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WO2019146711A1 - 被覆工具及びこれを備えた切削工具 - Google Patents

被覆工具及びこれを備えた切削工具 Download PDF

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WO2019146711A1
WO2019146711A1 PCT/JP2019/002312 JP2019002312W WO2019146711A1 WO 2019146711 A1 WO2019146711 A1 WO 2019146711A1 JP 2019002312 W JP2019002312 W JP 2019002312W WO 2019146711 A1 WO2019146711 A1 WO 2019146711A1
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WO
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peak
layer
coated tool
altin
coated
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/JP2019/002312
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English (en)
French (fr)
Inventor
丹 何
剛 山▲崎▼
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.)
Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera 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.)
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Publication date
Application filed by Kyocera Corp filed Critical Kyocera Corp
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Priority to CN201980020059.8A priority patent/CN111886094B/zh
Priority to JP2019567157A priority patent/JP6998403B2/ja
Priority to US16/963,865 priority patent/US11478860B2/en
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    • B23B2228/00—Properties of materials of tools or workpieces, materials of tools or workpieces applied in a specific manner
    • B23B2228/10—Coatings

Definitions

  • the present disclosure relates to a coated tool used in cutting.
  • a coated tool used for cutting such as turning and turning
  • a coated member for a cutting tool in which a coating is coated on the surface of a base as described in Patent Document 1 is known.
  • the hard film coating the tool substrate is made of a cubic metal compound. Then, it is described that the wear resistance of the coated tool is enhanced by inclining the (111) plane and the (200) plane of the metal compound with respect to the surface of the substrate at a predetermined angle.
  • the coated tool of the present disclosure comprises a substrate and a coating layer located on the substrate.
  • the covering layer contains at least one element of periodic table 4, 5, 6 group elements, Al, Si, B, Y and Mn, and at least one element of C, N and O. Contains cubic crystals.
  • the covering layer has a first peak located between 15 ° and 30 °, and a first peak located between 15 ° and 30 °, in the X-ray intensity distribution on the ⁇ axis of the positive electrode point diagram with respect to the (200) plane of the cubic crystal. And a second peak located between them.
  • the covering layer has, between the first peak and the second peak, a valley portion whose X-ray intensity is lower than the X-ray intensities of the first peak and the second peak.
  • the peak intensity of the first peak is at least 0.7 times the peak intensity of the second peak.
  • the cutting tool of the present disclosure also includes a holder that extends from the first end to the second end and has a pocket at the first end, and the above-described coated tool located in the pocket.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an example of the coated tool of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of an AA cross section in the coated tool shown in FIG.
  • FIG. 3A is an enlarged view of a region B1 shown in FIG.
  • FIG. 3 (b) is an enlarged view of the other form in area
  • FIG. 4 is an example of an X-ray intensity distribution chart of the positive electrode point diagram of the (200) plane of the AlTiN crystal in the AlTiN layer.
  • FIG. 5 is an example of an X-ray intensity distribution chart of the positive electrode point diagram of the (200) plane of the AlTiN crystal in the AlTiN layer.
  • FIG. 6 is an example of an X-ray intensity distribution chart of the positive electrode point diagram of the (200) plane of the AlTiN crystal in the AlTiN layer.
  • FIG. 7 is a plan view showing an example of the cutting tool of the present disclosure.
  • the coated tool 1 has a square plate shape, and has a rectangular first surface 3 (upper surface in FIG. 1), a second surface 5 (side surface in FIG. 1), and first and second surfaces 3 and 2 And a cutting edge 7 located at at least a part of a ridge line where 5 crosses.
  • the coated tool 1 of the present embodiment further has a rectangular third surface 8 (the lower surface in FIG. 1).
  • the entire outer periphery of the first surface 3 may be the cutting edge 7, but the coated tool 1 is not limited to such a configuration, and for example, it may be square
  • the cutting edge 7 may be provided only on one side of the first surface 3 or partially.
  • the first surface 3 may have a rake surface area 3a at least in part, and the area along the cutting edge 7 in the first surface 3 may be the rake surface area 3a.
  • the second surface 5 may have a flank surface area 5 a at least in part, and the area along the cutting edge 7 in the second surface 5 may be the flank surface area 5 a. According to such a configuration, it may be rephrased that the cutting edge 7 is located at the intersection of the rake surface area 3a and the flank surface area 5a.
  • the boundary between the rake surface area 3 a on the first surface 3 and the other area is indicated by an alternate long and short dash line. Further, the boundary between the flank surface area 5a of the second surface 5 and the other area is indicated by an alternate long and short dash line.
  • an alternate long and short dash line indicating the boundary is annular.
  • the size of the coated tool 1 is not particularly limited, for example, in the present embodiment, the length of one side of the first surface 3 is set to about 3 to 20 mm. The height from the first surface 3 to the third surface 8 located on the opposite side of the first surface 3 is set to about 5 to 20 mm.
  • the coated tool 1 of the present disclosure includes a square plate-shaped base 9 and a coating layer 11 that covers the surface of the base 9.
  • the covering layer 11 may cover the entire surface of the substrate 9 or may cover only a part of the surface. When the covering layer 11 covers only a part of the substrate 9, it can be said that the covering layer 11 is located on at least a part of the substrate 9.
  • the thickness of the covering layer 11 can be set to, for example, about 0.1 to 10 ⁇ m.
  • the thickness of the covering layer 11 may be constant or may differ depending on the place.
  • the covering layer 11 is provided with the covering layer 11 on the surface of the substrate 9 as shown in FIG. 3 (a).
  • the covering layer 11 contains at least one element of periodic table 4, 5, 6 group elements, Al, Si, B, Y and Mn, and at least one element of C, N and O. Contains cubic crystals.
  • the cubic crystals are, for example, AlTiN, AlCrN, TiN or the like.
  • a TiAlN crystal is a crystal in which Al is dissolved in a TiN crystal.
  • These cubic crystals are suitably used for the coating layer 11 of the coated tool 1 because they have high hardness and excellent wear resistance.
