硬质包覆层发挥优异的耐崩刀性的表面包覆切削工具制造技术

本发明专利技术提供一种硬质包覆层在合金钢等的高速铣削切削加工、高速断续切削加工中发挥优异的耐崩刀性的表面包覆切削工具。本发明专利技术的表面包覆切削工具，其在由WC基硬质合金、TiCN基金属陶瓷、cBN基超高压烧结体构成的基体表面，包覆由含有Al(CH3)3来作为反应气体成分的化学蒸镀法蒸镀形成的立方晶结构的(Ti1-XAlX)(CYN1-Y)层，其中，X、Y均以原子比计，0.55≤X≤0.95、0.0005≤Y≤0.005，其中，具有距基体表面0.5μm的硬质包覆层的内部L中Al量XL为0.55≤XL≤0.70，距硬质包覆层的表层0.5μm的硬质包覆层的内部H中Al量XH为0.80≤XH≤0.95的Al含有比例的组成倾斜结构，并且上述内部L中平均纵横尺寸比AL为1～2，上述内部H中平均纵横尺寸比AH为3～10。

【技术实现步骤摘要】
硬质包覆层发挥优异的耐崩刀性的表面包覆切削工具
本专利技术涉及一种表面包覆切削工具(以下，称为包覆工具)，其硬质包覆层在合金钢等的切削时伴有高热发生，并且对切削刃施加冲击性负荷的高速铣削切削加工或高速断续切削加工中发挥优异的耐崩刀性。
技术介绍
以往，已知有通常在由碳化钨(以下用WC表示)基硬质合金、碳氮化钛(以下用TiCN表示)基金属陶瓷或立方晶氮化硼(以下用cBN表示)基超高压烧结体构成的基体(以下将它们统称为基体)的表面，通过物理蒸镀法包覆形成Ti-Al系的复合氮化物层来作为硬质包覆层的包覆工具，并且已知它们发挥优异的耐磨损性。但是，上述以往的包覆形成Ti-Al系复合氮化物层的包覆工具虽然耐磨损性比较优异，但是当在高速铣削切削条件中使用时容易产生崩刀等异常损耗，因此对硬质包覆层的改善提出了各种建议。例如，专利文献1中，提出有在基体的表面通过物理蒸镀法包覆形成以组成式(Ti1-XAlX)N表示时满足0.35≤X≤0.60(其中，X为原子比)的Ti和Al的复合氮化物构成的硬质包覆层，并且将硬质包覆层作为以平均粒径30nm以下粒状晶组织和平均粒径50～500nm的柱状晶组织的交替层叠结构而构成，并且，由此在高硬度钢的高速断续切削加工中，硬质包覆层发挥优异的耐崩刀性、耐缺损性、耐剥离性。但是，该包覆工具通过物理蒸镀法蒸镀形成硬质包覆层，因此无法将Al的含有比例X设为0.6以上，要求进一步提高切削性能。由如上观点提出有通过化学蒸镀法形成硬质包覆层，从而将Al的含有比例X提高至0.9左右的技术。例如，专利文献2中，记载有在TiCl4、AlCl3、NH3的混合反应气体中，在650～900℃的温度范围中进行化学蒸镀，从而能够蒸镀形成Al的含有比例X的值为0.65～0.95的(Ti1-XAlX)N层，但在该文献中，由于以在该(Ti1-XAlX)N层上进一步包覆Al2O3层，并由此提高绝热效果为目的，未揭示通过形成将X的值提高至0.65～0.95的(Ti1-XAlX)N层，对切削性能有何影响。并且，例如专利文献3中，记载有在TiCl4、AlCl3、NH3、N2H4的混合反应气体中，在700～900℃的温度中进行不使用等离子体的化学蒸镀，从而能够蒸镀形成Al的含有比例X的值为0.75～0.93的立方晶的(Ti1-XAlX)N层构成的硬质包覆层，但与专利文献2相同，未对作为包覆工具的适用可能性有任何揭示。专利文献1：日本专利公开2011-224715号公报专利文献2：日本专利公表2011-516722号公报专利文献3：美国专利第7767320号说明书近年来的切削装置的高性能化显著，一方面对切削加工的节省劳力化及节能化以及低成本化的要求强烈，随此切削加工有更加高速化、高效率化的倾向，因此对包覆工具进一步要求耐崩刀性、耐缺损性、耐剥离性等耐异常损伤性，并且要求经长期使用的优异的耐磨损性。但是，上述专利文献1中记载的包覆工具由于通过物理蒸镀法蒸镀形成由(Ti1-XAlX)N层构成的硬质包覆层，无法提高硬质包覆层中的含Al量X，因此，例如当供合金钢的高速铣削切削时，不能说耐崩刀性足够。另一方面，对于上述专利文献2、3中记载的通过化学蒸镀法包覆形成的(Ti1-XAlX)N层，能够提高含Al量X，并且，能够形成立方晶结构，因此能够得到具有预定的硬度且耐磨损性优异的硬质包覆层，但是与基体的粘附强度不充分，另外，由于韧性差，因此作为供合金钢的高速铣削切削的包覆工具使用时，容易产生崩刀、缺损、剥离等异常损伤，不能说发挥能够令人满意的切削性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种即使在供合金钢的高速铣削切削等时，也发挥优异的耐崩刀性，并且经长期使用发挥优异的耐磨损性的包覆工具。本专利技术人等从如上述的观点出发，为了实现通过化学蒸镀包覆形成由Ti和Al的复合碳氮化物(以下，用“(Ti、Al)(C、N)”或“(Ti1-XAlX)(CYN1-Y)”表示)构成的硬质包覆层的包覆工具的耐崩刀性、耐磨损性的改善，而进行深入研究的结果，得到了如下见解。即发现在由碳化钨基硬质合金(以下用“WC基硬质合金”表示)、碳氮化钛基金属陶瓷(以下用“TiCN基金属陶瓷”表示)或立方晶氮化硼基超高压烧结体(以下用“cBN基超高压烧结体”表示)中的任一个构成的基体的表面，例如，通过含有三甲基铝(Al(CH3)3)来作为反应气体的化学蒸镀法，蒸镀形成立方晶结构的(Ti1-XAlX)(CYN1-Y)层来作为硬质包覆层，并且通过硬质包覆层中的Al的含有比例具有随着从硬质包覆层与基体的界面朝向硬质包覆层的表层侧逐渐增加的组成倾斜结构，从而积极的导入与组成相应的(Ti1-XAlX)(CYN1-Y)的晶格常数的差别带来的应变，而且，在硬质包覆层与基体的界面侧形成平均纵横尺寸比AL为1～2的粒状组织，另外，在硬质包覆层的表层侧形成平均纵横尺寸比AH为3～10的柱状组织，从而提高由(Ti1-XAlX)(CYN1-Y)层构成的硬质包覆层的耐崩刀性。另外，在上述(Ti1-XAlX)(CYN1-Y)层中，X、Y均为原子比，且满足0.55≤X≤0.95、0.0005≤Y≤0.005，由此可知优选通过含有三甲基铝(Al(CH3)3)来作为反应气体成分的化学蒸镀法蒸镀形成并得到维持立方晶结构的(Ti、Al)(C、N)层，且该(Ti、Al)(C、N)层达到了以往的PVD法中无法蒸镀形成的高Al含有比例X(例如，X=0.80～0.95)。并且，本专利技术人等发现通过本专利技术的化学蒸镀法蒸镀形成上述立方晶结构的(Ti1-XAlX)(CYN1-Y)层时，虽然层中含有微量的氯，但是若平均含氯量为1原子%以下，则不会产生硬质包覆层的脆化，不仅不会对硬质包覆层特性产生恶劣的影响，而且具有平均含氯量随着从硬质包覆层与基体的界面朝向硬质包覆层的表层侧逐渐减少的组成倾斜结构时，硬质包覆层不仅具备润滑性，而且提高耐崩刀性。由此，将具备如上述的硬质包覆层的包覆工具，用于例如合金钢的高速铣削切削、高速断续切削等时，能够抑制崩刀、缺损、剥离等的产生，并且能够经长期使用而发挥优异的耐磨损性。本专利技术是根据上述的研究结果而完成的表面包覆切削工具，其具有如下特征：(1)在由碳化钨基硬质合金、碳氮化钛基金属陶瓷或立方晶氮化硼基超高压烧结体中的任一个构成的基体的表面，(a)包覆形成由通过化学蒸镀法蒸镀形成且平均层厚为2～20μm的立方晶结构的Ti和Al的复合碳氮化物层构成的硬质包覆层，(b)上述硬质包覆层中将其平均组成以组成式：(Ti1-XAlX)(CYN1-Y)表示时，Al含有比例X及C含有比例Y(其中，X、Y均为原子比)分别满足0.55≤X≤0.95、0.0005≤Y≤0.005，(c)以从上述硬质包覆层与基体的界面进入硬质包覆层的内部0.5μm的位置L为中心进行组成分析，求出立方晶结构的Ti和Al的复合碳氮化物的Al含有比例，将其平均值设为XL(其中，原子比)则该Al含有比例XL为0.55≤XL≤0.70，并且，以从硬质包覆层的表层进入硬质包覆层的内部0.5μm的位置H为中心进行组成分析，求出立方晶结构的Ti和Al的复合碳氮化物的Al含有比例，将其平均值设为XH(其中，原子比)则该Al含有比例XH为0.80≤XH≤0.95，另外本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种表面包覆切削工具，其特征在于，在由碳化钨基硬质合金、碳氮化钛基金属陶瓷或立方晶氮化硼基超高压烧结体中任一个构成的基体的表面，(a)包覆形成由通过化学蒸镀法成膜且平均层厚为2～20μm的立方晶结构的Ti和Al的复合碳氮化物层构成的硬质包覆层，(b)在上述硬质包覆层中，将其平均组成以组成式：(Ti1?XAlX)(CYN1?Y)表示时，Al含有比例X及C含有比例Y分别满足0.55≤X≤0.95、0.0005≤Y≤0.005，其中，X、Y均为原子比，(c)以从上述硬质包覆层与基体的界面进入硬质包覆层的内部0.5μm的位置L为中心进行组成分析，求出立方晶结构的Ti和Al的复合碳氮化物的Al含有比例，将其平均值设为XL，则该Al含有比例XL为0.55≤XL≤0.70，其中，XL为原子比，并且，以从硬质包覆层的表层进入硬质包覆层的内部0.5μm的位置H为中心进行组成分析，求出立方晶结构的Ti和Al的复合碳氮化物的Al含有比例，将其平均值设为XH，则该Al含有比例XH为0.80≤XH≤0.95，其中，XH为原子比，另外，硬质包覆层中的Al含有比例具有随着从硬质包覆层与基体的界面侧朝向硬质包覆层的表层侧而逐渐增加的组成倾斜结构，(d)对每个存在于从上述硬质包覆层与基体的界面进入硬质包覆层的内部0.5μm的位置L的立方晶结构的Ti与Al的复合碳氮化物晶粒求出长轴宽度、短轴宽度，将这些晶粒的长轴宽度和短轴宽度的比设为平均纵横尺寸比AL，则该平均纵横尺寸比AL为1～2，并且，对每个存在于从硬质包覆层的表层进入硬质包覆层的内部0.5μm的位置H的立方晶结构的Ti与Al的复合碳氮化物晶粒求出长轴宽度、短轴宽度，将这些晶粒的长轴宽度和短轴宽度的比设为平均纵横尺寸比AH，则该平均纵横尺寸比AH为3～10。...

【技术特征摘要】
2012.04.20 JP 2012-0963821.一种表面包覆切削工具，其特征在于，在由碳化钨基硬质合金、碳氮化钛基金属陶瓷或立方晶氮化硼基超高压烧结体中任一个构成的基体的表面，(a)包覆形成由通过化学蒸镀法成膜且平均层厚为2～20μm的立方晶结构的Ti和Al的复合碳氮化物层构成的硬质包覆层，(b)在上述硬质包覆层中，将其平均组成以组成式：(Ti1-XAlX)(CYN1-Y)表示时，Al含有比例X及C含有比例Y分别满足0.55≤X≤0.95、0.0005≤Y≤0.005，其中，X、Y均为原子比，(c)以从上述硬质包覆层与基体的界面进入硬质包覆层的内部0.5μm的位置L为中心进行组成分析，求出立方晶结构的Ti和Al的复合碳氮化物的Al含有比例，将其平均值设为XL，则该Al含有比例XL为0.55≤XL≤0.70，其中，XL为原子比，并且，以从硬质包覆层的表层进入硬质包覆层的内部0.5μm的位置H为中心进行组成分析，求出立方晶结构的Ti和Al的复合碳氮化物的Al含有比例，将其平均值设为XH，则该Al含有比例XH为0.80≤XH≤0.95，其中，XH为原子比，另外，硬质包覆层中的Al含有比例具有随着从硬质包覆层与基体的界面侧朝向硬质包覆层的表层侧而逐渐增加的组成倾斜结构，(d)对每个存在于从上述硬质包覆层与基体的界面进入硬质包...

【专利技术属性】
技术研发人员：五十岚诚，龙冈翔，岩崎直之，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：