WO2022244191A1 - 切削工具 - Google Patents

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WO2022244191A1
WO2022244191A1 PCT/JP2021/019173 JP2021019173W WO2022244191A1 WO 2022244191 A1 WO2022244191 A1 WO 2022244191A1 JP 2021019173 W JP2021019173 W JP 2021019173W WO 2022244191 A1 WO2022244191 A1 WO 2022244191A1
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WO
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layer
tac
cutting tool
group
less
Prior art date
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PCT/JP2021/019173
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English (en)
French (fr)
Inventor
治世 福井
大二 田林
桃子 飯田
大勢 田中
Original Assignee
住友電工ハードメタル株式会社
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Publication date
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Priority to EP22804264.4A priority patent/EP4306246A1/en
Priority to JP2022542762A priority patent/JP7305054B2/ja
Priority to PCT/JP2022/005116 priority patent/WO2022244342A1/ja
Priority to CN202280028187.9A priority patent/CN117120192A/zh
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B27/00—Tools for turning or boring machines; Tools of a similar kind in general; Accessories therefor
    • B23B27/14—Cutting tools of which the bits or tips or cutting inserts are of special material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material

Definitions

  • the present disclosure relates to cutting tools.
  • Patent Document 1 discloses a cutting tool having a coating comprising a WC 1-x layer disposed on a substrate.
  • a cutting tool of the present disclosure comprises a substrate and a coating disposed on the substrate,
  • the coating comprises a TaC 1 -x layer made of a compound represented by TaC 1-x,
  • the x is 0.40 or more and 0.60 or less
  • the compound represented by TaC 1-x is a cutting tool containing 95% by mass or more of a hexagonal crystal structure.
  • 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.
  • a cutting tool of the present disclosure comprises a substrate and a coating disposed on the substrate,
  • the coating comprises a TaC 1 -x layer made of a compound represented by TaC 1-x,
  • the x is 0.40 or more and 0.60 or less
  • the compound represented by TaC 1-x is a cutting tool containing 95% by mass or more of a hexagonal crystal structure.
  • the TaC 1-x layer preferably does not contain free carbon. According to this, the chipping resistance and wear resistance of the cutting tool are improved.
  • the film hardness of the TaC 1-x layer is preferably 2700 mgf/ ⁇ m 2 or more and 4200 mgf/ ⁇ m 2 or less. According to this, the chipping resistance and wear resistance of the cutting tool are improved.
  • the TaC 1-x layer can contact the substrate. According to this, the cutting tool can have excellent fracture resistance and wear resistance.
  • the coating further comprises a hard coating layer disposed between the substrate and the TaC 1-x layer;
  • the hard coating layer includes a first unit layer,
  • the composition of the first unit layer is different from the composition of the TaC 1-x layer,
  • the first unit layer is composed of at least one element selected from the group consisting of periodic table 4 group elements, 5 group elements, 6 group elements, aluminum and silicon, or periodic table 4 group elements, 5 group elements, It is preferably composed of a compound consisting of at least one element selected from the group consisting of Group 6 elements, aluminum and silicon, and at least one element selected from the group consisting of carbon, nitrogen, oxygen and boron.
  • the chipping resistance and wear resistance of the cutting tool are improved.
  • the hard coating layer is composed of the first unit layer;
  • the thickness of the first unit layer is preferably 0.1 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less.
  • the chipping resistance and wear resistance of the cutting tool are improved.
  • the hard coating layer further includes a second unit layer,
  • the composition of the second unit layer is different from the composition of the TaC 1-x layer and the composition of the first unit layer,
  • the second unit layer is composed of at least one element selected from the group consisting of periodic table 4 group elements, 5 group elements, 6 group elements, aluminum and silicon, or periodic table 4 group elements, 5 group elements, A compound consisting of at least one element selected from the group consisting of Group 6 elements, aluminum and silicon, and at least one element selected from the group consisting of carbon, nitrogen, oxygen and boron, It is preferable that the first unit layer and the second unit layer each form a multi-layer structure in which one or more layers are alternately laminated.
  • the chipping resistance and wear resistance of the cutting tool are improved.
  • the first unit layer has a thickness of 1 nm or more and 100 nm or less;
  • the thickness of the second unit layer is preferably 1 nm or more and 100 nm or less. According to this, the chipping resistance and wear resistance of the cutting tool are improved.
  • the TaC 1-x layer has a thickness of 0.1 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less;
  • the thickness of the hard coating layer is preferably 0.1 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less. According to this, the chipping resistance and wear resistance of the cutting tool are improved.
  • the thickness of the coating is preferably 0.2 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less. According to this, the chipping resistance and wear resistance of the cutting tool are improved.
  • the substrate preferably contains at least one selected from the group consisting of cemented carbide, cermet, high-speed steel, ceramics, cBN sintered bodies and diamond sintered bodies. According to this, the cutting tool can have excellent hardness and strength even at high temperatures.
  • a compound or the like when represented by a chemical formula, it shall include any conventionally known atomic ratio unless the atomic ratio is particularly limited, and should not necessarily be limited only to those within the stoichiometric range.
  • TiAlN when “TiAlN" is described, the ratio of the number of atoms constituting TiAlN includes all conventionally known atomic ratios.
  • a cutting tool includes a substrate and a coating disposed on the substrate,
  • the coating comprises a TaC 1 -x layer made of a compound represented by TaC 1-x,
  • the x is 0.40 or more and 0.60 or less
  • the compound represented by TaC 1-x is a cutting tool containing 95% by mass or more of a hexagonal crystal structure.
  • the cutting tool of the present embodiment (hereinafter sometimes simply referred to as "cutting tool") includes a base material and a coating disposed on the base material.
  • the cutting tools include drills, end mills, indexable cutting inserts for drills, indexable cutting inserts for end mills, indexable cutting inserts for milling, indexable cutting inserts for turning, metal saws, and gear cutting tools. , reamers, taps, and the like.
  • FIG. 1 is a perspective view illustrating one aspect of a cutting tool.
  • a cutting tool having such a shape is used, for example, as an indexable cutting tip.
  • the cutting tool 10 has a rake face 1, a flank face 2, and a cutting edge ridge 3 where the rake face 1 and the flank face 2 intersect. That is, the rake face 1 and the flank face 2 are surfaces connected with the cutting edge ridge 3 interposed therebetween.
  • the cutting edge ridge 3 constitutes the cutting edge of the cutting tool 10 .
  • Such a shape of the cutting tool 10 can also be grasped as the shape of the base material of the cutting tool. That is, the substrate has a rake face, a flank face, and a cutting edge ridge connecting the rake face and the flank face.
  • 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 TaC).
  • 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 TaC).
  • 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 preferably contains at least one selected from the group consisting of type boron nitride sintered bodies (cBN sintered bodies) and diamond sintered bodies, and at least one selected from the group consisting of cemented carbide, cermet and cBN sintered bodies It is more preferred to contain seeds.
  • cBN sintered bodies type boron nitride sintered bodies
  • diamond sintered bodies at least one selected from the group consisting of cemented carbide, cermet and cBN sintered bodies It is more preferred to contain seeds.
  • the effect of the present embodiment is exhibited even if such a cemented carbide contains an abnormal phase called free carbon or ⁇ 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, and in the case of cermet, a surface-hardened layer may be formed. The effect of is shown.
  • the substrate may or may not have a chip breaker.
  • the shape of the ridge line of the cutting edge is sharp edge (the ridge where the rake face and the flank face intersect), honing (sharp edge rounded shape), negative land (chamfered shape), and a combination of honing and negative land. any shape is included.
  • the "coating” according to the present embodiment covers at least a portion of the surface of the base material, thereby improving various properties of the cutting tool such as chipping resistance and wear resistance.
  • “at least a portion of the surface of the base material” includes a portion that comes into contact with the work material during cutting.
  • the portion in contact with the work material can be, for example, a region within 2 mm from the ridgeline of the cutting edge on the surface of the base material. It should be noted that even if a part of the base material is not covered with the coating or the composition of the coating is partially different, this does not depart from the scope of the present embodiment.
  • coating 4 may consist of TaC 1-x layer 12 .
  • coating 4 may include TaC 1-x layer 12 and hard coating layer 13 disposed between TaC 1-x layer and substrate 11 .
  • Coating 4 may include other layers in addition to TaC 1-x layer 12 .
  • Other layers include, for example, an underlayer (not shown) disposed between the TaC 1-x layer and the substrate 11, and an intermediate layer disposed between the TaC 1-x layer and the hard coating layer. (not shown), a surface layer (not shown) disposed over the TaC 1-x layer, and the like.
  • the thickness of the coating is preferably 0.1 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less, preferably 0.1 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less, preferably 0.2 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less, preferably 0.2 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less, and more preferably 0.3 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less. It is preferably 0.5 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less, even more preferably 1 ⁇ m or more and 6 ⁇ m or less, and particularly preferably 1.5 ⁇ m or more and 4 ⁇ m or less. When the thickness is 0.1 ⁇ m or more, the wear resistance of the cutting tool is improved.
  • the thickness of the coating means the total thickness of each layer constituting the coating such as the TaC 1-x layer, the hard coating layer and the underlayer.
  • the thickness of the coating is measured using a transmission electron microscope (TEM) at any three points in a cross-sectional sample parallel to the normal direction of the surface of the substrate, and the average thickness of the three measured points. Find by taking the value. The same is true when measuring the thickness of each of the TaC 1-x layer, the hard coating layer (the first unit layer, the second unit layer), and the underlying layer, which will be described later.
  • transmission electron microscopes include JEM-2100F (trademark), a spherical aberration corrector manufactured by JEOL Ltd.
  • the coating includes a TaC 1 -x layer made of a compound represented by TaC 1-x.
  • the “compound represented by TaC 1-x ” (hereinafter sometimes referred to as “TaC 1-x ”) means that when the element ratio of the tantalum element (Ta) is 1, the amount of the carbon element (C) is It means tantalum carbide with an elemental ratio of 1-x.
  • the TaC 1-x layer may contain unavoidable impurities within a range that does not impair the effects of the cutting tool according to the present embodiment.
  • the content of the inevitable impurities is preferably 0% by mass or more and 0.2% by mass or less with respect to the total mass of the TaC 1-x layer.
  • the terms "hard coating layer” and “other layers” described later may also contain unavoidable impurities within a range that does not impair the effects of the cutting tool according to the present embodiment.
  • the above x is 0.40 or more and 0.60 or less, preferably 0.45 or more and 0.55 or less, and more preferably 0.50 or more and 0.55 or less.
  • x is less than 0.40, free carbon tends to precipitate at the grain boundaries of TaC 1-x and the strength tends to decrease.
  • x exceeds 0.6, the strength of the grain boundary tends to decrease. Therefore, when x is out of the above range, crack growth cannot be suppressed and the toughness tends to be low. The present inventors presume that such a tendency is caused by an inappropriate balance between crystal homogeneity and strain.
