特許 7060528 被覆切削工具

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-04-18

(45)【発行日】2022-04-26

(54)【発明の名称】被覆切削工具

(51)【国際特許分類】

   B23B 27/14 20060101AFI20220419BHJP

   B23B 51/00 20060101ALI20220419BHJP

   B23C 5/16 20060101ALI20220419BHJP

   C23C 16/30 20060101ALI20220419BHJP

   C23C 16/32 20060101ALI20220419BHJP

   C23C 16/34 20060101ALI20220419BHJP

   C23C 16/36 20060101ALI20220419BHJP

   C23C 16/38 20060101ALI20220419BHJP

   C23C 16/40 20060101ALI20220419BHJP

【ＦＩ】

B23B27/14 A

B23B51/00 J

B23C5/16

C23C16/30

C23C16/32

C23C16/34

C23C16/36

C23C16/38

C23C16/40

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2019006932

(22)【出願日】2019-01-18

(65)【公開番号】P2020116645

(43)【公開日】2020-08-06

【審査請求日】2019-09-27

【審判番号】

【審判請求日】2021-06-24

(73)【特許権者】

【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】福島 直幸

【合議体】

【審判長】河端 賢

【審判官】貞光 大樹

【審判官】田々井 正吾

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－１９６７２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平８－１５８０５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１７－５３００１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－５６５３８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

B23B27/14

B23B51/00

B23C 5/16

C23C16/00-16/56

(57)【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る被覆切削工具であって、
前記被覆層が、下部層と、中間層と、上部層とを、前記基材側からこの順序で含み、
前記下部層が、Ｔｉと、Ｃ、Ｎ、Ｏ及びＢからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素とのＴｉ化合物からなるＴｉ化合物層を１層以上有し、前記中間層が、α型Ａｌ₂Ｏ₃からなるα型Ａｌ₂Ｏ₃層を有し、前記上部層が、ＴｉＣＮからなるＴｉＣＮ層を有し、
前記被覆層の平均厚さが、５．０μｍ以上３０．０μｍ以下であり、前記上部層の平均厚さが、１．０μｍ以上６．０μｍ以下であり、
前記基材の表面と垂直な断面において、前記上部層を構成するＴｉＣＮ層の粒子のうち、アスペクト比が２以上１０以下である粒子の占める割合が６０面積％以上９５面積％以下であり、
前記上部層を構成するＴｉＣＮ層の粒子のうち、アスペクト比が２以上１０以下である粒子において、方位差Ａが下記式（１）で表される条件を満たす、被覆切削工具。
４０≦ＲＳＡ₁≦９０ （１）
（式中、ＲＳＡ₁は、方位差Ａが０度以上４５度以下である粒子の断面積に対する、方位差Ａが０度以上１０度未満である粒子の断面積の割合（単位：面積％）であり、方位差Ａは、前記基材の表面の法線と前記上部層におけるＴｉＣＮ層の粒子の（１１１）面の法線とがなす角度（単位：度）である。）

【請求項2】

前記ＲＳＡ₁が、６０面積％以上９０面積％以下である、請求項１に記載の被覆切削工具。

【請求項3】

前記方位差Ａが０度以上４５度以下である粒子の断面積に対して、方位差Ａが０度以上１０度未満である粒子の断面積の割合をＲＳＡ₁、方位差Ａが１０度以上２０度未満である粒子の断面積の割合をＲＳＡ₂、方位差Ａが２０度以上３０度未満である粒子の断面積の割合をＲＳＡ₃、及び方位差Ａが３０度以上４５度以下である粒子の断面積の割合をＲＳＡ₄とした場合、前記ＲＳＡ₁が最も大きく、前記ＲＳＡ₄が２番目に大きい、請求項１又は２に記載の被覆切削工具。

【請求項4】

前記中間層の平均厚さが、３．０μｍ以上１５．０μｍ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。

【請求項5】

前記下部層の平均厚さが、３．０μｍ以上１５．０μｍ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】

前記下部層が、ＴｉＮからなるＴｉＮ層、ＴｉＣからなるＴｉＣ層、ＴｉＣＮからなるＴｉＣＮ層、ＴｉＣＮＯからなるＴｉＣＮＯ層、ＴｉＯＮからなるＴｉＯＮ層、及びＴｉＢ₂からなるＴｉＢ₂層からなる群より選ばれる少なくとも１種の層を含む、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】

前記基材は、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ものである。

【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。上記の被覆層としては、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】

例えば、特許文献１には、超硬合金、サーメット、セラミック、鋼又は立方晶窒化ホウ素の基材、及び総コーティング膜厚が５から２５μｍであり、化学蒸着法（ＣＶＤ）又は中温化学蒸着法（ＭＴ－ＣＶＤ）により蒸着された少なくとも２つの耐火コーティング層を含む多層耐摩耗性コーティングからなり、少なくとも２つの耐火コーティング層が、互いの上に蒸着された第１のコーティング層及び第２のコーティング層を含むコーティング切削工具であって、第１のコーティング層が、窒化チタンアルミニウム又は炭窒化チタンアルミニウムＴｉ_1-uＡｌ_uＣ_vＮ_w（０．２≦ｕ≦１．０、０≦ｖ≦０．２５及び０．７≦ｗ≦１．１５）からなり、６００℃から９００℃の範囲の反応温度でＣＶＤによって蒸着され、第２のコーティング層が、炭窒化チタンＴｉ_xＣ_yＮ_1-y（０．８５≦ｘ≦１．１及び０．４≦ｙ≦０．８５）からなり、６００℃から９００℃の範囲の反応温度でＭＴ－ＣＶＤによって第１のコーティング層の上に蒸着され、第２のＴｉ_xＣ_yＮ_1-yコーティング層が、柱状の粒形態を有し、Ｔｉ_xＣ_yＮ_1-yコーティング層の全体の繊維集合組織が、集合組織係数ＴＣ（１１１）＞２によって特徴づけられ、ＴＣ（１１１）が、以下の通りに定義される：（式中、（ｈｋｌ）＝（ｈｋｌ）反射の測定強度Ｉ₀（ｈｋｌ）＝ＪＣＰＤＦカード番号４２－１４８９による標準粉体回折データの標準強度ｎ＝計算に用いられる反射の数で、（ｈｋｌ）反射には（１１１）、（２００）、（２２０）及び（３１１）が用いられる）コーティング切削工具が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特表２０１７－５３００１９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

近年の切削加工では、高速化、高送り化及び深切り込み化がより顕著となり、従来よりも工具の耐摩耗性及び耐欠損性を向上させることが求められている。特に、近年、鋼の高速切削等、被覆切削工具に負荷が作用するような切削加工が増えており、かかる過酷な切削条件下において、従来の工具では被覆層の粒子の脱落に起因したクレータ摩耗及び欠損が生じる。これが引き金となって、工具寿命を長くできないという問題がある。

【0006】

特許文献１に記載の被覆切削工具では、α型Ａｌ₂Ｏ₃層を有していないため、耐クレータ摩耗性が不十分である。また、通常、被覆切削工具の被覆層において、α型Ａｌ₂Ｏ₃層の上層にＴｉＣＮ層を形成する場合は、炭素源としてＣＨ₄ガスを使用するため、ＴｉＣＮ層の組織は粒状である。このため、ＴｉＣＮ層において配向を制御するのが困難であったり、上部層のＴｉＣＮ層の粒子の脱落に起因したチッピングが生じるので、厚膜のＴｉＣＮ層を形成することが困難である。

【0007】

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】

【0008】

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ところ、被覆層として、Ｔｉ化合物層を１層以上有する下部層と、α型Ａｌ₂Ｏ₃層を有する中間層と、ＴｉＣＮ層を有する上部層とをこの順で含み、α型Ａｌ₂Ｏ₃層を有する中間層の表面に、アスペクト比及び（１１１）面の方位差を制御した特定のＴｉＣＮの粒子を特定の割合で有する上部層を特定の厚さとなるような構成にすると、上部層のＴｉＣＮ層の粒子の脱落を抑制することができるので、耐摩耗性及び耐欠損性を向上させることが可能となり、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。

【0009】

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る被覆切削工具であって、
前記被覆層が、下部層と、中間層と、上部層とを、前記基材側からこの順序で含み、
前記下部層が、Ｔｉと、Ｃ、Ｎ、Ｏ及びＢからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素とのＴｉ化合物からなるＴｉ化合物層を１層以上有し、前記中間層が、α型Ａｌ₂Ｏ₃からなるα型Ａｌ₂Ｏ₃層を有し、前記上部層が、ＴｉＣＮからなるＴｉＣＮ層を有し、
前記被覆層の平均厚さが、５．０μｍ以上３０．０μｍ以下であり、前記上部層の平均厚さが、１．０μｍ以上６．０μｍ以下であり、
前記基材の表面と垂直な断面において、前記上部層を構成するＴｉＣＮ層の粒子のうち、アスペクト比が２以上１０以下である粒子の占める割合が６０面積％以上９５面積％以下であり、
前記上部層を構成するＴｉＣＮ層の粒子のうち、アスペクト比が２以上１０以下である粒子において、方位差Ａが下記式（１）で表される条件を満たす、被覆切削工具。
４０≦ＲＳＡ₁≦９０ （１）
（式中、ＲＳＡ₁は、方位差Ａが０度以上４５度以下である粒子の断面積に対する、方位差Ａが０度以上１０度未満である粒子の断面積の割合（単位：面積％）であり、方位差Ａは、前記基材の表面の法線と前記上部層におけるＴｉＣＮ層の粒子の（１１１）面の法線とがなす角度（単位：度）である。）
［２］
前記ＲＳＡ₁が、６０面積％以上９０面積％以下である、［１］に記載の被覆切削工具。
［３］
前記方位差Ａが０度以上４５度以下である粒子の断面積に対して、方位差Ａが０度以上１０度未満である粒子の断面積の割合をＲＳＡ₁、方位差Ａが１０度以上２０度未満である粒子の断面積の割合をＲＳＡ₂、方位差Ａが２０度以上３０度未満である粒子の断面積の割合をＲＳＡ₃、及び方位差Ａが３０度以上４５度以下である粒子の断面積の割合をＲＳＡ₄とした場合、前記ＲＳＡ₁が最も大きく、前記ＲＳＡ₄が２番目に大きい、［１］又は［２］に記載の被覆切削工具。
［４］
前記中間層の平均厚さが、３．０μｍ以上１５．０μｍ以下である、［１］～［３］のいずれかに記載の被覆切削工具。
［５］
前記下部層の平均厚さが、３．０μｍ以上１５．０μｍ以下である、［１］～［４］のいずれかに記載の被覆切削工具。
［６］
前記下部層が、ＴｉＮからなるＴｉＮ層、ＴｉＣからなるＴｉＣ層、ＴｉＣＮからなるＴｉＣＮ層、ＴｉＣＮＯからなるＴｉＣＮＯ層、ＴｉＯＮからなるＴｉＯＮ層、及びＴｉＢ₂からなるＴｉＢ₂層からなる群より選ばれる少なくとも１種の層を含む、［１］～［５］のいずれかに記載の被覆切削工具。
［７］
前記基材は、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】

【0010】

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】

【0011】

【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】

【0012】

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。

【0013】

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る被覆切削工具であって、被覆層が、下部層と、中間層と、上部層とを、前記基材側からこの順序で含み、下部層が、Ｔｉと、Ｃ、Ｎ、Ｏ及びＢからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素とのＴｉ化合物からなるＴｉ化合物層を１層以上有し、中間層が、α型Ａｌ₂Ｏ₃からなるα型Ａｌ₂Ｏ₃層を有し、上部層が、ＴｉＣＮからなるＴｉＣＮ層を有し、被覆層の平均厚さが、５．０μｍ以上３０．０μｍ以下であり、上部層の平均厚さが、１．０μｍ以上６．０μｍ以下であり、基材の表面と垂直な断面において、上部層を構成するＴｉＣＮ層の粒子のうち、アスペクト比が２以上１０以下である粒子の占める割合が６０面積％以上９５面積％以下であり、上部層を構成するＴｉＣＮ層の粒子のうち、アスペクト比が２以上１０以下である粒子において、方位差Ａが下記式（１）で表される条件を満たす。
４０≦ＲＳＡ₁≦９０ （１）
（式中、ＲＳＡ₁は、方位差Ａが０度以上４５度以下である粒子の断面積に対する、方位差Ａが０度以上１０度未満である粒子の断面積の割合（単位：面積％）であり、方位差Ａは、基材の表面の法線と上部層におけるＴｉＣＮ層の粒子の（１１１）面の法線とがなす角度（単位：度）である。）

【0014】

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、被覆層の下部層として、Ｔｉと、Ｃ、Ｎ、Ｏ及びＢからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素とのＴｉ化合物からなるＴｉ化合物層を１層以上有する。本実施形態の被覆切削工具は、基材とα型酸化アルミニウム（α型Ａｌ₂Ｏ₃）からなるα型Ａｌ₂Ｏ₃層を有する中間層との間に、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。また、本実施形態の被覆切削工具は、α型Ａｌ₂Ｏ₃層を有する中間層よりも外層にＴｉＣＮ層を有する上部層を有することにより、α型Ａｌ₂Ｏ₃層よりも先に上部層のＴｉＣＮ層が被削材と接触することになる。これにより、本実施形態の被覆切削工具は、特に切削温度が上昇するまでのα型Ａｌ₂Ｏ₃層のクレータ摩耗を抑制できる。このメカニズムは明らかではないが、ＴｉＣＮ層の方がα型Ａｌ₂Ｏ₃層よりも低温における硬度が高いためであると推定している。また、本実施形態の被覆切削工具は、上部層がＴｉＣＮ層を有することにより、硬さが高くなるため、耐摩耗性が向上する。さらに、本実施形態の被覆切削工具において、上部層は、アスペクト比が２以上１０以下であるＴｉＣＮの粒子を含む。本実施形態の被覆切削工具において、上部層に含まれるＴｉＣＮの粒子のアスペクト比が２以上であると、上部層のＴｉＣＮ層の粒子の脱落を抑制する効果が得られる。一方、上部層に含まれるＴｉＣＮの粒子のアスペクト比が１０以下であると、容易に製造することができる。また、本実施形態の被覆切削工具は、基材の表面と垂直な断面において、上部層を構成するＴｉＣＮ層の粒子のうち、アスペクト比が２以上１０以下である粒子の占める割合が６０面積％以上であると、上部層のＴｉＣＮ層の粒子の脱落を抑制する効果が得られる。この結果、本実施形態の被覆切削工具は、耐チッピング性が一層向上する。一方、本実施形態の被覆切削工具は、基材の表面と垂直な断面において、上部層を構成するＴｉＣＮ層の粒子のうち、アスペクト比が２以上１０以下である粒子の占める割合が９５面積％以下であると、容易に製造することができる。また、本実施形態の被覆切削工具は、上部層を構成するＴｉＣＮ層の粒子のうち、アスペクト比が２以上１０以下である粒子において、方位差Ａが下記式（１）で表される条件を満たす。
４０≦ＲＳＡ₁≦９０ （１）
（式中、ＲＳＡ₁は、方位差Ａが０度以上４５度以下である粒子の断面積に対する、方位差Ａが０度以上１０度未満である粒子の断面積の割合（単位：面積％）であり、方位差Ａは、前記基材の表面の法線と前記上部層におけるＴｉＣＮ層の粒子の（１１１）面の法線とがなす角度（単位：度）である。）
本実施形態の被覆切削工具は、ＲＳＡ₁が４０面積％以上であると、耐摩耗性が一層向上する。このメカニズムは明らかではないが、立方晶（１１１）面の場合は、最密面であるため、ＲＳＡ₁が４０面積％以上であると、ＴｉＣＮ層が高密度となり、硬さが向上することにより、被覆切削工具の耐摩耗性が向上すると推定している。一方、本実施形態の被覆切削工具は、ＲＳＡ₁が９０面積％以下であると、容易に製造することができる。また、本実施形態の被覆切削工具は、上部層の平均厚さが１．０μｍ以上であると、上部層を有することによる効果を得ることができ、一方、上部層の平均厚さが６．０μｍ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。また、本実施形態の被覆切削工具は、被覆層の平均厚さが５．０μｍ以上であると、耐摩耗性が向上し、被覆層の平均厚さが３０．０μｍ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。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。

【0015】

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６は、基材１と、基材１の表面に被覆層５が形成されており、被覆層５には、下部層２、中間層３、及び上部層４が基材側からこの順序で上方向に積層されている。

【0016】

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。

【0017】

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。

【0018】

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。

【0019】

本実施形態に用いる被覆層は、その平均厚さが、５．０μｍ以上３０．０μｍ以下である。本実施形態の被覆切削工具は、被覆層の平均厚さが５．０μｍ以上であると、耐摩耗性が向上し、被覆層の平均厚さが３０．０μｍ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、被覆層の平均厚さは、８．０μｍ以上２５．０μｍ以下であることが好ましく、１０．０μｍ以上２３．０μｍ以下であることがより好ましく、１１．５μｍ以上２２．５μｍ以下であることが更に好ましい。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ことで求めることができる。

【0020】

［下部層］
本実施形態に用いる下部層は、Ｔｉと、Ｃ、Ｎ、Ｏ及びＢからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素とのＴｉ化合物からなるＴｉ化合物層を１層以上有する。本実施形態の被覆切削工具は、基材とα型酸化アルミニウム（α型Ａｌ₂Ｏ₃）層を有する中間層との間に、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。

