[發明專利]表面被覆部件及其制造方法

在審

• 申請號: 201380068256.X
• 申請日: 2013-11-11
• 公開（公告）號: CN104870685A
• 公開（公告）日: 2015-08-26
• 發明（設計）人: 阿儂薩克·帕索斯;山縣一夫;奧野晉;金岡秀明;森本浩之;伊藤實
• 申請（專利權）人: 住友電工硬質合金株式會社
• 主分類號: C23C16/34
• 分類號: C23C16/34;B23B27/14;B23B51/00;B23C5/16;C23C16/32;C23C16/36;C23C16/38;C23C16/40;C23C16/52
• 代理公司: 北京天昊聯合知識產權代理有限公司 11112
• 代理人: 丁業平;常海濤

技術領域

本發明涉及一種包括基體部件和在其表面上形成的硬質覆膜的表面被覆部件，以及其制造方法。

背景技術

作為最近的技術趨勢，出于減少對地球環境的負荷和高效地利用資源的目的，生產更薄且更短的切削工具用表面被覆部件是主流做法。因此，提供具有更高強度和更高硬度的表面被覆部件用金屬材料正在進行，以保證表面被覆部件的使用壽命并且維持其可靠性。另一方面，在金屬加工現場，已經強烈地要求實現加工部件精確度的提高以及加工成本的降低，以與新興國家競爭。另外，隨著機械工具性能的提高，人們愈加期望表面被覆部件進行更為高速的加工。在高速加工中，由于表面被覆部件的切削刃暴露于高溫高壓環境中，因此將來將會要求即使在惡劣條件下也能具有更長使用壽命的表面被覆部件。

例如，日本專利特開平No.7-205362(專利文獻1)公開一種覆蓋于表面被覆部件中的基體部件的表面上的硬質覆膜。在所述硬質覆膜中，其組成以0.4nm至50nm的周期在選自日本元素周期表第4、5、6族元素、Al和Si中的兩種或多種元素的氮化物、碳化物、碳氮化物或者硼化物中連續地變化。上述硬質覆膜通過PVD(物理氣相沉積)方法形成。具體地，使用Ti固體、Al固體和N₂氣體，通過使由真空放電產生的Ti離子和Al離子以及N₂氣體與加熱至500℃的基體部件接觸，從而在基體材料表面上連續形成TiN層和AlN層。由于通過這個方法形成的硬質覆膜在結構中具有大的變形，因此具有該硬質覆膜的表面被覆部件可以具有優異的耐磨性和韌性。

此外，例如日本專利公布No.2008-545063(專利文獻2)公開一種具有Ti_1-xAl_xN覆膜的部件作為表面被覆部件。該Ti_1-xAl_xN覆膜具有由NaCl立方晶體結構構成的單層結構，該NaCl立方晶體結構的化學計量系數為0.75<x≤0.93，并且晶格常數afcc為0.412nm至0.405nm。上述Ti_1-xAl_xN覆膜通過CVD(化學氣相沉積)方法形成。具體地，將由AlCl₃、TiCl₄、H₂和氬氣組成的第一氣體混合物和作為氮源的由NH₃和N₂組成的第二氣體混合物引入容納基體部件的熱壁式CVD反應器，以實行熱CVD方法。通過該方法形成的上述覆膜與通過常規已知的PVD方法制造的Ti_1-xAl_xN覆膜相比，覆膜中具有更高的Al含量。因此，具有該覆膜的表面被覆部件具有更高的抗氧化性和更高的硬度，并且可以在高溫下展現出優越的耐磨性。

引用列表

專利文獻

專利文獻1：日本專利特開平No.7-205362

專利文獻2：日本專利公布No.2008-545063

發明內容

技術問題

然而，關于專利文獻1，存在這樣的情況，即：通過PVD方法形成的硬質覆膜包含雜質，例如Ti、Al及其合金等金屬。這種雜質被稱為液滴(droplet)，液滴抑制了硬質覆膜的形成并且會造成硬質覆膜在金屬加工時脫落。此外，由作為起點的硬質覆膜脫落部分開始，很可能會發生硬質覆膜的崩裂、斷裂等。因此，難以使表面被覆部件獲得更長的使用壽命，并且存在加工材料的加工質量和表面粗糙度等劣化的情況。

另外，關于專利文獻2，盡管Ti_1-xAl_xN覆膜的計量系數為0.75<x≤0.93，但是一般地，當該組成中的x大于0.7時會趨向于使晶體結構發生大的變形。眾所周知，NaCl立方晶體結構的Ti_1-xAl_xN晶體會轉變為六方晶纖鋅礦結構以緩和這種變形。特別地，在高溫下，這種轉變趨向于加速。

在金屬加工時，切削工具與加工材料重復接觸和釋放，并且在加熱和冷卻的循環中，負荷施加于表面被覆部件的切削刃的表面。因此，金屬加工時，表面被覆部件上始終施加有大的熱負荷，并且發生熱疲勞。所述熱疲勞使上述轉變加速。另外，隨著重復切削的進行，一旦已發生轉變的硬質覆膜可能發生崩裂和斷裂。因此，在專利文獻2中公開的技術中，對表面被覆部件在高速工作中的更長使用壽命方面也存在限制。