CN108698136A

CN108698136A - 覆盖工具

Info

Publication number: CN108698136A
Application number: CN201780013071.7A
Authority: CN
Inventors: 久保隼人; 儿玉芳和; 伊藤博俊
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2016-02-24
Filing date: 2017-02-24
Publication date: 2018-10-23
Anticipated expiration: 2037-02-24
Also published as: KR20180104711A; KR102176903B1; JP6633736B2; DE112017000972B4; CN108698136B; US10717135B2; JP6940580B2; JPWO2017146200A1; US20190039148A1; JP2020062745A; DE112017000972T5; WO2017146200A1

Abstract

一个方式的覆盖工具具备基体和位于基体表面的覆盖层。覆盖层具有位于基体上的第一碳氮化钛层、位于第一碳氮化钛层上的第二碳氮化钛层、以及位于第二碳氮化钛层上的氧化铝层。第一碳氮化钛层具有向氧化铝层一侧突出的多个第一突起，第二碳氮化钛层具有向氧化铝层一侧突出的多个第二突起，第二突起的数量比第一突起的数量更多。

Description

覆盖工具

技术领域

本申请涉及在基体的表面具有覆盖层的覆盖工具。

背景技术

已知层叠有碳氮化钛层和氧化铝层的构成的覆盖层位于超硬合金、金属陶瓷和陶瓷等基体的表面的覆盖工具。

近年来，切削加工逐渐高效化，在重断续切削之类的对切削刃施加巨大冲击的切削加工中，使用上述覆盖工具的机会正在增加。在这种严苛的切削条件下，对覆盖层施加巨大的冲击，因此容易发生覆盖层的崩刃、剥离。因而，就覆盖层而言，在要求耐磨损性的基础上，还要求提高耐缺损性。

作为提高覆盖工具的耐缺损性的技术，已知日本特开2000-071108号公报(专利文献1)中记载的技术。专利文献1公开了：将碳氮化钛层和氧化铝层进行成膜，使碳氮化钛层中的特定区域存在微细空孔的分布区域。

最近，对于覆盖层要求耐磨损性和耐缺损性的进一步改善。

发明内容

一个方式的覆盖工具具备基体和位于该基体表面的覆盖层。上述覆盖层具有位于上述基体侧上的第一碳氮化钛层、位于该第一碳氮化钛层上的第二碳氮化钛层、以及位于该第二碳氮化钛层上的氧化铝层。上述第一碳氮化钛层具有向上述氧化铝层一侧突出的多个第一突起，上述第二碳氮化钛层具有向上述氧化铝层一侧突出的多个第二突起，上述第二突起的数量比上述第一突起的数量更多。

附图说明

图1是一个实施方式所述的覆盖工具(切削工具)的概略立体图。

图2是图1所示的覆盖工具的截面的示意图。

图3是图2所示的覆盖工具中的第一层和第二层附近的放大图。

具体实施方式

作为一个实施方式的覆盖工具，使用附图对于切削工具(以下简记为工具)1进行说明。如图2所示，工具1具备基体2和位于该基体2表面的覆盖层3。

覆盖层3具有含有碳氮化钛(TiCN)的第一碳氮化钛层4(以下简记为第一层4)、含有碳氮化钛的第二碳氮化钛层5(以下简记为第二层5)、以及含有氧化铝(Al₂O₃)的氧化铝层6(以下简记为第三层6)，呈现层叠有多个层的构成。在第一层4～第三层6之中，第一层4位于最靠近基体2的位置，第三层6位于最远离基体2的位置。另外，第二层5位于第一层4与第三层6之间。

覆盖层3中，除了具有第一层4、第二层5和第三层6之外，也可以具有其它层。该其它层可以位于比第一层4更靠近基体2的位置，另外，也可以位于比第三层6更远离基体2的位置。

本实施方式中的第一层4含有所谓的MT(中等温度，moderate temperature)-碳氮化钛。作为第一层4的厚度，可以设定为例如2～15μm。此时，作为MT-碳氮化钛的粒径，可以设定为例如0.08μm以下。在第一层4的厚度为上述范围的情况下，能够提高第一层4的耐磨损性和耐缺损性。

第一层4可通过使用例如包含四氯化钛(TiCl₄)气体、氮气(N₂)和乙腈(CH₃CN)气体等的原料，在成膜温度为780℃～880℃的较低温度下进行成膜来形成。

本实施方式中的第二层5含有所谓的HT(高等温度，high temperature)-碳氮化钛。作为第二层5的厚度，可以设定为例如30nm～900nm。在第二层5的厚度为上述范围的情况下，第二层5的密合性高、且第二层5的耐缺损性提高。

第二层5可通过使用例如包含四氯化钛气体、氮气、甲烷(CH₄)气体、氧气(O₂)等且不含乙腈气体的原料，在比MT-碳氮化钛的成膜条件更高的900℃～1050℃下进行成膜来形成。

需要说明的是，上述的第一层4和第二层5的构成是一个例子，并不限定于该构成。例如，也可以是第一层4和第二层5均含有MT(moderate temperature)-碳氮化钛且添加物的组成彼此不同的构成。

本实施方式中的第三层6含有氧化铝。第三层6中的氧化铝的构成没有特别限定，在本实施方式中，呈现α型晶体结构。作为第三层6的厚度，可以设定为例如1～15μm。

如图1所示，工具1具有第一面7、位于第一面7的反面的第二面8、以及位于第一面7与第二面8之间的第三面9，且为四角板形状。因此，本实施方式中，第一面7与第三面9相交。以下，配合图1，可以将第一面7称为上表面、将第二面8称为下表面、将第三面9称为侧面。

第三面9的至少一部分作为所谓的后刀面而发挥功能。另外，第一面7的至少一部分具有刮掉因切削而产生的切屑的、作为所谓前刀面的功能。

切削刃10位于第一面7与第三面9相交的部分中的至少一部分。切削刃10通常位于前刀面与后刀面相交的部分。通过将切削刃10抵接至被切削材料而能够进行被切削材料的切削加工。需要说明的是，本实施方式的覆盖工具为切削工具，但作为覆盖工具，可以应用于除了切削工具之外的挖掘工具和刀具等各种用途，在这些情况下也可具有优异的机械可靠性。

如图3所示，第一层4具有向第三层6一侧突出的多个第一突起11。通过使第一层4具有多个第一突起11，第一层4与第二层5的界面的面积增加。由此，第一层4与第二层5的接合性提高，因而能够减小第二层5从第一层4上剥离的可能性。

第一突起11的大小不限定于特定值，例如，可以将第一突起11的平均宽度设定为80nm～600nm，将第一突起11的平均高度设定为30nm～200nm。

需要说明的是，第一突起11的高度h1是指：作为一例，如图3所示，分别位于目标的第一突起11与相邻的第一突起11之间的两个谷部p、q之中，自更远离基体2的一侧(自基体2起的高度较高的一侧)的谷部p起至目标的第一突起11的顶部为止的厚度方向的距离。第一突起11的平均高度通过相邻的3个以上的第一突起11的高度h1的平均值来测定。

另外，第一突起11的宽度w1是指：在上述的两个谷部p、q之中的位置较高的谷部p的高度位置处，与厚度方向正交的方向上的第一突起11的长度。第一突起11的平均宽度通过相邻的3个以上的第一突起11的宽度w1的平均值来测定。

另外，如图3所示，第二层5具有向第三层6一侧突出的多个第二突起12。通过使第二层5具有多个第二突起12，第二层5与第三层6的界面的面积增加。由此，第二层5与第三层6的接合性提高，因而，能够减小第三层6从第二层5上剥离的可能性。

第二突起12的大小不限定于特定值，例如，可以将第二突起12的平均宽度设定为80nm～300nm，将第二突起12的平均高度设定为50nm～200nm。

需要说明的是，第二突起12的高度h2是指：作为一例，如图3所示，分别位于目标的第二突起12与相邻的第二突起12之间的两个谷部r、s之中，自更远离基体2的一侧(自基体2起的高度较高的一侧)的谷部r起至目标的第二突起12的顶部为止的厚度方向的距离。第二突起12的平均高度通过相邻的3个以上的第二突起12的高度h2的平均值进行测定。

另外，第二突起12的宽度w2是指：在上述的两个谷部r、s之中的位置较高的谷部r的高度位置处，与厚度方向正交的方向上的第二突起12的长度。第二突起12的平均宽度通过相邻的3个以上的第二突起12的宽度w2的平均值来测定。

进而，此时第二突起12的数量比第一突起11的数量更多。第一层4和第二层5均含有碳氮化钛，另一方面，第三层6含有氧化铝。因此，较之第一层4与第二层5的接合性，第二层5与第三层6的接合性更容易变低。然而，由于第二突起12的数量比第一突起11的数量更多，因此，第二层5与第三层6的接合性得以提高，作为覆盖层3整体的耐久性也得以提高。

第一突起11和第二突起12的数量不一定需要用第一层4和第二层5的整体来进行评价，在图2所示那样的截面处进行评价即可。具体而言，如图2所示，在显示出10个以上的第一突起11的截面处，分别算出第一突起11和第二突起12的数量，将这些数量进行对比即可。

第一突起11和第二突起12分别是随着远离基体2而宽度变小的凸状。此时，在第二突起12的前端角比第一突起11的前端角更小的情况下，作为覆盖层3整体的耐久性也得以提高。这是因为：第一突起11的前端角相对较小，因而容易稳定地确保第二层5的厚度。另外，第二突起12的前端角相对较大，因而能够提高通过第二突起12锚固于第三层6的效果。

如图3所示，第一突起11和第二突起12的前端角可以评价在与基体2的表面正交的截面处第一突起11和第二突起12各自的前端部分的角度。需要说明的是，在图3中，将第一突起11的前端角示作θ1，将第二突起12的前端角示作θ2。如图3所示，在本实施方式中，θ1为钝角，θ2为锐角。

第一层4中包含的碳氮化钛的晶体、即第一晶体13包含在覆盖层3的厚度方向上细长的柱状晶体。本实施方式中的第一晶体13呈现孪晶结构，孪晶边界14朝向覆盖层3的厚度方向延伸。另外，第一突起11的顶部位于孪晶边界14上。

需要说明的是，在图3中，由于其为关键部放大图而未示出第一晶体13的整体，但第一层4中的第一晶体13在覆盖层3的厚度方向上是细长的。本实施方式中，柱状晶体是单纯在覆盖层3的厚度方向上细长的构成，是指平均晶体宽度相对于覆盖层3的厚度方向的长度之比平均为0.3以下的状态。因此，柱状晶体可以是与厚度方向正交的方向的宽度大致恒定的构成，也可以是与厚度方向正交的方向的宽度随着远离基体2而发生变化的构成。

在本实施方式中的第一层4的第一晶体13是平均高宽比为2以上的柱状晶体的情况下，第一层4的耐缺损性提高。需要说明的是，本实施方式中，平均高宽比用(晶体的平均长度)/(平均晶体宽度)表示。此处，平均长度是指覆盖层3的厚度方向上的尺寸的平均，平均晶体宽度是指与基体2平行的方向的尺寸，换言之，是与覆盖层3的厚度方向正交的尺寸的平均。

在第一晶体13的平均晶体宽度为100nm～800nm的情况下，第一层4的韧性得以提高，能够在第一层4中吸收施加至覆盖层3的冲击，因此，覆盖层3的耐缺损性提高。尤其是，在第一晶体13的平均晶体宽度为400nm～600nm的情况下，覆盖层3的耐缺损性进一步提高。