  • the coated tool 1 of the present disclosure improves the durability of the coated tool 1 by controlling the orientation of cubic crystals in the coated layer 11.
  • the coating layer 11 cubic crystals have a (200) plane.
  • a cubic with the (200) plane of the cubic crystal as an evaluation standard by measuring the inclination angle of the (200) plane in the cubic crystal of the covering layer 11 with respect to the surface of the substrate 9 using an X-ray diffractometer.
  • the orientation of crystals can be evaluated.
  • the orientation of the (200) plane in a cubic crystal can be evaluated by the X-ray intensity distribution of the positive electrode point diagram as shown in FIGS.
  • the X-ray intensity distribution of the ⁇ axis of the positive electrode point diagram regarding the (200) plane of the cubic crystal of the coated tool 1 of the present disclosure has a first peak between 0 ° and 90 ° and an angle higher than this first peak.
  • FIGS. 4 to 6 there is a first peak at approximately 20 ° and a second peak at approximately 65 °. Note that the magnitude relationship between the first peak and the second peak in the present disclosure is to be compared by peak intensities in the X-ray intensity distribution on the ⁇ axis.
  • the present inventors have found that the peeling load of the coating layer 11 in which the first peak is at 15 ° to 30 ° is large. In addition, it was found that the coating layer 11 having the second peak in the range of 60 ° to 75 ° was high in hardness but low in peeling load.
  • the coated layer 11 of the coated tool 1 of the present disclosure has a first peak located between 15 ° and 30 ° in the X-ray intensity distribution of the ⁇ axis of the positive electrode point diagram regarding the (200) plane of the cubic crystal; Between the second peak located between 60 ° and 75 °, and between the first peak and the second peak, there is a valley having a lower X-ray intensity than the X-ray intensities of the first peak and the second peak.
  • the peak intensity of the first peak is 0.7 or more times the peak intensity of the second peak.
  • the coated tool 1 having the covering layer 11 in which the peak intensity of the first peak is 0.7 or more times the peak intensity of the second peak has a high peeling load. Moreover, hardness is also comparatively high and it is the coated tool 1 with a good balance.
  • the peak intensity of the first peak may be 1.0 or more times the peak intensity of the second peak.
  • the coated tool 1 having the AlTiN layer 13 whose peak intensity of the second peak is 1.0 times or more the peak intensity of the first peak has a still higher covering load.
  • the coated tool 1 having a high coating load is excellent in durability and can perform stable cutting over a long period of time.
  • the covering load can be measured by a scratch test, and is an index for evaluating the difficulty of peeling of the covering film 11.
  • the covering layer 11 may have an AlTiN layer 13 containing AlTiN crystals as cubic crystals.
  • the content ratio of aluminum may be higher than the content ratio of titanium.
  • the content ratio of titanium may be higher than the content ratio of aluminum.
  • AlTiN layer 13 may further contain chromium.
  • the sum of the respective content ratios of aluminum and titanium is higher than that of the chromium component.
  • the content ratio of chromium in the AlTiN layer 13 may be, for example, 0.1 to 20%.
  • the "content ratio" in the above has shown the content ratio in atomic ratio.
  • the coated tool 1 has an AlCrN layer 15 containing AlCrN crystals which are cubic crystals in addition to the AlTiN layer 13 as the covering layer 11. May be Also, multiple AlTiN layers 13 and AlCrN layers 15 may be stacked. The stacking order may be reversed, and a plurality of AlTiN layers 13 and AlCrN layers 15 may be stacked mutually.
  • the AlCrN layer 15 may be composed of only aluminum and chromium, but contains metal components such as Si, Nb, Hf, V, Ta, Mo, Zr, Ti and W in addition to aluminum and chromium. May be However, in the AlCrN layer 15, the sum of the respective content ratios of aluminum and chromium is higher than that of the above-described metal component.
  • the content ratio of aluminum can be set, for example, to 20 to 60%. Also, the content ratio of chromium can be set to, for example, 40 to 80%.
  • the content ratio of aluminum may be higher than the content ratio of chromium in each AlCrN layer 15, and in each of the plurality of AlCrN layers 15, chromium
  • the content ratio may be higher than the content ratio of aluminum.
  • the AlCrN layer 15 may be constituted only by the metal component containing aluminum and chromium, but aluminum and chromium may be nitrides, carbides or carbonitrides containing one or both.
  • compositions of the AlTiN layer 13 and the AlCrN layer 15 can be measured, for example, by energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) or X-ray photoelectron spectroscopy (XPS).
  • EDS energy dispersive X-ray spectroscopy
  • XPS X-ray photoelectron spectroscopy
  • the number of stacked layers of the AlTiN layer 13 and the AlCrN layer 15 is not limited to a specific value.
  • the number of the AlTiN layer 13 and the AlCrN layer 15 may be, for example, 2 to 500.
  • the covering layer 11 When the covering layer 11 has the AlTiN layer 13, the fracture resistance becomes high. In addition, when the covering layer 11 has the AlCrN layer 15, the abrasion resistance becomes high. In the covering layer 11, when the plurality of AlTiN layers 13 and the plurality of AlCrN layers 15 are alternately positioned, the strength as a whole of the covering layer 11 becomes high.
  • the plurality of AlTiN layers 13 and the plurality of AlCrNs are larger than in the case where the thicknesses of the plurality of AlTiN layers 13 and the plurality of AlCrN layers 15 are large and the number of the plurality of AlTiN layers 13 and the plurality of AlCrN layers 15 is small.
  • the thickness of each of the layers 15 is small and the number of the plurality of AlTiN layers 13 and the number of the AlCrN layers 15 are large, the strength of the covering layer 11 as a whole is higher.
  • each of the AlTiN layer 13 and the AlCrN layer 15 is not limited to a specific value, but can be set to, for example, 5 nm to 100 nm.
  • the thicknesses of the plurality of AlTiN layers 13 and the plurality of AlCrN layers 15 may be constant or may be different from each other.
  • the coated tool 1 of this indication is a square board shape, as shown in FIG. 1, as a shape of the coated tool 1, it is not limited to such a shape.
