CN108286047A

CN108286047A - 被覆切削工具

Info

Publication number: CN108286047A
Application number: CN201711424763.9A
Authority: CN
Inventors: 田中茂挥
Original assignee: Tungaloy Corp
Current assignee: Tungaloy Corp
Priority date: 2017-01-07
Filing date: 2017-12-25
Publication date: 2018-07-17
Anticipated expiration: 2037-12-25
Also published as: US20180193924A1; CN108286047B; JP2018111201A; EP3346026A1; US10471516B2; JP7083448B2; EP3346026B1

Abstract

本发明提供一种被覆切削工具，其包含基材和被覆层，被覆层包含第一叠层结构和第二叠层结构，第一叠层结构和第二叠层结构分别为将组成不同的2种化合物层交替地叠层、叠层数为3以上的叠层结构，第一叠层结构和第二叠层结构各自的结构中的2种化合物层中的一个化合物层和另一个化合物层分别由特定的组成构成，第一叠层结构和第二叠层结构分别满足指定条件，构成第一叠层结构和第二叠层结构的各层的平均厚度以及被覆层的平均厚度分别为指定厚度。

Description

被覆切削工具

技术领域

本发明涉及被覆切削工具。

背景技术

近年来，随着切削加工的高效率化，需要与以往相比工具寿命较长的切削工具。因此，作为工具材料的要求性能，与工具寿命直接相关的耐磨性和耐缺损性的提高变得更加重要。为了提高这些特性，而使用将涂层交替地叠层于基材表面上的被覆切削工具。

目前提出了用于改善这种交替叠层涂层的特性的各种技术。例如，在日本专利5817932号公报中，提出了一种具有将各层的平均层厚设为60nm以上500nm以下的厚度从而周期性地叠层的第一叠层结构、和将各层的平均层厚设为2nm以上60nm以下的厚度从而周期性地叠层的第二叠层结构的被覆工具。

发明内容

为了提高加工效率，与以往相比切削条件趋于严格。因此，与以往相比要求延长工具寿命。特别是，在以高速进行加工的切削条件下，由于切削加工时的发热，因而切削刃中的涂层会发生分解或者氧化。此时，涂层的硬度下降且变脆，因而有发生工具缺损的倾向。进而，被切削材料焊接到切削刃上，因此有发生以压接分离损伤为起点的工具缺损的倾向。

基于以上的背景，在专利文献1的发明中，存在不能充分地确保切削工具的耐氧化性的情况。特别是在以高速进行加工的条件下，耐氧化性对耐缺损性造成大的影响。因此，为了提高耐氧化性，而考虑形成Al的比例较高的层，但在这种情况下，由于六方晶的存在比率变高因而产生耐磨性降低的问题。

本发明是为解决这些问题而完成，即使在以高速进行加工的切削条件下耐磨性和耐缺损性也优秀，因此提供可以在长时间中进行加工的被覆切削工具。

本发明人在对被覆切削工具的工具寿命延长反复进行研究的时候现：如果设为以下的构成则能够使耐磨性和耐缺损性提高，因此可以延长被覆切削工具的工具寿命。

即，本发明的要点为如下。

[1]一种包含基材、和在上述基材的表面上形成的被覆层的被覆切削工具，其中，

上述被覆层包含第一叠层结构和第二叠层结构，

上述第一叠层结构是将组成不同的2种化合物层交替地叠层并且叠层数为3以上的叠层结构，

上述第一叠层结构中的上述2种化合物层中的一个化合物层是由以下述式(1)：

(Al_aM_1-a)N…(1)

(式中，M表示选自由Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W和Si组成的群组中的至少1种金属元素，a表示Al元素相对于Al元素与用M表示的金属元素的合计的原子比，并且满足0.58≦a≦0.80)表示的组成构成，

上述第一叠层结构中的上述2种化合物层中的另一个化合物层是由以下述式(2)：

(Al_bM_1-b)N…(2)

(式中，M表示选自由Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W和Si组成的群组中的至少1种金属元素，b表示Al元素相对于Al元素与用M表示的金属元素的合计的原子比，并且满足0.57≦b≦0.79)表示的组成构成，

上述第一叠层结构满足以下述式(A)所表示的条件，

0＜|Rx-Ry|＜5…(A)

(式中，Rx表示上述一个化合物层中的、1种金属元素相对于金属元素全体的比例(单位：原子％)，Ry表示与上述一个化合物层邻接的上述另一个化合物层中的、上述1种金属元素相对于金属元素全体的比例(单位：原子％)，上述1种金属元素表示在上述一个化合物层中相对于金属元素全体的比例和在上述另一个化合物层中相对于金属元素全体的比例之间的差的绝对值最大的元素)，

上述第二叠层结构是将组成不同的2种化合物层交替地叠层并且叠层数为3以上的叠层结构，

上述第二叠层结构中的上述2种化合物层中的一个化合物层由选自由以下元素的碳化物、氮化物和碳氮化物所组成的群组中的至少1种组成来构成，该元素具有以下述式(3)：

(Al_1-c-dTi_cL_d)…(3)

(式中，L表示选自由Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W和Si组成的群组中的至少1种金属元素，c表示Ti元素相对于Al元素、Ti元素和用L表示的金属元素的合计的原子比，d表示用L表示的金属元素相对于Al元素、Ti元素和用L表示的金属元素的合计的原子比，并且满足0≦c≦1.00、0≦d≦0.50)表示的组成，

上述第二叠层结构中的上述2种化合物层中的另一个化合物层由选自由以下元素的碳化物、氮化物和碳氮化物所组成的群组中的至少1种组成来构成，该元素具有以下述式(4)：

(Al_1-e-fTi_eL_f)…(4)

(式中，L表示选自由Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W和Si组成的群组中的至少1种金属元素，e表示Ti元素相对于Al元素、Ti元素和用L表示的金属元素的合计的原子比，f表示用L表示的金属元素相对于Al元素、Ti元素和用L表示的金属元素的合计的原子比，并且满足0≦e≦1.00且0≦f≦0.50)表示的组成，

上述第二叠层结构满足以下述式(B)所表示的条件，

5≦|Rz-Rw|…(B)

(式中，Rz表示上述一个化合物层中的、1种金属元素相对于金属元素全体的比例(单位：原子％)，Rw表示与上述一个化合物层邻接的上述另一个化合物层中的、上述1种金属元素相对于金属元素全体的比例(单位：原子％)，上述1种金属元素表示在上述一个化合物层中相对于金属元素全体的比例和在上述另一个化合物层中相对于金属元素全体的比例之间的差的绝对值最大的元素)，

构成上述第一叠层结构的上述一个化合物层和上述另一个化合物层、以及构成上述第二叠层结构的上述一个化合物层和上述另一个化合物层的各层的平均厚度为1nm以上300nm以下，

上述被覆层的平均厚度为1.5μm以上15.0μm以下。

[2]如[1]所述的被覆切削工具，其中，上述|Rx-Ry|为1原子％以上4原子％以下。

[3]如[1]或[2]所述的被覆切削工具，其中，上述|Rz-Rw|为6原子％以上70原子％以下。

[4]如[1]至[3]中任一项所述的被覆切削工具，其中，上述第一叠层结构的平均厚度为0.1μm以上10.0μm以下。

[5]如[1]至[4]中任一项所述的被覆切削工具，其中，上述第二叠层结构的平均厚度为0.1μm以上10.0μm以下。

[6]如[1]至[5]中任一项所述的被覆切削工具，其中，上述第一叠层结构的平均晶体粒径为10nm以上450nm以下。

[7]如[1]至[6]中任一项所述的被覆切削工具，其中，上述第二叠层结构的平均晶体粒径为20nm以上500nm以下。

[8]如[1]至[7]中任一项所述的被覆切削工具，其中，

上述被覆层在上述第一叠层结构和上述第二叠层结构的基材侧具有下部层，

上述下部层是由选自Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Al、Si和Y所组成的群组中的至少1种元素、及选自C、N、O和B所组成的群组中的至少1种元素构成的化合物的层，

上述下部层的平均厚度为0.1μm以上3.5μm以下。

[9]如[1]至[8]中任一项所述的被覆切削工具，其中，

上述被覆层在上述第一叠层结构和上述第二叠层结构的表面侧具有上部层，

上述上部层是由选自Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Al、Si和Y所组成的群组中的至少1种元素、及选自C、N、O和B所组成的群组中的至少1种元素构成的化合物的层，

上述上部层的平均厚度为0.1μm以上3.5μm以下。

[10]如[1]至[9]中任一项所述的被覆切削工具，其中，上述基材是超硬合金、金属陶瓷、陶瓷、或立方晶氮化硼烧结体中的任一种。

本发明的被覆切削工具即使在以高速进行加工的切削条件下耐磨性和耐缺损性也优秀，因此能够提供可以在长时间中进行加工的被覆切削工具。

附图说明

图1是揭示本发明的被覆切削工具的一例的示意图。

具体实施方式

下面，对用于实施本发明的实施方式(下面简称为“本实施方式”)进行详细说明，但本发明并不局限于下述的本实施方式。本发明在不脱离其要点的范围内能够存在各种变形。

本实施方式的被覆切削工具是包含基材、和在基材表面上形成的被覆层的被覆切削工具，被覆层包含第一叠层结构和第二叠层结构，第一叠层结构是将组成不同的2种化合物层交替地叠层、叠层数为3以上的叠层结构，第一叠层结构中的上述2种化合物层中的一个化合物层是由以下述式(1)：

(Al_aM_1-a)N…(1)

第一叠层结构中的2种化合物层中的另一个化合物层是由以下述式(2)：

(Al_bM_1-b)N…(2)

第一叠层结构满足以下述式(A)所表示的条件，

0＜|Rx-Ry|＜5…(A)

(式中，Rx表示一个化合物层中的、1种金属元素相对于金属元素全体的比例(单位：原子％)，Ry表示与一个化合物层邻接的另一个化合物层中的、1种金属元素相对于金属元素全体的比例(单位：原子％)，1种金属元素表示在一个化合物层中相对于金属元素全体的比例和在另一个化合物层中相对于金属元素全体的比例之间的差的绝对值最大的元素)，

第二叠层结构是将组成不同的2种化合物层交替地叠层、叠层数为3以上的叠层结构；第二叠层结构中的2种化合物层中的一个化合物层由选自由以下元素的碳化物、氮化物和碳氮化物所组成的群组中的至少1种组成来构成，该元素具有以下述式(3)：

(Al_1-c-dTi_cL_d)…(3)

(式中，L表示选自由Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W和Si组成的群组中的至少1种金属元素，c表示Ti元素相对于Al元素、Ti元素和用L表示的金属元素的合计的原子比，d表示用L表示的金属元素相对于Al元素、Ti元素和用L表示的金属元素的合计的原子比，并且满足0≦c≦1.00、0≦d≦0.50)表示的组成；第二叠层结构中的2种化合物层中的另一个化合物层由选自由以下元素的碳化物、氮化物和碳氮化物所组成的群组中的至少1种组成来构成，该元素具有以下述式(4)：

(Al_1-e-fTi_eL_f)…(4)

第二叠层结构满足以下述式(B)所表示的条件，

5≦|Rz-Rw|…(B)

(式中，Rz表示一个化合物层中的、1种金属元素相对于金属元素全体的比例(单位：原子％)，Rw表示与一个化合物层邻接的另一个化合物层中的、1种金属元素相对于金属元素全体的比例(单位：原子％)，上述1种金属元素表示在上述一个化合物层中相对于金属元素全体的比例和在上述另一个化合物层中相对于金属元素全体的比例之间的差的绝对值最大的元素)；

构成第一叠层结构的一个化合物层和另一个化合物层、以及构成第二叠层结构的一个化合物层和另一个化合物层的各层的平均厚度为1nm以上300nm以下；

上述被覆层的平均厚度为1.5μm以上15.0μm以下。

本实施方式的被覆切削工具具备上述的构成，由此能够使耐磨性和耐缺损性提高，因此可以延长被覆切削工具的工具寿命。本实施方式的被覆切削工具的耐磨性和耐缺损性提高的主要原因可以认为是如下。但是，主要原因并不局限于此。

(1)被覆层全体的平均厚度为1.5μm以上，由此使耐磨性提高，被覆层全体的平均厚度为15.0μm以下，由此与被覆层基材的粘附性优秀，因此使耐缺损性提高。

(2)构成第一叠层结构的2种化合物层由特定种类的元素组合而成，由此使耐磨性提高。

(3)构成第一叠层结构的2种化合物层的Al含量分别在特定值以上，由此抑制耐氧化性的降低，因而使耐缺损性提高。此外，构成第一叠层结构的2种化合物层的Al含量分别在特定值以下，由此降低六方晶的存在比率，因而使耐磨性提高。

(4)存在特定的金属元素，其式(A)中的|Rx-Ry|处于特定范围内，由此将一个化合物层与另一个化合物层之间的粘附性维持在高水平，并且2种化合物层的界面中的晶格失配变小。因此，第一叠层结构的残余压缩应力变高的情况得到抑制，从而提高耐缺损性。

(5)构成第二叠层结构的2种化合物层由特定种类的元素组合而成，由此使耐磨性提高。

(6)构成第二叠层结构的2种化合物层的特定金属元素(用L表示的金属元素)的含量在特定值以下，由此可容易地将第二叠层结构的平均晶体粒径控制在500nm以下，从而可以维持被覆层的硬度，因而可以提高耐磨性。

(7)存在特定的金属元素，其式(B)中的|Rz-Rw|处于特定范围内，由此使一个化合物层与另一个化合物层的涂层组织和残余应力不同，从而在将第二叠层结构的硬度维持在高水平的状态下将残余压缩应力控制在低水平，因而特别是在钻削加工和铣削加工中将提高耐缺损性。

(8)构成第一叠层结构的一个化合物层和另一个化合物层以及构成第二叠层结构的一个化合物层和另一个化合物层的各层的平均厚度在特定值以下，由此提高第一叠层结构和第二叠层结构的硬度，因而提高耐缺损性。

本实施方式的被覆切削工具具有基材和设置在其基材上的被覆层。作为被覆切削工具的种类，具体地可列举出铣削加工用或旋削加工用刃尖交换型切削***物、钻头和立铣刀。

本实施方式中的基材，如果可作为被覆切削工具的基材而使用，则无特别限制。作为基材，例如可列举出：超硬合金、金属陶瓷、陶瓷、立方晶氮化硼烧结体、金刚石烧结体、和高速钢。在这些之中，如果基材是超硬合金、金属陶瓷、陶瓷和立方晶氮化硼烧结体中的任一个，则耐磨性和耐缺损性更优秀，故为优选；从同样的观点出发，基材更优选为超硬合金。

另外，基材也可以是对其表面进行改性的基材。例如，在基材是由超硬合金构成的情况下，可在其表面上形成脱β层。此外，在基材是由金属陶瓷构成的情况下，也可在其表面上形成硬化层。即使以如这些的方式对基材的表面进行改性，也可发挥本发明的作用效果。

本实施方式中的被覆层全体的平均厚度为1.5μm以上15.0μm以下。如果平均厚度为1.5μm以上则耐磨性提高，如果平均厚度为15.0μm以下则与被覆层基材的粘附性优秀，因而使耐缺损性提高。从同样的观点出发，被覆层全体的平均厚度优选为1.5μm以上6.5μm以下、更优选为1.5μm以上6.0μm以下。另外，本实施方式的被覆切削工具中的各层和被覆层全体的平均厚度，可以通过从各层或被覆层全体中的3处以上的剖面中测定各层的厚度或被覆层全体的厚度，并计算其算术平均值而求出。

