表面覆盖部件及其制造方法以及工具和加工装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种表面覆盖部件，该材料是，维氏硬度（Ｈｖ）与以往的高硬度覆膜相同或在其以上，并且具有表示耐氧化性的氧化开始温度比以往的高硬度覆膜高的高硬度覆膜。在本发明专利技术中，在基体材料上形成涂层，所述涂层含有以Ａｌ和选自Ｚｒ、Ｈｆ、Ｐｄ、Ｉｒ以及稀土元素中的至少一种元素作为主要成分的复合氮化物。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及在基体材料上形成高硬度覆膜而得到的耐氧化性优异的表面覆盖部件(部材)及其制造方法以及工具和加工装置。本申请是基于日本专利申请号2005-327374的内容，在此全文引入作为参考。
技术介绍
以往，开发了通过离子镀等物理蒸镀技术在基体材料上形成高硬度覆膜的技术，看上去类似TiN覆膜那样适用于工具。但是，由于该覆膜在500℃左右的温度下开始被氧化，因此，存在不能在曝露于高温切削条件的工具中使用的问题。此后开发的TiAlN类高硬度覆膜由于即使在约800℃的温度下的也不会被氧化，因此可以在直到数百℃的温度下使用。近年来，作为可以在与此相比更高温度的切削条件下使用的覆膜，开发出了AlCrN类覆膜(例如，特开平10-25566号公报以及特开2003-321764号公报等)，并可以提供在从约1000℃到1200℃的高温下也不会被氧化的高硬度覆膜，其可以适应更为苛刻的工具切削条件。近年来，例如在汽车用部件制造等时的切齿加工等中，从环境保护或成本削减的观点来看，正在寻求不使用切削油的所谓干切削加工。用于这样的干切削加工的切削工具可以在没有切削油的情况下使用，因此，可以要求更为苛刻的切削条件。为了适应这样苛刻的切削条件，需要硬度与以往的相同或其以上、并且耐氧化性比以往的高硬度覆膜高的高硬度覆膜。
技术实现思路
为解决上述技术课题，本专利技术的目的在于，提供一种表面覆盖部件，该材料是，维氏硬度(Hv)与以往的高硬度覆膜相同或在其以上，并且具有表示耐氧化性的氧化开始温度比以往的高硬度覆膜高的高硬度覆膜。为解决上述课题，本专利技术采用以下方法。即，本专利技术的表面覆盖部件包括基体材料和形成在上述基体材料上的高硬度覆膜，上述高硬度覆膜具有涂层，所述涂层含有以Al和选自Zr、Hf、Pd、Ir以及稀土元素中的至少一种元素作为主要成分的复合氮化物。该表面覆盖部件的高硬度覆膜兼具高硬度和优异的耐氧化性。另外，本专利技术的表面覆盖部件包括基体材料和形成在上述基体材料上的高硬度覆膜，上述高硬度覆膜具有涂层，所述涂层含有以Al、Si和选自Zr、Hf、Pd、Ir以及稀土元素中的至少一种元素作为主要成分的复合氮化物。该表面覆盖部件的高硬度覆膜不仅具有高硬度和优异的氧化性，而且兼具优异的耐磨损性。在本专利技术的表面覆盖部件中，上述涂层中的复合氮化物优选在阳性元素成分中含有10原子％～50原子％的Zr，其余是Al和不可避免的杂质。(以下，没有特别说明时，表示复合氮化物中的成分的含量的“％”仅表示阳性元素成分中的原子％。)Zr的含量不足10％时，不能得到充分的硬度，因此不优选。另外，Zr的含量超过50％时，耐氧化性降低，因此不优选。另外，在本专利技术的表面覆盖部件中，涂层中的复合氮化物含有Si作为主要成分之一时，Si的含量优选1％～30％。Si的含量不足1％时，由于涂层的密合性降低，因此，提高耐磨损性的效果低。另外，Si的含量超过30％时，耐氧化性变得不充分，另外，密合性反而降低，因此，耐磨损性也变得不充分，因此不优选。在本专利技术的表面覆盖部件中，在上述基体材料和上述涂层之间，优选设置结合层，所述结合层含有选自Zr、Ti和Cr中的至少一种元素的氮化物、碳化物以及碳氮化物中的至少一种。通过设置这样的结合层，上述基体材料和上述涂层的密合性提高，上述涂层变得不易剥离，因此，提高了本专利技术的表面覆盖部件中的高硬度覆膜的耐磨损性。另外，在上述结合层和上述涂层之间更加优选设置含有上述结合层的成分和上述涂层的成分的中间层。通过设置这样的中间层，上述结合层和上述涂层的密合性提高，上述涂层变得不易剥离，因此，提高了本专利技术的表面覆盖部件中的高硬度覆膜的耐磨损性。在本专利技术的表面覆盖部件中，上述基体材料优选高速工具钢或超硬合金。这样，使用高速工具钢或超硬合金作为基体材料时，本专利技术的表面覆盖部件可以优选作为具有高硬度和优异的耐氧化性的工具使用。本专利技术的表面覆盖部件中的高硬度覆膜中的各层优选通过离子镀、高频溅射等物理蒸镀法形成。由于通过物理蒸镀法形成的覆膜的密合性优异，因此，可以得到耐磨损性优异的高硬度覆膜。特别是，通过电弧离子镀法形成高硬度覆膜时，可以得到更为优异的覆膜密合性，因此更为优选。在本专利技术的表面覆盖部件的制造方法中，通过配置在可以密闭的容器内的托架(holder)将基体材料放置在上述容器内，将用于形成涂层的靶(target)配置在上述容器内，所述涂层含有以Al和选自Zr、Hf、Pd、Ir以及稀土元素中的至少一种元素作为主要成分的合金或其氮化物，向上述容器中供给氮，将用于形成上述涂层的靶作为阳极，上述托架作为阴极，在该用于形成涂层的靶和该托架之间进行放电，在上述基体材料上形成涂层。通过该制造方法，可以制造具有高硬度覆膜的表面覆盖部件，并且该高硬度覆膜兼具高硬度和优异的耐氧化性。在本专利技术的表面覆盖部件的制造方法中，上述用于形成涂层的靶可以含有以Al、Si和选自Zr、Hf、Pd、Ir以及稀土元素中的至少一种元素作为主要成分的合金或其氮化物。使用该用于形成涂层的靶时，可以制造具有高硬度覆膜的表面覆盖部件，所述高硬度覆膜不但具有高硬度和优异的耐氧化性，而且兼具优异的耐磨损性。在本专利技术的表面覆盖部件的制造方法中，上述涂层中的复合氮化物优选含有10％～50％的Zr，其余是Al和不可避免的杂质。Zr的含量不足10％时，不能形成具有充分硬度的覆膜，因此不优选。另外，Zr的含量超过50％时，会形成耐氧化性低的覆膜，因此不优选。在本专利技术的表面覆盖部件的制造方法中，涂层中的复合氮化物含有Si作为主要成分之一时，Si的含量优选1％～30％。Si的含量不足1％时，由于涂层的密合性降低，形成的高硬度覆膜的耐磨损性提高效果降低。另外，Si的含量超过30％时，形成的高硬度覆膜的耐氧化性变得不充分，另外，密合性反而降低，因此耐磨损性也变得不充分，因此不优选。在本专利技术的表面覆盖部件的制造方法中，在上述基体材料上形成结合层后，可以在该结合层上形成上述涂层。结合层通过以下方法形成在上述容器内配置用于形成结合层的靶，所述用于形成结合层的靶含有选自Zr、Ti和Cr的至少一种元素作为主要成分，向上述容器中供给氮以及烃中的至少一种，将上述用于形成结合层的靶作为阳极，上述托架作为阴极，并在该用于形成结合层的靶和该托架之间进行放电。通过设置形成这样的结合层的工序，上述基体材料和上述涂层的密合性提高，可以形成不易剥离的涂层，因此，可以制造具有耐磨损性优异的高硬度覆膜的表面覆盖部件。另外，形成上述结合层之后，可以在该结合层上形成中间层，还可以在该中间层上形成上述涂层。该中间层通过以下方法形成将上述用于形成结合层的靶和上述用于形成涂层的靶作为阳极，上述托架作为阴极，并在该用于形成结合层的靶和该用于形成涂层的靶各自与该托架之间进行放电。通过设置形成这样的中间层的工序，上述结合和上述涂层的密合性提高，可以形成不易剥离的涂层，因此，可以制造具有耐磨损性更加优异的高硬度覆膜的表面覆盖部件。本专利技术的工具包括工具用基体材料和在该基体材料上形成的上述本专利技术的高硬度覆膜。该工具由于在其表面上形成了上述高硬度覆膜，因此兼具高硬度和优异的耐氧化性。特别是，在高硬度覆膜的涂层中的复合氮化物中含有Si时，该工具也兼具优异的耐磨损性。本专利技术的工具特别适合作本文档来自技高网...

【技术保护点】
表面覆盖部件，其包括基体材料、和在上述基体材料上形成的高硬度覆膜，上述高硬度覆膜具有涂层，所述涂层含有以Ａｌ和选自Ｚｒ、Ｈｆ、Ｐｄ、Ｉｒ以及稀土元素中的至少一种元素作为主要成分的复合氮化物。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：永野一郎，菊池泰路，藤田昌克，树神幸夫，安井丰明，村上勇一郎，
申请(专利权)人：三菱重工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]