切削工具的制作方法

1.本公开涉及切削工具。

背景技术：

2.一直以来，使用在基材上形成有覆膜的切削工具。具有α型晶体结构的氧化铝(以下也记为“α-al2o
3”)的机械特性优异，因此被用作覆膜材料(日本特开平6-316758号公报(专利文献1)、日本特开2013-111720号公报(专利文献2))。
3.现有技术文献
4.专利文献
5.专利文献1：日本特开平6-316758号公报
6.专利文献2：日本特开2013-111720号公报

技术实现要素：

7.本公开的切削工具具备：
8.基材、和配置在所述基材上的覆膜，
9.所述覆膜包含α-al2o3层，
10.所述α-al2o3层由多个α-al2o3粒子构成，
11.所述α-al2o3层包含第1区域、第2区域及第3区域，
12.所述第1区域是夹在所述α-al2o3层的所述基材侧的界面p1与从所述界面p1向所述覆膜的表面侧距离0.5μm的虚拟面s1之间的区域，
13.所述第2区域是夹在所述虚拟面s1与从所述虚拟面s1向所述覆膜的表面侧距离1.0μm的虚拟面s2之间的区域，
14.所述第3区域是夹在所述α-al2o3层的表面p2或所述α-al2o3层的所述覆膜的表面侧的界面p3与从所述表面p2或所述界面p3向所述基材侧距离1.0μm的虚拟面s3之间的区域，
15.所述第1区域中的所述α-al2o3粒子的平均粒径a为0.10μm以上0.30μm以下，
16.所述第2区域中的所述α-al2o3粒子的平均粒径b为0.30μm以上0.50μm以下，
17.所述第3区域中的所述α-al2o3粒子的平均粒径c为0.50μm以上1.50μm以下，
18.所述a与所述b之比b/a为1.5以上5.0以下。
附图说明
19.[图1]图1为示出实施方式1涉及的切削工具的剖面的一个例子的示意图。
[0020]
[图2]图2为示出实施方式1涉及的切削工具的剖面的其他例子的示意图。
[0021]
[图3]图3为示出实施方式1涉及的切削工具的剖面的其他例子的示意图。
[0022]
[图4]图4为示出实施方式1涉及的切削工具的剖面的其他例子的示意图。
[0023]
[图5]图5为示意性地示出α-al2o3层的背散射电子图像的一个例子的图。
[0024]
[图6]图6为说明α-al2o3层的平均粒径的测定方法的图。
[0025]
[图7]图7为说明α-al2o3层的平均粒径的测定方法的图。
具体实施方式
[0026]
[本公开所要解决的课题]
[0027]
近年来，由于被切削材料的难切削化和高效加工的要求，施加在工具切削刃上的负荷倾向于增大。因此，需要即使在合金钢的高效加工中也具有长的工具寿命的工具。
[0028]
因此，本公开的目的在于提供一种即使在合金钢的高效加工中也具有长的工具寿命的工具。
[0029]
[本公开的效果]
[0030]
本公开的切削工具即使在合金钢的高效加工中也可以具有长的工具寿命。
[0031]
[本公开的实施方式的说明]
[0032]
首先，列出本公开的实施方式并进行说明。
[0033]
(1)本公开的切削工具具备：
[0034]
基材、和配置在所述基材上的覆膜，
[0035]
所述覆膜包含α-al2o3层，
[0036]
所述α-al2o3层由多个α-al2o3粒子构成，
[0037]
所述α-al2o3层包含第1区域、第2区域及第3区域，
[0038]
所述第1区域是夹在所述α-al2o3层的所述基材侧的界面p1与从所述界面p1向所述覆膜的表面侧距离0.5μm的虚拟面s1之间的区域，
[0039]
所述第2区域是夹在所述虚拟面s1与从所述虚拟面s1向所述覆膜的表面侧距离1.0μm的虚拟面s2之间的区域，
[0040]
所述第3区域是夹在所述α-al2o3层的表面p2或所述α-al2o3层的所述覆膜的表面侧的界面p3与从所述表面p2或所述界面p3向所述基材侧距离1.0μm的虚拟面s3之间的区域，
[0041]
所述第1区域中的所述α-al2o3粒子的平均粒径a为0.10μm以上0.30μm以下，
[0042]
所述第2区域中的所述α-al2o3粒子的平均粒径b为0.30μm以上0.50μm以下，
[0043]
所述第3区域中的所述α-al2o3粒子的平均粒径c为0.50μm以上1.50μm以下，
[0044]
所述a与所述b之比b/a为1.5以上5.0以下。
[0045]
本公开的切削工具即使在合金钢的高效加工中也可以具有长的工具寿命。
[0046]
(2)所述平均粒径c优选为0.50μm以上1.20μm以下。由此，切削工具的耐磨性提高。
[0047]
(3)所述b/a优选为1.5以上2.5以下。由此，第1区域与第2区域之间的密合力提高，耐缺损性提高。
[0048]
(4)所述α-al2o3层的平均厚度优选为3μm以上15μm以下。由此，可以兼具优异的耐磨性和耐缺损性。
[0049]
(5)所述α-al2o3层的定向性指数tc(h k l)中的tc(0 0 12)优选为3以上。由此，切削工具的耐磨性提高。
[0050]
[本公开的实施方式的详细说明]
[0051]
本发明人等在开发即使在合金钢的高效加工中也可以具有长的工具寿命的工具
时，使用专利文献1和专利文献2所记载的以往的切削工具进行合金钢的高效加工，并观察了加工后的工具的状态。
[0052]
在专利文献1中，磨损量较大。据推测，其原因在于，专利文献1中的氧化铝层的粒径为0.5μm～3μm，相对较大。
[0053]
专利文献2的工具倾向于容易产生缺损。据推测，其原因在于，在专利文献2中，氧化铝层的下部侧的粒径与表面侧的粒径相差较大，在下部侧与上部侧的边界处产生晶粒彼此之间的界面，该界面成为裂纹扩展的起点。
[0054]
本发明人等基于上述发现进行了深入研究，结果完成了具有优异的耐磨性和耐缺损性、且具有长的工具寿命的本公开的切削工具。以下，参照附图对本公开的切削工具的具体例进行说明。在本公开的附图中，相同的参照符号表示相同部分或相当部分。此外，为了使附图清晰和简化，适当地改变了长度、宽度、厚度、深度等尺寸关系，不一定表示实际的尺寸关系。
[0055]
在本说明书中，“a～b”形式的表述是指范围的上限下限(即a以上b以下)，在对a没有记载单位、而仅对b记载单位的情况下，a的单位与b的单位相同。
[0056]
在本说明书中，在由化学式表示化合物等的情况下，在没有特别限定原子比时，其包括以往公知的所有原子比，而不应仅限于化学计量范围内的原子比。例如，在记载为“ticn”的情况下，构成ticn的原子数的比包括以往公知的所有原子比。
[0057]
[实施方式1：切削工具]
[0058]
本公开的一个实施方式(以下也记为“本实施方式”)的切削工具具备：
[0059]
基材、和配置在该基材上的覆膜，
[0060]
该覆膜包含α-al2o3层，
[0061]
该α-al2o3层由多个α-al2o3粒子构成，
[0062]
该α-al2o3层包含第1区域、第2区域及第3区域，
[0063]
该第1区域是夹在该α-al2o3层的该基材侧的界面p1与从该界面p1向该覆膜的表面侧距离0.5μm的虚拟面s1之间的区域，
[0064]
该第2区域是夹在该虚拟面s1与从该虚拟面s1向该覆膜的表面侧距离1.0μm的虚拟面s2之间的区域，
[0065]
该第3区域是夹在该α-al2o3层的表面p2或该α-al2o3层的该覆膜的表面侧的界面p3与从该表面p2或该界面p3向该基材侧距离1.0μm的虚拟面s3之间的区域，
[0066]
该第1区域中的该α-al2o3粒子的平均粒径a为0.10μm以上0.30μm以下，
[0067]
该第2区域中的该α-al2o3粒子的平均粒径b为0.30μm以上0.50μm以下，
[0068]
该第3区域中的该α-al2o3粒子的平均粒径c为0.50μm以上1.50μm以下，
[0069]
该a与该b之比b/a为1.5以上5.0以下。
[0070]
本实施方式的切削工具即使在合金钢的高效加工中也可以具有长的工具寿命。其原因尚不清楚，但是据推测如下(i)～(iii)。
[0071]
(i)在本实施方式的切削工具中，α-al2o3层的第1区域中的α-al2o3粒子的平均粒径a(以下也记为“第1区域的平均粒径a”)小至0.10μm以上0.30μm以下。因此，α-al2o3层与接触于该α-al2o3层的基材侧的层(以下也记为“下底层”)、或接触于该α-al2o3层的基材之间的密合力较大。因此，在切削时，难以产生以α-al2o3层与下底层或基材的界面为起点的裂纹
扩展，从而切削工具具有优异的耐缺损性。此外，当第1区域的平均粒径a在上述范围内时，耐熔接剥离性提高。
[0072]
(ii)在本实施方式的切削工具中，α-al2o3层的第1区域的平均粒径a与第2区域中的α-al2o3粒子的平均粒径b(以下也记为“第2区域的平均粒径b”)之差较小，并且第2区域的平均粒径b与第3区域中的α-al2o3粒子的平均粒径c(以下也记为“第3区域的平均粒径c”)之差较小。因此，抑制了在第1区域与第2区域之间、及第2区域与第3区域之间因粒径差而产生的界面。在该α-al2o3层中，抑制了作为裂纹起点的界面的产生，因此第1区域、第2区域及第3区域之间的密合力增大，从而切削工具具有优异的耐缺损性。
[0073]
(iii)在本实施方式的切削工具中，在α-al2o3层内，α-al2o3粒子的粒径从基材侧朝向工具表面侧逐渐增大。因此，从工具表面开始的裂纹传播距离会变长，从而抑制了α-al2o3层的基材侧的裂纹的扩展。进一步，α-al2o3层的工具表面侧的第3区域的粒径为0.50μm以上1.50μm以下，因此抑制了从工具表面开始的裂纹的扩展。因此，切削工具具有优异的耐缺损性。
[0074]
(iv)在本实施方式的切削工具中，α-al2o3层的第3区域的平均粒径c为0.50μm以上1.50μm以下，因此切削工具具有优异的耐磨性。
[0075]
(v)在本实施方式的切削工具中，α-al2o3层的第1区域的平均粒径a与第2区域的平均粒径b之比b/a为1.5以上，平均粒径b大于平均粒径a，因此在第1区域和第2区域中，裂纹难以在覆膜的厚度方向上扩展，从而切削工具具有优异的耐缺损性。此外，b/a为5以下，平均粒径a与平均粒径b之差较小，因此抑制了因粒径差而产生的界面。在该α-al2o3层中，抑制了作为裂纹起点的界面的产生，因此第1区域与第2区域之间的密合力增大，从而切削工具具有优异的耐缺损性。
[0076]
(vi)如上述(i)～(v)所述，本实施方式的切削工具具有优异的耐缺损性和耐磨性，即使在合金钢的高效加工中也可以具有长的工具寿命。
[0077]
＜切削工具的构成＞
[0078]
如图1所示，本实施方式的切削工具1具备基材10和配置在该基材10上的覆膜15，该覆膜15包含α-al2o3层11。覆膜15优选被覆基材的前刀面的参与切削的部分的至少一部分，优选被覆基材的参与切削的部分的至少一部分，更优选被覆基材的整个表面。基材的参与切削的部分是指：在基材表面上距切削刃棱线的距离为1.5mm以内的区域。即使基材的一部分未被该覆膜被覆、或者覆膜的构成部分地不同，也不脱离本公开的范围。
[0079]
＜切削工具的用途＞
[0080]
本公开的切削工具例如可以为钻头、端铣刀(例如，球头端铣刀)、钻头用可转位切削刀片、端铣刀用可转位切削刀片、铣削加工用可转位切削刀片、车削加工用可转位切削刀片、金属锯、齿轮切削工具、铰刀、丝锥等。
[0081]
＜基材＞
[0082]
