ホーム > 特許ランキング > ヴァルター アーゲー
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-12-15
(54)【発明の名称】交互層組成物を有する被覆切削工具
(51)【国際特許分類】
B23B 27/14 20060101AFI20231208BHJP
B23C 5/16 20060101ALI20231208BHJP
B23B 51/00 20060101ALI20231208BHJP
C23C 14/06 20060101ALI20231208BHJP
【ＦＩ】
B23B27/14 A
B23C5/16
B23B51/00 J
C23C14/06 A
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023533949
(86)(22)【出願日】2021-12-02
(85)【翻訳文提出日】2023-07-31
(86)【国際出願番号】 EP2021084033
(87)【国際公開番号】W WO2022117754
(87)【国際公開日】2022-06-09
(31)【優先権主張番号】20211504.4
(32)【優先日】2020-12-03
(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】506297474
【氏名又は名称】ヴァルター アーゲー
(74)【代理人】
【識別番号】110002077
【氏名又は名称】園田・小林弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】シーア， ファイト
(72)【発明者】
【氏名】エンゲルハート， ヴォルフガング
【テーマコード（参考）】
3C037
3C046
4K029
【Ｆターム（参考）】
3C037CC02
3C037CC04
3C037CC08
3C037CC09
3C037CC10
3C037CC11
3C046FF02
3C046FF03
3C046FF04
3C046FF05
3C046FF10
3C046FF11
3C046FF13
3C046FF17
3C046FF20
3C046FF23
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3C046FF25
4K029AA02
4K029AA21
4K029BA03
4K029BA17
4K029BA35
4K029BA58
4K029BB07
4K029BC02
4K029BD05
4K029CA06
4K029DC04
4K029DC39
(57)【要約】
本発明は、基材と（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層を含むコーティングとを含む被覆切削工具であって、（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層が、各元素の最小含有量と最大含有量との間での、（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層の厚さ方向におけるＴｉ、Ａｌ、およびＳｉの元素含有量の周期的変化を含み、Ｔｉの平均最小含有量が１４～１８原子％であり、Ｔｉの平均最大含有量が１８～２２原子％であり、Ａｌの平均最小含有量が１８～２２原子％であり、Ａｌの平均最大含有量が２４～２８原子％であり、Ｓｉの平均最小含有量が０～２原子％であり、Ｓｉの平均最大含有量が１～５原子％であり、（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層の残りの含有量が平均含有量０．１～５原子％の希ガス、および元素Ｎである、被覆切削工具に関する。
【選択図】図２
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
基材と（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層を含むコーティングとを含む被覆切削工具であって、（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層が、各元素の最小含有量と最大含有量との間での、（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層の厚さ方向におけるＴｉ、Ａｌ、およびＳｉの元素含有量の周期的変化を含み、ここで
－ Ｔｉの平均最小含有量が、１４～１８原子％、好ましくは１５～１７原子％であり、
－ Ｔｉの平均最大含有量が、１８～２２原子％、好ましくは１９～２１原子％であり、
－ Ａｌの平均最小含有量が、１８～２２原子％、好ましくは１９～２１原子％であり、
－ Ａｌの平均最大含有量が、２４～２８原子％、好ましくは２５～２７原子％であり、
－ Ｓｉの平均最小含有量が、０～２原子％、好ましくは０～１原子％であり、
－ Ｓｉの平均最大含有量が、１～５原子％、好ましくは２～４原子％であり、
－ （Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層中の残りの含有量が、０．１～５原子％の平均含有量の希ガス、および元素Ｎであり、
Ｔｉ、Ａｌ、およびＳｉのいずれかの元素の含有量の連続する２つの最大値間、および含有量の連続する２つの最小値間の平均距離が３～１５ｎｍであり、
（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層の厚さ方向におけるＴｉ、Ａｌ、およびＳｉの元素含有量の周期的変化において、Ｔｉの最大含有量、Ａｌの最小含有量、およびＳｉの最小含有量が、（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層の厚さ方向における平均で一致し、Ｔｉの最小含有量、Ａｌの最大含有量、およびＳｉの最大含有量が、（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層の厚さ方向における平均で一致し、
（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層における厚さ方向距離当たりのＴｉ含有量では、最小含有量と最大含有量との間、および最大含有量と最小含有量との間で、０．８～１．５原子％／ｎｍの平均的な徐変があり、（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層における厚さ方向距離当たりのＡｌ含有量では、最小含有量と最大含有量との間、および最大含有量と最小含有量との間で、０．８～１．５原子％／ｎｍの平均的な徐変があり、（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層における厚さ方向距離当たりのＳｉ含有量では、最小含有量と最大含有量との間、および最大含有量と最小含有量との間で、０．３～０．８原子％／ｎｍの平均的な徐変がある、
ことを特徴とする、被覆切削工具。
【請求項2】
（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層における厚さ方向距離当たりのＴｉ含有量の平均的な徐変が、最小含有量と最大含有量との間、および最大含有量と最小含有量との間で、０．９～１．３原子％／ｎｍであり、（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層における厚さ方向距離当たりのＡｌ含有量の平均的な徐変が、最小含有量と最大含有量との間、および最大含有量と最小含有量との間で、０．９～１．３原子％／ｎｍであり、（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層における厚さ方向距離当たりのＳｉ含有量の平均的な徐変が、最小含有量と最大含有量との間、および最大含有量と最小含有量との間で、０．５～０．７原子％／ｎｍである、請求項１に記載の被覆切削工具。
【請求項3】
希ガスがＡｒ、Ｋｒ、またはＮｅのうちの１種または複数種、好ましくはＡｒである、請求項１または２に記載の被覆切削工具。
【請求項4】
Ｔｉ、ＡｌおよびＳｉのいずれかの元素の含有量の連続する２つの最大値間、および含有量の連続する２つの最小値間の平均距離が、５～１０ｎｍである、請求項１から３のいずれか一項に記載の被覆切削工具。
【請求項5】
各元素の含有量の最小値と最大値との間で、（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層の厚さ方向におけるＮの元素含有量の変化があり、Ｎの平均最小含有量が、５０～５６原子％、好ましくは５１～５５原子％であり、Ｎの平均最大含有量が、５７～６３原子％、好ましくは５８～６２原子％である、請求項１から４のいずれか一項に記載の被覆切削工具。
【請求項6】
基材上に直接、第４族、第５族または第６族に属する１種または複数種の元素の窒化物、または第４族、第５族または第６族に属する１種または複数種の元素と一緒になったＡｌの窒化物のコーティングの最内層が存在し、最内層の厚さが２μｍ未満である、請求項１から５のいずれか一項に記載の被覆切削工具。
【請求項7】
（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層が立方晶結晶構造を含み、Ｃｕｋα線を用いたＸ線回折におけるθ－２θスキャンでの立方晶（２００）ピークのＦＷＨＭ（半値幅）が０．５～２．５度２θである、請求項１から６のいずれか一項に記載の被覆切削工具。
【請求項8】
（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層が立方晶結晶構造を含み、Ｃｕｋα線を用いたＸ線回折分析において立方晶（２００）ピークのピーク対バックグラウンド比が２以上である、請求項１から７のいずれか一項に記載の被覆切削工具。
【請求項9】
（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層が、（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層中のＴｉ、Ａｌ、およびＳｉの元素の含有量のばらつきを有する（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層を横断する格子面を含む、請求項１から８のいずれか一項に記載の被覆切削工具。
【請求項10】
（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層が、３５００ＨＶ（１５ｍＮ荷重）以上のビッカース硬度を有する、請求項１から９のいずれか一項に記載の被覆切削工具。
【請求項11】
（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層が、４２０ＧＰａ以上の換算ヤング率を有する、請求項１から１０のいずれか一項に記載の被覆切削工具。
【請求項12】
（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層が、３Ｗ／ｍＫ以下の熱伝導率を有する、請求項１から１１のいずれか一項に記載の被覆切削工具。
【請求項13】
（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層が、４～９ＧＰａの残留圧縮応力を有する、請求項１から１２のいずれか一項に記載の被覆切削工具。
【請求項14】
基材が、超硬合金、サーメット、立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）、セラミックス、多結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ）および高速度鋼（ＨＳＳ）から選択される、請求項１から１３のいずれか一項に記載の被覆切削工具。
【請求項15】
少なくとも１つのすくい面と少なくとも１つの逃げ面を有する、インサート、ドリルまたはエンドミルの形態である、請求項１から１４のいずれか一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、切削工具が（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層を含むコーティングを有する、金属加工用被覆切削工具に関する。
【背景技術】
【0002】
金属加工用の切削工具を改良して、より長持ちさせ、より高い切削速度および／または他のますます厳しくなる切削操作に耐えられるようにすることが、絶えず望まれている。一般に、金属加工用の切削工具は、化学気相成長法（ＣＶＤ）または物理気相成長法（ＰＶＤ）のいずれかによって通常堆積された薄いハードコーティングを有する超硬合金などの硬質基材材料を含む。切削工具の例としては、切削インサート、ドリル、またはエンドミルがある。コーティングは、理想的には高い硬度を持つ必要があり、同時に厳しい切削条件にできるだけ長く耐えられるよう、十分な靭性を備えている必要がある。
【0003】
ＰＶＤ（Ｔｉ、Ａｌ）Ｎコーティングは、切削工具の耐摩耗性コーティングとして一般的に用いられる。
【0004】
ＰＶＤにはさまざまな方法があり、それら方法で堆積されたコーティングの特性も異なる。
【0005】
陰極アーク蒸発法では、電気アークを使用して陰極ターゲットから材料を蒸発させる。気化した材料またはその化合物は、基材上に凝縮される。陰極アーク蒸発法は、堆積速度が速いという利点があるが、ターゲット材料の液滴がコーティングや表面に含まれるなどの欠点がある。このため、コーティングに弱点が生じ、表面が比較的粗くなることがある。多くの金属切削用途では、堆積された耐摩耗性コーティングの表面が滑らかであることは有益である。
【0006】
反応性スパッタリングは、ＰＶＤの第二の方法である。この方法では、イオン化した不活性ガスのプラズマが生成され、ターゲット材料に衝突する。窒素などの反応性ガスの存在下、ターゲット材料から原子が放出され、基材に向かって加速される。液滴の形成には問題がないため、一般に平滑な表面を持つコーティングが得られる。しかし、高い金属イオン化を得ることは非常に困難である。また、スパッタリングは非常に遅い堆積プロセスである。
【0007】
高出力インパルスマグネトロンスパッタリング（ＨＩＰＩＭＳ）は、特別なタイプのスパッタリングであり、プロセスパラメータ、特にパルスオン時間と組み合わせた使用する電力レベル（平均電力、ピークパルス電力）を変えること、および高バイアス電圧を使用することにおいて大きな柔軟性を可能にする。ＨＩＰＩＭＳは、高い金属イオン化を可能にし、高品質のコーティングを提供することができ、金属イオン化のレベルを制御することにより、非常に特殊なコーティングを生成することができる。
【0008】
厳しい切削条件では、コーティングの耐熱性が特に重要である。本明細書において、耐熱性とは、基材に損傷を与える過度の熱から切削工具本体を保護するコーティングの低い熱伝導率を意味する。コーティングの熱保護が強化されるほど、被覆切削工具の耐摩耗性は向上する。耐摩耗性が優れているということは、工具寿命が長いことを意味する。
【0009】
コーティングの高温安定性は、コーティング中にＳｉを含むことで改善されることが公知である。（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎコーティングは、耐摩耗性コーティングの例として公知である。
【0010】
しかし、（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎの欠点は、すでに、金属元素の中程度のＡｌ含有量において、金属元素のわずか数原子％の量のＳｉと一緒に、部分的に六方晶でアモルファスである構造を形成し得ることである。例えば、２原子％超のＳｉで六方晶相の出現を開示する、Ｆｌｉｎｋら、「Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｔｈｅｒｍａｌ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ａｒｃ ｅｖａｐｏｒａｔｅｄ （Ｔｉ０．３３Ａｌ０．６７）１－ｘＳｉｘＮ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍｓ」、Ｔｈｉｎ Ｓｏｌｉｄ Ｆｉｌｍｓ ５１７（２００８）、７１４～７２１ページ、および５原子％超のＳｉで六方相の出現を開示する、Ｔａｎａｋａら、「Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ａｌ－Ｔｉ－Ｓｉ－Ｎ ｃｏａｔｉｎｇｓ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｂｙ ｃａｔｈｏｄｉｃ ａｒｃ ｉｏｎ ｐｌａｔｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄ ｃｕｔｔｉｎｇ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」、Ｓｕｒｆａｃｅ ａｎｄ Ｃｏａｔｉｎｇｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ １４６（２００１）、２１５～２２１ページ、を参照のこと。六方晶相は、不十分な硬度および不十分なヤング率などの機械的特性の悪化の原因となる。
