6039479 表面被覆部材

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6039479

(24)【登録日】2016年11月11日

(45)【発行日】2016年12月7日

(54)【発明の名称】表面被覆部材

(51)【国際特許分類】

   B23B 27/14 20060101AFI20161128BHJP

   C23C 16/40 20060101ALI20161128BHJP

   C23C 16/36 20060101ALI20161128BHJP

   C23C 16/30 20060101ALI20161128BHJP

【ＦＩ】

   B23B27/14 A

   C23C16/40

   C23C16/36

   C23C16/30

【請求項の数】5

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2013-62392(P2013-62392)

(22)【出願日】2013年3月25日

(65)【公開番号】特開2014-184534(P2014-184534A)

(43)【公開日】2014年10月2日

【審査請求日】2015年11月16日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006633

【氏名又は名称】京セラ株式会社

(72)【発明者】

【氏名】渡邉 賢作

(72)【発明者】

【氏名】谷渕 栄仁

【審査官】 長清 吉範

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００１−３２８００５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−１７１４４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２２１３５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２２０２３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２３０２２１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｂ ２７／１４

Ｃ２３Ｃ １６／３０

Ｃ２３Ｃ １６／３６

Ｃ２３Ｃ １６／４０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基体の表面に、少なくともＴｉＣＮ層と中間層とＡｌ_２Ｏ_３層とを前記基体側から順に含む被覆層を設けてなり、前記中間層は、（Ｔｉ_ａＡｌ_１−ａ）ＣＮＯ（０．２≦ａ≦１）組成からなるとともに、前記被覆層の表面から波長５１４．５３ｎｍのＨｅ−Ｎｅレーザーを照射して得られるラマンスペクトルにおいて、波数１５００〜１７００ｃｍ^−１（１６００ｃｍ^−１付近）の範囲内に現れるアモルファスカーボンに帰属されるＰＣピークが存在する表面被覆部材。

【請求項2】

前記ラマンスペクトルにおいて、前記ＰＣピークと、波数６００〜７００ｃｍ^−１（６５０ｃｍ^−１付近）の範囲内に現れるＴｉＣＮに帰属されるＰＴ１ピークと、のピーク強度をそれぞれＩ_ＰＣ、Ｉ_ＰＴ１としたとき、その比（Ｉ_ＰＣ／Ｉ_ＰＴ１）が０．０５〜０．２である請求項１記載の表面被覆部材。

【請求項3】

前記ラマンスペクトルにおいて、波数４００〜５００ｃｍ^−１（４２０ｃｍ^−１付近）の範囲内に現れるＡｌ_２Ｏ_３に帰属されるＰＡピークのピーク強度をＩ_ＰＡとしたとき、Ｉ_ＰＣ／Ｉ_ＰＡが０．０３〜０．２であり、波数２００〜３００ｃｍ^−１（２５０ｃｍ^−１付近）の範囲内に現れるＴｉＣＮに帰属されるＰＴ２ピークのピーク強度をＩ_ＰＴ２としたとき、Ｉ_ＰＣ／Ｉ_ＰＴ２が０．０５〜０．２である請求項１または２記載の表面被覆部材。

【請求項4】

前記中間層は、Ｔｉが３０〜５０原子％、Ａｌが０〜１０原子％、Ｃが３５〜５０原子％、Ｏが５〜１０原子％、Ｎが４〜２０原子％の組成からなる請求項１乃至３のいずれか記載の表面被覆部材。

【請求項5】

前記中間層の厚みが０．５〜１μｍである請求項１乃至４のいずれか記載の表面被覆部材。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、被覆層を基体の表面に被着形成した表面被覆部材に関する。

【背景技術】

【0002】

現在、切削工具や耐摩部材、摺動部材といった耐摩耗性や摺動性、耐欠損性を必要とする部材では、超硬合金やサーメット等の基体の表面に被覆層を成膜して、耐摩耗性、摺動性、耐欠損性を向上させる手法が使われている。

【0003】

例えば、特許文献１では、超硬合金やサーメット等の基体の表面に、ＴｉＮやＴｉＣＮの下部層と、（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮＯの中間層と、Ａｌ_２Ｏ_３の上部層とを順次成膜した切削工具が開示されている。また、特許文献２では、結晶質Ｔｉ系硬質膜と、遊離Ｃが分散した非晶質Ａｌ_２Ｏ_３層とが積層された硬質膜が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００７−０７５９６８号公報

