表面包覆切削工具的制作方法

1.本发明涉及表面包覆切削工具(以下，有时称为包覆工具)。
2.本技术基于2020年3月30日申请的日本专利申请特愿2020-59802号要求优先权。该日本专利申请中记载的所有记载内容通过参照被引用到本说明书中。


背景技术：

3.近年来，切削加工装置的高性能化显著，另一方面，对切削加工的省力化及节能化以及低成本化的要求强烈，伴随此，切削加工条件变得更加严格。
4.作为包覆工具，已知有通过电弧离子镀法而在碳化钨(以下，用wc表示)基硬质合金等工具基体的表面包覆形成有由al和cr的复合氮化物层构成的硬质包覆层的包覆工具。
5.而且，为了改善包覆工具的切削性能，提出了很多提案。
6.例如，在专利文献1中提出了一种包覆有第一包覆层和第二包覆层的包覆工具，所述第一被覆层为(alacr
1-a-b
sib)cnd(50≤a≤70，0≤b＜15，0.85≤c/d≤1.25)，所述第二包覆层为(ti
1-e
sie)fng(1≤e≤20，0.85≤f/g≤1.25)，在将所述第一包覆层和所述第二包覆层的x射线衍射中的(200)面的面间隔(nm)分别设为d1和d2时，0.965≤d1/d2≤0.990，该包覆工具确保了厚膜化的包覆层中的压缩应力的降低和密接性，并且提高了耐磨性。
7.另外，在专利文献2中提出了一种包覆工具，包覆层由包覆在工具基体侧的包覆层1和包覆在表面侧的包覆层2构成，该包覆层1的组成由(alacr
1-a
)
1-xnx
(0.50≤a＜0.70，0.48≤x≤0.52)表示，在将该包覆层1的x射线衍射中的111衍射线的半值宽度设为w1(度)时，0.7≤w1≤1.1，在将111衍射的峰强度设为ir、将200衍射线的峰强度设为is、以及将220衍射线的峰强度设为it时，0.3≤is/ir＜1.0以及0.3≤it/ir＜1，该包覆层2的组成由(ti
1-b
sib)
1-y
ny(0.01≤b≤0.25以及0.48≤y≤0.52)表示，在将该包覆层2的x射线衍射中的111衍射线的半值宽度设为w2(度)时，0.6≤w2≤1.1，在将111衍射线的峰强度设为iu、将200衍射线的峰强度设为iv、以及将220衍射线的峰强度设为iw时，0.3≤iv/iu＜1以及0.3≤iw/iu＜1.0，该包覆层1和该包覆层2都形成面心立方结构，并且在将x射线衍射中的111衍射线的面间隔(nm)分别设为a1和a2时，0.970≤a1/a2≤0.980，该包覆工具能够确保工具基体与包覆层的密接强度且耐磨性优异。
8.此外，在专利文献3中提出了一种包覆工具，其中包覆层包括通过交替层叠各两层以上的第一包覆层和第二包覆层而成的多层皮膜层，所述第一包覆层为由al(100-x-y-z)cr(x)v(y)b(z)构成的氮化物皮膜(20≤x≤40，2≤y≤15，2≤z≤15)，所述第二包覆层为由ti(100-v-w)cr(v)si(w)构成的氮化物皮膜(5≤v≤30，5≤w≤30)，所述第一包覆层和所述第二包覆层的每一层的层厚被设定为1～20nm，存在具有所述第一包覆层的成分和所述第二包覆层的成分混合存在的组织的混合组织部，该混合组织部的面积为所述多层皮膜层的截面积的5～80％，该包覆工具在高硬度淬火钢的切削中呈现出优异的耐磨性。
9.专利文献1：日本特开2011-93085号公报
10.专利文献2：日本特开2012-45650号公报
11.专利文献3：日本专利第5087427号公报


技术实现要素：

12.本发明是鉴于上述情况及上述提案而完成的，其目的是得到一种包覆工具，该包覆工具在高负荷作用于切削刃的高负荷切削加工中，包覆层具有优异的耐崩刃性和耐缺损性，在长期使用中呈现出优异的耐磨性和耐折损性，其中，该高负荷切削加工例如为碳钢、合金钢、不锈钢等工件的高速高进给深孔钻头加工(例如，利用小径钻头或小径长钻头的加工)。
13.本发明的实施方式所涉及的表面包覆切削工具如下所述。
14.1)具有工具基体和该工具基体的表面上的包覆层，
15.2)所述包覆层的平均层厚为0.5～8.0μm，所述包覆层从所述工具基体侧朝向工具表面依次具有下部层、中间层和上部层，
16.3)在由组成式：(al
1-x
cr
x
)n表示平均层厚为0.1～4.0μm的所述下部层的平均组成时，所述下部层由所述x为0.20～0.60的a层构成，
17.4)在由组成式：(al
1-a-b
crasib)n表示平均层厚为0.1～4.0μm的所述中间层的平均组成时，所述中间层由所述a为0.20～0.60、所述b为0.01～0.20的b层构成，
18.5)所述b层具有相邻的极大值与极小值的平均间隔为1～100nm的si浓度的重复变化，在将所述si浓度的所述极大值的平均值设为si
max
时，1.0＜si
max
/b≤2.0，并且，在将所述si浓度的所述极小值的平均值设为si
min
时，0.0≤si
min
/b＜1.0，
19.6)在由组成式：(ti
1-α-β
si
αwβ
)n表示平均层厚为0.1～4.0μm的所述上部层的平均组成时，所述上部层由所述α为0.01～0.20、所述β为0.01～0.10的c层构成，
20.7)所述c层具有相邻的极大值与极小值的平均间隔为1～100nm的w浓度的重复变化，在将所述w浓度的所述极大值的平均值设为w
max
时，1.0＜w
max
/β≤2.0，并且，在将所述w浓度的所述极小值的平均值设为w
min
时，0.0≤w
min
/β＜1.0。
21.此外，前述实施方式所涉及的表面包覆切削工具也可以满足以下(1)～(3)中的一个或两个以上。
22.(1)所述中间层为d层，所述d层为所述b层与所述a层的交替层叠且其平均层厚为0.5～4.0μm，在该d层中包含两个以上的所述b层。
23.(2)在所述中间层与所述上部层之间具有平均层厚为0.1～2.0μm的密接层，在由组成式(al
1-k-l-m-n
tikcr
l
simwn)n表示所述密接层的组成时，所述密接层由所述k为0.20～0.65、所述l为0.10～0.35、所述m大于0.00且为0.15以下、所述n大于0.00且为0.05以下的e层构成，所述e层具有相邻的极大值与极小值的平均间隔为1～100nm的si浓度的重复变化，在将所述si浓度的所述极大值的平均值设为si
max(e)
时，1.0＜si
max(e)
/m≤2.0，并且，在将所述si浓度的所述极小值的平均值设为si
min(e)
时，0.0≤si
min(e)
/b＜1.0。
24.(3)在构成所述包覆层的各层中包含具有岩盐型立方晶结构的晶粒，在汇总由所述a层和所述b层分别得到的x射线衍射峰并求出时，200衍射线的峰的半峰全宽为0.2～1.0度，在将所述衍射线的峰强度设为i
ab200
、将其111衍射线的峰强度设为i
ab111
时，0.5＜i
ab200
/i
ab111
＜10.0，在将所述c层的200衍射线的峰强度设为i
c200
、将其111衍射线的峰强度设为i
c111
时，0.5＜i
c200
/i
c111
＜10.0。
25.根据前述，在高负荷作用于切削刃的碳钢、合金钢、不锈钢等高负荷切削加工中，也发挥优异的耐崩刃性、耐缺损性和耐磨性。
附图说明
26.图1是示意性地表示本发明的一实施方式所涉及的表面包覆切削工具的包覆层的纵截面的图。
27.图2是示意性地表示在本发明的一实施方式所涉及的表面包覆切削工具的包覆层的纵截面中si浓度的重复变化的图。
28.图3是示意性地表示本发明的另一实施方式所涉及的表面包覆切削工具的包覆层的纵截面的图。
29.图4是示意性地表示本发明的又一实施方式所涉及的表面包覆切削工具的包覆层的纵截面的图。
30.图5是在实施例中用于形成包覆层的电弧离子镀(aip)装置的概略俯视图。
31.图6是图5的电弧离子镀装置的概略主视图。
32.图7是表示实施例6的xrd分析结果的图。
具体实施方式
33.本发明人对上述专利文献1～3中提出的包覆工具进行了研究。其结果，认识到如下问题：虽然在将这些包覆工具用于钢或铸铁的通常条件下的切削加工时不会产生特别的问题，但在高负荷作用于切削刃的严酷的切削加工条件(高负荷切削加工)下使用时，容易产生崩刃、缺损等，不能发挥充分的耐磨性，会在比较短的时间内达到使用寿命，例如在用作钻头(特别是小径钻头或小径长钻头)时，因熔接的产生、切屑堵塞的产生等而导致切削力增大，因此有时也会因钻头的折损而达到使用寿命。
34.具体而言，本发明人认识到如下问题：虽然在上述专利文献1中提出的通过层叠(al，cr，si)n层和(ti，si)n层的复合氮化物层而成的硬质包覆层的硬度高且耐氧化性及耐磨性优异，但在提供于如高速高进给深孔钻头加工那样连续的高负荷作用于切削刃的切削加工时，耐崩刃性和耐缺损性会降低。
35.另外，本发明人还认识到如下问题：在上述专利文献2中提出的包覆工具提供于连续的高负荷作用于切削刃的切削加工时，耐崩刃性和耐缺损性也会降低。
36.此外，本发明人认识到如下问题：上述专利文献3中提出的具备由(al，cr，v，b)n层与(ti，cr，si)n层的交替层叠结构构成的包覆层的包覆工具虽然在高硬度工件的切削加工中呈现出优异的耐磨性，但在高负荷作用于切削刃的严酷的切削加工条件下使用时，无法避免崩刃的产生及缺损的产生，以此为因工具寿命会缩短。
37.因此，本发明人以这些认识为基础，反复进行了深入的研究，结果得到了如下(1)～(2)的见解。
38.(1)虽然在上述专利文献1中提出的(al，cr，si)n层中，作为构成该层的成分的al具有提高高温硬度和耐热性的作用，cr具有提高高温强度的作用，并且在cr与al共存含有的状态下具有提高高温耐氧化性的作用，另外，si具有提高耐热性的作用，但由于si成分使(al，cr，si)n层的晶格畸变变大，因此在高负荷作用于切削刃时，(al，cr，si)n层不具备可
承受高负荷的充分的韧性，因此容易产生崩刃、缺损。
39.(2)特别是，在将包覆层形成为(al，cr，si)n层与其他硬质层的层叠结构时，除了(al，cr，si)n层自身的韧性低以外，还产生由与其他硬质层的层叠界面的晶格失配引起的较大的畸变，因此包覆层整体的韧性会进一步降低，无法避免崩刃、缺损的产生。
40.因此，本发明人对(al，cr，si)n层进行了进一步研究。其结果，通过调整该层的成分含量以及调整成分的分布状态，从而使得晶格畸变不易产生，并且发现了对工具基体和(al，cr，si)n层的密接性都良好的其他硬质层。
41.即，发现通过采用该层、al与cr的复合氮化物(以下，有时用(al，cr)n表示)层及ti、si与w的复合氮化物(以下，有时用(ti，si，w)n表示)层的层叠结构，提高包覆层所需的附着强度的同时，实现包覆层整体的高韧性化，即使在施加高负荷的切削加工条件下，也能够得到耐崩刃性、耐缺损性及耐磨性优异且耐折损性也优异的包覆工具。
42.以下，对本发明的实施方式所涉及的包覆工具进行详细说明。
43.此外，在本说明书及权利要求书中，在用“l～m”(l、m均为数值)表示数值范围时，其范围包括上限值(m)和下限值(l)，上限值(m)与下限值(l)的单位相同。
[0044]ⅰ、图1所示的实施方式
[0045]
图1示意性地表示本发明的一实施方式所涉及的表面包覆切削工具的包覆层的纵截面(是在刀片等中忽略工具基体表面的微小的凹凸而作为平坦面处理时的与该面垂直的截面。或者，是在如钻头那样的轴物工具中与轴垂直的截面)。因此，首先对图1所示的实施方式进行说明。
[0046]
1、包覆层
[0047]
在图1所示的实施方式中，作为包覆层，从工具基体1侧朝向工具表面依次具有下部层2、中间层3和上部层4，它们分别由a层10、b层11、c层12构成。以下，按顺序进行说明。
[0048]
包覆层的平均层厚(即，下部层、中间层、上部层的合计平均层厚)优选为0.5～8.0μm。其理由是因为，在小于0.5μm时，在长期使用中包覆层不能发挥优异的耐磨性，另一方面，在大于8.0μm时，上部层容易产生崩刃、缺损、剥离等异常损伤。
[0049]
包覆层的平均层厚更优选为1.0～6.0μm。
[0050]
(1)下部层
[0051]
下部层由作为规定组成的(al，cr)n层的a层构成。该(al，cr)n层通过al来提高下部层的高温硬度和耐热性，通过cr来提高下部层的高温强度和润滑性，并且通过al与cr的共存来分别提高下部层的耐氧化性、耐磨性。
[0052]
在由组成式：(al
1-x
cr
x
)n表示a层的平均组成时，优选所述x为0.20～0.60。
[0053]
其理由是因为，在x小于0.20时，由于下部层的高温强度降低而导致包覆层的耐崩刃性的劣化，并且由于因al含有比例的相对增加而出现六方晶结构的晶粒，从而下部层的硬度会降低，包覆层的耐磨性也会降低，另一方面，在x大于0.60时，因al含有比例的相对减少而下部层不能确保充分的高温硬度和耐热性，包覆层的耐磨性会降低。
[0054]
x值的更优选的范围为0.25～0.50。
[0055]
另外，作为下部层的a层的平均层厚优选为0.1～4.0μm。其理由如下所述。
[0056]
在a层的平均层厚小于0.1μm时，不能确保与工具基体的充分的密接力，另一方面，在大于4.0μm时，a层内的畸变变大，在a层与工具基体之间容易产生崩刃、剥离等异常损伤，
从而不能发挥由a层带来的作为密接层的作用。平均层厚更优选为0.1～2.0μm。
[0057]
另外，根据后述的制造方法的一例，虽然被制造成(al，cr)与n之比为1:1，但有时不可避免地(非有意地)存在并非为1:1的情况。这种情况对以下叙述的其他复合氮化物也同样存在。
[0058]
(2)中间层
[0059]
中间层由作为规定组成的(al，cr，si)n的b层构成。该(al，cr，si)n与(al，cr)n同样，cr提高中间层的高温强度和润滑性，并且还提高耐崩刃性。而且，通过cr与al共存，提高中间层的高温耐氧化性和耐磨性。
[0060]
另外，虽然si具有提高耐热性、耐热塑性变形性的作用，但由于同时增加中间层的晶格畸变，其结果使中间层的耐崩刃性降低，因此赋予后述浓度的重复变化。
[0061]
由b层构成的中间层的平均层厚优选为0.1～4.0μm。其理由是因为，在平均层厚小于0.1μm时，包覆层不能长期发挥充分的耐磨性，另一方面，在大于4.0μm时，包覆层容易产生崩刃、缺损、剥离等异常损伤。另外，由b层构成的中间层的平均层厚更优选为0.1～2.0μm。
[0062]
在由组成式：(al
1-a-b
crasib)n表示b层的平均组成时，所述a优选为0.20～0.60，所述b优选为0.01～0.20。
[0063]
其理由如下所述。
[0064]
在所述a的值小于0.20时，由于b层的高温强度降低而导致包覆层的耐崩刃性的劣化，并且由于因al含有比例的相对增加而在b层出现六方晶结构的晶粒，从而其硬度会降低，包覆层的耐磨性也会降低。另一方面，在a值大于0.60时，因al含有比例的相对减少而b层不能确保充分的高温硬度和耐热性，包覆层的耐磨性会降低。a值的更优选的范围为0.25～0.50。
[0065]
在所述b的值小于0.01时，提高b层的耐热性、耐热塑性变形性的作用会减少，另一方面，在b值大于0.20时，会使提高耐磨性的作用降低的同时，由于b层的晶格畸变增加而会使b层自身的韧性降低，其结果，包覆层在高负荷切削加工条件下的耐崩刃性、耐缺损性会降低。b值的更优选的范围为0.01～0.15。
[0066]
在此，为了实现b层的晶格畸变的缓和，并且抑制包覆层的耐崩刃性及耐缺损性的降低，在本实施方式中，形成具有si浓度的重复变化的结构。
[0067]
即，为了更切实地降低晶格畸变，关于si浓度，优选具有相邻的极大值和极小值的间隔的平均值(即，在与工具基体的表面垂直的方向(层厚方向：在后述的“iii.测定方法”中进行说明)上的平均间隔)为1～100nm的si浓度的重复变化。推断为：通过该重复变化，抑制a层与b层之间的急剧的si含量变化，更切实地降低晶格畸变，其结果提高两层的密接性，防止包覆层的剥离等的产生，并且提高耐崩刃性及耐缺损性。
[0068]
图2是通过将纵轴设为si浓度[si]、将横轴设为与工具基体的表面垂直的方向的位置x来示意性地表示si浓度的重复变化的一例的图。在图2中，极大值、极小值分别为相同的值，相邻的极大值与极小值的间隔也相同，只要本说明书及权利要求书中所说的si浓度的重复变化是指si浓度以交替取极大值和极小值的方式变化即可，极大值和极小值分别可以是相同的值或不相同的值，相邻的极大值与极小值的间隔d可以相同或不同。
[0069]
在此，关于si浓度，将相邻的极大值与极小值的平均间隔设为1～100nm，其理由是
因为，在平均间隔小于1nm时，si含量急剧变化，因此晶格畸变局部变大，包覆层的耐崩刃性会降低，另一方面，在平均间隔大于100nm时，si含量变多，即晶格畸变大的区域变宽，因此容易以该区域为起点产生崩刃，包覆层的耐崩刃性会降低。重复变化的平均间隔的更优选的范围为5～50nm。
[0070]
另外，优选地，在将si成分的浓度的极大值的平均值设为si
max
时，1.0＜si
max
/b≤2.0，另外，在将si成分的浓度的极小值的平均值设为si
min
时，0.0≤si
min
/b＜1.0。在此，b是b层的组成式中的si的平均组成b。
[0071]
如上所述那样规定si成分的浓度的极大值的平均值与b之比si
max
/b和极小值的平均值与b之比si
min
/b的理由是因为，在si
max
/b大于1.0，并且si
min
/b小于1.0时，虽然能够得到由si浓度的重复变化引起的晶格畸变的降低，但在si
max
/b大于2.0时，组成的变化幅度变大，产生急剧的si成分的变化，从而包覆层的耐崩刃性会降低。
[0072]
si
max
/b、si
min
/b的更优选的范围为1.2＜si
max
/b≤2.0、0.0≤si
min
/b＜0.8。
[0073]
在此，具有si浓度的重复变化的第二层中的赋予si的极大值的位置与赋予与其邻接的极小值的位置的平均间隔通过如下方法来求出：在第二层的工具基体的纵截面中，在与工具基体的表面垂直的方向(层厚方向：在后述的“iii、测定方法”中进行说明)上测定si的含有比例，并且进行公知的测定噪声去除使之图形化。
[0074]
即，如图2所示，对表示si浓度的重复变化的曲线画出横穿该曲线的直线m。该直线m是以被所述曲线所包围的区域的面积在直线m的上侧和下侧相等的方式画出的直线。然后，对该直线m横穿表示si浓度的重复变化的曲线的每个区域求出si成分的浓度的极大值或极小值，并且测定两者的间隔，通过对多个部位中的该测定值取平均值，求出第二层中的si浓度的重复变化的平均间隔。
[0075]
另外，通过对在多个部位求出的si成分的浓度的极大值和si成分的浓度的极小值的测定值取平均值，算出si浓度的极大值的平均值si
max
和si浓度的极小值的平均值si
min
。
[0076]
(3)上部层
[0077]
上部层由作为规定组成的(ti，si，w)n的c层构成。
[0078]
该上部层以ti为主成分，除了通过含有si成分来提高耐氧化性、耐热塑性变形性以外，还通过含有w成分来进一步提高高温强度，从而包覆层的耐磨性会提高。
[0079]
该上部层的平均层厚优选为0.1～4.0μm。将平均层厚设为该范围的理由是因为，例如在高负荷切削条件下，能够进一步提高包覆层的耐崩刃性、耐缺损性和耐磨性。平均层厚的更优选的范围为0.1～2.0μm。
[0080]
在由组成式：(ti
1-α-β
si
αwβ
)n表示该c层的平均组成时，α优选为0.01～0.20，β优选为0.01～0.10。
[0081]
将α设为该范围的理由是因为，在小于0.01时，减少c层的耐氧化性、耐热塑性变形性的提高，另一方面，在α大于0.20时，增大晶格畸变，从而在高负荷切削条件下c层容易自毁。
[0082]
另外，将β设为该范围的理由是因为，在小于0.01时，减小由c层带来的高温下的强度提高效果，另一方面，在β大于0.10时，增大晶格畸变，从而高负荷切削中的c层的耐崩刃性会降低。
[0083]
此外，w浓度具有相邻的极大值与极小值的平均间隔为1～100nm的重复变化，在将
所述w浓度的极大值的平均值设为w
max
时，优选为1.0＜w
max
/β≤2.0，在将所述w浓度的极小值的平均值设为w
min
时，优选为0.0≤w
min
/β＜1.0。在此，β是c层的组成式中的w的平均组成β。
[0084]
在此，相邻的极大值与极小值的平均间隔优选为1～100nm的理由是因为，在平均间隔小于1nm时，w含量急剧变化，因此在c层中，晶格畸变局部变大，包覆层的耐崩刃性会降低，另一方面，在大于100nm时，w含量变多，即表面层的晶格畸变大的区域变宽，因此容易以该区域为起点产生崩刃，包覆层的耐崩刃性会降低。重复变化的平均间隔的更优选的范围为5～50nm。
[0085]
另外，将w浓度的极大值的平均值与β之比w
max
/β和极小值的平均值与β之比w
min
/β设为上述范围的理由是因为，在w
max
/β大于1.0，并且w
min
/β小于1.0时，虽然能够降低由组成重复变化引起的c层的晶格畸变，但在w
max
/β大于2.0时，组成变化幅度变大，产生急剧的w成分的变化，从而包覆层的耐崩刃性会降低。w
max
/β和w
min
/β的更优选的范围为1.2＜w
max
/β≤2.0、0.0≤w
min
/β＜0.8。
[0086]
此外，针对w浓度的重复变化，确定其平均间隔、w
max
和w
min
，这与参考图2进行说明的si浓度的重复变化同样。即，在图2中，将si替换为w即可。
[0087]
(4)岩盐型立方晶结构(nacl型面心立方结构)的晶粒
[0088]
