WO2022176057A1 - 切削工具 - Google Patents

切削工具 Download PDF

Info

Publication number
WO2022176057A1
WO2022176057A1 PCT/JP2021/005902 JP2021005902W WO2022176057A1 WO 2022176057 A1 WO2022176057 A1 WO 2022176057A1 JP 2021005902 W JP2021005902 W JP 2021005902W WO 2022176057 A1 WO2022176057 A1 WO 2022176057A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
layer
atomic ratio
unit layer
less
cutting tool
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.)
Ceased
Application number
PCT/JP2021/005902
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
優太 鈴木
恒佑 深江
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Electric Hardmetal Corp
Original Assignee
Sumitomo Electric Hardmetal Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Electric Hardmetal Corp filed Critical Sumitomo Electric Hardmetal Corp
Priority to EP21926497.5A priority Critical patent/EP4215302B1/en
Priority to PCT/JP2021/005902 priority patent/WO2022176057A1/ja
Priority to JP2021541445A priority patent/JP7226688B2/ja
Priority to US18/033,564 priority patent/US12319996B2/en
Priority to CN202180071677.2A priority patent/CN116390824A/zh
Publication of WO2022176057A1 publication Critical patent/WO2022176057A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/0641—Nitrides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
    • C04B41/50—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials
    • C04B41/5053—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials non-oxide ceramics
    • C04B41/5062—Borides, Nitrides or Silicides
    • C04B41/5063—Aluminium nitride
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
    • C04B41/50—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials
    • C04B41/5053—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials non-oxide ceramics
    • C04B41/5062—Borides, Nitrides or Silicides
    • C04B41/5068—Titanium nitride
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
    • C04B41/52—Multiple coating or impregnating multiple coating or impregnating with the same composition or with compositions only differing in the concentration of the constituents, is classified as single coating or impregnation
    • C04B41/524—Multiple coatings, comprising a coating layer of the same material as a previous coating layer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/02—Pretreatment of the material to be coated
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/0641—Nitrides
    • C23C14/0647—Boron nitride
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/24—Vacuum evaporation
    • C23C14/32—Vacuum evaporation by explosion; by evaporation and subsequent ionisation of the vapours, e.g. ion-plating
    • C23C14/325—Electric arc evaporation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/04—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material
    • C23C28/044—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material coatings specially adapted for cutting tools or wear applications
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/40—Coatings including alternating layers following a pattern, a periodic or defined repetition
    • C23C28/42—Coatings including alternating layers following a pattern, a periodic or defined repetition characterized by the composition of the alternating layers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C30/00—Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process
    • C23C30/005—Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process on hard metal substrates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B2224/00—Materials of tools or workpieces composed of a compound including a metal
    • B23B2224/32—Titanium carbide nitride (TiCN)
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B2228/00—Properties of materials of tools or workpieces, materials of tools or workpieces applied in a specific manner
    • B23B2228/10—Coatings
    • B23B2228/105—Coatings with specified thickness
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B27/00—Tools for turning or boring machines; Tools of a similar kind in general; Accessories therefor
    • B23B27/14—Cutting tools of which the bits or tips or cutting inserts are of special material
    • B23B27/148—Composition of the cutting inserts

Definitions

  • the present disclosure relates to cutting tools.
  • Patent Document 1 discloses that an Al layer having a thickness of 0.8 to 5.0 ⁇ m is formed on the surface of a tool substrate made of a tungsten carbide-based cemented carbide or a titanium carbonitride-based cermet.
  • the thin layer A and the thin layer B each have a layer thickness of 0.05 to 2 ⁇ m, and the average crystal grain size of the granular crystals constituting the thin layer A is It discloses a surface-coated cutting tool characterized in that the grain size of the columnar crystals forming the thin layer B is 30 nm or less, and the average crystal grain size of the columnar crystals constituting the thin layer B is 50 to 500 nm.
  • the cutting tool according to the present disclosure is A cutting tool comprising a substrate and a hard layer provided on the substrate,
  • the hard layer includes a first unit layer and a second unit layer, In the hard layer, one or more layers of the first unit layer and the second unit layer are alternately laminated,
  • the first unit layer has a thickness of 2 nm or more and 100 nm or less
  • the second unit layer has a thickness of 2 nm or more and 100 nm or less
  • the first unit layer is made of a compound represented by TiaAlbBcN
  • the second unit layer is made of a compound represented by Ti d Ale B f N
  • the atomic ratio a of the titanium element in the TiaAlbBcN is 0.25 or more and less than 0.45
  • the atomic ratio b of the aluminum element in the TiaAlbBcN is 0.55 or more and less than 0.75
  • the atomic ratio c of the boron element in the TiaAlbBcN is more than 0 and 0.1 or less, the
  • FIG. 1 is a perspective view illustrating one mode of a cutting tool.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a cutting tool in one aspect of the present embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a cutting tool in another aspect of this embodiment.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view for explaining the crystal structure of the hard layer according to this embodiment.
  • FIG. 5 is an example of a spectral diagram obtained when the hard layer according to this embodiment is subjected to X-ray diffraction analysis.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a cutting tool in another aspect of this embodiment.
  • the surface-coated cutting tool described in Patent Literature 1 is expected to have a hard coating layer configured as described above, thereby improving wear resistance and thereby extending the life of the cutting tool.
  • the surface-coated cutting tool described in Patent Document 2 it is expected that delamination and crack propagation are suppressed by having the coating having the above structure, and thus the life of the cutting tool is extended.
  • the speed and efficiency of cutting have increased, and the load applied to the cutting tool has increased, resulting in a tendency to shorten the life of the cutting tool. For this reason, it is required to further improve the mechanical properties (for example, wear resistance, chipping resistance, heat resistance, etc.) of coatings of cutting tools.
  • the present disclosure has been made in view of the above circumstances, and aims to provide a cutting tool with excellent fracture resistance.
  • the cutting tool according to the present disclosure is A cutting tool comprising a substrate and a hard layer provided on the substrate,
  • the hard layer includes a first unit layer and a second unit layer, In the hard layer, one or more layers of the first unit layer and the second unit layer are alternately laminated,
  • the first unit layer has a thickness of 2 nm or more and 100 nm or less
  • the second unit layer has a thickness of 2 nm or more and 100 nm or less
  • the first unit layer is made of a compound represented by TiaAlbBcN
  • the second unit layer is made of a compound represented by Ti d Ale B f N
  • the atomic ratio a of the titanium element in the TiaAlbBcN is 0.25 or more and less than 0.45
  • the atomic ratio b of the aluminum element in the TiaAlbBcN is 0.55 or more and less than 0.75
  • the hard layer of the cutting tool becomes a cutting tool with excellent chipping resistance. That is, the cutting tool can have excellent chipping resistance by having the configuration as described above. Further, the hard layer provides a cutting tool with excellent heat resistance by setting the atomic ratio of the aluminum element in each of the first unit layer and the second unit layer within the ranges described above.
  • fracture resistance means resistance to chipping of a cutting tool during cutting.
  • Heat resistance means resistance to abrasion, deformation, etc. of a cutting tool in a high temperature environment.
  • the ratio I (200) /I (002) of the intensity I (200) of the X-ray diffraction peak of the (200) plane to the intensity I (002) of the X-ray diffraction peak of the (002) plane in the hard layer is greater than or equal to 2, and
  • the half width of the X-ray diffraction peak of the (002) plane is preferably 2 degrees or more.
  • the hardness H of the hard layer at room temperature is preferably 30 GPa or more.
  • the cutting tool can have excellent wear resistance in addition to excellent chipping resistance.
  • wear resistance means resistance to wear of a cutting tool during cutting.
  • the ratio H/E of the hardness H of the hard layer to the Young's modulus E of the hard layer at room temperature is preferably 0.07 or more.
  • the hard layer preferably has a thickness of 1 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less.
  • this embodiment An embodiment of the present disclosure (hereinafter referred to as "this embodiment") will be described below. However, this embodiment is not limited to this.
  • the notation of the form "A to Z” means the upper and lower limits of the range (that is, from A to Z), and if no unit is described at A and only a unit is described at Z, then A and the unit of Z are the same.
  • the chemical formula when a compound is represented by a chemical formula in which the composition ratio of constituent elements is not limited, such as "TiN”, the chemical formula can be any conventionally known composition ratio (element ratio) shall include At this time, the above chemical formula includes not only stoichiometric compositions but also non-stoichiometric compositions.
  • the chemical formula of “TiN” includes not only the stoichiometric composition “Ti 1 N 1 ” but also non-stoichiometric compositions such as “Ti 1 N 0.8 ”. This also applies to the description of compounds other than "TiN".
  • a cutting tool comprising a substrate and a hard layer provided on the substrate,
  • the hard layer includes a first unit layer and a second unit layer, In the hard layer, one or more layers of the first unit layer and the second unit layer are alternately laminated,
  • the first unit layer has a thickness of 2 nm or more and 100 nm or less
  • the second unit layer has a thickness of 2 nm or more and 100 nm or less
  • the first unit layer is made of a compound represented by TiaAlbBcN
  • the second unit layer is made of a compound represented by Ti d Ale B f N
  • the atomic ratio a of the titanium element in the TiaAlbBcN is 0.25 or more and less than 0.45
  • the atomic ratio b of the aluminum element in the TiaAlbBcN is 0.55 or more and less than 0.75
  • the atomic ratio c of the boron element in the TiaAlbBcN is more than 0 and 0.1 or less, the sum of the atomic ratio a,
  • cutting tools examples include drills, end mills, indexable cutting inserts for drills, indexable cutting inserts for end mills, indexable cutting inserts for milling, indexable cutting inserts for turning, and metal saws. , gear cutting tools, reamers, taps, and the like.
  • FIG. 1 is a perspective view illustrating one aspect of a cutting tool.
  • a cutting tool having such a shape is used, for example, as an indexable cutting tip.
  • the cutting tool 10 has a rake face 1, a flank face 2, and a cutting edge ridge 3 where the rake face 1 and the flank face 2 intersect. That is, the rake face 1 and the flank face 2 are surfaces connected with the cutting edge ridge 3 interposed therebetween.
  • the cutting edge ridge 3 constitutes the cutting edge of the cutting tool 10 .
  • Such a shape of the cutting tool 10 can also be grasped as the shape of the base material of the cutting tool. That is, the substrate has a rake face, a flank face, and a cutting edge ridge connecting the rake face and the flank face.
  • the base material is a cemented carbide (for example, a tungsten carbide (WC)-based cemented carbide, a cemented carbide containing Co in addition to WC, a carbonitride such as Cr, Ti, Ta, Nb in addition to WC).
  • a cemented carbide for example, a tungsten carbide (WC)-based cemented carbide, a cemented carbide containing Co in addition to WC, a carbonitride such as Cr, Ti, Ta, Nb in addition to WC.
  • cemented carbide, etc. cermet (mainly composed of TiC, TiN, TiCN, etc.), high-speed steel, ceramics (titanium carbide, silicon carbide, silicon nitride, aluminum nitride, aluminum oxide, etc.), cubic It is preferable to include one selected from the group consisting of type boron nitride sintered bodies (cBN sintered bodies) and diamond sintered bodies.
  • cemented carbide especially WC-based cemented carbide
  • cermet especially TiCN-based cermet
  • the effect of the present embodiment is exhibited even if such a cemented carbide contains free carbon or an abnormal phase called ⁇ phase in the structure.
  • the base material used in this embodiment may have a modified surface.
  • a ⁇ -free layer may be formed on the surface, or in the case of a cBN sintered body, a surface-hardened layer may be formed. Even if the surface is modified in this way, The effect of this embodiment is shown.
  • the substrate may or may not have a chip breaker. included.
  • the shape of the ridge line of the cutting edge is sharp edge (the ridge where the rake face and the flank face intersect), honing (sharp edge rounded shape), negative land (chamfered shape), and a combination of honing and negative land. any shape is included.
  • the coating according to this embodiment is provided on the substrate.
  • the “coating” has the effect of improving various properties such as heat resistance, chipping resistance, and wear resistance of the cutting tool by covering at least part of the base material (for example, part of the rake face). It is.
  • the coating preferably covers the entire surface of the substrate. However, it does not depart from the scope of the present embodiment even if a part of the substrate is not covered with the coating or the composition of the coating is partially different.
  • the coating includes a hard layer having a first unit layer and a second unit layer.
  • the thickness of the coating is preferably 1 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less, more preferably 1.5 ⁇ m or more and 12 ⁇ m or less, and even more preferably 2 ⁇ m or more and 8 ⁇ m or less.
  • the thickness of the coating means the total thickness of each layer constituting the coating. Examples of the "layers constituting the coating" include other layers such as the hard layer described above, a base layer described later, an intermediate layer and a surface layer.
  • the thickness of the coating is, for example, using a transmission electron microscope (TEM), measuring arbitrary 10 points in a cross-sectional sample parallel to the normal direction of the surface of the base material, the thickness of the measured 10 points can be obtained by taking the average value of The measurement magnification at this time is, for example, 10000 times.
  • TEM transmission electron microscope
  • the cross-sectional sample include a sample obtained by slicing the cross-section of the cutting tool with an ion slicer. The same is true when measuring the thickness of each of the hard layer, the base layer, the intermediate layer, the surface layer, and the like.
  • Examples of transmission electron microscopes include JEM-2100F (trade name) manufactured by JEOL Ltd.
  • the hard layer 20 includes a first unit layer 21 and a second unit layer 22 (FIG. 2).
  • the hard layer may start from the first unit layer 21 or may start from the second unit layer.
  • the hard layer 20 may be provided directly above the base material 11 (FIGS. 2 and 3), as long as the effect of the cutting tool according to the present embodiment is maintained. It may be provided on the substrate 11 via a layer (FIG. 6).
  • the hard layer 20 may be provided with another layer such as a surface layer 32 thereon as long as the effect of the cutting tool is maintained (FIG. 6). Further, the hard layer 20 may be provided on the surface of the coating 40 .
  • a plurality of hard layers may be provided as long as the effects of the cutting tool are maintained.
  • the coating when the coating includes a first hard layer and a second hard layer, the coating further includes an intermediate layer provided between the first hard layer and the second hard layer.
  • the hard layer preferably covers the flank face of the base material.
  • the hard layer preferably covers the rake face of the substrate. More preferably, the hard layer covers the entire surface of the substrate. However, even if a part of the substrate is not covered with the hard layer, it does not depart from the scope of the present embodiment.
  • the thickness of the hard layer is preferably 1 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less, more preferably 1.5 ⁇ m or more and 12 ⁇ m or less, and even more preferably 2 ⁇ m or more and 8 ⁇ m or less.
  • the thickness can be measured, for example, by observing the cross section of the cutting tool as described above at a magnification of 10,000 using a transmission electron microscope.
  • the ratio I (200) /I (002) of the intensity I (200) of the X-ray diffraction peak of the (200) plane to the intensity I (002) of the X-ray diffraction peak of the (002) plane in the hard layer is 2 or more. and The half width of the X-ray diffraction peak of the (002) plane is preferably 2 degrees or more.
  • the “intensity I (200) of the X-ray diffraction peak of the (200) plane” is the diffraction intensity (peak height) at the highest peak among the X-ray diffraction peaks derived from the (200) plane. means. The same applies to the "intensity I (002) of the X-ray diffraction peak of the (002) plane".
  • X-ray diffraction measurement by the ⁇ /2 ⁇ method is performed on each of three arbitrary points in the hard layer under the conditions described in the examples described later, and the X-ray of a predetermined crystal plane is measured.
  • the diffraction intensity is obtained, and the average value of the obtained three X-ray diffraction intensities is taken as the X-ray diffraction intensity of the predetermined crystal plane.
  • line diffraction intensity corresponds to line diffraction intensity (see, for example, FIG. 5).
  • the vertical axis indicates the X-ray diffraction intensity
  • the horizontal axis indicates the value of 2 ⁇ .
  • Examples of the apparatus used for the X-ray diffraction measurement include "SmartLab” (trade name) manufactured by Rigaku Corporation and "X'pert” (trade name) manufactured by PANalytical.
  • the X-ray diffraction intensity of the (200) plane is derived from the cubic crystals in the hard layer.
  • the intensity I (002) of the X-ray diffraction peak of the (002) plane originates from the hexagonal crystals in the hard layer. Therefore, it is possible to determine whether the hard layer has cubic crystals or hexagonal crystals based on the presence or absence of these peaks.
  • the fact that the ratio I (200) /I (002) is 2 or more means that a mixed crystal of the cubic columnar crystals 23 and the hexagonal columnar crystals 24 is formed in the hard layer. (Fig. 4). In each of the cubic columnar crystals 23 and the hexagonal columnar crystals 24, first unit layers and second unit layers are alternately laminated. We omit the structure of
  • the upper limit of the above ratio I (200) /I (002) may be, for example, 10 or less, less than 10, or 5 or less.
  • the upper limit of the half width of the X-ray diffraction peak of the (002) plane may be 4 degrees or less, or may be 3 degrees or less.
  • the hardness H of the hard layer at room temperature is preferably 30 GPa or more, more preferably 30 GPa or more and 50 GPa or less, and even more preferably 35 GPa or more and 45 GPa or less.
  • the Young's modulus E of the hard layer at room temperature is preferably 700 GPa or less, more preferably 400 GPa or more and 700 GPa or less, and even more preferably 400 GPa or more and 550 GPa or less.
  • the ratio H/E of the hardness H of the hard layer to the Young's modulus E of the hard layer at room temperature is preferably 0.07 or more, more preferably 0.07 or more and 0.12 or less, It is more preferably 0.08 or more and 0.11 or less.
  • the hardness H and the Young's modulus E can be obtained by a nanoindentation method according to the standard procedure stipulated in "ISO 14577-1: 2015 Metallic materials-Instrumented indentation test for hardness and materials parameters-". .
  • Room temperature as used in this embodiment means 25 degreeC.
  • the indentation depth of the indenter should not exceed 1/10 of the thickness of the hard layer in the indentation direction of the indenter.
  • the indentation load of the indenter is 1 g.
  • the above-described cross-sectional sample may be used as long as the cross-sectional area of the hard layer can be secured to be 10 times wider than the area of the indenter.
  • a sample having a cross section inclined with respect to the normal direction of the surface of the base material may be used so that the cross section of the hard layer is sufficiently wide with respect to the indenter.
  • Such measurements are performed for at least 10 cross-sectional samples, and the average values of the hardness and Young's modulus obtained for each sample are taken as the hardness H and Young's modulus E of the hard layer. Data that seem to be abnormal values at first glance shall be excluded.
  • An example of an apparatus for performing the nanoindentation method is ENT-1100a manufactured by Elionix.
  • the thickness of the first unit layer is 2 nm or more and 100 nm or less, preferably 2 nm or more and 50 nm or less, and more preferably 2 nm or more and 10 nm or less.
  • the thickness of the first unit layer and the thickness of the second unit layer described later are determined by analysis using electron energy loss spectroscopy (EELS). Specifically, first, in a scanning transmission electron microscope image (STEM image) of the cross-sectional sample described above, an intensity profile corresponding to Al is measured along a direction parallel to the stacking direction of the hard layers.
  • STEM image scanning transmission electron microscope image
  • the intensity profile is represented as a line graph in which the X axis (horizontal axis) is the distance from the measurement start point on the hard layer and the Y axis (vertical axis) is the intensity (brightness caused by atoms). be done.
  • the distance between the point showing the maximum value of the line graph corresponding to Al and the point showing the next maximum value is obtained.
  • the obtained distance means the total thickness of the thickness of the first unit layer and the thickness of the second unit layer. Calculate the total thickness obtained in this manner at at least four locations, obtain the average value, and divide the obtained average value by 2 to obtain the thickness of each of the first unit layer and the second unit layer. do.
  • the first unit layer is made of a compound represented by TiaAlbBcN .
  • Consisting of a compound represented by TiaAlbBcN refers to an embodiment composed only of a compound represented by TiaAlbBcN and an embodiment composed only of a compound represented by TiaAlbBcN . It is a concept that includes aspects consisting of compounds and unavoidable impurities. Examples of unavoidable impurities include carbon (C) and oxygen (O).
  • the composition of the first unit layer can be obtained by elemental analysis of the entire first unit layer by energy dispersive X-ray spectroscopy (TEM-EDX) attached to the above cross-sectional sample with a TEM. . The observation magnification at this time is, for example, 20000 times.
  • TEM-EDX energy dispersive X-ray spectroscopy
  • the atomic ratio a of the titanium element in the above TiaAlbBcN is 0.25 or more and less than 0.45, preferably 0.25 or more and 0.40 or less, and 0.25 or more and 0.35 or less. is more preferable.
  • the first unit layer has an appropriate hardness.
  • the atomic ratio b of the aluminum element in the above TiaAlbBcN is 0.55 or more and less than 0.75, preferably 0.60 or more and less than 0.75, and 0.65 or more and less than 0.75 is more preferable.
  • the first unit layer has excellent heat resistance.
  • the atomic ratio c of the boron element in the above TiaAlbBcN is more than 0 and 0.1 or less, preferably 0.01 or more and 0.09 or less, and 0.02 or more and 0.08 or less is more preferable.
  • the first unit layer can have an appropriate hardness.
  • the sum of the atomic ratio a, the atomic ratio b, and the atomic ratio c is one.
  • the thickness of the second unit layer is 2 nm or more and 100 nm or less, preferably 2 nm or more and 50 nm or less, and more preferably 2 nm or more and 10 nm or less.
  • the second unit layer is made of a compound represented by TidAleBfN .
  • Consisting of a compound represented by Ti d Ale BfN means an embodiment composed only of a compound represented by Ti d Ale BfN and a mode composed only of a compound represented by Ti d Ale BfN It is a concept that includes aspects consisting of compounds and unavoidable impurities. Examples of unavoidable impurities include carbon (C) and oxygen (O).
  • the composition of the second unit layer can be obtained by elemental analysis of the entire second unit layer by energy dispersive X-ray spectroscopy (TEM-EDX) attached to the above cross-sectional sample with a TEM. . The observation magnification at this time is, for example, 20000 times.
  • the atomic ratio d of the titanium element in the Ti d Ale B f N is 0.35 or more and less than 0.55, preferably 0.35 or more and 0.50 or less, and 0.35 or more and 0.45 or less. is more preferable.
  • the first unit layer has an appropriate hardness.
  • the atomic ratio e of the aluminum element in the Ti d Ale Bf N is 0.45 or more and less than 0.65, preferably 0.50 or more and less than 0.65, and 0.55 or more and less than 0.65. is more preferable.
  • the first unit layer can have an appropriate hardness.
  • the atomic ratio f of the boron element in the Ti d Ale B f N is more than 0 and 0.1 or less, preferably 0.01 or more and 0.09 or less, and 0.02 or more and 0.08 or less is more preferable.
  • the first unit layer has an appropriate hardness.
  • the sum of the atomic ratio d, the atomic ratio e, and the atomic ratio f is one.
  • the atomic ratio a and the atomic ratio d preferably satisfy 0.05 ⁇ da ⁇ 0.2 and 0.1 ⁇ da ⁇ 0.2. By setting da within the above range, a cutting tool having excellent chipping resistance can be obtained.
  • the atomic ratio b and the atomic ratio e preferably satisfy 0.05 ⁇ be ⁇ 0.2 and 0.1 ⁇ be ⁇ 0.2. By setting be within the above range, a cutting tool having excellent chipping resistance can be obtained.
  • the coating may further include other layers as long as the effects of the present embodiment are not impaired.
  • Examples of the other layer include a base layer provided between the substrate and the hard layer and a surface layer provided on the hard layer. Further, there is an intermediate layer provided between the first hard layer and the second hard layer in the case where the coating includes the first hard layer and the second hard layer.
  • the underlayer may be, for example, a layer made of a compound represented by AlCrN.
  • the surface layer may be, for example, a layer made of a compound represented by TiN.
  • the intermediate layer may be, for example, a layer made of a compound represented by TiAlN.
  • the composition of the other layer can be obtained by elemental analysis of the entire other layer by energy-dispersive X-ray spectroscopy (TEM-EDX) attached to the above cross-sectional sample with a TEM. The observation magnification at this time is, for example, 20000 times.
  • TEM-EDX energy-dispersive X-ray spectroscopy
  • the thickness of the other layer is not particularly limited as long as it does not impair the effects of the present embodiment.
  • the thickness can be measured, for example, by observing the cross section of the cutting tool as described above at a magnification of 10,000 using a transmission electron microscope.
  • the method for manufacturing a cutting tool includes: A step of preparing the base material (hereinafter sometimes referred to as "first step”); A step of alternately laminating one or more first unit layers and one or more second unit layers on the base material using a physical vapor deposition method to form the hard layer (hereinafter referred to as the "second step” There is a case.) and, including.
  • Physical vapor deposition is a vapor deposition method in which a raw material (also called “evaporation source” or “target”) is vaporized using physical action, and the vaporized raw material is deposited on a base material or the like.
  • a raw material also called “evaporation source” or “target”
  • Examples of physical vapor deposition include sputtering and arc ion plating.
  • the arc ion plating method is preferably used as the physical vapor deposition method used in this embodiment.
  • a base material is installed in the device and a target is installed as a cathode, and then a high current is applied to this target to generate an arc discharge.
  • the atoms forming the target are vaporized and ionized, and deposited on the substrate to which a negative bias voltage is applied to form a film.
  • a substrate is prepared in the first step.
  • a cemented carbide base material or a cubic boron nitride sintered body is prepared as the base material.
  • the cemented carbide base material and the cubic boron nitride sintered body may be commercially available base materials or may be produced by a general powder metallurgy method.
  • a cemented carbide is produced by a general powder metallurgy method, first, a mixed powder is obtained by mixing WC powder and Co powder with a ball mill or the like. After drying the mixed powder, it is molded into a predetermined shape to obtain a molded body.
  • a WC—Co-based cemented carbide sintered body
  • a predetermined cutting edge processing such as honing treatment to produce a base material made of a WC—Co based cemented carbide.
  • any substrate other than those described above can be prepared as long as it is conventionally known as this type of substrate.
  • the second step one or more first unit layers and one or more second unit layers are alternately laminated on the substrate by physical vapor deposition to form the hard layer.
  • various methods are used depending on the composition of the hard layer to be formed.
  • a method of using alloy targets with different grain sizes such as titanium (Ti), aluminum (Al), and boron (B)
  • a method of using a plurality of targets with different compositions include a method of using a pulse voltage as the bias voltage, a method of changing the gas flow rate during film formation, and a method of adjusting the rotation speed of a substrate holder that holds the substrate in the film forming apparatus.
  • the second step can be performed as follows. First, a chip having an arbitrary shape is mounted as a substrate in the chamber of the film forming apparatus. For example, the substrate is attached to the outer surface of a substrate holder on a rotary table that is rotatably mounted centrally within the chamber of the deposition apparatus. Next, the evaporation source for forming the first unit layer and the evaporation source for forming the second unit layer are arranged to face each other so as to sandwich the substrate holder. A bias power supply is attached to the substrate holder. An arc power source is attached to each of the evaporation source for forming the first unit layer and the evaporation source for forming the second unit layer.
  • Nitrogen gas or the like is introduced as a reaction gas while the substrate is rotated in the center of the chamber. Furthermore, the temperature of the substrate is maintained at 400 to 800° C., the reaction gas pressure is maintained at 1 to 10 Pa (partial pressure of nitrogen gas is 5 to 10 Pa), and the voltage of the bias power supply is gradually increased in the range of 30 to 200 V (DC power supply). , an arc current of 80 to 200 A is alternately supplied to the evaporation source for forming the first unit layer and the evaporation source for forming the second unit layer.
  • metal ions are generated from the evaporation source for forming the first unit layer and the evaporation source for forming the second unit layer, and when the substrate faces the evaporation source for forming the first unit layer, the second One unit layer is formed, and a second unit layer is formed when the substrate faces the evaporation source for forming the second unit layer.
  • the film while changing the voltage of the bias power supply as described above, it is possible to achieve both high hardness of the hard layer and cutting edge quality. After a predetermined time has passed, the supply of the arc current is stopped to form a hard layer (first unit layer and second unit layer) on the surface of the substrate.
  • the thickness of each of the first unit layer and the second unit layer is adjusted by adjusting the rotational speed of the substrate. Also, by adjusting the film formation time, the thickness of the hard layer is adjusted to fall within a predetermined range.
  • a hard layer may be formed on the surface of the base material other than the part involved in cutting. .
  • TiAlN layer a layer made of a compound represented by TiAlN (TiAlN layer) is predominantly cubic and has excellent hardness.
  • TiAlN layer a compound represented by TiAlN
  • boron is added as a raw material when forming the TiAlN layer, hexagonal crystals are likely to be formed and the hardness decreases. Therefore, there was no concept of using boron in addition to titanium and aluminum as raw materials when forming a TiAlN layer.
  • the present inventors added a trace amount of boron in addition to titanium and aluminum as raw materials, and further formed a hard layer so as to have a multilayer structure of the first unit layer and the second unit layer. As a result, it was found for the first time that a cutting tool having unexpectedly excellent heat resistance and excellent chipping resistance could be obtained.
  • the substrate is maintained at a temperature of 500-600° C.
  • the reaction gas pressure is maintained at 5-10 Pa (the partial pressure of nitrogen gas is 5-8 Pa)
  • the voltage of the bias power supply is 30-200 V (DC)
  • the raw material of the first unit layer contains titanium, aluminum, and boron, and examples thereof include titanium boride, aluminum metal, and titanium aluminum boride.
  • the blending composition of the raw materials of the first unit layer can be appropriately adjusted according to the desired composition of the first unit layer.
  • the raw material of the first unit layer may be in the form of a powder or a plate.
  • the raw material of the second unit layer contains titanium, aluminum, and boron. Examples thereof include metallic titanium, aluminum boride, and titanium aluminum boride.
  • the blending composition of the raw materials for the second unit layer can be appropriately adjusted according to the desired composition of the second unit layer. It is preferable that the mixing composition of the raw material of the second unit layer is different from the mixing composition of the raw material of the first unit layer.
  • the raw material for the second unit layer may be in the form of a powder or a plate.
  • the reaction gas described above is appropriately set according to the composition of the hard layer.
  • the reaction gas include a mixed gas of nitrogen gas and argon gas, nitrogen gas, and the like.
  • a step of ion bombardment treatment of the surface of the base material in addition to the above-described steps, between the first step and the second step, a step of ion bombardment treatment of the surface of the base material, A step of forming a base layer between them, a step of forming a surface layer on the hard layer, a step of forming an intermediate layer between the first hard layer and the second hard layer, a surface treatment step, etc. may be performed as appropriate.
  • the other layers may be formed by conventional methods.
  • indexable cutting insert P for milling (equivalent to JIS P30 cemented carbide, SEMT13T3AGSN) and indexable cutting insert K for milling (equivalent to JIS K30)
  • a cemented carbide, SEMT13T3AGSN) was prepared (first step).
  • ⁇ Ion bombardment treatment> Prior to the preparation of the coating described below, the surface of the base material was subjected to ion bombardment treatment according to the following procedure. First, the substrate was set in an arc ion plating apparatus. Next, ion bombardment treatment was performed under the following conditions. Gas composition: Ar (100%) Gas pressure: 0.5Pa Bias voltage: 600V (DC power supply) Processing time: 60 minutes
  • Coatings were produced by forming hard layers (multilayered structures or single layers) shown in Tables 2-1 to 2-3 on the surfaces of the substrates subjected to the ion bombardment treatment. A method for producing the hard layer will be described below.
  • the evaporation source for forming the first unit layer and the evaporation source for forming the second unit layer used raw material compositions shown in Tables 1-1 and 1-2, respectively.
  • the hard layer comprises the first unit layer and the second unit layer having the compositions shown in Tables 2-1 to 2-3, and the base material so as to have the thickness shown in Tables 2-1 to 2-3. It was produced by alternately laminating each layer one by one while adjusting the rotation speed of .
  • composition of the hard layer in Tables 2-1 to 2-3 is obtained by elemental analysis of the entire hard layer by energy dispersive X-ray spectroscopy (TEM-EDX) attached to the cross-sectional sample of the TEM as described above. sought by The observation magnification at this time was 20000 times.
  • TEM-EDX energy dispersive X-ray spectroscopy
  • samples 101 and 105 films were formed using only the evaporation source for forming the first unit layer (Tables 1-2 and 2-3). Therefore, the hard layer in samples 101 and 105 is a single layer rather than a multi-layer structure.
  • ⁇ Measurement of thickness of coating (thickness of hard layer)>
  • the thickness of the coating (that is, the thickness of the hard layer) is measured using a transmission electron microscope (TEM) (manufactured by JEOL Ltd., trade name: JEM-2100F), parallel to the normal direction of the surface of the substrate. It was obtained by measuring arbitrary 10 points in a cross-sectional sample and averaging the thickness of the measured 10 points. The results are shown in Tables 2-1 and 2-2.
  • the thickness of each of the first unit layer and the second unit layer was obtained by analysis using EELS. Specifically, in the STEM image obtained by the above measurement, the intensity profile corresponding to Al was measured along the direction parallel to the stacking direction of the hard layers.
  • the intensity profile is represented as a line graph in which the X-axis (horizontal axis) is the distance from the measurement start point on the hard layer and the Y-axis (vertical axis) is the intensity (brightness caused by atoms). In the obtained graph, the distance between the point showing the maximum value of the line graph corresponding to Al and the point showing the next maximum value was determined.
  • the obtained distance means the total thickness of the thickness of the first unit layer and the thickness of the second unit layer. Calculate the total thickness obtained in this manner at at least four locations, obtain the average value, and divide the obtained average value by 2 to obtain the thickness of each of the first unit layer and the second unit layer. did. The results are shown in Tables 2-1 and 2-2.
  • ⁇ X-ray diffraction analysis of hard layer The hard layer was analyzed by the X-ray diffraction analysis method (XDR analysis method) to obtain the X-ray diffraction intensities I (200) and I (002) of the (200) plane and (002) plane, respectively.
  • the conditions for X-ray diffraction analysis are shown below. Tables 3-1 and 3-2 show the obtained I (200) /I (002) and the peak half width of I (002) .
  • ENT-1100a (trade name) manufactured by Elionix Co., Ltd. was used as a measuring device. The above measurements were performed on 10 cross-sectional samples, and the average values of the hardness and Young's modulus obtained for each sample were taken as the hardness H and Young's modulus E of the hard layer. Data that appear to be outliers were excluded. A ratio H/E of the hardness H to the Young's modulus E was also obtained. The results are shown in Tables 3-1 and 3-2.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

