WO2024224595A1 - 切削工具 - Google Patents

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WO2024224595A1
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layer
unit
less
unit layer
average thickness
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優太 鈴木
秀明 金岡
晋也 今村
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Sumitomo Electric Hardmetal Corp
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Sumitomo Electric Hardmetal Corp
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    • Y10T428/263—Coating layer not in excess of 5 mils thick or equivalent
    • Y10T428/264—Up to 3 mils
    • Y10T428/265—1 mil or less

Definitions

  • This disclosure relates to cutting tools.
  • Patent Document 1 In the past, in order to improve the performance of cutting tools, efforts have been made to develop coatings that cover the surfaces of substrates made of cemented carbide, sintered cubic boron nitride, etc. (for example, Patent Document 1).
  • a cutting tool includes a substrate and a coating provided on the substrate, the coating comprises a first layer and a second layer;
  • the second layer is provided at a position closer to the substrate than the first layer,
  • the first layer has a multilayer structure in which first unit layers and second unit layers are alternately laminated, the first unit layer has an average thickness of 2 nm or more and 50 nm or less; the second unit layer has an average thickness of 2 nm or more and 50 nm or less;
  • the first unit layer is made of Ti a Al 1-a-b B b N, Where: 0.30 ⁇ a ⁇ 0.50, 0 ⁇ b ⁇ 0.10 is satisfied,
  • the second unit layer is made of Ti c Al 1-c N, Where: 0.70 ⁇ c ⁇ 1.00 is satisfied, in the first layer, a percentage (T2/T1) ⁇ 100 of the number of titanium atoms T2 to the total number T1 of titanium and aluminum atoms is 60% or more; the second layer has a multilayer structure in which third unit layers and fourth unit layers are
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of the configuration of a cutting tool according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an example of the configuration of a film forming apparatus.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an example of the configuration of a film forming apparatus.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining a measurement area when measuring the diameter of the maximum inscribed circle of a crystal grain in the first layer.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining a method for measuring the diameter of the maximum inscribed circle of a crystal grain in the first layer, and is a diagram that typically shows a bright-field image of the measurement field.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the positional relationship between the crystal grains and the first and second unit layers.
  • the present disclosure therefore aims to provide a cutting tool with a long tool life.
  • the cutting tools of the present disclosure can have long tool life.
  • a cutting tool according to the present disclosure is a cutting tool including a substrate and a coating provided on the substrate, the coating comprises a first layer and a second layer;
  • the second layer is provided at a position closer to the substrate than the first layer,
  • the first layer has a multilayer structure in which first unit layers and second unit layers are alternately laminated, the first unit layer has an average thickness of 2 nm or more and 50 nm or less; the second unit layer has an average thickness of 2 nm or more and 50 nm or less;
  • the first unit layer is made of Ti a Al 1-a-b B b N, Where: 0.30 ⁇ a ⁇ 0.50, 0 ⁇ b ⁇ 0.10 is satisfied,
  • the second unit layer is made of Ti c Al 1-c N, Where: 0.70 ⁇ c ⁇ 1.00 is satisfied, in the first layer, a percentage (T2/T1) ⁇ 100 of the number of titanium atoms T2 to the total number T1 of titanium
  • the cutting tools disclosed herein can have a long tool life.
  • the nanoindentation hardness of the first layer at 25°C may be 30 GPa or more. This improves the wear resistance of the cutting tool.
  • the average thickness of the first layer may be 1.0 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less. This increases the number of first unit layers and second unit layers stacked in the first layer, further improving the effect of suppressing crack growth. This makes it possible to suppress large-scale damage to the coating, and extends the tool life of the cutting tool.
  • the average thickness of the second layer may be 0.5 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less. This increases the number of stacked third and fourth unit layers in the second layer, further improving the effect of suppressing crack growth. This makes it possible to suppress large-scale damage to the coating, and extends the tool life of the cutting tool.
  • a ⁇ B means the upper and lower limits of a range (i.e., greater than or equal to A and less than or equal to B). If no unit is stated for A and only a unit is stated for B, the units of A and B are the same.
  • any one numerical value listed as the lower limit and any one numerical value listed as the upper limit is also considered to be disclosed.
  • a1 or more, b1 or more, and c1 or more are listed as the lower limit and a2 or less, b2 or less, and c2 or less are listed as the upper limit, a1 or more and a2 or less, a1 or more and b2 or less, a1 or more and c2 or less, b1 or more and a2 or less, b1 or more and b2 or less, b1 or more and c2 or less, c1 or more and a2 or less, c1 or more and b2 or less, and c1 or more and c2 or less are considered to be disclosed.
  • a cutting tool is a cutting tool including a substrate and a coating provided on the substrate, The coating comprises a first layer and a second layer;
  • the second layer is provided at a position closer to the substrate than the first layer, the first layer has a multilayer structure in which first unit layers and second unit layers are alternately laminated; the average thickness of the first unit layer is 2 nm or more and 50 nm or less; the average thickness of the second unit layer is 2 nm or more and 50 nm or less;
  • the first unit layer is made of Ti a Al 1-a-b B b N, Where: 0.30 ⁇ a ⁇ 0.50, 0 ⁇ b ⁇ 0.10 is satisfied,
  • the second unit layer is made of Ti c Al 1-c N, Where: 0.70 ⁇ c ⁇ 1.00 is satisfied, in the first layer, a percentage (T2/T1) ⁇ 100 of the number of titanium atoms T2 to the total number T
  • the cutting tool disclosed herein has a long tool life. The reasons for this are believed to be as follows.
  • the coating of the cutting tool disclosed herein includes a first layer having a multilayer structure in which first unit layers and second unit layers are alternately stacked.
  • the first unit layers and second unit layers have different compositions. This makes it possible to suppress the progression of cracks from the surface of the coating that occur when the cutting tool is used near the interface between the first unit layer and the second unit layer.
  • the first unit layer is made of Ti a Al 1-a-b B b N (where 0.30 ⁇ a ⁇ 0.50, 0 ⁇ b ⁇ 0.10 are satisfied).
  • the first unit layer has an improved hardness due to the addition of a small amount of boron (B) to TiAlN.
  • the second unit layer is made of Ti c Al 1-c N (where 0.70 ⁇ c ⁇ 1.00 is satisfied).
  • the second unit layer has a high titanium (Ti) content and excellent high-temperature stability.
  • the first layer is made of a multilayer structure in which the high-hardness first unit layer and the high-temperature stability second unit layer are alternately laminated, so that a stable hardness is obtained even at high temperatures and crater wear resistance is improved.
  • Crater wear is wear that occurs mainly on the rake face of a cutting tool due to frictional heat between the cutting tool and the cutting chip. Furthermore, since the first layer has a multi-layer structure in which first unit layers having a high hardness and second unit layers having a lower hardness than the first unit layers are alternately laminated, the chipping resistance is also improved, and the crater wear resistance and chipping resistance of the coating are improved in a well-balanced manner, thereby extending the tool life of the cutting tool.
  • the first unit layer and the second unit layer have different Ti and Al contents.
  • the crystal lattices of the first unit layer and the second unit layer are different, causing distortion of the crystal lattice in the first layer, which allows the first layer to have high hardness. Therefore, the coating including the first layer can have excellent wear resistance.
  • the percentage (T2/T1) x 100 of the number of titanium atoms T2 to the total number of titanium and aluminum atoms T1 is 60% or more. This allows the first layer to have excellent crater wear resistance, and extends the tool life of the cutting tool.
  • the coating of the cutting tool disclosed herein includes a second layer having a multilayer structure in which third unit layers and fourth unit layers are alternately stacked.
  • the third unit layer and the fourth unit layer have different compositions. This makes it possible to suppress the progression of cracks from the surface of the coating that occur when the cutting tool is used near the interface between the third unit layer and the fourth unit layer.
  • the second layer has a higher aluminum (Al) content and higher toughness than the first layer. Therefore, a coating having the second layer can have excellent chipping resistance.
  • the third unit layer and the fourth unit layer have different Ti contents.
  • the third unit layer and the fourth unit layer have different crystal lattices, which causes distortion of the crystal lattice in the second layer, allowing the second layer to have high hardness. Therefore, a coating including the second layer can have excellent abrasion resistance.
  • the cutting tool of the first embodiment is not particularly limited in shape, use, etc., as long as it is a cutting tool.
  • the cutting tool of the first embodiment may be, for example, a drill, an end mill, a milling cutting insert, a turning cutting insert, a metal saw, a gear cutting tool, a reamer, a tap, or a crankshaft pin milling insert.
  • FIG. 1 is a schematic partial cross-sectional view showing an example of the configuration of a cutting tool of embodiment 1.
  • the cutting tool 100 includes a substrate 10 and a coating 20 provided on the substrate 10.
  • the coating 20 includes a first layer 21 and a second layer 22.
  • the second layer 22 is provided at a position closer to the substrate 10 than the first layer 21.
  • the first layer 21 has a multilayer structure in which a first unit layer 1 and a second unit layer 2 are alternately stacked.
  • the second layer 22 has a multilayer structure in which a third unit layer 3 and a fourth unit layer 4 are alternately stacked.
  • the substrate 10 is not particularly limited.
  • the substrate 10 may be made of, for example, cemented carbide, cermet, high speed steel, ceramics, cubic boron nitride sintered body, diamond sintered body, etc.
  • the substrate 10 is preferably made of cemented carbide. This is because cemented carbide has excellent wear resistance.
  • Cemented carbide is a sintered body whose main component is WC (tungsten carbide) particles.
  • Cemented carbide includes a hard phase and a binder phase.
  • the hard phase contains WC particles.
  • the binder phase bonds the WC particles together.
  • the binder phase contains, for example, Co (cobalt), etc.
  • the binder phase may further contain, for example, TiC (titanium carbide), TaC (tantalum carbide), NbC (niobium carbide), etc.
  • Cemented carbide may contain impurities that are inevitably mixed in during the manufacturing process. Cemented carbide may also contain free carbon or an abnormal layer called an " ⁇ layer" in its structure. Furthermore, the cemented carbide may be one that has been subjected to a surface modification treatment. For example, the cemented carbide may contain a de- ⁇ layer on its surface.
  • the cemented carbide may contain 85% to 98% by mass of WC particles and 2% to 15% by mass of Co.
  • the WC particles may have an average grain size of 0.2 ⁇ m to 4 ⁇ m.
  • Co is softer than WC particles.
  • the soft Co can be removed by subjecting the surface of the substrate 10 to ion bombardment treatment. Since the cemented carbide has the above composition and the WC particles have the above average particle size, appropriate irregularities are formed on the surface after the Co is removed. It is believed that by forming the coating 20 on such a surface, an anchor effect is exerted, improving the adhesion between the coating 20 and the substrate 10.
  • the grain size of the WC grains refers to the diameter of a circle circumscribing a two-dimensional projected image of the WC grains.
  • the grain size is measured using a scanning electron microscope (SEM) or a transmission electron microscope (TEM). That is, the cemented carbide is cut and the cut surface is observed with an SEM or TEM.
  • the diameter of the circle circumscribing the WC grains is regarded as the grain size of the WC grains.
  • the grain sizes of 10 or more (preferably 50 or more, more preferably 100 or more) WC grains randomly selected are measured, and the arithmetic mean value is regarded as the average grain size of the WC grains.
  • CP cross section polisher
  • FIB focused ion beam
  • the coating 20 is provided on the substrate 10.
  • the coating 20 may be provided on a part of the surface of the substrate 10, or may be provided on the entire surface. However, the coating 20 is provided on at least a part of the surface of the substrate 10 that corresponds to the cutting edge.
  • the part of the surface of the substrate 10 that corresponds to the cutting edge means an area on the surface of the substrate 10 that is within 0.5 mm or 2 mm away from the cutting edge. As long as the effect of the present disclosure is not impaired, even if a coating is not formed on at least a part of the part that corresponds to the cutting edge, it does not deviate from the scope of the present disclosure.
  • the coating 20 includes a first layer 21 and a second layer 22.
  • the second layer 22 may be provided directly on the substrate 10.
  • the first layer 21 may be the outermost layer of the coating 20.
  • the coating 20 may be composed of a second layer 22 provided directly on the substrate 10 and a first layer 21 provided directly on the second layer 22.
  • the coating 20 may include other layers in addition to the first layer 21 and the second layer 22, as long as the effect of the present disclosure is not impaired.
  • the coating 20 may include one or both of a base layer provided between the substrate 10 and the second layer 22 and a surface layer provided on the outermost surface of the coating 20.
  • the base layer may include at least one layer selected from the group consisting of a TiCN layer, a TiN layer, and a TiCNO layer.
  • the surface layer may include at least one layer selected from the group consisting of a TiC layer, a TiN layer, and a TiCN layer.
  • the layered structure of the coating 20 does not need to be uniform across the entire coating 20, and the layered structure may differ in parts.
  • the thickness of the coating 20 may be 1.5 ⁇ m or more and 30 ⁇ m or less. When the thickness of the coating 20 is 1.5 ⁇ m or more, abrasion resistance is improved. When the thickness of the coating 20 is 30 ⁇ m or less, chipping resistance is improved.
  • the thickness of the coating 20 may be 2.0 ⁇ m or more and 25 ⁇ m or less, or 3.0 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less.
  • the thickness of the coating means the sum of the thicknesses of the layers that make up the coating. Examples of "layers that make up the coating" include the first layer, the second layer, the base layer, and the surface layer.
