表面被覆切削工具及其制造方法技术

一种表面被覆切削工具，包括基材以及形成在所述基材的表面上的覆膜，其中：覆膜包括一层或多层；层中的至少一层为含有硬质颗粒的富Al层；硬质颗粒具有氯化钠型晶体结构并且包含多个聚集的第一单元相以及介于第一单元相之间的第二单元相；第一单元相包含AlxTi1‑x的氮化物或碳氮化物；第一单元相中Al的原子比x为0.7至0.96；第二单元相包含AlyTi1‑y的氮化物或碳氮化物；第二单元相中Al的原子比y为0.5以上且小于0.7；并且，当通过X射线衍射法从覆膜表面的法线方向进行分析时，富Al层在(200)面具有最大峰。

Surface coated cutting tool and its manufacturing method

【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
本专利技术涉及一种表面被覆切削工具以及制造该表面被覆切削工具的方法。本申请要求基于2017年2月28日递交的日本专利申请No.2017-037375的优先权。该日本专利申请的全部内容以引用方式并入本文。
技术介绍
日本国家专利公开No.2008-545063(专利文献1)公开了一种具有Ti1-xAlxN覆膜的部件作为表面被覆部件。该Ti1-xAlxN覆膜的化学计量系数为0.75<x≤0.93，并且晶格常数a为0.412nm至0.405nm并且具有单相立方NaCl结构。Ti1-xAlxN覆膜通过CVD(化学气相沉积)形成。更具体而言，将由AlCl3、TiCl4、H2和Ar组成的第一气体混合物和由NH3和N2组成的第二气体混合物导入到容纳有基材的热壁型CVD反应器中，以使Ti1-xAlxN的晶体生长。通过这种方法形成的覆膜比用已知PVD方法生产的Ti1-xAlxN覆膜的Al的含量比率更高。因此，据推测具有覆膜的表面被覆部件具有高抗氧化性和高硬度，并且在高温下可表现出优异的耐磨性。日本专利待审查公开No.2014-129562(专利文献2)公开了一种表面被覆部件。该表面被覆部件具有通过CVD形成的硬质覆膜层。硬质覆膜层包含硬质颗粒，并且该硬质颗粒具有这样的多层结构：其中NaCl结构的Ti原子比率相对高的AlTiN层和NaCl结构的Ti原子比率相对低的AlTiN层重复堆叠(所谓的层状相)。该层状相的层堆叠周期为0.5nm至20nm。该硬质覆膜层的压痕硬度为3000kgf(s)/mm2(29.4GPa)以上，并且因此具有高硬度，由此专利文献2的表面被覆部件可表现出优异的耐磨性。引用列表专利文献专利文献1：日本国家专利公开No.2008-545063专利文献2：日本专利待审查公开No.2014-129562
技术实现思路
本公开的一个方面中的一种表面被覆切削工具为这样的表面被覆切削工具，其包括：基材以及形成在该基材的表面上的覆膜，该覆膜包括一层或两层或多层，所述层中的至少一层为含有硬质颗粒的富Al层，硬质颗粒具有氯化钠型晶体结构，并且包含多个团块形式的第一单元相以及介于第一单元相的团块之间的第二单元相，第一单元相由AlxTi1-x的氮化物或碳氮化物组成，第一单元相的Al的原子比x为0.7以上0.96以下，第二单元相由AlyTi1-y的氮化物或碳氮化物组成，第二单元相的Al的原子比y超过0.5并且小于0.7，当通过X射线衍射在覆膜表面的法线方向上对富Al层进行分析时，富Al层在(200)面呈现最大峰。本公开的一个方面中的一种用于制造表面被覆切削工具的方法为这样的用于制造表面被覆切削工具的方法，该表面被覆切削工具包括基材和形成在该基材的表面上的覆膜，该覆膜包括一层或两层或多层，所述层中的至少一层为含有硬质颗粒的富Al层，当通过X射线衍射在覆膜表面的法线方向上对富Al层进行分析时，富Al层在(200)面呈现最大峰，所述方法包括以下步骤：形成富Al层，形成富Al层的步骤包括通过CVD形成层状层的第一步骤，以及使层状层退火以获得富Al层的第二步骤，第二步骤包括升温步骤、退火步骤和冷却步骤，升温步骤包括以10℃/min以上的速率升高层状层的温度的操作，退火步骤包括在700℃以上1200℃以下对层状层退火0.1小时以上10小时以下以获得富Al层的操作，冷却步骤包括以20℃/min以上的速率对富Al层进行快速冷却的操作。附图说明图1为本实施方案中使用的CVD装置的示意性剖视图。图2是作为用透射电子显微镜(TEM)获取的在根据本实施方案的制造方法中形成的层状相的显微图像进行说明的作为附图替代的照片。图3是作为用透射电子显微镜(TEM)获取的在本实施方案的表面被覆切削工具中形成的富Al层中硬质颗粒的显微图像进行说明的作为附图替代的照片。图4是表示沿图3中箭头所示的方向(即，<100>取向)测量的距离和Al的原子比之间的关系的图示，其通过使用能量色散X射线光谱仪(EDX)在<100>取向上进行组成分析而获得。图5是表示2θ和各晶面的衍射强度之间的关系的图示，其通过利用X射线衍射仪在富Al层的表面的法线方向上对图3中的富Al层进行分析而获得。具体实施方式[本公开要解决的问题]当专利文献1中公开的表面被覆部件的Ti1-xAlxN覆膜中x大于0.7时，在Ti1-xAlxN的晶体结构中产生了大的应变。因此，当覆膜接收能量时，Ti1-xAlxN晶体相转变为更稳定的纤锌矿型晶体结构。因此，当将表面被覆部件应用于切削工具并且用于切削时，切削中产生的热量导致Ti1-xAlxN的晶体结构发生相转变，这倾向于导致覆膜中产生裂纹并且当裂纹扩展时导致突然断裂。当专利文献2中公开的表面被覆部件用于切削工具时，在初始磨损方面存在改进的空间。虽然原因未知，但考虑如下：虽然硬质颗粒中的层状相在层的堆叠方向上的抗变形性优异，但是当受到外部负载时，在纵向上容易发生位错。该位错充当层状相遭到破坏的起始点，这导致硬质颗粒遭到破坏并且因此初始磨损进行。因此，尚未应用具有高硬度并且也不易于具有初始磨损的表面被覆部件，并且需要对这种表面被覆部件进行开发。鉴于上述情况，本公开的目的是提供一种具有高硬度并且不易于具有初始磨损的表面被覆切削工具，以及制造该表面被覆切削工具方法。[本公开的有益效果]根据上述情况，可提供一种具有高硬度并且不易于具有初始磨损的表面被覆切削工具。[实施方案的描述]本专利技术人在勤勉地制作抑制初始磨损的覆膜时，已经实现通过对专利文献2中公开的层状相进行热处理，从而使例如Al等的金属原子在层状相中扩散。虽然传统上认为经热处理的覆膜品质劣化，但本专利技术人发现，通过在热处理中进行特殊控制，以在构成层状相的晶粒相转变为纤锌矿晶体结构之前使失稳分解停止，可在晶粒内部形成抑制初始磨损的特定的相。首先，列举并且描述了本专利技术的实施方案。[1]本公开的一个方面中的一种表面被覆切削工具为这样的表面被覆削切工具，包括：基材以及形成在基材的表面上的覆膜，该覆膜包括一层或两层或多层，层中的至少一层为含有硬质颗粒的富Al层，硬质颗粒具有氯化钠型晶体结构，并且包含多个团块形式的第一单元相以及介于第一单元相的团块之间的第二单元相，第一单元相由AlxTi1-x的氮化物或碳氮化物组成，第一单元相的Al的原子比x为0.7以上0.96以下，第二单元相由AlyTi1-y的氮化物或碳氮化物组成，第二单元相的Al的原子比y超过0.5并且小于0.7，当通过X射线衍射在覆膜表面的法线方向上对富Al层进行分析时，富Al层在(200)面呈现最大峰。这种构成使表面被覆切削工具有高硬度，并且也抑制初始磨损。[2]硬质颗粒优选为占富Al层的50体积％以上。这可提供更高的硬度，并且也进一步抑制初始磨损。[3]第一单元相在<100>取向上的尺寸优选为2nm以上15nm以下。这可以进一步提供更高的硬度，并且还更进一步抑制初始磨损。[4]本公开的一个方面中的一种用于制造表面被覆切削工具的方法为这样的用于制造表面被覆切削工具的方法，该表面被覆切削工具包括基材和形成在基材的表面上的覆膜，该覆膜包括一层或两层或多层，层中的至少一层为含有硬质颗粒的富Al层，当通过X本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种表面被覆切削工具，包括基材以及形成在该基材的表面上的覆膜，所述覆膜包括一层或两层或多层，所述层中的至少一层为包含硬质颗粒的富Al层，所述硬质颗粒具有氯化钠型晶体结构，并且包含多个团块形式的第一单元相以及介于所述第一单元相的所述团块之间的第二单元相，所述第一单元相由AlxTi1‑x的氮化物或碳氮化物组成，所述第一单元相的Al的原子比x为0.7以上0.96以下，所述第二单元相由AlyTi1‑y的氮化物或碳氮化物组成，所述第二单元相的Al的原子比y超过0.5并且小于0.7，当通过X射线衍射在所述覆膜表面的法线方向上对所述富Al层进行分析时，所述富Al层在(200)面呈现最大峰。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.02.28 JP 2017-0373751.一种表面被覆切削工具，包括基材以及形成在该基材的表面上的覆膜，所述覆膜包括一层或两层或多层，所述层中的至少一层为包含硬质颗粒的富Al层，所述硬质颗粒具有氯化钠型晶体结构，并且包含多个团块形式的第一单元相以及介于所述第一单元相的所述团块之间的第二单元相，所述第一单元相由AlxTi1-x的氮化物或碳氮化物组成，所述第一单元相的Al的原子比x为0.7以上0.96以下，所述第二单元相由AlyTi1-y的氮化物或碳氮化物组成，所述第二单元相的Al的原子比y超过0.5并且小于0.7，当通过X射线衍射在所述覆膜表面的法线方向上对所述富Al层进行分析时，所述富Al层在(200)面呈现最大峰。2.根据权利要求1所述的表面被覆切削工具，其中所述硬质颗粒占所述富Al层的50体积％以上。3.根据权利要求1或2所述的表面被覆切削工具，其中所述第一单元相在其<100>取向上的尺寸为2nm以上15nm以下。4.一种用于制造表面被覆切削工具的方法，所述表面被覆切削工具包括基材以及形成在该基材的表面上的覆膜，所述覆膜包括一层或两层或多层，所述层中的至少一层为包含硬质颗粒的富Al层，当通过X射线衍射在所述覆膜表面的法线方向上对所述富Al层进行分析时，所述富Al层在(200)面呈现最大峰，所述方法包括以下步骤：形成所述富...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿侬萨克·帕索斯，城户保树，今村晋也，仓持幸治，
申请(专利权)人：住友电工硬质合金株式会社，住友电气工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP