專利名稱：切削工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在基體的表面形成有覆蓋層膜的切削工具。
背景技術(shù)：
現(xiàn)在，在切削工具、或耐摩部件、滑動部件之類的需要具有耐磨損性、滑動性、耐缺 損性的部件中，使用以下提高耐磨損性、滑動性、耐缺損性的方法，即在由超硬合金或金屬 陶瓷等燒結(jié)合金，金剛石或cBN(立方晶氮化硼)的高硬度燒結(jié)體，氧化鋁或氮化硅等陶瓷 形成的基體的表面進(jìn)行覆蓋層膜的成膜。作為覆蓋層的成膜方法，電弧離子鍍法、濺射法等物理蒸鍍法被廣泛使用，尤其 以將Ti、Al作為主成分的氮化物層被廣泛地研究，不斷進(jìn)行著旨在延長工具壽命的改 良。例如，在專利文獻(xiàn)1中，公開了(TiNbAl)N組成的硬質(zhì)被膜，在專利文獻(xiàn)2中，公開了 (AlTiNbSi)N(O)組成的硬質(zhì)被膜，據(jù)文獻(xiàn)記載，以上任一被膜都提高了硬質(zhì)被膜的耐氧化 性和耐磨損性。進(jìn)而，在專利文獻(xiàn)3中有如下記載，其公開了(TiWSi)N組成的硬質(zhì)被膜，超 硬合金等的基體與覆蓋層的密合性增高。另外，在上述物理蒸鍍法中，如專利文獻(xiàn)4所述，嘗試了將多種靶設(shè)置在腔室內(nèi)， 并且使試樣以依次接近于各靶的方式旋轉(zhuǎn)并成膜，從而形成交替地層疊有多層組成不同的 薄層的構(gòu)成的硬質(zhì)被膜的方法。另一方，例如，在專利文獻(xiàn)5中，公開了在被稱為黑陶瓷的Al2O3-TiC系陶瓷基體的 表面進(jìn)行TiAlN層等的覆蓋層成膜的切削工具，記載了其對于高硬度材料的切削發(fā)揮優(yōu)異 的切削性能的情況。另外，在專利文獻(xiàn)6中有如下記載，通過在添加有0. 1 5重量％的鐵 族金屬的Al2O3-TiC系的陶瓷上形成選自TiC、TiN和TiCN中的1層以上的物理蒸鍍覆蓋 層，來提高陶瓷基體與覆蓋層的密合力和耐缺損性。另外，例如，在專利文獻(xiàn)7公開了一種包含氮化硅質(zhì)燒結(jié)體的切削工具，并記載其 可以實現(xiàn)將多孔度控制在0. 2容量％以下的致密化，所述氮化硅質(zhì)燒結(jié)體含有0. 2重量％ 以上的氧化釔(Y2O3)，含有0.2重量％的氧化鎂(MgO)，且兩者的合計為3.5重量％以下，并 且以1. 3 3. 5重量％的比例含有氧。進(jìn)而，例如，在專利文獻(xiàn)8中公開了在cBN基體的表面形成有TiC、TiN、Al2O3等覆 蓋層膜的切削工具，并記載其在一般的鋼、鑄鐵的切削中表現(xiàn)出耐磨損性的改善。另外，在 專利文獻(xiàn)9中公開了一種在cBN基體的表面形成有TiAlN被膜的切削工具，并記載其在硬 化鋼等高硬度難削材的切削中表現(xiàn)了長壽命。而且，在專利文獻(xiàn)10中公開了一種在cBN基 體的表面覆蓋有在TiAlSiN組成中Ti與Al的比率連續(xù)地變化的硬質(zhì)覆蓋層的切削工具， 并記載其在高速重切削中發(fā)揮了優(yōu)異的耐崩裂性。專利文獻(xiàn)1 日本特開平11-302831號公報專利文獻(xiàn)2 日本特開2005-199420號公報專利文獻(xiàn)3 日本特開2006-111915號公報專利文獻(xiàn)4 日本特開平7-205362號公報
專利文獻(xiàn)5 日本特開平5-69205號公報專利文獻(xiàn)6 日本特開平6-91407號公報專利文獻(xiàn)7 日本特表平8-503664號公報 專利文獻(xiàn)8 日本特開昭59-8679號公報專利文獻(xiàn)9 日本特開平8-119774號公報專利文獻(xiàn)10 日本特開2004-345006號公報然而，對于專利文獻(xiàn)1中記載的(TiNbAl)N組成的硬質(zhì)被膜、專利文獻(xiàn)2中記載的 (AlTiNbSi)N(O)組成的硬質(zhì)被膜和專利文獻(xiàn)3的(TiWSi)N覆蓋層而言，其被膜的耐缺損性 并不充分，期望使切削工具更加長壽命化。此外，在專利文獻(xiàn)5-10中記載的切削工具中，切 削性能不足，需要使切削工具更長壽命化。另外，在專利文獻(xiàn)4中記載的包含氮化物層與氧化物層的層疊體的硬質(zhì)被膜中， 被膜整體的耐磨損性、耐缺損性也稱不上充分，需要進(jìn)一步改善。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決以上問題而開展，其目的在于，提供具備提高了耐磨損性、耐缺損 性和耐崩裂性的覆蓋層的切削工具。本發(fā)明的切削工具含有基體和將該基體的表面覆蓋的覆蓋層，上述覆蓋層具有第 一層禾口第~■層，所述第一層包含TUlaWbSicMd(ChNx)(其中，M 為選自 Nb、Mo、Ta、Hf 和 Y 中的至少1種，并且0. 45彡a彡0. 55,0. 01彡b彡0. 1，0彡c彡0. 05,0. 01彡d彡0. 1， 0彡χ彡1)，所述第二層包含Ti1^gAleSifM' g (CVyNy)(其中，Μ，為選自 Nb、Mo、Ta、Hf 和 Y 中 的至少1種，并且0. 50彡e彡0. 60，0彡f彡0. 1，0. 05彡g彡0. 15，0彡y彡1)。這里，在上述構(gòu)成中，優(yōu)選上述第一層的膜厚為1 7 μ m，上述第二層的膜厚為 0. 5 5 μ m。這時，優(yōu)選上述第一層的平均結(jié)晶寬度為0. 01 0. 5 μ m，上述第二層的平均 結(jié)晶寬度為0. 6 3μπι。另外，在上述構(gòu)成中，優(yōu)選在上述第一層中散布有平均結(jié)晶粒徑為0. 05 1 μ m的 分散粒子。另一方面，在上述構(gòu)成中，上述覆蓋層優(yōu)選是以2層以上交替地層疊上述第一層 和上述第二層而成的。這時，優(yōu)選上述第一層的各層的膜厚為0. 02 0. 7 μ m，上述第二層 的各層的膜厚為0. 01 0. 5 μ m,上述第一層的總膜厚為1 7 μ m，上述第二層的總膜厚為 0. 5 5 μ m。這里，作為基體的第1例子，可舉出含有60 95質(zhì)量％的恥、0 10質(zhì)量％的選 自周期表第IVB、VB、VIB族金屬的至少1種元素的碳化物、氮化物或碳氮化物以及5 30
質(zhì)量％的鐵族金屬的超硬合金。作為上述基體的第2個例子，可舉出包含下述Al2O3質(zhì)燒結(jié)體的基體，所述Al2O3質(zhì) 燒結(jié)體含有Al2O3、 1質(zhì)量％的1%0、總量為10 70質(zhì)量％的選自Ti或Si的碳化物、 氮化物及碳氮化物的組中的至少1種以及總量為0. 1 2. 0質(zhì)量％的選自Co和Ni中的至 少1種。
