may have crushed surfaces and corners formed in the pulverization step.
  • the amorphous Al 2 O 3 particles may be rephrased as angular Al 2 O 3 particles.
  • the spherical Al 2 O 3 particles may have no corners and may have a shape close to a true sphere.
  • the shape of the spherical Al 2 O 3 particles does not have to be a true sphere, and if there is no crushed surface or angle, some deformation is acceptable.
  • the MSE test result using amorphous Al 2 O 3 particles may be an evaluation of the wear resistance of the surface layer 9.
  • the erosion rate obtained by the MSE test using amorphous Al 2 O 3 particles will be referred to as the first erosion rate.
  • the wear resistance is excellent.
  • the MSE test result using spherical Al 2 O 3 particles may be an evaluation of the peeling resistance of the surface layer 9.
  • the erosion rate obtained by the MSE test using spherical Al 2 O 3 particles will be referred to as the second erosion rate.
  • the peel resistance is excellent. In other words, if the second erosion rate is large, it is easy to peel off.
  • the first erosion rate may be 0.1 ⁇ m / min or less
  • the second erosion rate may be 2.0 ⁇ m / min or more.
  • the wear resistance is excellent.
  • the surface of the coating film 3 is easily peeled off. Since the surface of the coating film 3 is easily peeled off, it is possible to prevent the entire film from being destroyed by a large impact, and as a result, the fracture resistance is excellent.
  • the first erosion rate is 0.1 ⁇ m / min or less
  • the wear resistance is excellent.
  • the second erosion rate is 2.0 ⁇ m / min or more
  • the surface layer 9 is easily peeled off from the Al 2 O 3 layer 8. That is, the surface of the coating film 3 is easily peeled off. Therefore, the corners (cutting blade 7) used are easy to understand. In addition, it has excellent fracture resistance.
  • the first erosion rate is a liquid A in which 3% by mass of irregular Al 2 O 3 particles having an average particle size of 1.1 to 1.3 ⁇ m are dispersed with respect to 100% by mass of pure water (surface layer 9). ) May be used to evaluate the depth of the removed inspection body.
  • the second erosion rate is such that the liquid B in which 3% by mass of spherical Al 2 O 3 particles having an average particle size of 2.8 to 3.2 ⁇ m is dispersed with respect to 100% by mass of pure water is made to collide with the inspection body. By doing so, the depth of the removed test piece may be evaluated. Further, the average particle size of the spherical Al 2 O 3 particles may be 2.9 to 3.1 ⁇ m.
  • the liquid A or B is applied at a substantially right angle to the surface of the object (surface layer 9), and the liquid A or B is applied at a speed of 98 to 102 m / s. B may collide.
  • An MSE testing machine "MSE-Al2O3" manufactured by Parumeso Co., Ltd. may be used for measuring the erosion rate.
  • As the amorphous Al 2 O 3 particles for example, "MSE-GA-1-3” manufactured by Parumeso may be used.
  • As the spherical Al 2 O 3 particles for example, "MSE-BA-3-3-10" manufactured by Parumeso may be used.
  • the average particle size of the amorphous Al 2 O 3 particles and the spherical Al 2 O 3 particles may be a value obtained by image processing an SEM photograph.
  • the first erosion rate may be 0.05 ⁇ m / min or less. Further, the first erosion rate may be 0.01 ⁇ m / min or less.
  • the second erosion rate may be 5.0 ⁇ m / min or more. The second erosion rate may be 3.0 ⁇ m / min or more.
  • the Al 2 O 3 layer 8 may or may not be in contact with the substrate 2.
  • another layer may be located between the Al 2 O 3 layer 8 and the substrate 2.
  • the coating film 3 may have another layer located between the Al 2 O 3 layer 8 and the substrate 2.
  • the surface layer 9 may contain a TiN film.
  • the surface layer 9 containing the TiN film is easily peeled off.
  • the TiN film may be in contact with the Al 2 O 3 layer 8.
  • the TiN film is easily peeled off from the Al 2 O 3 layer 8.
  • the coating film 3 is composed of only a TiN film, it is easily peeled off, but its wear resistance is inferior.
  • the TiN film may contain TiN particles.
  • the TiN film may mean a film containing TiN as a main component. These points may be defined similarly for other membranes.
  • the surface layer 9 may contain a TiC film.
  • the surface layer 9 (coating film 3) containing the TiC film has excellent wear resistance.
  • the TiC film does not have to be in contact with the Al 2 O 3 layer 8.
  • surface layer 9 is hardly peeled off. Therefore, at least one other film may be located between the Al 2 O 3 layer 8 and the TiC film.
  • the surface layer 9 may include a TiC film and at least one other film located between the TiC film and the Al 2 O 3 layer 8.
  • the TiN film may be located between the Al 2 O 3 layer 8 and the TiC film.
  • the surface layer 9 may contain a TiCN film.
  • the TiCN film may basically have characteristics between the TiN film and the TiC film. That is, it has an adhesion and wear resistance intermediate between TiN and TiC.
  • the Al 2 O 3 layer 8 and the TiCN film are in contact with each other, it is basically more difficult to peel off than when the Al 2 O 3 layer 8 and the TiCN film are not in contact with each other. Therefore, in the case where the Al 2 O 3 layer 8 and the TiCN film are in contact with each other, it is necessary that the TiCN film is easily peeled off in order to satisfy the configuration of the covering tool 1.
  • the N / (C + N) of the TiCN film may be 0.7 or more in order to obtain a TiCN film that can be easily peeled off.
  • nitrogen contained in the film-forming gas may be increased at a temperature lower than 1000 ° C.
  • the N / (C + N) of the TiCN film may be 0.9 or less.
  • N / (C + N) is calculated by the atomic ratio.
  • N / (C + N) when the Al 2 O 3 layer 8 and the TiCN film do not come into contact with each other, N / (C + N) may be less than 0.7. Further, N / (C + N) may be 0.5 or more.
  • N / (C + N) may be the content ratio of N to the sum of C and N at the atomic ratio.
  • N / (C + N) may be measured by, for example, an energy dispersive X-ray analysis (EDS) analysis method.
  • EDS energy dispersive X-ray analysis
  • the surface layer 9 may have a TiN layer, a TiC layer, and a TiCN layer in this order from the side of the Al 2 O 3 layer 8.
  • the surface layer 9 having such a structure is excellent in abrasion resistance, and the surface of the coating film 3 is easily peeled off.
  • the substrate 2 may be prepared first. A case where a substrate 2 made of a hard alloy is produced as the substrate 2 will be described as an example. First, metal powder, carbon powder and the like may be appropriately added and mixed with inorganic powders such as metal carbides, nitrides, carbonitrides and oxides capable of forming the substrate 2 by firing to obtain a mixed powder. Next, this mixed powder may be molded into a predetermined tool shape by a known molding method such as press molding, casting molding, extrusion molding, or cold hydrostatic press molding to obtain a molded product. Then, the obtained molded product may be fired in a vacuum or in a non-oxidizing atmosphere to obtain a substrate 2. The surface 4 of the substrate 2 may be polished or honed.
  • the coating film 3 may be formed on the surface 4 of the obtained substrate 2 by the CVD method to obtain the coating tool 1.
  • the Al 2 O 3 layer 8 may be formed as follows. First, as the reaction gas composition, aluminum trichloride (AlCl 3 ) gas is 0.5 to 5% by volume, hydrogen chloride (HCl) gas is 0.5 to 3.5% by volume, and carbon dioxide (CO 2 ) gas is 0. A mixed gas consisting of 5 to 5% by volume, 0.5% by volume or less of hydrogen sulfide (H 2 S) gas, and the balance of hydrogen (H 2 ) gas may be adjusted. Then, this mixed gas may be introduced into the chamber, the temperature may be set to 930 to 1010 ° C., the pressure may be set to 5 to 10 kPa, and the time may be set to 30 to 300 minutes to form the Al 2 O 3 layer 8.
  • AlCl 3 aluminum trichloride
  • HCl hydrogen chloride
  • CO 2 carbon dioxide
  • the TiN film on the surface layer 9 may be formed as follows. First, as the reaction gas composition, a mixed gas consisting of titanium tetrachloride (TiCl 4 ) gas in an amount of 0.1 to 10% by volume, nitrogen (N 2 ) gas in an amount of 10 to 60% by volume, and the rest being hydrogen (H 2 ) gas is used. You may adjust. Then, this mixed gas may be introduced into the chamber, the temperature may be set to 800 to 1010 ° C., the pressure may be set to 10 to 85 kPa, and the time may be set to 5 to 90 minutes to form a TiN film.
  • TiCl 4 titanium tetrachloride
  • nitrogen (N 2 ) gas in an amount of 10 to 60% by volume
  • H 2 hydrogen
  • the TiC film on the surface layer 9 may be formed as follows. First, as the reaction gas composition, a mixture consisting of titanium tetrachloride (TiCl 4 ) gas of 0.1 to 30% by volume, methane (CH 4 ) gas of 0.1 to 20% by volume, and the rest of hydrogen (H 2) gas. The gas may be adjusted. Then, this mixed gas may be introduced into the chamber, the temperature may be set to 800 to 1100 ° C., the pressure may be set to 5 to 85 kPa, and the time may be set to 5 to 90 minutes to form a TiC film.
  • TiCl 4 titanium tetrachloride
  • CH 4 methane
  • H 2 hydrogen
  • the TiCN film in the surface layer 9 may be formed as follows. First, as the reaction gas composition, 0.1 to 10% by volume of titanium tetrachloride (TiCl 4 ) gas, 10 to 60% by volume of nitrogen (N 2 ) gas, and 0.1 to 20 % by volume of methane (CH 4) gas. %, A mixed gas consisting of hydrogen (H 2) gas as the rest may be adjusted. Then, this mixed gas may be introduced into the chamber, the temperature may be set to 800 to 1050 ° C., the pressure may be set to 5 to 30 kPa, and the time may be set to 5 to 90 minutes to form a TiCN film.
  • TiCl 4 titanium tetrachloride
  • N 2 nitrogen
  • CH 4 methane
  • the first erosion rate and the second A covering tool 1 having an erosion rate can be obtained.
