Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

WO2024079889A1 - 切削工具 - Google Patents

切削工具 Download PDF

Info

Publication number
WO2024079889A1
WO2024079889A1 PCT/JP2022/038391 JP2022038391W WO2024079889A1 WO 2024079889 A1 WO2024079889 A1 WO 2024079889A1 JP 2022038391 W JP2022038391 W JP 2022038391W WO 2024079889 A1 WO2024079889 A1 WO 2024079889A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
layer
unit
unit layer
less
thickness
Prior art date
Application number
PCT/JP2022/038391
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
治世 福井
望 月原
アノンサック パサート
敏広 田畑
Original Assignee
住友電気工業株式会社
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 住友電気工業株式会社 filed Critical 住友電気工業株式会社
Priority to EP22961213.0A priority Critical patent/EP4400236A4/en
Priority to JP2023521142A priority patent/JP7409561B1/ja
Priority to PCT/JP2022/038391 priority patent/WO2024079889A1/ja
Priority to CN202280071108.2A priority patent/CN118201729A/zh
Publication of WO2024079889A1 publication Critical patent/WO2024079889A1/ja

Links

Images

Classifications

    • 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
    • C23C14/0021—Reactive sputtering or evaporation
    • 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
    • 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
    • C23C14/0641—Nitrides
    • 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
    • C23C14/0664—Carbonitrides
    • 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
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/24—Vacuum evaporation
    • C23C14/32—Vacuum evaporation by explosion; by evaporation and subsequent ionisation of the vapours, e.g. ion-plating
    • C23C14/325—Electric arc evaporation
    • 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
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/04—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material
    • C23C28/044—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material coatings specially adapted for cutting tools or wear applications
    • 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
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/40—Coatings including alternating layers following a pattern, a periodic or defined repetition
    • C23C28/42—Coatings including alternating layers following a pattern, a periodic or defined repetition characterized by the composition of the alternating layers
    • 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
    • C23C30/00—Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process
    • C23C30/005—Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process on hard metal substrates

