WO2022230182A1 - 切削工具 - Google Patents

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WO2022230182A1
WO2022230182A1 PCT/JP2021/017224 JP2021017224W WO2022230182A1 WO 2022230182 A1 WO2022230182 A1 WO 2022230182A1 JP 2021017224 W JP2021017224 W JP 2021017224W WO 2022230182 A1 WO2022230182 A1 WO 2022230182A1
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WO
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layer
timaln
cutting
cutting tool
less
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Application number
PCT/JP2021/017224
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English (en)
French (fr)
Inventor
桃子 飯田
治世 福井
Original Assignee
住友電工ハードメタル株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B27/00—Tools for turning or boring machines; Tools of a similar kind in general; Accessories therefor
    • B23B27/14—Cutting tools of which the bits or tips or cutting inserts are of special material
    • 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
    • B23B27/18—Cutting tools of which the bits or tips or cutting inserts are of special material with cutting bits or tips or cutting inserts rigidly mounted, e.g. by brazing
    • B23B27/20—Cutting tools of which the bits or tips or cutting inserts are of special material with cutting bits or tips or cutting inserts rigidly mounted, e.g. by brazing with diamond bits or cutting inserts
    • 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

Definitions

  • the present disclosure relates to cutting tools.
  • Cubic boron nitride (hereinafter also referred to as "cBN”) has hardness second only to diamond, and is also excellent in thermal and chemical stability.
  • cBN sintered bodies have been used as cutting tools for machining ferrous materials because they are more stable than diamond for ferrous materials.
  • the cutting tool according to the present disclosure is A cutting tool including a rake face and a flank face,
  • the cutting tool comprises a base material and a coating provided on the base material,
  • the coating comprises a TiMAIN layer
  • the TiMAlN layer includes crystal grains of cubic TixMyAlzN ,
  • the atomic ratio x of the titanium element in the Ti x My Al z N is 0.4 or more and 0.79 or less,
  • the atomic ratio y of the element M in the Ti x My Al z N is 0.01 or more and 0.1 or less,
  • the atomic ratio z of the aluminum element in the Ti x My Al z N is 0.2 or more and 0.5 or less, the sum of x, y and z is 1;
  • element M is at least one or both of boron and silicon;
  • FIG. 1 is a perspective view illustrating one mode of a cutting tool.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a cutting tool in one aspect of the present embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a cutting tool in another aspect of this embodiment.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a cutting tool in another aspect of this embodiment.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a cutting tool in another aspect of this embodiment.
  • FIG. 6 is an enlarged SEM image of the cross section of the cutting tool according to this embodiment.
  • FIG. 7 is an enlarged SEM image of the cross section of the cutting tool according to this embodiment.
  • FIG. 8 is an enlarged SEM image of the cross section of the cutting tool of the comparative example.
  • Patent Document 1 a substrate made of a CBN sintered body containing 20% by volume or more of cubic boron nitride or a substrate made of a diamond sintered body containing 40% or more of diamond
  • the composite high-hardness material for tools having at least one layer of hard heat-resistant coating mainly composed of at least one element selected from C, N and O, Ti and Al for cutting
  • the hard heat-resistant coating is formed by an existing PVD method (physical vapor deposition method) such as an ion plating method.
  • the hard heat-resistant coating in the composite high-hardness material for tools described in Patent Document 1 contains droplets, and the hard heat-resistant coating may peel off due to the droplets during cutting. Therefore, when applying to highly efficient cutting (cutting with a high feed rate, etc.), further improvement in performance (for example, wear resistance, peeling resistance, etc.) is required.
  • the present disclosure has been made in view of the above circumstances, and aims to provide a cutting tool with excellent wear resistance and peeling resistance.
  • the cutting tool according to the present disclosure is A cutting tool including a rake face and a flank face,
  • the cutting tool comprises a base material and a coating provided on the base material,
  • the coating comprises a TiMAIN layer
  • the TiMAlN layer includes crystal grains of cubic TixMyAlzN ,
  • the atomic ratio x of the titanium element in the Ti x My Al z N is 0.4 or more and 0.79 or less,
  • the atomic ratio y of the element M in the Ti x My Al z N is 0.01 or more and 0.1 or less,
  • the atomic ratio z of the aluminum element in the Ti x My Al z N is 0.2 or more and 0.5 or less, the sum of x, y and z is 1;
  • element M is at least one or both of boron and silicon;
  • the TiMAlN layer in the cutting tool has a number of voids n F on the flank face less than the number of voids n R on the rake face.
  • Coating flaking and coating chipping on the flank face and rake face appear as coating wear on the flank face (flank wear) together with abrasive wear on the flank face.
  • the voids present on the rake face absorb the force (impact) applied from the chips in a direction substantially parallel to the film surface, and therefore have the effect of suppressing the peeling and chipping of the coating that appear in flank wear.
  • Abrasive wear on the flank face is less repeatable than the impact on the rake face, and on the flank face, the impact due to abrasive wear is greater than the impact from chips.
  • flank face is required to have a film structure with few voids that suppresses flank wear due to abrasive wear.
  • flank wear resistance exfoliation resistance, chipping resistance, wear resistance
  • the best flank wear resistance can be obtained by satisfying n F ⁇ n R in the TiMAN layer.
  • the presence of the element M (boron, silicon, or both) in a predetermined proportion refines the structure of the TiMAAlN layer and improves its hardness. That is, the cutting tool having the configuration described above can have excellent wear resistance and excellent peeling resistance.
  • peeling resistance means resistance to peeling of the TiMAlN layer from the substrate.
  • nR is preferably 30 or less.
  • the number of voids n C per edge preferably satisfies the relationship n F ⁇ n C ⁇ n R .
  • nF is less than 10
  • nR is less than 30, and nC is less than 20.
  • the cutting tool can withstand abrasive wear on the flank during cutting, and can absorb overload impact applied from the work material or chips.
  • nF is less than 4 and nC is less than 5.
  • the cutting tool will have better wear resistance and better spalling resistance.
  • the thickness of the TiMAlN layer is preferably 0.05 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less.
  • the thickness of the coating is preferably 0.5 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less.
  • the coating further includes a TiCN layer provided on the TiMAIN layer.
  • the cutting tool has even better wear resistance.
  • the substrate preferably contains at least one selected from the group consisting of cemented carbide, cermet, high-speed steel, ceramics, cubic boron nitride sintered bodies, and diamond sintered bodies.
  • the substrate is a cubic boron nitride sintered body, the cubic boron nitride sintered body contains cubic boron nitride,
  • the average particle size R ⁇ m of the cubic boron nitride is It is preferable to satisfy the relationship n F ⁇ 100/R.
  • this embodiment An embodiment of the present disclosure (hereinafter referred to as "this embodiment") will be described below. However, this embodiment is not limited to this.
  • the notation of the form "A to Z” means the upper and lower limits of the range (that is, from A to Z), and if no unit is described at A and only a unit is described at Z, then A and the unit of Z are the same.
  • the chemical formula when a compound is represented by a chemical formula in which the composition ratio of constituent elements is not limited, such as "TiN”, the chemical formula can be any conventionally known composition ratio (element ratio) shall include At this time, the above chemical formula includes not only stoichiometric compositions but also non-stoichiometric compositions.
  • the chemical formula of “TiN” includes not only the stoichiometric composition “Ti 1 N 1 ” but also non-stoichiometric compositions such as “Ti 1 N 0.8 ”. This also applies to the description of compounds other than "TiN".
  • the cutting tool according to the present disclosure is A cutting tool including a rake face and a flank face,
  • the cutting tool comprises a base material and a coating provided on the base material,
  • the coating comprises a TiMAIN layer
  • the TiMAlN layer includes crystal grains of cubic TixMyAlzN ,
  • the atomic ratio x of the titanium element in the Ti x My Al z N is 0.4 or more and 0.79 or less,
  • the atomic ratio y of the element M in the Ti x My Al z N is 0.01 or more and 0.1 or less,
  • the atomic ratio z of the aluminum element in the Ti x My Al z N is 0.2 or more and 0.5 or less, the sum of x, y and z is 1;
  • element M is at least one or both of boron and silicon;
  • the surface-coated cutting tool according to the present embodiment includes, for example, drills, end mills, indexable cutting inserts for drills, indexable cutting inserts for end mills, milling It may be an indexable cutting tip, an indexable cutting tip for turning, a metal saw, a gear cutting tool, a reamer, a tap, or the like.
  • FIG. 1 is a perspective view illustrating one aspect of a cutting tool.
  • the cutting tool 10 having such a shape is used as an indexable cutting insert for turning.
  • a cutting tool 10 shown in FIG. 1 has a surface including an upper surface, a lower surface and four side surfaces, and as a whole has a quadrangular prism shape that is slightly thin in the vertical direction. Further, the cutting tool 10 is formed with through-holes penetrating through the upper and lower surfaces, and adjacent side surfaces are connected by arc surfaces at the boundary portions of the four side surfaces.
  • the upper surface and the lower surface usually form the rake surface 1a, and the four side surfaces (and the arc surface connecting them) form the flank surface 1b, which connects the rake surface 1a and the flank surface 1b.
  • the surface forms the cutting edge surface 1c.
  • a "rake face” means a face from which chips removed from a work material are scooped out.
  • a "flank” means a surface partly in contact with a work material.
  • the cutting edge surface is included in the portion that constitutes the cutting edge of the cutting tool.
  • the cutting tool 10 may or may not have a chip breaker.
  • the shape of the cutting edge of the cutting tool is represented by a plane (cutting edge surface 1c) in FIG. 1, the shape of the cutting edge is not limited to this. That is, the shape of the cutting edge includes sharp edge (edge where rake face and flank face intersect) (eg, FIG. 3) and negative land (chamfered shape) (eg, FIG. 2).
  • the substrate of the cutting tool has a rake face and a flank face.
  • the base material may have a cutting edge surface connecting the rake face and the flank face.
  • the cutting tool 10 includes a substrate 11 and a TiMAIN layer 12 provided on the substrate 11 (Fig. 4).
  • the cutting tool 10 may further include a base layer 13 provided between the base material 11 and the TiMAlN layer 12, in addition to the TiMAlN layer 12 (FIG. 5).
  • the cutting tool 10 may further comprise a surface layer 14 provided on the TiMAlN layer 12 (Fig. 5).
  • Other layers such as the underlying layer 13 and the surface layer 14 will be described later.
  • each of the layers provided on the substrate may be collectively referred to as a "coating". That is, the cutting tool 10 has a film 20 covering the base material 11 (FIGS. 2 and 3).
  • the coating 20 includes the TiMAIN layer 12 (FIG. 4). Also, the coating 20 may further include the underlying layer 13 or the surface layer 14 (FIG. 5).
  • the base material is a cemented carbide (for example, a tungsten carbide (WC)-based cemented carbide, a cemented carbide containing Co in addition to WC, a carbonitride such as Cr, Ti, Ta, Nb in addition to WC).
  • a cemented carbide for example, a tungsten carbide (WC)-based cemented carbide, a cemented carbide containing Co in addition to WC, a carbonitride such as Cr, Ti, Ta, Nb in addition to WC.
  • cemented carbide, etc. cermet (mainly composed of TiC, TiN, TiCN, etc.), high-speed steel, ceramics (titanium carbide, silicon carbide, silicon nitride, aluminum nitride, aluminum oxide, etc.), cubic It is preferable to include one selected from the group consisting of type boron nitride sintered bodies (cBN sintered bodies) and diamond sintered bodies.
  • cemented carbide especially WC-based cemented carbide
  • cermet especially TiCN-based cermet
  • cubic boron nitride sintered body it is particularly preferable to select cemented carbide (especially WC-based cemented carbide), cermet (especially TiCN-based cermet), and cubic boron nitride sintered body.
  • cemented carbide especially WC-based cemented carbide
  • cermet especially TiCN-based cermet
  • cubic boron nitride sintered body the reason for this is that these base materials have an excellent balance of hardness and strength, particularly at high temperatures, and have excellent properties as base materials for cutting tools for the above applications.
  • the effect of the present embodiment is exhibited even if such a cemented carbide contains free carbon or an abnormal phase called ⁇ phase in the structure.
  • the base material used in this embodiment may have a modified surface.
  • a ⁇ -free layer may be formed on the surface, or in the case of a cBN sintered body, a surface-hardened layer may be formed. Even if the surface is modified in this way, The effect of this embodiment is shown.
  • the substrate is preferably a cubic boron nitride sintered body (cBN sintered body).
  • the cubic boron nitride sintered body contains cubic boron nitride.
  • the cubic boron nitride sintered body preferably further contains a binder.
  • cubic boron nitride means crystal grains of cubic boron nitride. That is, the cubic boron nitride sintered body contains polycrystalline cubic boron nitride.