  • the first surface 3 and the third surface 8 may not be square, but may be triangular, hexagonal or circular.
  • the coated tool 1 of the present disclosure may have, for example, a through hole 17 as shown in FIG.
  • the through hole 17 is formed from the first surface 3 to the third surface 8 located on the opposite side of the first surface 3 and is open in these surfaces.
  • the through hole 17 can be used to attach a screw or a clamp member or the like when holding the coated tool 1 in the holder.
  • the through holes 17 may be opened in regions opposite to each other in the second surface 5 without any problem.
  • Examples of the material of the base 9 include inorganic materials such as cemented carbide, cermet, and ceramics.
  • examples of the composition of the cemented carbide include WC (tungsten carbide) -Co, WC-TiC (titanium carbide) -Co, and WC-TiC-TaC (tantalum carbide) -Co.
  • WC, TiC and TaC are hard particles
  • Co is a binder phase.
  • cermet is a sintered composite material in which a ceramic component is compounded with a metal.
  • examples of the cermet include compounds containing TiC or TiN (titanium nitride) as a main component.
  • the material of the base 9 is not limited to these.
  • the covering layer 11 can be located on the substrate 9 by using, for example, physical vapor deposition (PVD) or the like.
  • PVD physical vapor deposition
  • the covering layer 11 is formed by using the above vapor deposition method in a state where the base 9 is held by the inner peripheral surface of the through hole 17, the entire surface of the base 9 excluding the inner peripheral surface of the through hole 17
  • the covering layer 11 can be positioned to cover the
  • Examples of physical vapor deposition include ion plating and sputtering.
  • the covering layer 11 in the case of producing by the ion plating method, the covering layer 11 can be produced by the following method.
  • a metal target containing aluminum and titanium independently, a composite alloy target or a sintered body target is prepared.
  • the above target which is a metal source, is vaporized and ionized by arc discharge or glow discharge.
  • the ionized target is reacted with nitrogen (N 2 ) gas as a nitrogen source, methane (CH 4 ) gas as a carbon source or acetylene (C 2 H 2 ) gas, and deposited on the surface of the substrate 9. It is possible to form the AlTiN layer 13 by the above procedure.
  • a metal target independently containing aluminum and chromium, a composited alloy target or a sintered body target is prepared.
  • the above target which is a metal source, is vaporized and ionized by arc discharge or glow discharge.
  • the ionized target is reacted with nitrogen (N 2 ) gas as a nitrogen source, methane (CH 4 ) gas as a carbon source, or acetylene (C 2 H 2 ) gas, and deposited on the surface of the substrate 9 or AlTiN layer 13 .
  • the AlCrN layer 15 can be formed by the above procedure.
  • the temperature of the substrate is 400 to 600 ° C.
  • the pressure is 2.0 to 4.0 Pa
  • a DC bias voltage of -50 to -100 V is applied to the substrate to cause arc discharge.
  • the current may be 120 to 180 A.
  • the covering layer 11 having a configuration in which a plurality of AlTiN layers 13 and a plurality of AlCrN layers 15 are alternately stacked.
  • the first procedure may be performed after the second procedure has been performed first.
  • only the AlTiN layer 13 may be provided.
  • the evaporation rate of the metal target, the combined alloy target or the sintered body target independently containing aluminum and titanium, respectively. You should make adjustments.
  • the thickness of the AlTiN layer 13 deposited on the surface of the substrate 9 per unit time decreases.
  • the thickness of the AlTiN layer 13 deposited on the surface of the substrate 9 per unit time increases.
  • the X-ray intensity distribution in the ⁇ axis of the positive axis of the AlTiN crystal contained in the AlTiN layer 13 can be formed in which the peak intensity of the first peak is 0.7 or more times the peak intensity of the second peak.
  • the peak intensity of the first peak can be 1.0 times or more the peak intensity of the second peak.
  • the cutting tool 101 of the present disclosure is, for example, a rod-like body extending from a first end (upper end in FIG. 7) to a second end (lower end in FIG. 7) as shown in FIG.
  • the cutting tool 101 includes a holder 105 having a pocket 103 on the first end side (tip side), and the above-described coated tool 1 located in the pocket 103. Since the cutting tool 101 includes the coated tool 1, stable cutting can be performed for a long time.
  • the pocket 103 is a portion to which the coated tool 1 is attached, and has a seating surface parallel to the lower surface of the holder 105 and a constraining side surface inclined to the seating surface. Further, the pocket 103 is open at the first end side of the holder 105.
  • the coated tool 1 is located in the pocket 103. At this time, the lower surface of the coated tool 1 may be in direct contact with the pocket 103, and a sheet (not shown) may be sandwiched between the coated tool 1 and the pocket 103.
  • the coated tool 1 is attached to the holder 105 such that at least a part of the portion used as the cutting edge 7 in the ridge line where the first surface 3 and the second surface 5 intersect project outward from the holder 105.
  • the coated tool 1 is attached to the holder 105 by the fixing screw 107. That is, the fixing screw 107 is inserted into the through hole 17 of the covering tool 1, and the tip of the fixing screw 107 is inserted into a screw hole (not shown) formed in the pocket 103 to screw the screw parts together.
  • the coated tool 1 is attached to the holder 105.
  • steel cast iron or the like
  • high toughness steel may be used.
  • a cutting tool used for so-called turning is illustrated.
  • Examples of turning include inner diameter machining, outer diameter machining, and grooving.
  • the cutting tool is not limited to one used for turning.
  • the coated tool 1 of the above embodiment may be used for a cutting tool used for milling.
  • coated tool of the present disclosure will be described below.
  • the thickness of the AlTiN layer deposited on the surface of the substrate per hour was changed to 4 ⁇ m, 10 ⁇ m, and 25 ⁇ m, and sample No. 1 was deposited. 1 to 3 were prepared. This thickness may be reworded as the film forming rate. Sample No. The thickness of each of the AlTiN layers 1 to 3 was 1.5 to 2.5 ⁇ m.
  • Sample No. 1 in which the thickness of the AlTiN layer deposited on the surface of the substrate per hour was 10 ⁇ m.
  • Sample No. 2 in which the thickness of the AlTiN layer deposited on the surface of the substrate per 2 and 1 hour was 25 ⁇ m.
  • the peak intensity of the first peak is the peak intensity of the second peak in the X-ray intensity distribution of the ⁇ axis of the positive electrode point diagram regarding the (200) plane of the AlTiN crystal which is a cubic crystal contained in the AlTiN layer. .7 times more.
  • the peak intensity of the first peak is one of the peak intensities of the second peak in the X-ray intensity distribution of the ⁇ axis of the positive electrode point diagram regarding the (200) plane of the AlTiN crystal which is a cubic crystal contained in the AlTiN layer. .0 times or more.
  • Sample No. 1 in which the thickness of the AlTiN layer deposited on the surface of the substrate per hour was 4 ⁇ m.
  • the peak intensity of the first peak is less than 0.7 times the peak intensity of the second peak in the X-ray intensity distribution of the ⁇ axis of the positive electrode point diagram regarding the (200) plane of the AlTiN crystal contained in the AlTiN layer.
  • the measurement conditions of the X-ray intensity distribution were as follows.
  • the ⁇ angle is 90 °.
  • the ⁇ angle is 90 °, it is a central point on the positive electrode point diagram.
  • (1) Flat plate collimator (2) Scanning method: concentric circle (3) ⁇ scanning range: 0 to 360 ° / 2.5 ° pitch (4) ⁇ fixed angle: diffraction angle of (200) plane of AlTiN crystal is 42.0 The angle at which the diffraction intensity is the highest is set between 0 ° and 44.0 °.
  • No. 3 is a sample no.
  • the peeling load became larger than 1.
  • sample no. 2 and sample no. No. 3 is a sample no. The time until the coating film peeled off was longer than 1.

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Abstract

本開示の被覆工具は、基体と、基体の上に位置する被覆層とを備える。被覆層は、周期表４、５、６族元素、Ａｌ、Ｓｉ、Ｂ、ＹおよびＭｎのうちの少なくとも１種の元素と、Ｃ、ＮおよびＯの中のうちの少なくとも１種の元素とを含む立方晶の結晶を含有する。被覆層は、立方晶の結晶の（２００）面に関する正極点図のα軸のＸ線強度分布において、１５°～３０°の間に位置する第１ピークと、６０°～７５°の間に位置する第２ピークとを有する。被覆層は、第１ピークと第２ピークとの間に、第１ピークおよび第２ピークのＸ線強度よりもＸ線強度が低い谷部を有する。第１ピークのピーク強度は、第２ピークのピーク強度の０．７倍以上である。また、本開示の切削工具は、第１端から第２端に向かって延び、第１端側にポケットを有するホルダと、ポケットに位置する上述の被覆工具とを備える。

Description

被覆工具及びこれを備えた切削工具
　本開示は、切削加工において用いられる被覆工具に関する。
　旋削加工及び転削加工のような切削加工に用いられる被覆工具としては、例えば特許文献１に記載されているような基材の表面に被膜を被覆した切削工具用被覆部材が知られている。特許文献１に記載の被覆工具においては、工具基体を被覆する硬質膜が立方晶の金属化合物からなっている。そして、この金属化合物の（１１１）面および（２００）面を、基体の表面に対して、それぞれ所定の角度で傾けることで、被覆工具の耐摩耗性が高くなることが記載されている。