【0021】

Ｔｉ化合物層としては、例えば、ＴｉＣからなるＴｉＣ層、ＴｉＮからなるＴｉＮ層、ＴｉＣＮからなるＴｉＣＮ層、ＴｉＣＯからなるＴｉＣＯ層、ＴｉＣＮＯからなるＴｉＣＮＯ層、ＴｉＯＮからなるＴｉＯＮ層、及びＴｉＢ₂からなるＴｉＢ₂層が挙げられる。

【0022】

下部層は、１層で構成されていてもよく、複層（例えば、２層又は３層）で構成されてもよいが、複層で構成されていることが好ましく、２層又は３層で構成されていることがより好ましく、３層で構成されていることが更に好ましい。下部層は、耐摩耗性及び密着性がより一層向上する観点から、ＴｉＮからなるＴｉＮ層、ＴｉＣからなるＴｉＣ層、ＴｉＣＮからなるＴｉＣＮ層、ＴｉＣＮＯからなるＴｉＣＮＯ層、ＴｉＯＮからなるＴｉＯＮ層、及びＴｉＢ₂からなるＴｉＢ₂層からなる群より選ばれる少なくとも1種の層を含むことが好ましい。また、本実施形態の被覆切削工具は、下部層の少なくとも１層がＴｉＣＮ層であると、耐摩耗性が一層向上する傾向にある。また、本実施形態の被覆切削工具は、下部層の少なくとも１層がＴｉＮ層であり、該ＴｉＮ層を基材の表面に形成すると、密着性が一層向上する傾向にある。また、本実施形態の被覆切削工具は、下部層の少なくとも１層がＴｉＣＮＯ層であり、該ＴｉＣＮＯ層がα型Ａｌ₂Ｏ₃層を有する中間層と接するように形成すると、密着性が一層向上する傾向にある。下部層が３層で構成されている場合には、基材の表面に、ＴｉＣ層又はＴｉＮ層を第１層として形成し、第１層の表面に、ＴｉＣＮ層を第２層として形成し、第２層の表面に、ＴｉＣＮＯ層又はＴｉＣＯ層を第３層として形成してもよい。それらの中では、下部層が基材の表面にＴｉＮ層を第１層として形成し、第１層の表面に、ＴｉＣＮ層を第２層として形成し、第２層の表面に、ＴｉＣＮＯ層を第３層として形成してもよい。

【0023】

本実施形態に用いる下部層の平均厚さは、３．０μｍ以上１５．０μｍ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、下部層の平均厚さが３．０μｍ以上であることにより、耐摩耗性が一層向上する傾向にある。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、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一層向上する傾向にある。同様の観点から、下部層の平均厚さは、４．０μｍ以上１３．０μｍ以下であることがより好ましく、４．５μｍ以上１０．５μｍ以下であることが更に好ましい。

【0024】

ＴｉＣ層又はＴｉＮ層の平均厚さは、耐摩耗性及び耐欠損性を一層向上する観点から、０．０５μｍ以上１．０μｍ以下であることが好ましい。同様の観点から、ＴｉＣ層又はＴｉＮ層の平均厚さは、０．１０μｍ以上０．５０μｍ以下であることがより好ましく、０．１５μｍ以上０．３０μｍ以下であることが更に好ましい。

【0025】

ＴｉＣＮ層の平均厚さは、耐摩耗性及び耐欠損性を一層向上する観点から、３．０μｍ以上１２．０μｍ以下であることが好ましい。同様の観点から、ＴｉＣＮ層の平均厚さは、３．５μｍ以上１１．０μｍ以下であることがより好ましく、４．０μｍ以上１０．０μｍ以下であることが更に好ましい。

【0026】

ＴｉＣＮＯ層又はＴｉＣＯ層の平均厚さは、耐摩耗性及び耐欠損性を一層向上する観点から、０．１μｍ以上１．０μｍ以下であることが好ましい。同様の観点から、ＴｉＣＮＯ層又はＴｉＣＯ層の平均厚さは、０．１５μｍ以上０．７０μｍ以下であることがより好ましい０．２０μｍ以上０．５０μｍ以下であることが更に好ましい。

【0027】

Ｔｉ化合物層は、Ｔｉと、Ｃ、Ｎ、Ｏ及びＢからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素とのＴｉ化合物からなる層であるが、下部層による作用効果を奏する限りにおいて、上記元素以外の成分を微量含んでもよい。

【0028】

［中間層］
本実施形態に用いる中間層は、α型Ａｌ₂Ｏ₃層を有する。

【0029】

本実施形態に用いる中間層の平均厚さは、３．０μｍ以上１５．０μｍ以下であることが好ましい。α型Ａｌ₂Ｏ₃層を有する中間層の平均厚さが、３．０μｍ以上であると、被覆切削工具のすくい面における耐クレータ摩耗性が一層向上する傾向にあり、α型Ａｌ₂Ｏ₃層を有する中間層の平均厚さが、１５．０μｍ以下であると被覆層の剥離がより抑制され、被覆切削工具の耐欠損性が一層向上する傾向にある。同様の観点から、中間層の平均厚さは、４．０μｍ以上１３．０μｍ以下であることがより好ましく、５．０μｍ以上１０．０μｍ以下であることが更に好ましい。

【0030】

中間層は、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。

【0031】

［上部層］
本実施形態に用いる上部層は、ＴｉＣＮ層を有する。本実施形態の被覆切削工具は、上部層がＴｉＣＮ層を有することにより、硬さが高くなるため、耐摩耗性が向上する。また、本実施形態の被覆切削工具は、ＴｉＣＮ層を有する上部層を、α型Ａｌ₂Ｏ₃層を有する中間層よりも外層に有する。本実施形態の被覆切削工具は、ＴｉＣＮ層を有する上部層を、α型Ａｌ₂Ｏ₃層を有する中間層よりも外層に有することにより、α型Ａｌ₂Ｏ₃層よりも先に上部層のＴｉＣＮ層が被削材と接触することになる。これにより、本実施形態の被覆切削工具は、特に切削温度が上昇するまでのα型Ａｌ₂Ｏ₃層のクレータ摩耗を抑制できる。

【0032】

さらに、本実施形態に用いる上部層は、アスペクト比が２以上１０以下であるＴｉＣＮの粒子を含む。本実施形態の被覆切削工具は、上部層に含まれるＴｉＣＮの粒子のアスペクト比が２以上であると、上部層のＴｉＣＮ層の粒子の脱落を抑制する効果が得られる。一方、本実施形態の被覆切削工具は、上部層に含まれるＴｉＣＮの粒子のアスペクト比が１０以下であると、容易に製造することができる。また、本実施形態の被覆切削工具は、基材の表面と垂直な断面において、上部層を構成するＴｉＣＮ層の粒子のうち、アスペクト比が２以上１０以下である粒子の占める割合が６０面積％以上９５面積％以下である。本実施形態の被覆切削工具は、基材の表面と垂直な断面において、上部層を構成するＴｉＣＮ層の粒子のうち、アスペクト比が２以上１０以下である粒子の占める割合が６０面積％以上であると、上部層のＴｉＣＮ層の粒子の脱落を抑制する効果が得られる。この結果、本実施形態の被覆切削工具は、耐チッピング性が一層向上する。一方、本実施形態の被覆切削工具は、基材の表面と垂直な断面において、上部層を構成するＴｉＣＮ層の粒子のうち、アスペクト比が２以上１０以下である粒子の占める割合が９５面積％以下であると、容易に製造することができる。同様の観点から、基材の表面と垂直な断面において、上部層を構成するＴｉＣＮ層の粒子のうち、アスペクト比が２以上１０以下である粒子の占める割合は、６０面積％以上９３面積％以下であることがより好ましく、６０面積％以上９２面積％以下であることが更に好ましい。

【0033】

また、本実施形態の被覆切削工具は、上部層を構成するＴｉＣＮ層の粒子のうち、アスペクト比が２以上１０以下である粒子において、方位差Ａが下記式（１）で表される条件を満たす。
４０≦ＲＳＡ₁≦９０ （１）
（式中、ＲＳＡ₁は、方位差Ａが０度以上４５度以下である粒子の断面積に対する、方位差Ａが０度以上１０度未満である粒子の断面積の割合（単位：面積％）であり、方位差Ａは、基材の表面の法線と上部層におけるＴｉＣＮ層の粒子の（１１１）面の法線とがなす角度（単位：度）である。）
本実施形態の被覆切削工具は、ＲＳＡ₁が４０面積％以上であると、耐摩耗性が一層向上する。このメカニズムは明らかではないが、立方晶（１１１）面の場合は、最密面であるため、ＲＳＡ₁が４０面積％以上であると、ＴｉＣＮ層が高密度となり、硬さが向上することにより、被覆切削工具の耐摩耗性が向上すると推定している。一方、本実施形態の被覆切削工具は、ＲＳＡ₁が９０面積％以下であると、容易に製造することができる。同様の観点から、ＲＳＡ₁は、５０面積％以上９０面積％以下であることがより好ましく、６０面積％以上９０面積％以下であることが更に好ましい。

【0034】

また、本実施形態の被覆切削工具は、方位差Ａが０度以上４５度以下である粒子の断面積に対して、方位差Ａが０度以上１０度未満である粒子の断面積の割合をＲＳＡ₁、方位差Ａが１０度以上２０度未満である粒子の断面積の割合をＲＳＡ₂、方位差Ａが２０度以上３０度未満である粒子の断面積の割合をＲＳＡ₃、及び方位差Ａが３０度以上４５度以下である粒子の断面積の割合をＲＳＡ₄とした場合、ＲＳＡ₁が最も大きく、ＲＳＡ₄が２番目に大きいことが好ましい。本実施形態の被覆切削工具は、ＲＳＡ₁が最も大きく、ＲＳＡ₄が２番目に大きいと、耐摩耗性に一層優れる傾向にある。このメカニズムは明らかではないが、ＲＳＡ₄が２番目に大きいと、方位差Ａが０度以上１０度未満であるＴｉＣＮの粒子のうち、方位差Ａがより０度側に成長したＴｉＣＮの粒子の占める割合が高くなる傾向にあるため、被覆切削工具の耐摩耗性が一層優れる傾向にあると推定している。一方、ＲＳＡ₂が２番目に大きいと、方位差Ａが０度以上１０度未満であるＴｉＣＮの粒子のうち、方位差Ａがより１０度側に成長したＴｉＣＮの粒子の占める割合が高くなる傾向にある。また、同様にＲＳＡ₃が２番目に大きいと、方位差Ａが０度以上１０度未満であるＴｉＣＮの粒子のうち、方位差Ａがより１０度側に成長したＴｉＣＮの粒子の占める割合が高くなる傾向にある。この差が被覆切削工具の耐摩耗性に影響を及ぼすと推定している。

【0035】

また、本実施形態の被覆切削工具は、上部層の平均厚さが、１．０μｍ以上６．０μｍ以下である。本実施形態の被覆切削工具は、上部層の平均厚さが１．０μｍ以上であると、上部層を有することによる効果を得ることができ、一方、上部層の平均厚さが６．０μｍ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、上部層の平均厚さは、１．５μｍ以上５．９μｍ以下であることがより好ましく、２．０μｍ以上５．８μｍ以下であることが更に好ましい。

【0036】

本実施形態において、上部層を構成するＴｉＣＮ層の粒子のうち、アスペクト比が２以上１０以下である粒子の占める割合は、ＴｉＣＮ層を有する上部層の断面組織を市販の電界放射型走査型電子顕微鏡（ＦＥ－ＳＥＭ）、又は透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）に付属した電子後方散乱回折像装置（ＥＢＳＤ）を用いて観察することにより求めることができる。具体的には、被覆切削工具における基材の表面と垂直な断面のうちＴｉＣＮ層を有する上部層の断面を鏡面研磨し、得られた鏡面研磨面を断面組織とする。ＴｉＣＮ層を有する上部層の断面を鏡面研磨する方法としては、特に限定されないが、例えば、ダイヤモンドペースト及び／又はコロイダルシリカを用いて研磨する方法並びにイオンミリングを挙げることができる。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１．０ｎＡ照射電流で電子線を照射する。ＥＢＳＤにより被覆切削工具のＴｉＣＮ層を有する上部層における断面組織を、測定範囲がＴｉＣＮ層を有する上部層の平均厚さ×５０μｍの範囲、０．１μｍのステップサイズで測定することが好ましい。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する。ここで、結晶粒径は、被覆層の膜厚方向に直交する方向における結晶粒径を意味する。また、アスペクト比は、被覆層の膜厚方向における粒子の結晶粒径を膜厚方向に直交する方向における粒子の結晶粒径で除した値とする。この際、ＴｉＣＮ層を有する上部層の断面組織から結晶粒径を求めるときに、画像解析ソフトを用いてもよい。ＴｉＣＮ層を有する上部層の平均厚さ×５０μｍの範囲におけるＴｉＣＮ層を有する上部層の結晶粒径を測定し、各方向の結晶粒径から全ての粒子のアスペクト比を求めることができる。ここで、ＴｉＣＮ層を有する上部層の平均厚さ×５０μｍの範囲を１００面積％として、アスペクト比が２以上１０以下であるＴｉＣＮの粒子の占める面積の割合を算出することができる。

【0037】

本実施形態において、ＲＳＡ₁、ＲＳＡ₂、ＲＳＡ₃、及びＲＳＡ₄は、以下の方法により求めることができる。基材の表面と垂直な断面であって、上部層を構成するＴｉＣＮ層の粒子のうち、アスペクト比が２以上１０以下である粒子において、基材の表面の法線と、上部層におけるＴｉＣＮ層の粒子の（１１１）面の法線とがなす角度の方位差Ａが０度以上４５度以下である粒子断面の面積の合計（ＲＳＡ_Total）を１００面積％とし、方位差Ａが０度以上１０度以下である粒子断面の面積の合計が、ＲＳＡ_Totalに対して何面積％を占めるかを求めて、これをＲＳＡ₁とすればよい。ＲＳＡ（面積％）を求めるに際して、例えば、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）、電解放射型走査電子顕微鏡（ＦＥ－ＳＥＭ）等に付属した電子後方散乱解析像装置（ＥＢＳＤ）を用いて、各粒子の断面の面積を測定できる。ＥＢＳＤを用いて、粒子の各結晶の結晶方位を特定し、特定した各結晶方位の粒子断面の面積を、例えば、５度のピッチ毎の区分に割り振り、区分毎の粒子断面の面積を求める。その後、例えば、０度以上１０度未満の区分、１０度以上２０度未満の区分、２０度以上３０度未満の区分、及び３０度以上４５度以下の区分のそれぞれの区分の粒子断面の面積の合計を求めて、これらの各区分における粒子断面の面積の合計ＲＳＡ_Total（１００面積％）に対する比率を求めて、これらを順にＲＳＡ₁、ＲＳＡ₂、ＲＳＡ₃、及びＲＳＡ₄とすればよい。

【0038】

上部層は、ＴｉＣＮ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、ＴｉＣＮ以外の成分を含んでもよく、含まなくてもよい。

【0039】

［被覆層の形成方法］
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してもよく、物理蒸着法によって形成してもよい。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。

【0040】

（化学蒸着法）
例えば、Ｔｉの窒化物層（以下、「ＴｉＮ層」ともいう。）からなるＴｉ化合物層は、原料組成をＴｉＣｌ₄：５．０～１０．０ｍｏｌ％、Ｎ₂：２０～６０ｍｏｌ％、Ｈ₂：残部とし、温度を８５０～９５０℃、圧力を３００～４００ｈＰａとする化学蒸着法で形成することができる。

【0041】

Ｔｉの炭化物層（以下、「ＴｉＣ層」ともいう。）からなるＴｉ化合物層は、原料組成をＴｉＣｌ₄：１．５～３．５ｍｏｌ％、ＣＨ₄：３．５～５．５ｍｏｌ％、Ｈ₂：残部とし、温度を９５０～１０５０℃、圧力を７０～８０ｈＰａとする化学蒸着法で形成することができる。

【0042】

Ｔｉの炭窒化物層（以下、「ＴｉＣＮ層」ともいう。）からなるＴｉ化合物層は、原料組成をＴｉＣｌ₄：５．０～７．０ｍｏｌ％、ＣＨ₃ＣＮ：０．５～１．５ｍｏｌ％、Ｈ₂：残部とし、温度を８００～９００℃、圧力を６０～８０ｈＰａとする化学蒸着法で形成することができる。

【0043】

Ｔｉの炭窒酸化物層（以下、「ＴｉＣＮＯ層」ともいう。）からなるＴｉ化合物層は、原料組成をＴｉＣｌ₄：３．０～４．０ｍｏｌ％、ＣＯ：０．５～１．０ｍｏｌ％、Ｎ₂：３０～４０ｍｏｌ％、Ｈ₂：残部とし、温度を９５０～１０５０℃、圧力を５０～１５０ｈＰａとする化学蒸着法で形成することができる。

【0044】

Ｔｉの炭酸化物層（以下、「ＴｉＣＯ層」ともいう。）からなるＴｉ化合物層は、原料組成をＴｉＣｌ₄：１．０～２．０ｍｏｌ％、ＣＯ：２．０～３．０ｍｏｌ％、Ｈ₂：残部とし、温度を９５０～１０５０℃、圧力を５０～１５０ｈＰａとする化学蒸着法で形成することができる。

【0045】

α型Ａｌ₂Ｏ₃層（以下、単に「Ａｌ₂Ｏ₃層」ともいう。）からなる中間層は、例えば、以下の方法により形成される。

【0046】

まず、基材の表面に、１層以上のＴｉ化合物層からなる下部層を形成する。次いで、それらの層のうち、基材から最も離れた層の表面を酸化する。その後、基材から最も離れた層の表面にα型Ａｌ₂Ｏ₃層を含有する中間層を形成する。

【0047】

より具体的には、上記基材から最も離れた層の表面の酸化は、ガス組成をＣＯ₂：０．３～１．０ｍｏｌ％、Ｈ₂：残部とし、温度を９５０～１０５０℃、圧力を５０～７０ｈＰａとする条件により行われる（酸化工程）。このときの酸化処理時間は、１～３分であることが好ましい。

【0048】

その後、α型Ａｌ₂Ｏ₃層は、原料ガス組成をＡｌＣｌ₃：２．０～５．０ｍｏｌ％、ＣＯ₂：２．５～４．０ｍｏｌ％、ＨＣｌ：２．０～３．０ｍｏｌ％、Ｈ₂Ｓ：０．３０～０．４０ｍｏｌ％、Ｈ₂：残部とし、温度を９５０～１０５０℃、圧力を６０～８０ｈＰａとする化学蒸着法で形成される（成膜工程）。

【0049】

さらに、α型Ａｌ₂Ｏ₃層の表面にＴｉの炭窒化物層（以下、「ＴｉＣＮ層」ともいう）からなる上部層を形成する。

【0050】

ＴｉＣＮ層は、原料組成をＴｉＣｌ₄：６．０～１０．０ｍｏｌ％、ＣＨ₃ＣＮ：０．５～１．５ｍｏｌ％、Ｎ₂：１０．０～３０．０ｍｏｌ％、Ｈ₂：残部とし、温度を９００～９８０℃、圧力を６０～８０ｈＰａとする化学蒸着法で形成することができる（上部層形成工程）。

【0051】

上部層を構成するＴｉＣＮ層の粒子のうち、アスペクト比が２以上１０以下である粒子の占める割合を特定範囲とするためには、上部層形成工程において、温度を制御したり、原料として従来のＣＨ₄に代えてＣＨ₃ＣＮを使用して、原料組成中のＣＨ₃ＣＮ及び／又はＴｉＣｌ₄の割合を制御したりすればよい。より具体的には、上部層形成工程における温度を低くしたり、原料組成中のＴｉＣｌ₄の割合を大きくしたりすることにより、ＴｉＣＮの粒子のアスペクト比が大きくなる結果、アスペクト比が２以上１０以下であるＴｉＣＮ粒子の占める割合を大きくすることができる。また、上部層形成工程において、原料組成中のＣＨ₃ＣＮに対するＴｉＣｌ₄の割合（ＴｉＣｌ₄／ＣＨ₃ＣＮ）を大きくしたりすることによっても、ＴｉＣＮの粒子のアスペクト比が大きくなる結果、アスペクト比が２以上１０以下であるＴｉＣＮ粒子の占める割合を大きくすることができる。一方、上部層形成工程における温度を高くしたり、原料組成中のＣＨ₃ＣＮの割合を大きくしたりすることにより、ＴｉＣＮの粒子のアスペクト比が小さくなる結果、アスペクト比が２以上１０以下であるＴｉＣＮ粒子の占める割合を小さくすることができる。

【0052】

また、ＲＳＡ₁を特定範囲とするためには、上部層形成工程において、温度及び／又は圧力を制御したり、原料として従来のＣＨ₄に代えてＣＨ₃ＣＮを使用して、原料組成中のＣＨ₃ＣＮ及び／又はＮ₂の割合を制御したりすればよい。より具体的には、上部層形成工程における温度を低くしたり、圧力を高くしたりすることにより、ＲＳＡ₁を小さくすることができる。一方、上部層形成工程において、原料組成中のＣＨ₃ＣＮ及び／又はＮ₂の割合の割合を大きくしたりすることにより、ＲＳＡ₁を大きくすることができる。

【0053】

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。

【0054】

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。特に、本実施形態の被覆切削工具は、高送り及び深切り込みとなるような負荷が作用するような条件下において、上部層のＴｉＣＮ層の粒子の脱落を抑制することにより、耐摩耗性を向上させることができると共に耐欠損性も向上させることができ、その結果、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】

【0055】

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。

【0056】

基材として、ＣＮＭＧ１２０４１２のインサート形状に加工し、８８．７ＷＣ－８．１Ｃｏ－１．５ＴｉＮ－１．４ＮｂＣ－０．３Ｃｒ₃Ｃ₂（以上質量％）の組成を有する超硬合金、並びにＣＮＭＧ１２０４１２のインサート形状に加工し、８９．９ＷＣ－７．１Ｃｏ－１．５ＴｉＮ－１．４ＮｂＣ－０．１Ｃｒ₃Ｃ₂（以上質量％）の組成を有する超硬合金を用意した。これら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。

【0057】

［発明品１～１２及び比較品１～８］
基材の表面を洗浄した後、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１に示す原料組成、温度及び圧力の条件の下、表２に組成を示す下部層を、第１層、第２層、第３層の順で、表２に示す平均厚さになるよう、基材の表面に形成した。次いで、ＣＯ₂：０．５ｍｏｌ％、Ｈ₂：９９．５ｍｏｌ％のガス組成、１０００℃の温度、及び６０ｈＰａの圧力の条件の下、１分間、下部層の表面に酸化処理を施した。次に、表１に示す原料組成、温度及び圧力の条件の下、α型酸化アルミニウムからなる中間層を、表２に示す平均厚さになるよう、酸化処理を施した後の下部層の表面に形成した。最後に、表３に示す原料組成、温度及び圧力の条件の下、表２に示す組成の上部層を、表２に示す平均厚さになるよう、中間層の表面に形成した。こうして、発明品１～１２及び比較品１～８の被覆切削工具を得た。

