JP7055961B2 - Surface coating cutting tool and its manufacturing method - Google Patents

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Description

本開示は、表面被覆切削工具及びその製造方法に関する。本出願は、２０１８年１０月３日に出願した日本特許出願である特願２０１８－１８８０７７号に基づく優先権を主張する。当該日本特許出願に記載された全ての記載内容は、参照によって本明細書に援用される。 The present disclosure relates to a surface coated cutting tool and a method for manufacturing the same. This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2018-188077, which is a Japanese patent application filed on October 3, 2018. All the contents of the Japanese patent application are incorporated herein by reference.

近年、地球環境保全の観点から切削油剤を用いないドライ加工が求められていること、加工能率を向上させるために切削速度がより高速になってきていること、及び被削材が多様化しており特に航空機や医療の分野では難削材と呼ばれる耐熱合金等の切削が増えていること、等の理由から、切削工程における表面被覆切削工具の刃先温度が高温になる傾向にある。刃先温度が高温になると、表面被覆切削工具と被削材との反応が顕著となることから、表面被覆切削工具の寿命が短くなってしまう。従って、このような過酷な切削条件下においても、優れた工具寿命を示すことのできる表面被覆切削工具が求められている。 In recent years, from the viewpoint of global environmental conservation, dry processing that does not use cutting fluid is required, the cutting speed is becoming faster in order to improve processing efficiency, and the work materials are diversifying. Especially in the fields of aircraft and medical care, the cutting edge temperature of surface-coated cutting tools in the cutting process tends to be high due to the increase in cutting of heat-resistant alloys called difficult-to-cut materials. When the cutting edge temperature becomes high, the reaction between the surface-coated cutting tool and the work material becomes remarkable, so that the life of the surface-coated cutting tool is shortened. Therefore, there is a demand for a surface-coated cutting tool that can exhibit excellent tool life even under such severe cutting conditions.

例えば、特開２００３－３４８５９号公報（特許文献１）には、高速高能率切削における切削工具の耐摩耗性を向上することを目的として、（Ａｌb，[Ｃｒ1-eＶe]c）（Ｃ1-dＮd）の組成（ただし、０．５≦ｂ≦０．８、０．２≦ｃ≦０．５、ｂ＋ｃ＝１、０．０５≦e≦０．９５、０．５≦ｄ≦１）または（Ｍa，Ａｌb，[Ｃｒ1-eＶe]c）（Ｃ1-dＮd）の組成（ただし、ＭはＴｉ、Ｎｂ、Ｗ、ＴａおよびＭｏよりなる群から選択された少なくとも１種であり、０．０２≦ａ≦０．３、０．５≦ｂ≦０．８、０．０５≦ｃ、ａ＋ｂ＋ｃ＝１、０．５≦ｄ≦１、０≦e≦１）からなる被覆層が開示されている。For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-34859 (Patent Document 1) describes (Al b , [Cr 1-e Ve ] c ) for the purpose of improving the wear resistance of a cutting tool in high-speed and high-efficiency cutting. Composition of (C 1-d N d ) (however, 0.5 ≦ b ≦ 0.8, 0.2 ≦ c ≦ 0.5, b + c = 1, 0.05 ≦ e ≦ 0.95, 0.5 ≦ d ≦ 1) or composition of (M a , Al b , [Cr 1-e V e ] c ) (C 1-d N d ) (where M is a group consisting of Ti, Nb, W, Ta and Mo). 0.02 ≦ a ≦ 0.3, 0.5 ≦ b ≦ 0.8, 0.05 ≦ c, a + b + c = 1, 0.5 ≦ d ≦ 1, 0 ≦ A coating layer consisting of e ≦ 1) is disclosed.

また、国際公開第２００６／０７０７３０号（特許文献２）には、ドライ加工を高加工能率で行うことを目的として、ＡｌとＣｒとの窒化物からなるＡ層と、ＴｉとＡｌとの窒化物からなるＢ層とが交互に積層された交互層を含む被覆層が開示されている。 Further, in International Publication No. 2006/07730 (Patent Document 2), for the purpose of performing dry processing with high processing efficiency, an A layer made of a nitride of Al and Cr and a nitride of Ti and Al are described. A coating layer including an alternating layer in which a B layer composed of the B layer is alternately laminated is disclosed.

特開２００３－３４８５９号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-34859 国際公開第２００６／０７０７３０号International Publication No. 2006/07730

本開示の一態様に係る表面被覆切削工具は、
基材と、前記基材を被覆する被覆層とを含む表面被覆切削工具であって、
前記被覆層は、第１単位層と第２単位層とが交互に積層された交互層を含み、
前記第１単位層はアルミニウム及びジルコニウムを含む窒化物からなり、
前記第１単位層において、前記第１単位層を構成する金属原子の総数を１としたときの前記ジルコニウムの原子数の比は０．６５以上０．９５以下であり、
前記第２単位層はバナジウム及びアルミニウムを含む窒化物からなり、
前記第２単位層において、前記第２単位層を構成する金属原子の総数を１としたときの前記アルミニウムの原子数の比は０．４０以上０．７５以下である、表面被覆切削工具である。The surface-coated cutting tool according to one aspect of the present disclosure is
A surface-coated cutting tool including a substrate and a coating layer covering the substrate.
The covering layer includes an alternating layer in which a first unit layer and a second unit layer are alternately laminated.
The first unit layer is made of a nitride containing aluminum and zirconium.
In the first unit layer, the ratio of the number of atoms of the zirconium is 0.65 or more and 0.95 or less when the total number of metal atoms constituting the first unit layer is 1.
The second unit layer consists of a nitride containing vanadium and aluminum.
In the second unit layer, the ratio of the number of atoms of the aluminum is 0.40 or more and 0.75 or less when the total number of metal atoms constituting the second unit layer is 1. ..

本開示の他の一態様に係る表面被覆切削工具の製造方法は、
上記に記載の表面被覆切削工具の製造方法であって、
前記基材を準備する工程と、
前記基材上に、前記被覆層を形成する工程と、を備え、
前記被覆層を形成する工程は、物理的蒸着法を用いて前記第１単位層と前記第２単位層とを交互に積層することにより前記交互層を形成する工程を含む、表面被覆切削工具の製造方法である。The method for manufacturing a surface-coated cutting tool according to another aspect of the present disclosure is as follows.
The method for manufacturing a surface-coated cutting tool described above.
The process of preparing the base material and
A step of forming the coating layer on the substrate is provided.
The step of forming the coating layer includes a step of forming the alternating layer by alternately laminating the first unit layer and the second unit layer using a physical vapor deposition method of a surface coating cutting tool. It is a manufacturing method.

図１は、本開示の一実施の形態に係る表面被覆切削工具の模式的な拡大断面図である。FIG. 1 is a schematic enlarged cross-sectional view of a surface-coated cutting tool according to an embodiment of the present disclosure. 図２は、本開示の他の一実施の形態に係る表面被覆切削工具の模式的な拡大断面図である。FIG. 2 is a schematic enlarged cross-sectional view of a surface-coated cutting tool according to another embodiment of the present disclosure. 図３は、本開示の他の一実施の形態に係る表面被覆切削工具の模式的な拡大断面図である。FIG. 3 is a schematic enlarged cross-sectional view of a surface-coated cutting tool according to another embodiment of the present disclosure. 図４は、本開示の他の一実施の形態に係る表面被覆切削工具の模式的な拡大断面図である。FIG. 4 is a schematic enlarged cross-sectional view of a surface-coated cutting tool according to another embodiment of the present disclosure. 図５は、第１単位層及び第２単位層の厚みの比の一例を説明するための図である。FIG. 5 is a diagram for explaining an example of the ratio of the thicknesses of the first unit layer and the second unit layer. 図６は、実施例で用いられたカソードアークイオンプレーティング装置の模式的な断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of the cathode arc ion plating apparatus used in the examples. 図７は、図６に示されるカソードアークイオンプレーティング装置の模式的な上面図である。FIG. 7 is a schematic top view of the cathode arc ion plating apparatus shown in FIG.

[本開示が解決しようとする課題]
航空機のエンジン等に用いられるインコネル（登録商標）等に代表される耐熱合金は、Ｃｒを含有する場合が多い。上述の特許文献１及び特許文献２の被覆層はＣｒを含む。従って、これらの切削工具を用いて耐熱合金を切削した場合、被覆層中のＣｒと被削材中のＣｒとが相互拡散して、被覆層の損傷が加速される傾向がある。[Issues to be resolved by this disclosure]
Heat-resistant alloys such as Inconel (registered trademark) used in aircraft engines often contain Cr. The coating layers of Patent Document 1 and Patent Document 2 described above contain Cr. Therefore, when a heat-resistant alloy is cut using these cutting tools, Cr in the coating layer and Cr in the work material tend to diffuse mutually, and damage to the coating layer tends to be accelerated.

また、特許文献１及び特許文献２の被覆層を有する工具を用いて、医療産業や航空機産業等で多く使用されている難削材であるチタン合金を切削した場合、チタン合金は高温強度が高いため、加工時に切削温度が高くなる。チタン合金は熱伝導率が低いため、加工時に工具の刃先に熱が蓄積しやすい。更に、チタン合金は高温時に化学的に活性であるため、工具の凝着摩耗が進行しやすい。 Further, when a titanium alloy, which is a difficult-to-cut material often used in the medical industry and the aircraft industry, is cut by using a tool having a coating layer of Patent Document 1 and Patent Document 2, the titanium alloy has high high-temperature strength. Therefore, the cutting temperature becomes high during processing. Since titanium alloy has low thermal conductivity, heat tends to accumulate on the cutting edge of the tool during machining. Furthermore, since the titanium alloy is chemically active at high temperatures, adhesive wear of the tool is likely to proceed.

そこで、本目的は、特に難削材の加工においても、長寿命を達成することができる表面被覆切削工具を提供することを目的とする。
[本開示の効果]
上記態様によれば、特に難削材の加工においても、長寿命を達成することができる表面被覆切削工具を提供することが可能となる。Therefore, an object of the present invention is to provide a surface-coated cutting tool capable of achieving a long life even in the processing of difficult-to-cut materials.
[Effect of this disclosure]
According to the above aspect, it is possible to provide a surface-coated cutting tool capable of achieving a long life, particularly even in the processing of difficult-to-cut materials.

［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。[Explanation of Embodiments of the present disclosure]
First, embodiments of the present disclosure will be listed and described.

（１）本開示の一態様に係る表面被覆切削工具は、
基材と、前記基材を被覆する被覆層とを含む表面被覆切削工具であって、
前記被覆層は、第１単位層と第２単位層とが交互に積層された交互層を含み、
前記第１単位層はアルミニウム及びジルコニウムを含む窒化物からなり、
前記第１単位層において、前記第１単位層を構成する金属原子の総数を１としたときの前記ジルコニウムの原子数の比は０．６５以上０．９５以下であり、
前記第２単位層はバナジウム及びアルミニウムを含む窒化物からなり、
前記第２単位層において、前記第２単位層を構成する金属原子の総数を１としたときの前記アルミニウムの原子数の比は０．４０以上０．７５以下である、表面被覆切削工具である。(1) The surface-coated cutting tool according to one aspect of the present disclosure is
A surface-coated cutting tool including a substrate and a coating layer covering the substrate.
The covering layer includes an alternating layer in which a first unit layer and a second unit layer are alternately laminated.
The first unit layer is made of a nitride containing aluminum and zirconium.
In the first unit layer, the ratio of the number of atoms of the zirconium is 0.65 or more and 0.95 or less when the total number of metal atoms constituting the first unit layer is 1.
The second unit layer consists of a nitride containing vanadium and aluminum.
In the second unit layer, the ratio of the number of atoms of the aluminum is 0.40 or more and 0.75 or less when the total number of metal atoms constituting the second unit layer is 1. ..

このような表面被覆切削工具は、難削材の加工において、長寿命を達成することができる。 Such a surface-coated cutting tool can achieve a long life in machining difficult-to-cut materials.

（２）前記交互層中の隣り合う前記第１単位層と前記第２単位層とにおいて、前記第１単位層の厚みλ１に対する前記第２単位層の厚みλ２の比λ２／λ１は１以上５以下であることが好ましい。 (2) In the adjacent first unit layer and the second unit layer in the alternating layer, the ratio λ2 / λ1 of the thickness λ2 of the second unit layer to the thickness λ1 of the first unit layer is 1 or more and 5 The following is preferable.

これによると、膜中のアルミニウムの総量が増えるため、表面被覆切削工具全体としての熱遮断性が向上し、特に、連続切削時の表面被覆切削工具の耐摩耗性が向上する。 According to this, since the total amount of aluminum in the film increases, the heat insulation property of the surface-coated cutting tool as a whole is improved, and in particular, the wear resistance of the surface-coated cutting tool during continuous cutting is improved.

（３）前記第１単位層は珪素を含み、
前記第１単位層において、前記第１単位層を構成する金属原子の総数を１としたときの前記珪素の原子数の比は０よりも大きく０．２０以下であることが好ましい。(3) The first unit layer contains silicon and contains silicon.
In the first unit layer, the ratio of the number of atoms of silicon when the total number of metal atoms constituting the first unit layer is 1, is preferably greater than 0 and 0.20 or less.

これによると、被覆層は高い硬度を有することができる。
（４）前記第２単位層は珪素を含み、
前記第２単位層において、前記第２単位層を構成する金属原子の総数を１としたときの前記珪素の原子数の比は０よりも大きく０．２０以下であることが好ましい。According to this, the coating layer can have a high hardness.
(4) The second unit layer contains silicon and contains silicon.
In the second unit layer, the ratio of the number of atoms of the silicon when the total number of metal atoms constituting the second unit layer is 1, is preferably greater than 0 and 0.20 or less.

