JP7712601B2 - 表面被覆切削工具 - Google Patents
表面被覆切削工具Info
- Publication number
- JP7712601B2 JP7712601B2 JP2022032337A JP2022032337A JP7712601B2 JP 7712601 B2 JP7712601 B2 JP 7712601B2 JP 2022032337 A JP2022032337 A JP 2022032337A JP 2022032337 A JP2022032337 A JP 2022032337A JP 7712601 B2 JP7712601 B2 JP 7712601B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- avg
- area
- layer
- crystal grains
- average value
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Description
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。
従来、切削工具を高寿命とすべく、炭化タングステン（以下、ＷＣということがある）基超硬合金等の基体の表面に、被覆層を被覆した被覆工具があり、この被覆工具は耐摩耗性等が向上している。
そして、被覆工具のより一層の切削性能を向上させるために、被覆層の組成や構造について、種々の提案がなされている。
そして、被覆工具のより一層の切削性能を向上させるために、被覆層の組成や構造について、種々の提案がなされている。
例えば、特許文献１には、１以上の層により構成され、前記層のうち少なくとも１層は、Ｔｉ1-xＡｌxＮからなる第１単位層と、Ｔｉ1-yＡｌyＮからなる第２単位層とが交互に積層された多層構造を含み、前記第１単位層はｆｃｃ型結晶構造を有し、前記Ｔｉ1-xＡｌxＮにおけるｘは０＜ｘ＜０．６５を満たし、前記第２単位層はｈｃｐ型結晶構造を有し、前記Ｔｉ1-yＡｌyＮにおけるｙは０．６５≦ｙ＜１を満たす被覆層を有する被覆工具が記載され、該被覆工具は硬度と耐酸化性に優れるとされている。
本発明は、前記事情や前記提案を鑑みてなされたもので、優れた耐摩耗性、耐熱亀裂性を有する表面被覆切削工具を得ることを目的とする。
本発明の実施形態に係る表面被覆切削工具は、
基体と該基体の表面に被覆層を有し、
（ａ）前記被覆層は、前記基体に接する下地層、該下地層に接する下部層、および、該下部層に接する上部層を有し、
（ｂ）前記下地層は、その平均厚さが０．０５～２．００μｍであって、Ｔｉの窒化物または炭窒化物を含み、
（ｃ）前記下部層は、その平均厚さが０．５～１３．５μｍであって、
（ＡｌＸＢＴｉ１－ＸＢ）（ＣＹＢＮ１－ＹＢ）である複合窒化物Ｂまたは複合炭窒化物Ｂ’を含み、前記ＸＢの平均値であるＸＢＡＶＧ、前記ＹＢの平均値であるＹＢＡＶＧが、それぞれ、０．５０≦ＸＢＡＶＧ≦０．７５、０．００≦ＹＢＡＶＧ≦０．０５であり、
（ｄ）前記複合窒化物Ｂまたは複合炭窒化物Ｂ’は、前記被覆層の厚さ方向の断面において、８０面積％以上のＮａＣｌ型面心立方構造の結晶粒Ｂを有し、
（ｅ）前記結晶粒Ｂは前記厚さ方向に、前記ＸＢの増減を繰り返す結晶粒を含み、前記ＸＢの隣接する極大値と極小値の差の平均値ΔＸＢが、０．０１～０．０５であって、前記厚さ方向における繰返し変化の間隔が１～１２ｎｍであり、
（ｆ）前記上部層は、その平均厚さが０．５～９．４μｍであって、
（ＡｌＸＣＴｉ１－ＸＣ）（ＣＹＣＮ１－ＹＣ）である複合窒化物Ｃまたは複合炭窒化物Ｃ’を含み、前記ＸＣの平均値であるＸＣＡＶＧ、前記ＹＣの平均値であるＹＣＡＶＧが、それぞれ、０．５０≦ＸＣＡＶＧ≦０．７５、０．００≦ＹＣＡＶＧ≦０．０５であり、
（ｇ）前記複合窒化物Ｃまたは複合炭窒化物Ｃ’は、前記厚さ方向の断面において、８０面積％以上のＮａＣｌ型面心立方構造の結晶粒Ｃを有し、
（ｈ）前記結晶粒Ｃは前記厚さ方向に、前記ＸＣの増減を繰り返す結晶粒を含み、前記ＸＣの隣接する極大値と極小値の差の平均値ΔＸＣが、０．１０～０．５０であって、前記厚さ方向における繰返し変化の間隔が２０～１００ｎｍであり、
（ｉ）前記下部層および前記上部層は、０．００≦ＸＢＡＶＧ－ＸＣＡＶＧ≦０．１０を満たす。
基体と該基体の表面に被覆層を有し、
（ａ）前記被覆層は、前記基体に接する下地層、該下地層に接する下部層、および、該下部層に接する上部層を有し、
（ｂ）前記下地層は、その平均厚さが０．０５～２．００μｍであって、Ｔｉの窒化物または炭窒化物を含み、
（ｃ）前記下部層は、その平均厚さが０．５～１３．５μｍであって、
（ＡｌＸＢＴｉ１－ＸＢ）（ＣＹＢＮ１－ＹＢ）である複合窒化物Ｂまたは複合炭窒化物Ｂ’を含み、前記ＸＢの平均値であるＸＢＡＶＧ、前記ＹＢの平均値であるＹＢＡＶＧが、それぞれ、０．５０≦ＸＢＡＶＧ≦０．７５、０．００≦ＹＢＡＶＧ≦０．０５であり、
（ｄ）前記複合窒化物Ｂまたは複合炭窒化物Ｂ’は、前記被覆層の厚さ方向の断面において、８０面積％以上のＮａＣｌ型面心立方構造の結晶粒Ｂを有し、
（ｅ）前記結晶粒Ｂは前記厚さ方向に、前記ＸＢの増減を繰り返す結晶粒を含み、前記ＸＢの隣接する極大値と極小値の差の平均値ΔＸＢが、０．０１～０．０５であって、前記厚さ方向における繰返し変化の間隔が１～１２ｎｍであり、
（ｆ）前記上部層は、その平均厚さが０．５～９．４μｍであって、
（ＡｌＸＣＴｉ１－ＸＣ）（ＣＹＣＮ１－ＹＣ）である複合窒化物Ｃまたは複合炭窒化物Ｃ’を含み、前記ＸＣの平均値であるＸＣＡＶＧ、前記ＹＣの平均値であるＹＣＡＶＧが、それぞれ、０．５０≦ＸＣＡＶＧ≦０．７５、０．００≦ＹＣＡＶＧ≦０．０５であり、
（ｇ）前記複合窒化物Ｃまたは複合炭窒化物Ｃ’は、前記厚さ方向の断面において、８０面積％以上のＮａＣｌ型面心立方構造の結晶粒Ｃを有し、
（ｈ）前記結晶粒Ｃは前記厚さ方向に、前記ＸＣの増減を繰り返す結晶粒を含み、前記ＸＣの隣接する極大値と極小値の差の平均値ΔＸＣが、０．１０～０．５０であって、前記厚さ方向における繰返し変化の間隔が２０～１００ｎｍであり、
（ｉ）前記下部層および前記上部層は、０．００≦ＸＢＡＶＧ－ＸＣＡＶＧ≦０．１０を満たす。
さらに、前記実施形態に係る表面被覆切削工具は、次の（１）～（３）の少なくとも１つを満足してもよい。
（１）前記下部層において、ρＢ＝［Ｃｌ］／（［Ｔｉ］＋［Ａｌ］＋［Ｃ］＋［Ｎ］＋［Ｃｌ］）（［Ｑ］は、元素Ｑの原子数を表す）が０．００１～０．０５０であり、
前記上部層において、ρＣ＝［Ｃｌ］／（［Ｔｉ］＋［Ａｌ］＋［Ｃ］＋［Ｎ］＋［Ｃｌ］）が０．００１～０．０１０であること。
（２）前記被覆層において、ＮａＣｌ型の面心立方晶構造の結晶粒の２００回折線の強度値Ｉ（２００）と同１１１回折線の強度値Ｉ（１１１）は、
１．０≦Ｉ（２００）／Ｉ（１１１）の関係を満たすこと。
（３）隣り合う２つの前記結晶粒Ｂの粒界からそれぞれの粒内に２５ｎｍ入り込んだ線ｌに囲まれた範囲を領域α、該線ｌと粒界に囲まれた範囲を領域βと定義したとき、
０．２０≦ｘβ≦ｘα－０．１０（ただし、ｘαは領域αにおける前記ＸＢの平均値であり、ｘβは領域βにおける任意の位置の直径５０ｎｍの領域における前記ＸＢの平均値）を満足する箇所が領域β内に５～２０面積％で存在すること。
前記上部層において、ρＣ＝［Ｃｌ］／（［Ｔｉ］＋［Ａｌ］＋［Ｃ］＋［Ｎ］＋［Ｃｌ］）が０．００１～０．０１０であること。
（２）前記被覆層において、ＮａＣｌ型の面心立方晶構造の結晶粒の２００回折線の強度値Ｉ（２００）と同１１１回折線の強度値Ｉ（１１１）は、
１．０≦Ｉ（２００）／Ｉ（１１１）の関係を満たすこと。
（３）隣り合う２つの前記結晶粒Ｂの粒界からそれぞれの粒内に２５ｎｍ入り込んだ線ｌに囲まれた範囲を領域α、該線ｌと粒界に囲まれた範囲を領域βと定義したとき、
０．２０≦ｘβ≦ｘα－０．１０（ただし、ｘαは領域αにおける前記ＸＢの平均値であり、ｘβは領域βにおける任意の位置の直径５０ｎｍの領域における前記ＸＢの平均値）を満足する箇所が領域β内に５～２０面積％で存在すること。
前記実施形態に係る表面被覆切削工具は、優れた耐摩耗性、耐熱亀裂性を有する。
本発明者は、被覆層にＡｌとＴｉとの複合炭化物、複合窒化物（以下、（ＡｌＴｉ）ＣＮと表すことがある）を有する被覆工具において、より優れた耐摩耗性、耐熱亀裂性を有するための方策について鋭意検討した。
その結果、被覆工具の表面側に耐摩耗性に優れた組成の（ＡｌＴｉ）ＣＮ層を所定の平均厚さで設け、その下方（基体側）に耐熱亀裂性を有する組成の（ＡｌＴｉ）ＣＮ層を所定の平均厚さで設け、かつ、両（ＡｌＴｉ）ＣＮ層はＡｌ含有量の所定の繰り返し変化を有することにより、被覆工具が優れた耐摩耗性、耐熱亀裂性を発揮するとの知見を得た。
その結果、被覆工具の表面側に耐摩耗性に優れた組成の（ＡｌＴｉ）ＣＮ層を所定の平均厚さで設け、その下方（基体側）に耐熱亀裂性を有する組成の（ＡｌＴｉ）ＣＮ層を所定の平均厚さで設け、かつ、両（ＡｌＴｉ）ＣＮ層はＡｌ含有量の所定の繰り返し変化を有することにより、被覆工具が優れた耐摩耗性、耐熱亀裂性を発揮するとの知見を得た。
以下では、本発明の実施形態の被覆工具について詳細に説明する。
なお、本明細書および特許請求の範囲において、数値範囲を「Ｌ～Ｍ」（Ｌ、Ｍは共に数値）で表現するときは、「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）を含んでおり、上限値のみに単位が記載されているときは、下限値の単位も同じである。
なお、本明細書および特許請求の範囲において、数値範囲を「Ｌ～Ｍ」（Ｌ、Ｍは共に数値）で表現するときは、「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）を含んでおり、上限値のみに単位が記載されているときは、下限値の単位も同じである。
図１に、本発明の一実施形態に係る被覆工具の縦断面図（基体の表面の微小な凹凸を無視して基体の表面を水平面と扱いこの面に垂直方向の断面）を模式的に示す。この図１から明らかなように、この実施形態に係る被覆工具は、基体（１）の表面に下地層（２）が接し、該下地層（２）の工具表面側で該下地層（２）と接する下部層（３）と、さらに該下部層（３）の工具表面側で該下部層（３）と接する上部層（４）を有している。そして、下地層（２）、下部層（３）および上部層（４）は被覆層（５）を構成する。また、後述するように、最外層（６）を選択的に設けてもよい。
以下、順に各層を説明する。
以下、順に各層を説明する。
１．下地層
基体表面に接する下地層は、Ｔｉの窒化物もしくは炭窒化物からなり、基材と下部層との密着性を与える層（密着層）として働くものである。
基体表面に接する下地層は、Ｔｉの窒化物もしくは炭窒化物からなり、基材と下部層との密着性を与える層（密着層）として働くものである。
（１）平均組成
下地層の組成は、Ｔｉの窒化物もしくは炭窒化物であれば、特段の制約はない（化学量論的組成に限定されない）。例えば、組成式ＴｉＣＺＮ１－Ｚ（０≦Ｚ≦０．５）であってよい。ここで、Ｚが、０．５より多く含まれると下地層の硬度が過度に上昇し、下地層が基材界面から剥離しやすくなることがある。
下地層の組成は、Ｔｉの窒化物もしくは炭窒化物であれば、特段の制約はない（化学量論的組成に限定されない）。例えば、組成式ＴｉＣＺＮ１－Ｚ（０≦Ｚ≦０．５）であってよい。ここで、Ｚが、０．５より多く含まれると下地層の硬度が過度に上昇し、下地層が基材界面から剥離しやすくなることがある。
また、Ｔｉと（ＣＺＮ１－Ｚ）との比は特に限定されるものではないが、１：０．８～１：１．２が好ましい。その理由は、この範囲内であれば、確実に本発明の目的が達成できるためである。
（２）平均厚さ
下地層の平均厚さは、０．０５～２．００μｍであることが好ましい。その理由は、０．０５μｍより薄いと密着層としての働きが不十分であり、一方、２．００μｍ以上であると被覆層に占める密着層の厚さが過多となり、十分な耐摩耗性能が得られないためである。下地層の平均厚さは０．１０～１．５０μｍであることがより好ましい。
下地層の平均厚さは、０．０５～２．００μｍであることが好ましい。その理由は、０．０５μｍより薄いと密着層としての働きが不十分であり、一方、２．００μｍ以上であると被覆層に占める密着層の厚さが過多となり、十分な耐摩耗性能が得られないためである。下地層の平均厚さは０．１０～１．５０μｍであることがより好ましい。
２．下部層
下地層の表面に接し工具表面側に設ける下部層は、（ＡｌＴｉ）ＣＮ層であって、基材方向へ進展する熱亀裂の進展抑制層として働くものである。
下地層の表面に接し工具表面側に設ける下部層は、（ＡｌＴｉ）ＣＮ層であって、基材方向へ進展する熱亀裂の進展抑制層として働くものである。
（１）平均組成
下部層は、（ＡｌＸＢＴｉ１－ＸＢ）（ＣＹＢＮ１－ＹＢ）において、ＸＢの平均含有量であるＸＢＡＶＧ、ＹＢの平均含有量であるＹＢＡＶＧが０．５０≦ＸＢＡＶＧ≦０．７５、０．００≦ＹＢＡＶＧ≦０．０５であることが好ましい。
下部層は、（ＡｌＸＢＴｉ１－ＸＢ）（ＣＹＢＮ１－ＹＢ）において、ＸＢの平均含有量であるＸＢＡＶＧ、ＹＢの平均含有量であるＹＢＡＶＧが０．５０≦ＸＢＡＶＧ≦０．７５、０．００≦ＹＢＡＶＧ≦０．０５であることが好ましい。
その理由は、ＸＢＡＶＧが０．５０未満であると、（ＡｌＴｉ）ＣＮ皮膜が本来持つ、高い耐酸化特性が十分に得られず、一方、ＸＢＡＶＧが０．７５を上回ると隣接する上部層との良好な密着性が得られにくくなり、上部層が剥離しやすくなって耐久性が劣るためである。ＸＢＡＶＧの値は、０．６５≦ＸＢＡＶＧ≦０．７５であることがより好ましい。
（ＡｌＴｉ）ＣＮにおけるＣ成分には、硬さを向上させる作用があるため、含有してもよい。しかし、ＹＢＡＶＧが０．０５を超えると、下部層の高温強度が低下するため、０．００≦ＹＢＡＶＧ＜０．０５とすることが好ましい。
（ＡｌＴｉ）ＣＮにおけるＣ成分には、硬さを向上させる作用があるため、含有してもよい。しかし、ＹＢＡＶＧが０．０５を超えると、下部層の高温強度が低下するため、０．００≦ＹＢＡＶＧ＜０．０５とすることが好ましい。
また、（ＡｌＸＢＴｉ１－ＸＢ）と（ＣＹＢＮ１－ＹＢ）との比は特に限定されるものではないが、１：０．８～１：１．２が好ましい。その理由は、この範囲内であれば、確実に本発明の目的が達成できるためである。
このことは、上部層の（ＡｌＸＣＴｉ１－ＸＣ）と（ＣＹＣＮ１－ＹＣ）においても同じである。
このことは、上部層の（ＡｌＸＣＴｉ１－ＸＣ）と（ＣＹＣＮ１－ＹＣ）においても同じである。
（２）ＮａＣｌ型面心立方構造の結晶粒
下部層では、ＮａＣｌ型面心立方構造を有する結晶粒の割合が８０面積％以上であることが好ましい。その理由は、８０面積％未満であること、下部層中に（ＡｌＴｉ）ＣＮの本来の安定相であり軟質なウルツ鉱型の六方晶構造の割合が増加し、被覆工具の十分な耐久性を得られないためである。ＮａＣｌ型面心立方構造を有する結晶粒の割合は９０面積％以上であることがより好ましい。１００面積％であってもよい。
下部層では、ＮａＣｌ型面心立方構造を有する結晶粒の割合が８０面積％以上であることが好ましい。その理由は、８０面積％未満であること、下部層中に（ＡｌＴｉ）ＣＮの本来の安定相であり軟質なウルツ鉱型の六方晶構造の割合が増加し、被覆工具の十分な耐久性を得られないためである。ＮａＣｌ型面心立方構造を有する結晶粒の割合は９０面積％以上であることがより好ましい。１００面積％であってもよい。
（３）平均厚さ
下部層の平均厚さは、０．５～１３．５μｍであることが好ましい。その理由は、０．５μｍ未満であると前述の熱亀裂進展の抑制が十分に得られず、一方、１３．５μｍを超えると下部層の結晶粒子が粗大化し、耐摩耗性は得られるものの、加工衝撃による結晶粒の脱落を伴う損傷が生じやすく、被覆工具の異常損傷につながるためである。下部層の平均厚さは、２．０～７．０μｍであることがより好ましい。
