本發(fā)明涉及一種表面被覆切削工具。
背景技術(shù)：
：具有形成在基材上的覆膜的表面被覆切削工具是常規(guī)使用的。例如，日本專利特開No.2006-198735(專利文獻1)公開了一種具有以下覆膜的表面被覆切削工具，該覆膜包含其中Σ3-29晶界中的Σ3晶界的比例為60％至80％的α-Al2O3層。日本國家專利公開No.2014-526391(專利文獻2)公開了一種具有以下覆膜的表面被覆切削工具，該覆膜包含其中Σ3晶界的長度超過Σ3-29晶界長度的80％的α-Al2O3層。引用列表專利文獻專利文獻1：日本專利特開No.2006-198735專利文獻2：日本國家專利公布No.2014-526391技術(shù)實現(xiàn)要素：技術(shù)問題在包括由多晶α-Al2O3構(gòu)成的α-Al2O3層的覆膜中，當該α-Al2O3層中所包括的晶界中的Σ3晶界的比例較高時，改善了以機械特性為代表的各種特性，由此改善了耐磨性和耐破損性。因而預期切削工具具有更長的使用壽命。然而，在近年來的切削加工中，速度和效率變高，施加在切削工具上的負荷增大，并且切削工具的使用壽命不利地縮短。因此，需要進一步改進切削工具之上的覆膜的機械特性并且需要延長切削工具的使用壽命。本發(fā)明是鑒于這樣的情況而完成的，其目的在于提供一種表面被覆切削工具，該工具實現(xiàn)了覆膜機械特性的改進，并且延長了切削工具的使用壽命。問題的解決方案根據(jù)本公開的一個實施方案的表面被覆切削工具具有前刀面和后刀面，并且包括基材以及形成于所述基材上的覆膜。所述覆膜包括α-Al2O3層，所述α-Al2O3層包含多個α-Al2O3的晶粒，并且所述晶粒的粒界包括CSL粒界和一般粒界。位于前刀面?zhèn)鹊摩?Al2O3層示出(001)取向，并且在位于前刀面?zhèn)鹊摩?Al2O3層內(nèi)，CSL粒界中的Σ3晶界的長度LR3超過Σ3-29晶界的長度LR3-29的80％，并且為全部粒界的總長LR的10％以上50％以下，其中所述全部粒界的總長LR為長度LR3-29和所述一般粒界的長度LRG的總和。位于后刀面?zhèn)鹊摩?Al2O3層示出(001)取向，并且在位于后刀面?zhèn)鹊摩?Al2O3層內(nèi)，CSL粒界中的Σ3晶界的長度LF3超過Σ3-29晶界的長度LF3-29的80％，并且為全部粒界的總長LF的10％以上50％以下，其中所述全部粒界的總長LF為長度LF3-29和所述一般粒界的長度LFG的總和。長度LR3與長度LR3-29之比LR3/LR3-29小于長度LF3與長度LF3-29之比LF3/LF3-29。本發(fā)明的有益效果根據(jù)以上所述，覆膜的機械特性得以改進并且進一步延長了切削工具的使用壽命。附圖說明圖1是根據(jù)本公開的一個實施方案的表面被覆切削工具的透視圖。圖2是沿圖1的II-II線截取得到的截面圖。圖3是示出了具有經(jīng)珩磨的切削刃棱線部分的表面被覆切削工具的截面圖。具體實施方式[本發(fā)明實施方案的描述]以下將初步列舉和描述本公開的實施方案。[1]根據(jù)本公開的一個實施方案的表面被覆切削工具具有前刀面和后刀面，并包括基材以及形成于所述基材上的覆膜。所述覆膜包括α-Al2O3層，該α-Al2O3層包含多個α-Al2O3的晶粒，所述晶粒的粒界包括CSL粒界和一般粒界。位于前刀面?zhèn)鹊摩?Al2O3層示出(001)取向，并且在位于前刀面?zhèn)鹊摩?Al2O3層內(nèi)，所述CSL粒界中的Σ3晶界的長度LR3超過Σ3-29晶界的長度LR3-29的80％，并且為全部粒界的總長LR的10％以上50％以下，其中所述全部粒界的總長LR為長度LR3-29和一般粒界的長度LRG的總和。位于后刀面?zhèn)鹊摩?Al2O3層示出(001)取向，并且在位于后刀面?zhèn)鹊摩?Al2O3層內(nèi)，所述CSL粒界中的Σ3晶界的長度LF3超過Σ3-29晶界的長度LF3-29的80％，并且為全部粒界的總長LF的10％以上50％以下，其中所述全部粒界的總長LF為長度LF3-29和一般粒界的長度LFG的總和。長度LR3與長度LR3-29之比LR3/LR3-29小于長度LF3與長度LF3-29之比LF3/LF3-29。該表面被覆切削工具實現(xiàn)了對覆膜機械特性的改進，并實現(xiàn)了更長的使用壽命。[2]在所述表面被覆切削工具中，所述CSL粒界由Σ3晶界、Σ7晶界、Σ11晶界、Σ17晶界、Σ19晶界、Σ21晶界、Σ23晶界和Σ29晶界組成，長度LR3-29是位于前刀面?zhèn)鹊摩?Al2O3層中的Σ3晶界、Σ7晶界、Σ11晶界、Σ17晶界、Σ19晶界、Σ21晶界、Σ23晶界和Σ29晶界的長度總和，并且長度LF3-29是位于后刀面?zhèn)鹊摩?Al2O3層中的Σ3晶界、Σ7晶界、Σ11晶界、Σ17晶界、Σ19晶界、Σ21晶界、Σ23晶界和Σ29晶界的長度總和。[3]優(yōu)選地，所述α-Al2O3層的厚度為2μm至20μm。由此，最為有效地顯示出了上述特性。[4]優(yōu)選地，所述α-Al2O3層的表面粗糙度Ra小于0.2μm。由此，工件材料和工具切削刃之間的粘著磨損得以抑制，因此切削刃的耐崩裂性得以改進。[5]優(yōu)選地，所述α-Al2O3層在距離覆膜的表面?zhèn)?μm以內(nèi)的區(qū)域內(nèi)包含壓縮應力的絕對值為最大值的點，并且所述點處的壓縮應力的絕對值小于1GPa。由此，抑制了由斷續(xù)切削加工過程中發(fā)生的機械和熱疲勞所導致的工具切削刃的破損，由此提高了切削刃的可靠性。[6]優(yōu)選地，所述覆膜包括位于基材和α-Al2O3層之間的TiCxNy層，并且所述TiCxNy層包含滿足原子比關(guān)系0.6≤x/(x+y)≤0.8的TiCxNy。由此基材和α-Al2O3層之間的密著性得以改進。[本發(fā)明實施方案的詳述]以下將參照附圖1至3進一步詳細地描述根據(jù)本發(fā)明實施方案(以下也稱為“本實施方案”)的表面被覆切削工具。<表面被覆切削工具>參照圖1，根據(jù)本實施方案的表面被覆切削工具10(以下，簡單地表示為“工具10”)具有前刀面1、后刀面2、以及前刀面1與后刀面2彼此相交處的切削刃棱線部分3。即，前刀面1和后刀面2的表面彼此相連，并且切削刃棱線部分3夾在其之間。切削刃棱線部分3構(gòu)成了工具10的切削刃尖端部。工具10的這種形狀取決于以下將描述的基材的形狀。盡管圖1示出代表了車削加工用替換型刀片的工具10，但是工具10不限于此，并且該工具可以適當?shù)赜米鳛橐韵虑邢鞴ぞ?，如鉆頭、端銑刀、鉆頭用替換型切削刀片、端銑刀用替換型切削刀片、銑削用替換型切削刀片、金工鋸、齒輪切削刀具、鉸刀和絲錐。當工具10為替換型刀片時，工具10可以具有斷屑器或不具有斷屑器，且切削刃棱線部分3可具有銳邊(前刀面與后刀面彼此相交的棱)(參見圖1)、可以經(jīng)過珩磨(具有R的銳邊)(參見圖3)、可以具有負刃帶(negativeland)(斜削的)，并且可以經(jīng)過珩磨且具有負刃帶。參照圖2，工具10具有基材11和形成在基材11上的覆膜12。盡管覆膜12優(yōu)選覆蓋工具10中的基材11的全部表面，但是基材11的一部分未被覆膜12覆蓋或者覆膜12具有部分不同的構(gòu)成也沒有背離本實施方案的范圍。<基材>根據(jù)本實施方案的基材11具有前刀面11a、后刀面11b、和前刀面11a與后刀面11b彼此相交處的切削刃棱線部分11c。前刀面11a、后刀面11b和切削刃棱線部分11c分別構(gòu)成了工具10的前刀面1、后刀面2和切削刃棱線部分3?？梢圆捎萌魏纬Ｒ?guī)已知的此類基材作為基材11。這類基材優(yōu)選的例子為硬質(zhì)合金(例如，WC系硬質(zhì)合金，其不僅包含WC還包含Co，或者可以向其中添加Ti、Ta或Nb的碳氮化物)、金屬陶瓷(主要由TiC、TiN或TiCN構(gòu)成)、高速鋼、陶瓷(碳化鈦、碳化硅、氮化硅、氮化鋁或氧化鋁)、立方氮化硼燒結(jié)體、或金剛石燒結(jié)體。在這些不同的基材中，特別優(yōu)選的是選擇WC系硬質(zhì)合金或金屬陶瓷(特別是TiCN系金屬陶瓷)。這是因為這些基材在高溫下的硬度和強度之間的均衡性特別優(yōu)異，并且作為針對上述用途的表面被覆切削工具的基材具有優(yōu)異特性。<覆膜>根據(jù)本實施方案的覆膜12可包括其他層，只要其包括α-Al2O3層即可。其他層的例子可包括TiN層、TiCN層、TiBNO層、TiCNO層、TiB2層、TiAlN層、TiAlCN層、TiAlON層和TiAlONC層。對層疊的順序沒有特別的限制。在本實施方案中，對“TiN”和“TiCN”或“TiCxNy”等化學式中的原子比值沒有特別限定并非表示各元素的原子比值僅限于“1”，而是包括所有常規(guī)已知的原子比值。根據(jù)本實施方案的這種覆膜12通過覆蓋基材11從而具有改進各種特性如耐磨性和耐崩裂性的功能。覆膜12的厚度適宜為3μm-30μm(3μm以上30μm以下；在本申請中用“-”表示的數(shù)值范圍是指包含上限值和下限值的范圍)并且更優(yōu)選為5μm-20μm。當厚度小于3μm時，耐磨性可能不足，當厚度超過30μm時，當在斷續(xù)加工過程中覆膜12與基材11之間受到較強的應力時，覆膜12可能會非常頻繁地發(fā)生剝落或受損。<α-Al2O3層>根據(jù)本實施方案的覆膜12包括α-Al2O3層。覆膜12可包括一層α-Al2O3層，或包括兩層以上的α-Al2O3層。α-Al2O3層包含多個α-Al2O3(晶體結(jié)構(gòu)為α型的氧化鋁)的晶粒。即，該層由多晶α-Al2O3構(gòu)成。通常而言，這些晶粒的晶粒度為約100nm至2000nm。在多個α-Al2O3的晶粒之間存在“晶界”。晶界顯著影響諸如晶粒生長等物質(zhì)特性、蠕變特性、擴散特性、電特性、光學特性和機械特性。需要考慮的重要特性(例如)包括物質(zhì)內(nèi)的晶界的密度、界面的化學組成和晶體組織，即晶界平面取向和晶體取向差。特別地，重位點陣(CSL)晶界發(fā)揮著特殊的作用。CSL晶界(也簡稱為“CSL粒界”)的特征在于有多重度指數(shù)(multiplicityindex)Σ，且被定義為在晶界處相互接觸的兩個晶粒的晶格位點的密度與當晶格彼此疊加時彼此重合的位點密度之比。普遍認為，在簡單的結(jié)構(gòu)中，具有低Σ值的晶界趨于具有低界面能和特殊的特性。因此，據(jù)信，對特殊晶界的比例以及由CSL模型推定的晶體取向差分布的控制對于陶瓷覆膜的特性以及改進這些特性的方法而言是重要的。最近已出現(xiàn)被稱為電子束背散射衍射(EBSD)的基于掃描電子顯微鏡(SEM)的技術(shù)，并且該技術(shù)用于陶瓷物質(zhì)中的晶界的研究。EBSD技術(shù)基于對由背散射電子產(chǎn)生的Kikuchi衍射圖案的自動分析。在標定相應衍射圖案后，確定目標物質(zhì)的各晶粒的結(jié)晶取向。利用市售軟件，能夠通過EBSD相對容易地進行組織分析以及晶界特征分布(GBCD)的確定。可以通過將EBSD應用于界面，從而確定具有大界面的樣本群體的晶界取向差。取向差分布通常與物質(zhì)的處理條件相關(guān)。晶界取向差可以基于通常的取向參數(shù)(如歐拉角、角/軸對(angle/axispair)、或羅德里格矢量)來獲得。CSL模型被廣泛地用作用于確定特性的工具。根據(jù)本實施方案的α-Al2O3層中的晶界包括上述CSL粒界和一般粒界。CSL粒界由Σ3晶界、Σ7晶界、Σ11晶界、Σ17晶界、Σ19晶界、Σ21晶界、Σ23晶界和Σ29晶界組成。當利用EBSD觀察時，即使除了Σ3晶界之外并未觀察到其他任意一種或多種晶界時，這種情況也沒有背離本實施方案的范圍，只要其展示出本實施方案的效果即可。一般粒界是指除CSL晶界之外的其他晶界。因此，一般粒界是指在利用EBSD的觀察中，從α-Al2O3晶粒的全部粒界中除去CSL粒界后剩余的粒界。根據(jù)本實施方案的α-Al2O3層滿足以下條件(1)至(4)。(1)位于前刀面?zhèn)群秃蟮睹鎮(zhèn)鹊母鳓?Al2O3層示出(001)取向。(2)在前刀面?zhèn)鹊摩?Al2O3層內(nèi)，Σ3晶界的長度LR3超過Σ3-29晶界的長度LR3-29的80％，并且為全部粒界的總長LR的10％以上50％以下，其中所述總長LR為LR3-29和一般粒界的長度LRG的總和。(3)在位于后刀面?zhèn)鹊摩?Al2O3層內(nèi)，Σ3晶界的長度LF3超過Σ3-29晶界的長度LF3-29的80％，并且為全部粒界的總長LF的10％以上50％以下，其中所述總長LF為LF3-29和一般粒界的長度LFG的總和。(4)長度LR3與長度LR3-29之比LR3/LR3-29小于長度LF3與長度LF3-29之比LF3/LF3-29。以下將對上述(1)進行說明。在此，在各表面?zhèn)鹊摩?Al2O3層“示出(001)取向”是指這樣的一種情況，即：相對于α-Al2O3層的表面(位于覆膜表面?zhèn)鹊谋砻?的法線方向，(001)面的法線方向在±20°之內(nèi)的晶粒(α-Al2O3)的比例(面積比)為α-Al2O3層中的50％以上。具體而言，其是指這樣一種情況，即：當利用配備EBSD的SEM觀察位于前刀面?zhèn)群秃蟮睹鎮(zhèn)鹊母鳓?Al2O3層的垂直截面(與α-Al2O3層表面的法線方向平行的截面)，并利用顏色映射法對其結(jié)果進行圖像處理時，在經(jīng)過圖像處理的各觀察圖像中，α-Al2O3層中的上述晶粒的面積比為50％以上。對α-Al2O3層的厚度方向上的全部面積進行α-Al2O3層的顏色映射。即，對從位于α-Al2O3層的被覆表面?zhèn)鹊谋砻娴轿挥讦?Al2O3層的基材側(cè)的表面的全部區(qū)域進行顏色映射。在一個觀察圖像中，可以觀察到具有微米級厚度的α-Al2O3層的厚度方向上的全部區(qū)域。另一方面，僅應當對α-Al2O3層的面內(nèi)方向(與厚度方向垂直的方向)上的任意區(qū)域進行顏色映射。通常而言，α-Al2O3層的(001)面取向性越高，則α-Al2O3層的硬度越大。因此，滿足(1)的根據(jù)本實施方案的α-Al2O3層能夠抑制因加工過程中施加的沖擊而導致的裂縫出現(xiàn)，并且能夠顯著改進切削工具的韌性，由此能夠?qū)崿F(xiàn)高度耐磨性?！案材さ谋砻?zhèn)取笔侵冈讦?Al2O3層的厚度方向上，與基材側(cè)相對的一側(cè)，并且當在α-Al2O3層上未形成其他層時，其是指α-Al2O3層的表面。以下將對上述(2)和(3)進行說明。Σ3晶界被認為是在α-Al2O3的CSL晶界中具有最低粒界能，由此認為能夠通過提高Σ3晶界在全部CSL晶界中所占的比例從而增強機械特性(特別是耐塑性變形性能)。因此，在本實施方案中，將全部CSL晶界表示為Σ3-29晶界，并且將位于前刀面?zhèn)鹊摩?Al2O3層中的Σ3晶界的長度LR3限定為超過位于前刀面?zhèn)鹊摩?Al2O3層中Σ3-29晶界的長度LR3-29的80％，并且將位于后刀面?zhèn)鹊摩?Al2O3層中的Σ3晶界的長度LF3限定為超過位于后刀面?zhèn)鹊摩?Al2O3層中Σ3-29晶界的長度LF3-29的80％。長度LR3是指在利用配有EBSD的SEM觀察位于前刀面?zhèn)鹊摩?Al2O3層而觀察到的視野中，Σ3晶界的總長，并且長度LR3-29是指在利用配有EBSD的SEM觀察位于前刀面?zhèn)鹊摩?Al2O3層而觀察到的視野中，Σ3晶界、Σ7晶界、Σ11晶界、Σ17晶界、Σ19晶界、Σ21晶界、Σ23晶界和Σ29晶界的長度總和。類似地，長度LF3是指在利用配有EBSD的SEM觀察位于后刀面?zhèn)鹊摩?Al2O3層而觀察到的視野中，Σ3晶界的總長，并且長度LF3-29是指在利用配有EBSD的SEM觀察位于后刀面?zhèn)鹊摩?Al2O3層而觀察到的視野中，Σ3晶界、Σ7晶界、Σ11晶界、Σ17晶界、Σ19晶界、Σ21晶界、Σ23晶界和Σ29晶界的長度總和。長度LR3更優(yōu)選為長度LR3-29的83％以上，進一步優(yōu)選為85％以上。這也同樣適用于長度LF3，并且長度LF3更優(yōu)選為長度LF3-29的83％以上，進一步優(yōu)選為85％以上。因而，數(shù)值優(yōu)選盡可能的高，并且無須對其上限值加以限定。然而，從薄膜為多晶薄膜的觀點出發(fā)，其上限值為99％以下。由Σ3晶界的粒界能低顯而易見的是，該Σ3晶界具有高的整合性，所以由Σ3晶界限定粒界的兩個晶粒所表現(xiàn)出的行為類似于單晶或雙晶的行為，并傾向于變粗。隨著晶粒變粗，覆膜的特性(如耐崩裂性)降低，因此應當抑制粗化。因而，在本實施方案中，在位于前刀面?zhèn)群秃蟮睹鎮(zhèn)鹊摩?Al2O3層內(nèi)，通過將Σ3晶界的長度LR3和LF3分別限定為全部粒界總長LR和LF的10％以上50％以下，從而確保了上述抑制效果。當Σ3晶界的各長度LR3和LF3超過各表面?zhèn)鹊娜苛＝绲目傞LLR和LF的50％時，晶粒不利地變粗，并且當該長度低于10％時，不能獲得優(yōu)異的機械特性。Σ3晶界的長度LR3和LF3更優(yōu)選的范圍為20％至45％，進一步優(yōu)選的范圍為30％至40％。全部粒界是指CSL晶界和除了CSL晶界之外的一般晶界的總和。因此，前刀面?zhèn)鹊摹叭苛＝绲目傞LLR”能夠表示為“Σ3-29晶界的長度LR3-29與一般粒界的長度LRG之和”，并且后刀面?zhèn)鹊摹叭苛＝绲目傞LLF”能夠表示為“Σ3-29晶界的長度LF3-29與一般粒界的長度LFG之和”。以下將對上述(4)進行說明。對于滿足條件(4)的α-Al2O3層，在前刀面?zhèn)鹊摩?Al2O3層內(nèi)，CSL粒界中的Σ3晶界所占的比例相對較高，并且在后刀面?zhèn)鹊摩?Al2O3層內(nèi)，CSL粒界中的Σ3晶界所占的比例相對較低。因此，對于滿足條件(2)和(3)、并且進一步滿足條件(4)的α-Al2O3層，其在后刀面?zhèn)染哂刑貏e優(yōu)異的耐塑性變形性，并且能夠充分抑制因前刀面?zhèn)鹊摩?晶界過多而導致的耐崩裂性等覆膜特性劣化。在高速條件和低進給條件下的切削加工(以下也稱為“高速和低進給切削加工”)中，后刀面?zhèn)鹊臒嶝摵奢^高并且后刀面的磨損傾向于增加。滿足條件(2)至(4)的α-Al2O3層能夠承受施加于后刀面?zhèn)鹊呢摵?，由此在高速低進給切削加工過程中，特別是在后刀面?zhèn)忍幱趪揽恋那邢鳁l件下，也能夠保持長的使用壽命。比值LR3/LR3-29與比值LF3/LF3-29之差{(LR3/LR3-29)-(LF3/LF3-29)}優(yōu)選為-1至-10。在這種情況下，前刀面?zhèn)鹊哪捅懒研缘奶岣吲c后刀面?zhèn)鹊哪退苄宰冃涡缘奶岣咧g的平衡性是優(yōu)異的。該差值更優(yōu)選為-4至-9。為了滿足這樣的差值，例如，Σ3晶界的長度LR3優(yōu)選為Σ3-29晶界的長度LR3-29的80％至95％，更優(yōu)選為83％至95％，尤其優(yōu)選為80％至90％。Σ3晶界的長度LF3優(yōu)選為Σ3-29晶界的長度LF3-29的90％至99％，更優(yōu)選為91％至99％。在本實施方案中，可以按照以下方式確定α-Al2O3層是否滿足條件(1)。首先，根據(jù)后面將要描述的制造方法，在基材上形成α-Al2O3層。然后，將所形成的位于前刀面?zhèn)鹊摩?Al2O3層(包括基材)切割，從而獲得與α-Al2O3層垂直的截面(即，切割以裸露出切割面，該切割面是通過沿著包括α-Al2O3層表面的法線的平面切割α-Al2O3層而獲得的)。此后，利用耐水砂紙(其包含SiC顆粒磨料作為磨料)對切割面進行拋光。例如，以下述方式切割α-Al2O3層：利用蠟等將α-Al2O3層的表面(當在α-Al2O3層上形成有另一層時，則為覆膜的表面)固定為與足夠大的保持用平板緊密接觸，此后沿著與平板垂直的方向，利用具有旋轉(zhuǎn)刀片的切削刀具切割α-Al2O3層(在使旋轉(zhuǎn)刀片與平板盡可能彼此垂直的條件下切割)。能夠切割α-Al2O3層的任意部分，只要沿著這樣的垂直方向切割α-Al2O3層即可。利用耐水性砂紙#400、#800和#1500進行連續(xù)拋光(耐水性砂紙的標號(#)表示磨料的粒度不同，標號越大表示磨料的粒度越小)。然后，利用Ar離子通過離子研磨(ionmilling)處理進一步將拋光表面平滑化。用于離子研磨處理的條件如下所述。加速電壓：6kV照射角度：與α-Al2O3層的表面的法線方向(即，與切割面處的α-Al2O3層的厚度方向平行的直線方向)呈0°照射時間：6小時設(shè)置切割的位置，從而至少避免切削刃棱線部分3附近的部分。具體而言，參照圖3，在接觸前刀面1的表面(圖3中以水平延長的虛線表示)與前刀面1發(fā)生相互接觸的區(qū)域中存在外緣A1，在接觸后刀面2的表面(圖3中以豎直延長的虛線表示)與后刀面2發(fā)生相互接觸的區(qū)域中存在外緣A2，將連接外緣A1和外緣A2的區(qū)域視為切削刃棱線部分3，并且將距離外緣A1(其為切削刃棱線部分3的端部)達0.2mm以上的位置(在圖3中朝向左側(cè)遠離外緣A1的位置)作為截面的位置。類似地，在α-Al2O3層的后刀面2一側(cè)的截面中，將距離外緣A2(其為切削刃棱線部分3的端部)達0.2mm以上的位置(在圖3中，在朝向下方的方向上遠離外緣A2的位置)作為截面的位置。利用配有EBSD的SEM觀察經(jīng)平滑處理的拋光面。采用包括HKLNL02EBSD檢測器的ZeissSupra35VP(由CARLZEISS制造)作為SEM。通過將聚焦電子束單獨定位至各像素，從而連續(xù)收集EBSD數(shù)據(jù)。