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WO2017009928A1 - 表面被覆切削工具 - Google Patents

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WO2017009928A1
WO2017009928A1 PCT/JP2015/070029 JP2015070029W WO2017009928A1 WO 2017009928 A1 WO2017009928 A1 WO 2017009928A1 JP 2015070029 W JP2015070029 W JP 2015070029W WO 2017009928 A1 WO2017009928 A1 WO 2017009928A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
grain boundary
layer
type
length
coated cutting
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2015/070029
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
アノンサック パサート
秀明 金岡
隆典 出谷
今村　晋也
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Electric Hardmetal Corp
Original Assignee
Sumitomo Electric Hardmetal Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Electric Hardmetal Corp filed Critical Sumitomo Electric Hardmetal Corp
Priority to EP15882290.8A priority Critical patent/EP3323538B1/en
Priority to CN201580003733.3A priority patent/CN106660136B/zh
Priority to KR1020167016408A priority patent/KR102126104B1/ko
Priority to JP2015548512A priority patent/JP5871353B1/ja
Priority to US15/039,999 priority patent/US9878374B2/en
Priority to PCT/JP2015/070029 priority patent/WO2017009928A1/ja
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    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
    • C30B25/10—Heating of the reaction chamber or the substrate
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    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
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    • B23B2228/105—Coatings with specified thickness

Definitions

  • the present invention relates to a surface-coated cutting tool.
  • Patent Document 1 discloses a coating including an ⁇ -Al 2 O 3 layer in which the proportion of ⁇ 3 type crystal grain boundaries to ⁇ 3-29 type crystal grain boundaries is 60-80%. A surface-coated cutting tool is disclosed.
  • Patent Document 2 Japanese Patent Application Publication No. 2014-526391 includes an ⁇ -Al 2 O 3 layer in which the length of the ⁇ 3 type grain boundary is more than 80% of the length of the ⁇ 3-29 type grain boundary.
  • a surface-coated cutting tool having a coating is disclosed.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a surface-coated cutting tool that improves the mechanical properties of the coating and further extends the life of the cutting tool. It is in.
  • the surface-coated cutting tool includes a base material and a coating formed on the base material, and the coating includes an ⁇ -Al 2 O 3 layer, and the ⁇ -Al 2 O
  • the three layers include a plurality of ⁇ -Al 2 O 3 crystal grains and exhibit a (001) orientation, and the grain boundaries of the crystal grains include a CSL grain boundary and a general grain boundary.
  • the length of the ⁇ 3-type grain boundary is more than 80% of the length of the ⁇ 3-29 type grain boundary, and is the sum of the length of the ⁇ 3-29 type grain boundary and the length of the general grain boundary. It is 10% or more and 50% or less of the total length of all the grain boundaries.
  • the mechanical properties of the coating are improved, and the life of the cutting tool can be further extended.
  • a surface-coated cutting tool is a surface-coated cutting tool including a base material and a coating film formed on the base material, the coating film comprising ⁇ -Al 2 O
  • the ⁇ -Al 2 O 3 layer includes a plurality of ⁇ -Al 2 O 3 crystal grains and exhibits (001) orientation, and the grain boundaries of the crystal grains are generally CSL grain boundaries.
  • the length of the ⁇ 3-type grain boundary of the CSL grain boundary is more than 80% of the length of the ⁇ 3-29-type grain boundary, and the length of the ⁇ 3-29-type grain boundary
  • the length of the general grain boundary is 10% or more and 50% or less of the total length of all grain boundaries.
  • the mechanical properties of the coating are improved and the life is extended.
  • the CSL grain boundaries are the ⁇ 3-type grain boundaries, ⁇ 7-type grain boundaries, ⁇ 11-type grain boundaries, ⁇ 17-type grain boundaries, ⁇ 19-type grain boundaries, ⁇ 21-type grain boundaries, and ⁇ 23-type crystal grains.
  • the length of the ⁇ 3-29 type crystal grain boundary is the ⁇ 3 type crystal grain boundary, ⁇ 7 type crystal grain boundary, ⁇ 11 type crystal grain boundary constituting the CSL grain boundary, ⁇ 17
  • the total length of each of the type grain boundaries, ⁇ 19 type grain boundaries, ⁇ 21 type crystal grain boundaries, ⁇ 23 type crystal grain boundaries, and ⁇ 29 type crystal grain boundaries is preferable. Thereby, said effect is fully exhibited.
  • the ⁇ -Al 2 O 3 layer preferably has a thickness of 2 to 20 ⁇ m. Thereby, said characteristic is exhibited most effectively.
  • the ⁇ -Al 2 O 3 layer preferably has a surface roughness Ra of less than 0.2 ⁇ m.
  • the ⁇ -Al 2 O 3 layer includes a point where the absolute value of the compressive stress is maximum in a region within 2 ⁇ m from the surface side of the coating, and the absolute value of the compressive stress at the point is less than 1 GPa It is preferable.
  • the coating film includes a TiC x N y layer between the base material and the ⁇ -Al 2 O 3 layer, and the TiC x N y layer is 0.6 ⁇ x / (x + y) ⁇ 0. It is preferable that TiC x N y satisfying the atomic ratio of .8 is included. This improves the adhesion between the substrate and the ⁇ -Al 2 O 3 layer.
  • the surface-coated cutting tool of the present embodiment has a configuration including a base material and a film formed on the base material. Such a coating preferably covers the entire surface of the substrate. However, even if a part of the substrate is not covered with this coating or the configuration of the coating is partially different, this embodiment It does not deviate from the scope.
  • Such a surface-coated cutting tool includes a drill, an end mill, a cutting edge exchangeable cutting tip for a drill, a cutting edge exchangeable cutting tip for an end mill, a cutting edge exchangeable cutting tip for milling, and a cutting edge exchangeable cutting tip for turning. It can be suitably used as a cutting tool such as a metal saw, a gear cutting tool, a reamer, and a tap.
  • any material can be used as long as it is conventionally known as this type of base material.
  • cemented carbide for example, WC-based cemented carbide, including WC, including Co, or including carbonitrides such as Ti, Ta, Nb), cermet (TiC, TiN, TiCN, etc.) Component
  • high-speed steel ceramics (titanium carbide, silicon carbide, silicon nitride, aluminum nitride, aluminum oxide, etc.), cubic boron nitride sintered body, or diamond sintered body preferable.
  • a WC-based cemented carbide or cermet particularly TiCN-based cermet. This is because these substrates are particularly excellent in the balance between hardness and strength at high temperatures, and have excellent characteristics as substrates for surface-coated cutting tools for the above applications.
  • such a substrate includes those having a chip breaker and those having no chip breaker, and the cutting edge ridge line portion has a sharp shape. Included are edges (edges where the rake face and flank face intersect), honing (sharp edges are added to the edges), negative lands (chamfered), and combinations of honing and negative lands. .
  • the coating according to the present embodiment may include other layers as long as the ⁇ -Al 2 O 3 layer is included.
  • the other layer include a TiN layer, a TiCN layer, a TiBNO layer, a TiCNO layer, a TiB 2 layer, a TiAlN layer, a TiAlCN layer, a TiAlON layer, and a TiAlONC layer. Note that the order of stacking is not particularly limited.
  • those having no particular atomic ratio in the chemical formulas such as “TiN”, “TiCN”, and “TiC x N y ” indicate that the atomic ratio of each element is only “1”. It is not shown and all conventionally known atomic ratios are included.
  • Such a coating according to the present embodiment has an effect of improving various properties such as wear resistance and chipping resistance by coating the base material.
  • Such a film of the present embodiment has a thickness of 3 to 30 ⁇ m (3 ⁇ m or more and 30 ⁇ m or less, and in the present application, when the numerical range is expressed using “ ⁇ ”, the range includes upper and lower limit numerical values), more preferably It preferably has a thickness of 5 to 20 ⁇ m. If the thickness is less than 3 ⁇ m, the wear resistance may be insufficient. If it exceeds 30 ⁇ m, peeling or breaking of the coating is frequently caused when a large stress is applied between the coating and the substrate in intermittent processing. May occur.
  • the coating of this embodiment includes an ⁇ -Al 2 O 3 layer.
  • This ⁇ -Al 2 O 3 layer can be contained in one layer or two or more layers in the coating.
  • This ⁇ -Al 2 O 3 layer is a layer containing crystal grains of a plurality of ⁇ -Al 2 O 3 (aluminum oxide whose crystal structure is ⁇ -type). That is, this layer is composed of polycrystalline ⁇ -Al 2 O 3 .
  • this crystal grain has a grain size of about 100 to 2000 nm.
  • this ⁇ -Al 2 O 3 layer exhibits (001) orientation.
  • “shows (001) orientation” means that the normal direction to the (001) plane is ⁇ with respect to the normal direction of the ⁇ -Al 2 O 3 layer surface (the surface located on the coating surface side).
  • the ratio of crystal grains ( ⁇ -Al 2 O 3 ) within 20 ° is 50% or more in the ⁇ -Al 2 O 3 layer.
  • the law of the vertical cross section (the ⁇ -Al 2 O 3 layer surface of the ⁇ -Al 2 O 3 layer with a scanning electron microscope which is known as electron backscatter diffraction described below (EBSD) (SEM)
  • EBSD electron backscatter diffraction described below
  • SEM electron backscatter diffraction
  • the grain boundaries of the plurality of ⁇ -Al 2 O 3 crystal grains include CSL grain boundaries and general grain boundaries, and among the CSL grain boundaries, a ⁇ 3-type crystal
  • the grain boundary length is more than 80% of the length of the ⁇ 3-29 type grain boundary, and the sum of all grain boundaries, which is the sum of the length of the ⁇ 3-29 type grain boundary and the length of the general grain boundary. It is characterized by being 10% or more and 50% or less of the length.
