WO2023189595A1 - 表面被覆切削工具 - Google Patents

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WO2023189595A1
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WO
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layer
cutting tool
coated cutting
composite carbonitride
tivzrnb
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PCT/JP2023/010052
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English (en)
French (fr)
Inventor
翔 龍岡
俊介 東城
Original Assignee
三菱マテリアル株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B27/00—Tools for turning or boring machines; Tools of a similar kind in general; Accessories therefor
    • B23B27/14—Cutting tools of which the bits or tips or cutting inserts are of special material
    • 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
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/36—Carbonitrides

Definitions

  • the present invention relates to a surface-coated cutting tool (hereinafter sometimes referred to as a coated tool).
  • a coated tool This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2022-55518, which is a Japanese patent application filed on March 30, 2022. All contents described in the Japanese patent application are incorporated herein by reference.
  • a coated tool in which a coating layer is formed on the surface of a substrate such as a tungsten carbide (hereinafter referred to as WC)-based cemented carbide, and is known to exhibit excellent wear resistance.
  • WC tungsten carbide
  • various proposals have been made for improving the coating layer.
  • Patent Document 1 has a base and a covering layer on the base, and the covering layer has a face-centered cubic structure with a lattice constant of 0.403 to 0.455 nm (Ti x Zr 1-x ).
  • (C y N 1-y ) (0.4 ⁇ x ⁇ 0.95, 0.2 ⁇ y ⁇ 0.9) or has a face-centered cubic structure with a lattice constant of 0.430 to 0.450 nm (Ti x
  • the coating layer is hard and wear-resistant. It is said to have a sexual nature.
  • Patent Document 2 a Ti 1-x Me x nitride (0.1 ⁇ x ⁇ 0.9, Me is A coated tool (insert) coated with one or more of Zr and Hf is described, and the coating layer of the coated tool is said to be hard and suitable for dry cutting of stainless steel.
  • Patent No. 4028891 US Patent Application Publication No. 2016/0298233
  • the present invention has been made in view of the above circumstances and the above proposals, and an object of the present invention is to provide a coated tool having a coating layer with high hardness and improved toughness.
  • the surface-coated cutting tool includes: having a base and a coating layer on the surface of the base,
  • the coating layer has a composite carbonitride layer,
  • the composite carbonitride layer has an average thickness of 1.0 ⁇ m or more and 20.0 ⁇ m or less,
  • the metal components Ti, V, Zr, and Nb are respectively a 1 , a 2 , a 3 , and the atomic ratio of the metal components a 1 , a 2 , a 3 , Contains in a 4
  • the nonmetallic components C and N are contained at b 1 and b 2 , respectively, which are the atomic ratios of the nonmetallic components, Furthermore, it contains unavoidable impurities,
  • the a 1 , a 2 , a 3 , a 4 , b 1 , b 2 are, 0.01 ⁇ a1 ⁇ 0.60 0.01 ⁇
  • the surface-coated cutting tool according to the embodiment may satisfy at least one of the following items (1) and (2).
  • the composite carbonitride layer further contains at least one of Hf and Ta as the metal component in an atomic ratio of a 5 and a 6 ,
  • the composite carbonitride layer contains 0.50 atomic % or less of Cl.
  • the coating layer has high hardness and high toughness.
  • a schematic diagram of the crystal structure of TiN is shown.
  • a schematic diagram of the crystal structure of (TiVZrNb) (CN) or (TiVZrNbHfTa) (CN) is shown.
  • the present inventor has achieved both high hardness and high toughness, which are in a trade-off relationship that could not be achieved with conventional coating layers, by increasing the mixing entropy of the solid solution (alloy) that constitutes the coating layer of coated tools.
  • a composite carbonitride layer with a specific composition is composed of multiple types of atoms with different atomic radii, which causes strain within the crystal grains and improves hardness and toughness;
  • the thermal stability and oxidation resistance of the composite carbonitride layer at high temperatures are improved; We obtained the following knowledge.
  • TiVZrNb (CN) Layer (1) Crystal Structure (TiVZrNb) (CN) has an arrangement of atoms as shown in FIG. That is, Ti, V, Zr, and Nb atoms, each having a different atomic radius, are present at the cation site (4), and C and N atoms are randomly mixed with each other at the anion site (2, 3) without regularity. Together, they form a crystal lattice. In this crystal lattice, each atom is displaced from its ideal lattice point position compared to the TiN crystal structure (Ti atom (1), N atom (2)) schematically shown in Figure 1. . This creates strain in the crystal lattice (indicated by the deviation from the dotted line in FIG. 2), which improves hardness and toughness. In addition, in FIG. 2, the amount of displacement of each atom is also schematically shown.
  • the average thickness of the (TiVZrNb) (CN) layer which is a composite carbonitride layer, is preferably 1.0 ⁇ m or more and 20.0 ⁇ m or less. The reason for this is that if the average thickness is less than 1.0 ⁇ m, the average thickness of the (TiVZrNb)(CN) layer is too small to ensure sufficient durability, whereas if the average thickness exceeds 20.0 ⁇ m, This is because the crystal grains of the (TiVZrNb)(CN) layer tend to become coarser and chipping tends to occur.
  • the average thickness of the (TiVZrNb)(CN) layer is more preferably 3.0 ⁇ m or more and 16.0 ⁇ m or less.
  • the entropy of mixing the (TiVZrNb)(CN) layer is increased, and this (TiVZrNb)(CN)
  • the layer has the physical properties (i) to (ii) obtained from the above findings.
  • a 1 , a 2 , a 3 , a 4 , b 1 , and b 2 are determined so that S config becomes larger.
  • the calculated upper limit of S config is 1.04R.
  • Cl Containing Cl If a film is formed by a CVD method using chloride as a raw material gas, Cl will inevitably be contained in a very small amount (an amount whose presence can be confirmed by analysis by detecting a single element of chlorine only). If the Cl content is 0.50 atomic % or less, the (TiVZrNb)(CN) layer has lubricity due to Cl.
  • the content of Cl (atomic %) is the proportion of all atoms of Ti, V, Zr, Nb, C, N, and Cl.
  • the (TiVZrNb) (CN) layer preferably has crystal grains with a NaCl-type face-centered cubic structure.
  • crystal grains other than the NaCl type face-centered cubic structure may be contained, the presence of crystal grains other than the NaCl type face-centered cubic structure is not intended.
  • having crystal grains with a NaCl-type face-centered cubic structure refers to crystal grains with a NaCl-type face-centered cubic structure, as well as crystal grains with an unintended NaCl-type face-centered cubic structure. This means that crystal grains may be present.
  • TiVZrNb On the top of the (CN) layer, one or more Ti compounds (with a stoichiometric composition) selected from a Ti nitride layer, a carbide layer, a carbonitride layer, and an oxide layer are added.
  • a top layer may be provided consisting of a layer (without limitation) and/or a layer of aluminum oxide (of non-limiting stoichiometric composition), the total average thickness of which is between 0.1 and 25.0 ⁇ m. Providing the upper layer improves chipping resistance and wear resistance.
  • Substrate Material Any conventionally known substrate material can be used as long as it does not impede achieving the object of the present invention.
  • WC-based cemented carbide (contains Co in addition to WC, and also includes carbides or nitrides such as Ti, Zr, Ta, Nb, and Cr), cermets (TiC, (TiN, TiCN, etc. as the main component), ceramics (titanium carbide, silicon carbide, silicon nitride, aluminum nitride, aluminum oxide), or cBN sintered body.
  • WC-based cemented carbide contains Co in addition to WC, and also includes carbides or nitrides such as Ti, Zr, Ta, Nb, and Cr), cermets (TiC, (TiN, TiCN, etc. as the main component), ceramics (titanium carbide, silicon carbide, silicon nitride, aluminum nitride, aluminum oxide), or cBN sintered body.
  • Shape There are no particular restrictions on the shape of the base as long as it can be used as a cutting tool, and examples include the shape of an insert and the shape of a solid tool.
  • the average thickness of the (TiVZrNb) (CN) layer, etc. can be determined as follows. Using a cross section polisher (CP) or the like, a sample for observing a longitudinal section of the coating layer was prepared, and the longitudinal section was observed using a scanning electron microscope (SEM). The thickness of the layer at locations (for example, 5 locations) is measured and averaged to determine the average thickness of the (TiVZrNb) (CN) layer, etc. Note that the definition of the surface of the base will be described later.
  • the vertical cross section refers to a cross section perpendicular to the surface of the base when the insert is treated as a flat surface, with minute irregularities on the surface of the base as absent.
  • the surface of the substrate is defined as the average line (straight line) of the interface roughness between the substrate and the coating layer in the observed longitudinal cross-sectional image.
  • the interface between the coating layer (if a lower layer exists, use the lower layer instead of the (TiVZrNb)(CN) layer) and the substrate is determined from the observation image of the longitudinal section, and the interface between the obtained coating layer and the substrate is determined.
  • An average line is drawn for the interface roughness curve, and this is taken as the surface of the substrate.
  • a direction perpendicular to this average line is defined as a direction perpendicular to the substrate (layer thickness direction).
  • the surface of the substrate can be determined using a similar method.
  • each element and the chlorine content of the coating layer are determined as follows. Ti, V, Zr, Nb contents a 1 , a 2 , a 3 , a 4 , C, N contents b 1 , b 2 , and chlorine content were measured using an electron probe microanalyzer (EPMA). Using a Micro Analyzer, a sample whose surface has been polished is irradiated with an electron beam from the surface side of the sample, and the average value of the 10 analysis results of the obtained characteristic X-rays is taken as the average value.
  • EPMA electron probe microanalyzer
  • the method for manufacturing the (TiVZrNb) (CN) layer of this embodiment includes, for example, TiCl 4 , ZrCl 4 , VCl 4 , NbCl 5 , H 2 , HCl, N 2 , CH 3 CN, Ar, H 2 . This can be performed by a CVD method using a gas.
  • Second Embodiment A composite carbonitride of (TiVZrNbHfTa) (sometimes expressed as (TiVZrNbHfTa) (CN)) constituting the coating layer according to the second embodiment will be described.
  • (TiVZrNbHfTa) (CN) layer (1) Crystal structure The crystal structure is defined as "(TiVZrNb) (CN)” and “Ti, V, Zr, Nb atoms” in the description of the first embodiment regarding the crystal structure. , respectively, are replaced with "(TiVZrNbHfTa)(CN)” and "Ti, V, Zr, Nb, Hf, Ta atoms (Hf and Ta are selected depending on the composition)".
  • composition of the (TiVZrNbHfTa) (CN) layer which is a composite carbonitride layer, is expressed by the formula: (Ti a1 V a2 Zr a3 Nb a4 Hf a5 Ta a6 ) (C b1 N b2 ),
  • a 1 , a 2 , a 3 , a 4 , a 5 , a 6 , b 1 and b 2 satisfy the above relationship, the entropy of mixing the (TiVZrNbHfTa)(CN) layer is increased and this
  • the (TiVZrNbHfTa) (CN) layer has the physical properties (i) to (ii) obtained from the above findings.
  • a 1 , a 2 , a 3 , a 4 , a 5 , a 6 , b 1 , and b 2 are determined so that S config becomes larger. Since the upper limits of a 5 and a 6 are both less than 0.01, the calculated upper limit of S config is 1.08R.
  • Containing Cl Containing Cl is the same as replacing “(TiVZrNb)(CN)” with “(TiVZrNbHfTa)(CN)” in the description of the first embodiment regarding the above-mentioned Cl content. That is, the content (atomic %) of Cl is the proportion of all atoms of Ti, V, Zr, Nb, Hf, Ta, C, N, and Cl.
  • Base Material The base material is the same as described in the first embodiment.
  • the method for manufacturing the (TiVZrNbHfTa) (CN) layer of this embodiment is, for example, using a gas obtained by adding HfCl 4 and TaCl 5 to the film forming gas of the first embodiment, that is, TiCl 4 , ZrCl 4 , VCl 4 . , NbCl 5 , HfCl 4 , TaCl 5 , H 2 , HCl, N 2 , CH 3 CN, Ar, and H 2 by the CVD method.
  • a surface-coated cutting tool having a base and a coating layer on the surface of the base,
  • the coating layer has a composite carbonitride layer
  • the composite carbonitride layer has an average thickness of 1.0 ⁇ m or more and 20.0 ⁇ m or less
  • the metal components Ti, V, Zr, and Nb are respectively a 1 , a 2 , a 3
  • the atomic ratio of the metal components a 1 , a 2 , a 3 Contains in a 4
  • the total atomic ratio of the nonmetallic components is 1, it contains C and N, which are nonmetallic components, at b 1 and b 2 , respectively, which are the atomic ratios of the nonmetallic components, and further contains unavoidable impurities.
  • the composite carbonitride layer further contains at least one of Hf and Ta as the metal component in an atomic ratio of a 5 and a 6 ,
  • a Ti compound layer of one or more of a Ti nitride layer, a carbide layer, a carbonitride layer, and an oxide layer is formed on the composite carbonitride layer, and the total average thickness thereof is 0.1 to 0.1.
  • Manufacture of Substrate WC powder, TiC powder, ZrC powder, TaC powder, NbC powder, Cr3C2 powder, TiN powder, and Co powder were prepared as raw material powders, and these raw material powders were mixed into the composition shown in Table 1. The mixture was blended, further wax was added, and the mixture was mixed in a ball mill for 24 hours in acetone, dried under reduced pressure, and then press-molded into a powder compact of a predetermined shape at a pressure of 98 MPa.
  • this green compact is vacuum sintered, and after sintering, the cutting edge is honed to R: 0.05 mm, and is made of WC-based cemented carbide with the insert shape of CNMG120408-MA manufactured by Mitsubishi Materials. Substrates A to C were each produced.
  • Film Formation A (TiVZrNb) (CN) layer was formed on the surfaces of the substrates A to C using a CVD apparatus to obtain Examples 1 to 10 shown in Table 5.
  • the film forming conditions were as shown in Table 2, and were generally as follows.
  • Reaction gas composition (the content of gas components is in % by volume): TiCl4 : 0.02-0.10% ZrCl4 : 0.10-0.50% VCl4 : 0.02-0.10% NbCl5 : 0.02-0.10% CH 3 CN: 0.10 to 0.50%, HCl: 0.10-0.50% N2 : 0.0-12.0% Ar: 10.0-50.0% H 2 : Residual reaction atmosphere pressure: 4.5 to 12.0 kPa Reaction atmosphere temperature: 800-950°C
  • (TiVZrNb)(CN) layers were formed on the surfaces of substrates A to C under the film forming conditions shown in Table 2 to obtain Comparative Examples 1 to 10 shown in Table 5.
  • the composition of the raw material gas was changed from that of the example.
  • the lower layer and/or upper layer shown in Table 4 were formed under the conditions shown in Table 3.
  • a TiCN layer and a lower layer, a lower layer and an upper layer as shown in Table 4 were formed on the surfaces of substrates A and C under the conditions shown in Table 3, and the conventional example shown in Table 5 1 and 2 were made.
  • Cutting test work material JIS/SCM440 Hollow round bar with two equally spaced grooves (width 20mm) (outer diameter ⁇ 180, inner diameter ⁇ 50) Cutting speed: 250m/min. Cut: 1.5mm Feed amount: 0.4mm/rev. Number of cuts: 20 passes
  • Table 6 shows the results of the cutting test.
  • the life was reached before the number of cutting passes reached 20 due to chipping or flank wear (life judgment criterion: flank wear width 0.4 mm). , indicates the number of cutting passes until the end of its life.
  • Examples 1 to 10 all had a small amount of wear, no chipping, improved hardness and toughness, and exhibited excellent cutting performance over a long period of time.
  • Comparative Examples 1 to 10 and Conventional Examples 1 to 2 all had a large amount of wear or chipping, and reached the end of their service life in a short period of time.
  • Example of second embodiment 1. Manufacturing of Substrates Substrates A to C made of WC-based cemented carbide and having the same insert shape of CNMG120408-MA manufactured by Mitsubishi Materials Corporation as in the first embodiment were manufactured.
  • Film Formation A (TiVZrNbHfTa)(CN) layer was formed on the surfaces of the substrates A to C using a CVD apparatus to obtain Examples 11 to 15 shown in Table 9.
  • the film forming conditions were as shown in Table 7, and were generally as follows.
  • Reaction gas composition (the content of gas components is in % by volume): TiCl4 : 0.02-0.10% VCl4 : 0.02-0.10% ZrCl4 : 0.10-0.50% NbCl5 : 0.02-0.10% * HfCl4 : 0.00-0.02% *TaCl 5 : 0.00-0.01% CH 3 CN: 0.10 to 0.50%, HCl: 0.10-0.50% N2 : 0.0-12.0% Ar: 10.0-50.0% H 2 :Remaining *HfCl 4 and TaCl 5 are selected depending on the composition of the (TiVZrNbHfTa)(CN) layer.
  • Reaction atmosphere pressure 4.5-12.0kPa
  • Reaction atmosphere temperature 800-950°C
  • (TiVZrNbHfTa)(CN) layers were formed on the surfaces of substrates A to C under the film forming conditions shown in Table 7 to obtain Comparative Examples 11 to 15 shown in Table 9.
