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(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】P2023147805
(43)【公開日】2023-10-13
(54)【発明の名称】表面被覆切削工具
(51)【国際特許分類】
B23B 27/14 20060101AFI20231005BHJP
C23C 16/34 20060101ALI20231005BHJP
【ＦＩ】
B23B27/14 A
C23C16/34
【審査請求】未請求
【請求項の数】3
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022055523
(22)【出願日】2022-03-30
(71)【出願人】
【識別番号】000006264
【氏名又は名称】三菱マテリアル株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100208568
【弁理士】
【氏名又は名称】木村 孔一
(74)【代理人】
【識別番号】100139240
【弁理士】
【氏名又は名称】影山 秀一
(72)【発明者】
【氏名】柳澤 光亮
【テーマコード（参考）】
3C046
4K030
【Ｆターム（参考）】
3C046FF09
3C046FF10
3C046FF13
3C046FF16
3C046FF22
3C046FF23
3C046FF24
3C046FF25
4K030AA03
4K030AA09
4K030AA13
4K030AA14
4K030AA16
4K030AA17
4K030AA18
4K030AA24
4K030BA06
4K030BA18
4K030BA19
4K030BA22
4K030BA38
4K030BA41
4K030BA43
4K030BB03
4K030BB12
4K030CA03
4K030CA17
4K030FA10
4K030JA01
4K030JA06
4K030JA09
4K030JA10
4K030LA22
(57)【要約】
【課題】高硬度でかつ靭性が向上し、熱安定性、耐酸化性に優れる被覆層を有する被覆工具の提供
【解決手段】基体と該基体の表面に被覆層を有し、
前記被覆層は複合窒化物層を有し、ＮａＣｌ型面心立方構造を有する結晶粒を有し、
その平均組成を式：ＡｌａＴｉｂＣｒｃＶｄＺｒｅＣｆＮｇで表したとき、
０．０１０≦ａ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）≦０．６００
０．０１０≦ｂ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）≦０．６００
０．０１０≦ｃ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）≦０．６００
０．０１０≦ｄ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）≦０．６００
０．０１０≦ｅ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）≦０．６００
０．０００≦ｆ／（ｆ＋ｇ）≦０．００５
０．９９５≦ｇ／（ｆ＋ｇ）≦１．０００
Ｓ＝が１．００以上である表面被覆切削工具
【選択図】図２
【解決手段】基体と該基体の表面に被覆層を有し、
前記被覆層は複合窒化物層を有し、ＮａＣｌ型面心立方構造を有する結晶粒を有し、
その平均組成を式：ＡｌａＴｉｂＣｒｃＶｄＺｒｅＣｆＮｇで表したとき、
０．０１０≦ａ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）≦０．６００
０．０１０≦ｂ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）≦０．６００
０．０１０≦ｃ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）≦０．６００
０．０１０≦ｄ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）≦０．６００
０．０１０≦ｅ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）≦０．６００
０．０００≦ｆ／（ｆ＋ｇ）≦０．００５
０．９９５≦ｇ／（ｆ＋ｇ）≦１．０００
Ｓ＝が１．００以上である表面被覆切削工具
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
基体と該基体の表面に被覆層を有し、
前記被覆層は複合窒化物層を有し、ＮａＣｌ型面心立方構造を有する結晶粒を有し、
その平均組成を式：ＡｌａＴｉｂＣｒｃＶｄＺｒｅＣｆＮｇで表したとき、
０．０１０≦ａ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）≦０．６００
０．０１０≦ｂ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）≦０．６００
０．０１０≦ｃ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）≦０．６００
０．０１０≦ｄ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）≦０．６００
０．０１０≦ｅ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）≦０．６００
０．０００≦ｆ／（ｆ＋ｇ）≦０．００５
０．９９５≦ｇ／（ｆ＋ｇ）≦１．０００
Ｓ＝－［ａ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）］ｌｎ［ａ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）］＋［ｂ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）］ｌｎ［ｂ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）］＋［ｃ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）］ｌｎ［ｃ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）］＋［ｄ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）］ｌｎ［ｄ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）］＋［ｅ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）］ｌｎ［ｅ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）］が１．００以上（ｌｎは自然対数である）
であることを特徴とする表面被覆切削工具。
前記被覆層は複合窒化物層を有し、ＮａＣｌ型面心立方構造を有する結晶粒を有し、
その平均組成を式：ＡｌａＴｉｂＣｒｃＶｄＺｒｅＣｆＮｇで表したとき、
０．０１０≦ａ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）≦０．６００
０．０１０≦ｂ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）≦０．６００
０．０１０≦ｃ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）≦０．６００
０．０１０≦ｄ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）≦０．６００
０．０１０≦ｅ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）≦０．６００
０．０００≦ｆ／（ｆ＋ｇ）≦０．００５
０．９９５≦ｇ／（ｆ＋ｇ）≦１．０００
