特許 6565091 表面被覆切削工具およびその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6565091

(24)【登録日】2019年8月9日

(45)【発行日】2019年8月28日

(54)【発明の名称】表面被覆切削工具およびその製造方法

(51)【国際特許分類】

   B23B 27/14 20060101AFI20190819BHJP

   C23C 16/30 20060101ALI20190819BHJP

   B23C 5/16 20060101ALI20190819BHJP

   B23B 51/00 20060101ALI20190819BHJP

   B23P 15/28 20060101ALI20190819BHJP

【ＦＩ】

   B23B27/14 A

   C23C16/30

   B23C5/16

   B23B51/00 J

   B23P15/28 A

【請求項の数】5

【全頁数】26

(21)【出願番号】特願2019-527468(P2019-527468)

(86)(22)【出願日】2018年12月27日

(86)【国際出願番号】JP2018048018

【審査請求日】2019年5月21日

(31)【優先権主張番号】特願2018-54714(P2018-54714)

(32)【優先日】2018年3月22日

(33)【優先権主張国】JP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】503212652

【氏名又は名称】住友電工ハードメタル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】特許業務法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】パサート アノンサック

(72)【発明者】

【氏名】城戸 保樹

(72)【発明者】

【氏名】奥野 晋

(72)【発明者】

【氏名】今村 晋也

【審査官】 中川 康文

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０７−０２６３８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００３−５０８２４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００８−５４５０６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１３−５１０９４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１３３２６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−２１０３１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１２４４０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−２０８８４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−００３３６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−００３３６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−１３０３４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１７−０５６４９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１７−１８９８４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１７−５０８６３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特許第６１２０２２９（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特表２０１８−５０４５１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１８−５２２７４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 J. Keckes, 外7名，Self-organized periodic soft-hard nanolamellae in polycrystalline TiAlN thin films，Thin Solid Films，ELSEVIER，２０１３年 ８月 ９日，545，29-32

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｂ ２７／１４

Ｂ２３Ｂ ５１／００

Ｂ２３Ｃ ５／１６

Ｂ２３Ｐ １５／２８

Ｃ２３Ｃ １６／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基材と前記基材を被覆する被膜とを含む表面被覆切削工具であって、
前記被膜は、ドメイン領域とマトリックス領域とからなる硬質被膜層を含み、
前記ドメイン領域は、前記マトリックス領域中に複数の部分に分かれ、分散した状態で存在している領域であり、
前記ドメイン領域は、Ａｌ_ｘ１Ｔｉ_{（１−ｘ１）}Ｎ、Ａｌ_ｘ１Ｔｉ_{（１−ｘ１）}ＢＮ及びＡｌ_ｘ１Ｔｉ_{（１−ｘ１）}ＣＮからなる群より選ばれる少なくとも１種の第一ＡｌＴｉ化合物からなる第一層と、Ａｌ_ｘ２Ｔｉ_{（１−ｘ２）}Ｎ、Ａｌ_ｘ２Ｔｉ_{（１−ｘ２）}ＢＮ及びＡｌ_ｘ２Ｔｉ_{（１−ｘ２）}ＣＮからなる群より選ばれる少なくとも１種の第二ＡｌＴｉ化合物からなる第二層とが互いに積層された構造を有し、
前記マトリックス領域は、Ａｌ_ｘ３Ｔｉ_{（１−ｘ３）}Ｎ、Ａｌ_ｘ３Ｔｉ_{（１−ｘ３）}ＢＮ及びＡｌ_ｘ３Ｔｉ_{（１−ｘ３）}ＣＮからなる群より選ばれる少なくとも１種の第三ＡｌＴｉ化合物からなる第三層と、Ａｌ_ｘ４Ｔｉ_{（１−ｘ４）}Ｎ、Ａｌ_ｘ４Ｔｉ_{（１−ｘ４）}ＢＮ及びＡｌ_ｘ４Ｔｉ_{（１−ｘ４）}ＣＮからなる群より選ばれる少なくとも１種の第四ＡｌＴｉ化合物からなる第四層とが互いに積層された構造を有し、
前記第一ＡｌＴｉ化合物は立方晶型の結晶構造を有し、且つ前記第二ＡｌＴｉ化合物は立方晶型の結晶構造を有し、
前記第三ＡｌＴｉ化合物は立方晶型の結晶構造を有し、且つ前記第四ＡｌＴｉ化合物は立方晶型の結晶構造を有し、
前記ｘ１は、０．７５以上０．９以下であり、
前記ｘ２は、０．４８以上０．５９以下であり、
前記ｘ３は、０．７３以上０．８３以下であり、
前記ｘ４は、０．５以上０．５７以下である、表面被覆切削工具。

【請求項2】

前記ドメイン領域は、双晶部分を含む、請求項１に記載の表面被覆切削工具。

【請求項3】

前記第一層の厚さと前記第二層の厚さとの合計厚さは、２ｎｍ以上２０ｎｍ以下である、請求項１又は請求項２に記載の表面被覆切削工具。

【請求項4】

前記第三層の厚さと前記第四層の厚さとの合計厚さは、１．５ｎｍ以上３０ｎｍ以下である、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の表面被覆切削工具。

【請求項5】

請求項１〜４のいずれか一項に記載の表面被覆切削工具の製造方法であって、
前記基材を準備する工程と、
アルミニウムのハロゲン化物ガス及びチタンのハロゲン化物ガスを含む第一ガスと、アルミニウムのハロゲン化物ガス、チタンのハロゲン化物ガス及びアンモニアガスを含む第二ガスと、アンモニアガスを含む第三ガスとのそれぞれを、６５０℃以上９００℃以下且つ０．５ｋＰａ以上５ｋＰａ以下の雰囲気において前記基材に対して噴出する工程と、を含む、表面被覆切削工具の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、表面被覆切削工具およびその製造方法に関する。本出願は、２０１８年３月２２日に出願した日本特許出願である特願２０１８−０５４７１４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。

【背景技術】

【0002】

従来より、超硬合金からなる切削工具を用いて、鋼及び鋳物等の切削加工が行われている。このような切削工具は、切削加工時において、その刃先が高温及び高応力等の過酷な環境に曝されるため、刃先の摩耗及び欠けが招来される。
したがって、刃先の摩耗及び欠けを抑制することが切削工具の寿命を向上させる上で重要である。
切削工具の切削性能の改善を目的として、超硬合金等の基材の表面を被覆する被膜の開発が進められている。なかでも、アルミニウム（Ａｌ）とチタン（Ｔｉ）と窒素（Ｎ）との化合物（以下、「ＡｌＴｉＮ」ともいう。）からなる被膜は、高い硬度を有することができるとともに、Ａｌの含有割合を高めることによって耐酸化性を高めることができる（例えば、特表２０１５−５０９８５８号公報（特許文献１）、特表２０１７−５０８６３２号公報（特許文献２）、特開２０１６−１３０３４３号公報（特許文献３））。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特表２０１５−５０９８５８号公報

