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WO2022201229A1 - 切削工具 - Google Patents

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Publication number
WO2022201229A1
WO2022201229A1 PCT/JP2021/011651 JP2021011651W WO2022201229A1 WO 2022201229 A1 WO2022201229 A1 WO 2022201229A1 JP 2021011651 W JP2021011651 W JP 2021011651W WO 2022201229 A1 WO2022201229 A1 WO 2022201229A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
layer
region
less
cutting tool
average particle
Prior art date
Application number
PCT/JP2021/011651
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
将仁 引地
晋 奥野
貴翔 山西
Original Assignee
住友電工ハードメタル株式会社
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 住友電工ハードメタル株式会社 filed Critical 住友電工ハードメタル株式会社
Priority to PCT/JP2021/011651 priority Critical patent/WO2022201229A1/ja
Priority to US17/439,410 priority patent/US11511353B2/en
Priority to JP2021536178A priority patent/JP7103567B1/ja
Priority to EP21918107.0A priority patent/EP4091747B1/en
Priority to CN202180008501.2A priority patent/CN115379913A/zh
Publication of WO2022201229A1 publication Critical patent/WO2022201229A1/ja

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B27/00—Tools for turning or boring machines; Tools of a similar kind in general; Accessories therefor
    • B23B27/14—Cutting tools of which the bits or tips or cutting inserts are of special material
    • B23B27/148—Composition of the cutting inserts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/04—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material
    • C23C28/044—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material coatings specially adapted for cutting tools or wear applications
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
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    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/02—Pretreatment of the material to be coated
    • C23C16/0272—Deposition of sub-layers, e.g. to promote the adhesion of the main coating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/40—Oxides
    • C23C16/403—Oxides of aluminium, magnesium or beryllium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C30/00—Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process
    • C23C30/005—Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process on hard metal substrates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • 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 cutting tools.
  • the cutting tools of the present disclosure are A cutting tool comprising a substrate and a coating disposed on the substrate, the coating comprises an ⁇ -Al 2 O 3 layer,
  • the ⁇ -Al 2 O 3 layer is composed of a plurality of ⁇ -Al 2 O 3 particles,
  • the ⁇ -Al 2 O 3 layer includes a first region, a second region and a third region,
  • the first region is a region sandwiched between an interface P1 of the ⁇ -Al 2 O 3 layer on the substrate side and a virtual plane S1 in which the distance from the interface P1 to the surface side of the coating is 0.5 ⁇ m.
  • the second region is a region sandwiched between the virtual surface S1 and a virtual surface S2 in which the distance from the virtual surface S1 to the surface side of the coating is 1.0 ⁇ m
  • the third region extends from the surface P2 of the ⁇ -Al 2 O 3 layer or the interface P3 on the surface side of the coating of the ⁇ -Al 2 O 3 layer, and from the surface P2 or the interface P3 to the base material.
  • the average particle diameter a of the ⁇ -Al 2 O 3 particles in the first region is 0.10 ⁇ m or more and 0.30 ⁇ m or less
  • the average particle diameter b of the ⁇ -Al 2 O 3 particles in the second region is 0.30 ⁇ m or more and 0.50 ⁇ m or less
  • the average particle diameter c of the ⁇ -Al 2 O 3 particles in the third region is 0.30 ⁇ m or more and 0.50 ⁇ m or less
  • the cutting tool, wherein the ratio b/a of said a to said b is 1.5 or more and 5.0 or less.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of a cross section of a cutting tool according to Embodiment 1.
  • FIG. FIG. 2 is a schematic diagram showing another example of the cross section of the cutting tool according to Embodiment 1.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing another example of the cross section of the cutting tool according to Embodiment 1.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing another example of the cross section of the cutting tool according to Embodiment 1.
  • FIG. FIG. 5 is a diagram schematically showing an example of a backscattered electron image of the ⁇ -Al 2 O 3 layer.
  • FIG. 6 is a diagram explaining a method of measuring the average grain size of the ⁇ -Al 2 O 3 layer.
  • FIG. 7 is a diagram explaining a method of measuring the average grain size of the ⁇ -Al 2 O 3 layer.
  • the ⁇ -Al 2 O 3 layer has excellent mechanical properties, further improvement in adhesion to other layers and fracture resistance is required.
  • relatively soft steel materials such as low-carbon steel, chipping due to adhesion of the ⁇ -Al 2 O 3 layer to the cutting edge may lead to tool life, and improvement of adhesion resistance is also required.
  • an object of the present disclosure is to provide a tool having a long tool life even in high-efficiency machining of low-carbon steel.
  • the cutting tools of the present disclosure can have long tool life even in high efficiency machining of low carbon steel.
  • the cutting tool of the present disclosure is A cutting tool comprising a substrate and a coating disposed on the substrate, the coating comprises an ⁇ -Al 2 O 3 layer,
  • the ⁇ -Al 2 O 3 layer is composed of a plurality of ⁇ -Al 2 O 3 particles,
  • the ⁇ -Al 2 O 3 layer includes a first region, a second region and a third region,
  • the first region is a region sandwiched between an interface P1 of the ⁇ -Al 2 O 3 layer on the substrate side and a virtual plane S1 in which the distance from the interface P1 to the surface side of the coating is 0.5 ⁇ m.
  • the second region is a region sandwiched between the virtual surface S1 and a virtual surface S2 in which the distance from the virtual surface S1 to the surface side of the coating is 1.0 ⁇ m
  • the third region extends from the surface P2 of the ⁇ -Al 2 O 3 layer or the interface P3 on the surface side of the coating of the ⁇ -Al 2 O 3 layer, and from the surface P2 or the interface P3 to the base material.
  • the average particle diameter a of the ⁇ -Al 2 O 3 particles in the first region is 0.10 ⁇ m or more and 0.30 ⁇ m or less
  • the average particle diameter b of the ⁇ -Al 2 O 3 particles in the second region is 0.30 ⁇ m or more and 0.50 ⁇ m or less
  • the average particle diameter c of the ⁇ -Al 2 O 3 particles in the third region is 0.30 ⁇ m or more and 0.50 ⁇ m or less
  • the cutting tool, wherein the ratio b/a of said a to said b is 1.5 or more and 5.0 or less.
  • the cutting tool of the present disclosure can have a long tool life even in high efficiency machining of low carbon steel.
  • the average particle diameter c is preferably 0.36 ⁇ m or more and 0.44 ⁇ m or less. According to this, the wear resistance of the cutting tool is improved.
  • the b/a is preferably 1.5 or more and 2.5 or less. According to this, the adhesion between the first region and the second region is improved, and the chipping resistance is improved.
  • the ⁇ -Al 2 O 3 layer preferably has an average thickness of 3 ⁇ m or more and 15 ⁇ m or less. According to this, both excellent wear resistance and chipping resistance can be achieved.
  • the ⁇ -Al 2 O 3 layer preferably has an orientation index TC (hkl) of TC (0 0 12) of 3 or more. According to this, the wear resistance of the cutting tool is improved.
  • the present inventors have developed a tool that can have a long tool life even in high-efficiency machining of low-carbon steel. We performed high-efficiency machining and observed the state of the tool after machining.
  • Patent Document 1 the amount of wear is large, and welding is likely to occur. The reason for this is presumed to be that the grain size of the alumina layer in Patent Document 1 is relatively large, ranging from 0.5 ⁇ m to 3 ⁇ m.
  • Patent Document 2 tends to break easily.
  • the reason for this is that in Patent Document 2, the difference between the grain size on the lower side of the alumina layer and the grain size on the surface side is large, and an interface between crystal grains occurs at the boundary between the lower side and the upper side, and the interface is formed. It was presumed that this was because it served as a starting point for crack propagation.
  • the present inventors completed the cutting tool of the present disclosure, which has excellent wear resistance, chipping resistance and adhesion resistance, and has a long tool life.
  • a specific example of the cutting tool of the present disclosure will be described below with reference to the drawings.
  • the same reference numerals represent the same or equivalent parts.
  • dimensional relationships such as length, width, thickness, and depth are appropriately changed for clarity and simplification of the drawings, and do not necessarily represent actual dimensional relationships.
  • a compound or the like when represented by a chemical formula, it shall include any conventionally known atomic ratio unless the atomic ratio is particularly limited, and should not necessarily be limited only to those within the stoichiometric range.
  • TiCN the ratio of the number of atoms constituting TiCN includes all conventionally known atomic ratios.
  • a cutting tool of one embodiment of the present disclosure (hereinafter also referred to as “this embodiment") is A cutting tool comprising a substrate and a coating disposed on the substrate, the coating comprises an ⁇ -Al 2 O 3 layer,
  • the ⁇ -Al 2 O 3 layer is composed of a plurality of ⁇ -Al 2 O 3 particles,
  • the ⁇ -Al 2 O 3 layer includes a first region, a second region and a third region,
  • the first region is a region sandwiched between an interface P1 of the ⁇ -Al 2 O 3 layer on the substrate side and a virtual plane S1 in which the distance from the interface P1 to the surface side of the coating is 0.5 ⁇ m.
  • the second region is a region sandwiched between the virtual surface S1 and a virtual surface S2 in which the distance from the virtual surface S1 to the surface side of the coating is 1.0 ⁇ m
  • the third region extends from the surface P2 of the ⁇ -Al 2 O 3 layer or the interface P3 on the surface side of the coating of the ⁇ -Al 2 O 3 layer, and from the surface P2 or the interface P3 to the base material.
  • the average particle diameter a of the ⁇ -Al 2 O 3 particles in the first region is 0.10 ⁇ m or more and 0.30 ⁇ m or less
  • the average particle diameter b of the ⁇ -Al 2 O 3 particles in the second region is 0.30 ⁇ m or more and 0.50 ⁇ m or less
  • the average particle diameter c of the ⁇ -Al 2 O 3 particles in the third region is 0.30 ⁇ m or more and 0.50 ⁇ m or less
  • the cutting tool, wherein the ratio b/a of said a to said b is 1.5 or more and 5.0 or less.
  • the cutting tool of this embodiment can have a long tool life even in high-efficiency machining of low-carbon steel. The reason for this is not clear, but is presumed to be the following (i) to (iii).
  • the average particle size a of the ⁇ -Al 2 O 3 particles in the first region of the ⁇ -Al 2 O 3 layer (hereinafter also referred to as “average particle size a of the first region” ) is as small as 0.10 ⁇ m or more and 0.30 ⁇ m or less. Therefore, the ⁇ -Al 2 O 3 layer and the layer in contact with the substrate side of the ⁇ -Al 2 O 3 layer (hereinafter also referred to as “base layer”), or the ⁇ -Al 2 O 3 layer Strong adhesion to the base material in contact.
  • the cutting tool has excellent chipping resistance. Further, when the average particle size a of the first region is within the above range, the resistance to adhesion and peeling is improved.
  • the average particle diameter a of the first region of the ⁇ -Al 2 O 3 layer and the average particle diameter b of the ⁇ -Al 2 O 3 particles in the second region (hereinafter referred to as “second
  • second The difference between the average particle diameter b of the second region and the average particle diameter c of the ⁇ -Al 2 O 3 particles in the third region is small, and the average particle diameter c of the ⁇ -Al 2 O 3 particles in the third region
  • the difference from the average grain size c” of the third region is small. Therefore, it is possible to suppress the generation of interfaces between the first and second regions and between the second and third regions due to the grain size difference.
  • the occurrence of the interface that becomes the starting point of cracks is suppressed, so the adhesion between the first region, the second region, and the third region is large, and the cutting tool has excellent fracture resistance. have sex.
  • the particle size of the ⁇ -Al 2 O 3 particles is stepwise from the substrate side toward the tool surface side. It has increased. Therefore, the crack propagation distance from the tool surface is long, and the propagation of cracks on the substrate side of the ⁇ -Al 2 O 3 layer is suppressed. Therefore, the cutting tool has excellent chipping resistance.
  • the cutting tool of the present embodiment since the average grain size c of the third region of the ⁇ -Al 2 O 3 layer is 0.30 ⁇ m or more, crack propagation from the tool surface is suppressed, and the cutting tool is excellent. It has excellent chipping resistance. Since the average grain size c is 0.50 ⁇ m or less, the irregularities on the surface of the ⁇ -Al 2 O 3 layer are small, and adhesion of the work material to the cutting edge is suppressed. Therefore, the cutting tool has excellent adhesion and peeling resistance. Furthermore, since the average grain size c of the third region is within the above range, the cutting tool has excellent wear resistance.
  • the ratio b/a between the average grain size a in the first region of the ⁇ -Al 2 O 3 layer and the average grain size b in the second region is 1.5 or more. Since the average grain size b is larger than the average grain size a, cracks are less likely to grow in the thickness direction of the coating in the first and second regions, and the cutting tool has excellent chipping resistance. In addition, since b/a is 5 or less and the difference between the average particle size a and the average particle size b is small, the occurrence of an interface due to the particle size difference is suppressed. In the ⁇ -Al 2 O 3 layer, since the generation of the interface that becomes the starting point of cracks is suppressed, the adhesion between the first region and the second region is large, and the cutting tool has excellent chipping resistance.
  • the cutting tool of the present embodiment has excellent fracture resistance, wear resistance, and adhesion peeling resistance. Can have long tool life.
  • the cutting tool 1 of this embodiment comprises a base material 10 and a coating 15 disposed on the base material 10.
  • the coating 15 comprises an ⁇ -Al 2 O 3 layer 11 including.
  • the coating 15 preferably covers at least a portion of the portion involved in cutting of the rake face of the substrate, preferably covers at least a portion of the portion involved in cutting of the substrate, and covers the entire surface of the substrate. Coating is more preferred.