  • the average particle diameter R of the cubic boron nitride is preferably 0.5 ⁇ m or more and 8 ⁇ m or less, more preferably 1 ⁇ m or more and 5 ⁇ m or less.
  • the average particle diameter R can be obtained by a cutting method using a scanning electron microscope (SEM). Specifically, first, any surface or section of the cubic boron nitride sintered body is mirror-finished. Next, the processed surface of the cubic boron nitride sintered body is observed with a SEM at a magnification of 5,000 to 100,000 times to obtain an SEM image.
  • SEM scanning electron microscope
  • the observation magnification and the diameter of the circle are preferably set so that the number of cubic boron nitride (crystal grains) on one straight line is about 10 to 50.
  • the average intercept length is obtained by counting the number of cubic boron nitride crystal grain boundaries crossed for each of the above straight lines and dividing the length of the straight line by the number of crosses. Finally, the value obtained by multiplying the obtained average intercept length by 1.128 is taken as the average grain size of cubic boron nitride (this method is based on the method for calculating the nominal grain size of the ASTM standard. be).
  • Such an average particle size is more preferably obtained by using several SEM images, determining the average particle size for each image by the above method, and taking the average value of the average particle sizes as the average particle size.
  • the measurement by the above method may include the particle size of particles other than cubic boron nitride (for example, the crystal grains of wurtzite boron nitride), but in this way the particle size of other particles may be included. Even if it is included, it shall be regarded as the average grain size of cubic boron nitride.
  • cubic boron nitride for example, the crystal grains of wurtzite boron nitride
  • the content of the cubic boron nitride is preferably 20% by volume or more, more preferably 20% by volume or more and 97% by volume or less, relative to the cubic boron nitride sintered body, and 20% by volume. It is more preferable that the content is 80% by volume or more.
  • the content of the cubic boron nitride can be obtained by photographing a cross-sectional sample of the above-described cubic boron nitride sintered body with an SEM and analyzing the photographed image. That is, it is possible to calculate by identifying the crystal grains of cubic boron nitride in a predetermined field of view, calculating the sum of the areas of the crystal grains identified by image processing, and dividing this by the area of the field of view.
  • image analysis type particle size distribution software (“Mac-View” manufactured by Mountec Co., Ltd.) can be preferably used for the image processing.
  • the "predetermined field of view” may be the same as the field of view for determining the average grain size of the cubic boron nitride crystal grains.
  • the ratio obtained by the above method is the area ratio of the cubic boron nitride in the field of view, but in this embodiment, the area ratio is regarded as the volume ratio. That is, when the area ratio of cubic boron nitride obtained by the above method is 20%, the content of cubic boron nitride is considered to be 20% by volume with respect to the cubic boron nitride sintered body. and
  • the "binder” means a substance that binds the crystal grains of the cubic boron nitride.
  • the binder contains at least one element selected from the group consisting of Group 4 elements, Group 5 elements, Group 6 elements, Al (aluminum) and Si (silicon) of the periodic table of elements, C (carbon), It preferably contains a compound consisting of at least one element selected from the group consisting of N (nitrogen), B (boron) and O (oxygen).
  • Examples of the Group 4 elements include Ti (titanium), Zr (zirconium), and Hf (hafnium).
  • Examples of Group 5 elements include V (vanadium), Nb (niobium), and Ta (tantalum).
  • Examples of the Group 6 elements include Cr (chromium), Mo (molybdenum), and W (tungsten).
  • SEM-EDX energy dispersive X-ray spectroscopy
  • Compounds composed of two elements include, for example, nitrides such as TiN and AlN, carbides such as TiC and WC, borides such as TiB 2 and AlB 2 , oxides such as Al 2 O 3 , TiCN, AlON, SiAlON, SiTiAlON, etc. are mentioned.
  • the cubic boron nitride sintered body may contain unavoidable impurities within a range that does not impair the effects of the present disclosure.
  • the unavoidable impurity is a general term for elements and compounds that may be contained in a trace amount in the raw material of the cubic boron nitride sintered body or during its production.
  • the content (% by volume) of each element and compound contained as inevitable impurities is 0% by volume or more and 5% by volume or less, and the sum of these (that is, the total content of trace impurities) is 0% by volume or more and 5% by volume. It is below. Therefore, the inevitable impurities may or may not be contained in the cubic boron nitride sintered body.
  • Examples of unavoidable impurities include Li, Mg, Ca, Sr, Ba, Be, Si, Ga, La, Fe, and Cu.
  • the coating according to this embodiment includes a TiMAIN layer.
  • the element M in the TiMAlN layer is at least one of boron and silicon, or both.
  • the "coating" covers at least a portion of the base material (for example, a portion of the rake face and a portion of the flank face) to improve various properties such as chipping resistance and wear resistance of the cutting tool. It has an effect.
  • the coating preferably covers the entire surface of the substrate. However, it does not depart from the scope of the present embodiment even if a part of the substrate is not covered with the coating or the composition of the coating is partially different.
  • the thickness of the coating is preferably 0.5 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less, more preferably 1 ⁇ m or more and 5 ⁇ m or less.
  • the thickness of the coating means the sum of the thicknesses of the layers constituting the coating.
  • the "coating layer” include other layers such as the TiMAlN layer described above, the intermediate layer described later, the underlying layer and the surface layer described above.
  • the thickness of the coating is obtained, for example, by measuring arbitrary 10 points in a cross-sectional sample parallel to the normal direction of the surface of the base material using an SEM and taking the average value of the thickness of the measured 10 points. It is possible.
  • the measurement magnification at this time is, for example, 10000 times.
  • Examples of SEM include JSM-7600F (trade name) and JSM-7800 (trade name) manufactured by JEOL Ltd.
  • TiMAlN layer includes crystal grains of cubic TixMyAlzN . That is, the TiMAlN layer is a layer containing polycrystalline TixMyAlzN . Crystal grains of cubic TixMyAlzN are identified , for example, by a pattern of diffraction peaks obtained by X-ray diffraction.
  • the element M in the TiMAlN layer indicates a metal element.
  • the element M is at least one of boron and silicon, or both. Boron is usually regarded as a semi-metal exhibiting properties intermediate between those of metallic elements and non-metallic elements. shall be included in the scope of elements.
  • the atomic ratio x of the titanium element in Ti x My Al z N is 0.4 or more and 0.79 or less, preferably 0.42 or more and 0.6 or less.
  • the above x can be determined by elemental analysis of the entire TiMAIN layer of the above cross-sectional sample by energy dispersive X-ray spectroscopy (SEM-EDX) incidental to SEM. The observation magnification at this time is, for example, 5000 times.
  • the TiMAlN layer of the cross-sectional sample is measured at each of 10 arbitrary points to obtain the value of x, and the average value of the 10 points obtained is defined as x in the TiMAlN layer.
  • the "arbitrary 10 points" are selected from crystal grains different from each other in the TiMAlN layer.
  • Examples of the EDX apparatus include JED-2300 (trade name) manufactured by JEOL Ltd.
  • the atomic ratio y of the element M in Ti x My Al z N is 0.01 or more and 0.1 or less, preferably 0.02 or more and 0.05 or less.
  • the element M includes a plurality of metal elements
  • the sum of the atomic ratios of the respective metal elements is the atomic ratio y of the element M.
  • the atomic ratio z of the aluminum element in Ti x My Al z N is 0.2 or more and 0.5 or less, preferably 0.3 or more and 0.45 or less.
  • the cubic crystal structure is maintained in the TiMAlN layer, which in turn provides high hardness. Note that the sum of x, y and z is one.
  • the TiMAIN layer preferably does not contain chromium (Cr).
  • the cutting tool can exhibit high peeling resistance while maintaining adhesion resistance even in cutting of a difficult-to-cut material such as Inconel.
  • the thickness of the TiMAlN layer is preferably 0.05 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less, more preferably 1 ⁇ m or more and 5 ⁇ m or less.
  • the thickness of the TiMAlN layer means the thickness per layer. The thickness can be measured, for example, by observing the cross section of the cutting tool as described above using an SEM at a magnification of 10,000.
  • the TiMAlN layer may be contained in one layer in the coating, or may be contained in multiple layers (for example, 2 to 50 layers).
  • the TiMAlN layer may form a multi-layered structure alternately laminated together with other layers such as an intermediate layer to be described later.
  • the TiMAlN layer itself may form a multilayer structure.
  • “Void” in this embodiment means a linear gap with a length of 0.5 ⁇ m or more. It is preferable that the voids extend in the thickness direction of the film.
  • the number of voids is counted according to the following procedure.
  • a cross section of the cutting tool as described above is observed with a SEM at a magnification of 5000 times to obtain an SEM image.
  • the SEM image is acquired such that the TiMAlN layer is continuously included in the range of 100 ⁇ m in length (the length in the direction perpendicular to the thickness direction of the TiMAlN layer).
  • the number of SEM images to be acquired is not particularly limited as long as the TiMAlN layer is included in the above-described 100 ⁇ m length range, and may be one field of view or a plurality of fields of view.
  • the number of voids described below may be counted after stitching the SEM images together (eg, FIG. 6).
  • the size of one field of view may be, for example, 25 ⁇ m ⁇ 20 ⁇ m.
  • the obtained SEM image is visually checked, and the number of voids in a length range of 100 ⁇ m is counted continuously.
  • the inventors believe that the number of voids is a parameter that reflects the properties of the TiMAIN layer as a whole.
  • gaps with a length of less than 0.5 ⁇ m are not counted as gaps even if they are linear in shape.
  • non-linear gaps such as circular gaps are not counted as gaps.
  • the void is counted as one whether or not it penetrates the target TiMAIN layer.
  • the light gray layer is the TiMAlN layer, and the black linear cracks in that layer are voids.
  • the number of voids is counted as one.
  • the voids are considered to be generated starting from the surface of the base material.
  • the present inventors believe that they are observing the middle part of the voids generated from the surface of the material.
  • the number of such voids is counted in at least three “continuous 100 ⁇ m length ranges”, and the average value thereof is taken as the number of voids.
  • the above-described void counting method shall be applied to all of the flank, rake and cutting edge surfaces (for example, Figures 2 and 3).
  • count the number of voids in the maximum length range that can be secured and convert it into the number of voids per 100 ⁇ m length. to find the number of voids. For example, if the maximum length range that can be secured is 20 ⁇ m, the number of voids is counted in the length range of 20 ⁇ m, and the counted number of voids is multiplied by 5 to obtain the number of voids per 100 ⁇ m length. calculate.
  • the substrate is a cubic boron nitride sintered body
  • the cubic boron nitride sintered body contains cubic boron nitride
  • the average grain size of the cubic boron nitride is R ⁇ m teeth, It is preferable to satisfy n F ⁇ 100/R.
  • the cutting tool according to the present embodiment further includes a cutting edge surface that connects the rake face and the flank face
  • the number of voids n C per 100 ⁇ m length of the TiMAN layer located on the cutting edge surface in a cross section obtained by cutting the TiMAlN layer along a plane including the normal to the cutting edge surface satisfies n F ⁇ n C ⁇ n R. It is preferable to satisfy the relationship.
  • the nF is preferably 10 or less, more preferably less than 10, and even more preferably less than 4. Since the TiMAlN layer on the flank has a predetermined number of voids, the stress caused by contact with the work material during cutting is alleviated, and the shear peeling of the TiMAlN layer is suppressed. On the other hand, it is also conceivable that the presence of voids on the flank reduces wear resistance against abrasive wear applied during cutting, and flank wear progresses. That is, the TiMAlN layer on the flank surface has a predetermined number of voids, thereby improving the peel resistance and wear resistance.
  • the nR is preferably 30 or less, more preferably less than 30, and even more preferably 1 or more and less than 30. Since the TiMAlN layer on the rake face has a predetermined number of voids, stress caused by contact with chips during cutting is alleviated, and shear flaking of the TiMAlN layer is suppressed. That is, the TiMAlN layer on the rake face has a predetermined number of voids, thereby improving the peeling resistance.
  • the n C is preferably 20 or less, more preferably less than 20, still more preferably less than 5, and even more preferably 1 or more and less than 5. Since the TiMAlN layer on the cutting edge surface has a predetermined number of voids, the stress caused by contact with the work material during cutting is alleviated, and the shear peeling of the TiMAlN layer is suppressed. That is, the TiMAlN layer on the cutting edge surface has a predetermined number of voids, thereby improving the peeling resistance.
  • the nF is less than 10, the nR is less than 30, and the nC is less than 20.
  • nF is less than 4 and nC is less than 5.
  • At least one of the plurality of TiMAlN layers should satisfy the condition regarding the number of voids described above. This is because it is considered that the effect of the present disclosure is exhibited in the TiMAlN layer.
  • the number nD of droplets per 100 ⁇ m length of the TiMAlN layer located on the flank face in a cross section obtained by cutting the TiMAlN layer along a plane including the normal to the flank face is 3 or less. , is preferably 0 or more and 2 or less.
