本申請發明涉及一種表面包覆切削工具(以下，稱為包覆工具)，在例如合金工具鋼等工件的銑削加工中提高硬質包覆層的耐崩刀性、耐熔敷性，從而在長期使用中發揮優異的切削性能。

本申請主張基于2015年1月22日于日本申請的專利申請2015-010351號及2016年1月20日于日本申請的專利申請2016-8494號的優先權，并將其內容援用于此。

背景技術：

以往，例如如專利文獻1所示，已知有如下表面包覆切削工具，在工具基體的表面形成有由組成式：(al1-x-ycrxsiy)(n1-zcz)(其中，0.3≤x≤0.7、0≤y≤0.1、0≤z≤0.3)表示的平均層厚0.5～8.0μm的復合碳氮化物層或復合氮化物層的硬質包覆層的表面包覆切削工具中，硬質包覆層含有構成元素的90原子％以上為金屬元素的粒子，所述粒子的截面長徑為0.05～1.0μm,且在所述硬質包覆層中以3～20％的縱截面面積比率分散分布，所述粒子中，將構成元素中包含50原子％以上的al，并且縱截面形狀的長寬比為2.0以上且截面長徑與基板表面所成的銳角為45°以下的粒子的縱截面面積比率設為a％，將其以外的粒子的縱截面面積比率設為b％時，滿足0.3≤a/(a+b)，該表面包覆切削工具在碳鋼、合金工具鋼等的平面銑削加工中，發揮優異的耐缺損性、耐磨性。

而且，如專利文獻2所示，已知有如下表面包覆切削工具，在工具基體的表面至少包覆形成有0.5～10μm層厚的由al和cr的復合氮化物層構成的硬質包覆層的表面包覆切削工具中，上述al和cr的復合氮化物層中分散分布有空孔及圓形顆粒，上述al和cr的復合氮化物層的任意截面中的上述空孔的占有面積率及上述圓形顆粒的占有面積率分別為0.5～1面積％及2～4面積％，另外，上述圓形顆粒中，al含有比例高于上述al和cr的復合氮化物層的平均al含量的富al圓形顆粒，在上述al和cr的復合氮化物層的任意截面中占總圓形顆粒面積的20面積％以上，該表面包覆切削工具在碳鋼、合金工具鋼等的高速切削加工中，發揮優異的耐缺損性、耐磨性。

并且，如專利文獻3所示，已知有如下立銑刀等表面包覆切削工具，在由ti1-a-balamb(cxn1-x)(其中，m為選自除了ti的周期表4、5、6族元素、稀土元素及si中的一種以上，0.40≤a≤0.65、0≤b≤0.5、0≤x≤1)構成的硬質包覆層的表面有多個大粒子突出，在與底刃及外周刃的刀刃連續的前刀面中，相對于基體與包覆層的界面的垂線方向在遠離刀刃的方向上大粒子平均以5～20％的角度突出，通過大粒子傾斜突出，分散切屑的沖擊，能夠抑制大粒子脫落，從而提高耐崩刀性。

專利文獻1：日本特開2013-46954號公報(a)

專利文獻2：日本特開2012-166333號公報(a)

專利文獻3：日本特開2008-238336號公報(a)

近幾年的切削加工中強烈要求節省勞力化及節能化，伴隨于此，逐漸在更加苛刻的條件下使用包覆工具，為了提高耐缺損性、耐磨性等，利用所述專利文獻1～3所示的方法，逐漸完成包覆工具的性能提高，但耐缺損性的改善還不能說很充分。

即，專利文獻1所示的表面包覆切削工具中，存在如下問題：構成硬質包覆層中所含有的粒子的元素的90原子％以上為金屬元素，而且，構成元素的50原子％以上含有al，因此粒子組成為富al，從而熔點較低，無法確保高溫強度，耐熔敷性變差。

并且，專利文獻2所示的表面包覆切削工具中，存在如下問題：硬質包覆層中所存在的圓形顆粒的下部中形成有空隙，由于存在該空隙，因此施加外力時硬質包覆層的強度較弱，例如，切削加工時空隙變成龜裂的起點，變得容易發生崩刀。

而且，如專利文獻3所示的表面包覆切削工具存在如下問題：高負載作用的切削條件下，從硬質包覆層的表面突出的多個大粒子脫落，這會成為龜裂發生的起點，因此無法發揮滿意的耐崩刀性。

技術實現要素：

因此，本申請發明的目的在于，提供一種即使在用于合金工具鋼等的銑削加工的情況下，也發揮優異的耐崩刀性和耐熔敷性的表面包覆切削工具。

本申請發明者們根據前述的觀點，對即使在用于需要耐磨性的同時需要耐崩刀性、耐熔敷性的銑削加工等加工方式的情況下，在長期使用中也發揮優異的切削性能的包覆工具進行了銳意研究的結果，得到了以下見解。

即，本申請發明者們發現了將具備具有以下結構的硬質包覆層的硬質皮膜包覆形成于工具基體表面的表面包覆切削工具在長期使用中發揮優異的切削性能。

該硬質包覆層為包含于硬質皮膜的層，由al、cr、si的復合碳氮化物層(以下，以“(al、cr、si)(c、n)層”表示)或復合氮化物層(以下，以“(al、cr、si)n層”表示)構成，平均層厚為0.5～8.0μm。該硬質包覆層中包含多個粒子。并且，這些多個粒子中，構成元素的90原子％以上為選自cr、al、si中的一種或兩種以上的元素(小于10原子％的是選自c及n的一種以上的非金屬元素)，構成元素的50原子％以下為al，垂直于工具基體表面的縱方向截面中的長徑小于0.5μm且縱截面形狀的長寬比為2.0以上的粒子(以下，稱為“扁平粒子”)相對于粒子總個數的個數比例占90％以上。

含有這種粒子(扁平粒子)的(al、cr、si)(c、n)層、或(al、cr、si)n層顯示優異的耐崩刀性、耐熔敷性。作為其結果，包覆形成有包含該硬質包覆層的硬質皮膜的表面包覆切削工具在長期使用中發揮優異的切削性能。

而且，關于所述扁平粒子的各粒子，測定呈其截面長徑的直線與基體表面所成的傾斜角度時，傾斜角度為45度以下，并且，將由呈長徑的直線與硬質皮膜表面側的粒子外周部包圍的面積設為a，將由該直線與基體側的粒子外周部包圍的面積設為b時，a＞b的粒子相對于粒子總個數，以個數比例計優選占80％以上。含有這種粒子的(al、cr、si)(c、n)層或(al、cr、si)n層顯示更加優異的耐崩刀性、耐熔敷性，在長期使用中發揮更加優異的切削性能。

硬質包覆層使用pvd法能夠成膜于由碳化鎢基硬質合金構成的工具基體表面。

例如，本申請發明中，能夠使用在圖1a及圖1b中概略表示的電弧離子鍍裝置1來進行成膜。此時，除了設置控制整個爐的氣氛溫度的加熱器6以外，優選在靶4a、4b的前面設置筒狀加熱器7，從而將靶前面的空間設為高溫，由此能夠防止從靶4a、4b產生的粒子在氣氛中凝固，以高溫狀態附著于工具基體9，從而粒子因附著時的沖擊而沿基體表面的形狀變形。因此，粒子沿表面平滑的基體表面的形狀變形，從皮膜的縱截面(與基體表面垂直的截面)觀察時，成為沿基體表面的扁平形狀，呈粒子的截面形狀的截面長徑的直線與工具基體表面所成的角度被控制在45度以下。使al含量為50原子％以下的粒子分散分布在硬質包覆層內，并且使粒子成為沿基體表面的長寬比較大的扁平形狀，由此切削時的阻力變小，粒子不易脫落，并且即使在脫落的情況下向層厚方向的損傷也變小。其結果，能夠提供耐崩刀性、耐熔敷性優異的硬質包覆層。

筒狀加熱器7以與其厚度方向所對應的靶4a、4b的使用面垂直的方式配置。并且，關于筒狀加熱器7，以靶4a、4b的使用面的中心與筒狀加熱器7的中心軸重疊的方式將筒狀加熱器7配置于靶4a、4b的前面。

筒狀加熱器7的后端(與所對應的靶對置，并靠近所對應的靶的一側)與所對應的靶的使用面的距離設定在例如50mm以內。筒狀加熱器7的前端(與所對應的靶朝向相同的方向，并遠離所對應的靶的一側)與所對應的靶的使用面的距離例如設定為自靶到基體距離(配設在旋轉臺上的多個基體中，最接近的基體為止的距離)的2/3的長度。

并且，因來自筒狀加熱器7的輻射熱產生的對皮膜的損傷能夠通過在工具基體夾具8設置冷卻機構來防止。通過使用具有這種機構的成膜裝置來進行成膜，形成具備本申請發明的一方式的表面包覆切削工具所具有的特征的硬質皮膜。

而且，發現(al、cr、si)(c、n)層或(al、cr、si)n層中的所述粒子的組成、截面長徑、縱截面形狀的長寬比、呈截面長徑的直線與基體表面所成的角度為45度以下的粒子的由呈截面長徑的直線與硬質皮膜表面側的粒子外周部包圍的面積a、由該直線與基體側的粒子外周部包圍的面積b的大小能夠通過調整pvd裝置內溫度、靶的電弧電流、氮及甲烷的總計氣體分壓等而控制。

根據如以上的見解完成了本申請發明。另外，本申請發明并不限定于上述制造方法。

本申請發明是根據所述見解而完成的，具有以下方式。

(1)一種表面包覆切削工具，其在包含碳化鎢基硬質合金的工具基體的表面形成有硬質皮膜，其特征在于，

(a)所述硬質皮膜由一層或兩層以上形成，其至少一層為平均層厚0.5～8.0μm的由al、cr、si的復合氮化物層或復合碳氮化物層構成的硬質包覆層，該al、cr、si的復合氮化物層或復合碳氮化物層滿足平均組成式：(al1-x-ycrxsiy)(czn1-z)(其中，x、y、z均為原子比，0.1≤x≤0.4、0.01≤y≤0.2、0≤z≤0.3)，

(b)所述硬質包覆層包含由小于10原子％的非金屬成分及金屬成分構成的多個粒子，所述非金屬成分由選自c及n的一種以上構成，所述金屬成分為選自cr、al、si的一種以上的元素，

(c)所述多個粒子中，al含量為50原子％以下，與所述工具基體的表面垂直的截面中的長徑小于0.5μm，并且長寬比為2.0以上的扁平粒子相對于所述多個粒子的總個數，以個數比例計在所述截面中占90％以上。

(2)如所述(1)所述的表面包覆切削工具，其特征在于，

在所述硬質皮膜相對于所述工具基體的表面垂直的截面中觀察所述硬質包覆層中所含有的所述扁平粒子時，每個所述扁平粒子中，呈所述長徑的直線與工具基材表面所成的角度為45度以下，并且將由所述直線和硬質皮膜表面側的粒子外周部包圍的面積設為a、將由所述直線和工具基體側的粒子外周部包圍的面積設為b時，a＞b的粒子相對于所述扁平粒子的總個數，以個數比例計占80％以上。

(3)如所述(1)或(2)所述的表面包覆切削工具，其中，所述硬質包覆層的平均層厚為0.7～7.5μm。

(4)如所述(1)至(3)中任一個所述的表面包覆切削工具，其中，所述硬質包覆層為所述硬質皮膜的最外層。

(5)如所述(1)所述的表面包覆切削工具，其中，所述非金屬成分的含量為0.5原子％以上且小于10原子％。

(6)如所述(1)所述的表面包覆切削工具，其中，所述金屬成分的al含量為0.5原子％以上20原子％以下。

(7)如所述(1)所述的表面包覆切削工具，其中，所述截面中的所述多個粒子在每單位面積的個數為1個/μm²～5個/μm²。

本申請發明的一方式的包覆工具(以下，稱為“本發明的包覆工具”)為在由碳化鎢基硬質合金構成的工具基體的表面通過物理蒸鍍法包覆形成有硬質皮膜的表面包覆切削工具，其特征在于，(a)所述硬質皮膜由一層或兩層以上形成，其至少一層為平均層厚0.5～8.0μm的由al、cr、si的復合氮化物層或復合碳氮化物層構成的硬質包覆層，該al、cr、si的復合氮化物層或復合碳氮化物層滿足平均組成式：(al1-x-ycrxsiy)(czn1-z)(其中，x、y、z均為原子比，0.1≤x≤0.4、0.01≤y≤0.2、0≤z≤0.3)，(b)所述硬質包覆層包含由小于10原子％的非金屬成分及金屬成分構成的多個粒子，所述非金屬成分由選自c及n的一種以上構成，所述金屬成分為選自cr、al、si的一種以上的元素，(c)所述多個粒子中，al含量為50原子％以下，與所述工具基體的表面垂直的截面長徑小于0.5μm，并且長寬比為2.0以上的扁平粒子相對于所述多個粒子的總個數，以個數比例計在所述截面中占90％以上。通過具有該結構，本申請發明的表面包覆切削工具所具備的硬質皮膜顯示優異的耐崩刀性、耐熔敷性。

而且，在所述硬質皮膜相對于所述工具基體的表面垂直的截面中觀察所述al、cr、si的復合氮化物層或復合碳氮化物層中所含有的所述多個粒子時，所述多個粒子各自的呈所述截面的長徑的直線與工具基材表面所成的角度為45度以下，并且將由呈所述長徑的直線和硬質皮膜表面側的粒子外周部包圍的面積設為a、將由該直線和工具基體側的粒子外周部包圍的面積設為b時，a＞b的粒子相對于所述多個粒子的總個數，以個數比例計占80％以上，由此硬質皮膜顯示更加優異的耐崩刀性、耐熔敷性。其結果，例如合金工具鋼等的銑削加工中，在長期使用中發揮優異的切削性能。

附圖說明

圖1a是對本發明的包覆工具的硬質皮膜進行成膜的電弧離子鍍裝置的示意圖，表示該電弧離子鍍裝置的俯視剖視圖。

圖1b是對本發明的包覆工具的硬質皮膜進行成膜的電弧離子鍍裝置的示意圖，表示該電弧離子鍍裝置的縱剖視圖。

圖2a表示作為本發明的包覆工具的一例對本發明包覆工具8的(al0.63cr0.27si0.10)n層的截面進行了測定的tem圖像。

圖2b表示作為本發明的包覆工具的一例對本發明包覆工具8的(al0.63cr0.27si0.10)n層的截面進行了測定的基于eds的n映射圖像。

圖2c表示作為本發明的包覆工具的一例對本發明包覆工具8的(al0.63cr0.27si0.10)n層的截面進行了測定的基于eds的al映射圖像。

圖2d表示作為本發明的包覆工具的一例對本發明包覆工具8的(al0.63cr0.27si0.10)n層的截面進行了測定的基于eds的cr映射圖像。

圖2e表示作為本發明的包覆工具的一例對本發明包覆工具8的(al0.63cr0.27si0.10)n層的截面進行了測定的基于eds的si映射圖像。

圖3a是對存在于作為本發明的包覆工具的一例的本發明包覆工具8的(al0.63cr0.27si0.10)n層的截面的粒子進行組成分析時所獲取的圖像，表示粒子及測定部位。