  • the portion involved in cutting the substrate means a region within 1.5 mm from the ridgeline of the cutting edge on the surface of the substrate. It would not depart from the scope of the present disclosure if portions of the substrate were not coated with this coating or if the composition of the coating varied.
  • Cutting tools of the present disclosure include, for example, drills, end mills (e.g., ball end mills), indexable cutting inserts for drills, indexable cutting inserts for end mills, indexable cutting inserts for milling, indexable cutting inserts for turning. It can be a cutting tip, metal saw, gear cutting tool, reamer, tap, or the like.
  • the substrate 10 includes a rake face and a flank, and any conventionally known substrate of this type can be used.
  • cemented carbide for example, WC-based cemented carbide such as WC—Co-based cemented carbide, the cemented carbide may contain carbonitrides such as Ti, Ta, Nb), cermet (TiC, TiN , TiCN as a main component), high-speed steel, ceramics (titanium carbide, silicon carbide, silicon nitride, aluminum nitride, aluminum oxide, etc.), cubic boron nitride sintered body or diamond sintered body is preferably
  • a cemented carbide especially a WC-based cemented carbide
  • a cermet especially a TiCN-based cermet
  • These base materials have an excellent balance of hardness and strength at high temperatures, and have excellent properties as base materials for cutting tools for the above applications.
  • a WC-based cemented carbide is used as the substrate, its structure may contain free carbon, an abnormal layer called ⁇ phase or ⁇ phase, and the like.
  • the base material may have its surface modified.
  • a ⁇ -free layer may be formed on the surface, and in the case of cermet, a hardened surface layer may be formed.
  • the substrate exhibits the desired effect even if its surface has been modified.
  • the substrate may or may not have a chip breaker.
  • the shape of the cutting edge ridgeline is sharp edge (the ridge where the rake face and the flank face intersect), honing (sharp edge with radius), negative land (chamfering), or a combination of honing and negative land. Any of them, such as a combination thereof, can be employed.
  • the coating contains an ⁇ -Al 2 O 3 layer.
  • the coating can consist of multiple layers, including one or more ⁇ -Al 2 O 3 layers, and further layers.
  • Coating 15 may include other layers in addition to ⁇ -Al 2 O 3 layer 11 .
  • ⁇ -Al 2 O 3 layer 11 For example, as shown in cutting tool 21 of FIG .
  • coating 35 may include surface layer 13 disposed on ⁇ -Al 2 O 3 layer 11 in addition to underlayer 12 .
  • coating 45 includes underlayer 12 and surface layer 13, as well as intermediate layer 14 disposed between underlayer 12 and ⁇ -Al 2 O 3 layer 11. can further include: The details of the underlayer, surface layer, and intermediate layer will be described later.
  • the average thickness of the entire coating placed on the substrate is preferably 3 ⁇ m or more and 30 ⁇ m or less. According to this, the coating can have excellent abrasion resistance and spallation resistance.
  • the average thickness of the coating is more preferably 5 ⁇ m or more and 25 ⁇ m or less, and still more preferably 8 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less.
  • the thickness of the coating is measured, for example, by obtaining a cross-sectional sample parallel to the normal direction of the surface of the base material and observing this sample with a scanning transmission electron microscope (STEM).
  • STEM scanning transmission electron microscope
  • Examples of scanning transmission electron microscopes include JEM-2100F (trade name) manufactured by JEOL Ltd.
  • the thickness means the average thickness.
  • the observation magnification of the cross-sectional sample is 5000 times, and a rectangular measurement field of (30 ⁇ m in the direction parallel to the substrate surface) ⁇ (distance including the entire thickness of the coating) is set in the electron microscope image, Ten thickness widths are measured in the field of view, and the average value is defined as "thickness”.
  • the thickness and average thickness of the underlying layer, intermediate layer and surface layer described below are also measured and calculated in the same manner.
  • the ⁇ -Al 2 O 3 layer is composed of a plurality of ⁇ -Al 2 O 3 (aluminum oxide with ⁇ -type crystal structure) particles. That is, the ⁇ -Al 2 O 3 layer is composed of polycrystalline ⁇ -Al 2 O 3 .
  • the ⁇ -Al 2 O 3 layer can contain unavoidable impurities and the like as long as the effect of the present embodiment is exhibited. That is, the ⁇ -Al 2 O 3 layer may contain other components as long as they do not impair the effects of the present disclosure.
  • the ⁇ -Al 2 O 3 layer 11 disposed on the rake face of the substrate 10 includes a first area A1, a second area A2 and a third area A3.
  • the first area A1, the second area A2 and the third area A3 are defined as the following areas.
  • the first region A1 is sandwiched between an interface P1 of the ⁇ -Al 2 O 3 layer 11 on the substrate 10 side and a virtual plane S1 in which the distance from the interface P1 to the surface P2 side of the coating 15 is 0.5 ⁇ m. area.
  • the interface P1 is included in the first area A1, and the virtual surface S1 is not included in the first area A1.
  • the second area A2 is an area sandwiched between the virtual surface S1 and the virtual surface S2 where the distance from the virtual surface S1 to the surface P2 side of the coating 15 is 1.0 ⁇ m.
  • the virtual surface S1 and the virtual surface S2 are included in the second area A2.
  • the third region A3 consists of the surface P2 of the ⁇ -Al 2 O 3 layer 11 and the surface This is a region sandwiched between a virtual plane S3 with a distance of 1.0 ⁇ m from P2 to the substrate side.
  • the surface P2 and the virtual surface S3 are included in the third area A3.
  • the third region A3 is the coating of the ⁇ -Al 2 O 3 layer 11. It is a region sandwiched between an interface P3 on the surface side and a virtual surface S3 having a distance of 1.0 ⁇ m from the interface P3 to the substrate 10 side.
  • the interface P3 and the virtual surface S3 are included in the third area A3.
  • the second area and the third area can be in contact with each other. Further, another area may be arranged between the second area and the third area. In this case, the other area is an area sandwiched between the virtual plane S2 and the virtual plane S3.
  • the average particle diameter a of the ⁇ -Al 2 O 3 particles in the first region is 0.10 ⁇ m or more and 0.30 ⁇ m or less
  • the average particle diameter b of the ⁇ -Al 2 O 3 particles in the second region is 0.30 ⁇ m or more and 0.50 ⁇ m or less
  • the average particle diameter c of the ⁇ -Al 2 O 3 particles in the third region is 0.30 ⁇ m or more and 0.50 ⁇ m or less
  • the ratio of a to b is b/ a is 1.5 or more and 5.0 or less.
  • the average particle diameter a of the ⁇ -Al 2 O 3 particles in the first region is 0.10 ⁇ m or more and 0.30 ⁇ m or less, the ⁇ -Al 2 O 3 layer and the substrate side of the ⁇ -Al 2 O 3 layer or the base material in contact with the ⁇ -Al 2 O 3 layer. For this reason, during cutting, cracks starting from the interface between the ⁇ -Al 2 O 3 layer and the base layer or the substrate are less likely to occur, and the cutting tool has excellent chipping resistance.
  • the average particle diameter a is preferably 0.12 ⁇ m or more and 0.28 ⁇ m or less, more preferably 0.14 ⁇ m or more and 0.26 ⁇ m or less, and 0.16 ⁇ m or more and 0.24 ⁇ m or less, from the viewpoint of improving adhesion and fracture resistance. More preferred.
  • the average particle diameter b of the ⁇ -Al 2 O 3 particles in the second region is 0.30 ⁇ m or more, crack propagation from the tool surface can be suppressed, and chipping resistance is improved.
  • the average particle size b is 0.50 ⁇ m or less, the difference between the average particle size a of the ⁇ -Al 2 O 3 particles in the first region and the average particle size a is small. The generation of the interface due to is suppressed. Therefore, crack propagation originating from the interface is less likely to occur, a decrease in adhesion between the first region and the second region is suppressed, and the cutting tool can have excellent chipping resistance.
  • the second region and the third region Since the difference between the average particle diameter b of the ⁇ -Al 2 O 3 particles in the second region and the average particle diameter c of the ⁇ -Al 2 O 3 particles in the third region is small, the second region and the third region The generation of an interface due to the difference in grain size between the Therefore, crack propagation originating from the interface is less likely to occur, a decrease in adhesion between the second region and the third region is suppressed, and the cutting tool can have excellent chipping resistance.
  • the average particle diameter b is preferably 0.32 ⁇ m or more and 0.48 ⁇ m or less, more preferably 0.34 ⁇ m or more and 0.46 ⁇ m or less, and 0.36 ⁇ m or more and 0.44 ⁇ m or less, from the viewpoint of improving adhesion and fracture resistance. More preferred.
  • the cutting tool can have excellent chipping resistance.
  • the average grain size c is 0.50 ⁇ m or less, the unevenness of the surface of the ⁇ -Al 2 O 3 layer is small, and adhesion of the work material to the cutting edge is suppressed. Therefore, the cutting tool can have excellent adhesion and delamination resistance. Furthermore, when the grain size c of the third region is within the above range, the cutting tool can have excellent wear resistance.
  • the average particle size c is preferably 0.32 ⁇ m or more and 0.48 ⁇ m or less, more preferably 0.34 ⁇ m or more and 0.46 ⁇ m or less, and still more preferably 0.36 ⁇ m or more and 0.44 ⁇ m or less.
  • the ratio b/a between the average particle size a and the average particle size b is 1.5 or more and 5.0 or less.
  • the ratio b/a is 1.5 or more, the average grain size b is larger than the average grain size a, so cracks hardly progress in the thickness direction in the first region and the second region, and the cutting tool is Excellent chipping resistance.
  • b/a is 5 or less, the difference between the average particle size a and the average particle size b is small, so the adhesion between the first region and the second region is improved, and the first region and the second region The occurrence of cracks in is suppressed. Therefore, the cutting tool has excellent wear resistance.
  • average particle size a, average particle size b, and average particle size c are measured according to the following procedures (A1) to (A8).
  • a cutting tool is cut with a diamond wire along the normal line of the rake face of the substrate to expose the cross section of the ⁇ -Al 2 O 3 layer.
  • the exposed cross section is subjected to ion milling with Ar ions to make the cross section into a mirror surface state.
  • the ion milling conditions are as follows. Accelerating voltage: 6 kV
  • Irradiation time 6 hours
  • FIG. 5 is a diagram schematically showing an example of EBSD.
  • the difference D1 in the normal direction of the rake face between the valley bottom B1 and the peak T1 of the unevenness at the interface P1 on the substrate side of the ⁇ -Al 2 O 3 layer is 0.5 ⁇ m or less.
  • a region is identified and a measurement range is set to include the region.
  • the measurement range is a rectangle of (horizontal direction (direction parallel to the rake face): 30 ⁇ m) ⁇ (longitudinal direction (normal direction to the rake face): length including the entire coating).
  • a reference line LS1 is set at an intermediate position between the valley bottom B1 and the peak T1 of the interface P1 within the above measurement range.
  • (A5) Measure the lateral grain size of the ⁇ -Al 2 O 3 particles on a line L1 which is 0.2 ⁇ m away from the reference line LS1 in the surface direction of the cutting tool.
  • the particle diameters of all the ⁇ -Al 2 O 3 particles within the measurement range are measured, and the average value of these is taken as the average particle diameter a of the ⁇ -Al 2 O 3 particles in the first region.
  • the surface P2 of the ⁇ -Al 2 O 3 layer when the ⁇ -Al 2 O 3 layer is arranged on the outermost surface of the coating, or the top of the ⁇ -Al 2 O 3 layer In the case where the surface layer is arranged in the direction of the base material, it is 0.6 ⁇ m away from the interface P3 (interface between the ⁇ -Al 2 O 3 layer and the surface layer) on the surface side of the coating of the ⁇ -Al 2 O 3 layer. On line L3, the lateral grain size of the ⁇ -Al 2 O 3 grains is measured.
  • the particle diameters of all the ⁇ -Al 2 O 3 particles within the measurement range are measured, and the average value of these is taken as the average particle diameter c of the ⁇ -Al 2 O 3 particles in the third region.
  • the above line L3 is set to .
  • the present inventors determined that the distance along the normal direction of the rake face from the reference line LS1 in the first region is 0.1 ⁇ m or more and 0.1 ⁇ m or more, as shown in FIG. In the range of less than 5 ⁇ m, set lines La1 to Ld1 passing through positions at intervals of 0.1 ⁇ m, and measure the particle size of all ⁇ -Al 2 O 3 particles in the measurement range on each line and on the interface S1. and calculated the average value of these.
  • the average grain size on the line Lb1 corresponding to the line L1 is 0.10 ⁇ m or more and 0.30 ⁇ m or less
  • the average grain size on the line La1 to line Ld1 and the interface S1 is also 0.10 ⁇ m or more and 0.30 ⁇ m or less.
  • the reason for this is that the initial stage of nucleation is greatly affected by the orientation and unevenness of the substrate, so the Al 2 O 3 crystals are not columnar (or a state in which the cross-sectional grain size increases toward the surface), but are granular (at the interface). It is presumed that this is due to the fact that the growth is even to some extent perpendicular to and parallel to the surface.
  • the average particle diameter on the line L1 is 0.10 ⁇ m or more and 0.30 ⁇ m or less
  • the average particle diameter a of the ⁇ -Al 2 O 3 particles in the first region is 0.10 ⁇ m or more and 0.30 ⁇ m or less.
  • the present inventors determined that, as shown in FIG. In the range of 5 ⁇ m or less, lines La2 to Lf2 passing through positions at intervals of 0.2 ⁇ m are set, and the particle diameters of all ⁇ -Al 2 O 3 particles in the measurement range are measured on each line. An average value was calculated. As a result, when the average particle diameter on the line Ld2 corresponding to the line L2 is 0.30 ⁇ m or more and 0.50 ⁇ m or less, the average particle diameter on the line La2 to the line Lf2 is also 0.30 ⁇ m or more and 0.50 ⁇ m or less. confirmed. The reason for this is presumed to be as follows. The second region is the transition region from nucleation to crystal growth.
