專(zhuān)利名稱(chēng)：涂覆硬質(zhì)被膜工具的制作方法
〖發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域〗本發(fā)明涉及用于金屬材料等切削加工的涂覆硬質(zhì)被膜工具，特別是涉及用于高速切削及干式切削的耐月牙洼磨損性?xún)?yōu)良的涂覆硬質(zhì)被膜工具。
〖現(xiàn)有技術(shù)〗歷來(lái)廣泛使用由TiN、Ti(CN)、(TiAl)N等涂覆的切削工具。但是由TiN或Ti(CN)形成的被膜，在高速切削時(shí)不能充分顯示抗氧化性及耐磨損性。(TiAl)N被膜具有比TiN及Ti(CN)更優(yōu)良的抗氧化性，因此，可在刃尖遭受高溫的切削條件下使用，但在高溫下切削時(shí)發(fā)生工具刃尖熔敷，工具壽命不能令人滿(mǎn)意。
特開(kāi)2001-293601號(hào)公開(kāi)了由TiN構(gòu)成的耐磨損性被膜，其含有BN、TiB2、TiB等超微?；衔锏?。認(rèn)為該超微?；衔锸欠蔷B(tài)，有提高被膜硬度的作用。由此提高了耐磨損性、滑動(dòng)性、耐燒結(jié)性和被削材料的加工精度，但沒(méi)有詳細(xì)介紹超微?；衔锏奶匦院托螒B(tài)。
〖發(fā)明的目的〗本發(fā)明的目的在于，提供一種不犧牲(TiAl)N被膜等的抗氧化性?xún)?yōu)良的硬質(zhì)被膜的耐磨損性及粘合性，并可以改善高溫狀態(tài)下的耐熔敷性并抑制加工物中的元素向硬質(zhì)被膜的擴(kuò)散，適合于高速及高送進(jìn)的干式切削加工的涂覆硬質(zhì)被膜工具。
〖發(fā)明的內(nèi)容〗鑒于上述目的，本發(fā)明人等進(jìn)行努力研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，對(duì)于在基體表面上形成由含有金屬元素Ti及B的氮化物、碳氮化物、氧氮化物及氧碳氮化物的任一種構(gòu)成的硬質(zhì)被膜的工具，在滿(mǎn)足(a)硼的氮化物相分散，(b)由ESCA(化學(xué)分析用電子能譜法)可以確認(rèn)B和N的結(jié)合能，(c)由拉曼分光光度分析可以確認(rèn)c-BN和/或h-BN的存在的條件下形成硬質(zhì)被膜時(shí)，由于BN相具有潤(rùn)滑性，可以改善Ti系硬質(zhì)被膜的潤(rùn)滑性，因而可以顯著地改善耐月牙洼磨損性。另外發(fā)現(xiàn)，在進(jìn)行干式高速及高送進(jìn)切削加工時(shí)，抑制加工物中所含元素向硬質(zhì)被膜擴(kuò)散的現(xiàn)象，加工物就可以不向工具熔敷，而且可以顯著改善工具的耐月牙洼磨損性，極大地延長(zhǎng)工具的壽命。進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，要使硬質(zhì)被膜的硬度及潤(rùn)滑性得到顯著改善，不僅需要添加B，而且需要使涂覆條件最佳化。基于這些有關(guān)發(fā)現(xiàn)完成了本發(fā)明。
即，本發(fā)明的涂覆硬質(zhì)被膜工具，其特征在于，涂覆由含有金屬元素Ti及B的氮化物、碳氮化物、氧氮化物及氧碳氮化物的任一種構(gòu)成的硬質(zhì)被膜，上述硬質(zhì)被膜含有B的氮化物相，上述硬質(zhì)被膜經(jīng)ESCA分析可以確認(rèn)B和N的結(jié)合能，而且上述硬質(zhì)被膜經(jīng)拉曼分光光度分析可以確認(rèn)c-BN和/或h-BN的存在。
在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式中，上述硬質(zhì)被膜的X線(xiàn)衍射中的(200)面的半值寬度Z在0.3°～0.6°的范圍內(nèi)，由上述硬質(zhì)被膜的拉曼分光光度分析檢測(cè)c-BN及h-BN的峰值，c-BN的峰值強(qiáng)度Q1和h-BN的峰值強(qiáng)度Q2之比Q1/Q2為1.0以上，上述工具的前刀面的膜厚K和后刀面的膜厚L的比K/L為1.0以上。
上述硬質(zhì)被膜是用Ti和B的合金靶形成，以總的金屬元素作為100原子％，上述硬質(zhì)被膜中B的含量?jī)?yōu)選為0.1～50原子％。另外，上述硬質(zhì)被膜以外的被膜也可以由選自Ti、Al及Cr中的至少1種金屬元素和選自C、O及N中的至少1種非金屬元素構(gòu)成的硬質(zhì)被膜。含有Ti及Al硬質(zhì)被膜中的Al的一部分也可以用選自4a、5a及6a族的金屬和Si中的至少1種元素置換。
工具基體由超硬合金或陶瓷金屬構(gòu)成，在工具的前刀面的上述硬質(zhì)被膜的總厚度優(yōu)選為3～15μm。作為能夠形成本發(fā)明的硬質(zhì)被膜的工具優(yōu)選為鑲裝刀具。
〖附圖的簡(jiǎn)單說(shuō)明〗

圖1是表示本發(fā)明(TiB)N被膜經(jīng)ESCA檢測(cè)的Ti和N的結(jié)合能的衍射峰值的曲線(xiàn)圖。
圖2是表示本發(fā)明硬質(zhì)被膜經(jīng)ESCA檢測(cè)的B和N的結(jié)合能的衍射峰值的曲線(xiàn)圖。
圖3是表示本發(fā)明硬質(zhì)被膜經(jīng)拉曼分光光度分析檢測(cè)的c-BN及h-BN的衍射峰值的曲線(xiàn)圖。
圖4是表示由使用園盤(pán)上鋼球磨損試驗(yàn)機(jī)的磨損試驗(yàn)求出的滑動(dòng)距離和磨擦系數(shù)的關(guān)系的曲線(xiàn)圖。
圖5是表示涂覆本發(fā)明硬質(zhì)被膜的工具切削后刃尖附近元素分析結(jié)果的曲線(xiàn)圖。
圖6表示涂覆現(xiàn)有硬質(zhì)被膜的工具切削后刃尖附近元素分析結(jié)果的曲線(xiàn)圖。
