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(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】2024-11-06
(45)【発行日】2024-11-14
(54)【発明の名称】被覆切削工具
(51)【国際特許分類】
B23B 27/14 20060101AFI20241107BHJP
C23C 16/32 20060101ALI20241107BHJP
C23C 16/34 20060101ALI20241107BHJP
C23C 16/36 20060101ALI20241107BHJP
C23C 16/40 20060101ALI20241107BHJP
C23C 16/30 20060101ALI20241107BHJP
【ＦＩ】
B23B27/14 A
C23C16/32
C23C16/34
C23C16/36
C23C16/40
C23C16/30
【請求項の数】
7
(21)【出願番号】P 2022195751
(22)【出願日】2022-12-07
(65)【公開番号】P2024082049
(43)【公開日】2024-06-19
【審査請求日】2023-08-08
(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】城地 司
【審査官】増山 慎也
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１９－０９８４３０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２０－１１６６４５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２０－１１６６４６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２０－１８５６４２（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２３Ｂ２７／１４
Ｂ２３Ｂ５１／００
Ｂ２３Ｃ ５／１６
Ｂ２３Ｐ１５／２８
Ｃ２３Ｃ１６／００－１６／５６
Ｃ２３Ｃ１４／００－１４／５８
(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、前記被覆層は、前記基材側から被覆層の表面側に向かって、下部層、中間層及び上部層をこの順に含み、
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層又は２層以上含み、
前記中間層が、α型Ａｌ２Ｏ３からなるα型Ａｌ２Ｏ３層を含み、
前記上部層が、Ｔｉと、Ｃ、Ｎ及びＯ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層又は２層以上含み、かつ、前記上部層におけるＴｉ化合物層の少なくとも１層がＴｉＣＮ層であり、
前記上部層の平均厚さが、１．００μｍ以上６．５０μｍ以下であり、
前記上部層において、下記式（ｉ）及び式（ｉｉ）で表される条件を満たす、被覆切削工具。
２５≦ＲＳＡ１＜７０ （ｉ）
（式（ｉ）中、ＲＳＡ１は、前記基材の表面と垂直な方向の前記上部層の断面において、該断面全体の面積の合計を１００面積％とした場合、立方晶型の結晶構造を有する各粒子の（２２０）面の法線と前記基材の表面の法線とがなす角度（単位：度）である方位差Ａが０度以上１０度未満である領域の断面積の割合（単位：面積％）である。）
２５≦ＲＳＡ２＜７０ （ｉｉ）
（式（ｉｉ）中、ＲＳＡ２は、前記基材の表面と垂直な方向の前記上部層の断面において、該断面全体の面積の合計を１００面積％とした場合、立方晶型の結晶構造を有する各粒子の（２２０）面の法線と前記基材の表面の法線とがなす角度（単位：度）である方位差Ａが２０度以上３０度未満である領域の断面積の割合（単位：面積％）である。）
【請求項2】
前記上部層において、前記ＲＳＡ１及びＲＳＡ２の合計が、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】
前記上部層は前記中間層と接しており、前記上部層において、前記中間層と接する側の密着層として、ＴｉＣＯからなる層、ＴｉＯＮからなる層、及びＴｉＣＮＯからなる層からなる群より選ばれる少なくとも１種の層を含み、該密着層の平均厚さが、０．０５μｍ以上１．５０μｍ以下である、請求項１又は２に記載の被覆切削工具。
【請求項4】
前記中間層において、下記式（１）で表されるα型Ａｌ２Ｏ３層の（０，０，１２）面の組織係数ＴＣ（０，０，１２）が、５．９以上８．９以下である、請求項１又は２に記載の被覆切削工具。【数1】
【請求項5】
前記中間層の平均厚さが、３．００μｍ以上１５．００μｍ以下である、請求項１又は２に記載の被覆切削工具。
【請求項6】
前記下部層の平均厚さが、３．００μｍ以上１５．００μｍ以下である、請求項１又は２に記載の被覆切削工具。
【請求項7】
前記被覆層全体の平均厚さが、１０．００μｍ以上３０．００μｍ以下である、請求項１又は２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。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（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】
特許文献１では、硬質合金表面に被覆層を設けた被覆硬質合金において、前記被覆層は、硬質合金側から順に内側層、中間層及び外側層を具え、この内側層は、周期律表ＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ族の炭化物、窒化物、ホウ化物、酸化物及びそれらの固溶体から選択された１種以上の層を含み、前記中間層は、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム及びそれらの固溶体から選択された１種以上の層を含み、前記外側層は、柱状組織を有する炭窒化チタン層を含む、周期律表ＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ族の炭化物、窒化物、ホウ化物、酸化物及びそれらの固溶体ならびに酸化アルミニウムから選択された１種以上の層とを含み、前記被覆硬質合金の断面組織において中間層の表層部の最大粗さＡｍａｘと外側層中における柱状組織を有する炭窒化チタン層の表層部の最大粗さＢｍａｘとの関係が式１を満たすことを特徴とする被覆硬質合金が記載されている。
（Ｂｍａｘ／Ａｍａｘ）＜１ …式１
（ただし、０．５μｍ＜Ａｍａｘ＜４．５μｍ ０．５μｍ≦Ｂｍａｘ≦４．５μｍ）
また、特許文献１において、前記外側層における柱状組織の炭窒化チタン層の式３に示す配向性指数ＴＣが、（２２０）面、（３１１）面、（３３１）面、（４２２）面のうちいずれかの面で最も大きく、その最大値が１．３以上３．５以下であることが記載されている。
Ｉ（ｈｋｌ）、Ｉ（ｈｘｋｙｌｚ）：測定された（ｈｋｌ）、（ｈｘｋｙｌｚ）面の回折強度
Ｉｏ（ｈｋｌ）、Ｉｏ（ｈｘｋｙｌｚ）：ＡＳＴＭ標準による（ｈｋｌ）、（ｈｘｋｙｌｚ）面のＴｉＣとＴｉＮの粉末回折強度の平均値
（ｈｋｌ）、（ｈｘｋｙｌｚ）：（１１１）、（２００）、（２２０）、（３１１）、（３３１）、（４２０）、（４２２）、（５１１）の８面
（Ｂｍａｘ／Ａｍａｘ）＜１ …式１
（ただし、０．５μｍ＜Ａｍａｘ＜４．５μｍ ０．５μｍ≦Ｂｍａｘ≦４．５μｍ）
また、特許文献１において、前記外側層における柱状組織の炭窒化チタン層の式３に示す配向性指数ＴＣが、（２２０）面、（３１１）面、（３３１）面、（４２２）面のうちいずれかの面で最も大きく、その最大値が１．３以上３．５以下であることが記載されている。
【数1】
