表面被覆切削工具制造技术

本发明专利技术提供一种在基材和覆膜之间具有高粘附性的同时，兼具优异的耐热性、优异的耐磨性和优异的润滑性的表面被覆切削工具。本发明专利技术的表面被覆切削工具包括基材以及在该基材上形成的覆膜，所述覆膜的特征在于，该覆膜通过物理气相沉积法形成并包含一层或多层；所述一层或多层中的至少一层为第一覆膜层；所述第一覆膜层含有铝和氮，其热浸透率为２，０００Ｊ·ｓｅｃ－１·ｍ－１·Ｋ－１至５，０００Ｊ·ｓｅｃ－１·ｍ－１·Ｋ－１，并且厚度为０．２μｍ至５μｍ；所述第一覆膜层从所述基材侧起依次包括非晶态区域和结晶态区域；所述非晶态区域为非晶态，并且厚度为０．０１μｍ至２μｍ；所述结晶态区域具有含有六方晶结构的晶体结构。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及具有基材以及在该基材上所形成的覆膜的表面被覆切削工具。
技术介绍
作为切削工具的最近趋势，由于以下原因，工具的切削刃温度有变得越来越高的趋势，这些原因包括从地球环境保护的角度考虑需要不使用切削润滑剂的干式加工、工件的多样化、以及为了进一步提高加工效率而提高切削速度。因此，工具材料所要求的特性变得更严格。特别是，作为工具材料所要求的特性，不仅在基材上所形成的覆膜具有耐热性是当然的事情，而且与切削工具寿命相关的耐磨性的提高以及代替润滑剂的覆膜润滑性能也已经变得越来越重要。为了提高覆膜的散热性、润滑性以及抗破碎性，已知的是，在由诸如WC基硬质合金、金属陶瓷或高速钢等硬质基材形成的切削工具的表面上形成AlN覆膜的技术。AlN具有高导热性，因而可提高覆膜的散热性且不会将热限制在AlN覆膜自身中。另外，AlN的特征在于润滑性高并且硬度低。该特征使得AlN具有防止工具异常磨损和提高抗破碎性的优点。在使得切削工具同时具有高水平的润滑性和抗破碎性方面，具有这样的多种优点的AlN是必需材料，这样说并不言过。因此，一直以来AlN以多种方式被使用。例如，专利文献1披露了一种将六方晶体状态的AlN用于最外表面的技术。专利文献2披露了一种通过物理气相沉积法形成含有铝和选自氮、氧和碳组成的组中的一种或多种元素的化合物层的技术。类似地，专利文献3也披露了一种将AlN用于覆膜表面的技术。这样，通过在最外表面形成AlN覆膜，可以提高该表面的散热性、润滑性和抗破碎性。然而，专利文献1至3中所披露的所有AlN覆膜均引起工具基材的热破裂，这是因为AlN具有高的热浸透率，由此这些覆膜迅速地将切削期间所生成的热(如果有底层的话则通过底层)转移到工具基材。这导致了工具寿命短的问题。另外，专利文献1至3中所披露的所有AlN覆膜均不具有充分的润滑效果，这是因为它们不具有充分的硬度，由此覆膜快速磨损。另外，作为进一步提高润滑性的尝试，专利文献4披露了一种向AlN最外覆膜中加入氯以提高覆膜最外表面的润滑性的技术。另外，专利文献5披露了一种在覆膜的基材侧形成TiCN层和TiCNO层，同时在覆膜的最外侧形成耐热性高的Al2O3层和润滑性高的AlN 层，由此提高覆膜表面的热绝缘性和润滑性的技术。引用文献列表专利文献专利文献1 日本未审查专利申请公开No. 2005-271133专利文献2 日本未审查专利申请公开No. 2005-297143专利文献3 日本未审查专利申请公开No. 2006-026783专利文献4 日本未审查专利申请公开No. 2005-297142专利文献5 日本未审查专利申请公开No. 2003-039210专利技术概述本专利技术要解决的技术问题然而，专利文献4和专利文献5中的技术均不能解决覆膜表面硬度低的问题，覆膜的最外表面由于磨损而容易快速消失。因此，一直以来采用的是通过在覆膜的表面侧形成AlN层来提高覆膜表面润滑性的技术。另外，虽然期望通过在覆膜最外侧形成AlN层以利用该AlN层的润滑作用来提高耐磨性，然而现状是，尚未提供能够充分发挥该效果的表面被覆切削工具。鉴于上述现状进行本专利技术，本专利技术的目的是通过在基材上以优异的粘附性形成含有铝和氮并且热浸透率低且硬度高的第一覆膜层，来提供兼具优异的耐热性、优异的耐磨性和优异的润滑性的表面被覆切削工具。解决问题的方案本专利技术的表面被覆切削工具包括基材以及在该基材上形成的覆膜，所述覆膜的特征在于，该覆膜通过物理气相沉积法形成并且包含一层或多层，所述一层或多层中的至少一层为第一覆膜层，所述第一覆膜层含有铝和氮，其热浸透率为2，000J · sec"1 · πΓ1 · Γ1至 5，000J · sec"1 · πΓ1 · Γ1,并且厚度为0. 2 μ m至5 μ m，所述第一覆膜层从所述基材侧起依次包括非晶态区域和结晶态区域，所述非晶态区域为非晶态并具有0. 01 μ m至2 μ m的厚度， 并且所述结晶态区域具有含有六方晶结构的晶体结构。所述结晶态区域的硬度优选为2，500mgf/μ m2至3，800mgf/μ m2。所述第一覆膜层优选具有-IGPa至OGPa的残余应力，并优选通过溅射法形成。所述第一覆膜层优选由AlhMexNO). 001 ^ χ ^ 0. 2)形成，其中Me是选自由钒、 铬、钇、铌、铪、钽、硼和硅构成的组中的一种或多种元素。所述覆膜除了所述第一覆膜层之外优选还包括一层或多层第二覆膜层，并且所述第二覆膜层优选由选自元素周期表中的IVa族元素、Va族元素、VIa族元素、铝和硅所构成的组中的一种或多种元素形成，或者由一种或多种上述元素与选自碳、氮、氧和硼所构成的组中的一种或多种元素形成的化合物形成。所述一层或多层第二覆膜层优选由选自铬、铝、钛和硅构成的组中的一种或多种元素形成，或者由一种或多种上述元素与选自碳、氮、氧和硼构成的组中的一种或多种元素形成的化合物形成。所述第二覆膜层优选具有超多层结构，该超多层结构包括周期叠加的厚度为Inm 至IOOnm的薄膜层，所述薄膜层优选由选自铬、铝、钛和硅构成的组中的一种或多种元素形成；或者由一种或多种上述元素与选自碳、氮、氧和硼构成的组中的一种或多种元素形成的化合物形成。所述基材优选由硬质合金、金属陶瓷、立方氮化硼烧结体、高速钢、陶瓷或金刚石烧结体形成。本专利技术的有益效果由于具有上述结构，本专利技术的表面被覆切削工具具有第一覆膜层的粘附性高这样的优点，并且还具有兼具优异的耐热性、优异的耐磨性和优异的润滑性的优点。具体实施例方式表面被覆切削工具 本专利技术的表面被覆切削工具包括基材以及在其上形成的覆膜。由于具有这种基本结构，本专利技术的表面被覆切削工具可非常有利地用作(例如)钻头、端铣刀、铣削或车削用可转位刀片、金工锯、齿轮切削工具、铰刀、螺丝攻、或曲轴针铣用刀片。本专利技术的表面被覆切削工具的特征在于，所述覆膜不易于剥离，尤其是当将该工具用于切削诸如不锈钢、铬镍铁合金(Inconel)或钛等难以切削的材料时。< 基材 >作为本专利技术表面被覆切削工具的基材，可使用任意已知的作为这些切削工具的基材的基材。这些基材的例子包括硬质合金(如WC基硬质合金(其除了 WC之外还含有钴)， 包括进一步含有(例如)钛、钽或铌的碳氮化物的那些)、金属陶瓷(主要包含(例如)TiC、 TiN或TiCN)、高速钢、陶瓷(如碳化钛、碳化硅、氮化硅、氮化铝、氧化铝及其混合物)、立方氮化硼烧结体以及金刚石烧结体。如果将硬质合金用作基材，则即使硬质合金在其结构中具有游离的碳或所谓η 相的异常相，本专利技术的优点仍会表现出来。还可以对基材的表面进行改性。例如，如果使用硬质合金，则在其表面中可形成脱β层；或者，如果使用金属陶瓷，则其中可形成表面硬化层；因此，即使对表面进行改性，本专利技术的优点仍可以表现出来。< 覆膜 >本专利技术的覆膜通过物理气相沉积形成。该覆膜包含一层或多层，所述一层或多层中的至少一层为第一覆膜层。所述第一覆膜层含有铝和氮，具有2，000J · sec"1 .m-1 - Γ1至 5，000J · sec"1 · πΓ1 · Γ1的热浸透率，并且从基材侧依次包括非晶态区域和结晶态区域。所述非晶态区域为非晶态的，并具有0. 01 μ m至2 μ m的厚度。所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种表面被覆切削工具，包括基材以及在所述基材上形成的覆膜，其中：所述覆膜通过物理气相沉积法形成，并且包含一层或多层；所述一层或多层中的至少一层为第一覆膜层；所述第一覆膜层含有铝和氮，其热浸透率为２，０００Ｊ·ｓｅｃ－１·ｍ－１·Ｋ－１至５，０００Ｊ·ｓｅｃ－１·ｍ－１·Ｋ－１，并且厚度为０．２μｍ至５μｍ；所述第一覆膜层从所述基材侧起依次包括非晶态区域和结晶态区域；所述非晶态区域为非晶态，并具有０．０１μｍ至２μｍ的厚度；并且所述结晶态区域具有含有六方晶结构的晶体结构。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：小池沙知子，
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：JP