(57)【要約】  基材と、基材の表面に形成された被覆層とを含む被覆切削工具であり、被覆層は、（ＴｉｘＡｌ１−ｘ）Ｎ［ｘはＴｉ元素とＡｌ元素との合計に対するＴｉ元素の原子比を示し、０．１０≦ｘ≦０．３５を満足する。］で表される組成を有する化合物を含有する第１複合窒化物層と、（ＴｉｙＡｌｚＭ１−ｙ−ｚ）Ｎ［ＭはＺｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、ＳｉおよびＹから選ばれる少なくとも１種の元素を示し、０．３０≦ｙ≦０．９０、０．１０≦ｚ≦０．７０、ｙ＋ｚ≦１を満足する。］で表される組成を有する第２複合窒化物層とが交互に積層された交互積層構造を有し、第１複合窒化物層は、格子定数が０．４００ｎｍ以上０．４３０ｎｍ以下である相と、格子定数が０．７５５ｎｍ以上０．８１０ｎｍ以下である相とを含む被覆切削工具。
2017175803.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材と、前記基材の表面に形成された被覆層と、を含む被覆切削工具であって、
前記被覆層は、下記式（１）：
（ＴｉｘＡｌ１−ｘ）Ｎ      （１）
（式中、ｘはＴｉ元素とＡｌ元素との合計に対するＴｉ元素の原子比を示し、０．１０≦ｘ≦０．３５を満足する。）
で表される組成を有する化合物を含有する第１複合窒化物層と、下記式（２）：
（ＴｉｙＡｌｚＭ１−ｙ−ｚ）Ｎ      （２）
（式中、ＭはＺｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、ＳｉおよびＹからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素を示し、ｙはＴｉ元素とＡｌ元素とＭで表される元素との合計に対するＴｉ元素の原子比を示し、ｚはＴｉ元素とＡｌ元素とＭで表される元素との合計に対するＡｌ元素の原子比を示し、０．３０≦ｙ≦０．９０、０．１０≦ｚ≦０．７０、ｙ＋ｚ≦１を満足する。）
で表される組成を有する化合物を含有する第２複合窒化物層とが交互に積層された交互積層構造を有し、
前記第１複合窒化物層は、格子定数が０．４００ｎｍ以上０．４３０ｎｍ以下である相と、格子定数が０．７５５ｎｍ以上０．８１０ｎｍ以下である相とを含む、被覆切削工具。
【請求項２】
前記第１複合窒化物層は、結晶系が立方晶であり、格子定数が０．４１０ｎｍ以上０．４２０ｎｍ以下である相と、結晶系が立方晶であり、格子定数が０．７７０ｎｍ以上０．７９５ｎｍ以下である相とを含む、請求項１に記載の被覆切削工具。
【請求項３】
前記第２複合窒化物層は、結晶系が立方晶であり、格子定数が０．４００ｎｍ以上０．４３０ｎｍ以下である相からなる、請求項１または２に記載の被覆切削工具。
【請求項４】
前記第１複合窒化物層の１層当たりの平均厚さＴ１は、４ｎｍ以上２００ｎｍ以下である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の被覆切削工具。
【請求項５】
前記第２複合窒化物層の１層当たりの平均厚さＴ２は、４ｎｍ以上２００ｎｍ以下である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の被覆切削工具。
【請求項６】
前記第２複合窒化物層の１層当たりの平均厚さＴ２に対する前記第１複合窒化物層の１層当たりの平均厚さＴ１の比［Ｔ１／Ｔ２］は、０．１０以上１．３０以下である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の被覆切削工具。
【請求項７】
前記第２複合窒化物層の１層当たりの厚さ平均Ｔ２に対する前記第１複合窒化物層の１層当たりの平均厚さＴ１の比［Ｔ１／Ｔ２］は、０．１０以上０．９０以下である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の被覆切削工具。
【請求項８】
前記交互積層構造の平均厚さは、１．５μｍ以上１２．０μｍ以下である、請求項１〜７のいずれか１項に記載の被覆切削工具。
【請求項９】
前記被覆層は、前記基材と前記交互積層構造との間に、下部層を有し、
前記下部層は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、ＳｉおよびＹからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素と、Ｃ、Ｎ、ＯおよびＢからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素とからなる化合物の単層または積層であり、
前記下部層の平均厚さは、０．１μｍ以上３．５μｍ以下である、請求項１〜８のいずれか１項に記載の被覆切削工具。
【請求項１０】
前記被覆層は、前記交互積層構造の表面に、上部層を有し、
前記上部層は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、ＳｉおよびＹからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素と、Ｃ、Ｎ、ＯおよびＢからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素とからなる化合物の単層または積層であり、
前記上部層の平均厚さは、０．１μｍ以上３．５μｍ以下である、請求項１〜９のいずれか１項に記載の被覆切削工具。
【請求項１１】
前記被覆層全体の平均厚さは、１．５μｍ以上１５．０μｍ以下である、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の被覆切削工具。
【請求項１２】
前記基材は、超硬合金、サーメット、セラミックスまたは立方晶窒化硼素焼結体のいずれかである、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の被覆切削工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被覆切削工具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、切削加工の高能率化に伴い、従来よりも工具寿命の長い切削工具が求められている。このため、工具材料の要求性能として、工具寿命に直結する耐摩耗性および耐欠損性の向上が一段と重要になっている。これらの特性を向上させるため、基材の表面に被膜を交互に積層した被覆切削工具が用いられている。【０００３】
このような交互に積層した被膜の特性を改善するための様々な技術が提案されている。例えば、特許文献１には、ＴｉｘＡｌ１−ｘＮおよびＴｉｙＡｌ１−ｙＮ（０≦ｘ＜０．５、０．５＜ｙ≦１）なる２種類の化合物を交互に繰り返して積層し、積層体の全体としてアルミニウムリッチになる被覆切削工具が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−９７６７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年の切削加工では、高速化や高送り化および深切り込み化がより顕著となり、加工中の刃先にかかる負荷により工具表面から発生したクラックが基材へと進展したり、刃先温度の急激な増減により基材から発生したクラックが被覆層中に進展したりすることに起因した工具の欠損が多々見られるようになっている。【０００６】
特許文献１に記載の発明は、積層周期が０．４〜５０ｎｍと薄膜の積層からなる切削工具では高い耐摩耗性を示すものの、工具の欠損が生じやすいという問題がある。【０００７】
本発明は、これらの問題を解決するためになされたものであり、耐摩耗性を低下させずに耐欠損性を向上させた工具寿命の長い被覆切削工具を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、被覆切削工具の工具寿命の延長について研究を重ねたところ、被覆層の層構成と組成とを改良することによって、耐摩耗性を低下させずに、耐欠損性を向上させることが可能となり、その結果、被覆切削工具の工具寿命を延長することができることを見出し、本発明を完成するに至った。【０００９】
すなわち、本発明の要旨は以下の通りである。
［１］基材と、前記基材の表面に形成された被覆層と、を含む被覆切削工具であって、前記被覆層は、下記式（１）：
（ＴｉｘＡｌ１−ｘ）Ｎ      （１）
（式中、ｘはＴｉ元素とＡｌ元素との合計に対するＴｉ元素の原子比を示し、０．１０≦ｘ≦０．３５を満足する。）
で表される組成を有する化合物を含有する第１複合窒化物層と、下記式（２）：
（ＴｉｙＡｌｚＭ１−ｙ−ｚ）Ｎ      （２）
（式中、ＭはＺｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、ＳｉおよびＹからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素を示し、ｙはＴｉ元素とＡｌ元素とＭで表される元素との合計に対するＴｉ元素の原子比を示し、ｚはＴｉ元素とＡｌ元素とＭで表される元素との合計に対するＡｌ元素の原子比を示し、０．３０≦ｙ≦０．９０、０．１０≦ｚ≦０．７０、ｙ＋ｚ≦１を満足する。）
で表される組成を有する化合物を含有する第２複合窒化物層とが交互に積層された交互積層構造を有し、前記第１複合窒化物層は、格子定数が０．４００ｎｍ以上０．４３０ｎｍ以下である相と、格子定数が０．７５５ｎｍ以上０．８１０ｎｍ以下である相とを含む、被覆切削工具。
［２］前記第１複合窒化物層は、結晶系が立方晶であり、格子定数が０．４１０ｎｍ以上０．４２０ｎｍ以下である相と、結晶系が立方晶であり、格子定数が０．７７０ｎｍ以上０．７９５ｎｍ以下である相とを含む、［１］に記載の被覆切削工具。
［３］前記第２複合窒化物層は、結晶系が立方晶であり、格子定数が０．４００ｎｍ以上０．４３０ｎｍ以下である相からなる、［１］または［２］に記載の被覆切削工具。
［４］前記第１複合窒化物層の１層当たりの平均厚さＴ１は、４ｎｍ以上２００ｎｍ以下である、［１］〜［３］のいずれか１つに記載の被覆切削工具。
［５］前記第２複合窒化物層の１層当たりの平均厚さＴ２は、４ｎｍ以上２００ｎｍ以下である、［１］〜［４］のいずれか１つに記載の被覆切削工具。
［６］前記第２複合窒化物層の１層当たりの平均厚さＴ２に対する前記第１複合窒化物層の１層当たりの平均厚さＴ１の比［Ｔ１／Ｔ２］は、０．１０以上１．３０以下である、請求項１〜５のいずれか１つに記載の被覆切削工具。
［７］前記第２複合窒化物層の１層当たりの厚さ平均Ｔ２に対する前記第１複合窒化物層の１層当たりの平均厚さＴ１の比［Ｔ１／Ｔ２］は、０．１０以上０．９０以下である、［１］〜［６］のいずれか１つに記載の被覆切削工具。
［８］前記交互積層構造の平均厚さは、１．５μｍ以上１２．０μｍ以下である、［１］〜［７］のいずれか１つに記載の被覆切削工具。
［９］前記被覆層は、前記基材と前記交互積層構造との間に、下部層を有し、前記下部層は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、ＳｉおよびＹからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素と、Ｃ、Ｎ、ＯおよびＢからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素とからなる化合物の単層または積層であり、前記下部層の平均厚さは、０．１μｍ以上３．５μｍ以下である、［１］〜［８］のいずれか１つに記載の被覆切削工具。
［１０］前記被覆層は、前記交互積層構造の表面に、上部層を有し、前記上部層は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、ＳｉおよびＹからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素と、Ｃ、Ｎ、ＯおよびＢからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素とからなる化合物の単層または積層であり、前記上部層の平均厚さは、０．１μｍ以上３．５μｍ以下である、［１］〜［９］のいずれか１つに記載の被覆切削工具。
［１１］前記被覆層全体の平均厚さは、１．５μｍ以上１５．０μｍ以下である、［１］〜［１０］のいずれか１つに記載の被覆切削工具。
［１２］前記基材は、超硬合金、サーメット、セラミックスまたは立方晶窒化硼素焼結体のいずれかである、［１］〜［１１］のいずれか１つに記載の被覆切削工具。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によると、耐摩耗性を低下させずに耐欠損性を向上させた工具寿命の長い被覆切削工具を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の被覆切削工具の一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための形態（以下、単に「本実施形態」という。）について詳細に説明するが、本発明は下記本実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。
【００１３】
本実施形態の被覆切削工具は、基材とその基材の表面に形成された被覆層とを含む。本実施形態における基材は、被覆切削工具の基材として用いられ得るものであれば、特に限定はされない。基材の例として、超硬合金、サーメット、セラミックス、立方晶窒化硼素焼結体、ダイヤモンド焼結体、および高速度鋼を挙げることができる。それらの中でも、基材が、超硬合金、サーメット、セラミックスおよび立方晶窒化硼素焼結体からなる群より選ばれる１種以上であると、耐摩耗性および耐欠損性に一層優れるので、さらに好ましい。
【００１４】
本実施形態の被覆切削工具において、被覆層の全体の平均厚さが１．５μｍ以上であると、耐摩耗性が更に向上する傾向がみられる。一方、被覆層の全体の平均厚さが１５．０μｍ以下であると、耐欠損性が更に向上する傾向がみられる。そのため、被覆層の全体の平均厚さは、１．５μｍ以上１５．０μｍ以下であることが好ましい。その中でも、上記と同様の観点から、被覆層の全体の平均厚さは２．０μｍ以上１０．０μｍ以下であるとより好ましい。
【００１５】
本実施形態の被覆層は、組成の異なる２種又は３種の層を交互に積層した交互積層構造を有する。その交互積層構造における少なくとも１層は、以下に説明する特定の層（以下、「第１複合窒化物層」という。）を含む。本実施形態に係る第１複合窒化物層は、下記式（１）：
（ＴｉｘＡｌ１−ｘ）Ｎ      （１）
で表される組成を有する化合物を含有するため、耐酸化性に優れる。本実施形態の第１複合窒化物層において上記式（１）で表される組成を有する化合物は、立方晶、または立方晶と六方晶とを含むと好ましい。なお、上記式（１）において、ｘはＴｉ元素とＡｌ元素との合計に対するＴｉ元素の原子比を表し、０．１０≦ｘ≦０．３５を満足する。Ｔｉ元素の原子比ｘは、０．１０以上であると、Ａｌの含有量が少なくなることにより、六方晶の存在比率をより低く抑えることができ、その結果、耐摩耗性の低下を抑制できる。一方、Ｔｉ元素の原子比ｘは、０．３５以下であると、Ａｌの含有量が多くなることにより、耐酸化性の低下を抑制できる。その中でも、ｘが０．１５以上０．３５以下であると、耐酸化性と耐摩耗性とのバランスにより優れるため好ましく、同様の観点から、ｘが０．２０以上０．３５以下であるとより好ましい。
【００１６】
本実施形態の被覆層の交互積層構造における少なくとも１層は、以下に説明する特定の層（以下、「第２複合窒化物層」という。）を含む。本実施形態に係る第２複合窒化物層は、下記式（２）：
（ＴｉｙＡｌｚＭ１−ｙ−ｚ）Ｎ      （２）
で表される組成を有する化合物を含有するため、耐摩耗性に優れる。本実施形態の第２複合窒化物層において上記式（２）で表される組成を有する化合物は、立方晶、または立方晶と六方晶とを含むと好ましい。なお、上記式（２）において、ＭはＺｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、ＳｉおよびＹからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素を示し、ｙはＴｉ元素とＡｌ元素とＭで表される元素との合計に対するＴｉ元素の原子比を示し、ｚはＴｉ元素とＡｌ元素とＭで表される元素との合計に対するＡｌ元素の原子比を示し、０．３０≦ｙ≦０．９０、０．１０≦ｚ≦０．７０、ｙ＋ｚ≦１を満足する。Ｔｉ元素の原子比ｙは、０．３０以上であると、Ｔｉの含有量が多くなることにより、耐摩耗性の低下を抑制でき、０．９０以下であると、Ａｌの含有量が多くなることにより、耐酸化性の低下を抑制できる。Ａｌ元素の原子比ｚは、０．１０以上であると、Ａｌの含有量が多くなることにより、耐酸化性の低下を抑制でき、０．７０以下であると、Ｔｉの含有量が多くなることにより、耐摩耗性の低下を抑制できる。また、Ｍで表される元素を含有することにより、耐摩耗性および耐欠損性が向上する。その中でも、Ｔｉ元素の原子比ｙが０．３０以上０．８０以下である、及び／又はＡｌ元素の原子比ｚが０．２０以上０．７０以下であると、耐摩耗性と耐酸化性とのバランスにより優れるため、好ましい。同様の観点から、Ｔｉ元素の原子比ｙが０．５０以上０．７０以下である、及び／又はＡｌ元素の原子比ｚが０．３０以上０．５０以下であると、より好ましい。また、ｙ＋ｚが０．０５以上０．３０以下であると、耐摩耗性と耐酸化性とのバランスにより優れるため、好ましく、同様の観点から、ｙ＋ｚが０．１０以上０．２０以下であるとより好ましい。さらに、Ｍで表される元素は、本発明による作用効果をより有効かつ確実に奏する観点から、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｍｏ、ＷおよびＳｉからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素であると好ましい。
【００１７】
なお、本実施形態において、各複合窒化物層の組成を（Ｔｉ０．３５Ａｌ０．６５）Ｎと表記する場合は、Ｔｉ元素とＡｌ元素との合計に対するＴｉ元素の原子比が０．３５、Ｔｉ元素とＡｌ元素との合計に対するＡｌ元素の原子比が０．６５であることを意味する。すなわち、Ｔｉ元素とＡｌ元素との合計に対するＴｉ元素の量が３５原子％、Ｔｉ元素とＡｌ元素との合計に対するＡｌ元素の量が６５原子％であることを意味する。
【００１８】
本実施形態の被覆切削工具における第１複合窒化物層は、格子定数が０．４００ｎｍ以上０．４３０ｎｍ以下である相を含むと、第１複合窒化物層が緻密になり、被覆切削工具は耐摩耗性に優れるものとなる。また、本実施形態の被覆切削工具の第１複合窒化物層は、格子定数が０．７５５ｎｍ以上０．８１０ｎｍ以下である相を含むと、加工中に発生した亀裂（クラック）の進展を抑制する効果を奏するため、被覆切削工具は耐欠損性に優れるものとなる。同様の観点から、上記第１複合窒化物層は、格子定数が０．４１０ｎｍ以上０．４３０ｎｍ以下である相と、格子定数が０．７６０ｎｍ以上０．８００ｎｍ以下である相とを含むと好ましく、格子定数が０．４１０ｎｍ以上０．４２０ｎｍ以下である相と、格子定数が０．７７０ｎｍ以上０．７９５ｎｍ以下である相とを含むとより好ましい。
【００１９】
本実施形態の被覆切削工具の第１複合窒化物層において、格子定数が０．４００ｎｍ以上０．４３０ｎｍ以下である相の結晶系が立方晶であると、第１複合窒化物層は耐摩耗性に一層優れる傾向を有するので好ましい。また、本実施形態の被覆切削工具の第１複合窒化物層において、格子定数が０．７５５ｎｍ以上０．８１０ｎｍ以下である相の結晶系が立方晶であると、第１複合窒化物層は耐摩耗性に更に優れる傾向を有するので好ましい。同様の観点から、上記第１複合窒化物層において、格子定数が０．４１０ｎｍ以上０．４３０ｎｍ以下である相の結晶系と、格子定数が０．７６０ｎｍ以上０．８００ｎｍ以下である相の結晶系は、いずれも立方晶であるとより好ましく、格子定数が０．４１０ｎｍ以上０．４２０ｎｍ以下である相と、格子定数が０．７７０ｎｍ以上０．７９５ｎｍ以下である相の結晶系は、いずれも立方晶であると更に好ましい。
【００２０】
本実施形態の被覆切削工具における第２複合窒化物層は、格子定数が０．４００ｎｍ以上０．４３０ｎｍ以下である相を含むと、第２複合窒化物層がより緻密になり、被覆切削工具は耐摩耗性に更に優れるので好ましい。本実施形態の被覆切削工具の第２複合窒化物層において、格子定数が０．４００ｎｍ以上０．４３０ｎｍ以下である相の結晶系が立方晶であると、第２複合窒化物層は耐摩耗性により優れる傾向を有するので好ましい。
【００２１】
本実施形態の被覆切削工具における第１複合窒化物層は、上述したとおり、格子定数が異なる２つの相を有することにより、耐摩耗性および耐欠損性に優れる。本実施形態の被覆切削工具における第２複合窒化物層は、Ｔｉの含有比率が高いことにより、特に鋼の加工において、良好な耐摩耗性を示す。また、被覆切削工具における被覆層が交互積層構造を有すると、被覆層の硬さが高くなるので、被覆切削工具の耐摩耗性が向上する。さらに、被覆層が交互積層構造を有すると、加工中に発生した亀裂が第１複合窒化物層と第２複合窒化物層との界面と平行な方向に進展しやすくなり、亀裂が基材まで進展することを抑制する効果が得られ、その結果、耐欠損性が向上する。
【００２２】
格子定数は、得られた格子面間隔と格子定数との関係式（以下に示す。）から、求めることができる。
ブラッグの式：２ｄ＝λ／ｓｉｎθ
立方晶の場合：ａ２＝ｄ２×（ｈ２＋ｋ２＋ｌ２）
六方晶の場合：ａ２＝ｄ２×｛４／３×（ｈ２＋ｋ２＋ｌ２）＋ｌ２×（ｃ／ａ）２｝
ここで、ｄは格子面間隔、λは測定に用いた管球の波長、θは入射角、ａは格子定数であり、ｈ、ｋ、ｌは面指数を示す。
【００２３】
本実施形態の各複合窒化物層における格子面間隔および結晶系については、市販の透過型顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて導出することができる。例えば、株式会社ＦＥＩ製の集束イオンビーム（ＦＩＢ）加工機を用いて、被覆層の断面を観察面とする薄膜の試料を作製し、株式会社ＦＥＩ製のＴＥＭ装置ＴｅｃｎａｉＯｓｉｒｉｓ（製品名）を用いて、測定することができる。各複合窒化物層に含まれる結晶粒の結晶系は、各複合窒化物層の領域に、スポット径が各複合窒化物層の厚さ相当の電子線を照射することにより、制限視野電子回折像（ＳＡＤ）から導出することができる。各複合窒化物層を構成する各結晶粒について、格子面間隔および結晶系を導出する場合には、各結晶粒のサイズ相当の電子線を照射するとよい。各複合窒化物層の格子面間隔および結晶系は、付属のフーリエ変換ソフトウェアを用いてもよい。例えば、Ｇａｔａｎ社製の解析ソフトウェアを用いて各回折面指数や格子面間隔を測定することができる。解析ソフトウェアを用いる場合、測定する箇所の格子像を観察することができる倍率で撮影することが好ましく、５０万倍以上の倍率であるとさらに好ましい。格子面間隔の測定では、ソフトウェアを用いて、５１２×５１２ピクセル、１０２４×１０２４ピクセル、または２０４８×２０４８ピクセルの解像度にてフーリエ変換すると、フーリエ変換像（以下、「ＦＦＴ像」と表記する。）を得ることができる。ＦＦＴ像の中心に得られる透過波（センタースポット）と回折スポットの距離から、格子面間隔を導出することができる。格子定数は、ＦＦＴ像から導出した各格子面間隔の距離の比率から結晶系を同定することにより、求めることができる。具体的には、同定した結晶系に関して得られた格子面間隔と格子定数との関係式に格子面間隔を代入することにより、格子定数を求めることができる。本実施形態の第１複合窒化物層は、薄膜の試料において、格子定数が０．７５５ｎｍ以上０．８１０ｎｍ以下である相が、基材と平行な方向に１μｍの範囲を観察した場合に、少なくとも１つ以上観察されることが好ましい。
【００２４】
本実施形態の被覆切削工具において、第１複合窒化物層の１層当たりの平均厚さＴ１が４ｎｍ以上であると、より均一な厚さの第１複合窒化物層を形成することができるので好ましい。一方、平均厚さＴ１が２００ｎｍ以下であると、交互積層構造の硬さが更に高くなり、被覆切削工具の耐摩耗性がより向上するので好ましい。
【００２５】
本実施形態の被覆切削工具において、第２複合窒化物層の１層当たりの平均厚さＴ２が４ｎｍ以上であると、より均一な厚さの第２複合窒化物層を形成することができるので好ましい。一方、平均厚さＴ２が２００ｎｍ以下であると、交互積層構造の硬さが更に高くなり、被覆切削工具の耐摩耗性がより向上するので好ましい。
【００２６】
本実施形態の被覆切削工具において、第２複合窒化物層の１層当たりの平均厚さＴ２に対する第１複合窒化物層の１層当たりの平均厚さＴ１の比［Ｔ１／Ｔ２］が、０．１０以上であると、加工中に発生した亀裂の進展を抑制する効果がより十分に発揮されるため好ましい。一方、平均厚さの比［Ｔ１／Ｔ２］が１．３０以下であると、耐摩耗性と耐欠損性のバランスに更に優れるので好ましい。同様の観点から、上記第２複合窒化物層の１層当たりの平均厚さＴ２に対する前記第１複合窒化物層の１層当たりの平均厚さＴ１の比［Ｔ１／Ｔ２］が、０．１０以上０．９０以下であるとさらに好ましい。
【００２７】
本実施形態の被覆切削工具において、交互積層構造の平均厚さが１．５μｍ以上であると、耐摩耗性が更に向上する傾向がみられる。一方、交互積層構造の平均厚さが１２．０μｍ以下であると、耐欠損性が更に向上する傾向がみられる。そのため、交互積層構造の平均厚さは、１．５μｍ以上１２．０μｍ以下であることが好ましい。
【００２８】
本実施形態において、第１複合窒化物層と、第２複合窒化物層とを１層ずつ形成した場合、「繰り返し数」は１回である。図１は本実施形態の被覆切削工具の断面組織の一例を示す模式図であるが、以下、これを利用して繰り返し数について説明する。この被覆切削工具８は、基材１と、基材１の表面に形成された被覆層７とを備える。被覆層７は、基材１側から順に、後述の下部層２と、交互積層構造６と、後述の上部層５とを積層してなる。交互積層構造６は、下部層２側から上部層５側に向かって順に、第１複合窒化物層３と、第２複合窒化物層４とを交互に積層してなり、第１複合窒化物層３及び第２複合窒化物層４をそれぞれ４層ずつ有する。この場合、繰り返し数は、４回となる。また、例えば、第１複合窒化物層３および第２複合窒化物層層４を、下部層２側から上部層５側に向かって順に、第１複合窒化物層３、第２複合窒化物層４、第１複合窒化物層３、第２複合窒化物層４、第１複合窒化物層３、第２複合窒化物層４、第１複合窒化物層３、第２複合窒化物層４、第１複合窒化物層３、第２複合窒化物層４と、第１複合窒化物層を５層、第２複合窒化物層を５層それぞれ形成した場合、繰り返し数は、５回となる。また、図１において、被覆層７は下部層２および上部層５の両方を備えるが、被覆層が下部層２および上部層５のいずれかのみを備えてもよく、両方備えていなくてもよい。
【００２９】
本実施形態の被覆層は、各複合窒化物層の交互積層構造だけで構成されてもよいが、基材と交互積層構造との間（すなわち、交互積層構造の下層）に下部層を有すると、基材と交互積層構造との密着性が更に向上するため、好ましい。その中でも、下部層は、上記と同様の観点から、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、ＳｉおよびＹからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素と、Ｃ、Ｎ、ＯおよびＢからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素とからなる化合物を含むと好ましく、Ｔｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、ＡｌおよびＳｉからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素と、Ｃ、Ｎ、ＯおよびＢからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素とからなる化合物を含むとより好ましく、Ｔｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、ＡｌおよびＳｉからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素と、Ｎとからなる化合物を含むとさらに好ましい。また、下部層は単層であってもよく２層以上の多層であってもよい。
【００３０】
本実施形態において、下部層の平均厚さが０．１μｍ以上３．５μｍ以下であると、基材と被覆層との密着性が更に向上する傾向を示すため、好ましい。同様の観点から、下部層の平均厚さは、０．３μｍ以上３．０μｍ以下であるとより好ましく、０．５μｍ以上３．０μｍ以下であるとさらに好ましい。
【００３１】
本実施形態の被覆層は、交互積層構造の基材とは反対側（すなわち、交互積層構造の上層）、好ましくは交互積層構造の表面、に上部層を有してもよい。上部層は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、ＳｉおよびＹからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素と、Ｃ、Ｎ、ＯおよびＢからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素とからなる化合物を含むと、耐摩耗性に一層優れるので、さらに好ましい。また、上記と同様の観点から、上部層は、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、ＡｌおよびＳｉからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素と、Ｃ、Ｎ、ＯおよびＢからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素とからなる化合物を含むとより好ましく、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、ＡｌおよびＳｉからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素と、Ｎとからなる化合物を含むとさらに好ましい。また、上部層は単層であってもよく２層以上の多層であってもよい。
【００３２】
本実施形態において、上部層の平均厚さが０．１μｍ以上３．５μｍ以下であると、耐摩耗性により優れる傾向を示すため好ましい。同様の観点から、上部層の平均厚さは、０．２μｍ以上２．０μｍ以下であるとより好ましく、０．３μｍ以上１．０μｍ以下であるとさらに好ましい。
【００３３】
本実施形態の被覆切削工具における被覆層の製造方法は、特に限定されるものではないが、例えば、イオンプレーティング法、アークイオンプレーティング法、スパッタ法、おおびイオンミキシング法などの物理蒸着法が挙げられる。物理蒸着法を使用して、被覆層を形成すると、シャープエッジを形成することができるので好ましい。その中でも、アークイオンプレーティング法は、被覆層と基材との密着性に一層優れるので、より好ましい。
【００３４】
本実施形態の被覆切削工具の製造方法について、以下に具体例を用いて説明する。なお、本実施形態の被覆切削工具の製造方法は、当該被覆切削工具の構成を達成し得る限り、特に制限されるものではない。
【００３５】
まず、工具形状に加工した基材を物理蒸着装置の反応容器内に収容し、金属蒸発源を反応容器内に設置する。その後、反応容器内をその圧力が１．０×１０−２Ｐａ以下の真空になるまで真空引きし、反応容器内のヒーターにより基材をその温度が２００℃〜７００℃になるまで加熱する。加熱後、反応容器内にＡｒガスを導入して、反応容器内の圧力を０．５Ｐａ〜５．０Ｐａとする。圧力０．５Ｐａ〜５．０ＰａのＡｒガス雰囲気にて、基材に−３５０Ｖ〜−５００Ｖのバイアス電圧を印加し、反応容器内のタングステンフィラメントに４０Ａ〜５０Ａの電流を流して、基材の表面にＡｒガスによるイオンボンバードメント処理を施す。基材の表面にイオンボンバードメント処理を施した後、反応容器内をその圧力が１．０×１０−２Ｐａ以下の真空になるまで真空引きする。
【００３６】
本実施形態の下部層を形成する場合、基材をその温度が１５０℃〜４００℃になるまで加熱する。加熱後、反応容器内にＮ２ガスを導入して、反応容器内の圧力を０．５Ｐａ〜５．０Ｐａとする。次いで、基材に−５０Ｖ〜−８０Ｖのバイアス電圧を印加してアーク電流１００Ａ〜１５０Ａのアーク放電により各層の金属成分に応じた金属蒸発源を蒸発させて下部層を形成するとよい。
【００３７】
本実施形態の第１複合窒化物層を形成する場合、基材をその温度が１５０℃〜４００℃になるように制御し、窒素ガス（Ｎ２）、アルゴンガス（Ａｒ）およびキセノンガス（Ｘｅ）を反応容器内に導入し、反応容器内の圧力を１．０〜４．０Ｐａにする。その後、基材に−４０Ｖ〜−１００Ｖのバイアス電圧を印加し、第１複合窒化物層の金属成分に応じた金属蒸発源を３５Ａ〜８０Ａとするアーク放電により蒸発させて、第１複合窒化物層を形成するとよい。
【００３８】
本実施形態の第１複合窒化物層における、格子定数を０．４００ｎｍ以上０．４３０ｎｍ以下とする相を形成するには、Ｔｉ元素とＡｌ元素との合計に対するＡｌ元素の原子比を０．６５以上０．９０以下とする金属蒸発源を使用することが好ましい。また、本実施形態の第１複合窒化物層における、格子定数を０．７５５ｎｍ以上０．８１０ｎｍ以下とする相を形成するには、Ｔｉ元素とＡｌ元素との合計に対するＡｌ元素の原子比を０．６５以上０．９０以下とする金属蒸発源を使用し、基材の温度を１５０℃〜４００℃の低温にし、物理蒸着装置の反応容器内の雰囲気を、Ｎ２ガス、ＡｒガスおよびＸｅガスからなる混合ガスの雰囲気とする条件で第１複合窒化物層を形成することが好ましい。このとき、反応容器内におけるＸｅガスの割合を大きくすると、格子定数が大きくなる傾向がある。
【００３９】
本実施形態の第２複合窒化物層を形成する場合、基材をその温度が１５０℃〜４００℃になるように制御する。なお、その基材の温度を第１複合窒化物層を形成する際の基材の温度と同じにすると、第１複合窒化物層と第２複合窒化物層とを連続して形成することができるので好ましい。温度を制御した後、反応容器内にＮ２ガス、またはＮ２ガスとＡｒガスとを導入して、反応容器内の圧力を０．５Ｐａ〜５．０Ｐａとする。次いで、基材に−４０Ｖ〜−８０Ｖのバイアス電圧を印加し、アーク電流８０Ａ〜１５０Ａのアーク放電により第２複合窒化物層の金属成分に応じた金属蒸発源を蒸発させて、第２複合窒化物層を形成するとよい。
【００４０】
第１複合窒化物層と第２複合窒化物層との交互積層構造を形成するには、２種類以上の金属蒸発源を上述した条件にて、交互にアーク放電により蒸発させることによって、各複合窒化物層を交互に形成するとよい。金属蒸発源のアーク放電時間をそれぞれ調整することによって、交互積層構造を構成する各複合窒化物層の厚さを制御することができる。
【００４１】
本実施形態の被覆切削工具における被覆層を構成する各層の厚さは、被覆切削工具の断面組織から、光学顕微鏡、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、ＴＥＭなどを用いて測定することができる。なお、本実施形態の被覆切削工具における各層の平均厚さは、金属蒸発源に対向する面の刃先稜線部から、当該面の中心部に向かって５０μｍの位置の近傍における３箇所以上の断面から各層の厚さを測定して、その平均値（相加平均値）を計算することで求めることができる。
【００４２】
また、本実施形態の被覆切削工具における被覆層を構成する各層の組成は、本実施形態の被覆切削工具の断面組織から、エネルギー分散型Ｘ線分析装置（ＥＤＳ）や波長分散型Ｘ線分析装置（ＷＤＳ）などを用いて測定することができる。
【００４３】
本実施形態の被覆切削工具は、主に耐摩耗性および耐欠損性に優れていることに起因して、従来よりも工具寿命を延長できるという効果を奏すると考えられる（ただし、工具寿命を延長できる要因は上記に限定されない）。本実施形態の被覆切削工具の種類として具体的には、フライス加工用または旋削加工用刃先交換型切削インサート、ドリル、およびエンドミルなどを挙げることができる。
【実施例】
【００４４】
以下、実施例によって本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。【００４５】
（実施例１）
基材として、ＩＳＯ規格ＳＥＥＮ１２０３ＡＧＴＮ形状のインサートに加工し、９０．２ＷＣ−９．８Ｃｏ（以上質量％）の組成を有する超硬合金を用意した。アークイオンプレーティング装置の反応容器内に、表１および表２に示す各層の組成になるよう金属蒸発源を配置した。用意した基材を、反応容器内の回転テーブルの固定金具に固定した。【００４６】
その後、反応容器内をその圧力が５．０×１０−３Ｐａ以下の真空になるまで真空引きした。真空引き後、反応容器内のヒーターにより、基材をその温度が４５０℃になるまで加熱した。加熱後、反応容器内にその圧力が２．７ＰａになるようにＡｒガスを導入した。【００４７】
圧力２．７ＰａのＡｒガス雰囲気にて、基材に−４００Ｖのバイアス電圧を印加して、反応容器内のタングステンフィラメントに４０Ａの電流を流して、基材の表面にＡｒガスによるイオンボンバードメント処理を３０分間施した。イオンボンバードメント処理終了後、反応容器内をその圧力が５．０×１０−３Ｐａ以下の真空になるまで真空引きした。【００４８】
発明品１〜１３については、真空引き後、基材をその温度が表３に示す温度（成膜開始時の温度）になるように制御し、表３に示す組成のガスを反応容器内に導入し、反応容器内を表３に示す圧力とするガス条件に調整した。その後、発明品１〜１３については、基材に表３に示すバイアス電圧を印加して、表１に示す組成の第１複合窒化物層と第２複合窒化物層の金属蒸発源を交互に、表３に示すアーク電流のアーク放電により蒸発させて、基材の表面に第１複合窒化物層と第２複合窒化物層とを交互に形成した。このとき表３に示す反応容器内のガス条件と圧力になるよう制御した。また、第１複合窒化物層の厚さと第２複合窒化物層の厚さは、表１に示す厚さとなるように、それぞれのアーク放電時間を調整して制御した。【００４９】
比較品１については、真空引き後、基材をその温度が表４に示す温度（成膜開始時の温度）になるように制御し、表４に示す組成のガスを反応容器内に導入し、反応容器内を表４に示す圧力とするガス条件に調整した。その後、基材に表４に示すバイアス電圧を印加して、表４に示すアーク電流のアーク放電により表２に示す組成の金属蒸発源を蒸発させて、基材の表面に表２に示す厚さを有する単層（Ａ層）を形成した。【００５０】
比較品２〜６については、真空引き後、基材をその温度が表４に示す温度（成膜開始時の温度）になるように制御し、表４に示す組成のガスを反応容器内に導入し、反応容器内を表４に示す圧力とするガス条件に調整した。その後、比較品２〜６については、基材に表４に示すバイアス電圧を印加して、表２に示す組成のＡ層とＢ層の金属蒸発源を交互に、表４に示すアーク電流のアーク放電により蒸発させて、基材の表面にＡ層とＢ層とを交互に形成した。このとき表４に示す反応容器内のガス条件と圧力になるよう制御した。また、Ａ層の厚さとＢ層の厚さは、表２に示す厚さとなるように、それぞれのアーク放電時間を調整して制御した。【００５１】
基材の表面に表１および表２に示す所定の平均厚さまで各層を形成した後に、ヒーターの電源を切り、試料温度が１００℃以下になった後で、反応容器内から試料を取り出した。【００５２】
【表１】
2017175803.tif 000003
【００５３】
【表２】
2017175803.tif 000004
＊便宜上、Ａ層の「１層当たりの平均厚さ」をＴ１とし、Ｂ層の「１層当たりの平均厚さ」をＴ２とする。【００５４】
【表３】
2017175803.tif 000005
【００５５】
【表４】
2017175803.tif 000006
＊「Ｂ層」の「Ｎ２」欄における、「−」とは、Ｂ層が形成されていないことを意味する。【００５６】
得られた試料の各層の平均厚さは、被覆切削工具の金属蒸発源に対向する面の刃先稜線部から当該面の中心部に向かって５０μｍの位置の近傍において、３箇所の断面をＴＥＭ観察し、各層の厚さを測定し、その平均値（相加平均値）を計算することで求めた。また、求めた第１複合窒化物層の１層当たりの平均厚さＴ１と、第２複合窒化物層の１層当たりの平均厚さＴ２から、第２複合窒化物層の１層当たりの平均厚さＴ２に対する第１複合窒化物層の１層当たりの平均厚さＴ１の比［Ｔ１／Ｔ２］を算出した。それらの結果も、表１および表２に併せて示す。なお、便宜上、比較品におけるＡ層の「１層当たりの平均厚さ」をＴ１とし、Ｂ層の「１層当たりの平均厚さ」をＴ２とした。【００５７】
得られた試料の各層の組成は、被覆切削工具の金属蒸発源に対向する面の刃先稜線部から中心部に向かって５０μｍまでの位置の近傍の断面において、ＴＥＭに付属するＥＤＳを用いて測定した。それらの結果も、表１および表２に併せて示す。なお、表１および表２の各層の金属元素の組成比は、各層を構成する金属化合物における金属元素全体に対する各金属元素の原子比を示す。【００５８】
得られた試料の格子定数および結晶系については、市販のＴＥＭを用いて導出した。株式会社ＦＥＩ製のＦＩＢ加工機を用いて、被覆層の断面を観察面とする薄膜の試料を作製した。次いで、株式会社ＦＥＩ製のＴＥＭ装置ＴｅｃｎａｉＯｓｉｒｉｓ（製品名）を用いて、５０万倍の倍率にて、各複合窒化物層の格子像を撮影した。撮影した画像から、Ｇａｔａｎ社製の解析ソフトウェアを用いて、ＦＦＴ像を得た。ＦＦＴ像の中心に得られる強度（センタースポット）と回折スポットの距離から格子面間隔を導出し、結晶系および格子定数を求めた。その結果を、表５および表６に示した。比較品については、Ａ層とＢ層の結晶系および格子定数を測定した。【００５９】
【表５】
2017175803.tif 000007
【００６０】
【表６】
2017175803.tif 000008
【００６１】
得られた試料を用いて、以下の切削試験を行い、評価した。【００６２】
［切削試験：耐摩耗性試験］
被削材：ＳＣＭ４４０、
被削材形状：１２０ｍｍ×２３０ｍｍ×６０ｍｍの直方体、
切削速度：２６０ｍ／ｍｉｎ、
送り：０．１５ｍｍ／ｔｏｏｔｈ、
切り込み：２．０ｍｍ、
クーラント：無し、
切削幅：５０ｍｍ、
評価項目：最大逃げ面摩耗幅が０．２ｍｍに至ったときを工具寿命とし、工具寿命に至るまでの加工長を測定した。【００６３】
［切削試験：耐欠損性試験］
被削材：ＳＣＭ４４０、
被削材形状：１２０ｍｍ×２３０ｍｍ×６０ｍｍの直方体（但し、正面フライス加工を行う直方体の１２０ｍｍ×２３０ｍｍの面に直径φ３０ｍｍの穴が４箇所明けられている。）、
切削速度：２４０ｍ／ｍｉｎ、
送り：０．４０ｍｍ／ｔｏｏｔｈ、
切り込み：２．２ｍｍ、
クーラント：無し、
切削幅：１０５ｍｍ、
評価項目：試料が欠損（試料の切れ刃部に欠けが生じる）したときを工具寿命とし、工具寿命に至るまでの加工長を測定した。【００６４】
なお、耐摩耗性試験の工具寿命に至るまでの加工長について、９．５ｍ以上を「Ａ」、８．５ｍ以上９．５ｍ未満を「Ｂ」、８．５ｍ未満を「Ｃ」として評価した。また、耐欠損性試験の工具寿命に至るまでの加工長について、６．０ｍ以上を「Ａ」、５．０ｍ以上６．０ｍ未満を「Ｂ」、５．０ｍ未満を「Ｃ」として評価した。この評価では、「Ａ」が最も優れ、その次に「Ｂ」が優れ、「Ｃ」が最も劣っていることを意味し、「Ａ」または「Ｂ」の評価を多く有するほど切削性能に優れることを意味する。得られた評価の結果を表７に示す。【００６５】
【表７】
2017175803.tif 000009
【００６６】
表７に示す結果より、発明品の耐摩耗性試験の評価はいずれも「Ｂ」以上の評価であり、比較品の評価は「Ｂ」または「Ｃ」であった。よって、発明品の耐摩耗性は、比較品と比べ、同等以上であることが分かる。
また、発明品の耐欠損性試験の評価はいずれも「Ａ」または「Ｂ」の評価であり、比較品の評価は、すべて「Ｃ」であった。【００６７】
以上の結果より、耐摩耗性を低下させずに耐欠損性を向上させたことにより、発明品の工具寿命が長くなっていることが分かる。【００６８】
（実施例２）
基材として、ＩＳＯ規格ＳＥＥＮ１２０３ＡＧＴＮ形状のインサートに加工し、９０．２ＷＣ−９．８Ｃｏ（以上質量％）の組成を有する超硬合金を用意した。アークイオンプレーティング装置の反応容器内に、表８および表９に示す各層の組成になるよう金属蒸発源を配置した。用意した基材を、反応容器内の回転テーブルの固定金具に固定した。【００６９】
その後、反応容器内をその圧力が５．０×１０−３Ｐａ以下の真空になるまで真空引きした。真空引き後、反応容器内のヒーターにより、基材をその温度が４５０℃になるまで加熱した。加熱後、反応容器内にその圧力が２．７ＰａになるようにＡｒガスを導入した。【００７０】
圧力２．７ＰａのＡｒガス雰囲気にて、基材に−４００Ｖのバイアス電圧を印加して、反応容器内のタングステンフィラメントに４０Ａの電流を流して、基材の表面にＡｒガスによるイオンボンバードメント処理を３０分間施した。イオンボンバードメント処理終了後、反応容器内をその圧力が５．０×１０−３Ｐａ以下の真空になるまで真空引きした。【００７１】
発明品１４〜１７については、真空引き後、基材をその温度が３５０℃になるまで加熱し、反応容器内の圧力が３．０ＰａになるようにＮ２ガスを反応容器内に導入した。その後、基材に−５０Ｖのバイアス電圧を印加して、アーク電流１２０Ａのアーク放電により表８に示す組成の金属蒸発源を蒸発させて、下部層を形成した。【００７２】
次いで、発明品１４〜１７については、基材をその温度が表１０に示す温度（成膜開始時の温度）になるように制御し、表１０に示す組成のガスを反応容器内に導入し、反応容器内を表１０に示す圧力とするガス条件に調整した。その後、発明品１４〜１７については、基材に表１０に示すバイアス電圧を印加して、表８に示す組成の第１複合窒化物層と第２複合窒化物層の金属蒸発源を交互に、表１０に示すアーク放電により蒸発させて、下部層の表面に第１複合窒化物層と第２複合窒化物層とを交互に形成した。このとき表１０に示す反応容器内のガス条件と圧力になるよう制御した。また、第１複合窒化物層の厚さと第２複合窒化物層の厚さは、表８に示す厚さとなるように、それぞれのアーク放電時間を調整して制御した。【００７３】
次いで、発明品１４〜１７については、真空引き後、基材をその温度が３５０℃になるまで加熱し、反応容器内の圧力が３．０ＰａになるようにＮ２ガスを導入した。その後、基材に−５０Ｖのバイアス電圧を印加して、アーク電流１２０Ａのアーク放電により表８に示す金属蒸発源を蒸発させて、上部層を形成した。【００７４】
比較品６〜９については、真空引き後、基材をその温度が３５０℃になるまで加熱し、反応容器内の圧力が３．０ＰａになるようにＮ２ガスを反応容器内に導入した。その後、基材に−５０Ｖのバイアス電圧を印加して、アーク電流１２０Ａのアーク放電により表９に示す組成の金属蒸発源を蒸発させて、下部層を形成した。【００７５】
次いで、比較品６〜９については、基材をその温度が表１１に示す温度（成膜開始時の温度）になるように制御し、表１１に示す組成のガスを反応容器内に導入し、反応容器内を表１１に示す圧力とするガス条件に調整した。その後、比較品６〜９については、基材に表１１に示すバイアス電圧を印加して、表９に示す組成のＡ層とＢ層の金属蒸発源を交互に、表１１に示すアーク放電により蒸発させて、下部層の表面にＡ層とＢ層とを交互に形成した。このとき表１１に示す反応容器内のガス条件と圧力になるよう制御した。また、Ａ層の厚さとＢ層の厚さは、表９に示す厚さとなるように、それぞれのアーク放電時間を調整して制御した。【００７６】
次いで、比較品６〜９については、真空引き後、基材をその温度が３５０℃になるまで加熱し、反応容器内の圧力が３．０ＰａになるようにＮ２ガスを導入した。その後、基材に−５０Ｖのバイアス電圧を印加して、アーク電流１２０Ａのアーク放電により表９に示す金属蒸発源を蒸発させて、上部層を形成した。【００７７】
基材の表面に表８および表９に示す所定の平均厚さまで各層を形成した後に、ヒーターの電源を切り、試料温度が１００℃以下になった後で、反応容器内から試料を取り出した。【００７８】
【表８】
2017175803.tif 000010
【００７９】
【表９】
2017175803.tif 000011
＊便宜上、Ａ層の「１層当たりの平均厚さ」をＴ１とし、Ｂ層の「１層当たりの平均厚さ」をＴ２とする。【００８０】
【表１０】
2017175803.tif 000012
【００８１】
【表１１】
2017175803.tif 000013
【００８２】
得られた試料の各層の平均厚さは、被覆切削工具の金属蒸発源に対向する面の刃先稜線部から当該面の中心部に向かって５０μｍの位置の近傍において、３箇所の断面をＴＥＭ観察し、各層の厚さを測定し、その平均値（相加平均値）を計算することで求めた。また、求めた第１複合窒化物層の１層当たりの平均厚さＴ１と、第２複合窒化物層の１層当たりの平均厚さＴ２から、第２複合窒化物層の１層当たりの平均厚さＴ２に対する第１複合窒化物層の１層当たりの平均厚さＴ１の比［Ｔ１／Ｔ２］を算出した。それらの結果も、表８および表９に併せて示す。なお、便宜上、比較品におけるＡ層の「１層当たりの平均厚さ」をＴ１とし、Ｂ層の「１層当たりの平均厚さ」をＴ２とした。【００８３】
得られた試料の各層の組成は、被覆切削工具の金属蒸発源に対向する面の刃先稜線部から中心部に向かって５０μｍまでの位置の近傍の断面において、ＴＥＭに付属するＥＤＳを用いて測定した。それらの結果も、表８および表９に併せて示す。なお、表８および表９の各層の金属元素の組成比は、各層を構成する金属化合物における金属元素全体に対する各金属元素の原子比を示す。【００８４】
得られた試料の格子定数および結晶系については、市販のＴＥＭを用いて導出した。株式会社ＦＥＩ製のＦＩＢ加工機を用いて、被覆層の断面を観察面とする薄膜の試料を作製した。次いで、株式会社ＦＥＩ製のＴＥＭ装置ＴｅｃｎａｉＯｓｉｒｉｓ（製品名）を用いて、５０万倍の倍率にて、各複合窒化物層の格子像を撮影した。撮影した画像から、Ｇａｔａｎ社製の解析ソフトウェアを用いて、ＦＦＴ像を得た。ＦＦＴ像の中心に得られる強度（センタースポット）と回折スポットの距離から格子面間隔を導出し、結晶系および格子定数を求めた。その結果を、表１２および表１３に示した。比較品については、Ａ層とＢ層の結晶系および格子定数を測定した。【００８５】
【表１２】
2017175803.tif 000014
【００８６】
【表１３】
2017175803.tif 000015
【００８７】
得られた試料を用いて、実施例１と同じ切削試験を行い、評価した。なお、耐摩耗性試験の工具寿命に至るまでの加工長について、９．５ｍ以上を「Ａ」、８．５ｍ以上９．５ｍ未満を「Ｂ」、８．５ｍ未満を「Ｃ」として評価した。また、耐欠損性試験の工具寿命に至るまでの加工長について、６．０ｍ以上を「Ａ」、５．０ｍ以上６．０ｍ未満をＢ、５．０ｍ未満を「Ｃ」として評価した。この評価では、「Ａ」が最も優れ、その次に「Ｂ」が優れ、「Ｃ」が最も劣っていることを意味し、「Ａ」または「Ｂ」の評価を多く有するほど切削性能に優れることを意味する。得られた評価の結果を表１４に示す。【００８８】
【表１４】
2017175803.tif 000016
【００８９】
表１４に示す結果より、発明品の耐摩耗性試験の評価はいずれも「Ｂ」以上の評価であり、比較品の評価は「Ｂ」または「Ｃ」であった。よって、発明品の耐摩耗性は、比較品と比べ、同等以上であることが分かる。
また、発明品の耐欠損性試験の評価はいずれも「Ａ」または「Ｂ」の評価であり、比較品の評価は、すべて「Ｃ」であった。【００９０】
したがって、発明品は、上部層および下部層を有したとしても、耐摩耗性および耐欠損性に優れ、工具寿命が長くなっていることが分かる。【００９１】
本出願は、２０１６年４月７日出願の日本特許出願（特願２０１６−０７６９２１）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
本発明の被覆切削工具は、耐摩耗性および耐欠損性に優れることにより、従来よりも工具寿命を延長できるので、その点で産業上の利用可能性が高い。
【符号の説明】
【００９３】
１…基材、２…下部層、３…第１複合窒化物層、４…第２複合窒化物層、５…上部層、６…交互積層構造、７…被覆層、８…被覆切削工具。
【図１】
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【国際調査報告】
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