[發明專利]硬質包覆層發揮優異的耐崩刀性的表面包覆切削工具

有效

• 申請號: 201010287255.2
• 申請日: 2010-09-16
• 公開（公告）號: CN102398051A
• 公開（公告）日: 2012-04-04
• 發明（設計）人: 五十嵐誠;冨田興平;中村惠滋;長田晃
• 申請（專利權）人: 三菱綜合材料株式會社
• 主分類號: B23B27/14
• 分類號: B23B27/14;C23C16/30;C23C16/40
• 代理公司: 北京德琦知識產權代理有限公司 11018
• 代理人: 陳萬青;王珍仙

技術領域

本發明涉及一種表面包覆切削工具(以下稱為包覆工具)，例如即使在鋼或鑄鐵等的伴隨高熱產生且沖擊性負載作用于刀刃的高速斷續切削加工中使用時，由于硬質包覆層具有優異的附著強度，所以也不會在刀刃上產生崩刀(微小碎片)，而在長期使用中發揮優異的切削性能。?

背景技術

以往，廣泛公知有在碳化鎢基硬質合金制基體(以下稱為硬質基體)或TiCN基金屬陶瓷基體(以下稱為金屬陶瓷基體。并且，將硬質基體和金屬陶瓷基體總稱為工具基體)的表面上蒸鍍形成由下述(a)、(b)構成的硬質包覆層的包覆工具，?

(a)下部層為由具有3～20μm的整體平均層厚的TiC層、TiN層、TiCN層、TiCO層及TiCNO層中的1層或2層以上構成的Ti化合物層，?

(b)上部層為具有1～15μm的平均層厚且在化學蒸鍍形成的狀態下具有α型結晶結構的氧化鋁(以下用Al₂O₃表示)層，?

該包覆工具在鋼或鑄鐵等的切削加工中發揮優異的耐磨性。?

并且，也公知有為了提高工具基體和在其上蒸鍍形成的硬質包覆層的接合強度而在工具基體表面以0.2～2μm左右的厚度包覆Fe、Ni或Co的單一金屬層、復合金屬層。?

專利文獻1：日本專利公告昭50-14237號公報?

專利文獻2：日本專利公開昭53-23810號公報?

現狀為如下：近年來，對切削加工的節省勞力化以及節能化的要求強烈，伴隨這一點，切削加工逐漸具有高速化、高效率化的傾向，與此相反，謀求?工具壽命的延長壽命化這一點上也要求硬質包覆層的厚膜化，但是若使用形成由作為下部層的Ti化合物層和作為上部層的Al₂O₃層構成的硬質包覆層的以往包覆工具，例如在高速條件下進行鋼的斷續切削，則所述Al₂O₃層因為高溫強度和韌性不充分，因此容易產生硬質包覆層的崩刀、剝離等，并且為了提高工具基體和硬質包覆層的接合強度，即使在工具基體表面包覆金屬Fe、Ni或Co，也由于下部層-上部層之間的附著度不充分，所以也產生崩刀、剝離等，由此為原因在較短時間內達到使用壽命。?

因此，本發明者們為了改善包覆工具的耐崩刀性、及耐剝離性，對硬質包覆層的層構造進行了深入研究，結果得到如下見解。?

包覆工具的硬質包覆層中，由TiC層、TiN層、TiCN層、TiCO層以及TiCNO層中的1層或2層以上形成的Ti化合物層所構成的下部層根據其本身所具備的優異的高溫強度而有助于硬質包覆層的高溫強度提高，并且、由Al₂O₃層構成的上部層其耐氧化性和熱穩定性優異且具有高硬度，但在伴隨高熱產生且沖擊性負載作用于刀刃的高速斷續切削中，下部層-上部層之間的附著強度并不充分。?

因此，為了提高下部層-上部層之間的附著強度，對兩層的附著界面區域的改善反復進行了多次試驗發現如下現象：微量的Zr原子、Lu原子、Y原子、Cr原子中的任1種或2種以上僅存在(不均勻)于下部層和上部層的界面區域(以下部層和上部層的界面為中心的±5nm的范圍內的區域)時，該Zr原子、Lu原子、Y原子、Cr原子的任1種或2種以上的原子在下部層的Ti化合物層和上部層的Al₂O₃層之間形成牢固的化學粘結劑，其結果提高下部層與上部層之間的附著強度。?

更具體而言，例如在下部層形成之后上部層形成之前，在含有Zr化合物的在氣體氣氛中短時間處理(以下，稱為“Zr處理”)下部層表面，接著，通過蒸鍍形成上部層，可以使微量的Zr原子僅存在(不均勻)于所述下部層和上部層的界面區域內，而且，由此提高由Ti化合物層構成的下部層和由Al₂O₃層構成的上部層的附著強度，其結果，即使在伴隨高熱產生且沖擊性?負載作用于切刃的高速斷續切削加工中，也不會產生崩刀、剝離，在長期使用中能發揮優異的切削性能。?

并且，不僅是Zr原子，也在Lu原子、Y原子、Cr原子分別單獨的情況下，甚至在Zr原子、Lu原子、Y原子、Cr原子中的2種以上的情況下，使這些原子僅存在(不均勻)于下部層和上部層的界面區域時，由Ti化合物層構成的下部層與由Al₂O₃層化合物構成的上部層的附著強度提高，其結果，即使在伴隨高熱產生且沖擊性負載作用于切刃的高速斷續切削加工中，也不會產生崩刀、剝離，在長期使用中可以發揮優異的切削性能。?

發明內容