硬質(zhì)包覆層發(fā)揮優(yōu)異的耐崩刀性的表面包覆切削工具的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種表面包覆切削工具。本發(fā)明的表面包覆切削工具在其基體表面包覆有由通過含有Al(CH3)3來作為反應(yīng)氣體成分的化學(xué)蒸鍍法成膜的立方晶結(jié)構(gòu)的(Ti1-XAlX)(CYN1-Y)層組成的硬質(zhì)包覆層，其中，X、Y均以原子比計(jì)為0.55≤X≤0.95、0.0005≤Y≤0.005，該硬質(zhì)包覆層具備區(qū)域A層及區(qū)域B層，在測定晶粒的｛110｝面的法線相對(duì)于基體表面的法線方向所成的傾斜角而獲得的傾斜角度數(shù)分布中，區(qū)域A層在2～12度范圍內(nèi)的傾斜角劃分區(qū)域存在最高峰值，并且所述2～12度范圍內(nèi)的度數(shù)比例為度數(shù)整體的45%以上，該區(qū)域B層在25～35度范圍內(nèi)的傾斜角劃分區(qū)域存在最高峰值，并且所述25～35度范圍內(nèi)的度數(shù)比例為度數(shù)整體的60%以上，區(qū)域A層和區(qū)域B層分別交替存在至少1層以上。
【專利說明】硬質(zhì)包覆層發(fā)揮優(yōu)異的耐崩刀性的表面包覆切削工具
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種表面包覆切削工具(以下，稱為包覆工具)，其硬質(zhì)包覆層在伴有高熱產(chǎn)生并且沖擊性負(fù)荷作用于切削刃的合金鋼等的高速斷續(xù)切削加工中發(fā)揮優(yōu)異的耐崩刀性。
【背景技術(shù)】
[0002]以往已知有如下包覆工具，其通常在由碳化鎢(以下用WC表示)基硬質(zhì)合金、碳氮化鈦(以下用TiCN表示)基金屬陶瓷或立方晶氮化硼(以下用cBN表示)基超高壓燒結(jié)體構(gòu)成的基體(以下將它們統(tǒng)稱為基體)的表面，通過物理蒸鍍法包覆形成有T1-Al系復(fù)合氮化物層來作為硬質(zhì)包覆層，這些包覆工具發(fā)揮優(yōu)異的耐磨損性。
[0003]但是，上述以往的包覆形成有T1-Al系復(fù)合氮化物層的包覆工具雖然耐磨損性相對(duì)優(yōu)異，但是在高速斷續(xù)切削條件下使用時(shí)容易產(chǎn)生崩刀等異常損耗，因此對(duì)硬質(zhì)包覆層的改善提出了各種建議。
[0004]例如，專利文獻(xiàn)I中提出了一種在基體表面包覆有由顯示雙軸結(jié)晶取向性的Ti和Al的復(fù)合氮化物層組成的硬質(zhì)包覆層的包覆工具，該包覆工具在重切削加工中發(fā)揮優(yōu)異的耐缺損性，該復(fù)合氮化物層滿足組成式(TinAlx)N (其中，以原子比計(jì)X為0.40?0.60)，對(duì)該層進(jìn)行基于EBSD的結(jié)晶取向分析時(shí)，在從表面研磨面的法線方向O?15度范圍內(nèi)具有結(jié)晶取向< 100 >的晶粒的面積比例為50%以上，并且，在以相對(duì)于與表面研磨面的法線正交的任意方位存在于O?45度范圍內(nèi)的最高峰值作為中心的15度范圍內(nèi)具有結(jié)晶取向< 100 >的晶粒的面積比例為50%以上。
[0005]并且，專利文獻(xiàn)2中提出了一種通過在基體表面施加雙極性脈沖偏壓并在750?850°C成膜溫度下進(jìn)行蒸鍍來具備由(TigAlx)N (X=0.4?0.6)層組成的硬質(zhì)包覆層的包覆工具，該包覆工具在重切削加工中發(fā)揮優(yōu)異的耐缺損性，關(guān)于該(TinAlx)N層，在測定{100}面的法線相對(duì)于表面研磨面的法線所成的傾斜角而制作的傾斜角度數(shù)分布曲線圖中，該(TigAlx) N層在30?40度范圍內(nèi)的傾斜角劃分區(qū)域存在最高峰值，且其度數(shù)合計(jì)為整體的60%以上，并且，在測定{112}面的法線相對(duì)于表面研磨面的法線所成的傾斜角而制作的構(gòu)成原子共有晶格點(diǎn)分布曲線圖中，在Σ 3存在最高峰值，且其分布比例為整體的50%以上。
[0006]其中，上述專利文獻(xiàn)1、2所示的包覆工具是通過物理蒸鍍法成膜硬質(zhì)包覆層，因此無法將Al的含有比例X設(shè)為0.6以上，期待進(jìn)一步提高切削性能。
[0007]從這種觀點(diǎn)出發(fā)，還提出了通過化學(xué)蒸鍍法形成硬質(zhì)包覆層來將Al的含有比例X提高至0.9左右的技術(shù)。
[0008]例如，專利文獻(xiàn)3中記載有如下技術(shù)，即通過在TiCl4、A1C13、NH3的混合反應(yīng)氣體中，在650?900°C的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行化學(xué)蒸鍍，能夠成膜Al的含有比例X的值為0.65?
0.95的(IVxAlx) N層和/或(IVxAlx) C層和/或(TigAlx) CN層，但在該文獻(xiàn)中，其目的是通過在該(TigAlx) N層和/或(TigAlx) C層和/或(TigAlx) CN層之上進(jìn)一步包覆Al2O3層來提高絕熱效果，因此未揭示將X的值提高至0.65~0.95的(TigAlx) N層和/或(TigAlx)C層和/或(TigAlx) CN層的形成，對(duì)切削性能有何種影響。
[0009]并且，例如專利文獻(xiàn)4中記載有，通過在TiCl4、AlCl3、NH3、N2H4的混合反應(yīng)氣體中，在700~900°C的溫度下進(jìn)行不使用等離子體的化學(xué)蒸鍍，能夠成膜由Al的含有比例X的值為0.75~0.93的立方晶的(TigAlx)N層組成的硬質(zhì)包覆層，但與專利文獻(xiàn)3相同，對(duì)于作為包覆工具的可適用性沒有任何揭示。
[0010]專利文獻(xiàn)1:日本特開2008-100320號(hào)公報(bào)
[0011]專利文獻(xiàn)2:日本特開2008-307615號(hào)公報(bào)
[0012]專利文獻(xiàn)3:日本特表2011-516722號(hào)公報(bào)
[0013]專利文獻(xiàn)4:美國專利第7767320號(hào)說明書
[0014]近年來，切削裝置的高性能化顯著，一方面對(duì)切削加工的節(jié)省勞力化及節(jié)能化以及低成本化的要求強(qiáng)烈，隨此切 削加工有更加高速化、高效化的傾向，因此對(duì)包覆工具進(jìn)一步要求耐崩刀性、耐缺損性、耐剝離性等耐異常損傷性，并且要求在長期使用中發(fā)揮優(yōu)異的耐磨損性。
[0015]但是，上述專利文獻(xiàn)1、2中記載的包覆工具由于是通過物理蒸鍍法成膜由(TigAlx)N層組成的硬質(zhì)包覆層，無法提高膜中的Al含量X，因此例如當(dāng)供于合金鋼的高速斷續(xù)切削時(shí)，不能說耐崩刀性充分。
[0016]另一方面，對(duì)于上述專利文獻(xiàn)3、4中記載的通過化學(xué)蒸鍍法包覆形成的(TigAlx)N層，能夠提高Al含量X，并且能夠形成立方晶結(jié)構(gòu)，因此能夠得到具有預(yù)定的硬度且耐磨損性優(yōu)異的硬質(zhì)包覆層，但是與基體的粘附強(qiáng)度不充分，另外韌性較差，因此作為供于合金鋼的高速斷續(xù)切削的包覆工具使用時(shí)，容易產(chǎn)生崩刀、缺損、剝離等異常損傷，不能說發(fā)揮能夠令人滿意的切削性能。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0017]本發(fā)明的目的在于提供一種即使在供于合金鋼的高速斷續(xù)切削等時(shí)，也發(fā)揮優(yōu)異的耐崩刀性，并且在長期使用中發(fā)揮優(yōu)異的耐磨損性的包覆工具。
[0018]本發(fā)明人等從上述觀點(diǎn)出發(fā)，為了改善通過化學(xué)蒸鍍包覆形成有由Ti和Al的復(fù)合碳氮化物(以下有時(shí)用“(TigAlx) (CyN1 y) ”表示)組成的硬質(zhì)包覆層的包覆工具的耐崩刀性、耐磨損性而重復(fù)進(jìn)行深入研究的結(jié)果，得到了如下見解。
[0019]即發(fā)現(xiàn)如下:在由碳化鎢基硬質(zhì)合金(以下用“WC基硬質(zhì)合金”表示)、碳氮化鈦基金屬陶瓷(以下用“TiCN基金屬陶瓷”表示)或立方晶氮化硼基超高壓燒結(jié)體(以下用“cBN基超高壓燒結(jié)體”表示)中任一種構(gòu)成的基體的表面，通過例如含有三甲基鋁(Al (CH3)3)來作為反應(yīng)氣體成分的熱CVD法等化學(xué)蒸鍍法成膜由立方晶結(jié)構(gòu)的(TigAlx) (CyN1J層(其中，X、Y為原子比，滿足0.55 < X < 0.95,0.0005 ≤ Y ≤ 0.005)作為硬質(zhì)包覆層，并且硬質(zhì)包覆層由立方晶結(jié)構(gòu)的區(qū)域A層和立方晶結(jié)構(gòu)的區(qū)域B層構(gòu)成，該立方晶結(jié)構(gòu)的區(qū)域A層在通過調(diào)整蒸鍍時(shí)的成膜條件，使用電子背散射衍射裝置對(duì)硬質(zhì)包覆層分析每個(gè)晶粒的結(jié)晶取向的情況下，在測定晶粒的(110)的法線相對(duì)于基體表面的法線方向所成的傾斜角并合計(jì)在O~45度范圍內(nèi)的測定傾斜角的度數(shù)時(shí)，在2~12度范圍內(nèi)的傾斜角劃分區(qū)域存在最高峰值，并且存在于所述2~12度范圍內(nèi)的度數(shù)的合計(jì)顯示傾斜角度數(shù)分布中的度數(shù)整體的45%以上的比例，并且，該立方晶結(jié)構(gòu)的區(qū)域B層在25~35度范圍內(nèi)的傾斜角劃分區(qū)域存在最高峰值，并且顯示存在于所述25~35度范圍內(nèi)的度數(shù)的合計(jì)顯示傾斜角度數(shù)分布中的度數(shù)整體的60%以上的比例，另外，在區(qū)域A層和區(qū)域B層遍及膜厚方向分別交替存在至少I層以上的情況下，耐崩刀性得到提高。
[0020]并且，本發(fā)明人等發(fā)現(xiàn)如下:對(duì)于通過熱CVD法等化學(xué)蒸鍍法成膜的由上述(TigAlx) (CyN1J層組成的硬質(zhì)包覆層，測定晶粒的結(jié)晶面即(001)面及(011)面的法線所成的傾斜角，此時(shí)，所述晶粒具有在晶格點(diǎn)上分別存在由T1、Al、碳及氮組成的構(gòu)成原子的NaCl型面心立方晶的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，根據(jù)由該結(jié)果所得的測定傾斜角，計(jì)算構(gòu)成原子共有晶格點(diǎn)的分布，所述構(gòu)成原子共有晶格點(diǎn)是在相鄰的晶粒的界面上所述構(gòu)成原子各自在所述晶粒彼此間共有I個(gè)構(gòu)成原子的晶格點(diǎn)，將在所述構(gòu)成原子共有晶格點(diǎn)間不共有構(gòu)成原子的晶格點(diǎn)存在N個(gè)(N為NaCl型面心立方晶的結(jié)晶結(jié)構(gòu)上2以上的偶數(shù))的構(gòu)成原子共有晶格點(diǎn)形態(tài)表示為ΣΝ+1時(shí)，每個(gè)ΣΝ+1在整體ΣΝ+1 (其中，從頻度關(guān)系考慮，將N的上限值設(shè)為28)所占的表示分布比例的構(gòu)成原子共有晶格點(diǎn)分布曲線圖中，Ti和Al的復(fù)合碳氮化物層顯示Σ3在整體ΣΝ+1所占的分布比例為50%以上的構(gòu)成原子共有晶格點(diǎn)分布曲線圖時(shí)，晶粒的晶界強(qiáng)度得到提高，其結(jié)果耐崩刀性進(jìn)一步得到提高。
[0021]因此，當(dāng)將具備如上硬質(zhì)包覆層的包覆工具用于例如合金鋼的高速斷續(xù)切削等時(shí)，能夠抑制崩刀、缺損、剝離等的產(chǎn)生，并且能夠在長期使用中發(fā)揮優(yōu)異的耐磨損性。
[0022]本發(fā)明是根據(jù)上述的研究結(jié)果而完成的表面包覆切削工具，具有如下特征:
[0023]“(I) 一種表面包覆切削工具，其在由碳化鎢基硬質(zhì)合金、碳氮化鈦基金屬陶瓷或立方晶氮化硼基超高壓燒結(jié)體中的任一種構(gòu)成的基體的表面，包覆有平均層厚為I~20 μ m的硬質(zhì)包覆層，其中，
[0024](a)上述硬質(zhì)包覆層由通過化學(xué)蒸鍍法成膜且為立方晶結(jié)構(gòu)的Ti和Al的復(fù)合碳氮化物層構(gòu)成，當(dāng)將其平均組成以下述組成式表示時(shí)，Al含有比例X及C含有比例Y(其中，X、Y均為原子比)分別滿足0.55≤X≤0.95,0.0005≤Y≤0.005，
[0025]組成式:(Ti1-xAlx)(CyN1J
[0026](b)區(qū)域A層和區(qū)域B層存在于上述Ti和Al的復(fù)合碳氮化物層內(nèi)，且該區(qū)域A層、該區(qū)域B層遍及膜厚方向分別交替存在至少I層以上，
[0027]其中，對(duì)于上述Ti和Al的復(fù)合碳氮化物層，使用電子背散射衍射裝置對(duì)每個(gè)晶粒的結(jié)晶取向從上述Ti和Al的復(fù)合碳氮化物層的縱截面方向進(jìn)行分析時(shí)，
[0028]測定所述晶粒的結(jié)晶面(110)的法線相對(duì)于基體表面的法線方向所成的傾斜角，在所述測定傾斜角中，將相對(duì)于法線方向在O~45度范圍內(nèi)的測定傾斜角按0.25度間距進(jìn)行劃分并合計(jì)存在于各劃分區(qū)域內(nèi)的度數(shù)時(shí)，區(qū)域A層在2~12度范圍內(nèi)的傾斜角劃分區(qū)域存在最高峰值，并且存在于所述2~12度范圍內(nèi)的度數(shù)顯示傾斜角度數(shù)分布中的度數(shù)整體的45%以上的比例，
[0029]測定所述晶粒的結(jié)晶面(110)的法線相對(duì)于基體表面的法線方向所成的傾斜角，在所述測定傾斜角中，將相對(duì)于法線方向在O~45度范圍內(nèi)的測定傾斜角按0.25度間距進(jìn)行劃分并合計(jì)存在于各劃分區(qū)域內(nèi)的度數(shù)時(shí)，區(qū)域B層在25~35度范圍內(nèi)的傾斜角劃分區(qū)域存在最高峰值，并且存在于所述25~35度范圍內(nèi)的度數(shù)顯示傾斜角度數(shù)分布中的度數(shù)整體的60%以上的比例。[0030]( 2 )前述(I)所述的表面包覆切削工具，其中，
[0031]在前述(I)所述的表面包覆切削工具的硬質(zhì)包覆層中，Ti和Al的復(fù)合碳氮化物層如下所述，使用場發(fā)射型掃描電子顯微鏡，對(duì)每個(gè)存在于硬質(zhì)包覆層的縱截面的測定范圍內(nèi)的晶粒照射電子射線，來測定所述晶粒的結(jié)晶面(001)面及(011)面的法線相對(duì)于基體表面的法線所成的傾斜角，此時(shí)，所述晶粒具有在晶格點(diǎn)上分別存在由T1、Al、碳及氮組成的構(gòu)成原子的NaCl型面心立方晶的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，根據(jù)由該結(jié)果所得的測定傾斜角，計(jì)算構(gòu)成原子共有晶格點(diǎn)的分布，所述構(gòu)成原子共有晶格點(diǎn)是在相鄰的晶粒的界面上所述構(gòu)成原子各自在所述晶粒彼此間共有I個(gè)構(gòu)成原子的晶格點(diǎn)，將在所述構(gòu)成原子共有晶格點(diǎn)間存在N個(gè)(N為NaCl型面心立方晶的結(jié)晶結(jié)構(gòu)上2以上的偶數(shù))不共有構(gòu)成原子的晶格點(diǎn)的構(gòu)成原子共有晶格點(diǎn)形態(tài)表示為Σ N+1時(shí)，在表示每個(gè)ΣΝ+1在整體ΣΝ+1(從頻度關(guān)系考慮，將N的上限值設(shè)為28)所占的分布比例的構(gòu)成原子共有晶格點(diǎn)分布曲線圖中，顯示Σ3在整體ΣΝ+1所占的分布比例為50%以上的構(gòu)成原子共有晶格點(diǎn)分布曲線圖。
[0032](3)前述(I)或(2)所述的表面包覆切削工具，其中，
[0033]在前述(I)或(2)所述的表面包覆切削工具中，上述硬質(zhì)包覆層通過至少含有三甲基鋁來作為反應(yīng)氣體成分的化學(xué)蒸鍍法成膜而成。”
[0034]接著，對(duì)本發(fā)明的包覆工具的硬質(zhì)包覆層進(jìn)行更具體的說明。
[0035]Ti和Al的立方晶復(fù)合碳氮化物層((TigAlx) (CyN1J層)的平均組成及平均層厚:
[0036]在上述(IVxAlx) (CyNh)層中，若Al的含有比例X (原子比)的值小于0.55，則高溫硬度不足，耐磨損性降低，另一方面，若X (原子比)的值超過0.95，則由于Ti含有比例相對(duì)減少，(Ti1-xAlx) (CyN1-Y)層本身的韌性降低，容易產(chǎn)生崩刀、缺損，因此有必要將X (原子比)的值設(shè)為0.55以上0.95以下。
[0037]并且，在上述(TigAlx) (CyU層中，C成分具有提高硬度的作用，另一方面，N成分具有提高高溫強(qiáng)度的作用，但是若C成分的含有比例Y (原子比)低于0.0005，則無法得到高硬度，另一方面，若Y (原子比)超過0.005，則高溫強(qiáng)度降低，因此將Y (原子比)的值定為0.0005以上0.005以下。
[0038]但是，上述硬質(zhì)包覆層若其平均層厚低于1 μ m，則無法充分確保與基體的粘附性，另一方面，若其平均層厚超過20 μ m，則在伴有高熱產(chǎn)生的高速斷續(xù)切削中容易發(fā)生崩刀、缺損、剝離等異常損傷，因此將其總計(jì)平均層厚定為1-20 μ m。
[0039]另外，當(dāng)通過PVD法成膜上述組成的OVxAlx) (CU層時(shí)，結(jié)晶結(jié)構(gòu)為六方晶，但本發(fā)明中是通過后述的化學(xué)蒸鍍法成膜，因此能夠在維持立方晶結(jié)構(gòu)的狀態(tài)下獲得上述組成的(TigAlx) (CyN1J層，因此皮膜硬度不會(huì)降低。
[0040]上述硬質(zhì)包覆層通過區(qū)域A層保持較高的韌性，且通過區(qū)域B層保持較高的耐磨損性，對(duì)于上述(TigAlx) (CyN1J層，使用電子背散射衍射裝置對(duì)每個(gè)晶粒的結(jié)晶取向從其縱截面方向進(jìn)行分析時(shí)，關(guān)于上述區(qū)域A層測定所述晶粒的結(jié)晶面即{ 110}面的法線相對(duì)于基體表面的法線方向(截面研磨面中與基體表面垂直的方向)所成的傾斜角(參考圖1的(a)、(b))，在所述測定傾斜角中，將相對(duì)于法線方向在O-45度范圍內(nèi)的測定傾斜角按0.25度間距進(jìn)行劃分并合計(jì)存在于各劃分區(qū)域內(nèi)的度數(shù)時(shí)，在2-12度范圍內(nèi)的傾斜角劃分區(qū)域存在最高峰值，并且存在于所述2-12度范圍內(nèi)的度數(shù)的合計(jì)顯示傾斜角度數(shù)分布中的度數(shù)整體的45%以上的比例，關(guān)于上述區(qū)域B層，同樣地測定{110}面的法線所成的傾斜角，在所述測定傾斜角中，將相對(duì)于法線方向在O?45度范圍內(nèi)的測定傾斜角按0.25度間距進(jìn)行劃分并合計(jì)存在于各劃分區(qū)域內(nèi)的度數(shù)時(shí)，在25?35度范圍內(nèi)的傾斜角劃分區(qū)域存在最高峰值，并且存在于所述25?35度范圍內(nèi)的度數(shù)的合計(jì)顯示傾斜角度數(shù)分布中的度數(shù)整體的60%以上的比例，并且，當(dāng)上述區(qū)域A層和上述區(qū)域B層遍及膜厚方向交替存在至少I層以上時(shí)，即使在使用于高速斷續(xù)切削等時(shí)，也能夠抑制崩刀、缺損、剝離等，并且發(fā)揮優(yōu)異的耐磨損性。另一方面，當(dāng)在區(qū)域A層的所述2?12度范圍內(nèi)的傾斜角劃分區(qū)域存在最高峰值，并且存在于所述2?12度范圍內(nèi)的度數(shù)的合計(jì)低于傾斜角度數(shù)分布中的度數(shù)整體的45%時(shí)，無法確保較高的韌性，容易發(fā)生崩刀、缺損、剝離等異常損傷，并且當(dāng)在區(qū)域B層的所述25?35度范圍內(nèi)的傾斜角劃分區(qū)域存在最高峰值，并且存在于所述25?35度范圍內(nèi)的度數(shù)的合計(jì)低于傾斜角度數(shù)分布中的度數(shù)整體的60%時(shí)，無法確保較高的耐磨損性，在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到壽命。
[0041]并且，方案2所涉及的發(fā)明中，通過形成硬質(zhì)包覆層，晶粒的晶界強(qiáng)度得到提高，且其結(jié)果即使使用于高速斷續(xù)切削等時(shí)，崩刀、缺損、剝離等的發(fā)生進(jìn)一步得到抑制，并且，發(fā)揮更加優(yōu)異的耐磨損性，其中，對(duì)于上述(TigAlx) (CyN1J層，使用場發(fā)射型掃描電子顯微鏡對(duì)每個(gè)存在于硬質(zhì)包覆層的縱截面的測定范圍內(nèi)的晶粒照射電子射線來測定所述晶粒的結(jié)晶面即(001)面及(011)面的法線相對(duì)于基體表面的法線所成的傾斜角，此時(shí)，所述晶粒具有在晶格點(diǎn)上分別存在由T1、A1、碳及氮組成的構(gòu)成原子的NaCl型面心立方晶的結(jié)晶結(jié)構(gòu)(參考圖2 (a)、(b))，根據(jù)由該結(jié)果所得的測定傾斜角，計(jì)算構(gòu)成原子共有晶格點(diǎn)的分布，所述構(gòu)成原子共有晶格點(diǎn)是在相鄰的晶粒的界面上所述構(gòu)成原子各自在所述晶粒彼此間共有I個(gè)構(gòu)成原子的晶格點(diǎn)，將在所述構(gòu)成原子共有晶格點(diǎn)間存在N個(gè)(N為在NaCl型面心立方晶的結(jié)晶結(jié)構(gòu)上2以上的偶數(shù))不共有構(gòu)成原子的晶格點(diǎn)的構(gòu)成原子共有晶格點(diǎn)形態(tài)表示為Σ N+1時(shí)，在表示每個(gè)ΣΝ+1在整體ΣΝ+1 (其中，在頻度關(guān)系考慮，將N的上限值設(shè)為28)所占的分布比例的構(gòu)成原子共有晶格點(diǎn)分布曲線圖中，顯示Σ3在整體ΣΝ+1所占的分布比例為50%以上的構(gòu)成原子共有晶格點(diǎn)分布曲線圖。
[0042]要成膜該發(fā)明的區(qū)域A層，即顯示如下傾斜角度數(shù)分布的立方晶的(TigAlx)(CyN1J層時(shí)，能夠通過例如以以下條件進(jìn)行蒸鍍來成膜，該傾斜角分布中，在測定晶粒的結(jié)晶面即{110}面的法線相對(duì)于基體表面的法線方向所成的傾斜角時(shí)，在2?12度范圍內(nèi)的傾斜角劃分區(qū)域存在最高峰值，并且存在于所述2?12度范圍內(nèi)的度數(shù)的合計(jì)為度數(shù)整體的45%以上的比例，
[0043]反應(yīng)氣體組成(容量％):
[0044]TiCl4L 5 ?2.5%、Al (CH3) 30 ?5.0%、
[0045]AlCl3O ?5.0%、NH3IO ?15%、
[0046]N26 ?7%、C2H4O ?0.5%、
[0047]ArO ?10%、剩余 H2、
[0048]反應(yīng)氣氛溫度:750?900 V、
[0049]反應(yīng)氣氛壓力:2?5kPa。
[0050]并且，要成膜該發(fā)明的區(qū)域B層即顯示如下傾斜角分布的立方晶的(TigAlx)(CyN1J層，能夠通過例如以以下條件進(jìn)行蒸鍍來成膜，該傾斜角分布中，在測定晶粒的結(jié)晶面即{110}面的法線相對(duì)于基體表面的法線方向所成的傾斜角時(shí)，在25?35度范圍內(nèi)的傾斜角劃分區(qū)域存在最高峰值，并且存在于所述25?35度范圍內(nèi)的度數(shù)的合計(jì)為度數(shù)整體的60%以上的比例，
[0051 ] 反應(yīng)氣體組成(容量％):
[0052]TiCl40.5 ?1.5%、Al (CH3) 30 ?5.0%、
[0053]A1C136 ?10.0%、NH3IO ?15%、
[0054]N29 ?10%、C2H4O ?1%、
[0055]Ar O ?10%、剩余 H2、
[0056]反應(yīng)氣氛溫度:700?850°C、
[0057]反應(yīng)氣氛壓力:2?5kPa。
[0058]另外，方案2所涉及的該發(fā)明中，通過進(jìn)一步限定成膜條件，能夠成膜在構(gòu)成原子共有晶格點(diǎn)分布曲線圖中，顯示Σ3占整體ΣΝ+1的分布比例為50%以上的構(gòu)成原子共有晶格點(diǎn)形態(tài)的立方晶的(TipxAlx) (CyU層。
[0059]例如，在形成區(qū)域A層時(shí)，以如下條件進(jìn)行蒸鍍，從而能夠形成顯示Σ3的分布比例為50%以上的構(gòu)成原子共有晶格點(diǎn)形態(tài)的區(qū)域A層，
[0060]反應(yīng)氣體組成(容量％):
[0061]TiCl4L 5 ?2.5%、Al (CH3)3O ?5.0%、
[0062]AlCl3O ?5.0%、NH3IO ?12%、
[0063]N26 ?7%、C2H4O ?0.5%、
[0064]Ar 5 ?10%、剩余 H2、
[0065]反應(yīng)氣氛溫度:750?900 V、
[0066]反應(yīng)氣氛壓力:2?3kPa,
[0067]并且，對(duì)于區(qū)域B層，以如下條件進(jìn)行蒸鍍，從而能夠形成顯示Σ3的分布比例為50%以上的構(gòu)成原子共有晶格點(diǎn)形態(tài)的區(qū)域B層，
[0068]反應(yīng)氣體組成(容量％):
[0069]TiCl40.5 ?1.5%、Al (CH3) 30 ?5.0%、
[0070]A1C136.0 ?10.0%、NH3IO ?12%、
[0071]N29 ?10%、C2H4O ?1%、
[0072]Ar 5 ?10%、剩余 H2、
[0073]反應(yīng)氣氛溫度:700?850°C、
[0074]反應(yīng)氣氛壓力:2?3kPa。
[0075]本發(fā)明的包覆工具，通過例如含有三甲基鋁(Al (CH3)3)來作為反應(yīng)氣體成分的熱CVD法等化學(xué)蒸鍍法成膜有立方晶結(jié)構(gòu)的(TigAlx) (CyN1J層作為硬質(zhì)包覆層，并且，該硬質(zhì)包覆層具備區(qū)域A層和區(qū)域B層，在測定晶粒的{110}面的法線相對(duì)于基體表面的法線方向所成的傾斜角而獲得的傾斜角度數(shù)分布中，該區(qū)域A層在2?12度范圍內(nèi)的傾斜角劃分區(qū)域存在最高峰值，并且存在于所述2?12度范圍內(nèi)的度數(shù)比例為度數(shù)整體的45%以上，該區(qū)域B層在25?35度范圍內(nèi)的傾斜角劃分區(qū)域存在最高峰值，并且所述25?35度范圍內(nèi)的度數(shù)比例為度數(shù)整體的60%以上，區(qū)域A層和區(qū)域B層分別交替存在至少I層以上，并且，優(yōu)選該硬質(zhì)包覆層在構(gòu)成原子共有晶格點(diǎn)分布曲線圖中，Σ3占整體ΣΝ+1的分布比例為50%以上，從而在用于伴有高熱產(chǎn)生并且斷續(xù)性的沖擊性負(fù)荷作用于切削刃的合金鋼的高速斷續(xù)切削等時(shí)，也不會(huì)發(fā)生崩刀、缺損、剝離等異常損傷，在長期使用中發(fā)揮優(yōu)異的耐磨損性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0076]圖1的(a)、(b)是表示構(gòu)成硬質(zhì)包覆層的(IVxAlx) (CyN1-y)層中晶粒的結(jié)晶面即{110}面的法線相對(duì)于基體表面的法線所成的傾斜角的測定范圍的概略說明圖。
[0077]圖2是表示構(gòu)成硬質(zhì)包覆層的(TigAlx) (CyN1J層所具有的NaCl型面心立方晶的結(jié)晶結(jié)構(gòu)、(001)面、(011)面的概略示意圖。
[0078]圖3是對(duì)于本發(fā)明包覆工具的Ti和Al的復(fù)合碳氮化物的區(qū)域A層制作的{110}面的傾斜角度數(shù)分布曲線圖的一例。
[0079]圖4是對(duì)于本發(fā)明包覆工具的Ti和Al的復(fù)合碳氮化物的區(qū)域B層制作的{110}面的傾斜角度數(shù)分布曲線圖的一例。
[0080]圖5表示對(duì)于本發(fā)明包覆工具制作的構(gòu)成原子共有晶格點(diǎn)分布曲線圖的一例。【具體實(shí)施方式】
[0081]接著，根據(jù)實(shí)施例對(duì)該發(fā)明的包覆工具進(jìn)行更具體的說明。
[0082][實(shí)施例1]
[0083]作為原料粉末，準(zhǔn)備均具有I~3 μ m的平均粒徑的WC粉末、TiC粉末、ZrC粉末、TaC粉末、NbC粉末、Cr3C2粉末及Co粉末,將這些原料粉末配合成表I所示的配合組成,進(jìn)一步加入石蠟，在丙酮中球磨混合24小時(shí)，減壓干燥后，以98MPa的壓力沖壓成型為預(yù)定形狀的壓坯，將該壓坯在5Pa的真空中在以1370~1470°C范圍內(nèi)的預(yù)定溫度保持I小時(shí)的條件下進(jìn)行真空燒結(jié)，燒結(jié)后，分別制造出具有ISO標(biāo)準(zhǔn)SEENl203AFSN的刀片形狀的WC基硬質(zhì)合金制基體A~D。
[0084]并且，作為原料粉末，準(zhǔn)備均具有0.5~2μπι的平均粒徑的TiCN (以質(zhì)量比計(jì)為TiC/TiN=50/50)粉末、Mo2C粉末、ZrC粉末、NbC粉末、TaC粉末、WC粉末、Co粉末及Ni粉末，將這些原料粉末配合成表2所示的配合組成，用球磨機(jī)濕式混合24小時(shí)，干燥后，以98MPa的壓力沖壓成型為壓坯，將該壓坯在1.3kPa的氮?dú)夥罩性谝?540°C的溫度保持I小時(shí)的條件下進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)后，制作出具有ISO標(biāo)準(zhǔn)SEEN1203AFSN的刀片形狀的TiCN基金屬陶瓷制基體a~d。
[0085][表 I]
【權(quán)利要求】
