切削工具的制作方法

本公开涉及一种切削工具。本申请要求基于在2019年2月19日提交的日本专利申请no.2019-027257的优先权。该日本专利申请的全部公开内容通过引用并入本文。

背景技术：

以往，已经使用基材上被覆有被膜的切削工具。例如，日本专利申请特开no.2004-284003(专利文献1)公开了一种表面被覆切削工具，其具有包括α-al2o3层的被膜，在沿着层表面的法线方向观察的平面视图中，该α-al2o3层中表现出(0001)面晶体取向的晶粒的总面积为70％以上。

此外，日本专利特开no.06-316758(专利文献2)公开了至少部分被覆有一层以上耐火层的被覆物体，所述耐火层的至少一层为氧化铝；所述氧化铝层的厚度d＝0.5-25μm，并由具有以下粒径(s)的单相α-结构构成：对于0.5μm＜d＜2.5μm，0.5μm＜s＜1μm，且对于2.5μm＜d＜25μm，0.5μm＜s＜3μm。

引用列表

专利文献

专利文献1：日本专利特开no.2004-284003

专利文献2：日本专利特开no.06-316758

技术实现要素：

本公开的切削工具是，

具备基材和被覆基材的被膜的切削工具，

被膜包括设置在基材上的α-氧化铝层，

α-氧化铝层包含α-氧化铝晶粒，

α-氧化铝层包括下侧部和上侧部，

下侧部是介于假想平面a和假想平面b之间的区域，假想平面a穿过在厚度方向与基材侧的第一界面相距0.2μm的点且平行于第一界面，假想平面b穿过进一步在厚度方向与假想平面a相距1.3μm的点且平行于第一界面，

上侧部是介于假想平面c和假想平面d之间的区域，假想平面c穿过在厚度方向与基材相反侧的第二界面相距0.5μm的点且平行于第二界面，假想平面d穿过进一步在厚度方向与假想平面c相距1μm的点且平行于第二界面，

第一界面平行于第二界面，

当沿着包括第二界面的法线的平面进行切割以获得α-氧化铝层的截面，使用场发射扫描显微镜对该截面进行电子背散射衍射图像分析以确定α-氧化铝晶粒各自的晶体取向并且以此为基础创建彩色图时，

在彩色图中，

在上侧部，(006)面的法线方向在第二界面的法线方向±15°以内的α-氧化铝晶粒所占的面积比为50％以上，

在下侧部，(110)面的法线方向在第二界面的法线方向±15°以内的α-氧化铝晶粒所占的面积比为50％以上。

附图说明

图1为示出切削工具的基材的一种形式的透视图。

图2为根据本实施方案的一种形式的切削工具的示意性截面图。

图3为根据本实施方案的另一形式的切削工具的示意性截面图。

图4为当沿着包括α-al2o3层的第二界面的法线的平面切割被膜时，基于α-al2o3层的截面创建的彩色图的一部分。

图5为示出用于制造被膜的化学气相沉积装置的实例的示意性截面图。

图6为示出在α-al2o3层的下侧部，对于各晶面，指定晶面的法线方向在第二界面的法线方向±15°以内的晶粒所占的面积比的图。

具体实施方式

[本公开要解决的问题]

在专利文献1和专利文献2中，包括如上所述构造的α-al2o3层的被膜，预期改善了切削工具的诸如耐磨性和耐缺损性以及耐剥离性之类的机械特性，因此延长了切削工具的寿命。

然而，近年来更快速且更高效的切削加工趋于在切削工具上施加更高的负荷并缩短其寿命。因此，需要具有机械特性得到进一步改善的被膜的切削工具。

鉴于上述情况做出了本公开，并且本公开的目的是提供耐剥离性得到提高的切削工具。

[本公开的有利效果]

根据本公开，可以提供被膜的耐剥离性得到提高的切削工具。

[本公开的实施方案的描述]

首先，将列举并描述本公开的实施方案。

[1]本公开的切削工具是，

具备基材和被覆基材的被膜的切削工具，

被膜包括设置在基材上的α-氧化铝层，

α-氧化铝层包含α-氧化铝晶粒，

α-氧化铝层包括下侧部和上侧部，

下侧部是介于假想平面a和假想平面b之间的区域，假想平面a穿过在厚度方向与基材侧的第一界面相距0.2μm的点且平行于第一界面，假想平面b穿过进一步在厚度方向与假想平面a相距1.3μm的点且平行于第一界面，

上侧部是介于假想平面c和假想平面d之间的区域，假想平面c穿过在厚度方向与基材相反侧的第二界面相距0.5μm的点且平行于第二界面，假想平面d穿过进一步在厚度方向与假想平面c相距1μm的点且平行于第二界面，

第一界面平行于第二界面，

当沿着包括第二界面的法线的平面进行切割以获得α-氧化铝层的截面，并使用场发射扫描显微镜对该截面进行电子背散射衍射图像分析以确定α-氧化铝晶粒各自的晶体取向，并且以此为基础创建彩色图时，

在彩色图中，

在上侧部，(006)面的法线方向在第二界面的法线方向±15°以内的α-氧化铝晶粒所占的面积比为50％以上，

在下侧部，(110)面的法线方向在第二界面的法线方向±15°以内的α-氧化铝晶粒所占的面积比为50％以上，

α-氧化铝层的厚度为3μm以上20μm以下。

具有如此构造的上述切削工具的耐剥离性得到提高。如本文所用，“耐剥离性”是指对被膜从基材上剥离并脱落的耐性。

[2]被膜还包括设置在基材和α-氧化铝层之间的内部层，

内部层包含ticn。通过这种规定，可以提供除耐剥离性以外、耐磨性也得以提高的切削工具。

[3]被膜还包括设置在内部层和α-氧化铝层之间的中间层，

中间层包含由以下元素组成的化合物：钛元素；以及选自碳、氮、硼和氧所组成的组中的至少一种元素，

中间层的组成与内部层不同。通过这种规定，基材和被膜之间的密着力提高，耐剥离性也进一步提高。

[4]被膜还包括设置在α-氧化铝层上的最外层，

最外层包含由以下元素组成的化合物：钛元素；以及选自碳、氮和硼所组成的组中的一种元素。通过这种规定，可以提供除了具有优异的耐剥离性以外，还具有优异的被膜识别性的切削工具。

