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立方晶氮化硼基烧结材料制切削工具，该立方晶氮化硼基烧结材料制切削工具在高硬度钢的断续切削加工中发挥优异的耐缺损性。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，立方晶氮化硼颗粒的平均粒径优选为0.5～8μm，立方晶氮化硼颗粒内的至少一部分的表面被平均膜厚为10～100nm的含氧氮化铝膜包覆，该含氧氮化铝膜中的平均氧浓度为1～15原子%，并且，包覆立方晶氮化硼颗粒的表面的含氧氮化铝膜中存在局部裂缝，该局部裂缝的平均形成比例h/H满足0.02≤h/H≤0.08。其中，h表示含氧氮化铝膜的裂缝长度、H表示立方晶氮化硼颗粒的周长。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供一种立方晶氮化硼基烧结材料制切削工具，该立方晶氮化硼基烧结材料制切削工具在高硬度钢的断续切削加工中发挥优异的耐缺损性。本专利技术的立方晶氮化硼基烧结材料制切削工具中，立方晶氮化硼颗粒的平均粒径优选为0.5～8μm，立方晶氮化硼颗粒内的至少一部分的表面被平均膜厚为10～100nm的含氧氮化铝膜包覆，该含氧氮化铝膜中的平均氧浓度为1～15原子%，并且，包覆立方晶氮化硼颗粒的表面的含氧氮化铝膜中存在局部裂缝，该局部裂缝的平均形成比例h/H满足0.02≤h/H≤0.08。其中，h表示含氧氮化铝膜的裂缝长度、H表示立方晶氮化硼颗粒的周长。【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在高硬度钢的断续切削加工中发挥优异的耐缺损性的立方晶氮化硼(以下以CBN表示)基烧结材料制切削工具(以下称为cBN工具)。
技术介绍
以往，已知有在钢、铸铁等铁系工件的切削加工中，从与工件的亲和性较低且为高硬度这一点出发而将cBN基烧结材料(以下称为cBN烧结体)用作工具材料的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，且剩余部分以周期表的4a、5a、6a的碳化物、氮化物及硼化物等陶瓷化合物作为结合相的cBN工具。并且，例如专利文献2中提出有如下方案:以T1、Zr、Hf、Al中的至少一种的氮化物、硼化物或者其固溶体中的至少任一种包围cBN颗粒，且进一步在其之上以T1、TiAl、Zr、Hf中的至少一种氮化物、碳化物、氧化物或者其固溶体中的至少任一种包围，从而通过以两层包覆cBN颗粒，对cBN工具赋予优异的韧性、耐磨损性、耐热性及高温强度。另外，例如专利文献3中提出有如下方案:在具备cBN颗粒和结合相的cBN工具中，由包围cBN颗粒的第I结 合相和除此之外的第2结合相来构成结合相，第I结合相由与所述cBN颗粒接触并包围的第3结合相和包围所述第3结合相的第4结合相构成，所述第3结合相以T1、Zr、Hf、Al中的至少一种氮化物、硼化物或者其固溶体中的至少任一形态构成，并且，所述第4结合相以T1、TiAl, Zr、Hf中的至少一种氮化物、碳化物、氧化物或者其固溶体中的至少任一形态构成，另外，所述第2结合相在被所述第I结合相包围的多个所述颗粒之间包含粒子生长抑制结合相，所述粒子生长抑制结合相以T1、Zr、Hf中的至少一种硼化物或者其固溶体中的至少任一形态，或者以Al的氮化物、硼化物或者其固溶体中的至少任一形态构成，由此能够改善cBN工具的耐磨损性及耐缺损性。并且，专利文献4中提出有如下方案:在以耐热膜包覆cBN工具的表面的包覆cBN工具中，作为cBN烧结体的结合材料成分，含有至少含有铝的氮氧化物的铝化合物，并且当将cBN的质量设为MA、不溶解于氟硝酸(7 'y硝酸)的所述铝化合物中含有的铝的质量设为MB、溶解于氟硝酸的所述铝化合物中含有的铝的质量设为MC时，将质量比MC/MA设为0.001以上且0.1以下，并且将质量比MB/MC设为0.1以上且15以下，从而防止产生耐热膜的剥离，并且防止龟裂等向cBN烧结体传播。另外，专利文献5中提出有如下方案:在硬质相由cBN和/或wBN构成的复合高密度相BN烧结体工具中，以T1、Zr、Hf、Al及Si的氮化物、硼化物及它们的相互固溶体中的至少一种的单层或多层的第I层包覆硬质相的颗粒表面，并且使该第I层的表面含有10体积％以上的以周期表的4a、5a、6a族金属的碳化物、氮化物、碳氧化物、氮氧化物、硼化物和氧化铝、氮氧化铝以及它们的相互固溶体中的至少一种的单层或多层的第2层包覆的复合硬质相，由此改善复合高密度相BN烧结体工具的耐磨损性、耐缺损性、韧性及耐冲击性。专利文献1:日本专利公开昭53-77811号公报 专利文献2:日本专利公开昭58-61253号公报专利文献3:日本专利公开平10-218666号公报专利文献4:日本专利第4933922号公报专利文献5:日本专利公开平5-186272号公报cBN工具为高硬度，并且在与钢、铸铁等铁系工件的亲和性较低等方面优异，但由于cBN颗粒与结合相的粘附强度不充分，因此如所述专利文献I~5所示为了改善粘附强度而提出各种方案。然而，在前述以往的cBN工具、复合高密度相BN烧结体工具中，如高硬度钢等的断续切削加工那样高负荷作用于切削刃的切削条件下，cBN颗粒和结合相的粘附强度依然不够充分，因此，容易产生缺损，工具寿命短。
技术实现思路
为此，本专利技术的目的在于提供一种即使在高硬度钢等的断续切削加工中，也显示出优异的耐缺损性，在长期使用中发挥优异的切削性能的cBN工具。本专利技术人为解决上述课题，着眼于cBN颗粒与结合相之间的界面状态，并进行深入研究的结果得到了如下见解。首先，发现了对每个cBN颗粒表面，例如通过ALD (原子层沉积(Atomic LayerDeposition))法包覆较薄且均匀的氧化铝(Al2O3)膜，并且在该氧化铝(Al2O3)膜的表面进一步包覆较薄且均匀的氮化铝(AlN)膜，从而在cBN颗粒表面预先形成由氧化铝(Al2O3)和氮化铝(AlN)这两层结构构成的薄膜，接着，将预先包覆形成由氧化铝(Al2O3)和氮化铝(AlN)这两层结构构成的薄膜的所述cBN颗粒作为原料粉末，在通常的条件下进行烧结而制作cBN烧结体，则所获得的cBN烧结体中的cBN颗粒被含氧氮化铝(以下以“A1N (O)”表示。)的薄膜包覆(包括形成有局部裂缝的情况)，并且，通过在cBN颗粒与结合相之间的界面存在所述AlN (O)膜，由此能够改善cBN颗粒与结合相之间的粘附强度。另外，ALD是指对真空腔室内的基材，通过使原料化合物的分子按每一层进行反应并重复进行基于Ar和氮的吹扫来成膜的方法，为CVD法的一种。因此，发现由上述cBN烧结体构成的cBN工具，即使在断续性/冲击性负荷起作用的高硬度钢的断续切削加工条件下使用时，也能够抑制崩刀、缺损的发生，在长期使用中发挥优异的切削性能。并且，发现如上述通过ALD法在cBN颗粒表面预先形成由氧化铝(Al2O3)和氮化铝(AlN)这两层结构构成的薄膜之后，例如在球磨机中搅拌该cBN颗粒，由此在氧化铝(Al2O3)膜和氮化铝(AlN)膜上形成局部裂缝，且将cBN颗粒表面在裂缝中露出的cBN颗粒用作原料粉末来制作cBN烧结体、cBN工具时，由于cBN颗粒表面被局部具有裂缝的AlN (O)膜所包覆，因此因cBN颗粒表面与局部性地包覆该颗粒表面的AlN (O)膜之间的热膨胀特性的差异引起的界面的龟裂的产生会减少，其结果，能够进一步抑制因该龟裂引起的崩刀的产生及缺损的产生。 本专利技术是基于上述见解而完成的，具有如下特征。(I) 一种立方晶氮化硼基烧结材料制切削工具(cBN工具)，其含有立方晶氮化硼(cBN)颗粒作为硬质相成分，该立方晶氮化硼基烧结材料制切削工具(cBN工具)中，所述立方晶氮化硼(cBN)颗粒中的至少一部分的表面被平均膜厚10~IOOnm的含氧氮化铝膜(AlN (O)膜)包覆，所述含氧氮化铝膜(AlN (O)膜)中的平均氧浓度为I~15原子％。(2)根据上述(I)所述的立方晶氮化硼基烧结材料制切削工具(cBN工具)，其中，所述含氧氮化铝膜(AlN (O)膜)中局本文档来自技高网...

【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颗粒作为硬质相成分，其特征在于，所述立方晶氮化硼颗粒中的至少一部分的表面被平均膜厚为10～100nm的含氧氮化铝膜包覆，所述含氧氮化铝膜中的平均氧浓度为1～15原子%。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：矢野雅大，宮下庸介，大桥忠一，
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