  • the first region nucleation occurred due to the influence of the orientation, unevenness, etc. of the substrate in addition to the gas conditions. orientation, shape, etc.) are dominant. While crystals produced by nucleation are eliminated, stable nuclei are generated under new gas conditions, so it is speculated that the total number of particles does not change significantly and the change in grain size is not large.
  • the gas conditions during the formation of the first region and the second region to gently transition crystal selection and nucleation, the second region is expanded in the thickness direction and the grain size is maintained. is doing.
  • the average particle diameter on the line L2 of 0.30 ⁇ m or more and 0.50 ⁇ m or less means that the average particle diameter b of the ⁇ -Al 2 O 3 particles in the second region is 0.30 ⁇ m or more and 0.50 ⁇ m or less.
  • the average particle size on the line Ld3 corresponding to the line L3 is 0.30 ⁇ m or more and 0.50 ⁇ m or less
  • the average particle size on the lines La3 to Lf3 is also 0.30 ⁇ m or more and 0.50 ⁇ m or less. confirmed. The reason for this is presumed that the third region is completely a crystal growth region and the change in the number of crystals is small.
  • the average particle size on line L3 is 0.30 ⁇ m or more and 0.50 ⁇ m or less
  • the average particle size c of the ⁇ -Al 2 O 3 particles in the third region is 0.30 ⁇ m or more and 0.50 ⁇ m or less.
  • the average particle diameter a of the ⁇ -Al 2 O 3 particles in the first region is 0.10 ⁇ m or more and 0.30 ⁇ m or less
  • the average particle diameter b of the ⁇ -Al 2 O 3 particles in the second region is 0.30 ⁇ m. 5. not less than 0.50 ⁇ m
  • the average particle size c of the ⁇ -Al 2 O 3 particles in the third region is not less than 0.30 ⁇ m and not more than 0.50 ⁇ m
  • the ratio b/a between a and b is not less than 1.5. It has been confirmed that when the distance between the line L2 and the line L3 is changed, the effect is not affected when the distance is 0 or less.
  • the cutting tool of this embodiment can also be expressed as follows.
  • the cutting tools of the present disclosure are A cutting tool comprising a substrate and a coating disposed on the substrate,
  • the coating comprises an ⁇ -Al 2 O 3 layer
  • the ⁇ -Al 2 O 3 layer consists of a plurality of ⁇ -Al 2 O 3 particles, In a cross section along the normal to the surface of the coating,
  • the average particle size of the three particles is 0.10 ⁇ m or more and 0.30 ⁇ m or less
  • the average particle size of the ⁇ -Al 2 O 3 particles on the line L2 where the distance from the reference line LS1 to the ⁇ -Al 2 O 3 layer side is 1.1 ⁇ m is 0.30 ⁇ m or more and 0.50 ⁇ m or less
  • the distance from the surface P2 of the ⁇ -Al 2 O 3 layer or the interface P3 on the surface side of the coating of the ⁇ -Al 2 O 3 layer to the ⁇ -Al 2 O 3 layer is 0.6 ⁇ m.
  • the average particle diameter of the ⁇ -Al 2 O 3 particles on the line L3 is 0.30 ⁇ m or more and 0.50 ⁇ m or less,
  • the cutting tool, wherein the ratio b/a of said a to said b is 1.5 or more and 5.0 or less.
  • the ratio b/a between the average grain size a in the first region of the ⁇ -Al 2 O 3 layer and the average grain size b in the second region is 1.5 or more and 5.0 or less. is. Since b/a is 1.5 or more and the average grain size b is larger than the average grain size a, cracks are less likely to grow in the thickness direction in the first region and the second region, and the cutting tool is excellent. Has chipping resistance. In addition, since b/a is 5 or less and the difference between the average particle size a and the average particle size b is small, the adhesion between the first region and the second region is improved, and the crack generation is suppressed. Therefore, the cutting tool has excellent wear resistance.
  • b/a is 1.5 or more and 5.0 or less, and 1.5 or more and 2 0.5 or less is preferable, 1.7 or more and 2.3 or less is more preferable, and 1.9 or more and 2.1 or less is still more preferable.
  • the ⁇ -Al 2 O 3 layer preferably has a TC (0 0 12) of 3 or more in the orientation index TC (hkl) represented by the following formula (1). According to this, the ⁇ -Al 2 O 3 layer can have excellent wear resistance. Therefore, the cutting tool can have a long tool life.
  • I(hkl) indicates the X-ray diffraction intensity of the (hkl) reflecting surface
  • I 0 (hkl) indicates the standard intensity according to ICDD PDF card number 00-010-0173.
  • n in equation (1) indicates the number of reflections used in the calculation, which is 8 in this embodiment.
  • the (hkl) planes used for reflection are (012), (104), (110), (0 0 12), (113), (024), (116) and (300).
  • ICDD International Center for Diffraction Data
  • PDF registered trademark
  • Powder Diffraction File is an abbreviation for Powder Diffraction File.
  • TC (0 0 12) of the ⁇ -Al 2 O 3 layer of this embodiment can be expressed by the following formula (2).
  • TC (0 0 12) is 3 or more in the orientation index TC (hkl)" means that the numerical value obtained by the above formula (2) obtained by substituting TC (0 0 12) into the above formula (1) is It means 3 or more.
  • the value of TC (0 0 12) is more preferably 4 or more, and even more preferably 5 or more. Wear resistance can be effectively improved as the value of TC (0 0 12) increases.
  • the upper limit of the value of TC (0 0 12) is not limited, but since the number of reflecting surfaces used in the calculation is 8, it should be 8 or less.
  • the value of TC (0 0 12) can be 3 or more and 8 or less, 4 or more and 8 or less, or 5 or more and 8 or less.
  • the ⁇ -Al 2 O 3 layer preferably has a TC (110) of 2 or more in the orientation index TC (hkl) represented by the above formula (1). According to this, the ⁇ -Al 2 O 3 layer can have excellent fracture resistance. Therefore, the cutting tool can have a long tool life.
  • TC(110) of the ⁇ -Al 2 O 3 layer of this embodiment can be expressed by the following formula (3).
  • TC (110) is 2 or more in the orientation index TC (hkl)
  • TC (hkl) means that the numerical value obtained by the above formula (3) obtained by substituting TC (110) into the above formula (1) is 2 or more.
  • the value of TC(110) is more preferably 2.5 or higher, and still more preferably 3 or higher. Fracture resistance can be effectively improved as the value of TC(110) increases.
  • the upper limit of the value of TC(110) is not limited, it may be set to 8 or less because the number of reflecting surfaces used in the calculation is 8.
  • the value of TC(110) can be 2 or more and 8 or less, 2.5 or more and 8 or less, or 3 or more and 8 or less.
  • TC (hkl) Measurement of TC (hkl) as described above is possible through analysis using an X-ray diffractometer.
  • TC (hkl) for example, Rigaku Co., Ltd. SmartLb / a (registered trademark) (scan speed: 21.7 ° / min, step: 0.01 °, scan range: 15 ⁇ 140 °) using the following It can be measured under such conditions.
  • the result of the measurement of TC(hkl) using the X-ray diffractometer is referred to as "XRD result".
  • the value of TC (hkl) of the ⁇ -Al 2 O 3 layer on the flank face of the substrate is the TC (hkl) of the ⁇ -Al 2 O 3 layer on the rake face of the substrate. is the same as the value
  • the average thickness of the ⁇ -Al 2 O 3 layer is preferably 3 ⁇ m or more and 15 ⁇ m or less. According to this, both excellent wear resistance and chipping resistance can be achieved.
  • the lower limit of the average thickness of the ⁇ -Al 2 O 3 layer is preferably 3 ⁇ m or more, more preferably 4 ⁇ m or more, and still more preferably 5 ⁇ m or more, from the viewpoint of improving wear resistance. If the average thickness of the ⁇ - Al 2 O 3 layer is less than 3 ⁇ m, the thickness is insufficient. It becomes impossible to define c and b/a.
  • the upper limit of the average thickness of the ⁇ -Al 2 O 3 layer is preferably 15 ⁇ m or less, preferably 10 ⁇ m or less, more preferably 9 ⁇ m or less, and even more preferably 8 ⁇ m or less, from the viewpoint of improving fracture resistance.
  • the average thickness of the ⁇ -Al 2 O 3 layer is preferably 3 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less, more preferably 4 ⁇ m or more and 9 ⁇ m or less, and even more preferably 5 ⁇ m or more and 8 ⁇ m or less.
  • the thickness of the ⁇ -Al 2 O 3 layer can be confirmed by observing a cross-sectional sample of the cutting tool using a scanning transmission electron microscope (STEM) or the like.
  • the observation field is the measurement range set when measuring the particle size of the ⁇ -Al 2 O 3 particles.
  • the same results can be obtained by selecting multiple measurement ranges including the coating on the rake face or the coating on the flank face of the same sample and performing the above measurements for each measurement range. confirmed.
  • the coating can contain other layers besides the ⁇ -Al 2 O 3 layer, as described above. As shown in FIGS. 2 to 4, other layers include an underlying layer 12, a surface layer 13, an intermediate layer 14, and the like.
  • the underlayer is placed between the substrate and the ⁇ -Al 2 O 3 layer.
  • a TiN layer can be used as the underlying layer.
  • the TiN layer preferably has an average thickness of 0.1 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less. According to this, the coating can have excellent wear resistance and chipping resistance.
  • the surface layer preferably contains, for example, Ti (titanium) carbide, nitride, or boride as a main component.
  • the surface layer is the layer located closest to the surface side in the coating. However, it may not be formed at the cutting edge ridge.
  • the surface layer is for example arranged directly on the ⁇ -Al 2 O 3 layer.
  • Consists mainly of Ti carbide, nitride, or boride means containing 90% by mass or more of Ti carbide, nitride, or boride. Moreover, it means that it preferably consists of any one of carbide, nitride and boride of Ti except for inevitable impurities.
  • Ti carbides nitrides, and carbonitrides
  • the surface layer mainly from Ti nitrides (that is, compounds represented by TiN).
  • TiN has the clearest color (exhibits a gold color), so it has the advantage of facilitating identification of the corners of the cutting tip after use for cutting (identification of used portions).
  • the surface layer preferably consists of a TiN layer.
  • the surface layer preferably has an average thickness of 0.05 ⁇ m or more and 1 ⁇ m or less. According to this, the adhesion between the surface layer and the adjacent layer is improved.
  • the upper limit of the average thickness of the surface layer can be 0.8 ⁇ m or less and 0.6 ⁇ m or less.
  • the lower limit of the average thickness can be 0.1 ⁇ m or more and 0.2 ⁇ m or more.
  • the intermediate layer is arranged between the underlayer and the ⁇ -Al 2 O 3 layer.
  • the intermediate layer may include, for example, a TiCN layer and a TiCNO layer. Since the TiCN layer and the TiCNO layer are excellent in wear resistance, it is possible to impart more suitable wear resistance to the coating.
  • the intermediate layer preferably has an average thickness of 1 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less.
  • the average thickness of the intermediate layer means the average total thickness of the two or more layers when the intermediate layer is formed of two or more layers.
  • the cutting tool of Embodiment 1 can be manufactured by forming a coating on a substrate by a chemical vapor deposition (CVD) method.
  • CVD chemical vapor deposition
  • the other layers can be formed under conventionally known conditions using a chemical vapor deposition apparatus.
  • the ⁇ -Al 2 O 3 layer can be formed, for example, as follows.
  • the cutting tool of Embodiment 1 is not limited to one manufactured by the following manufacturing method, and may be manufactured by another manufacturing method.
  • the deposition conditions for the ⁇ -Al 2 O 3 layer can be, for example, a temperature of 950 to 1050° C., a pressure of 10 to 50 hPa, and a gas flow rate (total gas flow rate) of 50 to 100 L/min.
  • Total gas flow rate indicates the total volumetric flow rate introduced into the CVD furnace per unit time, assuming that the gas under standard conditions (0° C., 1 atm) is an ideal gas.
  • AlCl 3 , HCl, CO 2 , H 2 S and H 2 are used as source gases. From the start of film formation, the amount of HCl compounded in the raw material gas is changed according to the change in the thickness of the formed ⁇ -Al 2 O 3 layer. Specifically, it is as follows.
  • the composition of the source gas is HCl: 7.5% by volume or more and 9% by volume or less, AlCl 3 : 2% by volume or more. vol% or less, CO2 : 0.1 vol% or more and 6 vol% or less, H2S : 0.1 vol% or more and 1 vol% or less, and H2: the remaining volume when the entire raw material gas is 100 vol% %. This forms the first region.
  • the mixture of the source gas is HCl: 6% by volume or more and less than 7.5% by volume
  • H2 is increased by the decrease in HCl in the raw material gas
  • the composition of the other gases is the same as in the formation of the first region. This forms the second region.
  • the same source gas as in the second region is used until the final thickness of the ⁇ -Al 2 O 3 layer is reduced by 1.0 ⁇ m.
  • the composition of the source gas was changed to HCl: 6.0% by volume or more. It is less than 7.5% by volume , H2 is increased by the amount of HCl decrease in the raw material gas compared to when the first region is formed, and the blending of other gases is the same as when the first region is formed. This forms the third region.
  • HCl has been used to suppress the excessive production of ⁇ -Al 2 O 3 during film formation and the formation of ⁇ -Al 2 O 3 particles in the gas phase.
  • Formation of ⁇ -Al 2 O 3 particles in the gas phase makes it difficult to form an ⁇ -Al 2 O 3 layer on the substrate.
