JP7205153B2 - 被覆切削工具 - Google Patents

Description

本発明は、被覆切削工具に関する。

従来、超硬合金からなる基材の表面に化学蒸着法により３～２０μｍの総膜厚で被覆層を蒸着形成してなる被覆切削工具が、鋼や鋳鉄等の切削加工に用いられていることは、よく知られている。上記の被覆層としては、例えば、Ｔｉの炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸化物及び炭窒酸化物並びに酸化アルミニウムからなる群より選ばれる１種の単層又は２種以上の複層からなる被覆層が知られている。

特許文献１では、基体表面に周期律表の４ａ、５ａ、６ａ族金属の１種又は２種以上からなる酸化物、炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸化物、窒酸化物、炭窒酸化物の何れか１種の単層皮膜又は２種以上の多層皮膜、並びに少なくとも１層の酸化アルミニウム膜を被覆してなる被覆部材であって、酸化アルミニウム膜の外層側に粒状又は扁平な炭化チタン膜を有し、更に炭酸化チタン膜及び／又は炭窒酸化チタン膜の少なくとも１種以上を有し、該炭化チタン膜、該炭酸化チタン膜、該炭窒酸化チタン膜の各膜厚の合計が１μｍ以上であることを特徴とする被覆部材が記載されている。

特開２００５－２９０５０４号公報

近年の切削加工では、高送り化及び深切り込み化がより顕著となり、従来よりも工具の耐摩耗性及び耐欠損性を向上させることが求められている。特に、鋼の高送り及び深切り込みとなる条件での加工は、被覆切削工具に大きな負荷が作用するような切削加工が増えている。上述のような過酷な切削条件下において、従来の工具では被覆層のチッピングを起因とした欠損が生じる。これが引き金となって、工具寿命を長くできないという問題がある。

特許文献１に記載の被覆部材は、膜硬度が高いと考えられるが、結晶の組織が粒状又は扁平であり、柱状晶ではないため、耐チッピング性及び耐欠損性に劣るという問題がある。また、組織が粒状又は扁平であると、被削材との反応摩耗が進行しやすいという問題がある。このため、高速加工や断続加工等の負荷が高い加工においては、耐反応摩耗性、耐チッピング性及び耐欠損性が不十分であるという問題がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、工具寿命を延長することができる被覆切削工具を提供することを目的とする。

本発明者は、上述の観点から、被覆切削工具の工具寿命の延長について研究を重ねたところ、被覆層において、特定の平均アスペクト比を有する柱状晶の粒子から構成される特定のＴｉＣ層を形成することにより粒界が減少することを見出した。これにより、被覆切削工具の工具寿命を延長することが可能になるという知見を得て、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は下記のとおりである。
［１］
基材と、該基材の表面に形成された被覆層とを備える被覆切削工具であって、
前記被覆層は、少なくとも１層のＴｉＣ層を含み、
前記ＴｉＣ層の平均厚さが、０．５μｍ以上１０．０μｍ以下であり、
前記ＴｉＣ層を構成する粒子が、３．５以上の平均アスペクト比を有する柱状晶であり、
前記ＴｉＣ層を構成する粒子の平均結晶粒径が、０．１μｍ以上１．２μｍ以下である、被覆切削工具。
［２］
前記ＴｉＣ層を構成する粒子の平均アスペクト比が、３．５以上８．０以下である、［１］に記載の被覆切削工具。
［３］
前記ＴｉＣ層において、下記式（１）で表される（１１１）面の組織係数ＴＣ（１１１）、下記式（２）で表される（２２０）面の組織係数ＴＣ（２２０）、又は下記式（３）で表される（４２２）面の組織係数ＴＣ（４２２）が、３．０以上６．５以下である、［１］又は［２］に記載の被覆切削工具。

（式（１）～（３）中、Ｉ（ｈｋｌ）は、前記ＴｉＣ層のＸ線回折における（ｈｋｌ）面のピーク強度を示し、Ｉ₀（ｈｋｌ）は、ＴｉＣのＪＣＰＤＳカード番号３２－１３８３における（ｈｋｌ）面の標準回折強度を示し、（ｈｋｌ）は、（１１１）、（２００）、（２２０）、（３１１）、（３３１）、（４２０）、（４２２）、及び（５１１）の８つの結晶面を指す。）
［４］
前記ＴｉＣ層の（４２２）面における残留応力が、５０ＭＰａ以上３５０ＭＰａ以下である、［１］～［３］のいずれかに記載の被覆切削工具。
［５］
前記被覆層は、前記ＴｉＣ層の前記基材側とは反対側にα型Ａｌ₂Ｏ₃からなる上部層を含み、
前記上部層の平均厚さが、２．０μｍ以上８．０μｍ以下である、［１］～［４］のいずれかに記載の被覆切削工具。
［６］
前記被覆層は、前記ＴｉＣ層と前記上部層との間にＴｉＣＮＯ又はＴｉＣＯからなる中間層を含み、
前記中間層の平均厚さが、０．２μｍ以上１．０μｍ以下である、［５］に記載の被覆切削工具。
［７］
前記被覆層は、前記基材と前記ＴｉＣ層との間にＴｉＮからなる下部層を含み、
前記下部層の平均厚さが、０．０５μｍ以上１．０μｍ以下である、［１］～［６］のいずれかに記載の被覆切削工具。
［８］
前記被覆層全体の平均厚さが、１．５μｍ以上２０．０μｍ以下である、［１］～［７］のいずれかに記載の被覆切削工具。
［９］
前記被覆層において、前記ＴｉＣ層が前記基材側とは反対側の最外層である、［１］～［４］のいずれかに記載の被覆切削工具。
［１０］
前記基材は、超硬合金、サーメット、セラミックス又は立方晶窒化硼素焼結体のいずれかである、［１］～［９］のいずれかに記載の被覆切削工具。

本発明によると、工具寿命を延長することができる被覆切削工具を提供することができる。

本発明の被覆切削工具の一例を示す模式図である。

以下、必要に応じて図面を参照しつつ、本発明を実施するための形態（以下、単に「本実施形態」という。）について詳細に説明するが、本発明は下記本実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。なお、図面中、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。更に、図面の寸法比率は図示の比率に限られるものではない。

本実施形態の被覆切削工具は、基材と、該基材の表面に形成された被覆層とを備える被覆切削工具であって、被覆層は少なくとも１層のＴｉＣ層を含み、ＴｉＣ層の平均厚さが０．５μｍ以上１０．０μｍ以下であり、ＴｉＣ層を構成する粒子が３．５以上の平均アスペクト比を有する柱状晶であり、ＴｉＣ層を構成する粒子の平均結晶粒径が０．１μｍ以上１．２μｍ以下である。本明細書において、上記平均アスペクト比を求める際のアスペクト比は、被覆層の膜厚方向に直交する方向における上記粒子の結晶粒径に対する被覆層の膜厚方向における上記粒子の結晶粒径の比を意味する。また、本明細書において、平均結晶粒径は、被覆層の膜厚方向に直交する方向における平均結晶粒径を意味する。

本実施形態の被覆切削工具は、上記の構成を備えることにより、耐摩耗性及び耐欠損性を向上させることができ、その結果、工具寿命を延長することができる。本実施形態の被覆切削工具の耐摩耗性及び耐欠損性が向上する要因は、以下のように考えられる。ただし、本発明は、以下の要因により何ら限定されない。すなわち、まず、本実施形態の被覆切削工具は、被覆層において少なくとも１層のＴｉＣ層を含む。ＴｉＣからなる組成は、ＴｉＮ及びＴｉＣＮよりも高い硬さを有するため、被覆層においてＴｉＣ層を含む被覆切削工具は耐摩耗性が向上する。また、本実施形態の被覆切削工具は、ＴｉＣ層を構成する粒子が、３．５以上の平均アスペクト比を有する柱状晶である。ＴｉＣ層を構成する粒子の平均アスペクト比が、３．５以上であると、粒子の脱落を抑制する効果が得られるため、被覆切削工具の耐欠損性が向上する。また、本実施形態の被覆切削工具は、ＴｉＣ層を構成する粒子の平均結晶粒径が、０．１μｍ以上１．２μｍ以下である。ＴｉＣ層を構成する粒子の平均結晶粒径が０．１μｍ以上であると、膜厚方向に直交する方向に亀裂が進展するのを抑制することができるため、被覆切削工具の耐欠損性が向上する。一方、ＴｉＣ層を構成する粒子の平均結晶粒径が１．２μｍ以下であると、ＴｉＣ層の硬さが向上するため、被覆切削工具の耐摩耗性が向上する。また、本実施形態の被覆切削工具は、ＴｉＣ層の平均厚さが、０．５μｍ以上１０．０μｍ以下である。ＴｉＣ層の平均厚さが０．５μｍ以上であることにより、被覆切削工具の耐摩耗性が向上する。一方、ＴｉＣ層の平均厚さが１０．０μｍ以下であることにより、被覆層の剥離が抑制されることに主に起因して被覆切削工具の耐欠損性が向上する。そして、これらの構成が組み合わされることにより、本実施形態の被覆切削工具は、耐摩耗性及び耐欠損性が向上し、その結果、工具寿命を延長することができるものと考えられる。

図１は、本実施形態の被覆切削工具の一例を示す断面模式図である。被覆切削工具６は、基材１と、基材１の表面に被覆層７が形成されており、被覆層７には、下部層２、ＴｉＣ層３、中間層４、及び上部層５がこの順序で上方向に積層されている。ただし、本実施形態の被覆切削工具は、かかる構成に限定されず、被覆層が少なくとも上述のＴｉＣ層を備えていればよい。例えば、本実施形態の被覆切削工具において、被覆層は上述のＴｉＣ層のみを備えるものであってもよく、それに加えて、後述の下部層、中間層及び上部層からなる群より選ばれる１つ以上の層を備えてもよい。

本実施形態の被覆切削工具は、基材とその基材の表面に形成された被覆層とを備える。被覆切削工具の種類として、具体的には、フライス加工用若しくは旋削加工用刃先交換型切削インサート、ドリル及びエンドミルを挙げることができる。

本実施形態に用いる基材は、被覆切削工具の基材として用いられ得るものであれば、特に限定されない。そのような基材として、例えば、超硬合金、サーメット、セラミックス、立方晶窒化硼素焼結体、ダイヤモンド焼結体及び高速度鋼を挙げることができる。それらの中でも、基材が、超硬合金、サーメット、セラミックス又は立方晶窒化硼素焼結体のいずれかであると、耐摩耗性及び耐欠損性に更に優れるので好ましく、同様の観点から、基材が超硬合金であるとより好ましい。

なお、基材は、その表面が改質されたものであってもよい。例えば、基材が超硬合金からなるものである場合、その表面に脱β層が形成されてもよい。また、基材がサーメットからなるものである場合、その表面に硬化層が形成されてもよい。これらのように基材の表面が改質されていても、本発明の作用効果は奏される。

本実施形態に用いる被覆層は、その平均厚さが、１．５μｍ以上２０．０μｍ以下であることが好ましい。被覆層全体の平均厚さが１．５μｍ以上であると、耐摩耗性が更に向上する傾向にある。一方、被覆層全体の平均厚さが２０．０μｍ以下であると、被覆層の剥離が抑制されることに主に起因して耐欠損性が向上する傾向にある。同様の観点から、被覆層の平均厚さは、２．０μｍ以上１９．０μｍ以下であるとより好ましい。なお、本実施形態の被覆切削工具における各層及び被覆層全体の平均厚さは、各層又は被覆層全体における３箇所以上の断面から、各層の厚さ又は被覆層全体の厚さを測定して、その相加平均値を計算することで求めることができる。具体的には後述の実施例に記載の方法により求めることができる。

［ＴｉＣ層］
本実施形態に用いる被覆層は、少なくとも１層のＴｉＣ層を含む。ＴｉＣからなる組成は、ＴｉＮ及びＴｉＣＮよりも高い硬さを有するため、被覆層においてＴｉＣ層を含む被覆切削工具は耐摩耗性が向上する。また、本実施形態の被覆切削工具は、ＴｉＣ層を構成する粒子が、３．５以上の平均アスペクト比を有する柱状晶である。ＴｉＣ層を構成する粒子の平均アスペクト比が、３．５以上であると、粒子の脱落を抑制する効果が得られるため、被覆切削工具の耐欠損性が向上する。また、ＴｉＣ層を構成する粒子の平均アスペクト比が大きいほど、反応摩耗の進行を抑制することができる。この要因は明らかではないが、粒子の表面から酸化反応が進行するため、ＴｉＣ層を構成する粒子を粒界が少ない柱状晶にすることで反応摩耗の進行を抑制することができると推定している。また、ＴｉＣ層を構成する粒子の平均アスペクト比は、３．５以上８．０以下であることが好ましい。

また、本実施形態の被覆切削工具は、ＴｉＣ層を構成する粒子の平均結晶粒径が、０．１μｍ以上１．２μｍ以下である。ＴｉＣ層を構成する粒子の平均結晶粒径が０．１μｍ以上であると、膜厚と垂直な方向に亀裂が進展するのを抑制することができるため、被覆切削工具の耐欠損性が向上する。一方、ＴｉＣ層を構成する粒子の平均結晶粒径が１．２μｍ以下であると、硬さが向上するため、被覆切削工具の耐摩耗性が向上する。同様の観点から、ＴｉＣ層を構成する粒子の平均結晶粒径は、０．２μｍ以上１．１μｍ以下であることが好ましく、０．３μｍ以上１．１μｍ以下であることがより好ましい。

ＴｉＣ層における粒子の形状、平均アスペクト比及び平均結晶粒径は、ＴｉＣ層の断面組織を市販の電界放射型走査型電子顕微鏡（ＦＥ－ＳＥＭ）、又は透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）に付属した電子後方散乱回折像装置（ＥＢＳＤ）を用いて観察することにより求めることができる。具体的には、被覆切削工具におけるＴｉＣ層の断面を鏡面研磨し、得られた鏡面研磨面を断面組織とする。ＴｉＣ層を鏡面研磨する方法としては、特に限定されないが、例えば、ダイヤモンドペースト及び／又はコロイダルシリカを用いて研磨する方法及びイオンミリングを挙げることができる。被覆切削工具の断面組織を有する試料をＦＥ－ＳＥＭにセットし、試料の断面組織に７０度の入射角度で１５ｋＶの加速電圧及び０．５ｎＡ照射電流で電子線を照射する。ＥＢＳＤにより被覆切削工具のＴｉＣ層における断面組織を、測定範囲が（ＴｉＣ層の平均厚さ－０．５μｍ）×５０μｍの範囲、０．１μｍのステップサイズで測定することが好ましい。このとき、方位差が５°以上の境界を結晶粒界とみなし、この結晶粒界によって囲まれる領域を粒子とする。ここで、平均結晶粒径を求める際の結晶粒径は、被覆層の膜厚方向に直交する方向における結晶粒径を意味する。この際、ＴｉＣ層の平均厚さの５０％の位置において各粒子の結晶粒径を求めることが好ましい。具体的には、まず、ＴｉＣ層の平均厚さの５０％の位置に膜厚方向に直交する方向に直線を引く。次に、直線の範囲に含まれる粒子の数を求める。直線の長さを求めた粒子の数で除した値を平均結晶粒径とすることができる。また、平均アスペクト比を求める際のアスペクト比は、被覆層の膜厚方向における粒子の結晶粒径を膜厚方向に直交する方向における粒子の結晶粒径で除した値とする。この際、ＴｉＣ層の断面組織から結晶粒径を求めるときに、画像解析ソフトを用いてもよい。（ＴｉＣ層の平均厚さ－０．５μｍ）×５０μｍの範囲におけるＴｉＣ層の結晶粒径を測定し、各方向の結晶粒径から求めた全ての粒子のアスペクト比の平均値（相加平均値）を平均アスペクト比とすることができる。ＴｉＣ層以外の各層についても同様にして、上記のようにして特定した各粒子の形状、平均アスペクト比及び平均結晶粒径を求めることができる。

また、本実施形態の被覆切削工具は、ＴｉＣ層の平均厚さが、０．５μｍ以上１０．０μｍ以下である。ＴｉＣ層の平均厚さが０．５μｍ以上であることにより、被覆切削工具の耐摩耗性が向上する。一方、ＴｉＣ層の平均厚さが１０．０μｍ以下であることにより、被覆層の剥離が抑制されることに主に起因して被覆切削工具の耐欠損性が向上する。同様の観点から、ＴｉＣ層の平均厚さは、１．０μｍ以上１０．０μｍ以下であることが好ましく、１．５μｍ以上１０．０μｍ以下であることがより好ましい。

本実施形態に用いる被覆層は、少なくとも１層のＴｉＣ層を含む。ＴｉＣ層において、下記式（１）で表される（１１１）面の組織係数ＴＣ（１１１）、下記式（２）で表される（２２０）面の組織係数ＴＣ（２２０）、又は下記式（３）で表される（４２２）面の組織係数ＴＣ（４２２）が、３．０以上６．５以下であることが好ましい。

（式（１）～（３）中、Ｉ（ｈｋｌ）は、前記ＴｉＣ層のＸ線回折における（ｈｋｌ）面のピーク強度を示し、Ｉ₀（ｈｋｌ）は、ＴｉＣのＪＣＰＤＳカード番号３２－１３８３における（ｈｋｌ）面の標準回折強度を示し、（ｈｋｌ）は、（１１１）、（２００）、（２２０）、（３１１）、（３３１）、（４２０）、（４２２）、及び（５１１）の８つの結晶面を指す。）

本実施形態において、ＴｉＣ層の組織係数ＴＣ（１１１）、ＴＣ（２２０）及びＴＣ（４２２）は、以下のとおり算出できる。得られた試料について、Ｃｕ－Ｋα線を用いた２θ／θ集中法光学系のＸ線回折測定を、出力：５０ｋＶ、２５０ｍＡ、入射側ソーラースリット：５°、発散縦スリット：２／３°、発散縦制限スリット：５ｍｍ、散乱スリット：２／３°、受光側ソーラースリット：５°、受光スリット：０．３ｍｍ、ＢＥＮＴモノクロメータ、受光モノクロスリット：０．８ｍｍ、サンプリング幅：０．０１°、スキャンスピード：４°／ｍｉｎ、２θ測定範囲：２０°～１５５°とする条件で行う。装置は、株式会社リガク製のＸ線回折装置（型式「ＲＩＮＴ ＴＴＲＩＩＩ」）を用いることができる。Ｘ線回折図形からＴｉＣ層の各結晶面のピーク強度を求める。得られた各結晶面のピーク強度から、ＴｉＣ層における（１１１）面の組織係数ＴＣ（１１１）、（２２０）面の組織係数ＴＣ（２２０）及び（４２２）面の組織係数ＴＣ（４２２）を順に上記式（１）～（３）より算出する。

ＴｉＣ層において、組織係数ＴＣ（１１１）、ＴＣ（２２０）及びＴＣ（４２２）のいずれかが、３．０以上であると、特定の結晶面に配向した組織の割合が高いことを示し、その結果、ＴｉＣ層の強度が向上するため、被覆切削工具は耐摩耗性及び耐欠損性に一層優れる傾向にある。この要因は明らかではないが本発明者は以下のように推定している。まず、組織係数の値が高いＴｉＣ層は、高アスペクト比の結晶の割合が高いと考えられる。言い換えると、粒状晶の割合が低いため、強度（特に、耐欠損性）が向上すると推定している。他の要因として、立方晶（１１１）面の場合は、最密面であるため、ＴｉＣ層が高密度となり、硬さが向上することにより、耐摩耗性が向上すると推定している。

本実施形態において、ＴｉＣ層の（４２２）面における残留応力が、５０ＭＰａ以上３５０ＭＰａ以下であることが好ましい。ＴｉＣ層の（４２２）面における残留応力が５０ＭＰａ以上であると、ＴｉＣ層中の亀裂の分布が高頻度であるため、切削加工時に亀裂同士がつながることに起因したチッピングを抑制することができるので、被覆切削工具の耐欠損性が向上する。一方、ＴｉＣ層の（４２２）面における残留応力が３５０ＭＰａ以下であると、切削加工時に亀裂が進展するのを抑制することができるため、被覆切削工具の耐欠損性が向上する。同様の観点から、ＴｉＣ層の（４２２）面における残留応力値は、６０ＭＰａ以上３４０ＭＰａ以下であることがより好ましい。

上記残留応力とは、被覆層中に残留する内部応力（固有ひずみ）であって、一般に「－」（マイナス）の数値で表される応力を圧縮応力といい、「＋」（プラス）の数値で表される応力を引張応力という。本実施形態においては、残留応力の大小を表現する場合、「＋」（プラス）の数値が大きくなる程、残留応力が大きいと表現し、また「－」（マイナス）の数値が大きくなる程、残留応力が小さいと表現するものとする。

ＴｉＣ層の（４２２）面における残留応力値は、Ｘ線応力測定装置を用いたｓｉｎ²ψ法により測定することができる。ＴｉＣ層中の任意の３点における残留応力をｓｉｎ²ψ法により測定し、これら３点の残留応力の相加平均値を求めることが好ましい。測定箇所となるＴｉＣ層中の任意の３点は、互いに０．１ｍｍ以上離れるように選択されることが好ましい。

ＴｉＣ層の（４２２）面における残留応力値を測定するためには、測定対象となるＴｉＣ層の（４２２）面を選択して測定する。具体的には、ＴｉＣ層が形成された試料を、Ｘ線回折装置によって分析する。そして、試料面法線と格子面法線とのなす角度ψを変えた時の（４２２）面の回折角の変化を調べる。

ＴｉＣ層は、ＴｉＣからなる層であるが、本実施形態の構成を備え、本発明の作用効果を奏する限りにおいて、ＴｉＣ以外の成分を微量含んでもよい。

［上部層］
本実施形態に用いる被覆層は、ＴｉＣ層よりも上部（基材側と反対側）にα型Ａｌ₂Ｏ₃からなる上部層を含むことが好ましい。α型Ａｌ₂Ｏ₃からなる上部層は、酸化物層であるため、ＴｉＣ層よりも酸化による反応を抑制することができる。
α型Ａｌ₂Ｏ₃からなる上部層の平均厚さは、２．０μｍ以上８．０μｍ以下であることが好ましい。α型Ａｌ₂Ｏ₃からなる上部層の平均厚さが、２．０μｍ以上であると、被覆切削工具のすくい面における耐クレータ摩耗性が一層向上する傾向にある。一方、α型Ａｌ₂Ｏ₃からなる上部層の平均厚さが、８．０μｍ以下であると、被覆層の剥離がより抑制され、被覆切削工具の耐欠損性が一層向上する傾向にある。同様の観点から、上部層の平均厚さは、３．０μｍ以上８．０μｍ以下であることがより好ましく、５．０μｍ以上８．０μｍ以下であることがさらに好ましい。

上部層は、α型Ａｌ₂Ｏ₃からなる層であるが、上部層による作用効果を奏する限りにおいて、α型Ａｌ₂Ｏ₃以外の成分を微量含んでもよい。

［中間層］
本実施形態に用いる被覆層は、ＴｉＣ層と上部層との間にＴｉＣＮＯ又はＴｉＣＯからなる中間層を含むことが好ましい。ＴｉＣＮＯ又はＴｉＣＯからなる中間層をＴｉＣ層と上部層との間に含むと、密着性が向上する。これにより、被覆切削工具の耐摩耗性及び耐欠損性が一層向上する傾向にある。
ＴｉＣＮＯ又はＴｉＣＯからなる中間層の平均厚さは、０．２μｍ以上１．０μｍ以下であることが好ましい。ＴｉＣＮＯ又はＴｉＣＯからなる中間層の平均厚さが０．２μｍ以上であると、ＴｉＣ層の全面を覆うことにより、密着性の効果が発揮されるので、被覆切削工具の耐欠損性が一層向上する傾向にある。一方、ＴｉＣＮＯ又はＴｉＣＯからなる中間層の平均厚さが１．０μｍ以下であると、被覆層の強度が低下するのを抑制することができるため、被覆切削工具の耐欠損性が一層向上する傾向にある。同様の観点から、中間層の平均厚さは、０．３μｍ以上０．８μｍ以下であることがより好ましく、０．３μｍ以上０．６μｍ以下であることがさらに好ましい。

中間層は、ＴｉＣＮＯ又はＴｉＣＯからなる層であるが、中間層による作用効果を奏する限りにおいて、ＴｉＣＮＯ又はＴｉＣＯ以外の成分を微量含んでもよい。

［下部層］
本実施形態に用いる被覆層は、基材とＴｉＣ層との間にＴｉＮからなる下部層を含むことが好ましい。基材とＴｉＣ層との間に、ＴｉＮからなる下部層を含むと、密着性が向上する。これにより、被覆切削工具の耐摩耗性及び耐欠損性が一層向上する傾向にある。
ＴｉＮからなる下部層の平均厚さは、０．０５μｍ以上１．０μｍ以下であることが好ましい。ＴｉＮからなる下部層の平均厚さが０．０５μｍ以上であると、ＴｉＮからなる下部層がより均一な組織になり、密着性が更に向上する傾向にある。一方、ＴｉＮからなる下部層の平均厚さが１．０μｍ以下であると、ＴｉＮからなる下部層が剥離の起点となるのをより抑制するので、被覆切削工具の耐欠損性が更に高まる傾向にある。同様の観点から、下部層の平均厚さは、０．１μｍ以上０．８μｍ以下であることがより好ましく、０．１μｍ以上０．６μｍ以下であることがさらに好ましい。

下部層は、ＴｉＮからなる層であるが、下部層による作用効果を奏する限りにおいて、ＴｉＮ以外の成分を微量含んでもよい。

［最外層］
本実施形態に用いる被覆層の上述以外の形態として、ＴｉＣ層が基材側とは反対側の最外層である被覆層が挙げられる。最外層がＴｉＣ層であると、高い硬さを有するため、被覆切削工具の耐摩耗性が向上する。また、例えば、α型Ａｌ₂Ｏ₃からなる層よりも外層にＴｉＣ層を含むことにより、α型Ａｌ₂Ｏ₃からなる層よりも先に外層のＴｉＣ層が被削材と接触することになる。これにより、特に切削温度が上昇するまでの上部層のクレータ摩耗を抑制できる。この要因は明らかではないが、ＴｉＣ層の低温における硬度がα型Ａｌ₂Ｏ₃からなる層よりも高いためであると推定している。

［その他の層］
本実施形態に用いる被覆層は、上述した層以外にその他の層を含んでいてもよい。その他の層としては、特に限定されないが、例えば、ＴｉＣＮ層が挙げられる。
被覆層がＴｉＣＮ層を含むことにより、被覆切削工具の耐摩耗性が向上する傾向にある。かかる効果をより有効かつ確実に奏する観点から、ＴｉＣＮ層は基材とＴｉＣ層との間に含まれると好ましく、被覆切削工具が上部層を含む場合は、基材と上部層との間に含まれると好ましく、被覆切削工具が上記中間層を含む場合は、基材と中間層との間に含まれると好ましく、被覆切削工具が上記下部層を含む場合は、下部層とＴｉＣ層との間に含まれると好ましい。
ＴｉＣＮ層の平均厚さは、２．０μｍ以上２０．０μｍ以下であることが好ましい。ＴｉＣＮ層の平均厚さが２．０μｍ以上であると、被覆切削工具の耐摩耗性が更に向上する傾向にあり、２０．０μｍ以下であると被覆層の剥離が更に抑制され、被覆切削工具の耐欠損性がより向上する傾向にある。同様の観点から、ＴｉＣＮ層の平均厚さは、５．０μｍ以上１５．０μｍ以下であることがより好ましい。

ＴｉＣＮ層は、ＴｉＣＮからなる層であるが、ＴｉＣＮ層による作用効果を奏する限りにおいて、ＴｉＣＮ以外の成分を微量含んでもよい。

また、本実施形態に用いる被覆層は、ＴｉＣＮ層とα型Ａｌ₂Ｏ₃層との間に、ＴｉＣＮＯ層を含むと、密着性が更に向上する傾向にある。

さらに、本実施形態に用いる被覆層は、基材とＴｉＣＮ層との間に、被覆層における最下層としてＴｉＮ層を含むと、密着性が向上する傾向にある。

本実施形態に用いる被覆層は、基材側から順にＴｉＮ層、ＴｉＣＮ層、ＴｉＣＮＯ層、α型Ａｌ₂Ｏ₃層及びＴｉＣＮ層を含むことが好ましい。このような被覆層であると、被覆切削工具の耐摩耗性及び耐欠損性がより一層向上する傾向にある。

本実施形態の被覆切削工具に用いる被覆層を構成する各層の形成方法として、例えば、以下の方法を挙げることができる。ただし、各層の形成方法はこれに限定されない。

本実施形態において、上述した各要件を満たすＴｉＣ層は、例えば、原料ガス組成をＴｉＣｌ₄：４．０～１０．０ｍｏｌ％、Ｃ₂Ｈ₆：０．５～２．０ｍｏｌ％、Ｈ₂：残部とし、温度を８７０～９２０℃、圧力を５０～１５０ｈＰａとする化学蒸着法で形成することができる。このとき、例えば、炭素源となる原料ガスとして、従来のメタン（ＣＨ₄）に変えてエタン（Ｃ₂Ｈ₆）を使用し、温度を従来の温度（約１０００℃）よりも低温の８７０～９２０℃の範囲に制御することにより、ＴｉＣ層を構成する粒子の形状を、３．５以上の平均アスペクト比を有する柱状晶とすることができる。また、例えば、ＴｉＣｌ₄に対するＣ₂Ｈ₆のモル比Ｃ₂Ｈ₆／ＴｉＣｌ₄を０．１０以上０．２０以下の範囲に制御し、かつ、温度を８７０～９２０℃の範囲に制御することにより、ＴｉＣ層を構成する粒子の平均結晶粒径を０．１μｍ以上１．２μｍ以下の範囲に調整することができる。また、圧力や膜厚を制御することにより、ＴｉＣ層を構成する粒子の形状や平均結晶粒径を調整することもできる。具体的には、例えば、圧力を大きくすると、ＴｉＣ層を構成する粒子の平均アスペクト比は小さくなり、平均結晶粒径は大きくなる傾向にある。また、膜厚を大きくすると、ＴｉＣ層を構成する粒子の平均アスペクト比は大きくなる傾向にある。さらに、ＴｉＣｌ₄に対するＣ₂Ｈ₆のモル比Ｃ₂Ｈ₆／ＴｉＣｌ₄や温度を制御することにより、ＴｉＣ層における組織係数ＴＣを調整することができる。具体的には、例えば、Ｃ₂Ｈ₆／ＴｉＣｌ₄を小さくすると、ＴｉＣ層における組織係数ＴＣ（４２２）は大きくなる傾向にある。また、温度を低くすると、ＴｉＣ層における組織係数ＴＣ（４２２）は大きくなる傾向にある。一方、温度を高くすると、ＴｉＣ層における組織係数ＴＣ（２２０）は大きくなる傾向にある。また、α型Ａｌ₂Ｏ₃層の表面にＴｉＣ層を形成したとき、ＴｉＣ層における組織係数ＴＣ（１１１）が大きくなる傾向がある。

ＴｉＮ層は、原料ガス組成をＴｉＣｌ₄：５．０～１０．０ｍｏｌ％、Ｎ₂：２０～６０ｍｏｌ％、Ｈ₂：残部とし、温度を８５０～９２０℃、圧力を１００～４００ｈＰａとする化学蒸着法で形成することができる。

ＴｉＣＮ層は、原料ガス組成をＴｉＣｌ₄：１．０～８．０ｍｏｌ％、ＣＨ₃ＣＮ：０．５～２．０ｍｏｌ％、Ｈ₂：残部とし、温度を８３０～９３０℃、圧力を５０～１５０ｈＰａとする化学蒸着法で形成することができる。

ＴｉＣＮＯ層は、原料ガス組成をＴｉＣｌ₄：３．０～５．０ｍｏｌ％、ＣＯ：０．４～１．０ｍｏｌ％、Ｎ₂：３０～４０ｍｏｌ％、Ｈ₂：残部とし、温度を９７５～１０２５℃、圧力を９０～１１０ｈＰａとする化学蒸着法で形成することができる。

ＴｉＣＯ層は、原料ガス組成をＴｉＣｌ₄：０．５～２．０ｍｏｌ％、ＣＯ：２．０～４．０ｍｏｌ％、Ｈ₂：残部とし、温度を９７５～１０２５℃、圧力を６０～１００ｈＰａとする化学蒸着法で形成することができる。

α型Ａｌ₂Ｏ₃層は、原料ガス組成をＡｌＣｌ₃：２．０～５．０ｍｏｌ％、ＣＯ₂：２．５～４．０ｍｏｌ％、ＨＣｌ：２．０～３．０ｍｏｌ％、Ｈ₂Ｓ：０．１５～０．４０ｍｏｌ％、Ｈ₂：残部とし、温度を９７０～１０３０℃、圧力を６０～８０ｈＰａとする化学蒸着法で形成される。

α型Ａｌ₂Ｏ₃層を形成する前に基材から最も離れた層の表面を酸化することが好ましい。より具体的には、上記基材から最も離れた層の表面の酸化は、原料ガス組成をＣＯ₂：０．１～１．０ｍｏｌ％、Ｈ₂：残部とし、温度を９７０～１０２０℃、圧力を５０～７０ｈＰａとする条件により行われる。このときの酸化の時間は、５～１０分であることが好ましい。

被覆層を形成した後、乾式ショットブラスト、湿式ショットブラスト又はショットピーニングを施し、その条件を調整すると、ＴｉＣ層の（４２２）面における残留応力値を制御することができる。例えば、乾式ショットブラストの条件は、被覆層の表面に対して投射角度が３０～９０°になるように、０．２～１．０ｂａｒの投射圧力、１５～３５秒の投射時間で投射材を投射するとよい。乾式ショットブラストにおける投射材（メディア）は、残留応力値を上記の範囲内により容易に制御する観点から、平均粒径１００～２００μｍであって、Ａｌ₂Ｏ₃及びＺｒＯ₂からなる群より選ばれる１種以上の材質であると好ましい。

本実施形態の被覆切削工具に用いる被覆層における各層の厚さは、被覆切削工具の断面組織を、光学顕微鏡、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、又はＦＥ－ＳＥＭなどを用いて観察することにより測定することができる。なお、本実施形態の被覆切削工具に用いる被覆層における各層の平均厚さは、刃先稜線部から被覆切削工具のすくい面の中心部に向かって５０μｍの位置の近傍において、各層の厚さを３箇所以上測定し、その相加平均値として求めることができる。また、各層の組成は、本実施形態の被覆切削工具の断面組織から、エネルギー分散型Ｘ線分光器（ＥＤＳ）や波長分散型Ｘ線分光器（ＷＤＳ）などを用いて測定することができる。

以下、実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

［実施例１］
基材として、１６ＥＲ２０ＩＳＯの形状を有し、９０％ＷＣ－４．８％Ｃｏ－２．３％ＴｉＣＮ－２．６％ＮｂＣ－０．３％ＺｒＣ（以上質量％）の組成を有する超硬合金製の切削インサートを用意した。この基材の刃先稜線部にＳｉＣブラシにより丸ホーニングを施した後、基材の表面を洗浄した。

基材の表面を洗浄した後、被覆層を化学蒸着法により形成した。発明品１～４については、まず、基材を外熱式化学蒸着装置に装入し、表１に示す原料ガス組成、温度及び圧力の条件の下、表２に組成を示す被覆層を、表２に示す平均厚さになるよう、基材の表面に形成した。こうして、発明品１～４の被覆切削工具を得た。

一方、比較品１～４については、まず、基材を外熱式化学蒸着装置に装入し、表１に示す原料ガス組成、温度及び圧力の条件の下、表２に組成を示す被覆層を、表２に示す平均厚さになるよう、基材の表面に形成した。こうして、比較品１～４の被覆切削工具を得た。

試料の被覆層の厚さを下記のようにして求めた。すなわち、ＦＥ－ＳＥＭを用いて、被覆切削工具の刃先稜線部からすくい面の中心部に向かって５０μｍの位置の近傍における断面での３箇所の厚さを測定し、その相加平均値を平均厚さとして求めた。得られた試料の被覆層の組成は、被覆切削工具の刃先稜線部からすくい面の中心部に向かって５０μｍまでの位置の近傍の断面において、ＥＤＳを用いて測定した。

発明品４については、基材の表面に被覆層を形成した後、表３に示す投射材を用いて、表３に示す投射条件の下、被覆層表面に向けて乾式ショットブラストを施した。

得られた試料について、Ｃｕ－Ｋα線を用いた２θ／θ集中法光学系のＸ線回折測定を、出力：５０ｋＶ、２５０ｍＡ、入射側ソーラースリット：５°、発散縦スリット：２／３°、発散縦制限スリット：５ｍｍ、散乱スリット：２／３°、受光側ソーラースリット：５°、受光スリット：０．３ｍｍ、ＢＥＮＴモノクロメータ、受光モノクロスリット：０．８ｍｍ、サンプリング幅：０．０１°、スキャンスピード：４°／ｍｉｎ、２θ測定範囲：２０°～１５５°とする条件で行った。装置は、株式会社リガク製のＸ線回折装置（型式「ＲＩＮＴ ＴＴＲＩＩＩ」）を用いた。Ｘ線回折図形からＴｉＣ層、ＴｉＮ層又はＴｉＣＮ層の各結晶面のピーク強度を求めた。得られた各結晶面のピーク強度から、ＴｉＣ層、ＴｉＮ層又はＴｉＣＮ層における（１１１）面の組織係数ＴＣ（１１１）、（２２０）面の組織係数ＴＣ（２２０）及び（４２２）面の組織係数ＴＣ（４２２）を順に下記記式（１）～（３）より算出した。その結果を、表４に示す。

・ＴｉＣ層のＴＣの算出
（式（１）～（３）中、Ｉ（ｈｋｌ）は、ＴｉＣ層のＸ線回折における（ｈｋｌ）面のピーク強度を示し、Ｉ₀（ｈｋｌ）は、ＴｉＣのＪＣＰＤＳカード番号３２－１３８３における（ｈｋｌ）面の標準回折強度を示し、（ｈｋｌ）は、（１１１）、（２００）、（２２０）、（３１１）、（３３１）、（４２０）、（４２２）、及び（５１１）の８つの結晶面を指す。）
・ＴｉＣＮ層のＴＣの算出
（式（１）～（３）中、Ｉ（ｈｋｌ）は、ＴｉＣＮ層のＸ線回折における（ｈｋｌ）面のピーク強度を示し、Ｉ₀（ｈｋｌ）は、ＴｉＣのＪＣＰＤＳカード番号３２－１３８３における（ｈｋｌ）面の標準回折強度と、ＴｉＮのＪＣＰＤＳカード番号３８－１４２０における（ｈｋｌ）面の標準回折強度との平均値を示し、（ｈｋｌ）は、（１１１）、（２００）、（２２０）、（３１１）、（３３１）、（４２０）、（４２２）、及び（５１１）の８つの結晶面を指す。）
・ＴｉＮ層のＴＣの算出
（式（１）～（３）中、Ｉ（ｈｋｌ）は、ＴｉＮ層のＸ線回折における（ｈｋｌ）面のピーク強度を示し、Ｉ₀（ｈｋｌ）は、ＴｉＮのＪＣＰＤＳカード番号３８－１４２０における（ｈｋｌ）面の標準回折強度との平均値を示し、（ｈｋｌ）は、（１１１）、（２００）、（２２０）、（３１１）、（３３１）、（４２０）、（４２２）、及び（５１１）の８つの結晶面を指す。）

また、得られた試料のＴｉＣ層、ＴｉＮ層又はＴｉＣＮ層における粒子の形状、平均アスペクト比及び平均結晶粒径は、ＦＥ－ＳＥＭに付属したＥＢＳＤを用いて測定した。具体的には、ダイヤモンドペーストを用いて被覆切削工具を研磨した後、コロイダルシリカを用いて仕上げ研磨を行い、被覆切削工具の断面組織を得た。被覆切削工具の断面組織を有する試料をＦＥ－ＳＥＭにセットし、試料の断面組織に７０度の入射角度で１５ｋＶの加速電圧及び０．５ｎＡ照射電流で電子線を照射した。ＥＢＳＤにより被覆切削工具のＴｉＣ層、ＴｉＮ層又はＴｉＣＮ層における断面組織を、測定範囲が（２．０μｍ（各層の平均厚さ）－０．５μｍ）×５０μｍ、すなわち１．５μｍ×５０μｍの範囲、０．１μｍのステップサイズで測定した。このとき、方位差が５°以上の境界を結晶粒界とみなし、この結晶粒界によって囲まれる領域を粒子とした。ここで、平均結晶粒径を求める際の結晶粒径は、被覆層の膜厚方向に直交する方向における結晶粒径とした。この際、ＴｉＣ層、ＴｉＮ層又はＴｉＣＮ層の平均厚さの５０％の位置において各粒子の結晶粒径を求めた。具体的には、まず、ＴｉＣ層、ＴｉＮ層又はＴｉＣＮ層の平均厚さの５０％の位置に膜厚方向に直交する方向に直線を引いた。次に、直線の範囲に含まれる粒子の数を求めた。直線の長さを粒子の数で除した値を平均結晶粒径とした。また、平均アスペクト比を求める際のアスペクト比は、被覆層の膜厚方向における粒子の結晶粒径を膜厚方向に直交する方向における粒子の結晶粒径で除した値とした。この際、ＴｉＣ層、ＴｉＮ層又はＴｉＣＮ層の断面組織から、画像解析ソフトを用いて結晶粒径を求めた。（２．０μｍ（各層の平均厚さ）－０．５μｍ）×５０μｍ、すなわち１．５μｍ×５０μｍの範囲におけるＴｉＣ層、ＴｉＮ層又はＴｉＣＮ層の結晶粒径を測定し、各方向の結晶粒径から求めた全ての粒子のアスペクト比の平均値（相加平均値）を平均アスペクト比とした。ＴｉＣ層、ＴｉＮ層又はＴｉＣＮ層について、特定した各粒子の形状、平均アスペクト比及び平均結晶粒径をそれぞれ求めた。それらの結果を、表４に示す。

得られた試料におけるＴｉＣ層、ＴｉＮ層又はＴｉＣＮ層の（４２２）面における残留応力値は、Ｘ線応力測定装置（株式会社リガク製、型式「ＲＩＮＴ ＴＴＲＩＩＩ」）を用いたｓｉｎ²ψ法により測定した。各層中の任意の３点における残留応力をｓｉｎ²ψ法により測定し、これら３点の残留応力の相加平均値を求めた。測定箇所となる各層中の任意の３点は、互いに０．１ｍｍ以上離れるように選択した。ＴｉＣ層、ＴｉＮ層又はＴｉＣＮ層の（４２２）面における残留応力値を測定するためには、測定対象となるＴｉＣ層、ＴｉＮ層又はＴｉＣＮ層の（４２２）面を選択して測定した。具体的には、ＴｉＣ層が形成された試料を、Ｘ線回折装置によって分析した。そして、試料面法線と格子面法線とのなす角度ψを変えた時の（４２２）面の回折角の変化を調べた。その測定結果を表４に示す。

得られた試料を用いて、下記の条件にて切削試験１を行った。切削試験１の結果を表５に示す。

［切削試験１］
加工形態：ねじ切り加工、
被削材：ＳＣＭ４４０、
被削材の形状：φ２４×５０、
切削速度：２００ｍ／分、
ピッチ：２．０ｍｍ／ｒｅｖ、
切り込み深さ：０．２０ｍｍ→０．２０ｍｍ→０．２０ｍｍ→０．１５ｍｍ→０．１５ｍｍ→０．１０ｍｍ→０．０５ｍｍ、
※上記の切り込み深さ（７回）で少しずつ加工し、ねじを形成する。
評価項目：試料がねじを加工できなくなったとき（ねじ形状の寸法から外れたとき）を工具寿命とし、工具寿命までねじを加工した被削材の数量（個）を測定した。工具寿命までのねじの加工数量が多いほど切削性能に優れることを意味する。

表５に示す結果より、発明品１～４において工具寿命までのねじの加工数量は「８６（個）」以上であり、いずれも比較品１～４の場合より多かった。

［実施例２］
基材として、ＪＩＳ規格ＣＮＭＧ１２０４１２形状を有し、８８．０％ＷＣ－６．７％Ｃｏ－２．０％ＴｉＣＮ－２．７％ＮｂＣ－０．３％Ｃｒ₃Ｃ₂－０．３％ＺｒＣ（以上質量％）の組成を有する超硬合金製の切削インサートを用意した。この基材の刃先稜線部にＳｉＣブラシにより丸ホーニングを施した後、基材の表面を洗浄した。

基材の表面を洗浄した後、被覆層を化学蒸着法により形成した。発明品５～９については、まず、基材を外熱式化学蒸着装置に装入し、表６に示す原料ガス組成、温度及び圧力の条件の下、表９に組成を示す最下層（第１層）を、表９に示す平均厚さになるよう、基材の表面に形成した。次いで、表８に示す原料ガス組成、温度及び圧力の条件の下、ＴｉＣ層（第２層）を、表９に示す平均厚さになるよう、最下層の表面に形成した。次に、表６に示す原料ガス組成、温度及び圧力の条件の下、表９に組成を示す第３層を、表９に示す平均厚さになるよう、ＴｉＣ層（第２層）の表面に形成した。その後、表７に示すガス組成、温度及び圧力の条件の下、表７に示す時間にて、第３層の表面に酸化処理を施した。次いで、表６に示す原料ガス組成、温度及び圧力の条件の下、酸化処理を施した第３層の表面に表９に組成を示すα型酸化アルミニウム層を、表９に示す平均厚さになるよう形成した。こうして、発明品５～９の被覆切削工具を得た。

一方、比較品５～８については、まず、基材を外熱式化学蒸着装置に装入し、表６に示す原料ガス組成、温度及び圧力の条件の下、表９に組成を示す最下層（第１層）を、表９に示す平均厚さになるよう、基材の表面に形成した。次いで、表８に示す原料ガス組成、温度及び圧力の条件の下、表９に組成を示す第２層を、表９に示す平均厚さになるよう、最下層の表面に形成した。次に、表６に示す原料ガス組成、温度及び圧力の条件の下、表９に組成を示す第３層を、表９に示す平均厚さになるよう、第２層の表面に形成した。その後、表７に示すガス組成、温度及び圧力の条件の下、表７に示す時間にて、第３層の表面に酸化処理を施した。次いで、表６に示す原料ガス組成、温度及び圧力の条件の下、酸化処理を施した第３層の表面に、表９に組成を示すα型酸化アルミニウム層を、表９に示す平均厚さになるよう形成した。こうして、比較品５～８の被覆切削工具を得た。

試料の各層の厚さを下記のようにして求めた。すなわち、ＦＥ－ＳＥＭを用いて、被覆切削工具の刃先稜線部からすくい面の中心部に向かって５０μｍの位置の近傍における断面での３箇所の厚さを測定し、その相加平均値を平均厚さとして求めた。得られた試料の各層の組成は、被覆切削工具の刃先稜線部からすくい面の中心部に向かって５０μｍまでの位置の近傍の断面において、ＥＤＳを用いて測定した。

発明品５～９及び比較品５～８について、基材の表面に被覆層を形成した後、表１０に示す投射材を用いて、表１０に示す投射条件の下、被覆層表面に向けて乾式ショットブラストを施した。

得られた試料について、実施例１と同様の方法により、ＴｉＣ層又はＴｉＣＮ層における組織係数ＴＣ（１１１）、ＴＣ（２２０）及びＴＣ（４２２）を算出した。その結果を、表１１に示す。

また、得られた試料のＴｉＣ層又はＴｉＣＮ層における粒子の形状、平均アスペクト比及び平均結晶粒径を、実施例１と同様の方法により、ＦＥ－ＳＥＭに付属したＥＢＳＤを用いて測定した。ＴｉＣ層又はＴｉＣＮ層について、特定した各粒子の形状、平均アスペクト比及び平均結晶粒径の結果を、表１１に示す。

得られた試料におけるＴｉＣ層又はＴｉＣＮ層の（４２２）面における残留応力値は、実施例１と同様の方法により、Ｘ線応力測定装置（株式会社リガク製、型式「ＲＩＮＴ ＴＴＲＩＩＩ」）を用いたｓｉｎ²ψ法により測定した。その測定結果を表１１に示す。

得られた試料を用いて、下記の条件にて切削試験２を行った。切削試験２の結果を表１２に示す。

［切削試験２］
加工形態：外径旋削加工
被削材：Ｓ４５Ｃ、
被削材の形状：φ８０×２００
切削速度：２４０ｍ／分、
送り：０．２８ｍｍ／ｒｅｖ、
切り込み深さ：２．０ｍｍ、
評価項目：逃げ面摩耗幅が０．３ｍｍに至ったとき、又はインサートが欠損したときを工具寿命とし、工具寿命までの加工時間を測定した。工具寿命までの加工時間が長いほど切削性能に優れることを意味する。得られた評価の結果を表１２に示す。

表１２に示す結果より、発明品５～９において工具寿命までの加工時間は「１２（分）」以上であり、いずれも比較品５～８の場合より長かった。

［実施例３］
基材として、ＪＩＳ規格ＣＮＭＧ１２０４１２形状を有し、８５．５％ＷＣ－８．９％Ｃｏ－２．２％ＴｉＣＮ－２．７％ＮｂＣ－０．４％Ｃｒ₃Ｃ₂－０．３％ＺｒＣ（以上質量％）の組成を有する超硬合金製の切削インサートを用意した。この基材の刃先稜線部にＳｉＣブラシにより丸ホーニングを施した後、基材の表面を洗浄した。

基材の表面を洗浄した後、被覆層を化学蒸着法により形成した。発明品１０～１２については、まず、基材を外熱式化学蒸着装置に装入し、表１３に示す原料ガス組成、温度及び圧力の条件の下、表１６に組成を示す最下層（第１層）を、表１６に示す平均厚さになるよう、基材の表面に形成した。次いで、表１３に示す原料ガス組成、温度及び圧力の条件の下、表１６に組成を示す第２層を、表１６に示す平均厚さになるよう、最下層の表面に形成した。次に、表１３に示す原料ガス組成、温度及び圧力の条件の下、表１６に組成を示す第３層を、表１６に示す平均厚さになるよう、第２層の表面に形成した。その後、表１４に示すガス組成、温度及び圧力の条件の下、表１４に示す時間にて、第３層の表面に酸化処理を施した。次いで、表１３に示す原料ガス組成、温度及び圧力の条件の下、第３層の表面に、表１６に組成を示す第４層を、表１６に示す平均厚さになるよう形成した。最後に、表１５に示す原料ガス組成、温度及び圧力の条件の下、ＴｉＣ層（第５層（最外層））を、表１６に示す平均厚さになるよう、第４層の表面に形成した。こうして、発明品１０～１２の被覆切削工具を得た。

一方、比較品９～１０については、まず、基材を外熱式化学蒸着装置に装入し、表１３に示す原料ガス組成、温度及び圧力の条件の下、表１６に組成を示す最下層（第１層）を、表１６に示す平均厚さになるよう、基材の表面に形成した。次いで、表１３に示す原料ガス組成、温度及び圧力の条件の下、表１６に組成を示す第２層を、表１６に示す平均厚さになるよう、最下層の表面に形成した。次に、表１３に示す原料ガス組成、温度及び圧力の条件の下、表１６に組成を示す第３層を、表１６に示す平均厚さになるよう、第２層の表面に形成した。その後、表１４に示すガス組成、温度及び圧力の条件の下、表１４に示す時間にて、第３層の表面に酸化処理を施した。次いで、表１３に示す原料ガス組成、温度及び圧力の条件の下、第３層の表面に、表１６に組成を示す第４層を、表１６に示す平均厚さになるよう形成した。最後に、表１５に示す原料ガス組成、温度及び圧力の条件の下、表１６に組成を示す第５層（最外層）を、表１６に示す平均厚さになるよう、第４層の表面に形成した。こうして、比較品９～１０の被覆切削工具を得た。

試料の各層の厚さを下記のようにして求めた。すなわち、ＦＥ－ＳＥＭを用いて、被覆切削工具の刃先稜線部からすくい面の中心部に向かって５０μｍの位置の近傍における断面での３箇所の厚さを測定し、その相加平均値を平均厚さとして求めた。得られた試料の各層の組成は、被覆切削工具の刃先稜線部からすくい面の中心部に向かって５０μｍまでの位置の近傍の断面において、ＥＤＳを用いて測定した。

発明品１０～１１、比較品９～１０については、基材の表面に被覆層を形成した後、表１７に示す投射材を用いて、表１７に示す投射条件の下、被覆層表面に向けて乾式ショットブラストを施した。

得られた試料について、実施例１と同様の方法により、ＴｉＣ層又はＴｉＮ層（第５層）における組織係数ＴＣ（１１１）、ＴＣ（２２０）及びＴＣ（４２２）を算出した。その結果を、表１８に示す。

また、得られた試料のＴｉＣ層又はＴｉＮ層（第５層）における粒子の形状、平均アスペクト比及び平均結晶粒径を、実施例１と同様の方法により、ＦＥ－ＳＥＭに付属したＥＢＳＤを用いて測定した。ＴｉＣ層又はＴｉＮ層（第５層）について、特定した各粒子の形状、平均アスペクト比及び平均結晶粒径の結果を、表１８に示す。

得られた試料におけるＴｉＣ層又はＴｉＮ層（第５層）の（４２２）面における残留応力値は、実施例１と同様の方法により、Ｘ線応力測定装置（株式会社リガク製、型式「ＲＩＮＴ ＴＴＲＩＩＩ」）を用いたｓｉｎ²ψ法により測定した。その測定結果を表１８に示す。

得られた試料を用いて、下記の条件にて切削試験３を行った。切削試験３の結果を表１９に示す。

［切削試験３］
加工形態：外径旋削加工
被削材：ＳＣＭ４４０、
被削材の形状：φ８０×２００
切削速度：２２０ｍ／分、
送り：０．４０ｍｍ／ｒｅｖ、
切り込み深さ：２．０ｍｍ、
評価項目：逃げ面摩耗幅が０．３ｍｍに至ったとき、又はインサートが欠損したときを工具寿命とし、工具寿命までの加工時間を測定した。工具寿命までの加工時間が長いほど切削性能に優れることを意味する。得られた評価の結果を表１９に示す。

表１９に示す結果より、発明品１０～１２において工具寿命までの加工時間は３０分以上であり、いずれも比較品９～１０の場合より長かった。

以上の結果より、発明品は、耐摩耗性及び耐欠損性に優れる結果、工具寿命が長いことが分かった。

本発明の被覆切削工具は、優れた耐摩耗性及び耐欠損性を有することにより、従来よりも工具寿命を延長できるので、そのような観点から、産業上の利用可能性がある。

１…基材、２…下部層、３…ＴｉＣ層、４…中間層、５…上部層、６…被覆切削工具、７…被覆層。

Claims (10)

1. 基材と、該基材の表面に形成された被覆層とを備える被覆切削工具であって、
   前記被覆層は、少なくとも１層のＴｉＣ層を含み、
   前記ＴｉＣ層の平均厚さが、０．５μｍ以上１０．０μｍ以下であり、
   前記ＴｉＣ層を構成する粒子が、３．５以上の平均アスペクト比を有する柱状晶であり、
   前記ＴｉＣ層を構成する粒子の平均結晶粒径が、０．１μｍ以上１．２μｍ以下である、被覆切削工具。
2. 前記ＴｉＣ層を構成する粒子の平均アスペクト比が、３．５以上８．０以下である、請求項１に記載の被覆切削工具。
3. 前記ＴｉＣ層において、下記式（１）で表される（１１１）面の組織係数ＴＣ（１１１）、下記式（２）で表される（２２０）面の組織係数ＴＣ（２２０）、又は下記式（３）で表される（４２２）面の組織係数ＴＣ（４２２）が、３．０以上６．５以下である、請求項１又は２に記載の被覆切削工具。
   

   

   （式（１）～（３）中、Ｉ（ｈｋｌ）は、前記ＴｉＣ層のＸ線回折における（ｈｋｌ）面のピーク強度を示し、Ｉ₀（ｈｋｌ）は、ＴｉＣのＪＣＰＤＳカード番号３２－１３８３における（ｈｋｌ）面の標準回折強度を示し、（ｈｋｌ）は、（１１１）、（２００）、（２２０）、（３１１）、（３３１）、（４２０）、（４２２）、及び（５１１）の８つの結晶面を指す。）
4. 前記ＴｉＣ層の（４２２）面における残留応力が、５０ＭＰａ以上３５０ＭＰａ以下である、請求項１～３のいずれか１項に記載の被覆切削工具。
5. 前記被覆層は、前記ＴｉＣ層の前記基材側とは反対側にα型Ａｌ₂Ｏ₃からなる上部層を含み、
   前記上部層の平均厚さが、２．０μｍ以上８．０μｍ以下である、請求項１～４のいずれか１項に記載の被覆切削工具。
6. 前記被覆層は、前記ＴｉＣ層と前記上部層との間にＴｉＣＮＯ又はＴｉＣＯからなる中間層を含み、
   前記中間層の平均厚さが、０．２μｍ以上１．０μｍ以下である、請求項５に記載の被覆切削工具。
7. 前記被覆層は、前記基材と前記ＴｉＣ層との間にＴｉＮからなる下部層を含み、
   前記下部層の平均厚さが、０．０５μｍ以上１．０μｍ以下である、請求項１～６のいずれか１項に記載の被覆切削工具。
8. 前記被覆層全体の平均厚さが、１．５μｍ以上２０．０μｍ以下である、請求項１～７のいずれか１項に記載の被覆切削工具。
9. 前記被覆層において、前記ＴｉＣ層が前記基材側とは反対側の最外層である、請求項１～４のいずれか１項に記載の被覆切削工具。
10. 前記基材は、超硬合金、サーメット、セラミックス又は立方晶窒化硼素焼結体のいずれかである、請求項１～９のいずれか１項に記載の被覆切削工具。

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