【特許文献2】特表２０１７−５０８６３２号公報

【特許文献3】特開２０１６−１３０３４３号公報

【発明の概要】

【0004】

本開示に係る表面被覆切削工具は、
基材と前記基材を被覆する被膜とを含む表面被覆切削工具であって、
前記被膜は、ドメイン領域とマトリックス領域とからなる硬質被膜層を含み、
前記ドメイン領域は、前記マトリックス領域中に複数の部分に分かれ、分散した状態で存在している領域であり、
前記ドメイン領域は、Ａｌ_ｘ１Ｔｉ_{（１−ｘ１）}Ｎ、Ａｌ_ｘ１Ｔｉ_{（１−ｘ１）}ＢＮ及びＡｌ_ｘ１Ｔｉ_{（１−ｘ１）}ＣＮからなる群より選ばれる少なくとも１種の第一ＡｌＴｉ化合物からなる第一層と、Ａｌ_ｘ２Ｔｉ_{（１−ｘ２）}Ｎ、Ａｌ_ｘ２Ｔｉ_{（１−ｘ２）}ＢＮ及びＡｌ_ｘ２Ｔｉ_{（１−ｘ２）}ＣＮからなる群より選ばれる少なくとも１種の第二ＡｌＴｉ化合物からなる第二層とが互いに積層された構造を有し、
前記マトリックス領域は、Ａｌ_ｘ３Ｔｉ_{（１−ｘ３）}Ｎ、Ａｌ_ｘ３Ｔｉ_{（１−ｘ３）}ＢＮ及びＡｌ_ｘ３Ｔｉ_{（１−ｘ３）}ＣＮからなる群より選ばれる少なくとも１種の第三ＡｌＴｉ化合物からなる第三層と、Ａｌ_ｘ４Ｔｉ_{（１−ｘ４）}Ｎ、Ａｌ_ｘ４Ｔｉ_{（１−ｘ４）}ＢＮ及びＡｌ_ｘ４Ｔｉ_{（１−ｘ４）}ＣＮからなる群より選ばれる少なくとも１種の第四ＡｌＴｉ化合物からなる第四層とが互いに積層された構造を有し、
前記第一ＡｌＴｉ化合物は立方晶型の結晶構造を有し、且つ前記第二ＡｌＴｉ化合物は立方晶型の結晶構造を有し、
前記第三ＡｌＴｉ化合物は立方晶型の結晶構造を有し、且つ前記第四ＡｌＴｉ化合物は立方晶型の結晶構造を有し、
前記ｘ１は、０．７５以上０．９以下であり、
前記ｘ２は、０．４８以上０．５９以下であり、
前記ｘ３は、０．７３以上０．８３以下であり、
前記ｘ４は、０．５以上０．５７以下である。

【0005】

本開示に係る表面被覆切削工具の製造方法は、
上記表面被覆切削工具の製造方法であって、
前記基材を準備する工程と、
アルミニウムのハロゲン化物ガス及びチタンのハロゲン化物ガスを含む第一ガスと、アルミニウムのハロゲン化物ガス、チタンのハロゲン化物ガス及びアンモニアガスを含む第二ガスと、アンモニアガスを含む第三ガスとのそれぞれを、６５０℃以上９００℃以下且つ０．５ｋＰａ以上５ｋＰａ以下の雰囲気において前記基材に対して噴出する工程と、を含む。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1A】図１Ａは、本実施形態に係る表面被覆切削工具の被膜を構成する硬質被膜層の模式図である。

【図1B】図１Ｂは、本実施形態に係る表面被覆切削工具の被膜を構成する硬質被膜層の透過型電子顕微鏡の写真である。

【図2】図２は、図１Ｂの領域ａ_１の拡大写真である。

【図3】図３は、図１Ｂの領域ｂ_１の拡大写真である。

【図4】図４は、本実施形態に係る表面被覆切削工具の製造に用いられるＣＶＤ装置の模式的な断面図である。

【図5】図５は、本実施形態に係る表面被覆切削工具の製造に用いられるＣＶＤ装置のガス導入管の模式的な断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

[本開示が解決しようとする課題]
近年はより高効率な（送り速度が大きい）切削加工が求められており、更なる耐欠損性及び耐摩耗性の向上（刃先の欠け及び摩耗の抑制）が期待されている。

【0008】

本開示は、上記事情に鑑みてなされたものであり、優れた耐欠損性及び耐摩耗性を有する表面被覆切削工具を提供することを目的とする。

【0009】

[本開示の効果]
上記によれば、優れた耐欠損性及び耐摩耗性を有する表面被覆切削工具を提供することが可能になる。

【0010】

[本開示の実施形態の説明]
最初に本開示の一態様の内容を列記して説明する。
［１］本開示に係る表面被覆切削工具は、
基材と前記基材を被覆する被膜とを含む表面被覆切削工具であって、
前記被膜は、ドメイン領域とマトリックス領域とからなる硬質被膜層を含み、
前記ドメイン領域は、前記マトリックス領域中に複数の部分に分かれ、分散した状態で存在している領域であり、
前記ドメイン領域は、Ａｌ_ｘ１Ｔｉ_{（１−ｘ１）}Ｎ、Ａｌ_ｘ１Ｔｉ_{（１−ｘ１）}ＢＮ及びＡｌ_ｘ１Ｔｉ_{（１−ｘ１）}ＣＮからなる群より選ばれる少なくとも１種の第一ＡｌＴｉ化合物からなる第一層と、Ａｌ_ｘ２Ｔｉ_{（１−ｘ２）}Ｎ、Ａｌ_ｘ２Ｔｉ_{（１−ｘ２）}ＢＮ及びＡｌ_ｘ２Ｔｉ_{（１−ｘ２）}ＣＮからなる群より選ばれる少なくとも１種の第二ＡｌＴｉ化合物からなる第二層とが互いに積層された構造を有し、
前記マトリックス領域は、Ａｌ_ｘ３Ｔｉ_{（１−ｘ３）}Ｎ、Ａｌ_ｘ３Ｔｉ_{（１−ｘ３）}ＢＮ及びＡｌ_ｘ３Ｔｉ_{（１−ｘ３）}ＣＮからなる群より選ばれる少なくとも１種の第三ＡｌＴｉ化合物からなる第三層と、Ａｌ_ｘ４Ｔｉ_{（１−ｘ４）}Ｎ、Ａｌ_ｘ４Ｔｉ_{（１−ｘ４）}ＢＮ及びＡｌ_ｘ４Ｔｉ_{（１−ｘ４）}ＣＮからなる群より選ばれる少なくとも１種の第四ＡｌＴｉ化合物からなる第四層とが互いに積層された構造を有し、
前記第一ＡｌＴｉ化合物は立方晶型の結晶構造を有し、且つ前記第二ＡｌＴｉ化合物は立方晶型の結晶構造を有し、
前記第三ＡｌＴｉ化合物は立方晶型の結晶構造を有し、且つ前記第四ＡｌＴｉ化合物は立方晶型の結晶構造を有し、
前記ｘ１は、０．７５以上０．９以下であり、
前記ｘ２は、０．４８以上０．５９以下であり、
前記ｘ３は、０．７３以上０．８３以下であり、
前記ｘ４は、０．５以上０．５７以下である。

【0011】

前記表面被覆切削工具は、上述のような構成を備えることによって、優れた耐欠損性及び耐摩耗性を有することが可能になる。

【0012】

［２］前記ドメイン領域は、双晶部分を含む。このように規定することで耐チッピング性に優れる表面被覆切削工具となる。

【0013】

［３］前記第一層の厚さと前記第二層の厚さとの合計厚さは、２ｎｍ以上２０ｎｍ以下である。このように規定することで耐摩耗性に優れる表面被覆切削工具となる。

【0014】

［４］前記第三層の厚さと前記第四層の厚さとの合計厚さは、１．５ｎｍ以上３０ｎｍ以下である。このように規定することで耐欠損性に優れる表面被覆切削工具となる。

【0015】

［５］本開示に係る表面被覆切削工具の製造方法は、上記表面被覆切削工具の製造方法であって、
前記基材を準備する工程と、
アルミニウムのハロゲン化物ガス及びチタンのハロゲン化物ガスを含む第一ガスと、アルミニウムのハロゲン化物ガス、チタンのハロゲン化物ガス及びアンモニアガスを含む第二ガスと、アンモニアガスを含む第三ガスとのそれぞれを、６５０℃以上９００℃以下且つ０．５ｋＰａ以上５ｋＰａ以下の雰囲気において前記基材に対して噴出する工程と、を含む。
前記表面被覆切削工具の製造方法は、上述のような構成を備えることによって、優れた耐欠損性及び耐摩耗性を有する表面被覆切削工具を製造することが可能になる。

【0016】

[本開示の実施形態の詳細]
以下、本開示の一実施形態（以下「本実施形態」と記す。）について説明する。ただし、本実施形態はこれに限定されるものではない。なお以下の実施形態の説明に用いられる図面において、同一の参照符号は、同一部分又は相当部分を表わす。本明細書において「Ａ〜Ｂ」という形式の表記は、範囲の上限下限（すなわちＡ以上Ｂ以下）を意味し、Ａにおいて単位の記載がなく、Ｂにおいてのみ単位が記載されている場合、Ａの単位とＢの単位とは同じである。さらに、本明細書において、例えば「ＴｉＣ」等のように、構成元素の組成比が限定されていない化学式によって化合物が表された場合には、その化学式は従来公知のあらゆる組成比（元素比）を含むものとする。このとき前記化学式は、化学量論組成のみならず、非化学量論組成も含むものとする。例えば「ＴｉＣ」の化学式には、化学量論組成「Ｔｉ_１Ｃ_１」のみならず、例えば「Ｔｉ_１Ｃ_０．８」のような非化学量論組成も含まれる。このことは、「ＴｉＣ」以外の化合物の記載についても同様である。

【0017】

≪表面被覆切削工具≫
本実施形態に係る表面被覆切削工具は、
基材と前記基材を被覆する被膜とを含む表面被覆切削工具であって、
前記被膜は、ドメイン領域とマトリックス領域とからなる硬質被膜層を含み、
前記ドメイン領域は、前記マトリックス領域中に複数の部分に分かれ、分散した状態で存在している領域であり、
前記ドメイン領域は、Ａｌ_ｘ１Ｔｉ_{（１−ｘ１）}Ｎ、Ａｌ_ｘ１Ｔｉ_{（１−ｘ１）}ＢＮ及びＡｌ_ｘ１Ｔｉ_{（１−ｘ１）}ＣＮからなる群より選ばれる少なくとも１種の第一ＡｌＴｉ化合物からなる第一層と、Ａｌ_ｘ２Ｔｉ_{（１−ｘ２）}Ｎ、Ａｌ_ｘ２Ｔｉ_{（１−ｘ２）}ＢＮ及びＡｌ_ｘ２Ｔｉ_{（１−ｘ２）}ＣＮからなる群より選ばれる少なくとも１種の第二ＡｌＴｉ化合物からなる第二層とが互いに積層された構造を有し、
前記マトリックス領域は、Ａｌ_ｘ３Ｔｉ_{（１−ｘ３）}Ｎ、Ａｌ_ｘ３Ｔｉ_{（１−ｘ３）}ＢＮ及びＡｌ_ｘ３Ｔｉ_{（１−ｘ３）}ＣＮからなる群より選ばれる少なくとも１種の第三ＡｌＴｉ化合物からなる第三層と、Ａｌ_ｘ４Ｔｉ_{（１−ｘ４）}Ｎ、Ａｌ_ｘ４Ｔｉ_{（１−ｘ４）}ＢＮ及びＡｌ_ｘ４Ｔｉ_{（１−ｘ４）}ＣＮからなる群より選ばれる少なくとも１種の第四ＡｌＴｉ化合物からなる第四層とが互いに積層された構造を有し、
前記第一ＡｌＴｉ化合物は立方晶型の結晶構造を有し、且つ前記第二ＡｌＴｉ化合物は立方晶型の結晶構造を有し、
前記第三ＡｌＴｉ化合物は立方晶型の結晶構造を有し、且つ前記第四ＡｌＴｉ化合物は立方晶型の結晶構造を有し、
前記ｘ１は、０．７５以上０．９以下であり、
前記ｘ２は、０．４８以上０．５９以下であり、
前記ｘ３は、０．７３以上０．８３以下であり、
前記ｘ４は、０．５以上０．５７以下である。

【0018】

本実施形態の表面被覆切削工具（以下、単に「切削工具」という場合がある。）は、基材と、前記基材を被覆する被膜とを備える。前記切削工具は、例えば、ドリル、エンドミル、ドリル用刃先交換型切削チップ、エンドミル用刃先交換型切削チップ、フライス加工用刃先交換型切削チップ、旋削加工用刃先交換型切削チップ、メタルソー、歯切工具、リーマ、タップ等であり得る。

【0019】

＜基材＞
本実施形態の基材は、この種の基材として従来公知のものであればいずれのものも使用することができる。例えば、前記基材は、超硬合金（例えば、炭化タングステン（ＷＣ）基超硬合金、ＷＣの他にＣｏを含む超硬合金、ＷＣの他にＣｒ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ等の炭窒化物を添加した超硬合金等）、サーメット（ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ等を主成分とするもの）、高速度鋼、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、酸化アルミニウム等）、立方晶型窒化硼素焼結体（ｃＢＮ焼結体）及びダイヤモンド焼結体からなる群より選ばれる少なくとも１種を含むことが好ましく、超硬合金、サーメット及びｃＢＮ焼結体からなる群より選ばれる少なくとも１種を含むことがより好ましい。

【0020】

これらの各種基材の中でも、特にＷＣ基超硬合金又はｃＢＮ焼結体を選択することが好ましい。その理由は、これらの基材が特に高温における硬度と強度とのバランスに優れ、上記用途の表面被覆切削工具の基材として優れた特性を有するためである。

【0021】

基材として超硬合金を使用する場合、そのような超硬合金は、組織中に遊離炭素又はη相と呼ばれる異常相を含んでいても本実施形態の効果は示される。なお、本実施形態で用いる基材は、その表面が改質されたものであっても差し支えない。例えば、超硬合金の場合はその表面に脱β層が形成されていたり、ｃＢＮ焼結体の場合には表面硬化層が形成されていてもよく、このように表面が改質されていても本実施形態の効果は示される。

【0022】

表面被覆切削工具が、刃先交換型切削チップである場合、基材は、チップブレーカーを有するものも、有さないものも含まれる。刃先の稜線部分の形状は、シャープエッジ（すくい面と逃げ面とが交差する稜）、ホーニング（シャープエッジに対してアールを付与した形状）、ネガランド（面取りをした形状）、ホーニングとネガランドを組み合わせた形状の中で、いずれの形状も含まれる。

【0023】

＜被膜＞
本実施形態に係る被膜は、ドメイン領域とマトリックス領域とからなる硬質被膜層を含む。「被膜」は、前記基材の少なくとも一部（例えば、切削加工時に被削材と接する部分）を被覆することで、切削工具における耐欠損性、耐摩耗性等の諸特性を向上させる作用を有するものである。前記被膜は、前記基材の全面を被覆することが好ましい。しかしながら、前記基材の一部が前記被膜で被覆されていなかったり被膜の構成が部分的に異なっていたりしていたとしても本実施形態の範囲を逸脱するものではない。

【0024】

前記被膜は、その厚さが２μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましく、５μｍ以上１５μｍ以下であることがより好ましい。ここで、被膜の厚さとは、被膜を構成する層それぞれの厚さの総和を意味する。「被膜を構成する層」としては、例えば、後述する硬質被膜層、下地層及び最外層等が挙げられる。前記被膜の厚さは、例えば、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて、基材の表面の法線方向に平行な断面サンプルにおける任意の１０点を測定し、測定された１０点の厚さの平均値をとることで求めることが可能である。後述する硬質被膜層、下地層、最外層等のそれぞれの厚さを測定する場合も同様である。透過型電子顕微鏡としては、例えば、日本電子株式会社製のＪＥＭ−２１００Ｆ（商品名）が挙げられる。

【0025】

（硬質被膜層）
図１Ａは、本実施形態に係る表面被覆切削工具の被膜を構成する硬質被膜層の模式図である。また、図１Ｂは、本実施形態に係る表面被覆切削工具の被膜を構成する硬質被膜層の透過型電子顕微鏡の写真である。前記硬質被膜層は、前記ドメイン領域（図１Ａの領域ａ、図１Ｂの領域ａ_１）と前記マトリックス領域（図１Ａの領域ｂ（領域ａ以外の領域）、図１Ｂの領域ｂ_１）とからなる。図１Ａ中、ドメイン領域ａ同士が重なって見える箇所があるが、図の奥行き方向にマトリックス領域ｂが介在しているものも含まれる。前記硬質被膜層は、後述する組成を有するが、本実施形態に係る表面被覆切削工具が奏する効果を損なわない範囲において、不可避不純物が含まれていてもよい。前記不可避不純物の含有割合は、硬質被膜層の全質量に対して０質量％以上１０質量％以下であることが好ましい。

【0026】

前記硬質被膜層は、本実施形態に係る表面被覆切削工具が奏する効果を損なわない範囲において、前記基材の直上に設けられていてもよいし、下地層等の他の層を介して前記基材の上に設けられていてもよい。前記硬質被膜層は、その上に最外層等の他の層が設けられていてもよい。また、前記硬質被膜層は、前記被膜の最外層（最表面層）であってもよい。

【0027】

前記硬質被膜層は、その厚さが０．５μｍ以上１５μｍ以下であることが好ましく、３μｍ以上１３μｍ以下であることがより好ましい。

【0028】

（ドメイン領域）
本実施形態において「ドメイン領域」とは、後述するマトリックス領域中に複数の部分に分かれ、分散した状態で存在している領域（例えば、図１Ａにおける領域ａ、図１Ｂの領域ａ_１）を意味する。また、前記ドメイン領域は、前記硬質被膜層において複数の領域に分かれて配置される領域と把握することもできる。なお、上述の「分散した状態」は、ドメイン領域が互いに接触しているものを排除するものではない。前記ドメイン領域は、Ａｌ_ｘ１Ｔｉ_{（１−ｘ１）}Ｎ、Ａｌ_ｘ１Ｔｉ_{（１−ｘ１）}ＢＮ及びＡｌ_ｘ１Ｔｉ_{（１−ｘ１）}ＣＮからなる群より選ばれる少なくとも１種の第一ＡｌＴｉ化合物からなる第一層と、Ａｌ_ｘ２Ｔｉ_{（１−ｘ２）}Ｎ、Ａｌ_ｘ２Ｔｉ_{（１−ｘ２）}ＢＮ及びＡｌ_ｘ２Ｔｉ_{（１−ｘ２）}ＣＮからなる群より選ばれる少なくとも１種の第二ＡｌＴｉ化合物からなる第二層とが互いに積層された構造を有する。ここで、ｘ１及びｘ２は、それぞれ第一層におけるＡｌの原子比及び第二層におけるＡｌの原子比を意味する。前記第一ＡｌＴｉ化合物は、Ａｌ_ｘ１Ｔｉ_{（１−ｘ１）}Ｎであることが好ましい。また、前記第二ＡｌＴｉ化合物は、Ａｌ_ｘ２Ｔｉ_{（１−ｘ２）}Ｎであることが好ましい。

【0029】

図２は、図１Ｂの領域ａ_１の拡大写真である。前記第一層（図２の暗い層）及び前記第二層（図２の明るい層）は、それぞれが交互に１層以上積層された多層構造を形成していてもよい。本実施形態において、ドメイン領域は、その一部が当該多層構造を含んでいてもよい。また、ドメイン領域は、当該多層構造からなっていてもよい。

【0030】

前記ドメイン領域は、ＴＥＭによる観察及び制限視野電子線回折像を分析することによって、後述するマトリックス領域と明確に区別できる。

【0031】

前記ドメイン領域の体積比率は、特に制限はないが、前記ドメイン領域及び前記マトリックス領域の全体積を基準として、１０体積％以上９０体積％以下であってもよいし、２０体積％以上８０体積％以下であってもよいし、５０体積％以上８０体積％以下であってもよい。前記ドメイン領域の体積比率は、Ｘ線回折測定（ＸＲＤ測定）を行い、リートベルト解析することで求められる。例えば、表面被覆切削工具が刃先交換型切削チップである場合、後述する表１０に記載の条件を用いてＸＲＤ測定を行う。このとき、測定する領域は、前記刃先交換型切削チップの稜線から２ｍｍ以内の領域であって且つ平坦な領域とすることが好ましい。前記測定する領域を２か所選定し、それぞれの領域について少なくとも２回以上測定することが好ましい。その後、得られたデータをリートベルト解析することで、前記ドメイン領域の体積比率を求める。

【0032】

前記第一層の厚さは、２ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることが好ましく、４ｎｍ以上１４ｎｍ以下であることがより好ましい。前記第二層の厚さは、０．５ｎｍ以上５ｎｍ以下であることが好ましく、１ｎｍ以上４ｎｍ以下であることがより好ましい。また、前記ドメイン領域が前記多層構造を含む場合、前記第一層の厚さは、前記多層構造を構成している任意の１０か所の第一層それぞれの厚さの平均値を意味する。前記第二層の厚さについても同様である。

【0033】

前記第一層の厚さと前記第二層の厚さとの合計厚さ（両層の１層ずつの和）は、２ｎｍ以上２５ｎｍ以下であることが好ましく、２．５ｎｍ以上２５ｎｍ以下であることがより好ましく、５ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることが更に好ましい。

【0034】

前記第一ＡｌＴｉ化合物におけるｘ１は、０．７５以上０．９以下であり、０．７７以上０．８８以下であることが好ましい。前記ｘ１は、上述の断面サンプルにあらわれた第一層における結晶粒に対して走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）又はＴＥＭに付帯のエネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ：Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ−ｒａｙ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）装置を用いて分析することにより、求めることが可能である。具体的には、前記断面サンプルのドメイン領域中の第一層における任意の１０点それぞれを測定して前記ｘ１の値を求め、求められた１０点の値の平均値を前記第一層におけるｘ１とする。ここで当該「任意の１０点」は、前記第一層中の互いに異なる結晶粒から選択するものとする。また、前記ドメイン領域が前記多層構造を含む場合、前記ｘ１は、前記多層構造を構成している任意の１０か所の第一層それぞれのｘ１の平均値を意味する。後述するｘ２、ｘ３及びｘ４の場合も同様である。前記ＥＤＸ装置としては、例えば、日本電子株式会社製のＪＥＤ−２３００（商品名）が挙げられる。

【0035】

前記第二ＡｌＴｉ化合物におけるｘ２は、０．４８以上０．５９以下であり、０．５以上０．５７以下であることが好ましい。前記ｘ２は、上述の断面サンプルにあらわれた第二層における結晶粒に対してＳＥＭ又はＴＥＭに付帯のＥＤＸ装置を用いて分析することにより、求めることが可能である。具体的には、前記ｘ１を求める方法と同様の方法によってｘ２も求められる。

【0036】

前記第一層を構成する第一ＡｌＴｉ化合物は、立方晶型の結晶構造を含む。前記第一ＡｌＴｉ化合物が立方晶型の結晶構造を含むことは、上述の断面サンプルの第一層に対して制限視野による電子線回折測定（ＳＡＥＤ：Ｓｅｌｅｃｔｅｄ Ａｒｅａ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）を行い得られた電子線回折像のパターンを解析することで確認できる。具体的には、前記第一層における前記第一ＡｌＴｉ化合物の結晶粒について電子線回折測定を行う。このとき、測定する結晶粒の数は、少なくとも１０点以上とし、２０点以上とすることがより好ましい。また、前記ドメイン領域が前記多層構造を含む場合、電子線回折測定は、上述の方法を任意の１０か所の前記第一層について行うことが好ましい。後述する第二層、第三層及び第四層についても同様である。前記電子線回折像のパターン解析を行うに当たり必要な物質の結晶構造パラメータは、例えば、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｅｎｔｒｅ ｆｏｒ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ Ｄａｔａ（ＩＣＤＤ）から入手し、前記結晶構造パラメータと電子線回折図形シミュレーションソフト（例えば：ＲｅｃｉＰｒｏ）とを用いて解析が可能である。前記電子線回折測定に用いる装置としては、例えば、日本電子株式会社製の「ＪＥＭ−２１００Ｆ」（商品名）が挙げられる。

【0037】

前記第二層を構成する第二ＡｌＴｉ化合物は、立方晶型の結晶構造を含む。前記第二ＡｌＴｉ化合物が立方晶型の結晶構造を含むことは、上述の断面サンプルの第二層に対して電子線回折測定（ＳＡＥＤ測定）を行い、電子線回折像のパターン解析をすることで確認できる。電子線回折測定及び電子線回折像のパターン解析をする際の具体的な条件等は、上記と同様である。

【0038】

本実施形態において、前記第一ＡｌＴｉ化合物は立方晶型の結晶構造を含み、且つ前記第二ＡｌＴｉ化合物は立方晶型の結晶構造を含む。前記第一ＡｌＴｉ化合物は立方晶型の結晶構造からなり、且つ前記第二ＡｌＴｉ化合物は立方晶型の結晶構造からなることが好ましい。

【0039】

本実施形態の一態様において、前記ドメイン領域は、双晶部分を含むことが好ましい。ここで「双晶部分」とは、前記ドメイン領域を構成する２つの単結晶が集まって、一定の方位に従って接合した部分を一部に含む構造を意味する。例えば、図１Ｂの領域ａ_１を含む部分が当該双晶部分に該当する。前記双晶部分を含むか否かは、透過型電子顕微鏡を用いて前記ドメイン領域を観察することで判断できる。

【0040】

（マトリックス領域）
本実施形態において「マトリックス領域」とは前記被膜の母体となる領域（例えば、図１Ａにおける領域ｂ、図１Ｂにおける領域ｂ_１）であり、ドメイン領域以外の領域を意味する。言い換えると、前記マトリックス領域の大部分は、前記ドメイン領域を構成する複数の領域のそれぞれを取り囲むように配置されている領域と把握することもできる。また、前記マトリックス領域の大部分は、前記ドメイン領域を構成する複数の領域の間に配置されていると把握することもできる。前記マトリックス領域は、Ａｌ_ｘ３Ｔｉ_{（１−ｘ３）}Ｎ、Ａｌ_ｘ３Ｔｉ_{（１−ｘ３）}ＢＮ及びＡｌ_ｘ３Ｔｉ_{（１−ｘ３）}ＣＮからなる群より選ばれる少なくとも１種の第三ＡｌＴｉ化合物からなる第三層と、Ａｌ_ｘ４Ｔｉ_{（１−ｘ４）}Ｎ、Ａｌ_ｘ４Ｔｉ_{（１−ｘ４）}ＢＮ及びＡｌ_ｘ４Ｔｉ_{（１−ｘ４）}ＣＮからなる群より選ばれる少なくとも１種の第四ＡｌＴｉ化合物からなる第四層とが互いに積層された構造を有する。ここで、ｘ３及びｘ４は、それぞれ第三層におけるＡｌの原子比及び第四層におけるＡｌの原子比を意味する。前記第三ＡｌＴｉ化合物は、Ａｌ_ｘ３Ｔｉ_{（１−ｘ３）}Ｎであることが好ましい。また、前記第四ＡｌＴｉ化合物は、Ａｌ_ｘ４Ｔｉ_{（１−ｘ４）}Ｎであることが好ましい。

【0041】

図３は、図１Ｂの領域ｂ_１の拡大写真である。前記第三層（図３の暗い層）及び前記第四層（図３の明るい層）は、それぞれが交互に１層以上積層された多層構造を形成していてもよい。本実施形態において、マトリックス領域は、その一部が当該多層構造を含んでいてもよい。また、マトリックス領域は、当該多層構造からなっていてもよい。

【0042】

前記マトリックス領域は、ＴＥＭによる観察及び制限視野電子線回折像を分析することによって、前記ドメイン領域と明確に区別できる。

【0043】

前記マトリックス領域の体積比率は、特に制限はないが、前記ドメイン領域及び前記マトリックス領域の全体積を基準として、１０体積％以上９０体積％以下であってもよいし、２０体積％以上８０体積％以下であってもよいし、５０体積％以上８０体積％以下であってもよい。前記マトリックス領域の体積比率は、Ｘ線回折測定（ＸＲＤ測定）を行い、リートベルト解析することで求められる。具体的には、上述したドメイン領域の体積比率の求め方と同様の方法で求めることができる。

【0044】

前記第三層の厚さは、１ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることが好ましく、２．５ｎｍ以上９．５ｎｍ以下であることがより好ましい。前記第四層の厚さは、０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下であることが好ましく、１．５ｎｍ以上５ｎｍ以下であることがより好ましい。また、前記マトリックス領域が前記多層構造を含む場合、前記第三層の厚さは、前記多層構造を構成している任意の１０か所の第三層それぞれの厚さの平均値を意味する。前記第四層の厚さについても同様である。

【0045】

前記第三層の厚さと前記第四層の厚さとの合計厚さ（両層の１層ずつの和）は、１．５ｎｍ以上３０ｎｍ以下であることが好ましく、４ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることがより好ましい。

【0046】

前記第三ＡｌＴｉ化合物におけるｘ３は、０．７３以上０．８３以下であり、０．７５以上０．８以下であることが好ましい。前記ｘ３は、上述の断面サンプルにあらわれた第三層における結晶粒に対してＳＥＭ又はＴＥＭに付帯のＥＤＸ装置を用いて分析することにより、求めることが可能である。具体的には、前記ｘ１を求める方法と同様の方法によってｘ３も求められる。

【0047】

前記第四ＡｌＴｉ化合物におけるｘ４は、０．５以上０．５７以下であり、０．５２以上０．５５以下であることが好ましい。前記ｘ４は、上述の断面サンプルにあらわれた第四層における結晶粒に対してＳＥＭ又はＴＥＭに付帯のＥＤＸ装置を用いて分析することにより、求めることが可能である。具体的には、前記ｘ１を求める方法と同様の方法によってｘ４も求められる。

【0048】

前記第三層を構成する第三ＡｌＴｉ化合物は、立方晶型の結晶構造を含む。前記第三ＡｌＴｉ化合物が立方晶型の結晶構造を含むことは、上述の断面サンプルの第三層に対して電子線回折測定（ＳＡＥＤ測定）を行い、電子線回折像のパターン解析をすることで確認できる。ＳＡＥＤ測定及び電子線回折のパターン解析をする際の具体的な条件等は、上記と同様である。

【0049】

前記第四層を構成する第四ＡｌＴｉ化合物は、立方晶型の結晶構造を含む。前記第四ＡｌＴｉ化合物が立方晶型の結晶構造を含むことは、上述の断面サンプルの第四層に対して電子線回折測定（ＳＡＥＤ測定）を行い、電子線回折のパターン解析をすることで確認できる。ＳＡＥＤ測定及び電子線回折のパターン解析をする際の具体的な条件等は、上記と同様である。

【0050】

本実施形態において、前記第三ＡｌＴｉ化合物は立方晶型の結晶構造を含み、且つ前記第四ＡｌＴｉ化合物は立方晶型の結晶構造を含む。好ましくは、前記第三ＡｌＴｉ化合物は立方晶型の結晶構造からなり、且つ前記第四ＡｌＴｉ化合物は立方晶型の結晶構造からなる。

【0051】

（他の層）
本実施形態の効果を損なわない範囲において、前記被膜は、他の層を更に含んでいてもよい。前記他の層は、前記硬質被膜層とは組成が異なっていてもよいし、同じであってもよい。他の層としては、例えば、ＴｉＮ層、ＴｉＣＮ層、ＴｉＢＮ層、Ａｌ_２Ｏ_３層等を挙げることができる。なお、その積層の順も特に限定されない。例えば、前記他の層としては、前記基材と前記硬質被膜層との間に設けられている下地層、前記硬質被膜層の上に設けられている最外層等が挙げられる。前記他の層の厚さは、本実施形態の効果を損なわない範囲において、特に制限はないが例えば、０．１μｍ以上２μｍ以下が挙げられる。

【0052】

≪表面被覆切削工具の製造方法≫
本実施形態に係る表面被覆切削工具の製造方法は、
基材と前記基材を被覆する被膜とを含む表面被覆切削工具の製造方法であって、
前記基材を準備する工程と、
アルミニウムのハロゲン化物ガス及びチタンのハロゲン化物ガスを含む第一ガスと、アルミニウムのハロゲン化物ガス、チタンのハロゲン化物ガス及びアンモニアガスを含む第二ガスと、アンモニアガスを含む第三ガスとのそれぞれを、６５０℃以上９００℃以下且つ０．５ｋＰａ以上５ｋＰａ以下の雰囲気において前記基材に対して噴出する工程と、を含む。

【0053】

＜基材を準備する工程＞
本工程では、前記基材を準備する。前記基材としては、上述したようにこの種の基材として従来公知のものであればいずれのものも使用することができる。例えば、前記基材が超硬合金からなる場合、所定の配合組成（質量％）からなる原料粉末を市販のアトライターを用いて均一に混合して、続いてこの混合粉末を所定の形状（例えば、ＳＥＥＴ１３Ｔ３ＡＧＳＮ、ＣＮＭＧ１２０４０８等）に加圧成形した後に、所定の焼結炉において１３００℃〜１５００℃で、１〜２時間焼結することにより、超硬合金からなる前記基材を得ることができる。また、基材は、市販品をそのまま用いてもよい。市販品としては、例えば、住友電工ハードメタル株式会社製のＥＨ５２０（商品名）が挙げられる。

【0054】

＜第一ガスと第二ガスと第三ガスとのそれぞれを基材に噴出する工程＞
本工程では、アルミニウムのハロゲン化物ガス及びチタンのハロゲン化物ガスを含む第一ガスと、アルミニウムのハロゲン化物ガス、チタンのハロゲン化物ガス及びアンモニアガスを含む第二ガスと、アンモニアガスを含む第三ガスとのそれぞれを、６５０℃以上９００℃以下且つ０．５ｋＰａ以上５ｋＰａ以下の雰囲気において前記基材に噴出する。この工程は、例えば以下に説明するＣＶＤ装置を用いて行うことができる。

【0055】

（ＣＶＤ装置）
図４に、実施の形態の切削工具の製造に用いられるＣＶＤ装置の一例の模式的な断面図を示す。図４に示すように、ＣＶＤ装置１０は、基材１１を設置するための基材セット治具１２の複数と、基材セット治具１２を被覆する耐熱合金鋼製の反応容器１３とを備えている。また、反応容器１３の周囲には、反応容器１３内の温度を制御するための調温装置１４が設けられている。

【0056】

反応容器１３には、隣接して接合された第１ガス導入管１５と第２ガス導入管１６と第３ガス導入管１７とを有するガス導入管１８が反応容器１３の内部の空間を鉛直方向に延在し、当該鉛直方向を軸に回転可能に設けられている。ガス導入管１８においては、第１ガス導入管１５に導入された第一ガスと、第２ガス導入管１６に導入された第二ガスと第３ガス導入管１７に導入された第三ガスとがガス導入管１８の内部で混合しない構成とされている。また、第１ガス導入管１５、第２ガス導入管１６及び第３ガス導入管１７のそれぞれの一部には、第１ガス導入管１５、第２ガス導入管１６及び第３ガス導入管１７のそれぞれの内部を流れるガスを基材セット治具１２に設置された基材１１上に噴出させるための複数の貫通孔が設けられている。

【0057】

さらに、反応容器１３には、反応容器１３の内部のガスを外部に排気するためのガス排気管１９が設けられており、反応容器１３の内部のガスは、ガス排気管１９を通過して、ガス排気口２０から反応容器１３の外部に排出される。

【0058】

より具体的には、上述した第一ガス、第二ガス及び第三ガスを、それぞれ第１ガス導入管１５、第２ガス導入管１６及び第３ガス導入管１７に導入する。このとき、各ガス導入管内における第一ガス、第二ガス及び第三ガスそれぞれの温度は、液化しない温度であれば特に制限はない。次に、６５０℃以上９００℃以下（好ましくは７３０℃以上７５０℃以下）且つ０．５ｋＰａ以上５ｋＰａ以下（好ましくは２ｋＰａ以上２．５ｋＰａ以下）の雰囲気とした反応容器１３内へ第一ガス、第二ガス、第三ガスをこの順で繰り返して噴出する。ガス導入管１８には複数の貫通孔が開いているため、導入された第一ガス、第二ガス及び第三ガスは、それぞれ異なる貫通孔から反応容器１３内に噴出される。このときガス導入管１８は、図４中の回転矢印が示すようにその軸を中心として、例えば、２〜６ｒｐｍの回転速度で回転している。これによって、第一ガス、第二ガス、第三ガスをこの順で繰り返して基材１１に対して噴出することができる。

【0059】

（第一ガス）
前記第一ガスは、アルミニウムのハロゲン化物ガス及びチタンのハロゲン化物ガスを含む。

【0060】

アルミニウムのハロゲン化物ガスとしては、例えば、塩化アルミニウムガス（ＡｌＣｌ_３ガス、Ａｌ_２Ｃｌ_６ガス）等が挙げられる。好ましくは、ＡｌＣｌ_３ガスが用いられる。アルミニウムのハロゲン化物ガスの濃度（体積％）は、第一ガスの全体積を基準として、０．３体積％以上１．５体積％以下であることが好ましく、０．６体積％以上０．８体積％以下であることがより好ましい。

【0061】

チタンのハロゲン化物ガスとしては、例えば、塩化チタン（ＩＶ）ガス（ＴｉＣｌ_４ガス）、塩化チタン（ＩＩＩ）ガス（ＴｉＣｌ_３ガス）等が挙げられる。好ましくは、塩化チタン（ＩＶ）ガスが用いられる。チタンのハロゲン化物ガスの濃度（体積％）は、第一ガスの全体積を基準として、０．１体積％以上１体積％以下であることが好ましく、０．２体積％以上０．４体積％以下であることがより好ましい。

【0062】

前記第一ガスにおけるアルミニウムのハロゲン化物ガスのモル比は、アルミニウムのハロゲン化物ガス及びチタンのハロゲン化物ガスの全モル数を基準として、０．５以上０．８５以下であることが好ましく、０．６以上０．８以下であることがより好ましい。当該モル比を上記範囲内にすると、スピノーダル分解によって前記第三層及び前記第四層が形成されると本発明者らは考えている。

【0063】

前記第一ガスは、水素ガスを含んでもよいし、アルゴンガス等の不活性ガスを含んでもよい。不活性ガスの濃度（体積％）は、第一ガスの全体積を基準として、５体積％以上５０体積％以下であることが好ましく、２０体積％以上４０体積％以下であることがより好ましい。水素ガスは、通常前記第一ガスの残部を占める。

【0064】

前記基材に噴出するときの前記第一ガスの流量は、２０〜３０Ｌ／ｍｉｎであることが好ましい。

【0065】

（第二ガス）
前記第二ガスは、アルミニウムのハロゲン化物ガス、チタンのハロゲン化物ガス及びアンモニアガスを含む。アルミニウムのハロゲン化物ガス及びチタンのハロゲン化物ガスは、前記（第一ガス）の欄において例示されたガスを用いることができる。このとき、前記第一ガスに用いられたアルミニウムのハロゲン化物ガス及びチタンのハロゲン化物ガスそれぞれと、第二ガスに用いられたアルミニウムのハロゲン化物ガス及びチタンのハロゲン化物ガスそれぞれとは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。

【0066】

アルミニウムのハロゲン化物ガスの濃度（体積％）は、第二ガスの全体積を基準として、１体積％以上５体積％以下であることが好ましく、２．４体積％以上３．２体積％以下であることがより好ましい。

【0067】

チタンのハロゲン化物ガスの濃度（体積％）は、第二ガスの全体積を基準として、０．５体積％以上２．５体積％以下であることが好ましく、０．８体積％以上１．６体積％以下であることがより好ましい。

【0068】

第二ガスにおけるアルミニウムのハロゲン化物ガスのモル比は、アルミニウムのハロゲン化物ガス及びチタンのハロゲン化物ガスの全モル数を基準として、０．５５以上０．８５以下であることが好ましく、０．６以上０．８以下であることがより好ましい。当該モル比を上記範囲内にすると、スピノーダル分解によって前記第一層及び前記第二層が形成されると本発明者らは考えている。

【0069】

アンモニアガスの濃度（体積％）は、第二ガスの全体積を基準として、３体積％以上３０体積％以下であることが好ましく、１０体積％以上２０体積％以下であることがより好ましい。

【0070】

前記第二ガスは、水素ガスを含んでもよいし、アルゴンガス等の不活性ガスを含んでもよい。不活性ガスの濃度（体積％）は、第二ガスの全体積を基準として、５体積％以上５０体積％以下であることが好ましく、１５体積％以上２０体積％以下であることがより好ましい。水素ガスは、通常前記第二ガスの残部を占める。

【0071】

前記基材に噴出するときの前記第二ガスの流量は、３０〜４０Ｌ／ｍｉｎであることが好ましい。

【0072】

（第三ガス）
前記第三ガスは、アンモニアガスを含む。また前記第三ガスは、水素ガスを含んでもよいし、アルゴンガス等の不活性ガスを含んでもよい。前記第三ガスを前記基材に噴出することで、マトリックス領域の形成が促進される。

【0073】

アンモニアガスの濃度（体積％）は、第三ガスの全体積を基準として、２体積％以上３０体積％以下であることが好ましく、２体積％以上１０体積％以下であることがより好ましい。水素ガスは、通常前記第三ガスの残部を占める。

【0074】

前記基材に噴出するときの前記第三ガスの流量は、１０〜２０Ｌ／ｍｉｎであることが好ましい。

【0075】

＜その他の工程＞
本実施形態に係る製造方法では、上述した工程の他にも、他の層を形成する工程、及び表面処理する工程等を適宜行ってもよい。上述の他の層を形成する場合、従来の方法によって他の層を形成してもよい。

【実施例】

【0076】

以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

【0077】

≪切削工具の作製≫
＜基材の準備＞
まず、被膜を形成させる対象となる基材として、以下の表１に示す基材Ｋ及び基材Ｌを準備した（基材を準備する工程）。具体的には、まず、表１に記載の配合組成（質量％）からなる原料粉末を均一に混合した。表１中の「残り」とは、ＷＣが配合組成（質量％）の残部を占めることを示している。

【0078】

【表1】

【0079】

次に、この混合粉末を所定の形状に加圧成形した後に、１３００〜１５００℃で１〜２時間焼結することにより、超硬合金からなる基材Ｋ（基材形状（ＪＩＳ規格）：ＣＮＭＧ１２０４０８−ＥＸ）及び超硬合金からなる基材Ｌ（基材形状（ＪＩＳ規格）：ＳＥＥＴ１３Ｔ３ＡＧＳＮ−Ｌ）を得た。

【0080】

なお、ＣＮＭＧ１２０４０８−ＥＸは旋削用の刃先交換型切削チップの形状であり、ＳＥＥＴ１３Ｔ３ＡＧＳＮ−Ｌは転削（フライス）用の刃先交換型切削チップの形状である。

【0081】

＜被膜の作製＞
基材Ｋ又は基材Ｌの表面上に、表１１に示される下地層、硬質被膜層及び最外層を形成することによって、基材Ｋ又は基材Ｌの表面上に被膜を作製した。以下、被膜を構成する各層の作製方法について説明する。

【0082】

（硬質被膜層の作製）
表２に記載の成膜条件のもとで、表３〜５に記載の組成をそれぞれ有する第一ガス、第二ガス及び第三ガスをこの順で繰り返して基材Ｋ又は基材Ｌの表面上に噴出して硬質被膜層を作製した（第一ガスと第二ガスと第三ガスとのそれぞれを基材に噴出する工程）。なお、基材の表面に下地層を設けた場合は、当該下地層の表面上に硬質被膜を作製した。
例えば、表６の識別記号［１］で示される硬質被膜層は、温度７３０℃、圧力２．５ｋＰａ、ガス導入管の回転速度２ｒｐｍの成膜条件で（表２の識別記号Ａ）、表３の識別記号１−ｂで示される第一ガス（０．７体積％のＡｌＣｌ_３、０．３体積％のＴｉＣｌ_４、２０体積％のＡｒ、残部はＨ_２、ガス流量２０Ｌ／ｍｉｎ）、表４の識別記号２−ｂで示される第二ガス（２．８体積％のＡｌＣｌ_３、１．２体積％のＴｉＣｌ_４、１０体積％のＮＨ_３、１５体積％のＡｒ、残部はＨ_２、ガス流量４０Ｌ／ｍｉｎ）及び表５の識別記号３−ａで示される第三ガス（１０体積％のＮＨ_３、残部はＨ_２、ガス流量１０Ｌ／ｍｉｎ）をこの順で繰り返して基材の表面上に噴出して硬質被膜層を作製した。作製した硬質被膜層の組成等を表６に示す。表６中、「無し」で示している箇所は、該当するガスの噴出を行わなかったため、ドメイン領域又はマトリックス領域が形成されていないことを示している。

【0083】

【表2】

【0084】

【表3】

【0085】

【表4】

【0086】

【表5】

【0087】

【表6】

【0088】

（下地層の作製、最外層の作製）
表７に記載の成膜条件のもとで、表７に記載の組成を有する反応ガスを、下地層の場合は基材の表面上に、最外層の場合は硬質被膜層の表面上に噴出して下地層及び最外層を作製した。

【0089】

【表7】

【0090】

≪切削工具の特性評価≫
上述のようにして作製した試料（実施例１〜２０及び比較例１〜６）の切削工具を用いて、以下のように、切削工具の各特性を評価した。

【0091】

＜被膜等の厚さの測定＞
被膜、及び当該被膜を構成する下地層、硬質被膜層（第一層、第二層、第三層、第四層）及び最外層の厚さは、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）（日本電子株式会社製、商品名：ＪＥＭ−２１００Ｆ）を用いて、基材の表面の法線方向に平行な断面サンプルにおける任意の１０点を測定し、測定された１０点の厚さの平均値をとることで求めた。結果を表６及び表１１に示す。ここで、表６中の第一層の「厚さ」は、多層構造を構成している複数の第一層それぞれについて上述の方法によって求められた厚さの平均値を意味する。第二層、第三層、及び第四層の厚さについても同様である。表１１中、「下地層」及び「最外層」の欄における「同上」との表記は、上に記載の実施例における下地層又は最外層と同じ組成及び厚さであることを示す。また、「最外層」の欄における「無し」との表記は、当該最外層が被膜中に存在しないことを示す。また、「硬質被膜層」の欄における「［１］（５．０）」等の表記は、硬質被膜層が表６の識別記号［１］で示される構成を有し、厚さが５．０μｍであることを示す。表１１中、「ＴｉＮ（１．０）」等の表記は、該当する層が厚さ１．０μｍのＴｉＮの層であることを示す。また、１つの欄内に２つの化合物が記載されている場合（例えば、「ＴｉＮ（１．０）−ＴｉＣＮ（１．５）」等の場合）は、左側の化合物（ＴｉＮ（１．０））が基材の表面に近い側に位置する層であることを意味し、右側の化合物（ＴｉＣＮ（１．５））が基材の表面から遠い側に位置する層であることを意味している。さらに「［Ａｌ_２Ｏ_３（０．３）−ＴｉＮ（０．１）］ｘ３」等の表記は、「Ａｌ_２Ｏ_３（０．３）−ＴｉＮ（０．１）」で示される層が３回繰り返して積層されていることを意味している。なお、「Ａｌ_２Ｏ_３（０．３）−ＴｉＮ（０．１）」における、Ａｌ_２Ｏ_３の層とＴｉＮの層の積層の順序は、上述した説明と同様である。

【0092】

また、硬質被膜層をＴＥＭで観察したところ、ドメイン領域は、第一層及び第二層のそれぞれが交互に積層された多層構造を形成していることが分かった（図１Ｂの領域ａ_１、図２）。また、ドメイン領域において双晶部分が観察された。さらに、制限視野の電子線回折像から、ドメイン領域を構成する第一層及び第二層は立方晶型の結晶構造を有し、＜１００＞方位において第一層中のＡｌ組成と第二層中のＡｌ組成とが変化することが分かった（図２、右上の写真）。一方マトリックス領域は、第三層及び第四層のそれぞれが交互に積層された多層構造を形成していることが分かった（図１Ｂの領域ｂ_１、図３）。

【0093】

＜膜硬度及び膜ヤング率の測定＞
硬質被膜層の膜硬度及び膜ヤング率は、ナノインデンター（Ｅｌｉｏｎｉｘ社製、商品名：ＥＮＴ１１００a）を用いて、以下の条件で測定した。このとき、前記硬質被膜層が最表面にない試料を測定する場合は、機械研磨等で前記硬質被膜層を露出させてから測定を行った。また、前記硬質被膜層における任意の１０点それぞれを測定して前記膜硬度を求め、求められた１０点の膜硬度の平均値を前記硬質被膜層における膜硬度及び膜ヤング率とした。なお、硬質被膜層の膜硬度及び膜ヤング率は、荷重と変位との曲線からオリバーとパーの理論に基づき算出した。結果を表６に示す。

【0094】

ナノインデンターの測定条件
圧子材質：ダイヤモンド
圧子形状：バーコビッチ圧子
試験荷重：３０ｍＮ
ステップインターバル：２０ｍｓｅｃ
保持時間：１０００ｍｓｅｃ
測定点数：１０点