〖優(yōu)選實(shí)施方式的說(shuō)明〗在真空形成被膜裝置中用TiB靶，采用電弧離子鍍膜法在超硬基體的表面上形成作為硬質(zhì)被膜的(Ti75B25)N被膜。形成被膜的條件是偏壓為-300V，作為反應(yīng)氣體的氮?dú)獾牧髁繛?00sccm及反應(yīng)氣體的壓力為0.5Pa。得到的硬質(zhì)被膜的ESCA(Electron Spectroscopy for Chemical Analysis，化學(xué)分析用電子能譜法)的分析結(jié)果示于圖1及圖2。在圖1中可以看到Ti和N的結(jié)合能的衍射峰，在圖2中可以看到B和N的結(jié)合能的衍射峰。
另外，除在基體上加載偏壓為-300V/+20V的脈沖偏壓以外，在與上述相同的條件下形成(TiB)N被膜。得到的硬質(zhì)被膜的拉曼分光光度分析的結(jié)果示于圖3。在圖3中可以確認(rèn)c-BN相和h-BN相的存在。各相存在的比率能夠由偏壓值調(diào)整。
若涂覆硬質(zhì)被膜時(shí)離子能大，則c-BN的比率高，得到高硬度的硬質(zhì)被膜。離子能小時(shí)看不到BN相的存在。另外，即使不使用脈沖偏壓的場(chǎng)合，加載到基體上的偏壓高時(shí)，也可以看到c-BN相及h-BN相的存在。這些相作為微結(jié)晶分散在被膜中。因此，為了通過(guò)微晶在硬質(zhì)被膜中分散而達(dá)到高硬度化，最佳化涂覆條件是重要的。
用園盤(pán)上鋼球磨損試驗(yàn)機(jī)，測(cè)定本發(fā)明硬質(zhì)被膜對(duì)鋼的摩擦系數(shù)。主要的測(cè)定參數(shù)是垂直載荷、接觸面積、滑動(dòng)速度及試驗(yàn)時(shí)間。試驗(yàn)溫度對(duì)于摩擦系數(shù)的影響是非常大的。硬質(zhì)被膜的溫度上升主要是由于摩擦熱。硬質(zhì)被膜與鋼的化學(xué)反應(yīng)有時(shí)因溫度上升而活化。切削工具上形成本發(fā)明的硬質(zhì)被膜時(shí)測(cè)定在切削刃附近的溫度區(qū)域、室溫～700℃下的摩擦系數(shù)。超硬合金構(gòu)成的園盤(pán)上涂覆本發(fā)明的硬質(zhì)被膜([(Ti99B1)N90O10])，使用JIS的SDK61的球作為面向園盤(pán)的靜態(tài)元件的摩擦系數(shù)的測(cè)定條件如下。
接觸面壓2N速度100mm/sec試驗(yàn)溫度室溫(25℃)、400℃、700℃摩擦系數(shù)和滑動(dòng)距離的關(guān)系示于圖4。為比較，對(duì)于在超硬合金園盤(pán)上涂覆作為硬質(zhì)被膜的(TiAl)N被膜的現(xiàn)有例，也測(cè)定其摩擦系數(shù)。將結(jié)果一起示于圖4中。由圖4明顯看出，本發(fā)明硬質(zhì)被膜的室溫下的摩擦系數(shù)與(TiAl)N被膜相比沒(méi)有大的差別，在0.85～0.95的范圍內(nèi)。當(dāng)試驗(yàn)溫度上升到400℃時(shí)，本發(fā)明硬質(zhì)被膜的摩擦系數(shù)降低到0.55～0.6，進(jìn)一步上升到700℃時(shí)降低到0.43～0.47。與此相對(duì)照，現(xiàn)有例的(TiAl)N被膜的摩擦系數(shù)在700℃是0.75～0.85。由此可以認(rèn)為，在與切削時(shí)切削溫度相當(dāng)?shù)?00℃下，本發(fā)明硬質(zhì)被膜的摩擦系數(shù)比現(xiàn)有例的硬質(zhì)被膜明顯地低，隨之切屑摩擦的磨損也降低，因此可以使切屑流暢地排出。
研究切削中發(fā)生的現(xiàn)象的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在含有B的硬質(zhì)被膜的表面上因氧化形成BO相，從而進(jìn)一步提高了潤(rùn)滑性。由于除硬質(zhì)被膜中的BN相的潤(rùn)滑性以外有BO相的潤(rùn)滑性，所以切削阻力可以顯著降低。這種現(xiàn)象，不限于添加B的TiN被膜組成，也可以在(TiAl)N中看到。
因本發(fā)明硬質(zhì)被膜中添加氧，使晶粒晶界更致密，晶粒晶界的缺陷減少，因此改善了硬質(zhì)被膜的抗氧化性。這是由于，硬質(zhì)被膜的氧化主要通過(guò)氧擴(kuò)散到晶粒晶界而進(jìn)行，而晶粒晶界的致密化可以抑制氧的擴(kuò)散的緣故。
由于在本發(fā)明的硬質(zhì)被膜中，除了形成例如TiB相、TiN相、BN相、BO相等這樣的Ti和B的化合物以外，還形成Ti或B與非金屬的N和/或O結(jié)合的化合物，所以硬度及潤(rùn)滑性高。特別是因TiB相，使本發(fā)明硬質(zhì)被膜的硬度比TiN硬度HV2200還高。
作為本發(fā)明涂覆硬質(zhì)被膜條件的含有B的TiN被膜中添加碳，進(jìn)一步賦予碳的潤(rùn)滑性，使硬度和潤(rùn)滑性更提高。
詳細(xì)研究了將含有B的硬質(zhì)被膜用于切削工具時(shí)產(chǎn)生的現(xiàn)象，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不僅由于B使硬質(zhì)被膜的硬度、潤(rùn)滑性及抗氧化性提高，而且因B與被削材料中所含的Fe的親和性低，基本上不向被削材料擴(kuò)散。
由含有金屬元素Ti及B的氮化物、碳氮化物、氧氮化物及氧碳氮化物構(gòu)成的本發(fā)明硬質(zhì)被膜，在抗氧化性方面與現(xiàn)有的Ti和Al的氮化物程度相同，但在防止被加工物的鋼的一部分在高溫時(shí)對(duì)工具刃尖熔敷方面優(yōu)于Ti和Al的氮化物。其理由在于本發(fā)明硬質(zhì)被膜含有與鋼材中所含F(xiàn)e的潤(rùn)濕性低的B可以有效地防止高溫時(shí)的被加工物的熔敷。另外，在硬質(zhì)被膜中不含有可成為熔敷原因的Al時(shí)，硬質(zhì)被膜顯示高的抗熔敷性。
圖5是表示用具有BN相的本發(fā)明硬質(zhì)被膜的工具切削加工后，在基體方向上進(jìn)行其刃尖附近元素分析的結(jié)果，圖6表示對(duì)現(xiàn)有的(TiAl)N同樣進(jìn)行元素分析的結(jié)果。在圖5中，在硬質(zhì)被膜內(nèi)部未發(fā)現(xiàn)被加工物中的Fe元素，在圖6中，在現(xiàn)有的(TiAl)N被膜的最表層中形成Al的氧化物，被加工物中的Fe擴(kuò)散到被膜中。圖6中所示的傾向在現(xiàn)有的(TiAlSi)(CN)被膜和(TiAlZrB)N被膜、(TiAlB)N被膜等中也可以看到。由此可知，在具有BN相的本發(fā)明的硬質(zhì)被膜中，在高溫下難以與被加工物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)?？梢钥闯觯词箍寡趸?，本發(fā)明的硬質(zhì)被膜與現(xiàn)有的Ti和Al的氮化物被膜也大體相同。
對(duì)在(TiAl)N中添加B而構(gòu)成的現(xiàn)有的硬質(zhì)被膜的抗熔敷性進(jìn)行評(píng)價(jià)的結(jié)果可知，因Al在高溫下與Fe的親和性比Ti及B高，所以在含有Al的硬質(zhì)被膜的最表層形成防止氧擴(kuò)散的Al2O3層之前，就與被加工物中的Fe發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。在切削工具上形成含有Al的硬質(zhì)被膜時(shí)，因Al產(chǎn)生的熔敷現(xiàn)象在工具的前刀面發(fā)生異常的月牙洼磨損，另外，因許多熔敷物積蓄在晶界部分而發(fā)生切削工具的卷刃。因此，為了防止工具和被加工物的熔敷，必須在工具表面具有自身潤(rùn)滑性的硬質(zhì)被膜?？傊?，在切削工具表面形成本發(fā)明的硬質(zhì)被膜，能夠防止與被加工物的熔敷，能夠防止異常磨損。因此，在最表面形成本發(fā)明硬質(zhì)被膜的工具，顯著比涂覆Ti及Al的氮化物等的現(xiàn)有的硬質(zhì)被膜工具的壽命長(zhǎng)。
如上述所述，添加B和涂覆條件最佳化能夠顯著改善TiN的耐月牙洼磨損性，其理由如下第一是硬質(zhì)被膜的硬度提高，第二是硬質(zhì)被膜的潤(rùn)滑性提高，第三是硬質(zhì)被膜的抗熔敷性提高。
關(guān)于第一理由，由于極細(xì)微的高硬度的BN相分散在TiN被膜內(nèi)部，TiN被膜的維氏硬度例如可以由2200顯著上升到2800。TiN層的硬度大幅度增大，極細(xì)微地分散的BN微晶發(fā)生晶格畸變。
關(guān)于第二理由，硬質(zhì)被膜的潤(rùn)滑性因潤(rùn)滑性?xún)?yōu)良的BN相而提高。例如(TiB)N的摩擦系數(shù)在室溫時(shí)約為0.8，而在切削溫度700℃時(shí)急減到約0.4。
關(guān)于第三理由，本發(fā)明硬質(zhì)被膜中的BN相和被加工物中所含的Fe的親和性低，另外，因被加工物中所含元素基本上不擴(kuò)散到硬質(zhì)被膜中，所以被加工物向工具刃尖的熔敷降低。
由于切削加工效率逐年增高，切削條件日益嚴(yán)格化。為了適應(yīng)日益嚴(yán)格化的切削條件，對(duì)于在切削工具上形成的硬質(zhì)被膜的膜厚分布及各種元素對(duì)硬質(zhì)被膜的抗熔敷性、耐磨損性、與基體的粘合性的影響以及硬質(zhì)被膜層的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，按照在具有BN相的硬質(zhì)被膜的X線(xiàn)衍射中的(200)面的半值寬度Z在0.3°～0.6°的范圍內(nèi)、通過(guò)硬質(zhì)被膜的拉曼分光光度分析檢測(cè)c-BN及h-BN的峰值、c-BN的峰值強(qiáng)度Q1和h-BN的峰值強(qiáng)度Q2的比Q1/Q2為1.0以上、切削工具的前刀面的膜厚K和刀具的后面的膜厚L的比K/L為1.0以上，在工具基體表面形成硬質(zhì)被膜，則在用于干式高速切削加工及高送料加工時(shí)，能夠發(fā)揮非常良好的切削性能，能夠明顯地抑制月牙洼磨損。
在具有BN相的本發(fā)明硬質(zhì)被膜的X線(xiàn)衍射圖形中的半值寬度是重要的。為了得到硬質(zhì)被膜和基體的高的粘合性，必須降低物理真空鍍膜法(PVD)中特有的殘余壓縮應(yīng)力。在X線(xiàn)衍射圖形中的半值寬度表示硬質(zhì)被膜的結(jié)晶度，半值寬度大時(shí)，硬質(zhì)被膜的結(jié)晶組織細(xì)微，內(nèi)部應(yīng)力有增大的傾向。因此為了控制殘余內(nèi)部應(yīng)力，必須將硬質(zhì)被膜的X線(xiàn)衍射圖形的半值寬度設(shè)定為最佳值。
半值寬度超過(guò)0.6°時(shí)，硬質(zhì)被膜的結(jié)晶組織細(xì)微化，阻礙與基體的粘合性的殘余應(yīng)力增大。因此切削時(shí)受到大的沖擊力時(shí)，硬質(zhì)被膜容易剝離。另外，由于細(xì)微結(jié)晶組織的晶界多，所以促進(jìn)了來(lái)自外部氧的擴(kuò)散和切削時(shí)被加工物元素向硬質(zhì)被膜內(nèi)的擴(kuò)散。因此，硬質(zhì)被膜的X線(xiàn)衍射圖形的半值寬度限定在0.6°以下。另外，使硬質(zhì)被膜的X線(xiàn)衍射圖形的半值寬度下限為0.3°是由于不足0.3°的半值寬度的測(cè)定非常困難。另外，即使在基體上形成TiAl系氮化物等的被膜后，使具有BN的硬質(zhì)被膜及TiAl系氮化物等的被膜相互疊合，成為多層被膜，也可以得到同樣的效果。
具有BN相的硬質(zhì)被膜，由拉曼分光光度分析可以檢測(cè)c-BN及h-BN的峰值，優(yōu)選的是，c-BN的峰值強(qiáng)度Q1和h-BN的峰值強(qiáng)度Q2的比Q1/Q2為1.0以上。這是為了提高保持硬質(zhì)被膜潤(rùn)滑性的原來(lái)的硬度。如圖3所示，可以檢測(cè)具有BN相的本發(fā)明硬質(zhì)被膜中的c-BN及h-BN的峰值。比較c-BN和h-BN的硬度時(shí)，c-BN一方高，。因此，控制涂覆條件，使硬質(zhì)被膜中c-BN含量多，就可以得到提高硬度及耐磨損性的硬質(zhì)被膜。
在用現(xiàn)有的硬質(zhì)被膜涂覆的工具中，特別是在一次性鑲裝刀具中，損壞主要因刀具的后面磨損而發(fā)生。因此，歷來(lái)為防止刀具的后面磨損，涂覆的硬質(zhì)被膜要使鑲裝刀具的后面?zhèn)刃纬扇缜暗睹鎮(zhèn)鹊暮衲?。但是，在最近的高送進(jìn)加工中，涂覆硬質(zhì)被膜的鑲裝刀具的損壞因月牙洼磨損比刀具的后面磨損更易發(fā)生。因此，為了適應(yīng)高送進(jìn)加工，涂覆的硬質(zhì)被膜要使損壞大的前刀面?zhèn)刃纬珊衲?，能夠使涂覆硬質(zhì)被膜的鑲裝刀具有長(zhǎng)壽命。為此，要以工具的前刀面的膜厚K和刀具的后面的膜厚L的比K/L為1.0以上那樣涂覆硬質(zhì)被膜。
本發(fā)明硬質(zhì)被膜使用Ti和B的合金靶而形成。優(yōu)選硬質(zhì)被膜中B含量(基于金屬元素)為0.1～50原子％。B含量不足0.1原子％時(shí)，不能充分防止熔敷和元素?cái)U(kuò)散。因此，要使B的含量在呈現(xiàn)顯著效果的0.1％原子以上。另外，含有Ti及B的本發(fā)明硬質(zhì)被膜在TiN等中具有易見(jiàn)的柱狀晶，但B的含量超過(guò)50原子％時(shí)，柱狀晶變成細(xì)微粒狀結(jié)晶，內(nèi)部缺陷增大，同時(shí)密度降低。另外，阻礙被膜粘合性的內(nèi)部應(yīng)力變得非常大，硬質(zhì)被膜容易從工具基體上剝離。特別是硬質(zhì)被膜結(jié)晶細(xì)微時(shí)，切削加工中容易發(fā)生晶界破壞，其結(jié)果發(fā)生異常磨損。
在制作本發(fā)明的硬質(zhì)被膜中優(yōu)選采用PVD法。作為其靶材也可以分別使用由Ti和B構(gòu)成的2種靶材，但為得到硬質(zhì)被膜組成的均勻性和放電的穩(wěn)定性，優(yōu)選使用由Ti和B的合金構(gòu)成的靶。
本發(fā)明的硬質(zhì)被膜在B的形態(tài)上具有特征。由Ti和Al的氮化物等構(gòu)成的現(xiàn)有的硬質(zhì)被膜與TiN具有同樣的NaCl型結(jié)晶晶格結(jié)構(gòu)，TiN晶格中的Ti以Al置換，可以說(shuō)Al以固溶的狀態(tài)存在。但是，含有Ti及B的本發(fā)明硬質(zhì)被膜相應(yīng)于B的含量具有不同的組織。即，B的含量不足0.1原子％時(shí)，B完全進(jìn)入TiN的結(jié)晶晶格中(成為固溶體)，但B的含量在0.1原子％以上時(shí)，B除了置換TiN晶格中的Ti以外，還在固溶體中生成分散的B的化合物。因此，由Ti和B的氮化物構(gòu)成硬質(zhì)被膜時(shí)，B的含量在0.1原子％以上時(shí)，在硬質(zhì)被膜中TiN相和BN相混合存在。硬質(zhì)被膜的組織的變化給予涂覆硬質(zhì)被膜工具的切削性能以較大的影響。
在除了TiN相以外還具有本身潤(rùn)滑優(yōu)良、與鐵的潤(rùn)濕性低的BN相的本發(fā)明硬質(zhì)被膜中，由于BN相的存在能夠顯著地抑制因化學(xué)反應(yīng)引起的月牙洼磨損。另外，因BN相具有優(yōu)良的抗氧化性，所以含有BN相的硬質(zhì)被膜在高溫不劣化。但是，B的含量超過(guò)50原子％時(shí)，因內(nèi)部應(yīng)力非常大，使得對(duì)工具基體保持良好的粘合性變得困難。即，在切削加工時(shí)硬質(zhì)被膜經(jīng)受沖擊時(shí)，硬質(zhì)被膜不能耐受其自身的內(nèi)部應(yīng)力，容易從工具基體上剝離。因此，為了得到具有作為目標(biāo)特性的切削工具，硬質(zhì)被膜中優(yōu)選的B的含量不超過(guò)50原子％。
除了具有BN相的本發(fā)明硬質(zhì)被膜以外，優(yōu)選具有選自Ti、Al及Cr中的至少1種金屬元素和選自C、O及N中的至少1種非金屬元素所構(gòu)成的第二種硬質(zhì)被膜。這可以提高硬質(zhì)被膜與基體的粘合性。具有BN相的硬質(zhì)被膜在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的條件下有優(yōu)良的抗熔敷性，但殘余壓縮應(yīng)力大。因此，為了彌補(bǔ)與基體粘合性的降低，優(yōu)選設(shè)置能提高與基體粘合性的被膜。為此優(yōu)選在形成本發(fā)明硬質(zhì)被膜之前在基體表面形成第二種硬質(zhì)被膜，以使均衡良好地使其具有與基體的粘合性、耐磨損性、抗氧化性等。
另外，第二個(gè)理由是改善被膜的抗氧化性。高速切削及干式切削時(shí)，在硬質(zhì)被膜上不僅發(fā)生月牙洼磨損，而且發(fā)生氧化磨損。TiN在超過(guò)450℃時(shí)進(jìn)行氧化，并變成粉狀TiO。添加B構(gòu)成(TiB)N時(shí)，約550℃才開(kāi)始氧化。另外，添加O的(TiB)(ON)時(shí)，氧化開(kāi)始溫度提高到700℃。因此，添加B及O的(TiB)(ON)層直至700℃都能夠發(fā)揮充分的效果，但切削溫度進(jìn)一步上升時(shí)，隨著氧化磨損往往發(fā)生工具的邊界磨損。為了抑制這種現(xiàn)象，優(yōu)選在本發(fā)明的硬質(zhì)被膜上層疊抗氧化性?xún)?yōu)良的(TiAl)N系硬質(zhì)被膜或(CrAl)N系硬質(zhì)被膜，成為多層結(jié)構(gòu)。用(TiAl)N系硬質(zhì)被膜直至850℃都可以抑制氧化，另外用(CrAl)N系硬質(zhì)被膜直至1000℃也不發(fā)生氧化。因此，在切削溫度顯著上升時(shí)，與這些被膜的多層化可以達(dá)到長(zhǎng)壽命化。
(TiAl)N系的第二種硬質(zhì)被膜中Al的比例可以提高耐磨損性和抗氧化性。因此，為了均衡良好地得到粘合性、耐磨損性及抗氧化性，優(yōu)選是以全部金屬元素作為100原子％時(shí)，使(TiAl)N系硬質(zhì)被膜中Al含量為30～75原子％。(TiAl)N系硬質(zhì)被膜中Al的含量在30原子％或以上時(shí)，抗氧化性顯著提高。另外，Al的含量超過(guò)75原子％時(shí)，被膜硬度顯著降低，耐磨損性劣化。
優(yōu)選用4a、5a及6a族金屬和Si中的一種或以上的第三種成分置換(TiAl)N系硬質(zhì)被膜的Al的一部分。第三種成分不僅可使(TiAl)N被膜固溶性強(qiáng)化并提高抗氧化性，以提高工具的性能。
例如，在由硬質(zhì)合金或陶瓷合金構(gòu)成的鑲裝刀具的情況下，硬質(zhì)被膜的總膜厚在前刀面優(yōu)選為3～15μm。
本發(fā)明的涂覆硬質(zhì)被膜工具不僅適宜用于高送進(jìn)的銑削加工，而且也可以用于要大幅度改善耐月牙洼磨損性的車(chē)床加工。在車(chē)床加工用工具中，現(xiàn)有的約10μm膜厚的硬質(zhì)被膜(在表面有氧化鋁層)采用化學(xué)真空鍍膜(CVD)法形成。由于車(chē)削加工是比較連續(xù)地進(jìn)行，所以工具壽命多受月牙洼磨損支配。將硬質(zhì)被膜的膜厚取3μm以上，就能夠在發(fā)生月牙洼磨損的前刀面上具有與CVD被膜相匹敵的耐月牙洼磨損性。另外，關(guān)于具有本發(fā)明硬質(zhì)被膜的工具的耐缺損性方面，因硬質(zhì)被膜用PVD法形成，所以殘留壓縮應(yīng)力，裂紋發(fā)生少。因此，具有優(yōu)于被膜中存在拉伸殘余應(yīng)力的CVD工具的10倍以上的耐缺損性。硬質(zhì)被膜的膜厚超過(guò)15μm時(shí)，有時(shí)發(fā)生硬質(zhì)被膜從工具基體上剝離。因而，本發(fā)明的硬質(zhì)被膜的厚度優(yōu)選為3～15μm。此外，“高送進(jìn)加工”是指每1刃的送進(jìn)量超過(guò)0.3mm/刃的切削。
本發(fā)明硬質(zhì)被膜的涂覆方法不作特別的限定，但考慮對(duì)基體的熱影響、工具的疲勞強(qiáng)度、對(duì)基體的粘合性等，優(yōu)選能在較低的溫度下形成具有殘余壓縮應(yīng)力的硬質(zhì)被膜的電弧放電的離子鍍膜法或?yàn)R射法那樣的PVD法(在基體側(cè)施加偏電壓)。
在本發(fā)明硬質(zhì)被膜上層疊第二硬質(zhì)被膜時(shí)，優(yōu)選在表面?zhèn)刃纬蓾?rùn)滑性?xún)?yōu)良的本發(fā)明硬質(zhì)被膜，在基體側(cè)形成抗氧化性?xún)?yōu)良的第二硬質(zhì)被膜。本發(fā)明的硬質(zhì)被膜和第二硬質(zhì)被膜的多層層疊時(shí)，優(yōu)選交替層疊。此外，多層結(jié)構(gòu)時(shí)，層數(shù)沒(méi)有限定。
參照以下實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明，但本發(fā)明不限定于這些。
〖實(shí)施例1〗用電弧離子鍍膜裝置，對(duì)應(yīng)于作為目的的硬質(zhì)被膜的組成，作為金屬元素源選擇各種合金制的靶并選擇反應(yīng)氣體即選自氮?dú)狻⒀鯕夂图淄闅怏w中所要求的氣體，按JIS B4053規(guī)定的切削工具用的超級(jí)合金(P40級(jí))制的研磨插件(工具形狀為RDMW 1604MOTN的小圓塊鑲?cè)泄ぞ?上，形成表1所示的各種組成的第1層及第2層的硬質(zhì)被膜。此外，使用的TiB靶的組成是Ti75原子％和B25原子％。3層以上的多層結(jié)構(gòu)時(shí)，第1層和第2層交替層疊。
在本發(fā)明的試樣中，為了形成BN相，第1層硬質(zhì)被膜的涂覆條件為基體溫度400℃，偏電壓-300V，及反應(yīng)氣體(N2)的壓力為0.5Pa。另外，第2層(TiAl)N系被膜的形成條件為基體溫度是400℃，反應(yīng)氣體(N2)壓力是1.0Pa，及基體外加偏電壓150V。在比較例中，除(TiAl)N系被膜以外的其余被膜用與(TiAl)N系被膜相同的條件涂覆。
各硬質(zhì)被膜的組成和層結(jié)構(gòu)示于表1。第1層中的Ti及B的組成由靶的組成決定，N相對(duì)于(TiB)的比由反應(yīng)氣體(N2)的壓力決定，所以表1中省略第1層中的Ti及B的原子％及金屬元素/非金屬元素之比。此外，膜厚是工具的前刀面的膜厚。
用得到的涂覆硬質(zhì)被膜的鑲?cè)泄ぞ撸瑢?duì)被加工材SKD61(硬度HRC45)在進(jìn)刀量1.0mm、切削速度200m/min、和送進(jìn)量1.5mm/刃的條件下進(jìn)行干式切削，進(jìn)行寬100mm×長(zhǎng)250mm的端面切削。在每1刃的送進(jìn)量超過(guò)1mm的銑刀加工中，切削溫度局部上升，導(dǎo)致月牙洼磨損。因在該切削條件下，工具的壽命主要決定于月牙洼磨損，所以將工具直至因月牙洼磨損不能切削的時(shí)間定義為達(dá)到損壞的切削時(shí)間。將達(dá)到損壞的切削時(shí)間示于表1。
表1
注*比較例(1)省略Ti及B的原子％及金屬元素/非金屬元素之比。
(2)在鑲裝刀具的基體表面直接設(shè)置的層。
(3)前刀面的膜厚。
(4)3層以上的情況，使第1層和第2層交替層疊。
由表1可知，用本發(fā)明試樣，工具壽命顯著增大，而比較例的試樣因月牙洼磨損壽命短。由此可知，用本發(fā)明的硬質(zhì)被膜，工具的耐月牙洼磨損性得到顯著改善。
