立方晶氮化硼基烧结材料制切削工具制造技术

本发明专利技术提供一种在高硬度钢的断续切削加工中发挥优异的耐崩刀性、耐缺损性的立方晶氮化硼基烧结材料制切削工具。在本发明专利技术的立方晶氮化硼基烧结材料制切削工具中，立方晶氮化硼粒子的平均粒径为0.5～8μm。所述立方晶氮化硼粒子的表面由局部形成有破面的平均膜厚为10～90nm的氧化铝膜包覆。所述破面的平均形成比例h/H满足0.02≤h/H≤0.08。其中，h表示氧化铝膜的破面长度，H表示立方晶氮化硼粒子的周长。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术提供一种在高硬度钢的断续切削加工中发挥优异的耐崩刀性、耐缺损性的立方晶氮化硼基烧结材料制切削工具。在本专利技术的立方晶氮化硼基烧结材料制切削工具中，立方晶氮化硼粒子的平均粒径为0.5～8μm。所述立方晶氮化硼粒子的表面由局部形成有破面的平均膜厚为10～90nm的氧化铝膜包覆。所述破面的平均形成比例h/H满足0.02≤h/H≤0.08。其中，h表示氧化铝膜的破面长度，H表示立方晶氮化硼粒子的周长。【专利说明】立方晶氮化硼基烧结材料制切削工具
本专利技术涉及一种耐崩刀性和耐缺损性优异的立方晶氮化硼(以下，用cBN表示)基烧结材料制切削工具(以下，称为cBN工具)。本申请根据2011年9月12日在日本申请的日本专利申请2011-198016号以及2012年9月11日在日本申请的日本专利申请2012-199070号主张优先权，将其内容援用于此。
技术介绍
以往，已知有在钢、铸铁等铁系工件的切削加工中，作为与工件的亲和性较低的工具材料使用cBN基烧结材料(以下，称为cBN烧结体)的cBN工具。例如，如专利文献I所示，已知有含有20?80体积％的作为硬质相的cBN、剩余部分中将周期表的IVB、VB、VIB族的碳化物、氮化物、硼化物等陶瓷化合物作为结合相的cBN工具。并且，例如，如专利文献2所示，还提出有如下cBN工具，其将在cBN粒子的表面包覆有A1203等的包覆cBN粒子作为原料粉末制作烧结体，并将该cBN烧结体作为工具基体。根据该cBN工具，可知工具的耐磨性和韧性得到改善。专利文献1:日本特开昭53-77811号公报专利文献2:日本特开昭58-61253号公报在所述专利文献2所不的以往的cBN工具中，包覆cBN粒子的Al2O31旲有助于提闻cBN工具的韧性。但此时，由于Al2O3膜较厚(0.1?Iu m)，因此cBN烧结体的结合相中的Al2O3增加，作为cBN烧结体中的硬质成分的cBN粒子的含有比例相对下降，因此存在工具的硬度下降的问题。另外，当将所述以往的cBN工具使用于高硬度钢的断续切削时，由于耐崩刀性和耐缺损性不充分，因此还存在工具寿命较短的问题。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的在于提供一种即使在高硬度钢的断续切削加工中也发挥优异的耐崩刀性、耐缺损性，且在长期使用中发挥优异的切削性能的cBN工具。因此，本专利技术人为了解决上述问题，着眼于作为cBN工具的硬质相成分的cBN粒子进行了深入研究，其结果得到如下见解。如专利文献2所示的以往的cBN工具的cBN烧结体，将在cBN粒子表面预先包覆有Al2O3膜的包覆cBN粒子用作原料粉末。而且，在进行该原料粉末的成型之后，在55kb、1000°C以上的高温下进行烧结，接着冷却至室温来进行制作。该以往的cBN工具中，因热膨胀特性的差异而在包覆于cBN粒子表面上的Al2O3膜产生拉伸残余应力。当将该以往的cBN工具供于高硬度钢的断续切削加工时，因切削时的断续的冲击性负荷和所述拉伸残余应力，尤其在暴露于前刀面表面的cBN粒子以及包覆在其表面上的Al2O3膜的界面产生裂纹。于是，以该裂纹为起点，产生崩刀、缺损。本专利技术人为了解决上述问题而进行了深入研究，其结果得到以下见解。首先,通过原子层沉积(ALD, Atomic Layer Deposition)法,在cBN粒子表面包覆较薄且均匀的Al2O3膜。ALD是通过使原料化合物的分子在真空腔室内的基材上按每一层发生反应并且用Ar和氮反复进行吹扫来进行成膜的方法，是CVD法的一种。其次，通过球磨机等在所述Al2O3膜上局部形成破面(切札間)，制作cBN粒子表面在破面中暴露的cBN粒子。最后，将所述cBN粒子作为原料粉末，在通常条件下进行烧结来制作cBN烧结体，由该cBN烧结体制作cBN工具。通过上述工序得到的cBN工具即使在断续性且冲击性负荷起作用的切削加工条件下使用时，也可以抑制产生崩刀、缺损，在长期使用中发挥优异的切削性能。即，在所述CBN工具中，cBN粒子表面由Al2O3膜包覆成局部存在破面，所以不会产生由cBN粒子表面与局部包覆所述粒子表面的Al2O3膜之间的热膨胀特性差异而引起的界面的裂纹。因此，可以防止产生由该裂纹导致的崩刀、缺损。本专利技术是鉴于上述见解而完成的，其具有以下所示的方式。(1) 一种立方晶氮化硼基烧结材料制切削工具，其含有立方晶氮化硼粒子作为硬质相成分，所述立方晶氮化硼基烧结材料制切削工具中，所述立方晶氮化硼粒子的平均粒径为0.5~8 ii m，所述立方晶氮化硼粒子当中包含其表面由平均膜厚为10~90nm的氧化铝膜包覆并且所述氧化铝膜上局部形成有破面的所述立方晶氮化硼粒子。(2)所述( 1)中记载的立方晶氮化硼基烧结材料制切削工具，其中，观察由氧化铝膜包覆的立方晶氮化硼粒子的剖面图像，求出沿着立方晶氮化硼粒子的表面形成的氧化铝膜的破面的平均形成比例时，满足0.02 ≤h/H≤0.08。其中，h为氧化铝膜的破面长度，H为立方晶氮化硼粒子的周长。(3)所述(I)或(2)中记载的立方晶氮化硼基烧结材料制切削工具，其中，求出表面由平均膜厚为10~90nm的氧化铝膜包覆并且所述氧化铝膜上局部形成有破面的立方晶氮化硼粒子数的比例时，满足(Q_q) /Q≥0.85。其中，q为包覆有氧化铝膜的立方晶氮化硼粒子的数量，Q为烧结体中所包含的立方晶氮化硼粒子的数量。在本专利技术方式的cBN工具(以下，称作本专利技术的cBN工具)中，将用局部存在破面的Al2O3膜包覆cBN粒子的表面的粉末用作硬质相形成用原料粉末。将其与例如以TiN作为主结合相的结合相形成用原料粉末混合并进行烧结。因此，在cBN硬质相与结合相之间存在局部形成有破面的Al2O3膜，cBN硬质相均匀地分散分布在烧结体中，这样不仅可以得到均匀的工具特性，而且还可以改善cBN硬质相与结合相的界面粘附强度。另外，与无破面的Al2O3膜相比，在局部形成有破面的Al2O3膜上产生的拉伸残余应力大幅降低。因此，即使在将本专利技术的cBN工具使用于断续的冲击性负荷起作用的高硬度钢的断续切削加工时，也可以抑制产生崩刀、缺损，在长期使用中发挥优异的切削性能。【专利附图】【附图说明】图1表示本专利技术cBN烧结体的cBN粒子周围的Al2O3膜的剖面示意图。图2A表示通过FIB进行的剖面加工和通过SM获取剖面图像的概要说明图。图2B表示在图2A所示的剖面加工中各自的纵深剖面图像。图3A表示本专利技术的cBN烧结体中的cBN粒子及存在于所述cBN粒子表面上的局部形成有破面的Al2O3膜的SM剖面图像的一例。图3B表示通过所述SM剖面图像测定的cBN粒子的周长和Al2O3膜的破面长度的测定例。图4表示二值化图像处理前的SM剖面图像及二值化图像处理后的SM剖面图像。图5表示为了二值化图像处理而作成的直方图。【具体实施方式】以下，对本专利技术的cBN工具的实施方式进行说明。cBN 烧结体:cBN烧结体通常由硬质相成分和结合相成分构成，本实施方式的cBN工具基材即cBN烧结体含有由局部存在破面的Al2O3膜包覆的cBN粒子作为硬质相成分。并且，作为cBN烧结体中的其他构成成分，例如含有Ti的氮化物、碳化物、碳氮化物及硼化物、Al的氮化物及硼化物等cBN烧结体中通常含有的成分。cBN的平均粒径本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种立方晶氮化硼基烧结材料制切削工具，其含有立方晶氮化硼粒子作为硬质相成分，所述立方晶氮化硼基烧结材料制切削工具的特征在于，所述立方晶氮化硼粒子的平均粒径为0.5～8μm，所述立方晶氮化硼粒子当中包含其表面由平均膜厚为10～90nm的氧化铝膜包覆，并且所述氧化铝膜上局部形成有破面的所述立方晶氮化硼粒子。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：矢野雅大，大桥忠一，宫下庸介，
申请(专利权)人：三菱综合材料株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP