(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材と、前記基材の上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、前記基材側に近い側から、下記式（１）で表される組成を有する化合物を含有する下部層と、前記下部層の上に形成され、下記式（２）で表される組成を有する化合物を含有する上部層と、を有し、
（ＡｌxＴｉ1-x）Ｎ      （１）
（式（１）中、ｘはＡｌ元素とＴｉ元素との合計に対するＡｌ元素の原子比を示し、０．６０≦ｘ≦０．９５を満足する。）
（ＡｌyＴｉ1-y）Ｎ      （２）
（式（２）中、ｙはＡｌ元素とＴｉ元素との合計に対するＡｌ元素の原子比を示し、０．５０≦ｙ≦０．８５を満足する。）
前記下部層の平均厚さが、１．０μｍ以上１０．０μｍ以下であり、前記上部層の平均厚さが、１．０μｍ以上１０．０μｍ以下であり、
前記下部層においてＧＯＳ値が１度以下を示す結晶粒の面積割合ＧＯＳiと、前記上部層においてＧＯＳ値が１度以下を示す結晶粒の面積割合ＧＯＳsとが、下記式（３）で表される条件を満たし、前記ＧＯＳsが、５５％以上９０％以下である、被覆切削工具。
ＧＯＳi＜ＧＯＳs・・・（３）
【請求項２】
前記下部層において、ＫＡＭ値が１度以下を示す測定点の割合ＫＡＭiが５０％以上９０％以下であり、前記上部層において、ＫＡＭ値が１度以下を示す測定点の割合ＫＡＭsが５０％以上９５％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ＧＯＳiが、１０％以上５５％未満である、請求項１又は２に記載の被覆切削工具。
【請求項４】
前記下部層におけるＡｌ元素の原子比ｘと、前記上部層におけるＡｌ元素の原子比ｙとが、下記式（４）で表される条件を満たす、請求項１〜３のいずれか１項に記載の被覆切削工具。
ｙ＜ｘ・・・（４）
【請求項５】
前記被覆層全体の平均厚さが、３．０μｍ以上１５．０μｍ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、セラミックス又は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（Ａｌ2Ｏ3）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】
また、超硬合金あるいは立方晶窒化ホウ素焼結体からなる基材の表面に物理蒸着法により、Ｔｉ−Ａｌ系の複合窒化物層を蒸着形成した被覆工具が知られており、これらは、優れた耐摩耗性を発揮することが知られている。しかしながら、上記従来のＴｉ−Ａｌ系の複合窒化物層を物理蒸着法により形成した被覆工具は、比較的耐摩耗性に優れるものの、高速で、且つ、断続的に負荷がかかる加工の切削条件で用いた場合に亀裂が発生しやすいことから、被覆層の改善についての種々の提案がなされている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、炭化タングステン基超硬合金、炭窒化チタン基サーメット又は立方晶窒化ホウ素基超高圧焼結体のいずれかで構成された工具基体の表面に、硬質被覆層を設けた表面被覆切削工具において、下記（ａ）〜（ｃ）を満たすことを特徴とする表面被覆切削工具が記載されている。
（ａ）硬質被覆層は、化学蒸着法により成膜された平均層厚１〜２０μｍのＴｉとＡｌの複合窒化物又は複合炭窒化物層を少なくとも含み、組成式：（Ｔｉ1-xＡｌx）（ＣyＮ1-y）で表した場合、複合窒化物又は複合炭窒化物層のＡｌのＴｉとＡｌの合量に占める平均含有割合ｘavg及び複合窒化物又は複合炭窒化物層のＣのＣとＮの合量に占める平均含有割合ｙavg（但し、ｘavg、ｙavgはいずれも原子比）が、それぞれ、０．６０≦ｘavg≦０．９５、０≦ｙavg≦０．００５を満足する。
（ｂ）複合窒化物又は複合炭窒化物層は、ＮａＣｌ型の面心立方構造を有するＴｉとＡｌの複合窒化物又は複合炭窒化物の相を少なくとも含む。
（ｃ）ＮａＣｌ型の面心立方構造を有するＴｉとＡｌの複合窒化物又は複合炭窒化物の結晶粒の結晶方位を、電子線後方散乱回折装置を用いて縦断面方向から解析し、結晶粒個々の結晶粒内平均方位差を求めた場合、該結晶粒内平均方位差が２度以上を示す結晶粒が複合窒化物又は複合炭窒化物層の面積割合で４０％以上存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−２１４０１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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、従来よりも工具の耐摩耗性及び耐欠損性を向上させることが求められている。また、加工形状の複雑化により、従来よりも工具に断続的な負荷が作用する加工が増えており、かかる過酷な切削条件下において、従来の工具ではサーマルクラックを起因とした欠損が生じやすくなり、これが引き金となって、工具寿命を長くし難い。なお、サーマルクラック（熱亀裂）とは、断続切削に伴って発生する熱応力と熱疲労によって生ずる亀裂である。サーマルクラックは、通常、切れ刃に直角方向にまず発生し、切削時間の経過とともに水平方向にも発生する。