【特許文献2】特開２０００−１１７５０９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１の構成の被覆層では、高速切削加工のように切刃が高温になるとＡｌ_２Ｏ_３層が部分的に剥離しやすくなり、耐摩耗性が低下するという問題があった。また、特許文献２の構成の硬質膜では、高速切削加工のように接触部が高温になると、逃げ面摩耗は改善されるものの、高温の切屑が接触するすくい面においては、非晶質Ａｌ_２Ｏ_３層が摩耗してクレータ摩耗が進行しやすく、かつ非晶質Ａｌ_２Ｏ_３層が結晶質Ｔｉ系硬質膜との界面から剥離しやすいという問題があった。

【0006】

そこで、本発明は、高速切削加工のように切削部および切屑が接触するすくい面が高温になっても、クレータ摩耗の進行を抑制できるとともに、Ａｌ_２Ｏ_３層の剥離を抑制できる表面被覆部材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】

本発明の表面被覆部材は、基体の表面に、少なくともＴｉＣＮ層と中間層とＡｌ_２Ｏ_３層とを前記基体側から順に含む被覆層を設けてなり、前記中間層は、（Ｔｉ_ａＡｌ_１−ａ）ＣＮＯ（０．２≦ａ≦１）組成からなるとともに、前記被覆層の表面から波長５１４．５３ｎｍのＨｅ−Ｎｅレーザーを照射して得られるラマンスペクトルにおいて、波数１５００〜１７００ｃｍ^−１（１６００ｃｍ^−１付近）の範囲内に現れるアモルファスカーボンに帰属されるＰＣピークが存在するものである。

【発明の効果】

【0008】

本発明の表面被覆部材によれば、中間層が（Ｔｉ_ａＡｌ_１−ａ）ＣＮＯ（０．２≦ａ≦１）組成からなるとともに、被覆層の表面から波長５１４．５３ｎｍのＨｅ−Ｎｅレーザーを照射して得られるラマンスペクトルにおいて、波数１５００〜１７００ｃｍ^−１（１６００ｃｍ^−１付近）の範囲内に現れるアモルファスカーボンに帰属されるＰＣピークが存在すること、すなわち、中間層内にアモルファスカーボンが存在することによって、中間層の耐衝撃性が向上して、被覆層の表面から衝撃がかかったとしても中間層が破壊されることなく安定して存在する。その結果、Ａｌ_２Ｏ_３層の密着性が向上して層剥離が抑制
できるとともに、クレータ摩耗の進行を抑制でき、部材の耐欠損性および耐摩耗性をともに向上できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の表面被覆部材の好適例である切削工具の一例についての概略断面図である。

【図2】図１の切削工具について、被覆層の表面から波長５１４．５３ｎｍのＨｅ−Ｎｅレーザーを照射して得られるラマンスペクトルである。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本発明の表面被覆部材の好適例である切削工具の一例について、図１の概略断面図を基に説明する。
図１の切削工具１は、すくい面２と逃げ面３との交差稜線部が切刃４を構成しているとともに、基体５の表面に、ＴｉＣＮ層６と、中間層７と、Ａｌ_２Ｏ_３層８とを、基体５側から順に含む被覆層１０が形成されている。また、図１によれば、Ａｌ_２Ｏ_３層８の表面には表面層１２が形成されている。

【0011】

そして、本実施態様によれば、中間層７は、（Ｔｉ_ａＡｌ_１−ａ）ＣＮＯ（０．２≦ａ≦１）組成からなるとともに、被覆層１０の表面から波長５１４．５３ｎｍのＨｅ−Ｎｅレーザーを照射して得られるラマンスペクトルにおいて、波数１５００〜１７００ｃｍ^−１（１６００ｃｍ^−１付近）の範囲内に現れるアモルファスカーボンに帰属されるピーク（ＰＣピーク）（図２のＩ_ＰＣと記載したピーク）が存在する。すなわち、中間層７はアモルファスカーボンを含有する。これによって、中間層７の耐衝撃性が向上して、被覆層１０にかかる衝撃によっても中間層７が破壊されることなく安定して存在するので、Ａｌ_２Ｏ_３層８の密着性が向上して層剥離が抑制でき、切削工具１の耐欠損性および耐摩耗性がともに向上する。

