一种在超硬基体面表形成硬质被覆层而成的表面被覆超硬合金制切削工具，所述硬质被覆层由所述上部层和下部层组成，上述上部层，具有薄层Ａ与薄层Ｂ的交替层叠结构，上述薄层Ａ，由满足组成式：［Ｔｉ↓［１－（Ａ＋Ｂ）］Ａｌ↓［Ａ］Ｓｉ↓［Ｂ］］Ｎ（但是，以原子比计，表示Ａ为０．０１～０．０６，Ｂ为０．２５～０．３５）的（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ层组成，上述薄层Ｂ，由满足组成式：［Ｔｉ↓［１－（Ｃ＋Ｄ）］Ａｌ↓［Ｃ］Ｓｉ↓［Ｄ］］Ｎ（表示Ｃ为０．３０～０．４５，Ｄ为０．１０～０．１５）的（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ层组成，上述下部层，具有单一相结构，由满足组成式：［Ｔｉ↓［１－（Ｅ＋Ｆ）］Ａｌ↓［Ｅ］Ｓｉ↓［Ｆ］］Ｎ（表示Ｅ为０．５０～０．６０，Ｆ为０．０１～０．０９）的（Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ层组成。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种表面被覆超硬合金制切削工具(以下，称为被覆超硬工具)，其硬质被覆层具有优异的耐热性，此外还具备高温硬度及高温强度，因此特别是在要求优异的耐热性、用于伴随合金工具钢和轴承钢的淬火材等的高硬度钢等的高度发热的高速切削加工时，能够发挥优异的耐磨损性。日本专利申请No.2005-035684的该项专利的优先权已经声明，并于2005年2月14日归档，其内容和参考文献合并于本文。
技术介绍
一般来说，在被覆超硬工具中，包括在进行各种的钢和铸铁等的被削材料的车削加工和刨削加工时，可自由装卸地安装于刀具的顶端部所用的不磨刃刀片；用于所述被削材的穿孔切削加工等的钻头和小型钻孔机；此外，用于所述被削材的端面切削加工和凹槽加工、肩加工等的整体式的立铣刀等。并且，自由装卸地安装所述不磨刃刀片，而进行与所述整体式的立铣刀同样的切削加工的不磨刃立铣刀工具等，作为被覆超硬工具也为公知。并且，作为被覆超硬工具，是在以碳化钨(以下，以WC表示)基超硬合金、或碳氮化钛(以下，以TiCN表示)基金属陶瓷构成的超硬基体的表面上，以0.1～20μm的层厚，蒸镀形成具有单一相结构，且由满足组成式N(其中，以原子比计，表示X为0.05～0.75，Y为0.01～0.10)的Ti、Al和Si的复合氮化物层构成的硬质被覆层，由此而成的被覆超硬工具为公知，在所述(Ti、Al、Si)N层中，还公知具有如下特性通过作为构成成分的Al提高高温硬度，通过作为构成成分的Ti提高高温强度，此外通过作为构成成分的Si提高耐热性。此外，众所周知，上述的被覆超硬工具通过如下方式而制造例如将上述的超硬基体，装入FIG.3概略说明图所示的作为物理蒸镀装置的1种的电弧离子镀敷装置中，由加热器，将装置内加热至例如500℃的温度，在该状态下，在阳极电极和设置有具有规定组成的Ti-Al-Si合金的阴极电极之间，例如以电流90A的条件使电弧放电发生，同时将作为反应气体的氮气导入装置内，例如为2Pa的反应气氛，另一方面在上述超硬基体上，例如以外加-100V的偏电压的条件，在所述超硬基体的表面，蒸镀由上述(Ti、Al、Si)N层所组成的硬质被覆层。专利文献1专例第2793773号说明书。近年的切削加工装置的高性能化令人惊异，一方面对于切削加工的省力化和节能化，还有低成本化的要求加强，随之而来，切削加工有高速化的倾向，但是，在上述的现有被覆超硬工具中，其现状是，在以通常的切削加工条件用于进行钢和铸铁等的切削时，如果选择对应于切削加工条件的组成则没有问题，但是，用以伴随高热发生的高速切削加工条件，特别是用于进行以合金工具钢和轴承钢的淬火材等的维氏硬度(C标度)，具有50以上的高硬度的高硬度钢等的切削加工时，特别是由于硬质被覆层的耐热性不足的原因，磨损进行极为迅速，因此在相当短的时间便达到使用寿命。本专利技术鉴于这些现有的技术的问题，以提供一种被覆超硬工具作为课题，其耐磨损性优异，能够提高使用寿命，对于切削加工，能够省力化及节能化，还能够低成本化。
技术实现思路
因此，本专利技术者等，从如上所述的观点出发，特别是应该开发在高硬度钢的高速切削加工中，硬质被覆层发挥优异耐磨损性的被覆超硬工具，着眼于构成上述的现有被覆超硬工具的硬质被覆层的(Ti、Al、Si)N层，进行研究的结果是，首次判明了以下所示的(1)～(3)。(1)在构成硬质被覆层的(Ti、Al、Si)N层中，如果Si成分的含有比率很多，则耐热性提高，但是，按上述的现有的(Ti、Al、Si)N层中的1～10原子％左右的Si含有比率，不能确保高硬度钢的高速切削加工所要求的高耐热性。为了对应满足此要求，有必要使Si含有比率为远远超过所述1～10原子％的25～35原子％。另一方面，为了将含有25～35原子％的Si成分的(Ti、Al、Si)N层作为硬质被覆层供于实用，需要含有规定量的Ti，以确保规定的高强度，但是此种情况，不可避免Al成分的含有比率成为显著低下的状态，其结果，高温硬度变得极为低下。(2)若将满足组成式N(其中，以原子比计，表示A为0.01～0.06，B为0.25～0.35)，Si含有比率为25～35原子％的(Ti、Al、Si)N层，和满足组成式N(其中，以原子比计，表示C为0.30～0.45，D为0.10～0.15)，相对地Al成分含有比率为较多的(Ti、Al、Si)N层，以各自的层厚为5～20nm(纳米)的薄层的状态，交替层叠，则此结果的(Ti、Al、Si)N层，通过所述两薄层的交替层叠结构，变得具备上述的含有高Si的(Ti、Al、Si)N层(以下，称为薄层A)的所持优异耐热性，和比所述薄层A的Si含有比率低，且相对含有高Al的(Ti、Al、Si)N层(以下，称为薄层B)的所具有的相对高的高温硬度。(3)具有上述(b)的薄层A与薄层B的交替层叠结构的(Ti、Al、Si)N层，虽然具备由高硬度钢的高速切削加工所要求的优异的耐热性与规定的高温硬度，但是因为没有充分满足的高温硬度，所以将其作为被覆层的上部层而设置，另一方面，作为硬质被覆层的下部层，耐热性不充分，但是，相对的Al的成分的含有比率高，具有相当于具备优异的高温硬度的上述的现有硬质被覆层的组成的(Ti、Al、Si)N层，即，若形成设有满足组成式N(其中，以原子比计，表示E为0.50～0.60，F为0.01～0.09)，单一相结构的(Ti、Al、Si)N层的结构，则其结果的硬质被覆层，因为全部具备优异的耐热性、高温强度、及高温强度，所以蒸镀此硬质被覆层而成的被覆超硬工具，即使用以上述的高硬度钢的高速切削加工，也没有碎屑的发生，令优异的耐磨损性长期持续地发挥。以上是取得的由(1)～(3)所示的研究结果。本专利技术按照上述的研究结果而进行，是表面被覆超硬合金制切削工具，其具有以碳化钨基超硬合金或碳氮化钛基金属陶瓷构成的超硬基体，和在此超硬基体的表面蒸镀形成的硬质被覆层，(a)上述硬质被覆层具有上部层和下部层，上述上部层与下部层均由(Ti、Al、Si)N组成，所述上部层、所述下部层分别具有0.5～1.5μm、2～6μm的层厚；(b)上述上部层，均具有5～20nm(纳米)的层厚，具有薄层A与薄层B的交替层叠的结构，上述薄层A，由满足组成式N(其中，以原子比计，表示A为0.01～0.06，B为0.25～0.35)的(Ti、Al、Si)N层组成，上述薄层B，由满足组成式N(其中，以原子比计，表示C为0.30～0.45，D为0.10～0.15)的(Ti、Al、Si)N层组成，(c)上述下部层，具有单一相结构，由满足组成式N(其中，以原子比计，表示E为0.50～0.60，F为0.01～0.09)的(Ti、Al、Si)N层组成，是在高硬度钢的高速切削加工中，硬质被覆层发挥着优异耐磨损性的被覆超硬工具。其次，说明本专利技术的被覆超硬工具的硬质被覆层，按如上所述的数值限定的理由。(1)下部层的组成式及层厚如上所述，在构成硬质被覆层的(Ti、Al、Si)N层中的Al成分使高温硬度提高，另一方面，上述(Ti、Al、Si)N层中的Ti成分有提高高温强度的作用，此外，上述(Ti、Al、Si)Si层中的Si有使耐热性提高的作用，在下部层中，Al成分的含有比率相对地多，具备很高的高温硬度，但表示Al的含本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种表面被覆超硬合金制切削工具，在高硬度钢的高速切削加工中，其硬质被覆层发挥优异的耐磨损性，其中所述表面被覆超硬合金制切削工具，其具有由碳化钨基超硬合金或碳氮化钛基金属陶瓷构成的超硬基体，和在此超硬基体的表面蒸镀形成的硬质被覆层， （ａ）上述硬质被覆层具有上部层和下部层，上述上部层与下部层任一个均由Ｔｉ、Ａｌ和Ｓｉ的复合氮化物组成，所述上部层、所述下部层分别具有０．５～１．５μｍ、２～６μｍ的层厚；（ｂ）上述上部层，具有任一个均具有５～２０ｎｍ的层厚的薄 层Ａ与薄层Ｂ的交替层叠的结构，上述薄层Ａ，由满足组成式：［Ｔｉ↓［１－（Ａ＋Ｂ）］Ａｌ↓［Ａ］Ｓｉ↓［Ｂ］］Ｎ的Ｔｉ、Ａｌ和Ｓｉ的复合氮化物层组成，其中，以原子比计，表示：Ａ为０．０１～０．０６，Ｂ为０．２５～０．３５； 上述薄层Ｂ，由满足组成式：［Ｔｉ↓［１－（Ｃ＋Ｄ）］Ａｌ↓［Ｃ］Ｓｉ↓［Ｄ］］Ｎ的Ｔｉ、Ａｌ和Ｓｉ的复合氮化物层组成，其中，以原子比计，表示：Ｃ为０．３０～０．４５，Ｄ为０．１０～０．１５；（ｃ）上述下部层，具有单一相结 构，由满足组成式：［Ｔｉ↓［１－（Ｅ＋Ｆ）］Ａｌ↓［Ｅ］Ｓｉ↓［Ｆ］］Ｎ的Ｔｉ、Ａｌ和Ｓｉ的复合氮化物层组成，其中，以原子比计，表示：Ｅ为０．５０～０．６０，Ｆ为０．０１～０．０９。...
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：近藤晓裕，田中裕介，前田浩一，
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]
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