[5]被膜的厚度为3μm以上30μm以下。通过这种规定，可以提供除了具有优异的耐剥离性以外、还具有优异的耐磨性的切削工具。

[本公开的实施方案的细节]

以下，将描述本公开的一个实施方案(以下也称作“本实施方案”)。然而应当注意，本实施方案不限于此。在本说明书中，形式为“x至y”的表述表示范围的上限和下限(即，x以上y以下)，并且当x不附带任何单位而仅y附带有单位时，x具有与y相同的单位。此外，在本说明书中，当通过未限定组成元素的组成比的化学式表示化合物(例如“tic”)时，该化学式应当包括任何常规已知的组成比(或元素比)。该化学式不仅应当包括化学计量组成，而且还应当包括非化学计量组成。例如，化学式“tic”不仅包括化学计量组成“ti1c1”，而且还包括非化学计量组成如“ti1c0.8”。这也适用于“tic”之外的化合物。

<<表面被覆切削工具>>

本发明公开的切削工具是，

具备基材和被覆基材的被膜的切削工具，

被膜包括设置在基材上的α-al2o3层(α-氧化铝层)，

α-al2o3层包含α-al2o3(α-氧化铝)晶粒，

α-al2o3层包括下侧部和上侧部，

下侧部是介于假想平面a和假想平面b之间的区域，假想平面a穿过在厚度方向与基材侧的第一界面相距0.2μm的点且平行于第一界面，假想平面b穿过进一步在厚度方向与假想平面a相距1.3μm的点且平行于第一界面，

上侧部是介于假想平面c和假想平面d之间的区域，假想平面c穿过在厚度方向与基材相反侧的第二界面相距0.5μm的点且平行于第二界面，假想平面d穿过进一步在厚度方向与假想平面c相距1μm的点且平行于第二界面，

第一界面平行于第二界面，

当沿着包括第二界面的法线的平面进行切割以获得α-al2o3层的截面，并使用场发射扫描显微镜对该截面进行电子背散射衍射图像分析以确定α-al2o3的晶粒的各自的晶体取向，并且以此为基础创建彩色图时，

在彩色图中，

在上侧部，(006)面的法线方向在第二界面的法线方向±15°以内的α-al2o3晶粒所占的面积比为50％以上，

在下侧部，(110)面的法线方向在第二界面的法线方向±15°以内的α-al2o3晶粒所占的面积比为50％以上，

α-al2o3层的厚度为3μm以上20μm以下。

本实施方案的表面被覆切削工具(以下，也简称为“切削工具”)50具备基材10和被覆基材10的被膜40(参见图2)。本实施方案的一个方面，被膜可以被覆基材的前刀面，或者可以被覆除了前刀面以外的部分(例如，后刀面)。切削工具可为(例如)钻头、端铣刀、钻头用可替换切削刀片、端铣刀用可替换切削刀片、铣削用可替换切削刀片、车削用可替换切削刀片、金属锯、齿轮切削工具、铰刀、丝锥等。

<基材>

本实施方案的基材可为常规已知为这种类型的基材的任何基材。例如，优选包括选自以下所组成的组中的至少一种：硬质合金(例如，碳化钨(wc)基硬质合金、除了包含wc之外还包含co的硬质合金、除了wc之外还添加有cr、ti、ta、nb等的碳氮化物的硬质合金，等)、金属陶瓷(包含tic、tin、ticn等作为主要成分)、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(cbn烧结体)、以及金刚石烧结体，并且更优选地，基材包括选自硬质合金、金属陶瓷和cbn烧结体所组成的组中的至少一种。

在这些各种类型的基材中，特别优选选择wc基硬质合金或cbn烧结体。这是因为这些基材在高温下的硬度和强度之间的平衡是特别优异的，并且作为用于上述用途的切削工具的基材具有优异的特性。

当使用硬质合金作为基材时，即使硬质合金的结构中包含游离碳或被称为η相的异常相，也能够展示出本实施方案的效果。予以注意，本实施方案中使用的基材的表面可被改质。例如，对于硬质合金，表面可以具有脱β层，并且对于金属陶瓷，表面可以具有表面硬化层，并且即使以这种方式对表面进行改质，也会展现出本实施方案的效果。

图1为示出切削工具的基材的一种形式的透视图。将具有这种形状的基材用作(例如)车削用可替换切削刀片。基材10具有前刀面1、后刀面2、以及前刀面1与后刀面2相交处的切削刃棱部3。即，前刀面1和后刀面2是通过介于其间的切削刃棱部3连接的面。切削刃棱部3构成基材10的切削刃的尖端。也可以将基材10的这种形状理解为切削工具的形状。

当切削工具为可替换切削刀片时，基材10还包括具有断屑器的形状或不具有断屑器的形状。切削刃棱部3的形状包括以下形状的任一者：锐边(由前刀面和后刀面形成的棱)、珩磨刃(对锐边进行加工倒圆)、负刃带(施加斜削)、以及珩磨刃和负刃带的组合。

虽然已经参考图1描述了基材10的形状及其各部分的名称，但是在根据本实施方案的切削工具中，将由相同的术语表示与基材10对应的形状及其各部分的名称。即，切削工具具有前刀面、后刀面、以及将前刀面和后刀面连接在一起的切削刃棱部。

<被膜>

根据本实施方案的被膜40包括设置在基材10上的α-al2o3层20(参见图2)。“被膜”被覆基材的至少一部分(例如，切削加工时与被切削材料接触的前刀面)，以展示出提高切削工具的诸如耐缺损性、耐磨性、耐剥离性等的各种特性的功能。优选的是不仅将被膜应用于基材的一部分，而且应用于基材的整个表面。然而，即使基材的一部分未被覆被膜、或者被膜的构成存在部分地不同，这也不脱离本实施方案的范围。

