[發明專利]硬質包覆層具備優異韌性、耐崩刀性的表面包覆切削工具

有效

• 申請號: 201110273405.9
• 申請日: 2011-09-15
• 公開（公告）號: CN102407352A
• 公開（公告）日: 2012-04-11
• 發明（設計）人: 龍岡翔;富田興平;長田晃;中村惠滋
• 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;B23C5/16;B23P15/28;C23C16/30
• 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)，在伴隨高熱產生且高負載作用于刀刃的各種鋼或鑄鐵的高速重切削加工中，硬質包覆層具備優異的韌性和耐崩刀性，從而在長期使用中發揮優異的切削性能。

背景技術

以往，通常已知有在由碳化鎢(以下用WC表示)基硬質合金或碳氮化鈦(以下用TiCN表示)基金屬陶瓷構成的基體(以下將這些總稱為工具基體)的表面上形成由下述(a)和(b)構成的硬質包覆層的包覆工具，

(a)下部層為均由化學蒸鍍形成的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)層中的兩層以上構成的Ti化合物層，

(b)上部層為化學蒸鍍形成的氧化鋁(以下用Al₂O₃表示)層，已知該包覆工具用于各種鋼或鑄鐵等的切削加工中。

但是，由于上述包覆工具的切削性能尤其會因構成上部層的Al₂O₃晶粒的組織結構而受到較大影響，因此以往對于上部層的晶粒組織結構提出了幾種提案。

例如，專利文獻1中提出了在構成上部層的Al₂O₃層的成膜時，在其成膜過程中對爐內導入HCl氣體并進行蝕刻，進行新的Al₂O₃粒子的核生成，通過反復進行此操作，形成Al₂O₃晶粒的非柱狀晶組織以提高上部層的韌性。

另外，專利文獻2中提出了在構成上部層的Al₂O₃層的成膜時，在其成膜過程中暫時停止Al₂O₃的成膜，對爐內導入TiCl₄氣體并進行新的Al₂O₃粒子的核生成，形成由粗粒的Al₂O₃與微粒的Al₂O₃的混合組織構成的上部層。

進而，專利文獻3中提出了在構成上部層的Al₂O₃層的成膜時，在其成膜過程中對爐內周期性地導入SiCl₄氣體并使超微粒層生長，從而以等軸形成由微粒的κ-Al₂O₃組織構成的上部層以改善耐磨損性。

專利文獻1：日本專利公開平1-83667號公報

專利文獻2：日本專利公開2002-205205號公報

專利文獻3：日本專利公開2003-39212號公報

現狀如下：近年來，切削加工中的節省勞力化以及節能化的要求加強，伴隨這一點，包覆工具在更為嚴酷的條件下使用，但例如在所述專利文獻1～3所示的包覆工具中，在伴隨高熱產生且高負載作用于刀刃的高速重切削加工中使用時，由于上部層的韌性并不充分，導致因切削加工時的高負載造成刀刃容易發生崩刀，其結果是在較短的時間內達到使用壽命。

發明內容

因此，本發明者們從上述觀點出發，對即使在伴隨高熱產生且高負載作用于刀刃的高速重切削加工中使用時，硬質包覆層也具備優異的韌性、耐崩刀性，且在長期使用中也發揮優異的耐磨損性的包覆工具進行了深入研究，結果得到以下見解。

即，本發明者們發現將包覆工具的硬質包覆層、特別是通過將由Al₂O₃層構成的上部層的晶粒組織結構構成為柱狀組織與微粒組織的混合組織，且構成為該柱狀組織與微粒組織在層厚方向上周期性地交替出現的晶粒組織結構，從而使由Al₂O₃層構成的上部層的高溫硬度與耐熱性不受任何損失，而能夠提高上部層的韌性和耐崩刀性。

而且，具有上述晶粒組織結構的Al₂O₃層例如可通過以下的化學蒸鍍法成膜。

(a)在工具基體表面蒸鍍形成由通常的Ti化合物層構成的目標厚度的下部層，

(b)在下部層之上使用AlCl₃-HCl-H₂S-CO₂系反應氣體蒸鍍形成Al₂O₃層，