專利名稱：：表面被覆切削工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種用于金屬材料的切削加工等的表面被覆切削工具。
背景技術(shù)：
：近年來(lái)，越來(lái)越要求在金屬材料的切削加工中具有更高的效率，并且要求具有更高的切削速度。因而，需要提高覆蓋切削工具的基材表面的涂膜的耐熱性(抗氧化性)或耐磨性。因此，為了滿足這些要求，人們已經(jīng)采用各種方法來(lái)開發(fā)涂膜。例如，人們提出將具有含有Al和Cr的特定組成的化合物用于這種涂膜(其被稱為AlCr基涂膜)(日本專利國(guó)家公布No.2006-524748(專利文獻(xiàn)l))。根據(jù)該方案，可在一定程度上提高耐熱性或耐磨性，但是，此類AlCr基涂膜表現(xiàn)出脆性(這是此類AlCr基涂膜特有的問題)，從而導(dǎo)致涂膜自身在切削過程中由于受到?jīng)_擊等而發(fā)生破裂和剝離的問題。另一方面，人們通常試圖通過將具有含有Ti和Si的特定組成的化合物用于涂膜(其被稱為TiSi基涂膜)來(lái)提高耐熱性或耐磨性。如上述AlCr基涂膜一樣，該TiSi基涂膜也表現(xiàn)出脆性，由此造成涂膜自身發(fā)生破裂或剝離的問題。為了解決這個(gè)問題，人們提出將由具有含有Ti和Al的特定組成的化合物構(gòu)成的涂膜(TiAl基涂膜)和TiSi基涂膜進(jìn)行交替堆疊(日本專利公開No.2000-334606(專利文獻(xiàn)2))。但是，在某些情況中的苛刻切削條件下，該方案不能充分防止涂膜自身發(fā)生破裂或剝離。與此形成對(duì)比的是，人們提出通過將具有含有Al和Si的特定組成的多個(gè)層交替堆疊來(lái)改善脆性(日本專利公開No.2006-137982(專利文獻(xiàn)3))。所述含有Al和/或Si的層本質(zhì)上傾向于表現(xiàn)出脆性，因此，仍沒有充分解決涂膜發(fā)生破裂或剝離的問題。專利文獻(xiàn)1:日本專利國(guó)家公布No.2006-524748專利文獻(xiàn)2:日本專利公開No.2000-334606專利文獻(xiàn)3:日本專利公開No.2006-13798
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題鑒于上述現(xiàn)狀而完成本發(fā)明，本發(fā)明的目的是提供一種表面被覆切削工具，其具有脆性問題減少、同時(shí)保持耐熱性和耐磨性的涂膜。解決問題的技術(shù)手段本發(fā)明的表面被覆切削工具包括基材和在該基材上形成的涂膜，其特征在于所述涂膜包括復(fù)合超多層膜，所述復(fù)合超多層膜是將一個(gè)或多個(gè)第一超多層膜和一個(gè)或多個(gè)第二超多層膜交替堆疊而獲得的，上述第一超多層膜是通過將一個(gè)或多個(gè)Al層和一個(gè)或多個(gè)B層交替堆疊而形成的，上述第二超多層膜是通過將一個(gè)或多個(gè)A2層和一個(gè)或多個(gè)C層交替堆疊而形成的，上述Al層和A2層各自由TiN、TiCN、TiAlN和TiAlCN中的任意一種構(gòu)成，上述B層由TiSiN或TiSiCN構(gòu)成，以及上述C層由AlCrN或AlCrCN構(gòu)成。此處，上述Al層和上述A2層優(yōu)選具有相同的組成，并且優(yōu)選的是，上述第一超多層膜和上述第二超多層膜的厚度均大于等于0.1且小于等于0.5pm，并且當(dāng)上述第一超多層膜的厚度用X表示、上述第二超多層膜的厚度用Y表示時(shí)，厚度比Y/X為大于等于0.5且小于等于4。另外，優(yōu)選的是，上述A1層、上述A2層、上述B層和上述C層的厚度均小于等于40nm，并且當(dāng)上述Al層的厚度用Xa表示、上述B層的厚度用Xb表示時(shí)，厚度比Xb/Xa為大于等于0.2且小于等于3，當(dāng)上述A2層的厚度用Ya表示、上述C層的厚度用Yc表示時(shí)，厚度比Yc/Ya為大于等于0.2且小于等于3。此外，優(yōu)選的是，上述復(fù)合超多層膜的厚度大于等于1.0pm且小于等于8.0pm。另外，優(yōu)選的是，上述涂膜還包括中間層，所述中間層直接形成在上述基材上，所述中間層的厚度大于等于O.lnm且小于等于1.0pm，并且其由TiN、TiCN、TiAlN、TiAlCN、TiSiN、TiSiCN、AlCrN和AlCrCN中的任意一種構(gòu)成。另外，優(yōu)選的是，上述涂膜還包括表層，所述表層形成為上述涂膜的最上層，并且其厚度大于等于O.llam且小于等于2.0pm。該表層優(yōu)選是由上述第二超多層膜形成的。此外，該表層優(yōu)選由TiN、TiCN、TiAlN、TiAlCN、TiSiN、TiSiCN、AlCrN和AlCrCN中的任意一種構(gòu)成。此外，優(yōu)選的是，上述涂膜是用物理氣相沉積法形成的，并且上述基材優(yōu)選由硬質(zhì)合金、金屬陶瓷、高速鋼、陶瓷、燒結(jié)立方氮化硼和燒結(jié)金剛石中的任意一種形成。有益的效果本發(fā)明的表面被覆切削工具由于具有上述結(jié)構(gòu)而具有脆性問題減少、同時(shí)保持耐熱性和耐磨性的涂膜。