[發(fā)明專利]硬質(zhì)包覆層具備耐崩刀性、耐缺損性的表面包覆切削工具

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210006913.5
• 申請(qǐng)日: 2012-01-11
• 公開（公告）號(hào): CN102626795A
• 公開（公告）日: 2012-08-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 龍岡翔;富田興平;中村惠滋;長(zhǎng)田晃
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 三菱綜合材料株式會(huì)社
• 主分類號(hào): B23B27/14
• 分類號(hào): B23B27/14;B23P15/28;C23C16/30
• 代理公司: 北京德琦知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11018
• 代理人: 康泉;王珍仙

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種表面包覆切削工具(以下稱為包覆工具)，其在伴有高熱發(fā)生并且斷續(xù)性或沖擊性負(fù)荷作用于切削刃的各種鋼或鑄鐵的高速斷續(xù)切削加工中，由于硬質(zhì)包覆層具備優(yōu)異的耐崩刀性、耐缺損性，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)

以往通常已知在由碳化鎢(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)成的基體(以下將這些統(tǒng)稱為工具基體)的表面形成由下述(a)及(b)構(gòu)成的硬質(zhì)包覆層而成的包覆工具：

(a)下部層，其為包括均被化學(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1層或2層以上的Ti化合物層，

(b)上部層，其為化學(xué)蒸鍍形成的氧化鋁(以下用Al₂O₃表示)層，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。

但是，所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，一直以來進(jìn)行了各種提案。

例如，專利文獻(xiàn)1中進(jìn)行了如下提案：作為硬質(zhì)包覆層，設(shè)置用TiCN膜進(jìn)行表面加強(qiáng)且空穴率為5～30％的多孔質(zhì)Al₂O₃膜作為上部層，由此吸收緩和熱沖擊及機(jī)械性沖擊，從而改善包覆工具的耐崩刀性。

另外，專利文獻(xiàn)2中進(jìn)行了如下提案：作為硬質(zhì)包覆層，設(shè)置空穴率為5～30％的多孔質(zhì)Al₂O₃膜作為上部層，在其上設(shè)置TiN膜作為表面層，由此吸收緩和熱沖擊及機(jī)械性沖擊，從而改善包覆工具的耐崩刀性。

專利文獻(xiàn)1：日本專利公開2003-48105號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)2：日本專利公開2003-19603號(hào)公報(bào)

近年來現(xiàn)狀為如下：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，即使在所述專利文獻(xiàn)1、2所示的包覆工具中，使用于伴有高熱發(fā)生并且斷續(xù)性或沖擊性負(fù)荷進(jìn)一步作用于切削刃的高速斷續(xù)切削加工時(shí)，由于上部層的耐機(jī)械沖擊性、耐熱沖擊性不充分，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)明人等從如前述觀點(diǎn)出發(fā)，對(duì)即使在使用于伴有高熱發(fā)生并且斷續(xù)性或沖擊性負(fù)荷作用于切削刃的高速斷續(xù)切削加工時(shí)也由于硬質(zhì)包覆層具備優(yōu)異的沖擊吸收性而經(jīng)長(zhǎng)期使用發(fā)揮優(yōu)異的耐崩刀性、耐缺損性的包覆工具進(jìn)行了深入研究，結(jié)果獲得了以下見解。

即，作為硬質(zhì)包覆層，在所述以往的形成多孔質(zhì)Al₂O₃層的上部層中，在整個(gè)Al₂O₃層內(nèi)形成有大致均勻孔徑的微小空穴，因此，空穴率越高則耐機(jī)械沖擊性、耐熱沖擊性越提高，但是相反空穴率越高則多孔質(zhì)Al₂O₃層的高溫強(qiáng)度、高溫硬度越下降，因此無法經(jīng)長(zhǎng)期使用發(fā)揮充分的耐磨性，另外工具壽命也不能說是令人滿意的。

因此，本發(fā)明人等發(fā)現(xiàn)了如下內(nèi)容：由包括Ti化合物層的下部層和包括Al₂O₃層的上部層構(gòu)成硬質(zhì)包覆層，上部層具有孔徑為2～50nm的微小空穴，該微小空穴的孔徑分布呈雙峰分布，從而不會(huì)引起Al₂O₃層的高溫強(qiáng)度和高溫硬度的下降，能夠提高耐機(jī)械沖擊性、耐熱沖擊性。

另外，發(fā)現(xiàn)了作為雙峰分布在如下情況時(shí)更有效，即微小空穴的孔徑分布的第1峰存在于2～10nm中，按2nm孔徑計(jì)算孔時(shí)孔數(shù)密度為200～500個(gè)/μm²，第2峰存在于20～50nm中，按2nm孔徑計(jì)算孔時(shí)孔數(shù)密度為10～50個(gè)/μm²。

作為通過將微小空穴的孔徑分布設(shè)為雙峰分布來得到優(yōu)異的效果的理由，可以考慮如下原因，即較大孔徑的微小空穴吸收緩和熱沖擊及機(jī)械性沖擊，并提高耐缺損性、耐崩刀性，較小孔徑的微小空穴抑制Al₂O₃膜的導(dǎo)熱率，并提高熱屏蔽效果。

并且，具備所述孔徑分布的微小空穴例如能夠通過以下化學(xué)蒸鍍法成膜。

(a)在工具基體表面蒸鍍形成通常的包括Ti化合物層的目標(biāo)厚度的下部層，