刃具的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種木材或樹脂用刃具（cutting tool)，其由鋼或超硬合金 (cemented carbide alloy)構(gòu)成的母材，以及該刃具的前刀面（rake face)和后刀面 (clearance face)中的至少一個上形成的涂層所組成。
【背景技術(shù)】
[0002] 例如，已經(jīng)嘗試通過在刃具的前刀面或后刀面之一上形成由氮化鉻構(gòu)成的硬質(zhì)涂 層來改善木材用刃具的耐磨性，如專利文獻1中所述。由氮化鉻構(gòu)成的硬質(zhì)涂層提供不能 由母材，例如工具鋼單獨獲得的耐磨性。但是，當用于切削具有高含水量的木材時，鉻組分 很可能洗脫，并且由于腐蝕而不能獲得所需的耐久性。因此，已經(jīng)提議用由鉻或氮化鉻構(gòu)成 的基礎(chǔ)涂層以及施涂于基礎(chǔ)涂層上的氧化鉻的主涂層來涂布的木材用刃具，例如專利文獻 2中所述的木材用刃具。
[0003] 相關(guān)技術(shù)文獻 專利文獻 專利文獻1 :日本未經(jīng)審查的專利申請公開號02-252501 專利文獻 2 :W0 2009/131159。
[0004] 本發(fā)明的公開內(nèi)容 本發(fā)明要解決的問題 利用上述由氧化鉻構(gòu)成的主涂層，當用于切削具有高含水量的木材時，鉻組分不太可 能洗脫，因此該主涂層在耐蝕性方面是優(yōu)越的。但是，該主涂層在例如韌性和粘合性的性能 方面不及由氮化鉻構(gòu)成的基礎(chǔ)涂層，并且有可能剝落。因此，已經(jīng)需要整體上改進刃具的耐 久性。
[0005] 本發(fā)明已提議來適宜地解決相關(guān)技術(shù)中的上述問題，并且目的是提供一種具有優(yōu) 越耐久性的木材或樹脂用刃具。
[0006] 解決問題的手段 為克服問題并實現(xiàn)目的，根據(jù)本申請權(quán)利要求1的本發(fā)明的刃具的主旨為一種木材或 樹脂用刃具，其由鋼或超硬合金構(gòu)成的母材，以及在刃具的前刀面和后刀面的至少一個上 形成的涂層所組成，其中該涂層包括由氮氧化鉻構(gòu)成的周期性結(jié)構(gòu)層，其中在涂層的厚度 方向上周期性存在高氧區(qū)和低氧區(qū)，高氧區(qū)在組織中具有高氧濃度，低氧區(qū)在組織中具有 相比高氧區(qū)較低的氧濃度。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明的權(quán)利要求1，與單獨的氧化鉻層相比，周期性結(jié)構(gòu)層改善了涂層的韌 性和粘合性，并且與單獨的氮化鉻層相比，還改善了涂層的耐蝕性?；诰哂懈哐鯘舛鹊母?氧區(qū)，周期性結(jié)構(gòu)層可以防止或減少溫度升高時的原子擴散。這一點轉(zhuǎn)而防止晶粒氧化和 粗化，由此能夠使組織精化和增強涂層的耐熱性。
[0008] 根據(jù)權(quán)利要求2的本發(fā)明的主旨為低氧區(qū)在組織中具有比高氧區(qū)更高的氮濃度， 而且周期性結(jié)構(gòu)層具有在對應(yīng)于高氧區(qū)和低氧區(qū)的層的厚度方向上周期性變高和變低的 氮濃度。
[0009] 根據(jù)權(quán)利要求2的本發(fā)明，通過在周期性結(jié)構(gòu)層的整體組織中尋求氮和氧之間的 平衡來增強涂層的韌性、硬度和強度。
[0010] 根據(jù)權(quán)利要求3的本發(fā)明的主旨為由周期性結(jié)構(gòu)層的剖面組織中的高氧區(qū)和低 氧區(qū)產(chǎn)生可通過透射電子顯微鏡觀察到的條紋狀反差（striped contrast)。
[0011] 根據(jù)權(quán)利要求3的本發(fā)明，因為高氧區(qū)和低氧區(qū)可以以條紋狀反差的形式由透射 電子顯微鏡觀察到，所以可以容易地檢驗質(zhì)量。