【0095】

＜ドメイン領域及びマトリックス領域の結晶構造＞
ドメイン領域（第一層、第二層）及びマトリックス領域（第三層、第四層）におけるＡｌＴｉＮの結晶構造は、透過電子顕微鏡及び制限視野電子線回折測定（ＴＥＭ−ＳＡＥＤ測定）用装置（日本電子株式会社製、商品名：ＪＥＭ−２１００Ｆ）を用いて、以下の表８に示す条件で測定した。このとき、測定する結晶粒の数は、１か所の層について少なくとも１０個以上とし、任意の１０か所の各層について測定した。その結果、ドメイン領域を構成する第一層及び第二層、並びに、マトリックス領域を構成する第三層及び第四層は立方晶型の結晶構造を有していることが分かった。なお、表６の「ドメイン領域」及び「マトリックス領域」の欄において、「ｃ−ＡｌＴｉＮ」等の表記における「ｃ」は当該化合物が立方晶型の結晶構造を有していることを示している。

【0096】

【表8】

【0097】

＜ドメイン領域及びマトリックス領域の組成＞
硬質被膜層における第一層、第二層、第三層及び第四層の組成は、ＥＤＸ測定用装置（日本電子株式会社製、商品名：ＪＥＤ−２３００）を用いて、以下の表９の条件で測定した。例えば、前記断面サンプルのドメイン領域中の第一層における任意の１０点それぞれを測定して前記ｘ１の値を求め、求められた１０点の値の平均値を前記第一層におけるｘ１とした。ここで当該「任意の１０点」は、前記第一層中の互いに異なる結晶粒から選択した。また、前記ドメイン領域が前記多層構造を含む場合、前記ｘ１は、前記多層構造を構成している任意の１０か所の第一層それぞれのｘ１の平均値とした。第二層、第三層及び第四層の場合も同様の方法で求めた。結果を表６に示す。

【0098】

ＥＤＸ測定条件

【表9】

【0099】

＜ドメイン領域及びマトリックス領域の体積比率＞
ドメイン領域（第一層、第二層）及びマトリックス領域（第三層、第四層）の全体積を基準とした、前記ドメイン領域、前記マトリックス領域それぞれの体積比率は、Ｘ線回折測定（ＸＲＤ測定）用装置（株式会社リガク製、商品名：ＳｍａｒｔＬａｂ）を用いて、以下の表１０に示す条件で測定した。このとき、前記硬質被膜層が最表面にない試料を測定する場合は、機械研磨等で前記硬質被膜層を露出させてから測定を行った。また、測定する領域は、工具刃先の稜線から２ｍｍ以内の領域であって且つ平坦な領域とした。前記測定する領域を２か所選定し、それぞれの領域について少なくとも２回以上測定した。その結果、ドメイン領域を構成する第一層及び第二層、並びに、マトリックス領域を構成する第三層及び第四層は立方晶型の結晶構造を有していることが分かった。また、ドメイン領域とマトリックス領域の体積比率をリートベルト解析（株式会社リガク社製、解析ソフト名：ＰＤＸＬ）より定量的に推定することが可能であった。具体的には、表６における識別記号［１］〜［９］の硬質被膜層は、ドメイン領域及びマトリックス領域それぞれの体積比率が、８０体積％及び２０体積％であった。また、表６における識別記号［１０］の硬質被膜層は、ドメイン領域及びマトリックス領域それぞれの体積比率が、９０体積％及び１０体積％であった。

【0100】

【表10】

【0101】

【表11】

【0102】

≪切削試験≫
＜試験１：旋削加工試験＞
上述のようにして作製した試料（実施例１〜１０、比較例１、２及び５）の切削工具を用いて、以下の切削条件により逃げ面摩耗量（Ｖｂ）が０．２ｍｍとなるまで又は欠損（チッピング）が起きるまでの切削時間を測定するとともに刃先の最終損傷形態を観察した。その結果を表１２に示す。切削時間が長いほど耐摩耗性に優れる切削工具として評価することができる。
切削条件
被削材 ：インコネル７１８
周速 ：１２０ｍ／ｍｉｎ
切込み量（ａｐ）：０．５ｍｍ

【0103】

【表12】

【0104】

＜試験２：フライス加工試験＞
上述のようにして作製した試料（実施例１１〜２０、比較例３、４及び６）の切削工具を用いて、以下の切削条件により逃げ面摩耗量（Ｖｂ）が０．２ｍｍとなるまで又は欠損（チッピング）が起きるまでの切削時間を測定するとともに刃先の最終損傷形態を観察した。その結果を表１３に示す。切削時間が長いほど耐摩耗性に優れる切削工具として評価することができる。
切削条件
被削材 ：Ｔｉ合金（Ｔｉ６Ａｌ４Ｖ）
周速 ：１００ｍ／ｍｉｎ
切込み量（ａｐ）：１．０ｍｍ
切込み幅（ａｅ）：３０ｍｍ

【0105】

【表13】

【0106】

表１２の結果から実施例１〜１０の切削工具は、切削時間が１３分以上の良好な結果が得られた。また、実施例１〜１０の切削工具は、最終的な損傷形態が正常摩耗であった。一方比較例１、２及び５の切削工具は、切削時間がそれぞれ６分、１１分、１２分であった。また、比較例１の切削工具は欠損が観察された。比較例２及び５の切削工具はチッピングが観察された。実施例１〜１０の切削工具は、耐欠損性及び耐摩耗性に優れることが分かった。また、試験１の被削材は、高硬度で知られているインコネル７１８を用いていることから、実施例１〜１０の切削工具は、比較例１、２及び５の切削工具に比べて、インコネル７１８等の硬い被削材の高速連続加工に適していることが分かった。

【0107】

表１３の結果から、実施例１１〜２０の切削工具は、切削時間が６分以上の良好な結果が得られた。また、実施例１１〜２０の切削工具は、最終的な損傷形態が正常摩耗であった。一方比較例３、４及び６の切削工具は、切削時間がそれぞれ３分、２分、４分であった。また、比較例３の切削工具はチッピングが観察された。比較例４の切削工具は欠損が観察された。試験２の結果から実施例１１〜２０の切削工具は、比較例３、４及び６の切削工具に比べて、耐欠損性及び耐摩耗性に優れており、工具寿命も長いことが分かった。また、試験２の被削材は、高硬度で知られているＴｉ合金（Ｔｉ６Ａｌ４Ｖ）を用いていることから、実施例１１〜２０の切削工具は、比較例３、４及び６の切削工具に比べて、Ｔｉ合金（Ｔｉ６Ａｌ４Ｖ）等の硬い被削材の加工に適していることが分かった。

【0108】

以上のように本発明の実施形態及び実施例について説明を行なったが、上述の各実施形態及び各実施例の構成を適宜組み合わせることも当初から予定している。

【0109】

今回開示された実施の形態及び実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態及び実施例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、及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0110】

１０ ＣＶＤ装置、 １１ 基材、 １２ 基材セット治具、 １３ 反応容器、 １４ 調温装置、 １５ 第１ガス導入管、 １６ 第２ガス導入管、 １７ 第３ガス導入管、 １８ ガス導入管、 １９ ガス排気管、 ２０ ガス排気口、 ａ 領域ａ、ドメイン領域、 ｂ 領域ｂ、マトリックス領域。

【要約】

基材と前記基材を被覆する被膜とを含む表面被覆切削工具であって、前記被膜は、ドメイン領域とマトリックス領域とからなる硬質被膜層を含み、前記ドメイン領域は、前記マトリックス領域中に複数の部分に分かれ、分散した状態で存在している領域であり、前記ドメイン領域は、第一Ａｌｘ１Ｔｉ（１−ｘ１）化合物からなる第一層と第二Ａｌｘ２Ｔｉ（１−ｘ２）化合物からなる第二層とが互いに積層された構造を有し、前記マトリックス領域は、第三Ａｌｘ３Ｔｉ（１−ｘ３）化合物からなる第三層と第四Ａｌｘ４Ｔｉ（１−ｘ４）化合物からなる第四層とが互いに積層された構造を有し、前記第一ＡｌＴｉ化合物は立方晶型の結晶構造を有し、且つ前記第二ＡｌＴｉ化合物は立方晶型の結晶構造を有し、前記第三ＡｌＴｉ化合物は立方晶型の結晶構造を有し、且つ前記第四ＡｌＴｉ化合物は立方晶型の結晶構造を有し、前記ｘ１は、０．７５以上０．９以下であり、前記ｘ２は、０．４８以上０．５９以下であり、前記ｘ３は、０．７３以上０．８３以下であり、前記ｘ４は、０．５以上０．５７以下である、表面被覆切削工具。

【図1A】

【図1B】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】