特許 7566153 被覆工具

(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】2024-10-03

(45)【発行日】2024-10-11

(54)【発明の名称】被覆工具

(51)【国際特許分類】

   B23B 27/14 20060101AFI20241004BHJP

   C23C 16/34 20060101ALI20241004BHJP

   C23C 16/36 20060101ALI20241004BHJP

   C23C 16/32 20060101ALI20241004BHJP

【ＦＩ】

B23B27/14 A

C23C16/34

C23C16/36

C23C16/32

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2023531352

(86)(22)【出願日】2022-01-25

(86)【国際出願番号】 JP2022002520

(87)【国際公開番号】W WO2023276209

(87)【国際公開日】2023-01-05

【審査請求日】2023-12-01

(31)【優先権主張番号】P 2021110444

(32)【優先日】2021-07-02

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000006633

【氏名又は名称】京セラ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003029

【氏名又は名称】弁理士法人ブナ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】金城 洋之

(72)【発明者】

【氏名】久保 隼人

(72)【発明者】

【氏名】勝間 忠

【審査官】増山 慎也

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１７／０３８７６２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１２／１３３４６１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１４／０５４５９１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１９－１９５８７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１８４５２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１５２６０２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｂ ２７／１４、５１／００

Ｂ２３Ｃ ５／２０

Ｂ２３Ｐ １５／２８

Ｃ２３Ｃ １６／３２、３４、３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

超硬合金からなる基体と、
該基体の表面に位置する被覆層とを有し、
該被覆層は、前記基体に接する第１層を有し、
該第１層は、Ｔｉ（Ｃ_xＮ_1-x）（０≦ｘ≦１）を含有し、
前記基体は、複数のＷＣ粒子を含有し、
前記基体の表面から５μｍまでの深さの領域を第１領域とし、
前記基体の表面から１００μｍ以上、２００μｍ以下の深さの領域を第２領域とし、
加速電圧を１０ｋＶとし、試料電流を１０ｎＡとし、電子プローブ径を０．１μｍ以下とする条件で、オージェ電子分光法にて測定した前記第１領域の炭素量（原子％）の最大値を第１炭素量とするとともに、前記第２領域の炭素量（原子％）の最大値を第２炭素量とし、
隣接するピクセル間の距離（ステップサイズ）を０．１μｍとし、隣接するピクセル間の方位差が５°以上であるときに結晶粒界とみなす条件で、後方散乱電子回折像システム付きの走査電子顕微鏡による後方散乱電子回折（ＥＢＳＤ）法にて前記ＷＣ粒子を測定した値をＫＡＭ値としたとき、
前記第１炭素量は、前記第２炭素量よりも多く、
前記第１領域のＫＡＭ値の平均値は、０．４°未満である、被覆工具。

【請求項2】

前記第１炭素量は、前記第２炭素量よりも１．１０倍以上多く、１．４０倍未満である、請求項１に記載の被覆工具。

【請求項3】

前記ＫＡＭ値の平均値は、０．３°未満である、請求項１又は２に記載の被覆工具。

【請求項4】

前記第１層は、１μｍ以上の厚みを有し、
前記第１層において前記基体の表面から０．３μｍまでの範囲の領域における結晶粒子の配向と、
前記第１層の厚み方向の中央における結晶粒子の配向とが異なる、請求項１～３のいずれか１つに記載の被覆工具。

【発明の詳細な説明】

【関連出願の相互参照】

【0001】

本出願は、２０２１年７月２日に出願された日本国特許出願２０２１－１１０４４４号の優先権を主張するものであり、この先の出願の開示全体を、ここに参照のために取り込む。

【技術分野】

【0002】

本開示は、基体の表面に被覆層を有する被覆工具に関する。

【背景技術】

【0003】

従来から、超硬合金からなる基体の表面に、炭化チタン層、窒化チタン層、炭窒化チタン層、酸化アルミニウム層及び窒化チタンアルミニウム層などが単数又は複数形成された被覆工具が知られている。

【0004】

被覆工具においては、耐摩耗性及び耐欠損性を高めることが要求されており、例えば、切削工具では、切削加工の高能率化に伴って、大きな衝撃が切刃にかかる重断続切削などに用いられる機会が増えている。このような過酷な切削条件においては、被覆層にかかる大きな衝撃による被覆層の剥離やチッピングを抑制することが求められる。

