專利名稱：具有壓縮應力的強度分布的有涂膜的表面涂敷切削工具的制作方法
技術領域：
本發明涉及切削工具如鉆頭，端銑刀(end mill)，鉆頭的多刃刀片(throw away tip)，端銑刀的多刃刀片，銑削的多刃刀片，旋削的多刃刀片，金屬鋸，齒輪切削刀具，擴孔器，和絲錐，和更具體地涉及在其表面(最外層)上形成有用于改進例如耐磨性的特性的涂膜的表面涂敷切削工具。
背景技術：
通常，硬金屬(WC-Co合金或通過向WC-Co合金中添加Ti(鈦)，Ta(鉭)，Nb(鈮)等的碳氮化物所獲得的合金)已經用于切削工具。近年來增大了高速切削的趨勢，越來越多地使用硬質合金工具，該硬質合金工具是通過使用CVD(化學蒸汽沉積)或PVD(物理蒸汽沉積)，在基礎材料如硬性金屬、金屬陶瓷或以氧化鋁或氮化硅為基礎的陶瓷的表面上涂敷3-20μm厚度的由元素周期表中IVa族，Va族和VIa族金屬或Al(鋁)的碳化物、氮化物、碳氮化物、硼氮化物和氧化物組成的涂膜來獲得的。
尤其，因為由PVD得到的涂層能夠改進耐磨性但不損害基礎材料的強度，所以它廣泛地用于要求強度的切削工具，如鉆頭，端銑刀，和銑削或旋削用的多刃刀片。
最近，為了進一步改進在切削過程中的效率，已經提高了切削速度。由于這一趨勢，在工具中需要更大的耐磨性。然而，如果需要高耐磨性，則韌性會降低。因此，已經要求了高耐磨性和高韌性的同時實現。
為了滿足這一需求，已經建議了連續地或以分步方式改變在切削工具的基礎材料的表面上形成的涂膜中內應力如壓縮應力的方法(日本專利公開No.2001-315006(專利文獻1))。該建議在滿足對于耐磨性和韌性的同時實現的要求上取得一些效果。
在根據上述建議的切削工具中，涂膜的壓縮應力從涂膜的表面側向著基礎材料的表面側均勻地提高或下降。因此，為了顯著地改進韌性，壓縮應力應該從基礎材料的表面側向著涂膜的表面側提高。同時，為了顯著地改進耐磨性，壓縮應力應該提高從涂膜的表面側向著基礎材料的表面側提高。
換句話說，如果在涂膜表面上達到最大壓縮應力，則韌性是優異的而耐磨性是差的。這是因為向著基礎材料的表面，壓縮應力均勻地下降(連續地或以逐步方式)。相反，如果在基礎材料的表面上達到最大壓縮應力，則耐磨性是優異的而韌性是差的。這是因為向著涂膜的表面，壓縮應力均勻地下降(連續地或以逐步方式)。
尤其，在涂膜的表面上達到最高壓縮應力的切削工具中，由于在形成涂膜之后(在涂層被涂飾之后)或當施加沖擊應力時的大的壓縮應力，涂膜傾向于自毀。然后，傾向于發生微細的膜剝離(以下，稱為膜碎屑化)，它不利地影響切削工具的外觀以及在高精度加工中的切削性能。
因為在這一類型的切削工具中韌性和耐磨性兩者的同時實現是最基本特性中的一個，同時獲得較高水平的這些特性的切削工具是所需求的。
專利文獻1日本專利公開No.2001-315006發明內容本發明解決的問題鑒于如上所述的情況完成了本發明，本發明的目的是提供表面涂敷的切削工具，在切削工具中獲得了優異的韌性和耐磨性以及實現了膜層碎屑化的抑制。
解決問題的方式為了解決上述問題進行研究，結果本發明人想到，如果在基礎材料上作為最外層形成的涂膜的表面部分上的壓縮應力被降低，則在涂膜內部的壓縮應力會提高，和在壓縮應力的強度分布中形成相對最高點，在相對最高點的附近能夠抑制在涂膜表面上發生的裂紋擴展且與此同時高的耐磨性和對于在表面上膜層碎屑化的抑制作用得到維持，和同時改進韌性。基于這一概念和深入研究完成了本發明。
具體地說，根據本發明的表面涂敷切削工具包括基礎材料和在基礎材料上形成的涂膜。涂膜作為在基礎材料上的最外層并且具有壓縮應力。壓縮應力發生變化以使得在涂膜厚度方向上具有強度分布，和強度分布的特征在于在涂膜的表面上壓縮應力將從涂膜的表面向著位于涂膜表面和涂膜底面之間的第一中間點連續地提高并且在第一中間點上壓縮應力達到相對最高點。因為在第一中間點上達到相對最高點，已經在涂膜的表面上發生的裂紋進一步向著涂膜的底面的發展可以有效地抑制。因此，第一中間點不是位于涂膜的底面(與其重疊)上，而是如上所述的那樣位于涂膜的表面和涂膜的底面之間。
根據本發明的表面涂敷切削工具主要地包括四個實施方案(即如下所述的第一到第四實施方案)，作為強度分布的實施方案(尤其，從第一中間點向著涂膜底面的強度分布)。
根據本發明的第一實施方案的強度分布特征在于在涂膜的表面上達到最低壓縮應力以及從第一中間點到涂膜的底面該壓縮應力維持恒定值。
這里，壓縮應力可以是在至少-15GPa到至多0GPa范圍內的應力。另外，第一中間點可以處在與涂膜表面相距了相當于涂膜厚度的至少0.1％到至多50％的位置上。
在涂膜的表面上的壓縮應力可以設定到相當于在涂膜的第一中間點上的壓縮應力的25-95％的值。
另外地，在涂膜的表面上的壓縮應力可以設定到相當于在涂膜的第一中間點上的壓縮應力的35-85％的值。
在涂膜的表面上壓縮應力可以達到最小值，該最低壓縮應力可以在從涂膜的表面到第一中間點的規定距離上得到維持，和之后壓縮應力向著第一中間點可以連續地提高。
根據本發明的第二實施方案的強度分布特征在于從第一中間點向著涂膜的底面該壓縮應力連續地下降。
這里，壓縮應力可以是在至少-15GPa到至多0GPa范圍內的應力。另外，第一中間點可以處在與涂膜表面相距了相當于涂膜厚度的至少0.1％到至多50％的位置上。
在涂膜的表面上壓縮應力可達到最小值。在涂膜的表面上的壓縮應力可以設定到相當于在涂膜的第一中間點上的壓縮應力的25-95％的值。
另外地，在涂膜的表面上的壓縮應力可以設定到相當于在涂膜的第一中間點上的壓縮應力的35-85％的值。
在涂膜的表面上的壓縮應力可以在從涂膜的表面到第一中間點的規定距離上得到維持，和之后壓縮應力可以向著第一中間點連續地提高。
根據本發明的第三實施方案的強度分布特征在于壓縮應力從第一中間點向著位于第一中間點和涂膜的底面之間的第二中間點連續地下降以及在第二中間點達到相對最低點。
這里，壓縮應力可以是在至少-15GPa到至多0GPa范圍內的應力。另外，第一中間點可以處在與涂膜表面相距了相當于涂膜厚度的至少0.1％到至多50％的位置上。第二中間點可以處在與涂膜的表面相距了相當于涂膜厚度的至少0.2％到至多95％的位置上。
在涂膜的表面上壓縮應力可達到最小值。另外，在涂膜的表面上的壓縮應力可以設定到相當于在涂膜的第一中間點上的壓縮應力的25-95％的值。
另外地，在涂膜的表面上的壓縮應力可以設定到相當于在涂膜的第一中間點上的壓縮應力的35-85％的值。
在涂膜的表面上的壓縮應力可以在從涂膜的表面向著第一中間點的規定距離上得到維持，和之后壓縮應力可以向著第一中間點連續地提高。
根據本發明的第四實施方案的強度分布特征在于壓縮應力從第一中間點向著位于第一中間點和涂膜的底面之間的第二中間點連續地下降并在第二中間點達到相對最低點，和強度分布在第二中間點和涂膜的底面之間具有一個或多個相似的相對最高點。
另外，強度分布可以在第二中間點和涂膜的底面之間具有一個或多個相似的相對最低點。強度分布可以在第二中間點和涂膜的底面之間具有一個或多個相似的相對最高點和一個或多個相似的相對最低點，以按照這一順序的交替和重復的方式。
全部的相對最低點可以達到大體上相同的壓縮應力并且全部的相對最高點可以達到大體上相同的壓縮應力。另外地，全部的相對最低點和全部的相對最高點可具有彼此不同的壓縮應力值。
這里，壓縮應力可以是在至少-15GPa到至多0GPa范圍內的應力。另外，第一中間點可以處在與涂膜表面相距了相當于涂膜厚度的至少0.1％到至多40％的位置上。第二中間點可以處在與涂膜的表面相距了相當于涂膜厚度的至少0.2％到至多80％的位置上。
在涂膜的表面上可以達到最低壓縮應力，和在涂膜的第二中間點上的壓縮應力可以設定到相當于在涂膜的第一中間點上壓縮應力的10-80％的值。
另外地，在涂膜的第二中間點上的壓縮應力可以設定到相當于在涂膜的第一中間點上的壓縮應力的20-60％的值。
在涂膜的表面上的壓縮應力可以在從涂膜的表面向著第一中間點的規定距離上得到維持，和之后壓縮應力可以向著第一中間點連續地提高。
本發明的效果由于如上所述那樣進行結構設計，根據本發明的表面涂敷切削工具同時獲得了優異的韌性和優異的耐磨性和改進的耐膜層碎屑化的性能。
尤其，從根據如上所述的第一實施方案的強度分布能夠看出，在涂膜的表面上達到最低壓縮應力，這樣耐磨性和耐膜層碎屑化性能得到改進。另外，在壓縮應力的強度分布中的相對最高點是在涂膜內部的接近表面的部分中形成的，以及該壓縮應力從相對最高點到涂膜的底面保持恒定，據此韌性顯著地改進。
另外，從根據如上所述的第二實施方案的強度分布中可以看出，在涂膜的表面上的壓縮應力小于在涂膜內部的壓縮應力，這樣耐磨性和耐膜層碎屑化的性能得到改進。而且，因為在壓縮應力的強度分布中的相對最高點是在涂膜內部的接近表面的部分中形成的，在涂膜表面上發生的裂紋的發展能夠得到抑制和韌性顯著地改進。另外，壓縮應力從相對最高點到涂膜的底面連續地下降，據此能夠獲得更優異的耐磨性。
此外，從根據如上所述的第三實施方案的強度分布中可以看出，在涂膜的表面上的壓縮應力小于在涂膜內部的壓縮應力，這樣耐磨性和耐膜層碎屑化的性能得到改進。另外，因為在壓縮應力的強度分布中的相對最高點是在涂膜內部的接近表面的部分中形成的，同樣地實現了優異的韌性。另外，不僅提供相對最高點而且提供相對最低點，使得在相對最低點的附近實現了減輕涂膜自毀或應力如沖擊的效果，耐膜層碎屑化的性能顯著改進，和能夠獲得更優異的耐磨性。
另外，從根據如上所述的第四實施方案的強度分布中可以看出，在涂膜的表面上的壓縮應力小于在涂膜內部的壓縮應力，這樣耐磨性和耐膜層碎屑化的性能得到改進。另外，因為在壓縮應力的強度分布中的相對最高點是在涂膜內部的接近表面的部分中形成的，同樣地實現了優異的韌性。另外，不僅提供相對最高點而且提供相對最低點，使得在相對最低點的附近實現了減輕涂膜自毀或應力如沖擊的效果，耐膜層碎屑化的性能顯著改進，和能夠獲得更優異的耐磨性。此外，形成了多個的此類相對最高點和相對最低點，據此韌性和耐磨性和耐膜層碎屑化的性能進一步得到改進。
如上所述，本發明已經成功地同時實現優異的韌性和優異的耐磨性以及實現在耐膜層碎屑化的性能上的改進，歸因于具有如以上所表征的壓縮應力的強度分布。
圖1是根據本發明的表面涂敷切削工具的示意性橫截面視圖。
圖2是在根據本發明的表面涂敷切削工具的涂膜中一個部分的放大示意性橫截面視圖。
圖3是顯示了涂膜的壓縮應力的強度分布的第一實施方案的圖。
圖4是顯示了當在涂膜的表面上的最低壓縮應力在所規定的距離上維持時，涂膜的壓縮應力的強度分布的第一實施方案的圖。
圖5是具有所形成的中間層的根據本發明的表面涂敷切削工具的示意性橫截面視圖。
圖6是顯示了涂膜的壓縮應力的強度分布的第二實施方案的圖。
圖7是顯示了當在涂膜的表面上的壓縮應力在所規定的距離上得到維持時，涂膜的壓縮應力的強度分布的第二實施方案的圖。
圖8是在根據本發明的表面涂敷切削工具的涂膜中一個部分的另一個放大示意性橫截面視圖。
圖9是顯示了涂膜的壓縮應力的強度分布的第三實施方案的圖。
圖10是顯示了當在涂膜的表面上的壓縮應力在所規定的距離上得到維持時，涂膜的壓縮應力的強度分布的第三實施方案的圖。