  • each layer constituting the coating is measured by obtaining a thin section sample (hereinafter also referred to as "cross-sectional sample") of a cross section parallel to the normal direction of the cutting tool surface, and observing the cross-sectional sample with a scanning transmission electron microscope (STEM).
  • STEM scanning transmission electron microscope
  • An example of a scanning transmission electron microscope is the JEM-2100F (product name) manufactured by JEOL Ltd.
  • the magnification of the cross-sectional sample is set to 5,000 to 10,000 times, and the thickness of each layer is measured at five points, and the arithmetic average value is taken as the "thickness of each layer.”
  • the first layer 21 has a multilayer structure in which the first unit layer 1 and the second unit layer 2 are alternately laminated. As long as the average thickness of each of the first unit layer 1 and the second unit layer 2 is 2 nm or more and 50 nm or less, the number of layers is not particularly limited. The number of layers indicates the number of the first unit layer 1 and the second unit layer 2 included in the first layer 21. The number of layers may be 10 or more and 5000 or less, 200 or more and 5000 or less, 400 or more and 2000 or less, or 500 or more and 1000 or less. In the first layer 21, the layer closest to the substrate 10 may be the first unit layer 1 or the second unit layer 2. In the first layer 21, the layer farthest from the substrate 10 may be the first unit layer 1 or the second unit layer 2.
  • the average thickness of the first layer can be 1.0 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less. When the average thickness of the first layer is 1.0 ⁇ m or more, the wear resistance is improved. When the average thickness of the first layer is 20 ⁇ m or less, the chipping resistance is improved.
  • the lower limit of the average thickness of the first layer may be 1.0 ⁇ m or more, 2.0 ⁇ m or more, or 3.0 ⁇ m or more.
  • the upper limit of the average thickness of the first layer may be 20 ⁇ m or less, 18 ⁇ m or less, 16 ⁇ m or less, or 12 ⁇ m or less.
  • the average thickness of the first layer may be 1.0 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less, 2.0 ⁇ m or more and 16 ⁇ m or less, or 3.0 ⁇ m or more and 12 ⁇ m or less.
  • the average thickness of the first unit layer 1 is 2 nm or more and 50 nm or less
  • the average thickness of the second unit layer 2 is 2 nm or more and 50 nm or less.
  • the compositions of the first unit layer 1 and the second unit layer 2 may be mixed, and the effect of suppressing crack progress may be reduced.
  • the average thickness of one or both of the first unit layer 1 and the second unit layer 2 exceeds 50 nm, the effect of suppressing delamination between layers may be reduced.
  • the average thickness of the first unit layer and the average thickness of the second unit layer may be the same or different.
  • the lower limit of the average thickness of the first unit layer is 2 nm or more, and may be 4 nm or more, 6 nm or more, or 8 nm or more.
  • the upper limit of the average thickness of the first unit layer is 50 nm or less, and may be 46 nm or less, 40 nm or less, or 30 nm or less.
  • the average thickness of the first unit layer is 2 nm or more and 50 nm or less, and may be 4 nm or more and 40 nm or less, or 6 nm or more and 30 nm or less.
  • the lower limit of the average thickness of the second unit layer is 2 nm or more, and may be 4 nm or more, 6 nm or more, or 8 nm or more.
  • the upper limit of the average thickness of the second unit layer is 50 nm or less, and may be 46 nm or less, 40 nm or less, or 30 nm or less.
  • the average thickness of the second unit layer is 2 nm or more and 50 nm or less, and may be 4 nm or more and 40 nm or less, or 6 nm or more and 30 nm or less.
  • the method for measuring the average thickness of each of the first unit layer and the second unit layer is as follows.
  • a thin section sample (hereinafter also referred to as a "cross-sectional sample") of the cutting tool cross section parallel to the normal direction of the cutting tool surface is obtained.
  • the cross-sectional sample is observed with a scanning transmission electron microscope (STEM).
  • STEM scanning transmission electron microscope
  • An example of a scanning transmission electron microscope is JEM-2100F (product name) manufactured by JEOL Ltd.
  • the observation magnification of the cross-sectional sample is adjusted appropriately according to the thickness of the first unit layer 1 and the second unit layer 2. For example, the observation magnification can be about 1 million times.
  • the thickness is measured at five locations in one first unit layer.
  • the arithmetic mean value of the thicknesses of the five locations of the first unit layer is calculated, and the arithmetic mean value is set to the average thickness of the first unit layer.
  • the thickness is measured at five locations in one second unit layer.
  • the average thickness of the first unit layer is measured using the above procedure.
  • the arithmetic mean value of the average thicknesses of the five first unit layers is determined. In the present disclosure, this arithmetic mean value is referred to as the average thickness of the first unit layer.
  • the average thickness of the second unit layer is measured using the above procedure.
  • the arithmetic mean value of the average thicknesses of the five second unit layers is determined. In the present disclosure, this arithmetic mean value is referred to as the average thickness of the second unit layer.
  • the average thicknesses of the third and fourth unit layers described below are also measured in a similar manner as above.
  • the first unit layer is made of Ti a Al 1-a-b B b N, where 0.30 ⁇ a ⁇ 0.50 and 0 ⁇ b ⁇ 0.10 are satisfied
  • the second unit layer is made of Ti c Al 1-c N, where 0.70 ⁇ c ⁇ 1.00 is satisfied.
  • the first unit layer may contain impurities together with Ti a Al 1-a-b B b N, so long as the effects of the present disclosure are not impaired.
  • the first unit layer may be made of Ti a Al 1-a-b B b N and impurities.
  • the second unit layer may contain impurities together with Ti c Al 1-c N, so long as the effects of the present disclosure are not impaired.
  • the second unit layer may be made of Ti c Al 1-c N and impurities. Examples of impurities include carbon (C) and oxygen (O).
  • the lower limit of a is 0.30 or more, and may be 0.36 or more, 0.37 or more, or 0.39 or more.
  • the upper limit of a is 0.50 or less, and may be 0.48 or less, or 0.45 or less.
  • a may be 0.36 ⁇ a ⁇ 0.48, or 0.37 ⁇ a ⁇ 0.45.
  • the lower limit of b is greater than 0, and may be 0.01 or greater, 0.02 or greater, or 0.05 or greater.
  • the upper limit of b is 0.10 or less, 0.08 or less, or 0.07 or less.
  • b may be in the range of 0.01 ⁇ b ⁇ 0.08, or 0.02 ⁇ b ⁇ 0.07.
  • the lower limit of c is 0.70 or more, and may be 0.75 or more, 0.80 or more, or 0.87 or more.
  • the upper limit of c is 1.00 or less, and may be 0.95 or less, or 0.92 or less. c may be 0.75 ⁇ d ⁇ 0.95, or 0.80 ⁇ d ⁇ 0.92.
  • the a and b in Ti a Al 1-a-b B b N of the first unit layer and the c in Ti c Al 1-c N of the second unit layer are identified by measuring the composition of each layer using energy dispersive X-ray spectrometry (EDX).
  • EDX energy dispersive X-ray spectrometry
  • TEM-DEX transmission electron microscope
  • An example of an EDX device is JED-2300 (trademark) manufactured by JEOL Ltd.
  • composition analysis is performed as follows: A thin section sample (hereinafter also referred to as a "cross-sectional sample") is obtained from a cross section parallel to the normal direction of the cutting tool surface. While observing the cross-sectional sample with a TEM, EDX analysis is performed at five arbitrarily selected points within one first unit layer or one second unit layer. The first unit layer and the second unit layer can be distinguished by the difference in contrast. Here, the "five arbitrarily selected points" are selected from crystal grains that are different from each other. The composition ratios of each element obtained by measuring the five points are arithmetically averaged to identify the respective compositions of the first unit layer and the second unit layer.
  • the composition of the first unit layer is determined by the above procedure.
  • the average of the compositions of the five first unit layers is taken as the composition of the first unit layer, and a and b are determined based on this.
  • the composition of the second unit layer is determined by the above procedure.
  • the average of the compositions of the five second unit layers is taken as the composition of the second unit layer, and c is determined based on this.
  • compositions of the third and fourth unit layers described below, as well as d and e in Ti d Al 1-d-e B e N of the third unit layer and f and g in Ti f Al 1-f-g B g N of the fourth unit layer, are also measured in the same manner as above.
  • the percentage (T2/T1) ⁇ 100 of the number of titanium atoms T2 relative to the total number T1 of the atoms of titanium and aluminum is 60% or more (hereinafter, also referred to as "percentage (T2/T1) ⁇ 100").
  • the lower limit of the percentage (T2/T1) ⁇ 100 is 60% or more, may be 60.0% or more, may be 62.2% or more, may be 62.5% or more, may be 63% or more, may be 63.5% or more, or may be 66% or more.
  • the upper limit of the percentage (T2/T1) ⁇ 100 may be 80% or less, may be 77% or less, may be 76.9% or less, or may be 75% or less.
  • the percentage (T2/T1) ⁇ 100 may be 60% or more and 80% or less, 63% or more and 77% or less, or 66% or more and 75% or less.
  • the percentage (T2/T1) x 100 in the first layer is measured by TEM-EDX.
  • An example of an EDX device is the JED-2300 (product name) manufactured by JEOL Ltd.
  • the percentage (T2/T1) x 100 is measured by the following procedure.
  • a thin section sample (hereinafter also referred to as "cross-sectional sample”) is obtained from a cross section parallel to the normal direction of the cutting tool surface. While observing the cross-sectional sample with a TEM, EDX analysis is performed in five arbitrarily selected fields of view within the first layer, and the percentage (T2/T1) x 100 of the number of titanium atoms T2 relative to the total number of titanium and aluminum atoms T1 is measured. Here, the “five arbitrarily selected fields of view” are set so that they do not overlap with each other. The range of one field of view is 200 x 200 nm. In this disclosure, the arithmetic mean of the percentages (T2/T1) x 100 obtained by measuring the five fields of view is taken as the percentage (T2/T1) x 100 in the first layer.
  • the nanoindentation hardness of the first layer at 25°C may be 30 GPa or more. This improves the wear resistance of the cutting tool.
  • the lower limit of the nanoindentation hardness may be 32 GPa or more, or 34 GPa or more.
  • the upper limit of the nanoindentation hardness H is not particularly limited, but may be 60 GPa or less, 40 GPa or less, or 36 GPa or less from the viewpoint of manufacturing.
  • the nanoindentation hardness H may be 30 GPa or more and 60 GPa or less, 32 GPa or more and 60 GPa or less, or 34 GPa or more and 60 GPa or less.
  • the nanoindentation hardness of the first layer at 25°C is measured by the nanoindentation method in accordance with the standard procedure defined in "ISO 14577-1: 2015 Metallic materials - Instrumented indentation test for hardness and materials parameters -".
  • the measuring instrument used is the "ENT-1100a” manufactured by Elionix.
  • the indenter pressing load is 1g. In a cross section parallel to the normal direction of the cutting tool surface, the indenter is pressed against the first layer in the direction perpendicular to the cross section (i.e., parallel to the cutting tool surface).
  • the above measurements are performed at five locations on one measurement sample.
  • the average nanoindentation hardness of the five locations is the nanoindentation hardness of the first layer. Any data that appears to be abnormal at first glance is to be excluded.
  • the first layer may be composed of a plurality of crystal grains, and the diameter of the maximum inscribed circle of the crystal grains may be 5 nm or more and 500 nm or less. This improves the crater wear resistance of the cutting tool.
  • the first layer of the present disclosure may include, together with the plurality of crystal grains, a region that does not constitute crystal grains (a region in which the atomic arrangement is random) within a range that does not impair the effects of the present disclosure.
  • the upper limit of the diameter of the maximum inscribed circle of the crystal grain may be 500 nm or less, 450 nm or less, or 400 nm or less, from the viewpoint of improving wear resistance and chipping resistance.
  • the lower limit of the diameter of the maximum inscribed circle of the crystal grain may be 5 nm or more, 7 nm or more, or 10 nm or more, from the viewpoint of suppressing a decrease in film hardness due to excessive crystal grain refinement.
  • the diameter of the maximum inscribed circle of the crystal grain may be 5 nm or more and 500 nm or less, 7 nm or more and 450 nm or less, or 10 nm or more and 400 nm or less.
  • the method for measuring the diameter of the maximum inscribed circle of the above crystal grains is as follows.
  • a thin section sample (thickness: about 10 to 100 nm, hereinafter also referred to as the "cross-sectional sample") of the cutting tool cross section parallel to the normal direction of the cutting tool surface is obtained.
  • the cross-sectional sample is observed with a transmission electron microscope (TEM) to obtain a bright-field image.
  • TEM transmission electron microscope
  • the bright-field image is obtained so as to include an area A sandwiched between a line L2 that is 0.2 ⁇ m away from a line L1 indicating the center in the average thickness direction of the first layer toward the substrate side, and a line L3 that is 0.2 ⁇ m away from the line L1 toward the surface side of the coating, as shown in Figure 4.
  • a rectangular measurement field of view of 150 nm x 150 nm is arbitrarily set within the area A.
  • the area where the atomic arrangement is ⁇ 0.5° or less is identified, and this area is defined as a crystal grain.
  • the method for identifying the area where the atomic arrangement is ⁇ 0.5° or less and the crystal grain is explained using Figure 5.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing an example of a bright-field image of the above-mentioned measurement field.
  • atoms are indicated by black dots with the reference number 50. Note that FIG. 5 only shows a portion of the atoms.
  • the bright-field image atoms 50 that are regularly arranged are connected by line segments that provide the shortest interatomic distances.