Definitions

  • This disclosure relates to cutting tools.
  • Patent Document 1 Traditionally, cutting tools that have a substrate and a coating disposed on the substrate have been used for cutting (Patent Document 1 and Patent Document 2).
  • JP 2017-64845 A Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-300105
  • a cutting tool includes: 1.
  • a cutting tool comprising a substrate and a coating disposed on the substrate, The coating comprises a first layer, The first layer is composed of alternating layers in which first unit layers and second unit layers are alternately laminated,
  • the first unit layer is made of Al a Cr 1-a-b Ce b N, The a is 0.400 or more and 0.800 or less,
  • the b is 0.001 or more and 0.100 or less
  • the second unit layer is made of Al c Ti 1-c N, The c is 0.30 or more and 0.75 or less
  • the cutting tool has a relationship of a>c, and the a and c satisfy the relationship a>c.
  • FIG. 1 is a schematic enlarged cross-sectional view of an example of a cutting tool according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic enlarged cross-sectional view of an example of the cutting tool according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic enlarged cross-sectional view of an example of the cutting tool according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a schematic enlarged cross-sectional view of an example of the cutting tool according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining an example of the ratio of the thickness of the first unit layer to the thickness of the second unit layer.
  • FIG. 6 is a schematic enlarged cross-sectional view of an example of a cutting tool according to the second embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic enlarged cross-sectional view of an example of a cutting tool according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic enlarged cross-sectional view of an example of the cutting tool according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic enlarged cross-sectional
  • FIG. 7 is a schematic enlarged cross-sectional view of an example of a cutting tool according to the second embodiment.
  • FIG. 8 is a schematic enlarged cross-sectional view of an example of a cutting tool according to the second embodiment.
  • FIG. 9 is a schematic enlarged cross-sectional view of an example of a cutting tool according to the second embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining an example of the ratio of the thickness of the first unit layer to the thickness of the third unit layer.
  • FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of a cathodic arc ion plating apparatus used in the examples.
  • FIG. 12 is a schematic top view of the cathodic arc ion plating apparatus shown in FIG.
  • Cutting plays a central role in manufacturing technology, and there is a constant demand for technological evolution and further sophistication.
  • cutting technology there is a fundamental demand for high speed, high efficiency, and high precision.
  • a recent trend is that work materials are becoming more difficult to cut, and there is a demand for measures to address this.
  • SDGs Stustainable Development Goals
  • Sustainable development means building a social infrastructure that does not impair the resources needed by future generations and can withstand natural threats. Improvements in cutting technology are expected to reduce the environmental load, such as reducing power consumption during product manufacturing by reducing the number of processes and reducing waste associated with cutting.
  • the development of coated tool materials that have high high-temperature hardness and combine hardness and toughness has been pursued.
  • Patent Document 1 and Patent Document 2 a nitride or carbonitride film mainly composed of Ti and Al has been applied to the substrate surface.
  • Patent Document 1 and Patent Document 2 dry machining without cutting oil is required, cutting speeds are becoming faster to improve machining efficiency, and work materials are becoming more diverse, with the cutting of heat-resistant alloys and titanium alloys, which are called difficult-to-cut materials, increasing especially in the fields of aircraft and medicine.
  • the cutting edge temperature of cutting tools during cutting tends to become high. If the cutting edge temperature becomes high, the life of the cutting tool will be extremely shortened. Therefore, there is a demand for cutting tools that can exhibit excellent tool life even under such harsh cutting conditions.
  • a cutting tool is a cutting tool including a substrate and a coating disposed on the substrate,
  • the coating comprises a first layer,
  • the first layer is composed of alternating layers in which first unit layers and second unit layers are alternately laminated,
  • the first unit layer is made of Al a Cr 1-a-b Ce b N,
  • the a is 0.400 or more and 0.800 or less,
  • the b is 0.001 or more and 0.100 or less
  • the second unit layer is made of Al c Ti 1-c N,
  • the c is 0.30 or more and 0.75 or less
  • the cutting tool is such that a and c satisfy the relationship of a>c.
  • This disclosure makes it possible to provide cutting tools that have a long tool life, especially in cutting processes that are performed under conditions of high cutting edge temperatures.
  • the ratio ⁇ 1/ ⁇ 2 of the thickness ⁇ 1 of the first unit layer to the thickness ⁇ 2 of the second unit layer in the first unit layer and the second unit layer adjacent to the first unit layer may be 1.0 or more and 5.0 or less. This allows the cutting tool to have a longer tool life.
  • the average thickness of the first unit layer is 0.002 ⁇ m or more and 0.2 ⁇ m or less
  • the second unit layer may have an average thickness of 0.002 ⁇ m or more and 0.2 ⁇ m or less. This allows the cutting tool to have a longer tool life.
  • the coating further includes a second layer disposed between the substrate and the first layer,
  • the composition of the second layer may be the same as the composition of the first unit layer or the composition of the second unit layer. This allows the cutting tool to have a longer tool life.
  • the composition of the second layer is the same as the composition of the first unit layer,
  • the second layer may have a thickness greater than that of the first unit layer. This allows the cutting tool to have a longer tool life.
  • the composition of the second layer is the same as the composition of the second unit layer,
  • the second layer may have a thickness greater than a thickness of the second unit layer. This allows the cutting tool to have a longer tool life.
  • the coating further includes a third layer provided on a side of the first layer opposite the substrate,
  • the third layer may be made of AlCrCeCN. This allows the cutting tool to have a longer tool life.
  • a cutting tool includes a substrate and a coating disposed on the substrate, The coating comprises a first A layer, The first A layer is composed of alternating layers in which first unit layers and third unit layers are alternately laminated, The first unit layer is made of Al a Cr 1-a-b Ce b N, The a is 0.400 or more and 0.800 or less, The b is 0.001 or more and 0.100 or less, The third unit layer is made of Al d Ti 1-de Me N, M is silicon or boron; The d is 0.30 or more and 0.75 or less, The e is greater than 0 and not greater than 0.05, The cutting tool is such that a and d satisfy the relationship of a>d.
  • This disclosure makes it possible to provide cutting tools that have a long tool life, especially in cutting processes that are performed under conditions of high cutting edge temperatures.
  • a ratio ⁇ 1/ ⁇ 3 of the thickness ⁇ 1 of the first unit layer to the thickness ⁇ 3 of the third unit layer may be 1.0 or more and 5.0 or less. This allows the cutting tool to have a longer tool life.
  • the M may be silicon. This allows the cutting tool to have a longer tool life.
  • the M may be boron. This allows the cutting tool to have a longer tool life.
  • the average thickness of the first unit layer is 0.002 ⁇ m or more and 0.2 ⁇ m or less
  • the third unit layer may have an average thickness of 0.002 ⁇ m or more and 0.2 ⁇ m or less. This allows the cutting tool to have a longer tool life.
  • the coating further includes a second layer disposed between the substrate and the first A layer,
  • the composition of the second layer may be the same as the composition of the first unit layer or the composition of the third unit layer. This allows the cutting tool to have a longer tool life.
  • the composition of the second layer is the same as the composition of the first unit layer,
  • the second layer may have a thickness greater than that of the first unit layer. This allows the cutting tool to have a longer tool life.
  • the composition of the second layer is the same as the composition of the third unit layer,
  • the second layer may have a thickness greater than a thickness of the third unit layer. This allows the cutting tool to have a longer tool life.
  • the coating further includes a third layer provided on the side of the first A layer opposite to the substrate,
  • the third layer may be made of AlCrCeCN. This allows the cutting tool to have a longer tool life.
  • notations in the format "A ⁇ B" refer to the upper and lower limits of a range (i.e., greater than or equal to A and less than or equal to B). If no unit is stated for A and only a unit is stated for B, the units of A and B are the same.
  • any one numerical value listed as the lower limit and any one numerical value listed as the upper limit is also considered to be disclosed.
  • a1 or more, b1 or more, and c1 or more are listed as the lower limit and a2 or less, b2 or less, and c2 or less are listed as the upper limit, a1 or more and a2 or less, a1 or more and b2 or less, a1 or more and c2 or less, b1 or more and a2 or less, b1 or more and b2 or less, b1 or more and c2 or less, c1 or more and a2 or less, c1 or more and b2 or less, and c1 or more and c2 or less are considered to be disclosed.
  • FIG. A cutting tool 1 according to one embodiment of the present disclosure includes: A cutting tool 1 comprising a substrate 2 and a coating 3 disposed on the substrate 2, The coating 3 includes a first layer 13, The first layer 13 is composed of alternating layers in which first unit layers 12 and second unit layers 15 are alternately laminated, The first unit layer 12 is made of Al a Cr 1-a-b Ce b N, a is 0.400 or more and 0.800 or less, The b is 0.001 or more and 0.100 or less, The second unit layer 15 is made of Al c Ti 1-c N, The c is 0.30 or more and 0.75 or less, The a and the c are cutting tools 1 that satisfy the relationship a>c.
  • the cutting tool 1 of the first embodiment has a long tool life, especially in cutting operations performed under conditions of high cutting edge temperatures. The reasons for this are presumed to be as follows.
  • the first unit layer 12 is made of a nitride containing Al, Cr, and Ce. Since Al is easily oxidized, a dense oxide layer made of Al 2 O 3 is easily formed on the surface side of the coating 3 of the first unit layer 12. Furthermore, since Ce has a smaller standard energy of oxide formation than Al, it is more easily oxidized than Al, and a dense oxide layer made of CeO 2 is easily formed on the surface side of the coating 3 of the first unit layer 12. These oxide layers improve the oxidation resistance of the coating 3, suppress reactivity with the workpiece, and reduce the friction coefficient with the workpiece. Therefore, the cutting tool 1 including the coating 3 can achieve a long life under harsh machining conditions where the cutting edge temperature is likely to increase, such as dry machining and machining of difficult-to-cut materials.
  • the lattice constant of CeN is 5.01 ⁇ , which is larger than the lattice constant of CrN, 4.15 ⁇ , and the lattice constant of AlN, 4.12 ⁇ .
  • strain is introduced into the first unit layer 12 made of Al a Cr 1-a-b Ce b N to which Ce has been added and which has been cubic crystallized, improving the hardness and wear resistance of the first unit layer 12 and lengthening the life of the cutting tool 1 including the first unit layer 12.
  • AlCrCeN layer When comparing a layer made of a nitride containing Al, Cr, and Ce (hereinafter also referred to as an "AlCrCeN layer”) with a layer made of a nitride containing Al and Ti (hereinafter also referred to as an "AlTiN layer”), the AlCrCeN layer is less susceptible to spinodal decomposition at high temperatures. When spinodal decomposition occurs, soft hexagonal AlN precipitates, causing a decrease in hardness.
  • the AlCrCeN layer has the characteristics of suppressing a decrease in hardness even at high temperatures, having large compressive residual stress, and being excellent in chipping resistance.
  • the AlTiN layer has the characteristics of small compressive residual stress and high thermal insulation.
  • the first layer 13 is composed of alternating layers in which the first unit layer 12 made of an AlCrCeN layer and the second unit layer 15 made of an AlTiN layer are alternately stacked, so that it can have the characteristics of the first unit layer 12 having high hardness and the second unit layer 15 having high thermal insulation.
  • the small compressive residual stress of the second unit layer 15 is complemented by the large compressive residual stress of the first unit layer 12. Therefore, the hardness, heat barrier properties, and compressive residual stress of the first layer 13 as a whole are improved in a well-balanced manner, and the life of the cutting tool 1 including the first layer 13 is extended.
  • the first layer 13 is made up of alternating layers in which the first unit layers 12 and the second unit layers 15 are alternately stacked.
  • the composition and crystal lattice are discontinuous at the interface between the first unit layers 12 and the second unit layers 15. Therefore, if a crack occurs on the surface of the coating 3 during cutting, the progression of the crack can be suppressed at the interface. This suppresses chipping and damage, and extends the life of the cutting tool 1.
  • the first unit layer 12 is made of Al a Cr 1-a-b Ce b N
  • the second unit layer 15 is made of Al c Ti 1-c N
  • a and c satisfy the relationship a>c.
  • the first unit layer 12 tends to have a higher Al content than the second unit layer 15.
  • the Al content in the entire first layer 13 can be increased.
  • the heat barrier property and oxidation resistance of the first layer 13 can be improved, and the life of the cutting tool 1 including the first layer 13 is extended.
  • a cutting tool 1 includes a substrate 2 and a coating 3 disposed on the substrate 2.
  • the coating 3 may cover the entire surface of the substrate 2.
  • the coating 3 may cover at least a part of the substrate 2 involved in cutting.
  • the part of the substrate 2 involved in cutting means, depending on the size and shape of the substrate 2, a region of the substrate 2 surrounded by a cutting edge ridge and a virtual surface whose distance from the cutting edge ridge to the substrate 2 along a perpendicular line to the tangent line of the cutting edge ridge is, for example, 5 mm, 3 mm, 2 mm, 1 mm, or 0.5 mm.
  • the cutting tool 1 of this embodiment can be suitably used as a cutting tool 1 such as a drill, an end mill, an indexable cutting tip for a drill, an indexable cutting tip for an end mill, an indexable cutting tip for milling, an indexable cutting tip for turning, a metal saw, a gear cutting tool, a reamer, and a tap.
  • a cutting tool 1 such as a drill, an end mill, an indexable cutting tip for a drill, an indexable cutting tip for an end mill, an indexable cutting tip for milling, an indexable cutting tip for turning, a metal saw, a gear cutting tool, a reamer, and a tap.
  • the substrate 2 may be made of any of cemented carbide (WC-based cemented carbide, cemented carbide containing WC and Co, cemented carbide containing carbonitrides of Ti, Ta, Nb, etc., added to WC and Co), cermet (mainly composed of TiC, TiN, TiCN, etc.), high-speed steel, ceramics (titanium carbide, silicon carbide, silicon nitride, aluminum nitride, aluminum oxide, etc.), cubic boron nitride sintered body, and diamond sintered body.
  • cemented carbide WC-based cemented carbide, cemented carbide containing WC and Co, cemented carbide containing carbonitrides of Ti, Ta, Nb, etc., added to WC and Co
  • cermet mainly composed of TiC, TiN, TiCN, etc.
  • high-speed steel high-speed steel
  • ceramics titanium carbide, silicon carbide, silicon nitride, aluminum nitride, aluminum oxide, etc.
  • the substrate 2 may be, in particular, a WC-based cemented carbide or a cermet (particularly a TiCN-based cermet).
  • WC-based cemented carbide or a cermet has an excellent balance of hardness and strength, particularly at high temperatures, and therefore, when used as the substrate 2 of the cutting tool 1, can contribute to extending the life of the cutting tool 1.
  • the coating 3 of the first embodiment includes a first layer 13. By covering the substrate 2, the coating 3 has the effect of improving various properties of the cutting tool 1, such as wear resistance and chipping resistance, and thereby extending the life of the cutting tool 1.
  • the coating 3 may include other layers in addition to the first layer 13. As shown in Figs. 3 and 4, the other layers include a second layer 16 disposed between the substrate 2 and the first layer 13, and a third layer 14 provided on the side of the first layer 13 opposite the substrate 2.
  • the coating 3 may have a total thickness of 0.5 ⁇ m or more and 15 ⁇ m or less.
  • the total thickness of the coating 3 is 0.5 ⁇ m or more, the effect of extending the life of the cutting tool 1 by providing the coating 3 is easily obtained.
  • the total thickness of the coating 3 is 15 ⁇ m or less, chipping in the coating 3 is unlikely to occur in the initial cutting stage, and the life of the cutting tool 1 can be extended.
  • the total thickness of the coating 3 can be measured by observing a cross section of the coating 3 using a scanning electron microscope (SEM). A specific measurement method is as follows. The cutting tool 1 is cut in a direction along the normal line of the coating 3 to prepare a cross section sample. The cross section sample is observed with the SEM.
  • the observation magnification is 5000 to 10000 times, and the measurement field of view is 100 to 500 ⁇ m 2.
  • the thickness width of three points of the coating 3 is measured, and the average value of the thickness widths of the three points is calculated.
  • the average value corresponds to the thickness of the coating 3.
  • the thickness of each layer described below is also measured in the same manner unless otherwise specified.
  • the compressive residual stress of the coating 3 may have an absolute value of 6 GPa or less.
  • the compressive residual stress of the coating 3 is a type of internal stress (intrinsic strain) that exists throughout the coating 3, and is a stress expressed as a "-" (negative) numerical value (unit: "GPa” is used in this embodiment). Therefore, the concept of a large compressive residual stress indicates that the absolute value of the numerical value is large, and the concept of a small compressive residual stress indicates that the absolute value of the numerical value is small.
  • the absolute value of the compressive residual stress being 6 GPa or less means that the compressive residual stress of the coating 3 is -6 GPa or more and 0 GPa or less.
  • the compressive residual stress of the coating 3 is 0 GPa or less, it is easy to suppress the progression of cracks that occur from the outermost surface of the coating 3.
  • the absolute value of the compressive residual stress is 6 GPa or less, the magnitude of the stress is appropriate, and it is easy to suppress peeling of the coating 3 from the edge of the cutting tool 1 before cutting begins.
  • the compressive residual stress of the coating 3 is measured by the sin2 ⁇ method using an X-ray residual stress device (see pages 54-66 of "X-ray Stress Measurement Method” (Japan Society for Materials Science, published by Yokendo Co., Ltd. in 1981)).
  • the crystal structure of the coating 3 may be cubic. If the crystal structure of the coating 3 is cubic, the hardness of the coating 3 is improved.
  • the crystal structure of each layer in the coating 3 may be cubic.
  • the crystal structures of the coating 3 and each layer in the coating 3 can be analyzed by an X-ray diffraction device known in the art.
  • the hardness of the coating 3 is most effective when it is between 30 GPa and 55 GPa, and may be between 35 GPa and 50 GPa. This means that the coating 3 has sufficient hardness.
  • the hardness of the entire coating 3 is measured by a nanoindenter method (Nano Indenter XP manufactured by MTS). Specifically, this is performed using a method conforming to ISO14577, with a measurement load of 10 mN (1 gf), the hardness is measured at three points on the surface of the coating 3, and the average value of the hardness at the three points is calculated. This average value corresponds to the hardness of the coating 3.
  • the first layer 13 in this embodiment is composed of alternating layers in which the first unit layers 12 and the second unit layers 15 are alternately stacked.
  • the fact that the first layer 13 is composed of alternating layers in which the first unit layers 12 and the second unit layers 15 are alternately stacked can be confirmed by observing a thin sample including a cross section of the coating 3 with a TEM (transmission electron microscope) and observing the difference in contrast.
  • Either of the first unit layer 12 and the second unit layer 15 may be disposed at a position closest to the substrate 2.
  • the first unit layer 12 is disposed directly on the substrate 2, which is the position closest to the substrate 2.
  • the second unit layer 15 is disposed directly on the substrate 2, which is the position closest to the substrate 2.
  • Either of the first unit layer 12 and the second unit layer 15 may be disposed on the surface side of the coating 3.
  • the second unit layer 15 is disposed on the surface side of the coating 3.
  • the first unit layer 12 is disposed on the surface side of the coating 3.
  • the thickness of the first layer 13 may be 0.5 ⁇ m or more and 15 ⁇ m or less. When the thickness of the first layer 13 is 0.5 ⁇ m or more, it can exhibit excellent wear resistance in continuous processing. When the thickness of the first layer 13 is 15 ⁇ m or less, it can exhibit excellent chipping resistance in intermittent cutting.
  • the thickness of the first layer 13 is measured by observing and measuring the cross section of the coating 3 using a transmission electron microscope (TEM).
  • the specific measurement method is as follows.
  • the cutting tool 1 is cut in a direction along the normal to the coating 3 to prepare a thin sample including the cross section of the coating 3.
  • the thin sample is observed with the TEM.
  • the observation magnification is 20,000 to 500 times, and the measurement field of view is 0.0016 to 80 ⁇ m2.
  • the thickness width is measured at three points on the first layer 13, and the average value of the thickness widths at the three points is calculated. The average value corresponds to the thickness of the first layer 13.
  • the first unit layer 12 is made of Al a Cr 1-a-b Ce b N, where a is 0.400 or more and 0.800 or less, and b is 0.001 or more and 0.100 or less.
  • the first unit layer 12 can improve the oxidation resistance and wear resistance of the coating 3.
  • the lower limit of a is 0.450 or more, which is highly effective, 0.500 or more is more effective, and 0.550 or more is even more effective.
  • the upper limit of a is 0.770 or less, which is highly effective, 0.750 or less is even more effective, and 0.700 or less is even more effective.
  • the lower limit of b is 0.005 or more, which is highly effective, 0.010 or more is even more effective, and 0.015 or more is even more effective.
  • the upper limit of b is 0.070 or less, which is highly effective, 0.050 or less is even more effective, and 0.030 or less is even more effective.
  • the upper limit of b is 0.005 to 0.070, which is highly effective, 0.010 to 0.050 is even more effective, and 0.015 to 0.030 is even more effective.
  • the first unit layer is made of Al a Cr 1-a-b Ce b N
  • the first unit layer 12 can contain inevitable impurities in addition to Al a Cr 1-a-b Ce b N, as long as the effects of the present disclosure are not impaired.
  • inevitable impurities include oxygen and carbon.
  • the total content of inevitable impurities in the first unit layer 12 may be greater than 0 atomic % and less than 1 atomic %.
  • “atomic %” means the ratio (%) of the number of atoms to the total number of atoms constituting the layer.
  • the second unit layer 15 is made of Al c Ti 1-c N, and c is 0.30 or more and 0.75 or less.
  • the second unit layer 15 can improve the heat resistance, oxidation resistance, and toughness of the coating 3.
  • a lower limit of c of 0.40 or more is highly effective, a lower limit of 0.45 or more is more effective, and a lower limit of 0.50 or more is even more effective.
  • An upper limit of c of 0.70 or less is highly effective, a lower limit of 0.65 or less is even more effective, and a lower limit of 0.60 or less is even more effective.
  • a lower limit of c of 0.40 or more and 0.70 or less is highly effective, a lower limit of 0.45 or more and 0.65 or less is even more effective, and a lower limit of 0.50 or more and 0.60 or less is even more effective.
  • the second unit layer is made of Al c Ti 1-c N
  • the second unit layer 15 may contain inevitable impurities in addition to Al c Ti 1-c N, as long as the effect of the present disclosure is not impaired.
  • the inevitable impurities include oxygen and carbon.
  • the total content of the inevitable impurities in the second unit layer 15 may be greater than 0 atomic % and less than 1 atomic %.
  • the above a, b, c, and the content of inevitable impurities in the first unit layer 12 and the content of inevitable impurities in the second unit layer 15 are measured by elemental analysis of the cross section of the coating 3 using a transmission electron microscope (TEM).
  • TEM transmission electron microscope
  • the specific measurement method is as follows.
  • the cutting tool 1 is cut in a direction along the normal line of the coating 3 to prepare a thin sample including a cross section of the coating 3.
  • An electron beam is irradiated onto the thin sample using an EDS (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy) attached to the TEM, and the energy and number of characteristic X-rays generated at that time are measured to perform elemental analysis of the first unit layer 12 and the second unit layer 15.
  • EDS Electronicgy Dispersive X-ray Spectroscopy
  • the average composition of the five first unit layers 12 is determined. This average composition corresponds to the composition of the first unit layer 12.
  • the average composition of the five second unit layers 15 is determined. This average composition corresponds to the composition of the second unit layer 15. It has been confirmed that there is no variation in the measurement results even if the measurement location is arbitrarily selected, as long as the measurement is performed using the same cutting tool 1.
  • the ratio A N1 /A M1 of the number of N atoms A N1 to the total number A M1 of the atoms of Al, Cr and Ce is necessarily in the range of 0.8 to 1.2 in terms of manufacturing.
  • the ratio A N2 /A M2 of the number of N atoms A N2 to the total number A M2 of the atoms of Al and Ti is necessarily in the range of 0.8 to 1.2 in terms of manufacturing.
  • the ratios A N1 /A M1 and A N2 /A M2 can be measured by the Rutherford backscattering (RBS) method. It has been confirmed that the effect of the present disclosure is not impaired if the ratios A N1 /A M1 and A N2 /A M2 are within the above ranges.
  • the average thickness of the first unit layer 12 may be 0.002 ⁇ m or more and 0.2 ⁇ m or less, and the average thickness of the second unit layer 15 may be 0.002 ⁇ m or more and 0.2 ⁇ m or less. This can further suppress the progression of cracks generated on the surface of the coating 3.
  • the lower limit of the average thickness of the first unit layer 12 is highly effective when it is 0.002 ⁇ m or more, more effective when it is 0.005 ⁇ m or more, and even more effective when it is 0.01 ⁇ m or more.
  • the upper limit of the average thickness of the first unit layer 12 is highly effective when it is 0.20 ⁇ m or less, more effective when it is 0.15 ⁇ m or less, and even more effective when it is 0.10 ⁇ m or less.
  • the average thickness of the first unit layer 12 is more effective when it is 0.005 ⁇ m or more and 0.15 ⁇ m or less, and even more effective when it is 0.01 ⁇ m or more and 0.1 ⁇ m or less.
  • the lower limit of the average thickness of the second unit layer 15 is highly effective when it is 0.002 ⁇ m or more, more effective when it is 0.005 ⁇ m or more, and even more effective when it is 0.01 ⁇ m or more.
  • the upper limit of the average thickness of the second unit layer 15 is highly effective when it is 0.20 ⁇ m or less, more effective when it is 0.15 ⁇ m or less, and even more effective when it is 0.10 ⁇ m or less.
  • the average thickness of the second unit layer 15 is more effective when it is 0.005 ⁇ m or more and 0.15 ⁇ m or less, and even more effective when it is 0.01 ⁇ m or more and 0.10 ⁇ m or less.
  • the average thickness of the first unit layer 12 and the average thickness of the second unit layer 15 can be measured by a method similar to the method for measuring the thickness of the first layer 13 described above.
  • the ratio ⁇ 1/ ⁇ 2 of the thickness ⁇ 1 of the first unit layer 12 to the thickness ⁇ 2 of the second unit layer 15 may be 1.0 or more and 5.0 or less.
  • the first unit layer 12 has a low thermal conductivity and is less likely to transmit heat generated during cutting to the base material 2.
  • the ratio ⁇ 1/ ⁇ 2 is 1.0 or more, the proportion of the first unit layer 12 in the coating 3 increases relatively, and the amount of Al in the coating 3 increases, improving the heat insulation of the cutting tool 1 as a whole.
  • the cutting tool 1 having the coating 3 has improved wear resistance, especially during continuous cutting.
  • ⁇ 1/ ⁇ 2 When ⁇ 1/ ⁇ 2 is 1.0 or more, the toughness of the coating 3 tends to improve. On the other hand, when ⁇ 1/ ⁇ 2 is 5.0 or less, the effect of suppressing the progression of cracks by stacking the first unit layer 12 and the second unit layer 15 tends to be easily obtained.
  • ⁇ 1/ ⁇ 2 is highly effective when it is 1.0 or more, more effective when it is 1.5 or more, and even more effective when it is 2.0 or more.
  • ⁇ 1/ ⁇ 2 is highly effective when it is 5.0 or less, more effective when it is 4.0 or less, and even more effective when it is 3.0 or less.
  • ⁇ 1/ ⁇ 2 is highly effective when it is 1.0 or more and 5.0 or less, more effective when it is 1.5 or more and 4.0 or less, more effective when it is 1.0 or more and 3.0 or less, and even more effective when it is 2.0 or more and 3.0 or less.
  • the thicknesses of the three first unit layers 12 are all indicated as ⁇ 1
  • the thicknesses of the three second unit layers 15 are all indicated as ⁇ 2, but as long as the above ⁇ 1/ ⁇ 2 relationship is satisfied between the first unit layers and the second unit layers adjacent to each other, the thicknesses ⁇ 1 of the three first unit layers 12 do not need to be the same, and the thicknesses ⁇ 2 of the three second unit layers 15 do not need to be the same.
  • the number of layers of each of the first unit layers 12 and the second unit layers 15 may be 10 or more and 500 or less.
  • the effect of improving hardness and compressive residual stress in a well-balanced manner can be sufficiently obtained.
  • the number of layers of each of the first unit layers 12 and the second unit layers 15 in the first layer 13 can be determined by observing a thin sample of the cross section of the coating 3 using a transmission electron microscope (TEM) at a magnification of 20,000 to 5,000,000 times.
  • TEM transmission electron microscope
  • the coating 3 further includes a second layer 16 disposed between the substrate 2 and the first layer 13, and the composition of the second layer 16 may be the same as the composition of the first unit layer 12 or the composition of the second unit layer 15. This can increase the adhesion between the substrate 2 and the coating 3.
  • composition of the second layer 16 is the same as the composition of the first unit layer 12, oxidation from the interface between the substrate 2 and the coating 3 can be suppressed even if the substrate 2 is exposed at the beginning of cutting.
  • the thickness of the second layer 16 may be thicker than that of the first unit layer 12. This can further increase the adhesion between the substrate 2 and the coating 3. Even if the substrate 2 is exposed at the beginning of cutting, oxidation from the interface between the substrate 2 and the coating 3 can be further suppressed.
  • the thickness of the second layer is thicker than that of the first unit layer can be rephrased as "The thickness of the second layer is more than 1.0 times the thickness of the first unit layer.”
  • the thickness of the second layer 16 is highly effective when it is 2.0 times or more the thickness of the first unit layer 12, more effective when it is 4.0 times or more, and even more effective when it is 10.0 times or more.
  • the thickness of the second layer 16 is highly effective when it is 500 times or less the thickness of the first unit layer 12, more effective when it is 120 times or less, and even more effective when it is 50 times or less.
  • the thickness of the second layer 16 is most effective when it is 2.0 times or more and 500 times or less than the thickness of the first unit layer 12, more effective when it is 4.0 times or more and 120 times or less, and even more effective when it is 10.0 times or more and 50 times or less.
  • the thickness of the second layer 16 may be 0.1 ⁇ m or more.
  • the thickness of the second layer 16 is less than 0.1 ⁇ m, it tends to be difficult to obtain the effect of suppressing oxidation from the interface between the substrate 2 and the coating 3, which is achieved by making the second layer 16 the same composition as the first unit layer 12.
  • the composition of the second layer 16 is the same as that of the first unit layer 12, it is more effective to have a thickness of 0.3 ⁇ m or more, and even more effective to have a thickness of 0.4 ⁇ m or more.
  • the thickness of the second layer 16 can be 2 ⁇ m or less.
  • the first unit layer 12 may be laminated directly on the second layer 16 as shown in FIG. 3. Also, as shown in FIG. 4, the second unit layer 15 may be laminated directly on the second layer 16.
  • the composition of the second layer 16 is the same as the composition of the first unit layer 12 and the first unit layer 12 is laminated directly on the second layer 16, the second layer 16 and the first unit layer 12 have a continuous crystal structure.
  • the second unit layer 15 tends to have a small stress, and this can improve the peeling resistance of the coating 3, particularly in intermittent machining such as milling and end milling, in which loads are repeatedly applied to the cutting edge.
  • the thickness of the second layer 16 may be thicker than that of the second unit layer 15. This can further improve the peel resistance of the coating 3, particularly in intermittent machining such as milling and end milling where loads are repeatedly applied to the cutting edge.
  • the thickness of the second layer is thicker than that of the second unit layer can be rephrased as "The thickness of the second layer is more than 1.0 times the thickness of the second unit layer.”
  • the thickness of the second layer 16 is highly effective when it is 2.0 times or more the thickness of the second unit layer 15, more effective when it is 4.0 times or more, and even more effective when it is 10.0 times or more.
  • the thickness of the second layer 16 is highly effective when it is 500 times or less the thickness of the second unit layer 15, more effective when it is 120 times or less, and even more effective when it is 50 times or less.
  • the thickness of the second layer 16 is most effective when it is 2.0 times or more and 500 times or less than the thickness of the second unit layer 15, more effective when it is 4.0 times or more and 120 times or less, and even more effective when it is 10.0 times or more and 50 times or less.
  • the composition of the second layer 16 When the composition of the second layer 16 is the same as that of the second unit layer 15, it is effective for the thickness of the second layer 16 to be 0.1 ⁇ m or more. When the thickness of the second layer 16 is less than 0.1 ⁇ m, it tends to be difficult to obtain the effect of improving peel resistance by making the second layer 16 have the same composition as the second unit layer 15. When the composition of the second layer 16 is the same as that of the second unit layer 15, it is more effective for the thickness of the second layer 16 to be 0.3 ⁇ m or more, and even more effective for the thickness of 0.4 ⁇ m or more. There is no particular upper limit for the thickness of the second layer 16, but if it exceeds 2 ⁇ m, the above-mentioned further improvement in peel resistance tends not to be observed. Therefore, when considering the cost aspect, it is effective for the thickness of the second layer 16 to be 2 ⁇ m or less.
  • the first unit layer 12 may be laminated directly on the second layer 16 as shown in FIG. 3.
  • the second unit layer 15 may be laminated directly on the second layer 16.
  • the composition of the second layer 16 is the same as the composition of the second unit layer 15, and the second unit layer 15 is laminated directly on the second layer 16, the second layer 16 and the second unit layer 15 have a continuous crystal structure.
  • the coating 3 further includes a third layer 14 provided on the side of the first layer 13 opposite the substrate 2, and the third layer 14 may be made of AlCrCeCN. This reduces the coefficient of friction of the coating 3, and can extend the life of the cutting tool 1.
  • carbonitrides tend to have a lower coefficient of friction with the work material than nitrides. This reduction in the coefficient of friction is believed to be due to the contribution of carbon atoms.
  • the coating 3 includes the third layer 14, the coefficient of friction of the coating 3 with the work material decreases, and the cutting tool 1 has a longer life.
  • the third layer 14 it is possible to impart a desired color by adjusting the composition ratio of N and C. This makes it possible to impart design and distinctiveness to the appearance of the cutting tool 1, making it commercially useful.
  • the ratio N2/N1 of the number of aluminum atoms N2 to the total number N1 of the atoms of aluminum, chromium, and cerium may be greater than 0.4 and equal to or less than 0.8. This further improves the tool life of the cutting tool 1.
  • the thickness of the third layer 14 is most effective when it is 0.1 ⁇ m or more.
  • the thickness of the third layer 14 is 0.1 ⁇ m or more, the lubricity imparting effect of the third layer 14 is easily obtained.
  • the thickness of the third layer 14 may be 2 ⁇ m or less.
  • the coating 3 may include an intermediate layer disposed between the second layer 16 and the first layer 13, or between the first layer 13 and the third layer 14.
  • the intermediate layer include TiAlCeN, AlCrN, AlCrBN, and AlCrSiN.
  • the thickness of the intermediate layer may be 0.1 ⁇ m or more and 2 ⁇ m or less, 0.3 ⁇ m or more and 1.5 ⁇ m or less, or 0.4 ⁇ m or more and 1.0 ⁇ m or less.
  • a cutting tool 1 according to another embodiment of the present disclosure includes: A cutting tool 1 comprising a substrate 2 and a coating 3 disposed on the substrate 2, The coating 3 includes a first A layer 13A, The first A layer 13A is composed of alternating layers in which first unit layers 12 and third unit layers 17 are alternately laminated,
  • the first unit layer 12 is made of Al a Cr 1-a-b Ce b N, a is 0.400 or more and 0.800 or less, The b is 0.001 or more and 0.100 or less,
  • the third unit layer 17 is made of Al d Ti 1-de Me N, M is silicon or boron; The d is 0.30 or more and 0.75 or less, The e is greater than 0 and equal to or less than 0.05,
  • the cutting tool 1 is one in which a and d satisfy the relationship a>d.
  • the cutting tool 1 of the first embodiment has a long tool life, especially in cutting operations performed under conditions of high cutting edge temperatures. The reasons for this are presumed to be as follows.
  • the first unit layer 12 is made of a nitride containing Al, Cr, and Ce. Since Al is easily oxidized, a dense oxide layer made of Al 2 O 3 is easily formed on the surface side of the coating 3 of the first unit layer 12. Furthermore, since Ce has a smaller standard energy of oxide formation than Al, it is more easily oxidized than Al, and a dense oxide layer made of CeO 2 is easily formed on the surface side of the coating 3 of the first unit layer 12. These oxide layers improve the oxidation resistance of the coating 3, suppress reactivity with the workpiece, and reduce the friction coefficient with the workpiece. Therefore, the cutting tool 1 including the coating 3 can achieve a long life under harsh machining conditions where the cutting edge temperature is likely to increase, such as dry machining and machining of difficult-to-cut materials.
  • the lattice constant of CeN is 5.01 ⁇ , which is larger than the lattice constant of CrN, 4.15 ⁇ , and the lattice constant of AlN, 4.12 ⁇ .
  • strain is introduced into the first unit layer 12 made of Al a Cr 1-a-b Ce b N to which Ce has been added and which has been cubic crystallized, improving the hardness and wear resistance of the first unit layer 12 and lengthening the life of the cutting tool 1 including the first unit layer 12.
  • AlCrCeN layer When comparing a layer made of a nitride containing Al, Cr, and Ce (hereinafter also referred to as an "AlCrCeN layer”) with a layer made of a nitride containing Al, Ti, and M (M is silicon or boron) (hereinafter also referred to as an "AlTiMN layer”), the AlCrCeN layer is less susceptible to spinodal decomposition at high temperatures. When spinodal decomposition occurs, soft hexagonal AlN precipitates, causing a decrease in hardness.
  • the AlCrCeN layer has the characteristics of suppressing hardness decrease even at high temperatures, having large compressive residual stress, and being excellent in chipping resistance.
  • the AlTiMN layer has the characteristics of small compressive residual stress and high thermal insulation.
  • the 1A layer 13A is composed of alternating layers in which the first unit layer 12 made of an AlCrCeN layer and the third unit layer 17 made of an AlTiMN layer are alternately stacked, so that it can have the characteristics of the first unit layer 12 having high hardness and the third unit layer 17 having high thermal insulation.
  • the characteristic of the third unit layer 17 being small in compressive residual stress is complemented by the large compressive residual stress of the first unit layer 12. Therefore, the first A layer 13A as a whole has a well-balanced improvement in hardness, heat insulation, and compressive residual stress, and the life of the cutting tool 1 including the first A layer 13A is extended.
  • the first A layer 13A is made up of alternating layers in which the first unit layers 12 and the third unit layers 17 are alternately stacked.
  • the composition and crystal lattice are discontinuous at the interface between the first unit layers 12 and the third unit layers 17. Therefore, if a crack occurs on the surface of the coating 3 during cutting, the progression of the crack can be suppressed at the interface. This suppresses chipping and damage, and extends the life of the cutting tool 1.
  • the first unit layer 12 is made of Al a Cr 1-a-b Ce b N, and the third unit layer 17 is made of Al d Ti 1-d-e Me N, with a and d satisfying the relationship a>d.
  • the first unit layer 12 tends to have a higher Al content than the third unit layer 17.
  • the Al content in the entire first A layer 13A can be increased.
  • the heat barrier property and oxidation resistance of the first A layer 13A can be improved, and the life of the cutting tool 1 including the first A layer 13A is extended.
  • the cutting tool 1 of the second embodiment can have a configuration basically the same as that of the cutting tool 1 of the first embodiment, except for the configuration of the first A layer 13A and the second layer 16.
  • the "first A layer” and the “second layer” are described below.
  • the first A layer 13A of this embodiment is composed of alternating layers in which the first unit layers 12 and the third unit layers 17 are alternately laminated.
  • the fact that the first A layer 13A is composed of alternating layers in which the first unit layers 12 and the third unit layers 17 are alternately laminated can be confirmed by observing the cross section of the coating 3 with a TEM (transmission electron microscope) and observing the difference in contrast.
  • the thickness of the first A layer 13A can be configured to be the same as the thickness of the first layer 13 described in the first embodiment.
  • composition of the first unit layer and composition of the third unit layer can be the same as the composition Al a Cr 1-ab Ce b N of the first unit layer 12 of the first embodiment.
  • the third unit layer 17 is made of Al d Ti 1-de Me N, where M is silicon or boron, d is 0.30 or more and 0.75 or less, and e is more than 0 and 0.05 or less.
  • the third unit layer 17 can have both excellent hardness and excellent oxidation resistance. The reason for this is presumed to be as follows.
  • the boron increases the hardness of the third unit layer 17, and the hardness of the entire coating 3 increases.
  • the boron oxide formed by the oxidation of the surface of the cutting tool 1 accompanying cutting densifies the Al oxide in the third unit layer 17, improving the oxidation resistance of the third unit layer 17.
  • the boron oxide since the boron oxide has a low melting point, it acts as a lubricant during cutting and can suppress adhesion of the workpiece.
  • the structure of the third unit layer 17 becomes finer, thereby improving the hardness and oxidation resistance of the third unit layer 17, and improving the hardness and oxidation resistance of the entire coating 3.
  • the above d is 0.30 or more and 0.75 or less. This makes the crystal structure of the third unit layer 17 cubic, and the third unit layer 17 becomes hard and the wear resistance of the third unit layer 17 improves.
  • the lower limit of d is 0.35 or more, which is highly effective, 0.40 or more is more effective, and 0.45 or more is even more effective.
  • the upper limit of d is 0.75 or less, which is highly effective, 0.70 or less is more effective, and 0.65 or less is even more effective.
  • the effect of d is 0.35 or more and 0.75 or less, which is highly effective, 0.40 or more and 0.70 or less is more effective, and 0.45 or more and 0.65 or less is even more effective.
  • the above e is greater than 0 and less than 0.05. This makes it possible to improve the hardness and oxidation resistance of the first layer 13.
  • the lower limit of e is 0.002 or more, which is highly effective, 0.005 or more is more effective, and 0.01 or more is even more effective.
  • the e is highly effective when it is 0.04 or less, more effective when it is 0.03 or less, and even more effective when it is 0.02 or less.
  • the e is highly effective when it is 0.002 or more and 0.05 or less, more effective when it is 0.005 or more and 0.03 or less, and even more effective when it is 0.01 or more and 0.02 or less.
  • the third unit layer is made of Al d Ti 1-d-e M e N
  • the third unit layer 17 may contain inevitable impurities in addition to Al d Ti 1-d-e M e N, as long as the effects of the present disclosure are not impaired.
  • the inevitable impurities include oxygen and carbon.
  • the total content of the inevitable impurities in the third unit layer 17 may be greater than 0 atomic % and less than 1 atomic %.
  • the content of unavoidable impurities in d, e and the third unit layer 17 can be determined using the same method as in a. It has been confirmed that, as long as the measurements are performed using the same cutting tool 1, there is no variation in the measurement results even if the measurement points are arbitrarily selected.
  • the ratio A N1 /A M1 of the number of N atoms A N1 to the total number A M1 of the atoms of Al, Cr and Ce is necessarily in the range of 0.8 to 1.2 in terms of manufacturing.
  • the ratio A N3 /A M3 of the number of N atoms A N3 to the total number A M3 of the atoms of Al, Ti and M is necessarily in the range of 0.8 to 1.2 in terms of manufacturing.
  • the ratios A N1 /A M1 and A N3 /A M3 can be measured by the Rutherford backscattering (RBS) method. It has been confirmed that the effect of the present disclosure is not impaired if the ratios A N1 /A M1 and A N3 /A M3 are within the above ranges.
  • the average thickness of the first unit layer 12 may be 0.002 ⁇ m or more and 0.2 ⁇ m or less, and the average thickness of the third unit layer 17 may be 0.002 ⁇ m or more and 0.2 ⁇ m or less. This can further suppress the progression of cracks generated on the surface of the coating 3.
  • the lower limit of the average thickness of the first unit layer 12 is highly effective when it is 0.002 ⁇ m or more, more effective when it is 0.005 ⁇ m or more, and even more effective when it is 0.01 ⁇ m or more.
  • the upper limit of the average thickness of the first unit layer 12 is highly effective when it is 0.20 ⁇ m or less, more effective when it is 0.15 ⁇ m or less, and even more effective when it is 0.10 ⁇ m or less.
  • the average thickness of the first unit layer 12 is more effective when it is 0.005 ⁇ m or more and 0.15 ⁇ m or less, and even more effective when it is 0.01 ⁇ m or more and 0.1 ⁇ m or less.
  • the lower limit of the average thickness of the third unit layer 17 is highly effective when it is 0.002 ⁇ m or more, more effective when it is 0.005 ⁇ m or more, and even more effective when it is 0.01 ⁇ m or more.
  • the upper limit of the average thickness of the third unit layer 17 is highly effective when it is 0.20 ⁇ m or less, more effective when it is 0.15 ⁇ m or less, and even more effective when it is 0.10 ⁇ m or less.
  • the average thickness of the third unit layer 17 is more effective when it is 0.005 ⁇ m or more and 0.15 ⁇ m or less, and even more effective when it is 0.01 ⁇ m or more and 0.10 ⁇ m or less.