  • the amount of HCl is changed in order to control the particle size of the ⁇ -Al 2 O 3 particles.
  • the blending amount of HCl in the raw material gas when forming the first region, the second region, and the third region is the same as the blending amount of HCl in the raw material gas used when forming the conventional ⁇ -Al 2 O 3 layer. (eg, 2.8% by volume or more and less than 6% by volume).
  • the average grain size of the ⁇ -Al 2 O 3 grains in the first, second and third regions is reduced.
  • the cutting tools of the present disclosure are A cutting tool comprising a substrate and a coating disposed on the substrate,
  • the coating comprises an ⁇ -Al 2 O 3 layer
  • the ⁇ -Al 2 O 3 layer consists of a plurality of ⁇ -Al 2 O 3 particles, In a cross section along the normal to the surface of the coating,
  • the average particle size of the three particles is 0.10 ⁇ m or more and 0.30 ⁇ m or less
  • the average particle size of the ⁇ -Al 2 O 3 particles on the line L2 where the distance from the reference line LS1 to the ⁇ -Al 2 O 3 layer side is 1.1 ⁇ m is 0.30 ⁇ m or more and 0.50 ⁇ m or less.
  • the distance from the surface P2 of the ⁇ -Al 2 O 3 layer or the interface P3 on the surface side of the coating of the ⁇ -Al 2 O 3 layer to the ⁇ -Al 2 O 3 layer is 0.6 ⁇ m.
  • the average particle diameter of the ⁇ -Al 2 O 3 particles on the line L3 is 0.30 ⁇ m or more and 0.50 ⁇ m or less,
  • the cutting tool, wherein the ratio b/a of said a to said b is 1.5 or more and 5.0 or less.
  • a cutting tool was produced by forming a film on the surface of the base material obtained above. Specifically, the substrate was set in a chemical vapor deposition apparatus, and a coating was formed on the substrate by chemical vapor deposition. Table 2 shows the composition of the coating of each sample.
  • a TiN layer (base layer), a TiCN layer (intermediate layer), a TiCNO layer (intermediate layer), an ⁇ -Al 2 O 3 layer, and a TiN layer (surface layer) are formed on the base material in the above order.
  • the thickness of the TiN layer (base layer) is 0.4 ⁇ m
  • the thickness of the TiCN layer (intermediate layer) is 6.5 ⁇ m
  • the thickness of the TiCNO layer (intermediate layer) is 0.7 ⁇ m
  • the TiN ( surface layer) is 0.7 ⁇ m thick.
  • “None" in Table 1 indicates that the layer was not formed in the sample.
  • Table 3 shows the deposition conditions for the TiN layer (base layer), TiCN layer (intermediate layer), TiCNO layer (intermediate layer) and TiN layer (surface layer).
  • Table 4 shows the conditions for forming the ⁇ -Al 2 O 3 layers of each sample, the raw material gas composition, and the average thickness of the ⁇ -Al 2 O 3 layers. "Remainder" in Table 4 indicates that H2 gas accounts for the remainder of the source gas composition (% by volume).
  • the conditions for forming the ⁇ -Al 2 O 3 layer were a temperature of 1000° C., a pressure of 70 hPa, and a raw material gas introduction rate (total gas flow rate) of 60 L/min. The tube was spun at 2 rpm.
  • film formation conditions for sample 1 are as follows. 2.2 % by volume of AlCl 3 , 8.3% by volume of HCl , 3.2% by volume of AlCl 3 , 8.3% by volume of HCl, A raw material gas having a composition of 0% by volume of CO 2 , 0.6% by volume of H 2 S and the balance H 2 was used. This formed the first region.
  • the raw material gas with the same composition as in the formation of the first region was used. This formed the second region.
  • the amount of HCl in the raw material gas was set to 6.7% by volume, and the amount of the remainder H 2 was changed accordingly.
  • a source gas having the same formulation as that used for film formation was used. This formed the third region.
  • Cutting conditions 1 Work material: SCM440 (grooved round bar) Machining: Interrupted turning of outer diameter of grooved round bar Cutting speed: 120m/min Feed rate: 0.15mm/rev Cutting depth: 2.0mm Cutting fluid: None The above cutting conditions correspond to high-efficiency machining of hardened steel.
  • the average wear amount Vb (mm) on the flank side of the cutting tool was measured.
  • the "average amount of wear” means the average length of the distance from the ridgeline to the edge of flank wear.
  • the coating peels off, and as a result, wear progresses. Therefore, the smaller the amount of wear, the better the adhesion and peeling resistance.
  • the average wear amount Vb is 0.21 mm or less, it is judged that the cutting tool has excellent adhesion and peeling resistance and has a long tool life. The results are shown in the "cutting evaluation 2 Vb (mm)" column of Table 5.
  • Cutting conditions 2 Work material: SCM415 Machining: Round bar outer diameter turning Cutting speed: 180m/min Feed rate: 0.15mm/rev Cutting depth: 2.0mm Cutting fluid: Water-soluble cutting oil The above cutting conditions correspond to high-efficiency machining of low-carbon steel.
  • Samples 1 and 2 have the same ⁇ -Al 2 O 3 layer thickness. Average particle size a, average particle size b, and average particle size c of sample 1 are the same as average particle size a, average particle size b, and average particle size c of sample 2, respectively.
  • TC(0 0 12) is greater than TC(110).
  • TC(110) is greater than TC(0 0 12). It was confirmed that sample 1 was superior to sample 2 in wear resistance. On the other hand, it was confirmed that Sample 2 was superior to Sample 1 in fracture resistance.
  • Samples 4, 6, 8, 10, 11, 14, 16, 18, and 1-1 to 1-9 are comparative examples. These samples had poor chipping and/or spalling resistance and short tool life.

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Abstract

基材と、基材上に配置された被膜と、を備える切削工具であって、被膜は、複数のα－Ａｌ２Ｏ３粒子からなるα－Ａｌ２Ｏ３層を含み、α－Ａｌ２Ｏ３層の第１領域におけるα－Ａｌ２Ｏ３粒子の平均粒径ａは、０．１０μｍ以上０．３０μｍ以下であり、第２領域におけるα－Ａｌ２Ｏ３粒子の平均粒径ｂは、０．３０μｍ以上０．５０μｍ以下であり、第３領域におけるα－Ａｌ２Ｏ３粒子の平均粒径ｃは、０．３０μｍ以上０．５０μｍ以下であり、ｂ／ａは、１．５以上５．０以下である。

Description

切削工具
