WO2021193876A1 - 被覆工具および切削工具 - Google Patents

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WO2021193876A1
WO2021193876A1 PCT/JP2021/012736 JP2021012736W WO2021193876A1 WO 2021193876 A1 WO2021193876 A1 WO 2021193876A1 JP 2021012736 W JP2021012736 W JP 2021012736W WO 2021193876 A1 WO2021193876 A1 WO 2021193876A1
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WO
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metal
layer
metal nitride
tool according
substrate
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Application number
PCT/JP2021/012736
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English (en)
French (fr)
Inventor
聡史 森
Original Assignee
京セラ株式会社
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B27/00—Tools for turning or boring machines; Tools of a similar kind in general; Accessories therefor
    • B23B27/14—Cutting tools of which the bits or tips or cutting inserts are of special material
    • 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
    • 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
    • C23C14/14—Metallic material, boron or silicon

Definitions

  • This disclosure relates to covering tools and cutting tools.
  • a coated tool having improved wear resistance by coating the surface of a substrate such as cemented carbide, cermet, or ceramic with a coating film is known. (See Patent Document 1).
  • the covering tool is a covering tool having a substrate and a coating film located on the substrate.
  • the substrate contains a plurality of boron nitride particles.
  • the coating film has a hard layer containing cubic crystals. When the X-ray intensity of the (200) plane in the cubic crystal is I (200) and the X-ray intensity of the (111) plane is I (111), I (200) / I (111) is 5. .3 or more.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an example of a covering tool according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a side sectional view showing an example of the covering tool according to the embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of the coating film according to the embodiment.
  • FIG. 4 is a schematic enlarged view of the H portion shown in FIG.
  • FIG. 5 is a front view showing an example of a cutting tool according to the embodiment.
  • FIG. 6 is a table showing the configurations of cBN without a metal layer and cBN with a metal layer.
  • FIG. 7 is a table showing the results of the indentation hardness test for cBN without a metal layer and cBN with a metal layer.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an example of a covering tool according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a side sectional view showing an example of the covering tool according to the embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of the coating film according to the
  • FIG. 8 is a table showing the results of a scratch test and a peeling test on a cBN without a metal layer and a cBN with a metal layer.
  • FIG. 9 is a graph showing the results of XRD measurement of cBN without a metal layer and cBN with a metal layer.
  • FIG. 10 is a diagram showing the X-ray intensity I (111) of the (111) plane, the I (200) of the (200) plane, and their orientation ratios I (200) / I (111) in the graph shown in FIG. Is.
  • the embodiment a mode for carrying out the covering tool and the cutting tool according to the present disclosure (hereinafter, referred to as “the embodiment”) will be described in detail with reference to the drawings. It should be noted that this embodiment does not limit the covering tool and the cutting tool according to the present disclosure. In addition, each embodiment can be appropriately combined as long as the processing contents do not contradict each other. Further, in each of the following embodiments, the same parts are designated by the same reference numerals, and duplicate description is omitted.
  • the present disclosure is made in view of the above, and provides a coating tool and a cutting tool capable of improving the adhesion between the coating film and the substrate.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an example of a covering tool according to an embodiment.
  • the covering tool 1 according to the embodiment has a tip main body 2 and a cutting edge portion 3.
  • the covering tool 1 has, for example, a hexahedron shape in which the shapes of the upper surface and the lower surface (the surface intersecting the Z axis shown in FIG. 1) are parallelograms.
  • the chip body 2 is formed of, for example, a cemented carbide.
  • the cemented carbide contains W (tungsten), specifically WC (tungsten carbide). Further, the cemented carbide may contain Ni (nickel) or Co (cobalt). Further, the chip body 2 may be formed of cermet.
  • the cermet contains, for example, Ti (titanium), specifically TiC (titanium carbide) or TiN (titanium nitride). Further, the cermet may contain Ni or Co.
  • a seat surface 4 for attaching the cutting edge portion 3 is located at the corner portion of the chip body 2. Further, a through hole 5 that vertically penetrates the chip body 2 is located at the center of the chip body 2. A screw 75 for attaching the covering tool 1 to the holder 70, which will be described later, is inserted into the through hole 5 (see FIG. 5).
  • Cutting edge portion 3 is integrated with the insert body 2 by being attached to the seat surface 4 of the insert body 2.
  • the cutting edge portion 3 has a first surface 6 (here, an upper surface) and a second surface 7 (here, a side surface) connected to the first surface 6.
  • the first surface 6 functions as a "scoop surface” for scooping chips generated by cutting
  • the second surface 7 functions as a "relief surface”.
  • the cutting edge 8 is located at least a part of the ridge line where the first surface 6 and the second surface 7 intersect, and the covering tool 1 applies the cutting edge 8 to the work material to apply the work material. To cut.
  • FIG. 2 is a side sectional view showing an example of the covering tool 1 according to the embodiment.
  • the cutting edge portion 3 has a substrate 10 and a coating film 20.
  • the substrate 10 contains a plurality of boron nitride particles.
  • the substrate 10 is a cubic boron nitride (cBN) sinter and contains a plurality of cubic boron nitride particles.
  • the substrate 10 may have a bonding phase containing TiN, Al, Al 2 O 3, etc. between the plurality of boron nitride particles.
  • the plurality of boron nitride particles are firmly bonded by such a bonding phase.
  • the substrate 10 does not necessarily have to have a bound phase.
  • a substrate 30 made of, for example, cemented carbide or cermet may be located on the lower surface of the substrate 10.
  • the substrate 10 is bonded to the seat surface 4 of the chip body 2 via the substrate 30 and the bonding material 40.
  • the joining material 40 is, for example, a brazing material.
  • the substrate 10 may be bonded to the chip body 2 via the bonding material 40.
  • the coating film 20 is coated on the substrate 10 for the purpose of improving the wear resistance, heat resistance, etc. of the cutting edge portion 3, for example.
  • the coating film 20 covers the insert body 2 and the cutting edge portion 3 as a whole.
  • the coating film 20 may be located at least on the substrate 10.
  • the coating film 20 is located on the upper surface of the substrate 10 corresponding to the first surface 6 of the cutting edge portion 3, the wear resistance and heat resistance of the first surface 6 are high.
  • the coating film 20 is located on the side surface of the substrate 10 corresponding to the second surface 7 of the cutting edge portion 3, the wear resistance and heat resistance of the second surface 7 are high.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of the coating film 20 according to the embodiment.
  • the coating film 20 has a hard layer 21.
  • the hard layer 21 is a layer having excellent wear resistance as compared with the metal layer 22 described later.
  • the hard layer 21 has one or more metal nitride layers.
  • the hard layer 21 may be one layer. Further, as shown in FIG. 3, a plurality of metal nitride layers may be overlapped. Further, the hard layer 21 may have a laminated portion 23 in which a plurality of metal nitride layers are laminated, and a third metal nitride layer 24 located on the laminated portion 23. The configuration of the hard layer 21 will be described later.