作為上述基體的第3個例子，可舉出如下Si3N4質(zhì)燒結(jié)體，所述Si3N4質(zhì)燒結(jié)體含有 94. 5 99. 5質(zhì)量％的氮化硅、以RE203換算為0. 1 4. 5質(zhì)量％的稀土類(RE)元素氧化 物、以MgO換算為0. 3 2. 5質(zhì)量％的氧化鎂、以A1203換算為0 0. 6質(zhì)量％的氧化鋁、以 二氧化硅(Si02)換算為0. 1 4.5質(zhì)量％的殘余的氧、0 2質(zhì)量％的周期表第VIB族元 素的硅化物。作為上述基體的第4個例子，可舉出以下cBN質(zhì)燒結(jié)體，所述cBN質(zhì)燒結(jié)體含有70 體積％以上的在cBN粒子的粒徑分布中有粒徑4 6 ii m的cBN粗粒子與粒徑0. 5 1. 2 y m 的cBN微粒子這2個峰的cBN粒子，且通過以含有選自周期表第IVB、VB、VIB族金屬中的至 少1種以上的元素的碳化物和鐵族金屬的結(jié)合相，將所述cBN粒子結(jié)合而成。 本發(fā)明的切削工具中用作第一層的Tim-dAlASiA (Ux)(其中，M為選 自 Nb、Mo、Ta、Hf、Y 中的 1 種以上，0. 45 彡 a 彡 0. 55，0. 01 彡 b 彡 0. 1，0 彡 c 彡 0. 05，
)的第一層為硬度高且內(nèi)部應(yīng)力小的層。另一方面，第二層為 耐氧化性和硬度出色、且與第一層的密合性良好的層。因此，在本發(fā)明的切削工具中使用的 覆蓋層為耐磨損性、耐熔敷性和耐缺損性出色的覆蓋層。


圖1為表示本發(fā)明的切削工具的一個例子的簡要立體圖。
圖2為表示圖1的切削工具的第1實施方式的剖面示意圖。
圖3為表示圖1的切削工具的第2實施方式的剖面示意圖。
圖4為表示本發(fā)明的切削工具另外的一個例子的簡要立體圖
符號說明
1、16切削工具
2基體
3、13前刀面
4、14后刀面
5、15切削刃
6、9覆蓋層
7第一層
8第二層
10刀片
11刀頭本體
12襯里板
具體實施例方式使用作為優(yōu)選的實施方式例的切削工具的簡要立體圖的圖1、作為關(guān)于本發(fā)明的 第1實施方式的簡要剖面圖的圖2和作為關(guān)于本發(fā)明的第2實施方式的簡要剖面圖的圖3， 對本發(fā)明的切削工具的一個例子進(jìn)行說明。根據(jù)圖1 3，在本發(fā)明的切削工具(以下，簡略稱為工具。)1中，具有位于主面 的前刀面3、位于側(cè)面的后刀面4以及位于前刀面3與后刀面4的交叉棱線的切削刃5，且
5形成使覆蓋層6、9在基體2的表面成膜的構(gòu)成。覆蓋層6、9含有第一層7和第二層8，所述第一層7包含Tim-dAlJSiA ((^隊) (其中，M為選自Nb、Mo、Ta、Hf和Y中的至少1種，并且0. 45彡a彡0. 55,0. 01 ^ b ^ 0. 1， 0 ≤ c 彡 0. 05,0. 01 彡 d 彡 0. 1，0 彡 x 彡 1)，所述第二層 8 包含 Tih+gAleSifM，^C^^) (其中，M，為選自Nb、Mo、Ta、Hf和Y中的至少1種，并且0. 50彡e彡0. 60，0彡f彡0. 1， 0. 05彡g彡0. 15，0彡y彡1)。通過上述構(gòu)成，第一層7的氧化開始溫度得到提高，因而其 耐氧化性高，且可以降低內(nèi)在的內(nèi)部應(yīng)力，因而其耐缺損性高。進(jìn)而，由于第二層8的硬度 和耐氧化性更高，并且第二層8是與第一層7的密合性也高的層，所以覆蓋層6、9在難削材 的加工、干式切削、高速切削等極端切削條件下的耐磨損性和耐缺損性變得優(yōu)異。即，在第一層7中，若a(Al組成比)比0. 45小，則覆蓋層6、9的耐氧化性下降；若 a(Al組成比)比0. 55大，則存在覆蓋層6、9的結(jié)晶結(jié)構(gòu)由立方晶變?yōu)榱骄У内厔荩瑢?dǎo)致 硬度下降。a的特別優(yōu)選的范圍為0.48彡a彡0.52。另夕卜，若b(W組成比)比0.01小，則 覆蓋層6、9的內(nèi)部應(yīng)力高，因而耐缺損性降低，并且基體2與覆蓋層6、9的密合性下降，因 而在切削中變得易于發(fā)生崩裂和覆蓋層7的剝離；若b(W組成比)比0. 1大，則覆蓋層6、9 的硬度降低。b的特別優(yōu)選范圍是0.01彡b彡0.08。進(jìn)而，若c (Si組成比)比0.05大，則 覆蓋層6、9的硬度降低。c的特別優(yōu)選范圍為0.01彡c彡0.04。另外，若d(M組成比)比 0. 01小，則氧化開始溫度降低；若d(M組成比)比0. 1大，則金屬M的一部分以立方晶之外 的低硬度相形式存在，因而覆蓋層6、9的硬度降低。d的特別優(yōu)選范圍是0. 01 < d < 0. 08。此外，金屬M為選自Nb、Mo、Ta、Hf、Y中的1種以上，其中，從耐磨損性、耐氧化性 最優(yōu)異的觀點出發(fā)，優(yōu)選含有Nb或Mo。另一方面，在第二層8中，若e(Al組成比)比0. 5小，則覆蓋層6、9的耐氧化性下 降，若e(Al組成比)比0. 6大，則存在覆蓋層6、9的結(jié)晶結(jié)構(gòu)由立方晶變?yōu)榱骄У内厔荩?因而硬度降低。e的特別優(yōu)選范圍是0.54彡e彡0.56。若f (Si組成比)比0.1大，則覆蓋 層6、9的硬度降低。f的特別優(yōu)選范圍為0. 005 ^ c ^ 0. 03。另外，若g(M’組成比)比0. 05 小，則氧化開始溫度降低，若g(M’組成比)比0. 15大，則金屬M，的一部分以立方晶之外的 的低硬度相形式存在，因而覆蓋層6、9的硬度降低。g的特別優(yōu)選范圍為0. 08 < g < 0. 12。此外，金屬M，為選自Nb、Mo、Ta、Hf、Y中的1種以上，其中，從耐磨損性、耐氧化性 最優(yōu)異的觀點出發(fā)，優(yōu)選含有Nb或Mo。另外，覆蓋層6、9的非金屬成分C、N是賦予切削工具必要的硬度和優(yōu)異韌性的成 分，為了抑制在覆蓋層6、9的表面產(chǎn)生熔滴(粗大粒子)，x(N組成比)的特別優(yōu)選范圍是 0. 5 < x < 1。這里，根據(jù)本發(fā)明，上述覆蓋層6、9的組成可以通過能量分散型X射線段光 分析法(EDX)或X射線光電子能譜分析法(XPS)測定。另外，第一層7是內(nèi)部應(yīng)力并不高的層，即使進(jìn)行厚膜化，覆蓋層6、9也難以發(fā)生 崩裂，即使覆蓋層6、9的總膜厚為1. 5 12 ym，也能夠防止覆蓋層6、9因自身的內(nèi)部應(yīng) 力而發(fā)生的剝離、崩裂，因而可以維持足夠的耐磨損性。覆蓋層6、9的總膜厚優(yōu)選為5 7.5um0此外，從抑制第一層7與第二層8相對于基體2的剝離，且耐磨損性優(yōu)異的觀點出 發(fā)，優(yōu)選第一層7的膜厚為1 7 y m，第二層8的膜厚為0. 5 5 y m。另外，這時，從提高覆蓋層6、9的硬度且提高在覆蓋層6、9的表面的耐熔敷性的觀 點出發(fā)，優(yōu)選第一層7的平均結(jié)晶寬度為0.01 0.5 ym，第二層8的平均結(jié)晶寬度為0.6 3um0此外，在本發(fā)明中，為了測定覆蓋層6、9的平均結(jié)晶寬度，在覆蓋層6、9的剖面照片 中，在相當(dāng) 于覆蓋層6、9的中間厚度的部分畫線A(圖中未示出。)進(jìn)行測定。具體地說， 覆蓋層6、9中的柱狀結(jié)晶(圖中未示出。)的平均結(jié)晶寬度通過以下方法測定特別規(guī)定 lOOnm以上的長度L(圖中未示出。)的線段A，查出橫切該線段A的晶界的數(shù)量，利用公式 平均結(jié)晶寬度=長L/晶界的數(shù)量計算得出。