(57)【要約】      （修正有）【課題】耐摩耗性及び耐欠損性を有する被覆切削工具の提供。【解決手段】被覆層７が下部層３と、下部層３の上に形成された上部層５とを含み、下部層３が、２．０μｍ以上１５．０μｍ以下の平均厚さを有し、下記式（１）：Ｔｉ（Ｃ1-x-yＮxＯy）（１）（式中、ｘは、Ｃ元素とＮ元素とＯ元素との合計に対するＮ元素の原子比を示し、ｙは、Ｃ元素とＮ元素とＯ元素との合計に対するＯ元素の原子比を示し、０．３５≦ｘ≦０．６０、０．０１≦ｙ≦０．１０を満足する。）で表される組成を有する化合物を含有するＴｉの炭窒酸化物層からなり、下部層において、Ｘ線回折による（４，２，２）面のロッキングカーブの半値幅が２０°以下であり、上部層が、１．０μｍ以上１５．０μｍ以下の平均厚さを有するα型酸化アルミニウム層からなり、前記上部層において、Ｘ線回折による（０，０，１２）面のロッキングカーブの半値幅が２０°以下である被覆切削工具。【選択図】図１
2019051565.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材と、該基材の上に形成された被覆層とを備える被覆切削工具であって、
前記被覆層が、下部層と、該下部層の上に形成された上部層とを含み、
前記下部層が、２．０μｍ以上１５．０μｍ以下の平均厚さを有し、下記式（１）：
Ｔｉ（Ｃ1-x-yＮxＯy）      （１）
（式中、ｘは、Ｃ元素とＮ元素とＯ元素との合計に対するＮ元素の原子比を示し、ｙは、Ｃ元素とＮ元素とＯ元素との合計に対するＯ元素の原子比を示し、０．３５≦ｘ≦０．６０、０．０１≦ｙ≦０．１０を満足する。）
で表される組成を有する化合物を含有するＴｉの炭窒酸化物層からなり、
前記下部層において、Ｘ線回折による（４，２，２）面のロッキングカーブの半値幅が２０°以下であり、
前記上部層が、１．０μｍ以上１５．０μｍ以下の平均厚さを有するα型酸化アルミニウム層からなり、
前記上部層において、Ｘ線回折による（０，０，１２）面のロッキングカーブの半値幅が２０°以下である、被覆切削工具。
【請求項２】
前記下部層を構成する粒子の平均粒径が、０．５μｍ以上１．５μｍ以下である、請求項１に記載の被覆切削工具。
【請求項３】
前記被覆層が、前記下部層と前記上部層との間に、下記式（２）：
Ｔｉ（Ｃ1-a-bＮaＯb）      （２）
（式中、ａはＣ元素とＮ元素とＯ元素との合計に対するＮ元素の原子比を示し、ｂはＣ元素とＮ元素とＯ元素との合計に対するＯ元素の原子比を示し、０．００≦ａ≦０．３０、０．０１≦ｂ≦０．１０を満足する。）
で表される組成を有する化合物を含有するＴｉの化合物層からなる中間層を含み、
前記中間層が、０．０５μｍ以上１．５０μｍ以下の平均厚さを有する、請求項１又は２に記載の被覆切削工具。
【請求項４】
前記被覆層は、前記基材と前記下部層との間に、Ｔｉの窒化物層又はＴｉの炭化物層からなる最下層を含み、
前記最下層が、０．１μｍ以上１．５μｍ以下の平均厚さを有する、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】
前記被覆層全体の平均厚さが、３．０μｍ以上２５．０μｍ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】
前記基材は、超硬合金、サーメット、セラミックス及び立方晶窒化硼素焼結体のいずれかである、請求項１〜５のいずれか１項に記載の被覆切削工具。
【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。
【背景技術】
【０００２】
従来、超硬合金からなる基材の表面に化学蒸着法により３〜２０μｍの総膜厚で被覆層を蒸着形成してなる被覆切削工具が、鋼や鋳鉄等の切削加工に用いられていることは、よく知られている。上記の被覆層としては、例えば、Ｔｉの炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸化物及び炭窒酸化物並びに酸化アルミニウムからなる群より選ばれる１種の単層又は２種以上の複層からなる被覆層が知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、切削作業において、耐摩耗性を改良することを目的として、基材及び被膜を備え、被膜が、ＭＴＣＶＤ  ＴｉＣＮ層、及びα−Ａｌ2Ｏ3層を含み、α−Ａｌ2Ｏ3層の組織係数ＴＣ（００１２）が５を超え、切削工具の逃げ面において、Ｘ線回折を用いたα−Ａｌ2Ｏ3層の（００１２）面のロッキングカーブピークの半値全幅（ＦＷＨＭ）が３０°未満であり、ＴｉＣＮ層が、Ｘ線回折において、２２０ピークの積分面積強度と３３１ピークの積分面積強度の関係Ｉ220／Ｉ311が３未満であ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２０１５−９３５８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、高送り化及び深切り込み化がより顕著となり、特許文献１のような従来の被覆切削工具の耐摩耗性及び耐欠損性をより一層向上させることが求められている。特に、鋼の高速切削等、被覆切削工具に負荷が作用するような切削加工が増えており、かかる過酷な切削条件下において、従来の被覆切削工具では被覆層の密着性が不十分であるため、剥離に起因する欠損が生じる。これが引き金となって、工具寿命を長くできないという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明は、優れた耐欠損性及び耐摩耗性を有することによって、工具寿命を延長することができる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】
【０００７】
本発明者らは、上述の観点から、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、下部層と、下部層の上に形成され、所定のα型酸化アルミニウム層からなる上部層とを含む被覆層において、下部層を所定のＴｉの炭窒酸化物層で構成し、所定の面におけるロッキングカーブの半値幅を特定値以下とすることを含む以下の構成にすると、耐摩耗性及び耐欠損性を向上させることができ、その結果、工具寿命を延長することが可能になるという知見を得て、本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち、本発明は下記のとおりである。
［１］
基材と、該基材の上に形成された被覆層とを備える被覆切削工具であって、
前記被覆層が、下部層と、該下部層の上に形成された上部層とを含み、
前記下部層が、２．０μｍ以上１５．０μｍ以下の平均厚さを有し、下記式（１）：
Ｔｉ（Ｃ1-x-yＮxＯy）      （１）
（式中、ｘは、Ｃ元素とＮ元素とＯ元素との合計に対するＮ元素の原子比を示し、ｙは、Ｃ元素とＮ元素とＯ元素との合計に対するＯ元素の原子比を示し、０．３５≦ｘ≦０．６０、０．０１≦ｙ≦０．１０を満足する。）
で表される組成を有する化合物を含有するＴｉの炭窒酸化物層からなり、
前記下部層において、Ｘ線回折による（４，２，２）面のロッキングカーブの半値幅が２０°以下であり、
前記上部層が、１．０μｍ以上１５．０μｍ以下の平均厚さを有するα型酸化アルミニウム層からなり、
前記上部層において、Ｘ線回折による（０，０，１２）面のロッキングカーブの半値幅が２０°以下である、被覆切削工具。
［２］
前記下部層を構成する粒子の平均粒径が、０．５μｍ以上１．５μｍ以下である、［１］の被覆切削工具。
［３］
前記被覆層が、前記下部層と前記上部層との間に、下記式（２）：
Ｔｉ（Ｃ1-a-bＮaＯb）      （２）
（式中、ａはＣ元素とＮ元素とＯ元素との合計に対するＮ元素の原子比を示し、ｂはＣ元素とＮ元素とＯ元素との合計に対するＯ元素の原子比を示し、０．００≦ａ≦０．３０、０．０１≦ｂ≦０．１０を満足する。）
で表される組成を有する化合物を含有するＴｉの化合物層からなる中間層を含み、
前記中間層が、０．０５μｍ以上１．５０μｍ以下の平均厚さを有する、［１］又は［２］の被覆切削工具。
［４］
前記被覆層は、前記基材と前記下部層との間に、Ｔｉの窒化物層又はＴｉの炭化物層からなる最下層を含み、
前記最下層が、０．１μｍ以上１．５μｍ以下の平均厚さを有する、［１］〜［３］のいずれかの被覆切削工具。
［５］
前記被覆層全体の平均厚さが、３．０μｍ以上２５．０μｍ以下である、［１］〜［４］のいずれかの被覆切削工具。
［６］
前記基材は、超硬合金、サーメット、セラミックス及び立方晶窒化硼素焼結体のいずれかである、［１］〜［５］のいずれかの被覆切削工具。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によると、優れた耐摩耗性及び耐欠損性を有することによって工具寿命を延長することができる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】
【００１０】
【図１】本発明の被覆切削工具の一例を示す模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、必要に応じて図面を参照しつつ、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。
【００１２】
本実施形態の被覆切削工具は、基材と、基材の上に形成された被覆層とを備え、被覆層は、下部層と、下部層の上に形成された上部層とを含み、下部層は、２．０μｍ以上１５．０μｍ以下の平均厚さを有し、下記式（１）：
Ｔｉ（Ｃ1-x-yＮxＯy）      （１）
（式中、ｘは、Ｃ元素とＮ元素とＯ元素との合計に対するＮ元素の原子比を示し、ｙは、Ｃ元素とＮ元素とＯ元素との合計に対するＯ元素の原子比を示し、０．３５≦ｘ≦０．６０、０．０１≦ｙ≦０．１０を満足する。）
で表される組成を有する化合物を含有するＴｉの炭窒酸化物層からなり、下部層において、Ｘ線回折による（４，２，２）面のロッキングカーブの半値幅は、２０°以下であり、上部層は、１．０μｍ以上１５．０μｍ以下の平均厚さを有するα型酸化アルミニウム層からなり、上部層において、Ｘ線回折による（０，０，１２）面のロッキングカーブの半値幅は、２０°以下である。
【００１３】
本実施形態の被覆切削工具は、上記の構成を備えることにより、耐摩耗性及び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。本実施形態の被覆切削工具の耐摩耗性が向上する要因は、以下のように考えられる。但し、本発明は以下の要因により何ら限定されない。すなわち、まず、下部層において、前記式（１）中、原子比ｘが０．６０以下であることにより、硬度が向上することに起因して、耐摩耗性が向上する。下部層の平均厚さが２．０μｍ以上であることにより、耐摩耗性が向上する。また、上部層において、Ｘ線回折による（０，０，１２）面のロッキングカーブの半値幅が２０°以下であることにより、基材に平行に存在する（０，０，１２）面の組織が多く、切削加工において切削温度の上昇を抑えることに起因して、反応摩耗が抑制され、その結果、耐摩耗性が向上する。また、上部層の平均厚さが１．０μｍ以上であることにより、上部層の効果が持続するため、耐摩耗性が向上する。そして、これらの構成が組み合わされることにより、耐摩耗性が顕著に向上するものと考えられる。一方、本実施形態の被覆切削工具の耐欠損性が向上する要因は、以下のように考えられる。但し、本発明は以下の要因により何ら限定されない。すなわち、まず、下部層において、前記式（１）中、原子比ｘが０．３５以上であることにより、靱性に優れること、原子比ｙが０．０１以上であることにより、下部層と上部層との密着性が向上すること、原子比ｙが０．１０以下であることにより、下部層の強度が向上することにそれぞれ起因して、耐欠損性が向上する。下部層の平均厚さが１５．０μｍ以下であることにより、被覆層の剥離が抑制されることに起因して、耐欠損性が向上する。次に、上部層の平均厚さが１５．０μｍ以下であることにより、被覆層の剥離が抑制されることに起因して耐欠損性が向上する。次に、下部層において、Ｘ線回折による（４，２，２）面のロッキングカーブの半値幅が２０°以下であることにより、下部層と上部層との密着性が向上し、上部層の効果が持続することにより、耐欠損性が向上する。そして、これらの構成が組み合わされることにより、耐摩耗性が顕著に向上するものと考えられる。
【００１４】
図１は、本実施形態の被覆切削工具の一例を示す断面模式図である。被覆切削工具８は、基材１と基材１の表面に被覆層７が形成されており、被覆層７には、最下層２、下部層３、中間層４、上部層５、及び最外層６がこの順序で上方向に積層されている。被覆切削工具の種類として、具体的には、フライス加工用若しくは旋削加工用刃先交換型切削インサート、ドリル及びエンドミルを挙げることができる。
【００１５】
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、特に限定されない。そのような基材として、例えば、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及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、セラミックス及び立方晶窒化硼素焼結体のいずれかであると、耐摩耗性及び耐欠損性に更に優れるので好ましく、同様の観点から、基材が超硬合金であるとより好ましい。
【００１６】
なお、基材は、その表面が改質されたものであってもよい。例えば、基材が超硬合金からなるものである場合、その表面に脱β層が形成されてもよい。また、基材がサーメットからなるものである場合、その表面に硬化層が形成されてもよい。これらのように基材の表面が改質されていても、本発明の作用効果は奏される。
【００１７】
本実施形態における被覆層は、その全体の平均厚さが、３．０μｍ以上２５．０μｍ以下であることが好ましい。平均厚さが３．０μｍ以上であると、耐摩耗性がより一層向上する傾向にあり、２５．０μｍ以下であると、被覆層の基材との密着性に優れ、その結果、耐欠損性がより一層向上する傾向にある。同様の観点から、被覆層全体の平均厚さは、５．０μｍ以上２０．０μｍ以下であるとより好ましい。なお、本実施形態の被覆切削工具における各層及び被覆層全体の平均厚さは、各層又は被覆層全体における３箇所以上の断面から、各層の厚さ又は被覆層全体の厚さを測定して、その相加平均値を計算することで求めることができる。
【００１８】
[下部層]
本実施形態の下部層は、下記式（１）：
Ｔｉ（Ｃ1-x-yＮxＯy）      （１）
で表される組成を有する化合物を含有するＴｉの炭窒酸化物層からなる。上記式（１）において、ｘは、Ｃ元素とＮ元素とＯ元素との合計に対するＮ元素の原子比を示し、０．３５≦ｘ≦０．６０を満足する。前述のように、原子比ｘが０．３５以上であることにより、耐欠損性が向上し、原子比ｘが０．６０以下であることにより、耐摩耗性が向上する。その中でも、原子比ｘが０．３６以上０．５８以下であることが好ましく、０．４０以上０．５０以下であることがより好ましい。上記範囲内であると、耐摩耗性と耐欠損性とのバランスにより一層優れるため好ましい。ｙは、Ｃ元素とＮ元素とＯ元素との合計に対するＯ元素の原子比を示し、０．０１≦ｙ≦０．１０を満足する。前述のように、原子比ｙが０．０１以上０．１０以下であることにより、耐欠損性が向上する。その中でも、原子比ｙが０．０２以上０．０８以下であることが好ましく、０．０３以上０．０７以下であることが好ましい。上記範囲内であると、耐摩耗性と耐欠損性とのバランスにより一層優れるため好ましい。
【００１９】