【0012】

ここで、アモルファスカーボンが中間層７内に存在するか否かを確認するためには、まず、被覆層１０のうちの中間層７の直上の層までを研磨除去してラマンスペクトルを測定し、ＰＣピークの存在を確認する。次に、中間層７までを研磨除去して、再度ラマンスペクトルを測定し、ＰＣピークの消失を確認すればよい。

【0013】

また、本実施態様によれば、前記ＰＣピークと、前記ラマンスペクトルにおいて、波数６００〜８００ｃｍ^−１（７００ｃｍ^−１付近）の範囲内に現れるＴｉＣＮに帰属されるピーク（ＰＴ１ピーク）（図２のＩ_ＰＴ１と記載したピーク）と、のピーク強度をそれぞれＩ_ＰＣ、Ｉ_ＰＴ１としたとき、その比（Ｉ_ＰＣ／Ｉ_ＰＴ１）が０．０５〜０．２である。これによって、ＴｉＣＮ層６とＡｌ_２Ｏ_３層８との密着性が向上する。本実施態様では、波数１５００〜１７００ｃｍ^−１（１６００ｃｍ^−１付近）の範囲内に現れるアモルファスカーボンに帰属されるＰＣピークが観測されるか否かでアモルファスカーボンの存在の有無を判断する。

【0014】

なお、本発明において、ピーク強度Ｉ_ＰＣ、Ｉ_ＰＴ１の測定方法は、図２に示すように、１７００ｃｍ^−１における強度（測定値）と１５００ｃｍ^−１における強度（測定値）とを結ぶ線分を０（ゼロ）点基準として、各ピークのピーク強度を算出する。また、１７００ｃｍ^−１または１５００ｃｍ^−１にピークが存在する場合には、そのピークを避けてその周辺のピークが存在しない位置をゼロ基準とする。

【0015】

また、本実施態様によれば、前記ラマンスペクトルにおいて、波数４００〜５００ｃｍ^−１（４２０ｃｍ^−１付近）の範囲内に現れるＡｌ_２Ｏ_３に帰属されるピーク（ＰＡピーク）（図２のＩ_ＰＡと記載したピーク）のピーク強度をＩ_ＰＡとしたとき、Ｉ_ＰＣ／Ｉ_Ｐ
Ａが０．０３〜０．２であり、波数２００〜３００ｃｍ^−１（２５０ｃｍ^−１付近）の範囲内に現れるＴｉＣＮに帰属されるピーク（ＰＴ２ピーク）（図２のＩ_ＰＴ２と記載したピーク）のピーク強度をＩ_ＰＴ２としたとき、Ｉ_ＰＣ／Ｉ_ＰＴ２が０．０５〜０．２である。これによって、ＴｉＣＮ層６とＡｌ_２Ｏ_３層８との密着性がさらに向上する。

【0016】

なお、本実施態様によれば、中間層７は、エネルギー分散型Ｘ線分光（ＥＤＳ）分析において、Ｔｉが３０〜５０原子％、Ａｌが０〜１０原子％、Ｃが３５〜５０原子％、Ｏが５〜１０原子％、Ｎが４〜２０原子％の組成からなる。本実施態様によれば、ＴｉはＴｉＣＮＯ結晶として存在し、Ａｌはその結晶内に固溶した状態で存在している。そして、残余のＣ（炭素）は、非晶質として存在する。本実施態様における中間層７の厚みは０．５〜１μｍである。

【0017】

本実施態様によれば、ＴｉＣＮ層６としては、アセトニトリル（ＣＨ_３ＣＮ）ガスを原料として含み成膜温度が７８０〜９００℃と比較的低温で成膜した柱状結晶からなる、いわゆるＭＴ−ＴｉＣＮ層６ａ、６ｂと、成膜温度が９５０〜１１００℃と高温で成膜した、いわゆるＨＴ−ＴｉＣＮ層６ｃとが順に成膜された積層構成であることが望ましい。さらに、本実施態様では、ＭＴ−ＴｉＣＮ層６ａ、６ｂは、平均結晶幅が０．５μｍ未満と微細な微細柱状結晶からなる微細ＭＴ−ＴｉＣＮ層６ａと、平均結晶幅が０．５〜２μｍと比較的大きい粗大柱状結晶からなる粗大ＭＴ−ＴｉＣＮ層６ｂとの積層からなる。これによって、Ａｌ_２Ｏ_３層８との密着力が高まり、被覆層の剥離やチッピングを抑えることができる。本実施態様ではＴｉＣＮ層６の厚みは５〜１０μｍである。また、ＴｉＣＮ層６の下層で基体５の直上には第１層としてＴｉＮ層１１が設けられている。本実施態様ではＴｉＮ層１１の厚みは０．１〜１μｍである。

【0018】

本実施態様では、Ａｌ_２Ｏ_３層８はα型結晶構造である。Ａｌ_２Ｏ_３層８の厚みは１〜１０μｍである。また、Ａｌ_２Ｏ_３層８を構成する結晶の平均結晶幅は０．５〜２μｍであり、被覆層の厚み方向に長い柱状結晶からなる。

【0019】

なお、各層の厚みおよび各層を構成する結晶の性状は、切削工具１の断面における電子顕微鏡写真（走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真または透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）写真）を観察することにより、測定することが可能である。なお、各層を構成する結晶の平均結晶幅は、各層の厚みの５０％の位置にて基体５と平行に１０μｍ以上の長さの直線を引いて、各直線上に存在する粒界の数を求め、直線の長さ／粒界の数として算出する。例えば、ＴｉＣＮ層６のように複数組織の積層構造からなる場合の平均結晶幅は、各組織の境界を特定し、各組織の５０％厚みの位置にて基体５と平行に１０μｍ以上の長さの直線を引いて、各直線上に存在する粒界の数を求め、直線の長さ／粒界の数として算出する。また、各結晶の各層の厚み方向の長さ／平均結晶幅の比であるアスペクト比の平均値が１．２以上の場合、被覆層が柱状結晶からなる、アスペクト比の平均値が１．２未満の場合、被覆層が粒状結晶からなると定義する。

【0020】

さらに、Ａｌ_２Ｏ_３層８の上層に、表面層１２としてＴｉＮ層、ＴｉＣ層、ＴｉＣＮＯ層、ＴｉＣＯ層、ＴｉＮＯ層の群から選ばれる少なくとも１層（他のＴｉ系被覆層）を形成することによって、切削工具１の摺動性の向上や外観等の調整が可能となる。表面層１２としてＴｉＮ層やＴｉＣＮ層を用いた場合には、切削工具１の表面が有色となり、切削工具１を使用したときに表面層１２が摩耗して使用済みかどうかの判別がつきやすく、また、摩耗の進行を容易に確認できる。なお、表面層１２は、摺動性を高めるためにＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）層やＣｒＮ層を表面層１２として形成しても良い。

【0021】

一方、切削工具１の基体５は、炭化タングステン（ＷＣ）と、所望により周期表第４、５、６族金属の炭化物、窒化物、炭窒化物の群から選ばれる少なくとも１種と、からなる
硬質相を、コバルト（Ｃｏ）やニッケル（Ｎｉ）等の鉄属金属からなる結合相にて結合させた超硬合金やＴｉ基サーメット、またはＳｉ_３Ｎ_４、Ａｌ_２Ｏ_３、ダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）等のセラミックスのいずれかが好適に使用できる。中でも、切削工具として用いる場合には、基体５は、超硬合金またはサーメットからなることが耐欠損性および耐摩耗性の点で望ましい。また、表面被覆部材の用途によっては、基体５は炭素鋼、高速度鋼、合金鋼等の金属からなるものであっても良い。

【0022】

さらに、上記記載では切削工具１について説明したが、摺動部品や金型等の耐摩部品、掘削工具、刃物等の工具、耐衝撃部品等の各種の用途への応用も可能である。特に、切削工具１を高速切削条件で加工した場合に優れた切削性能を示す。つまり、本発明によれば、Ａｌ_２Ｏ_３層８が高温になっても、Ａｌ_２Ｏ_３層８とＴｉＣＮ層６とが７中間層によって強固に結合しているので、Ａｌ_２Ｏ_３層８がチッピングしたり欠損したりすることを抑制することができる。もちろん、鋼の切削加工においても、従来の工具に対して優れた被覆層の耐剥離性および耐摩耗性を示すことができる。

【0023】

（製造方法）
また、本実施形態の切削工具１の一例である上述した表面被覆切削工具の製造方法の一実施形態について説明する。

【0024】

まず、上述した硬質合金を焼成によって形成しうる金属炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化物等の無機物粉末に、金属粉末、カーボン粉末等を適宜添加、混合し、プレス成形、鋳込成形、押出成形、冷間静水圧プレス成形等の公知の成形方法によって所定の工具形状に成形する。その後、得られた成形体を真空中または非酸化性雰囲気中にて焼成することによって上述した硬質合金からなる基体５を作製する。そして、上記基体５の表面に所望によって研磨加工や切刃部のホーニング加工を施す。

【0025】

次に、得られた基体５の表面に化学気相蒸着（ＣＶＤ）法によって被覆層を形成する。まず、基体５の直上に第１層としてＴｉＮ層１１を形成する。ＴｉＮ層１１の成膜条件としては、四塩化チタン（ＴｉＣｌ_４）ガスを０．５〜１０体積％、窒素（Ｎ_２）ガスを１０〜６０体積％の割合で含み、残りが水素（Ｈ_２）ガスからなる混合ガスを用い、成膜温度を８５０〜９４０℃、圧力を８〜５０ｋＰａにて成膜される。

【0026】

次に、第２層としてＴｉＣＮ層６を形成する。ここでは、ＴｉＣＮ層６が、平均結晶幅が小さい微細ＭＴ−ＴｉＣＮ層６ａと、この層よりも平均結晶幅が大きい粗大ＭＴ−ＴｉＣＮ層６ｂと、ＨＴ−ＴｉＣＮ層６ｃとの３層にて構成する場合の成膜条件について説明する。

【0027】

ＭＴ−ＴｉＣＮ層のうちの微細ＭＴ−ＴｉＣＮ層６ａの成膜条件は、四塩化チタン（ＴｉＣｌ_４）ガスを０．５〜１０体積％、窒素（Ｎ_２）ガスを１０〜６０体積％、アセトニトリル（ＣＨ_３ＣＮ）ガスを０．１〜０．４体積％の割合で含み、残りが水素（Ｈ_２）ガスからなる混合ガスを用い、成膜温度を７８０〜９００℃、圧力を５〜２５ｋＰａとする。ＭＴ−ＴｉＣＮ層のうちの粗大ＭＴ−ＴｉＣＮ層６ｂの成膜条件は、微細ＭＴ−ＴｉＣＮ層６ａの混合ガスの配合比率に対して、アセトニトリル（ＣＨ_３ＣＮ）ガスを０．４〜２．０体積％の割合に変更して成膜する。

【0028】

ＨＴ−ＴｉＣＮ層６ｃの成膜条件は、四塩化チタン（ＴｉＣｌ_４）ガスを０．１〜５体積％、メタン（ＣＨ_４）ガスを０．１〜１０体積％、窒素（Ｎ_２）ガスを０〜３０体積％の割合で含み、残りが水素（Ｈ_２）ガスからなる混合ガスを用い、成膜温度を９５０〜１１００℃、圧力を５〜４０ｋＰａとして成膜する。

【0029】

そして、中間層７を成膜するには、成膜温度を９５０〜１１００℃、５〜４０ｋＰａとし、四塩化チタン（ＴｉＣｌ_４）ガスを１〜５体積％、メタン（ＣＨ_４）ガスを４〜１０体積％、窒素（Ｎ_２）ガスを１０〜３０体積％、一酸化炭素（ＣＯ）ガスを４〜８体積％、残りが水素（Ｈ_２）ガスからなる混合ガスを調整してチャンバ内に３〜２０分導入して成膜する条件１と、三塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ_３）ガスを０．５〜５．０体積％、四塩化チタン（ＴｉＣｌ_４）ガスを１〜５体積％、メタン（ＣＨ_４）ガスを４〜１０体積％、窒素（Ｎ_２）ガスを１０〜３０体積％、一酸化炭素（ＣＯ）ガスを４〜８体積％と残りが水素（Ｈ_２）ガスからなる混合ガスを流す条件２とを５〜１０分間ずつ３回以上繰り返す。これによって、所定の組成でアモルファスカーボンを含有する中間層７が成膜される。この方法によって、中間層７内にアモルファスカーボンが分散するメカニズムは不明であるが、三塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ_３）ガスが触媒として働いているのではないかと推察される。また、三塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ_３）ガスのほとんどは、中間層７中に取り込まれず、系外に排出される。

