知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022170884
(43)【公開日】2022-11-11
(54)【発明の名称】被覆切削工具
(51)【国際特許分類】
B23B 27/14 20060101AFI20221104BHJP
C23C 16/34 20060101ALI20221104BHJP
C23C 16/40 20060101ALI20221104BHJP
【ＦＩ】
B23B27/14 A
C23C16/34
C23C16/40
【審査請求】有
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021077156
(22)【出願日】2021-04-30
(71)【出願人】
【識別番号】000221144
【氏名又は名称】株式会社タンガロイ
(74)【代理人】
【識別番号】100079108
【弁理士】
【氏名又は名称】稲葉 良幸
(74)【代理人】
【識別番号】100109346
【弁理士】
【氏名又は名称】大貫 敏史
(74)【代理人】
【識別番号】100117189
【弁理士】
【氏名又は名称】江口 昭彦
(74)【代理人】
【識別番号】100134120
【弁理士】
【氏名又は名称】内藤 和彦
(72)【発明者】
【氏名】範 滄宇
【テーマコード（参考）】
3C046
4K030
【Ｆターム（参考）】
3C046FF03
3C046FF10
3C046FF13
3C046FF16
3C046FF22
3C046FF25
3C046FF27
4K030AA03
4K030AA13
4K030AA14
4K030AA17
4K030BA38
4K030BA43
4K030BB13
4K030CA03
4K030CA11
4K030DA03
4K030FA10
4K030JA01
4K030LA22
(57)【要約】 （修正有）
【課題】本発明は、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。
【解決手段】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が、基材１側から被覆層４の表面側に向かって、下部層２及び上部層３をこの順で含み、下部層２の表面に上部層３が形成されており、下部層が、（ＡｌxＴｉ1-x）Ｎで表される組成を有する化合物を含有し、下部層２の平均厚さが、１．０μｍ以上１５．０μｍ以下であり、上部層３が、α型Ａｌ2Ｏ3からなるα型Ａｌ2Ｏ3層を含有し、上部層３の平均厚さが、０．５μｍ以上１５．０μｍ以下であり、α型Ａｌ2Ｏ3層において、（１，１，６）面の組織係数ＴＣ（１，１，６）が、２．０以上６．０以下である、被覆切削工具。
【選択図】図１
【解決手段】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が、基材１側から被覆層４の表面側に向かって、下部層２及び上部層３をこの順で含み、下部層２の表面に上部層３が形成されており、下部層が、（ＡｌxＴｉ1-x）Ｎで表される組成を有する化合物を含有し、下部層２の平均厚さが、１．０μｍ以上１５．０μｍ以下であり、上部層３が、α型Ａｌ2Ｏ3からなるα型Ａｌ2Ｏ3層を含有し、上部層３の平均厚さが、０．５μｍ以上１５．０μｍ以下であり、α型Ａｌ2Ｏ3層において、（１，１，６）面の組織係数ＴＣ（１，１，６）が、２．０以上６．０以下である、被覆切削工具。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
基材と、該基材の表面に形成された被覆層とを備え、
前記被覆層が、前記基材側から前記被覆層の表面側に向かって、下部層及び上部層をこの順で含み、前記下部層の表面に前記上部層が形成されており、
前記下部層が、下記式（１）で表される組成を有する化合物を含有し、
（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元素の原子比を表し、０．７０≦ｘ≦０．９０を満足する。］、
前記下部層の平均厚さが、１．０μｍ以上１５．０μｍ以下であり、
前記上部層が、α型Ａｌ2Ｏ3からなるα型Ａｌ2Ｏ3層を含有し、
前記上部層の平均厚さが、０．５μｍ以上１５．０μｍ以下であり、
前記α型Ａｌ2Ｏ3層において、下記式（２）で表される（１，１，６）面の組織係数ＴＣ（１，１，６）が、２．０以上６．０以下である、被覆切削工具。
（式（２）中、Ｉ（ｈ，ｋ，ｌ）は、α型Ａｌ2Ｏ3層のＸ線回折における（ｈ，ｋ，ｌ）面のピーク強度を示し、Ｉ0（ｈ，ｋ，ｌ）は、α型Ａｌ2Ｏ3のＪＣＰＤＳカード番号１０－０１７３における（ｈ，ｋ，ｌ）面の標準回折強度を示し、（ｈ，ｋ，ｌ）は、（０，１，２）、（１，０，４）、（１，１，３）、（０，２，４）、（１，１，６）、（１，２，４）、（３，０，０）、（０，０，１２）及び（０，２，１０）の９つの結晶面を指す。）
前記被覆層が、前記基材側から前記被覆層の表面側に向かって、下部層及び上部層をこの順で含み、前記下部層の表面に前記上部層が形成されており、
前記下部層が、下記式（１）で表される組成を有する化合物を含有し、
（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元素の原子比を表し、０．７０≦ｘ≦０．９０を満足する。］、
前記下部層の平均厚さが、１．０μｍ以上１５．０μｍ以下であり、
前記上部層が、α型Ａｌ2Ｏ3からなるα型Ａｌ2Ｏ3層を含有し、
前記上部層の平均厚さが、０．５μｍ以上１５．０μｍ以下であり、
前記α型Ａｌ2Ｏ3層において、下記式（２）で表される（１，１，６）面の組織係数ＴＣ（１，１，６）が、２．０以上６．０以下である、被覆切削工具。
【数1】
【請求項2】
前記α型Ａｌ2Ｏ3層において、下記式（３）で表される（０，２，１０）面の組織係数ＴＣ（０，２，１０）が、１．０以上３．０以下である、請求項１に記載の被覆切削工具。
（式（３）中、Ｉ（ｈ，ｋ，ｌ）は、α型Ａｌ2Ｏ3層のＸ線回折における（ｈ，ｋ，ｌ）面のピーク強度を示し、Ｉ0（ｈ，ｋ，ｌ）は、α型Ａｌ2Ｏ3のＪＣＰＤＳカード番号１０－０１７３における（ｈ，ｋ，ｌ）面の標準回折強度を示し、（ｈ，ｋ，ｌ）は、（０，１，２）、（１，０，４）、（１，１，３）、（０，２，４）、（１，１，６）、（１，２，４）、（３，０，０）、（０，０，１２）及び（０，２，１０）の９つの結晶面を指す。）
【数2】
【請求項3】
前記α型Ａｌ2Ｏ3層において、下記式（４）で表される（０，０，１２）面の組織係数ＴＣ（０，０，１２）が、１．０以上４．０以下である、請求項１又は２に記載の被覆切削工具。
（式（４）中、Ｉ（ｈ，ｋ，ｌ）は、α型Ａｌ2Ｏ3層のＸ線回折における（ｈ，ｋ，ｌ）面のピーク強度を示し、Ｉ0（ｈ，ｋ，ｌ）は、α型Ａｌ2Ｏ3のＪＣＰＤＳカード番号１０－０１７３における（ｈ，ｋ，ｌ）面の標準回折強度を示し、（ｈ，ｋ，ｌ）は、（０，１，２）、（１，０，４）、（１，１，３）、（０，２，４）、（１，１，６）、（１，２，４）、（３，０，０）、（０，０，１２）及び（０，２，１０）の９つの結晶面を指す。）
【数3】
【請求項4】