1.一種表面包覆切削工具，其在由碳化鎢基硬質(zhì)合金、碳氮化鈦基金屬陶瓷或立方晶氮化硼基超高壓燒結(jié)體中的任一種構(gòu)成的基體的表面，包覆有平均層厚為I~20μπι的硬質(zhì)包覆層，該表面包覆切削工具的特征在于，Ca)上述硬質(zhì)包覆層由通過化學(xué)蒸鍍法成膜且為立方晶結(jié)構(gòu)的Ti和Al的復(fù)合碳氮化物層組成，當(dāng)將其平均組成以下述組成式表示時(shí)，Al含有比例X及C含有比例Y分別滿足0.55≤X≤0.95,0.0005≤Y≤0.005，其中，X、Y均為原子比，組成式:(Ti1^xAlx) (CyNh)(b)區(qū)域A層和區(qū)域B層存在于上述Ti和Al的復(fù)合碳氮化物層內(nèi)，且該區(qū)域A層、該區(qū)域B層遍及膜厚方向分別交替存在至少I層以上，其中，對(duì)于上述Ti和Al的復(fù)合碳氮化物層，使用電子背散射衍射裝置對(duì)每個(gè)晶粒的結(jié)晶取向從上述Ti和Al的復(fù)合碳氮化物層的縱截面方向進(jìn)行分析時(shí)，測定所述晶粒的結(jié)晶面(110)的法線相對(duì)于基體表面的法線方向所成的傾斜角，在所述測定傾斜角中，將相對(duì)于法線方向在O~45度范圍內(nèi)的測定傾斜角按0.25度間距進(jìn)行劃分并合計(jì)存在于各劃分區(qū)域內(nèi)的度數(shù)時(shí)，區(qū)域A層在2~12度范圍內(nèi)的傾斜角劃分區(qū)域存在最高峰值，并且存在于所述2~12度范圍內(nèi)的度數(shù)顯示傾斜角度數(shù)分布中的度數(shù)整體的45%以上的比例，測定所述晶粒的結(jié)晶面(110)的法線相對(duì)于基體表面的法線方向所成的傾斜角，在所述測定傾斜角中，將相對(duì)于法線方向在O~45度范圍內(nèi)的測定傾斜角按0.25度間距進(jìn)行劃分并合計(jì)存在于各劃分區(qū)域內(nèi)的度數(shù)時(shí)，區(qū)域B層在25~35度范圍內(nèi)的傾斜角劃分區(qū)域存在最高峰值，并且存在于所述25~35度范圍內(nèi)的度數(shù)顯示傾斜角度數(shù)分布中的度數(shù)整體的60%以上的比例。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面包覆切削工具，其特征在于，在權(quán)利要求1所述的表面包覆切削工具的硬質(zhì)包覆層中，Ti和Al的復(fù)合碳氮化物層如下所述，使用場發(fā)射型掃描電子顯微鏡，對(duì)每個(gè)存在于硬質(zhì)包覆層的縱截面的測定范圍內(nèi)的晶粒照射電子射線，來測定所述晶粒的結(jié)晶面(001)及(011)的法線相對(duì)于基體表面的法線所成的傾斜角，此時(shí)，所述晶粒具有在晶格點(diǎn)上分別存在由T1、Al、碳及氮組成的構(gòu)成原子的NaCl型面心立方晶的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，根據(jù)由該結(jié)果所得的測定傾斜角，計(jì)算構(gòu)成原子共有晶格點(diǎn)的分布，所述構(gòu)成原子共有晶格點(diǎn)是在相鄰的晶粒的界面上所述構(gòu)成原子各自在所述晶粒彼此間共有I個(gè)構(gòu)成原子的晶格點(diǎn)，將在所述構(gòu)成原子共有晶格點(diǎn)間存在N個(gè)不共有構(gòu)成原子的晶格點(diǎn)的構(gòu)成原子共有晶格點(diǎn)形態(tài)表示為ΣΝ+1時(shí),在表示每個(gè)ΣΝ+1在整體ΣΝ+1所占的分布比例的構(gòu)成原子共有晶格點(diǎn)分布曲線圖中，顯示Σ3在整體ΣΝ+1所占的分布比例為50%以上的構(gòu)成原子共有晶格點(diǎn)分布曲線圖，其中，N為NaCl型面心立方晶的結(jié)晶結(jié)構(gòu)上2以上的偶數(shù)，從頻度關(guān)系考慮，將N的上限值設(shè)為28。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的表面包覆切削工具，其特征在于，在權(quán)利要求1或2所述的表面包覆切削工具中，上述硬質(zhì)包覆層通過至少含有三甲基鋁來作為反應(yīng)氣體成分的化學(xué)蒸鍍法成膜而成。
【文檔編號(hào)】C23C16/36GK103447600SQ201310211808
【公開日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2013年5月30日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月30日
【發(fā)明者】龍岡翔, 五十嵐誠, 巖崎直之, 長田晃 申請(qǐng)人:三菱綜合材料株式會(huì)社