附圖簡(jiǎn)要說明圖1是電弧離子鍍裝置的示意圖附圖標(biāo)記說明1、2、3、4-蒸發(fā)源；5-腔體；6-基材支持體；7-基材；10-電弧離子鍍裝置實(shí)施本發(fā)明的最佳方式以下將對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)地說明。在本發(fā)明中，涂膜的厚度通過使用掃描電子顯微鏡(SEM)或透射電子顯微鏡(TEM)來(lái)測(cè)定，涂膜的組成通過使用能量分散型X射線分析儀(EDS)來(lái)測(cè)定。<表面被覆切削工具>本發(fā)明的表面被覆切削工具包括基材和在該基材上形成的涂膜。本發(fā)明的具有上述基本結(jié)構(gòu)的表面被覆切削工具尤其可用作鉆頭、端銑刀、用于銑削或旋削的具有可更換的刀刃的刀片(tip)、金工鋸、齒切(gearcutting)工具、鉸刀、絲錐或用于曲軸銷銑削的刀片。<基材〉用于此類切削工具的基材的常規(guī)已知的材料均可用作本發(fā)明的表面被覆切削工具的基材，而沒有特別的限制。此類基材的實(shí)例包括硬質(zhì)合金(如，由WC單獨(dú)構(gòu)成的WC系硬質(zhì)合金或由WC與Co和/或Ti、Ta、Nb等的碳氮化物的組合構(gòu)成的WC系硬質(zhì)合金)、金屬陶瓷(主要由TiC、TiN、TiCN等構(gòu)成)、高速鋼、陶瓷(碳化鈦、碳化硅、氮化硅、氮化鋁、氧化鋁及其混合物等)、燒結(jié)立方氮化硼、燒結(jié)金剛石等。在采用硬質(zhì)合金作為基材時(shí)，即使當(dāng)硬質(zhì)合金含在其組織中有游離態(tài)的碳或被稱為Tl相的異常相時(shí)，也能達(dá)到本發(fā)明的效果。應(yīng)當(dāng)注意，可以對(duì)基材的表面進(jìn)行改造。例如，對(duì)硬質(zhì)合金而言，可以在其表面上形成去除(3相的層；或者對(duì)金屬陶瓷而言，可以形成表面硬化層。即使所述表面進(jìn)行上述方式的改造，仍然能夠取得本發(fā)明的效果。<涂膜>本發(fā)明涂膜的特征在于包括復(fù)合超多層膜，所述復(fù)合超多層膜是通過將一個(gè)或多個(gè)第一超多層膜和一個(gè)或多個(gè)第二超多層膜交替堆疊而獲得的。所述第一超多層膜是通過將一個(gè)或多個(gè)Al層和一個(gè)或多個(gè)B層交替堆疊而形成的，所述第二超多層膜是通過將一個(gè)或多個(gè)A2層和一個(gè)或多個(gè)C層交替堆疊而形成的，上述Al層和上述A2層各自由TiN、TiCN、TiAlN和TiAlCN中的任意一種構(gòu)成，上述B層由TiSiN或TiSiCN構(gòu)成，以及上述C層由AlCrN或AlCrCN構(gòu)成。因此，上述Al層和上述A2層分別堆疊在具有優(yōu)異的耐熱性或耐磨性的上述B層和上述C層上，使得成功地消除了諸如脆性等缺點(diǎn)，同時(shí)保留了B層和C層原有的合適的特性(即優(yōu)異的耐熱性或耐磨性)。另外，包括B層的第一超多層膜和包括C層的第二超多層膜交替堆疊，使得與單獨(dú)形成各超多層膜的例子相比，成功地使得說涂膜的強(qiáng)度得到極大地改善。原因可能在于，如果單獨(dú)形成上述的各超多層膜，隨著厚度的增加出現(xiàn)脆性的可能性增大，而通過交替堆疊這些超多層膜就可以對(duì)各超多層膜進(jìn)行控制以具有較小的厚度。應(yīng)當(dāng)注意，本發(fā)明的涂膜還包括所述涂膜覆蓋基材的整個(gè)表面的例子、局部不形成所述涂膜的例子、以及涂膜的堆疊方式部分不同的例子。另外，本發(fā)明的涂膜除包括上述復(fù)合超多層膜外，還可包括下文所述的中間層或表層。該涂膜的厚度(總厚度)優(yōu)選為大于等于1pm且小于等于11(im;其上限更優(yōu)選為小于等于9(im，且進(jìn)一步優(yōu)選為小于等于7pm;并且其下限更優(yōu)選為大于等于1.2|im，且進(jìn)一步優(yōu)選為大于等于1.5|im。如果所述厚度小于1(im，則可能不能充分地表現(xiàn)出耐熱性或耐磨性。如果所述厚度超過11)im，則強(qiáng)度降低，這可能也不是優(yōu)選的。在本發(fā)明中，形成涂膜的結(jié)構(gòu)單元被稱為"膜"或"層"，但是，這僅僅是為了表達(dá)的方便，并且無(wú)意于嚴(yán)格區(qū)分二者。<復(fù)合超多層膜〉本發(fā)明的復(fù)合超多層膜具有將一個(gè)或多個(gè)第一超多層膜和一個(gè)或多個(gè)第二超多層膜交替堆疊而獲得的結(jié)構(gòu)。該復(fù)合超多層膜的厚度優(yōu)選為大于等于1.0nm且小于等于8.0其上限更優(yōu)選為小于等于7mhi，進(jìn)一步優(yōu)選為6pm;其下限更優(yōu)選為大于等于1.2pm，進(jìn)一步優(yōu)選為1.5pm。如果所述厚度小于1.0pm，則可能不能充分表現(xiàn)出耐熱性或耐磨性。如果所述厚度大于8.0pm，則強(qiáng)度就會(huì)降低，這可能也不是優(yōu)選的。盡管對(duì)形成所述復(fù)合超多層膜的所述第一超多層膜和第二超多層膜的堆疊數(shù)目沒有特別的限定，但就制造效率而言，堆疊膜的數(shù)目均優(yōu)選為等于大于3且小于等于15。另外，所述第一超多層膜和第二超多層膜的堆疊順序也沒有特別的限定。也就是說，可以從所述第一超多層膜和第二超多層膜中的任意一種開始堆疊(即，可以將所述第一超多層膜和第二超多層膜中的任意一種布置在基材側(cè)面上)，或者堆疊可以到所述第一超多層膜和第二超多層膜中的任意一種終止(即，還可以將所述第一超多層膜和第二超多層膜中的任意一種布置在涂膜表面一側(cè)上)。<第一超多層膜>本發(fā)明的第一超多層膜具有通過將一個(gè)或多個(gè)Al層和一個(gè)或多個(gè)B層交替堆疊而獲得的結(jié)構(gòu)。該第一超多層膜的厚度優(yōu)選大于等于0.1pm且小于等于0.5nm;其上限更優(yōu)選為小于等于0.45pm，進(jìn)一步優(yōu)選為小于等于0.4)nm;其下限大于等于0.15pm，進(jìn)一步優(yōu)選為大于等于0.2pm。如果所述厚度小于O.lpm，則可能難以均勻堆疊Al層和B層，不能在性能上獲得足夠的改善并且質(zhì)量是不均勻的。另一方面，如果所述厚度大于0.5pm，則強(qiáng)度會(huì)降低并且涂膜剝離，這可能不是優(yōu)選的。盡管對(duì)形成第一超多層膜的Al層和B層的堆疊數(shù)目沒有特別的限定，但就制造效率而言，堆疊層的數(shù)目均優(yōu)選為大于等于2且小于等于50。另外，所述A1層和B層的堆疊順序也沒有特別的限制。即，可以從所述A1層和B層中的任意一種開始堆疊(即，可以將所述A1層和B層中的任意一種布置在基材側(cè)面上)，或者堆疊可以到所述A1層和B層中的任意一種終止(即，還可以將所述A1層和B層中的任意一種布置在涂膜表層一側(cè)上)。盡管形成復(fù)合超多層膜的各第一超多層膜在性能上是基本相同的，但是由于制造條件而造成的性能上的不同并沒有偏離本發(fā)明的范圍，其中所述性能例如為組成、厚度等(所述A1層和B層的組成、厚度等)。<第二超多層膜>本發(fā)明的第二超多層膜具有通過將一個(gè)或多個(gè)A2層和一個(gè)或多個(gè)C層交替堆疊而獲得的結(jié)構(gòu)。該第二超多層膜的厚度優(yōu)選大于等于0.1pm且小于等于0.5)im;其上限更優(yōu)選為小于等于0.45nm，進(jìn)一步優(yōu)選為小于等于0.4其下限更優(yōu)選為大于等于0.15)im，進(jìn)一步優(yōu)選為大于等于0.2pm。如果所述厚度小于O.l(im，則可能難以均勻堆疊A2層和C層，不能在性能上獲得足夠的改善并且質(zhì)量不均勻。另一方面，如果所述厚度大于0.5pm，則強(qiáng)度會(huì)降低并且涂膜剝離，這可能不是優(yōu)選的。盡管形成第二超多層膜的A2層和C層的堆疊數(shù)目沒有特別的限定，但就制造效率而言，堆疊層的數(shù)目均優(yōu)選為大于等于2且小于等于50。另外，所述A2層和C層的堆疊順序也沒有特別的限制。即，可以從所述A2層和C層中的任意一種開始堆疊(即，可以將所述A2層和C層中的任意一種布置在基材側(cè)面上)，或者堆疊可以到所述A2層和C層中的任意一種終止(即，還可以將所述A2層和C層中的任意一種布置在涂膜表層一側(cè)上)。盡管形成復(fù)合超多層膜的各第二超多層膜在性能上是基本相同的，但是由于制造條件而造成的性能上的不同并沒有偏離本發(fā)明的范圍，其中所述性能例如為組成、厚度等(所述A2層和C層的組成、厚度等)。<第一超多層膜與第二超多層膜的厚度比>如前所述，上述第一超多層膜和上述第二超多層膜的厚度均優(yōu)選為大于等于0.1pm且小于等于0.5pm，并且當(dāng)所述第一超多層膜的厚度用X表示、所述第二超多層膜的厚度用Y表示時(shí)，厚度比Y/X為大于等于0.5且小于等于4。通過將厚度比Y/X控制在所述范圍內(nèi)，可充分獲得上述的優(yōu)異特性，即不表現(xiàn)出脆性問題、同時(shí)保持耐熱性和耐磨性的特性。厚度比Y/X更優(yōu)選為大于等于0.8且小于等于3.5，進(jìn)一步優(yōu)選為大于等于1且小于等于3。如果上述厚度比Y/X為小于0.5，則涂膜的強(qiáng)度可能降低，這不是優(yōu)選的。另一方面，如果上述厚度比Y/X為大于4，則耐磨性可能降低，這不優(yōu)選的。應(yīng)當(dāng)注意，厚度比Y/X表示形成所述復(fù)合超多層膜的任意第一超多層膜與任意第二超多層膜的厚度比，并且對(duì)測(cè)定該比值的部位也沒有特別限定，但是優(yōu)選測(cè)定相鄰膜之間的厚度比。<A1層和A2層〉在本發(fā)明中，形成所述第一超多層膜的Al層和形成所述第二超多層膜的A2層各自由TiN、TiCN、TiAlN和TiAlCN中的任意一種構(gòu)成。所述Al層和A2層具有這樣的化學(xué)組成，使得可以極為有效地減少所述B層和C層所表現(xiàn)出的脆性(下文所述)。即，通過在所述B層和C層上分別交替堆疊Al層和A2層，可以獲得上述的不會(huì)表現(xiàn)出脆性、同時(shí)保持耐熱性和耐磨性的優(yōu)異效果。在此，盡管所述A1層和A2層在組成上可以不同，但是優(yōu)選這些層具有合適的相同組成。這是因?yàn)楫?dāng)所述Al層和A2層的組成相同時(shí)，可以尤其改善所述第一超多層膜和第二超多層膜的之間的附著性。應(yīng)當(dāng)注意，本發(fā)明所用的化學(xué)式不特別限定元素的原子比，而且無(wú)意于要求元素具有相同的原子比。即，認(rèn)為本發(fā)明所用的化學(xué)式包括通常已知的所有原了比(如果某種等原子比是已知的，則包括該等原子比)。例如，化學(xué)式TiN并不是指Ti和N的原子比是1:1，而是其包括所有通常已知的原子比，如2:1、1:1、1:0.95和1:0.9等(除非另有說明，否則除TiN之外的其他化學(xué)式也是如此)。另外，所述Al層和A2層的厚度均優(yōu)選小于等于40nm，更優(yōu)選為小于等于35nm，進(jìn)一步優(yōu)選為小于等于30nm。通過如此控制所述厚度，可以通過所述Al層和A2層獲得滿意的提高脆性的效果。盡管所述厚度的下限沒有特別的限定，但是如果所述厚度小于0.5nm，則可能難以均勻堆疊所述層，并且難以充分表現(xiàn)出脆性提高效果。另一方面，如果所述厚度大于40nm，則可能降低通過B層或C層來(lái)提高耐熱性火耐磨性的效果。<B層>在本發(fā)明中，所述形成第一超多層膜的B層由TiSiN或TiSiCN構(gòu)成。當(dāng)所述B層具有上述化學(xué)組成時(shí)，可以提高涂膜的耐熱性和耐磨性。在此，B層的厚度優(yōu)選為小于等于40nm，更優(yōu)選為小于等于30nm，進(jìn)一步優(yōu)選為小于等于25nm。通過如此控制所述厚度，可以滿意地表現(xiàn)出上述的效果。盡管所述厚度的下限沒有特別的限定，但是如果所述厚度小于0.5nm，則可能難以均勻堆疊所述B層，并且難以充分表現(xiàn)出上述的效果。另一方面，如果所述厚度大于40nm，則可能難以降低脆性。<(:層>在本發(fā)明中，形成第二超多層膜的C層由AlCrN或AlCrCN構(gòu)成。當(dāng)所述C層具有上述化學(xué)組成時(shí)，可以提高涂膜的耐熱性和耐磨性，并且可以改善潤(rùn)滑性。在此，C層的厚度優(yōu)選為小于等于40nm，更優(yōu)選為小于等于35nm，進(jìn)一步優(yōu)選為小于等于30nm。通過如此控制上述厚度，可以滿意地表現(xiàn)出上述的效果。盡管所述厚度的下限沒有特別的限定，但是如果所述厚度小于0.5nm，則可能難以均勻堆疊所述C層，并且難以充分表現(xiàn)出上述的效果。另一方面，如果所述厚度大于40nm，則可能難以降低脆性。<八1層、A2層、B層和C層的厚度比〉如前所述，所述A1層、A2層、B層和C層的厚度均優(yōu)選為小于等于40nm;當(dāng)所述Al層的厚度用Xa表示、所述B層的厚度用Xb表示時(shí)，厚度比Xb/Xa為大于等于0.2且小于等于3;當(dāng)所述A2層的厚度用Ya表示、所述C層的厚度用Yc表示時(shí)，厚度比Yc/Ya為大于等于0.2且小于等于3。通過分別控制所述厚度比Xa/Xb和Yc/Ya在上述范圍內(nèi)，可以獲得上述的優(yōu)異特性，即不會(huì)表現(xiàn)出脆性、同時(shí)保持耐熱性和耐磨性的特性。更優(yōu)選的是，所述厚度比Xb/Xa和Yc/Ya為大于等于0.3且小于等于2.5;進(jìn)一步優(yōu)選的是，所述厚度比為大于等于0.4且小于等于2。如果上述厚度比Xb/Xa和Yc/Ya小于0.2，則可能會(huì)降低耐熱性和耐磨性，這不是優(yōu)選的。另一方面，如果上述厚度比Xb/Xa和Yc/Ya大于3，則可能表現(xiàn)出脆性(脆裂)，這不是優(yōu)選的。應(yīng)當(dāng)注意，上述厚度比Xb/Xa表示形成各第一超多層膜的任意Al層與任意B層的厚度比，并且對(duì)測(cè)定該比值的部位也沒有特別限定，但是優(yōu)選測(cè)定相鄰層之間的厚度比。另外，上述厚度比Yc/Ya表示形成各第二超多層膜的任意A2層與任意C層的厚度比，并且對(duì)測(cè)定該比值的部位也沒有特別限定，但是優(yōu)選測(cè)定相鄰層之間的厚度比。<中間層>除上述復(fù)合超多層膜以外，本發(fā)明的涂膜還可以包括中間層。優(yōu)選的是，所述中間層直接形成在上述基材上，其厚度大于等于O.l(im且小于等于1.0(im，并且由TiN、TiCN、TiAlN、TiAlCN、TiSiN、TiSiCN、AlCrN和AlCrCN中的任意一種構(gòu)成。更優(yōu)選的是，上述厚度大于等于0.2(im且小于等于0.5|im。通過在所述基材上直接形成中間層(即在所述基材和復(fù)合超多層膜間形成中間層)，可以改善基材和復(fù)合超多層膜間的附著性。如果上述厚度小于0.1|im，則不可能充分表現(xiàn)出上述改善附著性的效果。另一方面，如果厚度大于1.0nm，可能降低附著性。<表層>除上述復(fù)合超多層膜以外，本發(fā)明的涂膜還可以包括表層。所述表層形成為上述涂膜的最上層，其厚度大于等于O.lpm且小于等于2.0(im。該表層可以由上述的第二超多層膜形成。此外，該表層可以由TiN、TiCN、TiAlN、TiAlCN、TiSiN、TiSiCN、AlCrN和AlCrCN中的任意一種構(gòu)成。更優(yōu)選的是上述厚度大于等于0.3pm且小于等于1.5(im。如果所述表層由所述第二超多層膜形成，則上述厚度優(yōu)選為大于等于0.6(im且小于等于1.5|im。通過使所述表層形成為最上層(優(yōu)選的是，在所述復(fù)合超多層膜上形成所述表層)，可以提高所述涂膜的潤(rùn)滑性。另外，特別是在所述表層由所述第二超多層膜形成時(shí)，可以抑制低硬度加工材料(其切刃處容易粘連)所產(chǎn)生的碎裂，所述低硬度加工材料例如SS400(軋鋼)或SCM415(合金鋼)。