国際公開第２０１１／０１６４８８
　本開示の被覆工具は、基体と、該基体の上に位置する被覆層とを備える。該被覆層は、周期表４、５、６族元素、Ａｌ、Ｓｉ、Ｂ、ＹおよびＭｎのうちの少なくとも１種の元素と、Ｃ、ＮおよびＯのうちの少なくとも１種の元素とを含む立方晶の結晶を含有する。前記被覆層は、前記立方晶の結晶の（２００）面に関する正極点図のα軸のＸ線強度分布において、１５°～３０°の間に位置する第１ピークと、６０°～７５°の間に位置する第２ピークとを有する。前記被覆層は、前記第１ピークと前記第２ピークとの間に、前記第１ピークおよび前記第２ピークのＸ線強度よりもＸ線強度が低い谷部を有する。前記第１ピークのピーク強度は、前記第２ピークのピーク強度の０．７倍以上である。また、本開示の切削工具は、第１端から第２端に向かって延び、前記第１端側にポケットを有するホルダと、前記ポケットに位置する上述の被覆工具とを備える。
図１は、本開示の被覆工具の一例を示す斜視図である。 図２は、図１に示す被覆工具におけるＡ－Ａ断面の断面図である。 図３（ａ）は、図２に示す領域Ｂ１における拡大図である。図３（ｂ）は、図２に示す領域Ｂ１における他の形態の拡大図である。 図４は、ＡｌＴｉＮ層におけるＡｌＴｉＮ結晶の（２００）面の正極点図のＸ線強度分布図の一例である。 図５は、ＡｌＴｉＮ層におけるＡｌＴｉＮ結晶の（２００）面の正極点図のＸ線強度分布図の一例である。 図６は、ＡｌＴｉＮ層におけるＡｌＴｉＮ結晶の（２００）面の正極点図のＸ線強度分布図の一例である。 図７は、本開示の切削工具の一例を示す平面図である。
　＜被覆工具＞
　以下、本開示の一実施形態に係る被覆工具について、図面を用いて詳細に説明する。但し、以下で参照する各図は、説明の便宜上、実施形態を説明する上で必要な主要部材のみを簡略化して示したものである。したがって、本開示の被覆工具は、参照する各図に示されていない任意の構成部材を備え得る。また、各図中の部材の寸法は、実際の構成部材の寸法及び各部材の寸法比率などを忠実に表したものではない。これらの点は、後述する切削工具においても同様である。
　本実施形態の被覆工具１は、四角板形状であって、四角形の第１面３（図１における上面）と、第２面５（図１における側面）と、第１面３及び第２面５が交わる稜線の少なくとも一部に位置する切刃７とを有している。また、本実施形態の被覆工具１は、四角形の第３面８（図１における下面）をさらに有している。
　本実施形態の被覆工具１においては、第１面３の外周の全体が切刃７となっていてもよいが、被覆工具１はこのような構成に限定されるものではなく、例えば、四角形の第１面３における一辺のみ、若しくは、部分的に切刃７を有するものであってもよい。
　第１面３は、少なくとも一部にすくい面領域３ａを有しており、第１面３における切刃７に沿った領域がすくい面領域３ａとなっていてもよい。第２面５は、少なくとも一部に逃げ面領域５ａを有しており、第２面５における切刃７に沿った領域が逃げ面領域５ａとなっていてもよい。このような構成によれば、すくい面領域３ａ及び逃げ面領域５ａが交わる部分に切刃７が位置していると言い換えてもよい。
　図１では、第１面３におけるすくい面領域３ａと、それ以外の領域との境界を一点鎖線で示している。また、第２面５における逃げ面領域５ａと、それ以外の領域との境界を一点鎖線で示している。図１においては、第１面３及び第２面５が交わる稜線の全てが切刃７である例を示しているため、第１面３において上記境界を示す一点鎖線は環状となっている。
　被覆工具１の大きさは特に限定されるものではないが、例えば、本実施形態においては、第１面３の一辺の長さが３～２０ｍｍ程度に設定される。また、第１面３から第１面３の反対側に位置する第３面８までの高さは５～２０ｍｍ程度に設定される。
　本開示の被覆工具１は、図１及び図２に示すように、四角板形状の基体９と、この基体９の表面を被覆する被覆層１１とを備えている。被覆層１１は、基体９の表面の全体を覆っていてもよく、また、一部のみを覆っていてもよい。被覆層１１が基体９の一部のみを被覆しているときには、被覆層１１は、基体９の上の少なくとも一部に位置しているとも言うことができる。
　被覆層１１の厚みとしては、例えば、０．１～１０μｍ程度に設定できる。なお、被覆層１１の厚みは一定であっても、場所によって異なっていてもよい。
　被覆層１１は、図３（ａ）に示すように、基体９の表面に、被覆層１１を備えている。
　被覆層１１は、周期表４、５、６族元素、Ａｌ、Ｓｉ、Ｂ、ＹおよびＭｎのうちの少なくとも１種の元素と、Ｃ、ＮおよびＯのうちの少なくとも１種の元素とを含む立方晶の結晶を含有する。立方晶の結晶は、例えば、ＡｌＴｉＮやＡｌＣｒＮ、ＴｉＮなどである。ＴｉＡｌＮ結晶は、ＴｉＮ結晶にＡｌが固溶した結晶である。
　これらの立方晶の結晶は、高い硬度と優れた耐摩耗性を有することから、被覆工具１の被覆層１１に好適に用いられるものである。
　本開示の被覆工具１は、被覆層１１における立方晶の結晶の配向を制御することで、被覆工具１の耐久性を向上させたものである。被覆層１１立方晶の結晶は、（２００）面を有している。基体９の表面に対する被覆層１１の立方晶の結晶における（２００）面の傾き角度を、Ｘ線回折装置を用いて測定することで、立方晶の結晶の（２００）面を評価基準とした立方晶の結晶の配向性を評価することができる。
　立方晶の結晶における（２００）面の配向性は、図４～６に示すように正極点図のＸ線強度分布で評価することができる。
　例えば、立方晶の結晶の（２００）面の正極点図のＸ線強度分布において５０°の位置にピークがあるとき、基体９の表面に対して、（２００）面が５０°傾いている立方晶の結晶の数が多いことになる。
　本開示の被覆工具１の立方晶の結晶の（２００）面に関する正極点図のα軸のＸ線強度分布は、０°～９０°の間に第１ピークとこの第１ピークよりも高角度に位置する第２ピークを有している。また、第１ピークと第２ピークとの間に第１ピークおよび第２ピークのＸ線強度よりもＸ線強度が低い谷部を有している。
　このように立方晶の結晶の（２００）面に関する正極点図のα軸のＸ線強度分布において、複数のピークを有する場合、配向の異なる立方晶の結晶が存在している。
　例えば、図４～６では、おおよそ２０°に第１ピークが存在し、おおよそ６５°に第２ピークが存在している。なお、本開示における第１ピークおよび第２ピークの大小関係は、α軸のＸ線強度分布におけるピーク強度で比較するものとする。
　つまり、本開示の被覆工具１においては、基体９の表面に対して、立方晶の結晶の（２００）面が、２０°傾いている立方晶の結晶が多く存在し、また、基体９の表面に対して、立方晶の結晶の（２００）面が、６５°傾いている立方晶の結晶も多く存在していることになる。
　本発明者らは、第１ピークが、１５°～３０°にある被覆層１１の剥離荷重は大きいことを見出した。また、第２ピークが、６０°～７５°にある被覆層１１は、硬度が高い反面、剥離荷重が小さいことを見出した。
　本開示の被覆工具１の被覆層１１は、立方晶の結晶の（２００）面に関する正極点図のα軸のＸ線強度分布において、１５°～３０°の間に位置する第１ピークと、６０°～７５°の間に位置する第２ピークと、第１ピークと第２ピークとの間に、第１ピークおよび第２ピークのＸ線強度よりもＸ線強度が低い谷部を有する。そして、第１ピークのピーク強度は、第２ピークのピーク強度の０．７倍以上である。
　図５、６に示すように、第１ピークのピーク強度が、第２ピークのピーク強度の０．７倍以上の被覆層１１を有する被覆工具１は、高い剥離荷重を有している。また、硬度も比較的高く、バランスのよい被覆工具１である。
　また、第１ピークのピーク強度が、第２ピークのピーク強度の１．０倍以上としてもよい。図５に示すように、第２ピークのピーク強度が第１ピークのピーク強度の１．０倍以上のＡｌＴｉＮ層１３を有する被覆工具１は、さらに高い被覆荷重を有する。
　高い被覆荷重を有する被覆工具１は、耐久性に優れており、長期に渡り安定した切削加工を行うことができる。
　一方、図４に示すように、第１ピークのピーク強度が、第２ピークのピーク強度の０．７倍に満たない場合には、剥離荷重が低くなっている。
　なお、被覆荷重とは、スクラッチ試験により測定することができ、被覆膜１１の剥がれにくさを評価する指標である。
　被覆層１１は、立方晶の結晶としてＡｌＴｉＮ結晶を含有するＡｌＴｉＮ層１３を備えていてもよい。ＡｌＴｉＮ層１３は、アルミニウムの含有比率がチタンの含有比率よりも高くてもよい。また、ＡｌＴｉＮ層１３は、チタンの含有比率がアルミニウムの含有比率よりも高くてもよい。また、ＡｌＴｉＮ層１３は、アルミニウム及びチタンに加えて、クロムをさらに含有していてもよい。但し、クロム成分と比較してアルミニウム及びチタンのそれぞれの含有比率の合計が高い。ＡｌＴｉＮ層１３におけるクロムの含有比率は、例えば、０．１～２０％としてもよい。なお、上記における「含有比率」とは、原子比での含有比率を示している。
　また、本開示の被覆工具１は、図３（ｂ）に示すように、被覆層１１として、ＡｌＴｉＮ層１３に加えて、立方晶の結晶であるＡｌＣｒＮ結晶を含有するＡｌＣｒＮ層１５を有していてもよい。また、ＡｌＴｉＮ層１３およびＡｌＣｒＮ層１５はそれぞれ複数積層してもよい。積層の順は、逆でもよく、相互に複数のＡｌＴｉＮ層１３とＡｌＣｒＮ層１５とを積層してもよい。
　ＡｌＣｒＮ層１５は、アルミニウム及びクロムのみによって構成されていてもよいが、アルミニウム及びクロムに加えて、Ｓｉ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｖ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｔｉ及びＷなどの金属成分を含有していてもよい。但し、ＡｌＣｒＮ層１５では、上記の金属成分と比較してアルミニウム及びクロムのそれぞれの含有比率の合計が高い。アルミニウムの含有比率は、例えば、２０～６０％に設定できる。また、クロムの含有比率は、例えば、４０～８０％に設定できる。
　被覆工具１が、複数のＡｌＣｒＮ層１５を有する場合、それぞれのＡｌＣｒＮ層１５において、アルミニウムの含有比率がクロムの含有比率よりも高くてもよく、また、複数のＡｌＣｒＮ層１５のそれぞれにおいて、クロムの含有比率がアルミニウムの含有比率よりも高くてもよい。
　また、ＡｌＣｒＮ層１５は、アルミニウム及びクロムを含む金属成分のみによって構成されていてもよいが、アルミニウム及びクロムは、単独またはいずれもを含む、窒化物、炭化物又は炭窒化物であってもよい。
　ＡｌＴｉＮ層１３及びＡｌＣｒＮ層１５の組成は、例えば、エネルギー分散型Ｘ線分光分析法（ＥＤＳ）又はＸ線光電子分光分析法（ＸＰＳ）などによって測定することが可能である。
　ＡｌＴｉＮ層１３及びＡｌＣｒＮ層１５の積層数は、特定の値に限定されるものではない。ＡｌＴｉＮ層１３及びＡｌＣｒＮ層１５の数は、例えば、２～５００としてもよい。
　被覆層１１は、ＡｌＴｉＮ層１３を有すると耐欠損性が高くなる。また、被覆層１１は、ＡｌＣｒＮ層１５を有すると耐摩耗性が高くなる。被覆層１１は、複数のＡｌＴｉＮ層１３及び複数のＡｌＣｒＮ層１５が交互に位置する構成とすると、被覆層１１の全体としての強度が高くなる。
　なお、複数のＡｌＴｉＮ層１３及び複数のＡｌＣｒＮ層１５のそれぞれの厚みが厚く、且つ、複数のＡｌＴｉＮ層１３及び複数のＡｌＣｒＮ層１５の数が少ない場合よりも、複数のＡｌＴｉＮ層１３及び複数のＡｌＣｒＮ層１５のそれぞれの厚みが薄く、且つ、複数のＡｌＴｉＮ層１３及び複数のＡｌＣｒＮ層１５の数が多い場合の方が、被覆層１１の全体としての強度が高い。
　ＡｌＴｉＮ層１３及びＡｌＣｒＮ層１５の厚みは、特定の値に限定されるものではないが、例えば、それぞれ５ｎｍ～１００ｎｍに設定できる。なお、複数のＡｌＴｉＮ層１３及び複数のＡｌＣｒＮ層１５の厚みは、一定であっても、互いに異なっていてもよい。
　なお、本開示の被覆工具１は、図１に示すように四角板形状であるが、被覆工具１の形状としてはこのような形状に限定されるものではない。例えば、第１面３及び第３面８が四角形ではなく、三角形、六角形又は円形などであってもよい。
　本開示の被覆工具１は、図１に示すように、例えば、貫通孔１７を有していてもよい。貫通孔１７は、第１面３から第１面３の反対側に位置する第３面８にかけて形成されており、これらの面において開口している。貫通孔１７は、被覆工具１をホルダに保持する際に、ネジ又はクランプ部材などを取り付けるために用いることが可能である。なお、貫通孔１７は、第２面５における互いに反対側に位置する領域において開口する構成であっても何ら問題ない。
　基体９の材質としては、例えば、超硬合金、サーメット及びセラミックスなどの無機材料が挙げられる。超硬合金の組成としては、例えば、ＷＣ（炭化タングステン）－Ｃｏ、ＷＣ－ＴｉＣ（炭化チタン）－Ｃｏ及びＷＣ－ＴｉＣ－ＴａＣ（炭化タンタル）－Ｃｏなどが挙げられる。ここで、ＷＣ、ＴｉＣ及びＴａＣは硬質粒子であり、Ｃｏは結合相である。また、サーメットは、セラミック成分に金属を複合させた焼結複合材料である。具体的には、サーメットとして、ＴｉＣ又はＴｉＮ（窒化チタン）を主成分とした化合物などが挙げられる。なお、基体９の材質としては、これらに限定されるものではない。
　被覆層１１は、例えば、物理蒸着（ＰＶＤ）法などを用いることによって、基体９の上に位置させることが可能である。例えば、貫通孔１７の内周面で基体９を保持した状態で上記の蒸着法を利用して被覆層１１を形成する場合には、貫通孔１７の内周面を除く基体９の表面の全体を覆うように被覆層１１を位置させることができる。
　物理蒸着法としては、例えば、イオンプレーティング法及びスパッタリング法などが挙げられる。一例として、イオンプレーティング法で作製する場合には、下記の方法によって被覆層１１を作製することができる。
　第１の手順として、アルミニウム、チタンをそれぞれ独立に含有する金属ターゲット、複合化した合金ターゲット又は焼結体ターゲットを準備する。金属源である上記のターゲットをアーク放電又はグロー放電などによって蒸発させてイオン化する。イオン化したターゲットを、窒素源の窒素（Ｎ2）ガス、炭素源のメタン（ＣＨ4）ガス又はアセチレン（Ｃ2Ｈ2）ガスなどと反応させるとともに、基体９の表面に蒸着させる。以上の手順によってＡｌＴｉＮ層１３を形成することが可能である。
　ＡｌＣｒＮ層１５を設ける場合には、第２の手順として、アルミニウム及びクロムをそれぞれ独立に含有する金属ターゲット、複合化した合金ターゲット又は焼結体ターゲットを準備する。金属源である上記のターゲットをアーク放電又はグロー放電などによって蒸発させてイオン化する。イオン化したターゲットを、窒素源の窒素（Ｎ2）ガス、炭素源のメタン（ＣＨ4）ガス又はアセチレン（Ｃ2Ｈ2）ガスなどと反応させるとともに、基体９もしくはＡｌＴｉＮ層１３の表面に蒸着させる。以上の手順によってＡｌＣｒＮ層１５を形成することが可能である。
　上記の第１および第２の手順において、基体の温度を４００～６００℃とし、圧力を２．０～４．０Ｐａとし、基体に直流バイアス電圧を－５０～－１００Ｖを印可して、アーク放電電流を１２０～１８０Ａとするとよい。
　上記の第１の手順及び第２の手順を交互に繰り返すことによって、複数のＡｌＴｉＮ層１３及び複数のＡｌＣｒＮ層１５が交互に積層された構成の被覆層１１を形成することが可能である。なお、まず、第２の手順を行った後に第１の手順を行ってもよい。また、ＡｌＴｉＮ層１３のみを設けてもよい。
　本開示の被覆工具１のＡｌＴｉＮ層１３を形成するには、上述した第１の手順において、アルミニウム及びチタンをそれぞれ独立に含有する金属ターゲット、複合化した合金ターゲット又は焼結体ターゲットの蒸発レートの調整を行うとよい。
　蒸発レートを遅くすると、時間当たりに基体９の表面に蒸着するＡｌＴｉＮ層１３の厚みが薄くなる。蒸発レートを早くすると、時間当たりに基体９の表面に蒸着するＡｌＴｉＮ層１３の厚みが厚くなる。
　時間当たりに基体９の表面に蒸着するＡｌＴｉＮ層１３の厚みを５μｍ以上、２０μｍ未満とすると、ＡｌＴｉＮ層１３に含まれるＡｌＴｉＮ結晶の（２００）面に関する正極点図のα軸のＸ線強度分布において、第１ピークのピーク強度が第２ピークのピーク強度の０．７倍以上のＡｌＴｉＮ層１３を形成することができる。
　時間当たりに基体９の表面に蒸着するＡｌＴｉＮ層１３の厚みを２０μｍ以上、６０μｍ未満とすると、第１ピークのピーク強度を、第２ピークのピーク強度の１．０倍以上とすることができる。
　＜切削工具＞
　次に、本開示の切削工具について図面を用いて説明する。
　本開示の切削工具１０１は、図７に示すように、例えば、第１端（図７における上端）から第２端（図７における下端）に向かって延びる棒状体である。切削工具１０１は、図７に示すように、第１端側（先端側）にポケット１０３を有するホルダ１０５と、ポケット１０３に位置する上記の被覆工具１とを備えている。切削工具１０１は、被覆工具１を備えているため、長期に渡り安定した切削加工を行うことができる。
　ポケット１０３は、被覆工具１が装着される部分であり、ホルダ１０５の下面に対して平行な着座面と、着座面に対して傾斜する拘束側面とを有している。また、ポケット１０３は、ホルダ１０５の第１端側において開口している。
　ポケット１０３には被覆工具１が位置している。このとき、被覆工具１の下面がポケット１０３に直接に接していてもよく、また、被覆工具１とポケット１０３との間にシート（不図示）が挟まれていてもよい。