下部層の平均厚さは、０．５～１３．５μｍであることが好ましい。その理由は、０．５μｍ未満であると前述の熱亀裂進展の抑制が十分に得られず、一方、１３．５μｍを超えると下部層の結晶粒子が粗大化し、耐摩耗性は得られるものの、加工衝撃による結晶粒の脱落を伴う損傷が生じやすく、被覆工具の異常損傷につながるためである。下部層の平均厚さは、２．０～７．０μｍであることがより好ましい。
（４）ＸＢの増減の繰返し変化
下部層では、被覆層の厚さ方向に、ＸＢの増減を繰り返す結晶粒の割合が６０面積％以上であることが好ましい。その理由は、６０面積％未満であると、前述の熱亀裂進展の抑制が十分に得られないためである。ＸＢの増減を繰り返す結晶粒の割合は１００面積％であってもよい。
下部層では、被覆層の厚さ方向に、ＸＢの増減を繰り返す結晶粒の割合が６０面積％以上であることが好ましい。その理由は、６０面積％未満であると、前述の熱亀裂進展の抑制が十分に得られないためである。ＸＢの増減を繰り返す結晶粒の割合は１００面積％であってもよい。
ＸＢの増減の繰返し変化において、隣接する極大値と極小値との差の平均値ΔＸＢが０．０１～０．０５であることが好ましい。ΔＸＢをこの範囲とする理由は、０．０１未満であるとクラック進展の抑制が十分ではなく耐チッピング性が低下し、一方、０．０５を超えると、高いＡｌ含有量の領域と低いＡｌ含有量の領域の境界に生じる格子歪みが大きくなって、切削時の破壊起点となってチッピング等の異常損傷を生じるためである。ΔＸＢは０．０１～０．０３であることがより好ましい。
また、隣接する極大値と極小値との間隔の平均値、すなわち、被覆層の厚さ方向における平均間隔が１～１２ｎｍであることが好ましい。平均間隔をこの範囲とする理由は、平均間隔が１ｎｍ未満であると、高いＡｌ含有量の領域と低いＡｌ含有量の領域の境界の数が増え、局所的な密着強度の低下や塑性変形が生じやすくなって耐チッピング性、硬さが低下し、一方、１２ｎｍを超えると、切削時のクラック進展抑制のための下部層の緩衝作用が十分でないためである。平均間隔は１～５ｎｍであることがより好ましい。
図２は、ＸＢの増減の繰返し変化（Ａｌ含有量の繰返し変化）の一例の一部を模式的に示す図である。図２では、極大値、極小値のそれぞれが同じ値であり、隣接する極大値と極小値の間隔も同じであるが、ＸＢの増減の繰返し変化とは、ＸＢが極大値と極小値を交互にとるように変化すればよく、極大値および極小値が、それぞれ、同じ値であっても同じ値でなくてもよく、隣接する極大値と極小値の間隔も同じであっても、異なっていてもよい。
ここで、ＸＢの増減の繰返し変化を有する下部層における極大値を与える位置とこれに隣接する極小値を与える位置の平均間隔は、ＮａＣｌ型面心立方構造を有する結晶粒のそれぞれに対して、下部層の厚さ方向にＡｌの含有量を測定しＸＢの繰返し変化とは考えられないノイズをローパスフィルタ等の公知の手段による除去を行ってグラフ化することにより求められる。
すなわち、図２に示すように、ＸＢの増減の繰返し変化を示す曲線に対して、この曲線を横切る直線ｍを引く（図２では直線ｍは極大値、極小値をそれぞれ２つ横切る長さを示しているが、直線ｍの長さはこれに限らず、極大値および極小値の平均値、並びに平均間隔が精度よく求められる長さとする）。この直線ｍは、前記曲線に囲まれた領域の面積が直線ｍの上側と下側とで等しくなるように引いたものである（ｍ＝ＸＢＡＶＧである）。そして、この直線ｍがＡｌ含有量の繰返し変化を示す曲線を横切る領域毎に、ＸＢの極大値または極小値を求め、両者の間隔を測定し、複数箇所におけるこの測定値を平均することによって、下部層におけるＮａＣｌ型面心立方構造を有する結晶粒のそれぞれに対して、ＸＢの増減の繰返し変化の平均間隔を求める。また、Ａｌ含有割合ＸＢの増減の繰り返しにおける隣接する極大値と極小値との差の平均値を求め、ΔＸＢとして算出する。
（５）Ｃｌ含有量
下部層において、ρＢ＝［Ｃｌ］／（［Ｔｉ］＋［Ａｌ］＋［Ｃ］＋［Ｎ］＋［Ｃｌ］）（［Ｑ］は、元素Ｑの原子数を表す）が０．００１～０．０５０であることがより好ましい。
ρＢをこの範囲とする理由は、０．００１未満では被覆層の潤滑性が十分でないことがあり、一方、０．０５０を超えると下部層の靭性がそこなわれて耐チッピング性が低下することがあるためである。
下部層において、ρＢ＝［Ｃｌ］／（［Ｔｉ］＋［Ａｌ］＋［Ｃ］＋［Ｎ］＋［Ｃｌ］）（［Ｑ］は、元素Ｑの原子数を表す）が０．００１～０．０５０であることがより好ましい。
ρＢをこの範囲とする理由は、０．００１未満では被覆層の潤滑性が十分でないことがあり、一方、０．０５０を超えると下部層の靭性がそこなわれて耐チッピング性が低下することがあるためである。
（６）ＸＢの粒界近傍とそれ以外の関係
図３に示すように、下部層において、隣接するＮａＣｌ型面心立方構造の結晶粒について、両者の結晶粒界からそれぞれの結晶粒内に２５ｎｍ離れた線ｌ（１０）に囲まれた範囲を領域α（８）、該線ｌ（１０）と粒界に囲まれた範囲を領域β（９）とするとき、
０．２０≦ＸＢβ≦ＸＢα－０．１０を満足する箇所が領域β内に５～２０面積％含まれることがより一層好ましい。
ここで、ＸＢαは、領域αにおけるＸＢの平均値であり、ＸＢβは領域Ｂにおける任意の位置の直径５０ｎｍの領域におけるＸＢの平均値である。
図３に示すように、下部層において、隣接するＮａＣｌ型面心立方構造の結晶粒について、両者の結晶粒界からそれぞれの結晶粒内に２５ｎｍ離れた線ｌ（１０）に囲まれた範囲を領域α（８）、該線ｌ（１０）と粒界に囲まれた範囲を領域β（９）とするとき、
０．２０≦ＸＢβ≦ＸＢα－０．１０を満足する箇所が領域β内に５～２０面積％含まれることがより一層好ましい。
ここで、ＸＢαは、領域αにおけるＸＢの平均値であり、ＸＢβは領域Ｂにおける任意の位置の直径５０ｎｍの領域におけるＸＢの平均値である。
その理由は、以下のとおりである。
前記関係式については、ＸＢβ＞ＸＢα－０．１０であると、転位の移動が抑制されてＴｉＡｌＣＮ層の硬さの向上が十分でないことがあり、粒界近傍の格子定数が上がって（ＴｉＡｌ）ＣＮ層に圧縮応力が付与されることによる耐チッピング性向上の効果も小さいことがある。一方、ＸＢβが０．２０未満であると、（ＴｉＡｌ）ＣＮ層の耐高温酸化性が劣るため耐チッピング性が低下することがある。したがって、０．２０≦ＸＢβ≦ＸＢα－０．１０が成り立つことがより一層好ましい。
前記関係式については、ＸＢβ＞ＸＢα－０．１０であると、転位の移動が抑制されてＴｉＡｌＣＮ層の硬さの向上が十分でないことがあり、粒界近傍の格子定数が上がって（ＴｉＡｌ）ＣＮ層に圧縮応力が付与されることによる耐チッピング性向上の効果も小さいことがある。一方、ＸＢβが０．２０未満であると、（ＴｉＡｌ）ＣＮ層の耐高温酸化性が劣るため耐チッピング性が低下することがある。したがって、０．２０≦ＸＢβ≦ＸＢα－０．１０が成り立つことがより一層好ましい。
領域αと領域βの組成に関する前記関係式を満足する箇所が領域βに占める面積割合については、領域β内に存在する割合が５面積％未満であると、（ＴｉＡｌ）ＣＮ層の硬さ向上効果と耐チッピング性向上が十分でないことがあり、２０面積％を超えると、（ＴｉＡｌ）ＣＮ層の耐高温酸化性が劣るため耐チッピング性が低下することがある。したがって、この面積割合は５～２０面積％であることがより好ましいとしたが、より一層好ましくは１０～２０面積％である。
ここで、領域αと領域βの組成の測定方法について説明する。
まず、次のようにして、（ＴｉＡｌ）ＣＮ層を構成する結晶粒の結晶粒界を求め、結晶粒を特定する。すなわち、透過型電子顕微鏡（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＴＥＭ）に付属する結晶方位解析装置を用いて、研磨された縦断面において、表面研磨面の法線方向に対して、例えば、０．５～１．０度に傾けた電子線をＰｒｅｃｅｓｓｉｏｎ（歳差運動）照射しながら、電子線を任意のビーム径および間隔でスキャンし、連続的に電子回折パターンを取り込み、個々の測定点の結晶方位を解析する。観察視野としては、基体表面に平行な方向に幅５０μｍ、縦は被覆層の厚さ（平均厚さ）分が例示できる。
まず、次のようにして、（ＴｉＡｌ）ＣＮ層を構成する結晶粒の結晶粒界を求め、結晶粒を特定する。すなわち、透過型電子顕微鏡（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＴＥＭ）に付属する結晶方位解析装置を用いて、研磨された縦断面において、表面研磨面の法線方向に対して、例えば、０．５～１．０度に傾けた電子線をＰｒｅｃｅｓｓｉｏｎ（歳差運動）照射しながら、電子線を任意のビーム径および間隔でスキャンし、連続的に電子回折パターンを取り込み、個々の測定点の結晶方位を解析する。観察視野としては、基体表面に平行な方向に幅５０μｍ、縦は被覆層の厚さ（平均厚さ）分が例示できる。
なお、本測定に用いた電子線回折パターンの取得条件は、例えば、加速電圧２００ｋＶ、カメラ長２０ｃｍ、ビームサイズ２．４ｎｍで、測定ステップは５．０ｎｍである。この時、測定した結晶方位は測定面上を離散的に調べたものであり、隣接測定点間の中間までの領域をその測定結果で代表させることにより、測定面全体の方位分布として求めるものである。なお、これら測定点で代表させた領域（以下、ピクセルということがある）として、正六角形状のものを例示できる。このピクセルのうち隣接するもの同士の間で５度以上の結晶方位の角度差がある場合、または隣接するピクセルの片方のみがＮａＣｌ型の面心立方構造を示す場合は、これらピクセルの接する前記領域の辺を粒界とする。そして、この粒界とされた辺により囲まれた部分を１つの結晶粒と定義する。ただし、隣接するピクセル全てと５度以上の方位差がある、あるいは、隣接するＮａＣｌ型の面心立方構造を有する測定点がないような、単独に存在するピクセルは結晶粒とせず、２ピクセル以上が連結しているものを結晶粒として取り扱う。このようにして、粒界判定を行い、結晶粒を特定する。
次に、前述の手順により特定された少なくとも１０個のＮａＣｌ型の面心立方構造を有する結晶粒を含む観察視野を定義する。結晶粒を特定するに当たって判定した粒界をもとにして、隣接するＮａＣｌ型面心立方構造の結晶粒について、両者の結晶粒界からそれぞれの結晶粒内に２５ｎｍ離れた線ｌ（１０）をソフトウェア使って描き、領域αと領域βを画定する。そして、ＴＥＭを用いたエネルギー分散型Ｘ線分光法（Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ－ｒａｙ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ：ＥＤＳ）（例えば、ビーム径１ｎｍ）を用いて、面分析を行う。領域αについては、観察視野内のすべての領域αにおけるＸＢαを算出する。そして、領域βについて、観察視野内のすべての領域βを５０ｎｍ間隔に分割し、分割した各範囲に対して面分析（直径５０ｎｍの円形）を行い、０．２０≦ＸＢβ≦ＸＢα－０．１０を満足する箇所が領域βに占める面積割合を求める。
３．上部層
上部層は、（ＡｌＴｉ）ＣＮ層であって、切削加工中の耐摩耗層を向上させ、被削材に起因する溶着物の付着を抑制する層として働くものである。
上部層は、（ＡｌＴｉ）ＣＮ層であって、切削加工中の耐摩耗層を向上させ、被削材に起因する溶着物の付着を抑制する層として働くものである。
（１）平均組成
上部層は、（ＡｌＸＣＴｉ１－ＸＣ）（ＣＹＣＮ１－ＹＣ）において、ＸＣの平均含有量であるＸＣＡＶＧ、ＹＣの平均含有量であるＹＣＡＶＧが０．５０≦ＸＣＡＶＧ≦０．７５、０．００≦ＹＣＡＶＧ≦０．０５であることが好ましい。
上部層は、（ＡｌＸＣＴｉ１－ＸＣ）（ＣＹＣＮ１－ＹＣ）において、ＸＣの平均含有量であるＸＣＡＶＧ、ＹＣの平均含有量であるＹＣＡＶＧが０．５０≦ＸＣＡＶＧ≦０．７５、０．００≦ＹＣＡＶＧ≦０．０５であることが好ましい。
その理由は、ＸＣＡＶＧが０．５０未満であると、（ＡｌＴｉ）ＣＮが有する高い耐酸化特性が十分に得られず、一方、ＸＣＡＶＧが０．７５を上回ると、所望の耐摩耗性や所望の溶着抑制が得られないためである。ＸＣＡＶＧは、０．６５≦ＸＣＡＶＧ≦０．７５であることがより好ましい。（ＡｌＴｉ）ＣＮにおけるＣ成分には、硬さを向上させる作用があるため含有してもよい。しかし、ＹＣＡＶＧが０．０５を超えると、高温強度が低下するためＹＣＡＶＧは０．０５未満であることが好ましい。
（２）ＮａＣｌ型面心立方構造の結晶粒
上部層では、ＮａＣｌ型面心立方構造を有する結晶粒の割合が８０面積％以上であることが好ましい。その理由は、８０面積％未満であると、上部層中に（ＡｌＴｉ）ＣＮの本来の安定相であり軟質なウルツ鉱型の六方晶構造の割合が増加し、十分な被覆工具の耐久性を得られないためである。ＮａＣｌ型面心立方構造を有する結晶粒の割合は９０面積％以上であることがより好ましい。１００面積％であってもよい。
上部層では、ＮａＣｌ型面心立方構造を有する結晶粒の割合が８０面積％以上であることが好ましい。その理由は、８０面積％未満であると、上部層中に（ＡｌＴｉ）ＣＮの本来の安定相であり軟質なウルツ鉱型の六方晶構造の割合が増加し、十分な被覆工具の耐久性を得られないためである。ＮａＣｌ型面心立方構造を有する結晶粒の割合は９０面積％以上であることがより好ましい。１００面積％であってもよい。
（３）平均厚さ
上部層の平均厚さは、０．５～９．４μｍであることが好ましい。その理由は、０．５μm未満であると、十分な耐摩耗性や溶着抑制が得られず、一方、９．４μｍを超えると、切削加工中の基材方向へ進展する熱亀裂を起点とした上部層中での損傷が大きくなり、工具の異常損傷の原因となり得るためである。上部層の平均厚さは、２．０～５．０μｍであることがより好ましい。
上部層の平均厚さは、０．５～９．４μｍであることが好ましい。その理由は、０．５μm未満であると、十分な耐摩耗性や溶着抑制が得られず、一方、９．４μｍを超えると、切削加工中の基材方向へ進展する熱亀裂を起点とした上部層中での損傷が大きくなり、工具の異常損傷の原因となり得るためである。上部層の平均厚さは、２．０～５．０μｍであることがより好ましい。
（４）ＸＣの増減の繰返し変化
上部層では、被覆層の厚さ方向に、ＸＣの増減を繰り返す結晶粒の割合が６０面積％以上であることが好ましい。その理由は、６０面積％未満であると、十分な耐摩耗性が得られないためである。ＸＣの増減を繰り返す結晶粒の割合は１００面積％であってもよい。
上部層では、被覆層の厚さ方向に、ＸＣの増減を繰り返す結晶粒の割合が６０面積％以上であることが好ましい。その理由は、６０面積％未満であると、十分な耐摩耗性が得られないためである。ＸＣの増減を繰り返す結晶粒の割合は１００面積％であってもよい。
ＸＣの増減の繰返し変化において、隣接する極大値と極小値との差の平均値ΔＸＣが０．１０～０．５０であることが好ましい。ΔＸＣをこの範囲とする理由は、０．１０未満であると、下部層にＸＢの増減の繰返し変化が存在しても、上部層でのクラック進展の抑制が十分ではなく耐チッピング性が低下し、一方、０．５０を超えると、上部層の高いＡｌ含有量の領域と低いＡｌ含有量の領域の境界に生じる格子歪みが大きくなって、結晶欠陥が増えて上部層の硬さが低下するためである。ΔＸＣは０．３０～０．５０であることがより好ましい。
また、隣接する極大値と極小値を与える間隔の平均値、すなわち、被覆層の厚さ方向における平均間隔が２０～１００ｎｍであることが好ましい。平均間隔をこの範囲とする理由は、平均間隔が２０ｎｍ未満であると、下部層にＸＢの増減の繰返し変化が存在しても、被覆層の靭性が十分に向上せず、一方、１００ｎｍを超えると、上部層が切削時のクラック進展を十分に抑制できず耐チッピング性、太白理性が低下するためである。平均間隔は６０～１００ｎｍであることがより好ましい。
ＸＣの増減の繰返し変化における隣接する極大値と極小値との差の平均値ΔＸＣ、および、ＸＣの増減の繰返し変化の平均間隔の定義、測定方法は、ＸＢの増減の繰返し変化と同じである。
（５）Ｃｌ含有量
上部層において、ρＣ＝［Ｃｌ］／（［Ｔｉ］＋［Ａｌ］＋［Ｃ］＋［Ｎ］＋［Ｃｌ］）（［Ｑ］は、元素Ｑの原子数を表す）が０．００１～０．０１０であることがより好ましい。
ρＣをこの範囲とする理由は、０．００１未満では被覆層の潤滑性が十分でないことがあり、一方、０．０１０を超えると上部層の靭性がそこなわれて耐チッピング性が低下することがあるためである。
上部層において、ρＣ＝［Ｃｌ］／（［Ｔｉ］＋［Ａｌ］＋［Ｃ］＋［Ｎ］＋［Ｃｌ］）（［Ｑ］は、元素Ｑの原子数を表す）が０．００１～０．０１０であることがより好ましい。
ρＣをこの範囲とする理由は、０．００１未満では被覆層の潤滑性が十分でないことがあり、一方、０．０１０を超えると上部層の靭性がそこなわれて耐チッピング性が低下することがあるためである。
４．ＸＢＡＶＧとＸＣＡＶＧの関係式（０．００≦ＸＢＡＶＧ－ＸＣＡＶＧ≦０．１０）
前記上部層および下部層は、０．００≦ＸＢＡＶＧ－ＸＣＡＶＧ≦０．１０を満たすことが好ましい。ＸＢＡＶＧ－ＸＣＡＶＧ＞０．１であると、Ａｌの平均含有量の差が大きくなって、下部層と上部層の連続的な結晶成長が阻害されるためである。０．００≦ＸＢａｖｇ－ＸＣａｖｇ≦０．０５であることがより好ましい。
前記上部層および下部層は、０．００≦ＸＢＡＶＧ－ＸＣＡＶＧ≦０．１０を満たすことが好ましい。ＸＢＡＶＧ－ＸＣＡＶＧ＞０．１であると、Ａｌの平均含有量の差が大きくなって、下部層と上部層の連続的な結晶成長が阻害されるためである。０．００≦ＸＢａｖｇ－ＸＣａｖｇ≦０．０５であることがより好ましい。
５．Ｉ（２００）／Ｉ（１１１）の値
下部層および上部層において、ＮａＣｌ型の面心立方晶構造の結晶粒の２００回折線の強度値Ｉ（２００）と同１１１回折線の強度値Ｉ（１１１）は、１．０≦Ｉ（２００）／Ｉ（１１１）の関係を満たすことがより好ましい。
下部層および上部層において、ＮａＣｌ型の面心立方晶構造の結晶粒の２００回折線の強度値Ｉ（２００）と同１１１回折線の強度値Ｉ（１１１）は、１．０≦Ｉ（２００）／Ｉ（１１１）の関係を満たすことがより好ましい。
前述の目的を達成するためには、あたかも下部層と上部層との界面において、下部層の結晶粒の先端に上部層の結晶粒がはめ込まれるように上部層が連続的に成長することが好ましい。上部層は＜１１１＞優先方向に成長するため、上部層がこの連続的な成長を行っていることを確認するため、Ｉ（２００）／Ｉ（１１１）指標とした。
Ｉ（２００）／Ｉ（１１１）が１．０未満であると、この連続的な成長が十分になされておらず、下部層での熱亀裂進展の抑制が十分でないことがある。
Ｉ（２００）／Ｉ（１１１）が１．０未満であると、この連続的な成長が十分になされておらず、下部層での熱亀裂進展の抑制が十分でないことがある。
５．その他の層
（１）最外層
本実施形態では、Ｔｉの窒化物層、炭化物層、炭窒化物層（これらは化学量論的組成に限定されない）のうちの１層または２層以上のＴｉ化合物層からなり、０．１～４．００μｍの合計平均層厚を有する最外層を上部層に接して設けてもよい（最外層はなくてもよい）。この最外層を設けると、これらの層が有する明瞭な色によって、被覆工具がインサートの場合は切削使用後のコーナー識別（使用済み部位の識別）が容易となる。ここで、合計平均層厚が０．１μｍ未満であると、最外層を設けた目的が十分に達成されず、一方、４．０μｍを超えると、チッピングが発生しやすくなる。
（１）最外層
本実施形態では、Ｔｉの窒化物層、炭化物層、炭窒化物層（これらは化学量論的組成に限定されない）のうちの１層または２層以上のＴｉ化合物層からなり、０．１～４．００μｍの合計平均層厚を有する最外層を上部層に接して設けてもよい（最外層はなくてもよい）。この最外層を設けると、これらの層が有する明瞭な色によって、被覆工具がインサートの場合は切削使用後のコーナー識別（使用済み部位の識別）が容易となる。ここで、合計平均層厚が０．１μｍ未満であると、最外層を設けた目的が十分に達成されず、一方、４．０μｍを超えると、チッピングが発生しやすくなる。
（２）意図しない層
成膜ガスの切り換え時に、意図せずに、下地層であるＴｉＣＮ層、Ｔｉの炭化物、窒化物、炭酸化物および炭窒酸化物層、（ＡｌＴｉ）ＣＮ層、および、α－Ａｌ２Ｏ３層とは違う層がごくわずかであるが製造されることがある。
成膜ガスの切り換え時に、意図せずに、下地層であるＴｉＣＮ層、Ｔｉの炭化物、窒化物、炭酸化物および炭窒酸化物層、（ＡｌＴｉ）ＣＮ層、および、α－Ａｌ２Ｏ３層とは違う層がごくわずかであるが製造されることがある。
６．基体
（１）組成
本実施形態において、基体は、超硬合金（ＷＣ基超硬合金：ＷＣの他、Ｃｏを含み、さらに、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ等の炭窒化物を添加したものも含むもの等）、サーメット（ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ等を主成分とするもの等）、セラミックス（窒化珪素、サイアロン、酸化アルミニウムなど）、または、ｃＢＮ焼結体を用いることができるが、これらに限定されない。
（１）組成
本実施形態において、基体は、超硬合金（ＷＣ基超硬合金：ＷＣの他、Ｃｏを含み、さらに、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ等の炭窒化物を添加したものも含むもの等）、サーメット（ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ等を主成分とするもの等）、セラミックス（窒化珪素、サイアロン、酸化アルミニウムなど）、または、ｃＢＮ焼結体を用いることができるが、これらに限定されない。
（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。
７．組成の測定
下部層と上部層のＡｌの含有量ＸＢ、ＸＣおよびＣの含有量ＹＢ、ＹＣは、オージェ電子分光法（Ａｕｇｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ＡＥＳ）を用い、断面を研磨した試料において、電子線を縦断面に照射し、被覆層の厚さ方向に５本以上の線分析を行って得られたオージェ電子の解析結果を平均したものである。
下部層と上部層のＡｌの含有量ＸＢ、ＸＣおよびＣの含有量ＹＢ、ＹＣは、オージェ電子分光法（Ａｕｇｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ＡＥＳ）を用い、断面を研磨した試料において、電子線を縦断面に照射し、被覆層の厚さ方向に５本以上の線分析を行って得られたオージェ電子の解析結果を平均したものである。
８．ＮａＣｌ型面心立方構造の結晶粒の割合の測定
ＮａＣｌ型の面心立方晶構造を有する結晶粒の面積割合は、前述のとおり電子線後方散乱回折により、結晶粒界を画定した後、回折像に基づきＮａＣｌ型の面心立方晶構造を有する結晶粒個々の結晶構造を鑑別し、ＮａＣｌ型の面心立方晶構造を有する結晶粒が占める面積割合を層毎に求める。
ＮａＣｌ型の面心立方晶構造を有する結晶粒の面積割合は、前述のとおり電子線後方散乱回折により、結晶粒界を画定した後、回折像に基づきＮａＣｌ型の面心立方晶構造を有する結晶粒個々の結晶構造を鑑別し、ＮａＣｌ型の面心立方晶構造を有する結晶粒が占める面積割合を層毎に求める。
９．平均厚の測定
被覆層を構成する各層の平均厚さは、例えば、集束イオンビーム装置（ＦＩＢ：Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ ｓｙｓｔｅｍ）、クロスセクションポリッシャー装置（ＣＰ：Ｃｒｏｓｓ ｓｅｃｔｉｏｎ Ｐｏｌｉｓｈｅｒ）等を用いて、被覆層を任意の位置の縦断面の観察用の試料を作製し、その縦断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）またはＴＥＭ、走査型透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）、あるいはＳＥＭまたはＴＥＭ付帯のエネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ：Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ－ｒａｙ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）を用いて複数箇所（例えば、５箇所）で観察して、厚さを求めこれらを平均することにより得ることができる。
被覆層を構成する各層の平均厚さは、例えば、集束イオンビーム装置（ＦＩＢ：Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ ｓｙｓｔｅｍ）、クロスセクションポリッシャー装置（ＣＰ：Ｃｒｏｓｓ ｓｅｃｔｉｏｎ Ｐｏｌｉｓｈｅｒ）等を用いて、被覆層を任意の位置の縦断面の観察用の試料を作製し、その縦断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）またはＴＥＭ、走査型透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）、あるいはＳＥＭまたはＴＥＭ付帯のエネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ：Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ－ｒａｙ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）を用いて複数箇所（例えば、５箇所）で観察して、厚さを求めこれらを平均することにより得ることができる。
１０．Ｉ（１１１)とＩ（２００）の測定
下部層のみ、上部層のみのＸ線回折結果を得ることはできず、下地層、下部層、上部層（さらに選択的に設けられる最外層）のＸ線回折結果が一体となって（総括されて）示される。すなわち、被覆層のＸ線回折結果が示される。
下部層のみ、上部層のみのＸ線回折結果を得ることはできず、下地層、下部層、上部層（さらに選択的に設けられる最外層）のＸ線回折結果が一体となって（総括されて）示される。すなわち、被覆層のＸ線回折結果が示される。
Ｉ（２００）／Ｉ（１１１）の値の求め方は、以下のとおりである。例えば、Ｃｕ－Ｋα１線をＸ線源として測定範囲（２θ）：２０～１２０度、スキャンステップ：０．０１３度、１ステップ辺り測定時間：０．４８ｓｅｃ／ｓｔｅｐの条件にて、基体表面に対して平行な被覆層表面において、Ｘ線回折を行い、ＪＣＰＤＳ００－０３８－１４２０立方晶ＴｉＮとＪＣＰＤＳ００－０４６－１２００立方晶ＡｌＮ、各々に示される同一結晶面の回折角度の間（例えば、３６．６６～３８．５３°、４３．５９～４４．７７°、６１．８１～６５．１８°）に現れるＸ線回折ピークを確認する。そして、２００回折線、および、１１１回折線におけるＸ線回折ピーク強度の測定値を測定し、１１１回折線の強度Ｉ（１１１）に対する２００回折線の強度Ｉ（２００）の比であるＩ（２００）／Ｉ（１１１）を得る。
１１．製造方法
本実施形態の被覆工具の被覆層は、化学蒸着法によって、例えば、以下のような製造条件によって製造することができる。
本実施形態の被覆工具の被覆層は、化学蒸着法によって、例えば、以下のような製造条件によって製造することができる。
（１）下地層の製造
例えば、以下のような製造条件１）または２）を例示できる。
例えば、以下のような製造条件１）または２）を例示できる。
１）製造条件１
ＴｉＮ層の成膜
反応ガス組成（体積％）
ＴｉＣｌ４：３．０～６．０％、Ｎ２：２５．０～３５．０％、Ｈ２：残
反応雰囲気圧力：４．０～１２．０ｋＰａ
反応雰囲気温度：７８０～９００℃
ＴｉＮ層の成膜
反応ガス組成（体積％）
ＴｉＣｌ４：３．０～６．０％、Ｎ２：２５．０～３５．０％、Ｈ２：残
反応雰囲気圧力：４．０～１２．０ｋＰａ
反応雰囲気温度：７８０～９００℃
２）製造条件２
ＴｉＣＮ層の成膜
反応ガス組成（体積％）
ＴｉＣｌ４：３．０～６．０％、Ｎ２：１５．０～３０．０％
ＣＨ４またはＣＨ３ＣＮ：０．６～２．０％，Ｈ２：残
反応雰囲気圧力：５．０～１２．０ｋＰａ
反応雰囲気温度：７８０～９００℃
ＴｉＣＮ層の成膜
反応ガス組成（体積％）
ＴｉＣｌ４：３．０～６．０％、Ｎ２：１５．０～３０．０％
ＣＨ４またはＣＨ３ＣＮ：０．６～２．０％，Ｈ２：残
反応雰囲気圧力：５．０～１２．０ｋＰａ
反応雰囲気温度：７８０～９００℃
（２）下部層の製造
反応ガス組成（容量％）
ガス群Ｂ１：ＮＨ３：４．０～５．５％、Ｈ２：６５～７６％
ガス群Ｂ２：ＡｌＣｌ３：０．４５～０．９０％、ＴｉＣｌ４：０．２０～０．５５％、
Ｎ２：０．０～１２．０％、Ｃ２Ｈ４：０．０～０．５％、Ｈ２：残
反応雰囲気圧力：４．０～５．０ｋＰａ
反応雰囲気温度：７００～９００℃
ガス供給周期：１．０～５．０秒
１周期当たりのガス供給時間：０．１～０．２秒
ガス群Ｂ１の供給とガス群Ｂ２の供給の位相差：０．１～０．２秒
反応ガス組成（容量％）
ガス群Ｂ１：ＮＨ３：４．０～５．５％、Ｈ２：６５～７６％
ガス群Ｂ２：ＡｌＣｌ３：０．４５～０．９０％、ＴｉＣｌ４：０．２０～０．５５％、
Ｎ２：０．０～１２．０％、Ｃ２Ｈ４：０．０～０．５％、Ｈ２：残
反応雰囲気圧力：４．０～５．０ｋＰａ
反応雰囲気温度：７００～９００℃
ガス供給周期：１．０～５．０秒
１周期当たりのガス供給時間：０．１～０．２秒
ガス群Ｂ１の供給とガス群Ｂ２の供給の位相差：０．１～０．２秒
（３）上部層の製造
反応ガス組成（容量％）
ガス群Ｃ１：ＮＨ３：１．５～３．０％、Ｈ２：６５～７６％
ガス群Ｃ２：ＡｌＣｌ３：０．４５～０．７５％、ＴｉＣｌ４：０．２０～０．５５％、
Ｎ２：０．０～１２．０％、Ｃ２Ｈ４：０．０～０．５％、Ｈ２：残
反応雰囲気圧力：４．０～５．０ｋＰａ
反応雰囲気温度：７００～９００℃
ガス供給周期：６．０～１０．０秒
１周期当たりのガス供給時間：０．３～０．５秒
ガス群Ｃ１の供給とガス群Ｃ２の供給の位相差：０．１～０．３秒
反応ガス組成（容量％）
ガス群Ｃ１：ＮＨ３：１．５～３．０％、Ｈ２：６５～７６％
ガス群Ｃ２：ＡｌＣｌ３：０．４５～０．７５％、ＴｉＣｌ４：０．２０～０．５５％、
Ｎ２：０．０～１２．０％、Ｃ２Ｈ４：０．０～０．５％、Ｈ２：残
反応雰囲気圧力：４．０～５．０ｋＰａ
反応雰囲気温度：７００～９００℃
ガス供給周期：６．０～１０．０秒
１周期当たりのガス供給時間：０．３～０．５秒
ガス群Ｃ１の供給とガス群Ｃ２の供給の位相差：０．１～０．３秒
次に、実施例について説明する。
ここでは、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切削工具に適用したものについて述べるが、基体として、前記したものを用いた場合であっても同様であるし、ドリル、エンドミルに適用した場合も同様である。
ここでは、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切削工具に適用したものについて述べるが、基体として、前記したものを用いた場合であっても同様であるし、ドリル、エンドミルに適用した場合も同様である。
原料粉末として、ＷＣ粉末、ＴｉＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、Ｃｒ３Ｃ２粉末およびＣｏ粉末を用意し、これら原料粉末を、表１に示されるとおりに配合した。ワックスを加えてアセトン中で２４時間ボールミル混合し、減圧乾燥した後、９８ＭＰａの圧力で所定形状の圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を５Ｐａの真空中、１４２０℃に１時間保持の条件で真空焼結し、ＩＳＯ規格のＳＥＥＮ１２０３ＡＦＳＮ形状をもったＷＣ基超硬合金製の基体Ａ～Ｃをそれぞれ製造した。なお、各原料粉末には微量の不可避不純物が含まれていた。
次に、これら基体Ａ～Ｃの表面に、下地層、下部層、上部層を、それぞれ、表２～４に示す製造条件に従って順に成膜し、表５に示す実施例の被覆工具１～８（以下、実施例１～８）を得た。なお、表２において、下地層の成膜ガスをガス群Ａと称している。
一方、比較のために、基体Ａ～Ｃの表面に、下地層、下部層、上部層を、それぞれ、表２～４に示す製造条件に従って順に成膜し、表６に示す比較例の被覆工具１～８（以下、比較例１～８）を得た。
実施例１～８、比較例１～８について、電子線回折によりＴｉＡｌＣＮ層を構成する結晶粒の結晶粒界を求める際には、前記ピクセルを正六角形状とした。
表５、６において、「１．０ ≦ I（２００）/ I(１１１)を満足するか」の欄で「〇」は１．０ ≦ I（２００）/ I(１１１)を満足することを、「×」は１．０ ≦ I（２００）/ I(１１１)を満足しないこと（１．０ ＞ I（２００）/ I(１１１)であること）を表している。
続いて、前記本発明被覆工具１～８および比較被覆工具１～８について、前記各種の工具基体Ａ～Ｃ（ＩＳＯ規格ＳＥＥＮ１２０３ＡＦＳＮ形状）をいずれもカッタ径８０ｍｍの合金鋼製カッタ先端部に固定治具にてクランプした状態で、以下に示す、Ｔｉ合金の湿式高速正面フライス、センターカット切削試験を実施し、切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。表７に、切削試験の結果を示す。なお、比較被覆工具１～８については、チッピング発生が原因で切削時間終了前に寿命に至ったため、寿命に至るまでの時間を示す。
切削試験：湿式高速正面フライス、センターカット切削試験
カッタ径：８０ｍｍ
被削材：ＪＩＳ・Ｔｉ－６Ａｌ－４Ｖ合金(６０種)のブロック材
切削速度：１００ｍ／ｍｉｎ
切り込み：２．５ｍｍ
送り：０．２５ｍｍ／刃
切削時間：１０分
カッタ径：８０ｍｍ
被削材：ＪＩＳ・Ｔｉ－６Ａｌ－４Ｖ合金(６０種)のブロック材
切削速度：１００ｍ／ｍｉｎ
切り込み：２．５ｍｍ
送り：０．２５ｍｍ／刃
切削時間：１０分
表７において、比較例の寿命に至る切削時間（分）とはチッピング発生が原因で寿命に至るまでの切削時間(分)を示している。
表７から明らかなように、実施例はいずれも刃先が欠損に至るまでの加工時間である最大加工時間が長く、優れた耐久性を有していた。
１ 基体
２ 下地層
３ 下部層
４ 上部層
５ 被覆層
６ 最外層
７ 粒界
８ 領域α
９ 領域β
１０ 線ｌ
２ 下地層
３ 下部層
４ 上部層
５ 被覆層
６ 最外層
７ 粒界
８ 領域α
９ 領域β
１０ 線ｌ
Claims (4)
- 基体と該基体の表面に被覆層を有する表面被覆切削工具であって、
（ａ）前記被覆層は、前記基体に接する下地層、該下地層に接する下部層、および、該下部層に接する上部層を有し、
（ｂ）前記下地層は、その平均厚さが０．０５～２．０μｍであって、Ｔｉの窒化物または炭窒化物を含み、
（ｃ）前記下部層は、その平均厚さが０．５～１３．５μｍであって、
（ＡｌＸＢＴｉ１－ＸＢ）（ＣＹＢＮ１－ＹＢ）である複合窒化物Ｂまたは複合炭窒化物Ｂ’を含み、前記ＸＢの平均値であるＸＢＡＶＧ、前記ＹＢの平均値であるＹＢＡＶＧが、それぞれ、０．５０≦ＸＢＡＶＧ≦０．７５、０．００≦ＹＢＡＶＧ≦０．０５であり、
（ｄ）前記複合窒化物Ｂまたは複合炭窒化物Ｂ’は、前記被覆層の厚さ方向の断面において、８０面積％以上のＮａＣｌ型面心立方構造の結晶粒Ｂを有し、
（ｅ）前記結晶粒Ｂは前記厚さ方向に、前記ＸＢの増減を繰り返す結晶粒を含み、前記ＸＢの隣接する極大値と極小値の差の平均値ΔＸＢが、０．０１～０．０５であって、前記厚さ方向における繰返し変化の間隔が１～１２ｎｍであり、
（ｆ）前記上部層は、その平均厚さが０．５～９．４μｍであって、
（ＡｌＸＣＴｉ１－ＸＣ）（ＣＹＣＮ１－ＹＣ）である複合窒化物Ｃまたは複合炭窒化物Ｃ’を含み、前記ＸＣの平均値であるＸＣＡＶＧ、前記ＹＣの平均値であるＹＣＡＶＧが、それぞれ、０．５０≦ＸＣＡＶＧ≦０．７５、０．００≦ＹＣＡＶＧ≦０．０５であり、
（ｇ）前記複合窒化物Ｃまたは複合炭窒化物Ｃ’は、前記厚さ方向の断面において、８０面積％以上のＮａＣｌ型面心立方構造の結晶粒Ｃを有し、
（ｈ）前記結晶粒Ｃは前記厚さ方向に、前記ＸＣの増減を繰り返す結晶粒を含み、前記ＸＣの隣接する極大値と極小値の差の平均値ΔＸＣが、０．１０～０．５０であって、前記厚さ方向における繰返し変化の間隔が２０～１００ｎｍであり、
（ｉ）前記下部層および前記上部層は、０．００≦ＸＢＡＶＧ－ＸＣＡＶＧ≦０．１０を満たす
ことを特徴とする表面被覆切削工具。 - 前記下部層において、ρＢ＝［Ｃｌ］／（［Ｔｉ］＋［Ａｌ］＋［Ｃ］＋［Ｎ］＋［Ｃｌ］）（［Ｑ］は、元素Ｑの原子数を表す）が０．００１～０．０５０であり、
前記上部層において、ρＣ＝［Ｃｌ］／（［Ｔｉ］＋［Ａｌ］＋［Ｃ］＋［Ｎ］＋［Ｃｌ］）が０．００１～０．０１０であること
を特徴とする請求項１に記載された表面被覆切削工具。 - 前記被覆層において、ＮａＣｌ型の面心立方晶構造の結晶粒の２００回折線の強度値Ｉ（２００）と同１１１回折線の強度値Ｉ（１１１）は、
１．０≦Ｉ（２００）／Ｉ（１１１）の関係を満たすこと
を特徴とする請求項１または２に記載された表面被覆切削工具。 - 隣り合う２つの前記結晶粒Ｂの粒界からそれぞれの粒内に２５ｎｍ入り込んだ線ｌに囲まれた範囲を領域α、該線ｌと粒界に囲まれた範囲を領域βと定義したとき、
０．２０≦ｘβ≦ｘα－０．１０（ただし、ｘαは領域αにおける前記ＸＢの平均値であり、ｘβは領域βにおける任意の位置の直径５０ｎｍの領域における前記ＸＢの平均値）を満足する箇所が領域β内に５～２０面積％で存在すること
を特徴とする請求項１～３のいずれかに記載された表面被覆切削工具。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2022032337A JP7712601B2 (ja) | 2022-03-03 | 2022-03-03 | 表面被覆切削工具 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2022032337A JP7712601B2 (ja) | 2022-03-03 | 2022-03-03 | 表面被覆切削工具 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2023128172A JP2023128172A (ja) | 2023-09-14 |
| JP7712601B2 true JP7712601B2 (ja) | 2025-07-24 |
Family
ID=87972128
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2022032337A Active JP7712601B2 (ja) | 2022-03-03 | 2022-03-03 | 表面被覆切削工具 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7712601B2 (ja) |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013212575A (ja) | 2012-03-09 | 2013-10-17 | Mitsubishi Materials Corp | 高速断続切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆切削工具 |
| JP2015160259A (ja) | 2014-02-26 | 2015-09-07 | 三菱マテリアル株式会社 | 耐摩耗性にすぐれた表面被覆切削工具 |
| JP2018043326A (ja) | 2016-09-16 | 2018-03-22 | 三菱マテリアル株式会社 | 表面被覆切削工具 |
