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WO2023008189A1 - 被覆工具および切削工具 - Google Patents

被覆工具および切削工具 Download PDF

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Publication number
WO2023008189A1
WO2023008189A1 PCT/JP2022/027485 JP2022027485W WO2023008189A1 WO 2023008189 A1 WO2023008189 A1 WO 2023008189A1 JP 2022027485 W JP2022027485 W JP 2022027485W WO 2023008189 A1 WO2023008189 A1 WO 2023008189A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
content
layer
atomic
coating layer
coated tool
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/JP2022/027485
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
啓 吉見
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.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kyocera Corp filed Critical Kyocera Corp
Priority to JP2023538418A priority Critical patent/JP7638381B2/ja
Priority to CN202280043971.7A priority patent/CN117529381A/zh
Publication of WO2023008189A1 publication Critical patent/WO2023008189A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B27/00—Tools for turning or boring machines; Tools of a similar kind in general; Accessories therefor
    • B23B27/14—Cutting tools of which the bits or tips or cutting inserts are of special material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material

Definitions

  • the present disclosure relates to coated tools and cutting tools.
  • a coated tool has a substrate and a coating layer located on the substrate.
  • the coating layer has a first coating layer containing Al, Cr, Si and N.
  • the first coating layer has first layers and second layers alternately positioned in the thickness direction.
  • the first layer and the second layer contain Al, Cr, Si and N.
  • the Al content in the first layer is the first Al content
  • the Cr content in the first layer is the first Cr content
  • the Si content in the first layer is the first Si content
  • the Al content in the second layer is the second Al
  • the Cr content in the second layer is defined as the second Cr content
  • the Si content in the second layer is defined as the second Si content.
  • the first Al content is greater than the second Al content
  • the first Cr content is less than the second Cr content
  • the first Si content is greater than the second Si content.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an example of a coated tool according to an embodiment
  • FIG. FIG. 2 is a side cross-sectional view showing an example of the coated tool according to the embodiment.
  • FIG. 5 is a schematic diagram for explaining the Al content, Cr content and Si content of the first layer and the second layer.
  • FIG. 6 is a front view showing an example of the cutting tool according to the embodiment;
  • FIG. 7 shows sample no. 1 to No. 16 is a table summarizing the manufacturing conditions of the first coating layer for No. 16.
  • FIG. 8 shows sample no. 1 to No.
  • FIG. 16 is a table summarizing the measurement results of the composition of the first coating layer and the metal content of No. 16.
  • FIG. 9 shows sample no. 1 to No. 16 is a table summarizing the wear test results for No. 16;
  • FIG. 10 is a scanning transmission electron microscope image of the first coating layer according to the embodiment.
  • FIG. 11 is a graph showing changes in Al content, Cr content, Si content and N content in the stacking direction of the first layer and the second layer.
  • the conventional technology described above has room for further improvement in terms of improving chipping resistance.
  • ⁇ Coated tool> 1 is a perspective view showing an example of a coated tool according to an embodiment
  • FIG. 2 is a sectional side view which shows an example of the coated tool 1 which concerns on embodiment.
  • the coated tool 1 according to the embodiment has a tip body 2.
  • FIG. 1 shows a perspective view showing an example of a coated tool according to an embodiment
  • Chip body 2 has, for example, a hexahedral shape in which the upper and lower surfaces (surfaces intersecting the Z-axis shown in FIG. 1) are parallelograms.
  • the cutting edge has a first surface (eg, top surface) and a second surface (eg, side surface) contiguous with the first surface.
  • the first surface functions as a "rake surface” for scooping chips generated by cutting
  • the second surface functions as a "flank surface”.
  • a cutting edge is positioned on at least a part of the ridge line where the first surface and the second surface intersect, and the coated tool 1 cuts the work material by bringing the cutting edge into contact with the work material.
  • a through hole 5 penetrating vertically through the chip body 2 is located in the center of the chip body 2 .
  • a screw 75 for attaching the coated tool 1 to a holder 70, which will be described later, is inserted into the through hole 5 (see FIG. 6).
  • the chip body 2 has a substrate 10 and a coating layer 20. As shown in FIG. 2, the chip body 2 has a substrate 10 and a coating layer 20. As shown in FIG.
  • Substrate 10 is made of cemented carbide, for example.
  • Cemented carbide contains W (tungsten), specifically WC (tungsten carbide).
  • the cemented carbide may contain Ni (nickel) or Co (cobalt).
  • the substrate 10 is made of a WC-based cemented carbide containing WC particles as a hard phase component and Co as a main component of a binder phase.
  • the substrate 10 may be made of cermet.
  • the cermet contains, for example, Ti (titanium), specifically TiC (titanium carbide) or TiN (titanium nitride).
  • the cermet may contain Ni or Co.
  • the base 10 may be formed of a cubic boron nitride sintered body containing cubic boron nitride (cBN) particles.
  • Substrate 10 is not limited to cubic boron nitride (cBN) particles, but may contain particles such as hexagonal boron nitride (hBN), rhombohedral boron nitride (rBN), wurtzite boron nitride (wBN), and the like. .
  • the coating layer 20 is coated on the substrate 10 for the purpose of improving wear resistance, heat resistance, etc. of the substrate 10, for example.
  • the coating layer 20 covers the substrate 10 entirely.
  • the coating layer 20 may be positioned at least on the substrate 10 .
  • the first surface here, the upper surface
  • the first surface has high wear resistance and heat resistance.
  • the second surface here, side surface
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of the coating layer 20 according to the embodiment.
  • FIG. 4 is a model enlarged view of the H section shown in FIG.
  • the covering layer 20 has a first covering layer 23 positioned on the intermediate layer 22 and a second covering layer 24 positioned on the first covering layer 23 .
  • the first coating layer 23 is selected from the group consisting of at least one element selected from the group consisting of Al, Group 5 elements, Group 6 elements and Group 4 elements excluding Ti, and C and N. It has at least one element, Si and Cr.
  • the first coating layer 23 contains Al, Cr, Si, and N. That is, the first coating layer 23 may be an AlCrSiN layer containing AlCrSiN, which is a nitride of Al, Cr and Si.
  • AlCrSiN means that Al, Cr, Si and N are present in an arbitrary ratio, and the ratio of Al, Cr, Si and N is not necessarily 1:1:1:1. It is not meant to exist.
  • the adhesion between the intermediate layer 22 and the covering layer 20 is high. This makes it difficult for the covering layer 20 to separate from the intermediate layer 22, so that the durability of the covering layer 20 is high.
  • the first covering layer 23 has a plurality of first layers 23a and a plurality of second layers 23b.
  • the first covering layer 23 has a striped configuration in which first layers 23a and second layers 23b are alternately laminated in the thickness direction.
  • the first layer 23a is a layer in contact with the intermediate layer 22, and the second layer 23b is formed on the first layer 23a.
  • the thicknesses of the first layer 23a and the second layer 23b may each be 50 nm or less. Since the thin first layer 23a and the second layer 23b have a small residual stress and are less likely to be peeled off or cracked, the durability of the coating layer 20 is increased.
  • the second coating layer 24 may contain Ti, Si and N. That is, the second coating layer 24 may be a nitride layer (TiSiN layer) containing Ti and Si. Note that the expression “TiSiN layer” means that Ti, Si, and N are present in an arbitrary ratio, and that Ti, Si, and N are necessarily present in a ratio of 1:1:1. not something to do.
  • the adhesion resistance of the coated tool 1 can be improved.
  • the hardness of the second coating layer 24 is high, the wear resistance of the coated tool 1 can be improved.
  • the oxidation initiation temperature of the second coating layer 24 is high, the oxidation resistance of the coated tool 1 can be improved.