前記α型Ａｌ2Ｏ3層において、前記組織係数ＴＣ（１，１，６）、下記式（３）で表される（０，２，１０）面の組織係数ＴＣ（０，２，１０）、及び、下記式（４）で表される（０，０，１２）面の組織係数ＴＣ（０，０，１２）の合計が、５．０以上８．５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。
（式（３）及び（４）中、Ｉ（ｈ，ｋ，ｌ）は、α型Ａｌ2Ｏ3層のＸ線回折における（ｈ，ｋ，ｌ）面のピーク強度を示し、Ｉ0（ｈ，ｋ，ｌ）は、α型Ａｌ2Ｏ3のＪＣＰＤＳカード番号１０－０１７３における（ｈ，ｋ，ｌ）面の標準回折強度を示し、（ｈ，ｋ，ｌ）は、（０，１，２）、（１，０，４）、（１，１，３）、（０，２，４）、（１，１，６）、（１，２，４）、（３，０，０）、（０，０，１２）及び（０，２，１０）の９つの結晶面を指す。）
【数4】
【請求項5】
前記α型Ａｌ2Ｏ3層の粒子の平均粒径が、０．２μｍ以上０．５μｍ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】
前記被覆層全体の平均厚さが、２．０μｍ以上２０．０μｍ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】
前記基材が、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１～６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。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てなる被覆切削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、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てなる被覆切削工具は、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、硬質材料で被覆され、ＣＶＤによって塗布された複数の層を有する物体であって、Ｔｉ1-xＡｌxＮ層及び／又はＴｉ1-xＡｌxＣ層及び／又はＴｉ1-xＡｌxＣＮ層（各式中、０．７≦ｘ≦０．９である）の上にＡｌ2Ｏ3層が外層として配置され、ＴｉＮ層及び／又はＴｉＣＮ層は、超硬合金、サーメット、又はセラミックからなる基体本体に対する接合層であり、Ｔｉ1-xＡｌxＮ層及び／又はＴｉ1-xＡｌxＣＮ層が六方晶ＡｌＮを含有し、六方晶ＡｌＮが２５％以下で存在する、硬質材料で被覆された物体が開示されている。
【0005】
例えば、特許文献２には、基材及びコーティングを含むコーティング付き切削工具であって、コーティングが、厚さ４～１４μｍのＴｉ1-xＡｌxＮの内層、０．０５～１μｍのＴｉＣＮの中間層、及び１～９μｍのα－Ａｌ2Ｏ3の少なくとも１つの外層を含み、前記α－Ａｌ2Ｏ3層が、ＣｕＫα線及びシータ－２シータスキャンを使用して測定した場合にＸ線回折パターンを示し、テクスチャー係数ＴＣ（ｈ，ｋ，ｌ）がＨａｒｒｉｓ式
［式中、使用される（ｈ，ｋ，ｌ）反射は（０，２，４）、（１，１，６）、（３，０，０）、及び（０，０，１２）であり、Ｉ（ｈ，ｋ，ｌ）＝（ｈ，ｋ，ｌ）反射の測定される強度（ピーク強度）、Ｉ０（ｈ，ｋ，ｌ）＝ＩＣＤＤのＰＤＦカードＮｏ．００－０４２－１４６８による標準強度、ｎ＝計算に使用される反射の数である］にしたがって定義され、３＜ＴＣ（０，０，１２）＜４であることを特徴とするコーティング付き切削工具が開示されている。
【数1】
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特表２０１１－５１６７２２号公報
【特許文献2】特表２０２０－５０６８１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
近年の切削加工における省力化及び省エネ化の要求は強く、これに伴い、切削加工は一段と高速化及び高効率化の傾向にある。そのため、被覆切削工具には、より一層、耐摩耗性が求められるとともに、長期の使用に亘って優れた耐チッピング性及び耐欠損性が求められている。
特許文献１には、硬質材料で被覆された物体がＡｌ2Ｏ3層を有することが開示されているが、Ａｌ2Ｏ3層の特性に関しては、一切考慮されていない。そのため、特許文献１に記載の硬質材料で被覆された物体は、耐摩耗性や耐欠損性が不十分であり、改善の余地がある。
特許文献２に記載のコーティング付き切削工具は、（０，０，１２）面に配向したα－Ａｌ2Ｏ3層を含むので、耐クレータ摩耗性は向上している。しかしながら、（０，０，１２）面に配向したα－Ａｌ2Ｏ3層は、内層のＴｉＡｌＮ層との密着性が不十分な場合がある。このため、特許文献２に記載のコーティング付き切削工具は、粒子脱落に起因したチッピングが生じる場合があり、耐欠損性が不十分であり、改善の余地がある。
特許文献１には、硬質材料で被覆された物体がＡｌ2Ｏ3層を有することが開示されているが、Ａｌ2Ｏ3層の特性に関しては、一切考慮されていない。そのため、特許文献１に記載の硬質材料で被覆された物体は、耐摩耗性や耐欠損性が不十分であり、改善の余地がある。
特許文献２に記載のコーティング付き切削工具は、（０，０，１２）面に配向したα－Ａｌ2Ｏ3層を含むので、耐クレータ摩耗性は向上している。しかしながら、（０，０，１２）面に配向したα－Ａｌ2Ｏ3層は、内層のＴｉＡｌＮ層との密着性が不十分な場合がある。このため、特許文献２に記載のコーティング付き切削工具は、粒子脱落に起因したチッピングが生じる場合があり、耐欠損性が不十分であり、改善の余地がある。
【0008】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、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を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明者は、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。その結果、被覆切削工具の被覆層として、特定の組成の化合物層を含有する下部層と、α型Ａｌ2Ｏ3層を含有する上部層とをこの順で含み、α型Ａｌ2Ｏ3層における（１，１，６）面の組織係数ＴＣ（１，１，６）を特定の範囲に制御とすることで、耐クレータ摩耗性に優れるだけでなく、密着性が向上するため特に耐欠損性に優れ、その結果、被覆切削工具の工具寿命を延長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、本発明の要旨は以下の通りである。
［１］
基材と、該基材の表面に形成された被覆層とを備え、
前記被覆層が、前記基材側から前記被覆層の表面側に向かって、下部層及び上部層をこの順で含み、前記下部層の表面に前記上部層が形成されており、
前記下部層が、下記式（１）で表される組成を有する化合物を含有し、
（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元素の原子比を表し、０．７０≦ｘ≦０．９０を満足する。］、
前記下部層の平均厚さが、１．０μｍ以上１５．０μｍ以下であり、
前記上部層が、α型Ａｌ2Ｏ3からなるα型Ａｌ2Ｏ3層を含有し、
前記上部層の平均厚さが、０．５μｍ以上１５．０μｍ以下であり、
前記α型Ａｌ2Ｏ3層において、下記式（２）で表される（１，１，６）面の組織係数ＴＣ（１，１，６）が、２．０以上６．０以下である、被覆切削工具。
（式（２）中、Ｉ（ｈ，ｋ，ｌ）は、α型Ａｌ2Ｏ3層のＸ線回折における（ｈ，ｋ，ｌ）面のピーク強度を示し、Ｉ0（ｈ，ｋ，ｌ）は、α型Ａｌ2Ｏ3のＪＣＰＤＳカード番号１０－０１７３における（ｈ，ｋ，ｌ）面の標準回折強度を示し、（ｈ，ｋ，ｌ）は、（０，１，２）、（１，０，４）、（１，１，３）、（０，２，４）、（１，１，６）、（１，２，４）、（３，０，０）、（０，０，１２）及び（０，２，１０）の９つの結晶面を指す。）
［２］
前記α型Ａｌ2Ｏ3層において、下記式（３）で表される（０，２，１０）面の組織係数ＴＣ（０，２，１０）が、１．０以上３．０以下である、［１］に記載の被覆切削工具。
（式（３）中、Ｉ（ｈ，ｋ，ｌ）は、α型Ａｌ2Ｏ3層のＸ線回折における（ｈ，ｋ，ｌ）面のピーク強度を示し、Ｉ0（ｈ，ｋ，ｌ）は、α型Ａｌ2Ｏ3のＪＣＰＤＳカード番号１０－０１７３における（ｈ，ｋ，ｌ）面の標準回折強度を示し、（ｈ，ｋ，ｌ）は、（０，１，２）、（１，０，４）、（１，１，３）、（０，２，４）、（１，１，６）、（１，２，４）、（３，０，０）、（０，０，１２）及び（０，２，１０）の９つの結晶面を指す。）
［３］
前記α型Ａｌ2Ｏ3層において、下記式（４）で表される（０，０，１２）面の組織係数ＴＣ（０，０，１２）が、１．０以上４．０以下である、［１］又は［２］に記載の被覆切削工具。
（式（４）中、Ｉ（ｈ，ｋ，ｌ）は、α型Ａｌ2Ｏ3層のＸ線回折における（ｈ，ｋ，ｌ）面のピーク強度を示し、Ｉ0（ｈ，ｋ，ｌ）は、α型Ａｌ2Ｏ3のＪＣＰＤＳカード番号１０－０１７３における（ｈ，ｋ，ｌ）面の標準回折強度を示し、（ｈ，ｋ，ｌ）は、（０，１，２）、（１，０，４）、（１，１，３）、（０，２，４）、（１，１，６）、（１，２，４）、（３，０，０）、（０，０，１２）及び（０，２，１０）の９つの結晶面を指す。）
［４］
前記α型Ａｌ2Ｏ3層において、前記組織係数ＴＣ（１，１，６）、下記式（３）で表される（０，２，１０）面の組織係数ＴＣ（０，２，１０）、及び、下記式（４）で表される（０，０，１２）面の組織係数ＴＣ（０，０，１２）の合計が、５．０以上８．５以下である、［１］～［３］のいずれかに記載の被覆切削工具。
（式（３）及び（４）中、Ｉ（ｈ，ｋ，ｌ）は、α型Ａｌ2Ｏ3層のＸ線回折における（ｈ，ｋ，ｌ）面のピーク強度を示し、Ｉ0（ｈ，ｋ，ｌ）は、α型Ａｌ2Ｏ3のＪＣＰＤＳカード番号１０－０１７３における（ｈ，ｋ，ｌ）面の標準回折強度を示し、（ｈ，ｋ，ｌ）は、（０，１，２）、（１，０，４）、（１，１，３）、（０，２，４）、（１，１，６）、（１，２，４）、（３，０，０）、（０，０，１２）及び（０，２，１０）の９つの結晶面を指す。）
［５］
前記α型Ａｌ2Ｏ3層の粒子の平均粒径が、０．２μｍ以上０．５μｍ以下である、［１］～［４］のいずれか記載の被覆切削工具。
［６］
前記被覆層全体の平均厚さが、２．０μｍ以上２０．０μｍ以下である、［１］～［５］のいずれかに記載の被覆切削工具。
［７］
前記基材が、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。
［１］
基材と、該基材の表面に形成された被覆層とを備え、
前記被覆層が、前記基材側から前記被覆層の表面側に向かって、下部層及び上部層をこの順で含み、前記下部層の表面に前記上部層が形成されており、
前記下部層が、下記式（１）で表される組成を有する化合物を含有し、
（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元素の原子比を表し、０．７０≦ｘ≦０．９０を満足する。］、
前記下部層の平均厚さが、１．０μｍ以上１５．０μｍ以下であり、
前記上部層が、α型Ａｌ2Ｏ3からなるα型Ａｌ2Ｏ3層を含有し、
前記上部層の平均厚さが、０．５μｍ以上１５．０μｍ以下であり、
前記α型Ａｌ2Ｏ3層において、下記式（２）で表される（１，１，６）面の組織係数ＴＣ（１，１，６）が、２．０以上６．０以下である、被覆切削工具。
【数2】
［２］
前記α型Ａｌ2Ｏ3層において、下記式（３）で表される（０，２，１０）面の組織係数ＴＣ（０，２，１０）が、１．０以上３．０以下である、［１］に記載の被覆切削工具。
【数3】
［３］
前記α型Ａｌ2Ｏ3層において、下記式（４）で表される（０，０，１２）面の組織係数ＴＣ（０，０，１２）が、１．０以上４．０以下である、［１］又は［２］に記載の被覆切削工具。
【数4】
［４］
前記α型Ａｌ2Ｏ3層において、前記組織係数ＴＣ（１，１，６）、下記式（３）で表される（０，２，１０）面の組織係数ＴＣ（０，２，１０）、及び、下記式（４）で表される（０，０，１２）面の組織係数ＴＣ（０，０，１２）の合計が、５．０以上８．５以下である、［１］～［３］のいずれかに記載の被覆切削工具。
【数5】
［５］
前記α型Ａｌ2Ｏ3層の粒子の平均粒径が、０．２μｍ以上０．５μｍ以下である、［１］～［４］のいずれか記載の被覆切削工具。
［６］
前記被覆層全体の平均厚さが、２．０μｍ以上２０．０μｍ以下である、［１］～［５］のいずれかに記載の被覆切削工具。
［７］
前記基材が、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】
【0012】
【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】
【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、該基材の表面に形成された被覆層とを備え、被覆層が、基材側から被覆層の表面側に向かって、下部層及び上部層をこの順で含み、下部層の表面に上部層が形成されており、下部層が、下記式（１）で表される組成を有する化合物を含有し、
（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元素の原子比を表し、０．７０≦ｘ≦０．９０を満足する。］、
下部層の平均厚さが、１．０μｍ以上１５．０μｍ以下であり、上部層が、α型Ａｌ2Ｏ3からなるα型Ａｌ2Ｏ3層を含有し、上部層の平均厚さが、０．５μｍ以上１５．０μｍ以下であり、α型Ａｌ2Ｏ3層において、下記式（２）で表される（１，１，６）面の組織係数ＴＣ（１，１，６）が、２．０以上６．０以下である。
（式（２）中、Ｉ（ｈ，ｋ，ｌ）は、α型Ａｌ2Ｏ3層のＸ線回折における（ｈ，ｋ，ｌ）面のピーク強度を示し、Ｉ0（ｈ，ｋ，ｌ）は、α型Ａｌ2Ｏ3のＪＣＰＤＳカード番号１０－０１７３における（ｈ，ｋ，ｌ）面の標準回折強度を示し、（ｈ，ｋ，ｌ）は、（０，１，２）、（１，０，４）、（１，１，３）、（０，２，４）、（１，１，６）、（１，２，４）、（３，０，０）、（０，０，１２）及び（０，２，１０）の９つの結晶面を指す。）
（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元素の原子比を表し、０．７０≦ｘ≦０．９０を満足する。］、