  • the coating film 20 has a metal layer 22.
  • the metal layer 22 is located between the substrate 10 and the hard layer 21. Specifically, the metal layer 22 is in contact with the upper surface of the substrate 10 on one surface (here, the lower surface) and is in contact with the lower surface of the hard layer 21 on the other surface (here, the upper surface).
  • the metal layer 22 has higher adhesion to the substrate 10 than the hard layer 21.
  • Examples of the metal element having such characteristics include Zr, V, Cr, W, Al, Si, and Y.
  • the metal layer 22 contains at least one of the above metal elements.
  • the simple substance of Ti, the simple substance of Zr, the simple substance of V, the simple substance of Cr, and the simple substance of Al are not used as the metal layer 22. This is because all of these have a low melting point and low oxidation resistance, and thus are not suitable for use in cutting tools. Further, the simple substance of Hf, the simple substance of Nb, the simple substance of Ta, and the simple substance of Mo have low adhesion to the substrate 10. However, this does not apply to alloys containing Ti, Zr, V, Cr, Ta, Nb, Hf, and Al.
  • the metal layer 22 may be an Al—Cr alloy layer containing an Al—Cr alloy. Since the metal layer 22 has particularly high adhesion to the substrate 10, the effect of improving the adhesion between the substrate 10 and the coating film 20 is high.
  • the Al content in the metal layer 22 may be higher than the Cr content in the metal layer 22.
  • the composition ratio (atomic%) of Al and Cr in the metal layer 22 may be 70:30. With such a composition ratio, the adhesion between the substrate 10 and the metal layer 22 is higher.
  • the metal layer 22 may contain components other than the above metal elements (Zr, V, Cr, W, Al, Si, Y). However, from the viewpoint of adhesion to the substrate 10, the metal layer 22 may contain at least 95 atomic% or more of the above metal elements in total. More preferably, the metal layer 22 may contain the above metal elements in a total amount of 98 atomic% or more. For example, when the metal layer 22 is an Al—Cr alloy layer, the metal layer 22 may contain at least 95 atomic% or more of Al and Cr in total. Further, the metal layer 22 may contain at least 98 atomic% or more in total of Al and Cr. The proportion of the metal component in the metal layer 22 can be specified by, for example, analysis using an EDS (energy dispersive X-ray spectrometer).
  • EDS energy dispersive X-ray spectrometer
  • the metal layer 22 does not contain Ti as much as possible from the viewpoint of improving the adhesion with the substrate 10.
  • the content of Ti in the metal layer 22 may be 15 atomic% or less.
  • the metal layer 22 having a higher wettability with the base 10 than the hard layer 21 is provided between the base 10 and the hard layer 21 to cover the base 10 and the coating tool 1.
  • the adhesion with the film 20 can be improved. Since the metal layer 22 has high adhesion to the hard layer 21, it is unlikely that the hard layer 21 will peel off from the metal layer 22.
  • the cBN used as the substrate 10 is an insulator, and there is room for improvement in the adhesion of the cBN, which is an insulator, to the film formed by the PVD method (physical vapor deposition).
  • the covering tool 1 according to the embodiment by providing the conductive metal layer 22 on the surface of the substrate 10, the adhesion between the hard layer 21 formed by PVD and the metal layer 22 is high.
  • FIG. 4 is a schematic enlarged view of the H portion shown in FIG.
  • the hard layer 21 has a laminated portion 23 located on the metal layer 22 and a third metal nitride layer 24 located on the laminated portion 23.
  • the laminated portion 23 has a plurality of first metal nitride layers 23a and a plurality of second metal nitride layers 23b.
  • the laminated portion 23 has a structure in which the first metal nitride layer 23a and the second metal nitride layer 23b are alternately laminated.
  • the thickness of the first metal nitride layer 23a and the thickness of the second metal nitride layer 23b may be 50 nm or less, respectively.
  • the first metal nitride layer 23a is a layer in contact with the metal layer 22, and the second metal nitride layer 23b is formed on the first metal nitride layer 23a.
  • the first metal nitride layer 23a and the second metal nitride layer 23b may contain the metal contained in the metal layer 22.
  • the metal layer 22 contains two types of metals (here, "first metal” and "second metal”).
  • the first metal nitride layer 23a contains the nitrides of the first metal and the third metal.
  • the third metal is a metal that is not contained in the metal layer 22.
  • the second metal nitride layer 23b contains a first metal and a second metal nitride.
  • the metal layer 22 may contain Al and Cr.
  • the first metal nitride layer 23a may contain Al.
  • the first metal nitride layer 23a may be an AlTiN layer containing AlTiN, which is a nitride of Al and Ti.
  • the second metal nitride layer 23b may be an AlCrN layer containing AlCrN, which is a nitride of Al and Cr.
  • the adhesion between the metal layer 22 and the hard layer 21 is high. This makes it difficult for the hard layer 21 to peel off from the metal layer 22, so that the coating film 20 has high durability.
  • the first metal nitride layer 23a that is, the AlTiN layer is excellent in, for example, wear resistance in addition to the adhesion to the metal layer 22 described above.
  • the second metal nitride layer 23b that is, the AlCrN layer is excellent in heat resistance and oxidation resistance, for example.
  • the coating film 20 contains the first metal nitride layer 23a and the second metal nitride layer 23b having different compositions to control the properties such as wear resistance and heat resistance of the hard layer 21. be able to. As a result, the tool life of the covering tool 1 can be extended.
  • the hard layer 21 according to the embodiment it is possible to improve mechanical properties such as adhesion to the metal layer 22 and abrasion resistance while maintaining the excellent heat resistance of AlCrN.
  • the laminated portion 23 may be formed by, for example, an arc ion plating method (AIP method).
  • AIP method a metal nitride (here, AlTiN and AlCrN) is formed by evaporating the target metal (here, AlTi target and AlCr target) using an arc discharge in a vacuum atmosphere and combining with N 2 gas. It is a method of filming.
  • the metal layer 22 may also be formed by the AIP method.
  • the third metal nitride layer 24 may be located on the laminated portion 23. Specifically, the third metal nitride layer 24 is in contact with the second metal nitride layer 23b of the laminated portion 23.
  • the third metal nitride layer 24 is, for example, a metal nitride layer (AlTiN layer) containing Ti and Al, like the first metal nitride layer 23a.
  • the thickness of the third metal nitride layer 24 may be thicker than the thickness of each of the first metal nitride layer 23a and the second metal nitride layer 23b. Specifically, when the thickness of the first metal nitride layer 23a and the second metal nitride layer 23b is 50 nm or less as described above, the thickness of the third metal nitride layer 24 may be 1 ⁇ m or more. For example, the thickness of the third metal nitride layer 24 may be 1.2 ⁇ m.
  • the welding resistance of the covering tool 1 can be improved.
  • the wear resistance of the covering tool 1 can be improved.
  • the oxidation start temperature of the third metal nitride layer 24 is high, the oxidation resistance of the covering tool 1 can be improved.
  • the thickness of the third metal nitride layer 24 may be thicker than the thickness of the laminated portion 23. Specifically, in the embodiment, when the thickness of the laminated portion 23 is 0.5 ⁇ m or less, the thickness of the third metal nitride layer 24 may be 1 ⁇ m or more. For example, when the thickness of the laminated portion 23 is 0.3 ⁇ m, the thickness of the third metal nitride layer 24 may be 1.2 ⁇ m.
  • the thickness of the metal layer 22 may be, for example, 0.1 ⁇ m or more and less than 0.6 ⁇ m. That is, the metal layer 22 may be thicker than each of the first metal nitride layer 23a and the second metal nitride layer 23b, and may be thinner than the laminated portion 23.
  • FIG. 5 is a front view showing an example of a cutting tool according to the embodiment.
  • the cutting tool 100 has a covering tool 1 and a holder 70 for fixing the covering tool 1.
  • the holder 70 is a rod-shaped member extending from the first end (upper end in FIG. 5) to the second end (lower end in FIG. 5).
  • the holder 70 is made of, for example, steel or cast iron. In particular, it is preferable to use steel having high toughness among these members.
  • the holder 70 has a pocket 73 at the end on the first end side.
  • the pocket 73 is a portion on which the covering tool 1 is mounted, and has a seating surface that intersects the rotation direction of the work material and a restraining side surface that is inclined with respect to the seating surface.
  • the seating surface is provided with a screw hole for screwing a screw 75, which will be described later.
  • the covering tool 1 is located in the pocket 73 of the holder 70 and is attached to the holder 70 by the screw 75. That is, the screw 75 is inserted into the through hole 5 of the covering tool 1, and the tip of the screw 75 is inserted into the screw hole formed on the seating surface of the pocket 73 to screw the screw portions together. As a result, the covering tool 1 is attached to the holder 70 so that the cutting edge 8 (see FIG. 1) protrudes outward from the holder 70.
  • a cutting tool used for so-called turning is illustrated.
  • the turning process include inner diameter processing, outer diameter processing, and grooving processing.
  • the cutting tool is not limited to the one used for turning.
  • the covering tool 1 may be used as the cutting tool used for the milling process.
  • the cutting process of the work material includes (1) a process of rotating the work material, (2) a process of bringing the cutting edge 8 of the covering tool 1 into contact with the rotating work material to cut the work material, and , (3) Includes a step of separating the covering tool 1 from the work material.
  • Typical examples of the material of the work material include carbon steel, alloy steel, stainless steel, cast iron, non-ferrous metal and the like.
  • Example 1 Scratch test and peeling test
  • the inventor of the present application conducted a scratch test and a peeling test on a sample in which a coating film was formed on cBN.
  • FIG. 6 is a table showing the configurations of cBN without a metal layer and cBN with a metal layer.
  • FIG. 7 is a table showing the results of the indentation hardness test for the cBN without the metal layer and the cBN with the metal layer.
  • a metal layer having the composition shown in the table of FIG. 6 was provided on the surface of the tool-shaped cBN sintered body. Further, a hard layer shown in the table of FIG. 6 was provided on the metal layer (cBN with a metal layer). Further, the hard layer shown in the table of FIG. 6 was provided directly on the cBN sintered body and used as a comparative example (cBN without a metal layer). As the cBN sintered body, one having a binder was used.
  • Scratch test and peeling test were performed on these samples.
  • the scratch test is evaluated by the magnitude of the peeling load, and the larger the peeling load, the more difficult it is to peel off. Further, the longer the peeling time, the more difficult it is to peel.
  • the scratch test was performed on a diamond indenter having a tip shape with an R (radius of curvature) of 200 ⁇ m under the conditions of a speed of 10 mm / min and a load speed of 100 N per minute.
  • a tool-shaped sample of CNGA120408S01225 was used for the hardened material of the work material SCM415, and the cutting speed was 150 m / min, the feed rate was 0.1 mm / rotation, and the depth of cut was 0.2 mm. The time required for the hard layer to peel off was evaluated.
  • FIG. 8 is a table showing the results of a scratch test and a peeling test on a cBN without a metal layer and a cBN with a metal layer.
  • the peeling load was larger and the peeling time was significantly longer in the cBN with the metal layer than in the cBN without the metal layer.
  • “80>” indicates that the peeling load is less than 80N, but close to 80N (at least 75N or more).
  • “40>” indicates that the peeling time is less than 40 minutes but close to 40 minutes (at least 35 minutes or more).
  • the cBN with a metal layer is less likely to cause peeling of the coating film as compared with the cBN without a metal layer, that is, the durability of the coating film is high.
  • the indentation hardness test shown in FIG. 7 was performed using a micro indentation hardness tester "ENT-1100b / a" (manufactured by Elionix Inc.).
  • the thickness of the coating film was measured in the cross section of the substrate orthogonal to the surface of the substrate.
  • the thickness of the coating film was 2.7 ⁇ m when it had a metal layer. When the metal layer was not provided, the thickness of the coating film was 2.5 ⁇ m.
  • the indenter was pushed from the surface of the coating film by 20% of the thickness of the coating film.
  • the indentation of the indenter onto the surface of the coating film was increased approximately every 0.02 ⁇ m. This pushing depth can be increased by increasing the pushing load. Increasing the indentation depth by 0.02 ⁇ m is, in other words, increasing the indentation load by approximately 5 mN.
  • the hardness from the surface of the coating film to the vicinity of the surface of the substrate can be measured.
  • the hardness of the coating film is, as described above, the hardness obtained by pushing the indenter from the surface of the coating film to a depth of 20% of the coating film while changing the pushing load of the indenter. Is. In the indentation hardness test, the deeper the indentation depth, the deeper the hardness of the region from the surface of the coating film can be measured.
  • Example 2 XRD measurement
  • the inventor of the present application performed XRD measurement of a sample in which a coating film was formed on cBN. The results are shown in FIGS. 9 and 10.
  • FIG. 9 is a graph showing the results of XRD measurement of cBN without a metal layer and cBN with a metal layer.
  • FIG. 10 shows the X-ray intensities I (111) on the (111) plane, I (200) on the (200) plane, and their orientation ratios I (200) / I (111) in the graph shown in FIG. It is a figure which shows.
  • This test was carried out using a thin film X-ray diffractometer "X'Pert PRO-MRD (DY2295)" (manufactured by PANalytical).
  • the optical system of this device is an X-ray mirror and a flat plate collimator.
  • the X-ray tube of this device is CuK ⁇ , and the output is 45 kV / 40 mA.
  • Measurement method 2 ⁇ scan Measurement range: 20 ° to 80 ° Incident angle: 0.5 ° Step: 0.02 ° Time: 4.0 sec / step
  • a coating film having a metal layer formed on cBN (cBN with a metal layer)
  • a coating film having no metal layer formed on cBN (cBN without a metal layer)
  • FIG. 9 shows the results of XRD measurement of cBN with a metal layer and cBN without a metal layer. From the viewpoint of visibility, in FIG. 9, the X-ray intensity of the measurement result of the cBN without the metal layer is shifted to the high intensity side by 500 as a whole.