  • FIG. 5 is a schematic diagram for explaining the Al content, Cr content and Si content of the first layer 23a and the second layer 23b.
  • the first layer 23a and the second layer 23b contain Al, Cr, Si and N.
  • the Al content in the first layer 23a is referred to as the first Al content
  • the Cr content in the first layer 23a is referred to as the first Cr content
  • the Si content in the first layer 23a is referred to as the first Si content.
  • the Al content in the second layer 23b is referred to as the second Al content
  • the Cr content in the second layer 23b is referred to as the second Cr content
  • the Si content in the second layer 23b is referred to as the second Si content.
  • the first Al content may be greater than the second Al content
  • the first Cr content may be less than the second Cr content
  • the first Si content may be greater than the second Si content
  • the coated tool 1 having the first coating layer 23 having such a configuration has high hardness and excellent chipping resistance.
  • the total amount of Al, Cr, and Si in the metal elements contained in the first coating layer 23 may be 98 atomic % or more.
  • the coated tool 1 having the first coating layer 23 having such a configuration has higher hardness and excellent chipping resistance.
  • the ratio of Al to the metal elements of the first coating layer 23 may be 38 atomic % or more and 55 atomic % or less.
  • the ratio of Cr to the metal elements of the first coating layer 23 may be 33 atomic % or more and 48 atomic % or less.
  • the ratio of Si to the metal elements of the first coating layer 23 may be 4 atomic % or more and 15 atomic % or less.
  • the coated tool 1 having the first coating layer 23 having such a configuration has improved oxidation resistance and excellent wear resistance.
  • the difference between the first Al content and the second Al content may be 1 atomic % or more and 9 atomic % or less.
  • the coated tool 1 having the first coating layer 23 having such a structure maintains high oxidation resistance and high hardness, relieves the stress inside the coating layer, and has excellent wear resistance.
  • the coated tool 1 having the first coating layer 23 having such a configuration has particularly high hardness.
  • the difference between the first Cr content and the second Cr content may be 1 atomic % or more and 12 atomic % or less.
  • the coated tool 1 having the first coating layer 23 having such a configuration has even better wear resistance.
  • the coated tool 1 having the first coating layer 23 having such a configuration is particularly excellent in chipping resistance.
  • the difference between the first Si content and the second Si content may be 0.5 atomic % or more and 5 atomic % or less.
  • the coated tool 1 having the first coating layer 23 having such a configuration has particularly high hardness.
  • the thickness of the first layer 23a and the second layer 23b may be 1 nm or more and 20 nm or less.
  • the coated tool 1 having the first coating layer 23 having such a configuration has excellent hardness and chipping resistance.
  • An intermediate layer 22 may be positioned between the substrate 10 and the covering layer 20 . Specifically, the intermediate layer 22 is in contact with the upper surface of the substrate 10 on one surface (here, the lower surface) and on the lower surface of the coating layer 20 (the first coating layer 23) on the other surface (here, the upper surface). touch.
  • the intermediate layer 22 has higher adhesion to the substrate 10 than the coating layer 20 does.
  • metal elements having such properties include Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Al, Si, Y, and Ti.
  • the intermediate layer 22 contains at least one metal element among the above metal elements.
  • intermediate layer 22 may contain Ti.
  • Si is a metalloid element, metalloid elements are also included in metal elements in this specification.
  • the content of Ti in the intermediate layer 22 may be 1.5 atomic % or more.
  • the content of Ti in intermediate layer 22 may be 2.0 atomic % or more.
  • the intermediate layer 22 may contain metal element components other than the above metal elements (Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Al, Si, Y, Ti). However, from the viewpoint of adhesion to the substrate 10, the intermediate layer 22 may contain at least 95 atomic percent of the above metal elements in total. More preferably, the intermediate layer 22 may contain the above metal elements in a total amount of 98 atomic % or more.
  • the ratio of metal components in intermediate layer 22 can be identified by analysis using, for example, an EDS (energy dispersive X-ray spectroscope) attached to a STEM (scanning transmission electron microscope).
  • the substrate 10 and the coating layer 20 can be improved.
  • the intermediate layer 22 has high adhesion to the covering layer 20 , the covering layer 20 is less likely to separate from the intermediate layer 22 .
  • the thickness of the intermediate layer 22 may be, for example, 0.1 nm or more and less than 20.0 nm.
  • FIG. 6 is a front view showing an example of the cutting tool according to the embodiment.
  • the cutting tool 100 has a coated tool 1 and a holder 70 for fixing the coated tool 1. As shown in FIG. 6, the cutting tool 100 according to the embodiment has a coated tool 1 and a holder 70 for fixing the coated tool 1. As shown in FIG. 6, the cutting tool 100 according to the embodiment has a coated tool 1 and a holder 70 for fixing the coated tool 1. As shown in FIG. 6, the cutting tool 100 according to the embodiment has a coated tool 1 and a holder 70 for fixing the coated tool 1. As shown in FIG.
  • the holder 70 is a rod-shaped member extending from a first end (upper end in FIG. 6) toward a second end (lower end in FIG. 6).
  • the holder 70 is made of steel or cast iron, for example. In particular, among these members, it is preferable to use steel with high toughness.
  • the holder 70 has a pocket 73 at the end on the first end side.
  • the pocket 73 is a portion to which the coated tool 1 is mounted, and has a seating surface that intersects with the rotational direction of the work material and a restraining side surface that is inclined with respect to the seating surface.
  • the seating surface is provided with screw holes into which screws 75, which will be described later, are screwed.
  • the coated tool 1 is positioned in the pocket 73 of the holder 70 and attached to the holder 70 with screws 75 . That is, the screw 75 is inserted into the through hole 5 of the coated tool 1, and the tip of the screw 75 is inserted into the screw hole formed in the seating surface of the pocket 73 to screw the screw portions together. Thereby, the coated tool 1 is attached to the holder 70 so that the cutting edge portion protrudes outward from the holder 70 .
  • the embodiment exemplifies a cutting tool used for so-called turning.
  • Turning includes, for example, inner diameter machining, outer diameter machining, and grooving.
  • the cutting tools are not limited to those used for turning.
  • the coated tool 1 may be used as a cutting tool used for milling.
  • cutting tools used for milling include flat milling cutters, face milling cutters, side milling cutters, grooving milling cutters, single-blade end mills, multiple-blade end mills, tapered blade end mills, ball end mills, and other end mills. .
  • the coating layer may be formed, for example, by physical vapor deposition.
  • physical vapor deposition include ion plating and sputtering.
  • the coating layer when the coating layer is produced by the ion plating method, the coating layer can be produced by the following method.
  • metal targets of Cr, Si and Al, composite alloy targets, or sintered targets are prepared.
  • the target which is a metal source
  • a metal source is vaporized and ionized by arc discharge, glow discharge, or the like.
  • the ionized metal is reacted with a nitrogen source such as nitrogen (N 2 ) gas, etc., and deposited on the surface of the substrate.
  • a nitrogen source such as nitrogen (N 2 ) gas, etc.
  • An AlCrSiN layer can be formed by the above procedure.
  • the temperature of the substrate is set to 500 to 600° C.
  • the nitrogen gas pressure is set to 1.0 to 6.0 Pa
  • a DC bias voltage of ⁇ 50 to ⁇ 200 V is applied to the substrate
  • the arc discharge current is set to 100 to 100. It may be 200A.
  • the voltage and current values during arc discharge and glow discharge applied to an aluminum metal target, a chromium metal target, an aluminum-silicon composite alloy target, and a chromium-silicon composite alloy target are determined for each target. can be adjusted by controlling each independently.