第二层5中包含的碳氮化钛的晶体、即第二晶体15呈现沿着覆盖层3的厚度方向延伸的构成。本实施方式中的第二层5通过已示出的成膜条件而形成在第一层4上，因此，多个第二晶体15沿着第一层4的上端形状而排列，分别沿着覆盖层3的厚度方向延伸。因此，第二层5具有与第一层4的上端形状对应地起伏的形状的部分。

此时，第二晶体15未以严格反映第一层4的上端形状的方式进行延伸。第一层4具有位于相邻的第一突起11之间的谷部，第二晶体15之中的位于第一层4的谷部上的第二晶体的一部分在覆盖层3的厚度方向上大幅延伸。因此，本实施方式中，第二突起12的数量比第一突起11的数量更多。

进而，在谷部上存在空隙16，第二晶体15可以位于该空隙16的正上方。存在容易延伸的倾向。因此，在多个谷部之中的至少1个谷部上存在多个空隙16的情况下，通过位于该空隙16的正上方的第二晶体15大幅延伸而能够增加第二突起12的数量。此时，空隙16存在于谷部上而不是第一突起11的顶部上的情况下，能够避免第一层4与第二层5的接合性大幅降低。

尤其是，在第二突起12位于多个空隙16之中的一半以上的空隙16的正上方的情况下，能够高效地增加第二突起12的数量，因此能够进一步提高第二层5与第三层6的接合性。此处，第二突起12位于空隙16的正上方是指：第二突起12的顶部位于将空隙16沿着覆盖层3的厚度方向拉伸而成的假想区域上。

空隙16的大小不限定于特定值，例如，如图3所示，在与基体2的表面正交的截面中，空隙16的面积平均值相当于直径为32～100nm的圆的面积的情况下，空隙16的大小为上述范围的情况下，增加第二突起12的效果高，且能够提高第一层4和第二层5等处的耐冲击性。

第一层4和第二层5分别含有碳氮化钛。此处，将第一层4中的碳相对于碳和氮的总含量的含有比率记作第一比率，将第二层5中的碳相对于碳和氮的总含量的含有比率记作第二比率。此时，在第二比率比第一比率更小的情况下，第一层4的硬度提高，且第二层5与第三层6的接合性提高。其结果，覆盖层3的耐磨损性和耐缺损性提高。

尤其是，在第一比率为0.3～0.57、第二比率为0.27～0.51的情况下，覆盖层3的耐磨损性和耐缺损性进一步提高。

在第一层4中的碳含量为15～29原子％、且氮含量为22～35原子％的情况下，更具体而言，在钛为45～60原子％、碳为15～29原子％、氮为22～35原子％的情况下，覆盖层3的耐磨损性和耐缺损性进一步提高。作为不可避免的杂质，第一层4可以含有0.5原子％以下的氧。

另外，在第二层5中的碳含量为13～24原子％、且氮含量为23～35原子％的情况下，更具体而言，在钛为48～60原子％、碳为13～24原子％、氮为23～35原子％的情况下，能够提高第二层5的强度，且进一步提高第二层5与第三层6之间的接合性。作为不可避免的杂质，第二层5可以含有1～10原子％的氧。

此处，在第一层4和第二层5含有氧、且第二层5中的氧含量比第一层4中的氧含量更多的情况下，能够更容易地形成空隙16。

第一层4和第二层5中的碳和氮的含量可以使用透射电子显微镜(TEM)所附带的能量分散型X射线分光器(EDS)来进行测定。

第一层4与第二层5可以直接接合，但为了提高这些层的接合性，覆盖层3也可以具有位于第一层4与第二层5之间、含有构成第一层4和第二层5的成分的第一中间层17。

本实施方式中的第一中间层17以30～70原子％比例含有钛、以24～30原子％的比例含有碳、以16～23原子％的比例含有氮、以2～5原子％的比例含有氧。在第一中间层17的组成为上述组成的情况下，能够形成空隙16。

另外，第一层4中的第一晶体13为孪晶结构的情况下，第一中间层17和第二层5中的碳氮化钛的晶体为孪晶结构，且第一层4、第二层5和第一中间层17中的晶体的孪晶边界14连续时，第一层4、第二层5和第一中间层17的结合性进一步提高。

另外，第二层5与第三层6可以直接接合，也可以在第二层5与第三层6之间具有第二中间层18，所述第二中间层18含有构成第二层5和第三层6的成分。满足这种构成时，覆盖层3的接合性进一步提高。

在第二中间层18以30～70原子％的比例含有钛、以0～70原子％的比例含有碳、以0～35原子％比例含有氮、以3～20原子％的比例含有氧的情况下，第二层5与第三层6的密合性提高，且容易使第三层6中的氧化铝的晶体成为α型晶体结构。

在第二中间层18具有向第三层6突出的多个针状晶体19的情况下，第二中间层18与第三层6的密合性提高，因此，工具1的耐缺损性提高。

需要说明的是，本实施方式中，针状晶体19是指：高宽比为3以上且尖端变细的形状。此处，高宽比是指：(针状晶体19的长度)/(针状晶体19的长度中间处的与针状晶体19的延伸方向垂直的方向的宽度)。

针状晶体19的数量没有特别限定，在每1个第一突起11平均存在3个以上的针状晶体19的情况下，能够稳定地提高第二中间层18与第三层6的密合性。另外，在针状晶体19的长度为20nm～300nm、尤其是针状晶体19的平均长度为40nm～100nm的情况下，能够提高通过针状晶体19锚固于第三层6的效果。另外，在多个针状晶体19之中的80数量％以上的针状晶体19沿着皮肤层的厚度方向进行延伸、或者沿着相对于该厚度方向10°以内的倾斜角度进行延伸的情况下，第二中间层18与第三层6的密合性进一步提高。

另外，在第二中间层18的厚度为10nm～40nm的情况下，在确保第二中间层18的强度的同时，容易使第三层6中的氧化铝的晶体成为α型晶体结构。此处，第二中间层18的厚度是指除了针状晶体19之外的部分处的厚度。需要说明的是，由于存在针状晶体19的区域与不存在针状晶体19的区域之间存在有拐点，因此可容易地判定这些区域的边界，能够评价除了针状晶体19之外的部分处的第二中间层18的厚度。另外，通过判定上述拐点，也能够容易地评价针状晶体19的长度。

本实施方式中的覆盖层3中，在具有上述第一层4、第二层5、第三层6、第一中间层17和第二中间层18的基础上，还具有基底层20和表层21。

基底层20位于基体2与第一层4之间，是覆盖层3中的最下层。基底层20含有氮化钛(TiN)或碳氮化钛。在覆盖层3具有基底层20的情况下，会抑制基体2的成分过度扩散至第一层4。因此，第一层4中的第一晶体13的缺陷受到抑制，能够提高第一层4的强度。作为基底层20的厚度，可以设定为例如0.1μm～1μm。

表层21位于第三层6之上，是覆盖层3中的最上层。作为表层21的材质，可列举出例如氮化钛、碳氮化钛、碳氮氧化钛(TiCNO)和氮化铬(CrN)等。在覆盖层3具有含上述材质的表层21的情况下，覆盖层3的耐磨损性提高。另外，由于上述材质是有色的，因此，在覆盖层3含有表层21的情况下，能够容易地判定是否使用了切削刃10。作为表层21的厚度，可以设定为例如0.1μm～3μm。

需要说明的是，覆盖层3具有第一中间层17、第二中间层18、基底层20和表层21不是必要的，也可以省略这些层中的一部分或全部。

覆盖层3中的各层厚度可以如下评价：在存在3个以上的第一突起11的视野内，等间隔地设定10处以上的测量点，在这些测量点处进行厚度的测定，并通过测定结果的平均值来进行评价。

覆盖层3中的各层的结构、厚度和晶体的形状等可通过观察工具1的截面处的电子显微镜照片(扫描电子显微镜(SEM)照片或透射电子显微镜(TEM)照片)来测定。各晶体的平均晶体宽度是求出各晶体的厚度方向的长度的中间长度处的与基体2的表面平行的方向的宽度，并将其平均而得的值。

