CN111032259B

CN111032259B - 包覆切削工具及其制造方法和化学气相沉积装置

Info

Publication number: CN111032259B
Application number: CN201880054794.6A
Authority: CN
Inventors: 福永有三; 今井真之
Original assignee: Moldino Tool Engineering Ltd
Current assignee: Moldino Tool Engineering Ltd
Priority date: 2017-11-16
Filing date: 2018-11-09
Publication date: 2023-04-07
Anticipated expiration: 2038-11-09
Also published as: US11541461B2; KR102571881B1; CN111032259A; EP3711883A4; JP7022105B2; JP2020078864A; WO2019098130A1; JP6617942B2; JPWO2019098130A1; JP6660608B2; EP3711883A1; US20210354204A1; JP2019214796A; KR20200081354A

Abstract

一种包覆切削工具以及用于包覆所述氮化物的制造方法和化学气相沉积装置，其特征在于，硬质皮膜为相对于包含半金属的金属元素的总量，含有60原子％以上的Al、10原子％以上的Cr，且Al和Cr的合计含有比率为90原子％以上的氮化物，在X射线衍射中因fcc结构引起的峰强度示出最大强度，由在膜厚方向上生长的柱状晶的集合构成，硬质皮膜X射线衍射强度比TC(311)的值为1.30以上。

Description

包覆切削工具及其制造方法和化学气相沉积装置

技术领域

本发明涉及在工具的表面具有由化学气相沉积法包覆的包含Al和Cr的复合氮化物的硬质皮膜的包覆切削工具及其制造方法和化学气相沉积装置。

背景技术

以往，为了提高切削工具的寿命，使用通过物理气相沉积法或化学气相沉积法在工具的表面包覆硬质皮膜的包覆切削工具。各种硬质皮膜之中，包含Al和Ti的复合氮化物的硬质皮膜以及包含Al和Cr的复合氮化物的硬质皮膜为耐磨损性和耐热性优异的膜的种类，被广泛用于包覆切削工具。

关于包含Al和Ti的复合氮化物的硬质皮膜的形成，在实际市场上销售的包覆切削工具中广泛适用物理气相沉积法和化学气相沉积法。另一方面，关于包含Al和Cr的复合氮化物的硬质皮膜的形成，现状是在实际市场上销售的包覆切削工具中适用的是物理气相沉积法，化学气相沉积法未被使用。

但是，对利用化学气相沉积法的硬质皮膜的形成进行研究，例如在专利文献1中公开了通过分别供给包含NH₃、N₂和H₂的气体组A以及包含CrCl₃、AlCl₃、Al(CH₃)₃、N₂和H₂的气体组B，从而在工具基材的表面包覆由立方晶结构组成的包含Al和Cr的复合氮化物的硬质皮膜。

专利文献1：日本特开2017-80883号公报

关于专利文献1中记载的包覆，根据本发明人的研究，确认了如下情况：在用化学气相沉积法包覆包含Al和Cr的复合氮化物的硬质皮膜的情况下，作为碱性气体的NH₃气体与作为卤素气体的CrCl₃气体、AlCl₃气体过度反应会导致成膜难以稳定，进而，由于未进行特定的面取向，因此作为包覆切削工具的耐久性也不充分。

发明内容

因此，本发明的目的在于得到包覆了耐久性优异的具有Al和Cr的复合氮化物的氮化物的包覆切削工具以及由所述氮化物包覆的切削工具的制造方法和化学气相沉积装置。

本发明的一实施方式所涉及的切削工具，其特征在于，

所述硬质皮膜为相对于包含半金属的金属元素的总量，含有60原子％以上的Al、10原子％以上的Cr，且Al和Cr的合计含有比率为90原子％以上的氮化物，

所述硬质皮膜在X射线衍射中因fcc结构引起的峰强度示出最大强度，

所述硬质皮膜由相对于所述基材的表面在膜厚方向上生长的柱状晶的集合构成，

所述硬质皮膜的X射线衍射强度比TC(311)的值为1.30以上。

进而，上述实施方式所涉及的切削工具优选满足以下各种事项中的一个以上。

(1)所述X射线衍射强度比TC(311)为2.00以上。

(2)所述X射线衍射强度比TC(311)大于X射线衍射强度比TC(hkl)(其中，(hkl)面为(111)面、(200)面、(220)面、(311)面、(222)面、(400)面、(331)面和(420)面)。

(3)所述X射线衍射强度比TC(420)和TC(200)的值小于1.00。

(4)所述硬质皮膜在将X射线衍射中的fcc结构的总峰强度设为TA，将因(422)面引起的峰强度设为TB时，TB/TA的值为0.050以上。

(5)所述柱状晶的表面侧的平均宽度为0.1μm以上2.0μm以下。

(6)在使用了透射型电子显微镜的微观组织中，所述硬质皮膜中分散有晶粒，该晶粒具有Al的含有比率相对较高的单层结构的部分和Al的含有比率相对较低的层压结构的部分。

(7)在所述基材与所述硬质皮膜之间具有中间皮膜。

(8)在所述硬质皮膜上具有上层。

本发明的一实施方式所涉及的通过化学气相沉积法在基材的表面包覆包含Al和Cr的复合氮化物的硬质皮膜的包覆切削工具的制造方法，其特征在于，具有：

将收纳基材的炉内的温度加热至750℃以上且850℃以下的工序；

导入包含HCl气体和H₂气体的气体，使设置在所述炉内的气体预热部中的金属Cr气化，得到包含氯化铬气体的混合气体a1的工序；

将包含AlCl₃气体和H₂气体的混合气体a2导入所述预热部，将所述混合气体a1与所述混合气体a2混合并得到混合气体A，将所述混合气体A导入所述炉内的反应容器的工序；以及

将包含NH₃气体、N₂气体和H₂气体的混合气体B导入所述预热部，将所述混合气体B导入所述反应容器的工序，

将所述混合气体B中的N₂气体和H₂气体的合计体积％设为b1，将NH₃气体的体积％设为b2时，b2/b1的值为0.002以上且0.020以下，

将所述混合气体A导入所述炉内的所述反应容器的工序中仅将所述混合气体A导入炉内反应容器，将所述混合气体B导入所述炉内的所述反应容器的工序中仅将所述混合气体B导入反应容器，所述混合气体A和所述混合气体B仅在所述反应容器中混合，

将所述混合气体A导入反应容器的温度TeA高于将所述混合气体B导入反应容器的温度TeB。

本发明的一实施方式所涉及的将气体导入反应容器而包括气体预热部和炉内气体放出部的化学气相沉积装置，其特征在于，

所述气体预热部具有：

(1)氯化铬气体产生部，将用于生成氯化铬气体的混合气体与金属Cr接触，从而产生包含氯化铬气体的混合气体a1；

(2)第一预热部，预热混合气体a2；

(3)第二预热部，预热混合气体B；以及

(4)混合部，将所述混合气体a1与所述混合气体a2混合，作为混合气体A，

产生所述混合气体a1的流路的长度与所述混合气体a2的流路的长度的合计长度比所述混合气体B的流路的长度长3倍以上，且以所述氯化铬气体产生部、所述第一预热部、所述第二预热部的顺序靠近设置于炉的周壁上的加热器侧而设置，

所述气体放出部具有：为了将所述混合气体A导入所述反应容器而设置喷嘴孔的第一管道、以及为了将所述混合气体B导入反应容器而设置喷嘴孔的第二管道，所述第一管道在所述第二管道的外侧以同心圆状设置。