构成a层、b层、c层的晶粒优选为nacl型面心立方结构。此外，在这些层中，可以存在工业生产中不可避免的(非有意的)量的具有nacl型面心立方结构以外的晶体结构的晶粒。
[0089]
(5)xrd图案
[0090]
另外，关于汇总a层和b层的层，对构成各层的岩盐型立方晶结构的晶粒进行x射线衍射而求出的200衍射线的峰的半峰全宽为0.2～1.0度，在将所述衍射线的峰强度设为i
ab200
、将其111衍射线的峰强度设为i
ab111
时，0.5＜i
ab200
/i
ab111
＜10.0，另外，在将通过对c层进行x射线衍射而求出的c层的200衍射线的峰强度设为i
c200
、将其111衍射线的峰强度设为i
c111
时，更优选为0.5＜i
c200
/i
c111
＜10.0。
[0091]
进一步优选的范围为0.5＜i
ab200
/i
ab111
＜5.0、0.5＜i
c200
/i
c111
＜5.0。
[0092]
其理由有不确定的地方，但考虑如下。
[0093]
推测为：如果x射线衍射峰强度i
ab200
的半峰全宽小于0.2度，则由于使晶粒粗粒化，因此裂纹容易通过晶界传播，从而耐崩刃性会降低，另一方面，如果大于1.0度，则由于使晶体微细化，不能维持充分的结晶性，因此耐磨性会降低。另外，推测为：通过将半峰全宽设为上述范围，从而使分别构成a层和b层的晶体的晶格常数之差变小，由a层与b层的层叠界面上的晶格失配引起的畸变会降低，因此耐崩刃性会提高。
[0094]
推测为：如果i
ab200
/i
ab111
为0.5以下，则由于作为最密面的(111)面的取向较强，因此耐崩刃性会降低，另一方面，如果为10.0以上，则由于(200)取向变得极强，因此耐磨性会降低。
[0095]
而且，推测为：如果i
c200
/i
c111
为0.5以下，则由于作为最密面的(111)面的取向较强，因此耐崩刃性会降低，另一方面，如果为10.0以上，则由于(200)取向变得极强，因此耐磨性会降低。
[0096]
在此，所谓汇总a层和b层的x射线衍射峰是指在对a层和b层进行x射线衍射时，不
是以单独的a层或者单独的b层的状态，而是以a层与b层叠加的状态进行测定而求出的x射线衍射峰。
[0097]
2、工具基体
[0098]
(1)材质
[0099]
如果材质为以往公知的工具基体的材质，则只要不妨碍达到上述目的，就可以使用任何材质。如果举出一例，优选为硬质合金(wc基硬质合金、除了wc以外，还包括co，进一步还包括添加ti、ta、nb等的碳氮化物而成的物质的合金等)、金属陶瓷(以tic、tin、ticn等为主成分的陶瓷等)、陶瓷(碳化钛、碳化硅、氮化硅、氮化铝、氧化铝等)、cbn烧结体或金刚石烧结体中的任一种。
[0100]
(2)形状
[0101]
工具基体的形状只要是用作切削工具的形状则不受特别限制，可以例示刀片的形状、钻头的形状。
[0102]
3、制造方法
[0103]
关于本实施方式的制造方法，例如可以示出如下的利用pvd法的成膜方法。
[0104]
(1)下部层
[0105]
例如，使用图5及图6所示的电弧离子镀(aip)装置，并且在氮气氛下，在旋转台25上安装工具基体26，在al-cr合金靶23与阳极电极20之间产生电弧放电，对自转的工具基体的表面进行由规定的平均层厚的a层构成的下部层的成膜。
[0106]
(2)中间层
[0107]
例如，通过在前述的电弧离子镀装置内的旋转台25上，对在其表面形成有下部层的工具基体26进行来自al-cr-si合金靶22和al-cr合金靶23的同时蒸镀，从而能够在构成中间层的b层中形成si浓度的重复变化。
[0108]
在此，即使在仅使用al-cr-si合金靶作为靶的单个靶的情况下，也通过适当设定旋转台的旋转周期和电弧放电时的氮压力、偏置电压、装置内温度等成膜条件，能够形成si浓度的重复变化，由此也能够形成本实施方式的包覆层。
[0109]
由于利用单个靶形成的si浓度的重复变化是通过成膜中产生的装置内的元素分布形成的，因此例如在增加氮压力时，每个元素的平均自由程之差变大，容易形成si浓度的重复变化，然而在因偏置电压或装置内温度的上升而使工具基体温度增加的情况下，由于在包覆层中容易进行原子扩散，因此难以形成si浓度的重复变化。此外，在使用单个靶的情况下，在分别控制si浓度的重复变化和结晶性等的包覆层的特性方面有局限性。
[0110]
因此，进行来自al-cr-si合金靶和al-cr合金靶的同时蒸镀，能够积极形成si浓度的重复变化的同时容易控制结晶性等特性，能够更切实地形成本实施方式的包覆层。
[0111]
此外，通过在形成a层和b层的电弧离子镀条件中，例如调整电弧电流、偏置电压、反应气压、成膜温度，从而能够将i
ab200
/i
ab111
值控制在规定的范围内。
[0112]
(3)上部层
[0113]
例如，通过预先设置两种不同组成的ti-si-w合金靶21，并且在前述的电弧离子镀装置内的旋转台25上，对在其表面形成有下部层和中间层的工具基体26进行同时蒸镀，从而能够在c层中形成w浓度的重复变化。当然，如在b层中的si浓度的重复变化的形成中叙述的那样，还能够仅使用相同组成的ti-si-w合金靶，并且通过调整成膜条件来形成w浓度的
重复变化。
[0114]
此外，通过在进行c层的成膜的电弧离子镀条件中，例如调整电弧电流、偏置电压、反应气压、成膜温度，从而能够将i
c200
/i
c111
值控制在规定的范围内。
[0115]
ii、图3所示的实施方式
[0116]
图3示意性地表示本发明的另一实施方式所涉及的表面包覆切削工具的包覆层的纵截面。于是，对图3所示的实施方式进行说明。
[0117]
此外，对与图1所示的实施方式的说明重复的部分不进行详细说明。
[0118]
1、包覆层
[0119]
在图3所示的实施方式中，作为包覆层，从工具基体1侧朝向工具表面依次具有下部层2、中间层3'、上部层4，下部层2由a层10构成且上部层4由c层12构成这一点与图1所示的实施方式相同。在本实施方式中，中间层3'由作为a层10与b层11交替层叠的d层13构成。此外，a层10与b层11的层叠数不限于图3所示的层叠数。
[0120]
(1)中间层
[0121]
在本实施方式中，中间层由作为a层与b层的交替层叠的d层构成。d层的平均层厚优选为0.5～4.0μm。其理由是因为，在平均层厚小于0.5时，包覆层不能长期发挥充分的耐磨性，另一方面，在大于4.0μm时，包覆层容易产生崩刃、缺损、剥离等异常损伤。另外，在d层中，a层和b层的平均层厚分别优选为0.1～1.5μm。
[0122]
更优选地，d层的最靠近工具基体侧(最靠近下部层侧)的层和最靠近工具表面侧(最靠近上部层侧)的层都是b层。
[0123]
其理由是因为，通过在最靠近工具基体侧的层设置b层，从而能够进一步确保下部层(a层)与中间层(d层)的密接强度，并且通过在最靠近工具表面侧的层形成b层，从而能够提高与作为上部层的c层的密接强度，在高负荷切削加工中能够进一步确保包覆层的耐崩刃性。
[0124]
(2)层叠数
[0125]
关于d层中的a层与b层的层叠数，如果d层中的a层与b层的平均层厚分别满足0.1～1.5μm，并且中间层的层厚为0.5～4.0μm，则没有特别限制，更优选分别为2～5层，例如a层为两层，b层为三层。
[0126]
(3)岩盐型立方晶结构的晶粒和xrd图案
[0127]
关于岩盐型立方晶结构的晶粒和xrd图案，与在图1所示的实施方式的说明中叙述的情况相同。
[0128]
2、工具基体
[0129]
工具基体的材质及形状与在图1所示的实施方式的说明中叙述的情况相同。
[0130]
3、制造方法
[0131]
仅对构成中间层的d层的制造方法进行说明。
[0132]
例如，通过在图5及图6所示的前述电弧离子镀装置内的旋转台25上，对在其表面形成有下部层的工具基体26，进行来自al-cr-si合金靶22和al-cr合金靶23的同时蒸镀，从而在构成交替层叠结构的中间层的b层中形成si成分的浓度的重复变化，接着，通过进行来自al-cr合金靶23的蒸镀，从而形成规定层厚的a层，通过重复这种步骤，从而能够进行构成由b层和a层的交替层叠结构构成的中间层的d层的成膜，同时在b层中形成si浓度的重复变
化。
[0133]
iii、图4所示的实施方式
[0134]
图4示意性地示出本发明的又一实施方式所涉及的表面包覆切削工具的包覆层的纵截面。于是，对图4所示的实施方式进行说明。
[0135]
此外，对与图1及图3所示的实施方式的说明重复的部分不进行详细说明。
[0136]
1、包覆层
[0137]
如图4所示，包覆层除了下部层2、中间层3'和上部层4以外，在中间层3'与上部层4之间还具有密接层5。此外，构成中间层3'的层的层叠数不限于图示的层叠数。
[0138]
(1)密接层
[0139]
在本实施方式中，密接层由中间层(d层)与上部层(c层)之间的e层构成。该e层例如是为了在构成d层的b层的si含有比例的值b与c层的si含有比例的值α之间存在差异时提高d层与c层的密接性而设置。
[0140]
e层的平均层厚优选为0.1～2.0μm。其理由是因为，在e层的平均层厚小于0.1μm时，不能充分提高前述的密接性，另一方面，在大于2.0μm时，e层内的晶格畸变变大，从而前述的密接性会降低。
[0141]
在由组成式：(al
1-k-l-m-n
tikcr
l
simwn)n表示e层的平均组成的组成时，优选k为0.20～0.65，l为0.10～0.35，m大于0.00且为0.15以下，n大于0.00且为0.05以下。
[0142]
如此确定平均组成的理由如下所述。
[0143]
关于具有提高e层的高温硬度和高温强度的作用的ti，在含有比例小于0.20时，不能充分得到高温强度，并且由于al含有比例变高，因此在e层内形成六方晶，抑制e层所起到的提高密接性的作用，另一方面，在大于0.65时，其他成分的含有比例变小，不能得到包覆层的充分的耐磨性。
[0144]
关于具有提高e层的高温强度和润滑性的作用的cr，在含有比例小于0.10时，不能充分得到润滑性，另一方面，在大于0.35时，其他成分的含有比例变小，不能得到包覆层的充分的耐磨性。
[0145]
关于具有提高e层的耐氧化性、耐热塑性变形性的作用的si，在不含有时(0.00以下)，不能得到e层的耐氧化性，而且不能充分得到与b层、c层的亲和性，因此与这些层的密接力会降低，另一方面，在含有比例大于0.15时，e层内的晶格畸变变大，从而该密接力会降低。
[0146]
关于具有提高e层的高温强度和耐磨性的作用的w，在不含有时(0.00以下)，e层的高温强度不够充分，不能充分得到与c层的亲和性，因此与c层的密接性会降低，另一方面，在含有比例大于0.05时，e层内的晶格畸变变大，从而该密接力会降低。
[0147]
另外，优选在密接层中具有相邻的极大值与极小值的间隔为1～100nm的si浓度的重复变化，在将所述si浓度的所述极大值的平均值设为si
max(e)
时，1.0＜si
max(e)
/m≤2.0，并且，在将所述si浓度的所述极小值的平均值设为si
min(e)
时，0.0≤si
min(e)
/m＜1.0。
[0148]
在此，si浓度的重复变化与在图2中说明的情况相同。
[0149]
在此，相邻的极大值与极小值的平均间隔优选为1～100nm的理由是因为，在平均间隔小于1nm时，si成分急剧变化，因此包覆层容易产生崩刃，在e层中不能充分得到c层与d层的密接力提高效果，另一方面，在大于100nm时，si含量变多，即晶格畸变大的区域变宽，
因此容易以该区域为起点产生崩刃，不能充分提高该密接力。重复变化的平均间隔的更优选的范围为5～50nm。
[0150]
另外，将si浓度的极大值的平均值与m之比si
max(e)
/m和极小值的平均值与m之比si
min(e)
/m设为前述范围的理由是因为，虽然在si
max(e)
/m大于1.0且si
min(e)
/m小于1.0时，产生si浓度的重复变化，但在si
max(e)
/m大于2.0时，组成的变化变大，产生急剧的si成分的变化，从而耐崩刃性会降低。
[0151]
(3)岩盐型立方晶结构的晶粒
[0152]
在构成密接层的e层中，晶粒的晶体结构也优选为nacl型面心立方结构。此外，与a层、b层、d层同样，在这些层中可以存在不可避免的(非有意的)量的具有nacl型面心立方结构以外的晶体结构的晶粒。
[0153]
(4)xrd图案
[0154]
与在图1所示的实施方式的说明中叙述的情况相同。
[0155]
2、工具基体
[0156]
工具基体的材质及形状与在图1所示的实施方式的说明中叙述的情况相同。
[0157]
3、制造方法
[0158]
仅对构成密接层的e层的制造方法进行说明。
[0159]
例如，通过在图5及图6所示的前述电弧离子镀装置内的旋转台25上，对在其表面形成有下部层和中间层的工具基体26，进行来自al-cr-si合金靶22和ti-si-w合金靶21的同时蒸镀，从而能够蒸镀形成作为密接层的e层，在该情况下，在e层中形成si成分的浓度的重复变化。
[0160]
此外，在图4所示的实施方式中，中间层使用作为a层与b层的交替层叠的d层，中间层也可以仅由b层构成。
[0161]
iii、测定方法
[0162]
1、平均组成、各层界面和各层的平均层厚的测定
[0163]
通过使用扫描型电子显微镜(scanning electron microscope：sem)、透射型电子显微镜(transmission electron microscope：tem)、能量色散型x射线光谱法(energy dispersive x-ray spectroscopy：eds)的截面测定，对纵截面进行测定并取平均值，从而求出构成各层的成分的浓度。
[0164]
在权利要求书以及本说明书的记载中，工具基体的表面是指在所述纵截面的观察图像中工具基体与包覆层的界面粗糙度的基准线。即，在工具基体如刀片那样具有平面表面时，通过在所述纵截面中实施使用eds的元素映射，对得到的元素映射进行公知的图像处理，从而确定下部层与工具基体的界面，对如此得到的下部层与工具基体的界面的粗糙度曲线，用算术方法求出平均线，将其作为工具基体的表面。并且，将与该平均线垂直的方向设为与工具基体垂直的方向(层厚方向)。
[0165]
另外，在工具基体如钻头那样具有曲面表面的情况下，如果工具直径相对于包覆层的层厚足够大，则测定区域中的包覆层与工具基体之间的界面大致为平面，因此也能够通过同样的方法来决定工具基体的表面。即，例如在钻头的情况下，在与轴向垂直的截面的包覆层的纵截面中实施使用eds的元素映射，通过对得到的元素映射进行公知的图像处理，从而确定下部层(a层)与工具基体的界面，对如此得到的下部层(a层)与工具基体的界面的
粗糙度曲线，用算术方法求出平均线，将其作为工具基体的表面。并且，将与该平均线垂直的方向设为与工具基体垂直的方向(层厚方向)。
[0166]
此外，以包含包覆层的所有厚度区域的方式设定纵截面中的测定区域。鉴于包覆层的总层厚、层厚的测定精度等，优选在10μm
×
10μm左右的视场中进行多个视场(例如，三个视场)的观察及测定。
[0167]
另外，由于b层、c层及e层存在si浓度或w浓度的重复变化，因此沿着与工具基体的表面垂直的方向(层厚方向)，通过多条分析线(例如，五条)测定各层中的si浓度或w浓度，将出现si浓度、w浓度且分别为1原子％的位置(即，b＝0.01或β＝0.01的位置)确定为与相邻层的界面，按多条线分别求出层厚，对求出的层厚取平均值设为平均层厚。由于c层和e层只有一层，因此将通过多条分析线对该层测定的层厚取平均值设为平均层厚。
[0168]
2、具有nacl型面心立方结构的晶粒的确认
[0169]
通过透射型电子显微镜(tem)的电子射线衍射，鉴定a层、b层、c层和e层各自的晶体结构，确认这些晶体结构为nacl型面心立方结构。
[0170]
实施例
[0171]
下面，列举实施例对本发明进行说明，但本发明并不限定于实施例。
[0172]
《实施例a》
[0173]
对与具备如图1所示那样的包覆层的包覆工具的实施方式对应的实施例进行说明，其中该包覆层具有下部层(a层)、中间层(b层)和上部层(c层)。
[0174]
作为工具基体准备了钻头基体。
[0175]
1、钻头基体的制作：
[0176]
作为原料粉末，准备均具有0.5～5μm的平均粒径的co粉末、vc粉末、tac粉末、nbc粉末、cr3c2粉末、wc粉末，按表1所示的配合组成配合这些原料粉末，并且进一步加入蜡，用球磨机进行湿式混合72小时，在减压干燥之后，以100mpa的压力进行压制成形。
[0177]
在将这些压坯成形体进行烧结之后，形成直径为3mm的工具基体形成用圆棒烧结体，并且进一步通过磨削加工来制造槽形成部的直径
×
长度尺寸分别为2mm
×
45mm以及螺旋角为30度的具有双刃形状的wc基硬质合金制的钻头基体1～3。
[0178]
[表1]
[0179][0180]
(注)
“‑”
表示不含有。
[0181]
成膜工序：
[0182]
在使用图5及图6所示的电弧离子镀装置对上述钻头基体1～3进行成膜时，进行以下的(a)～(e)处理。
[0183]
关于图5及图6所示的电弧离子镀装置，除了前述的旋转台25、靶21、22、23以外，还
具备阳极电极20、加热器24、反应气体导入口27、排气口28、电弧电源29及偏置电源30等。
[0184]
(a)在将钻头基体1～3在丙酮中进行超声波清洗并使之干燥的状态下，沿着外周部安装在从电弧离子镀装置内的旋转台上的中心轴沿半径方向离开规定距离的位置上。
[0185]
(b)在对装置内进行排气并保持10-2
pa以下的真空的同时，用加热器将装置内加热到500℃之后，设定为0.2pa的ar气体气氛，并且对在所述旋转台上自转的同时公转的工具基体施加-200v的直流偏置电压，从而通过氩离子对钻头基体表面进行20分钟的轰击处理。
[0186]
(c)向装置内导入氮气作为反应气体，形成表2所示的2.0～8.0pa的范围内的规定的n2气氛，并且同样维持在表2所示的装置内温度，另外，同样控制在表2所示的旋转台的转数，对在旋转台上自转的同时公转的钻头基体施加表2所示的-30～-60v的范围内的规定的直流偏置电压，并且使表2所示的100～150a的范围内的规定的电流在al-cr合金靶与阳极电极之间流过而产生电弧放电，从而蒸镀形成由规定的层厚的a层构成的下部层。
[0187]
(d)通过将施加到钻头基体的直流偏置电压调整为表2的b层的蒸镀条件栏所示的-25～-60v的范围内的规定的值，并且使表2所示的100～150a的范围内的规定的电流在al-cr合金靶与阳极电极之间流过而产生电弧放电的同时，同样使表2所示的150～180a的范围内的规定的电流在al-cr-si合金靶与阳极电极之间流过而产生电弧放电，从而在上述成膜的下部层(a层)的表面蒸镀形成中间层，该中间层由通过同时蒸镀形成有si浓度的重复变化的规定的层厚的b层构成。
[0188]
(e)向装置内导入氮气作为反应气体，形成表3所示2.0～8.0pa的范围内的规定的反应气氛，并且同样维持在表3所示的装置内温度，另外，同样控制在表3所示的旋转台的转数，对在旋转台上自转的同时公转的钻头基体施加表3所示的-25～-70v的范围内的规定的直流偏置电压，并且使表3所示的100～180a的范围内的规定的电流在ti-si-w合金靶与阳极电极之间流过而产生电弧放电，从而蒸镀形成上部层，该上部层由形成有w浓度的重复变化的规定的层厚的c层构成。
[0189]
如表3所示，实施例1～5和实施例7的c层通过两种ti-si-w合金靶的同时蒸镀而形成有w浓度的重复变化，实施例6的c层通过一种ti-si-w合金靶的蒸镀和成膜参数控制而形成有w浓度的重复变化。
[0190]
通过前述的工序(a)～(e)，制作了具备包覆层的实施例1～7，该包覆层由表6所示的下部层(a层)和中间层(b层)以及表7所示的上部层(c层)构成。
[0191]
在上述(a)～(d)的蒸镀成膜工序中，特别是通过在a层和b层的蒸镀条件中调整电弧电流值、作为反应气体的氮气分压、偏置电压及成膜温度等，从而控制由al-cr合金靶与al-cr-si合金靶的同时蒸镀产生的中间层的岩盐型立方晶结构的晶粒的i
ab200
的半峰全宽、i
ab200
/i
ab111
的值。
[0192]
为了进行比较，与实施例1同样，通过表4及表5所示的条件11～16，对钻头基体1～3蒸镀由下部层(a层)、中间层(b层)和上部层(c层)构成的包覆层，从而制作了表8及表9所示的比较例1～6。
[0193]
此外，由于由单个al-cr-si合金靶形成，因此比较例1～5中的中间层如表8所示那样未形成si浓度的重复变化，沿b层的层厚方向的si含量大致均匀。
[0194]
即，比较例1～5在这一点上与实施例的中间层(b层)的层结构不同。另外，关于比较例1和比较例6中的c层，沿c层的层厚方向的w含量也大致均匀，未形成w浓度的重复变化。
比较例1和比较例6的c层与实施例6的c层同样，使用一种ti-si-w合金靶材蒸镀形成，然而与实施例相比较，由于装置温度和偏置电压的绝对值较大且n2气压较小，因此成为难以形成si浓度的重复变化的环境，从而没有形成si浓度的重复变化。
[0195]
关于前述制作的实施例1～6和比较例1～6，通过使用扫描型电子显微镜(sem)、透射型电子显微镜(tem)、能量色散型x射线光谱法(eds)，在包覆层的纵截面的多个部位测定a层、b层的组成、各层的层厚，对其取平均值算出平均组成、各层的平均层厚。
[0196]
另外，使用扫描型电子显微镜(sem)、透射型电子显微镜(tem)以及能量色散型x射线光谱法(eds)沿层厚方向对b层进行测定，获取层厚方向的组成分布曲线。
[0197]
对得到的组成分布曲线的si成分，进行作为噪声去除且利用移动平均的平滑化处理，求出si成分的极大含有点上的si成分的浓度的极大值的平均值si
max
、si成分的极小含有点上的si成分的浓度的极小值的平均值si
min
，并且测定相邻的si的极大含有点与si的极小含有点的间隔，在多个部位进行该测定，求出作为平均值的极大含有点和极小含有点的平均间隔。
[0198]
此外，对于c层，以同样的方式求出w成分的极大含有点上的w成分的浓度的极大值的平均值w
max
、w成分的极小含有点上的w成分的浓度的极小值的平均值w
min
，并且测定相邻的w的极大含有点与w的极小含有点的间隔，在多个部位进行该测定，求出作为平均值的极大含有点与极小含有点的平均间隔。
[0199]
此外，从与工具基体表面垂直的方向对a层和b层整体进行x射线衍射，测定来自(200)面的汇总的x射线衍射峰(a层与b层重叠的x射线衍射峰)的半峰全宽，并且从汇总的x射线衍射峰(a层与b层重叠的x射线衍射峰)强度i
ab200
、i
ab111
值算出i
ab200
/i
ab111
值。
[0200]
此外，对c层进行x射线衍射，测定200衍射线的x射线衍射峰强度i
c200
、111衍射线的x射线衍射峰强度i
c111
，算出i
c200
/i
c111
值。
[0201]
此外，x射线衍射使用x射线衍射装置，该x射线衍射装置使用了cu管球。
[0202]
图7表示对实施例6的a层和b层整体测定的x射线衍射结果(纵轴为x射线强度，横轴为角度)。根据图7的结果算出的汇总由a层和b层构成的硬质包覆层的i
ab200
的半峰全宽为0.5度，i
ab200
与i
ab111
之比的值i
ab200
/i
ab111
为1.7。
[0203]
另外，由c层构成的硬质包覆层的i
c200
/i
c111
为0.9。
[0204]
表6及表7示出实施例1～7的i
200
的半峰全宽、i
ab200
/i
ab111
、i
c200
/i
c111
的值，表8及表9示出比较例工具1～6的i
200
的半峰全宽、i
ab200
/i
ab111
、i
c200
/i
c111
的值。
[0205]
[表2]
[0206][0207]
[表3]
[0208][0209]
(注)
“‑”
表示不使用。
[0210]
[表4]
[0211][0212]
[表5]
[0213][0214]
(注)
“‑”
表示不使用。
[0215]
[表6]
[0216][0217]
(注)在中间层(b层)中存在si浓度的重复变化。
[0218]
[表7]
[0219][0220]
[表8]
[0221][0222]
(注)中间层的
“‑”
表示没有si浓度的重复变化。
[0223]
[表9]
[0224][0225]
(注)
“‑”
表示没有w浓度的重复变化。
[0226]
接着，对实施例1～7和比较例1～6进行如下条件下的scm440的湿式高速高进给开孔切削加工试验(通常的切削速度和进给量分别为50m/min.和0.06mm/rev)(使用水溶性切削油)。
[0227]
工件-平面尺寸：合金钢scm440的板材
[0228]
切削速度：70m/min.
[0229]
进给量：0.08mm/rev
[0230]
孔深：40mm
[0231]
测定直至前端切削刃面的后刀面磨损宽度达到0.3mm或者以刀尖的崩刃产生、缺
损产生为原因或因折损而达到寿命为止的开孔加工数，并且观察刀尖的损耗状态。加工进行到开孔加工数1000孔，对未达到寿命的情况测定1000孔加工时的后刀面磨损宽度。
[0232]
表10示出测定结果。
[0233]
[表10]
[0234][0235]
(注)
※
表示直至以崩刃、缺损、折损为原因而达到寿命为止的开孔加工数。
[0236]
根据表10的结果，在实施例中，后刀面磨损宽度的平均值为约0.13mm，未确认到崩刃、缺损、折损的产生，与此相对，在比较例中，后刀面的磨损均进展，并且还具有在短时间内因崩刃产生、缺损产生、折损产生而达到寿命的情况。
[0237]
《实施例b》
[0238]
对与具备如图3所示那样的包覆层的包覆工具的实施方式对应的实施例进行说明，其中该包覆层具有下部层(a层)、中间层(d层)和上部层(c层)。
[0239]
将在实施例a中制作的wc基硬质合金制的钻头基体1～3装入图5及图6所示的电弧离子镀装置中，与实施例a的成膜工序(a)～(c)同样，在表2所示的条件下形成下部层(a层)。
[0240]
接着，在以下的(f)～(h)的条件下，进行中间层(具有b层与a层的交替层叠结构的d层)成膜。
[0241]
(f)以与实施例a中的工序(d)同样的方式，进行形成有si浓度的重复变化的规定一层的平均层厚的b层的成膜，接着，停止al-cr-si合金靶的成膜，并且使表2所示的100～150a的范围内的规定的电流在al-cr合金靶与阳极电极之间流过而产生电弧放电，从而进行规定一层的平均层厚的a层的成膜。
[0242]
(g)通过反复进行所述工序(f)，形成由规定的平均层厚的d层构成的中间层。此外，以其表面(最靠近工具表面侧的层)为b层的方式进行中间层的成膜。
[0243]
(h)在由所述工序(g)成膜的d层构成的中间层的表面，以与实施例a的成膜工序(e)同样的方式，在表3所示的条件下蒸镀形成具有规定的层厚的c层的上部层。
[0244]
在上述工序中，制作了具备硬质包覆层的实施例11～17，该硬质包覆层具有表11所示的下部层(a层)和中间层(由b层与a层的交替层叠结构构成的d层)以及表12所示的上部层(c层)。
[0245]
关于前述制作的实施例11～17，以与实施例a同样的方式算出各层的平均组成、各层的平均层厚。
[0246]
另外，通过使用扫描型电子显微镜(sem)、透射型电子显微镜(tem)及能量色散型x射线光谱法(eds)沿层厚方向进行的测定，对d层测定相邻的si的极大含有点与si的极小含有点的间隔，算出平均值si
max
、平均值si
min
，并且求出相邻的si的极大含量点与si的极小含量点的间隔的平均间隔。
[0247]
此外，对c层算出平均值w
max
、平均值w
min
，并且求出相邻的w的极大含有点与w的极小含有点的平均间隔。
[0248]
对下部层和中间层进行x射线衍射，测定汇总200衍射线的x射线衍射峰(a层与b层重叠的x射线衍射峰)的半峰全宽，并且根据汇总的x射线衍射峰(a层与b层重叠的x射线衍射峰)强度i
ab200
、i
ab111
的值算出i
ab200
/i
ab111
值。
[0249]
对c层也进行x射线衍射，测定200衍射线的x射线衍射峰强度i
c200
、111衍射线的x射线衍射峰强度i
c111
，算出i
c200
/i
c111
值。
[0250]
表11及表12示出上述求出的各种值。
[0251]
[表11]
[0252][0253]
(注)中间层(d层)是a层与b层的交替层叠，在b层中存在si浓度的重复变化。
[0254]
[表12]
[0255][0256]
接着，对实施例11～17进行如下条件下的scm440的湿式高速高进给开孔切削加工试验(通常的切削速度和进给量分别为50m/min.和0.06mm/rev)(使用水溶性切削油)。
[0257]
工件-平面尺寸：合金钢scm440的板材
[0258]
切削速度：80m/min.