下部層の平均厚さが、１．０μｍ以上１５．０μｍ以下であり、上部層が、α型Ａｌ2Ｏ3からなるα型Ａｌ2Ｏ3層を含有し、上部層の平均厚さが、０．５μｍ以上１５．０μｍ以下であり、α型Ａｌ2Ｏ3層において、下記式（２）で表される（１，１，６）面の組織係数ＴＣ（１，１，６）が、２．０以上６．０以下である。
【数6】
【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、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、被覆層が、基材側から被覆層の表面側に向かって、下部層及び上部層をこの順で含み、下部層の表面に上部層が形成されており、下部層が上記式（１）で表される組成を有する化合物を含有する。被覆層は、上記式（１）におけるＡｌ元素の原子比ｘが、０．７０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。また、被覆層は、上記式（１）におけるＡｌ元素の原子比ｘが０．９０以下であると、Ｔｉを含有することによる靭性が向上するので、サーマルクラックの発生を抑制することができる。この結果、本実施形態の被覆切削工具は、耐欠損性が向上する。また、本実施形態の被覆切削工具は、下部層の平均厚さが１．０μｍ以上であることにより、耐摩耗性が向上する。一方、本実施形態の被覆切削工具は、下部層の平均厚さが１５．０μｍ以下であることにより、基材（例えば、超硬合金）との密着性が向上し、サーマルクラックの発生を抑制することができ、耐欠損性が向上する。また、本実施形態の被覆切削工具は、上部層がα型Ａｌ2Ｏ3からなるα型Ａｌ2Ｏ3層を含有することにより、硬くなるため、耐摩耗性が向上する。また、上部層の平均厚さが、０．５μｍ以上であると、被覆切削工具の耐クレータ摩耗が向上する。一方、上部層の平均厚さが、１５．０μｍ以下であると、粒径の粗大化を抑制することができるため、チッピングを要因とする欠損の発生を抑制することができる。その結果、本実施形態の被覆切削工具は耐欠損性が向上する。また、本実施形態の被覆切削工具は、α型Ａｌ2Ｏ3層において、（１，１，６）面の組織係数ＴＣ（１，１，６）が、２．０以上であることにより、密着性が向上するため、耐欠損性に優れる。一方、本実施形態の被覆切削工具は、α型Ａｌ2Ｏ3層において、（１，１，６）面の組織係数ＴＣ（１，１，６）が、６．０以下であると、相対的に（０，０，１２）面又は（０，２，１０）面の組織係数ＴＣの割合が大きくなるため、耐クレータ摩耗性が向上する。
そして、これらの構成が組み合わされることにより、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。
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、上部層３がこの順序で上方向（基材側から被覆層の表面側）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、セラミックス又は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は、その平均厚さが、２．０μｍ以上２０．０μｍ以下であることが好ましく、これにより耐摩耗性が向上する。本実施形態の被覆切削工具は、被覆層全体の平均厚さが２．０μｍ以上であると、耐摩耗性が向上し、被覆層全体の平均厚さが２０．０μｍ以下であると、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、本実施形態に用いる被覆層の平均厚さは、３．０μｍ以上１９．５μｍ以下であることがより好ましく、４．０μｍ以上１９．１μｍ以下であることがさらに好ましい。
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。
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。
【0021】
［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元素の原子比を表し、０．７０≦ｘ≦０．９０を満足する。］
本実施形態の被覆切削工具は、基材と上部層との間に、このような下部層を備えると、耐摩耗性及び密着性が向上する。
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元素の原子比を表し、０．７０≦ｘ≦０．９０を満足する。］
本実施形態の被覆切削工具は、基材と上部層との間に、このような下部層を備えると、耐摩耗性及び密着性が向上する。
【0022】
被覆層は、上記式（１）におけるＡｌ元素の原子比ｘが、０．７０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。また、被覆層は、上記式（１）におけるＡｌ元素の原子比ｘが０．９０以下であると、Ｔｉを含有することによる靭性が向上するので、サーマルクラックの発生を抑制することができる。この結果、本実施形態の被覆切削工具は、耐欠損性が向上する。同様の観点から、上記式（１）におけるＡｌ元素の原子比ｘは、０．７０以上０．８９以下であると好ましい。
【0023】
なお、本実施形態の被覆切削工具において、例えば、被覆層の組成を（Ａｌ0.80Ｔｉ0.20）Ｎと表記する場合は、Ａｌ元素とＴｉ元素との合計に対するＡｌ元素の原子比が０．８０、Ａｌ元素とＴｉ元素との合計に対するＴｉ元素の原子比が０．２０であることを表す。すなわち、Ａｌ元素とＴｉ元素との合計に対するＡｌ元素の量が８０原子％、Ａｌ元素とＴｉ元素との合計に対するＴｉ元素の量が２０原子％であることを意味する。
【0024】
なお、本実施形態において、下部層は、上記式（１）で表される組成を有する化合物を含有していればよく、本発明の作用効果を奏する限りにおいて、上記式（１）で表される組成を有する化合物以外の成分を含んでもよく、含まなくてもよい。
【0025】
本実施形態に用いる下部層の平均厚さは、１．０μｍ以上１５．０μｍ以下である。本実施形態の被覆切削工具は、下部層の平均厚さが１．０μｍ以上であることにより、耐摩耗性が向上する。一方、本実施形態の被覆切削工具は、下部層の平均厚さが１５．０μｍ以下であることにより、基材（例えば、超硬合金）との密着性が向上し、サーマルクラックの発生を抑制することができ、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、１．２μｍ以上１４．０μｍ以下であることが好ましく、１．４μｍ以上１３．０μｍ以下であるとより好ましい。
【0026】
［上部層］
本実施形態に用いる上部層は、α型Ａｌ2Ｏ3からなるα型Ａｌ2Ｏ3層を含有する。本実施形態の被覆切削工具は、上部層がα型Ａｌ2Ｏ3からなるα型Ａｌ2Ｏ3層を含有することにより、硬くなるため、耐摩耗性が向上する。
本実施形態に用いる上部層は、α型Ａｌ2Ｏ3からなるα型Ａｌ2Ｏ3層を含有する。本実施形態の被覆切削工具は、上部層がα型Ａｌ2Ｏ3からなるα型Ａｌ2Ｏ3層を含有することにより、硬くなるため、耐摩耗性が向上する。
【0027】