根据上述，能够得到包覆了耐久性优异的具有Al和Cr的复合氮化物的包覆切削工具以及用于包覆所述氮化物的制造方法和化学气相沉积装置。

附图说明

图1A是示出实施例1的包覆切削工具的前刀面的剖面的扫描型电子显微镜(SEM)图像的附图替代用照片(倍率为10，000倍)。

图1B是对图1A的附图替代用照片的概略示意线图。

图1C是抖动(Dithering)处理图1A的附图替代用照片的附图替代用照片。

图2A是实施例1的硬质皮膜的透射型电子显微镜(TEM)的图像的附图替代用照片(倍率200，000倍)。

图2B是对图2A的附图替代用照片的概略示意线图。

图2C是抖动(Dithering)处理图2A的附图替代用照片的附图替代用照片。

图3A是放大图2的A部的TEM图像的附图替代用照片(倍率2,000，000倍)。

图3B是对图3A的附图替代用照片的概略示意线图。

图3C是抖动(Dithering)处理图3A的附图替代用照片的附图替代用照片。

图4A是示出图3A的附图替代用照片的B部中的纳米束衍射图案的附图替代用照片。

图4B是抖动(Dithering)处理图4A的附图替代用照片的附图替代用照片。

图5A是放大图3A的附图替代用照片的C部的TEM图像的附图替代用照片(倍率4，000，000倍)。

图5B是对图5A的附图替代用照片的概略示意线图。

图5C是抖动(Dithering)处理图5A的附图替代用照片的附图替代用照片。

图6A是示出图5A的附图替代用照片的D部中的纳米束衍射图案的附图替代用照片。

图6B是抖动(Dithering)处理图6A的附图替代用照片的附图替代用照片。

图7A是示出图5A的附图替代用照片的E部中的纳米束衍射图案的附图替代用照片。

图7B是抖动(Dithering)处理图7A的附图替代用照片的附图替代用照片。

图8是示出实施例1的X射线衍射图案的图。

图9A是用于实施例的硬质皮膜的包覆的化学气相沉积装置(CVD炉)的概略示意图。

图9B是放大用于实施例的硬质皮膜的包覆的化学气相沉积装置(CVD炉)的主要部分的概略示意图。

图9C是用于实施例的硬质皮膜的包覆的化学气相沉积装置(CVD炉)的气体喷出口的概略剖视图。

图10A是用于比较例2的硬质皮膜的包覆的化学气相沉积装置(CVD炉)的概略示意图。

图10B是用于比较例2的硬质皮膜的包覆的化学气相沉积装置(CVD炉)的气体喷出口的概略剖视图。

图11A是用于比较例3和4的硬质皮膜的包覆的化学气相沉积装置(CVD炉)的示意图。

图11B是用于比较例3和4的硬质皮膜的包覆的化学气相沉积装置(CVD炉)的气体喷出口的概略剖视图。

具体实施方式

本发明人发现关于Al和Cr的复合氮化物，通过控制(311)面的取向，从而在作为包覆切削工具的包覆皮膜使用时耐久性得到提高，从而完成了本发明。即，得到了以下惊人的见解：关于Al和Cr的复合氮化物，求出各晶面的X射线衍射强度，关注(311)面的X射线衍射强度并整理的结果是(311)面的X射线衍射强度相对于其他面的衍射强度有一定的关系时，包覆切削工具的耐久性得到提高。

另外，还发现了为了使作为碱性气体的NH₃气体与作为卤素气体的CrCl₃气体、AlCl₃气体不会过度反应，需要使混合气体中的NH₃气体量相对于N₂气体和H₂气体的合计量的比例设为特定的值，以及氯化铬气体需要在CVD炉内生成。

下面，对构成本发明的一实施方式的包覆切削工具的硬质皮膜的成分组成、组织、晶体结构、特性及其制造方法和制造装置进行详细说明。

<组成>

首先，对本实施方式所涉及的硬质皮膜的组成进行说明。

本实施方式所涉及的硬质皮膜是Al和Cr的复合氮化物。包含Al和Cr的复合氮化物的皮膜是耐磨损性和耐热性优异的膜。

<<铝Al>>

Al的含有比率高时，硬质皮膜的耐热性提高的同时，在工具刀尖易于形成润滑保护皮膜，包覆切削工具的耐久性得到提高。为了充分再现这些效果，本实施方式所涉及的硬质皮膜相对于包含半金属的金属元素(以下记载为金属元素)的总量，Al的含有比率设为60原子％以上。进而，优选Al的含有比率设为70原子％以上。但是，Al的含有比率过高时，脆弱的hcp(密排六方)结构的AlN增多，包覆切削工具的耐久性降低。因此，优选Al的含有比率设为90原子％以下。

<<铬Cr>>

Cr的含有比率过少时，脆弱的hcp结构的AlN过多增加，包覆切削工具的耐久性降低。另外，在工具刀尖难以形成润滑保护皮膜，易于发生熔敷。因此，Cr的含有比率设为10原子％以上。进而，优选Cr的含有比率设为15个原子％以上。但是，Cr的含有比率过高时，Al的含有比率相对地降低，耐热性降低。因此，优选Cr的含有比率设为30原子％以下。

<<其他元素>>

为了对硬质皮膜赋予更好的耐热性，本实施方式所涉及的硬质皮膜将Al和Cr的合计含有比率设为90原子％以上。进而，优选Al和Cr的合计的含有比率设为95原子％以上。本实施方式所涉及的硬质皮膜还可以含有Al和Cr以外的金属元素。例如，还可以含有Ti、Si、Zr、B、V。这些元素是通常一般添加在到AlTi类的氮化物或AlCr类的氮化物中的元素，如果是少量的添加，则不会显著地降低包覆切削工具的耐久性。

即，在将Al和Cr的合计含有比率设为90原子％以上的氮化物中，如果将后述的X射线衍射强度比TC(311)设为一定值以上，则即使含有这些金属元素也不会显著地降低包覆切削工具的耐久性。但是，如果Al和Cr以外的金属元素的含有比率过高时，作为Al和Cr的复合氮化物的基本特性降低，包覆切削工具的耐久性降低。因此，在含有其他金属元素的情况下，将含有比率设为10原子％以下。本实施方式所涉及的硬质皮膜也可以是Al和Cr的复合氮化物。

<<不可避免杂质>>

本实施方式所涉及的硬质皮膜，可将氧、碳和氯等的成膜气体所包含的成分作为不可避免杂质，并将硬质皮膜整体100质量％时，所述不可避免杂质含有1质量％以下。若本实施方式所涉及的硬质皮膜整体为氮化物，则可部分含有因这些杂质引起的氧化物、以Al和Cr为基础的复合碳化物、复合碳氮化物等。

<晶体结构>

本实施方式所涉及的硬质皮膜，在X射线衍射中因fcc(面心立方晶格)结构引起的X射线峰强度(峰强度)的任一个示出最大强度，fcc结构为主体。hcp结构为主体的硬质皮膜和非晶质的硬质皮膜的硬度低而且脆弱，包覆切削工具的耐久性显著降低。通过因fcc结构引起的峰强度示出最大强度，从而硬质皮膜的硬度和韧性提高，包覆切削工具的耐久性得到提高。

本实施方式所涉及的硬质皮膜优选为fcc结构的单一结构，但只要因fcc结构引起的峰强度的任一个示出最大强度，则可部分含有hcp结构。例如，在HRC30以下的软钢的铣削加工中，由于对硬质皮膜不要求高硬度，因此也可以含有hcp结构。但是，如果hcp结构的含有比率过高，则包覆切削工具的耐久性降低。因此，即使在含有hcp结构的情况下，优选将因hcp结构引起的最大峰强度设为因fcc结构引起的最大峰强度的1/10以下。

