WO2023162685A1 - 被覆工具および切削工具 - Google Patents

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WO2023162685A1
WO2023162685A1 PCT/JP2023/004059 JP2023004059W WO2023162685A1 WO 2023162685 A1 WO2023162685 A1 WO 2023162685A1 JP 2023004059 W JP2023004059 W JP 2023004059W WO 2023162685 A1 WO2023162685 A1 WO 2023162685A1
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WO
WIPO (PCT)
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wear
layer
coated tool
resistant layer
coating layer
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/004059
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
涼馬 野見山
Original Assignee
京セラ株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by 京セラ株式会社 filed Critical 京セラ株式会社
Publication of WO2023162685A1 publication Critical patent/WO2023162685A1/ja

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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 coated tools and cutting tools.
  • a coated tool includes a substrate and a coating layer located on the surface of the substrate.
  • the coating layer comprises at least one element selected from periodic table 4a, 5a, 6a group elements, Al, Si, B, Y and Mn, and at least one element selected from C and N and
  • the difference between the maximum and minimum values of reflectance of the coating layer in the wavelength range of 400 nm to 1500 nm is 15% or less of the maximum value.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an example of a coated tool according to an embodiment
  • FIG. FIG. 2 is a side cross-sectional view showing an example of the coated tool according to the embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic enlarged view of a corner portion of a tip body according to a reference example.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing an example of a coating layer according to the embodiment;
  • FIG. 5 is a front view showing an example of the cutting tool according to the embodiment;
  • FIG. 6 is a graph showing the results of reflectance measurement of a coated tool according to a comparative example.
  • FIG. 7 is a graph showing reflectance measurement results of the coated tool according to the embodiment.
  • FIG. 8 is a graph showing changes in reflectance before and after using a coated tool according to a comparative example.
  • FIG. 9 is a graph showing changes in reflectance before and after using the coated tool according to the example.
  • FIG. 10 is a graph showing the correlation between the crystallite diameter on the (200) plane of the wear-resistant layer and the amount of primary boundary wear.
  • FIG. 11 is a graph showing the correlation between the Vickers hardness of the wear-resistant layer and the amount of secondary boundary wear.
  • FIG. 12 is a graph showing the correlation between the Ti ratio (a) of the wear-resistant layer and the amount of primary boundary wear.
  • FIG. 13 is a graph showing the correlation between the Al ratio (b) of the wear-resistant layer and the amount of primary boundary wear.
  • FIG. 14 is a graph showing the correlation between the Cr ratio (c) of the wear-resistant layer and the amount of primary boundary wear.
  • FIG. 10 is a graph showing the correlation between the crystallite diameter on the (200) plane of the wear-resistant layer and the amount of primary boundary wear.
  • FIG. 11 is a graph showing the correlation between the Vickers hardness of the wear-resistant layer and
  • FIG. 15 is a graph showing the correlation between the peeling load and the amount of secondary boundary wear.
  • FIG. 16 is a graph showing the correlation between the Ti ratio (x) of the adhesion layer and the peel load.
  • FIG. 17 is a graph showing the correlation between the Al ratio (y) of the adhesion layer and the peeling load.
  • FIG. 18 is a graph showing the correlation between the Ti ratio (x) of the adhesion layer and the secondary boundary wear amount.
  • FIG. 19 is a graph showing the correlation between the Al ratio (y) of the adhesion layer and the secondary boundary wear amount.
  • FIG. 20 is a graph showing the correlation between the Ti ratio (e) of the intermediate layer and the crater wear depth.
  • FIG. 21 is a graph showing the correlation between the Al ratio (f) of the intermediate layer and the crater wear depth.
  • FIG. 22 is an image showing the cutting edge state of three coated tools having different film configurations after a cutting test.
  • FIG. 23 is an image showing the state of cutting edges of eight coated tools having different adhesion layer compositions after a cutting test.
  • FIG. 24 is an image showing the state of cutting edges of seven coated tools having different compositions of the wear-resistant layer after the cutting test.
  • FIG. 25 is a graph showing the relationship between the thickness of the wear-resistant layer and the amount of abrasive wear.
  • FIG. 26 is a graph showing the relationship between the film formation time of the adhesion layer and various wear amounts.
  • FIG. 27 is a graph showing the relationship between the film formation time of the adhesive layer and the number of impacts until it is damaged.
  • FIG. 28 is an image of the state of the cutting edge after the cutting test of the sample having the intermediate layer taken from the direction perpendicular to the rake face.
  • FIG. 29 is an image of the state of the cutting edge after the cutting test of the sample having no intermediate layer taken from the direction perpendicular to the rake face.
  • FIG. 30 is a table summarizing the film thicknesses of the intermediate layer and the wear-resistant layer of five samples having different film thickness ratios of the intermediate layer and the wear-resistant layer, and an image showing the cutting edge state after the cutting test.
  • the conventional technology described above has room for further improvement in terms of facilitating the detection of damaged parts. Therefore, it is expected to provide a coated tool and a cutting tool that can easily detect the damaged portion.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an example of a coated tool according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a sectional side view which shows an example of the coated tool which concerns on embodiment.
  • the coated tool 1 according to the embodiment has a tip body 2.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an example of a coated tool according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a sectional side view which shows an example of the coated tool which concerns on embodiment.
  • the coated tool 1 according to the embodiment has a tip body 2.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an example of a coated tool according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a sectional side view which shows an example of the coated tool which concerns on embodiment.
  • the coated tool 1 according to the embodiment has a tip body 2.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an example of a coated tool according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a sectional side view which shows an example of the coated tool which concerns on embodiment.
  • the coated tool 1 according to the embodiment has a tip body 2.
  • Chip body 2 has, for example, a hexahedral shape in which the upper and lower surfaces (surfaces intersecting the Z-axis shown in FIG. 1) are parallelograms.
  • One corner portion 201 of the tip body 2 functions as a cutting edge portion.
  • the cutting edge has a first surface (eg, top surface) and a second surface (eg, side surface) contiguous with the first surface.
  • the first surface functions as a "rake surface” for scooping chips generated by cutting
  • the second surface functions as a "flank surface”.
  • a cutting edge is positioned on at least a part of the ridge line where the first surface and the second surface intersect, and the coated tool 1 cuts the work material by bringing the cutting edge into contact with the work material.
  • a through hole 5 penetrating vertically through the chip body 2 is located in the center of the chip body 2 .
  • a screw 75 for attaching the coated tool 1 to a holder 70 described later is inserted into the through hole 5 (see FIG. 5).
  • the chip body 2 has a substrate 10 and a coating layer 20. As shown in FIG. 2, the chip body 2 has a substrate 10 and a coating layer 20. As shown in FIG.
  • the substrate 10 is made of cemented carbide. Specifically, the substrate 10 contains a hard phase containing at least WC (tungsten carbide) and a metallic bonding phase containing an iron group element such as Ni (nickel) or Co (cobalt). As an example, the substrate 10 is made of a WC-based cemented carbide in which hard particles of WC are used as hard phase components and Co is the main component of the binder phase.
  • WC tungsten carbide
  • Co cobalt
  • the substrate 10 is made of a WC-based cemented carbide in which hard particles of WC are used as hard phase components and Co is the main component of the binder phase.
  • the coating layer 20 is coated on the substrate 10 for the purpose of improving wear resistance, heat resistance, etc. of the substrate 10, for example.
  • the coating layer 20 covers the substrate 10 entirely.
  • the coating layer 20 may be positioned at least on the substrate 10 .
  • the first surface here, the upper surface
  • the coating layer 20 has high wear resistance and heat resistance.
  • the second surface here, side surface
  • the coating layer 20 contains at least one element selected from periodic table 4a, 5a, 6a group elements, Al, Si, B, Y and Mn, and at least one element selected from C and N. element.
  • the difference between the maximum value and the minimum value of the reflectance of the coating layer 20 in the wavelength range of 400 nm or more and 1500 nm or less may be 15% or less of the maximum value.
  • the reflectance of the coating layer 20 can be adjusted, for example, by adjusting the composition of the coating layer 20 or adjusting the film forming conditions of the coating layer 20 to set the surface roughness. Not limited to this, the reflectance of the coating layer 20 may be adjusted by any method as long as the difference between the maximum value and the minimum value of the reflectance of the coating layer 20 can be 15% or less of the maximum value. do not have.
  • Such a coated tool 1 has little change in reflectance with respect to changes in wavelength.
  • the coated tool 1 since the change in reflectance with respect to the change in wavelength is small, it is possible to detect the damaged part with high accuracy using a multispectral camera, a hyperspectral camera, or the like. .
  • the coated tool 1 according to the embodiment it is possible to easily detect a portion exhibiting a reflectance different from that of a normal portion as a damaged portion. Therefore, according to the coated tool 1 according to the embodiment, it is possible to detect the damaged part using an RGB image captured by a CCD (Charge Coupled Device) camera or the like.
  • CCD Charge Coupled Device
  • the coating tool 1 not only an expensive imaging device such as a multispectral camera or a hyperspectral camera, but also a relatively inexpensive imaging device such as a CCD camera can be used to easily remove the damaged part. can be detected. That is, the cost required for detecting damaged parts can be kept low.
  • the difference ⁇ 1 between the maximum value R11 and the minimum value R12 of the reflectance of the coating layer 20 in the wavelength range of 400 nm or more and 1500 nm or less is 10% or less of the maximum value R11.
  • the difference ⁇ 1 may be 8% or less of the maximum value R11.
  • the difference ⁇ 2 between the maximum value R21 and the minimum value R22 of the reflectance of the coating layer 20 in the wavelength range of 400 nm or more and 800 nm or less in the wavelength range of 400 nm or more and 1500 nm or less. may be smaller than the difference ⁇ 3 between the maximum value R31 and the minimum value R32 of the reflectance of the coating layer 20 in the wavelength range of more than 800 nm and less than or equal to 1500 nm.
  • the wavelength range of 400 nm to 1500 nm is the so-called visible light region, so it is possible to detect the damaged part by visual inspection of the image. If the difference .delta.2 in the visible light region is relatively small, it becomes easier to visually detect the damaged portion.
  • the difference ⁇ 3 between the maximum value R31 and the minimum value R32 of the reflectance of the coating layer 20 in the wavelength range of more than 800 nm and less than or equal to 1500 nm in the wavelength range of 400 nm or more and 1500 nm or less is It may be 20% or less of the maximum value R31.
  • the wavelength range of 400 nm or more and 1500 nm or less is the so-called infrared region, so visual detection is difficult, and detection processing using a computer is performed, or a visible image A conversion process using a computer is required.
  • the above detection process and conversion process are performed. In any case, complicated condition setting is not necessary, so detection accuracy can be easily improved.
  • the reflectance of the coating layer 20 in the wavelength range of 400 nm or more and 1500 nm or less may be greater after use than before use of the coated tool 1 .
  • the reflectance before use is the reflectance of the coated tool 1 before the coated tool 1 is used for cutting a work material.
  • the reflectance after use is the reflectance of the coated tool 1 after the coated tool 1 is used for cutting a work material.
  • "after use” means a state in which the coated tool 1 has been used to the extent that replacement of the coated tool 1 is required.
  • the coated tool 1 according to the embodiment has a reflectance change before and after use, it is possible to easily determine whether or not the tool has been used.
  • the coating layer 20 may include an adhesion layer in contact with the substrate 10 and a wear-resistant layer.
  • the wear-resistant layer may be a single layer.
  • the coating layer 20 having a wear-resistant layer composed of a single layer has a reflectance with respect to a change in wavelength compared to a coating layer having a wear-resistant layer in which nano-sized layers are laminated, for example. Little fluctuation.
  • the "laminated wear-resistant layer” is intended to have a structure in which tens to hundreds of layers each having a nano-sized thickness are laminated.
  • a single layer in the "wear-resistant layer” refers to a structure having a thickness of several hundred nanometers or more.
  • FIG. 3 is a schematic enlarged view of a corner portion 201X in a chip body 2X according to a reference example.
  • primary boundary wear D1, secondary boundary wear D2, abrasive wear D3 and crater wear D4 may occur on the tip body 2X.
  • Primary boundary wear D1, secondary boundary wear D2, and abrasive wear D3 are wear occurring on the flank face.
  • Crater wear D4 is wear that occurs on the rake face.
  • Abrasive wear D3 is wear in which the surface of the tip body 2X is scraped off by foreign matter interposed between the tip body 2X and the work material. Abrasive wear D3 may cause an increase in cutting resistance and cutting heat.
  • the primary boundary wear D1 and the secondary boundary wear D2 are wear that occurs at both ends of the abrasive wear D3, that is, at the notch boundary.
  • the primary boundary is the boundary that contacts the work surface of the work material.
  • the secondary boundary is the boundary that contacts the finished surface of the workpiece.
  • the primary boundary wear D1 may cause burrs in the work material.
  • the secondary notch wear D2 may deteriorate the finished surface of the work material or change the dimensions of the work material.
  • the crater wear D4 is wear that occurs when the tip body 2X is heated to a high temperature and the surface is oxidized, resulting in the generation of relatively soft oxides.
  • the crater wear D4 may deteriorate the chip disposability.
  • the coated tool 1 according to the embodiment can suitably suppress these types of damage by devising the configuration of the coating layer 20 that covers the tip body 2 .
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing an example of the coating layer 20 according to the embodiment.
  • the coating layer 20 has an adhesion layer 21, an intermediate layer 22, and a wear-resistant layer 23.
  • the adhesion layer 21 is a layer in contact with the substrate 10 .
  • the intermediate layer 22 is located on the surface of the adhesion layer 21 .
  • the wear-resistant layer 23 is located on the surface of the intermediate layer 22 . That is, the adhesion layer 21 , the intermediate layer 22 and the abrasion resistant layer 23 are laminated in the order of the adhesion layer 21 , the intermediate layer 22 and the abrasion resistant layer 23 from the layer closest to the surface of the substrate 10 .