本実施形態の下部層は、２．０μｍ以上１５．０μｍ以下の平均厚さを有する。平均厚さが２．０μｍ以上であることにより、耐摩耗性が向上する。一方、平均厚さが１５．０μｍ以下であることにより、耐欠損性が向上する。同様の観点から、下部層の平均厚さは、３．０μｍ以上１２．０μｍ以下であることが好ましく、５．０μｍ以上１０．０μｍ以下であることがより好ましい。
【００２０】
本実施形態の下部層では、Ｘ線回折による（４，２，２）面のロッキングカーブの半値幅が２０°以下（例えば、５°以上２０°以下）である。半値幅が２０°以下であると、耐摩耗性が向上する。同様の観点から、半値幅は、１８°以下であることが好ましく、１６°以下であることがより好ましい。
【００２１】
下部層のＸ線回折による（４，２，２）面のロッキングカーブの半値幅は、以下の測定条件によって測定することができる。すなわち、まず、通常のＸ線回折装置を用いて、下部層の（４，２，２）面の２θ（°）を特定し、下記測定条件により、ロッキングカーブの半価幅を測定する。
（測定条件）ω：ステップモード、特性Ｘ線：ＣｕＫα線、２θ原点：Ｘ線回折により測定した２θ（°）を固定、ステップ幅：１°、計測時間：１０秒／ステップ、スキャン角度：３０°〜９０°
【００２２】
下部層を構成する粒子の平均粒径は、０．５μｍ以上１．５μｍ以下であることが好ましい。平均粒径が０．５μｍ以上であると、耐欠損性がより一層向上し、１．５μｍ以下であると、耐摩耗性がより一層向上する傾向にある。これらの要因は、まず、平均粒径が０．５μｍ以上であると、基材の表面に対して平行な方向の亀裂が生じるのを抑制することに主に起因して、耐欠損性がより一層向上する。一方、粒径の大きい粒子が脱落すると、下部層に凹部が形成する傾向にあり、その結果局所的な摩耗による損傷が進行しやすくなる虞にある。これに対し、平均粒径が１．５μｍ以下とすると、上記のような粒子の脱落による損傷の進行を抑制することに主に起因して、耐摩耗性がより一層向上するものと考えられるが、これらの要因により本発明は何ら限定されない。その中でも、平均粒径が０．８μｍ以上１．２μｍ以下であると、耐摩耗性と耐欠損性とのバランスにより一層優れるため好ましい。
【００２３】
下部層を構成する粒子の平均粒径は、下部層の断面組織を市販の電界放射型走査型電子顕微鏡（ＦＥ−ＳＥＭ）又は透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）に付属した電子後方散乱回折像装置（ＥＢＳＤ）を用いて観察して求めることができる。具体的には、被覆切削工具における基材の表面と平行又は略平行する方向の断面を鏡面研磨し、得られた鏡面研磨面を断面組織とする。下部層を鏡面研磨する方法としては、ダイヤモンドペースト又はコロイダルシリカを用いて研磨する方法及びイオンミリングを挙げることができる。下部層の断面組織をＦＥ−ＳＥＭにセットし、試料に、７０度の入射角度で１５ｋＶの加速電圧及び０．５ｎＡ照射電流の条件にて電子線を照射する。測定範囲が３０μｍ×５０μｍの範囲を０．１μｍのステップサイズというＥＢＳＤの設定で測定するのが望ましい。粒子は、方位差５°以上の組織境界で囲まれる領域とする。粒子の面積と等しい面積の円の直径をその粒子の粒径とする。下部層の断面組織から粒径を求めるときに画像解析ソフトを用いてもよい。３０μｍ×５０μｍの範囲における下部層の粒径を測定し、求めた全ての粒子の粒径の平均値（相加平均値）を平均粒径とする。
【００２４】
本実施形態の下部層は、Ｔｉの炭窒酸化物層からなる層であるが、上述の構成を備え、Ｔｉの炭窒酸化物層による作用効果を奏する限りにおいて、Ｔｉの炭窒酸化物以外の成分を微量含んでもよい。
【００２５】
［上部層］
本実施形態の上部層は、α型酸化アルミニウム層からなる。本実施形態のα型酸化アルミニウム層の平均厚さは、１．０μｍ以上１５．０μｍ以下である。α型酸化アルミニウム層の平均厚さが、１．０μｍ以上であると、被覆切削工具のすくい面における耐クレータ摩耗性が向上し、１５．０μｍ以下であると被覆層の剥離がより一層抑制されることに主に起因して、被覆切削工具の耐欠損性が向上する。同様の観点から、α型酸化アルミニウム層の平均厚さは、１．５μｍ以上１２．０μｍ以下であることが好ましく、３．０μｍ以上１０．０μｍ以下であることがより好ましい。
【００２６】
本実施形態の上部層では、Ｘ線回折による（０，０，１２）面のロッキングカーブの半値幅が２０°以下（例えば、５°以上２０°以下）である。半値幅が２０°以下であると、反応摩耗が抑制されることに主に起因して、耐摩耗性が向上する。同様の観点から、半値幅は、１８°以下であることが好ましく、１５°以下であることがより好ましく、１３°以下であることがさらに好ましい。
【００２７】
上部層のＸ線回折による（０，０，１２）面のロッキングカーブの半値幅は、以下の測定条件によって測定することができる。
【００２８】
本実施形態の上部層は、α型酸化アルミニウム層からなる層であるが、上部層が、本実施形態の構成を備え、本発明の作用効果を奏する限りにおいて、α型酸化アルミニウム以外の成分を微量含んでもよい。
【００２９】
［中間層］
本実施形態の被覆層は、下部層と上部層との間に、下記式（２）：
Ｔｉ（Ｃ1-a-bＮaＯb）      （２）
