表面包覆切削工具制造技术

本发明专利技术提供一种发挥优异的耐崩刀性、耐剥离性及耐磨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在工具基体表面包覆形成有至少由下层和上层构成的硬质包覆层，下层由通过溶胶-凝胶法而形成的具有0.5～4.0μm的平均层厚的晶质Al2O3层构成，上层由具有0.2～3.0μm的平均层厚的非晶质Al2O3层或非晶质SiO2层构成，且在上述下层形成有凹部，该凹部的平均深度为0.4～4.0μm，该凹部的平均纵横尺寸比为1.0～40，该凹部之间的平均水平间隔为0.5～20μm。

Surface coated cutting tool

The invention provides an excellent play tool wear resistance, surface peeling resistance and abrasion resistance of coated cutting tools, coated cutting tool surface of the invention in the tool matrix form a hard surface coating composed of at least lower and upper coating layer, the lower layer is made by sol-gel method and the formation of 0.5 ~ 4 m the average thickness of the amorphous Al2O3 layer, the upper layer is composed of amorphous Al2O3 layer or the average thickness of the amorphous SiO2 layer with 0.2 ~ 3 m, and a concave part is formed in the lower layer, the average depth of the recess is 0.4 ~ 4 m, the average size of the concave aspect the ratio of 1 to 40, between the concave part of the average interval is 0.5 ~ 20 m.

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供一种发挥优异的耐崩刀性、耐剥离性及耐磨性的表面包覆切削工具，本专利技术的表面包覆切削工具在工具基体表面包覆形成有至少由下层和上层构成的硬质包覆层，下层由通过溶胶-凝胶法而形成的具有0.5～4.0μm的平均层厚的晶质Al2O3层构成，上层由具有0.2～3.0μm的平均层厚的非晶质Al2O3层或非晶质SiO2层构成，且在上述下层形成有凹部，该凹部的平均深度为0.4～4.0μm，该凹部的平均纵横尺寸比为1.0～40，该凹部之间的平均水平间隔为0.5～20μm。【专利说明】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)，其在伴随高热产生且有断续性/冲击性荷载作用于切削刃的不锈钢、碳钢等的高速断续切削加工中，硬质包覆层发挥优异的润滑性、耐崩刀性、耐剥离性及耐磨性。本申请对于2012年7月17日申请的日本专利申请第2012-158777号以及2013年3月22日申请的日本专利申请第2013-60386号主张优先权，并将其内容引用于此。
技术介绍
一直以来，已知有例如专利文献I所示的包覆工具，其将由选自周期表中的4a、5a、6a族中的至少一种以上元素的碳化物、氮化物、碳氮化物等所构成的硬质皮膜作为下部层来在工具基体表面上成膜，进一步在其之上包覆形成上部层即氧化铝层。并且还已知，氧化铝层一般通过化学蒸镀(CVD)成膜，但也能够通过其他物理蒸镀(PVD)法、溶胶-凝胶法包覆形成氧化铝层。例如，如专利文献2所示提出如下技术:通过物理蒸镀(PVD)法在工具基体表面形成下部层之后，通过氧化该下部层来形成含氧化物层，并通过将氧化铝层物理蒸镀(PVD )于该含氧化物层上，从而获得耐磨性及耐热性优异的包覆工具。另外，在专利文献3中还提出如下包覆工具:其通过物理蒸镀(PVD)法成膜由(T1、A1)N层构成的下部层及由氧化铝层(优选为Y型氧化铝层)构成的上部层。 此外，如专利文献4所示提出如下方法:作为具有机械特性及耐久性的氧化铝包覆结构体的制造方法，通过溶胶-凝胶法将由晶体结构为非晶结构或Y型的氧化铝构成或者由它们的混合物构成的第I氧化铝层包覆于母材之上后，通过溅射包覆形成以Y型为主体的第2氧化铝层。专利文献1:日本特开平11-229144号公报专利文献2:日本特开2004-124246号公报专利文献3:日本特开2007-75990号公报专利文献4:日本特开2006-205558号公报在通过化学蒸镀(CVD)法、物理蒸镀(PVD)法或溶胶-凝胶法包覆形成氧化铝层的以往的包覆工具中，将此用于一般条件的高速切削、断续切削时没有特别障碍。但是尤其将此用于伴随高热产生且有断续性/冲击性负载作用于切削刃的不锈钢、碳钢等的高速断续切削时，由于因表面润滑性的缺乏而引起的熔敷或通过上述方法成膜的氧化铝层上不可避免地存在的微小龟裂或起因于热膨胀差的冷却裂纹等而产生崩刀或剥离。即在以往包覆工具中，存在经长期使用无法发挥令人满意的切削性能的问题。因此，本专利技术人等为了提供耐崩刀性、耐剥离性优异且即使在高速断续切削这种严峻的条件下经长期使用仍发挥优异的耐磨性的包覆工具而进行了深入研究，而得出如下见解。即，在由碳化钨基硬质合金、碳氮化钛基金属陶瓷构成的工具基体表面上包覆形成硬质包覆层时，下层通过溶胶-凝胶法形成，且由在其表面具有凹部的耐磨性较高的晶质氧化铝层构成，另一方面，上层平滑且润滑性优异，且由通过与下层的粘附性较大的溶胶-凝胶法成膜的非晶质氧化铝层或非晶质氧化硅层构成。本专利技术人等发现，根据上述硬质包覆层的结构能够成膜耐崩刀性、耐剥离性及耐磨性优异的硬质包覆层。S卩，以往的通过化学蒸镀(CVD)法、物理蒸镀(PVD)法或溶胶-凝胶法成膜的晶质氧化铝层中，由于润滑性或平滑性不足而在短时间内因熔敷等产生崩刀、剥离等异常损伤或月牙形磨损。另一方面，如本专利技术所示，当将通过溶胶-凝胶法成膜的晶质氧化铝层作为下层，作为其上层成膜通过溶胶-凝胶法成膜的非晶质氧化铝层或非晶质氧化硅层时，润滑性及平滑性得到提高，并能够发挥较高的耐磨性及切屑排出性。此外，本专利技术的上述结构中上层与下层的界面呈凹形，因此即使在施加冲击性负载的高速断续切削中，上层也因锚固效果而不易剥离。再加上本专利技术的上述结构中，即使在已发生硬质包覆层的磨损时，上层的非晶质氧化铝层或非晶质氧化硅层以填充于凹部的方式成膜，因此经长期也能够同时发挥上层的润滑性和下层的耐磨性。
技术实现思路
该专利技术是基于上述见解而完成的，具有以下特征。(I) 一种表面包覆切削工具，在由碳化钨基硬质合金或碳氮化钛基金属陶瓷构成的工具基体表面包覆形成至少由下层和上层构成的硬质包覆层，其特征在于，(a)下层为通过溶胶-凝胶法而形成的具有0.5?4.0 μ m的平均层厚的晶质氧化铝层，(b)上层为具有0.2?3.0 μ m的平均层厚的非晶质氧化铝层或非晶质氧化硅层，(C)在下层的晶质氧化铝层表面形成有凹部，上层的非晶质氧化铝层或非晶质氧化硅层以埋入下层的所述凹部的方式填充成膜，(d)形成于下层的凹部的平均深度在0.4?4.0 μ m范围内(其中，该凹部的平均深度小于下层的平均层厚)，(e)形成于下层的凹部的平均纵横尺寸比在1.0?40范围内，(f)形成于下层的凹部之间的平均水平间隔在0.5?20 μ m范围内。(2)根据上述(I)所述的表面包覆切削工具，其在由碳化钨基硬质合金构成的工具基体表面包覆形成硬质包覆层而成,其中，自上述工具基体表面向深度方向形成有具有0.5?3.0ym的平均层厚的基体表面硬化层，包含于该基体表面硬化层中的作为结合相金属的Co的平均含量小于2.0质量％。(3)根据上述(I)所述的表面包覆切削工具，其在由碳化钨基硬质合金构成的工具基体表面包覆形成硬质包覆层而成,其中，自上述工具基体表面向深度方向形成有具有0.5?3.0ym的平均层厚的基体表面硬化层，包含于该基体表面硬化层中的作为结合相金属的Co及Ni的合计平均含量小于2.0质量％。专利技术效果本专利技术的包覆工具中，在工具基体表面上直接或经基底层形成有通过溶胶-凝胶法而形成的具有特定凹形的晶质氧化铝层来作为下层，并且在其之上设有通过溶胶-凝胶法而形成的非晶质氧化铝层或非晶质氧化硅层。根据该结构硬质包覆层的润滑性及平滑性得到提高，且具有较高的耐磨性及切屑排出性，并且上层与下层的粘附性较大而不易产生剥离。因此在伴随高热产生，并施加断续性/冲击性负荷的高速断续切削中使用本专利技术的包覆工具时，能够经长期使用仍发挥优异的耐磨性。【专利附图】【附图说明】图1表示本专利技术包覆工具的硬质包覆层的纵截面的结构图。图2表示本专利技术包覆工具的硬质包覆层的纵截面示意图。【具体实施方式】以下，利用本专利技术的一实施方式对本专利技术进行详细说明。本实施方式的包覆工具中，能够直接在由碳化钨基硬质合金(例如WC-Co )、碳氮化钛基金属陶瓷构成的工具基体表面包覆形成由下层和上层构成的硬质包覆层，所述下层由上述晶质氧化铝层构成，所述上层由非晶质氧化铝层或非晶质氧化硅层构成。此外，本实施方式的包覆工具中，通过物理蒸镀(PVD)法、化学蒸镀(CVD)法或溶胶-凝胶法还能够在上述工具基体表面与上述下层之间形成含有选自周期表中的4a、5a、6a族、Al及Si中的至少一种以上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种表面包覆切削工具，具有：工具基体，其由碳化钨基硬质合金或碳氮化钛基金属陶瓷构成；及硬质包覆层，其包覆形成于所述工具基体表面，且至少由下层和上层构成，该表面包覆切削工具的特征在于，（a）所述下层为通过溶胶?凝胶法而形成的具有0.5～4.0μm的平均层厚的晶质氧化铝层，（b）所述上层为具有0.2～3.0μm的平均层厚的非晶质氧化铝层或非晶质氧化硅层，（c）在所述下层的晶质氧化铝层表面形成有凹部，所述上层的非晶质氧化铝层或非晶质氧化硅层以埋入所述下层的所述凹部的方式填充成膜，（d）形成于所述下层的所述凹部的平均深度在0.4～4.0μm范围内，其中，该凹部的平均深度小于下层的平均层厚，（e）形成于所述下层的所述凹部的平均纵横尺寸比在1.0～40范围内，（f）形成于所述下层的所述凹部之间的平均水平间隔在0.5～20μm范围内。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：柿沼宏彰，高冈秀充，长田晃，樱井英章，黑光祥郎，胁谷尚树，铃木久男，筱崎和夫，
申请(专利权)人：三菱综合材料株式会社，国立大学法人静冈大学，国立大学法人东京工业大学，
类型：发明
国别省市：