【0058】

【表1】

【0059】

【表2】

【0060】

【表3】

【0061】

［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２に示す。

【0062】

［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２に示す。

【0063】

［面積Ｘの割合］
得られた試料において、上部層を構成するＴｉＣＮ層の粒子のうち、アスペクト比が２以上１０以下である粒子の占める割合をＦＥ－ＳＥＭに付属したＥＢＳＤを用いて測定した。具体的には、試料における基材の表面と垂直な断面のうちＴｉＣＮ層を有する上部層の断面を、ダイヤモンドペーストを用いて鏡面研磨した後、コロイダルシリカを用いて仕上げ研磨を行い、得られた鏡面研磨面を被覆切削工具の断面組織とした。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１．０ｎＡ照射電流で電子線を照射した。ＥＢＳＤにより被覆切削工具のＴｉＣＮ層を有する上部層における断面組織を、測定範囲がＴｉＣＮ層を有する上部層の平均厚さ×５０μｍ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。ここで、結晶粒径は、被覆層の膜厚方向に直交する方向における結晶粒径とした。また、アスペクト比は、被覆層の膜厚方向における粒子の結晶粒径を膜厚方向に直交する方向における粒子の結晶粒径で除した値とした。この際、ＴｉＣＮ層を有する上部層の断面組織から結晶粒径を求めるときに、画像解析ソフトを用いた。ＴｉＣＮ層を有する上部層の平均厚さ×５０μｍの範囲におけるＴｉＣＮ層を有する上部層の結晶粒径を測定し、各方向の結晶粒径から全ての粒子のアスペクト比を求めた。ここで、ＴｉＣＮ層を有する上部層の平均厚さ×５０μｍの範囲を１００面積％として、アスペクト比が２以上１０以下であるＴｉＣＮの粒子の占める面積の割合を算出した。それらの結果を、表４に示す。

【0064】

［ＲＳＡ₁、ＲＳＡ₂、ＲＳＡ₃、及びＲＳＡ₄］
得られた試料において、ＲＳＡ₁、ＲＳＡ₂、ＲＳＡ₃、及びＲＳＡ₄を以下のとおり算出した。具体的には、試料における基材の表面と垂直な断面であって、上部層を構成するＴｉＣＮ層の粒子のうち、アスペクト比が２以上１０以下である粒子において、基材の表面の法線と、上部層におけるＴｉＣＮ層の粒子の（１１１）面の法線とがなす角度の方位差Ａが０度以上４５度以下である粒子断面の面積の合計（ＲＳＡ_Total）を１００面積％とし、方位差Ａが０度以上１０度以下である粒子断面の面積の合計が、ＲＳＡ_Totalに対して何面積％を占めるかを求めて、これをＲＳＡ₁とした。ＲＳＡ（面積％）を求めるに際して、ＦＥ－ＳＥＭに付属したＥＢＳＤを用いて、各粒子の断面の面積を測定した。ＥＢＳＤを用いて、粒子の各結晶の結晶方位を特定し、特定した各結晶方位の粒子断面の面積を、５度のピッチ毎の区分に割り振り、区分毎の粒子断面の面積を求めた。その後、方位差が０度以上１０度未満の区分、１０度以上２０度未満の区分、２０度以上３０度未満の区分、及び３０度以上４５度以下の区分のそれぞれの区分の粒子断面の面積の合計を求めて、これらの各区分における粒子断面の面積の合計ＲＳＡ_Total（１００面積％）に対する比率を求めて、これらを順にＲＳＡ₁、ＲＳＡ₂、ＲＳＡ₃、及びＲＳＡ₄とした。以上の測定結果を表４に示す。なお、ＥＢＳＤによる測定範囲内における上部層の粒子断面の面積は、その面積に対応するピクセルの総和とした。すなわち、各層の粒子の、方位差に基づいた１０度又は１５度のピッチ毎の各区分おける粒子断面の面積の合計は、各区分に該当する粒子断面が占めるピクセルを集計し、面積に換算して求めた。

【0065】

【表4】

【0066】

得られた発明品１～１２及び比較品１～８を用いて、下記の条件にて切削試験１及び切削試験２を行った。切削試験１は耐摩耗性を評価する摩耗試験であり、切削試験２は耐欠損性を評価する欠損試験である。各切削試験の結果を表５に示す。

【0067】

［切削試験１］
被削材：Ｓ４５Ｃの丸棒、
切削速度：２００ｍ／分、
送り：０．３０ｍｍ／ｒｅｖ、
切り込み：２．０ｍｍ、
クーラント：有り、
評価項目：試料が欠損又は最大逃げ面摩耗幅が０．３ｍｍ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。

【0068】

［切削試験２］
被削材：Ｓ４５Ｃの４本の溝入り丸棒、
切削速度：１２０ｍ／分、
送り：０．３０ｍｍ／ｒｅｖ、
切り込み：１．５ｍｍ、
クーラント：有り、
評価項目：試料が欠損又は最大逃げ面摩耗幅が０．３ｍｍに至ったときを工具寿命とし、工具寿命までに加えた衝撃回数を測定した。また、衝撃回数が５０００回における損傷状態をＳＥＭで確認した。衝撃回数は、１５０００回までとした。

【0069】

切削試験１（摩耗試験）の工具寿命に至るまでの加工時間について、４１分以上を「Ａ」、３０分以上４１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（欠損試験）の工具寿命に至るまでの衝撃回数について、１３０００回以上を「Ａ」、１１０００回以上１２９９９回以下を「Ｂ」、１０９９９回以下を「Ｃ」として評価した。この評価では、「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し、Ａ又はＢを多く有するほど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５に示す。

【0070】

【表5】

【0071】

表５に示す結果より、発明品の摩耗試験及び欠損試験の評価は、どちらも「Ａ」又は「Ｂ」の評価であった。一方、比較品の評価は、摩耗試験及び欠損試験の両方又はいずれかが、「Ｃ」であった。

【0072】

以上の結果より、発明品は、耐摩耗性及び耐欠損性に優れる結果、工具寿命が長いことが分かった。

【産業上の利用可能性】

【0073】

本発明の被覆切削工具は、耐欠損性を低下させることなく、しかも優れた耐摩耗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】

【0074】

１…基材、２…下部層、３…中間層、４…上部層、５…被覆層、６…被覆切削工具。

【図1】