本实施方式所涉及的硬质皮膜在X射线衍射中，在fcc结构的(111)面、(200)面、(220)面、(311)面、(222)面、(400)面、(331)面、(420)面和(422)面的至少九个面具有峰强度。本发明人发现如果因(311)面引起的X射线衍射强度比变大，则微粒的柱状晶增加。

因此，在本实施方式中，关于因(311)面引起的X射线衍射强度比，将以下描述的X射线衍射强度比TC(311)设为1.30以上。并且，还发现通过使因(311)面引起的X射线衍射强度比TC(311)高于所述其他面(由于氮化铝的标准X射线衍射强度中没有(422)面，因此从所述九个面中除去(422)面以外的八个面)的X射线衍射强度比，从而皮膜组织变得更加微细，抑制了硬质皮膜的塑性变形，进而易于抑制皮膜磨损，因此优选。

在本实施方式中，对于包含(311)面的所述各面的X射线衍射强度比TC(hkl)，求出用以下公式(数式1)表示的X射线衍射强度比TC(hkl)，评价X射线衍射强度比TC(311)。

(数式1)

TC(hkl)＝{I(hkl)/I_o(hkl)}/[Σ{I(hkl)/I_o(hkl)}/8]

I(hkl)：实测的氮化铝铬硬质皮膜的(hkl)面的X射线衍射强度。

I_o(hkl):ICDD(International Center for Diffraction Data)文件编号00-025-1495中记载的氮化铝的(hkl)面的标准X射线衍射强度。

∑表示关于以下八个面的和。

(hkl)＝(111)面、(200)面、(220)面、(311)面、(222)面、(400)面、(331)面和(420)面。

这里，由于氮化铝铬的标准X射线衍射强度在该文件中没有，因此使用与氮化铝铬的X射线衍射类似的氮化铝标准X射线衍射强度。

根据ICDD文件编号00-025-1495中记载的fcc结构的氮化铝的各晶面对应的衍射角2θ及标准X射线衍射强度I_o，能够确认到fcc结构的氮化铝的(420)面的X射线衍射强度相对较强。另外，由于该氮化铝的标准X射线衍射强度中没有(422)面，因此X射线衍射强度比TC(hkl)从上述的八个面求出。

关于Al和Cr的复合氮化物，通过设为X射线衍射强度比TC(311)的值为1.30以上的Al和Cr的复合氮化物，从而能够提高包覆切削工具的耐久性。进而，更优选X射线衍射强度比TC(311)为1.80以上。进而，进一步优选X射线衍射强度比TC(311)为2.00以上。X射线衍射强度比TC(311)的上限值没有特别的限制，但根据本说明书中公开的方法制造所述氮化物的情况下，推定6.00左右为上限值，上限值更优选为5.00。

进而，进一步优选X射线衍射强度比TC(311)大于其他晶面的X射线衍射强度比TC(hkl)。

本实施方式所涉及的硬质皮膜，优选X射线衍射强度比TC(420)和X射线衍射强度比TC(200)的值为1.00以下。其理由是通过在标准X射线衍射强度中峰强度强的(420)面和(200)面的X射线衍射强度比TC(hkl)的值变小，从而X射线衍射强度比TC(311)的值容易变高而优选。进而，更优选X射线衍射强度比TC(420)和X射线衍射强度比TC(200)的值为0.50以下。

此外，氮化铝铬硬质皮膜的X射线衍射峰与氮化钛铝硬质皮膜的X射线衍射峰相似，峰位置重叠。因此，在使本发明所涉及的硬质皮膜与氮化钛铝硬质皮膜层压、例如交替层压的情况下，将得到的X射线衍射峰作为氮化铝铬硬质皮膜的峰来计算X射线衍射强度比TC(hkl)即可。

本实施方式所涉及的硬质皮膜，优选在X射线衍射中，将fcc结构的总峰强度(在所述八个面的峰强度之和的基础上加上(422)面的X射线衍射峰强度的和)设为TA，将因(422)面引起的峰强度设为TB时，TB/TA的值为0.05以上。通常，如(422)面那样的高角侧的峰强度相对弱，但通过(422)面的峰强度变得更强，从而成为晶体性更强的硬质皮膜，包覆切削工具的耐久性得到提高。进而，优选通过将TB/TA的值设为0.07以上，从而具有耐久性更优异的倾向。

此外，在ICDD文件编号00-025-1495中没有(422)面的峰强度，但通过计算面间隔d值，从而能够在X射线衍射图中确认(422)面峰强度。

<柱状晶>

本实施方式所涉及的硬质皮膜由相对于基材的表面在膜厚方向上生长的柱状晶的集合(柱状组织)构成。包含Al和Cr的复合氮化物的硬质皮膜为相对于基材的表面在膜厚方向上生长的柱状晶，从而包覆切削工具的耐久性得到提高。

所述柱状晶的表面侧的平均宽度优选为0.1μm以上且2.0μm以下。通过表面侧的平均宽度设为0.1μm以上，从而包覆切削工具的耐久性进一步得到提高。另外，通过表面侧的平均宽度设为2.0μm以下，从而难以引起硬质皮膜的塑性变形，另外，通过设为1.0～2.0μm，由于从硬质皮膜脱落的粒径变小，因此容易抑制工具磨损。

本实施方式中的表面侧是指位于与工件材料接触侧的硬质皮膜的表面附近，例如截面抛光机(CP：Cross-section Polisher)加工面的附近。硬质皮膜的柱状晶的宽度可以通过透射型电子显微镜或扫描型电子显微镜的截面观察来测定。测量部位设为从位于与工件材料相接的一侧的皮膜表面起深度0.5μm的位置。如果观察连续的30个以上的柱状晶的宽度，则粒子宽度的平均值收敛。因此，从连续的30个以上的柱状晶中，求出硬质皮膜的柱状晶的平均宽度即可。

<微观组织>

本实施方式所涉及的硬质皮膜的微观组织并不特别限定。即，可以具有仅由单层结构构成的晶粒。另外，也可以具有仅由层压结构构成的晶粒。还可以具有仅由单层结构构成的晶粒、仅由层压结构构成的晶粒以及单层结构和层压结构并存的晶粒。特别地，优选在一个晶粒中分散有单层结构和层压结构并存的晶粒的情况。

具体地，例如优选如图2A、图2B、图2C所示，在一个晶粒中，具有由Al的含有比率相对较高的Al和Cr的复合氮化物和Al的含有比率相对较低的Al和Cr的复合氮化物交替层压的层压结构构成的部分、以及由Al的含有比率高的Al和Cr的复合氮化物的单层结构构成的部分的晶粒分散在微观组织中(放大图参照图3A、图3B、图3C、图5A、图5B、图5C)的情况。

由于单层结构的部分与层压结构的部分相比晶体性相对较强，因此推定为应变较少。因此，通过晶粒具有单层结构的部分，从而包覆切削工具的耐久性得到提高。由于由层压结构构成的部分与由单层结构构成的部分相比，Al的含有比率相对较小，因此能够抑制在晶粒整体中Al的含量过度增加导致的脆弱的hcp结构的AlN增加。并且，通过这样的粒子存在于微观组织中，从而作为硬质皮膜的整体耐磨损性和耐热性得到提高，能够发挥优异的耐久性。

在晶粒的层压结构的部分中，Al的含有比率相对较高的Al和Cr的复合氮化物，优选Al的含有比率为60原子％以上，另外，Al的含有比率相对较低的Al和Cr的复合氮化物，优选Al的含有比率为55原子％以下。

在晶粒的层压结构的部分中，Al的含有比率相对较高的Al和Cr的复合氮化物，优选Al的含有比率为70原子％以上，更优选为80原子％以上。但是，由于Al的含有比率过高会导致hcp结构的AlN增加，因此优选Al的含有比率为95原子％以下。进而，更优选为90原子％以下。

在晶粒的层压结构的部分中，Al的含有比率相对较低的Al和Cr的复合氮化物，优选Al的含有比率为50原子％以下，更优选为40原子％以下。但是，如果Al的含有比率过低，则硬质皮膜的整体耐热性降低，因此优选Al的含有比率为10原子％以上。进而，更优选为20原子％以上。

晶粒的单层结构的部分，优选Al的含有比率为60原子％以上。进而，优选Al的含有比率为70原子％以上。但是，如果Al的含有比率过高，则会导致hcp结构的AlN增加，因此晶粒的单层结构的部分，更优选Al的含有比率为90原子％以下。

本实施方式所涉及的硬质皮膜的微观组织可以由层压结构或仅由单层结构的晶粒构成。

<平均膜厚>

本实施方式所涉及的硬质皮膜的平均膜厚优选为1.0μm以上且15.0μm以下。其理由在于膜厚不足1.0μm时较薄，无法赋予足够的工具寿命，另一方面，膜厚超过15.0μm时变得过厚，而导致切削精度降低。膜厚的下限更优选为2.0μm，进一步优选为3.0μm，进而，更进一步优选为5.0μm。膜厚的上限更优选为12.0μm，更进一步优选为10.0μm。

<中间皮膜与上层>

本实施方式的包覆切削工具为了进一步提高与硬质皮膜的基材的紧贴性，根据需要，也可以在工具的基材与硬质皮膜之间设置例如由氮化物、碳氮化物、碳化物中的任一种构成的中间皮膜。作为中间皮膜，优选为与基材及硬质皮膜的紧贴性优异的Al和Ti的复合氮化物或Ti的氮化物、碳氮化物。这里，在本说明书中，不像Al和Ti的复合氮化物或Ti的氮化物、碳氮化物那样用化学式表示化合物时，不一定限定于化学计量学的范围。

另外，在本实施方式所涉及的硬质皮膜之上还可以设置具有与本实施方式所涉及的硬质皮膜不同的成分比或不同的组成的上层。上层例如可以是氮化物、碳氮化物、碳化物、氧化铝等氧化物经由结合层设置。其中，作为用化学气相沉积法成膜的包覆层一般使用的氧化铝由于能提高包覆切削工具的耐热性而优选。

例如，一般在铸件的切削加工中使用设置了氧化铝的包覆切削工具。本发明的包覆切削工具也是根据需要作为上层设置氧化铝时，耐久性进一步提高而优选。另外，作为上层，也可以设置Al和Ti的复合氮化物、Al的含有比率相对较高的Al和Cr的复合氮化物、Al的含有比率相对较低的Al和Cr的复合氮化物交替层压的层压皮膜。

<包覆后的刀尖处理>

由于本实施方式所涉及的硬质皮膜是由化学气相沉积来成膜的，因此具有拉伸应力，所以优选在包覆后进行由喷砂装置等进行应力释放的包覆后的刀尖处理。通过进行该包覆后的刀尖处理，从而改善了耐崩刀性，成为工具寿命优异的硬质皮膜。

<制造方法>

本实施方式所涉及的硬质皮膜，例如向将内部温度上升至后述的750℃以上的化学气相沉积装置(CVD炉)内，分别导入以下所述的混合气体A和混合气体B，并在该装置内混合，从而能够对预先载置在该装置内的刀片基材等的工具基体进行包覆。

另外，如果基材是作为这种基材公知的材料就能使用。例如，可以示例硬质合金(例如包括WC基硬质合金、除了WC之外还包含Co，进而添加了Ti、Ta、Nb的碳化物等的物质)、金属陶瓷(以TiC、TiN、TiCN等为主要成分的物质)、cBN等。

另外，工具基体不限于刀片基材，例如钻头、钻头用可转位切削芯片、铣床加工用可转位切削芯片、金属锯、铰刀、丝锥等基材。

<<混合气体A>>

在本实施方式中，混合气体A包含混合气体a1和混合气体a2。混合气体a1是包含HCl气体和H₂气体(也称为“用于生成氯化铬的混合气体”或“用于得到混合气体a1的混合气体”)、以及这两种气体与金属Cr接触而生成的氯化铬气体(不仅是可用CrCl₃来表现的成分，还是Cr和Cl化学结合的气体)的气体，代表性的组成以体积比为氯化铬/H₂＝0.008以上且0.140以下。另一方面，混合气体a2是包含AlCl₃气体和H₂气体的气体，代表性的组成以体积比为AlCl₃/(H₂+N₂)＝0.0006以上且0.0300以下。

另外，如后所述，氯化铬气体的体积％和AlCl₃气体的体积％根据为了产生这些气体而导入的HCl气体量推定。

在混合气体a1中，用于生成氯化铬气体的HCl气体和H₂气体被加热并与金属Cr接触，该加热如在后述的制造装置的说明中所述，优选在CVD炉的内部的气体预热部进行。另外，优选将加热到接近混合气体a1的温度的混合气体a2混合到具有氯化铬气体的混合气体a1中，以得到混合气体A。通过这样，不受AlCl₃气体的影响而容易生成氯化铬气体。

在所述气体预热部中生成氯化铬气体时的温度设为炉内温度的最低设定温度的750℃左右的氯化铬气体稳定地产生的温度。其理由在于如果该温度过低，氯化铬气体的产生量就会减少，硬质皮膜的整体变得富含Al，hcp结构的AlN容易增加。

另外，关于混合气体a2中包含的AlCl₃气体，例如可将H₂气体和HCl气体的混合气体导入到填充金属Al并保温至330℃的AlCl₃气体发生器中生成，并与混合气体a1混合作为混合气体A时被预热。关于混合气体a2的温度，为了硬质皮膜成为由柱状晶的集合体构成的组织，优选混合气体a2的温度与混合气体a1的温度之差不大，在混合气体a1的温度的附近(例如±80℃)为好。

在混合气体a1中混合混合气体a2得到的混合气体A中，优选使H₂气体的流量最大。进而，混合气体a1和混合气体a2中还可以包含N₂气体或Ar气体。

<<混合气体B>>

混合气体B包含H₂气体、N₂气体和NH₃气体。为了得到本实施方式所涉及的硬质皮膜的组成，优选该混合气体B在将N₂气体和H₂气体的合计的体积％设为b1、将NH₃气体的体积％设为b2时，b2/b1的值具有0.002以上且0.020以下的组成比。如果混合气体B的组成比在该组成比的范围内，则易于抑制作为碱性气体的NH₃气体与作为卤素气体的CrCl₃气体、AlCl₃气体过度反应。

该混合气体B也被预热，但是由于预热造成的温度上升被抑制，而预热为低于混合气体A的温度，从而避免过度的预热。

通过将预热腔室内的混合气体B的气体流路设为与预热腔室的高度相同，从而防止混合气体B像混合气体A那样被过度预热。由此，抑制混合气体B中包含的NH₃与混合气体A中包含的氯化铬气体、AlCl₃气体的反应速度，硬质皮膜成为由柱状晶的集合构成的组织。

混合气体B的气体流路通过气体预热部，但是如前所述预热温度被抑制，避免过度的预热。作为这样预热的一种手段，如后所述，考虑如本实施方式中使用的CVD炉的预热部那样，按照用于得到混合气体a1的混合气体的流路、混合气体a2的流路、混合气体B的气体流路的顺序靠近用于预热的热源，且将混合气体a1的气体流路的长度与混合气体a2的气体流路的长度的合计设为混合气体B的气体流路的3倍以上、优选在5倍以上、且在8倍以下的范围内延长。

该范围可以依赖于装置容量适当地确定，也可以是10倍，甚至是20倍。作为一例，混合气体B的流路优选为650mm以下，更优选为550mm以下。由此，抑制了NH₃气体与AlCl₃气体、氯化铬气体的过度反应，硬质皮膜成为由柱状晶的集合构成的组织。

另外，为了得到混合气体a1的混合气体的气体流路、混合气体a2的气体流路、混合气体B的气体流路是指从将各混合气体导入炉内开始到预热结束为止的流路。即，是指如后所述在本实施方式中使用的CVD炉的预热部那样，在成膜过程中伴随旋转的连接流路及预热室(预热腔室)内的流路。

<<混合气体A与混合气体B的混合以及向炉内的导入>>

如果预先混合混合气体A与混合气体B，从一个喷嘴孔向CVD炉内(反应容器内)导入时，NH₃气体与AlCl₃气体、氯化铬气体的反应速度变得过快，在硬质皮膜中难以得到由柱状晶的集合构成的组织。

因此，混合气体A和混合气体B在导入CVD炉内(反应容器内)之前不混合，分别设置混合气体A的喷嘴孔和混合气体B的喷嘴孔，独立地导入到CVD炉内(反应容器内)。具体地，如后述的制造装置中说明的那样，混合气体B的喷嘴孔的喷出方向不同于混合气体A的喷嘴孔的喷出方向，且与混合气体A的喷嘴孔相比，离旋转轴的距离更向外侧进行配置等，使NH₃气体与AlCl₃气体、氯化铬气体的反应速度不会变得过快。

<<反应压力与成膜温度>>

用于成膜的反应压力优选为3kPa以上且5kPa以下。其理由在于，如果反应压力过低，则成膜速度降低，另一方面，如果反应压力过高，则促进所述反应，难以得到由柱状晶的集合构成的组织。

另外，优选CVD炉内(反应容器内)温度为750℃以上且850℃以下。其理由在于，如果成膜温度过低，则硬质皮膜中的氯量增加，耐磨损性降低，另一方面，如果成膜温度过高，则会促进所述反应，难以得到由柱状晶的集合构成的组织。炉内温度更优选为770℃以上且820℃以下。

<包覆装置>

本发明的一实施方式所使用的化学气相沉积装置(CVD炉)是为了实施上述的制造方法，而能够使炉内(反应容器内)温度为750℃以上且850℃以下，炉内(反应容器内)压力为3kPa以上且5kPa以下的装置，具有以下的特征性结构。具体的结构在后述的实施例中描述，在此以作为装置应具备的事项为中心进行说明。

包覆装置具备分别独立预热用于生成作为混合气体A的成分的氯化铬气体的混合气体a1和混合气体a2、以及混合气体B的三种混合气体，导入到CVD炉内(反应容器内)的结构。

即，在CVD炉内，具有气体预热部以及将气体A、B导入后述的反应容器的气体放出部。气体预热部具有：

(1)氯化铬气体产生部，使用于生成氯化铬气体的混合气体与金属Cr接触，产生包含氯化铬气体的混合气体a1；

(2)第一预热部，预热混合气体a2；

(3)第二预热部，预热混合气体B；以及

(4)混合部，将混合气体a1与混合气体a2混合，作为混合气体A。

另外，预热部的热源可以独立设置而用于预热部，也可以利用CVD炉所具备的热源(加热器)。另外，金属Cr设为薄片状等的氯化铬气体容易产生的形状。

这里，在预热部中，作为为了使混合气体的温度如同前述的一种手段，利用CVD炉的热源时，例如按照生成混合气体a1的气体流路、混合气体a2的气体流路、混合气体B的气体流路的顺序靠近作为预热源的CVD炉的加热器，并且在气体流路的配置下功夫，作为一例可以举出使用于产生混合气体a1的流路的长度与混合气体a2的流路的长度的合计的长度为混合气体B的流路的长度的3倍以上、优选为5倍以上、8倍以下。

这里，生成混合气体a1的气体的流路的长度、混合气体a2流路的长度、混合气体B的流路的长度分别是指从CVD炉的气体导入口到气体预热部的出口的长度。即，是指如后所述如在本实施例中使用的CVD炉的预热部那样，在成膜中伴随旋转的连接流路及预热室(预热腔室)内的流路。

通过采用这种结构，混合气体a1可以预热到750℃以上，另一方面，混合气体a2可以预热到混合气体a1附近的温度，例如±80℃的范围，并与混合气体a1混合而成为混合气体A。另一方面，混合气体B变为比混合气体A低的温度(TeA＞TeB)。

另外，关于混合气体A，由于预热部中的气体流路长，几乎上升到炉内温度左右。另一方面，关于混合气体B，由于在预热部中的气体流路短，因此能够抑制温度上升。

进而，在CVD炉内，作为气体放出部，具有为了将混合气体A导入反应容器而设置喷嘴孔的第一管道、以及为了将混合气体B导入反应容器而设置喷嘴孔的第二管道。例如，优选第二管道为两根并在一根第一管道的外侧对置而配置，这些管道以第一管道的轴心为中心，以2～5次旋转/分钟的速度旋转。

这里，如果混合气体A的喷嘴孔与混合气体B的喷嘴孔过近，则引起急剧的反应，变得难以得到由柱状晶的集合构成的组织的同时，硬质皮膜的膜厚分布变差。另一方面，如果混合气体A的喷嘴孔与混合气体B的喷嘴孔过远，则气体供给不充分，膜厚分布变差。因此，作为一例，如图9C所示，在将混合气体A的喷嘴孔与旋转轴(第一管道的轴心)的距离设为H1，将混合气体B的喷嘴孔与旋转轴(第一管道的轴心)的距离设为H2时，H2/H1的下限优选为1.5，上限优选为4，更优选为3。

进而，自混合气体A的喷嘴孔的气体喷出方向与自混合气体B的喷嘴孔的气体喷出方向优选偏离30度到90度来配置。

【实施例】

下面，举出实施例说明本发明，但本发明并不限定于这些。

<包覆装置>

在本实施例中，作为概略示意图，使用图9A、图9B和图9C所示的化学气相沉积装置(CVD炉)1。对该装置的概要进行说明。

CVD炉1具有圆筒形的腔室2、在腔室2的周壁内部设置的加热器3、具有用于将多个刀片基材(工具基材)20设置在腔室2中的多个刀片设置板4的反应容器5、设置在反应容器5的下部的连接流路11、以及作为预热部的预热腔室6。

预热腔室6整体呈圆筒形，具有：

氯化铬气体产生室62、预热室61(第一预热部)、进一步位于氯化铬气体产生室62及预热室61(第一预热部)的上部的混合室63(混合部)和它们的正下方的空间。

该空间经由连接流路11，使从气体流路82导入的氯化铬气体产生用的混合气体向预热腔室6的径向分散，并导入到氯化铬气体产生室62。

另外，氯化铬气体产生室62的外周与预热腔室6的外周一致，中心部具有圆筒状的空间，在该圆筒状的空间中设置有与预热腔室6为同心状的预热室61。

此外，在混合室63(混合部)中混合后述的混合气体a1与混合气体a2并作为混合气体A。

另外，在预热腔室6、即预热室61的轴心部，有从气体流路91导入的混合气体B贯穿其高度方向的流路(第二预热部)，该流路在预热腔室6的上部与管道7的外侧流路相连，这是通过预热部的最短长度(550mm)。另一方面，混合室63中混合的混合气体A的流路被设置为在预热腔室6的上部与管道7的两个中心流路相连。