圖11是在根據本發明的表面涂敷切削工具的涂膜中一部分的又一個放大示意性橫截面視圖。
圖12是顯示了涂膜的壓縮應力的強度分布的第四實施方案的圖。
圖13是顯示了當在涂膜的表面上的壓縮應力在所規定的距離上得到維持時，涂膜的壓縮應力的強度分布的第四實施方案的圖。
參考字符的表述1表面涂敷切削工具；2基礎材料；3涂膜；4涂膜的表面；5第一中間點；6涂膜的底面；7箭頭；8中間層；9第二中間點；10第三中間點；和11第四中間點。
具體實施例方式
下面更詳細地描述本發明。實施方案的敘述將參考附圖來進行，和具有所規定的相同參考字符的那些代表了相同的或對應的元素。
<表面涂敷切削工具>
如圖1中所示，根據本發明的表面涂敷切削工具1包括基礎材料2和在基礎材料上形成的涂膜3。雖然在圖1中涂膜3在形成之后與基礎材料的表面直接接觸，但是可以在涂膜3和基礎材料2之間形成后面將要描述的任何中間層，條件是涂膜3作為最外層。在本申請中，“在基礎材料上形成的涂膜”被認為包括其中形成任何中間層的情況。
根據本發明的此類表面涂敷切削工具能夠合適地用作切削工具如鉆頭，端銑刀，鉆頭的多刃刀片，端銑刀的多刃刀片，銑削的多刃刀片，旋削的多刃刀片，金屬鋸，齒輪切削刀具，擴孔器，或絲錐，等等。尤其，它適合用于修飾切削或精密切削以及用于旋削過程中。在這些應用中，表面涂敷切削工具達到優異的韌性和耐磨性。另外，因為表面涂敷切削工具達到優異的耐膜層碎屑化的性能，被切削的材料的加工表面粗糙度得到改進。另外，因為被切削的材料的加工表面上的優異光亮也得到實現，同時有粗加工的處理過程也是允許的。
<基礎材料>
通常已知為上述類型的應用的基礎材料的任何基礎材料可用于根據本發明的表面涂敷切削工具中。例如，優選，使用硬金屬(如WC型硬性金屬，除WC之外還含Co的材料，或添加了Ti，Ta，Nb或類似物的碳氮化物的材料)，金屬陶瓷(主要地由TiC，TiN，TiCN或類似物組成)，高速鋼，陶瓷(碳化鈦，碳化硅，氮化硅，氮化鋁，氧化鋁，或類似物)，燒結立方體形氮化硼，或燒結金剛石。
在這些各種基體材料之中，尤其，WC-型硬性金屬，金屬陶瓷或燒結立方體形氮化硼是優選被選擇的。這是因為這些基礎材料在高溫下的硬度與強度之間的平衡上特別優異，并具有優異的特性可作為上述應用的表面涂敷切削工具的基礎材料。
<涂膜>
根據本發明的涂膜是在基礎材料上形成的和作為最外層。只要涂膜以這一方式形成，涂膜不必涂敷基礎材料的整個表面，和沒有形成涂膜的部分或沒有滿足下面將要描述的壓縮應力的強度分布的部分可以包括在基礎材料的表面中。應該指出，本發明包括下列情況其中，當一旦形成涂膜和之后通過一些后處理過程除去涂膜的表面的一部分時，新曝露的層可作為滿足本發明的壓縮應力的強度分布的涂膜。另外，本發明同樣地包括下列情況其中，當在基礎材料和涂膜之間形成中間層(下面將描述)和通過一些后處理過程除去該涂層以及中間層暴露出來同樣作為最外層時，在暴露部分中的中間層用作了滿足本發明的壓縮應力的強度分布的涂膜(如果中間層由多個層形成，則在多個層之中的最外層(作為表面的層)作為本發明所涉及的涂膜)。
形成該涂膜，以便在用于確定所使用的切削刃部分的各種特性如耐磨性，抗氧化能力，工具的韌性，或色彩特性上獲得改進。涂膜的組成沒有特別限制，和通常已知的組合物都能夠采用。例如，示例性組合物包括選自元素周期表的IVa族元素(Ti，Zr，Hf等)，Va族元素(V，Nb，Ta等)，VIa族元素(Cr，Mo，W等)中的至少一種元素，Al(鋁)，B(硼)，Si(硅)，和Ge(鍺)的碳化物，氮化物，氧化物，碳氮化物，氧碳化物，氧氮化物，或碳化物-氮化物-氧化物，或它們的固溶體。
尤其，示例性的合適組成包括Ti，Al，(Ti1-xAlx)，(Al1-xVx)，(Ti1-xSix)，(Al1-xCrx)，(Ti1-x-yAlxSiy)，或(Al1-x-yCrxVy)(x或y表示不大于1的任何數)(進一步含有B，Cr或類似物的物質也可包括)的氮化物，碳氮化物，氧氮化物或碳化物-氮化物-氧化物。
更優選地，示例性組成包括TiCN，TiN，TiSiN，TiSiCN，TiAlN，TiAlCrN，TiAlSiN，TiAlSiCrN，AlCrN，AlCrCN，AlCrVN，TiBN，TiAlBN，TiSiBN，TiBCN，TiAlBCN，TiSiBCN，AlN，AlCN，AlVN，AlVCN和類似物。在這些組成中，各原子的比率按照如上所述的示例性的通式。
可以假設此類涂膜是作為單一型層而形成的。應當指出，這里的單一型層是指這樣的結構，其中，堆積層的數量可設定為一個或多個以及構成該層的元素的類型對于各層是相同的。所以，只要元素的類型是相同的，由不同原子比率的多個層所形成的結構也包括在這里的單一型層中。
在根據本發明的涂膜中，尤其是整體上，元素的類型和原子的比率優選是相同的。然而，如上所述的單一型層被認為包括超多層膜結構，其中一層具有低于0.1μm的厚度和不同類型的元素構成各自層(如果A和B的兩層重復地堆疊，則元素的類型在A與B之間是不同的)。
<涂膜的厚度>
雖然沒有特別限制，根據本發明的涂膜優選具有不小于0.1μm和不大于10μm的厚度。如果厚度低于0.1μm，在一些情況下，由于涂膜的形成所導致的在各種特性上的改進不能充分地獲得。同時，如果厚度超過10μm，則涂膜本身可以容易地剝離。
<形成涂膜的方法>
雖然形成根據本發明的涂膜的方法沒有特別限制，但是涂膜優選是用物理蒸汽沉積法(PVD)形成的。采用物理蒸汽沉積，可以使涂膜的壓縮應力能夠容易地變化，以形成強度分布。
即，根據本發明人所進行的研究已經發現，當涂膜用物理蒸汽沉積法形成時，涂膜的壓縮應力受到溫度，活性氣體壓力，基底偏電壓等的影響，并且尤其是，其中，在形成涂膜時最受基底偏電壓影響。
理由被認為是如下。具體地說，例如，當大的基底偏電壓施加于基礎材料時，構成涂膜的元素是在高能量下以電離狀態提供給基礎材料。然后，當元素碰撞基礎材料時的沖擊力變得更大，和因此所形成涂膜的壓縮應力變得更大。相反，已經假設，如果基底偏電壓是低的，由于在基礎材料與在電離狀態下的元素之間的碰撞所引起的沖擊也是小的，和因此壓縮應力也是小的。
所以，當在基礎材料上形成涂膜時通過采用物理蒸汽沉積法和通過調節基底偏電壓，能夠獲得在涂膜的厚度方向上涂膜的壓縮應力的強度分布。正如下面所詳細描述，利用機械沖擊或熱沖擊的調節，或使用熱量的退火現象也是可能的。
雖然物理蒸汽沉積優選被采用為形成本發明的涂膜的方法，但是不希望排除已知為形成涂膜的另一種方法的化學蒸汽沉積。
示范性的物理蒸汽沉積方法包括通常已知的方法如濺射或離子電鍍法，其中基底偏電壓能夠調節。特別地，在各種方法之中，離子電鍍法或磁控濺射是優選采用的。
離子電鍍法指下面方法。具體地說，金屬用作陰極和真空室用作陽極。然后，金屬蒸發和離子化，和同時負電壓(基底偏電壓)被施加于基礎材料，這樣離子被驅出和金屬離子沉積在基礎材料的表面上。在這一方法中，如果氮供應到真空中和引起與金屬反應，則形成了該金屬的氮化物。例如，如果鈦用作金屬和引起與氮反應，則形成鈦氮(TiN)。
現有各種類型的離子電鍍法，然而，達到高離子比例的原始元素(raw element)的陰極弧離子電鍍法是特別優選采用的。
對于陰極弧離子電鍍法的使用，在基礎材料的表面上的金屬離子轟擊方法能夠在形成涂膜之前進行。因此，在涂膜的粘合性上的顯著改進也能夠有效地實現。因此，從粘合性考慮，陰極弧離子電鍍法是優選的方法。
同時，磁控濺射指下列方法。具體地說，在真空室達到高真空后，Ar氣體被引入和將高電壓施加于靶，從而引起輝光放電。然后，該靶用通過輝光放電進行離子化的加速Ar來輻射，然后該靶實施濺射。沖出和已離子化的靶原子通過在靶和基底之間的基底偏電壓所加速并沉積在基礎材料上，因此形成膜。示例性的磁控濺射方法包括平衡的磁控濺射，失衡的磁控濺射等等。
使用物理蒸汽沉積法控制基底偏電壓的方法已經表明是形成涂膜的壓縮應力的強度分布的方法，然而，本發明不僅僅限于它。例如，利用機械沖擊如在涂膜形成之后的噴砂來施加壓縮應力的方法，通過使用熱源如加熱器、激光或類似物減輕壓縮應力的方法，或這些方法的組合方法是可能的。
<涂膜的壓縮應力>
根據本發明的涂膜具有壓縮應力。優選，壓縮應力可以是在至少-15GPa到至多0GPa范圍內的應力。更優選，壓縮應力的下限設定至-10GPa和進一步優選設定至-8GPa，而它的上限更優選設定至-0.5GPa和更優選設定至-1GPa。
如果涂膜的壓縮應力低于-15GPa，則特別在切削刃的脊線部分上剝離涂膜，這取決于切削工具的形狀(如切削刃有極小夾角(included angle)的工具或具有復雜形狀的工具)。同時，如果涂膜的壓縮應力高于0GPa，則涂膜的應力進入拉伸狀態。然后，在涂膜中引起裂紋，導致工具本身的碎屑化。
在這里使用的壓縮應力表示在涂膜中存在的一種類型的內應力(固有的應變)，并且由“-”(負號)數值(單位GPa)表達。因此，該表達短語“大的壓縮應力(內應力)”表示以上數值的絕對值是大的，而表達短語“小的壓縮應力(內應力)”表示以上數值的絕對值是小的。
在本發明中的壓縮應力是以sin2ψ方法測量的。使用X射線的sin2ψ方法廣泛地用作測量在多晶材料中的殘余應力的方法。這一測量方法詳細地描述在“X-ray Stress Measurement”的第54-66頁(The Society ofMaterials Science，Japan，1981，published by Yokendo Co.，Ltd)。在本發明中，最初，X射線的穿透深度是通過將傾度計算法和側傾度計算法相結合來固定的，以及相對于ψ方向的衍射角2θ的各種角度是在包括所測量的應力的方向與在測量位置上提供的樣品表面法線的一個平面中測量的，從而制備2θ-sin2ψ曲線圖。達到該深度(從涂膜的表面計算的距離)的平均壓縮應力能夠以曲線圖的梯度為基礎來測得。類似地，順序地測量到達不同深度的平均壓縮應力以及將數學方法用于找到在涂膜的厚度方向上壓縮應力的強度分布。
更具體地說，在其中來自X射線光源的X射線以規定角度進入樣品的一種借助于X射線測量應力的方法中，由樣品衍射的X射線是由X射線檢測器來檢測，和內應力是以檢測值為基礎來測量的，在樣品內部的壓縮應力能夠按下面方式找出。來自X射線光源的X射線沿著任意設定的角度在樣品的任意部分上進入樣品的表面。當樣品沿著穿過樣品的X射線輻射點的并與在樣品表面上的入射X射線構成直角的ω軸以及沿著在ω軸與樣品載體平行旋轉時與入射X射線重合的χ軸發生旋轉時，該樣品在旋轉時要求在樣品的表面與入射X射線之間的角度保持恒定，以及在衍射面上的法線與在樣品表面上的法線之間的角度ψ發生變化，以測量衍射光束。
這里，從X射線源(如高發光度，高平行性，波長可變性等)的質量考慮，同步輻射(SR)優選用作X射線源來尋找在涂膜厚度方向上的強度分布。
為了從如上所述的2θ-sin2ψ曲線圖上找到壓縮應力，涂膜的楊氏模量和泊松比是必需的。這里，楊氏模量能夠利用動態硬度計或類似設備來測量，以及作為泊松比，使用設定在0.2左右的值。這是因為從一種材料到另一種材料泊松比不會顯著變化。在本發明中，壓縮應力的強度分布是重要的，而不是特別準確的壓縮應力值。因此，在從2θ-sin2ψ圖中找到壓縮應力時，尋找晶格常數和晶面間距而不是使用楊氏模量的措施能夠替代壓縮應力的強度分布。