これによると、被覆層は高い硬度を有することができる。
（５）前記第１単位層は硼素を含み、
前記第１単位層において、前記第１単位層を構成する金属原子の総数を１としたときの前記硼素の原子数の比は０よりも大きく０．１０以下であることが好ましい。According to this, the coating layer can have a high hardness.
(5) The first unit layer contains boron and contains boron.
In the first unit layer, when the total number of metal atoms constituting the first unit layer is 1, the ratio of the number of atoms of the boron is preferably more than 0 and 0.10 or less.

これによると、被覆層は高い硬度を有することができる。
（６）前記第２単位層は硼素を含み、
前記第２単位層において、前記第２単位層を構成する金属原子の総数を１としたときの前記硼素の原子数の比は０よりも大きく０．１０以下であることが好ましい。According to this, the coating layer can have a high hardness.
(6) The second unit layer contains boron and contains boron.
In the second unit layer, when the total number of metal atoms constituting the second unit layer is 1, the ratio of the number of atoms of the boron is preferably more than 0 and 0.10 or less.

これによると、被覆層は高い硬度を有することができる。
（７）前記第１単位層はバナジウムを含み、
前記第１単位層において、前記第１単位層を構成する金属原子の総数を１としたときの前記バナジウムの原子数の比は０よりも大きく０．３０以下であることが好ましい。According to this, the coating layer can have a high hardness.
(7) The first unit layer contains vanadium and contains vanadium.
In the first unit layer, the ratio of the number of atoms of the vanadium when the total number of metal atoms constituting the first unit layer is 1, is preferably larger than 0 and 0.30 or less.

これによると、被削材の表面被覆切削工具への溶着を抑制することができる。
（８）前記第１単位層及び前記第２単位層は、それぞれ１層の厚みが０．００２μｍ以上０．２μｍ以下であることが好ましい。これによると、クラックの進展を抑制することができる。According to this, it is possible to suppress welding of the work material to the surface coating cutting tool.
(8) The thickness of each of the first unit layer and the second unit layer is preferably 0.002 μm or more and 0.2 μm or less. According to this, the growth of cracks can be suppressed.

（９）前記被覆層は前記基材と前記交互層との間に配置される下地層を含み、
前記下地層は、前記第１単位層又は前記第２単位層と同一の組成を有することが好ましい。(9) The coating layer includes a base layer arranged between the base material and the alternating layer.
The underlayer preferably has the same composition as the first unit layer or the second unit layer.

下地層が第１単位層と同一の組成を有する場合は、切削初期に基材が露出したとしても、基材と被覆層との界面からの酸化を抑制することができる。下地層が第２単位層と同一の組成を有する場合は、フライス加工やエンドミル加工等の断続加工の場合において、被覆層の耐剥離性を向上することができる。 When the base layer has the same composition as the first unit layer, even if the base material is exposed at the initial stage of cutting, oxidation from the interface between the base material and the coating layer can be suppressed. When the base layer has the same composition as the second unit layer, the peel resistance of the coating layer can be improved in the case of intermittent processing such as milling and end mill processing.

（１０）前記下地層の厚みは０．１μｍ以上２μｍ以下であることが好ましい。これによると、上記の酸化抑制や耐剥離性の効果を得ることができ、かつ、コスト面でも有利である。 (10) The thickness of the base layer is preferably 0.1 μm or more and 2 μm or less. According to this, the above-mentioned effects of oxidation suppression and peeling resistance can be obtained, and it is also advantageous in terms of cost.

（１１）前記被覆層は前記交互層の表面側に配置される表面層を含み、
前記表面層は、バナジウム及びアルミニウムを含む炭窒化物からなり、
前記表面層において、前記表面層を構成する金属原子の総数を１としたときの前記アルミニウムの原子数の比は０．４０以上０．７５以下であることが好ましい。(11) The coating layer includes a surface layer arranged on the surface side of the alternating layer.
The surface layer consists of a carbonitride containing vanadium and aluminum.
In the surface layer, the ratio of the number of atoms of the aluminum when the total number of metal atoms constituting the surface layer is 1, is preferably 0.40 or more and 0.75 or less.

これによると、表面被覆切削工具は、より長寿命を達成することができる。
（１２）本開示の他の一態様に係る表面被覆切削工具の製造方法は、上記（１）から（１１）のいずれかに記載の表面被覆切削工具の製造方法であって、
前記基材を準備する工程と、
前記基材上に、前記被覆層を形成する工程と、を備え、
前記被覆層を形成する工程は、物理的蒸着法を用いて前記第１単位層と前記第２単位層とを交互に積層することにより前記交互層を形成する工程を含む、表面被覆切削工具の製造方法である。According to this, the surface covering cutting tool can achieve a longer life.
(12) The method for manufacturing a surface-coated cutting tool according to another aspect of the present disclosure is the method for manufacturing a surface-coated cutting tool according to any one of (1) to (11) above.
The process of preparing the base material and
A step of forming the coating layer on the substrate is provided.
The step of forming the coating layer includes a step of forming the alternating layer by alternately laminating the first unit layer and the second unit layer using a physical vapor deposition method of a surface coating cutting tool. It is a manufacturing method.

物理的蒸着法を用いて形成された交互層は、結晶性が高く、優れた耐摩耗性を有することができる。従って、得られた表面被覆切削工具は、長寿命を達成することができる。 The alternating layers formed by the physical vapor deposition method can have high crystallinity and excellent wear resistance. Therefore, the obtained surface coating cutting tool can achieve a long life.

［本開示の実施形態の詳細］
本開示の一実施形態にかかる表面被覆切削工具の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。[Details of Embodiments of the present disclosure]
A specific example of the surface-coated cutting tool according to the embodiment of the present disclosure will be described below with reference to the drawings.

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。 In the present specification, the notation in the form of "A to B" means the upper and lower limits of the range (that is, A or more and B or less), and when there is no description of the unit in A and the unit is described only in B, A. The unit of and the unit of B are the same.

本明細書において化合物を化学式で表わす場合、原子比を特に限定しない場合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ものではない。例えば単に「ＺｒＡｌＮ」と記す場合、「Ｚｒ」と「Ａｌ」と「Ｎ」の原子比は従来公知のあらゆる原子比が含まれるものとする。 In the present specification, when a compound is represented by a chemical formula, if the atomic ratio is not particularly limited, it includes all conventionally known atomic ratios, and is not necessarily limited to those in the stoichiometric range. For example, when simply described as "ZrAlN", it is assumed that the atomic ratios of "Zr", "Al" and "N" include all conventionally known atomic ratios.

［実施の形態１：表面被覆切削工具］
本開示の一実施の形態に係る表面被覆切削工具について、図１～図５を用いて説明する。図１～図４は、それぞれ本開示の一実施の形態に係る表面被覆切削工具の模式的な拡大断面図である。図５は、第１単位層及び第２単位層の厚みの比の一例を説明するための図である。[Embodiment 1: Surface Cover Cutting Tool]
The surface-coated cutting tool according to the embodiment of the present disclosure will be described with reference to FIGS. 1 to 5. 1 to 4 are schematic enlarged cross-sectional views of the surface-coated cutting tool according to the embodiment of the present disclosure, respectively. FIG. 5 is a diagram for explaining an example of the ratio of the thicknesses of the first unit layer and the second unit layer.

図１～図４に示されるように、本開示の一実施の形態に係る表面被覆切削工具１，２１，３１，４１は、基材２と、前記基材２を被覆する被覆層３，２３，３３，４３とを備える。被覆層３，２３，３３，４３は、基材２の全面を被覆することが好ましいが、基材２の一部が被覆層で被覆されていなかったり、被覆層の構成が部分的に異なっていたとしても本実施形態の範囲を逸脱するものではない。 As shown in FIGS. 1 to 4, the surface-coated cutting tools 1, 21, 31, and 41 according to the embodiment of the present disclosure include the base material 2 and the coating layers 3, 23 that cover the base material 2. , 33, 43 and so on. The coating layers 3, 23, 33, and 43 preferably cover the entire surface of the base material 2, but a part of the base material 2 is not covered with the coating layer, or the composition of the coating layer is partially different. Even so, it does not deviate from the scope of this embodiment.

本実施形態の表面被覆切削工具は、ドリル、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、タップ等の切削工具として好適に使用することができる。 The surface-coated cutting tool of the present embodiment includes a drill, an end mill, a cutting tip with a replaceable cutting edge for a drill, a cutting tool with a replaceable cutting edge for an end mill, a cutting tool with a replaceable cutting edge for milling, a cutting tool with a replaceable cutting edge for turning, a metal saw, and the like. It can be suitably used as a cutting tool such as a gear cutting tool, a reamer, and a tap.

＜基材＞
本実施形態の表面被覆切削工具１，２１，３１，４１に用いられる基材２は、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基超硬合金、ＷＣの他、Ｃｏを含み、あるいはＴｉ、Ｔａ、Ｎｂ等の炭窒化物を添加したものも含む）、サーメット（ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ等を主成分とするもの）、高速度鋼、セラミックス（炭化チタン、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム等）、立方晶型窒化硼素焼結体、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。<Base material>
As the base material 2 used in the surface-coated cutting tools 1, 21, 31, and 41 of the present embodiment, any conventionally known base material of this type can be used. For example, cemented carbide (for example, WC-based cemented carbide, WC, as well as those containing Co or added with a carbonitride such as Ti, Ta, Nb), cermet (TiC, TiN, TiCN, etc.) are mainly used. Ingredients), high-speed steel, ceramics (titanium carbide, silicon carbide, silicon nitride, aluminum nitride, aluminum oxide, etc.), cubic boron nitride sintered body, or diamond sintered body. preferable.

これらの各種基材の中でも、特にＷＣ基超硬合金、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、特に高温における硬度と強度とのバランスに優れるため、表面被覆切削工具の基材として用いた場合に、該表面被覆切削工具の長寿命化に寄与することができる。 Among these various base materials, it is particularly preferable to select WC-based cemented carbide and cermet (particularly TiCN-based cermet). Since these base materials have an excellent balance between hardness and strength particularly at high temperatures, they can contribute to extending the life of the surface-coated cutting tool when used as a base material for the surface-coated cutting tool.

＜被覆層＞
本実施形態の表面被覆切削工具１，２１，３１，４１に含まれる被覆層３，２３，３３，４３は、第１単位層１２と第２単位層１５とが交互に積層された交互層１３，１３’を含む。被覆層３，２３，３３，４３は、交互層１３，１３’に加えて、基材２と交互層１３，１３’との間に配置される下地層１６や、交互層１３，１３’の表面側に配置される表面層１４を含むことができる。<Coating layer>
The coating layers 3, 23, 33, 43 included in the surface coating cutting tools 1, 21, 31, 41 of the present embodiment are alternating layers 13 in which the first unit layer 12 and the second unit layer 15 are alternately laminated. , 13'includes. In addition to the alternating layers 13, 13', the covering layers 3, 23, 33, 43 include the base layer 16 arranged between the base material 2 and the alternating layers 13, 13', and the alternating layers 13, 13'. A surface layer 14 arranged on the surface side can be included.

被覆層は、基材を被覆することにより、表面被覆切削工具の耐摩耗性、耐チッピング性、耐熱性、耐酸化性等の諸特性を向上させ、表面被覆切削工具の長寿命化をもたらす作用を有する。 By coating the base material, the coating layer improves various properties such as wear resistance, chipping resistance, heat resistance, and oxidation resistance of the surface coating cutting tool, and has an action of extending the life of the surface coating cutting tool. Has.

被覆層は、全体の厚みが０．８μｍ以上１５μｍ以下であることが好ましい。被覆層の全体の厚みが０．８μｍ未満であると、被覆層の厚みが薄すぎて、表面被覆切削工具の寿命が短くなる傾向にある。一方、１５μｍよりも厚いと、切削初期において被覆層がチッピングしやすくなり、表面被覆切削工具の寿命が短くなる傾向にある。被覆層の全体の厚みは、被覆層の断面をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を用いて観察することにより測定することができる。具体的には、断面サンプルの観察倍率を５０００～１００００倍とし、観察面積を１００～５００μｍ２として、１視野において任意に選択された３箇所の厚み幅を測定し、その平均値を「厚み」とする。本明細書において、ＳＥＭを用いて厚みを測定する場合は、同様の方法で測定する。なお、出願人が測定した限りでは、同一の試料において測定する限りにおいては、厚みの測定結果を測定視野の選択個所を変更して複数回算出しても、測定結果のばらつきはほとんどなく、任意に測定視野を設定しても恣意的にはならないことが確認された。The overall thickness of the coating layer is preferably 0.8 μm or more and 15 μm or less. If the total thickness of the coating layer is less than 0.8 μm, the thickness of the coating layer is too thin, and the life of the surface coating cutting tool tends to be shortened. On the other hand, if it is thicker than 15 μm, the coating layer tends to chip at the initial stage of cutting, and the life of the surface coating cutting tool tends to be shortened. The total thickness of the coating layer can be measured by observing the cross section of the coating layer using an SEM (scanning electron microscope). Specifically, the observation magnification of the cross-sectional sample is 5000 to 10000 times, the observation area is 100 to 500 μm 2 , and the thickness widths of three arbitrarily selected points in one field of view are measured, and the average value is “thickness”. And. In the present specification, when the thickness is measured by using SEM, the thickness is measured by the same method. As far as the applicant has measured, as long as the measurement is performed on the same sample, even if the thickness measurement result is calculated multiple times by changing the selection point of the measurement field of view, there is almost no variation in the measurement result and it is arbitrary. It was confirmed that even if the measurement field of view was set to, it should not be arbitrary.

