专利名称：：表面被覆工具的制作方法
技术领域：
：本发明涉及在基体的表面上形成硬质被覆层膜而成的表面被覆工具。技术背景近来，在如所述的表面被覆工具中，使用有在WC基超硬合金、TiCN基金属陶瓷等的硬质材料的表面上形成各种硬质被覆层而使滑动性、耐磨损性、耐缺损性提高的方法，其中，通过物理气相合成法成膜的硬质被覆层，由于高硬度且耐磨性高，从而被广泛用于各种用途。作为所述物理气相合成法，使用电弧离子镀敷法和溅射法形成TiAIN层的方法能够很好地进行，此外，还研究了用于使工具寿命延长的TiAIN层的改良。例如，在专利文献1中，公开了通过形成使低硬度的TiAIN层与高硬度的TiAIN层交互邻接层叠的硬质皮膜，使与硬质皮膜的基层的紧贴性和耐磨损性提高的技术。作为具体的硬质皮膜，记载有如下的构成，即层叠在偏压为-10-30V的条件下形成含有0.10.4比率的Al的低硬度层，与在偏压为-50-100V的条件下含有0.40.75比率的Al的高硬度层的构成。但是，如专利文献1，在使低硬度的TiAIN层与高硬度的TiAIN层交互邻接层叠的硬质被覆层中，虽然基体的紧贴性和硬质被覆层的耐磨损性提高，但是由于基体表面的凹凸和成膜初期的核生成情形的偏差，硬质被覆层的组织和组成有不均匀的部分，作为硬质被覆层整体的耐磨损性和耐缺损性也不一定充分。特别是在切刃形状锋利，用于要求切削的完成面的平滑性的精密加工等的切削工具中，存在在切削加工的初期阶段切刃上微小的膜剥离和崩刃等发生，加工过的完成面粗糙度恶化，切削工具的寿命变短的问题。在专利文献2中，公开了通过离子镀敷法顺序形成下述[A]层和[B]层的多层被覆硬质工具，该[A]层使用(Tia95Al,)、(Tio.85Alo.15)的耙Ti的比率为7598原子。/。，在(lll)面取向，该[B]层使用(Tio.5A1().5)、(Tio.3Al0.7)的耙，Ti的比率为2065原子y。在(200)面取向，公开了能够在[A]层和[B]层的界面抑制外延成长导入很多晶格缺陷缓和皮膜的残存压縮应力，从而使皮膜的膜厚化成为可能的技术。但是，如特许文献2，在顺序形成使用Ti的比率高的靶Ti的比率高的(即，Al的比率低)[A]层、使用Ti的比率低的靶Ti的比率低的(即，Al的比率高)[B]的多层被覆硬质工具中，虽然皮膜的膜厚化成为可能，并能能够防止厚膜中的崩刃和皮膜的剥落，但是有硬质被覆层的硬度降低而耐磨损性恶化的问题。还有，在这种情况下，由于大量导入了晶格缺陷，因此TiA工N层的成长变得不均质，有可能硬质被覆层的均质性受损而完成面粗糙度恶化。在专利文献3中，公开了通过在母材表面形成粒子直径为50nm以下的TiAIN被膜，从而可以提高被膜的耐磨损性，并且能够兼备耐缺损性的被膜。另外，根据专利文献4，公开了通过使TiAIN硬质膜的晶粒径的长/宽比为17的范围，即通过使TiAIN硬质膜的晶粒径形成在纵向长的柱状结晶，从而得到稳定的寿命长的硬质膜被覆工具等。但是，如专利文献3，在TiAIN被膜的粒径为50nm以下的被膜中，虽然耐磨损性提高，但被膜中蓄积了过剩的内部应力，没有使该内部应力降低的应力缓和结构而耐缺损性降低，有可能硬质被覆层会剥离，或崩刃发生。另外，如专利文献4，即使是使TiAIN硬质膜的晶粒径形成在纵向长的柱状结晶的方法，由于沿基体表面的性状引起硬质被覆层的核形成，因此仅控制晶粒径的长/宽比的平均值，很难均匀地控制柱状结晶的组织，结晶的大小出现偏差，特别是在切刃，微小的膜剥离和崩刃等发生，会有加工过的完成面粗糙度恶化，使切削工具寿命变短的问题。另一方面，立方晶氮化硼(立方晶氮化硼)[cubicBoronNitride。以下简写为cBN。]具有仅次于金刚石的硬度，但是与金刚石不同，不具有与铁系金属的亲和性，因此以cBN为基体的cBN基切削工具在铁系材料，特别是在高硬度淬火钢或铸铁的高速加工和低速的强断续加工等的严格条件的切削加工领域中使用。另外，CBN基切削工具，近年来也用于要求非常平滑的加工面的表面粗糙度和加工精度的被削材在O(直径)30mm以下的小物件的精密加工的领域中，因此要求更优异的切削性能，即加工面的平滑性和加工精度、耐低速加工的强度。近来，为了在所述切削加工中得到充分的切削性能，所述作为物理气相合成法，使用电弧离子镀敷法和溅射法在所述cBN基切削工具的表面形成被覆层膜的技术被很好地利用，并研究了用于进一步延长工具寿命的被覆层的改良。例如，在专利文献5中，记载有通过在由cBN或金刚石构成的基体的表面上形成TiAIN膜，而使耐磨损性、耐缺损性提高的技术。但是，如专利文献5，仅通过电弧离子镀敷法在cBN基切削工具上形成TiAIN膜，由于在工具表面异常成长的粒子存在，因此切刃的面粗糙度变大，被削材容易堆积于工具的切刃上，因此对于降低加工面的面粗糙度是有限的。另外，在低速进行的小物体的精密加工中，由于对于切刃的冲击而发生膜剥离，由此也有异常磨损和堆积发生的问题。在专利文献6中记载有通过形成由在(200)晶面具有最大峰值的第1被覆层和在(111)晶面具有最大峰值的第2被覆层构成的多层结构，使附着力和膜的强度都提高的技术。但是，如专利文献6，在通过低偏压实施涂敷第1层的情况时，硬质膜的平均粒径变大，因此与基体的接触面积变小，其结果是硬质膜的附着力不充分，因此在早期发生膜剥离。另外，由于由高偏压形成第2层，小滴大量发生，工具表面的面粗糙度变大。专利文献1:特开平11-61380号公报专利文献2:特开平9-323205号公报专利文献3:特开平6-220608号公报专利文献4:特开平10-315011号公报专利文献5:特开平08-119774号公报专利文献6:特开平10-330914号公报
发明内容本发明的主要课题为提供一种表面被覆工具，其无论基体表面的凹凸等的性状，硬质被覆层的组织微细且均质，硬质被覆层的耐磨损性和耐缺损性高。本发明的其他的课题为提供一种表面被覆工具，其使切削工具的表面状态平滑，并且在具有充分的附着力的精密加工中发挥优异的切削性能。本发明者们为了解决所述课题进行锐意研究，得出的重要结果是发现如下情况，即在基体表面上层叠两层特定的被覆层时，无论基体表面的凹凸等的性状，硬质被覆层的组织微细且均匀，因而形成硬质被覆层的耐磨损性和耐缺损性高的表面被覆工具，从而完成了本发明。艮口，本发明的表面被覆工具，其特征在于，在基体表面具备层叠两层由下述通式(1)表示的被覆层而成的硬质被覆层，在所述被覆层中，被覆在所述基体的表面的第1被覆层，层厚为0.1lum，由平均晶粒直径为0.010.lum的粒状结晶构成，在所述被覆层中，被覆在所述第1被覆层的表面的第2被覆层，层厚为0.510um，由相对于所述基体在垂直方向上成长的柱状结晶构成，该柱状结晶的相对于所述基体在平行方向的平均晶粒宽度为0.050.3ym，并且所述第2被覆层的平均晶粒宽度比所述第1被覆层的平均晶粒直径大。[数l]M卜aAla(CbN卜b)…(l)(式中，M表示从元素周期表第4、5、6族元素，Si和稀土类元素中选出的至少一种金属元素。a满足O.25《a《0.75的关系式。b满足0《b《l的关系式。)在此，在上述构成中，在所述第1被覆层中，所述通式(1)中的a满足0.55《a《0.75的关系式的条件有助于形成第2被覆层时的均质的核生成，并且提高第1被覆层的硬度，在这一点上为优选。另外，在上述构成中，在所述第2被覆层中，所述通式(1)中的a满足0.4《a《0.55的关系式的条件使第2被覆层的韧性高的柱状结晶的生成和柱状结晶的平均晶粒宽度的控制变得容易，在这一点上为优选。在上述构成中，在所述第2被覆层的表面，存在层厚为0.05lum的TiN层的条件能够容易地目测确认工具的使用与否，在这一点上为优选。所述被覆层为溅射膜的条件能够使被覆层形成均匀的组织，在这一点上为优选。更详细地说，能够制作粒子的异常成长、或成膜时的附着物等的缺陷少的硬质膜的表面的面粗糙度非常平滑的被覆层，能够延长工具寿命，在这一点上为优选。另外，上述基体为由cBN烧结体构成的cBN基体时，基体表面的硬度高，即使在被覆层难以成膜的cBN基体中，在淬火钢的小物件的精密加工中也能构得到充分的被覆层的附着力。在此，cBN基体是由以结合相结合以cBN为主成分的硬质相的结构而构成，所述结合相含有氮化钛和碳化钛，这能够提高被覆层与cBN基体的附着力，因此优选。另外，所述被覆层的表面为未研磨面，并且最大高度Rz在0.050.5um的范围内，这能够提高基体与被覆层的附着力，并且，提高工具的加工精度，因此优选。另外，本发明的切削物的制造方法包括准备切削工具的工序，该切削工具由表面被覆工具构成，该表面被覆工具包括在前刀面和退刀面的交叉棱部形成有切刃的由所述超硬合金构成的基体；使所述切刃与被切削物的表面接触的工序；使所述切刃旋转而切削加工被切削物的工序；使所述切刃从所述被切削物的表面离开的工序，这样能够得到加工面粗糙度(完成面粗糙度)提高的被切削物，因此优选。作为所述基体的第1适合例是超硬合金。另外，在该切削物的制造方法中适合的被切削物的种类为合金钢或碳素钢，适合的切削加工的方式为精密入槽旋削加工或转削加工，这些被切削物和切削加工的方式也适于作为能够减小加工面粗糙度的精加工用。还有，作为基体的第2适合例为cBN烧结体，在这种情况下，在切削物的制造方法中，特别是在被切削物是直径在30mm以下的淬火钢的情况下，使能够得到加工面粗糙度提高的切削物的优异的切削加工成为可能，因此优选。根据本发明的表面被覆工具，在所述通式(1)表示的被覆层中，基体侧的第1被覆层的层厚为0.11ym，由平均晶粒直径为0.010.1um的粒状结晶构成，第1被覆层的表面的第2被覆层的层厚为0.510um，由相对于所述基体在垂直方向上成长的柱状结晶构成，该柱状结晶的平均结晶宽度为0.050.3um，比第1被覆层的平均晶粒直径大，通过如此构成，在存在大量凹凸和缺陷的基体表面中，第1被覆层发挥使基体表面均匀的作用，在第1被覆层的表面第2被覆层微细且均质的核形成成为可能。其结果是，形成在该均匀的第1被覆层的表面的第2被覆层的结晶成长为柱状并且微细，作为硬质被覆层的整体，无论基体表面的凹凸硬质被覆层的组织和组成均匀，成为硬质被覆层的耐磨损性和耐缺损性高的表面被覆工具。而且，由于各被覆层的层厚被控制在上述范围内，从而能够实现硬质被覆层的上述粒状结晶和柱状结晶的结晶形状，能够实现耐磨损性和耐缺损性的并存。另外，在所述第l被覆层中，由于0.55《a《0.75，所以第1被覆层中的平均晶粒直径能够控制在0.010.1iim，能够助长形成第2被覆层膜时的均质的核生成，并且能够提高第1被覆层的硬度，因此优选。在所述第2被覆层中，由于0.4《a《0.55，所以使第2被覆层的韧性高的柱状结晶的生成和柱状结晶的平均结晶宽度的容易的控制成为可能，因此优选。在所述第2被覆层的表面，存在层厚为0.051iim的TiN层时，表面被覆工具的表面呈金色，使用该表面被覆工具时，TiN层消减而金色消失，因此能够容易地目测确认工具的使用与否。所述被覆层是通过溅射法被覆的，这不会使通过电弧离子镀敷法成膜时生成的小滴等的异常部发生，能够形成均匀的组织，从这一点上出发为优选。所述基体是由以结合相结合以cBN为主成分的硬质相的cBN烧结体构成的cBN基体时，基体表面的硬度高，即使是难以形成被覆层的cBN基体中，在淬火钢的小物件的精密加工中，也能够得到充分的被覆层的附着力，并且即使在高硬度的被削材的小物件精密加工中，也具有堆积少，能够得到高加工精度，长寿命的工具这种效果。另外，由于第l被覆层由微细的粒子构成，因此被覆层的硬度与cBN的硬质接近，成膜时发生的应力最佳化，其结果是即使以与其他材质难以亲和的cBN烧结体为基体，在淬火钢的小物件的精密加工中也能够得到的充分的附着力。由此，通过在由超高压烧结体构成的cBN基体的表面上形成上述被覆层，由于切刃的表面非常光滑，因此能够防止由于被削材的堆积导致的积屑瘤的发生或高切削阻抗导致的振动等被削材的加工面面粗糙度的恶化，并且，通过使所述被覆层的附着力提高，而防止被覆层的膜剥离，即使在长时间切削后也能得到优异的加工面粗糙度。根据本发明的切削物的制造方法，能够得到加工面粗糙度提高的切削物。图1(a)是表示作为本发明的表面被覆工具的适合的实施方式例的表面被覆切削工具的一例的概略立体图，(b)是表示在(a)中显示的表面被覆切削工具的表面附近的部分放大的概略剖面图。图2是表示作为本发明的表面被覆工具的适合的实施方式例的表面被覆切削工具的表面附近的剖面的显微镜观察的放大图像。图3(a)是表示作为本发明的表面被覆工具的适合的实施方式例的表面被覆切削工具的其他例的概略立体图，(b)是表示在(a)中显示的表面被覆切削工具的表面附近的部分放大的概略剖面图。具体实施方式表面被覆(切削)工具以下，参照附图对作为本发明的表面被覆工具的适合的实施方式例的表面被覆切削工具详细地进行说明。图1(a)是表示该表面被覆切削工具的一例的概略立体图，图1(b)是表示在图1(a)中显示的表面被覆切削工具的表面附近的部分扩大的概略剖面图。图2是表示该表面被覆工具的表面附近的剖面的显微镜观察的扩大图像。如图1(a)所示，该表面被覆切削工具(以下，简称工具)l形成如下结构在主面上具有前刀面3，在侧面上具有退刀面4，在前刀面3和退刀面4的交叉棱部具有切刃5，在基体2的表面上形成硬质被覆层(以下简称被覆层)6。硬质被覆层6，如图1(b)、图2所示，由在基体2的表面至少层叠两层由所述通式(1)表示的被覆层的结构构成，被覆层中的基体2侧的第1被覆层6a的层厚为0.11um，由平均晶粒直径为0.010.1ym的粒状结晶构成，被覆层中的被覆在第1被覆层6a的表面上的第2被覆层6b的层厚为0.510ym，由相对于基体2在垂直方向上成长的柱状结晶构成，并且该柱状结晶的平均结晶宽度为0.050.3um，由比第1被覆层6a的平均晶粒直径大的结构构成。由此，即使在多个凹凸和缺陷存在的基体2的表面，构成第1被覆层6a的粒状结晶具有使基体2的表面均匀的作用，因此在第1被覆层6a的表面中第2被覆层6b的均质的核形成成为可能。其结果是在该均匀的第1被覆层6a的表面成膜的第2被覆层6b的结晶成长变得微细，作为硬质被覆层6的整体，无论基体2的表面的凹凸硬质被覆层6的耐缺损性变为均匀，成为硬质被覆层6的耐磨损性和耐缺损性高的工具1。特别是通过将各被覆层6a、6b的层厚控制在上述范围内，可以将各被覆层6a、6b控制为上述结晶粒径，能够兼具耐磨损性和耐缺损性。第l被覆层6a、第2被覆层6b是否分别由所述的特定结构构成，例如能够如下求得。S卩，例如用扫描型电子显微镜(SEM)或透过型电子显微镜(TEM)观察硬质被覆层6的表面，能够求出第1被覆层6a和第2被覆层6b的有无、它们的层厚、粒状结晶的结晶粒径和柱状结晶的平均结晶宽度。另外，通过扫描型电子显微镜(SEM)或透过型电子显微镜(TEM)进行观察时，通过能量分散分光分析(EDS)测定各被覆层的任意3处的组成，也可以将它们的平均值作为各被覆层的组成算出。更具体地说，所谓第1被覆层6a的粒状结晶(粒状粒子)的平均晶粒直径(平均粒子径)意思是对第1被覆层6a的任意表面或剖面进行使用扫描型电子显微镜(SEM)或透过型电子显微镜(TEM)的组织观察，在100nmX100nm以上的视野区域内观察的、通过图像解析法算出构成第1被覆层6a的粒子的各自的面积，计算它们的平均面积后，换算成具有该平均面积的圆时所得到的圆的直径。另外，所谓相对于第2被覆层6b的柱状结晶(柱状粒子)的基体2的表面平行方向的平均结晶宽度(平均粒子宽度)意思是对第2被覆层6b的任意剖面进行使用扫描型电子显微镜(SEM)或透过型电子显微镜(TEM)的组织观察，在100nmX100nm以上的视野区域内观察的，对构成第2被覆层6b的粒子，测定相对于任意层厚方向中的基体的表面平行方向的结晶宽度时的、他们的平均值。在此，在所述通式(1)中，金属元素M表示从元素周期表第4、5、6族元素、Si和稀土类元素中选出的至少一种金属元素。作为所述元素周期表第4、5、6族金属，可以例举出Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W等，作为所述稀土类元素，可以例举出Y、Yb、Er、Ce等，作为所述金属元素M特别优选含有硬度高的Ti。另外，a满足0.25《a《0.75的关系式。b满足0《b《1的关系式.另一方面，在由所述通式(1)表示的被覆层的组成中，a比0.25小时，耐磨损性降低，a比0.75大时，耐缺损性降低。另外，若第l被覆层6a的层厚比0.1ym薄，则使基体2的表面均匀化的效果不充分，第2被覆层6b局部平均结晶宽度变大，均质性受损耐磨损性降低。若第1被覆层6a的层厚比1lim厚，则如第2被覆层6b由于耐缺损性高的被覆层没有应力缓和的效果，有可能硬质被覆层6整体的耐缺损性降低。还有，若第1被覆层6a的平均晶粒直径比0.01um小，则第1被覆层6a与基体2和第2被覆层6b的结晶粒间的缺乏整合性变大，层间紧密性降低，若第1被覆层6a的平均晶粒直径比0.1um大，则第2被覆层6b很难得到微细且均匀的结晶成长。另外，通过使第2被覆层6b的层厚为0.5um以上，能够使第2被覆层6b形成柱状结晶，能够成为韧性高的被覆层。相反，在第2被覆层6b的层厚在10um以内时，能够成为内部应力适当化而难以剥离的硬质膜。还有，第2被覆层6b的层厚的适合范围根据使用用途不同，例如在作为精密内径切削加工用使用时为0.55um，在作为转削切削加工用使用时为18um。还有，通过使构成第2被覆层6b的结晶形成相对于基体2在垂直方向上成长的柱状结晶，从而具有高韧性，因此能够成为具有高耐缺损性的硬质膜。还有，通过使柱状结晶的平均结晶宽度为0.05um以上，能够提高第2被覆层6b的韧性，另外，在0.05um以下时，能够使第2被覆层6b的表面平滑，能够使切削面的完成面的粗糙度平滑。构成第2被覆层6b的柱状结晶的平均结晶宽度与构成第1被覆层6a的结晶的平均晶粒直径相同或比其小时，硬质被覆层6的内部应力增大第2被覆层6b的韧性降低而耐缺损性降低。在此，第1被覆层6a中的Al的含有比率(a)为0.55《a《0.75，即优选为相对于第1被覆层6a中的全金属元素(从元素周期表第4、5、6族元素、Si和稀土类元素中选出的至少1种金属元素M和铝(Al))的含量为5575原子％。由此，能够将第1被覆层6a的平均晶粒直径控制在0.010.lum，能够助长基体2的表面的均质的核生成，并且能够提高第1被覆层6a的硬度。在将第2被覆层6b中所含的Al原子的量和Ti原子的量的合计定为1时，优选Al原子的量超过0.50但在0.75以下。通过使Al原子的含量相对于Al原子和Ti原子的合计量超过0.50，抑制第2被覆层6b表面的氧化，能够控制第2被覆层6b表面由于氧化而被侵蚀而面粗糙度降低。因此，即使由于切削切刃变得高温也能够降低与被削材的反应性抑制被削材的堆积。其结果是，能够防止由于堆积物与切刃表面反应切刃表面硬化的积屑瘤发生而使加工面粗糙度恶化。另外，Al原子的含量相对于Al原子和Ti原子的合计量在0.75以下时，能够使第2被覆层6b的结晶构造成为硬度高的立方晶，能够防止第2被覆层6b耐磨损性恶化。第2被覆层6b中的Al的含有比率(a)优选为0.4《a《0.55。由此，能够将第2被覆层6b的柱状结晶的生成和柱状结晶的平均结晶宽度控制在规定范围内。在第2被覆层6b的表面，优选存在层厚为0.05liim的TiN层。由此，工具l的表面呈现金色，使用该工具l时TiN层消失而金色消失，因此能够容易地目测确认工具1的使用与否。在第1被覆层6a和第2被覆层6b之间作为中间层也可以形成不同材质的硬质膜，但从防止膜剥离和崩刃的观点出发优选为第1被覆层与第2被覆层连接形成。还有，在基体2与第1被覆层6a之间也可以形成膜厚为0.2ixm以下的其他被覆层。被覆层6a、6b优选为溅射膜。由此，由电弧离子镀敷法成膜时生成的小滴等的异常粒子不会发生，能够形成均匀的组织，能够提高被削材的加工面粗糙度。在此，硬质被覆层6的表面中的算术平均粗糙度(Ra)为O.12um以下，由于工具1的耐磨损性高，并且能够降低切削加工时的切削阻抗，因此优选。或者，被覆层6的表面中的最大高度(Rz)为0.050.5nm以下，由于工具l的耐磨损性高，并且能够降低切削加工时的切削阻抗，因此优选。还有基体2与被覆层6的界面中的最大高度(Rz)为0.020.1ym，由于被覆层6的紧密性好，并且能够使核生成均匀，因此优选。还有被覆层6a、6b为溅射膜时，组织均匀，并且表面平滑，因此无需实施机械加工。即，被覆层6的表面优选为未研磨状态。还有，硬质被覆层6的表面中的算术平均粗糙度Ra和最大高度Rz能够如下进行测定遵循JISB0601'01使用探针式表面粗糙度测定器，临界值0.25鹏、基准长度0.8咖、扫描速度O.lmm/秒。还有，基体2与硬质被覆层6的界面中的算术平均粗糙度Ra和最大高度Rz为0.050.3um，由于硬质被覆层6的紧密性好，并且能够使核生成均匀，因此优选。还有，基体2与硬质被覆层6的界面中的算术平均粗糙度是从含有基体2与硬质被覆层6的界面的工具1的剖面照片，沿着基体2与硬质被覆层6的界面描绘凹凸线，根据相当于从该凹凸线以上述JISB0601'Ol为基准求得的的算术平均粗糙度的值进行测定。作为基体2优选使用例如由以碳化钨、碳化钛为主成分的硬质相、和例如以钴、镍等的铁族金属为主成分的结合相构成的超硬合金、金属陶瓷、以氮化硅和氧化铝为主成分的陶瓷、在超高压下对由多晶金刚石和cBN构成的硬质相和陶瓷和铁族金属等的结合相进行烧制的超高压烧结体等的硬质材料。特别将工具1适用于下述的切削物的制造方法中时，在发挥优异的切削性能的基础上，基体2优选由第1优选例的超硬合金构成。另一方面，例如在作为对由直径30mm以下的淬火钢构成的被切削物进行切削加工时的工具，优选使用在下面进行说明的工具，作为这时的基体2，优选由第2优选例的cBN烧结体构成。以下对该工具进行说明。图3(a)是表示工具的其他例的概略立体图，图3(b)是表示在图3(a)中显示的工具的表面附近的部分扩大的概略剖面图。还有，在图3中，与所述的图l、图2同样的构成部分使用同样的符号而省略说明。如图3所示，作为表面被覆cBN基切削工具的工具21，通过金属丝加工等，将基体2(cBN烧结体)切成规定形状，与衬底的超硬合金28接合后，钎焊在形成在超硬合金基台29的切刃前端部的切削台阶部30，并将其作为母材22。母材22的形状形成为如下结构在主面具有前刀面23、在侧面具有退刀面24、在前刀面23和退刀面24的交叉棱部具有切刃25，并且在该母材22的表面上形成被覆层6。在此，在本实施方式的工具21中，基体2由以结合相结合以cBN为主成分的硬质相的cBN烧结体构成。具体地说，例如可以使用由硬质相和结合相构成的cBN烧结体，该硬质相由硬质相质量整体的20质量％95质量％的cBN构成。作为所述结合相可以举出例如钴、镍、铝等的金属，或以氮化钛(TiN)和碳化钛(TiC)等陶瓷为主成分的材料等，特别是所述结合相含有氮化钛(TiN)和碳化钛(TiC)，由于这能够提高与被覆层6的紧贴力，能够抑制膜剥离和尖端的崩刃，所以优选。更具体地说，TiN和TiC混合存在时，基体2的强度进一步提高，并且变得与含有Ti和Al的被覆层6的硬度更接近，进一步提高耐缺损性和附着力，所以优选。另外，构成基体2的cBN粒子的粒径从耐磨损性、强度的观点出发，为0.25.0um，可以优选为0.53.0um的范围。cBN粒子的粒径的测定可以是通过扫描型电子显微镜(SEM)等对以10005000倍的倍率拍摄的图像使用LUZEX等一般的图像解析设备进行测定的方法。还有，在所述cBN粒子的外周部存在中间相，该中间相包括在从元素周期表第4、5和6族金属元素、铁族元素和A1中选出的至少一种元素的碳化物、氮化物、碳氮化物、硼化物、硼碳化物、硼氮化物和氧化物中，所述结合相成分以外的化合物，这能够进一步牢固地保持cBN粒子，在这一点上为优选。通过形成这种结构，第l被覆层6a和含有以cBN为主成分的硬质相形成的基体2的硬度接近，成膜时发生的应力最佳化，能够充分地确保被覆层6的附着力，能够防止膜剥离。其他的构成与所述工具l相同，因此省略说明。接着，对所述工具l的制造方法加以说明。首先，使用现有公知的方法制造工具形状的基体2。其次，在该基体2的表面上形成上述构成的硬质被覆层6。作为具体的成膜方法，使用离子镀敷法和溅射法等物理气相合成(PVD)法。对于成膜方法的细节，对其一例进行说明时，以溅射法制作含有钛(Ti)和铝(Al)的硬质被覆层时，独立使用金属钛(Ti)和金属铝(Al)的2种以上的金属靶，或是使用他们的合金作为靶，在通过电弧放电或辉光放电等使金属源蒸发离子化的同时，与氮源的氮气(N2)或碳源的甲烷(CH4)/乙炔(C2H2)气体反应而成膜。这时，作为用于第2被覆层成膜的靶，在用于第l被覆层6a的成膜的靶之外，另外追加不含有A1，或是A1的含有比率低的金属靶，例如钛(Ti)金属靶进行成膜，并且在形成第1被覆层6a时通过比形成第2被覆层6b时高的偏压进行成膜，由此能够形成硬质被覆层6。还有，在通过该方法形成的硬质被覆层6中，第1被覆层6a的Al的含量也变得比第2被覆层6b的Al的含量多。接着，对所述工具21的制造方法加以说明。首先，称量规定组成的原料粉末，通过球磨机粉碎混合1672小时，该原料粉末包括具有0.23um的范围内的规定平均粒径的cBN原料粉末；平均粒径0.23um，优选为0.53ym，更优选为13um的由从元素周期表的第4、5和6族金属元素中选出的至少1种元素的碳化物、氮化物和碳氮化物的至少任一种构成的粉末；根据需要平均粒径为0.55um的Al或铁族元素中的至少一种的原料粉末。随后，根据需要成形为规定形状。在成形中，可以使用冲压成形、喷射成形、模铸成形、挤压成形等公知的成形方法。接着，将其与另外准备的超硬合金衬垫支承体一起装入超高压烧结装置，在1200140(TC范围的规定温度、5GPa的压力下保持1030分钟，由此能够得到由cBN制烧结体构成的基体2。这时，为了形成4、5、6族金属的碳化物和4、5、6族金属的氮化物分别存在的结构，优选升温速度和降温速度为每分钟305(TC，加热保持时间(烧成时间)为1015分钟。由于形成这种构成，能够减小烧结产生的问题。接着，将制作成的基体2(cBN烧结体)钎焊于超硬合金基台29的切削台阶部30，制作母材22。在该母材22的表面，与所述工具l同样，形成被覆层6，由此，能够得到作为表面被覆cBN基切削工具的工具21。这时，在形成第l被覆层6a时，以比形成第2被覆层6b时高的偏置电压，特别是100V以上，优选为120V以上进行成膜，由此能够形成由比第2被覆层6b微细的粒子构成的硬质被覆层。另外，形成第2被覆层6b时的偏置电压低于100V，特别是低于80V时，表面上异常粒子难以发生，能够形成平滑表面的硬质被覆层。还有，在通过该方法形成的硬质被覆层6中，第1被覆层6a的Al的含量变得比第2被覆层6b的Al的含有比率多。其他的构成与所述工具l相同，因此省略说明。<切削物的制造方法>下面，对本发明的切削物的制造方法的一个实施方式进行说明。本实施方式的切削物的制造方法是分别使用所述工具1、工具21得到切削物的方法。(使用工具1的切削物的制造方法)使用工具1时，能够发挥优异的切削性能，另外，基体2优选由作为第l适合例的超硬合金构成。另外，作为加工方法，例如可以例举被切削物(被切削加工的金属工件等的被削材)旋转的车削加工、工具l旋转的铣削加工等，特别是优选精加工中使用车削加工、铣削加工中的任一种。具体地说，使用工具1的切削物的制造方法包括下述工序进行准备在前刀面3和退刀面4的交叉棱部形成有切刃5的工具1的工序；使切刃5与被切削物的表面接触的工序；使切刃5旋转切削加工被切削物的工序；使切刃5从所述被切削物的表面离开的工序。由此，能够得到加工面粗糙度提高的切削物。即，如上所述，由于工具1的硬制被覆层6的均匀性高，所以工具1的切刃5的硬制被覆层6的均匀性高，另外，由于硬制被覆层6的表面的平滑性也高，所以切削加工时的被切削物的完成面的粗糙度也咼。(使用工具21的切削物的制造方法)使用工具21时，适于基体2由作为第2适合例的cBN烧结体构成，对由直径30mm以下的淬火钢构成的被切削物进行切削加工。另外，作为加工方法可以适用所述车削加工和铣削加工的任一种，即使是在被削材容易堆积的车削加工中也能够延长工具寿命。具体地说，使用工具21的切削物的制造方法可以包括下述工序进行准备在前刀面23和退刀面24的交叉棱部形成有切刃25的工具21的工序；使切刃25与由直径30nm以下的淬火钢构成的被切削物的表面接触的工序；使切刃25或所述被削物的一个旋转切削加工被切削物的工序；使切刃25从所述被切削物的表面离开的工序。由此，能够得到加工面粗糙度提高的切削物。即，如上所述，由于工具21的硬制被覆层6的均质性高，所以工具21的切刃25的被覆层6的均质性高，另外，因为被覆层6的表面的平滑性高，所以切削加工时的被切削物的完成面的粗糙度也高。以下，例举实施例对本发明进行更详细的说明，但本发明并不限定于以下的实施例。[实施例I]<切削工具的制作〉以平均粒径为0.8um的碳化钨(WC)粉末为主成分，添加混合10质量％的平均粒径为1.2um的金属钴(Co)粉末，0.2质量％的平均粒径为l.Oum的碳化钒(VC)粉末，0.6质量％的平均粒径为l.Oum的碳化铬(Cr3C2)粉末，通过冲压成形成形为形成三角形状的凹槽切削工具形状(京瓷制凹槽刀片GBA43R300MY)后，实施脱粘合剂处理，在0.01Pa的真空中，在145(TC烧制1小时而制成超硬合金。另外，通过喷丸加工、毛刷加工等对各试料的前刀面的表面进行研磨加工。此外，通过毛刷加工对制作成的超硬合金实施刃端处理(搪磨)而制成基体。对于如此制作的基体通过溅射法根据表1所示的各种组成形成硬质被覆层。还有，在试料No.I-7中，在表1所示的第1被覆层和第2被覆层的表面以0.2um的层厚形成TiN层。对所得到的试料，用扫描型电子显微镜(SEM)或透过型电子显微镜(TEM)观察硬质被覆层的表面，求得第l被覆层和第2被覆层的有无，它们的层厚、粒状结晶的晶粒直径和柱状结晶的平均结晶宽度。另外，用扫描型电子显微镜(SEM)或透过型电子显微镜(TEM)观察时，通过能量分散分光分析(EDS)测定各被覆层的任意3处的组成，算出它们的平均值作为各被覆层的组成。此外，用接触式表面粗糙度计对任意3处测定硬质被覆层的表面(第2被覆层的表面)中的算术平均粗糙度Ra，求出其平均值。具体的测定方法是基于JISB0601'01，使用探针式表面粗糙度测定器，以临界值0.25mm、基准长度0.8mm、扫描速度0.1mm/秒进行测定。另外，根据上述显微镜观察照片，描绘基体和第l被覆层之间的界面，根据该形状以JISB0601'01为基准，求出界面中的算术平均粗糙度(Ra)。<切削试验>接着，使用所得到的凹槽切削工具形状的可转位刀片(切削工具)在以下的切削条件下进行切削试验。结果如表2所示。切削方法连续车削加工被削材SCM435切削速度250m/min进给0.08mm/rev切削横向切削2ram,深度切削4mm切削状态湿式评价方法在切削10分钟时测定被加工的被削材的完成面粗糙度(加工面粗糙度Ra)。另外，用显微镜测定侧面磨损和前端磨损、崩刃的有无。[表l]<table>tableseeoriginaldocumentpage19</column></row><table>[表2]<table>tableseeoriginaldocumentpage20</column></row><table>1)*标表示本发明范围外的试料。从表1、表2所示的结果可知，形成仅由粒状结晶构成的第1被覆层的试料NO.I-11由于在初期崩刃发生而工具寿命短。另外，第1被覆层的平均晶粒直径比0.1um大的试料NO.I-12也是在初期崩刃发生而工具寿命短。此外，在第2被覆层的平均结晶宽度超过0.3um的试料NO.I-13中，第2被覆层的硬度和耐磨损性降低。还有在第1被覆层的平均晶粒直径比0.1ym大，并且第1被覆层的平均晶粒直径与第2被覆层的平均晶粒直径相同的试料No.I-14中，硬质被覆层的内部应力增大，第2被覆层的韧性降低而耐缺损性降低。另外，在第l被覆层6a的层厚超过lym的试料No.I-15中，没有如第2被覆层那样耐缺损性高的被覆层产生的应力缓和效果，硬质被覆层整体的耐缺损性降低。对此，在作为本发明范围内的试料No.I-110中，均是硬质被覆层均匀，表面粗糙度小，并且耐缺损性也优异能够发挥完成面粗糙度良好的切削性能。[实施例n]<切削工具的制作〉以平均粒径为0.8IIm的碳化钨(WC)粉末为主成分，添加混合10质量％的平均粒径为1.2um的金属钴(Co)粉末，0.2质量％的平均粒径为l,Oum的碳化钒(VC)粉末，0.6质量％的平均粒径为l.Oum的碳化铬(Cr3C2)粉末，通过冲压成形成形为刃端交换式铣削用切削工具形状(BDMT11T308ER-JT)后，实施脱粘结剂处理，在0.01Pa的真空中，在145(TC烧制1小时制成超硬合金。另外，通过喷丸加工、毛刷加工等对各试料的前刀面表面进行研磨加工。此外，通过毛刷加工对制成的超硬合金实施刃端处理(搪磨)而制成基体。对于如此制作的基体通过溅射法以表3所示的各种组成形成硬质被覆层。还有，在试料No.II-7中，在表3所示的第1被覆层和第2被覆层的表面以0.2um的层厚形成TiN层。对所得到的试料，通过扫描型电子显微镜(SEM)或透过型电子显微镜(TEM)观察硬质被覆层的表面，求出第1被覆层和第2被覆层的有无，它们的层厚、粒状结晶的晶粒直径和柱状结晶的平均结晶宽度。另外，用扫描型电子显微镜(SEM)或透过型电子显微镜(TEM)观察时，通过能量分散分光分析(EDS)测定各被覆层的任意3处的组成，算出它们的平均值作为各被覆层的组成。<切削试验>接着，使用所得到的刃端交换式铣削用切削工具形状的可转位刀片(切削工具)在以下的切削条件下进行切削试验。结果如表4所示。切削方法横削(铣削加工)被削材SKD11切削速度150m/min进给0.12鹏/tooth切削横向切削10mm，深度切削3ram切削状态干式评价方法在切削10分钟时通过显微镜测定崩刃的有无，测定被加工的被削材中的发生毛刺的高度，并且定性地检査切削表面的外观(即加工面外观的光泽)。还有，毛刺的高度是将测定5处得到的值的平均值作为平均毛刺高度，在表4中显示。<table>tableseeoriginaldocumentpage22</column></row><table>从表3、表4所示的结果可知，在形成仅由粒状结晶构成的第1被覆层的试料No.n-ii中，被加工的完成面上没有光泽，毛刺也变得非常高。由此结果推测出在早期发生被膜剥离。另外，在第l被覆层的平均晶粒直径比O.liim大的试料NO.II-12中，也由于同样的理由完成面品质差。此外，在第2被覆层的平均结晶宽度超过0.3um的试料N0.II-13中，由于第2被覆层的硬度和耐磨损性降低，因此初期摩擦损伤导致缺损。还有，在第1被覆层的平均晶粒直径比0.1Um大，并且第1被覆层的平均晶粒直径与第2被覆层的平均结晶宽度相同的试料No.11-14中，硬质被覆层的内部应力增大第2被覆层的韧性降低而耐缺损性降低。另外，在第l被覆层6a的层厚超过1ym的试料No.II-15中，没有如第2被覆层那样耐缺损性高的被覆层产生的应力缓和效果，硬质被覆层整体的耐缺损性降低。对此，作为在本发明范围内的试料No.n-iio中，均是硬质被覆层均匀，耐缺损性优异，能够发挥完成面品质良好的切削性能。[实施例ni]<切削工具的制作>使用平均粒径为2.5um的cBN原料粉末、平均粒径为1.5um的TiC原料粉末、平均粒径为1.2um的TiN原料粉末、平均粒径为1um的TiCN原料粉末、平均粒径为1lim的NbC原料粉末、平均粒径为1.1um的TaC原料粉末、平均粒径为0.9um的Ni原料粉末、平均粒径为1.2um的金属Al原料粉末、平均粒径为0.8lim的金属Co原料粉末，调配成表5所示的组成，通过使用氧化铝制球的球磨机对该粉体进行16小时混合。接着在98MPa的压力下对混合的粉体加压成形。使用超高压、高温装置以表5所示的速度对所得到的成形体进行升温，以5.0GPa的压力、表5所示的温度、时间进行烧制后，以表5所示的降温速度降温，由此，进行烧制而得到cBN质烧结体。另外，将制成cBN质烧结体钎焊于另外准备的超硬合金基台上，制作京瓷制凹槽刀片GBA43R300形状的母材。使用金刚石轮对该母材实施刃端处理(搪磨)。通过溅射法对如此制作的母材根据表6所示的各种组成形成被覆层。对于所得到的试料，通过扫描型电子显微镜(SEM)或透过型电子显微镜(TEM)观察覆层的表面，求出第1被覆层和第2被覆层的有无、它们的层厚、粒状粒子的结晶粒径和柱状粒子的平均粒子宽度。另外，通过扫描型电子显微镜(SEM)或透过型电子显微镜(TEM)观察时，通过能量分散分光分析(EDS)测定各被覆层的任意3处的组成，算出它们的平均值作为各被覆层的组成。此外，通过接触的表面粗糙度计对任意3处测定被覆层的表面(第2被覆层的表面)中的最大高度Rz，求出其平均值。另外，根据上述显微镜观察照片，描绘基体和第1被覆层之间的界面，根据该形状求出界面中的最大高度Rz。<切削试验>接着，使用所得到的凹槽切削工具形状的可转位刀片(切削工具)在以下的切削条件下进行切削试验。结果如表7所示。切削方法连续车削端面加工被削材SCM435HRC5860①(直径)30腿切削速度150m/min(Max5000rpm)进给0.05mm/rev切削横向切削O.lmm，深度切削0.2腿切削状态湿式评价方法在切削10分钟时，测定被加工的被削材的完成面粗糙度(加工面粗糙度Ra)。另外，通过显微镜测定切削20分钟后侧面磨损和前端磨损、崩刃的有无。[表5]<table>tableseeoriginaldocumentpage24</column></row><table>[表6]<table>tableseeoriginaldocumentpage25</column></row><table>；；一[表7]<table>tableseeoriginaldocumentpage25</column></row><table>从表5表7所示的结果可知，形成仅由粒状粒子构成的第1被覆层的试料NO.III-ll在刃端产生堆积，在初期崩刃发生，工具寿命短，被削材的加工面粗糙度也粗糙。另外在第1被覆层的平均粒子径比0.1ym大的试料N0.in-12中，在初期崩刃发生，工具寿命短。此外，在第2被覆层的平均粒子宽度超过0.3nm的试料NO.III-13中，第2被覆层的硬度和耐磨损性降低。还有，在第l被覆层的平均粒子径比O.lum大，并且第l被覆层的平均粒子径与第2被覆层的平均粒子宽度相同的试料No.m-14中，被覆层的内部应力增大，第2被覆层的韧性降低，耐缺损型降低。另外，在第l被覆层的层厚超过lwm的试料No.ni-15中，没有如第2被覆层那样耐缺损性高的被覆层产生的应力缓和效果，硬质被覆层整体的耐缺损性降低。对此，在试料No.III-l10中，均是被覆层均质，表面粗糙度小，并且耐缺损性优异，发挥完成面粗糙度良好的切削性能。其中，在基体的结合相成分中含有TiN和TiC两者的试料No.III-l、2中，即使是整体层厚为2pm以下的薄的被覆层，附着力也优异，因此耐缺损性和耐磨损性两者都优异，发挥良好的切削性能。[实施例IV]<切削工具的制作〉制作与所述的实施例III中的试料No.III-l同样组成的cBN烧结体，钎焊于另外准备的TNGA160408形状的超硬合金基台上，制成母材。使用金刚石轮对该母材实施刃端处理(搪磨)。通过溅射法对如此制作的母材形成与表6所示的试料No.III-1同样的硬质被覆层。<切削试验>接着，使用所得到的可转位刀片(切削工具)在以下的切削条件下进行切削试验。切削方法连续车削端面加工被削材SCM435服C5860O(直径)30mm切削速度150m/min进给0.05腿/rev切削0.lmm切削状态湿式切削试验的结果为，在切削10分钟时，被加工的被削材的完成面粗糙度(加工面粗糙度Ra)为0.12um，是非常平滑的完成面粗糙度。另外，切削20分钟后的侧面磨损为0.13mm、前端磨损为0.lOmm，发挥非常优异的耐磨损性，另外，在切刃也没有崩刃等损伤。以上，虽然对于适于本发明的实施方式例进行了表述，但本发明并不限定于所述实施方式例，在不脱离本发明主旨的范围内可以进行适当的变更和改良。例如在所述说明的实施方式例中，对于将本发明的表面被覆工具用于切削工具的情况进行了说明，但本发明的表面被覆工具的用途并不限定于此，例如铣刀切削用工具、钻头和端铣刀的铣削工具自不用说，也能够适用于除冲模和模具、剪切等切削用途外的耐磨损工具等。另外，本发明并不限定于工具l、工具21各个的表面被覆工具，也可以是组合工具1和工具21的实施方式的表面被覆工具。权利要求1、一种表面被覆工具，其特征在于，在基体表面具备两层层叠由下述通式(1)表示的被覆层而成的硬质被覆层，在所述被覆层中，被覆于所述基体表面的第1被覆层，层厚为0.1～1μm，由平均晶粒直径为0.01～0.1μm的粒状结晶构成，在所述被覆层中，被覆于所述第1被覆层的表面的第2被覆层，层厚为0.5～10μm，由相对于所述基体在垂直方向上成长的柱状结晶构成，该柱状结晶的相对于所述基体在平行方向的平均结晶宽度为0.05～0.3μm，并且所述第2被覆层的平均结晶宽度比所述第1被覆层的平均晶粒直径大，[数2]M1-aAla(CbN1-b)…(1)式中，M表示从元素周期表第4、5、6族元素，Si和稀土类元素中选出的至少一种金属元素，a满足0.25≤a≤0.75的关系式，b满足0≤b≤1的关系式。2、根据权利要求1所述的表面被覆工具，其中，在所述第1被覆层中，所述通式(1)中的a满足0.55《a《0.75的关系式。3、根据权利要求1所述的表面被覆工具，其中，在所述第2被覆层中，所述通式(1)中的a满足0.4《a《0.55的关系式。4、根据权利要求13中任一项所述的表面被覆工具，其中，在所述第2被覆层的表面上存在层厚为0.051um的TiN层。5、根据权利要求14中任一项所述的表面被覆工具，其中，所述被覆层为溅射膜。6、根据权利要求15中任一项所述的表面被覆工具，其中，所述基体由以结合相结合以立方晶氮化硼为主成分的硬质相而成的立方晶氮化硼烧结体构成。7、根据权利要求6所述的表面被覆工具，其中，所述结合相含有氮化钛和碳化钛。8、根据权利要求6或7所述的表面被覆切削工具，其中，所述被覆层的表面为未研磨面，并且最大高度Rz在0.050.5ym的范围内。9、一种切削物的制造方法，包括-准备在前刀面和退刀面的交叉棱部形成有切刃的由权利要求18中任一项所述的表面被覆工具构成的切削工具的工序；使所述切刃与被切削物的表面接触的工序；使所述切刃旋转切削加工被切削物的工序；使所述切刃从所述被切削物的表面离开的工序。10、根据权利要求9所述的切削物的制造方法，其中，所述表面被覆工具的基体由权利要求68中任一项所述的立方晶氮化硼烧结体构成，所述被切削物由直径为30mm以下的淬火钢构成。全文摘要一种表面被覆工具，其特征在于，在基体表面具备两层层叠由下述通式(1)表示的被覆层而成的硬质被覆层，在所述被覆层中，被覆于所述基体的表面的第1被覆层，层厚为0.1～1μm，由平均晶粒直径为0.01～0.1μm的粒状结晶构成，在所述被覆层中，被覆于所述第1被覆层的表面的第2被覆层，层厚为0.5～10μm，由相对于所述基体在垂直方向上成长的柱状结晶构成，该柱状结晶的相对于所述基体在平行方向的平均结晶宽度为0.05～0.3μm，并且所述第2被覆层的平均结晶宽度比所述第1被覆层的平均晶粒直径大，M<sub>1-a</sub>Al<sub>a</sub>(C<sub>b</sub>N<sub>1-b</sub>)…(1)式中，M是表示从元素周期表第4、5、6族元素，Si和稀土类元素中选出的至少一种金属元素，a满足0.25≤a≤0.75的关系式，b满足0≤b≤1的关系式。文档编号C04B35/583GK101400465SQ200780008368公开日2009年4月1日申请日期2007年3月26日优先权日2006年3月28日发明者朱耀灿,松泽正人,野田谦二申请人:京瓷株式会社