【0005】

特開２０１１－１５２６０２号公報（特許文献１）には、被覆層として窒化チタン層を基体の表面に物理蒸着した切削工具が開示されている。また、後方散乱電子回折（ＥＢＳＤ：Electron Backscatter Diffraction）装置で測定することによって得られた、被覆層の表面における窒化チタン結晶粒の結晶方位を所定の範囲内とすることが開示されている。

【0006】

被覆工具においては、加工効率を上げるため、より厳しい加工条件で使用できることが求められており、超硬合金からなる基体と被覆層との密着性を高めて、被覆層の剥離やチッピングを抑制することが求められている。

【発明の概要】

【0007】

本開示の限定されない一面に基づく被覆工具は、超硬合金からなる基体と、該基体の表面に位置する被覆層とを有する。該被覆層は、前記基体に接する第１層を有する。該第１層は、Ｔｉ（Ｃ_xＮ_1-x）（０≦ｘ≦１）を含有する。前記基体は、複数のＷＣ粒子を含有する。前記基体の表面から５μｍまでの深さの領域を第１領域とし、前記基体の表面から１００μｍ以上、２００μｍ以下の深さの領域を第２領域とする。前記第１領域の炭素量の最大値を第１炭素量とし、前記第２領域の炭素量の最大値を第２炭素量とする。隣接するピクセル間の距離（ステップサイズ）を０．１μｍとし、隣接するピクセル間の方位差が５°以上であるときに結晶粒界とみなす条件で、後方散乱電子回折像システム付きの走査電子顕微鏡による後方散乱電子回折（ＥＢＳＤ）法にて前記ＷＣ粒子を測定した値をＫＡＭ値とする。前記第１炭素量は、前記第２炭素量よりも多い。前記第１領域のＫＡＭ値の平均値は、０．４°未満である。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本開示の限定されない一面の被覆工具（切削工具）を示す斜視図である。

【図2】図１に示す被覆工具の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

＜被覆工具＞
以下、本開示の限定されない一面の被覆工具１（以下、「工具１」ということがある。）について、図面を用いて詳細に説明する。但し、以下で参照する各図は、説明の便宜上、実施形態を説明する上で必要な主要部材のみを簡略化して示したものである。したがって、工具１は、参照する各図に示されていない任意の構成部材を備え得る。また、各図中の部材の寸法は、実際の構成部材の寸法及び各部材の寸法比率などを忠実に表したものではない。

【0010】

図１及び図２においては、工具１の一例として切削工具（切削インサート）を示している。なお、工具１は、切削工具に限定されない。工具１は、例えば、掘削工具及び刃物などであってもよい。

【0011】

工具１は、図１に示す一例のように、第１面２（図１における上面）と、第２面３（図１における側面）と、第１面２及び第２面３の交わりに位置する切刃４とを備えてもよい。第１面２の少なくとも一部は、すくい面として機能することが可能である。第２面３の少なくとも一部は、逃げ面として機能することが可能である。切刃４は、被削材の切削に用いることが可能である。言い換えれば、工具１は、切刃４を被削材に当てて切削加工することが可能である。なお、切刃４は、第１面２及び第２面３の交わりの全体に位置してもよく、また、第１面２及び第２面３の交わりの一部のみに位置してもよい。

【0012】

工具１は、図２に示す一例のように、基体５と、基体５の表面に位置する被覆層６とを有してもよい。

【0013】

基体５は、超硬合金で構成されてもよい。超硬合金の組成としては、例えば、ＷＣ－Ｃｏ、ＷＣ－ＴｉＣ－Ｃｏ及びＷＣ－ＴｉＣ－ＴａＣ－Ｃｏなどが挙げられる。ここで、ＷＣ（炭化タングステン）、ＴｉＣ（炭化チタン）及びＴａＣ（炭化タンタル）は硬質粒子であり、Ｃｏ（コバルト）は結合相である。なお、上記の組成は一例であり、基体５の構成としては、例えば、ＷＣ粒子と、周期表第４、５、６族金属の炭化物、窒化物及び炭窒化物の群から選ばれる少なくとも１種の硬質相と、Ｃｏからなる結合相とを有する他の構成であってもよい。