  • the region including the cutting edge 7 may be polished. As a result, the region including the cutting edge 7 becomes smooth, and as a result, welding of the work material is suppressed, and the fracture resistance of the cutting edge 7 is improved.
  • the above manufacturing method is an example of a method for manufacturing the covering tool 1. Therefore, it goes without saying that the covering tool 1 is not limited to the one manufactured by the above manufacturing method.
  • the cutting tool 101 of the non-limiting embodiment of the present disclosure has a length extending from the first end 102a to the second end 102b, and is a pocket located on the first end 102a side. It may have a holder 102 having 103 and a covering tool 1 located in pocket 103. Note that FIG. 4 illustrates a case where the covering tool 1 has a through hole and the covering tool 1 is fixed to the pocket 103 with a screw 104 through the through hole.
  • a substrate was prepared. Specifically, with respect to the average particle diameter 1.2 ⁇ m of WC powder, average particle metal Co powder of diameter 1.5 [mu] m 6 wt%, 2.0 wt% of TiC (titanium carbide) powder, Cr 3 C 2 (Chromium carbide) powder was added at a ratio of 0.2% by mass, mixed, and formed into a cutting tool shape (CNMG120408) by press molding to obtain a molded product. The obtained molded product was subjected to a binder removal treatment and fired in a vacuum of 0.5 to 100 Pa at 1400 ° C. for 1 hour to prepare a substrate made of cemented carbide. The rake face (first surface) of the produced substrate was brushed to perform cutting edge treatment (R honing).
  • a coating film (surface layer) was formed on the obtained substrate by the CVD method under the film forming conditions shown in Table 1, and a coating tool (cutting insert) shown in Table 2 was obtained.
  • Al 2 O 3 layer is formed on the substrate.
  • the film formation conditions and thickness of the Al 2 O 3 layer are as follows.
  • each compound is represented by a chemical symbol.
  • the thickness of the coating film shown in Table 1 and the thickness of the above-mentioned Al 2 O 3 layer are values obtained by cross-sectional observation using SEM.