  • the line segments are indicated by L10 to L14, L20 to L22, and L30 to L34. Regions where the angle between the line segments is ⁇ 0.5° or less (i.e., -0.5° or more and 0.5° or less) are defined as crystal grains.
  • the angle between line segments L10 to L14 is ⁇ 0.5° or less, and the area containing these lines corresponds to crystal grain 24a.
  • the angle between line segments L20 to L22 is ⁇ 0.5° or less, and the area containing these lines corresponds to crystal grain 24b.
  • the angle between line segments L30 to L34 is ⁇ 0.5° or less, and the area containing these lines corresponds to crystal grain 24c.
  • the diameter of the maximum inscribed circle of each crystal grain in the above measurement field is determined.
  • the diameter of the maximum inscribed circle means the diameter of the largest inscribed circle that can be drawn inside a crystal grain and that touches at least a part of the outer edge of the crystal grain.
  • the diameter of the maximum inscribed circle 25a of crystal grain 24a is D1.
  • the diameter of the maximum inscribed circle 25b of crystal grain 24b is D2.
  • the diameter of the maximum inscribed circle 25c of crystal grain 24c is D3.
  • FIG. 6 is a diagram showing a schematic cross section along the film thickness direction of the first layer of the first embodiment.
  • the first layer 21 is made of a multilayer structure in which the first unit layers 1 and the second unit layers 2 are alternately stacked.
  • FIG. 6 shows a plurality of crystal grains 24, and the boundaries between the crystal grains 24 are shown as crystal grain boundaries 25.
  • Each crystal grain 24 can be made of only the first unit layer or the second unit layer.
  • each crystal grain 24 can exist across one or more first unit layers and one or more second unit layers. That is, each crystal grain 24 can have a lamellar structure in which the first unit layers and the second unit layers are alternately stacked.
  • the second layer 22 has a multilayer structure in which the third unit layer 3 and the fourth unit layer 4 are alternately laminated. As long as the average thickness of each of the third unit layer 3 and the fourth unit layer 4 is 2 nm or more and 50 nm or less, the number of layers is not particularly limited. The number of layers indicates the number of the third unit layer 3 and the fourth unit layer 4 included in the second layer 22. The number of layers may be 10 or more and 5000 or less, 200 or more and 5000 or less, 400 or more and 2000 or less, or 500 or more and 1000 or less. In the second layer 22, the layer closest to the substrate 10 may be the third unit layer 3 or the fourth unit layer 4. In the second layer 22, the layer farthest from the substrate 10 may be the third unit layer 3 or the fourth unit layer 4.
  • the average thickness of the second layer can be 0.5 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less. When the average thickness of the second layer is 0.5 ⁇ m or more, the wear resistance is improved. When the average thickness of the second layer is 10 ⁇ m or less, the chipping resistance is improved.
  • the lower limit of the average thickness of the second layer may be 1.0 ⁇ m or more, 2.0 ⁇ m or more, or 3.0 ⁇ m or more.
  • the upper limit of the average thickness of the second layer may be 10 ⁇ m or less, 9 ⁇ m or less, 8 ⁇ m or less, or 7 ⁇ m or less.
  • the average thickness of the second layer may be 1.0 ⁇ m or more and 9 ⁇ m or less, 2.0 ⁇ m or more and 8 ⁇ m or less, or 3.0 ⁇ m or more and 7 ⁇ m or less.
  • ⁇ Average thickness of third unit layer and fourth unit layer> The average thickness of the third unit layer 3 is 2 nm or more and 100 nm or less, and the average thickness of the fourth unit layer 4 is 2 nm or more and 100 nm or less. In the second layer, such thin layers are alternately stacked, thereby suppressing the progress of cracks. If the average thickness of one or both of the third unit layer 3 and the fourth unit layer 4 is less than 2 nm, the compositions of the third unit layer 3 and the fourth unit layer 4 may be mixed, and the effect of suppressing crack progress may be reduced. If the average thickness of one or both of the third unit layer 3 and the fourth unit layer 4 exceeds 100 nm, the effect of suppressing delamination between layers may be reduced. The average thickness of the third unit layer and the average thickness of the fourth unit layer may be the same or different.
  • the lower limit of the average thickness of the third unit layer is 2 nm or more, and may be 5 nm or more, 10 nm or more, 15 nm or more, or 20 nm or more.
  • the upper limit of the average thickness of the third unit layer is 100 nm or less, and may be 80 nm or less, 75 nm or less, 65 nm or less, or 64 nm or less.
  • the average thickness of the third unit layer is 2 nm or more and 100 nm or less, and may be 5 nm or more and 75 nm or less, or 10 nm or more and 65 nm or less.
  • the lower limit of the average thickness of the fourth unit layer is 2 nm or more, and may be 5 nm or more, 10 nm or more, 15 nm or more, or 20 nm or more.
  • the upper limit of the average thickness of the fourth unit layer is 100 nm or less, and may be 80 nm or less, 75 nm or less, 65 nm or less, 52 nm or less, or 50 nm or less.
  • the average thickness of the fourth unit layer is 2 nm or more and 100 nm or less, and may be 5 nm or more and 75 nm or less, or 10 nm or more and 50 nm or less.
  • the average thickness of each of the third and fourth unit layers is measured in the same manner as the method for measuring the average thickness of each of the first and second unit layers described above. It has been confirmed that there is no variation in the measurement results even if the measurement points are arbitrarily selected, so long as the measurements are performed using the same cutting tool.
  • the third unit layer is made of Ti d Al 1-d-e B e N, where 0.25 ⁇ d ⁇ 0.45 and 0 ⁇ e ⁇ 0.10 are satisfied
  • the fourth unit layer is made of Ti f Al 1-f-g B g N, where 0.35 ⁇ f ⁇ 0.55, 0 ⁇ g ⁇ 0.10 and 0.05 ⁇ f-d ⁇ 0.2 are satisfied.
  • the third unit layer may contain impurities together with Ti d Al 1-d-e B e N, so long as the effects of the present disclosure are not impaired.
  • the third unit layer may be made of Ti d Al 1-d-e B e N and impurities.
  • the fourth unit layer may contain impurities together with Ti f Al 1-f-g B g N, so long as the effects of the present disclosure are not impaired.
  • the fourth unit layer may be composed of Ti f Al 1-f-g B g N and impurities, such as carbon (C) and oxygen (O).
  • the lower limit of d is 0.25 or more, and may be 0.30 or more, 0.31 or more, 0.32 or more, 0.33 or more, or 0.34 or more.
  • the upper limit of d is less than 0.45, and may be 0.40 or less, 0.37 or less, or 0.35 or less.
  • d may be 0.30 ⁇ d ⁇ 0.40, or 0.31 ⁇ d ⁇ 0.37.
  • the lower limit of e is greater than 0, and may be 0.01 or greater, 0.02 or greater, 0.04 or greater, or 0.05 or greater.
  • the upper limit of e is 0.10 or less, 0.08 or less, 0.07 or less, or 0.06 or less. e may be in the range of 0.01 ⁇ e ⁇ 0.08, or 0.02 ⁇ e ⁇ 0.07.
  • the lower limit of f is 0.35 or more, and may be 0.40 or more, 0.41 or more, 0.42 or more, 0.43 or more, or 0.45 or more.
  • the upper limit of f is less than 0.55 and may be 0.50 or less.
  • c may be 0.40 ⁇ f ⁇ 0.55, or 0.45 ⁇ f ⁇ 0.50.
  • the lower limit of g is greater than 0, and may be 0.01 or greater, 0.02 or greater, or 0.04 or greater.
  • the upper limit of g is 0.10 or less, 0.08 or less, or 0.06 or less.
  • c may be 0.01 ⁇ f ⁇ 0.10, or 0.02 ⁇ f ⁇ 0.06.
  • the lower limit of f-d is 0.05 or more, and may be 0.08 or more, 0.10 or more, or 0.11 or more.
  • the upper limit of f-d is 0.20 or less, and may be 0.18 or less.
  • f-d may be 0.08 ⁇ f-d ⁇ 0.18, or 0.10 ⁇ f-d ⁇ 0.18.
  • the ratio I(200)/I(002) of the peak intensity I(200) derived from the (200) plane to the peak intensity I(002) derived from the (002) plane is 2 or more, and the half-width of the peak derived from the (002) plane is 2 degrees or more. This improves the hardness and toughness of the second layer, and excellent wear resistance and chipping resistance can be obtained.
  • the "peak intensity I(002) derived from the (002) plane” means the diffraction intensity (peak height) of the highest peak among the X-ray diffraction peaks derived from the (002) plane of the hexagonal crystal.
  • the "peak intensity I(200) derived from the (200) plane” means the diffraction intensity (peak height) of the highest peak among the X-ray diffraction peaks derived from the (200) plane of the cubic crystal. If a peak derived from the (002) plane of the hexagonal crystal is present in the X-ray diffraction spectrum of the second layer, it is confirmed that the second layer contains a hexagonal crystal structure. When the X-ray diffraction spectrum of the second layer shows a peak derived from the (200) plane of a cubic crystal, it is confirmed that the second layer contains a cubic crystal structure.
  • the ratio I(200)/I(002) of 2 or more means that a mixed crystal of a cubic crystal and a hexagonal crystal is formed in the second layer.
  • the conditions of the X-ray diffraction analysis for measuring the peak intensity I(002) and the peak intensity I(200) are as follows.
  • Detector 0-dimensional detector (scintillation counter)
  • Receiving optical system Use of analyzer crystal (PW3098/27) Step: 0.03° Integration time: 2 seconds
  • X-ray diffraction measurement is performed by the ⁇ /2 ⁇ method at each of three arbitrary locations in the second layer to determine the X-ray diffraction intensity of a specified crystal plane, and the average of the X-ray diffraction intensities at the three locations is regarded as the X-ray diffraction intensity of the specified crystal plane.
  • Examples of devices used for X-ray diffraction measurement include "SmartLab" (product name) manufactured by Rigaku Corporation and "X'pert" (product name) manufactured by PANalytical Corporation.
  • the lower limit of the ratio I(200)/I(002) is 2 or more, and may be 2.0 or more, 2.2 or more, or 2.3 or more.
  • the upper limit of the ratio I(200)/I(002) may be, for example, 10 or less, less than 10, 5 or less, or 3 or less.
  • the ratio I(200)/I(002) may be 2 or more and 10 or less, or 2 or more and 5 or less.
  • the fact that the half-width of the peak derived from the (002) plane is 2 degrees or more means that hexagonal crystals are finely dispersed in the second layer, improving hardness and toughness.
  • the lower limit of the half-width of the peak derived from the (002) plane is 2 degrees or more, and may be 2.0 degrees or more, or 2.2 degrees or more.
  • the upper limit of the half-width of the peak derived from the (002) plane may be 4 degrees or less, or may be 3 degrees or less.
  • the lower limit of the half-width of the peak derived from the (002) plane may be 2 degrees or more, and may be 2.2 degrees or more, or 2.4 degrees or more.
  • the half-width of the peak derived from the (002) plane may be 2 degrees or more and 4 degrees or less, or may be 2 degrees or more and 3 degrees or less.
  • Embodiment 2 Manufacturing method of cutting tool
  • a method for manufacturing the cutting tool of embodiment 1 will be described.
  • the manufacturing method of embodiment 2 can include a step of preparing a substrate and a step of forming a coating on the substrate. Each step will be described in detail below.
  • a substrate 10 is prepared.
  • the substrate 10 may be the substrate described in the first embodiment.
  • the coating 20 is formed on the substrate 10.
  • the coating 20 can be formed by a physical vapor deposition (PVD) method.
  • PVD physical vapor deposition
  • Specific examples of the PVD method include an arc ion plating (AIP) method, a balanced magnetron sputtering (BMS) method, and an unbalanced magnetron sputtering (UBMS) method.
  • AIP arc ion plating
  • BMS balanced magnetron sputtering
  • UBMS unbalanced magnetron sputtering
  • an arc discharge is generated using the target material as a negative electrode (cathode). This causes the target material to evaporate and ionize. The ions are then deposited on the surface of the substrate 10 to which a negative bias voltage is applied.
  • the AIP method is superior in terms of the ionization rate of the target material.
  • the film forming apparatus 200 includes a chamber 201.
  • the chamber 201 is provided with a gas inlet 202 for introducing a source gas into the chamber 201, and a gas exhaust port 203 for discharging the source gas from the chamber 201 to the outside.
  • the gas exhaust port 203 is connected to a vacuum pump (not shown). The pressure inside the chamber 201 is adjusted by the amount of gas introduced and discharged.
  • a rotating table 204 is disposed within the chamber 201.
  • a substrate holder 205 for holding the substrate 10 is attached to the rotating table 204.
  • the substrate holder 205 is connected to the negative terminal of a bias power supply 206.
  • the positive terminal of the bias power supply 206 is earthed.
  • a number of target materials 211, 212, 213, and 214 are attached to the side wall of the chamber 201.
  • each of the target materials 211 and 212 is connected to the negative terminal of a DC power supply 221 or 222, respectively.
  • the DC power supplies 221 and 222 are variable power supplies, and their positive terminals are earthed.
  • the target materials 213 and 214 The specific operation will be described below.
  • the substrate 10 is held by the substrate holder 205.
  • the pressure inside the chamber 201 is adjusted to 1.0 ⁇ 10 ⁇ 4 Pa using a vacuum pump. While the turntable 204 is rotating, the temperature of the substrate 10 is adjusted to 500° C. by a heater (not shown) attached to the film forming apparatus 200.
  • Ar gas is introduced from the gas inlet 202, and the pressure inside the chamber 201 is adjusted to 3.0 Pa. While maintaining the same pressure, the voltage of the bias power supply 206 is gradually changed and finally adjusted to -1000 V. The surface of the substrate 10 is then cleaned by ion bombardment processing using Ar ions.
  • the underlayer is formed on the surface of the substrate 10.
  • a TiCN layer, a TiN layer, or a TiCNO layer is formed on the surface of the substrate 10.
  • a second layer is formed on the surface of the substrate 10 or on the surface of the underlayer.
  • the composition of each target material is selected so as to obtain the composition of the third and fourth unit layers.
  • Each target material is set in a predetermined position, nitrogen gas is introduced from the gas inlet 202, and the second layer is formed while rotating the turntable 204.
  • the substrate is maintained at a temperature of 400-800°C, the reactive gas pressure is maintained at 1-10 Pa (nitrogen gas partial pressure is 5-10 Pa), and an arc current of 80-200 A is alternately supplied to the evaporation source for forming the third unit layer and the evaporation source for forming the fourth unit layer while gradually changing the voltage of the bias power supply in the range of 30-200 V (DC power supply).
  • metal ions are generated from the evaporation source for forming the third unit layer and the evaporation source for forming the fourth unit layer, and when the substrate faces the evaporation source for forming the third unit layer, the third unit layer is formed, and when the substrate faces the evaporation source for forming the fourth unit layer, the fourth unit layer is formed.
  • the film while changing the voltage of the bias power supply as described above, it is possible to achieve both high hardness and cutting edge quality of the second layer.
  • the supply of the arc current is stopped when a predetermined time has elapsed.
  • the rotation speed of the substrate is adjusted to adjust the thickness of each of the third unit layer and the fourth unit layer.
  • the thickness of the second layer is adjusted to be within a predetermined range by adjusting the film formation time.
  • the second layer may be formed on the surface of the substrate other than the part involved in the cutting process.
  • the substrate may be maintained at a temperature of 500-600°C, the reactive gas pressure at 5-10 Pa (nitrogen gas partial pressure 5-8 Pa), and the voltage of the bias power supply may be gradually changed in the range of 30-200 V (DC power supply) while an arc current of 80-120 A is alternately supplied to the evaporation source for forming the third unit layer and the evaporation source for forming the fourth unit layer.
  • the reactive gas pressure at 5-10 Pa (nitrogen gas partial pressure 5-8 Pa
  • the voltage of the bias power supply may be gradually changed in the range of 30-200 V (DC power supply) while an arc current of 80-120 A is alternately supplied to the evaporation source for forming the third unit layer and the evaporation source for forming the fourth unit layer.
  • the composition of each target material is selected so as to obtain the composition of the first unit layer and the second unit layer.
  • Each target material is set in a predetermined position, and nitrogen gas is introduced from the gas inlet 202.
  • the first layer is formed while rotating the turntable 204.
  • the conditions for forming the first layer are as follows.
  • the substrate temperature, reaction gas pressure, bias voltage and arc current are either constant within the above ranges or are continuously changed within the above ranges.
  • the multilayer structure in which the first unit layers and the second unit layers are alternately laminated can be formed by appropriately combining the following methods (A) to (D).
  • A) In the AIP method a plurality of target materials (sintered alloys) having different compositions are used.
  • D In the AIP method, the substrate 10 is rotated and the rotation period is controlled.
  • the coating includes a surface layer
  • the surface layer is formed, for example, on the surface of the first layer.
  • a cutting tool 100 can be manufactured that includes a substrate 10 and a coating 20 provided on the substrate 10.
  • a cutting tip made of cemented carbide (model number: CNMG120408 (manufactured by Sumitomo Electric Hardmetal)) was prepared as the substrate.
  • the cemented carbide contains WC particles (90% by mass) and Co (10% by mass).
  • the average particle size of the WC particles is 1 to 2 ⁇ m.
  • a coating was formed on the substrate using a film-forming apparatus having the configuration shown in Figures 2 and 3.
  • the specific conditions for the ion bombardment treatment are as described in embodiment 2.
  • the target material was then set in a predetermined position in the film forming device.
  • the composition of each target material was adjusted to obtain the compositions of the first and second unit layers shown in Table 1, and the compositions of the third and fourth unit layers shown in Table 2.
  • the second layer was formed on the substrate. Specifically, nitrogen gas was introduced from the gas inlet, and the third and fourth unit layers were alternately formed while the turntable was rotating, thereby forming the second layer.
  • the substrate was maintained at a temperature of 550°C, the reactive gas pressure at 8 Pa (nitrogen gas partial pressure: 8 Pa), and an arc current of 90 A was alternately supplied to the evaporation source for forming the third unit layer and the evaporation source for forming the fourth unit layer while the voltage of the bias power supply was gradually changed in the range of 35 to 180 V.
  • the thickness and number of layers of the third and fourth unit layers were adjusted by the rotation speed of the substrate.
  • the first layer was formed on the second layer. Specifically, nitrogen gas was introduced from the gas inlet, and the first and second unit layers were alternately formed while rotating the turntable, thereby forming the first layer on the second layer.
  • the conditions for forming the first layer of each sample were a substrate temperature of 400 to 800°C, a bias voltage of -400 to -20V, an arc current of 80 to 200A, and a reaction gas pressure of 2 to 10Pa.
  • the substrate temperature, reaction gas pressure, bias voltage, and arc current were either constant within the above ranges, or were changed continuously within the above ranges.
  • the thickness and number of layers of each of the first and second unit layers were adjusted by the rotation speed of the substrate. Through the above process, cutting tools for each sample were obtained.
  • ⁇ Evaluation> ⁇ Coating composition> For the coating of each sample, the composition, average thickness, number of stacks, average thickness of the first layer and the second layer, percentage of the number of titanium atoms to the total number of titanium and aluminum atoms in the first layer (shown as "(T2/T1) x 100" in Table 1), nanoindentation hardness of the first layer (shown as “hardness” in Table 1), ratio I(200)/I(002) of the second layer, and half width of the peak derived from the (002) plane (shown as "(002) peak half width” in Table 2) were measured.
  • the measurement method for each item is as described in embodiment 1.
  • the results are shown in Tables 1 and 2.
  • Table 1 the notation "1" for "number of stacks” indicates that only one first unit layer or one second unit layer was formed.
  • the notation "-" indicates that the corresponding layer was not formed.
  • Samples 1 to 15 correspond to the examples.
  • Samples 21 to 28 correspond to the comparative examples. It was confirmed that Samples 1 to 15 had a longer tool life than Samples 21 to 28.

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Abstract

基材と、前記基材上に設けられた被膜と、を備える切削工具であって、前記被膜は、第１層および第２層を含み、前記第２層は、前記第１層よりも前記基材に近い位置に設けられ、前記第１層は、第１単位層と第２単位層とが交互に積層された多層構造からなり、前記第１単位層の平均厚さは、２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、前記第２単位層の平均厚さは、２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、前記第１単位層は、ＴｉａＡｌ１－ａ－ｂＢｂＮからなり、ここで、０．３０≦ａ≦０．５０、０＜ｂ≦０．１０、を満たし、前記第２単位層は、ＴｉｃＡｌ１－ｃＮからなり、ここで、０．７０≦ｃ≦１．００、を満たし、前記第１層において、チタンおよびアルミニウムの原子数の合計Ｔ１に対する、チタンの原子数Ｔ２の百分率（Ｔ２／Ｔ１）×１００は、６０％以上であり、前記第２層は、第３単位層と第４単位層とが交互に積層された多層構造からなり、前記第３単位層の平均厚さは、２ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、前記第４単位層の平均厚さは、２ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、前記第３単位層は、ＴｉｄＡｌ１－ｄ－ｅＢｅＮからなり、前記第４単位層は、ＴｉｆＡｌ１－ｆ－ｇＢｇＮからなり、ここで、０．２５≦ｄ＜０．４５、０＜ｅ≦０．１０、０．３５≦ｆ＜０．５５、０＜ｇ≦０．１０、０．０５≦ｆ－ｄ≦０．２０、を満たし、前記第２層のＸ線回折スペクトルにおいて、（００２）面に由来するピーク強度Ｉ（００２）に対する、（２００）面に由来するピーク強度Ｉ（２００）の割合Ｉ（２００）／Ｉ（００２）は、２以上であり、かつ、前記（００２）面に由来するピークの半値幅は２度以上である、切削工具である。

Description

切削工具
　本開示は、切削工具に関する。
　従来、切削工具の性能向上のため、超硬合金、立方晶窒化硼素焼結体等からなる基材の表面を被覆する被膜の開発が進められている（例えば、特許文献１）。
国際公開第２０２２／１７６０５７号
　本開示の切削工具は、基材と、前記基材上に設けられた被膜と、を備える切削工具であって、
　前記被膜は、第１層および第２層を含み、
　前記第２層は、前記第１層よりも前記基材に近い位置に設けられ、
　前記第１層は、第１単位層と第２単位層とが交互に積層された多層構造からなり、
　　前記第１単位層の平均厚さは、２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、
　　前記第２単位層の平均厚さは、２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、
　　前記第１単位層は、ＴｉａＡｌ１－ａ－ｂＢｂＮからなり、
　　ここで、
　　０．３０≦ａ≦０．５０、
　　０＜ｂ≦０．１０、を満たし、
　　前記第２単位層は、ＴｉｃＡｌ１－ｃＮからなり、
　　ここで、
　　０．７０≦ｃ≦１．００、を満たし、
　前記第１層において、チタンおよびアルミニウムの原子数の合計Ｔ１に対する、チタンの原子数Ｔ２の百分率（Ｔ２／Ｔ１）×１００は、６０％以上であり、
　前記第２層は、第３単位層と第４単位層とが交互に積層された多層構造からなり、
　　前記第３単位層の平均厚さは、２ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、
　　前記第４単位層の平均厚さは、２ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、
　　前記第３単位層は、ＴｉｄＡｌ１－ｄ－ｅＢｅＮからなり、
　　前記第４単位層は、ＴｉｆＡｌ１－ｆ－ｇＢｇＮからなり、
　　ここで、
　　０．２５≦ｄ＜０．４５、
　　０＜ｅ≦０．１０、
　　０．３５≦ｆ＜０．５５、
　　０＜ｇ≦０．１０、
　　０．０５≦ｆ－ｄ≦０．２０、を満たし、
　前記第２層のＸ線回折スペクトルにおいて、（００２）面に由来するピーク強度Ｉ（００２）に対する、（２００）面に由来するピーク強度Ｉ（２００）の割合Ｉ（２００）／Ｉ（００２）は、２以上であり、かつ、前記（００２）面に由来するピークの半値幅は２度以上である、切削工具である。
図１は、実施形態１に係る切削工具の構成の一例を示す概略断面図である。 図２は、成膜装置の構成の一例を示す概略断面図である。 図３は、成膜装置の構成の一例を示す概略断面図である。 図４は、第１層の結晶粒の最大内接円の直径を測定する際の測定領域を説明するための図である。 図５は、第１層の結晶粒の最大内接円の直径の測定方法を説明するための図であり、測定視野の明視野像を模式的に示す図である。 図６は、結晶粒と第１単位層および第２単位層との位置関係を説明するための図である。
　［本開示が解決しようとする課題］
　近年、コスト低減の要求が益々高まっており、工具の長寿命化が求められている。例えば、ステンレス鋼の旋削加工においても、長い工具寿命を有する切削工具が求められている。
　そこで、本開示は、長い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］
　本開示の切削工具は、長い工具寿命を有することができる。
　［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、前記基材上に設けられた被膜と、を備える切削工具であって、
　前記被膜は、第１層および第２層を含み、
　前記第２層は、前記第１層よりも前記基材に近い位置に設けられ、
　前記第１層は、第１単位層と第２単位層とが交互に積層された多層構造からなり、
　　前記第１単位層の平均厚さは、２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、
　　前記第２単位層の平均厚さは、２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、
　　前記第１単位層は、ＴｉａＡｌ１－ａ－ｂＢｂＮからなり、
　　ここで、
　　０．３０≦ａ≦０．５０、
　　０＜ｂ≦０．１０、を満たし、
　　前記第２単位層は、ＴｉｃＡｌ１－ｃＮからなり、
　　ここで、
　　０．７０≦ｃ≦１．００、を満たし、
　前記第１層において、チタンおよびアルミニウムの原子数の合計Ｔ１に対する、チタンの原子数Ｔ２の百分率（Ｔ２／Ｔ１）×１００は、６０％以上であり、
　前記第２層は、第３単位層と第４単位層とが交互に積層された多層構造からなり、
　　前記第３単位層の平均厚さは、２ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、
　　前記第４単位層の平均厚さは、２ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、
　　前記第３単位層は、ＴｉｄＡｌ１－ｄ－ｅＢｅＮからなり、
　　前記第４単位層は、ＴｉｆＡｌ１－ｆ－ｇＢｇＮからなり、
　　ここで、
　　０．２５≦ｄ＜０．４５、
　　０＜ｅ≦０．１０、
　　０．３５≦ｆ＜０．５５、
　　０＜ｇ≦０．１０、
　　０．０５≦ｆ－ｄ≦０．２０、を満たし、
　前記第２層のＸ線回折スペクトルにおいて、（００２）面に由来するピーク強度Ｉ（００２）に対する、（２００）面に由来するピーク強度Ｉ（２００）の割合Ｉ（２００）／Ｉ（００２）は、２以上であり、かつ、前記（００２）面に由来するピークの半値幅は２度以上である、切削工具である。
　本開示の切削工具は、長い工具寿命を有することができる。
　（２）上記（１）において、２５℃における前記第１層のナノインデンテーション硬さは、３０ＧＰａ以上であってもよい。これによると、切削工具の耐摩耗性が向上する。
　（３）上記（１）または（２）において、前記第１層の平均厚さは、１．０μｍ以上２０μｍ以下であってもよい。これによると、第１層における第１単位層と第２単位層の積層数が多く、亀裂の進展の抑制効果が更に向上する。よって、被膜の大規模な損傷を抑制することができ、切削工具の工具寿命が長くなる。
　（４）上記（１）から（３）のいずれかにおいて、前記第２層の平均厚さは、０．５μｍ以上１０μｍ以下であってもよい。これによると、第２層における第３単位層と第４単位層の積層数が多く、亀裂の進展の抑制効果が更に向上する。よって、被膜の大規模な損傷を抑制することができ、切削工具の工具寿命が長くなる。
　［本開示の実施形態の詳細］
　本開示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。
　本開示において、数値範囲下限および上限として、それぞれ１つ以上の数値が記載されている場合は、下限に記載されている任意の１つの数値と、上限に記載されている任意の１つの数値との組み合わせも開示されているものとする。例えば、下限として、ａ１以上、ｂ１以上、ｃ１以上が記載され、上限としてａ２以下、ｂ２以下、ｃ２以下が記載されている場合は、ａ１以上ａ２以下、ａ１以上ｂ２以下、ａ１以上ｃ２以下、ｂ１以上ａ２以下、ｂ１以上ｂ２以下、ｂ１以上ｃ２以下、ｃ１以上ａ２以下、ｃ１以上ｂ２以下、ｃ１以上ｃ２以下が開示されているものとする。
　［実施形態１：切削工具］
　本開示の一実施形態（以下、「実施形態１」とも記す。）の切削工具は、基材と、該基材上に設けられた被膜と、を備える切削工具であって、
　該被膜は、第１層および第２層を含み、
　該第２層は、該第１層よりも該基材に近い位置に設けられ、
　該第１層は、第１単位層と第２単位層とが交互に積層された多層構造からなり、
　　該第１単位層の平均厚さは、２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、
　　該第２単位層の平均厚さは、２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、
　　該第１単位層は、ＴｉａＡｌ１－ａ－ｂＢｂＮからなり、
　　ここで、
　　０．３０≦ａ≦０．５０、
　　０＜ｂ≦０．１０、を満たし、
　　該第２単位層は、ＴｉｃＡｌ１－ｃＮからなり、
　　ここで、
　　０．７０≦ｃ≦１．００、を満たし、
　該第１層において、チタンおよびアルミニウムの原子数の合計Ｔ１に対する、チタンの原子数Ｔ２の百分率（Ｔ２／Ｔ１）×１００は、６０％以上であり、
　該第２層は、第３単位層と第４単位層とが交互に積層された多層構造からなり、
　　該第３単位層の平均厚さは、２ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、
　　該第４単位層の平均厚さは、２ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、
　　該第３単位層は、ＴｉｄＡｌ１－ｄ－ｅＢｅＮからなり、
　　該第４単位層は、ＴｉｆＡｌ１－ｆ－ｇＢｇＮからなり、
　　ここで、
　　０．２５≦ｄ＜０．４５、
　　０＜ｅ≦０．１０、
　　０．３５≦ｆ＜０．５５、
　　０＜ｇ≦０．１０、
　　０．０５≦ｆ－ｄ≦０．２０、を満たし、
　該第２層のＸ線回折スペクトルにおいて、（００２）面に由来するピーク強度Ｉ（００２）に対する、（２００）面に由来するピーク強度Ｉ（２００）の割合Ｉ（２００）／Ｉ（００２）は、２以上であり、かつ、該（００２）面に由来するピークの半値幅は２度以上である、切削工具である。
　本開示の切削工具は、長い工具寿命を有することができる。その理由は、以下の通りと推察される。
　（ｉ）本開示の切削工具の被膜は、第１単位層と第２単位層とが交互に積層された多層構造からなる第１層を含む。第１単位層と第２単位層とは、互いに組成が異なる。このため、第１単位層と第２単位層との界面付近で、切削工具の使用時に生じる被膜の表面からの亀裂の進展を抑制することができる。
　（ｉｉ）第１単位層はＴｉａＡｌ１－a－ｂＢｂＮ（ここで、０．３０≦ａ≦０．５０、０＜ｂ≦０．１０を満たす。）からなる。第１単位層は、ＴｉＡｌＮに少量の硼素（Ｂ）が添加されていることにより、硬度が向上している。第２単位層は、ＴｉｃＡｌ１－ｃＮ（ここで、０．７０≦ｃ≦１．００を満たす。）からなる。第２単位層は、チタン（Ｔｉ）含有率が高く、優れた高温安定性を有する。本開示において、第１層は、高硬度な第１単位層と、高温安定性に優れる第２単位層とが交互に積層された多層構造からなるため、高温下でも安定した硬度が得られ、耐クレータ摩耗性が向上している。クレータ摩耗とは、切削工具と切り屑との摩擦熱に起因する、切削工具の主にすくい面に生じる摩耗である。更に、第１層は、高硬度な第１単位層と、第１単位層に比べて低硬度な第２単位層とが交互に積層された多層構造からなるため、耐欠損性も向上している。よって、被膜の耐クレータ摩耗性と耐欠損性とがバランスよく向上し、切削工具の工具寿命が長くなる。
　（ｉｉｉ）第１単位層と第２単位層とは、Ｔｉ含有率およびＡｌ含有率が異なる。このため、第１単位層と第２単位層とは結晶格子が異なり、第１層に結晶格子の歪みが生じ、第１層は高い硬度を有することができる。よって第１層を含む被膜は、優れた耐摩耗性を有することができる。
　（ｉｖ）第１層において、チタンおよびアルミニウムの原子数の合計Ｔ１に対する、チタンの原子数Ｔ２の百分率（Ｔ２／Ｔ１）×１００は、６０％以上である。これによると、第１層は優れた耐クレータ摩耗性を有することができ、切削工具の工具寿命が長くなる。
　（ｖ）本開示の切削工具の被膜は、第３単位層と第４単位層とが交互に積層された多層構造からなる第２層を含む。第３単位層と第４単位層とは、互いに組成が異なる。このため、第３単位層と第４単位層との界面付近で、切削工具の使用時に生じる被膜の表面からの亀裂の進展を抑制することができる。
　（ｖｉ）第２層は、第１層に比べて、アルミニウム（Ａｌ）の含有率が高く、靭性が高い。よって、第２層を有する被膜は、優れた耐欠損性を有することができる。
　（ｖｉｉ）第３単位層と第４単位層とは、Ｔｉ含有率が異なる。このため、第３単位層と第４単位層とは結晶格子が異なり、第２層に結晶格子の歪みが生じ、第２層は高い硬度を有することができる。よって第２層を含む被膜は、優れた耐摩耗性を有することができる。
　＜切削工具＞
　実施形態１の切削工具は、切削工具である限り、その形状および用途等は、特に限定されない。実施形態１の切削工具は、たとえば、ドリル、エンドミル、フライス加工用刃先交換型チップ、旋削加工用刃先交換型チップ、メタルソー、歯切工具、リーマ、タップまたはクランクシャフトのピンミーリング加工用チップ等であり得る。
　図１は、実施形態１の切削工具の構成の一例を示す概略部分断面図である。切削工具１００は、基材１０と、基材１０上に設けられた被膜２０と、を備える。被膜２０は、第１層２１および第２層２２を含む。第２層２２は第１層２１よりも基材１０に近い位置に設けられる。第１層２１は、第１単位層１と第２単位層２とが交互に積層された多層構造からなる。第２層２２は、第３単位層３と第４単位層４とが交互に積層された多層構造からなる。
　≪基材≫
　基材１０は、特に限定されない。基材１０は、例えば、超硬合金、サーメット、高速度鋼、セラミックス、立方晶窒化硼素焼結体、およびダイヤモンド焼結体等により構成され得る。基材１０は、好ましくは超硬合金製である。超硬合金は、耐摩耗性に優れるためである。
　超硬合金とは、ＷＣ（炭化タングステン）粒子を主成分とする焼結体である。超硬合金は、硬質相および結合相を含む。硬質相は、ＷＣ粒子を含有する。結合相は、ＷＣ粒子同士を互いに結合している。結合相は、たとえばＣｏ（コバルト）等を含有する。結合相は、たとえば、ＴｉＣ（炭化チタン）、ＴａＣ（炭化タンタル）、ＮｂＣ（炭化ニオブ）等をさらに含有していてもよい。
　超硬合金は、その製造過程で不可避的に混入する不純物を含有していてもよい。超硬合金は、その組織中に遊離炭素または「η層」と称される異常層を含む場合もある。さらに超硬合金は、表面改質処理が施されたものでもよい。たとえば、超硬合金は、その表面に脱β層等を含んでいてもよい。
　超硬合金は、ＷＣ粒子を８５質量％以上９８質量％以下含有し、Ｃｏを２質量％以上１５質量％以下含有してもよい。ＷＣ粒子は、平均粒径が０．２μｍ以上４μｍ以下であってもよい。
　Ｃｏは、ＷＣ粒子に比べて軟質である。後述のように、基材１０の表面にイオンボンバードメント処理を施すと、軟質なＣｏは除去され得る。超硬合金が上記の組成を有し、かつＷＣ粒子が上記の平均粒径を有することにより、Ｃｏが除去された後の表面には、適度な凹凸が形成されることになる。かかる表面に被膜２０を形成することにより、アンカー効果が発現し、被膜２０と基材１０との密着性が向上すると考えられる。
　ここで、ＷＣ粒子の粒径は、ＷＣ粒子の２次元投影像に外接する円の直径を示す。粒径は、走査電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ；ＳＥＭ）または透過電子顕微鏡（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ；ＴＥＭ）を用いて測定する。すなわち、超硬合金を切断し、その切断面をＳＥＭまたはＴＥＭで観察する。観察像において、ＷＣ粒子に外接する円の直径を、ＷＣ粒子の粒径とみなす。観察像において、無作為に抽出した１０個以上（好ましくは５０個以上、より好ましくは１００個以上）のＷＣ粒子の粒径を測定し、その算術平均値をＷＣ粒子の平均粒径とする。観察にあたり、切断面は、クロスセクションポリッシャ（Ｃｒｏｓｓ　ｓｅｃｔｉｏｎ　Ｐｏｌｉｓｈｅｒ；ＣＰ）または集束イオンビーム（Ｆｏｃｕｓｅｄ　Ｉｏｎ　Ｂｅａｍ；ＦＩＢ）等により、断面加工しておくことが望ましい。
　≪被膜≫
　被膜２０は、基材１０上に設けられている。被膜２０は、基材１０の表面の一部に設けられていてもよいし、全面に設けられていてもよい。ただし、被膜２０は、基材１０の表面のうち、少なくとも切れ刃に相当する部分に設けられているものとする。本開示において、基材１０の表面の切れ刃に相当する部分とは、基材１０の表面において、刃先稜線からの距離が０．５ｍｍ以内、または、２ｍｍ以内の領域を意味する。本開示の効果を損なわない限り、切れ刃に相当する部分の少なくとも一部に被膜が形成されていなくても、本開示の範囲を逸脱するものではない。
　被膜２０は、第１層２１および第２層２２を含む。第２層２２は基材１０の直上に設けられていてもよい。第１層２１は被膜２０の最表面の層であってもよい。被膜２０は、基材１０の直上に設けられた第２層２２と、第２層２２の直上に設けられた第１層２１とからなることができる。被膜２０は、本開示の効果を損なわない限り、第１層２１および第２層２２とともに、その他の層を含んでいてもよい。例えば、被膜２０は、基材１０と第２層２２との間に設けられる下地層、および、被膜２０の最表面に設けられる表面層の一方または両方を含むことができる。下地層は、ＴｉＣＮ層、ＴｉＮ層およびＴｉＣＮＯ層からなる群より選ばれる少なくとも１層を含むことができる。表面層は、ＴｉＣ層、ＴｉＮ層およびＴｉＣＮ層からなる群より選ばれる少なくとも１層を含むことができる。
　被膜２０の積層構成は、被膜２０全体に亘って一様である必要はなく、部分的に積層構成が異なっていてもよい。
　被膜２０の厚さは、１．５μｍ以上３０μｍ以下でもよい。被膜２０の厚さが１．５μｍ以上であることにより、耐摩耗性が向上する。被膜２０の厚さが３０μｍ以下であることにより、耐欠損性が向上する。被膜２０の厚さは、２．０μｍ以上２５μｍ以下でもよく、３．０μｍ以上２０μｍ以下でもよい。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、第１層、第２層、下地層、表面層等が挙げられる。
　被膜を構成する各層の厚さは、切削工具の表面の法線方向に平行な断面の薄片サンプル（以下、「断面サンプル」とも記す。）を得て、該断面サンプルを走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）で観察することにより測定される。走査透過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。断面サンプルの観察倍率を５０００～１００００倍とし、各層の５箇所の厚さを測定し、その算術平均値を「各層の厚さ」とする。
　同一の切削工具で測定する限り、測定箇所を任意に選択しても、測定結果にばらつきがないことが確認されている。
　≪第１層≫
　第１層２１は、第１単位層１と第２単位層２とが交互に積層された多層構造からなる。第１単位層１および第２単位層２のそれぞれの平均厚さが２ｎｍ以上５０ｎｍ以下である限り、積層数は、特に限定されない。積層数とは、第１層２１に含まれる第１単位層１および第２単位層２のそれぞれの数を示す。積層数は、１０以上５０００以下でもよく、２００以上５０００以下でもよく、４００以上２０００以下でもよく、５００以上１０００以下でもよい。第１層２１において、最も基材１０に近い層は、第１単位層１であってもよいし、第２単位層２であってもよい。また第１層２１において、最も基材１０から離れている層は、第１単位層１であってもよいし、第２単位層２であってもよい。
　第１層の平均厚さは、１．０μｍ以上２０μｍ以下とすることができる。第１層の平均厚さが１．０μｍ以上であることにより、耐摩耗性が向上する。第１層の平均厚さが２０μｍ以下であることにより、耐欠損性が向上する。第１層の平均厚さの下限は、１．０μｍ以上でもよく、２．０μｍ以上でもよく、３．０μｍ以上でもよい。第１層の平均厚さの上限は、２０μｍ以下でもよく、１８μｍ以下でもよく、１６μｍ以下でもよく、１２μｍ以下でもよい。第１層の平均厚さは、１．０μｍ以上２０μｍ以下でもよく、２．０μｍ以上１６μｍ以下でもよく、３．０μｍ以上１２μｍ以下でもよい。
　≪第１単位層および第２単位層の平均厚さ≫
　第１単位層１の平均厚さは、２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、第２単位層２の平均厚さは、２ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。第１層において、このような薄層が交互に積層されることにより、亀裂の進展を抑制できる。第１単位層１および第２単位層２の一方または両方の平均厚さが２ｎｍ未満になると、第１単位層１および第２単位層２の組成が混ざり合って、亀裂進展の抑制効果が低減する可能性がある。第１単位層１および第２単位層２の一方または両方の平均厚さが５０ｎｍ超であると、層間剥離の抑制効果が低減する可能性がある。第１単位層の平均厚さと、第２単位層の平均厚さとは、同一であってもよいし、異なっていてもよい。
　第１単位層の平均厚さの下限は、２ｎｍ以上であり、４ｎｍ以上でもよく、６ｎｍ以上でもよく、８ｎｍ以上でもよい。第１単位層の平均厚さの上限は、５０ｎｍ以下であり、４６ｎｍ以下でもよく、４０ｎｍ以下でもよく、３０ｎｍ以下でもよい。第１単位層の平均厚さは、２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、４ｎｍ以上４０ｎｍ以下でもよく、６ｎｍ以上３０ｎｍ以下でもよい。
　第２単位層の平均厚さの下限は、２ｎｍ以上であり、４ｎｍ以上でもよく、６ｎｍ以上でもよく、８ｎｍ以上でもよい。第２単位層の平均厚さの上限は、５０ｎｍ以下であり、４６ｎｍ以下でもよく、４０ｎｍ以下でもよく、３０ｎｍ以下でもよい。第２単位層の平均厚さは、２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、４ｎｍ以上４０ｎｍ以下でもよく、６ｎｍ以上３０ｎｍ以下でもよい。
　第１単位層および第２単位層のそれぞれの平均厚さの測定方法は以下の通りである。切削工具の表面の法線方向に平行な切削工具の断面の薄片サンプル（以下、「断面サンプル」とも記す。）を得る。該断面サンプルを走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）で観察する。走査透過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。断面サンプルの観察倍率は、第１単位層１および第２単位層２の厚さに応じて適宜調整するものとする。例えば、観察倍率は約１００万倍とすることができる。１つの第１単位層において、５箇所の厚さを測定する。第１単位層の５箇所の厚さの算術平均値を算出し、該算術平均値を該第１単位層の平均厚さとする。１つの第２単位層において、５箇所の厚さを測定する。
　５つの異なる第１単位層のそれぞれについて、上記の手順で第１単位層の平均厚さを測定する。５つの第１単位層の平均厚さの算術平均値を求める。本開示において、該算術平均値を、第１単位層の平均厚さとする。５つの異なる第２単位層のそれぞれについて、上記の手順で第２単位層の平均厚さを測定する。５つの第２単位層の平均厚さの算術平均値を求める。本開示において、該算術平均値を、第２単位層の平均厚さとする。後述の第３単位層および第４単位層のそれぞれの平均厚さも、上記と同様の方法で測定される。
　同一の切削工具で測定する限り、測定箇所を任意に選択しても、測定結果にばらつきがないことが確認されている。
　≪第１単位層および第２単位層の組成≫
　本開示の切削工具において、第１単位層は、ＴｉａＡｌ１－ａ－ｂＢｂＮからなり、ここで、０．３０≦ａ≦０．５０、０＜ｂ≦０．１０、を満たし、第２単位層は、ＴｉｃＡｌ１－ｃＮからなり、ここで、０．７０≦ｃ≦１．００、を満たす。本開示の効果を損なわない限り、第１単位層はＴｉａＡｌ１－ａ－ｂＢｂＮとともに不純物を含むことができる。第１単位層は、ＴｉａＡｌ１－ａ－ｂＢｂＮと不純物とからなることができる。本開示の効果を損なわない限り、第２単位層はＴｉｃＡｌ１－ｃＮとともに不純物を含むことができる。第２単位層は、ＴｉｃＡｌ１－ｃＮと不純物とからなることができる。不純物としては、例えば、炭素（Ｃ）、酸素（Ｏ）が挙げられる。
　第１単位層において、ａの下限は、０．３０以上であり、０．３６以上でもよく、０．３７以上でもよく、０．３９以上でもよい。ａの上限は、０．５０以下であり、０．４８以下でもよく、０．４５以下でもよい。ａは、０．３６≦ａ≦０．４８でもよく、０．３７≦ａ≦０．４５でもよい。
　第１単位層において、ｂの下限は、０超であり、０．０１以上でもよく、０．０２以上でもよく、０．０５以上でもよい。ｂの上限は、０．１０以下であり、０．０８以下でもよく、０．０７以下でもよい。ｂは、０．０１≦ｂ≦０．０８でもよく、０．０２≦ｂ≦０．０７でもよい。
　第２単位層において、ｃの下限は、０．７０以上であり、０．７５以上でもよく、０．８０以上でもよく、０．８７以上でもよい。ｃの上限は、１．００以下であり、０．９５以下でもよく、０．９２以下でもよい。ｃは、０．７５≦ｄ≦０．９５でもよく、０．８０≦ｄ≦０．９２でもよい。
　第１単位層のＴｉａＡｌ１－ａ－ｂＢｂＮにおけるａ、ｂおよび第２単位層のＴｉｃＡｌ１－ｃＮにおけるｃは、エネルギー分散型Ｘ線分光法（Ｅｎｅｒｇｙ　Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ　Ｘ－ｒａｙ　ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ；ＥＤＸ）を用いて、各層の組成を測定することにより特定される。組成分析には透過型電子顕微鏡（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ：ＴＥＭ）に付属のＥＤＸ（ＴＥＭ－ＤＥＸ）を用いる。ＥＤＸ装置としては、例えば、日本電子株式会社製のＪＥＤ－２３００（商標）が挙げられる。
　上記組成分析は以下の手順で行われる。切削工具の表面の法線方向に平行な断面の薄片サンプル（以下、「断面サンプル」とも記す。）を得る。該断面サンプルをＴＥＭで観察しながら、１つの第１単位層内または１つの第２単位層内において、任意に選択された５点で、ＥＤＸ分析を行う。第１単位層と第２単位層とは、コントラストの差で区別可能である。ここで「任意に選択された５点」は、互いに異なる結晶粒から選択するものとする。５点の測定で得られた各元素の組成比を算術平均することにより、第１単位層および第２単位層のそれぞれの組成を特定する。
　５つの異なる第１単位層のそれぞれについて、上記の手順で第１単位層の組成を特定する。本開示において、５つの第１単位層の組成の平均を、第１単位層の組成とし、これに基づき、ａおよびｂを特定する。５つの異なる第２単位層のそれぞれについて、上記の手順で第２単位層の組成を特定する。本開示において、５つの第２単位層の組成の平均を、第２単位層の組成とし、これに基づき、ｃを特定する。後述の第３単位層および第４単位層のそれぞれの組成、ならびに、第３単位層のＴｉｄＡｌ１－ｄ－ｅＢｅＮにおけるｄおよびｅ、第４単位層のＴｉｆＡｌ１－ｆ－ｇＢｇＮにおけるｆおよびｇも、上記と同様の方法で測定される。
　同一の切削工具で測定する限り、測定点を任意に選択しても、測定結果にばらつきがないことが確認されている。
　≪第１層の組成≫
　第１層において、チタンおよびアルミニウムの原子数の合計Ｔ１に対する、チタンの原子数Ｔ２の百分率（Ｔ２／Ｔ１）×１００（以下、「百分率（Ｔ２／Ｔ１）×１００」とも記す。）は、６０％以上である。これによると、第１層は優れた耐クレータ摩耗性を有することができる。百分率（Ｔ２／Ｔ１）×１００の下限は、耐クレータ摩耗性向上の観点から、６０％以上であり、６０．０％以上でもよく、６２．２％以上でもよく、６２．５％以上でもよく、６３％以上でもよく、６３．５％以上でもよく、６６％以上でもよい。百分率（Ｔ２／Ｔ１）×１００の上限は、耐酸化性向上の観点から、８０％以下でもよく、７７％以下でもよく、７６．９％以下でもよく、７５％以下でもよい。百分率（Ｔ２／Ｔ１）×１００は、６０％以上８０％以下でもよく、６３％以上７７％以下でもよく、６６％以上７５％以下でもよい。
　第１層における百分率（Ｔ２／Ｔ１）×１００は、ＴＥＭ－ＥＤＸで測定される。ＥＤＸ装置としては、例えば、日本電子株式会社製のＪＥＤ－２３００（商品名）が挙げられる。百分率（Ｔ２／Ｔ１）×１００は以下の手順で測定される。