  • the term “droplets” refers to metal particles present in a layer constituting a coating (for example, a TiMAlN layer such as a TiSiAlN layer) and having a predetermined size, which will be described later.
  • the number of droplets is obtained by the same method as the method for counting the number of voids described above. That is, a cross section of the cutting tool is observed with a SEM at a magnification of 5000 times to obtain an SEM image. At this time, the SEM image is acquired such that the TiMAIN layer is continuously included in the range of length of 100 ⁇ m.
  • the obtained SEM image is visually confirmed, and attention is paid to the white, substantially circular portion present in the TiMAIN layer (for example, the layer shown in light gray in FIG. 8).
  • the length of the long side L a ( ⁇ m) and the length of the short side L b ( ⁇ m) of a rectangle circumscribing the substantially circular portion are obtained.
  • the rectangle is set such that the long side or the short side is parallel to the main surface of the substrate.
  • the term “parallel” is not limited to geometric parallelism, and is a concept that includes substantially parallelism.
  • the coating may further include other layers as long as the effects of the present embodiment are not impaired.
  • the other layers include a base layer provided between the base material and the TiMAlN layer, a surface layer provided on the TiMAlN layer, a layer between the base layer and the TiMAlN layer, Alternatively, an intermediate layer or the like provided between the TiMAlN layer and the surface layer may be used.
  • the compositions of the underlying layer, the surface layer and the intermediate layer may be the same or different as long as they can be distinguished from the TiMAIN layer.
  • the underlayer may be, for example, a layer made of a compound represented by TiN.
  • the surface layer may be, for example, a layer made of a compound represented by CrN.
  • the intermediate layer may be, for example, a layer made of a compound represented by AlCrN.
  • the thickness of the other layer is not particularly limited as long as the effect of the present embodiment is not impaired.
  • the method for manufacturing a cutting tool includes: A step of preparing the base material (hereinafter sometimes referred to as "first step”); and a step of forming the TiMAlN layer on the substrate using a high-power pulse sputtering method (hereinafter sometimes referred to as a “second step”).
  • the high-power pulse sputtering method is a type of sputtering method.
  • the HiPIMS method is a film forming method in which, unlike the ordinary sputtering method, electric power is applied in a pulsed manner, and the atoms of the target (raw material) ejected by the discharge are adhered onto the substrate or the like.
  • a substrate is placed in an apparatus and a target is placed as a cathode, and then a negative voltage is applied to the target to generate discharge.
  • the inside of the apparatus is filled with an inert gas (for example, Ar gas) under reduced pressure.
  • the discharge ionizes the inert gas in the apparatus, and the ions of the inert gas collide with the surface of the target at high speed. Atoms of the target are ejected by this collision and deposited on the substrate to form a film. Since the HiPIMS method forms a film according to the principle described above, droplets are less likely to be generated than in the arc cathode ion plating method.
  • the voids are formed from the surface of the substrate. They are thinking. In this way, the voids are considered to be caused by the type of base material and the film formation method. The inventors are thinking.
  • a substrate is prepared in the first step.
  • the base material for example, a cemented carbide, a cermet, or a cubic boron nitride sintered body is prepared.
  • a commercially available base material may be used as the base material.
  • the base material may be manufactured by a general powder metallurgy method. For example, when a cemented carbide is produced by a general powder metallurgy method, first, a mixed powder is obtained by mixing WC powder and Co powder with a ball mill or the like. After drying the mixed powder, it is molded into a predetermined shape to obtain a molded body.
  • a WC—Co-based cemented carbide sintered body
  • a predetermined cutting edge processing such as honing treatment to produce a base material made of a WC—Co based cemented carbide.
  • any substrate other than those described above can be prepared as long as it is conventionally known as this type of substrate.
  • a high-power pulse sputtering method is used to form the TiMAlN layer on the substrate.
  • a method therefor there is a method of using a target in which the amounts of Ti, element M (eg, Si), and Al are adjusted according to the composition of the TiMAAlN layer to be formed.
  • the second step can be performed as follows. First, a chip having an arbitrary shape is mounted as a substrate in the chamber of the film forming apparatus. At this time, the substrate is arranged so that the flank face of the substrate faces the target. For example, the substrate is attached to a substrate holder on a rotary table that is rotatably mounted centrally within the chamber of the deposition apparatus. A bias power supply is connected to the substrate holder. Ar gas and nitrogen gas are introduced while rotating the rotary table at the center of the chamber.
  • the sputtering power (for example, Average power of 10 kW, frequency of 2000 Hz, pulse width of 100 ⁇ s) is applied.
  • the metal atoms are ejected from the target for forming the TiMAlN layer, and after a predetermined time has elapsed, the application of the sputtering power is stopped to form a TiMAlN layer on the surface of the substrate.
  • the thickness of the TiMAlN layer is adjusted to fall within a predetermined range.
  • a TiMAIN layer is formed on the surface of the base material other than the parts involved in cutting.
  • the raw material of the TiMAIN layer contains Ti, elements M and Al.
  • Examples of raw materials for the TiMAlN layer include powder sintered alloys (TiSiAl, TiBAl, etc.) of Ti, elements M, and Al.
  • the reaction gas described above is appropriately set according to the composition of the TiMAlN layer.
  • the reaction gas include a mixed gas of nitrogen gas and inert gas.
  • the surface of the substrate may be etched before forming the TiMAIN layer.
  • Conditions for the etching process include, for example, the following conditions. Etching conditions Inert gas: Ar gas Temperature: 500°C Pressure: 350mPa Voltage: Pulse DC voltage (500V, frequency 200kHz) Processing time: 10 minutes
  • the steps of forming an underlayer on the substrate, forming an intermediate layer on the underlayer or the TiMAlN layer, and forming the TiMAlN layer A step of forming a surface layer thereon, a step of surface treatment, and the like may be performed as appropriate.
  • the other layers may be formed by conventional methods. Specifically, for example, the other layer may be formed by a physical vapor deposition method (PVD method) different from the HiPIMS method.
  • PVD method physical vapor deposition method
  • the surface treatment step include surface treatment using a medium in which diamond powder is supported on an elastic material.
  • the cemented carbide base material was manufactured by a general powder metallurgy method. That is, a mixed powder was obtained by mixing WC powder and Co powder with a ball mill or the like. After drying the mixed powder, it was formed into a predetermined shape (the shape of ISO standard DNGA150408) to obtain a molded body. Further, the molded body was sintered to obtain a base material of a WC—Co-based cemented carbide (sintered body).
  • the cermet base material was manufactured by a general powder metallurgy method. That is, a mixed powder was obtained by mixing cermet raw material powder such as TiC powder with a ball mill or the like. After drying the mixed powder, it was formed into a predetermined shape (the shape of ISO standard DNGA150408) to obtain a molded body. Further, the molded body was sintered to obtain a cermet (sintered body) base material.
  • a TiMAlN layer was formed by the HiPIMS method on the substrate obtained in the first step. That is, a plurality of targets were arranged in a film forming apparatus, and the substrate was mounted on a rotating type substrate correcting jig provided at the center of these targets, and the film was formed by the following procedure.
  • Ar gas and N2 gas were added to the interior of the film forming apparatus to adjust the total pressure to 500 mPa (partial pressure: 350 mPa for Ar and 150 mPa for N2 ).
  • a bias voltage of ⁇ 50 V is applied to the base material, and sputtering power (average power 12 kW, frequency 3000 Hz, pulse width 100 ⁇ s) is applied to the cathode (target metal that is a sintered alloy composed of Ti, elements M and Al).
  • a TiMAIN layer was formed by applying voltage and sputtering the target metal.
  • the atomic ratio of Ti, the atomic ratio of element M, and the atomic ratio of Al in the TiMAlN layer were adjusted by changing the proportions of Ti, element M, and Al in the target metal.
  • the thickness of the TiMAlN layer was adjusted by the film formation time. Cutting tools of Samples 1 to 35 were produced as described above.
  • the thickness of each layer constituting the coating (that is, the thickness of each of the underlying layer, the TiMAlN layer, and the surface layer) was measured using an SEM (manufactured by JEOL Ltd., trade name: JEM-2100F). It was obtained by measuring arbitrary 10 points in a cross-sectional sample parallel to the direction and averaging the thickness of the measured 10 points. The observation magnification at this time was 10000 times. The results are shown in Tables 1 and 2.
  • compositions of the underlying layer and the surface layer were obtained by analyzing the above-described cross-sectional sample with an SEM-EDX apparatus for the entire layer to be analyzed. Table 2 shows the results.
  • the number of voids per 100 ⁇ m length of the TiMAlN layer was determined by the method described above. That is, the cross-sectional sample described above was observed using an SEM at a magnification of 5000 times to obtain an SEM image. At this time, the SEM image was acquired such that the TiMAIN layer was continuously included in the range of length of 100 ⁇ m. The obtained SEM image was visually confirmed, and the number of voids in the 100 ⁇ m length range was counted continuously. The number of voids was counted on each of the flank face, rake face and cutting edge face. The results are shown in Tables 3-5.
  • the number of droplets per 100 ⁇ m length of the TiMAlN layer was determined by the method described above. That is, the cross-sectional sample described above was observed using an SEM at a magnification of 5000 times to obtain an SEM image. At this time, the SEM image was acquired such that the TiMAIN layer was continuously included in the range of length of 100 ⁇ m. The obtained SEM image was visually confirmed, and the number of droplets in a 100 ⁇ m length range was continuously counted. The results are shown in Tables 3-5.
  • the cutting tools of Samples 11, 13 and 18 had a peel width of 27 ⁇ m or less on the flank face, which is better than the other samples. From the above results, it was found that among the cutting tools of the examples, the smaller the values of nF , nC , and nR , the better the peeling resistance and wear resistance.
  • the cutting tools of samples 28 and 30 had a cutting time of 120 minutes or longer, and good results were obtained.
  • the cutting tool of sample 34 had a cutting time of 30 minutes or longer, and good results were obtained.
  • the cutting tools of Samples 32, 33 and 35, in which the element M is not "at least one of boron and silicon, or both of them" had a cutting time of 15 minutes or less. From the above results, it was found that the cutting tools of Examples are excellent in peeling resistance.