  • the diffraction peak having a peak in the range of 36 ° to 38 ° corresponds to the (111) plane of the cubic crystal of the metal nitride contained in the coating film.
  • the diffraction peak having a peak in the range of 42 ° to 44 ° corresponds to the (200) plane of the cubic crystal.
  • the X-ray intensity I (111) of the (111) plane is 507, and the X-ray intensity I (200) of the (200) plane is 3135.
  • the orientation ratio I (200) / I (111) of was 6.183432.
  • the X-ray intensity I (111) of the (111) plane is 582, the X-ray intensity I (200) of the (200) plane is 3007, and these orientation ratios I ( 200) / I (111) was 5.166667.
  • the covering tool having such a structure has a high hardness of the hard layer and is excellent in wear resistance.
  • the residual stress of the hard layer based on the (311) plane of the cubic crystal is smaller than 0 and larger than -1150 MPa.
  • the covering tool having such a structure is excellent in impact resistance and the hard layer is hard to peel off.
  • the coating tool 1 in which the substrate 10 made of boron nitride particles or the like is attached to the chip body 2 made of cemented carbide or the like and these are coated with the coating film 20 has been described.
  • the covering tool according to the present disclosure for example, all of the hexahedral substrates having a parallelogram shape on the upper surface and the lower surface are cubic boron nitride sintered bodies, and the coating tool is covered on the substrate.
  • a cover film may be formed.
  • the shapes of the upper surface and the lower surface of the covering tool 1 are parallelograms, but the shapes of the upper surface and the lower surface of the covering tool 1 may be rhombuses, squares, or the like. Further, the shape of the upper surface and the lower surface of the covering tool 1 may be a triangle, a pentagon, a hexagon, or the like.
  • the shape of the covering tool 1 may be a positive type or a negative type.
  • the positive type is a type in which the side surface is inclined with respect to the central axis passing through the center of the upper surface and the center of the lower surface of the covering tool 1
  • the negative type is a type in which the side surface is parallel to the central axis.
  • the substrate 10 contains particles of cubic boron nitride (cBN)
  • cBN cubic boron nitride
  • the substrate disclosed in the present application may contain particles such as hexagonal boron nitride (hBN), rhombohedral boron nitride (rBN), and wurtzite boron nitride (wBN).
  • the covering tool 1 has been described as being used for cutting, but the covering tool according to the present application can be applied to other than cutting tools such as excavation tools and cutting tools.

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Abstract

本開示による被覆工具（１）は、基体（１０）と、該基体（１０）の上に位置する被覆膜（２０）と、を有する被覆工具である。基体（１０）は、複数の窒化硼素粒子を含有する。被覆膜（２０）は、立方晶結晶を含有する硬質層（２１）を有する。そして、立方晶結晶における（２００）面のＸ線強度をＩ（２００）とし、（１１１）面のＸ線強度をＩ（１１１）とした場合、Ｉ（２００）／Ｉ（１１１）は、５．３以上である。

Description

被覆工具および切削工具
　本開示は、被覆工具および切削工具に関する。
　旋削加工や転削加工等の切削加工に用いられる工具として、超硬合金、サーメット、セラミックス等の基体の表面を被覆膜でコーティングすることによって耐摩耗性等を向上させた被覆工具が知られている（特許文献１参照）。
特許第５１６０２３１号公報
　本開示の一態様による被覆工具は、基体と、該基体の上に位置する被覆膜と、を有する被覆工具である。基体は、複数の窒化硼素粒子を含有する。被覆膜は、立方晶結晶を含有する硬質層を有する。そして、立方晶結晶における（２００）面のＸ線強度をＩ（２００）とし、（１１１）面のＸ線強度をＩ（１１１）とした場合、Ｉ（２００）／Ｉ（１１１）は、５．３以上である。
図１は、実施形態に係る被覆工具の一例を示す斜視図である。 図２は、実施形態に係る被覆工具の一例を示す側断面図である。 図３は、実施形態に係る被覆膜の一例を示す断面図である。 図４は、図３に示すＨ部の模式拡大図である。 図５は、実施形態に係る切削工具の一例を示す正面図である。 図６は、金属層なしｃＢＮおよび金属層ありｃＢＮの構成を示す表である。 図７は、金属層なしｃＢＮおよび金属層ありｃＢＮに対する押し込み硬さ試験の結果を示す表である。 図８は、金属層なしｃＢＮおよび金属層ありｃＢＮに対するスクラッチ試験および剥離試験の結果を示す表である。 図９は、金属層なしｃＢＮおよび金属層ありｃＢＮのＸＲＤ測定の結果を示すグラフである。 図１０は、図９に示すグラフにおける、（１１１）面のＸ線強度Ｉ（１１１）、（２００）面のＩ（２００）およびこれらの配向比率Ｉ（２００）／Ｉ（１１１）を示す図である。
　以下に、本開示による被覆工具および切削工具を実施するための形態（以下、「実施形態」と記載する）について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施形態により本開示による被覆工具および切削工具が限定されるものではない。また、各実施形態は、処理内容を矛盾させない範囲で適宜組み合わせることが可能である。また、以下の各実施形態において同一の部位には同一の符号を付し、重複する説明は省略される。
　また、以下に示す実施形態では、「一定」、「直交」、「垂直」あるいは「平行」といった表現が用いられる場合があるが、これらの表現は、厳密に「一定」、「直交」、「垂直」あるいは「平行」であることを要しない。すなわち、上記した各表現は、例えば製造精度、設置精度などのずれを許容するものとする。
　上述した従来技術には、被覆膜と基体との密着性を向上させるという点で更なる改善の余地がある。
　本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、被覆膜と基体との密着性を向上させることができる被覆工具および切削工具を提供する。
＜被覆工具＞
　図１は、実施形態に係る被覆工具の一例を示す斜視図である。図１に示すように、実施形態に係る被覆工具１は、チップ本体２と、切刃部３とを有する。実施形態において、被覆工具１は、たとえば、上面および下面（図１に示すＺ軸と交わる面）の形状が平行四辺形である六面体形状を有する。
（チップ本体２）
　チップ本体２は、たとえば超硬合金で形成される。超硬合金は、Ｗ（タングステン）、具体的には、ＷＣ（炭化タングステン）を含有する。また、超硬合金は、Ｎｉ（ニッケル）やＣｏ（コバルト）を含有していてもよい。また、チップ本体２は、サーメットで形成されてもよい。サーメットは、たとえばＴｉ（チタン）、具体的には、ＴｉＣ（炭化チタン）またはＴｉＮ（窒化チタン）を含有する。また、サーメットは、ＮｉやＣｏを含有していてもよい。
　チップ本体２のコーナー部には、切刃部３を取り付けるための座面４が位置する。また、チップ本体２の中央部には、チップ本体２を上下に貫通する貫通孔５が位置する。貫通孔５には、後述するホルダ７０に被覆工具１を取り付けるためのネジ７５が挿入される（図５参照）。
（切刃部３）
　切刃部３は、チップ本体２の座面４に取り付けられることによってチップ本体２と一体化される。
　切刃部３は、第１面６（ここでは、上面）と、第１面６に連接する第２面７（ここでは、側面）とを有する。実施形態において、第１面６は切削により生じた切屑をすくい取る「すくい面」として機能し、第２面７は「逃げ面」として機能する。第１面６と第２面７とが交わる稜線の少なくとも一部には、切刃８が位置しており、被覆工具１は、かかる切刃８を被削材に当てることによって被削材を切削する。
　かかる切刃部３の構成について図２を参照して説明する。図２は、実施形態に係る被覆工具１の一例を示す側断面図である。図２に示すように、切刃部３は、基体１０と、被覆膜２０とを有する。
（基体１０）
　基体１０は、複数の窒化硼素粒子を含有する。実施形態において、基体１０は、立方晶窒化硼素（ｃＢＮ）質焼結体であり、複数の立方晶窒化硼素の粒子を含有する。また、実施形態において、基体１０は、複数の窒化硼素粒子の間に、ＴｉＮ、Ａｌ、Ａｌ２Ｏ３等を含有する結合相を有していてもよい。複数の窒化硼素粒子は、かかる結合相によって強固に結合される。なお、基体１０は、必ずしも結合相を有することを要しない。
　基体１０の下面には、たとえば超硬合金またはサーメットからなる基板３０が位置していてもよい。この場合、基体１０は、基板３０および接合材４０を介してチップ本体２の座面４に接合している。接合材４０は、たとえばロウ材である。チップ本体２の座面４以外の部分では、基体１０は接合材４０を介してチップ本体２と接合していてもよい。
（被覆膜２０）
　被覆膜２０は、例えば、切刃部３の耐摩耗性、耐熱性等を向上させることを目的として基体１０に被覆される。図２の例では、被覆膜２０がチップ本体２および切刃部３を全体的に被覆している。被覆膜２０は、少なくとも基体１０の上に位置していればよい。被覆膜２０が切刃部３の第１面６に相当する基体１０の上面に位置する場合、第１面６の耐摩耗性、耐熱性が高い。被覆膜２０が切刃部３の第２面７に相当する基体１０の側面に位置する場合、第２面７の耐摩耗性、耐熱性が高い。
　ここで、被覆膜２０の具体的な構成について図３を参照して説明する。図３は、実施形態に係る被覆膜２０の一例を示す断面図である。
　図３に示すように、被覆膜２０は、硬質層２１を有する。硬質層２１は、後述する金属層２２と比較して耐摩耗性に優れた層である。硬質層２１は、１層以上の金属窒化物層を有する。硬質層２１は１層であってもよい。また、図３に示すように複数の金属窒化物層が重なっていてもよい。また、硬質層２１は、複数の金属窒化物層が積層された積層部２３と、積層部２３の上に位置する第３金属窒化物層２４とを有していてもよい。かかる硬質層２１の構成については後述する。
（金属層２２）
　また、被覆膜２０は、金属層２２を有する。金属層２２は、基体１０と硬質層２１との間に位置する。具体的には、金属層２２は、一方の面（ここでは下面）において基体１０の上面に接し、且つ、他方の面（ここでは上面）において硬質層２１の下面に接する。
　金属層２２は、基体１０との密着性が硬質層２１と比べて高い。このような特性を有する金属元素としては、たとえば、Ｚｒ、Ｖ、Ｃｒ、Ｗ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｙが挙げられる。金属層２２は、上記金属元素のうち少なくとも１種以上の金属元素を含有する。