从气体流路82导入的混合气体被导入到预热腔室6内的氯化铬气体产生室62，成为作为炉内温度的750℃以上，与该产生室内的金属Cr进行反应并成为包含氯化铬气体的混合气体a1，导入到混合室63。

而且，如前所述，混合气体B被导入到管道7的外侧流路，从喷嘴孔91a、91b导入到反应容器5内。另一方面，从气体流路81、82导入并贯穿预热室61的混合气体A被导入到管道7的中心流路，从喷嘴孔83a、83b导入到反应容器5内。

这里，喷嘴孔83a、83b与喷嘴孔91a、91b的位置关系如图9C的气体喷出口剖视图所示，与喷嘴孔83a、83b相比，喷嘴孔91a、91b配置在管道7的旋转轴O1的更外侧，将喷嘴孔91a、91b与旋转轴O1的距离设为H2，将喷嘴孔83a、83b与旋转轴O1的距离设为H1时，H2/H1为2，喷嘴孔91a、91b的喷出方向与喷嘴孔83a、83b的喷出方向形成90度的角度。

由图9B的12所示的连接流路11与预热腔室6和管道7被构成为以2次旋转/分钟的速度旋转，但在图9A、图9B和图9C中，省略了该旋转所需的结构的图示。

在图9A和图9B中，虽然省略了具体结构的图示，但是得到混合气体a1的气体流路的长度与混合气体a2的气体流路的长度的合计的长度被构成为作为图9B所示的13a、13b和13c的合计的混合气体B的气体流路的长度的约4倍。

《基材》

作为基材，准备WC基硬质合金(包括10质量％的Co、0.6质量％的Cr₃C₂、剩余部分WC及不可避免的杂质)制的铣削用刀片(三菱日立工具制造的WDNW14520)、以及WC基硬质合金(包括7质量％的Co、0.6质量％的Cr₃C₂、2.2质量％的ZrC、3.3质量％的TaC、0.2质量％的NbC、剩余部分WC及不可避免的杂质)制的物性评价用刀片(ISO标准的SNMN120108)。

《中间皮膜的包覆》

关于实施例1～5及7～8，作为中间皮膜形成了氮化钛皮膜。首先，将基材设置在图9A所示的CVD炉1内，一边流过H₂气体，一边使CVD炉1内的温度上升至800℃。然后，在800℃及12kPa下，从预热腔室6的气体导入口经过气体流路81，将包含83.1体积％的H₂气体、15.0体积％的N₂气体、1.9体积％的TiCl₄气体的混合气体导入到预热室61，从管道7的第一喷嘴孔83a、83b以67L/分钟的流量流入到反应容器5内，形成了氮化钛皮膜。

关于实施例6，作为中间皮膜形成了氮化钛铝皮膜。首先，将基材设置在图9A所示的CVD炉1内，一边流过H₂气体，一边使CVD炉1内的温度上升至800℃。然后，在800℃及4kPa下，从预热腔室6的气体导入口经过气体流路81，将包含0.15体积％的TiCl₄气体、0.45体积％的AlCl₃气体、7.50体积％的N₂气体、以及52.51体积％的H₂气体的混合气体导入到预热室61，从管道7的第一喷嘴孔83a、83b流到反应容器5内，并且在气体流路91中导入包含30.76体积％的H₂气体、7.50体积％的N₂气体、1.13体积％的NH₃气体的混合气体，从管道7的第二喷嘴孔91a、91b以67L/分钟的流量流到反应容器5内，形成了氮化钛铝皮膜。

表1示出中间皮膜的包覆条件。

《硬质皮膜的包覆》

《得到混合气体a1的工序》

一边流过H₂气体一边将CVD炉1内的压力降至4kPa后，在图9A所示的预热腔室6的气体流路82中导入了保温至400℃的H₂气体和HCl气体的混合气体。

预热至800℃的预热腔室6的氯化铬气体产生室62中，填充了Cr金属薄片(纯度99.99％，尺寸2mm～8mm)，与从气体流路82导入的H₂气体和HCl气体的混合气体进行反应，生成作为H₂气体和氯化铬气体的混合气体的混合气体a1，并导入到混合室63。

《得到混合气体A，并从喷嘴孔导入到反应容器的工序》

从预热腔室6的气体导入口经过气体流路81，将混合了H₂气体和AlCl₃气体的混合气体a2导入到预热室61并预热。

于是，在混合室63中混合混合气体a1和混合气体a2，得到了达到作为预热室的温度的800℃附近的温度的混合气体A。然后，将得到的混合气体A从管道7的第一喷嘴孔83a、83b导入到反应容器5内。混合气体A的合计流量为48.75L/分钟。

《将混合气体B从喷嘴孔导入反应容器的工序》

在气体流路91中导入包含H₂气体和N₂气体以及NH₃气体的混合气体B，从管道7的第二喷嘴孔91a、91b导入炉内。混合气体B的合计流量为30.25L/分钟。

此外，在此当NH₃/(AlCl₃+CrCl₃)的值处于0.18～0.39时，能够更加切实地抑制NH₃气体与作为卤素气体的CrCl₃气体、AlCl₃气体的过度反应，能够稳定地形成具有Al和Cr的复合氮化物的硬质皮膜。

这样，实施例1～8及比较例1在表1中记载的中间皮膜之上，以表2所示的各混合气体组成通过化学气相沉积法，包覆膜厚约6μm的包含Al和Cr的复合氮化物的皮膜并制作了包覆切削工具。在此，比较例1不满足本发明的一实施方式中规定的混合气体组成。

另外，产生的氯化铬气体、AlCl₃气体的量通过将导入氯化铬气体产生室的HCl气体量的1/3作为氯化铬气体量而求出了混合气体的组成。

比较例2使用图10A、图10B所示的CVD炉制作了硬质皮膜。首先，简单地说明该CVD炉的结构。在图10A、图10B中，与图9A、9C相同附图标记的部件表示与这些图相同的部件。在该CVD炉中，从气体流路92导入混合气体，混合气体从设置在管道7上的喷嘴孔92a被导入到反应容器5内。此外，管道7旋转，但省略了旋转所需的结构的图示。

在比较例2中，与所述实施例同样，在基材上通过与所述实施例1相同的成膜条件形成了作为中间皮膜的氮化钛皮膜。然后，在800℃一边流过H₂气体一边将CVD炉1内的压力降至1kPa后，在气体流路92中导入表2所示的组成的H₂气体、N₂气体、CrCl₃气体、AlCl₃气体以及NH₃气体的混合气体，从管道7的喷嘴孔92a导入到反应容器5内。这样，在中间皮膜之上，通过化学气相沉积法，对刀片基材包覆膜厚约6μm的Al和Cr的复合氮化物的皮膜，制作了包覆切削工具。

比较例3使用图11A、图11B所示的CVD炉制作了硬质皮膜。首先，简单地说明该CVD炉的结构。在图11A、图11B中，与图9A、9C相同附图标记的部件表示与这些图相同的部件。在该CVD炉中，从气体流路84导入的混合气体从设置在管道7的喷嘴孔84a，从气体流路93导入的混合气体从设置在管道7的喷嘴孔93a，独立地被导入到反应容器5内。此外，管道7旋转，但省略了旋转所需的结构的图示。