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Abstract

すくい面と逃げ面とを含む切削工具であって、上記切削工具は、基材と、上記基材上に設けられている被膜とからなり、上記被膜は、ＴｉＭＡｌＮ層を含み、上記ＴｉＭＡｌＮ層は、立方晶型のＴｉｘＭｙＡｌｚＮの結晶粒を含み、上記ＴｉｘＭｙＡｌｚＮにおけるチタン元素の原子比ｘは０．４以上０．７９以下であり、上記ＴｉｘＭｙＡｌｚＮにおける元素Ｍの原子比ｙは０．０１以上０．１以下であり、上記ＴｉｘＭｙＡｌｚＮにおけるアルミニウム元素の原子比ｚは０．２以上０．５以下であり、ｘ、ｙ及びｚの合計は、１であり、元素Ｍはホウ素及びケイ素のうちの少なくとも一つ、又はこれらの両方であり、上記逃げ面の法線を含む平面で上記ＴｉＭＡｌＮ層を切断した断面における、上記逃げ面に位置する上記ＴｉＭＡｌＮ層の１００μｍ長さあたりの空隙の数ｎＦと、上記すくい面の法線を含む平面で上記ＴｉＭＡｌＮ層を切断した断面における、上記すくい面に位置する上記ＴｉＭＡｌＮ層の１００μｍ長さあたりの空隙の数ｎＲとは、ｎＦ＜ｎＲの関係を満たし、上記逃げ面の法線を含む平面で上記ＴｉＭＡｌＮ層を切断した断面における、上記逃げ面に位置する上記ＴｉＭＡｌＮ層の１００μｍ長さあたりのドロップレットの数ｎＤが３以下である、切削工具。

Description

切削工具
　本開示は、切削工具に関する。
　立方晶窒化ホウ素（以下「ｃＢＮ」とも記す。）はダイヤモンドに次ぐ硬度を有し、熱的安定性および化学的安定性にも優れる。また、鉄系材料に対しては、ダイヤモンドよりも安定なため、鉄系材料を加工するための切削工具としてｃＢＮ焼結体が用いられてきた。
　また、ｃＢＮ焼結体からなる切削工具の耐摩耗性等を向上させるために、ｃＢＮ焼結体の基材の上に被膜を設けることが検討されている。
特開平０８－１１９７７４号公報
　本開示に係る切削工具は、
　すくい面と逃げ面とを含む切削工具であって、
　上記切削工具は、基材と、上記基材上に設けられている被膜とからなり、
　上記被膜は、ＴｉＭＡｌＮ層を含み、
　上記ＴｉＭＡｌＮ層は、立方晶型のＴｉｘＭｙＡｌｚＮの結晶粒を含み、
　上記ＴｉｘＭｙＡｌｚＮにおけるチタン元素の原子比ｘは０．４以上０．７９以下であり、
　上記ＴｉｘＭｙＡｌｚＮにおける元素Ｍの原子比ｙは０．０１以上０．１以下であり、
　上記ＴｉｘＭｙＡｌｚＮにおけるアルミニウム元素の原子比ｚは０．２以上０．５以下であり、
　ｘ、ｙ及びｚの合計は、１であり、
　元素Ｍはホウ素及びケイ素のうちの少なくとも一つ、又はこれらの両方であり、
　上記逃げ面の法線を含む平面で上記ＴｉＭＡｌＮ層を切断した断面における、上記逃げ面に位置する上記ＴｉＭＡｌＮ層の１００μｍ長さあたりの空隙の数ｎＦと、上記すくい面の法線を含む平面で上記ＴｉＭＡｌＮ層を切断した断面における、上記すくい面に位置する上記ＴｉＭＡｌＮ層の１００μｍ長さあたりの空隙の数ｎＲとは、
　ｎＦ＜ｎＲの関係を満たし、
　上記逃げ面の法線を含む平面で上記ＴｉＭＡｌＮ層を切断した断面における、上記逃げ面に位置する上記ＴｉＭＡｌＮ層の１００μｍ長さあたりのドロップレットの数ｎＤが３以下である。
図１は、切削工具の一態様を例示する斜視図である。 図２は、本実施形態の一態様における切削工具の模式断面図である。 図３は、本実施形態の他の態様における切削工具の模式断面図である。 図４は、本実施形態の別の他の態様における切削工具の模式断面図である。 図５は、本実施形態の別の他の態様における切削工具の模式断面図である。 図６は、本実施形態に係る切削工具の断面を拡大したＳＥＭ画像である。 図７は、本実施形態に係る切削工具の断面を拡大したＳＥＭ画像である。 図８は、比較例の切削工具における断面を拡大したＳＥＭ画像である。
[本開示が解決しようとする課題]
　例えば、特開平０８－１１９７７４号公報（特許文献１）では、立方晶型窒化硼素を２０体積％以上含むＣＢＮ焼結体からなる基材またはダイヤモンドを４０％以上含むダイヤモンド焼結体からなる基材を有する工具用の複合高硬度材料において、Ｃ、ＮおよびＯの中から選択される少なくとも１種の元素と、Ｔｉと、Ａｌとを主成分とした少なくとも１層の硬質耐熱被膜を少なくとも切削に関与する箇所に有することを特徴とする工具用複合高硬度材料が開示されている。更に特許文献１では、上記硬質耐熱被膜をイオンプレーティング法等の既存のＰＶＤ法（物理蒸着法）で形成したことが開示されている。
　しかし、特許文献１に記載の工具用複合高硬度材料における硬質耐熱被膜は、ドロップレットを含んでおり、切削加工時に上記ドロップレットに起因して硬質耐熱被膜が剥離することがある。そのため、高効率な切削加工（送り速度が大きい切削加工等）へ適用する際には更なる性能（例えば、耐摩耗性、耐剥離性等）の向上が求められる。
　本開示は、上記事情に鑑みてなされたものであり、耐摩耗性及び耐剥離性に優れる切削工具を提供することを目的とする。
[本開示の効果]
　本開示によれば、耐摩耗性及び耐剥離性に優れる切削工具を提供することが可能になる。
　[本開示の実施形態の説明]
　最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
［１］本開示に係る切削工具は、
　すくい面と逃げ面とを含む切削工具であって、
　上記切削工具は、基材と、上記基材上に設けられている被膜とからなり、
　上記被膜は、ＴｉＭＡｌＮ層を含み、
　上記ＴｉＭＡｌＮ層は、立方晶型のＴｉｘＭｙＡｌｚＮの結晶粒を含み、
　上記ＴｉｘＭｙＡｌｚＮにおけるチタン元素の原子比ｘは０．４以上０．７９以下であり、
　上記ＴｉｘＭｙＡｌｚＮにおける元素Ｍの原子比ｙは０．０１以上０．１以下であり、
　上記ＴｉｘＭｙＡｌｚＮにおけるアルミニウム元素の原子比ｚは０．２以上０．５以下であり、
　ｘ、ｙ及びｚの合計は、１であり、
　元素Ｍはホウ素及びケイ素のうちの少なくとも一つ、又はこれらの両方であり、
　上記逃げ面の法線を含む平面で上記ＴｉＭＡｌＮ層を切断した断面における、上記逃げ面に位置する上記ＴｉＭＡｌＮ層の１００μｍ長さあたりの空隙の数ｎＦと、上記すくい面の法線を含む平面で上記ＴｉＭＡｌＮ層を切断した断面における、上記すくい面に位置する上記ＴｉＭＡｌＮ層の１００μｍ長さあたりの空隙の数ｎＲとは、
　ｎＦ＜ｎＲの関係を満たし、
　上記逃げ面の法線を含む平面で上記ＴｉＭＡｌＮ層を切断した断面における、上記逃げ面に位置する上記ＴｉＭＡｌＮ層の１００μｍ長さあたりのドロップレットの数ｎＤが３以下である。
　上記切削工具における上記ＴｉＭＡｌＮ層は、逃げ面における空隙の数ｎＦがすくい面における空隙の数ｎＲより少ない。
　逃げ面及びすくい面における被膜の剥離及び被膜のチッピングは、逃げ面のアブレイシブ摩耗と共に、逃げ面における被膜の摩耗（逃げ面摩耗）として現れる。すくい面に存在する空隙は、切り屑から加わる膜表面に対して略平行な力（衝撃）を吸収するため、逃げ面摩耗に現れる被膜の剥離及び被膜のチッピングを抑える効果がある。逃げ面におけるアブレイシブ摩耗は、すくい面における衝撃と比べて繰り返しはない上、逃げ面においては切り屑からの衝撃よりもアブレイシブ摩耗による衝撃が大きい。そのため逃げ面においては、アブレイシブ摩耗による逃げ面摩耗を抑制する空隙の少ない膜構造が要求される。これらの物性に関して研究を重ねた結果、ＴｉＭＡｌＮ層において、ｎＦ＜ｎＲを満たすことで最も良好な耐逃げ面摩耗性（耐剥離性、耐チッピング性、耐摩耗性）を得られることが判明した。
　さらに、元素Ｍ（ホウ素、ケイ素又はこれらの両方）が所定の割合で存在することにより、ＴｉＭＡｌＮ層の組織が微粒化し、硬度が向上する。すなわち、上記切削工具は、上述のような構成を備えることによって、優れた耐摩耗性及び優れた耐剥離性を有することが可能になる。ここで、「耐剥離性」とは、上記基材から上記ＴｉＭＡｌＮ層が剥離することに対する耐性を意味する。
［２］上記ｎＲは、３０以下であることが好ましい。このように規定することで、上記切削工具は更に優れた耐剥離性を有するようになる。
［３］上記すくい面と上記逃げ面とを繋ぐ刃先面を更に含み、上記刃先面の法線を含む平面で上記ＴｉＭＡｌＮ層を切断した断面における、上記刃先面に位置する上記ＴｉＭＡｌＮ層の１００μｍ長さあたりの空隙の数ｎＣは、ｎＦ＜ｎＣ＜ｎＲの関係を満たすことが好ましい。このように規定することで、上記切削工具は更に優れた耐剥離性を有するようになる。
［４］上記ｎＦは１０未満であり、上記ｎＲは３０未満であり、上記ｎＣは２０未満であることが好ましい。このように規定することで、上記切削工具は切削の際に逃げ面でのアブレイシブ摩耗に耐えつつ、被削材又は切り屑から加わる過負荷な衝撃を吸収することができる。
［５］上記ｎＦは４未満であり、上記ｎＣは５未満であることが好ましい。このように規定することで、上記切削工具は更に優れた耐摩耗性及び更に優れた耐剥離性を有するようになる。
［６］上記ＴｉＭＡｌＮ層の厚みは、０．０５μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。このように規定することで、上記切削工具は更に優れた耐摩耗性及び更に優れた耐剥離性を有するようになる。
［７］上記被膜の厚みは、０．５μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。このように規定することで、上記切削工具は更に優れた耐摩耗性を有するようになる。
［８］上記被膜は、上記ＴｉＭＡｌＮ層上に設けられているＴｉＣＮ層を更に含むことが好ましい。このように規定することで、上記切削工具は更に優れた耐摩耗性を有するようになる。
［９］上記基材は、超硬合金、サーメット、高速度鋼、セラミックス、立方晶窒化ホウ素焼結体及びダイヤモンド焼結体からなる群より選ばれる少なくとも１種を含むことが好ましい。このように規定することで、上記切削工具は加工条件の汎用性に優れるようになる。
［１０］上記基材は、立方晶窒化ホウ素焼結体であり、上記立方晶窒化ホウ素焼結体は、立方晶窒化ホウ素を含み、
　上記立方晶窒化ホウ素の平均粒径Ｒμｍは、
　ｎＦ＜１００／Ｒの関係を満たすことが好ましい。このように規定することで、上記切削工具は更に優れた耐剥離性を有するようになる。
　[本開示の実施形態の詳細]
　以下、本開示の一実施形態（以下「本実施形態」と記す。）について説明する。ただし、本実施形態はこれに限定されるものではない。本明細書において「Ａ～Ｚ」という形式の表記は、範囲の上限下限（すなわちＡ以上Ｚ以下）を意味し、Ａにおいて単位の記載がなく、Ｚにおいてのみ単位が記載されている場合、Ａの単位とＺの単位とは同じである。さらに、本明細書において、例えば「ＴｉＮ」等のように、構成元素の組成比が限定されていない化学式によって化合物が表された場合には、その化学式は従来公知のあらゆる組成比（元素比）を含むものとする。このとき上記化学式は、化学量論組成のみならず、非化学量論組成も含むものとする。例えば「ＴｉＮ」の化学式には、化学量論組成「Ｔｉ１Ｎ１」のみならず、例えば「Ｔｉ１Ｎ０．８」のような非化学量論組成も含まれる。このことは、「ＴｉＮ」以外の化合物の記載についても同様である。
　≪切削工具≫
　本開示に係る切削工具は、
　すくい面と逃げ面とを含む切削工具であって、
　上記切削工具は、基材と、上記基材上に設けられている被膜とからなり、
　上記被膜は、ＴｉＭＡｌＮ層を含み、
　上記ＴｉＭＡｌＮ層は、立方晶型のＴｉｘＭｙＡｌｚＮの結晶粒を含み、
　上記ＴｉｘＭｙＡｌｚＮにおけるチタン元素の原子比ｘは０．４以上０．７９以下であり、
　上記ＴｉｘＭｙＡｌｚＮにおける元素Ｍの原子比ｙは０．０１以上０．１以下であり、
　上記ＴｉｘＭｙＡｌｚＮにおけるアルミニウム元素の原子比ｚは０．２以上０．５以下であり、
　ｘ、ｙ及びｚの合計は、１であり、
　元素Ｍはホウ素及びケイ素のうちの少なくとも一つ、又はこれらの両方であり、
　上記逃げ面の法線を含む平面で上記ＴｉＭＡｌＮ層を切断した断面における、上記逃げ面に位置する上記ＴｉＭＡｌＮ層の１００μｍ長さあたりの空隙の数ｎＦと、上記すくい面の法線を含む平面で上記ＴｉＭＡｌＮ層を切断した断面における、上記すくい面に位置する上記ＴｉＭＡｌＮ層の１００μｍ長さあたりの空隙の数ｎＲとは、
　ｎＦ＜ｎＲの関係を満たし、
　上記逃げ面の法線を含む平面で上記ＴｉＭＡｌＮ層を切断した断面における、上記逃げ面に位置する上記ＴｉＭＡｌＮ層の１００μｍ長さあたりのドロップレットの数ｎＤが３以下である。
　本実施形態に係る表面被覆切削工具（以下、単に「切削工具」という場合がある。）は、例えば、ドリル、エンドミル、ドリル用刃先交換型切削チップ、エンドミル用刃先交換型切削チップ、フライス加工用刃先交換型切削チップ、旋削加工用刃先交換型切削チップ、メタルソー、歯切工具、リーマ、タップ等であり得る。
　図１は切削工具の一態様を例示する斜視図である。このような形状の切削工具１０は、旋削加工用刃先交換型切削チップとして用いられる。
　図１に示される切削工具１０は、上面、下面及び４つの側面を含む表面を有しており、全体として、上下方向にやや薄い四角柱形状である。また、切削工具１０には上下面を貫通する貫通孔が形成されており、４つの側面の境界部分においては、隣り合う側面同士が円弧面で繋がれている。
　上記切削工具１０では、通常、上面及び下面がすくい面１ａを成し、４つの側面（及びこれらを相互に繋ぐ円弧面）が逃げ面１ｂを成し、すくい面１ａと逃げ面１ｂとを繋ぐ面が刃先面１ｃを成す。「すくい面」とは、被削材から削り取った切りくずをすくい出す面を意味する。「逃げ面」とは、その一部が被削材と接する面を意味する。刃先面は、切削工具の切れ刃を構成する部分に含まれる。
　上記切削工具が刃先交換型切削チップである場合、上記切削工具１０は、チップブレーカーを有する形状も、有さない形状も含まれる。図１において切削工具の切れ刃の形状は、平面（刃先面１ｃ）で表されているが、切れ刃の形状はこれに限られない。すなわち、切れ刃の形状は、シャープエッジ（すくい面と逃げ面とが交差する稜）（例えば、図３）、及びネガランド（面取りをした形状）（例えば、図２）の形状が含まれる。
　以上、切削工具１０の形状及び各部の名称を、図１を用いて説明したが、本実施形態に係る切削工具の基材において、上記切削工具１０に対応する形状及び各部の名称については、上記と同様の用語を用いることとする。すなわち、上記切削工具の基材は、すくい面と、逃げ面とを有する。また、上記基材は、上記すくい面及び上記逃げ面を繋ぐ刃先面を有してもよい。
　上記切削工具１０は、基材１１と、上記基材１１上に設けられているＴｉＭＡｌＮ層１２とを含む（図４）。上記切削工具１０は、上記ＴｉＭＡｌＮ層１２の他にも、上記基材１１と上記ＴｉＭＡｌＮ層１２との間に設けられている下地層１３を更に備えていてもよい（図５）。上記切削工具１０は、上記ＴｉＭＡｌＮ層１２上に設けられている表面層１４を更に備えていてもよい（図５）。下地層１３及び表面層１４等の他の層については、後述する。
　なお、上記基材上に設けられている上述の各層をまとめて「被膜」と呼ぶ場合がある。すなわち、上記切削工具１０は上記基材１１を被覆する被膜２０を備える（図２、図３）。上記被膜２０は上記ＴｉＭＡｌＮ層１２を含む（図４）。また、上記被膜２０は、上記下地層１３、又は上記表面層１４を更に含んでいてもよい（図５）。
　＜基材＞
　本実施形態の基材は、この種の基材として従来公知のものであればいずれのものも使用することができる。例えば、上記基材は、超硬合金（例えば、炭化タングステン（ＷＣ）基超硬合金、ＷＣの他にＣｏを含む超硬合金、ＷＣの他にＣｒ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ等の炭窒化物を添加した超硬合金等）、サーメット（ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ等を主成分とするもの）、高速度鋼、セラミックス（炭化チタン、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム等）、立方晶型窒化ホウ素焼結体（ｃＢＮ焼結体）及びダイヤモンド焼結体からなる群から選ばれる１種を含むことが好ましい。
　これらの各種基材の中でも、特に超硬合金（特にＷＣ基超硬合金）、サーメット（特にＴｉＣＮ基サーメット）、立方晶型窒化ホウ素焼結体を選択することが好ましい。その理由は、これらの基材が特に高温における硬度と強度とのバランスに優れ、上記用途の切削工具の基材として優れた特性を有するためである。
　基材として超硬合金を使用する場合、そのような超硬合金は、組織中に遊離炭素又はη相と呼ばれる異常相を含んでいても本実施形態の効果は示される。なお、本実施形態で用いる基材は、その表面が改質されたものであっても差し支えない。例えば、超硬合金の場合はその表面に脱β層が形成されていたり、ｃＢＮ焼結体の場合には表面硬化層が形成されていてもよく、このように表面が改質されていても本実施形態の効果は示される。
　（立方晶窒化ホウ素焼結体）
　本実施形態の一側面において、上記基材は、立方晶窒化ホウ素焼結体（ｃＢＮ焼結体）であることが好ましい。上記立方晶窒化ホウ素焼結体は、立方晶窒化ホウ素を含む。本実施形態の一側面において、上記立方晶窒化ホウ素焼結体は、バインダーを更に含むことが好ましい。
　（立方晶窒化ホウ素）
　本実施形態において「立方晶窒化ホウ素」とは、立方晶型の窒化ホウ素の結晶粒を意味する。すなわち、上記立方晶窒化ホウ素焼結体は、多結晶の立方晶窒化ホウ素を含む。
　上記立方晶窒化ホウ素の平均粒径Ｒは、０．５μｍ以上８μｍ以下であることが好ましく、１μｍ以上５μｍ以下であることがより好ましい。
　上記平均粒径Ｒは、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いた切断法により求めることができる。具体的には、まず立方晶窒化ホウ素焼結体の任意の表面又は断面を鏡面加工する。次に、上記立方晶窒化ホウ素焼結体における加工面をＳＥＭで５０００～１０００００倍の倍率で観察し、ＳＥＭ画像を得る。
　次にそのＳＥＭ画像に円を描き、その円の中心から８本の直線を放射状（各直線間の交差角度がほぼ等しくなるよう）に円の外周まで引く。この場合、上記の観察倍率および円の直径は、上記の直線１本あたりに載る立方晶窒化ホウ素（結晶粒）の個数が１０～５０個程度になるように設定することが好ましい。
　引続き、上記の各直線毎に立方晶窒化ホウ素の結晶粒界を横切る数を数え、直線の長さをその横切る数で割ることにより平均切片長さを求める。最後に、求めた平均切片長さに１．１２８を乗じて得られる数値を立方晶窒化ホウ素の平均粒径とする（この方法は、ＡＳＴＭ規格の公称粒径を算出する方法に準じたものである）。なお、このような平均粒径は、より好ましくは数枚のＳＥＭ画像を用いて、各画像毎に上記のような方法で平均粒径を求め、その平均粒径の平均値を平均粒径とすることが好適である。また、上記のような方法による測定では、立方晶窒化ホウ素以外の粒子（たとえばウルツ鉱型窒化ホウ素の結晶粒）の粒径を含む可能性があるが、このように他の粒子の粒径を含む場合であっても、立方晶窒化ホウ素の平均粒径とみなすものとする。
　上記立方晶窒化ホウ素の含有割合は、上記立方晶窒化ホウ素焼結体に対して、２０体積％以上であることが好ましく、２０体積％以上９７体積％以下であることがより好ましく、２０体積％以上８０体積％以下であることが更に好ましい。上記立方晶窒化ホウ素の含有割合は、上述した立方晶窒化ホウ素焼結体の断面サンプルをＳＥＭで撮影し、その撮影画像を画像解析することによって求められる。すなわち、所定の視野中の立方晶窒化ホウ素の結晶粒を特定し、画像処理により特定された当該結晶粒の面積の和を算出し、これを視野の面積で除することにより算出することが可能である。また、同一の立方晶窒化ホウ素焼結体において、複数の視野（例えば、５視野以上）で上記画像解析を行い、その平均値を立方晶窒化ホウ素の含有割合とすることが好ましい。上記画像処理には、画像解析式粒度分布ソフトウェア（株式会社マウンテック社製「Ｍａｃ－Ｖｉｅｗ」）を好適に用いることができる。なお、上記「所定の視野」は、上述した立方晶窒化ホウ素の結晶粒の平均粒径を求めるときの視野と同じであってもよい。
　上述の方法で求められる比率は、視野中の立方晶窒化ホウ素の面積比率であるが、本実施形態では当該面積比率を体積比率と見なして扱うものとする。すなわち、上述の方法で求められた立方晶窒化ホウ素の面積比率が２０％であった場合、立方晶窒化ホウ素の含有割合は、立方晶窒化ホウ素焼結体に対して、２０体積％と見なすこととする。
　（バインダー）
　本実施形態において「バインダー」とは、上記立方晶窒化ホウ素の結晶粒同士を結合させる物質を意味する。上記バインダーは、元素の周期表の第４族元素、第５族元素、第６族元素、Ａｌ（アルミニウム）及びＳｉ（ケイ素）からなる群より選ばれる少なくとも１つの元素と、Ｃ（炭素）、Ｎ（窒素）、Ｂ（ホウ素）及びＯ（酸素）からなる群より選ばれる少なくとも１つの元素とからなる化合物を含むことが好ましい。
　上記第４族元素としては、例えばＴｉ（チタン）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｈｆ（ハフニウム）が挙げられる。第５族元素としては、例えばＶ（バナジウム）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｔａ（タンタル）が挙げられる。上記第６族元素としては、例えばＣｒ（クロム）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｗ（タングステン）が挙げられる。上記バインダーに含まれる各成分は、上述の切削工具の切断面を含む試料をＳＥＭに付帯のエネルギー分散型Ｘ線分光法（ＳＥＭ－ＥＤＸ）で、バインダーに対応する領域を分析することによって求めることが可能である。このときの観察倍率は、例えば、１００００倍である。
　元素の周期表の第４族元素、第５族元素、第６族元素、Ａｌ及びＳｉからなる群より選ばれる少なくとも１つの元素と、Ｃ、Ｎ、Ｂ及びＯからなる群より選ばれる少なくとも１つの元素とからなる化合物としては、例えば、ＴｉＮ、ＡｌＮなどの窒化物、ＴｉＣ、ＷＣなどの炭化物、ＴｉＢ２、ＡｌＢ２などのホウ化物、Ａｌ２Ｏ３などの酸化物など、或いは、ＴｉＣＮ、ＡｌＯＮ、ＳｉＡｌＯＮ、ＳｉＴｉＡｌＯＮなどが挙げられる。
　（不可避不純物）
　上記立方晶窒化ホウ素焼結体は、本開示が奏する効果を損なわない範囲において、不可避不純物を含んでいてもよい。不可避不純物とは、立方晶窒化ホウ素焼結体の原料中に、又はその製造上において微量に含まれる可能性がある元素および化合物の総称をいう。不可避不純物として含まれる各元素及び化合物の含有量（体積％）は、それぞれ０体積％以上５体積％以下であり、これらの総和（すなわち微量不純物の合計含有量）は０体積％以上５体積％以下である。したがって、不可避不純物は、上記立方晶窒化ホウ素焼結体に含まれていてもよく、含まれていなくてもよい。不可避不純物としては、例えば、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｂｅ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｌａ、Ｆｅ、Ｃｕなどが挙げられる。
　＜被膜＞
　本実施形態に係る被膜は、ＴｉＭＡｌＮ層を含む。上記ＴｉＭＡｌＮ層における元素Ｍは、ホウ素及びケイ素のうちの少なくとも一つ、又はこれらの両方である。「被膜」は、上記基材の少なくとも一部（例えば、すくい面の一部及び逃げ面の一部）を被覆することで、切削工具における耐欠損性、耐摩耗性等の諸特性を向上させる作用を有するものである。上記被膜は、上記基材の全面を被覆することが好ましい。しかしながら、上記基材の一部が上記被膜で被覆されていなかったり被膜の構成が部分的に異なっていたりしていたとしても本実施形態の範囲を逸脱するものではない。
　上記被膜の厚みは、０．５μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましく、１μｍ以上５μｍ以下であることがより好ましい。ここで、被膜の厚みとは、被膜を構成する層それぞれの厚みの総和を意味する。「被膜を構成する層」としては、例えば、上記ＴｉＭＡｌＮ層、後述する中間層、上述した下地層及び表面層等の他の層が挙げられる。上記被膜の厚みは、例えば、ＳＥＭを用いて、基材の表面の法線方向に平行な断面サンプルにおける任意の１０点を測定し、測定された１０点の厚みの平均値をとることで求めることが可能である。このときの測定倍率は、例えば１００００倍である。上記ＴｉＭＡｌＮ層、上記中間層、上述した下地層及び表面層等のそれぞれの厚みを測定する場合も同様である。ＳＥＭとしては、例えば、日本電子株式会社製のＪＳＭ－７６００Ｆ（商品名）、ＪＳＭ－７８００（商品名）が挙げられる。
　（ＴｉＭＡｌＮ層）
　上記ＴｉＭＡｌＮ層は、立方晶型のＴｉｘＭｙＡｌｚＮの結晶粒を含む。すなわち、上記ＴｉＭＡｌＮ層は、多結晶のＴｉｘＭｙＡｌｚＮを含む層である。立方晶型のＴｉｘＭｙＡｌｚＮの結晶粒は、例えば、Ｘ線回折により得られる回折ピークのパターンにより識別される。
　上記ＴｉＭＡｌＮ層における元素Ｍは、金属元素を示す。上記元素Ｍは、ホウ素及びケイ素のうちの少なくとも一つ、又はこれらの両方である。なお、ホウ素は通常、金属元素と非金属元素との中間の性質を示す半金属として捉えられるが、本実施形態のＴｉＭＡｌＮ層においては、自由電子を有する元素を金属であるとみなしてホウ素を金属元素の範囲に含むものとする。
　上記ＴｉｘＭｙＡｌｚＮにおけるチタン元素の原子比ｘは０．４以上０．７９以下であり、０．４２以上０．６以下であることが好ましい。上記ｘは、上述の断面サンプルをＳＥＭに付帯のエネルギー分散型Ｘ線分光法（ＳＥＭ－ＥＤＸ）で、ＴｉＭＡｌＮ層の全体を元素分析することによって求めることが可能である。このときの観察倍率は、例えば、５０００倍である。具体的には、上記断面サンプルのＴｉＭＡｌＮ層における任意の１０点それぞれを測定して上記ｘの値を求め、求められた１０点の値の平均値を上記ＴｉＭＡｌＮ層におけるｘとする。また、当該「任意の１０点」は、上記ＴｉＭＡｌＮ層中の互いに異なる結晶粒から選択するものとする。上記ＥＤＸ装置としては、例えば、日本電子株式会社製のＪＥＤ－２３００（商品名）が挙げられる。後述する元素Ｍの原子比ｙ及びアルミニウム元素の原子比ｚを求める場合、同様の方法で求めることができる。
　上記ＴｉｘＭｙＡｌｚＮにおける元素Ｍの原子比ｙは０．０１以上０．１以下であり、０．０２以上０．０５以下であることが好ましい。上記元素Ｍが複数の金属元素を含む場合、各金属元素の原子比の総和が、上記元素Ｍの原子比ｙとなる。元素Ｍの原子比ｙが上述の範囲をとることで、ＴｉＭＡｌＮ層の組織が微粒化し、硬度が向上する。その結果、上記ＴｉＭＡｌＮ層は、膜破壊の単位が小さくなり衝撃に強くなり、また酸素が膜中に進行することを妨げるため耐酸化性も向上する。
　上記ＴｉｘＭｙＡｌｚＮにおけるアルミニウム元素の原子比ｚは０．２以上０．５以下であり、０．３以上０．４５以下であることが好ましい。アルミニウム元素の原子比ｚが上述の範囲をとることで、ＴｉＭＡｌＮ層において立方晶構造が維持され、ひいては高い硬度を有するようになる。なお、ｘ、ｙ及びｚの合計は、１である。
　本実施形態の一側面において、上記ＴｉＭＡｌＮ層は、クロム元素（Ｃｒ）を含まないことが好ましい。このようにすることで、上記切削工具は、インコネル等の難削材の切削加工においても、耐溶着性を維持したまま、高い耐剥離性を発揮することが可能になる。
　上記ＴｉＭＡｌＮ層の厚みは、０．０５μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましく、１μｍ以上５μｍ以下であることがより好ましい。上記ＴｉＭＡｌＮ層が後述する多層構造を形成している場合、上記ＴｉＭＡｌＮ層の厚みは、１層あたりの厚みを意味する。当該厚みは、例えば、上述したような上記切削工具の断面を、ＳＥＭを用いて倍率１００００倍で観察することで測定可能である。
　上記ＴｉＭＡｌＮ層は、被膜中に１層含まれていてもよいし、複数層（例えば、２～５０層）含まれていてもよい。上記ＴｉＭＡｌＮ層は、後述する中間層等の他の層と共に交互に積層された多層構造を形成していてもよい。本実施形態の一側面において、上記ＴｉＭＡｌＮ層それ自体が多層構造を形成していてもよい。
　（ＴｉＭＡｌＮ層における空隙の数）
　本実施形態において、上記逃げ面の法線を含む平面で上記ＴｉＭＡｌＮ層を切断した断面における、上記逃げ面に位置する上記ＴｉＭＡｌＮ層の１００μｍ長さあたりの空隙の数ｎＦと、上記すくい面の法線を含む平面で上記ＴｉＭＡｌＮ層を切断した断面における、上記すくい面に位置する上記ＴｉＭＡｌＮ層の１００μｍ長さあたりの空隙の数ｎＲとは、ｎＦ＜ｎＲの関係を満たす。
　本実施形態において「空隙」とは、長さが０．５μｍ以上の線状の隙間を意味する。上記空隙は被膜の厚み方向に伸張していることが好ましい。
　上記空隙の数は、以下の手順で計数する。まず、上述したような上記切削工具の断面を、ＳＥＭを用いて倍率５０００倍で観察し、ＳＥＭ画像を得る。このとき上記ＴｉＭＡｌＮ層が連続して１００μｍの長さ（ＴｉＭＡｌＮ層の厚み方向に対して垂直な方向における長さ）の範囲で含まれるようにＳＥＭ画像を取得する。取得するＳＥＭ画像の数は、上記ＴｉＭＡｌＮ層が上述の１００μｍの長さの範囲で含まれれば特に制限はなく、１視野であってもよいし、複数の視野であってもよい。複数の視野でＳＥＭ画像を取得した場合、当該ＳＥＭ画像をつなぎ合わせてから（例えば、図６）、後述する空隙の数を計数してもよい。１視野のサイズは、例えば２５μｍ×２０μｍであってもよい。
　得られたＳＥＭ画像を目視で確認し、連続して１００μｍの長さの範囲における空隙の数を計数する。上記空隙の数は、当該ＴｉＭＡｌＮ層全体の性質を反映するパラメータであると本発明者らは考えている。本実施形態において、長さが０．５μｍ未満の隙間は、形状が線状であったとしても空隙としてカウントしない。また、隙間の形状が円形等、線状ではないものも空隙としてカウントしない。なお上記空隙は、対象となるＴｉＭＡｌＮ層を貫通していても、貫通していなくても１つとしてカウントされる。例えば、図７に示すＳＥＭ画像の場合、薄い灰色の層がＴｉＭＡｌＮ層であり、その層内にある黒い線状の亀裂が空隙である。図７の場合、空隙の数は１と計数される。
　なお、後述するように上記空隙は、基材の表面を起点として生成されていると考えられるが、断面サンプルのＳＥＭ画像でＴｉＭＡｌＮ層の途中から生成されているように観察される空隙は、基材の表面から生成されている空隙の途中部分を観察していると本発明者らは考えている。
　このような当該空隙の数の計数を、少なくとも３箇所の「連続して１００μｍの長さの範囲」で行い、これらの平均値を当該空隙の数とする。
　上述した空隙の計数方法は、原則として、逃げ面、すくい面及び刃先面の全てにおいて適用するものとする（例えば、図２、図３）。ただし、刃先面等において、「連続して１００μｍの長さの範囲」が確保できない場合、確保できる最大の長さの範囲において空隙の数を計数し、１００μｍ長さあたりの空隙の数に換算して、上記空隙の数を求める。例えば、確保できる最大の長さの範囲が２０μｍである場合、２０μｍの長さの範囲において空隙の数を計数し、計数した空隙の数を５倍することで１００μｍ長さあたりの空隙の数を算出する。
　本実施形態の一側面において、上記基材は、立方晶窒化ホウ素焼結体であり、上記立方晶窒化ホウ素焼結体は、立方晶窒化ホウ素を含み、上記立方晶窒化ホウ素の平均粒径Ｒμｍは、
　ｎＦ＜１００／Ｒを満たすことが好ましい。
　本実施形態に係る切削工具において、上記すくい面と、上記逃げ面とを繋ぐ刃先面を更に含む場合、
　上記刃先面の法線を含む平面で上記ＴｉＭＡｌＮ層を切断した断面における、上記刃先面に位置する上記ＴｉＭＡｌＮ層の１００μｍ長さあたりの空隙の数ｎＣは、ｎＦ＜ｎＣ＜ｎＲの関係を満たすことが好ましい。
　上記ｎＦは、１０以下であることが好ましく、１０未満であることがより好ましく、４未満であることが更に好ましい。逃げ面における上記ＴｉＭＡｌＮ層が所定の数の空隙を有することで、切削加工時に被削材との接触に起因する応力が緩和され、ＴｉＭＡｌＮ層の剪断剥離が抑制される。一方で逃げ面において空隙が存在することで切削加工時に加わるアブレイシブ摩耗に対する耐摩耗性が低下し、逃げ面摩耗が進行することも考えられる。すなわち、逃げ面における上記ＴｉＭＡｌＮ層が所定の数の空隙を有することで、耐剥離性、耐摩耗性が向上する。
　上記ｎＲは、３０以下であることが好ましく、３０未満であることがより好ましく、１以上３０未満であることが更に好ましい。すくい面における上記ＴｉＭＡｌＮ層が所定の数の空隙を有することで、切削加工時に切りくずとの接触に起因する応力が緩和され、ＴｉＭＡｌＮ層の剪断剥離が抑制される。すなわち、すくい面における上記ＴｉＭＡｌＮ層が所定の数の空隙を有することで、耐剥離性が向上する。
　上記ｎＣは、２０以下であることが好ましく、２０未満であることがより好ましく、５未満であることが更に好ましく、１以上５未満であることが更により好ましい。刃先面における上記ＴｉＭＡｌＮ層が所定の数の空隙を有することで、切削加工時に被削材との接触に起因する応力が緩和され、ＴｉＭＡｌＮ層の剪断剥離が抑制される。すなわち、刃先面における上記ＴｉＭＡｌＮ層が所定の数の空隙を有することで、耐剥離性が向上する。
　本実施形態の一側面において、上記ｎＦは１０未満であり、上記ｎＲは３０未満であり、上記ｎＣは２０未満であることが好ましい。
　本実施形態の他の側面において、上記ｎＦは４未満であり、上記ｎＣは５未満であることが好ましい。
　上記ＴｉＭＡｌＮ層が被膜中に複数含まれる場合、複数のＴｉＭＡｌＮ層のうち少なくとも１層が、上述の空隙の数に関する条件を満たしていればよい。当該ＴｉＭＡｌＮ層において本開示の効果が奏されると考えられるためである。
　（ＴｉＭＡｌＮ層におけるドロップレットの数）
　本実施形態において、上記逃げ面の法線を含む平面で上記ＴｉＭＡｌＮ層を切断した断面における、上記逃げ面に位置する上記ＴｉＭＡｌＮ層の１００μｍ長さあたりのドロップレットの数ｎＤが３以下であり、０以上２以下であることが好ましい。
　本実施形態において「ドロップレット」とは、被膜を構成する層（例えば、ＴｉＳｉＡｌＮ層等のＴｉＭＡｌＮ層）に存在する金属の粒子であって、後述する所定のサイズを有する粒子を意味する。上記ドロップレットの数は、上述した空隙の数の計数方法を同様の方法で行う。すなわち、上記切削工具の断面を、ＳＥＭを用いて倍率５０００倍で観察し、ＳＥＭ画像を得る。このとき上記ＴｉＭＡｌＮ層が連続して１００μｍの長さの範囲で含まれるようにＳＥＭ画像を取得する。得られたＳＥＭ画像を目視で確認し、ＴｉＭＡｌＮ層中（例えば、図８における薄い灰色で示される層中）に存在する白くて略円形の部分に着目する。次に、この略円形の部分に外接する長方形の長辺の長さＬａ（μｍ）と短辺の長さＬｂ（μｍ）とを求める。ここで、上記長方形は、上記長辺又は上記短辺が上記基材の主面に対して平行となるように設定される。本実施形態において「平行」とは、幾何学的な平行に限られず、略平行も含む概念である。求めたＬａとＬｂとが以下の条件を満たす場合、当該略円形の部分をドロップレットとして計数する。
　０．７５＜Ｌｂ／Ｌａ≦１、かつ０．１＜Ｌａ
　このような当該ドロップレットの数の計数を、少なくとも３箇所の「連続して１００μｍの長さの範囲」で行い、これらの平均値を当該ドロップレットの数とする。
　（他の層）
　本実施形態の効果を損なわない限り、上記被膜は、他の層を更に含んでいてもよい。上記他の層としては、例えば、上記基材と上記ＴｉＭＡｌＮ層との間に設けられている下地層及び上記ＴｉＭＡｌＮ層上に設けられている表面層、上記下地層と上記ＴｉＭＡｌＮ層との間、又は上記ＴｉＭＡｌＮ層と上記表面層との間に設けられている中間層等が挙げられる。上記下地層、上記表面層及び上記中間層それぞれの組成は、上記ＴｉＭＡｌＮ層と区別が可能であれば、同じであってもよいし、異なっていてもよい。上記下地層は、例えば、ＴｉＮで表される化合物からなる層であってもよい。上記表面層は、例えば、ＣｒＮで表される化合物からなる層であってもよい。上記中間層は、例えば、ＡｌＣｒＮで表される化合物からなる層であってもよい。上記他の層の厚みは、本実施形態の効果を損なわない範囲において、特に制限はないが例えば、０．１μｍ以上２μｍ以下が挙げられる。
　≪切削工具の製造方法≫
　本実施形態に係る切削工具の製造方法は、
　上記基材を準備する工程（以下、「第１工程」という場合がある。）と、
　大電力パルススパッタリング法を用いて、上記基材上に上記ＴｉＭＡｌＮ層を形成する工程（以下、「第２工程」という場合がある。）と、を含む。
　大電力パルススパッタリング法（ＨｉＰＩＭＳ法）とは、スパッタリング法の一種である。ＨｉＰＩＭＳ法は、通常のスパッタリング法とは異なり、パルス状に電力を印加し、放電によってはじき出されたターゲット（原料）の原子を基材等の上に付着させる成膜方法である。
　ＨｉＰＩＭＳ法は、装置内に基材を設置するとともにカソードとしてターゲットを設置した後、このターゲットにマイナスの電圧を印加して放電を発生させる。このとき装置内は減圧下で不活性ガス（例えば、Ａｒガス）が満たされている。放電により装置内の不活性ガスがイオン化し、高速でターゲットの表面に不活性ガスのイオンが衝突する。この衝突によりターゲットの原子がはじき出され、基材上に堆積されて被膜を形成する。
　ＨｉＰＩＭＳ法は、上述したような原理で成膜されるため、アークカソードイオンプレーティング法に比べて、ドロップレットが生成されにくい。また、ＨｉＰＩＭＳ法を用いて、立方晶窒化ホウ素焼結体からなる基材上にＴｉＳｉＡｌＮ層等のＴｉＭＡｌＮ層を成膜することで、上記空隙は上記基材の表面から形成されていると本発明者らは考えている。このように、上記空隙は基材の種類及び成膜手法に起因すると考えられるため、上記ＴｉＭＡｌＮ層以外の層（例えば、下地層、中間層等）を形成するときも上記空隙が生成されると本発明者らは考えている。
　＜第１工程：基材を準備する工程＞
　第１工程では基材を準備する。上記基材としては、例えば、超硬合金、サーメット又は立方晶窒化ホウ素焼結体が準備される。当該基材は、市販の基材を用いてもよい。また、当該基材は、一般的な粉末冶金法で製造してもよい。例えば、一般的な粉末冶金法で超硬合金を製造する場合、まず、ボールミル等によってＷＣ粉末とＣｏ粉末等とを混合して混合粉末を得る。当該混合粉末を乾燥した後、所定の形状に成形して成形体を得る。さらに当該成形体を焼結することにより、ＷＣ－Ｃｏ系超硬合金（焼結体）を得る。次いで当該焼結体に対して、ホーニング処理等の所定の刃先加工を施すことにより、ＷＣ－Ｃｏ系超硬合金からなる基材を製造することができる。第１工程では、上記以外の基材であっても、この種の基材として従来公知のものであればいずれも準備可能である。
　＜第２工程：ＴｉＭＡｌＮ層を形成する工程＞
　第２工程では、大電力パルススパッタリング法を用いて、上記基材上に上記ＴｉＭＡｌＮ層を形成する。その方法としては、形成しようとするＴｉＭＡｌＮ層の組成に応じて、Ｔｉと、元素Ｍ（例えば、Ｓｉ）と、Ａｌとの量を調整したターゲットを使用する方法が挙げられる。
　例えば、第２工程は、次のようにして行なうことができる。まず、成膜装置のチャンバ内に、基材として任意の形状のチップを装着する。このとき基材の逃げ面が上記ターゲットに対向するように配置する。例えば、基材を、成膜装置のチャンバ内において中央に回転可能に備え付けられた回転テーブル上の基材ホルダに取り付ける。基材ホルダには、バイアス電源が接続されている。上記回転テーブルをチャンバ内の中央で回転させた状態で、Ａｒガスと窒素ガスとを導入する。さらに、基材を温度５００～８００℃に、反応ガス圧を５００ｍＰａ～１０００ｍＰａに、バイアス電源の電圧を－２００～２０Ｖの範囲にそれぞれ維持しながら、ＴｉＭＡｌＮ層形成用のターゲットにスパッタ電力（例えば、平均電力１０ｋＷ、周波数２０００Ｈｚ、パルス幅１００μｓ）を印加する。これにより、ＴｉＭＡｌＮ層形成用のターゲットから金属原子がはじき出され、所定の時間が経過したところでスパッタ電力の印加を止めて、基材の表面上にＴｉＭＡｌＮ層を形成する。このとき、成膜時間を調節することにより、ＴｉＭＡｌＮ層の厚みが所定範囲になるように調整する。上記第２工程は、切削加工に関与する部分（例えば、切れ刃付近のすくい面及び逃げ面）に加えて、切削加工に関与する部分以外の上記基材の表面上にＴｉＭＡｌＮ層が形成されていてもよい。
　（ＴｉＭＡｌＮ層の原料）
　上記第２工程において、ＴｉＭＡｌＮ層の原料は、Ｔｉ、元素Ｍ及びＡｌを含む。ＴｉＭＡｌＮ層の原料は、例えばＴｉと元素ＭとＡｌとの粉末焼結合金（ＴｉＳｉＡｌ、ＴｉＢＡｌ等）が挙げられる。
　本実施形態において、上述した反応ガスは、上記ＴｉＭＡｌＮ層の組成に応じて適宜設定される。上記反応ガスとしては、例えば、窒素ガスと不活性ガスとの混合ガスが挙げられる。
　本実施形態の一態様において、ＴｉＭＡｌＮ層の成膜を行う前に、上記基材の表面をエッチング処理してもよい。エッチング処理の条件としては例えば以下の条件が挙げられる。エッチング処理の条件
不活性ガス：Ａｒガス
温度　　　：５００℃
圧力　　　：３５０ｍＰａ
電圧　　　：パルスＤＣ電圧（５００Ｖ、周波数２００ｋＨｚ）
処理時間　：１０分間
　＜その他の工程＞
　本実施形態に係る製造方法では、上述した工程の他にも、基材の上に下地層を形成する工程、上記下地層又は上記ＴｉＭＡｌＮ層の上に中間層を形成する工程、上記ＴｉＭＡｌＮ層の上に表面層を形成する工程及び、表面処理する工程等を適宜行ってもよい。上述の下地層、中間層及び表面層等の他の層を形成する場合、従来の方法によって他の層を形成してもよい。具体的には、例えば、ＨｉＰＩＭＳ法とは異なる物理蒸着法（ＰＶＤ法）によって上記他の層を形成することが挙げられる。表面処理をする工程としては、例えば、弾性材にダイヤモンド粉末を担持させたメディアを用いた表面処理等が挙げられる。
　以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
　≪切削工具の作製≫
　＜第１工程：基材の準備＞
　以下の手順で、超硬合金、サーメット又は立方晶窒化ホウ素焼結体の基材を準備した。各試料において用いた基材を表１及び表２に示す。
　（超硬合金）
　超硬合金の基材は、一般的な粉末冶金法で製造した。すなわち、ボールミルなどによってＷＣ粉末とＣｏ粉末などとを混合して混合粉末を得た。該混合粉末を乾燥した後、所定の形状（ＩＳＯ規格ＤＮＧＡ１５０４０８の形状）に成形して成形体を得た。さらに該成形体を焼結することにより、ＷＣ－Ｃｏ系超硬合金（焼結体）の基材を得た。
　（サーメット）
　サーメットの基材は、一般的な粉末冶金法で製造した。すなわち、ボールミルなどによってＴｉＣ粉末などのサーメットの原料粉末を混合して混合粉末を得た。該混合粉末を乾燥した後、所定の形状（ＩＳＯ規格ＤＮＧＡ１５０４０８の形状）に成形して成形体を得た。さらに該成形体を焼結することにより、サーメット（焼結体）の基材を得た。
　（立方晶窒化ホウ素焼結体）
　まず、超硬合金製ポット及び、超硬合金製ボールを用いて、バインダーであるＴｉＮ、Ｔｉ及びＡｌを混合し、バインダーの原料粉末を得た。次に、バインダーの原料粉末と、立方晶窒化ホウ素粉末（ｃＢＮ粉末）を混ぜ合わせ混合粉末を得た。得られた混合粉末をモリブデン製容器に充填した。圧力５ＧＰａ、温度１４００℃の条件下で、容器に充填された混合粉末を２０分間焼結し、立方晶窒化ホウ素焼結体を得た。得られた立方晶窒化ホウ素焼結体を、ＩＳＯ規格ＤＮＧＡ１５０４０８の形状に加工し、立方晶窒化ホウ素焼結体の基材を得た。
　＜被膜の作製＞
　（第２工程：ＴｉＭＡｌＮ層の作製）
　第１工程で得られた基材上に、ＨｉＰＩＭＳ法でＴｉＭＡｌＮ層を形成した。すなわち、製膜装置内に複数個のターゲットを配置し、これらのターゲットの中心に設けた回転式基材補治具に上記基材を装着して、以下の手順で成膜した。
　まず、製膜装置の内部を３ｍＰａまで減圧した後、５００℃付近まで加熱した。その後Ａｒガスを導入した。その後、３５０ｍＰａの雰囲気中で上記基材に５００ＶのパルスＤＣ電圧（周波数２００ｋＨｚ）を印加してＡｒのプラズマを発生させ、上記基材の表面をエッチングした（１０分間）。
　次にＡｒガス及びＮ２ガスを製膜装置の内部に加えて全圧が５００ｍＰａ（分圧：Ａｒが３５０ｍＰａ、Ｎ２が１５０ｍＰａ）となるように調整した。その後、上記基材に－５０Ｖのバイアス電圧を加えて、カソード（Ｔｉと元素ＭとＡｌとからなる焼結合金であるターゲット金属）にスパッタ電力（平均電力１２ｋＷ、周波数３０００Ｈｚ、パルス幅１００μｓ）を印加し、ターゲット金属をスパッタすることでＴｉＭＡｌＮ層を形成した。また、ＴｉＭＡｌＮ層におけるＴｉの原子比と元素Ｍの原子比とＡｌの原子比とはターゲット金属中のＴｉ、元素Ｍ及びＡｌそれぞれの割合を変えることで調整した。ＴｉＭＡｌＮ層の厚みは、成膜時間で調整した。以上のようにして試料１～試料３５の切削工具を作製した。
　（下地層、表面層の作製）
　試料２３、２４、２６及び２７については、ＨｉＰＩＭＳ法で上記基材と上記ＴｉＭＡｌＮ層との間に下地層を形成した。上記下地層の組成及び厚みを表２に示す。
　また、試料２３、２４、２６及び２７については、従来のスパッタ法で上記ＴｉＭＡｌＮ層上に表面層を形成した。上記表面層の組成及び厚みを表２に示す。表２、並びに後述する表１及び３～表５において、複数の試料にまたがって記載されている項目の事項は、当該複数の試料において同一であることを意味する。例えば、表２における下地層の組成について、試料２３、２４、２６及び２７は、共にＴｉＮであることを示している。
　≪切削工具の特性評価≫
　上述のようにして作製した試料１～試料３５の切削工具を用いて、以下のように、切削工具の各特性を評価した。
　＜立方晶窒化ホウ素の平均粒径＞
　試料１～試料２７における、立方晶窒化ホウ素焼結体中の立方晶窒化ホウ素の平均粒径Ｒは、上述の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いた切断法により求めた。結果を表１及び表２に示す。
　＜立方晶窒化ホウ素の含有割合＞
　試料１～試料２７における、立方晶窒化ホウ素焼結体中の立方晶窒化ホウ素の含有割合は、上述した方法によって求めた。すなわち、上記立方晶窒化ホウ素焼結体の断面サンプルをＳＥＭで撮影し、その撮影画像を画像解析することによって求めた。結果を表１及び表２に示す。
　＜被膜を構成する各層の厚みの測定＞
　被膜を構成する各層の厚み（すなわち、下地層、ＴｉＭＡｌＮ層及び表面層それぞれの厚み）は、ＳＥＭ（日本電子株式会社製、商品名：ＪＥＭ－２１００Ｆ）を用いて、基材の表面の法線方向に平行な断面サンプルにおける任意の１０点を測定し、測定された１０点の厚みの平均値をとることで求めた。このときの観察倍率は、１００００倍であった。結果を表１及び表２に示す。
　＜ＴｉｘＭｙＡｌｚＮにおけるチタン元素の原子比ｘ、元素Ｍの原子比ｙ及びアルミニウム元素の原子比ｚの測定＞
　ＴｉｘＭｙＡｌｚＮにおけるチタン元素の原子比ｘ、元素Ｍの原子比ｙ及びアルミニウム元素の原子比ｚは、上述した方法によって求めた。すなわち、上述の断面サンプルのＴｉＭＡｌＮ層における任意の１０点それぞれをＳＥＭ－ＥＤＸ装置で測定して上記原子比ｘ、上記原子比ｙ及び上記原子比ｚそれぞれの値を求め、求められた１０点の値の平均値をＴｉｘＡｌ１－ｘＮにおける原子比ｘ、原子比ｙ及び原子比ｚとした。結果を表１及び表２に示す。
　＜下地層、表面層の組成の測定＞
　下地層及び表面層の組成は、上述の断面サンプルをＳＥＭ－ＥＤＸ装置で、分析の対象となる層の全体を分析することによって求めた。結果を表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　＜空隙の数の測定＞
　ＴｉＭＡｌＮ層の１００μｍ長さあたりの空隙の数は、上述した方法により求めた。すなわち、上述の断面サンプルをＳＥＭを用いて倍率５０００倍で観察し、ＳＥＭ画像を得た。このとき上記ＴｉＭＡｌＮ層が連続して１００μｍの長さの範囲で含まれるようにＳＥＭ画像を取得した。得られたＳＥＭ画像を目視で確認し、連続して１００μｍの長さの範囲における空隙の数を計数した。上記空隙の数は、逃げ面、すくい面及び刃先面それぞれにおいて計数した。結果を表３～表５に示す。
　＜ドロップレットの数の測定＞
　ＴｉＭＡｌＮ層の１００μｍ長さあたりのドロップレットの数は、上述した方法により求めた。すなわち、上述の断面サンプルをＳＥＭを用いて倍率５０００倍で観察し、ＳＥＭ画像を得た。このとき上記ＴｉＭＡｌＮ層が連続して１００μｍの長さの範囲で含まれるようにＳＥＭ画像を取得した。得られたＳＥＭ画像を目視で確認し、連続して１００μｍの長さの範囲におけるドロップレットの数を計数した。結果を表３～表５に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
　≪切削試験≫
　（切削試験１：外周旋削加工）
　上述のようにして作製した試料（試料１～試料４）の切削工具を用いて、以下の切削条件により、６５０個の被削材をそれぞれ１．５ｍ削り加工した。その後、逃げ面剥離の横幅（剥離横幅）を計測した。上記剥離横幅を、逃げ面の耐剥離性の指標とした。その結果を表３に示す。剥離横幅が８０μｍ以下のものを、耐剥離性に優れる切削工具として評価した。本切削試験において、試料１及び試料２が実施例に相当する。試料３及び試料４が比較例に相当する。
　切削試験１の条件
被削材　　　　：ＳＣＭ４１５丸棒（ＨＲＣ６１）
切削速度　　　：１５０ｍ／分
送り量　　　　：０．２ｍｍ／ｒｅｖ．
切込み　　　　：０．２ｍｍ
切削油　　　　：湿式
　表３の結果から、試料１及び試料２の切削工具は、逃げ面の剥離横幅が２５μｍ以下の良好な結果が得られた。一方試料３及び試料４の切削工具は、逃げ面の剥離横幅が８２μｍ以上であった。以上の結果から実施例の切削工具は、耐剥離性に優れることが分かった。
　（切削試験２：外周旋削加工）
　上述のようにして作製した試料（試料５～試料１０）の切削工具を用いて、以下の切削条件により、被削材を連続して４ｋｍ削り加工した。その後、逃げ面摩耗量を計測した。その結果を表３に示す。逃げ面摩耗量が８０μｍ未満のものを、耐摩耗性に優れる切削工具として評価した。逃げ面摩耗量が小さい程、耐摩耗性に優れる切削工具として評価することができる。本切削試験において、試料６、試料９及び試料１０が実施例に相当する。試料５、試料７及び試料８が比較例に相当する。
　切削試験２の条件
被削材　　　　：ＳＣＭ４１５丸棒（ＨＲＣ６１）
切削速度　　　：２００ｍ／分
送り量　　　　：０．２ｍｍ／ｒｅｖ．
切込み　　　　：０．２ｍｍ
切削油　　　　：湿式
　表３の結果から試料６、試料９及び試料１０の切削工具は、逃げ面摩耗量が７４μｍ以下の良好な結果が得られた。一方試料５、試料７及び試料８の切削工具は、逃げ面摩耗量が８５μｍ以上であった。以上の結果から実施例の切削工具は、耐摩耗性に優れることが分かった。
　（切削試験３：外周旋削加工）
　上述のようにして作製した試料（試料番号１１～１９）の切削工具を用いて、以下の切削条件により、被削材を連続して８ｋｍ削り加工した。その後、逃げ面剥離の横幅（剥離横幅）を計測した。上記剥離横幅を、逃げ面の耐剥離性の指標とした。その結果を表３に示す。本切削試験において、試料１１～１９が実施例に相当する。
　切削試験３の条件
被削材　　　　：ＳＣＭ４１５丸棒（ＨＲＣ６１）
切削速度　　　：２００ｍ／分
送り量　　　　：０．１ｍｍ／ｒｅｖ．
切込み　　　　：０．３ｍｍ
切削油　　　　：乾式
　表３の結果から試料１１、試料１３及び試料１８の切削工具は、逃げ面の剥離横幅が２７μｍ以下であり、他の試料と比較して良好な結果が得られた。以上の結果から実施例の切削工具の中でも、ｎＦ、ｎＣ、ｎＲの値が小さいもの程、耐剥離性、耐摩耗性に優れることが分かった。
　（切削試験４：外周旋削加工）
　上述のようにして作製した試料（試料２０～試料２７）の切削工具を用いて、以下の切削条件により、被削材を連続して８ｋｍ削り加工した。その後、逃げ面摩耗量（試料２０～試料２２）又は逃げ面の剥離横幅（剥離横幅）（試料２３～試料２７）を計測した。その結果を表４に示す。本切削試験において、試料番号２０～２７が実施例に相当する。
　切削試験４の条件
被削材　　　　：ＳＣＭ４１５丸棒（ＨＲＣ６１）
切削速度　　　：２００ｍ／分
送り量　　　　：０．１５ｍｍ／ｒｅｖ．
切込み　　　　：０．２ｍｍ
切削油　　　　：湿式
　表４の結果から試料２０及び試料２１の切削工具は、逃げ面摩耗量が５７μｍ以下であり、試料２２と比較して良好な結果が得られた。以上の結果から実施例の切削工具の中でも、ｎＦ＜１００／Ｒの関係を満たすもの程、耐剥離性、耐摩耗性に優れることが分かった。
　表４の結果から試料２４～試料２６の切削工具は、逃げ面の剥離横幅が４５μｍ以下であり、試料２３及び試料２７と比較して良好な結果が得られた。以上の結果から実施例の切削工具の中でも、ＴｉＭＡｌＮ層の厚みが０．０５μｍ以上１０μｍ以下であるもの程、耐剥離性、耐摩耗性に優れることが分かった。
　（切削試験５：外周旋削加工）
　上述のようにして作製した試料（試料２８～試料３１）の切削工具を用いて、以下の切削条件により、被削材を連続して切削加工した。このとき、被膜が剥離するまでの切削時間を計測した。その結果を表５に示す。切削時間が１００分以上のものを、耐剥離性に優れる切削工具として評価した。本切削試験において、試料２８及び試料３０が実施例に相当する。試料２９及び試料３１が比較例に相当する。
　切削試験５の条件
被削材　　　　：ＳＣＭ４３５丸棒
切削速度　　　：２００ｍ／分
送り量　　　　：０．２ｍｍ／ｒｅｖ．
切込み　　　　：１．５ｍｍ
切削油　　　　：湿式
　表５の結果から試料２８及び試料３０の切削工具は、切削時間が１２０分以上であり良好な結果が得られた。一方、試料２９及び試料３１の切削工具は、切削時間が１３分以下であった。以上の結果から実施例の切削工具は、基材が超硬合金又はサーメットであっても、耐摩耗性及び耐剥離性に優れることが分かった。
　（切削試験６：外周旋削加工）
　上述のようにして作製した試料（試料３２～試料３５）の切削工具を用いて、以下の切削条件により、被削材を連続して切削加工した。このとき、被膜が剥離するまでの切削時間を計測した。その結果を表５に示す。切削時間が２０分以上のものを、耐剥離性に優れる切削工具として評価した。本切削試験において、試料３４が実施例に相当する。試料３２、試料３３及び試料３５が比較例に相当する。
　切削試験５の条件
被削材　　　　：インコネル７１８丸棒
切削速度　　　：５０ｍ／分
送り量　　　　：０．１５ｍｍ／ｒｅｖ．
切込み　　　　：１．０ｍｍ
切削油　　　　：湿式
　表５の結果から試料３４の切削工具は、切削時間が３０分以上であり良好な結果が得られた。一方、元素Ｍが「ホウ素及びケイ素のうちの少なくとも一つ、又はこれらの両方」ではない試料３２、試料３３及び試料３５の切削工具は、切削時間が１５分以下であった。以上の結果から実施例の切削工具は、耐剥離性に優れることが分かった。
　以上のように本発明の実施形態及び実施例について説明を行なったが、上述の各実施形態及び各実施例の構成を適宜組み合わせることも当初から予定している。
　今回開示された実施の形態及び実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態及び実施例ではなく請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味、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。
　１ａ　すくい面、　１ｂ　逃げ面、　１ｃ　刃先面、　１０　切削工具、　１１　基材、　１２　ＴｉＭＡｌＮ層、　１３　下地層、　１４　表面層、　２０　被膜

Claims (10)

  1. 　すくい面と逃げ面とを含む切削工具であって、
    　前記切削工具は、基材と、前記基材上に設けられている被膜とからなり、
    　前記被膜は、ＴｉＭＡｌＮ層を含み、
    　前記ＴｉＭＡｌＮ層は、立方晶型のＴｉｘＭｙＡｌｚＮの結晶粒を含み、
    　前記ＴｉｘＭｙＡｌｚＮにおけるチタン元素の原子比ｘは０．４以上０．７９以下であり、
    　前記ＴｉｘＭｙＡｌｚＮにおける元素Ｍの原子比ｙは０．０１以上０．１以下であり、
    　前記ＴｉｘＭｙＡｌｚＮにおけるアルミニウム元素の原子比ｚは０．２以上０．５以下であり、
    　ｘ、ｙ及びｚの合計は、１であり、
    　元素Ｍはホウ素及びケイ素のうちの少なくとも一つ、又はこれらの両方であり、
    　前記逃げ面の法線を含む平面で前記ＴｉＭＡｌＮ層を切断した断面における、前記逃げ面に位置する前記ＴｉＭＡｌＮ層の１００μｍ長さあたりの空隙の数ｎＦと、前記すくい面の法線を含む平面で前記ＴｉＭＡｌＮ層を切断した断面における、前記すくい面に位置する前記ＴｉＭＡｌＮ層の１００μｍ長さあたりの空隙の数ｎＲとは、
    　ｎＦ＜ｎＲの関係を満たし、
    　前記逃げ面の法線を含む平面で前記ＴｉＭＡｌＮ層を切断した断面における、前記逃げ面に位置する前記ＴｉＭＡｌＮ層の１００μｍ長さあたりのドロップレットの数ｎＤが３以下である、切削工具。
  2. 　前記ｎＲは、３０以下である、請求項１に記載の切削工具。
  3. 　前記すくい面と前記逃げ面とを繋ぐ刃先面を更に含み、
    　前記刃先面の法線を含む平面で前記ＴｉＭＡｌＮ層を切断した断面における、前記刃先面に位置する前記ＴｉＭＡｌＮ層の１００μｍ長さあたりの空隙の数ｎＣは、
    　ｎＦ＜ｎＣ＜ｎＲの関係を満たす、請求項１又は請求項２に記載の切削工具。
  4. 　前記ｎＦは１０未満であり、前記ｎＲは３０未満であり、前記ｎＣは２０未満である、請求項３に記載の切削工具。
  5. 　前記ｎＦは４未満であり、前記ｎＣは５未満である、請求項３又は請求項４に記載の切削工具。
  6. 　前記ＴｉＭＡｌＮ層の厚みは、０．０５μｍ以上１０μｍ以下である、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の切削工具。
  7. 　前記被膜の厚みは、０．５μｍ以上１０μｍ以下である、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の切削工具。
  8. 　前記被膜は、前記ＴｉＭＡｌＮ層上に設けられているＴｉＣＮ層を更に含む、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の切削工具。
  9. 　前記基材は、超硬合金、サーメット、高速度鋼、セラミックス、立方晶窒化ホウ素焼結体及びダイヤモンド焼結体からなる群より選ばれる少なくとも１種を含む、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の切削工具。
  10. 　前記基材は、立方晶窒化ホウ素焼結体であり、
    　前記立方晶窒化ホウ素焼結体は、立方晶窒化ホウ素を含み、
    　前記立方晶窒化ホウ素の平均粒径Ｒμｍは、
    　ｎＦ＜１００／Ｒの関係を満たす、請求項９に記載の切削工具。
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