專利名稱：：表面被覆立方晶氮化硼燒結(jié)體工具及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及對具有包括立方晶氮化硼為主成分的燒結(jié)體作為基材并具有用薄膜被覆表面的工具材料的改良。
背景技術(shù)：
：立方晶氮化硼((cubicboronnitride)，在下文中縮寫為CBN)是具有次于金剛石的高硬度和與金屬低反應(yīng)性的材料，并且因此，其燒結(jié)體被用于切削耐熱合金或淬火鋼的工具。即使對于具有這樣高硬度的CBN燒結(jié)體，也要在其上形成表面被覆膜以防止刀刃部分的磨損。專利文獻1公開了硬質(zhì)膜被覆的超高溫和高壓燒結(jié)體的特征在于，在X-射線衍射過程中，來自CBN燒結(jié)體上被覆膜(涂層)表面的特定結(jié)晶表面的峰強度具有特定的關(guān)系。在該技術(shù)中，提出了用斜切加工切削刃或?qū)⑵浼庸こ商履バ螤罾鏡形以防止切口或碎裂。也公開了當(dāng)所述涂層厚度朝切削刃棱線部下降時，改善了關(guān)于涂層剝離和切削刃的微小碎裂的性質(zhì)。專利文獻1日本專利公開No.2002-3284
發(fā)明內(nèi)容發(fā)明要解決的問題然而，用專利文獻1公開的技術(shù)，特別是當(dāng)所述工具用于間歇切割時，隨著在陶瓷形成的涂層上的間歇沖擊而產(chǎn)生龜裂，所述陶瓷具有比CBN燒結(jié)體更低的強度和韌性。當(dāng)切削繼續(xù)時，龜裂傳播到作為基材的CBN燒結(jié)體，因為基材和涂層是堅固地結(jié)合在一起。而且，證實龜裂進一步傳播而引起CBN燒結(jié)體的碎裂并因而終結(jié)了工具的壽命。因此，本發(fā)明的主要目的是提供表面被覆CBN燒結(jié)體工具，即使在間歇切割高硬度材料例如淬火鋼的情形中，其能夠抑制反齒刃(nega-land)(為了強化工具的刃部，通過使切削刃棱線以基本一致的寬度沿著切削刃成斜角而形成的部分)的龜裂和碎裂以降低側(cè)面的磨損，并提供上述工具的制造方法。解決問題的方法本發(fā)明是表面被覆立方晶氮化硼燒結(jié)體工具(表面被覆CBN燒結(jié)體工具)，其包括用立方晶氮化硼(CBN)燒結(jié)體形成的基材和被覆所述基材表面的表面被覆膜，并且其中形成反齒刃和具有所述表面被覆膜的側(cè)面，所述反齒刃在其至少一部分中露出所述立方晶氮化硼燒結(jié)體。在這里，露出的CBN燒結(jié)體中CBN粒子優(yōu)選在離所述CBN粒子表面的深度為至少0.05μm處以含量為至多不可避免的雜質(zhì)量含有Ti、Cr、Zr、V、和Ar中的至少一種。本發(fā)明中的表面被覆膜優(yōu)選包括含至少一種選自由Ti、Cr、Zr、和V組成的組的元素和至少一種選自由Al、Si和B組成的組的元素的化合物的氮化物或碳氮化物，或Ti的氮化物或碳氮化物。此外，在本發(fā)明的表面被覆CBN燒結(jié)體工具中，優(yōu)選(1)使所述CBN燒結(jié)體在反齒刃的整個部分中露出，或(2)使所述CBN燒結(jié)體在與切削橫截面相關(guān)聯(lián)的反齒刃的至少一部分中露出。在本發(fā)明的表面被覆CBN燒結(jié)體工具中，優(yōu)選所述反齒刃的寬度W為0.05-0.2mm。在本發(fā)明的表面被覆CBN燒結(jié)體工具中，露出CBN燒結(jié)體的反齒刃的一部分的算術(shù)平均表面粗糙度Ra優(yōu)選表示為0.3(Ra(min)/Ra(max)(0.8，其中Ra(min)代表平行于磨床研磨方向的方向上的表面粗糙度和Ra(max)代表垂直于磨床研磨方向的方向上的表面粗糙度。本發(fā)明也提供了表面被覆CBN燒結(jié)體工具的制造方法，其包括如下步驟用PVD法在具有CBN燒結(jié)體切削刃部分的工具材料表面上形成表面被覆膜，該表面被覆膜包括含至少一種選自由Ti、Cr、Zr、和V組成的組的元素和至少一種選自由Al、Si和B組成的組的元素的化合物的氮化物或碳氮化物，或Ti的氮化物或碳氮化物；和形成反齒刃以使CBN燒結(jié)體在其至少一部分中露出。優(yōu)選本發(fā)明的表面被覆CBN燒結(jié)體工具的制造方法還包括在形成反齒刃的步驟之后搪磨至少一部分所述反齒刃邊緣的步驟。