【０００７】
特許文献１に記載の表面被覆切削工具は、結晶粒内平均方位差（以下、「ＧＯＳ値」とも記す。）が２度以上を示す結晶粒が、複合窒化物又は複合炭窒化物層の面積割合で４０％以上存在することにより、結晶粒内に歪みが生じるため、結晶粒の硬さ及び靭性の向上が期待できる。しかしながら、ＧＯＳ値が大きい場合、結晶粒内の歪の分布が均一ではないため、ＧＯＳ値が大きい結晶粒が増えるとクラックの起点となる箇所が多くなり、表面被覆切削工具は耐サーマルクラック性に劣る傾向にある。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、高速で負荷が作用するような切削加工条件下でもサーマルクラックの発生を抑制することにより、耐欠損性を向上させることができると共に耐摩耗性も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】
【０００９】
本発明者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、被覆切削工具を特定の構成にすると、高速で負荷が作用するような切削加工条件下でもサーマルクラックの発生を抑制することにより、耐欠損性を向上させることができると共に耐摩耗性も向上させることができ、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。
【００１０】
すなわち、本発明は下記のとおりである。
〔１〕
基材と、前記基材の上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、前記基材側に近い側から、下記式（１）で表される組成を有する化合物を含有する下部層と、前記下部層の上に形成され、下記式（２）で表される組成を有する化合物を含有する上部層と、を有し、
（ＡｌxＴｉ1-x）Ｎ      （１）
（式（１）中、ｘはＡｌ元素とＴｉ元素との合計に対するＡｌ元素の原子比を示し、０．６０≦ｘ≦０．９５を満足する。）
（ＡｌyＴｉ1-y）Ｎ      （２）
（式（２）中、ｙはＡｌ元素とＴｉ元素との合計に対するＡｌ元素の原子比を示し、０．５０≦ｙ≦０．８５を満足する。）
前記下部層の平均厚さが、１．０μｍ以上１０．０μｍ以下であり、前記上部層の平均厚さが、１．０μｍ以上１０．０μｍ以下であり、
前記下部層においてＧＯＳ値が１度以下を示す結晶粒の面積割合ＧＯＳiと、前記上部層においてＧＯＳ値が１度以下を示す結晶粒の面積割合ＧＯＳsとが、下記式（３）で表される条件を満たす、被覆切削工具。
ＧＯＳi＜ＧＯＳs・・・（３）
〔２〕
前記下部層において、ＫＡＭ値が１度以下を示す測定点の割合ＫＡＭiが５０％以上９０％以下であり、前記上部層において、ＫＡＭ値が１度以下を示す測定点の割合ＫＡＭsが５０％以上９５％以下である、〔１〕に記載の被覆切削工具。
〔３〕
前記ＧＯＳsが、５５％以上９０％以下である、〔１〕又は〔２〕に記載の被覆切削工具。
〔４〕
前記ＧＯＳiが、１０％以上５５％未満である、〔１〕〜〔３〕のいずれかに記載の被覆切削工具。
〔５〕
前記下部層におけるＡｌ元素の原子比ｘと、前記上部層におけるＡｌ元素の原子比ｙとが、下記式（４）で表される条件を満たす、〔１〕〜〔４〕のいずれかに記載の被覆切削工具。
ｙ＜ｘ・・・（４）
〔６〕
前記被覆層全体の平均厚さが、３．０μｍ以上１５．０μｍ以下である、〔１〕〜〔５〕のいずれかに記載の被覆切削工具。
〔７〕
前記基材は、超硬合金、サーメット、セラミックス又は立方晶窒化硼素焼結体のいずれかである、〔１〕〜〔６〕のいずれかに記載の被覆切削工具。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の被覆切削工具は、高速で負荷が作用するような切削加工条件下でもサーマルクラックの発生を抑制することにより、耐欠損性を向上させることができると共に耐摩耗性も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できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【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】
【００１３】
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。なお、図面中、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。更に、図面の寸法比率は図示の比率に限られるものではない。