　なお、Ｔｉの単体、Ｚｒの単体、Ｖの単体、Ｃｒの単体およびＡｌの単体は、金属層２２としては用いられない。これらはいずれも融点が低く、耐酸化性が低いことから、切削工具への使用に適さないためである。また、Ｈｆの単体、Ｎｂの単体、Ｔａの単体、Ｍｏの単体は基体１０との密着性が低い。ただし、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ａｌを含む合金については、この限りではない。
　金属層２２は、Ａｌ－Ｃｒ合金を含有するＡｌ－Ｃｒ合金層であってもよい。かかる金属層２２は、基体１０との密着性が特に高いことから、基体１０と被覆膜２０との密着性を向上させる効果が高い。
　金属層２２がＡｌ－Ｃｒ合金層である場合、金属層２２におけるＡｌの含有量は、金属層２２におけるＣｒの含有量よりも多くてもよい。たとえば、金属層２２におけるＡｌとＣｒとの組成比（原子％）は、７０：３０であってもよい。このような組成比率とすることで、基体１０と金属層２２との密着性はより高い。
　金属層２２は、上記金属元素（Ｚｒ、Ｖ、Ｃｒ、Ｗ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｙ）以外の成分を含有していてもよい。ただし、基体１０との密着性の観点から、金属層２２は、上記金属元素を合量で少なくとも９５原子％以上含有していてもよい。より好ましくは、金属層２２は、上記金属元素を合量で９８原子％以上含有してもよい。たとえば、金属層２２がＡｌ－Ｃｒ合金層である場合、金属層２２は、少なくとも、ＡｌおよびＣｒを合量で９５原子％以上含有していてもよい。さらに金属層２２は、少なくとも、ＡｌおよびＣｒを合量で９８原子％以上含有していてもよい。なお、金属層２２における金属成分の割合は、たとえば、ＥＤＳ（エネルギー分散型Ｘ線分光器）を用いた分析により特定可能である。
　また、Ｔｉは実施形態に係る基体１０との濡れ性が悪いため、基体１０との密着性向上の観点から、金属層２２は、Ｔｉを極力含有していないことが好ましい。具体的には、金属層２２におけるＴｉの含有量は、１５原子％以下であってもよい。
　このように、実施形態に係る被覆工具１では、基体１０との濡れ性が硬質層２１と比べて高い金属層２２を基体１０と硬質層２１との間に設けることにより、基体１０と被覆膜２０との密着性を向上させることができる。なお、金属層２２は、硬質層２１との密着性も高いため、硬質層２１が金属層２２から剥離するといったことも生じにくい。
　また、基体１０として用いられるｃＢＮは、絶縁体であり、絶縁体であるｃＢＮには、ＰＶＤ法（物理蒸着）により形成される膜との密着性に改善の余地があった。これに対し、実施形態に係る被覆工具１では、導電性を有する金属層２２を基体１０の表面に設けることで、ＰＶＤにより形成される硬質層２１と金属層２２との密着性が高い。
（硬質層２１）
　次に、硬質層２１の構成について図４を参照して説明する。図４は、図３に示すＨ部の模式拡大図である。
　図４に示すように、硬質層２１は、金属層２２の上に位置する積層部２３と、積層部２３の上に位置する第３金属窒化物層２４とを有する。
　積層部２３は、複数の第１金属窒化物層２３ａと複数の第２金属窒化物層２３ｂとを有する。積層部２３は、第１金属窒化物層２３ａと第２金属窒化物層２３ｂとが交互に積層された構成を有している。
　第１金属窒化物層２３ａおよび第２金属窒化物層２３ｂの厚みは、それぞれ５０ｎｍ以下としてもよい。このように、第１金属窒化物層２３ａおよび第２金属窒化物層２３ｂを薄く形成することで、第１金属窒化物層２３ａおよび第２金属窒化物層２３ｂの残留応力が小さい。これにより、たとえば、第１金属窒化物層２３ａおよび第２金属窒化物層２３ｂの剥離やクラック等が生じ難くなることから、被覆膜２０の耐久性が高い。
　第１金属窒化物層２３ａは、金属層２２に接する層であり、第２金属窒化物層２３ｂは、第１金属窒化物層２３ａ上に形成される。
　第１金属窒化物層２３ａおよび第２金属窒化物層２３ｂは、金属層２２に含まれる金属を含有していてもよい。
　たとえば、金属層２２に２種類の金属（ここでは、「第１の金属」、「第２の金属」とする）が含まれているとする。この場合、第１金属窒化物層２３ａは、第１の金属および第３の金属の窒化物を含有する。第３の金属は、金属層２２に含まれない金属である。また、第２金属窒化物層２３ｂは、第１の金属および第２の金属の窒化物を含有する。
　たとえば、実施形態において、金属層２２は、ＡｌおよびＣｒを含有してもよい。この場合、第１金属窒化物層２３ａは、Ａｌを含有してもよい。具体的には、第１金属窒化物層２３ａは、ＡｌおよびＴｉの窒化物であるＡｌＴｉＮを含有するＡｌＴｉＮ層であってもよい。また、第２金属窒化物層２３ｂは、ＡｌおよびＣｒの窒化物であるＡｌＣｒＮを含有するＡｌＣｒＮ層であってもよい。
　このように、金属層２２に含まれる金属を含有する第１金属窒化物層２３ａを金属層２２の上に位置させることで、金属層２２と硬質層２１との密着性が高い。これにより、硬質層２１が金属層２２から剥離し難くなるため、被覆膜２０の耐久性が高い。
　第１金属窒化物層２３ａすなわちＡｌＴｉＮ層は、上述した金属層２２との密着性の他、たとえば耐摩耗性に優れる。また、第２金属窒化物層２３ｂすなわちＡｌＣｒＮ層は、たとえば耐熱性、耐酸化性に優れる。このように、被覆膜２０は、互いに異なる組成の第１金属窒化物層２３ａおよび第２金属窒化物層２３ｂを含むことで、硬質層２１の耐摩耗性や耐熱性等の特性を制御することができる。これにより、被覆工具１の工具寿命を延ばすことができる。たとえば、実施形態に係る硬質層２１においては、ＡｌＣｒＮが持つ優れた耐熱性を維持しつつ、金属層２２との密着性や耐摩耗性といった機械的性質を向上させることができる。
　なお、積層部２３は、たとえばアークイオンプレーティング法（ＡＩＰ法）により成膜してもよい。ＡＩＰ法は、真空雰囲気でアーク放電を利用してターゲット金属（ここでは、ＡｌＴｉターゲットおよびＡｌＣｒターゲット）を蒸発させ、Ｎ２ガスと結合することによって金属窒化物（ここでは、ＡｌＴｉＮとＡｌＣｒＮ）を成膜する方法である。なお、金属層２２もＡＩＰ法により成膜してもよい。
　第３金属窒化物層２４は、積層部２３の上に位置してもよい。具体的には、第３金属窒化物層２４は、積層部２３のうち第２金属窒化物層２３ｂと接する。第３金属窒化物層２４は、たとえば、第１金属窒化物層２３ａと同様、ＴｉおよびＡｌを含有する金属窒化物層（ＡｌＴｉＮ層）である。
　第３金属窒化物層２４の厚みは、第１金属窒化物層２３ａおよび第２金属窒化物層２３ｂの各厚みよりも厚くてもよい。具体的には、上述したように第１金属窒化物層２３ａおよび第２金属窒化物層２３ｂの厚みは５０ｎｍ以下とした場合、第３金属窒化物層２４の厚みは、１μｍ以上としてもよい。たとえば、第３金属窒化物層２４の厚みは、１．２μｍであってもよい。
　これにより、たとえば、第３金属窒化物層２４の摩擦係数が低い場合には、被覆工具１の耐溶着性を向上させることができる。また、たとえば、第３金属窒化物層２４の硬度が高い場合には、被覆工具１の耐摩耗性を向上させることができる。また、たとえば、第３金属窒化物層２４の酸化開始温度が高い場合には、被覆工具１の耐酸化性を向上させることができる。
　また、第３金属窒化物層２４の厚みは、積層部２３の厚みよりも厚くてもよい。具体的には、実施形態において、積層部２３の厚みは０．５μｍ以下とした場合、第３金属窒化物層２４の厚みは、１μｍ以上であってもよい。たとえば、積層部２３の厚みが０．３μｍである場合、第３金属窒化物層２４の厚みは１．２μｍであってもよい。このように、第３金属窒化物層２４を積層部２３よりも厚くすることで、上述した耐溶着性、耐摩耗性等を向上させる効果がさらに高い。
　なお、金属層２２の厚みは、たとえば０．１μｍ以上、０．６μｍ未満であってもよい。すなわち、金属層２２は、第１金属窒化物層２３ａおよび第２金属窒化物層２３ｂの各々よりも厚く、且つ、積層部２３よりも薄くてもよい。
＜切削工具＞
　次に、上述した被覆工具１を備えた切削工具の構成について図５を参照して説明する。図５は、実施形態に係る切削工具の一例を示す正面図である。
　図５に示すように、実施形態に係る切削工具１００は、被覆工具１と、被覆工具１を固定するためのホルダ７０とを有する。
　ホルダ７０は、第１端（図５における上端）から第２端（図５における下端）に向かって伸びる棒状の部材である。ホルダ７０は、たとえば、鋼、鋳鉄製である。特に、これらの部材の中で靱性の高い鋼が用いられることが好ましい。
　ホルダ７０は、第１端側の端部にポケット７３を有する。ポケット７３は、被覆工具１が装着される部分であり、被削材の回転方向と交わる着座面と、着座面に対して傾斜する拘束側面とを有する。着座面には、後述するネジ７５を螺合させるネジ孔が設けられている。
　被覆工具１は、ホルダ７０のポケット７３に位置し、ネジ７５によってホルダ７０に装着される。すなわち、被覆工具１の貫通孔５にネジ７５を挿入し、このネジ７５の先端をポケット７３の着座面に形成されたネジ孔に挿入してネジ部同士を螺合させる。これにより、被覆工具１は、切刃８（図１参照）がホルダ７０から外方に突出するようにホルダ７０に装着される。
　実施形態においては、いわゆる旋削加工に用いられる切削工具を例示している。旋削加工としては、例えば、内径加工、外径加工及び溝入れ加工が挙げられる。なお、切削工具としては旋削加工に用いられるものに限定されない。例えば、転削加工に用いられる切削工具に被覆工具１を用いてもよい。
　たとえば、被削材の切削加工は、（１）被削材を回転させる工程、（２）回転する被削材に被覆工具１の切刃８を接触させて被削材を切削する工程、および、（３）被覆工具１を被削材から離す工程を含む。なお、被削材の材質の代表例としては、炭素鋼、合金鋼、ステンレス、鋳鉄、または非鉄金属などが挙げられる。
（実施例１：スクラッチ試験および剥離試験）
　本願発明者は、ｃＢＮ上に被覆膜を形成したサンプルについて、スクラッチ試験および剥離試験を行った。図６は、金属層なしｃＢＮおよび金属層ありｃＢＮの構成を示す表である。また、図７は、金属層なしｃＢＮおよび金属層ありｃＢＮに対する押し込み硬さ試験の結果を示す表である。
　工具形状のｃＢＮ焼結体の表面に図６の表に示す組成の金属層を設けた。さらに、その金属層の上に図６の表に示す硬質層を設けた（金属層ありｃＢＮ）。また、ｃＢＮ焼結体の上に直接、図６の表に示す硬質層を設けて比較例とした（金属層なしｃＢＮ）。なお、ｃＢＮ焼結体はバインダを有するものを用いた。
　これらの試料について、スクラッチ試験と剥離試験を行った。スクラッチ試験は剥離荷重の大きさで評価しており、剥離荷重が大きいほど、剥離しにくい。また、剥離時間は長いほど剥離しにくい。
　スクラッチ試験は、Ｒ（曲率半径）が２００μｍの先端形状のダイヤモンド圧子を１０ｍｍ／分の速度および１分間に１００Ｎの荷重速度の条件で行った。
　剥離試験は、被加工材ＳＣＭ４１５の焼き入れ材に対して、ＣＮＧＡ１２０４０８Ｓ０１２２５の工具形状の試料を用いて、切削速度：１５０ｍ／分、送り速度：０．１ｍｍ／回転、切込み：０．２ｍｍの加工条件で行い、硬質層が剥離するまでの時間を評価した。
　剥離荷重および剥離時間を図８に示す。図８は、金属層なしｃＢＮおよび金属層ありｃＢＮに対するスクラッチ試験および剥離試験の結果を示す表である。図８に示すように、金属層なしｃＢＮに対して、金属層ありｃＢＮでは剥離荷重は大きくなり、剥離時間も大幅に長くなった。なお、図８中、「８０＞」は、剥離荷重が８０Ｎ未満ではあるが、８０Ｎに近い（少なくとも７５Ｎ以上である）ことを示している。同様に、図８中、「４０＞」は、剥離時間が４０分未満ではあるが、４０分に近い（少なくとも３５分以上である）ことを示している。このように、金属層ありｃＢＮは、金属層なしｃＢＮと比較して被覆膜の剥離が生じ難い、すなわち、被覆膜の耐久性が高い。
　なお、図７に示す押し込み硬さ試験は、微小押し込み硬さ試験機「ＥＮＴ－１１００ｂ／ａ」（（株）エリオニクス製）を用いて行われた。
　硬度の測定に先立ち、基体の表面に直交する基体の断面において被覆膜の厚みを測定した。被覆膜の厚みは、金属層を有する場合２．７μｍであった。金属層を有しない場合被覆膜の厚みは２．５μｍであった。圧子を被覆膜の表面から、被覆膜の厚みの２０％分だけ押し込んだ。被覆膜の表面への圧子の押し込みは、およそ０．０２μｍ毎に増加させた。この押し込み深さは押し込み荷重を増加させることで深くすることができる。押し込み深さを０．０２μｍずつ増加させるとは、言い換えると押し込み荷重をおおよそ５ｍＮずつ増加させたことと同じである。
　本試験では、被覆膜の厚みの２０％の深さまで圧子を押し込むとほぼ被覆膜の表面から基体の表面付近の硬度が測定することができる。本開示において、被覆膜の硬度とは、上述したように、被覆膜の表面から、圧子の押し込み荷重を変化させながら被覆膜の２０％の深さまで圧子を押し込んで得られる硬度のことである。押し込み硬さ試験では、押し込み深さが深いほど、被覆膜の表面からより深い領域の硬度を測定することが可能である。
（実施例２：ＸＲＤ測定）
　本願発明者は、ｃＢＮ上に被覆膜を形成したサンプルのＸＲＤ測定を行った。その結果を図９および図１０に示す。図９は、金属層なしｃＢＮおよび金属層ありｃＢＮのＸＲＤ測定の結果を示すグラフである。また、図１０は、図９に示すグラフにおける、（１１１）面のＸ線強度Ｉ（１１１）、（２００）面のＩ（２００）およびこれらの配向比率Ｉ（２００）／Ｉ（１１１）を示す図である。
　なお、本試験は、薄膜Ｘ線回折装置「Ｘ’Ｐｅｒｔ　ＰＲＯ－ＭＲＤ　(ＤＹ２２９５)」（ＰＡＮａｌｙｔｉｃａｌ製）を用いて行われた。本装置の光学系は、Ｘ線ミラーおよび平板コリメータである。また、本装置のＸ線管球はＣｕＫαであり、出力は４５ｋＶ／４０ｍＡである。
　また、本試験の測定条件は、以下の通りである。
　測定方法　：２θスキャン
　測定範囲　：２０°～８０°
　入射角度　：０．５°
　ステップ　：０．０２°
　時間　　　：４．０ｓｅｃ／ｓｔｅｐ
　サンプルは、以下の２種類である。
（１）金属層を有する被覆膜をｃＢＮ上に形成したもの（金属層ありｃＢＮ）
（２）金属層を有しない被覆膜をｃＢＮ上に形成したもの（金属層なしｃＢＮ）
　図９には、金属層ありｃＢＮおよび金属層なしｃＢＮのＸＲＤ測定の結果を示している。なお、見やすさの観点から、図９では、金属層なしｃＢＮの測定結果のＸ線強度を全体的に５００だけ高強度側にシフトさせている。
　図９において、３６°～３８°の範囲にピークを有する回折ピークは、被覆膜に含まれる金属窒化物の立方晶結晶の（１１１）面に対応する。また、４２°～４４°の範囲にピークを有する回折ピークは、同立方晶結晶の（２００）面に対応する。
　図１０に示すように、金属層ありｃＢＮにおいて、（１１１）面のＸ線強度Ｉ（１１１）は、５０７であり、（２００）面のＸ線強度Ｉ（２００）は、３１３５であり、これらの配向比率Ｉ（２００）／Ｉ（１１１）は、６．１８３４３２であった。一方、金属層なしｃＢＮにおいて、（１１１）面のＸ線強度Ｉ（１１１）は、５８２であり、（２００）面のＸ線強度Ｉ（２００）は、３００７であり、これらの配向比率Ｉ（２００）／Ｉ（１１１）は、５．１６６６６７であった。
　このように、被覆膜に金属層を設けることで、５．３以上の配向比率Ｉ（２００）／Ｉ（１１１）を有する被覆工具を得ることができる。このような構成を有する被覆工具は、硬質層の硬度が高く、耐摩耗性が優れる。
　また、金属層ありｃＢＮにおいて、立方晶結晶の（３１１）面に基づく硬質層の残留応力は、０よりも小さく、－１１５０ＭＰａよりも大きい。このような構成を有する被覆工具は、耐衝撃性に優れるとともに、硬質層が剥離しにくい。
＜変形例＞
　上述した実施形態では、窒化硼素粒子等からなる基体１０を、超硬合金等からなるチップ本体２に取り付け、これらを被覆膜２０でコーティングした被覆工具１について説明した。これに限らず、本開示による被覆工具は、たとえば、上面および下面の形状が平行四辺形である六面体形状の基体の全てが立方晶窒化硼素質焼結体であって、かかる基体の上に被覆膜が形成されたものであってもよい。
　上述した実施形態では、被覆工具１の上面および下面の形状が平行四辺形である場合の例を示したが、被覆工具１の上面および下面の形状は、ひし形や正方形等であってもよい。また、被覆工具１の上面および下面の形状は、三角形、五角形、六角形等であってもよい。
　また、被覆工具１の形状は、ポジティブ型であってもよいしネガティブ型であってもよい。ポジティブ型は、被覆工具１の上面の中心および下面の中心を通る中心軸に対して側面が傾斜しているタイプであり、ネガティブ型は、上記中心軸に対して側面が平行なタイプである。
　上述した実施形態では、基体１０が立方晶窒化硼素（ｃＢＮ）の粒子を含有する場合の例について説明した。これに限らず、本願の開示する基体は、たとえば、六方晶窒化硼素（ｈＢＮ）、菱面体晶窒化硼素（ｒＢＮ）、ウルツ鉱窒化硼素（ｗＢＮ）等の粒子を含有していてもよい。
　上述した実施形態では、被覆工具１が切削加工に用いられるものとして説明したが、本願による被覆工具は、たとえば掘削用の工具や刃物など、切削工具以外への適用も可能である。
　さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
　　１　　被覆工具
　　２　　チップ本体
　　３　　切刃部
　　４　　座面
　　５　　貫通孔
　　６　　第１面
　　７　　第２面
　　８　　切刃
　１０　　基体
　２０　　被覆膜
　２１　　硬質層
　２２　　金属層
　２３　　積層部
　２３ａ　第１金属窒化物層
　２３ｂ　第２金属窒化物層
　２４　　第３金属窒化物層
　３０　　基板
　４０　　接合材
　７０　　ホルダ
　７３　　ポケット
　７５　　ネジ
１００　　切削工具

Claims (18)

  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、
    　前記基体は、複数の窒化硼素粒子を含有し、
    　前記被覆膜は、立方晶結晶を含有する硬質層を有し、
    　該立方晶結晶における（２００）面のＸ線強度をＩ（２００）とし、（１１１）面のＸ線強度をＩ（１１１）とした場合、
    　前記Ｉ（２００）／前記Ｉ（１１１）は、５．３以上である、被覆工具。
  2. 　前記立方晶結晶の（３１１）面に基づく前記硬質層の残留応力は、０よりも小さく、－１１５０ＭＰａよりも大きい、請求項１に記載の被覆工具。
  3. 　前記被覆膜は、
    　該硬質層と前記基体との間に位置し、前記基体と接する金属層を有する、請求項１または２に記載の被覆工具。
  4. 　前記金属層は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ａｌの単体以外の金属である、請求項３に記載の被覆工具。
  5. 　前記金属層は、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｙ、Ｔｉのうち少なくとも一種以上の金属元素を含有する、請求項３または４に記載の被覆工具。
  6. 　前記金属層は、前記金属元素を９５原子％以上含有する、請求項５に記載の被覆工具。
  7. 　前記金属層は、ＡｌおよびＣｒを合量で９５原子％以上含有する、請求項３～６の何れか一つに記載の被覆工具。
  8. 　前記金属層におけるＴｉ含有量は、１５原子％以下である、請求項３～７の何れか一つに記載の被覆工具。
  9. 　前記基体は、前記窒化硼素粒子の間に結合相を有する、請求項１～８の何れか一つに記載の被覆工具。
  10. 　前記硬質層は、１層以上の金属窒化物層を有する、請求項１～９の何れか一つに記載の被覆工具。
  11. 　前記被覆膜は、前記硬質層と前記基体との間に位置し、前記基体と接する金属層を有し、
    　前記金属層と接する前記金属窒化物層は、前記金属層に含まれる金属を含有する、請求項１０に記載の被覆工具。
  12. 　前記金属窒化物層は、
    　第１金属窒化物層と、
    　前記第１金属窒化物層と異なる組成を有する第２金属窒化物層と
    　を含む、請求項１１に記載の被覆工具。
  13. 　前記第１金属窒化物層および前記第２金属窒化物層の各厚みは、５０ｎｍ以下である、請求項１２に記載の被覆工具。
  14. 　前記金属層は、第１の金属および第２の金属を含有し、
    　前記第１金属窒化物層は、前記第１の金属および第３の金属の窒化物を含有し、
    　前記第２金属窒化物層は、前記第１の金属および前記第２の金属の窒化物を含有する、請求項１２または１３に記載の被覆工具。
  15. 　前記第１金属窒化物層は、ＴｉとＡｌとを含有し、
    　前記第２金属窒化物層は、ＡｌとＣｒとを含有する、請求項１４に記載の被覆工具。
  16. 　前記硬質層は、
    　複数の前記第１金属窒化物層と複数の前記第２金属窒化物層とを含み、前記第１金属窒化物層と前記第２金属窒化物層とが交互に積層された積層部と、
    　前記積層部よりも前記基体から離れた位置に位置する第３金属窒化物層と
    　を有し、
    　前記第３金属窒化物層の厚みは、
    　前記第１金属窒化物層および前記第２金属窒化物層の各厚みよりも厚い、請求項１２～１５の何れか一つに記載の被覆工具。
  17. 　前記第３金属窒化物層の厚みは、前記積層部の厚みよりも厚い、請求項１６に記載の被覆工具。
  18. 　端部にポケットを有する棒状のホルダと、
    　前記ポケット内に位置する、請求項１～１７の何れか一つに記載の被覆工具と
    　を有する、切削工具。
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