進(jìn)而，從提高第一層7的韌性且提高覆蓋層6、9的耐缺損性的觀點出發(fā)，優(yōu)選平均 結(jié)晶粒徑為0. 05 1 y m的分散粒子(圖中未示出。)在第一層7中散布。作為分散粒子的 組成，具體地說，可舉出W(鎢)的含量比分散粒子以外的基體多的氮化物粒子，例如，當(dāng)覆 蓋層6、9的全體組成包含Tim-dAlASieMjChNj (其中，M為選自Nb、Mo、Ta、Hf和Y中的 至少 1 種，0. 45 彡 a 彡 0. 55,0. 01 彡 b 彡 0. 1，0 彡 c 彡 0. 05,0. 01 彡 d 彡 0. 1， 彡 x 彡 1) 時，可舉出包含TimAlASiAdyNy)(其中，M為選自Nb、Mo、Ta、Hf和Y中的至少1種， 0彡a彡0. 4,0. 05彡b彡0. 8，0彡c彡0. 01，0彡d彡0. 5,0. 2彡y彡1。)的分散粒子。另一方面，覆蓋層的構(gòu)成并不被上述覆蓋層6的構(gòu)成所限制，例如，也可以是圖3 所示的第2的實施方式中表示的覆蓋層9的構(gòu)成。S卩，根據(jù)表示本發(fā)明的第2的實施方式的圖3，覆蓋層9是以2層以上交替地層疊 有第一層7與第二層8的多層而成的。根據(jù)該構(gòu)成，由于第一層7與第二層8之間存在界 面，晶格形變能量增加，因而硬度提高，耐磨損性提高。另外，當(dāng)覆蓋層9的表面發(fā)生開裂 時，第一層7與第二層8之間存在的界面可以防止開裂的進(jìn)展，因此覆蓋層9的耐缺損性得 到提高。這時，從提高覆蓋層的硬度和提高耐缺損性的觀點出發(fā)，優(yōu)選第一層7的各層的 膜厚為0. 02 0. 7 y m,第二層8的各層的膜厚為0. 01 0. 5 y m，第一層7的總膜厚為1 7um,第二層8的總膜厚為0. 5 5 ii m。此外，作為基體2，優(yōu)選使用包含以碳化鎢、碳氮化鈦為主成分的硬質(zhì)相和以鈷、鎳 等鐵族金屬為主成分的結(jié)合相的超硬合金以及金屬陶瓷的硬質(zhì)合金，以氮化硅或氧化鋁為 主成分的陶瓷，將包含多晶金剛石或立方晶氮化硼的硬質(zhì)相與陶瓷或鐵族金屬等的結(jié)合相 在超高壓條件下燒成而成的超高壓燒結(jié)體等硬質(zhì)材料?；w2的優(yōu)選例如以下所示。(第1的實施方式)作為基體2的第1例子，可舉出含有60 95質(zhì)量％的WC，0 10質(zhì)量％的選自周 期表第IVB、VB、VIB族金屬的至少1種元素的碳化物、氮化物或碳氮化物和5 30質(zhì)量％ 的鐵族金屬的超硬合金。其中，可以優(yōu)選使用含有88 95質(zhì)量％的WC，0 1質(zhì)量％的周 期表第IVB、VB、VIB族金屬的至少1種元素的碳化物、氮化物或碳氮化物和5 12質(zhì)量％ 的鐵族金屬的K種超硬合金；或含有87 94質(zhì)量％的WC，1 10質(zhì)量％的周期表第IVB、 VB、VIB族金屬的至少1種元素的碳化物、氮化物或碳氮化物和5 12質(zhì)量％的鐵族金屬 的M種 P種超硬合金。(第2實施方式)作為基體2的第2個例子，可舉出在A1203粒子中含有0 1質(zhì)量％的MgO，總量為 10 70質(zhì)量％的選自Ti或Si的碳化物、氮化物及碳氮化物的組中的至少1種以及總量 為0. 1 2.0質(zhì)量％的選自Co和Ni中的至少1種的A1203質(zhì)陶瓷。這里，通過在陶瓷中含 有Ti或Si的碳化物、氮化物及碳氮化物，可以提高基體的強度和韌性，還可以提高與本發(fā)明的覆蓋層6的密合性。此外，對于選自Ti或Si的碳化物、氮化物及碳氮化物中的任一種 以上的含量，從消除與覆蓋層6的熱膨脹系數(shù)差的觀點出發(fā)，優(yōu)選為20 40質(zhì)量％，從使 A1A質(zhì)陶瓷具備導(dǎo)電性從而基于PVD法的成膜變得良好的觀點出發(fā)，特別優(yōu)選含有20 40質(zhì)量％的TiC或TiCN。從使A1203質(zhì)陶瓷具有導(dǎo)電性，從而可以通過物理蒸鍍法來穩(wěn)定 地形成密合性高的覆蓋層的觀點出發(fā)，選自Co和Ni的至少1種的優(yōu)選含有比例為0. 1 0. 5質(zhì)量％。此外，從耐磨損性、強度的觀點出發(fā)，在A1203質(zhì)陶瓷中含有的A1A粒子的平均粒 徑優(yōu)選為0. 05 3 i! m，更優(yōu)選為0. 1 0. 5 i! m的范圍。另外，從耐磨損性和韌性提高、進(jìn) 而調(diào)節(jié)導(dǎo)電性的觀點出發(fā)，Ti或Si的碳化物、氮化物及碳氮化物中的任何1種以上的平均 粒徑優(yōu)選為0. 2 3iim，更優(yōu)選為0. 5 liim的范圍。此夕卜，A1203粒子、Ti或Si的上述 化合物粒子的粒徑測定，按照CIS-019D-2005中規(guī)定的超硬合金的平均粒徑的測定方法進(jìn) 行。(第3的實施方式)作為基體2的第3個例子，可舉出包含94. 5 99. 5質(zhì)量％的氮化硅、以RE203換 算為0. 1 4. 5質(zhì)量％的稀土類(RE)元素氧化物、以MgO換算為0. 3 2. 5質(zhì)量％的氧化 鎂、以A1203換算為0 0. 6質(zhì)量％的氧化鋁、以二氧化硅(Si02)換算為0. 1 4. 5質(zhì)量％ 的殘余的氧以及0 2質(zhì)量％的周期表第VIB族元素的硅化物的氮化硅質(zhì)陶瓷。由此，可 以提高基體2的硬度和高溫強度，且可以提高基體2的耐磨損性和高溫條件下的耐缺損性。 此外，從可以少量地與氮化硅彼此牢固地結(jié)合從而提高氮化硅結(jié)晶2的含有比率的觀點出 發(fā)，優(yōu)選稀土類(RE)元素化合物、鎂化合物和鋁化合物均以氧化物的形式存在。進(jìn)而，為了使基體2致密化，以RE203換算，稀土類(RE)元素氧化物的含量優(yōu)選為 0. 5 4. 5質(zhì)量％，進(jìn)一步優(yōu)選為1 2. 5質(zhì)量％。為了通過降低燒結(jié)助劑的液相生成溫度 而使基體2在更低溫下致密化，以MgO換算，優(yōu)選氧化鎂的含量為0. 35 2. 0質(zhì)量％，進(jìn)一 步優(yōu)選0. 4 1. 0質(zhì)量％。從降低燒結(jié)助劑的液相生成溫度，燒結(jié)體2的致密化和抑制因耐 氧化性的低下導(dǎo)致的耐磨損性降低的方面考慮，以A1203換算，氧化鋁的含量優(yōu)選0. 3 0. 5 質(zhì)量％。對于殘余的氧而言，其被認(rèn)為是以氮化硅的雜質(zhì)的形式存在、以二氧化硅(Si02) 的形式存在的成分，從降低燒結(jié)助劑的液相生成溫度、保證燒結(jié)體的致密化并且實現(xiàn)改善 了耐氧化性和耐磨損性的燒結(jié)體2的觀點出發(fā)，以Si02換算，其含量優(yōu)選為0. 1 4. 5質(zhì) 量％，特別優(yōu)選為1.5 2.2質(zhì)量％。另外，作為稀土類(RE)元素，必須含有鑭(La)，與不含鑭(La)時相比，可以使燒 結(jié)體在低溫條件下致密化，因此燒結(jié)體中的結(jié)晶不會發(fā)生異常晶粒生長，結(jié)晶可以微?；?。 例如，通過1730 1830°C的常壓燒成，燒結(jié)體的相對密度為99%以上，并且可以將在視野 0. 015mm2內(nèi)的從長徑大的一方起算的6個氮化硅的平均長徑抑制在10 y m以下。其結(jié)果是 可以提高燒結(jié)體的硬度和強度。這里，稀土類(RE)化合物、鎂化合物、鋁化合物以及二氧化硅(Si02)形成晶界相。 晶界相可以是其一部分以結(jié)晶形式析出的構(gòu)成，通過將晶界相自身的存在比例減少為7質(zhì) 量％以下，特別是減少為5質(zhì)量％以下，基體2的硬度和高溫強度得到提高，因此為了減少 晶界相的絕對量且同時提高氮化硅結(jié)晶的結(jié)合性，優(yōu)選晶界相以非晶質(zhì)存在。此外，氮化硅結(jié)晶2作為主結(jié)晶存在，但是作為氮化硅結(jié)晶2，主要由0 -氮化硅結(jié)晶形成，根據(jù)需要，優(yōu)選其一部分含有微量鋁而形成塞隆(SIAL0N)。另外，氮化硅 結(jié)晶的一部分也可以為a-氮化硅結(jié)晶，但是為了提高硬度和強度，優(yōu)選不含有a-氮化硅結(jié)晶。另外，周期表第VIB族元素的硅化物可以抑制高溫強度降低，同時可以將基體2的 顏色黑色化。作為周期表第VIB族元素的硅化物，可舉出硅化鉻、硅化鉬、硅化鎢，從可以通 過使用細(xì)微的氧化物原料使之以細(xì)微的粒子形式存在于燒成體1中的理由考慮，優(yōu)選使用 硅化鎢。此外，該周期表第VIB族元素的硅化物粒子分散地存在于基體2的晶界相。(第4的實施方式)作為基體2的第3個例子，可舉出含如下構(gòu)成的cBN陶瓷，S卩，將含有粒徑4 6 y m 的cBN粗粒子和粒徑0. 5 1. 2iim的cBN微粒子的cBN粒子以含有選自周期表第IVB、VB、 VIB族金屬中的至少1種以上的元素的碳化物和鐵族金屬的結(jié)合相進(jìn)行結(jié)合的構(gòu)成。這里，若cBN粒子的含量不足70體積％，則磨損明顯加重。另外，若結(jié)合相不含 TiC等周期表第IVB、VB、VIB族金屬中的1種以上的元素的碳化物而僅為鐵族金屬，則結(jié)合 相的磨損明顯加重。與此相對，若其僅為周期表第IVB、VB、VIB族金屬中的1種以上的元素 的碳化物而不含鐵族金屬，則cBN粒子的保持力下降，因而發(fā)生cBN粒子的脫落。此外，作為構(gòu)成結(jié)合相的周期表選自第IVB、VB和VIB族的1種或2種以上的元 素的碳化物，從高硬度且提高與cBN的結(jié)合力的觀點出發(fā)，優(yōu)選含有TiC，另外，作為鐵族金 屬，從使碳化物層和cBN的界面充足，減少缺陷的觀點出發(fā)，優(yōu)選含有Co。另外，對在燒結(jié)體的剖面組織觀察到的cBN粒子的粒度分布進(jìn)行測定時，發(fā)現(xiàn)cBN 粒子包含具有粒徑4 6 ii m的cBN粗粒子和粒徑0. 5 1. 2 y m的cBN微粒子這2個峰的 粗微混粒的組織。判定是否為這種粗微混粒的具體的測定方法如下所述。首先，對燒結(jié)體 的剖面拍攝顯微鏡鏡照片，根據(jù)照片利用圖像解析法求出20個以上的各cBN粒子的面積。 接下來，按照CIS-019D-2005規(guī)定的超硬合金的平均粒徑的測定方法算出cBN的粒徑。然 后，測算cBN粒子的粒徑分布，通過分布是否具有2個峰來判斷。對于2個峰來說，當(dāng)大峰位 于粒徑4 6 ii m的范圍內(nèi)，小峰位于粒徑0. 5 1. 2 ii m的范圍內(nèi)時，定義為具有粒徑4 6 ii m的cBN粗粒子和粒徑0. 5 1. 2 ii m的cBN微粒子這2個峰的cBN粒子。進(jìn)而，從可以牢固地保持cBN粒子的觀點出發(fā)，優(yōu)選在cBN粒子的外周部存在含有 選自周期表第IVB、VB和VIB族金屬、鐵族金屬、A1的組中的1種或2種以上的元素的金屬 間化合物、碳化物、氮化物、碳氮化物、硼化物、硼碳化物、硼氮化物、氧化物的中間相。此外，在該第4實施方式中，也可以為如圖4所示，構(gòu)成如下所述的刀頭16，S卩，前 刀面13和后刀面14的交叉棱線構(gòu)成切削刃15的形狀，在刀頭本體11的前端隔著襯里板 12釬焊由cBN燒結(jié)體的基體2形成的刀片10。此外，在上述實施方式1 4的任一種中，從可以使覆蓋層6、9的表面平滑、并且 提高與覆蓋層6、9的密合性的觀點出發(fā)，優(yōu)選基體2的與覆蓋層6、9相接的界面的表面粗 糙度為0. 01 0. 2iim。(制造方法)接下來，對本發(fā)明的切削工具的制造方法進(jìn)行說明。首先，使用以往公知的方法制備工具形狀的基體2。以下對上述第1 4的實施方 式的基體各自的制備方法的一個例子進(jìn)行例示。
(第1的實施方式)按照規(guī)定的比例添加碳化鎢(WC)粉末，鐵族金屬粉末，WC以外的選自周期表第 IVB、VB、VIB族金屬中的至少1種元素的碳化物、氮化物或碳氮化物粉末，并進(jìn)行混合，通過 加壓成形等的公知的成形方法成形為多刃刀頭(throw away tip)形狀。接著，對該成形體 實施脫粘合劑處理，然后在真空中或非氧化性氣氛中以1350 1550°C的條件進(jìn)行燒成，來 制備超硬合金。(第2的實施方式)例如，使用A1203質(zhì)陶瓷作為基體時，作為原料粉末，稱取具有0. 2 3 y m范圍內(nèi) 的規(guī)定的平均粒徑的A1203原料粉末、平均粒徑0. 5 2 i! m的MgO粉末、平均粒徑0. 1 2 y m的CoO粉末和平均粒徑0. 1 2 y m的NiO粉末，使其達(dá)到特定的組成，再進(jìn)行粉碎混
口 O接下來，將上述混合粉末成形為規(guī)定形狀。關(guān)于成形，可以使用加壓成形、注塑成 形、澆鑄成形、擠壓成形等周知的成形方法。然后，對該成形體實施脫粘合劑處理，然后在大 氣中或非氧化性氣氛中，優(yōu)選氬(Ar)氣等非氧化性減壓氣氛中，以1500 1750°C進(jìn)行燒 成。(第3的實施方式)例如，使用Si3N4質(zhì)陶瓷作為基體時，首先，作為起始原料，例如，準(zhǔn)備氮化硅 (Si3N4)粉末、稀土類(RE)元素的氫氧化物(RE(0H)2)或氧化物(RE203)、氧化鋁(A1203)、氫 氧化鎂(Mg(0H)2)。另外，根據(jù)需要，準(zhǔn)備二氧化硅(Si02)、周期表第VIB族元素的硅化物的 粉末。氮化硅原料可以使用a-氮化硅粉末、氮化硅粉末或它們的混合物中的任一 者。它們的粒徑優(yōu)選為1 P m以下，特別優(yōu)選為0. 5 y m以下。在氮化硅原料中，不可避免的的 氧以硅的氧化物形式存在。因此，考慮到在氮化硅原料中存在的氧化物以二氧化硅(Si02) 的形式存在，調(diào)整組成。氧部分不足時，添加二氧化硅(Si02)粉末。作為稀土類(RE)元素的原料，可以使用氧化物粉末，例如為鑭(La)的情況下，由 于氧化鑭(La203)的吸濕性高，因此優(yōu)選使用氫氧化鑭(La(0H)2)之類的吸水性低，在燒成 過程中變?yōu)檠趸|(La203)的化合物。作為鎂(Mg)原料，可以使用氧化鎂(MgO)、碳酸鎂 (MgC03)，但是由于氧化鎂(MgO)吸水性高，碳酸鎂(MgC03)會產(chǎn)生碳酸氣體，因此優(yōu)選使用 氫氧化鎂(Mg(0H)2)之類的吸水性低、也不產(chǎn)生碳酸氣、在燒成過程中變?yōu)檠趸V(MgO)的 化合物。用于形成周期表第VIB族元素的硅化物的原料，可以是周期表第VIB族元素的氧 化物、碳化物、硅化物、氮化物等任一者，廉價且易于得到微粉末的觀點出發(fā)，優(yōu)選使用氧化 物。接下來，秤量這些原料并將其混合，在該混合粉末中添加適宜的粘合劑和溶劑，再 進(jìn)行混合、粉碎，利用噴霧干燥法等進(jìn)行干燥，再進(jìn)行造粒。接著，利用加壓成形將該造粒粉 末成形為任意的形狀。然后，例如在氮氣氛中，利用常壓燒成法、氣壓燒成法、熱加壓法等以1650 1830°C的溫度進(jìn)行燒成。對于該燒成的具體的條件而言，將上述成形體投入氮化硅質(zhì)燒結(jié) 體制的燒成匣缽中，同時在該燒成匣缽中加入Si和Mg成分，將燒成匣缽的蓋子以密封狀態(tài)
10不那么高的狀態(tài)蓋上，再將燒成匣缽置于燒成爐內(nèi)。接著，將燒成爐內(nèi)置換為1氣壓的氮氣 氛，以5 15°C /分鐘進(jìn)行升溫，以燒成溫度的1730 1830°C的條件保持5 10小時，然 后進(jìn)行冷卻。另外，在燒成中，通過放氣和追加導(dǎo)入氮氣來進(jìn)行調(diào)整，保證爐內(nèi)的氣氛為氮 1氣壓。此外，對與成形體同時加入燒成匣缽中的Si和Mg成分而言，可舉出以Si粉末、 Si02粉末、Si3N4粉末、MgO粉末、1%(011)2粉末的狀態(tài)投入的方法，可舉出即將通過上述的粉 末置于成形體的周圍，又在成形體的下面鋪滿，并將成形體本身埋在上述粉末中，然后以這 樣的狀態(tài)進(jìn)行燒成從而在燒成氣氛中生成SiO氣和MgO氣來促進(jìn)燒結(jié)的方法。另外，從致密、且可以得到抑制氮化硅結(jié)晶2的異常晶粒生長的改善耐崩裂性 的切削工具1的觀點出發(fā)，優(yōu)選先暫時在氮氣氛中以1730°C 1830°C進(jìn)行燒成，然后以 9. 8MPa 294MPa，1500 1700°C的條件實施熱等靜壓燒成。(第4的實施方式)例如，使用cBN質(zhì)陶瓷作為基體時，例如，作為原料粉末，稱取平均粒徑4 6 y m 的粗粒cBN原料粉末、平均粒徑0. 1 1. 5 ii m的微粒cBN原料粉末、平均粒徑0. 2 3 y m 的選自周期表第IVB、VB和VIB族金屬中的1種或2種以上的元素的碳化物粉末、以及根據(jù) 需要的平均粒徑0. 5 5 ii m的A1或者選自0. 5 3 ii m的鐵族金屬中的至少一種的原料 粉末，使其達(dá)到特定的組成，在利用球磨機進(jìn)行16 72小時的粉碎混合。然后，若有必要，成形為規(guī)定形狀。關(guān)于成形，可以使用加壓成形、注塑成形、澆鑄 成形、擠出成形等周知的成形方法。接著，將上述原料與另外準(zhǔn)備的超硬合金制襯里支持體一同裝入超高壓燒結(jié)裝 置，在1200 1600°C的范圍內(nèi)的規(guī)定溫度條件下，以4 6GPa的壓力進(jìn)行處理，保持該條 件10 30分，從而得到本發(fā)明的立方晶氮化硼素?zé)Y(jié)體。這時，為了具有周期表第IVB、 VB和VIB族金屬的碳化物和周期表第IVB、VB和VIB族金屬的氮化物獨個地存在的結(jié)構(gòu)， 優(yōu)選將升溫和降溫速度設(shè)為每分30 50°C，將以1400 1600°C的范圍內(nèi)的規(guī)定的溫度、 5GPa的壓力的條件進(jìn)行加熱的保持時間設(shè)為10 15分。接著，根據(jù)需要，對所得的上述基體2的表面進(jìn)行研削加工，然后在基體2的表面 進(jìn)行覆蓋層6、9的成膜。作為覆蓋層6、9的成膜方法，可以適宜地使用離子鍍法、濺射法等 物理蒸鍍(PVD)法。作為本發(fā)明的優(yōu)選的成膜方法的一個例子，可舉出以在電弧離子鍍裝置中安裝第 1靶和第2靶這2種靶的狀態(tài)進(jìn)行覆蓋層6、9的成膜的方法。例如優(yōu)選以下方法在第1靶 施加偏置電壓，產(chǎn)生等離子體，形成第一層膜7，然后降低在第1靶施加的偏置電壓，在第2 靶施加偏置電壓，從第2靶產(chǎn)生等離子體，從而進(jìn)行第二層8的成膜。具體地說，通過以下方式可以形成依次形成有第一層7和第二層8的覆蓋層6 在 偏置電壓30 200V、成膜溫度400 600°C的條件下，將電弧放電、輝光放電等照射于電弧 離子鍍陰極，使金屬源蒸發(fā)而離子化，同時以2 5Pa的氣壓通入氮源的氮(N2)氣、碳源的 甲烷(CH4)/乙炔(C2H2)氣，進(jìn)行反應(yīng)。另外，可以使用以下方法利用上述成膜裝置，在同時對第1靶、第2靶施加偏置電 壓的狀態(tài)下，使試樣一邊旋轉(zhuǎn)一邊成膜，從而形成具有交替地層疊有2層以上的第一層7和 第二層8的構(gòu)成的覆蓋層9。此外，為了謀求成膜的覆蓋層的均勻化，在覆蓋層6的成膜時，也優(yōu)選一邊使試樣旋轉(zhuǎn)一邊進(jìn)行成膜的方法。此外，作為陰極，例如可以使用分別獨立地含有金屬鈦(Ti)、金屬鋁仏1)、金屬1、 金屬Si、金屬M或M’(其中，M，M’如前文所述。)的金屬陰極，將這些金屬進(jìn)行復(fù)合化的合 金陰極，或含有這些金屬的碳化物、氮化物、硼化物化合物粉末或燒結(jié)體的混合物陰極。實施例1以平均粒徑0.8 iim的碳化鎢(WC)粉末作為主成分，在其中添加10質(zhì)量％的平 均粒徑1. 2 y m的金屬鈷(Co)粉末、0. 1質(zhì)量％的平均粒徑1. 0 y m的碳化釩(VC)粉末， ^質(zhì)量^的平均粒徑^?。唬。?！的碳化鉻(Cr3C2)粉末，進(jìn)行混合，通過加壓成形使其成形 為CNMG120408MS形狀的多刃刀頭形狀，然后實施脫粘合劑處理，接著以0. OlPa的真空中、 1450°C的條件進(jìn)行1小時燒成，制得超硬合金。另外，通過對各試樣的前刀面表面進(jìn)行噴射 加工、磨刷加工等來進(jìn)行研磨加工。進(jìn)而，利用磨刷加工對制得的超硬合金實施刃尖處理 (珩磨)。對于如上所述制得的基體，將表1所示的用于進(jìn)行第一層的成膜的第1靶和用于 進(jìn)行第二層的成膜的第2靶配置于成膜裝置的對置的位置，首先使用第1靶并采用第一層 成膜條件，之后使用第2靶并采用第2成膜條件，按照這樣的順序施加偏置電壓，按照表1 所示成膜條件進(jìn)行各試樣的覆蓋層的成膜。對于所得的試樣(1-1 14)，利用透射型電子顯微鏡(TEM)對含覆蓋層的表面 的剖面進(jìn)行觀察，求出構(gòu)成覆蓋層的結(jié)晶的平均結(jié)晶寬度。另外，在利用TEM觀察時，利用 能量分散分光分析(EDS)對各覆蓋層的任意3處的組成進(jìn)行測定，將它們的平均值作為 各覆蓋層的組成從而求得。進(jìn)而，對覆蓋層中的分散粒子的有無及其組成進(jìn)行確認(rèn)。另 外，利用掃描型電子顯微鏡觀察基體與覆蓋層的界面附近，對界面的凹凸進(jìn)行掃描，按照 JISB0601-2001規(guī)定的算術(shù)平均高度(Ra)的計算方法，利用該掃描得到的線來評估界面的 粗糙度。測定結(jié)果在表3中以界面粗糙度示出。接著，使用制得的外徑切削工具CNMG120408MS形狀的多刃刀頭，按照以下的切削 條件，進(jìn)行切削試驗。結(jié)果在表3中示出。切削方法外徑車削加工被削材料SUS304切削速度150m/分進(jìn)給量0.2mm/轉(zhuǎn)進(jìn)刀量2.0mm切削狀態(tài)濕式評價方法利用顯微鏡，對切削30分鐘后的橫后刀面磨損和尖端磨損、崩裂的有 無進(jìn)行測定。[表1] *標(biāo)記表示本發(fā)明范圍以外的試樣。[表3] *標(biāo)記表示本發(fā)明范圍以外的試樣。表1 3所示的結(jié)果可知，在含有未進(jìn)行第二層的成膜而僅進(jìn)行第一層的成膜的 構(gòu)成的試樣No. 1-10中，在發(fā)生微小崩裂的同時耐磨損性也差。另外，在第一層為規(guī)定的范 圍之外的組成的試樣No. I-1UI-12,以及第一層和第二層的兩者都為規(guī)定的范圍以外的組 成的試樣No. 1-14中，或者覆蓋層發(fā)生剝離，或者磨損加重，或者在早期就發(fā)生缺損，均為 工具壽命的短的試樣。進(jìn)而，對于第二層含有與第一層同樣的金屬成分的試樣No. 1-13而 言，耐磨損性差，耐缺損性下降。與此相對，對于本發(fā)明的范圍內(nèi)的試樣No. 1-1 10而言，任一覆蓋層的耐缺損性 和耐氧化性均優(yōu)異，發(fā)揮了良好的切削性能。實施例2與實施例1的覆蓋層相對，將表4所示的用于進(jìn)行第一層的成膜的第1靶和用于 進(jìn)行第二層的成膜的第2靶配置于成膜裝置的對置的位置，按照表4的成膜條件，一邊從兩 個靶產(chǎn)生等離子體，一邊使安裝于裝置內(nèi)的試樣臺旋轉(zhuǎn)，制成以表5所示的厚度的周期交 替地層疊有第一層和第二層的構(gòu)成的覆蓋層，除此以外，采用與實施例1同樣的方法制作 切削工具，同樣地評價切削性能(1-15 28)。結(jié)果在表5中示出。[表 4]
*標(biāo)記表示本發(fā)明范圍以外的試樣。[表 5] *標(biāo)記表示本發(fā)明范圍以外的試樣。
由表4、5所示結(jié)果可知，在包含僅進(jìn)行第一層的成膜的構(gòu)成的試樣No. 1-24中，發(fā) 生微小崩裂，并且耐磨損性也差。另外，在第一層為規(guī)定的范圍以外的組成的試樣No. 1-25、 26以及第一層和第二層這兩者均為規(guī)定的范圍以外的組成的試樣No. 1-28中，或者覆蓋層 發(fā)生剝離，或者磨損加重，或者早期就發(fā)生缺損，均為工具壽命短的試樣。進(jìn)而，在第二層含 有與第一層同樣的金屬成分的試樣No. 1-27中，耐磨損性差，耐缺損性下降。與此相對，在本發(fā)明的范圍內(nèi)的試樣No. 1-15 23中，任一覆蓋層的耐缺損性和 耐氧化性均優(yōu)異，發(fā)揮了良好的切削性能。實施例3除了以表6的組成來代替實施例1的超硬合金基體以外，采用與實施例1同樣的 方法制造多刃刀頭，以與實施例1相同的條件進(jìn)行切削試驗。結(jié)果在表6 8中示出。[表 6] [表 7] [表 8] *標(biāo)記表示本發(fā)明范圍以外的試樣。由表6 8所示結(jié)果可知，本發(fā)明的范圍內(nèi)的試樣No. II-1 4的耐缺損性和耐 氧化性均優(yōu)異，發(fā)揮了良好的切削性能。實施例4使用實施例3的試樣No. 4的超硬合金基體，在其表面形成表9的覆蓋層，除此以 外，采用與實施例2相同的方法制備多刃刀頭，以與實施例1相同的條件進(jìn)行切削試驗。結(jié) 果在表9、10中示出。[表 9] [表 10] 在本發(fā)明的范圍內(nèi)的試樣No. II-5 8中，任一覆蓋層的耐缺損性和耐氧化性均 優(yōu)異，發(fā)揮了良好的切削性能。實施例5使用平均粒0. 5 ii m的A1203粉末、平均粒徑1 y m的MgO粉末、平均粒徑1 y m的CoO 粉末和平均粒徑1 y m的NiO粉末，按照表11所述進(jìn)行調(diào)配，使用配備了 A1203制磨珠的球 磨機將該粉體進(jìn)行72小時的混合。接著，將經(jīng)混合的粉體以壓力為98MPa條件加壓成形為JIS CNGA120408的多刃刀頭形狀。對該成形體進(jìn)行脫粘合劑處理，然后在Ar氣0. 04MPa 的非氧化性氣氛中，以1650°C進(jìn)行燒成，得到A1203質(zhì)陶瓷。接著，對該A1203質(zhì)陶瓷基體的 兩主面進(jìn)行研削加工，采用金剛石輪對基體的切削刃部分實施刃尖處理，在切削刃尖端形 成R = 0. 02 ii m的珩磨R。對于如上所述制得的基體，將表12所示的用于第一層的成膜的第1靶和用于第二 層的成膜的第2靶配置于成膜裝置的對置的位置，首先使用第1靶，利用第一層成膜條件， 然后再使用第2靶，使用第2成膜條件，按照這樣的順序施加偏置電壓，利用表7所示的成 膜條件進(jìn)行各試樣的覆蓋層的成膜。此外，對于試樣No. III-7而言，將試樣設(shè)置在與其它 試樣相比更靠相對于與靶對置的區(qū)域之外的區(qū)域，進(jìn)行成膜。對于得到的試樣，與實施例1同樣地進(jìn)行覆蓋層的評價，并且利用得到的切削工 具形狀的多刃刀頭(切削工具)，采用以下的切削條件進(jìn)行切削試驗。結(jié)果在表12、13中匯 總不出o刀頭形狀CNGN120408被削材料SKD11硬化鋼(HRC = 58-60)進(jìn)給量(Vc):100m/分轉(zhuǎn)速(f):0. 1mm/轉(zhuǎn)進(jìn)刀量(ap):0.5切削條件干式加工評價項目從①200至①150的切削長為200mm的外周切削在90分鐘的加工結(jié)束 后，測定磨損量。[表11]
*標(biāo)記表示本發(fā)明范圍以外的試樣。
*標(biāo)記表示本發(fā)明范圍以外的試樣。由表11 13所示結(jié)果可知，在本發(fā)明的范圍內(nèi)的試樣No. II1-1 8中，任一覆 蓋層的耐缺損性和耐氧化性均優(yōu)異，發(fā)揮良好的切削性能。實施例6對于實施例5的試樣No. 111-8，利用以下的構(gòu)成代替覆蓋層，進(jìn)行成膜。S卩，將表 14所示的用于第一層的成膜的第1靶和用于第二層的成膜的第2靶配置于成膜裝置的對 置的位置，按照表14的成膜條件，一邊從兩靶產(chǎn)生等離子體，一邊使設(shè)置于裝置內(nèi)的試樣 臺旋轉(zhuǎn)，制成按照表14所示厚度的周期交替地層疊有第一層和第二層的構(gòu)成的覆蓋層，除 此以外，采用與實施例5的試樣No. III-1相同的方法制作切削工具，同樣地評價切削性能。 結(jié)果在表15中示出。[表14]
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*標(biāo)記表示本發(fā)明范圍以外的試樣。[表15] *標(biāo)記表示本發(fā)明范圍以外的試樣。由表14、15所示結(jié)果可知，在覆蓋層的組成、構(gòu)成為規(guī)定的范圍以外的試樣 No. 111-23 27中，耐缺損性和耐磨損性都差。與此相對，在本發(fā)明的范圍內(nèi)的試樣 No. 111-18 22中，任一覆蓋層的耐缺損性和耐氧化性均優(yōu)異，發(fā)揮了良好的切削性能。實施例7作為起始原料，使用平均粒徑0.3 iim的氮化硅(Si3N4)粉末、平均粒徑1. 2 y m的稀土類(RE)元素化合物(氫氧化鑭(La(0H)2)、氧化釔(Y203)、氧化鐿(Yb203)、氧化鉺 (Er203)、氧化鈰(Ce203)中的任一種)粉末、平均粒徑0. 7 y m的氧化鋁(A1203)粉末以及平 均粒徑2. 5 y m的氫氧化鎂(Mg (OH) 2)粉末，將這些原料按照表16的比例進(jìn)行調(diào)配，添加粘 合劑和溶劑之后，利用超微研磨機(Attritor Mill)進(jìn)行70小時的粉碎混合。然后，進(jìn)行干 燥，除去溶劑，制備造粒粉末，利用表1所示的成形壓將該造粒粉末加壓成形為SNGN120412 的切削工具形狀。將該成形體安裝在燒成匣缽內(nèi)時，以將選自Si3N4粉末、Si粉末、Si02粉末的中的 至少1種與Mg (OH) 2粉末的混合粉末填充至燒成匣缽內(nèi)的狀態(tài)進(jìn)行安裝，加蓋，將其以置于 碳制的圓筒內(nèi)的狀態(tài)放置在燒成爐內(nèi)。接著，將燒成爐內(nèi)置換為1氣壓的氮，再進(jìn)行脫脂 后，以升溫速度10°C /分進(jìn)行升溫，以1800°C進(jìn)行6小時燒成。此外，燒成中的氣氛控制為 氮1氣壓。接著，以1600°C，2小時，196MPa的條件進(jìn)行熱等靜壓燒成(HIP)，進(jìn)而，對該燒 結(jié)體的表面進(jìn)行0. 3mm厚研削加工(兩端加工和外周加工)，得到Si3N4質(zhì)陶瓷。接著，對該 Si3N4質(zhì)陶瓷基體的兩主面進(jìn)行研削加工，同時采用金剛石輪對基體的切削刃部分實施刃尖 處理，在切削刃尖端形成R = 0. 02 y m的珩磨R。對于如上所述制備的基體，將表17所示的用于第一層的成膜的第1靶和用于第二 層的成膜的第2靶配置于成膜裝置的對置的位置，先使用第1靶，采用第一層成膜條件，然 后使用第2靶，采用第2成膜條件，按照這樣的順序施加偏置電壓，通過表17所示成膜條件 進(jìn)行各試樣的覆蓋層的成膜。此外，對于試樣No. IV-7，將試樣設(shè)置在與其它試樣相比更靠 相對于與靶對置的區(qū)域之外的區(qū)域，進(jìn)行成膜。對得到的試樣，采用與實施例1同樣的方法對覆蓋層的特性進(jìn)行評價，同時使用 得到的切削工具形狀的多刃刀頭(切削工具)，按照以下的切削條件進(jìn)行切削試驗。結(jié)果在 表17、18中示出。刀頭形狀SNGN120412被削材料FC250切削方法車削加工切削速度550m/min進(jìn)給量0.5mm/轉(zhuǎn)進(jìn)刀量2.0mm切削條件濕式加工評價項目2分鐘的加工結(jié)束后，通過利用顯微鏡觀察，對切削刃的側(cè)面磨損量、 尖端磨損量和崩裂狀態(tài)進(jìn)行確認(rèn)。[表16]
*標(biāo)記表示本發(fā)明范圍以外的試樣。
，削特性
試樣編號熔滴的比率
No(面積％)崩裂的有無側(cè)面磨損尖端磨損 *標(biāo)記表示本發(fā)明范圍以外的試樣。由表16 18所示結(jié)果可知，在覆蓋層的組成、構(gòu)成為規(guī)定的范圍以外的試樣 No. IV-13 17中，得到耐缺損性和耐磨損性都差的結(jié)果。與此相對，在本發(fā)明的范圍內(nèi)的 試樣No. IV-I 12中，任一覆蓋層的耐缺損性和耐氧化性均優(yōu)異，發(fā)揮良好的切削性能。實施例8對于實施例7的試樣No. IV-8，采用以下的構(gòu)成替代覆蓋層進(jìn)行成膜。S卩，將表19 所示的用于第一層的成膜的第1靶和用于第二層的成膜的第2靶配置在成膜裝置的對置的 位置，按表19的成膜條件，一邊從兩靶產(chǎn)生等離子體，一邊使安裝與裝置內(nèi)的試樣臺旋轉(zhuǎn)， 制成按照表19所示厚度的周期交替地層疊有第一層和第二層的構(gòu)成的覆蓋層，除此以外， 采用與實施例7的試樣No. IV-I相同的方法制作切削工具，同樣地評價切削性能。結(jié)果在 表20中示出。[表19] *標(biāo)記表示本發(fā)明范圍以外的試樣。[表20] *標(biāo)記表示本發(fā)明范圍以外的試樣。由表19、20所示結(jié)果可知，在覆蓋層的組成、構(gòu)成為規(guī)定的范圍以外的試樣 No. IV-23 27中，得到耐缺損性和耐磨損性都差的結(jié)果。與此相對，在本發(fā)明的范圍內(nèi)的 試樣No. IV-18 22中，任一覆蓋層的耐缺損性和耐氧化性均優(yōu)異，發(fā)揮了良好的切削性 能。實施例9使用平均粒徑5 μ m的粗粒cBN原料粉末、平均粒徑0. 8 μ m的c微粒BN原料粉末、 平均粒徑1. 0 μ m的TiC原料粉末、平均粒徑1. 2 μ m的Mo2C原料粉末、平均粒徑1. 5 μ m的 Cr3C2原料粉末、平均粒徑1. 2 μ m的ZrC原料粉末、平均粒徑1. 2 μ m的TaC原料粉末、平均 粒徑0. 9 μ m的WC原料粉末、平均粒徑1. 0 μ m的HfC原料粉末、平均粒徑1. 5 μ m的金屬Al 原料粉末、平均粒徑0. 8 μ m的金屬Co原料粉末，按表21所示的組成進(jìn)行調(diào)配，利用裝備了氧化鋁制磨珠的球磨機對該粉體進(jìn)行15小時的混合。接著，以壓力98MPa對經(jīng)混合的粉體 進(jìn)行加壓成形。將該成形體按照以下方法進(jìn)行燒成，得到cBN質(zhì)燒結(jié)體利用超高壓、高溫 裝置，以表21所示的升溫速度進(jìn)行升溫，再以壓力5. OGPa以及表21所示的燒成溫度、時間 等條件進(jìn)行燒成，然后按表21所示的降溫速度進(jìn)行降溫。另外，利用線電極放電加工從制 得的燒結(jié)體中切出規(guī)定的尺寸，釬焊在超硬合金基體的切刃前端部形成的進(jìn)刀臺階部。接 著，使用金剛石輪對該cBN燒結(jié)體的切削刃實施刃尖處理(倒棱珩磨，chamfer honing)。
通過電弧離子鍍法，對如上所述制得的基體(JIS · CNGA120408的多刃刀頭形 狀)進(jìn)行覆蓋層的成膜。具體的成膜方法為，將上述基體安裝在電弧離子鍍裝置中，加熱 至500°C，然后在導(dǎo)入有2. 5Pa氮氣的氣氛中，設(shè)定電弧電流100A、偏置電壓50V、加熱溫度 500°C的條件，按順序進(jìn)行表22所示的組成的覆蓋層的成膜。另外，與實施例1相同的方法 對覆蓋層的組成進(jìn)行測定。測定結(jié)果在表22作為覆蓋層的組成示出。此外，cBN粒子的粒徑，首先對cBN質(zhì)燒結(jié)體的剖面拍攝掃描型電子顯微鏡照片， 利用圖像解析法從照片中求出20個以上的各cBN粒子的面積。接著，按照CIS-019D-2005 所規(guī)定的超硬合金的平均粒徑的測定方法，算出cBN的粒徑。接著，統(tǒng)計cBN粒子的粒徑分 布，確認(rèn)分布是否具有2個峰。接著，在具有2個峰的情況下，在表21中示出粗粒側(cè)的峰值 的粒徑和微粒側(cè)的峰值的粒徑。接下來，使用所得的帶槽切削工具形狀的多刃刀頭(試樣No. 1 20)，按照以下的 切削條件進(jìn)行切削試驗。結(jié)果在表23中示出。切削方法外徑加工被削材FC250，4條槽切削速度500m/min進(jìn)給量0.2mm/ 轉(zhuǎn)進(jìn)刀量肩進(jìn)刀量0.2mm，深進(jìn)刀量0.4mm切削狀態(tài)干式加工評價方法磨損寬0. Imm或發(fā)生崩裂，加工至不能加工為止的加工數(shù)量。
*標(biāo)記表示本發(fā)明范圍以外的試樣。由表21 23所示的結(jié)果可知，在覆蓋層的組成、構(gòu)成為規(guī)定的范圍以外的試樣 No. V-9，11，15 20中，得到耐缺損性和耐磨損性都差的結(jié)果。與此相對，在本發(fā)明的范圍 內(nèi)的試樣No. V-I 8、12-14中，任一覆蓋層的耐缺損性和耐氧化性均優(yōu)異，發(fā)揮了良好的 切削性能。實施例10作為原料粉末，使用20體積％的平均粒徑5 μ m的粗粒cBN原料粉末、60體積％的 0. 8 μ m的微粒cBN原料粉末、總計80體積％的cBN原料粉末、17體積％的平均粒徑1. 2 μ m 的TiC原料粉末、3體積％的1. 5 μ m的金屬Al原料粉末，將這些原料粉末調(diào)合，利用裝備氧 化鋁制磨珠的球磨機對該粉體進(jìn)行15小時的混合。接著，以壓力98MPa的條件將已混合的 粉體加壓成形為與實施例9相同的形狀。采用超高壓裝置，將該成形體以50°C /分進(jìn)行升 溫、以壓力5. OGpa在1500°C下保持15分鐘來燒成，之后以50°C /分進(jìn)行降溫，由此進(jìn)行燒 成，得到cBN質(zhì)燒結(jié)體。對所得的基體采用與實施例9相同的方法按照表24所示的條件進(jìn)行覆蓋層的成 膜(試樣No.V-21 30)。使用該試樣與上述相同地進(jìn)行切削評價。結(jié)果在表25中示出。[表 4]
權(quán)利要求
一種切削工具，其含有基體和將所述基體的表面覆蓋的覆蓋層，其特征在于，所述覆蓋層具有第一層和第二層，所述第一層包含Ti1-a-b-c-dAlaWbSicMd(C1-xNx)，其中，M為選自Nb、Mo、Ta、Hf和Y中的至少1種，并且0.45≤a≤0.55，0.01≤b≤0.1，0≤c≤0.05，0.01≤d≤0.1，0≤x≤1，所述第二層包含Ti1-e-f-gAleSifM’g(C1-yNy)，其中，M’為選自Nb、Mo、Ta、Hf和Y中的至少1種，并且0.50≤e≤0.60，0≤f≤0.1，0.05≤g≤0.15，0≤y≤1。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的切削工具，其特征在于，所述第一層的膜厚為1 7 μ m，所述第二層的膜厚為0. 5 5 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的切削工具，其特征在于，所述第一層的平均結(jié)晶寬度為0. 01 0. 5 μ m，所述第二層的平均結(jié)晶寬度為0. 6 3 μ m0
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3中任一項所述的切削工具，其特征在于，在所述第一層中散布有平均結(jié)晶粒徑為0. 05 1 μ m的分散粒子。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的切削工具，其特征在于，所述覆蓋層是以2層以上交替地層疊所述第一層和所述第二層而成的。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的切削工具，其特征在于，所述第一層的各層的膜厚為0. 02 0.7 μ m，所述第二層的各層的膜厚為0.01 0. 5 μ m，所述第一層的總膜厚為1 7 μ m，所述第二層的總膜厚為0. 5 5 μ m。
7.根據(jù)權(quán)利要求1 6中任一項所述的切削工具，其特征在于，所述基體包含下述超硬合金，所述超硬合金含有60 95質(zhì)量％的WC、0 10質(zhì)量％ 的選自周期表第IVB、VB、VIB族金屬中的至少1種元素的碳化物、氮化物或碳氮化物以及 5 30質(zhì)量％的鐵族金屬。
8.根據(jù)權(quán)利要求1 6中任一項所述的切削工具，其特征在于，所述基體包含下述Al2O3質(zhì)燒結(jié)體，所述Al2O3質(zhì)燒結(jié)體含有A1203、0 1質(zhì)量％的1%0、 總量為10 70質(zhì)量％的選自Ti或Si的碳化物、氮化物及碳氮化物的組中的至少1種以 及總量為0. 1 2. 0質(zhì)量％的選自Co和Ni中的至少1種。
9.根據(jù)權(quán)利要求1 6中任一項所述的切削工具，其特征在于，所述基體包含下述的Si3N4質(zhì)燒結(jié)體，所述Si3N4質(zhì)燒結(jié)體含有94. 5 99. 5質(zhì)量％的 氮化硅、以RE2O3換算為0. 1 4. 5質(zhì)量％的稀土類(RE)元素氧化物、以MgO換算為0. 3 2.5質(zhì)量％的氧化鎂、以Al2O3換算為0 0.6質(zhì)量％的氧化鋁、以二氧化硅(SiO2)換算為 0. 1 4. 5質(zhì)量％的殘余的氧以及0 2質(zhì)量％的周期表第VIB族元素的硅化物。
10.根據(jù)權(quán)利要求1 6中任一項所述的切削工具，其特征在于，所述基體包含下述cBN質(zhì)燒結(jié)體，所述cBN質(zhì)燒結(jié)體含有70體積％以上的在cBN粒子 的粒徑分布中有粒徑4 6 μ m的cBN粗粒子與粒徑0. 5 1. 2 μ m的cBN微粒子這2個峰 的cBN粒子，且以含有選自周期表第IVB、VB、VIB族金屬中的至少1種以上的元素的碳化物 和鐵族金屬的結(jié)合相，將所述cBN粒子結(jié)合而成。
全文摘要
本發(fā)明提供耐磨損性和潤滑性高、且耐缺損性優(yōu)異的切削工具。本發(fā)明的切削工具(1)含有基體(2)、覆蓋該基體(2)的表面的覆蓋層(6)或覆蓋層(9)，其中覆蓋層(6)或覆蓋層(9)具有第一層(7)和第二層(8)，所述第一層(7)包含Ti1-a-b-c-dAlaWbSicMd(C1-xNx)(其中，M為選自Nb、Mo、Ta、Hf和Y中的至少1種，0.45≤a≤0.55，0.01≤b≤0.1，0≤c≤0.05，0.01≤d≤0.1，0≤x≤1)，所述第二層(8)包括Ti1-e-f-gAleSifM’g(C1-yNy)(其中，M’為選自Nb、Mo、Ta、Hf和Y中的至少1種，0.50≤e≤0.60，0≤f≤0.1，0.05≤g≤0.15，0≤y≤1)。
文檔編號C23C14/06GK101848782SQ200980000578
公開日2010年9月29日 申請日期2009年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月26日
發(fā)明者中岡達(dá)行, 渡邊孝, 牧野貴彥, 立野周一, 脅真宏, 野田謙二 申請人:京瓷株式會社