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WO2021020367A1 - 被覆工具およびそれを備えた切削工具 - Google Patents

被覆工具およびそれを備えた切削工具 Download PDF

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Publication number
WO2021020367A1
WO2021020367A1 PCT/JP2020/028795 JP2020028795W WO2021020367A1 WO 2021020367 A1 WO2021020367 A1 WO 2021020367A1 JP 2020028795 W JP2020028795 W JP 2020028795W WO 2021020367 A1 WO2021020367 A1 WO 2021020367A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
protrusion
layer
protrusions
intermediate layer
gas
Prior art date
Application number
PCT/JP2020/028795
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
優作 洲河
博俊 伊藤
健二 熊井
貴悟 杉山
忠 勝間
Original Assignee
京セラ株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 京セラ株式会社 filed Critical 京セラ株式会社
Priority to US17/630,582 priority Critical patent/US20220250162A1/en
Priority to CN202080052594.4A priority patent/CN114173967A/zh
Priority to KR1020227001768A priority patent/KR20220024686A/ko
Priority to JP2021535345A priority patent/JP7301970B2/ja
Priority to EP20846825.6A priority patent/EP4005710A4/en
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    • C23C28/044—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material coatings specially adapted for cutting tools or wear applications
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    • C23C30/00—Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process
    • C23C30/005—Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process on hard metal substrates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B2228/00—Properties of materials of tools or workpieces, materials of tools or workpieces applied in a specific manner
    • B23B2228/10—Coatings

Definitions

  • the present disclosure relates to a coating tool having a coating layer on the surface of a substrate and a cutting tool provided with the coating tool.
  • Cemented carbide or cermet the substrate surface such as ceramics, coating tool such as a cutting tool to form a coated layer formed by laminating the Al 2 O 3 layer via the coupling film is known.
  • Cutting tools are increasingly used for heavy intermittent cutting where a large impact is applied to the cutting edge with the recent increase in efficiency of cutting. Under such harsh cutting conditions, a large impact is applied to the coating layer, and chipping or peeling of the coating layer is likely to occur. Therefore, the coating layer is required to have improved fracture resistance in addition to wear resistance.
  • Patent Document 1 describes that a protrusion having a hook-shaped tip is arranged at an interface in contact with the Al 2 O 3 layer.
  • Patent Document 2 and Patent Document 3 at the interface in contact with the Al 2 O 3 layer, a composite protrusion having a large number of second protrusions is arranged on the side surface of the first protrusion extending in the stacking direction of the coating layer. It is stated that it should be done.
  • the tips of the protrusions and composite protrusions described in Patent Document 1 and Patent Document 2 have an obtuse angle, and have a shape inferior in film formation property.
  • the composite protrusions described in Patent Document 2 and Patent Document 3 do not have the first protrusion, but have only the composite protrusion, and also have a shape in which the film forming property is inferior.
  • the coating tool of the present disclosure includes a substrate and a coating layer located on the surface of the substrate.
  • the coating layer has a Ti-containing intermediate layer and an Al 2 O 3 layer.
  • the Al 2 O 3 layer is located in contact with the intermediate layer at a position farther from the substrate than the intermediate layer.
  • the intermediate layer has a plurality of first protrusions protruding toward the Al 2 O 3 layer. At least one of the plurality of first protrusions is a composite protrusion having a second protrusion protruding in a direction intersecting the protrusion direction of the first protrusion.
  • the ratio of the composite protrusion to the plurality of first protrusions is 30% or less.
  • the cutting tool of the present disclosure includes a holder extending from the first end toward the second end and having a pocket on the first end side, and the above-mentioned covering tool located in the pocket.
  • the covering tool of the present disclosure has a plate shape having a substantially square main surface.
  • the covering tool 1 has a first surface 2 and a second surface 3, and has a cutting edge 4 at least a part of a portion where the first surface 2 and the second surface 3 intersect.
  • the first surface 2 is a surface called a rake surface
  • the second surface 3 is a surface called a flank surface. Therefore, it can be said that the cutting edge 4 is provided at least a part of the portion where the rake face 2 and the flank surface 3 intersect.
  • the covering tool 1 includes a base 5 and a coating layer 7 located on the surface of the base 5. ing.
  • Examples of the material constituting the base 5 of the covering tool 1 include cemented carbide, ceramics, and metal.
  • the hard alloy may be a cemented carbide containing tungsten carbide (WC) and an iron metal such as cobalt (Co) or nickel (Ni).
  • a Ti-based cermet containing titanium carbonitride (TiCN) and an iron group metal such as cobalt (Co) or nickel (Ni) may be used.
  • the ceramics may be Si 3 N 4 , Al 2 O 3 , diamond, cubic boron nitride (cBN).
  • the metal may be carbon steel, high speed steel, or alloy steel.
  • the substrate 5 when used as the covering tool 1, the substrate 5 may be made of cemented carbide or cermet in terms of fracture resistance and wear resistance.
  • the coating layer 7 has an intermediate layer 9 containing Ti and an Al 2 O 3 layer 11.
  • the Al 2 O 3 layer 11 is in contact with the intermediate layer 9 at a position far from the substrate 5 of the intermediate layer 9.
  • the intermediate layer 9 in the covering tool 1 of the present disclosure is a layer having Ti, and may contain, for example, TiN, TiC, TiNO, and the like. Further, for example, Ti, C and N may be contained. In other words, the intermediate layer 9 may contain TiCN crystals. Further, the intermediate layer 9 may contain, for example, Ti, C, N and O. In other words, the intermediate layer 9 may contain TiCNO crystals. With such a configuration, the adhesion between the Al 2 O 3 layer 11 and the intermediate layer 9 is excellent.
  • the covering tool 1 of the present disclosure has a plurality of first protrusions 13 projecting toward the Al 2 O 3 layer 11.
  • the first protrusion 13 has a foot 13a which is a starting point of the protrusion of the first protrusion 13. Further, the first protrusion 13 has a tip 13b at a position farthest from the substrate 5. In other words, the first protrusion 13 extends from the base 13a toward the tip 13b.
  • the first protrusion 13 typically has a triangular shape.
  • the foot 13a refers to a position of the first protrusion 13 near the base 5.
  • the foot 13a may be rephrased as the base of the triangle formed by the first protrusion 13.
  • the first protrusion 13 has an acute angle at the tip 13b, a height of 10 nm or more, and the foot 13a of the plurality of first protrusions 13. It means that the ratio of the average heights of the plurality of first protrusions 13 to the average width is 0.6 or more.
  • At least one of the plurality of first protrusions 13 is a composite protrusion 17 having a second protrusion 15 protruding in a direction intersecting the protrusion direction of the first protrusion 13. Is.
  • all of the first protrusions 13 may be composite protrusions 17.
  • those having the second protrusion 15 will be referred to as a composite protrusion 17.
  • the compound protrusion 17 in the covering tool 1 of the present application means that the foot of the second protrusion 15 is separated from the foot of the first protrusion 13 as shown in FIG. In other words, a stack of a plurality of first protrusions 13 is not treated as a composite protrusion 17.
  • the second protrusion 15 in the covering tool 1 of the present disclosure means that the height from the central portion of the base 15a of the second protrusion 15 which is the starting point of the protrusion of the second protrusion 15 to the tip 15b of the second protrusion 15 is defined as the height. It is 10 nm or more. That is, in other words, the minute unevenness existing on the side surface of the first protrusion 13 is not treated as the second protrusion 15 in the covering tool 1 of the present disclosure.
  • the ratio of the composite protrusion 17 to the plurality of first protrusions 13 is 30% or less.
  • the ratio of the composite protrusion 17 to the plurality of first protrusions 13 is 28.6%.
  • the ratio of the composite protrusion 17 to the plurality of first protrusions 13 may be 5% or more. Further, the ratio of the composite protrusion 17 to the plurality of first protrusions 13 may be 20% or less.
  • the number of the first protrusion 13 and the composite protrusion 17 may be measured by taking a 30,000-fold photograph using, for example, a scanning electron microscope or a transmission electron microscope.
  • the ratio of the composite protrusion 17 to the plurality of first protrusions 13 may be measured by measuring about 50 to 100 first protrusions 13.
  • the number of photographs to be taken may be appropriately determined according to the number of existing composite protrusions 17.
  • other constituent requirements in the covering tool of the present disclosure may be measured in the same manner.
  • the average number of the second protrusions 15 included in the composite protrusions 17 is 1.2 or less.
  • the average number of the second protrusions 15 included in the composite protrusions 17 may be an average value of 50 composite protrusions 17.
  • the ratio of the average height of the second protrusion 15 to the average width of the foot 15a of the second protrusion 15 in the covering tool 1 of the present disclosure is the ratio of the plurality of first protrusions 13 to the average width of the foot 13a of the plurality of first protrusions 13. It may be larger than the average height ratio.
  • the ratio of the average height of the second protrusion 15 to the average width of the foot 15a of the second protrusion 15 is the average height from the central portion of the foot 15a of the second protrusion 15 to the tip 15b of the second protrusion 15. , The value divided by the average width of the foot 15a of the second protrusion 15. With such a configuration, the adhesion between the intermediate layer 9 and the Al 2 O 3 layer 11 is further excellent.
  • the ratio of the average height of the plurality of first protrusions 13 to the average width of the foot 13a of the plurality of first protrusions 13 may be 1.2 or less. With such a configuration, the adhesion between the intermediate layer 9 and the Al 2 O 3 layer 11 is excellent.
  • the ratio of the average height of the plurality of first protrusions 13 to the average width of the foot 13a of the plurality of first protrusions 13 may be 1.0 or less.
  • the average width of the foot 13a of the first protrusion 13 may be 10 nm or more and 50 nm or less, and the average height of the first protrusion 13 may be 10 nm or more and 60 nm or less. With such a configuration, the adhesion between the intermediate layer 9 and the Al 2 O 3 layer 11 is excellent.
  • the average width of the foot 13a may be 25 nm or more and 45 nm or less.
  • the average height of the first protrusion 13 may be 10 nm or more and 50 nm or less.
  • the average angle of the tip 13b of the first protrusion 13 may be 50 ° or more and 90 ° or less.
  • excellent film forming property of the Al 2 O 3 layer 11 excellent adhesion of the intermediate layer 9 and the Al 2 O 3 layer 11.
  • the average angle of the tip 13b of the first protrusion 13 may be 55 ° or more.
  • the average angle of the tip 13b of the first protrusion 13 may be 80 ° or less.
  • the composite protrusion 17 in the covering tool 1 of the present disclosure may have a third protrusion 19 protruding in a direction intersecting the protrusion direction of the second protrusion 15.
  • the height of the third protrusion 19 is 10 nm or more.
  • the minute unevenness existing on the side surface of the second protrusion 15 is not treated as the third protrusion 19 in the covering tool 1 of the present disclosure.
  • Such minute irregularities do not substantially contribute to the adhesion between the intermediate layer 9 and the Al 2 O 3 layer 11.
  • the coating layer 7 has the TiN layer 10a, the first TiCN layer 10b, the second TiCN layer 10c, the intermediate layer 9, and the Al 2 O 3 layer 11 in this order from the substrate 5. May have. With such a configuration, the covering tool 1 has a long life.
  • the first TiCN layer 10b may be an MT-TiCN layer described later.
  • the second TiCN layer 10c may be an HT-TiCN layer described later.
  • a TiN layer or the like may be provided as a surface layer (not shown).
  • the surface layer may be made of other materials other than titanium nitride, such as titanium carbonitride, titanium carbonate, and chromium nitride.
  • the surface layer may be made of a colored material and may have a function of easily determining whether or not a cutting edge is used.
  • the surface layer may be provided with a thickness of 0.1 ⁇ m to 3.0 ⁇ m.
  • the first protrusion 13, the second protrusion 15, and the third protrusion 19 in the covering tool 1 of the present disclosure all contain Ti, C, and N, and may have the same composition. Further, the first protrusion 13, the second protrusion 15, and the third protrusion 19 all contain Ti, C, N, and O, and may have the same composition. If the compositions of the first protrusion 13, the second protrusion 15, and the third protrusion 19 are the same, cracks and breakage are less likely to occur between the first protrusion 13, the second protrusion 15, and the third protrusion 19, respectively.
  • the adhesion between the intermediate layer 9 and the Al 2 O 3 layer 11 is higher than that in the case where the compositions of the above are different.
  • compositions of the first protrusion 13, the second protrusion 15, and the third protrusion 19 are homogeneous means that the difference between the constituent components of each is 5% or less.
  • each composition may be 3% or less. Further, it may be 1% or less.
  • Such first protrusion 13, second protrusion 15 and third protrusion 19 can be obtained by using the same gas when forming the first protrusion 13, the second protrusion 15 and the third protrusion 19.
  • compositions of the first protrusion 13 and the second protrusion 15 may be different, and the compositions of the second protrusion 15 and the third protrusion 19 may be different.
  • the first protrusion 13 In order to form the first protrusion 13, the second protrusion 15, and the third protrusion 19 having different compositions, it is preferable to use gases having different compositions at the time of film formation.
  • first protrusion 13 may not be formed perpendicular to the first surface 2 of the substrate 5, or may be inclined with respect to the first surface 2 of the substrate 5.
  • the thickness of the intermediate layer 9 is 10 nm ⁇ 35 nm, without hardness of the intermediate layer 9 is decreased, and the Al 2 O 3 layer 11 is ⁇ -type crystal structure.
  • the thickness of the intermediate layer 9 excludes the first protrusion 13, the second protrusion 15, and the third protrusion 19.
  • the intermediate layer 9 may contain, for example, titanium in an amount of 30 to 70 atomic%, carbon in an amount of 1 to 70 atomic%, nitrogen in an amount of 1 to 35 atomic%, and oxygen in an amount of 3 to 20 atomic%. Further, aluminum may be further contained in an amount of 10 atomic% or less. Further, it may contain 1 to 10 atomic% of components such as chlorine and chromium. Further, the intermediate layer 9 may contain other trace components.
  • the first protrusion 13, the second protrusion 15, and the third protrusion 19 may all have the same composition or may have the above-mentioned composition range.
  • the intermediate layer having the first protrusion can be formed, for example, by forming a film on the surface of the substrate by a chemical vapor deposition (CVD) method under the following conditions.
  • CVD chemical vapor deposition
  • the substrate is set in the chamber of the film forming apparatus, for example, the film forming temperature is 900 ° C. to 990 ° C., the gas pressure is 15 kPa to 40 kPa, and the reaction gas composition is 3% by volume of titanium tetrachloride (TiCl 4 ) gas. ⁇ 15% by volume, methane (CH 4 ) gas 3% by volume to 10% by volume, nitrogen (N 2 ) gas 3% by volume to 50% by volume, carbon monoxide (CO) gas 0.2% by volume to 1 It is preferable to form a film with 0.0% by volume and the rest as hydrogen (H 2 ) gas. For the sake of convenience, this process is referred to as the first step of the film formation process of the intermediate layer.
  • the film forming temperature is 900 ° C. to 990 ° C.
  • the gas pressure is 15 kPa to 40 kPa
  • the reaction gas composition is 3% by volume of titanium tetrachloride (TiCl 4 )
  • the film formation time in this first step may be 20 minutes or more and 40 minutes or less.
  • the nitrogen (N 2 ) gas having this reaction gas composition is 30% by volume to 50% by volume, the average width of the foot of the first protrusion tends to be wide, and the average height of the first protrusion tends to be short. In other words, under such conditions, it is easy to obtain a first protrusion that is thick, short, and hard to break.
  • the film formation time in the previous step is preferably 20 minutes or more and 40 minutes or less. Under such film forming conditions, it is easy to form the first protrusions having an average foot spacing of 70 nm or more and 120 nm or less.
  • the second protrusion is formed when the film formation temperature is lowered and the film formation temperature is in the range of 900 to 940 ° C. without changing the composition of the raw material gas.
  • the film formation time may be 30 to 90 minutes in total with the previous step.
  • the film formation time is extended in the latter stage of film formation of the intermediate layer, that is, in the process of forming the second protrusion, the number of the second protrusions increases, and the width and height tend to increase.
  • a second protrusion whose protrusion direction extends toward the substrate is likely to be formed.
  • a third protrusion protruding from the second protrusion is formed.
  • the formation temperature of the Al 2 O 3 layer is 900 ° C. to 990 ° C.
  • the gas pressure is 5 kPa to 20 kPa
  • the composition of the reaction gas is 3.5 aluminum trichloride (AlCl 3 ) gas.
  • AlCl 3 aluminum trichloride
  • HCl hydrogen sulfide
  • CO 2 carbon dioxide
  • H hydrogen sulfide
  • the gas may be formed as 0% by volume to 1.0% by volume, and the rest may be hydrogen (H 2 ) gas.
  • the Al 2 O 3 layer may be made of ⁇ -alumina.
  • the coating layer may have a TiN layer, a first TiCN layer, and a second TiCN layer in this order from the substrate. Then, an intermediate layer and an Al 2 O 3 layer may be provided on the second TiCN layer in this order. Further, a surface layer containing Ti and N may be further provided on the Al 2 O 3 layer.
  • the film formation temperature is 800 ° C. to 940 ° C.
  • the gas pressure is 8 kPa to 50 kPa
  • the composition of the reaction gas is 0.5% by volume of titanium tetrachloride (TiCl 4 ) gas.
  • the film may be formed with 10% by volume, nitrogen (N 2 ) gas at 10% by volume to 60% by volume, and the rest as hydrogen (H 2 ) gas.
  • a first TiCN layer and a second TiCN layer may be provided on the TiN layer.
  • the first TiCN layer may be a so-called MT (moderate temperature) -TiCN layer.
  • MT-TiCN layer for example, a raw material containing titanium tetrachloride (TiCl 4 ) gas, nitrogen (N 2 ) gas, acetonitrile (CH 3 CN) gas and the like is used, and the film formation temperature is set to 780 ° C to 880 ° C.
  • the thickness of the first TiCN layer formed by forming a film at a relatively low temperature is 2 ⁇ m to 15 ⁇ m, the wear resistance and fracture resistance of the first TiCN layer are high.
  • the titanium nitride crystal contained in the first TiCN layer may be a columnar crystal elongated in the thickness direction of the coating layer.
  • the second TiCN layer may be a so-called HT (high temperature) -TiCN layer.
  • the HT-TiCN layer is formed by using, for example, titanium tetrachloride (TiCl 4 ) gas, nitrogen (N 2 ) gas, methane (CH 4 ) gas or the like as a raw material gas, and does not contain acetonitrile (CH 3 CN) gas.
  • the film may be formed in a film temperature range of 900 ° C. to 1050 ° C. Further, the film may be formed at a temperature higher than that of the first TiCN layer.
  • the thickness of the second TiCN layer may be 10 nm to 900 nm.
  • titanium is 30 to 70 atomic%
  • carbon is 15 to 35 atomic%
  • nitrogen is 15 to 35 atomic%
  • oxygen is 2 to 10 atomic%.
  • the containing interface layer (not shown) may be arranged.
  • the thickness of the interface layer may be 5 nm to 50 nm.
  • the film formation temperature was 780 ° C to 880 ° C
  • the gas pressure was 5 kPa to 25 kPa
  • the reaction gas composition was 0.5% by volume to 10% by volume of titanium tetrachloride (TiCl 4 ) gas and nitrogen (N 2 ).
  • the gas may be formed as 5% by volume to 60% by volume
  • acetonitrile (CH 3 CN) gas may be formed as 0.1% by volume to 3.0% by volume
  • the rest may be formed as hydrogen (H 2 ) gas.
  • the average crystal width of the titanium nitride columnar crystals constituting the first TiCN layer is set on the surface side of the substrate side rather than the substrate side.
  • the larger configuration can be used.
  • the film formation temperature was 900 ° C to 990 ° C
  • the gas pressure was 5 kPa to 40 kPa
  • the composition of the reaction gas was 1% to 4% by volume of titanium tetrachloride (TiCl 4 ) gas and 5 volumes of nitrogen (N 2 ) gas.
  • TiCl 4 titanium tetrachloride
  • N 2 nitrogen
  • methane (CH 4 ) gas may be 0.1% by volume to 10% by volume, and the rest may be hydrogen (H 2 ) gas.
  • At least the cutting edge portion on the surface of the film-formed coating layer is polished.
  • the cutting edge portion is smoothly processed, welding of the work material is suppressed, and the tool has further excellent fracture resistance.
  • the cutting tool 101 of the present disclosure is, for example, a rod-shaped body extending from the first end (upper end in FIG. 5) to the second end (lower end in FIG. 5).
  • the cutting tool 101 includes a holder 105 having a pocket 103 on the first end side (tip side) and the above-mentioned covering tool 1 located in the pocket 103. Since the cutting tool 101 includes the covering tool 1, stable cutting can be performed for a long period of time.
  • the pocket 103 is a portion on which the covering tool 1 is mounted, and has a seating surface parallel to the lower surface of the holder 105 and a restraining side surface inclined with respect to the seating surface. Further, the pocket 103 is open on the first end side of the holder 105.
  • the covering tool 1 is located in the pocket 103. At this time, the lower surface of the covering tool 1 may be in direct contact with the pocket 103, or a sheet (not shown) may be sandwiched between the covering tool 1 and the pocket 103.
  • the covering tool 1 is attached to the holder 105 so that at least a part of the portion used as the cutting edge 7 at the ridge line where the first surface 3 and the second surface 5 intersect protrudes outward from the holder 105.
  • the covering tool 1 is attached to the holder 105 by the fixing screw 107. That is, by inserting the fixing screw 107 into the through hole 17 of the covering tool 1, inserting the tip of the fixing screw 107 into the screw hole (not shown) formed in the pocket 103, and screwing the screw portions together.
  • the covering tool 1 is attached to the holder 105.
  • Steel, cast iron, etc. can be used as the material of the holder 105.
  • steel having high toughness may be used.
  • the cutting tool 101 used for so-called turning is illustrated.
  • Examples of the turning process include inner diameter processing, outer diameter processing, and grooving processing.
  • the cutting tool 101 is not limited to the one used for turning.
  • the covering tool 1 of the above embodiment may be used as the cutting tool used for the milling process.
  • a coating layer was formed on the above-mentioned cemented carbide substrate by a chemical vapor deposition (CVD) method.
  • CVD chemical vapor deposition
  • an intermediate layer and an Al 2 O 3 layer were directly formed on the substrate.
  • a TiN layer was provided on the surface of the above-mentioned cemented carbide substrate, and a first TiCN layer, a second TiCN layer, an intermediate layer, and an Al 2 O 3 layer were provided on the TiN layer in this order.
  • the film forming conditions for the intermediate layer of each sample are shown in Tables 1 and 2. In the film formation of the intermediate layer, TiCl 4 gas, N 2 gas, CO gas and H 2 gas were used.
  • Tables 1 and 2 The values listed in the raw material gas column shown in Tables 1 and 2 are the volume% of each gas. In Tables 1 and 2, under the film forming conditions shown as the first half and the second half, the first half and the second half were formed in this order. For samples in which only the first half was described and the second half was not described, the film was formed only under the first half of the film formation conditions without changing the film formation conditions.
  • the film formation temperature of the Al 2 O 3 layer was 950 ° C.
  • the gas pressure was 7.5 kPa.
  • the composition of the reaction gas is 3.7% by volume of aluminum trichloride (AlCl 3 ) gas, 0.7% by volume of hydrogen chloride (HCl) gas, 4.3% by volume of carbon dioxide (CO 2 ) gas, and hydrogen sulfide.
  • the (H 2 S) gas was 0.3% by volume, and the rest was hydrogen (H 2 ) gas.
  • the film formation time of the Al 2 O 3 layer was 380 minutes.
  • the film formation conditions of the TiN layer in the example of Table 2 are shown below.
  • the film formation temperature of the TiN layer was 850 degrees.
  • the gas pressure was 16 kPa.
  • the composition of the reaction gas was 1.0% by volume of titanium tetrachloride (TiCl 4 ) gas, 38% by volume of nitrogen (N 2 ) gas, and the rest was hydrogen (H 2 ) gas.
  • the film formation time was 180 minutes.
  • the film formation conditions of the first TiCN layer in the example of Table 2 are shown below.
  • the film formation temperature was 850 ° C. and the gas pressure was 9.0 kPa.
  • the reaction gas composition was 4.0% by volume of titanium tetrachloride (TiCl 4 ) gas, 23% by volume of nitrogen (N 2 ) gas, 0.4% by volume of acetonitrile (CH 3 CN) gas, and the rest. It was a hydrogen (H 2 ) gas.
  • the film formation time was 400 minutes.
  • the film forming conditions of the second TiCN layer in Table 2 are shown below.
  • the film formation temperature was 950 ° C.
  • the gas pressure was 13 kPa.
  • the composition of the reaction gas is 4% by volume of titanium tetrachloride (TiCl 4 ) gas, 20% by volume of nitrogen (N 2 ) gas, 8% by volume of methane (CH 4 ) gas, and the rest is hydrogen (H 2 ) gas. did.
  • the film formation time was 80 minutes.
  • the proportion of the composite protrusion among the plurality of first protrusions is 30% or less, and the sample No. which is an example of the present disclosure. All of the covering tools 3, 5 to 9 had excellent fracture resistance. Sample No. in which the ratio of the composite protrusions to the plurality of first protrusions exceeds 30%. 1 and 2 are sample Nos. The fracture resistance was inferior to that of 3, 5 to 9. In addition, sample No. which does not have a compound protrusion. 4 and 10 are sample Nos. The fracture resistance was inferior to that of 3, 5 to 9.
  • the proportion of the composite protrusion among the plurality of first protrusions is 30% or less, and the sample No. which is an example of the present disclosure. All of the covering tools 13 and 15 to 19 had excellent fracture resistance. Sample No. in which the ratio of the composite protrusions to the plurality of first protrusions exceeds 30%. 11 and 12 are sample Nos. The fracture resistance was inferior to that of 13, 15-19. In addition, sample No. which does not have a compound protrusion. 14 and 20 are sample Nos. The fracture resistance was inferior to that of 13, 15-19.

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Abstract

本開示の被覆工具は、基体と、該基体の表面に位置する被覆層とを備える。前記被覆層は、Ｔｉを含有する中間層と、Ａｌ２Ｏ３層とを有する。該Ａｌ２Ｏ３層は、前記中間層よりも前記基体から遠い位置において前記中間層に接して位置している。前記中間層は、前記Ａｌ２Ｏ３層に向かって突出した複数の第１突起を有する。該複数の第１突起の少なくとも一つは、前記第１突起の突出方向に交わる方向に突出した第２突起を有する複合突起である。前記複数の第１突起のうち、前記複合突起が占める割合は、３０％以下である。本開示の切削工具は、第１端から第２端に向かって延び、前記第１端側にポケットを有するホルダと、前記ポケットに位置する上述の被覆工具と、を備える。

Description

被覆工具およびそれを備えた切削工具
　本開示は、基体の表面に被覆層を有する被覆工具およびそれを備えた切削工具に関する。
　超硬合金やサーメット、セラミックス等の基体表面に、結合膜を介してＡｌ２Ｏ３層を積層した被覆層を形成した切削工具等の被覆工具が知られている。
　切削工具は、最近の切削加工の高能率化に伴って、大きな衝撃が切刃にかかる重断続切削等に用いられる機会が増えている。このような過酷な切削条件においては、被覆層に大きな衝撃がかかり、被覆層のチッピングや剥離が発生しやすくなる。そのため被覆層には、耐摩耗性に加えて耐欠損性の向上が求められている。
　このような課題を解決するため、特許文献１では、Ａｌ２Ｏ３層と接する界面において、先端が鉤型に屈曲した突起を配置することが記載されている。
　また、特許文献２および特許文献３には、Ａｌ２Ｏ３層と接する界面において、被覆層の積層方向に延びた第１の突起の側面に、多数の第２の突起を有する複合突起を配置することが記載されている。
　これらのうち、特許文献１と特許文献２に記載された突起および複合突起の先端は鈍角になっており、成膜性が劣る形状をしている。また、特許文献２および特許文献３に記載された複合突起は、第１突起を有さず、複合突起のみを有しており、やはり成膜性が劣る形状をしている。
特開２００４－７４３２４号公報 米国公開２０１３／０１４９５２７号公報 特開２００９－１６６２１６号公報
　耐欠損性に優れた被覆工具を提供する。
　本開示の被覆工具は、基体と、該基体の表面に位置する被覆層とを備える。前記被覆層は、Ｔｉを含有する中間層と、Ａｌ２Ｏ３層とを有する。該Ａｌ２Ｏ３層は、前記中間層よりも前記基体から遠い位置において前記中間層に接して位置している。前記中間層は、前記Ａｌ２Ｏ３層に向かって突出した複数の第１突起を有する。該複数の第１突起の少なくとも一つは、前記第１突起の突出方向に交わる方向に突出した第２突起を有する複合突起である。前記複数の第１突起のうち、前記複合突起が占める割合は、３０％以下である。本開示の切削工具は、第１端から第２端に向かって延び、前記第１端側にポケットを有するホルダと、前記ポケットに位置する上述の被覆工具と、を備える。
本開示の被覆工具の一例を示す概略斜視図である。 図１の被覆工具における被覆層の断面の構成を説明するための模式図である。 本開示の被覆工具の中間層およびＡｌ２Ｏ３層付近の構成を説明するための要部拡大図である。 本開示の被覆工具の中間層およびＡｌ２Ｏ３層付近の構成を説明するための要部拡大図である。 本開示の切削工具の一例を示す平面図である。
　＜被覆工具＞
　本開示の被覆工具は、図１に示す例においては、主面が概略四角形状の板状である。ただし、この形状に限定されるものではない。被覆工具１は、第１面２と、第２面３とを有し、第１面２と第２面３とが交わる部分の少なくとも一部に切刃４を有している。第１面２は、すくい面と呼ばれる面であり、第２面３は逃げ面と呼ばれる面である。そのため、すくい面２と逃げ面３とが交わる部分の少なくとも一部に切刃４を有しているともいえるものである。
　また、図２の被覆工具１における被覆層７の断面の構成を説明するための模式図に示すように、被覆工具１は、基体５と、この基体５の表面に位置する被覆層７を備えている。
　被覆工具１の基体５を構成する材質は、硬質合金、セラミックスまたは金属が挙げられる。硬質合金としては、炭化タングステン（ＷＣ）と、コバルト（Ｃｏ）やニッケル（Ｎｉ）等の鉄属金属を含有する超硬合金であってもよい。他の硬質合金として、炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）と、コバルト（Ｃｏ）やニッケル（Ｎｉ）等の鉄属金属を含有するＴｉ基サーメットであってもよい。セラミックスが、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、ダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）であってもよい。金属としては、炭素鋼、高速度鋼、合金鋼であってもよい。上記材質の中でも、被覆工具１として用いる場合には、基体５は、超硬合金またはサーメットからなることが耐欠損性および耐摩耗性の点でよい。
　被覆層７は、Ｔｉを含有する中間層９と、Ａｌ２Ｏ３層１１とを有している。Ａｌ２Ｏ３層１１は、中間層９の基体５から遠い位置において中間層９に接している。
　本開示の被覆工具１における中間層９は、Ｔｉを有する層であり、例えば、ＴｉＮ、ＴｉＣ、ＴｉＮＯなどを含有していてもよい。また、例えば、ＴｉとＣとＮとを含有していてもよい。言い換えると、中間層９は、ＴｉＣＮ結晶を含有していてもよい。また、中間層９は、例えば、ＴｉとＣとＮとＯとを含有していてもよい。言い換えると、中間層９は、ＴｉＣＮＯ結晶を含有していてもよい。このような構成を有すると、Ａｌ２Ｏ３層１１と中間層９の密着性に優れる。
　本開示の被覆工具１は、図３に示すように、Ａｌ２Ｏ３層１１に向かって突出した複数の第１突起１３を有している。
