的時(shí)間設(shè)定為如表示3所示的時(shí)間。如表3所示，對(duì)樣品2-101 和2-103至2-105未進(jìn)行這種處理。
[0235] 表 3
[0236]
[0237] 〈形成密合層和上部層的步驟(S230和S240)>
[0238] 然后，形成密合層211。將用于提供具有表2所示組成的密合層211和上部層212的 各燒結(jié)合金靶設(shè)置為電弧蒸發(fā)源25a和電弧蒸發(fā)源25b，向腔室22內(nèi)引入氮?dú)夂图淄闅怏w作 為反應(yīng)氣體，旋轉(zhuǎn)基材托架31，同時(shí)在下述條件下形成膜，當(dāng)上部層212的厚度達(dá)到表2中所 示的值時(shí)，停止向陰極供給電流。在此，通過(guò)成膜后切割樣品，并在切割面處進(jìn)行TEM-EDX分 析從而證實(shí)了表2所示的各層的組成。在表2中，對(duì)于不包括密合層的樣品（No. 2-101和2-103至2-105)，為了方便起見(jiàn)，在上部層的欄中示出了全部覆膜的組成和厚度。
[0239] 〈成膜條件〉
[0240]基材的溫度:500°C (恒定）
[0241] 反應(yīng)氣體壓力：2.0Pa(恒定）
[0242] 偏壓：-30V至-800V(恒定或連續(xù)改變）
[0243] 電弧電流：100A(恒定）
[0244] 在此，"恒定或連續(xù)改變"是指:例如維持為"-30V至-800V"這一范圍內(nèi)的某一恒定 值，或者在"-30V至-800V"這一范圍內(nèi)連續(xù)升高或降低。
[0245] 〈覆膜的評(píng)價(jià)〉
[0246] 通過(guò)切割各樣品，并利用TEM觀察切割面，從而測(cè)量密合層211的厚度。表2示出了 結(jié)果。利用TEM進(jìn)一步觀察在基材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否是連續(xù)的。表4示出了結(jié)果。表4中"晶格的連續(xù)性"一欄中的"連 續(xù)"是指晶格在基材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 處是連續(xù)的，"不連續(xù)"是指在至少一個(gè)界面處晶格是不連續(xù)的。
[0247] 對(duì)該切割面進(jìn)行TEM-EDX分析，從而確認(rèn)密合層211的組成，并確認(rèn)在密合層的厚 度方向上，C和N各自的組成是否是連續(xù)變化的。表4示出了結(jié)果。表4中"厚度方向上C、N量的 變化"一欄中的"有"是指包含于密合層211內(nèi)的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)升高，并在密合層211與基材201間的界面處達(dá)到最大值;并且包含于密合層211 內(nèi)的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)升高，并在密合層211與上部層 212間的界面處達(dá)到最大值，"無(wú)"是指不存在這樣的組成比的變化。
[0248] 根據(jù)此前所描述的方法，在切割面中設(shè)置長(zhǎng)度為3μπι的基準(zhǔn)線，并獲得基材201中 與密合層211接觸的部分中的WC顆粒的占有率。表4示出了結(jié)果。
[0249] 表 4
[0250]
[0251] 〈工具壽命的評(píng)價(jià)〉
[0252] 使用上述制造的各樣品進(jìn)行干式斷續(xù)切削試驗(yàn)，以評(píng)價(jià)工具的壽命。切削條件如 下所示，并測(cè)定直至達(dá)到工具壽命時(shí)的切削距離。表5示出了結(jié)果。在表5中，切削距離越長(zhǎng) 表示工具的壽命越長(zhǎng)。
[0253] 〈切削條件〉
[0254] 加工材料:不銹鋼(SUS 316)
[0255] 切削速度：200m/min
[0256] 進(jìn)給速度:0.2mm/刀刃
[0257] 切削量ap:2.0mm
[0258] 切削量 ae :50mm
[0259] 在此，"切削量ap"是指軸向方向上的切削量，"切削量ae"是指半徑方向上的切削 量。
[0260] 表 5
[0261]
[0262] 由表2和5可以看出，表面被覆工具(樣品No. 2-1至2-23)包括基材和形成在基材上 的覆膜，所述基材包含WC顆粒以及含有Co并將WC顆粒彼此結(jié)合在一起的結(jié)合相，該覆膜包 括與基材接觸的密合層、以及形成在密合層上的上部層，密合層的厚度為〇.5nm以上20nm以 下，并且該密合層包含碳化物、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;選自形成基材的元素中的一種或多種元素；以及選自 形成上部層的元素中的一種或多種元素，該表面被覆工具(樣品No.2-1至2-23)比不滿足這 些條件的表面被覆工具(樣品No. 2-24和2-25以及No. 2-101至2-105)呈現(xiàn)出穩(wěn)定的更長(zhǎng)的 壽命。
[0263] 獲得這種結(jié)果的原因可能是：由于存在具有上述特定組成的密合層，所以改進(jìn)了 覆膜與基材之間的密合性，并且抑制了覆膜的剝離。
[0264] 通過(guò)以上例子證明，通過(guò)包括以下步驟的制造方法獲得的表面被覆工具為在基材 和覆膜之間具有優(yōu)異的密合性的工具，并且即使在嚴(yán)苛的切削條件下也能經(jīng)受住考驗(yàn)，其 中所述步驟為：制備基材的步驟，其中所述基材包含WC顆粒以及包含Co并將WC顆粒彼此結(jié) 合在一起的結(jié)合相;在所述基材上形成覆膜的步驟，形成覆膜的步驟包括:將選自Cr、Ti、Zr 和Nb中的一種或多種元素附著到基材表面上的步驟，在基材上形成密合層的步驟，以及在 密合層上形成上部層的步驟，其中該密合層的厚度為〇.5nm以上20nm以下，并且所述形成密 合層的步驟包括通過(guò)使選自用于形成上部層的元素中的一種或多種元素沉積在經(jīng)過(guò)所述 附著步驟的表面上，從而生成這樣的碳化物、氮化物或碳氮化物的步驟，其中該碳化物、氮 化物或碳氮化物包含選自Cr、Ti、Zr和Nb中的一種或多種元素，選自用于形成基材的元素種 的一種或多種元素，以及選自用于形成上部層的元素中的一種或多種元素。
[0265] 應(yīng)當(dāng)理解的是，本文所公開(kāi)的實(shí)施方案在每個(gè)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(shū)的權(quán)項(xiàng)、而不是上述實(shí)施方案來(lái)限定，并且旨在包括與權(quán)利要求 書(shū)的權(quán)項(xiàng)等同的范圍和含義內(nèi)的任何修改。
[0266] 參考符號(hào)列表
[0267] 1，21成膜裝置；2、22腔室；3轉(zhuǎn)臺(tái)；5&、513、5(3、5(1、25 &、2513、25(3電弧蒸發(fā)源；7&、713、 27a、27b直流電源；8、28偏置電源11，31基材托架；12、32氣體排出口 ；13、33氣體引入口； 100、200表面被覆工具；10U201基材；110、210覆膜；11U211密合層；112交替層；112a A層； 112b B層；以及212上部層。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種表面被覆工具，包括： 基材;和 形成在所述基材上的覆膜， 所述覆膜包括一層或多層A層和一層或多層B層交替地層疊的交替層， 所述A層和所述B層各自的厚度為2nm以上lOOnm以下， 所述A層的平均組成表示為T(mén)iaAlbSicN(0 · 5〈a〈0 · 8，0 · 2〈b〈0 · 4，0 · 01〈c〈0 · 1，a+b+c= 1)， 所述B層的平均組成表示為T(mén)idAleSifN(0 · 4〈d〈0 · 6，0 · 3〈e〈0 · 7，0 · 01〈f〈0 · 1，d+e+f= 1)，并且 滿足條件〇 · 〇5〈a-cK0 · 2和0 · 05〈e-b< 0 · 2。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面被覆工具，其中 滿足條件1<λΑ/λΒ〈5， 其中λ·Α表不所述Α層的厚度，λβ表不所述Β層的厚度。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的表面被覆工具，其中 所述覆膜在與所述基材接觸的部分中進(jìn)一步包括密合層， 所述密合層的厚度為〇.5nm以上20nm以下，并且 所述密合層包含碳化物、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、選自形成所述基材的元素中的一種或多種元素、以及 選自A1和Si中的一種或多種元素。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的表面被覆工具，其中 所述基材包含含有WC的硬質(zhì)顆粒、以及含有Co并將所述硬質(zhì)顆粒相互結(jié)合在一起的結(jié) 合相，并且 所述密合層包含含有1、0、11^1和51的氮化物。5. -種表面被覆工具，包括： 基材;和 形成在所述基材上的覆膜， 所述基材含有WC顆粒、以及含有Co并將所述WC顆粒相互結(jié)合在一起的結(jié)合相， 所述覆膜包括與所述基材接觸的密合層、以及形成在所述密合層上的上部層， 所述密合層的厚度為〇.5nm以上20nm以下，并且 所述密合層包含碳化物、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、選自形成所述基材的元素中的一種或多種元素、以及 選自形成所述上部層的元素中的一種或多種元素。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的表面被覆工具，其中 所述上部層包含選自在日本使用的元素周期表中的IV族元素、V族元素和VI族元素、以 及Si和A1中的一種或多種元素，以及選自C、N和0中的一種或多種元素。7. 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的表面被覆工具，其中 所述密合層包含碳氮化物，該碳氮化物含有選自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。8. 根據(jù)權(quán)利要求5至7中任一項(xiàng)所述的表面被覆工具，其中 所述WC顆粒在所述基材的與所述密合層接觸的部分中的占有率為80 %以上。9. 根據(jù)權(quán)利要求5至8中任一項(xiàng)所述的表面被覆工具，其中 在所述覆膜的厚度方向上， 包含于所述密合層中的C的組成比在由所述上部層側(cè)朝向所述基材的方向上連續(xù)增 加，并且在所述密合層與所述基材的界面處達(dá)到最大值， 包含于所述密合層中的N的組成比在由所述基材側(cè)朝向所述上部層的方向上連續(xù)增 加，并且在所述密合層與所述上部層的界面處達(dá)到最大值。10. 根據(jù)權(quán)利要求5至9中任一項(xiàng)所述的表面被覆工具，其中 所述WC顆粒的平均粒徑為2μπι以下，并且 所述基材中的Co含量為10質(zhì)量％以下。11. 一種制造表面被覆工具的方法，包括以下步驟： 制備基材，所述基材包含WC顆粒、以及含有Co并將所述WC顆粒相互結(jié)合在一起的結(jié)合 相；以及 在所述基材上形成覆膜， 所述形成覆膜的步驟包括以下步驟： 將選自Cr、Ti、Zr和Nb中的一種或多種元素附著至所述基材的表面上， 在所述基材上形成密合層，以及 在所述密合層上形成上部層， 所述密合層的厚度為〇.5nm以上20nm以下，并且 所述形成密合層的步驟包括:通過(guò)使選自形成所述上部層的元素中的一種或多種元素 沉積在經(jīng)過(guò)所述附著步驟的表面上，從而生成碳化物、氮化物或碳氮化物的步驟，該碳化 物、氮化物或碳氮化物包含選自Cr、Ti、Zr和Nb中的一種或多種元素、選自形成所述基材的 元素中的一種或多種元素、以及選自形成所述上部層的元素中的一種或多種元素。12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的制造表面被覆工具的方法，其中 所述附著步驟包括利用選自Cr、Ti、Zr和Nb中的一種或多種元素的離子通過(guò)離子轟擊 處理來(lái)清潔所述表面的步驟。13. 根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的制造表面被覆工具的方法，其中 所述形成覆膜的步驟還包括:在所述附著步驟之前，利用Ar離子通過(guò)離子轟擊處理去 除在所述基材的所述表面上露出的所述結(jié)合相中的至少一部分的步驟。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種表面被覆工具(100)，其具有基材(101)和形成在所述基材(101)上的覆膜(110)。所述覆膜(110)包括交替層(112)，其中一層或多層A層(112a)和一層或多層B層(112b)交替地層疊。所述A層(112a)和所述B層(112b)各自的厚度為2nm-100nm。所述A層(112a)的平均組成表示為T(mén)iaAlbSicN(0.5<a<0.8，0.2<b<0.4，0.01<c<0.1，a+b+c＝1)，所述B層(112b)的平均組成表示為T(mén)idAleSifN(0.4<d<0.6，0.3<e<0.7，0.01<f<0.1，d+e+f＝1)，并且滿足0.05<a-d≤0.2和0.05<e-b≤0.2。
【IPC分類】B23C5/16, C23C14/06, B23B27/14, B23B51/00
【公開(kāi)號(hào)】CN105473261
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201580001606
【發(fā)明人】田中敬三, 竹下寬紀(jì), 廣瀨和弘, 福井治世
【申請(qǐng)人】住友電工硬質(zhì)合金株式會(huì)社
【公開(kāi)日】2016年4月6日
【申請(qǐng)日】2015年5月19日
【公告號(hào)】US20160175939, WO2015186503A1