【0014】

被覆層６は、基体５に接する第１層７を有してもよい。第１層７は、Ｔｉ（Ｃ_xＮ_1-x）（０≦ｘ≦１）を含有してもよい。

【0015】

基体５は、複数のＷＣ粒子を含有してもよい。ここで、基体５の表面から５μｍまでの深さの領域を第１領域８とし、基体５の表面から１００μｍ以上、２００μｍ以下の深さの領域を第２領域９とする。また、第１領域８の炭素量の最大値を第１炭素量とし、第２領域９の炭素量の最大値を第２炭素量とする。さらに、隣接するピクセル間の距離（ステップサイズ）を０．１μｍとし、隣接するピクセル間の方位差が５°以上であるときに結晶粒界とみなす条件で、後方散乱電子回折像システム付きの走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）による後方散乱電子回折（ＥＢＳＤ）法にてＷＣ粒子を測定した値をＫＡＭ値とする。第１炭素量は、第２炭素量よりも多くてもよい。第１領域８のＫＡＭ値の平均値は、０．４°未満であってもよい。

【0016】

上記の場合には、基体５の表面に存在するＷＣ粒子の変形量が小さくなり、基体５と第１層７との間の残留応力が小さくなる。これによって、基体５と被覆層６との密着性が高まり、被覆層６の剥離やチッピングを抑制できる。第１領域８のＫＡＭ値の平均値が０．３°未満である場合には、基体５と被覆層６との密着性をより一層高めることができる。

【0017】

ＫＡＭ（Kernel Average Misorientation）とは、ＥＢＳＤ法にて測定した隣接測定点間の結晶方位の差である局所方位差を表し、ＫＡＭ値は塑性ひずみなどの大きさと相関を有する値である。また、ＫＡＭは、微視レベルで局所的な変形や転位密度を反映するので、ＫＡＭ値を測定することによって微視レベルでの局所的な塑性変形を確認できる。ＫＡＭ値の平均値は、観測領域内の各位置におけるＫＡＭ値を測定して、これを平均したものである。

【0018】

従来の被覆層を成膜する工程においては、超硬合金からなる基体と、これに接する被覆層との間に歪みが生じる場合がある。これは、基体の内部に比べて基体の表面近傍の領域においては炭素が減少し、被覆層を成膜する工程において基体の表面が変質することが原因として考えられる。基体の表面が変質することによって、基体の表面に存在するＷＣ粒子の一部に微小な塑性歪みが残存し易くなるため、被覆工具に衝撃が加わった際に、被覆層が基体から剥離し易くなる場合がある。

【0019】

工具１では、基体５の内部に対する基体５の表面近傍の領域における炭素の含有比率を高くすることによって、基体５と被覆層６との間の歪みを小さくしており、これにより基体５の表面近傍の領域におけるＫＡＭ値の平均値が０．４°未満になっている。したがって、工具１では、基体５の表面近傍に存在するＷＣ粒子に発生する微小な塑性歪みが抑制されているため、基体５と被覆層６との間の歪みが小さい。その結果、工具１に大きな衝撃が加わった場合であっても、被覆層６が基体５から剥離しにくい。

【0020】

なお、第１領域８におけるＫＡＭ値の平均値の下限値は、０．１°以上であってもよい。基体５は、１ｍｍ以上の厚みを有してもよい。ＷＣ粒子の平均粒径は、０．０１～２０．０μｍであってもよい。ＷＣ粒子の平均粒径の測定は、画像解析で行ってもよい。その場合、円相当径をＷＣ粒子の平均粒径としてもよい。ＷＣ粒子の平均粒径の測定は、以下の手順で行ってもよい。まず、ＳＥＭを用いて、倍率３０００～５０００倍で基体５の断面を観察し、ＳＥＭ像を取得してもよい。このＳＥＭ像におけるＷＣ粒子を少なくとも５０個以上特定して抽出してもよい。その後、画像解析ソフトＩｍａｇｅＪ（１．５２）を用いて円相当径を算出することにより、ＷＣ粒子の平均粒径を求めてもよい。

【0021】

第１炭素量は、第２炭素量よりも１．１０倍以上多くてもよい。言い換えれば、第２炭素量に対する第１炭素量の比（第１炭素量／第２炭素量）が、１．１０以上であってもよい。この場合には、基体５と被覆層６との密着性がさらに向上する。なお、上記の比の上限値は、１．４０未満であってもよい。第１炭素量の比（第１炭素量／第２炭素量）が１．４０以上の場合には、基体５と第１層７の密着力が低下することがあり、被覆層６が基体５から剥離し易くなる場合がある。炭素量は、オージェ電子分光法（ＡＥＳ分析）で測定することが可能である。第１炭素量及び第２炭素量は、特定の値に限定されない。例えば、第１炭素量は、２０原子％～７５原子％に設定されてもよく、また、第２炭素量は、１５原子％～７０原子％に設定されてもよい。

【0022】

第１層７の厚み方向の中央における炭素量を第３炭素量としたとき、第３炭素量は、第２炭素量よりも多くてもよい。具体的には、第２炭素量に対する第３炭素量の比（第３炭素量／第２炭素量）が、１．７０以上であってもよい。この場合には、基体５と被覆層６との密着性がさらに向上する。なお、上記の比は、１．５０以上であってもよい。上記の比の上限値は、２．５０以下であってもよい。第３炭素量は、特定の値に限定されない。例えば、第３炭素量は、１５原子％～７５原子％に設定されてもよい。

【0023】

第１層７は、１μｍ以上の厚みを有してもよい。このとき、第１層７において基体５の表面から０．３μｍまでの範囲の領域における結晶粒子の配向と、第１層７の厚み方向の中央における結晶粒子の配向とが異なってもよい。この場合には、耐欠損性が高い。結晶粒子の配向は、ＥＢＳＤ法で測定することが可能である。

【0024】

なお、第１層７は、特定の厚みに限定されない。例えば、第１層７の厚みは、６～１５μｍに設定されてもよい。第１層７の厚みが６μｍ以上、特に１０μｍ以上である場合には、耐摩耗性が高い。また、第１層７の厚みが１５μｍ以下、特に１３μｍ以下である場合には、耐欠損性が高い。

【0025】

Ｔｉ（Ｃ_xＮ_1-x）（０≦ｘ≦１）を含有する第１層７は、１つの層で構成されてもよく、また、複数の層（層状の部位）が積層された構成であってもよい。例えば、図２に示す一例のように、第１層７は、基体５に接する層状の第１部位１０と、第１部位１０の上に位置する層状の第２部位１１とを有してもよい。

【0026】

第１部位１０に含まれる炭素は、第２部位１１に含まれる炭素よりも少なくてもよい。具体的には、第１部位１０は、主成分が窒化チタン（ＴｉＮ）であってもよい。また、第２部位１１は、主成分が炭窒化チタン（Ｔｉ（Ｃ_xＮ_1-x）（０＜ｘ＜１））であってもよい。第１層７が上記の構成である場合には、基体５と第１層７との密着性がより高められる。特に、第１層７における第１部位１０がＴｉＮによって構成されている場合には、基体５から被覆層６への超硬合金の成分の拡散が抑制されるため、基体５の表面の変質を抑制できる。なお、上記の「主成分」とは、他の成分と比較して質量％の値が最も大きい成分のことである。

【0027】

第１部位１０は、平均粒径が０．０５～０．５μｍの窒化チタン粒子によって構成されてもよい。窒化チタン粒子は、基体５の表面に対して垂直な方向に伸びる柱状結晶であってもよい。

【0028】

工具１において、基体５の表面に位置するＷＣ粒子と、第１部位１０中における基体５の側に位置する窒化チタン粒子との間で、エピタキシャル成長する箇所が存在してもよい。また、第１部位１０には、Ｃｏが０．２～３質量％の比率で拡散してもよい。このようにＣｏが拡散する場合には、基体５と被覆層６との密着性をさらに高めることができる。

【0029】

第２部位１１は、いわゆるＭＴ（Moderate Temperature）－炭窒化チタンを主成分とする層状の第３部位１２と、この第３部位１２の上に位置して、ＨＴ（High Temperature）－炭窒化チタンを主成分とする層状の第４部位１３とによって構成されてもよい。

【0030】

第３部位１２は、アセトニトリル（ＣＨ₃ＣＮ）ガスを原料として含み、成膜温度が７８０～９００℃と比較的低温で成膜した柱状結晶で構成されてもよい。このとき、柱状結晶における基体５の表面に平行な方向の幅が、０．４μｍ以下であってもよい。柱状結晶が上記の構成である場合には、第１部位１０と第４部位１３との間の密着性がより高められる。

【0031】

第４部位１３は、成膜温度が９００～１１００℃と比較的高温で成膜した粒状結晶で構成されてもよい。また、第４部位１３の表面には、上方に向かって先細りする断面視で三角形状の突起が形成されてもよい。第４部位１３がこのような突起を有する場合には、後述する第２層１４への密着性が高く、被覆層６の剥離やチッピングを抑制できる。

【0032】

第１部位１０及び第２部位１１は、特定の厚みに限定されない。例えば、第１部位１０の厚みは、０．５～３μｍに設定されてもよい。また、第２部位１１の厚みは、５．５～１４．５μｍに設定されてもよい。第１部位１０の厚みが０．５～３μｍ、特に０．５～２．０μｍであり、且つ、第２部位１１の厚みが５．５～１４．５μｍ、特に８．０～１２．５μｍである場合には、被覆層６の基体５への密着性が高く、また、耐摩耗性も高い。

【0033】

被覆層６は、第１層７に加えて第２層１４及び第３層１５をさらに有してもよい。第２層１４は、第１層７（第４部位１３）の上に位置してもよい。第３層１５は、第２層１４の上に位置してもよい。

【0034】

第２層１４は、チタン及び酸素を含有してもよく、例えば、ＴｉＣＯ、ＴｉＮＯ、ＴｉＣＮＯ、ＴｉＡｌＣＯ、ＴｉＡｌＣＮＯなどで構成されてもよい。具体的には、第２層１４は、Ｔｉ（Ｃ_xＮ_1-x-yＯ_y）（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）を含有してもよい。また、第３層１５は、酸化アルミニウムを含有してもよい。

【0035】

被覆層６が上記の第３層１５を有する場合には、被覆層６の耐摩耗性をさらに高めることができる。第１層７と第３層１５との間に第２層１４が位置する場合には、第１層７と第３層１５との間の密着性を高めることができる。

【0036】

また、第２層１４が上記の成分を含有する場合には、第３層１５を構成する酸化アルミニウム粒子がα型の結晶構造となる。α型の結晶構造の酸化アルミニウムによって構成された第３層１５は、硬度が高い。そのため、被覆層６の耐摩耗性を高めることができる。

【0037】

第２層１４が、Ｔｉ（Ｃ_xＮ_1-x-yＯ_y）を含有する場合において、ｘ＋ｙ＝１であるときには、第２層１４におけるＴｉ（Ｃ_xＮ_1-x-yＯ_y）が針状となり、基体５の表面に対して垂直な方向に向かって０．０５～０．５μｍの高さで伸びる結晶構造となる。この構造であれば、第２部位１１と第３層１５との間の密着性を高めることができる。

【0038】

また、第３層１５がα型の結晶構造の酸化アルミニウムからなる場合には、第３層１５の硬度が高められ、被覆層６の耐摩耗性を向上させることができる。このとき、第３層１５の表面側からＸ線回折測定にて検出されるピークにおいて、Ｉ（１１６）及びＩ（１０４）が、一番目と二番目に強くなっている場合には、被覆層６の摩耗が抑制される傾向にある。

【0039】

第２層１４及び第３層１５は、特定の厚みに限定されない。例えば、第２層１４の厚みは、０．０５～５．０μｍに設定されてもよい。第３層１５の厚みは、１．０～１５μｍに設定されてもよい。

【0040】

被覆層６は、第１層７、第２層１４及び第３層１５に加えて第４層１６をさらに有してもよい。第４層１６は、第３層１５の上に位置してもよい。第４層１６は、Ｔｉ（Ｃ_xＮ_1-x-yＯ_y）（０≦ｘ≦１、０≦ｙ＜１）を含有してもよい。第４層１６は、窒化クロムなどの他の材質によって構成されてもよい。第４層１６は、特定の厚みに限定されない。例えば、第４層１６の厚みは、０．１～３μｍに設定されてもよい。