使樣品表面(α-Al2O3層的經(jīng)過平滑處理的截面)的法線相對于入射電子束傾斜70°，并且在15kV下進行分析。為了避免帶電效果，施加了10Pa的壓力。根據(jù)60μm或120μm的開口徑設(shè)置高電流模式。在拋光面上，對于相當于50×30μm平面區(qū)域的500×300個點，以0.1μm/步長逐步(stepwise)收集數(shù)據(jù)。然后，利用市售軟件(由EDAX公司制造，商標名：“orientationImagingmicroscopyVer6.2(取向成像顯微鏡術(shù)6.2版本)”)，計算各測定的像素的(001)面的法線方向與α-Al2O3層的表面(位于覆膜的表面?zhèn)鹊谋砻?的法線方向(即，與切割面處的α-Al2O3層的厚度方向平行的直線方向)之間所形成的角度，創(chuàng)建彩色圖(colormap)，其中選擇了角度在±20°內(nèi)的像素。具體而言，利用軟件中包含的“CrystalDirectionMAP”方法，創(chuàng)建α-Al2O3層的表面的法線方向與各測定像素的(001)面的法線方向之間的公差(tolerance)為20°(方向偏差在±20°內(nèi))的彩色圖。然后，基于該彩色圖計算像素的面積比，并且將為50％以上的面積比定義為“位于前刀面?zhèn)鹊摩?Al2O3層示出(001)取向”。類似地，確定后刀面?zhèn)鹊摩?Al2O3層是否示出(001)取向。當確認到位于任意表面?zhèn)鹊摩?Al2O3層示出(001)取向，即相對于α-Al2O3層的表面(位于覆膜的表面?zhèn)鹊谋砻?的法線方向，(001)面的法線方向在±20°內(nèi)的晶粒(α-Al2O3)的比例為50％以上時，則α-Al2O3層滿足條件(1)。在本實施方案中，可以按照以下方式確定前刀面?zhèn)鹊摩?Al2O3層以及后刀面?zhèn)鹊摩?Al2O3層是否滿足條件(2)和(3)，并且是否進一步滿足條件(4)。首先，以與上述類似的方法，切割前刀面?zhèn)鹊摩?Al2O3層，從而獲得與α-Al2O3層垂直的截面，此后類似地進行拋光和平滑處理。接著，如上所述，利用配有EBSD的SEM觀察經(jīng)過所述處理的切割面。使樣品表面(α-Al2O3層的經(jīng)平滑處理的截面)的法線相對于入射電子束傾斜70°，并且在15kV下進行分析。為了避免帶電效果，施加了10Pa的壓力。根據(jù)60μm或120μm的開口徑設(shè)置高電流模式。在拋光面上，對于相當于50×30μm平面區(qū)域的500×300個點，以0.1μm/步長逐步收集數(shù)據(jù)。利用或不利用噪聲過濾處理數(shù)據(jù)。然后，利用市售軟件(由EDAX公司制造，商標名：“orientationImagingmicroscopyVer6.2”)確定噪聲過濾和晶界特征分布。基于由Grimmer(H.Grimmer,R.Bonnet,PhilosophicalMagazineA61(1990),493-509)得到的數(shù)據(jù)對晶界特征分布進行分析。根據(jù)Brandon標準(ΔΘ<Θ0(Σ)-0.5，其中Θ0＝15°)，考慮了實驗值與理論值之間的公差(D.BrandonActametall.14(1966),1479-1484)。將對應于任意Σ值的特殊晶界進行計數(shù)，并將該計數(shù)值表示為相對于全部晶界的比值。如上所述，可以求得前刀面?zhèn)鹊摩?Al2O3層內(nèi)Σ3晶界的長度LR3、Σ3-29晶界的長度LR3-29以及全部粒界的總長LR。類似地，可以求得后刀面?zhèn)鹊摩?Al2O3層內(nèi)Σ3晶界的長度LF3、Σ3-29晶界的長度LF3-29以及全部粒界的總長LF?；谒蟮玫臄?shù)值，能夠確定前刀面?zhèn)鹊摩?Al2O3層和后刀面?zhèn)鹊摩?Al2O3層是否滿足條件(2)和(3)，并確定α-Al2O3層是否進一步滿足條件(4)。<α-Al2O3層的厚度>α-Al2O3層的厚度優(yōu)選為2μm至20μm。由此可以展示出上述優(yōu)異的效果。該厚度更優(yōu)選為2μm至15μm，并且進一步優(yōu)選為2μm至10μm。當該厚度小于2μm時，可能無法充分展示出上述優(yōu)異的效果。當該厚度超過20μm時，因α-Al2O3層和其他層(如下層)之間的線膨脹系數(shù)差所導致的界面應力增加，并且α-Al2O3晶?？赡軙撀洹Ｄ軌蛲ㄟ^利用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察基材和覆膜的垂直截面，從而確定該厚度。<α-Al2O3層的表面粗糙度>α-Al2O3層的表面粗糙度Ra優(yōu)選小于0.2μm。因此，不僅切屑與工具的切削刃之間的摩擦系數(shù)降低、耐崩裂性提高，而且還能夠展示出穩(wěn)定的切屑排出能力。表面粗糙度Ra更優(yōu)選小于0.15μm，進一步優(yōu)選小于0.10μm。由此，表面粗糙度Ra優(yōu)選盡可能小，無須限定其下限值。然后，從覆膜會受到基材的表面組織影響的觀點出發(fā)，其下限值為0.05μm以上。在本申請中，表面粗糙度Ra是指由JISB0601(2001)定義的算數(shù)平均粗糙度Ra。<α-Al2O3層的壓縮應力>α-Al2O3層優(yōu)選在距離覆膜表面?zhèn)?μm以內(nèi)的區(qū)域中包括壓縮應力的絕對值為最大值的點，并且該點處的壓縮應力的絕對值低于1GPa。因此，抑制了由于斷續(xù)切削加工中所發(fā)生的工具切削刃的機械和熱疲勞而導致的切削刃的意外破損，并且能夠展示出節(jié)省人力/節(jié)省能量的效果。所述絕對值更優(yōu)選低于0.9GPa，進一步優(yōu)選為低于0.8GPa。雖然對該絕對值的下限沒有特別的限制，但是從使耐磨性與耐破損性取得平衡的觀點出發(fā)，該下限值為0.2GPa以上。可以利用常規(guī)已知的使用X射線的sin2ψ法以及恒定穿透深度(constantpenetrationdepth)法測定本實施方案中的壓縮應力。<TiCxNy層>根據(jù)本實施方案的覆膜可以包括位于基材和α-Al2O3層之間的TiCxNy層。該TiCxNy層優(yōu)選包含滿足原子比關(guān)系式0.6≤x/(x+y)≤0.8的TiCxNy。由此，基材和α-Al2O3層之間的密著性得以改進。原子比更優(yōu)選為0.65≤x/(x+y)≤0.75，進一步優(yōu)選為0.67≤x/(x+y)≤0.72。當x/(x+y)小于0.6時，耐磨性可能不足，當其超過0.8時，耐崩裂性可能不足。<制造方法>根據(jù)本實施方案的表面被覆切削工具可以通過化學氣相沉積(CVD)在基材上形成覆膜來制造。當在覆膜中還形成除了α-Al2O3層之外的其他層時，可以在常規(guī)已知的條件下，利用化學氣相沉積設(shè)備來形成該層?？梢园凑杖缦滤龇绞叫纬搔?Al2O3層。采用AlCl3、HCl、CO2、H2S、O2和H2作為原料氣體。將AlCl3、HCl、CO2、H2S和O2的混合量分別設(shè)為3體積％至5體積％、4體積％至6體積％、0.5體積％至2體積％、1體積％至5體積％和0.0001體積％至0.01體積％，并且采用H2作為余量氣體。采用以下體積比：0.1≤CO2/H2S≤1、0.1≤CO2/AlCl3≤1和0.5≤AlCl3/HCl≤1。使原料氣體吹向設(shè)置于化學氣相沉積設(shè)備內(nèi)的反應容器中的基材，調(diào)節(jié)原料氣體的注入方向，從而使基材的后刀面基本上與原料氣體的注入方向垂直，并且使基材的前刀面基本上與原料氣體的注入方向平行。化學氣相沉積的各項條件包括溫度為950℃至1050℃、壓力為1kPa至5kPa、氣體流速(氣體總量)為50L/min至100L/min。將原料氣體引入到反應容器內(nèi)的速度設(shè)置為1.7m/sec至3.5m/sec。一旦在上述條件下通過化學氣相沉積形成α-Al2O3層后，即進行退火。退火條件包括溫度為1050℃至1080℃、壓力為50kPa至100kPa、時間為120分鐘至300分鐘。通過以20L/min至30L/min的流速分別供給H2和氬氣(Ar)，從而獲得該退火的氣氛。由此可以形成具有所需厚度的根據(jù)本實施方案的α-Al2O3層。特別地，通過將原料氣體中O2的混合量設(shè)置在上述范圍內(nèi)，并調(diào)節(jié)原料氣體的注入方向從而使基材的后刀面基本上與原料氣體的注入方向垂直，并且基材的前刀面基本上與原料氣體的注入方向平行，從而可形成滿足(2)至(4)的α-Al2O3層。原因據(jù)推測如下所述。O2比其他氣體(如CO2)具有更高的反應性，并且它具有增加α-Al2O3的核的數(shù)目、或增加成膜速率的功能。O2還具有降低CSL晶界中的Σ3晶界比例的功能。這是因為，當成膜速率過高時，不太可能產(chǎn)生作為具有高整合性的晶界的Σ3晶界。在與原料氣體的注入方向基本上平行的前刀面?zhèn)龋蠚怏w的流通密度趨向于相對較高，并且在與原料氣體的注入方向基本上垂直的后刀面?zhèn)?，原料氣體的流通密度趨向于相對較低。即，原料氣體在前刀面?zhèn)鹊耐Ａ魰r間短，而原料氣體在后刀面?zhèn)鹊耐Ａ魰r間長。換言之，前刀面?zhèn)鹊脑蠚怏w供給頻率大于后刀面?zhèn)鹊墓┙o頻率。因此，顯然，與后刀面?zhèn)鹊腛2的吸附和擴散相比，前刀面?zhèn)鹊腛2的吸附和擴散更頻繁，這使得在前刀面?zhèn)龋捎贠2的作用而導致Σ3晶界減少，因而，后刀面?zhèn)鹊摩?晶界比例高于前刀面?zhèn)?。成膜后如上所述進行退火可以防止雜質(zhì)(如硫)殘留在α-Al2O3層內(nèi)。因此，根據(jù)本實施方案的制造α-Al2O3層的方法是特別優(yōu)異的。實施例盡管以下將參照實施例對本發(fā)明進行更詳細地說明，但本發(fā)明并不局限于此。<基材的制備>制備下表1中所示的兩種類型的基材：基材P和基材K。具體而言，通過如下方式獲得基材：將具有表1中所示配制組成的原料粉末均勻混合，通過加壓使粉末成形為預定形狀，然后在1300℃至1500℃下燒結(jié)成形粉末1小時至2小時，從而獲得了具有CNMG120408NUX形狀(由住友電氣株式會社制造)的硬質(zhì)合金制基材。表1<覆膜的形成>在上述獲得的各基材的表面上形成覆膜。具體而言，將基材置于化學氣相沉積裝置中，通過化學氣相沉積在基材上形成覆膜。將基材設(shè)置在反應容器內(nèi)，使基材的前刀面基本上與氣體的注入方向平行，并且使后刀面基本上與氣體的注入方向垂直。成膜條件如下表2和表3所示。表2示出了形成除α-Al2O3層之外的其他各層的條件，表3示出了形成α-Al2O3層的條件。表2中的TiBNO和TiCNO表示表5中的中間層(以下將詳述)，其他成分對應于表5中除α-Al2O3層之外的其他層。TiCxNy層由TiCxNy構(gòu)成，其中原子比x/(x+y)設(shè)定為0.7。如表3所示，用于形成α-Al2O3層的條件有10個：A至G，以及X至Z，A至G對應于實施例中的條件，X至Z對應于比較例中的條件(常規(guī)技術(shù))。在α-Al2O3層的形成過程中，將原料氣體的引入速度設(shè)為2m/sec，并且在固定基材的同時，使用于注入原料氣體的氣體管以2rpm的速度旋轉(zhuǎn)。僅將在條件A至G下形成的實施例中的α-Al2O3層在1050℃、50kPa、H2的流速設(shè)為20L/min、并且Ar的流速設(shè)為30L/min的條件下退火，退火時間如表3所示。例如，形成條件A表示α-Al2O3層是按如下方式形成的：向化學氣相沉積裝置內(nèi)供應由3.2體積％的AlCl3、4.0體積％的HCl、1.0體積％的CO2、2體積％的H2S、0.003體積％的O2以及余量的H2組成的原料氣體，在壓力為3.5kPa、溫度為1000℃、流速(氣體流量)為70L/min的條件下進行化學氣相沉積，此后在上述條件下進行退火180分鐘。以相似的方式通過化學氣相沉積法形成表2中示出的除了α-Al2O3層之外的各層，不同之處在于不進行退火。表2中的“余量”表示H2占據(jù)了原料氣體的剩余部分?！皻怏w總量”表示將標準狀態(tài)(0℃和1大氣壓)下的氣體視為理想氣體，每單位時間引入到化學氣相沉積設(shè)備內(nèi)的總體積流量(也適用于表3中的α-Al2O3層)。通過適當?shù)卣{(diào)節(jié)成膜時間從而調(diào)節(jié)各層的厚度(各層的成膜速率為約0.5微米/小時至2微米/小時)。<表面被覆切削工具的制作>在表2和3中的條件下，通過在基材上形成覆膜，制得下表4和表5中示出的實施例1至15和比較例1至6中的各表面被覆切削工具。在表4和表5中，各覆膜的組成和厚度是利用SEM-EDX(掃描電子顯微鏡-能量分散型X射線光譜儀)確定的，并且α-Al2O3層中的Σ3晶界的長度、Σ3-29晶界的長度、以及全部粒界的總長是利用以上描述的方法確定的。利用上述方法確定位于前刀面?zhèn)群秃蟮睹鎮(zhèn)鹊摩?Al2O3層內(nèi)相對于α-Al2O3層的表面(位于覆膜表面?zhèn)鹊谋砻?的法線方向，(001)面的法線方向在±20°內(nèi)的晶粒(α-Al2O3)的比例(％)。例如，參照表4，實施例1中的表面被覆切削工具具有形成在基材上的總厚度為24.3μm的覆膜，其通過以下方式形成：采用如表1所示的基材P作為基材；在表2中的條件下，在基材P的表面上形成厚度為1.2μm的TiN層作為下層；在表2中的條件下，在下層上形成厚度為13.0μm的TiCxNy層；在表2中的條件下，在TiCxNy層上形成厚度為0.7μm的TiBNO層作為中間層；在表3中的形成條件A下，在中間層上形成厚度為8.6μm的α-Al2O3層；隨后在表2中的條件下，形成厚度為0.9μm的TiN層作為最外層。表4中的空白區(qū)域表示沒有相應的層。參照表5，在實施例1中，在位于前刀面?zhèn)鹊摩?Al2O3層內(nèi)，Σ3晶界的長度LR3為Σ3-29晶界的長度LR3-29的89％，并且為全部粒界的總長LR的17％。在位于后刀面?zhèn)鹊摩?Al2O3層內(nèi)，Σ3晶界的長度LF3為Σ3-29晶界的長度LF3-29的94％，并且為全部粒界的總長LF的20％。在“(LR3/LR3-29)-(LF3/LF3-29)”一列中示出了從比值(LR3/LR3-29)(％)中減去比值(LF3/LF3-29)(％)而計算得到的值。由于該值為“-”，所以可以看出比值LR3/LR3-29小于比值LF3/LF3-29。α-Al2O3層在前刀面?zhèn)群秃蟮睹鎮(zhèn)仁境隽?001)取向。由于在各比較例1至6中的α-Al2O3層是在根據(jù)常規(guī)技術(shù)的條件下形成的，而非根據(jù)本發(fā)明的方法形成，因此該α-Al2O3層由并沒有示出本發(fā)明所示的特性的晶體組織形成(參見表5)。表5<切削試驗>對上述獲得的表面被覆切削工具進行下述兩種切削試驗。以下切削試驗屬于高速低進給切削加工。<切削試驗1>對于下表6中示出的實施例和比較例的表面被覆切削工具，測定在如下切削條件下直至后刀面磨損量(Vb)達到0.20mm時的切削時間，并觀察切削刃的最終損傷形式。其結(jié)果示于表6中。切削時間越長，表明耐磨性越好，工具的使用壽命越長。<切削條件>工件材料：SCM435圓棒的外周切削圓周速度：400m/分鐘進給速度：0.1mm/轉(zhuǎn)切削深度：1.0mm切削液：使用表6切削時間(分鐘)實施例119實施例220實施例323實施例420實施例521實施例622實施例716比較例110比較例213比較例36從表6中可以清楚地看出，與比較例中的表面被覆切削工具相比，實施例中的表面被覆切削工具均具有良好的耐磨性和耐崩裂性，并且工具的使用壽命更長。即，可以確認實施例中的表面被覆切削工具中的覆膜的機械特性得到改進。<切削試驗2>對于下表7中示出的實施例和比較例的表面被覆切削工具，測量了在如下切削條件下直至月牙洼磨損量(Kt)達到0.20mm時的切削時間。其結(jié)果示于表7中。切削時間越長，表明耐磨性越好，工具的使用壽命越長。<切削條件>工件材料：S55C圓棒的外周切削圓周速度：300m/分鐘進給速度：0.05mm/轉(zhuǎn)切削深度：2.0mm切削液：使用表7切削時間(分鐘)實施例821實施例916實施例1028實施例1122實施例1226實施例1324實施例1417實施例1514比較例49比較例512比較例66從表7中可以清楚的看出，與比較例中的表面被覆切削工具相比，實施例中的表面被覆切削工具具有更優(yōu)異的耐破損性，工具的使用壽命更長。即，可以確認實施例中的表面被覆切削工具中的覆膜的機械特性得到改進。<α-Al2O3層的表面粗糙度Ra的效果的確認>按照JISB0601(2001)對實施例1、2和11中的表面被覆切削工具中的α-Al2O3層的表面粗糙度Ra進行測定。其結(jié)果示于表8中。然后，通過在以下條件下對各表面被覆切削工具的α-Al2O3層進行空氣研磨(aerolap)處理，從而制造了實施例1A、2A和11A的表面被覆切削工具。按照與上述類似的方法測定表面被覆切削工具中α-Al2O3層的表面粗糙度Ra。其結(jié)果示于表8中。<空氣研磨處理條件>介質(zhì)：直徑為大約1mm的彈性橡膠介質(zhì)，其包含平均粒度為0.1μm的金剛石顆粒(由YamashitaWorks株式會社制造，商品名：“MultiCone”)。投射壓力：0.5巴投射時間：30秒濕式/干式：干式對于實施例1、1A、2、2A、11和11A中的表面被覆切削工具，測量了在如下切削條件下直至后刀面磨損量(Vb)達到0.20mm時的切削時間。其結(jié)果示于表8中。切削時間越長，表明排出切屑的能力越穩(wěn)定，切屑與工具的切削刃之間的摩擦系數(shù)越低。<切削條件>工件材料：SS400圓棒的外周切削圓周速度：300m/分鐘進給速度：0.1mm/轉(zhuǎn)切削深度：1.0mm切削液：未使用表8從表8中可以清楚的確認，與實施例1、2和11的表面被覆切削工具(其包括表面粗糙度Ra為0.2μm以上的α-Al2O3層)相比，實施例1A、2A和11A中的表面被覆切削工具(其包括表面粗糙度Ra小于0.2μm的α-Al2O3層)能夠?qū)崿F(xiàn)切屑與工具的切削刃之間的摩擦系數(shù)降低，并展示出穩(wěn)定的切屑排出能力。<提供至α-Al2O3層的壓縮應力的效果確認>對于實施例1、2和11的表面被覆切削工具，經(jīng)證實，在α-Al2O3層中距離覆膜表面?zhèn)?μm以內(nèi)的區(qū)域內(nèi)，存在應力絕對值為最大值的點，并且測量了該點處的應力絕對值。其結(jié)果示于表9(“應力值”一列)中。利用X射線，使用sin2ψ法測定應力，表9中“應力值”一列中的數(shù)值表示絕對值，拉伸應力表示為“拉伸”，壓縮應力表示為“壓縮”。然后，通過在以下條件下，對各表面被覆切削工具的α-Al2O3層進行濕式噴砂處理，從而制造實施例1B、1C、2B、2C和11B中的表面被覆切削工具。然后，對于各表面被覆切削工具，按照與上述類似的方式確認在α-Al2O3層中距離覆膜表面?zhèn)?μm以內(nèi)的區(qū)域內(nèi)，存在應力絕對值為最大值的點并且測量了該點處的應力絕對值。其結(jié)果示于表9(“應力值”一列)中。實施例1B與實施例1C之間的應力差、以及實施例2B和實施例2C之間的應力差是由濕式噴砂處理中投射壓力之間的差異造成的。<濕式噴砂處理的條件>介質(zhì)：氧化鋁介質(zhì)(φ50μm)投射壓力：1巴至2巴投射時間：10秒濕式/干式：濕式對于實施例1、1B、1C、2、2B、2C、11和11B中的表面被覆切削工具，測量了在如下切削條件下直至工具破損時的切削時間。其結(jié)果示于表9中。切削時間越長，表明工具切削刃因斷續(xù)切屑加工過程中發(fā)生的機械和熱疲勞而破損的現(xiàn)象得到抑制，由此提高了切削刃的可靠性。<切削條件>工件材料：SUS304(60°×3個溝槽的外周切削)圓周速度：250m/分鐘進給速度：0.05mm/轉(zhuǎn)切削深度：1.0mm切削液：未使用表9應力值(GPa)切削時間(分鐘)實施例10.7(拉伸)12實施例1B0.8(壓縮)22實施例1C1.0(壓縮)20實施例20.8(拉伸)10實施例2B0.6(壓縮)20實施例2C0.2(壓縮)14實施例110.6(拉伸)15實施例11B0.8(壓縮)27由表9的結(jié)果可以清楚地確認，在α-Al2O3層中距離覆膜表面?zhèn)?μm以內(nèi)的區(qū)域內(nèi)，存在應力絕對值為最大值的點，與該點處的應力為拉伸應力的情況相比，在該點處的應力為絕對值小于1GPa的壓縮應力的情況中，抑制了工具切削刃因斷續(xù)切屑加工過程中發(fā)生的機械和熱疲勞而破損，因此提高了切削刃的可靠性。盡管以上已經(jīng)對本發(fā)明的實施方案和實施例進行了描述，然而最初還預想了上述各實施方案以及實施例中的特征適當組合及其各種變形。應當理解的是，本文所公開的實施方案在每個方面都是示例性而非限制性的。本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求書的權(quán)項、而不是上述實施方案來限定，并且旨在包括與權(quán)利要求書的權(quán)項等同的范圍和含義內(nèi)的任何修改。參考符號列表1前刀面；2后刀面；3切削刃棱線部分；10工具；11基材；11a前刀面；11b后刀面；11c切削刃棱線部分；以及12覆膜。當前第1頁1 2 3