<強度分布>
根據本發明的涂膜的壓縮應力發生變化，從而在涂膜厚度方向上具有強度分布。這里，涂膜的厚度方向指從涂膜的表面向著涂膜的底面的方向(因為涂膜作為在基礎材料上的最外層，底面指最外層的最接近基礎材料的表面)和垂直于涂膜的表面的方向。參考圖2給出詳細說明，圖2顯示了圖1的涂膜3的一部分的放大橫截面視圖。這里，在涂膜厚度上的方向是用從涂膜的表面4向著涂膜的底面6的箭頭7來顯示的。雖然為了方便起見箭頭7從涂膜的表面4指向涂膜的底面6，但是，該方向不一定限于從上向下方向，只要該方向垂直于涂膜的表面就行。也就是說，涂膜的厚度方向可以從涂膜的底面6指向涂膜的表面4。
強度分布表示按照在涂膜的厚度方向上形成分布的方式在壓縮應力的幅值上的變化。換句話說，在涂膜的厚度方向上壓縮應力的強度分布指不是在平行于涂膜的表面的方向上但在垂直于涂膜的表面的方向上壓縮應力幅度的變化。
強度分布特征在于在涂膜的表面上達到的壓縮應力從涂膜的表面向著位于涂膜的表面與涂膜的底面之間的第一中間點連續地提高以及壓縮應力在第一中間點上達到相對最高點。在下文中，詳細解釋強度分布的第一到第四實施方案。
<強度分布--第一實施方案>
強度分布的第一實施方案特征在于在涂膜的表面上達到最低壓縮應力(換句話說，達到最小絕對值的壓縮應力)，壓縮應力從涂膜的表面向著位于涂膜的表面與涂膜的底面之間的第一中間點連續地提高并在第一中間點達到相對最高點，和從第一中間點到涂膜的底面該壓縮應力保持恒定值。
這一特性將參考顯示了本發明的強度分布的第一實施方案的圖2和圖3來詳細描述。圖3是顯示強度分布的圖，其中橫坐標表示在涂膜的厚度方向上與涂膜的表面相距的距離以及縱坐標表示壓縮應力。
最初，如圖2中所示，第一中間點5位于涂膜的表面4與涂膜的底面6之間。對于在垂直方向上與涂膜的表面4相距的距離，第一中間點5不必一定位于與該表面相距了相當于涂膜厚度的1/2的距離的位置(在垂直方向上從涂膜的表面4到涂膜的底面6的距離)。通常地，第一中間點5更接近于涂膜的表面4，與第一中間點5與涂膜的底面6之間的距離相比。
優選地，第一中間點5位于與涂膜的表面4相距了相當于涂膜厚度的至少0.1％到至多50％的距離的位置(在垂直方向上從涂膜的表面4到涂膜的底面6之間的距離)。更優選，該距離的下限設定至該厚度的0.3％和進一步優選設定至該厚度的0.5％，而該距離的上限適宜地設定到該厚度的40％和進一步優選設定到該厚度的35％。如果將距離設定在低于厚度的0.1％并且當該工具用于完工切削或精密切削時，壓縮應力的減少是不完全的，膜層碎屑化的抑制的效果是低的，和在加工表面粗糙度上的改進效果沒有顯示出來。另外，如果將該距離設定大于厚度的50％，則在涂膜內部壓縮應力的增加的效果會降低以及韌性的改進不會顯示出來。
優選，在涂膜的表面上的壓縮應力被設定到在涂膜的第一中間點上的壓縮應力的25-95％。更優選，在表面上壓縮應力的上限被設定至在第一中間點上壓縮應力的90％和更優選設定至在第一中間點上壓縮應力的85％，同時它的下限被設定至在第一中間點上壓縮應力的30％和更優選設定至它的35％。
如果在涂膜的表面上的壓縮應力被設定低于在第一中間點上壓縮應力的25％，則無法獲得足夠的韌性。同時，如果在涂膜的表面上的壓縮應力超過在第一中間點上壓縮應力的95％，則在涂膜的表面上的壓縮應力的降低的效果會降低以及膜層碎屑化的抑制效果不會顯示出來。
相對最高點是依據一位置(在圖3中，與涂膜的表面相距約0.1μm的點)在第一中間點5上觀察到的，并且表明，在涂膜的表面上達到最小值的壓縮應力(在圖3中壓縮應力具有大約-1.8GPa的值)向著涂膜的底面6連續地提高以及提高的程度在相對最高點發生變化。這里，提高程度的變化指在達到相對最高點之后向著涂膜的底面該壓縮應力的值開始變得恒定，如圖3中所示。因此，在這里相對最高點的意義等同于，或更寬于，相對最高點的意義，它是與在數學中的函數關聯使用的術語。
在圖3中，壓縮應力僅僅在涂膜的表面上達到最低(即，與涂膜的表面相距0μm的點)，然而，本發明的實施方案不局限于這樣的情況，僅僅在與涂膜的表面相距0μm的點達到最低壓縮應力。即，如圖4中所示，本發明還包括其中跨越從涂膜的表面到涂膜的底面的規定距離范圍(優選不大于0.5μm)保持最低壓縮應力的情況。換句話說，本發明包括一種實施方案，其中壓縮應力在涂膜的表面上達到最低值，跨越從涂膜的表面到第一中間點的規定距離(優選不大于0.5μm)保持該最低壓縮應力，和之后壓縮應力向著第一中間點連續地提高。
如上所述，當跨越從涂膜的表面到涂膜的底面的規定距離范圍來保持在涂膜的表面上的最低壓縮應力時，達到了在膜層碎屑化的抑制和耐磨性上特別優異的效果，這是優選的。
其中壓縮應力從涂膜的表面到第一中間點連續地提高的情況不僅包括其中壓縮應力按圖3中所示的向上凸出的方式提高的情況而且包括其中壓縮應力按向下凸出的方式提高或線性地提高的情況。另外，假如壓縮應力從涂膜的表面到第一中間點總體地提高，則在這里的連續提高的情況包括其中壓縮應力部分地降低的情況，或其中提高的程度(斜率)在某一中點發生變化，或該變化以分級方式進行(以分級方式提高)的情況。
其中壓縮應力值從第一中間點到涂膜的底面保持恒定的情況不僅包括其中壓縮應力設定至精確恒定值的情況而且包括其中壓縮應力被設定至大體上恒定值的情況。
如上所述，根據本發明的強度分布的第一實施方案，壓縮應力在涂膜的表面上達到最小值，以及壓縮應力從涂膜的表面到位于涂膜的表面與涂膜的底面之間的第一中間點連續地提高并在第一中間點達到相對最高點。在涂膜的表面上達到最低壓縮應力，這樣盡可能地改進在涂膜的表面上的耐磨性和同樣地改進耐膜層碎屑化的性能。另外，在相對最高點的附近達到大的壓縮應力以及壓縮應力從第一中間點到涂膜的底面維持恒定，據此提供了優異的韌性。
以這一方式，根據本發明的表面涂敷切削工具在成功地獲得韌性，耐磨性和耐膜層碎屑化的性能上取得極其優異的效果。
此類優異效果不能在普通的表面涂敷切削工具(專利文獻1)中顯示出，后者的特征在于沒有相對最高點以及壓縮應力從涂膜的表面到涂膜的底面連續地或以分級方式均勻地提高或下降。
<強度分布--第二實施方案>
強度分布的第二實施方案特征在于，在涂膜的表面上的壓縮應力從涂膜的表面到位于涂膜的表面與涂膜的底面之間的第一中間點連續地提高，并且壓縮應力在第一中間點上達到相對最高點，以及壓縮應力從第一中間點到涂膜的底面連續地下降。
這一特性將參考顯示了本發明的強度分布的第二實施方案的圖2和圖6來詳細描述。圖6是顯示強度分布的圖，其中橫坐標表示在涂膜的厚度方向上與涂膜的表面相距的距離以及縱坐標表示壓縮應力。
最初，如圖2中所示，第一中間點5位于涂膜的表面4與涂膜的底面6之間。對于在垂直方向上與涂膜的表面4相距的距離，第一中間點5不必一定位于與該表面相距了相當于涂膜厚度(在垂直方向上從涂膜的表面4到涂膜的底面6的距離)的1/2的距離的位置。通常地，第一中間點5更接近于涂膜的表面4，與第一中間點5與涂膜的底面6之間的距離相比。
優選地，第一中間點5位于與涂膜的表面相距了相當于涂膜厚度(在垂直方向上從涂膜的表面4到涂膜的底面6之間的距離)的至少0.1％到至多50％的距離的位置。更優選，該距離的下限設定至該厚度的0.3％和進一步優選設定至該厚度的0.5％，而該距離的上限適宜地設定到該厚度的40％和進一步優選設定到該厚度的35％。如果將距離設定在低于厚度的0.1％并且當該工具用于完工切削或精密切削時，壓縮應力的減少是不完全的，膜層碎屑化的抑制的效果是低的，和在加工表面粗糙度上的改進效果沒有顯示出來。另外，如果將該距離設定大于厚度的50％，則在涂膜內部壓縮應力的增加的效果會降低以及韌性的改進不會顯示出來。
在該強度分布中，壓縮應力可以在涂膜的表面4上達到最小值(換句話說，壓縮應力達到最小絕對值)。因此，能夠獲得特別優異的耐磨性和耐膜層碎屑化的性能。同時，壓縮應力也可以在涂膜的底面6上達到最小值(換句話說，壓縮應力達到最小絕對值)。因此能夠獲得特別優異的耐磨性。
優選，在涂膜的表面上的壓縮應力被設定到在涂膜的第一中間點上的壓縮應力的25-95％。更優選，在表面上壓縮應力的上限被設定至在第一中間點上壓縮應力的90％和更優選設定至在第一中間點上壓縮應力的85％，同時它的下限被設定至在第一中間點上壓縮應力的30％和更優選設定至它的35％。
如果在涂膜的表面上的壓縮應力被設定低于在第一中間點上壓縮應力的25％，則無法獲得足夠的韌性。同時，如果在涂膜的表面上的壓縮應力超過在第一中間點上壓縮應力的95％，則在涂膜的表面上的壓縮應力的降低的效果會降低以及膜層碎屑化的抑制效果不會顯示出來。
相對最高點是依據一位置(在圖6中，與涂膜的表面相距約0.1μm的點)在第一中間點上觀察到的，并且表明，在涂膜的表面上的壓縮應力(在圖6中具有大約-1.8GPa的值的壓縮應力)向著涂膜的底面6連續地提高，以及提高的程度在相對最高點發生變化。這里，提高程度的變化指在達到相對最高點之后向著涂膜的底面該壓縮應力的值開始連續地下降，如圖6中所示。
在圖6中，相對最高點僅僅在第一中間點上存在，然而，本發明的實施方案不限于它，并且還包括其中相對最高點在涂膜厚度方向上以某種厚度存在的情況。這里，以某種厚度存在的相對最高點指這樣的情況其中在相對最高點上的壓縮應力從第一中間點開始跨越該厚度(優選，不大于涂膜厚度的1/2)保持大體上恒定。如上所述，相對最高點以從第一中間點開始的某種厚度存在，這樣韌性能夠進一步改進。
因此，在這里相對最高點的意義等同于，或更寬于，作為與在數學中的函數關聯使用的術語的“相對最高點”的意義。
在圖6中，壓縮應力從涂膜的表面連續地提高(即，與涂膜的表面相距0μm的點)，然而，本發明的實施方案不限于它。即，例如，如圖7中所示，本發明還包括其中在涂膜的表面上的壓縮應力跨越規定的距離范圍(優選不大于0.5μm)向著涂膜的底面得到保持的情況。換句話說，本發明包括其中在涂膜的表面上的壓縮應力小于內部的壓縮應力的實施方案(換句話說，在表面上壓縮應力的絕對值小于在內部的壓縮應力的絕對值)，并且壓縮應力跨越從涂膜的表面到第一中間點的規定距離(優選不大于0.5μm)得到保持和之后向著第一中間點連續地提高。
如上所述，當跨越從涂膜的表面到涂膜的底面的規定距離范圍來保持在涂膜的表面上的壓縮應力時，達到了在膜層碎屑化的抑制和耐磨性上特別優異的效果，這是優選的。
其中壓縮應力從涂膜的表面到第一中間點連續地提高的情況不僅包括其中壓縮應力按圖6中所示的向上凸出的方式提高的情況而且包括其中壓縮應力按向下凸出的方式提高或線性地提高的情況。另外，假如壓縮應力從涂膜的表面到第一中間點總體地提高，則在這里的連續提高的情況包括其中壓縮應力部分地提高的情況，或其中提高的程度(斜率)在某一中點發生變化，或該變化以分級方式進行(以分級方式提高)的情況。
其中壓縮應力從從第一中間點到涂膜的表面連續地下降的情況不僅包括其中壓縮應力按圖6中所示的向上凸出的方式下降的情況而且包括其中壓縮應力按向下凸出的方式下降或線性地下降的情況。另外，假如壓縮應力從第一中間點到涂膜的底面總體地下降，則在這里的連續下降的情況包括其中壓縮應力部分地提高的情況，或其中下降的程度(斜率)在某一中點發生變化，或該變化以分級方式進行(以分級方式減少)的情況。
如上所述，根據本發明的強度分布的第二實施方案，在涂膜的表面上的壓縮應力從涂膜的表面向著位于涂膜的表面與涂膜的底面之間的第一中間點連續地提高并且該壓縮應力在第一中間點上達到相對最高點。在涂膜的表面上的壓縮應力小于在內部的壓縮應力，這樣盡可能地改進在涂膜的表面上的耐磨性和同樣地改進耐膜層碎屑化的性能。另外，在相對最高點的附近達到大的壓縮應力，因此提供優異的韌性。
另外，根據本發明的強度分布的第二實施方案，壓縮應力從第一中間點到涂膜的底面連續地下降，這樣提供了極其優異的耐磨性。以這一方式，根據本發明的表面涂敷切削工具在成功地獲得韌性，耐磨性和耐膜層碎屑化的性能上取得極其優異的效果。
此類優異效果不能在普通的表面涂敷切削工具(專利文獻1)中顯示出，后者的特征在于沒有相對最高點以及壓縮應力從涂膜的表面到涂膜的底面連續地或以分級方式均勻地提高或下降。
<強度分布--第三實施方案>
強度分布的第三實施方案特征在于；在涂膜的表面上的壓縮應力從涂膜的表面到位于涂膜的表面與涂膜的底面之間的第一中間點連續地提高和該壓縮應力在第一中間點上達到相對最高點，以及壓縮應力從第一中間點到位于第一中間點與涂膜的底面之間的第二中間點連續地下降并在第二中間點上達到相對最低點。
這一特性將參考顯示了本發明的強度分布的第三實施方案的圖8和圖9來詳細描述。圖9是顯示強度分布的圖，其中橫坐標表示在涂膜的厚度方向上與涂膜的表面相距的距離以及縱坐標表示壓縮應力。
最初，如圖8中所示，第一中間點5位于涂膜的表面4與涂膜的底面6之間。對于在垂直方向上與涂膜的表面4相距的距離，第一中間點5不必一定位于與該表面相距了相當于涂膜厚度(在垂直方向上從涂膜的表面4到涂膜的底面6的距離)的1/2的距離的位置。通常地，第一中間點5更接近于涂膜的表面4，與第一中間點5與涂膜的底面6之間的距離相比。
優選地，第一中間點5位于與涂膜的表面4相距了相當于涂膜厚度(在垂直方向上從涂膜的表面4到涂膜的底面6之間的距離)的至少0.1％到至多50％的距離的位置。更優選，該距離的下限設定至該厚度的0.3％和進一步優選設定至該厚度的0.5％，而該距離的上限適宜地設定到該厚度的40％和進一步優選設定到該厚度的35％。如果將距離設定在低于厚度的0.1％并且當該工具用于完工切削或精密切削時，壓縮應力的減少是不完全的，膜層碎屑化的抑制的效果是低的，和在加工表面粗糙度上的改進效果沒有顯示出來。另外，如果將該距離設定大于厚度的50％，則在涂膜內部壓縮應力的增加的效果會降低以及韌性的改進不會顯示出來。
在該強度分布中，壓縮應力可以在涂膜的表面4上達到最小值(換句話說，壓縮應力達到最小絕對值)。因此，能夠獲得特別優異的耐磨性。
優選，在涂膜的表面上的壓縮應力被設定到在涂膜的第一中間點上的壓縮應力的25-95％。更優選，在表面上壓縮應力的上限被設定至在第一中間點上壓縮應力的90％和更優選設定至在第一中間點上壓縮應力的85％，同時它的下限被設定至在第一中間點上壓縮應力的30％和更優選設定至它的35％。
如果在涂膜的表面上的壓縮應力被設定低于在第一中間點上壓縮應力的25％，則無法獲得足夠的韌性。同時，如果在涂膜的表面上的壓縮應力超過在第一中間點上壓縮應力的95％，則在涂膜的表面上的壓縮應力的降低的效果會降低以及膜層碎屑化的抑制效果不會顯示出來。
相對最高點是依據一位置(在圖9中，與涂膜的表面相距約0.1μm的點)在第一中間點上觀察到的，并且表明在涂膜的表面上的壓縮應力(在圖9中具有大約-1.8GPa的值的壓縮應力)向著涂膜的底面6連續地提高，以及提高的程度在相對最高點發生變化。這里，提高程度的變化指在達到相對最高點之后向著第二中間點該壓縮應力的值開始連續地下降，如圖9中所示。
在圖9中，相對最高點僅僅在第一中間點上存在，然而，本發明的實施方案不限于它，并且還包括其中相對最高點在涂膜厚度方向上以某種厚度存在的情況。這里，以某種厚度存在的相對最高點指其中在相對最高點上的壓縮應力從第一中間點開始跨越該厚度(優選，不大于涂膜厚度的1/2)保持大體上恒定。如上所述，相對最高點從第一中間點開始以某種厚度存在，這樣韌性能夠進一步改進。
因此，在這里相對最高點的意義等同于，或更寬于，作為與在數學中的函數關聯使用的術語“相對最高點”的意義。
同時，如圖8中所示，第二中間點9位于第一中間點5和涂膜的底面6之間，然而，第二中間點9不一定必須位于與第一中間點5相距了相當于在垂直方向上從第一中間點5到涂膜的底面6的距離的1/2的那一距離的一個位置。通常地，第二中間點9更接近于涂膜的表面6，與第一中間點5與涂膜的底面6之間的距離相比。
優選地，第二中間點9位于與涂膜的表面相距了相當于涂膜厚度(在垂直方向上從涂膜的表面4到涂膜的底面6之間的距離)的至少0.2％到至多95％的距離的位置。更優選，該距離的下限設定至該厚度的0.5％和進一步優選設定至該厚度的1.0％，而該距離的上限適宜地設定到該厚度的90％和進一步優選設定到該厚度的80％。如果距離被設定至低于厚度的0.2％，則壓縮應力的應用是不夠的和并且在韌性上的改進不會顯示出來。另外，如果該距離被設定至大于厚度的95％，則壓縮應力的減少是不夠的，并且無法顯示出抑制膜層碎屑化的效果和改進耐磨性的效果。
優選，在第二中間點上的壓縮應力被設定至在第一中間點(相對最高點)上壓縮應力的20-90％。更優選，在第二中間點上壓縮應力的上限被設定至在第一中間點上的壓縮應力的85％和更優選設定至該壓縮應力的80％，同時，它的下限被設定至壓縮應力的30％和更優選設定至它的40％。
如果將在第二中間點上的壓縮應力設定至低于在第一中間點上的壓縮應力的20％，則壓縮應力的降低是過度的并且無法獲得足夠的韌性。同時，如果在第二中間點上的壓縮應力超過在第一中間點上的壓縮應力的90％，則沖擊吸收(應力松弛)是不完全的，抑制膜層碎屑化的效果會下降，和無法獲得改進耐磨性的效果。
相對最高點是依據一位置(在圖9中，與涂膜的表面相距約0.4μm的點)在第二中間點上觀察到的，并且表明在第一中間點5上的壓縮應力(在圖9中具有大約-5GPa的值的壓縮應力)向著涂膜的底面6連續地下降，以及下降的程度在相對最低點發生變化。這里，下降程度的變化指在達到相對最低點之后向著涂膜的底面6該壓縮應力開始連續地提高，如圖9中所示。
在圖9中，相對最低點僅僅在第二中間點上存在，然而，本發明的實施方案不限于它，并且還包括其中相對最低點在涂膜厚度方向上以某種厚度存在的情況。這里，以某種厚度存在的相對最低點指其中在相對最低點上的壓縮應力從第二中間點開始跨越該厚度(優選，不大于涂膜厚度的1/2)保持大體上恒定。如上所述，相對最低點從第二中間點開始以某種厚度存在，這樣耐磨性能夠進一步改進。
因此，在這里相對最低點的意義等同于，或更寬于，作為與在數學中的函數關聯使用的術語的相對最低點的意義。
雖然圖9顯示了其中壓縮應力從第二中間點到涂膜的底面連續地提高的實施方案，但是，本發明的實施方案不限于它，并且還包括其中壓縮應力從第二中間點到涂膜的底面保持恒定(大體上恒定)的情況。當壓縮應力從第二中間點到涂膜的底面連續地提高時，獲得優異的韌性。另一方面，當壓縮應力從第二中間點到涂膜的底面保持恒定值時，顯示了進一步改進耐磨性的效果。
在圖9中，壓縮應力從涂膜的表面連續地提高(即，與涂膜的表面相距0μm的點)，然而，本發明的實施方案不限于它。即，例如，如圖10中所示，本發明還包括其中在涂膜的表面上的壓縮應力跨越規定的距離范圍(優選不大于0.5μm)向著涂膜的底面得到保持的情況。換句話說，本發明包括其中在涂膜的表面上的壓縮應力小于內部的壓縮應力的實施方案(換句話說，在表面上壓縮應力的絕對值小于在內部的壓縮應力的絕對值)，并且壓縮應力跨越從涂膜的表面到第一中間點的規定距離(優選不大于0.5μm)得到保持和之后向著第一中間點連續地提高。
如上所述，當跨越從涂膜的表面到涂膜的底面的規定距離范圍來保持在涂膜的表面上的壓縮應力時，達到了在膜層碎屑化的抑制和耐磨性上特別優異的效果，這是優選的。
在本申請中壓縮應力連續地下降的情況不僅包括其中壓縮應力按圖9中所示的向上凸出的方式下降的情況而且包括其中壓縮應力按向下凸出的方式下降或線性地下降的情況。另外，假如壓縮應力總體地下降，則在本申請中的連續下降的情況包括其中壓縮應力部分地提高的情況，或其中下降的程度(斜率)在某一中點發生變化，或該變化以分級方式進行(以分級方式下降)的情況。
在本申請中壓縮應力連續地提高的情況不僅包括其中壓縮應力按圖9中所示的向上凸出或向下凸出的方式提高的情況而且包括其中壓縮應力線性地提高的情況。另外，假如壓縮應力總體地下降，則在本申請中的連續提高的情況包括其中壓縮應力部分地下降的情況，或其中提高的程度(斜率)在某一中點發生變化，或該變化以分級方式進行(以分級方式提高)的情況。
如上所述，根據本發明的強度分布的第三實施方案，在涂膜的表面上的壓縮應力從涂膜的表面向著位于涂膜的表面與涂膜的底面之間的第一中間點連續地提高并且該壓縮應力在第一中間點上達到相對最高點。在涂膜的表面上的壓縮應力小于在內部的壓縮應力，這樣改進了耐磨性和還獲得了優異的耐膜層碎屑化的性能。另外，顯示出了在相對最高點的附近的優異韌性的顯著效果。
另外，根據本發明的強度分布的第三實施方案，壓縮應力從第一中間點到第二中間點連續地下降并在第二中間點上獲得相對最低點，這樣提供了更優異的耐磨性。以這一方式，根據本發明的表面涂敷切削工具在成功地獲得韌性，耐磨性和耐膜層碎屑化的性能上取得極其優異的效果。
此類優異效果不能在普通的表面涂敷切削工具(專利文獻1)中顯示出，后者的特征在于沒有相對最高點和也沒有相對最低點以及壓縮應力從涂膜的表面到涂膜的底面連續地或以分級方式均勻地提高或下降。
<強度分布--第四實施方案>
強度分布的第四實施方案特征在于；在涂膜的表面上的壓縮應力從涂膜的表面到位于涂膜的表面與涂膜的底面之間的第一中間點連續地提高和該壓縮應力在第一中間點上達到相對最高點，以及壓縮應力從第一中間點到位于第一中間點與涂膜的底面之間的第二中間點連續地下降并在第二中間點上達到相對最低點，和強度分布具有在第二中間點和涂膜的底面之間的一個或多個相似的相對最高點。
這里，相似的相對最高點指其中壓縮應力在強度分布上顯示出一種行為的點，與在表示為第一中間點的相對最高點上的相同，和例如指在壓縮應力從第二中間點到涂膜的底面連續地提高之后壓縮應力的提高程度發生變化的點。如上所述，在第二中間點和涂膜的底面之間提供一個或多個相對最高點，這樣獲得了更優異的韌性，已在涂膜表面上發生的開裂向著涂膜內部的發展能夠更有效地抑制，和進一步改進耐膜層碎屑化的性能。
同時，強度分布可以在第二中間點和涂膜的底面之間具有一個或多個相似的相對最低點。
這里，相似的相對最低點指其中壓縮應力在強度分布上顯示出一種行為的點，與在表示為第二中間點的相對最低點上的相同，和例如指在壓縮應力從位于在第二中間點和涂膜的底面之間到涂膜的底面連續地下降之后壓縮應力的下降程度發生變化的點。如上所述，在第二中間點和涂膜的底面之間提供一個或多個相對最低點，以便已在涂膜表面上發生的開裂向著涂膜內部的發展能夠更有效地抑制，進一步改進耐膜層碎屑化的性能，和顯示出更優異的耐磨性。
強度分布可具有一個或多個相似的相對最高點和在第二中間點和涂膜的底面之間的一個或多個相似的相對最低點，按這一順序以交替和重復的方式。這里，重復的次數和重復的間隔沒有特別限制。如果相對最高點(包括在第一中間點的相對最高點)和相對最低點(包括在第二中間點的相對最低點)是以大體上相等的間隔存在，重復的次數能夠與涂膜的厚度相關地測定，這樣在相對最高點之間的距離和在相對最低點之間的距離是涂膜厚度的0.1％-70％和該距離的上限優選被設定至涂膜厚度的60％和更優選被設定至涂膜厚度的50％，同時該距離的下限優選被設定至厚度的0.15％和更優選被設定至厚度的0.2％。
如果將該距離設定低于厚度的0.1％，則重復的間隔太短無法獲得涂膜的穩定的應力狀態，這導致膜層碎屑化的易發生性。同時，如果將該距離設定大于厚度的70％，則多個的相對最低點或相對最高點的形成的效果會降低。
如上所述，多個的相對最高點和相對最低點是按這一順序以交替和重復的方式存在，這樣，其中在涂膜表面上發生的開裂的發展能量能夠被吸收的點的數量會增加。因此，開裂向著涂膜內部的發展能夠更有效地被抑制，進一步改進耐膜層碎屑化的性能，和顯示出更優異的耐磨性和韌性。
如上所述的強度分布的各種特性將參考顯示了本發明的強度分布的第四實施方案的圖11和圖12來詳細討論。圖12是顯示強度分布的圖，其中橫坐標表示在涂膜的厚度方向上與涂膜的表面相距的距離以及縱坐標表示壓縮應力。
最初，如圖11中所示，第一中間點5位于涂膜的表面4與涂膜的底面6之間。對于在垂直方向上與涂膜的表面4相距的距離，第一中間點5不必一定位于與該表面相距了相當于涂膜厚度(在垂直方向上從涂膜的表面4到涂膜的底面6的距離)的1/2的距離的位置。通常地，第一中間點5更接近于涂膜的表面4，與第一中間點5與涂膜的底面6之間的距離相比。
優選地，第一中間點5位于與涂膜的表面4相距了相當于涂膜厚度的至少0.1％到至多40％的距離的位置(在垂直方向上從涂膜的表面4到涂膜的底面6之間的距離)。更優選，該距離的下限設定至該厚度的0.3％和進一步優選設定至該厚度的0.5％，而該距離的上限適宜地設定到該厚度的35％和進一步優選設定到該厚度的30％。如果將距離設定在低于厚度的0.1％并且當該工具用于完工切削或精密切削時，壓縮應力的減少是不完全的，膜層碎屑化的抑制的效果是低的，和在加工表面粗糙度上的改進效果沒有顯示出來。另外，如果將該距離設定為大于厚度的40％，則在涂膜內部壓縮應力的增加的效果會降低以及韌性的改進不會顯示出來。
在該強度分布中，壓縮應力可以在涂膜的表面4上達到最小值(換句話說，壓縮應力達到最小絕對值)。因此，能夠獲得特別優異的韌性。
優選，在涂膜的表面上的壓縮應力被設定到在涂膜的第一中間點上的壓縮應力的25-95％。更優選，在表面上壓縮應力的上限被設定至在第一中間點上壓縮應力的90％和更優選設定至在第一中間點上壓縮應力的85％，同時它的下限被設定至在第一中間點上壓縮應力的30％和更優選設定至它的35％。如果在涂膜的表面上的壓縮應力被設定低于在第一中間點上壓縮應力的25％，則無法獲得足夠的韌性。同時，如果在涂膜的表面上的壓縮應力超過了在第一中間點的壓縮應力的95％，則在涂膜的表面上的壓縮應力的減少的效果會降低，沖擊吸收(應力松弛)是不完全的，和無法顯示出膜層碎屑化的抑制的效果。
從涂膜的表面4到涂膜的底面6之間存在多個相對最高點。至于位置，從涂膜表面4側算起的第一相對最高點是在如上所述的第一中間點上出現，和在第二中間點9和涂膜的底面6之間的任何一個或多個點(例如，在圖11中的第三中間點10)觀察到相對最高點。這里，該相對最高點指壓縮應力在強度分布上顯示出以下一種行為的點在壓縮應力向著涂膜的底面6連續地提高之后壓縮應力提高的程度會發生變化。這里，提高程度的變化是指向著涂膜的底面6提高的壓縮應力在到達相對最高點之后開始連續地下降。
雖然圖11僅僅將第三中間點10顯示為表示第二或后面的相對最高點，但是該表示是為了方便起見。第二或后面的相對最高點同樣地沒有限制。
在圖12中，相對最高點作為在涂膜厚度方向上不具有寬度的點而存在，然而，本發明的實施方案不限于它，并且還包括其中相對最高點在涂膜厚度方向上以某種厚度(寬度)存在的情況。這里，以某種厚度存在的相對最高點的情況指其中在相對最高點上的壓縮應力跨越該厚度(優選，不大于涂膜厚度的1/2)保持大體上恒定的值。如上所述，相對最高點是以某種厚度存在，這樣韌性能夠進一步改進。
因此，在這里相對最高點的意義等同于，或更寬于，作為與在數學中的函數關聯使用的術語的相對最高點的意義。
同時，如圖11中所示，第二中間點9位于第一中間點5和涂膜的底面6之間，然而，第二中間點9不一定必須位于與第一中間點5相距了相當于在垂直方向上從第一中間點5到涂膜的底面6之間的距離的1/2的那一距離的一個位置。
優選地，第二中間點9位于與涂膜的表面相距了相當于涂膜厚度(在垂直方向上從涂膜的表面4到涂膜的底面6之間的距離)的至少0.2％到至多80％的距離的位置。更優選，該距離的下限設定至該厚度的0.5％和進一步優選設定至該厚度的1％，而該距離的上限適宜地設定到該厚度的75％和進一步優選設定到該厚度的70％。如果距離被設定至低于厚度的0.2％，則壓縮應力的應用是不夠的和并且在韌性上的改進效果不會顯示出來。另外，如果該距離被設定至大于厚度的80％，則壓縮應力的減少是不夠的，并且無法顯示出抑制膜層碎屑化的效果和改進耐磨性的效果。
優選，在第二中間點上的壓縮應力被設定至在第一中間點(相對最高點)上壓縮應力的10-80％。更優選，在第二中間點上壓縮應力的上限被設定至在第一中間點上壓縮應力的70％和更優選設定至在第一中間點上壓縮應力的60％，同時它的下限被設定至在第一中間點上壓縮應力的15％和更優選設定至它的20％。如果存在兩個或多個相對最低點，各相對最低點優選具有在上述范圍內的壓縮應力。
如果將在第二中間點上的壓縮應力設定至低于在第一中間點上的壓縮應力的10％，則壓縮應力的降低是過度的并且無法獲得足夠的韌性。同時，如果在第二中間點上的壓縮應力超過在第一中間點上的壓縮應力的80％，則沖擊沖擊(應力松弛)是不完全的，抑制膜層碎屑化的效果會下降，和無法顯示在耐磨性上的改進效果。
從涂膜的表面4到涂膜的底面6存在一個或多個相對最低點。至于位置，從涂膜表面4側算起的第一相對最低點是在如上所述的第二中間點9上出現。如果存在第二或后面的相對最低點，則在第二中間點9與涂膜的底面6之間的任何一個或多個點上觀察到相對最低點(例如，在圖11中的第四中間點11)。相對最低點指壓縮應力在強度分布上顯示出以下一種行為的點在壓縮應力向著涂膜的底面6連續地下降之后壓縮應力下降的程度會發生變化。這里，提高程度的變化是指已經向著涂膜的底面6下降的壓縮應力在到達相對最低點之后開始連續地提高。
雖然圖11僅僅將第四中間點11顯示為表示第二或后面的相對最低點，但是該表示是為了方便起見。第二或后面的相對最低點同樣地沒有限制。
在圖12中，相對最低點作為在涂膜厚度方向上不具有寬度的點而存在，然而，本發明的實施方案不限于它，并且還包括其中相對最低點在涂膜厚度方向上以某種厚度(寬度)存在的情況。這里，以某種厚度存在的相對最低點的情況指其中在相對最低點上的壓縮應力跨越該厚度(優選，不大于涂膜厚度的1/2)保持大體上恒定的值。如上所述，相對最低點以某種厚度存在，這樣耐磨性能夠進一步改進。
因此，在這里相對最低點的意義等同于，或更寬于，作為與在數學中的函數關聯使用的術語的相對最低點的意義。
相對最高點和相對最低點優選按這一順序以交替和重復的方式在涂膜的表面4與涂膜的底面6之間存在，如圖12中所示。另外，優選，該相對最高點和相對最低點是以相等或不相等的間隔存在，并且壓縮應力在各相對最高點上或在各相對最低點上是作為大體上相同的值而存在。
在圖12中，壓縮應力從涂膜的表面連續地提高(即，與涂膜的表面相距0μm的點)，然而，本發明的實施方案不限于它。即，例如，如圖13中所示，本發明還包括其中在涂膜的表面上的壓縮應力跨越規定的距離范圍(優選不大于0.5μm)向著涂膜的底面得到保持的情況。換句話說，本發明包括其中在涂膜的表面上的壓縮應力小于內部的壓縮應力的實施方案(換句話說，在表面上壓縮應力的絕對值小于在內部的壓縮應力的絕對值)，并且壓縮應力跨越從涂膜的表面到第一中間點的規定距離(優選不大于0.5μm)得到保持和之后向著第一中間點連續地提高。
如上所述，當跨越從涂膜的表面到涂膜的底面的規定距離范圍來保持在涂膜的表面上的壓縮應力時，達到了在膜層碎屑化和耐磨性的抑制上特別優異的效果，這是優選的。
在本申請中壓縮應力連續地下降的情況不僅包括其中壓縮應力按圖12中所示的向上凸出的方式下降的情況而且包括其中壓縮應力按向下凸出的方式下降或線性地下降的情況。另外，假如壓縮應力總體地下降，則在本申請中的連續下降的情況包括其中壓縮應力部分地提高的情況，或其中下降的程度(斜率)在某一中點發生變化，或該變化以分級方式進行(以分級方式下降)的情況。
在本申請中壓縮應力連續地提高的情況不僅包括其中壓縮應力按圖12中所示的向上凸出或向下凸出的方式提高的情況而且包括其中壓縮應力線性地提高的情況。另外，假如壓縮應力總體地增加，則在本申請中的連續提高的情況包括其中壓縮應力部分地下降的情況，或其中提高的程度(斜率)在某一中點發生變化，或該變化以分級方式進行(以分級方式提高)的情況。
可以指出，在如上所述的強度分布中，最接近涂膜的底面6的點可以是相對最低點或相對最高點。因此，在涂膜的底面6上的壓縮應力可以處于提高或處于下降的趨勢，或另外地，相對最低點或相對最高點可以與底面6重合。
如上所述，根據本發明的強度分布的第四實施方案，在涂膜的表面上的壓縮應力從涂膜的表面向著位于涂膜的表面與涂膜的底面之間的第一中間點連續地提高并且該壓縮應力在第一中間點上達到相對最高點。在涂膜的表面上的壓縮應力小于在內部的壓縮應力，這樣改進了耐磨性和還獲得了優異的耐膜層碎屑化的性能。另外，顯示出了在相對最高點的附近的優異韌性的顯著效果。
另外，根據本發明的強度分布的第四實施方案，壓縮應力從第一中間點到第二中間點連續地下降并在第二中間點上獲得相對最低點，這樣提供了更優異的耐磨性。此外，根據本發明的強度分布的第四實施方案，多個的相對最高點和相對最低點是按這一順序以交替和重復的方式在第二中間點和涂膜的底面之間存在。因此，在涂膜表面上發生的開裂向著涂膜內部的發展能夠更有效地被抑制，進一步改進耐膜層碎屑化的性能，和顯示出更優異的耐磨性和韌性。
以這一方式，根據本發明的表面涂敷切削工具在成功地獲得韌性，耐磨性和耐膜層碎屑化的性能上取得極其優異的效果。
此類優異效果不能在普通的表面涂敷切削工具(專利文獻1)中顯示出，后者的特征在于沒有相對最高點和也沒有相對最低點以及壓縮應力從涂膜的表面到涂膜的底面連續地或以分級方式均勻地提高或下降。
<其它>
在根據本發明的表面涂敷切削工具中，任意的中間層8可以在基礎材料2和涂膜3之間形成，如圖5中所示。此類中間層8正常地具有改進耐磨性或改進在基礎材料和涂膜之間的粘合性的性能，并且可以通過單個層或多個層來實施。這里，涂膜的底面6作為在涂膜3和中間層8之間的接觸表面。