被覆層の圧縮残留応力は、絶対値が６ＧＰａ以下であることが好ましい。被覆層の圧縮残留応力とは、被覆層全体に存する内部応力（固有ひずみ）の一種であって、「－」（マイナス）の数値（単位：本実施形態では「ＧＰａ」を使う）で表される応力をいう。このため、圧縮残留応力が大きいという概念は、数値の絶対値が大きくなることを示し、また、圧縮残留応力が小さいという概念は、数値の絶対値が小さくなることを示す。すなわち、圧縮残留応力の絶対値が６ＧＰａ以下であるとは、被覆層の残留応力が－６ＧＰａ以上０ＧＰａ以下であることを意味する。 The compression residual stress of the coating layer preferably has an absolute value of 6 GPa or less. The compressive residual stress of the coating layer is a kind of internal stress (natural strain) existing in the entire coating layer, and is represented by a numerical value of "-" (minus) (unit: "GPa" is used in this embodiment). Stress. Therefore, the concept that the compressive residual stress is large indicates that the absolute value of the numerical value is large, and the concept that the compressive residual stress is small indicates that the absolute value of the numerical value is small. That is, when the absolute value of the compressive residual stress is 6 GPa or less, it means that the residual stress of the coating layer is -6 GPa or more and 0 GPa or less.

被覆層の残留応力が０ＧＰａを超えると引っ張り応力となるため、被覆層の最表面から発生したクラックの進展を抑制できない傾向にある。一方、圧縮残留応力の絶対値が６ＧＰａを超えると、応力が大きすぎて、切削開始前に、特に表面被覆切削工具のエッジ部から被覆層が剥離して表面被覆切削工具の寿命が短くなるおそれがある。 When the residual stress of the coating layer exceeds 0 GPa, it becomes a tensile stress, so that it tends to be impossible to suppress the growth of cracks generated from the outermost surface of the coating layer. On the other hand, if the absolute value of the compressive residual stress exceeds 6 GPa, the stress may be too large and the coating layer may peel off from the edge of the surface coating cutting tool, especially before the start of cutting, and the life of the surface coating cutting tool may be shortened. There is.

圧縮残留応力は、Ｘ線残留応力装置を用いてｓｉｎ２ψ法（「Ｘ線応力測定法」（日本材料学会、１９８１年株式会社養賢堂発行）の５４～６６頁参照）によって測定することができる。The compressive residual stress shall be measured by the sin 2 ψ method (see "X-ray stress measurement method" (Japan Society of Materials Science, published by Yokendo Co., Ltd. in 1981), pp. 54-66) using an X-ray residual stress device. Can be done.

被覆層の結晶構造は、立方晶型であることが好ましい。被覆層の結晶構造が立方晶型であると、被覆層の硬度が向上する。よって、被覆層中の各層のそれぞれの結晶構造が立方晶型であることが好ましい。なお、被覆層および被覆層中の各層の結晶構造は、当該分野で公知のＸ線回折装置により解析することができる。 The crystal structure of the coating layer is preferably cubic. When the crystal structure of the coating layer is cubic, the hardness of the coating layer is improved. Therefore, it is preferable that the crystal structure of each layer in the coating layer is cubic. The crystal structure of the coating layer and each layer in the coating layer can be analyzed by an X-ray diffractometer known in the art.

被覆層の硬度は、２９ＧＰａ以上６０ＧＰａ以下が好ましく、４０ＧＰａ以上６０ＧＰａ以下がより好ましい。これによると、被覆層は十分な硬度を有する。なお、被覆層全体の硬度の測定は、ナノインデンター法（ＭＴＳ社製Ｎａｎｏ Ｉｎｄｅｎｔｅｒ ＸＰ）により測定することができる。具体的には、被覆層の表面において３箇所の硬度を測定し、その平均値を「硬度」とする。 The hardness of the coating layer is preferably 29 GPa or more and 60 GPa or less, and more preferably 40 GPa or more and 60 GPa or less. According to this, the coating layer has sufficient hardness. The hardness of the entire coating layer can be measured by the nanoindenter method (NanoIndenter XP manufactured by MTS). Specifically, the hardness at three points on the surface of the coating layer is measured, and the average value thereof is defined as "hardness".

＜交互層＞
本実施形態において、被覆層３，２３，３３，４３は、第１単位層１２と第２単位層１５とが交互に積層された交互層１３，１３’を含む。第１単位層はアルミニウム（Ａｌ）及びジルコニウム（Ｚｒ）を含む窒化物からなり、第１単位層において、第１単位層を構成する金属原子の総数を１としたときのジルコニウムの原子数の比は０．６５以上０．９５以下である。第２単位層はバナジウム（Ｖ）及びアルミニウム（Ａｌ）を含む窒化物からなり、第２単位層において、第２単位層を構成する金属原子の総数を１としたときのアルミニウムの原子数の比は０．４０以上０．７５以下である。<Alternate layer>
In the present embodiment, the covering layers 3, 23, 33, 43 include alternating layers 13, 13'in which the first unit layer 12 and the second unit layer 15 are alternately laminated. The first unit layer is made of a nitride containing aluminum (Al) and zirconium (Zr), and in the first unit layer, the ratio of the number of atoms of zirconium when the total number of metal atoms constituting the first unit layer is 1. Is 0.65 or more and 0.95 or less. The second unit layer is composed of a nitride containing vanadium (V) and aluminum (Al), and the ratio of the number of aluminum atoms in the second unit layer when the total number of metal atoms constituting the second unit layer is 1. Is 0.40 or more and 0.75 or less.

本明細書中、「金属原子」とは、水素、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、ラドン、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素、アスタチン、酸素、硫黄、セレン、テルル、窒素、リン、ヒ素、アンチモンおよび炭素以外の元素の原子のことをいう。 As used herein, the term "metal atom" means hydrogen, helium, neon, argon, krypton, xenon, radon, fluorine, chlorine, bromine, iodine, astatine, oxygen, sulfur, selenium, tellurium, nitrogen, phosphorus, arsenic, Atoms of elements other than antimony and carbon.

本明細書中、第１単位層、第２単位層、下地層、中間層及び表面層を含む各層の組成、及び、各層における金属原子の総数に対する各原子（Ｚｒ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｂ、Ｖ）の原子数の比は、Ｘ線光電子分光分析装置（ＸＰＳ）を用いて測定することができる。具体的には、試料表面にＸ線を照射し、試料表面から放出される光電子の運動エネルギーを計測することで、試料表面を構成する元素の組成、化学結合状態を分析する。 In the present specification, the composition of each layer including the first unit layer, the second unit layer, the underlayer, the intermediate layer and the surface layer, and each atom (Zr, Al, Si, B, V) with respect to the total number of metal atoms in each layer. ) Can be measured using an X-ray photoelectron spectrophotometer (XPS). Specifically, by irradiating the sample surface with X-rays and measuring the kinetic energy of photoelectrons emitted from the sample surface, the composition and chemical bond state of the elements constituting the sample surface are analyzed.

交互層１３，１３’が上記の構成を有することにより、本実施形態の表面被覆切削工具は、難削材の加工においても、長寿命を達成することができるという優れた効果を示す。この理由は、下記（i）～（vii）の通りと推察される。 Since the alternating layers 13 and 13'have the above-mentioned structure, the surface-coated cutting tool of the present embodiment shows an excellent effect that a long life can be achieved even in the processing of a difficult-to-cut material. The reason for this is presumed to be as follows (i) to (vii).

（i）第１単位層はＡｌ及びＺｒを含む窒化物からなる。Ａｌは酸化されやすいため、被覆層の表面側にＡｌ２Ｏ３からなる緻密な酸化物層が形成されやすい。更に、ＺｒはＡｌより酸化物の標準生成エネルギーが小さいため、Ａｌよりも酸化されやすく、被覆層の最表面にはＺｒＯ２からなる緻密な酸化物層が形成されやすい。これらの酸化物層により、被覆層の耐酸化性が向上するため、該被覆層を含む表面被覆切削工具は、難削材の加工においても、長寿命を達成することができる。(I) The first unit layer is made of a nitride containing Al and Zr. Since Al is easily oxidized, a dense oxide layer made of Al 2 O 3 is likely to be formed on the surface side of the coating layer. Further, since Zr has a smaller standard oxide energy than Al, it is more easily oxidized than Al, and a dense oxide layer made of ZrO2 is easily formed on the outermost surface of the coating layer. Since these oxide layers improve the oxidation resistance of the coating layer, the surface-coated cutting tool including the coating layer can achieve a long life even in the processing of difficult-to-cut materials.

（ii）第１単位層において、第１単位層を構成する金属原子の総数を１としたときのＺｒの原子数の比は０．６５以上０．９５以下である。この場合、巻野の論文（巻野、「擬２元系窒化物硬質被膜の結晶構造制御と特性」、高温学会誌、高温学会、２００７年３月、第３３巻、第２号、ｐ．５０－５９）で予測されている通り、第１単位層の結晶構造が立方晶型となり、高硬度化して耐摩耗性が向上する。よって、第１単位層を含む表面被覆切削工具は、長寿命を達成することができる。 (Ii) In the first unit layer, the ratio of the number of atoms of Zr when the total number of metal atoms constituting the first unit layer is 1, is 0.65 or more and 0.95 or less. In this case, Makino's paper (Makino, "Crystal structure control and characteristics of pseudo-binary nitride hard coating", Journal of High Temperature Society, High Temperature Society, March 2007, Vol. 33, No. 2, p. As predicted in 50-59), the crystal structure of the first unit layer becomes cubic, and the hardness is increased and the wear resistance is improved. Therefore, the surface covering cutting tool including the first unit layer can achieve a long life.

（iii）第２単位層はＶ及びＡｌを含む窒化物からなる。Ｖ、Ａｌ及びＮを含む層は、耐摩耗性と耐酸化性と靭性とのバランスに優れる。よって、第２単位層を含む表面被覆切削工具は、長寿命を達成することができる。 (Iii) The second unit layer is made of a nitride containing V and Al. The layer containing V, Al and N has an excellent balance between wear resistance, oxidation resistance and toughness. Therefore, the surface covering cutting tool including the second unit layer can achieve a long life.

（iv）第１単位層及び第２単位層は、従来の被覆層に含まれていたクロム（Ｃｒ）やチタン（Ｔｉ）を含まない。よって、ＣｒやＴｉを含む難削材の加工時に、被削材中の元素と被覆層中の元素とが相互拡散することがないため、被覆層のの損傷が進むことがない。よって、第１単位層及び第２単位層を含む表面被覆切削工具は、長寿命を達成することができる。 (Iv) The first unit layer and the second unit layer do not contain chromium (Cr) and titanium (Ti) contained in the conventional coating layer. Therefore, when the difficult-to-cut material containing Cr and Ti is processed, the elements in the work material and the elements in the coating layer do not mutually diffuse, so that the coating layer is not damaged. Therefore, the surface-coated cutting tool including the first unit layer and the second unit layer can achieve a long life.

（v）第２単位層を構成する金属原子の総数を１としたときのＡｌの原子数の比は０．４０以上０．７５以下である。この場合、第２単位層の結晶構造が立方晶型となり、高硬度化して耐摩耗性が向上する。よって、第２単位層を含む表面被覆切削工具は、長寿命を達成することができる。 (V) The ratio of the number of atoms of Al when the total number of metal atoms constituting the second unit layer is 1, is 0.40 or more and 0.75 or less. In this case, the crystal structure of the second unit layer becomes a cubic crystal type, the hardness is increased, and the wear resistance is improved. Therefore, the surface covering cutting tool including the second unit layer can achieve a long life.

（vi）Ａｌ及びＺｒを含む窒化物からなる層とＶ及びＡｌを含む窒化物からなる層とを比べた場合、Ａｌ及びＺｒを含む窒化物からなる層は圧縮残留応力が大きく硬度が低い特性を有し、Ｖ及びＡｌを含む窒化物からなる層は圧縮残留応力が小さく硬度が高い特性を有する傾向がある。交互層は、Ａｌ及びＺｒを含む窒化物からなる第１単位層と、Ｖ及びＡｌを含む窒化物からなる第２単位層とを交互に積層して含むため、第１単位層の硬度が低いという特性は高い硬度を有する第２単位層によって補完され、又、第２単位層の圧縮残留応力が小さいという特性は大きな圧縮残留応力を有する第１単位層によって補完される。従って、交互層全体としては、硬度と圧縮残留応力とがバランス良く向上し、表面被覆切削工具の寿命がより長くなると考えられる。 (Vi) When comparing the layer made of a nitride containing Al and Zr and the layer made of a nitride containing V and Al, the layer made of a nitride containing Al and Zr has a large compressive residual stress and a low hardness. The layer made of a nitride containing V and Al tends to have a characteristic of low compressive residual stress and high hardness. Since the alternating layer contains the first unit layer made of a nitride containing Al and Zr and the second unit layer made of a nitride containing V and Al alternately laminated, the hardness of the first unit layer is low. The characteristic that the second unit layer has a high hardness is complemented by the second unit layer, and the characteristic that the compressive residual stress of the second unit layer is small is complemented by the first unit layer having a large compressive residual stress. Therefore, it is considered that the hardness and the compressive residual stress of the alternating layer as a whole are improved in a well-balanced manner, and the life of the surface-coated cutting tool is extended.

（vii）交互層は第１単位層及び第２単位層を交互に積層しており、各単位層の界面では組成及び結晶格子が不連続となっている。切削工程中に被覆層の表面層からクラックが発生した場合、該界面においてクラックの進展を抑制することができる。従って、表面被覆切削工具の寿命がより長くなると考えられる。 (Vii) The alternating layers are laminated with the first unit layer and the second unit layer alternately, and the composition and the crystal lattice are discontinuous at the interface of each unit layer. When cracks are generated from the surface layer of the coating layer during the cutting process, the growth of cracks can be suppressed at the interface. Therefore, it is considered that the life of the surface covering cutting tool will be longer.

第１単位層はＡｌ及びＺｒを含む窒化物からなる。第１単位層はＴｉ及びＣｒを含まない。Ａｌ及びＺｒを含む窒化物としては、例えば、ＺｒＡｌＮ、ＺｒＡｌＳｉＮ、ＺｒＡｌＢＮ、ＺｒＡｌＶＮ、ＺｒＡｌＶＳｉＮ、ＺｒＡｌＶＢＮが挙げられる。この様に、Ａｌ及びＺｒを含む窒化物とは、構成元素としてＡｌ及びＺｒを含む窒化物である。 The first unit layer is made of a nitride containing Al and Zr. The first unit layer does not contain Ti and Cr. Examples of the nitride containing Al and Zr include ZrAlN, ZrAlSiN, ZrAlBN, ZrAlVN, ZrAlVSiN, and ZrAlVBN. As described above, the nitride containing Al and Zr is a nitride containing Al and Zr as constituent elements.

従来、Ｚｒを含む層を物理的蒸着法を用いて形成する場合、Ｚｒの融点が高いため放電の維持が難しく、安定して成膜することが困難であった。本実施形態の表面被覆切削工具では、第１単位層がＺｒとともに融点の低いＡｌを含むため、第１単位層全体の融点が下がる。従って、第１単位層を物理的蒸着法を用いて形成する場合、放電の維持が容易となり、安定して成膜することができる。 Conventionally, when a layer containing Zr is formed by a physical vapor deposition method, it is difficult to maintain a discharge because the melting point of Zr is high, and it is difficult to form a stable film. In the surface-coated cutting tool of the present embodiment, since the first unit layer contains Al having a low melting point together with Zr, the melting point of the entire first unit layer is lowered. Therefore, when the first unit layer is formed by a physical thin-film deposition method, it becomes easy to maintain the discharge and a stable film formation can be performed.

また、Ｚｒは高価であるため、表面被覆切削工具の被覆層に配合することは、コスト面で不利であった。本実施形態の表面被覆切削工具の被覆層では、Ｚｒを含む第１単位層とＺｒを含まない第２単位層とが交互に積層されているため、被覆層をＺｒを含む単一層で形成する場合よりも、被覆層中のＺｒの含有量を低減することができる。従って、コスト面でも有利である。また、Ｚｒはインコネルやチタン合金等の難削材に含まれないため、加工時に第１単位層中のＺｒが被削材中の成分と相互拡散して、被覆層の損傷が加速されることはない。 Further, since Zr is expensive, it is disadvantageous in terms of cost to add it to the coating layer of the surface coating cutting tool. In the coating layer of the surface coating cutting tool of the present embodiment, the first unit layer containing Zr and the second unit layer not containing Zr are alternately laminated, so that the coating layer is formed by a single layer containing Zr. The content of Zr in the coating layer can be reduced more than in the case. Therefore, it is also advantageous in terms of cost. Further, since Zr is not contained in difficult-to-cut materials such as Inconel and titanium alloys, Zr in the first unit layer interdiffuses with the components in the work material during processing, and damage to the coating layer is accelerated. There is no.

第１単位層を構成する金属原子の総数を１としたときのＺｒの原子数の比は０．６５以上０．９５以下である。この場合、第１単位層の結晶構造が立方晶型となり、高硬度化して耐摩耗性が向上する。Ｚｒの原子数の比は０．６５未満であると、結晶構造の一部が六方晶型となるため、第１単位層の硬度が低下し、耐摩耗性が低下する場合がある。一方、Ｚｒの原子数の比が０．９５よりも大きいと、Ａｌを添加することによる硬度の向上効果が得られず、第１単位層の硬度が低下してしまう。第１単位層の硬度がより高くなる観点からは、Ｚｒの原子数の比は０．７以上０．８５以下が好ましく、０．７以上０．８以下がより好ましい。 When the total number of metal atoms constituting the first unit layer is 1, the ratio of the number of atoms of Zr is 0.65 or more and 0.95 or less. In this case, the crystal structure of the first unit layer becomes a cubic crystal type, the hardness is increased, and the wear resistance is improved. When the ratio of the number of atoms of Zr is less than 0.65, a part of the crystal structure becomes hexagonal, so that the hardness of the first unit layer may decrease and the wear resistance may decrease. On the other hand, if the ratio of the number of atoms of Zr is larger than 0.95, the effect of improving the hardness by adding Al cannot be obtained, and the hardness of the first unit layer is lowered. From the viewpoint of increasing the hardness of the first unit layer, the ratio of the number of atoms of Zr is preferably 0.7 or more and 0.85 or less, and more preferably 0.7 or more and 0.8 or less.

第２単位層はＶ及びＡｌを含む窒化物からなる。第２単位層はＴｉ及びＣｒを含まない。Ｖ及びＡｌを含む窒化物としては、例えば、ＡｌＶＮ、ＡｌＶＳｉＮ、ＡｌＶＢＮが挙げられる。このように、Ｖ及びＡｌを含む窒化物とは、構成元素としてＶ及びＡｌを含む窒化物である。 The second unit layer is made of a nitride containing V and Al. The second unit layer does not contain Ti and Cr. Examples of the nitride containing V and Al include AlVN, AlVSiN, and AlVBN. As described above, the nitride containing V and Al is a nitride containing V and Al as constituent elements.

Ｖ、Ａｌ及びＮを含む層は、耐摩耗性と耐酸化性と靭性とのバランスに優れる。よって、第２単位層は、表面被覆切削工具の長寿命化に寄与する。 The layer containing V, Al and N has an excellent balance between wear resistance, oxidation resistance and toughness. Therefore, the second unit layer contributes to extending the life of the surface-coated cutting tool.

従来、Ｖは高価であるため、表面被覆切削工具の被覆層の材料として窒化バナジウム（ＶＮ）が選択されることはなかった。本実施形態の第２単位層では、ＶＮにＡｌＮを固溶させてＶ及びＡｌを含む窒化物とすることで、第２単位層中のＶの量を低減することができる。従って、コスト面でも有利である。 Conventionally, vanadium nitride (VN) has not been selected as a material for the coating layer of a surface coating cutting tool because V is expensive. In the second unit layer of the present embodiment, the amount of V in the second unit layer can be reduced by dissolving AlN in VN to form a nitride containing V and Al. Therefore, it is also advantageous in terms of cost.

第２単位層を構成する金属原子の総数を１としたときのＡｌの原子数の比は０．４０以上０．７５以下である。この場合、第２単位層の結晶構造が立方晶型となり、高硬度化して耐摩耗性が向上する。Ａｌの原子数の比が０．７５を超えると、結晶構造の一部が六方晶型となるため、第２単位層の硬度が低下し、耐摩耗性が低下する場合がある。一方、Ａｌの原子数の比が０．４０未満であると、Ａｌを添加することによる硬度の向上効果が得られず、第２単位層の硬度が低下してしまう。第２単位層の硬度がより高くなる観点からは、Ａｌの原子数の比は０．５５以上０．７０以下が好ましく、０．６以上０．６５以下がより好ましい。 When the total number of metal atoms constituting the second unit layer is 1, the ratio of the number of atoms of Al is 0.40 or more and 0.75 or less. In this case, the crystal structure of the second unit layer becomes a cubic crystal type, the hardness is increased, and the wear resistance is improved. When the ratio of the number of atoms of Al exceeds 0.75, a part of the crystal structure becomes hexagonal, so that the hardness of the second unit layer may decrease and the wear resistance may decrease. On the other hand, if the ratio of the number of atoms of Al is less than 0.40, the effect of improving the hardness by adding Al cannot be obtained, and the hardness of the second unit layer is lowered. From the viewpoint of increasing the hardness of the second unit layer, the ratio of the number of atoms of Al is preferably 0.55 or more and 0.70 or less, and more preferably 0.6 or more and 0.65 or less.

第１単位層は珪素（Ｓｉ）を含むことができる。第１単位層がＳｉを含む場合、第１単位層において、第１単位層を構成する金属原子の総数を１としたときの珪素の原子数の比は０よりも大きく０．２０以下であることが好ましい。 The first unit layer can contain silicon (Si). When the first unit layer contains Si, the ratio of the number of atoms of silicon when the total number of metal atoms constituting the first unit layer is 1 in the first unit layer is larger than 0 and 0.20 or less. Is preferable.

第２単位層は珪素（Ｓｉ）を含むことができる。第２単位層がＳｉを含む場合、第２単位層において、第２単位層を構成する金属原子の総数を１としたときの珪素の原子数の比は０よりも大きく０．２０以下であることが好ましい。 The second unit layer can contain silicon (Si). When the second unit layer contains Si, the ratio of the number of atoms of silicon when the total number of metal atoms constituting the second unit layer is 1 in the second unit layer is larger than 0 and 0.20 or less. Is preferable.

第１単位層及び／又は第２単位層がＳｉを上記の量で含む場合、メカニズムは明らかでないが、Ｓｉを含む層の組織が微細化し硬度がさらに高くなり、被覆層全体の硬度が高くなるとともに、耐酸化性が向上する。 When the first unit layer and / or the second unit layer contains Si in the above amount, the mechanism is not clear, but the structure of the layer containing Si becomes finer and the hardness becomes higher, and the hardness of the entire coating layer becomes higher. At the same time, the oxidation resistance is improved.

第１単位層及び／又は第２単位層において、Ｓｉの原子数の比が０．２０を超えると、Ｓｉを含む層が脆くなり、摩耗が促進する傾向にある。また、Ｓｉを含む層の金属原料となる合金製ターゲットを熱間静水圧処理で作製する場合、合金製ターゲットが焼成中に割れてしまい、第１単位層又は第２単位層の形成に使用可能な材料強度を得ることが難しくなる傾向にある。 When the ratio of the number of atoms of Si in the first unit layer and / or the second unit layer exceeds 0.20, the layer containing Si becomes brittle and wear tends to be promoted. Further, when an alloy target, which is a metal raw material for a layer containing Si, is produced by hot hydrostatic pressure treatment, the alloy target cracks during firing and can be used to form a first unit layer or a second unit layer. It tends to be difficult to obtain sufficient material strength.

第１単位層及び／又は第２単位層の硬度を高くするとともに、上記の合金製ターゲットの強度を向上する観点からは、第１単位層及び／又は第２単位層において、Ｓｉの原子数の比は０．０１以上０．１５以下であることがより好ましい。 From the viewpoint of increasing the hardness of the first unit layer and / or the second unit layer and improving the strength of the alloy target described above, the number of atoms of Si in the first unit layer and / or the second unit layer is increased. The ratio is more preferably 0.01 or more and 0.15 or less.

第１単位層は硼素（Ｂ）を含むことができる。第１単位層がＢを含む場合、第１単位層において、第１単位層を構成する金属原子の総数を１としたときの硼素の原子数の比は０よりも大きく０．１０以下であることが好ましい。 The first unit layer can contain boron (B). When the first unit layer contains B, the ratio of the number of atoms of boron in the first unit layer when the total number of metal atoms constituting the first unit layer is 1, is larger than 0 and 0.10 or less. Is preferable.

第２単位層は硼素（Ｂ）を含むことができる。第２単位層がＢを含む場合、第２単位層において、第２単位層を構成する金属原子の総数を１としたときの硼素の原子数の比は０よりも大きく０．１０以下であることが好ましい。 The second unit layer can contain boron (B). When the second unit layer contains B, the ratio of the number of atoms of boron in the second unit layer when the total number of metal atoms constituting the second unit layer is 1, is larger than 0 and 0.10 or less. Is preferable.

第１単位層及び／又は第２単位層がＢを上記の量で含む場合、メカニズムは明らかでないが、Ｂを含む層の硬度がさらに高くなり、被覆層全体の硬度が高くなる。また、切削中の表面酸化によって形成されるＢの酸化物が、層中のＡｌの酸化物を緻密化し、耐酸化性が向上する。さらに、Ｂの酸化物は低融点であるため切削時の潤滑剤として作用し、被削材の凝着を抑制できる。 When the first unit layer and / or the second unit layer contains B in the above amount, the mechanism is not clear, but the hardness of the layer containing B becomes higher, and the hardness of the entire coating layer becomes higher. Further, the oxide of B formed by surface oxidation during cutting densifies the oxide of Al in the layer, and the oxidation resistance is improved. Further, since the oxide of B has a low melting point, it acts as a lubricant at the time of cutting and can suppress the adhesion of the work material.

第１単位層及び／又は第２単位層の硬度及び耐酸化性がより向上する観点からは、第１単位層及び／又は第２単位層において、Ｂの原子数の比は０．０１以上０．１０以下であることがより好ましい。 From the viewpoint of further improving the hardness and oxidation resistance of the first unit layer and / or the second unit layer, the ratio of the number of atoms of B in the first unit layer and / or the second unit layer is 0.01 or more and 0. It is more preferably 10.10 or less.

第１単位層はバナジウム（Ｖ）を含むことができる。第１単位層がＶを含む場合、第１単位層を構成する金属原子の総数を１としたときのバナジウムの原子数の比は０よりも大きく０．３０以下であることが好ましい。 The first unit layer can contain vanadium (V). When the first unit layer contains V, the ratio of the number of atoms of vanadium when the total number of metal atoms constituting the first unit layer is 1, is preferably larger than 0 and 0.30 or less.

この場合、切削時における高温環境において第１単位層の表面が酸化したとしても、Ｖの酸化物は低融点であるため切削時の潤滑剤として作用し、被削材の凝着を抑制できる。 In this case, even if the surface of the first unit layer is oxidized in a high temperature environment at the time of cutting, the oxide of V has a low melting point, so that it acts as a lubricant at the time of cutting and can suppress the adhesion of the work material.

Ｖの原子数の比が０．３０を超えると、Ｖを含む層の硬度が低下する傾向にある。被削材の凝着を抑制するともに、Ｖを含む層の硬度を高くするという観点からは、第１単位層において、Ｖの原子数の比は０よりも大きく０．１５未満であることがより好ましい。 When the ratio of the number of atoms of V exceeds 0.30, the hardness of the layer containing V tends to decrease. From the viewpoint of suppressing the adhesion of the work material and increasing the hardness of the layer containing V, the ratio of the number of atoms of V in the first unit layer is larger than 0 and less than 0.15. More preferred.

第１単位層及び第２単位層は、Ａｌ、Ｚｒ、Ｖ及びＮ以外の不可避不純物を含むことができる。不可避的不純物としては、例えば、酸素及び炭素等が挙げられる。第１単位層及び第２単位層のそれぞれにおける不可避不純物全体の含有量は、０原子％より大きく、１原子％未満であることが好ましい。なお、本明細書中、「原子％」とは、層を構成する原子の総原子数に対する原子数の割合（％）のことを意味する。層を構成する原子の総原子数に対する原子数の割合（％）は、上述のＸＰＳ分析を用いて測定することができる。 The first unit layer and the second unit layer can contain unavoidable impurities other than Al, Zr, V and N. Examples of unavoidable impurities include oxygen and carbon. The total content of unavoidable impurities in each of the first unit layer and the second unit layer is preferably larger than 0 atomic% and less than 1 atomic%. In the present specification, "atomic%" means the ratio (%) of the number of atoms to the total number of atoms constituting the layer. The ratio (%) of the number of atoms to the total number of atoms constituting the layer can be measured by using the XPS analysis described above.

第１単位層及び第２単位層は、それぞれ１層の厚みが０．００２μｍ以上０．２μｍ以下であることが好ましい。これによると、被覆層の表面で発生したクラックの進展を抑制することができる。第１単位層及び第２単位層のそれぞれの１層の厚みが０．００２μｍ未満であると、各層が混ざり合って第１単位層及び第２単位層を交互に積層したことによる効果を得ることができない傾向にある。一方、第１単位層及び第２単位層のそれぞれの１層の厚みが０．２μｍを超えると、クラックの進展の抑制効果が得られにくい傾向にある。第１単位層及び第２単位層のそれぞれの１層の厚みは、０．００５μｍ以上０．１５μｍ以下がより好ましい。 The thickness of each of the first unit layer and the second unit layer is preferably 0.002 μm or more and 0.2 μm or less. According to this, it is possible to suppress the growth of cracks generated on the surface of the coating layer. When the thickness of each of the first unit layer and the second unit layer is less than 0.002 μm, the effect of mixing the layers and alternately laminating the first unit layer and the second unit layer can be obtained. Tend to be unable to. On the other hand, if the thickness of each of the first unit layer and the second unit layer exceeds 0.2 μm, it tends to be difficult to obtain the effect of suppressing the growth of cracks. The thickness of each of the first unit layer and the second unit layer is more preferably 0.005 μm or more and 0.15 μm or less.

図５に示されるように、交互層中の第１単位層の厚みをλ１、第２単位層の厚みをλ２とした場合、交互層中の隣り合う第１単位層と第２単位層とにおいて、第１単位層の厚みλ１に対する第２単位層の厚みλ２の比λ２／λ１は１以上５以下であることが好ましい。 As shown in FIG. 5, when the thickness of the first unit layer in the alternating layer is λ1 and the thickness of the second unit layer is λ2, the adjacent first unit layer and the second unit layer in the alternating layer The ratio λ2 / λ1 of the thickness λ2 of the second unit layer to the thickness λ1 of the first unit layer is preferably 1 or more and 5 or less.

第２単位層は高い耐酸化性を有していることに加えて、熱伝導率が低く、切削時に発生した熱を基材に伝えにくい性質を持つ。被覆層中の第２単位層の割合が相対的に増えると、被覆層中のＡｌ総量が増えるため、表面被覆切削工具全体としての熱遮断性が向上し、特に、連続切削時の表面被覆切削工具の耐摩耗性が向上する。λ２／λ１が１未満であると、被覆層の靱性が低下する傾向にある。一方、λ２／λ１が５を超えると、第１単位層と第２単位層とを積層したことによるクラックの進展の抑制効果が得られにくい傾向にある。これらの特性のバランスの観点から、λ２／λ１は１以上３未満であることがより好ましい。 In addition to having high oxidation resistance, the second unit layer has low thermal conductivity and has the property that it is difficult to transfer the heat generated during cutting to the substrate. When the ratio of the second unit layer in the coating layer increases relatively, the total amount of Al in the coating layer increases, so that the thermal barrier property of the surface coating cutting tool as a whole improves, and in particular, surface coating cutting during continuous cutting. The wear resistance of the tool is improved. When λ2 / λ1 is less than 1, the toughness of the coating layer tends to decrease. On the other hand, when λ2 / λ1 exceeds 5, it tends to be difficult to obtain the effect of suppressing the growth of cracks due to the stacking of the first unit layer and the second unit layer. From the viewpoint of the balance of these characteristics, it is more preferable that λ2 / λ1 is 1 or more and less than 3.

交互層において、第１単位層及び第２単位層のそれぞれの積層数、すなわち第１単位層及び第２単位層の繰り返し回数の下限値は２である。交互層において、第１単位層及び第２単位層のそれぞれの積層数は１０以上５００以下であることが好ましく、１００以上４００以下がより好ましい。これによると、第１単位層と第２単位層とを積層することにより、硬度と圧縮残留応力とをバランス良く向上させるという効果を十分に得ることができる。 In the alternating layer, the number of layers of the first unit layer and the second unit layer, that is, the lower limit of the number of repetitions of the first unit layer and the second unit layer is 2. In the alternating layer, the number of layers of the first unit layer and the second unit layer is preferably 10 or more and 500 or less, and more preferably 100 or more and 400 or less. According to this, by laminating the first unit layer and the second unit layer, the effect of improving the hardness and the compressive residual stress in a well-balanced manner can be sufficiently obtained.

交互層の全体の厚みは、０．８μｍ以上１５μｍ以下であることが好ましく、２μｍ以上７μｍ以下であることがより好ましい。厚みが０．８μｍ未満では、連続加工において十分に耐摩耗性を発揮できない傾向があり、１５μｍを超えると、断続切削において耐チッピング性が安定しない傾向がある。 The total thickness of the alternating layer is preferably 0.8 μm or more and 15 μm or less, and more preferably 2 μm or more and 7 μm or less. If the thickness is less than 0.8 μm, the wear resistance tends not to be sufficiently exhibited in continuous machining, and if the thickness exceeds 15 μm, the chipping resistance tends to be unstable in intermittent cutting.

交互層において、第１単位層と第２単位層とが交互に積層して多層構造を形成していることは、被覆層の断面をＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）で観察し、コントラストの差を多層構造を示すものとして確認することができる。 In the alternating layer, the first unit layer and the second unit layer are alternately laminated to form a multi-layer structure. The cross section of the coating layer is observed with a TEM (transmission electron microscope), and the difference in contrast is observed. It can be confirmed as indicating a multi-layer structure.

第１単位層の厚み、第２単位層の厚み、第１単位層及び第２単位層の積層数、及び、交互層の厚みは、被覆層の断面をＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）を用いて観察することにより測定することができる。具体的には、薄片化した試料に電子線を照射し、試料を透過した電子や散乱した電子を結像し、高倍率で観察することにより測定することができる。厚みは任意に選択された３箇所において測定し、その平均値を「厚み」とする。本明細書において、ＴＥＭを用いて他の層の厚みを測定する場合は、同様の方法で測定する。なお、出願人が測定した限りでは、同一の試料において測定する限りにおいては、厚みの測定結果を測定視野の選択個所を変更して複数回算出しても、測定結果のばらつきはほとんどなく、任意に測定視野を設定しても恣意的にはならないことが確認された。 The thickness of the first unit layer, the thickness of the second unit layer, the number of layers of the first unit layer and the second unit layer, and the thickness of the alternating layer are determined by using a TEM (transmission electron microscope) for the cross section of the coating layer. It can be measured by observing. Specifically, it can be measured by irradiating a sliced sample with an electron beam, forming an image of electrons transmitted through the sample or scattered electrons, and observing the sample at a high magnification. The thickness is measured at three arbitrarily selected points, and the average value thereof is defined as "thickness". In the present specification, when the thickness of another layer is measured by using TEM, it is measured by the same method. As far as the applicant has measured, as long as the measurement is performed on the same sample, even if the thickness measurement result is calculated multiple times by changing the selection point of the measurement field of view, there is almost no variation in the measurement result and it is arbitrary. It was confirmed that even if the measurement field of view was set to, it should not be arbitrary.

＜下地層＞
図３及び図４に示されるように、被覆層３３，４３は、基材２と被覆層３３，４３との密着性を高めるために、基材２と交互層１３’，１３との間に配置される下地層１６を含むことができる。下地層を構成する元素は、第１単位層又は第２単位層を構成する元素と同一であることが好ましい。例えば、図３では、下地層１６を構成する元素は、第１単位層１２を構成する元素と同一である。図４では、下地層１６を構成する元素は、第２単位層１５を構成する元素と同一である。<Underground layer>
As shown in FIGS. 3 and 4, the coating layers 33 and 43 are placed between the base material 2 and the alternating layers 13'and 13 in order to improve the adhesion between the base material 2 and the coating layers 33 and 43. The base layer 16 to be arranged can be included. The elements constituting the base layer are preferably the same as the elements constituting the first unit layer or the second unit layer. For example, in FIG. 3, the elements constituting the base layer 16 are the same as the elements constituting the first unit layer 12. In FIG. 4, the elements constituting the base layer 16 are the same as the elements constituting the second unit layer 15.

従来、基材と被覆層との密着性を高めるために、下地層としてＴｉＮからなる層を形成していた。この場合、製造工程において、被覆層を形成するための元素に加えて、下地層を形成するための元素（Ｔｉ）を準備する必要があった。本実施形態では、下地層を構成する元素が第１単位層又は第２単位層を構成する元素と同一であるため、製造工程において、下地層を形成するための元素を、被覆層を形成するための元素と別に準備する必要がなく、生産性が向上する。 Conventionally, in order to improve the adhesion between the base material and the coating layer, a layer made of TiN has been formed as a base layer. In this case, in the manufacturing process, in addition to the element for forming the coating layer, it is necessary to prepare the element (Ti) for forming the underlayer. In the present embodiment, since the elements constituting the base layer are the same as the elements constituting the first unit layer or the second unit layer, the elements for forming the base layer are used to form the coating layer in the manufacturing process. There is no need to prepare separately from the elements for this, and productivity is improved.

下地層を構成する元素の原子比率は、第１単位層又は第２単位層を構成する元素の原子比率と同一であっても、異なっていてもよいが、生産性の観点からは、同一であることが好ましい。すなわち、下地層１６は、第１単位層１２又は第２単位層１５と同一の組成を有することが好ましい。 The atomic ratios of the elements constituting the underlayer may be the same as or different from the atomic ratios of the elements constituting the first unit layer or the second unit layer, but they are the same from the viewpoint of productivity. It is preferable to have. That is, it is preferable that the base layer 16 has the same composition as the first unit layer 12 or the second unit layer 15.

下地層が第１単位層と同一の組成を有するとは、下地層が交互層に含まれる第１単位層と同一の組成を有することを意味する。この場合、下地層は、Ａｌ及びＺｒを含む窒化物からなり、下地層を構成する金属原子の総数を１としたときのＺｒの原子数の比は０．６５以上０．９５以下である。 The fact that the base layer has the same composition as the first unit layer means that the base layer has the same composition as the first unit layer included in the alternating layer. In this case, the base layer is made of a nitride containing Al and Zr, and the ratio of the number of atoms of Zr is 0.65 or more and 0.95 or less when the total number of metal atoms constituting the base layer is 1.

下地層が第１単位層と同一の組成を有すると、切削加工時に基材が露出したとしても、基材と被覆層との界面からの酸化を抑制することができる。 When the base layer has the same composition as the first unit layer, even if the base material is exposed during cutting, oxidation from the interface between the base material and the coating layer can be suppressed.

第１単位層と同一の組成を有する下地層はＳｉ、Ｂ又はＶを含むことができ、これらの含有量は、該第１単位層と同一とすることができる。特に、下地層がＳｉを含む場合、下地層を構成する金属原子の総数を１としたときのＳｉの原子数の比は０よりも大きく０．１０以下であることが好ましい。これによると、下地層の硬度が高くなり、結晶構造も微細化するため、耐摩耗性が向上する。 The underlying layer having the same composition as the first unit layer can contain Si, B or V, and the content thereof can be the same as that of the first unit layer. In particular, when the base layer contains Si, the ratio of the number of atoms of Si when the total number of metal atoms constituting the base layer is 1, is preferably larger than 0 and 0.10 or less. According to this, the hardness of the base layer becomes high and the crystal structure becomes fine, so that the wear resistance is improved.

第１単位層と同一の組成を有する下地層としては、例えば、ＺｒＡｌＮ、ＺｒＡｌＳｉＮ、ＺｒＡｌＢＮ、ＺｒＡｌＶＮ、ＺｒＡｌＶＳｉＮ、ＺｒＡｌＶＢＮが挙げられる。 Examples of the base layer having the same composition as the first unit layer include ZrAlN, ZrAlSiN, ZrAlBN, ZrAlVN, ZrAlVSiN, and ZrAlVBN.

下地層が第１単位層と同一の組成を有する場合、該下地層の厚みは、各第１単位層の厚みより大きい。例えば、下地層の厚みは０．１μｍ以上が好ましい。下地層の厚みが０．１μｍ未満であると、下地層を第１単位層と同一の組成とすることによる基材と被覆層との界面からの酸化の抑制効果を得ることができない傾向にある。一方、下地層の厚みの上限値は特に限定されないが、２μｍを超えると、上述の酸化の抑制効果を更に向上することができない傾向にある。よって、コスト面を考慮すると、下地層の厚みは２μｍ以下が好ましい。下地層の厚みは、０．２μｍ以上１μｍ以下が好ましく、０．３μｍ以上０．８μｍ以下がより好ましい。下地層の厚みはＳＥＭまたはＴＥＭを用いて測定する。 When the base layer has the same composition as the first unit layer, the thickness of the base layer is larger than the thickness of each first unit layer. For example, the thickness of the base layer is preferably 0.1 μm or more. If the thickness of the base layer is less than 0.1 μm, it tends to be impossible to obtain the effect of suppressing oxidation from the interface between the base material and the coating layer by making the base layer have the same composition as the first unit layer. .. On the other hand, the upper limit of the thickness of the base layer is not particularly limited, but if it exceeds 2 μm, the above-mentioned effect of suppressing oxidation tends not to be further improved. Therefore, in consideration of cost, the thickness of the base layer is preferably 2 μm or less. The thickness of the base layer is preferably 0.2 μm or more and 1 μm or less, and more preferably 0.3 μm or more and 0.8 μm or less. The thickness of the base layer is measured using SEM or TEM.

下地層が第２単位層と同一の組成を有するとは、下地層が交互層に含まれる第２単位層と同一の組成を有することを意味する。この場合、下地層は、Ｖ及びＡｌを含む窒化物からなり、下地層を構成する金属原子の総数を１としたときのＡｌの原子数の比は０．４０以上０．７５以下である。 The fact that the base layer has the same composition as the second unit layer means that the base layer has the same composition as the second unit layer included in the alternating layer. In this case, the base layer is made of a nitride containing V and Al, and the ratio of the number of atoms of Al when the total number of metal atoms constituting the base layer is 1 is 0.40 or more and 0.75 or less.

下地層が第２単位層と同一の組成を有すると、第２単位層は応力が小さい傾向にあることから、負荷が刃先に繰り返しかかるようなフライス加工やエンドミル加工等の断続加工において、被覆層の耐剥離性が格段に向上する。耐剥離性向上の観点から、下地層を構成する金属原子の総数を１としたときのＡｌの原子数の比は０．５０よりも大きく０．６５以下であることが好ましい。 When the base layer has the same composition as the second unit layer, the stress of the second unit layer tends to be small, so that the coating layer is used in intermittent processing such as milling and end milling in which a load is repeatedly applied to the cutting edge. The peeling resistance of the product is significantly improved. From the viewpoint of improving the peel resistance, the ratio of the number of atoms of Al when the total number of metal atoms constituting the base layer is 1, is preferably larger than 0.50 and 0.65 or less.

第２単位層と同一の組成を有する下地層はＳｉ、Ｂを含むことができ、これらの含有量は、該第２単位層と同一とすることができる。 The base layer having the same composition as the second unit layer can contain Si and B, and the content thereof can be the same as that of the second unit layer.

第２単位層と同一の組成を有する下地層としては、例えば、ＡｌＶＮ、ＡｌＶＳｉＮ、ＡｌＶＢＮが挙げられる。 Examples of the base layer having the same composition as the second unit layer include AlVN, AlVSiN, and AlVBN.

下地層が第２単位層と同一の組成を有する場合、該下地層の厚みは、各第２単位層の厚みより大きい。例えば、下地層の厚みは０．１μｍ以上が好ましい。下地層の厚みが０．１μｍ未満であると、下地層を第２単位層と同一の組成とすることによる耐剥離性の向上効果を得ることができない傾向にある。一方、下地層の厚みの上限値は特に限定されないが、２μｍを超えると、上述の耐剥離性の更なる向上が認められない傾向にある。よって、コスト面を考慮すると、下地層の厚みは２μｍ以下が好ましい。下地層の厚みは、０．２μｍ以上１μｍ以下が好ましく、０．３μｍ以上０．８μｍ以下がより好ましい。下地層の厚みはＳＥＭまたはＴＥＭを用いて測定する。 When the base layer has the same composition as the second unit layer, the thickness of the base layer is larger than the thickness of each second unit layer. For example, the thickness of the base layer is preferably 0.1 μm or more. If the thickness of the base layer is less than 0.1 μm, it tends to be impossible to obtain the effect of improving the peel resistance by making the base layer have the same composition as the second unit layer. On the other hand, the upper limit of the thickness of the base layer is not particularly limited, but if it exceeds 2 μm, the above-mentioned further improvement in peel resistance tends not to be observed. Therefore, in consideration of cost, the thickness of the base layer is preferably 2 μm or less. The thickness of the base layer is preferably 0.2 μm or more and 1 μm or less, and more preferably 0.3 μm or more and 0.8 μm or less. The thickness of the base layer is measured using SEM or TEM.

＜表面層＞
被覆層３，２３，３３，４３は、被覆層３，２３，３３，４３の摩擦係数を低下させ、表面被覆切削工具の長寿命化を図るために、交互層１３，１３’の表面側に表面層１４を含むことができる。表面層はバナジウム（Ｖ）とアルミニウム（Ａｌ）とを含む炭窒化物（炭素と窒素を含む化合物）からなり、表面層を構成する金属原子の総数を１としたときのＡｌの原子数の比は０．４０以上０．７５以下であることが好ましい。<Surface layer>
The coating layers 3, 23, 33, 43 are placed on the surface side of the alternating layers 13, 13'in order to reduce the friction coefficient of the coating layers 3, 23, 33, 43 and extend the life of the surface coating cutting tool. The surface layer 14 can be included. The surface layer is composed of a carbonitride containing vanadium (V) and aluminum (Al) (a compound containing carbon and nitrogen), and the ratio of the number of atoms of Al when the total number of metal atoms constituting the surface layer is 1. Is preferably 0.40 or more and 0.75 or less.

一般的に、炭窒化物は窒化物よりも被削材に対する摩擦係数が低い傾向にある。このような摩擦係数の低下は炭素原子の寄与によるものと考えられる。被覆層が表面層を含むと、被削材に対する被覆層の摩擦係数が低下して、表面被覆切削工具が長寿命化する。 In general, carbonitrides tend to have a lower coefficient of friction against the work material than nitrides. It is considered that such a decrease in the coefficient of friction is due to the contribution of carbon atoms. When the coating layer includes the surface layer, the coefficient of friction of the coating layer with respect to the work material is lowered, and the life of the surface coating cutting tool is extended.

また、ＶとＡｌとを含む炭窒化物は優れた耐酸化性を有する。表面層の表面は、切削時において他の層の表面と比べて最も高温となるが、本実施形態の表面層は優れた耐酸化性を有するため、表面被覆切削工具は長寿命化する。耐酸化性の向上の観点から、表面層を構成する金属原子の総数を１としたときのＡｌの原子数の比は０．４０よりも大きく０．７５以下がより好ましく、０．５０以上０．６０以下が更に好ましい。 Further, the carbonitride containing V and Al has excellent oxidation resistance. The surface of the surface layer has the highest temperature at the time of cutting as compared with the surface of other layers, but the surface layer of the present embodiment has excellent oxidation resistance, so that the surface coating cutting tool has a long life. From the viewpoint of improving oxidation resistance, the ratio of the number of atoms of Al when the total number of metal atoms constituting the surface layer is 1 is larger than 0.40, more preferably 0.75 or less, and more preferably 0.50 or more and 0. .60 or less is more preferable.

表面層において、ＮとＣの組成比を調整することにより、所定の色を付与することが可能である。これにより、表面被覆切削工具の外観に意匠性及び識別性を付与でき、商業上有用となる。 By adjusting the composition ratio of N and C in the surface layer, it is possible to impart a predetermined color. This makes it possible to impart designability and distinctiveness to the appearance of the surface-coated cutting tool, which is commercially useful.

表面層はＳｉを含むことができ、表面層を構成する金属原子の総数を１としたときのＳｉの原子数の比は０よりも大きく０．２０以下が好ましく、０．０５以上０．１５以下がより好ましい。これによると、表面層の硬度が高くなるとともに、耐酸化性が向上する。 The surface layer can contain Si, and the ratio of the number of atoms of Si when the total number of metal atoms constituting the surface layer is 1, is more than 0, preferably 0.20 or less, and 0.05 or more and 0.15. The following are more preferable. According to this, the hardness of the surface layer is increased and the oxidation resistance is improved.

表面層はＢを含むことができ、表面層を構成する金属原子の総数を１としたときのＢの原子数の比は０よりも大きく０．１０未満が好ましく、０よりも大きく０．０５以下がより好ましい。これによると、表面層の硬度が高くなる。また、切削中の表面酸化によって形成されるＢの酸化物が、層中のＡｌの酸化物を緻密化する傾向があり、耐酸化性が向上する。 The surface layer can contain B, and the ratio of the number of atoms of B when the total number of metal atoms constituting the surface layer is 1 is more than 0 and preferably less than 0.10, and more than 0 and 0.05. The following are more preferable. According to this, the hardness of the surface layer becomes high. Further, the oxide of B formed by surface oxidation during cutting tends to densify the oxide of Al in the layer, and the oxidation resistance is improved.

表面層はＶを含むことができ、表面層を構成する金属原子の総数を１としたときのＶの原子数の比は０よりも大きく０．３０以下が好ましく、０よりも大きく０．１５未満がより好ましい。これによると、表面層の耐凝着性が向上する。 The surface layer can contain V, and when the total number of metal atoms constituting the surface layer is 1, the ratio of the number of atoms of V is preferably greater than 0 and preferably 0.30 or less, and greater than 0 and 0.15. Less than is more preferred. According to this, the adhesion resistance of the surface layer is improved.

表面層としては、例えば、ＡｌＶＣＮ、ＡｌＶＳｉＣＮ、ＡｌＶＢＣＮが挙げられる。この様に、ＶとＡｌとを含む炭窒化物とは、構成元素としてＶ及びＡｌを含む炭窒化物である。 Examples of the surface layer include AlVCN, AlVSiCN, and AlVBCN. As described above, the carbonitride containing V and Al is a carbonitride containing V and Al as constituent elements.

表面層の厚みは、０．１μｍ以上が好ましい。表面層の厚みが０．１μｍ未満であると、表面層による潤滑性の付与効果が得られにくい場合がある。一方、表面層の厚みの上限値は特に限定されないが、２μｍを超えると、上述の潤滑性の付与効果を更に向上することができない傾向にある。よって、コスト面を考慮すると、表面層の厚みは２μｍ以下が好ましい。表面層の厚みはＴＥＭを用いて測定する。 The thickness of the surface layer is preferably 0.1 μm or more. If the thickness of the surface layer is less than 0.1 μm, it may be difficult to obtain the effect of imparting lubricity by the surface layer. On the other hand, the upper limit of the thickness of the surface layer is not particularly limited, but if it exceeds 2 μm, the above-mentioned effect of imparting lubricity tends not to be further improved. Therefore, in consideration of cost, the thickness of the surface layer is preferably 2 μm or less. The thickness of the surface layer is measured using TEM.

＜他の層＞
被覆層３，２３，３３，４３は、交互層１３，１３’、下地層１６、表面層１４に加えて、他の層を含むことができる。他の層としては、例えば、交互層と表面層との間に、中間層やアルミナ層を含んでいてもよい。<Other layers>
The coating layers 3, 23, 33, 43 can include other layers in addition to the alternating layers 13, 13', the base layer 16, and the surface layer 14. As the other layer, for example, an intermediate layer or an alumina layer may be included between the alternating layer and the surface layer.

［実施の形態２：表面被覆切削工具の製造方法］
実施の形態１の表面被覆切削工具の製造方法は、基材を準備する工程と、基材上に、被覆層を形成する工程と、を備える。被覆層を形成する工程は、物理的蒸着法を用いて第１単位層と第２単位層とを交互に積層することにより交互層を形成する工程を含む。[Embodiment 2: Manufacturing Method of Surface Covered Cutting Tool]
The method for manufacturing a surface-coated cutting tool according to the first embodiment includes a step of preparing a base material and a step of forming a coating layer on the base material. The step of forming the coating layer includes a step of forming an alternating layer by alternately laminating the first unit layer and the second unit layer using a physical vapor deposition method.

＜基材を準備する工程＞
基材としては、実施の形態１で説明した基材を準備する。<Process to prepare the base material>
As the base material, the base material described in the first embodiment is prepared.

＜被覆層を形成する工程＞
次に、基材上に被覆層を形成する。被覆層を形成する工程は、物理的蒸着法（ＰＶＤ法）を用いて第１単位層と第２単位層とを交互に積層することにより交互層を形成する工程を含む。<Step of forming a coating layer>
Next, a coating layer is formed on the substrate. The step of forming the coating layer includes a step of forming an alternating layer by alternately laminating the first unit layer and the second unit layer using a physical vapor deposition method (PVD method).

交互層を含む被覆層の耐摩耗性を向上させるためには、結晶性の高い化合物からなる層を形成することが好ましい。出願人らは、交互層の形成方法として種々の方法を検討した結果、物理的蒸着法を用いることが好ましいことを見出した。なお、基材の直上には、基材と被覆層との密着性を高めるために下地層を形成することができる。 In order to improve the wear resistance of the coating layer including the alternating layer, it is preferable to form a layer made of a highly crystalline compound. As a result of examining various methods for forming the alternating layer, the applicants have found that it is preferable to use the physical vapor deposition method. An underlayer can be formed directly above the base material in order to improve the adhesion between the base material and the coating layer.