圖3b表示圖3a所示的粒子的測定部位中的eds組成分析結果。

具體實施方式

關于本申請發明，以下進行詳細說明。

由(al、cr、si)(c、n)層或(al、cr、si)n層構成的硬質包覆層：

由(al、cr、si)(c、n)層或(al、cr、si)n層構成的硬質包覆層中，作為其構成成分的al成分提高高溫硬度和耐熱性，cr成分提高高溫強度，并且，si成分提高耐氧化性。而且，通過al和cr共存具有提高高溫耐氧化性的作用。

但是，在(al、cr、si)(c、n)層或(al、cr、si)n層中，若cr在al、cr、si的總量中所占的含有比例x小于0.1，則al含量相對變高，因此在熔敷性較高的工件的銑削切削加工中，無法確保對工件及切屑的耐熔敷性，并且高溫強度也降低，因此容易發生熔敷、崩刀。另一方面，若cr在al、cr、si的總量中所占的含有比例x超過0.4，則利用pvd法對硬質包覆層進行成膜時，靶材的熔點變高，因此附帶生成的球狀的粒子成為高cr濃度，與cr在al、cr、si的總量中所占的含有比例x為0.4以下的粒子相比，熔點相對變高。因此，從靶產生的粒子附著于皮膜后，直到固著為止奪取的熱量較少，因此以保持球狀形狀的狀態固著。通過在其上堆積皮膜，粒子下部殘留空隙。由于該空隙存在，從而切削加工時空隙成為起點發生龜裂，容易發生崩刀。

因此，cr在al、cr、si的總量中所占的含有比例x設為0.1以上0.4以下。優選含有比例x為0.15～0.37，更優選0.2～0.3，但并不被這些特別限定。

另外，金屬成分與非金屬成分之比并不限定于化學計量比的1:1，只要維持與1:1的情況相同的結晶結構，則能夠得到本申請發明的效果。

并且，si在al、cr、si的總量中所占的含有比例y小于0.01時，不僅耐氧化性提高效果較少，cr含有比例相對變高，因此粒子的熔點變高，如前所述(al、cr、si)(c、n)層或(al、cr、si)n層中所含有的粒子下部形成有空隙，耐崩刀性提高效果較少。另一方面，若si在al、cr、si的總量中所占的含有比例y超過0.2，則(al、cr、si)(c、n)層或(al、cr、si)n層的高溫韌性、高溫強度下降，因此si在al、cr、si的總量中所占的含有比例y設為0.01以上0.2以下。優選含有比例y為0.07～0.2，更優選為0.1～0.15，但并不被這些特別限定。

而且，若c在c與n的總量中所占的含有比例z超過0.3，則硬質包覆層的硬度過大，因此切削加工中耐崩刀性下降。因此，c在c與n的總量中所占的含有比例z設為0.3以下。優選為0～0.2，但并不被這些特別限定。

若硬質包覆層的層厚小于0.5μm，則切削初期以后硬質包覆層的消失較快，無法發揮充分的耐磨性，另一方面，若超過8.0μm，則蓄積在(al、cr、si)(c、n)層或(al、cr、si)n層的壓縮殘余應力變大，因此刀尖棱線部上的硬質包覆層對切削加工時的外力較敏感，在切削初期容易發生崩刀。或者，皮膜自己破壞。

因此，(al、cr、si)(c、n)層或(al、cr、si)n層的平均層厚設為0.5μm以上8.0μm以下。優選(al、cr、si)(c、n)層或(al、cr、si)n層的平均層厚為0.7μm～7.5μm，但并不被這些特別限定。

粒子的結構：

本申請發明的硬質包覆層中所包含的多個粒子是指由小于10原子％的非金屬成分(即，c、n中的至少一種以上)和作為其他成分的金屬成分(cr、al、si中的一種或兩種以上)構成的塊。

所述非金屬成分的含量優選0.5原子％以上且小于10原子％。并且，包含于硬質包覆層的多個粒子中除了所述非金屬成分及金屬成分以外還可以混入微量的不可避免的雜質。但是，該不可避免的雜質的混入僅限于對包含該硬質包覆層的硬質膜的耐崩刀性及/或耐熔敷性不產生顯著的影響的情況。

關于粒子中的al的含有比例，通過pvd法對(al、cr、si)(c、n)層或(al、cr、si)n層進行成膜時，主要將成膜時的氮及甲烷的總計氣體分壓控制在4～10pa的范圍內，由此能夠將粒子中的al的含量設為50原子％以下。

