固地彼此结合。
[0049] [5]根据本发明的一个实施方案的表面被覆工具包括基材和形成在所述基材上的 覆膜，所述基材含有WC颗粒、以及含有Co并将WC颗粒相互结合在一起的结合相，该覆膜包括 与基材接触的密合层、以及形成在所述密合层上的上部层，所述密合层的厚度为〇. 5nm以上 20nm以下，并且所述密合层包含碳化物、氮化物或碳氮化物，该碳化物、氮化物或碳氮化物 包含:选自Cr、Ti、Zr和Nb中的一种或多种元素、选自形成基材的元素中的一种或多种元素、 以及选自形成上部层的元素中的一种或多种元素。
[0050] 该表面被覆工具在基材和覆膜之间具有优异的密合性，并且即使在严苛的切削条 件下也能够展示出稳定的长寿命。在上述构造中，上部层是主要为了增强耐磨损性而形成 的层。密合层形成于基材与上部层之间的边界处，并且同时包含形成基材的元素以及形成 上部层的元素。因此，密合层能够展示出与基材之间以及与上部层之间的化学亲和性。在 此，密合层还包含选自Cr、Ti、Zr和Nb中的一种或多种元素。因此，尽管密合层是厚度为 0.5nm以上20nm以下的极薄的层，但是密合层仍然能够使基材和上部层彼此牢固地结合在 一起。虽然展示出这种作用的详细机理尚未明确，但是Cr、Ti、Zr和Nb易于与基材中所包含 的WC颗粒实现强结合的趋势可能会有影响。
[0051] [6]在上述[5]中，上部层优选包含选自在日本使用的元素周期表中的IV族元素 、V 族元素和VI族元素、以及Si和A1中的一种或多种元素，以及选自C、N和0中的一种或多种元 素。由于上部层包含这些元素，因此覆膜的耐磨损性得以提高。
[0052] [7]在上述[5]或[6]中，密合层优选包含碳氮化物，该碳氮化物含有选自Cr、Ti、Zr 和Nb的一种或多种元素、W、以及选自A1和Si中的一种或多种元素。
[0053] 由于密合层由包含这些元素的碳氮化物构成，所以进一步增强了基材和覆膜之间 的密合性。
[0054] [8]在上述[5]至[7]中，优选的是，WC颗粒在基材的与密合层接触的部分中的占有 率为80%以上。
[0055]通过在硬质WC颗粒上而非在软质结合相上形成密合层，提高了基材和覆膜之间的 密合强度。
[0056] [9]在上述[5]至[8]中，优选的是，在覆膜的厚度方向上，包含于密合层中的C的组 成比在由上部层侧朝向基材的方向上连续增加，并且在密合层与基材的界面处达到最大 值，并且包含于密合层中的N的组成比在由基材侧朝向上部层的方向上连续增加，并且在密 合层与上部层的界面处达到最大值。
[0057]由此，进一步增强了密合层与基材之间以及密合层与上部层之间的化学亲和性， 并且进一步改善了密合性。
[0058] [10]在上述[5]至[9]中，优选地，WC颗粒的平均粒径为2μπι以下，并且基材中的Co 含量为10质量％以下。
[0059] 当对这样的基材表面进行(例如）以下将详述的离子轰击处理时，除去了软质结合 相，并使WC颗粒的晶界裸露出来。当在其上形成覆膜时，通过来自于WC颗粒的晶界的微细凹 凸获得了所谓的锚定效应，由此基材和覆膜之间的密合性得以改善。
[0060] [11]本发明的一个实施方案还涉及表面被覆工具的制造方法，并且该制造方法包 括以下步骤:制备基材，所述基材包含WC颗粒、以及包含Co并将WC颗粒彼此结合在一起的结 合相；以及在所述基材上形成覆膜，所述形成覆膜的步骤包括以下步骤:将选自Cr、Ti、Zr和 Nb中的一种或多种元素附着至基材的表面上，在基材上形成密合层，以及在密合层上形成 上部层，该密合层的厚度为0.5nm以上20nm以下，并且形成密合层的步骤包括:通过使选自 形成上部层的元素中的一种或多种元素沉积在经过附着步骤的表面上，从而生成碳化物、 氮化物或碳氮化物的步骤，该碳化物、氮化物或碳氮化物包含:选自Cr、Ti、Zr和Nb中的一种 或多种元素、选自形成基材的元素中的一种或多种元素、以及选自形成上部层的元素中的 一种或多种元素。
[0061] 通过这些步骤，能够制造这样的表面被覆工具，其在基材和覆膜之间具有优异的 密合性，并且即使在严苛的切削条件下也能够展示出稳定的长寿命。
[0062] [12]在上述[11]中，附着步骤优选包括利用选自Cr、Ti、Zr和Nb中的一种或多种元 素的离子通过离子轰击处理来清洁所述表面的步骤。
[0063 ]由此，能够以简单的方式使选自Cr、T i、Zr和Nb中的一种或多种元素附着至基材的 表面，同时清洁基材的表面。
[0064] [13]在上述[11]或[12]中，形成覆膜的步骤优选进一步包括:在附着步骤之前，利 用Ar离子通过离子轰击处理去除在基材的表面上露出的结合相中的至少一部分。
[0065]通过使用Ar(氩）离子预先进行离子轰击处理，从表面上除去了结合相。通过此后 使用选自Cr、Ti、Zr和Nb中的一种或多种元素的离子进行离子轰击处理，能够使这些元素与 WC颗粒彼此牢固结合。由此能够改善基材和覆膜之间的密合性。
[0066][本发明实施方案的详述]
[0067]尽管以下将对本发明的实施方案（以下也称为"本实施方案"）进行详细描述，但是 本实施方案并不限于此。尽管以下将参照附图进行说明，但是在本说明书和附图中，相同或 相应的要素附有相同的参考符号，将不再重复其相同的描述。
[0068]〈第一实施方案〉
[0069] 根据第一实施方案，主要实现了第一个目的。
[0070] 〈表面被覆工具〉
[0071 ]图1是示出了根据本实施方案的表面被覆工具的构造的一个实例的示意性部分截 面图。参照图1，表面被覆工具100包括基材101和形成在基材101上的覆膜110。覆膜110包括 交替层112,其中一层或多层A层112a和一层或多层B层112b交替地层叠。覆膜110还包括位 于交替层112和基材101之间的密合层111。
[0072] 表面被覆工具100通常为切削工具。表面被覆工具100(例如)可以是诸如钻头、端 铣刀、铣削用或车削用替换型刀片、金工锯、齿轮切削刀具、铰刀、丝锥、或曲轴针铣用刀片 之类的切削工具。表面被覆工具1〇〇不限于切削工具，它可以广泛地应用于(例如）需要具有 耐磨损性的工具或部件，如模具、轴承和耐磨工具。以下将对表面被覆工具100的各构成要 素进行说明。
[0073] 〈基材〉
[0074] 基材101例如由硬质合金、金属陶瓷、陶瓷、立方氮化硼烧结体或金刚石烧结体构 成。其中，从耐磨损性以及与覆膜之间的密合性的角度来看，硬质合金是特别优选的。即，基 材101优选包含:含有WC的硬质颗粒、以及含有Co并将硬质颗粒彼此结合在一起的结合相。 只要由WC-Co系硬质合金构成的这种基材包含WC和Co，则其可以包含这些成分之外的其他 任意成分。例如，除了WC和Co之外，可以加入Ti、Ta(钽)或Nb的碳氮化物，或者可包含在制造 过程中不可避免地混入的杂质。此外，结构中可以包含游离碳或被称为"η层"的异常层。可 以对基材101的表面进行改良。例如，可以在基材101的表面上形成脱贝塔(β)层。
[0075] WC-Co系硬质合金中的硬质颗粒(WC颗粒）的粒径优选为0· 2μηι以上2μηι以下，且Co 含量优选为4.0质量％以上13.0质量％以下。结合相(Co)比WC颗粒软。因此，当对基材101的 表面进行以下将描述的离子轰击处理时，结合相被去除，并且WC颗粒暴露于表面处。在此， 当硬质合金结构中的硬质颗粒的粒径以及Co含量占据上述范围时，会在基材101的表面中 形成源于WC颗粒的晶界的微细凹凸。通过在这种表面上形成覆膜110，能够通过所谓的锚定 效应提高覆膜110和基材101之间的密合性。在此，通过切割表面被覆工具，并利用扫描电子 显微镜(SEM)或TEM观察切割面，以类似于将在下文中描述的测量覆膜厚度的方法来获得硬 质颗粒的粒径。在此，将观察视野中的与硬质颗粒外接的圆的直径(相当于外接圆的直径） 视作为硬质颗粒的直径。在此，硬质颗粒的粒径更优选为1.5μπι以下。Co含量更优选为11.0 质量％以下，特别优选为?ο.0质量％以下。
[0076]〈覆膜〉
[0077]覆膜110包括交替层112,其中一层或多层Α层112a和一层或多层Β层112b交替地层 叠。覆膜110还包括位于交替层112和基材101之间的密合层111。在此，覆膜110应当至少仅 设置在切削刃部分处，其没有必要均匀地覆盖基材101的全部表面。即，覆膜未部分地形成 在基材101上的实施方案或者覆膜的层叠结构存在局部差异的实施方案也涵盖在本实施方 案中。除了交替层112和密合层111之外，覆膜110还可包括其他层。例如，覆膜110还可以包 括由TiN构成的着色层作为最外表面。
[0078] 覆膜110的总厚度优选为0 · 5μπι以上15μπι以下。当厚度小于0 · 5μπι时，覆膜厚度过 小，并且工具的使用寿命可能会缩短。当厚度超过15μπι时，在切削的初期阶段倾向于发生崩 裂，工具的使用寿命可能会缩短。覆膜110的总厚度更优选为0.5μηι以上ΙΟμπι以下，特别优选 为Ι.Ομπι以上5.Ομπι以下。形成覆膜110的晶粒期望为立方晶粒。当全部覆膜或其部分为非晶 态时，覆膜的硬度降低，并且工具的寿命可能会缩短。
[0079]在此，通过切割表面被覆工具并利用SEM或ΤΕΜ观察切割面，从而测定覆膜的厚度 以及形成覆膜的各层的厚度。在观察中，优选利用聚集离子束(FIB)装置或截面抛光机(CP) 对切割面进行表面处理。此外，利用附带TEM的能量色散X射线光谱仪，通过对切割面进行 TEM-EDX分析可以获得各层的平均组成。
[0080]〈交替层〉
[0081 ]通过交替地层叠一层或多层A层112a和一层或多层B层112b而获得交替层112。八层 112a和B层112b均由Ti、Al和Si的氮化物构成，然而，A层112a和B层112b至少在Ti和A1的组 成比方面彼此不同。因此，在A层和B层之间的界面处产生轻微应变，并展示出了阻止裂纹蔓 延的功能。此外，由于A层112a和B层112b的构成元素是共同的，因此层之间的密合性也很 尚。
[0082]只要在交替层112中交替层叠一层或多层A层112a和一层或多层B层112b即可，而 对层叠的层数(A层和B层的总数)没有特别限制。层叠的层数(例如)为大约10至10000,优选 大约10至5000,更优选大约20至500。交替层112的最外层可以是A层112a和B层112b中的任 一者，类似地，交替层112的最底层(形成交替层的层中最接近基材的层)可以是A层112a和B 层112b中的任一者，只要交替层112具有这样的层叠结构即可。
[0083]图2示出了本实施方案中交替层112的截面TEM图像(放大倍率为1200000)。图2示 出了暗视野图像，其中大原子量元素（图2中的Ti)的组成比高的部分显示为白色。图2中的 箭头示出了交替层112的层叠方向（厚度方向）。在图2中，能够观察到Ti的组成比高的部分 (A层)和Ti的组成比低于A层的部分(B层）的交替层叠。
[0084] 〈A层〉
[0085] A层 112a 的平均组成表示为TiaAlbSicN(0 · 5〈a〈0 · 8，0 · 2〈b〈0 · 4，0 · 01〈c〈0 · 1，a+b+c = 1)。本实施方案在构思上与常规技术的区别在于采用了 Ti比A1占更大比例的这种组成。 通常认为，在TiAIN系覆膜中，A1的组成比更高将会得到更高的硬度，由此可以延长工具的 使用寿命。本发明人通过对难切削材料(不锈钢或Inconel)的切削过程中的切削刃损伤形 态进行详细分析，结果发现:通过提高Ti的组成比，能够改善抗月牙洼磨损性，工具的使用 寿命反而更长。在此，根据本发明人进行的研究，更优选的是，Ti的组成比满足条件0.55 2 a < 0.65，并且A1的组成比满足条件0.25 < b〈0.40，由此工具使用寿命会更长。
[0086] 此外，在本实施方案中，采用了包含少量Si的组成。由此能够使覆膜具有抗氧化 性。Si的组成比限制为小于0.1，这是因为当Si的组成比为0.1以上时，晶格的应变较大，由 此残留应力更高并且A层112a与B层112b之间的密合性降低。此外，当Si的组成比为0.1以上 时，在覆膜110内会产生无定形SiNx并且覆膜硬度可能会降低。
[0087] 〈B层〉
[0088] B层