で表される組成を有する化合物を含有するＴｉの化合物層からなる中間層を含むと、中間層を介して、下部層と上部層とがより一層密着し、その結果、耐欠損性がより一層向上するため好ましい。上記式（２）において、ａは、Ｃ元素とＮ元素とＯ元素との合計に対するＮ元素の原子比を示し、０．００≦ａ≦０．３０を満足する。ａが０．３０以下であると、中間層を介して、下部層と上部層とがより一層密着しやすくなることに起因して、耐欠損性がより一層向上する傾向にある。同様の観点から、ａが０．２５以下であることが好ましく、０．２２以下であることがより好ましい。一方、上記式（２）で表される組成に窒素が含まれなくてもよいが、窒素が含まれると、靭性がより一層向上する傾向にあり、同様の観点から、ａが０．０８以上であることが好ましく、０．２０以上であることがより好ましい。ｂは、Ｃ元素とＮ元素とＯ元素との合計に対するＯ元素の原子比を示し、０．０１≦ｂ≦０．１０を満足する。ｂが０．０１以上であると、中間層を介して、下部層と上部層とがより一層密着しやすくなることに主に起因して、耐欠損性がより一層向上する傾向にある。ｂが０．１０以下であると、中間層の強度がより一層向上することに主に起因して、耐欠損性がより一層向上する傾向にある。同様の観点から、ｂが０．０３以上０．０９以下であることがより好ましい。
【００３０】
中間層の平均厚さは、０．０５μｍ以上１．５０μｍ以下であると好ましい。平均厚さが０．０５μｍ以上であることにより、耐摩耗性が向上する。一方、平均厚さが１．５０μｍ以下であることにより、被覆層の剥離が抑制されることに主に起因して、耐欠損性が向上する。同様の観点から、中間層の平均厚さは、０．１μｍ以上１．０μｍ以下であることがより好ましい。
【００３１】
中間層としてのＴｉの化合物層は、Ｔｉの化合物からなる層であるが、上述の構成を備え、中間層としての上記作用効果を奏する限りにおいて、Ｔｉの化合物以外の成分を微量含んでもよい。
【００３２】
［最下層］
本実施形態の被覆層は、基材と下部層との間に、Ｔｉの窒化物層又は炭化物層からなる最下層を含むと、密着性がより一層向上するため好ましい。この最下層の平均厚さは、０．１μｍ以上１．５μｍ以下であると好ましい。平均厚さが０．１μｍ以上であると、Ｔｉの窒化物層又は炭化物層がより一層均一な組織になることに起因して、密着性がより一層向上し、その結果、耐欠損性がより一層向上する傾向にある。一方、平均厚さが１．５μｍ以下であると、最下層としてのＴｉの窒化物層又は炭化物層が剥離の起点となるのをより一層抑制することに主に起因して、耐欠損性がより一層向上する傾向にある。同様の観点から、平均厚さは、０．４μｍ以上１．０μｍ以下であることがより好ましい。
【００３３】
最下層としてのＴｉの窒化物層又は炭化物層は、ＴｉＮからなる層であるが、上述の構成を備え、最下層としての上記作用効果を奏する限りにおいて、Ｔｉの窒化物層及び炭化物層以外の成分を微量含んでもよい。
【００３４】
［最外層］
本実施形態の被覆層は、基材とは反対側の最外層としてＴｉの窒化物層からなるＴｉＮ層を備えると、被覆切削工具の使用の有無等の使用状態を確認することができ、視認性に優れるので好ましい。ＴｉＮ層の平均厚さは、０．２μｍ以上５．０μｍ以下であることが好ましい。ＴｉＮ層の平均厚さが０．２μｍ以上であると、α型酸化アルミニウム層の粒子が脱落するのをより一層抑制できる傾向にあり、５．０μｍ以下であると被覆切削工具の耐欠損性がより一層向上する傾向にある。同様の観点から、平均厚さは、０．３μｍ以上３．０μｍ以下であることがより好ましい。
【００３５】
最外層としてのＴｉの窒化物層は、Ｔｉの窒化物からなる層であるが、上述の構成を備え、最外層としての上記作用効果を奏する限りにおいて、Ｔｉの窒化物以外の成分を微量含んでもよい。
【００３６】
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形成方法として、例えば、以下の方法を挙げることができる。ただし、各層の形成方法はこれに限定されない。
【００３７】
Ｔｉの窒化物層（以下、「ＴｉＮ層」ともいう。）からなる最下層は、例えば、原料ガス組成をＴｉＣｌ4：５．０〜１０．０ｍｏｌ％、Ｎ2：２０〜６０ｍｏｌ％、Ｈ2：残部とし、温度を８５０〜９２０℃、圧力を１００〜４００ｈＰａとする化学蒸着法で形成することができる。
【００３８】
Ｔｉの炭化物層（以下、「ＴｉＣ層」ともいう。）からなる最下層は、例えば、原料ガス組成をＴｉＣｌ4：１．５〜３．５ｍｏｌ％、ＣＨ4：２．０〜８．０ｍｏｌ％、Ｈ2：残部とし、温度９５０〜１０５０℃、圧力を５０〜１００ｈＰａとする化学蒸着法で形成することができる。
【００３９】
Ｔｉの炭窒酸化物層（以下、「ＴｉＣＮＯ層」ともいう。）からなる下部層は、例えば、原料ガス組成をＴｉＣｌ4：３．０〜１５．０ｍｏｌ％、ＣＨ3ＣＮ：０．５〜２．０ｍｏｌ％、ＣＯ：０．５〜２．５ｍｏｌ％、Ｎ2：２．０〜１０．０ｍｏｌ％、Ｈ2：残部とし、温度を８４０〜９５０℃、圧力を６０〜８０ｈＰａとする化学蒸着法で形成することができる。
【００４０】
本実施形態のＴｉＣＮＯ層からなる下部層のロッキングカーブの半値幅を所定値以下とするには、例えば、上記の原料ガス組成物の成分であるＣＨ3ＣＮ量を制御するとよい。より具体的には、原料ガス組成物中のＣＨ3ＣＮの組成比を大きくすると、ＴｉＣＮＯ層からなる下部層のロッキングカーブの半値幅を小さくできる傾向にある。
【００４１】