Ｓ＝－［ａ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）］ｌｎ［ａ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）］＋［ｂ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）］ｌｎ［ｂ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）］＋［ｃ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）］ｌｎ［ｃ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）］＋［ｄ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）］ｌｎ［ｄ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）］＋［ｅ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）］ｌｎ［ｅ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）］が１．００以上（ｌｎは自然対数である）
であることを特徴とする表面被覆切削工具。
【請求項2】
前記ＮａＣｌ型の面心立方構造を有する結晶粒の個々の組成を式：Ａｌａ’Ｔｉｂ’Ｃｒｃ’Ｖｄ’Ｚｒｅ’Ｃｆ’Ｎｇ’で表したとき、
Ｓｌｏｃ＝－［ａ’／（ａ’＋ｂ’＋ｃ’＋ｄ’＋ｅ’）］ｌｎ［ａ’／（ａ’＋ｂ’＋ｃ’＋ｄ’＋ｅ’）］＋［ｂ’／（ａ’＋ｂ’＋ｃ’＋ｄ’＋ｅ’）］ｌｎ［ｂ’／（ａ’＋ｂ’＋ｃ’＋ｄ’＋ｅ’）］＋［ｃ’／（ａ’＋ｂ’＋ｃ’＋ｄ’＋ｅ’）］ｌｎ［ｃ’／（ａ’＋ｂ’＋ｃ’＋ｄ’＋ｅ’）］＋［ｄ’／（ａ’＋ｂ’＋ｃ’＋ｄ’＋ｅ’）］ｌｎ［ｄ’／（ａ’＋ｂ’＋ｃ’＋ｄ’＋ｅ’）］＋［ｅ’／（ａ’＋ｂ’＋ｃ’＋ｄ’＋ｅ’）］ｌｎ［ｅ’／（ａ’＋ｂ’＋ｃ’＋ｄ’＋ｅ’）］が、｜Ｓｌｏｃ－Ｓ｜≦０．１０である結晶粒が前記複合窒化物層または複合炭窒化物層の６０面積％以上１００面積％以下であることを特徴とする請求項１に記載された表面被覆切削工具。
Ｓｌｏｃ＝－［ａ’／（ａ’＋ｂ’＋ｃ’＋ｄ’＋ｅ’）］ｌｎ［ａ’／（ａ’＋ｂ’＋ｃ’＋ｄ’＋ｅ’）］＋［ｂ’／（ａ’＋ｂ’＋ｃ’＋ｄ’＋ｅ’）］ｌｎ［ｂ’／（ａ’＋ｂ’＋ｃ’＋ｄ’＋ｅ’）］＋［ｃ’／（ａ’＋ｂ’＋ｃ’＋ｄ’＋ｅ’）］ｌｎ［ｃ’／（ａ’＋ｂ’＋ｃ’＋ｄ’＋ｅ’）］＋［ｄ’／（ａ’＋ｂ’＋ｃ’＋ｄ’＋ｅ’）］ｌｎ［ｄ’／（ａ’＋ｂ’＋ｃ’＋ｄ’＋ｅ’）］＋［ｅ’／（ａ’＋ｂ’＋ｃ’＋ｄ’＋ｅ’）］ｌｎ［ｅ’／（ａ’＋ｂ’＋ｃ’＋ｄ’＋ｅ’）］が、｜Ｓｌｏｃ－Ｓ｜≦０．１０である結晶粒が前記複合窒化物層または複合炭窒化物層の６０面積％以上１００面積％以下であることを特徴とする請求項１に記載された表面被覆切削工具。
【請求項3】
前記複合窒化物層が０．５０原子％以下のＣｌを含むことを特徴とする請求項１または２に記載された表面被覆切削工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、表面被覆切削工具（以下、被覆工具ということがある）に関するものである。
【背景技術】
【0002】
炭化タングステン（以下、ＷＣで示す）基超硬合金等の基体の表面に、被覆層を形成した被覆工具が知られており、優れた耐摩耗性を発揮することが知られている。
そして、被覆工具の耐久性を向上させるべく、被覆層の改善についての種々の提案がなされている。
そして、被覆工具の耐久性を向上させるべく、被覆層の改善についての種々の提案がなされている。
【0003】
例えば、特許文献１には、基体と該基体上に被覆層を有し、該被覆層は、格子定数が０．４０３～０．４５５ｎｍの面心立方構造を有する（ＴｉｘＺｒ１－ｘ）（ＣｙＮ１－ｙ）（０．４＜ｘ＜０．９５、０．２＜ｙ＜０．９）または格子定数が０．４３０～０．４５０の面心立方構造を有する（ＴｉｘＨｆ１－ｘ）（ＣｙＮ１－ｙ）（０．４＜ｘ＜０．９５、０．２＜ｙ＜０．９）である被覆工具が記載され、前記被覆層は硬く、耐摩耗性を有するとされている。
【0004】
また、例えば、特許文献２には、基体上に０．４２７～０．４５３ｎｍの格子定数を有するｆｃｃ構造のＴｉ１－ｘＭｅｘの窒化物（０．１≦ｘ≦０．９、ＭｅはＺｒ、Ｈｆの１種以上）を被覆した被覆工具（インサート）が記載され、該被覆工具の被覆層は硬く、ステンレス鋼の乾式切削に適するとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特許第４０２８８９１号公報
【特許文献2】米国特許出願公開第２０１６／０２９８２３３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明は、前記事情や前記提案を鑑みてなされたものであって、高硬度でかつ靭性を向上させ、熱安定性、耐酸化性に優れる被覆層を有する被覆工具を提供することを目的する。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の実施形態に係る表面被覆切削工具は、
基体と該基体の表面に被覆層を有し、
前記被覆層は複合窒化物層を有し、ＮａＣｌ型面心立方構造を有する結晶粒を有し、
その平均組成を式：ＡｌａＴｉｂＣｒｃＶｄＺｒｅＣｆＮｇで表したとき、
０．０１０≦ａ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）≦０．６００
０．０１０≦ｂ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）≦０．６００
０．０１０≦ｃ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）≦０．６００
０．０１０≦ｄ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）≦０．６００
０．０１０≦ｅ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）≦０．６００
０．０００≦ｆ／（ｆ＋ｇ）≦０．００５
０．９９５≦ｇ／（ｆ＋ｇ）≦１．０００
Ｓ＝－［ａ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）］ｌｎ［ａ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）］＋［ｂ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）］ｌｎ［ｂ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）］＋［ｃ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）］ｌｎ［ｃ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）］＋［ｄ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）］ｌｎ［ｄ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）］＋［ｅ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）］ｌｎ［ｅ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）］が１．００以上である
（ｌｎは自然対数である）。
基体と該基体の表面に被覆層を有し、
前記被覆層は複合窒化物層を有し、ＮａＣｌ型面心立方構造を有する結晶粒を有し、
その平均組成を式：ＡｌａＴｉｂＣｒｃＶｄＺｒｅＣｆＮｇで表したとき、
０．０１０≦ａ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）≦０．６００
０．０１０≦ｂ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）≦０．６００
０．０１０≦ｃ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）≦０．６００
０．０１０≦ｄ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）≦０．６００
０．０１０≦ｅ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）≦０．６００
０．０００≦ｆ／（ｆ＋ｇ）≦０．００５
０．９９５≦ｇ／（ｆ＋ｇ）≦１．０００
Ｓ＝－［ａ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）］ｌｎ［ａ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）］＋［ｂ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）］ｌｎ［ｂ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）］＋［ｃ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）］ｌｎ［ｃ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）］＋［ｄ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）］ｌｎ［ｄ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）］＋［ｅ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）］ｌｎ［ｅ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）］が１．００以上である
（ｌｎは自然対数である）。
【0008】
さらに、前記実施形態に係る表面被覆切削工具は、以下の（１）、（２）の事項の１以上を満足してもよい。
【0009】
（１）ＮａＣｌ型面心立方構造を有する結晶粒の個々の組成を式：Ａｌａ’Ｔｉｂ’Ｃｒｃ’Ｖｄ’Ｚｒｅ’Ｃｆ’Ｎｇ’で表したとき、
Ｓｌｏｃ＝－［ａ’／（ａ’＋ｂ’＋ｃ’＋ｄ’＋ｅ’）］ｌｎ［ａ’／（ａ’＋ｂ’＋ｃ’＋ｄ’＋ｅ’）］＋［ｂ’／（ａ’＋ｂ’＋ｃ’＋ｄ’＋ｅ’）］ｌｎ［ｂ’／（ａ’＋ｂ’＋ｃ’＋ｄ’＋ｅ’）］＋［ｃ’／（ａ’＋ｂ’＋ｃ’＋ｄ’＋ｅ’）］ｌｎ［ｃ’／（ａ’＋ｂ’＋ｃ’＋ｄ’＋ｅ’）］＋［ｄ’／（ａ’＋ｂ’＋ｃ’＋ｄ’＋ｅ’）］ｌｎ［ｄ’／（ａ’＋ｂ’＋ｃ’＋ｄ’＋ｅ’）］＋［ｅ’／（ａ’＋ｂ’＋ｃ’＋ｄ’＋ｅ’）］ｌｎ［ｅ’／（ａ’＋ｂ’＋ｃ’＋ｄ’＋ｅ’）］が、｜Ｓｌｏｃ－Ｓ｜≦０．１０である前記ＮａＣｌ型面心立方構造を有する結晶粒が、前記複合窒化物層または複合炭窒化物層の６０面積％以上１００面積％以下を占めること。
Ｓｌｏｃ＝－［ａ’／（ａ’＋ｂ’＋ｃ’＋ｄ’＋ｅ’）］ｌｎ［ａ’／（ａ’＋ｂ’＋ｃ’＋ｄ’＋ｅ’）］＋［ｂ’／（ａ’＋ｂ’＋ｃ’＋ｄ’＋ｅ’）］ｌｎ［ｂ’／（ａ’＋ｂ’＋ｃ’＋ｄ’＋ｅ’）］＋［ｃ’／（ａ’＋ｂ’＋ｃ’＋ｄ’＋ｅ’）］ｌｎ［ｃ’／（ａ’＋ｂ’＋ｃ’＋ｄ’＋ｅ’）］＋［ｄ’／（ａ’＋ｂ’＋ｃ’＋ｄ’＋ｅ’）］ｌｎ［ｄ’／（ａ’＋ｂ’＋ｃ’＋ｄ’＋ｅ’）］＋［ｅ’／（ａ’＋ｂ’＋ｃ’＋ｄ’＋ｅ’）］ｌｎ［ｅ’／（ａ’＋ｂ’＋ｃ’＋ｄ’＋ｅ’）］が、｜Ｓｌｏｃ－Ｓ｜≦０．１０である前記ＮａＣｌ型面心立方構造を有する結晶粒が、前記複合窒化物層または複合炭窒化物層の６０面積％以上１００面積％以下を占めること。
【0010】
（２）前記複合窒化物層が０．５０原子％以下のＣｌを含むこと。
【発明の効果】
【0011】
前記表面被覆切削工具は、被覆層が高硬度でかつ高靱性を有し、熱安定性、耐酸化性に優れており、そして、例えば、高速断続切削加工（通常の加工速度よりも３０％以上加工速度が速い）でも使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【発明を実施するための形態】
【0013】
表面被覆切削工具の被覆層が高硬度であることと高靱性であることとは、二律背反の関係にあり、従来の固溶強化理論では、両者を両立することは困難と考えられている。
一方、近年、ハイエントロピー合金といわれる５種類以上の元素がほぼ等しい原子割合で混ぜ合わせた合金をはじめとし、多種主要元素合金（Ｍｕｌｔｉ Ｐｒｉｎｃｉｐａｌ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ａｌｌｏｙ）といわれる３種類以上の元素から構成され少なくとも２種類以上の主要元素から構成されている合金等の混合のエントロピーを高めた固溶体の研究がなされているが、被覆層について混合のエントロピーを高めた研究は未見である。
一方、近年、ハイエントロピー合金といわれる５種類以上の元素がほぼ等しい原子割合で混ぜ合わせた合金をはじめとし、多種主要元素合金（Ｍｕｌｔｉ Ｐｒｉｎｃｉｐａｌ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ａｌｌｏｙ）といわれる３種類以上の元素から構成され少なくとも２種類以上の主要元素から構成されている合金等の混合のエントロピーを高めた固溶体の研究がなされているが、被覆層について混合のエントロピーを高めた研究は未見である。
【0014】
本発明者は、被覆層を構成する固溶体（合金）に対して、特に金属成分の混合のエントロピーを高めることにより、従来の被覆層では実現できなかった二律背反の関係にある高硬度と高靱性を両立すべく鋭意検討を行った。
【0015】
その結果、被覆層を構成する特定の組成の複合炭窒化物層において、混合エントロピーを高めると、
（ａ）特定の組成の複合炭窒化物層が原子半径の異なる複数種類の原子から構成されることになり結晶粒内に歪みが生じて硬さと靭性が向上すること、
（ｂ）高温下における複合炭窒化物層の熱的な安定性や耐酸化性が向上すること、
の知見を得た。
（ａ）特定の組成の複合炭窒化物層が原子半径の異なる複数種類の原子から構成されることになり結晶粒内に歪みが生じて硬さと靭性が向上すること、
（ｂ）高温下における複合炭窒化物層の熱的な安定性や耐酸化性が向上すること、
の知見を得た。
【0016】
以下では、本発明の実施形態に係る表面被覆切削工具について説明する。
なお、本明細書および特許請求の範囲において、数値範囲を「Ｌ～Ｍ」（Ｌ、Ｍは共に数値）で表現するときは、「Ｌ以上、Ｍ以下」と同義であって、その範囲は上限値（Ｍ）および下限値（Ｌ）を含んでおり、上限値（Ｍ）と下限値（Ｌ）の単位は同じである。
なお、本明細書および特許請求の範囲において、数値範囲を「Ｌ～Ｍ」（Ｌ、Ｍは共に数値）で表現するときは、「Ｌ以上、Ｍ以下」と同義であって、その範囲は上限値（Ｍ）および下限値（Ｌ）を含んでおり、上限値（Ｍ）と下限値（Ｌ）の単位は同じである。
【0017】
１．被覆層
以下、本実施形態に係る被覆層を構成する複合炭窒化物層を中心に説明する。
以下、本実施形態に係る被覆層を構成する複合炭窒化物層を中心に説明する。
【0018】
１－１．ＡｌａＴｉｂＣｒｃＶｄＺｒｅＣｆＮｇ層
【0019】
（１）結晶構造
図２に、ＡｌａＴｉｂＣｒｃＶｄＺｒｅＮｇ（Ｃｆにおいてf＝０の場合）の結晶構造の模式図を示す。図２から明らかなように、ＡｌａＴｉｂＣｒｃＶｄＺｒｅＣｆＮｇの結晶構造は原子半径の異なる原子（カチオンサイトはＡｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｖ、Ｚｒのいずれかの原子（３）、アニオンサイトはＮ原子（２）、Ｃ原子）が、カチオンサイト、アニオンサイト毎に規則性なくランダムに混ざりあって結晶格子を形成している。そのため、図１に模式的に示すＴｉＮの結晶構造（Ｔｉ原子（１）、Ｎ原子（２））に比して、各原子が理想的な格子点の位置から変位をしている。これにより、結晶格子内に歪（図２では点線からのずれで示される）が生じており、この歪に起因して硬さと靱性が向上する。なお、図２において各原子の変位量も模式的に示されている。
図２に、ＡｌａＴｉｂＣｒｃＶｄＺｒｅＮｇ（Ｃｆにおいてf＝０の場合）の結晶構造の模式図を示す。図２から明らかなように、ＡｌａＴｉｂＣｒｃＶｄＺｒｅＣｆＮｇの結晶構造は原子半径の異なる原子（カチオンサイトはＡｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｖ、Ｚｒのいずれかの原子（３）、アニオンサイトはＮ原子（２）、Ｃ原子）が、カチオンサイト、アニオンサイト毎に規則性なくランダムに混ざりあって結晶格子を形成している。そのため、図１に模式的に示すＴｉＮの結晶構造（Ｔｉ原子（１）、Ｎ原子（２））に比して、各原子が理想的な格子点の位置から変位をしている。これにより、結晶格子内に歪（図２では点線からのずれで示される）が生じており、この歪に起因して硬さと靱性が向上する。なお、図２において各原子の変位量も模式的に示されている。
【0020】
（２）平均厚さ
被覆層を構成するＡｌａＴｉｂＣｒｃＶｄＺｒｅＣｆＮｇ層の平均厚さは、１．０μｍ以上、２０．０μｍ以下であることが好ましい。その理由は、平均厚さが１．０μｍ未満では、平均厚さが薄いため耐久性を十分確保することができず、一方、平均厚さが２０．０μｍを超えると、層の結晶粒が粗大化し易くなり、チッピングを発生しやすくなるためである。複合炭窒化物層の平均厚さは３．０μｍ以上、１６．０μｍ以下がより好ましい。
被覆層を構成するＡｌａＴｉｂＣｒｃＶｄＺｒｅＣｆＮｇ層の平均厚さは、１．０μｍ以上、２０．０μｍ以下であることが好ましい。その理由は、平均厚さが１．０μｍ未満では、平均厚さが薄いため耐久性を十分確保することができず、一方、平均厚さが２０．０μｍを超えると、層の結晶粒が粗大化し易くなり、チッピングを発生しやすくなるためである。複合炭窒化物層の平均厚さは３．０μｍ以上、１６．０μｍ以下がより好ましい。
【0021】
（３）組成
ＡｌａＴｉｂＣｒｃＶｄＺｒｅＣｆＮｇ層は、組成を式：ＡｌａＴｉｂＣｒｃＶｄＺｒｅＣｆＮｇで表したとき、
０．０１０≦ａ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）≦０．６００
０．０１０≦ｂ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）≦０．６００
０．０１０≦ｃ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）≦０．６００
０．０１０≦ｄ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）≦０．６００
０．０１０≦ｅ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）≦０．６００
０．０００≦ｆ／（ｆ＋ｇ）≦０．００５
０．９９５≦ｇ／（ｆ＋ｇ）≦１．０００
Ｓ＝－［ａ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）］ｌｎ［ａ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）］＋［ｂ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）］ｌｎ［ｂ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）］＋［ｃ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）］ｌｎ［ｃ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）］＋［ｄ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）］ｌｎ［ｄ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）］＋［ｅ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）］ｌｎ［ｅ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）］が１．００以上
（ｌｎは自然対数である）
であることが好ましい。
ＡｌａＴｉｂＣｒｃＶｄＺｒｅＣｆＮｇ層は、組成を式：ＡｌａＴｉｂＣｒｃＶｄＺｒｅＣｆＮｇで表したとき、
０．０１０≦ａ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）≦０．６００
０．０１０≦ｂ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）≦０．６００
０．０１０≦ｃ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）≦０．６００
０．０１０≦ｄ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）≦０．６００
０．０１０≦ｅ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）≦０．６００
０．０００≦ｆ／（ｆ＋ｇ）≦０．００５
０．９９５≦ｇ／（ｆ＋ｇ）≦１．０００
Ｓ＝－［ａ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）］ｌｎ［ａ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）］＋［ｂ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）］ｌｎ［ｂ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）］＋［ｃ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）］ｌｎ［ｃ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）］＋［ｄ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）］ｌｎ［ｄ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）］＋［ｅ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）］ｌｎ［ｅ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）］が１．００以上
（ｌｎは自然対数である）
であることが好ましい。
【0022】
ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇの各値が上記関係を満足するとき、ＡｌａＴｉｂＣｒｃＶｄＺｒｅＣｆＮｇ層の混合のエントロピーは高められ、このＡｌａＴｉｂＣｒｃＶｄＺｒｅＣｆＮｇ層は前記知見で得た（ａ）～（ｂ）の物性を有する。
【0023】
Ｓが１．００以上であれば、格子歪みや、熱安定性、耐酸化性に優れる。Ｓの上限は制限がないが、熱力学上の上限値は１．６１である。
【0024】
さらに、前記ＮａＣｌ型の面心立方構造を有する結晶粒について、その個々の組成を式：Ａｌａ’Ｔｉｂ’Ｃｒｃ’Ｖｄ’Ｚｒｅ’Ｃｆ’Ｎｇ’で表したとき、
Ｓｌｏｃ＝－［ａ’／（ａ’＋ｂ’＋ｃ’＋ｄ’＋ｅ’）］ｌｎ［ａ’／（ａ’＋ｂ’＋ｃ’＋ｄ’＋ｅ’）］＋［ｂ’／（ａ’＋ｂ’＋ｃ’＋ｄ’＋ｅ’）］ｌｎ［ｂ’／（ａ’＋ｂ’＋ｃ’＋ｄ’＋ｅ’）］＋［ｃ’／（ａ’＋ｂ’＋ｃ’＋ｄ’＋ｅ’）］ｌｎ［ｃ’／（ａ’＋ｂ’＋ｃ’＋ｄ’＋ｅ’）］＋［ｄ’／（ａ’＋ｂ’＋ｃ’＋ｄ’＋ｅ’）］ｌｎ［ｄ’／（ａ’＋ｂ’＋ｃ’＋ｄ’＋ｅ’）］＋［ｅ’／（ａ’＋ｂ’＋ｃ’＋ｄ’＋ｅ’）］ｌｎ［ｅ’／（ａ’＋ｂ’＋ｃ’＋ｄ’＋ｅ’）］が、｜Ｓｌｏｃ－Ｓ｜≦０．１０である結晶粒が前記複合窒化物層または複合炭窒化物層の６０面積％以上１００面積％以下であることが好ましい。
Ｓｌｏｃ＝－［ａ’／（ａ’＋ｂ’＋ｃ’＋ｄ’＋ｅ’）］ｌｎ［ａ’／（ａ’＋ｂ’＋ｃ’＋ｄ’＋ｅ’）］＋［ｂ’／（ａ’＋ｂ’＋ｃ’＋ｄ’＋ｅ’）］ｌｎ［ｂ’／（ａ’＋ｂ’＋ｃ’＋ｄ’＋ｅ’）］＋［ｃ’／（ａ’＋ｂ’＋ｃ’＋ｄ’＋ｅ’）］ｌｎ［ｃ’／（ａ’＋ｂ’＋ｃ’＋ｄ’＋ｅ’）］＋［ｄ’／（ａ’＋ｂ’＋ｃ’＋ｄ’＋ｅ’）］ｌｎ［ｄ’／（ａ’＋ｂ’＋ｃ’＋ｄ’＋ｅ’）］＋［ｅ’／（ａ’＋ｂ’＋ｃ’＋ｄ’＋ｅ’）］ｌｎ［ｅ’／（ａ’＋ｂ’＋ｃ’＋ｄ’＋ｅ’）］が、｜Ｓｌｏｃ－Ｓ｜≦０．１０である結晶粒が前記複合窒化物層または複合炭窒化物層の６０面積％以上１００面積％以下であることが好ましい。
【0025】
ａ’、ｂ’、ｃ’、ｄ’、ｅ’、ｆ’、ｇ’の各値が上記関係を満足するとき、ＡｌａＴｉｂＣｒｃＶｄＺｒｅＣｆＮｇ層における前記ＮａＣｌ型の面心立方構造を有するＡｌａ’Ｔｉｂ’Ｃｒｃ’Ｖｄ’Ｚｒｅ’Ｃｆ’Ｎｇ’結晶粒においても、各元素成分の粒界等への偏析がなく均一に分散しており、結晶粒内の混合のエントロピーがより高められ、前記知見で得た（ａ）～（ｂ）の物性がより高まる。
そして、｜Ｓｌｏｃ－Ｓ｜が０．１０以下であれば格子歪みや、熱安定性、耐酸化性により優れる。
そして、｜Ｓｌｏｃ－Ｓ｜が０．１０以下であれば格子歪みや、熱安定性、耐酸化性により優れる。
【0026】
（４）Ｃｌの含有
微量のＣｌを含有してもよい。Ｃｌは塩化物を原料ガスとするＣＶＤ法により成膜すればごく微量（単元素定量分析によってその存在が確認できる量）含まれるものである。そして、Ｃｌの含有量が分析装置の定量精度の含有量以上であって、０．５０原子％以下であれば、ＡｌａＴｉｂＣｒｃＶｄＺｒｅＣｆＮｇ層が潤滑性を有する。
微量のＣｌを含有してもよい。Ｃｌは塩化物を原料ガスとするＣＶＤ法により成膜すればごく微量（単元素定量分析によってその存在が確認できる量）含まれるものである。そして、Ｃｌの含有量が分析装置の定量精度の含有量以上であって、０．５０原子％以下であれば、ＡｌａＴｉｂＣｒｃＶｄＺｒｅＣｆＮｇ層が潤滑性を有する。
【0027】
（５）ＮａＣｌ型面心立方構造
ＡｌａＴｉｂＣｒｃＶｄＺｒｅＣｆＮｇ層は、ＮａＣｌ型面心立方構造の結晶粒を有していることが好ましい。ＡｌａＴｉｂＣｒｃＶｄＺｒｅＣｆＮｇ層の逃げ面の縦断面（定義は後述する）においてＮａＣｌ型の面心立方構造を有する結晶粒の面積割合は、５０面積％以上が好ましく、７０面積％以上であることがより好ましい。その理由は、面積割合が７０面積％未満であると硬さが低くなり耐摩耗性が不十分になることがあるためである。なお、前記結晶粒の全てがＮａＣｌ型面心立方構造であってもよい（１００面積％であってよい）。
ＡｌａＴｉｂＣｒｃＶｄＺｒｅＣｆＮｇ層は、ＮａＣｌ型面心立方構造の結晶粒を有していることが好ましい。ＡｌａＴｉｂＣｒｃＶｄＺｒｅＣｆＮｇ層の逃げ面の縦断面（定義は後述する）においてＮａＣｌ型の面心立方構造を有する結晶粒の面積割合は、５０面積％以上が好ましく、７０面積％以上であることがより好ましい。その理由は、面積割合が７０面積％未満であると硬さが低くなり耐摩耗性が不十分になることがあるためである。なお、前記結晶粒の全てがＮａＣｌ型面心立方構造であってもよい（１００面積％であってよい）。
【0028】
（６）アスペクト比が２以上の柱状晶
ＡｌａＴｉｂＣｒｃＶｄＺｒｅＣｆＮｇ層において、ＮａＣｌ型面心立方構造を有する結晶粒は、アスペクト比が２．０以上の柱状の結晶粒であって、縦断面において５０面積％以上が好ましく、７０面積％以上であることがより好ましい。その理由は、面積割合が７０面積％未満であるとチッピングが発生しやすくなることがあるためである。なお、前記結晶粒の全てが、アスペクト比が２以上の柱状晶であってもよい（１００面積％であってよい）。
アスペクト比の上限は、１０．０が好ましい。その理由は、１０．０を超えると柱状晶が破断されやすくなり、大きなチッピングが生じることがあるためである。
ＡｌａＴｉｂＣｒｃＶｄＺｒｅＣｆＮｇ層において、ＮａＣｌ型面心立方構造を有する結晶粒は、アスペクト比が２．０以上の柱状の結晶粒であって、縦断面において５０面積％以上が好ましく、７０面積％以上であることがより好ましい。その理由は、面積割合が７０面積％未満であるとチッピングが発生しやすくなることがあるためである。なお、前記結晶粒の全てが、アスペクト比が２以上の柱状晶であってもよい（１００面積％であってよい）。
アスペクト比の上限は、１０．０が好ましい。その理由は、１０．０を超えると柱状晶が破断されやすくなり、大きなチッピングが生じることがあるためである。
【0029】
１－２．その他の層
（１）下部層
Ｔｉの窒化物層、炭化物層、炭窒化物層のうちの１層以上のＴｉ化合物（化学量論的組成に限定されない）層からなり、その合計平均厚さが０．１～２０．０μｍである下部層を基体とＡｌａＴｉｂＣｒｃＶｄＺｒｅＣｆＮｇ層との間に設けた場合には、基材とＡｌａＴｉｂＣｒｃＶｄＺｒｅＣｆＮｇ層の密着性が向上し、より一層優れた耐久性が発揮される。ここで、下部層の合計平均厚さが０．１μｍ未満では、下部層による密着性の向上が十分ではなく、一方、２０．０μｍを超えると下部層の結晶粒が粗大化しやすくなり、チッピングを発生しやすくなる。
（１）下部層
Ｔｉの窒化物層、炭化物層、炭窒化物層のうちの１層以上のＴｉ化合物（化学量論的組成に限定されない）層からなり、その合計平均厚さが０．１～２０．０μｍである下部層を基体とＡｌａＴｉｂＣｒｃＶｄＺｒｅＣｆＮｇ層との間に設けた場合には、基材とＡｌａＴｉｂＣｒｃＶｄＺｒｅＣｆＮｇ層の密着性が向上し、より一層優れた耐久性が発揮される。ここで、下部層の合計平均厚さが０．１μｍ未満では、下部層による密着性の向上が十分ではなく、一方、２０．０μｍを超えると下部層の結晶粒が粗大化しやすくなり、チッピングを発生しやすくなる。
【0030】
（２）上部層
ＡｌａＴｉｂＣｒｃＶｄＺｒｅＣｆＮｇ層の上部に、Ｔｉの窒化物層、炭化物層、炭窒化物層、および酸化物層のうちの１種以上のＴｉ化合物（化学量論的組成に限定されない）層、および／または、酸化アルミニウム（化学量論的組成に限定されない）層からなり、その合計平均厚さが０．１～２５．０μｍである上部層を設けると、より一層優れた耐チッピング性、耐摩耗性が発揮されて好ましい。ここで、合計平均厚さが０．１μｍ未満であると、上部層を設けても、耐チッピング性、耐摩耗性の一層の向上が達成されず、一方、２５．０μｍを超えると、上部層に起因するチッピングが発生しやすくなる。
ＡｌａＴｉｂＣｒｃＶｄＺｒｅＣｆＮｇ層の上部に、Ｔｉの窒化物層、炭化物層、炭窒化物層、および酸化物層のうちの１種以上のＴｉ化合物（化学量論的組成に限定されない）層、および／または、酸化アルミニウム（化学量論的組成に限定されない）層からなり、その合計平均厚さが０．１～２５．０μｍである上部層を設けると、より一層優れた耐チッピング性、耐摩耗性が発揮されて好ましい。ここで、合計平均厚さが０．１μｍ未満であると、上部層を設けても、耐チッピング性、耐摩耗性の一層の向上が達成されず、一方、２５．０μｍを超えると、上部層に起因するチッピングが発生しやすくなる。
【0031】
（３）意図せずに生じる層
ＣＶＤ炉内のガス圧や温度が不安定になるとき、ＡｌａＴｉｂＣｒｃＶｄＺｒｅＣｆＮｇ層、下部層、上部層とは異なる層が意図せずにごくわずか製造されることがある。
ＣＶＤ炉内のガス圧や温度が不安定になるとき、ＡｌａＴｉｂＣｒｃＶｄＺｒｅＣｆＮｇ層、下部層、上部層とは異なる層が意図せずにごくわずか製造されることがある。
【0032】
２．基体
（１）材質
材質は、従来公知の基体の材質であれば、本発明の目的を達成することを阻害するものでない限り、いずれのものも使用可能である。一例をあげるならば、超硬合金（ＷＣ基超硬合金、ＷＣの他、Ｃｏを含み、さらに、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｃｒ等の炭化物または窒化物を添加したものも含むもの等）、サーメット（ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ等を主成分とするもの等）、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、酸化アルミニウムなど）、ｃＢＮ焼結体のいずれかであることが好ましい。
（１）材質
材質は、従来公知の基体の材質であれば、本発明の目的を達成することを阻害するものでない限り、いずれのものも使用可能である。一例をあげるならば、超硬合金（ＷＣ基超硬合金、ＷＣの他、Ｃｏを含み、さらに、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｃｒ等の炭化物または窒化物を添加したものも含むもの等）、サーメット（ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ等を主成分とするもの等）、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、酸化アルミニウムなど）、ｃＢＮ焼結体のいずれかであることが好ましい。
【0033】
（２）形状