若粒子中的al的含量超過50原子％，則熔點比(al、cr、si)(c、n)層或(al、cr、si)n層更低的粒子存在于層中，因該部位的存在而無法保持高溫強度，因此容易發生熔敷。

因此，多個粒子(扁平粒子)中的al的含量設為50原子％以下。優選粒子中的al的含量為0.5～50原子％，更優選為0.5～20原子％，但并不被這些特別限定。

本發明的包覆工具所具有的硬質皮膜中所包含的硬質包覆層(al、cr、si)(c、n)層或(al、cr、si)n層中的粒子，若垂直于該工具基體表面的截面中的長徑成為0.5μm以上，則硬度相對較小的粒子廣泛存在于層中，(al、cr、si)(c、n)層或(al、cr、si)n層的硬度下降，其結果，無法充分確保切削加工時的耐磨性。

并且，若本發明的包覆工具所具有的硬質皮膜中所包含的硬質包覆層(al、cr、si)(c、n)層或(al、cr、si)n層中的粒子的長寬比小于2.0，則利用pvd法對硬質包覆層進行成膜時的粒子的形狀幾乎成為球狀，因此導致該球狀的粒子下部形成有空隙，該空隙成為切削加工時的龜裂發生的起點，降低耐崩刀性。

因此，本發明的包覆工具所具有的硬質皮膜中所包含的硬質包覆層(al、cr、si)(c、n)層或(al、cr、si)n層中的粒子的截面長徑設為小于0.5μm，并且粒子的長寬比設為2.0以上。

但是，無需所有粒子中的al的含量為50原子％以下，并且其截面長徑小于0.5μm，而且長寬比為2.0以上，只要滿足如下條件，就能夠得到本申請發明中作為目的的耐崩刀性、耐熔敷性，所述條件為全體粒子中，粒子中的al的含量為50原子％以下，并且截面長徑小于0.5μm，而且長寬比為2.0以上的粒子(扁平粒子)相對于粒子總個數，以個數比例計占90％以上。

本申請發明的表面包覆工具的硬質包覆層中所包含的粒子的截面長徑定義為，對垂直于基體表面的皮膜截面中的粒子的截面形狀進行了測定時，只能夠在粒子內畫出的直線且最長的直線。即，暫時畫出粒子之外的直線不使用于粒子的截面長徑的確定。

而且，本申請發明的表面包覆工具的硬質包覆層中所包含的粒子的長寬比是指，垂直于基體表面的皮膜截面中，將與呈上述截面長徑的直線正交的粒子寬度的最大值設為粒子的截面短徑時，截面長徑/截面短徑的值。

本申請發明中，硬質包覆層中所含有的全體粒子中，關于除了al的含量為50原子％以下，并且截面長徑小于0.5μm，而且長寬比為2.0以上這樣的條件以外，還有呈粒子的截面長徑的直線與工具基體表面所成的角度為45度以下的粒子，將由呈該長徑的直線與硬質皮膜表面側的粒子外周部包圍的面積設為a，將由該直線與工具基體側的粒子外周部包圍的面積設為b時，a＞b的粒子相對于粒子總個數，以個數比例計占80％以上的情況下，發揮更加優異的耐崩刀性。

這基于如下理由。

即，隨著切削加工時發生硬質包覆層的磨損，粒子(扁平粒子)暴露在硬質包覆層表面，與硬質包覆層相比，粒子的硬度較小，因此與硬質包覆層相比，在粒子部磨損進行得較快。因此，與硬質包覆層相比，粒子部以深深挖下去的方式進行磨損，從而形成凹部。此時，若呈粒子的截面長徑的直線與工具基體表面所成的角度超過45度或者a≤b，則所形成的凹部的深度相對變深，因切削產生的剪切方向的應力集中在凹部的深處，成為硬質皮膜中出現龜裂的起點，容易發生崩刀。但是，若呈粒子的截面長徑的直線與工具基體表面所成的角度為45度以下且a＞b，則所形成的凹部的深度相對較小，因此難以產生切削時剪切力的集中，抑制崩刀的發生。

因此，本申請發明中，呈粒子(扁平粒子)的截面長徑的直線與工具基材表面所成的角度為45度以下，并且將由呈該長徑的直線和硬質皮膜表面側的粒子外周部包圍的面積設為a，將由該直線和工具基體側的粒子外周部包圍的面積設為b時，a＞b的粒子相對于粒子總個數，以個數比例計優選占80％以上，由此，更加提高耐崩刀性、耐熔敷性，發揮優異的切削性能。

硬質包覆層及包含于硬質包覆層的粒子的組成能夠通過使用透射電子顯微鏡-能量分散型x射線分光分析(tem-eds)，進行垂直于工具基體表面的硬質包覆層截面的組織觀察與組成分析來得到。此時的觀察范圍在與工具基體表面平行的方向上設為20μm。并且，對硬質包覆層截面進行0.01μm以下的空間分辨率的元素映射，由此能夠確認例如已包覆的(al、cr、si)(c、n)層或(al、cr、si)n層的組成在規定的范圍內。同時通過膜截面中的點分析能夠分析粒子的組成。