【００１４】
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、を含む被覆切削工具であって、被覆層は、基材側に近い側から、下記式（１）で表される組成を有する化合物を含有する下部層と、下部層の上に形成され、下記式（２）で表される組成を有する化合物を含有する上部層と、を有する。
（ＡｌxＴｉ1-x）Ｎ      （１）
（式（１）中、ｘはＡｌ元素とＴｉ元素との合計に対するＡｌ元素の原子比を示し、０．６０≦ｘ≦０．９５を満足する。）
（ＡｌyＴｉ1-y）Ｎ      （２）
（式（２）中、ｙはＡｌ元素とＴｉ元素との合計に対するＡｌ元素の原子比を示し、０．５０≦ｙ≦０．８５を満足する。）
下部層の平均厚さは、１．０μｍ以上１０．０μｍ以下であり、上部層の平均厚さは、１．０μｍ以上１０．０μｍ以下である。
下部層においてＧＯＳ値が１度以下を示す結晶粒の面積割合ＧＯＳiと、上部層においてＧＯＳ値が１度以下を示す結晶粒の面積割合ＧＯＳsとが、下記式（３）で表される条件を満たす。
ＧＯＳi＜ＧＯＳs・・・（３）
【００１５】
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、高速で負荷が作用するような切削加工条件下でもサーマルクラックの発生を抑制することにより、耐欠損性を向上させることができると共に耐摩耗性も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できる。本実施形態の被覆切削工具の耐摩耗性及び耐欠損性が向上する要因は、以下のように考えられる。ただし、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、本実施形態の被覆切削工具は、上記式（１）で表される組成を有する化合物を含有する下部層において、上記式（１）中のｘが０．６０以上であると、固溶強化により、硬さが向上するため、耐摩耗性が向上し、また、Ａｌ含有量が高くなることにより、耐酸化性が向上する。この結果、本実施形態の被覆切削工具は、耐クレータ摩耗が向上するため、切れ刃の強度低下を抑制することにより、耐欠損性が向上する。一方、本実施形態の被覆切削工具は、上記式（１）で表される組成を有する化合物を含有する下部層において、上記式（１）中のｘが０．９５以下であると、Ｔｉを含有することにより、靭性が向上するので、耐欠損性が向上する。また、本実施形態の被覆切削工具は、上記式（２）で表される組成を有する化合物を含有する上部層において、上記式（２）中のｙが０．５０以上であると、固溶強化により、硬さが向上するため、耐摩耗性が向上し、また、Ａｌ含有量が高くなることにより、耐酸化性が向上する。この結果、本実施形態の被覆切削工具は、耐クレータ摩耗が向上するため、切れ刃の強度低下を抑制することにより、耐欠損性が向上する。一方、本実施形態の被覆切削工具は、上記式（２）で表される組成を有する化合物を含有する上部層において、上記式（２）中のｙが０．８５以下であると、Ｔｉを含有することにより、靭性が向上するので、耐欠損性が向上する。また、下部層におけるＧＯＳiの方が上部層におけるＧＯＳsよりも低いと、サーマルクラックの発生を抑制することにより、耐欠損性を向上させることができると共に耐摩耗性も向上させることができる。下部層において、ＧＯＳiの面積割合が低くなることは、硬さが高い結晶粒が分散していることを意味する。換言すると、下部層において、ＧＯＳ値が１度より大きい結晶粒、すなわち、歪が大きい結晶粒の面積割合が高くなる。このため、下部層の平均厚さが、１．０μｍ以上であると、被覆切削工具の耐摩耗性が向上する。一方、下部層の平均厚さが、１０．０μｍ以下であると、基材と被覆層との密着性を一層高めることができるので、被覆切削工具の耐欠損性が向上する。また、上部層において、ＧＯＳsの面積割合が高くなることは、サーマルクラックの発生を抑制する効果が大きくなることを意味する。このため、上部層の平均厚さが、１．０μｍ以上であると、被覆切削工具の耐欠損性が向上する。一方、上部層の平均厚さが、１０．０μｍ以下であると、密着性が向上することにより、剥離の発生を抑制する効果が大きくなる。このため、被覆切削工具の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、本実施形態の被覆切削工具は、耐摩耗性及び耐欠損性が向上し、その結果、工具寿命を延長することができるものと考えられる。
【００１６】
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５は、基材１と、基材１の表面に形成された被覆層４とを備え、被覆層４には、下部層２及び上部層３が基材側からこの順序で上方向に積層されている。
【００１７】