  • the average thickness of the first unit layer 12 and the average thickness of the third unit layer 17 can be determined by a method similar to the method for measuring the thickness of the first layer 13 described above.
  • the ratio ⁇ 1/ ⁇ 3 of the thickness ⁇ 1 of the first unit layer 12 to the thickness ⁇ 3 of the third unit layer 17 may be 1.0 or more and 5.0 or less.
  • the first unit layer 12 has a low thermal conductivity and is less likely to transmit heat generated during cutting to the base material 2.
  • the ratio ⁇ 1/ ⁇ 3 is 1.0 or more, the proportion of the first unit layer 12 in the coating 3 increases relatively, and the amount of Al in the coating 3 increases, improving the heat insulation of the cutting tool 1 as a whole.
  • the cutting tool 1 having the coating 3 has improved wear resistance, especially during continuous cutting.
  • ⁇ 1/ ⁇ 3 When ⁇ 1/ ⁇ 3 is 1.0 or more, the toughness of the coating 3 tends to improve. On the other hand, when ⁇ 1/ ⁇ 3 is 5.0 or less, the effect of suppressing the progression of cracks by stacking the first unit layer 12 and the third unit layer 17 tends to be easily obtained.
  • ⁇ 1/ ⁇ 3 is highly effective when it is 1.0 or more, more effective when it is 1.5 or more, and even more effective when it is 2.0 or more.
  • ⁇ 1/ ⁇ 3 is highly effective when it is 5.0 or less, more effective when it is 4.0 or less, and even more effective when it is 3.0 or less.
  • ⁇ 1/ ⁇ 3 is highly effective when it is 1.0 or more and 5.0 or less, more effective when it is 1.5 or more and 4.0 or less, more effective when it is 1.0 or more and 3.0 or less, and even more effective when it is 2.0 or more and 3.0 or less.
  • the thicknesses of the three first unit layers 12 are all indicated as ⁇ 1
  • the thicknesses of the three third unit layers 17 are all indicated as ⁇ 3, but as long as the above ⁇ 1/ ⁇ 3 relationship is satisfied between the first unit layers and the third unit layers adjacent to each other, the thicknesses ⁇ 1 of the three first unit layers 12 do not need to be the same, and the thicknesses ⁇ 3 of the three third unit layers 17 do not need to be the same.
  • the number of layers of each of the first unit layer 12 and the third unit layer 17 may be 10 or more and 500 or less. This tends to make it easier to achieve the effect of improving hardness and compressive residual stress in a well-balanced manner by stacking the first unit layer 12 and the third unit layer 17.
  • the number of layers of each of the first unit layer 12 and the third unit layer 17 can be determined by a method similar to the method for measuring the number of layers of each of the first unit layer 12 and the second unit layer 15 described in embodiment 1.
  • the coating 3 further includes a second layer 16 disposed between the substrate 2 and the first A layer 13A, and the composition of the second layer 16 may be the same as the composition of the first unit layer 12 or the composition of the third unit layer 17. This can increase the adhesion between the substrate 2 and the coating 3.
  • composition of the second layer 16 is the same as the composition of the first unit layer 12, oxidation from the interface between the substrate 2 and the coating 3 can be suppressed even if the substrate 2 is exposed at the beginning of cutting.
  • the thickness of the second layer 16 may be thicker than that of the first unit layer 12. This can further increase the adhesion between the substrate 2 and the coating 3. Even if the substrate 2 is exposed at the beginning of cutting, oxidation from the interface between the substrate 2 and the coating 3 can be further suppressed.
  • the thickness of the second layer is thicker than that of the first unit layer can be rephrased as "The thickness of the second layer is more than 1.0 times the thickness of the first unit layer.”
  • the thickness of the second layer 16 is highly effective when it is 2.0 times or more the thickness of the first unit layer 12, more effective when it is 4.0 times or more, and even more effective when it is 10.0 times or more.
  • the thickness of the second layer 16 is highly effective when it is 500 times or less the thickness of the first unit layer 12, more effective when it is 120 times or less, and even more effective when it is 50 times or less.
  • the thickness of the second layer 16 is most effective when it is 2.0 times or more and 500 times or less than the thickness of the first unit layer 12, more effective when it is 4.0 times or more and 120 times or less, and even more effective when it is 10.0 times or more and 50 times or less.
  • the thickness of the second layer 16 may be 0.1 ⁇ m or more.
  • the thickness of the second layer 16 is less than 0.1 ⁇ m, it tends to be difficult to obtain the effect of suppressing oxidation from the interface between the substrate 2 and the coating 3, which is achieved by making the second layer 16 the same composition as the first unit layer 12.
  • the composition of the second layer 16 is the same as that of the first unit layer 12, it is more effective to have a thickness of 0.3 ⁇ m or more, and even more effective to have a thickness of 0.4 ⁇ m or more.
  • the thickness of the second layer 16 there is no particular upper limit to the thickness of the second layer 16, but when it exceeds 2 ⁇ m, the crystal grains become enlarged and grain boundaries occur, making it difficult to further improve the above-mentioned oxidation suppression effect. Therefore, in terms of cost, it is more effective to have a thickness of 2 ⁇ m or less for the second layer 16.
  • the first unit layer 12 may be laminated directly on the second layer 16, as shown in FIG. 8. Also, as shown in FIG. 9, the second unit layer 15 may be laminated directly on the second layer 16.
  • the composition of the second layer 16 is the same as the composition of the first unit layer 12 and the first unit layer 12 is laminated directly on the second layer 16, the second layer 16 and the first unit layer 12 have a continuous crystal structure.
  • the third unit layer 17 tends to have a small stress, and this can improve the peeling resistance of the coating 3, particularly in intermittent machining such as milling and end milling, in which loads are repeatedly applied to the cutting edge.
  • the thickness of the second layer 16 may be thicker than that of the third unit layer 17. This can further improve the peel resistance of the coating 3, particularly in intermittent machining such as milling and end milling in which a load is repeatedly applied to the cutting edge.
  • the thickness of the second layer is thicker than that of the third unit layer can be rephrased as "The thickness of the second layer is more than 1.0 times the thickness of the third unit layer.”
  • the thickness of the second layer 16 is highly effective when it is 2.0 times or more the thickness of the third unit layer 17, more effective when it is 4.0 times or more, and even more effective when it is 10.0 times or more.
  • the thickness of the second layer 16 is highly effective when it is 500 times or less the thickness of the third unit layer 17, more effective when it is 120 times or less, and even more effective when it is 50 times or less.
  • the thickness of the second layer 16 is most effective when it is 2.0 times or more and 500 times or less than the thickness of the third unit layer 17, more effective when it is 4.0 times or more and 120 times or less, and even more effective when it is 10.0 times or more and 50 times or less.
  • the composition of the second layer 16 When the composition of the second layer 16 is the same as that of the third unit layer 17, it is effective for the thickness of the second layer 16 to be 0.1 ⁇ m or more. When the thickness of the second layer 16 is less than 0.1 ⁇ m, it tends to be difficult to obtain the effect of improving peel resistance by making the second layer 16 have the same composition as the third unit layer 17. When the composition of the second layer 16 is the same as that of the third unit layer 17, it is more effective for the thickness of the second layer 16 to be 0.3 ⁇ m or more, and even more effective for the thickness of 0.4 ⁇ m or more. There is no particular upper limit for the thickness of the second layer 16, but if it exceeds 2 ⁇ m, the above-mentioned further improvement in peel resistance tends not to be observed. Therefore, when considering the cost aspect, it is effective for the thickness of the second layer 16 to be 2 ⁇ m or less.
  • the first unit layer 12 may be laminated directly on the second layer 16 as shown in FIG. 8.
  • the third unit layer 17 may be laminated directly on the second layer 16.
  • the second layer 16 and the third unit layer 17 have a continuous crystal structure.
  • Embodiment 3 Manufacturing method of cutting tool
  • the manufacturing method includes a first step of preparing a substrate 2 and a second step of forming a coating 3 on the substrate 2.
  • the second step includes a step of forming a first layer 13 or a firstA layer 13A. Each step will be described in detail below.
  • a substrate 2 is prepared.
  • the substrate 2 described in the first embodiment can be used.
  • a commercially available substrate may be used, or it may be manufactured by a general powder metallurgy method.
  • WC powder and Co powder are mixed in a ball mill or the like to obtain a mixed powder.
  • the mixed powder is dried and then molded into a predetermined shape to obtain a green body.
  • the green body is then sintered to obtain a WC-Co-based cemented carbide (sintered body).
  • the sintered body is then subjected to a predetermined cutting edge processing such as honing to manufacture a substrate made of a WC-Co-based cemented carbide.
  • Substrates other than those mentioned above can also be prepared as long as they are conventionally known as substrates of this type.
  • the coating 3 is formed on the substrate 2.
  • the second step includes a step of forming the first layer 13 or the firstA layer 13A.
  • the first unit layer 12 and the second unit layer 15 are alternately laminated using a physical vapor deposition (PVD) method to form the first layer 13.
  • PVD physical vapor deposition
  • the first unit layer 12 and the third unit layer 17 are alternately laminated using a PVD method to form the first A layer 13A.
  • PVD physical vapor deposition
  • it is highly effective to form a layer made of a highly crystalline compound.
  • the inventors have investigated various methods for forming the first layer 13 and the first A layer 13A, and have found that using a physical vapor deposition method is highly effective.
  • cathodic arc ion plating As the PVD method, at least one selected from the group consisting of cathodic arc ion plating, balanced magnetron sputtering, unbalanced magnetron sputtering, and HiPIMS can be used.
  • cathodic arc ion plating which has a high ionization rate of the raw material elements, may be used.
  • cathodic arc ion plating it is possible to perform ion bombardment treatment of metal on the surface of the substrate 2 before forming the first layer 13 or the first A layer 13A, so that the adhesion between the substrate 2 and the coating 3 including the first layer 13 or the first A layer 13A is significantly improved.
  • the cathodic arc ion plating method can be carried out, for example, by placing a substrate 2 in the device and a target as a cathode, and then applying a high voltage to the target to generate an arc discharge, which ionizes and evaporates the atoms that make up the target, depositing the material on the substrate 2.
  • the balanced magnetron sputtering method can be carried out, for example, by placing a substrate 2 in an apparatus, placing a target on a magnetron electrode equipped with a magnet that forms a balanced magnetic field, applying high-frequency power between the magnetron electrode and substrate 2 to generate gas plasma, and causing gas ions generated by the generation of this gas plasma to collide with the target, thereby depositing atoms released from the target on substrate 2.
  • Unbalanced magnetron sputtering can be performed, for example, by unbalancing the magnetic field generated by the magnetron electrodes in the balanced magnetron sputtering method described above. It is also possible to use the HiPIMS method, which allows the application of a high voltage and produces a dense film.
  • the second step may include a surface treatment step such as surface grinding or shot blasting in addition to the step of forming the first layer 13 or the first A layer 13A.
  • the second step may also include a step of forming other layers such as the second layer 16, the third layer 14, and an intermediate layer.
  • the other layers may be formed by a conventionally known chemical vapor deposition method or physical vapor deposition method. From the viewpoint that the other layers can be formed continuously in the first unit layer 12 and the second unit layer 15 or the third unit layer 17 in one physical vapor deposition apparatus, it is highly effective to form the other layers by the physical vapor deposition method.
  • FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of the cathodic arc ion plating apparatus used in this example
  • FIG. 12 is a schematic top view of the apparatus of FIG.
  • a cathode 106 for the first unit layer, a cathode 107 for the second unit layer, and a cathode 120 for the third layer, which are alloy targets serving as the metal raw material for the coating 3, and a rotatable substrate holder 104 for placing the substrate are installed in a chamber 101.
  • a cathode for the second layer (not shown) is also installed in the chamber 101.
  • the composition of the cathode for the second layer is adjusted so as to obtain the composition of the second layer in Tables 1 and 2.
  • An arc power supply 108 is attached to the cathode 106, and an arc power supply 109 is attached to the cathode 107.
  • a bias power supply 110 is also attached to the substrate holder 104.
  • a gas inlet for introducing gas 105 is provided in the chamber 101, and a gas exhaust port 103 is provided to adjust the pressure inside the chamber 101, and the gas inside the chamber 101 can be sucked out from the gas exhaust port 103 by a vacuum pump.
  • the substrate holder 104 was fitted with a JIS P30 grade cemented carbide substrate, a JIS CNMG120408 tip shape, and a Sumitomo Electric Hardmetal Corp. SEMT13T3AGSN tip.
  • the pressure in the chamber 101 was reduced by a vacuum pump, and the temperature was heated to 500° C. by a heater installed in the device while rotating the substrate, and the chamber 101 was evacuated until the pressure in the chamber 101 reached 1.0 ⁇ 10 ⁇ 4 Pa.
  • argon gas was introduced from the gas inlet to maintain the pressure in the chamber 101 at 2.0 Pa, and the voltage of the bias power supply 110 was gradually increased to ⁇ 1000 V, and the surface of the substrate was cleaned for 15 minutes. Thereafter, the argon gas was exhausted from the chamber 101 to clean the substrate (argon bombardment treatment).
  • the substrate of each sample cutting tool was prepared.
  • the first layer was formed by alternately stacking the first unit layer and the second unit layer one by one on the second layer, with the number of layers shown in Tables 1 and 2, respectively.
  • the first layer was formed by alternately stacking the first unit layer and the second unit layer one by one on the substrate, with the number of layers shown in Tables 1 and 2, respectively.
  • the thickness of the second layer, and the thickness and number of layers of the first unit layer and the second unit layer in the first layer were adjusted by the rotation speed of the substrate.
  • the current supplied to the evaporation source was stopped when the thicknesses of the second layer and the first layer reached the thicknesses shown in Tables 1 and 2, respectively.
  • the temperature of the substrate was maintained at 400°C
  • the reactive gas pressure was maintained at 2.0 Pa
  • the voltage of the bias power supply 110 was maintained at -300 V
  • an arc current of 100 A was supplied to the cathode 120 to generate metal ions from the cathode 120 and form a third layer on the first layer.
  • the current supplied to the evaporation source was stopped.
  • the composition of the cathode 120 was adjusted so that the composition of the third layer in Tables 1 and 2 was obtained.
  • the amount of nitrogen introduced and the amount of methane gas introduced were adjusted so that the composition of the third layer in Tables 1 and 2 was obtained. In this manner, cutting tools for each sample were produced.
  • the composition of the first unit layer, the composition of the second unit layer, the composition of the second layer, the composition of the third layer, the number of layers, the average thickness of the first unit layer, the average thickness of the second unit layer, the thickness of the first layer, the thickness of the second layer, the thickness of the third layer, and ⁇ 1/ ⁇ 2 were measured.
  • compositions of the second layer and the third layer were determined by the method described in embodiment 1. The results are shown in the "Composition” column of “Second Layer” and the “Composition” column of "Third Layer” in Tables 1 and 2. When “-" is written in the "Composition” column of “Second Layer” in Tables 1 and 2, it means that the second layer is not present, and when “-" is written in the "Composition” column of "Third Layer", it means that the third layer is not present.
  • ⁇ 1/ ⁇ 2 was determined by the method described in embodiment 1. The results obtained are shown in the " ⁇ 1/ ⁇ 2" column of Tables 1 and 2. Note that "-" in the " ⁇ 1/ ⁇ 2" column of Tables 1 and 2 means that at least one of the first unit layer and the second unit layer is absent.
  • ⁇ Cutting test 1 Continuous turning test> For each sample CNMG120408-shaped cutting tool, a dry continuous turning test was performed under the following cutting conditions, and the time until the flank wear of the cutting edge reached 0.2 mm was measured. The results are shown in the "Cutting time [min]" column of "Cutting test 1" in Tables 1 and 2. A longer cutting time indicates a longer tool life.
  • ⁇ Cutting conditions> ⁇ Cutting material: SCM440 (HB 300) Cutting speed: 250 m/min Feed speed: 0.3 mm/rev ⁇ Cutting depth: 2.0 mm Coolant: Dry
  • the cutting process carried out under the above cutting conditions is high-speed, high-efficiency cutting of difficult-to-cut materials, and corresponds to cutting carried out under conditions where the cutting edge temperature is high.
  • Cutting tools Samples 1-1 to 1-24 correspond to examples, and cutting tools Samples 1-101 to 1-109 correspond to comparative examples. It was confirmed that cutting tools Samples 1-1 to 1-24 have a longer tool life in cutting operations performed under conditions of high cutting edge temperatures compared to cutting tools Samples 1-101 to 1-109.
  • ⁇ Cutting test 2 Milling test> For each sample of the cutting tool having a shape of SEMT13T3AGSN, the center line of a 150 mm wide plate made of a hard-to-cut material was aligned with the center of a cutter having a wider width of ⁇ 160 mm, and surface milling was performed under the following cutting conditions, and the cutting length until the flank wear of the cutting edge reached 0.2 mm was measured. The results are shown in the "Cutting length [km]" column of "Cutting test 2" in Tables 1 and 2. A long cutting length indicates a long tool life.
  • ⁇ Cutting conditions> ⁇ Cutting material: SKD11 (HB 235) Cutting speed: 180 m/min Feed speed: 0.15 mm/t Axial cut depth ap: 1.5 mm Radial cut ae: 150 mm Coolant: Dry
  • the cutting process carried out under the above cutting conditions is high-speed, high-efficiency milling of difficult-to-cut materials under dry conditions, and corresponds to cutting carried out under conditions where the cutting edge temperature is high.
  • Cutting tools Samples 1-1 to 1-24 correspond to examples, and cutting tools Samples 1-101 to 1-109 correspond to comparative examples. It was confirmed that cutting tools Samples 1-1 to 1-24 have a longer tool life in cutting operations performed under conditions of high cutting edge temperatures compared to cutting tools Samples 1-101 to 1-109.
  • Example 2 ⁇ Samples 2-1 to 2-19, Samples 2-101 to 2-111> ⁇ Cutting tool manufacturing>
  • the substrate of each sample was prepared in the same manner as in Example 1. With the substrate rotated at the center, nitrogen was introduced as a reactive gas while maintaining the substrate temperature at 500° C., the reactive gas pressure at 2.0 Pa, and the voltage of the bias power supply 110 at a certain constant value in the range of ⁇ 50 V to ⁇ 200 V.
  • An arc current of 120 A was supplied to each of the cathodes 106 and 107 to generate metal ions from the cathodes 106 and 107, thereby forming the second layer and the first A layer having the compositions shown in Tables 3 and 4 on the substrate.
  • the composition of the cathode 106 was adjusted so that the composition of the first unit layer in Tables 3 and 4 was obtained.
  • the composition of the cathode 107 was adjusted so that the composition of the third unit layer in Tables 3 and 4 was obtained.
  • the 1A layer was formed by alternately stacking the first unit layer and the third unit layer one by one on the second layer, with the number of layers shown in Tables 3 and 4, respectively.
  • the 1A layer was formed by alternately stacking the first unit layer and the third unit layer one by one on the substrate, with the number of layers shown in Tables 3 and 4, respectively.
  • the thickness of the second layer, and the thickness and number of layers of the first unit layer and the third unit layer in the 1A layer were adjusted by the rotation speed of the substrate. Then, the current supplied to the evaporation source was stopped when the thicknesses of the second layer and the 1A layer reached the thicknesses shown in Tables 3 and 4, respectively.
  • the temperature of the substrate was maintained at 400°C
  • the reactive gas pressure was maintained at 2.0 Pa
  • the voltage of the bias power supply 110 was maintained at -300 V
  • an arc current of 100 A was supplied to the cathode 120 to generate metal ions from the cathode 120 and form a third layer on the 1A layer.
  • the current supplied to the evaporation source was stopped.
  • the composition of the cathode 120 was adjusted so that the composition of the third layer in Tables 3 and 4 was obtained.
  • the amount of nitrogen introduced and the amount of methane gas introduced were adjusted so that the composition of the third layer in Tables 3 and 4 was obtained. In this manner, cutting tools for each sample were produced.
  • the composition of the first unit layer, the composition of the third unit layer, the composition of the second layer, the composition of the third layer, the number of layers, the average thickness of the first unit layer, the average thickness of the third unit layer, the thickness of the 1A layer, the thickness of the second layer, the thickness of the third layer, and ⁇ 1/ ⁇ 3 were measured.
  • the measurement methods for each item were as described in Example 1.
  • the results are shown in Tables 3 and 4.
  • ⁇ Cutting test 3 Continuous turning test> For each sample of CNMG120408-shaped cutting tool, a dry continuous turning test was performed under the following cutting conditions, and the time until the flank wear of the cutting edge reached 0.2 mm was measured. The results are shown in the "Cutting time [min]" column of "Cutting test 3" in Tables 3 and 4. In Tables 3 and 4, a longer cutting time indicates a longer tool life.
  • Cutting tools Samples 2-1 to 2-19 correspond to examples, and cutting tools Samples 2-101 to 2-111 correspond to comparative examples. It was confirmed that cutting tools Samples 2-1 to 2-19 have a longer tool life in cutting operations performed under conditions of high cutting edge temperatures compared to cutting tools Samples 2-101 to 2-111.
  • ⁇ Cutting test 4 Milling test> For each sample of the cutting tool having a shape of SEMT13T3AGSN, the center line of a 150 mm wide plate made of a hard-to-cut material was aligned with the center of a cutter having a wider width of ⁇ 160 mm, and surface milling was performed under the following cutting conditions, and the cutting length until the flank wear of the cutting edge reached 0.2 mm was measured. The results are shown in the "Cutting length [km]" column of "Cutting test 4" in Tables 3 and 4. In Tables 3 and 4, a longer cutting length indicates a longer tool life.
  • ⁇ Cutting conditions> ⁇ Cutting material: FCD700 (HB 250) Cutting speed: 250 m/min Feed speed: 0.2 mm/t Axial depth of cut ap: 2.0 mm Radial cut ae: 150 mm Coolant: Dry
  • FCD700 (HB 250) Cutting speed: 250 m/min Feed speed: 0.2 mm/t Axial depth of cut ap: 2.0 mm Radial cut ae: 150 mm Coolant: Dry
  • the cutting process performed under the above cutting conditions is high-speed, high-efficiency milling of difficult-to-cut materials under dry conditions, and corresponds to cutting performed under conditions where the cutting edge temperature is high.
  • Cutting tools Samples 2-1 to 2-19 correspond to examples, and cutting tools Samples 2-101 to 2-111 correspond to comparative examples. It was confirmed that cutting tools Samples 2-1 to 2-19 have a longer tool life in cutting operations performed under conditions of high cutting edge temperatures compared to cutting tools Samples 2-101 to 2-111.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)

