專利名稱：硬質(zhì)包覆層發(fā)揮優(yōu)異的耐崩刀性的表面包覆切削工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及表面包覆切削工具(以下稱為包覆工具)，在伴有高熱產(chǎn)生并且高負(fù)荷作用于切削刃的各種鋼或鑄鐵的高速重切削加工時(shí)，由于硬質(zhì)包覆層具備優(yōu)異的耐崩刀性，因此經(jīng)長(zhǎng)期使用發(fā)揮優(yōu)異的切削性能。
背景技術(shù)：
以往通常已知在碳化鎢(以下用WC表示)基硬質(zhì)合金或碳氮化鈦(以下用TiCN表示)基金屬陶瓷構(gòu)成的工具基體(以下將這些統(tǒng)稱為工具基體)的表面形成由下述下部層(a)和上部層(b)構(gòu)成的硬質(zhì)包覆層而成的包覆工具，并且已知該包覆工具使用于各種鋼或鑄鐵等的切削加工中。(a)下部層:為包括均被化學(xué)蒸鍍形成的Ti的碳化物(以下用TiC表示)層、氮化物(以下同樣用TiN表示)層、碳氮化物(以下用TiCN表示)層、碳氧化物(以下用TiCO表示)層及碳氮氧化物(以下用TiCNO表示)層中的一層或二層以上的Ti化合物層，(b)上部層:為被化學(xué)蒸鍍形成的氧化鋁層。但是，上述包覆工具存在在較大的負(fù)荷施加于切削刃的切削條件下易產(chǎn)生崩刀、缺損等且工具壽命較短之類的問題，因此為了消除該問題，目前提出了幾個(gè)提案。例如，專利文獻(xiàn)I中公開了如下內(nèi)容:硬質(zhì)包覆層通過具有包括Ti等的碳化物、氮化物、碳氮化物、硼化物、硼氮化物的一種以上形成的內(nèi)層、及由0.01 0.5 μ m粒度的無(wú)定形氧化鋁與結(jié)晶化氧化鋁構(gòu)成的氧化鋁形成的外層的包覆層，從而該包覆層微粒且致密，而且生產(chǎn)率很大。另外，專利文獻(xiàn)2中公開了如下內(nèi)容:在WC基硬質(zhì)合金基體的表面上，以2 20μm的平均層厚化學(xué)蒸鍍和/或物理蒸鍍包含Al2O3層的硬質(zhì)包覆層，例如由包括TiC層、TiN層、TiCN層、TiO2層、TiCO層、TiNO層及TiCNO層的Ti化合物層中的一種或兩種以上以及Al2O3層構(gòu)成的硬質(zhì)包覆層所形成的表面包覆硬質(zhì)合金制切削工具中，通過將構(gòu)成硬質(zhì)包覆層的Al2O3層由Al2O3的主體具有α型結(jié)晶構(gòu)造，且在上側(cè)部與下側(cè)部(基體側(cè))具有不同的結(jié)晶組織，上側(cè)部為柱狀A(yù)l2O3層、即柱狀晶粒為縱向排列配置的結(jié)晶組織，下側(cè)部為粒狀A(yù)l2O3層、即粒狀結(jié)晶組織的Al2O3層構(gòu)成，從而提供耐崩刀性優(yōu)異的包覆工具。進(jìn)而，專利文獻(xiàn)3中公開了如下內(nèi)容:在母材表面包覆硬質(zhì)膜的硬質(zhì)膜包覆部件中，硬質(zhì)膜包括非柱狀晶組織的Al氧化物或氧氮化物，該硬質(zhì)膜的膜厚為4至15 μ m，從而提供耐磨損性、耐缺損性優(yōu)異的長(zhǎng)壽命的包覆工具。專利文獻(xiàn)1:日本特開昭59-28565號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2:日本特開平10-76406號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3:日本特開平1-83667號(hào)公報(bào)近年來(lái)的現(xiàn)狀如下:對(duì)切削加工中的節(jié)省勞力化及節(jié)能化的要求強(qiáng)烈，隨此，包覆工具逐漸在更加苛刻的條件下使用，例如，即使是上述專利文獻(xiàn)I至3所示的包覆工具中，在使用于伴有高熱產(chǎn)生并且高負(fù)荷進(jìn)一步作用于切削刃的高速重切削加工時(shí)，由于上部層的熱傳導(dǎo)性高、熱屏蔽效應(yīng)不充分，所以也會(huì)因切削加工時(shí)的高負(fù)荷而容易在切削刃上產(chǎn)生崩刀、缺損，其結(jié)果在較短時(shí)間內(nèi)達(dá)到使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明人等從上述觀點(diǎn)出發(fā)，對(duì)即使在使用于伴有高熱產(chǎn)生并且高負(fù)荷作用于切削刃的高速重切削加工時(shí)，硬質(zhì)包覆層也具備優(yōu)異的韌性、耐崩刀性，而且經(jīng)長(zhǎng)期使用發(fā)揮優(yōu)異的耐磨損性的包覆工具進(jìn)行了深入研究，結(jié)果獲得了以下見解。S卩，作為硬質(zhì)包覆層，在所述以往的形成有包括氧化鋁的上部層的硬質(zhì)包覆層中，氧化鋁在與基體垂直方向上以柱狀來(lái)形成。因此，高溫硬度和耐磨損性提高，但是相反沿著氧化鋁層的基體的水平方向的粒界較少，氧化鋁層的熱傳導(dǎo)性上升，耐熱沖擊性、熱屏蔽性降低，結(jié)果無(wú)法發(fā)揮充分的耐崩刀性、耐缺損性，另外，工具壽命也不能說(shuō)是令人滿意的。因此，本發(fā)明人對(duì)構(gòu)成硬質(zhì)包覆層的上部層的氧化鋁層進(jìn)行了深入研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了如下新的見解:通過毫不損害氧化鋁層的高溫硬度和耐磨損性，而增加構(gòu)成上部層的氧化鋁層的粒界，從而提高韌性、熱屏蔽性，由此能夠提高硬質(zhì)包覆層的耐崩刀性、耐破損性。具體地說(shuō)，構(gòu)成上部層的氧化鋁層具有柱狀縱向生長(zhǎng)氧化鋁結(jié)晶組織，在該組織內(nèi)分散分布有微粒氧化鋁，因此抑制了氧化鋁層的熱傳導(dǎo)性，提高了耐熱沖擊性、熱屏蔽性。而且，上述構(gòu)成的氧化鋁層例如可以通過以下的化學(xué)蒸鍍法成膜。在工具基體表面上以反應(yīng)氣體組成(容量％)為AlCl3:2 3%、三甲基鋁(Al (CH3)3)(以下用 TMA 表示):0.25 0.75%, CO2:4 6%, HCl:1 3%, H2S:0.1 0.5%, H2:剩余，反應(yīng)氣氛壓力為5 8kPa，反應(yīng)氣氛溫度為870 1040°C進(jìn)行化學(xué)蒸鍍法，從而可以得到微粒氧化鋁在膜中分散的柱狀縱向生長(zhǎng)氧化鋁結(jié)晶組織。而且，特別是在氧化鋁層中的微粒氧化鋁的截面的數(shù)密度具有以0.5 μ πΓ5 μ m的周期沿著層厚方向周期性地變化的數(shù)密度分布形態(tài)時(shí)，由于存在微粒氧化鋁的數(shù)密度低的區(qū)域，能夠很好地發(fā)揮柱狀縱向生長(zhǎng)氧化鋁結(jié)晶的優(yōu)異的高溫硬度和耐磨損性的特性，且由于存在微粒氧化鋁的數(shù)密度高的區(qū)域，能夠很好地發(fā)揮微粒氧化鋁帶來(lái)的優(yōu)異的韌性和熱屏蔽性的特性，可在較高的水準(zhǔn)上并列持有該上述特性。因此，發(fā)現(xiàn)特別是即使用于在伴有高熱產(chǎn)生并且高負(fù)荷作用于切削刃的高速重切削加工時(shí)，硬質(zhì)包覆層也具備優(yōu)異的耐崩刀性、耐缺損性，經(jīng)長(zhǎng)期使用能發(fā)揮優(yōu)異的切削性能。本發(fā)明是基于上述見解而完成的，具有如下特征。(I) 一種表面包覆切削工具，在由碳化鎢基硬質(zhì)合金或碳氮化鈦基金屬陶瓷構(gòu)成的工具基體的表面設(shè)置硬質(zhì)包覆層，其中，所述硬質(zhì)包覆層包括被化學(xué)蒸鍍形成的下部層和上部層，(a)所述下部層，為包括Ti的碳化物層、氮化物層、碳氮化物層、碳氧化物層及碳氮氧化物層中的一層或二層以上、且具有3 20 μ m的總計(jì)平均層厚的Ti化合物層，(b)所述上部層，為具有2 25 μ m的平均層厚的氧化招層，構(gòu)成所述(b)的上部層的氧化鋁層具有柱狀縱向生長(zhǎng)氧化鋁結(jié)晶組織，在該組織內(nèi)分散分布有微粒氧化鋁，該微粒氧化鋁為粒狀氧化鋁結(jié)晶相、無(wú)定形氧化鋁相、或者粒狀氧化鋁結(jié)晶相與無(wú)定形氧化鋁相的混合相，柱狀縱向生長(zhǎng)氧化鋁結(jié)晶的平均粒子寬度W為50 2000nm，平均縱橫比A為5 50，所述微粒氧化鋁的平均粒徑R為10 50nm，存在于構(gòu)成上部層的氧化鋁層中的微粒氧化鋁的截面的數(shù)密度為20 150個(gè)/μ m 2。(2)根據(jù)(I)所述的表面包覆切削工具，其中，所述微粒氧化鋁的截面的數(shù)密度具有以0.5μπι 5μπι的周期沿著層厚方向周期性地變化的數(shù)密度分布形態(tài)。以下對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。下部層的Ti化合物層:包括Ti的碳化物層、氮化物層、碳氮化物層、碳氧化物層及碳氮氧化物層中的一層或二層以上的Ti化合物層的下部層可以在通常的化學(xué)蒸鍍條件下形成，其本身具有高溫強(qiáng)度，該Ti化合物層的存在不僅使硬質(zhì)包覆層具備高溫強(qiáng)度，而且與工具基體和包括氧化鋁層的上部層都能牢固地密合，因此具有有助于提高硬質(zhì)包覆層對(duì)工具基體的密合性的作用，但是，其總計(jì)平均層厚小于3 μ m時(shí)，由于層厚較薄而無(wú)法充分發(fā)揮所述作用，另一方面，若其總計(jì)平均層厚超過20 μ m，則晶粒容易粗大化，容易產(chǎn)生崩刀，因此將其總計(jì)平均層厚定為3 20 μ m。上部層的氧化鋁層:已知構(gòu)成上部層的氧化鋁層具備高溫硬度和耐熱性，但其平均層厚小于2 μ m時(shí)，無(wú)法確保經(jīng)長(zhǎng)期使用的耐磨損性，另一方面，若其平均層厚超過25 μ m,則氧化鋁晶粒容易粗大化，其結(jié)果除了降低高溫硬度、高溫強(qiáng)度以外，還降低高速重切削加工時(shí)的耐崩刀性、耐缺損性，因此將其平均層厚定為2 25 μ m。進(jìn)一步地，本發(fā)明在所述構(gòu)成的基礎(chǔ)上，同時(shí)具有以下的條件時(shí)，發(fā)揮更加優(yōu)異的效果。上部層的氧化鋁層具有柱狀縱向生長(zhǎng)氧化鋁結(jié)晶組織，在該組織內(nèi)分散分布有微粒氧化鋁。通過這種構(gòu)成，韌性、熱屏蔽性提高，表現(xiàn)出優(yōu)異的耐崩刀性。