また、本実施形態の被覆切削工具は、上部層の平均厚さが０．５μｍ以上１５．０μｍ以下である。上部層の平均厚さが、０．５μｍ以上であると、被覆切削工具の耐クレータ摩耗が向上する。一方、上部層の平均厚さが、１５．０μｍ以下であると、粒径の粗大化を抑制することができるため、チッピングを要因とする欠損の発生を抑制することができる。その結果、本実施形態の被覆切削工具は耐欠損性が向上する。同様の観点から、上部層の平均厚さが０．６μｍ以上１４．５μｍ以下であることが好ましく、０．６μｍ以上１４．０μｍ以下であるとより好ましい。
【0028】
また、本実施形態の被覆切削工具は、α型Ａｌ2Ｏ3層において、下記式（２）で表される（１，１，６）面の組織係数ＴＣ（１，１，６）が、２．０以上６．０以下である。
（式（２）中、Ｉ（ｈ，ｋ，ｌ）は、α型Ａｌ2Ｏ3層のＸ線回折における（ｈ，ｋ，ｌ）面のピーク強度を示し、Ｉ0（ｈ，ｋ，ｌ）は、α型Ａｌ2Ｏ3のＪＣＰＤＳカード番号１０－０１７３における（ｈ，ｋ，ｌ）面の標準回折強度を示し、（ｈ，ｋ，ｌ）は、（０，１，２）、（１，０，４）、（１，１，３）、（０，２，４）、（１，１，６）、（１，２，４）、（３，０，０）、（０，０，１２）及び（０，２，１０）の９つの結晶面を指す。）
本実施形態の被覆切削工具は、α型Ａｌ2Ｏ3層において、上記式（２）で表される（１，１，６）面の組織係数ＴＣ（１，１，６）が、２．０以上であることにより、密着性が向上するため、耐欠損性に優れる。一方、本実施形態の被覆切削工具は、α型Ａｌ2Ｏ3層において、上記式（２）で表される（１，１，６）面の組織係数ＴＣ（１，１，６）が、６．０以下であると、相対的に（０，０，１２）面又は（０，２，１０）面の組織係数ＴＣの割合が大きくなるため、耐クレータ摩耗性が向上する。同様の観点から、α型Ａｌ2Ｏ3層において、上記式（２）で表される（１，１，６）面の組織係数ＴＣ（１，１，６）は、２．１以上５．９以下であることが好ましい。
なお、α型Ａｌ2Ｏ3層において、（１，１，６）面は、（０，０，１２）面から４２．３°傾いた配向である。
【数7】
本実施形態の被覆切削工具は、α型Ａｌ2Ｏ3層において、上記式（２）で表される（１，１，６）面の組織係数ＴＣ（１，１，６）が、２．０以上であることにより、密着性が向上するため、耐欠損性に優れる。一方、本実施形態の被覆切削工具は、α型Ａｌ2Ｏ3層において、上記式（２）で表される（１，１，６）面の組織係数ＴＣ（１，１，６）が、６．０以下であると、相対的に（０，０，１２）面又は（０，２，１０）面の組織係数ＴＣの割合が大きくなるため、耐クレータ摩耗性が向上する。同様の観点から、α型Ａｌ2Ｏ3層において、上記式（２）で表される（１，１，６）面の組織係数ＴＣ（１，１，６）は、２．１以上５．９以下であることが好ましい。
なお、α型Ａｌ2Ｏ3層において、（１，１，６）面は、（０，０，１２）面から４２．３°傾いた配向である。
【0029】
また、本実施形態の被覆切削工具は、α型Ａｌ2Ｏ3層において、下記式（３）で表される（０，２，１０）面の組織係数ＴＣ（０，２，１０）（以下、単に「組織係数ＴＣ（０，２，１０）」とも記す）が、１．０以上３．０以下であることが好ましい。
（式（３）中、Ｉ（ｈ，ｋ，ｌ）は、α型Ａｌ2Ｏ3層のＸ線回折における（ｈ，ｋ，ｌ）面のピーク強度を示し、Ｉ0（ｈ，ｋ，ｌ）は、α型Ａｌ2Ｏ3のＪＣＰＤＳカード番号１０－０１７３における（ｈ，ｋ，ｌ）面の標準回折強度を示し、（ｈ，ｋ，ｌ）は、（０，１，２）、（１，０，４）、（１，１，３）、（０，２，４）、（１，１，６）、（１，２，４）、（３，０，０）、（０，０，１２）及び（０，２，１０）の９つの結晶面を指す。）
本実施形態の被覆切削工具は、α型Ａｌ2Ｏ3層において、組織係数ＴＣ（０，２，１０）が、１．０以上であることにより、耐クレータ摩耗性及び耐欠損性が向上する傾向にある。一方、本実施形態の被覆切削工具は、α型Ａｌ2Ｏ3層において、組織係数ＴＣ（０，２，１０）が、３．０以下であると、下部層との密着性が向上するため、チッピングを要因とする欠損の発生を抑制することができる傾向にある。その結果、本実施形態の被覆切削工具は、耐クレータ摩耗性又は耐欠損性が向上する傾向にある。同様の観点から、α型Ａｌ2Ｏ3層において、組織係数ＴＣ（０，２，１０）は、１．２以上２．９以下であることがより好ましく、１．３以上２．８以下であることがさらに好ましい。
なお、α型Ａｌ2Ｏ3層において、（０，２，１０）面は、（０，０，１２）面から３０．８°傾いた配向であるため、（０，０，１２）面と（１，１，６）面との中間的な性質と考えられる。
【数8】
本実施形態の被覆切削工具は、α型Ａｌ2Ｏ3層において、組織係数ＴＣ（０，２，１０）が、１．０以上であることにより、耐クレータ摩耗性及び耐欠損性が向上する傾向にある。一方、本実施形態の被覆切削工具は、α型Ａｌ2Ｏ3層において、組織係数ＴＣ（０，２，１０）が、３．０以下であると、下部層との密着性が向上するため、チッピングを要因とする欠損の発生を抑制することができる傾向にある。その結果、本実施形態の被覆切削工具は、耐クレータ摩耗性又は耐欠損性が向上する傾向にある。同様の観点から、α型Ａｌ2Ｏ3層において、組織係数ＴＣ（０，２，１０）は、１．２以上２．９以下であることがより好ましく、１．３以上２．８以下であることがさらに好ましい。
なお、α型Ａｌ2Ｏ3層において、（０，２，１０）面は、（０，０，１２）面から３０．８°傾いた配向であるため、（０，０，１２）面と（１，１，６）面との中間的な性質と考えられる。
【0030】
また、本実施形態の被覆切削工具は、α型Ａｌ2Ｏ3層において、下記式（４）で表される（０，０，１２）面の組織係数ＴＣ（０，０，１２）（以下、単に「組織係数ＴＣ（０，０，１２）」とも記す）が、１．０以上４．０以下であることが好ましい。
（式（４）中、Ｉ（ｈ，ｋ，ｌ）は、α型Ａｌ2Ｏ3層のＸ線回折における（ｈ，ｋ，ｌ）面のピーク強度を示し、Ｉ0（ｈ，ｋ，ｌ）は、α型Ａｌ2Ｏ3のＪＣＰＤＳカード番号１０－０１７３における（ｈ，ｋ，ｌ）面の標準回折強度を示し、（ｈ，ｋ，ｌ）は、（０，１，２）、（１，０，４）、（１，１，３）、（０，２，４）、（１，１，６）、（１，２，４）、（３，０，０）、（０，０，１２）及び（０，２，１０）の９つの結晶面を指す。）
本実施形態の被覆切削工具は、α型Ａｌ2Ｏ3層において、組織係数ＴＣ（０，０，１２）が、１．０以上であることにより、耐クレータ摩耗性が向上する傾向にある。一方、本実施形態の被覆切削工具は、α型Ａｌ2Ｏ3層において、組織係数ＴＣ（０，０，１２）が、４．０以下であると、相対的に（１，１，６）面又は（０，２，１０）面の組織係数ＴＣの割合が大きくなるため、下部層との密着性が向上し、チッピングを要因とする欠損の発生を抑制することができる傾向にある。その結果、本実施形態の被覆切削工具は、耐欠損性が向上する傾向にある。同様の観点から、α型Ａｌ2Ｏ3層において、組織係数ＴＣ（０，０，１２）は、１．２以上３．８以下であることが好ましい。
【数9】
本実施形態の被覆切削工具は、α型Ａｌ2Ｏ3層において、組織係数ＴＣ（０，０，１２）が、１．０以上であることにより、耐クレータ摩耗性が向上する傾向にある。一方、本実施形態の被覆切削工具は、α型Ａｌ2Ｏ3層において、組織係数ＴＣ（０，０，１２）が、４．０以下であると、相対的に（１，１，６）面又は（０，２，１０）面の組織係数ＴＣの割合が大きくなるため、下部層との密着性が向上し、チッピングを要因とする欠損の発生を抑制することができる傾向にある。その結果、本実施形態の被覆切削工具は、耐欠損性が向上する傾向にある。同様の観点から、α型Ａｌ2Ｏ3層において、組織係数ＴＣ（０，０，１２）は、１．２以上３．８以下であることが好ましい。
【0031】
また、本実施形態の被覆切削工具は、α型Ａｌ2Ｏ3層において、組織係数ＴＣ（１，１，６）、組織係数ＴＣ（０，２，１０）及び組織係数ＴＣ（０，０，１２）の合計が、５．０以上８．５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、α型Ａｌ2Ｏ3層において、組織係数ＴＣ（１，１，６）、組織係数ＴＣ（０，２，１０）及び組織係数ＴＣ（０，０，１２）の合計が、５．０以上であることにより、耐クレータ摩耗性及び耐欠損性が向上する傾向にある。一方、本実施形態の被覆切削工具は、α型Ａｌ2Ｏ3層において、組織係数ＴＣ（１，１，６）、組織係数ＴＣ（０，２，１０）及び組織係数ＴＣ（０，０，１２）の合計が、８．５以下であると、製造するのが容易である。同様の観点から、α型Ａｌ2Ｏ3層において、組織係数ＴＣ（１，１，６）、組織係数ＴＣ（０，２，１０）及び組織係数ＴＣ（０，０，１２）の合計は、６．０以上８．３以下であることがより好ましく、６．４以上８．０以下であることがさらに好ましい。
本実施形態の被覆切削工具は、α型Ａｌ2Ｏ3層において、組織係数ＴＣ（１，１，６）、組織係数ＴＣ（０，２，１０）及び組織係数ＴＣ（０，０，１２）の合計が、５．０以上であることにより、耐クレータ摩耗性及び耐欠損性が向上する傾向にある。一方、本実施形態の被覆切削工具は、α型Ａｌ2Ｏ3層において、組織係数ＴＣ（１，１，６）、組織係数ＴＣ（０，２，１０）及び組織係数ＴＣ（０，０，１２）の合計が、８．５以下であると、製造するのが容易である。同様の観点から、α型Ａｌ2Ｏ3層において、組織係数ＴＣ（１，１，６）、組織係数ＴＣ（０，２，１０）及び組織係数ＴＣ（０，０，１２）の合計は、６．０以上８．３以下であることがより好ましく、６．４以上８．０以下であることがさらに好ましい。
【0032】
なお、本実施形態において、α型Ａｌ2Ｏ3層の各組織係数ＴＣは、後述の実施例に記載の方法により測定することができる。
【0033】
また、本実施形態の被覆切削工具は、α型Ａｌ2Ｏ3層の粒子の平均粒径が０．２μｍ以上０．５μｍ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、α型Ａｌ2Ｏ3層の粒子の平均粒径が０．２μｍ以上であることにより、製造するのが容易である。一方、本実施形態の被覆切削工具は、α型Ａｌ2Ｏ3層の粒子の平均粒径が、０．５μｍ以下であると、チッピングを要因とする欠損の発生を抑制することができる傾向にある。その結果、本実施形態の被覆切削工具は、耐欠損性が向上する傾向にある。同様の観点から、α型Ａｌ2Ｏ3層の粒子の平均粒径が０．２μｍ以上０．４μｍ以下であることがより好ましい。
【0034】
なお、本実施形態において、α型Ａｌ2Ｏ3層の粒子の平均粒径は、後述の実施例に記載の方法により測定することができる。
【0035】
また、本実施形態において、上部層は、α型酸化アルミニウム（α型Ａｌ2Ｏ3）を含有していればよく、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（α型Ａｌ2Ｏ3）以外の成分を含んでもよく、含まなくてもよい。
【0036】
本実施形態の被覆切削工具において、被覆層を構成する各層は、化学蒸着法によって形成されてもよく、物理蒸着法によって形成されてもよい。各層の形成方法の具体例としては、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】
（化学蒸着法）
まず、基材の表面に、下部層を化学蒸着法で形成する。次いで、下部層の表面に上部層を化学蒸着法で形成する。
まず、基材の表面に、下部層を化学蒸着法で形成する。次いで、下部層の表面に上部層を化学蒸着法で形成する。
【0038】
（下部層形成工程）
下部層は、原料組成をＴｉＣｌ4：０．２～０．５ｍｏｌ％、ＡｌＣｌ3：０．５～２．０ｍｏｌ％、ＮＨ3：２．０～５．０ｍｏｌ％、Ｈ2：残部とし、温度を７００～９００℃、圧力を３．０～５．０ｈＰａとする化学蒸着法で形成することができる。
下部層は、原料組成をＴｉＣｌ4：０．２～０．５ｍｏｌ％、ＡｌＣｌ3：０．５～２．０ｍｏｌ％、ＮＨ3：２．０～５．０ｍｏｌ％、Ｈ2：残部とし、温度を７００～９００℃、圧力を３．０～５．０ｈＰａとする化学蒸着法で形成することができる。
【0039】
下部層における上記式（１）で表される組成を制御するためには、下部層形成工程における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が挙げられる。例えば、下部層形成工程において、原料のＡｌＣｌ3／（ＡｌＣｌ3＋ＴｉＣｌ4）の比率を大きくすると、上記式（１）で表される組成におけるＡｌ元素の原子比ｘ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０．７０以上０．９０以下とすることにより、上記式（１）で表される組成におけるＡｌ元素の原子比ｘを上記特定の範囲に制御することができる傾向にある。
【0040】
（上部層形成工程）
上部層として、例えば、α型Ａｌ2Ｏ3からなるα型Ａｌ2Ｏ3層（以下、単に「Ａｌ2Ｏ3層」ともいう。）を以下のとおり形成することができる。
上部層として、例えば、α型Ａｌ2Ｏ3からなるα型Ａｌ2Ｏ3層（以下、単に「Ａｌ2Ｏ3層」ともいう。）を以下のとおり形成することができる。
【0041】
まず、下部層の表面上にα型Ａｌ2Ｏ3層の核を形成する（核形成工程）。α型Ａｌ2Ｏ3層の核形成工程は、原料組成をＡｌＣｌ3：１．０～２．５ｍｏｌ％、ＣＯ：０．０５～２．０ｍｏｌ％、ＣＯ2：１．０～３．０ｍｏｌ％、ＨＣｌ：２．０～３．０ｍｏｌ％、Ｈ2：残部とし、温度を７５０～８５０℃、圧力を６０～８０ｈＰａの条件で行う。核形成工程の時間は、３～７分であることが好ましい。
【0042】
その後、α型Ａｌ2Ｏ3層は、原料組成をＡｌＣｌ3：１．０～２．５ｍｏｌ％、ＣＯ2：１．２～２．５ｍｏｌ％、ＨＣｌ：２．０～３．０ｍｏｌ％、Ｈ2Ｓ：０．０５～０．１５ｍｏｌ％、Ｈ2：残部とし、温度を７５０～８５０℃、圧力を６０～８０ｈＰａとする化学蒸着法で形成される（成膜工程）。
【0043】
また、上部層において、α型Ａｌ2Ｏ3層の組織係数ＴＣ（１，１，６）を上記特定の範囲に制御する方法としては、例えば、上部層形成工程（核形成工程及び成膜工程）において、原料組成のＡｌＣｌ3の量を適宜調整する方法やＣＯ2の量を適宜調整する方法が挙げられる。具体的には、例えば、上部層形成工程において、原料組成のＡｌＣｌ3の量を少なくすると、α型Ａｌ2Ｏ3層の組織係数ＴＣ（１，１，６）が大きくなる傾向にある。このような傾向の理由は明らかではないが、例えば、Ａｌ2Ｏ3の既存の核の成長速度が遅く、新たな核生成が起こりやすい状態が効いていると考えられる。既存の核とは、すでに生成された核を指す。上部層形成工程において、原料組成のＡｌＣｌ3の量を少なくすると、Ａｌ2Ｏ3の既存の核の成長が遅くなるため、既存の核の成長の間に新たに別のＡｌ2Ｏ3の核が生成される。そうすると、基材表面に対して平行な方向にＡｌ2Ｏ3の既存の核が成長する前に、別の新たなＡｌ2Ｏ3の核にすぐに接触し、粒界の角度勾配が大きくなると推定している。この結果、（１，１，６）面に配向したα型Ａｌ2Ｏ3の結晶の割合が増大すると考えられる。また、原料組成のＣＯ2の量を少なくすると、α型Ａｌ2Ｏ3層の組織係数ＴＣ（１，１，６）が大きくなる傾向にある。このような傾向の理由は明らかではないが、例えば、Ａｌ2Ｏ3の核成長速度の影響と考えられる。
【0044】
また、上部層において、α型Ａｌ2Ｏ3層の組織係数ＴＣ（０，２，１０）を上記特定の範囲に制御する方法としては、例えば、上部層形成工程（核形成工程及び成膜工程）において、原料組成のＡｌＣｌ3の量を適宜調整する方法やＣＯ2の量を適宜調整する方法が挙げられる。具体的には、例えば、上部層形成工程において、原料組成のＡｌＣｌ3の量を少なくすると、α型Ａｌ2Ｏ3層の組織係数ＴＣ（０，２，１０）が大きくなる傾向にある。このような傾向の理由は明らかではないが、例えば、上記と同様に、Ａｌ2Ｏ3の既存の核の成長速度が遅く、新たな核生成が起こりやすい状態が効いていると考えられる。また、原料組成のＣＯ2の量を少なくすると、α型Ａｌ2Ｏ3層の組織係数ＴＣ（０，２，１０）が大きくなる傾向にある。このような傾向の理由は明らかではないが、例えば、Ａｌ2Ｏ3の核成長速度の影響と考えられる。ただし、α型Ａｌ2Ｏ3層の組織係数ＴＣ（１，１，６）が非常に大きくなると、相対的に組織係数ＴＣ（０，２，１０）は小さくなる傾向にある。
【0045】
また、上部層において、α型Ａｌ2Ｏ3層の組織係数ＴＣ（０，０，１２）を上記特定の範囲に制御する方法としては、例えば、上部層形成工程（核形成工程及び成膜工程）において、原料組成のＡｌＣｌ3の量を適宜調整する方法挙げられる。具体的には、例えば、上部層形成工程において、原料組成のＡｌＣｌ3の量を多くすると、α型Ａｌ2Ｏ3層の組織係数ＴＣ（０，０，１２）が大きくなる傾向にある。
【0046】
また、上部層において、α型Ａｌ2Ｏ3層の粒子の平均粒径を上記特定の範囲に制御する方法としては、例えば、上部層形成工程において、温度を適宜調整したり、原料組成のＡｌＣｌ3の量を適宜調整する方法が挙げられる。具体的には、例えば、上部層形成工程において、温度を低くすると、α型Ａｌ2Ｏ3層の粒子の平均粒径が小さくなる傾向にあり、また、原料組成のＡｌＣｌ3の量を少なくすると、α型Ａｌ2Ｏ3層の粒子の平均粒径が小さくなる傾向にある。より具体的には、例えば、上部層形成工程（核形成工程及び成膜工程）において、温度を７５０～８５０℃とし、原料組成のＡｌＣｌ3の量を１．０～２．５ｍｏｌ％とすることにより、α型Ａｌ2Ｏ3層の粒子の平均粒径を上記特定の範囲に制御することができる傾向にある。
また、上部層と接する下部層との界面を平滑とすることもα型Ａｌ2Ｏ3層の粒子の平均粒径に影響すると推測される。
また、上部層と接する下部層との界面を平滑とすることもα型Ａｌ2Ｏ3層の粒子の平均粒径に影響すると推測される。
【0047】
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）、又は電界放射型走査型電子顕微鏡（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、本実施形態の被覆切削工具の被覆層における各層の組成は、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。
【0048】
本実施形態の被覆切削工具は、優れた耐欠損性及び耐摩耗性を有することに起因して、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。
【実施例0049】
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。
【0050】
基材として、ＩＳＯ規格：ＳＥＭＴ１３Ｔ３のインサート形状に加工し、８７．２％ＷＣ－１２．０％Ｃｏ－０．８％Ｃｒ3Ｃ2（以上質量％）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。
【0051】
［発明品１～２１及び比較品１～９］
発明品１～２１及び比較品１～９については、基材の表面を洗浄した後、以下のとおり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２に示す原料組成、温度及び圧力の条件の下、表１に組成を示す下部層を、表１に示す平均厚さになるよう、基材の表面に形成した。その後、表３に示す条件で、下部層の表面上にα型Ａｌ2Ｏ3層の核を形成した。α型Ａｌ2Ｏ3層の核形成後、表４に示す原料組成、温度及び圧力の条件の下、表１に示す組成の上部層を、表１に示す平均厚さになるよう、下部層の表面に形成した。なお、比較品９については上部層を形成しなかった。こうして、発明品１～２１及び比較品１～９の被覆切削工具を得た。
発明品１～２１及び比較品１～９については、基材の表面を洗浄した後、以下のとおり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２に示す原料組成、温度及び圧力の条件の下、表１に組成を示す下部層を、表１に示す平均厚さになるよう、基材の表面に形成した。その後、表３に示す条件で、下部層の表面上にα型Ａｌ2Ｏ3層の核を形成した。α型Ａｌ2Ｏ3層の核形成後、表４に示す原料組成、温度及び圧力の条件の下、表１に示す組成の上部層を、表１に示す平均厚さになるよう、下部層の表面に形成した。なお、比較品９については上部層を形成しなかった。こうして、発明品１～２１及び比較品１～９の被覆切削工具を得た。
【0052】
【表1】
【0053】
【表2】
【0054】
【表3】
【0055】
【表4】
【0056】
［各層の平均厚さ］
得られた試料の各層の平均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。測定結果を表１に示す。
得られた試料の各層の平均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。測定結果を表１に示す。
【0057】
［各層の組成］
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。測定結果を表１に示す。
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。測定結果を表１に示す。
【0058】
［組織係数ＴＣ］
得られた試料について、Ｃｕ－Ｋα線を用いた２θ／θ集中法光学系のＸ線回折測定を、出力：５０ｋＶ、２５０ｍＡ、入射側ソーラースリット：５°、発散縦スリット：２／３°、発散縦制限スリット：５ｍｍ、散乱スリット：２／３°、受光側ソーラースリット：５°、受光スリット：０．３ｍｍ、ＢＥＮＴモノクロメータ、受光モノクロスリット：０．８ｍｍ、サンプリング幅：０．０１°、スキャンスピード：４°／ｍｉｎ、２θ測定範囲：２０°～１５５°とする条件で行った。装置は、株式会社リガク製のＸ線回折装置（型式「ＲＩＮＴ ＴＴＲＩＩＩ」）を用いた。Ｘ線回折図形からα型Ａｌ2Ｏ3層の各結晶面のピーク強度を求めた。得られた各結晶面のピーク強度から、α型Ａｌ2Ｏ3層における組織係数ＴＣ（１，１，６）、組織係数ＴＣ（０，２，１０）及び組織係数ＴＣ（０，０，１２）を求めた。その結果を、表５に示す。
得られた試料について、Ｃｕ－Ｋα線を用いた２θ／θ集中法光学系のＸ線回折測定を、出力：５０ｋＶ、２５０ｍＡ、入射側ソーラースリット：５°、発散縦スリット：２／３°、発散縦制限スリット：５ｍｍ、散乱スリット：２／３°、受光側ソーラースリット：５°、受光スリット：０．３ｍｍ、ＢＥＮＴモノクロメータ、受光モノクロスリット：０．８ｍｍ、サンプリング幅：０．０１°、スキャンスピード：４°／ｍｉｎ、２θ測定範囲：２０°～１５５°とする条件で行った。装置は、株式会社リガク製のＸ線回折装置（型式「ＲＩＮＴ ＴＴＲＩＩＩ」）を用いた。Ｘ線回折図形からα型Ａｌ2Ｏ3層の各結晶面のピーク強度を求めた。得られた各結晶面のピーク強度から、α型Ａｌ2Ｏ3層における組織係数ＴＣ（１，１，６）、組織係数ＴＣ（０，２，１０）及び組織係数ＴＣ（０，０，１２）を求めた。その結果を、表５に示す。
【0059】
［平均粒径］
得られた試料について、α型Ａｌ2Ｏ3層の粒子の平均粒径は、ＦＥ－ＳＥＭに付属したＥＢＳＤを用いて測定し、粒子の結晶系はＸ線回折測定で確認した。具体的には、ダイヤモンドペーストを用いて被覆切削工具を研磨した後、コロイダルシリカを用いて仕上げ研磨を行い、被覆切削工具の断面組織を得た。被覆切削工具の断面組織を有する試料をＦＥ－ＳＥＭにセットし、試料の断面組織に７０度の入射角度で１５ｋＶの加速電圧及び０．５ｎＡ照射電流で電子線を照射した。ＥＢＳＤにより被覆切削工具の逃げ面における断面組織を、測定範囲が３００μｍ2の範囲、０．１μｍのステップサイズで測定した。このとき、方位差が５°以上の境界を結晶粒界とみなし、この結晶粒界によって囲まれる領域を粒子とした。また、ここで、粒径は、粒子の面積に相当する真円の直径とした。α型Ａｌ2Ｏ3層について、特定した各粒子の結晶系及び平均粒径をそれぞれ求めた。結果を表１及び表５に示す。
得られた試料について、α型Ａｌ2Ｏ3層の粒子の平均粒径は、ＦＥ－ＳＥＭに付属したＥＢＳＤを用いて測定し、粒子の結晶系はＸ線回折測定で確認した。具体的には、ダイヤモンドペーストを用いて被覆切削工具を研磨した後、コロイダルシリカを用いて仕上げ研磨を行い、被覆切削工具の断面組織を得た。被覆切削工具の断面組織を有する試料をＦＥ－ＳＥＭにセットし、試料の断面組織に７０度の入射角度で１５ｋＶの加速電圧及び０．５ｎＡ照射電流で電子線を照射した。ＥＢＳＤにより被覆切削工具の逃げ面における断面組織を、測定範囲が３００μｍ2の範囲、０．１μｍのステップサイズで測定した。このとき、方位差が５°以上の境界を結晶粒界とみなし、この結晶粒界によって囲まれる領域を粒子とした。また、ここで、粒径は、粒子の面積に相当する真円の直径とした。α型Ａｌ2Ｏ3層について、特定した各粒子の結晶系及び平均粒径をそれぞれ求めた。結果を表１及び表５に示す。
【0060】
【表5】
【0061】
得られた発明品１～２１及び比較品１～９を用いて、下記の条件にて切削試験１及び２を行った。切削試験１及び２の結果を表６に示す。
【0062】
［切削試験１（耐摩耗性試験）］
被削材：ＳＣＭ４００
被削材形状：２００ｍｍ×１５０ｍｍ×８０ｍｍの直方体形状
切削速度：３３０ｍ／分
切り込み深さ：２．０ｍｍ
切削幅：７５ｍｍ
１刃当たりの送り量：０．２０ｍｍ／ｔ
クーラント：なし
評価項目（耐摩耗性試験）：試料の逃げ面摩耗幅が０．３ｍｍ以上に至ったときを工具寿命とし、工具寿命までの加工時間を測定した。
被削材：ＳＣＭ４００
被削材形状：２００ｍｍ×１５０ｍｍ×８０ｍｍの直方体形状
切削速度：３３０ｍ／分
切り込み深さ：２．０ｍｍ
切削幅：７５ｍｍ
１刃当たりの送り量：０．２０ｍｍ／ｔ
クーラント：なし
評価項目（耐摩耗性試験）：試料の逃げ面摩耗幅が０．３ｍｍ以上に至ったときを工具寿命とし、工具寿命までの加工時間を測定した。
【0063】
［切削試験２（耐欠損性試験）］
被削材：ＳＣＭ４００
被削材形状：φ３０ｍｍの穴が６個ついた２００ｍｍ×１５０ｍｍ×８０ｍｍの直方体形状
切削速度：１８０ｍ／分
切り込み深さ：１．０ｍｍ
切削幅：１００ｍｍ
１刃当たりの送り量：０．３０ｍｍ／ｔ
クーラント：なし
評価項目（耐欠損性試験）：試料がチッピング（幅０．２ｍｍ以上）あるいは欠損に至ったときを工具寿命とし、工具寿命までに加工した回数を測定した。なお、加工回数については、直方体形状の被削材の上面（２００ｍｍ×１５０ｍｍの被削材の面）を数往復して全面加工したときを１回（１ｐａｓｓ）とした。
被削材：ＳＣＭ４００
被削材形状：φ３０ｍｍの穴が６個ついた２００ｍｍ×１５０ｍｍ×８０ｍｍの直方体形状
切削速度：１８０ｍ／分
切り込み深さ：１．０ｍｍ
切削幅：１００ｍｍ
１刃当たりの送り量：０．３０ｍｍ／ｔ
クーラント：なし
評価項目（耐欠損性試験）：試料がチッピング（幅０．２ｍｍ以上）あるいは欠損に至ったときを工具寿命とし、工具寿命までに加工した回数を測定した。なお、加工回数については、直方体形状の被削材の上面（２００ｍｍ×１５０ｍｍの被削材の面）を数往復して全面加工したときを１回（１ｐａｓｓ）とした。
【0064】
切削試験１（耐摩耗性試験）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（耐欠損性試験）の工具寿命に至るまでの回数について、８回以上を「Ａ」、５回以上８回未満を「Ｂ」、５回未満を「Ｃ」として評価した。これらの評価では、「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する。切削試験１の加工時間の評価が、「Ａ」又は「Ｂ」であり、切削試験２の回数の評価が「Ａ」又は「Ｂ」であることは、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６に示す。
【0065】
【表6】
【0066】
表６に示す結果より、発明品の加工時間の評価及び加工回数の評価は、いずれも「Ａ」又は「Ｂ」であり、耐摩耗性及び耐欠損性の両方が優れることが分かった。一方、比較品の加工時間の評価及び加工回数の評価は、いずれかあるいは両方が「Ｃ」であり、発明品に比べて耐摩耗性及び／又は耐欠損性が劣ることが分かった。
以上の結果より、発明品は、耐摩耗性及び耐欠損性の両方が優れる結果、工具寿命が長いことが分かった。
以上の結果より、発明品は、耐摩耗性及び耐欠損性の両方が優れる結果、工具寿命が長いことが分かった。
【産業上の利用可能性】
【0067】
本発明の被覆切削工具は、優れた耐摩耗性及び耐欠損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】
【0068】
１…基材、２…下部層、３…上部層、４…被覆層、５…被覆切削工具
【図1】
