表面被覆切削工具制造技术

本发明专利技术提供了一种表面被覆切削工具（10），其在基材（1）和覆盖层（2）间具有优异的粘结强度和耐磨性。本发明专利技术的表面被覆切削工具（10）的特征为：在基材（1）的表面中从a’点到b’点间的10μm的区域内，具有2至7条宽度不大于200nm的裂纹，或者在基材（1）的表面中从a’点到b’点间的每10μm长度内存在2至10个孔，其中点a’和点b’分别为从点a和点b垂直延伸至基材（1）的表面上的点，其中点a为在前刀面（3）方向上与刃棱线（5）间的距离为La的位置，点b为在后刀面（4）方向上与刃棱线（5）间的距离为Lb的位置；该孔为这样的空腔，在朝向基材（1）与覆盖层（2）间的界面的方向上，该空腔直径逐渐减小，并且孔在界面中的直径为0.08μm至3μm。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及表面被覆切削工具，其包括基材和形成于基材上的覆盖层。
技术介绍
硬质合金通常被用于钢和铸铁的切削。硬质合金为WC-Co合金，或者其中添加有Ti、Ta或Nb的碳氮化物的WC-Co合金。然而硬质合金存在这样的问题在切削过程中，切削工具的切削刃的温度会升至800°C以上的高温，这会造成切削刃因切削过程中的热量而发生塑性变形，并且更易于使后刀面磨损程度增加。因此，为了改进切削工具在高温条件下的切削特性，使用了被覆切削工具，该被覆切削工具由上述硬质合金基材和形成于硬质合金基材表面的覆盖层形成。所述覆盖层是由元素周期表中第IVa族金属的碳化物、氮化物或碳氮化物(如TiC、TiN或TiCN等)，或硬质 陶瓷(如Al2O3)形成的单层或复合层构成。这些覆盖层通过化学气相沉积(例如CVD)或者物理气相沉积(例如离子电镀或者离子溅射)的方法形成。由CVD法等形成的覆盖层的优点是，该覆盖层对硬质合金基材的粘结强度很高，并且具有非常优异的耐磨性。同时，CVD是在大约1000°C的高温状态下沉积覆盖层，因此，当所沉积的覆盖层冷却至室温时，由于硬质合金基材和覆盖层之间的热膨胀系数的差异，导致拉伸应力残留于覆盖层中。因此，切削加工时，如果覆盖层表面产生裂纹，那么拉伸应力会导致裂纹蔓延，结果造成覆盖层脱落或者崩裂。需要注意的是，硬质合金基材的热膨胀系数为大约5.I X KT6IT1,并且由TiN制成的覆盖层的热膨胀系数为大约9. SXKT6K'另外，由TiC制成的覆盖层的热膨胀系数为大约7. 6X KT6IT1,并且由Al2O3制成的覆盖层的热膨胀系数为大约 8. 5X101'近年来，由于对更高的切削速度和更高的切削效率的需求，覆盖层趋于变厚。因此需要进一步提高硬质合金基材和覆盖层之间的粘结强度。目前常用的切削工具的覆盖层厚度为大约几微米至十几微米。尽管耐磨性随着覆盖层厚度的增加而得以提高，但是覆盖层厚度过大可能使工具更易发生异常损坏，或者由热膨胀系数的差异而造成的拉伸应力很可能使切削工具更易发生异常损坏。如果覆盖层因此从基材上剥离，那么将发生异常磨损，从而缩短切削工具的寿命，或者使耐断裂性劣化。还尝试了在基材被机械抛光后对切削刃进行珩磨，由此提升耐断裂性。然而，如果基材的表面经过抛光，则在硬质相之间的界面或者硬质相和结合相之间的界面上会出现裂纹，或者会粘附抛光屑，从而使覆盖层的粘结强度劣化。覆盖层从基材上剥离将导致切削工具的意外断裂并缩短切削工具的寿命。鉴于以上情况，进行了各种尝试以改进覆盖层的粘结强度。例如，根据日本专利公开No. 2000-212743CPTL I)，在基材的表面上进行电解抛光取代机械抛光，从而消除因机械抛光而造成的硬质相颗粒的破裂，并且提高覆盖层对基材的粘结强度。日本专利公开No. 2008-238392 (PTL 2)公开了一种控制覆盖层晶体生长方向的技术，根据该技术在毛刷抛光后进行喷丸处理，从而使基材表面的硬质相部分变光滑，然后将结合相部分去除以形成凹部。这样所形成的覆盖层可以控制覆盖层中柱状结构晶体的生长方向，并且提高覆盖层的韧性。引用列表专利文献PTL I :日本专利公开 No. 2000-212743PTL 2 :日本专利公开 No. 2008-23839
技术实现思路
技术问题 然而，PTL I中所公开的表面被覆切削工具存在这样的问题，在高速加工和高效加工中进行断续切削时，其粘结强度低。在将PTL 2中所公开的表面被覆切削工具用于高速加工和高效加工中的断续切削时，切削加工中的应力会集中在通过除去部分结合相而形成的凹部处。由此会导致这样的问题，即会发生不规则的磨损、耐耐磨性有可能劣化，并且可能会发生意外的断裂。当将切削工具用于在高速加工和高效加工中的断续切削时，切削工具通常会发生上述这些问题。其中，尤其是在将切削工具用于施加断续负荷的应用(例如，沟槽材料的铣削或者加工)中，特别容易发生上述各问题。鉴于上述现状完成了本专利技术，本专利技术的目的是提供一种表面被覆切削工具，其在基材和覆盖层之间具有优异的粘结强度，并且具有优异的耐磨性或耐断裂性。解决问题的手段本专利技术的表面被覆切削工具包括基材以及形成于基材上的覆盖层。所述基材具有硬质相以及将硬质相彼此结合在一起的结合相。所述覆盖层由单层或者多层构成。在沿平面切割得到的所述表面被覆切削工具的横截面中，La小于O. 2mm并且Lb小于O. 1mm，其中点a为在前刀面方向上与刃棱线间的距离为La的位置，点b为在后刀面方向上与刃棱线间的距离为Lb的位置，其中所述平面包含位于所述前刀面中心处的所述覆盖层的表面的法线、以及两个所述后刀面相交处的几何棱；并且在所述基材的表面中从a’点到b’点之间的10 μ m的区域内，具有2至7条宽度不大于200nm的裂纹，或者在所述基材的表面中从所述a’点到所述b’点之间的每10 μ m长度内存在2至10个孔，其中所述点a’为从所述点a垂直延伸至所述基材的表面上的点，所述点b’为从所述点b垂直延伸至所述基材的表面上的点。所述孔为朝向所述基材和所述覆盖层之间的界面，直径逐渐减小的空腔，所述界面的孔的直径为O. 08至3 μ m。所述孔为这样的空腔，在朝向所述基材与所述覆盖层之间的界面的方向上，该空腔的直径逐渐减小，并且所述孔在所述界面中的直径为O. 08 μ m至3 μ m。上述La优选为小于O. 1mm，并且上述Lb优选为小于O. 05mm。优选的是，在所述基材的表面中从a’点到b’点之间的10 μ m的区域内，具有3至5条裂纹。优选的是，所述基材的表面中从所述a’点到所述b’点之间的每IOym长度内存在2至6个孔。优选的是，覆盖层由这样的化合物形成，该化合物为选自由元素周期表中的第IVa族元素、第Va族元素、第VIa族元素、Al和Si组成的组中的至少一种元素和选自由碳、氮、氧和硼组成的组中的至少一种元素所形成的化合物。优选的是，覆盖层的厚度为大于或等于3 μ m且小于或等于30 μ m。优选的是，硬质相由碳化钨、以及选自由元素周期表中的第IVa族元素、第Va族元素或第VIa族元素的碳化物、氮化物和碳氮化物组成的组中的至少一种化合物形成，或者硬质相由碳化钨形成。所述结合相优选由选自由铁、钴和镍组成的组中的至少一种元素形成。本专利技术的有益效果本专利技术的表面被覆切削工具以上述方式进行构造，从而显示出基材和覆盖层之间的优异的粘结强度，并且显示出优异的耐磨性或耐断裂性。附图简要说明附图说明图1为在沿平面切割本专利技术表面被覆切削工具得到的所述表面被覆切削工具的刃棱线部分及其周边部分的示意性截面图，其中该平面包含位于前刀面中心处的覆盖层的表面的法线、以及两个后刀面相交处的几何棱。图2示出了本专利技术的表面被覆切削工具的刃棱线部分及其周边的显微照片。图3示出了本专利技术的表面被覆切削工具的刃棱线部分及其周边的显微照片。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和形成于基材表面上的覆盖层。具有这种结构的本专利技术的表面被覆切削工具可以有利地用作(例如)钻削、端统、铣削、加工、曲轴销铣等的可转位刀片。然而，本专利技术的表面被覆切削工具并不局限于这些用途和形状。本专利技术的表面被覆切削工具特别适用于施加断续负荷的切削加工(例如沟槽材料的铣削和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【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：金冈秀明，冈田吉生，小岛周子，阿侬萨克·帕索斯，岩井惠里香，森本浩之，
申请(专利权)人：住友电工硬质合金株式会社，
类型：
国别省市：