Abstract

基材と、前記基材上に配置された被膜と、を備える切削工具であって、前記被膜は、第１層を含み、前記第１層は、第１単位層と第２単位層とが交互に積層された交互層からなり、前記第１単位層は、ＡｌａＣｒ１－ａ－ｂＣｅｂＮからなり、前記ａは、０．４００以上０．８００以下であり、前記ｂは、０．００１以上０．１００以下であり、前記第２単位層は、ＡｌｃＴｉ１－ｃＮからなり、前記ｃは、０．３０以上０．７５以下であり、前記ａおよび前記ｃは、ａ＞ｃの関係を満たす、切削工具である。

Description

切削工具
　本開示は、切削工具に関する。
　従来から、基材と、該基材上に配置された被膜と、を備える切削工具が、切削加工に用いられている（特許文献１および特許文献２）。
特開２０１７－６４８４５号公報 特開平９－３００１０５号公報
　本開示の一態様に係る切削工具は、
　基材と、前記基材上に配置された被膜と、を備える切削工具であって、
　前記被膜は、第１層を含み、
　前記第１層は、第１単位層と第２単位層とが交互に積層された交互層からなり、
　前記第１単位層は、ＡｌａＣｒ１－ａ－ｂＣｅｂＮからなり、
　前記ａは、０．４００以上０．８００以下であり、
　前記ｂは、０．００１以上０．１００以下であり、
　前記第２単位層は、ＡｌｃＴｉ１－ｃＮからなり、
　前記ｃは、０．３０以上０．７５以下であり、
　前記ａおよび前記ｃは、ａ＞ｃの関係を満たす、切削工具である。
図１は、実施形態１に係る切削工具の一例の模式的な拡大断面図である。 図２は、実施形態１に係る切削工具の一例の模式的な拡大断面図である。 図３は、実施形態１に係る切削工具の一例の模式的な拡大断面図である。 図４は、実施形態１に係る切削工具の一例の模式的な拡大断面図である。 図５は、第１単位層および第２単位層の厚みの比の一例を説明するための図である。 図６は、実施形態２に係る切削工具の一例の模式的な拡大断面図である。 図７は、実施形態２に係る切削工具の一例の模式的な拡大断面図である。 図８は、実施形態２に係る切削工具の一例の模式的な拡大断面図である。 図９は、実施形態２に係る切削工具の一例の模式的な拡大断面図である。 図１０は、第１単位層および第３単位層の厚みの比の一例を説明するための図である。 図１１は、実施例で用いられたカソードアークイオンプレーティング装置の模式的な断面図である。 図１２は、図１１に示されるカソードアークイオンプレーティング装置の模式的な上面図である。
　［本開示が解決しようとする課題］
　切削加工は、ものづくり技術の中でも中心的な役割を担っており、常に技術の進化と、さらなる高度化が求められ続けている。切削加工技術においては、基本的に高速・高能率化および高精度化が求められてきている。最近の動向として被削材の難削化があり、その対応も求められている。加えて、切削加工の現場において、２０３０年までに持続可能でより良い世界を実現するため、ＳＤＧｓ（Ｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　Ｇｏａｌｓ：持続可能な開発目標）への注目度が近年ますます高まっている。持続可能な開発とは、将来の世代が必要とする資源を損なわず、自然の脅威にも耐えられるような社会基盤の構築を意味する。切削加工技術の向上により、工程の削減による製品製造時の省電力化、および、切削加工に伴う廃棄物の削減等、環境負荷低減が期待される。切削工具においては、工具の長寿命化のために、高温硬度が高く、硬度と靭性とを兼ね備えたコーティング工具材種の開発が指向されてきた。
　従来、コーティング工具材種として、ＴｉおよびＡｌを主成分とした窒化物や炭窒化物被膜が基材表面上に被覆されてきた（特許文献１および特許文献２）。しかしながら、ＳＤＧｓおよび地球環境保全の観点から、切削油剤を用いないドライ加工が求められていること、加工能率の向上のために切削速度がより高速になってきていること、および、被削材が多様化しており特に航空機や医療の分野では難削材と呼ばれる耐熱合金やチタン合金等の切削が増えていること、等の理由から、切削時の切削工具の刃先温度が高温になる傾向にある。刃先温度が高温になると、切削工具の寿命が極端に短くなってしまう。従って、このような過酷な切削条件下においても、優れた工具寿命を示すことのできる切削工具が求められている。
　［本開示の効果］
　本開示によれば、特に刃先温度が高い条件下で実行される切削加工においても、長い工具寿命を有する切削工具を提供することが可能となる。
　［本開示の実施形態の説明］
　最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
　（１）本開示の一態様に係る切削工具は、基材と、前記基材上に配置された被膜と、を備える切削工具であって、
　前記被膜は、第１層を含み、
　前記第１層は、第１単位層と第２単位層とが交互に積層された交互層からなり、
　前記第１単位層は、ＡｌａＣｒ１－ａ－ｂＣｅｂＮからなり、
　前記ａは、０．４００以上０．８００以下であり、
　前記ｂは、０．００１以上０．１００以下であり、
　前記第２単位層は、ＡｌｃＴｉ１－ｃＮからなり、
　前記ｃは、０．３０以上０．７５以下であり、
　前記ａおよび前記ｃは、ａ＞ｃの関係を満たす、切削工具である。
　本開示によれば、特に刃先温度が高い条件下で実行される切削加工においても、長い工具寿命を有する切削工具を提供することが可能となる。
　（２）上記（１）において、前記第１単位層と、前記第１単位層に隣接する前記第２単位層とにおいて、前記第２単位層の厚みλ２に対する、前記第１単位層の厚みλ１の比λ１／λ２は、１．０以上５．０以下であってもよい。これによると、切削工具はより長い工具寿命を有することができる。
　（３）上記（１）または（２）において、前記第１単位層の平均厚みは、０．００２μｍ以上０．２μｍ以下であり、
　前記第２単位層の平均厚みは、０．００２μｍ以上０．２μｍ以下であってもよい。
　これによると、切削工具はより長い工具寿命を有することができる。
　（４）上記（１）から（３）のいずれかにおいて、前記被膜は、前記基材と、前記第１層との間に配置される第２層を更に含み、
　前記第２層の組成は、前記第１単位層の組成または前記第２単位層の組成と同一であってもよい。
　これによると、切削工具はより長い工具寿命を有することができる。
　（５）上記（４）において、前記第２層の組成は、前記第１単位層の組成と同一であり、
　前記第２層の厚みは、前記第１単位層の厚みより厚くてもよい。
　これによると、切削工具はより長い工具寿命を有することができる。
　（６）上記（４）において、前記第２層の組成は、前記第２単位層の組成と同一であり、
　前記第２層の厚みは、前記第２単位層の厚みより厚くてもよい。
　これによると、切削工具はより長い工具寿命を有することができる。
　（７）上記（１）から（６）において、前記被膜は、前記第１層の前記基材と反対側に設けられる第３層を更に含み、
　前記第３層は、ＡｌＣｒＣｅＣＮからなってもよい。
　これによると、切削工具はより長い工具寿命を有することができる。
　（８）本開示の他の一態様に係る切削工具は、基材と、前記基材上に配置された被膜と、を備える切削工具であって、
　前記被膜は、第１Ａ層を含み、
　前記第１Ａ層は、第１単位層と第３単位層とが交互に積層された交互層からなり、
　前記第１単位層は、ＡｌａＣｒ１－ａ－ｂＣｅｂＮからなり、
　前記ａは、０．４００以上０．８００以下であり、
　前記ｂは、０．００１以上０．１００以下であり、
　前記第３単位層は、ＡｌｄＴｉ１－ｄ－ｅＭｅＮからなり、
　前記Ｍは、珪素または硼素であり、
　前記ｄは、０．３０以上０．７５以下であり、
　前記ｅは、０超０．０５以下であり、
　前記ａおよび前記ｄは、ａ＞ｄの関係を満たす、切削工具である。
　本開示によれば、特に刃先温度が高い条件下で実行される切削加工においても、長い工具寿命を有する切削工具を提供することが可能となる。
　（９）上記（８）において、前記第１単位層と、前記第１単位層に隣接する前記第３単位層とにおいて、前記第３単位層の厚みλ３に対する、前記第１単位層の厚みλ１の比λ１／λ３は、１．０以上５．０以下であってもよい。
　これによると、切削工具はより長い工具寿命を有することができる。
　（１０）上記（８）または（９）において、前記Ｍは、珪素であってもよい。
　これによると、切削工具はより長い工具寿命を有することができる。
　（１１）上記（８）または（９）において、前記Ｍは、硼素であってもよい。
　これによると、切削工具はより長い工具寿命を有することができる。
　（１２）上記（８）から（１１）のいずれかにおいて、前記第１単位層の平均厚みは、０．００２μｍ以上０．２μｍ以下であり、
　前記第３単位層の平均厚みは、０．００２μｍ以上０．２μｍ以下であってもよい。
　これによると、切削工具はより長い工具寿命を有することができる。
　（１３）上記（８）から（１２）のいずれかにおいて、前記被膜は、前記基材と、前記第１Ａ層との間に配置される第２層を更に含み、
　前記第２層の組成は、前記第１単位層の組成または前記第３単位層の組成と同一であってもよい。
　これによると、切削工具はより長い工具寿命を有することができる。
　（１４）上記（１３）において、前記第２層の組成は、前記第１単位層の組成と同一であり、
　前記第２層の厚みは、前記第１単位層の厚みより厚くてもよい。
　これによると、切削工具はより長い工具寿命を有することができる。
　（１５）上記（１３）において、前記第２層の組成は、前記第３単位層の組成と同一であり、
　前記第２層の厚みは、前記第３単位層の厚みより厚くてもよい。
　これによると、切削工具はより長い工具寿命を有することができる。
　（１６）上記（８）から（１５）のいずれかにおいて、前記被膜は、前記第１Ａ層の前記基材と反対側に設けられる第３層を更に含み、
　前記第３層は、ＡｌＣｒＣｅＣＮからなってもよい。
　これによると、切削工具はより長い工具寿命を有することができる。
　［本開示の実施形態の詳細］
　本開示の切削工具の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。本開示の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表すものである。また、長さ、幅、厚さ、深さ等の寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜変更されており、必ずしも実際の寸法関係を表すものではない。
　本開示において「Ａ～Ｂ」という形式の表記は、範囲の上限下限（すなわちＡ以上Ｂ以下）を意味し、Ａにおいて単位の記載がなく、Ｂにおいてのみ単位が記載されている場合、Ａの単位とＢの単位とは同じである。
　本開示において化合物等を化学式で表す場合、原子比を特に限定しないときは従来公知のあらゆる原子比を含むものとし、必ずしも化学量論的範囲のもののみに限定されるべきではない。たとえば「ＡｌＣｒＣｅＮ」と記載されている場合、ＡｌＣｒＣｅＮを構成する原子数の比には、従来公知のあらゆる原子比が含まれる。
　本開示において、数値範囲の下限および上限として、それぞれ１つ以上の数値が記載されている場合は、下限に記載されている任意の１つの数値と、上限に記載されている任意の１つの数値との組み合わせも開示されているものとする。例えば、下限として、ａ１以上、ｂ１以上、ｃ１以上が記載され、上限としてａ２以下、ｂ２以下、ｃ２以下が記載されている場合は、ａ１以上ａ２以下、ａ１以上ｂ２以下、ａ１以上ｃ２以下、ｂ１以上ａ２以下、ｂ１以上ｂ２以下、ｂ１以上ｃ２以下、ｃ１以上ａ２以下、ｃ１以上ｂ２以下、ｃ１以上ｃ２以下が開示されているものとする。
　［実施形態１：切削工具（１）］
　本開示の一実施形態に係る切削工具について、図１～図５を用いて説明する。
　本開示の一実施形態（以下、「実施形態１」とも記す。）に係る切削工具１は、
　基材２と、該基材２上に配置された被膜３と、を備える切削工具１であって、
　該被膜３は、第１層１３を含み、
　該第１層１３は、第１単位層１２と第２単位層１５とが交互に積層された交互層からなり、
　該第１単位層１２は、ＡｌａＣｒ１－ａ－ｂＣｅｂＮからなり、
　該ａは、０．４００以上０．８００以下であり、
　該ｂは、０．００１以上０．１００以下であり、
　該第２単位層１５は、ＡｌｃＴｉ１－ｃＮからなり、
　該ｃは、０．３０以上０．７５以下であり、
　該ａおよび該ｃは、ａ＞ｃの関係を満たす、切削工具１である。
　実施形態１の切削工具１は、特に刃先温度が高い条件下で実行される切削加工においても、長い工具寿命を有することができる。その理由は、以下の通りと推察される。
　（ａ１）第１単位層１２はＡｌ、ＣｒおよびＣｅを含む窒化物からなる。Ａｌは酸化されやすいため、第１単位層１２の被膜３の表面側にＡｌ２Ｏ３からなる緻密な酸化物層が形成されやすい。さらに、ＣｅはＡｌより酸化物の標準生成エネルギーが小さいため、Ａｌよりも酸化されやすく、第１単位層１２の被膜３の表面側にＣｅＯ２からなる緻密な酸化物層が形成されやすい。これらの酸化物層により、被膜３の耐酸化性が向上し、被削材との反応性が抑制でき、被削材との摩擦係数が低減できる。よって、該被膜３を含む切削工具１は、ドライ加工や難削材の加工といった刃先温度が上がりやすい過酷な加工条件下において、長寿命を達成することができる。
　（ｂ１）ＣｅＮの格子定数は５．０１Åであり、ＣｒＮの格子定数４．１５ÅおよびＡｌＮの格子定数４．１２Åに比べて大きい。このため、Ｃｅが添加され立方晶化したＡｌａＣｒ１－ａ－ｂＣｅｂＮからなる第１単位層１２にはひずみが導入され、第１単位層１２の硬度および耐摩耗性が向上し、第１単位層１２を含む切削工具１の寿命がより長くなる。
　（ｃ１）Ａｌ、ＣｒおよびＣｅを含む窒化物からなる層（以下、「ＡｌＣｒＣｅＮ層」とも記す。）と、ＡｌおよびＴｉを含む窒化物からなる層（以下、「ＡｌＴｉＮ層」とも記す。）とを比べた場合、ＡｌＣｒＣｅＮ層は高温でスピノーダル分解が生じにくい。スピノーダル分解が起こると、軟質の六方晶ＡｌＮが析出し硬度低下が生じる。ＡｌＣｒＣｅＮ層は高温でも硬度低下が抑制され、圧縮残留応力が大きく、耐チッピング性に優れる特性を有する。ＡｌＴｉＮ層は圧縮残留応力が小さく、熱遮断性が高い特性を有する。第１層１３は、ＡｌＣｒＣｅＮ層からなる第１単位層１２と、ＡｌＴｉＮ層からなる第２単位層１５とが交互に積層された交互層からなるため、第１単位層１２の硬度が高い特性と第２単位層１５の高い熱遮断性の特性とを有することができる。第２単位層１５の圧縮残留応力が小さいという特性は、第１単位層１２の大きな圧縮残留応力によって補完される。従って、第１層１３全体としては、硬度、熱遮断性および圧縮残留応力がバランス良く向上し、該第１層１３を含む切削工具１の寿命がより長くなる。
　（ｄ１）第１層１３は、第１単位層１２と第２単位層１５とが交互に積層された交互層からなる。第１単位層１２と第２単位層１５との界面では組成および結晶格子が不連続となっている。よって、切削時に被膜３の表面からクラックが発生した場合、該界面においてクラックの進展を抑制することができる。従って、チッピングや欠損が抑制され、切削工具１の寿命がより長くなる。
　（ｅ１）第１単位層１２は、ＡｌａＣｒ１－ａ－ｂＣｅｂＮからなり、第２単位層１５は、ＡｌｃＴｉ１－ｃＮからなり、ａおよびｃは、ａ＞ｃの関係を満たす。第１単位層１２は、第２単位層１５に比してＡｌの含有量を高くし易い傾向がある。第１単位層１２におけるＡｌの含有量を高くすることで、第１層１３全体に含まれるＡｌの含有量を多くすることができる。その結果として、第１層１３の熱遮断性および耐酸化性を向上することができ、該第１層１３を含む切削工具１の寿命がより長くなる。
　＜切削工具＞
　図１および図２に示されるように、本発明の一実施の形態に係る切削工具１は、基材２と、基材２上に配置された被膜３と、を備える。被膜３は、基材２の全面を被覆してもよい。また、基材２の一部が被膜３で被覆されていなかったり、被膜３の構成が部分的に異なっていたとしても本実施形態の範囲を逸脱するものではない。被膜３は、基材２の少なくとも切削に関与する部分を被覆してもよい。本明細書において、基材２の切削に関与する部分とは、基材２の大きさや形状にもよるが、基材２において、その刃先稜線と、該刃先稜線から基材２側へ、該刃先稜線の接線の垂線に沿う距離が、例えば、５ｍｍ、３ｍｍ、２ｍｍ、１ｍｍ、０．５ｍｍのいずれかである仮想の面と、に囲まれる領域を意味する。
　本実施形態の切削工具１は、ドリル、エンドミル、ドリル用刃先交換型切削チップ、エンドミル用刃先交換型切削チップ、フライス加工用刃先交換型切削チップ、旋削加工用刃先交換型切削チップ、メタルソー、歯切工具、リーマ、タップ等の切削工具１として好適に使用することができる。
　＜基材＞
　基材２としては、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。例えば、基材２は、超硬合金（ＷＣ基超硬合金、ＷＣおよびＣｏを含む超硬合金、ＷＣおよびＣｏにＴｉ、Ｔａ、Ｎｂ等の炭窒化物を添加した超硬合金等）、サーメット（ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ等を主成分とするもの）、高速度鋼、セラミックス（炭化チタン、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム等）、立方晶型窒化硼素焼結体、またはダイヤモンド焼結体のいずれかからなってもよい。
　基材２は、特にＷＣ基超硬合金またはサーメット（特にＴｉＣＮ基サーメット）であってもよい。ＷＣ基超硬合金またはサーメットは、特に高温における硬度と強度とのバランスに優れるため、切削工具１の基材２として用いた場合に、切削工具１の長寿命化に寄与することができる。
　＜被膜＞
　実施形態１の被膜３は、第１層１３を含む。被膜３は、基材２を被覆することにより、切削工具１の耐摩耗性や耐チッピング性等の諸特性を向上させ、切削工具１の長寿命化をもたらす作用を有する。なお、被膜３は、第１層１３に加えて、他の層を含むことができる。他の層としては、図３および図４に示されるように、基材２と、第１層１３との間に配置される第２層１６、および、第１層１３の基材２と反対側に設けられる第３層１４等が挙げられる。
　被膜３は、全体の厚みが０．５μｍ以上１５μｍ以下であってもよい。被膜３の全体の厚みが０．５μｍ以上であると、被膜３を設けることによる切削工具１の寿命を長くするという効果を得やすくなる。一方、被膜３の全体の厚みが１５μｍ以下であると、切削初期において被膜３でのチッピングが生じにくく、切削工具１の寿命を長くすることができる。被膜３の全体の厚みは、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて被膜３の断面を観察することにより測定することができる。具体的な測定方法は以下の通りである。切削工具１を被膜３の法線に沿う方向に切断し、断面サンプルを準備する。断面サンプルをＳＥＭで観察する。観察倍率は５０００～１００００倍とし、測定視野を１００～５００μｍ２とする。１視野において、被膜３の３箇所の厚み幅を測定し、３箇所の厚み幅の平均値を算出する。該平均値が、被膜３の厚みに該当する。後述の各層の厚みについても、特に記載のない限り同様の方法で測定される。
　被膜３の圧縮残留応力は、絶対値が６ＧＰａ以下であってもよい。被膜３の圧縮残留応力とは、被膜３全体に存する内部応力（固有ひずみ）の一種であって、「－」（マイナス）の数値（単位：本実施形態では「ＧＰａ」を使う）で表される応力をいう。このため、圧縮残留応力が大きいという概念は、数値の絶対値が大きくなることを示し、また、圧縮残留応力が小さいという概念は、数値の絶対値が小さくなることを示す。すなわち、圧縮残留応力の絶対値が６ＧＰａ以下であるとは、被膜３の圧縮残留応力が－６ＧＰａ以上０ＧＰａ以下であることを意味する。
　被膜３の圧縮残留応力が０ＧＰａ以下であると、被膜３の最表面から発生したクラックの進展を抑制しやすい。一方、圧縮残留応力の絶対値が６ＧＰａ以下であると、応力の大きさが適度であり、切削開始前に、切削工具１のエッジ部から被膜３が剥離することを抑制しやすい。
　被膜３の圧縮残留応力は、Ｘ線残留応力装置を用いてｓｉｎ２ψ法（「Ｘ線応力測定法」（日本材料学会、１９８１年株式会社養賢堂発行）の５４～６６頁参照）によって測定される。
　被膜３の結晶構造は、立方晶型であってもよい。被膜３の結晶構造が立方晶型であると、被膜３の硬度が向上する。被膜３中の各層のそれぞれの結晶構造が立方晶型であってもよい。被膜３および被膜３中の各層の結晶構造は、当該分野で公知のＸ線回折装置により解析することができる。
　被膜３の硬度は、３０ＧＰａ以上５５ＧＰａ以下で効果が高く、３５ＧＰａ以上５０ＧＰａ以下であってもよい。これによると、被膜３は十分な硬度を有する。被膜３全体の硬度の測定は、ナノインデンター法（ＭＴＳ社製Ｎａｎｏ　Ｉｎｄｅｎｔｅｒ　ＸＰ）により測定される。具体的には、ＩＳＯ１４５７７に準拠した方法で行い、測定荷重は１０ｍＮ（１ｇｆ）とし、被膜３の表面において３箇所の硬度を測定し、３箇所の硬度の平均値を算出する。該平均値が被膜３の硬度に該当する。
　＜第１層＞
　本実施形態の第１層１３は、第１単位層１２と第２単位層１５とが交互に積層された交互層からなる。第１層１３は、第１単位層１２と第２単位層１５とが交互に積層された交互層からなることは、被膜３の断面を含む薄片サンプルをＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）で観察し、コントラストの差によって確認することができる。
　第１単位層１２および第２単位層１５は、いずれが基材２側に最も近い位置に配置されていてもよい。図１では、基材２に最も近い位置である基材２の直上に第１単位層１２が配置されている。図２では、基材２に最も近い位置である基材２の直上に第２単位層１５が配置されている。第１単位層１２および第２単位層１５は、いずれが被膜３の表面側に配置されていてもよい。図１では、被膜３の表面側に第２単位層１５が配置されている。図２では、被膜３の表面側に第１単位層１２が配置されている。
　第１層１３の厚みは、０．５μｍ以上１５μｍ以下であってもよい。第１層１３の厚みが０．５μｍ以上であると、連続加工において優れた耐摩耗性を発揮することができる。第１層１３の厚みが１５μｍ以下であると、断続切削において優れた耐チッピング性を有することができる。
　第１層１３の厚みは、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて、被膜３の断面を観察し、測定することにより測定される。具体的な測定方法は以下の通りである。切削工具１を被膜３の法線に沿う方向に切断し、被膜３の断面を含む薄片サンプルを準備する。薄片サンプルをＴＥＭで観察する。観察倍率は２万～５００倍とし、測定視野を０．００１６～８０μｍ２とする。１視野において、第１層１３の３箇所の厚み幅を測定し、３箇所の厚み幅の平均値を算出する。該平均値が、第１層１３の厚みに該当する。
　＜第１単位層の組成および第２単位層の組成＞
　第１単位層１２は、ＡｌａＣｒ１－ａ－ｂＣｅｂＮからなり、ａは、０．４００以上０．８００以下であり、ｂは、０．００１以上０．１００以下である。第１単位層１２は、被膜３の耐酸化性および耐摩耗性を向上することができる。ａの下限は、０．４５０以上が効果が高く、０．５００以上がより効果が高く、０．５５０以上が更に効果が高い。ａの上限は、０．７７０以下が効果が高く、０．７５０以下がより効果が高く、０．７００以下が更に効果が高い。ａは、０．４５０以上０．７７０以下が効果が高く、０．５００以上０．７５０以下がより効果が高く、０．５５０以上０．７００以下が更に効果が高い。ｂの下限は、０．００５以上が効果が高く、０．０１０以上がより効果が高く、０．０１５以上が更に効果が高い。ｂの上限は、０．０７０以下が効果が高く、０．０５０以下がより効果が高く、０．０３０以下が更に効果が高い。ｂは、０．００５以上０．０７０以下が効果が高く、０．０１０以上０．０５０以下がより効果が高く、０．０１５以上０．０３０以下が更に効果が高い。
　本開示において、「第１単位層は、ＡｌａＣｒ１－ａ－ｂＣｅｂＮからなる」とは、本開示の効果を損なわない限り、第１単位層１２はＡｌａＣｒ１－ａ－ｂＣｅｂＮに加えて、不可避不純物を含むことができることを意味する。不可避的不純物としては、例えば、酸素および炭素が挙げられる。第１単位層１２における不可避不純物全体の含有率は、０原子％より大きく、１原子％未満であってもよい。本開示において「原子％」とは、層を構成する原子の総原子数に対する原子数の割合（％）のことを意味する。
　第２単位層１５は、ＡｌｃＴｉ１－ｃＮからなり、ｃは、０．３０以上０．７５以下である。第２単位層１５は、被膜３の耐熱性、耐酸化性および靭性を向上することができる。ｃの下限は、０．４０以上が効果が高く、０．４５以上がより効果が高く、０．５０以上が更に効果が高い。ｃの上限は、０．７０以下が効果が高く、０．６５以下がより効果が高く、０．６０以下が更に効果が高い。ｃは、０．４０以上０．７０以下が効果が高く、０．４５以上０．６５以下がより効果が高く、０．５０以上０．６０以下が更に効果が高い。
　本開示において、「第２単位層は、ＡｌｃＴｉ１－ｃＮからなる」とは、本開示の効果を損なわない限り、第２単位層１５はＡｌｃＴｉ１－ｃＮに加えて、不可避不純物を含むことができることを意味する。不可避的不純物としては、例えば、酸素および炭素が挙げられる。第２単位層１５における不可避不純物全体の含有率は、０原子％より大きく、１原子％未満であってもよい。
　上記ａ、上記ｂ、上記ｃおよび第１単位層１２の不可避不純物の含有率および第２単位層１５の不可避不純物の含有率は、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて、被膜３の断面を元素分析することにより測定される。具体的な測定方法は以下の通りである。切削工具１を被膜３の法線に沿う方向に切断し、被膜３の断面を含む薄片サンプルを準備する。ＴＥＭに付属のＥＤＳ（Ｅｎｅｒｇｙ　Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ　Ｘ－ｒａｙ　Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を用いて、薄片サンプルに対して電子線を照射し、その際に発生する特性Ｘ線のエネルギーと発生回数を計測し、第１単位層１２および第２単位層１５の元素分析を行う。第１単位層１２および第２単位層１５をそれぞれ５層ずつ任意に選択し、元素分析を行う。５層の第１単位層１２の平均組成を求める。該平均組成が第１単位層１２の組成に該当する。５層の第２単位層１５の平均組成を求める。該平均組成が第２単位層１５の組成に該当する。同一の切削工具１で測定する限り、測定箇所を任意に選択しても、測定結果にばらつきがないことが確認されている。
　上記ａおよび上記ｃは、ａ＞ｃの関係を満たす。これにより、被膜３の熱遮断性および耐酸化性を向上することができる。
　本開示では、第１単位層の組成ＡｌａＣｒ１－ａ－ｂＣｅｂＮにおいて、Ａｌ、ＣｒおよびＣｅの原子数の合計ＡＭ１に対するＮの原子数ＡＮ１の比ＡＮ１／ＡＭ１は、製造上必然的に０．８～１．２の範囲である。本開示では、第２単位層の組成ＡｌｃＴｉ１－ｃＮにおいて、ＡｌおよびＴｉの原子数の合計ＡＭ２に対するＮの原子数ＡＮ２の比ＡＮ２／ＡＭ２は、製造上必然的に０．８～１．２の範囲である。比ＡＮ１／ＡＭ１および比ＡＮ２／ＡＭ２は、ラザフォード後方散乱（ＲＢＳ）法により測定できる。上記比ＡＮ１／ＡＭ１および比ＡＮ２／ＡＭ２が前記の範囲であれば、本開示の効果が損なわれないことが確認されている。
　＜第１単位層の平均厚みおよび第２単位層の平均厚み＞
　第１単位層１２の平均厚みは、０．００２μｍ以上０．２μｍ以下であり、かつ第２単位層１５の平均厚みは、０．００２μｍ以上０．２μｍ以下であってもよい。これによると、被膜３の表面で発生したクラックの進展を更に抑制することができる。第１単位層１２の平均厚みの下限は、０．００２μｍ以上で効果が高く、０．００５μｍ以上がより効果が高く、０．０１μｍ以上が更に効果が高い。第１単位層１２の平均厚みの上限は、０．２０μｍ以下で効果が高く、０．１５μｍ以下がより効果が高く、０．１０μｍ以下が更に効果が高い。第１単位層１２の平均厚みは、０．００５μｍ以上０．１５μｍ以下がより効果が高く、０．０１μｍ以上０．１μｍ以下が更に効果が高い。第２単位層１５の平均厚みの下限は、０．００２μｍ以上で効果が高く、０．００５μｍ以上がより効果が高く、０．０１μｍ以上が更に効果が高い。第２単位層１５の平均厚みの上限は、０．２０μｍ以下で効果が高く、０．１５μｍ以下がより効果が高く、０．１０μｍ以下が更に効果が高い。第２単位層１５の平均厚みは、０．００５μｍ以上０．１５μｍ以下がより効果が高く、０．０１μｍ以上０．１０μｍ以下が更に効果が高い。
　第１単位層１２の平均厚みおよび第２単位層１５の平均厚みは、上記第１層１３の厚みの測定方法と同様の方法により測定することができる。
　図５に示されるように、第１単位層１２と、該第１単位層１２に隣接する第２単位層１５とにおいて、該第２単位層１５の厚みλ２に対する、該第１単位層１２の厚みλ１の比λ１／λ２は、１．０以上５．０以下であってもよい。第１単位層１２は高い耐酸化性を有していることに加えて、熱伝導率が低く、切削時に発生した熱を基材２に伝えにくい性質を持つ。比λ１／λ２が１．０以上であると、被膜３中の第１単位層１２の割合が相対的に増え、被膜３中のＡｌ量が増えることで切削工具１全体としての熱遮断性が向上する。該被膜３を有する切削工具１は、特に、連続切削時の耐摩耗性が向上する。λ１／λ２が１．０以上であると、被膜３の靱性が向上する傾向にある。一方、λ１／λ２が５．０以下であると、第１単位層１２と第２単位層１５とを積層したことによるクラックの進展の抑制効果が得られやすい傾向にある。λ１／λ２は、１．０以上で効果が高く、１．５以上がより効果が高く、２．０以上が更に効果が高い。λ１／λ２は、５．０以下で効果が高く、４．０以下がより効果が高く、３．０以下が更に効果が高い。λ１／λ２は、１．０以上５．０以下で効果が高く、１．５以上４．０以下がより効果が高く、１．０以上３．０以下が効果が高く、２．０以上３．０以下が更に効果が高い。図５では説明のために、３つの第１単位層１２の厚さをすべてλ１と示し、３つの第２単位層１５の厚さをすべてλ２と示しているが、互いに隣接する第１単位層と第２単位層との間で、上記λ１／λ２の関係を満たす限り、３つの第１単位層１２の厚さλ１が同一である必要はなく、また、３つの第２単位層１５の厚さλ２が同一である必要はない。
　第１層１３において、第１単位層１２および第２単位層１５のそれぞれの積層数は、１０以上５００以下であってもよい。これによると、第１単位層１２と第２単位層１５とを積層することにより、硬度と圧縮残留応力とをバランス良く向上させるという効果を十分に得ることができる。第１層１３において、第１単位層１２および第２単位層１５のそれぞれの積層数は、１００以上４００以下であることがより効果が高く、２００以上３５０以下であることが更に効果が高い。
　第１層１３において、第１単位層１２および第２単位層１５のそれぞれの積層数は、ＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）を用いて、被膜３の断面の薄片サンプルを、ＴＥＭで観察倍率２万～５００万倍で観察することにより求めることができる。
　＜第２層＞
　図３および図４に示されるように、被膜３は、基材２と、第１層１３との間に配置される第２層１６を更に含み、第２層１６の組成は、第１単位層１２の組成または第２単位層１５の組成と同一であってもよい。これによって、基材２と被膜３との密着性を高めることができる。
　第２層１６の組成が第１単位層１２の組成と同一である場合は、切削初期に基材２が露出したとしても、基材２と被膜３との界面からの酸化を抑制することができる。
　第２層１６の組成が第１単位層１２の組成と同一である場合、第２層１６の厚みは、第１単位層１２の厚みより厚くてもよい。これによって、基材２と被膜３との密着性をより高めることができる。また、切削初期に基材２が露出したとしても、基材２と被膜３との界面からの酸化を更に抑制することができる。「第２層の厚みは、第１単位層の厚みより厚い」とは、「第２層の厚みは、第１単位層の厚みの１．０倍超である」と言い換えることができる。第２層１６の厚みは、第１単位層１２の厚みの２．０倍以上で効果が高く、４．０倍以上がより効果が高く、１０．０倍以上が更に効果が高い。第２層１６の厚みは、第１単位層１２の厚みの５００倍以下で効果が高く、１２０倍以下がより効果が高く、５０倍以下が更に効果が高い。第２層１６の厚みは、第１単位層１２の厚みの２．０倍以上５００倍以下で効果が高く、４．０倍以上１２０倍以下がより効果が高く、１０．０倍以上５０倍以下が更に効果が高い。
　第２層１６の組成が第１単位層１２の組成と同一である場合、第２層１６の厚みは０．１μｍ以上であってもよい。第２層１６の厚みが０．１μｍ未満であると、第２層１６を第１単位層１２と同一の組成とすることによる基材２と被膜３との界面からの酸化の抑制効果を得難い傾向にある。第２層１６の組成が第１単位層１２の組成と同一である場合、第２層１６の厚みは０．３μｍ以上であることがより効果が高く、０．４μｍ以上であることが更に効果が高い。第２層１６の厚みの上限値は特に限定されないが、２μｍを超えると、結晶粒が肥大化して粒界が発生することにより、上述の酸化の抑制効果を更に向上し難い傾向にある。よって、コスト面を考慮すると、第２層１６の厚みは２μｍ以下とすることができる。
　第２層１６の組成が第１単位層１２の組成と同一である場合、図３に示されるように、第２層１６の直上に、第１単位層１２が積層されてもよい。また、図４に示されるように、第２層１６の直上に、第２単位層１５が積層されてもよい。第２層１６の組成が第１単位層１２の組成と同一であり、かつ該第２層１６の直上に第１単位層１２が積層された場合、第２層１６と第１単位層１２とは連続した結晶構造を有する。
　第２層１６の組成が第２単位層１５の組成と同一である場合、第２単位層１５は応力が小さい傾向にあることから、特に、負荷が刃先に繰り返しかかるようなフライス加工やエンドミル加工等の断続加工において、被膜３の耐剥離性を向上することができる。
　第２層１６の組成が第２単位層１５の組成と同一である場合、該第２層１６の厚みは、該第２単位層１５の厚みより厚くてもよい。これによって、特に、負荷が刃先に繰り返しかかるようなフライス加工やエンドミル加工等の断続加工において、被膜３の耐剥離性を更に向上することができる。「第２層の厚みは、第２単位層の厚みより厚い」とは、「第２層の厚みは、第２単位層の厚みの１．０倍超である」と言い換えることができる。第２層１６の厚みは、第２単位層１５の厚みの２．０倍以上で効果が高く、４．０倍以上がより効果が高く、１０．０倍以上が更に効果が高い。第２層１６の厚みは、第２単位層１５の厚みの５００倍以下で効果が高く、１２０倍以下がより効果が高く、５０倍以下が更に効果が高い。第２層１６の厚みは、第２単位層１５の厚みの２．０倍以上５００倍以下で効果が高く、４．０倍以上１２０倍以下がより効果が高く、１０．０倍以上５０倍以下が更に効果が高い。
　第２層１６の組成が第２単位層１５の組成と同一である場合、第２層１６の厚みは０．１μｍ以上で効果が高い。第２層１６の厚みが０．１μｍ未満であると、第２層１６を第２単位層１５と同一の組成とすることによる耐剥離性の向上効果を得難い傾向にある。第２層１６の組成が第２単位層１５の組成と同一である場合、第２層１６の厚みは０．３μｍ以上であることがより効果が高く、０．４μｍ以上であることが更に効果が高い。第２層１６の厚みの上限値は特に限定されないが、２μｍを超えると、上述の耐剥離性の更なる向上が認められない傾向にある。よって、コスト面を考慮すると、第２層１６の厚みは２μｍ以下で効果が高い。
　第２層１６の組成が第２単位層１５の組成と同一である場合、図３に示されるように、第２層１６の直上に第１単位層１２が積層されてもよい。また、図４に示されるように、第２層１６の直上に第２単位層１５が積層されてもよい。第２層１６の組成が第２単位層１５の組成と同一である場合で、かつ該第２層１６の直上に第２単位層１５が積層された場合、第２層１６と第２単位層１５とは連続した結晶構造を有する。
　＜第３層＞
　図１～図４に示されるように、被膜３は、第１層１３の基材２と反対側に設けられる第３層１４を更に含み、第３層１４は、ＡｌＣｒＣｅＣＮからなってもよい。これによって、該被膜３の摩擦係数を低下させ、切削工具１の長寿命化を図ることができる。
　一般的に、炭窒化物は窒化物よりも被削材に対する摩擦係数が低い傾向にある。このような摩擦係数の低下は、炭素原子の寄与によるものと考えられる。被膜３が第３層１４を含むと、被削材に対する被膜３の摩擦係数が低下して、切削工具１が長寿命化する。
　第３層１４において、ＮとＣの組成比を調整することにより、所定の色を付与することが可能である。これにより、切削工具１の外観に意匠性および識別性を付与でき、商業上有用となる。
　第３層１４において、アルミニウム、クロムおよびセリウムの原子数の合計Ｎ１に対する、アルミニウムの原子数Ｎ２の比Ｎ２／Ｎ１は、０．４超０．８以下であってもよい。これによると、切削工具１の工具寿命が更に向上する。
　第３層１４の厚みは、０．１μｍ以上で効果が高く。第３層１４の厚みが０．１μｍ以上であると、第３層１４による潤滑性の付与効果が得られやすい。一方、第３層１４の厚みの上限値は特に限定されないが、２μｍを超えると、上述の潤滑性の付与効果を更に向上することができない傾向にある。よって、コスト面を考慮すると、第３層１４の厚みは２μｍ以下であってもよい。
　＜中間層＞
　被膜３は、第２層１６と第１層１３との間、または第１層１３と第３層１４との間に配置される中間層を含むことができる。中間層としては、例えばＴｉＡｌＣｅＮ、ＡｌＣｒＮ、ＡｌＣｒＢＮ、ＡｌＣｒＳｉＮ等が挙げられる。中間層の厚みは、０．１μｍ以上２μｍ以下、０．３μｍ以上１．５μｍ以下、０．４μｍ以上１．０μｍ以下とすることができる。
　［実施形態２：切削工具（２）］
　本開示の他の一実施形態に係る切削工具について、図６～図１０を用いて説明する。
　本開示の他の一実施形態（以下、「実施形態２」とも記す。）に係る切削工具１は、
　基材２と、該基材２上に配置された被膜３と、を備える切削工具１であって、
　該被膜３は、第１Ａ層１３Ａを含み、
　該第１Ａ層１３Ａは、第１単位層１２と第３単位層１７とが交互に積層された交互層からなり、
　該第１単位層１２は、ＡｌａＣｒ１－ａ－ｂＣｅｂＮからなり、
　該ａは、０．４００以上０．８００以下であり、
　該ｂは、０．００１以上０．１００以下であり、
　該第３単位層１７は、ＡｌｄＴｉ１－ｄ－ｅＭｅＮからなり、
　該Ｍは、珪素または硼素であり、
　該ｄは、０．３０以上０．７５以下であり、
　該ｅは、０超０．０５以下であり、
　該ａおよび該ｄは、ａ＞ｄの関係を満たす、切削工具１である。
　実施形態１の切削工具１は、特に刃先温度が高い条件下で実行される切削加工においても、長い工具寿命を有することができる。その理由は、以下の通りと推察される。
　（ａ２）第１単位層１２はＡｌ、ＣｒおよびＣｅを含む窒化物からなる。Ａｌは酸化されやすいため、第１単位層１２の被膜３の表面側にＡｌ２Ｏ３からなる緻密な酸化物層が形成されやすい。さらに、ＣｅはＡｌより酸化物の標準生成エネルギーが小さいため、Ａｌよりも酸化されやすく、第１単位層１２の被膜３の表面側にＣｅＯ２からなる緻密な酸化物層が形成されやすい。これらの酸化物層により、被膜３の耐酸化性が向上し、被削材との反応性が抑制でき、被削材との摩擦係数が低減できる。よって、該被膜３を含む切削工具１は、ドライ加工や難削材の加工といった刃先温度が上がりやすい過酷な加工条件下において、長寿命を達成することができる。
　（ｂ２）ＣｅＮの格子定数は５．０１Åであり、ＣｒＮの格子定数４．１５ÅおよびＡｌＮの格子定数４．１２Åに比べて大きい。このため、Ｃｅが添加され立方晶化したＡｌａＣｒ１－ａ－ｂＣｅｂＮからなる第１単位層１２にはひずみが導入され、第１単位層１２の硬度および耐摩耗性が向上し、第１単位層１２を含む切削工具１の寿命がより長くなる。
　（ｃ２）Ａｌ、ＣｒおよびＣｅを含む窒化物からなる層（以下、「ＡｌＣｒＣｅＮ層」とも記す。）と、Ａｌ、ＴｉおよびＭ（Ｍは珪素または硼素）を含む窒化物からなる層（以下、「ＡｌＴｉＭＮ層」とも記す。）とを比べた場合、ＡｌＣｒＣｅＮ層は高温でスピノーダル分解が生じにくい。スピノーダル分解が起こると、軟質の六方晶ＡｌＮが析出し硬度低下が生じる。ＡｌＣｒＣｅＮ層は高温でも硬度低下が抑制され、圧縮残留応力が大きく、耐チッピング性に優れる特性を有する。ＡｌＴｉＭＮ層は圧縮残留応力が小さく、熱遮断性が高い特性を有する。第１Ａ層１３Ａは、ＡｌＣｒＣｅＮ層からなる第１単位層１２と、ＡｌＴｉＭＮ層からなる第３単位層１７とが交互に積層された交互層からなるため、第１単位層１２の硬度が高い特性と第３単位層１７の高い熱遮断性の特性とを有することができる。第３単位層１７の圧縮残留応力が小さいという特性は、第１単位層１２の大きな圧縮残留応力によって補完される。従って、第１Ａ層１３Ａ全体としては、硬度、熱遮断性および圧縮残留応力がバランス良く向上し、該第１Ａ層１３Ａを含む切削工具１の寿命がより長くなる。
　（ｄ２）第１Ａ層１３Ａは、第１単位層１２と第３単位層１７とが交互に積層された交互層からなる。第１単位層１２と第３単位層１７との界面では組成および結晶格子が不連続となっている。よって、切削時に被膜３の表面からクラックが発生した場合、該界面においてクラックの進展を抑制することができる。従って、チッピングや欠損が抑制され、切削工具１の寿命がより長くなる。
　（ｅ２）第１単位層１２は、ＡｌａＣｒ１－ａ－ｂＣｅｂＮからなり、第３単位層１７は、ＡｌｄＴｉ１－ｄ－ｅＭｅＮからなり、ａおよびｄは、ａ＞ｄの関係を満たす。第１単位層１２は、第３単位層１７に比してＡｌの含有量を高くし易い傾向がある。第１単位層１２におけるＡｌの含有量を高くすることで、第１Ａ層１３Ａ全体に含まれるＡｌの含有量を多くすることができる。その結果として、第１Ａ層１３Ａの熱遮断性および耐酸化性を向上することができ、該第１Ａ層１３Ａを含む切削工具１の寿命がより長くなる。
　実施形態２の切削工具１は、第１Ａ層１３Ａおよび第２層１６の構成以外は、基本的に実施形態１の切削工具１と同一の構成とすることができる。以下では、「第１Ａ層」と、「第２層」とについて説明する。
　＜第１Ａ層＞
　本実施形態の第１Ａ層１３Ａは、第１単位層１２と第３単位層１７とが交互に積層された交互層からなる。第１Ａ層１３Ａは、第１単位層１２と第３単位層１７とが交互に積層された交互層からなることは、被膜３の断面をＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）で観察し、コントラストの差によって確認することができる。第１Ａ層１３Ａの厚みは、実施形態１に記載の第１層１３の厚みと同一の構成とすることができる。
　＜第１単位層の組成および第３単位層の組成＞
　実施形態２の第１単位層１２の組成ＡｌａＣｒ１－ａ－ｂＣｅｂＮは、実施形態１の第１単位層１２の組成ＡｌａＣｒ１－ａ－ｂＣｅｂＮと同一とすることができる。
　第３単位層１７は、ＡｌｄＴｉ１－ｄ－ｅＭｅＮからなり、該Ｍは、珪素または硼素であり、ｄは、０．３０以上０．７５以下であり、ｅは、０超０．０５以下である。第３単位層１７は優れた硬度と、優れた耐酸化性とを兼備することができる。その理由は以下の通りと推察される。
　Ｍが硼素である場合、硼素によって第３単位層１７の硬度が高くなり、被膜３全体の硬度が高くなる。また、切削に伴う切削工具１表面の酸化によって形成される硼素の酸化物が、第３単位層１７中のＡｌの酸化物を緻密化し、第３単位層１７の耐酸化性が向上する。さらに、硼素の酸化物は低融点であるため切削時の潤滑剤として作用し、被削材の凝着を抑制できる。
　Ｍが珪素である場合、第３単位層１７の組織が微細化することによって、第３単位層１７の硬度と、耐酸化性とが向上し、被膜３全体の硬度と、耐酸化性とが向上する。
　上記ｄは、０．３０以上０．７５以下である。これによって、第３単位層１７の結晶構造が立方晶型となり、第３単位層１７が高硬度化し第３単位層１７の耐摩耗性が向上する。ｄの下限は、０．３５以上で効果が高く、０．４０以上がより効果が高く、０．４５以上が更に効果が高い。ｄの上限は、０．７５以下で効果が高く、０．７０以下がより効果が高く、０．６５以下が更に効果が高い。ｄは、０．３５以上０．７５以下で効果が高く、０．４０以上０．７０以下がより効果が高く、０．４５以上０．６５以下が更に効果が高い。
　上記ｅは、０超０．０５以下である。これによって、第１層１３の硬度と、第１層１３の耐酸化性とを向上することができる。ｅの下限は、０．００２以上で効果が高く、０．００５以上がより効果が高く、０．０１以上が更に効果が高い。該ｅは、０．０４以下で効果が高く、０．０３以下がより効果が高く、０．０２以下が更に効果が高い。ｅは、０．００２以上０．０５以下で効果が高く、０．００５以上０．０３以下がより効果が高く、０．０１以上０．０２以下が更に効果が高い。
　本開示において、「第３単位層は、ＡｌｄＴｉ１－ｄ－ｅＭｅＮからなる」とは、本開示の効果を損なわない限り、第３単位層１７はＡｌｄＴｉ１－ｄ－ｅＭｅＮに加えて、不可避不純物を含むことができることを意味する。該不可避的不純物としては、例えば、酸素および炭素等が挙げられる。第３単位層１７における不可避不純物全体の含有量は、０原子％より大きく、１原子％未満であってもよい。
　上記ｄ、上記ｅおよび第３単位層１７の不可避不純物の含有率は、上記ａの測定方法と同様の方法で求められる。なお、同一の切削工具１で測定する限り、測定箇所を任意に選択しても、測定結果にばらつきがないことが確認されている。
　上記ａおよび上記ｄは、ａ＞ｄの関係を満たす。これによって、被膜３の熱遮断性および耐酸化性を向上することができる。
　本開示では、第１単位層の組成ＡｌａＣｒ１－ａ－ｂＣｅｂＮにおいて、Ａｌ、ＣｒおよびＣｅの原子数の合計ＡＭ１に対するＮの原子数ＡＮ１の比ＡＮ１／ＡＭ１は、製造上必然的に０．８～１．２の範囲である。本開示では、第３単位層の組成ＡｌｄＴｉ１－ｄ－ｅＭｅＮにおいて、Ａｌ、ＴｉおよびＭの原子数の合計ＡＭ３に対するＮの原子数ＡＮ３の比ＡＮ３／ＡＭ３は、製造上必然的に０．８～１．２の範囲である。比ＡＮ１／ＡＭ１および比ＡＮ３／ＡＭ３は、ラザフォード後方散乱（ＲＢＳ）法により測定できる。上記比ＡＮ１／ＡＭ１および比ＡＮ３／ＡＭ３が前記の範囲であれば、本開示の効果が損なわれないことが確認されている。
　＜第１単位層の平均厚みおよび第３単位層の平均厚み＞
　第１単位層１２の平均厚みは、０．００２μｍ以上０．２μｍ以下であり、かつ第３単位層１７の平均厚みは、０．００２μｍ以上０．２μｍ以下であってもよい。これによると、被膜３の表面で発生したクラックの進展を更に抑制することができる。第１単位層１２の平均厚みの下限は、０．００２μｍ以上で効果が高く、０．００５μｍ以上がより効果が高く、０．０１μｍ以上が更に効果が高い。第１単位層１２の平均厚みの上限は、０．２０μｍ以下で効果が高く、０．１５μｍ以下がより効果が高く、０．１０μｍ以下が更に効果が高い。第１単位層１２の平均厚みは、０．００５μｍ以上０．１５μｍ以下がより効果が高く、０．０１μｍ以上０．１μｍ以下が更に効果が高い。第３単位層１７の平均厚みの下限は、０．００２μｍ以上で効果が高く、０．００５μｍ以上がより効果が高く、０．０１μｍ以上が更に効果が高い。第３単位層１７の平均厚みの上限は、０．２０μｍ以下で効果が高く、０．１５μｍ以下がより効果が高く、０．１０μｍ以下が更に効果が高い。第３単位層１７の平均厚みは、０．００５μｍ以上０．１５μｍ以下がより効果が高く、０．０１μｍ以上０．１０μｍ以下が更に効果が高い。
　第１単位層１２の平均厚みおよび第３単位層１７の平均厚みは、上記第１層１３の厚みの測定方法と同様の方法により求めることができる。
　図１０に示されるように、第１単位層１２と、該第１単位層１２に隣接する第３単位層１７とにおいて、第３単位層１７の厚みλ３に対する、第１単位層１２の厚みλ１の比λ１／λ３は、１．０以上５．０以下であってもよい。第１単位層１２は高い耐酸化性を有していることに加えて、熱伝導率が低く、切削時に発生した熱を基材２に伝えにくい性質を持つ。比λ１／λ３が１．０以上であると、被膜３中の第１単位層１２の割合が相対的に増え、被膜３中のＡｌ量が増えることで切削工具１全体としての熱遮断性が向上する。該被膜３を有する切削工具１は、特に、連続切削時の耐摩耗性が向上する。λ１／λ３が１．０以上であると、被膜３の靱性が向上する傾向にある。一方、λ１／λ３が５．０以下であると、第１単位層１２と第３単位層１７とを積層したことによるクラックの進展の抑制効果が得られやすい傾向にある。λ１／λ３は、１．０以上で効果が高く、１．５以上がより効果が高く、２．０以上が更に効果が高い。λ１／λ３は、５．０以下で効果が高く、４．０以下がより効果が高く、３．０以下が更に効果が高い。λ１／λ３は、１．０以上５．０以下で効果が高く、１．５以上４．０以下がより効果が高く、１．０以上３．０以下で効果が高く、２．０以上３．０以下が更に効果が高い。図１０では説明のために、３つの第１単位層１２の厚さをすべてλ１と示し、３つの第３単位層１７の厚さをすべてλ３と示しているが、互いに隣接する第１単位層と第３単位層との間で、上記λ１／λ３の関係を満たす限り、３つの第１単位層１２の厚さλ１が同一である必要はなく、また、３つの第３単位層１７の厚さλ３が同一である必要はない。
　第１Ａ層１３Ａにおいて、第１単位層１２および第３単位層１７のそれぞれの積層数は、１０以上５００以下であってもよい。これによると、第１単位層１２と第３単位層１７とを積層することにより、硬度と圧縮残留応力とをバランス良く向上させるという効果を得易い傾向がある。第１Ａ層１３Ａにおいて、第１単位層１２および第３単位層１７のそれぞれの積層数は、１００以上４００以下であることがより効果が高く、２００以上３５０以下であることが更に効果が高い。
　第１Ａ層１３Ａにおいて、第１単位層１２および第３単位層１７のそれぞれの積層数は、実施形態１に記載の第１単位層１２および第２単位層１５のそれぞれの積層数の測定方法と同様の方法により求めることができる。
　＜第２層＞
　図８および図９に示されるように、被膜３は、基材２と、第１Ａ層１３Ａとの間に配置される第２層１６を更に含み、第２層１６の組成は、第１単位層１２の組成または第３単位層１７の組成と同一であってもよい。これによって、基材２と被膜３との密着性を高めることができる。
　第２層１６の組成が第１単位層１２の組成と同一である場合は、切削初期に基材２が露出したとしても、基材２と被膜３との界面からの酸化を抑制することができる。
　第２層１６の組成が第１単位層１２の組成と同一である場合、第２層１６の厚みは、第１単位層１２の厚みより厚くてもよい。これによって、該基材２と該被膜３との密着性をより高めることができる。また、切削初期に基材２が露出したとしても、基材２と被膜３との界面からの酸化を更に抑制することができる。「第２層の厚みは、第１単位層の厚みより厚い」とは、「第２層の厚みは、第１単位層の厚みの１．０倍超である」と言い換えることができる。第２層１６の厚みは、第１単位層１２の厚みの２．０倍以上が効果が高く、４．０倍以上がより効果が高く、１０．０倍以上が更に効果が高い。第２層１６の厚みは、第１単位層１２の厚みの５００倍以下効果が高く、１２０倍以下がより効果が高く、５０倍以下が更に効果が高い。第２層１６の厚みは、第１単位層１２の厚みの２．０倍以上５００倍以下が効果が高く、４．０倍以上１２０倍以下がより効果が高く、１０．０倍以上５０倍以下が更に効果が高い。
　第２層１６の組成が第１単位層１２の組成と同一である場合、第２層１６の厚みは０．１μｍ以上であってもよい。第２層１６の厚みが０．１μｍ未満であると、第２層１６を第１単位層１２と同一の組成とすることによる基材２と被膜３との界面からの酸化の抑制効果を得難い傾向にある。第２層１６の組成が第１単位層１２の組成と同一である場合、第２層１６の厚みは０．３μｍ以上であることがより効果が高く、０．４μｍ以上であることが更に効果が高い。第２層１６の厚みの上限値は特に限定されないが、２μｍを超えると、結晶粒が肥大化して粒界が発生することにより、上述の酸化の抑制効果を更に向上し難い傾向にある。よって、コスト面を考慮すると、第２層１６の厚みは２μｍ以下が効果が高い。
　第２層１６の組成が第１単位層１２の組成と同一である場合、図８に示されるように、第２層１６の直上に、第１単位層１２が積層されてもよい。また、図９に示されるように、第２層１６の直上に、第２単位層１５が積層されてもよい。第２層１６の組成が第１単位層１２の組成と同一であり、かつ該第２層１６の直上に第１単位層１２が積層された場合、第２層１６と第１単位層１２とは連続した結晶構造を有する。
　第２層１６の組成が第３単位層１７の組成と同一である場合、第３単位層１７は応力が小さい傾向にあることから、特に、負荷が刃先に繰り返しかかるようなフライス加工やエンドミル加工等の断続加工において、被膜３の耐剥離性を向上することができる。
　第２層１６の組成が第３単位層１７の組成と同一である場合、第２層１６の厚みは、第３単位層１７の厚みより厚くてもよい。これによって、特に、負荷が刃先に繰り返しかかるようなフライス加工やエンドミル加工等の断続加工において、被膜３の耐剥離性を更に向上することができる。「第２層の厚みは、第３単位層の厚みより厚い」とは、「第２層の厚みは、第３単位層の厚みの１．０倍超である」と言い換えることができる。第２層１６の厚みは、第３単位層１７の厚みの２．０倍以上で効果が高く、４．０倍以上がより効果が高く、１０．０倍以上が更に効果が高い。第２層１６の厚みは、第３単位層１７の厚みの５００倍以下で効果が高く、１２０倍以下がより効果が高く、５０倍以下が更に効果が高い。第２層１６の厚みは、第３単位層１７の厚みの２．０倍以上５００倍以下で効果が高く、４．０倍以上１２０倍以下がより効果が高く、１０．０倍以上５０倍以下が更に効果が高い。
　第２層１６の組成が第３単位層１７の組成と同一である場合、第２層１６の厚みは０．１μｍ以上で効果が高い。第２層１６の厚みが０．１μｍ未満であると、第２層１６を第３単位層１７と同一の組成とすることによる耐剥離性の向上効果を得難い傾向にある。第２層１６の組成は、第３単位層１７の組成と同一である場合、第２層１６の厚みは０．３μｍ以上であることがより効果が高く、０．４μｍ以上であることが更に効果が高い。第２層１６の厚みの上限値は特に限定されないが、２μｍを超えると、上述の耐剥離性の更なる向上が認められない傾向にある。よって、コスト面を考慮すると、第２層１６の厚みは２μｍ以下で効果が高い。
　第２層１６の組成が第３単位層１７の組成と同一である場合、図８に示されるように、第２層１６の直上に第１単位層１２が積層されてもよい。また、図９に示されるように、第２層１６の直上に第３単位層１７が積層されてもよい。第２層１６の組成は、第３単位層１７の組成と同一である場合で、かつ該第２層１６の直上に第３単位層１７が積層された場合、第２層１６と第３単位層１７とは連続した結晶構造を有する。
　［実施形態３：切削工具の製造方法］
　実施形態３では、実施形態１または実施形態２の切削工具１の製造方法について説明する。該製造方法は、基材２を準備する第１工程と、該基材２上に被膜３を形成する第２工程とを備える。第２工程は、第１層１３または第１Ａ層１３Ａを形成する工程を含む。各工程の詳細について、以下に説明する。
　＜第１工程＞
　第１工程では、基材２を準備する。基材２は、実施形態１に記載の基材２を用いることができる。
　基材２として超硬合金を用いる場合は、市販の基材を用いてもよく、一般的な粉末冶金法で製造してもよい。一般的な粉末冶金法で製造する場合、ボールミル等によってＷＣ粉末とＣｏ粉末等とを混合して混合粉末を得る。該混合粉末を乾燥した後、所定の形状に成形して成形体を得る。さらに該成形体を焼結することにより、ＷＣ－Ｃｏ系超硬合金（焼結体）を得る。次いで該焼結体に対して、ホーニング処理等の所定の刃先加工を施すことにより、ＷＣ－Ｃｏ系超硬合金からなる基材を製造することができる。上記以外の基材であっても、この種の基材として従来公知のものであればいずれも準備可能である。
　＜第２工程＞
　第２工程では、基材２上に被膜３を形成する。第２工程は、第１層１３または第１Ａ層１３Ａを形成する工程を含む。
　「第１層を形成する工程」では、物理蒸着（Ｐｈｙｓｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；ＰＶＤ）法を用いて、第１単位層１２と、第２単位層１５とを交互に積層することにより第１層１３を形成する。また、「第１Ａ層を形成する工程」では、ＰＶＤ法を用いて、第１単位層１２と、第３単位層１７とを交互に積層することにより第１Ａ層１３Ａを形成する。第１層１３または第１Ａ層１３Ａを含む被膜３の耐摩耗性を向上させるためには、結晶性の高い化合物からなる層を形成することで効果が高い。本発明者らは、第１層１３および第１Ａ層１３Ａの形成方法として種々の方法を検討した結果、物理的蒸着法を用いると効果が高いことを見出した。
　ＰＶＤ法としては、カソードアークイオンプレーティング法、バランスドマグネトロンスパッタリング法、アンバランスドマグネトロンスパッタリング法、および、ＨｉＰＩＭＳ法からなる群より選択される少なくとも１種を用いることができる。特に、原料元素のイオン化率の高いカソードアークイオンプレーティング法を用いてもよい。カソードアークイオンプレーティング法を用いた場合には、第１層１３または第１Ａ層１３Ａを形成する前に、基材２の表面に対して金属のイオンボンバードメント処理が可能となるため、基材２と、第１層１３または第１Ａ層１３Ａを含む被膜３との密着性が格段に向上する。
　カソードアークイオンプレーティング法は、例えば、装置内に基材２を設置するとともにカソードとしてターゲットを設置した後に、ターゲットに高電圧を印加してアーク放電を生じさせることによってターゲットを構成する原子をイオン化して蒸発させて、基材２上に物質を堆積させることにより行なうことができる。
　バランスドマグネトロンスパッタリング法は、例えば、装置内に基材２を設置するとともに、平衡な磁場を形成する磁石を備えたマグネトロン電極上にターゲットを設置し、マグネトロン電極と基材２との間に高周波電力を印加してガスプラズマを発生させ、このガスプラズマの発生により生じたガスのイオンをターゲットに衝突させてターゲットから放出された原子を基材２上に堆積させることにより行うことができる。
　アンバランストマグネトロンスパッタリング法は、例えば、上記のバランスドマグネトロンスパッタリング法におけるマグネトロン電極により発生する磁場を非平衡にして行なうことができる。さらに高電圧を印可でき緻密な膜が得られるＨｉＰＩＭＳ法を用いることもできる。
　＜その他の工程＞
　第２工程は、第１層１３または第１Ａ層１３Ａを形成する工程に加えて、表面研削、ショットブラストなどの表面処理工程を含むことができる。また、第２工程は、第２層１６、第３層１４および中間層等の他の層を形成する工程を含むことができる。他の層は、従来公知の化学気相蒸着法や物理的蒸着法により形成することができる。一つの物理的蒸着装置内において、他の層を、第１単位層１２と、第２単位層１５または第３単位層１７と連続的に形成できるという観点から、他の層は物理的蒸着法により形成することが効果が高い。
　本実施の形態を実施例によりさらに具体的に説明する。ただし、これらの実施例により本実施の形態が限定されるものではない。
　［実施例１］
　＜試料１－１～試料１－２４、試料１－１０１～試料１－１０９＞
　≪切削工具の作製≫
　図１１は、本実施例で用いたカソードアークイオンプレーティング装置の模式的な断面図であり、図１２は、図１１の装置の概略上面図である。
　図１１および図１２の装置において、チャンバ１０１内に、被膜３の金属原料となる合金製ターゲットである第１単位層用のカソード１０６、第２単位層用のカソード１０７および第３層用のカソード１２０と、基材を設置するための回転式の基材ホルダ１０４とが取り付けられている。試料１－２２～試料１－２４で用いる装置では、チャンバ１０１内に、さらに、第２層用のカソード（図示せず）も取り付けられている。第２層用のカソードの組成は、表１および表２の第２層の組成が得られるように調整してある。カソード１０６にはアーク電源１０８が取り付けられ、カソード１０７にはアーク電源１０９が取り付けられている。また、基材ホルダ１０４には、バイアス電源１１０が取り付けられている。また、チャンバ１０１内には、ガス１０５が導入されるガス導入口が設けられるとともにチャンバ１０１内の圧力を調節するためにガス排出口１０３が設けられており、ガス排出口１０３から真空ポンプによりチャンバ１０１内のガスを吸引できる構造となっている。
　基材ホルダ１０４に、基材としてグレードがＪＩＳ規格Ｐ３０の超硬合金であって、形状がＪＩＳ規格のＣＮＭＧ１２０４０８のチップと住友電工ハードメタル株式会社製ＳＥＭＴ１３Ｔ３ＡＧＳＮのチップとを装着した。
　次に、真空ポンプによりチャンバ１０１内を減圧するとともに、基材を回転させながら装置内に設置されたヒータにより温度を５００℃に加熱し、チャンバ１０１内の圧力が１．０×１０－４Ｐａとなるまで真空引きを行なった。次に、ガス導入口からアルゴンガスを導入してチャンバ１０１内の圧力を２．０Ｐａに保持し、バイアス電源１１０の電圧を徐々に上げながら－１０００Ｖとし、基材の表面のクリーニングを１５分間行なった。その後、チャンバ１０１内からアルゴンガスを排気することによって基材を洗浄した（アルゴンボンバード処理）。以上によって、各試料の切削工具の基材を準備した。
　次に、基材を中央で回転させた状態で、反応ガスとして窒素を導入しながら、基材の温度を５００℃、反応ガス圧を２．０Ｐａ、バイアス電源１１０の電圧を－５０Ｖ～－２００Ｖの範囲のある一定値に維持したまま、カソード１０６、１０７にそれぞれ１２０Ａのアーク電流を供給することによって、カソード１０６、１０７から金属イオンを発生させて、基材上に表１および表２に示される組成を有する第２層および第１層を形成した。なお、カソード１０６の組成は、表１および表２の第１単位層の組成が得られるように調整してある。また、カソード１０７の組成は、表１および表２の第２単位層の組成が得られるように調整してある。
　第２層が形成されている場合、第１層は、該第２層上に第１単位層と第２単位層とを１層ずつ交互に、表１および表２に示される積層数をそれぞれ積層することにより形成した。第２層が形成されていない場合、第１層は、基材上に第１単位層と第２単位層とを１層ずつ交互に、表１および表２に示される積層数をそれぞれ積層することにより形成した。また、第２層の厚み、第１層中における第１単位層および第２単位層のそれぞれの厚みおよび積層数は、基材の回転速度で調整した。そして、第２層および第１層の厚みがそれぞれ表１および表２に示される厚みとなったところで蒸発源に供給する電流をストップした。
　次に、チャンバ１０１内に反応ガスとして窒素とメタンガスとを導入しながら、基材の温度を４００℃、反応ガス圧を２．０Ｐａ、バイアス電源１１０の電圧を－３００Ｖに維持したまま、カソード１２０に１００Ａのアーク電流を供給することによって、カソード１２０から金属イオンを発生させて、第１層上に第３層を形成した。第３層の厚みが表１および表２に示される厚みとなったところで蒸発源に供給する電流をストップした。なお、カソード１２０の組成は、表１および表２の第３層の組成が得られるように調整してある。窒素の導入量とメタンガスの導入量は、表１および表２の第３層の組成が得られるように調整した。以上により、各試料の切削工具が作製された。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　≪評価≫
　各試料に係る切削工具について、第１単位層の組成、第２単位層の組成、第２層の組成、第３層の組成、積層数、第１単位層の平均厚み、第２単位層の平均厚み、第１層の厚み、第２層の厚み、第３層の厚み、およびλ１／λ２を測定した。
　＜第１単位層の組成の測定＞
　各試料の切削工具について、第１単位層の組成を実施形態１に記載の方法により測定し、ＡｌａＣｒ１－ａ－ｂＣｅｂＮにおけるａおよびｂの値を得た。結果を表１および表２の「第１単位層」の「ａ」および「ｂ」欄に記す。表１および表２において、「ａ」の欄および「ｂ」の欄に「－」と記載されている場合は、第１単位層が存在しないことを意味する。
　＜第２単位層の組成の測定＞
　各試料の切削工具について、第２単位層の組成を実施形態１に記載の方法により測定し、ＡｌｃＴｉ１－ｃＮにおけるｃの値を得た。結果を表１および表２の「第２単位層」の「ｃ」の欄に記す。表１および表２において、「ｃ」の欄に「－」と記載されている場合は、第２単位層が存在しないことを意味する。
　＜第２層の組成および第３層の組成の測定＞
　各試料の切削工具について、第２層および第３層の組成を実施形態１に記載の方法により求めた。結果を表１および表２の「第２層」の「組成」欄、「第３層」の「組成」欄に記す。表１および表２の「第２層」の「組成」欄に「－」と記載されている場合は、第２層が存在しないことを意味し、「第３層」の「組成」欄に「－」と記載されている場合は、第３層が存在しないことを意味する。
　＜積層数の測定＞
　各試料の切削工具について、第１単位層および第２単位層のそれぞれの積層数を実施形態１に記載の方法により求めた。例えば、積層数が１０とは、第１単位層が１０層および第２単位層が１０層積層されていることを示す。得られた結果をそれぞれ表１および表２の「第１層」の「積層数」の欄に記す。
　＜第１単位層の平均厚み、第２単位層の平均厚み、第１層の厚み、第２層の厚み、および第３層の厚みの測定＞
　各試料の切削工具について、第１単位層の平均厚み、第２単位層の平均厚み、第１層の厚み、第２層の厚み、および第３層の厚みを実施形態１に記載の方法により求めた。得られた結果を表１および表２の「第１単位層」の「平均厚み［μｍ］」、「第２単位層」の「平均厚み［μｍ］」、「第１層」の「厚み［μｍ］」、「第２層」の「厚み［μｍ］」欄に記す。表１および表２の「第２層」の「厚み［μｍ］」欄に「－」と記載されている場合は、第２層が存在しないことを意味する。表１および表２の「第３層」の「厚み［μｍ］」欄に「－」と記載されている場合は、第３層が存在しないことを意味する。
　＜λ１／λ２の測定＞
　各試料の切削工具について、λ１／λ２を実施形態１に記載の方法により求めた。得られた結果をそれぞれ表１および表２の「λ１／λ２」の欄に記す。なお、表１および表２の「λ１／λ２」欄「－」と記載されている場合は、第１単位層および第２単位層のうち少なくとも何れかが存在しないことを意味する。
　＜切削試験１：連続旋削試験＞
　各試料のＣＮＭＧ１２０４０８形状の切削工具について、以下の切削条件で乾式の連続旋削試験を実行し、刃先の逃げ面摩耗量が０．２ｍｍになるまでの時間を測定した。結果を表１および表２の「切削試験１」の「切削時間［分］」の欄に記す。切削時間が長いことは、工具寿命が長いことを示す。
　≪切削条件≫
　・被削材：ＳＣＭ４４０（ＨＢ＝３００）
　・切削速度：２５０ｍ／ｍｉｎ
　・送り速度：０．３ｍｍ／ｒｅｖ
　・切り込み：２．０ｍｍ
　・クーラント：ドライ
　上記切削条件で実行される切削加工は、難削材の高速高能率加工であり、刃先温度が高い条件下で実行される切削加工に該当する。
　試料１－１～試料１－２４の切削工具は実施例に該当し、試料１－１０１～試料１－１０９の切削工具は比較例に該当する。試料１－１～試料１－２４の切削工具は、試料１－１０１～試料１－１０９の切削工具に比べて、刃先温度が高い条件下で実行される切削加工において、長い工具寿命を有することが確認された。
　＜切削試験２：フライス試験＞
　各試料のＳＥＭＴ１３Ｔ３ＡＧＳＮ形状の切削工具について、難削材からなる幅１５０ｍｍの板の中心線と、それより幅の広いφ１６０ｍｍのカッターの中心を合わせて、以下の切削条件で表面フライス削りを実行し、刃先の逃げ面摩耗量が０．２ｍｍになるまでの切削長を測定した。結果を表１および表２の「切削試験２」の「切削長［ｋｍ］」の欄に記す。切削長が長いことは、工具寿命が長いことを示す。
　≪切削条件≫
　・被削材：ＳＫＤ１１（ＨＢ＝２３５）
　・切削速度：１８０ｍ／ｍｉｎ
　・送り速度：０．１５ｍｍ／ｔ
　・軸方向切り込みａｐ：１．５ｍｍ
　・径方向切り込みａｅ：１５０ｍｍ
　・クーラント：ドライ
　上記切削条件で実行される切削加工は、難削材の高速高能率およびドライ条件下のフライス加工であり、刃先温度が高い条件下で実行される切削加工に該当する。
　試料１－１～試料１－２４の切削工具は実施例に該当し、試料１－１０１～試料１－１０９の切削工具は比較例に該当する。試料１－１～試料１－２４の切削工具は、試料１－１０１～試料１－１０９の切削工具に比べて、刃先温度が高い条件下で実行される切削加工において、長い工具寿命を有することが確認された。
　［実施例２］
　＜試料２－１～試料２－１９、試料２－１０１～試料２－１１１＞
　≪切削工具の作製≫
　実施例１と同様の方法で、各試料の基材を準備した。基材を中央で回転させた状態で、反応ガスとして窒素を導入しながら、基材の温度を５００℃、反応ガス圧を２．０Ｐａ、バイアス電源１１０の電圧を－５０Ｖ～－２００Ｖの範囲のある一定値に維持したまま、カソード１０６、１０７にそれぞれ１２０Ａのアーク電流を供給することによって、カソード１０６、１０７から金属イオンを発生させて、基材上に表３および表４に示される組成を有する第２層および第１Ａ層を形成した。なお、カソード１０６の組成は、表３および表４の第１単位層の組成が得られるように調整してある。また、カソード１０７の組成は、表３および表４の第３単位層の組成が得られるように調整してある。
　第２層が形成されている場合、第１Ａ層は、該第２層上に第１単位層と第３単位層とを１層ずつ交互に、表３および表４に示される積層数をそれぞれ積層することにより形成した。第２層が形成されていない場合、第１Ａ層は、基材上に第１単位層と第３単位層とを１層ずつ交互に、表３および表４に示される積層数をそれぞれ積層することにより形成した。また、第２層の厚み、第１Ａ層中における第１単位層および第３単位層のそれぞれの厚みおよび積層数は、基材の回転速度で調整した。そして、第２層および第１Ａ層の厚みがそれぞれ表３および表４に示される厚みとなったところで蒸発源に供給する電流をストップした。
　次に、チャンバ１０１内に反応ガスとして窒素とメタンガスとを導入しながら、基材の温度を４００℃、反応ガス圧を２．０Ｐａ、バイアス電源１１０の電圧を－３００Ｖに維持したまま、カソード１２０に１００Ａのアーク電流を供給することによって、カソード１２０から金属イオンを発生させて、第１Ａ層上に第３層を形成した。第３層の厚みが表３および表４に示される厚みとなったところで蒸発源に供給する電流をストップした。なお、カソード１２０の組成は、表３および表４の第３層の組成が得られるように調整してある。窒素の導入量とメタンガスの導入量は、表３および表４の第３層の組成が得られるように調整した。以上により、各試料の切削工具が作製された。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　≪評価≫
　各試料に係る切削工具について、第１単位層の組成、第３単位層の組成、第２層の組成、第３層の組成、積層数、第１単位層の平均厚み、第３単位層の平均厚み、第１Ａ層の厚み、第２層の厚み、第３層の厚み、およびλ１／λ３を測定した。それぞれの項目の測定方法は実施例１に記載の通りである。結果を表３および表４に示す。
　＜切削試験３：連続旋削試験＞
　各試料のＣＮＭＧ１２０４０８形状の切削工具について、以下の切削条件で乾式の連続旋削試験を実行し、刃先の逃げ面摩耗量が０．２ｍｍになるまでの時間を測定した。結果を表３および表４の「切削試験３」の「切削時間［分］」の欄に記す。なお、表３および表４において、切削時間が長いことは、工具寿命が長いことを示す。
　（切削条件）
　・被削材：インコネル７１８（時効材：ＨＢ＝４００）
　・切削速度：６５ｍ／ｍｉｎ
　・送り速度：０．１５ｍｍ／ｒｅｖ
　・切り込み：１．０ｍｍ
　・クーラント：ドライ
　上記切削条件で実行される切削加工は、難削材の高速高能率加工であり、刃先温度が高い条件下で実行される切削加工に該当する。
　試料２－１～試料２－１９の切削工具は実施例に該当し、試料２－１０１～試料２－１１１の切削工具は比較例に該当する。試料２－１～試料２－１９の切削工具は、試料２－１０１～試料２－１１１の切削工具に比べて、刃先温度が高い条件下で実行される切削加工において、長い工具寿命を有することが確認された。
　＜切削試験４：フライス試験＞
　各試料のＳＥＭＴ１３Ｔ３ＡＧＳＮ形状の切削工具について、難削材からなる幅１５０ｍｍの板の中心線と、それより幅の広いφ１６０ｍｍのカッターの中心を合わせて、以下の切削条件で表面フライス削りを実行し、刃先の逃げ面摩耗量が０．２ｍｍになるまでの切削長を測定した。結果を表３および表４の「切削試験４」の「切削長［ｋｍ］」の欄に記す。なお、表３および表４において、切削長が長いことは、工具寿命が長いことを示す。
　≪切削条件≫
　・被削材：ＦＣＤ７００（ＨＢ＝２５０）
　・切削速度：２５０ｍ／ｍｉｎ
　・送り速度：０．２ｍｍ／ｔ
　・軸方向切り込みａｐ：２．０ｍｍ
　・径方向切り込みａｅ：１５０ｍｍ
　・クーラント：ドライ
　上記切削条件で実行される切削加工は、難削材の高速高能率およびドライ条件下のフライス加工であり、刃先温度が高い条件下で実行される切削加工に該当する。
　試料２－１～試料２－１９の切削工具は実施例に該当し、試料２－１０１～試料２－１１１の切削工具は比較例に該当する。試料２－１～試料２－１９の切削工具は、試料２－１０１～試料２－１１１の切削工具に比べて、刃先温度が高い条件下で実行される切削加工において、長い工具寿命を有することが確認された。
　以上のように本開示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および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態および実施例ではなく請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
　１　切削工具、２　基材、３　被膜、１２　第１単位層、１３　第１層、１３Ａ　第１Ａ層、１４　第３層、１５　第２単位層、１６　第２層、１７　第３単位層、１０１　チャンバ、１０３　ガス排出口、１０４　基材ホルダ、１０５　ガス、１０６，１０７，１２０　カソード、１０８，１０９　アーク電源、１１０　バイアス電源。