然而，對(duì)于柱狀縱向生長(zhǎng)氧化鋁結(jié)晶的各晶粒，將與基體表面平行的方向的粒子寬度設(shè)為W，將其平均值設(shè)為平均粒子寬度W時(shí)，平均粒子寬度W若小于50nm，則不能確保經(jīng)長(zhǎng)期使用的耐磨損性，另一方面，若超過2000nm，則由于粒子的粗大化而耐崩刀性、耐缺損性降低。因此，柱狀縱向生長(zhǎng)氧化鋁結(jié)晶的平均粒子寬度W優(yōu)選為50 2000nm。另外，對(duì)于柱狀縱向生長(zhǎng)氧化鋁的各晶粒，將與基體表面垂直方向的粒子長(zhǎng)度設(shè)為1，將所述粒子寬度w與I之比設(shè)為各晶粒的縱橫比a，進(jìn)而，將對(duì)各個(gè)晶粒求出的縱橫比a的平均值設(shè)為平均縱橫比A時(shí)，若平均縱橫比A小于5，則不能確保作為柱狀縱向生長(zhǎng)氧化鋁的特征的高耐磨損性，另一方面，若超過50，則韌性反而降低，耐崩刀性、耐缺損性降低。因此，柱狀縱向生長(zhǎng)氧化鋁結(jié)晶的平均縱橫比A優(yōu)選為5 50。在此，本發(fā)明中，對(duì)柱狀縱向生長(zhǎng)氧化鋁的一個(gè)粒子進(jìn)行計(jì)測(cè)時(shí)，將與基體表面平行的方向的規(guī)定方向最大徑稱為粒子寬度W，另一方面，將與基體表面垂直的方向的規(guī)定方向切線直徑稱為粒子長(zhǎng)度I。進(jìn)一步地，對(duì)于微粒氧化鋁，將各微粒氧化鋁的粒徑設(shè)為r，將其平均值設(shè)為平均粒徑R時(shí)，平均粒徑R若小于10nm，則不能發(fā)揮使微粒氧化鋁分散分布的效果，另一方面，若超過50nm，則上部層的氧化鋁層的粒界帶來(lái)的熱傳導(dǎo)性抑制效果降低。因此，微粒氧化鋁的平均粒徑R優(yōu)選為10 50nm。在此，本發(fā)明中，將作為各個(gè)微粒氧化鋁的析出相的最長(zhǎng)直徑的長(zhǎng)軸直徑稱為微粒氧化鋁的粒徑r。此外，本發(fā)明中的微粒氧化鋁是指粒狀氧化鋁結(jié)晶相、無(wú)定形氧化鋁相、或者粒狀氧化鋁結(jié)晶相與無(wú)定形氧化鋁相的混合相，將這些統(tǒng)稱為微粒氧化招。另外，對(duì)于微粒氧化鋁，若截面的數(shù)密度小于20個(gè)/ μ m2，則不能發(fā)揮使微粒氧化鋁分散分布的效果，另一方面，若超過150個(gè)/ μ m2,則阻礙柱狀縱向生長(zhǎng)氧化鋁結(jié)晶的生長(zhǎng)，耐磨損性反而降低。因此，微粒氧化鋁的截面的數(shù)密度優(yōu)選為20 150個(gè)/ μ m2。進(jìn)而，如上所述，微粒氧化鋁不會(huì)一樣地分布，而是數(shù)密度形成以0.5 μ m 5 μ m的周期沿著層厚方向周期性地變化的數(shù)密度分布形態(tài)，由此發(fā)揮更優(yōu)異的耐崩刀性、耐缺損性。其理由在于微粒氧化鋁的數(shù)密度低的區(qū)域且耐崩刀性高的區(qū)域有助于高溫硬度、韌性等，通過該數(shù)密度變化，發(fā)揮并列持有這些性質(zhì)的優(yōu)異的效果，但若小于周期0.5 μ m，則周期性變化帶來(lái)的數(shù)密度低的區(qū)域和高的區(qū)域無(wú)法充分發(fā)揮各自的效果，另一方面，若超過5 μ m，則無(wú)法充分發(fā)揮并列持有因周期性變化帶來(lái)的數(shù)密度低的區(qū)域和高的區(qū)域的存在而帶來(lái)的優(yōu)異的高溫硬度、耐磨損性、韌性、熱屏蔽性這樣的協(xié)同效應(yīng)。因此，微粒氧化鋁的截面的數(shù)密度定為具有以0.5μπι 5μπι的周期沿著層厚方向周期性地變化的數(shù)密度分布形態(tài)。分散分布的微粒氧化鋁的形成:本發(fā)明的微粒氧化鋁可以在通常的化學(xué)蒸鍍條件下成膜的上部層的形成過程中進(jìn)行利用下述條件的化學(xué)蒸鍍法來(lái)形成。通過向反應(yīng)氣體中添加成為微粒氧化鋁的核的ΤΜΑ，能形成分散分布的微粒氧化招。反應(yīng)氣體組成(容量％):AlCl3: 2 3%、TMA:0.25 0.75%、CO2:4 6%、HCl:1 3%、H2S:0.I 0.5%、H2:剩余、反應(yīng)氣氛溫度:870 1040°C、反應(yīng)氣氛壓力:5 8kPa、圖1表示存在于在上述化學(xué)蒸鍍條件下形成的構(gòu)成本發(fā)明的上部層的氧化鋁層中的微粒氧化鋁的分布形態(tài)的示意簡(jiǎn)圖。另外，微粒氧化鋁通過周期性地變化TMA的添加量，從而數(shù)密度具有以0.5 μ m 5 μ m的周期沿著層厚方向周期性地變化的數(shù)密度分布形態(tài)而形成。圖2表示其示意簡(jiǎn)圖。根據(jù)圖3進(jìn)行更具體的說(shuō)明。圖3表示采取在上述化學(xué)蒸鍍條件下形成的本發(fā)明的微粒氧化鋁周期性地變化的數(shù)密度分布的上部層中的、層厚方向位置-數(shù)密度的相關(guān)性的一例的數(shù)密度分布形態(tài)圖。該數(shù)密度分布形態(tài)圖可以用以下的方法求得。首先，將上部層分別劃分為與工具基體表面平行的0.1 μ m厚度寬度區(qū)域(圖4中，與工具基體表面平行地畫出的多條平行線隔開的區(qū)域相當(dāng)于0.1 μ m厚度寬度區(qū)域)，使用掃描型電子顯微鏡(倍率50000倍)對(duì)長(zhǎng)度總計(jì)10 μ m內(nèi)存在于被劃分的各厚度寬度區(qū)域的微粒氧化鋁的數(shù)進(jìn)行測(cè)定，求得存在于該0.1 μ m厚度寬度區(qū)域的數(shù)密度(個(gè)/ μ m2)，將在各厚度寬度區(qū)域求得的數(shù)密度沿層厚方向圖表化，制作如圖3所示那樣的層厚方向的數(shù)密度分布形態(tài)圖。圖5為表示柱狀縱向生長(zhǎng)氧化鋁結(jié)晶組織層內(nèi)的柱狀縱向生長(zhǎng)氧化鋁結(jié)晶粒子的生長(zhǎng)狀態(tài)的示意圖。在本發(fā)明中，在柱狀縱向生長(zhǎng)氧化鋁結(jié)晶組織內(nèi)分散分布有微粒氧化鋁的結(jié)構(gòu)，由于微粒氧化鋁的存在，因此在氧化鋁層形成有粒界從而抑制熱傳導(dǎo)，提高了耐熱沖擊性、熱屏蔽性。其結(jié)果是發(fā)揮了耐崩刀性、耐缺損性提高的效果。本發(fā)明的包覆工具包括被化學(xué)蒸鍍形成的下部層和上部層作為硬質(zhì)包覆層，其中，(a)所述下部層，為包括Ti的碳化物層、氮化物層、碳氮化物層、碳氧化物層及碳氮氧化物層中的一層或二層以上、且具有3 20μ m的總計(jì)平均層厚的Ti化合物層，(b)所述上部層，為具有2 25 μ m的平均層厚的氧化鋁層，構(gòu)成所述上部層的氧化鋁層具有柱狀縱向生長(zhǎng)氧化鋁結(jié)晶組織，在該組織內(nèi)分散分布有微粒氧化鋁，由此硬質(zhì)被膜層的熱傳導(dǎo)性得到抑制，熱屏蔽效應(yīng)提聞，因此即使在伴有鋼或鑄鐵等的聞熱廣生并且聞負(fù)荷作用于切削刃的高速重切削加工中使用時(shí)，耐崩刀性、耐缺損性也優(yōu)異，結(jié)果經(jīng)長(zhǎng)期使用發(fā)揮優(yōu)異的耐磨損性，能實(shí)現(xiàn)包覆工具的長(zhǎng)壽命化。


圖1為表示存在于構(gòu)成本發(fā)明的上部層的改性氧化鋁層中的微粒氧化鋁的分布形態(tài)的示意簡(jiǎn)圖。圖2為表示采取周期性地變化的數(shù)密度分布形態(tài)的上部層中的微粒氧化鋁的示意簡(jiǎn)圖。圖3為表示上部層中的層厚方向位置-數(shù)密度的相關(guān)性的一例的數(shù)密度分布形態(tài)圖。圖4為表示對(duì)求得圖3的數(shù)密度分布形態(tài)圖的方法進(jìn)行說(shuō)明的示意簡(jiǎn)圖。圖5為表示柱狀縱向生長(zhǎng)氧化鋁結(jié)晶組織層內(nèi)的柱狀縱向生長(zhǎng)氧化鋁結(jié)晶粒子的生長(zhǎng)狀態(tài)的示意圖。
具體實(shí)施例方式接著，根據(jù)實(shí)施例具體說(shuō)明本發(fā)明的包覆工具。[實(shí)施例]準(zhǔn)備均具有I 3 μ m平均粒徑的WC粉末、TiC粉末、ZrC粉末、VC粉末、TaC粉末、NbC粉末、Cr3C2粉末、TiN粉末及Co粉末作為原料粉末，將這些原料粉末配合成表I所示的配合組成，進(jìn)而加入蠟在丙酮中球磨混合24小時(shí)，減壓干燥后，以98MPa的壓力沖壓成型為規(guī)定形狀的壓坯，將該壓坯在5Pa的真空中并在1370 1470°C范圍內(nèi)的規(guī)定溫度保持I小時(shí)的條件下真空燒結(jié)，燒結(jié)后，對(duì)切削刃部實(shí)施R:0.07mm的刃口修磨加工，由此分別制造出具有IS0.CNMG160612中規(guī)定的刀片形狀的WC基硬質(zhì)合金制工具基體A E。另外，準(zhǔn)備均具有0.5 2μπι平均粒徑的TiCN (以質(zhì)量比計(jì)為TiC/TiN=50/50)粉末、Mo2C粉末、ZrC粉末、NbC粉末、TaC粉末、WC粉末、Co粉末及Ni粉末作為原料粉末，將這些原料粉末配合成表2所示的配合組成，用球磨機(jī)濕式混合24小時(shí)并干燥后，以98MPa的壓力沖壓成型為壓坯，將該壓坯在1.3kPa的氮?dú)夥罩胁⒃跍囟?540°C保持I小時(shí)的條件下燒結(jié)，燒結(jié)后，對(duì)切削刃部分實(shí)施R:0.09mm的刃口修磨加工，由此形成了具有ISO標(biāo)準(zhǔn).CNMG160612的刀片形狀的TiCN基金屬陶瓷制工具基體a e。接著，利用通常的化學(xué)蒸鍍裝置，在這些工具基體A E及工具基體a e的表面，進(jìn)行如下工序。(a)以表3所示的條件且表6所示的目標(biāo)層厚蒸鍍形成Ti化合物層作為硬質(zhì)包覆層的下部層。(b)接著,蒸鍍形成包括表4所示的a j的條件且表6所示的目標(biāo)層厚的上部層(氧化鋁層)的硬質(zhì)包覆層，制造本發(fā)明包覆工具I 10。(c)另外，在(a)之后，成膜表4所示的k ο的條件且表6所示的目標(biāo)層厚的上部層(氧化鋁層)時(shí)，邊在表4所示的TMA容量％的最大值與最小值之間周期性地變化添加量邊蒸鍍形成氧化鋁層，由此制造本發(fā)明包覆工具11 15。利用掃描型電子顯微鏡(倍率50000倍)對(duì)構(gòu)成所述本發(fā)明包覆工具I 10的上部層的氧化鋁層進(jìn)行多視場(chǎng)觀察，結(jié)果確認(rèn)了圖1所示的膜構(gòu)成示意圖表示的柱狀結(jié)晶的粒界及粒內(nèi)存在微粒氧化鋁的膜結(jié)構(gòu)。另外，利用掃描型電子顯微鏡(倍率50000倍)對(duì)構(gòu)成所述本發(fā)明包覆工具11 15的上部層的氧化鋁層進(jìn)行多視場(chǎng)觀察，結(jié)果確認(rèn)了圖2所示的膜構(gòu)成示意圖表示的柱狀結(jié)晶的粒界及粒內(nèi)存在微粒分散相的膜結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步地，利用透射型電子顯微鏡(倍率200000倍)對(duì)構(gòu)成所述本發(fā)明包覆工具I 15的上部層的氧化鋁層進(jìn)行多視場(chǎng)觀察，并對(duì)微粒氧化鋁進(jìn)行電子束衍射的結(jié)果確認(rèn)了所述微粒氧化鋁為粒狀氧化鋁結(jié)晶相、無(wú)定形氧化鋁相、或者粒狀氧化鋁結(jié)晶相與無(wú)定形氧化鋁相的混合相。另外，作為比較的目的，與本發(fā)明包覆工具I 15相同地以表3所示的條件且以表7所示的目標(biāo)層厚在工具基體A E及工具基體a e的表面蒸鍍形成作為硬質(zhì)包覆層的下部層的Ti化合物層。接著，以表3及表5所示的條件且表7所示的目標(biāo)層厚蒸鍍形成包括氧化鋁層的上部層作為硬質(zhì)包覆層的上部層。此時(shí)，不添加TMA來(lái)形成柱狀縱向生長(zhǎng)氧化鋁結(jié)晶組織，由此制作了表7的比較包覆工具I 15。另外，利用掃描型電子顯微鏡(倍率5000倍)測(cè)定了本發(fā)明包覆工具I 15及比較包覆工具I 15的各構(gòu)成層的層厚，測(cè)定觀察視場(chǎng)內(nèi)的五個(gè)點(diǎn)的層厚并取平均而求出平均層厚的結(jié)果均顯示出了實(shí)際上與表6及表7所示的目標(biāo)層厚相同的平均層厚。另外，對(duì)于本發(fā)明包覆工具I 15及比較包覆工具I 15，同樣使用掃描型電子顯微鏡(倍率5000倍)，對(duì)在工具基體的水平方向上存在于長(zhǎng)度總計(jì)10 μ m范圍內(nèi)的柱狀縱向生長(zhǎng)氧化鋁結(jié)晶，測(cè)定構(gòu)成上部層的氧化鋁層的柱狀縱向生長(zhǎng)氧化鋁結(jié)晶的粒子寬度w及粒子長(zhǎng)度1，求出作為對(duì)各個(gè)晶粒求出的粒子寬度w的平均值的平均粒子寬度W和作為縱橫比a的平均值的平均縱橫比A，該縱橫比a被定義為作為對(duì)各個(gè)晶粒求出的粒子寬度w與粒子長(zhǎng)度I之比。另外，對(duì)于本發(fā)明包覆工具I 10，同樣使用掃描型電子顯微鏡(倍率50000倍)，與工具基體的垂直方向上是在氧化鋁層膜厚部分的厚度內(nèi)且與工具基體的水平方向上是在長(zhǎng)度總計(jì)IOym內(nèi)對(duì)上部層的氧化鋁層中存在的微粒氧化鋁的數(shù)進(jìn)行測(cè)定，求得截面的數(shù)密度(個(gè)/μ m2)。另外，對(duì)于本發(fā)明包覆工具11 15，同樣使用掃描型電子顯微鏡(倍率50000倍)，將構(gòu)成上部層的氧化鋁層分別劃分為與工具基體表面平行的0.1 μ m厚度寬度區(qū)域，對(duì)長(zhǎng)度總計(jì)10 μ m內(nèi)存在于被劃分的各厚度寬度區(qū)域的微粒氧化鋁的數(shù)進(jìn)行測(cè)定，求得存在于該0.1 μ m厚度寬度區(qū)域的微粒氧化鋁的截面的數(shù)密度(個(gè)/μ m2)。由于微粒氧化鋁的截面的數(shù)密度在層厚方向上交替地采取極大值、極小值的同時(shí)周期性地變化，因此分別求得層厚方向的極大值和極小值，對(duì)層厚方向的極大值和極小值取平均從而求得極大值和極小值的平均值。另外，對(duì)于本發(fā)明包覆工具11 15，同樣使用掃描型電子顯微鏡(倍率50000倍)，在與工具基體的水平方向上長(zhǎng)度總計(jì)10 μ m內(nèi)對(duì)在上部層的氧化鋁層中存在的微粒氧化鋁的粒徑r進(jìn)行測(cè)定，求得對(duì)各個(gè)微粒氧化鋁求出的粒徑r的平均值即平均粒徑R。表I
權(quán)利要求
1.一種表面包覆切削工具，在由碳化鎢基硬質(zhì)合金或碳氮化鈦基金屬陶瓷構(gòu)成的工具基體的表面設(shè)置硬質(zhì)包覆層，其特征在于， 所述硬質(zhì)包覆層包括被化學(xué)蒸鍍形成的下部層和上部層， Ca)所述下部層，為包括Ti的碳化物層、氮化物層、碳氮化物層、碳氧化物層及碳氮氧化物層中的一層或二層以上、且具有3 20 μ m的總計(jì)平均層厚的Ti化合物層， (b)所述上部層，為具有2 25 μ m的平均層厚的氧化鋁層， 構(gòu)成所述(b)的上部層的氧化鋁層具有柱狀縱向生長(zhǎng)氧化鋁結(jié)晶組織，在該組織內(nèi)分散分布有微粒氧化鋁，該微粒氧化鋁為粒狀氧化鋁結(jié)晶相、無(wú)定形氧化鋁相、或者粒狀氧化鋁結(jié)晶相與無(wú)定形氧化鋁相的混合相，柱狀縱向生長(zhǎng)氧化鋁結(jié)晶的平均粒子寬度W為50 2000nm，平均縱橫比A為5 50，所述微粒氧化鋁的平均粒徑R為10 50nm，存在于構(gòu)成上部層的氧化鋁層中的微粒氧化鋁的截面的數(shù)密度為20 150個(gè)/ μ m 2。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面包覆切削工具，其特征在于，所述微粒氧化鋁的截面的數(shù)密度具有以0.5μπι 5μπι的周期沿著層厚方向周期性地變化的數(shù)密度分布形態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明提供在高速重切削加工中硬質(zhì)包覆層發(fā)揮優(yōu)異的耐崩刀性、耐缺損性的表面包覆切削工具。硬質(zhì)包覆層包括被化學(xué)蒸鍍形成的下部層和上部層，(a)所述下部層，為包括Ti的碳化物層、氮化物層、碳氮化物層、碳氧化物層及碳氮氧化物層中的一層或二層以上、且具有3～20μｍ的總計(jì)平均層厚的Ti化合物層，(b)所述上部層，為具有2～25μm的平均層厚的氧化鋁層，構(gòu)成所述上部層的氧化鋁層具有柱狀縱向生長(zhǎng)氧化鋁結(jié)晶組織，在該組織內(nèi)分散分布有微粒氧化鋁。
文檔編號(hào)B23B27/14GK103084599SQ201210429139
公開日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2012年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月31日
發(fā)明者龍岡翔, 巖崎直之, 長(zhǎng)田晃 申請(qǐng)人:三菱綜合材料株式會(huì)社