  • the above x obtains a cross-sectional sample parallel to the normal direction of the surface of the substrate in the TaC 1-x layer, and scans the grains appearing in this cross-sectional sample with a scanning electron microscope (SEM) or TEM. It can be determined by analysis using an energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) device. Specifically, the value of x is obtained by measuring each of arbitrary three points in the TaC 1-x layer of the cross-sectional sample, and the average value of the values of the three points obtained is the TaC 1-x of the cross-sectional sample. Let x be in the layer. Here, for the “arbitrary three points”, three arbitrary 30 nm ⁇ 30 nm regions in the TaC 1-x layer are selected. Examples of the EDX apparatus include JED-2200 (trademark), a silicon drift detector manufactured by JEOL Ltd. The measurement conditions are as follows.
  • the compound represented by TaC 1-x contains 95% by mass or more of a hexagonal crystal structure. It is confirmed by the following method that the compound represented by TaC 1-x contains 95% by mass or more of a hexagonal crystal structure.
  • the percentage of the hexagonal crystal structure amount to the total of the hexagonal crystal structure amount and the cubic crystal structure amount ( ⁇ Si/( ⁇ Si+ ⁇ S′i) ⁇ 100) is calculated.
  • the above XRD measurement is performed on arbitrary three points of the TaC 1-x layer, and the average value of ( ⁇ Si/( ⁇ Si+ ⁇ S'i) ⁇ 100) of the three points is calculated.
  • the average value is defined as the content (% by mass) of the hexagonal crystal structure in the compound represented by TaC 1-x .
  • all three measurement points are the (100) plane, the (002) plane, the (101) plane, Peaks derived from crystal planes such as (110) plane, (102) plane, and (111) plane are observed.
  • Examples of the apparatus used for the X-ray diffraction measurement include "SmartLab” (trade name) manufactured by Rigaku Corporation and "X'pert” (trade name) manufactured by PANalytical. The measurement conditions are as follows.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a cutting tool in one aspect of the present embodiment.
  • the TaC 1-x layer 12 is in contact with the substrate 11, as shown in FIG.
  • the TaC 1-x layer 12 is preferably provided directly on the substrate 11 .
  • the TaC 1-x layer preferably does not contain free carbon.
  • free carbon free includes not only the TaC 1-x layer containing no free carbon at all, but also the case where the free carbon is below the detection limit.
  • XPS method X-ray photoelectron spectroscopy
  • the measurement is performed after removing the natural oxide layer by Ar 2 + sputtering or the like. If the TaC 1-x layer is not the outermost surface, the TaC 1-x layer is exposed by Ar 2 + sputtering or the like before measurement.
  • an apparatus used for the XPS method for example, Versa Probe III (trade name) manufactured by ULVAC-Phi, Inc. can be mentioned.
  • the measurement conditions are as follows.
  • the film hardness of the TaC 1-x layer is preferably 2700 mgf/ ⁇ m 2 or more and 4200 mgf/ ⁇ m 2 or less, more preferably 2700 mgf/ ⁇ m 2 or more and 4100 mgf/ ⁇ m 2 or less, and 2800 mgf/ ⁇ m 2 or more and 4000 mgf/ ⁇ m 2 or more. It is more preferably ⁇ m 2 or less.
  • the film hardness is measured with a nanoindenter. Specifically, first, arbitrary 10 points on the surface of the TaC 1-x layer are measured to obtain the film hardness. After that, the average value of the film hardnesses obtained at 10 points is taken as the film hardness of the TaC 1-x layer of the cross-sectional sample.
  • the TaC 1-x layer is not the outermost surface, the TaC 1-x layer is exposed by mechanical polishing or the like, and then the nanoindenter is used for measurement.
  • the nanoindenter include ENT1100 (trade name) manufactured by Elionix Co., Ltd. The measurement conditions are as follows.
  • the thickness of the TaC 1-x layer is preferably 0.1 ⁇ m or more and 10.0 ⁇ m or less, more preferably 0.1 ⁇ m or more and 7 ⁇ m or less, and more preferably 0.5 ⁇ m or more and 3 ⁇ m or less.
  • the coating further comprises a hard coating layer positioned between the material and the TaC 1-x layer.
  • the hard coating layer preferably includes a first unit layer.
  • the composition of the first unit layer is preferably different from the composition of the TaC 1-x layer.
  • "disposed between the substrate and the TaC 1-x layer” means that the hard coating layer is disposed between the substrate and the TaC 1-x layer, and the hard coating layer is It need not be in contact with the substrate and the TaC 1-x layer.
  • Other layers may be arranged between the substrate and the hard coating layer, and other layers may be arranged between the hard coating layer and the TaC 1-x layer.
  • the hard coating layer may be the outermost layer (surface layer).
  • the first unit layer is composed of at least one element selected from the group consisting of periodic table 4 group elements, 5 group elements, 6 group elements, aluminum and silicon, or periodic table 4 group elements, 5 group elements, 6 It is preferably composed of a compound consisting of at least one element selected from the group consisting of group elements, aluminum and silicon, and at least one element selected from the group consisting of carbon, nitrogen, oxygen and boron.
  • the first unit layer contains at least one element selected from the group consisting of chromium, aluminum, titanium and silicon, or at least one element selected from the group consisting of chromium, aluminum, titanium and silicon, carbon and nitrogen. , and at least one element selected from the group consisting of oxygen and boron.
  • Group 4 elements of the periodic table include titanium (Ti), zirconium (Zr), hafnium (Hf), and the like. Vanadium (V), niobium (Nb), tantalum (Ta), etc. are mentioned as a periodic table V group element.
  • Group 6 elements of the periodic table include chromium (Cr), molybdenum (Mo), tungsten (W), and the like.
  • Examples of compounds contained in the first unit layer include TiAlN, TiAlBCN, TiAlSiN, TiCrSiN, TiAlCrSiN, AlCrN, AlCrO, AlCrSiN, TiZrN, TiAlMoN, TiAlNbN, TiSiN, AlCrTaN, AlTiVN, TiB 2 , TiCrHfN, CrSiWN, TiAlCN, TiSiCN, AlZrON, AlCrCN, AlHfN, CrSiBON, CrAlBN, TiAlWN, AlCrMoCN, TiAlBN, TiAlCrSiBCNO, ZrN, ZrB 2 , ZrCN, CrSiBN, AlCrBN, AlCrBON and the like.
  • the thickness of the first unit layer is preferably 0.1 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less. , 0.5 ⁇ m or more and 7 ⁇ m or less.
  • the hard coating layer further includes a second unit layer.
  • the composition of the second unit layer is preferably different from the composition of the TaC 1-x layer and the composition of the first unit layer.
  • the second unit layer is composed of at least one element selected from the group consisting of periodic table 4 group elements, 5 group elements, 6 group elements, aluminum and silicon, or periodic table 4 group elements, 5 group elements, 6 It is preferably composed of a compound consisting of at least one element selected from the group consisting of group elements, aluminum and silicon, and at least one element selected from the group consisting of carbon, nitrogen, oxygen and boron.
  • the second unit layer contains at least one element selected from the group consisting of chromium, aluminum, titanium, and silicon, or at least one element selected from the group consisting of chromium, aluminum, titanium, and silicon, carbon, and nitrogen. , and at least one element selected from the group consisting of oxygen and boron.
  • Specific examples of the Group 4 elements, Group 5 elements, and Group 6 elements of the periodic table include the elements described above.
  • Examples of the compound contained in the second unit layer include the above compounds exemplified as the compound contained in the first unit layer.
  • the first unit layer and the second unit layer form a multilayer structure in which one or more layers are alternately laminated. That is, as shown in FIG. 4, the hard coating layer 13 preferably includes a multi-layer structure consisting of a first unit layer 131 and a second unit layer 132. As shown in FIG. Here, lamination of the multilayer structure may start from either the first unit layer or the second unit layer. That is, the interface on the TaC 1-x layer side in the multilayer structure may be composed of either the first unit layer or the second unit layer. Further, the interface on the side opposite to the TaC 1-x layer side in the multilayer structure may be composed of either the first unit layer or the second unit layer.
  • the thickness of the hard coating layer is preferably 0.1 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less, more preferably 0.5 ⁇ m or more and 7 ⁇ m or less.
  • the thickness of the TaC 1-x layer is preferably 0.1 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less, and the thickness of the hard coating layer is preferably 0.1 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less. According to this, the chipping resistance and wear resistance of the cutting tool are improved.
  • the thickness of the first unit layer is preferably 1 nm or more and 100 nm or less, more preferably 2 nm or more and 25 nm or less.
  • the thickness of the second unit layer is preferably 1 nm or more and 100 nm or less, more preferably 2 nm or more and 25 nm or less.
  • the thickness of the first unit layer is 1 nm or more and 100 nm or less
  • the thickness of the second unit layer is 1 nm or more and 100 nm or less. preferable.
  • the "thickness of the first unit layer” means the thickness of one of the first unit layers.
  • the “thickness of the second unit layer” means the thickness of one of the second unit layers.
  • the number of laminated layers in the multilayer structure includes a mode in which one layer each of the first unit layer and the second unit layer is laminated, and preferably both layers are laminated. 20 to 2500 layers can be laminated.
  • the film may further include other layers as long as the effects of the present embodiment are not impaired.
  • the other layer may have a composition different from or the same as that of the TaC 1-x layer and the hard coating layer.
  • the positions of other layers in the coating are also not particularly limited.
  • other layers include a base layer provided between the base material and the TaC 1-x layer, and an intermediate layer provided between the TaC 1-x layer and the hard coating layer. , a surface layer provided on the hard TaC 1-x layer, and the like.
  • Other layers include, for example, a TiN layer, a TiWCN layer, a TiCN layer, a ZrB2 layer, a TiSiN phase, an AlCrN layer, and the like.
  • the thickness of other layers is not particularly limited as long as it does not impair the effects of the present embodiment.
  • 0.002 ⁇ m or more and 1 ⁇ m or less can be mentioned.
  • it is 0.003 ⁇ m or more and 0.01 ⁇ m or less.
  • the method for manufacturing a cutting tool according to this embodiment includes a base material preparation step and a TaC 1-x layer coating step. Each step will be described below.
  • the base material is prepared.
  • any base material can be used as long as it is conventionally known as this type of base material, as described above.
  • the base material is made of a cemented carbide
  • raw material powders having a predetermined composition % by mass
  • this mixed powder is pressure-molded into a predetermined shape (eg, SEET13T3AGSN, CNMG120408N-EG, etc.).
  • a predetermined shape eg, SEET13T3AGSN, CNMG120408N-EG, etc.
  • the substrate made of cemented carbide can be obtained.
  • a commercially available product may be used as it is for the base material.
  • Commercially available products include EH520 (trademark) manufactured by Sumitomo Electric Hardmetal Co., Ltd., for example.
  • ⁇ TaC 1-x layer coating step In the TaC 1-x layer coating step, at least part of the surface of the substrate is coated with a TaC 1-x layer (0.40 ⁇ x ⁇ 0.60) to obtain a cutting tool.
  • a TaC 1-x layer (0.40 ⁇ x ⁇ 0.60)
  • “at least a portion of the surface of the base material” includes a portion that comes into contact with the work material during cutting. The portion in contact with the work material can be, for example, a region within 2 mm from the ridgeline of the cutting edge on the surface of the base material.
  • the method of coating at least part of the substrate with the TaC 1-x layer is not particularly limited.
  • a TaC 1-x layer may be formed by physical vapor deposition (PVD).
  • the physical vapor deposition method conventionally known physical vapor deposition methods can be used without particular limitation.
  • Examples of such a physical vapor deposition method include a sputtering method, an ion plating method, an arc ion plating method, an electron ion beam vapor deposition method, and the like.
  • metal bombardment treatment and/or gas ion bombardment treatment can be performed on the substrate surface before forming the coating. , is preferable because the adhesion between the coating and the substrate is remarkably improved.
  • Ta has a high melting point and is difficult to melt. Therefore, a stable discharge could not be maintained in the physical vapor deposition method, and a TaC layer containing hexagonal TaC and having good film quality could not be formed.
  • the present inventors have found a method for stably producing a TaC layer containing hexagonal TaC and having good film quality.
  • the method the case of forming a TaC 1-x layer (0.40 ⁇ x ⁇ 0.60) containing 95% by mass or more of a hexagonal crystal structure by arc ion plating will be described below.
  • a TaC target is set in the arc-type evaporation source in the apparatus, the substrate (base material) temperature is set to 450 to 600° C., and the apparatus is evacuated. Subsequently, for example, one or both of argon gas and krypton gas are introduced to set the gas pressure in the apparatus to 1.0-3.0 Pa. Then, a negative bias voltage of 200 to 1000 V is applied to the substrate via a DC power supply to clean the surface of the substrate for 40 minutes. After that, an arc current of 80 to 200 A is supplied to the cathode electrode to generate metal ions and the like from the arc evaporation source, thereby forming a TaC 1-x layer (0.40 ⁇ x ⁇ 0.60).
  • the substrate temperature was set to 400 to 450° C. at the beginning of the formation of the TaC 1-x layer (thickness range of 0.1 ⁇ m or less), the substrate bias was set to ⁇ 50 V, and the temperature was gradually raised to 450° C. toward the end of the formation. °C to 550 °C, the substrate bias is increased to -60 to -75V.
  • An apparatus used for the arc ion plating method includes, for example, AIP (trade name) manufactured by Kobe Steel, Ltd.
  • the method for manufacturing a cutting tool according to the present embodiment preferably further includes a hard coating layer coating step before the TaC 1-x layer coating step.
  • the method for forming the hard coating layer is not particularly limited, and conventional methods can be used. Specifically, for example, the hard coating layer is formed by the PVD method described above.
  • the manufacturing method according to the present embodiment includes a base layer coating step of forming a base layer between the substrate and the TaC 1-x layer, the TaC 1-x layer and the hard coating and a surface layer coating step of forming a surface layer on the TaC 1-x layer.
  • the other layers may be formed by conventional methods. Specifically, for example, the other layer may be formed by the PVD method described above.
  • the manufacturing method according to the present embodiment can appropriately include steps such as metal bombardment treatment, peening treatment, and surface treatment.
  • the metal bombardment treatment includes, for example, a method of subjecting Ti to cathode evaporation in an argon gas atmosphere and mixing the substrate surface to form a mixing layer.
  • Examples of surface treatment include polishing with abrasive grains and brush polishing. More specifically, there is a method of using a medium in which diamond powder is supported on an elastic material.
  • Sirius Z manufactured by Fuji Seisakusho Co., Ltd., etc. can be cited.
  • the TaC 1-x layer preferably has a thickness of 0.1 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less. In the cutting tool of the present disclosure, the TaC 1-x layer preferably has a thickness of 0.1 ⁇ m or more and 7.0 ⁇ m or less. In the cutting tool of the present disclosure, the TaC 1-x layer preferably has a thickness of 0.5 ⁇ m or more and 3 ⁇ m or less.
  • the coating consists of only the TaC 1-x layer, and the thickness of the coating is preferably 0.1 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less.
  • the coating consists of only the TaC 1-x layer, and the thickness of the coating is preferably 0.3 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less.
  • the coating consists of only the TaC 1-x layer, and the thickness of the coating is preferably 0.5 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less.
  • the coating consists of only the TaC 1-x layer, and the thickness of the coating is preferably 1 ⁇ m or more and 6 ⁇ m or less.
  • the coating consists of only the TaC 1-x layer, and the thickness of the coating is preferably 1.5 ⁇ m or more and 4 ⁇ m or less.
  • the coating includes a TaC 1-x layer and a hard coating layer, and the thickness of the coating is preferably 0.1 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less.
  • the coating includes a TaC 1-x layer and a hard coating layer, and the thickness of the coating is preferably 0.1 ⁇ m or more and 17 ⁇ m or less.
  • the coating includes a TaC 1-x layer and a hard coating layer, and the thickness of the coating is preferably 0.1 ⁇ m or more and 12 ⁇ m or less.
  • the coating includes a TaC 1-x layer and a hard coating layer, and the thickness of the coating is preferably 0.2 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less.
  • the coating includes a TaC 1-x layer and a hard coating layer, and the thickness of the coating is preferably 0.2 ⁇ m or more and 17 ⁇ m or less.
  • the coating includes a TaC 1-x layer and a hard coating layer, and the thickness of the coating is preferably 0.2 ⁇ m or more and 12 ⁇ m or less.
  • the coating includes a TaC 1-x layer and a hard coating layer, the TaC 1-x layer has a thickness of 0.1 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less, and the hard coating layer has a thickness of 0.1 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less. It is 1 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less, and the thickness of the coating is preferably 0.2 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less.
  • ⁇ TaC 1-x layer coating step> A TaC 1-x layer was formed on the substrate by an arc ion plating method. Specifically, the following method was used. First, a TaC target is set in the arc-type evaporation source in the apparatus, the substrate (base material) temperature is set to 450 to 600° C., and the apparatus is evacuated. Subsequently, for example, one or both of argon gas and krypton gas are introduced to set the gas pressure in the apparatus to 1.0-3.0 Pa. Then, a negative bias voltage of 200 to 1000 V is applied to the substrate via a DC power supply to clean the surface of the substrate for 40 minutes.
  • an arc current of 80 to 200 A is supplied to the cathode electrode to generate metal ions and the like from the arc evaporation source, thereby forming a TaC 1-x layer (0.40 ⁇ x ⁇ 0.60).
  • the substrate temperature was set to 400 to 450° C. at the beginning of the formation of the TaC 1-x layer (thickness range of 0.1 ⁇ m or less), the substrate bias was set to ⁇ 50 V, and the temperature was gradually raised to 450° C. toward the end of the formation. °C to 550 °C, the substrate bias is increased to -60 to -75V.
  • a TaC 1-x layer was formed to the thickness described in the "Thickness" column of "TaC 1-x layer” in Tables 1 and 2 by the above method.
  • AIP (trade name) manufactured by Kobe Steel, Ltd. was used as an apparatus used for the arc ion plating method.
  • ⁇ Base layer coating step> For the samples (Samples 5 and 6) in which an underlayer was formed between the substrate and the TaC 1-x layer, the following procedure was performed on the substrate before performing the TaC 1-x layer coating step. A base layer was formed. First, a target containing the metal composition in the column of composition of the underlayer shown in Table 1 was set in the arc-type evaporation source of the arc ion plating apparatus. Next, the substrate temperature was set to 600° C. and the gas pressure in the apparatus was set to 1 Pa. In the case of the nitride underlayer (Sample 5), a mixed gas of nitrogen gas and argon gas was introduced.
  • ⁇ Hard coating layer coating step> For the samples having a hard coating layer between the substrate and the TaC 1-x layer (Samples 7 to 13, Samples 17 to 25), the following procedure was followed before performing the TaC 1-x layer coating step. to form a hard coating layer on the substrate.
  • a target containing the metal composition in the composition column of the hard coating layer shown in Tables 1 and 2 was set in the arc-type evaporation source of the arc ion plating apparatus.
  • the substrate temperature was set to 550° C. and the gas pressure in the apparatus was set to 4.0 Pa.
  • As the reaction gas a mixed gas of nitrogen gas and argon gas was introduced in the case of a nitride hard coating layer.
  • a mixed gas of nitrogen gas and methane gas was introduced as the reaction gas.
  • a mixed gas of oxygen gas and nitrogen gas was introduced as the reaction gas.
  • an arc current of 150 A was supplied to the cathode electrode.
  • the first unit layer and the second unit layer are laminated in order from the left side in Tables 1 and 2 until the desired thickness is obtained. to form a multi-layered structure.
  • a first unit layer made of TiAlBN with a thickness of 6 nm and a second unit layer made of TiSiN with a thickness of 6 nm are alternately laminated to form a multilayer structure with a thickness of 1.0 ⁇ m. did.
  • ⁇ Surface layer coating step> For the samples having a surface layer on the TaC 1-x layer (Sample 5, Sample 7, Sample 8, Sample 11, and Sample 12), TaC 1-x was coated in the following procedure after the TaC 1 -x layer coating process. A surface layer was formed on the layer. First, a target containing the metal composition in the surface layer composition column shown in Table 1 was set in an arc-type evaporation source of an arc ion plating apparatus. Next, the substrate temperature was set to 550° C. and the gas pressure in the apparatus was set to 4.0 Pa. As a reaction gas, a mixed gas of nitrogen gas and argon gas was introduced in the case of a nitride surface layer.
  • an arc current of 150 A was supplied to the cathode electrode.
  • a surface layer was formed up to the thickness shown in parentheses under "Surface layer" in Table 1 by generating metal ions and the like from an arc evaporation source by supplying an arc current.
  • sample 1-1 As a base material, the same base material as sample 1 was prepared. A TaC 1-x layer was formed on the substrate by an arc ion plating method. Specifically, the following method was used. First, a TaC target was set in an arc-type evaporation source of an arc ion plating apparatus. Next, the substrate temperature was set to 380° C. and the gas pressure in the apparatus was set to 1.5 Pa. Argon gas was introduced as the gas. Then, while maintaining the substrate bias voltage at -55V, an arc current of 120A was supplied to the cathode electrode. A cutting tool was obtained by forming a TaC 1-x layer by generating metal ions and the like from an arc evaporation source by supplying an arc current.
  • sample 1-2 As a base material, the same base material as sample 1 was prepared. A TaC 1-x layer was formed on the substrate by an arc ion plating method. Specifically, the following method was used. First, a TaC target was set in an arc-type evaporation source of an arc ion plating apparatus. Next, the substrate temperature was set to 610° C. and the gas pressure in the apparatus was set to 0.8 Pa. Argon gas was introduced as the gas. Then, while maintaining the substrate bias voltage at -43V, an arc current of 120A was supplied to the cathode electrode. A cutting tool was obtained by forming a TaC 1-x layer by generating metal ions and the like from an arc evaporation source by supplying an arc current.
  • sample 1-3 As a base material, the same base material as sample 1 was prepared. A cutting tool was obtained by forming a WC 0.56 layer on the substrate by the method described in Patent Document 1.
  • sample 1-4 As a base material, the same base material as sample 1 was prepared. A TiN layer (base layer) and an AlTiN layer were formed on the substrate in the above order. The TiN layer was formed by the same method as sample 5. The AlTiN layer was formed in the same manner as the first unit layer of Sample 12.
  • Example 1-5 As a base material, the same base material as sample 1 was prepared. A TaC 1-x layer was formed on the substrate by an arc ion plating method. Specifically, the following method was used. First, a TaC target was set in an arc-type evaporation source of an arc ion plating apparatus. Next, the substrate temperature was set to 420° C. and the gas pressure in the apparatus was set to 1 Pa. Argon gas was introduced as the gas. Then, while maintaining the substrate bias voltage at -69V, an arc current of 120A was supplied to the cathode electrode. A cutting tool was obtained by forming a TaC 1-x layer by generating metal ions and the like from an arc evaporation source by supplying an arc current.
  • composition x The composition x, the crystal structure, the content of hexagonal TaC 1-x , the presence or absence of free carbon, and the hardness of the TaC 1-x layer of each sample prepared as described above were measured. Since a specific measuring method is described in Embodiment 1, the description thereof will not be repeated. The results are shown in Tables 1 and 2 for the "composition x", “crystal structure”, “cubic crystal content (% by mass)", “free carbon” and “hardness (mgf/ ⁇ m 2 )" of the "TaC 1-x layer”. column.
  • the notation "hexagonal + cubic" in the "Crystal structure” column of Tables 1 and 2 means that hexagonal TaC 1-x and cubic TaC 1-x are mixed in the TaC 1-x layer. indicates that For example, sample 16 shows that 95% by weight of hexagonal TaC 1-x is present and the remainder (5% by weight) is cubic TaC 1-x .
  • the notation "no" in the "free carbon” column of Tables 1 and 2 indicates that the TaC 1-x layer does not contain free carbon, and the notation "present” indicates the TaC 1 -x layer. It shows that the x -layer contains free carbon.
  • Thicknesses of the TaC 1-x layer, underlayer, hard coating layer (first unit layer, second unit layer) and coating were measured. Since a specific measuring method is described in Embodiment 1, the description thereof will not be repeated. The results are shown in Tables 1 and 2. In Tables 1 and 2, the notation “-" in the “base layer” and “hard coating layer” indicates that the corresponding layer does not exist in the coating.
  • notations such as “TiAlBN (6 nm) / TiSiN (6 nm) multilayer structure (1.0 ⁇ m)” in “hard coating layer” mean that the hard coating layer is a TiAlBN layer (first unit layer) with a thickness of 6 nm and a thickness It shows that it is formed of a multilayer structure (total thickness of 1.0 ⁇ m) in which TiSiN layers (second unit layers) of thickness 6 nm are alternately laminated.
  • the cutting tools of Samples 1 to 25 corresponding to Examples are compared to the cutting tools of Samples 1-1 to 1-5 corresponding to Comparative Examples, even in high-speed and high-efficiency machining. It was confirmed that the chipping resistance and wear resistance are excellent, and that the tool life is long. From this, it can be seen that the cutting tools of Samples 1 to 23 corresponding to the examples are suitable for high-load, high-speed, high-efficiency machining applications, especially those requiring chipping resistance and wear resistance. It was suggested.

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Abstract

基材と、前記基材上に配置された被膜と、を備える切削工具であって、前記被膜は、ＴａＣ１－ｘで示される化合物からなるＴａＣ１－ｘ層を含み、前記ｘは、０．４０以上０．６０以下であり、前記ＴａＣ１－ｘで示される化合物は、六方晶型の結晶構造を９５質量％以上含む、切削工具である。

Description

切削工具
　本開示は、切削工具に関する。
　従来より、切削工具の長寿命化を目的として、種々の検討がなされている。例えば、特許文献１には、基材上に、ＷＣ１－ｘ層を含む被膜が配置された切削工具が開示されている。
国際公開第２０１９／１８１７４２号
　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、を備える切削工具であって、
　前記被膜は、ＴａＣ１－ｘで示される化合物からなるＴａＣ１－ｘ層を含み、
　前記ｘは、０．４０以上０．６０以下であり、
　前記ＴａＣ１－ｘで示される化合物は、六方晶型の結晶構造を９５質量％以上含む、切削工具である。
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。
　［本開示が解決しようとする課題］
　近年、負荷の高い高速、高能率加工の要求がますます高まっており、高速高能率可能においても長い工具寿命を有することのできる切削工具が求められている。
　［本開示の効果］
　本開示によれば、負荷の高い高速、高能率加工においても長い工具寿命を有する切削工具を提供することができる。
　［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、を備える切削工具であって、
　前記被膜は、ＴａＣ１－ｘで示される化合物からなるＴａＣ１－ｘ層を含み、
　前記ｘは、０．４０以上０．６０以下であり、
　前記ＴａＣ１－ｘで示される化合物は、六方晶型の結晶構造を９５質量％以上含む、切削工具である。
　本開示によれば、高速高能率加工においても長い工具寿命を有する切削工具を提供することができる。
　（２）前記ＴａＣ１－ｘ層は、遊離炭素を含まないことが好ましい。これによると、切削工具の耐欠損性及び耐摩耗性が向上する。
　（３）前記ＴａＣ１－ｘ層の膜硬度は、２７００ｍｇｆ／μｍ２以上４２００ｍｇｆ／μｍ２以下であることが好ましい。これによると、切削工具の耐欠損性及び耐摩耗性が向上する。
　（４）前記ＴａＣ１－ｘ層は、前記基材に接することができる。これによると、切削工具は優れた耐欠損性及び耐摩耗性を有することができる。
　（５）前記被膜は、前記基材と前記ＴａＣ１－ｘ層との間に配置された硬質被膜層を更に含み、
　前記硬質被膜層は、第一単位層を含み、
　前記第一単位層の組成は、前記ＴａＣ１－ｘ層の組成と異なり、
　前記第一単位層は、周期表４族元素、５族元素、６族元素、アルミニウム及び珪素からなる群より選ばれる少なくとも１種の元素からなる、又は、周期表４族元素、５族元素、６族元素、アルミニウム及び珪素からなる群より選ばれる少なくとも１種の元素と、炭素、窒素、酸素及びホウ素からなる群より選ばれる少なくとも１種の元素とからなる化合物からなることが好ましい。
