表面被覆超硬合金制的切削工具制造技术

本发明专利技术提供一种在高速切削加工中硬质被覆层发挥优良耐磨性的表面被覆超硬合金制切削工具，该切削工具是在碳化钨基超硬合金基体或碳氮化钛系金属陶瓷基体表面上，（ａ）通过由复合碳氮化物层组成的结晶取向经历层，（ｂ）物理蒸镀由复合氮化物层组成的硬质被覆层而形成的。作为一个示例，（ａ１）复合碳氮化物层的平均层厚为０．０５～０．５μｍ，是满足组成式（Ｔｉ↓［１－Ｘ］Ａｌ↓［ｘ］）（Ｎ↓［１－Ｙ］Ｃ↓［Ｙ］）的Ｔｉ－Ａｌ复合碳氮化物层，（ｂ１）复合氮化物层的平均层厚为２～１５μｍ，是满足组成式（Ｔｉ↓［１－ｚ］Ａｌ↓［Ｚ］）Ｎ的Ｔｉ－Ａｌ复合氮化物层。作为另一个示例，（ａ２）复合碳氮化物层的平均层厚为０．０５～０．５μｍ，是满足组成式（Ｔｉ↓［１－Ｘ］Ａｌ↓［ｘ］）Ｎ↓［１－Ｙ］Ｃ↓［Ｙ］的Ｔｉ－Ａｌ复合碳氮化物层，（ｂ２）复合氮化物层的平均层厚为２～１０μｍ，是满足组成式（Ａｌ↓［１－（Ａ＋Ｂ）］Ｔｉ↓［Ａ］Ｓｉ↓［Ｂ］）Ｎ的Ａｌ－Ｔｉ－Ｓｉ复合氮化物层。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种硬质被覆层具有优良的高温特性，在各种钢或铸铁等的伴随着产生大量热量的高速切削加工中发挥优良耐磨特性的表面被覆超硬合金制的切削工具(下文简称为被覆超硬工具)。
技术介绍
一般来说，切削工具包括在各种钢或铸铁等被切削材料的车削加工或刨削加工中装卸自如地安装在车刀前端部而使用的不重磨刀刃刀头，在上述被切削材料的开孔切削加工等中使用的钻头或微型钻头，上述被切削材料的面切削加工或槽加工、肩加工等中所使用的整体式立铣刀等。此外，自由拆卸地安装上述不重磨刀刃刀头且与上述整体式立铣刀同样进行切削加工的不重磨刀头立铣刀工具等也是公知的。作为切削工具，将由组成式满足(Ti1-zAlZ)N(但是用原子比表示，Z为0.45～0.65)的Ti-Al复合氮化物层组成且以平均层厚为2～15μm的硬质被覆层物理蒸镀在由碳化钨(以下简称为WC)基超硬合金或碳氮化钛(以下简称为TiCN)基金属陶瓷组成的基体(下文将它们总称为超硬基体)表面上而形成的被覆超硬工具也是公知的，这种被覆超硬工具在各种钢或铸铁等连续切削或断续切削加工中被使用是公知的。将上述超硬基体装入例如由图5概略说明图表示的1种物理蒸镀装置也就是电弧离子镀装置内，用加热器例如将装置内的气氛加热到500℃的温度下，装置处于压力为0.5Pa的真空状态下，在阳电极和固定有具有规定组成的Ti-Al合金的阴极(蒸发源)之间，在诸如电压35V、电流90A的条件下，产生电弧放电，同时将作为反应气体的氮气导入装置内，另一方面，在上述超硬基体上施加例如-200V偏置电压条件下，在上述超硬基体表面上，通过蒸镀由上述(Ti，Al)N层组成的硬质被覆层，制造上述被覆超硬工具也是公知的。另外，作为切削工具，与上述相同，将由组成式满足(Al1-(A+B)TiASiB)N(其中所示原子比A为0.35～0.55，B为0.05～0.20)的Al-Ti-Si复合氮化物层组成且以平均层厚为2～10μm的硬质被覆层物理蒸镀在上述由WC基超硬合金或TiCN基金属陶瓷组成的基体也就是超硬基体表面上而制成的被覆超硬工具是公知的，这种被覆超硬工具在各种钢或铸铁等连续切削或断续切削加工中被使用也是公知的。将上述超硬基体装入例如由图5概略说明图所示的1种物理蒸镀装置也就是电弧离子镀装置内，用加热器将装置内部加热到例如450℃的温度的状态下，在阳电极和固定有具有规定组成的Al-Ti-Si合金的阴极(蒸发源)之间，在诸如电压40V、电流130A的条件下，产生电弧放电，同时将作为反应气体的氮气导入装置内作为2Pa的反应气氛，另一方面在上述超硬基体上施加例如-50V偏置电压条件下，在上述超硬基体表面上，通过蒸镀由上述(Al，Ti，Si)N层组成的硬质被覆层，制造上述被覆超硬工具也是公知的。近些年来，切削加工装置的高性能化是非常惊人的，对于切削加工的省力化和节省能源且低成本化的要求非常强烈，随之，切削加工有高速化的倾向，但是，上述现有被覆超硬工具，在普通切削加工条件下使用这种被覆超硬工具不存在问题，在伴随着产生高热量的高速切削条件下使用这种被覆超硬工具时，则促进硬质被覆层的磨损，在较短的时间内就达到使用寿命，这是现状。