[0259]
进给量：0.09mm/rev
[0260]
孔深：40mm
[0261]
测定直至前端切削刃面的后刀面磨损宽度达到0.3mm或者以刀尖的崩刃产生、缺损产生为原因或因折损而达到寿命为止的开孔加工数，并且观察刀尖的损耗状态。加工进行到开孔加工数1000孔，对未达到寿命的情况测定1000孔加工时的后刀面磨损宽度。
[0262]
表13示出试验结果。
[0263]
[表13]
[0264]
[0265]
《实施例c》
[0266]
对与具备如图4所示那样的包覆层的包覆工具的实施方式对应的实施例进行说明，其中该包覆层具有下部层(a层)、中间层(d层)、密接层(e层)和上部层(c层)。
[0267]
将在实施例a中制作的wc基硬质合金制的钻头基体1～3装入图5及图6所示的电弧离子镀装置中，与实施例b的情况同样，在表2所示的条件下形成下部层(a层)，另外，形成实施例b的成膜工序(f)、(g)所示的中间层(d层)。
[0268]
然后，进行(i)的成膜工序。
[0269]
(i)从进行作为中间层(d层)的最表面的b层的成膜的中途的时刻开始，停止al-cr合金靶的成膜，同时在表3所示的条件下，开始c层的同时蒸镀，通过暂时继续b层和c层的同时蒸镀，从而形成密接层(e层)。
[0270]
然后，停止b层的蒸镀，在表3所示的条件下，通过仅继续c层的蒸镀，蒸镀形成由规定的层厚的c层构成的上部层。
[0271]
通过前述的工序，制作了具备硬质包覆层的表14所示的实施例21～27，该硬质包覆层由表11所示的下部层(a层)、中间层(由b层与a层的交替层叠结构构成的d层)、密接层(e层)和上部层(c层)构成。
[0272]
此外，在所述密接层(e层)中，形成有si的组成调制结构。
[0273]
关于前述制作的实施例21～27，以与实施例a、b同样的方式，算出各层的平均组成、一层的平均层厚。
[0274]
另外，以与实施例a、b同样的方式，对e层和c层求出si的极大含有点与si的极小含有点的平均间隔、si
max(e)
、si
min(e)
、w的极大含有点与w的极小含有点的平均间隔、w
max
、w
min
。
[0275]
此外，以与实施例a、b同样的方式，对a层与b层整体测定111衍射线及200衍射线的汇总的x射线衍射峰的半峰全宽，并且计算出i
ab200
/i
ab111
值。
[0276]
此外，对c层算出i
c200
/i
c111
值。
[0277]
表14示出各种值。
[0278][0279]
接着，在与实施例b相同的切削条件下，对实施例21～27进行湿式高速高进给开孔切削加工试验，测定直至前端切削刃面的后刀面磨损宽度达到0.3mm或因刀尖的崩刃产生、
缺损产生或钻头的折损而达到寿命为止的开孔加工数，并且观察刀尖的磨损状态。加工进行到开孔加工数1000孔，对未达到寿命的情况测定1000孔加工时的后刀面磨损宽度。
[0280]
表15示出试验结果。
[0281]
[表15]
[0282][0283]
根据表13及表15的结果，在实施例11～17、21～27中，后刀面磨损宽度的平均值较小，分别为约0.12mm、约0.11mm，耐磨性优异，而且抑制了崩刃、缺损的产生，进而也不会产生钻头的折损。
[0284]
特别是，可知实施例21～27与实施例11～17相比耐磨性更优异。
[0285]
此外，对与表13、表15对应的切削加工试验未示出比较例的切削试验结果。但是，由于该切削加工试验比表10的切削加工试验严格，因此即使对比较例实际上不进行该切削加工试验，比较例的后刀面的磨损也会进展，从而寿命短，这从表10的结果来看是显而易见的。
[0286]
根据这些结果可知，实施例在碳钢、合金钢、不锈钢等工件的高负荷切削加工中发挥优异的耐崩刃性、耐缺损性及耐磨性，也不会产生钻头工具的折损。
[0287]
前述公开的实施方式在所有方面只是示例性的，而不是限制性的。本发明的范围是由权利要求书表现，而不是由前述的实施方式表现，旨在包括与权利要求书等同的意义及范围内的所有变更。
[0288]
附图标记说明
[0289]1ꢀꢀꢀꢀꢀ
工具基体
[0290]2ꢀꢀꢀꢀꢀ
下部层
[0291]3ꢀꢀꢀꢀꢀ
中间层
[0292]
3'
ꢀꢀꢀꢀ
中间层(交替层叠)
[0293]4ꢀꢀꢀꢀꢀ
上部层
[0294]5ꢀꢀꢀꢀꢀ
密接层
[0295]
10
ꢀꢀꢀꢀ
a层((al，cr)n层)
[0296]
11
ꢀꢀꢀꢀ
b层((al，cr，si)n层)
[0297]
12
ꢀꢀꢀꢀ
c层((ti，si，w)n层)
[0298]
13
ꢀꢀꢀꢀ
d层(a层与b层的交替层叠)
[0299]
14
ꢀꢀꢀꢀ
e层((al，ti，cr，si，w)n层)
[0300]
20
ꢀꢀꢀꢀ
阳极电极
[0301]
21
ꢀꢀꢀꢀ
ti-si-w合金靶(阴极电极)
[0302]
22
ꢀꢀꢀꢀ
al-cr-si合金靶(阴极电极)
[0303]
23
ꢀꢀꢀꢀ
al-cr合金靶(阴极电极)
[0304]
24
ꢀꢀꢀꢀ
加热器
[0305]
25
ꢀꢀꢀꢀ
旋转台
[0306]
26
ꢀꢀꢀꢀ
工具基体(示出整体形状)
[0307]
27
ꢀꢀꢀꢀ
反应气体导入口
[0308]
28
ꢀꢀꢀꢀ
排气口
[0309]
29
ꢀꢀꢀꢀ
电弧电源
[0310]
30
ꢀꢀꢀꢀ
偏置电源
[0311]
31
ꢀꢀꢀꢀ
h-wc的峰
[0312]
32
ꢀꢀꢀꢀ
c层的111衍射线峰
[0313]
33
ꢀꢀꢀꢀ
汇总a层和b层的111衍射线峰
[0314]
34
ꢀꢀꢀꢀ
c层的200衍射线峰
[0315]
35
ꢀꢀꢀꢀ
汇总a层和b层的200衍射线峰