包覆切削工具部件和在切削工具基体表面上形成硬质包覆层的方法技术

本发明专利技术提供一种包覆切削工具部件，这种包覆切削工具部件在伴随着产生高热的高速切削条件下进行各种钢或铸铁等的切削加工的情况下，不仅能够发挥良好的耐摩耗性，而且，即使在以高进刀量及高送进量等的高负载切削条件下进行上述切削加工的情况下，也能发挥良好的耐卷刃性。在该包覆切削工具部件中，在硬质基体表面上，经过物理蒸镀，以１～１０μｍ的平均层厚，形成从Ｔｉ与Ａｌ的复合氮化物、复合碳氮化物中选择的硬质包覆层，上述硬质包覆层共存地含有相对于金属元素总量的原子比为０．００２～０．１的Ｚｒ及０．０００５～０．０５的Ｙ、Ｃｅ的一种以上。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种包覆切削工具部件，这种包覆切削工具部件由于其硬质包覆层不仅具有良好的高温硬度，而且具有更好的高温强度，因此，在伴随着产生高热的高速切削条件下进行各种钢或铸铁等的切削加工的情况下，不仅能够发挥良好的耐摩耗性，而且，即使以高进刀量及高送进量等的高负载切削条件进行上述切削加工，也能发挥良好的耐卷刃性。
技术介绍
以往，一般的切削工具具有在各种钢或铸铁等被切削材料的车削加工或刨削加工中使用的、可自由装卸地安装在车刀或刀具尖端的镶刃；对上述被切削材料进行开孔加工等使用的钻头或小型钻头；以及在上述被切削材料的端面切削加工或者切槽加工、凸缘切削加工等方面使用的实心型立铣刀等，另外，还有把上述镶刃可自由装卸地安装在本体尖端部并与上述实心型立铣刀同样地进行切削加工的镶刃式立铣刀工具等，这些都是公知的技术。进一步，以往，作为一般的上述切削工具，有按照下述方式构成的包覆切削工具，即在碳化钨(以下用WC表示)基超硬合金基体、碳氮化钛(以下用TiCN表示)基金属陶瓷或立方晶氮化硼(以下用c-BN表示)基烧结材料基体(以下将这些总称为硬质基体)的表面上，以0.5～10μm的平均层厚，形成例如Ti的氮化物(以下用TiN表示)层、Ti的碳氮化物(以下用TiCN表示)层、Ti与Al的复合氮化物(以下用(Ti，Al)N表示)层等的硬质覆膜，这种包覆切削工具是已知技术。另外，将这种包覆切削工具用于钢或铸铁等的连续切削或断续切削也是公知的技术。再者，作为上述包覆切削工具的硬质覆膜，公知的有例如(Ti，Al)N层，(Ti，Al)N层通过下述方式形成，例如特开昭62-56565号公报所记载的技术，使用图2概略说明图所表示的电弧离子镀装置，在例如把装置内用加热器加热到500℃温度的状态下，在阳极电极和设置具有与目标覆膜组成相对应的组成的Ti-Al合金的阴极电极(蒸发源)之间，在例如电流90A的条件下产生电弧放电，同时将作为反应气体的氮气导入装置内，以例如反应气氛为3Pa，并在硬质基体上施加例如-200V偏压电压的条件下，进行物理蒸镀。另外，上述以往包覆切削工具中的、在基体表面覆盖有TiN层的包覆切削工具，在普通条件的切削加工中使用的情况下，虽然显示出良好的寿命特性，但是，在用于高速条件的切削加工中的情况下，摩耗的进行使这种刀具过早地达到使用寿命，而覆盖有TiCN层或(Ti，Al)N层的包覆切削工具，特别是覆盖有(Ti，Al)N层的包覆切削工具，由于(Ti，Al)N层的改进的高温硬度、耐氧化性的效果，即使在高速条件的切削加工中，也能显示出非常出色的耐摩耗性，因而，这种(Ti，Al)N层当前作为包覆切削工具的硬质包覆层得到了广泛的使用，已是公知的技术。还有，以进一步提高上述(Ti，Al)N层的耐氧化性及高温特性为目的，形成上述(Ti，Al)N层的公知技术有例如特开平7-310174号公报、特开平8-199338号公报、特开平9-295204号公报、特开平11-131215号公报所记载，在上述硬质包覆层上以置换Ti和/或Al的形式含有Si、Y、Zr、V、Nb、Cr等的第3金属的各种(Ti，Al，X)N层的物理蒸镀法。其中，添加Si的、满足分子式(Ti1-(X+Y)AlXSiY)NZC1-Z)(其中，用原子比表示x0.05～0.75、y0.01～0.1、z0.6～1)的Ti、Al与Si的复合氮化物(以下用(Ti，Al，Si)N表示)层；或者添加有Y的、满足分子式(TiaAlbYc)CXN1-X)(其中，用原子比表示a0.3～0.7、b0.3～0.7、c0.01～2、x0～1)的Ti、Al及Y的复合氮化物(以下用(Ti，Al，Y)N表示)层，其耐氧化性的改善效果特别好，这也是公知的。上述耐氧化性得到进一步改善的覆盖有(Ti，Al，Si)N层的包覆切削工具，特别是在高硬度钢的切削加工中发挥出比(Ti，Al)N层更好的切削性能，这也是公知的。进一步，作为包覆切削工具，人们提出了经过物理蒸镀在上述硬质基体表面上，以1～15μm的平均层厚，形成满足分子式(Ti1-(X+Y)AlXZrY)N(其中，用原子比表示X0.45～0.65、Y0.1～0.15)的Ti、Al与Zr的复合氮化物(以下用(Ti，Al，Zr)N表示)层组成的硬质包覆层而构成的包覆切削工具，该包覆切削工具由于构成硬质包覆层的上述(Ti，Al，Zr)N层具有良好的高温特性(高温硬度及耐热性、高温强度)，因此，用于伴随发生高热的各种钢或铸铁等高速连续切削或高速断续切削加工中，这也已经是公知技术。此外，上述包覆切削工具是通过下述方法制造的将上述硬质基体装入例如图2概略说明图所示的作为物理蒸镀装置的一种的电弧离子镀装置中，用加热器将装置内加热到例如400℃温度的状态下，在阳极电极和设置具有给定成分的Ti-Al-Zr合金的阴极电极之间，在例如电流90A的条件下产生电弧放电，同时将作为反应气体的氮气导入装置内，以例如反应气氛为2Pa，并在硬质基体上施加例如-200V偏压电压的条件下，在上述硬质基体的表面上，通过蒸镀形成由上述(Ti，Al，Zr)N层组成的硬质包覆层，这也是公知技术。随着近年来切削加工装置高性能化的崛起，一方面对切削加工要求省力化及节能化，另一方面，迫切要求低成本化。随之，还渴望得到下述的包覆切削工具，这种包覆切削工具，在伴随发生高热的高速切削条件下进行各种钢或铸铁等的切削加工的情况下，不仅能发挥良好的切削性能，而且，即使在以高进刀量及高送进量等的高负载切削条件下进行上述切削加工的情况下，也能发挥良好的切削性能。另一方面，目前的现状是，在基体表面上覆盖有上述(Ti，Al)N层或(Ti，Al，Si)N层或(Ti，Al，Zr)N层的包覆切削工具，虽然在高速条件的切削加工中能显示出良好的耐摩耗性，但是，在更高的进刀量及高送进量等的高负载切削条件下进行上述高速切削加工的情况下，很容易发生卷刃，在短时间内就达到了使用寿命。
技术实现思路
鉴于此，本专利技术者等从上述观点出发，为了开发特别是在高速强力切削加工中使硬质包覆层发挥良好的耐卷刃性的包覆切削工具，着眼于构成上述以往的包覆切削工具的硬质包覆层，进行了研究，结果如下(a)利用上述图2所示的电弧离子镀装置形成的作为以往硬质包覆层的(Ti，Al，Zr)N层，虽然沿着全部的厚度具有均质的强度与韧性、高温硬度与耐热性以及高温强度，但是，由于利用例如图1A以概略平面图、图1B以概略正面图所示结构的电弧离子镀装置在装置中央部设有基体安装用旋转台，隔着上述旋转台在一侧配置有上述以往(Ti，Al，Zr)N层形成中作为阴极电极使用的相当于Ti-Al-Zr合金的Al含量相对高的Ti-Al-Zr合金，在另一侧配置有Al含量相对低的Ti-Al-Zr合金，无论是Al含量相对高的Ti-Al-Zr合金，还是Al含量相对低的Ti-Al-Zr合金，都可以作为阴极电极使用，且两者对峙地配置着，在该装置的所述旋转台上，在朝半径方向上离开上述旋转台中心轴的位置安装硬质基体，在这种状态下，使装置内的反应气氛为氮气气氛并使上述旋转台旋转，同时，为了实现蒸镀所形成的硬质包覆层的层厚均匀化的目的，也让硬质基体本身自转，并在上述两侧的阴极电极与阳极电极之间产生电弧放电的条件下形成(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在高速强力切削条件下，硬质包覆层发挥良好的耐卷刃性的包覆切削工具部件，在硬质基体表面上，经过物理蒸镀，以１～１５μｍ的整体平均层厚形成Ｔｉ、Ａｌ及Ｚｒ的复合氮化物层组成的硬质包覆层，其特征是，所述硬质包覆层具有Ａｌ成分最高含有点 与Ａｌ成分最低含有点沿厚度方向以给定间隔交替反复地存在、而且从所述Ａｌ成分最高含有点向所述Ａｌ成分最低含有点以及从所述Ａｌ成分最低含有点向所述Ａｌ成分最高含有点的Ａｌ成分含量连续变化的成分浓度分布结构；而且，所述Ａｌ成分最高含有点满 足分子式：（Ｔｉ↓［１－（Ｘ＋Ｙ）］Ａｌ↓［Ｘ］Ｚｒ↓［Ｙ］）Ｎ（其中，用原子比表示Ｘ为０．４５～０．６５、Ｙ：０．０１～０．１５）；所述Ａｌ成分最低含有点满足分子式：（Ｔｉ↓［１－（Ｘ＋Ｙ）］Ａｌ↓［Ｘ］Ｚｒ↓［Ｙ］）Ｎ（其中，用 原子比表示Ｘ为０．１５～０．４０、Ｙ：０．０１～０．１５）；且相邻的所述Ａｌ成分最高含有点与Ａｌ成分最低含有点的间隔为０．０１～０．１μｍ。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：高冈秀充，中村惠滋，
申请(专利权)人：三菱麻铁里亚尔株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]