　これによると、切削工具の耐欠損性及び耐摩耗性が向上する。
　（６）前記硬質被膜層は、前記第一単位層からなり、
　前記第一単位層の厚さは、０．１μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。
　これによると、切削工具の耐欠損性及び耐摩耗性が向上する。
　（７）前記硬質被膜層は、更に第二単位層を含み、
　前記第二単位層の組成は、前記ＴａＣ１－ｘ層の組成及び前記第一単位層の組成と異なり、
　前記第二単位層は、周期表４族元素、５族元素、６族元素、アルミニウム及び珪素からなる群より選ばれる少なくとも１種の元素からなる、又は、周期表４族元素、５族元素、６族元素、アルミニウム及び珪素からなる群より選ばれる少なくとも１種の元素と、炭素、窒素、酸素及びホウ素からなる群より選ばれる少なくとも１種の元素とからなる化合物からなり、
　前記第一単位層及び前記第二単位層は、それぞれが交互に１層以上積層された多層構造を形成していることが好ましい。
　これによると、切削工具の耐欠損性及び耐摩耗性が向上する。
　（８）前記第一単位層の厚さは、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、
　前記第二単位層の厚さは、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが好ましい。これによると、切削工具の耐欠損性及び耐摩耗性が向上する。
　（９）前記ＴａＣ１－ｘ層の厚さは、０．１μｍ以上１０μｍ以下であり、
　前記硬質被膜層の厚さは、０．１μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。これによると、切削工具の耐欠損性及び耐摩耗性が向上する。
　（１０）前記被膜の厚さは、０．２μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましい。これによると、切削工具の耐欠損性及び耐摩耗性が向上する。
　（１１）前記基材は、超硬合金、サーメット、高速度鋼、セラミックス、ｃＢＮ焼結体及びダイヤモンド焼結体からなる群より選ばれる少なくとも１種を含むことが好ましい。これによると、切削工具は高温においても優れた硬度及び強度を有することができる。
　［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「ＴｉＡｌＮ」と記載されている場合、ＴｉＡｌＮ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。
　［実施形態１：切削工具］
　本開示に係る切削工具は、基材と、該基材上に配置された被膜と、を備える切削工具であって、
　該被膜は、ＴａＣ１－ｘで示される化合物からなるＴａＣ１－ｘ層を含み、
　該ｘは、０．４０以上０．６０以下であり、
　該ＴａＣ１－ｘで示される化合物は、六方晶型の結晶構造を９５質量％以上含む、切削工具である。
　本実施形態の切削工具（以下、単に「切削工具」という場合がある。）は、基材と、該基材上に配置された被膜と、を備える。上記切削工具は、例えば、ドリル、エンドミル、ドリル用刃先交換型切削チップ、エンドミル用刃先交換型切削チップ、フライス加工用刃先交換型切削チップ、旋削加工用刃先交換型切削チップ、メタルソー、歯切工具、リーマ、タップ等であり得る。
　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は、例えば、刃先交換型切削チップとして用いられる。上記切削工具１０は、すくい面１と、逃げ面２と、すくい面１と逃げ面２とが交差する刃先稜線部３とを有する。すなわち、すくい面１と逃げ面２とは、刃先稜線部３を挟んで繋がる面である。刃先稜線部３は、切削工具１０の切刃先端部を構成する。このような切削工具１０の形状は、上記切削工具の基材の形状と把握することもできる。すなわち、上記基材は、すくい面と、逃げ面と、すくい面及び逃げ面を繋ぐ刃先稜線部とを有する。
　＜基材＞
　本実施形態の基材は、この種の基材として従来公知のものであればいずれのものも使用することができる。例えば、上記基材は、超硬合金（例えば、炭化タングステン（ＷＣ）基超硬合金、ＷＣの他にＣｏを含む超硬合金、ＴａＣの他にＣｒ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ等の炭窒化物を添加した超硬合金等）、サーメット（ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ等を主成分とするもの）、高速度鋼、セラミックス（炭化チタン、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム等）、立方晶型窒化硼素焼結体（ｃＢＮ焼結体）及びダイヤモンド焼結体からなる群より選ばれる少なくとも１種を含むことが好ましく、超硬合金、サーメット及びｃＢＮ焼結体からなる群より選ばれる少なくとも１種を含むことがより好ましい。
　なお、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。たとえば、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、サーメット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。
　切削工具が、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等）である場合、基材は、チップブレーカーを有するものも、有さないものも含まれる。刃先の稜線部分の形状は、シャープエッジ（すくい面と逃げ面とが交差する稜）、ホーニング（シャープエッジに対してアールを付与した形状）、ネガランド（面取りをした形状）、ホーニングとネガランドを組み合わせた形状の中で、いずれの形状も含まれる。
　＜被膜＞
　本実施形態に係る「被膜」は、上記基材の表面の少なくとも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。ここで、「基材の表面の少なくとも一部」には、切削加工時に被削材と接する部分が含まれる。該被削材と接する部分とは、例えば、基材の表面において、刃先稜線からの距離が　２ｍｍ以内の領域とすることができる。なお、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。
　図２に示されるように、被膜４は、ＴａＣ１－ｘ層１２からなることができる。図３及び図４に示されるように、被膜４は、ＴａＣ１－ｘ層１２及び該ＴａＣ１－ｘ層と基材１１との間に配置された硬質被膜層１３とを含むことができる。被膜４は、ＴａＣ１－ｘ層１２に加えて、他の層を含むことができる。他の層としては、例えば、ＴａＣ１－ｘ層と基材１１との間に配置された下地層（図示せず）、ＴａＣ１－ｘ層と硬質被膜層との間に配置された中間層（図示せず）、ＴａＣ１－ｘ層の上に配置された表面層（図示せず）等が挙げられる。
　上記被膜の厚さは０．１μｍ以上２０μｍ以下が好ましく、０．１μｍ以上１０μｍ以下が好ましく、０．２μｍ以上２０μｍ以下が好ましく、０．２μｍ以上１０μｍ以下が好ましく、０．３μｍ以上１０μｍ以下がより好ましく、０．５μｍ以上１０μｍ以下が更に好ましく、１μｍ以上６μｍ以下が更により好ましく、１．５μｍ以上４μｍ以下が特に好ましい。上記厚さが０．１μｍ以上である場合、切削工具の耐摩耗性が向上する。上記厚さが２０μｍ以下であると、断続加工において被膜と基材との間に大きな応力が加わった際の被膜の剥離又は破壊を抑制しやすい。ここで、被膜の厚さとは、ＴａＣ１－ｘ層、硬質被膜層及び下地層等の被膜を構成する層それぞれの厚さの総和を意味する。上記被膜の厚さは、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて、基材の表面の法線方向に平行な断面サンプルにおける任意の３点を測定し、測定された３点の厚さの平均値をとることで求める。後述するＴａＣ１－ｘ層、硬質被膜層（第一単位層、第二単位層）及び下地層それぞれの厚さを測定する場合も同様である。透過型電子顕微鏡としては、例えば、日本電子株式会社製の球面収差補正装置、ＪＥＭ－２１００Ｆ（商標）が挙げられる。
　なお、同一の試料において測定する限りにおいては、測定領域の選択個所を変更して複数回行っても、測定結果のばらつきはほとんどなく、任意に測定領域を設定しても恣意的にはならないことが確認された。
　＜ＴａＣ１－ｘ層＞
　上記被膜は、ＴａＣ１－ｘで示される化合物からなるＴａＣ１－ｘ層を含む。「ＴａＣ１－ｘで示される化合物」（以下、「ＴａＣ１－ｘ」と表記する場合がある。）とは、タンタル元素（Ｔａ）の元素比を１とした場合、炭素元素（Ｃ）の元素比が１－ｘである炭化タンタルを意味する。上記ＴａＣ１－ｘ層は、本実施形態に係る切削工具が奏する効果を損なわない範囲において、不可避不純物が含まれていてもよい。上記不可避不純物の含有割合は、ＴａＣ１－ｘ層の全質量に対して０質量％以上０．２質量％以下であることが好ましい。後述する「硬質被膜層」及び「他の層」の表記についても同様に、本実施形態に係る切削工具が奏する効果を損なわない範囲において、不可避不純物が含まれていてもよい。
　上記ｘは、０．４０以上０．６０以下であり、０．４５以上０．５５以下であることが好ましく、０．５０以上０．５５以下であることがより好ましい。上記ｘが０．４０未満であると、ＴａＣ１－ｘの結晶粒界に遊離炭素が析出し強度が低下する傾向がある。また上記ｘが０．６を超えると、当該結晶粒界の強度が低下する傾向がある。そのため、ｘが上述の範囲外であると亀裂進展を抑制できず靱性が低くなる傾向がある。このような傾向は、結晶の均質性と歪みのバランスが適切ではないために起こると本発明者らは推測している。
　上記ｘは、ＴａＣ１－ｘ層において基材の表面の法線方向に平行な断面サンプルを得て、この断面サンプルに現われた結晶粒に対して走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）又はＴＥＭに付帯のエネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ：Ｅｎｅｒｇｙ　Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ　Ｘ－ｒａｙ　ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）装置を用いて分析することにより、求めることが可能である。具体的には、上記断面サンプルのＴａＣ１－ｘ層における任意の３点それぞれを測定して上記ｘの値を求め、求められた３点の値の平均値を上記断面サンプルのＴａＣ１－ｘ層におけるｘとする。ここで当該「任意の３点」は、ＴａＣ１－ｘ層中の任意の３０ｎｍ×３０ｎｍの領域を３か所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シリコンドリフト検出器、ＪＥＤ－２２００（商標）が挙げられる。測定条件は以下の通りである。
ＥＤＸ法の測定条件
加速電圧：２００ｋＶ
プローブ電流：０．２９ｎＡ
プローブサイズ：０．２ｎｍ
　なお、同一の試料において測定する限りにおいては、測定領域の選択個所を変更して複数回行っても、測定結果のばらつきはほとんどなく、任意に測定領域を設定しても恣意的にはならないことが確認された。
