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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】P2024132235
(43)【公開日】2024-09-30
(54)【発明の名称】表面被覆切削工具
(51)【国際特許分類】
B23B 27/14 20060101AFI20240920BHJP
B23C 5/16 20060101ALI20240920BHJP
B23B 51/00 20060101ALI20240920BHJP
C23C 14/06 20060101ALI20240920BHJP
C23C 14/32 20060101ALI20240920BHJP
【ＦＩ】
B23B27/14 A
B23C5/16
B23B51/00 J
C23C14/06
C23C14/32
【審査請求】未請求
【請求項の数】3
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023042941
(22)【出願日】2023-03-17
(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
(72)【発明者】
【氏名】高山 新
【テーマコード（参考）】
3C037
3C046
4K029
【Ｆターム（参考）】
3C037CC02
3C037CC04
3C037CC09
3C046FF03
3C046FF09
3C046FF10
3C046FF13
3C046FF16
3C046FF21
3C046FF23
3C046FF25
4K029AA02
4K029BA02
4K029BA03
4K029BA07
4K029BA16
4K029BA17
4K029BA33
4K029BA35
4K029BB02
4K029BD05
4K029CA04
4K029DD06
4K029JA02
(57)【要約】 （修正有）
【課題】ステンレス鋼の切削でも長寿命の切削工具の提供。
【解決手段】基材１側の第１層５と表面側の第２層６を有し、第１層は、Ａｌａ１Ｔｉ１－ａ１Ｎ（０．６０≦ａ１≦０．９０）の第１ａ層とＡｌｂ１Ｔｉ１－ｂ１Ｎ（０．１０≦ｂ１≦０．５５）の第１ｂ層との積層で、第１ａ層の厚さｘ１ａが０．５～１０．０ｎｍ、第１ｂ層の厚さｘ１ｂが０．５～１０．０ｎｍ、ｘ１ａ／ｘ１ｂが０．７～１．３、第１ａ層と第１ｂ層の結晶粒が９０～１８０ｎｍ、第２層は、Ａｌａ２Ｔｉ１－ａ２Ｎ（０．５０≦ａ２≦０．８０）の第２ａ層とＡｌｂ２Ｔｉ１－ｂ２Ｎ（０．０＜ｂ２≦０．４５）の第２ｂ層（ａ１＞ａ２、ｂ１＞ｂ２）との積層で、第２ａ層の厚さｘ２ａが１．０～１５．０ｎｍ、第２ｂ層の厚さｘ２ｂが１．４～２０．０ｎｍ、ｘ２ａ／ｘ２ｂが０．７～１．３、第２ａ層と第２ｂ層の結晶粒が１０～８５ｎｍの表面被覆切削工具。
【選択図】図１
【解決手段】基材１側の第１層５と表面側の第２層６を有し、第１層は、Ａｌａ１Ｔｉ１－ａ１Ｎ（０．６０≦ａ１≦０．９０）の第１ａ層とＡｌｂ１Ｔｉ１－ｂ１Ｎ（０．１０≦ｂ１≦０．５５）の第１ｂ層との積層で、第１ａ層の厚さｘ１ａが０．５～１０．０ｎｍ、第１ｂ層の厚さｘ１ｂが０．５～１０．０ｎｍ、ｘ１ａ／ｘ１ｂが０．７～１．３、第１ａ層と第１ｂ層の結晶粒が９０～１８０ｎｍ、第２層は、Ａｌａ２Ｔｉ１－ａ２Ｎ（０．５０≦ａ２≦０．８０）の第２ａ層とＡｌｂ２Ｔｉ１－ｂ２Ｎ（０．０＜ｂ２≦０．４５）の第２ｂ層（ａ１＞ａ２、ｂ１＞ｂ２）との積層で、第２ａ層の厚さｘ２ａが１．０～１５．０ｎｍ、第２ｂ層の厚さｘ２ｂが１．４～２０．０ｎｍ、ｘ２ａ／ｘ２ｂが０．７～１．３、第２ａ層と第２ｂ層の結晶粒が１０～８５ｎｍの表面被覆切削工具。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
基体と該基体に設けられた被覆層を有し、
（ａ）前記被覆層は、前記基材側に第１層、工具表面側に第２層を有し、
（ｂ）前記第１層は、第１ａ層であるＡｌａ１Ｔｉ１－ａ１Ｎ（０．６０≦ａ１≦０．９０）の平均組成を有する層と、第１ｂ層であるＡｌｂ１Ｔｉ１－ｂ１Ｎ（０．１０≦ｂ１≦０．５５）の平均組成を有する層との交互積層であり、
（ｃ）前記第１ａ層の平均厚さｘ１ａが０．５ｎｍ以上、１０．０ｎｍ以下であり、前記第１ｂ層の平均厚さｘ１ｂが０．５ｎｍ以上、１０．０ｎｍ以下であって、ｘ１ａ／ｘ１ｂが０．７以上、１．３以下であり、
（ｄ）前記第１ａ層および前記第１ｂ層の結晶粒の平均粒径が、共に、９０ｎｍ以上、１８０ｎｍ以下であり、
（ｅ）前記第２層は、第２ａ層であるＡｌａ２Ｔｉ１－ａ２Ｎ（０．５０≦ａ２≦０．８０）の平均組成を有する層と、第２ｂ層であるＡｌｂ２Ｔｉ１－ｂ２Ｎ（０．０＜ｂ２≦０．４５）の平均組成を有する層（ただし、ａ１＞ａ２、ｂ１＞ｂ２）との交互積層であり、
（ｆ）前記第２ａ層の平均厚さｘ２ａが１．０ｎｍ以上、１５．０ｎｍ以下であり、前記第２ｂ層の平均厚さｘ２ｂが１．４ｎｍ以上、２０．０ｎｍ以下であって、ｘ２ａ／ｘ２ｂが０．７以上、１．３以下であり、
（ｇ）前記第２ａ層および前記第２ｂ層の結晶粒の平均粒径が、共に、１０ｎｍ以上、８５ｎｍ以下である
ことを特徴とする表面被覆切削工具。
（ａ）前記被覆層は、前記基材側に第１層、工具表面側に第２層を有し、
（ｂ）前記第１層は、第１ａ層であるＡｌａ１Ｔｉ１－ａ１Ｎ（０．６０≦ａ１≦０．９０）の平均組成を有する層と、第１ｂ層であるＡｌｂ１Ｔｉ１－ｂ１Ｎ（０．１０≦ｂ１≦０．５５）の平均組成を有する層との交互積層であり、
（ｃ）前記第１ａ層の平均厚さｘ１ａが０．５ｎｍ以上、１０．０ｎｍ以下であり、前記第１ｂ層の平均厚さｘ１ｂが０．５ｎｍ以上、１０．０ｎｍ以下であって、ｘ１ａ／ｘ１ｂが０．７以上、１．３以下であり、
（ｄ）前記第１ａ層および前記第１ｂ層の結晶粒の平均粒径が、共に、９０ｎｍ以上、１８０ｎｍ以下であり、
（ｅ）前記第２層は、第２ａ層であるＡｌａ２Ｔｉ１－ａ２Ｎ（０．５０≦ａ２≦０．８０）の平均組成を有する層と、第２ｂ層であるＡｌｂ２Ｔｉ１－ｂ２Ｎ（０．０＜ｂ２≦０．４５）の平均組成を有する層（ただし、ａ１＞ａ２、ｂ１＞ｂ２）との交互積層であり、
（ｆ）前記第２ａ層の平均厚さｘ２ａが１．０ｎｍ以上、１５．０ｎｍ以下であり、前記第２ｂ層の平均厚さｘ２ｂが１．４ｎｍ以上、２０．０ｎｍ以下であって、ｘ２ａ／ｘ２ｂが０．７以上、１．３以下であり、
（ｇ）前記第２ａ層および前記第２ｂ層の結晶粒の平均粒径が、共に、１０ｎｍ以上、８５ｎｍ以下である
ことを特徴とする表面被覆切削工具。
【請求項2】
前記第１ａ層、前記第１ｂ層、前記第２ａ層、前記第２ｂ層の少なくとも１層は、層種毎に選択されるＭ１（Ｍ１はＶ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍо、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｓｉ元素の１種以上）を［Ｍ１］／（［Ａｌ］＋［Ｔｉ］＋［Ｍ１］）（［Ｘ］は、元素Ｘの前記第１ａ層、前記第１ｂ層、前記第２ａ層、前記第２ｂ層中の原子数）が０．２０以下となるように含むことを特徴とする請求項１に記載の表面被覆切削工具。
【請求項3】
前記第２層の上部に、Ｍ２（Ｍ２はＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍо、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ａｌ、Ｓｉの１種以上）と窒素、炭素、ホウ素および酸素の少なくとも１種を含む上部層を有すること特徴とする請求項１または２に記載の表面被覆切削工具。
【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】
従来から、被覆工具としては、例えば、炭化タングステン（以下、ＷＣで表す）基超硬合金等の基体に被覆層を形成したものが知られている。
そして、この被覆層の組成、層構造を調整することによって、切削性能がより一層向上した被覆工具を得る提案がなされている。
そして、この被覆層の組成、層構造を調整することによって、切削性能がより一層向上した被覆工具を得る提案がなされている。
【0003】
例えば、特許文献１には、ＴｉｘＡｌ１－ｘＮとＴｉｙＡｌ１－ｙＮ（０≦ｘ＜０．５、０．５＜ｙ≦１）の２層を、交互に繰り返して積層し、積層体の全体組成として化学量論的にアルミニウムリッチな被覆層を有する被覆工具が記載され、該被覆工具は優れた耐摩耗性、耐欠損性を有しているとされている。
【0004】
また、例えば、特許文献２には、基体上の被覆層は、Ａｌ１－ｘ１Ｔｉｘ１の第１層と、Ａｌ１－ｘ２Ｔｉｘ２の第２層とを有し、前記第１層および前記第２層が交互積層され、前記ｘ１が前記ｘ２よりも大きく、複数の前記第１層は、隣り合う２つの前記第１層において、前記基体の近くに位置するものより、前記基体から離れて位置するものの厚みが薄い第１領域を有している被覆工具が記載され、該被覆工具は耐久性を有するとされている。
【0005】
さらに、例えば、特許文献３には、被覆層がナノメートルオーダーの大きさの結晶粒径を有する少なくとも２つの異なるコーティング部分ＡおよびＢを有するＡｌＴｉＮコーティングであって、前記コーティング部分Ａは、前記コーティング部分Ｂと比較して、より大きい結晶粒径を有し、かつより高い弾性係数を示すものである被覆工具が記載され、該被覆工具は耐摩耗性が向上しているとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開平７－９７６７９号公報
【特許文献2】国際公開第２０１８／２３５７４７号
【特許文献3】国際公開第２０１４／０４５０４９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
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、ステンレス鋼等の切削加工に供して優れた耐摩耗性および耐欠損性を有する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】
【0008】
本発明の実施形態に係る表面被覆切削工具は、
基体と該基体に設けられた被覆層を有し、
（ａ）前記被覆層は、前記基材側に第１層、工具表面側に第２層を有し、
（ｂ）前記第１層は、第１ａ層であるＡｌａ１Ｔｉ１－ａ１Ｎ（０．６０≦ａ１≦０．９０）の平均組成を有する層と、第１ｂ層であるＡｌｂ１Ｔｉ１－ｂ１Ｎ（０．１０≦ｂ１≦０．５５）の平均組成を有する層との交互積層であり、
（ｃ）前記第１ａ層の平均厚さｘ１ａが０．５ｎｍ以上、１０．０ｎｍ以下であり、前記第１ｂ層の平均厚さｘ１ｂが０．５ｎｍ以上、１０．０ｎｍ以下であって、ｘ１ａ／ｘ１ｂが０．７以上、１．３以下であり、
（ｄ）前記第１ａ層および前記第１ｂ層の結晶粒の平均粒径が、共に、９０ｎｍ以上、１８０ｎｍ以下であり、
（ｅ）前記第２層は、第２ａ層であるＡｌａ２Ｔｉ１－ａ２Ｎ（０．５０≦ａ２≦０．８０）の平均組成を有する層と、第２ｂ層であるＡｌｂ２Ｔｉ１－ｂ２Ｎ（０．０２＜ｂ２≦０．４５）の平均組成を有する層（ただし、ａ１＞ａ２、ｂ１＞ｂ２）との交互積層であり、
（ｆ）前記第２ａ層の平均厚さｘ２ａが１．０ｎｍ以上、１５．０ｎｍ以下であり、前記第２ｂ層の平均厚さｘ２ｂが１．４ｎｍ以上、２０．０ｎｍ以下であって、ｘ２ａ／ｘ２ｂが０．７以上、１．３以下であり、
（ｇ）前記第２ａ層および前記第２ｂ層の結晶粒の平均粒径が、共に、１０ｎｍ以上、８５ｎｍ以下である。
基体と該基体に設けられた被覆層を有し、
（ａ）前記被覆層は、前記基材側に第１層、工具表面側に第２層を有し、
（ｂ）前記第１層は、第１ａ層であるＡｌａ１Ｔｉ１－ａ１Ｎ（０．６０≦ａ１≦０．９０）の平均組成を有する層と、第１ｂ層であるＡｌｂ１Ｔｉ１－ｂ１Ｎ（０．１０≦ｂ１≦０．５５）の平均組成を有する層との交互積層であり、
（ｃ）前記第１ａ層の平均厚さｘ１ａが０．５ｎｍ以上、１０．０ｎｍ以下であり、前記第１ｂ層の平均厚さｘ１ｂが０．５ｎｍ以上、１０．０ｎｍ以下であって、ｘ１ａ／ｘ１ｂが０．７以上、１．３以下であり、
（ｄ）前記第１ａ層および前記第１ｂ層の結晶粒の平均粒径が、共に、９０ｎｍ以上、１８０ｎｍ以下であり、
（ｅ）前記第２層は、第２ａ層であるＡｌａ２Ｔｉ１－ａ２Ｎ（０．５０≦ａ２≦０．８０）の平均組成を有する層と、第２ｂ層であるＡｌｂ２Ｔｉ１－ｂ２Ｎ（０．０２＜ｂ２≦０．４５）の平均組成を有する層（ただし、ａ１＞ａ２、ｂ１＞ｂ２）との交互積層であり、
（ｆ）前記第２ａ層の平均厚さｘ２ａが１．０ｎｍ以上、１５．０ｎｍ以下であり、前記第２ｂ層の平均厚さｘ２ｂが１．４ｎｍ以上、２０．０ｎｍ以下であって、ｘ２ａ／ｘ２ｂが０．７以上、１．３以下であり、
（ｇ）前記第２ａ層および前記第２ｂ層の結晶粒の平均粒径が、共に、１０ｎｍ以上、８５ｎｍ以下である。
【0009】
前記実施形態に係る表面被覆切削工具は、（１）、（２）の少なくとも一つを満足していてもよい。