Ｉｏ（ｈｋｌ）、Ｉｏ（ｈｘｋｙｌｚ）：ＡＳＴＭ標準による（ｈｋｌ）、（ｈｘｋｙｌｚ）面のＴｉＣとＴｉＮの粉末回折強度の平均値
（ｈｋｌ）、（ｈｘｋｙｌｚ）：（１１１）、（２００）、（２２０）、（３１１）、（３３１）、（４２０）、（４２２）、（５１１）の８面
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】国際公開第２０００／０７９０２２号
【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チッピング性及び耐摩耗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、従来の工具では耐チッピング性及び耐摩耗性が十分でなく、工具寿命を長くできない。特許文献１に記載の被覆硬質合金は、中間層と外側層との密着性に優れる一方で、耐摩耗性が不十分であり、改善の余地がある。
【0006】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、優れた耐チッピング性及び耐摩耗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】
【0007】
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結果、特定の構成にすると、耐チッピング性及び耐摩耗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可能になるという知見を得て、本発明を完成するに至った。
【0008】
すなわち、本発明は下記のとおりである。
〔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、
前記被覆層は、前記基材側から被覆層の表面側に向かって、下部層、中間層及び上部層をこの順に含み、
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層又は２層以上含み、
前記中間層が、α型Ａｌ２Ｏ３からなるα型Ａｌ２Ｏ３層を含み、
前記上部層が、Ｔｉと、Ｃ、Ｎ及びＯ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層又は２層以上含み、かつ、前記上部層におけるＴｉ化合物層の少なくとも１層がＴｉＣＮ層であり、
前記上部層の平均厚さが、１．００μｍ以上６．５０μｍ以下であり、
前記上部層において、下記式（ｉ）及び式（ｉｉ）で表される条件を満たす、被覆切削工具。
２５≦ＲＳＡ１＜７０ （ｉ）
（式（ｉ）中、ＲＳＡ１は、前記基材の表面と垂直な方向の前記上部層の断面において、該断面全体の面積の合計を１００面積％とした場合、立方晶型の結晶構造を有する各粒子の（２２０）面の法線と前記基材の表面の法線とがなす角度（単位：度）である方位差Ａが０度以上１０度未満である領域の断面積の割合（単位：面積％）である。）
２５≦ＲＳＡ２＜７０ （ｉｉ）
（式（ｉｉ）中、ＲＳＡ２は、前記基材の表面と垂直な方向の前記上部層の断面において、該断面全体の面積の合計を１００面積％とした場合、立方晶型の結晶構造を有する各粒子の（２２０）面の法線と前記基材の表面の法線とがなす角度（単位：度）である方位差Ａが２０度以上３０度未満である領域の断面積の割合（単位：面積％）である。）
〔２〕
前記上部層において、前記ＲＳＡ１及びＲＳＡ２の合計が、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〕
前記上部層は前記中間層と接しており、前記上部層において、前記中間層と接する側の密着層として、ＴｉＣＯからなる層、ＴｉＯＮからなる層、及びＴｉＣＮＯからなる層からなる群より選ばれる少なくとも１種の層を含み、該密着層の平均厚さが、０．０５μｍ以上１．５０μｍ以下である、〔１〕又は〔２〕に記載の被覆切削工具。
〔４〕
前記中間層において、下記式（１）で表されるα型Ａｌ２Ｏ３層の（０，０，１２）面の組織係数ＴＣ（０，０，１２）が、５．９以上８．９以下である、〔１〕～〔３〕のいずれかに記載の被覆切削工具。
（式（１）中、Ｉ（ｈ，ｋ，ｌ）は、α型Ａｌ２Ｏ３層の（ｈ，ｋ，ｌ）面を測定したＸ線回折によるピーク強度であり、Ｉ０（ｈ，ｋ，ｌ）は、ＪＣＰＤＳカード番号１０－０１７３によるα型Ａｌ２Ｏ３の（ｈ，ｋ，ｌ）面の標準回折強度であり、（ｈ，ｋ，ｌ）は、（０，１，２）、（１，０，４）、（１，１，３）、（０，２，４）、（１，１，６）、（２，１，４）、（３，０，０）、（０，２，１０）及び（０，０，１２）の９の結晶面を指す。）
〔５〕
前記中間層の平均厚さが、３．００μｍ以上１５．００μｍ以下である、〔１〕～〔４〕のいずれかに記載の被覆切削工具。
〔６〕
前記下部層の平均厚さが、３．００μｍ以上１５．００μｍ以下である、〔１〕～〔５〕のいずれかに記載の被覆切削工具。
〔７〕
前記被覆層全体の平均厚さが、１０．００μｍ以上３０．００μｍ以下である、〔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る被覆切削工具であって、
前記被覆層は、前記基材側から被覆層の表面側に向かって、下部層、中間層及び上部層をこの順に含み、
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層又は２層以上含み、
前記中間層が、α型Ａｌ２Ｏ３からなるα型Ａｌ２Ｏ３層を含み、
前記上部層が、Ｔｉと、Ｃ、Ｎ及びＯ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層又は２層以上含み、かつ、前記上部層におけるＴｉ化合物層の少なくとも１層がＴｉＣＮ層であり、
前記上部層の平均厚さが、１．００μｍ以上６．５０μｍ以下であり、
前記上部層において、下記式（ｉ）及び式（ｉｉ）で表される条件を満たす、被覆切削工具。
２５≦ＲＳＡ１＜７０ （ｉ）
（式（ｉ）中、ＲＳＡ１は、前記基材の表面と垂直な方向の前記上部層の断面において、該断面全体の面積の合計を１００面積％とした場合、立方晶型の結晶構造を有する各粒子の（２２０）面の法線と前記基材の表面の法線とがなす角度（単位：度）である方位差Ａが０度以上１０度未満である領域の断面積の割合（単位：面積％）である。）
２５≦ＲＳＡ２＜７０ （ｉｉ）
（式（ｉｉ）中、ＲＳＡ２は、前記基材の表面と垂直な方向の前記上部層の断面において、該断面全体の面積の合計を１００面積％とした場合、立方晶型の結晶構造を有する各粒子の（２２０）面の法線と前記基材の表面の法線とがなす角度（単位：度）である方位差Ａが２０度以上３０度未満である領域の断面積の割合（単位：面積％）である。）
〔２〕
前記上部層において、前記ＲＳＡ１及びＲＳＡ２の合計が、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〕
前記上部層は前記中間層と接しており、前記上部層において、前記中間層と接する側の密着層として、ＴｉＣＯからなる層、ＴｉＯＮからなる層、及びＴｉＣＮＯからなる層からなる群より選ばれる少なくとも１種の層を含み、該密着層の平均厚さが、０．０５μｍ以上１．５０μｍ以下である、〔１〕又は〔２〕に記載の被覆切削工具。
〔４〕
前記中間層において、下記式（１）で表されるα型Ａｌ２Ｏ３層の（０，０，１２）面の組織係数ＴＣ（０，０，１２）が、５．９以上８．９以下である、〔１〕～〔３〕のいずれかに記載の被覆切削工具。
【数2】
〔５〕
前記中間層の平均厚さが、３．００μｍ以上１５．００μｍ以下である、〔１〕～〔４〕のいずれかに記載の被覆切削工具。
〔６〕
前記下部層の平均厚さが、３．００μｍ以上１５．００μｍ以下である、〔１〕～〔５〕のいずれかに記載の被覆切削工具。
〔７〕
前記被覆層全体の平均厚さが、１０．００μｍ以上３０．００μｍ以下である、〔１〕～〔６〕のいずれかに記載の被覆切削工具。
【発明の効果】
【0009】
本発明の被覆切削工具は、優れた耐チッピング性及び耐摩耗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。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】本発明の被覆切削工具の一例を示す模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
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。
【0012】
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、被覆層は、基材側から被覆層の表面側に向かって、下部層、中間層及び上部層をこの順に含み、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層又は２層以上含み、中間層が、α型Ａｌ２Ｏ３からなるα型Ａｌ２Ｏ３層を含み、上部層が、Ｔｉと、Ｃ、Ｎ及びＯ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層又は２層以上含み、かつ、上部層におけるＴｉ化合物層の少なくとも１層がＴｉＣＮ層であり、上部層の平均厚さが、１．００μｍ以上６．５０μｍ以下であり、上部層において、下記式（ｉ）及び式（ｉｉ）で表される条件を満たす。
２５≦ＲＳＡ１＜７０ （ｉ）
（式（ｉ）中、ＲＳＡ１は、基材の表面と垂直な方向の上部層の断面において、該断面全体の面積の合計を１００面積％とした場合、立方晶型の結晶構造を有する各粒子の（２２０）面の法線と基材の表面の法線とがなす角度（単位：度）である方位差Ａが０度以上１０度未満である領域の断面積の割合（単位：面積％）である。）
２５≦ＲＳＡ２＜７０ （ｉｉ）
（式（ｉｉ）中、ＲＳＡ２は、基材の表面と垂直な方向の上部層の断面において、該断面全体の面積の合計を１００面積％とした場合、立方晶型の結晶構造を有する各粒子の（２２０）面の法線と基材の表面の法線とがなす角度（単位：度）である方位差Ａが２０度以上３０度未満である領域の断面積の割合（単位：面積％）である。）
２５≦ＲＳＡ１＜７０ （ｉ）
（式（ｉ）中、ＲＳＡ１は、基材の表面と垂直な方向の上部層の断面において、該断面全体の面積の合計を１００面積％とした場合、立方晶型の結晶構造を有する各粒子の（２２０）面の法線と基材の表面の法線とがなす角度（単位：度）である方位差Ａが０度以上１０度未満である領域の断面積の割合（単位：面積％）である。）
２５≦ＲＳＡ２＜７０ （ｉｉ）
（式（ｉｉ）中、ＲＳＡ２は、基材の表面と垂直な方向の上部層の断面において、該断面全体の面積の合計を１００面積％とした場合、立方晶型の結晶構造を有する各粒子の（２２０）面の法線と基材の表面の法線とがなす角度（単位：度）である方位差Ａが２０度以上３０度未満である領域の断面積の割合（単位：面積％）である。）
【0013】
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、耐チッピング性及び耐摩耗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チッピング性及び耐摩耗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、上部層の平均厚さが１．００μｍ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、上部層の平均厚さが６．５０μｍ以下であることにより、上部層と中間層との間の密着性が向上し、耐チッピング性に優れる。また、本実施形態の被覆切削工具は、ＲＳＡ１が２５面積％以上であることにより、上部層と中間層との密着性に優れ、耐チッピング性に優れる。一方、本実施形態の被覆切削工具は、ＲＳＡ１が７０面積％未満であることにより、耐摩耗性に優れる。また、本実施形態の被覆切削工具は、ＲＳＡ２が２５面積％以上であることにより、耐摩耗性に優れる。一方、本実施形態の被覆切削工具は、ＲＳＡ２が７０面積％未満であることにより、製造が容易である。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、耐チッピング性及び耐摩耗性が向上し、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。
【0014】
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の表面に形成された被覆層５とを備え、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。
【0015】
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。
【0016】
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、セラミックス及び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。
【0017】
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。
【0018】
本実施形態に用いる被覆層は、全体の平均厚さが、１０．００μｍ以上３０．００μｍ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、被覆層全体の平均厚さが１０．００μｍ以上であると、耐摩耗性が向上する傾向にあり、被覆層全体の平均厚さが３０．００μｍ以下であると、耐チッピング性及び耐欠損性に優れる傾向にある。同様の観点から、被覆層全体の平均厚さは、１３．５０μｍ以上２６．４５μｍ以下であるとより好ましく、１４．７０μｍ以上２５．０５μｍ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。
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。
【0019】
［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層又は２層以上含む。被覆切削工具が、基材とα型Ａｌ２Ｏ３層を含む中間層との間に、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、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層又は２層以上含む。被覆切削工具が、基材とα型Ａｌ２Ｏ３層を含む中間層との間に、下部層を備えると、耐摩耗性及び密着性が向上する。
【0020】
下部層におけるＴｉ化合物層としては、特に限定されないが、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。
【0021】
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。下部層に含まれるＴｉ化合物層を構成するＴｉ化合物としては、耐摩耗性及び密着性がより一層向上する観点から、ＴｉＮ、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＴｉＣＮＯ、ＴｉＯＮ及びＴｉＢ２からなる群より選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。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ため好ましい。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。
【0022】