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備える。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。
【００１８】
本実施形態に用いる基材は、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。
【００１９】
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。
【００２０】
本実施形態に用いる被覆層全体の平均厚さは、３．０μｍ以上１５．０μｍ以下であることが好ましい。本実施形態の被覆切削工具は、被覆層全体の平均厚さが３．０μｍ以上であると、耐摩耗性が向上し、被覆層の平均厚さが１５．０μｍ以下であると、被覆層の基材との密着性及び耐欠損性が向上する。同様の観点から、被覆層の平均厚さは、４．０μｍ以上１３．０μｍ以下であるとより好ましく、５．０μｍ以上１２．０μｍ以下であることが更に好ましい。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。
【００２１】
走査型電子顕微鏡を利用した電子線後方散乱回折像（以下、「ＥＢＳＤ」とも記す。）法による結晶粒内歪みを定量化する計算手法として、例えば、結晶粒内の平均方位差を定量化したＧｒａｉｎ  Ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ  Ｓｐｒｅａｄ（以下、「ＧＯＳ」とも記す。）と、結晶粒内において任意の測定点とその近接した測定点間の方位差を定量化したＫｅｒｎｅｌ  Ａｖｅｒａｇｅ  Ｍｉｓｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ（以下、「ＫＡＭ」とも記す。）が挙げられる。以下、ＧＯＳ値及びＫＡＭ値について説明する。
【００２２】
［ＧＯＳ値］
ＧＯＳ値が小さいと、結晶粒内の歪の分布が均一に近づく。このＧＯＳ値が小さい結晶粒の面積割合が高くなると、クラック発生の起点となる箇所が減少することになり、サーマルクラックの発生を抑制することができる。一方、ＧＯＳ値が大きいと、結晶粒の歪が大きいことを示す。このＧＯＳ値が大きい結晶粒の面積割合が高くなると、硬さが高くなるため、耐摩耗性が向上する。
【００２３】
本実施形態の被覆切削工具は、下部層においてＧＯＳ値が１度以下を示す結晶粒の面積割合ＧＯＳiと、上部層においてＧＯＳ値が１度以下を示す結晶粒の面積割合ＧＯＳsとが、下記式（３）で表される条件を満たす。
ＧＯＳi＜ＧＯＳs・・・（３）
【００２４】
下部層におけるＧＯＳiの方が上部層におけるＧＯＳsよりも低いと、サーマルクラックの発生を抑制することにより、耐欠損性を向上させることができると共に耐摩耗性も向上させることができる。
【００２５】
また、下部層におけるＧＯＳiは、１０％以上５５％未満であることが好ましく、１０％以上５０％以下であることがより好ましく、１２％以上４２％以下であることがさらに好ましく、１４％以上３６％以下であることが特に好ましい。下部層において、ＧＯＳiが５５％未満であると、ＧＯＳ値が１度より大きい、すなわち、歪が大きく、硬さが高い結晶粒が十分に分散することにより、硬さが向上して被覆切削工具の耐摩耗性が一層向上する傾向にある。一方、下部層において、ＧＯＳiが１０％以上であると、容易に製造することができる。
【００２６】
また、上部層におけるＧＯＳsは、５０％以上９０％以下であることが好ましく、５３％以上９０％以下であることがより好ましく、５５％以上９０％以下であることがさらに好ましく、５５％以上８８％以下であることがよりさらに好ましく、５５％以上８６％以下であることが特に好ましい。上部層において、ＧＯＳsが５０％以上であると、クラック発生の起点となる箇所が減少することになり、サーマルクラックの発生を一層抑制することができる傾向にある。一方、上部層において、ＧＯＳsが９０％以下であると、容易に製造することができる。
【００２７】
本実施形態において、ＧＯＳ値は以下のとおり測定することができる。被覆切削工具の試料において、下部層又は上部層の表面から、基材側に向かって０．５μｍにあり、基材の表面に対して略平行な方向に研磨し断面を露出させる。ＥＢＳＤ（ＴＳＬ社製）を用いて、下部層及び上部層における断面の各測定領域を正六角形の測定点（以下「ピクセル」とも記す。）に区切る。区切られた各ピクセルについて、試料の断面（研磨面）に入射させた電子線の反射電子から菊地パターンを得てピクセルの方位を測定する。得られた方位データを上記ＥＢＳＤの解析ソフトを用いて解析し、各種パラメータを算出する。測定条件は、加速電圧１５ｋＶ、測定領域の寸法は、３０μｍ×５０μｍとし、隣接するピクセル間の距離（ステップサイズ）を０．０５μｍとする。隣接するピクセル間で５度以上の方位差がある場合、そこを粒界と定義する。また、粒界で囲まれた領域を１つの結晶粒と定義する。ただし、隣接するピクセル全てと５度以上の方位差がある単独に存在するピクセルは結晶粒とせず、２ピクセル以上が連結しているものを結晶粒として取り扱う。
【００２８】
そして、同一結晶粒内の異なる２つのピクセル間での結晶粒内方位差を計算し、これを平均化したものをＧＯＳ値として定義する。すなわち、ＧＯＳ値は、下記式（５）で表すことができる。
【００２９】
【数１】
0006977746.tif 000002
（式（５）中、ｎは、同一結晶粒内のピクセル数を表し、ｉ及びｊは、結晶粒内の異なるピクセルに各々付した番号を表し（ここで、１≦ｉ、ｊ≦ｎとなる）、αij（ｉ≠ｊ）は、ピクセルｉでの結晶方位とピクセルｊでの結晶方位とから求められる結晶方位差を表す。）
【００３０】
上記測定条件及び測定範囲内での測定を５視野で実施する。次に、下部層又は上部層を構成する結晶粒（例えば、立方晶）に属する全ピクセル数を求め、ＧＯＳ値を１度間隔で分割し、その値の範囲内にＧＯＳ値が含まれる結晶粒におけるピクセル数を集計して全ピクセル数で割ることによって、下部層又は上部層におけるＧＯＳ値の面積割合を示すヒストグラムを作成する。作成したヒストグラムに基づき、下部層においてＧＯＳ値が１度以下を示す結晶粒の面積割合ＧＯＳiと、上部層においてＧＯＳ値が１度以下を示す結晶粒の面積割合ＧＯＳsとを求めることができる。
【００３１】
［ＫＡＭ値］
ＫＡＭ値は、ＥＢＳＤ法に基づく結晶方位解析において、隣接する測定点の間の結晶方位の差である局所方位差を示す数値である。このＫＡＭ値が大きいほど、隣接する測定点の間での結晶方位の差が大きいことを示し、ＫＡＭ値が小さいほど、結晶粒内の局所的な歪が小さいことを示す。
【００３２】
本実施形態の被覆切削工具は、下部層において、ＫＡＭ値が１度以下を示す測定点の割合ＫＡＭiが５０％以上９０％以下であることが好ましい。ＫＡＭiが５０％以上であると、結晶粒内の歪が小さいため、靭性が向上し、サーマルクラックの発生を一層抑制する傾向がある。一方、ＫＡＭiが９０％以下であると、容易に製造することができるので好ましい。同様の観点から、ＫＡＭiは、５２％以上８５％以下であることがより好ましく、５２％以上７９％以下であることがさらに好ましい。
【００３３】
また、本実施形態の被覆切削工具は、上部層において、ＫＡＭ値が１度以下を示す測定点の割合ＫＡＭsが５０％以上９５％以下であることが好ましい。ＫＡＭsが５０％以上であると、結晶粒内の歪が小さいため、靭性が向上し、サーマルクラックの発生を一層抑制する傾向にある。一方、ＫＡＭsが９５％以下であると、容易に製造することができる。同様の観点から、ＫＡＭsは、５２％以上９１％以下であることがより好ましい。
【００３４】
本実施形態の被覆切削工具は、ＫＡＭi及びＫＡＭsが前記範囲であると、上部層及び下部層の全体において、結晶粒内の歪が小さくなり、サーマルクラックの発生を一層抑制する傾向にある。
【００３５】
本実施形態において、ＫＡＭ値は以下のとおり測定することができる。被覆切削工具の試料において、下部層又は上部層の表面から、基材側に向かって０．５μｍにあり、基材の表面に対して略平行な方向に研磨し断面を露出させる。ＥＢＳＤ（ＴＳＬ社製）を用いて、下部層及び上部層における断面の各測定領域を正六角形の測定点（以下「ピクセル」とも記す。）に区切る。区切られた各ピクセルについて、試料の断面（研磨面）に入射させた電子線の反射電子から菊地パターンを得てピクセルの方位を測定する。得られた方位データを上記ＥＢＳＤの解析ソフトを用いて解析し、各種パラメータを算出する。測定条件は、加速電圧１５ｋＶ、測定領域の寸法は、３０μｍ×５０μｍとし、隣接するピクセル間の距離（ステップサイズ）を０．０５μｍとする。測定中心のピクセルとの方位差が５度以上である隣接するピクセルは、測定中心のピクセルが位置する単結晶から粒界を超えたものとしてＫＡＭ値の計算から除外する。つまり、ＫＡＭ値は、結晶粒内のあるピクセルと、その結晶粒から粒界を超えない範囲に存在する隣接するピクセルとの方位差の平均値として求める。すなわち、ＫＡＭ値は、下記式（６）で表すことができる。
【００３６】
【数２】
0006977746.tif 000003
（式（６）中、ｎは、同一結晶粒内において任意のピクセルｉと隣接するピクセルｊの数を表し、αi,jは、ピクセルｉでの結晶方位とピクセルｊでの結晶方位とから求められる結晶方位差を表す。）
【００３７】
そして、下部層又は上部層において、測定領域の全面積を構成する全ピクセルにおけるＫＡＭ値を求め、測定点（ピクセル）全体数を１００％としたときに、ＫＡＭ値が１度以下を示す測定点（ピクセル）の割合を求める。なお、ＫＡＭ値が１度以下を示す測定点の割合は、任意の３箇所の測定領域について求めた割合を平均した数値とする。また、下部層において、ＫＡＭ値が１度以下を示す測定点の割合をＫＡＭiと表し、上部層において、ＫＡＭ値が１度以下を示す測定点の割合をＫＡＭsと表す。
【００３８】
［下部層］
本実施形態に用いる下部層は、下記式（１）で表される組成を有する化合物を含有する。
（ＡｌxＴｉ1-x）Ｎ      （１）
（式（１）中、ｘはＡｌ元素とＴｉ元素との合計に対するＡｌ元素の原子比を示し、０．６０≦ｘ≦０．９５を満足する。）
【００３９】
本実施形態の被覆切削工具は、上記式（１）で表される組成を有する化合物を含有する下部層において、上記式（１）中のｘが０．６０以上であると、固溶強化により、硬さが向上するため、耐摩耗性が向上し、また、Ａｌ含有量が高くなることにより、耐酸化性が向上する。この結果、本実施形態の被覆切削工具は、耐クレータ摩耗が向上するため、切れ刃の強度低下を抑制することにより、耐欠損性が向上する。一方、本実施形態の被覆切削工具は、上記式（１）で表される組成を有する化合物を含有する下部層において、上記式（１）中のｘが０．９５以下であると、Ｔｉを含有することにより、靭性が向上するので、耐欠損性が向上する。同様の観点から、式（１）中、ｘは０．６４以上０．９２以下が好ましく、０．８０以上０．９０以下がより好ましい。
【００４０】
本実施形態に用いる下部層の平均厚さは、１．０μｍ以上１０．０μｍ以下である。下部層の平均厚さが、１．０μｍ以上であると、被覆切削工具の耐摩耗性が向上する。一方、下部層の平均厚さが、１０．０μｍ以下であると、基材と被覆層との密着性を一層高めることができるので、被覆切削工具の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、１．５μｍ以上８．５μｍ以下であることがより好ましく、２．０μｍ以上７．０μｍ以下であることが更に好ましい。
【００４１】
［上部層］
本実施形態に用いる上部層は、下記式（２）で表される組成を有する化合物を含有する。
（ＡｌyＴｉ1-y）Ｎ      （２）
（式（２）中、ｙはＡｌ元素とＴｉ元素との合計に対するＡｌ元素の原子比を示し、０．５０≦ｙ≦０．８５を満足する。）
【００４２】
本実施形態の被覆切削工具は、上記式（２）で表される組成を有する化合物を含有する上部層において、上記式（２）中のｙが０．５０以上であると、固溶強化により、硬さが向上するため、耐摩耗性が向上し、また、Ａｌ含有量が高くなることにより、耐酸化性が向上する。この結果、本実施形態の被覆切削工具は、耐クレータ摩耗が向上するため、切れ刃の強度低下を抑制することにより、耐欠損性が向上する。一方、本実施形態の被覆切削工具は、上記式（２）で表される組成を有する化合物を含有する上部層において、上記式（２）中のｙが０．８５以下であると、Ｔｉを含有することにより、靭性が向上するので、耐欠損性が向上する。同様の観点から、式（２）中、ｙは０．５２以上０．８３以下が好ましく、０．７０以上０．８０以下がより好ましい。
【００４３】
本実施形態の被覆切削工具は、下部層におけるＡｌ元素の原子比ｘと、上部層におけるＡｌ元素の原子比ｙとが、下記式（４）で表される条件を満たすことが好ましい。
ｙ＜ｘ・・・（４）
下部層におけるＡｌ元素の原子比ｘと、上部層におけるＡｌ元素の原子比ｙとが、ｙ＜ｘの関係を満たすと、上部層の硬さを低くすることにより、靭性が向上する傾向がある。この結果、サーマルクラックの発生を抑制し、被覆切削工具の耐欠損性が向上する傾向がある。また、単に上部層のＴｉ含有量を高くして靭性を向上させるよりも、上述したとおりＧＯＳ値を制御することで、Ａｌ含有量を最大限に高めることができる。これにより、被覆切削工具の耐酸化性が向上し、耐クレータ摩耗が向上する傾向にある。この結果、被覆切削工具の切れ刃の強度が向上するので、耐欠損性が向上する傾向にある。
【００４４】
本実施形態に用いる上部層の平均厚さは、１．０μｍ以上１０．０μｍ以下であることが好ましい。上部層の平均厚さが、１．０μｍ以上であると、被覆切削工具の耐欠損性が向上する。一方、上部層の平均厚さが、１０．０μｍ以下であると、密着性が向上することにより、剥離の発生を抑制する効果が大きくなる。このため、被覆切削工具の耐欠損性が向上する。同様の観点から、上部層の平均厚さは、１．５μｍ以上８．０μｍ以下であることがより好ましく、２．０μｍ以上５．０μｍ以下であることが更に好ましい。
【００４５】
［被覆層の形成方法］
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。
【００４６】
下部層は、原料組成をＴｉＣｌ4：０．２〜０．５ｍｏｌ％、ＡｌＣｌ3：０．５〜１．５ｍｏｌ％、ＮＨ3：２．０〜５．０ｍｏｌ％、Ｈ2：残部とし、温度を７００〜９００℃、圧力を３〜５ｈＰａとする化学蒸着法で形成することができる。
【００４７】
また、上部層は、原料組成をＴｉＣｌ4：０．３〜０．８ｍｏｌ％、ＡｌＣｌ3：０．５〜１．０ｍｏｌ％、ＮＨ3：１．０〜５．０ｍｏｌ％、Ｈ2：残部とし、温度を７００〜９００℃、圧力を３〜５ｈＰａとする化学蒸着法で形成することができる。
【００４８】
まず、基材の表面に、下部層を形成する。次いで、下部層の上に上部層を形成する。
【００４９】
また、上記式（１）及び（２）で表される組成を制御するためには、原料組成を適宜調整すればよい。より具体的には、ＴｉとＡｌとの比率を制御する方法としては、例えば、原料組成において、ＡｌＣｌ3／（ＡｌＣｌ3＋ＴｉＣｌ4）の比率を大きくすると、Ａｌの含有比率が大きくなる傾向にある。具体的には、例えば、原料組成において、ＡｌＣｌ3／（ＡｌＣｌ3＋ＴｉＣｌ4）の比率を０．６以上０．８５以下とすることにより、上記式（１）中のＡｌの含有比率を上記特定の範囲に制御することができ、また、例えば、原料組成において、ＡｌＣｌ3／（ＡｌＣｌ3＋ＴｉＣｌ4）の比率を０．５以上０．７７以下とすることにより、上記式（２）中のＡｌの含有比率を上記特定の範囲に制御することができる。
【００５０】
また、ＧＯＳ値が１度以下を示す結晶粒の面積割合を増やす（結晶粒の歪みを小さくする）には、例えば、原料組成において、ＮＨ3の割合を小さくすること、又は形成する温度を高くすることが挙げられる。一方、ＧＯＳ値が１度以下を示す結晶粒の面積割合を減らす（結晶粒の歪みを大きくする）には、例えば、原料組成において、ＮＨ3の割合を大きくすること、又は形成する温度を低くすることが挙げられる。
【００５１】
また、ＫＡＭ値が１度以下を示す測定点の割合を増やす（結晶粒の歪みを小さくする）には、例えば、原料組成において、ＮＨ3の割合を小さくすること、又は形成する温度を高くすることが挙げられる。一方、ＫＡＭ値が１度以下を示す測定点の割合を減らす（結晶粒の歪みを大きくする）には、例えば、原料組成において、ＮＨ3の割合を大きくすること、又は形成する温度を低くすることが挙げられる。
【００５２】
また、下部層を形成した後、上部層を形成する際の温度を、下部層を形成する際の温度より５０℃以上大きくすると、ＧＯＳ値が１度以下を示す結晶粒の面積割合を増やす（結晶粒の歪みを小さくする）ことができ、ＧＯＳi＜ＧＯＳsを満たすことができる。
【００５３】
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）、又は電解放射型走査電子顕微鏡（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】
【００５４】
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。
【００５５】
基材として、ＳＮＧＵ１３０７ＡＮＥＮ−ＭＪのインサート（８６．５％ＷＣ−１１．７％Ｃｏ−１．１％ＮｂＣ−０．７％Ｃｒ3Ｃ2（質量％）の組成を有する超硬合金）を用意した。この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、基材の表面を洗浄した。
【００５６】
［発明品１〜１３及び比較品１〜７］
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。まず、基材を外熱式化学蒸着装置に装入し、表１に示す原料組成、温度及び圧力の条件の下、表３に組成を示す下部層を、表３に示す平均厚さになるよう、基材の表面に形成した。次いで、次いで、表２に示す原料組成、温度及び圧力の条件の下、表３に組成を示す上部層を、表３に示す平均厚さになるよう、下部層の表面に形成した。こうして、発明品１〜１３及び比較品１〜７の被覆切削工具を得た。
【００５７】
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。
【００５８】
【表１】
0006977746.tif 000004
【００５９】
【表２】
0006977746.tif 000005
【００６０】
【表３】
0006977746.tif 000006
【００６１】
［ＧＯＳ値の測定］
被覆切削工具の試料において、下部層又は上部層の表面から、基材側に向かって０．５μｍにあり、基材の表面に対して略平行な方向に研磨し断面を露出させた。ＥＢＳＤ（ＴＳＬ社製）を用いて、下部層及び上部層における断面の各測定領域を正六角形の測定点（以下「ピクセル」とも記す。）に区切った。区切られた各ピクセルについて、試料の断面（研磨面）に入射させた電子線の反射電子から菊地パターンを得てピクセルの方位を測定した。得られた方位データを上記ＥＢＳＤの解析ソフトを用いて解析し、各種パラメータを算出した。測定条件は、加速電圧１５ｋＶ、測定領域の寸法は、３０μｍ×５０μｍとし、隣接するピクセル間の距離（ステップサイズ）を０．０５μｍとした。隣接するピクセル間で５度以上の方位差がある場合、そこを粒界とした。また、粒界で囲まれた領域を１つの結晶粒とした。ただし、隣接するピクセル全てと５度以上の方位差がある単独に存在するピクセルは結晶粒とせず、２ピクセル以上が連結しているものを結晶粒とした。また、同一結晶粒内の異なる２つのピクセル間での結晶粒内方位差を求め、これを平均化したものをＧＯＳ値とした。すなわち、ＧＯＳ値は、下記式（５）により算出した。
