JP7852829B1 - 切削工具 - Google Patents
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Abstract
切削工具は、基材と、前記基材上に配置された被膜と、を備える切削工具であって、前記被膜は、前記基材上に配置されたα－Ａｌ２Ｏ３層と、前記α－Ａｌ２Ｏ３層上に配置されたＴｉＣｘＮｙ層と、を含み、前記ｘおよび前記ｙは、式１および式２の関係を満たし、前記ＴｉＣｘＮｙ層は、複数のＴｉＣｘＮｙ結晶からなり、前記ＴｉＣｘＮｙ結晶は、前記基材から前記被膜の表面への方向に沿って伸びた柱状晶であり、前記ＴｉＣｘＮｙ結晶の結晶径は、０．０５μｍ以上０．５μｍ以下である、切削工具。
Description
本開示は、切削工具に関する。
従来から、基材と、該基材上に配置された被膜と、を備える切削工具であって、該被膜は、該基材上に配置されたα－Ａｌ２Ｏ３層と、該α－Ａｌ２Ｏ３層上に配置された、ＴｉＣＮ層またはＴｉＣＮＯ層と、を含む切削工具が、切削加工に用いられている（特許文献１～２）。
本開示の切削工具は、基材と、該基材上に配置された被膜と、を備える切削工具であって、該被膜は、該基材上に配置されたα－Ａｌ２Ｏ３層と、該α－Ａｌ２Ｏ３層上に配置されたＴｉＣｘＮｙ層と、を含み、該ｘおよび該ｙは、式１および式２の関係を満たし、
０．７≦ｘ＋ｙ≦１．３ 式１
ｙ≦１．５ｘ 式２
該ＴｉＣｘＮｙ層は、複数のＴｉＣｘＮｙ結晶からなり、該ＴｉＣｘＮｙ結晶は、該基材から該被膜の表面への方向に沿って伸びた柱状晶であり、該ＴｉＣｘＮｙ結晶の結晶径は、０．０５μｍ以上０．５μｍ以下である。
０．７≦ｘ＋ｙ≦１．３ 式１
ｙ≦１．５ｘ 式２
該ＴｉＣｘＮｙ層は、複数のＴｉＣｘＮｙ結晶からなり、該ＴｉＣｘＮｙ結晶は、該基材から該被膜の表面への方向に沿って伸びた柱状晶であり、該ＴｉＣｘＮｙ結晶の結晶径は、０．０５μｍ以上０．５μｍ以下である。
［本開示が解決しようとする課題］
近年、被削材の難削化、加工能率向上の為の切削速度の高速化、および該高速化に起因する送り量と切り込み量との増加などに起因して、切削工具の刃先にかかる負荷は増大する傾向がある。その為、切削工具の特性の向上への要求が益々高まっている。これは、鋼の中速加工に用いられる切削工具についても同様である。基材と、該基材上に配置された被膜と、を備える切削工具であって、該被膜は、該基材上に配置されたα－Ａｌ２Ｏ３層と、該α－Ａｌ２Ｏ３層上に配置された、ＴｉＣＮ層またはＴｉＣＮＯ層と、を含む切削工具（特許文献１～２）を鋼の中速加工に用いると、工具寿命が十分でない場合があった。その為、この様な切削工具は、特に鋼の中速加工においても、優れた工具寿命を発揮することが困難な場合があった。よって、特に鋼の中速加工においても、切削工具に対し優れた「耐摩耗性」を備えさせることにより、優れた工具寿命を付与することが求められている。
近年、被削材の難削化、加工能率向上の為の切削速度の高速化、および該高速化に起因する送り量と切り込み量との増加などに起因して、切削工具の刃先にかかる負荷は増大する傾向がある。その為、切削工具の特性の向上への要求が益々高まっている。これは、鋼の中速加工に用いられる切削工具についても同様である。基材と、該基材上に配置された被膜と、を備える切削工具であって、該被膜は、該基材上に配置されたα－Ａｌ２Ｏ３層と、該α－Ａｌ２Ｏ３層上に配置された、ＴｉＣＮ層またはＴｉＣＮＯ層と、を含む切削工具（特許文献１～２）を鋼の中速加工に用いると、工具寿命が十分でない場合があった。その為、この様な切削工具は、特に鋼の中速加工においても、優れた工具寿命を発揮することが困難な場合があった。よって、特に鋼の中速加工においても、切削工具に対し優れた「耐摩耗性」を備えさせることにより、優れた工具寿命を付与することが求められている。
そこで、本開示は、特に鋼の中速加工においても、優れた工具寿命を有する切削工具を提供することを目的とする。
［本開示の効果］
本開示によれば、特に鋼の中速加工においても、優れた工具寿命を有する切削工具を提供することが可能である。
本開示によれば、特に鋼の中速加工においても、優れた工具寿命を有する切削工具を提供することが可能である。
［本開示の実施形態の説明］
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
（１）本開示の切削工具は、基材と、前記基材上に配置された被膜と、を備える切削工具であって、前記被膜は、前記基材上に配置されたα－Ａｌ２Ｏ３層と、前記α－Ａｌ２Ｏ３層上に配置されたＴｉＣｘＮｙ層と、を含み、前記ｘおよび前記ｙは、式１および式２の関係を満たし、
０．７≦ｘ＋ｙ≦１．３ 式１
ｙ≦１．５ｘ 式２
前記ＴｉＣｘＮｙ層は、複数のＴｉＣｘＮｙ結晶からなり、前記ＴｉＣｘＮｙ結晶は、前記基材から前記被膜の表面への方向に沿って伸びた柱状晶であり、前記ＴｉＣｘＮｙ結晶の結晶径は、０．０５μｍ以上０．５μｍ以下である。
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
（１）本開示の切削工具は、基材と、前記基材上に配置された被膜と、を備える切削工具であって、前記被膜は、前記基材上に配置されたα－Ａｌ２Ｏ３層と、前記α－Ａｌ２Ｏ３層上に配置されたＴｉＣｘＮｙ層と、を含み、前記ｘおよび前記ｙは、式１および式２の関係を満たし、
０．７≦ｘ＋ｙ≦１．３ 式１
ｙ≦１．５ｘ 式２
前記ＴｉＣｘＮｙ層は、複数のＴｉＣｘＮｙ結晶からなり、前記ＴｉＣｘＮｙ結晶は、前記基材から前記被膜の表面への方向に沿って伸びた柱状晶であり、前記ＴｉＣｘＮｙ結晶の結晶径は、０．０５μｍ以上０．５μｍ以下である。
本開示によれば、特に鋼の中速加工においても、優れた工具寿命を有する切削工具を提供することができる。
（２）上記（１）において、前記ＴｉＣｘＮｙ結晶のアスペクト比は、１０以上３０以下であってもよい。これによって、特に鋼の中速加工においても、より優れた工具寿命を有する切削工具を提供することができる。
（３）上記（１）または（２）において、前記ＴｉＣｘＮｙ層の厚みは、０．５μｍ以上５μｍ以下であってもよい。これによって、特に鋼の中速加工においても、より優れた工具寿命を有する切削工具を提供することができる。
（４）上記（１）から（３）のいずれかにおいて、前記α－Ａｌ２Ｏ３層は、複数のα－Ａｌ２Ｏ３粒子からなり、前記α－Ａｌ２Ｏ３粒子の粒径は、０．３μｍ以上１．０μｍ以下であってもよい。これによって、特に鋼の中速加工においても、より優れた工具寿命を有する切削工具を提供することができる。
（５）上記（１）から（４）のいずれかにおいて、前記被膜は、前記α－Ａｌ２Ｏ３層と前記ＴｉＣｘＮｙ層との間に、前記α－Ａｌ２Ｏ３層と前記ＴｉＣｘＮｙ層とに接して配置されたＴｉＣＮＯ層を更に含み、前記ＴｉＣＮＯ層の厚みは、１μｍ以下であってもよい。これによって、特に鋼の中速加工においても、より優れた工具寿命を有する切削工具を提供することができる。
（６）上記（１）から（５）のいずれかにおいて、前記ｘおよび前記ｙは、式３の関係を更に満たしてもよい。
ｙ＜１．５ｘ 式３
これによって、特に鋼の中速加工においても、より優れた工具寿命を有する切削工具を提供することができる。
ｙ＜１．５ｘ 式３
これによって、特に鋼の中速加工においても、より優れた工具寿命を有する切削工具を提供することができる。
［本開示の実施形態の詳細］
本開示の一実施形態（以下、「本実施形態」とも記す。）の切削工具の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。本開示の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表すものである。また、長さ、幅、厚さ、深さなどの寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜変更されており、必ずしも実際の寸法関係を表すものではない。
本開示の一実施形態（以下、「本実施形態」とも記す。）の切削工具の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。本開示の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表すものである。また、長さ、幅、厚さ、深さなどの寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜変更されており、必ずしも実際の寸法関係を表すものではない。
本開示において「Ａ～Ｂ」という形式の表記は、範囲の上限下限（すなわちＡ以上Ｂ以下）を意味し、Ａにおいて単位の記載がなく、Ｂにおいてのみ単位が記載されている場合、Ａの単位とＢの単位とは同じである。
本開示において化合物などを化学式で表す場合、原子比を特に限定しないときは従来公知のあらゆる原子比を含むものとし、必ずしも化学量論的範囲のもののみに限定されるべきではない。
［実施形態１：切削工具］
本開示の一実施形態に係る切削工具について、図１および図２を用いて説明する。図１は、本開示の切削工具の一態様を例示する模式断面図である。図２は、本開示の切削工具の他の一態様を例示する模式断面図である。
本開示の一実施形態（以下、「本実施形態」とも記す。）は、基材１と、該基材１上に配置された被膜２と、を備える切削工具１０であって、該被膜２は、該基材１上に配置されたα－Ａｌ２Ｏ３層３と、該α－Ａｌ２Ｏ３層３上に配置されたＴｉＣｘＮｙ層４と、を含み、該ｘおよび該ｙは、式１および式２の関係を満たし、
０．７≦ｘ＋ｙ≦１．３ 式１
ｙ≦１．５ｘ 式２
該ＴｉＣｘＮｙ層４は、複数のＴｉＣｘＮｙ結晶からなり、該ＴｉＣｘＮｙ結晶は、該基材１から該被膜２の表面への方向に沿って伸びた柱状晶であり、該ＴｉＣｘＮｙ結晶の結晶径は、０．０５μｍ以上０．５μｍ以下である。