  • the adhesion layer 21 is an alloy layer containing TixAlyMz .
  • the adhesion layer 21 may be TiAlWNbSi. Also, z may be zero. That is, the adhesion layer 21 does not necessarily need to contain M. In this case, the adhesion layer 21 may be TiAl, for example.
  • the wear-resistant layer 23 contains TiaAlbCrcMd and at least one nonmetal selected from carbon , nitrogen and oxygen .
  • M is at least one metal selected from Groups 4a, 5a, and 6a of the Periodic Table (excluding Cr) and Si.
  • the wear resistant layer 23 may be TiAlCrWNbSiN.
  • 0 may be sufficient as d. That is, the wear-resistant layer 23 does not necessarily need to contain M.
  • the wear-resistant layer 23 may be TiAlCrN, for example.
  • the coated tool 1 according to the embodiment can suitably suppress boundary wear by having the adhesion layer 21 and the wear-resistant layer 23 having the above compositions.
  • the film adhesion and the film's plastic deformation resistance are factors that contribute to the suppression of boundary damage.
  • the adhesion layer 21 according to the embodiment has a high affinity with the substrate 10 which is a cemented carbide.
  • the wear-resistant layer 23 having the above composition has a small crystallite diameter, the coating layer 20 having such a wear-resistant layer 23 has high resistance to plastic deformation.
  • the coating layer 20 having the adhesion layer 21 and the wear-resistant layer 23 can preferably suppress boundary wear.
  • the adhesion layer 21 according to the embodiment is effective in suppressing the secondary boundary wear D2
  • the wear-resistant layer 23 according to the embodiment is effective in suppressing the primary boundary wear D1.
  • the intermediate layer 22 contains TieAlfMg and at least one non - metal selected from carbon, nitrogen and oxygen.
  • M is at least one metal selected from Groups 4a, 5a, and 6a of the Periodic Table (excluding Cr) and Si.
  • Such an intermediate layer 22 has high oxidation resistance. Therefore, the coated tool 1 having such an intermediate layer 22 can suitably suppress the crater wear D4.
  • intermediate layer 22 may be TiAlWNbSiN.
  • 0 may be sufficient as g. That is, the intermediate layer 22 does not necessarily contain M.
  • the intermediate layer 22 may be TiAlN, for example.
  • the ratio of metal components in the intermediate layer 22 can be identified by analysis using, for example, an EDS (energy dispersive X-ray spectrometer) attached to a STEM (scanning transmission electron microscope).
  • EDS energy dispersive X-ray spectrometer
  • STEM scanning transmission electron microscope
  • the ratio of metal components in the adhesion layer 21 and the wear-resistant layer 23 may also be specified by EDS analysis.
  • the intermediate layer 22 may be deposited using an arc ion plating method (AIP method).
  • AIP method is a method of forming a metal nitride film by evaporating a target metal using arc discharge in a vacuum atmosphere and combining it with N2 gas.
  • the bias voltage applied to the substrate 10, which is the object to be coated may be -30 V or less.
  • the wear-resistant layer 23 may also be formed by the AIP method.
  • the coating layer 20 is composed of the adhesion layer 21, the intermediate layer 22 and the wear-resistant layer 23 is shown, but the coating layer 20 does not necessarily include the intermediate layer 22.
  • the coated tool 1 has a coating layer consisting of an adhesion layer 21 positioned on the surface of the substrate 10 and a wear-resistant layer 23 positioned on the surface of the adhesion layer 21. 20.
  • the thickness of the coating layer 20 may be 2.5 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less.
  • wear resistance resistance to abrasive wear
  • chipping of the coating layer 20 is less likely to occur. Therefore, the coated tool 1 having the coating layer 20 with a film thickness of 2.5 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less is excellent in wear resistance and chipping resistance.
  • the thickness of the adhesion layer 21 may be 2 nm or more and 8 nm or less.
  • the thickness of the adhesion layer 21 is 2 nm or more, it is easy to obtain the effect of improving film adhesion by the adhesion layer 21 . In addition, abnormal damage is less likely to occur because film formation unevenness is less likely to occur.
  • the thickness of the adhesion layer 21 is 8 nm or less, the influence of the relatively soft adhesion layer 21 on the plastic deformation of the covering layer 20 becomes small, so that the covering layer 20 is less likely to break. Therefore, the coated tool 1 having the coating layer 20 including the adhesion layer 21 with a film thickness of 2 nm or more and 8 nm or less can further suppress boundary damage.
  • the crystallite diameter of the wear-resistant layer 23 may be 200 ⁇ or less. With such a configuration, the plastic deformation resistance of the coating layer 20 is improved and the coating layer 20 is less likely to be destroyed, so boundary damage can be further suppressed.
  • the crystallite diameter of the wear-resistant layer 23 can be controlled by the composition of the wear-resistant layer 23.
  • the crystallite diameter of the wear-resistant layer 23 can be controlled by the film formation conditions of the wear-resistant layer 23 (bias voltage in physical vapor deposition, etc.).
  • the Vickers hardness of the wear-resistant layer 23 may be 28 GPa or more.
  • the secondary notch wear D2 is generated, for example, by cutting a work-hardened portion with an extremely low depth of cut. Therefore, by setting the hardness of the coating layer 20 to 28 GPa or more, the secondary boundary wear D2 can be suitably suppressed even when cutting a work material that easily causes work hardening.
  • the thickness of the intermediate layer 22 may be smaller than the thickness of the wear-resistant layer 23.
  • the intermediate layer 22 is made thinner than the wear-resistant layer 23, the effect of the wear-resistant layer 23 for suppressing boundary damage is less likely to diminish. Therefore, by making the thickness of the intermediate layer 22 smaller than the thickness of the wear-resistant layer 23, the boundary damage can be suitably suppressed.
  • the coating layer 20 can be placed on the substrate 10 by using, for example, physical vapor deposition (PVD) methods.
  • PVD physical vapor deposition
  • the coating layer 20 is formed using the vapor deposition method described above while the substrate 10 is held by the inner peripheral surface of the through hole 5, the entire surface of the substrate 10 excluding the inner peripheral surface of the through hole 5 is covered.
  • the covering layer 20 can be positioned as follows.
  • FIG. 5 is a front view showing an example of the cutting tool according to the embodiment.
  • the cutting tool 100 has a coated tool 1 and a holder 70 for fixing the coated tool 1.
  • the holder 70 is a rod-shaped member extending from a first end (upper end in FIG. 5) toward a second end (lower end in FIG. 5).
  • the holder 70 is made of steel or cast iron, for example. Especially when steel is used in these members, the toughness of the holder 70 is high.
  • the holder 70 has a pocket 73 at the end on the first end side.
  • the pocket 73 is a portion to which the coated tool 1 is attached, and has a seating surface that intersects with the rotational direction of the work material and a restraining side surface that is inclined with respect to the seating surface.
  • the seating surface is provided with screw holes into which screws 75, which will be described later, are screwed.
  • the coated tool 1 is positioned in the pocket 73 of the holder 70 and attached to the holder 70 with screws 75 . That is, the screw 75 is inserted into the through hole 5 of the coated tool 1, and the tip of the screw 75 is inserted into the screw hole formed in the seating surface of the pocket 73 to screw the screw portions together. Thereby, the coated tool 1 is attached to the holder 70 so that the cutting edge portion protrudes outward from the holder 70 .
  • the embodiment exemplifies a cutting tool used for so-called turning.
  • Turning includes, for example, inner diameter machining, outer diameter machining, and grooving.
  • the cutting tools are not limited to those used for turning.
  • the coated tool 1 may be used as a cutting tool used for milling.
  • cutting tools used for milling include flat milling cutters, face milling cutters, side milling cutters, grooving milling cutters, single-blade end mills, multiple-blade end mills, tapered blade end mills, ball end mills, and the like. .
  • the coating layer may be formed, for example, by physical vapor deposition.
  • physical vapor deposition include ion plating and sputtering.
  • the coating layer when the coating layer is produced by the ion plating method, the coating layer can be produced by the following method.
  • each metal target of Ti, Al, M (where M is at least one metal selected from Groups 4a, 5a, 6a of the periodic table, and Si), or a composite alloy target Or prepare a sintered body target.
  • the above target which is a metal source
  • the above target which is a metal source
  • the ionized metal is vapor-deposited on the surface of the substrate.
  • the adhesion layer can be formed by the above procedure.
  • the composition of the adhesion layer can be adjusted by independently controlling the voltage and current values during arc discharge and glow discharge applied to various metal targets for each target.
  • the composition of the adhesion layer can also be adjusted by controlling the composition of the metal target, the coating time, and the atmospheric gas pressure.
  • the thickness of the adhesion layer can be adjusted, for example, by controlling the coating time.
  • each metal target of Ti, Al, Cr, M (where M is at least one metal selected from Groups 4a, 5a, 6a of the periodic table (excluding Cr) and Si), Alternatively, a compounded alloy target or sintered body target is prepared.
  • the target which is a metal source
  • the target is vaporized and ionized by arc discharge, glow discharge, or the like.
  • the ionized metal is reacted with nitrogen (N 2 ) gas or the like and deposited on the surface of the substrate.
  • the wear-resistant layer can be formed by the above procedure.
  • the composition of the wear-resistant layer can be adjusted by independently controlling the voltage and current values during arc discharge and glow discharge applied to various metal targets for each target.
  • the composition of the wear-resistant layer can also be adjusted by controlling the composition of the metal target, the coating time, and the atmospheric gas pressure.
  • the thickness of the wear-resistant layer can be adjusted, for example, by controlling the coating time.
  • a hardened alloy target or a sintered body target is prepared.
  • the target which is a metal source
  • the target is vaporized and ionized by arc discharge, glow discharge, or the like.
  • the ionized metal is reacted with nitrogen (N 2 ) gas or the like and deposited on the surface of the substrate.
  • the intermediate layer can be formed by the above procedure.
  • the composition of the intermediate layer can be adjusted by independently controlling the voltage and current values during arc discharge and glow discharge applied to various metal targets for each target.
  • the composition of the intermediate layer can also be adjusted by controlling the composition of the metal target, the coating time, and the atmospheric gas pressure.
  • the thickness of the intermediate layer can be adjusted, for example, by controlling the coating time.
  • TiAlNbWSi specifically, an adhesion layer made of Al 49 Ti 46 W 2 Nb 2 Si 1 , TiAlWNbSiN, specifically, an intermediate layer made of Al 49 Ti 46 W 2 Nb 2 Si 1 N, and TiAlCrWNbSiN, specifically measured reflectance under the following conditions for the coated tool according to the example having a single wear-resistant layer made of Al59.5Ti23Cr15W1Nb1Si0.5N .
  • the reflectance was measured under the same conditions for a coated tool having a wear-resistant layer in which two layers with different compositions were alternately laminated.
  • composition of each layer in the wear-resistant layer in which two layers are alternately laminated is AlCrN and AlTiWNbSiN, respectively.
  • Other configurations of the coated tool according to the comparative example are the same as those of the coated tool according to the example.
  • Wavelength range 200 nm or more and 2500 nm or less
  • Measuring device UV-visible near-infrared spectrophotometer V-670 manufactured by JASCO Corporation Measurement method: Total reflectance measurement method
  • Reflectance calculation method Relative reflectance measurement
  • FIG. 6 is a graph showing the results of reflectance measurement of a coated tool according to a comparative example.
  • FIG. 7 is a graph which shows the result of the reflectance measurement of the coated tool which concerns on embodiment.
  • the horizontal axis of the graphs shown in FIGS. 6 and 7 is wavelength (nm), and the vertical axis is reflectance (%).
  • the coated tool according to the comparative example greatly fluctuates in reflectance with respect to changes in wavelength. Specifically, in the wavelength range of 400 nm or more and 1500 nm or less, the maximum value of reflectance is 26.9% and the minimum value is 7.3%, and the difference 19.6% (19.6 points) is It was about 72.9% of the maximum value.
  • the coated tool according to the example has a very small change in reflectance with respect to the change in wavelength compared to the coated tool according to the comparative example. Specifically, in the wavelength range of 400 nm or more and 1500 nm or less, the maximum value of reflectance is 24.6% and the minimum value is 22.9%, and the difference of 1.7% (1.7 points) is It was about 6.9% of the maximum value.
  • coated tools according to the examples and the coated tools according to the comparative example were measured for reflectance after being used under the cutting conditions shown below.
  • the conditions of use are as follows.
  • the reflectance measurement conditions are the same as the reflectance measurement conditions before use described above.
  • FIG. 8 is a graph showing changes in reflectance before and after using a coated tool according to a comparative example.
  • FIG. 9 is a graph showing changes in reflectance before and after using the coated tool according to the example.
  • the reflectance before use is indicated by a dashed line
  • the reflectance after use is indicated by a solid line.
  • the results of reflectance after use shown in FIGS. 8 and 9 are the same as the results shown in FIGS.
  • the coated tool according to the comparative example has a relatively small change in reflectance before and after use, while the coated tool according to the example has a lower reflectance than the coated tool according to the comparative example. Therefore, it can be seen that the change in reflectance before and after use is large.
  • the reflectance after use is higher than the reflectance before use in the range of 400 nm or more and 1500 nm or less.
  • the range of the maximum and minimum values of the reflectance before use and the range of the maximum and minimum values of the reflectance after use overlap each other in the range of 400 nm or more and 1500 nm or less. not. As is clear from this result, it is possible to easily determine whether or not the coated tool according to the example has been used.
  • the coated tool according to the example can easily detect a portion exhibiting a reflectance different from that of a normal portion as a damaged portion.