【数３】
0006977746.tif 000007
（式（５）中、ｎは、同一結晶粒内のピクセル数を表し、ｉ及びｊは、結晶粒内の異なるピクセルに各々付した番号を表し（ここで、１≦ｉ、ｊ≦ｎとなる）、αij（ｉ≠ｊ）は、ピクセルｉでの結晶方位とピクセルｊでの結晶方位とから求められる結晶方位差を表す。）
上記測定条件及び測定範囲内での測定を任意の５視野で実施した。次に、下部層又は上部層を構成する結晶粒に属する全ピクセル数を求め、ＧＯＳ値を１度間隔で分割し、その値の範囲内にＧＯＳ値が含まれる結晶粒におけるピクセル数を集計して上記全ピクセル数で割ることによって、下部層又は上部層におけるＧＯＳ値の面積割合を示すヒストグラムを作成した。作成したヒストグラムに基づき、下部層においてＧＯＳ値が１度以下を示す結晶粒の面積割合ＧＯＳiと、上部層においてＧＯＳ値が１度以下を示す結晶粒の面積割合ＧＯＳsとを求めた。その結果を表４に示す。
【００６２】
［ＫＡＭ値の測定］
下部層及び上部層におけるＫＡＭ値は以下のようにして測定した。被覆切削工具の試料において、下部層又は上部層の表面から、基材側に向かって０．５μｍにあり、基材の表面に対して略平行な方向に研磨し断面を露出させた。ＥＢＳＤ（ＴＳＬ社製）を用いて、下部層及び上部層における断面の各測定領域を正六角形の測定点（以下「ピクセル」とも記す。）に区切った。区切られた各ピクセルについて、試料の断面（研磨面）に入射させた電子線の反射電子から菊地パターンを得てピクセルの方位を測定した。得られた方位データを上記ＥＢＳＤの解析ソフトを用いて解析し、各種パラメータを算出した。測定条件は、加速電圧１５ｋＶ、測定領域の寸法は、３０μｍ×５０μｍとし、隣接するピクセル間の距離（ステップサイズ）を０．０５μｍとした。測定中心のピクセルとの方位差が５度以上である隣接するピクセルは、測定中心のピクセルが位置する単結晶から粒界を超えたものとしてＫＡＭ値の計算から除外した。つまり、ＫＡＭ値は、結晶粒内のあるピクセルと、その結晶粒から粒界を超えない範囲に存在する隣接するピクセルとの方位差の平均値として求めた。すなわち、ＫＡＭ値は、下記式（６）により算出した。
【００６３】
【数４】
0006977746.tif 000008
（式（６）中、ｎは、同一結晶粒内において任意のピクセルｉと隣接するピクセルｊの数を表し、αi,jは、ピクセルｉでの結晶方位とピクセルｊでの結晶方位とから求められる結晶方位差を表す。）
【００６４】
そして、下部層又は上部層において、測定領域の全面積を構成する全ピクセルにおけるＫＡＭ値を求め、測定点（ピクセル）全体数を１００％としたときに、ＫＡＭ値が１度以下を示す測定点（ピクセル）の割合を求めた。なお、ＫＡＭ値が１度以下を示す測定点の割合は、任意の３箇所の測定領域について求めた割合を平均した数値とした。また、下部層において、ＫＡＭ値が１度以下を示す測定点の割合をＫＡＭiと表し、上部層において、ＫＡＭ値が１度以下を示す測定点の割合をＫＡＭsと表す。測定結果を表４に示す。
【００６５】
【表４】
0006977746.tif 000009
【００６６】
得られた発明品１〜１３及び比較品１〜７を用いて、下記の条件にて切削試験を行った。
【００６７】
［切削試験１］
被削材：ＡＩＳＩ４１４０、
切削速度：３００ｍ／分、
１刃当たりの送り量：０．２０ｍｍ／ｔ、
切り込み：２．０ｍｍ、
切削幅：７６ｍｍ、
クーラント：無し、
評価項目：試料が欠損又は最大逃げ面摩耗幅が０．３ｍｍに至ったときを工具寿命とし、工具寿命までの加工長さを測定した。また、加工長さが３．０ｍのとき、被覆切削工具にサーマルクラックが発生した数を測定した。測定結果を表５に示す。
【００６８】
【表５】
0006977746.tif 000010
【００６９】
表５に示す結果より、発明品は、いずれも加工長さが３．０ｍのとき、被覆切削工具にサーマルクラックが発生した数が１以下であり、また、工具寿命までの加工長さが１０ｍ以上であった。一方、比較品は、いずれも工具寿命までの加工長さが７ｍ以下であり、また、比較品１、３及び５は、被覆切削工具にサーマルクラックが発生した数が２以上であった。よって、発明品の耐摩耗性及び耐欠損性は、比較品と比べて、総じて、より優れていることが分かる。
【００７０】
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】
【００７１】
本発明の被覆切削工具は、耐摩耗性及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、そのような観点から、産業上の利用可能性がある。
【符号の説明】
【００７２】
１…基材、２…下部層、３…上部層、４…被覆層、５…被覆切削工具。
【図１】
0006977746.tif 000011