  • the composition of the raw material gas was changed from that of the example.
  • the lower layer and/or upper layer shown in Table 8 were formed under the conditions shown in Table 3.
  • Cutting test work material JIS/SCM440 Hollow round bar with two equally spaced grooves (width 20mm) (outer diameter ⁇ 180, inner diameter ⁇ 50) Cutting speed: 250m/min. Cut: 1.5mm Feed amount: 0.4mm/rev. Number of cuts: 20 passes
  • Table 10 shows the results of the cutting test.
  • the life was reached before the number of cutting passes reached 20 due to chipping or flank wear (life judgment criterion: flank wear width 0.4 mm), so the Indicates the number of cutting passes.
  • Examples 11 to 15 all had a small amount of wear, no chipping, improved hardness and toughness, and exhibited excellent cutting performance over a long period of time.
  • Comparative Examples 11 to 15 all had a large amount of wear or chipping, and reached the end of their service life in a short period of time.

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Abstract

被覆層は複合炭窒化物層を有し、 前記複合炭窒化物層は、平均厚さが１．０μｍ以上、２０．０μｍ以下であり、 その金属成分の含有原子比の合計を１とするとき、金属成分であるＴｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂを、ぞれぞれ、金属成分の含有原子比であるａ１、ａ２、ａ３、ａ４で含有し、 その非金属成分の含有原子比の合計を１とするとき、非金属成分であるＣ、Ｎを、それぞれ、非金属成分の含有原子比であるｂ１、ｂ２で含有し、 さらに不可避不純物を含有し、 前記ａ１、ａ２、ａ３、ａ４、ｂ１、ｂ２は、 ０．０１≦ａ１≦０．６０ ０．０１≦ａ２≦０．６０ ０．０１≦ａ３≦０．６０ ０．０１≦ａ４≦０．６０ ０．２０≦ｂ１≦０．８０ ０．２０≦ｂ２≦０．８０ であり、Ｓｃｏｎｆｉｇ≧０．８０Ｒ （Ｒは気体定数、ｌｎは自然対数）で、 ＮａＣｌ型面心立方構造を有する結晶粒を含む被覆層を有する表面被覆切削工具。

Description

表面被覆切削工具
　本発明は、表面被覆切削工具（以下、被覆工具ということがある）に関するものである。本出願は、２０２２年３月３０日に出願した日本国特許出願である特願２０２２－５５５１８号に基づく優先権を主張する。当該日本特許出願に記載された全ての記載内容は、参照によって本明細書に援用される。
　炭化タングステン（以下、ＷＣで示す）基超硬合金等の基体の表面に、被覆層を形成した被覆工具が知られており、優れた耐摩耗性を発揮することが知られている。
　そして、被覆工具の耐久性を向上させるべく、被覆層の改善についての種々の提案がなされている。
　例えば、特許文献１には、基体と該基体上に被覆層を有し、該被覆層は、格子定数が０．４０３～０．４５５ｎｍの面心立方構造を有する（ＴｉｘＺｒ１－ｘ）（ＣｙＮ１－ｙ）（０．４＜ｘ＜０．９５、０．２＜ｙ＜０．９）または格子定数が０．４３０～０．４５０ｎｍの面心立方構造を有する（ＴｉｘＨｆ１－ｘ）（ＣｙＮ１－ｙ）（０．４＜ｘ＜０．９５、０．２＜ｙ＜０．９）である被覆工具が記載され、前記被覆層は硬く、耐摩耗性を有するとされている。
　また、例えば、特許文献２には、基体上に０．４２７～０．４５３ｎｍの格子定数を有するｆｃｃ構造のＴｉ１－ｘＭｅｘの窒化物（０．１≦ｘ≦０．９、ＭｅはＺｒ、Ｈｆの１種以上）を被覆した被覆工具（インサート）が記載され、該被覆工具の被覆層は硬く、ステンレス鋼の乾式切削に適するとされている。
特許第４０２８８９１号公報 米国特許出願公開第２０１６／０２９８２３３号明細書
　本発明は、前記事情や前記提案を鑑みてなされたものであって、高硬度でかつ靭性を向上させた被覆層を有する被覆工具を提供することを目的とする。
　本発明の実施形態に係る表面被覆切削工具は、
　基体と該基体の表面に被覆層を有し、
前記被覆層は複合炭窒化物層を有し、
前記複合炭窒化物層は、平均厚さが１．０μｍ以上、２０．０μｍ以下であり、
その金属成分の含有原子比の合計を１とするとき、金属成分であるＴｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂを、ぞれぞれ、金属成分の含有原子比であるａ１、ａ２、ａ３、ａ４で含有し、
その非金属成分の含有原子比の合計を１とするとき、非金属成分であるＣ、Ｎを、それぞれ、非金属成分の含有原子比であるｂ１、ｂ２で含有し、
さらに不可避不純物を含有し、
前記ａ１、ａ２、ａ３、ａ４、ｂ１、ｂ２は、
０．０１≦ａ１≦０．６０
０．０１≦ａ２≦０．６０
０．０１≦ａ３≦０．６０
０．０１≦ａ４≦０．６０
０．２０≦ｂ１≦０．８０
０．２０≦ｂ２≦０．８０
であり、
ｎ＝４、ｍ＝２として式１（式１でｌｎは自然対数である）で表されるＳｃｏｎｆｉｇが０．８０Ｒ（Ｒは気体定数である）以上であり、
ＮａＣｌ型面心立方構造を有する結晶粒を含む、
ことを特徴とする表面被覆切削工具。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　さらに、前記実施形態に係る表面被覆切削工具は、以下の（１）、（２）の事項少なくとも１つを満足してもよい。
（１）前記複合炭窒化物層は、前記金属成分としてＨｆ、Ｔａの少なくとも１種を原子比であるａ５、ａ６でさらに含有し、
前記ａ５、ａ６は、
ａ５＜０．０１
ａ６＜０．０１
であり、ｎ＝６、ｍ＝２として式１で表されるＳｃｏｎｆｉｇ（ただし、ａｉ（ｉ＝５または６）がゼロ（含有されない）のとき、ａｉｌｎ（ａｉ）＝０とする）が０．８０Ｒ以上であること。
（２）前記複合炭窒化物層が０．５０原子％以下のＣｌを含むこと。
　前記表面被覆切削工具は、被覆層が高硬度でかつ高靭性を有している。
ＴｉＮの結晶構造の模式図を示す。 （ＴｉＶＺｒＮｂ）（ＣＮ）または（ＴｉＶＺｒＮｂＨｆＴａ）（ＣＮ）の結晶構造の模式図を示す。
　表面被覆切削工具の被覆層が高硬度であることと高靭性であることとは、二律背反の関係にあり、従来の固溶強化理論では、両者を両立することは困難と考えられている。
　一方、近年、ハイエントロピー合金といわれる５種類以上の元素をほぼ等しい原子割合で混ぜ合わせた合金をはじめとし、多種主要元素合金（Ｍｕｌｔｉ　Ｐｒｉｎｃｉｐａｌ　Ｅｌｅｍｅｎｔ　Ａｌｌｏｙ）といわれる３種類以上の元素から構成され少なくとも２種類以上の主要元素から構成されている合金等の混合のエントロピーを高めた固溶体の研究がなされているが、被覆工具の被覆層について混合のエントロピーを高めた研究は未見である。
　本発明者は、被覆工具の被覆層を構成する固溶体（合金）に対して、混合のエントロピーを高めることにより、従来の被覆層では実現できなかった二律背反の関係にある高硬度と高靭性を両立すべく鋭意検討を行った。
　その結果、被覆工具の被覆層を構成する特定の組成の複合炭窒化物層において、混合エントロピーを高めると、
（ｉ）特定の組成の複合炭窒化物層が原子半径の異なる複数種類の原子から構成されることになり結晶粒内に歪みが生じて硬さと靭性が向上すること、
（ｉｉ）高温下における複合炭窒化物層の熱的な安定性や耐酸化性が向上すること、
の知見を得た。
　以下では、本発明の実施形態に係る表面被覆切削工具について説明する。
　なお、本明細書および特許請求の範囲において、数値範囲を「Ｌ～Ｍ」（Ｌ、Ｍは共に数値）で表現するときは、「Ｌ以上、Ｍ以下」と同義であって、その範囲は上限値（Ｍ）および下限値（Ｌ）を含んでおり、上限値のみに単位が記載されているときは上限値（Ｍ）と下限値（Ｌ）の単位は同じである。
Ｉ．第１の実施形態
　第１の実施形態に係る被覆層を構成する（ＴｉＶＺｒＮｂ）の複合炭窒化物（（ＴｉＶＺｒＮｂ）（ＣＮ）と表すことがある）について、説明する。
１．被覆層
１－１．（ＴｉＶＺｒＮｂ）（ＣＮ）層
（１）結晶構造
　（ＴｉＶＺｒＮｂ）（ＣＮ）は、図２に示すような原子の配列である。すなわち、それぞれ原子半径の異なるＴｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ原子のいずれかの原子がカチオンサイト（４）に存在し、Ｃ、Ｎ原子がアニオンサイト（２、３）にそれぞれ規則性なくランダムに混ざり合って、結晶格子を形成している。この結晶格子は、図１に模式的に示すＴｉＮの結晶構造（Ｔｉ原子（１）、Ｎ原子（２））に比して、各原子が理想的な格子点の位置から変位をしている。これにより、結晶格子内に歪（図２では点線からのずれで示される）が生じており、この歪に起因して硬さと靭性が向上する。なお、図２において各原子の変位量も模式的に示されている。
（２）平均厚さ
　複合炭窒化物層である（ＴｉＶＺｒＮｂ）（ＣＮ）層の平均厚さは、１．０μｍ以上、２０．０μｍ以下であることが好ましい。その理由は、平均厚さが１．０μｍ未満では、（ＴｉＶＺｒＮｂ）（ＣＮ）層の平均厚さが薄いため耐久性を十分確保することができず、一方、平均厚さが２０．０μｍを超えると、（ＴｉＶＺｒＮｂ）（ＣＮ）層の結晶粒が粗大化しやすくなり、チッピングを発生しやすくなるためである。（ＴｉＶＺｒＮｂ）（ＣＮ）層の平均厚さは３．０μｍ以上、１６．０μｍ以下がより好ましい。
（３）組成
　複合炭窒化物層である（ＴｉＶＺｒＮｂ）（ＣＮ）層は、組成を式
：（Ｔｉａ１Ｖａ２Ｚｒａ３Ｎｂａ４）（Ｃｂ１Ｎｂ２）で表したとき、
前記ａ１、ａ２、ａ３、ａ４、ｂ１、ｂ２は、ａ１＋ａ２＋ａ３＋ａ４＝１、ｂ１＋ｂ２＝１であって、
０．０１≦ａ１≦０．６０
０．０１≦ａ２≦０．６０
０．０１≦ａ３≦０．６０
０．０１≦ａ４≦０．６０
０．２０≦ｂ１≦０．８０
０．２０≦ｂ２≦０．８０
であり、
ｎ＝４、ｍ＝２として式１（式１でｌｎは自然対数である）で表されるＳｃｏｎｆｉｇが０．８０Ｒ（Ｒは気体定数である）以上であることが好ましい。
　なお、製造工程で混入する意図しない不可避不純物が含まれていてもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　ａ１、ａ２、ａ３、ａ４、ｂ１およびｂ２の各値が上記関係を満足するとき、（ＴｉＶＺｒＮｂ）（ＣＮ）層の混合のエントロピーは高められ、この（ＴｉＶＺｒＮｂ）（ＣＮ）層は前記知見で得た（ｉ）～（ｉｉ）の物性を有する。
　そして、ａ１、ａ２、ａ３、ａ４、ｂ１、ｂ２は、Ｓｃｏｎｆｉｇがより大きくなるように決定することが好ましい。Ｓｃｏｎｆｉｇの計算上の上限値は１．０４Ｒである。
（４）Ｃｌの含有
　Ｃｌは塩化物を原料ガスとするＣＶＤ法により成膜すれば不可避的にごく微量（塩素のみの単元素検出による分析によってその存在が確認できる量）含まれるものである。そして、Ｃｌの含有量が、０．５０原子％以下であれば、Ｃｌによって（ＴｉＶＺｒＮｂ）（ＣＮ）層が潤滑性を有する。
　ここで、Ｃｌの含有量（原子％）は、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｃ、Ｎ、Ｃｌの全ての原子に占める割合である。
（５）ＮａＣｌ型面心立方構造
　（ＴｉＶＺｒＮｂ）（ＣＮ）層は、ＮａＣｌ型面心立方構造の結晶粒を有していることが好ましい。ただし、ＮａＣｌ型面心立方構造以外の結晶粒を含有していても構わないが、ＮａＣｌ型面心立方構造以外の結晶粒の存在は意図しないものである。特許請求の範囲、本明細書でＮａＣｌ型面心立方構造の結晶粒を有しているとは、ＮａＣｌ型面心立方構造の結晶粒の他に、この意図しないＮａＣｌ型面心立方構造以外の結晶粒が存在してもよいことをいう。
１－２．その他の層
（１）下部層
　Ｔｉの窒化物層、炭化物層、炭窒化物層のうちの１層以上のＴｉ化合物（化学量論的組成に限定されない）層からなり、その合計平均厚さが０．１～２０．０μｍである下部層を基体と（ＴｉＶＺｒＮｂ）（ＣＮ）層との間に設けてもよい。下部層を設けると、基材と（ＴｉＶＺｒＮｂ）（ＣＮ）層の密着性が向上する。
（２）上部層
　（ＴｉＶＺｒＮｂ）（ＣＮ）層の上部に、Ｔｉの窒化物層、炭化物層、炭窒化物層、および酸化物層のうちの１種以上のＴｉ化合物（化学量論的組成に限定されない）層、および／または、酸化アルミニウム（化学量論的組成に限定されない）層からなり、その合計平均厚さが０．１～２５．０μｍである上部層を設けてもよい。上部層を設けると、耐チッピング性、耐摩耗性が向上する。
（３）意図せずに生じる層
　ＣＶＤ炉内のガス圧や温度が不安定になるとき、（ＴｉＶＺｒＮｂ）（ＣＮ）層、下部層、上部層とは異なる層が意図せずに成膜されることがある。
２．基体
（１）材質
　材質は、従来公知の基体の材質であれば、本発明の目的を達成することを阻害するものでない限り、いずれのものも使用可能である。一例をあげるならば、ＷＣ基超硬合金（ＷＣの他、Ｃｏを含み、さらに、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｃｒ等の炭化物または窒化物を添加したものも含むもの）、サーメット（ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ等を主成分とするもの）、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）、ｃＢＮ焼結体のいずれかである。
（２）形状
　基体の形状は、切削工具として用いられる形状であれば特段の制約はなく、インサートの形状、ソリッド工具の形状が例示できる。
３．測定方法
　以下のようにして、本実施形態の（ＴｉＶＺｒＮｂ）（ＣＮ）層の平均厚さ、各元素含有量、平均塩素含有量を求める。
（１）平均厚さ
　（ＴｉＶＺｒＮｂ）（ＣＮ）層等の平均厚さは以下のようにして求めることができる。クロスセクションポリッシャー装置（Ｃｒｏｓｓ　ｓｅｃｔｉｏｎ　Ｐｏｌｉｓｈｅｒ：ＣＰ）等を用いて、被覆層の縦断面の観察用の試料を作製し、その縦断面を走査型電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＳＥＭ）により観察し、複数箇所（例えば、５箇所）の層の厚さを測定して、これらを平均することにより（ＴｉＶＺｒＮｂ）（ＣＮ）層等の平均厚さとする。なお、基体の表面の定義は後述する。
　ここで、縦断面とは、インサートでは基体の表面における微小な凹凸をないものと扱い、平らな面として扱ったときの基体の表面に垂直な断面をいう。
　基体の表面とは、縦断面の観察像における、基体と被覆層の界面粗さの平均線（直線）とする。
　すなわち、前記縦断面の観察像より被覆層（下部層が存在すれば、（ＴｉＶＺｒＮｂ）（ＣＮ）層の代わりに下部層を用いる）と基体の界面を定め、得られた被覆層と基体との界面の粗さ曲線について、平均線を引き、これを基体の表面とする。そして、この平均線に対して、垂直な方向を基体に垂直な方向（層の厚さ方向）とする。
　また、基体が曲面の表面を有する場合であっても、被覆層の厚さに対して曲面の曲率半径が十分に大きければ、測定領域における被覆層と基体との間の界面は略平面となることから、同様の手法により基体の表面を決定することができる。
（２）被覆層の各元素の含有量および塩素含有量
　（ＴｉＶＺｒＮｂ）（ＣＮ）層の各元素の含有量および塩素含有量は、以下のようにして求める。
　Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂの含有量ａ１、ａ２、ａ３、ａ４、およびＣ、Ｎ含有量ｂ１、ｂ２、および塩素含有量については、電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｐｒｏｂｅ　Ｍｉｃｒｏ　Ａｎａｌｙｓｅｒ）を用い、被覆層表面を研磨した試料において、電子線を試料表面側から照射し、得られた特性Ｘ線の解析結果の１０点の平均値とする。
（３）（ＴｉＶＺｒＮｂ）（ＣＮ）層の結晶構造の同定
　（ＴｉＶＺｒＮｂ）（ＣＮ）層について、Ｘ線回折装置を用いてＸ線回折試験を実施し、ＮａＣｌ型の面心立方構造を有していることを確認する。なお、Ｘ線回折はＣｕＫα線による２θ‐θ法で測定し、測定条件として、測定範囲（２θ）：１５～１３５度、Ｘ線出力：４５ｋＶ、４０ｍＡ、発散スリット：０．５度、スキャンステップ：０．０１３度という条件で測定する。
４．製造方法
　本実施形態の（ＴｉＶＺｒＮｂ）（ＣＮ）層の製造方法は、例えば、ＴｉＣｌ４、ＺｒＣｌ４、ＶＣｌ４、ＮｂＣｌ５、Ｈ２、ＨＣｌ、Ｎ２、ＣＨ３ＣＮ、Ａｒ、Ｈ２の各ガスを用いて、ＣＶＤ法により行うことができる。
ＩＩ．第２の実施形態
　第２の実施形態に係る被覆層を構成する（ＴｉＶＺｒＮｂＨｆＴａ）の複合炭窒化物（（ＴｉＶＺｒＮｂＨｆＴａ）（ＣＮ）と表すことがある）について、説明する。
１．被覆層
１－１．（ＴｉＶＺｒＮｂＨｆＴａ）（ＣＮ）層
（１）結晶構造
　結晶構造は、前述の結晶構造に関する第１の実施形態の説明において、「（ＴｉＶＺｒＮｂ）（ＣＮ）」、「Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ原子」を、それぞれ、「（ＴｉＶＺｒＮｂＨｆＴａ）（ＣＮ）」、「Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ原子（Ｈｆ、Ｔａは組成に応じて選択される）」に置き換えたものである。
（２）平均厚さ
　平均厚さは、前述の平均厚さに関する第１の実施形態の説明において、「（ＴｉＶＺｒＮｂ）」を「（ＴｉＶＺｒＮｂＨｆＴａ）」に置き換えたものである。
（３）組成
　複合炭窒化物層である（ＴｉＶＺｒＮｂＨｆＴａ）（ＣＮ）層は、組成を式
：（Ｔｉａ１Ｖａ２Ｚｒａ３Ｎｂａ４Ｈｆａ５Ｔａａ６）（Ｃｂ１Ｎｂ２）で表したとき、
前記ａ１、ａ２、ａ３、ａ４、ａ５、ａ６、ｂ１、ｂ２は、ａ１＋ａ２＋ａ３＋ａ４＋ａ５＋ａ６＝１、ｂ１＋ｂ２＝１であって、
０．０１≦ａ１≦０．６０
０．０１≦ａ２≦０．６０
０．０１≦ａ３≦０．６０
０．０１≦ａ４≦０．６０
０．００≦ａ５＜０．０１
０．００≦ａ６＜０．０１
０．２０≦ｂ１≦０．８０
０．２０≦ｂ２≦０．８０
であり、
ｎ＝６、ｍ＝２として式１（式１でｌｎは自然対数である）で表されるＳｃｏｎｆｉｇが０．８０Ｒ（Ｒは気体定数である）以上であることが好ましい。
　なお、製造工程で混入する意図しない不可避不純物が含まれていてもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　ここで、ａｉ（ｉ＝５または６）が０．００のとき（ＨｆまたはＴａを含有しないとき）、ａｉｌｎ（ａｉ）は、０（ゼロ）と扱う。
　ａ１、ａ２、ａ３、ａ４、ａ５、ａ６、ｂ１およびｂ２の各値が上記関係を満足するとき、（ＴｉＶＺｒＮｂＨｆＴａ）（ＣＮ）層の混合のエントロピーは高められ、この（ＴｉＶＺｒＮｂＨｆＴａ）（ＣＮ）層は前記知見で得た（ｉ）～（ｉｉ）の物性を有する。
　そして、ａ１、ａ２、ａ３、ａ４、ａ５、ａ６、ｂ１、ｂ２は、Ｓｃｏｎｆｉｇがより大きくなるように決定することが好ましい。
ａ５、ａ６の上限値が共に０．０１未満であるため、Ｓｃｏｎｆｉｇの計算上の上限値は１．０８Ｒである。
（４）Ｃｌの含有
　Ｃｌの含有は、前述のＣｌの含有に関する第１の実施形態の説明において、「（ＴｉＶＺｒＮｂ）（ＣＮ）」を「（ＴｉＶＺｒＮｂＨｆＴａ）（ＣＮ）」に置き換えたものである。すなわち、Ｃｌの含有量（原子％）は、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｃ、Ｎ、Ｃｌの全ての原子に占める割合である。
（５）ＮａＣｌ型面心立方構造
　ＮａＣｌ型面心立方構造については、前述のＮａＣｌ型面心立方構造に関する第１の実施形態の説明において、「（ＴｉＶＺｒＮｂ）」を「（ＴｉＶＺｒＮｂＨｆＴａ）」に置き換えたものである。
１－２．その他の層
　その他の層については、前述のその他の層に関する第１の実施形態の説明において、「（ＴｉＶＺｒＮｂ）」を「（ＴｉＶＺｒＮｂＨｆＴａ）」に置き換えたものである。
２．基材
　基材については、第１の実施形態の説明と同じである。
３．測定方法
　測定方法については、前述の測定方法に関する第１の実施形態の説明において、「（ＴｉＶＺｒＮｂ）」を「（ＴｉＶＺｒＮｂＨｆＴａ）」に置き換えたものである。そして、Ｈｆ、Ｔａの含有量もＥＰＭＡにより測定する。
４．製造方法
　本実施形態の（ＴｉＶＺｒＮｂＨｆＴａ）（ＣＮ）層の製造方法は、例えば、第１の実施形態の成膜ガスにＨｆＣｌ４、ＴａＣｌ５を加えたガス、すなわち、ＴｉＣｌ４、ＺｒＣｌ４、ＶＣｌ４、ＮｂＣｌ５、ＨｆＣｌ４、ＴａＣｌ５、Ｈ２、ＨＣｌ、Ｎ２、ＣＨ３ＣＮ、Ａｒ、Ｈ２の各ガスを用いて、ＣＶＤ法により行うことができる。
　以上の説明は、以下に付記する特徴を含む。
（付記１）
　基体と該基体の表面に被覆層を有する表面被覆切削工具であって、
前記被覆層は複合炭窒化物層を有し、
前記複合炭窒化物層は、平均厚さが１．０μｍ以上、２０．０μｍ以下であり、
その金属成分の含有原子比の合計を１とするとき、金属成分であるＴｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂを、ぞれぞれ、金属成分の含有原子比であるａ１、ａ２、ａ３、ａ４で含有し、
その非金属成分の含有原子比の合計を１とするとき、非金属成分であるＣ、Ｎを、それぞれ、非金属成分の含有原子比であるｂ１、ｂ２で含有し
さらに不可避不純物を含有し、
前記ａ１、ａ２、ａ３、ａ４、ｂ１、ｂ２は、
０．０１≦ａ１≦０．６０
０．０１≦ａ２≦０．６０
０．０１≦ａ３≦０．６０
０．０１≦ａ４≦０．６０
０．２０≦ｂ１≦０．８０
０．２０≦ｂ２≦０．８０
であり、
ｎ＝４、ｍ＝２として式１（式１でｌｎは自然対数である）で表されるＳｃｏｎｆｉｇが０．８０Ｒ（Ｒは気体定数である）以上であり、
ＮａＣｌ型面心立方構造を有する結晶粒を含む、
ことを特徴とする表面被覆切削工具。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
（付記２）
　前記複合炭窒化物層は、前記金属成分としてＨｆ、Ｔａの少なくとも１種を原子比であるａ５、ａ６でさらに含有し、
前記ａ５、ａ６は、
ａ５＜０．０１
ａ６＜０．０１
であり、ｎ＝６、ｍ＝２として式１で表されるＳｃｏｎｆｉｇ（ただし、ａｉ（ｉ＝５または６）がゼロ（含有されない）のとき、ａｉｌｎ（ａｉ）＝０とする）が０．８０Ｒ以上であることを特徴とする付記１に記載の表面被覆切削工具。
（付記３）
　前記複合炭窒化物層が０．５０原子％以下のＣｌを含むことを特徴とする付記１または２に記載の表面被覆切削工具。
（付記４）
　前記基体と前記複合炭窒化物層との間にＴｉの窒化物層、炭化物層、炭窒化物層のうちの１層以上のＴｉ化合物層からなり、その合計平均厚さが０．１～２０．０μｍである下部層を有することを特徴とする付記１～３のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
（付記５）
　前記複合炭窒化物層の上部にＴｉの窒化物層、炭化物層、炭窒化物層、および酸化物層のうちの１種以上のＴｉ化合物層からなり、その合計平均厚さが０．１～２５．０μｍである上部層を有することを特徴とする付記１～４のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
　以下、実施例をあげて説明する。本発明は実施例に限定されるものではない。すなわち、基体としてＷＣ基超硬合金を用いたインサート切削工具をあげるが、基体の材質は前述のものであればいずれでもよく、その形状は前述のとおりソリッド工具等の他の形状であってもよい。
＜第１の実施形態の実施例＞
１．基体の製造
　原料粉末として、ＷＣ粉末、ＴｉＣ粉末、ＺｒＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、Ｃｒ３Ｃ２粉末、ＴｉＮ粉末およびＣｏ粉末を用意し、これら原料粉末を、表１に示される配合組成に配合し、さらにワックスを加えてアセトン中で２４時間ボールミル混合し、減圧乾燥した後、９８ＭＰａの圧力で所定形状の圧粉体にプレス成形した。
　その後、この圧粉体を真空焼結し、焼結後、切刃部にＲ：０．０５ｍｍのホーニング加工を施し、三菱マテリアル社製ＣＮＭＧ１２０４０８－ＭＡのインサート形状をもったＷＣ基超硬合金製の基体Ａ～Ｃをそれぞれ製造した。
２．成膜
　基体Ａ～Ｃの表面に、ＣＶＤ装置を用いて、（ＴｉＶＺｒＮｂ）（ＣＮ）層を成膜し、表５に示す実施例１～１０を得た。成膜条件は、表２に示すとおりであったが、概ね、次のとおりであった。
反応ガス組成（ガス成分の含有量は、容量％である）：
ＴｉＣｌ４：０．０２～０．１０％
ＺｒＣｌ４：０．１０～０．５０％
ＶＣｌ４：０．０２～０．１０％
ＮｂＣｌ５：０．０２～０．１０％
ＣＨ３ＣＮ：０．１０～０．５０％、
ＨＣｌ：０．１０～０．５０％
Ｎ２：０．０～１２．０％
Ａｒ：１０．０～５０．０％
Ｈ２：残
反応雰囲気圧力：４．５～１２．０ｋＰａ
反応雰囲気温度：８００～９５０℃
　なお、実施例３～１０については、表３に示す条件により表４に示す下部層および／または上部層を成膜した。
　比較のために、基体Ａ～Ｃの表面に表２に示す成膜条件によって、（ＴｉＶＺｒＮｂ）（ＣＮ）層を成膜し、表５に示す比較例１～１０を得た。
　比較例の製造工程については原料ガスの組成を実施例とは変えた。
　なお、比較例３～１０については、表３に示す条件により表４に示す下部層および／または上部層を成膜した。
　さらに、従来技術と対比すべく、基体Ａ、Ｃの表面に表３に示す条件によって、ＴｉＣＮ層と、表４に示す下部層、下部層および上部層を成膜し、表５に示す従来例１～２を作製した。
　前記実施例１～１０、比較例１～１０、および、従来例１～２について、前述した方法を用いて、各層の平均厚さ、各元素含有量、塩素含有量、ＮａＣｌ型面心立方構造を有するかを測定した。
　これらの結果を表５にまとめた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000009
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000010
　表５において、従来例１～２は、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂを含まないため、Ｓｃｏｎｆｉｇは、－Ｒ／２［ｂ１ｌｎ（ｂ１）＋ｂ２ｌｎ（ｂ２）］より算出した結果である。
　「＊＊」は、分析装置の定量精度以下の含有量であったため、塩素のみの単元素検出による分析によって塩素の特性Ｘ線スペクトルによるピークを確認し塩素が微量に含有されていることを確認したことを示す。
　また、実施例、比較例、従来例のいずれもが、実質的にＮａＣｌ型面心立方構造の結晶粒を有することを確認した。
　続いて、実施例１～１０、比較例１～１０、および、従来例１～２について、いずれも工具鋼製バイトの先端部に固定治具にてネジ止めした状態で、合金鋼ＳＣＭ４４０の等間隔２本溝入り中空丸棒の湿式端面切削加工試験を実施し、切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。
　この切削試験は逃げ面摩耗が進行しやすい加工であるとともに断続加工を含むため刃先がチッピングしやすい。そのため、耐摩耗性と耐チッピング性の双方が求められる加工であるため、硬さと靭性の評価に適している。
切削試験
被削材：ＪＩＳ・ＳＣＭ４４０
　　　　等間隔２本溝（幅２０ｍｍ）入り中空丸棒
　　　　（外径Φ１８０、内径Φ５０）
切削速度：２５０ｍ／ｍｉｎ．
切り込み：１．５ｍｍ
送り量：０．４ｍｍ／ｒｅｖ．
切削回数：２０パス
　表６に、切削試験の結果を示す。なお、比較例１～１０および従来例１～２については、チッピングまたは逃げ面摩耗(寿命判定基準：逃げ面摩耗幅０．４ｍｍ)が原因で切削回数が２０パスとなる前に寿命となったため、その寿命に至るまでの切削パス数を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000011
　表６に示す結果から明らかなように、実施例１～１０はいずれも摩耗量が少なく、チッピングの発生がなく、硬さと靭性が共に向上しており、長期にわたって優れた切削性能を発揮した。
　これに対して、比較例１～１０および従来例１～２は、いずれも摩耗量が多く、または、チッピングが発生し、短時間で使用寿命に至った。
＜第２の実施形態の実施例＞
１．基体の製造
　第１の実施形態と同じ三菱マテリアル社製ＣＮＭＧ１２０４０８－ＭＡのインサート形状をもったＷＣ基超硬合金製の基体Ａ～Ｃをそれぞれ製造した。
２．成膜
　基体Ａ～Ｃの表面に、ＣＶＤ装置を用いて、（ＴｉＶＺｒＮｂＨｆＴａ）（ＣＮ）層を成膜し、表９に示す実施例１１～１５を得た。成膜条件は、表７に示すとおりであったが、概ね、次のとおりであった。
反応ガス組成（ガス成分の含有量は、容量％である）：
ＴｉＣｌ４：０．０２～０．１０％
ＶＣｌ４：０．０２～０．１０％
ＺｒＣｌ４：０．１０～０．５０％
ＮｂＣｌ５：０．０２～０．１０％
＊ＨｆＣｌ４：０．００～０．０２％
＊ＴａＣｌ５：０．００～０．０１％
ＣＨ３ＣＮ：０．１０～０．５０％、
ＨＣｌ：０．１０～０．５０％
Ｎ２：０．０～１２．０％
Ａｒ：１０．０～５０．０％
Ｈ２：残
＊ＨｆＣｌ４、ＴａＣｌ５は、（ＴｉＶＺｒＮｂＨｆＴａ）（ＣＮ）層の組成に応じて選択する。
反応雰囲気圧力：４．５～１２．０ｋＰａ
反応雰囲気温度：８００～９５０℃
　なお、実施例１３～１５については、表３に示す条件により表８に示す下部層および／または上部層を成膜した。
　比較のために、基体Ａ～Ｃの表面に表７に示す成膜条件によって、（ＴｉＶＺｒＮｂＨｆＴａ）（ＣＮ）層を成膜し、表９に示す比較例１１～１５を得た。
　比較例の製造工程では、原料ガスの組成を実施例とは変えた。
　なお、比較例１３～１５については、表３に示す条件により表８に示す下部層および／または上部層を成膜した。
　前記実施例１１～１５および比較例１１～１５について、前述した方法を用いて、各層の平均厚さ、各元素含有量、塩素含有量、ＮａＣｌ型面心立方構造を有するかを測定した。
　これらの結果を表９にまとめた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000012
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000013
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000014
　表９において、「＊＊」は、分析装置の定量精度以下の含有量であったため、塩素のみの単元素検出による分析によって塩素の特性Ｘ線スペクトルによるピークを確認し塩素が微量に含有されていることを確認したことを示す。
　また、全ての実施例、比較例、従来例のいずれもが、ＮａＣｌ型面心立方構造の結晶粒を有することを確認した。
　続いて、実施例１１～１５および比較例１１～１５について、いずれも工具鋼製バイトの先端部に固定治具にてネジ止めした状態で、合金鋼ＳＣＭ４４０の等間隔２本溝入り中空丸棒の湿式端面切削加工試験を実施し、切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。
　この切削試験は逃げ面摩耗が進行しやすい加工であるとともに断続加工を含むため刃先がチッピングしやすい。そのため、耐摩耗性と耐チッピング性の双方が求められる加工であるため、硬さと靭性の評価に適している。
切削試験
被削材：ＪＩＳ・ＳＣＭ４４０
　　　　等間隔２本溝（幅２０ｍｍ）入り中空丸棒
　　　　（外径Φ１８０、内径Φ５０）
切削速度：２５０ｍ／ｍｉｎ．
切り込み：１．５ｍｍ
送り量：０．４ｍｍ／ｒｅｖ．
切削回数：２０パス
　表１０に、切削試験の結果を示す。なお、比較例１１～１５については、チッピングまたは逃げ面摩耗(寿命判定基準：逃げ面摩耗幅０．４ｍｍ)が原因で切削回数が２０パスとなる前に寿命となったため、その寿命に至るまでの切削パス数を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000015
　表１０に示す結果から明らかなように、実施例１１～１５はいずれも摩耗量が少なく、チッピングの発生がなく、硬さと靭性が共に向上しており、長期にわたって優れた切削性能を発揮した。
　これに対して、比較例１１～１５は、いずれも摩耗量が多く、または、チッピングが発生し、短時間で使用寿命に至った。
　前記開示した実施の形態は全ての点で例示にすぎず、制限的なものではない。本発明の範囲は前記した実施の形態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、および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
１　Ｔｉ原子
２　アニオンサイト（Ｎ原子）
３　アニオンサイト（Ｃ原子）
４　カチオンサイト（Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂのいずれかの原子またはＴｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ（Ｈｆ、Ｔａは組成に応じて選択される）のいずれかの原子）

Claims (3)

  1. 　基体と該基体の表面に被覆層を有する表面被覆切削工具であって、
    前記被覆層は複合炭窒化物層を有し、
    前記複合炭窒化物層は、平均厚さが１．０μｍ以上、２０．０μｍ以下であり、
    その金属成分の含有原子比の合計を１とするとき、金属成分であるＴｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂを、ぞれぞれ、金属成分の含有原子比であるａ１、ａ２、ａ３、ａ４で含有し、
    その非金属成分の含有原子比の合計を１とするとき、非金属成分であるＣ、Ｎを、それぞれ、非金属成分の含有原子比であるｂ１、ｂ２で含有し、
    さらに不可避不純物を含有し、
    前記ａ１、ａ２、ａ３、ａ４、ｂ１、ｂ２は、
    ０．０１≦ａ１≦０．６０
    ０．０１≦ａ２≦０．６０
    ０．０１≦ａ３≦０．６０
    ０．０１≦ａ４≦０．６０
    ０．２０≦ｂ１≦０．８０
    ０．２０≦ｂ２≦０．８０
    であり、
    ｎ＝４、ｍ＝２として式１（式１でｌｎは自然対数である）で表されるＳｃｏｎｆｉｇが０．８０Ｒ（Ｒは気体定数である）以上であり、
    ＮａＣｌ型面心立方構造を有する結晶粒を含む、
    ことを特徴とする表面被覆切削工具。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
  2. 　前記複合炭窒化物層は、前記金属成分としてＨｆ、Ｔａの少なくとも１種を原子比であるａ５、ａ６でさらに含有し、
    前記ａ５、ａ６は、
    ａ５＜０．０１
    ａ６＜０．０１
    であり、ｎ＝６、ｍ＝２として式１で表されるＳｃｏｎｆｉｇ（ただし、ａｉ（ｉ＝５または６）がゼロ（含有されない）のとき、ａｉｌｎ（ａｉ）＝０とする）が０．８０Ｒ以上であることを特徴とする請求項１に記載の表面被覆切削工具。
  3. 　前記複合炭窒化物層が０．５０原子％以下のＣｌを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の表面被覆切削工具。
     
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