| JP2018114611A (ja) | 2017-01-18 | 2018-07-26 | 三菱マテリアル株式会社 | 硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性、耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具 |
| JP2018118346A (ja) | 2017-01-25 | 2018-08-02 | 三菱マテリアル株式会社 | 硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性、耐剥離性を発揮する表面被覆切削工具 |
| JP2020151822A (ja) | 2019-03-22 | 2020-09-24 | 三菱マテリアル株式会社 | 硬質被覆層が優れた耐チッピング性を発揮する表面被覆切削工具 |
| JP2021122875A (ja) | 2020-02-03 | 2021-08-30 | 三菱マテリアル株式会社 | 表面被覆切削工具 |
| JP2021122876A (ja) | 2020-02-03 | 2021-08-30 | 三菱マテリアル株式会社 | 表面被覆切削工具 |
| JP2021146478A (ja) | 2020-03-23 | 2021-09-27 | 三菱マテリアル株式会社 | 耐欠損性にすぐれた表面被覆切削工具 |
-
2022
- 2022-03-03 JP JP2022032337A patent/JP7712601B2/ja active Active
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013212575A (ja) | 2012-03-09 | 2013-10-17 | Mitsubishi Materials Corp | 高速断続切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆切削工具 |
| JP2015160259A (ja) | 2014-02-26 | 2015-09-07 | 三菱マテリアル株式会社 | 耐摩耗性にすぐれた表面被覆切削工具 |
| JP2018043326A (ja) | 2016-09-16 | 2018-03-22 | 三菱マテリアル株式会社 | 表面被覆切削工具 |
| JP2018114611A (ja) | 2017-01-18 | 2018-07-26 | 三菱マテリアル株式会社 | 硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性、耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具 |
| JP2018118346A (ja) | 2017-01-25 | 2018-08-02 | 三菱マテリアル株式会社 | 硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性、耐剥離性を発揮する表面被覆切削工具 |
| JP2020151822A (ja) | 2019-03-22 | 2020-09-24 | 三菱マテリアル株式会社 | 硬質被覆層が優れた耐チッピング性を発揮する表面被覆切削工具 |
| JP2021122875A (ja) | 2020-02-03 | 2021-08-30 | 三菱マテリアル株式会社 | 表面被覆切削工具 |
| JP2021122876A (ja) | 2020-02-03 | 2021-08-30 | 三菱マテリアル株式会社 | 表面被覆切削工具 |
| JP2021146478A (ja) | 2020-03-23 | 2021-09-27 | 三菱マテリアル株式会社 | 耐欠損性にすぐれた表面被覆切削工具 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2023128172A (ja) | 2023-09-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101419616B1 (ko) | 표면 피복 절삭 공구 및 그 제조 방법 | |
| CN107405695B (zh) | 硬质包覆层发挥优异的耐崩刀性的表面包覆切削工具 | |
| JP7121234B2 (ja) | 硬質被覆層が優れた耐チッピング性を発揮する表面切削工具 | |
| JP6858346B2 (ja) | 硬質被覆層が優れた耐チッピング性を発揮する表面被覆切削工具 | |
| EP3505282B1 (en) | Surface-coated cutting tool with hard coating layer exhibiting excellent chipping resistance and peeling resistance | |
| US11292064B2 (en) | Coated cutting tool and a method for coating the cutting tool | |
| JP7453613B2 (ja) | 表面被覆切削工具 | |
| US20180154463A1 (en) | Surface-coated cutting tool in which hard coating layer exhibits excellent chipping resistance | |
| JP7021607B2 (ja) | 硬質被覆層が優れた耐欠損性および耐チッピング性を発揮する表面被覆切削工具 | |
| WO2020166683A1 (ja) | 表面被覆切削工具 | |
| US12350742B2 (en) | Surface-coated cutting tool | |
| JP7486045B2 (ja) | 表面被覆切削工具 | |
| JP7712601B2 (ja) | 表面被覆切削工具 | |
| JP2019177424A (ja) | 硬質被覆層が優れた耐酸化性、耐溶着性を発揮する表面被覆切削工具 | |
| JP7745161B2 (ja) | 表面被覆切削工具 | |
| JP2021122876A (ja) | 表面被覆切削工具 | |
| JP7541279B2 (ja) | 表面被覆切削工具 | |
| JP2020055041A (ja) | 硬質被覆層が優れた耐チッピング性を発揮する表面切削工具 | |
| JP7453616B2 (ja) | 表面被覆切削工具 | |
| JP7125013B2 (ja) | 硬質被覆層が優れた耐チッピング性を発揮する表面被覆切削工具 | |
| JP2018176381A (ja) | 高耐欠損性を有する被覆超硬合金工具 | |
| JP7745160B2 (ja) | 表面被覆切削工具 | |
| JP7570599B2 (ja) | 表面被覆切削工具 | |
| JP7492678B2 (ja) | 表面被覆切削工具 | |
| JP2020151794A (ja) | 表面被覆切削工具 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20241029 |
|
| RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20250430 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20250611 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20250611 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20250624 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7712601 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |