表面被覆切削工具及其制造方法技术

在设置有基材和形成在基材上的覆膜的表面被覆切削工具中，基材是硬质合金或金属陶瓷，并且基材的表面包括前刀面、后刀面和连接所述前刀面与所述后刀面的切削刃。在所述基材中，在距离切削刃0.4μm的深度位置处的氧浓度为1原子％以下。所述覆膜包括硬质层，并且所述硬质层的最上层的压缩应力的绝对值为1.5GPa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以及制造表面被覆切削工具的方法。本申请要求于2016年8月25日提交的日本专利申请No.2016-164781的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术介绍
已经研究了通过提高诸如耐磨性和耐断裂性之类的工具特性来延长切削工具的使用寿命。例如，日本专利特开No.2013-244549(专利文献1)公开了一种表面被覆切削工具，其具有形成在基材的表面上的覆膜。可以在基材上形成覆膜，以进一步提高切削工具的特性。日本专利特开No.6-079502(专利文献2)公开了一种通过对基材上的覆膜进行后处理而赋予覆膜压缩应力的方法。据认为可以赋予压缩应力以提高覆膜的韧性并因此提高切削工具的耐断裂性。引用列表专利文献专利文献1：日本专利特开No.2013-244549专利文献2：日本专利特开No.6-079502
技术实现思路
根据本公开的方面的表面被覆切削工具是包括基材和形成在该基材上的覆膜的表面被覆切削工具。所述基材是硬质合金或金属陶瓷。所述基材的表面包括前刀面、后刀面和连接前刀面与后刀面的切削刃面。所述基材在距离所述切削刃面0.4μm的深度位置处的氧浓度为1原子％以下。所述覆膜包括硬质层。所述硬质层中的最上层的压缩应力的绝对值为1.5GPa以上。根据本公开的方面的制造表面被覆切削工具的方法是制造上述表面被覆切削工具的方法。该方法包括：准备基材前体；通过对基材前体的表面进行机械加工来制作基材；在基材上形成包括硬质层的覆膜；和赋予覆膜压缩应力。所述机械加工是以下处理中的一种：交替重复湿磨和干磨的第一研磨处理；进行低进给低切削深度湿磨的第二研磨处理；或进行干磨的第三研磨处理。附图说明图1是示出表面被覆切削工具的例子的立体图。图2是按照图1中箭头所示方向看到的沿X-X线的截面图。图3仅示出了图2中所示的切削工具的截面中的基材。图4是图3的局部放大图。图5示出了切削刃面的不同形状。图6示出了切削刃面的另一不同形状。图7示出了切削刃面的又另一不同形状。具体实施方式[本公开要解决的问题]关于上述方法，预期所赋予的压缩应力越大，进一步提高耐断裂性，因此表面被覆切削工具的使用寿命越长。然而，在许多情况下，经过后处理的表面被覆切削工具不能实现可预期的长使用寿命。鉴于上述情况，本公开的目的是提供一种具有延长使用寿命的表面被覆切削工具以及制造表面被覆切削工具的方法。[本公开的有益效果]根据前述内容，提供了一种具有延长使用寿命的表面被覆切削工具和制造表面被覆切削工具的方法。[实施方案的说明]首先，基于以下列出的特征对本专利技术进行描述。如本文使用的表述“A至B”旨在限定某个范围的上限和下限(即，A以上B以下)。对于A后没跟有单位符号而只有B后跟有单位符号的“A至B”，A的单位与B的单位相同。[1]根据本公开的方面的表面被覆切削工具是包括基材和形成在该基材上的覆膜的表面被覆切削工具。所述基材是硬质合金或金属陶瓷。所述基材的表面包括前刀面、后刀面和连接前刀面与后刀面的切削刃面。所述基材在距离切削刃面0.4μm的深度位置处的氧浓度为1原子％以下。所述覆膜包括硬质层。所述硬质层中的最上层的压缩应力的绝对值为1.5GPa以上。通过本专利技术的专利技术人进行的研究，已经发现包括赋予大压缩应力的硬质层的覆膜可能从基材上脱落，因此预期的寿命延长很难从所赋予的压缩应力中获得。此外，本专利技术人进行了详细的研究，以最终发现进入基材的切削刃面附近中的非预期的氧原子导致基材和覆膜之间的密着性降低。与常规切削工具相比，在本公开的表面被覆切削工具中，切削刃面附近的氧原子浓度被控制为较低。具体而言，基材在距离切削刃面0.4μm的深度位置处的氧浓度为1原子％以下。因此，与常规切削工具相比，基材和覆膜之间的密着性增加。因此，与常规切削工具相比，即使当对覆膜中包括的硬质层施加大的压缩应力时，也可以抑制覆膜的脱落。如上所述，关于上述表面被覆切削工具，在通过赋予压缩应力可以提高耐磨性的同时，可以抑制由于覆膜的脱落引起的耐断裂性的劣化，因此可以延长使用寿命。[2]所述表面被覆切削工具的基材在距离切削刃面0.2μm的深度位置处的氧浓度为10原子％以下。该表面被覆切削工具在基材和覆膜之间的密着性方面更加优异。[3]所述表面被覆切削工具的最上层的压缩应力的绝对值为3.5GPa以上。因此，进一步提高切削工具的耐磨性。[4]所述表面被覆切削工具的硬质层是由以下元素制成的化合物层：选自由元素周期表中的第IV族元素、第V族元素和第VI族元素、Al和Si构成的组中的至少一种第一元素；和选自由B、C、N和O构成的组中的至少一种第二元素。这种化合物层适合于提高切削工具的特性。[5]所述表面被覆切削工具的最上层是由含有Al的氧化物(Al氧化物)制成的层。在这种情况下，与常规切削工具相比，可以产生显著高的有利效果。[6]所述表面被覆切削工具的基材的切削刃面的应变为0.07以下。因此，提高了覆膜的耐剥离性。[7]根据本公开的方面的制造表面被覆切削工具的方法是制造上述表面被覆切削工具的方法。该方法包括：准备基材前体；通过对基材前体的表面进行机械加工来制作基材；在基材上形成覆膜；和赋予覆膜压缩应力。所述机械加工是以下处理中的一种：交替重复湿磨和干磨的第一研磨处理；进行低进给低切削深度湿磨的第二研磨处理；或进行干磨的第三研磨处理。因此，可以制造具有延长的使用寿命的表面被覆切削工具。[本专利技术的实施方案的详述]本专利技术人以各种角度观察了通过后处理赋予压缩应力的表面被覆切削工具。作为结果，已经发现，在具有赋予大的压缩应力的覆膜的表面被覆切削工具中，覆膜更可能部分地脱落。本专利技术人认为有必要通过提高覆膜和基材之间的密着力来抑制覆膜的脱落。然而，已经采取许多方法来提高覆膜和基材之间的密着力。然后，本专利技术人认为常规方法不能充分抑制覆膜的脱落。鉴于上述情况，对于覆膜已经脱落的表面被覆切削工具，除了常规的纳米级观察之外，本专利技术人还进行了原子级观察。具体而言，除了扫描电子显微镜之外，本专利技术人还使用X射线光电子能谱(XPS)来观察表面被覆切削工具。作为结果，本专利技术人发现非预期的氧原子已进入表面被覆切削工具的基材，并且基材中高浓度的氧原子的存在使得覆膜可能从基材上脱落。在表面被覆切削工具中，在相对苛刻的环境中在基材的表面上形成覆膜。因此，最初假设在基材上形成覆膜的步骤将氧原子供应到基材中。然而，在形成覆膜之前，氧原子也已经进入了切削工具。因此否定了上述假设。然后，本专利技术人关注于对基材前体进行的机械加工。“基材前体”是通过将基材前体的表面斜削以形成切削刃而被机械加工成“基材”的材料。换句话说，该机械加工是对诸如烧结体之类的基材前体进行的处理，使得基材前体具有用于切削工具的基材的性质。关于对硬质基材前体进行机械加工，在工业上进行高进给高切削深度湿磨，以抑制机械加工过程中的发热或提高机械加工质量。本专利技术人发现用于这种湿磨的水是氧原子的来源。随后，本专利技术人进一步研究了根据机械加工方法的不同，氧原子进入基材的方式的差异。本专利技术人采用了与常规方法不同的机械加工方法，以成功地抑制氧原子的进入。已经以这种方式完成了本专利技术。以下将对本专利技术的实施方案(以下也称为“本实施方案”)进行描述。然而，本实施方案并不限本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种表面被覆切削工具，包括基材和形成在该基材上的覆膜，所述基材是硬质合金或金属陶瓷，所述基材的表面包括前刀面、后刀面和连接所述前刀面与所述后刀面的切削刃面，所述基材在距离所述切削刃面0.4μm的深度位置处的氧浓度为1原子％以下，所述覆膜包括硬质层，所述硬质层中的最上层的压缩应力的绝对值为1.5GPa以上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.08.25 JP 2016-1647811.一种表面被覆切削工具，包括基材和形成在该基材上的覆膜，所述基材是硬质合金或金属陶瓷，所述基材的表面包括前刀面、后刀面和连接所述前刀面与所述后刀面的切削刃面，所述基材在距离所述切削刃面0.4μm的深度位置处的氧浓度为1原子％以下，所述覆膜包括硬质层，所述硬质层中的最上层的压缩应力的绝对值为1.5GPa以上。2.根据权利要求1所述的表面被覆切削工具，其中所述基材在距离所述切削刃面0.2μm的深度位置处的氧浓度为10原子％以下。3.根据权利要求1或2所述的表面被覆切削工具，其中所述最上层的压缩应力的绝对值为3.5GPa以上。4.根据权利要求1至3中任一项所述的表面被覆切削工具，其中所述硬质层是由以下元素制成的...

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