基体の形状は、切削工具として用いられる形状であれば特段の制約はなく、インサートの形状、ソリッド工具の形状が例示できる。
基体の形状は、切削工具として用いられる形状であれば特段の制約はなく、インサートの形状、ソリッド工具の形状が例示できる。
【0034】
３．測定方法
以下のようにして、本実施形態のＡｌａＴｉｂＣｒｃＶｄＺｒｅＣｆＮｇ層の平均厚さ、組成、ＮａＣｌ型面心立方構造を有する結晶粒の面積割合を求める。
以下のようにして、本実施形態のＡｌａＴｉｂＣｒｃＶｄＺｒｅＣｆＮｇ層の平均厚さ、組成、ＮａＣｌ型面心立方構造を有する結晶粒の面積割合を求める。
【0035】
（１）平均厚さ
ここで、ＡｌａＴｉｂＣｒｃＶｄＺｒｅＣｆＮｇ層等の平均厚さは以下のようにして求めることができる。クロスセクションポリッシャー装置（Ｃｒｏｓｓ ｓｅｃｔｉｏｎ Ｐｏｌｉｓｈｅｒ：ＣＰ）等を用いて、被覆層の縦断面の観察用の試料を作製し、その断面を走査型電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＳＥＭ）により観察し、複数箇所（例えば、５箇所）の層の厚さを測定して、これらを単純平均することによりＡｌａＴｉｂＣｒｃＶｄＺｒｅＣｆＮｇ層の平均厚さとする。なお、基体の表面の定義は後述する。
ここで、ＡｌａＴｉｂＣｒｃＶｄＺｒｅＣｆＮｇ層等の平均厚さは以下のようにして求めることができる。クロスセクションポリッシャー装置（Ｃｒｏｓｓ ｓｅｃｔｉｏｎ Ｐｏｌｉｓｈｅｒ：ＣＰ）等を用いて、被覆層の縦断面の観察用の試料を作製し、その断面を走査型電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＳＥＭ）により観察し、複数箇所（例えば、５箇所）の層の厚さを測定して、これらを単純平均することによりＡｌａＴｉｂＣｒｃＶｄＺｒｅＣｆＮｇ層の平均厚さとする。なお、基体の表面の定義は後述する。
【0036】
ここで、縦断面とは、インサートでは基体の表面における微小な凹凸を無視し、平らな面として扱ったときの基体の表面に垂直な断面をいう。
【0037】
本明細書において、基体の表面とは、縦断面の観察像における、基体と被覆層の界面粗さの平均線（直線）とする。
【0038】
すなわち、前記縦断面の観察像より被覆層（下部層が存在すれば、被覆層の代わりに下部層を用いる）と基体の界面を定め、得られた表面被覆層と基体との界面の粗さ曲線について、平均線を引き、これを基体の表面とする。そして、この平均線に対して、垂直な方向を基体に垂直な方向（層の厚さ方向）とする。
【0039】
また、基体が曲面の表面を有する場合であっても、被覆層の厚さに対して曲面の曲率半径が十分に大きければ、測定領域における表面被覆層と基体との間の界面は略平面となることから、同様の手法により基体の表面を決定することができる。
【0040】
（２）元素割合及び塩素含有量
ＡｌａＴｉｂＣｒｃＶｄＺｒｅＣｆＮｇ層の元素割合及び塩素含有量は、以下のようにして求める。
Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｖ、Ｚｒの元素割合ａ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）、ｂ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）、ｃ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）、ｄ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）、ｅ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）および、Ｃ、Ｎの元素割合ｆ／（ｆ＋ｇ）、ｇ／（ｆ＋ｇ）、及び塩素含有量については、電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏ Ａｎａｌｙｓｅｒ）を用い、表面を研磨した試料において、電子線を試料表面側から照射し、得られた特性Ｘ線の解析結果の１０点の平均値とする。
ＡｌａＴｉｂＣｒｃＶｄＺｒｅＣｆＮｇ層の元素割合及び塩素含有量は、以下のようにして求める。
Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｖ、Ｚｒの元素割合ａ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）、ｂ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）、ｃ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）、ｄ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）、ｅ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）および、Ｃ、Ｎの元素割合ｆ／（ｆ＋ｇ）、ｇ／（ｆ＋ｇ）、及び塩素含有量については、電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏ Ａｎａｌｙｓｅｒ）を用い、表面を研磨した試料において、電子線を試料表面側から照射し、得られた特性Ｘ線の解析結果の１０点の平均値とする。
【0041】
また、被覆層のＮａＣｌ型面心立方構造の結晶粒におけるＡｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｖ、Ｚｒの元素割合ａ’／（ａ’＋ｂ’＋ｃ’＋ｄ’＋ｅ’）、ｂ’／（ａ’＋ｂ’＋ｃ’＋ｄ’＋ｅ’）、ｃ’／（ａ’＋ｂ’＋ｃ’＋ｄ’＋ｅ’）、ｄ’／（ａ’＋ｂ’＋ｃ’＋ｄ’＋ｅ’）、ｅ’／（ａ’＋ｂ’＋ｃ’＋ｄ’＋ｅ’）については、前記被覆層の縦断面の研磨面に対してエネルギー分散型Ｘ線分析法（ＥＤＳ：Ｅｎｅｒｇｙ ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ－ｒａｙ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を用い、電子線を縦断面から照射し、前記層の任意のＮａＣｌ型面心立方構造の結晶粒における面分析を行って得られたＡｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｖ、Ｚｒの組成解析結果を基に平均値として求めることができる。
【0042】
（３）ＡｌａＴｉｂＣｒｃＶｄＺｒｅＣｆＮｇ層の結晶構造の同定および面積割合
ＡｌａＴｉｂＣｒｃＶｄＺｒｅＣｆＮｇ層について、ＮａＣｌ型の面心立方構造の結晶粒の面積割合は以下のようにして求める。
最初に、結晶粒界を特定する。すなわち、縦断面を研磨し表面研磨面を得て、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）に付属する結晶方位解析装置を用いて、前記表面研磨面の法線方向に対して、例えば、０．５度以上、１．０度以下に傾けた電子線をＰｒｅｃｅｓｓｉｏｎ（歳差運動）照射しながら、各測定点に対し、電子線を任意のビーム径および間隔でスキャンし、連続的に電子回折パターンを取り込む。
ＡｌａＴｉｂＣｒｃＶｄＺｒｅＣｆＮｇ層について、ＮａＣｌ型の面心立方構造の結晶粒の面積割合は以下のようにして求める。
最初に、結晶粒界を特定する。すなわち、縦断面を研磨し表面研磨面を得て、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）に付属する結晶方位解析装置を用いて、前記表面研磨面の法線方向に対して、例えば、０．５度以上、１．０度以下に傾けた電子線をＰｒｅｃｅｓｓｉｏｎ（歳差運動）照射しながら、各測定点に対し、電子線を任意のビーム径および間隔でスキャンし、連続的に電子回折パターンを取り込む。
【0043】
そして、個々の測定点を解析することで、ＮａＣｌ型の面心立方構造の有無とその結晶方位を求めることができる。例えば、幅２０００ｎｍ、高さは被覆層の厚みが全て含まれるよう設定された観察視野に対して結晶粒界を判定する。
【0044】