【0041】

被覆層６は、基体５の側から順に、窒化チタン層からなる第１部位１０、炭窒化チタン層からなる第２部位１１、第２層１４、第３層１５及び第４層１６が積層された構成であってもよい。

【0042】

なお、各層の厚み及び各層を構成する結晶の形態は、工具１の断面における電子顕微鏡写真（ＳＥＭ写真又は透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）写真）を観察することにより測定することが可能である。また、被覆層６の各層を構成する結晶の形態が柱状であるとは、各結晶の被覆層６の厚み方向の長さに対する平均結晶幅の比が平均で０．３以下の状態のことである。一方、この各結晶の被覆層６の厚み方向の長さに対する平均結晶幅の比が平均で０．３を超えるものは、結晶の形態が粒状であると定義する。

【0043】

＜被覆工具の製造方法＞
次に、本開示の限定されない一面の被覆工具の製造方法について、工具１を製造する場合を例に挙げて説明する。

【0044】

まず、基体５となる超硬合金を焼成によって形成できる金属炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化物などの無機物粉末に、金属粉末、カーボン粉末などを適宜添加して混合し、混合粉末を得る。次に、この混合粉末を、プレス成形、鋳込成形、押出成形、冷間静水圧プレス成形などの公知の成形方法によって所定の工具形状に成形して成形体を得る。その後、得られた成形体を真空中又は非酸化性雰囲気中で焼成することによって、上記した超硬合金からなる基体５を得る。基体５の表面には、研磨加工やホーニング加工を施してもよい。

【0045】

次に、得られた基体５の表面に化学気相蒸着（ＣＶＤ）法によって被覆層６を成膜し、工具１を得る。

【0046】

まず、超硬合金からなる基体５に対して、四塩化チタン（ＴｉＣｌ₄）ガスを２～１０体積％、残りが水素（Ｈ₂）ガスからなる混合ガスを調整してチャンバ（炉）内に導入し、成膜温度（炉内温度）を８００～９４０℃、圧力を８～５０ｋＰａ、時間を１～１０分とする前処理を施してもよい。この場合には、基体５の表面近傍の領域における炭素の含有比率が高くなり易い。そのため、次に第１層７を成膜する際に、基体５の表面近傍で炭素成分が第１層７の側に拡散して移動することを抑制して、基体５の表面近傍におけるＷＣ粒子に大きな歪が生じることを抑制できる。したがって、基体５に対して前処理を施すと、第１炭素量が第２炭素量よりも多くなり易く、また、第１領域８のＫＡＭ値の平均値が０．４°未満になり易い。

【0047】

次に、第１層７における窒化チタン（ＴｉＮ）を主成分とする第１部位１０を成膜する。第１部位１０の成膜条件としては、反応ガス組成として、四塩化チタン（ＴｉＣｌ₄）ガスを０．５～１０体積％、窒素（Ｎ₂）ガスを１０～６０体積％、残りが水素（Ｈ₂）ガスからなる混合ガスを調整してチャンバ内に導入し、成膜温度を８００～９４０℃、圧力を８～５０ｋＰａとする条件が挙げられる。この成膜条件において、成膜開始温度を成膜終了温度よりも１０～５０℃低い温度にし、成膜中に温度を上昇させてもよい。この場合には、基体５の表面近傍におけるＷ及びＣｏ元素の拡散を抑制して、基体５の表面近傍におけるＷＣ粒子に大きな歪が生じることを抑制できる。

【0048】

次に、第１層７における第２部位１１を成膜する。まず、第２部位１１におけるＭＴ－炭窒化チタンを主成分とする第３部位１２を成膜する。第３部位１２の成膜条件としては、反応ガス組成として、四塩化チタン（ＴｉＣｌ₄）ガスを０．５～１０体積％、アセトニトリル（ＣＨ₃ＣＮ）ガスを０．１～３．０体積％、残りが水素（Ｈ₂）ガスからなる混合ガスを調整してチャンバ内に導入し、成膜温度を７８０～９００℃、圧力を５～２５ｋＰａとする条件が挙げられる。この成膜条件において、アセトニトリル（ＣＨ₃ＣＮ）ガスの含有比率を成膜初期よりも成膜後期で増やしてもよい。この場合には、第３部位１２を構成する炭窒化チタンの柱状結晶の平均結晶幅を、基体５の側よりも表面側のほうが大きい構成にできる。