基材10包括前刀面和后刀面，只要是以往公知的基材，则可以使用任意基材作为该种基材。例如，优选为硬质合金(例如，wc-co系硬质合金等wc基硬质合金，该硬质合金可以含有ti、ta、nb等的碳氮化物)、金属陶瓷(以tic、tin、ticn等为主要成分的材料)、高速钢、陶瓷(碳化钛、碳化硅、氮化硅、氮化铝、氧化铝等)、立方氮化硼烧结体或金刚石烧结体中的任一者。
[0083]
在这些各种基材当中，优选选择硬质合金(特别是wc基硬质合金)或金属陶瓷(特别是ticn基金属陶瓷)。这些基材在高温下的硬度与强度的平衡性优异，从而作为上述用途的切削工具的基材具有优异的特性。在使用wc基硬质合金作为基材的情况下，其织构中可以包含游离碳及被称为η相或ε相的异常层等。
[0084]
进一步也可以对基材的表面进行改性。例如，在硬质合金的情况下，可以在其表面形成脱β层；或者在金属陶瓷的情况下，可以形成表面硬化层。即使对基材的表面进行改性，也能够表现出所期望的效果。
[0085]
在切削工具为可转位切削刀片等的情况下，基材可以具有断屑器(chip breaker)，也可以不具有。切削刃棱线部的形状可以采用以下任一种形状：锐边(前刀面与后刀面相交形成的棱)、珩磨边(对锐边赋予圆角而得的形状)、负刃带(negative land，倒角的形状)、或珩磨边和负刃带组合而得的形状。
[0086]
＜覆膜＞
[0087]
覆膜包含α-al2o3层。例如，覆膜可以包含1层以上的α-al2o3层、并且进一步由包含其他层的多层构成。
[0088]
除了α-al2o3层11以外，覆膜15还可以包含其他层。例如，如图2的切削工具21所示，覆膜25可以进一步包含配置在基材10与α-al2o3层11之间的下底层12。
[0089]
如图3的切削工具31所示，除了下底层12以外，覆膜35还可以包含配置在α-al2o3层11上的表面层13。
[0090]
如图4的切削工具41所示，除了下底层12和表面层13以外，覆膜45还可以进一步包含配置在下底层12与α-al2o3层11之间的中间层14。下底层、表面层及中间层的详细内容将后述。
[0091]
配置在基材上的覆膜整体的平均厚度优选为3μm以上30μm以下。由此，覆膜可以具有优异的耐磨性和耐剥离性。覆膜的平均厚度更优选为5μm以上25μm以下、进一步优选为8μm以上20μm以下。
[0092]
上述覆膜的厚度例如通过以下方法进行测定：获得与基材的表面的法线方向平行的剖面样品，并利用扫描透射电子显微镜(stem：scanning transmission electron microscopy)观察该样品。作为扫描透射电子显微镜，例如可以列举出“jeol ltd.”制造的jem-2100f(商品名)。
[0093]
在本说明书中提到“厚度”的情况下，该厚度是指平均厚度。具体而言，将剖面样品的观察倍率设为5000倍，在电子显微镜图像中设定(与基材表面平行的方向30μm)
×
(包含覆膜的整体厚度的距离)的矩形的测定视野，并在该视野中测定10处的厚度尺寸，将其平均值设为“厚度”。对于下述记载的下底层、中间层及表面层的厚度以及平均厚度，也同样地进行测定并计算。
[0094]
需要说明的是，经确认：在同一试样中，即使任意选择包括前刀面上的覆膜或后刀面上的覆膜的多个测定视野，并在该测定视野中进行上述测定，计算上述平均厚度，也可以得到同样的结果。
[0095]
＜α-al2o3层＞
[0096]
(α-al2o3层的构成)
[0097]
在本实施方式中，α-al2o3层由多个α-al2o3(晶体结构为α型的氧化铝)粒子构成。
即，α-al2o3层由多晶的α-al2o3构成。只要能够发挥本实施方式的效果，α-al2o3层可以含有不可避免的杂质等。即，只要不损害本公开的效果，允许α-al2o3层中含有其他成分。
[0098]
在本实施方式中，配置在基材10的前刀面上的α-al2o3层11包含：第1区域a1、第2区域a2及第3区域a3。在本说明书中，第1区域a1、第2区域a2及第3区域a3被定义为以下区域。
[0099]
第1区域a1是夹在α-al2o3层11的基材10侧的界面p1与从该界面p1向覆膜15的表面p2侧距离0.5μm的虚拟面s1之间的区域。在此，界面p1包含在第1区域a1中，而虚拟面s1不包含在第1区域a1中。
[0100]
第2区域a2是夹在虚拟面s1与从该虚拟面s1向覆膜15的表面p2侧距离1.0μm的虚拟面s2之间的区域。在此，虚拟面s1和虚拟面s2包含在第2区域a2中。
[0101]
在将α-al2o3层11配置在覆膜的最表面的情况下(例如，图1和图2)，第3区域a3是夹在α-al2o3层11的表面p2与从该表面p2向基材侧距离1.0μm的虚拟面s3之间的区域。在此，表面p2和虚拟面s3包含在第3区域a3中。
[0102]
在α-al2o3层11上配置有其他层(表面层)的情况下(例如，图3和图4)，第3区域a3是夹在α-al2o3层11的覆膜的表面侧的界面p3与从该界面p3向基材10侧距离1.0μm的虚拟面s3之间的区域。在此，界面p3和虚拟面s3包含在第3区域a3中。
[0103]
第2区域与第3区域可以接触。此外，也可以在第2区域与第3区域之间配置其他区域。在这种情况下，其他区域是夹在上述虚拟面s2与上述虚拟面s3之间的区域。
[0104]
(α-al2o3粒子的平均粒径)
[0105]
在本实施方式中，第1区域中的α-al2o3粒子的平均粒径a为0.10μm以上0.30μm以下，第2区域中的α-al2o3粒子的平均粒径b为0.30μm以上0.50μm以下，第3区域中的α-al2o3粒子的平均粒径c为0.50μm以上1.50μm以下，a与b之比b/a为1.5以上5.0以下。
[0106]
当第1区域的α-al2o3粒子的平均粒径a为0.10μm以上0.30μm以下时，α-al2o3层与接触于该α-al2o3层的基材侧的层或接触于该α-al2o3层的基材之间的密合力增大。因此，在切削时，难以产生以α-al2o3层与下底层或基材的界面为起点的裂纹扩展，切削工具具有优异的耐缺损性。从提高密合力和耐缺损性的观点来看，平均粒径a优选为0.12μm以上0.28μm以下、更优选为0.14μm以上0.26μm以下、进一步优选为0.16μm以上0.24μm以下。
[0107]
当第2区域的α-al2o3粒子的平均粒径b为0.30μm以上时，可以抑制从工具表面开始的裂纹扩展，从而提高耐缺损性。另一方面，当平均粒径b为0.50μm以下时，由于与第1区域的α-al2o3粒子的平均粒径a之差较小，因此可以抑制因第1区域与第2区域的粒径差而产生的界面。因此，难以产生以该界面为起点的裂纹扩展，抑制了第1区域与第2区域之间的密合力的降低，从而切削工具可以具有优异的耐缺损性。进一步，第2区域的α-al2o3粒子的平均粒径b与第3区域的α-al2o3粒子的平均粒径c之差较小，因此可以抑制因第2区域与第3区域的粒径差而产生的界面。因此，难以产生以该界面为起点的裂纹扩展，抑制了第2区域与第3区域之间的密合力的降低，从而切削工具可以具有优异的耐缺损性。从提高密合力和耐缺损性的观点来看，平均粒径b优选为0.32μm以上0.48μm以下、更优选为0.34μm以上0.46μm以下、进一步优选为0.36μm以上0.44μm以下。
[0108]
当第3区域的α-al2o3粒子的平均粒径c为0.50μm以上时，抑制了从工具表面开始的裂纹扩展，从而切削工具可以具有优异的耐缺损性。当平均粒径c为1.50μm以下时，切削工具的耐磨性提高。平均粒径c优选为0.50μm以上1.20μm以下、更优选为0.70μm以上1.20μm以
al2o3粒子的粒径的测定，而仅在α-al2o3层内进行α-al2o3粒子的粒径的测定，并计算出平均粒径a。
[0123]
在设定上述线l1时，如图7所示，本发明人在第1区域中的沿着前刀面的法线方向上距离基准线ls1 0.1μm以上且小于0.5μm的范围内设定通过间隔为0.1μm的位置的线la1～线ld1，并在每条线上及界面s1上对测定范围中所有的α-al2o3粒子的粒径进行测定，计算出这些的平均值。经该结果确认：在对应于线l1的线lb1上的平均粒径为0.10μm以上0.30μm以下的情况下，线la1～线ld1及界面s1上的平均粒径也为0.10μm以上0.30μm以下。据推测，其原因在于：在成核的初期阶段受下底的定向和凹凸的影响较大，因此al2o3晶体不是以柱状(或者剖面粒径朝向表面变大的状态)，而是以粒状(垂直/平行于界面的程度均等)生长。
[0124]
经确认：在同一切削工具中，即使任意选择不同的测定范围，并在该测定范围内进行上述测定，也可以得到同样的结果。经进一步确认：在不同的切削工具中，即使任意选择不同的测定范围，并在该测定范围内进行上述测定，也可以得到同样的结果。因此，线l1上的平均粒径为0.10μm以上0.30μm以下是指第1区域中的α-al2o3粒子的平均粒径a为0.10μm以上0.30μm以下。
[0125]
在设定上述线l2时，如图7所示，本发明人在第2区域中的沿着前刀面的法线方向上距离基准线ls1 0.5μm以上1.5μm以下的范围内设定通过间隔为0.2μm的位置的线la2～线lf2，并在每条线上对测定范围中所有的α-al2o3粒子的粒径进行测定，并计算出这些的平均值。经该结果确认：在对应于线l2的线ld2上的平均粒径为0.30μm以上0.50μm以下的情况下，线la2～线lf2上的平均粒径也为0.30μm以上0.50μm以下。其原因推测如下。第2区域是从成核向晶体生长的过渡区域。在第1区域中，除了气体条件以外，还受到下底的定向、凹凸等的影响而引起成核，但是在第2区域中，气体条件的影响处于优势地位，与第1区域不同的核(定向、形状等)处于优势地位。据推测：由成核而产生的晶体被淘汰，另一方面，在新的气体条件下生成稳定的核，因此整体的粒子数不会发生大的变化，且粒径的变化也不大。此外，在本公开中，通过调整第1区域和第2区域形成时的气体条件，使晶体的淘汰和成核平稳地过渡，从而在厚度方向上扩展第2区域并保持粒径。
[0126]
经确认：在同一切削工具中，即使任意选择不同的测定范围，并在该测定范围内进行上述测定，也可以得到同样的结果。经进一步确认：在不同的切削工具中，即使任意选择不同的测定范围，并在该测定范围内进行上述测定，也可以得到同样的结果。因此，线l2上的平均粒径为0.30μm以上0.50μm以下是指第2区域中的α-al2o3粒子的平均粒径b为0.30μm以上0.50μm以下。
[0127]
当设定上述线l3时，如图7所示，本发明人在第3区域中的沿着前刀面的法线方向上距离α-al2o3层的表面p2、或α-al2o3层的覆膜的表面侧的界面p3 0μm以上1.0μm以下的范围内，设定通过间隔为0.2μm的位置的线la3～线lf3，并在每条线上对测定范围中所有的α-al2o3粒子的粒径进行测定，并计算出这些的平均值。经该结果确认：在对应于线l3的线ld3上的平均粒径为0.50μm以上1.50μm以下的情况下，线la3～线lf3上的平均粒径也为0.50μm以上1.50μm以下。据推测，其原因在于：第3区域是完全晶体生长区域，晶体的数量变化较小。
[0128]
经确认：在同一切削工具中，即使任意选择不同的测定范围，并在该测定范围内进行上述测定，也可以得到同样的结果。经进一步确认：在不同的切削工具中，即使任意选择
不同的测定范围，并在该测定范围内进行上述测定，也可以得到同样的结果。因此，线l3上的平均粒径为0.50μm以上1.50μm以下是指第3区域中的α-al2o3粒子的平均粒径c为0.50μm以上1.50μm以下。
[0129]
经确认：在切削工具中，在第1区域中的α-al2o3粒子的平均粒径a为0.10μm以上0.30μm以下、第2区域中的α-al2o3粒子的平均粒径b为0.30μm以上0.50μm以下、第3区域中的α-al2o3粒子的平均粒径c为0.50μm以上1.50μm以下、并且a与b之比b/a为1.5以上5.0以下的情况下，即使线l2与线l3的距离发生变化，对效果也没有影响。
[0130]
鉴于上述，本实施方式的切削工具也可以表述如下。
[0131]
本公开的切削工具具备：
[0132]
基材、和配置在所述基材上的覆膜，
[0133]
该覆膜包含α-al2o3层，
[0134]
该α-al2o3层由多个α-al2o3粒子构成，
[0135]
在沿着该覆膜的表面的法线的剖面中，
[0136]
从以该基材与该α-al2o3层的界面为基准的基准线ls1向该α-al2o3层侧距离0.2μm的线l1上的该α-al2o3粒子的平均粒径为0.10μm以上0.30μm以下，
[0137]
从该基准线ls1向该α-al2o3层侧距离1.1μm的线l2上的该α-al2o3粒子的平均粒径为0.30μm以上0.50μm以下，
[0138]
从该α-al2o3层的表面p2、或该α-al2o3层的该覆膜的表面侧的界面p3向该α-al2o3层侧距离0.6μm的线l3上的α-al2o3粒子的平均粒径为0.50μm以上1.50μm以下，
[0139]
该a与该b之比b/a为1.5以上5.0以下。
[0140]
(b/a)
[0141]
在本实施方式的切削工具中，α-al2o3层的第1区域的平均粒径a与第2区域的平均粒径b之比b/a为1.5以上5.0以下。b/a为1.5以上，平均粒径b大于平均粒径a，因此裂纹难以在第1区域和第2区域的厚度方向上扩展，从而切削工具具有优异的耐缺损性。此外，b/a为5以下，平均粒径a与平均粒径b的差异较小，因此第1区域与第2区域之间的密合力提高，抑制了在第1区域和第2区域中产生裂纹。因此，切削工具具有优异的耐磨性。
[0142]
从提高第1区域与第2区域之间的密合力及提高耐缺损性的观点来看，b/a为1.5以上5.0以下、优选为1.5以上2.5以下、更优选为1.7以上2.3以下、进一步优选为1.9以上2.1以下。
[0143]
(定向性指数)
[0144]
在本公开中，在下式(1)所示的定向性指数tc(h k l)中，α-al2o3层的tc(0 0 12)优选为3以上。由此，α-al2o3层可以具有优异的耐磨性。因此，切削工具可以具有长的工具寿命。
[0145]
[数学式1]
[0146][0147]
式(1)中，i(h k l)表示(h k l)反射面的x射线衍射强度，i0(h k l)表示icdd的pdf卡号为00-010-0173的标准强度。此外，式(1)中的n表示计算中所使用的反射数，在本实
施方式中为8。用于反射的(h k l)面为(0 1 2)、(1 0 4)、(1 1 0)、(0 0 12)、(1 1 3)、(0 2 4)、(1 1 6)以及(3 0 0)。
[0148]
icdd(注册商标)是国际衍射数据中心(international centre for diffraction data)的简称。此外，pdf(注册商标)是粉末衍射卡片(powder diffraction file)的简称。
[0149]
需要说明的是，本实施方式的α-al2o3层的tc(0 0 12)可以由下式(2)表示。
[0150]
[数学式2]
[0151][0152]
因此，“在定向性指数tc(h k l)中，tc(0 0 12)为3以上”是指通过将tc(0 0 12)代入上式(1)而得的上式(2)所求出的数值为3以上。
[0153]
上述tc(0 0 12)的值更优选为4以上、进一步优选为5以上。tc(0 0 12)的值越大，越能有效地提高耐磨性。对tc(0 0 12)的值的上限没有限制，但由于计算中使用的反射面为8个，因此只要将其设为8以下即可。可以将tc(0 0 12)的值设为3以上8以下、4以上8以下、5以上8以下。
[0154]
在本公开中，在上式(1)所示的定向性指数tc(h k l)中，α-al2o3层的tc(1 1 0)优选为2以上。由此，α-al2o3层可以具有优异的耐缺损性。因此，切削工具可以具有长的工具寿命。
[0155]
需要说明的是，本实施方式的α-al2o3层的tc(1 1 0)可以由下式(3)表示。
[0156]
[数学式3]
[0157][0158]
因此，“在定向性指数tc(h k l)中，tc(1 1 0)为2以上”是指：通过将tc(1 1 0)代入上式(1)而得的上式(3)所求出的数值为2以上。
[0159]
上述tc(1 1 0)的值更优选为2.5上、进一步优选为3以上。tc(0 0 12)的值越大，越能有效地提高耐缺损性。对tc(1 1 0)的值的上限没有限制，但由于计算中使用的反射面为8个，因此只要将其设为8以下即可。可以将tc(1 1 0)的值设为2以上8以下、2.5以上8以下、3以上8以下。
[0160]
如上所述的tc(h k l)的测定可以通过利用x射线衍射装置的分析来进行。tc(h k l)例如可以使用“rigaku corporation”制造的smartlab(注册商标)(扫描速度：21.7
°
/分钟、步长(step)：0.01
°
、扫描范围：15～140
°
)在以下条件下进行测定。需要说明的是，在本实施方式中，将利用x射线衍射装置测定tc(h k l)的结果称为“xrd结果”。
[0161]
特征x射线：cu-kα
[0162]
管电压：45kv
[0163]
管电流：200ma
[0164]
滤光片：多层镜
[0165]
光学系统：聚焦法
[0166]
x射线衍射法：θ-2θ法
[0167]
在使用x射线衍射装置时，向切削工具的前刀面照射x射线。通常，前刀面上形成有凹凸，而后刀面是平坦的，因此为了排除干扰因素，优选向后刀面照射x射线。特别是，在从切削刃棱线部开始扩展2～4mm左右的范围内的后刀面上的位置处照射x射线。由此，结果的再现性提高。需要说明的是，在本实施方式中，基材的后刀面上的α-al2o3层的tc(h k l)的值与基材的前刀面上的α-al2o3层的tc(h k l)的值相同。
[0168]
需要说明的是，经确认：在同一试样中，即使任意选择多个测定位置，并在各测定位置处进行上述测定，也可以得到同样的结果。
[0169]
(厚度)
[0170]
α-al2o3层的平均厚度优选为3μm以上15μm以下。由此，可以兼具优异的耐磨性和耐缺损性。从提高耐磨性的观点来看，该α-al2o3层的平均厚度的下限优选为3μm以上、更优选为4μm以上、进一步优选为5μm以上。当该α-al2o3层的平均厚度小于3μm时，由于厚度不足，因此无法规定上述α-al2o3的平均粒径a、平均粒径b、平均粒径c以及b/a。从提高耐缺损性的观点来看，该α-al2o3层的平均厚度的上限优选为15μm以下、优选为10μm以下、更优选为9μm以下、进一步优选为8μm以下。该α-al2o3层的平均厚度优选为3μm以上10μm以下、更优选为4μm以上9μm以下、进一步优选为5μm以上8μm以下。
[0171]
如上所述，α-al2o3层的厚度可以通过利用扫描透射电子显微镜(stem)等观察切削工具的剖面样品来确认。在此，观察视野是测定上述α-al2o3粒子的粒径时设定的测定范围。
[0172]
需要说明的是，经确认：在同一试样中，即使任意选择包含前刀面上的覆膜或后刀面上的覆膜的多个测定范围，并对各测定范围进行上述测定，也可以得到同样的结果。
[0173]
＜其他层＞
[0174]
如上所述，除了α-al2o3层以外，覆膜还可以包含其他层。如图2～图4所示，作为其他层，可以列举出下底层12、表面层13、中间层14等。
[0175]
(下底层)
[0176]
下底层配置在基材与α-al2o3层之间。作为下底层，例如可以列举出tin层。tin层的平均厚度优选为0.1μm以上20μm以下。由此，覆膜可以具有优异的耐磨性和耐缺损性。
[0177]
(表面层)
[0178]
作为表面层，例如优选以ti(钛)的碳化物、氮化物或硼化物中的任一者为主要成分。表面层是配置在覆膜最表面侧的层。但是，也有在切削刃棱线部不形成表面层的情况。例如将表面层配置在α-al2o3层的正上方。
[0179]“以ti的碳化物、氮化物或硼化物中的任一者为主要成分”是指含有90质量％以上的ti的碳化物、氮化物及硼化物中的任一者。此外，这意味着优选的是，除了不可避免的杂质以外，由ti的碳化物、氮化物及硼化物中的任一者构成。
[0180]
在ti的碳化物、氮化物及碳氮化物中的任一者当中，特别优选以ti的氮化物(即由tin表示的化合物)为主要成分构成表面层。tin是这些化合物当中彩最清晰的(呈金)，因此具有容易识别切削使用后的切削刀片的刀尖(识别已使用的部位)的优点。表面层优选由tin层构成。
[0181]
表面层的平均厚度优选为0.05μm以上1μm以下。由此，表面层与相邻的层之间的密合性提高。可以将表面层的平均厚度的上限设为0.8μm以下、0.6μm以下。可以将平均厚度的下限设为0.1μm以上、0.2μm以上。
[0182]
＜中间层＞
[0183]
中间层配置在下底层与α-al2o3层之间。作为中间层，例如可以列举出ticn层和ticno层。由于ticn层和ticno层的耐磨性优异，因此可以赋予覆膜更合适的耐磨性。中间层的平均厚度优选为1μm以上20μm以下。在此，中间层的平均厚度是指：在中间层由2层以上形成的情况下，该2层以上的总厚度的平均。
[0184]
[实施方式2：切削工具的制造方法]
[0185]
实施方式1的切削工具可以通过利用化学气相沉积(cvd：chemical vapor deposition)法在基材上形成覆膜来制造。在覆膜当中形成除了α-al2o3层以外的其他层的情况下，其他层可以通过利用化学气相沉积装置并在以往公知的条件下形成。另一方面，α-al2o3层例如可以通过以下方法形成。需要说明的是，实施方式1的切削工具不限于由下述制造方法制作，也可以由其他制造方法制作。
[0186]
α-al2o3层的成膜条件例如可以设为：温度950～1050℃、压力10～50hpa、气体流量(总气体流量)50～100l/分钟。“总气体流量”表示：将标准状态(0℃、1个大气压)下的气体设为理想气体，每单位时间导入到cvd炉的总容积流量。
[0187]
使用alcl3、hcl、co2、h2s及h2作为原料气体。根据从成膜开始所形成的α-al2o3层的厚度的变化改变原料气体中的hcl配合量。具体而言，如下所述。
[0188]
从成膜开始至α-al2o3层的厚度小于0.5μm，将原料气体的配合设为：hcl：7.5体积％以上9体积％以下、alcl3：2体积％以上5体积％以下、co2：0.1体积％以上6体积％以下、h2s：0.1体积％以上1体积％以下、以及h2：将原料气体整体设为100体积％时的剩余体积％。由此形成了第1区域。
[0189]
接着，直到α-al2o3层的厚度为0.5μm以上1.5μm以下，将原料气体的配合设为：hcl：6体积％以上且小于7.5体积％，与形成第1区域时相比，原料气体中的hcl减少多少，h2就增加多少，其他气体的配合与形成第1区域时相同。由此形成了第2区域。
[0190]
接着，直到比α-al2o3层的最终厚度小1.0μm的厚度为止，使用与上述第2区域相同的原料气体。
[0191]
