表面被覆氮化硼烧结体工具制造技术

一种表面被覆氮化硼烧结体工具，其中至少切削刃部分包括立方氮化硼烧结体和形成在所述立方氮化硼烧结体的表面上的覆膜。所述覆膜包含Si，并包含层(B)，该层(B)通过交替层叠一层或多层的化合物(B1)层和一层或多层的化合物(B2)层而形成，其中化合物(B1)层和化合物(B2)层具有不同组成。如果化合物(B1)层的平均厚度是t1，化合物(B2)层的平均厚度是t2，那么t2/t1之比满足关系式0.5<t2/t1≤10.0。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】表面被覆氮化硼烧结体工具
本专利技术涉及一种表面被覆氮化硼烧结体工具，其中至少切削刃部分包括立方氮化硼(以下还称为“cBN”)烧结体和在该cBN烧结体上形成的覆膜。
技术介绍
存在这样一种切削工具，其由作为基材的cBN烧结体形成，在该cBN烧结体的表面上形成有由陶瓷等制成的覆膜(以下还称为“被覆cBN工具”)。该切削工具展示出了优良的耐磨性，因此将该工具用于淬火钢的切削加工。作为这样的切削工具，例如WO2010/150335(专利文献1)和WO2012/005275(专利文献2)分别公开了由表面上被覆有覆膜的cBN烧结体形成的工具，该覆膜包括下层和上层，所述下层由具有特定陶瓷组成的多个层形成，而所述上层由化合物层形成。此外，具有覆膜的工具的基材不仅能通过cBN烧结体来形成，(例如)还可以用硬质合金等形成(日本专利特开No.2008-188689(专利文献3)和日本专利国家公开No.2008-534297(专利文献4))。引用列表专利文献专利文献1：WO2010/150335专利文献2：WO2012/005275专利文献3：日本专利特开No.2008-188689专利文献4：日本专利国家公开No.2008-534297
技术实现思路
技术问题近年来，切削加工要求极高的精度。这种情况下所要求的精度是指加工后的加工材料展示出以下程度的优异的表面粗糙度，即使得切削加工后不需要精加工(如抛光)。换言之，与常规技术不同，需要切削加工还提供精加工。因此，能够保持规定的表面粗糙度的切削距离(以下还称为“表面粗糙度寿命”)近年来被视为用于确定工具性能的重要特征。然而，常规的切削工具还没有实现能够充分满足当前用户需求的表面粗糙度寿命。因此，在目前的情况下，表面粗糙度寿命往往被简单地视为工具寿命，并且强烈希望提高表面粗糙度寿命。可以考虑对加工材料的表面粗糙度施加影响的各种因素。其中，由磨损导致的刀片形状改变被认为是特别有影响力的因素。因此，据认为提高耐磨性是延长表面粗糙度寿命的有效手段。到现在为止，通过在基材的表面上形成含硅覆膜，已经开发出耐磨性得到改善的切削工具。例如，存在这样的切削工具，其由硬质合金制基材形成，在基材表面上形成有含硅覆膜。已知的是这样的切削工具在钢加工过程中展示出合适的耐磨性。然而，在硬度比钢更高的淬火钢的高精度加工中，即使在cBN烧结体制的基材表面上类似于硬质合金形成了含硅覆膜，也难以获得足够的表面粗糙度寿命。因此，在目前的情况下，还未开发出在淬火钢的高精度加工中实现了足够表面粗糙度寿命的切削工具。鉴于上述情况完成了本专利技术。本专利技术的目的在于提供一种在硬质材料(如淬火钢)的加工中实现了高尺寸精度且具有优异的工具使用寿命的被覆cBN工具。解决问题的方案为了解决上述问题，本专利技术人利用cBN工具(所述工具在其表面上形成有含硅的多层)加工淬火钢，并且本专利技术人还对工具的破损状态进行了详细分析。结果表明，除了正常的月牙洼磨损和后刀面磨损，在对应于磨损部的一端的前边界部也发生了边界磨损。另外，本专利技术人发现，这种边界磨损对于表面粗糙度寿命具有最显著的影响。除了以上所述，本专利技术人基于他们的上述发现进行了反复研究。其结果是，他们还发现，抑制边界磨损的最有效的方法是由具有特定组成的多层形成覆膜，并以层厚度比满足特定关系的方式层叠这些多层。由此，本专利技术人完成了本专利技术。具体而言，本专利技术的表面被覆氮化硼烧结体工具具有以下构成(1)至(9)。(1)本专利技术提供了一种表面被覆氮化硼烧结体工具，其中至少切削刃部分包括立方氮化硼烧结体和形成在所述立方氮化硼烧结体的表面上的覆膜。(2)立方氮化硼烧结体包含30体积％以上80体积％以下的立方氮化硼颗粒，并且还包含结合相，所述结合相包含：选自由在日本使用的元素周期表中的4族元素、5族元素和6族元素的氮化物、碳化物、硼化物、氧化物及其固溶体构成的组中的至少一种化合物；铝化合物；以及不可避免的杂质。(3)覆膜包括A层和B层。(4)A层包含MLaza1(M表示在日本使用的元素周期表中的4族元素、5族元素和6族元素、以及Al和Si中的一种或多种；La表示B、C、N和O中的一种或多种；且za1为0.85以上1.0以下)。(5)B层是通过交替层叠一层或多层的各化合物层而形成的，其中所述各化合物层为具有不同组成的两种或多种化合物层，并且每个所述化合物层的厚度为30nm以上300nm以下。(6)作为上述化合物层之一的B1化合物层包含(Ti1-xb1-yb1Sixb1M1yb1)(C1-zb1Nzb1)(M1表示在日本使用的元素周期表中除了Ti之外的4族元素、5族元素和6族元素、以及Al中的一种或多种；xb1为0.01以上0.25以下；yb1为0以上0.7以下；且zb1为0.4以上1以下)。(7)作为上述化合物层之一且不同于B1化合物层的B2化合物层包含(Al1-xb2M2xb2)(C1-zb2Nzb2)(M2表示在日本使用的元素周期表中的4族元素、5族元素和6族元素、以及Si中的一种或多种；xb2为0.2以上0.7以下；且zb2为0.4以上1以下)。(8)t2/t1为B1化合物层的平均厚度t1和B2化合物层的平均厚度t2的比值，t2/t1满足关系式0.5<t2/t1≤10.0。(9)A层的厚度为0.2μm以上10μm以下，B层的厚度为0.1μm以上5μm以下，并且覆膜的整体厚度为0.5μm以上15μm以下。专利技术的有益效果本专利技术的表面被覆氮化硼烧结体工具在硬质材料(如淬火钢)的加工过程中实现了高的尺寸精度，并展示出优异的工具使用寿命。附图说明图1是示出了根据本专利技术实施方案的表面被覆氮化硼烧结体工具的结构实例的截面视图。图2是示出了根据本专利技术实施方案的表面被覆氮化硼烧结体工具的主要部分的结构实例的截面视图。具体实施方式下文将更详细地描述根据本专利技术的实施方案。以下将参照附图进行说明，其中在本专利技术的附图中相同的附图标记表示相同或相应的元件。<<表面被覆氮化硼烧结体工具>>在本专利技术实施方案的被覆cBN工具中，至少切削刃部分包括cBN烧结体和在cBN烧结体的表面上形成的覆膜。如下所述，覆膜由耐月牙洼磨损性优异的A层和耐边界磨损性优异的B层形成，因此当对烧结合金、难以切割的铸铁、淬火钢等进行加工时，所述工具获得了能够长时间维持高尺寸精度的优异效果，即，表面粗糙度寿命相对较长。此外，特别是对于轻断续切削而言，相比于常规切削工具，本专利技术实施方案的被覆cBN工具能够展示出显著延长的表面粗糙度寿命。据认为，轻断续切削加工过程中的边界磨损以如下方式发生。(a)由于反复冲击而在覆膜的表面上出现裂缝。(b)裂缝穿过覆膜延伸，然后到达cBN烧结体。(c)氧气通过该裂缝渗入到覆膜中，并从覆膜开始损伤深度进展到cBN烧结体。本专利技术实施方案的被覆cBN工具在轻断续切削中展示出优异的表面粗糙度寿命的具体机制尚未明确。作为其原因，本专利技术人推测如下：B层由多个含Si层构成，并且以获得特定的层厚比的方式堆叠这些多个层的每个层，从而抑制了裂缝的发展并抑制了氧气的渗入。将在下文描述形成本专利技术实施方案的被覆cBN工具的各部分。<cBN烧结体>本专利技术实施方案的cBN烧结体形成了用于被覆cBN工具的切削刃部分中的所述工本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种表面被覆氮化硼烧结体工具，其中至少切削刃部分包括立方氮化硼烧结体和形成在所述立方氮化硼烧结体的表面上的覆膜，所述立方氮化硼烧结体包含30体积％以上80体积％以下的立方氮化硼颗粒，并且还包含结合相，所述结合相包含：选自由在日本使用的元素周期表中的4族元素、5族元素和6族元素的氮化物、碳化物、硼化物、氧化物及其固溶体构成的组中的至少一种化合物；铝化合物；以及不可避免的杂质，所述覆膜包括A层和B层，所述A层包含MLaza1(M表示在日本使用的元素周期表中的4族元素、5族元素和6族元素、以及Al和Si中的一种或多种；La表示B、C、N和O中的一种或多种；且za1为0.85以上1.0以下)，所述B层是通过交替层叠一层或多层的各