本実施形態のＴｉＣＮＯ層からなる下部層を構成する粒子の平均粒径を所定範囲内とするには、例えば、上記の原料ガス組成物の成分であるＴｉＣｌ4の量及びＣＨ3ＣＮの量を制御したり、下部層を形成する温度を制御したりするとよい。より具体的には、原料ガス組成物中のＣＨ3ＣＮの割合（ＣCH3CN（ｍｏｌ％））に対する、原料ガス組成物中のＴｉＣｌ4の割合（ＣTiCl4（ｍｏｌ％））の比率（ＣTiCl4／ＣCH3CN）を大きくしたり、形成温度を低くしたりすると、平均粒径が小さくなる傾向にある。
【００４２】
Ｔｉの化合物層からなる中間層は、例えば、Ｔｉの化合物層がＴｉＣＮＯ層である場合には、原料ガス組成をＴｉＣｌ4：２．０〜５．０ｍｏｌ％、ＣＨ4：０．５〜１．５ｍｏｌ％、ＣＯ：０．４〜２．５ｍｏｌ％、Ｎ2：０．５〜２．５ｍｏｌ％、Ｈ2：残部とし、温度を９７５〜１０２５℃、圧力を６０〜１００ｈＰａとする化学蒸着法で形成することができる。
【００４３】
Ｔｉの化合物層からなる中間層は、例えば、Ｔｉの化合物層がＴｉＣＯ層である場合には、原料ガス組成をＴｉＣｌ4：２．０〜３．０ｍｏｌ％、ＣＯ：１．０〜３．０ｍｏｌ％、Ｈ2：残部とし、温度を９７５〜１０２５℃、圧力を６０〜１００ｈＰａとする化学蒸着法で形成することができる。
【００４４】
α型酸化アルミニウム層からなる上部層は、例えば、以下の方法によって得ることができる。
【００４５】
まず、上部層の形成前に基材から最も離れた層の表面を酸化する（酸化処理工程）。最も離れた層とは、例えば、下部層の上に中間層を形成する場合は、中間層をいい、下部層の上に中間層を形成しない場合は、下部層をいう。その後、基材から最も離れた層の表面にα型酸化アルミニウム層の核を形成し（核形成工程）、その核が形成された状態で、α型酸化アルミニウム層を形成する（成膜工程）。
【００４６】
より具体的には、上記基材から最も離れた層の表面の酸化は、ガス組成をＣＯ2：０．１〜１．０ｍｏｌ％、Ｈ2：残部とし、温度を８５０〜１１５０℃、圧力を４５〜６５ｈＰａとする条件により行われる。このときの酸化の時間は、１〜５分であることが好ましい。
【００４７】
その後、α型酸化アルミニウム層の核は、原料ガス組成をＡｌＣｌ3：１．０〜３．５ｍｏｌ％、ＣＯ：０．５〜２．５ｍｏｌ％、ＣＯ2：０．５〜４．０ｍｏｌ％、ＨＣｌ：１．５〜３．５ｍｏｌ％、Ｈ2：残部とし、温度を８５０〜９５０℃、圧力を６０〜８０ｈＰａとする化学蒸着法で形成される。
【００４８】
そして、α型酸化アルミニウム層からなる上部層は、原料ガス組成をＡｌＣｌ3：２．０〜５．０ｍｏｌ％、ＣＯ2：２．０〜５．０ｍｏｌ％、ＨＣｌ：２．０〜３．０ｍｏｌ％、Ｈ2Ｓ：０．１５〜０．２５ｍｏｌ％、Ｈ2：残部とし、温度を９００〜１１００℃、圧力を６０〜８０ｈＰａとする化学蒸着法で形成される。
【００４９】
本実施形態のα型酸化アルミニウム層からなる上部層が、（０，０，１２）面に配向した結晶を含むためには、核形成工程において、温度を制御したり、原料ガス組成物の成分であるＣＯ量を制御したりするとよい。より具体的には、核形成工程において、温度を低くしたり、原料ガス組成物のＣＯの組成比を小さくしたりすると、α型酸化アルミニウム層が、（０，０，１２）面に配向した結晶を含む傾向にある。
【００５０】
本実施形態のα型酸化アルミニウム層からなる上部層のロッキングカーブの半値幅を所定値以下とするには、酸化処理工程において、酸化時間を制御したり、成膜工程において、原料ガス組成物の成分であるＣＯ2の量を制御したりするとよい。より具体的には、酸化処理工程において、酸化時間を大きくしたり、成膜工程において、原料ガス組成物中のＣＯ2の割合（ｍｏｌ％）を小さくしたりすると、α型酸化アルミニウム層からなる上部層のロッキングカーブの半値幅を小さくできる傾向にある。
【００５１】
Ｔｉの窒化物層（ＴｉＮ層）からなる最外層は、上記の最下層と同様に、原料ガス組成をＴｉＣｌ4：５．０〜１０．０ｍｏｌ％、Ｎ2：２０〜６０ｍｏｌ％、Ｈ2：残部とし、温度を８５０〜１０５０℃、圧力を１００〜４００ｈＰａとする化学蒸着法で形成することができる。
【００５２】
本実施形態の被覆切削工具の被覆層における各層の厚さは、被覆切削工具の断面組織を、光学顕微鏡、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、又はＦＥ−ＳＥＭ等を用いて観察することにより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、刃先稜線部から被覆切削工具のすくい面の中心部に向かって５０μｍの位置の近傍において、各層の厚さを３箇所以上測定し、その相加平均値として求めることができる。また、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線分光器（ＥＤＳ）や波長分散型Ｘ線分光器（ＷＤＳ）等を用いて測定することができる。
【実施例】
【００５３】
以下、実施例を挙げ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。
【００５４】
基材として、ＪＩＳ規格ＣＮＭＧ１２０４１２形状を有し、８８．７ＷＣ−８．０Ｃｏ−１．５ＴｉＮ−１．５ＮｂＣ−０．３Ｃｒ3Ｃ2（以上質量％）の組成を有する超硬合金製の切削インサート（以下、「基材１」ということがある。）と、ＪＩＳ規格ＣＮＭＧ１２０４１２形状を有し、８９．７ＷＣ−７．０Ｃｏ−１．５ＴｉＮ−１．５ＮｂＣ−０．１Ｃｒ3Ｃ2（以上質量％）の組成を有する超硬合金製の切削インサート（以下、「基材２」ということがある。）の２種類用意した。各基材の刃先稜線部にＳｉＣブラシにより丸ホーニングを施した後、各基材の表面を洗浄した。
【００５５】
各基材の表面を洗浄した後、被覆層を化学蒸着法により形成した。発明品１〜３０については、まず、各基材を外熱式化学蒸着装置に装入し、表１に示す原料ガス組成、温度及び圧力の条件の下、表１０に組成を示す最下層を、表１０に示す平均厚さになるよう、各基材の表面に形成した。次いで、表２に示す原料ガス組成、温度及び圧力の条件の下、表１０に組成を示すＴｉの炭窒酸化物層（下部層）を、表１０に示す平均厚さになるよう、最下層の表面に形成した。次に、表４に示す原料ガス組成、温度及び圧力の条件の下、表１０に組成を示す中間層を、表１０に示す平均厚さになるよう、Ｔｉの炭窒酸化物層（下部層）の表面に形成した。その後、表６に示すガス組成、温度及び圧力の条件の下、表６に示す時間にて、中間層の表面に酸化処理を施した。次いで、表８の「核形成工程」に示す原料ガス組成、温度及び圧力の条件の下、酸化処理を施した中間層の表面にα型酸化アルミニウムの核を形成した。さらに、表８の「成膜工程」に示す原料ガス組成、温度及び圧力の条件の下、中間層及びα型酸化アルミニウムの核の表面に、表１０に組成を示すα型酸化アルミニウム層（上部層）を、表１０に示す平均厚さになるよう形成した。最後に、表１に示す原料ガス組成、温度及び圧力の条件の下、表１０に組成を示す最外層を、表１０に示す平均厚さになるよう、α型酸化アルミニウム層（上部層）の表面に形成した。こうして、発明品１〜３０の被覆切削工具を得た。
【００５６】
一方、比較品１〜１０については、まず、各基材を外熱式化学蒸着装置に装入し、表１に示す原料ガス組成、温度及び圧力の条件の下、表１１に組成を示す最下層を、表１１に示す平均厚さになるよう、各基材の表面に形成した。次いで、表３に示す原料ガス組成、温度及び圧力の条件の下、表１１に組成を示すＴｉＣＮ層又はＴｉＣＮＯ層（下部層）を、表１１に示す平均厚さになるよう、最下層の表面に形成した。次に、表５に示す原料ガス組成、温度及び圧力の条件の下、表１１に組成を示す中間層を、表１１に示す平均厚さになるよう、下部層の表面に形成した。その後、表７に示すガス組成、温度及び圧力の条件の下、表７に示す時間にて、中間層の表面に酸化処理を施した。次いで、表９の「核形成工程」に示す原料ガス組成、温度及び圧力の条件の下、酸化処理を施した中間層の表面にα型酸化アルミニウムの核を形成した。さらに、表９の「成膜工程」に示す原料ガス組成、温度及び圧力の条件の下、中間層及びα型酸化アルミニウムの核の表面に、表１１に組成を示すα型酸化アルミニウム層（上部層）を、表１１に示す平均厚さになるよう形成した。最後に、表１に示す原料ガス組成、温度及び圧力の条件の下、表１１に組成を示す最外層を、表１１に示す平均厚さになるよう、α型酸化アルミニウム層（上部層）の表面に形成した。こうして、比較品１〜１０の被覆切削工具を得た。
【００５７】
なお、２種類の基材（基材１及び基材２）のそれぞれに被覆層を化学蒸着法により形成したが、これらの基材の種類が異なることにより、被覆層の各特性に差が見られなかった。したがって、表中の実施品１〜３０及び比較品１〜１０のそれぞれにおける各項目は、基材１に被覆層を形成した場合と、基材２に被覆層を形成した場合の両方を包含している。
【００５８】
試料の各層の厚さを下記のようにして求めた。すなわち、ＦＥ−ＳＥＭを用いて、被覆切削工具の刃先稜線部からすくい面の中心部に向かって５０μｍの位置の近傍における断面での３箇所の厚さを測定し、その相加平均値を平均厚さとして求めた。得られた試料の各層の組成は、被覆切削工具の刃先稜線部からすくい面の中心部に向かって５０μｍまでの位置の近傍の断面において、ＥＤＳを用いて測定した。
【００５９】
【表１】
2019051565.tif 000003
【００６０】
【表２】
2019051565.tif 000004
【００６１】
【表３】
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【００６２】
【表４】
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【００６３】
【表５】
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【００６４】
【表６】
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【００６５】
【表７】
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【００６６】
【表８】
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【００６７】
【表９】
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【００６８】
【表１０】
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【００６９】
【表１１】
2019051565.tif 000013
【００７０】
得られた試料の（４，２，２）面のロッキングカーブの半値幅は、以下の測定条件によって測定した。すなわち、まず、通常のＸ線回折装置を用いて、下部層の（４，２，２）面の２θ（°）を特定し、下記測定条件により、ロッキングカーブの半価幅を測定した。
（測定条件）ω：ステップモード、特性Ｘ線：ＣｕＫα線、２θ原点：Ｘ線回折により測定した２θ（°）を固定、ステップ幅：１°、計測時間：１０秒／ステップ、スキャン角度：３０°〜９０°
一方、試料の（０，０，１２）面のロッキングカーブの半値幅は、以下の測定条件によって測定した。
（測定条件）ω：ステップモード、特性Ｘ線：ＣｕＫα線、２θ原点：９０．６６５°固定、ステップ幅：１°、計測時間：１０秒／ステップ、スキャン角度：６．３°〜６９．３°
その結果を、表１２及び表１３に示す。
【００７１】
また、得られた試料の下部層を構成する粒子の平均粒径は、下部層の断面組織を観察して求めた。具体的には、試料の基材の表面と平行な方向の断面を鏡面研磨し、得られた鏡面研磨面を断面組織とした。下部層を鏡面研磨する際には、コロイダルシリカを用いて研磨した。次いで、試料を、下部層の断面組織に電子線を照射できるようにＦＥ−ＳＥＭにセットし、その試料に、７０度の入射角度で１５ｋＶの加速電圧及び０．５ｎＡ照射電流の条件にて電子線を照射した。この際、３０μｍ×５０μｍの測定範囲を０．１μｍのステップサイズというＥＢＳＤの設定で測定した。方位差５°以上の組織境界で囲まれる領域を粒子として、その粒子の面積と等しい面積の円の直径をその粒子の粒径とした。この際、下部層の断面組織から、画像解析ソフトを用いて粒径を求めた。上記測定における下部層の粒径を測定し、求めた全ての粒子の粒径の平均値（相加平均値）を平均粒径とした。その結果を、表１２及び表１３に示す。
【００７２】
【表１２】
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【００７３】
【表１３】
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【００７４】
得られた発明品１〜３０及び比較品１〜１０を用いて、下記の条件にて切削試験１及び切削試験２を行った。切削試験１は耐摩耗性を評価する摩耗試験であり、切削試験２は耐欠損性を評価する欠損試験である。
【００７５】
［切削試験１］
用いた基材：基材１
被削材：Ｓ４５Ｃの丸棒、
切削速度：２３０ｍ／ｍｉｎ、
送り：０．２５ｍｍ／ｒｅｖ、
切り込み：２．０ｍｍ、
クーラント：有り、
評価項目：試料が欠損、又は最大逃げ面摩耗幅が０．２ｍｍに至った時を工具寿命とし、工具寿命までの加工時間を測定した。また、加工時間が１５分における損傷状態をＳＥＭで確認した。
【００７６】
［切削試験２］
用いた基材：基材２
被削材：Ｓ４５Ｃの２本の溝入り丸棒
切削速度：１５０ｍ／ｍｉｎ、
送り：０．１５ｍｍ／ｒｅｖ、
切り込み：１．７ｍｍ、
クーラント：有り、
評価項目：試料が欠損した時、又は最大逃げ面摩耗幅が０．２ｍｍに至った時を工具寿命とし、工具寿命までの加衝撃回数を測定した。また、衝撃回数が５０００回における損傷状態をＳＥＭで観察した。
【００７７】
切削試験１（摩耗試験）の工具寿命に至るまでの加工時間について、４０分以上を「Ａ」、３０分以上４０分未満を「Ｂ」、３０分未満を「Ｃ」として評価した。また、切削試験２（欠損試験）の工具寿命に至るまでの衝撃回数について、１３０００回以上を「Ａ」、１１０００回以上１３０００回未満を「Ｂ」、１１０００回未満を「Ｃ」として評価した。この評価では、「Ａ」が最も優れており、次に「Ｂ」が優れており、「Ｃ」が最も劣っていることを意味し、Ａ又はＢ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及び表１５に示す。
【００７８】
【表１４】
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【００７９】
【表１５】
2019051565.tif 000017
【００８０】
表１４及び表１５に示す結果より、発明品の摩耗試験及び欠損試験の評価は、どちらも「Ｂ」以上の評価であった。一方、比較品の評価は、摩耗試験及び欠損試験の両方又はいずれかが、「Ｃ」であった。特に、摩耗試験において、発明品の評価はいずれも「Ｂ」以上であり、比較品の評価はいずれも「Ｃ」であった。よって、発明品の耐摩耗性は、比較品と比べて、総じて、より優れていることが分かる。
【００８１】
以上の結果より、発明品は、耐摩耗性及び耐欠損性に優れる結果、工具寿命が長いことが分かった。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明の被覆切削工具は、耐欠損性を低下させることなく、しかも優れた耐摩耗性を有することにより、従来よりも工具寿命を延長できるので、そのような観点から、産業上の利用可能性がある。
【符号の説明】
【００８３】
１…基材、２…最下層、３…下部層、４…中間層、５…上部層、６…最外層、７…被覆層、８…被覆切削工具。
【図１】
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