表面包覆切削工具制造技术

本发明专利技术提供一种表面包覆切削工具。本发明专利技术的表面包覆切削工具，其在工具基体的表面包覆形成由下部层、中间层及上部层构成的硬质包覆层，其中，（a）下部层由氮化物层构成，Al成分在层中的金属成分中所占的含有比例为40原子%以上，（b）中间层由Al和Si的氮化物层、氧化物层或氧氮化物层构成，且具有含有比率沿层厚方向连续变化的如下组成倾斜结构，即该中间层中的Al成分及Si成分的含有比率在下部层侧Al的含有比率较高，Si的含有比率较低，另一方面，在上部层侧Al的含有比率较低，Si的含有比率较高，其中，可用选自Ti、Cr的至少1种以上的元素取代Al的一部分，（c）上部层由在表面侧N含有比率变高的非晶氧氮化硅层构成。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供一种表面包覆切削工具。本专利技术的表面包覆切削工具，其在工具基体的表面包覆形成由下部层、中间层及上部层构成的硬质包覆层，其中，（a）下部层由氮化物层构成，Al成分在层中的金属成分中所占的含有比例为40原子%以上，（b）中间层由Al和Si的氮化物层、氧化物层或氧氮化物层构成，且具有含有比率沿层厚方向连续变化的如下组成倾斜结构，即该中间层中的Al成分及Si成分的含有比率在下部层侧Al的含有比率较高，Si的含有比率较低，另一方面，在上部层侧Al的含有比率较低，Si的含有比率较高，其中，可用选自Ti、Cr的至少1种以上的元素取代Al的一部分，（c）上部层由在表面侧N含有比率变高的非晶氧氮化硅层构成。【专利说明】表面包覆切削工具
本专利技术涉及一种表面包覆切削工具(以下，称为“包覆工具”)，其在合金工具钢和轴承钢这样的淬火材料等硬质合金钢等的高速连续切削加工中，在长期使用中发挥优异的耐磨损性。
技术介绍
以往，已知有在工具基体表面通过化学蒸镀法或物理蒸镀法包覆形成由碳化物、氮化物、碳氮化物及氧化物等构成的硬质皮膜的包覆工具。例如，如专利文献I所示，提出有如下包覆工具，即通过化学蒸镀法在工具基体表面作为下部层包覆形成Ti化合物层，作为上部层包覆形成上部内周层和上部外周层，另外，上部内周层由Al和Cr的复合氧化物层构成，并且，上部外周层由氧化硅层及Al和Cr的复合氧化物层交替层叠而构成，根据该包覆工具可知，由于皮膜具有润滑性，因此在难切削材料的重切削加工中发挥优异的耐崩刀性。专利文献I所示的包覆工具为通过化学蒸镀法形成氧化硅层的包覆工具，但作为氧化硅层的其他成膜手段还已知有通过溶胶-凝胶法的成膜。例如，如专利文献2所示，已知有为了抑制发生通过电弧离子镀法形成的氮化膜在高温环境下产生氧化铁的情况，强化耐热性和耐磨损性，在通过电弧离子镀法形成的氮化膜上形成由Mg0、Al203或ZrO2构成的氧化膜之后，形成TiAlN膜，且进一步在其之上通过溶胶-凝胶法形成硅酸盐膜。并且，如专利文献3所示，已知有为了改善耐溶出性，并防止基材的腐蚀等，在通过电弧离子镀法形成的氮化膜上，或在该氮化膜上形成的氧化膜上，通过溶胶-凝胶法形成氧化硅膜。专利文献1:日本专利公开2007-130741号公报专利文献2:日本专利公开2000-54114号公报专利文献3:日本专利公开2000-54162号公报现有的包覆工具(例如，专利文献I记载的包覆工具)中，通过溶胶-凝胶法形成氧化硅层时，在膜界面的粘附性不够充分，因此例如将该包覆工具在伴有高热产生，并且高负荷作用于切削刃的合金工具钢和轴承钢的淬火材料等硬质合金钢的高速连续切削加工中使用时，容易发生层剥离，并因此而存在无法在长期使用中发挥充分的耐磨损性的问题。
技术实现思路
因此，本专利技术人等为了在工具基体表面通过溶胶-凝胶法形成粘附性、剥离强度优异的氧化硅膜而进行了深入研究，其结果发现可获得如下包覆工具:在工具基体的表面形成含有Al成分的氮化物层作为下部层，并且形成氧和氮具有组成倾斜结构的非晶氧氮化硅层作为上部层，并且，在下部层与上部层之间夹杂形成Al成分和Si成分具有组成倾斜结构的中间层，由此即使通过溶胶-凝胶法形成由非晶氧氮化硅层构成的上部层时，非晶氧氮化硅层的粘附性得到改善，并且进行切削加工时的耐磨损性和润滑性得到提高，因此在伴有高热产生且高负荷作用于切削刃的硬质合金钢的高速连续切削加工中，也不会产生崩刀、缺损等异常损伤而发挥优异的耐磨损性。即，发现该专利技术中，在下部层与上部层之间，夹杂形成Al和Si(其中，可用选自T1、Cr的至少I种以上的元素取代Al的一部分。)的氮化物层、氧化物层或氧氮化物层，并且，夹杂形成具有沿层厚方向Al和Si的含有比率连续变化的如下组成倾斜结构的中间层，即关于该中间层的Al成分及Si成分的含有比率，在下部层侧Al的含有比率较高，Si的含有比率较低，另一方面，在上部层侧Al的含有比率较低，Si的含有比率较高，另外，形成越向表面侧N含有比率变得越高，另一方面，越向中间层侧氧含有比率变得越高的非晶氧氮化硅层作为上部层，由此能够提高下部层、中间层及上部层的粘附性。并且，关于本专利技术的包覆工具，硬质包覆层的上部层的粘附性优异且润滑性优异，另外，由于下部层具备优异的耐磨损性，因此在伴有高热产生且高负荷作用于切削刃的硬质合金钢的高速连续切削加工中，也不会产生崩刀、缺损及剥离等异常损伤而在长期使用中发挥优异的耐磨损性。该专利技术是根据上述见解而完成的，具有如下特征:(I) 一种表面包覆切削工具，在由碳化钨基硬质合金、碳氮化钛基金属陶瓷构成的工具基体的表面上，蒸镀形成由下部层、中间层及上部层构成的硬质包覆层而成，其中，(a)下部层由具有0.8?8.0 μ m的平均层厚的氮化物层构成，Al成分在该层中的金属成分中所占的含有比例为40原子％以上，(b)中间层具有0.05?0.2μπι的平均层厚，且由Al和Si的氮化物层、氧化物层或氧氮化物层构成，且具有含有比率沿层厚方向连续变化的如下组成倾斜结构，即该中间层中的Al成分的含有比率，与上部层侧相比，在下部层侧的Al的含有比率较高，另一方面，该中间层中的Si成分的含有比率与下部层侧相比，在上部层侧的Si的含有比率较高，(c)上部层具有0.2?3.0μ m的平均层厚，且由N成分的含有比率从表面侧朝向层厚方向连续减少的非晶氧氮化硅层Si (OpNg)2 (其中，以原子比率计，0.5 <X< 0.8)构成。(2)上述(I)所述的表面包覆切削工具，其中，上述中间层的组成倾斜结构中，在从下部层与中间层的界面向中间层侧的0.02 μ m的区域，Al在中间层的金属成分中所占的含有比率为60原子％以上，并且，在从上部层与中间层的界面向中间层侧的0.02 μ m的区域，Si在中间层的金属成分中所占的含有比率为60原子％以上。(3)根据上述(I)或(2)所述的表面包覆切削工具，其中，在上述中间层的组成中，用M (其中，M为选自T1、Cr的至少I种以上的元素)取代Al的一部分。以下，对本专利技术进行详细说明。该专利技术的包覆工具，如图1所示在工具基体的表面具有由下部层、中间层及上部层构成的硬质包覆层，下部层由Al成分的含有比例为40原子％以上的氮化物层构成，中间层由具有Al和Si的组成倾斜结构的Al和Si (其中，可用选自T1、Cr的至少I种以上的元素取代Al的一部分。)的氮化物层、氧化物层或氧氮化物层构成，上部层由具有N和O的组成倾斜结构的非晶氧氮化硅层构成。该专利技术的包覆工具的下部层由具有0.8?8.0 μ m的平均层厚的氮化物层构成，并且，通过物理蒸镀(PVD)法、化学蒸镀(CVD)法等形成Al成分在该氮化物层中的金属成分中所占的含有比例为40原子％以上的氮化物层。其中，之所以将下部层的平均层厚设为0.8?8.0 μ m，是因为其平均层厚低于0.8 μ m时无法在长期使用中发挥充分的耐磨损性，另一方面，若其平均层厚超过8.0 μ m，则变得容易产生崩刀。并且，之所以将由氮化物层构成的下部层中的Al成分在金属成分中所占的含有比例设为40原子％以上，是因为若为下部层中的金属成分中Al所占的含有比例为40原子％以上的氮化物层，则氮化物层中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种表面包覆切削工具，在由碳化钨基硬质合金、碳氮化钛基金属陶瓷构成的工具基体的表面上，包覆形成由下部层、中间层及上部层构成的硬质包覆层而成，其特征在于，（a）下部层由具有0.8～8.0μm的平均层厚的氮化物层构成，Al成分在该层中的金属成分中所占的含有比例为40原子%以上，（b）中间层具有0.05～0.2μm的平均层厚，且由Al和Si的氮化物层、氧化物层或氧氮化物层构成，且具有含有比率沿层厚方向连续变化的如下组成倾斜结构，即该中间层中的Al成分的含有比率与上部层侧相比，在下部层侧的Al的含有比率较高，另一方面，该中间层中的Si成分的含有比率与下部层侧相比，在上部层侧的Si的含有比率较高，（c）上部层具有0.2～3.0μm的平均层厚，且由N成分的含有比率从表面侧朝向层厚方向连续减少的非晶氧氮化硅层Si（OX、N1‑X）2构成，其中，以原子比率计，0.5＜X＜0.8。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：柿沼宏彰，高冈秀充，长田晃，樱井英章，黑光祥郎，
申请(专利权)人：三菱综合材料株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP