[發(fā)明專利]耐磨性優(yōu)異的表面包覆切削工具的制造方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210278307.9
• 申請日: 2012-08-07
• 公開（公告）號(hào): CN102978618A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 柿沼宏彰;高岡秀充;長田晃;脅谷尚樹;鈴木久男;筱崎和夫
• 申請（專利權(quán)）人: 三菱綜合材料株式會(huì)社;國立大學(xué)法人靜岡大學(xué);國立大學(xué)法人東京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): C23C26/00
• 分類號(hào): C23C26/00
• 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)明涉及一種耐磨性優(yōu)異的表面包覆切削工具的制造方法，尤其涉及一種如下特征的耐磨性優(yōu)異的表面包覆切削工具的制造方法，其通過溶膠-凝膠法在包括碳化鎢基硬質(zhì)合金、碳氮化鈦基金屬陶瓷、高速鋼或立方晶氮化硼基超高壓燒結(jié)體的工具基體（以下僅稱為工具基體）的表面或在該工具基體表面上形成的硬質(zhì)皮膜的最表面形成氧化鋁層。

背景技術(shù)

眾所周知，一直以來，通過在工具基體表面包覆形成包括選自周期表的4a、5a、6a族中的至少1種以上元素的碳化物、氮化物、碳氮化物等的硬質(zhì)皮膜來謀求提高切削工具的耐磨性。

并且，硬質(zhì)皮膜中尤其是α型氧化鋁層的熱穩(wěn)定性優(yōu)異，反應(yīng)性較低，并且為高硬度，由于這一點(diǎn)，大多包覆形成α型氧化鋁層作為包括選自上述周期表的4a、5a、6a族中的至少1種以上元素的碳化物、氮化物、碳氮化物等的硬質(zhì)皮膜的最表面層。

作為氧化鋁層的包覆形成方法，一般采用化學(xué)蒸鍍（CVD）法，但除此之外，還已知通過物理蒸鍍（PVD）法、溶膠-凝膠法形成氧化鋁層。

例如，如專利文獻(xiàn)1所示，為了避免工具基體、硬質(zhì)皮膜的特性劣化、變形，提出了一種在低溫條件下（1000℃以下）形成α型氧化鋁層的方法，作為該方法，通過物理蒸鍍（PVD）法在工具基體表面形成包括以Al和選自包括4a族、5a族、6a族及Si的組中的至少1種元素為必需成分的氮化物、碳化物、碳氮化物、硼化物、氮氧化物、碳氮氧化物的硬質(zhì)皮膜后，對該硬質(zhì)皮膜進(jìn)行氧化來形成含氧化物層，并在該含氧化物層上進(jìn)行物理蒸鍍（PVD），由此蒸鍍形成耐磨性及耐熱性優(yōu)異且以α型晶體結(jié)構(gòu)為主體的作為最表面層的氧化鋁層。

另外，如專利文獻(xiàn)2所示，提出了一種通過物理蒸鍍（PVD）法蒸鍍形成硬質(zhì)包覆層的表面包覆切削工具，其中，由（Ti、Al）N層構(gòu)成第1層，并且，由氧化鋁層

（優(yōu)選γ型氧化鋁層）構(gòu)成第2層。

另外，如專利文獻(xiàn)3所示，提出了一種具有力學(xué)特性和耐久性的氧化鋁包覆結(jié)構(gòu)體的制造方法，作為該方法，利用溶膠-凝膠法在母材上包覆包括晶體結(jié)構(gòu)為非晶結(jié)構(gòu)或γ型的氧化鋁或者它們的混合物的第1氧化鋁層后，通過濺射包覆形成以γ型為主體的第2氧化鋁層。

專利文獻(xiàn)1：日本專利公開2004-124246號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)2：日本專利公開2007-75990號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)3：日本專利公開2006-205558號(hào)公報(bào)

在包覆形成包括硬質(zhì)皮膜和形成在其最表面的氧化鋁的硬質(zhì)包覆層的上述以往表面包覆切削工具（以下，僅稱為包覆工具）中，最表面的氧化鋁層在切削加工鋼等時(shí)例如提高了在包覆工具的前刀面中的耐磨性，這尤其是因?yàn)棣列脱趸X的熱穩(wěn)定性、非反應(yīng)性較高所致。

上述專利文獻(xiàn)1中提出了通過物理蒸鍍（PVD）法在低溫條件下形成α型氧化鋁層，但是當(dāng)蒸鍍形成氧化鋁層時(shí)存在如下問題，首先，盡管需要使硬質(zhì)皮膜氧化并在其表面形成含氧化物層，但含氧化物層與氧化鋁層的粘附性不充分，并且，作為氧化鋁，不僅存在α型氧化鋁，而且還存在γ型氧化鋁，因此無法得到充分的耐熱性，其結(jié)果，無法經(jīng)長期使用而發(fā)揮令人滿意的切削性能。

另外，在上述專利文獻(xiàn)2、3中，存在如下問題：由于所形成的氧化鋁為γ型氧化鋁，因此缺乏高溫中的穩(wěn)定性，并且，在高速切削加工中無法發(fā)揮令人滿意的切削性能。

發(fā)明內(nèi)容

因此，本發(fā)明人等對在工具基體表面利用物理蒸鍍（PVD）法形成硬質(zhì)皮膜后包覆形成其最表面層的溶膠-凝膠法進(jìn)行深入研究后發(fā)現(xiàn)，在鋁醇鹽中添加醇和酸，并在低溫條件下進(jìn)行長時(shí)間的水解、低溫熟化處理，接著，通過添加水實(shí)施高晶化處理而制備的氧化鋁溶膠作為最表面層進(jìn)行涂布、干燥后進(jìn)行燒成，從而能夠包覆形成具有α型晶體結(jié)構(gòu)的氧化鋁層。

即，發(fā)現(xiàn)在制備氧化鋁溶膠時(shí)，作為低溫熟化處理，通過進(jìn)行比通常更低的溫度下的攪拌和長時(shí)間保持來抑制水解及縮聚的反應(yīng)速度，并緊密地形成包括Al-O鍵的氧化鋁前軀體后，作為高晶化處理，添加水使鋁醇鹽中的鋁量成為預(yù)定濃度，并實(shí)施預(yù)定溫度下的加熱，這時(shí)，能夠更加促進(jìn)鋁醇鹽的水解及縮聚反應(yīng)，并形成更多接近剛玉型結(jié)構(gòu)的八面體AlO₆，因此若涂布該氧化鋁溶膠作為硬質(zhì)皮膜的最表面層，并進(jìn)行干燥、燒成，則能夠形成包括具有致密且結(jié)晶性較高的剛玉型晶體結(jié)構(gòu)的α氧化鋁層的硬質(zhì)皮膜的最表面層。