立方晶氮化硼烧结体切削工具及其制造方法技术

本发明专利技术的课题在于提供一种耐缺损性优异的立方晶氮化硼烧结体切削工具及其制造方法，该切削工具为即使在高硬度钢的断续切削加工中也发挥优异的耐缺损性、耐崩刀性且经长期使用发挥优异的切削性能的cBN工具。在本发明专利技术的将包含立方晶氮化硼粒子和结合相的烧结体作为工具基体的立方晶氮化硼烧结体切削工具中，从立方晶氮化硼粒子表面起50nm以内范围的区域中所包含的Ti的氮化物、硼化物、氧化物及它们的固溶体所占的比例相对于所述区域的总体积为80vol％以上，由此解决上述课题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种将立方晶氮化硼（以下用cBN表示）作为主成分且在超高压、高 温下对其进行烧结成型而成的cBN烧结体切削工具，尤其涉及一种在由合金钢、轴承钢等 淬火材构成的高硬度钢的断续切削加工中，能够抑制崩碎和缺损的产生，并且能够经长期 使用维持优异的切削性能的cBN烧结体切削工具及其制造方法。
技术介绍
以往，作为高硬度钢的切削工具，已知有将cBN烧结体作为工具基体的cBN烧结体 切削工具等，并且以提高工具寿命为目的提出了各种方案。 例如，在专利文献1中公开有如下技术：当通过超高压烧结制作cBN烧结体时，在 作为硬质粒子的cBN粒子的表面形成覆膜而由覆膜包围cBN粒子，由此消除在cBN粒子间 和结合相间、或在cBN粒子与结合相之间出现的孔，提高耐磨性和韧性。 并且，在专利文献2中公开有如下技术：将包围CBN粒子的覆膜作成金属层，并促 进构成cBN粒子的硼在结合相中扩散，由此提高cBN烧结体的耐热性和耐缺损性。 专利文献1 :日本专利公开昭58-61253号公报 专利文献2 :国际公开2012/053375号公报 在专利文献1中公开有cBN烧结体，其组成如下：含有作为结合强化金属的Al和 Al的氧化物及氮化物中的1种或2种，余量由cBN和不可避免杂质构成，且具有结合强化金 属以0. Ιμπι?Ιμπι的平均层厚包围cBN粒子的组织，但在该烧结体中，在切削淬火钢的情 况等刀尖的温度达l〇〇〇°C以上的用途中，若在断续切削中使用则刀尖容易缺损，存在工具 寿命缩短的问题。 并且，在专利文献2中公开有如下烧结体：通过将预先由作为金属层的TiAl包覆 表面的cBN粒子用作原料而使构成cBN粒子的硼与包覆的TiAl发生反应，且具有在cBN粒 子的周围配置有TiB 2和AlB2的组织，但在该烧结体中，通过使硼与TiAl发生反应，不仅生 成TiB2还生成AlB 2，其结果，AlN也生成在cBN周围。AlB2和AlN由于与cBN的附着强度较 低，因此若在对刀尖的负荷较大的断续切削中使用则刀尖容易缺损，存在工具寿命缩短的 问题。
技术实现思路
因此，本专利技术所要解决的技术课题即本专利技术的目的在于提供一种耐缺损性优异的 立方晶氮化硼烧结体切削工具，该切削工具为即使在进行要求高负荷切削条件的高硬度钢 的断续切削加工的情况下，也不易产生工具刀尖的崩碎和缺损，且经长期维持优异的切削 性能的cBN烧结体切削工具。 本专利技术人等为了解决上述课题，着眼于构成cBN工具的cBN烧结体的硬质相成分 即cBN粒子进行了深入研究，结果得到了如下见解。 ⑴通过使用在CBN粒子表面预先包覆有TiO2膜的CBN粒子制作CBN烧结体，使 作为结合相原料而包含的Al与TiO2发生反应而离解。（2)通过所述离解而生成的金属Ti 均匀地供给至cBN粒子周围，结果能够使cBN与Ti在cBN粒子周边均匀地反应。 (3)其结果，能够飞跃性提高cBN粒子与结合相的结合力，结果，能够制作出即使 在高负荷的断续切削中使用也不易缺损的cBN烧结体。 (4)由于从TiO2供给的Ti与cBN发生反应，因此在cBN粒子周围，作为反应生成 物主要生成Ti的氮化物和硼化物。 (5)另外，TiO2与Al反应而生成的Al2O 3生成在与cBN粒子周围生成的Ti的氮化 物和硼化物相比更远离cBN粒子的位置。 根据前述见解，本专利技术人通过反复进行多次实验成功地制造出了即使在高负荷及 高温施加于刀尖的高硬度钢的断续切削中使用也不易缺损且切削寿命较长的工具。本专利技术 中的包围cBN粒子的包覆层例如能够利用如下方法形成。 (a) TiO2层成膜工序： 首先，利用ALD法（Atomic Layer Deposition (原子层沉积技术）：其为在真空腔 室内的基材上通过使原料化合物的分子逐层反应并由Ar和氮反复进行原料化合物的吹扫 而进行成膜的方法，为CVD法的一种），在炉内装入cBN粒子，并升温至150°C左右，且使用 作为Ti的前体的Ti[N(CH 3)2]4(四（二甲氨基）钛）及作为反应气体的H2O,将下述⑴? (4)作为1个循环，并将该循环重复进行至成为目标层厚为止，例如经2小时进行成膜，从而 在cBN粒子表面包覆形成平均层厚为50nm以下的TiO2层。 (l)Ar+Ti [N(CH3)J4 流入工序 (2) Ar气吹扫工序 (3)六『+!120流入工序 (4) Ar气吹扫工序 (b)成型工序： 准备由通过所述成膜工序（a)所制作的TiO2层包覆的cBN粒子作为硬质相形成 用原料粉末，另外，准备例如TiN粉末、TiCN粉末、TiAl 3粉末及Al粉末作为结合相形成用 原料粉末，将这些原料粉末配合成规定组成，并制作规定尺寸的成型体来制作预烧结体。 (C)烧结工序： 而且，将该预烧结体以与WC基硬质合金制支承片重叠的状态装入通常的超高压 烧结装置中，例如在通常的烧结条件即在压力：5GPa、温度：1500°C、保持时间：30分钟的条 件下进行超高压高温烧结，从而制作cBN烧结体。 (d)由TiO2形成Al2O3及Ti化合物层的过程： TiO2在超高压高温烧结处理时与原料中所包含的Al产生如下反应。 3Ti02+4Al - 3Ti+2Al203 通过该反应而产生的Ti金属与cBN发生反应，由此形成TiN和TiB等Ti化合物。 在此，TiO 2以包覆cBN粒子表面的方式存在，因此来自TiO2的Ti金属被均匀地供给至cBN 粒子周围。其结果，在cBN粒子周围形成Ti化合物。 此时，在所述（b)的成型工序中即使不含有作为结合相形成用原料粉末的Al2O 3粉 末也可以确认到Al2O3的生成，由此可知，Al2O 3为如前所述通过源自TiO2的氧与结合相中 所包含的Al的反应而生成。 由如此制出的CBN烧结体制作cBN工具的结果，该cBN工具即使在高负荷及高温 施加于刀尖的高硬度钢的断续切削时也不易产生裂纹，耐崩刀性及耐缺损性优异，其结果， 经长期使用发挥优异的切削性能。 S卩，在所述cBN工具中，不像以前的cBN烧结体切削工具那样在cBN粒子表面存 在金属A1，因此即使在切削淬火钢的情况等刀尖的温度达1000°C以上的用途中，也不存在 cBN粒子表面上的金属Al熔融的问题，并且，可以避免在cBN粒子表面形成与cBN的附着强 度较低的AlB2和A1N，因此能够抑制刀尖强度下降，从而能够延长工具寿命。 另外，生成在远离cBN粒子表面的位置上的Al2O3还起到作为结合相的作用，因此 即使不将Al 2O3粒子用作结合相形成用原料的情况下，也能够起到在以前的cBN烧结体切削 工具中具有抗氧化性和化学稳定性性质的Al 2O3所产生的提高耐磨性的效果。 本专利技术是根据上述见解而完成的，其特征在于， (1) -种立方晶氮化硼烧结体切削工具，其将包含立方晶氮化硼粒子和结合相的 烧结体作为工具基体，其中， 从所述立方晶氮化硼粒子表面起50nm以内范围的区域中所包含的Ti的氮化物、 硼化物、氧化物及它们的固溶体所占的比例相对于所述区域的总体积为80v 〇l%本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种立方晶氮化硼烧结体切削工具，其将包含立方晶氮化硼粒子和结合相的烧结体作为工具基体，其特征在于，从所述立方晶氮化硼粒子表面起50nm以内范围的区域中所包含的Ti的氮化物、硼化物、氧化物及它们的固溶体所占的比例相对于所述区域的总体积为80vol％以上。

【技术特征摘要】
2013.08.27 JP 2013-1761571. 一种立方晶氮化硼烧结体切削工具，其将包含立方晶氮化硼粒子和结合相的烧结体 作为工具基体，其特征在于， 从所述立方晶氮化硼粒子表面起50nm以内范围的区域中所包含的Ti的氮化物、硼化 物、氧化物及它们的固溶体所占的比例相对于所述区...

【专利技术属性】
技术研发人员：矢野雅大，宫下庸介，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