作为构成基体2的材质，可列举出硬质合金、陶瓷和金属。作为硬质合金，可以是例如含有碳化钨(WC)和钴(Co)、镍(Ni)等铁系金属的超硬合金。作为其它硬质合金，可以是例如含有碳氮化钛、以及钴和镍等铁系金属的Ti基金属陶瓷。作为陶瓷，可列举出例如氮化硅(Si₃N₄)、氧化铝、金刚石和立方氮化硼(cBN)。作为金属，可列举出例如碳钢、高速钢和合金钢。上述材质之中，在基体2由超硬合金或金属陶瓷形成的情况下，能够提高基体2的耐缺损性和耐磨损性。

本实施方式的工具1将在前刀面与后刀面相交的部分中的至少一部分处形成的切削刃10抵接至被切削物来进行切削加工，能够发挥出上述的优异效果。另外，作为覆盖工具，除了本实施方式的切削工具之外，还可应用于滑动部件、模具等耐磨部件；挖掘工具、刀具等工具；耐冲击部件等各种用途，在该情况下也具有优异的机械可靠性。

接着，对于本实施方式所述的覆盖工具的制造方法，以工具1的制造方法的一例作为参考进行说明。

首先，向通过烧成而能够形成会成为基体2的硬质合金的选自碳化物、氮化物、碳氮化物和氧化物等中的无机物粉末中适当添加金属粉末、碳粉末等并混合，从而制作混合粉末。接着，使用公知的成形方法将该混合粉末成形为规定的工具形状，从而制作成形体。作为成形方法，可列举出例如加压成形、铸造成形、挤出成形和冷等静压加压成形等。通过将上述成形体在真空中或非氧化性气氛中进行烧成而制作基体2。需要说明的是，根据需要，也可以对基体2的表面实施研磨加工和珩磨加工。

接着，通过化学气相蒸镀(CVD)法将覆盖层3成膜在基体2的表面。

首先，成膜基底层20。向氢气(H₂)中混合0.5～10体积％的四氯化钛气体和10～60体积％的氮气，制作被用作反应气体的第一混合气体。将第一混合气体导入至腔室内，成膜含有氮化钛的基底层20。

接着，成膜第一层4。向氢气中混合0.5～10体积％的四氯化钛气体、5～60体积％的氮气和0.1～3体积％的乙腈气体，制作第二混合气体。将第二混合气体导入至腔室内，成膜含有MT-碳氮化钛的第一层4。

接着，成膜第一中间层17。向氢气中混合3体积％～30体积％的四氯化钛气体、3体积％～15体积％的甲烷气体、5体积％～10体积％的氮气和0.5体积％～10体积％的二氧化碳(CO₂)气体，制作第三混合气体。将第三混合气体导入至腔室内，成膜第一中间层17。由于第三混合气体中含有二氧化碳气体，因而容易形成空隙16。

需要说明的是，在不成膜第一中间层17的情况下，在成膜第一层4后，将成膜腔室暂时冷却并将试样取出至大气中，其后，再次将试样置于成膜腔室内，将成膜腔室加热，也可以成膜第二层。由此，明确地表现出第一层4与第二层5的界面。

接着，成膜第二层5。向氢气中混合1～4体积％的四氯化钛气体、5～20体积％的氮气、0.1～10体积％的甲烷气体和0.5体积％～10体积％的二氧化碳气体，制作第四混合气体。将第四混合气体导入至腔室内，成膜含有HT-碳氮化钛的第二层5。

此时，在使成膜初期的二氧化碳气体的含有比率高于成膜后期的情况下，第一层4中的谷部上容易形成空隙16，并且，能够减少第二层5中的第二晶体15的缺陷。

接着，成膜第二中间层18。向氢气中混合3～15体积％的四氯化钛气体、3～10体积％的甲烷气体、3～25体积％的氮气和0.5～2体积％的一氧化碳(CO)气体，制作第五混合气体。将第五混合气体导入至腔室内，成膜第二中间层18。