接着，从比α-al2o3层的最终厚度小1.0μm的厚度直到α-al2o3层的表面，将原料气体的配合设为：hcl：2.8体积％以上且小于6体积％，与形成第2区域时相比，原料气体中的hcl减少多少，h2就增加多少，其他气体的配合与形成第2区域时相同。由此形成了第3区域。
[0192]
以往，hcl被用于抑制在成膜中过量地生成α-al2o3和在气相中形成α-al2o3粒子。当在气相中形成α-al2o3粒子时，难以在基材上形成α-al2o3层。另一方面，据认为，当原料气体中的hcl的配合量较多时，成膜速度降低。因此，将原料气体中的hcl的配合量设为所需的最小限是技术常识，本领域技术人员没有增加原料气体中的hcl的配合量的技术思路。
[0193]
相对于以往的技术常识，在本实施方式中，如上所述，通过改变hcl量以控制α-al2o3粒子的粒径。其中，形成第1区域和第2区域时的原料气体中的hcl的配合量多于以往形成α-al2o3层时所使用的原料气体中的hcl的配合量(例如，2.8堆积％以上且小于6体积％)。由此，第1区域和第2区域的α-al2o3粒子的平均粒径变小。这是本发明人的新发现。本发明人等基于该新发现完成了本实施方式的切削工具。
[0194]
[附记1]
[0195]
本公开的切削工具具备：
[0196]
基材、和配置在该基材上的覆膜，
[0197]
该覆膜包含α-al2o3层，
[0198]
该α-al2o3层由多个α-al2o3粒子构成，
[0199]
在沿着该覆膜的表面的法线的剖面中，
[0200]
从以该基材与该α-al2o3层的界面为基准的基准线ls1向该α-al2o3层侧距离0.2μm的线l1上的该α-al2o3粒子的平均粒径为0.10μm以上0.30μm以下，
[0201]
从该基准线ls1向该α-al2o3层侧距离1.1μm的线l2上的该α-al2o3粒子的平均粒径为0.30μm以上0.50μm以下，
[0202]
从该α-al2o3层的表面p2、或该α-al2o3层的该覆膜的表面侧的界面p3向该α-al2o3层侧距离0.6μm的线l3上的α-al2o3粒子的平均粒径为0.50μm以上1.50μm以下，
[0203]
该a与该b之比b/a为1.5以上5.0以下。
[0204]
实施例
[0205]
通过实施例对本实施方式进行更具体的说明。但是，本实施方式不限于这些实施例。
[0206]
[试样1～试样27、试样1-1～试样1-9]
[0207]
将由表1所记载的配合组成构成的原料粉末均匀地混合，加压成形为预定的形状，然后在1300～1500℃烧结1～2小时，从而得到了硬质合金制(形状：型号cnmg120408n-ux(“sumitomo electric hardmetal corp.”制))的基材。表1中的“余量”表示wc占据配合组成(质量％)的残部。
[0208]
[表1]
[0209][0210]
＜覆膜的形成＞
[0211]
在由上述所得的基材的表面上形成覆膜以制作切削工具。具体而言，将基材设置在化学气相沉积装置内，并利用化学气相沉积法在基材上形成覆膜。各试样的覆膜的构成如表2所述。
[0212]
[表2]
[0213][0214]
在基材上依次形成tin层(下底层)、ticn层(中间层)、ticno层(中间层)、α-al2o3层、tin层(表面层)。tin层(下底层)的厚度为0.4μm，ticn层(中间层)的厚度为6.5μm，ticno层(中间层)的厚度为0.7μm，tin(表面层)的厚度为0.7μm。表1中的“无”表示在该试样中没有形成该层。
[0215]
tin层(下底层)、ticn层(中间层)、ticno层(中间层)以及tin层(表面层)的成膜条件如表3所示。
[0216]
[表3]
[0217][0218]
各试样的α-al2o3层的成膜条件、原料气体组成以及α-al2o3层的平均厚度如表4所示。表4中的“余量”表示h2气占据原料气体组成(体积％)的残部。将α-al2o3层的形成条件设为：温度1000℃、压力70hpa、原料气体的导入速度(总气体流量)为60l/分钟，并且在固定基材的同时使用于喷射原料气体的气体管以2rpm旋转。
[0219]
[表4]
[0220][0221]
例如，试样1的成膜条件如下所述。从α-al2o3层的成膜开始直到α-al2o3层的厚度达到0.5μm，使用具有以下组成的原料气体：2.2体积％的alcl3、8.3体积％的hcl、3.0体积％的co2、0.6体积％的h2s以及残部由h2构成。由此，形成了第1区域。
[0222]
接着，从α-al2o3层的厚度超过0.5μm直到从α-al2o3层的平均厚度(8μm)减去1μm而得的厚度(7μm)，将原料气体中的hcl量设为6.7体积％，并相应地改变残部h2的量，除此以外，使用与形成上述第1区域时相同配合的原料气体。由此，形成了第2区域。
[0223]
接着，在α-al2o3层的表面侧1μm处将原料气体中的hcl量设为3.5体积％，并相应地改变残部h2的量，除此以外，使用与上述第2区域成膜时相同配合的原料气体。由此，形成了第3区域。
[0224]
＜α-al2o3层的评价＞
[0225]
对于各试样的α-al2o3层，测定了第1区域的平均粒径a、第2区域的平均粒径b、第3区域的平均粒径c、tc(0 0 12)以及tc(1 1 0)。这些的测定方法如实施方式1所示的方法，
因此不再重复其说明。结果如表5的“粒径a”、“粒径b”、“粒径c”、“tc(0 0 12)”以及“tc(1 1 0)”的栏所示。
[0226]
进一步，基于平均粒径a和平均粒径b算出b/a的值。结果如表5的“b/a”一栏所示。
[0227]
[表5]
[0228][0229]
＜切削评价1＞
[0230]