被膜的厚度优选为3μm以上30μm以下，更优选为5μm以上25μm以下。予以注意，被膜的厚度是指构成被膜的层各自的厚度的总和。“构成被膜的层”包括将在下文描述的α-al2o3层、中间层、内部层、最外层等。例如，通过以下方式测定被膜的厚度：用扫描透射电子显微镜(stem)测定在平行于基材的表面的法线方向的截面试样的任意10个点，并且计算测得的10个点的厚度的平均值。当测定下文描述的α-al2o3层、中间层、内部层、最外层等的厚度时，这同样适用。扫描透射电子显微镜例如为jeolltd.制造的jem-2100f(商品名)。

(α-al2o3层)

本实施方案的α-al2o3层包含α-al2o3晶粒(即，具有α型晶体结构的氧化铝)(以下也简称为“晶粒”)。换句话说，α-al2o3层是包含多晶α-al2o3的层。

即，可以在基材上直接设置α-al2o3层，或者也可以隔着诸如下文描述的内部层、中间层等的其他层而在基材上设置α-al2o3层，只要不损害根据本实施方案的切削工具的效果即可。在α-al2o3层上可以设置诸如最外层之类的其他层。α-al2o3层可为被膜的最外层(最外表面层)。

α-al2o3层具有以下特征：即，α-al2o3层包括下侧部和上侧部，

下侧部是介于假想平面a和假想平面b之间的区域，假想平面a穿过在厚度方向与基材侧的第一界面相距0.2μm的点且平行于第一界面，假想平面b穿过进一步在厚度方向与假想平面a相距1.3μm的点且平行于第一界面，

上侧部是介于假想平面c和假想平面d之间的区域，假想平面c穿过在厚度方向与基材相反侧的第二界面相距0.5μm的点且平行于第二界面，假想平面d穿过进一步在厚度方向与假想平面c相距1μm的点且平行于第二界面，

第一界面平行于第二界面，

当沿着包括第二界面的法线的平面进行切割以获得α-al2o3层的截面，并使用场发射扫描显微镜进行电子背散射衍射图像分析以确定α-al2o3的晶粒的各自的晶体取向，并且以此为基础创建彩色图时，

在彩色图中，

在上侧部，(006)面的法线方向在第二界面的法线方向±15°以内的α-al2o3晶粒(以下也称为(006)面取向晶粒)所占的面积比为50％以上，

在下侧部，(110)面的法线方向在第二界面的法线方向±15°以内的α-al2o3晶粒(以下也称为(110)面取向晶粒)所占的面积比为50％以上。

现参考图4具体描述用于创建彩色图的方法。图4为当沿着包括α-al2o3层的第二界面的法线的平面切割被膜时，基于α-al2o3层的截面创建的彩色图的一部分。图4所示的α-al2o3层20的第一界面20a是位于基材10侧的界面，并且其第二界面20b是位于基材10相反侧的界面。第一界面20a与第二界面20b平行。当α-al2o3层20为被膜的最外层时，第二界面20b将为α-al2o3层20的表面。第一界面20a是穿过直线l1和直线l2之间的中心的直线，其中直线l1穿过彩色图中在基材主表面的法线方向距离基材最远的基材侧的点、且平行于基材的主表面，直线l2穿过在相同方向上距离基材最近的基材侧的点、且平行于基材的主表面。第二界面20b是穿过直线m1和直线m2之间的中心的直线，其中直线m1穿过彩色图中在基材主表面的法线方向上距离基材最远的基材相反侧的点、且平行于基材的主表面，直线m2穿过在相同方向上距离基材最近的基材相反侧的点、且平行于基材的主表面。然而，予以注意，在选择“距离基材最近的点”和“距离基材最远的点”时，排除了明显异常的点。

首先，基于下文所述的方法在基材上形成α-al2o3层。切割形成的α-al2o3层，以获得包括基材等的垂直于α-al2o3层的截面。即，以这样的方式进行切割，以使沿着包括第二界面20b的法线的平面进行切割的α-al2o3层的切割面露出。然后，用防水砂纸(包含sic颗粒磨料作为磨料)对切割面进行研磨。

予以注意，(例如)如下进行切割：使用蜡等将α-al2o3层20的表面(或者当在α-al2o3层20上形成有其他层时，将被膜的表面)紧密固定在足够大的保持用平板上，然后用旋转刀片切割机在垂直于平板的方向上切割α-al2o3层20(即，以使旋转刀片尽可能垂直于平板的方式切割α-al2o3层20)。虽然可以在α-al2o3层20的任何部分进行这种切割，只要沿着这种垂直方向进行切割即可，但是如下文所述，优选在切削刃棱部3附近进行切割，更优选在切削刃棱部3附近的基材10相对平坦的位置处进行切割。

此外，如上所述，用上述防水砂纸(依次使用#400、#800、#1500)研磨切割面。防水砂纸的编号(#)是指磨料的粒径的差异，并且编号越大，表示磨料的粒径越小。

随后，通过使用ar离子的离子铣削使经研磨的表面进一步平滑化。离子铣削在以下条件下进行：

加速电压：6kv

照射角度：与α-al2o3层的第二界面的法线方向呈0°(即，在切割面处平行于α-al2o3层的厚度方向的直线方向)

照射时间：6小时

随后，用配备有电子背散射衍射仪(ebsd装置)的场发射型扫描电子显微镜(fe-sem)(商品名：“su6600”，hitachihigh-techcorporation制造)观察经过平滑化的截面(镜面)从而获得图像，对该图像进行ebsd分析。虽然对观察经过平滑化的截面的位置没有特别地限制，但从与切削特性的关系的观点出发，优选在切削刃棱部3附近观察经过平滑化的截面，更优选在切削刃棱部3附近的基材10相对平坦的位置处观察经过平滑化的截面。以5000倍的放大倍率进行fe-sem的观察。

对于ebsd分析，通过将聚焦电子束单独地定位在各像素上来连续地收集数据。试样面(α-al2o3层的平滑化截面)的法线相对于入射光束倾斜70度，并且在15kv进行分析。为了避免充电效应，施加10pa的压力。对于60μm或120μm的孔径使用高电流模式。以0.1μm/步的步长对截面上对应于20μm(在α-al2o3层的厚度方向上)×30μm(在平行于α-al2o3层的界面的方向上)的面区域(观察区域)的200×300个点进行数据收集。以这种方式，对三个以上的视野进行测定。

使用市售的软件(商品名：“orientationimagingmicroscopyver6.2”，edaxinc.制造)分析ebsd的分析结果，以创建彩色图。具体而言，首先，确定α-al2o3层20的截面所含的各晶粒的晶体取向。在此确定的各晶粒的晶体取向是当在α-al2o3层20的截面的法线方向(即，图4中穿透纸面的方向)上以平面图观察在该截面中出现的各晶粒时所观察到的晶体取向。然后，基于所获得的各晶粒的晶体取向，确定各晶粒在α-al2o3层20的表面(即，第二界面20b)的法线方向上的晶体取向。基于所确定的晶体取向创建彩色图。为了创建彩色图，可以使用上述软件所包括的“crystaldirectionmap”方法。在切割面中观察到的α-al2o3层20的厚度方向上的整个区域中创建彩色图。此外，也将部分位于测定视野之外的晶粒计为一个晶粒。

在图4中，由实线包围并划有斜线的各区域是(006)面取向晶粒，并且由实线包围并划有点的各区域是(110)面取向晶粒。此外，由实线包围但未划有斜线的各区域是既不对应于(006)面取向晶粒也不对应于(110)面取向晶粒的晶粒。即，在图4中，相对于α-al2o3层20的第二界面20b的法线方向，(006)面的法线方向在±15°以内的晶粒用斜线表示。相对于α-al2o3层20的第二界面20b的法线方向，(110)面的法线方向在±15°以内的晶粒用点表示。此外，除了上述两种晶粒以外的任何晶粒都没有划斜线。此外，图4中存在以黑色示出的区域，将其视为通过上述方法无法确定其晶体取向的晶粒的区域。

此外，如图4所示，α-al2o3层20包括下侧部20a和上侧部20b。

下侧部20a是介于假想平面a和假想平面b之间的区域，假想平面a穿过在厚度方向与基材侧的第一界面20a相距0.2μm的点且平行于第一界面，假想平面b穿过进一步在厚度方向与假想平面a相距1.3μm的点且平行于第一界面。即，假想平面a和假想平面b之间的直线距离(或最小距离)为1.3μm，并且该距离为下侧部20a的厚度。可以基于与第一界面的距离从而在所创建的彩色图中设置假想平面a和假想平面b。

上侧部20b是介于假想平面c和假想平面d之间的区域，假想平面c穿过在厚度方向与基材相反侧的第二界面20b相距0.5μm的点且平行于第二界面，假想平面d穿过进一步在厚度方向与假想平面c相距1μm的点且平行于第二界面。即，假想平面c和假想平面d之间的直线距离(或最小距离)为1μm，并且该距离为上侧部20b的厚度。可以基于与第二界面的距离从而在所创建的彩色图上设置假想平面c和假想平面d。

在彩色图中，在上侧部20b，(006)面的法线方向在第二界面20b的法线方向±15°以内的α-al2o3晶粒所占的面积比为50％以上，优选为50％以上90％以下，更优选为60％以上85％以下。在此，面积比是相对于彩色图的上侧部20b的整个面积的面积比。

在彩色图中，在下侧部20a，(110)面的法线方向在第二界面20b的法线方向±15°以内的α-al2o3晶粒所占的面积比为50％以上，优选为50％以上90％以下，更优选为60％以上80％以下。在此，面积比是相对于彩色图的下侧部20a的整个面积的面积比。

具有满足上述要求的α-al2o3层20的切削工具10可抑制切削工具熔接至被切削材料时引起的被膜的剥离损伤。即，切削工具10具有更高的耐剥离性。这将与常规技术进行比较来描述。

常规采取的改善α-al2o3层的机械特性的方法是通过控制α-al2o3层的表面的各晶体的形态，从而改善α-al2o3层的特性，并因此改善具有α-al2o3层的被膜的特性。这种常规方法基于这样的思想，即α-al2o3层的表面是主要承受切削造成的负荷的部分，并且通过控制该部分的特性来控制整个α-al2o3层的特性。因此，没有注意al2o3层在其厚度方向上的构造。例如，虽然已知在通过常规制造方法形成的α-al2o3层的下侧部具有许多主要表现出(214)取向的晶粒，但没有关注对下侧部的晶粒取向的控制。

然而，本发明人认为，为了进一步延长切削工具的寿命，仅通过常规方法不能实现突破。因此，本发明人进行了着眼于α-al2o3层的各晶体在其厚度方向上的形态的各种研究，并且发现在构成α-al2o3层的晶体中，位于基材侧的晶体的形态显著有助于α-al2o3层的密着性，即耐剥离性。

通过基于上述发现的进一步研究，本发明人获得了以下发现：

(1)整个α-al2o3层，随着(006)面取向晶粒所占的面积比的增加，α-al2o3层本身的硬度趋于升高；

(2)相反，当(006)面取向晶粒占α-al2o3层的面积比过大时，α-al2o3层与其他层的密着性趋于降低；以及

(3)此外，随着(110)面取向晶粒占α-al2o3层的面积比的增加，α-al2o3层与其他层的密着性趋于增加。

基于上述发现而完成根据本实施方案的切削工具50，其包括具有α-al2o3层20的被膜40，该α-al2o3层20的晶体取向在其厚度方向上是不同的。具体而言，α-al2o3层20包括(006)面取向晶粒所占的面积比为50％以上的上侧部20b，和(110)面取向晶粒所占的面积比为50％以上的下侧部20a。

这种α-al2o3层20的上侧部20b可显著提高切削工具的硬度，从而使切削工具具有高耐磨性。此外，α-al2o3层使得与下侧部20a接触的层具有高密着性。本发明人认为，由于(110)面为接近密排面的晶面，因此其表现出这种高密着性。基于以上情况，本实施方案的被膜40的耐剥离性和耐磨性优异，并且切削工具50将具有比常规切削工具更好的机械特性。

(α-al2o3层的厚度)

在本实施方案中，α-al2o3层的厚度为3μm至20μm。α-al2o3层的厚度优选为4μm至20μm，更优选为5μm至15μm。这使得呈现出如上所述的优异效果。在此，α-al2o3层的厚度是指从第一界面到第二界面的最短距离。

当α-al2o3层的厚度小于3μm时，由于α-al2o3层的存在而获得的耐磨性的提高趋于较小。当α-al2o3层的厚度超过20μm时，α-al2o3层和其他层之间的线膨胀系数差异所引起的界面应力增加，并且α-al2o3的晶粒可能脱落。因此，当α-al2o3层具有位于上侧部和下侧部之间的中侧部时，该中侧部的厚度将优选为0μm至17μm。与上述相同，可以通过用扫描透射电子显微镜(stem)等观察基材和被膜的垂直截面从而确认该厚度。

(α-al2o3晶粒的平均粒径)

在本实施方案中，α-al2o3晶粒的平均粒径优选为0.1μm至3μm，并且更优选为0.2μm至2μm。在本实施方案的一个方面，α-al2o3的下侧部所含晶粒的平均粒径优选为0.1μm至2μm，更优选为0.1μm至1μm。例如，可以由彩色图确定晶粒的平均粒径。具体而言，首先，将彩色图中颜色一致(即，晶体取向一致)并且由不同颜色(即，由不同晶体取向)包围的区域视为晶粒的单独区域。随后，确定晶粒的面积，并且将与晶粒具有相同面积的圆的直径定义为晶粒的粒径。

(内部层)

优选地，被膜40还包括设置在基材10和α-al2o3层20之间的内部层21(参见图3)，并且内部层21包含ticn。ticn优选具有立方晶体结构。该内部层包含许多(211)面取向的ticn晶体。因此，该内部层对于α-al2o3层表现出强密着力，其中该α-al2o3层包括(110)面取向晶粒所占的面积比为50％以上的下侧部。其结果是，进一步提高了被膜的耐剥离性。

内部层的厚度优选为3μm至20μm，更优选为5μm至15μm。与上述相同，通过用扫描透射电子显微镜(stem)等观察基材和被膜的垂直截面，可以确认该厚度。

(中间层)

优选地，被膜40还包括设置在内部层21和α-al2o3层20之间的中间层22(参见图3)，并且中间层22包含由以下元素构成的化合物：元素钛；以及选自由c(碳)、n(氮)、b(硼)和o(氧)组成的组中的至少一种元素。中间层的组成与内部层不同。

中间层所含的化合物的实例包括ticno、tibn和tib2。

中间层的厚度优选为0.3μm至2.5μm，更优选为0.5μm至1μm。与上述相同，通过用扫描透射电子显微镜(stem)等观察基材和被膜的垂直截面，可以确认该厚度。

(最外层)

优选地，被膜40还包括设置在α-al2o3层20上的最外层23(参见图3)，并且最外层23包含由以下元素构成的化合物：钛元素；以及选自c、n和b所组成的组中的一种元素。

最外层所含的化合物的实例包括tic、tin和tib2。

最外层的厚度优选为0.1μm至1μm，更优选为0.3μm至0.8μm。与上述相同，通过用扫描透射电子显微镜(stem)等观察基材和被膜的垂直截面，可以确认该厚度。

(其他层)

被膜还可以包括其他层，只要其不损害根据本实施方案的切削工具的效果即可。其他层的组成可以与α-al2o3层、内部层、中间层或最外层的组成不同或相同。其他层所含的化合物的实例包括(例如)tin、ticn、tibn和al2o3。对其他层的层叠顺序也没有限制。虽然对其他层的厚度没有特别地限制，只要其不损害本实施方案的效果即可，但是其他层的厚度(例如)为0.1μm以上20μm以下。

<<表面被覆切削工具的制造方法>>

根据本实施方案的切削工具的制造方法包括：

准备基材的第一步骤(以下也简称为“第一步骤”)；

使用包含二氧化碳气体和硫化氢气体的原料气体，通过化学气相沉积在基材上形成α-al2o3层的下侧部的第二步骤(以下也简称为“第二步骤”)；以及

使用包括二氧化碳气体和硫化氢气体的原料气体，通过化学气相沉积在下侧部上形成α-al2o3层的上侧部的第三步骤(以下也简称为“第三步骤”)，

r1表示第二步骤的二氧化碳气体与硫化氢气体的体积比(co2/h2s)，r2表示第三步骤的二氧化碳气体与硫化氢气体的体积比(co2/h2s)，并且满足1.5≤(r1/r2)≤2。

另外，可以将中侧部理解为在第二步骤转换到第三步骤时形成的“过渡部分”。

<第一步骤：准备基材的步骤>

第一步骤是准备基材。例如，准备硬质合金基材作为基材。硬质合金基材可为市售制品，或者可以用典型的粉末冶金方法制造。当用典型的粉末冶金方法制造基材时，(例如)使用球磨机等混合wc粉末和co粉末以获得粉末混合物。在干燥粉末混合物之后，将其成形为预定形状以获得成形体。烧结成形体以获得wc-co系硬质合金(烧结体)。随后，可以对烧结体进行珩磨或预定的切削刃加工，以制备由wc-co系硬质合金制成的基材。也可以通过第一步骤准备任何其他基材，只要它是常规已知为这种基材的基材即可。

<第二步骤：形成α-al2o3层的下侧部的步骤>

第二步骤使用包含二氧化碳气体和硫化氢气体的原料气体，通过化学气相沉积(cvd)在基材上形成α-al2o3层的下侧部。

图5为示出用于制造被膜的化学气相沉积(cvd)装置的实例的示意性截面图。以下，将参考图5描述第二步骤。cvd装置30包括多个用于保持基材10的基材固定夹具31，以及由耐热合金钢制成并罩住基材固定夹具31的反应室32。在反应室32的周围设置有用于控制反应室32内温度的温度控制器33。反应室32设置有具有气体导入口34的气体导入管35。气体导入管35位于布置有基材固定夹具31的反应室32的内部空间中，其以使得气体导入管35在垂直方向上延伸并可绕垂直方向旋转的方式布置，并且气体导入管35还设置有用于使气体喷出到反应室32的多个喷出孔36。cvd装置30可用于按照如下方法形成构成被膜的α-al2o3层的下侧部等。

首先，将基材10置于基材固定夹具31上，并且在将反应室32内的温度和压力分别控制在指定范围内的同时，通过气体导入管35将用于α-al2o3层20的下侧部的原料气体导入反应室32内。由此，在基材10上形成α-al2o3层20的下侧部20a。予以注意，优选在形成α-al2o3层20的下侧部20a之前(即，在第二步骤之前)，通过气体导入管35将内部层用原料气体导入反应室32内，从而在基材10的表面上形成内部层(包含ticn的层、未示出)。以下将描述在基材10的表面上形成内部层后，形成α-al2o3层20的下侧部20a的方法。

虽然对内部层用原料气体没有特别地限制，但是其实例为ticl4、n2和ch3cn的混合气体。

在形成内部层时，优选将反应室32内的温度控制为1000℃至1100℃。在形成内部层时，优选将反应室32内的压力控制为0.1hpa至1013hpa。予以注意，优选将h2用作载气。当导入气体时，优选通过驱动单元(未示出)旋转气体导入管35。这使得各气体均匀地分散在反应室32内。

此外，可以通过mt(中温)-cvd法形成内部层。与在1000℃至1100℃的温度进行的cvd(以下也称为“ht-cvd”)相比，mt-cvd是一种通过将反应室32内的温度保持在850℃至950℃的相对低的温度以形成层的方法。由于mt-cvd是在比ht-cvd更低的温度下进行的，因此可以减少由加热引起的对基材10的损坏。特别是，当内部层是ticn层时，优选通过mt-cvd形成内部层。

随后，在内部层上形成α-al2o3层20的下侧部20a。例如，使用alcl3、hcl、co、co2和h2s的气体混合物作为原料气体。

原料气体优选地包含0.1体积％至6体积％、更优选0.5体积％至3体积％、还更优选0.6体积％至2.5体积％的co2。co2的流量优选为0.1l/min至4l/min。

原料气体优选包含0.1体积％至1体积％、更优选0.5体积％至1体积％、还更优选0.5体积％至0.8体积％的h2s。h2s的流量优选为0.1l/min至0.5l/min。

此时，co2与h2s的体积比(co2/h2s)优选为0.5至4，更优选为0.5至2。

原料气体优选包含2体积％至5体积％、更优选3体积％至4体积％的alcl3。alcl3的流量优选为(例如)2.2l/min。

原料气体优选包含1体积％至4体积％、更优选2体积％至3.5体积％的hcl。hcl的流量优选为(例如)2l/min。

原料气体优选包含0.1体积％至4体积％的co。co的流量优选为0.1l/min至2l/min。

优选地将反应室32内的温度控制为950℃至1000℃。优选地将反应室32内的压力控制为50hpa至100hpa。将温度控制在上述范围内有利于形成α-al2o3的微细晶粒组织。h2可以用作载气。与上述相同，当导入气体时优选旋转气体导入管35。

上述制造方法中，通过控制cvd的各种条件从而改变各层的形态。例如，各层的组成由导入反应室32的原料气体的组成决定。由实施时间(或成膜时间)控制各层的厚度。特别是，为了降低α-al2o3层20的粗晶粒的比例或在以下描述的第三步骤中增加(006)面取向，控制原料气体中co2气体和h2s气体的流量比(co2/h2s)至关重要。

<第三步骤：形成α-al2o3层的上侧部的步骤>

第三步骤使用包含二氧化碳气体和硫化氢气体的原料气体，通过化学气相沉积在下侧部上形成α-al2o3层的上侧部。

例如，使用alcl3、hcl、co2和h2s的气体混合物作为原料气体。

原料气体优选包含0.15体积％至8体积％、更优选0.5体积％至3体积％、还更优选0.6体积％至2.5体积％的co2。co2的流量优选为0.1l/min至4l/min。

原料气体优选包含0.15体积％至1体积％、更优选0.5体积％至1体积％、更优选0.5体积％至0.8体积％的h2s。h2s的流量优选为0.1l/min至0.5l/min。

此时，co2与h2s的体积比(co2/h2s)优选为0.5至4，更优选为0.5至2。

此外，r1表示第二步骤的co2与h2s的体积比(co2/h2s)，并且r2表示第三步骤的co2与h2s的体积比(co2/h2s)，优选地满足1.5≤(r1/r2)≤2。

原料气体优选包含6体积％至12体积％、更优选7体积％至10体积％的alcl3。alcl3的流量优选为(例如)4.5l/min。

原料气体优选包含1体积％至4体积％、更优选1.5体积％至3体积％的hcl。hcl的流量优选为(例如)1l/min。

反应室32内的温度优选控制为950℃至1000℃。反应室32内的压力优选控制为50hpa至100hpa。将温度控制在上述范围内有利于α-al2o3的晶粒生长。h2可以用作载气。与上述相同，当导入气体时优选旋转气体导入管35。

<其他步骤>

在根据本实施方案的制造方法中，除了上述步骤以外，在不损害本实施方案的效果的范围内，可以适当进行追加步骤。追加步骤的实例包括在内部层和α-al2o3层之间形成中间层的步骤、在α-al2o3层上形成最外层的步骤、对被膜进行喷砂处理的步骤等。可以通过任何方法形成中间层和最外层，并且这些层(例如)通过cvd形成。

以上已经描述的内容包括以下的付记中给出的特征。

(付记1)

一种表面被覆切削工具，其具备基材和被覆基材的被膜，

被膜包括设置在基材上的α-al2o3层，

α-al2o3层包含α-al2o3晶粒，

α-al2o3层包括下侧部和上侧部，

下侧部是介于假想平面a和假想平面b之间的区域，假想平面a穿过在厚度方向与基材侧的第一界面相距0.2μm的点且平行于第一界面，假想平面b穿过进一步在厚度方向与假想平面a相距1.3μm的点且平行于第一界面，

上侧部是介于假想平面c和假想平面d之间的区域，假想平面c穿过在厚度方向与基材相反侧的第二界面相距0.5μm的点且平行于第二界面，假想平面d穿过进一步在厚度方向与假想平面c相距1μm的点且平行于第二界面，