化合物层而形成的，其中所述各化合物层为具有不同组成的两种或多种化合物层，每个所述化合物层的厚度为30nm以上300nm以下，所述化合物层之一为B1化合物层，所述B1化合物层包含(Ti1‑xb1‑yb1Sixb1M1yb1)(C1‑zb1Nzb1)(M1表示在日本使用的元素周期表中除了Ti之外的4族元素、5族元素和6族元素、以及Al中的一种或多种；xb1为0.01以上0.25以下；yb1为0以上0.7以下；且zb1为0.4以上1以下)，所述化合物层之一为B2化合物层，所述B2化合物层不同于所述B1化合物层，并且包含(Al1‑xb2M2xb2)(C1‑zb2Nzb2)(M2表示在日本使用的元素周期表中的4族元素、5族元素和6族元素、以及Si中的一种或多种；xb2为0.2以上0.7以下；且zb2为0.4以上1以下)，t2/t1为所述B1化合物层的平均厚度t1和所述B2化合物层的平均厚度t2的比值，t2/t1满足关系式0.5<t2/t1≤10.0，且所述A层的厚度为0.2μm以上10μm以下，所述B层的厚度为0.1μm以上5μm以下，并且所述覆膜的整体厚度为0.5μm以上15μm以下。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.07.03 JP 2013-1397961.一种表面被覆氮化硼烧结体工具，其中至少切削刃部分包括立方氮化硼烧结体和形成在所述立方氮化硼烧结体的表面上的覆膜，所述立方氮化硼烧结体包含30体积％以上80体积％以下的立方氮化硼颗粒，并且还包含结合相，所述结合相包含：选自由在日本使用的元素周期表中的4族元素、5族元素和6族元素的氮化物、碳化物、硼化物、氧化物及其固溶体构成的组中的至少一种化合物，铝化合物，以及不可避免的杂质，所述覆膜包括A层和B层，所述A层包含MLaza1，M表示在日本使用的元素周期表中的4族元素、5族元素、6族元素、Al和Si中的一种或多种；La表示B、C、N和O中的一种或多种；且za1为0.85以上1.0以下，所述B层是通过交替层叠一层或多层的各化合物层而形成的，其中所述各化合物层为具有不同组成的两种或多种化合物层，每个所述化合物层的厚度为30nm以上300nm以下，所述化合物层之一为B1化合物层，所述B1化合物层包含(Ti1-xb1-yb1Sixb1M1yb1)(C1-zb1Nzb1)，M1表示在日本使用的元素周期表中除了Ti之外的4族元素、5族元素、6族元素、以及Al中的一种或多种；xb1为0.01以上0.25以下；yb1为0以上0.7以下；且zb1为0.4以上1以下，所述化合物层之一为B2化合物层，所述B2化合物层不同于所述B1化合物层，并且包含(Al1-xb2M2xb2)(C1-zb2Nzb2)，M2表示在日本使用的元素周期表中的4族元素、5族元素、6族元素、以及Si中的一种或多种；xb2为0.2以上0.7以下；且zb2为0.4以上1以下，t2/t1为所述B1化合物层的平均厚度t1和所述B2化合物层的平均厚度t2的比值，t2/t1满足关系式0.5<t2/t1≤10.0，且所述A层的厚度为0.2μm以上10μm以下，所述B层的厚度为0.1μm以上5μm以下，并且所述覆膜的整体厚度为0.5μm以上15μm以下，并且假设所述B1化合物层的厚度表示为t10，所述B2化合物层的厚度表示为t20，且相互接触的所述B1化合物层和所述B2化合物层的厚度比表示为t20/t10，所述t20/t10从立方氮化硼烧结体侧向A层侧逐渐降低，在所述立方氮化硼烧结体侧满足关系式1.0<t20/t10≤5.0，且在所述A层侧满足关系式0.5<t20/t10<3.0。2.根据权利要求1所述的表面被覆氮化硼烧结体工具，其中所述A层包含(Ti1-xaMaxa)(C1-za2Nza2)，Ma表示在日本使用的元素周期表中除了Ti之外的4族元素、5族元素、6族元素、Al和Si中的一种或多种；xa为0以上0.7以下；且za2为0以上1以下。3.根据权利要求2所述的表面被覆氮化硼烧结体工具，其中在所述A层中，N的组成za2从立方氮化硼烧结体侧朝...

【专利技术属性】
技术研发人员：月原望，冈村克己，濑户山诚，
申请(专利权)人：住友电工硬质合金株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP