WO2021250842A1 - 切削工具 - Google Patents

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WO2021250842A1
WO2021250842A1 PCT/JP2020/022995 JP2020022995W WO2021250842A1 WO 2021250842 A1 WO2021250842 A1 WO 2021250842A1 JP 2020022995 W JP2020022995 W JP 2020022995W WO 2021250842 A1 WO2021250842 A1 WO 2021250842A1
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layer
cutting tool
less
cutting
plastic deformation
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PCT/JP2020/022995
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保樹 城戸
晋 奥野
将仁 引地
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住友電工ハードメタル株式会社
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    • 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
    • C23C16/40—Oxides
    • C23C16/403—Oxides of aluminium, magnesium or beryllium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B23B27/148—Composition of the cutting inserts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C23C28/04—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material
    • C23C28/044—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material coatings specially adapted for cutting tools or wear applications
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B23B2228/00—Properties of materials of tools or workpieces, materials of tools or workpieces applied in a specific manner
    • B23B2228/10—Coatings
    • B23B2228/105—Coatings with specified thickness

Definitions

  • This disclosure relates to cutting tools.
  • Patent Document 1 proposes a cutting tool provided with an ⁇ -Al 2 O 3 layer having a (006) texture on a substrate made of cemented carbide.
  • the cutting tool of the present disclosure is a cutting tool including a base material and a coating film arranged on the base material.
  • the coating contains an ⁇ -Al 2 O 3 layer and contains.
  • the ⁇ -Al 2 O 3 layer contains a plurality of ⁇ -Al 2 O 3 crystal grains, and has a TC (006) of more than 5 in the orientation index TC (hkl).
  • the ⁇ -Al 2 O 3 layer is a cutting tool having a plastic deformation amount hp of 0 nm or more and 100 nm or less at 800 ° C.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a typical configuration example of a cutting tool according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating another configuration example of the cutting tool according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating another configuration example of the cutting tool according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating another configuration example of the cutting tool according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating the amount of plastic deformation.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating the amount of plastic deformation.
  • the cutting tools of the present disclosure can have a long tool life, especially in low speed and high feed machining of carbon tool steel.
  • the cutting tool of the present disclosure is a cutting tool including a base material and a coating film arranged on the base material.
  • the coating contains an ⁇ -Al 2 O 3 layer and contains.
  • the ⁇ -Al 2 O 3 layer contains a plurality of ⁇ -Al 2 O 3 crystal grains, and has a TC (006) of more than 5 in the orientation index TC (hkl).
  • the ⁇ -Al 2 O 3 layer is a cutting tool having a plastic deformation amount hp of 0 nm or more and 100 nm or less at 800 ° C.
  • the cutting tool of the present disclosure can have a long tool life, especially in low-speed and high-feed machining of carbon tool steel.
  • the plastic deformation amount hp is preferably 0 nm or more and 99 nm or less. According to this, the tool life of the cutting tool is further improved.
  • the plastic deformation amount hp is preferably 0 nm or more and 98 nm or less. According to this, the tool life of the cutting tool is further improved.
  • the TC (006) is preferably more than 5 and 8 or less. According to this, the wear resistance of the cutting tool is improved, and the tool life is further improved.
  • the TC (006) is preferably more than 6 and 8 or less. According to this, the wear resistance of the cutting tool is improved, and the tool life is further improved.
  • the average film thickness of the ⁇ -Al 2 O 3 layer is preferably 2 ⁇ m or more and 15 ⁇ m or less. According to this, the tool life of the cutting tool is further improved.
  • the notation in the form of "A to B” means the upper and lower limits of the range (that is, A or more and B or less), and when there is no description of the unit in A and the unit is described only in B, A.
  • the unit of and the unit of B are the same.
  • a compound or the like when represented by a chemical formula, it shall include all conventionally known atomic ratios when the atomic ratio is not particularly limited, and should not necessarily be limited to those in the stoichiometric range.
  • TiCN the ratio of the number of atoms constituting TiCN includes any conventionally known atomic ratio.
  • the metal elements such as Ti and Al and the non-metal elements such as N (nitrogen), O (oxygen) or C (carbon) necessarily constitute a stoichiometric composition. There is no need.
  • the cutting tool of the present disclosure is a cutting tool comprising a substrate and a coating disposed on the substrate, wherein the coating comprises an ⁇ -Al 2 O 3 layer and the ⁇ -Al 2 is included.
  • O 3 layer includes crystal grains of a plurality of alpha-Al 2 O 3, and greater than TC (006) is 5 in the orientation index TC (hkl), at 800 ° C. of the alpha-Al 2 O 3 layer
  • a cutting tool having a plastic deformation amount hp of 0 nm or more and 100 nm or less.
  • the cutting tool of the present disclosure can have a long tool life, especially in low-speed and high-feed machining of carbon tool steel. The reason for this is not clear, but it is presumed to be as described in (i) and (ii) below.
  • the value of TC (006) of the ⁇ -Al 2 O 3 layer is greater than 5. According to this, the ⁇ -Al 2 O 3 layer is less prone to minute chipping and wear of the film, and in particular, has excellent wear resistance even under high temperature conditions such as low speed and high feed machining of carbon tool steel. Can be done. Therefore, the cutting tool can have a long tool life.
  • the details of TC (006) of the ⁇ -Al 2 O 3 layer will be described later.
  • the amount of plastic deformation hp of the ⁇ -Al 2 O 3 layer at 800 ° C. is 0 nm or more and 100 nm or less. According to this, since the cutting tool has excellent plastic deformation resistance even at a high temperature, wear from the plastic deformation is unlikely to occur. Therefore, the cutting tool having the ⁇ -Al 2 O 3 layer can have a long tool life even under a high temperature condition of low speed and high feed machining of carbon tool steel. The details of the amount of plastic deformation hp at high temperature will be described later.
  • the cutting tool 1 of the present embodiment includes a base material 10 and a coating film 15 arranged on the base material 10, and the coating film 15 is an ⁇ -Al 2 O 3 layer 11. including.
  • the coating film 15 preferably covers the entire surface of the base material. However, even if a part of the base material is not covered with this coating or the composition of the coating is partially different, it does not deviate from the scope of the present disclosure.
  • the coating film 15 can include other layers in addition to the ⁇ -Al 2 O 3 layer 11.
  • the coating 25 may further include a base layer 12 disposed between the substrate 10 and the alpha-Al 2 O 3 layer 11.
  • the coating film 35 may further include a surface layer 13 arranged on the ⁇ -Al 2 O 3 layer 11.
  • the coating film 45 may further include an intermediate layer 14 arranged between the base layer 12 and the ⁇ -Al 2 O 3 layer 11.
  • the cutting tools of the present disclosure include, for example, a drill, an end mill (for example, a ball end mill), a cutting edge exchangeable cutting tip for a drill, a cutting edge exchangeable cutting tip for an end mill, a cutting edge exchangeable cutting tip for milling, and a cutting edge exchangeable for turning. It can be a cutting tip, metal saw, gear cutting tool, reamer, tap, etc.
  • the coating contains ⁇ -Al 2 O 3 layers.
  • the coating film may be composed of one or more ⁇ -Al 2 O 3 layers and a plurality of layers including other layers.
  • Examples of the other layers include the above-mentioned base layer, surface layer, intermediate layer and the like. More specifically, TiCNO layer or TiBN layer, TiC layer, TiN layer, TiAlN layer, TiSiN layer, AlCrN layer, TiAlSiN layer, TiAlNO layer, AlCrSiCN layer, TiCN layer, TiSiC layer, CrSiN layer, AlTiSiCO layer, TiSiCN layer. And so on.
  • the average thickness of the coating is preferably 3 ⁇ m or more and 35 ⁇ m or less. According to this, the coating film can have excellent wear resistance and peeling resistance.
  • the average thickness of the coating film is more preferably 5 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less.
  • the thickness of the coating film is measured, for example, by obtaining a cross-sectional sample parallel to the normal direction of the surface of the substrate and observing this sample with a scanning transmission electron microscope (STEM).
  • STEM scanning transmission electron microscope
  • Examples of the scanning transmission electron microscope include JEM-2100F (trade name) manufactured by JEOL Ltd.
  • the thickness means the average thickness.
  • the observation magnification of the cross-sectional sample is 5000 to 10000 times
  • the observation area is 100 to 500 ⁇ m 2
  • the thickness widths of 10 points are measured in one field of view
  • the average value is defined as “thickness”.
  • the thickness and average thickness of each layer described below are also measured and calculated in the same manner.
  • the ⁇ -Al 2 O 3 layer is a layer containing a plurality of ⁇ -Al 2 O 3 (aluminum oxide having an ⁇ -type crystal structure) crystal grains. That is, the ⁇ -Al 2 O 3 layer is composed of polycrystal ⁇ -Al 2 O 3.
  • the average particle size of the crystal grains of ⁇ -Al 2 O 3 is preferably 100 to 2000 nm.
  • the ⁇ -Al 2 O 3 layer has a TC (006) of more than 5 in the orientation index TC (hkl) represented by the following formula (1).
  • I (hkl) indicates the X-ray diffraction intensity of the (hkl) reflecting surface
  • I 0 (hkl) indicates the standard intensity according to the PDF card number 00-010-0173 of ICDD.
  • n in the equation (1) indicates the number of reflections used in the calculation, which is 8 in the present embodiment.
  • the (hkl) planes used for reflection are (012), (104), (110), (006), (113), (024), (116) and (300).
  • ICDD International Center for Diffraction Data
  • PDF registered trademark
  • the TC (006) of the ⁇ -Al 2 O 3 layer of the present embodiment can be represented by the following formula (2).
  • TC (006) exceeds 5 in the orientation index TC (hkl) means that the numerical value obtained by the above equation (2) obtained by substituting TC (006) into the above equation (1) exceeds 5.
  • TC (006) exceeds 5 in the orientation index TC (hkl)
  • the ⁇ -Al 2 O 3 layer having a TC (006) value of more than 5 is less likely to cause microchipping or wear of the film, and is particularly excellent even under high temperature conditions such as low speed and high feed machining of carbon tool steel. Can have wear resistance. Therefore, the cutting tool can have a long tool life.
  • the value of TC (006) is preferably more than 6, more preferably more than 7.
  • the upper limit of the value of TC (006) is not limited, but since the number of reflective surfaces used in the calculation is eight, it may be set to 8 or less.
  • the value of TC (006) can be 5 or more and 8 or less, 6 or more and 8 or less, and 7 or more and 8 or less.
  • TC (hkl) measurement as described above can be performed by analysis using an X-ray diffractometer.
  • TC (hkl) is, for example, using SmartLab (registered trademark) manufactured by Rigaku Co., Ltd. (scan speed: 21.7 ° / min, step: 0.01 °, scan range: 15 to 140 °) as follows. It can be measured under conditions.
  • the result of TC (hkl) measurement using an X-ray diffractometer is referred to as "XRD result".
  • the amount of plastic deformation hp of the ⁇ -Al 2 O 3 layer at 800 ° C. is preferably 0 nm or more and 100 nm or less. According to this, the plastic deformation resistance of the cutting tool at high temperature is improved, and the tool life of the cutting tool is further improved.
  • the upper limit of the high-temperature plastic deformation amount hp of the ⁇ -Al 2 O 3 layer can be 100 nm or less, 99 nm or less, and 98 nm or less.
  • the lower limit of the high-temperature plastic deformation amount hp is not particularly limited and can be 0 nm or more.
  • the high-temperature plastic deformation amount hp can be 0 nm or more and 100 nm or less, 0 nm or more and 99 nm or less, and 0 nm or more and 98 nm or less.
  • the plastic deformation amount is defined as the deformation amount of the sample when the apex of the triangular pyramid-shaped indenter 8 is pushed into the sample 7 and then unloaded.
  • the surface of the sample before the indenter is pushed in is shown by the solid line 7a
  • the surface of the sample in the state where the indenter is pushed in is shown by the broken line 7b
  • the surface of the sample after the indenter is unloaded is shown by the solid line 7c.
  • the maximum value hp of the difference in the depth direction between the sample surface (solid line 7a) before the indenter is pushed in and the sample surface (solid line 7c) after the indenter is unloaded corresponds to the amount of plastic deformation.
  • the method for measuring the amount of plastic deformation hp of the ⁇ -Al 2 O 3 layer at 800 ° C. is as follows.
  • Mirror processing is performed on any surface of the tool by cross-section polisher processing (CP processing).
  • An indentation test is performed on the machined surface using a high-temperature nanoindenter device (“TI980” manufactured by Heiditron Co., Ltd.). The indentation test is performed by heating the measurement chamber of the measuring device to 800 ° C. in an argon (Ar) atmosphere and then in that atmosphere. In the push-in test, the load is pushed in for 2 seconds with a load of 8 mN, held for 1 second in the pushed state, and unloaded over 2 seconds. The indentation test is performed at 10 points on the surface of the tool. In the present specification, the average value of the plastic deformation of the ten and plastic deformation hp at 800 ° C. of ⁇ -Al 2 O 3 layer.
  • the average thickness of the ⁇ -Al 2 O 3 layer is preferably 2 ⁇ m or more and 15 ⁇ m or less. According to this, both wear resistance and chipping resistance can be achieved at the same time.
  • the lower limit of the average thickness of the ⁇ -Al 2 O 3 layer can be 2 ⁇ m or more, 3.5 ⁇ m or more, and 5 ⁇ m or more.
  • the upper limit of the average thickness of the ⁇ -Al 2 O 3 layer can be 15 ⁇ m or less, 13 ⁇ m or less, and 11 ⁇ m or less.
  • the average thickness of the ⁇ -Al 2 O 3 layer can be 2 ⁇ m or more and 15 ⁇ m or less, 3.5 ⁇ m or more and 13 ⁇ m or less, and 5 ⁇ m or more and 11 ⁇ m or less.
  • the thickness of the ⁇ -Al 2 O 3 layer can be confirmed by observing a cross-sectional sample of the cutting tool using a scanning transmission electron microscope (STEM) or the like.
  • STEM scanning transmission electron microscope
  • the coating film may contain other layers in addition to the ⁇ -Al 2 O 3 layer. As shown in FIGS. 2 to 4, other layers include a base layer 12, a surface layer 13, an intermediate layer 14, and the like.
  • the base layer is arranged between the base material and the ⁇ -Al 2 O 3 layer.
  • a TiN layer can be mentioned.
  • the TiN layer preferably has an average thickness of 0.1 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less. According to this, the coating can have excellent wear resistance and fracture resistance.
  • the surface layer preferably contains, for example, any of Ti (titanium) carbides, nitrides or borides as a main component.
  • the surface layer is a layer arranged on the most surface side in the coating film. However, it may not be formed at the ridgeline of the cutting edge.
  • the surface layer for example, if the ⁇ -Al 2 O 3 layer on no other layers are formed, is disposed directly above the ⁇ -Al 2 O 3 layer.
  • Constants means that 90% by mass or more of any of Ti carbides, nitrides or boron is contained. It also means that it is preferably composed of any of Ti carbides, nitrides and borides except for unavoidable impurities.
  • the surface layer mainly containing the nitride of Ti that is, the compound represented by TiN. Since TiN has the clearest color (exhibits gold) among these compounds, it has an advantage that it is easy to identify the corner of the cutting tip (identify the used portion) after cutting.
  • the surface layer is preferably made of a TiN layer.
  • the surface layer preferably has an average thickness of 0.05 to 1 ⁇ m. According to this, the adhesion between the surface layer and the adjacent layer is improved.
  • the upper limit of the average thickness of the surface layer can be 0.8 ⁇ m or less and 0.6 ⁇ m or less.
  • the lower limit of the average thickness can be 0.1 ⁇ m or more and 0.2 ⁇ m or more.
  • the intermediate layer is arranged between the base layer and the ⁇ -Al 2 O 3 layer.
  • the intermediate layer for example, the TiCN layer can be mentioned. Since the TiCN layer has excellent wear resistance, it is possible to impart more suitable wear resistance to the coating film.
  • the intermediate layer preferably has an average thickness of 1 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less.
  • the cutting tool of the first embodiment can be manufactured by forming a coating film on a substrate by a chemical vapor deposition (CVD) method.
  • CVD chemical vapor deposition
  • the other layer can be formed under conventionally known conditions using a chemical vapor deposition apparatus.
  • the ⁇ -Al 2 O 3 layer can be formed, for example, as follows.
  • the cutting tool of the first embodiment is not limited to the one manufactured by the following manufacturing method, and may be manufactured by another manufacturing method.
  • the raw material gas AlCl 3, HCl, CO 2 , H 2 S, using N 2, Ar and H 2.
  • the blending amount of the raw material gas is changed between 30 minutes from the start of film formation (hereinafter, also referred to as “first half”) and more than 30 minutes from the start of film formation (hereinafter, “second half”). Specifically, the amount of the first half, AlCl 3 2-5% by volume, the HCl 5 ⁇ 10 vol%, the CO 2 1 ⁇ 2 vol%, the H 2 S 1 ⁇ 3 vol%, the Ar 2 and 1-4% by volume, balance and H 2.
  • the blending amount in the latter half is the same as the blending amount in the first half except that the blending amount of HCl is smaller than that in the first half and 3 to 7% by volume, and the amount of H 2 is changed accordingly. That is, the content of HCl in the raw material gas is reduced in the latter half than in the first half.
  • this implementation has high plastic deformability even at high temperatures.
  • the form of ⁇ -Al 2 O 3 layer can be formed. This is a new finding by the present inventors.
  • the film forming conditions of the ⁇ -Al 2 O 3 layer can be, for example, a temperature of 950 to 1050 ° C., a pressure of 1 to 5 kPa, and a gas flow rate (total gas amount) of 50 to 100 L / min. Further, the introduction speed of the raw material gas into the reaction vessel can be 1.7 to 3.5 m / sec.
  • the TC (006) of the ⁇ -Al 2 O 3 layer is preferably 7 or more and 8 or less.
  • the average thickness of the entire coating is preferably 3 ⁇ m or more and 35 ⁇ m or less. In the cutting tool of the present disclosure, the average thickness of the entire coating is preferably 5 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less.
  • the amount of plastic deformation hp of the ⁇ -Al 2 O 3 layer is preferably 0 nm or more and 99 nm or less. In the cutting tool of the present disclosure, the amount of plastic deformation hp of the ⁇ -Al 2 O 3 layer is preferably 0 nm or more and 98 nm or less.
  • the average thickness of the ⁇ -Al 2 O 3 layer can be 2 ⁇ m or more and 15 ⁇ m or less. In the cutting tool of the present disclosure, the average thickness of the ⁇ -Al 2 O 3 layer can be 3.5 ⁇ m or more and 13 ⁇ m or less. In the cutting tool of the present disclosure, the average thickness of the ⁇ -Al 2 O 3 layer can be 5 ⁇ m or more and 11 ⁇ m or less.
  • the coating preferably includes a base layer disposed between the base material and the ⁇ -Al 2 O 3 layer.
  • the base layer is preferably made of a TiN layer.
  • the average thickness of the base layer is preferably 0.1 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less.
  • the coating preferably includes a surface layer arranged on the most surface side thereof.
  • the surface layer is preferably made of a TiN layer.
  • the average thickness of the surface layer is preferably 0.05 ⁇ m or more and 1 ⁇ m or less.
  • the coating preferably includes an intermediate layer arranged between the base layer and the ⁇ -Al 2 O 3 layer.
  • the intermediate layer is preferably made of a TiCN layer.
  • the average thickness of the intermediate layer is preferably 1 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less.
  • a cutting tool was produced by forming a coating on the surface of each of the base materials obtained above. Specifically, by setting the base material in the chemical vapor deposition apparatus, a film was formed on the base material by the chemical vapor deposition method. Coating, TiN layer (underlying layer), TiCN layer (intermediate layer), including ⁇ -Al 2 O 3 layer, TiN layer (surface layer).
  • TiN layer base layer
  • TiCN layer intermediate layer
  • a TiN layer (underlayer) and a TiCN layer (intermediate layer) were formed on the substrate in the above order.
  • Table 2 shows the film forming conditions of the TiN layer and the TiCN layer.
  • the TiN layer (underlayer) a raw material gas having a composition of 2 % by volume of TiCl 4 , 39.7% by volume of N 2 and the balance H 2 was used.
  • the raw material gas was supplied to the chemical vapor deposition apparatus, and the chemical vapor deposition method was executed under the conditions of a pressure of 35 kPa, a temperature of 910 ° C., and a flow rate (total gas amount) of 75 L / min to form a TiN layer (underlayer). ..
  • “Remaining” in Table 2 indicates that H 2 occupies the balance of the raw material gas.
  • the “total gas amount” indicates the total volumetric flow rate introduced into the chemical gas phase vapor deposition apparatus per unit time, with the gas in the standard state (0 ° C., 1 atm) as the ideal gas ( ⁇ -in Table 3). The same applies to the Al 2 O 3 layer).
  • the thickness of each layer was adjusted by appropriately adjusting the film formation time (the film formation rate of each layer is about 0.5 to 2.0 ⁇ m / hour).
  • the film forming conditions of sample 1 are as follows.
  • the ⁇ -Al 2 O 3 layer deposited starting from 30 minutes, 3.7 volume% of AlCl 3, 8.6% by volume of HCl, 1.3 vol% CO 2, 2 vol% of H 2 S, A raw material gas having a composition of 2.8% by volume Ar and the balance H 2 was used.
  • the amount of HCl in the feed gas was 6.1 vol%, except for changing the amount of the remainder H 2
  • Table 4 shows the composition of the coating film of each sample. Regarding Table 4, the composition and thickness of each coating film were confirmed by SEM-EDX (scanning electron microscope-energy dispersive X-ray spectroscopy).
  • a TiN layer having a thickness of 0.6 ⁇ m as a base layer, a TiCN layer having a thickness of 9.6 ⁇ m as an intermediate layer, and ⁇ -Al having a thickness of 6.3 ⁇ m are placed on the surface of the substrate shown in Table 1.
  • 2 O 3 layer, TiN layer having a thickness of 0.5 ⁇ m are formed in this order above the surface layer.
  • the total thickness of the coating film of Sample 1 is 17 ⁇ m.
  • the cutting tools of Samples 1 to 4 correspond to Examples.
  • the cutting tools of Samples 5 to 7 correspond to comparative examples. It was confirmed that Samples 1 to 4 had a longer tool life than Samples 5 to 7.
  • sample 2 and sample 3 had a long tool life. It is considered that this is because the value of TC (006) is large and the wear resistance is further improved.
  • the sample 5 and the sample 6 have a high temperature (800 ° C.) plastic deformation amount hp of more than 100 nm, wear progress is likely to occur from the plastic deformation, and the tool life is short.
  • the sample 7 has a TC (006) of 5 or less, the wear resistance is lowered, and the tool life is short.

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Abstract

基材と、前記基材上に配置された被膜と、を備えた切削工具であって、前記被膜は、α－Ａｌ２Ｏ３層を含み、前記α－Ａｌ２Ｏ３層は、複数のα－Ａｌ２Ｏ３の結晶粒を含み、かつ、配向性指数ＴＣ（ｈｋｌ）においてＴＣ（００６）が５を超え、前記α－Ａｌ２Ｏ３層の８００℃における塑性変形量ｈｐは０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。

Description

切削工具
　本開示は、切削工具に関する。
　従来から、基材上に被膜を形成した切削工具が用いられている。最近、Ａｌ２Ｏ３の結晶配向性を変化させることによって被膜の膜質改良を図るなど、切削工具の性能を向上させる技術が提案されている。たとえば、特開２００８－２４６６６４号公報（特許文献１）では、超硬合金からなる基材上に（００６）集合組織を有するα－Ａｌ２Ｏ３層を備えた切削工具が提案されている。
特開２００８－２４６６６４号公報
　本開示の切削工具は、基材と、前記基材上に配置された被膜と、を備えた切削工具であって、
　前記被膜は、α－Ａｌ２Ｏ３層を含み、
　前記α－Ａｌ２Ｏ３層は、複数のα－Ａｌ２Ｏ３の結晶粒を含み、かつ、配向性指数ＴＣ（ｈｋｌ）においてＴＣ（００６）が５を超え、
　前記α－Ａｌ２Ｏ３層の８００℃における塑性変形量ｈｐは０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である、切削工具である。
図１は、実施形態１に係る切削工具の代表的な構成例を説明する図である。 図２は、実施形態１に係る切削工具の他の構成例を説明する図である。 図３は、実施形態１に係る切削工具の他の構成例を説明する図である。 図４は、実施形態１に係る切削工具の他の構成例を説明する図である。 図５は、塑性変形量を説明する図である。 図６は、塑性変形量を説明する図である。
　[本開示が解決しようとする課題]
　近年、より高効率な切削加工においても、工具寿命の長い切削工具が求められている。特に、炭素工具鋼鋼材の低速高送り加工においても、長い工具寿命を有する工具が求められている。
　そこで、本開示は特に炭素工具鋼鋼材の低速高送り加工においても、長い工具寿命を有する工具を提供することを目的とする。
　[本開示の効果]
　本開示の切削工具は、特に炭素工具鋼鋼材の低速高送り加工においても、長い工具寿命を有することができる。
　［本開示の実施形態の説明］
　最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
　（１）本開示の切削工具は、基材と、前記基材上に配置された被膜と、を備えた切削工具であって、
　前記被膜は、α－Ａｌ２Ｏ３層を含み、
　前記α－Ａｌ２Ｏ３層は、複数のα－Ａｌ２Ｏ３の結晶粒を含み、かつ、配向性指数ＴＣ（ｈｋｌ）においてＴＣ（００６）が５を超え、
　前記α－Ａｌ２Ｏ３層の８００℃における塑性変形量ｈｐは０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である、切削工具である。
　本開示の切削工具は、特に炭素工具鋼鋼材の低速高送り加工においても、長い工具寿命を有することができる。
　（２）前記塑性変形量ｈｐは０ｎｍ以上９９ｎｍ以下であることが好ましい。これによると、切削工具の工具寿命が更に向上する。
　（３）前記塑性変形量ｈｐは０ｎｍ以上９８ｎｍ以下であることが好ましい。これによると、切削工具の工具寿命が更に向上する。
　（４）前記ＴＣ（００６）は５超８以下であることが好ましい。これによると、切削工具の耐摩耗性が向上し、工具寿命が更に向上する。
　（５）前記ＴＣ（００６）は６超８以下であることが好ましい。これによると、切削工具の耐摩耗性が向上し、工具寿命が更に向上する。
　（６）前記α－Ａｌ２Ｏ３層の平均膜厚は、２μｍ以上１５μｍ以下であることが好ましい。これによると、切削工具の工具寿命が更に向上する。
　［本開示の実施形態の詳細］
　本開示の切削工具の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。本開示の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表すものである。また、長さ、幅、厚さ、深さなどの寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜変更されており、必ずしも実際の寸法関係を表すものではない。
　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。
　本明細書において化合物などを化学式で表す場合、原子比を特に限定しないときは従来公知のあらゆる原子比を含むものとし、必ずしも化学量論的範囲のもののみに限定されるべきではない。たとえば「ＴｉＣＮ」と記載されている場合、ＴｉＣＮを構成する原子数の比は、従来公知のあらゆる原子比が含まれる。また、本実施形態において、Ｔｉ、Ａｌなどの金属元素と、Ｎ（窒素）、Ｏ（酸素）またはＣ（炭素）などの非金属元素とは、必ずしも化学量論的な組成を構成している必要がない。
　［実施形態１：切削工具］
　本開示の切削工具は、基材と、該基材上に配置された被膜と、を備えた切削工具であって、該被膜は、α－Ａｌ２Ｏ３層を含み、該α－Ａｌ２Ｏ３層は、複数のα－Ａｌ２Ｏ３の結晶粒を含み、かつ、配向性指数ＴＣ（ｈｋｌ）においてＴＣ（００６）が５を超え、該α－Ａｌ２Ｏ３層の８００℃における塑性変形量ｈｐは０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である、切削工具である。
　本開示の切削工具は、特に炭素工具鋼鋼材の低速高送り加工においても、長い工具寿命を有することができる。この理由は明らかではないが、下記（ｉ）及び（ｉｉ）の通りと推察される。
　（ｉ）本開示の切削工具において、α－Ａｌ２Ｏ３層のＴＣ（００６）の値は５を超える。これによると、該α－Ａｌ２Ｏ３層は、膜の微小チッピングや摩耗が生じにくく、特に、炭素工具鋼鋼材の低速高送り加工という高温条件下においても、優れた耐摩耗性を有することができる。よって、切削工具は長い工具寿命を有することができる。なお、α－Ａｌ２Ｏ３層のＴＣ（００６）の詳細については、後述する。
　（ｉｉ）本開示の切削工具において、α－Ａｌ２Ｏ３層の８００℃における塑性変形量ｈｐは０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。これによると、切削工具は、高温時においても優れた耐塑性変形性を有するため、塑性変形からの摩耗が生じ難い。よって、該α－Ａｌ２Ｏ３層を有する切削工具は、特に、炭素工具鋼鋼材の低速高送り加工という高温条件下においても、長い工具寿命を有することができる。高温時の塑性変形量ｈｐの詳細については、後述する。
　なお、８００℃におけるα－Ａｌ２Ｏ３層の組織形態を分析し、その構造を規定することは、現在の技術では不可能である。よって、本発明者らは鋭意検討の結果、α－Ａｌ２Ｏ３層の高温時の塑性変形量ｈｐを規定することにより、本開示を規定することとした。
　＜切削工具の構成＞
　図１に示されるように、本実施形態の切削工具１は、基材１０と、該基材１０上に配置された被膜１５とを備え、該被膜１５は、α－Ａｌ２Ｏ３層１１を含む。被膜１５は、基材の全面を被覆することが好ましい。しかしながら、基材の一部がこの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、本開示の範囲を逸脱するものではない。
　被膜１５は、α－Ａｌ２Ｏ３層１１に加えて、他の層を含むことができる。例えば、図２に示されるように、被膜２５は、基材１０とα－Ａｌ２Ｏ３層１１との間に配置される下地層１２を更に含んでいてもよい。
　図３に示されるように、被膜３５は、α－Ａｌ２Ｏ３層１１上に配置される表面層１３を更に含んでいてもよい。
　図４に示されるように、被膜４５は、下地層１２とα－Ａｌ２Ｏ３層１１との間に配置される中間層１４を更に含んでいてもよい。
　＜切削工具の用途＞
　本開示の切削工具は、例えば、ドリル、エンドミル（例えば、ボールエンドミル）、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。
　＜被膜＞
　被膜は、α－Ａｌ２Ｏ３層を含む。たとえば被膜は、α－Ａｌ２Ｏ３層を１層以上含み、さらに他の層を含んだ複数の層から構成することができる。
　上記他の層として、上記の下地層、表面層、中間層等を挙げることができる。より具体的には、ＴｉＣＮＯ層またはＴｉＢＮ層、ＴｉＣ層、ＴｉＮ層、ＴｉＡｌＮ層、ＴｉＳｉＮ層、ＡｌＣｒＮ層、ＴｉＡｌＳｉＮ層、ＴｉＡｌＮＯ層、ＡｌＣｒＳｉＣＮ層、ＴｉＣＮ層、ＴｉＳｉＣ層、ＣｒＳｉＮ層、ＡｌＴｉＳｉＣＯ層、ＴｉＳｉＣＮ層等を挙げることができる。
　被膜の平均厚さは、３μｍ以上３５μｍ以下が好ましい。これによると、被膜は優れた耐摩耗性及び耐剥離性を有することが出来る。被膜の平均厚さは、５μｍ以上２０μｍ以下が更に好ましい。
　被膜の厚さは、例えば基材の表面の法線方向に平行な断面サンプルを得て、このサンプルを走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ　Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）で観察することにより測定される。走査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。
　本明細書において「厚さ」といった場合、その厚さは平均厚さを意味する。具体的には、断面サンプルの観察倍率を５０００～１００００倍とし、観察面積を１００～５００μｍ2として、１視野において１０箇所の厚み幅を測定し、その平均値を「厚さ」とする。下記に記載される各層の厚さ及び平均厚さについても、同様に測定し、算出される。
　＜α－Ａｌ２Ｏ３層＞
　（α－Ａｌ２Ｏ３層の構成）
　本開示において、α－Ａｌ２Ｏ３層は、複数のα－Ａｌ２Ｏ３（結晶構造がα型である酸化アルミニウム）の結晶粒を含む層である。すなわち、α－Ａｌ２Ｏ３層は、多結晶のα－Ａｌ２Ｏ３により構成される。α－Ａｌ２Ｏ３の結晶粒の平均粒径は、１００～２０００ｎｍが好ましい。
　（ＴＣ（００６））
　本開示において、α－Ａｌ２Ｏ３層は、下記式（１）で示される配向性指数ＴＣ（ｈｋｌ）においてＴＣ（００６）が５を超える。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　式（１）中、Ｉ（ｈｋｌ）は、（ｈｋｌ）反射面のＸ線回折強度を示し、Ｉ0（ｈｋｌ）は、ＩＣＤＤのＰＤＦカード番号００－０１０－０１７３による標準強度を示す。また式（１）中のｎは、計算に用いた反射数を示し、本実施形態では８である。反射に用いた（ｈｋｌ）面は、（０１２）、（１０４）、（１１０）、（００６）、（１１３）、（０２４）、（１１６）および（３００）である。
　ＩＣＤＤ（登録商標）とは、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｃｅｎｔｒｅ　ｆｏｒ　Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ　Ｄａｔａ（国際回折データセンター）の略称である。また、ＰＤＦ（登録商標）とは、Ｐｏｗｄｅｒ　Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ　Ｆｉｌｅの略称である。
　なお、本実施形態のα－Ａｌ２Ｏ３層のＴＣ（００６）は、下記式（２）で示すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　したがって、「配向性指数ＴＣ（ｈｋｌ）においてＴＣ（００６）が５を超える」とは、上記式（１）にＴＣ（００６）を代入してなる上記式（２）により求まる数値が５を超えることを意味する。そして、ＴＣ（００６）の値が５を超えるα－Ａｌ２Ｏ３層は、膜の微小チッピングや摩耗が生じにくく、特に、炭素工具鋼鋼材の低速高送り加工という高温条件下においても、優れた耐摩耗性を有することができる。よって、切削工具は長い工具寿命を有することができる。
　上記ＴＣ（００６）の値は、６を超えることが好ましく、より好ましくは７を超える。ＴＣ（００６）の値が大きいほど、耐摩耗性を効果的に向上させることができる。ＴＣ（００６）の値の上限は制限されないが、計算に用いた反射面が８つであるから、８以下とすればよい。ＴＣ（００６）の値は、５超８以下、６超８以下、７超８以下とすることができる。
　以上のようなＴＣ（ｈｋｌ）の測定は、Ｘ線回折装置を用いた分析により可能となる。ＴＣ（ｈｋｌ）は、たとえば、リガク株式会社製ＳｍａｒｔＬａｂ（登録商標）（スキャンスピード：２１．７°／分、ステップ：０．０１°、スキャン範囲：１５～１４０°）を用いて以下のような条件で測定することができる。なお、本実施形態において、Ｘ線回折装置を用いたＴＣ（ｈｋｌ）の測定の結果を「ＸＲＤ結果」と称する。
　特性Ｘ線：　Ｃｕ－Ｋα
　管電圧：　４５ｋＶ
　管電流：　２００ｍＡ
　フィルター：　多層ミラー
　光学系：　集中法
　Ｘ線回折法：　θ－２θ法
　Ｘ線回折装置を用いるに際して、切削工具のすくい面にＸ線を照射する。通常、すくい面には凹凸が形成され、これに対して逃げ面は平坦になっていることから、外乱因子を排除するため、Ｘ線を逃げ面に照射することが好ましい。特に、刃先稜線部から２～４ｍｍ程度の範囲に広がる逃げ面上の箇所にＸ線を照射する。これによると、結果の再現性が高くなる。
　（塑性変形量）
　本開示において、α－Ａｌ２Ｏ３層の８００℃における塑性変形量ｈｐ（以下、「高温塑性変形量ｈｐ」とも記す。）は０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが好ましい。これによると、切削工具の高温時の耐塑性変形性が向上し、切削工具の工具寿命が更に向上する。
　α－Ａｌ２Ｏ３層の高温塑性変形量ｈｐの上限は、１００ｎｍ以下、９９ｎｍ以下、９８ｎｍ以下とすることができる。高温塑性変形量ｈｐの下限は特に限定されず、０ｎｍ以上とすることができる。高温塑性変形量ｈｐは、０ｎｍ以上１００ｎｍ以下、０ｎｍ以上９９ｎｍ以下、０ｎｍ以上９８ｎｍ以下とすることができる。
　本明細書における塑性変形量について図５及び図６を用いて説明する。塑性変形量とは、図５に示されるように、サンプル７に三角錐形状の圧子８の頂点を押し込み、その後除荷した場合のサンプルの変形量と定義される。図６では、圧子の押し込み前のサンプル表面は実線７ａで示され、圧子を押し込んだ状態のサンプル表面は破線７ｂで示され、圧子を除荷した後のサンプル表面は実線７ｃで示される。圧子の押し込み前のサンプル表面（実線７ａ）と、圧子を除荷した後のサンプル表面（実線７ｃ）との深さ方向の差の最大値ｈｐが塑性変形量に該当する。
　α－Ａｌ２Ｏ３層の８００℃における塑性変形量ｈｐの測定方法は下記の通りである。
　工具の任意の表面に対してクロスセクションポリッシャ加工（ＣＰ加工）による鏡面加工を行う。該加工面に対して、高温ナノインデンター装置（ハイジトロン社製「ＴＩ９８０」）を用いて押し込み試験を行う。押し込み試験は、測定装置の測定室内をアルゴン（Ａｒ）雰囲気で８００℃に加熱し、該雰囲気下で行う。押し込み試験では、８ｍＮの荷重で２秒押し込み、押し込んだ状態で１秒保持し、２秒かけて除荷する。押し込み試験は、工具の表面の１０箇所で行う。本明細書において、該１０箇所の塑性変形量の平均値をα－Ａｌ２Ｏ３層の８００℃における塑性変形量ｈｐとする。
　（厚さ）
　α－Ａｌ２Ｏ３層の平均厚さは２μｍ以上１５μｍ以下が好ましい。これによると、耐摩耗性と耐チッピング性とを両立させることができる。α－Ａｌ２Ｏ３層の平均厚さの下限は、２μｍ以上、３．５μｍ以上、５μｍ以上とすることができる。α－Ａｌ２Ｏ３層の平均厚さの上限は、１５μｍ以下、１３μｍ以下、１１μｍ以下とすることができる。α－Ａｌ２Ｏ３層の平均厚さは、２μｍ以上１５μｍ以下、３．５μｍ以上１３μｍ以下、５μｍ以上１１μｍ以下とすることができる。
　α－Ａｌ２Ｏ３層の厚さは、上記の通り、走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）等を用いて、切削工具の断面サンプルを観察することにより確認することができる。
　＜他の層＞
　被膜は上述のとおり、α－Ａｌ２Ｏ３層以外に他の層を含むことができる。図２～図４に示されるように、他の層としては、下地層１２、表面層１３、中間層１４等が挙げられる。
　（下地層）
　下地層は、基材とα－Ａｌ２Ｏ３層との間に配置される。下地層としては、例えば、ＴｉＮ層を挙げることができる。ＴｉＮ層は、平均厚さが０．１μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましい。これによると、被膜は優れた耐摩耗性及び耐欠損性を有することができる。
　（表面層）
　表面層としては、例えば、Ｔｉ（チタン）の炭化物、窒化物または硼化物のいずれかを主成分とすることが好ましい。表面層は、被膜において最も表面側に配置される層である。ただし、刃先稜線部においては形成されない場合もある。表面層は、たとえば、α－Ａｌ２Ｏ３層上に他の層が形成されていない場合、α－Ａｌ２Ｏ３層の直上に配置される。
　「Ｔｉの炭化物、窒化物または硼化物のいずれかを主成分とする」とは、Ｔｉの炭化物、窒化物および硼化物のいずれかを９０質量％以上含むことを意味する。また、好ましくは不可避不純物を除きＴｉの炭化物、窒化物および硼化物のいずれかからなることを意味する。
　Ｔｉの炭化物、窒化物および炭窒化物のいずれかのうち、特に好ましいのはＴｉの窒化物（すなわちＴｉＮで表される化合物）を主成分として表面層を構成することである。ＴｉＮはこれらの化合物のうち色彩が最も明瞭（金色を呈する）であるため、切削使用後の切削チップのコーナー識別（使用済み部位の識別）が容易であるという利点がある。表面層はＴｉＮ層からなることが好ましい。
　表面層は、平均厚さが０．０５～１μｍであることが好ましい。これによると、表面層と、隣接する層との密着性が向上する。表面層の平均厚さの上限は０．８μｍ以下、０．６μｍ以下とすることができる。平均厚さの下限は０．１μｍ以上、０．２μｍ以上とすることができる。
　＜中間層＞
　中間層は、下地層とα－Ａｌ２Ｏ３層との間に配置される。中間層としては、例えば、ＴｉＣＮ層を挙げることができる。ＴｉＣＮ層は耐摩耗性に優れるため、被膜により好適な耐摩耗性を付与することができる。中間層は、平均厚さが１μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましい。
　［実施形態２：切削工具の製造方法］
　実施形態１の切削工具は、基材上に被膜を化学気相蒸着（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により形成することによって製造することができる。被膜のうち、α－Ａｌ２Ｏ３層以外の他の層が形成される場合、他の層は化学気相蒸着装置を用いて従来公知の条件で形成することができる。一方、α－Ａｌ２Ｏ３層は、例えば、以下のようにして形成することができる。なお、実施形態１の切削工具は、下記の製造方法で作製されたものに限定されず、他の製造方法で作製されてもよい。
　原料ガスとして、ＡｌＣｌ３、ＨＣｌ、ＣＯ２、Ｈ２Ｓ、Ｎ２、Ａｒ及びＨ２を用いる。成膜開始から３０分間（以下「前半」とも記す。）と、その後の成膜開始から３０分超（以下「後半」）とにおいて、原料ガスの配合量を変える。具体的には、前半の配合量は、ＡｌＣｌ３を２～５体積％、ＨＣｌを５～１０体積％、ＣＯ２を１～２体積％、Ｈ２Ｓを１～３体積％、Ａｒを２～４体積％とし、残部はＨ２とする。後半の配合量は、ＨＣｌの配合量を前半よりも少なく、かつ、３～７体積％とし、これに合わせてＨ２の量を変更した他は、前半の配合量と同一とする。すなわち、原料ガス中のＨＣｌの含有量を、前半より後半を少なくする。
　このように、原料ガス中のＨＣｌの配合量を、前半と後半とで変える（具体的には、前半よりも後半の方を少なくする）ことにより、高温時でも高い塑性変形性を有する本実施形態のα－Ａｌ２Ｏ３層を形成することができる。これは、本発明者らが新たに見出したものである。
　α－Ａｌ２Ｏ３層の成膜条件は、例えば、温度９５０～１０５０℃、圧力１～５ｋＰａ、ガス流量（全ガス量）５０～１００Ｌ／ｍｉｎとすることができる。また、原料ガスの反応容器内への導入速度は１．７～３．５ｍ／ｓｅｃとすることができる。
　［付記１］
　本開示の切削工具において、α－Ａｌ２Ｏ３層のＴＣ（００６）は７超８以下が好ましい。
　［付記２］
　本開示の切削工具において、被膜全体の平均厚さは、３μｍ以上３５μｍ以下が好ましい。
　本開示の切削工具において、被膜全体の平均厚さは、５μｍ以上２０μｍ以下が好ましい。
　［付記３］
　本開示の切削工具において、α－Ａｌ２Ｏ３層の塑性変形量ｈｐは０ｎｍ以上９９ｎｍ以下であることが好ましい。
　本開示の切削工具において、α－Ａｌ２Ｏ３層の塑性変形量ｈｐは０ｎｍ以上９８ｎｍ以下であることが好ましい。
　［付記４］
　本開示の切削工具において、α－Ａｌ２Ｏ３層の平均厚さは２μｍ以上１５μｍ以下とすることができる。
　本開示の切削工具において、α－Ａｌ２Ｏ３層の平均厚さは３．５μｍ以上１３μｍ以下とすることができる。
　本開示の切削工具において、α－Ａｌ２Ｏ３層の平均厚さは５μｍ以上１１μｍ以下とすることができる。
　［付記５］
　本開示の切削工具において、被膜は、基材とα－Ａｌ２Ｏ３層との間に配置された下地層を含むことが好ましい。
　前記下地層はＴｉＮ層からなることが好ましい。
　前記下地層の平均厚さは０．１μｍ以上２０μｍ以下が好ましい。
　［付記６］
　本開示の切削工具において、被膜は、その最も表面側に配置された表面層を含むことが好ましい。
　前記表面層は、ＴｉＮ層からなることが好ましい。
　前記表面層の平均厚さは０．０５μｍ以上１μｍ以下が好ましい。
　［付記７］
　本開示の切削工具において、被膜は、下地層とα－Ａｌ２Ｏ３層との間に配置される中間層を含むことが好ましい。
　前記中間層は、ＴｉＣＮ層からなることが好ましい。
　前記中間層の平均厚さは１μｍ以上２０μｍ以下が好ましい。
　本実施の形態を実施例によりさらに具体的に説明する。ただし、これらの実施例により本実施の形態が限定されるものではない。
　［試料１～試料７］
　＜基材の調製＞
　表１に記載の配合組成からなる原料粉末を均一に混合し、所定の形状に加圧成形した後、１３００～１５００℃で１～２時間焼結することにより、超硬合金製（型番ＣＮＭＧ１２０４０８Ｎ－ＧＵ（住友電工ハードメタル製））の基材を得た。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　＜被膜の形成＞
　上記で得られた各基材に対してその表面に被膜を形成して切削工具を作製した。具体的には、基材を化学気相蒸着装置内にセットすることにより、基材上に化学気相蒸着法により被膜を形成した。被膜は、ＴｉＮ層（下地層）、ＴｉＣＮ層（中間層）、α－Ａｌ２Ｏ３層、ＴｉＮ層（表面層）を含む。
　（ＴｉＮ層（下地層）、ＴｉＣＮ層（中間層））
　基材上にＴｉＮ層（下地層）及びＴｉＣＮ層（中間層）を前記の順で形成した。ＴｉＮ層及びＴｉＣＮ層の成膜条件を表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　例えば、ＴｉＮ層（下地層）は、２体積％のＴｉＣｌ４、３９．７体積％のＮ２及び残部Ｈ２からなる組成の原料ガスを用いた。該原料ガスを化学気相蒸着装置へ供給し、圧力３５ｋＰａ、温度９１０℃、流量（全ガス量）７５Ｌ／ｍｉｎの条件で化学気相蒸着法を実行してＴｉＮ層（下地層）を形成した。
　表２中の「残り」とは、Ｈ２が原料ガスの残部を占めることを示している。また、「全ガス量」とは、標準状態（０℃、１気圧）における気体を理想気体とし、単位時間当たりに化学気相蒸着装置に導入された全体積流量を示す（表３のα－Ａｌ２Ｏ３層についても同じ）。また、各層の厚みは、成膜時間を適宜調節することにより調整した（各層の成膜速度は約０．５～２．０μｍ／時間である）。
　（α－Ａｌ２Ｏ３層の形成）
　次に、ＴｉＣＮ層上にα－Ａｌ２Ｏ３層を形成した。各試料の成膜条件を表３に示す。α－Ａｌ２Ｏ３層の形成において、原料ガスの導入速度は２ｍ／ｓｅｃとし、基材を固定しつつ、原料ガスを噴出させるためのガス管を２ｒｐｍで回転させた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
　例えば、試料１の成膜条件は次の通りである。α－Ａｌ２Ｏ３層の成膜開始から３０分間は、３．７体積％のＡｌＣｌ３、８．６体積％のＨＣｌ、１．３体積％のＣＯ２、２体積％のＨ２Ｓ、２．８体積％のＡｒ及び残部Ｈ２からなる組成の原料ガスを用いた。その後の成膜開始から３０分超は、原料ガス中のＨＣｌ量を６．１体積％とし、これに合わせて残部Ｈ２の量を変更した以外は、上記と同一の配合の原料ガスを用いた。上記の原料ガスを化学気相蒸着装置へ供給し、圧力３．５ｋＰａ、温度１０１０℃、流量（全ガス量）７０Ｌ／ｍｉｎの条件で化学気相蒸着法を実行してα－Ａｌ２Ｏ３層を形成した。
　（ＴｉＮ層（表面層）の形成）
　次に、α－Ａｌ２Ｏ３層上にＴｉＮ層（表面層）を形成した。形成条件は、表２に示される通りである。
　＜被膜の構成＞
　各試料の被膜の構成を表４に示す。表４に関し、各被膜の組成および厚みは、ＳＥＭ－ＥＤＸ（走査型電子顕微鏡－エネルギー分散型Ｘ線分光）により確認した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
　例えば、試料１の切削工具では、表１に記載の基材の表面に、下地層として厚み０．６μｍのＴｉＮ層、中間層として厚み９．６μｍのＴｉＣＮ層、厚み６．３μｍのα－Ａｌ２Ｏ３層、表面層として厚み０．５μｍのＴｉＮ層が前記の順で形成されている。試料１の被膜の合計厚みは１７μｍである。
　＜α－Ａｌ２Ｏ３層の評価＞
　各試料のα－Ａｌ２Ｏ３層について、ＴＣ（００６）及び高温（８００℃）塑性性変形量ｈｐを測定した。これらの測定方法は、実施形態１に示されるとおりであるため、その説明は繰り返さない。結果を表５の「ＴＣ（００６）」、「ｈｐ（ｎｍ）」欄に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
　＜切削試験＞
　上記で得られた切削工具を用いて、下記の切削条件で切削試験を行い、Ｖｂ摩耗量（逃げ面摩耗量）が０．３ｍｍとなるまでの切削時間を測定した。結果を表６に示す。切削時間が長いもの程、工具寿命が長いことを示す。
　（切削条件）
被削材：ＳＫ５
加工：丸棒外径旋削
切削速度ｖｃ：１００ｍ／ｍｉｎ
送り速度ｆ：０．７ｍｍ／ｒｅｖ
切込み量ａｐ：２．０ｍｍ
切削液：なし
　上記の切削条件は、炭素工具鋼鋼材の低速高送り加工に該当する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
　＜考察＞
　試料１～試料４の切削工具は実施例に該当する。試料５～試料７の切削工具は比較例に該当する。試料１～試料４は、試料５～試料７に比べて工具寿命が長いことが確認された。
　中でも、試料２及び試料３は工具寿命が長かった。これは、ＴＣ（００６）の値が大きく、耐摩耗性が更に向上したためと考えられる。
　試料５及び試料６は、高温（８００℃）塑性性変形量ｈｐが１００ｎｍ超であり、塑性変形からの摩耗進展が生じやすく、工具寿命が短いと考えられる。
　試料７は、ＴＣ（００６）が５以下であり、耐摩耗性が低下し、工具寿命が短いと考えられる。
　以上のように本開示の実施の形態および実施例について説明を行なったが、上述の各実施の形態および実施例の構成を適宜組み合わせたり、様々に変形す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およ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およ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、およ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。
１，２１，３１，４１　切削工具、７　サンプル、７ａ，７ｂ，７ｃ　サンプル表面、８　圧子、１０　基材、１１　α－Ａｌ２Ｏ３層、１２　下地層、１３　表面層、１４　中間層、１５，２５，３５，４５　被膜

Claims (6)

  1. 　基材と、前記基材上に配置された被膜と、を備えた切削工具であって、
    　前記被膜は、α－Ａｌ２Ｏ３層を含み、
    　前記α－Ａｌ２Ｏ３層は、複数のα－Ａｌ２Ｏ３の結晶粒を含み、かつ、配向性指数ＴＣ（ｈｋｌ）においてＴＣ（００６）が５を超え、
    　前記α－Ａｌ２Ｏ３層の８００℃における塑性変形量ｈｐは０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である、切削工具。
  2. 　前記塑性変形量ｈｐは０ｎｍ以上９９ｎｍ以下である、請求項１に記載の切削工具。
  3. 　前記塑性変形量ｈｐは０ｎｍ以上９８ｎｍ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ＴＣ（００６）は５超８以下である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の切削工具。
  5. 　前記ＴＣ（００６）は６超８以下である、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の切削工具。
  6. 　前記α－Ａｌ２Ｏ３層の平均膜厚は、２μｍ以上１５μｍ以下である、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の切削工具。
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