【0011】
したがって、このような結晶構造、すなわち立方晶固溶体構造を有し、良好な機械的特性を有する（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎコーティングを提供することが望まれる。
【発明の概要】
【0012】
本発明の目的は、耐熱性が高く、工具寿命に優れた（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層を含むコーティングを有する切削工具を提供することである。
【0013】
本発明は、上記目的を満足する被覆切削工具を提供した。被覆切削工具は、基材およびコーティング被覆を含み、コーティングは（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層を含み、（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層は、各元素の最小含有量と最大含有量との間での、（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層の厚さ方向におけるＴｉ、Ａｌ、およびＳｉの元素含有量の周期的変化を含み、Ｔｉの平均最小含有量は１４～１８原子％、好ましくは１５～１７原子％であり、Ｔｉの平均最大含有量は１８～２２原子％、好ましくは１９～２１原子％であり、Ａｌの平均最小含有量は１８～２２原子％、好ましくは１９～２１原子％であり、Ａｌの平均最大含有量は２４～２８原子％、好ましくは２５～２７原子％であり、Ｓｉの平均最小含有量は、０～２原子％、好ましくは０～１原子％であり、Ｓｉの平均最大含有量は１～５原子％、好ましくは２～４原子％であり、（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層中の残りの含有量は、０．１～５原子％の平均含有量の希ガス、および元素Ｎである。
【0014】
Ｔｉ、Ａｌ、およびＳｉのいずれかの元素の含有量の連続する２つの最大値間、および含有量の連続する２つの最小値間の平均距離は、３～１５ｎｍである。
【0015】
（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層の厚さ方向におけるＴｉ、Ａｌ、およびＳｉの元素含有量の周期的変化において、Ｔｉの最大含有量、Ａｌの最小含有量、およびＳｉの最小含有量は、（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層の厚さ方向において平均で一致し、Ｔｉの最小含有量、Ａｌの最大含有量、およびＳｉの最大含有量は、（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層の厚さ方向において平均で一致する。
【0016】
（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層における厚さ方向距離当たりのＴｉ含有量には、最小含有量と最大含有量との間、および最大含有量と最小含有量との間で、０．８～１．５原子％／ｎｍの平均的な徐変があり、（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層における厚さ方向距離当たりのＡｌ含有量には、最小含有量と最大含有量との間、および最大含有量と最小含有量との間で、０．８～１．５原子％／ｎｍの平均的な徐変があり、（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層における厚さ方向距離当たりのＳｉ含有量には、最小含有量と最大含有量との間、および最大含有量と最小含有量との間で、０．３～０．８原子％／ｎｍの平均的な徐変がある。
【0017】
したがって、（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層は、Ｔｉ、ＡｌおよびＳｉの異なる含有量の２つの異なる副層のナノ多層として見ることができる。元素含有量の周期的な徐変のために、（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層は、異なる組成のＴｉ、Ａｌ、Ｓｉターゲットの組合せ、Ｔｉ、ＡｌターゲットとＴｉ、Ａｌ、Ｓｉターゲットの組合せ、またはＴｉ、ＡｌターゲットとＴｉ、Ｓｉターゲットの組合せを用いたＰＶＤ堆積から生じる。好ましくは、Ｔｉ、ＡｌターゲットとＴｉ、Ａｌ、Ｓｉターゲットの組合せが用いられる。
【0018】
本明細書に開示される（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層を含む被覆切削工具は、高い耐熱性と優れた工具寿命とを示す。（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層は、立方体構造でもある顕著な結晶化度、高い硬度、高い換算ヤング率および高い熱伝導率を示す。
【0019】
適切には、（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層における厚さ方向距離当たりのＴｉ含有量の平均的な徐変は、最小含有量と最大含有量との間、および最大含有量と最小含有量との間で、０．９～１．３原子％／ｎｍであり、（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層における厚さ方向距離当たりのＡｌ含有量の平均的な徐変は、最小含有量と最大含有量との間、および最大含有量と最小含有量との間で、０．９～１．３原子％／ｎｍであり、（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層における厚さ方向距離当たりのＳｉ含有量の平均的な徐変は、最小含有量と最大含有量との間、および最大含有量と最小含有量との間で、０．５～０．７原子％／ｎｍである。
【0020】
（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層における元素の平均最大／最小含有量は、ＳＴＥＭ－ＥＤＳなどの元素分析から、少なくとも８つの連続した最大／最小を取り出し、平均を算出することにより算出することができる。
【0021】
（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層における厚さ方向距離当たりの、元素含有量の平均的な含有量徐変は、元素の平均最大含有量（原子％）から平均最小含有量（原子％）を引き、得られた値を（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層の元素含有量の最大位置から最小位置までの平均距離で割ることにより算出することができる。元素分析から少なくとも８つの連続した最大値／最小値が考慮される。
【0022】
本明細書で意味する含有量の「徐」変とは、元素含有量の最大値と次の最小値との間の距離の中間位置において、距離当たりの元素含有量の平均局所変化が、元素Ｔｉ、ＡｌおよびＳｉについて上記で定義したように、（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層における厚さ方向距離当たりの元素含有量の平均徐変と同じ範囲にあることを意味する。含有量の平均局所変化は、元素分析からの少なくとも８つの連続する最大値／最小値の間の元素含有量の局所変化を考慮して算出される。
【0023】
希ガスは、適切には、Ａｒ、Ｋｒ、またはＮｅのうちの１種または複数種、好ましくは、Ａｒである。
【0024】
適切には、Ｔｉ、Ａｌ、およびＳｉのいずれかの元素の含有量の連続する２つの最大値間、および含有量の連続する２つの最小値間の平均距離は、５～１０ｎｍである。
【0025】
一実施形態では、各元素の含有量の最小値と最大値との間で、（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層の厚さ方向における元素Ｎの含有量の変化があり、Ｎの平均最小含有量は５０～５６原子％、好ましくは５１～５５原子％であり、Ｎの平均最大含有量は５７～６３原子％、好ましくは５８～６２原子％である。ターゲット間の金属元素組成の違いにより、窒素含有量のばらつきが生じる場合がある。また、異なるターゲットに使用される異なる堆積パラメータも、堆積された構造に含まれる窒素の量に影響を与える可能性がある。Ｎの含有量の連続する２つの最大値間、およびＮの含有量の連続する２つの最小値間の平均距離は、Ｔｉ、Ａｌ、およびＳｉの元素の含有量の連続する２つの最大値と連続する２つの最小値との間の平均距離と実質的に同じである。