  • the composition of the coating layer can also be adjusted by controlling the coating time and atmospheric gas pressure.
  • the amount of ionization of the target metal can be changed by changing the voltage/current values during arc discharge/glow discharge.
  • the ionization amount of the target metal can be changed periodically.
  • the ionization amount of the target metal can be changed periodically. Thereby, in the thickness direction of the coating layer, the content ratio of each metal element can be changed at each period.
  • the composition of Al, Si, and Cr is changed so that the amounts of Al and Si are reduced and the amounts of Cr are increased, and then the amounts of Al and Si are increased.
  • the composition of Al, Si, and Cr it is possible to produce a first coating layer having a first layer and a second layer, such that the amount of Cr is reduced.
  • the second coating layer which is a TiSiN layer
  • the second coating layer may also be formed by physical vapor deposition.
  • a Ti metal target and a Ti—Si composite alloy target are prepared.
  • the second coating layer having a striped structure can be produced by independently controlling the voltage/current values applied to each prepared target during arc discharge/glow discharge for each target.
  • the temperature of the substrate is set to 500 to 600° C.
  • the nitrogen gas pressure is set to 1.0 to 6.0 Pa
  • a DC bias voltage of ⁇ 50 to ⁇ 200 V is applied to the substrate
  • the arc discharge current is set to 100 to 100.
  • 200A and the arc current change period may be 0.01 to 0.5 min.
  • a coated tool was produced by forming a first coating layer on a substrate made of WC. 1 to No. 16.
  • FIG. 7 shows sample no. 1 to No. 16 is a table summarizing the manufacturing conditions of the first coating layer for No. 16.
  • sample no. 1 to No. Sample No. 16 out of 16 1 to No. 11, No. 14 to No. 16 corresponds to an embodiment of the present disclosure.
  • sample no. 1 to No. Sample No. 16 out of 16 12, No. 13 corresponds to a comparative example.
  • various metal targets, composite alloy targets, or sintered targets were prepared. Specifically, three types of targets (first to third targets) were prepared. Next, the target, which is a metal source, was vaporized and ionized by arc discharge, glow discharge, or the like. Next, the ionized metal was vapor-deposited on the surface of the substrate while reacting with nitrogen (N 2 ) gas as a nitrogen source. A first coating layer was formed on the substrate by the above procedure. In addition, the current value during arc discharge/glow discharge was periodically changed for each target. Thereby, the ionization amount of the target metal can be changed periodically, and the content ratio of each metal element can be changed periodically in the thickness direction of the first coating layer.
  • N 2 nitrogen
  • Each sample No. 1 to No. The manufacturing conditions of the first coating layer for No. 16 are as shown in FIG. Sample no. 1 to No. 16, sample no. Sample Nos. other than 10; 1 to No. 9, No. 11 to No. 15 used an Al metal target as the first target, a Cr metal target as the second target, and an Al—Si composite alloy target as the third target. Samples N0.1 to No. 9, No. 11 to No.
  • Sample no. 10 used an Al metal target as the first target, a Cr metal target as the second target, and an Al—Si—Ti composite alloy target as the third target.
  • Fig. 8 shows sample No. 1 to No. 16 is a table summarizing the measurement results of the composition of the first coating layer and the metal content of No. 16.
  • FIG. 8 shows sample No. 1 to No. 16 is a table summarizing the measurement results of the composition of the first coating layer and the metal content of No. 16.
  • the average composition of the first coating layer of sample No. 16 is (Al 50 Cr 39 Si 11 )N. 10 has an average composition of the first coating layer of (Al 50 Cr 39 Si 11 Ti 3 )N. Moreover, sample no. The average composition of the first coating layer of sample No. 12 is (Al 69 Cr 11 Si 20 )N. 13 has an average composition of the first coating layer of (Al 70 Cr 10 Si 20 )N. Sample no. 1 to No. 16, sample no. For samples other than 10, the sum of Al, Cr, and Si in the metal elements contained in the first coating layer was 100 atomic %. Sample no. The total of Al, Cr, and Si in the metal elements contained in the ten first coating layers is 97 atomic %.
  • the difference between the first Al content and the second Al content is 6 atomic %, 2 atomic %, 4 atomic %, 6 atomic %, 8 atomic %, 9 atomic %, 10 atomic %, 9 atomic %, 6 atomic %, 6 atomic %, 6 atomic %, 8 atomic %, 6 atomic %, 6 atomic %, 6 atomic %, 6 atomic %.
  • sample No. 1 to No. 16 the difference between the first Cr content and the second Cr content (the second Cr content - the first Cr content) is 8 atomic %, 3 atomic %, 6 atomic %, 9 atomic %, 12 atomic %, 11 atomic %, 11 atomic %, 13 atomic %, 12 atomic %, 8 atomic %, 4 atomic %, 4 atomic %, 8 atomic %, 8 atomic %, 8 atomic %, 8 atomic %, 8 atomic %, 8 atomic %.
  • sample No. 1 to No. 16 the difference between the first Si content and the second Si content (samples No. 1 to No. 10, No. 13 to No. 16 are the first Si content - the second Si content, sample No. 11, No. .12 is the second Si content - the first Si content) is 2 atomic %, 1 atomic %, 2 atomic %, 3 atomic %, 4 atomic %, 2 atomic %, 1 atomic %, 4 atomic %, They were 6 atomic %, 2 atomic %, 2 atomic %, 4 atomic %, 2 atomic %, 2 atomic %, 2 atomic %, and 2 atomic %.
  • Fig. 9 shows sample No. 1 to No. 16 is a table summarizing the wear test results for No. 16;
  • Each test condition of the abrasion test is as follows.
  • the first Al content is larger than the second Al content
  • the first Cr content is smaller than the second Cr content
  • the first Si content is larger than the second Si content. 13 to No. No. 16 exhibited excellent adhesion of the coating layer and high wear resistance.
  • the ratio of Al in the metal elements of the first coating layer is 38 atomic % or more and 55 atomic % or less
  • the ratio of Cr is 33 atomic % or more and 48 atomic % or less
  • the ratio of Si is 4 atoms.
  • the difference between the first Al content and the second Al content is 1 atomic % or more and 9 atomic % or less
  • the difference between the first Cr content and the second Cr content is 1 atomic % or more and 12 atomic % or less
  • the difference between the first Si content and the second Si content is 0.5 atomic % or more and 5 atomic % or less. 6 resulted in excellent wear resistance.
  • Sample no. 1 was subjected to EDX analysis. Specifically, a range spanning a plurality of first and second layers is extracted from the EDX analysis data, and the extracted range is scanned in the direction along the stacking direction of the first and second layers (scanning direction). The changes in Al content, Cr content, Si content and N content in were measured. Analysis conditions are as follows. (1) Sample pretreatment: Thinning by FIB method ( ⁇ -sampling method) (2) Elemental analysis (area analysis) (3) Scanning transmission electron microscope: JEM-ARM200F manufactured by JEOL Ltd.
  • FIG. 10 is a scanning transmission electron microscope image (HAADF-STEM image) of the first coating layer according to the embodiment. As shown in FIG. 10, the first coating layer according to the example has a striped structure in which the first layer and the second layer are alternately arranged.
  • FIG. 11 is a graph showing changes in Al content, Cr content, Si content and N content in the stacking direction of the first layer and the second layer.
  • the horizontal axis of the graph shown in FIG. 11 corresponds to the scanning direction shown in FIG. That is, the starting point of the scanning direction shown in FIG. 10 ("0 nm" shown in FIG. 10) corresponds to "0 nm” on the horizontal axis of the graph shown in FIG. 50 nm”) corresponds to “50 nm” on the horizontal axis of the graph shown in FIG.
  • the Al content and Cr content fluctuate periodically along the scanning direction (that is, the stacking direction of the first and second layers). Specifically, the Al content increases in the first layer and decreases in the second layer. Also, the Cr content decreases in the second layer and increases in the second layer.
  • the Si content also fluctuates periodically along the scanning direction. Specifically, the Si content increases in the first layer and decreases in the second layer, similar to the Al content.
  • the Al content (first Al content) in the first layer is greater than the Al content (second Al content) in the second layer
  • the 1 Cr content is less than the 2 Cr content in the second layer
  • the first Si content in the first layer is greater than the second Si content in the second layer.
  • the difference between the first Al content and the second Al content is 1 atomic % or more and 9 atomic % or less.
  • the difference between the first Cr content and the second Cr content is found to be 1 atomic % or more and 12 atomic % or less.
  • the difference between the first Si content and the second Si content is 0.5 atomic % or more and 5 atomic % or less.
  • the coated tool according to the embodiment includes a base (base 10 as an example) and a coating layer (covering layer 20 as an example) located on the base. have.
  • the coating layer has a first coating layer (as an example, the first coating layer 23) containing Al, Cr, Si and N.
  • the first covering layer has a first layer (as an example, the first layer 23a) and a second layer (as an example, the second layer 23b) alternately positioned in the thickness direction.
  • the first layer and the second layer contain Al, Cr, Si and N.
  • the Al content in the first layer is the first Al content
  • the Cr content in the first layer is the first Cr content
  • the Si content in the first layer is the first Si content
  • the Al content in the second layer is the second Al
  • the Cr content in the second layer is defined as the second Cr content
  • the Si content in the second layer is defined as the second Si content.
  • the first Al content is greater than the second Al content
  • the first Cr content is less than the second Cr content
  • the first Si content is greater than the second Si content.
  • oxidation resistance and wear resistance can be improved.
  • a coated tool according to the present disclosure may, for example, include a rod-shaped body having an axis of rotation and extending from a first end to a second end, a cutting edge located at the first end of the body, and a cutting edge extending from the cutting edge to the second end of the body. It may have a groove extending spirally toward the side.

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Abstract

本開示による被覆工具は、基体と、基体の上に位置する被覆層とを有する。被覆層は、ＡｌとＣｒとＳｉとＮとを含有する第１被覆層を有する。第１被覆層は、厚さ方向に交互に位置する第１層と、第２層とを有する。第１層および第２層は、ＡｌとＣｒとＳｉとＮとを有する。第１層におけるＡｌ含有量を第１Ａｌ含有量、第１層におけるＣｒ含有量を第１Ｃｒ含有量、第１層におけるＳｉ含有量を第１Ｓｉ含有量とし、第２層におけるＡｌ含有量を第２Ａｌ含有量、第２層におけるＣｒ含有量を第２Ｃｒ含有量、第２層におけるＳｉ含有量を第２Ｓｉ含有量とする。この場合、第１Ａｌ含有量は、第２Ａｌ含有量より多く、第１Ｃｒ含有量は、第２Ｃｒ含有量より少なく、第１Ｓｉ含有量は、第２Ｓｉ含有量より多い。

Description

被覆工具および切削工具
　本開示は、被覆工具および切削工具に関する。
　旋削加工や転削加工等の切削加工に用いられる工具として、超硬合金、サーメット、セラミックス等の基体の表面を被覆層でコーティングすることによって耐摩耗性等を向上させた被覆工具が知られている。
特開２００４－５０３８１号公報 特開２０１８－３０２１２号公報
　本開示の一態様による被覆工具は、基体と、基体の上に位置する被覆層とを有する。被覆層は、ＡｌとＣｒとＳｉとＮとを含有する第１被覆層を有する。第１被覆層は、厚さ方向に交互に位置する第１層と、第２層とを有する。第１層および第２層は、ＡｌとＣｒとＳｉとＮとを有する。第１層におけるＡｌ含有量を第１Ａｌ含有量、第１層におけるＣｒ含有量を第１Ｃｒ含有量、第１層におけるＳｉ含有量を第１Ｓｉ含有量とし、第２層におけるＡｌ含有量を第２Ａｌ含有量、第２層におけるＣｒ含有量を第２Ｃｒ含有量、第２層におけるＳｉ含有量を第２Ｓｉ含有量とする。この場合、第１Ａｌ含有量は、第２Ａｌ含有量より多く、第１Ｃｒ含有量は、第２Ｃｒ含有量より少なく、第１Ｓｉ含有量は、第２Ｓｉ含有量より多い。
図１は、実施形態に係る被覆工具の一例を示す斜視図である。 図２は、実施形態に係る被覆工具の一例を示す側断面図である。 図３は、実施形態に係る被覆層の一例を示す断面図である。 図４は、図３に示すＨ部の模式拡大図である。 図５は、第１層および第２層のＡｌ含有量、Ｃｒ含有量およびＳｉ含有量を説明するための模式図である。 図６は、実施形態に係る切削工具の一例を示す正面図である。 図７は、試料Ｎｏ．１～Ｎｏ．１６について、第１被覆層の製造条件をまとめた表である。 図８は、試料Ｎｏ．１～Ｎｏ．１６について、第１被覆層の組成および金属含有量の測定結果をまとめた表である。 図９は、試料Ｎｏ．１～Ｎｏ．１６に対する摩耗試験の結果をまとめた表である。 図１０は、実施形態に係る第１被覆層の走査透過電子顕微鏡像である。 図１１は、第１層および第２層の積層方向におけるＡｌ含有量、Ｃｒ含有量、Ｓｉ含有量およびＮ含有量の変化を示すグラフである。
　以下に、本開示による被覆工具および切削工具を実施するための形態（以下、「実施形態」と記載する）について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施形態により本開示による被覆工具および切削工具が限定されるものではない。また、各実施形態は、処理内容を矛盾させない範囲で適宜組み合わせることが可能である。また、以下の各実施形態において同一の部位には同一の符号を付し、重複する説明は省略される。
　また、以下に示す実施形態では、「一定」、「直交」、「垂直」あるいは「平行」といった表現が用いられる場合があるが、これらの表現は、厳密に「一定」、「直交」、「垂直」あるいは「平行」であることを要しない。すなわち、上記した各表現は、例えば製造精度、設置精度などのずれを許容するものとする。
　上述した従来技術には、耐欠損性を向上させるという点で更なる改善の余地がある。
＜被覆工具＞
　図１は、実施形態に係る被覆工具の一例を示す斜視図である。また、図２は、実施形態に係る被覆工具１の一例を示す側断面図である。図１に示すように、実施形態に係る被覆工具１は、チップ本体２を有する。
（チップ本体２）
　チップ本体２は、たとえば、上面および下面（図１に示すＺ軸と交わる面）の形状が平行四辺形である六面体形状を有する。
　チップ本体２の１つのコーナー部は、切刃部として機能する。切刃部は、第１面（たとえば上面）と、第１面に連接する第２面（たとえば側面）とを有する。実施形態において、第１面は切削により生じた切屑をすくい取る「すくい面」として機能し、第２面は「逃げ面」として機能する。第１面と第２面とが交わる稜線の少なくとも一部には、切刃が位置しており、被覆工具１は、かかる切刃を被削材に当てることによって被削材を切削する。
　チップ本体２の中央部には、チップ本体２を上下に貫通する貫通孔５が位置する。貫通孔５には、後述するホルダ７０に被覆工具１を取り付けるためのネジ７５が挿入される（図６参照）。
　図２に示すように、チップ本体２は、基体１０と、被覆層２０とを有する。
（基体１０）
　基体１０は、たとえば超硬合金で形成される。超硬合金は、Ｗ（タングステン）、具体的には、ＷＣ（炭化タングステン）を含有する。また、超硬合金は、Ｎｉ（ニッケル）やＣｏ（コバルト）を含有していてもよい。具体的には、基体１０は、ＷＣ粒子を硬質相成分とし、Ｃｏを結合相の主成分とするＷＣ基超硬合金からなる。
　また、基体１０は、サーメットで形成されてもよい。サーメットは、たとえばＴｉ（チタン）、具体的には、ＴｉＣ（炭化チタン）またはＴｉＮ（窒化チタン）を含有する。また、サーメットは、ＮｉやＣｏを含有していてもよい。
　また、基体１０は、立方晶窒化硼素（ｃＢＮ）粒子を含有する立方晶窒化硼素質焼結体で形成されてもよい。基体１０は、立方晶窒化硼素（ｃＢＮ）粒子に限らず、六方晶窒化硼素（ｈＢＮ）、菱面体晶窒化硼素（ｒＢＮ）、ウルツ鉱窒化硼素（ｗＢＮ）等の粒子を含有していてもよい。
（被覆層２０）
　被覆層２０は、例えば、基体１０の耐摩耗性、耐熱性等を向上させることを目的として基体１０に被覆される。図２の例では、被覆層２０が基体１０を全体的に被覆している。被覆層２０は、少なくとも基体１０の上に位置していればよい。被覆層２０が基体１０の第１面（ここでは、上面）に位置する場合、第１面の耐摩耗性、耐熱性が高い。被覆層２０が基体１０の第２面（ここでは、側面）に位置する場合、第２面の耐摩耗性、耐熱性が高い。
　ここで、被覆層２０の具体的な構成について図３および図４を参照して説明する。図３は、実施形態に係る被覆層２０の一例を示す断面図である。また、図４は、図３に示すＨ部の模式拡大図である。
　図３に示すように、被覆層２０は、中間層２２の上に位置する第１被覆層２３と、第１被覆層２３の上に位置する第２被覆層２４とを有する。
（第１被覆層２３）
　第１被覆層２３は、Ａｌ、第５族元素、第６族元素およびＴｉを除く第４族元素からなる群より選択される少なくとも１種の元素と、ＣおよびＮからなる群より選択される少なくとも１種の元素と、Ｓｉおよび、Ｃｒとを有する。
　具体的には、第１被覆層２３は、ＡｌとＣｒとＳｉとＮとを含有する。すなわち、第１被覆層２３は、Ａｌ、ＣｒおよびＳｉの窒化物であるＡｌＣｒＳｉＮを含有するＡｌＣｒＳｉＮ層であってもよい。なお、「ＡｌＣｒＳｉＮ」との表記は、ＡｌとＣｒとＳｉとＮとが任意の割合で存在することを意味しており、必ずしもＡｌとＣｒとＳｉとＮとが１対１対１対１で存在することを意味するものではない。
　このように、中間層２２に含まれる金属（たとえば、Ｓｉ）を含有する第１被覆層２３を中間層２２の上に位置させることで、中間層２２と被覆層２０との密着性が高い。これにより、被覆層２０が中間層２２から剥離し難くなるため、被覆層２０の耐久性が高い。
　図４に示すように、第１被覆層２３は、複数の第１層２３ａと複数の第２層２３ｂとを有する。第１被覆層２３は、第１層２３ａと第２層２３ｂとが厚み方向に交互に積層された縞状構成を有している。第１層２３ａは、中間層２２に接する層であり、第２層２３ｂは、第１層２３ａ上に形成される。
　第１層２３ａおよび第２層２３ｂの厚みは、それぞれ５０ｎｍ以下としてもよい。薄く形成された第１層２３ａおよび第２層２３ｂは、残留応力が小さく、剥離やクラック等が生じ難いため、被覆層２０の耐久性が高くなる。
　第２被覆層２４は、Ｔｉ、ＳｉおよびＮを有していてもよい。すなわち、第２被覆層２４は、ＴｉおよびＳｉを含有する窒化物層（ＴｉＳｉＮ層）であってもよい。なお、「ＴｉＳｉＮ層」との表記は、ＴｉとＳｉとＮとが任意の割合で存在することを意味しており、必ずしもＴｉとＳｉとＮとが１対１対１で存在することを意味するものではない。
　これにより、たとえば、第２被覆層２４の摩擦係数が低い場合には、被覆工具１の耐溶着性を向上させることができる。また、たとえば、第２被覆層２４の硬度が高い場合には、被覆工具１の耐摩耗性を向上させることができる。また、たとえば、第２被覆層２４の酸化開始温度が高い場合には、被覆工具１の耐酸化性を向上させることができる。
　図５は、第１層２３ａおよび第２層２３ｂのＡｌ含有量、Ｃｒ含有量およびＳｉ含有量を説明するための模式図である。
　第１層２３ａおよび第２層２３ｂは、ＡｌとＣｒとＳｉとＮとを含有する。ここで、第１層２３ａにおけるＡｌ含有量を第１Ａｌ含有量とし、第１層２３ａにおけるＣｒ含有量を第１Ｃｒ含有量とし、第１層２３ａにおけるＳｉ含有量を第１Ｓｉ含有量とする。また、第２層２３ｂにおけるＡｌ含有量を第２Ａｌ含有量とし、第２層２３ｂにおけるＣｒ含有量を第２Ｃｒ含有量とし、第２層２３ｂにおけるＳｉ含有量を第２Ｓｉ含有量とする。
　この場合、第１Ａｌ含有量は、前記第２Ａｌ含有量より多く、第１Ｃｒ含有量は、第２Ｃｒ含有量より少なく、第１Ｓｉ含有量は、第２Ｓｉ含有量より多くてもよい。
　かかる構成の第１被覆層２３を有する被覆工具１は、高硬度で耐欠損性に優れる。
　また、第１被覆層２３に含まれる金属元素に占めるＡｌとＣｒとＳｉとの合計は、９８原子％以上であってもよい。
　かかる構成の第１被覆層２３を有する被覆工具１は、さらに高硬度で耐欠損性に優れる。
　また、第１被覆層２３の金属元素に占めるＡｌの比率は、３８原子％以上５５原子％以下であってもよい。第１被覆層２３の金属元素に占めるＣｒの比率は、３３原子％以上４８原子％以下であってもよい。第１被覆層２３の金属元素に占めるＳｉの比率は、４原子％以上１５原子％以下であってもよい。
　かかる構成の第１被覆層２３を有する被覆工具１は、耐酸化性が向上し耐摩耗性に優れる。
　また、第１Ａｌ含有量と第２Ａｌ含有量との差は、１原子％以上９原子％以下であってもよい。
　かかる構成の第１被覆層２３を有する被覆工具１は、高い耐酸化性かつ高硬度を維持しつつ、被覆層内部の応力を緩和し、耐摩耗性に優れる。
　かかる構成の第１被覆層２３を有する被覆工具１は、特に高硬度である。
　また、第１Ｃｒ含有量と第２Ｃｒ含有量との差は、１原子％以上１２原子％以下であってもよい。
　かかる構成の第１被覆層２３を有する被覆工具１は、耐摩耗性がさらに優れる。
　かかる構成の第１被覆層２３を有する被覆工具１は、特に耐欠損性に優れる。
　また、第１Ｓｉ含有量と第２Ｓｉ含有量との差は、０．５原子％以上５原子％以下であってもよい。
　かかる構成の第１被覆層２３を有する被覆工具１は、特に高硬度である。
　また、第１層２３ａおよび第２層２３ｂの厚みは、１ｎｍ以上、２０ｎｍ以下であってもよい。
　かかる構成の第１被覆層２３を有する被覆工具１は、硬度と耐欠損性に優れる。
（中間層２２）
　基体１０と被覆層２０との間には、中間層２２が位置していてもよい。具体的には、中間層２２は、一方の面（ここでは下面）において基体１０の上面に接し、且つ、他方の面（ここでは上面）において被覆層２０（第１被覆層２３）の下面に接する。
　中間層２２は、基体１０との密着性が被覆層２０と比べて高い。このような特性を有する金属元素としては、たとえば、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｙ、Ｔｉが挙げられる。中間層２２は、上記金属元素のうち少なくとも１種以上の金属元素を含有する。たとえば、中間層２２は、Ｔｉを含有していても良い。なお、Ｓｉは、半金属元素であるが、本明細書においては、半金属元素も金属元素に含まれるものとする。
　中間層２２がＴｉを含有する場合、中間層２２におけるＴｉの含有量は、１．５原子％以上であってもよい。たとえば、中間層２２におけるＴｉの含有量は、２．０原子％以上であってもよい。
　中間層２２は、上記金属元素（Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｙ、Ｔｉ）以外の金属元素成分を含有していてもよい。ただし、基体１０との密着性の観点から、中間層２２は、上記金属元素を合量で少なくとも９５原子％以上含有していてもよい。より好ましくは、中間層２２は、上記金属元素を合量で９８原子％以上含有してもよい。なお、中間層２２における金属成分の割合は、たとえば、ＳＴＥＭ（走査透過電子顕微鏡）に付属しているＥＤＳ（エネルギー分散型Ｘ線分光器）を用いた分析により特定可能である。
　このように、実施形態に係る被覆工具１では、基体１０との濡れ性が被覆層２０と比べて高い中間層２２を基体１０と被覆層２０との間に設けることにより、基体１０と被覆層２０との密着性を向上させることができる。なお、中間層２２は、被覆層２０との密着性も高いため、被覆層２０が中間層２２から剥離するといったことも生じにくい。
　なお、中間層２２の厚みは、たとえば０．１ｎｍ以上、２０．０ｎｍ未満であってもよい。
＜切削工具＞
　次に、上述した被覆工具１を備えた切削工具の構成について図６を参照して説明する。図６は、実施形態に係る切削工具の一例を示す正面図である。
　図６に示すように、実施形態に係る切削工具１００は、被覆工具１と、被覆工具１を固定するためのホルダ７０とを有する。
　ホルダ７０は、第１端（図６における上端）から第２端（図６における下端）に向かって伸びる棒状の部材である。ホルダ７０は、たとえば、鋼、鋳鉄製である。特に、これらの部材の中で靱性の高い鋼が用いられることが好ましい。
　ホルダ７０は、第１端側の端部にポケット７３を有する。ポケット７３は、被覆工具１が装着される部分であり、被削材の回転方向と交わる着座面と、着座面に対して傾斜する拘束側面とを有する。着座面には、後述するネジ７５を螺合させるネジ孔が設けられている。
　被覆工具１は、ホルダ７０のポケット７３に位置し、ネジ７５によってホルダ７０に装着される。すなわち、被覆工具１の貫通孔５にネジ７５を挿入し、このネジ７５の先端をポケット７３の着座面に形成されたネジ孔に挿入してネジ部同士を螺合させる。これにより、被覆工具１は、切刃部分がホルダ７０から外方に突出するようにホルダ７０に装着される。
　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被覆工具１を用いてもよい。転削加工に用いられる切削工具としては、たとえば、平フライス、正面フライス、側フライス、溝切りフライスなどフライス、１枚刃エンドミル、複数刃エンドミル、テーパ刃エンドミル、ボールエンドミルなどのエンドミルなどが挙げられる。
（製造方法）
　次に、本実施形態に係る被覆工具１の製造方法の一例について説明する。なお、本開示による被覆工具の製造方法は、下記の製造方法に限定されるものではない。
　被覆層は、たとえば物理蒸着法により形成されてもよい。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被覆層を作製する場合には、下記の方法によって被覆層を作製することができる。
　まず、第１被覆層２３をイオンプレーティング法で作製する方法の一例を示す。まず、一例としてＣｒ、ＳｉおよびＡｌの各金属ターゲット、または複合化した合金ターゲット、または焼結体ターゲットを準備する。
　次に、金属源である上記のターゲットをアーク放電またはグロー放電などによって蒸発させてイオン化する。イオン化した金属を、窒素源の窒素（Ｎ２）ガス、などと反応させるとともに、基体の表面に蒸着させる。以上の手順によってＡｌＣｒＳｉＮ層を形成することが可能である。
　上記の手順において、基体の温度を５００～６００℃とし、窒素ガス圧力を１．０～６．０Ｐａとし、基体に－５０～－２００Ｖの直流バイアス電圧を印可して、アーク放電電流を１００～２００Ａとしてもよい。
　第１被覆層の組成は、アルミニウム金属ターゲット、クロム金属ターゲット、アルミニウム－シリコン複合化合金ターゲット、および、クロム－シリコン複合化合金ターゲットにかかるアーク放電・グロー放電時の電圧・電流値をそれぞれのターゲット毎に独立に制御することによって調整することができる。また、被覆層の組成は、被覆時間や雰囲気ガス圧の制御によっても調整することができる。実施形態の一例においてはアーク放電・グロー放電時の電圧・電流値を変化させることにより、ターゲット金属のイオン化量を変化させることができる。また、ターゲット毎にアーク放電・グロー放電時の電流値を周期的に変えることにより、ターゲット金属のイオン化量を周期的に変化させることができる。ターゲットのアーク放電・グロー放電時の電流値は、０．０１～０．５ｍｉｎの間隔で周期的に変えることにより、ターゲット金属のイオン化量を周期的に変化させることができる。これにより被覆層の厚み方向において、各金属元素の含有割合がそれぞれの周期で変化する構成とすることができる。
　上記の手順を行う際に、Ａｌ、Ｓｉの量が少なくなるように、また、Ｃｒの量が多くなるよう、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃｒの組成を変化させ、その後、Ａｌ、Ｓｉの量が多くなるように、また、Ｃｒの量が少なくなるよう、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃｒの組成を変化させることによって、第１層および第２層を有する第１被覆層を作製することが可能である。
　次に、ＴｉＳｉＮ層である第２被覆層の製造方法の一例について説明する。
　第１被覆層と同様に、第２被覆層も物理蒸着法により形成されてもよい。一例として、まず、Ｔｉ金属ターゲット及びＴｉ－Ｓｉ複合化合金ターゲットを準備する。そして、用意した各ターゲットにかかるアーク放電・グロー放電時の電圧・電流値をターゲット毎に独立に制御することによって縞状構造を有する第２被覆層を作製することができる。
　上記の手順において、基体の温度を５００～６００℃とし、窒素ガス圧力を１．０～６．０Ｐａとし、基体に－５０～－２００Ｖの直流バイアス電圧を印可して、アーク放電電流を１００～２００Ａ、アーク電流の変化周期を０．０１～０．５ｍｉｎとしてもよい。
　以下、本開示の実施例を具体的に説明する。なお、本開示は以下に示す実施例に限定されるものではない。
　ＷＣからなる基体の上に第１被覆層を形成した被覆工具を作製し、試料Ｎｏ．１～Ｎｏ．１６とした。図７は、試料Ｎｏ．１～Ｎｏ．１６について、第１被覆層の製造条件をまとめた表である。なお、試料Ｎｏ．１～Ｎｏ．１６のうち試料Ｎｏ．１～Ｎｏ．１１、Ｎｏ．１４～Ｎｏ．１６は、本開示の実施例に相当する。また、試料Ｎｏ．１～Ｎｏ．１６のうち試料Ｎｏ．１２、Ｎｏ．１３は、比較例に相当する。
　まず、各種の金属ターゲット、または、複合化した合金ターゲット、または焼結体ターゲットを準備した。具体的には、３種類のターゲット（第１ターゲット～第３ターゲット）を用意した。次に、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した。次に、イオン化した金属を、窒素源の窒素（Ｎ２）ガス、などと反応させるとともに、基体の表面に蒸着させた。以上の手順によって基体の上に第１被覆層を形成した。また、ターゲット毎にアーク放電・グロー放電時の電流値を周期的に変えた。これにより、ターゲット金属のイオン化量を周期的に変化させることができ、第１被覆層の厚み方向において、各金属元素の含有割合がそれぞれの周期で変化する構成とすることができる。
　各試料Ｎｏ．１～Ｎｏ．１６についての第１被覆層の製造条件は、図７に示す通りである。試料Ｎｏ．１～Ｎｏ．１６のうち、試料Ｎｏ．１０以外の試料Ｎｏ．１～Ｎｏ．９、Ｎｏ．１１～Ｎｏ．１５は、第１ターゲットとしてＡｌ金属ターゲット、第２ターゲットとしてＣｒ金属ターゲット、第３ターゲットとしてＡｌ－Ｓｉ複合化合金ターゲットを用いた。試料Ｎ０．１～Ｎｏ．９、Ｎｏ．１１～Ｎｏ．１５は、アーク電流の周期、第１ターゲットに対する第１層成膜時のアーク電流および第２層成膜時のアーク電流の大きさ、第２ターゲットに対する第１層成膜時のアーク電流および第２層成膜時のアーク電流の大きさ、ならびに、第３ターゲットに対する第１層成膜時のアーク電流および第２層成膜時のアーク電流の大きさの組み合わせが異なっている。試料Ｎｏ．１０は、第１ターゲットとしてＡｌ金属ターゲット、第２ターゲットとしてＣｒ金属ターゲット、第３ターゲットとしてＡｌ－Ｓｉ－Ｔｉ複合化合金ターゲットを用いた。
　図８は、試料Ｎｏ．１～Ｎｏ．１６について、第１被覆層の組成および金属含有量の測定結果をまとめた表である。
　図８に示すように、試料Ｎｏ．１～Ｎｏ．９、Ｎｏ．１１、Ｎｏ．１４～Ｎｏ．１６が有する第１被覆層の平均組成は、（Ａｌ５０Ｃｒ３９Ｓｉ１１）Ｎであり、試料Ｎｏ．１０が有する第１被覆層の平均組成は、（Ａｌ５０Ｃｒ３９Ｓｉ１１Ｔｉ３）Ｎである。また、試料Ｎｏ．１２が有する第１被覆層の平均組成は、（Ａｌ６９Ｃｒ１１Ｓｉ２０）Ｎであり、試料Ｎｏ．１３が有する第１被覆層の平均組成は、（Ａｌ７０Ｃｒ１０Ｓｉ２０）Ｎである。試料Ｎｏ．１～Ｎｏ．１６のうち、試料Ｎｏ．１０以外の試料について、第１被覆層に含まれる金属元素に占めるＡｌとＣｒとＳｉとの合計は、１００原子％である。試料Ｎｏ．１０の第１被覆層に含まれる金属元素に占めるＡｌとＣｒとＳｉとの合計は、９７原子％である。
　試料Ｎｏ．１～Ｎｏ．１３における第１層および第２層の層厚（平均層厚）は、約５ｎｍである。また、試料Ｎｏ．１４における第１層および第２層の層厚（平均層厚）は、約１０ｎｍであり、試料Ｎｏ．１５における第１層および第２層の層厚（平均層厚）は、約２０ｎｍであり、試料Ｎｏ．１６における第１層および第２層の層厚（平均層厚）は、約３０ｎｍである。
　これら試料Ｎｏ．１～Ｎｏ．１６について、第１Ａｌ含有量と第２Ａｌ含有量との差（第１Ａｌ含有量－第２Ａｌ含有量）は、それぞれ、６原子％、２原子％、４原子％、６原子％、８原子％、９原子％、１０原子％、９原子％、６原子％、６原子％、６原子％、８原子％、６原子％、６原子％、６原子％、６原子％であった。
　また、試料Ｎｏ．１～Ｎｏ．１６について、第１Ｃｒ含有量と第２Ｃｒ含有量との差（第２Ｃｒ含有量－第１Ｃｒ含有量）は、それぞれ、８原子％、３原子％、６原子％、９原子％、１２原子％、１１原子％、１１原子％、１３原子％、１２原子％、８原子％、４原子％、４原子％、８原子％、８原子％、８原子％、８原子％であった。
　また、試料Ｎｏ．１～Ｎｏ．１６について、第１Ｓｉ含有量と第２Ｓｉ含有量との差（試料Ｎｏ．１～Ｎｏ．１０、Ｎｏ．１３～Ｎｏ．１６は、第１Ｓｉ含有量－第２Ｓｉ含有量、試料Ｎｏ．１１、Ｎｏ．１２は、第２Ｓｉ含有量－第１Ｓｉ含有量）は、それぞれ、２原子％、１原子％、２原子％、３原子％、４原子％、２原子％、１原子％、４原子％、６原子％、２原子％、２原子％、４原子％、２原子％、２原子％、２原子％、２原子％であった。
　図９は、試料Ｎｏ．１～Ｎｏ．１６に対する摩耗試験の結果をまとめた表である。摩耗試験の各試験条件は、以下の通りである。
＜摩耗試験＞
　摩耗試験は、２枚刃超硬ボールエンドミル（型番：２ＫＭＢＬ０２００－０８００－Ｓ４）を用いて、以下の条件にて行った。
（１）切削方法：ポケット加工
（２）被削材　：ＳＫＤ１１Ｈ
（３）送りｆｚ：１３２０ｍｍ／ｍｉｎ
（４）切り込み：ａｐ　０．０８ｍｍ×ａｅ　０．２０ｍｍ
（５）評価方法：２０ｍ切削後の横逃げ面の摩耗幅を顕微鏡にて測定した。