　被覆工具１は、第１面３及び第２面５が交わる稜線における切刃７として用いられる部分の少なくとも一部がホルダ１０５から外方に突出するようにホルダ１０５に装着される。本実施形態においては、被覆工具１は、固定ネジ１０７によって、ホルダ１０５に装着されている。すなわち、被覆工具１の貫通孔１７に固定ネジ１０７を挿入し、この固定ネジ１０７の先端をポケット１０３に形成されたネジ孔（不図示）に挿入してネジ部同士を螺合させることによって、被覆工具１がホルダ１０５に装着されている。
　ホルダ１０５の材質としては、鋼、鋳鉄などを用いることができる。これらの部材の中で靱性の高い鋼を用いてもよい。
　本実施形態においては、いわゆる旋削加工に用いられる切削工具を例示している。旋削加工としては、例えば、内径加工、外径加工及び溝入れ加工などが挙げられる。なお、切削工具としては旋削加工に用いられるものに限定されない。例えば、転削加工に用いられる切削工具に上記の実施形態の被覆工具１を用いてもよい。
　以下に、本開示の被覆工具について、説明する。
　１時間当たりに基体の表面に蒸着するＡｌＴｉＮ層の厚みを４μｍ、１０μｍ、２５μｍと変化させて試料Ｎｏ．１～３を作製した。この厚みとは、成膜速度と言い換えてもよい。なお、試料Ｎｏ．１～３のＡｌＴｉＮ層の厚みは、いずれも１．５～２．５μｍとした。
　１時間当たりに基体の表面に蒸着するＡｌＴｉＮ層の厚みを１０μｍとした試料Ｎｏ．２および１時間当たりに基体の表面に蒸着するＡｌＴｉＮ層の厚みを２５μｍとした試料Ｎｏ．３では、ＡｌＴｉＮ層に含まれる立方晶の結晶であるＡｌＴｉＮ結晶の（２００）面に関する正極点図のα軸のＸ線強度分布において、第１ピークのピーク強度が第２ピークのピーク強度の０．７倍以上となった。
　１時間当たりに基体の表面に蒸着するＡｌＴｉＮ層の厚みを２５μｍとした試料Ｎｏ．３では、ＡｌＴｉＮ層に含まれる立方晶の結晶であるＡｌＴｉＮ結晶の（２００）面に関する正極点図のα軸のＸ線強度分布において、第１ピークのピーク強度が第２ピークのピーク強度の１．０倍以上となった。
　１時間当たりに基体の表面に蒸着するＡｌＴｉＮ層の厚みを４μｍとした試料Ｎｏ．１では、ＡｌＴｉＮ層に含まれるＡｌＴｉＮ結晶の（２００）面に関する正極点図のα軸のＸ線強度分布において、第１ピークのピーク強度を第２ピークのピーク強度の０．７倍未満になった。
　表１に、試料Ｎｏ．１～３におけるＡｌＴｉＮ層に含まれるＡｌＴｉＮ結晶の（２００）面に関する正極点図のα軸のＸ線強度分布において、第１ピークのピーク強度Ｐ１と第２ピークのピーク強度Ｐ２の比Ｐ１／Ｐ２と、硬度、剥離荷重を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　Ｘ線強度分布の測定条件は以下の通りとした。なお、試料面法線が入射線と回折線で決まる平面上にあるとき、α角を９０°とする。α角が９０°のとき、正極点図上では中心の点となる。
（１）平板コリメータ
（２）走査方法：同心円
（３）β走査範囲：０～３６０°/２．５°ピッチ
（４）θ固定角度：ＡｌＴｉＮ結晶の（２００）面の回折角度は４２．０°から４４．０°までの間で回折強度が最も高くなる角度とする。
（５）α走査範囲：０～９０°/２．５°ステップ
（６）ターゲット：ＣｕＫα、電圧：４５ｋＶ、電流：４０ｍＡ
　剥離荷重は、スクラッチ試験機にて荷重範囲０～１００Ｎとして、剥離が生じた荷重を測定した。
　ＡｌＴｉＮ層に含まれるＡｌＴｉＮ結晶の（２００）面に関する正極点図のα軸のＸ線強度分布において、第１ピークのピーク強度が第２ピークのピーク強度の０．７倍以上となった試料Ｎｏ．２および第１ピークのピーク強度が第２ピークのピーク強度の１．０倍以上となった試料Ｎｏ．３は、試料Ｎｏ．１よりも剥離荷重が大きくなった。また、切削加工を行ったところ、試料Ｎｏ．２および試料Ｎｏ．３は試料Ｎｏ．１よりも被覆膜が剥離するまでの時間が長くなった。
　　１・・・被覆工具
　　３・・・第１面
　　３ａ・・・すくい面領域
　　５・・・第２面
　　５ａ・・・逃げ面領域
　　７・・・切刃
　　８・・・第３面
　　９・・・基体
　１１・・・被覆層
　１３・・・ＡｌＴｉＮ層
　１５・・・ＡｌＣｒＮ層
　１７・・・貫通孔
１０１・・・切削工具
１０３・・・ポケット
１０５・・・ホルダ
１０７・・・固定ネジ

Claims (7)

  1. 　基体と、該基体の上に位置する被覆層とを備え、
    　該被覆層は、周期表４、５、６族元素、Ａｌ、Ｓｉ、Ｂ、ＹおよびＭｎのうちの少なくとも１種の元素と、Ｃ、ＮおよびＯのうちの少なくとも１種の元素とを含む立方晶の結晶を含有し、
    　前記被覆層は、前記立方晶の結晶の（２００）面に関する正極点図のα軸のＸ線強度分布において、
    　　１５°～３０°の間に位置する第１ピークと、
    　　６０°～７５°の間に位置する第２ピークと、
    　　前記第１ピークと前記第２ピークとの間に、前記第１ピークおよび前記第２ピークのＸ線強度よりもＸ線強度が低い谷部を有し、
    　前記第１ピークのピーク強度は、前記第２ピークのピーク強度の０．７倍以上である、被覆工具。
  2. 　前記第１ピークのピーク強度は、前記第２ピークのピーク強度の１．０倍以上である、請求項１に記載の被覆工具。
  3. 　前記被覆層は、前記立方晶の結晶としてＡｌＴｉＮ結晶を含有するＡｌＴｉＮ層を有する請求項１または２に記載の被覆工具。
  4. 　前記被覆層は、前記立方晶の結晶としてＡｌＣｒＮ結晶を含有するＡｌＣｒＮ層を有する、請求項１～３のいずれかに記載の被覆工具。
  5. 　前記被覆層は、複数の前記ＡｌＴｉＮ層および複数の前記ＡｌＣｒＮ層を有する請求項４に記載の被覆工具。
  6. 　前記基体は、炭化タングステン及びコバルトを含有する請求項１～５のいずれかに記載の被覆工具。
  7. 　第１端から第２端に向かって延び、前記第１端側にポケットを有するホルダと、
    　前記ポケットに位置する請求項１～６のいずれかに記載の被覆工具と、を備えた切削工具。
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