なお、測定に用いた電子回折パターンの取得条件は、例えば、加速電圧２００ｋＶ、カメラ長２０ｃｍ、ビームサイズ２．４ｎｍで、測定ステップは二次元方向に１０．０ｎｍである。このとき、測定した結晶方位は測定面上を離散的に調べたものであり、隣接測定点間の中間までの領域をその測定結果で代表させることにより、測定面全体の方位分布として求めるものである。なお、測定点で代表させた領域（以下、ピクセルということがある）として正方形状のものが例示できる。
【0045】
このピクセルのうち隣接するもの同士の間で５度以上の結晶方位の角度差がある場合、または隣接するピクセルの片方のみがＮａＣｌ型の面心立方構造を示す場合は、これらピクセルの接する領域の辺を粒界とする。そして、この粒界とされた辺により囲まれた領域を１つの結晶粒と定義する。
【0046】
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、あるいは、隣接するＮａＣｌ型の面心立方構造を有する測定点がないような、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。このようにして、粒界判定を行い、結晶粒を特定する。
【0047】
そして、このＮａＣｌ型の面心立方構造である結晶粒の面積割合は、前記観察視野の全面積に対して特定されたＮａＣｌ型の面心立方構造を有する結晶粒の合計の面積が占める割合として算出する。切削刃先ごとに５以上の観察視野で同様の測定を行い全ての切削刃先の測定結果の平均値を、ＡｌＴｉＣＮ層を構成するＮａＣｌ型の面心立方構造の結晶粒の面積割合とする。
【0048】
（４）ＡｌａＴｉｂＣｒｃＶｄＺｒｅＣｆＮｇ層のアスペクト比
ＡｌＴｉＣＮ層の縦断面を研磨する。
観察視野は被覆層の厚みが全て含まれるよう設定された長方形の観察視野で、ＮａＣｌ型面心立方構造を有する結晶粒を２０以上含む大きさであることが好ましい。
ＡｌＴｉＣＮ層の縦断面を研磨する。
観察視野は被覆層の厚みが全て含まれるよう設定された長方形の観察視野で、ＮａＣｌ型面心立方構造を有する結晶粒を２０以上含む大きさであることが好ましい。
【0049】
粒界判定を行い、結晶粒を特定する。次に、画像解析を行い、ある結晶粒ｉにおける基体の表面と垂直方向の最大長さＨｉ、結晶粒ｉにおける基体に平行方向（基体の表面を平らな面と扱ったとき、この面に平行な方向）の最大長さである粒子幅Ｗｉ、結晶粒ｉの面積Ｓｉを測定する。結晶粒ｉのアスペクト比ＡｉはＡｉ＝Ｈｉ／Ｗｉとして算出する。
【0050】
４．製造方法
本実施形態のＡｌａＴｉｂＣｒｃＶｄＺｒｅＣｆＮｇ層の製造方法は、例えば、ＡｌＣｌ３、ＴｉＣｌ４、ＣｒＣｌ３、ＶＣｌ４、ＺｒＣｌ４、Ｈ２、ＨＣｌ、Ｎ２、ＣＨ３ＣＮ、Ａｒ、Ｈ２の各ガスを用いて、ＣＶＤ法により行うことができる。
本実施形態のＡｌａＴｉｂＣｒｃＶｄＺｒｅＣｆＮｇ層の製造方法は、例えば、ＡｌＣｌ３、ＴｉＣｌ４、ＣｒＣｌ３、ＶＣｌ４、ＺｒＣｌ４、Ｈ２、ＨＣｌ、Ｎ２、ＣＨ３ＣＮ、Ａｒ、Ｈ２の各ガスを用いて、ＣＶＤ法により行うことができる。
【0051】
ここで、ガス群Ａとガス群Ｂとは、熱ＣＶＤ装置の反応容器内の空間で被成膜物の直前までガスを分離して供給し、被成膜物の直前でガス群Ａとガス群Ｂが混合し、反応させるようにする。これは、互いに反応活性の高いガス種を成膜領域にわたって均一に成膜するために有効であり、詳細な技術内容は、例えば、特許６３５８４２０号公報に開示されている。
【0052】
同公報に記載されている成膜装置は、図３、４に示すガス供給管を有しており、その構造を説明する。
図３、４に示すように、その中心を中心に所定の回転速度で回転する円筒管であるガス供給管（４）は、その軸心方向に沿って延びる仕切部材により、内部をほぼ二等分され、ガス群Ａ流通部（７）とガス群Ｂ流通部（８）を有している。
図３、４に示すように、その中心を中心に所定の回転速度で回転する円筒管であるガス供給管（４）は、その軸心方向に沿って延びる仕切部材により、内部をほぼ二等分され、ガス群Ａ流通部（７）とガス群Ｂ流通部（８）を有している。
【0053】
ガス供給管（４）には、図３に示すようにほぼ同じ高さの位置にある噴出口対を構成するガス群Ａ噴出口（５）とガス群Ｂ噴出口（６）が高さ方向に沿って複数設けられている。
【0054】
図４に示すガス群Ａ噴出口（５）とガス群Ｂ噴出口（６）は、同じ噴出口対に属しており、ガス群Ａ噴出口（５）の外周側開口端の中心（９）とガス群Ｂ噴出口（６）の外周側開口端の中心（１０）の中心との距離（１２）が規定されている。また、ガス群Ａ噴出口（５）の外周側開口端の中心（９）とガス供給管の回転軸中心（１１）とガス群Ｂ噴出口（６）の外周側開口端の中心（１０）の中心とのなす角を回転軸と垂直な面に投影した角度（１３）が規定されている。
【実施例0055】
以下、実施例をあげて本発明を説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。すなわち、基体としてＷＣ基超硬合金を用いたインサート切削工具をあげるが、基体の材質は前述のものであればよく、その形状は前述のとおりソリッド工具等の形状であってもよい。
【0056】
１．基体の製造
原料粉末として、ＷＣ粉末、ＴｉＣ粉末、ＺｒＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、Ｃｒ３Ｃ２粉末、ＴｉＮ粉末およびＣｏ粉末を用意し、これら原料粉末を、表１に示される配合組成に配合し、さらにワックスを加えてアセトン中で２４時間ボールミル混合し、減圧乾燥した後、９８ＭＰａの圧力で所定形状の圧粉体にプレス成形した。
原料粉末として、ＷＣ粉末、ＴｉＣ粉末、ＺｒＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、Ｃｒ３Ｃ２粉末、ＴｉＮ粉末およびＣｏ粉末を用意し、これら原料粉末を、表１に示される配合組成に配合し、さらにワックスを加えてアセトン中で２４時間ボールミル混合し、減圧乾燥した後、９８ＭＰａの圧力で所定形状の圧粉体にプレス成形した。
【0057】
その後、この圧粉体を５Ｐａの真空中、１４２０℃の温度にて１時間保持した条件で真空焼結し、焼結後、切刃部にＲ：０．０６ｍｍのホーニング加工を施した三菱マテリアル社製のＳＥＭＴ１３Ｔ３ＡＧＳＮ－ＪＭのインサート形状をもったＷＣ基超硬合金製の基体Ａ～Ｃ、および、焼結後、切刃部にＲ：０．０５ｍｍのホーニング加工を施した三菱マテリアル社製のＣＮＭＧ１２０４０８－ＭＡのインサート形状をもったＷＣ基超硬合金製の基体Ｄ～Ｆを製造した。
【0058】
２．成膜
基体Ａ～Ｆの表面に、ＣＶＤ装置を用いて、ＡｌａＴｉｂＣｒｃＶｄＺｒｅＣｆＮｇ層を成膜し、表５に示す実施例１～１０を得た。成膜条件は、表２に示すとおりであったが、概ね、次のとおりであった。
基体Ａ～Ｆの表面に、ＣＶＤ装置を用いて、ＡｌａＴｉｂＣｒｃＶｄＺｒｅＣｆＮｇ層を成膜し、表５に示す実施例１～１０を得た。成膜条件は、表２に示すとおりであったが、概ね、次のとおりであった。
【0059】
反応ガス組成（ガス成分の含有量は、容量％である）：
ガス群Ａ：
ＡｌＣｌ３：０．０１～０．０９％、ＴｉＣｌ４：０．０１～０．０９％、
ＣｒＣｌ３：０．０１～０．７９％、ＶＣｌ４：０．０１～０．０９％、
ＺｒＣｌ４：０．０１～０．１９％、Ａｒ：１０．０～３０．０％、
Ｎ２：０．０～１０．０％、Ｃ２Ｈ４：０．０～０．５％、Ｈ２：１．０～１０．０％
ガス群Ｂ：
ＮＨ３：０．３０～０．５０％、Ａｒ：０．０～５．０％、Ｈ２：残
反応雰囲気圧力：４．０～５．０ｋＰａ、
反応雰囲気温度：７００～８５０℃
ガス群Ａ：
ＡｌＣｌ３：０．０１～０．０９％、ＴｉＣｌ４：０．０１～０．０９％、
ＣｒＣｌ３：０．０１～０．７９％、ＶＣｌ４：０．０１～０．０９％、
ＺｒＣｌ４：０．０１～０．１９％、Ａｒ：１０．０～３０．０％、
Ｎ２：０．０～１０．０％、Ｃ２Ｈ４：０．０～０．５％、Ｈ２：１．０～１０．０％
ガス群Ｂ：
ＮＨ３：０．３０～０．５０％、Ａｒ：０．０～５．０％、Ｈ２：残
反応雰囲気圧力：４．０～５．０ｋＰａ、
反応雰囲気温度：７００～８５０℃
【0060】
ここで、ガス群Ａとガス群Ｂは、それぞれ、前述の特許６３５８４２０号公報に記載されたＣＶＤ装置の、原料ガスＡ、原料ガスＢとして供給された。ガス供給管の回転速度、ガス供給管のガス群Ａ噴出口（５）の外周側開口端の中心（９）とガス群Ｂ噴出口（６）の外周側開口端の中心（１０）の中心との距離（１２）、ガス群Ａ噴出口（５）の外周側開口端の中心（９）とガス供給管の回転軸中心（１１）とガス群Ｂ噴出口（６）の外周側開口端の中心（１０）の中心とのなす角を回転軸と垂直な面に投影した角度（１３）は以下のとおりである。
【0061】
ガス供給管の回転速度：２０ｒｐｍ
距離（１２）：６ｍｍ
角度（１３）：１６度
距離（１２）：６ｍｍ
角度（１３）：１６度
【0062】
なお、実施例１～１０については、表３に示す条件により表４に示す下部層および／または上部層を成膜した。
【0063】
比較のために、基体Ａ～Ｆの表面に表２に示す成膜条件によって、ＡｌａＴｉｂＣｒｃＶｄＺｒｅＣｆＮｇ層を成膜し、表５、６に示す比較例１～１０を得た。
比較例の製造工程については原料ガスの組成を実施例とは変えた。
なお、比較例１～１０については、表３に示す条件により表４に示す下部層および／または上部層を成膜した。
比較例の製造工程については原料ガスの組成を実施例とは変えた。
なお、比較例１～１０については、表３に示す条件により表４に示す下部層および／または上部層を成膜した。
【0064】
前記実施例１～１０、比較例１～１０、および、従来例１～２について、前述した方法を用いて、各層の平均厚さ、各元素含有量、平均塩素含有量、ＮａＣｌ型面心立方構造の面積割合、アスペクト比が２．０以上の柱状の結晶粒の割合を測定した。
【0065】
これらの結果を表５、６にまとめた。
【0066】
【表1】
【0067】
【表2】
【0068】
【表3】
【0069】
【表4】
【0070】
表４において、「－」は該当する層が存在しないことを示す。
【0071】
【表5】
【0072】
表５において、
「＊」は、Ｔｉを事実上含まないため、Ｓ＝－［ａ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）］ｌｎ［ａ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）］＋［ｃ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）］ｌｎ［ｃ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）］＋［ｄ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）］ｌｎ［ｄ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）］＋［ｅ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）］ｌｎ［ｅ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）］より算出したことを
「＊＊」は、分析装置の定量精度以下の含有量であったため、塩素のみの単元素検出による分析によって塩素の特性Ｘ線スペクトルによるピークを確認し塩素が微量に含有されていることを確認したことを、それぞれ、示している。
「＊」は、Ｔｉを事実上含まないため、Ｓ＝－［ａ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）］ｌｎ［ａ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）］＋［ｃ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）］ｌｎ［ｃ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）］＋［ｄ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）］ｌｎ［ｄ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）］＋［ｅ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）］ｌｎ［ｅ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）］より算出したことを
「＊＊」は、分析装置の定量精度以下の含有量であったため、塩素のみの単元素検出による分析によって塩素の特性Ｘ線スペクトルによるピークを確認し塩素が微量に含有されていることを確認したことを、それぞれ、示している。
【0073】
続いて、実施例１～５、比較例１～５の各種被覆工具基体について、炭素鋼Ｓ５５Ｃの乾式高速正面フライス、センターカット切削加工試験（切削試験１）を、実施例６～１０、比較例６～１０の各種被覆工具基体について、工具鋼製バイトの先端部に固定治具にてネジ止めした状態で、炭素鋼Ｓ５５Ｃの長さ方向等間隔８本の縦溝入り丸棒の乾式高速断続切削試験（切削試験２）を実施し、切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。
【0074】
この切削試験は逃げ面摩耗が進行しやすい加工であるとともに断続加工を含むため刃先がチッピングしやすい。そのため、耐摩耗性と耐チッピング性の双方が求められる加工であるため、硬さと靭性の評価に適している。
【0075】
切削試験１
乾式高速正面フライス、センターカット切削加工
カッタ径： １２５ｍｍ
被削材： ＪＩＳ Ｓ５５Ｃ 幅１００ｍｍ、長さ４００ｍｍブロック材
回転速度： ８９１／ｍｉｎ
切削速度： ３５０ｍ／ｍｉｎ
切り込み： ２．０ｍｍ
一刃送り量： ０．２ｍｍ／刃
切削時間： ２０分
（通常切削速度は、１５０～２５０ｍ／ｍｉｎ）
乾式高速正面フライス、センターカット切削加工
カッタ径： １２５ｍｍ
被削材： ＪＩＳ Ｓ５５Ｃ 幅１００ｍｍ、長さ４００ｍｍブロック材
回転速度： ８９１／ｍｉｎ
切削速度： ３５０ｍ／ｍｉｎ
切り込み： ２．０ｍｍ
一刃送り量： ０．２ｍｍ／刃
切削時間： ２０分
（通常切削速度は、１５０～２５０ｍ／ｍｉｎ）
【0076】
切削試験２
乾式高速断続切削加工
被削材： ＪＩＳ Ｓ５５Ｃ 長さ方向等間隔８本の縦溝入り丸棒
切削速度： ３００ｍ／ｍｉｎ
切り込み： ２．０ｍｍ
送り： ０．２ｍｍ／ｒｅｖ
切削時間： １０分
（通常切削速度は、１５０～２００ｍ／ｍｉｎ）
乾式高速断続切削加工
被削材： ＪＩＳ Ｓ５５Ｃ 長さ方向等間隔８本の縦溝入り丸棒
切削速度： ３００ｍ／ｍｉｎ
切り込み： ２．０ｍｍ
送り： ０．２ｍｍ／ｒｅｖ
切削時間： １０分
（通常切削速度は、１５０～２００ｍ／ｍｉｎ）
【0077】
表６、７に、切削試験１および２の結果を示す。なお、比較例１～１０については、チッピングまたは逃げ面摩耗（寿命判定基準：逃げ面摩耗幅０．２ｍｍ）が原因で寿命に至るまでの切削時間を示している。
【0078】
【表6】
【0079】
【表7】
【0080】
表６、７において、比較例の寿命に至る切削時間（分）とは、チッピングまたは逃げ面摩耗(寿命判定基準：逃げ面摩耗幅０．２ｍｍ)が原因で寿命に至るまでの切削時間を示している。
【0081】
表６、７に示す結果から明らかなように、実施例はいずれも摩耗量が少なく、チッピングの発生がなく、硬さと靱性が共に向上しており、長期にわたって優れた切削性能を発揮する。
これに対して、比較被例１～１０は、いずれもチッピングの発生または逃げ面摩耗の進行により、短時間で使用寿命に至っている。
これに対して、比較被例１～１０は、いずれもチッピングの発生または逃げ面摩耗の進行により、短時間で使用寿命に至っている。
【符号の説明】
【0082】
１ Ｔｉ原子
２ Ｎ原子
３ Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｖ、Ｚｒの何れかの原子
４ ガス供給管
５ ガス群Ａ噴出口
６ ガス群Ｂ噴出口
７ ガス群Ａ流通部
８ ガス群Ｂ流通部
９ ガス群Ａ噴出口の外周側開口端の中心
１０ ガス群Ｂ噴出口の外周側開口端の中心
１１ 回転軸中心
１２ 距離
１３ 角度
２ Ｎ原子
３ Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｖ、Ｚｒの何れかの原子
４ ガス供給管
５ ガス群Ａ噴出口
６ ガス群Ｂ噴出口
７ ガス群Ａ流通部
８ ガス群Ｂ流通部
９ ガス群Ａ噴出口の外周側開口端の中心
１０ ガス群Ｂ噴出口の外周側開口端の中心
１１ 回転軸中心
１２ 距離
１３ 角度
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】