　本開示は、切削工具に関する。
　従来から、基材上に被膜を形成した切削工具が用いられている。α型結晶構造を有する酸化アルミニウム（以下「α－Ａｌ２Ｏ３」とも記す。）は、機械的特性に優れるため、被膜材料として用いられている（特開平６－３１６７５８号公報（特許文献１）、特開２０１３－１１１７２０号公報（特許文献２））。
特開平６－３１６７５８号公報 特開２０１３－１１１７２０号公報
　本開示の切削工具は、
　基材と、前記基材上に配置された被膜と、を備える切削工具であって、
　前記被膜は、α－Ａｌ２Ｏ３層を含み、
　前記α－Ａｌ２Ｏ３層は、複数のα－Ａｌ２Ｏ３粒子からなり、
　前記α－Ａｌ２Ｏ３層は、第１領域、第２領域及び第３領域を含み、
　前記第１領域は、前記α－Ａｌ２Ｏ３層の前記基材側の界面Ｐ１と、前記界面Ｐ１から前記被膜の表面側への距離が０．５μｍである仮想面Ｓ１とに挟まれる領域であり、
　前記第２領域は、前記仮想面Ｓ１と、前記仮想面Ｓ１から前記被膜の表面側への距離が１．０μｍである仮想面Ｓ２とに挟まれる領域であり、
　前記第３領域は、前記α－Ａｌ２Ｏ３層の表面Ｐ２、又は、前記α－Ａｌ２Ｏ３層の前記被膜の表面側の界面Ｐ３と、前記表面Ｐ２又は前記界面Ｐ３から前記基材側への距離が１．０μｍである仮想面Ｓ３とに挟まれる領域であり、
　前記第１領域における前記α－Ａｌ２Ｏ３粒子の平均粒径ａは、０．１０μｍ以上０．３０μｍ以下であり、
　前記第２領域における前記α－Ａｌ２Ｏ３粒子の平均粒径ｂは、０．３０μｍ以上０．５０μｍ以下であり、
　前記第３領域における前記α－Ａｌ２Ｏ３粒子の平均粒径ｃは、０．３０μｍ以上０．５０μｍ以下であり、
　前記ａと前記ｂとの比ｂ／ａは、１．５以上５．０以下である、切削工具である。
図１は、実施形態１に係る切削工具の断面の一例を示す模式図である。 図２は、実施形態１に係る切削工具の断面の他の一例を示す模式図である。 図３は、実施形態１に係る切削工具の断面の他の一例を示す模式図である。 図４は、実施形態１に係る切削工具の断面の他の一例を示す模式図である。 図５は、α－Ａｌ２Ｏ３層の後方散乱電子像の一例を模式的に示す図である。 図６は、α－Ａｌ２Ｏ３層の平均粒径の測定方法を説明する図である。 図７は、α－Ａｌ２Ｏ３層の平均粒径の測定方法を説明する図である。
　［本開示が解決しようとする課題］
　α－Ａｌ２Ｏ３層は、機械的特性に優れるが、他の層との密着性や耐欠損性の更なる向上が求められている。加えて、低炭素鋼等の比較的柔らかい鋼材では、刃先へのα－Ａｌ２Ｏ３層の溶着を起因とするチッピング発生によって工具寿命に至る場合があり、耐溶着性の向上も求められている。
　そこで、本開示は低炭素鋼の高能率加工においても、長い工具寿命を有する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、低炭素鋼の高能率加工においても、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、前記基材上に配置された被膜と、を備える切削工具であって、
　前記被膜は、α－Ａｌ２Ｏ３層を含み、
　前記α－Ａｌ２Ｏ３層は、複数のα－Ａｌ２Ｏ３粒子からなり、
　前記α－Ａｌ２Ｏ３層は、第１領域、第２領域及び第３領域を含み、
　前記第１領域は、前記α－Ａｌ２Ｏ３層の前記基材側の界面Ｐ１と、前記界面Ｐ１から前記被膜の表面側への距離が０．５μｍである仮想面Ｓ１とに挟まれる領域であり、
　前記第２領域は、前記仮想面Ｓ１と、前記仮想面Ｓ１から前記被膜の表面側への距離が１．０μｍである仮想面Ｓ２とに挟まれる領域であり、
　前記第３領域は、前記α－Ａｌ２Ｏ３層の表面Ｐ２、又は、前記α－Ａｌ２Ｏ３層の前記被膜の表面側の界面Ｐ３と、前記表面Ｐ２又は前記界面Ｐ３から前記基材側への距離が１．０μｍである仮想面Ｓ３とに挟まれる領域であり、
　前記第１領域における前記α－Ａｌ２Ｏ３粒子の平均粒径ａは、０．１０μｍ以上０．３０μｍ以下であり、
　前記第２領域における前記α－Ａｌ２Ｏ３粒子の平均粒径ｂは、０．３０μｍ以上０．５０μｍ以下であり、
　前記第３領域における前記α－Ａｌ２Ｏ３粒子の平均粒径ｃは、０．３０μｍ以上０．５０μｍ以下であり、
　前記ａと前記ｂとの比ｂ／ａは、１．５以上５．０以下である、切削工具である。
　本開示の切削工具は、低炭素鋼の高能率加工においても、長い工具寿命を有することができる。
　（２）前記平均粒径ｃは、０．３６μｍ以上０．４４μｍ以下であることが好ましい。これによると、切削工具の耐摩耗性が向上する。
　（３）前記ｂ／ａは、１．５以上２．５以下であることが好ましい。これによると、第１領域と第２領域との密着力が向上し、耐欠損性が向上する。
　（４）前記α－Ａｌ２Ｏ３層の平均厚さは、３μｍ以上１５μｍ以下であることが好ましい。これによると、優れた耐摩耗性と耐欠損性とを両立させることができる。
　（５）前記α－Ａｌ２Ｏ３層は、配向性指数ＴＣ（ｈｋｌ）においてＴＣ（０　０　１２）が３以上であることが好ましい。これによると、切削工具の耐摩耗性が向上する。
　［本開示の実施形態の詳細］
　本発明者等は、低炭素鋼の高能率加工においても、長い工具寿命を有することができる工具の開発にあたり、特許文献１及び特許文献２に記載の従来の切削工具を用いて低炭素鋼の高能率加工を行い、加工後の工具の状態を観察した。
　特許文献１では、摩耗量が大きく、更に、溶着も発生しやすかった。この理由は、特許文献１ではアルミナ層の粒径が０．５μｍ～３μｍと比較的大きいためと推察された。
　特許文献２の工具では、欠損が生じやすい傾向があった。この理由は、特許文献２では、アルミナ層の下部側の粒径と、表面側の粒径との差が大きく、下部側と上部側との境界で結晶粒同士の界面が生じ、該界面が亀裂進展の起点となるためと推察された。
　本発明者等は、上記の知見を基に鋭意検討の結果、優れた耐摩耗性、耐欠損性及び耐溶着性を有し、長い工具寿命を有する本開示の切削工具を完成させた。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。
　本明細書において「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。
　本明細書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。たとえば「ＴｉＣＮ」と記載されている場合、ＴｉＣＮを構成する原子数の比は、従来公知のあらゆる原子比が含まれる。
　［実施形態１：切削工具］
　本開示の一実施形態（以下、「本実施形態」とも記す。）の切削工具は、
　基材と、前記基材上に配置された被膜と、を備える切削工具であって、
　前記被膜は、α－Ａｌ２Ｏ３層を含み、
　前記α－Ａｌ２Ｏ３層は、複数のα－Ａｌ２Ｏ３粒子からなり、
　前記α－Ａｌ２Ｏ３層は、第１領域、第２領域及び第３領域を含み、
　前記第１領域は、前記α－Ａｌ２Ｏ３層の前記基材側の界面Ｐ１と、前記界面Ｐ１から前記被膜の表面側への距離が０．５μｍである仮想面Ｓ１とに挟まれる領域であり、
　前記第２領域は、前記仮想面Ｓ１と、前記仮想面Ｓ１から前記被膜の表面側への距離が１．０μｍである仮想面Ｓ２とに挟まれる領域であり、
　前記第３領域は、前記α－Ａｌ２Ｏ３層の表面Ｐ２、又は、前記α－Ａｌ２Ｏ３層の前記被膜の表面側の界面Ｐ３と、前記表面Ｐ２又は前記界面Ｐ３から前記基材側への距離が１．０μｍである仮想面Ｓ３とに挟まれる領域であり、
　前記第１領域における前記α－Ａｌ２Ｏ３粒子の平均粒径ａは、０．１０μｍ以上０．３０μｍ以下であり、
　前記第２領域における前記α－Ａｌ２Ｏ３粒子の平均粒径ｂは、０．３０μｍ以上０．５０μｍ以下であり、
　前記第３領域における前記α－Ａｌ２Ｏ３粒子の平均粒径ｃは、０．３０μｍ以上０．５０μｍ以下であり、
　前記ａと前記ｂとの比ｂ／ａは、１．５以上５．０以下である、切削工具である。
　本実施形態の切削工具は、低炭素鋼の高能率加工においても、長い工具寿命を有することができる。その理由は明らかではないが、以下（ｉ）～（ｉｉｉ）の通りと推察される。
　（ｉ）本実施形態の切削工具では、α－Ａｌ２Ｏ３層の第１領域におけるα－Ａｌ２Ｏ３粒子の平均粒径ａ（以下、「第１領域の平均粒径ａ」とも記す。）が０．１０μｍ以上０．３０μｍ以下と小さい。このため、α－Ａｌ２Ｏ３層と、該α－Ａｌ２Ｏ３層の基材側に接する層（以下、「下地層」とも記す。）、又は、該α－Ａｌ２Ｏ３層に接する基材との密着力が大きい。このため、切削時において、α－Ａｌ２Ｏ３層と、下地層又は基材との界面を起点とする亀裂進展が生じ難く、切削工具が優れた耐欠損性を有する。また、第１領域の平均粒径ａが上記の範囲であると、耐溶着剥離性が向上する。
　（ｉｉ）本実施形態の切削工具では、α－Ａｌ２Ｏ３層の第１領域の平均粒径ａと、第２領域におけるα－Ａｌ２Ｏ３粒子の平均粒径ｂ（以下、「第２領域の平均粒径ｂ」とも記す。）との差が小さく、かつ、第２領域の平均粒径ｂと、第３領域におけるα－Ａｌ２Ｏ３粒子の平均粒径ｃ（以下、「第３領域の平均粒径ｃ」とも記す。）との差が小さい。このため、第１領域と第２領域との間、及び、第２領域と第３領域との間に粒径差に起因する界面の発生が抑制される。該α－Ａｌ２Ｏ３層では、亀裂の起点となる界面の発生が抑制されているため、第１領域、第２領域及び第３領域間の密着力が大きく、切削工具は優れた耐欠損性を有する。
　（ｉｉｉ）本実施形態の切削工具では、α－Ａｌ２Ｏ３層の基材側領域で、基材側から工具表面側に向かって、α－Ａｌ２Ｏ３粒子の粒径が段階的に増加している。このため、工具表面からの亀裂伝搬距離が長く、α－Ａｌ２Ｏ３層の基材側における亀裂の進展が抑制される。よって、切削工具は優れた耐欠損性を有する。
　（ｉｖ）本実施形態の切削工具では、α－Ａｌ２Ｏ３層の第３領域の平均粒径ｃが０．３０μｍ以上であるため、工具表面からの亀裂進展が抑制され、切削工具が優れた耐欠損性を有する。平均粒径ｃが０．５０μｍ以下であるため、α－Ａｌ２Ｏ３層表面の凹凸が小さく、被削材の刃先への溶着が抑制される。よって、切削工具は優れた耐溶着剥離性を有する。更に、第３領域の平均粒径ｃが上記の範囲であるため、切削工具は優れた耐摩耗性を有する。
　（ｖ）本実施形態の切削工具では、α－Ａｌ２Ｏ３層の第１領域の平均粒径ａと、第２領域の平均粒径ｂとの比ｂ／ａが１．５以上であり、平均粒径ａに対して平均粒径ｂが大きいため、第１領域及び第２領域において、被膜の厚み方向に対して亀裂が進展しにくく、切削工具は優れた耐欠損性を有する。また、ｂ／ａが５以下であり、平均粒径ａと平均粒径ｂとの差が小さいため、粒径差に起因する界面の発生が抑制される。該α－Ａｌ２Ｏ３層では、亀裂の起点となる界面の発生が抑制されているため、第１領域と第２領域との密着力が大きく、切削工具は優れた耐欠損性を有する。
　（ｖｉ）本実施形態の切削工具は、上記（ｉ）～（ｖ）の通り、優れた耐欠損性、耐摩耗性及び耐溶着剥離性を有し、低炭素鋼の高能率加工においても、長い工具寿命を有することができる。
　＜切削工具の構成＞
　図１に示されるように、本実施形態の切削工具１は、基材１０と、該基材１０上に配置された被膜１５とを備え、該被膜１５は、α－Ａｌ２Ｏ３層１１を含む。被膜１５は、基材のすくい面の切削に関与する部分の少なくとも一部を被覆することが好ましく、基材の切削に関与する部分の少なくとも一部を被覆することが好ましく、基材の全面を被覆することが更に好ましい。基材の切削に関与する部分とは、基材表面において、刃先稜線からの距離が１．５ｍｍ以内の領域を意味する。基材の一部がこの被膜で被覆されていなかったり被膜の構成が部分的に異なっていたりしていたとしても、本開示の範囲を逸脱するものではない。
　＜切削工具の用途＞
　本開示の切削工具は、例えば、ドリル、エンドミル（例えば、ボールエンドミル）、ドリル用刃先交換型切削チップ、エンドミル用刃先交換型切削チップ、フライス加工用刃先交換型切削チップ、旋削加工用刃先交換型切削チップ、メタルソー、歯切工具、リーマ、タップ等であり得る。
　＜基材＞
　基材１０は、すくい面と逃げ面とを含み、この種の基材として従来公知のものであればいずれも使用することができる。例えば、超硬合金（例えば、ＷＣ－Ｃｏ系超硬合金等のＷＣ基超硬合金、該超硬合金はＴｉ、Ｔａ、Ｎｂなどの炭窒化物を含むことができる）、サーメット（ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮなどを主成分とするもの）、高速度鋼、セラミックス（炭化チタン、炭化ケイ素、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウムなど）、立方晶型窒化ホウ素焼結体またはダイヤモンド焼結体のいずれかであることが好ましい。
　これらの各種基材の中でも超硬合金（特にＷＣ基超硬合金）またはサーメット（特にＴｉＣＮ基サーメット）を選択することが好ましい。これらの基材は、高温における硬度と強度のバランスに優れ、上記用途の切削工具の基材として優れた特性を有している。基材としてＷＣ基超硬合金を用いる場合、その組織中に遊離炭素、ならびにη相またはε相と呼ばれる異常層などを含んでいてもよい。
　さらに基材は、その表面が改質されていてもよい。例えば超硬合金の場合、その表面に脱β層が形成されていたり、サーメットの場合に表面硬化層が形成されていてもよい。基材は、その表面が改質されていても所望の効果が示される。
　切削工具が刃先交換型切削チップなどである場合、基材は、チップブレーカーを有しても、有さなくてもよい。刃先稜線部の形状は、シャープエッジ（すくい面と逃げ面とが交差する稜）、ホーニング（シャープエッジに対してアールを付与したもの）、ネガランド（面取りをしたもの）、又は、ホーニングとネガランドを組み合わせたもの等、いずれも採用できる。
　＜被膜＞
　被膜は、α－Ａｌ２Ｏ３層を含む。たとえば被膜は、α－Ａｌ２Ｏ３層を１層以上含み、さらに他の層を含んだ複数の層から構成することができる。
　被膜１５は、α－Ａｌ２Ｏ３層１１に加えて、他の層を含むことができる。例えば、図２の切削工具２１に示されるように、被膜２５は、基材１０とα－Ａｌ２Ｏ３層１１との間に配置される下地層１２を更に含むことができる。
　図３の切削工具３１に示されるように、被膜３５は、下地層１２に加えて、α－Ａｌ２Ｏ３層１１上に配置される表面層１３を含むことができる。
　図４の切削工具４１に示されるように、被膜４５は、下地層１２及び表面層１３に加えて、下地層１２とα－Ａｌ２Ｏ３層１１との間に配置される中間層１４を更に含むことができる。下地層、表面層及び中間層の詳細は後述する。
　基材上に配置される被膜全体の平均厚さは、３μｍ以上３０μｍ以下が好ましい。これによると、被膜は優れた耐摩耗性及び耐剥離性を有することが出来る。被膜の平均厚さは、５μｍ以上２５μｍ以下がより好ましく、８μｍ以上２０μｍ以下が更に好ましい。
　上記被膜の厚さは、例えば基材の表面の法線方向に平行な断面サンプルを得て、このサンプルを走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ　Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）で観察することにより測定される。走査透過型電子顕微鏡としては、例えば、日本電子株式会社製のＪＥＭ－２１００Ｆ（商品名）が挙げられる。
　本明細書において「厚さ」といった場合、その厚さは平均厚さを意味する。具体的には、断面サンプルの観察倍率を５０００倍とし、電子顕微鏡像中に（基材表面に平行な方向３０μｍ）×（被膜の厚さ全体を含む距離）の矩形の測定視野を設定し、該視野において１０箇所の厚み幅を測定し、その平均値を「厚さ」とする。下記に記載される下地層、中間層及び表面層の厚さ及び平均厚さについても、同様に測定し、算出される。
　なお、同一の試料において、すくい面上の被膜又は逃げ面上の被膜を含む複数の測定視野を任意に選択し、該測定視野において上記の測定を行い、上記の平均厚さを算出しても、同様の結果が得られることが確認された。
　＜α－Ａｌ２Ｏ３層＞
　（α－Ａｌ２Ｏ３層の構成）
　本実施形態において、α－Ａｌ２Ｏ３層は、複数のα－Ａｌ２Ｏ３（結晶構造がα型である酸化アルミニウム）粒子からなる。すなわち、α－Ａｌ２Ｏ３層は、多結晶のα－Ａｌ２Ｏ３から構成される。α－Ａｌ２Ｏ３層は、本実施形態の効果を奏する限り、不可避不純物等を含むことができる。すなわち、本開示の効果を損なわない限りにおいて、α－Ａｌ２Ｏ３層に他の成分が含まれることが許容される。
　本実施形態において、基材１０のすくい面上に配置されたα－Ａｌ２Ｏ３層１１は、第１領域Ａ１、第２領域Ａ２及び第３領域Ａ３を含む。本明細書において、第１領域Ａ１、第２領域Ａ２及び第３領域Ａ３は、以下の領域と定義される。
　第１領域Ａ１は、α－Ａｌ２Ｏ３層１１の基材１０側の界面Ｐ１と、該界面Ｐ１から被膜１５の表面Ｐ２側への距離が０．５μｍである仮想面Ｓ１とに挟まれる領域である。ここで、界面Ｐ１は第１領域Ａ１に含まれ、仮想面Ｓ１は第１領域Ａ１に含まれない。
　第２領域Ａ２は、仮想面Ｓ１と、該仮想面Ｓ１から被膜１５の表面Ｐ２側への距離が１．０μｍである仮想面Ｓ２とに挟まれる領域である。ここで、仮想面Ｓ１及び仮想面Ｓ２は、第２領域Ａ２に含まれる。
　α－Ａｌ２Ｏ３層１１が被膜の最表面に配置されている場合（例えば、図１及び図２）、第３領域Ａ３は、α－Ａｌ２Ｏ３層１１の表面Ｐ２と、該表面Ｐ２から基材側への距離が１．０μｍである仮想面Ｓ３とに挟まれる領域である。ここで、表面Ｐ２及び仮想面Ｓ３は第３領域Ａ３に含まれる。
　α－Ａｌ２Ｏ３層１１上に他の層（表面層）が配置されている場合（例えば、図３及び図４）、第３領域Ａ３は、α－Ａｌ２Ｏ３層１１の被膜の表面側の界面Ｐ３と、該界面Ｐ３から基材１０側への距離が１．０μｍである仮想面Ｓ３とに挟まれる領域である。ここで、界面Ｐ３及び仮想面Ｓ３は第３領域Ａ３に含まれる。
　第２領域と第３領域とは、接することができる。また、第２領域と第３領域との間に他の領域が配置されていてもよい。この場合、他の領域は、上記仮想面Ｓ２と上記仮想面Ｓ３とに挟まれる領域である。
　（α－Ａｌ２Ｏ３粒子の平均粒径）
　本実施形態において、第１領域におけるα－Ａｌ２Ｏ３粒子の平均粒径ａは、０．１０μｍ以上０．３０μｍ以下であり、第２領域におけるα－Ａｌ２Ｏ３粒子の平均粒径ｂは、０．３０μｍ以上０．５０μｍ以下であり、第３領域におけるα－Ａｌ２Ｏ３粒子の平均粒径ｃは、０．３０μｍ以上０．５０μｍ以下であり、ａとｂとの比ｂ／ａは、１．５以上５．０以下である。
　第１領域のα－Ａｌ２Ｏ３粒子の平均粒径ａが０．１０μｍ以上０．３０μｍ以下であると、α－Ａｌ２Ｏ３層と、該α－Ａｌ２Ｏ３層の基材側に接する層、又は、該α－Ａｌ２Ｏ３層に接する基材との密着力が大きい。このため、切削時において、α－Ａｌ２Ｏ３層と、下地層又は基材との界面を起点とする亀裂進展が生じ難く、切削工具が優れた耐欠損性を有する。平均粒径ａは、密着力及び耐欠損性の向上の観点から、０．１２μｍ以上０．２８μｍ以下が好ましく、０．１４μｍ以上０．２６μｍ以下がより好ましく、０．１６μｍ以上０．２４μｍ以下が更に好ましい。
　第２領域のα－Ａｌ２Ｏ３粒子の平均粒径ｂが０．３０μｍ以上であると、工具表面からの亀裂進展を抑制することができ、耐欠損性が向上する。一方、平均粒径ｂが０．５０μｍ以下であると、第１領域のα－Ａｌ２Ｏ３粒子の平均粒径ａとの差が小さいため、第１領域と第２領域との粒径差に起因する界面の発生が抑制される。よって該界面を起点とする亀裂進展が生じ難く、第１領域と第２領域との密着力の低下が抑制され、切削工具は優れた耐欠損性を有することができる。更に、第２領域のα－Ａｌ２Ｏ３粒子の平均粒径ｂと、第３領域のα－Ａｌ２Ｏ３粒子の平均粒径ｃとの差が小さいため、第２領域と第３領域との粒径差に起因する界面の発生が抑制される。よって、該界面を起点とする亀裂進展が生じ難く、第２領域と第３領域との密着力の低下が抑制され、切削工具が優れた耐欠損性を有することができる。平均粒径ｂは、密着力及び耐欠損性の向上の観点から、０．３２μｍ以上０．４８μｍ以下が好ましく、０．３４μｍ以上０．４６μｍ以下がより好ましく、０．３６μｍ以上０．４４μｍ以下が更に好ましい。
　第３領域のα－Ａｌ２Ｏ３粒子の平均粒径ｃが０．３０μｍ以上であると、工具表面からの亀裂進展が抑制され、切削工具が優れた耐欠損性を有することができる。平均粒径ｃが０．５０μｍ以下であると、α－Ａｌ２Ｏ３層表面の凹凸が小さく、被削材の刃先への溶着が抑制される。よって、切削工具は優れた耐溶着剥離性を有することができる。更に、第３領域の粒径ｃが上記の範囲であると、切削工具は優れた耐摩耗性を有することができる。平均粒径ｃは、０．３２μｍ以上０．４８μｍ以下が好ましく、０．３４μｍ以上０．４６μｍ以下がより好ましく、０．３６μｍ以上０．４４μｍ以下が更に好ましい。
　平均粒径ａと平均粒径ｂとの比ｂ／ａは、１．５以上５．０以下である。比ｂ／ａが１．５以上であると、平均粒径ａに対して平均粒径ｂが大きいため、第１領域及び第２領域において厚み方向に対して亀裂が進展しにくく、切削工具は優れた耐欠損性を有する。また、ｂ／ａが５以下であると、平均粒径ａと平均粒径ｂとの差が小さいため、第１領域と第２領域との密着力が向上し、第１領域及び第２領域での亀裂の発生が抑制される。よって、切削工具は優れた耐摩耗性を有する。
　本明細書において、平均粒径ａ、平均粒径ｂ、及び、平均粒径ｃは以下（Ａ１）～（Ａ８）の手順で測定される。
　（Ａ１）基材のすくい面の法線に沿って切削工具をダイヤモンドワイヤーで切り出し、α―Ａｌ２Ｏ３層の断面を露出させる。露出された断面に対してＡｒイオンによるイオンミーリングを行い、断面を鏡面状態とする。該イオンミーリングの条件は以下の通りである。
加速電圧：６ｋＶ
照射角度：α―Ａｌ２Ｏ３層の断面におけるα―Ａｌ２Ｏ３層の厚み方向に平行となる直線方向から０°
照射時間：６時間
　（Ａ２）鏡面状態の断面を、電解放出型走査電子顕微鏡（ＥＦ－ＳＥＭ）で５０００倍で観察し、後方散乱電子像（ＥＢＳＤ）を得る。図５は、ＥＢＳＤの一例を模式的に示す図である。
　（Ａ３）上記ＥＢＳＤ中で、α―Ａｌ２Ｏ３層の基材側の界面Ｐ１の凹凸の谷底Ｂ１と山頂Ｔ１とのすくい面の法線方向に沿う距離の差Ｄ１が０．５μｍ以下の領域を特定し、該領域を含むように測定範囲を設定する。該測定範囲は、（横方向（すくい面と平行な方向）：３０μｍ）×（縦方向（すくい面の法線方向）：被膜全体を含む長さ）の矩形とする。
　（Ａ４）上記測定範囲内で、界面Ｐ１の谷底Ｂ１と山頂Ｔ１との中間の位置に基準線ＬＳ１を設定する。
　（Ａ５）上記基準線ＬＳ１から切削工具の表面方向に０．２μｍ離れた線Ｌ１上で、α－Ａｌ２Ｏ３粒子の横方向の粒径を測定する。測定範囲中の全てのα－Ａｌ２Ｏ３粒子の粒径を測定し、これらの平均値を第１領域におけるα－Ａｌ２Ｏ３粒子の平均粒径ａとする。
　（Ａ６）上記基準線ＬＳ１から切削工具の表面方向に１．１μｍ離れた線Ｌ２上で、α－Ａｌ２Ｏ３粒子の横方向の粒径を測定する。測定範囲中の全てのα－Ａｌ２Ｏ３粒子の粒径を測定し、これらの平均値を第２領域におけるα－Ａｌ２Ｏ３粒子の平均粒径ｂとする。
　（Ａ７）上記測定範囲内で、α－Ａｌ２Ｏ３層が被膜の最表面に配置されている場合はα－Ａｌ２Ｏ３層の表面Ｐ２、又は、α－Ａｌ２Ｏ３層の上に表面層が配置されている場合はα－Ａｌ２Ｏ３層の被膜の表面側の界面Ｐ３（α－Ａｌ２Ｏ３層と表面層との界面）から基材方向に０．６μｍ離れた線Ｌ３上で、α－Ａｌ２Ｏ３粒子の横方向の粒径を測定する。測定範囲中の全てのα－Ａｌ２Ｏ３粒子の粒径を測定し、これらの平均値を第３領域におけるα－Ａｌ２Ｏ３粒子の平均粒径ｃとする。なお、表面Ｐ２及び界面Ｐ３が凹凸を有する場合は、測定範囲内の最も基材側に位置する谷底を通過し、上記基準線ＬＳ１に平行な線から、基材方向に０．６μｍ離れた位置に上記線Ｌ３を設定する。
　上記（Ａ５）において、界面の谷底Ｂ１と山頂Ｔ１との差が大きく（例えば０．５μｍ）、図６に示されるように、線Ｌ１が基材内部に存在する場合、基材内部（例えば図６のＸで示される領域）の線Ｌ１上ではα－Ａｌ２Ｏ３粒子の粒径の測定を行わず、α－Ａｌ２Ｏ３層内についてのみα－Ａｌ２Ｏ３粒子の粒径の測定を行い、平均粒径ａを算出する。
　上記の線Ｌ１を設定するに当たり、本発明者らは、図７に示されるように、第１領域において、基準線ＬＳ１からのすくい面の法線方向に沿った距離が０．１μｍ以上０．５μｍ未満の範囲で、０．１μｍ間隔の位置を通る線Ｌａ１～線Ｌｄ１を設定し、それぞれの線上及び界面Ｓ１上で、測定範囲中の全てのα－Ａｌ２Ｏ３粒子の粒径を測定し、これらの平均値を算出した。この結果、線Ｌ１に相当する線Ｌｂ１上の平均粒径が０．１０μｍ以上０．３０μｍ以下の場合、線Ｌａ１～線Ｌｄ１及び界面Ｓ１上の平均粒径も０．１０μｍ以上０．３０μｍ以下となることが確認された。この理由は、核生成の初期の段階では下地の配向や凹凸の影響を大きく受けるため、Ａｌ２Ｏ３結晶は柱状(もしくは表面に向かって断面粒径が大きくなる状態)ではなく、粒状(界面に対し垂直・平行にある程度均等)に成長するためと推察される。
　同一の切削工具において、異なる測定範囲を任意に選択し、該測定範囲において上記の測定を行っても同様の結果が得られることが確認された。更に、異なる切削工具において、異なる測定範囲を任意に選択し、該測定範囲において上記の測定を行っても同様の結果が得られることが確認された。従って、線Ｌ１上の平均粒径が０．１０μｍ以上０．３０μｍ以下であることは、第１領域におけるα－Ａｌ２Ｏ３粒子の平均粒径ａが０．１０μｍ以上０．３０μｍ以下であることを意味する。
　上記の線Ｌ２を設定するに当たり、本発明者らは、図７に示されるように、第２領域において、基準線ＬＳ１からのすくい面の法線方向に沿った距離が０．５μｍ以上１．５μｍ以下の範囲で、０．２μｍ間隔の位置を通る線Ｌａ２～線Ｌｆ２を設定し、それぞれの線上で、測定範囲中の全てのα－Ａｌ２Ｏ３粒子の粒径を測定し、これらの平均値を算出した。この結果、線Ｌ２に相当する線Ｌｄ２上の平均粒径が０．３０μｍ以上０．５０μｍ以下の場合、線Ｌａ２～線Ｌｆ２上の平均粒径も０．３０μｍ以上０．５０μｍ以下となることが確認された。この理由は、以下の通りと推察される。第２領域は核生成から結晶成長への遷移領域である。第１領域ではガス条件に加え、下地の配向、凹凸等の影響を受けて核生成が起きていたが、第２領域ではガス条件の影響が優位になり、第１領域とは異なった核(配向、形状等)が優位となる。核生成で生まれた結晶が淘汰される一方で、新たなガス条件で安定な核が生成されるため、全体の粒子数に大きな変化は起こらず粒径の変化は大きくないと推察される。また、本開示では、第１領域及び第２領域形成時のガス条件を調整して、結晶の淘汰と核生成を穏やかに遷移させることにより、第２領域を厚み方向に広げ、粒径を維持している。
　同一の切削工具において、異なる測定範囲を任意に選択し、該測定範囲において上記の測定を行っても同様の結果が得られることが確認された。更に、異なる切削工具において、異なる測定範囲を任意に選択し、該測定範囲において上記の測定を行っても同様の結果が得られることが確認された。従って、線Ｌ２上の平均粒径が０．３０μｍ以上０．５０μｍ以下であることは、第２領域におけるα－Ａｌ２Ｏ３粒子の平均粒径ｂが０．３０μｍ以上０．５０μｍ以下であることを意味する。
　上記の線Ｌ３を設定するに当たり、本発明者らは、図７に示されるように、第３領域において、α－Ａｌ２Ｏ３層の表面Ｐ２、又は、α－Ａｌ２Ｏ３層の被膜の表面側の界面Ｐ３からすくい面の法線方向に沿った距離が０μｍ以上１．０μｍ以下の範囲で、０．２μｍ間隔の位置を通る線Ｌａ３～線Ｌｆ３を設定し、それぞれの線上で、測定範囲中の全てのα－Ａｌ２Ｏ３粒子の粒径を測定し、これらの平均値を算出した。この結果、線Ｌ３に相当する線Ｌｄ３上の平均粒径が０．３０μｍ以上０．５０μｍ以下の場合、線Ｌａ３～線Ｌｆ３上の平均粒径も０．３０μｍ以上０．５０μｍ以下となることが確認された。この理由は、第３領域は完全に結晶成長領域であり、結晶の数の変化が少ないためと推察される。
　同一の切削工具において、異なる測定範囲を任意に選択し、該測定範囲において上記の測定を行っても同様の結果が得られることが確認された。更に、異なる切削工具において、異なる測定範囲を任意に選択し、該測定範囲において上記の測定を行っても同様の結果が得られることが確認された。従って、線Ｌ３上の平均粒径が０．３０μｍ以上０．５０μｍ以下であることは、第３領域におけるα－Ａｌ２Ｏ３粒子の平均粒径ｃが０．３０μｍ以上０．５０μｍ以下であることを意味する。
　切削工具において、第１領域におけるα－Ａｌ２Ｏ３粒子の平均粒径ａが０．１０μｍ以上０．３０μｍ以下、第２領域におけるα－Ａｌ２Ｏ３粒子の平均粒径ｂが０．３０μｍ以上０．５０μｍ以下、第３領域におけるα－Ａｌ２Ｏ３粒子の平均粒径ｃが０．３０μｍ以上０．５０μｍ以下、かつ、ａとｂとの比ｂ／ａが１．５以上５．０以下である場合、線Ｌ２と線Ｌ３との距離が変化しても、効果への影響がないことが確認されている。
　上記を踏まえると、本実施形態の切削工具について、以下の通り表現することもできる。
　本開示の切削工具は、
　基材と、前記基材上に配置された被膜と、を備える切削工具であって、
　該被膜は、α－Ａｌ２Ｏ３層を含み、
　該α－Ａｌ２Ｏ３層は、複数のα－Ａｌ２Ｏ３粒子からなり、
　該被膜の表面の法線に沿う断面において、
　該基材と該α－Ａｌ２Ｏ３層との界面に基づく基準線ＬＳ１から該α－Ａｌ２Ｏ３層側への距離が０．２μｍである線Ｌ１上での該α－Ａｌ２Ｏ３粒子の平均粒径は、０．１０μｍ以上０．３０μｍ以下であり、
　該基準線ＬＳ１から該α－Ａｌ２Ｏ３層側への距離が１．１μｍである線Ｌ２上での該α－Ａｌ２Ｏ３粒子の平均粒径は、０．３０μｍ以上０．５０μｍ以下であり、
　該α－Ａｌ２Ｏ３層の表面Ｐ２、又は、該α－Ａｌ２Ｏ３層の該被膜の表面側の界面Ｐ３から該α－Ａｌ２Ｏ３層側への距離が０．６μｍである線Ｌ３上でのα－Ａｌ２Ｏ３粒子の平均粒径は、０．３０μｍ以上０．５０μｍ以下であり、
　該ａと該ｂとの比ｂ／ａは、１．５以上５．０以下である、切削工具である。
　（ｂ／ａ）
　本実施形態の切削工具において、α－Ａｌ２Ｏ３層の第１領域の平均粒径ａと、第２領域の平均粒径ｂとの比ｂ／ａは、１．５以上５．０以下である。ｂ／ａが１．５以上であり、平均粒径ａに対して平均粒径ｂが大きいため、第１領域及び第２領域において厚み方向に対して亀裂が進展しにくく、切削工具は優れた耐欠損性を有する。また、ｂ／ａが５以下であり、平均粒径ａと平均粒径ｂとの差異が小さいため、第１領域と第２領域との密着力が向上し、第１領域及び第２領域での亀裂の発生が抑制される。よって、切削工具は優れた耐摩耗性を有する。
　ｂ／ａは、ｂ／ａは、第１領域と第２領域との密着力の向上、及び、耐欠損性向上の観点から、１．５以上５．０以下であり、１．５以上２．５以下が好ましく、１．７以上２．３以下がより好ましく、１．９以上２．１以下が更に好ましい。
　（配向性指数）
　本開示において、α－Ａｌ２Ｏ３層は、下記式（１）で示される配向性指数ＴＣ（ｈｋｌ）においてＴＣ（０　０　１２）が３以上であることが好ましい。これによるとα－Ａｌ２Ｏ３層は、優れた耐摩耗性を有することができる。よって、切削工具は長い工具寿命を有することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　式（１）中、Ｉ（ｈｋｌ）は、（ｈｋｌ）反射面のＸ線回折強度を示し、Ｉ0（ｈｋｌ）は、ＩＣＤＤのＰＤＦカード番号００－０１０－０１７３による標準強度を示す。また式（１）中のｎは、計算に用いた反射数を示し、本実施形態では８である。反射に用いた（ｈｋｌ）面は、（０１２）、（１０４）、（１１０）、（０　０　１２）、（１１３）、（０２４）、（１１６）および（３００）である。
　ＩＣＤＤ（登録商標）とは、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｃｅｎｔｒｅ　ｆｏｒ　Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ　Ｄａｔａ（国際回折データセンター）の略称である。また、ＰＤＦ（登録商標）とは、Ｐｏｗｄｅｒ　Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ　Ｆｉｌｅの略称である。
　なお、本実施形態のα－Ａｌ２Ｏ３層のＴＣ（０　０　１２）は、下記式（２）で示すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　したがって、「配向性指数ＴＣ（ｈｋｌ）においてＴＣ（０　０　１２）が３以上」とは、上記式（１）にＴＣ（０　０　１２）を代入してなる上記式（２）により求まる数値が３以上であることを意味する。
　上記ＴＣ（０　０　１２）の値は、４以上がより好ましく、５以上が更に好ましい。ＴＣ（０　０　１２）の値が大きいほど、耐摩耗性を効果的に向上させることができる。ＴＣ（０　０　１２）の値の上限は制限されないが、計算に用いた反射面が８つであるから、８以下とすればよい。ＴＣ（０　０　１２）の値は、３以上８以下、４以上８以下、５以上８以下とすることができる。
　本開示において、α－Ａｌ２Ｏ３層は、上記式（１）で示される配向性指数ＴＣ（ｈｋｌ）においてＴＣ（１１０）が２以上であることが好ましい。これによると、α－Ａｌ２Ｏ３層は、優れた耐欠損性を有することができる。よって、切削工具は長い工具寿命を有することができる。
　なお、本実施形態のα－Ａｌ２Ｏ３層のＴＣ（１１０）は、下記式（３）で示すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　したがって、「配向性指数ＴＣ（ｈｋｌ）においてＴＣ（１１０）が２以上」とは、上記式（１）にＴＣ（１１０）を代入してなる上記式（３）により求まる数値が２以上であることを意味する。
[規則91に基づく訂正 13.10.2021]　
　上記ＴＣ（１１０）の値は、２.５上がより好ましく、３以上が更に好ましい。ＴＣ（１１０）の値が大きいほど、耐欠損性を効果的に向上させることができる。ＴＣ（１１０）の値の上限は制限されないが、計算に用いた反射面が８つであるから、８以下とすればよい。ＴＣ（１１０）の値は、２以上８以下、２.５以上８以下、３以上８以下とすることができる。
　以上のようなＴＣ（ｈｋｌ）の測定は、Ｘ線回折装置を用いた分析により可能となる。ＴＣ（ｈｋｌ）は、たとえば、リガク株式会社製ＳｍａｒｔＬｂ／ａ（登録商標）（スキャンスピード：２１．７°／分、ステップ：０．０１°、スキャン範囲：１５～１４０°）を用いて以下のような条件で測定することができる。なお、本実施形態において、Ｘ線回折装置を用いたＴＣ（ｈｋｌ）の測定の結果を「ＸＲＤ結果」と称する。
[規則91に基づく訂正 13.10.2021]　
　特性Ｘ線：　Ｃｕ－Ｋα
　管電圧：　４５ｋＶ
　管電流：　２００ｍＡ
　フィルター：　多層ミラー
　光学系：　集中法
　Ｘ線回折法：　θ－２θ法
　Ｘ線回折装置を用いるに際して、切削工具の逃げ面にＸ線を照射する。通常、すくい面には凹凸が形成され、これに対して逃げ面は平坦になっていることから、外乱因子を排除するため、Ｘ線を逃げ面に照射することが好ましい。特に、刃先稜線部から２～４ｍｍ程度の範囲に広がる逃げ面上の箇所にＸ線を照射する。これによると、結果の再現性が高くなる。なお、本実施形態では、基材の逃げ面上のα－Ａｌ２Ｏ３層のＴＣ（ｈｋｌ）の値は、基材のすくい面上のα－Ａｌ２Ｏ３層のＴＣ（ｈｋｌ）の値と同一である。
　なお、同一の試料において、複数の測定箇所を任意に選択し、各測定箇所について上記の測定を行っても、同様の結果が得られることが確認された。
　（厚さ）
　α－Ａｌ２Ｏ３層の平均厚さは３μｍ以上１５μｍ以下が好ましい。これによると、優れた耐摩耗性と耐欠損性とを両立させることができる。該α－Ａｌ２Ｏ３層の平均厚さの下限は、耐摩耗性向上の観点から、３μｍ以上が好ましく、４μｍ以上がより好ましく、５μｍ以上が更に好ましい。該α－Ａｌ２Ｏ３層の平均厚さが３μｍ未満であると、厚さが不十分であるため、上記のα－Ａｌ２Ｏ３の平均粒径ａ、平均粒径ｂ、平均粒径ｃ並びにｂ／ａを規定することが不可能となる。該α－Ａｌ２Ｏ３層の平均厚さの上限は、耐欠損性向上の観点から、１５μｍ以下が好ましく、１０μｍ以下が好ましく、９μｍ以下がより好ましく、８μｍ以下が更に好ましい。該α－Ａｌ２Ｏ３層の平均厚さは、３μｍ以上１０μｍ以下が好ましく、４μｍ以上９μｍ以下がより好ましく、５μｍ以上８μｍ以下が更に好ましい。
　α－Ａｌ２Ｏ３層の厚さは、上記の通り、走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）等を用いて、切削工具の断面サンプルを観察することにより確認することができる。ここで、観察視野は、上記のα－Ａｌ２Ｏ３粒子の粒径を測定する際に設定した測定範囲とする。
　なお、同一の試料において、すくい面上の被膜又は逃げ面上の被膜を含む複数の測定範囲を任意に選択し、各測定範囲について上記の測定を行っても、同様の結果が得られることが確認された。
　＜他の層＞
　被膜は上述のとおり、α－Ａｌ２Ｏ３層以外に他の層を含むことができる。図２～図４に示されるように、他の層としては、下地層１２、表面層１３、中間層１４等が挙げられる。
　（下地層）
　下地層は、基材とα－Ａｌ２Ｏ３層との間に配置される。下地層としては、例えば、ＴｉＮ層を挙げることができる。ＴｉＮ層は、平均厚さが０．１μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましい。これによると、被膜は優れた耐摩耗性及び耐欠損性を有することができる。
　（表面層）
　表面層としては、例えば、Ｔｉ（チタン）の炭化物、窒化物または硼化物のいずれかを主成分とすることが好ましい。表面層は、被膜において最も表面側に配置される層である。ただし、刃先稜線部においては形成されない場合もある。表面層は、例えば、α－Ａｌ２Ｏ３層の直上に配置される。
　「Ｔｉの炭化物、窒化物または硼化物のいずれかを主成分とする」とは、Ｔｉの炭化物、窒化物および硼化物のいずれかを９０質量％以上含むことを意味する。また、好ましくは不可避不純物を除きＴｉの炭化物、窒化物および硼化物のいずれかからなることを意味する。
　Ｔｉの炭化物、窒化物および炭窒化物のいずれかのうち、特に好ましいのはＴｉの窒化物（すなわちＴｉＮで表される化合物）を主成分として表面層を構成することである。ＴｉＮはこれらの化合物のうち色彩が最も明瞭（金色を呈する）であるため、切削使用後の切削チップのコーナー識別（使用済み部位の識別）が容易であるという利点がある。表面層はＴｉＮ層からなることが好ましい。
　表面層は、平均厚さが０．０５μｍ以上１μｍ以下であることが好ましい。これによると、表面層と、隣接する層との密着性が向上する。表面層の平均厚さの上限は０．８μｍ以下、０．６μｍ以下とすることができる。平均厚さの下限は０．１μｍ以上、０．２μｍ以上とすることができる。
　＜中間層＞
　中間層は、下地層とα－Ａｌ２Ｏ３層との間に配置される。中間層としては、例えば、ＴｉＣＮ層及びＴｉＣＮＯ層を挙げることができる。ＴｉＣＮ層及びＴｉＣＮＯ層は耐摩耗性に優れるため、被膜により好適な耐摩耗性を付与することができる。中間層は、平均厚さが１μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましい。ここで、中間層の平均厚さとは、中間層が２層以上から形成される場合は、該２層以上の合計厚さの平均を意味する。
　［実施形態２：切削工具の製造方法］
　実施形態１の切削工具は、基材上に被膜を化学気相蒸着（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により形成することによって製造することができる。被膜のうち、α－Ａｌ２Ｏ３層以外の他の層が形成される場合、他の層は化学気相蒸着装置を用いて従来公知の条件で形成することができる。一方、α－Ａｌ２Ｏ３層は、例えば、以下のようにして形成することができる。なお、実施形態１の切削工具は、下記の製造方法で作製されたものに限定されず、他の製造方法で作製されてもよい。
　α－Ａｌ２Ｏ３層の成膜条件は、例えば、温度９５０～１０５０℃、圧力１０～５０ｈＰａ、ガス流量（全ガス流量）５０～１００Ｌ／ｍｉｎとすることができる。「総ガス流量」とは、標準状態（０℃、１気圧）における気体を理想気体とし、単位時間当たりにＣＶＤ炉に導入された全容積流量を示す。
　原料ガスとして、ＡｌＣｌ３、ＨＣｌ、ＣＯ２、Ｈ２Ｓ及びＨ２を用いる。成膜開始から、形成されたα－Ａｌ２Ｏ３層の厚さの変化に応じて、原料ガス中のＨＣｌ配合量を変化させる。具体的には、以下の通りとする。
　成膜開始から、α－Ａｌ２Ｏ３層の厚さが０．５μｍ未満までは、原料ガスの配合を、ＨＣｌ：７．５体積％以上９体積％以下、ＡｌＣｌ３：２体積％以上５体積％以下、ＣＯ２：０．１体積％以上６体積％以下、Ｈ２Ｓ：０．１体積％以上１体積％以下及びＨ２：原料ガス全体を１００体積％としたときの残りの体積％とする。これにより第１領域が形成される。
　続いて、α－Ａｌ２Ｏ３層の厚さが０．５μｍ以上１．５μｍ以下までは、原料ガスの配合を、ＨＣｌ：６体積％以上７．５体積％未満とし、第１領域形成時に比べて原料ガス中のＨＣｌの減少分だけＨ２を増加させ、他のガスの配合は第１領域形成時と同一とする。これにより第２領域が形成される。
　続いて、α－Ａｌ２Ｏ３層の最終の厚さから１．０μｍ減じた厚さまで、上記の第２領域と同一の原料ガスを用いる。
　続いて、α－Ａｌ２Ｏ３層の最終の厚さから１．０μｍ減じた厚さからα－Ａｌ２Ｏ３層の表面までは、原料ガスの配合を、ＨＣｌ：６．０体積％以上７．５体積％未満とし、第１領域形成時に比べて、原料ガス中のＨＣｌの減少分だけＨ２を増加させ、他のガスの配合は第１領域形成時と同一とする。これにより第３領域が形成される。
　従来、ＨＣｌは、成膜中にα－Ａｌ２Ｏ３が過剰に生成し、気相中でα－Ａｌ２Ｏ３粒子が形成されることを抑制するために用いられていた。気相中でα－Ａｌ２Ｏ３粒子が形成されると、基材上にα－Ａｌ２Ｏ３層が形成されにくくなる。一方、原料ガス中のＨＣｌの配合量が多いと、成膜速度が落ちると考えられていた。従って、原料ガス中のＨＣｌの配合量を必要最小限とすることは技術常識であり、当業者は原料ガス中のＨＣｌの配合量を増加させるという技術的思想を有しなかった。
　従来の技術常識に対して、本実施形態では上述の通り、α－Ａｌ２Ｏ３粒子の粒径の制御のためにＨＣｌ量を変化させている。更に、第１領域、第２領域及び第３領域形成時の原料ガス中のＨＣｌの配合量は、従来のα－Ａｌ２Ｏ３層の形成時に用いられていた原料ガス中のＨＣｌの配合量（例えば、２．８堆積％以上６体積％未満）よりも多い。これにより、第１領域、第２領域及び第３領域のα－Ａｌ２Ｏ３粒子の平均粒径が小さくなる。これは、本発明者らが、新たに見出した知見である。本発明者等は当該新規の知見に基づき、本実施形態の切削工具を完成させた。
　［付記１］
　本開示の切削工具は、
　基材と、前記基材上に配置された被膜と、を備える切削工具であって、
　該被膜は、α－Ａｌ２Ｏ３層を含み、
　該α－Ａｌ２Ｏ３層は、複数のα－Ａｌ２Ｏ３粒子からなり、
　該被膜の表面の法線に沿う断面において、
　該基材と該α－Ａｌ２Ｏ３層との界面に基づく基準線ＬＳ１から該α－Ａｌ２Ｏ３層側への距離が０．２μｍである線Ｌ１上での該α－Ａｌ２Ｏ３粒子の平均粒径は、０．１０μｍ以上０．３０μｍ以下であり、
　該基準線ＬＳ１から該α－Ａｌ２Ｏ３層側への距離が１．１μｍである線Ｌ２上での該α－Ａｌ２Ｏ３粒子の平均粒径は、０．３０μｍ以上０．５０μｍ以下であり、
　該α－Ａｌ２Ｏ３層の表面Ｐ２、又は、該α－Ａｌ２Ｏ３層の該被膜の表面側の界面Ｐ３から該α－Ａｌ２Ｏ３層側への距離が０．６μｍである線Ｌ３上でのα－Ａｌ２Ｏ３粒子の平均粒径は、０．３０μｍ以上０．５０μｍ以下であり、
　該ａと該ｂとの比ｂ／ａは、１．５以上５．０以下である、切削工具である。
　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。
　［試料１～試料２８、試料１－１～試料１－９］
　表１に記載の配合組成からなる原料粉末を均一に混合し、所定の形状に加圧成形した後、１３００～１５００℃で１～２時間焼結することにより、超硬合金製（形状：型番ＣＮＭＧ１２０４０８Ｎ－ＵＸ（住友電工ハードメタル製））の基材を得た。表１中の「残り」とは、ＷＣが配合組成（質量％）の残部を占めることを示している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　＜被膜の形成＞
　上記で得られた基材の表面に被膜を形成して切削工具を作製した。具体的には、基材を化学気相蒸着装置内にセットし、基材上に化学気相蒸着法により被膜を形成した。各試料の被膜の構成は表２の通りである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
　基材上に、ＴｉＮ層（下地層）、ＴｉＣＮ層（中間層）、ＴｉＣＮＯ層（中間層）、α－Ａｌ２Ｏ３層、ＴｉＮ層（表面層）を前記の順で形成する。ＴｉＮ層（下地層）の厚さは０．４μｍであり、ＴｉＣＮ層（中間層）の厚さは６．５μｍであり、ＴｉＣＮＯ層（中間層）の厚さは０．７μｍであり、ＴｉＮ（表面層）の厚さは０．７μｍである。表１において「無し」とは、該試料においては、該層が形成されないことを示す。
　ＴｉＮ層（下地層）、ＴｉＣＮ層（中間層）、ＴｉＣＮＯ層（中間層）及びＴｉＮ層（表面層）の成膜条件を表３に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
　各試料のα－Ａｌ２Ｏ３層の成膜条件、原料ガス組成及びα－Ａｌ２Ｏ３層の平均厚さを表４に示す。表４中の「残り」とは、Ｈ２ガスが原料ガス組成（体積％）の残部を占めることを示している。α－Ａｌ２Ｏ３層の形成条件は、温度１０００℃、圧力７０ｈＰａ、原料ガスの導入速度（全ガス流量）は６０Ｌ／ｍｉｎとし、基材を固定しつつ、原料ガスを噴出させるためのガス管を２ｒｐｍで回転させた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
　例えば、試料１の成膜条件は次の通りである。α－Ａｌ２Ｏ３層の成膜開始からα－Ａｌ２Ｏ３層の厚さが０．５μｍとなるまでは、２．２体積％のＡｌＣｌ３、８．３体積％のＨＣｌ、３．０体積％のＣＯ２、０．６体積％のＨ２Ｓ及び残部Ｈ２からなる組成の原料ガスを用いた。これにより、第１領域が形成された。
　次に、α－Ａｌ２Ｏ３層の厚さが０．５μｍ超からα－Ａｌ２Ｏ３層の平均厚さ（８μｍ）から１μｍを引いた厚さ（７μｍ）までは、原料ガス中のＨＣｌ量を６．７体積％とし、これに合わせて残部Ｈ２の量を変更した以外は、上記の第１領域形成時と同一の配合の原料ガスを用いた。これにより、第２領域が形成された。
　次に、α－Ａｌ２Ｏ３層の表面側１μｍでは、原料ガス中のＨＣｌ量を６．７体積％とし、これに合わせて残部Ｈ２の量を変更した以外は、上記の第１領域成膜時と同一の配合の原料ガスを用いた。これにより、第３領域が形成された。
　＜α－Ａｌ２Ｏ３層の評価＞
　各試料のα－Ａｌ２Ｏ３層について、第１領域の平均粒径ａ、第２領域の平均粒径ｂ、第３領域の平均粒径ｃ、ＴＣ（０　０　１２）及びＴＣ（１１０）を測定した。これらの測定方法は、実施形態１に示されるとおりであるため、その説明は繰り返さない。結果を表５の「粒径ａ」、「粒径ｂ」、「粒径ｃ」、「ＴＣ（０　０　１２）」及び「ＴＣ（１１０）」欄に示す。
　更に、平均粒径ａ及び平均粒径ｂとに基づき、ｂ／ａの値を算出した。結果を表５の「ｂ／ａ」欄に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
　＜切削評価１＞
　上記で得られた切削工具を用いて、下記の切削条件１で切削試験を行った。異なる２０の切れ刃を用いて、それぞれの切れ刃で２０秒間切削を行い、破損の有無を確認した。ここで「破損」とは、５００μｍ以上の欠けを意味する。２０の切れ刃のうち、破損の生じた切れ刃の割合を算出して破損率（％）を得た。すなわち、破損率（％）＝（破損した切れ刃の数／２０）×１００である。破損率が３０％以下の場合、切削工具は優れた耐欠損性を有し、工具寿命が長いと判断される。結果を表５の「切削評価１　破損率（％）」欄に示す。
　（切削条件１）
　被削材：ＳＣＭ４４０（溝付き丸棒）
　加工：溝付き丸棒外径断続旋削
　切削速度：１２０ｍ／ｍｉｎ
　送り量：０．１５ｍｍ／ｒｅｖ
　切込み量：２．０ｍｍ
　切削液：なし
　上記の切削条件は、高硬度鋼の高能率加工に該当する。
　＜切削評価２＞
　上記で得られた切削工具を用いて、下記の切削条件２で切削試験を行った。１５分間切削後の切削工具の逃げ面側の平均摩耗量Ｖｂ（ｍｍ）を測定した。ここで「平均摩耗量」とは、稜線から逃げ面摩耗の端までの距離を平均した長さを意味する。溶着剥離が生じると被膜が剥がれ、その結果として摩耗が進行する。よって、摩耗量が小さいほど、耐溶着剥離性が良好である。本実施例では、平均摩耗量Ｖｂが０．２１ｍｍ以下の場合、切削工具は優れた耐溶着剥離性を有し、工具寿命が長いと判断される。結果を表５の「切削評価２　Ｖｂ（ｍｍ）」欄に示す。
　（切削条件２）
　被削材：ＳＣＭ４１５
　加工：丸棒外径旋削
　切削速度：１８０ｍ／ｍｉｎ
　送り量：０．１５ｍｍ／ｒｅｖ
　切込み量：２．０ｍｍ
　切削液：水溶性切削油
　上記の切削条件は、低炭素鋼の高能率加工に該当する。
　＜考察＞
　試料１～試料３、試料５、試料７、試料９、試料１２、試料１３、試料１５、試料１７、試料１９～試料２８の切削工具は実施例に該当する。これらの試料は、優れた耐欠損性及び耐溶着剥離性を有し、工具寿命が長いことが確認された。これらの試料では、α－Ａｌ２Ｏ３層の基材側領域で、基材側から工具表面側に向かって、α－Ａｌ２Ｏ３粒子の粒径が段階的に増加している。このため、表面近傍のα－Ａｌ２Ｏ３層の粒径が従来よりも小さいが、工具表面からの亀裂伝搬距離が長く、α－Ａｌ２Ｏ３層の基材側の領域での亀裂進展が抑制されるため、耐欠損性が良好であると推察される。
　試料１と試料２とは、α－Ａｌ２Ｏ３層の厚さが同一である。試料１の平均粒径ａ、平均粒径ｂ及び平均粒径ｃは、試料２の平均粒径ａ、平均粒径ｂ及び平均粒径ｃと同一である。試料１では、ＴＣ（０　０　１２）がＴＣ（１１０）より大きい。試料２では、ＴＣ（１１０）がＴＣ（０　０　１２）より大きい。試料１は、試料２よりも耐摩耗性が優れていることが確認された。一方、試料２は試料１よりも、耐欠損性が優れていることが確認された。上記より、α－Ａｌ２Ｏ３層の厚さ、並びに、第１領域の平均粒径ａ、第２領域の平均粒径ｂ及び第３領域の平均粒径ｃとが同一の場合、ＴＣ（０　０　１２）が大きいほど耐摩耗性が向上し、ＴＣ（１１０）が大きいほど耐欠損性が向上することが確認された。この傾向は、試料１０と試料１１との比較からも確認される。
　試料４、試料６、試料８、試料１０、試料１１、試料１４、試料１６、試料１８、試料１－１～試料１－９は比較例に該当する。これらの試料は、耐欠損性及び／又は耐溶着剥離性が不十分であり、工具寿命が短かった。
　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。本発明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。
　１，２１，３１，４１　切削工具、１０　基材、１１　α－Ａｌ２Ｏ３層、１２　下地層、１３　表面層、１４　中間層、１５，２５，３５，４５　被膜、Ａ１　第１領域、Ａ２　第２領域、Ａ３　第３領域、Ｐ１，Ｐ３　界面、Ｐ２　表面、Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３　仮想面、Ｂ１　Ｐ１の山頂、Ｔ１　Ｐ１の谷底、ＬＳ１　基準線、Ｌ１，Ｌ２　線

Claims (5)

  1. 　基材と、前記基材上に配置された被膜と、を備える切削工具であって、
    　前記被膜は、α－Ａｌ２Ｏ３層を含み、
    　前記α－Ａｌ２Ｏ３層は、複数のα－Ａｌ２Ｏ３粒子からなり、
    　前記α－Ａｌ２Ｏ３層は、第１領域、第２領域及び第３領域を含み、
    　前記第１領域は、前記α－Ａｌ２Ｏ３層の前記基材側の界面Ｐ１と、前記界面Ｐ１から前記被膜の表面側への距離が０．５μｍである仮想面Ｓ１とに挟まれる領域であり、
    　前記第２領域は、前記仮想面Ｓ１と、前記仮想面Ｓ１から前記被膜の表面側への距離が１．０μｍである仮想面Ｓ２とに挟まれる領域であり、
    　前記第３領域は、前記α－Ａｌ２Ｏ３層の表面Ｐ２、又は、前記α－Ａｌ２Ｏ３層の前記被膜の表面側の界面Ｐ３と、前記表面Ｐ２又は前記界面Ｐ３から前記基材側への距離が１．０μｍである仮想面Ｓ３とに挟まれる領域であり、
    　前記第１領域における前記α－Ａｌ２Ｏ３粒子の平均粒径ａは、０．１０μｍ以上０．３０μｍ以下であり、
    　前記第２領域における前記α－Ａｌ２Ｏ３粒子の平均粒径ｂは、０．３０μｍ以上０．５０μｍ以下であり、
    　前記第３領域における前記α－Ａｌ２Ｏ３粒子の平均粒径ｃは、０．３０μｍ以上０．５０μｍ以下であり、
    　前記ａと前記ｂとの比ｂ／ａは、１．５以上５．０以下である、切削工具。
  2. 　前記平均粒径ｃは、０．３６μｍ以上０．４４μｍ以下である、請求項１に記載の切削工具。
  3. 　前記ｂ／ａは、１．５以上２．５以下である、請求項１又は請求項２に記載の切削工具。
  4. 　前記α－Ａｌ２Ｏ３層の平均厚さは、３μｍ以上１５μｍ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。
  5. 　前記α－Ａｌ２Ｏ３層は、配向性指数ＴＣ（ｈｋｌ）においてＴＣ（０　０　１２）が３以上である、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の切削工具。
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