  • N / (C + N) in the table is an atomic ratio.
  • Abrasion resistance evaluation Machining method Turning work material: S45C Round bar Cutting speed: 200 m / min Notch: 1.5 mm Feed: 0.3 mm / rev Machining condition: Wet judgment method: Evaluation based on the cutting time when the wear width of the flank reaches 0.3 mm
  • Fracture resistance evaluation Machining method Turning work material: S45C 16-grooved round bar Cutting speed: 100 m / min Notch: 1.0 mm Feed: 0.3 mm / rev Machining condition: Wet judgment method: Evaluation based on the cutting time required for the cutting edge to break

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Abstract

本開示の限定されない一例の被覆工具は、基体と、基体の上に位置する被覆膜とを有する。被覆膜は、Ａｌ2Ｏ3層と、Ａｌ2Ｏ3層の基体から離れた側の第１表面から、被覆膜の表面である第２表面までの位置に位置する表面層と、を有する。表面層は、純水に対して、平均粒径が１．１～１．３μｍの不定形のＡｌ2Ｏ3粒子を３質量％分散した液体Ａを表面層に衝突させて測定して得られる第１エロージョン率が、０．１μｍ／分以下であり、純水に対して、平均粒径が２．８～３．２μｍの球形のＡｌ2Ｏ3粒子を３質量％分散した液体Ｂを表面層に衝突させて測定して得られる第２エロージョン率が、２．０μｍ／分以上である。

Description

被覆工具 関連出願の相互参照
　本出願は、２０２０年３月２７日に出願された日本国特許出願２０２０－０５７６３５号の優先権を主張するものであり、この先の出願の開示全体を、ここに参照のために取り込む。
　本開示は、被覆工具に関する。
　超硬合金などの基体の上に被覆膜を設けた被覆工具が切削加工に用いられている。ＴｉＮ層やＴｉＣＮ層、Ａｌ2Ｏ3層を基体の上に順に積層した被覆膜が知られている。また、Ａｌ2Ｏ3層の上にさらにＴｉＮ層を配置して使用によりＴｉＮ層が除去されるようにし、使用したコーナーをわかりやすくするといった技術が用いられている。
　また、特開２０１７－２２１９９２号公報（特許文献１）には、Ａｌ2Ｏ3層の上にＴｉＮ層と、ＴｉＮ以外のＴｉ系膜を配置することが記載されている。
　南条吉保、外４名、「マイクロスラリージェットエロージョン（ＭＳＥ）法による単層ＴｉＣＮ膜および多層ＴｉＣＮ膜の機械的特性の評価に関する研究」、精密工学会誌、２０１８年、８４（２）、ｐ．１６７－１７４（非特許文献１）は、このような被覆膜の機械的特性の評価に関する研究であり、ＭＳＥ法によりＴｉＮ層およびＴｉＣＮ層を評価している。非特許文献１においては、粒度８０００の不定形（多角）アルミナを精製水と混合したスラリーを被覆膜に投射する試験を行っている。非特許文献１には、ＭＳＥ法によって得られたエロージョン率が小さいほど被覆膜の機械的特性が優れることが記載されている。
　また、国際公開第２０１７／１６３９７２号（特許文献２）では、粒度８０００の不定形（多角）アルミナ粒子を用いたＭＳＥ法により硬質皮膜の耐摩耗性を評価したことが記載されている。特許文献２には、ＭＳＥ法により得られるエロージョン率が小さいほど硬質皮膜の耐摩耗性が優れることが記載されている。
　本開示の限定されない一例の被覆工具は、基体と、該基体の上に位置する被覆膜とを有する。前記被覆膜は、Ａｌ2Ｏ3層と、該Ａｌ2Ｏ3層の前記基体から離れた側の第１表面から、前記被覆膜の表面である第２表面までの位置に位置する表面層と、を有する。該表面層は、純水に対して、平均粒径が１．１～１．３μｍの不定形のＡｌ2Ｏ3粒子を３質量％分散した液体Ａを前記表面層に衝突させて測定して得られる第１エロージョン率が、０．１μｍ／分以下であり、純水に対して、平均粒径が２．８～３．２μｍの球形のＡｌ2Ｏ3粒子を３質量％分散した液体Ｂを前記表面層に衝突させて測定して得られる第２エロージョン率が、２．０μｍ／分以上である。
本開示の限定されない実施形態の被覆工具を示す斜視図である。 図１に示す被覆工具におけるＩＩ－ＩＩ断面の断面図である。 図２に示す被覆工具における被覆膜付近の拡大図である。 本開示の限定されない実施形態の切削工具を示す斜視図である。
　＜被覆工具＞
　以下、本開示の限定されない実施形態の被覆工具１について、図面を用いて詳細に説明する。ただし、以下で参照する各図では、説明の便宜上、実施形態を説明する上で必要な主要部材のみが簡略化して示される。したがって、被覆工具１は、参照する各図に示されていない任意の構成部材を備え得る。また、各図中の部材の寸法は、実際の構成部材の寸法および各部材の寸法比率などを忠実に表したものではない。
　図１～図３においては、被覆工具１の一例として、被削材を切削加工するときに使用される切削工具に適用可能な切削インサートを示している。被覆工具１は、切削工具の他、例えば、摺動部品や金型などの耐摩部品、掘削工具、刃物などの工具、および、耐衝撃部品などにも適用できる。なお、被覆工具１の用途は、例示したものに限定されない。
　被覆工具１は、基体２と、基体２の上に位置する被覆膜３とを有していてもよい。
　基体２の材質としては、例えば、硬質合金、セラミックスおよび金属などが挙げられ得る。硬質合金としては、例えば、ＷＣ（炭化タングステン）と、所望により、ＷＣ以外の周期表第４、５、６族金属の炭化物、窒化物、炭窒化物の群から選ばれる少なくとも１種とからなる硬質相を、Ｃｏ（コバルト）やＮｉ（ニッケル）などの鉄属金属からなる結合相で結合させた超硬合金などが挙げられ得る。また、他の硬質合金として、Ｔｉ基サーメットなども挙げられ得る。セラミックスとしては、例えば、Ｓｉ3Ｎ4（窒化珪素）、Ａｌ2Ｏ3（酸化アルミニウム）、ダイヤモンドおよびｃＢＮ（立方晶窒化ホウ素）などが挙げられ得る。金属としては、例えば、炭素鋼、高速度鋼および合金鋼などが挙げられ得る。なお、基体２の材質は、例示したものに限定されない。
　被覆膜３は、基体２の表面４の全面を覆ってもよく、また、一部のみを覆ってもよい。被覆膜３が基体２の表面４の一部のみを被覆しているときは、被覆膜３は、基体２の上の少なくとも一部に位置する、と言ってもよい。
　被覆膜３は、化学蒸着（ＣＶＤ）法で成膜されていてもよい。言い換えれば、被覆膜３は、ＣＶＤ膜であってもよい。
　被覆膜３は、特定の厚みに限定されない。例えば、被覆膜３の厚みは、１～３０μｍに設定されてもよい。なお、被覆膜３の厚み、構造、被覆膜３を構成する結晶の形状などの測定は、例えば、電子顕微鏡を用いた断面観察で行ってもよい。電子顕微鏡としては、例えば、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、および、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）などが挙げられ得る。
　被覆工具１は、図１および図２に示す限定されない一例のように、第１面５（上面）と、第１面５と隣り合う第２面６（側面）と、第１面５と第２面６の稜線部の少なくとも一部に位置する切刃７とを備えていてもよい。
　第１面５は、すくい面であってもよい。第１面５は、その全面がすくい面であってもよく、また、その一部がすくい面であってもよい。例えば、第１面５のうち切刃７に沿った領域が、すくい面であってもよい。
　第２面６は、逃げ面であってもよい。第２面６は、その全面が逃げ面であってもよく、また、その一部が逃げ面であってもよい。例えば、第２面６のうち切刃７に沿った領域が、逃げ面であってもよい。
　切刃７は、稜線部の一部に位置していてもよく、また、稜線部の全部に位置していてもよい。切刃７は、被削材の切削に用いることが可能である。
　被覆工具１は、図１に示す限定されない一例のように、四角板形状であってもよい。なお、被覆工具１の形状は、四角板形状に限定されない。例えば、第１面５は、三角形、五角形、六角形または円形であってもよい。また、被覆工具１は、柱形状であってもよい。
　被覆工具１は、特定の大きさに限定されない。例えば、第１面５の一辺の長さは、３～２０ｍｍ程度に設定されてもよい。また、第１面５から第１面５の反対側に位置する面（下面）までの高さは、５～２０ｍｍ程度に設定されてもよい。
　ここで、被覆膜３は、図３に示す限定されない一例のように、Ａｌ2Ｏ3層８および表面層９を有していてもよい。
　Ａｌ2Ｏ3層８は、Ａｌ2Ｏ3粒子を含有していてもよい。Ａｌ2Ｏ3層８とは、Ａｌ2Ｏ3を主成分として含有する層のことを意味してもよい。「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のことを意味してもよい。
　表面層９は、Ａｌ2Ｏ3層８の基体２から離れた側の第１表面１０から、被覆膜３の表面である第２表面１１までの位置に位置していてもよい。なお、表面層９は、第２表面１１を有していてもよい。また、表面層９は、Ａｌ2Ｏ3層８に接していてもよい。
　ＭＳＥ（Micro Slurry-jet Erosion）試験により表面層９のエロージョン率を得てもよい。ＭＳＥ試験では、不定形のＡｌ2Ｏ3粒子および球状のＡｌ2Ｏ3粒子を用いてもよい。
　不定形のＡｌ2Ｏ3粒子は、原料粒子を粉砕するなどして製造されたものであってもよく、また、粉砕工程で破砕面および角が形成されたものであってもよい。不定形のＡｌ2Ｏ3粒子は、角状のＡｌ2Ｏ3粒子と言い換えてもよい。
　球状のＡｌ2Ｏ3粒子は、角がなく真球に近い形状であってもよい。なお、球状のＡｌ2Ｏ3粒子の形状は、真球である必要はなく、破砕面や角がなければ、多少の変形は許容できる。