第一界面平行于第二界面，

当沿着包括第二界面的法线的平面进行切割以获得α-al2o3层的截面，并使用场发射扫描显微镜对该截面进行电子背散射衍射图像分析以确定α-al2o3晶粒各自的晶体取向，并且以此为基础创建彩色图时，

在彩色图中，

在上侧部，(006)面的法线方向在第二界面的法线方向±15°以内的α-al2o3晶粒所占的面积比为50％以上，

在下侧部，(110)面的法线方向在第二界面的法线方向±15°以内的α-al2o3晶粒所占的面积比为50％以上。

(付记2)

根据付记1所述的表面被覆切削工具，其中α-al2o3层的厚度为3μm以上20μm以下。

(付记3)

根据付记1或付记2所述的表面被覆切削工具，其中

被膜还包括设置在基材和α-al2o3层之间的内部层，并且

内部层包含ticn。

(付记4)

根据付记1至付记3中任一项所述的表面被覆切削工具，其中

被膜还包括设置在内部层和α-al2o3层之间的中间层，

中间层包含由以下元素构成的化合物：钛元素；以及选自c、n、b和o所组成的组中的至少一种元素，并且

中间层的组成与内部层不同。

(付记5)

根据付记1至付记4中任一项所述的表面被覆切削工具，其中

被膜还包括设置在α-al2o3层上的最外层，并且

最外层包含由以下元素构成的化合物：钛元素；以及选自c、n和b所组成的组中的一种元素。

(付记6)

根据付记1至付记5中任一项所述的表面被覆切削工具，其中被膜的厚度为3μm以上30μm以下。

实施例

以下，将参考实施例详细地描述本发明，但本发明不限于这些实施例。

<<切削工具的制造>>

<第一步骤：准备基材的步骤>

作为基材，准备具有由tac(2.0质量％)、nbc(1.0质量％)、co(10.0质量％)和wc(余量)构成的组成(包含不可避免的杂质)的硬质合金的切削刀片(形状：cnmg120408n-ux，住友电工硬质合金株式会社制造，jisb4120(2013))。

<形成内部层和中间层的步骤>

在进行下文所述的第二步骤之前，使用cvd装置在所准备的基材上依次形成内部层和中间层。按照以下所示出的条件形成各层。予以注意，各气体组成后面的括号内的值表示各气体的流量(l/min)。表1示出各试样的内部层和中间层的厚度、以及中间层的组成。

(内部层：ticn)

原料气体：ticl4(10l/min)、ch3cn(1.5l/min)、

n2(15l/min)、h2(80l/min)

压力：100hpa

温度：850℃

成膜时间：适当调整，以提供表1所示的厚度

(中间层：ticno、ticn或tibn)

(ticno的情况)

原料气体：ticl4(0.4l/min)、ch4(2.5l/min)、

co(0.5l/min)、n2(25l/min)、h2(50l/min)

压力：140hpa

温度：970℃

成膜时间：适当调整，以提供表1所示的厚度。

(ticn的情况)

原料气体：ticl4(4l/min)、ch3cn(2l/min)、

n2(30l/min)、h2(70l/min)

压力：80hpa

温度：980℃

成膜时间：适当调整，以提供表1所示的厚度。

(tibn的情况)

原料气体：ticl4(5l/min)、bcl3(0.5l/min)、

n2(25l/min)、h2(60l/min)

压力：65hpa

温度：970℃

成膜时间：适当调整，以提供表1所示的厚度。

<第二步骤：形成α-al2o3层的下侧部的步骤>

使用cvd装置，在其上已形成有内部层和中间层的基材上形成α-al2o3层的下侧部，随后进行第三步骤。按照以下条件形成α-al2o3层的下侧部。表1示出各实施例的α-al2o3层的厚度。

(α-al2o3层的下侧部)

原料气体：alcl3(2.2l/min)、co2(0.1l/min至4.0l/min)、co(0.1l/min至2.0l/min)、h2s(0.1l/min至0.5l/min)、hcl(2.0l/min)、h2(60l/min)

压力：50hpa至100hpa

温度：950℃至1000℃

成膜时间：适当调整，以提供厚度为2μm的下侧部。

<第三步骤：形成α-al2o3层的上侧部的步骤>

随后，使用cvd装置，在其上已形成有α-al2o3层的下侧部的基材上形成α-al2o3层的上侧部，从而形成α-al2o3层。按照以下条件形成α-al2o3层的上侧部。表1示出比率r1/r2，其中r1表示第二步骤的co2与h2s的体积比(co2/h2s)，并且r2表示第三步骤的co2与h2s的体积比(co2/h2s)。

(α-al2o3层的上侧部)

原料气体：alcl3(4.5l/min)、co2(0.1l/min至4.0l/min)、h2s(0.1l/min至0.5l/min)、hcl(1.0l/min)、h2(50l/min)

压力：50hpa至100hpa

温度：950℃至1000℃

成膜时间：适当调整，使下侧部和上侧部的总厚度如表1所示。

表1

<最外层的形成步骤>

最后，使用cvd装置，在其上已形成有α-al2o3层的基材上形成最外层(试样7、8和c除外)。按照以下示出的条件形成最外层。此外，表1示出了各试样的最外层的厚度和组成。

(最外层：tin、tic或tib2)

(tin的情况)

原料气体：ticl4(5l/min)、n2(25l/min)、h2(70l/min)

压力：150hpa

温度：980℃

成膜时间：适当调整，以提供表1所示的厚度。

(tic的情况)

原料气体：ticl4(2l/min)、ch4(4l/min)、h2(80l/min)

压力：350hpa

温度：990℃

成膜时间：适当调整，以提供表1所示的厚度。

(tib2的情况)

原料气体：ticl4(15l/min)、bcl3(0.2l/min)、h2(75l/min)

压力：400hpa

温度：1000℃

成膜时间：适当调整，以提供表1所示的厚度。

通过上述步骤，制得用于试样1至12和试样a至f的切削工具。

<<切削工具的特性评价>>

使用如上所制得的试样的切削工具，如下评价切削工具的特性。在此，试样1至12相当于实施例，并且试样a至f相当于比较例。

<创建彩色图>

首先，切割切削工具，以获得垂直于被膜中α-al2o3层的表面(或界面)的截面。随后，用防水砂纸(noritakecoatedabrasiveco.,ltd.(nca)制造，商品名：waterproofpaper，#400，#800，#1500)研磨切割面，以制作α-al2o3层的加工面。随后，通过使用ar离子的离子铣削使加工面进一步平滑化。按照以下条件进行离子铣削：

