硬质皮膜被覆工具及其制造方法技术

一种在由WC基超硬合金构成的基体上，直接通过化学气相沉积法形成碳氮化钛层而成的硬质皮膜被覆工具，其中，碳氮化钛层具有含有74～81质量％的钛、13～16质量％的碳和6～10质量％的氮的组成，碳氮化钛层具有由具有0.01～0.22μm的平均横截面直径的柱状晶粒构成的组织，从基体向碳氮化钛层内的W的扩散层的平均厚度为30～200nm，碳氮化钛层的(422)面的X射线衍射峰位置2θ处于122.7～123.7°的范围内。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及耐磨损性和耐崩裂性优异的硬质皮膜被覆工具及其制造方法。
技术介绍
一直以来，在被切削材的切削加工中，使用的是在超硬合金的基体表面形成有TiC膜、TiN膜、TiCN膜、Al2O3膜等单层或多层的硬质皮膜的表面被覆工具。将这样的表面被覆工具用于因科内尔镍铬铁耐热耐蚀合金(インコネル：注册商标)等Ni基耐热合金、耐热不锈钢等难切削性合金的切削加时，由于切削造成的难切削性合金的加工硬化，导致在刃部发生崩裂，由于熔敷在刃部的难切削性合金反复脱离，导致硬质皮膜剥离，或在硬质皮膜的剥离时还发生基体母材的破坏。因此，期望一种具有不仅耐磨损性优异而且耐崩裂性也优异的硬质皮膜的切削工具。日本特开平9-262705号公开了一种被覆切削工具，由第一层和第二层构成，所述第一层是在WC基超硬合金制基体的表面，以具有粒状结晶组织的TiN膜和基体成分的反应固溶体所构成的，所述第二层是以柱状晶TiCN膜和基体成分的反应固溶体所构成的。但是，日本特开平9-262705号因为原料气使用TiCl4气、N2气和H2气，并以920℃形成TiN膜，所以原料气与基体过剩地反应，基体中的W过剩地扩散而在第一层之下形成脆化层，因而可知耐崩裂性劣化。日本专利第3503658号公开了一种被覆切削工具，其由在WC基超硬合金制基体的表面，由TiC膜或TiCN膜构成的下层、由柱状晶TiCN膜构成的中层、及由TiC膜或TiCNO膜构成的上层所构成，下层、中层和上层的任一个中，基体中的Co均含有0.01～6质量％。但是，下层、中层和上层所含Co的量过多，因此硬质皮膜的硬度低，耐磨损性不充分。另外，Co和W从基体过剩地扩散，因此形成脆化层，因而可知耐崩裂性劣化。日本特开2011-36988号公开了一种被覆超硬合金工具，其在WC基超硬合金制基体的表面被覆第一层(TiC膜)和第二层(柱状晶TiCN膜)而成，从基体扩散到第一层中的Cr含量CrL1和Co含量CoL1分别以质量％计，满足0.1≤CrL1≤0.6，和0.6≤CrL1/CoL1≤1.6的条件。但是，在日本特开2011-36988号中，因为原料气使用TiCl4气、CH4气和H2气，在930℃以上形成第一层的TiC膜，所以基体成分向第一层的扩散过多，可知耐崩裂性劣化。日本特开2008-87150号公开了一种被覆切削工具，其是在WC基超硬合金制基体的表面，按顺序形成有TiN膜、柱状晶TiCN膜[在平行于基体表面的方向上测定的平均粒径为0.05～0.5μm，使用CuKα射线的(422)面的X射线衍射峰处于2θ＝121.5～122.6°的范围内。]、氧化铝膜和TiN膜。在柱状晶TiCN膜中，C/(C+N)为0.70～0.90。在日本特开2008-87150号中，因此在基体上直接形成TiN膜，所以基体成分向第一层的扩散多，耐崩裂性差。此外，柱状晶TiCN膜用的原料气含有TiCl4气、CH3CN气、H2气和C2H6气，但不含N2气，因此均匀而微细的柱状的TiCN晶粒无法生长，发生粗大化，成为耐崩裂性的劣化的原因。日本专利第4720283号公开了一种表面被覆切削工具，其在WC基超硬合金制工具基体的表面蒸镀有改性碳氮化钛层。改性碳氮化钛层是在具有0.02～0.5μm的平均层厚的TiCN薄膜上形成现有的TiCN层而成。TiCN薄膜用的原料气由TiCl4、C3H6、N2和H2构成。存在如下情况，在紧邻WC基超硬合金的工具基体C之上，作为第一层形成现有的TiCN层(层厚：1μm)，作为第二层形成TiCN薄膜，但现有的TiCN膜因为耐磨损性不良，与所述基体的附着力低，所以工具寿命短。日本专利第4534790号公开有一种切削工具，其在工具基体的表面，作为下部层形成具有3～20μm的平均层厚的Ti化合物层(一层由改性TiCN层构成。)、和作为上部层形成具有1～15μm的平均层厚的化学气相沉积的氧化铝层而成。改性TiCN层，是使用通常的化学气相沉积装置，作为原料气使用TiCl4、CH3CN、C2H4、N2和H2，以基体温度700～750℃，压力25～40kPa的成膜条件形成。但是，根据本专利技术人的研究结果可知，在日本专利第4534790号中，与本专利技术所用的原料气(C2H6)相比，因为使用的是与WC基超硬合金制基体的反应性非常高的C2H4，所以会从所述基体过剩地吸收W，使耐崩裂性劣化。另外可知，与本专利技术中采用的TiCN层的原料气的压力(5～10kPa)相比，成膜时的原料气的压力高达25～40kPa，因此均匀而微细的柱状结晶的TiCN晶粒子无法生长，发生粗大化，使耐崩裂性劣化。
技术实现思路
专利技术所要解决的课题因此，本专利技术的目的在于，提供一种耐崩裂性和耐磨损性优异的硬质皮膜被覆工具。本专利技术的另一个目的在于，提供一种制造这种硬质皮膜被覆工具的方法。用于解决课题的手段本专利技术的第一硬质皮膜被覆工具的特征在于，是在由WC基超硬合金构成的基体上，直接通过化学气相沉积法形成由碳氮化钛层构成的硬质皮膜而成，(a)所述碳氮化钛层具有含有74～81质量％的钛、13～16质量％的碳和6～10质量％的氮的组成，(b)所述碳氮化钛层具有由具有0.01～0.22μm的平均横截面直径的柱状晶粒构成的柱状结晶组织，(c)从所述基体向所述碳氮化钛层内的W的扩散层的平均厚度处于30～200nm的范围内，并且(d)所述碳氮化钛层的(422)面的X射线衍射峰位置2θ处于122.7～123.7°的范围内。因为处于上述组成范围内且由2θ表示的C/N比在适当的范围内，构成碳氮化钛层的柱状晶粒微细至平均横截面直径为0.01～0.22μm，且W扩散层处于平均厚度30～200nm的适当范围内，所以碳氮化钛层既抑制基体的脆化，又具有与基体充分的附着力，并且在难切削材的切削中也发挥着优异的耐崩裂性。所述碳氮化钛层的平均厚度优选为1～8μm。在所述W扩散层中，优选结晶晶界以质量比计具有由(Tix1，Wy1，Coz1)(C，N)(其中，x1＝0.20～0.75，y1＝0.2～0.6，z1＝0.05～0.20，x1+y1+z1＝1。)表示的组成，晶粒以质量比计具有由(Tix2，Wy2，Coz2)(C，N)(其中，x2＝0.55～1，y2＝0～0.3，z2＝0～0.15，x2+y2+z2＝1。)表示的组成。如此，虽然在结晶晶界中W和Co扩散，但W和Co向晶粒内的扩散相比结本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硬质皮膜被覆工具，其特征在于，其是在由WC基超硬合金构成的基体上，直接通过化学气相沉积法形成由碳氮化钛层构成的硬质皮膜而成的，(a)所述碳氮化钛层具有含有74～81质量％的钛、13～16质量％的碳和6～10质量％的氮的组成，(b)所述碳氮化钛层具有由具有0.01～0.22μm的平均横截面直径的柱状晶粒构成的柱状结晶组织，(c)从所述基体向所述碳氮化钛层内的W的扩散层的平均厚度处于30～200nm的范围内，并且(d)所述碳氮化钛层的(422)面的X射线衍射峰位置2θ处于122.7～123.7°的范围内。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.10.01 JP 2012-2196501.一种硬质皮膜被覆工具，其特征在于，其是在由WC基超硬合金
构成的基体上，直接通过化学气相沉积法形成由碳氮化钛层构成的硬质皮
膜而成的，
(a)所述碳氮化钛层具有含有74～81质量％的钛、13～16质量％的碳
和6～10质量％的氮的组成，
(b)所述碳氮化钛层具有由具有0.01～0.22μm的平均横截面直径的柱
状晶粒构成的柱状结晶组织，
(c)从所述基体向所述碳氮化钛层内的W的扩散层的平均厚度处于
30～200nm的范围内，并且
(d)所述碳氮化钛层的(422)面的X射线衍射峰位置2θ处于122.7～
123.7°的范围内。
2.根据权利要求1所述的硬质皮膜被覆工具，其特征在于，所述碳
氮化钛层的平均厚度为1～8μm。
3.根据权利要求1或2所述的硬质皮膜被覆工具，其特征在于，所
述W扩散层的结晶晶界以质量比计，具有由(Tix1，Wy1，Coz1)(C，N)(其中，
x1＝0.20～0.75，y1＝0.2～0.6，z1＝0.05～0.20，x1+y1+z1＝1。)表示的组
成，所述W扩散层的晶粒以质量比计，具有由(Tix2，Wy2，Coz2)(C，N)(其
中，x2＝0.55～1，y2＝0～0.3，z2＝0～0.15，x2+y2+z2＝1。)表示的组成。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的硬质皮膜被覆工具，其特征在
于，以所述碳氮化钛层作为第一层，紧邻其上具有平均厚度为0.5～4μm
的由碳氮化钛层构成的第...

【专利技术属性】
技术研发人员：福永有三，小关秀峰，久保田和幸，井上谦一，
申请(专利权)人：日立工具股份有限公司，
类型：发明
国别省市：日本;JP