  • composition of wear-resistant layer For a coating layer having a wear-resistant layer having a composition of TiaAlbCrcMd , an adhesion layer having a composition of TixAlyMz , and an intermediate layer having a composition of TieAlfMg , A plurality of samples (samples No. 1 to No. 15) having different composition ratios (a to d) of the wear-resistant layer were produced. Sample no. 1 to No. Table 1 shows the composition ratios (a to d) of the wear-resistant layer and the composition of M in No. 15. Sample no. 1 to No. The composition of the adhesion layer in 15 is Al 49 Ti 46 M 5 , specifically Al 49 Ti 46 W 2 Nb 2 Si 1 . Moreover, sample no.
  • the composition of the intermediate layer in 15 is Al49Ti46M5N , specifically Al49Ti46W2Nb2Si1N .
  • the film thicknesses of the wear-resistant layer, the adhesion layer and the intermediate layer in 15 are 4.5 ⁇ m, 5 nm and 2 ⁇ m, respectively.
  • the crystallite diameter of the (200) plane, the hardness of the wear-resistant layer, the amount of primary boundary wear, and the amount of secondary boundary wear were measured.
  • the crystallite size of the (200) plane was measured using XRD.
  • the hardness (Vickers hardness) of the wear-resistant layer was measured using a micro-indentation hardness tester "ENT-1100b/a" (manufactured by Elionix Co., Ltd.), and the surface of the wear-resistant layer (that is, the coating layer
  • the hardness was measured at a depth of 20% of the thickness of the wear-resistant layer from the surface of the indenter with an indentation load of 30N.
  • the primary boundary wear amount and the secondary boundary wear amount were measured from the images obtained by imaging the primary boundary and secondary boundary of each sample after performing the cutting test under the following conditions.
  • FIG. 10 is a graph showing the correlation between the crystallite diameter on the (200) plane of the wear-resistant layer and the primary boundary wear amount. is.
  • the horizontal axis of the graph shown in FIG. 10 is the crystallite diameter ( ⁇ ) of the (200) plane, and the vertical axis is the secondary boundary wear amount (mm).
  • the wear-resistant layer preferably has a crystallite diameter of 200 ⁇ or less. That is, sample no. 1 to No. 15, the crystallite diameter of the (200) plane is 200 ⁇ or less. 1 to No. 7, No. 13 is effective in suppressing primary boundary damage.
  • FIG. 11 is a graph showing the correlation between the Vickers hardness of the wear-resistant layer and the amount of secondary boundary wear.
  • the horizontal axis of the graph shown in FIG. 11 is the Vickers hardness (GPa) of the wear-resistant layer, and the vertical axis is the secondary boundary wear amount (mm).
  • FIG. 12 is a graph showing the correlation between the Ti ratio (a) of the wear-resistant layer and the amount of primary boundary wear.
  • the horizontal axis of the graph shown in FIG. 12 is the Ti ratio of the wear-resistant layer, and the vertical axis is the primary boundary wear amount (mm).
  • FIG. 13 is a graph showing the correlation between the Al ratio (b) of the wear-resistant layer and the amount of primary boundary wear.
  • the horizontal axis of the graph shown in FIG. 13 is the Al ratio of the wear-resistant layer, and the vertical axis is the primary boundary wear amount (mm).
  • FIG. 14 is a graph showing the correlation between the Cr ratio (c) of the wear-resistant layer and the amount of primary boundary wear.
  • the horizontal axis of the graph shown in FIG. 14 is the Cr ratio of the wear-resistant layer, and the vertical axis is the primary boundary wear amount (mm).
  • samples having a Cr ratio (c) of 5 ⁇ c ⁇ 20, specifically sample No. 1 to No. 12 is effective in suppressing primary boundary damage.
  • samples having a Cr ratio (c) of 10 ⁇ c ⁇ 20, specifically sample No. 1 to No. 7, No. 9 is particularly effective in suppressing primary boundary damage.
  • composition of adhesion layer For a coating layer having a wear-resistant layer having a composition of TiaAlbCrcMd , an adhesion layer having a composition of TixAlyMz , and an intermediate layer having a composition of TieAlfMg , A plurality of samples (samples No. 21 to No. 38) having different composition ratios (x to z) of the adhesion layer were produced. Sample no. 21 to No. Table 2 shows the composition ratio (x to z) of the adhesion layer and the composition of M in No. 38. Sample no. 21 to No. The composition of the wear - resistant layer in 38 is Al59.5Ti23Cr15W1Nb1Si0.5N . Sample no. 21 to No.
  • the composition of the intermediate layer at 38 is Al49Ti46M5N , specifically Al49Ti46W2Nb2Si1N .
  • the film thicknesses of the wear-resistant layer, adhesion layer and intermediate layer in 38 are 4.5 ⁇ m, 5 nm and 2 ⁇ m, respectively.
  • the thickness of the adhesion layer, the peel load, the amount of primary boundary wear, and the amount of secondary boundary wear were measured.
  • the thickness of the adhesion layer was measured from an image obtained by observing the adhesion layer using a transmission electron microscope (TEM). Specifically, the thickness of the adhesion layer was determined by averaging nine measurement results, three points for each three fields of view.
  • the peel load was measured by a scratch test. The scratch test was performed using a diamond indenter having a tip shape with an R (curvature radius) of 200 ⁇ m under conditions of a scratch speed of 10 mm/min and a load application speed of 100 N/min.
  • peeling load the load when peeling occurred (peeling load) was evaluated as adhesion.
  • the larger the critical load the more difficult it is to peel, that is, the higher the adhesion.
  • Measurements of primary and secondary boundary wear were carried out using sample no. 1 to No. Similar to 15. These measurement results are also shown in Table 2.
  • FIG. 15 is a graph showing the correlation between the peeling load and the amount of secondary boundary wear.
  • the horizontal axis of the graph shown in FIG. 15 is the peeling load (N), and the vertical axis is the secondary boundary wear amount (mm).
  • FIG. 16 is a graph showing the correlation between the Ti ratio (x) of the adhesion layer and the peeling load.
  • FIG. 17 is a graph showing the correlation between the Al ratio (y) of the adhesion layer and the peeling load.
  • FIG. 18 is a graph showing the correlation between the Ti ratio (x) of the adhesion layer and the secondary boundary wear amount.
  • FIG. 19 is a graph showing the correlation between the Al ratio (y) of the adhesion layer and the secondary boundary wear amount.
  • the adhesion layer have a relatively high Ti ratio and a relatively low Al ratio.
  • composition of intermediate layer For a coating layer having a wear-resistant layer having a composition of TiaAlbCrcMd , an adhesion layer having a composition of TixAlyMz , and an intermediate layer having a composition of TieAlfMg , A plurality of samples (samples No. 41 to No. 49) having different intermediate layer composition ratios (e to g) were produced. Sample no. 41 to No. Table 3 shows the composition ratio (e to g) of the intermediate layer and the composition of M in No. 49.
  • the composition of the wear - resistant layer is Al59.5Ti23Cr15W1Nb1Si0.5N .
  • the composition of the adhesion layer is Al 49 Ti 46 M 5 , specifically Al 49 Ti 46 W 2 Nb 2 Si 1 .
  • the film thicknesses of the wear-resistant layer, adhesion layer and intermediate layer in 49 are 2.5 ⁇ m, 5 nm and 2 ⁇ m, respectively.
  • the prepared sample No. 41 to No. For No. 49 the crater wear depth was measured.
  • the crater wear depth was measured by imaging the rake face of each sample after performing a cutting test under the same conditions as the measurement of the primary and secondary boundary wear in the wear-resistant layer and adhesion layer. measured from the image. This measurement result is also shown in Table 3.
  • FIG. 20 is a graph showing the correlation between the Ti ratio (e) of the intermediate layer and the crater wear depth.
  • the horizontal axis of the graph shown in FIG. 20 is the Ti ratio of the intermediate layer, and the vertical axis is the crater wear depth (mm).
  • FIG. 21 is a graph showing the correlation between the Al ratio (f) of the intermediate layer and the crater wear depth.
  • the horizontal axis of the graph shown in FIG. 21 is the Al ratio of the intermediate layer, and the vertical axis is the crater wear depth (mm).
  • Coated tools having a coating layer consisting of an adhesion layer and a single wear-resistant layer on the surface of a substrate (Samples No. 3, No. 24, and No. 43 described above; Samples No. 3, No. 24, and No. 43 is the same sample), a coated tool having a coating layer consisting of only a single wear-resistant layer on the surface of the substrate, and a wear-resistant layer in which two layers with different compositions are alternately laminated on the substrate.
  • a coated tool having on the surface of each was produced.
  • the substrate contains a hard phase containing WC and a metallic binder phase containing an iron group element.
  • the composition of the adhesion layer is Al49Ti46W2Nb2Si1 .
  • the composition of the single- layer wear - resistant layer is Al59.5Ti23Cr15W1Nb1Si0.5N .
  • the composition of each layer in the wear-resistant layer in which two layers are alternately laminated is AlCrN and AlTiWNbSiN, respectively.
  • a cutting test was performed using the three samples that were produced.
  • the conditions are as follows.
  • FIG. 22 shows the state of the cutting edge after cutting for 14.8 minutes under the above cutting conditions.
  • FIG. 22 is an image showing the cutting edge state of three coated tools having different film configurations after a cutting test.
  • the primary and secondary notch wear was reduced compared to the coated tool having a film configuration of "a wear resistant layer laminated on the From this result, it can be seen that the film configuration of "an adhesion layer and a single wear-resistant layer" is effective in suppressing boundary wear.
  • the coated tool having the film configuration of “adherence layer and single layer wear-resistant layer” is divided into the coated tool having the film configuration of “single layer wear-resistant layer only”, and the coated tool having the film configuration of “single layer wear-resistant layer only”, Abrasive wear was also reduced compared to coated tools having a film configuration of the "wear layer”. From this result, it can be seen that the film configuration of "an adhesion layer and a single wear-resistant layer” is also effective in suppressing abrasive wear.
  • composition of adhesion layer A plurality of samples with different compositions of the adhesion layer were prepared for the coated tool having the film structure of "an adhesion layer and a single wear-resistant layer.”
  • the compositions of the adhesion layers are Ti, Cr, Al, TiCr, AlCr, TiAl, TiAlCr and TiAlNbWSi, respectively.
  • TiAlNbWSi is specifically Al49Ti46W2Nb2Si1 .
  • a cutting test was performed on a plurality of prepared samples under the same conditions as above.
  • the composition of the wear - resistant layer is TiAlNbWSiN , specifically, Al59.5Ti23Cr15W1Nb1Si0.5N in all samples .
  • FIG. 23 shows the state of the cutting edge after cutting for 7.4 minutes under the above cutting conditions.
  • FIG. 23 is an image showing the state of cutting edges of eight coated tools having different adhesion layer compositions after a cutting test.
  • the wear state changed depending on the composition of the adhesion layer. Specifically, a coated tool having an adhesion layer made of TiAl and a coated tool having an adhesion layer made of TiAlNbWSi exhibited primary notch wear, secondary notch wear, and abrasive wear compared to coated tools having adhesion layers of other compositions. It was found that wear was suppressed.
  • composition of wear-resistant layer A plurality of samples with different compositions of the wear-resistant layer were prepared for the coated tool having the film configuration of "an adhesion layer and a single-layer wear-resistant layer.”
  • the compositions of the wear-resistant layers are TiAlN, TiAlSiN, TiAlNbN, TiAlWN, TiAlCrN, TiAlWNbSiN and TiAlCrWNbSiN, respectively.
  • TiAlCrWNbSiN is specifically Al 59.5 Ti 23 Cr 15 W 1 Nb 1 Si 0.5 N, and a plurality of prepared samples were subjected to a cutting test under the same conditions as above.
  • the composition of the adhesion layer is TiAlNbWSi, specifically Al 49 Ti 46 W 2 Nb 2 Si 1 in all samples.
  • FIG. 24 shows the state of the cutting edge after cutting for 7.4 minutes under the above cutting conditions.
  • FIG. 24 is an image showing the state of cutting edges of seven coated tools having different compositions of the wear-resistant layer after the cutting test.
  • the wear state changed depending on the composition of the wear-resistant layer. Specifically, it was found that a coated tool having a wear-resistant layer made of TiAlCrWNbSiN is less susceptible to primary notch wear, secondary notch wear, and abrasive wear than coated tools having wear-resistant layers of other compositions. Ta.
  • the film thickness of the coating layer of each sample is 1.7 ⁇ m, 3.1 ⁇ m, 3.4 ⁇ m, 4.1 ⁇ m, 4.7 ⁇ m, 5.3 ⁇ m and 5.8 ⁇ m, respectively.
  • the film thickness of the adhesion layer is the same for all samples. Therefore, the thicker the thickness of the coating layer, the thicker the thickness of the wear-resistant layer.
  • the average film thickness of the adhesion layer is 5 nm.
  • a cutting test was conducted under the same conditions as above for the multiple samples that were produced. Then, using an image showing the cutting edge state of each sample after the test, the length of abrasive wear in the thickness direction of the coating layer of each sample (hereinafter referred to as "abrasive wear amount”) was measured. The cutting time in the cutting test was 15 minutes.
  • FIG. 25 is a graph showing the relationship between the thickness of the wear-resistant layer and the amount of abrasive wear.
  • the horizontal axis of the graph shown in FIG. 25 is the total film thickness of the coating layer, that is, the sum of the film thickness of the adhesion layer and the film thickness of the wear-resistant layer.
  • the vertical axis of the graph shown in FIG. 25 is the amount of abrasive wear.
  • a cutting test was performed on a commercially available coated tool with a coating layer thickness of 5 ⁇ m under the same cutting conditions as above, and then the amount of abrasive wear was measured. The results are shown in FIG. 25 by black circles.
  • the thickness of the coating layer is preferably 2.5 ⁇ m or more. Further, by setting the total film thickness of the coating layer to about 3 ⁇ m, the amount of abrasive wear is approximately the same as that of commercially available products. Further, from the results of FIG. 25, in order to reduce the amount of abrasive wear as much as possible, it is preferable to set the total film thickness of the coating layers to 4.1 ⁇ m or more. On the other hand, if the film thickness of the coating layer is thicker than 10 ⁇ m, film formation becomes difficult. Therefore, the thickness of the coating layer is preferably 2.5 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less, more preferably 4.1 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less.
  • the film thickness of the adhesion layer can be controlled by adjusting the film formation time of the adhesion layer, and the longer the film formation time is, the thicker the adhesion layer becomes.
  • the deposition time of the adhesion layer of each sample was 0 min, 0.7 min, 1.5 min and 3 min, respectively.
  • the film thickness of the adhesion layer of each sample is 0 nm, 1 nm, 5 nm and 10 nm.
  • a cutting test was conducted under the same conditions as above for the multiple samples that were produced. Then, using the image showing the cutting edge state of each sample after the test, the length of the primary boundary wear in the thickness direction of the coating layer of each sample (hereinafter referred to as "primary boundary wear amount”), the secondary boundary wear The length (hereinafter referred to as “secondary boundary wear amount”) and the length of abrasive wear (hereinafter referred to as “abrasive wear amount”) were measured.
  • the cutting time in the cutting test is 7.4 minutes.
  • FIG. 26 is a graph showing the relationship between the film formation time of the adhesion layer and various amounts of wear. As shown in FIG. 26, the longer the film formation time of the adhesion layer, that is, the greater the thickness of the adhesion layer, the more the amount of wear tends to decrease. This tendency was particularly noticeable in secondary boundary wear. From the results shown in FIG. 26, the thickness of the adhesion layer is preferably 2 nm or more and 8 nm or less in order to suppress all of the primary boundary wear, secondary boundary wear, and flank wear.
  • FIG. 27 is a graph showing the relationship between the film-forming time of the adhesion layer and the number of impacts until chipping. As shown in FIG. 27, it can be seen that when the film formation time exceeds 1.5 minutes, the chipping resistance deteriorates. Therefore, according to the results shown in FIGS. 26 and 27, the thickness of the adhesion layer is preferably 2 nm or more and 8 nm or less. Note that the thickness of the adhesion layer can be derived from the film formation time.
  • FIG. 28 is an image of the state of the cutting edge after the cutting test of the sample having the intermediate layer taken from the direction perpendicular to the rake face.
  • FIG. 29 is an image of the state of the cutting edge after the cutting test of the sample having no intermediate layer taken from the direction perpendicular to the rake face.
  • TiAlNbWSi specifically, an adhesion layer made of Al 49 Ti 46 W 2 Nb 2 Si 1 , TiAlWNbSiN, specifically, an intermediate layer made of Al 49 Ti 46 W 2 Nb 2 Si 1 N, and TiAlCrWNbSiN, specifically prepared a plurality of samples with different film thickness ratios of the intermediate layer and the wear-resistant layer for a coated tool having a wear-resistant layer made of Al 59.5 Ti 23 Cr 15 W 1 Nb 1 Si 0.5 N. Also, a coated tool without an intermediate layer and a coated tool without a wear-resistant layer were produced. A cutting test was performed on each of the prepared samples under the following conditions, and the state of the cutting edge after the cutting test was observed. The cutting time is 14.8 minutes.
  • FIG. 30 is a table summarizing the film thicknesses of the intermediate layer and wear-resistant layer of five samples having different film thickness ratios of the intermediate layer and wear-resistant layer, and an image showing the cutting edge state after the cutting test.
  • sample No. 51 is a sample without an intermediate layer. Specifically, sample no. In No. 51, the wear-resistant layer has a thickness of 4 ⁇ m and the intermediate layer has a thickness of 0 ⁇ m. Sample no. In No. 52, the wear-resistant layer has a thickness of 2.5 ⁇ m and the intermediate layer has a thickness of 1.5 ⁇ m. Sample no. In No. 53, both the thickness of the wear-resistant layer and the intermediate layer are 2 ⁇ m. Sample no. In 54, the wear-resistant layer has a thickness of 1.5 ⁇ m and the intermediate layer has a thickness of 2.5 ⁇ m. Sample no. 55 is a sample without an abrasion resistant layer. Specifically, sample no. In No. 55, the thickness of the wear-resistant layer is 0 ⁇ m and the thickness of the intermediate layer is 4 ⁇ m.
  • sample No. 1 in which the intermediate layer is thicker than the wear-resistant layer. 54 and sample no. Sample No. 55 has an intermediate layer thinner than the wear-resistant layer. 51 to No. It can be seen that the boundary damage is large compared to 53. From this result, it is preferable that the thickness of the intermediate layer is equal to or less than the thickness of the wear-resistant layer.
  • a coated tool according to the present disclosure includes a rod-shaped body having an axis of rotation and extending from a first end to a second end, a cutting edge located at the first end of the body, and a cutting edge extending from the cutting edge to the second end of the body. It may have a groove extending spirally toward the side.

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Abstract

本開示による被覆工具は、基体と、基体の表面に位置する被覆層とを備える。被覆層は、周期律４ａ、５ａ、６ａ族元素、Ａｌ、Ｓｉ、Ｂ、ＹおよびＭｎの中から選ばれた少なくとも１種の元素と、Ｃ、Ｎの中から選択される少なくとも１種の元素とを含有する。本開示による被覆工具は、４００ｎｍ以上１５００ｎｍ以下の波長範囲における被覆層の反射率の最大値と最小値との差が、上記最大値の１５％以下である。

Description

被覆工具および切削工具
　本開示は、被覆工具および切削工具に関する。
　旋削加工や転削加工等の切削加工に用いられる工具として、超硬合金、サーメット、セラミックス等の基体の表面を被覆層でコーティングすることによって耐摩耗性等を向上させた被覆工具が知られている。
国際公開第２０１９／１４６７１０号 国際公開第２０１１／０１６４８８号 国際公開第２０１０／００７９５８号
　本開示の一態様による被覆工具は、基体と、基体の表面に位置する被覆層とを備える。被覆層は、周期律４ａ、５ａ、６ａ族元素、Ａｌ、Ｓｉ、Ｂ、ＹおよびＭｎの中から選ばれた少なくとも１種の元素と、Ｃ、Ｎの中から選択される少なくとも１種の元素とを含有する。本開示による被覆工具は、４００ｎｍ以上１５００ｎｍ以下の波長範囲における被覆層の反射率の最大値と最小値との差が、上記最大値の１５％以下である。
図１は、実施形態に係る被覆工具の一例を示す斜視図である。 図２は、実施形態に係る被覆工具の一例を示す側断面図である。 図３は、参考例に係るチップ本体におけるコーナー部分の模式的な拡大図である。 図４は、実施形態に係る被覆層の一例を示す断面図である。 図５は、実施形態に係る切削工具の一例を示す正面図である。 図６は、比較例に係る被覆工具の反射率測定の結果を示すグラフである。 図７は、実施形態に係る被覆工具の反射率測定の結果を示すグラフである。 図８は、比較例に係る被覆工具の使用前後における反射率の変化を示すグラフである。 図９は、実施例に係る被覆工具の使用前後における反射率の変化を示すグラフである。 図１０は、耐摩耗層の（２００）面における結晶子径と一次境界摩耗量との相関関係を示すグラフである。 図１１は、耐摩耗層のビッカース硬度と二次境界摩耗量との相関関係を示すグラフである。 図１２は、耐摩耗層のＴｉ比率（ａ）と一次境界摩耗量との相関関係を示すグラフである。 図１３は、耐摩耗層のＡｌ比率（ｂ）と一次境界摩耗量との相関関係を示すグラフである。 図１４は、耐摩耗層のＣｒ比率（ｃ）と一次境界摩耗量との相関関係を示すグラフである。 図１５は、剥離荷重と二次境界摩耗量との相関関係を示すグラフである。 図１６は、密着層のＴｉ比率（ｘ）と剥離荷重との相関関係を示すグラフである。 図１７は、密着層のＡｌ比率（ｙ）と剥離荷重との相関関係を示すグラフである。 図１８は、密着層のＴｉ比率（ｘ）と二次境界摩耗量との相関関係を示すグラフである。 図１９は、密着層のＡｌ比率（ｙ）と二次境界摩耗量との相関関係を示すグラフである。 図２０は、中間層のＴｉ比率（ｅ）とクレータ摩耗深さとの相関関係を示すグラフである。 図２１は、中間層のＡｌ比率（ｆ）とクレータ摩耗深さとの相関関係を示すグラフである。 図２２は、膜構成が異なる３つの被覆工具の切削試験後の刃先状態を示す画像である。 図２３は、密着層の組成が異なる８つの被覆工具の切削試験後の刃先状態を示す画像である。 図２４は、耐摩耗層の組成が異なる７つの被覆工具の切削試験後の刃先状態を示す画像である。 図２５は、耐摩耗層の膜厚とアブレシブ摩耗量との関係を示すグラフである。 図２６は、密着層の成膜時間と各種摩耗量との関係を示すグラフである。 図２７は、密着層の成膜時間と欠損までの衝撃回数との関係を示すグラフである。 図２８は、中間層を有する試料の切削試験後の刃先状態をすくい面と垂直な方向から撮像した画像である。 図２９は、中間層を有しない試料の切削試験後の刃先状態をすくい面と垂直な方向から撮像した画像である。 図３０は、中間層および耐摩耗層の膜厚の比率が異なる５つの試料の中間層および耐摩耗層の膜厚と切削試験後の刃先状態を示す画像とをまとめた表である。
　以下に、本開示による被覆工具および切削工具を実施するための形態（以下、「実施形態」と記載する）について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施形態により本開示による被覆工具および切削工具が限定されるものではない。また、各実施形態は、処理内容を矛盾させない範囲で適宜組み合わせることが可能である。また、以下の各実施形態において同一の部位には同一の符号を付し、重複する説明は省略される。
　上述した従来技術には、損傷部の検出を容易化するという点で更なる改善の余地がある。そこで、損傷部を容易に検出することができる被覆工具および切削工具の提供が期待されている。
　図１は、実施形態に係る被覆工具の一例を示す斜視図である。また、図２は、実施形態に係る被覆工具の一例を示す側断面図である。図１に示すように、実施形態に係る被覆工具１は、チップ本体２を有する。
（チップ本体２）
　チップ本体２は、たとえば、上面および下面（図１に示すＺ軸と交わる面）の形状が平行四辺形である六面体形状を有する。
　チップ本体２の１つのコーナー部２０１は、切刃部として機能する。切刃部は、第１面（たとえば上面）と、第１面に連接する第２面（たとえば側面）とを有する。実施形態において、第１面は切削により生じた切屑をすくい取る「すくい面」として機能し、第２面は「逃げ面」として機能する。第１面と第２面とが交わる稜線の少なくとも一部には、切刃が位置しており、被覆工具１は、かかる切刃を被削材に当てることによって被削材を切削する。
　チップ本体２の中央部には、チップ本体２を上下に貫通する貫通孔５が位置する。貫通孔５には、後述するホルダ７０に被覆工具１を取り付けるためのネジ７５が挿入される（図５参照）。
　図２に示すように、チップ本体２は、基体１０と、被覆層２０とを有する。
（基体１０）
　基体１０は、超硬合金製である。具体的には、基体１０は、少なくともＷＣ（炭化タングステン）を含有する硬質相と、Ｎｉ（ニッケル）またはＣｏ（コバルト）といった鉄族元素を含む金属結合相とを含有する。一例として、基体１０は、ＷＣからなる硬質粒子を硬質相成分とし、Ｃｏを結合相の主成分とするＷＣ基超硬合金からなる。
（被覆層２０）
　被覆層２０は、例えば、基体１０の耐摩耗性、耐熱性等を向上させることを目的として基体１０に被覆される。図２の例では、被覆層２０が基体１０を全体的に被覆している。本例に限らず、被覆層２０は、少なくとも基体１０の上に位置していればよい。被覆層２０が基体１０の第１面（ここでは、上面）に位置する場合、第１面の耐摩耗性、耐熱性が高い。被覆層２０が基体１０の第２面（ここでは、側面）に位置する場合、第２面の耐摩耗性、耐熱性が高い。
（被覆層の反射率について）
　被覆層２０は、周期律４ａ、５ａ、６ａ族元素、Ａｌ、Ｓｉ、Ｂ、ＹおよびＭｎの中から選ばれた少なくとも１種の元素と、Ｃ、Ｎの中から選択される少なくとも１種の元素とを含有していてもよい。また、実施形態に係る被覆工具１は、４００ｎｍ以上１５００ｎｍ以下の波長範囲における被覆層２０の反射率の最大値と最小値との差が、上記最大値の１５％以下であってもよい。
　被覆層２０の反射率は、例えば、被覆層２０の組成を調整する、あるいは、被覆層２０の成膜条件を調整して表面粗さを設定することによって調整することができる。これに限らず、被覆層２０の反射率は、被覆層２０の反射率の最大値と最小値との差を最大値の１５％以下にできるのであれば、いずれの方法によって調整しても問題ない。
　かかる被覆工具１は、波長の変化に対する反射率の変動が少ない。
　近年、マルチスペクトルカメラまたはハイパースペクトルカメラ等を用いて複数の波長による撮像を行うことによって工具の損傷部を検出する技術が知られている。しかしながら、従来の被覆工具は、波長による反射率のバラツキが比較的大きいことから、上記技術を用いて損傷部を精度良く検出するという点で改善の余地があった。
　これに対し、実施形態に係る被覆工具１によれば、波長の変化に対する反射率の変動が少ないため、マルチスペクトルカメラまたはハイパースペクトルカメラ等を用いて損傷部を精度良く検出することが可能である。
　また、実施形態に係る被覆工具１では、正常部と異なる反射率を示す箇所を損傷部として容易に検出することができる。このため、実施形態に係る被覆工具１によれば、たとえばＣＣＤ（Charge　Coupled　Device）カメラ等によって撮像されるＲＧＢ画像を用いて損傷部を検出することが可能である。
　このように、実施形態に係る被覆工具１によれば、マルチスペクトルカメラまたはハイパースペクトルカメラといった高価な撮像機器だけでなく、たとえばＣＣＤカメラのような比較的安価な撮像機器によっても容易に損傷部の検出することができる。すなわち、損傷部の検出に要するコストを低く抑えることができる。
　なお、好ましくは、実施形態に係る被覆工具１では、４００ｎｍ以上１５００ｎｍ以下の波長範囲における被覆層２０の反射率の最大値Ｒ１１と最小値Ｒ１２との差δ１が、上記最大値Ｒ１１の１０％以下であってもよい。また、より好ましくは、実施形態に係る被覆工具１では、上記の差δ１が、上記の最大値Ｒ１１の８％以下であってもよい。
　また、実施形態に係る被覆工具１のように、上記した４００ｎｍ以上１５００ｎｍ以下の波長範囲のうち４００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の波長範囲における被覆層２０の反射率の最大値Ｒ２１と最小値Ｒ２２との差δ２が、８００ｎｍ超１５００ｎｍ以下の波長範囲における被覆層２０の反射率の最大値Ｒ３１と最小値Ｒ３２との差δ３より小さくてもよい。
　上記した４００ｎｍ以上１５００ｎｍ以下の波長範囲のうち４００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の波長範囲は、いわゆる可視光領域であるため、画像の目視によっても損傷部を検出することが可能である。この可視光領域での差δ２が比較的小さい場合には、目視による損傷部の検出作業が容易となる。
　また、実施形態に係る被覆工具１では、上記した４００ｎｍ以上１５００ｎｍ以下の波長範囲のうち８００ｎｍ超１５００ｎｍ以下の波長範囲における被覆層２０の反射率の最大値Ｒ３１と最小値Ｒ３２との差δ３が、上記最大値Ｒ３１の２０％以下であってもよい。
　上記した４００ｎｍ以上１５００ｎｍ以下の波長範囲のうち８００ｎｍ超１５００ｎｍ以下の波長範囲は、いわゆる赤外領域であるため、目視による検出が困難であり、コンピュータを用いた検出処理を行うか、視認可能な画像へのコンピュータを用いた変換処理が必要となる。
　上記した差δ３が大きい場合、上記した検出処理を行う際に損傷を検出するための閾値の設定が極めて複雑になる。これは、最大値Ｒ３１と最小値Ｒ３２の一方に合わせて閾値を設定した場合に、もう一方での閾値の精度が低下する恐れがあるからである。
　また、上記した変換処理を行う際に可視光領域への画像の補正処理が必要になるが、補正条件の設定が極めて複雑になる。例えば、最小値Ｒ３２と比較して最大値Ｒ３１では、値が大きい分、測定対象の被覆工具１毎のばらつき、あるいは、測定箇所での数値のばらつきが大きくなりやすい。この、最大値Ｒ３１に合わせて補正条件を設定すると、最小値Ｒ３２における損傷部及び非損傷部（正常部）の差に関する情報が埋もれやすい。すなわち、検出精度が低下する恐れがあるからである。
　８００ｎｍ超１５００ｎｍ以下の波長範囲における被覆層２０の反射率の最大値Ｒ３１と最小値Ｒ３２との差δ３が、上記最大値Ｒ３１の２０％以下である場合には、上記した検出処理及び変換処理のいずれにおいても、複雑な条件設定が不要になるため、検出精度を容易に高めることができる。
　４００ｎｍ以上１５００ｎｍ以下の波長範囲における被覆層２０の反射率は、被覆工具１の使用前と比較して使用後の方が大きくてもよい。ここで、使用前の反射率とは、被覆工具１を被削材の切削に用いる前における被覆工具１の反射率のことである。また、使用後の反射率とは、被覆工具１を被削材の切削に用いた後における被覆工具１の反射率のことである。なお、使用後とは、被覆工具１の交換が必要なレベルまで被覆工具１を使用した状態のことを意味する。このように、実施形態に係る被覆工具１は、使用前後で反射率が変化するため、使用済みか否かの判定を容易に行うことが可能である。
　被覆層２０は、基体１０と接する密着層と、耐摩耗層とを含んでいてもよい。この場合、耐摩耗層は、単層であってもよい。
　このように、単一の層で構成された耐摩耗層を有する被覆層２０は、たとえばナノサイズの層が積層された耐摩耗層を有する被覆層と比較して、波長の変化に対する反射率の変動が少ない。ここで、「積層された耐摩耗層」とは、一層当たりの厚みがナノサイズである層が数十層から数百層積層された構成を意図しており、「単一の層で構成された耐摩耗層」における単一の層とは、数百ｎｍ以上の厚みを有する構成を意図している。
（チップ本体の損傷形態について）
　ここで、チップ本体に生じる損傷の形態について図３を参照して説明する。図３は、参考例に係るチップ本体２Ｘにおけるコーナー部分２０１Ｘの模式的な拡大図である。
　図３に示すように、チップ本体２Ｘには、たとえば、一次境界摩耗Ｄ１、二次境界摩耗Ｄ２、アブレシブ摩耗Ｄ３およびクレータ摩耗Ｄ４が生じ得る。一次境界摩耗Ｄ１、二次境界摩耗Ｄ２およびアブレシブ摩耗Ｄ３は、逃げ面に生じる摩耗である。クレータ摩耗Ｄ４は、すくい面に生じる摩耗である。
　アブレシブ摩耗Ｄ３は、チップ本体２Ｘと被削材との間に介在する異物によってチップ本体２Ｘの表面が削り取られる摩耗である。アブレシブ摩耗Ｄ３は、切削抵抗および切削熱の増大を引き起こすおそれがある。
　一次境界摩耗Ｄ１および二次境界摩耗Ｄ２は、アブレシブ摩耗Ｄ３の両端部、すなわち、切り込み境界部に生じる摩耗である。一次境界は、被削材の被削面に接触する境界部である。二次境界は、被削材の仕上げ面に接触する境界部である。一次境界摩耗Ｄ１は、被削材にバリを生じさせるおそれがある。二次境界摩耗Ｄ２は、被削材の仕上げ面を劣化させたり被削材の寸法を変化させたりするおそれがある。
　クレータ摩耗Ｄ４は、チップ本体２Ｘが高温となって表面が酸化されることにより、比較的柔らかい酸化物が生成されることで生じる摩耗である。クレータ摩耗Ｄ４は、切りくず処理性を悪化させるおそれがある。
　実施形態に係る被覆工具１は、チップ本体２を被覆する被覆層２０の構成を工夫することにより、これらの損傷形態を好適に抑制することができる。
　ここで、実施形態に係る被覆層２０の構成の一例について図４を参照して説明する。図４は、実施形態に係る被覆層２０の一例を示す断面図である。
　図４に示すように、被覆層２０は、密着層２１と、中間層２２と、耐摩耗層２３とを有する。密着層２１は、基体１０と接する層である。中間層２２は、密着層２１の表面に位置する。耐摩耗層２３は、中間層２２の表面に位置する。すなわち、密着層２１、中間層２２および耐摩耗層２３は、基体１０の表面に近い層から順に密着層２１、中間層２２および耐摩耗層２３の順番で積層される。
　密着層２１は、ＴｉｘＡｌｙＭｚを含む合金層である。なお、Ｍは、周期律表４ａ、５ａ、６ａ族、およびＳｉから選択される少なくとも１種の金属である。ｘおよびｙは、いずれも原子比で、４０≦ｘ≦８０、０≦ｙ≦５５であり、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００である。一例として、密着層２１は、ＴｉＡｌＷＮｂＳｉであってもよい。また、ｚは０であってもよい。すなわち、密着層２１は、必ずしもＭを含むことを要しない。この場合、密着層２１は、たとえばＴｉＡｌであってもよい。
　耐摩耗層２３は、ＴｉａＡｌｂＣｒｃＭｄと、炭素、窒素および酸素から選択される少なくとも１種の非金属とを含む。Ｍは、周期律表４ａ、５ａ、６ａ族（Ｃｒを除く）、およびＳｉから選択される少なくとも１種の金属である。ａ～ｃは、いずれも原子比で、１５≦ａ≦４０、５５≦ｂ≦７５、１０≦ｃ≦２０、０≦ｄ≦１５であり、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１００である。一例として、耐摩耗層２３は、ＴｉＡｌＣｒＷＮｂＳｉＮであってもよい。また、ｄは０であってもよい。すなわち、耐摩耗層２３は、必ずしもＭを含むことを要しない。この場合、耐摩耗層２３は、たとえばＴｉＡｌＣｒＮであってもよい。
　実施形態に係る被覆工具１は、上記組成の密着層２１および耐摩耗層２３を有することにより、境界摩耗を好適に抑制することができる。
　境界損傷の抑制に寄与する要素として、膜密着性および膜の耐塑性変形性が挙げられる。実施形態に係る密着層２１は、超硬合金である基体１０との親和性が高いため、基体１０との界面に密着層２１を有する被覆層２０は、基体１０との密着性が高い。また、上記組成を有する耐摩耗層２３は、結晶子径が小さいため、かかる耐摩耗層２３を有する被覆層２０は、耐塑性変形性が高い。
　したがって、かかる密着層２１および耐摩耗層２３を有する被覆層２０は、境界摩耗を好適に抑制することができる。特に、実施形態に係る密着層２１は、二次境界摩耗Ｄ２の抑制に有効であり、実施形態に係る耐摩耗層２３は、一次境界摩耗Ｄ１の抑制に有効である。
　中間層２２は、ＴｉｅＡｌｆＭｇと、炭素、窒素および酸素から選択される少なくとも１種の非金属とを含む。Ｍは、周期律表４ａ、５ａ、６ａ族（Ｃｒを除く）、およびＳｉから選択される少なくとも１種の金属である。ｅおよびｆは、０≦ｅ≦５５、４０≦ｆ≦８０で、ｅ＋ｆ＋ｇ＝１００である。かかる中間層２２は、高い耐酸化性を有する。したがって、かかる中間層２２を有する被覆工具１は、クレータ摩耗Ｄ４を好適に抑制することができる。一例として、中間層２２は、ＴｉＡｌＷＮｂＳｉＮであってもよい。なお、ｇは０であってもよい。すなわち、中間層２２は、必ずしもＭを含むことを有しない。この場合、中間層２２は、たとえばＴｉＡｌＮであってもよい。
　中間層２２における金属成分の割合は、たとえば、ＳＴＥＭ（走査透過電子顕微鏡）に付属しているＥＤＳ（エネルギー分散型Ｘ線分光器）を用いた分析により特定可能である。密着層２１および耐摩耗層２３における金属成分の割合も、ＥＤＳ分析により特定されてもよい。
　中間層２２は、アークイオンプレーティング法（ＡＩＰ法）を用いて成膜されてもよい。ＡＩＰ法は、真空雰囲気でアーク放電を利用してターゲット金属を蒸発させ、Ｎ２ガスと結合することによって金属窒化物を成膜する方法である。このとき、被コーティング物である基体１０に印加されるバイアス電圧は、－３０Ｖ以下であってもよい。なお、耐摩耗層２３も、ＡＩＰ法により成膜されてもよい。
　なお、ここでは、被覆層２０が密着層２１、中間層２２および耐摩耗層２３からなる場合の例を示したが、被覆層２０は、必ずしも中間層２２を含むことを要しない。たとえば、クレータ摩耗Ｄ４が生じにくい被削材を対象とする場合、被覆工具１は、基体１０の表面に位置する密着層２１と密着層２１の表面に位置する耐摩耗層２３とからなる被覆層２０を有していてもよい。
　被覆層２０の厚みは、２．５μｍ以上１０μｍ以下であってもよい。被覆層２０の厚みが２．５μｍ以上であると、耐摩耗性（アブレシブ摩耗に対する耐性）が確保される。また、被覆層２０の厚みが１０μｍ以下であると、被覆層２０のチッピングが生じ難い。したがって、膜厚が２．５μｍ以上１０μｍ以下の被覆層２０を有する被覆工具１は、耐摩耗性および耐チッピング性に優れる。
　密着層２１の厚みは、２ｎｍ以上８ｎｍ以下であってもよい。密着層２１の厚みが２ｎｍ以上であると、密着層２１による膜密着性向上の効果を得ることが容易である。また、成膜ムラが生じ難くなることで、異常損傷が発生し難くなる。一方、密着層２１の厚みが８ｎｍ以下であると、比較的柔らかい密着層２１が被覆層２０の塑性変形に与える影響が小さくなるため、被覆層２０の破壊が生じ難い。したがって、膜厚が２ｎｍ以上８ｎｍ以下の密着層２１を含む被覆層２０を有する被覆工具１は、境界損傷をさらに抑制することができる。
　耐摩耗層２３の結晶子径は、２００Å以下であってもよい。かかる構成とすることにより、被覆層２０の耐塑性変形性が向上し、被覆層２０が破壊されにくくなるため、境界損傷をさらに抑制することができる。
　なお、耐摩耗層２３の結晶子径は、耐摩耗層２３の組成により制御することができる。また、耐摩耗層２３の結晶子径は、耐摩耗層２３の成膜条件（物理蒸着方におけるバイアス電圧等）により制御することができる。
　耐摩耗層２３のビッカース硬度は、２８ＧＰａ以上であってもよい。二次境界摩耗Ｄ２は、たとえば加工硬化した部分を極低切込みで切削することで発生する。したがって、被覆層２０の硬度を２８ＧＰａ以上とすることで、加工硬化が生じ易い被削材を切削する場合であっても二次境界摩耗Ｄ２を好適に抑制することができる。
　中間層２２の厚みは、耐摩耗層２３の厚みより小さくてもよい。中間層２２を耐摩耗層２３よりも薄くした場合、耐摩耗層２３による境界損傷抑制の効果が薄れ難い。したがって、中間層２２の厚みを耐摩耗層２３の厚みよりも小さくすることで、境界損傷を好適に抑制することができる。
　被覆層２０は、たとえば、物理蒸着（ＰＶＤ）法などを用いることによって、基体１０の上に位置させることが可能である。たとえば、貫通孔５の内周面で基体１０を保持した状態で上記の蒸着法を利用して被覆層２０を形成した場合、貫通孔５の内周面を除く基体１０の表面の全体を覆うように被覆層２０を位置させることができる。
　次に、上述した被覆工具１を備えた切削工具の構成について図５を参照して説明する。図５は、実施形態に係る切削工具の一例を示す正面図である。
　図５に示すように、実施形態に係る切削工具１００は、被覆工具１と、被覆工具１を固定するためのホルダ７０とを有する。
　ホルダ７０は、第１端（図５における上端）から第２端（図５における下端）に向かって伸びる棒状の部材である。ホルダ７０は、たとえば、鋼、鋳鉄製である。特に、これらの部材の中で鋼が用いられる場合には、ホルダ７０の靱性が高い。
　ホルダ７０は、第１端側の端部にポケット７３を有する。ポケット７３は、被覆工具１が装着される部分であり、被削材の回転方向と交わる着座面と、着座面に対して傾斜する拘束側面とを有する。着座面には、後述するネジ７５を螺合させるネジ孔が設けられている。
　被覆工具１は、ホルダ７０のポケット７３に位置し、ネジ７５によってホルダ７０に装着される。すなわち、被覆工具１の貫通孔５にネジ７５を挿入し、このネジ７５の先端をポケット７３の着座面に形成されたネジ孔に挿入してネジ部同士を螺合させる。これにより、被覆工具１は、切刃部分がホルダ７０から外方に突出するようにホルダ７０に装着される。
　実施形態においては、いわゆる旋削加工に用いられる切削工具を例示している。旋削加工としては、例えば、内径加工、外径加工及び溝入れ加工が挙げられる。なお、切削工具としては旋削加工に用いられるものに限定されない。例えば、転削加工に用いられる切削工具に被覆工具１を用いてもよい。転削加工に用いられる切削工具としては、たとえば、平フライス、正面フライス、側フライス、溝切りフライスなどフライス、１枚刃エンドミル、複数刃エンドミル、テーパ刃エンドミル、ボールエンドミルなどのエンドミルなどが挙げられる。
（被覆層の製造方法）
　次に、本実施形態に係る被覆層２０の製造方法の一例について説明する。なお、本態様の被覆工具の製造方法は、下記の製造方法に限定されるものではない。
　被覆層は、たとえば物理蒸着法により形成されてもよい。物理蒸着法としては、例えば、イオンプレーティング法及びスパッタリング法などが挙げられる。一例として、イオンプレーティング法で被覆層を作製する場合には、下記の方法によって被覆層を作製することができる。
　まず、密着層の製造方法の一例について説明する。一例としてＴｉ、Ａｌ、Ｍ（ただし、Ｍは、周期律表４ａ、５ａ、６ａ族、およびＳｉから選択される少なくとも１種の金属である。）の各金属ターゲット、または複合化した合金ターゲット、または焼結体ターゲットを準備する。
　次に、金属源である上記のターゲットをアーク放電またはグロー放電などによって蒸発させてイオン化し、イオン化した金属を基体の表面に蒸着させる。以上の手順によって密着層を形成することができる。
　密着層の組成は、各種金属ターゲットにかかるアーク放電・グロー放電時の電圧・電流値をそれぞれのターゲット毎に独立に制御することによって調整することができる。また、密着層の組成は、金属ターゲットの組成や、被覆時間や雰囲気ガス圧の制御によっても調整することができる。密着層の厚みは、たとえば、被覆時間を制御によって調整することができる。
　つづいて、耐摩耗層の製造方法について説明する。一例としてＴｉ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｍ（ただし、Ｍは、周期律表４ａ、５ａ、６ａ族（Ｃｒを除く）、およびＳｉから選択される少なくとも１種の金属である。）の各金属ターゲット、または複合化した合金ターゲット、または焼結体ターゲットを準備する。
　次に、金属源である上記のターゲットをアーク放電またはグロー放電などによって蒸発させてイオン化する。イオン化した金属を、窒素（Ｎ２）ガスなどと反応させるとともに、基体の表面に蒸着させる。以上の手順によって耐摩耗層を形成することができる。
　耐摩耗層の組成は、各種金属ターゲットにかかるアーク放電・グロー放電時の電圧・電流値をそれぞれのターゲット毎に独立に制御することによって調整することができる。また、耐摩耗層の組成は、金属ターゲットの組成や、被覆時間や雰囲気ガス圧の制御によっても調整することができる。耐摩耗層の厚みは、たとえば、被覆時間を制御によって調整することができる。
　つづいて、中間層の製造方法の一例について説明する。一例としてＴｉ、Ａｌ、Ｍ（ただし、Ｍは、周期律表４ａ、５ａ、６ａ族（Ｃｒを除く）、およびＳｉから選択される少なくとも１種の金属である。）の各金属ターゲット、または複合化した合金ターゲット、または焼結体ターゲットを準備する。
　次に、金属源である上記のターゲットをアーク放電またはグロー放電などによって蒸発させてイオン化する。イオン化した金属を、窒素（Ｎ２）ガスなどと反応させるとともに、基体の表面に蒸着させる。以上の手順によって中間層を形成することができる。
　中間層の組成は、各種金属ターゲットにかかるアーク放電・グロー放電時の電圧・電流値をそれぞれのターゲット毎に独立に制御することによって調整することができる。また、中間層の組成は、金属ターゲットの組成や、被覆時間や雰囲気ガス圧の制御によっても調整することができる。中間層の厚みは、たとえば、被覆時間を制御によって調整することができる。
　以下、本開示の実施例を具体的に説明する。なお、本開示は以下に示す実施例に限定されるものではない。
（被覆層の反射率）
　ＴｉＡｌＮｂＷＳｉ、具体的には、Ａｌ４９Ｔｉ４６Ｗ２Ｎｂ２Ｓｉ１からなる密着層、ＴｉＡｌＷＮｂＳｉＮ、具体的には、Ａｌ４９Ｔｉ４６Ｗ２Ｎｂ２Ｓｉ１Ｎからなる中間層およびＴｉＡｌＣｒＷＮｂＳｉＮ,具体的には、Ａｌ５９．５Ｔｉ２３Ｃｒ１５Ｗ１Ｎｂ１Ｓｉ０．５Ｎからなる単層の耐摩耗層を有する実施例に係る被覆工具について、以下の条件にて反射率の測定を行った。また、比較例として、組成が異なる２つの層が交互に積層された耐摩耗層を有する被覆工具について、同一の条件にて反射率の測定を行った。２つの層が交互に積層された耐摩耗層における各層の組成は、それぞれＡｌＣｒＮおよびＡｌＴｉＷＮｂＳｉＮである。比較例に係る被覆工具におけるその他の構成は、実施例にかかる被覆工具と同じである。
＜反射率測定の条件＞
波長範囲：２００ｎｍ以上２５００ｎｍ以下
測定装置：日本分光株式会社製　紫外可視近赤外分光光度計　Ｖ－６７０
測定方法：全反射率測定法
反射率の計算方法：相対反射測定
　図６は、比較例に係る被覆工具の反射率測定の結果を示すグラフである。また、図７は、実施形態に係る被覆工具の反射率測定の結果を示すグラフである。図６および図７に示すグラフの横軸は波長（ｎｍ）であり、縦軸は反射率（％）である。
　図６に示すように、比較例に係る被覆工具は、波長の変化に対して反射率が大きく変動することがわかる。具体的には、４００ｎｍ以上１５００ｎｍ以下の波長範囲において、反射率の最大値は２６．９％、最小値は７．３％であり、その差である１９．６％（１９．６ポイント）は最大値の約７２．９％であった。
　これに対し、図７に示すように、実施例に係る被覆工具は、比較例に係る被覆工具と比較して、波長の変化に対する反射率の変動が非常に小さいことがわかる。具体的には、４００ｎｍ以上１５００ｎｍ以下の波長範囲において、反射率の最大値は２４．６％、最小値は２２．９％であり、その差である１．７％（１．７ポイント）は最大値の約６．９％であった。
　また、実施例に係る被覆工具および比較例に係る被覆工具について、以下に示す切削条件にて使用した後における反射率の測定を行った。使用条件は、以下の通りである。なお、反射率の測定条件は、上述した使用前における反射率の測定条件と同じである。
＜切削条件＞
被削材：インコネル（登録商標）７１８
切削速度（Ｖｃ）：３０ｍ／ｍｉｎ
送り（ｆ）：０．１ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み（ａｐ）：０．５ｍｍ
切削状態：湿式
使用工具：ＣＮＭＧ１２０４０８ＳＧ
切削時間：７．４ｍｉｎ
　図８は、比較例に係る被覆工具の使用前後における反射率の変化を示すグラフである。図９は、実施例に係る被覆工具の使用前後における反射率の変化を示すグラフである。図８および図９では、使用前の反射率を破線で示すとともに、使用後の反射率を実線で示している。なお、図８および図９に示す使用後の反射率の結果は、図６および図７に示した結果と同じである。
　図８および図９に示すように、比較例に係る被覆工具は、使用前後における反射率の変化が比較的小さいのに対し、実施例に係る被覆工具は、比較例に係る被覆工具と比較して、使用前後における反射率の変化が大きいことがわかる。具体的には、実施例に係る被覆工具は、４００ｎｍ以上１５００ｎｍ以下の範囲において、使用前における反射率と比較して使用後における反射率の方が大きい。また、実施例に係る被覆工具は、４００ｎｍ以上１５００ｎｍ以下の範囲において、使用前における反射率の最大値および最小値の範囲と、使用後における反射率の最大値および最小値の範囲とは互いに重ならない。この結果から明らかなように、実施例に係る被覆工具は、使用済みか否かの判定を容易に行うことが可能である。また、実施例に係る被覆工具は、正常部と異なる反射率を示す箇所を損傷部として容易に検出することができる。
（耐摩耗層の組成）
　ＴｉａＡｌｂＣｒｃＭｄの組成を有する耐摩耗層と、ＴｉｘＡｌｙＭｚの組成を有する密着層と、ＴｉｅＡｌｆＭｇの組成を有する中間層とを有する被覆層について、耐摩耗層の組成比（ａ～ｄ）が異なる複数の試料（試料Ｎｏ．１～Ｎｏ．１５）を作製した。試料Ｎｏ．１～Ｎｏ．１５における耐摩耗層の組成比（ａ～ｄ）およびＭの組成は、表１に示す通りである。試料Ｎｏ．１～Ｎｏ．１５における密着層の組成は、いずれもＡｌ４９Ｔｉ４６Ｍ５、具体的には、Ａｌ４９Ｔｉ４６Ｗ２Ｎｂ２Ｓｉ１である。また、試料Ｎｏ．１～Ｎｏ．１５における中間層の組成は、Ａｌ４９Ｔｉ４６Ｍ５Ｎ、具体的には、Ａｌ４９Ｔｉ４６Ｗ２Ｎｂ２Ｓｉ１Ｎである。試料Ｎｏ．１～Ｎｏ．１５における耐摩耗層、密着層および中間層の膜厚は、それぞれ４．５μｍ、５ｎｍおよび２μｍである。
　作製した試料Ｎｏ．１～Ｎｏ．１５について、（２００）面の結晶子径、耐摩耗層の硬度、一次境界摩耗量および二次境界摩耗量の測定を行った。（２００）面の結晶子径は、ＸＲＤを用いて測定した。耐摩耗層の硬度（ビッカース硬度）は、微小押し込み硬さ試験機「ＥＮＴ－１１００ｂ／ａ」（（株）エリオニクス製）を用い、各試料に対して、耐摩耗層の表面（すなわち、被覆層の表面）から耐摩耗層の厚みの２０％の深さまでを測定範囲とし、圧子の押し込み荷重３０Ｎにて硬度を測定した。一次境界摩耗量および二次境界摩耗量の測定は、以下の条件で切削試験を行った後の各試料の一次境界および二次境界を撮像して得られた画像から測定した。
＜切削試験の条件＞
被削材：インコネル（登録商標）７１８
切削速度（Ｖｃ）：３０ｍ／ｍｉｎ
送り（ｆ）：０．１０ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み（ａｐ）：０．５ｍｍ
切削状態：湿式
使用工具：ＣＮＭＧ１２０４０８ＳＧ
切削時間：７．４ｍｉｎ
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　図１０は、耐摩耗層の（２００）面における結晶子径と一次境界摩耗量との相関関係を示すグラフである。である。図１０に示すグラフの横軸は、（２００）面の結晶子径（Å）であり、縦軸は、二次境界摩耗量（ｍｍ）である。
　図１０に示すように、耐摩耗層における（２００）面の結晶子径が小さくなるほど、一次境界摩耗量が減少する傾向が見られた。この結果から、耐摩耗層の結晶子径は、小さい方が好ましいことがわかる。具体的には、耐摩耗層の結晶子径は、２００Å以下であることが好ましい。すなわち、試料Ｎｏ．１～Ｎｏ．１５のうち、（２００）面の結晶子径が２００Å以下である試料Ｎｏ．１～Ｎｏ．７，Ｎｏ．１３は、一次境界損傷の抑制に有効である。
　図１１は、耐摩耗層のビッカース硬度と二次境界摩耗量との相関関係を示すグラフである。図１１に示すグラフの横軸は、耐摩耗層のビッカース硬度（ＧＰａ）であり、縦軸は、二次境界摩耗量（ｍｍ）である。
　図１１に示すように、耐摩耗層のビッカース硬度が高くなるほど、二次境界摩耗量が大きくなる傾向が見られた。耐摩耗層のビッカース硬度が２８ＧＰａ以上であると、二次境界摩耗量が好適に抑えられることがわかる。すなわち、試料Ｎｏ．１～Ｎｏ．１５のうち、ビッカース硬度が２８ＧＰａ以上の試料Ｎｏ．１，Ｎｏ．３，Ｎｏ．５～Ｎｏ．９が二次境界損傷の抑制に有効であることがわかる。
　図１２は、耐摩耗層のＴｉ比率（ａ）と一次境界摩耗量との相関関係を示すグラフである。図１２に示すグラフの横軸は、耐摩耗層のＴｉ比率であり、縦軸は、一次境界摩耗量（ｍｍ）である。
　図１２に示す結果から、Ｔｉ比率（ａ）が１５≦ａ≦４０である試料、具体的には、試料Ｎｏ．１～Ｎｏ．９，Ｎｏ．１１～Ｎｏ．１３が、一次境界損傷の抑制に有効であることがわかる。また、Ｔｉ比率（ａ）が２０≦ａ≦３０である試料、具体的には、試料Ｎｏ．１～Ｎｏ．６，Ｎｏ．８，Ｎｏ．９，Ｎｏ．１１～Ｎｏ．１３は、一次境界損傷の抑制に特に有効である。
　図１３は、耐摩耗層のＡｌ比率（ｂ）と一次境界摩耗量との相関関係を示すグラフである。図１３に示すグラフの横軸は、耐摩耗層のＡｌ比率であり、縦軸は、一次境界摩耗量（ｍｍ）である。
　図１３に示す結果から、Ａｌ比率（ｂ）が５５≦ｂ≦７５である試料、具体的には、試料Ｎｏ．１，Ｎｏ.３～Ｎｏ．１３が、一次境界損傷の抑制に有効であることがわかる。また、Ａｌ比率（ｂ）が５５≦ｂ≦７０である試料、具体的には、試料Ｎｏ．１，Ｎｏ．３～Ｎｏ．８，Ｎｏ．１０～Ｎｏ．１２は、一次境界損傷の抑制に特に有効である。
　図１４は、耐摩耗層のＣｒ比率（ｃ）と一次境界摩耗量との相関関係を示すグラフである。図１４に示すグラフの横軸は、耐摩耗層のＣｒ比率であり、縦軸は、一次境界摩耗量（ｍｍ）である。
　図１４に示す結果から、Ｃｒ比率（ｃ）が５≦ｃ≦２０である試料、具体的には、試料Ｎｏ．１～Ｎｏ．１２が、一次境界損傷の抑制に有効であることがわかる。また、Ｃｒ比率（ｃ）が１０≦ｃ≦２０である試料、具体的には、試料Ｎｏ．１～Ｎｏ．７，Ｎｏ．９は、一次境界損傷の抑制に特に有効である。
　一次境界損傷に加えて二次境界損傷も有効に抑制するためには、ＴｉａＡｌｂＣｒｃＭｄの組成を有する耐摩耗層の組成比（ａ～ｄ）が、１５≦ａ≦４０、５５≦ｂ≦７５、１０≦ｃ≦２０、０≦ｄ≦１５（但し、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１００）の範囲内であることが好ましい。より具体的には、耐摩耗層の組成比（ａ～ｄ）は、２０≦ａ≦３０、５５≦ｂ≦７０、１５≦ｃ≦２０、２．５≦ｄ≦１５であることが好ましい。
（密着層の組成）
　ＴｉａＡｌｂＣｒｃＭｄの組成を有する耐摩耗層と、ＴｉｘＡｌｙＭｚの組成を有する密着層と、ＴｉｅＡｌｆＭｇの組成を有する中間層とを有する被覆層について、密着層の組成比（ｘ～ｚ）が異なる複数の試料（試料Ｎｏ．２１～Ｎｏ．３８）を作製した。試料Ｎｏ．２１～Ｎｏ．３８における密着層の組成比（ｘ～ｚ）およびＭの組成は、表２に示す通りである。試料Ｎｏ．２１～Ｎｏ．３８における耐摩耗層の組成は、Ａｌ５９．５Ｔｉ２３Ｃｒ１５Ｗ１Ｎｂ１Ｓｉ０．５Ｎである。試料Ｎｏ．２１～Ｎｏ．３８における中間層の組成は、Ａｌ４９Ｔｉ４６Ｍ５Ｎ、具体的には、Ａｌ４９Ｔｉ４６Ｗ２Ｎｂ２Ｓｉ１Ｎである。試料Ｎｏ．２１～Ｎｏ．３８における耐摩耗層、密着層および中間層の膜厚は、それぞれ４．５μｍ、５ｎｍおよび２μｍである。
　作製した試料Ｎｏ．２１～Ｎｏ．３８について、密着層の厚み、剥離荷重、一次境界摩耗量および二次境界摩耗量の測定を行った。密着層の厚みは、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて密着層を観察して得られた画像から測定した。具体的には、３視野ごとに３点ずつ合計９点の測定結果の平均値を密着層の厚みとした。剥離荷重は、スクラッチ試験により測定した。スクラッチ試験は、Ｒ（曲率半径）が２００μｍの先端形状を有するダイヤモンド圧子を用い、１０ｍｍ／分のスクラッチ速度および１００Ｎ／分の荷重付加速度の条件にて実施した。スクラッチ試験では、剥離が生じたときの荷重（剥離荷重）を密着力として評価した。スクラッチ試験では、臨界荷重が大きいほど、剥離しにくい、すなわち密着力が高いことを示す。一次境界摩耗および二次境界摩耗の測定は、上述した試料Ｎｏ．１～Ｎｏ．１５と同様である。これらの測定結果についても表２に示している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　図１５は、剥離荷重と二次境界摩耗量との相関関係を示すグラフである。図１５に示すグラフの横軸は剥離荷重（Ｎ）であり、縦軸は、二次境界摩耗量（ｍｍ）である。
　図１５に示すように、剥離荷重が高くなるほど、すなわち、密着力が高くなるほど、二次境界摩耗量が小さくなる、すまわち、二次境界損傷が抑制されることがわかる。
　図１６は、密着層のＴｉ比率（ｘ）と剥離荷重との相関関係を示すグラフである。図１７は、密着層のＡｌ比率（ｙ）と剥離荷重との相関関係を示すグラフである。図１８は、密着層のＴｉ比率（ｘ）と二次境界摩耗量との相関関係を示すグラフである。図１９は、密着層のＡｌ比率（ｙ）と二次境界摩耗量との相関関係を示すグラフである。
　図１５の結果および図１６～図１９の結果から、二次境界損傷を有効に抑制するためには、密着層のＴｉ比率は比較的多く、Ａｌ比率は比較的少ないことが好ましい。具体的には、密着層の組成比（ｘ～ｚ）は、４０≦ｘ≦８０、０≦ｙ≦５５（但し、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００）の範囲内であることが好ましい。
（中間層の組成）
　ＴｉａＡｌｂＣｒｃＭｄの組成を有する耐摩耗層と、ＴｉｘＡｌｙＭｚの組成を有する密着層と、ＴｉｅＡｌｆＭｇの組成を有する中間層とを有する被覆層について、中間層の組成比（ｅ～ｇ）が異なる複数の試料（試料Ｎｏ．４１～Ｎｏ．４９）を作製した。試料Ｎｏ．４１～Ｎｏ．４９における中間層の組成比（ｅ～ｇ）およびＭの組成は、表３に示す通りである。耐摩耗層の組成は、Ａｌ５９．５Ｔｉ２３Ｃｒ１５Ｗ１Ｎｂ１Ｓｉ０．５Ｎである。密着層の組成は、Ａｌ４９Ｔｉ４６Ｍ５、具体的には、Ａｌ４９Ｔｉ４６Ｗ２Ｎｂ２Ｓｉ１である。試料Ｎｏ．４１～Ｎｏ．４９における耐摩耗層、密着層および中間層の膜厚は、それぞれ２．５μｍ、５ｎｍおよび２μｍである。
　また、作製した試料Ｎｏ．４１～Ｎｏ．４９について、クレータ摩耗深さの測定を行った。クレータ摩耗深さの測定は、耐摩耗層および密着層における一次境界摩耗量および二次境界摩耗量の測定と同様の条件で切削試験を行った後の各試料のすくい面を撮像して得られた画像から測定した。この測定結果についても表３に示している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　図２０は、中間層のＴｉ比率（ｅ）とクレータ摩耗深さとの相関関係を示すグラフである。図２０に示すグラフの横軸は、中間層のＴｉ比率であり、縦軸は、クレータ摩耗深さ（ｍｍ）である。また、図２１は、中間層のＡｌ比率（ｆ）とクレータ摩耗深さとの相関関係を示すグラフである。図２１に示すグラフの横軸は、中間層のＡｌ比率であり、縦軸は、クレータ摩耗深さ（ｍｍ）である。
　図２０および図２１に示す結果から、クレータ摩耗を有効に抑制するためには、中間層の組成比（ｅ～ｇ）は、０≦ｅ≦５５、４０≦ｆ≦８０（但し、ｅ＋ｆ＋ｇ＝１００）の範囲内であることが好ましい。
（膜構成の違いによる境界摩耗の比較）
　密着層および単層の耐摩耗層からなる被覆層を基体の表面に有する被覆工具（上述した試料Ｎｏ．３，Ｎｏ．２４，Ｎｏ．４３。なお、試料Ｎｏ．３，Ｎｏ．２４，Ｎｏ．４３は、同一の試料である。）と、単層の耐摩耗層のみからなる被覆層を基体の表面に有する被覆工具と、組成が異なる２つの層が交互に積層された耐摩耗層を基体の表面に有する被覆工具とをそれぞれ作製した。基体は、ＷＣを含有する硬質相と、鉄族元素を含む金属結合相とを含有する。密着層の組成は、Ａｌ４９Ｔｉ４６Ｗ２Ｎｂ２Ｓｉ１である。単層の耐摩耗層の組成は、Ａｌ５９．５Ｔｉ２３Ｃｒ１５Ｗ１Ｎｂ１Ｓｉ０．５Ｎである。２つの層が交互に積層された耐摩耗層における各層の組成は、それぞれＡｌＣｒＮおよびＡｌＴｉＷＮｂＳｉＮである。
　作製した３つの試料を用いて切削試験を行った。条件は以下の通りである。
＜切削試験の条件＞
被削材：インコネル（登録商標）７１８
切削速度（Ｖｃ）：３０ｍ／ｍｉｎ
送り（ｆ）：０．１ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み（ａｐ）：０．５ｍｍ