使用上述所得的切削工具，在下述切削条件1下进行切削试验。使用20个不同的切削刃，每个切削刃进行20秒钟的切削，确认有无破损。在此“破损”是指500μm以上的缺口。在20个切削刃当中，计算产生了破损的切削刃的比例，从而得到了破损率(％)。即，破损率(％)＝(破损了的切削刃的数量/20)
×
100。将破损率为30％以下的情况判定为切削工具具有优异的耐缺损性并且工具寿命长。结果如表5的“切削评价1破损率(％)”一栏所示。
[0231]
(切削条件1)
[0232]
被切削材料：scm440(带槽的圆棒)
[0233]
加工：带槽的圆棒外径断续车削
[0234]
切削速度：120m/分钟
[0235]
进给量：0.2mm/转
[0236]
切入量：2.0mm
[0237]
切削液：无
[0238]
上述切削条件对应于高硬度合金钢的高效加工。
[0239]
＜切削评价2＞
[0240]
使用上述所得的切削工具，在下述切削条件2下进行切削试验。测定切削15分钟后的切削工具的后刀面侧的平均磨损量vb(mm)。在此“平均磨损量”是指对从棱线到后刀面磨损的端部的距离求平均而得的长度。将平均磨损量vb为0.25mm以下的情况判定为切削工具具有优异的耐磨性并且工具寿命长。结果如表5的“切削评价2vb(mm)”一栏所示。
[0241]
(切削条件2)
[0242]
被切削材料：scr420h
[0243]
加工：圆棒外径车削
[0244]
切削速度：280m/分钟
[0245]
进给量：0.2mm/转
[0246]
切入量：2.0mm
[0247]
切削液：水溶性切削油
[0248]
上述切削条件对应于合金钢的高效加工。
[0249]
＜考察＞
[0250]
试样1～试样3、试样5、试样7、试样9、试样12、试样13、试样15、试样17、试样19～试样27的切削工具对应于实施例。可以确认：这些试样具有优异的耐缺损性和耐磨性，并且工具寿命长。
[0251]
试样1和试样2的α-al2o3层的厚度相同。试样1的平均粒径a、平均粒径b及平均粒径c与试样2的平均粒径a、平均粒径b及平均粒径c相同。在试样1中，tc(0 0 12)大于tc(1 1 0)。在试样2中，tc(1 1 0)大于tc(0 0 12)。确认了试样1的耐磨性优于试样2。另一方面，确认了试样2的耐缺损性优于试样1。如上所述，可以确认：在α-al2o3层的厚度、以及第1区域的平均粒径a、第2区域的平均粒径b及第3区域的平均粒径c相同的情况下，tc(0 0 12)越大，耐磨性越高，tc(1 1 0)越大，耐缺损性越高。从试样10与试样11的比较中也可以确认该倾向。
[0252]
试样4、试样6、试样8、试样10、试样11、试样14、试样16、试样18、试样1-1～试样1-9对应于比较例。试样4、试样6、试样8、试样10、试样11、试样14、试样18、试样1-1～试样1-9的耐缺损性不足，工具寿命短。试样16的耐磨性不足，工具寿命短。
[0253]
如上所述，对本公开的实施方式和实施例进行了说明，但是最初预定的是可以适当地组合上述各实施方式和实施例的构成、或者进行各种变形。
[0254]
应该认为本次公开的实施方式和实施例在所有方面都是示例性的，而不是限制性的。本发明的范围不是由上述实施方式和实施例表示，而是由权利要求书所表示，并且意图包括与权利要求书等同的意义和范围内的所有变化。
[0255]
符号的说明
[0256]
1、21、31、41切削工具，10基材，11α-al2o3层，12下底层，13表面层，14中间层，15、25、35、45覆膜，a1第1区域，a2第2区域，a3第3区域，a4第4区域，p1、p3界面，p2表面，s1、s2、s3虚拟面，b1 p1的峰顶，t1 p1的谷底，ls1基准线，l1、l2线。

技术特征：

1.一种切削工具，具备：基材、和配置在所述基材上的覆膜，所述覆膜包含α-al2o3层，所述α-al2o3层由多个α-al2o3粒子构成，所述α-al2o3层包含第1区域、第2区域及第3区域，所述第1区域是夹在所述α-al2o3层的所述基材侧的界面p1与从所述界面p1向所述覆膜的表面侧距离0.5μm的虚拟面s1之间的区域，所述第2区域是夹在所述虚拟面s1与从所述虚拟面s1向所述覆膜的表面侧距离1.0μm的虚拟面s2之间的区域，所述第3区域是夹在所述α-al2o3层的表面p2或所述α-al2o3层的所述覆膜的表面侧的界面p3与从所述表面p2或所述界面p3向所述基材侧距离1.0μm的虚拟面s3之间的区域，所述第1区域中的所述α-al2o3粒子的平均粒径a为0.10μm以上0.30μm以下，所述第2区域中的所述α-al2o3粒子的平均粒径b为0.30μm以上0.50μm以下，所述第3区域中的所述α-al2o3粒子的平均粒径c为0.50μm以上1.50μm以下，所述a与所述b之比b/a为1.5以上5.0以下。2.根据权利要求1所述的切削工具，其中，所述平均粒径c为0.50μm以上1.20μm以下。3.根据权利要求1或权利要求2所述的切削工具，其中，所述b/a为1.5以上2.5以下。4.根据权利要求1至权利要求3中任1项所述的切削工具，其中，所述α-al2o3层的平均厚度为3μm以上15μm以下。5.根据权利要求1至权利要求4中任1项所述的切削工具，其中，所述α-al2o3层的定向性指数tc(h kl)中的tc(0 0 12)为3以上。

技术总结

一种切削工具，具备：基材和配置在基材上的覆膜，覆膜包含由多个α-Al2O3粒子构成的α-Al2O3层，α-Al2O3层的第1区域中的α-Al2O3粒子的平均粒径a为0.10μm以上0.30μm以下，第2区域中的α-Al2O3粒子的平均粒径b为0.30μm以上0.50μm以下，第3区域中的α-Al2O3粒子的平均粒径c为0.50μm以上1.50μm以下，b/a为1.5以上5.0以下。为1.5以上5.0以下。为1.5以上5.0以下。