　不定形のＡｌ2Ｏ3粒子を用いたＭＳＥ試験結果は、表面層９の耐摩耗性を評価したものであってもよい。以下では、不定形のＡｌ2Ｏ3粒子を用いたＭＳＥ試験によって得られたエロージョン率を第１エロージョン率と記載する。第１エロージョン率が低いと耐摩耗性が優れる。
　また、球状のＡｌ2Ｏ3粒子を用いたＭＳＥ試験結果は、表面層９の耐剥離性を評価したものであってもよい。以下では、球状のＡｌ2Ｏ3粒子を用いたＭＳＥ試験によって得られたエロージョン率を第２エロージョン率と記載する。第２エロージョン率が小さいと耐剥離性が優れる。言い換えると、第２エロージョン率が大きいと剥離しやすい。
　第１エロージョン率は、０．１μｍ／分以下であってもよく、また、第２エロージョン率は、２．０μｍ／分以上であってもよい。この場合には、耐摩耗性に優れる。また、被覆膜３の表面が剥離しやすい。被覆膜３の表面が剥離しやすくなることで、大きな衝撃によって膜全体が破壊されることが防がれ、結果として耐欠損性に優れる。具体的には、第１エロージョン率が０．１μｍ／分以下である場合には、耐摩耗性が優れる。また、第２エロージョン率が２．０μｍ／分以上である場合には、Ａｌ2Ｏ3層８から表面層９が剥離しやすい。すなわち、被覆膜３の表面が剥離しやすい。そのため、使用したコーナー（切刃７）などが分かりやすい。また、耐欠損性に優れる。
　第１エロージョン率は、純水１００質量％対して、平均粒径が１．１～１．３μｍの不定形のＡｌ2Ｏ3粒子を３質量％分散させた液体Ａを検査体（表面層９）に衝突させることによって、除去された検査体の深さを評価したものであってもよい。
　また、第２エロージョン率は、純水１００質量％対して、平均粒径が２．８～３．２μｍの球形のＡｌ2Ｏ3粒子を３質量％分散させた液体Ｂを検査体に衝突させることによって、除去された検査体の深さを評価したものであってもよい。また、球形のＡｌ2Ｏ3粒子の平均粒径は、２．９～３．１μｍであってもよい。
　第１エロージョン率および第２エロージョン率の測定にあたっては、対象物（表面層９）の表面に対して略直角に液体ＡまたはＢが当たるようにして、９８～１０２ｍ／ｓの速度で液体ＡまたはＢを衝突させてもよい。
　エロージョン率の測定には、株式会社パルメソ製のＭＳＥ試験機「ＭＳＥ－Ａｌ２Ｏ３」を用いてもよい。不定形のＡｌ2Ｏ3粒子は、例えば、パルメソ社製の「ＭＳＥ－ＧＡ－１－３」を用いてもよい。球形のＡｌ2Ｏ3粒子は、例えば、パルメソ社製の「ＭＳＥ－ＢＡ－３－３－１０」を用いてもよい。不定形のＡｌ2Ｏ3粒子および球状のＡｌ2Ｏ3粒子における平均粒径は、ＳＥＭ写真を画像処理して得られる値であってもよい。
　第１エロージョン率は、０．０５μｍ／分以下であってもよい。また、第１エロージョン率は、０．０１μｍ／分以下であってもよい。第２エロージョン率は、５．０μｍ／分以上であってもよい。また、第２エロージョン率は、３．０μｍ／分以上であってもよい。
　Ａｌ2Ｏ3層８は、基体２に接していてもよく、また、基体２に接していなくてもよい。例えば、Ａｌ2Ｏ3層８と基体２との間に、他の層が位置していてもよい。言い換えれば、被覆膜３は、Ａｌ2Ｏ3層８と基体２との間に位置する他の層を有していてもよい。
　表面層９は、ＴｉＮ膜を含んでいてもよい。ＴｉＮ膜を含む表面層９は、剥離しやすい。
　また、ＴｉＮ膜は、Ａｌ2Ｏ3層８と接していてもよい。ＴｉＮ膜がＡｌ2Ｏ3層８と接していると、Ａｌ2Ｏ3層８からＴｉＮ膜がはがれやすい。ただし、被覆膜３がＴｉＮ膜のみからなる場合には、剥離しやすいものの、耐摩耗性が劣る。
　ＴｉＮ膜は、ＴｉＮ粒子を含有していてもよい。ＴｉＮ膜とは、ＴｉＮを主成分として含有する膜のことを意味してもよい。これらの点は、他の膜においても同様に定義してもよい。
　表面層９は、ＴｉＣ膜を含んでいてもよい。ＴｉＣ膜を含む表面層９（被覆膜３）は、耐摩耗性に優れる。
　また、ＴｉＣ膜は、Ａｌ2Ｏ3層８と接していなくてもよい。ＴｉＣ膜がＡｌ2Ｏ3層８と接していると、Ａｌ2Ｏ3層８とＴｉＣ膜との密着性が高すぎて、表面層９が剥離しにくい。そこで、Ａｌ2Ｏ3層８とＴｉＣ膜との間に、少なくとも１つの他の膜が位置していてもよい。言い換えれば、表面層９は、ＴｉＣ膜と、ＴｉＣ膜とＡｌ2Ｏ3層８との間に位置する少なくとも１つの他の膜とを含んでいてもよい。例えば、Ａｌ2Ｏ3層８とＴｉＣ膜との間にＴｉＮ膜が位置していてもよい。
　表面層９は、ＴｉＣＮ膜を含んでいてもよい。ＴｉＣＮ膜は、基本的にＴｉＮ膜とＴｉＣ膜との間の特性を有していてもよい。すなわち、ＴｉＮとＴｉＣの中間の密着性および耐摩耗性を有する。
　例えば、Ａｌ2Ｏ3層８とＴｉＣＮ膜とが接する場合には、基本的には、Ａｌ2Ｏ3層８とＴｉＣＮ膜とが接しない場合に比べて剥離しにくい。そこで、Ａｌ2Ｏ3層８とＴｉＣＮ膜とが接する場合であって、被覆工具１の構成を充足するためには、剥離しやすいＴｉＣＮ膜であることが必要である。
　例えば、ＴｉＣＮ膜におけるＮ（窒素）の含有量が多いと、ＴｉＣＮ膜は剥離しやすい。剥離しやすいＴｉＣＮ膜とするために、ＴｉＣＮ膜のＮ／（Ｃ＋Ｎ）は、０．７以上であってもよい。Ｎ／（Ｃ＋Ｎ）が０．７以上のＴｉＣＮ膜を製膜するには、例えば、１０００℃よりも低い温度で、成膜ガスに含まれる窒素を多くしてもよい。なお、ＴｉＣＮ膜のＮ／（Ｃ＋Ｎ）は、０．９以下であってもよい。なお、Ｎ／（Ｃ＋Ｎ）は、原子比率で計算する。
　例えば、Ａｌ2Ｏ3層８とＴｉＣＮ膜とが接しない場合には、Ｎ／（Ｃ＋Ｎ）は、０．７未満であってもよい。また、Ｎ／（Ｃ＋Ｎ）は、０．５以上であってもよい。
　Ｎ／（Ｃ＋Ｎ）は、ＣおよびＮの総和に対するＮの原子比での含有比率であってもよい。Ｎ／（Ｃ＋Ｎ）は、例えば、エネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＳ）分析法で測定してもよい。
　また、表面層９は、Ａｌ2Ｏ3層８の側から順に、ＴｉＮ層、ＴｉＣ層、ＴｉＣＮ層を有していてもよい。このような構成を有する表面層９は、耐摩耗性に優れるとともに、被覆膜３の表面が剥離しやすい。
　＜被覆工具の製造方法＞
　次に、本開示の限定されない実施形態の被覆工具の製造方法について、ＭＳＥ試験において上記の評価結果を有する被覆工具１を製造する場合を例に挙げて説明する。
　最初に基体２を作製してもよい。基体２として、硬質合金からなる基体２を作製する場合を例に挙げて説明する。まず、焼成によって基体２を形成できる金属炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化物などの無機物粉末に、金属粉末、カーボン粉末などを適宜添加して混合し、混合粉末を得てもよい。次に、この混合粉末を、プレス成形、鋳込成形、押出成形、冷間静水圧プレス成形などの公知の成形方法によって所定の工具形状に成形し、成形体を得てもよい。そして、得られた成形体を真空中または非酸化性雰囲気中で焼成し、基体２を得てもよい。基体２の表面４には、研磨加工やホーニング加工を施してもよい。
　次に、得られた基体２の表面４にＣＶＤ法によって被覆膜３を成膜し、被覆工具１を得てもよい。
　Ａｌ2Ｏ3層８は、次のように成膜してもよい。まず、反応ガス組成として、三塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ3）ガスを０．５～５体積％、塩化水素（ＨＣｌ）ガスを０．５～３．５体積％、二酸化炭素（ＣＯ2）ガスを０．５～５体積％、硫化水素（Ｈ2Ｓ）ガスを０．５体積％以下、残りが水素（Ｈ2）ガスからなる混合ガスを調整してもよい。そして、この混合ガスをチャンバ内に導入し、温度を９３０～１０１０℃、圧力を５～１０ｋＰａ、時間を３０～３００分に設定し、Ａｌ2Ｏ3層８を成膜してもよい。
　表面層９におけるＴｉＮ膜は、次のように成膜してもよい。まず、反応ガス組成として、四塩化チタン（ＴｉＣｌ4）ガスを０．１～１０体積％、窒素（Ｎ2）ガスを１０～６０体積％、残りが水素（Ｈ2）ガスからなる混合ガスを調整してもよい。そして、この混合ガスをチャンバ内に導入し、温度を８００～１０１０℃、圧力を１０～８５ｋＰａ、時間を５～９０分に設定し、ＴｉＮ膜を成膜してもよい。
　表面層９におけるＴｉＣ膜は、次のように成膜してもよい。まず、反応ガス組成として、四塩化チタン（ＴｉＣｌ4）ガスを０．１～３０体積％、メタン（ＣＨ4）ガスを０．１～２０体積％、残りが水素（Ｈ2）ガスからなる混合ガスを調整してもよい。そして、この混合ガスをチャンバ内に導入し、温度を８００～１１００℃、圧力を５～８５ｋＰａ、時間を５～９０分に設定し、ＴｉＣ膜を成膜してもよい。
　表面層９におけるＴｉＣＮ膜は、次のように成膜してもよい。まず、反応ガス組成として、四塩化チタン（ＴｉＣｌ4）ガスを０．１～１０体積％、窒素（Ｎ2）ガスを１０～６０体積％、メタン（ＣＨ4）ガスを０．１～２０体積％、残りが水素（Ｈ2）ガスからなる混合ガスを調整してもよい。そして、この混合ガスをチャンバ内に導入し、温度を８００～１０５０℃、圧力を５～３０ｋＰａ、時間を５～９０分に設定し、ＴｉＣＮ膜を成膜してもよい。
　表面層９において、例えば、ＴｉＮ膜、ＴｉＣＮ膜、ＴｉＣ膜などの膜の組み合わせ、積層の順番、または、ＴｉＣＮ膜におけるＮの含有量などを制御することで、上記の第１エロージョン率および第２エロージョン率を有する被覆工具１を得ることができる。
　得られた被覆工具１において、切刃７を含む領域に研磨加工を施してもよい。これにより、切刃７を含む領域が平滑になり、その結果、被削材の溶着が抑制され、切刃７の耐欠損性が向上する。
　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が、上記の製造方法によって作製されたものに限定されないことは言うまでもない。
　＜切削工具＞
　図４に示す限定されない一例のように、本開示の限定されない実施形態の切削工具１０１は、第１端１０２ａから第２端１０２ｂに亘る長さを有し、第１端１０２ａ側に位置するポケット１０３を有するホルダ１０２と、ポケット１０３に位置する被覆工具１と、を有していてもよい。なお、図４では、被覆工具１が貫通孔を有し、この貫通孔を介して被覆工具１をポケット１０３にネジ１０４で固定した場合を例示している。
　以下、実施例を挙げて本開示を詳細に説明するが、本開示は以下の実施例に限定されない。
　［試料Ｎｏ．１～１３］
　＜被覆工具の作製＞
　まず、基体を作製した。具体的には、平均粒径１．２μｍのＷＣ粉末に対して、平均粒径１．５μｍの金属Ｃｏ粉末を６質量％、ＴｉＣ（炭化チタン）粉末を２．０質量％、Ｃｒ3Ｃ2（炭化クロム）粉末を０．２質量％の比率で添加して混合し、プレス成形により切削工具形状（ＣＮＭＧ１２０４０８）に成形し、成形体を得た。得られた成形体に脱バインダ処理を施し、０．５～１００Ｐａの真空中、１４００℃で１時間焼成し、超硬合金からなる基体を作製した。作製した基体のすくい面（第１面）の側に、ブラシ加工で刃先処理（Ｒホーニング）を施した。
　次に、得られた基体の上にＣＶＤ法により表１に示す成膜条件で被覆膜（表面層）を成膜し、表２に示す被覆工具（切削インサート）を得た。
　なお、表２に示す被覆工具はいずれも、基体の上にＡｌ2Ｏ3層が成膜されている。Ａｌ2Ｏ3層の成膜条件および厚みは、以下のとおりである。
　ＡｌＣｌ3ガス：４．０体積％
　ＨＣｌガス：２．０体積％
　ＣＯ2ガス：４．０体積％
　Ｈ2Ｓガス：０．３体積％
　Ｈ2ガス：残部
　温度：１０００℃
　圧力：５ｋＰａ
　時間：２４０分
　厚み：４．０μｍ
　表１および表２において、各化合物は化学記号で表記した。表１に示す被覆膜の厚みと、上記のＡｌ2Ｏ3層の厚みは、ＳＥＭを用いた断面観察により得た値である。なお、表中のＮ／（Ｃ＋Ｎ）は原子比率である。
　＜評価＞
　得られた被覆工具について、エロージョン率を測定した。測定方法を以下に示すとともに、結果を表２に示す。
　　（エロージョン率）
　被覆膜の表面に対して直角の方向から、液体ＡまたはＢを１００ｍ／ｓの速さで衝突させ、第１および第２エロージョン率（μｍ／分）をそれぞれ測定した。なお、エロージョン率の測定には、株式会社パルメソ製のＭＳＥ試験機「ＭＳＥ－Ａｌ２Ｏ３」を用いた。不定形のＡｌ2Ｏ3粒子は、平均粒径が１．２μｍであるパルメソ社製の「ＭＳＥ－ＧＡ－１－３」を用いた。球形のＡｌ2Ｏ3粒子は、平均粒径が３．０μｍであるパルメソ社製の「ＭＳＥ－ＢＡ－３－３」を用いた。
　　（切削性能）
　また、得られた被覆工具について、切削評価を行い作製した被覆工具の耐摩耗性および耐欠損性を評価した。評価条件を以下に示す。また、評価結果を表２に示す。
耐摩耗性評価
加工方法：旋削
被削材　：Ｓ４５Ｃ 丸棒
切削速度：２００ｍ／ｍｉｎ
切込み　：１．５ｍｍ
送り　　：０．３ｍｍ／ｒｅｖ
加工状態：湿式
判断方法：逃げ面の摩耗幅が０．３ｍｍに達したときの切削時間で評価
耐欠損性評価
加工方法：旋削
被削材　：Ｓ４５Ｃ １６本溝入丸棒
切削速度：１００ｍ／ｍｉｎ
切込み　：１．０ｍｍ
送り　　：０．３ｍｍ／ｒｅｖ
加工状態：湿式
判断方法：刃先が欠損するまでにかかった切削時間で評価
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表２に示すとおり、比較例である試料Ｎｏ．１、２、３、５、７、１０、１１、１３は、逃げ面の耐摩耗性もしくは耐欠損性が劣っていた。一方、本開示の被覆工具はいずれも優れた耐摩耗性と耐欠損性を有していた。
　　１・・・被覆工具（切削インサート）
　　２・・・基体
　　３・・・被覆膜
　　４・・・表面
　　５・・・第１面
　　６・・・第２面
　　７・・・切刃
　　８・・・Ａｌ2Ｏ3層
　　９・・・表面層
　１０・・・第１表面
　１１・・・第２表面
１０１・・・切削工具
１０２・・・ホルダ
１０２ａ・・第１端
１０２ｂ・・第２端
１０３・・・ポケット
１０４・・・ネジ

Claims (4)

  1. 　基体と、該基体の上に位置する被覆膜とを有する被覆工具であって、
    　前記被覆膜は、
    　　Ａｌ2Ｏ3層と、
    　　該Ａｌ2Ｏ3層の前記基体から離れた側の第１表面から、前記被覆膜の表面である第２表面までの位置に位置する表面層と、を有し、
    　該表面層は、
    　　純水に対して、平均粒径が１．１～１．３μｍの不定形のＡｌ2Ｏ3粒子を３質量％分散した液体Ａを前記表面層に衝突させて測定して得られる第１エロージョン率が、０．１μｍ／分以下であり、
    　　純水に対して、平均粒径が２．８～３．２μｍの球形のＡｌ2Ｏ3粒子を３質量％分散した液体Ｂを前記表面層に衝突させて測定して得られる第２エロージョン率が、２．０μｍ／分以上である、被覆工具。
  2. 　前記表面層は、前記Ａｌ2Ｏ3層側から順に、ＴｉＮ層、ＴｉＣ層、ＴｉＣＮ層を有する、請求項１に記載の被覆工具。
  3. 　前記表面層は、ＴｉとＣとＮとを有するＴｉＣＮ層を有し、
    　該ＴｉＣＮ層におけるＮ／（Ｃ＋Ｎ）は、０．７以上である、請求項１または２に記載の被覆工具。
  4. 　第１端から第２端に亘る長さを有し、前記第１端側に位置するポケットを有するホルダと、
    　前記ポケットに位置する請求項１～３のいずれかに記載の被覆工具と、を有する切削工具。
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