發(fā)明效果用包括在至少一部分反齒刃中露出作為基材的CBN燒結(jié)體的結(jié)構(gòu)的本發(fā)明，可獲得表面被覆CBN燒結(jié)體工具，其避免發(fā)生在常規(guī)工具中的反齒刃表面被覆膜龜裂并抑制碎裂，并且耐缺陷性和耐磨性高。因此表面被覆CBN燒結(jié)體工具可特別適宜用于需要所述工具耐缺陷性的目的，例如淬火鋼的間歇切割。此外，盡管本發(fā)明包括在側(cè)面形成所述表面被覆膜的結(jié)構(gòu)，因為工作材料在間歇切割過程中最初不沖擊所述刃部咬入的側(cè)面，所以在所述側(cè)面上不容易產(chǎn)生龜裂，即使當(dāng)所述表面被覆膜形成在其上時，并且所述側(cè)面的磨損被表面被覆膜抑制，未降低所述工具的壽命，其能夠獲得經(jīng)久耐用的工具。應(yīng)當(dāng)注意，盡管特別是在間歇切割中明顯地觀察到在本發(fā)明工具側(cè)面的表面被覆膜上不容易產(chǎn)生龜裂的現(xiàn)象，在連續(xù)切削中也獲得了類似的效^ο附圖簡述圖1是根據(jù)本發(fā)明的表面被覆CBN燒結(jié)體工具的橫截面圖。圖2是本發(fā)明所述工具中所用工具材料的透視圖。圖3A表示本發(fā)明的表面被覆CBN燒結(jié)體工具的制造中制備所述工具材料的步驟。圖3B表示本發(fā)明的表面被覆CBN燒結(jié)體工具的制造中形成表面被覆膜的步驟。圖3C表示本發(fā)明的表面被覆CBN燒結(jié)體工具的制造中形成反齒刃的步驟。引用字符的描述1表面被覆CBN燒結(jié)體工具；2基材；3表面被覆膜；4反齒刃；5側(cè)面；6基底；7槽口部分；40工具材料；和W反齒刃寬度。本發(fā)明最佳實施方式現(xiàn)在將本發(fā)明的實施方案詳細(xì)描述如下。圖1是作為本發(fā)明優(yōu)選實施例的表面被覆CBN燒結(jié)體工具1的示意性橫截面圖。本發(fā)明的表面被覆CBN燒結(jié)體工具1包括用CBN燒結(jié)體形成的基材2和被覆基材2表面的表面被覆膜3，并具有基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，其中形成在其至少一部分中露出所述CBN燒結(jié)體的反齒刃4和具有表面被覆膜3的側(cè)面5?？墒够?附在基底6上以利用基材2作為切削刃部分構(gòu)建本發(fā)明的表面被覆CBN燒結(jié)體工具1，或者可用整個基材2形成本發(fā)明的表面被覆CBN燒結(jié)體工具1。當(dāng)基材2附加在基底6上時，所得結(jié)構(gòu)可以是屬于其中只附加基材2的一層型，或是屬于其中附加基材2和燒結(jié)碳化物的兩層型。圖1例舉地表示了通過僅將基材2附加在基底6而形成的一層型表面被覆CBN燒結(jié)體工具1?；?是用硬質(zhì)合金例如WC-Co合金形成的?；?的形狀一般被選作適合于工具型號，沒有具體限定。圖1所示的實施例中，基底具有含方形橫截面并且將其拐角切口以形成容許基材2附著的形狀(圖1中，它是在底面為直角三角形的三角柱形狀中刻有凹槽)的平片形狀以形成槽口部分7。本發(fā)明的基材2可以用常規(guī)已知的適當(dāng)形狀例如三角柱狀或四角柱狀而實現(xiàn)，不具體限定其形狀。圖1表示基材2是形成在底面為直角三角形的三角柱狀中并附加在上述基底的槽口部分7的實施例。作為本發(fā)明中形成基材2的CBN燒結(jié)體，優(yōu)選使用包括30-90體積％的CBN粉末和剩余部分為粘合材料的燒結(jié)體。所述剩余部分的粘合材料優(yōu)選包括至少一種選自元素周期表4a、5a和6a族元素的氮化物、碳化物、硼化物、和氧化物組成的組的物質(zhì)及其固溶體，鋁化合物和不可避免的雜質(zhì)。例如，這里描述的鋁化合物是鋁的氧化物、硼化物或氮化物。盡管也已知多種上述以外的CBN燒結(jié)體，但是上述基材適于切削淬火鋼。本發(fā)明中基材2具有表面被覆膜3形成于其上的表面，以致在其一部分中露出所述CBN燒結(jié)體。在這里，露出的CBN燒結(jié)體中CBN粒子在離所述CBN粒子表面的深度至少為0.05μm處優(yōu)選含有Ti、Cr、Zr、V、和Ar的至少一種，含量為至多不可避免的雜質(zhì)量。所述“不可避免雜質(zhì)”指的是作為原料粉末的CBN粒子的制造工藝中殘留的雜質(zhì)，并且其量至多為0.1重量％。更確切地說，“至多不可避免的雜質(zhì)量”的元素含量指的是保持相當(dāng)于原始CBN粒子的組成。當(dāng)在離CBN燒結(jié)體表面的深度為至多0.05μm處包括Ti、Cr、Zr、V、和Ar中的至少兩種時，其總量是至多不可避免的雜質(zhì)量。應(yīng)當(dāng)注意，這里定義的元素不是作為所述CBN燒結(jié)體的粘合相包括的Ti或Zr，而是包括在作為CBN燒結(jié)體硬質(zhì)相的CBN粒子自身中的元素。本發(fā)明發(fā)明人研究了多種碎裂的原因，并發(fā)現(xiàn)了如下事實。當(dāng)所述表面被覆膜用PVD法形成在作為基材的CBN燒結(jié)體上時，通常進行所述基材的清洗例如離子轟擊而提高表面被覆膜和基材之間的粘合以改善切削性質(zhì)。然而，作為對表面被覆CBN燒結(jié)體工具詳細(xì)分析和實驗的結(jié)果，本發(fā)明發(fā)明人發(fā)現(xiàn)了所述清洗的有害效果。更確切地說，當(dāng)進行離子轟擊時，例如，用該工藝中所用例如Ti或Cr的金屬離子或Ar離子注入到基材中，在CBN燒結(jié)體的表層部中形成損傷層。證實是，即使當(dāng)形成薄的表面被覆膜時，所述損傷層成為碎裂的起源等。另一方面，在含所述反齒刃但不含所述表面被覆膜的工具中，盡管在反齒刃表面上不頻繁發(fā)生龜裂或碎裂，但是看來側(cè)面磨損基本上是推進的。在離子轟擊中并且，在經(jīng)受該工藝的基材中使用每一種元素Ti、Cr、Zr、V、或Ar，所述元素通常以大于不可避免雜質(zhì)量的量存在位于CBN燒結(jié)體表層部分(離表面的深度至多為5μπι的部分)中的CBN粒子中以形成所述損傷層(affectedlayer)。本發(fā)明中，露出的CBN燒結(jié)體中的CBN粒子優(yōu)選在離所述CBN粒子表面的深度為至少0.05μm處以含量至多為不可避免的雜質(zhì)量含有Ti、Cr、Zr、V、和Ar中的至少一種，以致基本不形成損傷層。以此，可抑制源自損傷層的碎裂或缺陷而獲得更長的壽命。所述措詞“基本不形成”指的是，即使當(dāng)在離所述CBN粒子表面的深度為至少0.05μm處包含Ti、Cr、Zr、V、和Ar的至少一種時，其含量至多是不可避免的雜質(zhì)量并且不發(fā)生由源自損傷層的推進龜裂而產(chǎn)生的碎裂。在離所述CBN粒子表面的深度為至少0.05μm處包含Ti、Cr、Zr、V、和Ar至少一種的含量至多是不可避免的雜質(zhì)量與否，可通過例如使用EDS(能量分散分光儀)的分析進行檢測。盡管不具體限定在本發(fā)明的基材2上形成的表面被覆膜3并且可用任何常規(guī)已知的適當(dāng)材料形成以形成高度耐磨損、耐剝離性和耐碎裂性的硬質(zhì)膜，因為可實現(xiàn)適于淬火鋼切削的所述表面被覆CBN燒結(jié)體工具，所以所述表面被覆膜優(yōu)選包括含至少一種選自由Ti、Cr、Zr、和V組成的組的元素和至少一種選自由Al、Si和B組成的組的元素的化合物的氮化物或碳氮化物，或Ti的氮化物或碳氮化物。作為“含至少一種選自由Ti、Cr、Zr、和V組成的組的元素和至少一種選自由Al、Si和B組成的組的元素的化合物的氮化物或碳氮化物”，可具體列出TiAIN、TiSiAlCN,V&AlN、CrAlN、CrAlCN、CrCN、CrBN等。此外，“Ti的氮化物或碳氮化物”指的是TiN或TiCN。在這些中，優(yōu)選高度耐磨損的“含至少一種選自由由Ti、Cr、Zr、和V組成的組的元素和至少一種選自由Al、Si和B組成的組的元素的化合物的氮化物或碳氮化物”或者“Ti的氮化物或碳氮化物”是否包括在本發(fā)明的表面被覆CBN燒結(jié)體工具的表面被覆膜3中，可通過例如使用XRD(X-射線衍射儀)的分析進行檢測。盡管不具體限定本發(fā)明中表面被覆膜3的厚度，它優(yōu)選是0.1-5μm且，更優(yōu)選0.5-2μm。這是因為，以表面被覆膜3厚度小于0.1μm，不會獲得形成表面被覆膜3的充分效果，然而，當(dāng)表面被覆膜3的厚度大于5μm時，在反齒刃4形成過程中表面被覆膜3中會發(fā)生碎裂。本發(fā)明的基材2具有成斜角的拐角以形成反齒刃4。本發(fā)明的重要點之一是反齒刃4具有在其至少一部分中露出所述作為基材2的CBN燒結(jié)體的構(gòu)造。以此，可獲得所述表面被覆CBN燒結(jié)體工具，其避免在常規(guī)工具中發(fā)生的反齒刃表面被覆膜的龜裂并抑制碎裂，并且其具有耐缺陷性和耐磨性。這樣的表面被覆CBN燒結(jié)體工具可以特別適宜地用于需要所述工具耐缺陷性的目的，例如淬火鋼的間歇切割。盡管本發(fā)明中反齒刃4可在其至少一部分中露出所述作為基材2的CBN燒結(jié)體，但是在優(yōu)選實施例中，在其整個部分中露出所述CBN燒結(jié)體。在反齒刃4的整個部分中露出所述CBN燒結(jié)體是有利的，因為可在多種切削條件下抑制所述反齒刃中龜裂的產(chǎn)生，并且在制造成本方面也是有利的。此外，反齒刃4可在本發(fā)明中實現(xiàn)，以使在與切削橫截面相關(guān)聯(lián)的至少一部分中露出所述CBN燒結(jié)體。因為除反齒刃4與切削橫截面有關(guān)部分以外的部分不直接涉及切削，所以表面被覆膜3可形成于其上。這里所述“切削橫截面”指的是與工作材料接觸的工具部分的橫截面形狀，其形狀由所述工具形狀確定，也由切削深度和進料速度確定。本發(fā)明的表面被覆CBN燒結(jié)體工具中反齒刃4的寬度W優(yōu)選為0.05-0.2mm且，更優(yōu)選0.1-0.15mm。當(dāng)反齒刃4的寬度W小于0.05mm時，在許多情況中，所述切削橫截面延伸超過反齒刃部分，盡管它取決于切削條件，因此這樣不會獲得本發(fā)明的充分效果。另一方面，當(dāng)寬度W大于0.2mm時，用于形成所述反齒刃而除去的體積增加，并從而會增加制造成本。應(yīng)當(dāng)注意，圖1中所示橫截面中，反齒刃4的寬度W代表從反齒刃4的斜面與側(cè)面5相交處邊緣10到反齒刃4的斜面與正面11相交處邊緣12的距離在正面11上的投影長度(projectedlength)0本發(fā)明中，反齒刃4的寬度W也與切削條件密切相關(guān)。例如，在旋轉(zhuǎn)中，優(yōu)選使每一轉(zhuǎn)的進料速度小于反齒刃4的寬度W。工作材料沖擊所述工具的反齒刃4，并且產(chǎn)生的碎片卷曲在正面11上并被移去。在本發(fā)明的表面被覆CBN燒結(jié)體工具中，既然在如上所述工作材料沖擊的反齒刃4上不形成表面被覆膜3，所以不發(fā)生由于龜裂造成的碎裂并且使穩(wěn)定的長期切削成為可能。在本發(fā)明的表面被覆CBN燒結(jié)體工具中，露出所述CBN燒結(jié)體的反齒刃部分的表面粗糙度也與切削性質(zhì)有關(guān)。露出所述CBN燒結(jié)體的反齒刃部分的算術(shù)平均表面粗糙度Ra優(yōu)選表示為0.3彡Ra(min)/Ra(max)彡0.8，其中Ra(min)代表平行于磨床研磨方向的方向上的表面粗糙度和Ra(max)代表垂直于磨床研磨方向的方向上的表面粗糙度。應(yīng)當(dāng)注意，前述算術(shù)平均表面粗糙度Ra是JIS的那個。Ra(min)/Ra(max)取決于用于研磨反齒刃的磨床粒度。當(dāng)粒度變大時Ra(min)/Ra(max)趨于下降，當(dāng)粒度變小時Ra(min)/Ra(max)趨于增加。例如，當(dāng)利用回轉(zhuǎn)刷子和金剛砂在所述反齒刃上進行搪磨時，因為微小研磨線是隨機安排的，所以Ra(min)/Ra(max)近似變?yōu)?。當(dāng)Ra(min)/Ra(max)小于0.3時，研磨線的凸出和凹陷變得過分大，其可成為碎裂起點。因為壓縮的高殘余應(yīng)力施加在0.3<Ra(min)/Ra(max)彡0.8的范圍內(nèi)，所以高效率地抑制了龜裂的傳播。當(dāng)Ra(min)/Ra(max)大于0.8時，施加了拉伸的殘余應(yīng)力并因此容易傳播所述龜裂。本發(fā)明的表面被覆CBN燒結(jié)體工具1中另一個重要點是側(cè)面5具有表面被覆膜3。更確切地說，因為在間歇切割過程中所述工作材料最初不在刃部的咬入時沖擊所述側(cè)面，即使當(dāng)所述表面被覆膜形成于其上時，在側(cè)面上龜裂不容易產(chǎn)生，并且用表面被覆膜抑制了所述側(cè)面的磨損而不降低所述工具壽命，其可實現(xiàn)長壽命的工具。應(yīng)當(dāng)注意，雖然特別是在間歇切割中明顯觀察到在本發(fā)明的工具表面被覆膜上不容易產(chǎn)生龜裂的現(xiàn)象，在連續(xù)切削中也獲得了相似的效果。本發(fā)明也提供了如上所述的本發(fā)明表面被覆CBN燒結(jié)體工具的制造方法。圖2是示意性表示本發(fā)明方法中所用工具材料40的透視圖。圖3A-3C是本發(fā)明方法連續(xù)步驟的橫截面圖。應(yīng)當(dāng)注意，圖3A是沿著圖2中剖面線III-III所取的橫截面圖。根據(jù)本發(fā)明的表面被覆CBN燒結(jié)體工具的制造方法包括在具有CBN燒結(jié)體切削刃部分的工具材料表面上用PVD法形成表面被覆膜的步驟，其表面被覆膜包括含至少一種選自由Ti、Cr、Zr、和V組成的組的元素和至少一種選自由Al、Si和B組成的組的元素的化合物的氮化物或碳氮化物，或Ti的氮化物或碳氮化物，和形成在其至少一部分中露出所述CBN燒結(jié)體的反齒刃的步驟?，F(xiàn)在將以逐步的方式描述本發(fā)明的方法。首先，在本發(fā)明的方法中，制備工具材料40(圖3A)。例如，工具材料40的一種類型(圖2)是通過以銅焊將用所述CBN燒結(jié)體形成的基材2附到預(yù)先在基底6上用硬質(zhì)合金形成的槽口部分7而形成，而另一種類型是完全用CBN燒結(jié)體形成的。通過將基材2附加到基底6而形成的類型被進一步分成其中基材2是用所述CBN燒結(jié)體單獨形成的一層類型，和包括兩層所述CBN燒結(jié)體和硬質(zhì)合金的雙層類型。前述類型的任何一種可被用作本發(fā)明中的工具材料40。圖2和3表示其中用一層CBN燒結(jié)體形成的基材2以銅焊結(jié)合在硬質(zhì)合金制成的基底6的一對對角位置中的工具材料40。然后，用PVD法在工具材料40表面上形成表面被覆膜3。如圖3B中所示，除了基底6表面之外，在包括基材2表面的工具材料40的全部表面上形成表面被覆膜3。當(dāng)然，表面被覆膜3也在側(cè)面5和正面11上形成。本發(fā)明的方法特征在于，形成的表面被覆膜3包括含至少一種選自由Ti、Cr、Zr,和V組成的組的元素和至少一種選自由Al、Si和B組成的組的元素的化合物的氮化物或碳氮化物，或Ti的氮化物或碳氮化物。用于形成表面被覆膜3的材料的詳細(xì)內(nèi)容如上所述。然后，如圖3C所示，工具材料40中作為切削刃部分的基材2的拐角被加工而形成斜面以形成反齒刃4。以容許所述CBN燒結(jié)體部分除去的強度進行此加工，并且此加工不是僅僅研磨所述表面被覆膜的研磨加工?？赏ㄟ^用金剛砂等研磨以經(jīng)濟的速度制造本發(fā)明的工具。隨著對于所述反齒刃的此加工，在側(cè)面5與反齒刃4的相交處和反齒刃4與正面11的相交處的各自部分中的工具材料40上形成刀刃10和12。結(jié)果，可獲得所述表面被覆CBN燒結(jié)體工具，其中至少一部分反齒刃4(在圖3C所示情況中反齒刃4的全部)不具有表面被覆膜3并露出所述作為基材2的CBN燒結(jié)體，而在側(cè)面5和正面11上形成表面被覆膜3。對于在至少一部分反齒刃4中露出所述CBN燒結(jié)體，一種方法可預(yù)先在工具材料中形成所述反齒刃，掩蔽所述反齒刃表面以避免反齒刃表面的被覆，并且然后形成所述表面被覆膜。然而，難以在工業(yè)上以精確地區(qū)別開所述反齒刃表面和所述側(cè)面的方式掩蔽具有三維復(fù)雜形狀的工具。在本發(fā)明的方法中，通過在全部工具材料40上形成表面被覆膜3并然后形成所述反齒刃，在至少一部分反齒刃4中露出所述CBN燒結(jié)體。以此，可提供可靠的、精確的和經(jīng)濟上有利的表面被覆CBN燒結(jié)體工具的制造方法。本發(fā)明的方法也具有可容易地除去損傷層的優(yōu)點。優(yōu)選本發(fā)明的表面被覆CBN燒結(jié)體工具制造方法還包括在形成所述反齒刃的步驟后搪磨至少一部分反齒刃邊緣的步驟。進行所述搪磨步驟為了用曲線光滑連接反齒刃與側(cè)面相交處和反齒刃與正面相交處的部分。這些表面相交處部分的光滑連接能在切削過程中抑制由于斷續(xù)沖擊和硬質(zhì)粒子而造成的碎裂發(fā)生。更確切地說，在本發(fā)明的方法中，如圖1所示，僅所述反齒刃的邊緣(刀刃10和12及其鄰近區(qū)域)被進一步搪磨成為圓形以使邊緣中表面被覆膜的碎裂抑制成為可能。更具體而言，可通過在所述刀刃周圍應(yīng)用回轉(zhuǎn)刷子和金剛砂等進行所述搪磨步驟。以此，主要將表面被覆膜3從所述反齒刃邊緣除去，而幾乎不除去基材2的部分。盡管本發(fā)明將用實施例更詳細(xì)地描述如下，但是本發(fā)明不限于此。實驗實施例1利用硬質(zhì)合金制成的坩堝和球，通過將TiN和鋁以重量比為8020混合而獲得粘合材料粉末。然后，將粘合材料與平均粒徑為Iym的CBN粉末以3565的體積比混合，并且將所得的混合物裝填到Mo制成的容器中并在壓力為55kb(5.6GPa)、溫度為1450°C的條件下將其燒結(jié)20分鐘。當(dāng)用XRD(X-射線衍射儀)分析時，燒結(jié)體包括可能是氮化鋁、氧化鋁和硼化鋁的鋁化合物。將所述燒結(jié)體用放電加工或金剛砂切削以用作切削工具的尖端(tip)。在本實驗實施例中，生產(chǎn)了用于型號No.SNGNl20408最終產(chǎn)品的工具材料。接下來，描述了所述表面被覆膜的形成方法。在本實驗實施例中，利用真空電弧放電通過離子電鍍法在所述工具材料上形成表面被覆膜。以與所述表面被覆膜金屬組分同樣的組成制成了靶子，并且使用了Ti-50at%Al,Cr-50at%Al、V_45at%Al-10at%Zr,Ti和Cr-5at%B、Ti-45at%Al-10at%Si等。在這里，“at%”代表原子％。首先將膜形成裝置減壓到真空度為1.33X10-3Pa(10-5torr)，并且將Ar氣引入而利用Ar離子和形成所述靶子的金屬離子在施加到尖端的偏移電壓為-1000V、氣氛為1.33Pa(10_2torr)的條件下以離子轟擊進行清洗。然后，將所述尖端加熱到500°C，排出Ar氣并隨后引入N2氣作為反應(yīng)氣，并將-120V的電壓施加到所述尖端以便通過真空電弧放電在電弧電流為100A的條件下用所述靶子的蒸發(fā)和電離進行被覆。將壓力設(shè)定到1.33Pa(10-2torr)并且用被覆時間控制所述膜的厚度。在所述工具材料表面像這樣被覆之后，形成了反齒刃而生產(chǎn)樣品。表1顯示了每一個樣品的制造條件和膜特征。當(dāng)所述被覆膜除N(氮)以外還包括C(碳)時，如表1中樣品No.3，除N2之外CH4也被用作反應(yīng)氣。可通過控制N2和CH4的流速比來調(diào)節(jié)N和C在所述被覆膜中的比例。被覆膜的晶系是立方晶體結(jié)構(gòu)。[表1]<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>(表1中，列“加工步驟”中的字母C、N和H具有如下含義。C表面被覆，N反齒刃形成，和H:搪磨。)現(xiàn)在將參照表1描述每一個樣品的加工過程。在所述反齒刃形成之后搪磨作為實施例的樣品編號1、3、4、和11-14。通過首先在所述工具材料上形成反齒刃并隨后進行表面被覆和搪磨步驟而類似地生產(chǎn)了每一個比較例的樣品(樣品編號6-8)，如表1所示。通過無所述表面被覆的反齒刃形成和搪磨而生產(chǎn)了樣品編號9。在反齒刃形成的每一步驟中，通過研磨形成角度為25°和寬度為0.2mm的反齒刃。在本實驗實施例中，利用晶粒粒徑為800目的金剛砂形成反齒刃。在每一個作為實施例的樣品編號1-5和10-14中，除去所述反齒刃上的表面被覆膜。對于樣品編號10，通過在被覆步驟之前研磨而形成角度為25°和寬度為0.19mm的反齒刃，在所述側(cè)面和正面形成1.0μm的TiAlN膜，并且然后通過研磨形成了角度為25°和寬度為0.2mm的反齒刃，接著搪磨。另一方面，對于樣品編號1-5和11-14的每一個，在所述被覆步驟之后通過研磨形成角度為25°和寬度為0.2mm的反齒刃。每一個經(jīng)受所述搪磨步驟的樣品編號1、3、4、和6-14具有曲率為0.02mm的類弧形搪磨形狀。對于每一個作為比較例的樣品編號6-8，通過研磨形成角度為25°和寬度為0.2mm的反齒刃。表1也顯示了在所述側(cè)面和反齒刃上測量的表面被覆膜厚度。因為在所述被覆步驟之后形成反齒刃，所以在每一個樣品編號1-5、10-14中所述反齒刃上的膜厚度是零。在每一個樣品編號6-8的比較例中，在反齒刃上也形成了所述表面被覆膜。切削試驗1通過用表1中所述尖端切削在經(jīng)度方向上具有四個U字形凹槽的工作材料30分鐘，進行每一個樣品的評價。結(jié)果表示在表2中。作為所述工作材料，使用硬度被調(diào)節(jié)到58-62HRC的淬火鋼SCR420H(JIS)。切削試驗的條件如下。工作材料SCR420H(在經(jīng)度方向上具有四個U字形凹槽的工作材料)切削條件切削速度V=120mm/min。進料速度f=0.lmm/rev。切削深度d=0.l&nm濕法、切削時間30min。工具型號No.SNGNl20408[表2]樣品編號側(cè)面磨損表，，糙，損傷狀態(tài)““^““___(mm)__Rz(μπι)___1I實施例0085~2.7正常磨損I2實施例00784l0.01mm微小碎裂^3實施例008132正常磨損S4實施例0135L9正常磨損15實施例^29Ii0.01mm微小碎裂I6比較例--6.2min后0.5mm缺陷不滿意7比較例--6.3min后0.5mm缺陷不滿意~8比較例--8.2min后0.6mm缺陷不滿意9比較例0.2173.8磨損大，0.06mm碎裂可10實施例0.084Ii0.05mm微小碎裂i11實施例00753Λ正常磨損112實施例00743Λ正常磨損I13實施例09IA正常磨損ft14實施例0095L2正常磨損I如表2中所示，作為實施例的樣品編號1-5和10-14的每一個具有至少30分鐘的壽命。在這些中，樣品編號1、3、4和11-14的每一個中，因為它被搪磨，所以所述工具的損傷狀態(tài)是正常磨損。結(jié)果，可以說使表面粗糙度Rz小和如此良好表面條件的工作材料加工成為可能。對于未被搪磨的樣品編號2或5，觀察到微小碎裂并且所述工作材料的表面粗糙度Rz大于用搪磨樣品的表面粗糙度Rz。因此，可認(rèn)為搪磨樣品更優(yōu)越。在作為通過在所述反齒刃形成后進行表面被覆而形成的比較例的樣品編號6-8中，分別在切削時間為6.2,6.3和8.2分鐘之后產(chǎn)生缺陷。從表1可以看出，值Y/X越小，產(chǎn)生所述缺陷需要的時間變得越長。在比較例的樣品編號9中，當(dāng)所述切削時間延長時磨損變得更大并且在切削30分鐘之后發(fā)生碎裂。當(dāng)所述側(cè)面的磨損增加時，抗切削性增大且碎裂容易發(fā)生，這意味著所述樣品的壽命接近終結(jié)。實施例樣品編號1-5和11-14能獲得比實施例樣品編號10更長的壽命，盡管它們具有類似的刃部形狀并且所述表面被覆膜同樣地從所述反齒刃除去。在除去所述表面被覆膜之后，用EDS(能量分散分光儀)分析CBN燒結(jié)體基材的每一個反齒刃表面。結(jié)果，盡管在樣品編號10的CBN粒子中央部確認(rèn)了通過離子轟擊用于清洗的元素如Ti、Cr、Zr、V或Ar的存在，但是在樣品編號1-5和11-14中未檢出Ti、Cr、Zr、V或Ar。作為在切削之后所述刃部損傷部分的詳細(xì)分析結(jié)果，明顯的是，與樣品編號10相比在研磨過程中具有更大除去量的樣品編號1-5和11-14的每一個中，可完全除去在表面被覆膜和CBN燒結(jié)體之間的界面中產(chǎn)生的損傷層，并且因此可抑制成為碎裂或缺陷起點的龜裂產(chǎn)生。盡管從增大的耐缺陷性的觀點看，樣品編號1-5和11-14的工具是優(yōu)越的，但是這些工具需要大的除去量，其增加了所述反齒刃的手工形成成本。另一方面，當(dāng)采用如樣品編號10所進行的反齒刃形成方法時，因為可用市售的自動邊緣研磨加工機進行所述反齒刃形成的第一階段，所以在表面被覆之后反齒刃的手工形成的除去量可被降低，其在成本方面是有利的。切削試驗2利用在實施例1等中生產(chǎn)的型號No.SNGNl20408表面被覆CBN燒結(jié)體工具進行切削試驗。將SCR420H的圓棒用作工作材料。連續(xù)切削條件如下。結(jié)果表示在表3中。工作材料SCR420H圓棒(外徑旋削加工)切削條件切削速度V=150mm/min。進料速度f=0.lmm/rev。切削深度d=0.Imm干法、切削時間30min。[表3]<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>與比較例相比，在所述實施例中工作材料的表面粗糙度Rz是更小的并且可獲得良好的精加工表面。特別是，與未搪磨的樣品編號2或5相比，搪磨樣品具有損傷狀態(tài)為正常磨損并且能獲得更好的精加工表面。應(yīng)當(dāng)注意，在表3損傷狀態(tài)列中描述的“微小剝離”意思是微小區(qū)域的膜出現(xiàn)未粘住的并且露出所述CBN燒結(jié)體。在此情況下，在切削刃棱線部中形成梯級(step)，其梯級被轉(zhuǎn)移到工作材料表面并因而使所述工作材料的表面粗糙度惡化。工業(yè)適用性本發(fā)明的表面被覆CBN燒結(jié)體工具具有高耐磨性、低碎裂可能性和長壽命。此外，可獲得適當(dāng)工作材料的合乎需要的表面粗糙度。因此，本發(fā)明的表面被覆CBN燒結(jié)體工具可被用于淬火鋼等的間歇或連續(xù)切削。權(quán)利要求表面被覆立方晶氮化硼燒結(jié)體工具，包含用立方晶氮化硼燒結(jié)體形成的基材；和被覆所述基材表面的表面被覆膜；其中形成反齒刃和具有所述表面被覆膜的側(cè)面，在所述反齒刃的全部中露出所述立方晶氮化硼燒結(jié)體，其中所述反齒刃的寬度W為0.05-0.2mm。2.根據(jù)權(quán)利要求1的表面被覆立方晶氮化硼燒結(jié)體工具，其中露出所述立方晶氮化硼燒結(jié)體的所述反齒刃的一部分的算術(shù)平均表面粗糙度Ra被表示為0.3彡Ra(min)/Ra(max)彡0.8，其中Ra(min)代表平行于磨床研磨方向的方向上的表面粗糙度和Ra(max)代表垂直于所述磨床研磨方向的方向上的表面粗糙度。3.根據(jù)權(quán)利要求1的表面被覆立方晶氮化硼燒結(jié)體工具，其中所述表面被覆膜包括含至少一種選自由Ti、Cr、Zr、和V組成的組的元素和至少一種選自由Al、Si和B組成的組的元素的化合物的氮化物或碳氮化物，或Ti的氮化物或碳氮化物。4.根據(jù)權(quán)利要求3的表面被覆立方晶氮化硼燒結(jié)體工具，其中露出所述立方晶氮化硼燒結(jié)體的所述反齒刃的一部分的算術(shù)平均表面粗糙度Ra被表示為0.3彡Ra(min)/Ra(max)彡0.8，其中Ra(min)代表平行于磨床研磨方向的方向上的表面粗糙度和Ra(max)代表垂直于所述磨床研磨方向的方向上的表面粗糙度。5.根據(jù)權(quán)利要求3的表面被覆立方晶氮化硼燒結(jié)體工具，其中所述立方晶氮化硼燒結(jié)體在全部所述反齒刃中露出。6.根據(jù)權(quán)利要求5的表面被覆立方晶氮化硼燒結(jié)體工具，其中所述反齒刃的寬度W為0.05-0.2mm。7.表面被覆立方晶氮化硼燒結(jié)體工具的制造方法，包含以下步驟用PVD法在具有立方晶氮化硼燒結(jié)體切削刃部分的工具材料表面上形成表面被覆膜，所述表面被覆膜包括含至少一種選自由Ti、Cr、Zr、和V組成的組的元素和至少一種選自由Al、Si和B組成的組的元素的化合物的氮化物或碳氮化物，或Ti的氮化物或碳氮化物；和形成反齒刃以，使所述立方晶氮化硼燒結(jié)體在全部反齒刃中露出。8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，還包含在形成所述反齒刃的步驟之后搪磨至少一部分所述反齒刃邊緣的步驟。全文摘要本發(fā)明提供表面被覆立方晶氮化硼燒結(jié)體工具及其制造方法。一種表面被覆CBN燒結(jié)體工具(1)包括用立方晶氮化硼(CBN)燒結(jié)體形成的基材(2)和被覆基材(2)表面的表面被覆膜(3)，并且具有在其至少一部分中露出所述CBN燒結(jié)體的反齒刃(4)和具有形成于其上的表面被覆膜(3)的側(cè)面(5)。以此，可提供耐缺陷性和耐磨性高的表面被覆CBN燒結(jié)體工具(1)。所述表面被覆膜(3)優(yōu)選包括含至少一種選自由Ti、Cr、Zr、和V組成的組的元素和至少一種選自由Al、Si和B組成的組的元素的化合物的氮化物或碳氮化物，或Ti的氮化物或碳氮化物。文檔編號B23B27/20GK101804467SQ20101012902公開日2010年8月18日申請日期2005年2月28日優(yōu)先權(quán)日2004年4月30日發(fā)明者久木野曉,岡村克己,深谷朋弘申請人:住友電工硬質(zhì)合金株式會社