  • the coating film ( ⁇ -Al 2 O 3 layer) of the present embodiment has improved mechanical properties, which can further extend the life of the cutting tool.
  • the crystal grain boundary has a great influence on material characteristics such as crystal grain growth, creep characteristics, diffusion characteristics, electrical characteristics, optical characteristics, and mechanical characteristics. Important properties to consider are, for example, grain boundary density in the material, chemical composition of the interface, and crystallographic structure, ie, grain interface orientation and grain orientation difference.
  • CSL grain boundaries play a special role.
  • a CSL grain boundary (also simply referred to as “CSL grain boundary”) is characterized by a multiplicity index ⁇ , which is the density of crystal lattice sites of two grains in contact with the grain boundary and both crystals. It is defined as the ratio with the density of the corresponding part when the lattices are overlapped.
  • EBSD electron beam backscatter diffraction
  • the crystallographic orientation is determined after indexing the corresponding diffraction pattern.
  • structure analysis and determination of grain boundary character distribution are made relatively easily by using EBSD.
  • EBSD grain boundary character distribution
  • the misorientation distribution is associated with the processing conditions of the substance.
  • Grain boundary orientation differences can be obtained by normal orientation parameters such as Euler angles, angle / axis pairs, or Rodrigues vectors.
  • the CSL model is widely used as a characterization tool.
  • the CSL grain boundaries of the present embodiment are usually ⁇ 7 type crystal grain boundaries, ⁇ 7 type crystal grain boundaries, ⁇ 11 type crystal grain boundaries, ⁇ 17 type crystal grain boundaries, ⁇ 19 type crystal grain boundaries, ⁇ 21 type crystal grain boundaries, It consists of a ⁇ 23 type crystal grain boundary and a ⁇ 29 type crystal grain boundary.
  • SEM scanning electron microscope
  • EBSD electron beam backscatter diffraction
  • the ⁇ 3-type grain boundary of the present embodiment is considered to have the lowest grain boundary energy among the CSL grain boundaries of ⁇ -Al 2 O 3 , and thus the proportion of all CSL grain boundaries is high. By doing so, it is considered that mechanical properties (particularly plastic deformation resistance) can be improved. For this reason, in this embodiment, all CSL grain boundaries are represented by the notation of ⁇ 3-29 type grain boundary, and the length of this ⁇ 3 type grain boundary exceeds 80% of the length of the ⁇ 3-29 type grain boundary. Is defined as The length of the ⁇ 3-type grain boundary is more preferably 83% or more, and still more preferably 85% or more of the length of the ⁇ 3-29 type grain boundary. Thus, the higher the value, the better. It is not necessary to define the upper limit, but the upper limit is 99% or less from the viewpoint of a polycrystalline thin film.
  • the length of the ⁇ 3-type grain boundary means the total length of the ⁇ 3-type grain boundary in the field of view observed by EBSD
  • the length of the ⁇ 3-29 type grain boundary is observed by EBSD.
  • the total length of the ⁇ 3-29 type grain boundary defined below in the visual field is shown.
  • the length of the ⁇ 3-29 type grain boundary means the ⁇ 3 type grain boundary, the ⁇ 7 type crystal grain boundary, the ⁇ 11 type crystal grain boundary, the ⁇ 17 type crystal grain boundary, and the ⁇ 19 type crystal grain respectively constituting the CSL grain boundary.
  • this ⁇ 3 type grain boundary is a crystal grain boundary having high consistency as is clear from having a low grain boundary energy
  • the ⁇ 3 type crystal grain boundary is 2
  • One crystal grain behaves like a single crystal or twin crystal and tends to coarsen.
  • the length of the ⁇ 3-type grain boundary is defined as 10% or more and 50% or less of the total length of all the grain boundaries, and the above-described suppression effect is ensured.
  • the length of the ⁇ 3-type grain boundary exceeds 50% of the total length of all the grain boundaries, the crystal grains become undesirably coarse, and if it is less than 10%, the above excellent mechanical properties cannot be obtained.
  • a more preferable range is 20 to 45%, and a further preferable range is 30 to 40%.
  • the total grain boundary is a sum of a grain boundary other than the CSL grain boundary and the CSL grain boundary.
  • crystal grain boundaries other than CSL crystal grain boundaries are referred to as general grain boundaries for convenience. Therefore, the general grain boundary is a remaining portion obtained by removing the ⁇ 3-29 type grain boundary from the whole grain boundary of the ⁇ -Al 2 O 3 crystal grain as observed by EBSD. Therefore, the “total length of all grain boundaries” can be expressed as “the sum of the length of the ⁇ 3-29 type grain boundary and the length of the general grain boundary”.
  • the length of the ⁇ 3-type grain boundary is more than 80% of the length of the ⁇ 3-29 type grain boundary, and the length of the ⁇ 3-type grain boundary is the sum of all grain boundaries. Whether it is 10% or more and 50% or less of the length can be confirmed as follows.
  • an ⁇ -Al 2 O 3 layer is first formed based on a manufacturing method described later. Then, (including such substrate) was formed ⁇ -Al 2 O 3 layer ⁇ -Al 2 O 3 layer to cut to a cross-section perpendicular to obtain (i.e., the surface of the ⁇ -Al 2 O 3 layer And cut so that the cut surface obtained by cutting the ⁇ -Al 2 O 3 layer at a plane including the normal line to is exposed). Thereafter, the cut surface is polished with water-resistant abrasive paper (containing a SiC abrasive abrasive as an abrasive).
  • the above-mentioned cutting is performed, for example, on an ⁇ -Al 2 O 3 layer surface (if another layer is formed on the ⁇ -Al 2 O 3 layer, the coating surface) on a sufficiently large holding plate And fixed in close contact with wax or the like, and then cut in a direction perpendicular to the flat plate with a rotary blade cutter (cut so that the rotary blade and the flat plate are as vertical as possible) To do.
  • This cutting can be performed at any part of the ⁇ -Al 2 O 3 layer as long as it is performed in such a vertical direction, but it can be cut to include a cutting edge tip as described later. preferable.
  • the above polishing is performed using the water-resistant abrasive papers # 400, # 800, and # 1500 in order (the number (#) of the water-resistant abrasive paper means a difference in the particle size of the abrasive, and the number is The larger the particle size, the smaller the particle size of the abrasive).
  • the polished surface is further smoothed by ion milling with Ar ions.
  • the conditions for the ion milling treatment are as follows. Acceleration voltage: 6 kV
  • the smoothed polished surface is observed with an SEM equipped with EBSD.
  • the observation location is not particularly limited, but it is preferable to observe the tip of the cutting edge in consideration of the relationship with the cutting characteristics.
  • the cutting edge tip usually means the edge of the cutting edge where the rake face and flank intersect, but if the edge of the cutting edge is honing or chamfered, observe any part within the machining range. It shall be.
  • SEM uses Zeiss Supra 35 VP (CARL ZEISS) equipped with HKL NL02 EBSD detector. EBSD data is collected sequentially by placing a focused electron beam onto each pixel individually.
  • the normal of the sample surface (smoothed ⁇ -Al 2 O 3 layer) is inclined by 70 ° with respect to the incident beam, and the analysis is performed at 15 kV. In order to avoid the charging effect, a pressure of 10 Pa is applied.
  • the high current mode is used in combination with the opening diameter of 60 ⁇ m or 120 ⁇ m. Data collection is performed at a step of 0.1 ⁇ m / step for 500 ⁇ 300 points corresponding to a surface area of 50 ⁇ 30 ⁇ m on the polished surface.
  • the ⁇ -Al 2 O 3 layer exhibits (001) orientation can be confirmed as follows. That is, after the ⁇ -Al 2 O 3 layer is cut so that a cross section perpendicular to the ⁇ -Al 2 O 3 layer can be obtained in the same manner as described above, the polishing and smoothing treatment is similarly performed.
  • the ⁇ -Al 2 O 3 layer shows the (001) orientation with respect to the cut surface thus treated, using an SEM equipped with the same EBSD as described above.
  • the normal direction of the (001) plane of each measurement pixel and the normal direction of the surface of the ⁇ -Al 2 O 3 layer (the surface located on the coating surface side) ( In other words, the angle between the cut surface and the ⁇ -Al 2 O 3 layer in a straight line direction parallel to the thickness direction of the ⁇ -Al 2 O 3 layer is calculated, and a color map is created so that pixels whose angle is within ⁇ 20 ° are selected To do. In this case, the color map is created over the entire cut surface (that is, the ⁇ -Al 2 O 3 layer).
  • the Tolerance 20 ° between the normal direction of the ⁇ -Al 2 O 3 layer surface and the normal direction of the (001) plane of each measurement pixel is 20 °.
  • a color map (with a direction difference within ⁇ 20 °) is created. Then, by calculating the area ratio of the pixel based on this color map, it is assumed that “ ⁇ -Al 2 O 3 layer exhibits (001) orientation” when the area ratio is 50% or more.
  • the ⁇ -Al 2 O 3 layer preferably has a thickness of 2 to 20 ⁇ m. Thereby, the above excellent effects can be exhibited.
  • the thickness is more preferably 3 to 15 ⁇ m, still more preferably 5 to 10 ⁇ m.
  • the thickness is less than 2 ⁇ m, the above-mentioned excellent effects may not be sufficiently exhibited.
  • the thickness exceeds 20 ⁇ m, the linear expansion coefficient between the ⁇ -Al 2 O 3 layer and other layers such as the underlayer Interfacial stress due to the difference between the two may increase, and ⁇ -Al 2 O 3 crystal grains may fall off.
  • SEM scanning electron microscope
  • the ⁇ -Al 2 O 3 layer preferably has a surface roughness Ra of less than 0.2 ⁇ m.
  • the surface roughness Ra is more preferably less than 0.15 ⁇ m, and even more preferably less than 0.10 ⁇ m.
  • the lower the surface roughness Ra the better. It is not necessary to define the lower limit, but the lower limit is 0.05 ⁇ m or more from the viewpoint that the coating is affected by the surface properties of the substrate.
  • surface roughness Ra shall mean arithmetic average roughness Ra of JISB0601 (2001).
  • the ⁇ -Al 2 O 3 layer includes a point where the absolute value of the compressive stress is maximum in a region within 2 ⁇ m from the surface side of the coating, and the absolute value of the compressive stress at the point is preferably less than 1 GPa.
  • the absolute value is more preferably less than 0.9 GPa, and still more preferably less than 0.8 GPa.
  • the lower limit of the absolute value is not particularly limited, but the lower limit is 0.2 GPa or more from the viewpoint of a balance between wear resistance and fracture resistance.
  • the "surface side of the film”, in the thickness direction of the ⁇ -Al 2 O 3 layer, means a side opposite the side from the substrate side, another layer ⁇ -Al 2 O 3 layer on the When it is not formed, it means the surface of the ⁇ -Al 2 O 3 layer.
  • the compressive stress in this embodiment can be measured by the conventionally known sin 2 ⁇ method using X-rays, the penetration depth constant method, or the like.
  • the coating of this embodiment can include a TiC x N y layer between the substrate and the ⁇ -Al 2 O 3 layer.
  • This TiC x N y layer preferably contains TiC x N y that satisfies an atomic ratio of 0.6 ⁇ x / (x + y) ⁇ 0.8. This improves the adhesion between the substrate and the ⁇ -Al 2 O 3 layer.
  • the atomic ratio is more preferably 0.65 ⁇ x / (x + y) ⁇ 0.75, and further preferably 0.67 ⁇ x / (x + y) ⁇ 0.72.
  • x / (x + y) is less than 0.6, the wear resistance may be insufficient, and when it exceeds 0.8, the chipping resistance may be insufficient.
  • the surface-coated cutting tool of this embodiment can be manufactured by forming a film on a substrate by a chemical vapor deposition method.
  • these coatings can be formed under conventionally known conditions.
  • the ⁇ -Al 2 O 3 layer can be formed as follows.
  • AlCl 3 , HCl, CO 2 , CO, H 2 S, O 2 , and H 2 are used as source gases.
  • the blending amounts are 3-5% by volume of AlCl 3 , 4-6% by volume of HCl, 0.5-2% by volume of CO 2 , 0.1-1% by volume of CO, and 1-5% of H 2 S. %, O 2 is 0.0001 to 0.01% by volume, and the balance is H 2 .
  • volume ratios of 0.1 ⁇ CO / CO 2 ⁇ 1, 0.1 ⁇ CO 2 / H 2 S ⁇ 1, 0.1 ⁇ CO 2 / AlCl 3 ⁇ 1, 0.5 ⁇ AlCl 3 / HCl ⁇ 1 Is preferably adopted.
  • various conditions of the chemical vapor deposition method are a temperature of 950 to 1050 ° C., a pressure of 1 to 5 kPa, and a gas flow rate (total gas amount) of 50 to 100 L / min.
  • annealing is performed.
  • the annealing conditions are a temperature of 1050 to 1080 ° C., a pressure of 50 to 100 kPa, and a time of 120 to 300 minutes.
  • the annealing atmosphere is performed by flowing H 2 and Ar (argon) at a flow rate of 20 to 30 L / min.
  • the ⁇ -Al 2 O 3 layer of the present embodiment having a desired thickness can be formed.
  • the volume ratio of O 2 in the source gas within the above range, it is possible to ensure a sufficient film formation rate while reducing the risk of explosion and the like, and annealing as described above after film formation. it is possible to prevent the impurities such as sulfur remains on ⁇ -Al 2 O 3 layer in by performing particularly outstanding as a method for producing ⁇ -Al 2 O 3 layer of the present embodiment.
  • a film was formed on the surface of each substrate obtained above.
  • the base material was set in a chemical vapor deposition apparatus to form a film on the base material by chemical vapor deposition.
  • the film formation conditions are as described in Table 2 and Table 3 below.
  • Table 2 shows the formation conditions of each layer other than the ⁇ -Al 2 O 3 layer
  • Table 3 shows the formation conditions of the ⁇ -Al 2 O 3 layer.
  • TiBNO and TiCNO in Table 2 are intermediate layers in Table 5 to be described later, and that other layers correspond to the layers other than the ⁇ -Al 2 O 3 layer in Table 5.
  • TiC x N y layers are those atomic ratio x / (x + y) consists of TiC x N y is 0.7.
  • the ⁇ -Al 2 O 3 layer has 10 formation conditions of A to G and X to Z, of which A to G are the conditions of the example, and X to Z are It is conditions of a comparative example (prior art).
  • the formation condition A is 3.2 volume% AlCl 3 , 4.0 volume% HCl, 1.0 volume% CO 2 , 0.5 volume% CO, 2 volume% H 2 S, 0
  • a material gas having a composition is supplied from 0.003 volume% O 2 and the balance H 2 to a chemical vapor deposition apparatus under conditions of a pressure of 3.5 kPa and a temperature of 1000 ° C., and a flow rate (total gas amount) of 70 L / min. It is shown that an ⁇ -Al 2 O 3 layer is formed by performing a chemical vapor deposition method, followed by annealing for 180 minutes under the above conditions.
  • each layer other than the ⁇ -Al 2 O 3 layer shown in Table 2 was similarly formed by chemical vapor deposition except that annealing was not performed. “Remaining” in Table 2 indicates that H 2 occupies the remainder of the source gas.
  • the “total gas amount” indicates the total volume flow rate introduced into the chemical vapor deposition apparatus per unit time, assuming that the gas in the standard state (0 ° C., 1 atm) is an ideal gas ( ⁇ in Table 3). The same applies to the Al 2 O 3 layer).
  • composition and thickness of each coating were confirmed by SEM-EDX (scanning electron microscope-energy dispersive X-ray spectroscopy), and the length of the ⁇ 3-type grain boundary of the ⁇ -Al 2 O 3 layer, ⁇ 3-29
  • the length of the type grain boundary and the total length of all the grain boundaries were confirmed by the method described above.
  • the presence or absence of (001) orientation in the ⁇ -Al 2 O 3 layer was also confirmed by the above method.
  • the composition and thickness of each film are as shown in Table 5, and the length of the ⁇ 3 type grain boundary of the ⁇ -Al 2 O 3 layer is what percentage of the length of the ⁇ 3-29 type grain boundary, The percentages of the total length of all grain boundaries are shown in the sections of “ ⁇ 3 / ⁇ 3-29” and “ ⁇ 3 / total grain boundaries” in Table 4, respectively. Further, crystal grains ( ⁇ -Al 2 ) whose normal direction with respect to the (001) plane is within ⁇ 20 ° with respect to the normal direction of the surface of the ⁇ -Al 2 O 3 layer (the surface located on the coating surface side). The ratio (%) of O 3 ) is also shown in the section “(001) orientation ratio” in Table 4.
  • the surface-coated cutting tool of Example 4 employs the base material P described in Table 1 as the base material, and a TiN layer having a thickness of 0.5 ⁇ m is formed on the surface of the base material P under the conditions of Table 2. Then, a TiC x N y layer having a thickness of 5.0 ⁇ m is formed on the underlayer under the conditions of Table 2, and a TiBNO layer having a thickness of 0.5 ⁇ m is formed on the TiC x N y layer as an intermediate layer under the conditions of Table 2.
  • An ⁇ -Al 2 O 3 layer having a thickness of 5.0 ⁇ m is formed on the intermediate layer under the formation conditions B in Table 3 and Table 4, and then a TiN layer having a thickness of 1.0 ⁇ m is formed as the outermost layer in Table 2.
  • a film having a total thickness of 12.0 ⁇ m is formed on the substrate.
  • the length of the ⁇ 3 type grain boundary is 88% of the length of the ⁇ 3-29 type grain boundary, and the total of all the grain boundaries is 30% of the length.
  • the ⁇ -Al 2 O 3 layer has a (001) orientation (ie, a crystal whose normal direction to the (001) plane is within ⁇ 20 ° with respect to the normal direction of the ⁇ -Al 2 O 3 layer surface.
  • the proportion of grains ( ⁇ -Al 2 O 3 ) is 57% in the ⁇ -Al 2 O 3 layer).
  • the surface-coated cutting tool of the example is superior in both wear resistance and chipping resistance to the surface-coated cutting tool of the comparative example, and the tool life is prolonged. It is obvious. That is, it was confirmed that the mechanical properties of the coating of the surface-coated cutting tool of the example were improved.
  • the surface-coated cutting tool of the example is superior in wear resistance and has a long tool life as compared with the surface-coated cutting tool of the comparative example. That is, it was confirmed that the mechanical properties of the coating of the surface-coated cutting tool of the example were improved.
  • the surface-coated cutting tool of the example is superior to both the surface-coated cutting tool of the comparative example in both wear resistance and chipping resistance, and the tool life is prolonged. It is obvious. That is, it was confirmed that the mechanical properties of the coating of the surface-coated cutting tool of the example were improved.
  • the surface-coated cutting tool of the example is superior in wear resistance and has a long tool life as compared with the surface-coated cutting tool of the comparative example. That is, it was confirmed that the mechanical properties of the coating of the surface-coated cutting tool of the example were improved.
  • the surface-coated cutting tool of the example is superior in fracture resistance and has a long tool life as compared with the surface-coated cutting tool of the comparative example. That is, it was confirmed that the mechanical properties of the coating of the surface-coated cutting tool of the example were improved.
  • Example 1A the surface-coated cutting tools of Example 1A, Example 2A, and Example 11A were obtained by subjecting the ⁇ -Al 2 O 3 layer of each surface-coated cutting tool to an aero lapping process under the following conditions, respectively. Was made. Then, for each of these surface-coated cutting tools, the surface roughness Ra of the ⁇ -Al 2 O 3 layer was measured in the same manner as described above. The results are shown in Table 11.
  • ⁇ Aero wrap conditions> Media: Elastic rubber media with a diameter of about 1 mm containing diamond abrasive grains with an average particle size of 0.1 ⁇ m (trade name: “Multicone”, manufactured by Yamashita Towers) Projection pressure: 0.5 bar Projection time: 30 seconds wet / dry: dry.
  • the surface-coated cutting tools of Examples 1A, 2A, and 11A having the ⁇ -Al 2 O 3 layer having the surface roughness Ra of less than 0.2 ⁇ m have a surface roughness of 0.2 ⁇ m or more.
  • the coefficient of friction between the chip and the tool edge is reduced, and stable chip discharge is achieved. It was confirmed that it was possible to demonstrate the properties.
  • Example 1B, Example 1C, Example 2B, Example 2C, and A surface-coated cutting tool of Example 11B was produced.
  • Example 1B, Example 1C, Example 2B, Example 2C, and A surface-coated cutting tool of Example 11B was produced.
  • Example 1B, Example 1C, Example 2B, Example 2C, and A surface-coated cutting tool of Example 11B was produced.
  • Example 1B, Example 1C, Example 2B, Example 2C, and A surface-coated cutting tool of Example 11B was produced for each of these surface-coated cutting tools.
  • the ⁇ -Al 2 O 3 layer includes a point where the absolute value of the stress is maximum in a region within 2 ⁇ m from the surface side of the coating, and the stress at that point is a tensile stress.
  • the absolute value of the compressive stress is less than 1 GPa, chipping of the tool edge due to mechanical and thermal fatigue that occurs during intermittent cutting is suppressed, and as a result, the reliability of the edge is improved. Was confirmed.

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Abstract

本発明の表面被覆切削工具は、基材と、該基材上に形成された被膜とを備えた表面被覆切削工具であって、該被膜は、α－Ａｌ2Ｏ3層を含み、該α－Ａｌ2Ｏ3層は、複数のα－Ａｌ2Ｏ3の結晶粒を含み、かつ（００１）配向を示し、該結晶粒の粒界は、ＣＳＬ粒界と一般粒界とを含み、該ＣＳＬ粒界のうちΣ３型結晶粒界の長さは、Σ３－２９型結晶粒界の長さの８０％超であり、かつ該Σ３－２９型結晶粒界の長さと該一般粒界の長さとの和である全粒界の合計長さの１０％以上５０％以下である。

Description

表面被覆切削工具
　本発明は、表面被覆切削工具に関する。
　従来より、基材上に被膜を形成した表面被覆切削工具が用いられてきた。たとえば、特開２００６－１９８７３５号公報（特許文献１）は、Σ３型結晶粒界がΣ３－２９型結晶粒界に占める割合が６０－８０％となるα－Ａｌ2Ｏ3層を含む被膜を有する表面被覆切削工具を開示している。
　また、特表２０１４－５２６３９１号公報（特許文献２）は、Σ３型結晶粒界の長さがΣ３－２９型結晶粒界の長さの８０％超となるα－Ａｌ2Ｏ3層を含む被膜を有する表面被覆切削工具を開示している。
特開２００６－１９８７３５号公報 特表２０１４－５２６３９１号公報
　多結晶のα－Ａｌ2Ｏ3からなるα－Ａｌ2Ｏ3層を含む被膜において、α－Ａｌ2Ｏ3層に含まれる粒界におけるΣ３型結晶粒界の占める割合が高くなるほど機械特性をはじめとする種々の特性が向上し、以って耐摩耗性や耐欠損性が向上することから切削工具の寿命が長くなることが期待される。
　しかしながら、近年の切削加工においては、高速化および高能率化が進行し、切削工具にかかる負荷が増大し、切削工具の寿命が短期化することが問題となっていた。このため、切削工具の被膜の機械特性をさらに向上させ、切削工具の寿命をさらに長寿命化することが求められている。
　本発明は、このような状況に鑑みなされたものであって、その目的とするところは、被膜の機械特性を向上させ、切削工具の寿命をさらに長寿命化した表面被覆切削工具を提供することにある。
　本発明の一態様に係る表面被覆切削工具は、基材と、該基材上に形成された被膜とを備え、該被膜は、α－Ａｌ2Ｏ3層を含み、該α－Ａｌ2Ｏ3層は、複数のα－Ａｌ2Ｏ3の結晶粒を含み、かつ（００１）配向を示し、該結晶粒の粒界は、ＣＳＬ粒界と一般粒界とを含み、該ＣＳＬ粒界のうちΣ３型結晶粒界の長さは、Σ３－２９型結晶粒界の長さの８０％超であり、かつ該Σ３－２９型結晶粒界の長さと該一般粒界の長さとの和である全粒界の合計長さの１０％以上５０％以下である。
　上記によれば、被膜の機械特性が向上し、切削工具の寿命をさらに長寿命化することができる。
　[本発明の実施形態の説明]
　最初に本発明の実施態様を列記して説明する。
　［１］本発明の一態様に係る表面被覆切削工具は、基材と、該基材上に形成された被膜とを備えた表面被覆切削工具であって、該被膜は、α－Ａｌ2Ｏ3層を含み、該α－Ａｌ2Ｏ3層は、複数のα－Ａｌ2Ｏ3の結晶粒を含み、かつ（００１）配向を示し、該結晶粒の粒界は、ＣＳＬ粒界と一般粒界とを含み、該ＣＳＬ粒界のうちΣ３型結晶粒界の長さは、Σ３－２９型結晶粒界の長さの８０％超であり、かつ該Σ３－２９型結晶粒界の長さと該一般粒界の長さとの和である全粒界の合計長さの１０％以上５０％以下である。この表面被覆切削工具は、被膜の機械特性が向上し、寿命が長寿命化されたものとなる。
　［２］上記ＣＳＬ粒界は、上記Σ３型結晶粒界、Σ７型結晶粒界、Σ１１型結晶粒界、Σ１７型結晶粒界、Σ１９型結晶粒界、Σ２１型結晶粒界、Σ２３型結晶粒界、およびΣ２９型結晶粒界からなり、上記Σ３－２９型結晶粒界の長さは、上記ＣＳＬ粒界を構成するΣ３型結晶粒界、Σ７型結晶粒界、Σ１１型結晶粒界、Σ１７型結晶粒界、Σ１９型結晶粒界、Σ２１型結晶粒界、Σ２３型結晶粒界、およびΣ２９型結晶粒界のそれぞれの長さの総計であることが好ましい。これにより、上記の効果が十分に発揮される。
　［３］上記α－Ａｌ2Ｏ3層は、２～２０μｍの厚みを有することが好ましい。これにより、上記の特性が最も効果的に発揮される。
　［４］上記α－Ａｌ2Ｏ3層は、表面粗さＲａが０．２μｍ未満であることが好ましい。これにより、被削材と工具刃先との凝着摩耗が抑制され、その結果として刃先の耐チッピング性が向上したものとなる。
　［５］上記α－Ａｌ2Ｏ3層は、上記被膜の表面側から２μｍ以内の領域に圧縮応力の絶対値が最大となる地点を含み、該地点における圧縮応力の絶対値は１ＧＰａ未満であることが好ましい。これにより、断続切削加工時に発生する機械的、熱的疲労による工具刃先の欠損が抑制され、その結果として刃先の信頼性が向上したものとなる。
　［６］上記被膜は、上記基材と上記α－Ａｌ2Ｏ3層との間にＴｉＣxＮy層を含み、該ＴｉＣxＮy層は、０．６≦ｘ／（ｘ＋ｙ）≦０．８という関係の原子比を満たすＴｉＣxＮyを含むことが好ましい。これにより、基材とα－Ａｌ2Ｏ3層との密着性が向上する。
　[本発明の実施形態の詳細]
　以下、本発明の実施形態（以下「本実施形態」とも記す）についてさらに詳細に説明する。
　＜表面被覆切削工具＞
　本実施形態の表面被覆切削工具は、基材と該基材上に形成された被膜とを備えた構成を有する。このような被膜は、基材の全面を被覆することが好ましいが、基材の一部がこの被膜で被覆されていなかったり、被膜の構成が部分的に異なったりし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。
　このような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、タップなどの切削工具として好適に使用することができる。
　＜基材＞
　本実施形態の表面被覆切削工具に用いられる基材は、この種の基材として従来公知のものであればいずれのものも使用することができる。たとえば、超硬合金（たとえば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、酸化アルミニウムなど）、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。
　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。これは、これらの基材が特に高温における硬度と強度とのバランスに優れ、上記用途の表面被覆切削工具の基材として優れた特性を有するためである。
　なお、表面被覆切削工具が刃先交換型切削チップ等である場合、このような基材は、チップブレーカを有するものも、有さないものも含まれ、また、刃先稜線部は、その形状がシャープエッジ（すくい面と逃げ面とが交差する稜）、ホーニング（シャープエッジに対してアールを付与したもの）、ネガランド（面取りをしたもの）、ホーニングとネガランドとを組み合せたもののいずれのものも含まれる。
　＜被膜＞
　本実施形態の被膜は、α－Ａｌ2Ｏ3層を含む限り、他の層を含んでいてもよい。他の層としては、たとえばＴｉＮ層、ＴｉＣＮ層、ＴｉＢＮＯ層、ＴｉＣＮＯ層、ＴｉＢ2層、ＴｉＡｌＮ層、ＴｉＡｌＣＮ層、ＴｉＡｌＯＮ層、ＴｉＡｌＯＮＣ層等を挙げることができる。なお、その積層の順も特に限定されない。
　なお、本実施形態において、「ＴｉＮ」、「ＴｉＣＮ」、「ＴｉＣxＮy」等の化学式において特に原子比を特定していないものは、各元素の原子比が「１」のみであることを示すものではなく、従来公知の原子比が全て含まれるものとする。
　このような本実施形態の被膜は、基材を被覆することにより、耐摩耗性や耐チッピング性等の諸特性を向上させる作用を有するものである。
　このような本実施形態の被膜は、３～３０μｍ（３μｍ以上３０μｍ以下、なお本願において数値範囲を「～」を用いて表わす場合、その範囲は上限および下限の数値を含むものとする）、より好ましくは５～２０μｍの厚みを有することが好適である。その厚みが３μｍ未満では、耐摩耗性が不十分となる場合があり、３０μｍを超えると、断続加工において被膜と基材との間に大きな応力が加わった際に被膜の剥離または破壊が高頻度に発生する場合がある。
　＜α－Ａｌ2Ｏ3層＞
　本実施形態の被膜は、α－Ａｌ2Ｏ3層を含む。このα－Ａｌ2Ｏ3層は、当該被膜中に一層または二層以上含まれることができる。
　このα－Ａｌ2Ｏ3層は、複数のα－Ａｌ2Ｏ3（結晶構造がα型である酸化アルミニウム）の結晶粒を含んだ層である。すなわち、この層は、多結晶のα－Ａｌ2Ｏ3により構成される。通常この結晶粒は、約１００～２０００ｎｍ程度の大きさの粒径を有する。
　また、このα－Ａｌ2Ｏ3層は、（００１）配向を示す。ここで、「（００１）配向を示す」とは、（００１）面に対する法線方向がα－Ａｌ2Ｏ3層表面（被膜表面側に位置する表面とする）の法線方向に対して±２０°以内となる結晶粒（α－Ａｌ2Ｏ3）の割合がα－Ａｌ2Ｏ3層中で５０％以上となる場合を言うものとする。具体的には、後述の電子線後方散乱回折（ＥＢＳＤ）として知られる走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いてα－Ａｌ2Ｏ3層の垂直断面（上記α－Ａｌ2Ｏ3層表面の法線方向に平行な断面）を観察し、それをカラーマッピングによる画像処理をした場合、α－Ａｌ2Ｏ3層に占める上記の結晶粒の面積比率が５０％以上となる場合をいうものとする。
　そして、上記複数のα－Ａｌ2Ｏ3の結晶粒の粒界（以下、単に「結晶粒界」とも記す）は、ＣＳＬ粒界と一般粒界とを含み、ＣＳＬ粒界のうちΣ３型結晶粒界の長さは、Σ３－２９型結晶粒界の長さの８０％超であり、かつΣ３－２９型結晶粒界の長さと一般粒界の長さとの和である全粒界の合計長さの１０％以上５０％以下であることを特徴とする。これにより、本実施形態の被膜（α－Ａｌ2Ｏ3層）は、機械特性が向上し、以って切削工具の寿命をさらに長寿命化することができる。
　結晶粒界は、結晶粒成長などの物質特性、クリープ特性、拡散特性、電気特性、光学特性、および機械特性に大きな影響を及ぼす。考慮すべき重要な特性としては、たとえば、物質中の結晶粒界密度、界面の化学組成、および結晶学的組織、すなわち結晶粒界面方位および結晶粒方位差である。特に、対応格子（ＣＳＬ）結晶粒界が特殊な役割を果たしている。ＣＳＬ結晶粒界（単に「ＣＳＬ粒界」ともいう）は、多重度インデックス（multiplicity　index）Σによって特徴付けられ、それは結晶粒界で接している２つの結晶粒の結晶格子部位密度と、両結晶格子を重ね合わせた場合に対応する部位の密度との比率として定義される。単純な構造の場合、低Σ値の結晶粒界は、低界面エネルギーおよび特殊な特性を有する傾向にあることが一般的に認められている。したがって、特殊結晶粒界の割合およびＣＳＬモデルから推定される結晶粒方位差の分布の制御は、セラミック被膜の特性およびこれらの特性を向上させる方法にとって重要であると考えられる。
　近年、電子線後方散乱回折（ＥＢＳＤ）として知られる走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）に基づく技術が出現し、セラミック物質中の結晶粒界の研究に用いられている。ＥＢＳＤ技術は、後方散乱電子によって発生する菊池回折パターンの自動分析に基づいている。
　対象とする物質の各結晶粒について、結晶学的方位は、対応する回折パターンのインデックス後に決定される。市販のソフトウェアにより、組織分析および結晶粒界性格分布（ＧＢＣＤ）の決定がＥＢＳＤを用いることによって比較的容易に行なわれる。ＥＢＳＤを界面に適用することにより、界面の大きなサンプル集団について結晶粒界の方位差を決定することが可能である。通常、方位差分布は、物質の処理条件と関連付けられている。結晶粒界方位差は、オイラー角、角／軸対（angle/axis　pair）、またはロドリゲスベクトルなどの通常の方位パラメータによって得ることができる。ＣＳＬモデルは、特性決定用のツールとして広く用いられている。
　本実施形態のＣＳＬ粒界は、通常、上記Σ３型結晶粒界の他、Σ７型結晶粒界、Σ１１型結晶粒界、Σ１７型結晶粒界、Σ１９型結晶粒界、Σ２１型結晶粒界、Σ２３型結晶粒界、およびΣ２９型結晶粒界からなる。ただし、上記の電子線後方散乱回折（ＥＢＳＤ）として知られる走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて観察した場合に、Σ３型結晶粒界以外のいずれか１以上の結晶粒界が観察されない場合でも本実施形態の効果を示す限り本実施形態の範囲を逸脱するものではない。
　本実施形態のΣ３型結晶粒界は、α－Ａｌ2Ｏ3のＣＳＬ結晶粒界の中で最も低い粒界エネルギーを有するものと考えられ、以って全ＣＳＬ結晶粒界に占める割合を高くすることにより機械特性（特に耐塑性変形性）を高めることができると考えられる。このため、本実施形態では、全ＣＳＬ結晶粒界をΣ３－２９型結晶粒界という表記で表わし、このΣ３型結晶粒界の長さをΣ３－２９型結晶粒界の長さの８０％超として規定したものである。Σ３型結晶粒界の長さは、より好ましくはΣ３－２９型結晶粒界の長さの８３％以上であり、さらに好ましくは８５％以上である。このように、その数値は、高くなればなる程好ましく、その上限を規定する必要はないが、多結晶薄膜であるという観点からその上限は９９％以下である。
　ここで、Σ３型結晶粒界の長さとは、ＥＢＳＤで観察される視野中のΣ３型結晶粒界の合計長さを示し、Σ３－２９型結晶粒界の長さとは、ＥＢＳＤで観察される視野中の、以下で定義されるΣ３－２９型結晶粒界の合計長さを示す。すなわち、Σ３－２９型結晶粒界の長さとは、それぞれＣＳＬ粒界を構成する、Σ３型結晶粒界、Σ７型結晶粒界、Σ１１型結晶粒界、Σ１７型結晶粒界、Σ１９型結晶粒界、Σ２１型結晶粒界、Σ２３型結晶粒界、およびΣ２９型結晶粒界のそれぞれの長さの総計とする。
　一方、このΣ３型結晶粒界は、低い粒界エネルギーを有していることからも明らかなように高い整合性を有する結晶粒界であることから、Σ３型結晶粒界を粒界とする２つの結晶粒は単結晶または双晶類似の挙動を示し、粗粒化する傾向を示す。結晶粒が粗粒化すると、耐チッピング性等の被膜特性が低下するため、粗粒化を抑制する必要がある。そのため、本実施形態では、Σ３型結晶粒界の長さを全粒界の合計長さの１０％以上５０％以下と規定し、上記の抑制効果を担保したものである。
　したがって、Σ３型結晶粒界の長さが全粒界の合計長さの５０％を超えると結晶粒が粗粒化するため好ましくなく、また１０％未満では上記の優れた機械特性が得られなくなる。より好ましい範囲は、２０～４５％、さらに好ましい範囲は３０～４０％である。
　ここで、全粒界とは、ＣＳＬ結晶粒界以外の結晶粒界とＣＳＬ結晶粒界とを加算したものである。なお、ＣＳＬ結晶粒界以外の結晶粒界は、便宜的に一般粒界と呼ぶものとする。よって、一般粒界とは、ＥＢＳＤで観察した場合のα－Ａｌ2Ｏ3の結晶粒の全粒界からΣ３－２９型結晶粒界を除いた残余部分となる。したがって、「全粒界の合計長さ」とは「Σ３－２９型結晶粒界の長さと一般粒界の長さの和」として表わすことができる。
　本実施形態において、Σ３型結晶粒界の長さがΣ３－２９型結晶粒界の長さの８０％超であるか否か、および、Σ３型結晶粒界の長さが全粒界の合計長さの１０％以上５０％以下であるか否かは、次のようにして確認することができる。
　すなわち、まずα－Ａｌ2Ｏ3層を後述の製造方法に基づき形成する。そして、形成されたα－Ａｌ2Ｏ3層を（基材なども含め）α－Ａｌ2Ｏ3層に垂直な断面が得られるように切断する（すなわち、α－Ａｌ2Ｏ3層の表面に対する法線を含む平面でα－Ａｌ2Ｏ3層を切断した切断面が露出するように切断する）。その後、その切断面を耐水研磨紙（研磨剤としてＳｉＣ砥粒研磨剤を含むもの）で研磨する。
　なお、上記の切断は、たとえばα－Ａｌ2Ｏ3層表面（α－Ａｌ2Ｏ3層上に他の層が形成されている場合は被膜表面とする）を十分に大きな保持用の平板上にワックス等を用いて密着固定した後、回転刃の切断機にてその平板に対して垂直方向に切断する（該回転刃と該平板とが可能な限り垂直となるように切断する）ものとする。この切断は、このような垂直方向に対して行なわれる限り、α－Ａｌ2Ｏ3層の任意の部位で行なうことができるが、後述のような切刃先端部を含むように切断することが好ましい。
　また、上記の研磨は、当該耐水研磨紙＃４００、＃８００、＃１５００を順に用いて行なうものとする（耐水研磨紙の番号（＃）は研磨剤の粒径の違いを意味し、数字が大きくなるほど研磨剤の粒径は小さくなる）。
　引続き、上記の研磨面をＡｒイオンによるイオンミーリング処理によりさらに平滑化する。イオンミーリング処理の条件は以下の通りである。
加速電圧：６ｋＶ
照射角度：α－Ａｌ2Ｏ3層表面の法線方向（すなわち該切断面におけるα－Ａｌ2Ｏ3層の厚み方向に平行となる直線方向）から０°
照射時間：６時間。
　その後、上記の平滑化された研磨面をＥＢＳＤを備えたＳＥＭによって観察する。該観察場所は、特に限定されないが、切削特性との関係を考慮すると切刃先端部を観察することが好ましい。切刃先端部とは、通常すくい面と逃げ面とが交差する刃先稜線部を意味するが、刃先稜線部がホーニング加工や面取り加工されている場合は、その加工範囲内の任意の箇所を観察するものとする。
　ＳＥＭは、HKL　NL02　EBSD検出器を備えたZeiss　Supra　35　VP（CARL　ZEISS社製）を用いる。ＥＢＳＤデータは、集束電子ビームを各ピクセル上へ個別に位置させることによって順に収集する。
　サンプル面（平滑化処理したα－Ａｌ2Ｏ3層）の法線は、入射ビームに対して７０°傾斜させ、分析は、１５ｋＶにて行なう。帯電効果を避けるために、１０Ｐａの圧力を印加する。開口径６０μｍまたは１２０μｍと合わせて高電流モードを用いる。データ収集は、研磨面上、５０×３０μｍの面領域に相当する５００×３００ポイントについて、０．１μｍ／ステップのステップにて行なう。
　データ処理は、ノイズフィルタリング有りおよび無しで行なう。ノイズフィルタリングおよび結晶粒界性格分布は、市販のソフトウェア（商品名：「orientation　Imaging　microscopy　Ver　6.2」、ＥＤＡＸ社製）を用いて決定する。結晶粒界性格分布の分析は、Grimmer（H．Grimmer，R．Bonnet，Philosophical　Magazine　A　61（1990），493-509）から入手可能であるデータに基づいて行なう。ブランドンの条件（Brandon　criterion）（ΔΘ＜Θ0（Σ）-0.5、ここで、Θ0＝１５°）を用いて、実験値の理論値からの許容誤差を考慮に入れる（D．Brandon　Acta　metall．14（1966），1479-1484）。任意のΣ値に対応する特殊結晶粒界を計数し、全結晶粒界に対する比として表すことによって確認することができる。すなわち、以上により、Σ３型結晶粒界の長さ、Σ３－２９型結晶粒界の長さ、および全粒界の合計長さを求めることができる。
　一方、α－Ａｌ2Ｏ3層が（００１）配向を示すか否かは次のようにして確認することができる。すなわち、上記と同様にしてα－Ａｌ2Ｏ3層に垂直な断面が得られるようにα－Ａｌ2Ｏ3層を切断した後、同じく同様にして研磨および平滑化処理を行なう。
　そして、このように処理された切断面に対して、上記と同様のＥＢＳＤを備えたＳＥＭを用いてα－Ａｌ2Ｏ3層が（００１）配向を示すか否かを確認する。具体的には、上記と同じソフトウェアを用いて各測定ピクセルの（００１）面の法線方向と、α－Ａｌ2Ｏ3層表面（被膜表面側に位置する表面とする）の法線方向（すなわち該切断面におけるα－Ａｌ2Ｏ3層の厚み方向に平行となる直線方向）とのなす角度を算出し、その角度が±２０°以内となるピクセルが選択されるようなカラーマップを作成する。なお、この場合、カラーマップは切断面（すなわちα－Ａｌ2Ｏ3層）の全面に亘って作成される。
　具体的には、上記ソフトウェアに含まれる「Cristal　Direction　MAP」の手法を用いて、α－Ａｌ2Ｏ3層表面の法線方向と各測定ピクセルの（００１）面の法線方向とのTolerance２０°（方向差が±２０°以内となるもの）のカラーマップを作成する。そして、このカラーマップに基づいて上記ピクセルの面積比を算出することにより、その面積比が５０％以上となる場合に「α－Ａｌ2Ｏ3層が（００１）配向を示す」ものとする。
　＜α－Ａｌ2Ｏ3層の厚み＞
　α－Ａｌ2Ｏ3層は、２～２０μｍの厚みを有することが好ましい。これにより、上記のような優れた効果を発揮することができる。その厚みは、３～１５μｍであることがより好ましく、５～１０μｍであることがさらに好ましい。
　上記厚みが２μｍ未満である場合、上記のような優れた効果を十分に発揮できない場合があり、２０μｍを超えると、α－Ａｌ2Ｏ3層と下地層等の他の層との線膨張係数の差に起因する界面応力が大きくなり、α－Ａｌ2Ｏ3の結晶粒が脱落する場合がある。このような厚みは、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）等を用いて基材と被膜の垂直断面観察により確認することができる。
　＜α－Ａｌ2Ｏ3層の表面粗さ＞
　α－Ａｌ2Ｏ3層は、表面粗さＲａが０．２μｍ未満であることが好ましい。これにより、切りくずと工具刃先との間の摩擦係数が低減し、耐チッピング性が向上するだけでなく、安定した切りくず排出性を発揮できる。表面粗さＲａは、０．１５μｍ未満であることがより好ましく、０．１０μｍ未満であることがさらに好ましい。このように表面粗さＲａは、低くなればなる程好ましく、その下限を規定する必要はないが、被膜は基材の表面性状の影響を受けるという観点からその下限は０．０５μｍ以上である。
　なお、本願において表面粗さＲａは、ＪＩＳ　Ｂ　０６０１（２００１）の算術平均粗さＲａを意味するものとする。
　＜α－Ａｌ2Ｏ3層の圧縮応力＞
　α－Ａｌ2Ｏ3層は、被膜の表面側から２μｍ以内の領域に圧縮応力の絶対値が最大となる地点を含み、該地点における圧縮応力の絶対値は１ＧＰａ未満であることが好ましい。これにより、断続切削加工時に発生する工具刃先の機械的、熱的疲労に伴う刃先の突発欠損が抑制され、省人／省エネルギー効果を発揮できる。該絶対値は、より好ましくは０．９ＧＰａ未満であり、さらに好ましくは０．８ＧＰａ未満である。上記絶対値の下限は、特に限定されないが、耐摩耗性と耐欠損性のバランスという観点からその下限は０．２ＧＰａ以上である。
　ここで、「被膜の表面側」とは、α－Ａｌ2Ｏ3層の厚み方向において、基材側とは反対側のサイドを意味し、α－Ａｌ2Ｏ3層上に他の層が形成されない場合はα－Ａｌ2Ｏ3層の表面を意味する。
　なお、本実施形態における圧縮応力は、従来公知のＸ線を用いたｓｉｎ2ψ法、侵入深さ一定法等により測定することができる。
　＜ＴｉＣxＮy層＞
　本実施形態の被膜は、基材とα－Ａｌ2Ｏ3層との間にＴｉＣxＮy層を含むことができる。このＴｉＣxＮy層は、０．６≦ｘ／（ｘ＋ｙ）≦０．８という関係の原子比を満たすＴｉＣxＮyを含むことが好ましい。これにより、基材とα－Ａｌ2Ｏ3層との密着性が向上する。
　該原子比は、より好ましくは０．６５≦ｘ／（ｘ＋ｙ）≦０．７５であり、さらに好ましくは０．６７≦ｘ／（ｘ＋ｙ）≦０．７２である。該ｘ／（ｘ＋ｙ）が０．６未満の場合、耐摩耗性が不十分となることがあり、０．８を超えると耐チッピング性が不十分となることがある。
　＜製造方法＞
　本実施形態の表面被覆切削工具は、基材上に被膜を化学気相蒸着法により形成することによって製造することができる。被膜のうち、α－Ａｌ2Ｏ3層以外の被膜が形成される場合、それらの被膜は従来公知の条件で形成することができる。一方、α－Ａｌ2Ｏ3層は、以下のようにして形成することができる。
　すなわち、まず原料ガスとして、ＡｌＣｌ3、ＨＣｌ、ＣＯ2、ＣＯ、Ｈ2Ｓ、Ｏ2、およびＨ2を用いる。配合量は、ＡｌＣｌ3を３～５体積％、ＨＣｌを４～６体積％、ＣＯ2を０．５～２体積％、ＣＯを０．１～１体積％、Ｈ2Ｓを１～５体積％、Ｏ2を０．０００１～０．０１体積％とし、残部はＨ2とする。さらに０．１≦ＣＯ／ＣＯ2≦１、０．１≦ＣＯ2／Ｈ2Ｓ≦１、０．１≦ＣＯ2／ＡｌＣｌ3≦１、０．５≦ＡｌＣｌ3／ＨＣｌ≦１という体積比を採用することが好ましい。
　また、化学気相蒸着法の諸条件は、温度が９５０～１０５０℃であり、圧力が１～５ｋＰａであり、ガス流量（全ガス量）が５０～１００Ｌ／ｍｉｎである。
　そして、このようにして化学気相蒸着法によりα－Ａｌ2Ｏ3層を一旦形成した後、アニールを行なう。アニールの条件は、温度が１０５０～１０８０℃であり、圧力が５０～１００ｋＰａであり、時間が１２０～３００分である。またこのアニールの雰囲気は、２０～３０Ｌ／ｍｉｎの流量のＨ2とＡｒ（アルゴン）とを流すことにより行なわれる。
　このようにして、所望の厚みの本実施形態のα－Ａｌ2Ｏ3層を形成することができる。とりわけ、原料ガス中のＯ2の体積比を上記の範囲としたことにより、爆発等の危険性を低減させつつ十分な成膜速度を確保することができ、また成膜後に上記のようなアニールを行なうことによりα－Ａｌ2Ｏ3層中に硫黄等の不純物が残存することを防止できるため、本実施形態のα－Ａｌ2Ｏ3層の製造方法として特に優れたものとなる。
　以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
　＜基材の調製＞
　以下の表１に記載の基材Ｐおよび基材Ｋの２種類の基材を準備した。具体的には、表１に記載の配合組成からなる原料粉末を均一に混合し、所定の形状に加圧成形した後、１３００～１５００℃で１～２時間焼結することにより、形状がＣＮＭＧ１２０４０８ＮＵＸ（住友電気工業製、ＪＩＳ　Ｂ４１２０（２０１３））の超硬合金製の基材を得た。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　＜被膜の形成＞
　上記で得られた各基材に対してその表面に被膜を形成した。具体的には、基材を化学気相蒸着装置内にセットすることにより、基材上に化学気相蒸着法により被膜を形成した。被膜の形成条件は、以下の表２および表３に記載した通りである。表２はα－Ａｌ2Ｏ3層以外の各層の形成条件を示し、表３はα－Ａｌ2Ｏ3層の形成条件を示している。なお、表２中のＴｉＢＮＯとＴｉＣＮＯは後述の表５の中間層であり、それ以外のものも表５中のα－Ａｌ2Ｏ3層を除く各層に相当することを示す。また、ＴｉＣxＮy層は、原子比ｘ／（ｘ＋ｙ）が０．７であるＴｉＣxＮyからなるものである。
　また、表３に示すように、α－Ａｌ2Ｏ3層の形成条件はＡ～ＧとＸ～Ｚの１０通りであり、このうちＡ～Ｇが実施例の条件であり、Ｘ～Ｚが比較例（従来技術）の条件である。
　なお、Ａ～Ｇの条件で形成した実施例のα－Ａｌ2Ｏ3層のみについて、表４に記載したアニール時間の間、１０５０℃、５０ｋＰａ、Ｈ2の流量を２０Ｌ／ｍｉｎ、Ａｒの流量を３０Ｌ／ｍｉｎの条件でアニールを行なった。
　たとえば、形成条件Ａは、３．２体積％のＡｌＣｌ3、４．０体積％のＨＣｌ、１．０体積％のＣＯ2、０．５体積％のＣＯ、２体積％のＨ2Ｓ、０．００３体積％のＯ2、そして残部Ｈ2から組成の原料ガスを化学気相蒸着装置へ供給し、圧力３．５ｋＰａおよび温度１０００℃の条件下、流量（全ガス量）７０Ｌ／ｍｉｎの条件で化学気相蒸着法を実行し、その後、上記の条件で１８０分間アニールすることによってα－Ａｌ2Ｏ3層が形成されることを示している。
　なお、表２に記載したα－Ａｌ2Ｏ3層以外の各層についても、アニールを行なわないことを除き、同様に化学気相蒸着法により形成した。なお、表２中の「残り」とは、Ｈ2が原料ガスの残部を占めることを示している。また、「全ガス量」とは、標準状態（０℃、１気圧）における気体を理想気体とし、単位時間当たりに化学気相蒸着装置に導入された全体積流量を示す（表３のα－Ａｌ2Ｏ3層についても同じ）。
　また、各被膜の組成および厚みは、ＳＥＭ－ＥＤＸ（走査型電子顕微鏡－エネルギー分散型Ｘ線分光）により確認し、α－Ａｌ2Ｏ3層のΣ３型結晶粒界の長さ、Σ３－２９型結晶粒界の長さ、および全粒界の合計長さを、上述の方法により確認した。また、α－Ａｌ2Ｏ3層の（００１）配向の有無も上述の方法により確認した。
　その結果、各被膜の組成および厚みは表５の通りであり、α－Ａｌ2Ｏ3層のΣ３型結晶粒界の長さがΣ３－２９型結晶粒界の長さの何％であり、かつ全粒界の合計長さの何％になるかを、表４の「Σ３／Σ３－２９」、「Σ３／全粒界」の項にそれぞれ示した。また、（００１）面に対する法線方向がα－Ａｌ2Ｏ3層表面（被膜表面側に位置する表面とする）の法線方向に対して±２０°以内となる結晶粒（α－Ａｌ2Ｏ3）の割合（％）を、同じく表４の「（００１）配向の割合」の項に示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　＜表面被覆切削工具の作製＞
　上記の表２～表４の条件により基材上に被膜を形成することにより、以下の表５に示した実施例１～１５および比較例１～６の表面被覆切削工具を作製した。なお、各層の厚みは、成膜時間を適宜調節することにより調整した（各層の成膜速度は約０．５～２．０μｍ／時間である）。
　たとえば実施例４の表面被覆切削工具は、基材として表１に記載の基材Ｐを採用し、その基材Ｐの表面に下地層として厚み０．５μｍのＴｉＮ層を表２の条件で形成し、その下地層上に厚み５．０μｍのＴｉＣxＮy層を表２の条件で形成し、そのＴｉＣxＮy層上に中間層として厚み０．５μｍのＴｉＢＮＯ層を表２の条件で形成し、その中間層上に厚み５．０μｍのα－Ａｌ2Ｏ3層を表３および表４の形成条件Ｂで作成し、その後、最外層として厚み１．０μｍのＴｉＮ層を表２の条件で形成することにより、基材上に合計厚み１２．０μｍの被膜を形成した構成であることを示している。この実施例４の表面被覆切削工具のα－Ａｌ2Ｏ3層は、Σ３型結晶粒界の長さがΣ３－２９型結晶粒界の長さの８８％であり、かつ全粒界の合計長さの３０％になる。またこのα－Ａｌ2Ｏ3層は、（００１）配向を示す（すなわち（００１）面に対する法線方向がα－Ａｌ2Ｏ3層表面の法線方向に対して±２０°以内となる結晶粒（α－Ａｌ2Ｏ3）の割合がα－Ａｌ2Ｏ3層中で５７％である）。
　なお、比較例１～６のα－Ａｌ2Ｏ3層は全て本発明の方法に従わない従来技術の条件で形成されているため、それらのα－Ａｌ2Ｏ3層は、本発明のような特性を示さない結晶組織により構成されることになる（表３および表４参照）。
　なお、表５中の空欄は、該当する層が形成されていないことを示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
　＜切削試験＞
　上記で得られた表面被覆切削工具を用いて、以下の５種類の切削試験を行なった。
　＜切削試験１＞
　以下の表６に記載した実施例および比較例の表面被覆切削工具について、以下の切削条件により逃げ面摩耗量（Ｖｂ）が０．２０ｍｍとなるまでの切削時間を測定するとともに刃先の最終損傷形態を観察した。その結果を表６に示す。切削時間が長いもの程、耐摩耗性に優れ、工具寿命が長くなっていることを示す。また、最終損傷形態が摩耗となるものは、耐チッピング性に優れ、同じく工具寿命が長くなっていることを示す。
　＜切削条件＞
被削材：ＳＵＪ２丸棒外周切削
周速：３５０ｍ／ｍｉｎ
送り速度：０．２ｍｍ／ｒｅｖ
切込み量：２．０ｍｍ
切削液：あり。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
　表６より明らかなように実施例の表面被覆切削工具は、比較例の表面被覆切削工具に比し、耐摩耗性および耐チッピング性の両者に優れており、工具寿命が長期化していることは明らかである。すなわち、実施例の表面被覆切削工具の被膜の機械特性が向上していることが確認できた。
　＜切削試験２＞
　以下の表７に記載した実施例および比較例の表面被覆切削工具について、以下の切削条件により逃げ面摩耗量（Ｖｂ）が０．２０ｍｍとなるまでの切削時間を測定するとともに刃先の最終損傷形態を観察した。その結果を表７に示す。切削時間が長いもの程、耐摩耗性に優れ、工具寿命が長くなっていることを示す。また、最終損傷形態が摩耗となるものは、耐チッピング性に優れ、同じく工具寿命が長くなっていることを示す。
　＜切削条件＞
被削材：Ｓ５０Ｃ丸棒外周切削
周速：３００ｍ／ｍｉｎ
送り速度：０．５ｍｍ／ｒｅｖ
切込み量：２．０ｍｍ
切削液：あり。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
　表７より明らかなように実施例の表面被覆切削工具は、比較例の表面被覆切削工具に比し、耐摩耗性に優れており、工具寿命が長期化していることは明らかである。すなわち、実施例の表面被覆切削工具の被膜の機械特性が向上していることが確認できた。
　＜切削試験３＞
　以下の表８に記載した実施例および比較例の表面被覆切削工具について、以下の切削条件により逃げ面摩耗量（Ｖｂ）が０．２０ｍｍとなるまでの切削時間を測定するとともに刃先の最終損傷形態を観察した。その結果を表８に示す。切削時間が長いもの程、耐摩耗性に優れ、工具寿命が長くなっていることを示す。また、最終損傷形態が摩耗となるものは、耐チッピング性に優れ、同じく工具寿命が長くなっていることを示す。
　＜切削条件＞
被削材：ＦＣＤ６００丸棒外周切削
周速：３００ｍ／ｍｉｎ
送り速度：０．３ｍｍ／ｒｅｖ
切込み量：１．５ｍｍ
切削液：あり。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
　表８より明らかなように実施例の表面被覆切削工具は、比較例の表面被覆切削工具に比し、耐摩耗性および耐チッピング性の両者に優れており、工具寿命が長期化していることは明らかである。すなわち、実施例の表面被覆切削工具の被膜の機械特性が向上していることが確認できた。
　＜切削試験４＞
　以下の表９に記載した実施例および比較例の表面被覆切削工具について、以下の切削条件により逃げ面摩耗量（Ｖｂ）が０．２０ｍｍとなるまでの切削時間を測定するとともに刃先の最終損傷形態を観察した。その結果を表９に示す。切削時間が長いもの程、耐摩耗性に優れ、工具寿命が長くなっていることを示す。また、最終損傷形態が摩耗となるものは、耐チッピング性に優れ、同じく工具寿命が長くなっていることを示す。
　＜切削条件＞
被削材：ＦＣ２００丸棒外周切削
周速：５００ｍ／ｍｉｎ
送り速度：０．２５ｍｍ／ｒｅｖ
切込み量：１．５ｍｍ
切削液：あり。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000009
　表９より明らかなように実施例の表面被覆切削工具は、比較例の表面被覆切削工具に比し、耐摩耗性に優れており、工具寿命が長期化していることは明らかである。すなわち、実施例の表面被覆切削工具の被膜の機械特性が向上していることが確認できた。
　＜切削試験５＞
　以下の表１０に記載した実施例および比較例の表面被覆切削工具について、以下の切削条件により工具が欠損するまでの切削時間を測定した。その結果を表１０に示す。切削時間が長いもの程、耐欠損性に優れ、工具寿命が長くなっていることを示す。
　＜切削条件＞
被削材：ＳＣＭ４４０（９０°×４溝外周切削）
周速：２００ｍ／ｍｉｎ
送り速度：０．２ｍｍ／ｒｅｖ
切込み量：１．５ｍｍ
切削液：あり。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000010
　表１０より明らかなように実施例の表面被覆切削工具は、比較例の表面被覆切削工具に比し、耐欠損性に優れており、工具寿命が長期化していることは明らかである。すなわち、実施例の表面被覆切削工具の被膜の機械特性が向上していることが確認できた。
　＜α－Ａｌ2Ｏ3層の表面粗さＲａの効果確認＞
　実施例１、実施例２、および実施例１１の表面被覆切削工具に対して、α－Ａｌ2Ｏ3層の表面粗さＲａをＪＩＳ　Ｂ　０６０１（２００１）に従って測定した。その結果を表１１に示す。
　次いで、上記の各表面被覆切削工具のα－Ａｌ2Ｏ3層に対して以下の条件のエアロラップ処理を行なうことによって、それぞれ実施例１Ａ、実施例２Ａ、および実施例１１Ａの表面被覆切削工具を作製した。そして、これらの各表面被覆切削工具に対して、α－Ａｌ2Ｏ3層の表面粗さＲａを上記と同様にして測定した。その結果を表１１に示す。
　＜エアロラップ処理の条件＞
メディア：平均粒径０．１μｍのダイヤモンド砥粒を含んだ直径１ｍｍ程度の弾性ゴムメディア（商品名：「マルチコーン」、ヤマシタワークス社製）
投射圧力：０．５ｂａｒ
投射時間：３０秒
湿式／乾式：乾式。
　そして、これらの実施例１、１Ａ、２、２Ａ、１１、および１１Ａの表面被覆切削工具について、以下の切削条件により逃げ面摩耗量（Ｖｂ）が０．２０ｍｍとなるまでの切削時間を測定した。その結果を表１１に示す。切削時間が長いもの程、切りくずと工具刃先との間の摩擦係数が低減し、安定した切りくず排出性を発揮できることを示す。
　＜切削条件＞
被削材：ＳＳ４００丸棒外周切削
周速：１００ｍ／ｍｉｎ
送り速度：０．１ｍｍ／ｒｅｖ
切込み量：１．０ｍｍ
切削液：なし。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000011
　表１１より明らかなように、０．２μｍ未満の表面粗さＲａを有するα－Ａｌ2Ｏ3層を備えた実施例１Ａ、２Ａ、１１Ａの表面被覆切削工具は、０．２μｍ以上の表面粗さＲａを有するα－Ａｌ2Ｏ3層を備えた実施例１、２、１１の表面被覆切削工具に比し、切りくずと工具刃先との間の摩擦係数が低減し、安定した切りくず排出性を発揮できることが確認できた。
　＜α－Ａｌ2Ｏ3層の圧縮応力付与の効果確認＞
　実施例１、実施例２、および実施例１１の表面被覆切削工具に対して、α－Ａｌ2Ｏ3層において被膜の表面側から２μｍ以内の領域に応力の絶対値が最大となる地点があることを確認し、その地点における応力の絶対値を測定した。その結果を表１２（「応力値」の項）に示す。なお、応力の測定はＸ線を用いたｓｉｎ2ψ法により実行し、表１２の「応力値」の項において、数値は絶対値を示し、引張応力は「引張」、圧縮応力は「圧縮」と表記した。
　次いで、上記の各表面被覆切削工具のα－Ａｌ2Ｏ3層に対して以下の条件の湿式ブラスト処理を行なうことによって、それぞれ実施例１Ｂ、実施例１Ｃ、実施例２Ｂ、実施例２Ｃ、および実施例１１Ｂの表面被覆切削工具を作製した。そして、これらの各表面被覆切削工具に対して、上記と同様にしてα－Ａｌ2Ｏ3層において被膜の表面側から２μｍ以内の領域に応力の絶対値が最大となる地点があることを確認し、その地点における応力の絶対値を測定した。その結果を表１２（「応力値」の項）に示す。なお、実施例１Ｂと実施例１Ｃ、および実施例２Ｂと実施例２Ｃの応力の差異は、湿式ブラスト処理の投射圧力の差異によるものである。
　＜湿式ブラスト処理の条件＞
メディア：アルミナメディア（φ５０μｍ）
投射圧力：１～２ｂａｒ
投射時間：１０秒
湿式／乾式：湿式。
　そして、これらの実施例１、１Ｂ、１Ｃ、２、２Ｂ、２Ｃ、１１、および１１Ｂの表面被覆切削工具について、以下の切削条件により工具が欠損するまでの切削時間を測定した。その結果を表１２に示す。切削時間が長いもの程、断続切削加工時に発生する機械的、熱的疲労による工具刃先の欠損が抑制され、その結果として刃先の信頼性が向上したものとなっていることを示す。
　＜切削条件＞
被削材：ＳＵＳ３０４（６０°×３溝外周切削）
周速：１５０ｍ／ｍｉｎ
送り速度：０．２５ｍｍ／ｒｅｖ
切込み量：１．０ｍｍ
切削液：なし。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000012
　表１２より明らかなように、α－Ａｌ2Ｏ3層において被膜の表面側から２μｍ以内の領域に応力の絶対値が最大となる地点を含み、その地点における応力が引張応力であるよりも、その絶対値が１ＧＰａ未満の圧縮応力である方が断続切削加工時に発生する機械的、熱的疲労による工具刃先の欠損が抑制され、その結果として刃先の信頼性が向上したものとなっていることが確認できた。
　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。
　今回開示された実施の形態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。

Claims (6)

  1. 　基材と、該基材上に形成された被膜とを備えた表面被覆切削工具であって、
    　前記被膜は、α－Ａｌ2Ｏ3層を含み、
    　前記α－Ａｌ2Ｏ3層は、複数のα－Ａｌ2Ｏ3の結晶粒を含み、かつ（００１）配向を示し、
    　前記結晶粒の粒界は、ＣＳＬ粒界と一般粒界とを含み、
    　前記ＣＳＬ粒界のうちΣ３型結晶粒界の長さは、Σ３－２９型結晶粒界の長さの８０％超であり、かつ前記Σ３－２９型結晶粒界の長さと前記一般粒界の長さとの和である全粒界の合計長さの１０％以上５０％以下である、表面被覆切削工具。
  2. 　前記ＣＳＬ粒界は、前記Σ３型結晶粒界、Σ７型結晶粒界、Σ１１型結晶粒界、Σ１７型結晶粒界、Σ１９型結晶粒界、Σ２１型結晶粒界、Σ２３型結晶粒界、およびΣ２９型結晶粒界からなり、
    　前記Σ３－２９型結晶粒界の長さは、前記ＣＳＬ粒界を構成するΣ３型結晶粒界、Σ７型結晶粒界、Σ１１型結晶粒界、Σ１７型結晶粒界、Σ１９型結晶粒界、Σ２１型結晶粒界、Σ２３型結晶粒界、およびΣ２９型結晶粒界のそれぞれの長さの総計である、請求項１に記載の表面被覆切削工具。
  3. 　前記α－Ａｌ2Ｏ3層は、２～２０μｍの厚みを有する、請求項１または請求項２に記載の表面被覆切削工具。
  4. 　前記α－Ａｌ2Ｏ3層は、表面粗さＲａが０．２μｍ未満である、請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の表面被覆切削工具。
  5. 　前記α－Ａｌ2Ｏ3層は、前記被膜の表面側から２μｍ以内の領域に圧縮応力の絶対値が最大となる地点を含み、前記地点における圧縮応力の絶対値は１ＧＰａ未満である、請求項１～請求項４のいずれか１項に記載の表面被覆切削工具。
  6. 　前記被膜は、前記基材と前記α－Ａｌ2Ｏ3層との間にＴｉＣxＮy層を含み、
    　前記ＴｉＣxＮy層は、０．６≦ｘ／（ｘ＋ｙ）≦０．８という関係の原子比を満たすＴｉＣxＮyを含む、請求項１～請求項５のいずれか１項に記載の表面被覆切削工具。
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