本開示の一実施形態に係る切削工具について、図１および図２を用いて説明する。図１は、本開示の切削工具の一態様を例示する模式断面図である。図２は、本開示の切削工具の他の一態様を例示する模式断面図である。
本開示の一実施形態（以下、「本実施形態」とも記す。）は、基材１と、該基材１上に配置された被膜２と、を備える切削工具１０であって、該被膜２は、該基材１上に配置されたα－Ａｌ２Ｏ３層３と、該α－Ａｌ２Ｏ３層３上に配置されたＴｉＣｘＮｙ層４と、を含み、該ｘおよび該ｙは、式１および式２の関係を満たし、
０．７≦ｘ＋ｙ≦１．３ 式１
ｙ≦１．５ｘ 式２
該ＴｉＣｘＮｙ層４は、複数のＴｉＣｘＮｙ結晶からなり、該ＴｉＣｘＮｙ結晶は、該基材１から該被膜２の表面への方向に沿って伸びた柱状晶であり、該ＴｉＣｘＮｙ結晶の結晶径は、０．０５μｍ以上０．５μｍ以下である。
本開示によれば、特に鋼の中速加工においても、優れた工具寿命を有する切削工具１０を提供することができる。その理由は、以下の通りと推察される。
本実施形態の切削工具１０において、被膜２は、基材１上に配置されたα－Ａｌ２Ｏ３層３と、該α－Ａｌ２Ｏ３層３上に配置されたＴｉＣｘＮｙ層４と、を含み、該ｘおよび該ｙは、上記式１および上記式２の関係を満たし、該ＴｉＣｘＮｙ層４は、複数のＴｉＣｘＮｙ結晶からなり、該ＴｉＣｘＮｙ結晶は、該基材１から該被膜２の表面への方向に沿って伸びた柱状晶であり、該ＴｉＣｘＮｙ結晶の結晶径は、０．０５μｍ以上０．５μｍ以下である。これによって、該ＴｉＣｘＮｙ層４において、Ｎ原子に比して、硬度に寄与するＣ原子が十分に多くなり、且つ、該ＴｉＣｘＮｙ結晶の結晶径が微細になる関係で、被膜の硬度を向上することができる。その為、本実施形態の切削工具１０は、温度が上がり難い加工（例えば、鋼の中速加工）に用いられる場合において、該切削工具の逃げ面の擦れ摩耗が生じ難くなる関係で、優れた工具寿命を発揮することが可能である。
≪切削工具≫
図１および図２に示されるように、本開示の一実施形態に係る切削工具１０は、基材１と、該基材１上に配置された被膜２と、を備える。被膜２は、基材１の全面を被覆することが好ましいが、該基材１の一部が該被膜２で被覆されていなかったり、該被膜２の構成が部分的に異なっていたとしても本実施形態の範囲を逸脱するものではない。基材１の一部が被膜２で被覆されていない場合においては、該被膜２は、該基材１の少なくとも切削に関与する部分の表面を覆う様に配置されていることが好ましい。本明細書において、基材１の切削に関与する部分とは、該基材１の大きさや形状にもよるが、該基材１において、その刃先稜線と、該刃先稜線から該基材１側へ、該刃先稜線の接線の垂線に沿う距離が、例えば、５ｍｍ、３ｍｍ、２ｍｍ、１ｍｍ、０．５ｍｍのいずれかである仮想の面と、に囲まれる領域を意味する。
図１および図２に示されるように、本開示の一実施形態に係る切削工具１０は、基材１と、該基材１上に配置された被膜２と、を備える。被膜２は、基材１の全面を被覆することが好ましいが、該基材１の一部が該被膜２で被覆されていなかったり、該被膜２の構成が部分的に異なっていたとしても本実施形態の範囲を逸脱するものではない。基材１の一部が被膜２で被覆されていない場合においては、該被膜２は、該基材１の少なくとも切削に関与する部分の表面を覆う様に配置されていることが好ましい。本明細書において、基材１の切削に関与する部分とは、該基材１の大きさや形状にもよるが、該基材１において、その刃先稜線と、該刃先稜線から該基材１側へ、該刃先稜線の接線の垂線に沿う距離が、例えば、５ｍｍ、３ｍｍ、２ｍｍ、１ｍｍ、０．５ｍｍのいずれかである仮想の面と、に囲まれる領域を意味する。
本実施形態の切削工具１０は、ドリル、エンドミル、ドリル用刃先交換型切削チップ、エンドミル用刃先交換型切削チップ、フライス加工用刃先交換型切削チップ、旋削加工用刃先交換型切削チップ、メタルソー、歯切工具、リーマ、タップ等の切削工具１０として好適に使用することができる。
≪基材≫
切削工具１０は、基材１を備える。基材１としては、この種の基材１として従来公知のものであればいずれのものも使用することができる。例えば、超硬合金（ＷＣ基超硬合金、ＷＣおよびＣｏを含む超硬合金、更にＴｉ、Ｔａ、Ｎｂ等の炭窒化物を添加した超硬合金など）、サーメット（ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ等を主成分とするもの）、高速度鋼、セラミックス（炭化チタン、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム等）、立方晶型窒化硼素焼結体、またはダイヤモンド焼結体のいずれかであることが好ましい。
切削工具１０は、基材１を備える。基材１としては、この種の基材１として従来公知のものであればいずれのものも使用することができる。例えば、超硬合金（ＷＣ基超硬合金、ＷＣおよびＣｏを含む超硬合金、更にＴｉ、Ｔａ、Ｎｂ等の炭窒化物を添加した超硬合金など）、サーメット（ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ等を主成分とするもの）、高速度鋼、セラミックス（炭化チタン、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム等）、立方晶型窒化硼素焼結体、またはダイヤモンド焼結体のいずれかであることが好ましい。
これらの各種基材１の中でも、特にＷＣ基超硬合金、サーメット（特にＴｉＣＮ基サーメット）を選択することが好ましい。これらの基材１は、特に高温における硬度と強度とのバランスに優れる為、切削工具１０の基材１として用いた場合に、該切削工具１０の長寿命化に寄与することができる。
≪被膜≫
切削工具１０は、基材１上に配置された被膜２を備える。被膜２は、基材１上に配置されたα－Ａｌ２Ｏ３層３と、該α－Ａｌ２Ｏ３層３上に配置されたＴｉＣｘＮｙ層４と、を含む。被膜２は、α－Ａｌ２Ｏ３層３とＴｉＣｘＮｙ層４との間に、該α－Ａｌ２Ｏ３層３と該ＴｉＣｘＮｙ層４とに接して配置されたＴｉＣＮＯ層５を更に含んでもよい。これによって、ＴｉＣＮＯ層５がα－Ａｌ２Ｏ３層３およびＴｉＣｘＮｙ層４に対し優れた接着性を有する為、特に鋼の中速加工においても、より優れた工具寿命を有する切削工具１０を提供することができる。被膜２は、α－Ａｌ２Ｏ３層３およびＴｉＣｘＮｙ層４からなってもよく、α－Ａｌ２Ｏ３層３、ＴｉＣｘＮｙ層４、およびＴｉＣＮＯ層５のみからなってもよく、本開示の効果を損なわない範囲で、α－Ａｌ２Ｏ３層３、ＴｉＣｘＮｙ層４、およびＴｉＣＮＯ層５以外の層（後述する「他の層」）を更に含んでもよい。
切削工具１０は、基材１上に配置された被膜２を備える。被膜２は、基材１上に配置されたα－Ａｌ２Ｏ３層３と、該α－Ａｌ２Ｏ３層３上に配置されたＴｉＣｘＮｙ層４と、を含む。被膜２は、α－Ａｌ２Ｏ３層３とＴｉＣｘＮｙ層４との間に、該α－Ａｌ２Ｏ３層３と該ＴｉＣｘＮｙ層４とに接して配置されたＴｉＣＮＯ層５を更に含んでもよい。これによって、ＴｉＣＮＯ層５がα－Ａｌ２Ｏ３層３およびＴｉＣｘＮｙ層４に対し優れた接着性を有する為、特に鋼の中速加工においても、より優れた工具寿命を有する切削工具１０を提供することができる。被膜２は、α－Ａｌ２Ｏ３層３およびＴｉＣｘＮｙ層４からなってもよく、α－Ａｌ２Ｏ３層３、ＴｉＣｘＮｙ層４、およびＴｉＣＮＯ層５のみからなってもよく、本開示の効果を損なわない範囲で、α－Ａｌ２Ｏ３層３、ＴｉＣｘＮｙ層４、およびＴｉＣＮＯ層５以外の層（後述する「他の層」）を更に含んでもよい。
被膜２の厚みは、５μｍ以上２５μｍ以下であってもよく、７μｍ以上２０μｍ以下であってもよい。被膜２の厚みが５μｍ未満であると、被膜２の厚みが薄すぎることに起因して、切削工具１０の寿命が短くなり易い傾向がある。一方、被膜２の厚みが２５μｍ超であると、切削初期において被膜２のチッピングが生じ易くなり、切削工具１０の寿命が短くなり易い傾向がある。
被膜２の厚みは、被膜２の表面の法線方向に沿った、該被膜２の断面を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて観察することにより測定することができる。具体的には、断面サンプルの観察倍率を５，０００～１０，０００倍とし、観察面積を１００～５００μｍ２として、任意の１視野において任意の３箇所の厚み幅を測定し、その平均（算術平均）を「厚み」とする。後述する各層の厚みについても、特に記載のない限り同様である。
≪α－Ａｌ２Ｏ３層≫
＜α－Ａｌ２Ｏ３層の組成＞
α－Ａｌ２Ｏ３層３は、複数のα－Ａｌ２Ｏ３粒子からなってもよい。本開示において、「α－Ａｌ２Ｏ３粒子からなる」とは、α－Ａｌ２Ｏ３粒子のみからなってもよく、本開示の効果を損なわない範囲で、α－Ａｌ２Ｏ３粒子に加えて、不可避不純物を含むことができることを意味する。該不可避不純物としては、例えば、塩素（Ｃｌ）等が挙げられる。α－Ａｌ２Ｏ３層３における不可避不純物の合計の含有率は、例えば、０質量％以上３質量％以下であってもよく、０質量％以上１質量％以下であってもよい。
＜α－Ａｌ２Ｏ３層の組成＞
α－Ａｌ２Ｏ３層３は、複数のα－Ａｌ２Ｏ３粒子からなってもよい。本開示において、「α－Ａｌ２Ｏ３粒子からなる」とは、α－Ａｌ２Ｏ３粒子のみからなってもよく、本開示の効果を損なわない範囲で、α－Ａｌ２Ｏ３粒子に加えて、不可避不純物を含むことができることを意味する。該不可避不純物としては、例えば、塩素（Ｃｌ）等が挙げられる。α－Ａｌ２Ｏ３層３における不可避不純物の合計の含有率は、例えば、０質量％以上３質量％以下であってもよく、０質量％以上１質量％以下であってもよい。
α－Ａｌ２Ｏ３層３におけるα－Ａｌ２Ｏ３粒子の含有率は、Ｘ線回折法（ＸＲＤ）およびエネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ）により特定される。α－Ａｌ２Ｏ３層３における不可避不純物の含有率は、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）により測定される。なお、同一のα－Ａｌ２Ｏ３層３で測定する限り、測定箇所を任意に選択しても、測定結果にばらつきがほとんどないことが確認されている。
＜α－Ａｌ２Ｏ３粒子＞
α－Ａｌ２Ｏ３粒子の粒径は、０．３μｍ以上１．０μｍ以下であってもよい。これによって、α－Ａｌ２Ｏ３粒子の脱落規模を小さくすることができる為、特に鋼の中速加工においても、より優れた工具寿命を有する切削工具１０を提供することができる。該粒径は、０．４μｍ以上０．９μｍ以下であってもよく、０．４５μｍ以上０．８５μｍ以下であってもよく、０．５μｍ以上０．８μｍ以下であってもよい。
α－Ａｌ２Ｏ３粒子の粒径は、０．３μｍ以上１．０μｍ以下であってもよい。これによって、α－Ａｌ２Ｏ３粒子の脱落規模を小さくすることができる為、特に鋼の中速加工においても、より優れた工具寿命を有する切削工具１０を提供することができる。該粒径は、０．４μｍ以上０．９μｍ以下であってもよく、０．４５μｍ以上０．８５μｍ以下であってもよく、０．５μｍ以上０．８μｍ以下であってもよい。
α－Ａｌ２Ｏ３粒子の粒径は、以下の（Ａ１）～（Ａ６）の手順で測定することができる。
（Ａ１）基材１のすくい面の法線に沿って切削工具１０をダイヤモンドワイヤーで切り出し、α－Ａｌ２Ｏ３層３の断面を露出させる。露出された断面に対してＡｒイオンによるイオンミーリングを行い、断面を鏡面状態とする。該イオンミーリングの条件は以下の通りである。
・加速電圧：６ｋＶ
・照射角度：α－Ａｌ２Ｏ３層３の断面におけるα－Ａｌ２Ｏ３層３の厚み方向に平行となる直線方向から０°
・照射時間：６時間
・加速電圧：６ｋＶ
・照射角度：α－Ａｌ２Ｏ３層３の断面におけるα－Ａｌ２Ｏ３層３の厚み方向に平行となる直線方向から０°
・照射時間：６時間
（Ａ２）鏡面状態の断面を、電界放出型走査電子顕微鏡（ＦＥ－ＳＥＭ）で５，０００倍で観察し、後方散乱電子像（ＥＢＳＤ）を得る。
（Ａ３）上記ＥＢＳＤ中で、測定範囲にα－Ａｌ２Ｏ３層３の基材１に近い界面とα－Ａｌ２Ｏ３層３の被膜２の表面に近い界面とが含まれる様に、該測定範囲を設定する。該測定範囲は、（横方向（被膜２の表面と平行な方向）：３０μｍ）×（縦方向（被膜２の表面の法線方向）：被膜２全体を含む長さ）の矩形とする。
（Ａ４）測定範囲中の任意の１個のα－Ａｌ２Ｏ３粒子について、任意の３箇所の横方向の差し渡し径を測定する。任意の３箇所の横方向の差し渡し径の平均（算術平均）を算出することにより、任意の１個のα－Ａｌ２Ｏ３粒子の横方向の平均差し渡し径を求める。
（Ａ５）測定範囲中の他の任意の２９個のα－Ａｌ２Ｏ３粒子のそれぞれについて、上記（Ａ４）と同じ方法で横方向の平均差し渡し径を求める。
（Ａ６）測定範囲中の任意の計３０個のα－Ａｌ２Ｏ３粒子について、横方向の平均差し渡し径の平均（算術平均）を算出することにより、α－Ａｌ２Ｏ３粒子の粒径を特定する。
なお、同一のα－Ａｌ２Ｏ３層３に対し測定する限り、測定箇所を任意に選択しても、測定結果にばらつきがほとんどないことが確認されている。
＜α－Ａｌ２Ｏ３層の厚み＞
α－Ａｌ２Ｏ３層３の厚みは、４μｍ以上１５μｍ以下であってもよい。これによって、α－Ａｌ２Ｏ３層３が十分な厚みを有することで耐摩耗性を向上し、且つ、α－Ａｌ２Ｏ３層３の厚みを適度に抑えることで十分な耐チッピング性を発揮することができる。α－Ａｌ２Ｏ３層３の厚みは、５μｍ以上１０μｍ以下であってもよく、６μｍ以上９μｍ以下であってもよい。
α－Ａｌ２Ｏ３層３の厚みは、４μｍ以上１５μｍ以下であってもよい。これによって、α－Ａｌ２Ｏ３層３が十分な厚みを有することで耐摩耗性を向上し、且つ、α－Ａｌ２Ｏ３層３の厚みを適度に抑えることで十分な耐チッピング性を発揮することができる。α－Ａｌ２Ｏ３層３の厚みは、５μｍ以上１０μｍ以下であってもよく、６μｍ以上９μｍ以下であってもよい。
≪ＴｉＣｘＮｙ層≫
＜ＴｉＣｘＮｙ層の組成＞
ＴｉＣｘＮｙ層４は、複数のＴｉＣｘＮｙ結晶からなる。本開示において、「ＴｉＣｘＮｙ結晶からなる」とは、ＴｉＣｘＮｙ結晶のみからなってもよく、本開示の効果を損なわない範囲で、ＴｉＣｘＮｙ結晶に加えて、不可避不純物を含むことができることを意味する。該不可避不純物としては、例えば、塩素（Ｃｌ）等が挙げられる。ＴｉＣｘＮｙ層４における不可避不純物の合計の含有率は、例えば、０質量％以上０．１０質量％以下であってもよく、０．０１質量％以上０．０５質量％以下であってもよい。
＜ＴｉＣｘＮｙ層の組成＞
ＴｉＣｘＮｙ層４は、複数のＴｉＣｘＮｙ結晶からなる。本開示において、「ＴｉＣｘＮｙ結晶からなる」とは、ＴｉＣｘＮｙ結晶のみからなってもよく、本開示の効果を損なわない範囲で、ＴｉＣｘＮｙ結晶に加えて、不可避不純物を含むことができることを意味する。該不可避不純物としては、例えば、塩素（Ｃｌ）等が挙げられる。ＴｉＣｘＮｙ層４における不可避不純物の合計の含有率は、例えば、０質量％以上０．１０質量％以下であってもよく、０．０１質量％以上０．０５質量％以下であってもよい。
ＴｉＣｘＮｙ層４におけるＴｉＣｘＮｙ結晶の含有率は、Ｘ線回折法（ＸＲＤ）およびエネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ）により特定される。ＴｉＣｘＮｙ層４における不可避不純物の含有率は、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）により測定される。なお、同一のＴｉＣｘＮｙ層４で測定する限り、測定箇所を任意に選択しても、測定結果にばらつきがほとんどないことが確認されている。
上記ｘおよび上記ｙは、式１および式２の関係を満たす。
０．７≦ｘ＋ｙ≦１．３ 式１
ｙ≦１．５ｘ 式２
これによって、Ｔｉ原子とＣ原子およびＮ原子との比率が適切な範囲で、ＴｉＣＮに含まれるＣ原子の比率が十分に高くなる為、被膜２の硬度を向上することができる。ｘ＋ｙの下限は、０．８以上であってもよく、０．９以上であってもよい。ｘ＋ｙの上限は、１．２以下であってもよく、１．１以下であってもよい。１．５ｘとｙとの差１．５ｘ－ｙの下限は、０超であってもよい（すなわち、ｘおよびｙは、式３の関係を更に満たしてもよい）。
ｙ＜１．５ｘ 式３
これによって、被膜２の硬度をより向上することができる。１．５ｘとｙとの差１．５ｘ－ｙの下限は、０．１以上であってもよく、０．２以上であってもよく、０．３以上であってもよい。１．５ｘとｙとの差１．５ｘ－ｙの上限は、１以下であってもよく、０．５以下であってもよい。
０．７≦ｘ＋ｙ≦１．３ 式１
ｙ≦１．５ｘ 式２
これによって、Ｔｉ原子とＣ原子およびＮ原子との比率が適切な範囲で、ＴｉＣＮに含まれるＣ原子の比率が十分に高くなる為、被膜２の硬度を向上することができる。ｘ＋ｙの下限は、０．８以上であってもよく、０．９以上であってもよい。ｘ＋ｙの上限は、１．２以下であってもよく、１．１以下であってもよい。１．５ｘとｙとの差１．５ｘ－ｙの下限は、０超であってもよい（すなわち、ｘおよびｙは、式３の関係を更に満たしてもよい）。
ｙ＜１．５ｘ 式３
これによって、被膜２の硬度をより向上することができる。１．５ｘとｙとの差１．５ｘ－ｙの下限は、０．１以上であってもよく、０．２以上であってもよく、０．３以上であってもよい。１．５ｘとｙとの差１．５ｘ－ｙの上限は、１以下であってもよく、０．５以下であってもよい。
上記ｘは、０.３５以上０．６５以下であってもよい。これによって、Ｃ原子の比率が十分に高くなる為、被膜２の硬度をより向上することができる。ｘは、０．４以上０．６５以下であってもよく、０．４５以上０．６以下であってもよい。
上記ｙは、０．３５以上０．６以下であってもよい。これによって、ＴｉＣＮ中のＴｉ原子の比率に対し、Ｃ原子の比率およびＮ原子の比率の合計が適切になり易くなる為、被膜２の硬度をより向上することができる。ｙは、０．４以上０．５５以下であってもよく、０．４５以上０．５以下であってもよい。
上記ｘおよび上記ｙは、以下の手順（Ｂ１）～（Ｂ２）の手順で測定される。
（Ｂ１）切削工具１０の表面の法線に沿って、切削工具１０をダイヤモンドワイヤーで切り出し、ＴｉＣｘＮｙ層４の断面を露出させる。露出された断面に対して収束イオンビーム加工（以下、「ＦＩＢ加工」とも記す。）を行い、断面を鏡面状態とする。
（Ｂ２）ＴｉＣｘＮｙ層４の断面において、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）に付属のエネルギー分散型Ｘ線分光装置（ＥＤＸ：Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ－ｒａｙ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｅ）（ＴＥＭ－ＥＤＸ）により矩形分析を行い、ＴｉＣｘＮｙ層４の組成を特定する。矩形分析は、ＴｉＣｘＮｙ層４の断面内に設定された、互いに重複しない３箇所の０．５μｍ×２μｍの矩形の測定領域に対して行われる。３箇所の測定領域のそれぞれにおいて、ｘ’およびｙ’を測定する。３箇所の測定領域のｘ’の平均およびｙ’の平均（算術平均）を算出する。該平均が、ＴｉＣｘＮｙ層４におけるｘおよびｙに該当する。
同一の試料において測定する限りにおいては、測定視野の選択個所を任意に変更して、複数回測定を行っても、測定結果のばらつきはほとんどないことが確認されている。
＜ＴｉＣｘＮｙ結晶＞
ＴｉＣｘＮｙ結晶は、基材１から被膜２の表面への方向に沿って伸びた柱状晶である。これによって、被膜２の表面の法線方向と垂直な方向に沿った亀裂の進展を抑制し易くなる為、被膜２の硬度を向上することができる。なお、ここで「ＴｉＣｘＮｙ結晶は、基材１から被膜２の表面への方向に沿って伸びた柱状晶である」とは、ＴｉＣｘＮｙ結晶のアスペクト比が２以上であることを意味する。
ＴｉＣｘＮｙ結晶は、基材１から被膜２の表面への方向に沿って伸びた柱状晶である。これによって、被膜２の表面の法線方向と垂直な方向に沿った亀裂の進展を抑制し易くなる為、被膜２の硬度を向上することができる。なお、ここで「ＴｉＣｘＮｙ結晶は、基材１から被膜２の表面への方向に沿って伸びた柱状晶である」とは、ＴｉＣｘＮｙ結晶のアスペクト比が２以上であることを意味する。
ＴｉＣｘＮｙ結晶のアスペクト比は、１０以上３０以下であってもよい。これによって、ＴｉＣｘＮｙ結晶の脱落を抑制し易くなる為、特に鋼の中速加工においても、より優れた工具寿命を有する切削工具１０を提供することができる。ＴｉＣｘＮｙ結晶のアスペクト比は、１０以上２５以下であってもよく、１０以上２０以下であってもよい。
ＴｉＣｘＮｙ結晶のアスペクト比は、以下の（Ｃ１）～（Ｃ５）の手順で測定することができる。
（Ｃ１）切削工具１０の表面の法線に沿って、切削工具１０をダイヤモンドワイヤーで切り出し、ＴｉＣｘＮｙ層４の断面を露出させる。露出された断面に対してＦＩＢ加工を行い、断面を鏡面状態とする。
（Ｃ２）ＦＩＢ加工された断面に対して、電子線後方散乱回折装置（ＥＢＳＤ装置）を備えた電界放出型走査型電子顕微鏡（ＦＥ－ＳＥＭ）（製品名：「ＳＵＰＲＡ３５ＶＰ」、Ｃａｒｌ Ｚｅｉｓｓ社製）を用いて、以下の測定条件でＥＢＳＤ解析を行う。ＥＢＳＤ解析を行う領域（以下、解析領域とも記す。）は、ＴｉＣｘＮｙ層４内に設けられる、互いに重複しない３箇所の矩形の領域とする。解析領域の大きさは、基材１に平行な方向の長さが２０μｍ以上の矩形とする。解析領域の被膜２の厚み方向の長さは、ＴｉＣｘＮｙ層４の厚みにより、適宜設定することができる。解析領域の被膜２の厚み方向の長さは、例えば、ＴｉＣｘＮｙ層４の厚みの９０％以上となるように設定する。
（測定条件）
加速電圧：１５ｋＶ
電流値：１．８ｎＡ
照射電流：６０μｍ（ＨＣ有り）
Ｅｘｐ：Ｌｏｎｇ ０．０３ｓ
Ｂｉｎｎｉｎｇ：８×８
ＷＤ：１５ｍｍ
Ｔｉｌｔ：７０°
Ｓｔｅｐ ｓｉｚｅ：０．０２μｍ
ＢＫＤ：Ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ Ｓｕｂｔｒａｃｔｉｏｎ、
Ｄｙｎａｍｉｃ Ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ Ｓｕｂｔｒａｃｔｉｏｎ、
Ｎｏｒｍａｌｉｚｅ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｈｉｓｔｏｇｒａｍ
撮影倍率：２００００倍
粒界定義：１５°以上
（測定条件）
加速電圧：１５ｋＶ
電流値：１．８ｎＡ
照射電流：６０μｍ（ＨＣ有り）
Ｅｘｐ：Ｌｏｎｇ ０．０３ｓ
Ｂｉｎｎｉｎｇ：８×８
ＷＤ：１５ｍｍ
Ｔｉｌｔ：７０°
Ｓｔｅｐ ｓｉｚｅ：０．０２μｍ
ＢＫＤ：Ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ Ｓｕｂｔｒａｃｔｉｏｎ、
Ｄｙｎａｍｉｃ Ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ Ｓｕｂｔｒａｃｔｉｏｎ、
Ｎｏｒｍａｌｉｚｅ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｈｉｓｔｏｇｒａｍ
撮影倍率：２００００倍
粒界定義：１５°以上
（Ｃ３）ＥＢＳＤ解析により収集されたデータについて、ＣＩ Ｄｉｌａｔｉｏｎ法（ｓｉｎｇｌｅ Ｉｎｔｅｒａｔｉｏｎ）とＧｒａｉｎ ＣＩ Ｓｔａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎとで、ＣＩ＞０．１を満たすデータのみを認識することにより、クリーンアップ処理を実行する。ＣＩ値は、Ｖｏｔｉｎｇ法により算出する。具体的には、ＣＩ＝（Ｖ１－Ｖ２）／Ｖｉｄｅａｌ（Ｖ１、２：１、２番目の解、Ｖｉｄｅａｌ：理想解）により求められる。
（Ｃ４）上記ＥＢＳＤ解析結果を、市販のソフトウェア（商品名：「ＯＩＭ７．１」、株式会社ＴＳＬソリューションズ製）を用いて分析し、上記解析領域のＩＰＦマップ（Ｉｎｖｅｒｓｅ Ｐｏｌｅ Ｆｉｇｕｒｅ ｍａｐ：逆極点図方位マップ）を作成する。該ＩＰＦマップの作成においては、隣接する測定点の方位差角が１５°以上の場合を結晶粒界と定義する。ＩＰＦマップには、各結晶粒の形状が示される。
（Ｃ５）上記ソフトウェア（「ＯＭＩ７．１」）を用いて、各解析領域のＩＰＦマップ内の任意の３０個のＴｉＣｘＮｙ結晶のそれぞれについて、アスペクト比を測定する。各ＴｉＣｘＮｙ結晶のアスペクト比とは、ＴｉＣｘＮｙ結晶の長径ａと短径ｂとの比ｂ／ａである。本開示において、長径ａは、上記断面で観察されるＴｉＣｘＮｙ結晶の最大差し渡し径であり、短径ｂは、長径ａに直交する方向に沿うＴｉＣｘＮｙ結晶の最大径である。本開示において、「ＴｉＣｘＮｙ結晶のアスペクト比」は、計３０個のＴｉＣｘＮｙ結晶のアスペクト比の平均（算術平均）である。本開示において、解析領域のＩＰＦマップ内のＴｉＣｘＮｙ結晶とは、ＴｉＣｘＮｙ結晶の全てが解析領域のＩＰＦマップ内に存在するＴｉＣｘＮｙ結晶、および、ＴｉＣｘＮｙ結晶の少なくとも一部が解析領域のＩＰＦマップ内に存在するＴｉＣｘＮｙ結晶の両方を含む。
同一の試料において測定する限りにおいては、切削工具１０の切り出し位置や、測定領域を変更して複数回行っても、測定結果のばらつきはほとんどないことが確認されている。
ＴｉＣｘＮｙ結晶の結晶径は、０．０５μｍ以上０．５μｍ以下である。これによって、ＴｉＣｘＮｙ結晶が微細になる為、被膜２の硬度を向上することができる。該結晶径は、０．１μｍ以上０．４μｍ以下であってもよく、０．１５μｍ以上０．３５μｍ以下であってもよく、０．２μｍ以上０．３μｍ以下であってもよい。
ＴｉＣｘＮｙ結晶の結晶径は、以下の（Ｄ１）～（Ｄ６）手順で測定することができる。
（Ｄ１）基材１のすくい面の法線に沿って切削工具１０をダイヤモンドワイヤーで切り出し、ＴｉＣｘＮｙ層４の断面を露出させる。露出された断面に対してＡｒイオンによるイオンミーリングを行い、断面を鏡面状態とする。該イオンミーリングの条件は以下の通りである。
・加速電圧：６ｋＶ
・照射角度：ＴｉＣｘＮｙ層４の断面におけるＴｉＣｘＮｙ層４の厚み方向に平行となる直線方向から０°
・照射時間：６時間
・加速電圧：６ｋＶ
・照射角度：ＴｉＣｘＮｙ層４の断面におけるＴｉＣｘＮｙ層４の厚み方向に平行となる直線方向から０°
・照射時間：６時間
（Ｄ２）鏡面状態の断面を、電界放出型走査電子顕微鏡（ＦＥ－ＳＥＭ）で５０００倍で観察し、後方散乱電子像（ＥＢＳＤ）を得る。
（Ｄ３）上記ＥＢＳＤ中で、測定範囲にＴｉＣｘＮｙ層４の基材１に近い界面とＴｉＣｘＮｙ層４の被膜２の表面に近い界面とが含まれる様に、該測定範囲を設定する。該測定範囲は、（横方向（被膜２の表面と平行な方向）：３０μｍ）×（縦方向（被膜２の表面の法線方向）：被膜２全体を含む長さ）の矩形とする。
（Ｄ４）測定範囲中の任意の１個のＴｉＣｘＮｙ結晶について、任意の３箇所の横方向の差し渡し径を測定する。任意の３箇所の横方向の差し渡し径の平均（算術平均）を算出することにより、任意の１個のＴｉＣｘＮｙ結晶の横方向の平均差し渡し径を求める。
（Ｄ５）測定範囲中の他の任意の２９個のＴｉＣｘＮｙ結晶のそれぞれについて、上記（Ｄ４）と同じ方法で横方向の平均差し渡し径を求める。
（Ｄ６）測定範囲中の任意の計３０個のＴｉＣｘＮｙ結晶について、横方向の平均差し渡し径の平均（算術平均）を算出することにより、ＴｉＣｘＮｙ結晶の結晶径を特定する。
なお、同一のＴｉＣｘＮｙ層４に対し測定する限り、測定箇所を任意に選択しても、測定結果にばらつきがほとんどないことが確認されている。
＜ＴｉＣｘＮｙ層の硬度＞
ＴｉＣｘＮｙ層４の硬度は、３０ＧＰａ以上であってもよい。これによって、特に鋼の中速加工においても、より優れた工具寿命を有する切削工具１０を提供することができる。ＴｉＣｘＮｙ層４の硬度は、３０ＧＰａ以上４０ＧＰａ以下であってもよく、３０ＧＰａ以上３５ＧＰａ以下であってもよく、３１ＧＰａ以上３３ＧＰａ以下であってもよい。
ＴｉＣｘＮｙ層４の硬度は、３０ＧＰａ以上であってもよい。これによって、特に鋼の中速加工においても、より優れた工具寿命を有する切削工具１０を提供することができる。ＴｉＣｘＮｙ層４の硬度は、３０ＧＰａ以上４０ＧＰａ以下であってもよく、３０ＧＰａ以上３５ＧＰａ以下であってもよく、３１ＧＰａ以上３３ＧＰａ以下であってもよい。
ＴｉＣｘＮｙ層４の硬度は、ナノインデンターで測定される。具体的には、先ず、ＴｉＣｘＮｙ層４の表面における任意の１０点それぞれに対し、硬度を測定する。ここで、ＴｉＣｘＮｙ層４が最表面でない場合は、機械研磨等でＴｉＣｘＮｙ層４を露出させてからナノインデンターで測定を行うものとする。次に、求められた１０点の硬度の平均（算術平均）をＴｉＣｘＮｙ層４の硬度とする。ナノインデンターとしては、例えば、株式会社エリオニクス製のＥＮＴ１１００（商品名）が挙げられる。測定条件は以下の通りである。
（ナノインデンターの測定条件）
圧子： バーコビッチ
荷重： １ｇｆ
負荷時間： １０ｓｅｃ
保持時間： ２ｓｅｃ
除荷時間： １０ｓｅｃ
圧子： バーコビッチ
荷重： １ｇｆ
負荷時間： １０ｓｅｃ
保持時間： ２ｓｅｃ
除荷時間： １０ｓｅｃ
なお、同一のＴｉＣｘＮｙ層について測定する限りにおいては、測定点の選択個所を変更して複数回行っても、測定結果のばらつきはほとんどなく、任意に測定点を設定しても恣意的にはならないことが確認された。
＜ＴｉＣｘＮｙ層の厚み＞
ＴｉＣｘＮｙ層４の厚みは、０．５μｍ以上５μｍ以下であってもよい。これによって、被膜２においてＴｉＣｘＮｙ層４（言い換えれば、高い硬度を有する層）が十分な厚みで存在することとなる為、特に鋼の中速加工においても、より優れた工具寿命を有する切削工具１０を提供することができる。ＴｉＣｘＮｙ層４の厚みは、１μｍ以上４μｍ以下であってもよく、１．５μｍ以上３．５μｍ以下であってもよい。
ＴｉＣｘＮｙ層４の厚みは、０．５μｍ以上５μｍ以下であってもよい。これによって、被膜２においてＴｉＣｘＮｙ層４（言い換えれば、高い硬度を有する層）が十分な厚みで存在することとなる為、特に鋼の中速加工においても、より優れた工具寿命を有する切削工具１０を提供することができる。ＴｉＣｘＮｙ層４の厚みは、１μｍ以上４μｍ以下であってもよく、１．５μｍ以上３．５μｍ以下であってもよい。
≪ＴｉＣＮＯ層≫
＜ＴｉＣＮＯ層の組成＞
本開示において、ＴｉＣＮＯ層５とは、ＴｉＣＮＯからなる層を意味する。ここで、「ＴｉＣＮＯからなる」とは、ＴｉＣＮＯのみからなってもよく、本開示の効果を損なわない範囲で、ＴｉＣＮＯに加えて、不可避不純物を含むことができることを意味する。該不可避不純物としては、例えば、塩素（Ｃｌ）等が挙げられる。ＴｉＣＮＯ層５における不可避不純物の合計の含有率は、例えば、０質量％以上０．１０質量％以下であってもよく、０．０１質量％以上０．０５質量％以下であってもよい。
＜ＴｉＣＮＯ層の組成＞
本開示において、ＴｉＣＮＯ層５とは、ＴｉＣＮＯからなる層を意味する。ここで、「ＴｉＣＮＯからなる」とは、ＴｉＣＮＯのみからなってもよく、本開示の効果を損なわない範囲で、ＴｉＣＮＯに加えて、不可避不純物を含むことができることを意味する。該不可避不純物としては、例えば、塩素（Ｃｌ）等が挙げられる。ＴｉＣＮＯ層５における不可避不純物の合計の含有率は、例えば、０質量％以上０．１０質量％以下であってもよく、０．０１質量％以上０．０５質量％以下であってもよい。
ＴｉＣＮＯ層５におけるＴｉＣＮＯの含有率は、Ｘ線回折法（ＸＲＤ）およびエネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ）により特定される。ＴｉＣＮＯ層５における不可避不純物の含有率は、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）により測定される。なお、同一のＴｉＣＮＯ層５で測定する限り、測定箇所を任意に選択しても、測定結果にばらつきがほとんどないことが確認されている。
＜ＴｉＣＮＯ層の厚み＞
ＴｉＣＮＯ層５の厚みは、１μｍ以下であってもよい。これによって、ＴｉＣｘＮｙ層４（言い換えれば、高い硬度を有する層）の剥離を抑制し易くなる為、特に鋼の中速加工においても、より優れた工具寿命を有する切削工具１０を提供することができる。ＴｉＣＮＯ層５の厚みは、０．３μｍ以上１μｍ以下であってもよく、０．４μｍ以上０．９μｍ以下であってもよく、０．５μｍ以上０．８μｍ以下であってもよい。
ＴｉＣＮＯ層５の厚みは、１μｍ以下であってもよい。これによって、ＴｉＣｘＮｙ層４（言い換えれば、高い硬度を有する層）の剥離を抑制し易くなる為、特に鋼の中速加工においても、より優れた工具寿命を有する切削工具１０を提供することができる。ＴｉＣＮＯ層５の厚みは、０．３μｍ以上１μｍ以下であってもよく、０．４μｍ以上０．９μｍ以下であってもよく、０．５μｍ以上０．８μｍ以下であってもよい。
≪他の層≫
他の層としては、例えば、下地層（図示なし）、中間層（図示なし）、および表面層（図示なし）等を挙げることができる。下地層は、基材１に接している層である。表面層は、被膜２の表面に位置する層である。中間層は、下地層とα－Ａｌ２Ｏ３層３との間に配置される層、ＴｉＣｘＮｙ層４と表面層との間に配置される層、または上記ＴｉＣＮＯ層５が存在しない場合においてはα－Ａｌ２Ｏ３層３とＴｉＣｘＮｙ層４との間に配置される層である。
他の層としては、例えば、下地層（図示なし）、中間層（図示なし）、および表面層（図示なし）等を挙げることができる。下地層は、基材１に接している層である。表面層は、被膜２の表面に位置する層である。中間層は、下地層とα－Ａｌ２Ｏ３層３との間に配置される層、ＴｉＣｘＮｙ層４と表面層との間に配置される層、または上記ＴｉＣＮＯ層５が存在しない場合においてはα－Ａｌ２Ｏ３層３とＴｉＣｘＮｙ層４との間に配置される層である。
＜下地層＞
下地層は、ＴｉＮまたはＴｉＣＮからなってもよい。「ＴｉＮまたはＴｉＣＮからなる」とは、ＴｉＮまたはＴｉＣＮのみからなってもよく、ＴｉＮまたはＴｉＣＮに加えて、不可避不純物などを含んでもよいことを意味する。ここで、不可避不純物としては、塩素原子（Ｃｌ）、酸素原子（Ｏ）、コバルト原子（Ｃｏ）、タングステン原子（Ｗ）、ニッケル原子（Ｎｉ）、硼素原子（Ｂ）が挙げられる。下地層における不可避不純物の合計の含有率は、例えば、０質量％以上１．０質量％以下であってもよく、０．３質量％以上０．６質量％以下であってもよい。
下地層は、ＴｉＮまたはＴｉＣＮからなってもよい。「ＴｉＮまたはＴｉＣＮからなる」とは、ＴｉＮまたはＴｉＣＮのみからなってもよく、ＴｉＮまたはＴｉＣＮに加えて、不可避不純物などを含んでもよいことを意味する。ここで、不可避不純物としては、塩素原子（Ｃｌ）、酸素原子（Ｏ）、コバルト原子（Ｃｏ）、タングステン原子（Ｗ）、ニッケル原子（Ｎｉ）、硼素原子（Ｂ）が挙げられる。下地層における不可避不純物の合計の含有率は、例えば、０質量％以上１．０質量％以下であってもよく、０．３質量％以上０．６質量％以下であってもよい。
下地層がＴｉＮまたはＴｉＣＮからなることは、Ｘ線回折法（ＸＲＤ）およびエネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ）により測定される。下地層における不可避不純物の含有率は、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）により測定される。なお、同一の下地層に対し測定する限り、測定箇所を任意に選択しても、測定結果にばらつきがほとんどないことが確認されている。
下地層の厚みは、０．１μｍ以上２．０μｍ以下であってもよく、０．５μｍ以上１．５μｍ以下であってもよく、０．８μｍ以上１．３μｍ以下であってもよい。
＜中間層＞
中間層は、ＴｉＣＮからなってもよい。「ＴｉＣＮからなる」とは、ＴｉＣＮのみからなってもよく、ＴｉＣＮに加えて、不可避不純物などを含んでもよいことを意味する。ここで、不可避不純物としては、塩素原子（Ｃｌ）、酸素原子（Ｏ）、コバルト原子（Ｃｏ）、タングステン原子（Ｗ）、ニッケル原子（Ｎｉ）、硼素原子（Ｂ）が挙げられる。中間層における不可避不純物の合計の含有率は、例えば、０質量％以上１．０質量％以下であってもよく、０．３質量％以上０．６質量％以下であってもよい。
中間層は、ＴｉＣＮからなってもよい。「ＴｉＣＮからなる」とは、ＴｉＣＮのみからなってもよく、ＴｉＣＮに加えて、不可避不純物などを含んでもよいことを意味する。ここで、不可避不純物としては、塩素原子（Ｃｌ）、酸素原子（Ｏ）、コバルト原子（Ｃｏ）、タングステン原子（Ｗ）、ニッケル原子（Ｎｉ）、硼素原子（Ｂ）が挙げられる。中間層における不可避不純物の合計の含有率は、例えば、０質量％以上１．０質量％以下であってもよく、０．３質量％以上０．６質量％以下であってもよい。
中間層がＴｉＣＮからなることは、Ｘ線回折法（ＸＲＤ）およびエネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ）により測定される。中間層における不可避不純物の含有率は、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）により測定される。なお、同一の中間層に対し測定する限り、測定箇所を任意に選択しても、測定結果にばらつきがほとんどないことが確認されている。
中間層の厚みは、２．０μｍ以上１０μｍ以下であってもよく、４．０μｍ以上８．０μｍ以下であってもよい。
＜表面層＞
表面層は、ＴｉＮからなってもよい。「ＴｉＮからなる」とは、ＴｉＮのみからなってもよく、ＴｉＮに加えて、不可避不純物などを含んでもよいことを意味する。ここで、不可避不純物としては、塩素原子（Ｃｌ）、酸素原子（Ｏ）、コバルト原子（Ｃｏ）、タングステン原子（Ｗ）、ニッケル原子（Ｎｉ）、硼素原子（Ｂ）が挙げられる。表面層における不可避不純物の合計の含有率は、例えば、０質量％以上１．０質量％以下であってもよく、０．１質量％以上０．４質量％以下であってもよい。
表面層は、ＴｉＮからなってもよい。「ＴｉＮからなる」とは、ＴｉＮのみからなってもよく、ＴｉＮに加えて、不可避不純物などを含んでもよいことを意味する。ここで、不可避不純物としては、塩素原子（Ｃｌ）、酸素原子（Ｏ）、コバルト原子（Ｃｏ）、タングステン原子（Ｗ）、ニッケル原子（Ｎｉ）、硼素原子（Ｂ）が挙げられる。表面層における不可避不純物の合計の含有率は、例えば、０質量％以上１．０質量％以下であってもよく、０．１質量％以上０．４質量％以下であってもよい。
表面層がＴｉＮからなることは、Ｘ線回折法（ＸＲＤ）およびエネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ）により測定される。表面層における不可避不純物の含有率は、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）により測定される。なお、同一の表面層に対し測定する限り、測定箇所を任意に選択しても、測定結果にばらつきがほとんどないことが確認されている。
表面層の厚みは、０．５μｍ以上３．０μｍ以下であってもよく、１．０μｍ以上２．５μｍ以下であってもよい。
［実施形態２：切削工具の製造方法］
本実施形態の切削工具の製造方法について図３を用いて説明する。図３は、本開示の切削工具の製造に用いられるＣＶＤ装置の一例の模式的な断面図である。
本実施形態の切削工具の製造方法について図３を用いて説明する。図３は、本開示の切削工具の製造に用いられるＣＶＤ装置の一例の模式的な断面図である。
本実施形態の切削工具の製造方法は、実施形態１に記載の切削工具の製造方法であって、基材１を準備する第１工程と、該基材１上に被膜を形成する第２工程と、を備え、該第２工程は、ＣＶＤ法によりα－Ａｌ２Ｏ３層を形成する第２ａ工程と、ＣＶＤ法によりＴｉＣｘＮｙ層を形成する第２ｂ工程と、をこの順で含む。第２工程は、第２ａ工程と第２ｂ工程との間において、ＣＶＤ法によりＴｉＣＮＯ層を形成する第２ｃ工程を更に含んでもよい。各工程の詳細について、以下に説明する。
≪第１工程≫
第１工程では、基材１を準備する。基材１は、実施形態１に記載の基材１を用いることができる。
第１工程では、基材１を準備する。基材１は、実施形態１に記載の基材１を用いることができる。
例えば、基材１として超硬合金を用いる場合は、市販の基材１を用いてもよく、一般的な粉末冶金法で製造してもよい。一般的な粉末冶金法で製造する場合、例えば、ボールミル等によってＷＣ粉末とＣｏ粉末等とを混合して混合粉末を得る。該混合粉末を乾燥した後、所定の形状に成形して成形体を得る。さらに該成形体を焼結することにより、ＷＣ－Ｃｏ系超硬合金（焼結体）を得る。次に、該焼結体に対して、ホーニングに処理等の所定の刃先加工を施すことにより、ＷＣ－Ｃｏ系超硬合金からなる基材１を製造することができる。上記以外の基材１であっても、この種の基材１として従来公知のものであればいずれも準備可能である。
≪第２工程≫
第２工程では、上記基材１上に被膜を形成して切削工具を得る。被膜の形成は、例えば図３に示されるＣＶＤ装置３０を用いて行う。ＣＶＤ装置３０は、基材１を保持するための基材セット治具３１の複数と、基材セット治具３１を覆う耐熱合金鋼製の反応容器３２とを備えている。また、反応容器３２の周囲には、反応容器３２内の温度を制御するための調温装置３３が設けられている。反応容器３２にはガス導入口３４を有するガス導入管３５が設けられている。ガス導入管３５は、基材セット治具３１が配置される反応容器３２の内部空間において、鉛直方向に延在し該鉛直方向を軸に回転可能に配置されており、またガスを反応容器３２内に噴出するための複数の噴出孔（貫通孔３６）が設けられている。このＣＶＤ装置３０を用いて、次のようにして上記被膜を構成する、α－Ａｌ２Ｏ３層、ＴｉＣＮＯ層、およびＴｉＣｘＮｙ層を形成することができる。
第２工程では、上記基材１上に被膜を形成して切削工具を得る。被膜の形成は、例えば図３に示されるＣＶＤ装置３０を用いて行う。ＣＶＤ装置３０は、基材１を保持するための基材セット治具３１の複数と、基材セット治具３１を覆う耐熱合金鋼製の反応容器３２とを備えている。また、反応容器３２の周囲には、反応容器３２内の温度を制御するための調温装置３３が設けられている。反応容器３２にはガス導入口３４を有するガス導入管３５が設けられている。ガス導入管３５は、基材セット治具３１が配置される反応容器３２の内部空間において、鉛直方向に延在し該鉛直方向を軸に回転可能に配置されており、またガスを反応容器３２内に噴出するための複数の噴出孔（貫通孔３６）が設けられている。このＣＶＤ装置３０を用いて、次のようにして上記被膜を構成する、α－Ａｌ２Ｏ３層、ＴｉＣＮＯ層、およびＴｉＣｘＮｙ層を形成することができる。
被膜が、実施形態１に記載の「他の層」を含む場合は、該「他の層」は従来公知の方法で形成することができる。
＜第２ａ工程：ＣＶＤ法によりα－Ａｌ２Ｏ３層を形成する工程＞
第２ａ工程では、ＣＶＤ法によりα－Ａｌ２Ｏ３層を形成する。より具体的には、まず、基材１を基材セット治具３１に配置し、反応容器３２内の温度および圧力を所定の範囲に制御しながら、α－Ａｌ２Ｏ３層用の原料ガスをガス導入管３５から反応容器３２内に導入させる。これにより、基材１上にα－Ａｌ２Ｏ３層が形成され、基材１上にα－Ａｌ２Ｏ３層が形成された「第１切削工具前駆体」が得られる。
第２ａ工程では、ＣＶＤ法によりα－Ａｌ２Ｏ３層を形成する。より具体的には、まず、基材１を基材セット治具３１に配置し、反応容器３２内の温度および圧力を所定の範囲に制御しながら、α－Ａｌ２Ｏ３層用の原料ガスをガス導入管３５から反応容器３２内に導入させる。これにより、基材１上にα－Ａｌ２Ｏ３層が形成され、基材１上にα－Ａｌ２Ｏ３層が形成された「第１切削工具前駆体」が得られる。
α－Ａｌ２Ｏ３層用の原料ガスとしては、ＡｌＣｌ３、ＣＯ２、ＨＣｌ、ＣＯ、Ｈ２Ｓ、およびＨ２の混合ガスが用いられる。
混合ガスにおけるＡｌＣｌ３の含有率は、２．０ａｔｍ％以上４．０ａｔｍ％以下であってもよい。混合ガスにおけるＣＯ２の含有率は、１．０ａｔｍ％以上３．０ａｔｍ％以下であってもよい。混合ガスにおけるＨＣｌの含有率は、２．０ａｔｍ％以上６．０ａｔｍ％以下であってもよい。混合ガスにおけるＣＯの含有率は、２．０ａｔｍ％以上３．０ａｔｍ％以下であってもよい。混合ガスにおけるＨ２Ｓの含有率は、０．１ａｔｍ％以上１．０ａｔｍ％以下であってもよい。
反応容器３２内の温度は９００℃以上１１００℃以下に制御されてもよく、反応容器３２内の圧力は６０ｈＰａ以上８０ｈＰａ以下に制御されてもよい。なお、ガス導入時、ガス導入管３５を回転させてもよい。
上記製造方法に関し、ＣＶＤ法の各条件を制御することによって、α－Ａｌ２Ｏ３層の態様が変化する。例えば、成膜時間を調整することにより、α－Ａｌ２Ｏ３層の厚みが制御される。
＜第２ｃ工程：ＣＶＤ法によりＴｉＣＮＯ層を形成する工程＞
第２ｃ工程では、ＣＶＤ法によりＴｉＣＮＯ層を形成する。より具体的には、まず、基材１上にα－Ａｌ２Ｏ３層が形成された「第１切削工具前駆体」を基材セット治具３１に配置し、反応容器３２内の温度および圧力を所定の範囲に制御しながら、ＴｉＣＮＯ層用の原料ガスをガス導入管３５から反応容器３２内に導入させる。これにより、α－Ａｌ２Ｏ３層上にＴｉＣＮＯ層が形成され、α－Ａｌ２Ｏ３層上にＴｉＣＮＯ層が形成された「第１’切削工具前駆体」が得られる。
第２ｃ工程では、ＣＶＤ法によりＴｉＣＮＯ層を形成する。より具体的には、まず、基材１上にα－Ａｌ２Ｏ３層が形成された「第１切削工具前駆体」を基材セット治具３１に配置し、反応容器３２内の温度および圧力を所定の範囲に制御しながら、ＴｉＣＮＯ層用の原料ガスをガス導入管３５から反応容器３２内に導入させる。これにより、α－Ａｌ２Ｏ３層上にＴｉＣＮＯ層が形成され、α－Ａｌ２Ｏ３層上にＴｉＣＮＯ層が形成された「第１’切削工具前駆体」が得られる。
ＴｉＣＮＯ層用の原料ガスとしては、ＴｉＣｌ４、ＣＨ３ＣＮ、ＣＯ、Ｎ２、およびＨ２の混合ガスが用いられる。
混合ガスにおけるＴｉＣｌ４の含有率は、０．５ａｔｍ％以上３．０ａｔｍ％以下であってもよい。混合ガスにおけるＣＨ３ＣＮの含有率は、０．０１ａｔｍ％以上３．０ａｔｍ％以下であってもよい。混合ガスにおけるＣＯの含有率は、１．０ａｔｍ％以上４．０ａｔｍ％以下であってもよい。混合ガスにおけるＮ２の含有率は、１０ａｔｍ％以上４０ａｔｍ％以下であってもよい。
反応容器３２内の温度は９００℃以上１１００℃以下に制御されてもよく、反応容器３２内の圧力は１８０ｈＰａ以上２２０ｈＰａ以下に制御されてもよい。なお、ガス導入時、ガス導入管３５を回転させてもよい。
上記製造方法に関し、ＣＶＤ法の各条件を制御することによって、ＴｉＣＮＯ層の態様が変化する。例えば、成膜時間を調整することにより、ＴｉＣＮＯ層の厚みが制御される。
＜第２ｂ工程：ＣＶＤ法によりＴｉＣｘＮｙ層を形成する工程＞
第２ｂ工程では、ＣＶＤ法によりＴｉＣｘＮｙ層を形成する。より具体的には、第２ｃ工程が実行されない場合においては、まず、基材１上にα－Ａｌ２Ｏ３層が形成された「第１切削工具前駆体」を基材セット治具３１に配置し、反応容器３２内の温度および圧力を所定の範囲に制御しながら、ＴｉＣｘＮｙ層用の原料ガスをガス導入管３５から反応容器３２内に導入させる。これにより、α－Ａｌ２Ｏ３層上にＴｉＣｘＮｙ層が形成される。
第２ｂ工程では、ＣＶＤ法によりＴｉＣｘＮｙ層を形成する。より具体的には、第２ｃ工程が実行されない場合においては、まず、基材１上にα－Ａｌ２Ｏ３層が形成された「第１切削工具前駆体」を基材セット治具３１に配置し、反応容器３２内の温度および圧力を所定の範囲に制御しながら、ＴｉＣｘＮｙ層用の原料ガスをガス導入管３５から反応容器３２内に導入させる。これにより、α－Ａｌ２Ｏ３層上にＴｉＣｘＮｙ層が形成される。
また、第２ｃ工程が実行される場合においては、まず、α－Ａｌ２Ｏ３層上にＴｉＣＮＯ層が形成された「第１’切削工具前駆体」を基材セット治具３１に配置し、反応容器３２内の温度および圧力を所定の範囲に制御しながら、ＴｉＣｘＮｙ層用の原料ガスをガス導入管３５から反応容器３２内に導入させる。これにより、ＴｉＣＮＯ層上にＴｉＣｘＮｙ層が形成される。
ＴｉＣｘＮｙ層用の原料ガスとしては、ＴｉＣｌ４、ＣＨ３ＣＮ、ＣＯ、Ｎ２、およびＨ２の混合ガスが用いられる。
混合ガスにおけるＣＯの含有率ｃ１は、０．１５ａｔｍ％以上０．４ａｔｍ％以下である。これによって、ＴｉＣｘＮｙ結晶の柱状組織を維持したまま、結晶径を小さくすることができる。混合ガスにおけるＴｉＣｌ４の含有率ｃ３は、０．５ａｔｍ％以上３．０ａｔｍ％以下であってもよい。混合ガスにおけるＣＨ３ＣＮの含有率ｃ４は、０．０１ａｔｍ％以上３．０ａｔｍ％以下であってもよい。混合ガスにおけるＮ２の含有率ｃ２は、１ａｔｍ％以上４０ａｔｍ％以下であってもよい。
反応容器３２内の温度は９００℃以上１１００℃以下に制御されてもよく、反応容器３２内の圧力は８０ｈＰａ以上１００ｈＰａ以下に制御されてもよい。なお、ガス導入時、ガス導入管３５を回転させてもよい。
上記製造方法に関し、ＣＶＤ法の各条件を制御することによって、ＴｉＣｘＮｙ層の態様が変化する。例えば、成膜時間を調整することにより、ＴｉＣｘＮｙ層の厚みが制御される。
＜その他の工程＞
第２工程は、上記の工程に加えて、表面研削、ブラスト処理などの表面処理工程を含むことができる。
第２工程は、上記の工程に加えて、表面研削、ブラスト処理などの表面処理工程を含むことができる。
≪本実施形態の切削工具の製造方法の特徴≫
本実施形態の切削工具の製造方法では、第２ｂ工程において、混合ガスにおけるＣＯの含有率は、０．１５ａｔｍ％以上０．４ａｔｍ％以下である。これによって、被膜は、基材１上に配置されたα－Ａｌ２Ｏ３層と、該α－Ａｌ２Ｏ３層上に配置されたＴｉＣｘＮｙ層と、を含み、且つ、複数のＴｉＣｘＮｙ結晶からなる該ＴｉＣｘＮｙ層において、該ＴｉＣｘＮｙ結晶を、基材１から被膜の表面への方向に沿って伸びた柱状晶とし、且つ、該ＴｉＣｘＮｙ結晶の結晶径を、所望の範囲に調整し、且つ、ｘおよびｙを所望の範囲に調整することができる。その理由は、以下の通りと推察される。
本実施形態の切削工具の製造方法では、第２ｂ工程において、混合ガスにおけるＣＯの含有率は、０．１５ａｔｍ％以上０．４ａｔｍ％以下である。これによって、被膜は、基材１上に配置されたα－Ａｌ２Ｏ３層と、該α－Ａｌ２Ｏ３層上に配置されたＴｉＣｘＮｙ層と、を含み、且つ、複数のＴｉＣｘＮｙ結晶からなる該ＴｉＣｘＮｙ層において、該ＴｉＣｘＮｙ結晶を、基材１から被膜の表面への方向に沿って伸びた柱状晶とし、且つ、該ＴｉＣｘＮｙ結晶の結晶径を、所望の範囲に調整し、且つ、ｘおよびｙを所望の範囲に調整することができる。その理由は、以下の通りと推察される。
複数のＴｉＣｘＮｙ結晶からなる該ＴｉＣｘＮｙ層において、該ＴｉＣｘＮｙ結晶を、基材から被膜の表面への方向に沿って伸びた柱状晶とし、且つ、該ＴｉＣｘＮｙ結晶の結晶径を小さく抑えることは、例えば、該ＴｉＣｘＮｙ層の成膜を低温（例えば、８００℃程度）で実行することにより達成されることが従来から知られている。しかしながら、α－Ａｌ２Ｏ３層上にＴｉＣｘＮｙ層を配置する場合においては、α－Ａｌ２Ｏ３層の成膜が高温（例えば、１０００℃程度）で実行される関係で、ＴｉＣｘＮｙ層の成膜を低温（例えば、８００℃程度）で実行できなかった。また、α－Ａｌ２Ｏ３層中のα－Ａｌ２Ｏ３粒子が粗粒になり易い傾向がある関係で、α－Ａｌ２Ｏ３層上に配置されるＴｉＣｘＮｙ層中のＴｉＣｘＮｙ結晶を微粒にすることができなかった。以上により、ＴｉＣｘＮｙ結晶を基材から被膜の表面への方向に沿って伸びた柱状晶とし、且つ、該ＴｉＣｘＮｙ結晶の結晶径を小さく抑えることができなかった。
本実施形態の切削工具の製造方法では、第２ｂ工程において、混合ガスにおけるＣＯの含有率は、０．１５ａｔｍ％以上０．４ａｔｍ％以下である。ＣＯの含有率が高いと（すなわち、０．４ａｔｍ％超であると）成長方向を制御し難くなる関係で柱状組織を維持できなくなる一方で、ＣＯの含有率が適度に低いと（すなわち、０．１５ａｔｍ％以上０．４ａｔｍ％以下であると）成長方向を制御し易くなる関係で柱状組織を維持することができる。その為、被膜は、基材１上に配置されたα－Ａｌ２Ｏ３層と、該α－Ａｌ２Ｏ３層上に配置されたＴｉＣｘＮｙ層と、を含み、且つ、複数のＴｉＣｘＮｙ結晶からなるＴｉＣｘＮｙ層において、該ＴｉＣｘＮｙ結晶を、基材１から被膜の表面への方向に沿って伸びた柱状晶とし、且つ、該ＴｉＣｘＮｙ結晶の結晶径を、所望の範囲に調整することができる。なお、従来においては、ＣＯガス流量の制御を安定させるために流量が多くなる関係で、混合ガスにおけるＣＯの含有率は０．１５ａｔｍ％以上０．４ａｔｍ％以下の範囲外であった。また、第２ｂ工程において、混合ガスにおけるＣＯの含有率が０．１５ａｔｍ％以上０．４ａｔｍ％以下であることを前提として、混合ガスにおけるＣＯの含有率ｃ１に対する、混合ガスにおけるＮ２の含有率ｃ２の比率ｃ２／ｃ１は、１０以上１５０以下であり、且つ、混合ガスにおけるＣＨ３ＣＮの含有率ｃ４に対する、混合ガスにおけるＮ２の含有率ｃ２の比率ｃ２／ｃ４は、７５以下であり、且つ、混合ガスにおけるＴｉＣｌ４の含有率ｃ３に対する、混合ガスにおけるＣＯの含有率ｃ１と、Ｎ２の含有率ｃ２と、ＣＨ３ＣＮの含有率ｃ４と、Ｈ２の含有率ｃ５との和の比率（ｃ１＋ｃ２＋ｃ４＋ｃ５）／ｃ３は、４９以上９９以下である。これによって、Ｃ原子の供給量およびＮ原子の供給量を適切に変化させることができる為、ｘの数値およびｙの数値を所望の範囲に調整することができる。このような製造方法を採用することによって、本開示の切削工具を実現できることは、本発明者らが鋭意検討の結果、見いだしたものである。
本実施の形態を実施例によりさらに具体的に説明する。ただし、これらの実施例により本実施の形態が限定されるものではない。
≪切削工具の作製≫
以下の様にして、試料１～２１、１０１～１０６に係る切削工具を作製した。
以下の様にして、試料１～２１、１０１～１０６に係る切削工具を作製した。
≪第１工程≫
基材として、以下の組成を有するの超硬合金製切削チップ（形状：ＣＮＭＧ１２０４０８Ｎ－ＵＸ、住友電工ハードメタル株式会社製、ＪＩＳ Ｂ４１２０（２０１３））を準備した。
（基材の組成）
・ＷＣ含有率 ：残部
・ＴａＣ含有率：２．０質量％
・ＮｂＣ含有率：１．０質量％
・Ｃｏ含有率 ：１０．０質量％
基材として、以下の組成を有するの超硬合金製切削チップ（形状：ＣＮＭＧ１２０４０８Ｎ－ＵＸ、住友電工ハードメタル株式会社製、ＪＩＳ Ｂ４１２０（２０１３））を準備した。
（基材の組成）
・ＷＣ含有率 ：残部
・ＴａＣ含有率：２．０質量％
・ＮｂＣ含有率：１．０質量％
・Ｃｏ含有率 ：１０．０質量％
≪第２工程≫
表１－１および表１－２に記載の条件で、ＣＶＤ法により、上記基材上にα－Ａｌ２Ｏ３層を形成した（第２ａ工程）。成膜時間は、α－Ａｌ２Ｏ３層が表４－１および表４－２に記載の厚みとなる様に適宜調整した。次に、試料１７～１９および試料１０６に関し、表２－１および表２－２に記載の条件で、ＣＶＤ法により、上記α－Ａｌ２Ｏ３層上にＴｉＣＮＯ層を形成した。成膜時間は、ＴｉＣＮＯ層が表４－１および表４－２に記載の厚みとなる様に適宜調整した。なお、試料１０６に関し第２ｃ工程の条件は、成膜時間（すなわち、厚みに寄与する条件）を除いては、特許文献２の実施例に示される「発明品１」の「上部層」の成膜条件に相当する。次に、試料１～１６、試料２０、試料２１、および試料１０１～１０５に関し、表３－１および表３－２に記載の条件で、ＣＶＤ法により、上記α－Ａｌ２Ｏ３層上にＴｉＣｘＮｙ層を形成した（第２ｂ工程）。成膜時間は、ＴｉＣｘＮｙ層が表５－１および表５－２に記載の厚みとなる様に適宜調整した。なお、試料１０５に関し第２ｂ工程の条件は、成膜時間（すなわち、厚みに寄与する条件）を除いては、特許文献１の実施例に示される試料１のＴｉＣＮ層の成膜条件に相当する。また、試料１７～１９に関し、表３－１および表３－２に記載の条件で、ＣＶＤ法により、上記ＴｉＣＮＯ層上にＴｉＣｘＮｙ層を形成した（第２ｂ工程）。成膜時間は、ＴｉＣｘＮｙ層が表５－１および表５－２に記載の厚みとなる様に適宜調整した。なお、表２－１および表２－２の全ての欄に「－」と記載されている場合は、第２ｃ工程が実行されなかったことを意味する。また、表３－２の全ての欄に「－」と記載されている場合は、第２ｂ工程が実行されなかったことを意味する。
表１－１および表１－２に記載の条件で、ＣＶＤ法により、上記基材上にα－Ａｌ２Ｏ３層を形成した（第２ａ工程）。成膜時間は、α－Ａｌ２Ｏ３層が表４－１および表４－２に記載の厚みとなる様に適宜調整した。次に、試料１７～１９および試料１０６に関し、表２－１および表２－２に記載の条件で、ＣＶＤ法により、上記α－Ａｌ２Ｏ３層上にＴｉＣＮＯ層を形成した。成膜時間は、ＴｉＣＮＯ層が表４－１および表４－２に記載の厚みとなる様に適宜調整した。なお、試料１０６に関し第２ｃ工程の条件は、成膜時間（すなわち、厚みに寄与する条件）を除いては、特許文献２の実施例に示される「発明品１」の「上部層」の成膜条件に相当する。次に、試料１～１６、試料２０、試料２１、および試料１０１～１０５に関し、表３－１および表３－２に記載の条件で、ＣＶＤ法により、上記α－Ａｌ２Ｏ３層上にＴｉＣｘＮｙ層を形成した（第２ｂ工程）。成膜時間は、ＴｉＣｘＮｙ層が表５－１および表５－２に記載の厚みとなる様に適宜調整した。なお、試料１０５に関し第２ｂ工程の条件は、成膜時間（すなわち、厚みに寄与する条件）を除いては、特許文献１の実施例に示される試料１のＴｉＣＮ層の成膜条件に相当する。また、試料１７～１９に関し、表３－１および表３－２に記載の条件で、ＣＶＤ法により、上記ＴｉＣＮＯ層上にＴｉＣｘＮｙ層を形成した（第２ｂ工程）。成膜時間は、ＴｉＣｘＮｙ層が表５－１および表５－２に記載の厚みとなる様に適宜調整した。なお、表２－１および表２－２の全ての欄に「－」と記載されている場合は、第２ｃ工程が実行されなかったことを意味する。また、表３－２の全ての欄に「－」と記載されている場合は、第２ｂ工程が実行されなかったことを意味する。
以上により、試料１～２１、１０１～１０６に係る切削工具を作製した。なお、試料１０６におけるＴｉＣＮＯ層に関し、該ＴｉＣＮＯ層は複数のＴｉＣｘＮｙＯ結晶からなり、該ＴｉＣｘＮｙＯ粒子のｘは０．４であり、ｙは０．５５であり、アスペクト比は４０であり、結晶径は０．０３であり、ＴｉＣＮＯ層の硬度は２２ＧＰａであった。ここで、測定方法は、測定対象がＴｉＣＮＯ層およびＴｉＣｘＮｙＯ結晶である点を除いては、実施形態１に記載のｘ、ｙ、アスペクト比、結晶径、および硬度と同様の方法で測定した。
≪切削工具の特性評価≫
＜α－Ａｌ２Ｏ３層の組成＞
各試料に係る切削工具について、α－Ａｌ２Ｏ３層の組成を実施形態１に記載の方法により求めた。得られた結果を、表４－１および表４－２の「α－Ａｌ２Ｏ３層」欄の「組成」欄に記す。なお、表４－１および表４－２の「α－Ａｌ２Ｏ３層」欄の「組成」欄に成分名が記載されている場合においては、α－Ａｌ２Ｏ３層は、該成分名で表される成分からなることを意味する。
