[發明專利]表面包覆切削工具

無效

• 申請號: 201410019442.0
• 申請日: 2014-01-16
• 公開（公告）號: CN103962587A
• 公開（公告）日: 2014-08-06
• 發明（設計）人: 柿沼宏彰;高岡秀充;長田晃;櫻井英章;黑光祥郎
• 申請（專利權）人: 三菱綜合材料株式會社
• 主分類號: B23B27/00
• 分類號: B23B27/00;C23C18/12;B32B33/00
• 代理公司: 北京德琦知識產權代理有限公司 11018
• 代理人: 康泉;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”），其在合金工具鋼和軸承鋼這樣的淬火材料等硬質合金鋼等的高速連續切削加工中，在長期使用中發揮優異的耐磨損性。

背景技術

以往，已知有在工具基體表面通過化學蒸鍍法或物理蒸鍍法包覆形成由碳化物、氮化物、碳氮化物及氧化物等構成的硬質皮膜的包覆工具。

例如，如專利文獻1所示，提出有如下包覆工具，即通過化學蒸鍍法在工具基體表面作為下部層包覆形成Ti化合物層，作為上部層包覆形成上部內周層和上部外周層，另外，上部內周層由Al和Cr的復合氧化物層構成，并且，上部外周層由氧化硅層及Al和Cr的復合氧化物層交替層疊而構成，根據該包覆工具可知，由于皮膜具有潤滑性，因此在難切削材料的重切削加工中發揮優異的耐崩刀性。

專利文獻1所示的包覆工具為通過化學蒸鍍法形成氧化硅層的包覆工具，但作為氧化硅層的其他成膜手段還已知有通過溶膠-凝膠法的成膜。

例如，如專利文獻2所示，已知有為了抑制發生通過電弧離子鍍法形成的氮化膜在高溫環境下產生氧化鐵的情況，強化耐熱性和耐磨損性，在通過電弧離子鍍法形成的氮化膜上形成由MgO、Al₂O₃或ZrO₂構成的氧化膜之后，形成TiAlN膜，且進一步在其之上通過溶膠-凝膠法形成硅酸鹽膜。

并且，如專利文獻3所示，已知有為了改善耐溶出性，并防止基材的腐蝕等，在通過電弧離子鍍法形成的氮化膜上，或在該氮化膜上形成的氧化膜上，通過溶膠-凝膠法形成氧化硅膜。

專利文獻1：日本專利公開2007-130741號公報

專利文獻2：日本專利公開2000-54114號公報

專利文獻3：日本專利公開2000-54162號公報

現有的包覆工具（例如，專利文獻1記載的包覆工具）中，通過溶膠-凝膠法形成氧化硅層時，在膜界面的粘附性不夠充分，因此例如將該包覆工具在伴有高熱產生，并且高負荷作用于切削刃的合金工具鋼和軸承鋼的淬火材料等硬質合金鋼的高速連續切削加工中使用時，容易發生層剝離，并因此而存在無法在長期使用中發揮充分的耐磨損性的問題。

發明內容

因此，本發明人等為了在工具基體表面通過溶膠-凝膠法形成粘附性、剝離強度優異的氧化硅膜而進行了深入研究，其結果發現可獲得如下包覆工具：在工具基體的表面形成含有Al成分的氮化物層作為下部層，并且形成氧和氮具有組成傾斜結構的非晶氧氮化硅層作為上部層，并且，在下部層與上部層之間夾雜形成Al成分和Si成分具有組成傾斜結構的中間層，由此即使通過溶膠-凝膠法形成由非晶氧氮化硅層構成的上部層時，非晶氧氮化硅層的粘附性得到改善，并且進行切削加工時的耐磨損性和潤滑性得到提高，因此在伴有高熱產生且高負荷作用于切削刃的硬質合金鋼的高速連續切削加工中，也不會產生崩刀、缺損等異常損傷而發揮優異的耐磨損性。

即，發現該發明中，在下部層與上部層之間，夾雜形成Al和Si（其中，可用選自Ti、Cr的至少1種以上的元素取代Al的一部分。）的氮化物層、氧化物層或氧氮化物層，并且，夾雜形成具有沿層厚方向Al和Si的含有比率連續變化的如下組成傾斜結構的中間層，即關于該中間層的Al成分及Si成分的含有比率，在下部層側Al的含有比率較高，Si的含有比率較低，另一方面，在上部層側Al的含有比率較低，Si的含有比率較高，另外，形成越向表面側N含有比率變得越高，另一方面，越向中間層側氧含有比率變得越高的非晶氧氮化硅層作為上部層，由此能夠提高下部層、中間層及上部層的粘附性。

并且，關于本發明的包覆工具，硬質包覆層的上部層的粘附性優異且潤滑性優異，另外，由于下部層具備優異的耐磨損性，因此在伴有高熱產生且高負荷作用于切削刃的硬質合金鋼的高速連續切削加工中，也不會產生崩刀、缺損及剝離等異常損傷而在長期使用中發揮優異的耐磨損性。

該發明是根據上述見解而完成的，具有如下特征：

（1）一種表面包覆切削工具，在由碳化鎢基硬質合金、碳氮化鈦基金屬陶瓷構成的工具基體的表面上，蒸鍍形成由下部層、中間層及上部層構成的硬質包覆層而成，其中，

（a）下部層由具有0.8～8.0μm的平均層厚的氮化物層構成，Al成分在該層中的金屬成分中所占的含有比例為40原子%以上，