表面包覆切削工具制造技术

本发明专利技术提供表面包覆切削工具，其为包覆形成钢、铸铁等铁类材料的切削加工中发挥优异的韧性、耐热冲击性、耐磨性的复合硬质膜的切削工具。在工具基体的表面包覆形成立方晶氮化硼与氮化钛的复合硬质膜的表面包覆切削工具中，作为该复合硬质膜的构成成分的立方晶氮化硼和氮化钛具备有组成倾斜结构，该组成倾斜结构在工具基体侧氮化钛含有比率变高，并且，在表层侧立方晶氮化硼的含有比率变高，优选以切削刃棱线为分界，在前刀面的复合硬质膜中的立方晶氮化硼相对于氮化钛的含有比率高于后刀面，并且，前刀面的复合硬质膜的表层的立方晶氮化硼相对于氮化钛的含有比率为１．５～４．０，后刀面的复合硬质膜的表层的立方晶氮化硼相对于氮化钛的含有比率为０．６７～１．５。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种表面包覆切削工具，其为包覆形成钢、铸铁等铁类材料的切削加 工中发挥优异的韧性、耐热冲击性、耐磨性的立方晶氮化硼(以下，以CBN表示)和氮化钛 (以下，以TiN表示)的复合硬质膜。
技术介绍
一直以来，作为硬质薄膜的成膜法，周知有物理气相沉积(PVD)法、化学气相沉积 (CVD)法等，其通过在工具基体的表面用这些成膜法包覆形成硬质膜而提高耐磨性，同时谋 求表面包覆切削工具的长寿命化。近年来，作为硬质薄膜的其他成膜法开发出了气溶胶沉积(AerosolD印osition。 以下，以AD表示)法，并且关注着利用该AD法在工具基体表面成膜硬质膜的表面包覆切削工具。关于AD法，在非专利文献1中进行了介绍，其为如下涂覆手法，即在图1所示的AD 装置中，将亚微米级的原料超微粒子装到气溶胶产生器，与高压气体混合，进行气溶胶化， 通过向排放至中 低真空中的成膜腔内的基板高速喷吹，由此成膜金属、陶瓷膜。AD法的成膜原理被命名为“常温冲击固化现象”，尤其在陶瓷的成膜中为如下一 定范围的动能冲撞于基板时，破碎成微细结晶，且该粒子彼此紧密结合的同时形成膜，所述 一定范围的动能在具有特定范围的尺寸的微细粒子与气体一同从喷嘴送出时得到。作为基于该AD法的成膜的特征，可以举出如下等(甲)可以进行金属或陶瓷(氧化物、非氧化物)的成膜。(乙)由于不需要高温热处理，所以可以得到维持无法以一般烧结工艺得到的原 料粉组成的热非平衡陶瓷组织。(丙)能够以高速(根据条件为PVD、CVD的30倍以上)且大面积进行具有紧密 的微结晶组织的涂覆。( 丁)若考虑硬度或弹性率等机械特性，则基板可以广泛选择Si、SUS304、树脂、玻璃等。作为上述AD法的具体应用例，例如在专利文献1叙述了如下内容通过AD法形成 Al2O3与其他陶瓷H^i^n，SiC、Si3N4、TiN、TiCN、TiC、AlN、C、BN)材料的复合膜，由此得到不 锈钢、合金钢的切削中显示优异的切削性能的表面包覆切削工具。并且，在专利文献2叙述了如下内容通过AD法形成金刚石微粒子与陶瓷(例如， A1203、TiO2, SiO2, AlSiNO, SiC、TaC, B4C, BN、SiN、Y2O3, ZrO2, MgO)粒子的复合膜，由此得到 粘着性优异，且在Al合金的切削中显示优异的耐磨性的表面包覆切削工具。并且，在专利文献3中示有通过AD法形成金刚石膜的金刚石包覆工具，且叙述了 如下内容该金刚石包覆工具的摩擦系数小且耐磨性优异。然而，专利文献1所示的表面包覆切削工具不能说与基板的粘着性及耐磨性充 分，并且专利文献2、3中所示的表面包覆切削工具其硬质膜成分为金刚石，由于该金刚石和铁类材料产生反应，所以无法作为钢、铸铁等铁类材料的切削工具使用。并且，作为不依存上述AD法的硬质复合膜的成膜法，例如在专利文献4、5中公开 有如下方法通过ESC(Electrostatic Spray Coating)法使cBN粒子附着于基体之后，通 过CVI (Chemical Vapor Infiltration)法将TiN填充于cBN粒子间隙中，由此成膜由cBN 和TiN构成的复合膜，但在该成膜法中，需要高压高温真空装置，存在硬质膜的制造成本增 多的问题。并且，由于使cBN粒子附着之后成膜TiN，所以无法将膜的组成设为倾斜结构。 因此，与基板的粘着性就成为问题。专利文献1 日本专利公开2006-131992号公报专利文献2 日本专利公开2009-6沈07号公报专利文献3 日本专利公开2008-19464号公报专利文献4 美国专利第6607782号说明书专利文献5 美国专利申请公开第2006/0199013号说明书非专利文献1 :SynthesiologyVol. 1, No. 2 (2008) p. 130 138
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种如下表面包覆切削工具不需要高压高温真空装置 而谋求制作成本的降低，同时在钢、铸铁等铁类材料的切削加工中，通过根据AD法调制膜 的组成而成膜来包覆形成韧性、耐热冲击性、耐磨性优异，且在长期使用中发挥优异的切削 性能的复合硬质膜。本专利技术者们发现了如下内容着眼于由cBN和TiN构成的复合硬质膜，通过根据 AD法成膜该复合硬质膜而形成与工具基体的粘着性优异的复合硬质膜；进一步将硬质合 金烧结体、cBN烧结体、金属陶瓷或高速钢等作为工具基体，通过AD法在其表面成膜复合硬 质膜时，沿其膜厚方向调整cBN和TiN的含有比率，进一步设为根据前刀面、后刀面的所希 望的特性的组成倾斜结构的复合硬质膜，由此得到韧性、耐热冲击性及耐磨性优异的适于 钢、铸铁等铁类材料的切削加工的表面包覆切削工具。本专利技术是根据上述见解而完成的，以如下作为特征(1) 一种表面包覆切削工具，是在工具基体的表面以1 15 μ m的膜厚包覆形成 立方晶碳化硼与氮化钛的复合硬质膜的表面包覆切削工具，其特征在于，作为上述复合硬 质膜的构成成分的立方晶氮化硼和氮化钛具备有组成倾斜结构，该组成倾斜结构在工具基 体侧氮化钛含有比率变高，并且，在表层侧立方晶氮化硼的含有比率变高。(2)上述(1)记载的表面包覆切削工具，其特征在于，以切削刃棱线为分界，前刀面的复合硬质膜的立方晶氮化硼相对于氮化钛的含有 比率高于后刀面的复合硬质膜的立方晶氮化硼相对于氮化钛的含有比率。(3)上述⑴或⑵记载的表面包覆切削工具，其特征在于，至少在前刀面的复合硬质膜中的上述组成倾斜结构中，前刀面的复合硬质膜的表 层的立方晶氮化硼相对于氮化钛的含有比率为1. 5 4. 0。(4)上述⑴或⑵记载的表面包覆切削工具，其特征在于，至少在后刀面的复合硬质膜中的上述组成倾斜结构中，后刀面的复合硬质膜的表 层的立方晶氮化硼相对于氮化钛的含有比率为0. 67 1. 5。”以下对本专利技术进行说明。在本专利技术中，作为形成复合硬质膜的工具基体可以使用碳化钨基硬质合金、碳氮 化钛基金属陶瓷、立方晶氮化硼基超高压烧结材料、高速工具钢等已周知的各种切削工具 基体材料。在本专利技术中，通过所述AD(Aerosol D印osition)法在上述工具基体表面成膜复合 硬质膜。首先，根据图1说明本专利技术的复合硬质膜的基于AD法的成膜的简要。在图1中，例如将粒径为0. 1 1. 0 μ m的cBN粉末、粒径为0. 1 1. 0 μ m的TiN 粉末分别填充至气溶胶产生器内，将此与高压气体(He、Ar、N2或空气)混合，进行气溶胶 化，向中、低真空压力的成膜腔内的基板高速喷吹，由此可以在基板上成膜由cBN和TiN的 所希望的含有比率构成的复合膜。此外，本专利技术中所说的含有比率表示在立方晶氮化硼和氮化钛的混合量中所占的 体积比率，是指从截面方向对膜厚方向上为0.2μπκ与基板平行的方向上为3μπι的区域进 行基于俄歇电子能谱法的面分析，根据其测量结果计算各成分在复合硬质层中所占的体积 比例而求出的值。在本专利技术中，利用上述AD法进行成膜时，调节各个气溶胶产生器内的气压，以使 在形成复合硬质膜的下部层的成膜初始阶段，原料微粒子粉末中的TiN含有比率变高，并 且在形成复合硬质膜的上部层的成膜后期阶段，原料微粒子粉末中的cBN含有比率变高， 由此成膜具备在工具基体侧TiN含有比率变高且本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种表面包覆切削工具，是在工具基体的表面以１～１５μｍ的膜厚包覆形成立方晶碳化硼与氮化钛的复合硬质膜的表面包覆切削工具，其特征在于，作为上述复合硬质膜的构成成分的立方晶氮化硼和氮化钛具备有组成倾斜结构，所述组成倾斜结构在工具基体侧氮化钛含有比率变高，并且，在表层侧立方晶氮化硼的含有比率变高。

【技术特征摘要】
JP 2009-11-12 2009-258677;JP 2010-5-31 2010-1237421.一种表面包覆切削工具，是在工具基体的表面以1 15 μ m的膜厚包覆形成立方晶 碳化硼与氮化钛的复合硬质膜的表面包覆切削工具，其特征在于，作为上述复合硬质膜的构成成分的立方晶氮化硼和氮化钛具备有组成倾斜结构，所述 组成倾斜结构在工具基体侧氮化钛含有比率变高，并且，在表层侧立方晶氮化硼的含有比 率变高。2.如权利要求1所述的表面包覆...

【专利技术属性】
技术研发人员：高岛英彰，高冈秀充，长田晃，
申请(专利权)人：三菱综合材料株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]