在比较例3中，与所述实施例同样，在基材上通过与所述实施例1相同的成膜条件形成了作为中间皮膜的氮化钛皮膜。然后，在800℃一边流过H₂气体一边将CVD炉1内的压力降至4kPa后，在气体流路84中导入表2所示的组成的H₂气体、N₂气体、CrCl₃气体和AlCl₃气体的混合气体A，从管道7的喷嘴孔84a导入到反应容器5内，在表2所示的组成的气体流路93中导入包含H₂气体和N₂气体以及NH₃气体的混合气体B，从管道7的喷嘴孔93a导入到反应容器5内。这样，在中间皮膜之上，通过化学气相沉积法，对刀片基材包覆膜厚约6μm的Al和Cr的复合氮化物的皮膜，制作了包覆切削工具。

比较例4使用与比较例3相同的CVD炉制作了硬质皮膜。与所述实施例同样，在基材上通过与所述实施例1相同的成膜条件形成了作为中间皮膜的氮化钛皮膜。然后，在800℃一边流过H₂气体一边将CVD炉1内的压力降至4kPa后，在气体流路84中导入表2所示的组成的H₂气体、N₂气体、CrCl₃气体和AlCl₃气体的混合气体A，从管道7的喷嘴孔84a导入到炉内，在气体流路93中导入包含表2所示的组成的H₂气体和N₂气体以及NH₃气体的混合气体B，从管道7的喷嘴孔93a导入到炉内。这样，在中间皮膜之上，通过化学气相沉积法，对刀片基材包覆膜厚约6μm的Al和Cr的复合氮化物的皮膜，制作了包覆切削工具。

另外，关于实施例8，设置了上层。上层的成膜在形成本实施例所涉及的Al和Cr的复合氮化物膜后，按照结合层、氧化铝层的顺序进行成膜。

即，首先，为了形成包含Ti(CN)层和Ti(CNO)层的结合层，在1000℃及16kPa下，从预热腔室6的气体导入口经由气体流路81，将包含63.5体积％的H₂气体、22.0体积％的N₂气体、3.2体积％的CH₄气体以及1.3体积％的TiCl₄气体的混合气体导入到预热室61，从管道7的第一喷嘴孔83a、83b流入反应容器5内，并且在气体流路91中导入10体积％的H₂气体，从管道7的第二喷嘴孔91a、91b流入炉内，形成了厚度0.5μm的Ti(CN)层。连续在1000℃及16kPa下，将包含51.3体积％的H₂气体、30.7体积％的N₂气体、3.0体积％的CH₄气体、1.2体积％的TiCl₄气体、3.0体积％的CO气体以及0.8体积％的CO₂气体的混合气体导入到预热室61，从管道7的第一喷嘴孔83a、83b流入到反应容器5内，并且在气体流路91中导入10体积％的H₂气体，从管道7的第二喷嘴孔91a、91b流入炉内，形成了厚度0.5μm的Ti(CNO)层。

进而，在1000℃及9kPa下，将包含9.2体积％的AlCl₃气体、85.3体积％的H₂气体、4.3体积％的CO₂气体、0.2体积％的H₂S气体、以及1.0体积％的HCl气体的混合气体导入到预热室61，从管道7的第一喷嘴孔83a、83b流入到反应容器5内，并且在气体流路91中导入10体积％的H₂气体，从管道7的第二喷嘴孔91a、91b流入到炉内，形成了厚度1μm的氧化铝层。

比较例5中使用电弧离子镀装置进行包覆。不设置中间皮膜，使用Al₇₀Cr₃₀(数值为原子比率)的合金靶，将对基材施加的负压的偏置电压设为-100V，对炉内导入氮气并将炉内压力设为3Pa，将炉内温度设为500℃，包覆约3μm的Al和Cr的复合氮化物，从而制作了包覆切削工具。

[表1]

(注)“-”表示未设置。

[表2]

(注1)体积％将混合气体A与混合气体B的合计设为100体积％。

(注2)“-”表示不包含。

接着，关于实施例1～8及比较例1～5，如下述所示进行了硬质皮膜的组成、晶体结构的测定、切削性评价。

《硬质皮膜的组成》

使用电子探头微量分析装置(EPMA、日本电子株式会社制造JXA-8500F)，在加速电压10kV、照射电流0.05A、以及电子束径0.5μm的条件下，测定物性评价用刀片(SNMN120408)的剖面中的氮化铝铬硬质皮膜的膜厚方向中心的任意的5个点，从得到的测定值的平均求出硬质皮膜的组成。表3示出测定结果。

《晶体结构的测定》

使用X射线衍射装置(PANalytical公司制造的EMPYREAN)，以管电压45kV及管电流40mA对物性评价用刀片(SNMN120408)的前刀面的硬质皮膜的表面照射CuKα1线(波长λ：0.15405nm)，评价了硬质皮膜的晶体结构。

对衍射峰的同定利用了ICDD的X射线衍射数据库。由于fcc结构的氮化铝铬硬质皮膜在ICDD上没有数据，因此代用了fcc结构的氮化铝的ICDD文件。

从得到的X射线衍射图案，通过以下的公式(数式2)，求出了X射线衍射强度比TC(hkl)。

(数式2)

TC(hkl)＝{I(hkl)/I_O(hkl)}/[∑{I(hkl)/I_O(hkl)}/8]

I(hkl)：实测的氮化铝铬硬质皮膜的(hkl)面的X射线衍射强度。

I_O(hkl)：ICDD文件编号00-025-1495中记载的氮化铝的(hkl)面的标准X射线衍射强度。

∑表示以下八个面的和。

表3示出结果。

《切削评价》

用止动螺丝将包覆的铣削用刀片安装在可转位旋转工具(ASRT5063R-4)上，以下列的铣削条件评价了硬质皮膜的工具寿命。硬质皮膜的后刀面磨损宽度通过用倍率100倍的光学显微镜观察来测定。以5分钟为单位测定了达到后刀面的最大磨损宽度超过0.350mm时的总切削长度的加工时间作为工具寿命。以下示出加工条件。表3示出试验结果。

工件材料：S55C(30HRC)

加工方法：铣削加工

刀片形状：WDNW140520

切削速度：150m/分钟

转数：每分钟758转

每一刃的进给：2.05mm/tooth

进给速度：1554mm/分钟

轴向的切深量：1.0mm

径向的切深量：40mm

切削方法：干式切削

[表3]

(注)“-”表示未测定。

图1A、图1C分别示出实施例1所涉及的物性评价用刀片(SNMN120408)的前刀面中的SEM图像照片(倍率：10，000倍)、图1B示出其示意线图。从图1A、图1B、图1C可知，实施例1由相对于基材的表面在膜厚方向上生长的柱状晶的集合构成。稍后将描述微观组织。

图8示出实施例1的X射线衍射图案。在该X射线衍射图案中，与WC基硬质合金基材的WC的衍射峰一起，观察到了fcc结构的氮化铝铬硬质皮膜的衍射峰。从图8的X射线衍射图案可知，实施例1的氮化铝铬硬质皮膜具有fcc结构的单一结构。表4示出根据图8的X射线衍射图案求出的X射线衍射强度比TC(hkl)。另外，同样地表5、表6中分别示出实施例2、实施例3的X射线衍射强度比TC(hkl)。另外，在表4～6中，由于不能求出X射线衍射强度比TC(422)，因此表示为“-”。

如表4～表6分别所示，实施例1中确认了X射线衍射强度比TC(311)与其他X射线衍射强度比相比为最大的值。这被推定为实施例1的工具寿命比其他实施例长的理由。另一方面，在比较例1中，如表7所示，X射线衍射强度比TC(311)与其他X射线衍射强度比相比并未成为最大的值。此外，在表7中，由于不能求出X射线衍射强度比TC(422)，因此显示“-”。

[表4]

[表5]

[表6]

[表7]

实施例1～8的耐磨损性及耐崩刀性均提高，示出优异的耐久性。另一方面，比较例1～5均在早期发生了皮膜剥离。缺乏耐久性的比较例中，X射线衍射强度比TC(311)的值均小于1.00。另一方面，耐久性优异的实施例均是皮膜组织由微细的柱状晶的集合构成的组织，X射线衍射强度比TC(311)的值为1.30以上。在实施例之中，X射线衍射强度比TC(311)的值为2.00以上的实施例具有耐久性特别优异的倾向。另外，TB/TA的值变大时，有耐久性优异的倾向。

接着，对实施例1的硬质皮膜加以说明。图2A、图2C分别示出实施例1所涉及的硬质皮膜的TEM图像照片(倍率：200，000倍)、图2B示出其概略示意线图。

如图2A、图2B、图2C所示，在实施例1所涉及的硬质皮膜中，确认了具有由层压结构构成的部分和由单层结构构成的部分的晶粒。

图3A、图3C分别是放大了图2A、图2C的A部的TEM图像照片(倍率：2，000，000倍)、图3B示出其概略示意线图。如图3A和图3B所示，确认了实施例1所涉及的硬质皮膜即使在以更高倍率观察的微观组织中，也具有由层压结构构成的部分和由单层结构构成的部分的晶粒。

图4A、图4B示出图3A、图3C的B部(单层结构)的纳米束衍射图案。如图4A、图4B所示，由单层结构构成的部分由fcc结构构成。

图5A、图5C分别是放大了图3A、图3C的C部(层压结构)的TEM图像照片(倍率4,000,000倍)、图5B示出其概略示意线图。相对暗的相是Al的含有比率较高的Al和Cr的复合氮化物，相对亮的相是Al的含有比率较低的Al和Cr的复合氮化物。

图6A、图6B示出图5A、图5C的D部(层压结构)的纳米束衍射图案。另外，图7A、图7B示出图5A、图5C的E部(层压结构)的纳米束衍射图案。如图6A、图6B和图7A、图7B所示，确认了层压结构的各层也由fcc结构构成。

由单层结构构成的部分中，Al的含有比率为60原子％以上且90原子％以下。另一方面，在由层压结构构成的部分中，Al的含有比率相对较高的Al和Cr的复合氮化物的部分中，Al的含有比率为60原子％以上且95原子％以下，Al的含有比率相对较低的Al和Cr的复合氮化物的部分中，Al的含有比率为20原子％以上且50原子％以下。作为由层压结构构成的部分的整体与由单层结构构成的部分相比，Al的含有比率更低。

本发明的实施例1所涉及的硬质皮膜的微观组织，在组织中分散有具有Al的含有比率相对较高的单层结构的部分和Al的含有比率相对较低的层压部分的晶粒。

所述公开的实施方式在所有方面仅是例示而非限制。本发明的范围由权利要求的范围表示而不是所述的实施方式，意图包含与权利要求的范围均等的意思及范围内的全部的变更。

附图标记说明

1：化学气相沉积装置(CVD炉)

2：腔室

3：加热器

4：刀片设置板

5：反应容器

5a：反应容器的开口部

6：预热腔室(预热部)

61：预热室

62：氯化铬气体产生室

63：混合室

7：管道(气体放出部)

83a、83b、91a、91b、92a、93a：喷嘴孔(气体喷出口)

81：混合气体a2的气体流路

82：成为混合气体a1的混合气体的气体流路

84：混合气体的气体流路

91：混合气体B的气体流路

92：混合气体的气体流路

93：混合气体的气体流路

10：排气管道

11：连接流路

12：成膜过程中旋转部

13a：预热腔室内的混合气体B的气体流路

13b：连接流路内的混合气体B的气体流路(纵向)

13c：连接流路内的混合气体B的气体流路(旋转轴方向)

20：刀片基材

30：硬质皮膜(AlCrN膜)

31：层压部分

32：单层部分

40：TEM观察时的树脂

Claims

1.一种包覆切削工具，在基材的表面具有硬质皮膜，其特征在于，

关于所述硬质皮膜，

TC(hkl)＝{I(hkl)/I_o(hkl)}/[Σ{I(hkl)/I_o(hkl)}/8]，其中，

I(hkl)为实测的氮化铝铬硬质皮膜的(hkl)面的X射线衍射强度，

I_o(hkl)为ICDD文件编号00-025-1495中记载的氮化铝的(hkl)面的标准X射线衍射强度，

∑表示以下八个面即(hkl)＝(111)面、(200)面、(220)面、(311)面、(222)面、(400)面、(331)面和(420)面的I(hkl)/Io(hkl)的和，

所述(hkl)面为(311)面时的X射线衍射强度比TC(311)的值为1.30以上。

2.根据权利要求1所述的包覆切削工具，其特征在于，所述X射线衍射强度比TC(311)为2.00以上。

3.根据权利要求1或2所述的包覆切削工具，其特征在于，所述X射线衍射强度比TC(311)大于X射线衍射强度比TC(hkl)，其中，(hkl)面为(111)面、(200)面、(220)面、(311)面、(222)面、(400)面、(331)面和(420)面。

4.根据权利要求1或2所述的包覆切削工具，其特征在于，所述X射线衍射强度比TC(420)和TC(200)的值小于1.00。

5.根据权利要求1或2所述的包覆切削工具，其特征在于，所述硬质皮膜在将X射线衍射中的fcc结构的总峰强度设为TA，将因(422)面引起的峰强度设为TB时，TB/TA的值为0.050以上。

6.根据权利要求1或2所述的包覆切削工具，其特征在于，所述柱状晶的表面侧的平均宽度为0.1μm以上且2.0μm以下。

7.根据权利要求1或2所述的包覆切削工具，其特征在于，在使用透射型电子显微镜的微观组织中，所述硬质皮膜中分散有晶粒，该晶粒具有Al的含有比率相对较高的单层结构的部分和Al的含有比率相对较低的层压结构的部分。

8.根据权利要求1或2所述的包覆切削工具，其特征在于，在所述基材与所述硬质皮膜之间具有中间皮膜。

9.根据权利要求1或2所述的包覆切削工具，其特征在于，在所述硬质皮膜上具有上层。

10.一种包覆切削工具的制造方法，其特征在于，用于制造权利要求1至9中任一项所述的包覆切削工具，通过化学气相沉积法在基材的表面包覆包含Al和Cr的复合氮化物的硬质皮膜，具有：

将收纳所述基材的炉内的温度加热至750℃以上且850℃以下的工序；

将所述混合气体A导入所述炉内的所述反应容器的工序中仅将所述混合气体A导入反应容器，将所述混合气体B导入所述炉内的所述反应容器的工序中仅将所述混合气体B导入所述反应容器，所述混合气体A和所述混合气体B仅在所述反应容器中混合，

11.一种化学气相沉积装置，用于制造权利要求1至9中任一项所述的包覆切削工具，在炉内包括气体预热部和将气体导入反应容器的气体放出部，

所述气体预热部具有：

(2)第一预热部，预热混合气体a2；

(3)第二预热部，预热混合气体B；以及

所述气体放出部具有：为了将所述混合气体A导入所述反应容器而设置喷嘴孔的第一管道、以及为了将所述混合气体B导入所述反应容器而设置喷嘴孔的第二管道，所述第一管道在所述第二管道的外侧以同心圆状设置。