表面包覆切削工具的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種表面包覆切削工具，其硬質(zhì)包覆層在合金鋼等的高速斷續(xù)切削加工中發(fā)揮優(yōu)異的耐崩刀性。本發(fā)明的表面包覆切削工具在其基體表面包覆有由通過含有Al(CH3)3來作為反應(yīng)氣體成分的化學(xué)蒸鍍法成膜的立方晶結(jié)構(gòu)的(Ti1-XAlX)(CYN1-Y)層組成的硬質(zhì)包覆層，其中，X、Y均為原子比，計(jì)為0.55≤X≤0.95、0.0005≤Y≤0.005，該硬質(zhì)包覆層在測(cè)定晶粒的{110}面的法線相對(duì)于基體表面的法線方向所成的傾斜角而獲得的傾斜角度數(shù)分布中，在0～10度和25～35度范圍內(nèi)存在度數(shù)的第一峰值、第二峰值，并且0～10度范圍內(nèi)的度數(shù)比例和25～35度范圍內(nèi)的度數(shù)比例為度數(shù)整體的70％以上，另外，優(yōu)選該硬質(zhì)包覆層在構(gòu)成原子共有晶格點(diǎn)分布曲線圖中，Σ3占整體ΣN+1的分布比例為50％以上。
【專利說明】表面包覆切削工具

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種表面包覆切削工具(以下，稱為包覆工具)，其硬質(zhì)包覆層在沖擊性負(fù)荷作用于球墨鑄鐵等的切削刃的高速斷續(xù)切削加工中發(fā)揮優(yōu)異的耐崩刀性。

【背景技術(shù)】
[0002]以往以來，已知有如下包覆工具，通常在由碳化鎢(以下用WC表示)基硬質(zhì)合金、碳氮化鈦(以下用TiCN表示)基金屬陶瓷或立方晶氮化硼(以下用cBN表示)基超高壓燒結(jié)體構(gòu)成的基體(以下將它們統(tǒng)稱為基體)的表面，通過物理蒸鍍法而包覆形成有T1-Al系復(fù)合氮化物層來作為硬質(zhì)包覆層，從而已知這些包覆工具發(fā)揮優(yōu)異的耐磨損性。
[0003]但是，上述現(xiàn)有的包覆形成有T1-Al系復(fù)合氮化物層的包覆工具雖然耐磨損性相對(duì)優(yōu)異，但是在高速斷續(xù)切削條件下使用時(shí)容易產(chǎn)生崩刀等異常損耗，因此對(duì)硬質(zhì)包覆層的改善提出了各種建議。
[0004]例如，專利文獻(xiàn)I中提出了一種在基體表面包覆有由顯示雙軸結(jié)晶取向性的Ti和Al的復(fù)合氮化物層組成的硬質(zhì)包覆層的包覆工具，該包覆工具在重切削加工中發(fā)揮優(yōu)異的耐缺損性，該復(fù)合氮化物層滿足組成式(TinAlx)N(其中，以原子比計(jì)X為0.40~0.60)，對(duì)該層進(jìn)行基于EBSD的結(jié)晶方位分析時(shí)，在從表面研磨面的法線方向O~15度范圍內(nèi)具有結(jié)晶方位< 100 >的晶粒的面積比例為50%以上，并且，在以相對(duì)于與表面研磨面的法線正交的任意方位存在于O~45度范圍內(nèi)的最高峰值作為中心的15度范圍內(nèi)具有結(jié)晶方位< 100 >的晶粒的面積比例為50%以上。
[0005]并且，專利文獻(xiàn)2中提出了一種通過對(duì)基體表面施加雙極性脈沖偏壓并在750~850°C成膜溫度下進(jìn)行蒸鍍來具備由(TigAlx)N(X = 0.4~0.6)層組成的硬質(zhì)包覆層的包覆工具，該包覆工具在重切削加工中發(fā)揮優(yōu)異的耐缺損性，關(guān)于該(TigAlx)N層，在測(cè)定{100}面的法線相對(duì)于表面研磨面的法線所成的傾斜角而制作的傾斜角度數(shù)分布曲線圖中，該(TigAlx) N層在30~40度的傾斜角劃分區(qū)域存在最高峰值，且其度數(shù)的合計(jì)為整體的60%以上，并且，在測(cè)定{112}面的法線相對(duì)于表面研磨面的法線所成的傾斜角而制作的構(gòu)成原子共有晶格點(diǎn)分布曲線圖中，在Σ3存在最高峰值，且其分布比例為整體的50%以上。
[0006]但是，上述專利文獻(xiàn)1、2所示的包覆工具通過物理蒸鍍法而成膜硬質(zhì)包覆層，因此無(wú)法將Al的含有比例X設(shè)為0.6以上，期待進(jìn)一步提高切削性能。
[0007]從這種觀點(diǎn)出發(fā)，還提出了通過利用化學(xué)蒸鍍法形成硬質(zhì)包覆層來將Al的含有比例X提高至0.9左右的技術(shù)。
[0008] 例如，專利文獻(xiàn)3中記載有如下技術(shù)，即通過在TiCl4、A1C13、NH3的混合反應(yīng)氣體中，在650~900°C的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行化學(xué)蒸鍍，能夠成膜Al的含有比例X的值為0.65~
0.95的(IVxAlx) N層和/或(IVxAlx) C層和/或(TigAlx) CN層，但在該文獻(xiàn)中，其目的是通過在該(TigAlx) N層和/或(IVxAlx) C層和/或(TigAlx) CN層上進(jìn)一步包覆Al2O3層來提高絕熱效果，因此未揭示將X的值提高至0.65~0.95的(TigAlx) N層和/或(TigAlx)C層和/或(TigAlx) CN層的形成，對(duì)切削性能有何種影響。
[0009]并且，例如專利文獻(xiàn)4中記載有如下技術(shù)，即通過在TiCl4、AlCl3、NH3、N2H4的混合反應(yīng)氣體中，在700~900°C的溫度下進(jìn)行不使用等離子體的化學(xué)蒸鍍，能夠成膜由Al的含有比例X的值為0.75~0.93的立方晶的(TigAlx)N層組成的硬質(zhì)包覆層，但與專利文獻(xiàn)3相同，對(duì)于作為包覆工具的可適用性沒有任何揭示。
[0010]專利文獻(xiàn)1:日本特開2008-100320號(hào)公報(bào)
[0011]專利文獻(xiàn)2:日本特開2008-307615號(hào)公報(bào)
[0012]專利文獻(xiàn)3:日本特表2011-516722號(hào)公報(bào)
[0013]專利文獻(xiàn)4:美國(guó)專利第7767320號(hào)說明書
[0014]近年來，切削加工裝置的高性能化顯著，另一方面對(duì)切削加工的節(jié)省勞力化及節(jié)能化以及低成本化的要求強(qiáng)烈，隨此切削加工處于更加高速化、高效化的傾向，因此對(duì)包覆工具進(jìn)一步要求耐崩刀性、耐缺損性、耐剝離性等耐異常損傷性，并且要求在長(zhǎng)期使用中發(fā)揮優(yōu)異的耐磨損性。
[0015]但是，由于上述專利文獻(xiàn)1、2中記載的包覆工具利用物理蒸鍍法成膜由(TigAlx)N層組成的硬質(zhì)包覆層，并且無(wú)法提高膜中的Al含量X，因此例如當(dāng)供于球墨鑄鐵的高速斷續(xù)切削時(shí)，不能說耐崩刀性充分。
[0016] 另一方面，對(duì)于上述專利文獻(xiàn)3、4中記載的利用化學(xué)蒸鍍法包覆形成的(TigAlx)N層，能夠提高Al含量X，并且能夠形成立方晶結(jié)構(gòu)，因此能夠得到具有規(guī)定的硬度且耐磨損性優(yōu)異的硬質(zhì)包覆層，但是與基體的粘附強(qiáng)度不充分，另外韌性較差，因此作為供于球墨鑄鐵的高速斷續(xù)切削的包覆工具使用時(shí)，容易產(chǎn)生崩刀、缺損、剝離等異常損傷，不能說發(fā)揮能夠令人滿意的切削性能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0017]本發(fā)明的目的在于提供一種即使在供于球墨鑄鐵的高速斷續(xù)切削等時(shí)，也發(fā)揮優(yōu)異的耐崩刀性，并且在長(zhǎng)期使用中發(fā)揮優(yōu)異的耐磨損性的包覆工具。
[0018]從上述觀點(diǎn)出發(fā)，本發(fā)明人等為了謀求利用化學(xué)蒸鍍包覆形成有由Ti和Al的復(fù)合碳氮化物(以下有時(shí)用“(TigAlx) (CyN1^y) ”表示)組成的硬質(zhì)包覆層的包覆工具的耐崩刀性、耐磨損性的改善而重復(fù)進(jìn)行深入研究的結(jié)果，得到了如下見解。
[0019]即發(fā)現(xiàn)如下:在由碳化鎢基硬質(zhì)合金(以下用“WC基硬質(zhì)合金”表示)、碳氮化鈦基金屬陶瓷(以下用“TiCN基金屬陶瓷”表示)或立方晶氮化硼基超高壓燒結(jié)體(以下用“cBN基超高壓燒結(jié)體”表示)中的任一種構(gòu)成的基體的表面，通過例如含有三甲基鋁(Al(CH3)3)來作為反應(yīng)氣體成分的熱CVD法等化學(xué)蒸鍍法而成膜立方晶結(jié)構(gòu)的(TigAlx)(CyNh)層(其中，X、Y為原子比，滿足0.55 ^ X ^ 0.95,0.0005 ^ Y ^ 0.005)作為硬質(zhì)包覆層，并且通過調(diào)整蒸鍍時(shí)的成膜條件，成膜如下的立方晶結(jié)構(gòu)的(TigAlx) (CyN1J層的情況下，硬質(zhì)包覆層的韌性得到顯著提高，并顯示優(yōu)異的耐崩刀性，對(duì)于該立方晶結(jié)構(gòu)的(TigAlx) (CyN1J層，使用電子背散射衍射裝置對(duì)硬質(zhì)包覆層分析每個(gè)晶粒的結(jié)晶方位的情況下，在測(cè)定晶粒的{100}面的法線相對(duì)于基體表面的法線方向所成的傾斜角并合計(jì)在O~45度范圍內(nèi)的測(cè)定傾斜角的度數(shù)時(shí)，在O~10度和25~35度范圍內(nèi)存在度數(shù)的第一峰值、第二峰值，而且存在于O~10度范圍內(nèi)的度數(shù)的合計(jì)顯示傾斜角度數(shù)分布中的度數(shù)整體的20%以上的比例，并且存在于25~35度范圍內(nèi)的度數(shù)的合計(jì)顯示傾斜角度數(shù)分布中的度數(shù)整體的30%以上的比例。
[0020]并且，本發(fā)明人等發(fā)現(xiàn)如下:Ti和Al的復(fù)合碳氮化物層在其構(gòu)成原子共有晶格點(diǎn)分布曲線圖中，Σ3在整體ΣΝ+1所占的分布比例為50%以上時(shí)，晶粒的晶界強(qiáng)度得到提高，其結(jié)果耐崩刀性進(jìn)一步得到提高，所述構(gòu)成原子共有晶格點(diǎn)分布曲線圖如下制作:對(duì)于通過熱CVD法等化學(xué)蒸鍍法而成膜的由上述(TigAlx) (CyN1J層組成的硬質(zhì)包覆層，測(cè)定晶粒的結(jié)晶面即(001)面及(011)面的法線所成的傾斜角，此時(shí)，所述晶粒具有在晶格點(diǎn)上分別存在由T1、Al、碳及氮組成的構(gòu)成原子的NaCl型面心立方晶的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，根據(jù)由該結(jié)果所得的測(cè)定傾斜角，算出在彼此相鄰的晶粒的界面上各個(gè)所述構(gòu)成原子在所述晶粒彼此間共有I個(gè)構(gòu)成原子的晶格點(diǎn)(構(gòu)成原子共有晶格點(diǎn))的分布，將在所述構(gòu)成原子共有晶格點(diǎn)間存在N個(gè)(N在NaCl型面心立方晶的結(jié)晶結(jié)構(gòu)中為2以上的偶數(shù))不共有構(gòu)成原子的晶格點(diǎn)的構(gòu)成原子共有晶格點(diǎn)形態(tài)表示為ΣΝ+1時(shí)，表示每個(gè)ΣΝ+1在整體ΣΝ+1 (但因頻率關(guān)系，將N的上限值設(shè)為28)所占的分布比例，由此制作構(gòu)成原子共有晶格點(diǎn)分布曲線圖。
[0021]因此，當(dāng)將具備如上述的硬質(zhì)包覆層的包覆工具用于例如球墨鑄鐵的高速斷續(xù)切削等時(shí)，能夠抑制崩刀、缺損、剝離等的產(chǎn)生，并且能夠在長(zhǎng)期使用中發(fā)揮優(yōu)異的耐磨損性。
[0022]本發(fā)明是根據(jù)上述的研究結(jié)果而完成的，具有如下特征:
[0023](I) 一種表面包覆切削工具，在由碳化鎢基硬質(zhì)合金、碳氮化鈦基金屬陶瓷或立方晶氮化硼基超高壓燒結(jié)體中的任一種構(gòu)成的基體的表面，包覆有平均層厚為I~20μπι的硬質(zhì)包覆層，所述表面包覆切削工具的特征在于，
[0024](a)上述硬質(zhì)包覆層由通過化學(xué)蒸鍍法而成膜的立方晶結(jié)構(gòu)的Ti和Al的復(fù)合碳氮化物層構(gòu)成，當(dāng)將其平均組成以下述組成式表示時(shí)，Al含有比例X及C含有比例Y (其中，X、Y均為原子比)分別滿足0.55≤X≤0.95,0.0005≤Y≤0.005，
[0025]組成式:(Ti1^xAlx)(CyN1J
[0026](b)對(duì)于上述Ti和Al的復(fù)合碳氮化物層，使用電子背散射衍射裝置對(duì)每個(gè)晶粒的結(jié)晶取向從上述Ti和Al的復(fù)合碳氮化物層的縱截面方向進(jìn)行分析時(shí)，測(cè)定所述晶粒的結(jié)晶面{110}面的法線相對(duì)于基體表面的法線方向所成的傾斜角，在所測(cè)定的傾斜角中，將相對(duì)于法線方向在O~45度范圍內(nèi)的測(cè)定傾斜角按0.25度間距進(jìn)行劃分并合計(jì)存在于各劃分區(qū)域內(nèi)的度數(shù)時(shí)，在O~10度和25~35度范圍內(nèi)存在度數(shù)的第一峰值、第二峰值，而且存在于O~10度范圍內(nèi)的度數(shù)的合計(jì)顯示傾斜角度數(shù)分布中的度數(shù)整體的20%以上的比例，并且存在于25~35度范圍內(nèi)的度數(shù)的合計(jì)顯示傾斜角度數(shù)分布中的度數(shù)整體的30%以上的比例。
[0027]根據(jù)前述(I)所述的表面包覆切削工具，其特征在于，對(duì)前述(I)所述的表面包覆切削工具的硬質(zhì)包覆層來說，Ti和Al的復(fù)合碳氮化物層在其構(gòu)成原子共有晶格點(diǎn)分布曲線圖中，Σ3在整體ΣΝ+1所占的分布比例為50%以上，所述構(gòu)成原子共有晶格點(diǎn)分布曲線圖如下制作:通過使用場(chǎng)發(fā)射型掃描電子顯微鏡對(duì)存在于硬質(zhì)包覆層的縱截面的測(cè)定范圍內(nèi)的每個(gè)晶粒照射電子射線，來測(cè)定所述晶粒的結(jié)晶面(001)面及(011)面的法線相對(duì)于基體表面的法線所成的傾斜角，此時(shí)，所述晶粒具有在晶格點(diǎn)上分別存在由T1、Al、碳及氮組成的構(gòu)成原子的NaCl型面心立方晶的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，根據(jù)由該結(jié)果所得的測(cè)定傾斜角，算出在彼此相鄰的晶粒的界面上各個(gè)所述構(gòu)成原子在所述晶粒彼此間共有I個(gè)構(gòu)成原子的晶格點(diǎn)(構(gòu)成原子共有晶格點(diǎn))的分布，將在所述構(gòu)成原子共有晶格點(diǎn)間存在N個(gè)(N在NaCl型面心立方晶的結(jié)晶結(jié)構(gòu)中為2以上的偶數(shù))不共有構(gòu)成原子的晶格點(diǎn)的構(gòu)成原子共有晶格點(diǎn)形態(tài)表示為Σ N+1時(shí)，表示每個(gè)ΣΝ+1在整體ΣΝ+1(但因頻率關(guān)系，將N的上限值設(shè)為28)所占的分布比例，由此制作構(gòu)成原子共有晶格點(diǎn)分布曲線圖。
[0028](3)根據(jù)前述⑴或(2)所述的表面包覆切削工具，其特征在于，在前述⑴或(2)所述的表面包覆切削工具中，上述硬質(zhì)包覆層通過至少含有三甲基鋁來作為反應(yīng)氣體成分的化學(xué)蒸鍍法而成膜。
[0029]接著，對(duì)本發(fā)明的包覆工具的硬質(zhì)包覆層進(jìn)行更具體的說明。
[0030]Ti和Al的立方晶復(fù)合碳氮化物層((TigAlx) (CyU層)的平均組成:
[0031]在上述(TinAlx) (CyNh)層中，若Al的含有比例Χ(原子比)的值小于0.55，則因高溫硬度不足而耐磨損性降低，另一方面，若x(原子比)的值超過0.95，則由于Ti含有比例相對(duì)減少而(TigAlx) (CYN1J層本身的韌性降低，從而容易產(chǎn)生崩刀、缺損，因此有必要將Χ(原子比)的值設(shè)為0.55以上且0.95以下。
[0032]并且，在上述(TigAlx) (CyN1J層中，C成分具有提高硬度的作用，另一方面，N成分具有提高高溫強(qiáng)度的作用，但是若C成分的含有比例Υ(原子比)低于0.0005，則無(wú)法得到高硬度，另一方面，若Y(原子比)超過0.005，則高溫強(qiáng)度降低，因此將Y(原子比)的值定為0.0005以上且0.005以下。
[0033]另外，當(dāng)通過PVD法而成膜上述組成的OVxAlx) (CyU層時(shí)，結(jié)晶結(jié)構(gòu)為六方晶，但本發(fā)明中通過后述的化學(xué)蒸鍍法而成膜，因此能夠在維持立方晶結(jié)構(gòu)的狀態(tài)下獲得上述組成的(TVxAlx) (CyN1^y)層，因此皮膜硬度不會(huì)降低。
[0034]對(duì)于Ti和Al的立方晶復(fù)合碳氮化物層((TigAlx) (CU層)的{110}面的傾斜角度數(shù)分布:
[0035]對(duì)于本發(fā)明的上述(TUlx) (CyN1J層，使用電子背散射衍射裝置對(duì)每個(gè)晶粒的結(jié)晶方位從其縱截面方向進(jìn)行分析時(shí)，測(cè)定所述晶粒的結(jié)晶面{110}面的法線相對(duì)于基體表面的法線方向(截面研磨面中與基體表面垂直的方向)所成的傾斜角(參考圖1的(a)、
(b))，在所述測(cè)定傾斜角中，將相對(duì)于法線方向在O~45度范圍內(nèi)的測(cè)定傾斜角按0.25度間距進(jìn)行劃分并合計(jì)存在于各劃分區(qū)域內(nèi)的度數(shù)時(shí)，在O~10度和25~35度的范圍內(nèi)存在度數(shù)的第一峰值、第二峰值，而且存在于O~10度范圍內(nèi)的度數(shù)的合計(jì)顯示傾斜角度數(shù)分布中的度數(shù)整體的20%以上的比例，并且存在于25~35度范圍內(nèi)的度數(shù)的合計(jì)顯示傾斜角度數(shù)分布中的度數(shù)整體的30%以上的比例的情況下，由上述Ti和Al的復(fù)合碳氮化物層組成的硬質(zhì)包覆層在維持立方晶結(jié)構(gòu)的狀態(tài)下具有高硬度，并且，通過上述傾斜角度數(shù)分布形態(tài)而提高韌性。
[0036]并且，在O~10度范圍內(nèi)存在度數(shù)的峰值，其度數(shù)的合計(jì)顯示傾斜角度數(shù)分布中的度數(shù)整體的20%以上的比例，從而上述硬質(zhì)包覆層保持高耐崩刀性，另一方面，在25~35度范圍內(nèi)存在度數(shù)的峰值，其度數(shù)的合計(jì)顯示傾斜角度數(shù)分布中的度數(shù)整體的30%以上的比例，從而上述硬質(zhì)包覆層保持高耐磨損性。更優(yōu)選存在于O~10度范圍內(nèi)的度數(shù)的合計(jì)為傾斜角度數(shù)分布中的度數(shù)整體的20~40%的比例，更優(yōu)選存在于25~35度范圍內(nèi)的度數(shù)的合計(jì)為傾斜角度數(shù)分布中的度數(shù)整體的30~50%的比例。
[0037]并且，存在這些結(jié)晶方位的傾斜度適度地不同的Ti和Al的立方晶復(fù)合碳氮化物彼此，從而能夠緩和Ti和Al的立方晶復(fù)合立方碳氮化物層內(nèi)的變形的產(chǎn)生，因此在伴有高熱產(chǎn)生并且沖擊性的斷續(xù)性負(fù)荷作用于切削刃的高速斷續(xù)切削加工中，能夠發(fā)揮優(yōu)異的耐崩刀性，而不破壞優(yōu)異的耐磨損性。
[0038]另外，其中所謂的第一峰值、第二峰值指最大峰值和第二大峰值。
[0039]從而，即使在這樣的包覆工具(方案I的發(fā)明)例如用于球墨鑄鐵的高速斷續(xù)切削等的情況下，也能夠抑制崩刀、缺損、剝離等的產(chǎn)生，并且，發(fā)揮優(yōu)異的耐磨損性。
[0040]但是，關(guān)于上述硬質(zhì)包覆層，若其平均層厚低于I μ m，則無(wú)法充分確保與基體的粘附性，另一方面，若其平均層厚超過20 μ m，則在伴有高熱產(chǎn)生的高速斷續(xù)切削中容易產(chǎn)生崩刀、缺損、剝離等異常損傷，因此將其合計(jì)平均層厚定為I?20 μ m。
[0041]并且，方案2所涉及的發(fā)明中，通過形成硬質(zhì)包覆層，晶粒的晶界強(qiáng)度得到提高，其結(jié)果即使在用于高速斷續(xù)切削等情況下，也能夠進(jìn)一步抑制崩刀、缺損、剝離等的產(chǎn)生，并且，發(fā)揮更加優(yōu)異的耐磨損性，其中，該硬質(zhì)包覆層在其構(gòu)成原子共有晶格點(diǎn)分布曲線圖中，Σ3在整體ΣΝ+1所占的分布比例為50%以上，所述構(gòu)成原子共有晶格點(diǎn)分布曲線圖如下制作:對(duì)于上述(TigAlx) (CyN1J層，通過使用場(chǎng)發(fā)射型掃描電子顯微鏡對(duì)存在于硬質(zhì)包覆層的縱截面的測(cè)定范圍內(nèi)的每個(gè)晶粒照射電子射線，來測(cè)定所述晶粒的結(jié)晶面即(001)面及(011)面的法線相對(duì)于基體表面的法線所成的傾斜角，此時(shí)，所述晶粒具有在晶格點(diǎn)上分別存在由T1、Al、碳及氮組成的構(gòu)成原子的NaCl型面心立方晶的結(jié)晶結(jié)構(gòu)(參考圖2的(a)、(b))，根據(jù)由該結(jié)果所得的測(cè)定傾斜角，算出在彼此相鄰的晶粒的界面上各個(gè)所述構(gòu)成原子在所述晶粒彼此間共有I個(gè)構(gòu)成原子的晶格點(diǎn)(構(gòu)成原子共有晶格點(diǎn))分布，將在所述構(gòu)成原子共有晶格點(diǎn)間存在N個(gè)(N在NaCl型面心立方晶的結(jié)晶結(jié)構(gòu)中為2以上的偶數(shù))不共有構(gòu)成原子的晶格點(diǎn)的構(gòu)成原子共有晶格點(diǎn)形態(tài)表示為Σ N+1時(shí)，表示每個(gè)ΣΝ+1在整體ΣΝ+1(但因頻率關(guān)系，將N的上限值設(shè)為28)所占的分布比例，由此制作構(gòu)成原子共有晶格點(diǎn)分布曲線圖。
[0042]為了成膜本發(fā)明的方案I的(Ti1Jlx) (CyU層，即如下立方晶的(TigAlx)(CyN1J層時(shí)，能夠通過例如利用通常的化學(xué)蒸鍍法在以下條件下進(jìn)行蒸鍍來成膜，該立方晶的(TigAlx) (CyN1J層在測(cè)定晶粒的結(jié)晶面{110}面的法線相對(duì)于基體表面的法線方向所成的傾斜角時(shí)，在O?10度和25?35度范圍內(nèi)存在度數(shù)第一峰值、第二峰值，而且存在于O?10度范圍內(nèi)的度數(shù)的合計(jì)顯示傾斜角度數(shù)分布中的度數(shù)整體的20%以上的比例，并且存在于25?35度范圍內(nèi)的度數(shù)的合計(jì)顯示傾斜角度數(shù)分布中的度數(shù)整體的30%以上的比例。
[0043]反應(yīng)氣體組成(容量％ ):
[0044]TiCl40.5 ?1.0Al (CH3)3I ?2%、
[0045]AlCl3O ?5%、NH31 ?15%、
[0046]Ν26 ?8 %、C2H4O ?I %、
[0047]Ar2 ?10%、剩余 Η2、
[0048]反應(yīng)氣氛溫度:700?900 V、
[0049]反應(yīng)氣氛壓力:2?5kPa。
[0050]另外，方案2所涉及的本發(fā)明中，通過進(jìn)一步限定成膜條件，能夠成膜在構(gòu)成原子共有晶格點(diǎn)分布曲線圖中，顯示Σ3占整體ΣΝ+1的分布比例為50%以上的構(gòu)成原子共有晶格點(diǎn)形態(tài)的立方晶的(TipxAlx) (CyU層。
[0051]例如，需要在以下進(jìn)一步限定的條件下進(jìn)行成膜，
[0052]反應(yīng)氣體組成(容量％ ):
[0053]TiCl40.5 ?1.0 %、Al (CH3) 31 ?2 %、
[0054]AlCl3O ?5%、NH31 ?12%、
[0055]N26 ?8 %、C2H4O ?I %、
[0056]Ar5 ?10%、剩余 H2、
[0057]反應(yīng)氣氛溫度:700?900 V、
[0058]反應(yīng)氣氛壓力:2?5kPa。
[0059]本發(fā)明的包覆工具，通過例如含有三甲基鋁(Al(CH3)3)來作為反應(yīng)氣體成分的熱CVD法等化學(xué)蒸鍍法而成膜立方晶結(jié)構(gòu)的(TigAlx) (CyN1J層作為硬質(zhì)包覆層，并且，該硬質(zhì)包覆層在測(cè)定晶粒的{110}面的法線相對(duì)于基體表面的法線方向所成的傾斜角而獲得的傾斜角度數(shù)分布中，在O?10度和25?35度范圍內(nèi)存在度數(shù)的第一峰值、第二峰值，而且存在于O?10度范圍內(nèi)的度數(shù)的合計(jì)顯示傾斜角度數(shù)分布中的度數(shù)整體的20%以上的比例，并且存在于25?35度范圍內(nèi)的度數(shù)的合計(jì)顯示傾斜角度數(shù)分布中的度數(shù)整體的30%以上的比例，從而在用于伴有高熱產(chǎn)生并且斷續(xù)性的沖擊性負(fù)荷作用于切削刃的球墨鑄鐵的高速斷續(xù)切削時(shí)，在長(zhǎng)期使用中發(fā)揮優(yōu)異的耐磨損性，而不會(huì)產(chǎn)生崩刀、缺損、剝離等異常損傷，。
[0060]并且，優(yōu)選該硬質(zhì)包覆層在構(gòu)成原子共有晶格點(diǎn)分布曲線圖中，Σ3占整體ΣΝ+1的分布比例為50%以上，從而能夠進(jìn)一步提高耐崩刀性、耐缺損性、耐剝離性等，在長(zhǎng)期使用中發(fā)揮優(yōu)異的耐磨損性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0061]圖1的(a)、(b)是表示構(gòu)成硬質(zhì)包覆層的(TigAlx) (CyN1J層中的晶粒的結(jié)晶面即{110}面的法線相對(duì)于基體表面的法線所成的傾斜角的測(cè)定范圍的概略說明圖。
[0062]圖2是表示構(gòu)成硬質(zhì)包覆層的(TigAlx) (CyN1J層所具有的NaCl型面心立方晶的結(jié)晶結(jié)構(gòu)、(001)面、(011)面的概略示意圖。
[0063]圖3表示對(duì)本發(fā)明包覆工具制作而得到的構(gòu)成原子共有晶格點(diǎn)分布曲線圖的一例。

【具體實(shí)施方式】
[0064]接著，根據(jù)實(shí)施例對(duì)該發(fā)明的包覆工具進(jìn)行具體說明。
[0065][實(shí)施例1]
[0066]作為原料粉末，準(zhǔn)備均具有I?3 μ m的平均粒徑的WC粉末、TaC粉末、NbC粉末、Cr3C2粉末及Co粉末，將這些原料粉末配合成表I所示的配合組成，進(jìn)一步加入石蠟，在丙酮中球磨混合24小時(shí)，減壓干燥后，以98MPa的壓力沖壓成型為規(guī)定形狀的壓粉體，將該壓粉體在5Pa的真空中以1370?1470°C范圍內(nèi)的規(guī)定溫度保持I小時(shí)的條件下進(jìn)行真空燒結(jié)，燒結(jié)后，分別制造出具有ISO標(biāo)準(zhǔn)SEEN1203AFSN的刀片形狀的WC基硬質(zhì)合金制基體A?C0
[0067]并且，作為原料粉末，準(zhǔn)備均具有0.5~2 μ m的平均粒徑的TiCN(以質(zhì)量比計(jì)為TiC/TiN = 50/50)粉末、Mo2C粉末、ZrC粉末、NbC粉末、TaC粉末、WC粉末、Co粉末及Ni粉末，將這些原料粉末配合成表2所示的配合組成，用球磨機(jī)濕式混合24小時(shí)，干燥后，以98MPa的壓力沖壓成型為壓粉體，將該壓粉體在1.3kPa的氮?dú)夥罩幸?540°C的溫度保持I小時(shí)的條件下進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)后，制作出具有ISO標(biāo)準(zhǔn)SEEN1203AFSN的刀片形狀的TiCN基金屬陶瓷制基體a~C。
[0068][表 I]
[0069]

【權(quán)利要求】
1.一種表面包覆切削工具，在由碳化鎢基硬質(zhì)合金、碳氮化鈦基金屬陶瓷或立方晶氮化硼基超高壓燒結(jié)體中的任一種構(gòu)成的基體的表面，包覆有平均層厚為I~20 μ m的硬質(zhì)包覆層，所述表面包覆切削工具的特征在于， (a)上述硬質(zhì)包覆層由通過化學(xué)蒸鍍法而成膜的立方晶結(jié)構(gòu)的Ti和Al的復(fù)合碳氮化物層組成，當(dāng)將其平均組成以下述組成式表示時(shí)，Al含有比例X及C含有比例Y分別滿足0.55≤X≤0.95,0.0005≤Y≤0.005，其中，X、Y均為原子比，
組成式:(Ti1^xAlx) (CyNh) (b)對(duì)于上述Ti和Al的復(fù)合碳氮化物層，使用電子背散射衍射裝置對(duì)每個(gè)晶粒的結(jié)晶取向從上述Ti和Al的復(fù)合碳氮化物層的縱截面方向進(jìn)行分析時(shí)，測(cè)定所述晶粒的結(jié)晶面{110}面的法線相對(duì)于基體表面的法線方向所成的傾斜角，在所測(cè)定的傾斜角中，將相對(duì)于法線方向在O~45度范圍內(nèi)的測(cè)定傾斜角按0.25度間距進(jìn)行劃分并合計(jì)存在于各劃分區(qū)域內(nèi)的度數(shù)時(shí)，在O~10度和25~35度范圍內(nèi)存在度數(shù)的第一峰值、第二峰值，而且存在于O~10度范圍內(nèi)的度數(shù)的合計(jì)顯示傾斜角度數(shù)分布中的度數(shù)整體的20%以上的比例，并且存在于25~35度范圍內(nèi)的度數(shù)的合計(jì)顯示傾斜角度數(shù)分布中的度數(shù)整體的30%以上的比例。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面包覆切削工具，其特征在于， 對(duì)上述硬質(zhì)包覆層來說，Ti和Al的復(fù)合碳氮化物層在其構(gòu)成原子共有晶格點(diǎn)分布曲線圖中，Σ3在整體ΣΝ+1所占的分布比例為50%以上，所述構(gòu)成原子共有晶格點(diǎn)分布曲線圖如下制作:通過使用 場(chǎng)發(fā)射型掃描電子顯微鏡對(duì)存在于硬質(zhì)包覆層的縱截面的測(cè)定范圍內(nèi)的每個(gè)晶粒照射電子射線，來測(cè)定所述晶粒的結(jié)晶面(001)面及(011)面的法線相對(duì)于基體表面的法線所成的傾斜角，此時(shí)，所述晶粒具有在晶格點(diǎn)上分別存在由T1、Al、碳及氮組成的構(gòu)成原子的NaCl型面心立方晶的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，根據(jù)由該結(jié)果所得的測(cè)定傾斜角，算出在彼此相鄰的晶粒的界面上各個(gè)所述構(gòu)成原子在所述晶粒彼此間共有I個(gè)構(gòu)成原子的晶格點(diǎn)即構(gòu)成原子共有晶格點(diǎn)的分布，將在所述構(gòu)成原子共有晶格點(diǎn)間存在N個(gè)不共有構(gòu)成原子的晶格點(diǎn)的構(gòu)成原子共有晶格點(diǎn)形態(tài)表示為ΣΝ+1時(shí)，表示每個(gè)ΣΝ+1在整體ΣΝ+1所占的分布比例，但因頻率關(guān)系，將N的上限值設(shè)為28，由此制作構(gòu)成原子共有晶格點(diǎn)分布曲線圖，其中，N在NaCl型面心立方晶的結(jié)晶結(jié)構(gòu)中為2以上的偶數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的表面包覆切削工具，其特征在于， 上述硬質(zhì)包覆層通過至少含有三甲基鋁來作為反應(yīng)氣體成分的化學(xué)蒸鍍法而成膜。
【文檔編號(hào)】B23B27/00GK104070194SQ201410289659
【公開日】2014年10月1日 申請(qǐng)日期:2014年6月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月22日
【發(fā)明者】龍岡翔, 五十嵐誠(chéng), 巖崎直之, 長(zhǎng)田晃 申請(qǐng)人:三菱綜合材料株式會(huì)社