各粒子的長寬比能夠以如下方式獲得。首先，將粒子的截面中的最大徑設為截面長徑，將與呈該截面長徑的直線正交的粒子寬度的最大值設為粒子的截面短徑。接著，求出關于各粒子的截面長徑、截面短徑，并且根據截面長徑、截面短徑求出各粒子的長寬比(＝截面長徑/截面短徑)。

al含量為50原子％以下，并且截面長徑小于0.5μm，而且長寬比為2.0以上的粒子的個數比例能夠以如下方式獲得。關于成為測定對象的包覆工具，與上述分析同樣地分析硬質包覆層截面。首先，對觀察范圍內(5μm×5μm)存在的粒子的總個數通過利用了tem-eds的n映射圖像來進行計數。接著，對如下粒子的個數進行計數，即在前粒子中，構成粒子的構成元素的90原子％以上為選自cr、al、si中的一種或兩種以上的元素，并且al含量為50原子％以下，并且截面長徑小于0.5μm，而且長寬比為2.0以上的粒子。根據這些粒子數的計數結果，計算出相對于前粒子的al含量為50原子％以下，并且截面長徑小于0.5μm，而且長寬比為2.0以上的粒子(扁平粒子)的個數比例。另外，該粒子的每單位面積的個數優選1個/μm²～5個/μm²。

關于觀察范圍內存在的所有粒子，求出呈各金屬粒子的截面長徑的直線與工具基材表面所成的角度，并且關于該角度為45度以下的粒子，求出由呈各粒子的截面長徑的直線和硬質皮膜表面側的粒子外周部包圍的面積a、及由該直線和工具基體側的粒子外周部包圍的面積b，比較a與b，計算出a＞b的粒子的個數比例。另外，計算面積a及面積b的方法如下。使用拍攝了各粒子的tem―eds映射圖像。通過使用分析了氮量的映射圖像，能夠區分粒子與硬質包覆層的邊界。選擇粒子的外周部，所包圍的面積能夠使用圖像分析軟件(例如adobephotoshop等)來計算。將計算出的面積設為a。并且，選擇粒子的截面長徑及工具基體側的粒子外周部，關于所包圍的面積使用圖像分析軟件來計算，將其設為面積b。在各粒子中實施本方法，計算a＞b的粒子的個數比例。

接著，通過實施例對本申請發明的包覆工具進行具體說明。

實施例

作為原料粉末，準備具有平均粒徑：5.5μm的中等粗粒wc粉末、平均粒徑0.8μm的微粒wc粉末、平均粒徑1.3μm的tac粉末、平均粒徑1.2μm的nbc粉末、平均粒徑1.2μm的zrc粉末、平均粒徑2.3μm的cr3c2粉末、平均粒徑1.5μm的vc粉末、平均粒徑1.0μm的(ti、w)c[以質量比計，tic/wc＝50/50]粉末、及平均粒徑1.8μm的co粉末，將這些原料粉末分別以表5所示的配合組成進行配合，而且添加蠟在丙酮中進行24小時球磨混合，并進行減壓干燥之后，以100mpa的壓力沖壓成型成規定形狀的各種壓坯，將這些壓坯在6pa的真空氣氛中，以7℃/分鐘的升溫速度升溫至1370～1470℃范圍內的規定溫度，以該溫度保持1小時之后，在爐冷的條件下進行燒結，形成直徑為8mm的工具基體形成用圓棒燒結體，并且根據所述圓棒燒結體，通過磨削加工，分別制造出刀刃部的直徑×長度為6mm×13mm的尺寸，以及螺旋角30度的具有雙刃球形狀的wc基硬質合金制的工具基體(立銑刀)a～e。

接著，將這些工具基體a～e裝入圖1a及圖1b所示的電弧離子鍍裝置中，并以如下條件實施ar轟擊。

首先，排出裝置內的氣體并保持在0.1pa以下的真空，并且利用加熱器將裝置內加熱至500℃之后，設為ar氣體壓力：0.5～1.0pa的氣氛，并且在電流50～60a的條件下對鎢絲重復3次1分鐘的轟擊處理，去除不可避免地附著于工具基體表面的有機物等污染物。

接著，同樣使用在表2所示的組成的靶，并在與表2相同的成膜條件下蒸鍍形成規定層厚的(al、cr、si)(c、n)層或(al、cr、si)n層，由此制作了本發明包覆工具1～10。

表2的成膜條件中，將裝置內的溫度設為比以往(500℃)更高的目的在于，延長飛散的粒子附著于硬質包覆層之后，直到粒子的溫度降低至熔點以下的時間，并且是為了由此容易形成長寬比為2.0以上的粒子。

并且，將氮及甲烷的總計氣體分壓設在4～10pa的范圍內，其理由在于，氮及甲烷的總計氣體分壓小于4pa時，電弧斑點的移動速度相對較慢，容易產生截面長徑為0.5μm以上的粒子，該粒子與(al、cr、si)(c、n)層或(al、cr、si)n層相比，氮化程度相對較少且硬度較小，因此作為整個硬質皮膜的硬度變小且切削加工時耐磨性下降。另一方面，若氮及甲烷的總計氣體分壓超過10pa，則電弧斑點的運動不穩定且成膜本身變得困難。

另外，將裝置內的溫度設為比以往(500℃)更高時，通過在靶前面設置筒狀加熱器而使靶前面的空間設為高溫也是有效的。由此能夠防止從靶產生的粒子在氣氛中凝固，粒子附著于工具基體時沿工具基體的形狀變形。由來自筒狀加熱器的輻射熱產生的對皮膜的損傷能夠通過在工具基體用夾具設置冷卻機構來防止。加熱靶前面的空間的筒狀加熱器從靶觀察時，向基板方向延伸，長度優選加熱器的前端位于靶-工具基體間距離的2/3～3/4左右的位置。若過長，則對皮膜造成由輻射熱產生的損傷，另一方面，若過短，則存在于靶前面的高溫的空間變狹小，因此導致粒子附著于工具基體之前就凝固。為了對靶前面的空間進行適當加熱，設置位置優選從靶表面為50mm以內的位置，例如，可以設置在陽極電極的前面等。工具基體的冷卻機構例如有使冷卻水在工具基體用夾具流動來進行冷卻的方法。

關于所述本發明包覆工具1～10的(al、cr、si)(c、n)層或(al、cr、si)n層，使用透射電子顯微鏡-能量分散型x射線分光分析(tem-eds)來進行垂直于工具基體表面的硬質包覆層截面的組織觀察和組成分析。各本發明包覆工具中的觀察范圍在與工具基體表面平行的方向上設為20μm。對硬質包覆層截面進行0.01μm以下的空間分辨率的元素映射，確認已包覆的(al、cr、si)(c、n)層或(al、cr、si)n層的組成在規定范圍內，同時通過膜截面中的點分析來對粒子的組成進行了分析。

接著，將粒子的截面中的最大徑設為截面長徑，將與呈該截面長徑的直線正交的粒子寬度的最大值設為粒子的截面短徑，關于各粒子，求出截面長徑、截面短徑，并且根據截面長徑、截面短徑來求出各粒子的長寬比(＝截面長徑/截面短徑)。

并且，對存在于各本發明包覆工具的觀察范圍內的粒子的總個數、及構成粒子的構成元素的90原子％以上為選自cr、al、si中的一種或兩種以上的元素，并且al含量為50原子％以下，并且截面長徑小于0.5μm，而且長寬比為2.0以上的粒子的個數進行計數，由此計算出al含量為50原子％以下，并且截面長徑小于0.5μm，而且長寬比為2.0以上的粒子的個數比例。

而且，關于存在于觀察范圍內的所有粒子，求出呈各金屬粒子的截面長徑的直線與工具基材表面所成的角度，并且關于該角度為45度以下的粒子，求出由呈各粒子的截面長徑的直線和硬質皮膜表面側的粒子外周部包圍的面積a、及由該直線和工具基體側的粒子外周部包圍的面積b，比較a和b，計算a＞b的粒子的個數比例。另外，計算面積a及面積b的方法如下。使用拍攝了各粒子的tem―eds映射圖像。通過使用分析了氮量的映射圖像，能夠區分粒子與硬質包覆層的邊界。選擇粒子的外周部，所包圍的面積能夠使用圖像分析軟件(例如，adobephotoshop等)來計算。將計算出的面積設為a。并且，選擇粒子的截面長徑及工具基體側的粒子外周部，關于所包圍的面積使用圖像分析軟件來計算，將其設為面積b。在各粒子中實施本方法，計算出a＞b的粒子的個數比例。

在表3分別示出這些測定值、計算值。

圖2a～圖2e中示出作為一例對本發明包覆工具8的(al0.63cr0.27si0.10)n層的截面進行了測定的tem-eds映射圖像。

并且，圖3a及圖3b中示出作為一例對存在于本發明包覆工具8的(al0.63cr0.27si0.10)n層的截面的粒子進行了測定的組成分析結果。

接著，以比較為目的，使用所述電弧離子鍍裝置，在與實施例相同的條件下，對工具基體a～e的表面實施ti轟擊，接著，在表4所示的條件下，蒸鍍形成分散分布有粒子的規定層厚的(al、cr、si)(c、n)層或(al、cr、si)n層，由此制作了比較包覆工具1～10。