〖實(shí)施例2〗使用與實(shí)施例1相同的靶材及相同的條件，將表2所述組成的被膜涂覆在車(chē)削用陶瓷金屬鑲裝刀具(TNGG 110302R)上。用得到的涂覆硬質(zhì)被膜的陶瓷金屬鑲裝刀具，對(duì)被加工材料SS53C，使用切削油在切削速度220m/分、進(jìn)刀量1mm、和送進(jìn)量0.15mm/rev的切削條件下，實(shí)施車(chē)削加工。鑲裝刀具的陶瓷金屬合金的組成，以重量％計(jì)為60TiCN-10WC-10TaC-5Mo2C-5Ni-10Co。
不管那一種硬質(zhì)被膜涂覆的陶瓷金屬鑲?cè)泄ぞ咭蛟卵劳菽p產(chǎn)生的發(fā)熱，都有使后刀面磨損增大的傾向。因此用后刀面磨損量達(dá)到0.1mm的時(shí)刻判定為壽命。表2示出達(dá)到壽命的切削時(shí)間。
表2
注*比較例(1)省略Ti及B的原子％及金屬元素/非金屬元素之比。
(2)在鑲裝刀具的基體表面直接設(shè)置的層。
(3)前刀面的膜厚。
(4)3層以上的情況，使第1層和第2層交替層疊。
〖實(shí)施例3〗除用表3所示的其他元素置換第2層用的TiAl合金靶中Al的一部分以外，在與實(shí)施例1相同的條件下，制作本發(fā)明的試樣39～52及比較例的試樣15～19，進(jìn)行切削評(píng)價(jià)。結(jié)果示于表3。
表3
注*比較例(1)省略Ti及B的原子％及金屬元素/非金屬元素之比。
(2)在鑲裝刀具的基體表面直接設(shè)置的層。
(3)前刀面的膜厚。
(4)3層以上的情況，使第1層和第2層交替層疊。
由表3可知，將第3成分添加到第2層的TiAl系硬質(zhì)被膜中，工具壽命進(jìn)一步提高。這是由于通過(guò)添加第3成分，可以使TiAl(N)系被膜的固溶更加強(qiáng)化，提高抗氧化性。
〖實(shí)施例4〗用電弧離子鍍膜裝置，對(duì)應(yīng)于作為目的的硬質(zhì)被膜的組成的金屬元素源選擇各種合金制的靶，及選自作為反應(yīng)氣體的氮?dú)?、氧氣和甲烷氣體中所要求的氣體，按JIS B4053規(guī)定的切削工具用超硬合金(P40級(jí))制的銑削用鑲裝刀具(工具形狀為RDMW 1604MOTN的小圓塊鑲?cè)泄ぞ?上，在表4所示的條件下形成表5所示的各種硬質(zhì)被膜。此外，除了表4所示的條件以外，其余與實(shí)施例1相同。表5所示的膜厚是前刀面的膜厚。另外，3層以上的多層結(jié)構(gòu)時(shí)，第1層和第2層交替層疊。上述以外的涂覆條件與實(shí)施例1相同。
用得到的涂覆硬質(zhì)被膜鑲裝刀具，對(duì)被加工材料SKD61(硬度HRC45)用進(jìn)刀量1.0mm、切削速度250m/min、和送進(jìn)量1.5mm/刃的干式切削條件，進(jìn)行寬100mm及長(zhǎng)250mm的端面切削加工。在每1刃的送進(jìn)量超過(guò)1mm的銑刀加工中，切削溫度局部地上升，有發(fā)生月牙洼磨損的傾向。因此，與實(shí)施例1同樣測(cè)定達(dá)到損壞的切削時(shí)間。將實(shí)施例及現(xiàn)有例的硬質(zhì)被膜的層結(jié)構(gòu)及達(dá)到損壞的切削時(shí)間示于表5。
表4
表5
注**現(xiàn)有例(1)省略Ti及B的原子％及金屬元素/非金屬元素之比。
(2)在鑲裝刀具的基體表面直接設(shè)置的層。
(3)前刀面的膜厚。
(4)3層以上的情況，使第1層和第2層交替層疊。
如表5表明那樣，可以認(rèn)為用本發(fā)明的試樣的壽命得到顯著改善。由于全部現(xiàn)有例的試樣因月牙洼磨損而壽命短，所以，本發(fā)明試樣壽命的顯著改善大部分是由于耐月牙洼磨損性而改善。
本發(fā)明的試樣53～55作為第1層是在各種涂覆條件下形成的(TiB)N被膜。任一個(gè)試樣都是長(zhǎng)壽命，而且可以確認(rèn)，其中在電離能高的脈沖偏壓條件下形成的具有非常長(zhǎng)的壽命。
本發(fā)明的試樣56～58是(TiB)N被膜和(TiAl)N被膜的層疊例。本發(fā)明的試樣59是將氧添加到試樣56的(TiB)N被膜中的例子。另外，本發(fā)明的試樣60是將碳添加到試樣56的(TiB)N被膜中的例子。試樣59及60的任一個(gè)與試樣56相比，都可以看出達(dá)到損壞的切削時(shí)間得到改善。
本發(fā)明的試樣61及62是將氧或碳添加到第2層的(TiAl)N被膜中的例子。本發(fā)明的試樣65是將(TiB)N被膜和(TiAl)N被膜多層化的例子，可以看出多層化的效果。
本發(fā)明的試樣66是將B添加到(TiAl)N中的例子，可以確認(rèn)，當(dāng)將B添加到TiN中同樣可改善切削時(shí)間。本發(fā)明的試樣68～72是將B添加到其他組成體系的例子。
現(xiàn)有例76是在脈沖偏壓的條件下涂覆(TiAl)N的例子，但沒(méi)有B，因此不能得到切削時(shí)間的顯著改善的效果。此外，現(xiàn)有例77是將B添加到TiN中的例子，但由于在電離能小的涂覆條件下，所以看不出切削時(shí)間的明顯改善。
〖實(shí)施例5〗用與實(shí)施例4同樣的方法，使表5所示的本發(fā)明及現(xiàn)有例的涂覆硬質(zhì)被膜的車(chē)削用陶瓷金屬鑲裝刀具(刀片形狀TNGG 110302R)。鑲裝刀具的陶瓷金屬合金的組成是60重量％的Ti(CN)，10重量％的WC，10重量％的TaC，5重量％的Mo2C，5重量％的Ni及10重量％的Co。用得到的涂覆硬質(zhì)被膜的陶瓷金屬鑲裝刀具，對(duì)S53C的被加工材料，在切削速度220m/分、進(jìn)刀量1mm、和送進(jìn)量0.15mm/轉(zhuǎn)的濕式切削條件下，進(jìn)行車(chē)削加工。不管那一種試樣，都因月牙洼磨損的發(fā)熱變大，而有后刀面磨損增大的傾向。用后刀面磨損量達(dá)到0.1mm的時(shí)刻判定工具壽命。達(dá)到工具使用壽命的切削時(shí)間示于表6。
表6
注**現(xiàn)有例(1)省略Ti及B的原子％及金屬元素/非金屬元素之比。
(2)在鑲裝刀具的基體表面直接設(shè)置的層。
(3)前刀面的膜厚。
(4)3層以上的情況，使第1層和第2層交替層疊。
如表6所表明，在車(chē)削加工中，具有在離子能量高、脈沖偏壓的條件下形成的硬質(zhì)被膜的鑲裝刀具有最長(zhǎng)的壽命。該結(jié)果與實(shí)施例4得到的結(jié)果相一致。
可以認(rèn)為，在本發(fā)明的試樣79～98中，達(dá)到使用壽命的切削時(shí)間顯著得到改善。與此相反，在現(xiàn)有例的試樣99～104中，因月牙洼磨損的后刀面的磨損量迅速地增加，硬質(zhì)被膜涂覆的鑲裝刀具壽命短。本發(fā)明的試樣79～98的長(zhǎng)壽命化是因耐月牙洼磨損性的改善而加大。
本發(fā)明的試樣79～81是具有(TiB)N被膜作為第1層的例子，第1層涂覆的條件不同。任一個(gè)試樣都是長(zhǎng)壽命，而且，其中具有在離子能量高、脈沖偏壓條件下形成的(TiB)N被膜的有最長(zhǎng)的壽命。
本發(fā)明的試樣82～84是(TiB)N被膜和(TiAl)N被膜的層疊例。本發(fā)明的試樣85是將氧添加到試樣82的(TiB)N被膜中的例子，本發(fā)明的試樣86是將碳添加到試樣82的(TiB)N被膜中的例子，任一個(gè)達(dá)到使用壽命的切削時(shí)間都和試樣82同等以上。
本發(fā)明的試樣87及88是將氧或碳添加到第2層的(TiAl)N被膜中的例子。另外，本發(fā)明的試樣91是將(TiB)N被膜和(TiAl)N被膜多層層疊的例子，可以看出多層化的效果。
本發(fā)明的試樣92是將B添加到(TiAl)N中的例子，可以認(rèn)為，與將B添加到TiN中具有同樣的改善。本發(fā)明的試樣94～98是將B添加到上述以外組成的第1層中的例子。
現(xiàn)有例102是在脈中偏壓條件下形成(TiAl)N被膜的例子，但沒(méi)有B，因而不能看出切削時(shí)間有顯著改善的效果。此外，現(xiàn)有例103是將B添加到TiN中的例子，但因在離子能量小的涂覆條件下，所以看不到切削時(shí)間的顯著改善。
〖實(shí)施例6〗用電弧離子鍍膜裝置，對(duì)應(yīng)于作為目的的硬質(zhì)被膜的組成的金屬元素源選擇各種合金制的靶，及選擇作為反應(yīng)氣體的N2氣、CH4氣、Ar和O2的混合氣中所要求的氣體，將表8所示超硬合金制的一次性鑲裝刀具(SDE53TN特殊型)上涂覆硬質(zhì)被膜其成膜條件示于表4。反應(yīng)氣體的壓力示于表7。
表7
以得到的涂覆硬質(zhì)被膜的鑲裝刀具裝在端面銑刀上，對(duì)寬100mm及長(zhǎng)250mm的被削材料S50C(HRC30)，以無(wú)切削油的中心切削方式，而且在進(jìn)刀2.0mm、切削速度150m/min、和送進(jìn)量1.80mm/刃的高效率的干式切削條件下，進(jìn)行切削加工。進(jìn)行加工直到因鑲裝刀具的刃尖缺口或磨損等不能切削為止，以直到不能切削的切削長(zhǎng)度作為工具的壽命。表8示出實(shí)施例、比較例及現(xiàn)有例的硬質(zhì)被膜的詳細(xì)情況和工具壽命。
表8
表8(續(xù))
注*比較例**現(xiàn)有例表8續(xù)
表8(續(xù))
注*比較例**現(xiàn)有例由表8所示實(shí)施例的數(shù)據(jù)可知，X線(xiàn)衍射的半值寬度、膜厚比K/L和拉曼分光光度分析的h-BN及c-BN的峰值強(qiáng)度比對(duì)切削性能有大的影響。用滿(mǎn)足這些條件的本發(fā)明試樣105～124，工具壽命大幅度提高。特別是本發(fā)明的試樣106，膜厚比最大，達(dá)到5.0，硬質(zhì)被膜的其他條件也在本發(fā)明的范圍內(nèi)時(shí)，比現(xiàn)有例及比較例的工具壽命有顯著延長(zhǎng)。
例如，比較例125、126及129，即使硬質(zhì)被膜的X線(xiàn)衍射的半值寬度Z在0.3°～0.6°的范圍內(nèi)，由于拉曼分光光度分析的c-BN的峰值強(qiáng)度弱，所以峰值強(qiáng)度比不滿(mǎn)足本發(fā)明的必要的條件。因此，比較例125、126及129即使與現(xiàn)有例132～138相比，也看不出有延長(zhǎng)工具壽命的效果。特別是在比較例125及126中，鑲裝刀具的前刀面和后刀面的膜厚比K/L分別為1.5及1.3時(shí)，雖然是1.0以上，但由于不滿(mǎn)足硬質(zhì)被膜的拉曼峰值強(qiáng)度比的條件，所以也不能得到充分的切削性能。
比較例127、128及130不滿(mǎn)足硬質(zhì)被膜的X線(xiàn)衍射的半值寬度Z在0.3°～0.6°的范圍內(nèi)。而且，在比較例127及130中，拉曼分光光度分析的c-BN的峰值強(qiáng)度增大、硬質(zhì)被膜的結(jié)晶細(xì)微化、內(nèi)部應(yīng)力顯著增大，結(jié)果發(fā)生初期剝離。這是由于硬質(zhì)被膜不滿(mǎn)足本發(fā)明的上述條件，并且沒(méi)有形成最佳的膜厚比設(shè)計(jì)，所以月牙洼磨損顯著進(jìn)行的緣故。比較例130半值寬度最大，結(jié)晶組織顯著細(xì)微化。因此，在比較例130中，不僅切削初期發(fā)生被膜剝離，而且月牙洼磨損大，在早期就到達(dá)使用壽命。
雖然比較例131滿(mǎn)足有關(guān)硬質(zhì)被膜特性的本發(fā)明條件，但因硬質(zhì)被膜在刀具的后面形成較厚，所以也不能充分發(fā)揮硬質(zhì)被膜的特性。因此，盡管比較例131比現(xiàn)有例的工具壽命長(zhǎng)2倍左右，但是也沒(méi)有得到像本發(fā)明試樣的顯著的工具壽命的提高。
如表8所示，由于本發(fā)明硬質(zhì)被膜含有BN結(jié)晶相，同時(shí)控制其化學(xué)結(jié)構(gòu)，所以耐熔敷性及耐熱性?xún)?yōu)良，使得工具性能顯著提高?？墒牵缭诒容^例125及128中，因硬質(zhì)被膜中的B為微量，所以進(jìn)入TiN的晶格中呈固溶體形態(tài)。結(jié)果，盡管是含有Ti及B的硬質(zhì)被膜，但工具性能的改善卻不令人滿(mǎn)意。
在比較例126、127及129～131中，雖然在含有Ti及B的硬質(zhì)被膜中存在BN結(jié)晶相，但B的添加量超過(guò)50原子％。因此，切削加工中因硬質(zhì)被膜本身的內(nèi)部應(yīng)力而容易剝離。特別是比較例130的硬質(zhì)被膜的內(nèi)部應(yīng)力最高，可認(rèn)為是約-6Gpa。用比較例130的硬質(zhì)被膜涂覆的鑲裝刀具進(jìn)行切削試驗(yàn)時(shí)，在切削初期就發(fā)生工具的后刀面及前刀面上硬質(zhì)被膜的大量剝離，以致不能繼續(xù)切削。由此可以看出，硬質(zhì)被膜中不僅要含有BN結(jié)晶相，而且所含B添加量不在使涂覆硬質(zhì)被膜工具的設(shè)計(jì)的最佳化的范圍內(nèi)，也不能得到顯著優(yōu)良的工具性能。
可以看出，本發(fā)明的任一個(gè)試樣，相對(duì)于具有(TiSi)N被膜和(TiAl)N被膜的2層被膜的現(xiàn)有例132的試樣，及作為第3元素將Zr、B及Si添加到第2層的(TiAl)系氮化物中的現(xiàn)有例133～138的試樣，在工具壽命方面都優(yōu)良。
研究作為本發(fā)明硬質(zhì)被膜的涂覆條件的反應(yīng)氣體的結(jié)果，為了得到優(yōu)良的耐熔敷性，優(yōu)選在作為金屬元素的含有Ti及B的氮化物、碳氮化物、氧氮化物及氧碳氮化物的任一種中，以全部金屬元素作為100原子％時(shí)的B的含量為0.1～50原子％。另外，考慮通過(guò)被加工物的摩擦等產(chǎn)生的工具的發(fā)熱，除了氮?dú)?、含氧的氣體外導(dǎo)入含有碳的氣體而形成碳氮化物或氧碳氮化物時(shí)，也是優(yōu)選的。
作為形成本發(fā)明硬質(zhì)被膜的工具，對(duì)鑲裝刀具通過(guò)實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)地說(shuō)明，但本發(fā)明不限定于此，也可以適用于車(chē)削工具等其他高效率切削工具。
通過(guò)以上的詳述，本發(fā)明的涂覆硬質(zhì)被膜工具在耐月牙洼磨損性上比現(xiàn)有的涂覆工具優(yōu)良，在干式高速切削加工中可以得到格外長(zhǎng)的工具壽命。有這種特征的本發(fā)明的涂覆硬質(zhì)被膜工具在提高切削加工的生產(chǎn)率、降低成本、改善環(huán)境等方面是非常有效的。
權(quán)利要求
1.涂覆硬質(zhì)被膜工具，其特征在于，在涂覆由含有金屬元素Ti及B的氮化物、碳氮化物、氧氮化物及氧碳氮化物的任一種構(gòu)成的硬質(zhì)被膜的工具中，上述硬質(zhì)被膜含有B的氮化物相，由上述硬質(zhì)被膜的ESCA分析可以確認(rèn)B和N的結(jié)合能，而且由上述硬質(zhì)被膜的拉曼分光光度分析可以確認(rèn)c-BN和/或h-BN的存在。
2.權(quán)利要求1所述的涂覆硬質(zhì)被膜工具，其特征在于，上述硬質(zhì)被膜的X線(xiàn)衍射中的(200)面的半值寬度Z在0.3°～0.6°的范圍內(nèi)，由上述硬質(zhì)被膜的拉曼分光光度分析檢測(cè)c-BN及h-BN的峰值，c-BN的峰值強(qiáng)度Q1和h-BN的峰值強(qiáng)度Q2之比Q1/Q2為1.0以上，上述工具的前刀面的膜厚K和后刀面的膜厚L之比K/L為1.0以上。
3.權(quán)利要求1或2所述的涂覆硬質(zhì)被膜工具，其特征在于，上述硬質(zhì)被膜是用Ti和B的合金靶而形成，以全部金屬元素作為100原子％，上述硬質(zhì)被膜中B的含量為0.1～50原子％。
4.權(quán)利要求1～3的任一項(xiàng)所述的涂覆硬質(zhì)被膜工具，其特征在于，作為上述硬質(zhì)被膜以外的被膜有選自Ti、Al及Cr中的至少1種金屬元素和選自C、O及N中的至少1種非金屬元素構(gòu)成的硬質(zhì)被膜。
5.權(quán)利要求4所述的涂覆硬質(zhì)被膜工具，其特征在于，含有Ti及Al硬質(zhì)被膜中的Al的一部分可用選自4a、5a及6a族的金屬和Si中的至少1種置換。
6.權(quán)利要求1～5的任一項(xiàng)所述的涂覆硬質(zhì)被膜工具，其特征在于，工具基體由超硬合金或陶瓷金屬合金構(gòu)成，上述硬質(zhì)被膜的總厚度在工具的前刀面為3～15μm。
7.權(quán)利要求1～6的任一項(xiàng)所述的涂覆硬質(zhì)被膜工具，其特征在于，上述工具是鑲裝刀具。
全文摘要
本發(fā)明的涂覆硬質(zhì)被膜工具具有以下特征在使B的細(xì)微氮化物粒子分散的TiB系硬質(zhì)被膜涂覆的工具中，通過(guò)硬質(zhì)被膜的ESCA分析可以確認(rèn)B和N的結(jié)合能，通過(guò)硬質(zhì)被膜的拉曼分光光度分析檢測(cè)c－BN和/或h－BN，c－BN的峰值強(qiáng)度Q
文檔編號(hào)C23C14/06GK1424434SQ02154560
公開(kāi)日2003年6月18日 申請(qǐng)日期2002年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月7日
發(fā)明者久保田和幸, 島順彥 申請(qǐng)人:日立工具股份有限公司