[0012] 根據(jù)權(quán)利要求4的本發(fā)明的主旨為高氧區(qū)和低氧區(qū)形成為以I nm至150 nm的周 期存在。
[0013] 根據(jù)權(quán)利要求4的本發(fā)明有效地形成周期性結(jié)構(gòu)層。
[0014] 根據(jù)權(quán)利要求5的本發(fā)明的主旨為具有包括高氧區(qū)和低氧區(qū)的整體組成的周期 性結(jié)構(gòu)層由（CivaXa)NgOb表示的氮氧化鉻構(gòu)成，其中X包括至少一種選自B、C、Al、Si、Ti、 ￥、附、(：11、￥、21'、恥、]\1〇、了&和1的元素，和0彡3彡0.5和0<13<0.6。
[0015] 根據(jù)權(quán)利要求5的本發(fā)明，通過添加由X表示的元素，可以實現(xiàn)涂層硬度提高和組 織精化，并且可以進一步增強例如耐磨性和強度。通過根據(jù)加工材料調(diào)節(jié)要添加的元素，可 以進一步延長刃具的使用壽命。
[0016] 發(fā)明效果 在根據(jù)本發(fā)明的刃具中，周期性結(jié)構(gòu)層具有氮化鉻和氧化鉻兩者的優(yōu)點，因此刃具的 耐久性得到進一步增強。
[0017] 附圖簡述 圖1為通過透射電子顯微鏡觀察到的根據(jù)本發(fā)明的周期性結(jié)構(gòu)層的剖面組織的照片； 圖2為顯示借助于俄歇電子能譜裝置分析根據(jù)本發(fā)明的周期性結(jié)構(gòu)層的結(jié)果的圖示； 圖3為說明實施例中使用的沉積裝置的示意性視圖； 圖4A至4C為顯示實驗1之后切削刃的橫截面的視圖，并且特別地，圖4A顯示實施例 1，圖4B顯示對比例1，和圖4C顯示對比例2 ; 圖5為顯示在洛氏（Rockwell)硬度試驗中在實施例2的涂層上產(chǎn)生的凹陷的照片； 圖6為顯示在洛氏硬度試驗中在實施例3的涂層上產(chǎn)生的凹陷的照片； 圖7為顯示在洛氏硬度試驗中在實施例4的涂層上產(chǎn)生的凹陷的照片； 圖8為顯示在洛氏硬度試驗中在實施例5的涂層上產(chǎn)生的凹陷的照片； 圖9為顯示在洛氏硬度試驗中在對比例3的涂層上產(chǎn)生的凹陷的照片； 圖10為顯示在洛氏硬度試驗中在對比例4的涂層上產(chǎn)生的凹陷的照片；和 圖11為顯示在洛氏硬度試驗中在對比例13的涂層上產(chǎn)生的凹陷的照片。
[0018] 實施本發(fā)明的方式 根據(jù)本發(fā)明的刃具由鋼，例如工具鋼，切削鋼，軸承鋼或不銹鋼，或者超硬合金，單獨或 以組合的形式構(gòu)成的母材，以及在刃具的前刀面和后刀面中的至少一個上形成的涂層所組 成。也就是說通過在刃具的前刀面和后刀面中的至少一個或者前刀面和后刀面兩者上形成 涂層來改善木材用刃具的切削刃的耐久性。在這種刃具中，例如，可以通過例如在刃磨期 間磨削來去除母材的后刀面上施涂的涂層，以使得僅在后刀面的切削刃頂端留下一部分涂 層，而不是以層的形式遍及整個后刀面。本發(fā)明可以適用于各種刃具，包括平刃刀具，例如 平面刀（planar knives)、切刀、削尖鋸條（tipped saw blade)、銑刀（router bit)、刮刀 (knives)、凹形鑿、及其可替換刀片，并且適用于包括切削木材，樹脂等的工藝。金屬陶瓷 (Cermet)可以用作母材。
[0019] 上述涂層包括至少由氮氧化鉻構(gòu)成的周期性結(jié)構(gòu)層，其中周期性地存在在組織中 具有高氧濃度的高氧區(qū)和在組織中具有低氧濃度的低氧區(qū)。該涂層可以以單獨的周期性結(jié) 構(gòu)層的組，層疊的多個周期性結(jié)構(gòu)層的組，或周期性結(jié)構(gòu)層與不同于該周期性結(jié)構(gòu)層的由 金屬組合物構(gòu)成的另一個層的組合的形式形成。形成的涂層具有約0.2 μπι至15 μπι的 總厚度。如果涂層具有少于0.2 μπι的厚度，將不能獲得對母材的保護效果，如果涂層具有 大于15 μπι的厚度，將可能發(fā)生成問題的剝落。可以與周期性結(jié)構(gòu)層結(jié)合使用的其它層的 實例包括選自例如金屬、氮化物、碳化物、碳氮化物，以及包括至少一種元素，例如鉻、鈦和 鋁的氧化物的至少一個層。如用于本發(fā)明的金屬層表示在X射線衍射中顯示金屬和/或合 金峰的層，并且該金屬層可以包括微量的氮和/或氧。如用于本發(fā)明的氮化物層表示在X射 線衍射中顯示氮化物峰的層，并且該氮化物層在組織中可以包括微量的氧。如用于本發(fā)明 的氧化物層表示在X射線衍射中顯示氧化物峰的層，并且該氧化物層在組織中可以包括微 量的氮。周期性結(jié)構(gòu)層可以暴露于涂層表面上，或者用另一個層覆蓋。在涂層中，周期性結(jié) 構(gòu)層和其它層可以交替層疊，或周期性結(jié)構(gòu)層可以插入到每個所需數(shù)量的其它層之間。周 期性結(jié)構(gòu)層與其它層如何層疊沒有特別地限制。
[0020] 周期性結(jié)構(gòu)層由氮氧化鉻構(gòu)成，其中在涂層（周期性結(jié)構(gòu)層）的厚度方向上周期 性地存在高氧區(qū)和低氧區(qū)，該高氧區(qū)在組織中具有高氧濃度，且低氧區(qū)在組織中具有相比 高氧區(qū)較低的氧濃度。周期性結(jié)構(gòu)層為其中構(gòu)成周期性結(jié)構(gòu)層的單層氮氧化鉻的組織具有 周期性的氧濃度差的物質(zhì)，并且不是其中設(shè)定氧濃度高的氮氧化鉻層和其中設(shè)定氧濃度低 的氮氧化鉻層的層疊物質(zhì)。形成周期性結(jié)構(gòu)層，使得高氧區(qū)和低氧區(qū)以I nm至150 nm的周 期出現(xiàn)。該周期性范圍允許實際上（工業(yè)上）有效地形成周期性結(jié)構(gòu)層。對于一個實驗， 有可能形成其中高氧區(qū)和低氧區(qū)以上述范圍之外的周期出現(xiàn)的周期性結(jié)構(gòu)層。在周期性結(jié) 構(gòu)層中，高氧區(qū)以I nm至150 nm的間隔排布在周期性結(jié)構(gòu)層的厚度方向上，留下插入到相 鄰的高氧區(qū)之間的低氧區(qū)的寬度在I nm至150 nm的范圍內(nèi)。同樣，在周期性結(jié)構(gòu)層中，低 氧區(qū)以I nm至150 nm的間隔存在于周期性結(jié)構(gòu)層的厚度方向上，留下插入到相鄰的低氧 區(qū)之間的高氧區(qū)的寬度在I nm至150 nm的范圍內(nèi)。高氧區(qū)和低氧區(qū)可以以上述周期范圍 內(nèi)大約相等的間隔或以不規(guī)則的間隔存在。也就是說，如本發(fā)明中使用的，術(shù)語"周期"并 不限制高氧區(qū)和低氧區(qū)的重復(fù)間隔是恒定的，而是代之以表示高氧區(qū)和低氧區(qū)之間的間隔 可以在預(yù)定范圍之內(nèi)變化。
[0021] 周期性結(jié)構(gòu)層具有比由單獨的氧化鉻構(gòu)成的層更高的韌性和粘合性，并且具有比 由單獨的氮化鉻構(gòu)成的層更優(yōu)越的耐蝕性?；诰哂懈哐鯘舛鹊母哐鯀^(qū)，周期性結(jié)構(gòu)層可 以防止或減少溫度升高時的原子擴散。這一點轉(zhuǎn)而防止晶粒氧化和粗化，由此能夠使組織 精化和增強涂層的耐熱性。
[0022] 包括高氧區(qū)和低氧區(qū)的周期性結(jié)構(gòu)層的整體組成由式（CivaXa) NgOb (0彡a彡0.5和0<b<0.6)表示。周期性結(jié)構(gòu)層包括選自B (硼），C (碳），A1 (鋁）， Si (硅），Ti (鈦），V (釩），Ni (鎳），Cu (銅），Y (釔），Zr (鋯），Nb (鈮），Mo (鉬）， Ta (鉭）和W (鎢）的至少一種元素或元素的組合作為X，或可以不包括任何這些元素 （