12,能夠形成具有優(yōu)異密合能力的密合層111。在 此，用于離子轟擊處理且包含于密合層111中的元素優(yōu)選至少包括Cr。由于Cr是可升華的元 素，因此在離子轟擊處理過程中很少產(chǎn)生熔融顆粒(液滴），并且能夠抑制基材101的表面粗 糙化。
[0131]〈形成交替層的步驟〉
[0132] 有多種方法可供用作為形成交替層112的方法，其中在交替層112中，一層或多層A 層112a和一層或多層B層112b交替地層疊?？梢允褂玫姆椒ɡ鐬?使用Ti、Al和Si的粒徑 會(huì)發(fā)生變化的燒結(jié)合金制靶的方法;使用多個(gè)具有彼此不同的組成的靶的方法;將成膜期 間所施加的偏壓設(shè)置為脈沖電壓、或改變氣體的流速的方法；以及調(diào)整成膜裝置內(nèi)用于保 持基材的基材托架的旋轉(zhuǎn)周期的方法。當(dāng)然也可以通過這些操作的組合來形成交替層。
[0133] 交替層112形成后，可對覆膜110賦予壓縮殘留應(yīng)力，用以提高覆膜110的韌性。例 如，可以利用噴丸、刷光、滾磨和離子注入法來提供壓縮殘留應(yīng)力。
[0134] 〈第二實(shí)施方案〉
[0135] 根據(jù)第二實(shí)施方案，主要實(shí)現(xiàn)了第二個(gè)目的。
[0136] 〈表面被覆工具〉
[0137] 圖5是示出了根據(jù)第二實(shí)施方案的表面被覆工具的構(gòu)造的一個(gè)實(shí)例的示意性部分 截面圖。參照圖5,表面被覆工具200包括基材201和形成在基材201上的覆膜210。該覆膜210 包括與基材201接觸的密合層211和形成在該密合層211之上的上部層212。
[0138] 表面被覆工具200通常為切削工具。表面被覆工具200(例如）可以是諸如鉆頭、端 銑刀、銑削用或車削用替換型刀片、金工鋸、齒輪切削刀具、鉸刀、絲錐、或曲軸針銑用刀片 之類的切削工具。表面被覆工具200不限于切削工具，它可以廣泛地應(yīng)用于(例如）需要具有 耐磨損性的工具或部件，如模具、軸承和耐磨工具。以下將對形成表面被覆工具200的各要 素進(jìn)行說明。
[0139] 〈基材〉
[0140] 基材201由WC-Co系硬質(zhì)合金構(gòu)成，并包含WC顆粒和含有Co并將WC顆?；ハ嘟Y(jié)合在 一起的結(jié)合相?；?01可包含除這些成分之外的其他任何成分，只要其包含這些成分即 可。例如，除WC顆粒和Co之外，可以添加 Ti、Ta或Nb的碳氮化物，或者可包含在制造過程中不 可避免地混入的雜質(zhì)。此外，結(jié)構(gòu)中可以包含游離碳或被稱為"η層"的異常層?？梢詫?201的表面進(jìn)行改良。例如，可以在基材201的表面上形成脫貝塔(β)層。
[0141] 基材201中的WC顆粒的粒徑優(yōu)選為0 · 2μπι以上2μπι以下，且Co含量優(yōu)選為4 · 0質(zhì)量％ 以上13.0質(zhì)量％以下。結(jié)合相(Co)比WC顆粒軟。因此，當(dāng)對基材201的表面進(jìn)行離子轟擊處 理時(shí)，結(jié)合相被去除，并且WC顆粒裸露于表面處。在此，當(dāng)硬質(zhì)合金的結(jié)構(gòu)中的WC顆粒的粒 徑以及Co含量占據(jù)上述范圍時(shí)，會(huì)在基材201的表面中形成源于WC顆粒的晶界的微細(xì)凹凸。 通過在這種表面上形成覆膜210,能夠通過所謂的錨定效應(yīng)提高覆膜210與基材201之間的 密合性。在此，WC顆粒的粒徑更優(yōu)選為1.5μπι以下。Co含量更優(yōu)選為11.0質(zhì)量％以下，尤其優(yōu) 選為10.0質(zhì)量％以下。
[0142] 〈覆膜〉
[0143] 覆膜210包括與基材201接觸的密合層211和形成在密合層211上的上部層212。覆 膜210應(yīng)當(dāng)至少僅設(shè)置在切削刃部分中，其不必均勻地覆蓋基材201的全部表面。即，覆膜并 非部分地形成在基材201上的實(shí)施方案或者覆膜的層疊結(jié)構(gòu)存在局部差異的實(shí)施方案也涵 蓋在本發(fā)明中。除了密合層211和上部層212之外，覆膜210還可包括其他層。例如，覆膜210 還可以包括由TiN構(gòu)成的著色層作為最外層。
[0144] 覆膜210的總厚度優(yōu)選為0.5μπι以上15μπι以下。當(dāng)該厚度小于0.5μπι時(shí)，覆膜厚度過 小并且工具的使用壽命可能會(huì)縮短。當(dāng)厚度超過15mm時(shí)，在切削的初期階段傾向于發(fā)生崩 裂，工具的使用壽命可能會(huì)縮短。覆膜210的總厚度更優(yōu)選為0.5μηι以上ΙΟμπι以下，特別優(yōu)選 為Ι.Ομπι以上5.Ομπι以下。形成覆膜210的晶粒期望為立方晶粒。當(dāng)全部覆膜或其部分為非晶 態(tài)時(shí)，覆膜的硬度降低，并且工具的使用壽命可能會(huì)縮短。
[0145] 〈上部層〉
[0146] 上部層212可以由單層或多個(gè)層的層疊來形成。上部層212在其全部或部分可包 括:調(diào)制(modulation)結(jié)構(gòu)，其中形成層的化合物的組成在厚度方向上發(fā)生周期性的改變； 或者超多層結(jié)構(gòu)，其中彼此組成不同的兩種或多種類型的單元層周期性地重復(fù)層疊，其中 各單元層的厚度為〇.2nm以上20nm以下。上部層212可以為第一實(shí)施方案中所述的交替層。
[0147] 覆膜內(nèi)所包括的各層的組成可以通過SEM-EDX分析或TEM-EDX分析來獲得。
[0148] 上部層212優(yōu)選包含選自在日本使用的元素周期表中IV族元素[Ti、Zr和Hf (鉿）]、 V族元素[￥(|凡）、他和了3]和￥1族元素[0、]?0(鉬)和1]、以及3;[和41中的一種或多種元素，以 及選自C、N和0(氧）中的一種或多種元素。由此覆膜210的耐磨損性得以提高。
[0149] 形成上部層212的化合物的具體實(shí)例可包括TiCN、TiN、TiCN0、Ti02、TiN0、TiSiN、 TiSiCN、TiAlN、TiAlCrN、TiAlSiN、TiAlSiCrN、AlCrN、AlCrCN、AlCrVN、AlN、AlCN、Al 2〇3、ZrN、 2^^、2心、2抑2、批(：、!^1!^^恥(：、恥^^^、]\1〇2(：、1(：和12(：。這些化合物也可以摻雜少量 的其它元素。
[0150] 如上所述，例如，當(dāng)本說明書中給出符號(hào)"TiCN"時(shí)，"Ti"、"C"和"N"之間的原子比 不局限為50:25:25，包括公知的所有原子比作為該原子比。
[0151] 〈密合層〉
[0152]密合層211形成在與基材201接觸的部分中。由于表面被覆工具200包括密合層 211，所以抑制了覆膜210的剝離，并且與常規(guī)例子相比，延長了工具的使用壽命。密合層211 的厚度優(yōu)選為〇. 5nm以上20nm以下。當(dāng)厚度小于0.5nm時(shí)，可能不會(huì)獲得所期望的密合作用。 當(dāng)厚度超過20nm時(shí)，密合層211內(nèi)的殘留應(yīng)力變高，反而可能會(huì)發(fā)生剝離。密合層211的厚度 更優(yōu)選為〇.5nm以上10nm以下，特別優(yōu)選為2nm以上6nm以下。
[0153] 密合層211包含這樣的碳化物、氮化物或碳氮化物，該碳化物、氮化物或碳氮化物 含有:選自Cr、Ti、Zr和Nb中的一種或多種元素;選自形成基材201的元素(W和C)中的一種或 多種元素；以及選自形成上部層212的元素(Al、Si和N)中的一種或多種元素。由于密合層 211包含基材201和上部層212的構(gòu)成元素，因此密合層211對于基材201和上部層212均表現(xiàn) 出了高的化學(xué)親和性。此外，選自Cr、Ti、Zr和Nb中的一種或多種元素與WC顆粒中所包含的 碳之間實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)鍵合，從而改善了耐剝離性。
[0154] 通過本發(fā)明人的研究表明，當(dāng)形成具有這樣組成的密合層時(shí)，在基材201與密合層 211之間的界面處、以及密合層211與上部層212之間的界面處，晶格是連續(xù)的，由此提高了 密合性。圖6示出了通過對本實(shí)施方案中表面被覆工具200的切割面處的基材201與覆膜210 之間的界面進(jìn)行拍照而獲得的TME圖像(放大倍率為1000000)。在圖6中可以看出，在基材 201(WC顆粒)和上部層212之間的界面處形成了厚度為0.5nm以上20nm以下的密合層211。圖 7是與圖6中的密合層211相關(guān)的部分的局部放大圖，圖7的對比度經(jīng)過了調(diào)整。由圖7可以確 認(rèn)的是，在基材201和密合層211之間的界面處、以及密合層211和上部層212之間的界面處， 晶格是連續(xù)的。由此，由于晶格在各界面處都是連續(xù)的，所以據(jù)認(rèn)為本實(shí)施方案的密合性提 尚。
[0155] 構(gòu)成密合層211的碳化物、氮化物或碳氮化物的具體例子包括先前在第一實(shí)施方 案中描述的化合物[a]至[j]。密合層211可包含一種或多種這些化合物。
[0156] 根據(jù)本發(fā)明人的研究發(fā)現(xiàn)，在這些化合物中，通過這樣一種碳氮化物可展現(xiàn)出尤 其高的密合性，這種碳氮化物含有:選自Cr、Ti、Zr和Nb中的一種或多種元素;W;以及選自A1 和Si中的一種或多種元素。在此，優(yōu)選的是，形成密合層211的化合物的組成由下式表示，其 中該化合物所具有的選自Cr、Zr和Nb中的一種或多種元素以Μ表示：
[0157] ]^1^八1。51<]?^^(其中0〈&<0.30,0<1^0.80,0<(^0.60,0<(1<0.10，&+匕+。+(1+ e = l) 〇
[0158]〈密合層的非金屬組成〉
[0159]當(dāng)上部層212由氮化物構(gòu)成且密合層211由碳氮化物構(gòu)成時(shí)，在密合層211的厚度 方向上，理想地，密合層211中包含的碳(C)的組成比在由上部層212側(cè)朝向基材201的方向 上連續(xù)增加，并在密合層211與基材201間的界面處達(dá)到最大值;密合層211中包含的氮(N) 的組成比在由基材201側(cè)朝向上部層212的方向上連續(xù)增加，并在密合層211與上部層212間 的界面處達(dá)到最大值。由于基材201包含碳化物(WC)并且上部層212包含氮化物(TiAlSiN)， 其中密合層211內(nèi)的C和N的組成比如上所述變化，因此密合層211與基材201和上部層212間 的化學(xué)親和性均得以提高。這樣的組成比的變化能夠通過(例如）以下方式來實(shí)現(xiàn):在陰極 弧離子鍍中，使N源氣體和C源氣體之間的流速比連續(xù)地改變，從而形成膜。
[0160]〈密合層與基材之間的界面處的WC顆粒的占有率〉
[0161] 在密合層211和基材201彼此接觸的部分中，WC顆粒的占有率優(yōu)選為80%以上，更 優(yōu)選為90%以上。由于在密合層211和基材201之間的界面處存在較少的軟質(zhì)結(jié)合相（Co 等），因此密合層211和基材201之間的密合力更高。在此，如第一實(shí)施方案中所述的那樣在 表面被覆工具的橫截面中定義占有率。更高的占有率是優(yōu)選的，理想的值為1 〇〇 %。然而，考 慮到生產(chǎn)性，其上限值例如為約99%。
[0162] 〈表面被覆工具的制造方法〉
[0163] 如上所述的本實(shí)施方案中的表面被覆工具可以通過如下方法來制造。圖10是示出 了根據(jù)本實(shí)施方案的表面被覆工具的制造方法的概要的流程圖。參照圖10,該制造方法包 括基材的制備步驟（S100)和覆膜的形成步驟（S200)。覆膜的形成步驟（S200)包括使選自 Cr、Ti、Zr和Nb中的一種或多種元素附著至基材表面上的步驟（S220)、密合層形成步驟 (S230)、以及上部層形成步驟(S240)。以下將對各步驟進(jìn)行描述。
[0164] 〈基材的制備步驟(S100)>
[0165] 在該步驟中，制備包含WC顆粒和結(jié)合相的基材201，其中該結(jié)合相含有Co,并且將 WC顆粒彼此結(jié)合在一起。可利用一般的粉末冶金法制備這種由WC-CO系硬質(zhì)合金制成的基 材。WC-Co系硬質(zhì)合金(燒結(jié)體)例如通過如下方式獲得:在球磨機(jī)中使WC粉末和Co粉末混合 獲得混合粉末，接著干燥，將干燥的混合粉末成形為預(yù)定形狀從而獲得成形體，然后燒結(jié)該 成形體。然后，通過對燒結(jié)體進(jìn)行預(yù)定的切削刃加工（如珩磨），從而能夠制備由WC-Co系硬 質(zhì)合金制成的基材201。
[0166] 〈覆膜的形成步驟(S200)>
[0167] 為了使覆膜210在難切削材料的切削過程中能夠承受高溫，覆膜210優(yōu)選由結(jié)晶度 高的化合物構(gòu)成。為了研制出這種覆膜，本發(fā)明人對各種成膜技術(shù)進(jìn)行了調(diào)查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)物 理氣相沉積是優(yōu)選的。物理氣相沉積是指這樣一種氣相沉積法，其中通過利用物理作用將 原料(蒸發(fā)源，也被稱為靶)蒸發(fā)，并且使蒸發(fā)的原料附著到基材上。這樣的物理氣相沉積法 (例如)包括陰極弧離子鍍、平衡磁控濺射和非平衡磁控濺射。
[0168] 在這些物理氣相沉積法中，陰極弧離子鍍的原料的電離比率高，因此其是特別合 適的。通過采用陰極弧離子鍍，能夠在同一個(gè)成膜裝置內(nèi)通過離子轟擊處理來清潔基材，這 有助于簡化制造工藝并提高生產(chǎn)率。
[0169] 〈使元素附著至基材的表面的步驟(S220)>
[0170] 在本實(shí)施方案中，在覆膜210形成之前，使形成密合層211的一部分的元素（選自 Cr、Ti、Zr和Nb的一種或多種