12,能够形成具有优异密合能力的密合层111。在 此，用于离子轰击处理且包含于密合层111中的元素优选至少包括Cr。由于Cr是可升华的元 素，因此在离子轰击处理过程中很少产生熔融颗粒(液滴），并且能够抑制基材101的表面粗 糙化。
[0131]〈形成交替层的步骤〉
[0132] 有多种方法可供用作为形成交替层112的方法，其中在交替层112中，一层或多层A 层112a和一层或多层B层112b交替地层叠。可以使用的方法例如为:使用Ti、Al和Si的粒径 会发生变化的烧结合金制靶的方法;使用多个具有彼此不同的组成的靶的方法;将成膜期 间所施加的偏压设置为脉冲电压、或改变气体的流速的方法；以及调整成膜装置内用于保 持基材的基材托架的旋转周期的方法。当然也可以通过这些操作的组合来形成交替层。
[0133] 交替层112形成后，可对覆膜110赋予压缩残留应力，用以提高覆膜110的韧性。例 如，可以利用喷丸、刷光、滚磨和离子注入法来提供压缩残留应力。
[0134] 〈第二实施方案〉
[0135] 根据第二实施方案，主要实现了第二个目的。
[0136] 〈表面被覆工具〉
[0137] 图5是示出了根据第二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5,表面被覆工具200包括基材201和形成在基材201上的覆膜210。该覆膜210 包括与基材201接触的密合层211和形成在该密合层211之上的上部层212。
[0138] 表面被覆工具200通常为切削工具。表面被覆工具200(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200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。以下将对形成表面被覆工具200的各要 素进行说明。
[0139] 〈基材〉
[0140] 基材201由WC-Co系硬质合金构成，并包含WC颗粒和含有Co并将WC颗粒互相结合在 一起的结合相。基材201可包含除这些成分之外的其他任何成分，只要其包含这些成分即 可。例如，除WC颗粒和Co之外，可以添加 Ti、Ta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 201的表面进行改良。例如，可以在基材201的表面上形成脱贝塔(β)层。
[0141] 基材201中的WC颗粒的粒径优选为0 · 2μπι以上2μπι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201的表面进行离子轰击处 理时，结合相被去除，并且WC颗粒裸露于表面处。在此，当硬质合金的结构中的WC颗粒的粒 径以及Co含量占据上述范围时，会在基材201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210,能够通过所谓的锚定效应提高覆膜210与基材201之间的 密合性。在此，WC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，尤其优 选为10.0质量％以下。
[0142] 〈覆膜〉
[0143] 覆膜210包括与基材201接触的密合层211和形成在密合层211上的上部层212。覆 膜210应当至少仅设置在切削刃部分中，其不必均匀地覆盖基材201的全部表面。即，覆膜并 非部分地形成在基材201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 盖在本发明中。除了密合层211和上部层212之外，覆膜210还可包括其他层。例如，覆膜210 还可以包括由TiN构成的着色层作为最外层。
[0144] 覆膜210的总厚度优选为0.5μπι以上15μπι以下。当该厚度小于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15mm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210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210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，并且工具的使用寿命可能会缩短。
[0145] 〈上部层〉
[0146] 上部层212可以由单层或多个层的层叠来形成。上部层212在其全部或部分可包 括:调制(modulation)结构，其中形成层的化合物的组成在厚度方向上发生周期性的改变； 或者超多层结构，其中彼此组成不同的两种或多种类型的单元层周期性地重复层叠，其中 各单元层的厚度为〇.2nm以上20nm以下。上部层212可以为第一实施方案中所述的交替层。
[0147] 覆膜内所包括的各层的组成可以通过SEM-EDX分析或TEM-EDX分析来获得。
[0148] 上部层212优选包含选自在日本使用的元素周期表中IV族元素[Ti、Zr和Hf (铪）]、 V族元素[￥(|凡）、他和了3]和￥1族元素[0、]?0(钼)和1]、以及3;[和41中的一种或多种元素，以 及选自C、N和0(氧）中的一种或多种元素。由此覆膜210的耐磨损性得以提高。
[0149] 形成上部层212的化合物的具体实例可包括TiCN、TiN、TiCN0、Ti02、TiN0、TiSiN、 TiSiCN、TiAlN、TiAlCrN、TiAlSiN、TiAlSiCrN、AlCrN、AlCrCN、AlCrVN、AlN、AlCN、Al 2〇3、ZrN、 2^^、2心、2抑2、批(：、!^1!^^恥(：、恥^^^、]\1〇2(：、1(：和12(：。这些化合物也可以掺杂少量 的其它元素。
[0150] 如上所述，例如，当本说明书中给出符号"TiCN"时，"Ti"、"C"和"N"之间的原子比 不局限为50:25:25，包括公知的所有原子比作为该原子比。
[0151] 〈密合层〉
[0152]密合层211形成在与基材201接触的部分中。由于表面被覆工具200包括密合层 211，所以抑制了覆膜210的剥离，并且与常规例子相比，延长了工具的使用寿命。密合层211 的厚度优选为〇. 5nm以上20nm以下。当厚度小于0.5nm时，可能不会获得所期望的密合作用。 当厚度超过20nm时，密合层211内的残留应力变高，反而可能会发生剥离。密合层211的厚度 更优选为〇.5nm以上10nm以下，特别优选为2nm以上6nm以下。
[0153] 密合层211包含这样的碳化物、氮化物或碳氮化物，该碳化物、氮化物或碳氮化物 含有:选自Cr、Ti、Zr和Nb中的一种或多种元素;选自形成基材201的元素(W和C)中的一种或 多种元素；以及选自形成上部层212的元素(Al、Si和N)中的一种或多种元素。由于密合层 211包含基材201和上部层212的构成元素，因此密合层211对于基材201和上部层212均表现 出了高的化学亲和性。此外，选自Cr、Ti、Zr和Nb中的一种或多种元素与WC颗粒中所包含的 碳之间实现了强键合，从而改善了耐剥离性。
[0154] 通过本发明人的研究表明，当形成具有这样组成的密合层时，在基材201与密合层 211之间的界面处、以及密合层211与上部层212之间的界面处，晶格是连续的，由此提高了 密合性。图6示出了通过对本实施方案中表面被覆工具200的切割面处的基材201与覆膜210 之间的界面进行拍照而获得的TME图像(放大倍率为1000000)。在图6中可以看出，在基材 201(WC颗粒)和上部层212之间的界面处形成了厚度为0.5nm以上20nm以下的密合层211。图 7是与图6中的密合层211相关的部分的局部放大图，图7的对比度经过了调整。由图7可以确 认的是，在基材201和密合层211之间的界面处、以及密合层211和上部层212之间的界面处， 晶格是连续的。由此，由于晶格在各界面处都是连续的，所以据认为本实施方案的密合性提 尚。
[0155] 构成密合层211的碳化物、氮化物或碳氮化物的具体例子包括先前在第一实施方 案中描述的化合物[a]至[j]。密合层211可包含一种或多种这些化合物。
[0156] 根据本发明人的研究发现，在这些化合物中，通过这样一种碳氮化物可展现出尤 其高的密合性，这种碳氮化物含有:选自Cr、Ti、Zr和Nb中的一种或多种元素;W;以及选自A1 和Si中的一种或多种元素。在此，优选的是，形成密合层211的化合物的组成由下式表示，其 中该化合物所具有的选自Cr、Zr和Nb中的一种或多种元素以Μ表示：
[0157] ]^1^八1。51<]?^^(其中0〈&<0.30,0<1^0.80,0<(^0.60,0<(1<0.10，&+匕+。+(1+ e = l) 〇
[0158]〈密合层的非金属组成〉
[0159]当上部层212由氮化物构成且密合层211由碳氮化物构成时，在密合层211的厚度 方向上，理想地，密合层211中包含的碳(C)的组成比在由上部层212侧朝向基材201的方向 上连续增加，并在密合层211与基材201间的界面处达到最大值;密合层211中包含的氮(N) 的组成比在由基材201侧朝向上部层212的方向上连续增加，并在密合层211与上部层212间 的界面处达到最大值。由于基材201包含碳化物(WC)并且上部层212包含氮化物(TiAlSiN)， 其中密合层211内的C和N的组成比如上所述变化，因此密合层211与基材201和上部层212间 的化学亲和性均得以提高。这样的组成比的变化能够通过(例如）以下方式来实现:在阴极 弧离子镀中，使N源气体和C源气体之间的流速比连续地改变，从而形成膜。
[0160]〈密合层与基材之间的界面处的WC颗粒的占有率〉
[0161] 在密合层211和基材201彼此接触的部分中，WC颗粒的占有率优选为80%以上，更 优选为90%以上。由于在密合层211和基材201之间的界面处存在较少的软质结合相（Co 等），因此密合层211和基材201之间的密合力更高。在此，如第一实施方案中所述的那样在 表面被覆工具的横截面中定义占有率。更高的占有率是优选的，理想的值为1 〇〇 %。然而，考 虑到生产性，其上限值例如为约99%。
[0162] 〈表面被覆工具的制造方法〉
[0163] 如上所述的本实施方案中的表面被覆工具可以通过如下方法来制造。图10是示出 了根据本实施方案的表面被覆工具的制造方法的概要的流程图。参照图10,该制造方法包 括基材的制备步骤（S100)和覆膜的形成步骤（S200)。覆膜的形成步骤（S200)包括使选自 Cr、Ti、Zr和Nb中的一种或多种元素附着至基材表面上的步骤（S220)、密合层形成步骤 (S230)、以及上部层形成步骤(S240)。以下将对各步骤进行描述。
[0164] 〈基材的制备步骤(S100)>
[0165] 在该步骤中，制备包含WC颗粒和结合相的基材201，其中该结合相含有Co,并且将 WC颗粒彼此结合在一起。可利用一般的粉末冶金法制备这种由WC-CO系硬质合金制成的基 材。WC-Co系硬质合金(烧结体)例如通过如下方式获得:在球磨机中使WC粉末和Co粉末混合 获得混合粉末，接着干燥，将干燥的混合粉末成形为预定形状从而获得成形体，然后烧结该 成形体。然后，通过对烧结体进行预定的切削刃加工（如珩磨），从而能够制备由WC-Co系硬 质合金制成的基材201。
[0166] 〈覆膜的形成步骤(S200)>
[0167] 为了使覆膜210在难切削材料的切削过程中能够承受高温，覆膜210优选由结晶度 高的化合物构成。为了研制出这种覆膜，本发明人对各种成膜技术进行了调查，结果发现物 理气相沉积是优选的。物理气相沉积是指这样一种气相沉积法，其中通过利用物理作用将 原料(蒸发源，也被称为靶)蒸发，并且使蒸发的原料附着到基材上。这样的物理气相沉积法 (例如)包括阴极弧离子镀、平衡磁控溅射和非平衡磁控溅射。
[0168] 在这些物理气相沉积法中，阴极弧离子镀的原料的电离比率高，因此其是特别合 适的。通过采用阴极弧离子镀，能够在同一个成膜装置内通过离子轰击处理来清洁基材，这 有助于简化制造工艺并提高生产率。
[0169] 〈使元素附着至基材的表面的步骤(S220)>
[0170] 在本实施方案中，在覆膜210形成之前，使形成密合层211的一部分的元素（选自 Cr、Ti、Zr和Nb的一种或多种