關于比較包覆工具1～10的(al、cr、si)(c、n)層或(al、cr、si)n層，也通過tem-eds來觀察其截面，通過膜截面中的點分析來對粒子的組成進行分析，對粒子中，al含量為50原子％以下，截面長徑小于0.5μm，并且長寬比為2.0以上的粒子在粒子總個數中所占的個數比例進行測定，并且，關于存在于測定范圍內的粒子，求出呈各粒子的截面長徑的直線與工具基材表面所成的角度，并且關于該角度為45度以下的粒子，求出由呈各粒子的截面長徑的直線和硬質皮膜表面側的粒子外周部包圍的面積a、及由該直線和工具基體側的粒子外周部包圍的面積b，比較a對象與b對象，計算出a＞b的粒子在存在于測定范圍內的所有粒子中所占的個數比例。

在表5中分別示出這些值。

并且，使用掃描型電子顯微鏡(sem)來對本發明包覆工具1～10及比較包覆工具1～10的硬質皮膜的層厚進行了測定時，均表示出與表3、表5中示出的目標層厚實質上相同的平均層厚。

[表1]

[表2]

[表3]

※2：意味著為權利要求2的范圍外。

[表4]

[表5]

※1：意味著為權利要求1的范圍外。

※2：意味著為權利要求2的范圍外。

接著，對所述本發明包覆工具1～10及比較包覆工具1～10，在以下所示的條件下，實施銑削切削加工試驗，測定了刀刃的后刀面磨損寬度。

工件：jis·skd61(hrc52)的塊材

旋轉速度：17000/min.、

切削速度：300m/min.、

切削深度：ap2.0mm、ae0.3mm

進給速度(每1刃)：0.06mm/刃、

切削油劑：空氣、

切削長：300m、

在表6中示出所述切削試驗的結果，并且示出有無崩刀、熔敷的發生。

[表6]

比較包覆工具欄的切削試驗結果表示，因崩刀、熔敷原因而達到壽命的切削長(m)，或者后刀面磨損量超過0.2mm時的切削長(m)。

根據表3、6所示的結果，關于本發明的包覆工具1～10，在硬質皮膜的(al、cr、si)(c、n)層或(al、cr、si)n層中存在構成元素的90原子％以上為選自cr、al、si中的一種或兩種以上的元素的粒子，并且，該粒子中，al含量為50原子％以下，并且截面長徑小于0.5μm，而且長寬比為2.0以上的粒子在粒子總個數中所占的個數比例為90％以上，因此銑削加工中顯示優異的耐崩刀性、耐熔敷性，并且顯示優異的耐磨性。

并且，關于本發明的包覆工具1～3、5～10，所述粒子中，呈粒子的截面長徑的直線與工具基材表面所成的角度為45度以下，并且將由呈該長徑的直線和硬質皮膜表面側的粒子外周部包圍的面積設為a，將由該直線和工具基體側的粒子外周部包圍的面積設為b時，a＞b的粒子以在粒子總個數中所占的個數比例計為80％以上，因此銑削加工中顯示更加優異的耐崩刀性、耐熔敷性，其結果，經長期顯示優異的耐磨性。

相對于此，比較包覆工具1～6、8中明確，雖在硬質皮膜中形成有粒子，但該粒子中，al含量為50原子％以下，并且截面長徑小于0.5μm，并且長寬比為2.0以上的粒子的個數比例脫離本申請發明中規定的范圍，因此在銑削加工中，因崩刀、熔敷等的發生而在短時間內達到壽命。而且，比較包覆工具1、2、5、6、8中明確，呈粒子的截面長徑的直線與工具基材表面所成的角度為45度以下，并且由呈該長徑的直線和硬質皮膜表面側的粒子外周部包圍的面積a與由呈該長徑的直線和工具基體側的粒子外周部包圍的面積b不滿足a＞b的關系，因此在銑削加工中，因崩刀、熔敷等的發生而進一步在短時間內達到壽命。

并且，比較包覆工具7、9、10中明確，雖在硬質包覆層中形成有粒子，但硬質包覆層的組成或層厚脫離本申請發明中規定的范圍，因此在銑削加工中，因崩刀的發生而在短時間內達到壽命。

產業上的可利用性

如前述，本發明的包覆工具在例如碳鋼、合金工具鋼等工件的高速切削加工中，發揮優異的耐崩刀性、耐熔敷性，能夠延長使用壽命，當然在其他工件的切削加工、其他條件下的切削加工中，也能夠使用。

并且，所述實施例中，用由一層構成的硬質皮膜進行了說明，但即使在硬質皮膜由兩層以上構成的情況下，只要至少一層為所述實施例中所述的皮膜，則同樣起到效果。

符號說明

1-電弧離子鍍裝置，2-旋轉臺，3-電磁線圈，4a-陰極電極(alcrsi合金)，4b-陰極電極(靶)(alcrsi合金或下部層成膜用靶)，5-陽極電極，6-加熱器，7-筒狀加熱器，8-工具基體用夾具，9-基體，10-冷卻水，11-電弧電源，12-偏置電源，13-反應氣體，14-排氣，15-粒子，16-測定部位，w1-從靶表面到筒狀加熱器前端面的距離(例如靶-基板距離的2/3左右的長度)，w2-從靶表面到筒狀加熱器后端面前的距離(例如50mm以內)。