　第１突起１３は、第１突起１３の突出の起点となる麓１３ａを有している。また、第１突起１３は、基体５から最も離れた位置に先端１３ｂを有している。言い換えると、第１突起１３は、麓１３ａから先端１３ｂに向けて伸びている。第１突起１３は、代表的には三角形状を有する。
　麓１３ａとは、第１突起１３の基体５に近い位置を指す。麓１３ａとは、第１突起１３が形成する三角形の底辺と言い換えてもよい。
　なお、本開示の被覆工具１において、第１突起１３は、図３、４に示すように、先端１３ｂが鋭角であり、高さが１０ｎｍ以上であり、複数の第１突起１３の麓１３ａの平均幅に対する複数の第１突起１３の平均高さの比が、０．６以上のものを意味する。
　図３に示すように、本開示の被覆工具１においては、複数の第１突起１３の少なくとも一つは、第１突起１３の突出方向に交わる方向に突出した第２突起１５を有する複合突起１７である。本開示の被覆工具１においては、第１突起１３の全てが、複合突起１７であってもよい。以後、第１突起１３のうち、第２突起１５を有するものを複合突起１７という。
　本願の被覆工具１における複合突起１７とは、図３に示すように第２突起１５の麓が、第１突起１３の麓から離れているものを意味する。言い換えると、複数の第１突起１３が重なり合ったものは、複合突起１７とは取り扱わない。
　なお、本開示の被覆工具１における第２突起１５とは、第２突起１５の突出の起点である第２突起１５の麓１５ａの中央部から第２突起１５の先端１５ｂまでの高さが、１０ｎｍ以上のものである。すなわち、言い換えると、第１突起１３の側面に存在する微小な凹凸は本開示の被覆工具１においては、第２突起１５とは取り扱わない。
　本願の被覆工具１は、複数の第１突起１３のうち、複合突起１７が占める割合は、３０％以下である。例えば、図３においては、７つの第１突起があり、そのうち２つが複合突起１７である。この場合、複数の第１突起１３のうち、複合突起１７が占める割合は、２８．６％である。このような構成を有すると中間層９とＡｌ２Ｏ３層１１の密着性に優れる。
　複数の第１突起１３のうち、複合突起１７が占める割合は、５％以上であってもよい。また、複数の第１突起１３のうち、複合突起１７が占める割合は、２０％以下であってもよい。
　第１突起１３および複合突起１７の数の測定は、例えば、走査型電子顕微鏡や透過型電子顕微鏡を用いて、３０，０００倍の写真を撮影して行うとよい。複数の第１突起１３のうち、複合突起１７が占める割合は、第１突起１３を５０～１００個程度測定するとよい。撮影する写真の数は、存在する複合突起１７の数に応じて適宜、定めるとよい。なお、本開示の被覆工具における他の構成要件も同様に測定するとよい。
　本開示の被覆工具１は、複合突起１７が有する第２突起１５の平均数は、１．２以下である。なお、複合突起１７が有する第２突起１５の平均数は、５０個の複合突起１７の平均値とするとよい。このような構成を有すると、Ａｌ２Ｏ３層１１の成膜性に優れ、中間層９とＡｌ２Ｏ３層１１の密着性に優れる。なお、複合突起１７は第２突起１５を含むものであるため平均数の下限値に１は含まれない。
　本開示の被覆工具１における第２突起１５の麓１５ａの平均幅に対する第２突起１５の平均高さの比は、複数の第１突起１３の麓１３ａの平均幅に対する複数の第１突起１３の平均高さの比よりも大きくてもよい。なお、第２突起１５の麓１５ａの平均幅に対する第２突起１５の平均高さの比とは、第２突起１５の麓１５ａの中央部から第２突起１５の先端１５ｂまでの平均高さを、第２突起１５の麓１５ａの平均幅で割った値である。このような構成を有すると、さらに中間層９とＡｌ２Ｏ３層１１の密着性に優れる。
　本開示の被覆工具１は、複数の第１突起１３の麓１３ａの平均幅に対する複数の第１突起１３の平均高さの比は、１．２以下であってもよい。このような構成を有すると中間層９とＡｌ２Ｏ３層１１の密着性に優れる。
　複数の第１突起１３の麓１３ａの平均幅に対する複数の第１突起１３の平均高さの比は、１．０以下であってもよい。
　本開示の被覆工具１は、第１突起１３の麓１３ａの平均幅が１０ｎｍ以上、５０ｎｍ以下であり、第１突起１３の平均高さが１０ｎｍ以上、６０ｎｍ以下であってもよい。このような構成を有すると中間層９とＡｌ２Ｏ３層１１の密着性に優れる。また、麓１３ａの平均幅は、２５ｎｍ以上、４５ｎｍ以下であってもよい。第１突起１３の平均高さは、１０ｎｍ以上、５０ｎｍ以下であってもよい。
　本開示の被覆工具１は、第１突起１３の先端１３ｂの平均角度が、５０°以上、９０°以下であってもよい。このような構成を有すると、Ａｌ２Ｏ３層１１の成膜性に優れ、中間層９とＡｌ２Ｏ３層１１の密着性に優れる。また、第１突起１３の先端１３ｂの平均角度は、５５°以上であってもよい。また、第１突起１３の先端１３ｂの平均角度は、８０°以下であってもよい。このような構成を有すると、Ａｌ２Ｏ３層１１の成膜性に優れ、さらに中間層９とＡｌ２Ｏ３層１１の密着性に優れる。
　また、図４に示すように、本開示の被覆工具１における複合突起１７は、第２突起１５の突出方向に交わる方向に突出した第３突起１９を有していてもよい。このような構成を有すると、さらに中間層９とＡｌ２Ｏ３層１１の密着性に優れる。なお、第３突起１９の高さは、１０ｎｍ以上である。言い換えると、第２突起１５の側面に存在する微小な凹凸は本開示の被覆工具１においては、第３突起１９とは取り扱わない。そのような微小な凹凸は中間層９とＡｌ２Ｏ３層１１の密着性に実質的に寄与しない。
　本開示の被覆工具１においては、図５に示すように、被覆層７が、基体５から順に、ＴｉＮ層１０ａ、第１ＴｉＣＮ層１０ｂ、第２ＴｉＣＮ層１０ｃ、中間層９、Ａｌ２Ｏ３層１１を有していてもよい。このような構成を有すると、寿命の長い被覆工具１となる。第１ＴｉＣＮ層１０ｂは、後述するＭＴ－ＴｉＣＮ層であってもよい。第２ＴｉＣＮ層１０ｃは、後述するＨＴ－ＴｉＣＮ層であってもよい。また、表層（図示せず）として、ＴｉＮ層などを設けてもよい。表層は、窒化チタン以外の炭窒化チタン、炭酸窒化チタン、窒化クロム等の他の材質であってもよい。表層は有色の材質からなり、切刃の使用の有無を容易に判別する機能を有していてもよい。表層は０．１μｍ～３．０μｍの厚みで設けてもよい。
　本開示の被覆工具１における第１突起１３、第２突起１５および第３突起１９は、いずれもＴｉ、Ｃ、Ｎを含有しており、組成が同質であってもよい。また、第１突起１３、第２突起１５および第３突起１９は、いずれもＴｉ、Ｃ、ＮおよびＯを含有しており、組成が同質であってもよい。この第１突起１３、第２突起１５および第３突起１９の組成が同質であると、第１突起１３と第２突起１５と第３突起１９との間で、亀裂や破壊が起こりにくく、それぞれの組成が異なる場合に比べ、中間層９とＡｌ２Ｏ３層１１との密着性が高くなる。
　なお、第１突起１３、第２突起１５および第３突起１９の組成が同質であるとは、それぞれの構成成分の差が５％以下のことをいう。
　また、それぞれの組成のずれが３％以下であってもよい。さらに、１％以下であってもよい。
　このような第１突起１３、第２突起１５および第３突起１９は、第１突起１３、第２突起１５および第３突起１９の成膜時に、同じガスを使うことで得ることができる。
　また、第１突起１３と第２突起１５の組成が異なっていてもよく、第２突起１５と第３突起１９の組成が異なっていてもよい。
　組成の異なる第１突起１３、第２突起１５および第３突起１９を形成するには、成膜時に組成の異なるガスを用いるとよい。
　また、第１突起１３は、基体５の第１面２に対して、垂直に形成されていなくてもよく、基体５の第１面２に対して傾斜していてもよい。
　また、中間層９の厚みが１０ｎｍ～３５ｎｍである場合には、中間層９の硬度が低下することなく、かつＡｌ２Ｏ３層１１がα型結晶構造となる。ここで、中間層９の厚みとは、第１突起１３、第２突起１５、第３突起１９を除くものである。
　中間層９は、例えば、チタンを３０～７０原子％、炭素を１～７０原子％、窒素を１～３５原子％、酸素を３～２０原子％の割合で含有していてもよい。また、さらにアルミニウムを１０原子％以下、含有していてもよい。また、塩素やクロム等の成分を１～１０原子％含有していてもよい。また、中間層９は、他の微量成分を含有していてもよい。
　本開示の被覆工具１においては、第１突起１３、第２突起１５、第３突起１９はいずれも、同じ組成であってもよく、上述の組成範囲であってもよい。
　＜製造方法＞
　第１突起を有する中間層は、例えば、基体の表面に、化学気相蒸着（ＣＶＤ）法によって下記の条件で成膜することで、形成することができる。
　まず、基体を成膜装置のチャンバにセットし、例えば、成膜温度を９００℃～９９０℃、ガス圧を１５ｋＰａ～４０ｋＰａとし、反応ガス組成が、四塩化チタン（ＴｉＣｌ４）ガスを３体積％～１５体積％、メタン（ＣＨ４）ガスを３体積％～１０体積％、窒素（Ｎ２）ガスを３体積％～５０体積％、一酸化炭素（ＣＯ）ガスを０．２体積％～１．０体積％、残りが水素（Ｈ２）ガスとして成膜するとよい。この工程を便宜的に中間層の成膜工程の前期工程という。この前期工程の成膜時間は、２０分以上、４０分以下としてもよい。この反応ガス組成の窒素（Ｎ２）ガスを３０体積％～５０体積％とすると、第１突起の麓の平均幅は広くなりやすく、第１突起の平均高さが短くなりやすい。言い換えると、このような条件では、太く、短く、破損しにくい第１突起が得られやすい。また、前期工程の成膜時間を２０分以上、４０分以下とするとよい。このような成膜条件にすると、麓の平均間隔が７０ｎｍ以上、１２０ｎｍ以下の第１突起を形成しやすい。
　また、上記の中間層の成膜の後期において、原料ガスの配合を変えずに、成膜温度を下げて成膜温度を９００～９４０℃の範囲とすると第２突起が形成される。この成膜時間は、前期工程との合計で３０～９０分としてもよい。
　中間層の成膜の後期、すなわち、第２突起を形成する工程において、成膜時間を延ばすと、第２突起の数が増え、幅や高さが増加しやすい。また、突出方向が基体に向かって延びている第２突起が形成されやすい。さらに、成膜時間を延ばすと、第２突起から突出した第３突起が形成される。
　Ａｌ２Ｏ３層は、中間層の成膜後に、成膜温度を９００℃～９９０℃、ガス圧を５ｋＰａ～２０ｋＰａとし、反応ガスの組成が、三塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ３）ガスを３．５体積％～１５体積％、塩化水素（ＨＣｌ）ガスを０．５体積％～２．５体積％、二酸化炭素（ＣＯ２）ガスを０．５体積％～５．０体積％、硫化水素（Ｈ２Ｓ）ガスを０体積％～１．０体積％、残りが水素（Ｈ２）ガスとして成膜してもよい。Ａｌ２Ｏ３層は、α－アルミナからなるものであってもよい。
　以上、基体の上に中間層とＡｌ２Ｏ３層が順に形成された例を説明した。被覆層は、基体から順に、ＴｉＮ層、第１ＴｉＣＮ層、第２ＴｉＣＮ層を有していてもよい。そして、この第２ＴｉＣＮ層の上に、順に、中間層、Ａｌ２Ｏ３層を有していてもよい。また、Ａｌ２Ｏ３層の上に、さらに、ＴｉとＮを含有する表層を有していてもよい。
　基体の表面にＴｉＮ層を設ける場合には、成膜温度を８００℃～９４０℃、ガス圧を８ｋＰａ～５０ｋＰａとし、反応ガスの組成を、四塩化チタン（ＴｉＣｌ４）ガスを０．５体積％～１０体積％、窒素（Ｎ２）ガスを１０体積％～６０体積％とし、残りを水素（Ｈ２）ガスとして成膜してもよい。
　ＴｉＮ層の上に第１ＴｉＣＮ層、第２ＴｉＣＮ層を設けてもよい。第１ＴｉＣＮ層は、いわゆるＭＴ（moderate temperature）－ＴｉＣＮ層であってもよい。このＭＴ－ＴｉＣＮ層は、例えば、四塩化チタン（ＴｉＣｌ４）ガス、窒素（Ｎ２）ガスおよびアセトニトリル（ＣＨ３ＣＮ）ガス等を含む原料を用い、成膜温度を７８０℃～８８０℃として、比較的低温で成膜することによって形成される、第１ＴｉＣＮ層の厚みが２μｍ～１５μｍであると、第１ＴｉＣＮ層の耐摩耗性と耐欠損性が高い。第１ＴｉＣＮ層中に含まれる炭窒化チタン結晶は、被覆層の厚み方向に細長い柱状結晶としてもよい。
　第２ＴｉＣＮ層は、いわゆるＨＴ（high temperature）－ＴｉＣＮ層であってもよい。ＨＴ－ＴｉＣＮ層は、例えば、原料ガスとして四塩化チタン（ＴｉＣｌ４）ガス、窒素（Ｎ２）ガス、メタン（ＣＨ４）ガス等を用いて、アセトニトリル（ＣＨ３ＣＮ）ガスを含まず、成膜温度が９００℃～１０５０℃の範囲で成膜してもよい。また、第１ＴｉＣＮ層よりも高温で成膜してもよい。第２ＴｉＣＮ層の厚みは１０ｎｍ～９００ｎｍとしてもよい。
　ここで、第１ＴｉＣＮ層と第２ＴｉＣＮ層との間には、チタンを３０～７０原子％、炭素を１５～３５原子％、窒素を１５～３５原子％、酸素を２～１０原子％の割合で含有する界面層（図示せず）が配置されていてもよい。界面層の厚みは５ｎｍ～５０ｎｍとしてもよい。
　以下に第１ＴｉＣＮ層の成膜条件の例を説明する。成膜温度を７８０℃～８８０℃、ガス圧を５ｋＰａ～２５ｋＰａとし、反応ガス組成として、体積％で四塩化チタン（ＴｉＣｌ４）ガスを０．５体積％～１０体積％、窒素（Ｎ２）ガスを５体積％～６０体積％、アセトニトリル（ＣＨ３ＣＮ）ガスを０．１体積％～３．０体積％、残りを水素（Ｈ２）ガスとして成膜してもよい。このとき、アセトニトリル（ＣＨ３ＣＮ）ガスの含有比率を成膜初期よりも成膜後期で増すことによって、第１ＴｉＣＮ層を構成する炭窒化チタン柱状結晶の平均結晶幅を基体側よりも表面側の方が大きい構成とすることができる。
　次に、第２ＴｉＣＮ層の成膜条件について説明する。成膜温度を９００℃～９９０℃、ガス圧を５ｋＰａ～４０ｋＰａとし、反応ガスの組成を、四塩化チタン（ＴｉＣｌ４）ガスを１体積％～４体積％、窒素（Ｎ２）ガスを５体積％～２０体積％、メタン（ＣＨ４）ガスを０．１体積％～１０体積％、残りを水素（Ｈ２）ガスとして成膜してもよい。
　その後、所望により、成膜した被覆層表面の少なくとも切刃部を研磨加工する。この研磨加工により、切刃部が平滑に加工され、被削材の溶着を抑制して、さらに耐欠損性に優れた工具となる。
　以上、本開示の被覆工具について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されず、本開示の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良および変更を行なってもよい。
　＜切削工具＞
　次に、本開示の切削工具について図面を用いて説明する。
　本開示の切削工具１０１は、図５に示すように、例えば、第１端（図５における上端）から第２端（図５における下端）に向かって延びる棒状体である。切削工具１０１は、図５に示すように、第１端側（先端側）にポケット１０３を有するホルダ１０５と、ポケット１０３に位置する上記の被覆工具１とを備えている。切削工具１０１は、被覆工具１を備えているため、長期に渡り安定した切削加工を行うことができる。
　ポケット１０３は、被覆工具１が装着される部分であり、ホルダ１０５の下面に対して平行な着座面と、着座面に対して傾斜する拘束側面とを有している。また、ポケット１０３は、ホルダ１０５の第１端側において開口している。
　ポケット１０３には被覆工具１が位置している。このとき、被覆工具１の下面がポケット１０３に直接に接していてもよく、また、被覆工具１とポケット１０３との間にシート（図示しない）が挟まれていてもよい。
　被覆工具１は、第１面３及び第２面５が交わる稜線における切刃７として用いられる部分の少なくとも一部がホルダ１０５から外方に突出するようにホルダ１０５に装着される。本実施形態においては、被覆工具１は、固定ネジ１０７によって、ホルダ１０５に装着されている。すなわち、被覆工具１の貫通孔１７に固定ネジ１０７を挿入し、この固定ネジ１０７の先端をポケット１０３に形成されたネジ孔（図示しない）に挿入してネジ部同士を螺合させることによって、被覆工具１がホルダ１０５に装着されている。
　ホルダ１０５の材質としては、鋼、鋳鉄などを用いることができる。これらの部材の中で靱性の高い鋼を用いてもよい。
　本実施形態においては、いわゆる旋削加工に用いられる切削工具１０１を例示している。旋削加工としては、例えば、内径加工、外径加工及び溝入れ加工などが挙げられる。なお、切削工具１０１としては旋削加工に用いられるものに限定されない。例えば、転削加工に用いられる切削工具に上記の実施形態の被覆工具１を用いてもよい。
　まず、平均粒径１．２μｍの金属コバルト粉末を６質量％、平均粒径２．０μｍの炭化チタン粉末を０．５質量％、平均粒径２．０μｍの炭化ニオブ粉末を５質量％、残部が平均粒径１．５μｍのタングステンカーバイト粉末の割合で添加、混合し、プレス成形により工具形状（ＣＮＭＧ１２０４０８）に成形した。その後、脱バインダ処理を施し、アルゴン雰囲気および窒素雰囲気等の非酸化性雰囲気中で、１４５０℃～１６００℃の温度で、１時間焼成して超硬合金からなる基体を作製した。その後、作製した基体にブラシ加工をし、切刃となる部分にＲホーニングを施した。
　次に、上記の超硬合金の基体に対して、化学気相蒸着（ＣＶＤ）法により被覆層を成膜した。表１の例では、基体に直接、中間層、Ａｌ２Ｏ３層を成膜した。また、表２の例では、上記の超硬合金の基体の表面にＴｉＮ層を設け、ＴｉＮ層の上に順に第１ＴｉＣＮ層、第２ＴｉＣＮ層、中間層、Ａｌ２Ｏ３層を設けた。それぞれ試料の中間層の成膜条件は、表１、２に記載した。なお、中間層の成膜においては、ＴｉＣｌ４ガス、Ｎ２ガス、ＣＯガスおよびＨ２ガスを用いた。表１、２に示す原料ガスの欄に記載したのは、それぞれのガスの体積％である。表１、２において、前期、後期と示した成膜条件で、前期、後期の順で成膜した。なお、前期のみ記載し、後期の記載がない試料では、成膜条件を変えずに前期の成膜条件のみで成膜した。
　Ａｌ２Ｏ３層の成膜温度は、９５０℃とした。ガス圧は、７．５ｋＰａとした。反応ガスの組成は、三塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ３）ガスを３．７体積％、塩化水素（ＨＣｌ）ガスを０．７体積％、二酸化炭素（ＣＯ２）ガスを４．３体積％、硫化水素（Ｈ２Ｓ）ガスを０．３体積％、残りを水素（Ｈ２）ガスとした。Ａｌ２Ｏ３層の成膜時間は、３８０分とした。
　表２の例におけるＴｉＮ層の成膜条件を以下に示す。ＴｉＮ層の成膜温度は、８５０度とした。ガス圧は、１６ｋＰａとした。反応ガスの組成は、四塩化チタン（ＴｉＣｌ４）ガスを１．０体積％、窒素（Ｎ２）ガスを３８体積％、残りを水素（Ｈ２）ガスとした。成膜時間は１８０分とした。
　表２の例における第１ＴｉＣＮ層の成膜条件を以下に示す。成膜温度を８５０℃、ガス圧を９．０ｋＰａとした。反応ガス組成は、体積％で四塩化チタン（ＴｉＣｌ４）ガスを４．０体積％、窒素（Ｎ２）ガスを２３体積％、アセトニトリル（ＣＨ３ＣＮ）ガスを０．４体積％、残りを水素（Ｈ２）ガスとした。成膜時間は４００分とした。
　表２における第２ＴｉＣＮ層の成膜条件を以下に示す。成膜温度は、９５０℃とした。ガス圧は、１３ｋＰａとした。反応ガスの組成が、四塩化チタン（ＴｉＣｌ４）ガスを４体積％、窒素（Ｎ２）ガスを２０体積％、メタン（ＣＨ４）ガスを８体積％、残りを水素（Ｈ２）ガスとした。成膜時間は、８０分とした。
　表１、２の試料について、被覆層を含む断面において、ＳＥＭ観察を行い、複数の第１突起のうち、複合突起が占める割合を測定した。また、第１突起および複合突起の形態を観察した。その結果を、表１、２に示す。
　得られた試料を用いて、下記の条件において、断続切削試験を行い、耐欠損性を評価した。試験結果は表１、２に示す。表１、２に示す衝撃回数（比率）は、試料Ｎｏ．１における衝撃回数に対する、それぞれの試料の衝撃回数の比率である。衝撃回数（比率）が大きいほど、耐欠損性に優れるということである。
＜断続切削条件＞
被削材　：クロムモリブデン鋼　４本溝入り鋼材（ＳＣＭ４４０）
工具形状：ＣＮＭＧ１２０４０８
切削速度：３００ｍ／分
送り速度：０．３ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み：１．５ｍｍ
その他　：水溶性切削液使用
評価項目：Ａｌ２Ｏ３層剥離に至る衝撃回数を測定。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表１において、複数の第１突起のうち複合突起が占める割合が、３０％以下であり、本開示の実施例である試料Ｎｏ．３、５～９の被覆工具はいずれも耐欠損性が優れていた。複数の第１突起のうち複合突起が占める割合が、３０％を超える試料Ｎｏ．１、２は、試料Ｎｏ．３、５～９よりも耐欠損性が劣っていた。また、複合突起を有さない試料Ｎｏ．４、１０は、試料Ｎｏ．３、５～９よりも耐欠損性が劣っていた。
　表２において、複数の第１突起のうち複合突起が占める割合が、３０％以下であり、本開示の実施例である試料Ｎｏ．１３、１５～１９の被覆工具はいずれも耐欠損性が優れていた。複数の第１突起のうち複合突起が占める割合が、３０％を超える試料Ｎｏ．１１、１２は、試料Ｎｏ．１３、１５～１９よりも耐欠損性が劣っていた。また、複合突起を有さない試料Ｎｏ．１４、２０は、試料Ｎｏ．１３、１５～１９よりも耐欠損性が劣っていた。
１　　　被覆工具
２　　　第１面、すくい面
３　　　第２面、逃げ面
４　　　切刃
５　　　基体
７　　　被覆層
９　　　中間層
１０ａ　ＴｉＮ層
１０ｂ　第１ＴｉＣＮ層
１０ｃ　第２ＴｉＣＮ層
１１　　Ａｌ２Ｏ３層
１３　　第１突起
１３ａ　第１突起の麓
１３ｂ　第１突起の先端
１５　　第２突起
１５ａ　第２突起の麓
１５ｂ　第２突起の先端
１７　　複合突起
１９　　第３突起
１０１　切削工具
１０３　ポケット
１０５　ホルダ
１０７　固定ネジ
 
 

Claims (11)

  1. 　基体と、該基体の表面に位置する被覆層とを備えた被覆工具であって、
    　前記被覆層は、Ｔｉを含有する中間層と、Ａｌ２Ｏ３層とを有し、
    　該Ａｌ２Ｏ３層は、前記中間層よりも前記基体から遠い位置において前記中間層に接して位置しており、
    　前記中間層は、前記Ａｌ２Ｏ３層に向かって突出した複数の第１突起を有し、
    　該複数の第１突起の少なくとも一つは、前記第１突起の突出方向に交わる方向に突出した第２突起を有する複合突起であり、
    　前記複数の第１突起のうち、前記複合突起が占める割合は、３０％以下である、被覆工具。
  2. 　前記複合突起が有する前記第２突起の平均数は、１．２以下である、請求項１に記載の被覆工具。
  3. 　前記第２突起の麓の平均幅に対する前記第２突起の平均高さの比は、前記複数の第１突起の麓の平均幅に対する前記複数の第１突起の平均高さの比よりも大きい、請求項１または２に記載の被覆工具。
  4. 　前記複数の第１突起の麓の平均幅に対する前記複数の第１突起の平均高さの比が１．２以下である、請求項１～３のいずれかに記載の被覆工具。
  5. 　前記複数の第１突起の麓の平均幅は１０ｎｍ以上、５０ｎｍ未満であり、前記第１突起の平均高さは１０ｎｍ以上、６０ｎｍ未満である、請求項１～４のいずれかに記載の被覆工具。
  6. 　前記複数の第１突起の先端の角度は、５０°以上、９０°以下である、請求項１～５のいずれかに記載の被覆工具。
  7. 　前記複合突起は、前記第２突起の突出方向に突出した第３突起を有する、請求項１～６のいずれかに記載の被覆工具。
  8. 　前記被覆層は、前記基体から順に、第１ＴｉＣＮ層、第２ＴｉＣＮ層、前記中間層、前記Ａｌ２Ｏ３層を有する、請求項１～７のいずれかに記載の被覆工具。
  9. 　前記中間層は、ＣとＮとを含有する、請求項１～８のいずれかに記載の被覆工具。
  10. 　前記中間層は、さらにＯを含有する、請求項９に記載の被覆工具。
  11. 　第１端から第２端に向かって延び、前記第１端側にポケットを有するホルダと、
    　前記ポケットに位置する請求項１～１０のいずれかに記載の被覆工具と、を備えた切削工具。
     
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