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CN117120191A - 切削工具 - Google Patents

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CN117120191A
CN117120191A CN202280025977.1A CN202280025977A CN117120191A CN 117120191 A CN117120191 A CN 117120191A CN 202280025977 A CN202280025977 A CN 202280025977A CN 117120191 A CN117120191 A CN 117120191A
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CN
China
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region
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titanium compound
less
particles
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Application number
CN202280025977.1A
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引地将仁
奥野晋
山西贵翔
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
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Publication date
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Abstract

一种切削工具，其中，所述切削工具具备基材和配置于所述基材上的覆膜，所述覆膜包含配置于所述基材之上的钛化合物层和配置于所述钛化合物层的正上方的α‑Al2O3层，所述α‑Al2O3层由多个α‑Al2O3颗粒构成，所述α‑Al2O3层包含区域A1以及区域A2，所述区域A1是被夹在假想面SA2与假想面SA3之间的区域，所述假想面SA2是从所述钛化合物层与所述α‑Al2O3层的界面P1向所述覆膜的表面侧的距离为0.5μm的假想面，所述假想面SA3是从所述界面P1向所述覆膜的表面侧的距离为1.0μm的假想面，所述区域A2是被夹在所述界面P1与假想面SA1之间的区域，所述假想面SA1是从所述界面P1向所述覆膜的表面侧的距离为0.3μm的假想面，所述钛化合物层由多个钛化合物颗粒构成，所述钛化合物颗粒为选自由TiCN颗粒、TiCNO颗粒、TiAlCN颗粒以及TiAlCNO颗粒组成的群组中的一种，所述钛化合物层包含区域B1以及区域B2，所述区域B1是被夹在假想面SB2与假想面SB3之间的区域，所述假想面SB2是从所述界面P1向所述基材侧的距离为0.5μm的假想面，所述假想面SB3是从所述界面P1向所述基材侧的距离为1.0μm的假想面，所述区域B2是被夹在所述界面P1与假想面SB1之间的区域，所述假想面SB1是从所述界面P1向所述基材侧的距离为0.3μm的假想面，所述区域A1中的所述α‑Al2O3颗粒的平均粒径a1、所述区域A2中的所述α‑Al2O3颗粒的平均粒径a2、所述区域B1中的所述钛化合物颗粒的平均粒径b1、以及所述区域B2中的所述钛化合物颗粒的平均粒径b2示出下述式1至式3的关系，0.80≤a2/b2≤1.27式11.50≤a1/a2≤10式21.45≤b1/b2≤5式3所述平均粒径b1为0.10μm以上且0.50μm以下。

Description

切削工具
技术领域
本公开涉及一种切削工具。
背景技术
一直以来，使用在基材上形成有覆膜的切削工具。具有α型晶体结构的氧化铝(以下也记为“α-Al2O3”)的机械特性优异，因此被用作覆膜材料(专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012-96303号公报
发明内容
本公开的切削工具具备基材和配置于所述基材上的覆膜，
所述覆膜包含配置于所述基材之上的钛化合物层和配置于所述钛化合物层的正上方的α-Al2O3层，
所述α-Al2O3层由多个α-Al2O3颗粒构成，
所述α-Al2O3层包含区域A1以及区域A2，
所述区域A1是被夹在假想面SA2与假想面SA3之间的区域，所述假想面SA2是从所述钛化合物层与所述α-Al2O3层的界面P1向所述覆膜的表面侧的距离为0.5μm的假想面，所述假想面SA3是从所述界面P1向所述覆膜的表面侧的距离为1.0μm的假想面，
所述区域A2是被夹在所述界面P1与假想面SA1之间的区域，所述假想面SA1是从所述界面P1向所述覆膜的表面侧的距离为0.3μm的假想面，
所述钛化合物层由多个钛化合物颗粒构成，
所述钛化合物颗粒为选自由TiCN颗粒、TiCNO颗粒、TiAlCN颗粒以及TiAlCNO颗粒组成的群组中的一种，
所述钛化合物层包含区域B1以及区域B2，
所述区域B1是被夹在假想面SB2与假想面SB3之间的区域，所述假想面SB2是从所述界面P1向所述基材侧的距离为0.5μm的假想面，所述假想面SB3是从所述界面P1向所述基材侧的距离为1.0μm的假想面，
所述区域B2是被夹在所述界面P1与假想面SB1之间的区域，所述假想面SB1是从所述界面P1向所述基材侧的距离为0.3μm的假想面，
所述区域A1中的所述α-Al2O3颗粒的平均粒径a1、所述区域A2中的所述α-Al2O3颗粒的平均粒径a2、所述区域B1中的所述钛化合物颗粒的平均粒径b1、以及所述区域B2中的所述钛化合物颗粒的平均粒径b2示出下述式1至式3的关系，
0.80≤a2/b2≤1.27 式1
1.50≤a1/a2≤10 式2
1.45≤b1/b2≤5 式3
所述平均粒径b1为0.10μm以上且0.50μm以下。
附图说明
图1是表示实施方式1所涉及的切削工具的剖面的一个例子的示意图。
图2是表示实施方式1所涉及的切削工具的剖面的另一个例子的示意图。
图3是对α-Al2O3颗粒的粒径以及钛化合物颗粒的粒径的测定方法进行说明的图。
图4是对α-Al2O3颗粒的粒径以及钛化合物颗粒的粒径的测定方法进行说明的图。
具体实施方式
[本公开所要解决的问题]
α-Al2O3层的机械特性优异，但要求进一步提高与其他层的紧贴性以及耐缺损性。在专利文献1中，为了提高切削工具的耐崩裂性以及耐剥离性，在下部层(钛化合物层)与上部层(α-Al2O3层)的界面，将钛化合物层侧的晶粒的数量a1与α-Al2O3层侧的晶粒的数量b1的比率b1/a1调整为0.8<b1/a1<1.2。在专利文献1中，为了进行该调整，在对钛化合物层进行前处理后，形成α-Al2O3层。因此，在钛化合物层的上述界面附近形成组成与钛化合物层的主体部分不同的层，在该组成不同的层中，紧贴力降低，容易产生剥离，无法得到充分的工具寿命。因此，在包含α-Al2O3层作为覆膜的切削工具中，要求进一步提高工具寿命。
因此，本公开的目的在于提供一种包含α-Al2O3层作为覆膜的切削工具，其具有较长的工具寿命。
[本公开的效果]
本公开的切削工具包含α-Al2O3层作为覆膜，能够具有较长的工具寿命。
[本公开的实施方式的说明]
首先列举本公开的实施方式进行说明。
(1)本公开的切削工具具备基材和配置于所述基材上的覆膜，
所述覆膜包含配置于所述基材之上的钛化合物层和配置于所述钛化合物层的正上方的α-Al2O3层，
所述α-Al2O3层由多个α-Al2O3颗粒构成，
所述α-Al2O3层包含区域A1以及区域A2，
所述区域A1是被夹在假想面SA2与假想面SA3之间的区域，所述假想面SA2是从所述钛化合物层与所述α-Al2O3层的界面P1向所述覆膜的表面侧的距离为0.5μm的假想面，所述假想面SA3是从所述界面P1向所述覆膜的表面侧的距离为1.0μm的假想面，
所述区域A2是被夹在所述界面P1与假想面SA1之间的区域，所述假想面SA1是从所述界面P1向所述覆膜的表面侧的距离为0.3μm的假想面，
所述钛化合物层由多个钛化合物颗粒构成，
所述钛化合物颗粒为选自由TiCN颗粒、TiCNO颗粒、TiAlCN颗粒以及TiAlCNO颗粒组成的群组中的一种，
所述钛化合物层包含区域B1以及区域B2，
所述区域B1是被夹在假想面SB2与假想面SB3之间的区域，所述假想面SB2是从所述界面P1向所述基材侧的距离为0.5μm的假想面，所述假想面SB3是从所述界面P1向所述基材侧的距离为1.0μm的假想面，
所述区域B2是被夹在所述界面P1与假想面SB1之间的区域，所述假想面SB1是从所述界面P1向所述基材侧的距离为0.3μm的假想面，
所述区域A1中的所述α-Al2O3颗粒的平均粒径a1、所述区域A2中的所述α-Al2O3颗粒的平均粒径a2、所述区域B1中的所述钛化合物颗粒的平均粒径b1、以及所述区域B2中的所述钛化合物颗粒的平均粒径b2示出下述式1至式3的关系，
0.80≤a2/b2≤1.27 式1
1.50≤a1/a2≤10 式2
1.45≤b1/b2≤5 式3
所述平均粒径b1为0.10μm以上且0.50μm以下。
本公开的切削工具包含α-Al2O3层作为覆膜，能够具有较长的工具寿命。
(2)优选地，所述区域B1中的所述碳的原子数相对于碳、氮以及氧的原子数的合计的比例R1与所述区域B2中的所述碳的原子数相对于碳、氮以及氧的原子数的合计的比例R2之比R1/R2为0.9以上且1.1以下，
所述区域B1中的所述碳和所述氮的原子数的合计相对于碳、氮以及氧的原子数的合计的比例R3为0.8以上且1.0以下，
所述区域B2中的所述碳和所述氮的原子数的合计相对于碳、氮以及氧的原子数的合计的比例R4为0.8以上且1.0以下。
由此，钛化合物层的组成在整体上大致均匀，在钛化合物层的内部，可抑制由组成的变化引起的界面的产生。因此，可抑制在覆膜中以界面为起点的龟裂的产生，从而提高了切削工具的耐剥离性。
(3)优选地，所述平均粒径a1与所述平均粒径b1之比a1/b1为1.50以上且5以下，
所述平均粒径a1为0.40μm以上且1.00μm以下。
由此，切削工具的耐缺损性提高。
(4)优选地，所述钛化合物层的平均厚度为1.0μm以上且15μm以下，
所述α-Al2O3层的平均厚度为1.0μm以上且15μm以下。
由此，切削工具的耐磨损性、耐缺损性以及耐剥离性提高。
(5)优选地，所述α-Al2O3层在取向性指数TC(hkl)中，TC(0 0 12)为3以上。
由此，α-Al2O3层能够具有优异的耐磨损性。因此，切削工具能够具有较长的工具寿命。
(6)优选地，所述覆膜包含配置于所述基材与所述钛化合物层之间的TiN层。
由此，覆膜能够具有优异的耐磨损性以及耐缺损性。
[本公开的实施方式的详细内容]
以下，参照附图对本公开的切削工具的具体例进行说明。在本公开的附图中，相同的附图标记表示相同部分或相当部分。另外，长度、宽度、厚度、深度等尺寸关系为了附图的清晰化和简化而适当变更，未必表示实际的尺寸关系。
在本说明书中，“A～B”这样的形式的表述是指范围的上限下限(即A以上且B以下)，在A中没有单位的记载、仅在B中记载有单位的情况下，A的单位与B的单位相同。
在本说明书中，在以化学式表示化合物等的情况下，在不特别限定原子比时，包含以往公知的所有原子比，不一定仅限定于化学计量范围的原子比。例如在记载为“TiCN”的情况下，构成TiCN的原子数之比包含以往公知的所有原子比。
在本公开中，作为数值范围下限以及上限，在分别记载有一个以上的数值的情况下，也公开了下限所记载的任意的一个数值与上限所记载的任意的一个数值的组合。例如，在作为下限记载了a1以上、b1以上、c1以上，作为上限记载了a2以下、b2以下、c2以下的情况下，公开了a1以上且a2以下、a1以上且b2以下、a1以上且c2以下、b1以上且a2以下、b1以上且b2以下、b1以上且c2以下、c1以上且a2以下、c1以上且b2以下、c1以上且c2以下。
[实施方式1：切削工具]
本公开的一个实施方式(以下，也记为“本实施方式”)的切削工具是具备基材和配置于该基材上的覆膜的切削工具，
该覆膜包含配置于该基材上的钛化合物层和配置于该钛化合物层的正上方的α-Al2O3层，
该α-Al2O3层由多个α-Al2O3颗粒构成，
该α-Al2O3层包含区域A1以及区域A2，
该区域A1是被夹在假想面SA2与假想面SA3之间的区域，该假想面SA2从该钛化合物层与该α-Al2O3层的界面P1向该覆膜的表面侧的距离为0.5μm，该假想面SA3从该界面P1向该覆膜的表面侧的距离为1.0μm，
该区域A2是被夹在该界面P1与假想面SA1之间的区域，该假想面SA1从该界面P1向该覆膜的表面侧的距离为0.3μm，
该钛化合物层由多个钛化合物颗粒构成，
该钛化合物颗粒为选自由TiCN颗粒、TiCNO颗粒、TiAlCN颗粒以及TiAlCNO颗粒组成的群组中的一种，
该钛化合物层包含区域B1以及区域B2，
该区域B1是被夹在假想面SB2与假想面SB3之间的区域，该假想面SB2从该界面P1向该基材侧的距离为0.5μm，该假想面SB3从该界面P1向该基材侧的距离为1.0μm，
该区域B2是被夹在该界面P1与假想面SB1之间的区域，该假想面SB1从该界面P1向该基材侧的距离为0.3μm，
该区域A1中的该α-Al2O3颗粒的平均粒径a1、该区域A2中的该α-Al2O3颗粒的平均粒径a2、该区域B1中的该钛化合物颗粒的平均粒径b1、以及该区域B2中的该钛化合物颗粒的平均粒径b2示出下述式1至式3的关系，
0.80≤a2/b2≤1.27 式1
1.50≤a1/a2≤10 式2
1.45≤b1/b2≤5 式3
该平均粒径b1为0.1μm以上且0.5μm以下。
本实施方式的切削工具是包含α-Al2O3层作为覆膜的切削工具，能够具有较长的工具寿命。其理由尚不明确，但推测如以下(i)～(iv)所述。
(i)在本实施方式的切削工具中，α-Al2O3层的区域A2的平均粒径a2与钛化合物层的区域B2的平均粒径b2之比a2/b2为0.80以上且1.27以下。即，在α-Al2O3层与钛化合物层的界面附近，平均粒径a2与平均粒径b2之差小。因此，可抑制由区域A2与区域B2之间的粒径差引起的界面的产生。在该切削工具的覆膜中，成为龟裂的起点的界面的产生得到抑制，因此区域A2与区域B2之间的紧贴力大，切削工具具有优异的耐剥离性以及耐缺损性。
(ii)在本实施方式的切削工具中，由于α-Al2O3层的区域A1的平均粒径a1与区域A2的平均粒径a2之比a1/a2为1.50以上，相对于平均粒径a2，平均粒径a1较大，因此在区域A1以及区域A2中，龟裂不易相对于覆膜的厚度方向进展，切削工具具有优异的耐缺损性。
(iii)在本实施方式的切削工具中，钛化合物层的区域B1的平均粒径b1与区域B2的平均粒径b2之比b1/b2为1.45以上，相对于平均粒径b2，平均粒径b1较大，因此在区域B1以及区域B2中，龟裂不易相对于覆膜的厚度方向进展，切削工具具有优异的耐缺损性。另外，b1/b2为5以下，平均粒径b1与平均粒径b2之差小，因此可抑制由粒径差引起的界面的产生。
(iv)在本实施方式的切削工具中，由于钛化合物层的区域B1的平均粒径b1为0.10μm以上，因此可抑制来自工具表面的龟裂进展，切削工具具有优异的耐缺损性。由于平均粒径b1为0.50μm以下，因此钛化合物层的硬度提高，切削工具具有优异的耐磨损性。
<切削工具的构成>
如图1所示，本实施方式的切削工具1具备基材10和配置于该基材10上的覆膜15，该覆膜15包含α-Al2O3层11以及钛化合物层14。优选覆膜15将基材的前刀面的参与切削的部分的至少一部分覆盖，优选将基材的参与切削的部分的至少一部分覆盖，进一步优选将基材的整个表面覆盖。基材的参与切削的部分是指基材表面上距刀尖棱线的距离为1.5mm以内的区域。即使基材的一部分未被该覆膜覆盖或者覆膜的构成局部不同，也不脱离本公开的范围。
<切削工具的用途>
本公开的切削工具例如可以为钻头、立铣刀(例如，球头立铣刀)、钻头用可转位切削刀片、立铣刀用可转位切削刀片、铣削加工用可转位切削刀片、车削加工用可转位切削刀片、金工锯、齿轮切割工具、铰刀、丝锥等。
<基材>
基材10包含前刀面和后刀面，作为这种基材，只要是以往公知的基材，则均可以使用。例如，优选为硬质合金(例如，WC-Co系硬质合金等WC基硬质合金，该硬质合金能够包含Ti、Ta、Nb等碳氮化物)、金属陶瓷(以TiC、TiN、TiCN等为主成分)、高速钢、陶瓷(碳化钛、碳化硅、氮化硅、氮化铝、氧化铝等)、立方晶型氮化硼烧结体或金刚石烧结体中的任一种。
在这些各种基材中，优选选择硬质合金(尤其是WC基硬质合金)或金属陶瓷(尤其是TiCN基金属陶瓷)。这些基材在高温下的硬度与强度的平衡优异，作为上述用途的切削工具的基材具有优异的特性。在使用WC基硬质合金作为基材的情况下，其组织中可以包含游离碳以及被称为η相或ε相的异常层等。
进一步地，基材的表面可以被改性。例如在硬质合金的情况下，可以在其表面形成脱β层，在金属陶瓷的情况下，可以形成表面硬化层。基材即使其表面被改性也显示出所期望的效果。
在切削工具为可转位切削刀片等的情况下，基材可以具有断屑器，也可以不具有断屑器。刀尖棱线部的形状可以采用锐边(前刀面与后刀面交叉的棱)、珩磨(对锐边赋予圆角)、负刃带(进行倒角)、或珩磨与负刃带组合等中的任一种。
<覆膜>
《覆膜的构成》
如图1所示，覆膜15包含钛化合物层14和配置于该钛化合物层14的正上方的α-Al2O3层11。在α-Al2O3层以及钛化合物层的基础上，覆膜还可以包含其他层。
如图2所示，切削工具1的覆膜15可以还包含配置于基材10与钛化合物层14之间的TiN层12。另外，可以包含配置于α-Al2O3层11上的表面层13。在后面叙述TiN层以及表面层的详细内容。
从提高耐磨损性的观点出发，配置于基材上的覆膜整体的平均厚度的下限优选为2μm以上、3μm以上、5μm以上、8μm以上、10μm以上、11μm以上、16μm以上、20μm以上、23μm以上。覆膜整体的平均厚度的下限特别优选为11μm以上、16μm以上、20μm以上。从提高耐剥离性的观点出发，覆膜整体的平均厚度的上限优选为23μm以下、20μm以下、16μm以下。覆膜整体的平均厚度优选为11μm以上且23μm以下、16μm以上且23μm以下、20μm以上且23μm以下。
上述覆膜的厚度，例如通过得到与基材的表面的法线方向平行的剖面样品，用扫描透射型电子显微镜(STEM：Scanning Transmission Electron Microscopy)对该样品进行观察来测定。作为扫描透射型电子显微镜，例如可列举为日本电子株式会社制造的JEM-2100F(商品名)。
在本说明书中提到“厚度”的情况下，该厚度是指平均厚度。具体而言，将剖面样品的观察倍率设为5000倍，在电子显微镜图像中设定(与基材表面平行的方向30μm)×(包含覆膜的厚度整体的距离)的矩形的测定视野，在该视野中对十处位置的厚度幅度进行测定，将其平均值作为“厚度”。对于下述所记载的α-Al2O3层、钛化合物层、TiN层以及表面层的平均厚度，也同样地进行测定而算出。
此外，确认了即使在同一试样中任意地选择包含前刀面上的覆膜或后刀面上的覆膜的多个测定视野并在该测定视野中进行上述测定，计算出上述平均厚度，也能够得到同样的结果。
<α-Al2O3层>
《α-Al2O3层的构成》
在本实施方式中，α-Al2O3层由多个α-Al2O3(晶体结构为α型的氧化铝)颗粒构成。即，α-Al2O3层由多晶的α-Al2O3构成。α-Al2O3层只要发挥本实施方式的效果，则可以包含不可避免的杂质等。作为该不可避免的杂质，可列举为氯(Cl)。α-Al2O3层的不可避免的杂质的含有率优选为3质量％以下。α-Al2O3层的不可避免的杂质的含有率通过二次离子质谱法(SIMS)来进行测定。
如图1所示，α-Al2O3层11包含区域A1以及区域A2。在本说明书中，区域A1以及区域A2被定义为以下的区域。
区域A1是被夹在假想面SA2与假想面SA3之间的区域，假想面SA2从钛化合物层14与α-Al2O3层11之间的界面P1向覆膜15的表面P2侧的距离为0.5μm，假想面SA3从界面P1向覆膜15的表面P2侧的距离为1.0μm。假想面SA2以及假想面SA3包含在区域A1内。
区域A2是被夹在界面P1与假想面SA1之间的区域，假想面SA1从界面P1向覆膜15的表面P2侧的距离为0.3μm。假想面SA1包含在区域A2内，界面P1不包含在区域A2内。
《α-Al2O3颗粒的平均粒径》
在本实施方式中，从抑制来自工具表面的龟裂进展并提高耐缺损性的观点出发，区域A1中的α-Al2O3颗粒的平均粒径a1的下限优选为0.40μm以上、0.42μm以上、0.45μm以上、0.50μm以上。从抑制与区域A2的α-Al2O3颗粒的平均粒径a2的粒径差引起的界面的产生、抑制以该界面为起点的龟裂进展、提高耐缺损性的观点出发，平均粒径a1的上限优选为1.00μm以下、0.95μm以下、0.90μm以下、0.85μm以下、0.80μm以下。平均粒径a1优选为0.40μm以上且1.00μm以下、0.45μm以上且0.90μm以下、0.50μm以上且0.80μm以下。
在本实施方式中，从提高与钛化合物层的紧贴性的观点出发，区域A2中的α-Al2O3颗粒的平均粒径a2的下限优选为0.05μm以上、0.06μm以上、0.09μm以上、0.10μm以上、0.15μm以上。从提高硬度的观点出发，平均粒径a2的上限优选为0.30μm以下、0.28μm以下、0.25μm以下。平均粒径a2优选为0.05μm以上且0.30μm以下、0.10μm以上且0.28μm以下、0.15μm以上且0.25μm以下。
在本实施方式中，平均粒径a1与平均粒径a2之比a1/a2为1.50以上且10以下。由此，切削工具能够具有优异的耐缺损性。比a1/a2的下限为1.50以上，优选为2.00以上、2.50以上、2.67以上、3.00以上、3.33以上、3.50以上。比a1/a2的上限为10以下，优选为9.00以下、8.89以下、8.00以下、7.00以下、6.67以下、6.00以下。比a1/a2优选为2.00以上且10以下、2.50以上且8.00以下、3.50以上且6.00以下。
在本说明书中，平均粒径a1以及平均粒径a2按照以下(A1)～(A6)的步骤进行测定。
(A1)利用金刚石线沿着基材的前刀面的法线对切削工具进行切割，使α-Al2O3层的剖面露出。对露出的剖面进行基于Ar离子的离子铣削，使剖面形成为镜面状态。该离子铣削的条件如下所述。
加速电压：6kV
照射角度：α-Al2O3层的剖面中的从与α-Al2O3层的厚度方向平行的直线方向起0°
照射时间：6小时
(A2)利用场发射型扫描电子显微镜(EF-SEM)以5000倍对镜面状态的剖面进行观察，得到背散射电子图像(EBSD)。图3是对α-Al2O3颗粒的粒径的测定方法进行说明的图，示意性地表示该剖面的一个例子。
(A3)在上述EBSD中，确定α-Al2O3层的基材侧的界面P1的凹凸的谷底B1与山顶T1的沿着前刀面的法线方向的距离之差D1为0.5μm以下的区域，以包含该区域的方式设定测定范围。该测定范围为(横向(与前刀面平行的方向)：30μm)×(纵向(前刀面的法线方向)：包含覆膜整体的长度)的矩形。
(A4)在上述测定范围内，在界面P1的谷底B1与山顶T1的中间的位置设定基准线LS1。
(A5)在从上述基准线LS1向切削工具的表面方向离开0.2μm的线L1上，对α-Al2O3颗粒的横向的粒径进行测定。对测定范围中的全部的α-Al2O3颗粒的粒径进行测定，将它们的平均值作为区域A2中的α-Al2O3颗粒的平均粒径a2。
(A6)在从上述基准线LS1向切削工具的表面方向离开0.8μm的线L2上，对α-Al2O3颗粒的横向的粒径进行测定。对测定范围中的全部的α-Al2O3颗粒的粒径进行测定，将它们的平均值作为区域A1中的α-Al2O3颗粒的平均粒径a1。
在上述(A5)中，界面的谷底B1与山顶T1之差较大(例如超过0.5μm)、如图4所示那样线L1也存在于钛化合物层14内部的情况下，在钛化合物层14内部(例如图4的x所示的区域)的线L1上不进行α-Al2O3颗粒的粒径的测定，仅对α-Al2O3层内进行α-Al2O3颗粒的粒径的测定，计算出平均粒径a2。
在设定上述的线L1时，本发明的发明人在区域A2中，在沿着前刀面的法线方向距基准线LS1的距离为0μm以上且0.3μm以下的范围内，设定通过间隔为0.05μm的位置的多个测定线(例如，距基准线LS1的距离为0.05μm的线、距基准线LS1的距离为0.10μm的线、距基准线LS1的距离为0.15μm的线)，在各个线上，对测定范围中的全部的α-Al2O3颗粒的粒径进行测定，并计算出它们的平均值。其结果是，确认到相当于线L1的距基准线LS1的距离为0.2μm的线上的α-Al2O3颗粒的平均粒径与上述多个测定线上的α-Al2O3颗粒的平均粒径大致相同。据推测其理由在于，在成核的初期阶段大幅地受到基底的取向、凹凸的影响，因此Al2O3晶体不是生长为柱状(或者剖面粒径朝向表面而变大的状态)，而是生长为粒状(相对于界面垂直、平行地在某种程度上均等)。如上所述，线L1上的α-Al2O3颗粒的平均粒径可视为区域A2中的α-Al2O3颗粒的平均粒径a2。
确认了即使在同一切削工具中任意地选择不同的测定范围并在该测定范围中进行上述的测定也能够得到同样的结果。进一步地，确认了即使在不同的切削工具中，任意地选择不同的测定范围并在该测定范围中进行上述的测定也能够得到同样的结果。
在设定上述的线L2时，本发明的发明人在区域A1中，在沿着前刀面的法线方向距基准线LS1的距离为0.5μm以上且1.0μm以下的范围内，设定通过间隔为0.05μm的位置的多个测定线(例如，距基准线LS1的距离为0.50μm的线、距基准线LS1的距离为0.55μm的线、距基准线LS1的距离为0.60μm的线)，在各个线上，对测定范围中的全部的α-Al2O3颗粒的粒径进行测定，并计算出它们的平均值。其结果是，确认了相当于线L2的距基准线LS1的距离为0.8μm的线上的α-Al2O3颗粒的平均粒径与上述多个测定线上的α-Al2O3颗粒的平均粒径大致相同。据推测其理由如下。
区域A1是从成核向晶体生长的过渡区域。在区域A2中，在气体条件的基础上，还受到基底的取向、凹凸等的影响而引起成核，但在区域A1中，气体条件的影响占优势，不同于区域A2的核(取向、形状等)占优势。由于在成核中产生的晶体被淘汰，另一方面，在新的气体条件下生成稳定的核，因此推测整体的颗粒数不会发生大的变化，粒径的变化不大。另外，在本实施方式中，通过对区域A2以及区域A1形成时的气体条件进行调整，使晶体的淘汰和成核平稳地过渡，从而使区域A1在厚度方向上扩展，并维持粒径。根据上述内容，线L2上的α-Al2O3颗粒的平均粒径可以视为区域A1中的α-Al2O3颗粒的平均粒径a1。
确认了即使在同一切削工具中任意地选择不同的测定范围并在该测定范围中进行上述的测定，也能够得到同样的结果。进一步地，确认了即使在不同的切削工具中任意地选择不同的测定范围并在该测定范围中进行上述的测定，也能够得到同样的结果。
《α-Al2O3层的平均厚度》
在本实施方式中，α-Al2O3层的平均厚度优选为1.0μm以上且15μm以下。由此，切削工具能够兼顾优异的耐磨损性和耐缺损性。从提高耐磨损性的观点出发，α-Al2O3层的平均厚度的下限优选为1.0μm以上、2.0μm以上、3.0μm以上、5.0μm以上。从提高耐缺损性的观点出发，α-Al2O3层的平均厚度的上限优选为15μm以下、10μm以下、9μm以下、8μm以下。α-Al2O3层的平均厚度优选为1.0μm以上且15μm以下、2.0μm以上且10μm以下、3.0μm以上且9μm以下、5.0μm以上且8μm以下。
如上所述，α-Al2O3层的厚度可以通过使用扫描透射型电子显微镜(STEM)等对切削工具的剖面样品进行观察来确认。在此，观察视野为对上述α-Al2O3颗粒的粒径进行测定时设定的测定范围。
此外，确认了即使在同一试样中任意地选择包含前刀面上的覆膜或后刀面上的覆膜的多个测定范围并对各测定范围进行上述的测定，也能够得到同样的结果。
《α-Al2O3颗粒的取向性指数》
在本实施方式中，优选α-Al2O3层在下述式(1)所示的取向性指数TC(hkl)中TC(0 012)为3以上。由此，α-Al2O3层能够具有优异的耐磨损性。因此，切削工具能够具有较长的工具寿命。
[数1]
在式(1)中，I(hkl)表示(hkl)反射面的X射线衍射强度，I0(hkl)表示ICDD的PDF卡号00-010-0173的标准强度。另外，式(1)中的n表示在计算中使用的反射数，在本实施方式中为8。在反射中使用的(hkl)面为(012)、(104)、(110)、(0 0 12)、(113)、(024)、(116)以及(300)。
ICDD(注册商标)是International Centre for Diffraction Data(国际衍射数据中心)的简称。另外，PDF(注册商标)是Powder Diffraction File(粉末衍射文件)的简称。
此外，本实施方式的α-Al2O3层的TC(0 0 12)能够由下述式(2)表示。
[数2]
因而，“在取向性指数TC(hkl)中TC(0 0 12)为3以上”是指通过将TC(0 0 12)代入上述式(1)而成的上述式(2)求出的数值为3以上。
上述TC(0 0 12)的值更优选为4以上，进一步优选为5以上。TC(0 0 12)的值越大，越能够有效地提高耐磨损性。TC(0 0 12)的值的上限没有限制，但由于在计算中使用的反射面为8个，因此设为8以下即可。TC(0 0 12)的值能够设为3以上且8以下、4以上且8以下、5以上且8以下。
在本公开中，α-Al2O3层优选在上述式(1)所示的取向性指数TC(hkl)中TC(110)为2以上。由此，α-Al2O3层能够具有优异的耐缺损性。因此，切削工具能够具有较长的工具寿命。
此外，本实施方式的α-Al2O3层的TC(110)能够由下述式(3)表示。
[数3]
因而，“在取向性指数TC(hkl)中TC(110)为2以上”是指通过将TC(110)代入上述式(1)而成的上述式(3)求出的数值为2以上。
上述TC(110)的值更优选为2.5以上，进一步优选为3以上。TC(110)的值越大，越能够有效地提高耐缺损性。TC(110)的值的上限没有限制，但由于在计算中使用的反射面为8个，因此设为8以下即可。TC(110)的值能够设为2以上且8以下、2.5以上且8以下、3以上且8以下。
以上那样的TC(hkl)的测定可以通过使用了X射线衍射装置的分析来进行。TC(hkl)例如可以使用Rigaku株式会社制造的SmartLb/a(注册商标)(扫描速度：21.7°/分钟、步长：0.01°、扫描范围：15～140°)在以下那样的条件下进行测定。此外，在本实施方式中，将使用了X射线衍射装置的TC(hkl)的测定结果称为“XRD结果”。
特性X射线：Cu-Kα
管电压：45kV
管电流：200mA
滤波器：多层镜
光学系统：集中法
X射线衍射法：θ-2θ法
在使用X射线衍射装置时，对切削工具的后刀面照射X射线。通常，在前刀面形成有凹凸，与此相对地，后刀面形成为平坦，因此为了排除干扰因素，优选对后刀面照射X射线。尤其是对从刀尖棱线部扩展至2～4mm左右的范围的后刀面上的部位照射X射线。由此，结果的再现性变高。此外，本实施方式中，基材的后刀面上的α-Al2O3层的TC(hkl)的值与基材的前刀面上的α-Al2O3层的TC(hkl)的值相同。
此外，确认了即使在同一试样中任意地选择多个测定部位并对各测定部位进行上述的测定，也能够得到同样的结果。
<钛化合物层>
《钛化合物层的构成》
在本实施方式中，钛化合物层由多个钛化合物颗粒构成，该钛化合物颗粒为选自由TiCN颗粒、TiCNO颗粒、TiAlCN颗粒以及TiAlCNO颗粒组成的群组中的一种。即，钛化合物层由多晶的钛化合物构成。钛化合物层只要起到本实施方式的效果，就能够包含不可避免的杂质等。作为该不可避免的杂质，可列举为氯(Cl)。钛化合物层的不可避免的杂质的含有率优选为3质量％以下。钛化合物层的不可避免的杂质的含有率通过二次离子质谱法(SIMS)来进行测定。
如图1所示，钛化合物层14包含区域B1以及区域B2。在本说明书中，区域B1以及区域B2被定义为以下的区域。
区域B1是被夹在假想面SB2与假想面SB3之间的区域，假想面SB2从界面P1向基材10侧的距离为0.5μm，假想面SB3从界面P1向基材10侧的距离为1.0μm。假想面SB2以及假想面SB3包含在区域B1内。
区域B2是被夹在界面P1与假想面SB1之间的区域，假想面SB1从界面P1向基材10侧的距离为0.3μm。假想面SB1包含在区域B2内，界面P1不包含在区域B2内。
《钛化合物颗粒的平均粒径》
在本实施方式中，区域B1中的钛化合物颗粒的平均粒径b1为0.10μm以上且0.50μm以下。由此，切削工具能够具有优异的耐缺损性以及耐磨损性。从提高耐缺损性的观点出发，平均粒径b1的下限为0.10μm以上，优选为0.15μm以上、0.17μm以上、0.20μm以上。从提高耐磨损性的观点出发，平均粒径b1的上限为0.50μm以下，优选为0.45μm以下、0.40μm以下、0.35μm以下、0.32μm以下。平均粒径b1优选为0.15μm以上且0.50μm以下、0.20μm以上且0.40μm以下、0.20μm以上且0.32μm以下。
在本实施方式中，从提高与α-Al2O3层的紧贴性的观点出发，区域B2中的钛化合物颗粒的平均粒径b2的下限优选为0.05μm以上、0.06μm以上、0.08μm以上、0.10μm以上。从提高硬度的观点出发，平均粒径b2的上限优选为0.22μm以下、0.20μm以下。平均粒径b2优选为0.05μm以上且0.22μm以下、0.06μm以上且0.20μm以下、0.10μm以上且0.20μm以下。
在本实施方式中，平均粒径b1与平均粒径b2之比b1/b2为1.45以上且5以下。由此，切削工具能够具有优异的耐缺损性。比b1/b2的下限为1.45以上，优选为1.50以上、1.60以上、1.67以上、1.70以上、2.00以上。比b1/b2的上限为5以下，优选为4.50以下、4.00以下、3.50以下、3.33以下。比b1/b2优选为1.5以上且5以下、2.00以上且4.00以下。
在本说明书中，平均粒径b1以及平均粒径b2按照以下(B1)～(B3)的步骤进行测定。
(B1)进行与平均粒径a1以及平均粒径a2的测定方法中记载的步骤(A1)～(A4)同样的步骤，在EBSD图像的测定范围内设定基准线LS1。
(B2)在从上述基准线LS1向切削工具的基材方向离开0.2μm的线L3上，对钛化合物颗粒的横向的粒径进行测定。对测定范围中的全部的钛化合物颗粒的粒径进行测定，将它们的平均值作为区域B2中的钛化合物颗粒的平均粒径b2。
(B3)在从上述基准线LS1向切削工具的基材方向离开0.8μm的线L4上，对钛化合物颗粒的横向的粒径进行测定。对测定范围中的全部的钛化合物颗粒的粒径进行测定，将它们的平均值作为区域B1中的钛化合物颗粒的平均粒径b1。
在上述(B3)中，在界面的谷底B1与山顶T1之差较大(例如超过0.5μm)、如图4所示那样线L3也存在于α-Al2O3层11内部的情况下，在α-Al2O3层11内部(例如图4的y所示的区域)的线L3上不进行钛化合物颗粒的粒径的测定，仅对钛化合物层内进行钛化合物颗粒的粒径的测定，计算出平均粒径b2。
在设定上述的线L3时，本发明的发明人在区域B2中，在沿着前刀面的法线方向距基准线LS1的距离为0μm以上且0.3μm以下的范围内，设定通过间隔为0.05μm的位置的多个测定线(例如，距基准线LS1的距离为0.05μm的线、距基准线LS1的距离为0.10μm的线、距基准线LS1的距离为0.15μm的线)，在各个线上，对测定范围中的全部的钛化合物颗粒的粒径进行测定，并计算出它们的平均值。其结果是，确认了相当于线L3的距基准线LS1的距离为0.2μm的线上的钛化合物颗粒的平均粒径与上述多个测定线上的钛化合物颗粒的平均粒径大致相同。据推测其理由如下。
区域B2是从成核向晶体生长的过渡区域。在区域B1中，在气体条件的基础上，还受到基底的取向、凹凸等的影响而引起成核，但在区域B2中，气体条件的影响占优势，不同于区域B1的核(取向、形状等)占优势。由于在成核中产生的晶体被淘汰，另一方面，在新的气体条件下生成稳定的核，因此推测整体的颗粒数不会发生大的变化，粒径的变化不大。另外，在本实施方式中，通过对区域B1以及区域B2形成时的气体条件进行调整，使晶体的淘汰和成核平稳地过渡，从而使区域B2在厚度方向上扩展，并维持粒径。根据上述内容，线L3上的钛化合物颗粒的平均粒径可以视为区域B2中的钛化合物颗粒的平均粒径b2。
确认了即使在同一切削工具中任意地选择不同的测定范围并在该测定范围中进行上述的测定，也能够得到同样的结果。进一步地，确认了即使在不同的切削工具中任意地选择不同的测定范围并在该测定范围中进行上述的测定，也能够得到同样的结果。
在设定上述线L4时，本发明的发明人在区域B1中，在沿着前刀面的法线方向距基准线LS1的距离为0.5μm以上且1.0μm以下的范围内，设定通过间隔为0.05μm的位置的多个测定线(例如，距基准线LS1的距离为0.50μm的线、距基准线LS1的距离为0.55μm的线、距基准线LS1的距离为0.60μm的线)，在各个线上，对测定范围中的全部的钛化合物颗粒的粒径进行测定，并计算出它们的平均值。其结果是，确认了相当于线L4的距基准线LS1的距离为0.8μm的线上的钛化合物颗粒的平均粒径与上述多个测定线上的钛化合物颗粒的平均粒径大致相同。据推测其理由是，在成核的初期阶段大幅地受到基底的取向、凹凸的影响，因此钛化合物晶体不是生长为柱状(或者剖面粒径朝向表面而变大的状态)，而是生长为粒状(相对于界面垂直、平行地在某种程度上均等)。根据上述内容，线L4上的钛化合物颗粒的平均粒径可以视为区域B1中的钛化合物颗粒的平均粒径b1。
确认了即使在同一切削工具中任意地选择不同的测定范围并在该测定范围中进行上述的测定，也能够得到同样的结果。进一步地，确认了即使在不同的切削工具中任意地选择不同的测定范围并在该测定范围中进行上述的测定，也能够得到同样的结果。
《钛化合物层的组成》
在本实施方式中，优选地，区域B1中的碳的原子数相对于碳、氮以及氧的原子数的合计的比例R1与区域B2中的碳的原子数相对于碳、氮以及氧的原子数的合计的比例R2之比R1/R2为0.9以上且1.1以下，区域B1中的碳以及氮的原子数的合计相对于碳、氮以及氧的原子数的合计的比例R3为0.8以上且1.0以下，区域B2中的碳以及氮的原子数的合计相对于碳、氮以及氧的原子数的合计的比例R4为0.8以上且1.0以下。由此，钛化合物层的组成遍及整体地大致均匀，在钛化合物层的内部，能够抑制由组成的变化引起的界面的产生。因此，在覆膜中能够抑制以界面为起点的龟裂的产生，因此切削工具的耐缺损性提高。
上述R1的下限优选为0.4以上、0.45以上、0.5以上。上述R1的上限优选为0.7以下、0.65以下、0.6以下。上述R1优选为0.4以上且0.7以下、0.45以上且0.65以下、0.5以上且0.6以下。
上述R2的下限优选为0.3以上、0.35以上、0.4以上。上述R1的上限优选为0.6以下、0.55以下、0.5以下。上述R1优选为0.3以上且0.6以下、0.35以上且0.55以下、0.4以上且0.5以下。
上述比R1/R2的下限优选为0.9以上、0.95以上。上述比R1/R2的上限优选为1.1以下、1.05以下。上述比R1/R2优选为0.9以上且1.1以下、0.95以上且1.05以下。
上述R3的下限优选为0.8以上、0.85以上、0.87以上。上述R3的上限优选为1.0以下、0.95以下、0.92以下。上述R3优选为0.8以上且1.0以下、0.85以上且0.95以下、0.87以上且0.92以下。
上述R4的下限优选为0.8以上、0.85以上、0.87以上。上述R4的上限优选为1.0以下、0.95以下、0.92以下。上述R4优选为0.8以上且1.0以下、0.85以上且0.95以下、0.87以上且0.92以下。
在本说明书中，R1、R2、R3、R4按照以下(C1)～(C4)的步骤进行测定。
(C1)利用金刚石线沿着基材的前刀面的法线对切削工具进行切割，准备钛化合物层的剖面露出的薄片样品(厚度约为100nm左右)。对露出的剖面进行聚焦离子束加工(以下，也记为“FIB加工”)，使剖面形成为镜面状态。
(C2)使用扫描透射型电子显微镜(STEM)对FIB加工后的剖面进行观察，确定钛化合物层。观察倍率为500,000倍。得到钛化合物层的BF-STEM图像。在该BF-STEM图像中确定区域B1以及区域B2。该BF-STEM图像中的区域B1以及区域B2的确定通过使用了EBSD的晶界分析来进行。
在区域B1以及区域B2中，分别设定100nm×100nm的矩形的测定区域。确认了只要在申请人进行测定的范围内，只要该测定区域位于区域B1或区域B2内，即使在不同的测定区域进行矩形分析，也几乎没有测定结果的偏差，即使任意地设定测定部位，结果也不会随意变化。
(C3)对于上述的测定区域，通过TEM附带的EDX进行矩形分析，对组成进行测定。矩形分析的光束直径为0.5nm以下，扫描间隔为0.5nm。
根据矩形分析的结果，计算出设定于区域B1的测定区域中的碳的原子数相对于碳、氮以及氧的原子数的合计的比例(以下，也记为R1’)、设定于区域B2的测定区域中的碳的原子数相对于碳、氮以及氧的原子数的合计的比例(以下，也记为R2’)、设定于区域B1的测定区域中的碳以及氮的原子数的合计相对于碳、氮以及氧的原子数的合计的比例(以下，也记为R3’)、设定于区域B2的测定区域中的碳以及氮的原子数的合计相对于碳、氮以及氧的原子数的合计的比例(以下，也记为R4’)。
(C4)在五个不同的测定区域进行上述R1’、R2’、R3’、R4’的测定。将该五个测定区域的R1’的平均值设为区域B1中的R1。将该五个测定区域的R2’的平均值设为区域B2中的R2。将该五个测定区域的R3’的平均值设为区域B1中的R3。将该五个测定区域的R4’的平均值设为区域B2中的R4。
确认了只要在申请人进行测定的范围内，即使任意地选择测定区域，测定结果也几乎没有偏差，即使任意地设定测定部位，结果也不会随意变化。
《钛化合物层的平均厚度》
在本实施方式中，钛化合物层的平均厚度优选为1.0μm以上且15μm以下。由此，切削工具能够兼顾优异的耐磨损性和耐缺损性。从提高耐磨损性的观点出发，钛化合物层的平均厚度的下限优选为1.0μm以上、2.0μm以上、3.0μm以上、5.0μm以上。从提高耐缺损性的观点出发，钛化合物层的平均厚度的上限优选为15μm以下、10μm以下、9μm以下、8μm以下。钛化合物层的平均厚度优选为1.0μm以上且15μm以下、2.0μm以上且10μm以下、3.0μm以上且9μm以下、5.0μm以上且8μm以下。
钛化合物层的厚度可以通过如上所述使用扫描透射型电子显微镜(STEM)等对切削工具的剖面样品进行观察来确认。在此，观察视野为对上述钛化合物颗粒的粒径进行测定时设定的测定范围。
此外，确认了即使在同一试样中任意地选择包含前刀面上的覆膜或后刀面上的覆膜的多个测定范围并对各测定范围进行上述的测定，也能够得到同样的结果。
<a2/b2>
在本实施方式中，平均粒径a2与平均粒径b2之比a2/b2为0.80以上且1.27以下。由此，切削工具能够具有优异的耐剥离性以及耐缺损性。比a2/b2的下限为0.80以上，优选为0.90以上、1.00以上。比a2/b2的上限为1.27以下，优选为1.20以下、1.15以下、1.13以下、1.10以下。比a2/b2优选为0.90以上且1.15以下、1.00以上且1.10以下。
<a1/b1>
在本实施方式中，平均粒径a1与平均粒径b1之比a1/b1优选为1.5以上且5以下。由此，耐缺损性提高。比a1/b1的下限为1.50以上，优选为2.00以上、2.27以上、2.33以上、2.50以上。比a1/b1的上限为5以下，优选为4.50以下、4.00以下、3.50以下、3.00以下。比a1/b1优选为2.00以上且4.50以下、2.50以上且4.00以下。
<其他层>
在α-Al2O3层以及钛化合物层的基础上，覆膜可以包含其他层。如图2所示，作为其他层，可列举为TiN层12、表面层13、中间层(未图示)等。
《TiN层》
TiN层配置于基材与钛化合物层之间，相当于基底层。TiN层的平均厚度优选为0.1μm以上且20μm以下。由此，覆膜能够具有优异的耐磨损性以及耐缺损性。TiN层可以配置于基材的正上方。TiN层可以配置为与钛化合物层相接。TiN层可以配置于基材的正上方且配置为与钛化合物层相接。
《表面层》
作为表面层，例如优选以Ti(钛)的碳化物、氮化物或硼化物中的任一种为主成分。表面层是在覆膜中配置于最表面侧的层。但是，也有在刀尖棱线部未形成表面层的情况。表面层例如配置于α-Al2O3层的正上方。
“以Ti的碳化物、氮化物或硼化物中的任一种为主成分”是指含有90质量％以上的Ti的碳化物、氮化物以及硼化物中的任一种。另外，是指优选除了不可避免的杂质以外，由Ti的碳化物、氮化物以及硼化物中的任一种构成。
在Ti的碳化物、氮化物以及碳氮化物中的任一种中，特别优选的是以Ti的氮化物(即，由TiN表示的化合物)为主成分来构成表面层。TiN在这些化合物中色彩最清楚(呈现金色)，因此具有切削使用后的切削片的角部识别(使用过部位的识别)容易的优点。表面层优选由TiN层构成。
表面层的平均厚度优选为0.05μm以上且1μm以下。由此，表面层与相邻的层的紧贴性提高。表面层的平均厚度的上限可以为0.8μm以下、0.6μm以下。平均厚度的下限可以为0.1μm以上、0.2μm以上。
《中间层》
中间层配置于上述TiN层与钛化合物层之间。作为中间层，例如可以列举为组成与钛化合物层不同的TiCN层以及TiCNO层。由于TiCN层以及TiCNO层的耐磨损性优异，因此能够通过覆膜而赋予适当的耐磨损性。中间层的平均厚度优选为1μm以上且20μm以下。在此，在中间层由两层以上形成的情况下，中间层的平均厚度是指该两层以上的合计厚度的平均。中间层可以配置为与上述TiN层相接。中间层可以配置为与钛化合物层相接。中间层可以配置为与上述TiN层和上述钛化合物层分别相接。
[实施方式2：切削工具的制造方法]
本实施方式的切削工具可以通过化学气相沉积(CVD：Chemical VaporDeposition)法在基材上形成覆膜来制造。覆膜中的α-Al2O3层以及钛化合物层例如可以通过以下方法形成。此外，覆膜的钛化合物层以及α-Al2O3层以外的其他层可以在以往公知的条件下形成。
<钛化合物层的形成方法>
钛化合物层的成膜条件例如可以设为温度为950～1050℃、压力为90～130hPa、气体流量(总气体流量)为50～100L/min。在本说明书中，“总气体流量”表示将标准状态(0℃、1个大气压)下的气体作为理想气体，每单位时间导入到CVD炉的总容积流量。
作为原料气体，使用CH3CN、CH4、TiCl4、CO、N2、AlCl3以及H2。从成膜开始，根据所形成的钛化合物层的厚度的变化，使原料气体中的CH3CN、CH4、N2以及H2的配合量变化。具体而言，如下所述。
形成距钛化合物层与形成于其正上方的α-Al2O3层的界面P1的距离为0.5μm以上且1.0μm以下的距离的区域(区域B1)时，将原料气体的配合设为CH3CN：0.2体积％以上且1.0体积％以下、CH4：1.0体积％以上且2.5体积％以下、TiCl4：8.0体积％以上且9.0体积％以下、CO：0体积％以上且1.5体积％以下、N2：10.0体积％以上且15体积％以下、AlCl3：0体积％以上且1.5体积％以下以及H2：将原料气体整体设为100体积％时的剩余的体积％。
接着，在形成距界面P1的距离超过0.3μm且小于0.5μm的区域(被夹在区域B1与区域B2之间的区域)时，使原料气体的配合从区域B1中的配合量变化为后述的区域B2中的配合量。此时，进行调整，以使得在各原料气体中单位时间的变化量恒定。
接着，在形成距界面P1的距离为0μm以上且0.3μm以下的区域(区域B2)时，将原料气体的配合设为CH3CN：0.4体积％以上且2.0体积％以下、CH4：0.8体积％以上且2.02体积％以下、N2：8.0体积％以上且12.0体积％以下，与形成区域B1时相比，根据原料气体中的CH3CN、CH4以及N2的合计含量的增减，以总气体流量与形成区域B1时相同的方式增减H2，其他气体的配合与形成区域B1时相同。
形成区域B2时的原料气体中的CH3CN的配合量比形成区域B1时的原料气体中的CH3CN的配合量多。另外，形成区域B2时的原料气体中的CH4的配合量比形成区域B1时的原料气体中的CH4的配合量少。由此，区域B2中的钛化合物颗粒的平均粒径b2小于区域B1中的钛化合物颗粒的平均粒径b1。
以往，在形成钛化合物层时，作为原料气体，使用CO以及CH4的组合或CH3CN。CH4与CH3CN的反应性不同，因此在以往的钛化合物层的形成中，未同时使用CH4与CH3CN。
相对于以往的技术常识，在本实施方式中，如上所述，通过同时使用CH4和CH3CN作为原料气体，并且使CH4以及CH3CN的配合量与N2一起变化，能够在钛化合物层的厚度方向上不伴随组成的较大的变动地仅对钛化合物颗粒的粒径进行调整。这是本发明的发明人新发现的见解。
<α-Al2O3层的形成方法>
α-Al2O3层的成膜条件例如可以设为温度为950～1050℃、压力为60～90hPa、气体流量(总气体流量)为50～100L/min。
作为原料气体，使用AlCl3、HCl、CO2、H2S以及H2。从成膜开始，根据所形成的α-Al2O3层的厚度的变化，使原料气体中的HCl以及H2的配合量变化。具体而言，如下所述。
从成膜开始至形成α-Al2O3层的厚度为0.3μm为止的区域(区域A2)时，将原料气体的配合设为HCl：7.5体积％以上且11体积％以下、AlCl3：2体积％以上且5体积％以下、CO2：0.1体积％以上且6体积％以下、H2S：0.1体积％以上且1体积％以下以及H2：将原料气体整体设为100体积％时的剩余的体积％。
接着，在形成α-Al2O3层的厚度超过0.3μm且小于0.5μm的区域(被夹在区域A2与区域A1之间区域)时，使原料气体的配合从区域A2的配合量变化为后述的区域A1的配合量。此时，进行调整，以使得在各原料气体中单位时间的变化量恒定。
接着，在形成α-Al2O3层的厚度为0.5μm以上且1.0μm以下的区域(区域A1)时，将原料气体的配合设为HCl：3.2体积％以上且7.0体积％以下，与形成区域A2时相比，与原料气体中的HCl的减少量相应地使H2增加，其他气体的配合与形成区域A2时相同。
以往，HCl是为了抑制在成膜中过量地生成α-Al2O3而在气相中形成α-Al2O3颗粒而使用的。若在气相中形成α-Al2O3颗粒，则难以在基材上形成α-Al2O3层。另一方面，据认为，如果原料气体中的HCl的配合量多，则成膜速度降低。因而，使原料气体中的HCl的配合量为必要最小限度是技术常识，本领域技术人员不具有使原料气体中的HCl的配合量增加的技术思想。
相对于以往的技术常识，在本实施方式中，如上所述，为了控制α-Al2O3颗粒的粒径而使HCl量变化。进一步地，形成区域A2时的原料气体中的HCl的配合量多于以往的形成α-Al2O3层时所使用的原料气体中的HCl的配合量(例如，2.8体积％以上且小于6体积％)。由此，区域A1以及区域A2的α-Al2O3颗粒的平均粒径变小。这是本发明的发明人新发现的见解。
[附记12]
在本公开的切削工具中，区域B1中的碳以及氮的原子数的合计相对于碳、氮以及氧的原子数的合计的比例R3可以设为0.9以上且1.0以下。
实施例
通过实施例，对本实施方式更具体地进行说明。但是，本实施方式并不限定于这些实施例。
[试样1～试样51、试样1-1～试样1-10]
将由表1中记载的配合组成构成的原料粉末均匀地混合，加压成形为预定的形状后，在1300～1500℃下烧结1～2小时，由此得到硬质合金制(形状：型号CNMG 120408N-UX(住友电工硬质合金制造))的基材。表1中的“余量”表示WC占配合组成(质量％)的剩余部分。
表1
<覆膜的形成>
在上述得到的基材的表面形成覆膜而制造切削工具。具体而言，将基材设置在CVD装置内，通过CVD在基材上形成覆膜。各试样的覆膜的构成如表2～表3所示。在表2～表3中，“无”表示在该试样中未形成该层。
表2
表3
在基材上依次形成TiN层(基底层)、钛化合物层、α-Al2O3层、TiN层(表面层)。TiN层(基底层)的厚度为0.4μm，TiN层(表面层)的厚度为0.7μm。
将TiN层(基底层)以及TiN层(表面层)的成膜条件示于表4。
表4
将各试样的钛化合物层的成膜条件以及原料气体组成示于表5～表8。表5～表8中的“H2”一栏的“余量”表示H2气体占原料气体组成(体积％)的剩余部分。成膜时，使用于在固定基材的同时喷出原料气体的气体管以2rpm旋转。钛化合物层的整体厚度如表5～表8的“厚度”一栏所示。
例如，形成试样1的钛化合物层时的原料气体组成如下所述。形成距钛化合物层与形成于其正上方的α-Al2O3层的界面P1的距离为0.5μm以上且1.0μm以下的距离的区域(区域B1)时，将原料气体的配合设为CH3CN：0.50体积％、CH4：2.00体积％、TiCl4：8.5体积％、CO：1.4体积％、N2：12.0体积％、AlCl3：0体积％以及H2：将原料气体整体设为100体积％时的剩余的体积％。由此形成区域B1。
接着，在形成距界面P1的距离超过0.3μm且小于0.5μm的区域(被夹在区域B1与区域B2之间的区域)时，使原料气体的配合从区域B1的配合量变化为后述的区域B2的配合量。此时，进行调整，以使得在各原料气体中单位时间的变化量恒定。
接着，在形成距界面P1的距离为0μm以上且0.3μm以下的区域(区域B2)时，将原料气体的配合设为CH3CN：1.00体积％、CH4：1.50体积％、TiCl4：8.5体积％、CO：1.4体积％、N2：10.0体积％，与形成区域B1时相比，根据原料气体中的CH3CN、CH4以及N2的合计含量的减少，增加H2以使总气体流量为恒定。所形成的钛化合物层的整体厚度为8μm。
在试样1-10中，形成钛化合物层时的原料气体组成如下所述。形成区域B1时，将原料气体的配合设为CH3CN：0.60体积％、TiCl4：8.0体积％、CO：2.0体积％、N2：20.0体积％以及H2：将原料气体整体设为100体积％时的剩余的体积％。形成区域1时的压力为70hPa。由此形成区域B1。形成区域B2时，将原料气体的配合设为CH4：4.00体积％、TiCl4：8.0体积％、CO：2.0体积％、N2：10.0体积％以及H2：将原料气体整体设为100体积％时的剩余的体积％。形成区域1时的压力设为200hPa。由此形成区域B1。在试样1-10中，不同时使用CH3CN和CH4。
将各试样的α-Al2O3层的原料气体组成以及成膜条件示于表9～表10。表9～表10中的“H2”一栏的“余量”表示H2气体占原料气体组成(体积％)的剩余部分。成膜时，使用于在固定基材的同时喷出原料气体的气体管以2rpm旋转。α-Al2O3层的整体厚度如表9～表10的“厚度”一栏所示。
表9
表10
例如，试样1的α-Al2O3层的成膜条件如下所述。形成α-Al2O3层的厚度至0.3μm的区域(区域A2)时，将原料气体的配合设为AlCl3：2.2体积％、HCl：9.0体积％、CO2：3.0体积％、H2S：0.6体积％以及H2：将原料气体整体设为100体积％时的剩余的体积％。
接着，在形成α-Al2O3层的厚度超过0.3μm且小于0.5μm的区域(被夹在区域A2与区域A1之间的区域)时，使原料气体的配合从区域A2的配合量变化为后述的区域A1的配合量。此时，进行调整，以使得在各原料气体中单位时间的变化量恒定。
接着，在形成α-Al2O3层的厚度为0.5μm以上且1.0μm以下的区域(区域A1)时，将原料气体的配合设为HCl：5.5体积，与形成区域A2时相比，根据原料气体中的HCl的含量的减少，增加H2以使总气体流量恒定，其他气体的配合与形成区域A2时相同。所形成的α-Al2O3层的整体厚度为8μm。
<钛化合物层的评价>
对于各试样的钛化合物层，对区域B1的平均粒径b1、区域B2的平均粒径b2、区域B1中的碳的原子数相对于碳、氮以及氧的原子数的合计的比例R1、区域B2中的碳的原子数相对于碳、氮以及氧的原子数的合计的比例R2、比R1/R2、区域B1中的碳以及氮的原子数的合计相对于碳、氮以及氧的原子数的合计的比例R3、区域B2中的碳以及氮的原子数的合计相对于碳、氮以及氧的原子数的合计的比例R4、钛化合物颗粒的组成进行测定。它们的测定方法如实施方式1的记载所述，因此不重复其说明。将结果示于表11～表14的“粒径b1”、“粒径b2”、“R1”、“R2”、“R1/R2”、“R3”、“R4”、“钛化合物颗粒组成”一栏。
<α-Al2O3层的评价>
对于各试样的α-Al2O3层，对区域A1的平均粒径a1、区域A2的平均粒径a2、取向性指数TC(0 0 12)进行测定。测定方法如实施方式1的记载所述，因此不重复其说明，将结果示于表11～表14的“粒径a1”、“粒径a2”、“TC(0 0 12)”一栏。
<a2/b2、a1/a2、b1/b2>
基于所测定的平均粒径a1、a2、b1、b2，计算出a2/b2、a1/a2、b1/b2的值。
将结果示于表11～表14的“a2/b2”、“a1/a2”、“b1/b2”一栏。
<工具寿命的评价>
使用在上述得到的切削工具进行切削试验，对耐缺损性、耐剥离性以及耐磨损性进行评价。具体而言，进行以下的切削评价1～切削评价3中记载的评价。在本说明书中，按照以下的切削评价1～切削评价3中记载的基准，在耐缺损性、耐剥离性以及耐磨损性的全部的项目的评价均良好的情况下，判断为工具寿命较长。
<切削评价1>
使用在上述得到的切削工具，在下述的切削条件1下进行切削试验，对耐缺损性进行评价。使用不同的20个切削刃，利用各个切削刃进行20秒切削，确认有无破损。在此，“破损”是指500μm以上的缺口。计算出20个切削刃中产生了破损的切削刃的比例，得到破损率(％)。即，破损率(％)＝(破损的切削刃的数量/20)×100。在本实施例中，在破损率小于65％的情况下，切削工具的耐缺损性良好。将结果示于表11～表14的“切削评价1破损率(％)”一栏。
《切削条件1》
被切削件：SCM440(带槽圆棒)
加工：带槽圆棒外径断续车削
切削速度：120m/min
进给量：0.15mm/rev
切入量：2.0mm
切削液：无
上述切削条件相当于模拟铬钼钢的断续车削的试验。
<切削评价2>
使用在上述得到的切削工具，在下述的切削条件2下进行切削试验，对耐熔敷性进行评价。对切削15分钟后的切削工具的后刀面侧的最大磨损量Vbmax(mm)进行测定。“最大磨损量”是指从棱线到后刀面磨损的端部为止的距离的最大值。最大磨损量越小，耐剥离性越良好。在本实施例中，当最大磨损量小于0.50mm的情况下，切削工具的耐剥离性良好。将结果示于表11～表14的“切削评价2”的“Vbmax(mm)”一栏。
《切削条件2》
被切削件：SCM 415
加工：圆棒外径车削
切削速度：180m/min
进给量：0.15mm/rev
切入量：2.0mm
切削液：水溶性切削油
上述切削条件相当于模拟容易发生熔敷剥离的加工的试验。
<切削评价3>
使用在上述得到的切削工具，在下述的切削条件3下进行切削试验。对切削15分钟后的切削工具的后刀面侧的平均磨损量Vb(mm)进行测定。“平均磨损量”是指从棱线到后刀面磨损的端部为止的距离的平均长度。在本实施例中，当平均磨损量小于0.40mm的情况下，切削工具的耐磨损性良好。将结果示于表11～表14的“切削评价3”的“Vb(mm)”一栏。
《切削条件3》
被切削件：S45C
加工：圆棒外径车削
切削速度：250m/min
进给量：0.25mm/rev
切入量：2.0mm
切削液：水溶性切削油
上述切削条件相当于模拟连续加工的试验。
<考察>
试样1～试样49的切削工具相当于实施例。确认了这些试样具有优异的耐缺损性、优异的耐剥离性以及优异的耐磨损性，工具寿命较长。
试样1-1～试样1-10的切削工具相当于比较例。试样1-4以及试样1-9的耐缺损性不充分。试样1-1～试样1-3、试样1-5、试样1-6以及试样1-8～试样1-10的耐剥离性不充分。试样1-7的耐磨损性不充分。
如以上那样对本公开的实施方式以及实施例进行了说明，但从最初起也预定将上述的各实施方式以及实施例的构成适当组合或进行各种变形。
应当认为本次公开的实施方式以及实施例在所有方面都是示例，而不是限制性的。本发明的范围不是由上述的实施方式以及实施例表示，而是由权利要求书表示，意图包含与权利要求书等同的意思以及范围内的全部变更。
附图标记说明
1：切削工具；10：基材；11：α-Al2O3层；12：TiN层；13：表面层；14：钛化合物层；15：覆膜；A1：区域A1；A2：区域A2；B1：区域B1；B2：区域B2；P1：界面；P2：表面；SA1、SA2、SA3、SB1、SB2、SB3：假想面；B1：P1的山顶；T1：P1的谷底；LS1：基准线；L1、L2、L3、L4：线。

Claims (6)

1.一种切削工具，其中，
所述切削工具具备基材和配置于所述基材上的覆膜，
所述覆膜包含配置于所述基材之上的钛化合物层和配置于所述钛化合物层的正上方的α-Al2O3层，
所述α-Al2O3层由多个α-Al2O3颗粒构成，
所述α-Al2O3层包含区域A1以及区域A2，
所述区域A1是被夹在假想面SA2与假想面SA3之间的区域，所述假想面SA2是从所述钛化合物层与所述α-Al2O3层的界面P1向所述覆膜的表面侧的距离为0.5μm的假想面，所述假想面SA3是从所述界面P1向所述覆膜的表面侧的距离为1.0μm的假想面，
所述区域A2是被夹在所述界面P1与假想面SA1之间的区域，所述假想面SA1是从所述界面P1向所述覆膜的表面侧的距离为0.3μm的假想面，
所述钛化合物层由多个钛化合物颗粒构成，
所述钛化合物颗粒为选自由TiCN颗粒、TiCNO颗粒、TiAlCN颗粒以及TiAlCNO颗粒组成的群组中的一种，
所述钛化合物层包含区域B1以及区域B2，
所述区域B1是被夹在假想面SB2与假想面SB3之间的区域，所述假想面SB2是从所述界面P1向所述基材侧的距离为0.5μm的假想面，所述假想面SB3是从所述界面P1向所述基材侧的距离为1.0μm的假想面，
所述区域B2是被夹在所述界面P1与假想面SB1之间的区域，所述假想面SB1是从所述界面P1向所述基材侧的距离为0.3μm的假想面，
所述区域A1中的所述α-Al2O3颗粒的平均粒径a1、所述区域A2中的所述α-Al2O3颗粒的平均粒径a2、所述区域B1中的所述钛化合物颗粒的平均粒径b1、以及所述区域B2中的所述钛化合物颗粒的平均粒径b2示出下述式1至式3的关系，
0.80≤a2/b2≤1.27 式1
1.50≤a1/a2≤10 式2
1.45≤b1/b2≤5 式3
所述平均粒径b1为0.10μm以上且0.50μm以下。
2.根据权利要求1所述的切削工具，其中，
所述区域B1中的碳的原子数相对于碳、氮以及氧的原子数的合计的比例R1与所述区域B2中的碳的原子数相对于碳、氮以及氧的原子数的合计的比例R2之比R1/R2为0.9以上且1.1以下，
所述区域B1中的所述碳和所述氮的原子数的合计相对于碳、氮以及氧的原子数的合计的比例R3为0.8以上且1.0以下，
所述区域B2中的所述碳和所述氮的原子数的合计相对于碳、氮以及氧的原子数的合计的比例R4为0.8以上且1.0以下。
3.根据权利要求1或2所述的切削工具，其中，
所述平均粒径a1与所述平均粒径b1之比a1/b1为1.50以上且5以下，
所述平均粒径a1为0.40μm以上且1.00μm以下。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的切削工具，其中，
所述钛化合物层的平均厚度为1.0μm以上且15μm以下，
所述α-Al2O3层的平均厚度为1.0μm以上且15μm以下。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的切削工具，其中，所述α-Al2O3层在取向性指数TC(hkl)中，TC(0 0 12)为3以上。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的切削工具，其中，所述覆膜包含配置于所述基材与所述钛化合物层之间的TiN层。
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