【0026】
一実施形態では、基材の直接上に、元素の周期表の第４族、第５族または第６族に属する１種または複数種の元素の窒化物、または元素の周期表の第４族、第５族または第６族に属する１種または複数種の元素と一緒になったＡｌの窒化物のコーティングの最内層が存在する。この最内層は、基材との結合層として機能し、コーティング全体の基材への接着を高める。このような結合層は、当技術分野で一般的に使用されており、当業者であれば適切なものを選択するであろう。この最内層の好ましい代替物は、ＴｉＮまたは（Ｔｉ、Ａｌ）Ｎである。この最内層の厚さは、適切には、２μｍ未満である。この最内層の厚さは、一実施形態では、５ｎｍ～２μｍ、好ましくは、１０ｎｍ～１μｍである。コーティングへのＣｏ拡散に対するバリアとして機能する最内層を有する必要性もあり得るので、厚さは少なくとも５０ｎｍである必要がある。Ｓｉ含有窒化物層は、他のほとんどの金属窒化物層よりもＣｏを引き付けることが知られている。したがって、さらなる実施形態では、この最内層は、５０ｎｍ～２μｍ、好ましくは１００ｎｍ～１μｍである。
【0027】
（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層は、適切には、立方晶結晶構造を含む。
【0028】
（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層に存在する結晶構造または構造の決定は、適切には、Ｘ線回折分析、あるいはＴＥＭ分析によって行われる。
【0029】
Ｘ線回折分析における回折ピークのＦＷＨＭ（半値幅）は、（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層の結晶化度の程度と微結晶の粒径の両方に依存する。値が小さいほど、結晶化度が高い、および／または、粒径が小さい。
【0030】
一実施形態では、（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層は、立方晶結晶構造を含み、Ｃｕｋα線を用いたＸ線回折におけるθ－２θスキャンでの立方晶（２００）ピークのＦＷＨＭ（半値幅）は、０．５～２．５度２θ、好ましくは０．７５～２度２θ、最も好ましくは１～１．５度２θである。
【0031】
（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層自体の結晶化度の程度は、Ｘ線回折分析におけるピーク対バックグラウンド比で測定して表され得る。結晶化度が低い場合、θ－２θスキャンにおける特定の結晶構造からのすべての（ｈｋｌ）ピークの回折強度は低く、したがってバックグラウンド強度との関係は低くなる。以下の式：ある結晶構造のθ－２θスキャンにおける最高ピークの強度Ｉｍａｘから、ピークの２θ位置でのバックグラウンドの強度Ｉバックグラウンドを引いたものを、ピークの２θ位置のバックグラウンドの強度Ｉバックグラウンドで割ったもの、すなわち、
ピーク対バックグラウンド比＝（Ｉｍａｘ－Ｉバックグラウンド）／Ｉバックグラウンド
を用いることができる。
ピーク対バックグラウンド比＝（Ｉｍａｘ－Ｉバックグラウンド）／Ｉバックグラウンド
を用いることができる。
【0032】
結晶構造は、好ましい結晶方位が異なる場合があり、結晶構造中の異なる（ｈｋｌ）ピークの強度間の関係が変化する場合があるため、式中では、結晶構造の最高ピークをＩｍａｘとして使用する。
【0033】
本発明の（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層では、立方晶（２００）ピークは、一実施形態では、Ｘ線回折θ－２θスキャンで最も高い強度を示す立方晶ピークのうちの１つである。
【0034】
一実施形態では、（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層は、立方晶結晶構造を含み、立方晶（２００）ピークのＣｕｋα線を用いたＸ線回折分析でのピーク対バックグラウンド比は、２以上、好ましくは３以上、より好ましくは４以上、最も好ましくは５以上である。（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層の立方晶（２００）ピークのＣｕｋα線を用いたＸ線回折分析でのピーク対バックグラウンド比は、下限のいずれか１つを組み合わせた場合、適切には１５以下、好ましくは１０以下である。
【0035】
一実施形態では、（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層は、（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層における、元素Ｔｉ、Ａｌ、およびＳｉの含有量の変化を有する（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層を横断する格子面を含む。
【0036】
一実施形態では、（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層の表面粗さＲａは、０．０５μｍ以下、好ましくは０．０３μｍ以下である。
【0037】
一実施形態では、（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層の表面粗さＲｚは、０．５μｍ以下、好ましくは０．２５μｍ以下である。
【0038】
一実施形態では、（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層は、３５００ＨＶ（１５ｍＮ荷重）以上、好ましくは３５００～３８００ＨＶ（１５ｍＮ荷重）のビッカース硬度を有する。
【0039】
一実施形態では、（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層は、４２０ＧＰａ以上、好ましくは４５０ＧＰａ以上の換算ヤング率を有する。
【0040】
一実施形態では、（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層は、３Ｗ／ｍＫ以下、好ましくは１～２．５Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有する。
【0041】
一実施形態では、（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層は、４～９ＧＰａ、好ましくは５～８ＧＰａの残留圧縮応力を有する。
【0042】
残留応力が低すぎると、コーティングの靭性が不十分になるであろう。一方、残留応力が高すぎると、コーティングの剥離が発生する。
【0043】
被覆切削工具の基材は、金属加工用の切削工具の分野で一般的な任意の種類のものであり得る。基材は、適切には、超硬合金、サーメット、立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）、セラミックス、多結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ）および高速度鋼（ＨＳＳ）から選択される。
【0044】
好ましい一実施形態では、基材は超硬合金である。
【0045】
被覆切削工具は、適切には、少なくとも１つのすくい面および少なくとも１つの逃げ面を有する、インサート、ドリルまたはエンドミルの形態である。
【0046】
本発明による（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層は、好ましくは、高出力インパルスマグネトロンスパッタリング（ＨＩＰＩＭＳ）で堆積された層である。
【0047】
本発明の被覆切削工具は、１つまたは複数の基材片を提供し、ＰＶＤ反応器に１つまたは複数の超硬合金基材片を装入し、適切にはＨＩＰＩＭＳ法を用いて、本明細書に記載した（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層を含むコーティングを堆積させることにより製造される。
【0048】
より好ましくは、（Ｔｉ、Ａｌ）および（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）である少なくとも２つの異なるターゲットの組合せの使用を含むＨＩＰＩＭＳ法が使用される。ＨＩＰＩＭＳ法では、ピークパルス電力密度は、好ましくは３４０Ｗ／ｃｍ２以上である。特定の平均ターゲット電力密度は、好ましくは２０～５０Ｗ／ｃｍ２であり、パルス時間は、好ましくは１～５ｍｓであり、パルス周波数は、好ましくは１５～３０Ｈｚであり、総圧は、好ましくは０．３５～０．７Ｐａである。
【0049】
被覆切削工具の基材は、金属加工用の切削工具の分野で一般的な任意の種類のものとすることができる。基材は、適切には、超硬合金、サーメット、ｃＢＮ、セラミックス、ＰＣＤおよびＨＳＳから選択され、好ましくは超硬合金である。
【0050】
１つまたは複数の基材片は、適切には、少なくとも１つのすくい面および少なくとも１つの逃げ面を有する、切削工具インサートブランクス、ドリルブランクスまたはエンドミルブランクスの形態である。
【0051】
本発明による被覆切削工具がどのように製造され得るかのさらなる詳細は、本出願の実施例のセクションに記載されている。
【図面の簡単な説明】
【0052】
【図1】ソリッドエンドミルである切削工具の一実施形態の概略図である。
【図2】基材およびコーティングを示す本発明による被覆切削工具の一実施形態の断面の模式図である。
【図3】試料１（本発明）の（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層のθ－２θスキャンによるＸ線回折図である。
【図4】試料２（参照）の（Ｔｉ、Ａｌ）Ｎ層のθ－２θスキャンによるＸ線回折図である。
【図5】試料４（参照）の（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層のθ－２θスキャンによるＸ線回折図である。
【図6】試料１（本発明）の（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層の透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）電子線回折像である。
【図7】試料４（参照）の（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層のＴＥＭ電子線回折像である。
【図8】試料１（本発明）の（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層断面の高分解能透過型電子顕微鏡（ＨＲ－ＴＥＭ）像である。
【図9】試料１（本発明）の（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層のＥＤＳラインスキャン像である。
【図10】試料１（本発明）および試料２（参照）のフライス加工操作における切削試験結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0053】
図１は、切削端（２）を有する切削工具（１）の一実施形態を示す模式図を示す。切削工具（１）は、この実施形態では、エンドミルである。図２は、基体（３）とコーティング（４）とを有する本発明による被覆切削工具の、一実施形態の断面の模式図を示す。コーティングは、最初の（Ｔｉ、Ａｌ）Ｎ最内層（５）と、それに続く（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層（６）からなる。図８は、（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層の一実施形態の断面の高分解能透過型電子顕微鏡（ＨＲ－ＴＥＭ）像を示す。一種の層状構造が見られ、明るい部分（７）と暗い部分（８）が異なる元素組成を示す。また、分析した（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層全体にわたる結晶構造の縞模様が見られる。したがって、格子面は、明るい部分（７）と暗い部分（８）を横断している。図９は、本発明による（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層からのＥＤＳラインスキャン像を示す。ＥＤＳスキャンは、（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層の断面で行われ、（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層の厚さ方向において、さまざまな元素Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ、Ａｒ、およびＮの含有量を測定する。
【0054】
方法
Ｘ線回折
Ｘ線回折パターンは、Ｐａｎａｌｙｔｉｃａｌ（Ｅｍｐｙｒｅａｎ）の回折計で斜入射モード（ＧＩＸＲＤ）により取得した。ラインフォーカスによるＣｕＫα線を分析に用いた（高電圧４０ｋＶ、電流４０ｍＡ）。入射ビームは、２ｍｍのマスクと１／８°の発散スリット、さらに平行Ｘ線ビームを生成するＸ線ミラーで限定した。横方向の発散は、ソーラスリット（０．０４°）で制御した。回折ビームパスには、比例計数管（０Ｄ検出器）と組み合わせた０．１８°平行平板コリメータを使用した。測定は、斜入射モード（Ｏｍｅｇａ＝１°）で行った。２θの範囲は約２０～８０°で、ステップサイズは０．０３°、カウント時間は１０秒であった。
Ｘ線回折
Ｘ線回折パターンは、Ｐａｎａｌｙｔｉｃａｌ（Ｅｍｐｙｒｅａｎ）の回折計で斜入射モード（ＧＩＸＲＤ）により取得した。ラインフォーカスによるＣｕＫα線を分析に用いた（高電圧４０ｋＶ、電流４０ｍＡ）。入射ビームは、２ｍｍのマスクと１／８°の発散スリット、さらに平行Ｘ線ビームを生成するＸ線ミラーで限定した。横方向の発散は、ソーラスリット（０．０４°）で制御した。回折ビームパスには、比例計数管（０Ｄ検出器）と組み合わせた０．１８°平行平板コリメータを使用した。測定は、斜入射モード（Ｏｍｅｇａ＝１°）で行った。２θの範囲は約２０～８０°で、ステップサイズは０．０３°、カウント時間は１０秒であった。
【0055】
透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）における電子線回折
本明細書で行われた電子線回折分析では、これらは透過型電子顕微鏡Ｚｅｉｓｓ ９１２ Ｏｍｅｇａ（高電圧１２０ｋＶ）を用いて行われたＴＥＭ測定である。１０ｅＶエネルギースリットアパーチャを使用した。制限視野絞りを使用することにより、コーティングのみが回折パターンに寄与するようにする。ＴＥＭを、回折用平行照明（ＳＡＥＤ）で操作した。
本明細書で行われた電子線回折分析では、これらは透過型電子顕微鏡Ｚｅｉｓｓ ９１２ Ｏｍｅｇａ（高電圧１２０ｋＶ）を用いて行われたＴＥＭ測定である。１０ｅＶエネルギースリットアパーチャを使用した。制限視野絞りを使用することにより、コーティングのみが回折パターンに寄与するようにする。ＴＥＭを、回折用平行照明（ＳＡＥＤ）で操作した。
【0056】
試料調製中のアモルファス化を排除するために、異なる方法を使用することができ、ｉ）機械的切断、接着、研削、およびイオン研磨を含む古典的な試料調製の方法、およびｉｉ）ＦＩＢを使用して試料を切断し、リフトアウトして最終研磨を行う方法がある。
【0057】
元素含有量
コーティング中の金属元素、窒素、アルゴンの含有量を、エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＸ）付き走査型透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）を使用して、ＦＩＢで調製した断面試料で測定した。ＴＥＭイメージングとＥＤＸ分析には、Ｏｘｆｏｒｄ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓの電界放出銃、二次電子検出器、およびＳｉ（Ｌｉ）エネルギー分散型Ｘ線（ＥＤＸ）検出器を搭載したＪｅｏｌ ＡＲＭシステム装置を使用した。スポットサイズは０．１ｎｍ、およびステップサイズは０．１５ｎｍを使用した。
コーティング中の金属元素、窒素、アルゴンの含有量を、エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＸ）付き走査型透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）を使用して、ＦＩＢで調製した断面試料で測定した。ＴＥＭイメージングとＥＤＸ分析には、Ｏｘｆｏｒｄ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓの電界放出銃、二次電子検出器、およびＳｉ（Ｌｉ）エネルギー分散型Ｘ線（ＥＤＸ）検出器を搭載したＪｅｏｌ ＡＲＭシステム装置を使用した。スポットサイズは０．１ｎｍ、およびステップサイズは０．１５ｎｍを使用した。