　第１Ａｌ含有量が第２Ａｌ含有量より多く、第１Ｃｒ含有量が第２Ｃｒ含有量より少なく、第１Ｓｉ含有量が第２Ｓｉ含有量より多い試料Ｎｏ.１～１０、Ｎｏ．１３～Ｎｏ．１６は、被覆層の密着力に優れ、高い耐摩耗性を示した。特に、第１被覆層の金属元素に占めるＡｌの比率が、３８原子％以上５５原子％以下であり、Ｃｒの比率が、３３原子％以上４８原子％以下であり、Ｓｉの比率が、４原子％以上１５原子％以下であり、かつ、第１Ａｌ含有量と第２Ａｌ含有量との差が、１原子％以上９原子％以下であり、第１Ｃｒ含有量と第２Ｃｒ含有量との差が、１原子％以上１２原子％以下であり、第１Ｓｉ含有量と第２Ｓｉ含有量との差が、０．５原子％以上５原子％以下である、試料Ｎｏ.１～Ｎｏ．６は、耐摩耗性に優れる結果となった。
＜ＥＤＸ分析＞
　試料Ｎｏ．１についてＥＤＸ分析を行った。具体的には、ＥＤＸ分析データから複数の第１層および第２層に跨がる範囲を抽出し、抽出した範囲について、第１層および第２層の積層方向に沿った方向（スキャン方向）におけるＡｌ含有量、Ｃｒ含有量、Ｓｉ含有量およびＮ含有量の変化を測定した。分析条件は、以下の通りである。
（１）試料前処理：ＦＩＢ法(μ-サンプリング法)による薄片化
（２）元素分析(面分析)
（３）走査透過電子顕微鏡：日本電子製　ＪＥＭ－ＡＲＭ２００F
（４）加速電圧：２００ｋＶ
（５）ビーム径：約０．２ｎｍφ
（６）元素分析装置：日本電子製　ＪＥＤ－２３００Ｔ
（７）Ｘ線検出器：Ｓｉドリフト検出器
（８）エネルギー分解能：約１４０ｅＶ
（９）Ｘ線取出角：２１．９°
（１０）立体角：０．９８ｓｒ
（１１）取込画素数：２５６×２５６
　図１０は、実施形態に係る第１被覆層の走査透過電子顕微鏡像（ＨＡＡＤＦ－ＳＴＥＭ像）である。図１０に示すように、実施例に係る第１被覆層は、第１層と第２層とが交互に位置する縞状構造を有していることがわかる。
　図１１は、第１層および第２層の積層方向におけるＡｌ含有量、Ｃｒ含有量、Ｓｉ含有量およびＮ含有量の変化を示すグラフである。図１１に示すグラフの横軸は、図１０に示すスキャン方向に対応している。すなわち、図１０に示すスキャン方向の起点（図１０に示す「０ｎｍ」）が図１１に示すグラフの横軸の「０ｎｍ」に対応し、図１０に示すスキャン方向の終点（図７に示す「５０ｎｍ」）が図１１に示すグラフの横軸の「５０ｎｍ」に対応する。
　図１１に示すように、Ａｌ含有量およびＣｒ含有量は、スキャン方向（すなわち、第１層および第２層の積層方向）に沿って周期的に変動していることがわかる。具体的には、Ａｌ含有量は、第１層において増加し、第２層において減少する。また、Ｃｒ含有量は、第２層において減少し、第２層において増加する。
　また、Ｓｉ含有量も、スキャン方向に沿って周期的に変動している。具体的には、Ｓｉ含有量は、Ａｌ含有量と同様に、第１層において増加し、第２層において減少する。
　このように、実施例に係る第１被覆層において、第１層におけるＡｌ含有量（第１Ａｌ含有量）は、第２層におけるＡｌ含有量（第２Ａｌ含有量）より多く、第１層における第１Ｃｒ含有量は、第２層における第２Ｃｒ含有量より少なく、第１層における第１Ｓｉ含有量は、第２層における第２Ｓｉ含有量より多い。
　また、図１１に示すように、第１Ａｌ含有量と第２Ａｌ含有量との差は、１原子％以上９原子％以下であることがわかる。
　また、図１１に示すように、第１Ｃｒ含有量と第２Ｃｒ含有量との差は、１原子％以上１２原子％以下であることがわかる。
　また、図１１に示すように、第１Ｓｉ含有量と第２Ｓｉ含有量との差は、０．５原子％以上５原子％以下であることがわかる。
　上述してきたように、実施形態に係る被覆工具（一例として、被覆工具１）は、基体（一例として、基体１０）と、基体の上に位置する被覆層（一例として、被覆層２０）とを有する。被覆層は、ＡｌとＣｒとＳｉとＮとを含有する第１被覆層（一例として、第１被覆層２３）を有する。第１被覆層は、厚さ方向に交互に位置する第１層（一例として、第１層２３ａ）と、第２層（一例として、第２層２３ｂ）とを有する。第１層および第２層は、ＡｌとＣｒとＳｉとＮとを有する。第１層におけるＡｌ含有量を第１Ａｌ含有量、第１層におけるＣｒ含有量を第１Ｃｒ含有量、第１層におけるＳｉ含有量を第１Ｓｉ含有量とし、第２層におけるＡｌ含有量を第２Ａｌ含有量、第２層におけるＣｒ含有量を第２Ｃｒ含有量、第２層におけるＳｉ含有量を第２Ｓｉ含有量とする。この場合、第１Ａｌ含有量は、第２Ａｌ含有量より多く、第１Ｃｒ含有量は、第２Ｃｒ含有量より少なく、第１Ｓｉ含有量は、第２Ｓｉ含有量より多い。
　したがって、実施形態に係る被覆工具によれば、耐酸化性、耐摩耗性を向上させることができる。
　なお、図１に示した被覆工具１の形状はあくまで一例であって、本開示による被覆工具の形状を限定するものではない。本開示による被覆工具は、たとえば、回転軸を有し、第１端から第２端にかけて延びる棒形状の本体と、本体の第１端に位置する切刃と、切刃から本体の第２端の側に向かって螺旋状に延びた溝とを有していてもよい。
　さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
　１　被覆工具
　２　チップ本体
　５　貫通孔
　１０　基体
　２０　被覆層
　２２　中間層
　２３　第１被覆層
　２３ａ　第１層
　２３ｂ　第２層
　２４　第２被覆層
　７０　ホルダ
　７３　ポケット
　７５　ネジ
　１００　切削工具

Claims (8)

  1. 　基体と、該基体の上に位置する被覆層とを有し、
    　前記被覆層は、ＡｌとＣｒとＳｉとＮとを含有する第１被覆層を有し、
    　前記第１被覆層は、厚さ方向に交互に位置する第１層と、第２層とを有し、
    　前記第１層および前記第２層は、ＡｌとＣｒとＳｉとＮとを有し、
    　前記第１層におけるＡｌ含有量を第１Ａｌ含有量、前記第１層におけるＣｒ含有量を第１Ｃｒ含有量、前記第１層におけるＳｉ含有量を第１Ｓｉ含有量とし、
    　前記第２層におけるＡｌ含有量を第２Ａｌ含有量、前記第２層におけるＣｒ含有量を第２Ｃｒ含有量、前記第２層におけるＳｉ含有量を第２Ｓｉ含有量とした場合、
    　前記第１Ａｌ含有量は、前記第２Ａｌ含有量より多く、
    　前記第１Ｃｒ含有量は、前記第２Ｃｒ含有量より少なく、
    　前記第１Ｓｉ含有量は、前記第２Ｓｉ含有量より多い、被覆工具。
  2. 　前記第１被覆層に含まれる金属元素に占めるＡｌとＣｒとＳｉとの合計は、９８原子％以上である、請求項１に記載の被覆工具。
  3. 　前記第１被覆層の金属元素に占めるＡｌの比率は、３８原子％以上５５原子％以下であり、
    　前記第１被覆層の金属元素に占めるＣｒの比率は、３３原子％以上４８原子％以下であり、
    　前記第１被覆層の金属元素に占めるＳｉの比率は、４原子％以上１５原子％以下である、請求項１または２に記載の被覆工具。
  4. 　前記第１Ａｌ含有量と前記第２Ａｌ含有量との差は、１原子％以上９原子％以下である、請求項１～３のいずれか一つに記載の被覆工具。
  5. 　前記第１Ｃｒ含有量と前記第２Ｃｒ含有量との差は、１原子％以上１２原子％以下である、請求項１～４のいずれか一つに記載の被覆工具。
  6. 　前記第１Ｓｉ含有量と前記第２Ｓｉ含有量との差は、０．５原子％以上５原子％以下である、請求項１～５のいずれか一つに記載の被覆工具。
  7. 　前記第１層および前記第２層の厚みは、１ｎｍ以上、２０ｎｍ以下である、請求項１～６のいずれか一つに記載の被覆工具。
  8. 　端部にポケットを有する棒状のホルダと、
    　前記ポケット内に位置する、請求項１～７のいずれか一つに記載の被覆工具と
    　を有する、切削工具。
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