如果上述厚度小于0.1(im，則不能充分地表現(xiàn)出提高潤(rùn)滑性的效果。另一方面，如果上述厚度大于2.0(im，則可能降低涂膜的強(qiáng)度。應(yīng)當(dāng)注意，除所述復(fù)合超多層膜外，本發(fā)明的涂膜可以既包括表層又包括中間層，或者可以僅包括表層和中間層中的任意一者。<制造方法>為了在所述基材的表面上形成(沉積)本發(fā)明的涂膜，優(yōu)選采用能夠形成高結(jié)晶性化合物的膜沉積方法。在研究各種膜沉積方法后，最優(yōu)選地采用物理氣相沉積法形成本發(fā)明的涂膜。即，本發(fā)明的涂膜優(yōu)選用物理氣相沉積法形成。已知濺射法、離子鍍法等可作為上述的物理氣相沉積法，并且可以采用任何傳統(tǒng)已知的物理氣相沉積法。特別優(yōu)選采用原材料元素電離化速率較高的電弧離子鍍法。通過采用電弧離子鍍法，在形成涂膜之前，對(duì)所述基材的表面進(jìn)行金屬或氣體離子轟擊處理，使得可以顯著提高所述基材與涂膜的附著性。就此而言，電弧離子鍍法是本發(fā)明優(yōu)選的膜沉積方法。以下，結(jié)合圖1對(duì)采用電弧離子鍍法形成所述復(fù)合超多層膜的具體方法進(jìn)行說明。應(yīng)當(dāng)注意，也可以采用傳統(tǒng)已知的條件通過電弧離子鍍法形成上述中間層或表層。圖1是實(shí)施電弧離子鍍法的電弧離子鍍?cè)O(shè)備10的示意圖(平面示意圖，從上面俯視)。首先，將靶材置于蒸發(fā)源1到4中。例如，將形成Al層的靶材(即Ti或TiAl)置于蒸發(fā)源1中，形成B層的靶材(即TiSi)置于蒸發(fā)源2中，形成A2層的靶材(即Ti或TiAl)置于蒸發(fā)源3中，并且形成C層的靶材(即AlCr)置于蒸發(fā)源4中。然后，將基材7置于腔體5中的基材支持體6上，隨著基材支持體6的旋轉(zhuǎn)，由蒸發(fā)源1和2形成所述第一超多層膜，由蒸發(fā)源3和4形成所述第二超多層膜。具體而言，在使蒸發(fā)源1和2上的靶材蒸發(fā)并電離化的同時(shí)，將基材支持體6旋轉(zhuǎn)一次或多次，使得在基材上形成所述第一超多層膜。然后，在使蒸發(fā)源3和4上的靶材蒸發(fā)并電離化的同時(shí)，將基材支持體6旋轉(zhuǎn)一次或多次，使得在所述第一超多層膜上形成所述第二超多層膜。這樣就形成由通過將一個(gè)第一超多層膜和一個(gè)第二超多層膜堆疊而獲得的復(fù)合超多層膜，其對(duì)應(yīng)于本發(fā)明的具有最少堆疊層數(shù)的復(fù)合超多層膜。之后通過重復(fù)上述操作，形成通過將一個(gè)或多個(gè)第一超多層膜和一個(gè)或多個(gè)第二超多層膜交替堆疊而獲得的復(fù)合超多層膜。更具體的條件示例如下。首先，使用腔體5中設(shè)置的加熱器(圖中未顯示)將基材7加熱到20(TC至50(TC。然后，在通入氬氣以保持腔體5中的壓力為1Pa到3Pa的同時(shí)，對(duì)基材上施加偏壓(-300V至-600V)，從而用氬離子對(duì)基材表面進(jìn)行清潔處理30分鐘至60分鐘。隨后，將腔體5中的氬氣排出，然后通入氮?dú)饣虻獨(dú)夂吞荚礆怏w(如甲烷)的混合氣體作為反應(yīng)氣體，以保持腔體5中的氣壓為2Pa至5Pa。在安裝有基材7的基材支持體6旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過對(duì)基材施加偏壓(-20V至-IOOV),置于蒸發(fā)源l中的靶材和置于蒸發(fā)源2中的耙材通過電弧放電(電弧電流為100A至150A)蒸發(fā)并電離化，從而在基材上形成所述第一超多層膜。然后，在使基材支持體6旋轉(zhuǎn)、并且保持腔體5中的壓力以及對(duì)基材施加的偏壓的同時(shí)，置于蒸發(fā)源3中的靶材和置于蒸發(fā)源4中的靶材在上述同樣的條件下蒸發(fā)并電離化，從而在第一超多層膜上形成第二超多層膜。然后，通過交替多次重復(fù)上述的形成第一超多層膜和第二超多層膜的操作，可以形成所述復(fù)合超多層膜。應(yīng)當(dāng)注意，可通過控制反應(yīng)氣體的種類、膜沉積的時(shí)間、靶材的電離化速率和基材支持體的旋轉(zhuǎn)速度等來(lái)任意設(shè)定各層的組成、厚度和堆疊層數(shù)。<例子>以下，將結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)地說明，但本發(fā)明并不限于此。<涂膜的形成>對(duì)以下實(shí)施方案進(jìn)行示例說明，在該實(shí)施方案中，使用圖1所示的電弧離子鍍?cè)O(shè)備10、采用電弧離子鍍法形成表1所示的實(shí)施例1的涂膜。當(dāng)將不同的基材用于以下將要描述的三種不同類型的切削試驗(yàn)時(shí)，對(duì)三種類型基材在相同條件下形成所述涂膜。首先，將Ti置于蒸發(fā)源1中以作為形成Al層的靶材，將TiSi合金(原子比Ti:Si=80:20)置于蒸發(fā)源2中以作為形成B層的靶材，將Ti置于蒸發(fā)源3中以作為形成A2層的靶材，并且將AlCr合金(原子比Al:Cr=70:30)置于蒸發(fā)源4中以作為形成C層的靶材。然后，用腔體5中設(shè)置的加熱器將固定在基材支持體6上的基材7加熱至50(TC。隨后，在充入氬氣以保持腔體5中的壓力為3.0Pa的同時(shí)，對(duì)基材施加-300V的偏壓，從而用氬離子對(duì)基材表面進(jìn)行30分鐘的清潔處理。接著，在將腔體5中的氬氣排空后，通入氮?dú)庖员３智惑w5中的壓力為5.0Pa。通過在旋轉(zhuǎn)基材支持體6時(shí)對(duì)基材施加-50V的偏壓，置于蒸發(fā)源1中的靶材和置于蒸發(fā)源2中的靶材通過電弧放電(電弧電流分別設(shè)為150A和100A)蒸發(fā)并電離化，從而在基材上形成厚度為0.3Hm的第一超多層膜。此處，在分別控制Al層的厚度和B層的厚度為100nm和50nm的同時(shí)，將Al層和B層以這樣的次序交替堆疊兩次，從而形成第一超多層膜(厚度比Xb/Xa為0.5)。應(yīng)當(dāng)注意，形成所述Al層的TiN的原子比Ti:N-l:l，形成所述B層的TiSiN的原子比Ti:Si:N=4:l:5。然后，在旋轉(zhuǎn)基材支持體6、并且保持腔體5中的壓力以及對(duì)基材施加的偏壓(此時(shí)采用氮?dú)夂图综鶜怏w作為反應(yīng)氣體)的同時(shí)，置于蒸發(fā)源3中的耙材和蒸發(fā)源4中的耙材通過電弧放電(電弧電流均被設(shè)為100A)蒸發(fā)并電離化，從而在所述第一超多層膜上形成厚度為1.5iim的第二超多層膜。此處，在分別控制A2層的厚度和C層的厚度為50nm和25nm的同時(shí)，將A2層和C層以這樣的順序交替堆疊20次，從而形成第二超多層膜(厚度比Yc/Ya等于0.5)。應(yīng)當(dāng)注意，形成所述A2層的TiCN的原子比Ti:C:N=2:l:l，并且形成所述C層的AlCrCN的原子比Al:Cr:C:N=7:3:5:5。然后，通過將形成第一超多層膜和第二超多層膜的操作交替重復(fù)四次，形成通過將第一超多層膜和第二超多層膜交替堆疊5次而獲得的復(fù)合超多層膜，其厚度為9pm。通過進(jìn)行上述類似的操作，形成表1所示的實(shí)施例1-18的涂膜。如上所述，在這些涂膜中，通過控制反應(yīng)氣體的種類、膜沉積的時(shí)間、靶材的電離化速率和基材支持體的旋轉(zhuǎn)速度等來(lái)控制各層的組成(原子比不做限定，而是可采用任意己知的原子比)、厚度和堆疊層數(shù)。例如，可以按照與形成實(shí)施例1的涂膜相同的方式通過下述操作形成實(shí)施例5的涂膜，所述操作為將Ti置于蒸發(fā)源1中以作為形成Al層的靶材，將TiSi合金置于蒸發(fā)源2中以作為形成B層的耙材，將TiAl合金置于蒸發(fā)源3中以作為形成A2層的靶材，將AlCr合金置于蒸發(fā)源4中以作為形成C層的靶材，采用氮?dú)夂图淄闅怏w的混合氣體作為反應(yīng)氣體來(lái)形成第一超多層膜，并采用氮?dú)庾鳛榉磻?yīng)氣體來(lái)形成第二超多層膜。另外，關(guān)于實(shí)施例8、11、17和18中含有中間層或表層的所述涂膜，可以通過使用用于形成具有相應(yīng)組成的超多層膜的各種靶材來(lái)形成除復(fù)合超多層膜之外的層，而無(wú)需改動(dòng)。為了達(dá)到對(duì)比的目的，通過采用與上述相同的條件形成表2中所示的對(duì)比例1-7的涂膜。具體而言，對(duì)比例l-3分別對(duì)應(yīng)于實(shí)施例1、13和16，并且其與實(shí)施例的不同之處在于Al層、A2層、B層和C層的組成或組合方式。對(duì)比例4對(duì)應(yīng)于實(shí)施例14，其中B層單獨(dú)形成第一超多層膜，并且C層單獨(dú)形成第二超多層膜。對(duì)比例5對(duì)應(yīng)于實(shí)施例15，其中涂膜只包括通過將B層和C層交替堆疊而獲得的簡(jiǎn)單超多層膜。對(duì)比例6對(duì)應(yīng)于實(shí)施例8，其中所述涂膜只包括第一超多層膜。對(duì)比例7對(duì)應(yīng)于實(shí)施例17，其中所述涂膜只包括第二超多層膜。<table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage19</column></row><table>在表1和表2中，堆疊層數(shù)是指第一超多層膜和第二超多層膜中各自具有的堆疊層數(shù)，并且總厚度是指整個(gè)涂膜的厚度。另外，空白區(qū)域表示不形成上述的涂膜。因此，在沒有形成中間層和表層的例子中，說明僅僅形成通過將第一超多層膜和第二超多層膜交替堆疊而獲得的復(fù)合超多層膜作為基材上的涂膜。在形成中間層的例子中，中間層形成于基材和復(fù)合超多層膜之間，并且表層形成在復(fù)合超多層膜上。對(duì)實(shí)施例1-18和對(duì)比例1-7中的涂膜進(jìn)行以下三種類型的切削試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。<端銑刀切削試驗(yàn)>用由硬質(zhì)合金制成的方形端銑刀(直徑(外徑)8mm，4刃)作為基材。用SKD11(HRC53)作為加工材料，并且在切削速度為120m/分鐘、進(jìn)給速率為0.03mm/齒、切入深度Ad為8mm、Rd為0.4mm以及鼓風(fēng)的條件下進(jìn)行側(cè)面切削。