【0058】
ビッカース硬度
ビッカース硬度は、Ｈｅｌｍｕｔ Ｆｉｓｃｈｅｒ ＧｍｂＨ（ジンデルフィンゲン、ドイツ）のＰｉｃｏｄｅｎｔｏｒ ＨＭ５００を用いて、ナノインデンテーション（荷重－深さグラフ）により測定した。測定と計算には、ＯｌｉｖｅｒおよびＰｈａｒｒの評価アルゴリズムを適用し、ビッカースに準拠したダイヤモンド試験体を層に押し付け、測定中の力－経路曲線を記録した。使用した最大荷重は１５ｍＮ（ＨＶ０．００１５）、荷重増加および荷重減少の時間はそれぞれ２０秒、保持時間（クリープ時間）は１０秒であった。この曲線から硬度を算出した。
ビッカース硬度は、Ｈｅｌｍｕｔ Ｆｉｓｃｈｅｒ ＧｍｂＨ（ジンデルフィンゲン、ドイツ）のＰｉｃｏｄｅｎｔｏｒ ＨＭ５００を用いて、ナノインデンテーション（荷重－深さグラフ）により測定した。測定と計算には、ＯｌｉｖｅｒおよびＰｈａｒｒの評価アルゴリズムを適用し、ビッカースに準拠したダイヤモンド試験体を層に押し付け、測定中の力－経路曲線を記録した。使用した最大荷重は１５ｍＮ（ＨＶ０．００１５）、荷重増加および荷重減少の時間はそれぞれ２０秒、保持時間（クリープ時間）は１０秒であった。この曲線から硬度を算出した。
【0059】
換算ヤング率
換算ヤング率（換算弾性係数）は、ビッカース硬度の測定で記載したように、ナノインデンテーション（荷重－深さグラフ）により測定した。
換算ヤング率（換算弾性係数）は、ビッカース硬度の測定で記載したように、ナノインデンテーション（荷重－深さグラフ）により測定した。
【0060】
熱伝導率
本明細書で作製したコーティングの熱伝導率には、以下の特性を有する時間領域サーモリフレクタンス（ＴＤＴＲ）法を使用した。
１．レーザーパルス（ポンプ）を用いて、試料を局所的に加熱する。
２．熱伝導率および熱容量に応じて、熱エネルギーが試料表面から基材に向かって伝達される。表面の温度は時間とともに低下する。
３．レーザーが反射される部分は、表面温度で決まる。２回目のレーザーパルス（プローブパルス）は、表面の温度低下を測定するために使用される。
４．数学的モデルを使用することにより、試料の熱容量値を使用して熱伝導率を計算することもできる。（Ｄ．Ｇ．Ｃａｈｉｌｌ、 Ｒｅｖ． Ｓｃｉ． Ｉｎｓｔｒ． ７５、５１１９（２００４））を参照されたい。
本明細書で作製したコーティングの熱伝導率には、以下の特性を有する時間領域サーモリフレクタンス（ＴＤＴＲ）法を使用した。
１．レーザーパルス（ポンプ）を用いて、試料を局所的に加熱する。
２．熱伝導率および熱容量に応じて、熱エネルギーが試料表面から基材に向かって伝達される。表面の温度は時間とともに低下する。
３．レーザーが反射される部分は、表面温度で決まる。２回目のレーザーパルス（プローブパルス）は、表面の温度低下を測定するために使用される。
４．数学的モデルを使用することにより、試料の熱容量値を使用して熱伝導率を計算することもできる。（Ｄ．Ｇ．Ｃａｈｉｌｌ、 Ｒｅｖ． Ｓｃｉ． Ｉｎｓｔｒ． ７５、５１１９（２００４））を参照されたい。
【0061】
測定前に試料を鏡面研磨しておく必要がある。
【0062】
残留応力
残留応力は、ｓｉｎ２Ψ法を用いてＸＲＤで測定した（Ｍ．Ｅ． Ｆｉｔｚｐａｔｒｉｃｋ、 Ａ．Ｔ． Ｆｒｙ、 Ｐ． Ｈｏｌｄｗａｙ、 Ｆ．Ａ． Ｋａｎｄｉｌ、 Ｊ． Ｓｈａｃｋｌｅｔｏｎ、およびＬ． Ｓｕｏｍｉｎｅｎ － Ａ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｇｏｏｄ Ｐｒａｃｔｉｃｅ Ｇｕｉｄｅ Ｎｏ． ５２；「Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ Ｒｅｓｉｄｕａｌ Ｓｔｒｅｓｓｅｓ ｂｙ Ｘ－ｒａｙ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ － Ｉｓｓｕｅ ２」、 ２００５を参照）。
残留応力は、ｓｉｎ２Ψ法を用いてＸＲＤで測定した（Ｍ．Ｅ． Ｆｉｔｚｐａｔｒｉｃｋ、 Ａ．Ｔ． Ｆｒｙ、 Ｐ． Ｈｏｌｄｗａｙ、 Ｆ．Ａ． Ｋａｎｄｉｌ、 Ｊ． Ｓｈａｃｋｌｅｔｏｎ、およびＬ． Ｓｕｏｍｉｎｅｎ － Ａ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｇｏｏｄ Ｐｒａｃｔｉｃｅ Ｇｕｉｄｅ Ｎｏ． ５２；「Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ Ｒｅｓｉｄｕａｌ Ｓｔｒｅｓｓｅｓ ｂｙ Ｘ－ｒａｙ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ － Ｉｓｓｕｅ ２」、 ２００５を参照）。
【0063】
側面傾斜法（Ψ－ｇｅｏｍｅｔｒｙ）は、選択したｓｉｎ２Ψ範囲内で等距離にある８つのΨ角で使用されている。９０°のΦセクター内でΦ角度が等距離に分布することが好ましい。残留応力値の計算には、ポアソン比＝０．２０およびヤング率Ｅ＝４５０ＧＰａが適用されている。（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層の測定では、市販のソフトウェア（ＲａｙｆｌｅＸ Ｖｅｒｓｉｏｎ ２．５０３）を用いて、Ｐｓｅｕｄｏ－Ｖｏｉｇｔ－Ｆｉｔ関数により（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎの（２００）反射を特定し、データを評価した。その上にさらに堆積した層を有するコーティングの層の残留応力を測定するために、コーティング材料は、測定される層の上で除去される。残りの（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ多層材料内の残留応力を大きく変化させない材料除去方法を選択し、適用するよう注意しなければならない。堆積したコーティング材料を除去する適切な方法は研磨と考えられるが、微粒子の研磨剤を用いて穏やかにゆっくりと研磨する必要がある。当技術分野で公知のように、粗粒研磨剤を使用して強力に研磨すると、むしろ圧縮残留応力が増加することになる。堆積したコーティング材料の除去に適した他の方法として、イオンエッチングおよびレーザーアブレーションがある。
【0064】
表面粗さ
平均表面粗さＲａおよび平均粗さ深さＲｚは、メーカーＪＥＮＯＰＴＩＫ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ Ｇｅｒｍａｎｙ ＧｍｂＨ（旧Ｈｏｍｍｅｌ－Ｅｔａｍｉｃ ＧｍｂＨ）の粗さ測定装置Ｐ８００型測定システムを使用し、評価ソフトウェアＴＵＲＢＯ ＷＡＶＥ Ｖ７．３２、ＩＳＯ１１５６２によるうねりの判定、スキャン長さ４．８ｍｍのＴＫＵ３００検出装置およびＫＥ５９０ＧＤテストチップを用いて測定し、０．５ｍｍ／秒の速度で測定を行った。
平均表面粗さＲａおよび平均粗さ深さＲｚは、メーカーＪＥＮＯＰＴＩＫ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ Ｇｅｒｍａｎｙ ＧｍｂＨ（旧Ｈｏｍｍｅｌ－Ｅｔａｍｉｃ ＧｍｂＨ）の粗さ測定装置Ｐ８００型測定システムを使用し、評価ソフトウェアＴＵＲＢＯ ＷＡＶＥ Ｖ７．３２、ＩＳＯ１１５６２によるうねりの判定、スキャン長さ４．８ｍｍのＴＫＵ３００検出装置およびＫＥ５９０ＧＤテストチップを用いて測定し、０．５ｍｍ／秒の速度で測定を行った。
【実施例】
【0065】
実施例１（本発明）：
組成がＴｉ０．５０Ａｌ０．５０であるターゲットを用いて、ＷＣ－Ｃｏベースの基材上に（Ｔｉ、Ａｌ）Ｎの開始層を堆積させた。次に、組成がＴｉ０．５０Ａｌ０．５０のターゲットと組成がＴｉ０．３５Ａｌ０．５５Ｓｉ０．１０のターゲットを用いて（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層をさらに堆積させた。ＷＣ－Ｃｏベースの基材は、Ｓ３ｐ技術を用いたＯｅｒｌｉｋｏｎ Ｂａｌｚｅｒｓ Ｉｎｇｅｎｉａ装置のＨＩＰＩＭＳモードを使用した、フライス加工タイプの切削工具（ノーズエンドミル、直径６ｍｍ）およびフラットインサート（コーティングの分析を容易にするため）であった。基材は、８重量％のＣｏと残りがＷＣの組成を有していた。