【0010】
（１）前記第１ａ層、前記第１ｂ層、前記第２ａ層、前記第２ｂ層の少なくとも１層は、層種毎に選択されるＭ１（Ｍ１はＶ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍо、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｓｉ元素の１種以上）を［Ｍ１］／（［Ａｌ］＋［Ｔｉ］＋［Ｍ１］）（［Ｘ］は、元素Ｘの前記第１ａ層、前記第１ｂ層、前記第２ａ層、前記第２ｂ層中の原子数）が０．２０以下となるように含むこと。
【0011】
（２）前記第２層の上部に、Ｍ２（Ｍ２はＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍо、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ａｌ、Ｓｉの１種以上）と窒素、炭素、ホウ素および酸素の少なくとも１種を含む上部層を有すること。
【発明の効果】
【0012】
前記表面被覆切削工具は、鋼だけでなくステンレス鋼の切削に供しても、優れた耐摩耗性および耐欠損性を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】本発明の一実施形態に係る表面被覆切削工具における被覆層の縦断面の一例の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
本発明者は、鋼の切削加工での性能を担保しつつステンレス鋼等の切削加工に供しても優れた耐摩耗性を有する切削工具を得るために被覆層について鋭意検討を行った。その結果、以下の（１）～（５）の知見を得た。
【0015】
（１）ＡｌＴｉＮ層はＡｌ含有量を増加させることにより切削時の耐摩耗性が向上する。しかし、Ａｌ含有量を増加しすぎると格子歪によって結晶構造が変化し軟質な六方晶相が析出し、耐摩耗性が損なわれてしまう。そこで、Ａｌ含有量の低いＡｌＴｉＮ層とＡｌ含有量の高いＡｌＴｉＮ層を所定の層厚で交互積層した層とすることにより六方晶相の析出の原因となっている格子歪みを緩和することができるため、従来の六方晶の存在するＡｌ含有量の一部範囲で立方晶のＡｌＴｉＮ層を設けることができ、高い耐摩耗性を持たせることができる。
【0016】
（２）交互積層する層の平均厚さを所定の値とすれば、積層を構成するときに導入される格子歪みが緩和され、より確実にＡｌ含有量の高い立方晶ＡｌＴｉＮ層を積層することができる。
【0017】
（３）交互積層を構成する平均Ａｌ含有量の高い立方晶ＡｌＴｉＮ層は耐摩耗性が向上するが、耐欠損性が低下し、切削条件によるものの断続加工では欠損により寿命が低下する。被覆層を構成する結晶粒が大きいほど鋼の切削加工時の耐摩耗性は向上するが、ステンレス鋼の切削加工時に生じる溶着チッピングや境界損傷には弱くなる。
【0018】
（４）そこで、平均Ａｌ含有量５～１０％低下させた交互積層を構成する層としてＡｌＴｉＮ層を更に設け、このさらに設けたＡｌＴｉＮ層の結晶粒を微粒化すると、耐溶着チッピング性や耐境界損傷性が向上し、ステンレス切削加工時の被覆層の寿命も向上することができる。
【0019】
（５）また、ＡｌＴｉＮにＭ１（Ｍ１はＶ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍо、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ元素の１種以上）元素の添加によってＡｌＴｉＮ層の耐酸化性を向上させてステンレス鋼切削加工時の境界損傷を更に抑制し、ステンレス鋼切削加工時の寿命をより向上することができる場合がある。
本発明はこれら知見に基づいて導出されたものである。
本発明はこれら知見に基づいて導出されたものである。
【0020】
以下では、本発明の実施形態に係る被覆工具について、より詳細に説明する。なお、本明細書、特許請求の範囲の記載において、数値範囲を「Ｌ～Ｍ」を用いて表現する場合、「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）の数値を含むものである。また、上限値（Ｍ）のみに単位が記載されているとき、上限値（Ｍ）および下限値（Ｌ）は同じ単位である。
【0021】
以下、本発明の実施形態に係る被覆工具について説明する。
【0022】
１．被覆層
本発明の実施形態に係る被覆工具の被覆層の層構造は図１に模式的に示すとおりである。被覆層（２）は、基体（１）上に第１層（５）、第１層（５）上に第２層（６）が積層されている。第１層（５）および第２層（６）は、共に、それぞれ、ナノメートルオーダーの平均厚さを有する薄い層の交互積層を有する。すなわち、第１層（５）は第１ａ層（７）と第１ｂ層（８）との、第２層（６）は第２ａ層（９）と第２ｂ層（１０）との交互積層を有することが好ましい。なお、図１において、第１層（５）および第２層（６）の白地の部分にも、それぞれ、第１ａ層（７）と第１ｂ層（８）、第２ａ層（９）と第２ｂ層（１０）がそれぞれ交互積層されている。また、図１では、第２層（６）の上に上部層（４）が設けられているが、上部層（４）は選択的に設けられるものであって必須の層ではない。換言すると、被覆層（２）のうち、前述の目的の達成のために不可欠な被覆層（３）は第１層（５）と第２層（６）である。
本発明の実施形態に係る被覆工具の被覆層の層構造は図１に模式的に示すとおりである。被覆層（２）は、基体（１）上に第１層（５）、第１層（５）上に第２層（６）が積層されている。第１層（５）および第２層（６）は、共に、それぞれ、ナノメートルオーダーの平均厚さを有する薄い層の交互積層を有する。すなわち、第１層（５）は第１ａ層（７）と第１ｂ層（８）との、第２層（６）は第２ａ層（９）と第２ｂ層（１０）との交互積層を有することが好ましい。なお、図１において、第１層（５）および第２層（６）の白地の部分にも、それぞれ、第１ａ層（７）と第１ｂ層（８）、第２ａ層（９）と第２ｂ層（１０）がそれぞれ交互積層されている。また、図１では、第２層（６）の上に上部層（４）が設けられているが、上部層（４）は選択的に設けられるものであって必須の層ではない。換言すると、被覆層（２）のうち、前述の目的の達成のために不可欠な被覆層（３）は第１層（５）と第２層（６）である。
【0023】
（１）第１層の平均厚さと第２層の平均厚さの和
本実施形態における不可欠な被覆層（３）の全体の平均厚さ（すなわち、第１層の平均厚さと第２層の平均厚さの和）は、０．４μｍ以上、９．０μｍ以下であることが好ましい。その理由は、０．４μｍ未満であると、長期の使用にわたって優れた耐摩耗性を発揮することができず、一方、９．０μｍを超えると、結晶粒が粗大化しやすくなり、耐チッピング性の向上が得られなくなるからである。被覆層の全体の平均厚さは、０．８μｍ以上、６．０μｍ以下がより好ましい。
本実施形態における不可欠な被覆層（３）の全体の平均厚さ（すなわち、第１層の平均厚さと第２層の平均厚さの和）は、０．４μｍ以上、９．０μｍ以下であることが好ましい。その理由は、０．４μｍ未満であると、長期の使用にわたって優れた耐摩耗性を発揮することができず、一方、９．０μｍを超えると、結晶粒が粗大化しやすくなり、耐チッピング性の向上が得られなくなるからである。被覆層の全体の平均厚さは、０．８μｍ以上、６．０μｍ以下がより好ましい。
【0024】
（２）第１層と第２層の平均厚さ
第１層の平均厚さ（Ａ１ｔ）は０．３μｍ以上、６．０μｍ以下、第２層の平均厚さ（Ａ２ｔ）は０．１μｍ以上、３．０μｍ以下であることが好ましい。その理由は、第１層および第２層の平均厚さがこの範囲の下限値未満では膜厚が薄くなりすぎるため耐摩耗性が低下し、上記範囲の上限値を超えると耐欠損性が低下してしまう。
第１層の平均厚さは０．６μｍ以上、４．０μｍ以下、第２層の平均厚さは０．２μｍ以上、２．０μｍ以下がより好ましい。
第１層の平均厚さ（Ａ１ｔ）は０．３μｍ以上、６．０μｍ以下、第２層の平均厚さ（Ａ２ｔ）は０．１μｍ以上、３．０μｍ以下であることが好ましい。その理由は、第１層および第２層の平均厚さがこの範囲の下限値未満では膜厚が薄くなりすぎるため耐摩耗性が低下し、上記範囲の上限値を超えると耐欠損性が低下してしまう。
第１層の平均厚さは０．６μｍ以上、４．０μｍ以下、第２層の平均厚さは０．２μｍ以上、２．０μｍ以下がより好ましい。
【0025】
（３）第１ａ層、第１ｂ層の平均厚さ
第１層は、平均厚さがナノメートルオーダーの第１ａ層と第１ｂ層との交互積層である。第１ａ層と第１ｂ層のそれぞれの平均厚さであるｘ１ａ、ｘ１ｂは、ｘ１ａが０．５ｎｍ以上、１０．０ｎｍ以下であり、ｘ１ｂが０．５ｎｍ以上、１０．０ｎｍ以下であり、ｘ１ａ／ｘ２ｂが０．７以上、１．３以下を満足することが好ましい。
その理由は、平均厚さがこの範囲にあると、六方晶相の結晶粒の析出を抑制し耐摩耗性が向上して、前述の目的が確実に達成できるためである。
なお、ｘ１ａは０．６ｎｍ以上、１０ｎｍ以下であり、ｘ１ｂは０．５ｎｍ以上、９．０ｎｍ以下で、ｘ１ａ／ｘ２ｂは０．８以上、１．２以下であることがより好ましい。
第１層は、平均厚さがナノメートルオーダーの第１ａ層と第１ｂ層との交互積層である。第１ａ層と第１ｂ層のそれぞれの平均厚さであるｘ１ａ、ｘ１ｂは、ｘ１ａが０．５ｎｍ以上、１０．０ｎｍ以下であり、ｘ１ｂが０．５ｎｍ以上、１０．０ｎｍ以下であり、ｘ１ａ／ｘ２ｂが０．７以上、１．３以下を満足することが好ましい。
その理由は、平均厚さがこの範囲にあると、六方晶相の結晶粒の析出を抑制し耐摩耗性が向上して、前述の目的が確実に達成できるためである。
なお、ｘ１ａは０．６ｎｍ以上、１０ｎｍ以下であり、ｘ１ｂは０．５ｎｍ以上、９．０ｎｍ以下で、ｘ１ａ／ｘ２ｂは０．８以上、１．２以下であることがより好ましい。
【0026】
（４）第１ａ層、第１ｂ層の積層数
第１ａ層と第１ｂ層の積層数（第１ａ層と第１ｂ層の合計層数）は特に制約はないが、５０～２００１がより好ましく、１００～１００１がより一層好ましい。その理由は、５０未満では切削加工時に発生するクラック進展を十分に防止することができないために耐欠損性が低下することがあり、２００１を超えると繰返し数が増えることより、第１層の結晶粒が微粒化しすぎてしまい耐摩耗性が低下してしまうことがあるためである。
なお、この積層数はＭ１を含む層が存在しても変わらない。
第１ａ層と第１ｂ層の積層数（第１ａ層と第１ｂ層の合計層数）は特に制約はないが、５０～２００１がより好ましく、１００～１００１がより一層好ましい。その理由は、５０未満では切削加工時に発生するクラック進展を十分に防止することができないために耐欠損性が低下することがあり、２００１を超えると繰返し数が増えることより、第１層の結晶粒が微粒化しすぎてしまい耐摩耗性が低下してしまうことがあるためである。
なお、この積層数はＭ１を含む層が存在しても変わらない。
【0027】
また、第１ａ層と第１ｂ層は、それぞれ、交互に積層されていればよく、基体側、工具表面側（第２層側）の層は、それぞれ、いずれであってもよい。
【0028】
（５）第１ａ層と第１ｂ層の結晶粒の平均粒径
第１ａ層と第１ｂ層の平均粒径（ｄ１）は、共に、９０ｎｍ以上、１８０ｎｍ以下が好ましい。第１ａ層と第１ｂ層の平均粒径（ｄ１）がこの範囲にあれば、六方晶相の結晶粒の析出を抑制し耐摩耗性向上する。第１ａ層と第１ｂ層の平均粒径（ｄ１）は、１００ｎｍ以上、１４０ｎｍ以下がより好ましい。
第１ａ層と第１ｂ層の平均粒径（ｄ１）は、共に、９０ｎｍ以上、１８０ｎｍ以下が好ましい。第１ａ層と第１ｂ層の平均粒径（ｄ１）がこの範囲にあれば、六方晶相の結晶粒の析出を抑制し耐摩耗性向上する。第１ａ層と第１ｂ層の平均粒径（ｄ１）は、１００ｎｍ以上、１４０ｎｍ以下がより好ましい。
【0029】
（６）第１ａ層と第１ｂ層の組成
第１層を構成する第１ａ層と第１ｂ層の平均組成は、
第１ａ層が、Ａｌａ１Ｔｉ１－ａ１Ｎ（０．６０≦ａ１≦０．９０）であり、
第１ｂ層が、Ａｌｂ１Ｔｉ１－ｂ１Ｎ（０．１０≦ｂ１≦０．５５）であることが好ましい。
第１層を構成する第１ａ層と第１ｂ層の平均組成は、
第１ａ層が、Ａｌａ１Ｔｉ１－ａ１Ｎ（０．６０≦ａ１≦０．９０）であり、
第１ｂ層が、Ａｌｂ１Ｔｉ１－ｂ１Ｎ（０．１０≦ｂ１≦０．５５）であることが好ましい。
【0030】
第１ａ層、第１ｂ層の平均組成この範囲にあると、六方晶相の結晶粒の析出を抑制し耐摩耗性向上する。第１ａ層と第１ｂ層の平均組成は、０．６８≦ａ１≦０．７８、０．２５≦ｂ１≦０．５０であることがより好ましい。
【0031】
（７）Ｍ１成分を含有する層
第１ａ層、第１ｂ層の少なくとも１種はその全てにおいて、Ｍ１を含有してもよく、含有するときは、Ｍ１（Ｍ１はＶ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍо、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ元素の１種以上）を［Ｍ１］／（［Ａｌ］＋［Ｔｉ］＋［Ｍ１］）（［Ｘ］は、元素Ｘの前記第１ａ層、前記第１ｂ層中の原子数）が０．０超え、０．２０以下となるように含んでもよい。