基材と、上記基材上に設けられている硬質層と、を備える切削工具であって、　上記硬質層は、第一単位層と第二単位層とを含み、　上記硬質層は、上記第一単位層と上記第二単位層とが交互にそれぞれ一層以上積層されており、　上記第一単位層の厚さは、２ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、　上記第二単位層の厚さは、２ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、　上記第一単位層は、ＴｉａＡｌｂＢｃＮで表される化合物からなり、　上記第二単位層は、ＴｉｄＡｌｅＢｆＮで表される化合物からなり、　上記ＴｉａＡｌｂＢｃＮにおけるチタン元素の原子比ａは、０．２５以上０．４５未満であり、　上記ＴｉａＡｌｂＢｃＮにおけるアルミニウム元素の原子比ｂは、０．５５以上０．７５未満であり、　上記ＴｉａＡｌｂＢｃＮにおけるホウ素元素の原子比ｃは、０を超えて０．１以下であり、　上記原子比ａ、上記原子比ｂ及び上記原子比ｃの合計は、１であり、　上記ＴｉｄＡｌｅＢｆＮにおけるチタン元素の原子比ｄは、０．３５以上０．５５未満であり、　上記ＴｉｄＡｌｅＢｆＮにおけるアルミニウム元素の原子比ｅは、０．４５以上０．６５未満であり、　上記ＴｉｄＡｌｅＢｆＮにおけるホウ素元素の原子比ｆは、０を超えて０．１以下であり、　上記原子比ｄ、上記原子比ｅ及び上記原子比ｆの合計は、１であり、　上記原子比ａ及び上記原子比ｄは、０．０５≦ｄ－ａ≦０．２を満たし、　上記原子比ｂ及び上記原子比ｅは、０．０５≦ｂ－ｅ≦０．２を満たす。

Description

切削工具
　本開示は、切削工具に関する。
　従来より、基材上に被膜を被覆した切削工具が用いられている。たとえば、特開２０１１－２２４７１５号公報（特許文献１）は、炭化タングステン基超硬合金または炭窒化チタン基サーメットで構成された工具基体の表面に、０．８～５．０μｍの層厚のＡｌとＴｉの複合窒化物からなる硬質被覆層が蒸着形成された表面被覆切削工具において、該硬質被覆層は、ＡｌとＴｉの複合窒化物の粒状晶組織からなる薄層Ａと柱状晶組織からなる薄層Ｂとの交互積層構造として構成され、薄層Ａおよび薄層Ｂはそれぞれ０．０５～２μｍの層厚を有し、さらに、上記薄層Ａを構成する粒状晶の平均結晶粒径は３０ｎｍ以下、また、上記薄層Ｂを構成する柱状晶の平均結晶粒径は５０～５００ｎｍであることを特徴とする表面被覆切削工具を開示している。
　特開２０１７－１９３００４号公報（特許文献２）は、基材と、前記基材の表面に形成されている被膜と、を備え、前記被膜は、交互層を含み、前記交互層は、第１組成を有する第１層と、第２組成を有する第２層と、を含み、前記交互層は、前記第１層と前記第２層とが交互にそれぞれ一層以上積層されて構成されており、前記第１層および前記第２層は、それぞれ厚さが２ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、前記第１組成は、ＴｉａＡｌｂＳｉｃＮ（０．２５≦ａ≦０．４５、０．５５≦ｂ≦０．７５、０≦ｃ≦０．１、ａ＋ｂ＋ｃ＝１）で表され、前記第２組成は、ＴｉｄＡｌｅＳｉｆＮ（０．３５≦ｄ≦０．５５、０．４５≦ｅ≦０．６５、０≦ｆ≦０．１、ｄ＋ｅ＋ｆ＝１）で表され、前記第１組成および前記第２組成は、０．０５≦ｄ－ａ≦０．２かつ０．０５≦ｂ－ｅ≦０．２を満たす、表面被覆切削工具を開示している。
特開２０１１－２２４７１５号公報 特開２０１７－１９３００４号公報
　本開示に係る切削工具は、
　基材と、上記基材上に設けられている硬質層と、を備える切削工具であって、
　上記硬質層は、第一単位層と第二単位層とを含み、
　上記硬質層は、上記第一単位層と上記第二単位層とが交互にそれぞれ一層以上積層されており、
　上記第一単位層の厚さは、２ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、
　上記第二単位層の厚さは、２ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、
　上記第一単位層は、ＴｉａＡｌｂＢｃＮで表される化合物からなり、
　上記第二単位層は、ＴｉｄＡｌｅＢｆＮで表される化合物からなり、
　上記ＴｉａＡｌｂＢｃＮにおけるチタン元素の原子比ａは、０．２５以上０．４５未満であり、
　上記ＴｉａＡｌｂＢｃＮにおけるアルミニウム元素の原子比ｂは、０．５５以上０．７５未満であり、
　上記ＴｉａＡｌｂＢｃＮにおけるホウ素元素の原子比ｃは、０を超えて０．１以下であり、
　上記原子比ａ、上記原子比ｂ及び上記原子比ｃの合計は、１であり、
　上記ＴｉｄＡｌｅＢｆＮにおけるチタン元素の原子比ｄは、０．３５以上０．５５未満であり、
　上記ＴｉｄＡｌｅＢｆＮにおけるアルミニウム元素の原子比ｅは、０．４５以上０．６５未満であり、
　上記ＴｉｄＡｌｅＢｆＮにおけるホウ素元素の原子比ｆは、０を超えて０．１以下であり、
　上記原子比ｄ、上記原子比ｅ及び上記原子比ｆの合計は、１であり、
　上記原子比ａ及び上記原子比ｄは、０．０５≦ｄ－ａ≦０．２を満たし、
　上記原子比ｂ及び上記原子比ｅは、０．０５≦ｂ－ｅ≦０．２を満たす。
図１は、切削工具の一態様を例示する斜視図である。 図２は、本実施形態の一態様における切削工具の模式断面図である。 図３は、本実施形態の他の態様における切削工具の模式断面図である。 図４は、本実施形態に係る硬質層の結晶構造を説明する模式断面図である。 図５は、本実施形態に係る硬質層をＸ線回折分析を行った際に得られるスペクトル図の一例である。 図６は、本実施形態の別の他の態様における切削工具の模式断面図である。
　［本開示が解決しようとする課題］
　特許文献１に記載の表面被覆切削工具では、上記のような構成の硬質被覆層を有することにより、耐摩耗性が向上し、以って切削工具の寿命が長くなることが期待されている。特許文献２に記載の表面被覆切削工具では、上記のような構成の被膜を有することにより、層間剥離及び亀裂伝播が抑制され、以って切削工具の寿命が長くなることが期待されている。しかしながら、近年の切削加工においては、高速化及び高能率化が進行し、切削工具にかかる負荷が増大し、切削工具の寿命が短期化する傾向があった。このため、切削工具の被膜の機械特性（例えば、耐摩耗性、耐欠損性、耐熱性等）を更に向上させることが求められている。
　本開示は、上記事情に鑑みてなされたものであり、耐欠損性に優れる切削工具を提供することを目的とする。
　［本開示の効果］
　上記によれば、耐欠損性に優れる切削工具を提供することが可能になる。
　［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］本開示に係る切削工具は、
　基材と、上記基材上に設けられている硬質層と、を備える切削工具であって、
　上記硬質層は、第一単位層と第二単位層とを含み、
　上記硬質層は、上記第一単位層と上記第二単位層とが交互にそれぞれ一層以上積層されており、
　上記第一単位層の厚さは、２ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、
　上記第二単位層の厚さは、２ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、
　上記第一単位層は、ＴｉａＡｌｂＢｃＮで表される化合物からなり、
　上記第二単位層は、ＴｉｄＡｌｅＢｆＮで表される化合物からなり、
　上記ＴｉａＡｌｂＢｃＮにおけるチタン元素の原子比ａは、０．２５以上０．４５未満であり、
　上記ＴｉａＡｌｂＢｃＮにおけるアルミニウム元素の原子比ｂは、０．５５以上０．７５未満であり、
　上記ＴｉａＡｌｂＢｃＮにおけるホウ素元素の原子比ｃは、０を超えて０．１以下であり、
　上記原子比ａ、上記原子比ｂ及び上記原子比ｃの合計は、１であり、
　上記ＴｉｄＡｌｅＢｆＮにおけるチタン元素の原子比ｄは、０．３５以上０．５５未満であり、
　上記ＴｉｄＡｌｅＢｆＮにおけるアルミニウム元素の原子比ｅは、０．４５以上０．６５未満であり、
　上記ＴｉｄＡｌｅＢｆＮにおけるホウ素元素の原子比ｆは、０を超えて０．１以下であり、
　上記原子比ｄ、上記原子比ｅ及び上記原子比ｆの合計は、１であり、
　上記原子比ａ及び上記原子比ｄは、０．０５≦ｄ－ａ≦０．２を満たし、
　上記原子比ｂ及び上記原子比ｅは、０．０５≦ｂ－ｅ≦０．２を満たす。
　上記切削工具における上記硬質層は、上記第一単位層及び上記第二単位層それぞれにおけるホウ素元素の原子比が上述のような範囲をとることによって、耐欠損性に優れた切削工具となる。すなわち、上記切削工具は、上述のような構成を備えることによって、優れた耐欠損性を有することが可能になる。また、上記硬質層は、上記第一単位層及び上記第二単位層それぞれにおけるアルミニウム元素の原子比が上述のような範囲をとることによって、耐熱性に優れた切削工具となる。ここで、「耐欠損性」とは、切削加工時における切削工具の欠けに対する耐性を意味する。「耐熱性」とは高温環境における切削工具の摩耗、変形などに対する耐性を意味する。
［２］上記硬質層における（００２）面のＸ線回折ピークの強度Ｉ（００２）に対する（２００）面のＸ線回折ピークの強度Ｉ（２００）の比Ｉ（２００）／Ｉ（００２）が、２以上であり、
　上記（００２）面のＸ線回折ピークの半価幅が２度以上であることが好ましい。このように規定することで、上記切削工具は更に優れた耐欠損性を有することが可能になる。また、上記切削工具は更に優れた耐熱性を有することが可能になる。
［３］室温における上記硬質層の硬度Ｈは、３０ＧＰａ以上であることが好ましい。このように規定することで、上記切削工具は優れた耐欠損性に加えて優れた耐摩耗性を有することが可能になる。ここで、「耐摩耗性」とは、切削加工時における切削工具の摩耗に対する耐性を意味する。
［４］室温における上記硬質層のヤング率Ｅに対する上記硬質層の硬度Ｈの比Ｈ／Ｅは、０．０７以上であることが好ましい。このように規定することで、上記切削工具は更に優れた耐欠損性を有することが可能になる。
［５］上記硬質層の厚さは、１μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましい。このように規定することで、上記切削工具は優れた耐欠損性に加えて優れた耐摩耗性を有することが可能になる。
　[本開示の実施形態の詳細]
　以下、本開示の一実施形態（以下「本実施形態」と記す。）について説明する。ただし、本実施形態はこれに限定されるものではない。本明細書において「Ａ～Ｚ」という形式の表記は、範囲の上限下限（すなわちＡ以上Ｚ以下）を意味し、Ａにおいて単位の記載がなく、Ｚにおいてのみ単位が記載されている場合、Ａの単位とＺの単位とは同じである。さらに、本明細書において、例えば「ＴｉＮ」等のように、構成元素の組成比が限定されていない化学式によって化合物が表された場合には、その化学式は従来公知のあらゆる組成比（元素比）を含むものとする。このとき上記化学式は、化学量論組成のみならず、非化学量論組成も含むものとする。例えば「ＴｉＮ」の化学式には、化学量論組成「Ｔｉ１Ｎ１」のみならず、例えば「Ｔｉ１Ｎ０．８」のような非化学量論組成も含まれる。このことは、「ＴｉＮ」以外の化合物の記載についても同様である。
　≪切削工具≫
　基材と、上記基材上に設けられている硬質層と、を備える切削工具であって、
　上記硬質層は、第一単位層と第二単位層とを含み、
　上記硬質層は、上記第一単位層と上記第二単位層とが交互にそれぞれ一層以上積層されており、
　上記第一単位層の厚さは、２ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、
　上記第二単位層の厚さは、２ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、
　上記第一単位層は、ＴｉａＡｌｂＢｃＮで表される化合物からなり、
　上記第二単位層は、ＴｉｄＡｌｅＢｆＮで表される化合物からなり、
　上記ＴｉａＡｌｂＢｃＮにおけるチタン元素の原子比ａは、０．２５以上０．４５未満であり、
　上記ＴｉａＡｌｂＢｃＮにおけるアルミニウム元素の原子比ｂは、０．５５以上０．７５未満であり、
　上記ＴｉａＡｌｂＢｃＮにおけるホウ素元素の原子比ｃは、０を超えて０．１以下であり、
　上記原子比ａ、上記原子比ｂ及び上記原子比ｃの合計は、１であり、
　上記ＴｉｄＡｌｅＢｆＮにおけるチタン元素の原子比ｄは、０．３５以上０．５５未満であり、
　上記ＴｉｄＡｌｅＢｆＮにおけるアルミニウム元素の原子比ｅは、０．４５以上０．６５未満であり、
　上記ＴｉｄＡｌｅＢｆＮにおけるホウ素元素の原子比ｆは、０を超えて０．１以下であり、
　上記原子比ｄ、上記原子比ｅ及び上記原子比ｆの合計は、１であり、
　上記原子比ａ及び上記原子比ｄは、０．０５≦ｄ－ａ≦０．２を満たし、
　上記原子比ｂ及び上記原子比ｅは、０．０５≦ｂ－ｅ≦０．２を満たす。
　本実施形態に係る切削工具は、例えば、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、タップ等であり得る。
　図１は、切削工具の一態様を例示する斜視図である。このような形状の切削工具は、例えば、刃先交換型切削チップとして用いられる。上記切削工具１０は、すくい面１と、逃げ面２と、すくい面１と逃げ面２とが交差する刃先稜線部３とを有する。すなわち、すくい面１と逃げ面２とは、刃先稜線部３を挟んで繋がる面である。刃先稜線部３は、切削工具１０の切刃先端部を構成する。このような切削工具１０の形状は、上記切削工具の基材の形状と把握することもできる。すなわち、上記基材は、すくい面と、逃げ面と、すくい面及び逃げ面を繋ぐ刃先稜線部とを有する。
　＜基材＞
　本実施形態の基材は、この種の基材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、上記基材は、超硬合金（例えば、炭化タングステン（ＷＣ）基超硬合金、ＷＣの他にＣｏを含む超硬合金、ＷＣの他にＣｒ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ等の炭窒化物を添加した超硬合金等）、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（ｃＢＮ焼結体）及びダイヤモンド焼結体からなる群から選ばれる１種を含むことが好ましい。
　これらの各種基材の中でも、特に超硬合金（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。その理由は、これらの基材が特に高温における硬度と強度とのバランスに優れ、上記用途の切削工具の基材として優れた特性を有するためである。
　基材として超硬合金を使用する場合、そのような超硬合金は、組織中に遊離炭素又はη相と呼ばれる異常相を含んでいても本実施形態の効果は示される。なお、本実施形態で用いる基材は、その表面が改質されたものであっても差し支えない。例えば、超硬合金の場合はその表面に脱β層が形成されていたり、ｃＢＮ焼結体の場合には表面硬化層が形成されていてもよく、このように表面が改質されていても本実施形態の効果は示される。
　上記切削工具が、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、フライス加工用刃先交換型切削チップ等）である場合、基材は、チップブレーカーを有するものも、有さないものも含まれる。刃先の稜線部分の形状は、シャープエッジ（すくい面と逃げ面とが交差する稜）、ホーニング（シャープエッジに対してアールを付与した形状）、ネガランド（面取りをした形状）、ホーニングとネガランドを組み合わせた形状の中で、いずれの形状も含まれる。
　＜被膜＞
　本実施形態に係る被膜は、上記基材上に設けられている。「被膜」は、上記基材の少なくとも一部（例えば、すくい面の一部）を被覆することで、切削工具における耐熱性、耐欠損性、耐摩耗性等の諸特性を向上させる作用を有するものである。上記被膜は、上記基材の全面を被覆することが好ましい。しかしながら、上記基材の一部が上記被膜で被覆されていなかったり被膜の構成が部分的に異なっていたりし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。上記被膜は、第一単位層と第二単位層とを有する硬質層を含む。
　上記被膜の厚さは、１μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましく、１．５μｍ以上１２μｍ以下であることがより好ましく、２μｍ以上８μｍ以下であることが更に好ましい。ここで、被膜の厚さとは、被膜を構成する層それぞれの厚さの総和を意味する。「被膜を構成する層」としては、例えば、上記硬質層、後述する下地層、中間層及び表面層等の他の層が挙げられる。上記被膜の厚さは、例えば、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて、基材の表面の法線方向に平行な断面サンプルにおける任意の１０点を測定し、測定された１０点の厚さの平均値をとることで求めることが可能である。このときの測定倍率は、例えば１００００倍である。上記断面サンプルとしては、例えば、イオンスライサ装置で上記切削工具の断面を薄片化したサンプルが挙げられる。上記硬質層、上記下地層、上記中間層及び上記表面層等のそれぞれの厚さを測定する場合も同様である。透過型電子顕微鏡としては、例えば、日本電子株式会社製のＪＥＭ－２１００Ｆ（商品名）が挙げられる。
　（硬質層）
　本実施形態に係る硬質層２０は、第一単位層２１と、第二単位層２２とを含む（図２）。上記硬質層２０は、上記第一単位層２１と上記第二単位層２２とが交互にそれぞれ一層以上積層されている（図２、図３、図６）。上記硬質層は、上記第一単位層２１から始まっていてもよいし、上記第二単位層から始まっていてもよい。上記硬質層２０は、本実施形態に係る切削工具が奏する効果を維持する限り、上記基材１１の直上に設けられていてもよいし（図２、図３）、下地層３１等の他の層を介して上記基材１１の上に設けられていてもよい（図６）。上記硬質層２０は、切削工具が奏する効果を維持する限り、その上に表面層３２等の他の層が設けられていてもよい（図６）。また、上記硬質層２０は、上記被膜４０の表面に設けられていてもよい。
　本実施形態の一側面において、上記切削工具が奏する効果を維持する限り、上記硬質層は複数設けられていてもよい。例えば、上記被膜が第一の硬質層と第二の硬質層とを含む場合、上記被膜は上記第一の硬質層と上記第二の硬質層との間に設けられている中間層を更に備えていてもよい。
　上記硬質層は、上記基材の逃げ面を被覆することが好ましい。上記硬質層は、上記基材のすくい面を被覆することが好ましい。上記硬質層は、上記基材の全面を被覆することがより好ましい。しかしながら、上記基材の一部が上記硬質層で被覆されていなかったりし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。
　上記硬質層の厚さは、１μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましく、１．５μｍ以上１２μｍ以下であることがより好ましく、２μｍ以上８μｍ以下であることが更に好ましい。このようにすることで、上記切削工具は優れた耐摩耗性を有することが可能になる。当該厚さは、例えば、上述したような上記切削工具の断面を透過型電子顕微鏡を用いて倍率１００００倍で観察することで測定可能である。
　（硬質層におけるＸ線回折分析）
　上記硬質層における（００２）面のＸ線回折ピークの強度Ｉ（００２）に対する（２００）面のＸ線回折ピークの強度Ｉ（２００）の比Ｉ（２００）／Ｉ（００２）が、２以上であり、
　上記（００２）面のＸ線回折ピークの半価幅が２度以上であることが好ましい。ここで、「（２００）面のＸ線回折ピークの強度Ｉ（２００）」とは、（２００）面に由来するＸ線回折ピークのうち、最も高いピークにおける回折強度（ピークの高さ）を意味する。「（００２）面のＸ線回折ピークの強度Ｉ（００２）」についても同様である。
　具体的には、後述する実施例に記載の条件で上記硬質層における任意の３点それぞれに対して、θ／２θ法によるＸ線回折測定（ＸＲＤ測定）を行い、所定の結晶面のＸ線回折強度を求め、求められた３点のＸ線回折強度の平均値を当該所定の結晶面のＸ線回折強度とする。このとき、（２００）面のＸ線回折強度は、２θ＝４３～４４°付近におけるＸ線回折強度に対応し、（００２）面のＸ線回折強度は、２θ＝３０～４０°付近におけるＸ線回折強度に対応する（例えば、図５参照）。図５において、縦軸はＸ線の回折強度を示し、横軸は２θの値を示している。上記Ｘ線回折測定に用いる装置としては、たとえば、株式会社リガク製の「ＳｍａｒｔＬａｂ」（商品名）、パナリティカル製の「Ｘ’ｐｅｒｔ」（商品名）等が挙げられる。
　上記（２００）面のＸ線回折強度は、硬質層における立方晶の結晶に由来する。（００２）面のＸ線回折ピークの強度Ｉ（００２）は、硬質層における六方晶の結晶に由来する。そのため、これらのピークの有無によって、硬質層における立方晶、六方晶の有無を判別できる。また、比Ｉ（２００）／Ｉ（００２）が２以上であることは、硬質層において立方晶の柱状晶２３と六方晶の柱状晶２４との混晶が形成されていることを意味している（図４）。上記立方晶の柱状晶２３及び上記六方晶の柱状晶２４は、それぞれの柱状晶において、第一単位層と第二単位層とが交互に積層されているが、図４においては、便宜上その積層された構造を省略している。
　上述の比Ｉ（２００）／Ｉ（００２）における上限は、例えば１０以下であってもよいし、１０未満であってもよいし、５以下であってもよい。
　上記（００２）面のＸ線回折ピークの半価幅は、上限が４度以下であってもよいし、３度以下であってもよい。
　（硬質層における機械的特性）
　本実施形態において、室温における上記硬質層の硬度Ｈは、３０ＧＰａ以上であることが好ましく、３０ＧＰａ以上５０ＧＰａ以下であることがより好ましく、３５ＧＰａ以上４５ＧＰａ以下であることが更に好ましい。
　本実施形態において、室温における上記硬質層のヤング率Ｅは、７００ＧＰａ以下であることが好ましく、４００ＧＰａ以上７００ＧＰａ以下であることがより好ましく、４００ＧＰａ以上５５０ＧＰａ以下であることが更に好ましい。
　また、室温における上記硬質層のヤング率Ｅに対する上記硬質層の硬度Ｈの比Ｈ／Ｅは、０．０７以上であることが好ましく、０．０７以上０．１２以下であることがより好ましく、０．０８以上０．１１以下であることが更に好ましい。
　上記硬度Ｈ及び上記ヤング率Ｅは、「ＩＳＯ　１４５７７－１：　２０１５　Ｍｅｔａｌｌｉｃ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ－Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｅｄ　ｉｎｄｅｎｔａｔｉｏｎ　ｔｅｓｔ　ｆｏｒ　ｈａｒｄｎｅｓｓ　ａｎｄ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ－」において定められている標準手順によるナノインデンテーション法によって、求めることが可能である。本実施形態において「室温」とは、２５℃を意味する。上記硬度Ｈ及び上記ヤング率Ｅを正確に求める観点から、圧子の押し込み深さは、当該圧子の押し込み方向における上記硬質層の厚さの１／１０を超えないようにする。圧子の押し込み荷重は、１ｇとする。サンプルは、上記硬質層の断面積が上記圧子の面積に対して１０倍の広さを確保できるのであれば、上述の断面サンプルを用いてもよい。また、上記硬質層の断面積が上記圧子に対して十分な広さを確保できるように、基材の表面の法線方向に対して傾斜した断面を有するサンプルを用いてもよい。このような測定を少なくとも１０個の断面サンプルについて行い、それぞれのサンプルで求められた硬度及びヤング率の平均値を、当該硬質層の硬度Ｈ及びヤング率Ｅとする。なお、一見して異常値と思われるデータについては、除外するものとする。上記ナノインデンテーション法を行う装置としては、例えば、エリオニクス社製のＥＮＴ－１１００ａが挙げられる。
　（第一単位層）
　上記第一単位層の厚さは、２ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることが好ましく、２ｎｍ以上１０ｎｍ以下であることがより好ましい。上記第一単位層の厚さ及び後述する第二単位層の厚さは、電子エネルギー損失分光法（ＥＥＬＳ）を用いた分析によって求められる。具体的には、まず上述の断面サンプルにおける走査透過電子顕微鏡像（ＳＴＥＭ像）において、上記硬質層の積層方向に平行な方向に沿ってＡｌに対応する強度プロファイルを測定する。このとき、上記強度プロファイルは、Ｘ軸（横軸）を上記硬質層上の測定開始点からの距離とし、Ｙ軸（縦軸）を強度（原子に起因する明るさ）とした折れ線グラフとして表される。次に得られたグラフにおいて、Ａｌに対応する折れ線グラフの極大値を示す点と、次の極大値を示す点との距離を求める。求められた距離は、第一単位層の厚さと第二単位層の厚さとの合計厚さを意味している。このようにして求められた各合計厚さを少なくとも４カ所算出し、それの平均値を求め、求められた平均値を２で除した値を第一単位層及び第二単位層それぞれの厚さとする。
　上記第一単位層は、ＴｉａＡｌｂＢｃＮで表される化合物からなる。ここで、「ＴｉａＡｌｂＢｃＮで表される化合物からなる」とは、ＴｉａＡｌｂＢｃＮで表される化合物のみからなる態様と、ＴｉａＡｌｂＢｃＮで表される化合物及び不可避不純物からなる態様を含む概念である。不可避不純物としては、例えば、炭素（Ｃ）、酸素（Ｏ）が挙げられる。上記第一単位層の組成は、上述の断面サンプルをＴＥＭに付帯のエネルギー分散型Ｘ線分光法（ＴＥＭ－ＥＤＸ）で、第一単位層の全体を元素分析することによって求めることが可能である。このときの観察倍率は、例えば、２００００倍である。
　上記ＴｉａＡｌｂＢｃＮにおけるチタン元素の原子比ａは、０．２５以上０．４５未満であり、０．２５以上０．４０以下であることが好ましく、０．２５以上０．３５以下であることがより好ましい。上記原子比ａを上述の範囲とすることで、適度な硬度を有する第一単位層となる。
　上記ＴｉａＡｌｂＢｃＮにおけるアルミニウム元素の原子比ｂは、０．５５以上０．７５未満であり、０．６０以上０．７５未満であることが好ましく、０．６５以上０．７５未満であることがより好ましい。上記原子比ｂを上述の範囲とすることで、優れた耐熱性を有する第一単位層となる。
　上記ＴｉａＡｌｂＢｃＮにおけるホウ素元素の原子比ｃは、０を超えて０．１以下であり、０．０１以上０．０９以下であることが好ましく、０．０２以上０．０８以下であることがより好ましい。上記原子比ｃを上述の範囲とすることで、適度な硬度を有する第一単位層となる。なお、上記原子比ａ、上記原子比ｂ及び上記原子比ｃの合計は、１である。
　（第二単位層）
　上記第二単位層の厚さは、２ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることが好ましく、２ｎｍ以上１０ｎｍ以下であることがより好ましい。
　上記第二単位層は、ＴｉｄＡｌｅＢｆＮで表される化合物からなる。ここで、「ＴｉｄＡｌｅＢｆＮで表される化合物からなる」とは、ＴｉｄＡｌｅＢｆＮで表される化合物のみからなる態様と、ＴｉｄＡｌｅＢｆＮで表される化合物及び不可避不純物からなる態様を含む概念である。不可避不純物としては、例えば、炭素（Ｃ）、酸素（Ｏ）が挙げられる。上記第二単位層の組成は、上述の断面サンプルをＴＥＭに付帯のエネルギー分散型Ｘ線分光法（ＴＥＭ－ＥＤＸ）で、第二単位層の全体を元素分析することによって求めることが可能である。このときの観察倍率は、例えば、２００００倍である。
　上記ＴｉｄＡｌｅＢｆＮにおけるチタン元素の原子比ｄは、０．３５以上０．５５未満であり、０．３５以上０．５０以下であることが好ましく、０．３５以上０．４５以下であることがより好ましい。上記原子比ｄを上述の範囲とすることで、適度な硬度を有する第一単位層となる。
　上記ＴｉｄＡｌｅＢｆＮにおけるアルミニウム元素の原子比ｅは、０．４５以上０．６５未満であり、０．５０以上０．６５未満であることが好ましく、０．５５以上０．６５未満であることがより好ましい。上記原子比ｅを上述の範囲とすることで、適度な硬度を有する第一単位層となる。
　上記ＴｉｄＡｌｅＢｆＮにおけるホウ素元素の原子比ｆは、０を超えて０．１以下であり、０．０１以上０．０９以下であることが好ましく、０．０２以上０．０８以下であることがより好ましい。上記原子比ｆを上述の範囲とすることで、適度な硬度を有する第一単位層となる。なお、上記原子比ｄ、上記原子比ｅ及び上記原子比ｆの合計は、１である。
　本実施形態において、上記原子比ａ及び上記原子比ｄは、０．０５≦ｄ－ａ≦０．２を満たし、０．１≦ｄ－ａ≦０．２を満たすことが好ましい。ｄ－ａを上述の範囲とすることで、耐欠損性に優れる切削工具となる。
　本実施形態において、上記原子比ｂ及び上記原子比ｅは、０．０５≦ｂ－ｅ≦０．２を満たし、０．１≦ｂ－ｅ≦０．２を満たすことが好ましい。ｂ－ｅを上述の範囲とすることで、耐欠損性に優れる切削工具となる。
　（他の層）
　本実施形態の効果を損なわない限り、上記被膜は、他の層を更に含んでいてもよい。上記他の層としては、例えば、上記基材と上記硬質層との間に設けられている下地層及び上記硬質層上に設けられている表面層等が挙げられる。また、上記被膜が第一の硬質層と第二の硬質層とを含む場合における上記第一の硬質層と上記第二の硬質層との間に設けられている中間層が挙げられる。
　上記下地層は、例えば、ＡｌＣｒＮで表される化合物からなる層であってもよい。上記表面層は、例えば、ＴｉＮで表される化合物からなる層であってもよい。上記中間層は、例えば、ＴｉＡｌＮで表される化合物からなる層であってもよい。上記他の層の組成は、上述の断面サンプルをＴＥＭに付帯のエネルギー分散型Ｘ線分光法（ＴＥＭ－ＥＤＸ）で、当該他の層の全体を元素分析することによって求めることが可能である。このときの観察倍率は、例えば、２００００倍である。
　上記他の層の厚さは、本実施形態の効果を損なわない範囲において、特に制限はないが例えば、０．１μｍ以上２μｍ以下が挙げられる。当該厚さは、例えば、上述したような上記切削工具の断面を透過型電子顕微鏡を用いて倍率１００００倍で観察することで測定可能である。
　≪切削工具の製造方法≫
　本実施形態に係る切削工具の製造方法は、
　上記基材を準備する工程（以下、「第１工程」という場合がある。）と、
　物理的蒸着法を用いて、上記基材上に第一単位層と第二単位層とを交互にそれぞれ１層以上積層して、上記硬質層を形成する工程（以下、「第２工程」という場合がある。）と、を含む。
　物理蒸着法とは、物理的な作用を利用して原料（「蒸発源」、「ターゲット」ともいう。）を気化し、気化した原料を基材等の上に付着させる蒸着方法である。物理的蒸着法としては、例えば、スパッタ法、アークイオンプレーティング法等が挙げられる。特に、本実施形態で用いる物理的蒸着法は、アークイオンプレーティング法を用いることが好ましい。
　アークイオンプレーティング法は、装置内に基材を設置するとともにカソードとしてターゲットを設置した後、このターゲットに高電流を印加してアーク放電を生じさせる。これにより、ターゲットを構成する原子を蒸発させイオン化させて、負のバイアス電圧を印可した基材上に堆積させて被膜を形成する。
　＜第１工程：基材を準備する工程＞
　第１工程では基材を準備する。例えば、基材として超硬合金基材、又は立方晶窒化ホウ素焼結体が準備される。超硬合金基材及び立方晶窒化ホウ素焼結体は、市販の基材を用いてもよく、一般的な粉末冶金法で製造してもよい。例えば、一般的な粉末冶金法で超硬合金を製造する場合、まず、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。当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。さらに当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。次いで当該焼結体に対して、ホーニング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を製造することができる。第１工程では、上記以外の基材であっても、この種の基材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：硬質層を形成する工程＞
　第２工程では、物理的蒸着法を用いて、上記基材上に第一単位層と第二単位層とを交互にそれぞれ１層以上積層して、上記硬質層を形成する。その方法としては、形成しようとする硬質層の組成に応じて、各種の方法が用いられる。例えば、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）及びホウ素（Ｂ）等の粒径をそれぞれ変化させた合金製ターゲットを使用する方法、それぞれ組成の異なる複数のターゲットを使用する方法、成膜時に印可するバイアス電圧をパルス電圧とする方法、成膜時にガス流量を変化させる方法、又は、成膜装置において基材を保持する基材ホルダの回転速度を調整する方法等を挙げることができる。
　例えば、第２工程は、次のようにして行なうことができる。まず、成膜装置のチャンバ内に、基材として任意の形状のチップを装着する。例えば、基材を、成膜装置のチャンバ内において中央に回転可能に備え付けられた回転テーブル上の基材ホルダの外表面に取り付ける。次に、第一単位層形成用の蒸発源と第二単位層形成用の蒸発源とを、上記基材ホルダを挟むように対向して配置する。基材ホルダには、バイアス電源を取り付ける。第一単位層形成用の蒸発源と第二単位層形成用の蒸発源とには、それぞれアーク電源を取り付ける。上記基材をチャンバ内の中央で回転させた状態で、反応ガスとして窒素ガス等を導入する。さらに、基材を温度４００～８００℃に、反応ガス圧を１～１０Ｐａ（窒素ガスの分圧は５～１０Ｐａ）に維持し、バイアス電源の電圧を３０～２００Ｖ（直流電源）の範囲で徐々に変化させながら、第一単位層形成用の蒸発源及び第二単位層形成用の蒸発源に８０～２００Ａのアーク電流を交互に供給する。これにより、第一単位層形成用の蒸発源及び第二単位層形成用の蒸発源から金属イオンを発生させ、上記基材が第一単位層形成用の蒸発源に対向しているときは第一単位層が形成され、上記基材が第二単位層形成用の蒸発源に対向しているときは第二単位層が形成される。また、バイアス電源の電圧を上述のように変化させながら成膜することによって、硬質層の高い硬度と刃先品位との両立が可能になる。所定の時間が経過したところでアーク電流の供給を止めて、基材の表面上に硬質層（第一単位層及び第二単位層）を形成する。このとき、上記基材の回転速度を調節することにより、第一単位層及び第二単位層それぞれの厚さを調整する。また、成膜時間を調節することにより、硬質層の厚さが所定範囲になるように調整する。上記第２工程は、切削加工に関与する部分（例えば、切れ刃付近のすくい面）に加えて、切削加工に関与する部分以外の上記基材の表面上に硬質層が形成されていてもよい。
　従来から、ＴｉＡｌＮで示される化合物からなる層（ＴｉＡｌＮ層）は立方晶が支配的であり硬度に優れることが知られていた。一方で、このＴｉＡｌＮ層を形成する際にホウ素を原料として添加すると、六方晶が形成されやすく硬度が低下することが知られていた。そのため、通常ＴｉＡｌＮ層を形成する際に原料としてチタン、アルミニウムに加えて、ホウ素を用いるという発想がなかった。本発明者らは、このような常識にとらわれることなく、原料としてチタン、アルミニウムに加えて微量のホウ素を加えて、さらに第一単位層と第二単位層との多層構造となるように硬質層を形成してみたところ、予想に反して優れた耐熱性と優れた耐欠損性を有する切削工具が得られることを初めて見出した。
　本実施形態の一側面において、基材を温度５００～６００℃に、反応ガス圧を５～１０Ｐａ（窒素ガスの分圧は５～８Ｐａ）に維持し、バイアス電源の電圧を３０～２００Ｖ（直流電源）の範囲で徐々に変化させながら、第一単位層形成用の蒸発源及び第二単位層形成用の蒸発源に８０～１２０Ａのアーク電流を交互に供給することが好ましい。このようにすることで、硬質層中に、立方晶と六方晶との混晶組織を形成することが可能になる。このような混晶組織とすることで、立方晶及び六方晶それぞれの柱状晶の粗大化が抑制され、ひいては硬質層における靱性及び耐熱性が向上する。
　（第一単位層の原料）
　上記第２工程において、第一単位層の原料は、チタン、アルミニウム、及びホウ素を含み、例えば、ホウ化チタン、金属アルミニウム、ホウ化チタンアルミニウム等が挙げられる。上記第一単位層の原料の配合組成は、目的とする第一単位層の組成に応じて適宜調整が可能である。上記第一単位層の原料は、粉末状であってもよいし、平板状であってもよい。
　（第二単位層の原料）
　上記第２工程において、第二単位層の原料は、チタン、アルミニウム、及びホウ素を含例えば、金属チタン、ホウ化アルミニウム、ホウ化チタンアルミニウム等が挙げられる。上記第二単位層の原料の配合組成は、目的とする第二単位層の組成に応じて適宜調整が可能である。上記第二単位層の原料の配合組成は、上記第一単位層の原料の配合組成と異なることが好ましい。上記第二単位層の原料は、粉末状であってもよいし、平板状であってもよい。
　本実施形態において、上述した反応ガスは、上記硬質層の組成に応じて適宜設定される。上記反応ガスとしては、例えば、窒素ガスとアルゴンガスとの混合ガス、及び窒素ガス等が挙げられる。
　＜その他の工程＞
　本実施形態に係る製造方法では、上述した工程の他にも、第１工程と第２工程との間に、上記基材の表面をイオンボンバードメント処理する工程、基材と上記硬質層との間に下地層を形成する工程、上記硬質層の上に表面層を形成する工程、第一の硬質層と第二の硬質層との間に中間層を形成する工程及び、表面処理する工程等を適宜行ってもよい。
　上述の下地層、中間層及び表面層等の他の層を形成する場合、従来の方法によって他の層を形成してもよい。
　以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
　≪切削工具の作製≫
　＜基材の準備＞
　まず、被膜を形成させる対象となる基材として、転削加工用刃先交換型切削チップＰ（ＪＩＳ規格　Ｐ３０相当超硬合金、ＳＥＭＴ１３Ｔ３ＡＧＳＮ）及び転削加工用刃先交換型切削チップＫ（ＪＩＳ規格　Ｋ３０相当超硬合金、ＳＥＭＴ１３Ｔ３ＡＧＳＮ）を準備した（第１工程）。
　＜イオンボンバードメント処理＞
　後述する被膜の作製に先立って、以下の手順で上記基材の表面にイオンボンバードメント処理を行った。まず、上記基材をアークイオンプレーティング装置にセットした。次に、以下の条件によってイオンボンバードメント処理を行った。
ガス組成　　：　　Ａｒ（１００％）
ガス圧　　　：　　０．５Ｐａ
バイアス電圧：　　６００Ｖ（直流電源）
処理時間　　：　　６０分
　＜被膜の作製＞
　イオンボンバードメント処理を行った上記基材の表面上に、表２－１～表２－３に示される硬質層（多層構造、又は単層）を形成することによって、被膜を作製した。以下、硬質層の作製方法について説明する。
　（硬質層の作製）
　試料１～２２、試料１０２～１０４、及び試料１０６～１０９においては、基材（転削加工用刃先交換型切削チップＰ及び転削加工用刃先交換型切削チップＫ）をチャンバ内の中央で回転させた状態で、反応ガスとして窒素ガスを導入した。さらに、基材を温度５５０℃に、反応ガス圧を８Ｐａ（窒素ガスの分圧：８Ｐａ）に維持し、バイアス電源の電圧を３５～１８０Ｖの範囲で徐々に変化させながら第一単位層形成用の蒸発源及び第二単位層形成用の蒸発源にそれぞれ９０Ａのアーク電流を交互に供給した。これにより、第一単位層形成用の蒸発源及び第二単位層形成用の蒸発源からそれぞれ金属イオンを発生させ、所定の時間が経過したところでアーク電流の供給を止めて、基材の表面上に表２－１～表２－３に示す組成の硬質層を形成した（第２工程）。ここで、第一単位層形成用の蒸発源及び第二単位層形成用の蒸発源は、それぞれ表１－１及び表１－２に示す原料組成のものを用いた。このとき硬質層は、表２－１～表２－３に示す組成を有する第一単位層及び第二単位層を、表２－１～表２－３に示す厚さを有するように基材の回転速度を調整しながら、それぞれ１層ずつ交互に積層することによって作製した。表２－１～表２－３における硬質層の組成は、上述したように断面サンプルをＴＥＭに付帯のエネルギー分散型Ｘ線分光法（ＴＥＭ－ＥＤＸ）で、硬質層の全体を元素分析することによって求めた。このときの観察倍率は、２００００倍であった。
　試料１０１及び試料１０５については、第一単位層形成用の蒸発源のみを用いて成膜した（表１－２、表２－３）。そのため、試料１０１及び試料１０５における硬質層は、多層構造ではなく単層となっている。
　以上の工程によって、試料１～２２及び試料１０１～１０９の切削工具を作製した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
　≪切削工具の特性評価≫
　上述のようにして作製した試料１～２２及び試料１０１～１０９の切削工具を用いて、以下のように、切削工具の各特性を評価した。なお、試料１～２２の切削工具は実施例に対応し、試料１０１～１０９の切削工具は比較例に対応する。
　＜被膜の厚さ（硬質層の厚さ）の測定＞
　被膜の厚さ（すなわち、硬質層の厚さ）は、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）（日本電子株式会社製、商品名：ＪＥＭ－２１００Ｆ）を用いて、基材の表面の法線方向に平行な断面サンプルにおける任意の１０点を測定し、測定された１０点の厚さの平均値をとることで求めた。結果を表２－１及び表２－２に示す。
　また、試料１～２２、試料１０２～１０４、及び試料１０６～１０９において、被膜をＳＴＥＭで観察したところ、硬質層は、第一単位層及び第二単位層のそれぞれが交互に積層された多層構造を形成していることが分かった。
　＜第一単位層及び第二単位層の厚さの測定＞
　第一単位層及び第二単位層それぞれの厚さは、ＥＥＬＳを用いた分析によって求めた。具体的には、上述の測定によって得られたＳＴＥＭ像において、上記硬質層の積層方向に平行な方向に沿ってＡｌに対応する強度プロファイルを測定した。上記強度プロファイルは、Ｘ軸（横軸）を上記硬質層上の測定開始点からの距離とし、Ｙ軸（縦軸）を強度（原子に起因する明るさ）とした折れ線グラフとして表した。得られたグラフにおいて、Ａｌに対応する折れ線グラフの極大値を示す点と、次の極大値を示す点との距離を求めた。求められた距離は、第一単位層の厚さと第二単位層の厚さとの合計厚さを意味している。このようにして求められた各合計厚さを少なくとも４カ所算出し、それの平均値を求め、求められた平均値を２で除した値を第一単位層及び第二単位層それぞれの厚さとした。結果を表２－１及び表２－２に示す。
　＜硬質層のＸ線回折分析＞
　硬質層についてＸ線回折分析法（ＸＤＲ分析法）による分析を行って、（２００）面及び（００２）面それぞれのＸ線回折強度Ｉ（２００）、及びＩ（００２）を求めた。Ｘ線回折分析の条件を以下に示す。求められたＩ（２００）／Ｉ（００２）、及びＩ（００２）のピーク半価幅を表３－１及び表３－２に示す。
Ｘ線回折分析の条件
走査軸：２θ－θ
Ｘ線源：Ｃｕ－Ｋα線（１．５４１８６２Å）
検出器：０次元検出器（シンチレーションカウンタ）
管電圧：４５ｋＶ
管電流：４０ｍＡ
入射光学系：ミラーの利用
受光光学系：アナライザ結晶（ＰＷ３０９８／２７）の利用
ステップ：０．０３°
積算時間：２秒
スキャン範囲（２θ）：２０°～８０°
　また、上述のＸ線回折分析の結果に基づいて、硬質層における立方晶及び六方晶の有無を判断した。結果を表３－１及び表３－２に示す。
　＜硬質層の機械的特性の分析（硬度及びヤング率の分析）＞
　「ＩＳＯ　１４５７７－１：　２０１５　Ｍｅｔａｌｌｉｃ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ－Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｅｄ　ｉｎｄｅｎｔａｔｉｏｎ　ｔｅｓｔ　ｆｏｒ　ｈａｒｄｎｅｓｓ　ａｎｄ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ－」において定められている標準手順によるナノインデンテーション法によって、各切削工具における硬質層の硬度Ｈとヤング率Ｅとを測定した。ここで、圧子の押し込み深さは１００ｎｍに設定した。圧子の押し込み荷重は、１ｇとした。測定温度は、室温（２５℃）とした。また、サンプルは、上記硬質層の断面積が上記圧子の面積に対して１０倍の広さを確保できるように鏡面加工した断面サンプルを用いた。測定装置は、株式会社エリオニクス製のＥＮＴ－１１００ａ（商品名）を用いた。上記測定は、１０個の断面サンプルについて行い、それぞれのサンプルで求められた硬度及びヤング率の平均値を、当該硬質層の硬度Ｈ及びヤング率Ｅとした。なお、一見して異常値と思われるデータについては、除外した。また、上記ヤング率Ｅに対する上記硬度Ｈの比Ｈ／Ｅも求めた。結果を表３－１及び表３－２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
　≪切削試験≫
　＜切削評価（１）＞
　得られた切削工具（転削加工用刃先交換型切削チップＰ）を用いて、以下に示す切削条件にて切削加工（切削距離：９００ｍｍ）を行った。その後、光学顕微鏡を用いて、切削工具の刃先における破損の有無を観察した。同様の切削試験を１０回行い、刃先の破損率（％）を算出した。以下の切削条件による切削加工において、切削工具の刃先には衝撃による負荷が繰り返しかかると考えられる。そのため、上記破損率が低い切削工具は、耐欠損性に優れると評価できる。結果を表４－１及び表４－２に示す。
　（切削条件）
被削材：Ｓ５０Ｃ（中心距離１８ｍｍ間隔でΦ８の穴が存在している）
切削速度：１６０ｍ／ｍｉｎ．
送り量：０．６５ｍｍ／ｔ
切込み（軸方向）：２．５ｍｍ
切込み（径方向）：工具径の１００％
乾式
　≪切削試験≫
　＜切削評価（２）＞
　得られた切削工具（転削加工用刃先交換型切削チップＫ）を用いて、以下に示す切削条件にて切削加工を行ない、刃先の切り込み境界付近の逃げ面欠損幅が０．５ｍｍになるまでの切削距離を測定した。結果を表４－１及び表４－２に示す。表４－１及び表４－２において、切削距離の長い方がより耐欠損性に優れていることを示している。
　（切削条件）
被削材：インコネル７１８（形状：角材）
切削速度：３０ｍ／ｍｉｎ．
送り量：０．３５ｍｍ／ｔ
切込み（軸方向）：２ｍｍ
切込み（径方向）：工具径の７０％
湿式
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000009
　＜結果＞
　切削評価（１）の結果から、試料１～２２の切削工具は、破損率が８０％以下であり、良好な結果が得られた。一方、試料１０１～１０９の切削工具は、破損率が９０％以上であった。以上の結果から、実施例に係る試料１～２２の切削工具は、耐欠損性に優れることが分かった（表４－１及び表４－２）。
　切削評価（２）の結果から、試料１～２２の切削工具は、切削距離が１５００ｍｍ以上であり、良好な結果が得られた。一方、試料１０１～１０９の切削工具は、切削距離が８００ｍｍ以下であった。以上の結果から、実施例に係る試料１～２２の切削工具は、耐欠損性に優れることが分かった（表４－１及び表４－２）。。
　以上のように本発明の実施形態及び実施例について説明を行なったが、上述の各実施形態及び各実施例の構成を適宜組み合わせ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及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及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　すくい面、　２　逃げ面、　３　刃先稜線部、　１０　切削工具、　１１　基材、　２０　硬質層、　２１　第一単位層、　２２　第二単位層、　２３　立方晶の柱状晶、　２４　六方晶の柱状晶、　３１　下地層、　３２　表面層、　４０　被膜

Claims (5)

  1. 　基材と、前記基材上に設けられている硬質層と、を備える切削工具であって、
    　前記硬質層は、第一単位層と第二単位層とを含み、
    　前記硬質層は、前記第一単位層と前記第二単位層とが交互にそれぞれ一層以上積層されており、
    　前記第一単位層の厚さは、２ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、
    　前記第二単位層の厚さは、２ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、
    　前記第一単位層は、ＴｉａＡｌｂＢｃＮで表される化合物からなり、
    　前記第二単位層は、ＴｉｄＡｌｅＢｆＮで表される化合物からなり、
    　前記ＴｉａＡｌｂＢｃＮにおけるチタン元素の原子比ａは、０．２５以上０．４５未満であり、
    　前記ＴｉａＡｌｂＢｃＮにおけるアルミニウム元素の原子比ｂは、０．５５以上０．７５未満であり、
    　前記ＴｉａＡｌｂＢｃＮにおけるホウ素元素の原子比ｃは、０を超えて０．１以下であり、
    　前記原子比ａ、前記原子比ｂ及び前記原子比ｃの合計は、１であり、
    　前記ＴｉｄＡｌｅＢｆＮにおけるチタン元素の原子比ｄは、０．３５以上０．５５未満であり、
    　前記ＴｉｄＡｌｅＢｆＮにおけるアルミニウム元素の原子比ｅは、０．４５以上０．６５未満であり、
    　前記ＴｉｄＡｌｅＢｆＮにおけるホウ素元素の原子比ｆは、０を超えて０．１以下であり、
    　前記原子比ｄ、前記原子比ｅ及び前記原子比ｆの合計は、１であり、
    　前記原子比ａ及び前記原子比ｄは、０．０５≦ｄ－ａ≦０．２を満たし、
    　前記原子比ｂ及び前記原子比ｅは、０．０５≦ｂ－ｅ≦０．２を満たす、切削工具。
  2. 　前記硬質層における（００２）面のＸ線回折ピークの強度Ｉ（００２）に対する（２００）面のＸ線回折ピークの強度Ｉ（２００）の比Ｉ（２００）／Ｉ（００２）が、２以上であり、
    　前記（００２）面のＸ線回折ピークの半価幅が２度以上である、請求項１に記載の切削工具。
  3. 　室温における前記硬質層の硬度Ｈは、３０ＧＰａ以上である、請求項１又は請求項２に記載の切削工具。
  4. 　室温における前記硬質層のヤング率Ｅに対する前記硬質層の硬度Ｈの比Ｈ／Ｅは、０．０７以上である、請求項３に記載の切削工具。
  5. 　前記硬質層の厚さは、１μｍ以上２０μｍ以下である、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の切削工具。
PCT/JP2021/005902 2021-02-17 2021-02-17 切削工具 Ceased WO2022176057A1 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP21926497.5A EP4215302B1 (en) 2021-02-17 2021-02-17 Cutting tool
PCT/JP2021/005902 WO2022176057A1 (ja) 2021-02-17 2021-02-17 切削工具
JP2021541445A JP7226688B2 (ja) 2021-02-17 2021-02-17 切削工具
US18/033,564 US12319996B2 (en) 2021-02-17 2021-02-17 Cutting tool
CN202180071677.2A CN116390824A (zh) 2021-02-17 2021-02-17 切削工具

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2021/005902 WO2022176057A1 (ja) 2021-02-17 2021-02-17 切削工具

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022176057A1 true WO2022176057A1 (ja) 2022-08-25

Family

ID=82930324

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2021/005902 Ceased WO2022176057A1 (ja) 2021-02-17 2021-02-17 切削工具

Country Status (5)

Country Link
US (1) US12319996B2 (ja)
EP (1) EP4215302B1 (ja)
JP (1) JP7226688B2 (ja)
CN (1) CN116390824A (ja)
WO (1) WO2022176057A1 (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US12059731B1 (en) 2023-04-28 2024-08-13 Sumitomo Electric Hardmetal Corp. Cutting tool
WO2026018875A1 (ja) * 2024-07-18 2026-01-22 京セラ株式会社 被覆工具、切削工具、および切削加工物の製造方法
EP4703070A4 (en) * 2023-04-28 2026-04-08 Sumitomo Electric Hardmetal Corp CUTTING TOOL

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4578992A1 (en) * 2023-12-28 2025-07-02 Voestalpine Eifeler Vacotec Gmbh Workpiece having a hard material layer
US20250389013A1 (en) * 2024-06-20 2025-12-25 Sumitomo Electric Hardmetal Corp. Cutting tool

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007030130A (ja) * 2005-07-29 2007-02-08 Mitsubishi Materials Corp 合金鋼の高速歯切加工で硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆超硬合金製歯切工具
JP2007038378A (ja) * 2005-08-05 2007-02-15 Mitsubishi Materials Corp 難削材の高速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超硬合金製切削工具
JP2011224717A (ja) * 2010-04-20 2011-11-10 Mitsubishi Materials Corp 表面被覆切削工具
JP2011224715A (ja) 2010-04-20 2011-11-10 Mitsubishi Materials Corp 硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具
WO2017169498A1 (ja) * 2016-03-28 2017-10-05 住友電工ハードメタル株式会社 表面被覆切削工具、およびその製造方法
JP2017193004A (ja) 2016-04-19 2017-10-26 住友電工ハードメタル株式会社 表面被覆切削工具
JP2019005867A (ja) * 2017-06-26 2019-01-17 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を発揮する表面被覆切削工具
WO2019035220A1 (ja) * 2017-08-15 2019-02-21 三菱日立ツール株式会社 被覆切削工具

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2793696B2 (ja) * 1990-05-17 1998-09-03 神鋼コベルコツール株式会社 耐摩耗性皮膜
JP2006116831A (ja) * 2004-10-22 2006-05-11 Sony Corp プリンタ及びプリンタの制御方法
JP5234931B2 (ja) * 2008-06-23 2013-07-10 株式会社神戸製鋼所 硬質皮膜被覆部材および成形用冶工具
JP5730535B2 (ja) * 2010-10-29 2015-06-10 株式会社神戸製鋼所 硬質皮膜形成部材および硬質皮膜の形成方法
US8409702B2 (en) * 2011-02-07 2013-04-02 Kennametal Inc. Cubic aluminum titanium nitride coating and method of making same
WO2013002385A1 (ja) * 2011-06-30 2013-01-03 京セラ株式会社 表面被覆部材
KR101351845B1 (ko) * 2012-05-02 2014-01-16 한국야금 주식회사 절삭공구용 경질피막
JP6090063B2 (ja) * 2012-08-28 2017-03-08 三菱マテリアル株式会社 表面被覆切削工具
US9103036B2 (en) * 2013-03-15 2015-08-11 Kennametal Inc. Hard coatings comprising cubic phase forming compositions
JP2015066644A (ja) * 2013-09-30 2015-04-13 三菱マテリアル株式会社 高速切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性と耐チッピング性を発揮する表面被覆切削工具
JP6417959B2 (ja) * 2014-01-22 2018-11-07 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を発揮する表面被覆切削工具
US9849532B2 (en) * 2014-06-12 2017-12-26 Kennametal Inc. Composite wear pad and methods of making the same
JP6284034B2 (ja) * 2014-09-25 2018-02-28 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を発揮する表面被覆切削工具
KR20170138444A (ko) * 2015-04-20 2017-12-15 쎄코 툴스 에이비 코팅된 절삭 공구 및 절삭 공구를 코팅하는 방법
WO2016175166A1 (ja) * 2015-04-27 2016-11-03 株式会社タンガロイ 被覆切削工具
KR101753104B1 (ko) * 2015-09-18 2017-07-05 한국야금 주식회사 절삭공구용 경질피막
EP3360631B1 (en) * 2015-10-07 2022-11-16 Tungaloy Corporation Coated cutting tool
US10570501B2 (en) * 2017-05-31 2020-02-25 Kennametal Inc. Multilayer nitride hard coatings
EP3450591A1 (en) * 2017-08-30 2019-03-06 Seco Tools Ab A coated cutting tool and a method for coating the cutting tool
WO2019048507A1 (en) * 2017-09-05 2019-03-14 Oerlikon Surface Solutions Ag, Pfäffikon ALTIN FILMS RICH IN AL
KR102350224B1 (ko) * 2018-03-22 2022-01-14 스미또모 덴꼬오 하드메탈 가부시끼가이샤 표면 피복 절삭 공구 및 그 제조 방법
US20210046561A1 (en) 2019-04-19 2021-02-18 Sumitomo Electric Hardmetal Corp. Cutting tool
US12544837B2 (en) * 2019-06-19 2026-02-10 Ab Sandvik Coromant Coated cutting tool
WO2021085253A1 (ja) * 2019-10-29 2021-05-06 三菱マテリアル株式会社 表面被覆切削工具
CN111270202B (zh) * 2020-03-17 2022-03-25 株洲华锐精密工具股份有限公司 一种切削刀具用成分结构双梯度功能涂层及其制备方法
KR102172454B1 (ko) * 2020-08-24 2020-10-30 주식회사 와이지-원 다층 피복 절삭 소재, 그 제조 방법 및 이를 포함하는 기계가공용 절삭 공구 인서트

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007030130A (ja) * 2005-07-29 2007-02-08 Mitsubishi Materials Corp 合金鋼の高速歯切加工で硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆超硬合金製歯切工具
JP2007038378A (ja) * 2005-08-05 2007-02-15 Mitsubishi Materials Corp 難削材の高速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超硬合金製切削工具
JP2011224717A (ja) * 2010-04-20 2011-11-10 Mitsubishi Materials Corp 表面被覆切削工具
JP2011224715A (ja) 2010-04-20 2011-11-10 Mitsubishi Materials Corp 硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具
WO2017169498A1 (ja) * 2016-03-28 2017-10-05 住友電工ハードメタル株式会社 表面被覆切削工具、およびその製造方法
JP2017193004A (ja) 2016-04-19 2017-10-26 住友電工ハードメタル株式会社 表面被覆切削工具
JP2019005867A (ja) * 2017-06-26 2019-01-17 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を発揮する表面被覆切削工具
WO2019035220A1 (ja) * 2017-08-15 2019-02-21 三菱日立ツール株式会社 被覆切削工具

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Metallic materials - Instrumented indentation test for hardness and materials parameters", ISO 14577-1: 2015
See also references of EP4215302A4

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US12059731B1 (en) 2023-04-28 2024-08-13 Sumitomo Electric Hardmetal Corp. Cutting tool
EP4494788A4 (en) * 2023-04-28 2025-07-23 Sumitomo Electric Hardmetal Corp CUTTING TOOL
EP4703070A4 (en) * 2023-04-28 2026-04-08 Sumitomo Electric Hardmetal Corp CUTTING TOOL
WO2026018875A1 (ja) * 2024-07-18 2026-01-22 京セラ株式会社 被覆工具、切削工具、および切削加工物の製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP4215302B1 (en) 2026-04-08
JPWO2022176057A1 (ja) 2022-08-25
EP4215302A4 (en) 2023-11-29
US20230398607A1 (en) 2023-12-14
US12319996B2 (en) 2025-06-03
EP4215302A1 (en) 2023-07-26
CN116390824A (zh) 2023-07-04
JP7226688B2 (ja) 2023-02-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7226688B2 (ja) 切削工具
US9540722B2 (en) Body with a metal based nitride layer and a method for coating the body
US12059731B1 (en) Cutting tool
WO2024236768A1 (ja) 切削工具
WO2023277077A1 (ja) 切削工具
WO2022244342A1 (ja) 切削工具
WO2022176230A1 (ja) 表面被覆切削工具
JP7067691B1 (ja) 切削工具
JP2022540554A (ja) 被覆切削工具を製造する方法および被覆切削工具
JP2021030356A (ja) 表面被覆切削工具
JP6743349B2 (ja) 切削工具
JP7338827B1 (ja) 切削工具
US12370606B2 (en) Cutting tool
CN119325413A (zh) 切削工具
CN119384329A (zh) 切削工具
JP7251347B2 (ja) 表面被覆切削工具
JP6743350B2 (ja) 切削工具
JP5286931B2 (ja) 高速重切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性と耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具
JP7708333B1 (ja) 切削工具
KR102956212B1 (ko) 절삭 공구
CN120051345A (zh) 切削工具
WO2024062613A9 (ja) 切削工具
WO2022239139A1 (ja) 切削工具
WO2022244191A1 (ja) 切削工具
CN120018924A (zh) 切削工具

Legal Events

Date Code Title Description
ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2021541445

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21926497

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2021926497

Country of ref document: EP

Effective date: 20230418

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWG Wipo information: grant in national office

Ref document number: 18033564

Country of ref document: US

WWG Wipo information: grant in national office

Ref document number: 2021926497

Country of ref document: EP