加速电压：6kv

照射角度：与α-al2o3层的第二界面的法线方向(即，与切割面中的α-al2o3层的厚度方向平行的直线方向)呈0°

照射时间：6小时

用配备有ebsd的fe-sem(商品名：“su6600”，hitachihigh-technologiescorporation制造)以5000倍的放大倍率观察如此制作的加工面，以创建加工面的20μm(α-al2o3层的厚度方向)×30μm(平行于α-al2o3层的界面的方向)的观察面积的上述彩色图。创建三个这样的彩色图(换句话说，在三个视野中进行测定)。具体而言，首先，确定α-al2o3层的截面中所含各晶粒的晶体取向。在此确定的各晶粒的晶体取向是当在该截面的法线方向(即，图4中穿透纸面的方向)以平面图观察在α-al2o3层的截面中出现的各晶粒时所观察到的晶体取向。基于所获得的各晶粒的晶体取向，确定各晶粒在α-al2o3层的第二界面的法线方向的晶体取向。基于所确定的晶体取向创建彩色图(例如，参见图4)。对于各彩色图，使用市售软件(商品名：“orientationimagingmicroscopyver6.2”，由edaxinc.制造)，确定(110)面取向晶粒占α-al2o3层的下侧部的面积比、(214)面取向晶粒占α-al2o3层的下侧部的面积比、以及(006)面取向晶粒占α-al2o3层的上侧部的面积比。其结果示于表2和图6。在此，下侧部是介于假想平面a和假想平面b之间的区域，假想平面a穿过在厚度方向与基材侧的第一界面相距0.2μm的点且平行于第一界面，假想平面b穿过进一步在厚度方向与假想平面a相距1.3μm的点且平行于第一界面(例如，图4)。上侧部是介于假想平面c和假想平面d之间的区域，假想平面c穿过在厚度方向与基材相反侧的第二界面相距0.5μm的点且平行于第二界面，假想平面d穿过进一步在厚度方向与假想平面c相距1μm的点且平行于第二界面(例如，参见图4)。

在此，在彩色图中，如下定义第一界面和第二界面：首先，在彩色图中，以不同的颜色显示α-al2o3层的区域和除α-al2o3层以外的区域，以对其进行区分。将穿过直线l1和直线l2之间的中心的直线定义为第一界面，其中直线l1穿过彩色图的在基材的主表面的法线方向距离基材最远的基材侧的点且平行于基材的主表面，直线l2穿过在相同方向距离基材最近的基材侧的点且平行于基材的主表面。将穿过直线m1和直线m2之间的中心的直线定义为第二界面，其中直线m1穿过彩色图的在基材的主表面的法线方向距离基材最远的基材相反侧的点且平行于基材的主表面，直线m2穿过在相同方向距离基材最近的基材相反侧的点且平行于基材的主表面。

图6为示出在试样no.8的α-al2o3层的下侧部，对于各晶面，指定晶面的法线方向在第二界面的法线方向±15°以内的晶粒所占的面积比的图。确定了面积比的晶面为(110)面、(012)面、(104)面、(113)面、(116)面、(300)面、(214)面和(006)面。从图6所示的结果发现，在试样no.8的α-al2o3层的下侧部，(110)面的法线方向在第二界面的法线方向±15°以内的晶粒所占的面积比为50％以上。

<<切削试验>>

(切削评价(1)：断续加工试验)

使用如上所制得试样(试样1至12和试样a至f)的切削工具，按以下切削条件测定到前刀面的α-al2o3层发生剥离时的切削时间。其结果示于表2。切削工具的切削时间越长，则可将切削工具评价为耐剥离性越优异。

断续加工的试验条件

被切削材料：fcd700开槽材料

切削速度：150m/min

进给速率：0.25mm/rev

切削深度：2mm

切削油：湿式

(切削评价(2)：连续加工试验)

使用如上所制得的试样(试样1至12和试样a至f)的切削工具，按以下切削条件对被切削材料进行10分钟的切削，随后测定其后刀面的平均磨损量。其结果示于表2。切削工具的平均磨损量越小，则可将切削工具评价为耐磨性越优异。

连续加工的试验条件

被切削材料：scr440h圆棒

切削速度：250m/min

进给速率：0.25mm/rev

切削深度：2mm

切削油：湿式

表2

从表2中可看出，试样1至12的切削工具(实施例的切削工具)具有良好的结果，断续加工的切削时间为240秒以上。相反，试样a至f的切削工具(比较例的切削工具)的断续加工的切削时间为60秒以下。从以上结果中发现，实施例的切削工具的耐剥离性高于比较例的切削工具的耐剥离性。

从表2中可看出，试样1至12的切削工具(实施例的切削工具)具有良好的结果，其连续加工的后刀面平均磨损量为0.14mm以下。相反，试样a至f的切削工具(比较例的切削工具)在连续加工时后刀面平均磨损量为0.27mm以上。从以上结果发现，实施例的切削工具具有优异的耐磨性。

虽然已经对本发明的实施方案和实施例进行了如上说明，但是初衷还计划适当地组合各实施方案和各实施例的构成。

应当理解，本文公开的实施方案和实施例仅出于说明的目的并且在任何方面以非限制性方式进行描述。本发明的范围由权利要求的权项进行限定，而不是由上述实施方案和实施例限定，并且旨在包括与权利要求的权项等同的含义和范围内的任何修改。

附图标记列表

1前刀面，2后刀面，3切削刃棱部，10基材，

20α-al2o3层，20a第一界面，20b第二界面，

20a下侧部，20b上侧部，21内部层，22中间层，

23最外层，30cvd装置，31基材固定夹具，

32反应室，33温度控制器，34气体导入口，

35气体导入管，36喷出孔，40被膜，50切削工具，

a假想平面a，b假想平面b，

c假想平面c，d假想平面d