【0030】

続いて、Ａｌ_２Ｏ_３層８を形成する。本実施態様におけるＡｌ_２Ｏ_３層８は、三塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ_３）ガスを０．５〜５．０体積％、塩化水素（ＨＣｌ）ガスを０．５〜３．５体積％、二酸化炭素（ＣＯ_２）ガスを０．５〜５．０体積％、硫化水素（Ｈ_２Ｓ）ガスを０〜０．５体積％、残りが水素（Ｈ_２）ガスからなる混合ガスをチャンバ内に導入し、成膜温度を９５０〜１１００℃、圧力を５〜１０ｋＰａとして成膜する。

【0031】

さらに、Ａｌ_２Ｏ_３層８の上層に表面層１２を成膜する。例えば、ＴｉＮ層を成膜する条件は、四塩化チタン（ＴｉＣｌ_４）ガスを０．１〜１０体積％、窒素（Ｎ_２）ガスを１０〜６０体積％の割合で含み、残りが水素（Ｈ_２）ガスからなる混合ガスをチャンバ内に導入し、成膜温度を９６０〜１１００℃、圧力を１０〜８５ｋＰａとする。

【0032】

そして、所望により、成膜した被覆層１０の表面の少なくとも切刃部を研磨加工する。この研磨加工により、切刃部が平滑に加工され、被削材の溶着を抑制して、さらに耐欠損性に優れた切削工具となる。

【実施例】

【0033】

平均結晶幅１．５μｍの炭化タングステン（ＷＣ）粉末に対して、平均結晶幅１．２μｍの金属コバルト（Ｃｏ）粉末を６質量％の割合で添加、混合して、プレス成形により切削工具形状（ＣＮＭＡ１２０４１２）に成形した。得られた成形体について、脱バインダ処理を施し、０．５〜１００Ｐａの真空中、１４００℃で１時間焼成して超硬合金を作製した。さらに、作製した超硬合金に対して、ブラシ加工にてすくい面側から刃先処理（すくい面側が０．０５ｍｍ／逃げ面側が０．０５ｍｍのＲホーニング）を施した。

【0034】

そして、上記超硬合金をＣＶＤ装置内にセットし、以下の順序で被覆層を成膜した。まず、四塩化チタン（ＴｉＣｌ_４）ガスを２．０体積％、窒素（Ｎ_２）ガスを３３体積％、残りが水素（Ｈ_２）ガスからなる混合ガスを用い、成膜温度を８８０℃、ガス圧を１６ｋＰａにてＴｉＮ層を成膜した。次に、四塩化チタン（ＴｉＣｌ_４）ガスを２．５体積％、窒素（Ｎ_２）ガスを２５体積％、アセトニトリル（ＣＨ_３ＣＮ）ガスを０．１〜０．９体積％（試料Ｎｏ．１〜８に合わせて調整した。試料によっては成膜の途中で混合比率を変更した。）の割合で含み、残りが水素（Ｈ_２）ガスからなる混合ガスを用い、成膜温度を８６５℃、圧力を９ｋＰａとして、ＴｉＣＮ層のＭＴ−ＴｉＣＮ層を成膜した。その後、四塩化チタン（ＴｉＣｌ_４）ガスを３．５体積％、メタン（ＣＨ_４）ガスを７体積％、窒素（Ｎ_２）ガスを２５体積％の割合で含み、残りが水素（Ｈ_２）ガスからなる混合ガスを用い、成膜温度を１０１０℃、圧力を２０ｋＰａとして、ＴｉＣＮ層のＨＴ−ＴｉＣＮ層を成膜した。

【0035】

そして、表１、２に示す成膜条件にしたがって表２に示す中間層を成膜した。その後、試料Ｎｏ．１〜７については、三塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ_３）ガスを１．５体積％、塩化水素（ＨＣｌ）ガスを２．０体積％、二酸化炭素（ＣＯ_２）ガスを４．０体積％、硫化水素（Ｈ_２Ｓ）ガスを０．３体積％、残りが水素（Ｈ_２）ガスからなる混合ガスを用いて、成膜温度を１００５℃、圧力を９ｋＰａとして、Ａｌ_２Ｏ_３層８を成膜した。試料Ｎｏ．８については、三塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ_３）ガスを２体積％、塩化水素（ＨＣｌ）ガスを１．５体積％、二酸化炭素（ＣＯ_２）ガスを６．０体積％、硫化水素（Ｈ_２Ｓ）ガスを０．２体積％、アセトニトリル（ＣＨ_３ＣＮ）ガスを０．３体積％、残りが水素（Ｈ_２）ガスからなる混合ガスを用いて、成膜温度を９００℃、圧力を５ｋＰａとして、遊離炭素を含む非晶質Ａｌ_２Ｏ_３層を成膜した。表中、試料Ｎｏ．８にはＡｌ_２Ｏ_３^＊と記載した。

【0036】

そして、Ａｌ_２Ｏ_３層８の上層に、四塩化チタン（ＴｉＣｌ_４）ガスを３．５体積％、窒素（Ｎ_２）ガスを２５体積％、残りが水素（Ｈ_２）ガスからなる混合ガスを用いて、成膜温度を１０１０℃、圧力を１５ｋＰａとして、表面層を成膜し、表２に示す層構成の被覆層を成膜した。そして、被覆層の表面をすくい面側から３０秒間ブラシ加工して表２の切削工具を作製した。なお、ＨＴ−ＴｉＣＮ層については、いずれの試料についても、平均結晶幅が１．５μｍの粒状結晶からなり、０．５μｍ厚みで成膜されていた。表２への記載は省略した。

【0037】

【表1】

【0038】

【表2】

【0039】

得られた工具について、堀場製作所製レーザーラマン分光装置HR800を用いて、波長５
１４．５３ｎｍのＨｅ−Ｎｅレーザーを照射してラマンスペクトルを得た。得られたスペクトルチャートについて、各ピーク強度を算出した。結果は表３に示した。なお、図２（ａ）中のは試料Ｎｏ．３のピークを示し、図２中の（ｂ）は試料Ｎｏ．６のピークを示す。また、各試料について、中間層の直上まで研磨した場合と中間層まで研磨した場合についてラマンスペクトルを確認し、ＰＣピークは中間層に由来するものであることを確認した。

【0040】

さらに、被覆層の断面について、電界放出型透過電子顕微鏡（日立製Ｈ−９０００ＵＨＲ ＩＩＩ）を用い、中間層を構成する結晶の平均結晶幅（または平均結晶幅）、厚みを見積もった。また、中間層の組成は、サーモフィッシャーサイエンティフィック製のエネルギー分散型Ｘ線分光分析（ＥＤＳ）装置を用いて測定した。結果は表３に示した。

【0041】

次に、このスローアウェイチップを用いて以下の切削条件にて切削試験を行った。結果は表３に示した。
（連続切削条件）
切削方法：端面加工
被削材 ：ＦＣＤ７００
切削速度：３００ｍ／分
送り ：０．３ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み：１．５ｍｍ
切削状態：湿式
評価項目：クレータ摩耗により切削不能となるまでの切削長
（断続切削条件）
被削材 ：クロムモリブデン鋼 ４本溝入り鋼材（ＳＣＭ４３５）
工具形状：ＣＮＭＧ１２０４１２（全周）
切削速度：３００ｍ／分
送り速度：０．３５ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み：１．５ｍｍ
その他 ：水溶性切削液使用
評価項目：欠損に至る衝撃回数

【0042】

【表3】

【0043】

表１〜３に示される結果から、ラマンスペクトルにおいてＰＣピークが存在しない中間層を形成した試料Ｎｏ．６〜８では、上記切削試験においては少ない衝撃回数で欠損に至った。試料Ｎｏ．８についてはクレータ摩耗の進行も速かった。

【0044】

これに対し、所定の成膜条件で成膜し、（Ｔｉ_ａＡｌ_１−ａ）ＣＮＯ（０．２≦ａ≦１）組成でラマンスペクトルにおいてＰＣピークが存在する中間層を形成した試料Ｎｏ．１〜５では、上記切削試験において良好な耐クレータ摩耗性および耐欠損性を示した。

【符号の説明】

【0045】

１ 切削工具
２ すくい面
３ 逃げ面
４ 切刃
５ 基体
６ ＴｉＣＮ層
７ 中間層
８ Ａｌ_２Ｏ_３層
１０ 被覆層
１１ ＴｉＮ層
１２ 表面層

【図2】

【図1】