Ｍ１をこの範囲で含有すると当該層の耐酸化性が向上し、切削中の酸化摩耗を抑制し性能が向上する場合がある。［Ｍ１］／（［Ａｌ］＋［Ｔｉ］＋［Ｍ１］）は０．０１以上、０．１５以下であるとより一層好ましい。
第１ａ層、第１ｂ層の少なくとも１種はその全てにおいて、Ｍ１を含有してもよく、含有するときは、Ｍ１（Ｍ１はＶ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍо、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ元素の１種以上）を［Ｍ１］／（［Ａｌ］＋［Ｔｉ］＋［Ｍ１］）（［Ｘ］は、元素Ｘの前記第１ａ層、前記第１ｂ層中の原子数）が０．０超え、０．２０以下となるように含んでもよい。
Ｍ１をこの範囲で含有すると当該層の耐酸化性が向上し、切削中の酸化摩耗を抑制し性能が向上する場合がある。［Ｍ１］／（［Ａｌ］＋［Ｔｉ］＋［Ｍ１］）は０．０１以上、０．１５以下であるとより一層好ましい。
【0032】
このＭ１を含む層の平均厚さは０．１μｍ以上、６．０μｍ以下、層数は５０から２００１がより好ましい。また、Ｍ１を含む層が２以上あるとき、これらＭ１層の間隔（これらの層の間に存在するＭ１を含まない層の数）は特段の制約はない。
【0033】
なお、後述する製造法の一例に従えば、（ＡｌＴｉ）とＮとの比は、１：１となるように製造されるが、意図せずに１：１とならないものが存在することがある。このことは、以下で述べる他の複合窒化物についても同様である。
【0034】
（８）第２ａ層と第２ｂ層の平均厚さ
第２は、平均厚さがナノメートルオーダーの第２ａ層と第２ｂ層との交互積層である。第２ａ層と第２ｂ層のそれぞれの平均厚さであるｘ２ａ、ｘ２ｂは、以下の関係、すなわち、１．０ｎｍ≦ｘ２ａ≦１５．０ｎｍ、３．０ｎｍ≦ｘ２ｂ≦２０．０ｎｍ、０．７≦ｘ２ａ／ｘ２ｂ≦１．３であることが好ましい。
その理由は、これらの平均厚さの関係を満足すると、六方晶相の結晶粒の析出を抑制し耐摩耗性が向上して、前述の目的が確実に達成できるためである。
なお、１．５ｎｍ≦ｘ２ａ≦１０．０ｎｍ、３．５ｎｍ≦ｘ２ｂ≦１４．０ｎｍ、０．８≦ｘ２ａ／ｘ２ｂ≦１．２であることがより好ましい。
第２は、平均厚さがナノメートルオーダーの第２ａ層と第２ｂ層との交互積層である。第２ａ層と第２ｂ層のそれぞれの平均厚さであるｘ２ａ、ｘ２ｂは、以下の関係、すなわち、１．０ｎｍ≦ｘ２ａ≦１５．０ｎｍ、３．０ｎｍ≦ｘ２ｂ≦２０．０ｎｍ、０．７≦ｘ２ａ／ｘ２ｂ≦１．３であることが好ましい。
その理由は、これらの平均厚さの関係を満足すると、六方晶相の結晶粒の析出を抑制し耐摩耗性が向上して、前述の目的が確実に達成できるためである。
なお、１．５ｎｍ≦ｘ２ａ≦１０．０ｎｍ、３．５ｎｍ≦ｘ２ｂ≦１４．０ｎｍ、０．８≦ｘ２ａ／ｘ２ｂ≦１．２であることがより好ましい。
【0035】
（９）第２ａ層、第２ｂ層の積層数
第２ａ層と第２ｂ層の積層数（第２ａ層と第２ｂ層の合計層数）は特に制約はないが、５０～２００１がより好ましく、１００～１００１がより一層好ましい。その理由は、５０未満では切削加工時に発生するクラック進展を十分に防止することができないために耐欠損性が低下することがあり、２００１を超えると繰返し数が増えることより、第２層の結晶粒が微粒化しすぎてしまい耐摩耗性が低下してしまうことがあるためである。
なお、この積層数はＭ１を含む層が存在しても変わらない。
第２ａ層と第２ｂ層の積層数（第２ａ層と第２ｂ層の合計層数）は特に制約はないが、５０～２００１がより好ましく、１００～１００１がより一層好ましい。その理由は、５０未満では切削加工時に発生するクラック進展を十分に防止することができないために耐欠損性が低下することがあり、２００１を超えると繰返し数が増えることより、第２層の結晶粒が微粒化しすぎてしまい耐摩耗性が低下してしまうことがあるためである。
なお、この積層数はＭ１を含む層が存在しても変わらない。
【0036】
また、第２ａ層と第２ｂ層は、それぞれ、交互に積層されていればよく、基体側（第１層側）、工具表面側の層は、それぞれ、いずれであってもよい。
【0037】
（１０）第２ａ層と第２ｂ層の結晶粒の平均粒径
第２ａ層と第２ｂ層の平均粒径（ｄ２）は、共に、１０ｎｍ以上、８５ｎｍ以下が好ましい。第１ａ層と第１ｂ層の平均粒径（ｄ２）がこの範囲の上限値よりも大きいと耐欠損性が低下し、この範囲の下限値よりも小さい場合は耐摩耗性が低下してしまい、この範囲であれば耐欠損性と耐摩耗性を両立することができる。第２ａ層と第２ｂ層の平均粒径（ｄ２）は、２０ｎｍ以上、７５ｎｍ以下がより好ましい。
第２ａ層と第２ｂ層の平均粒径（ｄ２）は、共に、１０ｎｍ以上、８５ｎｍ以下が好ましい。第１ａ層と第１ｂ層の平均粒径（ｄ２）がこの範囲の上限値よりも大きいと耐欠損性が低下し、この範囲の下限値よりも小さい場合は耐摩耗性が低下してしまい、この範囲であれば耐欠損性と耐摩耗性を両立することができる。第２ａ層と第２ｂ層の平均粒径（ｄ２）は、２０ｎｍ以上、７５ｎｍ以下がより好ましい。
【0038】
（１１）第２ａ層と第２ｂ層の組成
第２層を構成する第２ａ層と第２ｂ層の平均組成は、
第２ａ層が、Ａｌａ２Ｔｉ１－ａ２Ｎ（０．５０≦ａ２≦０．８０）であり、
第２ｂ層が、Ａｌｂ２Ｔｉ１－ｂ２Ｎ（０．０＜ｂ２≦０．４５）であり、ａ１＞ａ２、ｂ１＞ｂ２であることが好ましい。
第２層を構成する第２ａ層と第２ｂ層の平均組成は、
第２ａ層が、Ａｌａ２Ｔｉ１－ａ２Ｎ（０．５０≦ａ２≦０．８０）であり、
第２ｂ層が、Ａｌｂ２Ｔｉ１－ｂ２Ｎ（０．０＜ｂ２≦０．４５）であり、ａ１＞ａ２、ｂ１＞ｂ２であることが好ましい。
【0039】
第２ａ層、第２ｂ層の平均組成この範囲にあると、六方晶相の結晶粒の析出を抑制し耐摩耗性向上する。第２ａ層と第２ｂ層の平均組成は、０．５８≦ａ１≦０．７３、０．１５≦ｂ１≦０．４０であることがより好ましい。
【0040】
（１２）Ｍ１成分を含有する層
第２ａ層、第２ｂ層の少なくとも１種はその全てにおいて、Ｍ１を更に含有してもよく、含有するときは、Ｍ１（Ｍ１はＶ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍо、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ元素の１種以上）を［Ｍ１］／（［Ａｌ］＋［Ｔｉ］＋［Ｍ１］）（［Ｘ］は、元素Ｘの前記第２ａ層、前記第２ｂ層中の原子数）が０．０超え、０．２０以下となるように含んでもよい。ここで、Ｍ１は第１ａ層、第１ｂ層に含まれるものと同じであっても、異なっていてもよい。
Ｍ１をこの範囲で含有すると膜の耐酸化性が向上し、切削中の酸化摩耗を抑制し性能が向上する場合がある。［Ｍ１］／（［Ａｌ］＋［Ｔｉ］＋［Ｍ１］）は０．０１以上、０．１５以下であるとより一層好ましい。
第２ａ層、第２ｂ層の少なくとも１種はその全てにおいて、Ｍ１を更に含有してもよく、含有するときは、Ｍ１（Ｍ１はＶ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍо、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ元素の１種以上）を［Ｍ１］／（［Ａｌ］＋［Ｔｉ］＋［Ｍ１］）（［Ｘ］は、元素Ｘの前記第２ａ層、前記第２ｂ層中の原子数）が０．０超え、０．２０以下となるように含んでもよい。ここで、Ｍ１は第１ａ層、第１ｂ層に含まれるものと同じであっても、異なっていてもよい。
Ｍ１をこの範囲で含有すると膜の耐酸化性が向上し、切削中の酸化摩耗を抑制し性能が向上する場合がある。［Ｍ１］／（［Ａｌ］＋［Ｔｉ］＋［Ｍ１］）は０．０１以上、０．１５以下であるとより一層好ましい。
【0041】
このＭ１を含む層の平均厚さは０．１μｍ以上、６．０μｍ以下層数は５０から２００１が好ましい。また、Ｍ１を含む層が２以上あるとき、これら層の間隔（これらの層の間に存在する第２ａ層と第２ｂ層の合計数）は特段の制約はない。
【0042】
（１３）その他の層
（１３－１）上部層
第１層、第２層だけでも、前述の目的は十分に達成できるが、これらの層の他に、第２層の上部に上部層を設けてもよい（上部層はなくてもよい）。
（１３－１）上部層
第１層、第２層だけでも、前述の目的は十分に達成できるが、これらの層の他に、第２層の上部に上部層を設けてもよい（上部層はなくてもよい）。
【0043】
上部層は、Ｍ２（Ｍ２はＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍо、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ａｌ、Ｓｉの１種以上）と窒素、炭素および酸素の少なくとも１種を含む層であってもよい。この上部層の平均厚さは０．１～１．５μｍでよい。
【0044】
（１３－２）意図せずに生じる可能性のある層
本実施形態では、第１層、第２層および上部層以外の層は存在しないように成膜される。しかし、成膜すべき層を変更する際に、成膜装置内の圧力や温度の変化が意図せずに発生し、これらの層とは異なる意図しない層が形成されることがある。
本実施形態では、第１層、第２層および上部層以外の層は存在しないように成膜される。しかし、成膜すべき層を変更する際に、成膜装置内の圧力や温度の変化が意図せずに発生し、これらの層とは異なる意図しない層が形成されることがある。
【0045】
２．基体
（１）材質
本実施形態に使用する基体は、従来公知の基体の材質であれば、前述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、ＷＣ基超硬合金（ＷＣの他、Ｃｏを含み、さらに、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ等の炭化物または炭窒化物を添加したものも含むもの）、サーメット（ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ等を主成分とするもの）、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）、ｃＢＮ焼結体、またはダイヤモンド焼結体である。
（１）材質
本実施形態に使用する基体は、従来公知の基体の材質であれば、前述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、ＷＣ基超硬合金（ＷＣの他、Ｃｏを含み、さらに、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ等の炭化物または炭窒化物を添加したものも含むもの）、サーメット（ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ等を主成分とするもの）、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）、ｃＢＮ焼結体、またはダイヤモンド焼結体である。
【0046】
（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、ドリル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、ドリルの形状が例示できる。
【0047】
３．測定方法
（１）第１層、第２層、および、その他の層の平均厚さ
被覆層を構成する第１層、第２層、および、その他の層の平均厚さについては、走査型電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＳＥＭ）、透過型電子顕微鏡（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＴＥＭ）に付属するエネルギー分散型Ｘ線分光器（Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ－ｒａｙ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ：ＥＤＳ）を用いた縦断面（基体の表面の微小な凹凸がないものと扱ったこの基体表面に垂直な断面）の観察により求めることができる。
（１）第１層、第２層、および、その他の層の平均厚さ
被覆層を構成する第１層、第２層、および、その他の層の平均厚さについては、走査型電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＳＥＭ）、透過型電子顕微鏡（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＴＥＭ）に付属するエネルギー分散型Ｘ線分光器（Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ－ｒａｙ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ：ＥＤＳ）を用いた縦断面（基体の表面の微小な凹凸がないものと扱ったこの基体表面に垂直な断面）の観察により求めることができる。
【0048】
ここで、基体の表面は、この縦断面を観察して、基体と第１層との界面を、元素マッピングにより定め、こうして得られた界面の粗さ曲線について、平均直線を算術的に求め、これを基体の表面とする。
【0049】
（２）第１ａ層、第１ｂ層、第２ａ層、および、第２ｂ層の平均厚さ
被覆層の厚さ方向（基体の表面に垂直な方向）に、これら層が少なくとも１０層、好ましくは５０層以上含まれる長さのラインスキャンを行い、隣り合うＴｉのＥＤＳスペクトルの強度の極大値と極小値の平均値をそれぞれ算出する。算出した隣り合う強度の極大値と極小値の平均値を与えるラインスキャンを行った線分上の位置を求める。そして、一つの極大値を含み隣り合う平均値を与える位置間の距離および一つの極小値を含み隣り合う平均値を与える位置間の距離が各層の厚みとなり、これを５箇所で測定し平均して平均厚さを得ることができる。
被覆層の厚さ方向（基体の表面に垂直な方向）に、これら層が少なくとも１０層、好ましくは５０層以上含まれる長さのラインスキャンを行い、隣り合うＴｉのＥＤＳスペクトルの強度の極大値と極小値の平均値をそれぞれ算出する。算出した隣り合う強度の極大値と極小値の平均値を与えるラインスキャンを行った線分上の位置を求める。そして、一つの極大値を含み隣り合う平均値を与える位置間の距離および一つの極小値を含み隣り合う平均値を与える位置間の距離が各層の厚みとなり、これを５箇所で測定し平均して平均厚さを得ることができる。
【0050】
（３）結晶粒の平均粒径
ここで、結晶粒の平均粒径は以下のようにして求める。
まず、縦断面を電界放出型電子顕微鏡で観察を行い、ＥｓＢ検出器を用いた組成像によりＴｉＡｌＮ結晶粒の粒界を判別する。次に、基体表面から層厚方向（前記垂直な方向）に工具表面に平行に３ｎｍ間隔で、基体に平行な直線を層厚方向全体にわたっても引く。各直線の長さ（Ｌｉ）は、それぞれ、ＴｉＡｌＮ結晶粒子を６８個以上貫通する長さとし、Ｌｉを貫通する６８個以上のＴｉＡｌＮ結晶粒子の粒界数で除したものを平均粒径とする。
すなわち、各直線における平均粒径Ｄｉ＝Ｌｉ／（ＴｉＡｌＮ結晶粒子の粒界数）である。
ここで、結晶粒の平均粒径は以下のようにして求める。
まず、縦断面を電界放出型電子顕微鏡で観察を行い、ＥｓＢ検出器を用いた組成像によりＴｉＡｌＮ結晶粒の粒界を判別する。次に、基体表面から層厚方向（前記垂直な方向）に工具表面に平行に３ｎｍ間隔で、基体に平行な直線を層厚方向全体にわたっても引く。各直線の長さ（Ｌｉ）は、それぞれ、ＴｉＡｌＮ結晶粒子を６８個以上貫通する長さとし、Ｌｉを貫通する６８個以上のＴｉＡｌＮ結晶粒子の粒界数で除したものを平均粒径とする。
すなわち、各直線における平均粒径Ｄｉ＝Ｌｉ／（ＴｉＡｌＮ結晶粒子の粒界数）である。
【0051】
ここで、各直線の長さを、ＴｉＡｌＮ結晶粒子を６８個以上貫通する長さとした理由は、６８個以上であれば、平均粒径の値が収束することが実験事実から判明しているためである。そして、各層のぞれぞれの平均粒径は、各直線が与える平均粒径Ｄｉの平均値である。
【0052】
（３）各層の組成
ａ１、ｂ１、ａ２、ｂ２、［Ｍ１］／（［Ａｌ］＋［Ｔｉ］＋［Ｍ１］）の各層の平均組成についてはＳＥＭ、ＴＥＭ、ＥＤＳを用いた断面観察により求める。具体的には、厚さ方向に５本
のＴＥＭ－ＥＤＳ線分析を行い、その平均値を求める。
ａ１、ｂ１、ａ２、ｂ２、［Ｍ１］／（［Ａｌ］＋［Ｔｉ］＋［Ｍ１］）の各層の平均組成についてはＳＥＭ、ＴＥＭ、ＥＤＳを用いた断面観察により求める。具体的には、厚さ方向に５本
のＴＥＭ－ＥＤＳ線分析を行い、その平均値を求める。
【0053】
４．製造方法
本実施形態の被覆工具の被覆層は、例えば、ＡＩＰ装置（アークイオンプレーティング装置）を用いて製造することができる。第１層の成膜用ターゲットとして、第１ａ層および第１ｂ層の組成にそれぞれ対応した組成のＡｉＴｉターゲットを、第２層の成膜用ターゲットとして、第２ａ層および第２ｂ層の組成にそれぞれ対応した組成のＡｉＴｉターゲットを、さらに、必要に応じてＭ１成分を添加するための１以上のＭ１成分をするターゲットを、加えて、上部層の成膜用ターゲットとして、上部層の組成に対応した１以上のＭ２を含むターゲットをそれぞれ用いることにより成膜することができる。
本実施形態の被覆工具の被覆層は、例えば、ＡＩＰ装置（アークイオンプレーティング装置）を用いて製造することができる。第１層の成膜用ターゲットとして、第１ａ層および第１ｂ層の組成にそれぞれ対応した組成のＡｉＴｉターゲットを、第２層の成膜用ターゲットとして、第２ａ層および第２ｂ層の組成にそれぞれ対応した組成のＡｉＴｉターゲットを、さらに、必要に応じてＭ１成分を添加するための１以上のＭ１成分をするターゲットを、加えて、上部層の成膜用ターゲットとして、上部層の組成に対応した１以上のＭ２を含むターゲットをそれぞれ用いることにより成膜することができる。
【実施例0054】
次に、実施例について説明する。
ここでは、本発明の被覆工具の実施例として、基体としてＷＣ基超硬合金を用いたインサート形状の被覆工具に適用したものについて述べるが、基体は前述の材質のものがいずれも使用でき、また、前述のとおり形状としてドリル、エンドミル等に適用した場合も同様である。
ここでは、本発明の被覆工具の実施例として、基体としてＷＣ基超硬合金を用いたインサート形状の被覆工具に適用したものについて述べるが、基体は前述の材質のものがいずれも使用でき、また、前述のとおり形状としてドリル、エンドミル等に適用した場合も同様である。
【0055】
まず、原料粉末として、Ｃｏ粉末、ＴｉＣ粉末、ＶＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、Ｃｒ３Ｃ２粉末、ＷＣ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ボールミルで７２時間湿式混合し、減圧乾燥した後、１００ＭＰａの圧力でプレス成形した。これらの圧粉成形体を６Ｐａの真空雰囲気下、１４００℃で１時間保持して焼結し、所定寸法となるように加工して、ＡＮＳＩ規格・ＳＥＥＮ４２ＡＦＴＮ１のインサート形状をもったＷＣ基超硬合金製の基体１～３を作製した。
【0056】
次に、基体１～３をアセトン中で超音波洗浄し乾燥させた後に、ＡＩＰ装置内の回転テーブル上の中心軸から半径方向に所定距離離れた位置に外周部にそって装着した。また、カソード電極（蒸発源）として所定組成のターゲットを配置した。
【0057】
続いて、ＡＩＰ装置内を排気して０．１Ｐａ以下の真空に保持しながら、装置内を６００℃に加熱した後、回転テーブル上で自転する基体に－１０００Ｖの直流バイアス電圧を印加し、カソード電極とアノード電極との間に１００Ａの電流を流して基体表面をボンバード処理した。
【0058】
ＡＩＰ装置内に反応ガスとして、表２に示す分圧が２．６～７．５Ｐａの窒素雰囲気とし、同じく表２に示す炉内温度に維持した。そして、前記回転テーブル上で自転する基体に、表２に示す－５０～－１２５Ｖの直流電圧を印加し、第１層（第１ａ層、第１ｂ層）形成用のＡｌＴｉ合金電極とアノード電極との間に１２５～２１０Ａの電流を流してアーク放電を発生させて所定厚さの第１ａ層、第１ｂ層を形成した。
【0059】
そして、第１ａ層と第１ｂ層の成膜をそれぞれ所定回数繰り返すことにより、所定の第１層の積層数とした。
【0060】
次に、表２に示す分圧が１．９～６．４Ｐａの窒素雰囲気で、基体に、表２に示す－４０～－１２０Ｖの直流電圧を印加し、第２層（第２ａ層、第２ｂ層）形成用のＡｌＴｉ合金電極とアノード電極との間に１２０～２２０Ａの電流を流してアーク放電を発生させて所定厚さの第２ａ層、第２ｂ層を形成し、第２ａ層と第２ｂ層の成膜をそれぞれ所定回数繰り返すことにより、所定の第２層の積層数とした。これにより、実施例の被覆工具（以下、実施例という）１～９を得た。
【0061】
ここで、いくつかの実施例では表４に示す成膜条件に従って、所定厚さのＭ２を含有する上部層を成膜した。結果を表６、７に示す。
【0062】
なお、Ｍ１元素を有する第１ａ層、第１ｂ層、第２ａ層と第２ｂ層を成膜するために、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｔａ、Ａｌ、Ｓｉを所望量添加したターゲットを別途準備し成膜に用いた。
【0063】
一方、比較のため、前記基体１～３に対して、前記と同じ成膜装置を用いて、表３に示す条件により被覆層を蒸着形成し、表６、７に示す比較例の被覆工具（以下、「比較例」という）１～９を作製した。
なお、Ｍ１、Ｍ２元素を有する第１ａ層、第１ｂ層、第２ａ層と第２ｂ層を成膜するために、Ｔｉ、Ｖ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｈｆを所望量添加したターゲットを別途準備し成膜に用いた。
また、いくつかの比較例では、表５に示す成膜条件によりＭ２を含有する上部層を成膜した。
なお、Ｍ１、Ｍ２元素を有する第１ａ層、第１ｂ層、第２ａ層と第２ｂ層を成膜するために、Ｔｉ、Ｖ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｈｆを所望量添加したターゲットを別途準備し成膜に用いた。
また、いくつかの比較例では、表５に示す成膜条件によりＭ２を含有する上部層を成膜した。
【0064】
被覆層の平均厚さ、被覆層の平均組成は、前記で作製した実施例１～９、および比較例１～９の基体の表面に垂直な被覆層の縦断面について、基体の表面に平行な方向の幅が１０μｍであり、被覆層の厚み領域が全て含まれるよう設定された視野について、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）、エネルギー分散型Ｘ線分光器（ＥＤＳ）を用いた断面観察により求めた。
【0065】
具体的には、第１層と第２層、上部層の平均厚さは観察断面（縦断面）を５０００倍に拡大して、５点の膜厚を求めて平均厚さを算出した。また、交互積層を構成する各層の平均厚さ、前記各層の各成分の平均含有量は、前述の方法により測定した。
【0066】
【表1】
【0067】
【表2】
【0068】
【表3】
【0069】
表３において、「－」は該当するものがないことを示している。
【0070】
【表4】
【0071】
【表5】
【0072】
【表6】
【0073】
【表7】
【0074】
表６、７において、「－」は該当するものがないことを示している。
【0075】
次いで、実施例１～９および比較例１～９について、次の切削条件１、２で切削試験１～２を行った。
【0076】
切削条件１：
被削材：幅６０ｍｍ×長さ２００ｍｍのブロック材（ＳＵＳ３０４製）
切削速度： １６０ ｍ／ｍｉｎ．
切り込み： １．５ ｍｍ
送り： ０．１０ ｍｍ／ｔｏｏｔｈ．
切削長２．０ｍまで切削し、逃げ面摩耗幅を測定し、刃先の損耗状態を観察した。
切削試験の結果を表８に示す。
被削材：幅６０ｍｍ×長さ２００ｍｍのブロック材（ＳＵＳ３０４製）
切削速度： １６０ ｍ／ｍｉｎ．
切り込み： １．５ ｍｍ
送り： ０．１０ ｍｍ／ｔｏｏｔｈ．
切削長２．０ｍまで切削し、逃げ面摩耗幅を測定し、刃先の損耗状態を観察した。
切削試験の結果を表８に示す。
【0077】
切削条件２：
被削材：幅６０ｍｍ×長さ２００ｍｍのブロック材（ＳＮＣＭ４３５製）
切削速度： ２００ ｍ／ｍｉｎ．
切り込み： １．２ ｍｍ
送り： ０．１０ ｍｍ／ｔｏｏｔｈ．
切削長１０．０ｍまで切削し、逃げ面摩耗幅を測定し、刃先の損耗状態を観察した。
切削試験の結果を表８に示す。
被削材：幅６０ｍｍ×長さ２００ｍｍのブロック材（ＳＮＣＭ４３５製）
切削速度： ２００ ｍ／ｍｉｎ．
切り込み： １．２ ｍｍ
送り： ０．１０ ｍｍ／ｔｏｏｔｈ．
切削長１０．０ｍまで切削し、逃げ面摩耗幅を測定し、刃先の損耗状態を観察した。
切削試験の結果を表８に示す。
【0078】
【表8】
【0079】
【表9】
【0080】
表８、９の結果によれば、実施例１～９は、いずれも、チッピング、剥離等の異常損傷の発生はなく、耐摩耗性、耐チッピング性のいずれにも優れていることがわかる。
これに対して、比較例１～９、はチッピングの発生、あるいは、逃げ面摩耗の進行により、短時間で寿命に至っていることは明らかである。
これに対して、比較例１～９、はチッピングの発生、あるいは、逃げ面摩耗の進行により、短時間で寿命に至っていることは明らかである。
【符号の説明】
【0081】
１ 基体
２ 被覆層
３ 不可欠な被覆層
４ 上部層
５ 第１層
６ 第２層
７ 第１ａ層
８ 第１ｂ層
９ 第２ａ層
１０ 第２ｂ層
２ 被覆層
３ 不可欠な被覆層
４ 上部層
５ 第１層
６ 第２層
７ 第１ａ層
８ 第１ｂ層
９ 第２ａ層
１０ 第２ｂ層
【図1】