＜α－Ａｌ２Ｏ３層の組成＞
各試料に係る切削工具について、α－Ａｌ２Ｏ３層の組成を実施形態１に記載の方法により求めた。得られた結果を、表４－１および表４－２の「α－Ａｌ２Ｏ３層」欄の「組成」欄に記す。なお、表４－１および表４－２の「α－Ａｌ２Ｏ３層」欄の「組成」欄に成分名が記載されている場合においては、α－Ａｌ２Ｏ３層は、該成分名で表される成分からなることを意味する。
＜α－Ａｌ２Ｏ３層の厚み＞
各試料に係る切削工具について、α－Ａｌ２Ｏ３層の厚みを実施形態１に記載の方法により求めた。得られた結果を、表４－１および表４－２の「α－Ａｌ２Ｏ３層」欄の「厚み［μｍ］」欄に記す。
各試料に係る切削工具について、α－Ａｌ２Ｏ３層の厚みを実施形態１に記載の方法により求めた。得られた結果を、表４－１および表４－２の「α－Ａｌ２Ｏ３層」欄の「厚み［μｍ］」欄に記す。
＜α－Ａｌ２Ｏ３粒子の粒径＞
各試料に係る切削工具について、α－Ａｌ２Ｏ３粒子の粒径を実施形態１に記載の方法により求めた。得られた結果を、表４－１および表４－２の「α－Ａｌ２Ｏ３層」欄の「粒径［μｍ］」欄に記す。
各試料に係る切削工具について、α－Ａｌ２Ｏ３粒子の粒径を実施形態１に記載の方法により求めた。得られた結果を、表４－１および表４－２の「α－Ａｌ２Ｏ３層」欄の「粒径［μｍ］」欄に記す。
＜ＴｉＣＮＯ層の組成＞
各試料に係る切削工具について、ＴｉＣＮＯ層の組成を実施形態１に記載の方法により求めた。得られた結果を、表４－１および表４－２の「ＴｉＣＮＯ層」欄の「組成」欄に記す。なお、表４－１および表４－２の「ＴｉＣＮＯ層」欄の「組成」欄に成分名が記載されている場合においては、ＴｉＣＮＯ層は、該成分名で表される成分からなることを意味する。
各試料に係る切削工具について、ＴｉＣＮＯ層の組成を実施形態１に記載の方法により求めた。得られた結果を、表４－１および表４－２の「ＴｉＣＮＯ層」欄の「組成」欄に記す。なお、表４－１および表４－２の「ＴｉＣＮＯ層」欄の「組成」欄に成分名が記載されている場合においては、ＴｉＣＮＯ層は、該成分名で表される成分からなることを意味する。
＜ＴｉＣＮＯ層の厚み＞
各試料に係る切削工具について、ＴｉＣＮＯ層の厚みを実施形態１に記載の方法により求めた。得られた結果を、表４－１および表４－２の「ＴｉＣＮＯ層」欄の「厚み［μｍ］」欄に記す。
各試料に係る切削工具について、ＴｉＣＮＯ層の厚みを実施形態１に記載の方法により求めた。得られた結果を、表４－１および表４－２の「ＴｉＣＮＯ層」欄の「厚み［μｍ］」欄に記す。
＜ＴｉＣｘＮｙ層の組成＞
各試料に係る切削工具について、ＴｉＣｘＮｙ層の組成を実施形態１に記載の方法により求めた。得られた結果を、表５－１および表５－２の「ＴｉＣｘＮｙ層」欄の「組成」欄、「ｘ」欄、および「ｙ」欄のそれぞれに記す。なお、表５－１および表５－２の「ＴｉＣｘＮｙ層」欄の「組成」欄に成分名が記載されている場合においては、ＴｉＣｘＮｙ層は、該成分名で表される成分からなることを意味する。
各試料に係る切削工具について、ＴｉＣｘＮｙ層の組成を実施形態１に記載の方法により求めた。得られた結果を、表５－１および表５－２の「ＴｉＣｘＮｙ層」欄の「組成」欄、「ｘ」欄、および「ｙ」欄のそれぞれに記す。なお、表５－１および表５－２の「ＴｉＣｘＮｙ層」欄の「組成」欄に成分名が記載されている場合においては、ＴｉＣｘＮｙ層は、該成分名で表される成分からなることを意味する。
＜ＴｉＣｘＮｙ層の厚み＞
各試料に係る切削工具について、ＴｉＣｘＮｙ層の厚みを実施形態１に記載の方法により求めた。得られた結果を、表５－１および表５－２の「ＴｉＣｘＮｙ層」欄の「厚み［μｍ］」欄に記す。
各試料に係る切削工具について、ＴｉＣｘＮｙ層の厚みを実施形態１に記載の方法により求めた。得られた結果を、表５－１および表５－２の「ＴｉＣｘＮｙ層」欄の「厚み［μｍ］」欄に記す。
＜ＴｉＣｘＮｙ結晶の結晶径＞
各試料に係る切削工具について、ＴｉＣｘＮｙ結晶の結晶径を実施形態１に記載の方法により求めた。得られた結果を、表５－１および表５－２の「ＴｉＣｘＮｙ層」欄の「ＴｉＣｘＮｙ結晶」欄の「粒径［μｍ］」欄に記す。
各試料に係る切削工具について、ＴｉＣｘＮｙ結晶の結晶径を実施形態１に記載の方法により求めた。得られた結果を、表５－１および表５－２の「ＴｉＣｘＮｙ層」欄の「ＴｉＣｘＮｙ結晶」欄の「粒径［μｍ］」欄に記す。
＜ＴｉＣｘＮｙ結晶のアスペクト比＞
各試料に係る切削工具について、ＴｉＣｘＮｙ結晶のアスペクト比を実施形態１に記載の方法により求めた。得られた結果を、表５－１および表５－２の「ＴｉＣｘＮｙ層」欄の「ＴｉＣｘＮｙ結晶」欄の「アスペクト比」欄に記す。
各試料に係る切削工具について、ＴｉＣｘＮｙ結晶のアスペクト比を実施形態１に記載の方法により求めた。得られた結果を、表５－１および表５－２の「ＴｉＣｘＮｙ層」欄の「ＴｉＣｘＮｙ結晶」欄の「アスペクト比」欄に記す。
＜ＴｉＣｘＮｙ層の硬度＞
各試料に係る切削工具について、ＴｉＣｘＮｙ層の硬度を実施形態１に記載の方法により求めた。得られた結果を、表５－１および表５－２の「ＴｉＣｘＮｙ層」欄の「硬度［ＧＰａ］」欄に記す。
各試料に係る切削工具について、ＴｉＣｘＮｙ層の硬度を実施形態１に記載の方法により求めた。得られた結果を、表５－１および表５－２の「ＴｉＣｘＮｙ層」欄の「硬度［ＧＰａ］」欄に記す。
＜被膜の厚み＞
各試料に係る切削工具について、被膜の厚みを実施形態１に記載の方法により求めた。得られた結果を、表６－１および表６－２の「被膜」欄の「厚み［μｍ］」欄に記す。
各試料に係る切削工具について、被膜の厚みを実施形態１に記載の方法により求めた。得られた結果を、表６－１および表６－２の「被膜」欄の「厚み［μｍ］」欄に記す。
≪切削試験≫
各試料に係る切削工具を用いて、以下の切削条件により切削加工を実行し、切削時間１分ごとに逃げ面における被膜の摩耗量［ｍｍ］を測定した。該摩耗量が０．２ｍｍを超えた時間を工具寿命［分］として記録した。得られた結果を、表６－１および表６－２の「切削試験」欄の「工具寿命［分］」欄に記す。
（切削条件）
・被削材：ＳＣＭ４４０（ＨＢ＝３００）
・切削速度：２５０ｍ／分
・送り量：０．３ｍｍ／ｒｅｖ
・切込み量：２．０ｍｍ
・水溶性切削油：あり（湿式）
上記の切削条件は、鋼の中速加工の切削条件に該当する。
各試料に係る切削工具を用いて、以下の切削条件により切削加工を実行し、切削時間１分ごとに逃げ面における被膜の摩耗量［ｍｍ］を測定した。該摩耗量が０．２ｍｍを超えた時間を工具寿命［分］として記録した。得られた結果を、表６－１および表６－２の「切削試験」欄の「工具寿命［分］」欄に記す。
（切削条件）
・被削材：ＳＣＭ４４０（ＨＢ＝３００）
・切削速度：２５０ｍ／分
・送り量：０．３ｍｍ／ｒｅｖ
・切込み量：２．０ｍｍ
・水溶性切削油：あり（湿式）
上記の切削条件は、鋼の中速加工の切削条件に該当する。
上記切削試験において工具寿命が１５分以上であることは、切削工具が、特に鋼の中速加工の切削条件においても優れた工具寿命を有することを意味する。
試料１～２１に係る切削工具は実施例に該当する。試料１０１～１０６に係る切削工具は比較例に該当する。表６－１および表６－２に示される切削試験の結果から、試料１～２１に係る切削工具は、試料１０１～１０６に係る切削工具に比して、特に鋼の中速加工においても、優れた工具寿命を有することが分かった。
以上により、試料１～２１に係る切削工具は、特に鋼の中速加工においても、優れた工具寿命を有することが分かった。
以上のように本開示の実施の形態および実施例について説明を行なったが、上述の各実施の形態および実施例の構成を適宜組み合わせたり、様々に変形することも当初から予定している。
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態および実施例ではなく請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
１ 基材、２ 被膜、３ α－Ａｌ２Ｏ３層、４ ＴｉＣｘＮｙ層、５ ＴｉＣＮＯ層、１０ 切削工具、３０ ＣＶＤ装置、 ３１ 基材セット治具、 ３２ 反応容器、 ３３ 調温装置、 ３４ ガス導入口、 ３５ ガス導入管、 ３６ 貫通孔。
Claims (6)
- 基材と、前記基材上に配置された被膜と、を備える切削工具であって、
前記被膜は、前記基材上に配置されたα－Ａｌ２Ｏ３層と、前記α－Ａｌ２Ｏ３層上に配置されたＴｉＣｘＮｙ層と、を含み、
前記ｘおよび前記ｙは、式１および式２の関係を満たし、
０．７≦ｘ＋ｙ≦１．３ 式１
ｙ≦１．５ｘ 式２
前記ＴｉＣｘＮｙ層は、複数のＴｉＣｘＮｙ結晶からなり、
前記ＴｉＣｘＮｙ結晶は、前記基材から前記被膜の表面への方向に沿って伸びた柱状晶であり、
前記ＴｉＣｘＮｙ結晶の結晶径は、０．０５μｍ以上０．５μｍ以下である、切削工具。 - 前記ＴｉＣｘＮｙ結晶のアスペクト比は、１０以上３０以下である、請求項１に記載の切削工具。
- 前記ＴｉＣｘＮｙ層の厚みは、０．５μｍ以上５μｍ以下である、請求項１または請求項２に記載の切削工具。
- 前記α－Ａｌ２Ｏ３層は、複数のα－Ａｌ２Ｏ３粒子からなり、
前記α－Ａｌ２Ｏ３粒子の粒径は、０．３μｍ以上１．０μｍ以下である、請求項１または請求項２に記載の切削工具。 - 前記被膜は、前記α－Ａｌ２Ｏ３層と前記ＴｉＣｘＮｙ層との間に、前記α－Ａｌ２Ｏ３層と前記ＴｉＣｘＮｙ層とに接して配置されたＴｉＣＮＯ層を更に含み、
前記ＴｉＣＮＯ層の厚みは、１μｍ以下である、請求項１または請求項２に記載の切削工具。 - 前記ｘおよび前記ｙは、式３の関係を更に満たす、請求項１または請求項２に記載の切削工具。
ｙ＜１．５ｘ 式３
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