　上記ＴａＣ１－ｘで示される化合物は、六方晶型の結晶構造を９５質量％以上含む。上記ＴａＣ１－ｘで示される化合物が六方晶型の結晶構造を９５質量％以上含むことは、以下の方法で確認される。ＴａＣ１－ｘ層の任意の１点に対してＸＲＤ測定を行い、六方晶型の結晶面（代表的には（１００）面、（００２）面、（１０１）面、（１１０）面、（１０２）面、（１１１）面など）に由来するピークがｎ個確認された場合、それぞれのピークに対してピーク強度Ｉｉ（ｉ＝１、２、・・・、ｎ）と半価幅Ｗｉ（ｉ＝１、２、・・・、ｎ）を求め、それらのピーク面積ΣＳｉ（Ｉｉ×Ｗｉ）（ｉ＝１、２、・・・、ｎ）を求め、それを六方晶型の結晶構造量と定義する。上記と同一の測定点において、立方晶型の結晶面（代表的には（１００）面、（１１１）面、（２００）面、（２２０）面、（３１１）面など）に由来するピークが観測された場合、上記と同様に、ピーク面積ΣＳ’ｉ（Ｉｉ×Ｗｉ）（ｉ＝１、２、・・・、ｎ）を求め、それを立方晶型の結晶構造量と定義する。六方晶型の結晶構造量及び立方晶方の結晶構造量の合計に対する六方晶型の結晶構造量の百分率（ΣＳｉ／（ΣＳｉ＋ΣＳ’ｉ）×１００）を算出する。上記のＸＲＤ測定をＴａＣ１－ｘ層の任意の３点に対して行い、３点の（ΣＳｉ／（ΣＳｉ＋ΣＳ’ｉ）×１００）の平均値を算出する。該平均値が、ＴａＣ１－ｘで示される化合物中の六方晶型の結晶構造の含有率（質量％）と定義される。なお、上記ＴａＣ１－ｘで示される化合物が六方晶型の結晶構造のみからなる場合、ＸＲＤ測定において、３点の測定点全てにおいて、（１００）面、（００２）面、（１０１）面、（１１０）面、（１０２）面、（１１１）面等の結晶面に由来するピークが観測される。上記Ｘ線回折測定に用いる装置としては、たとえば、株式会社リガク製の「ＳｍａｒｔＬａｂ」（商品名）、パナリティカル製の「Ｘ’ｐｅｒｔ」（商品名）等が挙げられる。測定条件は以下の通りである。
ＸＲＤ法の測定条件
走査軸：２θ－θ
Ｘ線源：Ｃｕ－Ｋα線（１．５４１８６２Å）
検出器：０次元検出器（シンチレーションカウンタ）
管電圧：４５ｋＶ
管電流：４０ｍＡ
入射光学系：ミラーの利用
受光光学系：アナライザ結晶（ＰＷ３０９８／２７）の利用
ステップ：０．０３°
積算時間：２秒
スキャン範囲（２θ）：１０°～１２０°
　なお、同一の試料において測定する限りにおいては、測定点の選択個所を変更して複数回行っても、測定結果のばらつきはほとんどなく、任意に測定点を設定しても恣意的にはならないことが確認された。
　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２に示されるように、上記ＴａＣ１－ｘ層１２は、上記基材１１に接していることが好ましい。言い換えると、上記ＴａＣ１－ｘ層１２は、上記基材１１の直上に設けられていることが好ましい。
　上記ＴａＣ１－ｘ層は、遊離炭素を含まないことが好ましい。ここで「遊離炭素を含まない」との記載には、上記ＴａＣ１－ｘ層に遊離炭素が一切含まないものだけでなく、遊離炭素が検出限界未満となるものも含まれる。「遊離炭素」とは、ＴａＣ１－ｘの構成元素にならずに単体として存在する炭素を意味する。遊離炭素としては、例えば、グラファイト、煤等の炭素－炭素二重結合を含む炭素の単体が挙げられる。遊離炭素の有無は、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ法）を用いてＴａＣ１－ｘ層の表面の任意の３点における炭素－炭素二重結合の有無（ＸＰＳ　Ｃ１ｓにおけるＣ＝Ｃピークの有無）を調べることで確認される。ここで、上記ＴａＣ１－ｘ層が最表面に設けられている場合、自然酸化層をＡｒ＋スパッタ等で除去してから測定を行うものとする。上記ＴａＣ１－ｘ層が最表面でない場合は、Ａｒ＋スパッタ等で上記ＴａＣ１－ｘ層を露出させてから測定を行うものとする。ＸＰＳ法に用いられる装置としては、例えば、アルバック・ファイ株式会社製のＶｅｒｓａ　Ｐｒｏｂｅ　ＩＩＩ（商品名）が挙げられる。測定条件は以下の通りである。
ＸＰＳ法の測定条件
使用Ｘ線源：ｍｏｎｏ－ＡｌＫα線　（ｈν＝１４８６．６ｅＶ）
検出深さ：１ｎｍ～１０ｎｍ
Ｘ線ビーム径：約１００μｍφ
中和銃：デュアルタイプ使用
Ａｒ＋：加速電圧　４ｋＶ
ラスターサイズ：１×１ｍｍ
スパッタ速度（Ａｒ＋）：ＳｉＯ２スパッタ換算値　２８．３ｎｍ／ｍｉｎ
　なお、同一の試料において測定する限りにおいては、測定点の選択個所を変更して複数回行っても、測定結果のばらつきはほとんどなく、任意に測定点を設定しても恣意的にはならないことが確認された。
　上記ＴａＣ１－ｘ層の膜硬度は２７００ｍｇｆ／μｍ２以上４２００ｍｇｆ／μｍ２以下であることが好ましく、２７００ｍｇｆ／μｍ２以上４１００ｍｇｆ／μｍ２以下であることがより好ましく、２８００ｍｇｆ／μｍ２以上４０００ｍｇｆ／μｍ２以下であることがより好ましい。上記膜硬度は、ナノインデンターで測定される。具体的には、まず上記ＴａＣ１－ｘ層の表面における任意の１０点それぞれを測定して上記膜硬度を求める。その後、求められた１０点の膜硬度の平均値を上記断面サンプルのＴａＣ１－ｘ層における膜硬度とする。ここで、上記ＴａＣ１－ｘ層が最表面でない場合は、機械研磨等で上記ＴａＣ１－ｘ層を露出させてからナノインデンターで測定を行うものとする。ナノインデンターとしては、例えば、株式会社エリオニクス製のＥＮＴ１１００（商品名）が挙げられる。測定条件は以下の通りである。
ナノインデンターの測定条件
圧子：　バーコビッチ
荷重：　１ｇｆ
負荷時間：　１０ｓｅｃ
保持時間：　２ｓｅｃ
除荷時間：　１０ｓｅｃ
　なお、同一の試料において測定する限りにおいては、測定点の選択個所を変更して複数回行っても、測定結果のばらつきはほとんどなく、任意に測定点を設定しても恣意的にはならないことが確認された。
　上記ＴａＣ１－ｘ層の厚さは０．１μｍ以上１０．０μｍ以下であることが好ましく、０．１μｍ以上７μｍ以下であることが好ましく、０．５μｍ以上３μｍ以下であることがより好ましい。
　＜硬質被膜層＞
　上記被膜は、上記材とＴａＣ１－ｘ層との間に配置された硬質被膜層を更に含むことが好ましい。該硬質被膜層は、第一単位層を含むことが好ましい。該第一単位層の組成は、ＴａＣ１－ｘ層の組成と異なることが好ましい。ここで「基材とＴａＣ１－ｘ層との間に配置された」とは、基材とＴａＣ１－ｘ層との間に硬質被膜層が配置されていればよく、硬質被膜層が、基材及びＴａＣ１－ｘ層に接触していることを要しない。基材と硬質被膜層との間に他の層が配置されていてもよいし、硬質被膜層とＴａＣ１－ｘ層との間に他の層が配置されていてもよい。上記硬質被膜層は、最外層（表面層）であってもよい。
　＜第一単位層＞
　第一単位層は、周期表４族元素、５族元素、６族元素、アルミニウム及び珪素からなる群より選ばれる少なくとも１種の元素からなる、又は、周期表４族元素、５族元素、６族元素、アルミニウム及び珪素からなる群より選ばれる少なくとも１種の元素と、炭素、窒素、酸素及びホウ素からなる群より選ばれる少なくとも１種の元素とからなる化合物からなることが好ましい。第一単位層は、クロム、アルミニウム、チタン及び珪素からなる群より選ばれる少なくとも１種の元素、又は、クロム、アルミニウム、チタン及び珪素からなる群より選ばれる少なくとも１種の元素と、炭素、窒素、酸素及びホウ素からなる群より選ばれる少なくとも１種の元素とからなる化合物からなることがより好ましい。周期表４族元素としては、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）等が挙げられる。周期表５族元素としては、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）等が挙げられる。周期表６族元素としては、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）等が挙げられる。
　第一単位層に含まれる化合物としては、例えば、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＡｌＢＣＮ、ＴｉＡｌＳｉＮ、ＴｉＣｒＳｉＮ、ＴｉＡｌＣｒＳｉＮ、ＡｌＣｒＮ、ＡｌＣｒＯ、ＡｌＣｒＳｉＮ、ＴｉＺｒＮ、ＴｉＡｌＭｏＮ、ＴｉＡｌＮｂＮ、ＴｉＳｉＮ、ＡｌＣｒＴａＮ、ＡｌＴｉＶＮ、ＴｉＢ２、ＴｉＣｒＨｆＮ、ＣｒＳｉＷＮ、ＴｉＡｌＣＮ、ＴｉＳｉＣＮ、ＡｌＺｒＯＮ、ＡｌＣｒＣＮ、ＡｌＨｆＮ、ＣｒＳｉＢＯＮ、ＣｒＡｌＢＮ、ＴｉＡｌＷＮ、ＡｌＣｒＭｏＣＮ、ＴｉＡｌＢＮ、ＴｉＡｌＣｒＳｉＢＣＮＯ、ＺｒＮ、ＺｒＢ２、ＺｒＣＮ、ＣｒＳｉＢＮ、ＡｌＣｒＢＮ、ＡｌＣｒＢＯＮ等が挙げられる。
　硬質被膜層が上記第一単位層のみからなる場合（例えば、図３の場合）、上記第一単位層（すなわち、上記硬質被膜層）の厚さは０．１μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましく、０．５μｍ以上７μｍ以下であることがより好ましい。
　＜第二単位層＞
　硬質被膜層は、更に第二単位層を含むことが好ましい。第二単位層の組成は、ＴａＣ１－ｘ層の組成及び第一単位層の組成と異なることが好ましい。第二単位層は、周期表４族元素、５族元素、６族元素、アルミニウム及び珪素からなる群より選ばれる少なくとも１種の元素からなる、又は、周期表４族元素、５族元素、６族元素、アルミニウム及び珪素からなる群より選ばれる少なくとも１種の元素と、炭素、窒素、酸素及びホウ素からなる群より選ばれる少なくとも１種の元素とからなる化合物からなることが好ましい。第二単位層は、クロム、アルミニウム、チタン及び珪素からなる群より選ばれる少なくとも１種の元素、又は、クロム、アルミニウム、チタン及び珪素からなる群より選ばれる少なくとも１種の元素と、炭素、窒素、酸素及びホウ素からなる群より選ばれる少なくとも１種の元素とからなる化合物からなることがより好ましい。周期表４族元素、５族元素及び６族元素それぞれの具体例としては、上述した各元素が挙げられる。
　第二単位層に含まれる化合物としては、例えば、第一単位層に含まれる化合物として例示した上記化合物等が挙げられる。
　第一単位層及び第二単位層は、それぞれが交互に１層以上積層された多層構造を形成していることが好ましい。すなわち、図４に示されるように、硬質被膜層１３は、第一単位層１３１及び第二単位層１３２からなる多層構造を含むことが好ましい。ここで該多層構造は、第一単位層又は第二単位層のいずれの層から積層を開始してもよい。すなわち、多層構造におけるＴａＣ１－ｘ層側の界面は、第一単位層又は第二単位層のどちらで構成されていてもよい。また、多層構造におけるＴａＣ１－ｘ層側と反対側の界面は、第一単位層又は第二単位層のどちらで構成されていてもよい。
　硬質被膜層が多層構造を含む場合、硬質被膜層の厚さは０．１μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましく、０．５μｍ以上７μｍ以下であることがより好ましい。硬質被膜層が多層構造を含む場合、上記ＴａＣ１－ｘ層の厚さは、０．１μｍ以上１０μｍ以下であり、硬質被膜層の厚さは０．１μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。これによると、切削工具の耐欠損性及び耐摩耗性が向上する。
　硬質被膜層が多層構造を含む場合、第一単位層の厚さは１ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが好ましく、２ｎｍ以上２５ｎｍ以下であることがより好ましい。さらに第二単位層の厚さは１ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが好ましく、２ｎｍ以上２５ｎｍ以下であることがより好ましい。本実施形態の一態様において、硬質被膜層が多層構造を含む場合、第一単位層の厚さは１ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、且つ第二単位層の厚さは１ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが好ましい。ここで、「第一単位層の厚さ」とは、上記第一単位層の１層あたりの厚さを意味する。「第二単位層の厚さ」とは、上記第二単位層の１層あたりの厚さを意味する。
　多層構造の積層数は、硬質被膜層全体の厚さが上記範囲内となる限り、第一単位層及び第二単位層をそれぞれ１層ずつ積層させる態様が含まれるとともに、好ましくは両層をそれぞれ２０～２５００層ずつ積層させたものとすることができる。
　＜他の層＞
　本実施形態の効果を損なわない範囲において、上記被膜は、他の層を更に含んでいてもよい。上記他の層は、上記ＴａＣ１－ｘ層及び上記硬質被膜層とは組成が異なっていてもよいし、同じであってもよい。被膜における他の層の位置も特に限定されない。例えば、他の層としては、上記基材と上記ＴａＣ１－ｘ層との間に設けられている下地層、上記ＴａＣ１－ｘ層と上記硬質被膜層との間に設けられている中間層、上記硬ＴａＣ１－ｘ層の上に設けられている表面層等が挙げられる。他の層としては、例えば、ＴｉＮ層、ＴｉＷＣＮ層、ＴｉＣＮ層、ＺｒＢ２層、ＴｉＳｉＮ相、ＡｌＣｒＮ層等を挙げることができる。
　他の層の厚さは、本実施形態の効果を損なわない範囲において、特に制限はない。例えば、０．００２μｍ以上１μｍ以下が挙げられる。好ましくは、０．００３μｍ以上０．０１μｍ以下である。
　［実施形態２：切削工具の製造方法］
　本実施形態に係る切削工具の製造方法は、基材準備工程と、ＴａＣ１－ｘ層被覆工程とを含む。以下、各工程について説明する。
　＜基材準備工程＞
　基材準備工程では、上記基材を準備する。上記基材としては、上述したようにこの種の基材として従来公知のものであればいずれの基材も使用することができる。例えば、上記基材が超硬合金からなる場合、まず所定の配合組成（質量％）からなる原料粉末を市販のアトライターを用いて均一に混合する。続いてこの混合粉末を所定の形状（例えば、ＳＥＥＴ１３Ｔ３ＡＧＳＮ、ＣＮＭＧ１２０４０８Ｎ－ＥＧ等）に加圧成形する。その後、所定の焼結炉において１３００～１５００℃以下で、上述の加圧成形した混合粉末を１～２時間焼結することにより、超硬合金からなる上記基材を得ることができる。また、基材は、市販品をそのまま用いてもよい。市販品としては、例えば、住友電工ハードメタル株式会社製のＥＨ５２０（商標）が挙げられる。
　＜ＴａＣ１－ｘ層被覆工程＞
　ＴａＣ１－ｘ層被覆工程では、上記基材の表面の少なくとも一部をＴａＣ１－ｘ層（０．４０≦ｘ≦０．６０）で被覆して切削工具を得る。ここで、「基材の表面の少なくとも一部」には、切削加工時に被削材と接する部分が含まれる。該被削材と接する部分とは、例えば、基材の表面において、刃先稜線からの距離が２ｍｍ以内の領域とすることができる。
　上記基材の少なくとも一部をＴａＣ１－ｘ層で被覆する方法としては、特に制限されない。例えば、物理蒸着法（ＰＶＤ法）によってＴａＣ１－ｘ層を形成することが挙げられる。
　上記物理蒸着法としては、従来公知の物理蒸着法を特に限定することなく用いることができる。このような物理蒸着法としては、例えばスパッタリング法、イオンプレーティング法、アークイオンプレーティング法、電子イオンビーム蒸着法等を挙げることができる。特に原料元素のイオン率が高いカソードアークイオンプレーティング法又はスパッタリング法を用いると、被膜を形成する前に基材表面に対してメタルボンバードメント処理及び／又はガスイオンボンバードメント処理が可能となるため、被膜と基材との密着性が格段に向上するので好ましい。
　Ｔａは融点が高く、溶かしにくい。よって、物理的蒸着法において安定した放電を維持できず、六方晶型のＴａＣを含み、良好な膜質を有するＴａＣ層を形成することができなかった。本発明者らは鋭意検討の結果、六方晶型のＴａＣを含む良好な膜質を有するＴａＣ層を安定して作製できる方法を見出した。その方法の一例として、アークイオンプレーティング法により六方晶型の結晶構造を９５質量％以上含むＴａＣ１－ｘ層（０．４０≦ｘ≦０．６０）を形成する場合について以下に説明する。
　まずＴａＣターゲットを装置内のアーク式蒸発源にセットし、基板（基材）温度を４５０～６００℃に設定し、真空排気を行う。続いて、例えばアルゴンガス及びクリプトンガスの一方又は両方を導入し該装置内のガス圧を１．０～３．０Ｐａに設定する。そして、ＤＣ電源を介し基板に負のバイアス電圧を２００～１０００Ｖ印可して基材の表面を４０分間クリーニングする。その後、カソード電極に８０～２００Ａのアーク電流を供給し、アーク式蒸発源から金属イオン等を発生させることにより六方晶型の結晶構造を９５質量％以上含むＴａＣ１－ｘ層（０．４０≦ｘ≦０．６０）を形成することができる。このとき、ＴａＣ１－ｘ層の形成初期（膜厚が０．１μｍ以下の範囲）に基材温度を４００～４５０℃とし、基板バイアスを－５０Ｖとし、形成終了に向けて徐々に温度を４５０℃～５５０℃、基板バイアスを－６０～－７５Ｖまで上昇させる。アークイオンプレーティング法に用いる装置としては、例えば、株式会社神戸製鋼所製のＡＩＰ（商品名）が挙げられる。
　＜硬質被膜層被覆工程＞
　本実施形態に係る切削工具の製造方法は、上記ＴａＣ１－ｘ層被覆工程の前に硬質被膜層被覆工程を更に含むことが好ましい。硬質被膜層の形成方法は、特に制限なく、従来の方法を用いることが可能である。具体的には、例えば、上述したＰＶＤ法によって硬質被膜層を形成することが挙げられる。
　＜その他の工程＞
　本実施形態に係る製造方法は、上述した工程の他にも、基材と上記ＴａＣ１－ｘ層との間に下地層を形成する下地層被覆工程、上記ＴａＣ１－ｘ層と上記硬質被膜層との間に中間層を形成する中間層被覆工程及び上記ＴａＣ１－ｘ層の上に表面層を形成する表面層被覆工程を含むことができる。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、上述したＰＶＤ法によって上記他の層を形成することが挙げられる。
　更に、本実施形態に係る製造方法は、メタルボンバード処理、ピーニング処理、及び、表面処理を行う工程等を適宜含むことができる。メタルボンバード処理としては、例えば、アルゴンガス雰囲気中でＴｉカソード蒸発させ、基材表面をミキシングしてミキシング層を形成する方法が挙げられる。表面処理としては、砥粒による研磨やブラシ磨きなどが挙げられる。より具体的には、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る方法が挙げられる。上記表面処理を行う装置としては、例えば、株式会社不二製作所製のシリウスＺ等が挙げられる。
　［付記１］
　本開示の切削工具において、ＴａＣ１－ｘ層の厚さは０．１μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。
　本開示の切削工具において、ＴａＣ１－ｘ層の厚さは０．１μｍ以上７．０μｍ以下であることが好ましい。
　本開示の切削工具において、ＴａＣ１－ｘ層の厚さは、０．５μｍ以上３μｍ以下であることが好ましい。
　［付記２］
　本開示の切削工具において、被膜はＴａＣ１－ｘ層のみからなり、該被膜の厚さは、０．１μｍ以上１０μｍ以下が好ましい。
　本開示の切削工具において、被膜はＴａＣ１－ｘ層のみからなり、該被膜の厚さは、０．３μｍ以上１０μｍ以下が好ましい。
　本開示の切削工具において、被膜はＴａＣ１－ｘ層のみからなり、該被膜の厚さは、０．５μｍ以上１０μｍ以下が好ましい。
　本開示の切削工具において、被膜はＴａＣ１－ｘ層のみからなり、該被膜の厚さは、１μｍ以上６μｍ以下が好ましい。
　本開示の切削工具において、被膜はＴａＣ１－ｘ層のみからなり、該被膜の厚さは、１．５μｍ以上４μｍ以下が好ましい。
　［付記３］
　本開示の切削工具において、被膜はＴａＣ１－ｘ層及び硬質被膜層を含み、該被膜の厚さは、０．１μｍ以上２０μｍ以下が好ましい。
　本開示の切削工具において、被膜はＴａＣ１－ｘ層及び硬質被膜層を含み、該被膜の厚さは、０．１μｍ以上１７μｍ以下が好ましい。
　本開示の切削工具において、被膜はＴａＣ１－ｘ層及び硬質被膜層を含み、該被膜の厚さは、０．１μｍ以上１２μｍ以下が好ましい。
　本開示の切削工具において、被膜はＴａＣ１－ｘ層及び硬質被膜層を含み、該被膜の厚さは、０．２μｍ以上２０μｍ以下が好ましい。
　本開示の切削工具において、被膜はＴａＣ１－ｘ層及び硬質被膜層を含み、該被膜の厚さは、０．２μｍ以上１７μｍ以下が好ましい。
　本開示の切削工具において、被膜はＴａＣ１－ｘ層及び硬質被膜層を含み、該被膜の厚さは、０．２μｍ以上１２μｍ以下が好ましい。
　本開示の切削工具において、被膜はＴａＣ１－ｘ層及び硬質被膜層を含み、該ＴａＣ１－ｘ層の厚さは０．１μｍ以上１０μｍ以下であり、該硬質被膜層の厚さは０．１μｍ以上１０μｍ以下であり、該被膜の厚さは、０．２μｍ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。
　≪切削工具の作製≫
　［試料１～試料２５］
　＜基材準備工程＞
　基材として、ＪＩＳ規格Ｋ１０超硬（形状：ＪＩＳ規格ＳＥＥＴ１３Ｔ３ＡＧＳＮ－Ｌ、ＣＮＭＧ１２０４０８Ｎ－ＥＧ）を準備した。次に、上記基材をアークイオンプレーティング装置（株式会社神戸製鋼所製、商品名：ＡＩＰ）の所定の位置にセットした。
　＜ＴａＣ１－ｘ層被覆工程＞
　アークイオンプレーティング法により上記基材の上にＴａＣ１－ｘ層を形成した。具体的には以下の方法で行った。まずＴａＣターゲットを装置内のアーク式蒸発源にセットし、基板（基材）温度を４５０～６００℃に設定し、真空排気を行う。続いて、例えばアルゴンガス及びクリプトンガスの一方又は両方を導入し該装置内のガス圧を１．０～３．０Ｐａに設定する。そして、ＤＣ電源を介し基板に負のバイアス電圧を２００～１０００Ｖ印可して基材の表面を４０分間クリーニングする。その後、カソード電極に８０～２００Ａのアーク電流を供給し、アーク式蒸発源から金属イオン等を発生させることにより六方晶型の結晶構造を９５質量％以上含むＴａＣ１－ｘ層（０．４０≦ｘ≦０．６０）を形成する。このとき、ＴａＣ１－ｘ層の形成初期（膜厚が０．１μｍ以下の範囲）に基材温度を４００～４５０℃とし、基板バイアスを－５０Ｖとし、形成終了に向けて徐々に温度を４５０℃～５５０℃、基板バイアスを－６０～－７５Ｖまで上昇させる。上記の方法で、表１及び表２の「ＴａＣ１－ｘ層」の「厚さ」欄に記載の厚さまでＴａＣ１－ｘ層を形成した。アークイオンプレーティング法に用いる装置としては、株式会社神戸製鋼所製のＡＩＰ（商品名）を用いた。
　＜下地層被覆工程＞
　基材とＴａＣ１－ｘ層との間に下地層を形成した試料（試料５、試料６）については、ＴａＣ１－ｘ層被覆工程を行う前に以下の手順にて、基材の上に下地層を形成した。まず表１に記載の下地層の組成の欄における金属組成を含むターゲットをアークイオンプレーティング装置のアーク式蒸発源にセットした。次に、基材温度を６００℃及び該装置内のガス圧を１Ｐａに設定した。窒化物の下地層（試料５）の場合は、窒素ガスとアルゴンガスとの混合ガスを導入した。炭窒化物の下地層（試料６）の場合は、反応ガスとしては窒素ガスとメタンガスとアルゴンガスとの混合ガスを導入した。その後、カソード電極に１５０Ａのアーク電流を供給した。アーク電流の供給でアーク式蒸発源から金属イオン等を発生させることによって、表１の「下地層」の括弧内に記載の厚さまで下地層を形成した。
　＜硬質被膜層被覆工程＞
　基材とＴａＣ１－ｘ層との間に硬質被膜層を設けた試料（試料７～試料１３、試料１７～試料２５）については、ＴａＣ１－ｘ層被覆工程を行う前に以下の手順にて、基材の上に硬質被膜層を形成した。まず表１及び表２に記載の硬質被膜層の組成の欄における金属組成を含むターゲットをアークイオンプレーティング装置のアーク式蒸発源にセットした。次に、基材温度を５５０℃及び該装置内のガス圧を４．０Ｐａに設定した。反応ガスとしては、窒化物の硬質被膜層の場合は窒素ガスとアルゴンガスとの混合ガスを導入した。炭窒化物の硬質被膜層の場合は、反応ガスとしては窒素ガスとメタンガスとの混合ガスを導入した。酸窒化物の硬質被膜層の場合は、反応ガスとしては酸素ガスと窒素ガスとの混合ガスを導入した。その後、カソード電極に１５０Ａのアーク電流を供給した。アーク電流の供給でアーク式蒸発源から金属イオン等を発生させることによって、表１及び表２の「硬質被膜層」の括弧内に記載の厚さまで硬質被膜層を形成した。
　なお、多層構造の硬質被膜層を形成する場合は、表１及び表２において左側に記載されているものから順に第一単位層、第二単位層として目的の厚さになるまで繰り返して積層して多層構造を形成した。例えば、試料１１では、ＴｉＡｌＢＮからなる厚さ６ｎｍの第一単位層と、ＴｉＳｉＮからなる厚さ６ｎｍの第二単位層とを交互に繰り返して積層して、厚さ１．０μｍの多層構造を形成した。
　＜表面層被覆工程＞
　ＴａＣ１－ｘ層上に表面層を設けた試料（試料５、試料７、試料８、試料１１、試料１２）については、ＴａＣ１－ｘ層被覆工程後に以下の手順にて、ＴａＣ１－ｘ層の上に表面層を形成した。まず表１に記載の表面層の組成の欄における金属組成を含むターゲットをアークイオンプレーティング装置のアーク式蒸発源にセットした。次に、基材温度を５５０℃及び該装置内のガス圧を４．０Ｐａに設定した。反応ガスとしては、窒化物の表面層の場合は窒素ガスとアルゴンガスとの混合ガスを導入した。その後、カソード電極に１５０Ａのアーク電流を供給した。アーク電流の供給でアーク式蒸発源から金属イオン等を発生させることによって、表１の「表面層」の括弧内に記載の厚さまで表面層を形成した。
　［試料１－１］
　基材として、試料１と同一の基材を準備した。該基材上に、アークイオンプレーティング法により上記基材の上にＴａＣ１－ｘ層を形成した。具体的には以下の方法で行った。まずＴａＣターゲットをアークイオンプレーティング装置のアーク式蒸発源にセットした。次に、基材温度を３８０℃及び該装置内のガス圧を１．５Ｐａに設定した。上記ガスとしては、アルゴンガスを導入した。そして、基板バイアス電圧を－５５Ｖに維持したまま、カソード電極に１２０Ａのアーク電流を供給した。アーク電流の供給でアーク式蒸発源から金属イオン等を発生させることにより、ＴａＣ１－ｘ層を形成して切削工具を得た。
　［試料１－２］
　基材として、試料１と同一の基材を準備した。該基材上に、アークイオンプレーティング法により上記基材の上にＴａＣ１－ｘ層を形成した。具体的には以下の方法で行った。まずＴａＣターゲットをアークイオンプレーティング装置のアーク式蒸発源にセットした。次に、基材温度を６１０℃及び該装置内のガス圧を０．８Ｐａに設定した。上記ガスとしては、アルゴンガスを導入した。そして、基板バイアス電圧を－４３Ｖに維持したまま、カソード電極に１２０Ａのアーク電流を供給した。アーク電流の供給でアーク式蒸発源から金属イオン等を発生させることにより、ＴａＣ１－ｘ層を形成して切削工具を得た。
　［試料１－３］
　基材として、試料１と同一の基材を準備した。該基材上に、特許文献１に記載の方法でＷＣ０．５６層を形成して切削工具を得た。
　［試料１－４］
　基材として、試料１と同一の基材を準備した。該基材上に、ＴｉＮ層（下地層）及びＡｌＴｉＮ層を前記の順で形成した。ＴｉＮ層は試料５と同一の方法で形成した。ＡｌＴｉＮ層は試料１２の第一単位層と同一の方法で形成した。
　［試料１－５］
　基材として、試料１と同一の基材を準備した。該基材上に、アークイオンプレーティング法により上記基材の上にＴａＣ１－ｘ層を形成した。具体的には以下の方法で行った。まずＴａＣターゲットをアークイオンプレーティング装置のアーク式蒸発源にセットした。次に、基材温度を４２０℃及び該装置内のガス圧を１Ｐａに設定した。上記ガスとしては、アルゴンガスを導入した。そして、基板バイアス電圧を－６９Ｖに維持したまま、カソード電極に１２０Ａのアーク電流を供給した。アーク電流の供給でアーク式蒸発源から金属イオン等を発生させることにより、ＴａＣ１－ｘ層を形成して切削工具を得た。
　≪切削工具の特性評価≫
　上述のようにして作製した各試料のＴａＣ１－ｘ層について、組成ｘ、結晶構造、六方晶のＴａＣ１－ｘの含有率、遊離炭素の有無、及び、硬度を測定した。具体的な測定方法は実施形態１に記載されているため、その説明は繰り返さない。結果を表１及び表２の「ＴａＣ１－ｘ層」の「組成ｘ」、「結晶構造」、「立方晶含有率（質量％）」「遊離炭素」及び「硬度（ｍｇｆ／μｍ２）」欄に示す。表１及び表２の「結晶構造」欄の「六方晶＋立方晶」という表記は、ＴａＣ１－ｘ層中に六方晶のＴａＣ１－ｘと立方晶のＴａＣ１－ｘとが混在していたことを示す。例えば、試料１６では、六方晶のＴａＣ１－ｘが９５質量％存在し、残り（５質量％）が立方晶のＴａＣ１－ｘであることを示す。表１及び表２の「遊離炭素」の欄における「無」との表記は、ＴａＣ１－ｘ層中に遊離炭素が含まれていないことを示し、「有」との表記は、ＴａＣ１－ｘ層中に遊離炭素が含まれていること示す。
　ＴａＣ１－ｘ層、下地層、硬質被膜層（第一単位層、第二単位層）及び被膜の厚さを測定した。具体的な測定方法は実施形態１に記載されているため、その説明は繰り返さない。結果を表１及び表２に示す。表１及び表２中、「下地層」及び「硬質被膜層」における「－」との表記は、該当する層が被膜中に存在しないことを示す。また、「硬質被膜層」における「ＴｉＡｌＢＮ（６ｎｍ）／ＴｉＳｉＮ（６ｎｍ）多層構造（１．０μｍ）」等の表記は、硬質被膜層が、厚さ６ｎｍのＴｉＡｌＢＮ層（第一単位層）と厚さ６ｎｍのＴｉＳｉＮ層（第二単位層）とを交互に積層した多層構造（合計厚み１．０μｍ）により形成されていることを示している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　≪切削試験１≫
　上述のようにして作製した各試料の切削工具を用いて、以下の切削条件により切削工具が欠損するまでの切削時間を測定し、当該切削工具の耐欠損性を評価した。以下の切削条件は、高速高能率加工に該当する。結果を表１及び表２に示す。切削時間が長いほど耐欠損性が優れていることを示す。
（耐欠損性試験（正面フライス加工試験）の切削条件）
インサート：ＳＥＥＴ１３Ｔ３ＡＧＳＮ－Ｌ
被削材（材質）：Ｔｉ－６Ａｌ－４Ｖ
速度　　　　　：７０ｍ／ｍｉｎ
送り　　　　　：０．１ｍｍ／刃
切り込み　　　：切込み深さ：５ｍｍ、径方向切込み：１０ｍｍ
　≪切削試験２≫
　上述のようにして作製した各試料の切削工具を用いて、以下の切削条件により切削試験を行い、当該切削工具の耐摩耗性を評価した。以下の切削条件は、高速高能率加工に該当する。結果を表１及び表２に示す。切削時間が長いほど耐摩耗性が優れていることを示す。
（耐摩耗性試験（外径旋削試験）の切削条件）
インサート：ＣＮＭＧ１２０４０８Ｎ－ＥＧ
被削材（材質）：Ｔｉ－６Ａｌ－４Ｖ
速度　　　　　：１４０ｍ／ｍｉｎ
送り　　　　　：０．１５ｍｍ／刃
切り込み　　　：切込み深さ：０．８ｍｍ
寿命判定基準：逃げ面摩耗が０．２ｍｍを超える時間
　上記切削試験の結果から、実施例に該当する試料１～試料２５の切削工具は、比較例に該当する試料１－１～試料１－５の切削工具に比べて、高速高能率加工においても、耐欠損性及び耐摩耗性に優れており、工具寿命も長いことが確認された。このことから、実施例に該当する試料１～試料２３の切削工具は、負荷の高い高速、高能率加工の用途、特に耐欠損性及び耐摩耗性が必要とされる用途に向いていることが示唆された。
　以上のように本発明の実施形態および実施例について説明を行なったが、上述の各実施形態およ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　すくい面、２　逃げ面、３　刃先稜線部、４　被膜、１０　切削工具、１１　基材、１２　ＴａＣ１－ｘ層、１３　硬質被膜層、１３１　第一単位層、１３２　第二単位層

Claims (11)

  1. 　基材と、前記基材上に配置された被膜と、を備える切削工具であって、
    　前記被膜は、ＴａＣ１－ｘで示される化合物からなるＴａＣ１－ｘ層を含み、
    　前記ｘは、０．４０以上０．６０以下であり、
    　前記ＴａＣ１－ｘで示される化合物は、六方晶型の結晶構造を９５質量％以上含む、切削工具。
  2. 　前記ＴａＣ１－ｘ層は、遊離炭素を含まない、請求項１に記載の切削工具。
  3. 　前記ＴａＣ１－ｘ層の膜硬度は、２７００ｍｇｆ／μｍ２以上４２００ｍｇｆ／μｍ２以下である、請求項１又は請求項２のいずれか１項に記載の切削工具。
  4. 　前記ＴａＣ１－ｘ層は、前記基材に接している、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. 　前記被膜は、前記基材と前記ＴａＣ１－ｘ層との間に配置された硬質被膜層を更に含み、
    　前記硬質被膜層は、第一単位層を含み、
    　前記第一単位層の組成は、前記ＴａＣ１－ｘ層の組成と異なり、
    　前記第一単位層は、周期表４族元素、５族元素、６族元素、アルミニウム及び珪素からなる群より選ばれる少なくとも１種の元素からなる、又は、周期表４族元素、５族元素、６族元素、アルミニウム及び珪素からなる群より選ばれる少なくとも１種の元素と、炭素、窒素、酸素及びホウ素からなる群より選ばれる少なくとも１種の元素とからなる化合物からなる、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。
  6. 　前記硬質被膜層は、前記第一単位層からなり、
    　前記第一単位層の厚さは、０．１μｍ以上１０μｍ以下である、請求項５に記載の切削工具。
  7. 　前記硬質被膜層は、更に第二単位層を含み、
    　前記第二単位層の組成は、前記ＴａＣ１－ｘ層の組成及び前記第一単位層の組成と異なり、
    　前記第二単位層は、周期表４族元素、５族元素、６族元素、アルミニウム及び珪素からなる群より選ばれる少なくとも１種の元素からなる、又は、周期表４族元素、５族元素、６族元素、アルミニウム及び珪素からなる群より選ばれる少なくとも１種の元素と、炭素、窒素、酸素及びホウ素からなる群より選ばれる少なくとも１種の元素とからなる化合物からなり、
    　前記第一単位層及び前記第二単位層は、それぞれが交互に１層以上積層された多層構造を形成している、請求項５に記載の切削工具。
  8. 　前記第一単位層の厚さは、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、
    　前記第二単位層の厚さは、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下である、請求項７に記載の切削工具。
  9. 　前記ＴａＣ１－ｘ層の厚さは、０．１μｍ以上１０μｍ以下であり、
    　前記硬質被膜層の厚さは、０．１μｍ以上１０μｍ以下である、請求項７又は請求項８に記載の切削工具。
  10. 　前記被膜の厚さは、０．２μｍ以上２０μｍ以下である、請求項９に記載の切削工具。
  11. 　前記基材は、超硬合金、サーメット、高速度鋼、セラミックス、ｃＢＮ焼結体及びダイヤモンド焼結体からなる群より選ばれる少なくとも１種を含む、請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の切削工具。
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