組成がＴｉ０．５０Ａｌ０．５０であるターゲットを用いて、ＷＣ－Ｃｏベースの基材上に（Ｔｉ、Ａｌ）Ｎの開始層を堆積させた。次に、組成がＴｉ０．５０Ａｌ０．５０のターゲットと組成がＴｉ０．３５Ａｌ０．５５Ｓｉ０．１０のターゲットを用いて（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層をさらに堆積させた。ＷＣ－Ｃｏベースの基材は、Ｓ３ｐ技術を用いたＯｅｒｌｉｋｏｎ Ｂａｌｚｅｒｓ Ｉｎｇｅｎｉａ装置のＨＩＰＩＭＳモードを使用した、フライス加工タイプの切削工具（ノーズエンドミル、直径６ｍｍ）およびフラットインサート（コーティングの分析を容易にするため）であった。基材は、８重量％のＣｏと残りがＷＣの組成を有していた。
【0066】
堆積プロセスは、以下のプロセスパラメータを使用してＨＩＰＩＭＳモードで実行した。
（Ｔｉ、Ａｌ）Ｎの開始層：
ターゲット材料：Ｔｉ０．５０Ａｌ０．５０（（ｔｈｒｅｅ））
ターゲットサイズ：円形、直径１５ｃｍ
ターゲット当たりの平均電力：７．００１ｋＷ
ピークパルス電力：６０ｋＷ
パルスオン時間：２．９２７ｍｓ
周波数：２０Ｈｚ
温度：４３０℃
総圧：０．６Ｐａ（Ｎ２＋Ａｒ）
アルゴン圧力：０．４３Ｐａ
バイアス電位：－６０Ｖ
１サイクル当たりの繰返しパルス数：２
２倍回転
（Ｔｉ、Ａｌ）Ｎの開始層：
ターゲット材料：Ｔｉ０．５０Ａｌ０．５０（（ｔｈｒｅｅ））
ターゲットサイズ：円形、直径１５ｃｍ
ターゲット当たりの平均電力：７．００１ｋＷ
ピークパルス電力：６０ｋＷ
パルスオン時間：２．９２７ｍｓ
周波数：２０Ｈｚ
温度：４３０℃
総圧：０．６Ｐａ（Ｎ２＋Ａｒ）
アルゴン圧力：０．４３Ｐａ
バイアス電位：－６０Ｖ
１サイクル当たりの繰返しパルス数：２
２倍回転
【0067】
約２００ｎｍの層厚で堆積させた。
（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層：
ターゲット材料１：Ｔｉ０．５０Ａｌ０．５０
ターゲットサイズ：円形、直径１５ｃｍ
ターゲット当たりの平均電力：７．００１ｋＷ
ピークパルス電力：６０ｋＷ
パルスオン時間：２．９２７ｍｓ
ターゲット材料２：Ｔｉ０．３５Ａｌ０．５５Ｓｉ０．１０
ターゲットサイズ：円形、直径１５ｃｍ
ターゲット当たりの平均電力：４．７７６ｋＷ
ピークパルス電力：６０ｋＷ
パルスオン時間：２．０００ｍｓ
サイクルから算出した周波数：２０Ｈｚ
温度：４３０℃
総圧：０．６Ｐａ
アルゴン圧力：０．４３Ｐａ
バイアス電位：－６０Ｖ
１サイクル当たりの繰返しパルス数：２
２倍回転
（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層：
ターゲット材料１：Ｔｉ０．５０Ａｌ０．５０
ターゲットサイズ：円形、直径１５ｃｍ
ターゲット当たりの平均電力：７．００１ｋＷ
ピークパルス電力：６０ｋＷ
パルスオン時間：２．９２７ｍｓ
ターゲット材料２：Ｔｉ０．３５Ａｌ０．５５Ｓｉ０．１０
ターゲットサイズ：円形、直径１５ｃｍ
ターゲット当たりの平均電力：４．７７６ｋＷ
ピークパルス電力：６０ｋＷ
パルスオン時間：２．０００ｍｓ
サイクルから算出した周波数：２０Ｈｚ
温度：４３０℃
総圧：０．６Ｐａ
アルゴン圧力：０．４３Ｐａ
バイアス電位：－６０Ｖ
１サイクル当たりの繰返しパルス数：２
２倍回転
【0068】
約２μｍの厚さの（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層を堆積させた。
【0069】
提供した被覆切削工具を「試料１（本発明）」とする。
【0070】
実施例２（参照）：
組成Ｔｉ０．４０Ａｌ０．６０のターゲットからの（Ｔｉ、Ａｌ）Ｎ層を、Ｓ３ｐ技術を用いたＯｅｒｌｉｋｏｎ Ｂａｌｚｅｒｓ装置のＨＩＰＩＭＳモードを使用して、フライス加工タイプの切削工具（ノーズエンドミル、直径６ｍｍ）およびフラットインサート（コーティングの分析を容易にするため）であるＷＣ－Ｃｏベースの基材上に堆積させた。このＨＩＰＩＭＳ堆積コーティングは、焼入れ鋼（ＩＳＯ－Ｈ）材料の機械加工で非常に良好な結果をもたらすことが公知であった。
組成Ｔｉ０．４０Ａｌ０．６０のターゲットからの（Ｔｉ、Ａｌ）Ｎ層を、Ｓ３ｐ技術を用いたＯｅｒｌｉｋｏｎ Ｂａｌｚｅｒｓ装置のＨＩＰＩＭＳモードを使用して、フライス加工タイプの切削工具（ノーズエンドミル、直径６ｍｍ）およびフラットインサート（コーティングの分析を容易にするため）であるＷＣ－Ｃｏベースの基材上に堆積させた。このＨＩＰＩＭＳ堆積コーティングは、焼入れ鋼（ＩＳＯ－Ｈ）材料の機械加工で非常に良好な結果をもたらすことが公知であった。
【0071】
基材は、８ｗｔ％のＣｏと残りはＷＣの組成を有していた。
【0072】
堆積プロセスを、以下のプロセスパラメータを使用してＨＩＰＩＭＳモードで実行した。
ターゲット材料１：Ｔｉ０．４０Ａｌ０．６０
ターゲットサイズ：円形、直径１５ｃｍ
ターゲット当たりの平均電力：４．８００ｋＷ
ピークパルス電力：６０ｋＷ
パルスオン時間：４．００ｍｓ
温度：４３０℃
総圧：０．５５Ｐａ
アルゴン圧力：０．４３Ｐａ
バイアス電位：－８０Ｖ
１サイクル当たりの繰返しパルス数：１
２倍回転
ターゲット材料１：Ｔｉ０．４０Ａｌ０．６０
ターゲットサイズ：円形、直径１５ｃｍ
ターゲット当たりの平均電力：４．８００ｋＷ
ピークパルス電力：６０ｋＷ
パルスオン時間：４．００ｍｓ
温度：４３０℃
総圧：０．５５Ｐａ
アルゴン圧力：０．４３Ｐａ
バイアス電位：－８０Ｖ
１サイクル当たりの繰返しパルス数：１
２倍回転
【0073】
約２μｍの層厚で堆積させた。
【0074】
提供した被覆切削工具を「試料２（参照）」とする。
【0075】
さらに、Ｓ３ｐ技術を用いた同じＯｅｒｌｉｋｏｎ Ｂａｌｚｅｒｓ装置のＨＩＰＩＭＳモードを使用して、組成Ｔｉ０．５０Ａｌ０．５０のターゲットからの（Ｔｉ、Ａｌ）Ｎ層を、平らな切削工具インサート（コーティングの分析を容易にするため）であるＷＣ－Ｃｏベースの基材上に堆積させた。プロセスパラメータは、組成Ｔｉ０．４０Ａｌ０．６０のターゲットからの（Ｔｉ、Ａｌ）Ｎ層を堆積するときと同じであった。約２μｍの層厚で堆積させた。提供した被覆切削工具を「試料３（参照）」とする。
【0076】
実施例３（参照）：
組成Ｔｉ０．３５Ａｌ０．５５Ｓｉ０．１０のターゲットからの（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ単層を、コーティングを容易に分析するための平らな切削インサートであるＷＣ－Ｃｏベースの基材上に堆積させた。堆積は、Ｓ３ｐ技術を使用するＯｅｒｌｉｋｏｎ Ｂａｌｚｅｒｓ装置のＨＩＰＩＭＳモードを使用し、以下のプロセスパラメータで行った。
ターゲット材料２：Ｔｉ０．３５Ａｌ０．５５Ｓｉ０．１０
ターゲットサイズ：円形、直径１５ｃｍ
ターゲット当たりの平均電力：５．１ｋＷ
ピークパルス電力：６０ｋＷ
パルスオン時間：２．１００ｍｓ
パルス周波数：２０Ｈｚ
温度：４３０℃
総圧：０．６４Ｐａ
アルゴン圧力：０．４３Ｐａ
バイアス電位：－８０Ｖ
サイクル当たりの繰返しパルス数：４３
２倍回転
組成Ｔｉ０．３５Ａｌ０．５５Ｓｉ０．１０のターゲットからの（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ単層を、コーティングを容易に分析するための平らな切削インサートであるＷＣ－Ｃｏベースの基材上に堆積させた。堆積は、Ｓ３ｐ技術を使用するＯｅｒｌｉｋｏｎ Ｂａｌｚｅｒｓ装置のＨＩＰＩＭＳモードを使用し、以下のプロセスパラメータで行った。
ターゲット材料２：Ｔｉ０．３５Ａｌ０．５５Ｓｉ０．１０
ターゲットサイズ：円形、直径１５ｃｍ
ターゲット当たりの平均電力：５．１ｋＷ
ピークパルス電力：６０ｋＷ
パルスオン時間：２．１００ｍｓ
パルス周波数：２０Ｈｚ
温度：４３０℃
総圧：０．６４Ｐａ
アルゴン圧力：０．４３Ｐａ
バイアス電位：－８０Ｖ
サイクル当たりの繰返しパルス数：４３
２倍回転
【0077】
約１．５μｍの層厚で堆積させた。提供した被覆切削工具を「試料４（参照）」とする。
【0078】
実施例４（分析）：
試料１、２、および４について、Ｘ線回折（ＸＲＤ）θ－２θ分析を行った。
試料１、２、および４について、Ｘ線回折（ＸＲＤ）θ－２θ分析を行った。
【0079】
【0080】
試料１（本発明）の回折図では、立方晶結晶構造が明らかなっていることがわかる。回折図は、３７～３８度２θ付近と４２～４３度２θ付近にそれぞれ顕著な立方晶（１１１）および立方晶（２００）のピークを示す。これは、顕著な結晶化度を示唆している。最も強度の高いピークは、（２００）ピークである。（２００）ピークのピーク対バックグラウンド比は約６．０と推定される。
【0081】
立方晶（２００）ピークのＦＷＨＭ（半値幅）は約１．２度２θである。
【0082】
試料２（参照）の回折図は、（Ｔｉ、Ａｌ）Ｎの単層が高度に結晶化した構造であることを示している。（１１１）ピークは（２００）ピークよりも優勢であり、（１１１）結晶組織を示している。アモルファス構造によるいかなる広範な基礎をなす反射も存在しない。
【0083】
最後に、試料４（参照）の回折図は、立方晶（１１１）および立方晶（２００）のピークが試料１（本発明）より小さいことを示している。（１１１）ピークは、約３１～３９度２θの範囲にある広範な基礎をなす反射とほとんど区別することができない。また、立方晶（２００）ピークの位置を含む約４０～４５度２θの広範な基礎をなす反射がある。これらの広範な反射は、顕著なアモルファス構造が存在することを示唆している。結晶化度の低さは、約０．３と推定される（２００）ピークのピーク対バックグラウンド比から判定され得る。
【0084】
このあまり顕著でない立方晶（２００）ピークの半値幅（ＦＷＨＭ）を決定することは非常に困難であるが、約４度２θと推定される。
【0085】
透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いた電子線回折分析を、試料１（本発明）および試料４（参照）について行った。図６～７に、得られた電子線回折パターンを示す。
【0086】
本発明のパターンは、特定の散乱ベクトル（中心からの距離）で識別される反射スポットを示し、試料１（本発明）が結晶性の高い構造であることを証明していることがわかる。一方、試料４（参照）では、顕著なアモルファス相を示す拡散パターンが見られる。
【0087】
高分解能ＴＥＭ（ＨＲ－ＴＥＭ）像（図８参照）から、変調した層構造を横断する格子面を確認できた。
【0088】
試料１（本発明）について、ＴＥＭ－ＥＤＸラインスキャンを実施した。図９に結果を示す。Ｔｉ、Ａｌ、およびＳｉの元素含有量が、層の厚さ方向に最小含有量と最大含有量との間で徐々に変化する、一種の変調層が存在することが明らかである。したがって、層の厚さ方向で、各元素の元素含有量には複数の最大値と最小値が存在する。
【0089】
Ｔｉ、Ａｌ、およびＳｉの元素含有量の周期的変化において、Ｔｉの平均最小含有量は約１６原子％であり、Ｔｉの平均最大含有量は約１９原子％である。
【0090】
Ｔｉ、Ａｌ、およびＳｉの元素含有量の周期的変化において、Ａｌの平均最小含有量は約２１原子％であり、Ａｌの平均最大含有量は約２５原子％である。
【0091】
Ｔｉ、Ａｌ、およびＳｉの元素含有量の周期的変化において、Ｓｉの平均最小含有量は約１原子％であり、Ｓｉの平均最大含有量は約３原子％である。
【0092】
各元素の含有量の最小値と最大値の間では、（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層の厚さ方向において、元素Ｎの含有量に変化があり、Ｎの平均最小含有量は約５４原子％であり、Ｎの平均最大含有量は約５９原子％である。
【0093】
上記の最小含有量と最大含有量の値はすべて、図９のＴＥＭ－ＥＤＳラインスキャンから抽出することができる。
【0094】
また、（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層中の各元素の平均含有量をＴＥＭ－ＥＤＸで分析した。結果を表１に示す。
【0095】
（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎの平均組成は、Ｔｉ０．４２Ａｌ０．５４Ｓｉ０．０４Ｎｘのようにも書かれ得、Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉの原子部分の合計は１に等しく、金属元素（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）に対するＮの原子比、すなわち「ｘ」は、約１．３である。
【0096】
Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉのいずれかの元素の含有量の連続する２つの最大値間、および含有量の連続する２つの最小値間の平均距離は、約６ｎｍである。
【0097】
（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層の厚さ方向におけるＴｉ、Ａｌ、およびＳｉの元素含有量の周期的変化において、Ｔｉの最大含有量、Ａｌの最小含有量、およびＳｉの最小含有量は、（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層の厚さ方向において平均で一致し、Ｔｉの最小含有量、Ａｌの最大含有量、およびＳｉの最大含有量は、（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層の厚さ方向において平均で一致する。
【0098】
（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層における厚さ方向の距離当たりのＴｉ含有量には、最小含有量と最大含有量との間、および最大含有量と最小含有量との間で、約１原子％／ｎｍの平均的な徐変がある。
【0099】
（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層における厚さ方向の距離当たりのＡｌ含有量には、最小含有量と最大含有量との間、および最大含有量と最小含有量との間で、約１．３原子％／ｎｍの平均的な徐変がある。
【0100】
（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層における厚さ方向の距離当たりのＳｉ含有量には、最小含有量と最大含有量との間、および最大含有量と最小含有量との間で、約０．７原子％／ｎｍの平均的な徐変がある。
【0101】
また、試料１（本発明）について残留応力を測定し、結果は－６．９ＧＰａの値であった。
【0102】
熱伝導率を、時間領域サーモリフレクタンス（ＴＤＴＲ）法を用いて測定した。表２に結果を示す。
【0103】
試料１（本発明）の変調層作製に使用したターゲットから作製した単層は、１．８Ｗ／ｍＫ（Ｔｉ０．３５Ａｌ０．５５Ｓｉ０．１０Ｎで）および４．７Ｗ／ｍＫ（Ｔｉ０．５０Ａｌ０．５０Ｎで）の熱伝導率値を示したので、平均値は３．３Ｗ／ｍＫと予想された。しかし、試料１（本発明）の結果は２．０Ｗ／ｍＫであり、すなわち、熱伝導率が低いことは、発熱する激しい金属切削に有利である。
【0104】
試料１および試料４の被覆工具の逃げ面について、硬度測定（荷重１５ｍＮ）を行い、ビッカース硬度および換算ヤング率（ＥＩＴ）を求めた。結果を表３に示す。
【0105】
実施例５：
試料１（本発明）および試料２（参照）の切削試験：
直径６ｍｍのエンドミル工具である試料１（本発明）および試料２（参照）について、フライス加工試験を行い、局所的な逃げ面摩耗を測定した。切削条件を表４にまとめて示す。被加工物として焼入れ鋼ＩＳＯ－Ｈを使用した。このような材料の切削操作では、切削端で特に高熱が発生する。
試料１（本発明）および試料２（参照）の切削試験：
直径６ｍｍのエンドミル工具である試料１（本発明）および試料２（参照）について、フライス加工試験を行い、局所的な逃げ面摩耗を測定した。切削条件を表４にまとめて示す。被加工物として焼入れ鋼ＩＳＯ－Ｈを使用した。このような材料の切削操作では、切削端で特に高熱が発生する。
【0106】
切削条件
【0107】
この試験では、逃げ面側の切削端で摩耗の最大値が観察された。各コーティングの２つの切削端を試験し、各切削長の平均値を表５に示す。
【0108】
試料２（参照）は、焼入れ鋼（ＩＳＯ－Ｈ）材料のフライス加工で非常に良い結果をもたらすことが公知のコーティングを有している。それにもかかわらず、試料１（本発明）は試料２（参照）よりもはるかに優れた性能を発揮すると結論付けられる。図１０は、このことを視覚化したものでもある。
【0109】
試料４については、特に試験はしていないが、その（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ層の機械的特性（低硬度および低弾性率）がすでに悪いため、上記の切削試験では非常に悪い結果が得られるであろう。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【国際調査報告】