表面被覆切削工具部件和在切削工具表面形成硬质被覆层的方法技术

本发明专利技术提供在高速切削加工中硬质被覆层发挥优异的耐磨性的表面被覆切削工具部件。是在碳化钨基超硬合金基体或碳氮化钛系金属陶瓷基体或立方晶氮化硼基烧结材料的表面，以１－１５μｍ的整体平均层厚物理蒸镀Ａｌ与Ｔｉ的复合氮化物构成的硬质被覆层而成的表面被覆切削工具部件，其中，用下述硬质被覆层构成该表面被覆切削工具部件的硬质被覆层，所述硬质被覆层沿层厚方向隔给定间隔交替地重复存在Ａｌ最高含有点（Ｔｉ最低含有点）和Ａｌ最低含有点（Ｔｉ最高含有点），并且从Ａｌ最高含有点到Ａｌ最低含有点、从Ａｌ最低含有点到Ａｌ最高含有点，Ａｌ（Ｔｉ）含量具有连续变化的成分浓度分布结构，而且，Ａｌ最高含有点满足组成式：（Ａｌ↓［Ｘ］Ｔｉ↓［１－Ｘ］）Ｎ（其中，用原子比表示，Ｘ表示０．７０－０．９５），Ａｌ最低含有点满足组成式：（Ａｌ↓［Ｙ］Ｔｉ↓［１－Ｙ］）Ｎ（Ｙ表示０．４０－０．６５），并且相邻的Ａｌ最高含有点和Ａｌ最低含有点的间隔为０．０１－０．１μｍ。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及硬质被覆层具有优异的高温特性、因此特别是在各种钢和铸铁等的伴有高热发生的高速切削加工中发挥优异的耐磨性的表面被覆切削工具部件(以下称为被覆切削工具)。另外，本专利技术涉及在切削工具表面形成上述硬质被覆层的方法。
技术介绍
一般地，切削工具有在各种钢和铸铁等被切削材料的车削加工和平削加工中在刀具尖端部装卸自如地进行安装而使用的多刃刀片、在上述被削材料的开孔切削加工等中使用的钻头和小型钻头、以及在上述被削材料的面削加工和沟槽加工、肩加工等中使用的立体型立铣刀等，另外已知装卸自如地安装上述多刃刀片与上述立体型立铣刀同样进行切削加工的多刃立铣刀工具等。而且，以提高耐磨性为目的，已知下述方法在例如图2说明示意图表示的1种物理蒸镀装置电弧离子镀装置内装入碳化钨(以下用WC表示)基超硬合金或碳氮化钛(以下用TiCN表示)基金属陶瓷、或者立方晶氮化硼(以下用c-BN表示)基烧结材料构成的切削工具，在用加热器将装置内加热到例如500℃的温度的状态下，使阳极电极和设置具有给定组成的Al-Ti合金的阳极电极(蒸发源)之间在例如电流90A的条件下发生电弧放电，同时向装置内导入作为反应气体的氮气，形成例如2Pa的反应环境，另一方面，在对上述切削工具外加例如-100V的偏电压的条件下，在上述切削工具表面，以1-15μm的平均层厚形成满足组成式(AlZTi1-Z)N(其中，用原子比表示，Z表示0.4-0.65)的Al与Ti的复合氮化物层构成的硬质被覆层。近年的切削加工装置的高性能化令人瞩目，另一方面，对切削加工的省力和节能化、进而低成本化的要求强烈，与之相伴，切削加工有高速化的倾向，但对于上述现有切削工具，在通常的切削加工条件下使用的场合虽没有问题，但在伴有高的发热的高速切削条件下使用的场合，构成它的硬质被覆层的磨损显著增强，因此现状是在比较短的时间达到使用寿命。于是，本专利技术人从上述观点出发，特别着眼于上述现有切削工具的硬质被覆层(Al，Ti)N层，为了开发在高速切削加工中发挥优异的耐磨性的(Al，Ti)N层而进行了研究，结果得到以下(a)和(b)所示的研究结果(a)使用上述图2所示的电弧离子镀装置形成的现有的硬质被覆层(Al，Ti)N层，在整个层厚范围内具有均质的高温硬度和耐热性、以及韧性，但是使用例如图1A的示意性俯视图、图1B的示意性主视图表示的结构的电弧离子镀装置，即使用在装置中央部设置切削工具安装用转台、将夹着上述转台、一侧Al含量相对高(Ti含量低)的Al-Ti合金、另一侧Ti含量相对高(Al含量低)的Ti-Al合金作为阴极电极(蒸发源)而对向设置的电弧离子镀装置，在该装置的上述转台上，在从上述转台的中心轴沿径向离开的位置装入上述切削工具，在该状态下使装置内的反应环境为氮气环境，在旋转上述转台的同时，出于谋求蒸镀形成的硬质被覆层的层厚均匀的目的，也使切削工具自身自转，同时在使上述两侧的阴极电极(蒸发源)和阳极电极之间发生电弧放电的条件下形成(Al，Ti)N层时，在上述切削工具的表面，在从转台上的中心轴沿径向离开的位置配置的上述切削工具，在与上述一侧的Al含量相对高(Ti含量低)的Al-Ti合金阴极电极(蒸发源)最接近的时刻，在层中形成Al最高含有点，另外，上述切削工具在与上述另一侧的Ti含量相对高(Al含量低)的Ti-Al合金阴极电极最接近的时刻，在层中形成Al最低含有点，因此，通过上述转台的旋转，在层中沿厚度方向，上述Al最高含有点和Al最低含有点具有给定间隔，交替地反复出现，同时，形成具有从上述Al最高含有点到上述Al最低含有点、从上述Al最低含有点到上述Al最高含有点Al(Ti)含量连续地变化的成分浓度分布结构的(Al，Ti)N层。(b)对于上述(a)的反复连续变化成分浓度分布结构的(Al，Ti)N层，例如调制对置的阴极电极(蒸发源)各自的合金组成的同时，控制安装着切削工具的转台的旋转速度，使得上述Al最高含有点满足组成式(AlXTi1-X)N(其中，用原子比表示，X表示0.70-0.95)、上述Al最低含有点满足组成式(AlYTi1-Y)N(其中，用原子比表示，Y表示0.40-0.65)，并且相邻的上述Al最高含有点和Al最低含有点的厚度方向的间隔为0.01-0.1μm时，上述Al最高含有点部分，与上述现有(Al，Ti)N层相比，Al含量相对地变高，因此显示更优异的高温硬度和耐热性(高温特性)，另一方面，上述Al最低含有点部分，与上述Al最高含有点部分相比，Al含量低，Ti含量高，因此可确保高韧性，并且使这些Al最高含有点与Al最低含有点的间隔极小，从而作为层整体的特性，在保持高韧性的状态下，具备优异的高温特性，因此，形成这样构成的(Al，Ti)N层作为硬质被覆层的切削工具，在伴有高的发热的钢和铸铁等的高速切削加工中发挥优异的耐磨性。
技术实现思路
本专利技术是基于上述研究结果而完成的，提供一种在高速切削加工中硬质被覆层发挥优异的耐磨性的被覆切削工具，其特征在于，在切削工具基体表面以1-15μm的整体平均层厚物理蒸镀(Al，Ti)N构成的硬质被覆层而构成的被覆切削工具中，上述硬质被覆层沿层厚方向隔给定的间隔交替重复存在Al最高含有点(Ti最低含有点)和Al最低含有点(Ti最高含有点)，并且从上述Al最高含有点到上述Al最低含有点、从上述Al最低含有点到上述Al最高含有点，Al(Ti)含量具有连续变化的成分浓度分布结构，而且，上述Al最高含有点满足组成式(AlXTi1-X)N(其中，用原子比表示，X表示0.70-0.95)、上述Al最低含有点满足组成式(AlYTi1-Y)N(其中，用原子比表示，Y表示0.40-0.65)，并且相邻的上述Al最高含有点和Al最低含有点的间隔为0.01-0.1μm。另外，本专利技术还提供一种在切削工具表面形成在高速切削加工中发挥优异的耐磨性的硬质被覆层的方法，其特征在于，在电弧离子镀装置内的转台上，在从上述转台的中心轴沿径向离开的位置自转自如地安装WC基超硬合金和/或TiCN基金属陶瓷和/或c-BN基烧结材料构成的切削工具，使上述电弧离子镀装置内的反应环境为氮气环境，使夹持上述转台而对置的Al最高含有点(Ti最低含有点)形成用Al-Ti合金阴极电极和Al最低含有点(Ti最高含有点)形成用Ti-Al合金阴极电极、和与这些阴极电极分别并列设置的阳极电极之间发生电弧放电，从而在于上述转台上一边自转一边旋转的上述切削工具的表面以1-15μm的整体平均层厚物理蒸镀(Al，Ti)N层构成的硬质被覆层，该(Al，Ti)N层沿厚度方向隔给定间隔交替重复存在Al最高含有点(Ti最低含有点)和Al最低含有点(Ti最高含有点)，并且从上述Al最高含有点到上述Al最低含有点、从上述Al最低含有点到上述Al最高含有点，Al(Ti)含量具有连续变化的成分浓度分布结构，而且，上述Al最高含有点满足组成式(AlXTi1-X)N(其中，用原子比表示，X表示0.70-0.95)、上述Al最低含有点满足组成式(AlYTi1-Y)N(其中，用原子比表示，Y表示0.40-0.65)，并且相邻的上述Al最高含有点和Al最低含有点的间隔为0.01-0.1μm。下面说明如上所述限定本专利技术的硬质被覆层的构成的理由。(a)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异的耐磨性的表面被覆切削工具部件，其特征在于，在碳化钨基超硬合金基体或碳氮化钛系金属陶瓷基体或立方晶氮化硼基烧结材料的表面以１－１５μｍ的整体平均层厚物理蒸镀Ａｌ与Ｔｉ的复合氮化物构成的硬质被覆层而成的表面被覆切削工具部件中，上述硬质被覆层沿层厚方向隔给定间隔交替地重复存在Ａｌ最高含有点（Ｔｉ最低含有点）和Ａｌ最低含有点（Ｔｉ最高含有点），并且从上述Ａｌ最高含有点到上述Ａｌ最低含有点、从上述Ａｌ最低含有点到上述Ａｌ最高含有点，Ａｌ（Ｔｉ）含量具有连续变化的成分浓度分布结构，而且，上述Ａｌ最高含有点满足组成式：（Ａｌ↓［Ｘ］Ｔｉ↓［１－Ｘ］）Ｎ（其中，用原子比表示，Ｘ表示０．７０－０．９５），上述Ａｌ最低含有点满足组成式：（Ａｌ↓［Ｙ］Ｔｉ↓［１－Ｙ］）Ｎ（其中，用原子 比表示，Ｙ表示０．４０－０．６５），并且相邻的上述Ａｌ最高含有点和Ａｌ最低含有点的间隔为０．０１－０．１μｍ。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：佐藤和则，近藤晓裕，田中裕介，
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]