本実施形態に用いる下部層の平均厚さは、３．００μｍ以上１５．００μｍ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３．００μｍ以上であることにより、耐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、下部層の平均厚さが１５．００μｍ以下であることにより、耐チッピング性及び耐欠損性が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、３．５０μｍ以上１２．５０μｍ以下であるとより好ましく、４．５０μｍ以上１０．３０μｍ以下であることが更に好ましい。
【0023】
下部層における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２．００μｍ以下であることが好ましい。同様の観点から、下部層におけるＴｉＣ層又はＴｉＮ層の平均厚さは、０．１０μｍ以上１．８０μｍ以下であることがより好ましく、０．２０μｍ以上１．５０μｍ以下であることが更に好ましい。
【0024】
下部層における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、２．００μｍ以上１５．００μｍ以下であることが好ましい。同様の観点から、下部層におけるＴｉＣＮ層の平均厚さは、２．５０μｍ以上１４．５０μｍ以下であることがより好ましく、３．００μｍ以上１２．００μｍ以下であることが更に好ましい。
【0025】
下部層における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、０．１０μｍ以上１．００μｍ以下であることが好ましい。同様の観点から、下部層におけるＴｉＣＮＯ層又はＴｉＣＯ層の平均厚さは、０．２０μｍ以上０．５０μｍ以下であることがより好ましい。
【0026】
下部層における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。
【0027】
［中間層］
本実施形態に用いる中間層は、α型Ａｌ２Ｏ３からなるα型Ａｌ２Ｏ３層を含む。
本実施形態に用いる中間層は、α型Ａｌ２Ｏ３からなるα型Ａｌ２Ｏ３層を含む。
【0028】
本実施形態に用いる中間層の平均厚さは、３．００μｍ以上１５．００μｍ以下であることが好ましい。中間層の平均厚さが３．００μｍ以上であると、耐摩耗性が向上する傾向にあり、また、後述するＴＣ（０，０，１２）の制御が容易となる。また、中間層の平均厚さが１５．００μｍ以下であると、上部層と中間層との密着性に優れ、耐チッピング性に優れる傾向にある。同様の観点から、中間層の平均厚さは、３．２０μｍ以上１４．６０μｍ以下であるとより好ましく、４．００μｍ以上１３．００μｍ以下であることが更に好ましい。
【0029】
本実施形態の被覆切削工具は、中間層において、下記式（１）で表されるα型Ａｌ２Ｏ３層の（０，０，１２）面の組織係数ＴＣ（０，０，１２）が、５．９以上８．９以下であることが好ましい。
（式（１）中、Ｉ（ｈ，ｋ，ｌ）は、α型Ａｌ２Ｏ３層の（ｈ，ｋ，ｌ）面を測定したＸ線回折によるピーク強度であり、Ｉ０（ｈ，ｋ，ｌ）は、ＪＣＰＤＳカード番号１０－０１７３によるα型Ａｌ２Ｏ３の（ｈ，ｋ，ｌ）面の標準回折強度であり、（ｈ，ｋ，ｌ）は、（０，１，２）、（１，０，４）、（１，１，３）、（０，２，４）、（１，１，６）、（２，１，４）、（３，０，０）、（０，２，１０）及び（０，０，１２）の９の結晶面を指す。）
【数3】
【0030】
本実施形態の被覆切削工具は、中間層において、上記式（１）で表されるα型Ａｌ２Ｏ３層の（０，０，１２）面の組織係数ＴＣ（０，０，１２）が、５．９以上であることにより、耐摩耗性に優れる傾向にあり、また、ＲＳＡ２の値を高くすることができる。一方、本実施形態の被覆切削工具は、中間層において、上記式（１）で表されるα型Ａｌ２Ｏ３層の（０，０，１２）面の組織係数ＴＣ（０，０，１２）が、８．９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、上記式（１）で表されるα型Ａｌ２Ｏ３層の（０，０，１２）面の組織係数ＴＣ（０，０，１２）は、６．３以上８．９以下であることがより好ましく、７．０以上８．９以下であることが更に好ましい。
なお、本実施形態において、α型Ａｌ２Ｏ３層の（０，０，１２）面の組織係数ＴＣ（０，０，１２）は、後述の実施例に記載の方法により求めることができる。
なお、本実施形態において、α型Ａｌ２Ｏ３層の（０，０，１２）面の組織係数ＴＣ（０，０，１２）は、後述の実施例に記載の方法により求めることができる。
【0031】
中間層は、α型酸化アルミニウム（α型Ａｌ２Ｏ３）からなる層を有していればよく、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。
【0032】
［上部層］
本実施形態に用いる上部層は、Ｔｉと、Ｃ、Ｎ及びＯ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層又は２層以上含み、かつ、上部層におけるＴｉ化合物層の少なくとも１層がＴｉＣＮ層である。また、本実施形態に用いる上部層は、下記式（ｉ）及び式（ｉｉ）で表される条件を満たす。
２５≦ＲＳＡ１＜７０ （ｉ）
（式（ｉ）中、ＲＳＡ１は、前記基材の表面と垂直な方向の前記上部層の断面において、該断面全体の面積の合計を１００面積％とした場合、立方晶型の結晶構造を有する各粒子の（２２０）面の法線と前記基材の表面の法線とがなす角度（単位：度）である方位差Ａが０度以上１０度未満である領域の断面積の割合（単位：面積％）である。）
２５≦ＲＳＡ２＜７０ （ｉｉ）
（式（ｉｉ）中、ＲＳＡ２は、前記基材の表面と垂直な方向の前記上部層の断面において、該断面全体の面積の合計を１００面積％とした場合、立方晶型の結晶構造を有する各粒子の（２２０）面の法線と前記基材の表面の法線とがなす角度（単位：度）である方位差Ａが２０度以上３０度未満である領域の断面積の割合（単位：面積％）である。）
本実施形態に用いる上部層は、Ｔｉと、Ｃ、Ｎ及びＯ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層又は２層以上含み、かつ、上部層におけるＴｉ化合物層の少なくとも１層がＴｉＣＮ層である。また、本実施形態に用いる上部層は、下記式（ｉ）及び式（ｉｉ）で表される条件を満たす。
２５≦ＲＳＡ１＜７０ （ｉ）
（式（ｉ）中、ＲＳＡ１は、前記基材の表面と垂直な方向の前記上部層の断面において、該断面全体の面積の合計を１００面積％とした場合、立方晶型の結晶構造を有する各粒子の（２２０）面の法線と前記基材の表面の法線とがなす角度（単位：度）である方位差Ａが０度以上１０度未満である領域の断面積の割合（単位：面積％）である。）
２５≦ＲＳＡ２＜７０ （ｉｉ）
（式（ｉｉ）中、ＲＳＡ２は、前記基材の表面と垂直な方向の前記上部層の断面において、該断面全体の面積の合計を１００面積％とした場合、立方晶型の結晶構造を有する各粒子の（２２０）面の法線と前記基材の表面の法線とがなす角度（単位：度）である方位差Ａが２０度以上３０度未満である領域の断面積の割合（単位：面積％）である。）
【0033】