　切削工具の表面の法線方向に平行な断面の薄片サンプル（以下、「断面サンプル」とも記す。）を得る。該断面サンプルをＴＥＭで観察しながら、第１層内において、任意に選択された５視野で、ＥＤＸ分析を行い、チタンおよびアルミニウムの原子数の合計Ｔ１に対する、チタンの原子数Ｔ２の百分率（Ｔ２／Ｔ１）×１００を測定する。ここで「任意に選択された５視野」は、互いに重ならないように設定される。１つの視野の範囲は２００×２００ｎｍとする。本開示において、５つの視野の測定で得られた百分率（Ｔ２／Ｔ１）×１００の算術平均を第１層における百分率（Ｔ２／Ｔ１）×１００とする。
　同一の切削工具で測定する限り、測定点を任意に選択しても、測定結果にばらつきがないことが確認されている。
　≪第１層のナノインデンテーション硬さ≫
　２５℃における第１層のナノインデンテーション硬さは、３０ＧＰａ以上でもよい。これによると、切削工具の耐摩耗性が向上する。ナノインデンテーション硬さの下限は、３２ＧＰａ以上でもよく、３４ＧＰａ以上でもよい。ナノインデンテーション硬さＨの上限は、特に制限されないが、製造上の観点から、６０ＧＰａ以下でもよく、４０ＧＰａ以下でもよく、３６ＧＰａ以下でもよい。ナノインデンテーション硬さＨは３０ＧＰａ以上６０ＧＰａ以下でもよく、３２ＧＰａ以上６０ＧＰａ以下でもよく、３４ＧＰａ以上６０ＧＰａ以下でもよい。
　２５℃における第１層のナノインデンテーション硬さは、「ＩＳＯ　１４５７７－１：　２０１５　Ｍｅｔａｌｌｉｃ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ－Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｅｄ　ｉｎｄｅｎｔａｔｉｏｎ　ｔｅｓｔ　ｆｏｒ　ｈａｒｄｎｅｓｓ　ａｎｄ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ－」に定められる標準手順に準拠して、ナノインデンテーション法によって測定される。測定機器には、エリオニクス（Ｅｌｉｏｎｉｘ）社製の「ＥＮＴ－１１００ａ」を用いる。圧子の押し込み荷重は１ｇとする。切削工具の表面の法線方向に平行な断面において、第１層に対して、断面の垂直方向（すなわち、切削工具の表面に対して平行な方向）に圧子の押し込みを行う。
　上記の測定を１つの測定サンプルにおいて５箇所で行う。５箇所のナノインデンテーション硬さの平均値を、第１層のナノインデンテーション硬さとする。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。
　同一の切削工具で測定する限り、測定点を任意に選択しても、測定結果にばらつきがないことが確認されている。
　≪第１層の結晶粒の最大内接円の直径≫
　第１層は複数の結晶粒からなり、該結晶粒の最大内接円の直径は５ｎｍ以上５００ｎｍ以下であってもよい。これによると、切削工具の耐クレータ摩耗性が向上する。本開示の第１層は、本開示の効果を損なわない範囲において、複数の結晶粒とともに、結晶粒を構成しない領域（原子配列がランダムな領域）を含んでいてもよい。
　上記結晶粒の最大内接円の直径の上限は、耐摩耗性および耐欠損性の向上の観点から、５００ｎｍ以下でもよく、４５０ｎｍ以下でもよく、４００ｎｍ以下でもよい。該結晶粒の最大内接円の直径の下限は、過度な結晶粒微細化による膜硬度低下の抑制の観点から、５ｎｍ以上でもよく、７ｎｍ以上でもよく、１０ｎｍ以上でもよい。該結晶粒の最大内接円の直径は、５ｎｍ以上５００ｎｍ以下でもよく、７ｎｍ以上４５０ｎｍ以下でもよく、１０ｎｍ以上４００ｎｍ以下でもよい。
　上記結晶粒の最大内接円の直径の測定方法は以下の通りである。切削工具の表面の法線方向に平行な切削工具の断面の薄片サンプル（厚さ：約１０～１００ｎｍ、以下、「断面サンプル」とも記す。）を得る。該断面サンプルを透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観察し、明視野像を得る。観察倍率は１００万倍～５００万倍とする。該明視野像は、図４に示されるように、第１層の平均厚さ方向の中心を示す線Ｌ１から基材側への距離が０．２μｍの線Ｌ２と、前記線Ｌ１から被膜の表面側への距離が０．２μｍの線Ｌ３とに挟まれる領域Ａを含むように取得する。該領域Ａ中に、１５０ｎｍ×１５０ｎｍの矩形の測定視野を任意に設定する。
　上記測定視野において、原子配列が±０．５°以下の領域を特定し、該領域を結晶粒と定義する。原子配列が±０．５°以下の領域、および、結晶粒の特定方法について、図５を用いて説明する。
　図５は、上記測定視野の明視野像の一例を示す模式図である。図５において、原子は符号５０の黒点で示される。なお、図５では、原子の一部が示されている。該明視野像において、規則的に配置されている原子５０を最も原子間距離が近くなるような線分で結ぶ。図５において、該線分はＬ１０～Ｌ１４、Ｌ２０～Ｌ２２、および、Ｌ３０～Ｌ３４で示される。線分同士の角度が±０．５°以下（すなわち、－０．５°以上０．５°以下）の領域を結晶粒と定義する。
　図５では、線分Ｌ１０～Ｌ１４同士の角度は±０．５°以下であり、これらの線分が含まれる領域が結晶粒２４ａに該当する。線分Ｌ２０～Ｌ２２同士の角度は±０．５°以下であり、これらの線分が含まれる領域が結晶粒２４ｂに該当する。線分Ｌ３０～Ｌ３４同士の角度は±０．５°以下であり、これらの線分が含まれる領域が結晶粒２４ｃに該当する。
　上記測定視野中の各結晶粒の最大内接円の直径を求める。最大内接円の直径とは、結晶粒の内部に描くことのできる、該結晶粒の外縁の少なくとも一部に接触する最大の内接円の直径を意味する。
　図５において、結晶粒２４ａの最大内接円２５ａの直径はＤ１である。結晶粒２４ｂの最大内接円２５ｂの直径はＤ２である。結晶粒２４ｃの最大内接円２５ｃの直径はＤ３である。Ｄ１、Ｄ２およびＤ３の全てが５０ｎｍ以下の場合、図５に示される第１層は複数の結晶粒からなり、該結晶粒の最大内接円の直径は５０ｎｍ以下であることが確認される。
　同一の切削工具で測定する限り、上記測定視野を任意に設定しても、結晶粒の最大内接円の直径の測定結果にばらつきがないことが確認されている。
　図５では、結晶粒２４ａ、結晶粒２４ｂおよび結晶粒２４ｃの間に空間が存在しているが、実際は空間に結晶粒が存在している。ＴＥＭ用の断面サンプルの厚みが約１０～１００ｎｍであるため、明視野像には奥行き方向の情報も反映される。サンプルの厚み方向に複数の結晶粒が重なっている領域では、明視野像上で規則的な原子配列を確認できない。よって、該複数の結晶粒が重なっている領域は、上記の特定方法においては結晶粒と判別されない。
　≪結晶粒と第１単位層および第２単位層との位置関係≫
　結晶粒と第１単位層および第２単位層との位置関係について、図６を用いて説明する。図６は、実施形態１の第１層の膜厚方向に沿う断面を模式的に示す図である。図６に示される通り、第１層２１は、第１単位層１と第２単位層２とが交互に積層された多層構造からなる。図６には、複数の結晶粒２４が示されており、結晶粒２４間の境界は、結晶粒界２５として示される。各結晶粒２４は、第１単位層または第２単位層のみからなることができる。また、各結晶粒２４は、１層以上の第１単位層および１層以上の第２単位層にまたがって存在することができる。すなわち、各結晶粒２４は、第１単位層と第２単位層とが交互に積層されたラメラ構造を有することができる。
　≪第２層≫
　第２層２２は、第３単位層３と第４単位層４とが交互に積層された多層構造からなる。第３単位層３および第４単位層４のそれぞれの平均厚さが２ｎｍ以上５０ｎｍ以下である限り、積層数は、特に限定されない。積層数とは、第２層２２に含まれる第３単位層３および第４単位層４のそれぞれの数を示す。積層数は、１０以上５０００以下でもよく、２００以上５０００以下でもよく、４００以上２０００以下でもよく、５００以上１０００以下でもよい。第２層２２において、最も基材１０に近い層は、第３単位層３であってもよいし、第４単位層４であってもよい。また第２層２２において、最も基材１０から離れている層は、第３単位層３であってもよいし、第４単位層４であってもよい。
　第２層の平均厚さは、０．５μｍ以上１０μｍ以下とすることができる。第２層の平均厚さが０．５μｍ以上であることにより、耐摩耗性が向上する。第２層の平均厚さが１０μｍ以下であることにより、耐欠損性が向上する。第２層の平均厚さの下限は、１．０μｍ以上でもよく、２．０μｍ以上でもよく、３．０μｍ以上でもよい。第２層の平均厚さの上限は、１０μｍ以下でもよく、９μｍ以下でもよく、８μｍ以下でもよく、７μｍ以下でもよい。第２層の平均厚さは、１．０μｍ以上９μｍ以下でもよく、２．０μｍ以上８μｍ以下でもよく、３．０μｍ以上７μｍ以下でもよい。
　≪第３単位層および第４単位層の平均厚さ≫
　第３単位層３の平均厚さは、２ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、第４単位層４の平均厚さは、２ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。第２層において、このような薄層が交互に積層されることにより、亀裂の進展を抑制できる。第３単位層３および第４単位層４の一方または両方の平均厚さが２ｎｍ未満になると、第３単位層３および第４単位層４の組成が混ざり合って、亀裂進展の抑制効果が低減する可能性がある。第３単位層３および第４単位層４の一方または両方の平均厚さが１００ｎｍ超であると、層間剥離の抑制効果が低減する可能性がある。第３単位層の平均厚さと、第４単位層の平均厚さとは、同一であってもよいし、異なっていてもよい。
　第３単位層の平均厚さの下限は、２ｎｍ以上であり、５ｎｍ以上でもよく、１０ｎｍ以上でもよく、１５ｎｍ以上でもよく、２０ｎｍ以上でもよい。第３単位層の平均厚さの上限は、１００ｎｍ以下であり、８０ｎｍ以下でもよく、７５ｎｍ以下でもよく、６５ｎｍ以下でもよく、６４ｎｍ以下でもよい。第３単位層の平均厚さは、２ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、５ｎｍ以上７５ｎｍ以下でもよく、１０ｎｍ以上６５ｎｍ以下でもよい。
　第４単位層の平均厚さの下限は、２ｎｍ以上であり、５ｎｍ以上でもよく、１０ｎｍ以上でもよく、１５ｎｍ以上でもよく、２０ｎｍ以上でもよい。第４単位層の平均厚さの上限は、１００ｎｍ以下であり、８０ｎｍ以下でもよく、７５ｎｍ以下でもよく、６５ｎｍ以下でもよく、５２ｎｍ以下でもよく、５０ｎｍ以下でもよい。第４単位層の平均厚さは、２ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、５ｎｍ以上７５ｎｍ以下でもよく、１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下でもよい。
　第３単位層および第４単位層のそれぞれの平均厚さは、上述の第１単位層および第２単位層のそれぞれの平均厚さの測定方法と同様の方法で測定される。同一の切削工具で測定する限り、測定箇所を任意に選択しても、測定結果にばらつきがないことが確認されている。
　≪第３単位層および第４単位層の組成≫
　本開示の切削工具において、第３単位層は、ＴｉｄＡｌ１－ｄ－ｅＢｅＮからなり、ここで、０．２５≦ｄ＜０．４５、０＜ｅ≦０．１０を満たし、第４単位層は、ＴｉｆＡｌ１－ｆ－ｇＢｇＮからなり、ここで、０．３５≦ｆ＜０．５５、０＜ｇ≦０．１０、０．０５≦ｆ－ｄ≦０．２を満たす。本開示の効果を損なわない限り、第３単位層はＴｉｄＡｌ１－ｄ－ｅＢｅＮとともに不純物を含むことができる。第３単位層は、ＴｉｄＡｌ１－ｄ－ｅＢｅＮと不純物とからなることができる。本開示の効果を損なわない限り、第４単位層はＴｉｆＡｌ１－ｆ－ｇＢｇＮとともに不純物を含むことができる。第４単位層は、ＴｉｆＡｌ１－ｆ－ｇＢｇＮと不純物とからなることができる。該不純物としては、例えば、炭素（Ｃ）、酸素（Ｏ）が挙げられる。
　第３単位層において、ｄの下限は、０．２５以上であり、０．３０以上でもよく、０．３１以上でもよく、０．３２以上でもよく、０．３３以上でもよく、０．３４以上でもよい。ｄの上限は、０．４５未満であり、０．４０以下でもよく、０．３７以下でもよく、０．３５以下でもよい。ｄは、０．３０≦ｄ≦０．４０でもよく、０．３１≦ｄ≦０．３７でもよい。
　第３単位層において、ｅの下限は、０超であり、０．０１以上でもよく、０．０２以上でもよく、０．０４以上でもよく、０．０５以上でもよい。ｅの上限は、０．１０以下であり、０．０８以下でもよく、０．０７以下でもよく、０．０６以下でもよい。ｅは、０．０１≦ｅ≦０．０８でもよく、０．０２≦ｅ≦０．０７でもよい。
　第４単位層において、ｆの下限は、０．３５以上であり、０．４０以上でもよく、０．４１以上でもよく、０．４２以上でもよく、０．４３以上でもよく、０．４５以上でもよい。ｆの上限は、０．５５未満であり、０．５０以下でもよい。ｃは、０．４０≦ｆ＜０．５５でもよく、０．４５≦ｆ≦０．５０でもよい。
　第４単位層において、ｇの下限は、０超であり、０．０１以上でもよく、０．０２以上でもよく、０．０４以上でもよい。ｇの上限は、０．１０以下であり、０．０８以下でもよく、０．０６以下でもよい。ｃは、０．０１≦ｆ≦０．１０でもよく、０．０２≦ｆ≦０．０６でもよい。
　第２層において、ｆ－ｄの下限は、０．０５以上であり、０．０８以上でもよく、０．１０以上でもよく、０．１１以上でもよい。ｆ－ｄの上限は、０．２０以下であり、０．１８以下でもよい。ｆ－ｄは、０．０８≦ｆ－ｄ≦０．１８でもよく、０．１０≦ｆ－ｄ≦０．１８でもよい。
　第３単位層のＴｉｄＡｌ１－ｄ－ｅＢｅＮにおけるｄおよびｅ、第４単位層のＴｉｆＡｌ１－ｆ－ｇＢｇＮにおけるｆおよびｇは、上述の第１単位層のＴｉａＡｌ１－a－ｂＢｂＮにおけるａ、ｂおよび第２単位層のＴｉｃＡｌ１－ｃＮにおけるｃと同様の方法で測定される。同一の切削工具で測定する限り、測定箇所を任意に選択しても、測定結果にばらつきがないことが確認されている。
　≪第２層におけるＸ線回折分析≫
　第２層のＸ線回折スペクトルにおいて、（００２）面に由来するピーク強度Ｉ（００２）に対する、（２００）面に由来するピーク強度Ｉ（２００）の割合Ｉ（２００）／Ｉ（００２）は、２以上であり、かつ、（００２）面に由来するピークの半値幅は２度以上である。これによると、第２層の硬度および靭性が向上し、優れた耐摩耗性および耐欠損性を得ることができる。「（００２）面に由来するピーク強度Ｉ（００２）」とは、六方晶の（００２）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。「（２００）面に由来するピーク強度Ｉ（２００）」とは、立方晶の（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。第２層のＸ線回折スペクトルにおいて、六方晶の（００２）面に由来するピークが存在する場合、第２層は六方晶型の結晶構造を含むことが確認される。第２層のＸ線回折スペクトルにおいて、立方晶の（２００）面に由来するピークが存在する場合、第２層は立方晶型の結晶構造を含むことが確認される。比Ｉ（２００）／Ｉ（００２）が２以上であることは、第２層において立方晶と六方晶との混晶が形成されていることを意味する。
　ピーク強度Ｉ（００２）およびピーク強度Ｉ（２００）を測定する際のＸ線回折分析の条件は以下の通りである。
　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°
　第２層における任意の３箇所のそれぞれにおいて、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箇所の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。（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。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。
　比Ｉ（２００）／Ｉ（００２）の下限は、２以上であり、２．０以上でもよく、２．２以上でもよく、２．３以上でもよい。比Ｉ（２００）／Ｉ（００２）の上限は、例えば１０以下でもよく、１０未満でもよく、５以下でもよく、３以下でもよい。比Ｉ（２００）／Ｉ（００２）は２以上１０以下でもよく、２以上５以下でもよい。
　（００２）面に由来するピークの半値幅が２度以上であることは、第２層において六方晶が微細に分散しており、硬度および靭性を向上させていることを意味する。（００２）面に由来するピークの半値幅の下限は、２度以上であり、２．０度以上でもよく、２．２度以上でもよい。（００２）面に由来するピークの半値幅の上限は、４度以下でもよく、３度以下でもよい。（００２）面に由来するピークの半値幅の下限は、２度以上でもよく、２．２度以上でもよく、２．４度以上でもよい。（００２）面に由来するピークの半値幅は、２度以上４度以下でもよく、２度以上３度以下でもよい。
　［実施形態２：切削工具の製造方法］
　実施形態２では、実施形態１の切削工具の製造方法について説明する。実施形態２の製造方法は、基材を準備する工程と、該基材上に被膜を形成する工程とを含むことができる。各工程の詳細について、以下に説明する。
　≪基材を準備する工程≫
　基材を準備する工程では、基材１０が準備される。基材１０は、実施形態１に記載の基材を用いることができる。
　≪被膜を形成する工程≫
　被膜を形成する工程では、基材１０上に被膜２０を形成する。実施形態２では、物理蒸着（Ｐｈｙｓｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；ＰＶＤ）法により、被膜２０を形成することができる。ＰＶＤ法の具体例としては、アークイオンプレーティング（Ａｒｃ　Ｉｏｎ　Ｐｌａｔｉｎｇ；ＡＩＰ）法、バランスドマグネトロンスパッタリング（Ｂａｌａｎｃｅｄ　Ｍａｇｎｅｔｒｏｎ　Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ；ＢＭＳ）法、およびアンバランスドマグネトロンスパッタリング（Ｕｎｂａｌａｎｃｅｄ　Ｍａｇｎｅｔｒｏｎ　Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ；ＵＢＭＳ）法等が挙げられる。実施形態２では、アークイオンプレーティングを用いることが好ましい。
　ＡＩＰ法では、ターゲット材を陰極（カソード）としてアーク放電を生起する。これにより、ターゲット材を蒸発、イオン化させる。そして負のバイアス電圧が印加された基材１０の表面にイオンを堆積させる。ＡＩＰ法は、ターゲット材のイオン化率において優れている。
　ＡＩＰ法で用いられる成膜装置について、図２および図３を用いて説明する。図２に示されるように、成膜装置２００は、チャンバ２０１を備える。チャンバ２０１には、チャンバ２０１内に原料ガスを導入するためのガス導入口２０２、および、チャンバ２０１内から原料ガスを外部に排出するためのガス排気口２０３が設けられている。ガス排気口２０３は、図示しない真空ポンプに接続されている。チャンバ２０１内の圧力は、ガスの導入量および排出量により調整される。
　チャンバ２０１内には、回転テーブル２０４が配置されている。回転テーブル２０４には、基材１０を保持するための基材ホルダ２０５が取り付けられている。基材ホルダ２０５は、バイアス電源２０６の負極に接続されている。バイアス電源２０６の正極は、アースされている。
　図３に示されるように、チャンバ２０１の側壁には、複数のターゲット材２１１，２１２，２１３，２１４が取り付けられている。図２に示されるように各ターゲット材２１１，２１２は、それぞれ直流電源２２１，２２２の負極に接続されている。直流電源２２１，２２２は、可変電源であり、その正極はアースされている。図２では、図示されていないが、ターゲット材２１３，２１４についても同様である。以下、具体的な操作を説明する。
　基材ホルダ２０５に基材１０を保持させる。真空ポンプを用いて、チャンバ２０１内の圧力を、１．０×１０-4Ｐａに調整する。回転テーブル２０４を回転させながら、成膜装置２００に付帯するヒータ（図示せず）により、基材１０の温度を５００℃に調整する。
　ガス導入口２０２からＡｒガスを導入し、チャンバ２０１内の圧力を３．０Ｐａに調整する。同圧力を維持しながら、バイアス電源２０６の電圧を徐々に変化させ、最終的に－１０００Ｖに調整する。そして、Ａｒイオンによるイオンボンバードメント処理により、基材１０の表面を洗浄する。
　次に、被膜が下地層を含む場合は、基材１０の表面に下地層を形成する。例えば、基材１０の表面に、ＴｉＣＮ層、ＴｉＮ層またはＴｉＣＮＯ層を形成する。
　次に、基材１０の表面、または下地層の表面に、第２層を形成する。各ターゲット材の組成は、第３単位層および第４単位層の組成を得られるように選択される。各ターゲット材を、所定の位置にセットし、ガス導入口２０２から窒素ガスを導入し、回転テーブル２０４を回転させながら、第２層を形成する。第２層の形成の際は、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３単位層形成用の蒸発源及び第４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３単位層形成用の蒸発源及び第４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３単位層形成用の蒸発源に対向しているときは第３単位層が形成され、上記基材が第４単位層形成用の蒸発源に対向しているときは第４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、第２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る。第２層の形成の際に、基材の回転速度を調節することにより、第３単位層及び第４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、第２層の厚さが所定範囲になるように調整する。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第２層が形成されていてもよい。
　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３単位層形成用の蒸発源及び第４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してもよい。このようにすることで、第２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結晶粒の粗大化が抑制され、ひいては第２層における靱性及び耐熱性が向上する。
　次に、第２層の上に第１層を形成する。各ターゲット材の組成は、第１単位層および第２単位層の組成を得られるように選択される。各ターゲット材を、所定の位置にセットし、ガス導入口２０２から窒素ガスを導入し、回転テーブル２０４を回転させながら、第１層を形成する。第１層の形成条件は以下の通りである。
　＜第１層の形成条件＞
　基材温度　：４００～８００℃
　バイアス電圧：－４００～－２０Ｖ
　アーク電流　：８０～２００Ａ
　反応ガス圧　：２～１０Ｐａ
　基材温度、反応ガス圧、バイアス電圧およびアーク電流は、上記の範囲内で一定値とするか、あるいは、上記の範囲内で連続的に値を変化させる。
　第１単位層と第２単位層とが交互に積層された多層構造は、以下（Ａ）～（Ｄ）の方法を適宜組み合わせることにより、形成することができる。
　（Ａ）ＡＩＰ法において、組成が互いに異なる複数のターゲット材（焼結合金）を用いる。
　（Ｂ）ＡＩＰ法において、成膜中、基材１０に印加されるバイアス電圧を上記の第１層の形成条件に記載のバイアス電圧内で変化させる。
　（Ｃ）ＡＩＰ法において、ガス流量を変化させる。
　（Ｄ）ＡＩＰ法において、基材１０を回転させ、その回転周期を制御する。
　次に、被膜が表面層を含む場合は、例えば、第１層の表面に表面層を形成する。
　以上より、基材１０と、該基材１０上に設けられた被膜２０とを備える切削工具１００を製造することができる。
　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。
　［実施例１］
　＜切削工具の作製＞
　以下のようにして、切削工具を作製し、工具寿命を評価した。
　基材として、超硬合金からなる切削チップ（型番：ＣＮＭＧ１２０４０８（住友電工ハードメタル社製））を準備した。該超硬合金は、ＷＣ粒子（９０質量％）、およびＣｏ（１０質量％）を含む。該ＷＣ粒子の平均粒径は１～２μｍである。
　上記基材上に、図２および図３に示される構成を有する成膜装置を用いて被膜を形成した。まず、基材に対してＡｒイオンによるイオンボンバードメント処理により、基材の表面を洗浄した。イオンボンバーメント処理の具体的な条件は、実施形態２に記載の通りである。
　次に、ターゲット材を、成膜装置の所定の位置にセットした。各ターゲット材の組成は、表１に記載の第１単位層および第２単位層の組成、および、表２に記載の第３単位層および第４単位層の組成が得られるように調整してある。
　基材上に第２層を形成した。具体的には、ガス導入口から窒素ガスを導入し、回転テーブルを回転させながら、第３単位層と第４単位層とを交互に形成することにより、第２層を形成した。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３単位層形成用の蒸発源及び第４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。第３単位層および第４単位層のそれぞれの厚みおよび積層数は、基材の回転速度で調整した。
　次に、第２層上に第１層を形成した。具体的には、ガス導入口から窒素ガスを導入し、回転テーブルを回転させながら、第１単位層と第２単位層とを交互に形成することにより、第２層上に第１層を形成した。各試料の第１層の形成条件は、基材温度４００～８００℃、バイアス電圧－４００～－２０Ｖ、アーク電流８０～２００Ａ、反応ガス圧２～１０Ｐａとした。基材温度、反応ガス圧、バイアス電圧およびアーク電流は、上記の範囲内で一定値とするか、あるいは、上記の範囲内で連続的に値を変化させた。第１単位層および第２単位層のそれぞれの厚みおよび積層数は、基材の回転速度で調整した。上記の工程により、各試料の切削工具を得た。
　＜評価＞
　≪被膜の構成≫
　各試料の被膜について、第１単位層、第２単位層、第３単位層および第４単位層の組成、平均厚さ、積層数、第１層および第２層の平均厚さ、第１層におけるチタンおよびアルミニウムの原子数の合計に対するチタンの原子数の百分率（表１において「（Ｔ２／Ｔ１）×１００」と示す。）、第１層のナノインデンテーション硬さ（表１において「硬さ」と示す。）、第２層の割合Ｉ（２００）／Ｉ（００２）、（００２）面に由来するピークの半値幅（表２において「（００２）ピーク半値幅」と示す。）を測定した。各項目の測定方法は実施形態１に記載の通りである。結果を表１および表２に示す。表１において、「積層数」が「１」との表記は、第１単位層または第２単位層を１層のみ形成したことを示す。表１において「－」との表記は、該当する層を形成しなかったことを示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　≪切削試験≫
　各試料の切削工具を用いて以下の条件で旋削加工を行い、逃げ面から測定した欠損の幅が０．５ｍｍ以上となるまでの切削距離を測定した。切削距離が長いほど、耐クレータ摩耗性および耐欠損性に優れ、工具寿命が長いことを示す。結果を表３の「切削試験」の「切削距離」欄に示す。
　（切削条件）
　被削材：ＳＵＳ３１６　丸材
　切削速度：２００ｍ／ｍｉｎ
　送り量：０．２ｍｍ／ｒｅｖ
　切り込み量：１．５ｍｍ
　湿式
　上記の切削条件は、ステンレス鋼の旋削加工（高速加工）に該当する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　＜評価＞
　試料１～試料１５は実施例に該当する。試料２１～試料２８は比較例に該当する。試料１～試料１５は試料２１～試料２８よりも、工具寿命が長いことが確認された。
　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、様々に変形したり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。本開示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　第１単位層、２　第２単位層、３　第３単位層、４　第４単位層、１０　基材、２０　被膜、２１　第１層、２２　第２層、２４，２４ａ，２４ｂ，２４ｃ　結晶粒、２５　結晶粒界、５０　原子、１００　切削工具、２００　成膜装置、２０１　チャンバ、２０２　ガス導入口、２０３　ガス排気口、２０４　回転テーブル、２０５　基材ホルダ、２０６　バイアス電源、２１１，２１２，２１３，２１４　ターゲット材、２２１，２２２　直流電源

Claims (4)

  1. 　基材と、前記基材上に設けられた被膜と、を備える切削工具であって、
    　前記被膜は、第１層および第２層を含み、
    　前記第２層は、前記第１層よりも前記基材に近い位置に設けられ、
    　前記第１層は、第１単位層と第２単位層とが交互に積層された多層構造からなり、
    　　前記第１単位層の平均厚さは、２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、
    　　前記第２単位層の平均厚さは、２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、
    　　前記第１単位層は、ＴｉａＡｌ１－ａ－ｂＢｂＮからなり、
    　　ここで、
    　　０．３０≦ａ≦０．５０、
    　　０＜ｂ≦０．１０、を満たし、
    　　前記第２単位層は、ＴｉｃＡｌ１－ｃＮからなり、
    　　ここで、
    　　０．７０≦ｃ≦１．００、を満たし、
    　前記第１層において、チタンおよびアルミニウムの原子数の合計Ｔ１に対する、チタンの原子数Ｔ２の百分率（Ｔ２／Ｔ１）×１００は、６０％以上であり、
    　前記第２層は、第３単位層と第４単位層とが交互に積層された多層構造からなり、
    　　前記第３単位層の平均厚さは、２ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、
    　　前記第４単位層の平均厚さは、２ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、
    　　前記第３単位層は、ＴｉｄＡｌ１－ｄ－ｅＢｅＮからなり、
    　　前記第４単位層は、ＴｉｆＡｌ１－ｆ－ｇＢｇＮからなり、
    　　ここで、
    　　０．２５≦ｄ＜０．４５、
    　　０＜ｅ≦０．１０、
    　　０．３５≦ｆ＜０．５５、
    　　０＜ｇ≦０．１０、
    　　０．０５≦ｆ－ｄ≦０．２０、を満たし、
    　前記第２層のＸ線回折スペクトルにおいて、（００２）面に由来するピーク強度Ｉ（００２）に対する、（２００）面に由来するピーク強度Ｉ（２００）の割合Ｉ（２００）／Ｉ（００２）は、２以上であり、かつ、前記（００２）面に由来するピークの半値幅は２度以上である、切削工具。
  2. 　２５℃における前記第１層のナノインデンテーション硬さは、３０ＧＰａ以上である、請求項１に記載の切削工具。
  3. 　前記第１層の平均厚さは、１．０μｍ以上２０μｍ以下である、請求項１または請求項２に記載の切削工具。
  4. 　前記第２層の平均厚さは、０．５μｍ以上１０μｍ以下である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の切削工具。
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