用切刃外周的磨損寬度超過O.lmm時(shí)的切削距離(m)對(duì)切削性能(試驗(yàn)結(jié)果)進(jìn)行評(píng)價(jià)。距離越長(zhǎng)則說明切削性能越優(yōu)良(工具的使用壽命越長(zhǎng)，即優(yōu)異的耐熱性和耐磨性以及較低的脆性)，距離越短或在切削的初期階段出現(xiàn)碎裂(表示為"初期碎裂")說明切削性能較差。<鉆頭切削試驗(yàn)>用由硬質(zhì)合金制成的鉆頭(直徑(外徑)10mm)作為基材。用S50C(HB220)作為加工材料，并在切削速度為80m/分鐘、進(jìn)給速率為0.2毫米/轉(zhuǎn)并且有冷卻劑的條件下進(jìn)行濕式鉆削(深度為30mm的通孔)。用切刃尖端外周部位的磨損寬度超過0.2mm時(shí)的切削距離(單位m，鉆孔個(gè)數(shù)X30mm)對(duì)切削性能(試驗(yàn)結(jié)果)進(jìn)行評(píng)價(jià)。距離越長(zhǎng)則說明切削性能越優(yōu)良(工具的使用壽命越長(zhǎng)，即優(yōu)異的耐熱性和耐磨性以及較低的脆性)，距離越短或在切削的初期階段出現(xiàn)碎裂(表示為"初期碎裂")說明切削性能較差。<銑削刀具切削試驗(yàn)>用相當(dāng)于JIS等級(jí)P30(形狀SPG432)的由硬質(zhì)合金制成的銑削用可轉(zhuǎn)位刀具作為基材。用SCM435作為加工材料，并且將切削速度設(shè)定為250m/分鐘，進(jìn)給速率為0.25毫米/齒，切入深度設(shè)定為2mm，并且不使用切削油(干式加工)。用側(cè)面磨損寬度超過0.2mm時(shí)的切削距離(m)對(duì)切削性能(試驗(yàn)結(jié)果)進(jìn)行評(píng)價(jià)。距離越長(zhǎng)則說明切削性能越優(yōu)良(更長(zhǎng)的工具壽命，即優(yōu)異的耐熱性和耐磨性以及較低的脆性)，距離越短或在切削的初期階段出現(xiàn)碎裂(表示為"初期碎裂")說明切削性能較差。表3No.切削試驗(yàn)(m)端銑刀切削鉆頭切削銑削刀具切削1404211.12465211.93627515.34555412.95615913.76453710.4了544612.38786315.1實(shí)施例9374510.910526212.811707915.912394010.813484612.61453511315656314.116717215.717807716.218827916.51初期碎裂11初期碎裂217195.63初期碎裂初期碎裂3.14初期碎裂初期碎裂初期碎裂s1810初期碎裂628237.4725217.1<針對(duì)實(shí)施例17-18和對(duì)比例7進(jìn)行的附加的鉆頭切削試驗(yàn)>200880018340.X鉆頭(直徑(外徑)10mm)作為基材，并使用實(shí)施例17-18和對(duì)比例7中的涂膜。用SCM415(HB=235)作為加工材料，并且在切削速度為80m/分鐘、進(jìn)給速率為0.25毫米/轉(zhuǎn)并且有冷卻劑的條件下進(jìn)行濕式鉆削(深度為40mm的通孔)。結(jié)果，在對(duì)比例7中，在切削長(zhǎng)度10m處出現(xiàn)破損。與此形成對(duì)比的是，在實(shí)施例17中，切削加工直到進(jìn)行到切削長(zhǎng)度為55m時(shí)仍未出現(xiàn)破損。另外，在實(shí)施例18中，切削加工直到進(jìn)行到切削程度為lOOm時(shí)仍未出現(xiàn)破損。在發(fā)生破損的對(duì)比例7中，加工材料粘附在切刃外周，這應(yīng)該是發(fā)生破損的原因。與此形成對(duì)比的是，在實(shí)施例18中，當(dāng)形成第二超多層膜作為表層時(shí)，即使在切削距離為lOOm時(shí)也幾乎沒有發(fā)生加工材料粘附在切刃的現(xiàn)象。由此可以確定，就涂膜的潤(rùn)滑性而言，實(shí)施例18更優(yōu)。從表3所示的結(jié)果和附加的鉆頭切削試驗(yàn)的結(jié)果清楚地得知，本發(fā)明實(shí)施例中的表面被覆切削工具(即涂膜)相對(duì)于對(duì)比例中的表面被覆切削工具(即涂膜)具有明顯更長(zhǎng)的工具壽命，即，其具有優(yōu)異的耐熱性和耐磨性，并且實(shí)現(xiàn)較低的脆性。換句話說，可以確定的是，在所述表面被覆切削工具中，形成在基材上的涂膜包括復(fù)合超多層膜，所述復(fù)合超多層膜是通過將一個(gè)或多個(gè)第一超多層膜和一個(gè)或多個(gè)第二超多層膜交替堆疊而獲得的，上述第一超多層膜是通過將一個(gè)或多個(gè)A1層和一個(gè)或多個(gè)B層交替堆疊而形成的，上述第二超多層膜是通過將一個(gè)或多個(gè)A2層和一個(gè)或多個(gè)C層交替堆疊而形成的，上述Al層和上述A2層各自由TiN、TiCN、TiAlN和TiAlCN中的任意一種構(gòu)成，上述B層由TiSiN或TiSiCN構(gòu)成，以及上述C層由AlCrN或AlCrCN構(gòu)成，使得表現(xiàn)出優(yōu)異的切削性能。另外，還確定，當(dāng)所述涂膜的表層由所述第二超多層膜形成時(shí)，可以防止加工材料與切刃的粘附現(xiàn)象，這對(duì)涂膜的潤(rùn)滑性而言是優(yōu)異的。盡管上文已對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方案和例子進(jìn)行了說明，但是上述實(shí)施方案和例子的合適的組合也是初始預(yù)期到的。應(yīng)當(dāng)理解，在任何情況下，本文公開的實(shí)施方案和例子都是示例性的，而不是限制性的。本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求進(jìn)行限定，而不是由上面的說明書限定，并且本發(fā)明的范圍旨在包括對(duì)與權(quán)利要求等同的范圍和意義的任何修改。權(quán)利要求1.一種表面被覆切削工具，其包括基材；和在所述基材上形成的涂膜；所述涂膜包括復(fù)合超多層膜，所述復(fù)合超多層膜是通過將一個(gè)或多個(gè)第一超多層膜和一個(gè)或多個(gè)第二超多層膜交替堆疊而獲得的，所述第一超多層膜是通過將一個(gè)或多個(gè)A1層和一個(gè)或多個(gè)B層交替堆疊而形成的，所述第二超多層膜是通過將一個(gè)或多個(gè)A2層和一個(gè)或多個(gè)C層交替堆疊而形成的，所述A1層和所述A2層各自由TiN、TiCN、TiAlN和TiAlCN中的任意一種構(gòu)成，所述B層由TiSiN或TiSiCN構(gòu)成，以及所述C層由AlCrN或AlCrCN構(gòu)成。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面被覆切削工具，其中所述Al層和所述A2層具有相同的組成。3.根據(jù)權(quán)利要求l所述的表面被覆切削工具，其中，所述第一超多層膜和所述第二超多層膜的厚度均為大于等于0.1pm且小于等于0.5nm，并且當(dāng)所述第一超多層膜的厚度用X表示、所述第二超多層膜的厚度用Y表示時(shí)，厚度比Y/X為大于等于0.5且小于等于4。4.根據(jù)權(quán)利要求l所述的表面被覆切削工具，其中，所述Al層、所述A2層、所述B層和所述C層的厚度均小于等于40nm，并且當(dāng)所述Al層的厚度用Xa表示、所述B層的厚度用Xb表示時(shí)，厚度比Xb/Xa為大于等于0.2且小于等于3，當(dāng)所述A2層的厚度用Ya表示、所述C層的厚度用Yc表示時(shí)，厚度比Yc/Ya為大于等于0.2且小于等于3。5.根據(jù)權(quán)利要求l所述的表面被覆切削工具，其中所述復(fù)合超多層膜的厚度大于等于1.0pm且小于等于8.0pm。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面被覆切削工具，其中，所述涂膜還包括中間層，并且所述中間層直接形成在所述基材上，所述中間層的厚度大于等于0.1pm且小于等于l.Opm，并且所述中間層由TiN、TiCN、TiAlN、TiAlCN、TiSiN、TiSiCN、AlCrN和AICrCN中的任意一種構(gòu)成。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面被覆切削工具，其中，所述涂膜還包括表層，并且所述表層形成為所述涂膜的最上層，所述表層的厚度大于等于0.1jxm且小于等于2.0pm。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的表面被覆切削工具，其中所述表層由所述第二超多層膜形成。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的表面被覆切削工具，其中所述表層由TiN、TiCN、TiAlN、TiAlCN、TiSiN、TiSiCN、AlCrN和AICrCN中的任意一種構(gòu)成。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面被覆切削工具，其中所述涂膜是用物理氣相沉積法形成的。11.根據(jù)權(quán)利要求l所述的表面被覆切削工具，其中所述基材是由硬質(zhì)合金、金屬陶瓷、高速鋼、陶瓷、燒結(jié)立方氮化硼和燒結(jié)金剛石中的任意一種形成的。全文摘要本發(fā)明的表面被覆切削工具包括基材和在該基材上形成的涂膜，其特征在于所述涂膜包括復(fù)合超多層膜，所述復(fù)合超多層膜是將一個(gè)或多個(gè)第一超多層膜和一個(gè)或多個(gè)第二超多層膜交替堆疊而獲得的，上述第一超多層膜是通過將一個(gè)或多個(gè)A1層和一個(gè)或多個(gè)B層交替堆疊而形成的，上述第二超多層膜是通過將一個(gè)或多個(gè)A2層和一個(gè)或多個(gè)C層交替堆疊而形成的，上述A1層和上述A2層各自由TiN、TiCN、TiAlN和TiAlCN中的任意一種構(gòu)成，上述B層由TiSiN或TiSiCN構(gòu)成，以及上述C層由AlCrN或AlCrCN構(gòu)成。文檔編號(hào)C23C14/06GK101678466SQ200880018340公開日2010年3月24日申請(qǐng)日期2008年5月23日優(yōu)先權(quán)日2007年5月30日發(fā)明者今村晉也,小林啟,柴田彰彥,福井治世申請(qǐng)人:住友電工硬質(zhì)合金株式會(huì)社;東海精密株式會(huì)社