本实施方式的被覆层具有将组成不同的2种化合物层交替地叠层、叠层数为3以上的第一叠层结构。但是，在不妨碍本发明的作用效果的范围内，本实施方式的第一叠层结构也可具有与上述2种化合物层的各层组成不同的层(下面，简称为“其他层”)。在第一叠层结构包含其他层的情况下，例如也可将其他层以与由2种化合物层所组成的二层邻接的方式而叠层。如果具有这种第一叠层结构，则被覆层的硬度(下面，也称为“硬度(硬さ)”)变高，因而使耐磨性提高。此处所谓“组成不同”是指在2种化合物层之间，金属元素(下面，也称为“特定的金属元素”)相对于一个化合物层中所包含的金属元素全体(100原子％)的比例(原子％)与金属元素相对于另一个化合物层中所包含的金属元素全体(100原子％)的比例(原子％)之间的差的绝对值(下面，也称为“差的绝对值”)超过0原子％。应予说明，在本说明书中，Si元素包含于金属元素。

在本实施方式的第一叠层结构中，2种化合物层中的一个化合物层是由以上述式(1)表示的组成构成的化合物层。但是，在不妨碍本发明的作用效果的范围内，一个化合物层也可含有其他成分(元素)。上述式(1)中，M表示选自由Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W和Si组成的群组中的至少1种金属元素，a表示Al元素相对于Al元素和用M表示的金属元素的合计的原子比，并且满足0.58≦a≦0.80。如果原子比a为0.58以上，则Al的含量变多，由此抑制耐氧化性的降低，因而使耐缺损性提高。另一方面，如果Al元素的原子比a为0.80以下，则减小六方晶的存在比率，因而使耐磨性提高。因此，通过使Al元素的原子比a满足0.58≦a≦0.80，可以非常平衡地提高耐磨性和耐缺损性。从同样的观点出发，Al元素的原子比a优选满足0.60≦a≦0.80，更优选满足0.65≦a≦0.75。

此外，上述2种化合物层的其他1种是由以上述式(2)表示的组成构成的化合物层(另一个化合物层)。但是，在不妨碍本发明的作用效果的范围内，另一个化合物层也可含有其他成分(元素)。上述式(2)中，M表示选自由Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W和Si组成的群组中的至少1种金属元素，b表示Al元素相对于Al元素与用M表示的金属元素的合计的原子比，并且满足0.57≦b≦0.79。如果原子比b为0.57以上，则Al的含量变大，由此抑制耐氧化性的降低，因而使耐缺损性提高。另一方面，如果原子比b为0.79下面，则使六方晶的存在比率降低，因而使耐磨性提高。因此，通过使Al元素的原子比b满足0.57≦b≦0.79，可以非常平衡地提高耐磨性和耐缺损性。从同样的观点出发，Al元素的原子比b优选满足0.58≦b≦0.77，更优选满足0.63≦b≦0.71。此外，通过同时地满足在一个化合物层中原子比a是在上述范围内、在另一个化合物层中原子比b是在上述范围内，可以非常平衡地协同地提高耐磨性和耐缺损性。

此外，用M表示的金属元素是选自由Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W和Si组成的群组中的至少1种，由此使耐磨性提高。从同样的观点出发，用M表示的金属元素优选选自由Ti、Zr、Hf、V、Ta、Cr、Mo、W和Si组成的群组中的至少1种。

构成本实施方式的第一叠层结构的一个化合物层中所包含的金属元素的种类，与构成第一叠层结构的另一个化合物层中所包含的金属元素的种类优选至少部分是相同的，更优选全部是相同的。也就是说，构成第一叠层结构的2种化合物层更优选为由相互是相同种类的金属元素构成。

进而，第一叠层结构满足以下述式(A)所表示的条件。

0＜|Rx-Ry|＜5…(A)

式中，Rx表示上述一个化合物层中的、1种金属元素(也称为“特定的金属元素γ”)相对于金属元素全体的比例(单位：原子％)，Ry表示与上述一个化合物层邻接的上述另一个化合物层中的、1种金属元素(特定的金属元素γ)相对于金属元素全体的比例(单位：原子％)。

特定的金属元素γ表示在一个化合物层中相对于金属元素全体的比例和在另一个化合物层中相对于金属元素全体的比例之间的差的绝对值最大的元素。

即，相对于一个化合物层中所包含的金属元素全体(100原子％)的特定的金属元素γ的比例(原子％)和相对于与一个化合物层邻接的另一个化合物层中所包含的金属元素全体(100原子％)的特定的金属元素γ的比例(原子％)之间的差的绝对值超过0原子％、不足5原子％。此处所谓“特定的金属元素γ的比例”是指相对于各化合物层中所包含的金属元素全体的原子数的、各化合物层中所包含的特定的金属元素γ的原子数的比例(原子％)。

如果第一叠层结构满足以上述式(A)所表示的条件，那么一个化合物层和与一个化合物层邻接的另一个化合物层之间的粘附性不会降低，2种化合物层的界面中的晶格失配变小。因此，抑制第一叠层结构的残余压缩应力变高，因而使耐缺损性提高。从同样的观点出发，|Rx-Ry|优选为1原子％以上4原子％以下。另外，构成第一叠层结构的一个化合物层中所包含的各金属元素相对于金属元素全体的比例(原子％)和与一个化合物层邻接且构成第一叠层结构的其他化合物层中所包含的各金属元素相对于金属元素全体的比例(原子％)之间的差的绝对值为0原子％，这意味着是单层结构。在这种情况下，单层结构的硬度低于第一叠层结构，因而耐磨性差。

本实施方式的被覆层具有将组成不同的2种化合物层交替地叠层、叠层数为3以上的第二叠层结构。但是，在不妨碍本发明的作用效果的范围内，本实施方式的第二叠层结构也可具有与上述2种化合物层的各层为组成不同的层(下面，简称为“其他层”)。在第二叠层结构含有其它他层的情况下，例如其他层也可以与由2种化合物层所组成的2层邻接的方式而叠层。如果具有这种第二叠层结构，那么被覆层的硬度变高，因而使耐磨性提高。在此，“组成不同”是在指2种化合物层之间，相对于一个化合物层中所包含的金属元素全体(100原子％)的1种金属元素的比例(原子％)和相对于另一个化合物层中所包含的金属元素全体(100原子％)的上述1种金属元素的比例(原子％)之间的差的绝对值(下面，也称为“差的绝对值”)超过0原子％。

在本实施方式的第二叠层结构中，2种化合物层中的一个化合物层是由选自由以下元素的碳化物、氮化物和碳氮化物所组成的群组中的至少1种组成来构成的化合物层，该元素具有以上述式(3)表示的组成。在上述式(3)中，L表示选自由Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W和Si组成的群组中的至少1种元素。c表示Ti元素相对于Al元素、Ti元素和用L表示的金属元素的合计的原子比，并且满足0≦c≦1.00，原子比c优选超过0且为0.50以下。如果一个化合物层中的Ti元素的原子比c超过0，则可以提高耐缺损性。另一方面，如果Ti元素的原子比c为0.50以下，则可以提高涂层的氧化开始温度。因此，在切削工序中，即使进一步提高温度条件也可抑制耐磨性的降低。从同样的观点出发，原子比c更优选满足0.10≦c≦0.50，更优选满足0.20≦c≦0.50。d表示用L表示的金属元素相对于Al元素、Ti元素和用L表示的金属元素的合计的原子比满足0≦d≦0.50。如果在该一个化合物层中用L所表示金属元素的原子比d超过0，则可以抑制被覆层的硬度下降。另一方面，如果用L所表示金属元素的原子比d为0.50以下，则可容易地将第二叠层结构的平均晶体粒径控制在500nm以下，从而可以维持被覆层的硬度，因而可提高耐磨性。从同样的观点出发，原子比d优选满足0.10≦d≦0.50，更优选满足0.20≦d≦0.50。

此外，上述2种化合物层中的另一个化合物层是由选自由以下元素的碳化物、氮化物和碳氮化物组成的群组中的至少1种组成来构成的化合物层，该元素具有以上述式(4)表示的组成。在上述式(4)中，L表示选自由Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W和Si组成的群组中的至少1种元素，e表示Ti元素相对于Al元素、Ti元素和用L表示的金属元素的合计的原子比，并满足0≦e≦1.00，原子比e优选为超过0且为0.50以下。如果该化合物层中的Ti元素的原子比e超过0，则耐缺损性提高。另一方面，如果Ti元素的原子比e为0.50以下，则可将六方晶的存在比率控制在低水平，因而使耐磨性提高。从同样的观点出发，原子比e优选满足0.10≦e≦0.50，更优选满足0.20≦e≦0.50。f表示用L表示的金属元素相对于Al元素、Ti元素和用L表示的金属元素的合计的原子比，并满足0≦f≦0.50，原子比f优选为超过0且为0.50以下。如果用L表示的金属元素的原子比f超过0，则在含有用L表示的金属元素情况下，可以抑制被覆层的硬度下降。另一方面，通过使用L表示的金属元素的原子比f为0.50以下，可容易地将第二叠层结构的平均晶体粒径控制在500nm以下，从而可以维持被覆层的硬度，因而可以提高耐磨性。从同样的观点出发，原子比f更优选满足0.10≦f≦0.50，进一步优选满足0.20≦f≦0.50。

此外，构成化合物层的用L表示的元素是选自由Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W和Si组成的群组中的至少1种，因而使耐磨性提高。从同样的观点出发，构成化合物层的用L表示的元素优选为选自由Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、W和Si组成的群组中的至少1种，更优选为选自由Zr、Hf、V、Ta、Cr、W和Si组成的群组中的至少1种。此外，从使耐磨性进一步提高的观点出发，构成化合物层的组成，优选为选自由具有以上述式(3)所表示的组成的元素的氮化物和碳氮化物组成的群组中的至少1种，更优选为具有以上述式(3)所表示的组成的元素的氮化物。

构成本实施方式的第二叠层结构的一个化合物层中所包含的金属元素的种类与构成第二叠层结构的另一个化合物层中所包含的金属元素的种类优选至少部分是相同的，更优选全部是相同的。也就是说，构成第二叠层结构的2种化合物层优选为由相互为相同种类的金属元素而构成。

进而，第二叠层结构满足以下述式(B)所表示的条件。

5≦|Rz-Rw|…(B)

式中，Rz表示上述一个化合物层中的、1种金属元素(也称为“特定的金属元素δ”)相对于金属元素全体的比例(单位：原子％)，Rw表示与上述一个化合物层邻接的上述另一个化合物层中的、1种金属元素(特定的金属元素δ)相对于金属元素全体的比例(单位：原子％)，特定的金属元素δ表示在一个化合物层中相对于金属元素全体的比例和在另一个化合物层中相对于金属元素全体的比例之间的差的绝对值最大的元素。

即，相对于一个化合物层中所包含的金属元素全体(100原子％)的特定的金属元素δ的比例(原子％)和相对于与一个化合物层邻接的另一个化合物层中所包含的金属元素全体(100原子％)的特定的金属元素δ的比例(原子％)之间的差的绝对值为5原子％以上。此处所谓“特定的金属元素δ的比例”是指相对于各化合物层中所包含的金属元素全体的原子数的、各化合物层中所包含的特定的金属元素δ的原子数的比例(原子％)。此外，“特定的金属元素δ”可以是各化合物层中所包含的金属元素中的至少1种，但就各化合物层中所包含的金属元素的各金属元素而言，差的绝对值优选为在上述的数值范围内。

如果第二叠层结构满足以上述式(B)所表示的条件，则利用一个化合物层和与一个化合物层邻接的另一个化合物层之间涂层构造和残余应力的不同，能够在将在第二叠层结构的硬度维持在高水平的状态下将残余压缩应力控制在低水平，因此特别是在钻削加工和铣削加工中会使耐缺损性提高。从同样的观点出发，|Rz-Rw|优选为6原子％以上70原子％以下。

另外，在本实施方式中，例如在将化合物层的组成标示为(Al_0.60Ti_0.40)N的情况下，表示Al元素和Ti元素相对于Al元素与Ti元素的合计的原子比分别为0.60、0.40。即，意味着相对于Al元素与Ti元素的合计的Al元素量和Ti元素量分别为60原子％、40原子％。

更详细地对上述的式(A)“0＜|Rx-Ry|＜5”进行说明。例如，在第一叠层结构是由(Al_0.67Ti_0.33)N层(一个化合物层)、和(Al_0.70Ti_0.30)N层(另一个化合物层)构成的情况下，2个化合物层中所包含的金属元素的种类是全部地相同的。其原因是：2个化合物层共同地含有作为金属元素的Al元素和Ti元素。在这种情况下，(Al_0.67Ti_0.33)N层(一个化合物层)中所包含的Al元素的原子数，相对于金属元素全体的原子数(100原子％)为67原子％。(Al_0.70Ti_0.30)N(另一个化合物层)层中所包含的Al元素的原子数，相对于金属元素全体的原子数(100原子％)为70原子％。这2个化合物层中的Al元素的原子数的差(差的绝对值)为3原子％。因此，由于它们中原子数的差最大的是Al元素(或Ti元素)，因此Al元素(或Ti元素)符合特定的金属元素γ。并且，由于Al(或Ti)的原子数的差为3原子％，因此满足“差的绝对值超过0原子％、不足5原子％”的上述条件。

此外，例如在第一叠层结构是由(Al_0.65Ti_0.30Cr_0.05)N层(一个化合物层)和(Al_0.68Ti_0.29Cr_0.03)N层(另一个化合物层)构成的情况下，2个化合物层中所包含的金属元素的种类全部地是相同的。其原因是：2个化合物层共同地含有作为金属元素的Al元素和Ti元素和Cr元素。在这种情况下，2个化合物层中所包含的Ti元素的原子数的差(差的绝对值)为1原子％。2个化合物层中所包含的Cr元素的原子数的差(差的绝对值)为2原子％。进而，2个化合物层中所包含的Al的原子数的差为3原子％。因此，由于它们中原子数的差最大的是Al元素，因此Al元素符合特定的金属元素γ。并且，由于Al的原子数的差为3原子％，因此满足“差的绝对值超过0原子％且不足5原子％”的上述条件。

在本实施方式中，在形成一层的组成不同的2种化合物层的情况下，“重复数”为1次。图1是揭示本实施方式的被覆切削工具的剖面构造的一例的示意图，但下面利用此对重复数加以说明。该被覆切削工具11具备基材1、和在基材1的表面上形成的被覆层10。被覆层10具备下部层2、第一叠层结构8、第二叠层结构9、和上部层7，并按此顺序而叠层。第一叠层结构8是从下部层2侧朝向上部层7侧按顺序分别交替地叠层作为化合物层的A1层3、和与A1层3组成不同的B1层4的叠层结构，分别具有2层的A1层3和B1层4。第二叠层结构9是从下部层2侧朝向上部层7侧按顺序分别交替地叠层作为化合物层的A2层5、和与A2层5组成不同的B2层6的叠层结构，分别具有2层的A2层5和B2层6。在这些情况下，重复数分别为2次。此外，例如在形成A1层3和B1层4，从下部层2侧朝向上部层7侧按顺序形成A1层3、B1层4、A1层3、B1层4、A1层3、B1层4、A1层3、B1层4、A1层3、B1层4，分别形成5层的A1层3、5层的B1层4的情况下，重复数为5次。此处，A1层3也可以是由以上述式(1)表示的组成构成的化合物层，B1层4也可以是由以上述式(2)表示的组成构成的化合物层。或者，A1层3也可以是由以上述式(2)表示的组成构成的化合物层，B1层4也可以是由以上述式(1)表示的组成构成的一个化合物层。同样地，A2层5也可以是由选自由具有以上述式(3)所表示的组成的元素的碳化物、氮化物和碳氮化物组成的群组中的至少1种组成来构成的化合物层，B2层6也可以是由选自由具有以上述式(4)所表示的组成的元素的碳化物、氮化物和碳氮化物组成的群组中的至少1种组成来构成的化合物层。或者，A2层5也可以是由选自由具有以上述式(4)所表示的组成的元素的碳化物、氮化物和碳氮化物组成的群组中的至少1种组成来构成的化合物层，B2层6也可以是由选自由具有以上述式(3)所表示的组成的元素的碳化物、氮化物和碳氮化物组成的群组中的至少1种组成来构成的化合物层。此外，在图1中，被覆层10具备下部层2和上部层7两者，但被覆层也可仅具备下部层2和上部层7中任一个，也可不具备这两者。

本实施方式的被覆层包含1个以上的第一叠层结构和1个以上的第二叠层结构，从而将第一叠层结构和第二叠层结构加以叠层。对于第一叠层结构和第二叠层结构的叠层顺序没有特别限制，可从基材朝向上方按第一叠层结构和第二叠层结构的顺序进行叠层，也可按第二叠层结构和第一叠层结构的顺序进行叠层，但从更有效且确实地发挥本发明的作用效果的观点出发，优选为前者。此外，叠层结构(第一叠层结构与第二叠层结构的合计数)的数目若为2以上则无特别限制，例如2～6；从更有效且确实地发挥本发明的作用效果的观点出发，优选为2～4、更优选为2或3。在叠层结构的数目为3的情况下，例如按第一叠层结构、第二叠层结构、和第一叠层结构的顺序进行叠层。

构成本实施方式的第一叠层结构的一个化合物层和另一个化合物层以及构成第二叠层结构的一个化合物层和另一个化合物层的各层的平均厚度为1nm以上300nm以下。如果各层的平均厚度为1nm以上，则易于形成厚度均匀的化合物层。如果各层的平均厚度为300nm以下，则第一叠层结构和第二叠层结构的硬度提高，因而使耐缺损性提高。从同样的观点出发，各层的平均厚度优选为2nm以上250nm以下，更优选为4nm以上200nm以下。

在本实施方式中，第一叠层结构的平均厚度优选为0.1μm以上10.0μm以下。如果第一叠层结构的平均厚度为0.1μm以上则耐磨性进一步提高，如果第一叠层结构的平均厚度为10.0μm以下则耐缺损性进一步提高。从同样的观点出发，第一叠层结构的平均厚度优选为1.5μm以上6.0μm以下。

在本实施方式中，第二叠层结构的平均厚度优选为0.1μm以上10.0μm以下。如果第二叠层结构的平均厚度为0.1μm以上则耐磨性进一步提高，如果第二叠层结构的平均厚度为10.0μm以下则耐缺损性进一步提高。从同样的观点出发，第二叠层结构的平均厚度优选为1.5μm以上6.0μm以下。

在本实施方式中，第一叠层结构的平均晶体粒径优选为10nm以上450nm以下。如果第一叠层结构的平均晶体粒径为10nm以上则有进一步抑制耐磨性降低的倾向，如果第一叠层结构的平均晶体粒径为450nm以下则有进一步抑制耐缺损性降低的倾向。从同样的观点出发，第一叠层结构的平均晶体粒径更优选为10nm以上430nm以下。

在本实施方式中，第二叠层结构的平均晶体粒径优选为20nm以上500nm以下。如果第二叠层结构的平均晶体粒径为20nm以上则有进一步抑制耐磨性降低的倾向，如果第二叠层结构的平均晶体粒径为500nm以下则有进一步抑制耐缺损性降低的倾向。从同样的观点出发，第二叠层结构的平均晶体粒径更优选为20nm以上450nm以下。

本实施方式中的第一叠层结构的平均晶体粒径，可以利用透过型电子显微镜(TEM)从相对于被覆切削工具中的基材表面而垂直的方向的剖面构造(即，从图1中所示的方向所看见的剖面构造)中进行测量。更具体地，用TEM对被覆切削工具的剖面构造进行观察，拍摄放大到10000倍～80000倍的图像。在所拍摄的图像中，画出相对于基材表面为平行的直线(相当于宽度为200nm)。此时，以横切第一叠层结构的构造的方式画出直线。将该直线中所包含的粒子的长度(粒径)除以该直线所通过的粒子数的值作为第一叠层结构的晶体粒径。从在5处以上所画出的直线中，分别测定第一叠层结构的晶体粒径，将所得值的算术平均值定义为第一叠层结构的平均晶体粒径。利用同样的方法，可以求出第二叠层结构的平均晶体粒径。

本实施方式的被覆层也可仅由第一叠层结构和第二叠层结构构成，但如果在基材与第一叠层结构和第二叠层结构之间(即，第一叠层结构和第二叠层结构的下层)具有下部层，那么基材与第一叠层结构或第二叠层结构之间的粘附性进一步提高，故为优选。其中，从与上述同样的观点出发，下部层优选为由选自Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Al、Si和Y所组成的群组中的至少1种元素、和选自C、N、O和B所组成的群组中的至少1种元素(优选为N元素)构成的化合物的层，更优选为由选自Ti、Cr、Al和Si所组成的群组中的至少1种元素、及选自C、N、O和B所组成的群组中的至少1种元素(优选为N元素)构成的化合物的层，进一步优选为由选自Ti和Al所组成的群组中的至少1种元素、及选自C、N、O和B所组成的群组中的至少1种元素(优选为N元素)构成的化合物的层，特别优选为由选自Ti和Al所组成的群组中的至少1种元素、及N元素构成的化合物的层。其中，下部层中的组成与第一叠层结构与第二叠层结构中的化合物层是不同的。此外，下部层可以是单层，也可以是2层以上的多层。

在本实施方式中，下部层的平均厚度优选为0.1μm以上3.5μm以下。通过使下部层的平均厚度在上述范围内，而存在使基材与被覆层的粘附性进一步提高的倾向。从同样的观点出发，下部层的平均厚度更优选为0.1μm以上3.0μm以下，进一步优选为0.1μm以上2.5μm以下。

本实施方式的被覆层也可在与第一叠层结构和第二叠层结构的基材的相反侧(即，第一叠层结构或第二叠层结构的表面)具有上部层。如果上部层是由选自Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Al、Si和Y所组成的群组中的至少1种元素、及选自C、N、O和B所组成的群组中的至少1种元素(优选为N元素)构成的化合物的层，则耐磨性更加优秀，故优选。从同样的观点出发，上部层更优选为由选自Ti、Nb、Cr、Al和Si所组成的群组中的至少1种元素、及选自C、N、O和B所组成的群组中的至少1种元素(优选为N元素)构成的化合物的层，进一步优选为由选自Ti、Cr、Al和Si所组成的群组中的至少1种元素、及N构成的化合物的层。其中，上部层与第一叠层结构和第二叠层结构中的化合物层的组成是不同的。此外，上部层可以是单层，也可以是2层以上的多层。

在本实施方式中，上部层的平均厚度优选为0.1μm以上3.5μm以下。通过使上部层的平均厚度是在上述范围内，而存在使耐磨性更加优秀的倾向。从同样的观点出发，上部层的平均厚度更优选为0.2μm以上3.0μm以下。

对于本实施方式的被覆切削工具中的被覆层的制造方法并无特别限制。例如，通过利用离子电镀法、电弧离子电镀法、溅镀法、和离子束混合法等的物理沉积法，按顺序形成在上述中所说明的第一叠层结构和第二叠层结构中的各化合物层，而获得被覆层。特别是，利用电弧离子电镀法所形成的被覆层与基材的粘附性较高。因此，在这些方法中，优选为电弧离子电镀法。

利用具体例对本实施方式的被覆切削工具的制造方法加以说明。另外，对于本实施方式的被覆切削工具的制造方法而言，只要可获得所述被覆切削工具的构成，则无特别限制。

首先，将加工成工具形状的基材容纳于物理沉积装置的反应容器内，并将金属蒸发源设置在反应容器内。其后，对反应容器内进行抽真空直到其压力变为1.0×10^-2Pa以下，利用反应容器内的加热器将基材加热直到其温度变为600℃～700℃。在加热后，将氩气(Ar)导入反应容器内，将反应容器内的压力设为0.5Pa～5.0Pa。在压力为0.5Pa～5.0Pa的氩气环境气氛中，在向基材施加-350V～-500V的偏置电压、给反应容器内的钨丝通40A～50A的电流的条件下，对基材的表面实施使用氩气的离子轰击处理。在对基材表面实施离子轰击处理之后，将反应容器内抽真空直到其压力变为1.0×10^-2Pa以下。

接着，以使其温度变为250℃以上500℃以下的方式调整加热器的温度而将基材加热之后，将氮气等反应气体导入反应容器内。其后，将反应容器内的压力设为2.0～4.0Pa，向基材施加-60～-150V的偏置电压。然后，利用电弧放电使与各层的金属成分相对应的金属蒸发源蒸发，由此可以在基材的表面上形成各层。此时，一边使将基材固定的工作台旋转一边利用电弧放电同时地使置于分离位置的2种以上的金属蒸发源蒸发，由此可以形成构成第一叠层结构的各化合物层。在这种情况下，通过调整将反应容器内的基材加以固定的旋转工作台的旋速，可以控制构成第一叠层结构的各化合物层的厚度。或者，通过交替地利用电弧放电使2种以上的金属蒸发源蒸发，也可以形成构成第一叠层结构的各化合物层。在这种情况下，通过分别调整金属蒸发源的电弧放电时间，可以控制构成第一叠层结构的各化合物层的厚度。构成第二叠层结构的各化合物层也可以利用同样的方法而形成。其中，在交替地形成氮化物层和碳氮化物层的情况下，在形成各层之后，将反应容器内抽真空，并且用氮气等反应气体行进置换。

为了将本实施方式的第一叠层结构和第二叠层结构的平均晶体粒径设定为上述的规定大小，可将形成第一叠层结构和第二叠层结构时的基材温度设为低温。更具体地，如果对将基材温度设为300℃的情况与设为500℃的情况进行比较，设为300℃的情况的一方的基材温度较低，因此第一叠层结构和第二叠层结构的平均晶体粒径变大。此外，如果使用相对于Al元素与用M表示的元素的合计Al元素的原子比为小的金属蒸发源，则显示第一叠层结构和第二叠层结构的平均晶体粒径变大的倾向。因此，通过调整形成第一叠层结构和第二叠层结构时的基材温度、及金属蒸发源的组成，可以控制第一叠层结构和第二叠层结构的平均晶体粒径。

构成本实施方式的被覆切削工具中的被覆层的各层的厚度，例如可以利用TEM从被覆切削工具的剖面构造中进行测定。更具体地，在被覆切削工具中，测定从与金属蒸发源相对面的刃尖棱线部朝向所述中心部的50μm位置附近的3处以上的剖面中的各层厚度。可以将所得各层厚度的算术均值定义为被覆切削工具中的各层的平均厚度。

此外，对于构成本实施方式的被覆切削工具中的被覆层的各层的组成，可以通过使用能量分散型X射线分析装置(EDS)或波长分散型X射线分析装置(WDS)等从本实施方式的被覆切削工具的剖面构造中进行测定而确定。

本实施方式的被覆切削工具起到与以往相比可以延长工具寿命的效果。其主要原因并不局限于此，一般认为是因为被覆切削工具的耐氧化性、耐磨性和耐缺损性优秀。作为本实施方式的被覆切削工具的种类，具体地可以列举出铣削加工用或车削加工用刃尖交换型切削***物、钻头、和立铣刀等。

实施例

下面，利用实施例来更详细地说明本发明，但本发明并不局限于这些实施例。

(实施例1)

作为钻削加工用的基材，准备具有89.4WC-10.0Co-0.6Cr₃C₂(以上为质量％)组成的超硬合金制钻头(尖端角：140°，直径：10mm，直线切削刃、附带油孔)。作为铣削加工用的基材，准备加工成ISO标准SEMT 13T3形状的***物、且具有89.4WC-10.0Co-0.6Cr₃C₂(以上为质量％)组成的超硬合金。在电弧离子电镀装置的反应容器内，以成为表1和表2中所示的各层组成的方式配置金属蒸发源。将所准备的基材固定到反应容器内的旋转工作台的夹具上。

其后，将反应容器内抽真空，直到其压力变为5.0×10^-3Pa以下。在抽真空后，利用反应容器内的加热器将基材加热，直到其温度变为600℃。在加热后，向反应容器内导入氩气，使其压力变为5.0Pa。

在压力为5.0Pa的氩气环境气氛中，在向基材施加-450V的偏置电压、给反应容器内的钨丝通45A的电流的条件下，对基材表面实施30分钟使用氩气的离子轰击处理。在离子轰击处理结束后，将反应容器内抽真空，直到其压力变为5.0×10^-3Pa以下。

在抽真空后，将基材加热直到其温度变为表3和表4中所示的温度(工序开始时的温度)，将氮气(N₂)导入反应容器内，将反应容器内调整至4.0Pa的压力，向基材施加-60V的偏置电压。

接着，在发明品1～29中，交替地形成表1和表2中所示的A1层和B1层从而获得第一叠层结构。详细地，利用电弧放电同时地使A1层的金属蒸发源和B1层的金属蒸发源蒸发，从而交替地形成A1层和B1层。此时，通过在1～5rpm的范围内调整旋转工作台的转速，而将A1层的厚度和B1层的厚度控制为表5和表6中所示的厚度。其后，在发明品1～29中，交替地形成表1和表2中所示的A2层和B2层，从而获得第二叠层结构。详细地，利用电弧放电同时地使A2层的金属蒸发源和B2层的金属蒸发源蒸发，从而交替地形成A2层和B2层。此时，通过在旋转工作台的转速为1～5rpm的范围内调整为表5和表6中所示的厚度，而控制A2层的厚度和B2层的厚度。另外，表1和表2中的“组成差的绝对值”表示A1层与B1层之间的“组成差的绝对值”、A2层与B2层之间的“组成差的绝对值”。

在以成为表5～表8中所示的规定平均厚度的方式在基材表面上形成各层之后，切断加热器的电源，在试样温度变为100℃以下之后，从反应容器内取出试样。利用上述方法制作发明品1～29。

[表1]

[表2]

[表3]

[表4]

[表5]

[表6]

[表7]

＊“第3层”的列中的“—”是指在第3层中不具有第一叠层结构或第二叠层结构。

[表8]

＊“第3层”的列中的“—”是指在第3层中没有第一叠层结构或第二叠层结构。

(比较例)

作为钻削加工用的基材，准备具有89.4WC-10.0Co-0.6Cr₃C₂(以上为质量％)组成的超硬合金制钻头(尖端角：140°，直径：10mm，直线切削刃、附带油孔)。作为铣削加工用的基材，准备加工成ISO标准SEMT 13T3形状的***物，且具有89.4WC-10.0Co-0.6Cr₃C₂(以上为质量％)组成的超硬合金。以成为表9和表10中所示的各层的组成的方式，在电弧离子电镀装置的反应容器内配置金属蒸发源。将所准备的基材固定到反应容器内的旋转工作台的夹具上。

其后，将反应容器内抽真空，直到其压力变为5.0×10^-3Pa以下。在抽真空后，利用反应容器内的加热器将基材加热直到其温度变为600℃。在加热后，将氩气导入反应容器内，使其压力变为5.0Pa。

在压力为5.0Pa的氩气环境气氛中，在向基材施加-450V的偏置电压、给反应容器内的钨丝中通45A的电流的条件下，向基材的表面实施30分钟使用氩气的离子轰击处理。在离子轰击处理结束后，将反应容器内抽真空，直到其压力变为5.0×10^-3Pa以下。

在抽真空后，将基材加热直到其温度变为在表11和表12中所示的温度(工序开始时的温度)，将氮气(N₂)导入反应容器内，将反应容器内调整为4.0Pa的压力。

接着，在比较品4至10中，向基材施加-60V的偏置电压，利用电弧电流150A的电弧放电使金属源蒸发，交替地形成表10中所示的A1层和B1层从而获得叠层结构(1)。详细地，利用电弧放电同时地使A1层的金属蒸发源和B1层的金属蒸发源蒸发，从而交替地形成A1层和B1层。此时，通过在1～5rpm的范围内调整旋转工作台的转速，而将A1层的厚度和B1层的厚度控制为表13中所示的厚度。其后，在比较品4～10中，交替地形成表10中所示的A2层和B2层，从而获得叠层结构(2)。详细地，利用电弧放电同时地使A2层的金属蒸发源和B2层的金属蒸发源蒸发，从而交替地形成A2层和B2层。此时，通过在旋转工作台的转速为1～5rpm的范围内调整为表13中所示的厚度，而控制A2层的厚度和B2层的厚度。另外，表10中的“组成差的绝对值”表示A1层与B1层之间的“组成差的绝对值”、A2层与B2层之间的“组成差的绝对值”。

就比较品1和2而言，向基材施加-50V的偏置电压，利用电弧电流为120A的电弧放电使金属蒸发源蒸发，从而形成表9中所示的单层的化合物层。

另一方面，就比较品3而言，向基材施加-60V的偏置电压，利用电弧电流150A的电弧放电使金属蒸发源蒸发，交替地形成表9中所示的X层和Y层从而获得交替叠层。详细地，利用电弧放电同时地使X层的金属蒸发源和Y层的金属蒸发源蒸发，从而交替地形成X层和Y层。此时，通过在1～5rpm的范围内调整旋转工作台的转速，而将X层的厚度和Y层的厚度控制为表9中所示的厚度。

在以成为表9、表13和表14中所示规定平均厚度的方式在基材的表面上形成各层之后，切断加热器的电源，在试样温度变为100℃以下之后，从反应容器内取出试样。利用上述的方法制作比较品1～10。

[表9]

＊“Y层”的列中的“—”表示不具有Y层。

[表10]

[表11]

[表12]

[表13]

[表14]

＊“第3层”的列中的“—”表示在第3层中不具有叠层结构(1)或叠层结构(2)。

所获得试样的各层的平均厚度，是通过在从与被覆切削工具的金属蒸发源相对面的刃尖棱线部朝向所述面的中心部50μm的位置附近，对3处的剖面进行TEM观察，测定各层的厚度，计算其算术平均值而求得。在从与被覆切削工具的金属蒸发源相对面的刃尖棱线部朝向中心部直到50μm的位置附近的剖面中，利用EDS对所获得试样的各层的组成进行测定，将这些结果一并示于表1、表2、表5～10、表13和表14。另外，表1、表2、表9和表10的各层的金属元素的组成比表示相对于构成各层的化合物中的金属元素全体各金属元素的原子比。

所获得试样的第一叠层结构的平均晶体粒径是以如下方式而求出。首先，用TEM对被覆切削工具的剖面构造进行观察，拍摄放大到60000倍的图像。在所拍摄的图像中，以横切第一叠层结构的构造的方式，画出相对于基材的表面而平行的直线(宽度相当于200nm)。把将该直线中所包含的粒子的长度(粒径)除以该直线通过的粒子数所得值作为第一叠层结构的晶体粒径。画出5条直线，测定各直线中的第一叠层结构的晶体粒径。计算所获得第一叠层结构的晶体粒径的算术平均值，将其值作为第一叠层结构的平均晶体粒径。利用同样的方法求出第二叠层结构的平均晶体粒径。将其结果示于表15和表16中。此外，对于比较品，也利用同样的方法分别求出单层、交替叠层、叠层结构(1)和叠层结构(2)的平均晶体粒径。将这些的结果示于表17～表18中。

[表15]

[表16]

[表17]

[表18]

使用所获得试样，进行以下的切削试验，并进行评价。

[切削试验(1)：钻削加工]

被切削材料：S55C

被切削材料形状：150mm×200mm×50mm的长方体块

加工形态：盲孔

切削速度：100m/min

每1次旋转的进给量：0.25mm/转

冷却剂：水溶性(内部给油方式)

评价项目：将在横刃发生缺损(横刃中产生缺损)时、在边缘部产生进给标记时、或者后刀面摩耗达到0.3mm时作为工具寿命，测定直到达到工具寿命的加工长度。另外，关于直到切削试验的工具寿命的加工长度，将80米上评价为“A”、将60米以上不足80米评价为“B”、将不足60米评价为“C”。在此评价中，“A”表示最优，其次“B”表示优，“C”表示最差，“A”或“B”的评价越多意味着切削性能越优秀。具体地，加工长度较长，意味着耐缺损性和耐磨性优秀。

[切削试验(2)：铣削加工]

被切削材料：SCM440

被切削材料形状：100mm×200mm×60mm的长方体块

切削速度：160m/min

进给量：0.40mm/转

切入量：2.0mm

冷却剂：无

评价项目：将试样发生缺损(在试样的切削刃部产生缺损)时、或者后刀面摩耗宽度达到0.3mm时作为工具寿命，测定直到工具寿命时的加工长度。另外，关于直到切削试验的工具寿命的加工长度，将25米以上评价为“A”、将20米以上不足25米评价为“B”、将不足20米评价为“C”。在此评价中，“A”表示最优、其次“B”表示优、“C”表示最差，“A”或“B”的评价越多意味着切削性能越优秀。具体地，加工长度较长，意味着耐缺损性和耐磨性优秀。

将切削试验的结果示于表19～表21中。

[表19]

[表20]

[表21]

基于表19～21中所示的结果，发明品的加工长度变得比全部比较品的加工长度更长。因此，可得知发明品的工具寿命变长。作为其主要原因，一般认为是由于发明品的耐氧化性、耐磨性和耐缺损性优秀，但主要原因并不局限于此。

(实施例2)

作为钻削加工用的基材，准备具有89.4WC-10.0Co-0.6Cr₃C₂(以上为质量％)组成的超硬合金制钻头(尖端角：140°，直径：10mm，直线切削刃，附带油孔)。作为铣削加工用的基材，准备加工成ISO标准SEMT 13T3形状的***物，且具有89.4WC-10.0Co-0.6Cr₃C₂(以上为质量％)组成的超硬合金。在实施例1的发明品1～10的被覆层上，制作具有下部层和上部层的试样。

首先，以成为表1中的发明品1～10和表22中所示的各层的组成的方式，在电弧离子电镀装置的反应容器内配置金属蒸发源。将所准备的基材固定到反应容器内的旋转工作台的夹具。

其后，将反应容器内抽真空，直到其压力变为5.0×10^-3Pa以下。在抽真空后，利用反应容器内的加热器将基材加热直到其温度变为600℃。在加热后，将氩气导入反应容器内使其压力成为5.0Pa。

在压力为5.0Pa的氩气环境气氛中，在向基材施加-450V的偏置电压、给反应容器内的钨丝通45A的电流的条件下，对基材的表面实施30分钟使用氩气的离子轰击处理。在离子轰击处理结束后，将反应容器内抽真空直到其压力变为5.0×10^-3Pa以下。

在抽真空后，将反应容器内的温度控制为500℃，将氮气(N₂)导入反应容器内，将反应容器内的压力调整至4.0Pa。

接着，形成表22中所示的下部层。详细地，向基材施加-50V的偏置电压，利用电弧电流为120A的电弧放电使金属蒸发源蒸发，从而形成下部层。

在形成下部层后，在与实施例1的发明品1～10相同的条件下形成第一叠层结构和第二叠层结构。

在形成第一叠层结构和第二叠层结构之后，向基材施加-50V的偏置电压，利用电弧电流为120A的电弧放电使金属蒸发源蒸发，从而形成表22中所示的上部层。此时，将反应容器内的温度控制为500℃。利用上述的方法制作发明品30～39。

[表22]

所获得试样的各层的平均厚度和各层的组成是利用与实施例1同样的方法而求出。将这些结果示于表1和表22中。

所获得试样的第一叠层结构和第二叠层结构的平均晶体粒径是利用与实施例1同样的方法而求出。这些结果与表5中所示的发明品1～10是相同的。

使用发明品30～39，执行与实施例1相同的切削试验(1)、(2)。将其结果示于表23中。

[表23]

基于表23中所示的结果，发明品30～39的加工长度变得比全部发明品1～10的加工长度略长。因此，可得知发明品即使具有下部层和上部层，也可发挥发明的效果。

本申请是基于2017年1月7日提交的日本专利申请(特愿2017-001479)，该专利申请的内容并入本文中作为参照。

产业上的可利用性

本发明的被覆切削工具具有优良的耐氧化性、耐磨性和耐缺损性，与以往相比可以延长工具寿命，因此产业上的可利用性较高。

符号说明

1 基材

2 下部层

3 A1层

4 B1层

5 A2层

6 B2层

7 上部层

8 第一叠层结构

9 第二叠层结构

10 被覆层

11 被覆切削工具

Claims

1.一种被覆切削工具，其包含基材、和在所述基材的表面上形成的被覆层，其中，

所述被覆层包含第一叠层结构和第二叠层结构，

所述第一叠层结构是将组成不同的2种化合物层交替地叠层并且叠层数为3以上的叠层结构，

所述第一叠层结构中的所述2种化合物层中的一个化合物层是由以下述式(1)：

(Al_aM_1-a)N…(1)

所述第一叠层结构中的所述2种化合物层中的另一个化合物层是由以下述式(2)：

(Al_bM_1-b)N…(2)

所述第一叠层结构满足以下述式(A)所表示的条件，

0＜|Rx-Ry|＜5…(A)

(式中，Rx表示所述一个化合物层中的、1种金属元素相对于金属元素全体的比例(单位：原子％)，Ry表示与所述一个化合物层邻接的所述另一个化合物层中的、所述1种金属元素相对于金属元素全体的比例(单位：原子％)，所述1种金属元素表示在所述一个化合物层中相对于金属元素全体的比例和在所述另一个化合物层中相对于金属元素全体的比例之间的差的绝对值最大的元素)，

所述第二叠层结构是将组成不同的2种化合物层交替地叠层并且叠层数为3以上的叠层结构，

所述第二叠层结构中的所述2种化合物层中的一个化合物层由选自由以下元素的碳化物、氮化物和碳氮化物所组成的群组中的至少1种组成来构成，所述元素具有下述式(3)：

(Al_1-c-dTi_cL_d)…(3)

(式中，L表示选自由Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W和Si组成的群组中的至少1种金属元素，c表示Ti元素相对于Al元素、Ti元素和用L表示的金属元素的合计的原子比，d表示用L表示的金属元素相对于Al元素、Ti元素和用L表示的金属元素的合计的原子比，并且满足0≦c≦1.00、0≦d≦0.50)所表示的组成，

所述第二叠层结构中的所述2种化合物层中的另一个化合物层由选自由以下元素的碳化物、氮化物、和碳氮化物所组成的群组中的至少1种组成来构成，所述元素具有以下述式(4)：

(Al_1-e-fTi_eL_f)…(4)

(式中，L表示选自由Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W和Si组成的群组中的至少1种金属元素，e表示Ti元素相对于Al元素、Ti元素和用L表示的金属元素的合计的原子比，f表示用L表示的金属元素相对于Al元素、Ti元素和用L表示的金属元素的合计的原子比，并且满足0≦e≦1.00且0≦f≦0.50)所表示的组成，

所述第二叠层结构满足以下述式(B)所表示的条件，

5≦|Rz-Rw|…(B)

(式中，Rz表示所述一个化合物层中的、1种金属元素相对于金属元素全体的比例(单位：原子％)，Rw表示与所述一个化合物层邻接的所述另一个化合物层中的、所述1种金属元素相对于金属元素全体的比例(单位：原子％)，所述1种金属元素表示在所述一个化合物层中相对于金属元素全体的比例和在所述另一个化合物层中相对于金属元素全体的比例之间的差的绝对值最大的元素)，

构成所述第一叠层结构的所述一个化合物层和所述另一个化合物层、以及构成所述第二叠层结构的所述一个化合物层和所述另一个化合物层的各层的平均厚度为1nm以上300nm以下，

所述被覆层的平均厚度为1.5μm以上15.0μm以下。

2.如权利要求1所述的被覆切削工具，其中，所述|Rx-Ry|为1原子％以上4原子％以下。

3.如权利要求1或2所述的被覆切削工具，其中，所述|Rz-Rw|为6原子％以上70原子％以下。

4.如权利要求1至3中任一项所述的被覆切削工具，其中，所述第一叠层结构的平均厚度为0.1μm以上10.0μm以下。

5.如权利要求1至4中任一项所述的被覆切削工具，其中，所述第二叠层结构的平均厚度为0.1μm以上10.0μm以下。

6.如权利要求1至5中任一项所述的被覆切削工具，其中，所述第一叠层结构的平均晶体粒径为10nm以上450nm以下。

7.如权利要求1至6中任一项所述的被覆切削工具，其中，所述第二叠层结构的平均晶体粒径为20nm以上500nm以下。

8.如权利要求1至7中任一项所述的被覆切削工具，其中，

所述被覆层在所述第一叠层结构和所述第二叠层结构的基材侧具有下部层，

所述下部层是由选自Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Al、Si和Y所组成的群组中的至少1种元素、及选自C、N、O和B所组成的群组中的至少1种元素构成的化合物的层，

所述下部层的平均厚度为0.1μm以上3.5μm以下。

9.如权利要求1至8中任一项所述的被覆切削工具，其中，

所述被覆层在所述第一叠层结构和所述第二叠层结构的表面侧具有上部层，

所述上部层是由选自Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Al、Si和Y所组成的群组中的至少1种元素、及选自C、N、O和B所组成的群组中的至少1种元素构成的化合物的层，

所述上部层的平均厚度为0.1μm以上3.5μm以下。

10.如权利要求1至9中任一项所述的被覆切削工具，其中，所述基材是超硬合金、金属陶瓷、陶瓷、或立方晶氮化硼烧结体中的任一种。