【0049】

次に、第２部位１１におけるＨＴ－炭窒化チタンを主成分とする第４部位１３を成膜する。第４部位１３の成膜条件としては、反応ガス組成として、四塩化チタン（ＴｉＣｌ₄）ガスを１～１０体積％、窒素（Ｎ₂）ガスを５～３０体積％、メタン（ＣＨ₄）ガスを０．１～１０体積％、残りが水素（Ｈ₂）ガスからなる混合ガスを調整してチャンバ内に導入し、成膜温度を９００～１１００℃、圧力を５～４０ｋＰａとする条件が挙げられる。

【0050】

次に、第２層１４を成膜する。第２層１４の成膜条件としては、反応ガス組成として、四塩化チタン（ＴｉＣｌ₄）ガスを３～１５体積％、メタン（ＣＨ₄）ガスを３～１０体積％、一酸化炭素（ＣＯ）ガスを０．５～２．０体積％、残りが水素（Ｈ₂）ガスからなる混合ガスを調整してチャンバ内に導入し、成膜温度を９００～１０５０℃、圧力を５～４０ｋＰａとする条件が挙げられる。なお、反応ガス組成として、１０～２５体積％の窒素（Ｎ₂）ガスを加えてもよい。また、窒素（Ｎ₂）ガスをアルゴン（Ａｒ）ガスに変更してもよい。上記した成膜条件によって、基体５の表面に対して垂直な方向に伸びる針状結晶が第２層１４中に生成され、次に成膜される第３層１５との密着性を高めることができる。

【0051】

次に、第３層１５を成膜する。第３層１５の成膜条件としては、反応ガス組成として、三塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ₃）ガスを０．５～５．０体積％、塩化水素（ＨＣｌ）ガスを０．５～５．０体積％、二酸化炭素（ＣＯ₂）ガスを０．５～５．０体積％、硫化水素（Ｈ₂Ｓ）ガスを０～１．０体積％、残りが水素（Ｈ₂）ガスからなる混合ガスを用い、成膜温度を９５０～１１００℃、圧力を５～２０ｋＰａに変えて成膜する。この成膜条件によって、酸化アルミニウム結晶の成長状態を調整して、酸化アルミニウム結晶の配向性を制御する。また、第３層１５の成膜条件は、１つの成膜工程に限定されない。複数の段階からなる成膜工程で第３層１５を成膜してもよい。

【0052】

次に、第４層１６を成膜する。第４層１６がＴｉＮからなる場合の成膜条件を例に挙げると、反応ガス組成として、四塩化チタン（ＴｉＣｌ₄）ガスを０．１～１０体積％、窒素（Ｎ₂）ガスを１０～６０体積％、残りが水素（Ｈ₂）ガスからなる混合ガスを調整してチャンバ内に導入し、成膜温度を９６０～１１００℃、圧力を１０～８５ｋＰａとする条件が挙げられる。

【0053】

なお、得られた工具１において、被覆層６の表面における少なくとも切刃４が位置する部分に研磨加工を施してもよい。これにより、切刃４が平滑に加工され、被削材の溶着を抑制して、さらに耐欠損性に優れた工具１となる。

【0054】

以下、実施例を挙げて本開示を詳細に説明するが、本開示は以下の実施例に限定されない。

【実施例】

【0055】

［試料Ｎｏ．１～４］
＜被覆工具の作製＞
まず、基体を作製した。具体的には、平均粒径１．２μｍの金属コバルト粉末を６質量％、平均粒径２．０μｍの炭化チタン粉末を０．５質量％、平均粒径２．０μｍの炭化ニオブ粉末を５質量％、残部が平均粒径１．５μｍの炭化タングステン粉末の割合で添加して混合し、プレス成形により切削工具の形状（ＣＮＭＧ１２０４０８）に成形して成形体を得た。得られた成形体について、脱バインダ処理を施し、真空中又は非酸化性雰囲気中にて焼成して、超硬合金からなる基体を作製した。その後、作製した基体にブラシ加工をし、切刃となる部分にＲホーニングを施した。なお、基体に含有されるＷＣ粒子の平均粒径を上記した画像解析で測定した結果、１．０μｍであった。

【0056】

次に、得られた基体の上にＣＶＤ法により被覆層を成膜した。成膜には表１に示す組成の反応ガスを用いた。また、表２に示す成膜条件で被覆層を成膜した。表１及び表２において、各化合物は化学記号で表記した。なお、表２中の括弧の中の数値は各層の厚みである。表２に示す被覆層の厚みは、ＳＥＭによる断面測定で得た値である。試料Ｎｏ．１～４は、前処理を施した時間が異なっている。なお、試料Ｎｏ．１は、前処理時間が０分である。すなわち、試料Ｎｏ．１には、前処理を施していない。

【0057】

＜評価＞
（第１領域におけるＫＡＭ値の平均値の測定）
得られた被覆工具における第１領域について、ＥＢＳＤ法によるＫＡＭの測定を次のように実施した。被覆工具の断面について、コロイダルシリカを用いてバフ研磨した後、オックスフォード社製のＥＢＳＤ（型番ＪＳＭ７０００Ｆ）を用い、測定領域を四角形の領域（ピクセル）に区切り、区切られた各領域について、試料表面に入射させた電子線の反射電子から菊池パターンを得てピクセルの方位を測定した。測定した方位データを同システムの解析ソフトを用いて解析し、各種パラメータを算出した。

【0058】

観察条件は、加速電圧１５ｋＶ、測定面積は基体である超硬合金の表面において、幅５０μｍ×深さ２μｍとし、隣接するピクセル間の距離（ステップサイズ）は０．１μｍとした。隣接するピクセル間の方位差が５°以上を結晶粒界とみなした。ＫＡＭは結晶粒内にあるピクセルと、結晶粒界を超えない範囲に存在する隣接ピクセルとの方位差の平均値を計算し、測定全面積を構成する全ピクセルにおける平均値としてＫＡＭ値の平均値を測定した。なお、ＫＡＭ値の平均値の測定は、第１領域における任意の３視野について測定し、その平均値で評価した。結果は表３に示した。

【0059】

（第１～第３炭素量の測定）
ＡＥＳ分析により第１～第３炭素量を測定し、比（第１炭素量／第２炭素量）及び比（第３炭素量／第２炭素量）を算出した。ＡＥＳ分析条件を以下に示すとともに、結果を表３に示した。
装置：ＰＨＩ社製の「Ｍｏｄｅｌ６８０」
加速電圧：１０ｋＶ
試料電流：１０ｎＡ
電子プローブ径：０．１μｍ以下

【0060】

（切削試験）
得られた被覆工具を用いて断続切削試験を行い、耐欠損性を評価した。断続切削条件を以下に示すとともに、結果を表３に示した。
被削材 ：一般構造用圧延鋼材 ８本溝入り鋼材（ＳＳ４００）
工具形状：ＣＮＭＧ１２０４０８
切削速度：３００ｍ／分
送り速度：０．３０ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み：１．０ｍｍ
その他 ：水溶性切削液使用
評価項目：欠損に至る衝撃回数を測定

【0061】

【表1】

【0062】

【表2】

【0063】

【表3】

【0064】

表３に示すとおり、前処理を施した試料Ｎｏ．２～４は、試料Ｎｏ．１よりも長寿命であった。なお、測定の結果、試料Ｎｏ．２～４の第１炭素量は、第２炭素量よりも多く、第１領域のＫＡＭ値の平均値は、０．４°未満であった。

【符号の説明】

【0065】

１・・・被覆工具（切削工具）
２・・・第１面
３・・・第２面
４・・・切刃
５・・・基体
６・・・被覆層
７・・・第１層
８・・・第１領域
９・・・第２領域
１０・・・第１部位
１１・・・第２部位
１２・・・第３部位
１３・・・第４部位
１４・・・第２層
１５・・・第３層
１６・・・第４層

【図1】

【図2】