表面被覆切削工具及其制造方法技术

该表面被覆切削工具具有基材和形成在该基材上的覆膜。该覆膜包括硬质层。该硬质层包含具有氯化钠型晶体结构的多个晶粒。所述晶粒具有这样的层叠结构，其中包含AlxTi1‑x的氮化物或碳氮化物的第一层和包含AlyTi1‑y的氮化物或碳氮化物的第二层交替层叠。彼此相邻的第一层和第二层的总厚度为3nm以上40nm以下。对于硬质层中与基材的表面平行的面，当使用电子背散射衍射装置分析多个晶粒各自的晶体取向，从而测量作为晶粒的晶面的(111)面的法线方向与基材的表面的法线方向之间的交叉角时，所述交叉角为0度以上且小于10度的晶粒的面积比率为40％以上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】表面被覆切削工具及其制造方法
本专利技术涉及表面被覆切削工具及其制造方法。本申请要求于2016年4月14日提交的日本专利申请No.2016-081095的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术介绍
在切削加工期间，由硬质合金形成的切削工具的切削刃会暴露于诸如高温和高负荷之类的恶劣环境中，并且切削刃经常发生磨损或崩裂。为了提高切削工具的切削性能，人们已经开发了覆盖诸如硬质合金之类的基材的表面的覆膜。其中，由氮(N)和碳(C)中的一者或两者与钛(Ti)和铝(Al)构成的化合物(下文中也称为AlTiN、AlTiCN等)制得的覆膜可具有高硬度，并且已知Al含量的增加提高了抗氧化性。人们期待通过采用这种覆膜覆盖切削工具，从而提高切削工具的性能。然而，Ikeda等人(非专利文献1)指出：当通过物理气相沉积(PVD)制造Al原子比超过0.7的“AlTiN”或“AlTiCN”覆膜时，覆膜的层结构变成纤锌矿晶体结构，从而导致硬度降低。为了增加“AlTiN”或“AlTiCN”覆膜中的Al含量，Setoyama等人(非专利文献2)通过PVD制造了TiN/AlN超多层膜。然而，据报道，当制造各AlN层的厚度超过3nm的“AlTiN”或“AlTiCN”覆膜时，层结构变成纤锌矿晶体结构，从而导致硬度降低。人们已进行了研究来通过化学气相沉积(CVD)增加Al含量。例如，日本未审查专利公开No.2015-193071(专利文献1)公开了通过CVD形成的硬质覆层。该硬质覆层包括由(Ti1-xAlx)(CyN1-y)表示的复合氮化物层或复合碳氮化物层，其中该层包含具有立方结构的晶粒，并且Ti和Al的组成沿着工具基材表面的法线方向周期性地改变。引用列表专利文献专利文献1：日本未审查专利公开No.2015-193071非专利文献非专利文献1：T.Ikeda等人，"PhaseformationandcharacterizationofhardcoatingsintheTi-Al-Nsystempreparedbythecathodicarcionplatingmethod"，ThinSolidFilms195(1991)99-110非专利文献2：M.Setoyama等人，"Formationofcubic-AlNinTiN/AlNsuperlattice"，Surface&CoatingsTechnology86-87(1996)225-230
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面的表面被覆切削工具包括基材和形成在该基材上的覆膜。该覆膜包括硬质层。该硬质层包含具有氯化钠型晶体结构的多个晶粒。所述晶粒具有这样的层叠结构，其中由AlxTi1-x的氮化物或碳氮化物构成的第一层和由AlyTi1-y的氮化物或碳氮化物(其中x≠y)构成的第二层交替层叠。彼此相邻的第一层和第二层的总厚度为3nm以上40nm以下。当对于硬质层中与基材的表面平行的面，使用电子背散射衍射系统分析多个晶粒各自的晶体取向，从而测量作为晶粒的晶面的(111)面的法线方向与基材的表面的法线方向之间的交叉角时，所述交叉角为0度以上且小于10度的晶粒的面积比率为40％以上。根据本专利技术的一个方面，提供了制造如上所述的表面被覆切削工具的方法。该方法包括：准备基材的第一步骤；以及通过化学气相沉积(CVD)形成硬质层的第二步骤。第二步骤包括调节AlCl3气体和TiCl4气体中的两者或一者的流量的步骤。附图说明图1为表面被覆切削工具中覆膜的截面的显微图像的照片。图2为示出了图1中的虚线框的放大视图的照片。图3为示出了使用电子背散射衍射系统进行分析的包含于硬质层中的晶粒的交叉角频数分布的一个例子的图。图4是示出基于测量目标表面的分析而创建的彩色图的一部分的一个例子的图示。图5是示出基于图4中的彩色图计算的粒径分级与其面积比率之间的关系的图。图6为示意性地示出了在根据本实施方案的表面被覆切削工具的制造方法中使用的化学气相沉积(CVD)系统的图示。具体实施方式[本公开要解决的问题]根据专利文献1，复合氮化物层或复合碳氮化物层具有立方结构，并且Ti和Al的组成沿着基材的法线方向周期性地变化，由此使得所得的硬质覆层具有高硬度和优异的韧性。然而，这种硬质覆层尤其是在耐崩裂性方面具有改进的空间。基于高耐磨性和高耐崩裂性这两者的所需的长寿命还没有实现，并且对于这方面的开发有着强烈的需求。鉴于上述情况完成了本专利技术，并且本专利技术的目的在于提供一种在展示出高耐崩裂性的同时展示出特别高的耐磨性的表面被覆切削工具及其制造方法。[本公开的有益效果]根据上述说明，可提供一种在展示出高耐崩裂性的同时展示出特别高的耐磨性的表面被覆切削工具。[实施方案的说明]首先，下面列出本专利技术的实施方案。[1]根据本专利技术的一个方面的表面被覆切削工具包括基材和形成在该基材上的覆膜。该覆膜包括硬质层。该硬质层包含具有氯化钠型晶体结构的多个晶粒。所述晶粒具有这样的层叠结构，其中由AlxTi1-x的氮化物或碳氮化物构成的第一层和由AlyTi1-y的氮化物或碳氮化物(其中x≠y)构成的第二层交替层叠。彼此相邻的第一层和第二层的总厚度为3nm以上40nm以下。当对于硬质层中与基材的表面平行的面，使用电子背散射衍射系统分析多个晶粒各自的晶体取向，从而测量作为晶粒的晶面的(111)面的法线方向与基材的表面的法线方向之间的交叉角时，所述交叉角为0度以上且小于10度的晶粒的面积比率为40％以上。如上所述的表面被覆切削工具能够在展示出高耐崩裂性的同时展示出特别高的耐磨性，从而实现了长使用寿命。[2]在如上所述的表面被覆切削工具中，晶粒的粒界包括CSL粒界和一般粒界。该CSL粒界的Σ3晶界的长度小于Σ3-29晶界的长度的50％，该Σ3-29晶界的长度为包含于所述CSL粒界中的Σ3晶界、Σ5晶界、Σ7晶界、Σ9晶界、Σ11晶界、Σ13晶界、Σ15晶界、Σ17晶界、Σ19晶界、Σ21晶界、Σ23晶界、Σ25晶界、Σ27晶界和Σ29晶界的各自长度的总和。这抑制了由于过度形成孪晶粒而使结构变得粗糙，并且使硬质层具有细微的晶粒以及具有优异的机械特性。[3]在如上所述的表面被覆切削工具中，晶粒的粒径为1μm以下。这进一步提高了表面被覆切削工具的硬度。[4]在如上所述的表面被覆切削工具中，所述硬质层的厚度为1μm以上15μm以下。这可在保持表面被覆切削工具的耐磨性的同时进一步提高耐崩裂性。[5]在如上所述的表面被覆切削工具中，所述硬质层的通过纳米压痕法而得到的压痕硬度为30GPa以上40GPa以下。这进一步提高了表面被覆切削工具的耐磨性。[6]在如上所述的表面被覆切削工具中，所述硬质层的压缩残余应力的绝对值为0.5GPa以上3.0GPa以下。这进一步提高了表面被覆切削工具的韧性。[7]根据本专利技术的一个方面，提供了制造如上所述的表面被覆切削工具的方法，包括：准备基材的第一步骤；以及通过CVD形成硬质层的第二步骤。所述第二步骤包括调节AlCl3气体和TiCl4气体中的两者或一者的流量的步骤。如上所述的方法可制造这样的表面被覆切削工具，其能够在展示出高耐崩裂性的同时展示出特别高的耐磨性，从而实现了长使用寿命。[本专利技术的实施方案的详细说明]下面将描述实施方案。在下面的实施方案的描本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种表面被覆切削工具，包括基材和形成在所述基材上的覆膜，所述覆膜包括硬质层，所述硬质层包含具有氯化钠型晶体结构的多个晶粒，其中所述晶粒具有这样的层叠结构，其中由AlxTi1‑x的氮化物或碳氮化物构成的第一层和由AlyTi1‑y的氮化物或碳氮化物(其中x≠y)构成的第二层交替层叠，彼此相邻的所述第一层和所述第二层的总厚度为3nm以上40nm以下，并且当对于所述硬质层中与所述基材的表面平行的面，使用电子背散射衍射系统分析所述多个晶粒各自的晶体取向，从而测量作为所述晶粒的晶面的(111)面的法线方向与所述基材的表面的法线方向之间的交叉角时，所述交叉角为0度以上且小于10度的所述晶粒的面积比率为40％以上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.04.14 JP 2016-0810951.一种表面被覆切削工具，包括基材和形成在所述基材上的覆膜，所述覆膜包括硬质层，所述硬质层包含具有氯化钠型晶体结构的多个晶粒，其中所述晶粒具有这样的层叠结构，其中由AlxTi1-x的氮化物或碳氮化物构成的第一层和由AlyTi1-y的氮化物或碳氮化物(其中x≠y)构成的第二层交替层叠，彼此相邻的所述第一层和所述第二层的总厚度为3nm以上40nm以下，并且当对于所述硬质层中与所述基材的表面平行的面，使用电子背散射衍射系统分析所述多个晶粒各自的晶体取向，从而测量作为所述晶粒的晶面的(111)面的法线方向与所述基材的表面的法线方向之间的交叉角时，所述交叉角为0度以上且小于10度的所述晶粒的面积比率为40％以上。2.根据权利要求1所述的表面被覆切削工具，其中，所述晶粒的粒界包括CSL粒界和一般粒界，并且所述CSL粒界中的Σ3晶界的长度小于Σ3-29晶界的长度的50％，该Σ3-29晶界的长度为包...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿侬萨克·帕索斯，金冈秀明，今村晋也，小野聪，
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