为此，本专利技术人等从上述观点出发，为了开发一种在高速切削加工条件下发挥优良耐磨性的被覆超硬工具，着眼于构成上述现有被覆超硬工具的硬质被覆层，进行研究的结果是(a1)使用Cu-Kα线的X射线衍射装置对由构成上述现有被覆超硬工具的(Ti，Al)N层组成的硬质被覆层进行测量，如图2所示，在X射线衍射图形中，最高峰值出现在(200)面上，而且上述最高峰值的一半宽度在2θ(横轴)上是0.9度以上，将该硬质被覆层以物理蒸镀方式形成在超硬基体表面上之前，如果预先将满足组成式(Ti1-XAlx)(N1-YCY)但是用原子比表示为X是0.05～0.20，Y是0.01～0.15)的Ti-Al复合碳氮化物层蒸镀形成在超硬基体表面上，平均层厚极薄，为0.05～0.5μm，则所示的X射线衍射图形中，上述(Ti，Al)NC层在(200)面上取向高，上述(200)面上峰值的一半宽度在2θ(横轴)上是0.6度以下，故被物理蒸镀在该(Ti，Al)NC层上的原来X射线衍射图形的(200)面上峰值的一半宽度在2θ上是0.9度以上的上述(Ti，Al)N层(硬质被覆层)，如图1所示，又由于上述(Ti，Al)NC层引起的结晶取向经历效果，而变成表示为(200)面上峰值的一半宽度在2θ上是0.6度以下的结晶性优良的X射线衍射图形。(b1)表示在X射线衍射图形的(200)面上峰值的一半宽度在2θ上是0.6度以下的结晶性优良的(Ti，Al)N层，与相同峰值的一半宽度在2θ上是0.9度以上的(Ti，Al)N层相比，高温特性(高温耐氧化性和高温硬度)优良，故将由上述结晶性优良(或具有较小的一半宽度)的(Ti，Al)N层组成的硬质被覆层物理蒸镀在超硬基体表面上而形成的被覆超硬工具，在伴随着产生大量热量的钢或碳钢等高速切削加工中发挥优良的耐磨性。得到以上(a1)和(b1)所示的研究成果。从其他观点出发，为了开发在高速切削加工中发挥优良耐磨性的被覆超硬工具，特别着眼于构成上述现有被覆超硬工具的硬质被覆层而进行研究的结果是(a2)使用Cu-Kα线的X射线衍射装置对由构成上述现有被覆超硬工具的(Al，Ti，Si)N层组成的硬质被覆层进行测量，如图4所示，在X射线衍射图形中，最高峰值出现在(200)面上，而且上述最高峰值的一半宽度在2θ上是0.9度以上，但如果将该硬质被覆层以物理蒸镀方式形成在超硬基体表面上之前，预先将满足组成式(Ti1-XAlx)(N1-YCY)(但是以原子比表示X是0.01～0.15，Y是0.01～0.15)的Ti基复合碳氮化物层非常薄地蒸镀形成在超硬基体表面上，平均层厚为0.05～0.5μm，则所示的X射线衍射图形中，上述(Ti，Al)NC层在(200)面上取向高，上述(200)面上峰值的一半宽度在2θ上是0.6度以下，故被物理蒸镀在该(Ti，Al)NC层上的原来X射线衍射图形的(200)面上峰值的一半宽度在2θ上是0.9度以上的上述(Al，Ti，Si)N层，也因上述(Ti，Al)NC层引起的结晶取向经历效果，上述(200)面的峰值的一半宽度如图3所示，变成表示为在2θ上是0.6度以下的结晶性优良的X射线衍射图形。(b2)表示在X射线衍射图形的(200)面上峰值的一半宽度在2θ上是0.6度以下的结晶性优良的(Al，Ti，Si)N层，与相同峰值的一半宽度在2θ上是0.9度以上的(Al，Ti，Si)N层相比，高温特性(高温耐氧化性和高温硬度)优良，故将由上述结晶性优良(或具有较小的一半宽度)的(Al，Ti，Si)N层组成的硬质被覆层物理蒸镀在超硬基体表面上而形成的被覆超硬工具，在伴随着产生高热量的钢或碳钢等高速切削加工中发挥优良的耐磨性。得到以上(a2)和(b2)所示的研究成果。
技术实现思路
本专利技术是基于上述研究结果完成的，本专利技术提供一种在高速切削加工中硬质被覆层发挥优良耐磨性的表面被覆超硬合金制切削工具，其特征在于，在碳化钨基超硬合金基体或碳氮化钛金属陶瓷基体之类超硬基体表面上，(a)通过由复合碳氮化物层组成的结晶取向经历层(b)物理蒸镀由本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在高速切削加工中硬质被覆层发挥优良耐磨性的表面被覆超硬合金制的切削工具，该切削工具是在碳化钨基超硬合金基体或碳氮化钛系金属陶瓷基体表面上，经由由复合碳氮化物层组成的结晶取向经历层，物理蒸镀由复合氮化物层组成的控制取向性和 ／或结晶性的硬质被覆层而形成的，其特征在于，上述复合碳氮化物层的平均层厚为０．０５～０．５μｍ，是满足组成式（Ｔｉ↓［１－Ｘ］Ａｌ↓［Ｘ］）（Ｎ↓［１－Ｙ］Ｃ↓［Ｙ］）的Ｔｉ－Ａｌ复合碳氮化物层，其中，用原子比表示为：Ｘ是０．０５～ ０．２０，Ｙ是０．０１～０．１５，上述复合氮化物层的平均层厚为２～１５μｍ，是满足组成式（Ｔｉ↓［１－ｚ］Ａｌ↓［Ｚ］）Ｎ的Ｔｉ－Ａｌ复合氮化物层，其中，用原子比表示为：Ｚ为０．４５～０．６５。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：佐藤和则，近藤晓裕，田中裕介，田代安彦，中村惠滋，高冈秀充，
申请(专利权)人：三菱麻铁里亚尔株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]