接着，成膜第三层6。将成膜温度设为950℃～1100℃，将气压设为5kPa～20kPa，反应气体的组成为：向氢气中混合5体积％～15体积％的三氯化铝(AlCl₃)气体、0.5体积％～2.5体积％的氯化氢(HCl)气体、0.5体积％～5.0体积％的二氧化碳气体和0体积％～1体积％的硫化氢(H₂S)气体，制作第六混合气体。将第六混合气体导入至腔室内，成膜第三相6。

接着，成膜表层21。向氢气中混合0.1～10体积％的四氯化钛气体和10～60体积％的氮气，制作第七混合气体。将第七混合气体导入至腔室内，成膜表层21。

其后，根据需要，对已成膜的覆盖层3的表面处的切削刃10所位于的部分进行研磨加工。在进行了这种研磨加工的情况下，容易抑制被切削材料熔合于切削刃10，因此成为耐缺损性更优异的工具1。

实施例

首先，制作含有6质量％的平均粒径1.2μm的金属钴粉末、0.5质量％的平均粒径2μm的碳化钛(TiC)粉末和5质量％的平均粒径2μm的碳化铌(NbC)粉末，且余量为平均粒径1.5μm的碳化钨粉末的混合粉末。利用加压成形，制作将上述混合粉末成形为四角板形状而得的成形体。对成形体实施脱粘结剂处理后，在1500℃、0.01Pa的真空中烧成1小时，从而制作基体。其后，对所制作的基体实施刷洗加工，对工具中成为切削刃的部分实施R珩磨。

接着，对于上述基体，通过化学气相蒸镀法，在表1的成膜条件下成膜覆盖层。表1～4中，各化合物用化学符号表示。结果示于表2～4。

对于上述试样，进行包括覆盖层在内的截面的SEM观察，测定各层的厚度和第一层中的第一晶体的平均晶体宽度。另外，在上述截面之中的第二中间层附近进行TEM观察，测定各层的厚度、第一突起和第二突起的平均宽度、平均高度和个数、空隙的个数和大小、以及中间层中的针状晶体的个数和平均长度。另外，利用EDS(Energy Dispersive x-raySpectroscopy)，分析第一层、第一中间层、第二层和第二中间层的组成。需要说明的是，第一突起、第二突起和空隙的个数用换算成与覆盖层的厚度方向垂直的宽度方向的每1μm长度中的个数而得的数值来表示。另外，空隙的大小用将利用显微镜观察的空隙面积换算成圆时的直径的平均值(直径d)来表示。

接着，使用所得的切削工具，进行连续切削试验和断续切削试验，评价耐磨损性和耐缺损性。连续切削试验和断续切削试验后通过基于下述条件的旋削加工来进行。将结果示于表4。

(连续切削条件)

被切削材料：球墨铸铁(FCD700)

切削速度：300m/分钟

进给速度：0.3mm/rev

切入深度：1.5mm

切削时间：6分钟

其它：使用水溶性切削液

评价项目：利用扫描电子显微镜来观察刀尖珩磨部分，在实际已磨损的部分处，测定后刀面的侧面磨损宽度。

(断续切削条件)

被切削材料：球墨铸铁(FCD700带8个槽的钢材)

工具形状：CNMG120408

切削速度：150m/分钟

进给速度：0.3mm/rev

切入深度：1.5mm

其它：使用水溶性切削液

评价项目：测定导致缺损的冲击次数。

[表1]

[表2]

*1在自第一层中的第二层侧的界面起至2μm深的位置处存在空隙集中的带。

[表3]

[表4]

根据表1～4的结果，在第一层具有第一突起、第一层的谷部上存在空隙、第二层具有第二突起、第二突起的数量比第一突起的数量更多的试样No.1～6中，侧面磨损宽度小、冲击次数超过6000次。需要说明的是，任意试样均在50％以上的空隙的正上方生成了第二突起。

附图标记说明

1 切削工具(工具)

2 基体

3 覆盖层

4 第一层

5 第二层

6 第三层

7 第一面

8 第二面

9 第三面

10 切削刃

11 第一突起

12 第二突起

13 第一晶体体

14 孪晶边界

15 第二晶体体

16 空隙

17 第一中间层

18 第二中间层

19 针状突起

20 基底层

21 表层

Claims

1.一种覆盖工具，其具备基体和位于该基体的表面的覆盖层，

所述覆盖层具有位于所述基体上的第一碳氮化钛层、位于该第一碳氮化钛层上的第二碳氮化钛层、以及位于该第二碳氮化钛层上的氧化铝层，

所述第一碳氮化钛层具有向所述氧化铝层一侧突出的多个第一突起，

所述第二碳氮化钛层具有向所述氧化铝层一侧突出的多个第二突起，

所述第二突起的数量比所述第一突起的数量更多。

2.根据权利要求1所述的覆盖工具，其中，在与所述基体的表面正交的截面中，所述第二突起的前端角比所述第一突起的前端角更小。

3.根据权利要求1或2所述的覆盖工具，其中，所述第一碳氮化钛层在位于相邻的所述第一突起之间的谷部处存在空隙，

所述第二突起位于该空隙的正上方。

4.根据权利要求3所述的覆盖工具，其中，所述空隙存在多个，在与所述基体的表面正交的截面中，所述空隙的面积的平均值相当于直径为32nm～100nm的圆的面积。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的覆盖工具，其中，将所述第一碳氮化钛层中的碳相对于碳和氮的总含量的含有比率记作第一比率，将所述第二碳氮化钛层中的碳相对于碳和氮的总含量的含有比率记作第二比率时，所述第二比率比所述第一比率更小。

6.根据权利要求5所述的覆盖工具，其中，所述第一比率为0.3～0.57，所述第二比率为0.27～0.51。

7.根据权利要求5或6所述的覆盖工具，其中，所述第一碳氮化钛层中的碳含量为15原子％～29原子％、且氮含量为22原子％～35原子％，

所述第二碳氮化钛层中的碳含量为13原子％～24原子％、且氮含量为23原子％～35原子％。

8.根据权利要求1～7中任一项所述的覆盖工具，其中，所述第一碳氮化钛层具有平均高宽比为2以上的碳氮化钛晶体的柱状晶体。

9.根据权利要求1～8中任一项所述的覆盖工具，其中，所述第一碳氮化钛层的厚度为2μm～15μm。

10.根据权利要求1～9中任一项所述的覆盖工具，其中，所述第二碳氮化钛层的厚度为30nm～900nm。

11.根据权利要求1～10中任一项所述的覆盖工具，其中，所述覆盖层还具有位于所述第一碳氮化钛层与所述第二碳氮化钛层之间的第一中间层，

该第一中间层以30原子％～70原子％的比例含有钛、以24原子％～30原子％的比例含有碳、以16原子％～23原子％的比例含有氮、以2原子％～5原子％的比例含有氧。

12.根据权利要求1～11中任一项所述的覆盖工具，其中，所述覆盖层还具有位于所述第二碳氮化钛层与所述氧化铝层之间的第二中间层，

该第二中间层以30原子％～70原子％的比例含有钛、以0原子％～70原子％的比例含有碳、以0原子％～35原子％的比例含有氮、以3原子％～20原子％的比例含有氧。

13.根据权利要求12所述的覆盖工具，其中，所述第二中间层具有向所述氧化铝层突出的针状晶体。

14.根据权利要求13所述的覆盖工具，其中，所述第二中间层中的除了所述针状晶体之外的部分的厚度为10nm～40nm。

15.根据权利要求1～14中任一项所述的覆盖工具，其中，所述第一碳氮化钛层和所述第二碳氮化钛层之中，至少所述第一碳氮化钛层含有氧，

存在于所述第二碳氮化钛层中的氧含量比存在于所述第一碳氮化钛层中的氧含量更多。