本実施形態の被覆切削工具は、ＲＳＡ１が２５面積％以上であることにより、上部層と中間層との密着性に優れ、耐チッピング性に優れる。一方、本実施形態の被覆切削工具は、ＲＳＡ１が７０面積％未満であることにより、耐摩耗性に優れる。同様の観点から、ＲＳＡ１は、２７面積％以上６１面積％以下であることがより好ましく、３０面積％以上４８面積％以下であることが更に好ましい。また、本実施形態の被覆切削工具は、ＲＳＡ２が２５面積％以上であることにより、耐摩耗性に優れる。一方、本実施形態の被覆切削工具は、ＲＳＡ２が７０面積％未満であることにより、製造が容易である。同様の観点から、ＲＳＡ２は、２６面積％以上６５面積％以下であることがより好ましく、２８面積％以上５３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、上部層において、ＲＳＡ１及びＲＳＡ２の合計が、６０面積％以上９０面積％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、上部層において、ＲＳＡ１及びＲＳＡ２の合計が６０面積％以上であると、耐チッピング性及び耐摩耗性に優れる傾向にある。一方、本実施形態の被覆切削工具は、上部層において、ＲＳＡ１及びＲＳＡ２の合計が９０面積％以下であると、製造が容易である。同様の観点から、ＲＳＡ１及びＲＳＡ２の合計は、６２面積％以上９０面積％以下であることがより好ましく、６４面積％以上９０面積％以下であることが更に好ましい。
なお、本実施形態において、ＲＳＡ１及びＲＳＡ２は、後述の実施例に記載の方法により求めることができる。
なお、本実施形態において、ＲＳＡ１及びＲＳＡ２は、後述の実施例に記載の方法により求めることができる。
【0035】
本実施形態に用いる上部層は、Ｔｉと、Ｃ、Ｎ及びＯ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層又は２層以上含む。
また、上部層におけるＴｉ化合物層としては、少なくとも１層がＴｉＣＮからなるＴｉＣＮ層である。上部層におけるＴｉ化合物層の少なくとも１層がＴｉＣＮ層であると、耐摩耗性が向上するため好ましい。上部層におけるその他のＴｉ化合物層としては、特に限定されないが、例えば、ＴｉＣからなるＴｉＣ層、ＴｉＮからなるＴｉＮ層、ＴｉＣＯからなるＴｉＣＯ層、ＴｉＣＮＯからなるＴｉＣＮＯ層、ＴｉＯＮからなるＴｉＯＮ層が挙げられる。
また、上部層におけるＴｉ化合物層としては、少なくとも１層がＴｉＣＮからなるＴｉＣＮ層である。上部層におけるＴｉ化合物層の少なくとも１層がＴｉＣＮ層であると、耐摩耗性が向上するため好ましい。上部層におけるその他のＴｉ化合物層としては、特に限定されないが、例えば、ＴｉＣからなるＴｉＣ層、ＴｉＮからなるＴｉＮ層、ＴｉＣＯからなるＴｉＣＯ層、ＴｉＣＮＯからなるＴｉＣＮＯ層、ＴｉＯＮからなるＴｉＯＮ層が挙げられる。
【0036】
上部層は、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。上部層が複層で構成されている場合には、中間層と接する側の層として、後述する密着層を形成することが好ましく、また、ＴｉＣＮ層の基材とは反対側の表面に別の層を形成していてもよい。上部層が２層で構成されている場合には、ＴｉＣＮ層を第１層として形成し、第１層の表面にＴｉＮ層を第２層として形成してもよい。また、上部層が３層で構成されている場合には、中間層と接する側に密着層として、ＴｉＣＮＯ層又はＴｉＣＯ層を形成し、密着層の表面にＴｉＣＮ層を第２層として形成し、第２層の表面にＴｉＮ層を第３層として形成してもよい。
【0037】
本実施形態に用いる上部層の平均厚さは、１．００μｍ以上６．５０μｍ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１．００μｍ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、上部層の平均厚さが６．５０μｍ以下であることにより、上部層と中間層との間の密着性が向上し、耐チッピング性に優れる。同様の観点から、上部層の平均厚さは、１．２０μｍ以上５．００μｍ以下であることが好ましく、１．５５μｍ以上４．８０μｍ以下であることがより好ましい。
【0038】
上部層におけるＴｉＣＮ層の平均厚さは、１．００μｍ以上６．５０μｍ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、上部層におけるＴｉＣＮ層の平均厚さが１．００μｍ以上であることにより、耐摩耗性が向上する傾向にある。また、本実施形態の被覆切削工具は、上部層におけるＴｉＣＮ層の平均厚さが６．５０μｍ以下であることにより、上部層と中間層との間の密着性が向上し、耐チッピング性に優れる傾向にある。同様の観点から、上部層におけるＴｉＣＮ層の平均厚さは、１．５０μｍ以上５．００μｍ以下であることがより好ましく、２．００μｍ以上４．８０μｍ以下であることが更に好ましい。
【0039】
本実施形態に用いる上部層が中間層と接している場合、上部層において、中間層と接する側の密着層（以下、単に「密着層」とも記す）として、ＴｉＣＯからなる層、ＴｉＯＮからなる層、及びＴｉＣＮＯからなる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。本実施形態に用いる上部層は、このような密着層を備えると中間層との密着性が向上する傾向にあり、また、ＲＳＡ１の制御が容易となる。同様の観点から、密着層としては、ＴｉＣＯ層又はＴｉＣＮＯ層がより好ましい。
【0040】
本実施形態に用いる上部層において、密着層の平均厚さは、０．０５μｍ以上１．５０μｍ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、密着層の平均厚さが０．０５μｍ以上であると、上部層と中間層との密着性に優れ、耐チッピング性が向上する傾向にあり、また、ＲＳＡ１を高くすることが容易となる傾向にある。一方、本実施形態の被覆切削工具は、密着層の平均厚さが１．５０μｍ以下であると、ＲＳＡ２の低下を抑制できるため、耐摩耗性が向上する傾向にある。同様の観点から、密着層の平均厚さは、０．０５μｍ以上１．００μｍ以下であることがより好ましく、０．０５μｍ以上０．３０μｍ以下であることが更に好ましい。
【0041】
上部層におけるＴｉ化合物層は、Ｔｉと、Ｃ、Ｎ及びＯ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化合物層であるが、上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。
【0042】
［被覆層の形成方法］
本実施形態の被覆切削工具における被覆層を構成する各層の形成方法として、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。
本実施形態の被覆切削工具における被覆層を構成する各層の形成方法として、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。
【0043】
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層の核を形成し、その核が形成された状態で、α型Ａｌ２Ｏ３層を形成する。さらに、α型Ａｌ２Ｏ３層の表面に１層以上のＴｉ化合物層からなる上部層を形成する。
【0044】
下部層におけるＴｉ化合物層の形成方法として、特に限定されないが、例えば、以下の方法を挙げることができる。
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３５０～４５０ｈＰａとする化学蒸着法で形成することができる。
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３５０～４５０ｈＰａとする化学蒸着法で形成することができる。
【0045】
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。
【0046】
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７０～９０ｈＰａとする化学蒸着法で形成することができる。
【0047】
下部層における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。
【0048】
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。
【0049】
また、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。
【0050】
まず、下部層のうち基材から最も離れた層の表面の酸化は、原料組成をＣＯ２：０．１～０．５ｍｏｌ％、Ｈ２Ｓ：０．０５～０．１５ｍｏｌ％、Ｈ２：残部とし、温度を９００～９５０℃、圧力を６０～８０ｈＰａ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。
【0051】
その後、α型Ａｌ２Ｏ３層の核は、原料組成をＡｌＣｌ３：１．０～４．０ｍｏｌ％、ＣＯ：０．０５～２．０ｍｏｌ％、ＣＯ２：１．０～３．０ｍｏｌ％、ＨＣｌ：２．０～３．０ｍｏｌ％、Ｈ２：残部とし、温度を９００～９５０℃、圧力を６０～８０ｈＰａとする化学蒸着法で形成される（核形成工程）。核形成工程の好ましい時間は、３～３０分である。
【0052】
そして、α型Ａｌ２Ｏ３層は、原料組成をＡｌＣｌ３：２．０～５．０ｍｏｌ％、ＣＯ２：２．５～４．０ｍｏｌ％、ＨＣｌ：２．０～３．０ｍｏｌ％、Ｈ２Ｓ：０．６～１．０ｍｏｌ％、Ｈ２：残部とし、温度を９８０～１０２０℃、圧力を６０～８０ｈＰａとする化学蒸着法で形成される（成膜工程）。
【0053】
中間層において、式（１）で表されるα型Ａｌ２Ｏ３層の（０，０，１２）面の組織係数ＴＣ（０，０，１２）を上記特定の範囲とするためには、例えば、成膜工程におけるガス組成中のＨ２Ｓの割合を制御したり、中間層の平均厚さを制御したりすればよい。より具体的には、例えば、成膜工程におけるガス組成中のＨ２Ｓの割合を大きくしたり、中間層の平均厚さを大きくしたりすることにより、式（１）で表されるα型Ａｌ２Ｏ３層の（０，０，１２）面の組織係数ＴＣ（０，０，１２）を大きくできる傾向にある。
【0054】
さらに、上部層におけるＴｉ化合物層の形成方法として、特に限定されないが、例えば、以下の方法を挙げることができる。まず、中間層（α型Ａｌ２Ｏ３層）と接触する側に密着層を形成する場合は、上部層を形成する第１工程として、α型Ａｌ２Ｏ３層の表面にＴｉ化合物層を形成する。次に、上部層を形成する第２工程として、ＴｉＣＮ層を密着層の表面に形成する。さらに、ＴｉＣＮ層の表面にＴｉ化合物層を形成してもよい。
【0055】
上部層を形成する第１工程として、α型Ａｌ２Ｏ３層の表面に、例えば、ＴｉＣＮＯ層を形成する場合は、原料組成をＴｉＣｌ４：９．０～１１．０ｍｏｌ％、Ｃ２Ｈ４：０．５～１．０ｍｏｌ％、ＣＨ３ＣＮ：１．５～２．０ｍｏｌ％、ＣＯ：２．０～８．０ｍｏｌ％、Ｎ２：１５～２５ｍｏｌ％、Ｈ２：残部とし、温度を９８０～１０２０℃、圧力を８０～１００ｈＰａとする化学蒸着法で形成することができる。
【0056】
上部層を形成する第１工程として、α型Ａｌ２Ｏ３層の表面に、例えば、ＴｉＣＮ層を形成する場合は、原料組成をＴｉＣｌ４：１０．０～１２．０ｍｏｌ％、Ｃ２Ｈ４：０．５～１．５ｍｏｌ％、ＣＨ３ＣＮ：１．５～２．５ｍｏｌ％、Ｎ２：２０～３０ｍｏｌ％、Ｈ２：残部とし、温度を９８０～１０２０℃、圧力を１００～１４０ｈＰａ、とする化学蒸着法で形成することができる。ここで、ＴｉＣＮ層を形成する時間は、２～８分であることが好ましい。
【0057】
上部層を形成する第１工程として、α型Ａｌ２Ｏ３層の表面に、例えば、ＴｉＣＯ層を形成する場合は、原料組成をＴｉＣｌ４：８．０～１０．０ｍｏｌ％、Ｃ２Ｈ４：０．３～０．７ｍｏｌ％、ＣＯ：４．０～１０．０ｍｏｌ％、Ｈ２：残部とし、温度を９８０～１０２０℃、圧力を６０～８０ｈＰａとする化学蒸着法で形成することができる。
【0058】
上部層を形成する第２工程として、ＴｉＣＮ層を形成する場合は、原料組成をＴｉＣｌ４：９．０～１１．０ｍｏｌ％、ＣＨ４：０．５～１．５ｍｏｌ％、ＣＨ３ＣＮ：１．５～２．５ｍｏｌ％、Ｎ２：１５～２５ｍｏｌ％、Ｈ２：残部とし、温度を９３０～９７０℃、圧力を７０～１２０ｈＰａとする化学蒸着法で形成することができる。
【0059】
さらに、ＴｉＣＮ層の表面にＴｉＮ層を形成する場合は、原料組成をＴｉＣｌ４：５．０～１０．０ｍｏｌ％、Ｎ２：２０～６０ｍｏｌ％、Ｈ２：残部とし、温度を９５０～１０５０℃、圧力を３００～４００ｈＰａとする化学蒸着法で形成することができる。
【0060】
上部層において、ＲＳＡ１を上記特定の範囲とするためには、例えば、上部層を形成する第１工程におけるガス組成中のＣ２Ｈ４の割合を制御したり、ＣＯの割合を制御したりすればよく、また、上部層が密着層を含む場合、密着層の平均厚さを制御したりすればよい。より具体的には、例えば、上部層を形成する第１工程におけるガス組成中のＣ２Ｈ４の割合を大きくしたり、ＣＯの割合を大きくしたりすることにより、ＲＳＡ１を大きくできる傾向にある。また、例えば、上部層が密着層を含む場合、密着層の平均厚さを大きくすることにより、ＲＳＡ１を大きくできる傾向にある。
【0061】
上部層において、ＲＳＡ２を上記特定の範囲とするためには、例えば、上部層を形成する第２工程におけるガス組成中のＣＨ４の割合を制御したり、ＣＨ３ＣＮの割合を制御したりすればよい。より具体的には、上部層を形成する第２工程におけるガス組成中のＣＨ４の割合を大きくしたり、ＣＨ３ＣＮの割合を大きくしたりすることにより、ＲＳＡ２を大きくできる傾向にある。
また、上部層を形成する第１工程を実施しなかったり、あるいは、上部層を形成する第１工程における各種条件が上述した範囲外である場合、上部層を形成する第２工程を上述した条件で実施すると、ＲＳＡ２を大きくできる傾向にあり、また、方位差Ａが３０度以上４５度以下である割合も大きくなる傾向にある。
また、上部層を形成する第１工程を実施しなかったり、あるいは、上部層を形成する第１工程における各種条件が上述した範囲外である場合、上部層を形成する第２工程を上述した条件で実施すると、ＲＳＡ２を大きくできる傾向にあり、また、方位差Ａが３０度以上４５度以下である割合も大きくなる傾向にある。
【0062】
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、各層の組成は、本実施形態の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。
【実施例】
【0063】
以下、実施例を挙げ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。
【0064】
基材として、ＣＮＭＧ１２０４０８形状を有し、８８．９％ＷＣ－７．９％Ｃｏ－１．５ＴｉＮ－１．４％ＮｂＣ－０．３％Ｃｒ３Ｃ２（以上質量％）の組成を有する超硬合金製の切削インサートを用意した。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。
【0065】
［発明品１～２５及び比較品１～１３］
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、基材の表面に下部層を形成した。具体的には、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６に組成を示すＡ層を、表６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、表１に示す原料組成、温度及び圧力の条件の下、表６に組成を示すＢ層を、表６に示す平均厚さになるよう、Ａ層の表面に形成した。次に、発明品１～２２及び２５並びに比較品１～１３については、さらに、表１に示す原料組成、温度及び圧力の条件の下、表６に組成を示すＣ層を、表６に示す平均厚さになるよう、Ｂ層の表面に形成した。これにより、２層又は３層から構成された下部層を形成した。その後、表２に示す組成、温度及び圧力の条件の下、表２に示す時間にて、下部層の表面に酸化処理を施した。次いで、表２に示す原料組成、温度及び圧力の条件の下、表２に示す時間にて、酸化処理を施した下部層の表面にα型酸化アルミニウム（α型Ａｌ２Ｏ３）の核を形成した。さらに、表３に示す原料組成、温度及び圧力の条件の下、下部層及びα型酸化アルミニウム（α型Ａｌ２Ｏ３）の核の表面に、表６に組成を示す中間層（α型Ａｌ２Ｏ３層）を、表６に示す平均厚さになるよう形成した。次いで、中間層（α型Ａｌ２Ｏ３層）の表面に上部層を形成した。具体的には、まず、上部層を形成する第１工程として、発明品１～７及び１２～２５並びに比較品１～５、７～１０、１２及び１３については、表４に示す原料組成、温度及び圧力の条件の下、表７に組成を示すＸ層（密着層）を、表７に示す平均厚さになるよう、α型Ａｌ２Ｏ３層の表面に形成した。なお、発明品８～１１及び比較品６については、表４に示す原料組成、温度及び圧力の条件の下、上部層を形成する第１工程を５分間実施し、表７に組成を示すＹ層（ＴｉＣＮ層）の一部（平均厚さ：約０．０５μｍ）を中間層（α型Ａｌ２Ｏ３層）の表面に形成した。次に、上部層を形成する第２工程として、表５に示す原料組成、温度及び圧力の条件の下、表７に組成を示すＹ層を、表７に示す平均厚さになるよう、Ｘ層の表面又は中間層（α型Ａｌ２Ｏ３層）の表面に形成した。なお、発明品８～１１及び比較品６については、表７に組成を示すＹ層（ＴｉＣＮ層）を、上部層を形成する第１工程と第２工程との合計で表７に示す平均厚さになるように中間層（α型Ａｌ２Ｏ３層）の表面に形成した。さらに、発明品１～７、９、１０、１２、１４及び１６～２５、並びに比較品１～３及び６～１３については、表１に示す原料組成、温度及び圧力の条件の下、表７に組成を示すＺ層を、表７に示す平均厚さになるよう、Ｙ層の表面に形成した。こうして、発明品１～２５及び比較品１～１３の被覆切削工具を得た。
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、基材の表面に下部層を形成した。具体的には、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６に組成を示すＡ層を、表６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、表１に示す原料組成、温度及び圧力の条件の下、表６に組成を示すＢ層を、表６に示す平均厚さになるよう、Ａ層の表面に形成した。次に、発明品１～２２及び２５並びに比較品１～１３については、さらに、表１に示す原料組成、温度及び圧力の条件の下、表６に組成を示すＣ層を、表６に示す平均厚さになるよう、Ｂ層の表面に形成した。これにより、２層又は３層から構成された下部層を形成した。その後、表２に示す組成、温度及び圧力の条件の下、表２に示す時間にて、下部層の表面に酸化処理を施した。次いで、表２に示す原料組成、温度及び圧力の条件の下、表２に示す時間にて、酸化処理を施した下部層の表面にα型酸化アルミニウム（α型Ａｌ２Ｏ３）の核を形成した。さらに、表３に示す原料組成、温度及び圧力の条件の下、下部層及びα型酸化アルミニウム（α型Ａｌ２Ｏ３）の核の表面に、表６に組成を示す中間層（α型Ａｌ２Ｏ３層）を、表６に示す平均厚さになるよう形成した。次いで、中間層（α型Ａｌ２Ｏ３層）の表面に上部層を形成した。具体的には、まず、上部層を形成する第１工程として、発明品１～７及び１２～２５並びに比較品１～５、７～１０、１２及び１３については、表４に示す原料組成、温度及び圧力の条件の下、表７に組成を示すＸ層（密着層）を、表７に示す平均厚さになるよう、α型Ａｌ２Ｏ３層の表面に形成した。なお、発明品８～１１及び比較品６については、表４に示す原料組成、温度及び圧力の条件の下、上部層を形成する第１工程を５分間実施し、表７に組成を示すＹ層（ＴｉＣＮ層）の一部（平均厚さ：約０．０５μｍ）を中間層（α型Ａｌ２Ｏ３層）の表面に形成した。次に、上部層を形成する第２工程として、表５に示す原料組成、温度及び圧力の条件の下、表７に組成を示すＹ層を、表７に示す平均厚さになるよう、Ｘ層の表面又は中間層（α型Ａｌ２Ｏ３層）の表面に形成した。なお、発明品８～１１及び比較品６については、表７に組成を示すＹ層（ＴｉＣＮ層）を、上部層を形成する第１工程と第２工程との合計で表７に示す平均厚さになるように中間層（α型Ａｌ２Ｏ３層）の表面に形成した。さらに、発明品１～７、９、１０、１２、１４及び１６～２５、並びに比較品１～３及び６～１３については、表１に示す原料組成、温度及び圧力の条件の下、表７に組成を示すＺ層を、表７に示す平均厚さになるよう、Ｙ層の表面に形成した。こうして、発明品１～２５及び比較品１～１３の被覆切削工具を得た。
【0066】
試料の各層の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。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。
【0067】
【表1】
【0068】
【表2】
【0069】
【表3】
【0070】
【表4】
【0071】
【表5】
【0072】
【表6】
【0073】
【表7】
【0074】
［ＲＳＡ１及びＲＳＡ２］
得られた試料において、基材の表面と垂直な方向に上部層の断面を露出させた。得られた断面を鏡面研磨し、その鏡面研磨面を電解放射型走査電子顕微鏡（ＦＥ－ＳＥＭ）で観察した。ＦＥ－ＳＥＭに付属した電子後方散乱解析像装置（ＥＢＳＤ）を用いて、立方晶型の結晶構造を有する各粒子の（２２０）面の法線と基材表面の法線とがなす方位差Ａを測定した。方位差Ａが０度以上１０度未満である領域の断面積の、分析を行った上部層の断面積の合計（方位差Ａが０度以上４５度以下の範囲内にある上部層の粒子断面の面積の合計：ＲＳＡＴｏｔａｌ）１００面積％に対する割合をＲＳＡ１（単位：面積％）とした。また、方位差Ａが２０度以上３０度未満である領域の断面積の、分析を行った上部層の断面積の合計１００面積％に対する割合をＲＳＡ２（単位：面積％）とした。具体的には、まず、方位差Ａが０度以上４５度以下の範囲内にある粒子の断面積を５度のピッチ毎に区分して、区分毎の粒子断面の面積を求めた。次に、方位差Ａ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た。また、０度以上４５度以下の粒子断面の面積の合計は１００面積％となる。これら各区分の内、方位差Ａが０度以上１０度未満の範囲内にある粒子の断面積の合計を、ＲＳＡＴｏｔａｌに対する比率として表したものをＲＳＡ１とし、方位差Ａが２０度以上３０度未満の範囲内にある粒子の断面積の合計を、ＲＳＡＴｏｔａｌに対する比率として表したものをＲＳＡ２とした。以上の測定結果を下記表８に示す。なお、ＥＢＳＤによる測定は、以下のようにして行った。試料をＦＥ－ＳＥＭにセットした。試料に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。測定範囲１０μｍ×５０μｍにて、０．１μｍのステップサイズというＥＢＳＤの設定で、各粒子の方位差及び断面積の測定を行った。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Ａ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。
得られた試料において、基材の表面と垂直な方向に上部層の断面を露出させた。得られた断面を鏡面研磨し、その鏡面研磨面を電解放射型走査電子顕微鏡（ＦＥ－ＳＥＭ）で観察した。ＦＥ－ＳＥＭに付属した電子後方散乱解析像装置（ＥＢＳＤ）を用いて、立方晶型の結晶構造を有する各粒子の（２２０）面の法線と基材表面の法線とがなす方位差Ａを測定した。方位差Ａが０度以上１０度未満である領域の断面積の、分析を行った上部層の断面積の合計（方位差Ａが０度以上４５度以下の範囲内にある上部層の粒子断面の面積の合計：ＲＳＡＴｏｔａｌ）１００面積％に対する割合をＲＳＡ１（単位：面積％）とした。また、方位差Ａが２０度以上３０度未満である領域の断面積の、分析を行った上部層の断面積の合計１００面積％に対する割合をＲＳＡ２（単位：面積％）とした。具体的には、まず、方位差Ａが０度以上４５度以下の範囲内にある粒子の断面積を５度のピッチ毎に区分して、区分毎の粒子断面の面積を求めた。次に、方位差Ａ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た。また、０度以上４５度以下の粒子断面の面積の合計は１００面積％となる。これら各区分の内、方位差Ａが０度以上１０度未満の範囲内にある粒子の断面積の合計を、ＲＳＡＴｏｔａｌに対する比率として表したものをＲＳＡ１とし、方位差Ａが２０度以上３０度未満の範囲内にある粒子の断面積の合計を、ＲＳＡＴｏｔａｌに対する比率として表したものをＲＳＡ２とした。以上の測定結果を下記表８に示す。なお、ＥＢＳＤによる測定は、以下のようにして行った。試料をＦＥ－ＳＥＭにセットした。試料に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。測定範囲１０μｍ×５０μｍにて、０．１μｍのステップサイズというＥＢＳＤの設定で、各粒子の方位差及び断面積の測定を行った。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Ａ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。
【0075】
【表8】
【0076】
［α型Ａｌ２Ｏ３層の（０，０，１２）面の組織係数ＴＣ（０，０，１２）］
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：４５ｋＶ、２００ｍＡ、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：８ｍｍ、受光側ソーラースリット：５°、受光スリット：１０ｍｍ、検出器：Ｄ/ｔｅｘ ｕｌｔｒａ、スキャンモード：連続、サンプリング幅：０．０１°、スキャンスピード：１２°／分、２θ測定範囲：２５°～１４０°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「ＳｍａｒｔＬａｂ」）を用いた。Ｘ線回折図形から中間層における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、下記式（１）で表されるα型Ａｌ２Ｏ３層の（０，０，１２）面の組織係数ＴＣ（０，０，１２）を求めた。結果を表９に示す。
（式（１）中、Ｉ（ｈ，ｋ，ｌ）は、α型Ａｌ２Ｏ３層の（ｈ，ｋ，ｌ）面を測定したＸ線回折によるピーク強度であり、Ｉ０（ｈ，ｋ，ｌ）は、ＪＣＰＤＳカード番号１０－０１７３によるα型Ａｌ２Ｏ３の（ｈ，ｋ，ｌ）面の標準回折強度であり、（ｈ，ｋ，ｌ）は、（０，１，２）、（１，０，４）、（１，１，３）、（０，２，４）、（１，１，６）、（２，１，４）、（３，０，０）、（０，２，１０）及び（０，０，１２）の９の結晶面を指す。）
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：４５ｋＶ、２００ｍＡ、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：８ｍｍ、受光側ソーラースリット：５°、受光スリット：１０ｍｍ、検出器：Ｄ/ｔｅｘ ｕｌｔｒａ、スキャンモード：連続、サンプリング幅：０．０１°、スキャンスピード：１２°／分、２θ測定範囲：２５°～１４０°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「ＳｍａｒｔＬａｂ」）を用いた。Ｘ線回折図形から中間層における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、下記式（１）で表されるα型Ａｌ２Ｏ３層の（０，０，１２）面の組織係数ＴＣ（０，０，１２）を求めた。結果を表９に示す。
【数4】
【0077】
【表9】
【0078】
得られた発明品１～２５及び比較品１～１３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は耐チッピング性を評価するチッピング試験であり、切削試験２は耐摩耗性を評価する摩耗試験である。各切削試験の結果を表１０に示す。
【0079】
［切削試験１］
被削材：ＳＣＭ４１５、
被削材形状：外周面に、等間隔に２本の溝が入っている丸棒、
切削速度：２００ｍ／分、
切り込み深さ：１．５ｍｍ、
送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ、
クーラント：水溶性クーラント、
評価項目：切削加工を開始してから、衝撃回数５００回毎に切削加工を止め、切削工具の切れ刃稜線部を実体顕微鏡（倍率１００倍）で観察した。同様の作業を切れ刃稜線部におけるチッピングが確認されるまで繰り返した。チッピングが発生した時点までの、累積の衝撃回数を工具寿命とした。
被削材：ＳＣＭ４１５、
被削材形状：外周面に、等間隔に２本の溝が入っている丸棒、
切削速度：２００ｍ／分、
切り込み深さ：１．５ｍｍ、
送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ、
クーラント：水溶性クーラント、
評価項目：切削加工を開始してから、衝撃回数５００回毎に切削加工を止め、切削工具の切れ刃稜線部を実体顕微鏡（倍率１００倍）で観察した。同様の作業を切れ刃稜線部におけるチッピングが確認されるまで繰り返した。チッピングが発生した時点までの、累積の衝撃回数を工具寿命とした。
【0080】
［切削試験２］
被削材：Ｓ４５Ｃ、
被削材形状：丸棒、
切削速度：２５０ｍ／分、
切り込み深さ：２．０ｍｍ、
送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ、
クーラント：水溶性クーラント、
評価項目：切削工具の逃げ面摩耗幅が０．３ｍｍを超えるまでの加工時間を工具寿命とし、工具寿命までの加工時間を測定した。
被削材：Ｓ４５Ｃ、
被削材形状：丸棒、
切削速度：２５０ｍ／分、
切り込み深さ：２．０ｍｍ、
送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ、
クーラント：水溶性クーラント、
評価項目：切削工具の逃げ面摩耗幅が０．３ｍｍを超えるまでの加工時間を工具寿命とし、工具寿命までの加工時間を測定した。
【0081】
切削試験１（チッピング試験）の工具寿命に至るまでの累積の衝撃回数について、１２０００回以上を「Ａ」、８０００回以上１２０００回未満を「Ｂ」、８０００回未満を「Ｃ」として評価した。また、切削試験２（摩耗試験）の工具寿命に至るまでの加工時間について、３５分以上を「Ａ」、２５分以上３５分未満を「Ｂ」、２５分未満を「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１０に示す。
【0082】
【表10】
【0083】
表１０に示す結果より、発明品のチッピング試験及び摩耗試験の評価は、どちらも「Ａ」又は「Ｂ」の評価であった。一方、比較品の評価は、チッピング試験及び摩耗試験の両方又はいずれかが、「Ｃ」であった。よって、発明品の耐チッピング性及び耐摩耗性は、比較品と比べて、総じて、より優れていることが分かる。
【0084】
以上の結果より、発明品は、耐チッピング性及び耐摩耗性に優れる結果、工具寿命が長いことが分かった。
【産業上の利用可能性】
【0085】
本発明の被覆切削工具は、優れた耐チッピング性及び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】
【0086】
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】