切削状態：湿式
使用工具：ＣＮＭＧ１２０４０８ＳＧ
　上記切削条件にて１４．８分間切削を行った後の刃先状態を図２２に示す。図２２は、膜構成が異なる３つの被覆工具の切削試験後の刃先状態を示す画像である。
　図２２に示すように、「密着層および単層の耐摩耗層」の膜構成を有する被覆工具は、「単層の耐摩耗層のみ」の膜構成を有する被覆工具、「２つの層が交互に積層された耐摩耗層」の膜構成を有する被覆工具と比較して、一次境界摩耗および二次境界摩耗が低減した。この結果から、「密着層および単層の耐摩耗層」の膜構成は、境界摩耗の抑制に対して有効であることがわかる。
　また、「密着層および単層の耐摩耗層」の膜構成を有する被覆工具は、「単層の耐摩耗層のみ」の膜構成を有する被覆工具、「２つの層が交互に積層された耐摩耗層」の膜構成を有する被覆工具と比較してアブレシブ摩耗も低減した。この結果から、「密着層および単層の耐摩耗層」の膜構成は、アブレシブ摩耗の抑制に対しても有効であることがわかる。
（密着層の組成）
　「密着層および単層の耐摩耗層」の膜構成を有する被覆工具について、密着層の組成が異なる複数の試料を作製した。密着層の組成は、それぞれＴｉ、Ｃｒ、Ａｌ、ＴｉＣｒ、ＡｌＣｒ、ＴｉＡｌ、ＴｉＡｌＣｒおよびＴｉＡｌＮｂＷＳｉである。ＴｉＡｌＮｂＷＳｉは、具体的には、Ａｌ４９Ｔｉ４６Ｗ２Ｎｂ２Ｓｉ１である。そして、作製した複数の試料について上記と同様の条件にて切削試験を行った。なお、耐摩耗層の組成は、いずれの試料もＴｉＡｌＮｂＷＳｉＮ、具体的には、Ａｌ５９．５Ｔｉ２３Ｃｒ１５Ｗ１Ｎｂ１Ｓｉ０．５Ｎである。
　上記切削条件にて７．４分間切削を行った後の刃先状態を図２３に示す。図２３は、密着層の組成が異なる８つの被覆工具の切削試験後の刃先状態を示す画像である。
　図２３に示すように、密着層の組成により摩耗状態に変化が見られた。具体的には、ＴｉＡｌからなる密着層を有する被覆工具およびＴｉＡｌＮｂＷＳｉからなる密着層を有する被覆工具は、他の組成の密着層を有する被覆工具と比較して一次境界摩耗、二次境界摩耗およびアブレシブ摩耗が抑制されることがわかった。
（耐摩耗層の組成）
　「密着層および単層の耐摩耗層」の膜構成を有する被覆工具について、耐摩耗層の組成が異なる複数の試料を作製した。耐摩耗層の組成は、それぞれＴｉＡｌＮ、ＴｉＡｌＳｉＮ、ＴｉＡｌＮｂＮ、ＴｉＡｌＷＮ、ＴｉＡｌＣｒＮ、ＴｉＡｌＷＮｂＳｉＮおよびＴｉＡｌＣｒＷＮｂＳｉＮである。ＴｉＡｌＣｒＷＮｂＳｉＮは、具体的には、Ａｌ５９．５Ｔｉ２３Ｃｒ１５Ｗ１Ｎｂ１Ｓｉ０．５Ｎそして、作製した複数の試料について上記と同様の条件にて切削試験を行った。なお、密着層の組成は、いずれの試料もＴｉＡｌＮｂＷＳｉ、具体的には、Ａｌ４９Ｔｉ４６Ｗ２Ｎｂ２Ｓｉ１である。
　上記切削条件にて７．４分間切削を行った後の刃先状態を図２４に示す。図２４は、耐摩耗層の組成が異なる７つの被覆工具の切削試験後の刃先状態を示す画像である。
　図２４に示すように、耐摩耗層の組成により摩耗状態に変化が見られた。具体的には、ＴｉＡｌＣｒＷＮｂＳｉＮからなる耐摩耗層を有する被覆工具は、他の組成の耐摩耗層を有する被覆工具と比較して一次境界摩耗、二次境界摩耗およびアブレシブ摩耗が抑制されることがわかった。
（耐摩耗層の膜厚）
　ＴｉＡｌＮｂＷＳｉ、具体的には、Ａｌ４９Ｔｉ４６Ｗ２Ｎｂ２Ｓｉ１からなる密着層およびＴｉＡｌＣｒＷＮｂＳｉＮ、具体的には、Ａｌ５９．５Ｔｉ２３Ｃｒ１５Ｗ１Ｎｂ１Ｓｉ０．５Ｎからなる耐摩耗層を有する被覆工具について、耐摩耗層の膜厚が異なる複数の試料を作製した。各試料の被覆層の膜厚は、それぞれ１．７μｍ、３．１μｍ、３．４μｍ、４．１μｍ、４．７μｍ、５．３μｍおよび５．８μｍである。密着層の膜厚はいずれの試料も同一である。したがって、被覆層の膜厚が厚い試料ほど耐摩耗層の膜厚は厚い。密着層の膜厚は、平均値で５ｎｍである。
　作製した複数の試料について上記と同様の条件にて切削試験を行った。そして、試験後の各試料の刃先状態を示す画像を用いて、各試料の被覆層の厚み方向におけるアブレシブ摩耗の長さ（以下、「アブレシブ摩耗量」と記載する）を計測した。なお、切削試験における切削時間は、１５分間である。
　図２５は、耐摩耗層の膜厚とアブレシブ摩耗量との関係を示すグラフである。図２５に示すグラフの横軸は、被覆層の総膜厚、すなわち、密着層の膜厚および耐摩耗層の膜厚の合計である。図２５に示すグラフの縦軸は、アブレシブ摩耗量である。
　なお、被覆層の膜厚が５μｍである市販品の被覆工具を上記と同様の切削条件にて切削試験を行い、その後アブレシブ摩耗量の計測を行った。この結果は、図２５に黒塗りの丸印で示されている。
　図２５に示すように、耐摩耗層の膜厚が厚くなるほど、アブレシブ摩耗量が減少する結果となった。たとえば、アブレシブ摩耗量を１ｍｍ未満に抑えるためには、被覆層の厚みは２．５μｍ以上であることが好ましい。また、被覆層の総膜厚を３μｍ程度とすることで、市販品と同程度のアブレシブ摩耗量となる。また、図２５の結果から、アブレシブ摩耗量を可及的に低減するためには、被覆層の総膜厚を４．１μｍ以上とすることが好ましい。一方、被覆層の膜厚を１０μｍよりも厚くした場合、成膜が困難となる。したがって、被覆層の厚みは、２．５μｍ以上１０μｍ以下、より好ましくは、４．１μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。
（密着層の膜厚）
　ＴｉＡｌＮｂＷＳｉ、具体的には、Ａｌ４９Ｔｉ４６Ｗ２Ｎｂ２Ｓｉ１からなる密着層およびＴｉＡｌＣｒＷＮｂＳｉＮ、具体的には、Ａｌ５９．５Ｔｉ２３Ｃｒ１５Ｗ１Ｎｂ１Ｓｉ０．５Ｎからなる耐摩耗層を有する被覆工具について、密着層の膜厚が異なる複数の試料を作製した。密着層の膜厚は、密着層の成膜時間を調整することで制御することができ、成膜時間を長くするほど密着層の膜厚は厚くなる。各試料の密着層の成膜時間は、それぞれ０ｍｉｎ、０．７ｍｉｎ、１．５ｍｉｎおよび３ｍｉｎである。また、各試料の密着層の膜厚は、０ｎｍ、１ｎｍ、５ｎｍおよび１０ｎｍである。
　作製した複数の試料について上記と同様の条件にて切削試験を行った。そして、試験後の各試料の刃先状態を示す画像を用いて、各試料の被覆層の厚み方向における一次境界摩耗の長さ（以下、「一次境界摩耗量」と記載する）、二次境界摩耗の長さ（以下、「二次境界摩耗量」と記載する）、アブレシブ摩耗の長さ（以下、「アブレシブ摩耗量」と記載する）を計測した。切削試験における切削時間は、７．４分間である。
　図２６は、密着層の成膜時間と各種摩耗量との関係を示すグラフである。図２６に示すように、密着層の成膜時間が長くなるほど、すなわち、密着層の膜厚が厚くなるほど、各種摩耗量は低減する傾向が見られた。この傾向は、特に二次境界摩耗において顕著であった。図２６に示す結果から、一次境界摩耗、二次境界摩耗およびフランク摩耗のすべてを抑制するためには、密着層の厚みは、２ｎｍ以上８ｎｍ以下であることが好ましい。
　また、図２６に示した試料と同一の試料、すなわち、密着層の成膜時間を０ｍｉｎ、０．７ｍｉｎ、１．５ｍｉｎおよび３ｍｉｎとした試料について、耐欠損性試験を行った。条件は以下の通りである。
＜耐欠損性試験＞
被削材：ＳＵＳ３０４
切削速度：１５０ｍ／ｍｉｎ
送り：０．２ｍｍ／ｒｅｖ
切込み：１ｍｍ
切削状態：湿式
使用工具：ＣＮＭＧ１２０４０８ＳＧ
評価方法：欠損するまでの衝撃回数（回）
　図２７は、密着層の成膜時間と欠損までの衝撃回数との関係を示すグラフである。図２７に示すように、成膜時間が１．５ｍｉｎを超えると、耐欠損性が低下することがわかる。したがって、図２６および図２７に示す結果から、密着層の厚みは、２ｎｍ以上８ｎｍ以下であることが好ましい。なお、密着層の厚みは、成膜時間から導出可能である。
（中間層）
　ＴｉＡｌＮｂＷＳｉ、具体的には、Ａｌ４９Ｔｉ４６Ｗ２Ｎｂ２Ｓｉ１からなる密着層およびＴｉＡｌＣｒＷＮｂＳｉＮ、具体的には、Ａｌ５９．５Ｔｉ２３Ｃｒ１５Ｗ１Ｎｂ１Ｓｉ０．５Ｎからなる耐摩耗層を有する被覆工具について、密着層と耐摩耗層との間に中間層を有する試料と中間層を有しない試料とを作製した。中間層の組成は、ＴｉＡｌＷＮｂＳｉＮ、具体的には、Ａｌ４９Ｔｉ４６Ｗ２Ｎｂ２Ｓｉ１Ｎである。そして、作製した試料について以下の条件にて切削試験を行った。
＜切削試験の条件＞
被削材：ＳＵＳ３０４
切削速度：１５０ｍ／ｍｉｎ
送り：０．２ｍｍ／ｒｅｖ
切込み：１ｍｍ
切削状態：湿式
使用工具：ＣＮＭＧ１２０４０８ＳＧ
　上記切削条件にて３９分間切削を行った後の刃先状態を図２８および図２９に示す。図２８は、中間層を有する試料の切削試験後の刃先状態をすくい面と垂直な方向から撮像した画像である。図２９は、中間層を有しない試料の切削試験後の刃先状態をすくい面と垂直な方向から撮像した画像である。
　図２８および図２９に示す画像から明らかなように、密着層と耐摩耗層との間に中間層を介在させることにより、すくい面に生じるクレータ摩耗が好適に抑制されることがわかる。
（中間層および耐摩耗層の膜厚の比率）
　ＴｉＡｌＮｂＷＳｉ、具体的には、Ａｌ４９Ｔｉ４６Ｗ２Ｎｂ２Ｓｉ１からなる密着層、ＴｉＡｌＷＮｂＳｉＮ、具体的には、Ａｌ４９Ｔｉ４６Ｗ２Ｎｂ２Ｓｉ１Ｎからなる中間層およびＴｉＡｌＣｒＷＮｂＳｉＮ、具体的には、Ａｌ５９．５Ｔｉ２３Ｃｒ１５Ｗ１Ｎｂ１Ｓｉ０．５Ｎからなる耐摩耗層を有する被覆工具について、中間層および耐摩耗層の膜厚の比率が異なる複数の試料を作製した。また、中間層を有しない被覆工具および耐摩耗層を有しない被覆工具を作製した。そして、作製した各試料について下記の条件にて切削試験を行い、切削試験後の刃先状態の観察を行った。切削時間は、１４．８分間である。
＜切削試験の条件＞
被削材：インコネル（登録商標）７１８
切削速度（Ｖｃ）：３０ｍ／ｍｉｎ
送り（ｆ）：０．１０ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み（ａｐ）：０．５ｍｍ
切削状態：湿式
使用工具：ＣＮＭＧ１２０４０８ＳＧ
　図３０は、中間層および耐摩耗層の膜厚の比率が異なる５つの試料の中間層および耐摩耗層の膜厚と切削試験後の刃先状態を示す画像とをまとめた表である。
　図３０に示すように、試料Ｎｏ．５１は、中間層を有しない試料である。具体的には、試料Ｎｏ．５１は、耐摩耗層の膜厚が４μｍであり、中間層の膜厚が０μｍである。試料Ｎｏ．５２は、耐摩耗層の膜厚が２．５μｍであり、中間層の膜厚が１．５μｍである。試料Ｎｏ．５３は、耐摩耗層および中間層の膜厚がいずれも２μｍである。試料Ｎｏ．５４は、耐摩耗層の膜厚が１．５μｍであり、中間層の膜厚が２．５μｍである。試料Ｎｏ．５５は、耐摩耗層を有しない試料である。具体的には、試料Ｎｏ．５５は、耐摩耗層の膜厚が０μｍであり、中間層の膜厚が４μｍである。
　図３０に示すように、中間層が耐摩耗層よりも厚い試料Ｎｏ．５４および試料Ｎｏ．５５は、中間層が耐摩耗層よりも薄い試料Ｎｏ．５１～Ｎｏ．５３と比べて、境界損傷が大きいことがわかる。この結果から、中間層の厚みは、耐摩耗層の厚み以下であることが好ましい。
　なお、図１に示した被覆工具１の形状はあくまで一例であって、本開示による被覆工具の形状を限定するものではない。本開示による被覆工具は、たとえば、回転軸を有し、第１端から第２端にかけて延びる棒形状の本体と、本体の第１端に位置する切刃と、切刃から本体の第２端の側に向かって螺旋状に延びた溝とを有していてもよい。
　さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
　１　被覆工具
　２　チップ本体
　４ａ　周期律表
　５　貫通孔
　１０　基体
　２０　被覆層
　２１　密着層
　２２　中間層
　２３　耐摩耗層
　１００　切削工具
　２０１　コーナー部
　Ｄ１　一次境界摩耗
　Ｄ２　二次境界摩耗
　Ｄ３　アブレシブ摩耗
　Ｄ４　クレータ摩耗

Claims (9)

  1. 　基体と、該基体の表面に位置する被覆層とを備え、
    　前記被覆層は、周期律４ａ、５ａ、６ａ族元素、Ａｌ、Ｓｉ、Ｂ、ＹおよびＭｎの中から選ばれた少なくとも１種の元素と、Ｃ、Ｎの中から選択される少なくとも１種の元素とを含有し、
    　４００ｎｍ以上１５００ｎｍ以下の波長範囲における前記被覆層の反射率の最大値と最小値との差が、前記最大値の１５％以下である、被覆工具。
  2. 　４００ｎｍ以上１５００ｎｍ以下の波長範囲における前記被覆層の反射率は、前記被覆工具の使用前と比較して使用後の方が大きい、請求項１に記載の被覆工具。
  3. 　前記被覆層は、前記基体と接する密着層と、耐摩耗層とを含み、
    　前記耐摩耗層は、単層である、請求項１または２に記載の被覆工具。
  4. 　前記耐摩耗層のビッカース硬度は、２８ＧＰａ以上である、請求項３に記載の被覆工具。
  5. 　前記密着層の厚みは、２ｎｍ以上８ｎｍ以下である、請求項３または４に記載の被覆工具。
  6. 　前記被覆層は、前記基体と接する密着層と、前記密着層に接する中間層と、前記中間層に接する耐摩耗層とを含み、
    　前記中間層は、ＴｉｅＡｌｆＭｇ（Ｍは、周期律表４ａ、５ａ、６ａ族（Ｃｒを除く）、およびＳｉから選択される少なくとも１種の金属、いずれも原子比で、０≦ｅ≦５５、４０≦ｆ≦８０、但し、ｅ＋ｆ＋ｇ＝１００）と、炭素、窒素および酸素から選択される少なくとも１種の非金属とを含む、請求項１～５のいずれか一つに記載の被覆工具。
  7. 　前記被覆層の厚みは、２．５μｍ以上１０μｍ以下である、請求項１～６のいずれか一つに記載の被覆工具。
  8. 　前記被覆層の結晶子径は、２００Å以下である、請求項１～７のいずれか一つに記載の被覆工具。
  9. 　端部にポケットを有する棒状のホルダと、
    　前記ポケット内に位置する、請求項１～８のいずれか一つに記載の被覆工具と
    　を有する、切削工具。
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