本發(fā)明涉及一種在伴隨合金鋼等產(chǎn)生高熱且沖擊性負(fù)荷作用于切削刃的高速斷續(xù)切削加工中，通過(guò)硬質(zhì)包覆層具備優(yōu)異的耐崩刀性而在長(zhǎng)期使用中發(fā)揮優(yōu)異的切削性能的表面包覆切削工具(以下稱作包覆工具)。

本申請(qǐng)主張基于2014年10月28日于日本申請(qǐng)的專利申請(qǐng)2014-219207號(hào)及2015年10月22日于日本申請(qǐng)的專利申請(qǐng)2015-208164號(hào)的優(yōu)先權(quán)，并將其內(nèi)容援用于此。

背景技術(shù)：

以往，已知有如下包覆工具：通常在由碳化鎢(以下由wc表示)基硬質(zhì)合金、碳氮化鈦(以下由ticn表示)基金屬陶瓷或立方晶氮化硼(以下由cbn表示)基超高壓燒結(jié)體構(gòu)成的基體(以下，將這些統(tǒng)稱為基體)的表面，通過(guò)物理蒸鍍法包覆形成ti-al系復(fù)合氮化物層而作為硬質(zhì)包覆層，并且已知它們發(fā)揮優(yōu)異的耐磨性。

但是，所述以往的包覆形成有ti-al系復(fù)合氮化物層的包覆工具雖然耐磨性比較優(yōu)異，但是當(dāng)在高速斷續(xù)切削條件下使用時(shí)容易產(chǎn)生崩刀等異常磨損，因此關(guān)于改善硬質(zhì)包覆層提出了各種方案。

例如，專利文獻(xiàn)1中提出有如下內(nèi)容：將ticn層及al2o3層作為內(nèi)層，通過(guò)化學(xué)蒸鍍法在其上面包覆立方晶結(jié)構(gòu)或包含六方晶結(jié)構(gòu)的立方晶結(jié)構(gòu)的(ti1-xalx)n層(其中，x為0.65～0.9)作為外層，并且在該外層賦予100～1100mpa的壓縮應(yīng)力，由此改善包覆工具的耐熱性及疲勞強(qiáng)度。

并且，專利文獻(xiàn)2中公開(kāi)有具備工具基體及在該基體上所形成的硬質(zhì)包覆層的表面包覆切削工具，其中，硬質(zhì)包覆層包含：al或cr中的任一種或兩種元素；選自由周期表4a、5a、6a族元素及si構(gòu)成的組中的至少一種元素；由選自由碳、氮、氧及硼構(gòu)成的組中的至少一種元素構(gòu)成的化合物；及氯，從而顯著提高硬質(zhì)包覆層的耐磨性及耐氧化性。

并且，在專利文獻(xiàn)3中記載有如下內(nèi)容：在ticl4、alcl3、nh3的混合反應(yīng)氣體中，在650～900℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行化學(xué)蒸鍍，從而能夠蒸鍍形成al的含有比例x值為0.65～0.95的(ti1-xalx)n層，但該文獻(xiàn)中的目的在于通過(guò)在該(ti1-xalx)n層上進(jìn)一步包覆al2o3層，由此提高隔熱效果，但沒(méi)有公開(kāi)通過(guò)形成將x值提高至0.65～0.95的(ti1-xalx)n層而對(duì)切削性能帶來(lái)什么樣的影響。

專利文獻(xiàn)1：日本專利公表2011-513594號(hào)公報(bào)(a)

專利文獻(xiàn)2：日本專利公開(kāi)2006-82207號(hào)公報(bào)(a)

專利文獻(xiàn)3：日本專利公表2011-516722號(hào)公報(bào)(a)

近年來(lái)，對(duì)切削加工中的節(jié)省勞力化及節(jié)能化的要求增加，隨之，切削加工有進(jìn)一步高速化、高效率化的趨勢(shì)，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)異的耐磨性。

但是，所述專利文獻(xiàn)1中記載的包覆工具具有規(guī)定的硬度且耐磨性優(yōu)異，但韌性差，因此在提供于合金鋼的高速斷續(xù)切削加工等時(shí)，容易產(chǎn)生崩刀、缺損、剝離等異常損傷，存在不能說(shuō)發(fā)揮令人滿意的切削性能的問(wèn)題。

并且，專利文獻(xiàn)2中記載的包覆工具的意圖在于提高耐磨性及耐氧化特性，但在高速斷續(xù)切削等伴隨沖擊的切削條件下，存在耐崩刀性不充分的問(wèn)題。

另一方面，關(guān)于所述專利文獻(xiàn)3中記載的通過(guò)化學(xué)蒸鍍法蒸鍍形成的(ti1-xalx)n層，能夠提高al含有比例x，并且能夠形成立方晶結(jié)構(gòu)，因此雖然可獲得具有規(guī)定的硬度且耐磨性優(yōu)異的硬質(zhì)包覆層，但存在與基體的粘附強(qiáng)度不充分且韌性差的問(wèn)題。

于是，本申請(qǐng)發(fā)明要解決的技術(shù)課題即本申請(qǐng)發(fā)明的目的在于提供一種即使在提供于合金鋼、碳鋼及鑄鐵等的高速斷續(xù)切削等時(shí)，也具備優(yōu)異的韌性，且在長(zhǎng)期使用中發(fā)揮優(yōu)異的耐崩刀性、耐磨性的包覆工具。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

于是，本發(fā)明人等從所述觀點(diǎn)出發(fā)，為了改善通過(guò)化學(xué)蒸鍍來(lái)蒸鍍形成至少包含ti和al的復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物(以下，有時(shí)由“(ti、al)(c、n)”或“(ti1-xalx)(cyn1-y)”表示)的硬質(zhì)包覆層的包覆工具的耐崩刀性、耐磨性，經(jīng)過(guò)重復(fù)進(jìn)行深入的研究，結(jié)果得出如下見(jiàn)解。

即，以往的至少包含1層(ti1-xalx)(cyn1-y)層且具有規(guī)定的平均層厚的硬質(zhì)包覆層中，(ti1-xalx)(cyn1-y)層在垂直于工具基體的方向上呈柱狀形成的情況下具有較高的耐磨性。相反，(ti1-xalx)(cyn1-y)層的各向異性越高，(ti1-xalx)(cyn1-y)層的韌性越降低，其結(jié)果，耐崩刀性、耐缺損性降低，且在長(zhǎng)期使用中無(wú)法發(fā)揮充分的耐磨性，并且不能說(shuō)工具壽命也令人滿意。

于是，本發(fā)明人等對(duì)構(gòu)成硬質(zhì)包覆層的(ti1-xalx)(cyn1-y)層進(jìn)行深入研究的結(jié)果，使硬質(zhì)包覆層含有選自si、zr、b、v、cr中的一種元素(以下，由“me”表示。)且以具有nacl型面心立方結(jié)構(gòu)的晶粒為主來(lái)構(gòu)成(ti1-x-yalxmey)(czn1-z)層，且通過(guò)在立方晶相內(nèi)形成ti、al、me的周期性濃度變化(含有比例)這一全新的構(gòu)思，成功地在立方晶粒內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)變，并提高硬度和韌性，其結(jié)果，得出可提高硬質(zhì)包覆層的耐崩刀性、耐缺損性的全新的見(jiàn)解。具體而言，硬質(zhì)包覆層至少包含平均層厚1～20μm的ti、al、me(其中，me為選自si、zr、b、v、cr中的一種元素)的復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物的層，且由組成式：(ti1-x-yalxmey)(czn1-z)表示的情況下，al在ti、al、me的總量中所占的平均含有比例xavg、me在ti、al、me的總量中所占的平均含有比例yavg及c在c和n的總量中所占的平均含有比例zavg(其中，xavg、yavg、zavg均為原子比)分別滿足0.60≤xavg、0.005≤yavg≤0.10、0≤zavg≤0.005及0.605≤xavg+yavg≤0.95，所述復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物的層包含具有nacl型面心立方結(jié)構(gòu)的晶粒(或還包含具有纖鋅礦型六方晶結(jié)構(gòu)的晶粒)，對(duì)所述復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物的層內(nèi)的具有nacl型面心立方結(jié)構(gòu)的ti、al、me的復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物的晶粒的晶體方位，使用電子背散射衍射裝置從縱剖面方向進(jìn)行分析的情況下，測(cè)定作為所述晶粒的晶面的{110}面的法線相對(duì)于工具基體表面的法線方向所成的傾斜角，在該傾斜角中將相對(duì)于法線方向在0～45度范圍內(nèi)的傾斜角按每0.25度的間距進(jìn)行劃分并合計(jì)存在于各分區(qū)內(nèi)的度數(shù)而求出傾斜角度數(shù)分布時(shí)，顯示出在0～12度范圍內(nèi)的傾斜角分區(qū)存在最高峰值，并且存在于所述0～12度范圍內(nèi)的度數(shù)的合計(jì)顯示所述傾斜角度數(shù)分布中的所有度數(shù)的35％以上的比例，在所述nacl型面心立方結(jié)構(gòu)的晶粒內(nèi)存在組成式：(ti1-x-yalxmey)(czn1-z)中的ti、al、me的周期性濃度變化(含有比例)(即，x、y、z并非恒定值，而是周期性變化的值)，在將al的含有比例x的周期性變化的x值的極大值的平均值設(shè)為xmax，并且將al的含有比例x的周期性變化的x值的極小值的平均值設(shè)為xmin的情況下，xmax與xmin之差δx為0.03～0.25，在所述復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物的層中的存在ti、al、me的周期性濃度變化的具有nacl型面心立方結(jié)構(gòu)的晶粒中，沿該工具基體表面的法線方向的周期為3～100nm，因此在具有nacl型面心立方結(jié)構(gòu)的晶粒內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)變，與以往的硬質(zhì)包覆層相比，(ti1-x-yalxmey)(czn1-z)層的硬度和韌性提高，其結(jié)果發(fā)現(xiàn)耐崩刀性、耐缺損性提高，且長(zhǎng)時(shí)間發(fā)揮優(yōu)異的耐磨性。

而且，如前所述結(jié)構(gòu)的(ti1-x-yalxmey)(czn1-z)層能夠通過(guò)例如在工具基體表面使反應(yīng)氣體組成周期性變化的以下的化學(xué)蒸鍍法而成膜。

對(duì)所使用的化學(xué)蒸鍍反應(yīng)裝置，將由nh3、n2、h2構(gòu)成的氣體組a和由ticl4、al(ch3)3、alcl3、mecln(me的氯化物)、nh3、n2、h2構(gòu)成的氣體組b分別從各自的供氣管向反應(yīng)裝置內(nèi)的供給，氣體組a和氣體組b向反應(yīng)裝置內(nèi)的供給例如以恒定周期的時(shí)間間隔，以氣體的流通時(shí)間比該周期短的方式進(jìn)行供給，以使在氣體組a和氣體組b的供氣中產(chǎn)生比氣體供給時(shí)間短的時(shí)間的相位差，從而能夠使工具基體表面中的反應(yīng)氣體組成隨時(shí)間變化為(i)氣體組a、(ii)氣體組a和氣體組b的混合氣體及(iii)氣體組b。并且，在本申請(qǐng)發(fā)明中無(wú)需導(dǎo)入用于進(jìn)行嚴(yán)格的氣體置換的長(zhǎng)時(shí)間的排氣工序。從而，作為供氣方法也可以通過(guò)以下方式實(shí)現(xiàn)：例如使供氣口旋轉(zhuǎn)，或者使工具基體旋轉(zhuǎn)，或者使工具基體往復(fù)移動(dòng)，從而使工具基體表面中的反應(yīng)氣體組成隨時(shí)間變化為(i)以氣體組a為主的混合氣體、(ii)氣體組a和氣體組b的混合氣體、(iii)以氣體組b為主的混合氣體。

在工具基體表面，使反應(yīng)氣體組成(相對(duì)于氣體組a及氣體組b的總和的容量％)例如在氣體組a中為nh3：3.5～4.0％、h2：65～75％，在氣體組b中為alcl3：0.6～0.9％、ticl4：0.2～0.3％、mecln(me的氯化物)：0.1～0.2％、al(ch3)3：0～0.5％、n2：0.0～12.0％、h2：剩余部分，且設(shè)為反應(yīng)氣氛壓力：4.5～5.0kpa、反應(yīng)氣氛溫度：700～900℃、供給周期1～5秒、每1周期的氣體供給時(shí)間0.15～0.25秒、氣體供給a和氣體供給b的相位差0.10～0.20秒，并經(jīng)規(guī)定時(shí)間進(jìn)行熱cvd法，從而將規(guī)定的目標(biāo)層厚的(ti1-x-yalxmey)(czn1-z)層成膜。

如前所述，以氣體組a和氣體組b到達(dá)工具基體表面的時(shí)間上產(chǎn)生差異的方式進(jìn)行供給，作為氣體組a中的氮原料氣體設(shè)定為nh3：3.5～4.0％，并設(shè)定為氣體組b中的金屬氯化物原料或碳原料即alcl3：0.6～0.9％、ticl4：0.2～0.3％、mecln(me的氯化物)：0.1～0.2％、al(ch3)3：0～0.5％，從而在晶粒內(nèi)因?qū)刖植拷M成的不均、位錯(cuò)或點(diǎn)缺陷而形成晶格的局部應(yīng)變，另外，可以使晶粒的工具基體表面一側(cè)和皮膜表面一側(cè)的{110}取向的程度發(fā)生變化。其結(jié)果，發(fā)現(xiàn)在維持耐磨性的同時(shí)韌性顯著提高。其結(jié)果，發(fā)現(xiàn)尤其耐缺損性、耐崩刀性提高，且在斷續(xù)的沖擊性負(fù)荷作用于切削刃的合金鋼等的高速斷續(xù)切削加工中使用的情況下，硬質(zhì)包覆層在長(zhǎng)時(shí)間使用中可發(fā)揮優(yōu)異的切削性能。

本申請(qǐng)發(fā)明是根據(jù)所述見(jiàn)解而完成的，其具有以下方式。

(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)成的工具基體的表面形成有硬質(zhì)包覆層，所述表面包覆切削工具的特征在于，

(a)所述硬質(zhì)包覆層至少包含平均層厚1～20μm的ti、al、me(其中，me為選自si、zr、b、v、cr中的一種元素)的復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物的層，在由組成式：(ti1-x-yalxmey)(czn1-z)表示的情況下，復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物的層中，al在ti、al、me的總量中所占的平均含有比例xavg、me在ti、al、me的總量中所占的平均含有比例yavg及c在c和n的總量中所占的平均含有比例zavg(其中，xavg、yavg、zavg均為原子比)分別滿足0.60≤xavg、0.005≤yavg≤0.10、0≤zavg≤0.005、0.605≤xavg+yavg≤0.95，

(b)所述復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物的層至少包含具有nacl型面心立方結(jié)構(gòu)的ti、al、me的復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物的相，

(c)對(duì)所述復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物的層內(nèi)的具有nacl型面心立方結(jié)構(gòu)的ti、al、me的復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物的晶粒的晶體方位，使用電子背散射衍射裝置，從縱剖面方向進(jìn)行分析的情況下，測(cè)定作為所述晶粒的晶面的{110}面的法線相對(duì)于工具基體表面的法線方向所成的傾斜角，在該傾斜角中將相對(duì)于法線方向在0～45度范圍內(nèi)的傾斜角按每0.25度的間距進(jìn)行劃分并合計(jì)存在于各分區(qū)內(nèi)的度數(shù)而求出傾斜角度數(shù)分布時(shí)，顯示出在0～12度范圍內(nèi)的傾斜角分區(qū)存在最高峰值，并且存在于所述0～12度范圍內(nèi)的度數(shù)的合計(jì)顯示出所述傾斜角度數(shù)分布中的所有度數(shù)的35％以上的比例，

(d)并且，在具有所述nacl型面心立方結(jié)構(gòu)的ti、al、me的復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物的晶粒內(nèi)存在組成式：(ti1-x-yalxmey)(czn1-z)中的ti、al、me的周期性濃度變化，在將al的含有比例x的周期性變化的x值的極大值的平均值設(shè)為xmax，并且將al的含有比例x的周期性變化的x值的極小值的平均值設(shè)為xmin的情況下，xmax與xmin之差δx為0.03～0.25，

(e)在所述復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物的層中存在ti、al、me的周期性濃度變化的具有nacl型面心立方結(jié)構(gòu)的晶粒中，沿該工具基體表面的法線方向的周期為3～100nm。

(2)根據(jù)所述(1)所述的表面包覆切削工具，其特征在于，在所述復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物的層中存在ti、al、me的周期性濃度變化的具有nacl型面心立方結(jié)構(gòu)的晶粒中，沿立方晶粒的由＜001＞表示的等價(jià)的晶體方位中的一個(gè)方位存在ti、al、me的周期性濃度變化，沿該方位的周期為3～100nm，在與該方位正交的面內(nèi)的al的含有比例x的變化量的最大值δxo為0.01以下。

(3)根據(jù)所述(1)所述的表面包覆切削工具，其特征在于，在所述復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物的層中存在ti、al、me的周期性濃度變化的具有nacl型面心立方結(jié)構(gòu)的晶粒中，在晶粒內(nèi)存在如下區(qū)域a及區(qū)域b，所述區(qū)域a和區(qū)域b的邊界形成于由{110}表示的等價(jià)的晶面中的一個(gè)面，

(a)區(qū)域a：沿立方晶粒的由＜001＞表示的等價(jià)的晶體方位中的一個(gè)方位存在ti、al、me的周期性濃度變化，若將該方位設(shè)為方位da，則沿方位da的周期為3～100nm，在與方位da正交的面內(nèi)的al的含有比例x的變化量的最大值δxoda為0.01以下，

(b)區(qū)域b：沿與方位da正交的立方晶粒的由＜001＞表示的等價(jià)的晶體方位中的一個(gè)方位存在ti、al、me的周期性濃度變化，若將該方位設(shè)為方位db，則沿方位db的周期為3～100nm，在與方位db正交的面內(nèi)的al的含有比例x的變化量的最大值δxodb為0.01以下。

(4)根據(jù)所述(1)至所述(3)中任一個(gè)所述的表面包覆切削工具，其特征在于，關(guān)于所述復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物的層，由x射線衍射求出具有nacl型面心立方結(jié)構(gòu)的晶粒的晶格常數(shù)a，所述具有nacl型面心立方結(jié)構(gòu)的晶粒的晶格常數(shù)a相對(duì)于立方晶tin的晶格常數(shù)atin和立方晶aln的晶格常數(shù)aaln滿足0.05atin+0.95aaln≤a≤0.4atin+0.6aaln的關(guān)系。

(5)根據(jù)所述(1)至所述(4)中任一個(gè)所述的表面包覆切削工具，其特征在于，關(guān)于所述復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物的層，從該層的縱剖面方向進(jìn)行觀察的情況下，具有該層內(nèi)的具有nacl型面心立方結(jié)構(gòu)的ti、al、me的復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物的晶粒的平均粒子寬度w為0.1～2.0μm且平均縱橫尺寸比a為2～10的柱狀組織。

(6)根據(jù)所述(1)至所述(5)中任一個(gè)所述的表面包覆切削工具，其特征在于，所述復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物的層中，具有nacl型面心立方結(jié)構(gòu)的ti、al、me的復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物的面積比例為70面積％以上。

(7)根據(jù)所述(1)至所述(6)中任一個(gè)所述的表面包覆切削工具，其特征在于，在由所述碳化鎢基硬質(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)成的工具基體與所述ti、al、me的復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物的層之間，存在包含ti化合物層的下部層，所述ti化合物層由ti的碳化物層、氮化物層、碳氮化物層、碳氧化物層及碳氮氧化物層中的1層或2層以上構(gòu)成且具有0.1～20μm的合計(jì)平均層厚。

(8)根據(jù)所述(1)至所述(7)中任一個(gè)所述的表面包覆切削工具，其特征在于，在所述復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物的層的上部，至少包含氧化鋁層的上部層以1～25μm的合計(jì)平均層厚存在。

(9)根據(jù)所述(1)至所述(8)中任一個(gè)所述的表面包覆切削工具的制造方法，其特征在于，所述復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物的層至少含有作為反應(yīng)氣體成分的三甲基鋁并通過(guò)化學(xué)蒸鍍法而成膜。

另外，作為本申請(qǐng)發(fā)明的一方式的表面包覆切削工具中的硬質(zhì)包覆層(以下，稱為“本發(fā)明的硬質(zhì)包覆層”)將如前所述的復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物的層作為其基本結(jié)構(gòu)，但當(dāng)然可以進(jìn)一步通過(guò)與以往已知的所述(7)的下部層或所述(8)的上部層等并用，從而與復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物的層發(fā)揮的效果相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)更優(yōu)異的特性。

以下對(duì)本申請(qǐng)發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

構(gòu)成硬質(zhì)包覆層的復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物的層2的平均層厚：

圖1中示出構(gòu)成本發(fā)明的硬質(zhì)包覆層的ti、al、me的復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物的層2的剖面示意圖。

本發(fā)明的硬質(zhì)包覆層至少包含被化學(xué)蒸鍍的由組成式：(ti1-x-yalxmey)(czn1-z)表示的ti、al、me的復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物的層2。該復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物的層2硬度高且具有優(yōu)異的耐磨性，尤其在平均層厚為1～20μm時(shí)顯著發(fā)揮其效果。其理由在于，若平均層厚小于1μm，則因?qū)雍褫^薄而在長(zhǎng)期使用中無(wú)法充分確保耐磨性，另一方面，若其平均層厚超過(guò)20μm，則ti、al、me的復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物的層2的晶粒容易粗大化，且容易產(chǎn)生崩刀。從而將其平均層厚確定為1～20μm。

雖然不是特別需要限定的構(gòu)成，但更優(yōu)選平均層厚為3～15μm。進(jìn)一步優(yōu)選平均層厚為4～10μm。

構(gòu)成硬質(zhì)包覆層的復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物的層2的組成：

本發(fā)明的構(gòu)成硬質(zhì)包覆層的復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物的層2中，在由組成式：(ti1-x-yalxmey)(czn1-z)表示的情況下(其中，me為選自si、zr、b、v、cr中的一種元素)，al在ti、al、me的總量中所占的平均含有比例xavg、me在ti、al、me的總量中所占的平均含有比例yavg及c在c和n的總量中所占的平均含有比例zavg(其中，xavg、yavg、zavg均為原子比)分別控制成滿足0.60≤xavg、0.005≤yavg≤0.10、0≤zavg≤0.005、0.605≤xavg+yavg≤0.95。

其理由在于，若al的平均含有比例xavg小于0.60，則ti、al、me的復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物的層2的硬度差，因此在提供于合金鋼等的高速斷續(xù)切削時(shí)耐磨性不充分。

并且，若me的平均含有比例yavg小于0.005，則ti、al、me的復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物的層2的硬度差，因此在提供于合金鋼等的高速斷續(xù)切削時(shí)耐磨性不充分。另一方面，若超過(guò)0.10，則因向晶界的me的偏析等ti、al、me的復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物的層2的韌性降低，在提供于合金鋼等的高速斷續(xù)切削時(shí)耐崩刀性不充分。從而，me的平均含有比例yavg確定為0.005≤yavg≤0.10。

另一方面，若al的平均含有比例xavg與me的平均含有比例yavg之和xavg+yavg小于0.605，則ti、al、me的復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物的層2的硬度差，因此在提供于合金鋼等的高速斷續(xù)切削時(shí)耐磨性不充分，若超過(guò)0.95，則相對(duì)地ti的含有比例減少，因此將導(dǎo)致脆化且耐崩刀性降低。從而，al的平均含有比例xavg與me的平均含有比例yavg之和xavg+yavg確定為0.605≤xavg+yavg≤0.95。

在此，作為me的具體成分，使用選自si、zr、b、v、cr中的一種元素。

作為me，在以使yavg成為0.005以上的方式使用了si成分或b成分的情況下，復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物的層2的硬度提高，因此實(shí)現(xiàn)耐磨性的提高，且zr成分具有強(qiáng)化晶界的作用，并且，v成分提高韌性，從而實(shí)現(xiàn)耐崩刀性的更進(jìn)一步的提高，cr成分提高耐氧化性，從而可期待工具壽命的更進(jìn)一步的長(zhǎng)壽命化。然而，任一成分，若平均含有比例yavg超過(guò)0.10，則相對(duì)地al成分、ti成分的平均含有比例均會(huì)減少，從而耐磨性或耐崩刀性將顯示降低趨勢(shì)，因此應(yīng)避免成為如yavg超過(guò)0.10的平均含有比例。

并且，在復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物的層2中所包含的c的平均含有比例(原子比)zavg為0≤zavg≤0.005范圍的微量時(shí)，復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物的層2與工具基體3或下部層的粘附性提高且潤(rùn)滑性提高，從而減緩切削時(shí)的沖擊，其結(jié)果復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物的層2的耐缺損性及耐崩刀性提高。另一方面，若c的平均含有比例zavg在0≤zavg≤0.005的范圍之外，則因復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物的層2的韌性降低而耐缺損性及耐崩刀性反而降低，因此不優(yōu)選。從而c的平均含有比例zavg確定為0≤zavg≤0.005。

雖然不是特別需要限定的構(gòu)成，但更優(yōu)選xavg、yavg及zavg分別為0.70≤xavg≤0.85、0.01≤yavg≤0.05、0≤zavg≤0.003、0.7≤xavg+yavg≤0.90。

ti、al、me的復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物的層2((ti1-x-yalxmey)(czn1-z)層)內(nèi)的具有nacl型面心立方結(jié)構(gòu)的各晶粒的晶面即{110}面的傾斜角度數(shù)分布：

關(guān)于本發(fā)明的所述(ti1-x-yalxmey)(czn1-z)層，若使用電子背散射衍射裝置，從縱剖面方向?qū)哂衝acl型面心立方結(jié)構(gòu)的各晶粒的晶體方位進(jìn)行分析的情況下，測(cè)定作為所述晶粒的晶面的{110}面的法線6相對(duì)于工具基體表面的法線5(與剖面研磨面中的工具基體表面4垂直的方向)所成的傾斜角(參考圖2a及圖2b)，在該傾斜角中將相對(duì)于法線方向在0～45度范圍內(nèi)的傾斜角按每0.25度的間距進(jìn)行劃分，并合計(jì)存在于各分區(qū)內(nèi)的度數(shù)時(shí)，當(dāng)顯示出在0～12度范圍內(nèi)的傾斜角分區(qū)存在最高峰值，并且存在于所述0～12度范圍內(nèi)的度數(shù)的合計(jì)在所述傾斜角度數(shù)分布中成為所有度數(shù)的35％以上的比例的傾斜角度數(shù)分布形式時(shí)，由所述ti、al、me的復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物的層2構(gòu)成的硬質(zhì)包覆層在維持nacl型面心立方結(jié)構(gòu)的同時(shí)具有高硬度，而且根據(jù)如上所述的傾斜角度數(shù)分布形式，硬質(zhì)包覆層與基體的粘附性顯著提高。

從而，這種包覆工具在例如合金鋼的高速斷續(xù)切削等中使用的情況下，也可以抑制崩刀、缺損、剝離等的產(chǎn)生，而且發(fā)揮優(yōu)異的耐磨性。

圖3a及圖3b中，作為圖表示出關(guān)于本發(fā)明的一實(shí)施方式及用于比較的具有立方晶結(jié)構(gòu)的晶粒利用上述的方法進(jìn)行測(cè)定，而求出的傾斜角度數(shù)分布的一例。

構(gòu)成復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物的層2的具有nacl型面心立方結(jié)構(gòu)(以下，簡(jiǎn)稱為“立方晶”)的晶粒：

關(guān)于所述復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物的層中的各立方晶粒，在從與工具基體表面4垂直的皮膜剖面一側(cè)進(jìn)行觀察測(cè)定的情況下，將與工具基體表面4平行的方向的粒子寬度設(shè)為w，并且將與工具基體表面4垂直的方向的粒子長(zhǎng)度設(shè)為l，將所述w與l之比l/w設(shè)為各晶粒的縱橫尺寸比a，另外，在將關(guān)于各晶粒求出的縱橫尺寸比a的平均值設(shè)為平均縱橫尺寸比a，將關(guān)于各晶粒求出的粒子寬度w的平均值設(shè)為平均粒子寬度w的情況下，優(yōu)選控制為平均粒子寬度w滿足0.1～2.0μm，平均縱橫尺寸比a滿足2～10。

當(dāng)滿足該條件時(shí)，構(gòu)成復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物的層2的立方晶粒成為柱狀組織，顯示出優(yōu)異的耐磨性。另一方面，若平均縱橫尺寸比a低于2，則在nacl型面心立方結(jié)構(gòu)的晶粒內(nèi)不易形成本發(fā)明的特征即組成的周期性分布(濃度變化、含有比例變化)，若成為超出10的柱狀晶，則龜裂容易以在沿本發(fā)明的特征即立方晶相內(nèi)的組成的周期性分布的面與多個(gè)晶界延伸的方式成長(zhǎng)，因此不優(yōu)選。并且，若平均粒子寬度w小于0.1μm則耐磨性降低，若超過(guò)2.0μm則韌性降低。從而構(gòu)成復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物的層2的立方晶粒的平均粒子寬度w優(yōu)選為0.1～2.0μm。

雖然不是特別需要限定的構(gòu)成，但更優(yōu)選平均縱橫尺寸比為4～7及平均粒子寬度w為0.7～1.5μm。

在具有立方晶結(jié)構(gòu)的晶粒內(nèi)存在的ti、al、me的濃度變化：

圖4中，作為示意圖示出關(guān)于本發(fā)明的硬質(zhì)包覆層所包含的ti、al、me的復(fù)合氮化物層或復(fù)合碳氮化物層(以下，稱為“本發(fā)明的ti、al、me的復(fù)合氮化物層或復(fù)合碳氮化物層”)的具有立方晶結(jié)構(gòu)的晶粒，沿立方晶粒的由＜001＞表示的等價(jià)的晶體方位中的一個(gè)方位存在ti、al、me的周期性濃度變化，與該方位正交的面內(nèi)的al的含有比例x的變化較小的情況。

并且，圖5中示出在本發(fā)明的ti、al、me的復(fù)合氮化物層或復(fù)合碳氮化物的層的剖面中，關(guān)于存在ti、al、me的周期性濃度變化的具有立方晶結(jié)構(gòu)的晶粒，使用透射型電子顯微鏡進(jìn)行基于能量分散型x射線光譜法(eds)的射線分析的結(jié)果的相對(duì)于ti、al、me的合計(jì)的al的周期性濃度變化x的圖表的一例。

在將具有立方晶結(jié)構(gòu)的晶體由組成式：(ti1-x-yalxsiy)(czn1-z)表示的情況下，當(dāng)在晶粒內(nèi)存在ti、al、me的周期性濃度變化時(shí)(即，當(dāng)x、y、z并非為恒定值,而是周期性變化的值時(shí))，晶粒內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)變，且硬度提高。然而，在將ti、al、me的濃度變化的大小的指標(biāo)即所述組成式中的al的含有比例x的周期性變化的x值的極大值11a、11b、11c、……的平均值設(shè)為xmax，并且將al的含有比例x的周期性變化的x值的極小值12a、12b、12c、12d……的平均值設(shè)為xmin的情況下，若xmax與xmin之差δx小于0.03，則前述的晶粒的應(yīng)變較小而無(wú)法期望充分的硬度提高。另一方面，若xmax與xmin之差δx超過(guò)0.25，則晶粒的應(yīng)變變得過(guò)大，晶格缺陷變大，從而硬度降低。于是，關(guān)于在具有立方晶結(jié)構(gòu)的晶粒內(nèi)存在的ti、al、me的濃度變化，將xmax與xmin之差設(shè)為0.03～0.25。

雖然不是特別需要限定的構(gòu)成，但更優(yōu)選xmax與xmin之差為0.05～0.22。進(jìn)一步更優(yōu)選為0.08～0.15。

并且，在所述復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物的層中存在ti、al、me的周期性濃度變化的具有立方晶結(jié)構(gòu)的晶粒中，在沿立方晶粒的由＜001＞表示的等價(jià)的晶體方位中的一個(gè)方位存在ti、al、me的周期性濃度變化的情況下，不易產(chǎn)生由晶粒的應(yīng)變引起的晶格缺陷，從而韌性提高。

并且，在與所述的存在ti、al、me的周期性濃度變化的方位正交的面內(nèi)ti、al、me的濃度實(shí)際上不發(fā)生變化，且在上述正交的面內(nèi)的al在ti、al、me的總量中所占的含有比例x的變化量的最大值δxo為0.01以下。

并且，若沿所述立方晶粒的由＜001＞表示的等價(jià)的晶體方位中的一個(gè)方位的濃度變化的周期小于3nm則韌性降低，若超過(guò)100nm則不能充分發(fā)揮硬度提高的效果。從而，更優(yōu)選的所述濃度變化的周期為3～100nm。

雖然不是特別需要限定的構(gòu)成，但更優(yōu)選所述濃度變化的周期為15～80nm。進(jìn)一步更優(yōu)選為25～50nm。

圖6中作為示意圖示出在本發(fā)明的ti、al、me的復(fù)合氮化物層或復(fù)合碳氮化物層的剖面中，關(guān)于存在ti、al、me的周期性濃度變化的具有立方晶結(jié)構(gòu)的晶粒，在晶粒內(nèi)存在區(qū)域a13和區(qū)域b14的情況。

關(guān)于在正交的2個(gè)方向上存在ti、al、me的周期性濃度變化的、在晶粒內(nèi)存在區(qū)域a13和區(qū)域b14的晶粒，因晶粒內(nèi)存在2個(gè)方向的應(yīng)變而韌性提高。而且，因區(qū)域a和區(qū)域b的邊界15形成于由{110}表示的等價(jià)的晶面中的一個(gè)面，而區(qū)域a和區(qū)域b的邊界15不產(chǎn)生失配，因此能夠維持較高的韌性。

即，在形成有如下區(qū)域a13和區(qū)域b14的情況下，因在晶粒內(nèi)存在2個(gè)方向的應(yīng)變而韌性提高，進(jìn)而，因區(qū)域a和區(qū)域b的邊界15形成于由{110}表示的等價(jià)的晶面中的一個(gè)面，而區(qū)域a和區(qū)域b的邊界15不會(huì)產(chǎn)生失配，因此能夠維持較高的韌性。區(qū)域a13，沿立方晶粒的由＜001＞表示的等價(jià)的晶體方位中的一個(gè)方位存在ti、al、me的周期性濃度變化，當(dāng)將該方位設(shè)為方位da時(shí)，沿方位da的周期為3～100nm，與方位da正交的面內(nèi)的al的含有比例x的變化量的最大值δxoda為0.01以下；區(qū)域b14，沿與方位da正交的立方晶粒的由＜001＞表示的等價(jià)的晶體方位中的一個(gè)方位存在ti、al、me的周期性濃度變化，當(dāng)將該方位設(shè)為方位db時(shí)，沿方位db的周期為3～100nm，與方位db正交的面內(nèi)的al的含有比例x的變化量的最大值δxodb為0.01以下。

復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物的層內(nèi)的立方晶粒的晶格常數(shù)a：

關(guān)于所述復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物的層2，在使用x射線衍射裝置將cu-kα射線作為射線源而實(shí)施x射線衍射試驗(yàn)，并求出立方晶粒的晶格常數(shù)a時(shí)，在所述立方晶粒的晶格常數(shù)a相對(duì)于立方晶tin(jcpds00-038-1420)的晶格常數(shù)atin：和立方晶aln(jcpds00-046-1200)的晶格常數(shù)aaln：滿足0.05atin+0.95aaln≤a≤0.4atin+0.6aaln的關(guān)系時(shí)，顯示出更高的硬度，且顯示出較高的熱傳導(dǎo)性，從而具備優(yōu)異的耐磨性且優(yōu)異的耐熱沖擊性。

在由復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物的層2內(nèi)的具有立方晶結(jié)構(gòu)的各晶粒構(gòu)成的柱狀組織的面積比例：

若由具有立方晶結(jié)構(gòu)的各晶粒構(gòu)成的柱狀組織的面積比例低于70面積％，則相對(duì)地硬度降低，因此不優(yōu)選。

雖然不是特別需要限定的構(gòu)成，但優(yōu)選由具有立方晶結(jié)構(gòu)的各晶粒構(gòu)成的柱狀組織的面積比例為85面積％以上。更優(yōu)選為95面積％以上。

并且，關(guān)于本發(fā)明的復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物的層2，即使在包含作為下部層、由ti的碳化物層、氮化物層、碳氮化物層、碳氧化物層及碳氮氧化物層中的1層或2層以上構(gòu)成且具有0.1～20μm的合計(jì)平均層厚的ti化合物層的情況下，和/或在作為上部層包含具有1～25μm的平均層厚的氧化鋁層的情況下，也能夠通過(guò)不破壞前述的特性而并用這些公知的下部層和上部層等，并與這些層發(fā)揮的效果相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)更優(yōu)異的特性。在作為下部層包含由ti的碳化物層、氮化物層、碳氮化物層、碳氧化物層及碳氮氧化物層中的1層或2層以上構(gòu)成的ti化合物層的情況下，若ti化合物層的合計(jì)平均層厚超過(guò)20μm，則晶粒容易粗大化，且容易產(chǎn)生崩刀。并且，在作為上部層包含氧化鋁層的情況下，若氧化鋁層的合計(jì)平均層厚超過(guò)25μm，則晶粒容易粗大化，且容易產(chǎn)生崩刀。另一方面，若下部層薄于0.1μm，則無(wú)法期待與本發(fā)明的復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物的層2的下部層的粘附性提高的效果，并且，若上部層薄于1μm，則通過(guò)形成上部層而使耐磨性提高的效果并不顯著。

本發(fā)明在由碳化鎢基硬質(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)成的工具基體表面設(shè)置有硬質(zhì)包覆層的表面包覆切削工具中，硬質(zhì)包覆層至少包含平均層厚為1～20μm的ti、al、me的復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物的層2，且在由組成式：(ti1-x-yalxmey)(czn1-z)表示的情況下，al在ti、al、me的總量中所占的平均含有比例xavg、me在ti、al、me的總量中所占的平均含有比例yavg及c在c和n的總量中所占的平均含有比例zavg(其中，xavg、yavg、zavg均為原子比)分別滿足0.60≤xavg、0.005≤yavg≤0.10、0≤zavg≤0.005、0.605≤xavg+yavg≤0.95，復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物的層2至少包含具有nacl型面心立方結(jié)構(gòu)的復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物的相(立方晶相)，且使用電子背散射衍射裝置從縱剖面方向?qū)哂兴隽⒎骄ЫY(jié)構(gòu)的ti、al、me的復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物的晶粒的晶體方位進(jìn)行分析的情況下，測(cè)定作為所述晶粒的晶面的{110}面的法線6相對(duì)于工具基體表面的法線方向所成的傾斜角，在該傾斜角中，將相對(duì)于法線方向在0～45度范圍內(nèi)的傾斜角按每0.25度的間距進(jìn)行劃分并合計(jì)存在于各分區(qū)內(nèi)的度數(shù)而求出傾斜角度數(shù)分布時(shí)，顯示出在0～12度范圍內(nèi)的傾斜角分區(qū)存在最高峰值，并且存在于所述0～12度范圍內(nèi)的度數(shù)的合計(jì)在所述傾斜角度數(shù)分布中的所有度數(shù)的35％以上的比例，在具有立方晶結(jié)構(gòu)的晶粒內(nèi)存在組成式：(ti1-x-yalxmey)(czn1-z)中的ti、al、me的周期性濃度變化，在將al的含有比例x的周期性變化的x值的極大值的平均值設(shè)為xmax，并且將al的含有比例x的周期性變化的x值的極小值的平均值設(shè)為xmin的情況下，xmax與xmin之差δx為0.03～0.25，在存在ti、al、me的周期性濃度變化的具有nacl型面心立方結(jié)構(gòu)的晶粒中，沿該工具基體表面的法線方向的周期為3～100nm，從而在復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物的具有立方晶結(jié)構(gòu)的晶粒內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)變，因此晶粒的硬度提高，保持較高的耐磨性且韌性提高。

其結(jié)果，發(fā)揮提高耐崩刀性的效果，與以往的硬質(zhì)包覆層相比，在長(zhǎng)期使用中發(fā)揮優(yōu)異的切削性能，可實(shí)現(xiàn)包覆工具的長(zhǎng)壽命化。

附圖說(shuō)明

圖1是示意地表示構(gòu)成本發(fā)明的硬質(zhì)包覆層1的ti、al、me的復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物的層2的剖面的膜結(jié)構(gòu)示意圖。水平方向的條紋圖案表示由ti、al、me構(gòu)成的復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物的層中的晶粒內(nèi)的al的周期性含有比例變化。

圖2a是表示作為所述晶粒的晶面的{110}面的法線相對(duì)于工具基體表面的法線5(與剖面研磨面中的工具基體表面4垂直的方向)所成的傾斜角為0度的情況6的示意圖。

圖2b是表示作為所述晶粒的晶面的{110}面的法線相對(duì)于工具基體表面的法線5(與剖面研磨面中的工具基體表面4垂直的方向)所成的傾斜角為45度的情況7的示意圖。

圖3a是表示在構(gòu)成本發(fā)明的硬質(zhì)包覆層1的ti和al的復(fù)合氮化物層或復(fù)合碳氮化物層2的剖面中，關(guān)于具有立方晶結(jié)構(gòu)的晶粒求出的傾斜角度數(shù)分布的一例的圖表。

圖3b是表示在比較例的一實(shí)施方式即構(gòu)成硬質(zhì)包覆層的ti和al的復(fù)合氮化物層或復(fù)合碳氮化物層2的剖面中，關(guān)于具有立方晶結(jié)構(gòu)的晶粒求出的傾斜角度數(shù)分布的一例的圖表。

圖4是示意地表示在構(gòu)成相當(dāng)于本發(fā)明的一實(shí)施方式的硬質(zhì)包覆層1的ti、al、me的復(fù)合氮化物層或復(fù)合碳氮化物層2的剖面中，關(guān)于存在ti、al、me的周期性濃度變化的具有立方晶結(jié)構(gòu)的晶粒，沿立方晶粒的由＜001＞表示的等價(jià)的晶體方位中的一個(gè)方位(以箭頭表示)存在ti、al、me的周期性濃度變化，且與該方位正交的面(以與箭頭正交的線表示從正上方觀察的面)內(nèi)的al的含有比例x的變化較小的情況的示意圖。具體而言，在正交的面內(nèi)的al的含有比例x的變化為0.01以下。色調(diào)較亮的部分表示al的含量相對(duì)較多的區(qū)域9，色調(diào)較暗的部分表示al的含量相對(duì)較少的區(qū)域10。

圖5是表示在構(gòu)成相當(dāng)于本發(fā)明的一實(shí)施方式的硬質(zhì)包覆層1的ti、al、me的復(fù)合氮化物層或復(fù)合碳氮化物層2的剖面中，關(guān)于存在ti、al、me的周期性濃度變化的具有立方結(jié)構(gòu)的晶粒，使用透射型電子顯微鏡并通過(guò)能量分散型x射線光譜法(eds)進(jìn)行射線分析的結(jié)果的相對(duì)于ti、al、me的合計(jì)的al的周期性濃度變化x的圖表的一例的圖。具體而言，表示復(fù)合氮化物層或復(fù)合碳氮化物層2中的具有立方晶結(jié)構(gòu)的晶粒內(nèi)的al的周期性濃度變化。在圖表中，示出有3個(gè)極大值11a、11b及11與4個(gè)極小值12a、12b、12c及12d。

圖6是示意地表示構(gòu)成相當(dāng)于本發(fā)明的一實(shí)施方式的硬質(zhì)包覆層1的ti、al、me的復(fù)合氮化物層或復(fù)合碳氮化物層2的剖面中，關(guān)于存在ti、al、me的周期性濃度變化的具有立方晶結(jié)構(gòu)的晶粒，在晶粒內(nèi)存在區(qū)域a13和區(qū)域b14的情況的示意圖。在區(qū)域a13和區(qū)域b14接觸的部分形成區(qū)域a和區(qū)域b的邊界15。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明在硬質(zhì)合金制工具基體即由碳化鎢基硬質(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)成的工具基體3的表面設(shè)置有硬質(zhì)包覆層1的表面包覆切削工具中，硬質(zhì)包覆層1至少包含通過(guò)化學(xué)蒸鍍法成膜的平均層厚1～20μm的ti、al、me的復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物的層2，且由組成式：(ti1-x-yalxmey)(czn1-z)表示的情況下，al在ti、al、me的總量中所占的平均含有比例xavg、me在ti、al、me的總量中所占的平均含有比例yavg及c在c和n的總量中所占的平均含有比例zavg(其中，xavg、yavg、zavg均為原子比)分別滿足0.60≤xavg、0.005≤yavg≤0.10、0≤zavg≤0.005、0.605≤xavg+yavg≤0.95，構(gòu)成復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物的層2的晶粒至少包含具有立方晶結(jié)構(gòu)的晶粒，并在使用電子背散射衍射裝置從縱剖面方向?qū)哂兴隽⒎骄ЫY(jié)構(gòu)的ti、al、me的復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物的晶粒的晶體方位進(jìn)行分析的情況下，測(cè)定作為所述晶粒的晶面的{110}面的法線6相對(duì)于工具基體表面的法線方向所成的傾斜角，在該傾斜角中，將相對(duì)于法線方向在0～45度范圍內(nèi)的傾斜角按每0.25度的間距進(jìn)行劃分并合計(jì)存在于各分區(qū)內(nèi)的度數(shù)而求出傾斜角度數(shù)分布時(shí)，顯示出在0～12度范圍內(nèi)的傾斜角分區(qū)存在最高峰值，并且存在于所述0～12度范圍內(nèi)的度數(shù)的合計(jì)顯示出所述傾斜角度數(shù)分布中的所有度數(shù)的35％以上的比例，在具有立方晶結(jié)構(gòu)的晶粒內(nèi)存在組成式：(ti1-x-yalxmey)(czn1-z)中的ti、al、me的周期性濃度變化，在將al的含有比例x的周期性變化的x值的極大值的平均值設(shè)為xmax，并且將al的含有比例x的周期性變化的x值的極小值的平均值設(shè)為xmin的情況下，xmax與xmin之差δx為0.03～0.25，在存在ti、al、me的周期性濃度變化的具有nacl型面心立方結(jié)構(gòu)的晶粒中，具有沿該工具基體表面的法線方向的周期為3～100nm這一結(jié)構(gòu)，從而耐崩刀性提高，與以往的硬質(zhì)包覆層相比，在長(zhǎng)期使用中發(fā)揮優(yōu)異的切削性能，并且只要實(shí)現(xiàn)包覆工具的長(zhǎng)壽命化，其具體實(shí)施方式可以是任意方式。

接著，使用實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的包覆工具的一實(shí)施方式進(jìn)行具體說(shuō)明。

實(shí)施例1

作為原料粉末準(zhǔn)備均具有1～3μm的平均粒徑的wc粉末、tic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1所示的配合組成，進(jìn)而添加石蠟后在丙酮中用球磨機(jī)混合24小時(shí)，在進(jìn)行減壓干燥之后，以98mpa的壓力沖壓成型為規(guī)定形狀的壓坯，對(duì)該壓坯在5pa的真空中以1370～1470℃范圍內(nèi)的規(guī)定溫度保持1小時(shí)的條件下進(jìn)行真空燒結(jié)，燒結(jié)之后，分別制造出具有iso標(biāo)準(zhǔn)seen1203afsn的刀片形狀的wc基硬質(zhì)合金制的工具基體a～c。

并且，作為原料粉末準(zhǔn)備均具有0.5～2μm的平均粒徑的ticn(以質(zhì)量比計(jì)tic/tin＝50/50)粉末、mo2c粉末、zrc粉末、nbc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，并用球磨機(jī)進(jìn)行24小時(shí)的濕式混合，在進(jìn)行干燥之后，以98mpa的壓力沖壓成型為壓坯，對(duì)該壓坯在1.3kpa的氮?dú)夥罩幸詼囟龋?500℃保持1小時(shí)的條件下進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)之后，制作出具有iso標(biāo)準(zhǔn)seen1203afsn的刀片形狀的ticn基金屬陶瓷制的工具基體d。

接著，對(duì)這些工具基體a～d的表面，使用化學(xué)蒸鍍裝置并通過(guò)如下步驟制造出本發(fā)明包覆工具1～15。

(a)表4所示的形成條件即作為由nh3和h2組成的氣體組a、由ticl4、al(ch3)3、alcl3、mecln(其中，sicl4、zrcl4、bcl3、vcl4、crcl2中的任一個(gè))、nh3、n2、h2構(gòu)成的氣體組b及各種氣體的供給方法，將反應(yīng)氣體組成(相對(duì)于氣體組a及氣體組b的總和的容量％)設(shè)為在氣體組a中nh3：3.5～4.0％、h2：65～75％，在氣體組b中alcl3：0.6～0.9％、ticl4：0.2～0.3％、al(ch3)3：0～0.5％、mecln(其中，sicl4、zrcl4、bcl3、vcl4、crcl2中的任一個(gè))：0.1～0.2％、n2：0.0～12.0％、h2：剩余部分，設(shè)為反應(yīng)氣氛壓力：4.5～5.0kpa、反應(yīng)氣氛溫度：700～900℃、供給周期1～5秒、每1周期的氣體供給時(shí)間0.15～0.25秒、氣體供給a和氣體供給b的相位差0.10～0.20秒，并以規(guī)定時(shí)間進(jìn)行熱cvd法，形成由具有表7所示目標(biāo)層厚的(ti1-x-yalxmey)(czn1-z)層構(gòu)成的硬質(zhì)包覆層1。

另外，關(guān)于本發(fā)明包覆工具6～13，在表3所示的形成條件下形成了表6所示的下部層、上部層中的任一層。

并且，以比較為目的，對(duì)工具基體a～d的表面以表5所示的條件且表8所示的目標(biāo)層厚(μm)，蒸鍍形成了包含ti、al、me的復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物的層2的硬質(zhì)包覆層1。此時(shí)，在(ti1-x-yalxmey)(czn1-z)層的成膜工序中，以工具基體表面中的反應(yīng)氣體組成不會(huì)隨時(shí)間變化的方式形成硬質(zhì)包覆層1，從而制造出比較包覆工具1～15。

另外，與本發(fā)明包覆工具6～13同樣，關(guān)于比較包覆工具6～13，在表3所示的形成條件下，形成了表6所示的下部層、上部層中的任一層。

關(guān)于構(gòu)成所述本發(fā)明包覆工具1～15及比較包覆工具1～15的硬質(zhì)包覆層1的ti、al、me的復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物的層2，在將與工具基體表面4垂直的方向的硬質(zhì)包覆層1的剖面作為研磨面的狀態(tài)下，設(shè)置于場(chǎng)發(fā)射掃描型電子顯微鏡的鏡筒內(nèi)，在所述研磨面上，以70度的入射角度，將15kv的加速電壓的電子射線以1na的照射電流照射于在所述剖面研磨面的測(cè)定范圍內(nèi)存在的具有立方晶格的各晶粒，并使用電子背散射衍射圖像裝置，對(duì)于與工具基體表面4水平的方向上長(zhǎng)度為100μm、且沿與工具基體表面4垂直的方向的剖面在膜厚以下的距離的測(cè)定范圍內(nèi)的該硬質(zhì)包覆層1，以0.01μm/step的間隔，測(cè)定作為所述晶粒的晶面的{110}面的法線6相對(duì)于基體表面的法線5(與剖面研磨面中的基體表面4垂直的方向)所成的傾斜角，根據(jù)該測(cè)定結(jié)果，在所述測(cè)定傾斜角中，將在0～45度范圍內(nèi)的測(cè)定傾斜角按每0.25度的間距進(jìn)行劃分并合計(jì)存在于各分區(qū)內(nèi)的度數(shù)，由此確認(rèn)存在于0～12度范圍內(nèi)的度數(shù)的峰值的存在，且求出在0～12度范圍內(nèi)存在的度數(shù)的比例。

并且，關(guān)于構(gòu)成所述本發(fā)明包覆工具1～15及比較包覆工具1～15的硬質(zhì)包覆層1的ti、al、me的復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物的層2，使用掃描型電子顯微鏡(倍率5000倍及20000倍)經(jīng)多個(gè)視場(chǎng)進(jìn)行了觀察。

關(guān)于本發(fā)明包覆工具1～15，如在圖1示出的膜結(jié)構(gòu)示意圖所示，確認(rèn)到包含立方晶或立方晶和六方晶的混合相的柱狀組織的(ti1-x-yalxmey)(czn1-z)層。并且，使用透射型電子顯微鏡并通過(guò)基于能量分散型x射線光譜法(eds)的表面分析進(jìn)一步確認(rèn)到在立方晶粒內(nèi)存在有ti、al、me的周期性分布(濃度變化、含有比例變化)。

而且，關(guān)于本發(fā)明包覆工具1～15及比較包覆工具1～15，利用使用透射型電子顯微鏡并通過(guò)eds進(jìn)行表面分析的結(jié)果，且將復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物的層2中所存在的立方晶粒的5周期份的x的周期中的x的極大值的平均值設(shè)為xmax，并且將同樣為5周期份的x的周期中的x的極小值的平均值設(shè)為xmin，求出其差δx(＝xmax-xmin)。

關(guān)于本發(fā)明包覆工具1～15，確認(rèn)到該值δx為0.03～0.25。

并且，使用掃描型電子顯微鏡(倍率5000倍)測(cè)定本發(fā)明包覆工具1～15及比較包覆工具1～15的各結(jié)構(gòu)層的與工具基體垂直方向的剖面，測(cè)定觀察視場(chǎng)內(nèi)的5個(gè)點(diǎn)的層厚并進(jìn)行平均而求出平均層厚的結(jié)果，均顯示出實(shí)際上與表7、表8所示的目標(biāo)層厚相同的平均層厚。

并且，關(guān)于本發(fā)明包覆工具1～15及比較包覆工具1～15的復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物的層2的平均al含有比例、平均me含有比例，使用電子探針顯微分析儀(epma，electron-probe-micro-analyser)，在研磨了表面的樣品中，從樣品表面一側(cè)照射電子射線，由所得到的特性x射線的分析結(jié)果的10個(gè)點(diǎn)平均值求出al的平均al含有比例xavg及me的平均含有比例yavg。

并且，通過(guò)二次離子質(zhì)譜分析(sims，secondary-ion-mass-spectroscopy)求出平均c含有比例zavg。從樣品表面一側(cè)，在70μm×70μm的范圍內(nèi)照射離子束，對(duì)通過(guò)濺射作用而釋放出的成分測(cè)定了深度方向的濃度。平均c含有比例zavg表示關(guān)于ti、al、me的復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物的層2的深度方向的平均值。其中，c的含有比例中，排除了即使有意不使用作為氣體原料的包含c的氣體也會(huì)包含在內(nèi)的不可避免的c的含有比例。具體而言，求出將al(ch3)3的供給量設(shè)為0時(shí)的復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物的層2中所包含的c成分的含有比例(原子比)作為不可避免的c的含有比例，將從有意供給了al(ch3)3的情況下得到的復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物的層2中所包含的c成分的含有比例(原子比)中減去所述不可避免的c的含有比例的值作為zavg而求出。

并且，關(guān)于本發(fā)明包覆工具1～15及比較包覆工具1～15，從與工具基體垂直的方向的剖面方向使用掃描型電子顯微鏡(倍率5000倍及20000倍)，對(duì)于在與工具基體表面4水平的方向上的長(zhǎng)度為10μm的范圍內(nèi)存在的、構(gòu)成復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物的層2的(ti1-x-yalxmey)(czn1-z)層中的各晶粒，從與工具基體表面4垂直的皮膜剖面一側(cè)進(jìn)行觀察，測(cè)定與基體表面4平行的方向的粒子寬度w、與基體表面4垂直的方向的粒子長(zhǎng)度l，算出各晶粒的縱橫尺寸比a(＝l/w)，并且算出關(guān)于各晶粒求出的縱橫尺寸比a的平均值而作為平均縱橫尺寸比a，并且算出關(guān)于各晶粒求出的粒子寬度w的平均值而作為平均粒子寬度w。

并且，使用電子背散射衍射裝置，在將由ti、al、me的復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物的層2構(gòu)成的硬質(zhì)包覆層1的與工具基體表面4垂直的方向的剖面作為研磨面的狀態(tài)下，設(shè)置于場(chǎng)發(fā)射掃描型電子顯微鏡的鏡筒內(nèi)，在所述研磨面上，以70度的入射角度，將15kv的加速電壓的電子射線以1na的照射電流照射于在所述剖面研磨面的測(cè)定范圍內(nèi)存在的各晶粒，關(guān)于在與工具基體表面4水平方向上的長(zhǎng)度為100μm的范圍的由ti、al、me的復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物的層2構(gòu)成的硬質(zhì)包覆層整體，以0.01μm/step的間隔測(cè)定電子背散射衍射圖像，并解析各晶粒的晶體結(jié)構(gòu)，從而鑒定是否為立方晶結(jié)構(gòu)或六方晶結(jié)構(gòu)，在ti、al、me的復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物的層2中，確認(rèn)到包含立方晶的復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物的相，并且，求出該層中所包含的立方晶相所占的面積比例。

而且，使用透射型電子顯微鏡觀察復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物的層2的微小區(qū)域，并使用能量分散型x射線光譜法(eds)從剖面一側(cè)進(jìn)行表面分析的結(jié)果，對(duì)具有所述立方晶結(jié)構(gòu)的晶粒內(nèi)有無(wú)存在組成式：(ti1-x-yalxsiy)(czn1-z)中的ti、al、me的周期性濃度變化進(jìn)行了確認(rèn)。當(dāng)存在該濃度變化時(shí)，通過(guò)對(duì)該晶粒進(jìn)行電子射線衍射，確認(rèn)到沿立方晶粒的由＜001＞表示的等價(jià)的晶體方位中的一個(gè)方位存在ti、al、me的周期性濃度變化，沿該方位在5周期份的區(qū)間進(jìn)行基于eds的射線分析，求出al相對(duì)于ti、al、me的合計(jì)的周期性濃度變化的極大值的平均值而作為xmax，并且求出同區(qū)間的al相對(duì)于ti、al、me的合計(jì)的周期性濃度變化的極小值的平均值而作為xmin，并求出其差δx(＝xmax-xmin)。

并且，在相當(dāng)于所述5個(gè)周期的距離的區(qū)間內(nèi)，進(jìn)行沿與存在ti、al、me的周期性濃度變化的立方晶粒的由＜001＞表示的等價(jià)的晶體方位中的一個(gè)方位正交的方向的射線分析，并將在該區(qū)間中的al的含有比例x的最大值與最小值之差作為與存在ti、al、me的周期性濃度變化的立方晶粒的由＜001＞表示的等價(jià)的晶體方位中的一個(gè)方位正交的面內(nèi)的變化量的最大值δxo而求出。

而且，關(guān)于在晶粒內(nèi)存在區(qū)域a13和區(qū)域b14的晶粒，分別對(duì)區(qū)域a13和區(qū)域b14，與前述同樣地，求出al相對(duì)于ti、al、me的合計(jì)的5個(gè)周期的周期性濃度變化的極大值的平均值xmax與極小值的平均值的值xmin之差的最大值δx(＝xmax-xmin)，并且求出與存在ti、al、me的周期性濃度變化的立方晶粒的由＜001＞表示的等價(jià)的晶體方位中一個(gè)方位正交的面內(nèi)中的al相對(duì)于ti、al、me的合計(jì)的含有比例x的最大值與最小值之差而作為變化量的最大值。

即，沿立方晶粒的由＜001＞表示的等價(jià)的晶體方位中的一個(gè)方位存在區(qū)域a13的ti、al、me的周期性濃度變化，并在將該方位設(shè)為方位da的情況下，求出沿方位da的濃度變化的周期，并且在相當(dāng)于所述5個(gè)周期的距離的區(qū)間內(nèi)，進(jìn)行沿與方位da正交的方向的射線分析，求出在該區(qū)間中的al的含有比例x的最大值與最小值之差而作為與存在ti、al、me的周期性濃度變化的立方晶粒的由＜001＞表示的等價(jià)的晶體方位中一個(gè)方位正交的面內(nèi)的變化量的最大值δxoda。

并且，沿立方晶粒的由＜001＞表示的等價(jià)的晶體方位中的一個(gè)方位存在區(qū)域b14的ti、al、me的周期性濃度變化，并在將該方位設(shè)為方位db的情況下，求出沿方位db的濃度變化的周期，并且在相當(dāng)于所述5個(gè)周期的距離的區(qū)間內(nèi)，進(jìn)行沿與方位db正交的方向的射線分析，求出在該區(qū)間中的al的含有比例x的最大值與最小值之差而作為與存在ti、al、me的周期性濃度變化的立方晶粒的由＜001＞表示的等價(jià)的晶體方位中的一個(gè)方位正交的面內(nèi)的變化量的最大值δxodb。

并且，關(guān)于本發(fā)明包覆工具1～15，確認(rèn)到da與db正交且區(qū)域a和區(qū)域b的邊界15形成于由{110}表示的等價(jià)的晶面中的一個(gè)面。

這種周期的確認(rèn)是通過(guò)使用透射型電子顯微鏡觀察復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物的層2的微小區(qū)域的視場(chǎng)中的最少1個(gè)該晶粒中進(jìn)行的。并且，通過(guò)算出分別對(duì)使用透射型電子顯微鏡觀察復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物的層2的微小區(qū)域的視場(chǎng)中的最少1個(gè)該晶粒的該區(qū)域a13及區(qū)域b14進(jìn)行評(píng)價(jià)的值的平均，求出在晶粒內(nèi)存在的區(qū)域a13和區(qū)域b14的晶粒。

表7及表8中示出上述的各種測(cè)定結(jié)果。

[表1]

[表2]

[表3]

[表4]

[表5]

[表6]

[表7]

[表8]

接著，在利用固定夾具將所述各種包覆工具均夾緊于刀具直徑125mm的工具鋼制刀具前端部的狀態(tài)下，對(duì)本發(fā)明包覆工具1～15及比較包覆工具1～15實(shí)施以下所示的合金鋼的高速斷續(xù)切削的一種即干式高速正面銑削及中心切割式切削加工試驗(yàn)，測(cè)定出切削刃的后刀面磨損寬度。

工具基體：碳化鎢基硬質(zhì)合金、碳氮化鈦基金屬陶瓷；

切削試驗(yàn)：干式高速正面銑削、中心切割式切削加工；

工件：jis·scm440寬度100mm、長(zhǎng)度400mm的塊體材料；

轉(zhuǎn)速：980min^-1；

切削速度：385m/min；

切深量：1.2mm；

單刀進(jìn)給量：0.12mm/刀；

切削時(shí)間：8分鐘；

表9中示出切削加工試驗(yàn)結(jié)果。

[表9]

比較包覆工具欄中的*號(hào)表示因產(chǎn)生崩刀而達(dá)到壽命為止的切削時(shí)間(分鐘)。

實(shí)施例2

作為原料粉末，準(zhǔn)備均具有1～3μm的平均粒徑的wc粉末、tic粉末、zrc粉末、tac粉末、nbc粉末、cr3c2粉末、tin粉末及co粉末，將這些原料粉末配合成表10所示的配合組成，進(jìn)而添加石蠟后在丙酮中用球磨機(jī)混合24小時(shí)，在進(jìn)行減壓干燥之后，以98mpa的壓力沖壓成型為規(guī)定形狀的壓坯，將該壓坯在5pa的真空中以1370～1470℃范圍內(nèi)的規(guī)定溫度保持1小時(shí)的條件下進(jìn)行真空燒結(jié)，在燒結(jié)之后，對(duì)切削刃部實(shí)施r：0.07mm的刃口修磨加工，從而分別制造出具有iso標(biāo)準(zhǔn)cnmg120412的刀片形狀的wc基硬質(zhì)合金制工具基體α～γ。

并且，作為原料粉末準(zhǔn)備均具有0.5～2μm的平均粒徑的ticn(以質(zhì)量比計(jì)tic/tin＝50/50)粉末、nbc粉末、wc粉末、co粉末及ni粉末，將這些原料粉末配合成表11所示配合組成，用球磨機(jī)進(jìn)行濕式混合24小時(shí)，在干燥之后，以98mpa的壓力沖壓成型為壓坯，將該壓坯在1.3kpa的氮?dú)夥罩幸詼囟龋?500℃保持1小時(shí)的條件下進(jìn)行燒結(jié)，在燒結(jié)之后，對(duì)切削刃部分實(shí)施r：0.09mm的刃口修磨加工，從而形成了具有iso標(biāo)準(zhǔn)cnmg120412的刀片形狀的ticn基金屬陶瓷制工具基體δ。

接著，對(duì)這些工具基體α～γ及工具基體δ的表面，使用化學(xué)蒸鍍裝置并通過(guò)與實(shí)施例1相同的方法，在表4所示的形成條件下，以規(guī)定時(shí)間進(jìn)行熱cvd法，由此將表13所示的(ti1-x-yalxmey)(czn1-z)層成膜，從而制造出本發(fā)明包覆工具16～30。

另外，關(guān)于本發(fā)明包覆工具19～28，在表3所示的形成條件下形成了表12所示的下部層、上部層。

并且，以比較為目的，同樣對(duì)工具基體α～γ及工具基體δ的表面，使用化學(xué)蒸鍍裝置，以表5所示的條件且表14所示的目標(biāo)層厚，與本發(fā)明包覆工具相同地蒸鍍形成硬質(zhì)包覆層，從而制造出表14所示的比較包覆工具16～30。

另外，與本發(fā)明包覆工具19～28相同，關(guān)于比較包覆工具19～28，在表3所示的形成條件下形成了表12所示的下部層、上部層。

并且，使用掃描型電子顯微鏡(倍率5000倍)，對(duì)本發(fā)明包覆工具16～30及比較包覆工具16～30的各結(jié)構(gòu)層的剖面進(jìn)行測(cè)定，測(cè)定觀察視場(chǎng)內(nèi)的5個(gè)點(diǎn)的層厚并進(jìn)行平均而求出平均層厚的結(jié)果，均顯示出實(shí)際上與表13、表14所示的目標(biāo)層厚相同的平均層厚。

并且，關(guān)于所述本發(fā)明包覆工具16～30及比較包覆工具16～30的硬質(zhì)包覆層，利用與實(shí)施例1所示的方法相同的方法，求出平均al含有比例xavg、平均me含有比例yavg、平均c含有比例zavg、傾斜角度數(shù)分布、周期性濃度變化差δx(＝xmax-xmin)和周期、晶格常數(shù)a、晶粒的平均粒子寬度w、平均縱橫尺寸比a及晶粒中的立方晶相所占的面積比例。

表13、表14中示出其結(jié)果。

[表10]

[表11]

[表12]

[表13]

[表14]

接著，在利用固定夾具將所述各種包覆工具均緊固于工具鋼制車刀的前端部的狀態(tài)下，對(duì)本發(fā)明包覆工具16～30及比較包覆工具16～30，實(shí)施如下所示的合金鋼的干式高速斷續(xù)切削試驗(yàn)及鑄鐵的濕式高速斷續(xù)切削試驗(yàn)，均測(cè)定出切削刃的后刀面磨損寬度。

切削條件1：

工件：jis·s45c的沿長(zhǎng)度方向等間隔配置有4根帶縱槽圓棒；

切削速度：380m/min；

切深量：1.5mm；

進(jìn)給量：0.15mm/rev；

切削時(shí)間：5分鐘；

(通常的切削速度為220m/min)；

切削條件2：

工件：jis·fcd700的沿長(zhǎng)度方向等間隔配置有4根帶縱槽圓棒；

切削速度：330m/min；

切深量：1.0mm；

進(jìn)給量：0.1mm/rev；

切削時(shí)間：5分鐘；

(通常的切削速度為200m/min)，

表15中示出所述切削試驗(yàn)的結(jié)果。

[表15]

比較包覆工具欄中的*號(hào)表示因產(chǎn)生崩刀而達(dá)到壽命為止的切削時(shí)間(分鐘)。

實(shí)施例3

作為原料粉末均準(zhǔn)備具有0.5～4μm的范圍內(nèi)的平均粒徑的cbn粉末、tin粉末、ticn粉末、tic粉末、al粉末、al2o3粉末，將這些原料粉末配合成表16所示的配合組成，用球磨機(jī)進(jìn)行濕式混合80小時(shí)，在干燥之后，以120mpa的壓力沖壓成型為具有直徑：50mm×厚度：1.5mm的尺寸的壓坯，接著，將該壓坯在壓力：1pa的真空氣氛中以900～1300℃范圍內(nèi)的規(guī)定溫度保持60分鐘的條件下進(jìn)行燒結(jié)，從而作為切削刃片用備用燒結(jié)體，在將該備用燒結(jié)體與另外準(zhǔn)備的co：8質(zhì)量％、wc：剩余部分的組成、以及具有直徑：50mm×厚度：2mm的尺寸的wc基硬質(zhì)合金制支撐片重合的狀態(tài)下裝入通常的超高壓燒結(jié)裝置中，在通常條件下即在壓力：4gpa、溫度：1200～1400℃范圍內(nèi)的規(guī)定溫度及保持時(shí)間：0.8小時(shí)的條件下進(jìn)行超高壓燒結(jié)，使用金剛石砂輪對(duì)燒結(jié)后的上下表面進(jìn)行研磨，并利用電火花線切割加工裝置分割成規(guī)定的尺寸，進(jìn)而對(duì)具有co：5質(zhì)量％、tac：5質(zhì)量％、wc：剩余部分的組成及jis標(biāo)準(zhǔn)cnga120412的形狀(厚度：4.76mm×內(nèi)切圓直徑：12.7mm的80°菱形)的wc基硬質(zhì)合金制刀片主體的釬焊部(角部)，使用具有以質(zhì)量％計(jì)的由zr：37.5％、cu：25％、ti：剩余部分構(gòu)成的組成的ti-zr-cu合金的釬料來(lái)進(jìn)行釬焊，以規(guī)定尺寸進(jìn)行外周加工之后，對(duì)切削刃部實(shí)施寬度：0.13mm、角度：25°的刃口修磨加工，進(jìn)而實(shí)施精研磨，從而分別制造出具有iso標(biāo)準(zhǔn)cnga120412的刀片形狀的工具基體2a、2b。

[表16]

接著，在這些工具基體2a、2b的表面，使用化學(xué)蒸鍍裝置，并通過(guò)與實(shí)施例1相同的方法，在表4所示的條件下，以目標(biāo)層厚蒸鍍形成包含(ti1-x-yalxmey)(czn1-z)層的硬質(zhì)包覆層，從而制造出表18中示出的本發(fā)明包覆工具31～40。

另外，關(guān)于本發(fā)明包覆工具34～39，在表3所示的形成條件下形成了表17所示的下部層、上部層。

并且，以比較為目的，同樣在工具基體2a、2b的表面，使用化學(xué)蒸鍍裝置，在表5所示的條件下，以目標(biāo)層厚蒸鍍形成包含(ti1-x-yalxmey)(czn1-z)層的硬質(zhì)包覆層，從而制造出表19中示出的比較包覆工具31～40。

另外，與本發(fā)明包覆工具34～39相同地，關(guān)于比較包覆工具34～39，在表3中示出的形成條件下形成了表17所示的下部層、上部層。

并且，使用掃描型電子顯微鏡(倍率5000倍)，對(duì)本發(fā)明包覆工具31～40及比較包覆工具31～40的各結(jié)構(gòu)層的剖面進(jìn)行測(cè)定，測(cè)定觀察視場(chǎng)內(nèi)的5個(gè)點(diǎn)的層厚并進(jìn)行平均而求出平均層厚的結(jié)果，均顯示出實(shí)際上與表18、19中示出的目標(biāo)層厚相同的平均層厚。

并且，關(guān)于所述本發(fā)明包覆工具31～40及比較包覆工具31～40的硬質(zhì)包覆層，使用與實(shí)施例1所示的方法相同的方法，求出平均層厚、平均al含有比例xavg、平均me含有比例yavg、平均c含有比例zavg、傾斜角度數(shù)分布、周期性濃度變化差δx(＝xmax-xmin)和周期、晶格常數(shù)a、晶粒的平均粒子寬度w、平均縱橫尺寸比a及晶粒中的立方晶相所占的面積比例。

表18、19中示出其結(jié)果。

[表17]

[表18]

[表19]

接著，在利用固定夾具將各種包覆工具均緊固于工具鋼制車刀的前端部的狀態(tài)下，對(duì)本發(fā)明包覆工具31～40及比較包覆工具31～40實(shí)施如下所示的滲碳淬火合金鋼的干式高速斷續(xù)切削加工試驗(yàn)，測(cè)定出切削刃的后刀面磨損寬度。

切削試驗(yàn)：滲碳淬火合金鋼的干式高速斷續(xù)切削加工，

工件：jis·scr420(硬度：hrc62)的沿長(zhǎng)度方向等間隔配置有4根帶縱槽圓棒，

切削速度：250m/min，

切深量：0.12mm，

進(jìn)給量：0.12mm/rev，

切削時(shí)間：4分鐘，

表20中示出所述切削試驗(yàn)的結(jié)果。

[表20]

比較包覆工具、參考包覆工具欄中的*號(hào)表示因產(chǎn)生崩刀而達(dá)到壽命為止的切削時(shí)間(分鐘)。

實(shí)施例4

與實(shí)施例1相同，作為原料粉末準(zhǔn)備均具有1～3μm的平均粒徑的wc粉末、tic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1所示的配合組成，進(jìn)而添加石蠟后在丙酮中用球磨機(jī)混合24小時(shí)，在進(jìn)行減壓干燥之后，以98mpa的壓力沖壓成型為規(guī)定形狀的壓坯，將該壓坯在5pa的真空中以1370～1470℃范圍內(nèi)的規(guī)定溫度保持1小時(shí)的條件下進(jìn)行真空燒結(jié)，在燒結(jié)之后，分別制造出具有iso標(biāo)準(zhǔn)seen1203afsn的刀片形狀的wc基硬質(zhì)合金制工具基體a～c。

接著，對(duì)這些工具基體a～c的表面，使用化學(xué)蒸鍍裝置，并通過(guò)與實(shí)施例1相同的方法，在表4所示的形成條件下，以規(guī)定時(shí)間進(jìn)行熱cvd法，由此將表23所示的(ti1-x-yalxmey)(czn1-z)層成膜，從而制造出本發(fā)明包覆工具41～55。

另外，關(guān)于本發(fā)明包覆工具45～52，在表3所示的形成條件下形成了表22所示的下部層、上部層。

并且，以比較為目的，同樣對(duì)工具基體a～c的表面，使用化學(xué)蒸鍍裝置，以表21所示的條件且表24所示的目標(biāo)層厚，與本發(fā)明包覆工具相同地蒸鍍形成硬質(zhì)包覆層，從而制造出表24所示的比較包覆工具41～55。

另外，與本發(fā)明包覆工具45～52相同，關(guān)于比較包覆工具45～52，在表3所示的形成條件下形成了表22所示的下部層、上部層。

并且，使用掃描型電子顯微鏡(倍率5000倍)，對(duì)本發(fā)明包覆工具41～55及比較包覆工具41～55的各結(jié)構(gòu)層的剖面進(jìn)行測(cè)定，測(cè)定觀察視場(chǎng)內(nèi)的5個(gè)點(diǎn)的層厚并進(jìn)行平均而求出平均層厚的結(jié)果，均顯示出實(shí)際上與表23、表24所示的目標(biāo)層厚相同的平均層厚。

并且，關(guān)于所述本發(fā)明包覆工具41～55及比較包覆工具41～55的硬質(zhì)包覆層，利用與實(shí)施例1所示的方法相同的方法，求出平均al含有比例xavg、平均me含有比例yavg、平均c含有比例zavg、傾斜角度數(shù)分布、周期性濃度變化差δx(＝xmax-xmin)和周期、晶格常數(shù)a、晶粒的平均粒子寬度w、平均縱橫尺寸比a及晶粒中的立方晶相所占的面積比例。

表23、表24中示出其結(jié)果。

[表21]

[表22]

[表23]

[表24]

接著，在利用固定夾具將所述各種包覆工具均夾緊于刀具直徑125mm的工具鋼制刀具前端部的狀態(tài)下，對(duì)本發(fā)明包覆工具41～55及比較包覆工具41～55實(shí)施以下所示的碳鋼的高速斷續(xù)切削的一種即濕式高速正面銑削及中心切割式切削加工試驗(yàn)，測(cè)定出切削刃的后刀面磨損寬度。

工具基體：碳化鎢基硬質(zhì)合金；

切削試驗(yàn)：濕式高速正面銑削、中心切割式切削加工；

工件：jis·s55c寬度100mm、長(zhǎng)度400mm的塊體材料；

轉(zhuǎn)速：980min^-1；

切削速度：385m/min；

切深量：1.2mm；

單刀進(jìn)給量：0.12mm/刀；

切削油：有

切削時(shí)間：5分鐘；

表25中示出切削加工試驗(yàn)結(jié)果。

[表25]

比較包覆工具欄中的*號(hào)表示因產(chǎn)生崩刀而達(dá)到壽命為止的切削時(shí)間(分鐘)。

從表9、表15、表20及表25中示出的結(jié)果明確可知，本發(fā)明的包覆工具在ti、al、me的復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物的至少包含立方晶粒的硬質(zhì)包覆層中，該立方晶粒顯示{110}面取向且為柱狀組織，在該晶粒內(nèi)存在ti、al、me的濃度變化，從而因晶粒的應(yīng)變而硬度提高，維持較高的耐磨性，并且韌性提高。而且，當(dāng)在斷續(xù)的沖擊性高負(fù)荷作用于切削刃的高速斷續(xù)切削加工中使用時(shí)，耐崩刀性及耐缺損性優(yōu)異，其結(jié)果，在長(zhǎng)期使用中發(fā)揮優(yōu)異的耐磨性。

與此相對(duì)，明確可知在構(gòu)成硬質(zhì)包覆層的ti、al、me的復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物的至少包含立方晶粒的硬質(zhì)包覆層中，由于不具備本發(fā)明中規(guī)定的要件，因此當(dāng)在伴有高熱產(chǎn)生且斷續(xù)的沖擊性高負(fù)荷作用于切削刃的高速斷續(xù)切削加工中使用時(shí)，因崩刀、缺損等的產(chǎn)生而短時(shí)間內(nèi)達(dá)到壽命。

產(chǎn)業(yè)上的可利用性

如上所述，本發(fā)明的包覆工具不僅可以用于合金鋼的高速斷續(xù)切削加工中，而且還可以用作各種工件的包覆工具，而且在長(zhǎng)期使用中發(fā)揮優(yōu)異的耐崩刀性、耐磨性，因此能夠令人滿意地應(yīng)對(duì)切削裝置的高性能化、切削加工的節(jié)省勞力化及節(jié)能化、以及低成本化。

符號(hào)說(shuō)明

1-硬質(zhì)包覆層，2-包括ti、al、me的復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物的層，3-工具基體，4-基體表面，5-基體表面的法線，6-{110}面的傾斜角為0度的法線，7-{110}面的傾斜角為45度的法線，8-{110}面的傾斜角為45度時(shí)的晶面，9-al含量相對(duì)較多的區(qū)域，10-al含量相對(duì)較少的區(qū)域，11a-極大值1，11b-極大值2，11c-極大值3，12a-極小值1，12b-極小值2，12c-極小值3，12d-極小值4，13-區(qū)域a，14-區(qū)域b，15-區(qū)域a和區(qū)域b的邊界。