物理的蒸着法としては、カソードアークイオンプレーティング法、バランスドマグネトロンスパッタリング法およびアンバランスドマグネトロンスパッタリング法、HiPIMS法からなる群より選択される少なくとも１種を用いることができる。特に、原料元素のイオン化率の高いカソードアークイオンプレーティング法を用いることが好ましい。カソードアークイオンプレーティング法を用いた場合には、交互層を形成する前に、基材の表面に対して金属のイオンボンバードメント処理が可能となるため、基材と交互層を含む被覆層との密着性が格段に向上する。 As the physical vapor deposition method, at least one selected from the group consisting of a cathode arc ion plating method, a balanced magnetron sputtering method, an unbalanced magnetron sputtering method, and a HiPIMS method can be used. In particular, it is preferable to use the cathode arc ion plating method, which has a high ionization rate of the raw material element. When the cathode arc ion plating method is used, a metal ion bombardment treatment is possible on the surface of the base material before forming the alternating layer, so that the coating layer including the base material and the alternating layer can be used. Adhesion is significantly improved.

カソードアークイオンプレーティング法は、例えば、装置内に基材を設置するとともにカソードとしてターゲットを設置した後に、ターゲットに高電圧を印加してアーク放電を生じさせることによってターゲットを構成する原子をイオン化して蒸発させて、基材上に物質を堆積させることにより行なうことができる。 In the cathode arc ion plating method, for example, a base material is placed in an apparatus and a target is placed as a cathode, and then a high voltage is applied to the target to generate an arc discharge to ionize the atoms constituting the target. It can be carried out by evaporating and depositing a substance on the substrate.

バランスドマグネトロンスパッタリング法は、例えば、装置内に基材を設置するとともに平衡な磁場を形成する磁石を備えたマグネトロン電極上にターゲットを設置し、マグネトロン電極と基材との間に高周波電力を印加してガスプラズマを発生させ、このガスプラズマの発生により生じたガスのイオンをターゲットに衝突させてターゲットから放出された原子を基材上に堆積させることにより行うことができる。 In the balanced magnetron sputtering method, for example, a base material is placed in an apparatus and a target is placed on a magnetron electrode equipped with a magnet that forms an equilibrium magnetic field, and high-frequency power is applied between the magnetron electrode and the base material. This can be done by generating a gas plasma, causing the gas ions generated by the generation of the gas plasma to collide with the target, and depositing the atoms released from the target on the substrate.

アンバランストマグネトロンスパッタリング法は、例えば、上記のバランスドマグネトロンスパッタリング法におけるマグネトロン電極により発生する磁場を非平衡にして行なうことができる。さらに高電圧を印可でき緻密な膜が得られるHiPIMS法を用いることもできる。 The unbalanced magnetron sputtering method can be performed, for example, by making the magnetic field generated by the magnetron electrode in the above-mentioned balanced magnetron sputtering method non-equilibrium. It is also possible to use the HiPIMS method, which can apply a higher voltage and obtain a dense film.

なお、交互層の上に、中間層、アルミナ層、表面層等の他の層を形成することができる。これらの他の層は従来公知の化学気相蒸着法や物理的蒸着法により形成することができる。一つの物理的蒸着装置内において、他の層を第１単位層及び第２単位層と連続的に形成できるという観点から、他の層は物理的蒸着法により形成することが好ましい。 Other layers such as an intermediate layer, an alumina layer, and a surface layer can be formed on the alternating layer. These other layers can be formed by a conventionally known chemical vapor deposition method or physical vapor deposition method. From the viewpoint that the other layer can be continuously formed with the first unit layer and the second unit layer in one physical vapor deposition apparatus, it is preferable to form the other layer by the physical vapor deposition method.

＜表面被覆切削工具の作製＞
［試料１～試料２３］
（１）基材の準備
図６は、本実施例で用いたカソードアークイオンプレーティング装置の模式的な断面図であり、図７は、図６の装置の概略上面図である。<Manufacturing of surface covering cutting tools>
[Sample 1 to Sample 23]
(1) Preparation of Base Material FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of the cathode arc ion plating apparatus used in this embodiment, and FIG. 7 is a schematic top view of the apparatus of FIG.

図６及び図７の装置において、チャンバ１０１内に、被覆層の金属原料となる合金製ターゲットである第１単位層用のカソード１０６、第２単位層用のカソード１０７及び表面層用のカソード１２０と、基材２を設置するための回転式の基材ホルダ１０４とが取り付けられている。カソード１０６にはアーク電源１０８が取り付けられ、カソード１０７にはアーク電源１０９が取り付けられている。また、基材ホルダ１０４には、バイアス電源１１０が取り付けられている。また、チャンバ１０１内には、ガス１０５が導入されるガス導入口が設けられるとともにチャンバ１０１内の圧力を調節するためにガス排出口１０３が設けられており、ガス排出口１０３から真空ポンプによりチャンバ１０１内のガスを吸引できる構造となっている。 In the apparatus of FIGS. 6 and 7, in the chamber 101, a cathode 106 for the first unit layer, a cathode 107 for the second unit layer, and a cathode 120 for the surface layer, which are targets made of an alloy as a metal raw material for the coating layer. And a rotary base material holder 104 for installing the base material 2 are attached. An arc power source 108 is attached to the cathode 106, and an arc power source 109 is attached to the cathode 107. Further, a bias power supply 110 is attached to the base material holder 104. Further, in the chamber 101, a gas introduction port into which the gas 105 is introduced is provided, and a gas discharge port 103 is provided for adjusting the pressure in the chamber 101, and the chamber is provided from the gas discharge port 103 by a vacuum pump. It has a structure that can suck the gas in 101.

基材ホルダ１０４に、基材２としてグレードがＪＩＳ規格Ｐ３０の超硬合金であって、形状がＪＩＳ規格のＣＮＭＧ１２０４０８と住友電工ハードメタル株式会社製ＳＥＭＴ１３Ｔ３ＡＧＳＮであるチップを装着した。 A chip having a grade of JIS standard P30 cemented carbide and a shape of JIS standard CNMG120408 and Sumitomo Electric Hardmetal Corp. SEMT13T3AGSN was mounted on the base material holder 104.

次に、真空ポンプによりチャンバ１０１内を減圧するとともに、基材２を回転させながら装置内に設置されたヒータにより温度を５００℃に加熱し、チャンバ１０１内の圧力が１．０×１０-4Ｐａとなるまで真空引きを行なった。次に、ガス導入口からアルゴンガスを導入してチャンバ１０１内の圧力を３．０Ｐａに保持し、バイアス電源１１０の電圧を徐々に上げながら－１０００Ｖとし、基材２の表面のクリーニングを１５分間行なった。その後、チャンバ１０１内からアルゴンガスを排気することによって基材を洗浄した（アルゴンボンバード処理）。Next, the inside of the chamber 101 is depressurized by the vacuum pump, and the temperature is heated to 500 ° C. by the heater installed in the apparatus while rotating the base material 2, and the pressure in the chamber 101 is 1.0 × 10 -4 . Vacuuming was performed until Pa was reached. Next, argon gas is introduced from the gas inlet to maintain the pressure in the chamber 101 at 3.0 Pa, the voltage of the bias power supply 110 is gradually increased to -1000 V, and the surface of the base material 2 is cleaned for 15 minutes. I did it. Then, the base material was washed by exhausting argon gas from the inside of the chamber 101 (argon bombard treatment).

（２）被覆層の形成
次に、基材２を中央で回転させた状態で、反応ガスとして窒素を導入しながら、基材２の温度を５００℃、反応ガス圧を２．０Ｐａ、バイアス電源１１０の電圧を－５０Ｖ～－２００Ｖの範囲のある一定値に維持したまま、カソード１０６、１０７にそれぞれ１００Ａのアーク電流を供給することによって、カソード１０６、１０７から金属イオンを発生させて、基材上に表１に示される組成を有する下地層および交互層を形成した。なお、カソード１０６の組成はＺｒ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｂ、Ｖの比率が、表１の第１単位層の組成の比率と同一になるように調整してある。また、カソード１０７の組成は、Ｔｉ、Ａｌ、Ｖ、Ｓｉ、Ｂの比率が、表１の第２単位層の組成の比率と同一になるように調整してある。(2) Formation of coating layer Next, with the substrate 2 rotated in the center, while introducing nitrogen as the reaction gas, the temperature of the substrate 2 is 500 ° C., the reaction gas pressure is 2.0 Pa, and the bias power supply is used. While maintaining the voltage of 110 at a certain constant value in the range of -50V to -200V, by supplying an arc current of 100A to the cathodes 106 and 107, respectively, metal ions are generated from the cathodes 106 and 107 to generate a base material. An underlayer and an alternating layer having the composition shown in Table 1 were formed above. The composition of the cathode 106 is adjusted so that the ratio of Zr, Al, Si, B, and V is the same as the ratio of the composition of the first unit layer in Table 1. Further, the composition of the cathode 107 is adjusted so that the ratio of Ti, Al, V, Si, and B is the same as the ratio of the composition of the second unit layer in Table 1.

交互層は、下地層上に第１単位層と第２単位層とを１層ずつ交互に、表１に示される積層数をそれぞれ積層することにより形成した。また、下地層の厚み、交互層中における第１単位層及び第２単位層のそれぞれの厚み及び積層数は、基材の回転速度で調整した。そして、下地層の厚み、及び第１単位層及び第２単位層の積層数が表１に示される値となったところで蒸発源に供給する電流をストップした。 The alternating layer was formed by alternately stacking the first unit layer and the second unit layer one by one on the base layer, and laminating the number of layers shown in Table 1 respectively. Further, the thickness of the base layer, the thickness of each of the first unit layer and the second unit layer in the alternating layer, and the number of layers were adjusted by the rotation speed of the base material. Then, when the thickness of the base layer and the number of layers of the first unit layer and the second unit layer reached the values shown in Table 1, the current supplied to the evaporation source was stopped.

次に、チャンバ１０１内に反応ガスとして窒素とメタンガスを導入しながら、基材２の温度を４００℃、反応ガス圧を２．０Ｐａ、バイアス電源１１０の電圧を－３５０Ｖに維持したまま、カソード１２０に１００Ａのアーク電流を供給することによって、カソード１２０から金属イオンを発生させて、交互層上に表面層を形成した。表面層の厚みが表１に示される厚みとなったところで蒸発源に供給する電流をストップした。なお、カソード１２０の組成は、Ａｌ、Ｖ、Ｓｉ、Ｂ、Ｖの比率が、表１の表面層の組成の比率と同一になるように調整してある。又、表面層の組成の窒素と炭素の比率は、窒素の導入量とメタンガスの導入量との比によって調整した。これにより、試料１～３，６～１３，１５，１６，１９，２０，２２，２３の刃先交換型切削チップが作製された。 Next, while introducing nitrogen and methane gas as reaction gases into the chamber 101, the cathode 120 is maintained at a temperature of the base material 2 of 400 ° C., a reaction gas pressure of 2.0 Pa, and a voltage of the bias power supply 110 of −350 V. By supplying an arc current of 100 A to the cathode 120, metal ions were generated from the cathode 120 to form a surface layer on the alternate layer. When the thickness of the surface layer reached the thickness shown in Table 1, the current supplied to the evaporation source was stopped. The composition of the cathode 120 is adjusted so that the ratio of Al, V, Si, B, and V is the same as the ratio of the composition of the surface layer in Table 1. The ratio of nitrogen to carbon in the composition of the surface layer was adjusted by the ratio of the amount of nitrogen introduced and the amount of methane gas introduced. As a result, cutting tips with exchangeable cutting edges of samples 1 to 3, 6 to 13, 15, 16, 19, 20, 22, and 23 were produced.

試料４及び試料５では、試料１と同一の基材上に表１に示される組成を有する第１単位層と第２単位層とを交互に形成し、さらに表面層を形成し、下地層は形成せずに、刃先交換型切削チップが作製された。 In Sample 4 and Sample 5, a first unit layer and a second unit layer having the composition shown in Table 1 are alternately formed on the same substrate as Sample 1, and a surface layer is further formed. A cutting tip with a replaceable cutting edge was produced without forming.

試料１４では、試料１と同一の基材上に表１に示される組成を有する第１単位層と第２単位層とを交互に形成し、下地層と表面層は形成せずに、刃先交換型切削チップが作製された。 In the sample 14, the first unit layer and the second unit layer having the composition shown in Table 1 are alternately formed on the same substrate as the sample 1, and the cutting edge is exchanged without forming the base layer and the surface layer. A die cutting tip was made.

試料１７では、試料１と同一の基材上に表１に示される組成を有する第２単位層のみを形成し、下地層、第１単位層及び表面層は形成せずに、刃先交換型切削チップが作製された。 In the sample 17, only the second unit layer having the composition shown in Table 1 is formed on the same substrate as the sample 1, and the underlayer, the first unit layer and the surface layer are not formed, and the cutting edge exchange type cutting is performed. The chip was made.

試料１８及び試料２１では、試料１と同一の基材上に表１に示される組成を有する下地層、及び、第１単位層と第２単位層とを交互に形成し、表面層は形成せずに、刃先交換型切削チップが作製された。 In the sample 18 and the sample 21, the base layer having the composition shown in Table 1 and the first unit layer and the second unit layer are alternately formed on the same substrate as the sample 1, and the surface layer is formed. Instead, a cutting tip with a replaceable cutting edge was produced.

Figure 0007055961000001
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表１における下地層、第１単位層、第２単位層及び表面層の組成は、それぞれＸＰＳ（Ｘ線光電子分光分析装置）を用いて測定されたものである。 The compositions of the base layer, the first unit layer, the second unit layer, and the surface layer in Table 1 were measured using XPS (X-ray photoelectron spectroscopy analyzer), respectively.

表１における「１層厚み」とは、交互層を構成する第１単位層及び第２単位層のそれぞれの１層当たりの厚みのことを意味する。表１における「厚み」とは、下地層、第１単位層、第２単位層、表面層及び被覆層のそれぞれの全体の厚みのことを意味する。「１層厚み」及び「厚み」は、それぞれＴＥＭ及びＳＥＭを用いて測定した値である。 The “one layer thickness” in Table 1 means the thickness of each of the first unit layer and the second unit layer constituting the alternating layer. The “thickness” in Table 1 means the total thickness of each of the base layer, the first unit layer, the second unit layer, the surface layer, and the coating layer. "1 layer thickness" and "thickness" are values measured using TEM and SEM, respectively.

表１における「積層数」とは、交互層における第１単位層及び第２単位層のそれぞれの層数のことを意味する。 The “number of layers” in Table 1 means the number of layers of the first unit layer and the second unit layer in the alternating layer.

表１における「被覆層全体の硬度」は、ナノインデンター（ＭＴＳ社製Ｎａｎｏ Ｉｎｄｅｎｔｅｒ ＸＰ）により確認された値である。 The “hardness of the entire coating layer” in Table 1 is a value confirmed by Nano Indenter (Nano Indenter XP manufactured by MTS).

表１における「被覆層全体の圧縮残留応力」は、Ｘ線残留応力測定装置を用いてｓｉｎ２ψ法（「Ｘ線応力測定法」（日本材料学会、１９８１年株式会社養賢堂発行）の５４～６６頁参照）によって測定された値を絶対値で示したものである。The "compressive residual stress of the entire coating layer" in Table 1 is the sin 2 ψ method ("X-ray stress measurement method" (Japan Society of Materials Science, published by Yokendo Co., Ltd., 1981) using an X-ray residual stress measuring device). The values measured by (see pages 54 to 66) are shown as absolute values.

表１における「被覆層全体の結晶性」は、Ｘ線回折装置により解析されたものである。
＜表面被覆切削工具の寿命評価＞
（旋削試験）
試料１～試料２３のＣＮＭＧ１２０４０８形状の刃先交換型切削チップのそれぞれについて、合金鋼（ＳＣＭ４４０）と難削材（インコネル７１８）に対して表２に示す条件で湿式の連続旋削試験および断続旋削試験を行ない、刃先の逃げ面摩耗量が０．２ｍｍになるまでの時間を測定した。結果を表３に示す。なお、表３において、切削時間の長い方が寿命がより長いことを示している。The "crystallinity of the entire coating layer" in Table 1 was analyzed by an X-ray diffractometer.
<Life evaluation of surface covering cutting tools>
(Turning test)
For each of the CNMG120408-shaped cutting edge exchange type cutting tips of Samples 1 to 23, wet continuous turning test and intermittent turning test were performed on alloy steel (SCM440) and difficult-to-cut material (Inconel 718) under the conditions shown in Table 2. The time required for the flank wear of the cutting edge to reach 0.2 mm was measured. The results are shown in Table 3. In Table 3, the longer the cutting time, the longer the life.

Figure 0007055961000002
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Figure 0007055961000003
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試料１～試料１４、試料２１～試料２３は、実施例に該当し、試料１５～試料２０は比較例に該当する。試料１～試料１４、試料２１～試料２３は、試料１５～試料２０に比べて、連続旋削試験および断続旋削試験のいずれにおいても、難削材の高速高能率加工において、刃先交換型切削チップの寿命が長くなることが確認された。 Samples 1 to 14 and samples 21 to 23 correspond to Examples, and Samples 15 to 20 correspond to Comparative Examples. Compared to Samples 15 to 20, Samples 1 to 14 and Samples 21 to 23 are capable of high-speed, high-efficiency machining of difficult-to-cut materials in both continuous turning tests and intermittent turning tests. It was confirmed that the life was extended.

（フライス試験）
試料１～試料２３のＳＥＭＴ１３Ｔ３ＡＧＳＮ形状の刃先交換型切削チップのそれぞれについて、難削材からなる幅１５０ｍｍの板の中心線と、それより幅の広いφ１６０ｍｍのカッターの中心を合わせて、表面フライス削りを、表４に示す乾式のフライス試験の条件で行ない、刃先の逃げ面摩耗量が０．２ｍｍになるまでの切削長を測定した。結果を表５に示す。なお、表５において、切削長の長い方が寿命がより長いことを示している。(Milling test)
For each of the SEMT13T3AGSN-shaped cutting edge exchange type cutting chips of Samples 1 to 23, align the center line of a plate with a width of 150 mm made of difficult-to-cut material with the center of a cutter with a width of 160 mm, and perform surface milling. , The dry-type milling test shown in Table 4 was performed, and the cutting length until the flank wear amount of the cutting edge became 0.2 mm was measured. The results are shown in Table 5. In Table 5, the longer the cutting length, the longer the life.

Figure 0007055961000004
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Figure 0007055961000005
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試料１～試料１４、試料２１～試料２３は、実施例に該当し、試料１５～試料２０は比較例に該当する。試料１～試料１４、試料２１～試料２３は、試料１５～試料２０に比べて、刃先の切削長さが大きく増加しており、難削材の高速高能率及びドライ条件下のフライス加工においても刃先交換型切削チップの寿命が長くなることが確認された。 Samples 1 to 14 and samples 21 to 23 correspond to Examples, and Samples 15 to 20 correspond to Comparative Examples. In Samples 1 to 14 and Samples 21 to 23, the cutting length of the cutting edge is greatly increased as compared with Samples 15 to 20, and even in high-speed and high-efficiency milling of difficult-to-cut materials and milling under dry conditions. It was confirmed that the life of the cutting tip with replaceable cutting edge was extended.

以上のように本発明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。 Although the embodiments and examples of the present invention have been described as described above, it is planned from the beginning that the configurations of the above-described embodiments and examples may be appropriately combined or modified in various ways.

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。 The embodiments and examples disclosed this time should be considered to be exemplary in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is shown by the scope of claims rather than the embodiments and examples described above, and is intended to include the meaning equivalent to the scope of claims and all modifications within the scope.

１，２１，３１，４１ 表面被覆切削工具、２ 基材、３，２３，３３，４３ 被覆層、１２ 第１単位層、１３，１３’ 交互層、１４ 表面層、１５ 第２単位層、１６ 下地層。 1,21,31,41 Surface coating cutting tool, 2 base materials, 3,23,33,43 coating layer, 12 1st unit layer, 13,13'alternate layer, 14 surface layer, 15 2nd unit layer, 16 Underlayer.

Claims (13)

基材と、前記基材を被覆する被覆層とを含む表面被覆切削工具であって、
前記被覆層は、第１単位層と第２単位層とが交互に積層された交互層を含み、
前記第１単位層は、ＺｒＡｌＮ、ＺｒＡｌＳｉＮ、ＺｒＡｌＢＮ、ＺｒＡｌＶＮ、ＺｒＡｌＶＳｉＮ又はＺｒＡｌＶＢＮであり、
前記第１単位層において、前記第１単位層を構成する金属原子の総数を１としたときのジルコニウムの原子数の比は０．６５以上０．９５以下であり、
前記第２単位層は、ＡｌＶＮ、ＡｌＶＳｉＮ又はＡｌＶＢＮであり、
前記第２単位層において、前記第２単位層を構成する金属原子の総数を１としたときのアルミニウムの原子数の比は０．４０以上０．７５以下である、表面被覆切削工具。 A surface-coated cutting tool including a substrate and a coating layer covering the substrate.
The covering layer includes an alternating layer in which a first unit layer and a second unit layer are alternately laminated.
The first unit layer is ZrAlN, ZrAlSiN, ZrAlBN, ZrAlVN, ZrAlVSiN or ZrAlVBN.
In the first unit layer, the ratio of the number of atoms of zirconium when the total number of metal atoms constituting the first unit layer is 1, is 0.65 or more and 0.95 or less.
The second unit layer is AlVN, AlVSiN or AlVBN.
A surface-coated cutting tool in which the ratio of the number of aluminum atoms in the second unit layer is 0.40 or more and 0.75 or less when the total number of metal atoms constituting the second unit layer is 1. 前記第１単位層及び前記第２単位層は、いずれもタンタルを含まない、請求項１に記載の表面被覆切削工具。 The surface-coated cutting tool according to claim 1, wherein neither the first unit layer nor the second unit layer contains tantalum. 前記交互層中の隣り合う前記第１単位層と前記第２単位層とにおいて、前記第１単位層の厚みλ１に対する前記第２単位層の厚みλ２の比λ２／λ１は１以上５以下である、請求項１又は請求項２に記載の表面被覆切削工具。 In the adjacent first unit layer and the second unit layer in the alternating layer, the ratio λ2 / λ1 of the thickness λ2 of the second unit layer to the thickness λ1 of the first unit layer is 1 or more and 5 or less. , The surface-coated cutting tool according to claim 1 or 2 . 前記第１単位層はＺｒＡｌＳｉＮ又はＺｒＡｌＶＳｉＮであり、
前記第１単位層において、前記第１単位層を構成する金属原子の総数を１としたときの珪素の原子数の比は０よりも大きく０．２０以下である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の表面被覆切削工具。 The first unit layer is ZrAlSiN or ZrAlVSiN.
Claim 1 to claim 1, wherein in the first unit layer, the ratio of the number of atoms of silicon when the total number of metal atoms constituting the first unit layer is 1, is greater than 0 and 0.20 or less. The surface covering cutting tool according to any one of 3 . 前記第２単位層はＡｌＶＳｉＮであり、
前記第２単位層において、前記第２単位層を構成する金属原子の総数を１としたときの珪素の原子数の比は０よりも大きく０．２０以下である、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の表面被覆切削工具。 The second unit layer is AlVSiN and is
Claim 1 to claim 1, wherein in the second unit layer, the ratio of the number of atoms of silicon when the total number of metal atoms constituting the second unit layer is 1, is greater than 0 and 0.20 or less. The surface covering cutting tool according to any one of 4 . 前記第１単位層はＺｒＡｌＢＮ又はＺｒＡｌＶＢＮであり、
前記第１単位層において、前記第１単位層を構成する金属原子の総数を１としたときの硼素の原子数の比は０よりも大きく０．１０以下である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の表面被覆切削工具。 The first unit layer is ZrAlBN or ZrAlVBN.
Claim 1 to claim 1, wherein in the first unit layer, the ratio of the number of atoms of boron when the total number of metal atoms constituting the first unit layer is 1, is larger than 0 and 0.10 or less. The surface covering cutting tool according to any one of 3 . 前記第２単位層はＡｌＶＢＮであり、
前記第２単位層において、前記第２単位層を構成する金属原子の総数を１としたときの硼素の原子数の比は０よりも大きく０．１０以下である、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の表面被覆切削工具。 The second unit layer is AlVBN and is
Claim 1 to claim 1, wherein in the second unit layer, the ratio of the number of atoms of boron when the total number of metal atoms constituting the second unit layer is 1, is larger than 0 and 0.10 or less. The surface covering cutting tool according to any one of 4 . 前記第１単位層はＺｒＡｌＶＮ、ＺｒＡｌＶＳｉＮ又はＺｒＡｌＶＢＮであり、
前記第１単位層において、前記第１単位層を構成する金属原子の総数を１としたときのバナジウムの原子数の比は０よりも大きく０．３０以下である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の表面被覆切削工具。 The first unit layer is ZrAlVN, ZrAlVSiN or ZrAlVBN.
Claim 1 to claim 1, wherein in the first unit layer, the ratio of the number of atoms of vanadium is greater than 0 and 0.30 or less when the total number of metal atoms constituting the first unit layer is 1. The surface covering cutting tool according to any one of 3 . 前記第１単位層及び前記第２単位層は、それぞれ１層の厚みが０．００２μｍ以上０．２μｍ以下である、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の表面被覆切削工具。 The surface-coated cutting tool according to any one of claims 1 to 8 , wherein each of the first unit layer and the second unit layer has a thickness of 0.002 μm or more and 0.2 μm or less. 前記被覆層は前記基材と前記交互層との間に配置される下地層を含み、
前記下地層は、前記第１単位層又は前記第２単位層と同一の組成を有する、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の表面被覆切削工具。 The coating layer includes a base layer arranged between the base material and the alternating layer.
The surface-coated cutting tool according to any one of claims 1 to 9 , wherein the base layer has the same composition as the first unit layer or the second unit layer. 前記下地層の厚みは０．１μｍ以上２μｍ以下である、請求項１０に記載の表面被覆切削工具。 The surface coating cutting tool according to claim 10 , wherein the thickness of the base layer is 0.1 μm or more and 2 μm or less. 前記被覆層は前記交互層の表面側に配置される表面層を含み、
前記表面層は、バナジウム及びアルミニウムを含む炭窒化物からなり、
前記表面層において、前記表面層を構成する金属原子の総数を１としたときの前記アルミニウムの原子数の比は０．４０以上０．７５以下である、請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の表面被覆切削工具。 The coating layer includes a surface layer arranged on the surface side of the alternating layer.
The surface layer consists of a carbonitride containing vanadium and aluminum.
Any of claims 1 to 11 , wherein in the surface layer, the ratio of the number of atoms of the aluminum is 0.40 or more and 0.75 or less when the total number of metal atoms constituting the surface layer is 1. The surface covering cutting tool according to item 1. 請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の表面被覆切削工具の製造方法であって、
前記基材を準備する工程と、
前記基材上に、前記被覆層を形成する工程と、を備え、
前記被覆層を形成する工程は、物理的蒸着法を用いて前記第１単位層と前記第２単位層とを交互に積層することにより前記交互層を形成する工程を含む、表面被覆切削工具の製造方法。 The method for manufacturing a surface-coated cutting tool according to any one of claims 1 to 12 .
The process of preparing the base material and
A step of forming the coating layer on the substrate is provided.
The step of forming the coating layer includes a step of forming the alternating layer by alternately laminating the first unit layer and the second unit layer using a physical vapor deposition method of a surface coating cutting tool. Production method.
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