Claims (16)

  1. 　基材と、前記基材上に配置された被膜と、を備える切削工具であって、
    　前記被膜は、第１層を含み、
    　前記第１層は、第１単位層と第２単位層とが交互に積層された交互層からなり、
    　前記第１単位層は、ＡｌａＣｒ１－ａ－ｂＣｅｂＮからなり、
    　前記ａは、０．４００以上０．８００以下であり、
    　前記ｂは、０．００１以上０．１００以下であり、
    　前記第２単位層は、ＡｌｃＴｉ１－ｃＮからなり、
    　前記ｃは、０．３０以上０．７５以下であり、
    　前記ａおよび前記ｃは、ａ＞ｃの関係を満たす、切削工具。
  2. 　前記第１単位層と、前記第１単位層に隣接する前記第２単位層とにおいて、前記第２単位層の厚みλ２に対する、前記第１単位層の厚みλ１の比λ１／λ２は、１．０以上５．０以下である、請求項１に記載の切削工具。
  3. 　前記第１単位層の平均厚みは、０．００２μｍ以上０．２μｍ以下であり、
    　前記第２単位層の平均厚みは、０．００２μｍ以上０．２μｍ以下である、請求項１または請求項２に記載の切削工具。
  4. 　前記被膜は、前記基材と、前記第１層との間に配置される第２層を更に含み、
    　前記第２層の組成は、前記第１単位層の組成または前記第２単位層の組成と同一である、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の切削工具。
  5. 　前記第２層の組成は、前記第１単位層の組成と同一であり、
    　前記第２層の厚みは、前記第１単位層の厚みより厚い、請求項４に記載の切削工具。
  6. 　前記第２層の組成は、前記第２単位層の組成と同一であり、
    　前記第２層の厚みは、前記第２単位層の厚みより厚い、請求項４に記載の切削工具。
  7. 　前記被膜は、前記第１層の前記基材と反対側に設けられる第３層を更に含み、
    　前記第３層は、ＡｌＣｒＣｅＣＮからなる、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の切削工具。
  8. 　基材と、前記基材上に配置された被膜と、を備える切削工具であって、
    　前記被膜は、第１Ａ層を含み、
    　前記第１Ａ層は、第１単位層と第３単位層とが交互に積層された交互層からなり、
    　前記第１単位層は、ＡｌａＣｒ１－ａ－ｂＣｅｂＮからなり、
    　前記ａは、０．４００以上０．８００以下であり、
    　前記ｂは、０．００１以上０．１００以下であり、
    　前記第３単位層は、ＡｌｄＴｉ１－ｄ－ｅＭｅＮからなり、
    　前記Ｍは、珪素または硼素であり、
    　前記ｄは、０．３０以上０．７５以下であり、
    　前記ｅは、０超０．０５以下であり、
    　前記ａおよび前記ｄは、ａ＞ｄの関係を満たす、切削工具。
  9. 　前記第１単位層と、前記第１単位層に隣接する前記第３単位層とにおいて、前記第３単位層の厚みλ３に対する、前記第１単位層の厚みλ１の比λ１／λ３は、１．０以上５．０以下である、請求項８に記載の切削工具。
  10. 　前記Ｍは、珪素である、請求項８または請求項９に記載の切削工具。
  11. 　前記Ｍは、硼素である、請求項８または請求項９に記載の切削工具。
  12. 　前記第１単位層の平均厚みは、０．００２μｍ以上０．２μｍ以下であり、
    　前記第３単位層の平均厚みは、０．００２μｍ以上０．２μｍ以下である、請求項８から請求項１１のいずれか一項に記載の切削工具。
  13. 　前記被膜は、前記基材と、前記第１Ａ層との間に配置される第２層を更に含み、
    　前記第２層の組成は、前記第１単位層の組成または前記第３単位層の組成と同一である、請求項８から請求項１２のいずれか一項に記載の切削工具。
  14. 　前記第２層の組成は、前記第１単位層の組成と同一であり、
    　前記第２層の厚みは、前記第１単位層の厚みより厚い、請求項１３に記載の切削工具。
  15. 　前記第２層の組成は、前記第３単位層の組成と同一であり、
    　前記第２層の厚みは、前記第３単位層の厚みより厚い、請求項１３に記載の切削工具。
  16. 　前記被膜は、前記第１Ａ層の前記基材と反対側に設けられる第３層を更に含み、
    　前記第３層は、ＡｌＣｒＣｅＣＮからなる、請求項８から請求項１５のいずれか一項に記載の切削工具。
PCT/JP2022/038391 2022-10-14 2022-10-14 切削工具 WO2024079889A1 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP22961213.0A EP4400236A4 (en) 2022-10-14 2022-10-14 CUTTING TOOL
JP2023521142A JP7409561B1 (ja) 2022-10-14 2022-10-14 切削工具
PCT/JP2022/038391 WO2024079889A1 (ja) 2022-10-14 2022-10-14 切削工具
CN202280071108.2A CN118201729A (zh) 2022-10-14 2022-10-14 切削工具

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2022/038391 WO2024079889A1 (ja) 2022-10-14 2022-10-14 切削工具

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2024079889A1 true WO2024079889A1 (ja) 2024-04-18

Family

ID=89451914

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2022/038391 WO2024079889A1 (ja) 2022-10-14 2022-10-14 切削工具

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP4400236A4 (ja)
JP (1) JP7409561B1 (ja)
CN (1) CN118201729A (ja)
WO (1) WO2024079889A1 (ja)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09300105A (ja) 1996-05-21 1997-11-25 Hitachi Tool Eng Ltd 表面被覆超硬合金製スローアウェイインサート
JP2004269985A (ja) * 2003-03-10 2004-09-30 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 硬質皮膜
JP2005022023A (ja) * 2003-07-01 2005-01-27 Mitsubishi Materials Corp 重切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆立方晶窒化硼素基焼結材料製切削工具
JP2017064845A (ja) 2015-09-30 2017-04-06 三菱マテリアル株式会社 耐チッピング性、耐摩耗性にすぐれた表面被覆切削工具

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6222675B2 (ja) * 2016-03-28 2017-11-01 住友電工ハードメタル株式会社 表面被覆切削工具、およびその製造方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09300105A (ja) 1996-05-21 1997-11-25 Hitachi Tool Eng Ltd 表面被覆超硬合金製スローアウェイインサート
JP2004269985A (ja) * 2003-03-10 2004-09-30 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 硬質皮膜
JP2005022023A (ja) * 2003-07-01 2005-01-27 Mitsubishi Materials Corp 重切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆立方晶窒化硼素基焼結材料製切削工具
JP2017064845A (ja) 2015-09-30 2017-04-06 三菱マテリアル株式会社 耐チッピング性、耐摩耗性にすぐれた表面被覆切削工具

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP4400236A4

Also Published As

Publication number Publication date
CN118201729A (zh) 2024-06-14
EP4400236A4 (en) 2024-12-25
EP4400236A1 (en) 2024-07-17
JPWO2024079889A1 (ja) 2024-04-18
JP7409561B1 (ja) 2024-01-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2015037834A (ja) 表面被覆切削工具
JP5395454B2 (ja) 表面被覆切削工具
WO2019171648A1 (ja) 表面被覆切削工具及びその製造方法
JP5416429B2 (ja) 表面被覆切削工具
WO2019171653A1 (ja) 表面被覆切削工具及びその製造方法
JP7420317B1 (ja) 切削工具
WO2024079891A1 (ja) 切削工具
JP7409561B1 (ja) 切削工具
JP7537627B1 (ja) 切削工具
JP7537628B1 (ja) 切削工具
JP7537630B1 (ja) 切削工具
JP7537631B1 (ja) 切削工具
WO2024062613A1 (ja) 切削工具
JP7409554B1 (ja) 切削工具
JP7409553B1 (ja) 切削工具

Legal Events

Date Code Title Description
ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2023521142

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2022961213

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 202280071108.2

Country of ref document: CN

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2022961213

Country of ref document: EP

Effective date: 20240411

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 22961213

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1