該中間層可以例如由TiN，TiCN，TiSiN，TiAlN，AlCrN，AlVN，TiAlCrN，TiAlSiN，TiAlSiCrN，AlCrVN或類似物組成。在這些組成中，各原子的比率在作為涂膜的組成所例舉的通式的實例之后給出。
<實施例>
在下文中，本發明將參考下面的實施例來詳細描述，然而，本發明不限于它們。在實施例中涂膜的化合物組成是由XPS(X射線光電子光譜分析器)證實的。另外，用如上所述的sin2ψ方法測量壓縮應力和厚度(或與涂膜的表面相距的距離)。
在使用sin2ψ方法的測量中，所使用的X射線的能力被設定至10keV，和衍射峰設定至Ti0.5Al0.5N的(實施例1-6，實施例11-16，實施例21-26，和實施例31-36)，Al0.7Cr0.3N的(實施例7-10)，Al0.7Cr0.25V0.05N的(實施例17-20)，Ti0.8Si0.2N的(實施例27-30)，和Ti0.7Si0.2Cr0.1N(實施例37-40)的(200)平面。然后，通過高斯函數的擬合測定所測量的衍射峰位置，和求出2θ-sin2ψ圖的斜率。另外，通過使用動態硬度計所測得的值(由MTS Systems Corporation制造的Nanoindenter)被采用為楊氏模量，和TiN(0.19)的值被采用為泊松比。如此設定應力值。
下面的涂膜是通過使用陰極弧離子電鍍法形成的，然而，膜也可以通過使用平衡或失衡濺射來形成。另外，雖然下面形成了特定組成的涂膜，但是從不同組成的涂膜同樣地能夠得到相似的效果。
<實施例1-6>
<表面涂敷切削工具的制造>
最初，作為表面涂敷切削工具的基礎材料，制備了具有下表1中所示的材料和工具形狀(根據評價下面所要描述的各特性的方法的不同而不同)的用于切削的多刃刀片，以及多刃刀片(基礎材料)安裝于陰極弧離子電鍍裝置上。
表1
接連地，在該裝置的腔內的壓力通過真空泵降低，和基礎材料的溫度利用在裝置中提供的加熱器被加熱至450℃。腔被抽空，直到在腔內的壓力達到1.0×10-4Pa為止。
其后，將氬氣引入和在腔內的壓力保持在3.0Pa。基礎材料的基底偏電源的電壓逐漸地提高至-1500V，和基礎材料的表面的清洗進行15分鐘。其后，氬氣消耗盡。
然后，設定作為金屬蒸發源的由合金組成的靶，以使Ti0.5Al0.5N形成至3μm的厚度，當在基礎材料上的涂膜與其接觸時。將作為活性氣體的氮氣引入，基礎材料(基底)的溫度設定至450℃，活性氣體壓力設定至4.0Pa，和基底偏電壓按照在下表2中所示來變化。以這一方式，100A的弧光電流供應給陰極和金屬離子從電弧型蒸發源產生，據此制造了具有在表3中所示的壓縮應力的強度分布的實施例1-6的根據本發明的表面涂敷切削工具。
表2
在以上表2中的時間顯示了自從金屬離子從由合金組成的靶中的蒸發開始之后的消逝時間。另外，在各表框中電壓的數值顯示了在如上所述的消逝時間過程中的基底偏電壓組。例如，如果給出了單個數值如“-150V”，這表明在消逝時間中基底偏電壓是恒定的。這里，涂膜的壓縮應力同樣地維持恒定值。同時，如果給出范圍如“-150V到-50V”，這表明在消逝時間中基底偏電壓以恒定速度逐漸從-150V降低至-50V。這里，涂膜的壓縮應力逐漸地下降，和在電壓開始下降的點上形成了壓縮應力的相對最高點。
基底偏電壓相對于消逝時間發生變化或設定到恒定值，這樣，壓縮應力保持恒定值的相對最高點或區段能夠在涂膜中的壓縮應力的強度分布中形成。
表3
應當指出，在以上表3中在表面上壓縮應力的表框中的數值給出了在涂膜的表面上所顯示出的最低壓縮應力。另外，在第一中間點的表框中的數值顯示了在涂膜厚度方向上從涂膜的表面到到第一中間點之間的距離(以“％”顯示的數值是相對于涂膜厚度的值，附帶有“μm”的指示)。另外，在相對最高點的表框中的數值顯示了在該相對最高點下的壓縮應力。這一壓縮應力向著涂膜的底面保持恒定(相同的值)。
在實施例1至6中根據本發明的表面涂敷切削工具包括基礎材料和在基礎材料上形成的涂膜。涂膜作為在基礎材料上的最外層和具有壓縮應力。壓縮應力發生變化以使得在涂膜厚度方向上具有強度分布，和強度分布特征在于在涂膜的表面上達到最低壓縮應力，和該壓縮應力從涂膜的表面到位于涂膜的表面和涂膜的底面之間的第一中間點連續地提高并在第一中間點上達到相對最高點，和該壓縮應力從第一中間點到涂膜的底面保持恒定值。也就是說，這一強度分布顯示了根據如上所述的第一實施方案的強度分布。
為了對比目的，按類似方式制造表面涂敷切削工具，但是以下條件除外在金屬離子從合金構成的靶中開始蒸發之后，基底偏電壓在-150V下保持60分鐘(對比實施例1)。
在根據對比實施例1的表面涂敷切削工具中，沒有涂膜的壓縮應力的強度分布以及壓縮應力從涂膜的底面到涂膜的表面是恒定的。
<實施例7到10>
<表面涂敷切削工具的制造>
最初，與用于實施例1到6中的基礎材料相同的基礎材料用作表面涂敷切削工具的基礎材料，和這一基礎材料附裝于陰極弧離子電鍍裝置中。
接連地，在該裝置的腔內的壓力通過真空泵降低，和基礎材料的溫度利用在裝置中提供的加熱器被加熱至450℃。腔被抽空，直到在腔內的壓力達到1.0×10-4Pa為止。
其后，將氬氣引入并將在腔內的壓力保持在3.0Pa。基礎材料的基底偏電源的電壓逐漸地提高至-1500V，和基礎材料的表面的清洗進行15分鐘。其后，氬氣消耗盡。
然后，設定作為金屬蒸發源的由合金組成的靶，以使Al0.7Cr0.3N形成至3μm的厚度，當在基礎材料上形成的涂膜與其接觸時。將作為活性氣體的氮氣引入，基礎材料(基底)的溫度設定至450℃，活性氣體壓力設定至4.0Pa，和基底偏電壓按照在下表4中所示來變化。以這一方式，100A的弧光電流供應給陰極和金屬離子從電弧型蒸發源產生，據此制造了具有在表5中所示的壓縮應力的強度分布的實施例7-10的根據本發明的表面涂敷切削工具。
表4
與表2中一樣，在以上表4中的時間顯示了自從金屬離子從合金構成的靶中開始蒸發之后的消逝時間。另外，與在表2中一樣，在各表框中電壓的數值顯示了在如上所述的消逝時間中對應的基底偏電壓組。
表5
應當指出，與在表3中一樣，在以上表5中在表面上壓縮應力的表框中的數值給出了在涂膜的表面上所顯示出的最低壓縮應力。另外，與在表3中一樣，在第一中間點的表框中的數值也顯示了在涂膜厚度方向上從涂膜的表面到第一中間點之間的距離(以“％”顯示的數值是相對于涂膜厚度的值，附帶有“μm”的指示)。另外，與在表3中一樣，在相對最高點的表框中的數值也顯示了在該點上的壓縮應力。這一壓縮應力向著涂膜的底面保持恒定值(相同的值)。
在實施例7至10中根據本發明的表面涂敷切削工具包括基礎材料和在基礎材料上形成的涂膜。涂膜作為在基礎材料上的最外層和具有壓縮應力。壓縮應力發生變化以使得在涂膜厚度方向上具有強度分布，和強度分布特征在于在涂膜的表面上達到最低壓縮應力，和該壓縮應力從涂膜的表面到位于涂膜的表面和涂膜的底面之間的第一中間點連續地提高并在第一中間點上達到相對最高點，和該壓縮應力從第一中間點到涂膜的底面保持恒定值。也就是說，這一強度分布顯示了根據如上所述的第一實施方案的強度分布。
為了對比目的，按類似方式制造表面涂敷切削工具，但是以下條件除外在金屬離子從合金構成的靶中開始蒸發之后，基底偏電壓花費60分鐘從-200V到-20V均勻地下降(對比實施例2)。
在根據對比實施例2的表面涂敷切削工具中，涂膜的壓縮應力的強度分布不具有相對最高點以及壓縮應力從涂膜的底面到涂膜的表面均勻地下降。
<表面涂敷切削工具的耐磨性的評價>
按以上所述方法制造的根據實施例1到10和對比實施例1和2的表面涂敷切削工具中的每一種在以上表1中所示的條件下進行連續的切削試驗和中斷的切削試驗。然后，在切削刃上的側面磨損寬度超過0.15mm的時間是作為切削時間來測量的。
表6和7顯示了，作為表面涂敷切削工具的耐磨性的評價結果，如上所述方法測量的切削時間。隨著切削時間變得更長，耐磨性是優異的。另外，在連續切削試驗中，還觀察在所要切削的材料的加工表面上的光亮度。表6和7同樣地顯示了觀察結果。這里，“光亮的”表示所要切削的材料的加工表面具有光亮度，而“昏暗”表示所要切削的材料的加工表面不具有光亮度而是昏暗的。
從表6和7中能夠清楚地看出，在連續的切削試驗和中斷的切削試驗兩者中，與在對比實施例1和2中的表面涂敷切削工具相比，已經證實，在實施例1-10中的根據本發明的表面涂敷切削工具獲得了進一步改進的耐磨性(參見連續切削試驗)和韌性(參見中斷的切削試驗)，由于在加工表面上的光亮度而具備的優異的耐膜層碎屑化的性能，和進一步改進的壽命。
<在表面涂敷切削工具的加工表面上光亮度的評價>
按以上所述方法制造的根據實施例1到10和對比實施例1和2的表面涂敷切削工具中的每一種接受用于評價在以下所示條件下在加工表面上光亮度的一種試驗。
對于切削的條件，具體地說，如以上表1中所示，S45C用作被切削的材料。濕旋削(wet turning)試驗在下面條件下進行10分鐘切削速度設定至200m/min，進給速率設定為0.2mm/rev，和切削深度(cutting)設定為0.5mm。
表6和7顯示了在各表面涂敷切削工具的加工表面上光亮度的評價的結果。從表6和7中能夠清楚地看出，與在對比實施例1和2中的表面涂敷切削工具相比，已經證實在實施例1-10中的根據本發明的表面涂敷切削工具獲得了在加工表面上進一步改進的光亮度和優異的耐膜層碎屑化的性能。
表6
表7
<實施例11到16>
<表面涂敷切削工具的制造>
最初，作為表面涂敷切削工具的基礎材料，制備了具有以上表1中所示的材料和工具形狀(根據評價下面所要描述的各特性的方法的不同而不同)的用于切削的多刃刀片，以及多刃刀片(基礎材料)安裝于陰極弧離子電鍍裝置上。
接連地，在該裝置的腔內的壓力通過真空泵降低，和基礎材料的溫度利用在裝置中提供的加熱器被加熱至450℃。腔被抽空，直到在腔內的壓力達到1.0×10-4Pa為止。
其后，將氬氣引入并且將在腔內的壓力保持在3.0Pa。基礎材料的基底偏電源的電壓逐漸地提高至-1500V，和基礎材料的表面的清洗進行15分鐘。其后，氬氣消耗盡。
然后，設定作為金屬蒸發源的由合金組成的靶，以使Ti0.5Al0.5N形成至3μm的厚度，當在基礎材料上形成的涂膜與其直接接觸時。將作為活性氣體的氮氣引入，基礎材料(基底)的溫度設定至450℃，活性氣體壓力設定至4.0Pa，和基底偏電壓按照在下表8中所示來變化。以這一方式，100A的弧光電流供應給陰極和金屬離子從電弧型蒸發源產生，據此制造了具有在以下表9中所示的壓縮應力的強度分布的實施例11-16的根據本發明的表面涂敷切削工具。
表8
在以上表8中的時間顯示了自從金屬離子從由合金組成的靶中的蒸發開始之后的消逝時間。另外，在各表框中電壓的數值顯示了在如上所述的消逝時間過程中的基底偏電壓組。例如，如果給出范圍如“-70V到-150V”，這表明在消逝時間期間基底偏電壓以恒定速度逐漸從-70V降低至-150V。這里，涂膜的壓縮應力逐漸地提高。同時，如果給出范圍如“-150V到-50V”，這表明在消逝時間期間基底偏電壓以恒定速度逐漸從-150V降低至-50V。這里，涂膜的壓縮應力逐漸地下降，并且在電壓開始下降的點上形成了壓縮應力的相對最高點。
基底偏電壓相對于消逝時間發生變化，這樣能夠形成在涂膜中壓縮應力的強度分布中的相對最高點或連續增減。
表9
應當指出，在以上表9中的在表面上壓縮應力的表框中和在底面上壓縮應力的表框中的數值給出了分別在涂膜的表面上和在涂膜的底面上所顯示出的壓縮應力。另外，在第一中間點的表框中的數值顯示了在涂膜厚度方向上從涂膜的表面到到第一中間點之間的距離(以“％”顯示的數值是相對于涂膜厚度的值，附帶有“μm”的指示)。另外，在相對最高點的表框中的數值顯示了在該相對最高點下的壓縮應力。
在實施例11至16中根據本發明的表面涂敷切削工具包括基礎材料和在基礎材料上形成的涂膜。涂膜作為在基礎材料上的最外層并且具有壓縮應力。壓縮應力發生變化以使得在涂膜厚度方向上具有強度分布，和強度分布特征在于在涂膜的表面上的壓縮應力從涂膜的表面到位于涂膜的表面和涂膜的底面之間的第一中間點連續地提高以及壓縮應力在第一中間點達到相對最高點，并且壓縮應力從第一中間點到涂膜的底面連續地下降。也就是說，這一強度分布顯示了根據如上所述的第二實施方案的強度分布。
為了對比目的，按類似方式制造表面涂敷切削工具，但是以下條件除外在金屬離子從合金構成的靶中開始蒸發之后，基底偏電壓在-150V下保持60分鐘(對比實施例3)。
在根據對比實施例3的表面涂敷切削工具中，沒有涂膜的壓縮應力的強度分布并且壓縮應力從涂膜的底面到涂膜的表面是恒定的。
<實施例17到20>
<表面涂敷切削工具的制造>
最初，與用于實施例11到16中的基礎材料相同的基礎材料用作表面涂敷切削工具的基礎材料，和這一基礎材料附裝于陰極弧離子電鍍裝置中。
接連地，在該裝置的腔內的壓力通過真空泵降低，和基礎材料的溫度利用在裝置中提供的加熱器被加熱至450℃。腔被抽空，直到在腔內的壓力達到1.0×10-4Pa為止。
其后，將氬氣引入和在腔內的壓力保持在3.0Pa。基礎材料的基底偏電源的電壓逐漸地提高至-1500V，和基礎材料的表面的清洗進行15分鐘。其后，氬氣消耗盡。
然后，設定作為金屬蒸發源的由合金組成的靶，以使Al0.7Cr0.25V0.05N形成至3μm的厚度，當在基礎材料上形成的涂膜與其直接接觸時。將作為活性氣體的氮氣引入，基礎材料(基底)的溫度設定至450℃，活性氣體壓力設定至4.0Pa，和基底偏電壓按照在下表10中所示來變化。以這一方式，100A的弧光電流供應給陰極和金屬離子從電弧型蒸發源產生，據此制造了具有在以下表11中所示的壓縮應力的強度分布的實施例17-20的根據本發明的表面涂敷切削工具。
表10
與表8中一樣，在以上表10中的時間顯示了自從金屬離子從合金構成的靶中開始蒸發之后的消逝時間。另外，與在表8中一樣，在各表框中電壓的數值顯示了在如上所述的消逝時間期間的基底偏電壓組。
表11
應當指出，與在表9中一樣，在以上表11中的在表面上壓縮應力的表框中和在底面上壓縮應力的表框中的數值給出了分別在涂膜的表面上和在涂膜的底面上所顯示出的壓縮應力。另外，與在表9中一樣，在第一中間點的表框中的數值也顯示了在涂膜厚度方向上從涂膜的表面到第一中間點之間的距離(以“％”顯示的數值是相對于涂膜厚度的值，附帶有“μm”的標記)。另外，與在表9中一樣，在相對最高點的表框中的數值也顯示了在該點上的壓縮應力。
在實施例17至20中根據本發明的表面涂敷切削工具包括基礎材料和在基礎材料上形成的涂膜。涂膜作為在基礎材料上的最外層并且具有壓縮應力。壓縮應力發生變化以使得在涂膜厚度方向上具有強度分布，和強度分布特征在于在涂膜的表面上的壓縮應力從涂膜的表面到位于涂膜的表面和涂膜的底面之間的第一中間點連續地提高并且壓縮應力在第一中間點達到相對最高點，和壓縮應力從第一中間點到涂膜的底面連續地下降。也就是說，這一強度分布顯示了根據如上所述的第二實施方案的強度分布。
為了對比目的，按類似方式制造表面涂敷切削工具，但是以下條件除外在金屬離子從合金構成的靶中開始蒸發之后，基底偏電壓花費60分鐘從-200V到-20V均勻地下降(對比實施例4)。
在根據對比實施例4的表面涂敷切削工具中，涂膜的壓縮應力的強度分布不具有相對最高點并且壓縮應力從涂膜的底面到涂膜的表面均勻地下降。
<表面涂敷切削工具的耐磨性的評價>
按以上所述方法制造的根據實施例11到20和對比實施例3和4的表面涂敷切削工具中的每一種在以上表1中所示的條件下進行連續的切削試驗和中斷的切削試驗。然后，在切削刃上的側面磨損寬度超過0.15mm的時間是作為切削時間來測量的。
表12和13顯示了，作為表面涂敷切削工具的耐磨性的評價結果，如上所述方法測量的切削時間。隨著切削時間變得更長，耐磨性是優異的。另外，在連續切削試驗中，還觀察在所要切削的材料的加工表面上的光亮度。表12和13同樣地給出了觀察結果。這里，“光亮的”表示所要切削的材料的加工表面具有光亮度，而“昏暗”表示所要切削的材料的加工表面不具有光亮度而是昏暗的。
從表12和13中能夠清楚地看出，在連續的切削試驗和中斷的切削試驗兩者中，與在對比實施例3和4中的表面涂敷切削工具相比，已經證實，在實施例11-20中的根據本發明的表面涂敷切削工具獲得了進一步改進的耐磨性(參見連續切削試驗)和韌性(參見中斷的切削試驗)，由于在加工表面上的光亮度而具備的優異的耐膜層碎屑化的性能，和進一步改進的壽命。
<在表面涂敷切削工具的加工表面上光亮度的評價>
按以上所述方法制造的根據實施例11到20和對比實施例3和4的表面涂敷切削工具中的每一種接受用于評價在以下所示條件下在加工表面上光亮度的一種試驗。
對于切削的條件，具體地說，如以上表1中所示，S45C用作被切削的材料。濕旋削試驗在下面條件下進行10分鐘切削速度設定至200m/min，進給速率設定為0.2mm/rev，和切削深度(cutting)設定為0.5mm。
表12和13顯示了在各表面涂敷切削工具的加工表面上光亮度的評價的結果。從表12和13中能夠清楚地看出，與在對比實施例3和4中的表面涂敷切削工具相比，已經證實在實施例11-20中的根據本發明的表面涂敷切削工具獲得了在加工表面上進一步改進的光亮度和優異的耐膜層碎屑化的性能。
表12
表13
<實施例21至26>
<表面涂敷切削工具的制造>
最初，作為表面涂敷切削工具的基礎材料，制備了具有以上表1中所示的材料和工具形狀(根據評價下面所要描述的各特性的方法的不同而不同)的用于切削的多刃刀片，以及多刃刀片(基礎材料)安裝于陰極弧離子電鍍裝置上。
接連地，在該裝置的腔內的壓力通過真空泵降低，和基礎材料的溫度利用在裝置中提供的加熱器被加熱至450℃。腔被抽空，直到在腔內的壓力達到1.0×10-4Pa為止。
其后，將氬氣引入和在腔內的壓力保持在3.0Pa。基礎材料的基底偏電源的電壓逐漸地提高至-1500V，和基礎材料的表面的清洗進行15分鐘。其后，氬氣消耗盡。
然后，設定作為金屬蒸發源的由合金組成的靶，以使Ti0.5Al0.5N形成至3μm的厚度，當在基礎材料上形成的涂膜與其直接接觸時。將作為活性氣體的氮氣引入，基礎材料(基底)的溫度設定至450℃，活性氣體壓力設定至4.0Pa，和基底偏電壓按照在下表14中所示來變化。以這一方式，100A的弧光電流供應給陰極和金屬離子從電弧型蒸發源產生，據此制造了具有在以下表15中所示的壓縮應力的強度分布的實施例21-26的根據本發明的表面涂敷切削工具。
表14
在以上表14中的時間顯示了自從金屬離子從由合金組成的靶中的蒸發開始之后的消逝時間。另外，在各表框中電壓的數值顯示了在如上所述的消逝時間過程中的基底偏電壓組。例如，如果給出范圍如“-170V到-70V”，這表明在消逝時間中基底偏電壓以恒定速度逐漸從-170V降低至-70V。這里，涂膜的壓縮應力逐漸地下降。同時，如果給出范圍如“-70V到-150V”，這表明在消逝時間中基底偏電壓以恒定速度逐漸從-70V提高至-150V。這里，涂膜的壓縮應力逐漸地提高。分別在電壓的下降轉變成提高的點上以及在電壓的提高轉變成下降的點上形成了壓縮應力的相對最低點和相對最高點。
基底偏電壓相對于消逝時間發生變化，這樣能夠形成在涂膜中壓縮應力的強度分布中的相對最低點和相對最高點或連續下降或提高。
表15
應當指出，在以上表15中的在表面上壓縮應力的表框中和在底面上壓縮應力的表框中的數值給出了分別在涂膜的表面上和在涂膜的底面上所顯示出的壓縮應力。另外，在第一中間點的表框中的數值和在第二中間點的表框中的數值顯示了在涂膜厚度方向上從涂膜的表面分別到第一中間點和到第二中間點之間的距離(以“％”顯示的數值是相對于涂膜厚度的值，附帶有“μm”的指示)。另外，在相對最高點的表框中和在相對最低點的表框中的數值顯示了分別在相對最高點和相對最低點下的壓縮應力。
在實施例21至26中根據本發明的表面涂敷切削工具包括基礎材料和在基礎材料上形成的涂膜。涂膜作為在基礎材料上的最外層和具有壓縮應力。壓縮應力發生變化以使得在涂膜厚度方向上具有強度分布，和強度分布特征在于在涂膜的表面上的壓縮應力從涂膜的表面到位于涂膜的表面和涂膜的底面之間的第一中間點連續地提高并且壓縮應力在第一中間點達到相對最高點，以及壓縮應力從第一中間點到位于第一中間點和涂膜的底面之間的第二中間點連續地下降，在第二中間點上達到相對最低點，和從第二中間點到涂膜的底面連續地提高。也就是說，這一強度分布顯示了根據如上所述的第三實施方案的強度分布。
為了對比目的，按類似方式制造表面涂敷切削工具，但是以下條件除外在金屬離子從合金構成的靶中開始蒸發之后，基底偏電壓在-150V下保持60分鐘(對比實施例5)。
在根據對比實施例5的表面涂敷切削工具中，涂膜的壓縮應力的強度分布不具有相對最高點也不具有相對最低點，并且壓縮應力從涂膜的底面到涂膜的表面均勻地下降。
<實施例27至30>
<表面涂敷切削工具的制造>
最初，與用于實施例21到26中的基礎材料相同的基礎材料用作表面涂敷切削工具的基礎材料，和這一基礎材料附裝于陰極弧離子電鍍裝置中。
接連地，在該裝置的腔內的壓力通過真空泵降低，和基礎材料的溫度利用在裝置中提供的加熱器被加熱至450℃。腔被抽空，直到在腔內的壓力達到1.0×10-4Pa為止。
其后，將氬氣引入和在腔內的壓力保持在3.0Pa。基礎材料的基底偏電源的電壓逐漸地提高至-1500V，和基礎材料的表面的清洗進行15分鐘。其后，氬氣消耗盡。
然后，設定作為金屬蒸發源的由合金組成的靶，以使Ti0.8Si0.2N形成至3μm的厚度，當在基礎材料上形成的涂膜與其直接接觸時。將作為活性氣體的氮氣引入，基礎材料(基底)的溫度設定至450℃，活性氣體壓力設定至4.0Pa，和基底偏電壓按照在下表16中所示來變化。以這一方式，100A的弧光電流供應給陰極和金屬離子從電弧型蒸發源產生，據此制造了具有在以下表17中所示的壓縮應力的強度分布的實施例27-30的根據本發明的表面涂敷切削工具。
表16
與表14中一樣，在以上表16中的時間顯示了自從金屬離子從合金構成的靶中開始蒸發之后的消逝時間。另外，與在表14中一樣，在各表框中電壓的數值顯示了在如上所述的消逝時間期間的基底偏電壓組。
表17
應當指出，與在表15中一樣，在以上表17中的在表面上壓縮應力的表框中和在底面上壓縮應力的表框中的數值給出了分別在涂膜的表面上和在涂膜的底面上所顯示出的壓縮應力。另外，與在表15中一樣，在第一中間點的表框中的數值和在第二中間點的表框中的數值也顯示了在涂膜厚度方向上從涂膜的表面到各中間點之間的距離(以“％”顯示的數值是相對于涂膜厚度的值，附帶有“μm”的指示)。另外，與在表15中一樣，在相對最高點的表框中和在相對最低點的表框中的數值也顯示了分別在這些點上的壓縮應力。
在實施例27至30中根據本發明的表面涂敷切削工具包括基礎材料和在基礎材料上形成的涂膜。涂膜作為在基礎材料上的最外層和具有壓縮應力。壓縮應力發生變化以使得在涂膜厚度方向上具有強度分布，和強度分布特征在于在涂膜的表面上的壓縮應力從涂膜的表面到位于涂膜的表面和涂膜的底面之間的第一中間點連續地提高并且壓縮應力在第一中間點達到相對最高點，以及壓縮應力從第一中間點到位于第一中間點和涂膜的底面之間的第二中間點連續地下降，在第二中間點上達到相對最低點，和從第二中間點到涂膜的底面連續地提高。也就是說，這一強度分布顯示了根據如上所述的第三實施方案的強度分布。
為了對比目的，按類似方式制造表面涂敷切削工具，但是以下條件除外在金屬離子從合金構成的靶中開始蒸發之后，基底偏電壓花費60分鐘從-200V到-20V均勻地下降(對比實施例6)。
在根據對比實施例6的表面涂敷切削工具中，涂膜的壓縮應力的強度分布不具有相對最高點或相對最低點，以及壓縮應力從涂膜的底面到涂膜的表面均勻地下降。
<表面涂敷切削工具的耐磨性的評價>
按以上所述方法制造的根據實施例21到30和對比實施例5和6的表面涂敷切削工具中的每一種接受在以上表1中所示的條件下的濕(水溶性的乳液)連續式切削試驗和中斷式切削試驗。然后，在切削刃上的側面磨損寬度超過0.20mm的時間是作為切削時間來測量的。
表18和19顯示了，作為表面涂敷切削工具的耐磨性的評價結果，如上所述方法測量的切削時間。隨著切削時間變得更長，耐磨性是優異的。另外，在連續切削試驗中，還觀察在所要切削的材料的加工表面上的光亮度。表18和19同樣地給出了觀察結果。這里，“光亮的”表示所要切削的材料的加工表面具有光亮度，而“昏暗”表示所要切削的材料的加工表面不具有光亮度而是昏暗的。
從表18和19中能夠清楚地看出，在連續的切削試驗和中斷的切削試驗兩者中，與在對比實施例5和6中的表面涂敷切削工具相比，已經證實，在實施例21-30中的根據本發明的表面涂敷切削工具獲得了進一步改進的耐磨性(參見連續切削試驗)和韌性(參見中斷的切削試驗)，由于在加工表面上的光亮度而具備的優異的耐膜層碎屑化的性能，和進一步改進的壽命。
<在表面涂敷切削工具的加工表面上光亮度的評價>
按以上所述方法制造的根據實施例21到30和對比實施例5和6的表面涂敷切削工具中的每一種接受用于評價在以下所示條件下在加工表面上光亮度的一種試驗。
對于切削的條件，具體地說，如以上表1中所示，S45C用作被切削的材料。濕旋削試驗在下面條件下進行10分鐘切削速度設定至200m/min，進給速率設定為0.2mm/rev，和切削深度設定為0.5mm。
表18和19顯示了在各表面涂敷切削工具的加工表面上光亮度的評價的結果。從表18和19中能夠清楚地看出，與在對比實施例5和6中的表面涂敷切削工具相比，已經證實在實施例21-30中的根據本發明的表面涂敷切削工具獲得了在加工表面上進一步改進的光亮度和優異的耐膜層碎屑化的性能。
表18
表19
<實施例31至36>
<表面涂敷切削工具的制造>
最初，作為表面涂敷切削工具的基礎材料，制備了具有以上表1中所示的材料和工具形狀(根據評價下面所要描述的各特性的方法的不同而不同)的用于切削的多刃刀片，以及多刃刀片(基礎材料)安裝于陰極弧離子電鍍裝置上。
接連地，在該裝置的腔內的壓力通過真空泵降低，和基礎材料的溫度利用在裝置中提供的加熱器被加熱至450℃。腔被抽空，直到在腔內的壓力達到1.0×10-4Pa為止。
其后，將氬氣引入和在腔內的壓力保持在3.0Pa。基礎材料的基底偏電源的電壓逐漸地提高至-1500V，和基礎材料的表面的清洗進行15分鐘。其后，氬氣消耗盡。
然后，設定作為金屬蒸發源的由合金組成的靶，以使Ti0.5Al0.5N形成至3μm的厚度，當在基礎材料上形成的涂膜與其直接接觸時。將作為活性氣體的氮氣引入，基礎材料(基底)的溫度設定至450℃，活性氣體壓力設定至4.0Pa，和基底偏電壓按照在下表20中所示來變化。以這一方式，100A的弧光電流供應給陰極達60分鐘和金屬離子從電弧型蒸發源產生，據此制造了具有在以下表21中所示的壓縮應力的強度分布的實施例31-36的根據本發明的表面涂敷切削工具。
表20
在以上表20中的“第一周期”和“第二周期”表示作為交替重復(達60分鐘)這些周期的結果來施加基底偏電壓，這些周期持續在第一周期的表框和第二周期的表框中所示的時間長度(該周期從“第一周期”開始，然而，沒有必要以“第二周期”結束)。也就是說，在周期的各表框中的時間顯示了消逝時間，在該消逝時間中金屬離子從合金構成的靶中蒸發。在各表框中電壓的數值顯示了在如上所述的消逝時間過程中的基底偏電壓集合。例如，如果給出范圍如“-50V到-150V”，這表明在消逝時間中基底偏電壓以恒定速度逐漸從-50V提高至-150V。這里，涂膜的壓縮應力逐漸地提高。同時，如果給出范圍如“-150V到-50V”，這表明在消逝時間中基底偏電壓以恒定速度逐漸從-150V降低至-50V。這里，涂膜的壓縮應力逐漸地下降。分別在其中電壓的提高轉變成下降的點上(即在從“第一周期”轉換成“第二周期”的點上)和在其中電壓的下降轉變成提高的點上(即在從“第二周期”轉換成“第一周期”的點上)形成了壓縮應力的相對最高點和相對最低點。
基底偏電壓相對于消逝時間發生變化，這樣能夠形成在涂膜中壓縮應力的強度分布中的相對最高點和相對最低點或連續提高或下降。
表21
應當指出，在以上表21中的在表面上壓縮應力的表框中和在底面上壓縮應力的表框中的數值給出了分別在涂膜的表面上和在涂膜的底面上所顯示出的壓縮應力。另外，在第一中間點的表框中的數值和在第二中間點的表框中的數值顯示了在涂膜厚度方向上從涂膜的表面分別到第一中間點和到第二中間點之間的距離(以“％”顯示的數值是相對于涂膜厚度的值，附帶有“μm”的指示)。另外，在相對最高點的表框中和在相對最低點的表框中的數值顯示了分別在相對最高點和相對最低點下的壓縮應力(雖然該數值顯示為一個范圍，但可以假設該壓縮應力達到了在這一范圍內的任何大體上相同的值)。另外，相對最高點計數/距離和相對最低點計數/距離分別表示了在涂膜的表面與涂膜的底面之間出現的相對最高點和相對最低點的數量，以及在相對最高點之間的距離和在相對最低點之間的距離。
在實施例31至36中根據本發明的表面涂敷切削工具包括基礎材料和在基礎材料上形成的涂膜。涂膜作為在基礎材料上的最外層并且具有壓縮應力。壓縮應力發生變化以使得在涂膜厚度方向上具有強度分布，和強度分布特征在于在涂膜的表面上的壓縮應力從涂膜的表面到位于涂膜的表面和涂膜的底面之間的第一中間點連續地提高并且壓縮應力在第一中間點達到相對最高點，以及壓縮應力從第一中間點到位于第一中間點和涂膜的底面之間的第二中間點連續地下降和在第二中間點上達到相對最低點，和強度分布具有在第二中間點和涂膜的底面之間的一個或多個相似的相對最高點和一個或多個相似的相對最低點。這些相對最高點和相對最低點按照這一順序以交替和重復方式存在。在各實施例中，在各相對最高點上的壓縮應力達到大體上相同的值以及在各相對最低點上的壓縮應力達到大體上相同的值。相對最高點或相對最低點是以大體上相等的間隔存在。也就是說，這一強度分布顯示了根據如上所述的第四實施方案的示例性的強度分布。
為了對比目的，按類似方式制造表面涂敷切削工具，但是以下條件除外在金屬離子從合金構成的靶中開始蒸發之后，基底偏電壓在-150V下保持60分鐘(對比實施例7)。
在根據對比實施例7的表面涂敷切削工具中，沒有涂膜的壓縮應力的強度分布以及壓縮應力從涂膜的底面到涂膜的表面是恒定的。
<實施例37至40>
<表面涂敷切削工具的制造>
最初，與用于實施例31到36中的基礎材料相同的基礎材料用作表面涂敷切削工具的基礎材料，和這一基礎材料附著于陰極弧離子電鍍裝置中。
接連地，在該裝置的腔內的壓力通過真空泵降低，和基礎材料的溫度利用在裝置中提供的加熱器被加熱至450℃。腔被抽空，直到在腔內的壓力達到1.0×10-4Pa為止。
其后，將氬氣引入并且將在腔內的壓力保持在3.0Pa。基礎材料的基底偏電源的電壓逐漸地提高至-1500V，和基礎材料的表面的清洗進行15分鐘。其后，氬氣消耗盡。
然后，設定作為金屬蒸發源的由合金組成的靶，以使Ti0.7Si0.2Cr0.1N形成至3μm的厚度，當在基礎材料上形成的涂膜與其直接接觸時。將作為活性氣體的氮氣引入，基礎材料(基底)的溫度設定至450℃，活性氣體壓力設定至4.0Pa，和基底偏電壓按照在下表22中所示來變化。以這一方式，100A的弧光電流供應給陰極達60分鐘和金屬離子從電弧型蒸發源產生，據此制造了具有在以下表23中所示的壓縮應力的強度分布的實施例37-40的根據本發明的表面涂敷切削工具。
表22
與在表20中一樣，在以上表22中的“第一周期”和“第二周期”表示作為交替重復(達60分鐘)這些周期的結果來施加基底偏電壓，這些周期持續在第一周期的表框和第二周期的表框中所示的時間長度(該周期從“第一周期”開始)。另外，與在表20中一樣，在各表框中時間和電壓的數值顯示了在消逝時間中的基底偏電壓組。
表23
應當指出，與在表21中一樣，在以上表23中的在表面上壓縮應力的表框中和在底面上壓縮應力的表框中的數值給出了分別在涂膜的表面上和在涂膜的底面上所顯示出的壓縮應力。另外，與在表21中一樣，在第一中間點的表框中的數值和在第二中間點的表框中的數值也顯示了在涂膜厚度方向上從涂膜的表面到各中間點之間的距離(以“％”顯示的數值是相對于涂膜厚度的值，附帶有“μm”的指示)。另外，與在表21中一樣，在相對最高點的表框中和在相對最低點的表框中的數值也顯示了分別在這些點下的壓縮應力(雖然該數值顯示為一個范圍，但可以假設該壓縮應力達到了在這一范圍內的任何大體上相同的值)。另外，與在表21中相同，相對最高點計數/距離和相對最低點計數/距離分別表示了在涂膜的表面與涂膜的底面之間出現的相對最高點和相對最低點的數量，以及在相對最高點之間的距離和在相對最低點之間的距離。
在實施例37至40中根據本發明的表面涂敷切削工具包括基礎材料和在基礎材料上形成的涂膜。涂膜作為在基礎材料上的最外層和具有壓縮應力。壓縮應力發生變化以使得在涂膜厚度方向上具有強度分布，和強度分布特征在于在涂膜的表面上的壓縮應力從涂膜的表面到位于涂膜的表面和涂膜的底面之間的第一中間點連續地提高并且壓縮應力在第一中間點達到相對最高點，以及壓縮應力從第一中間點到位于第一中間點和涂膜的底面之間的第二中間點連續地下降和在第二中間點上達到相對最低點，和強度分布具有在第二中間點和涂膜的底面之間的一個或多個相似的相對最高點和一個或多個相似的相對最低點。這些相對最高點和相對最低點按照這一順序以交替和重復方式存在。在各實施例中，在各相對最高點上的壓縮應力達到大體上相同的值以及在各相對最低點上的壓縮應力達到大體上相同的值。相對最高點或相對最低點是以大體上相等的間隔存在。也就是說，這一強度分布顯示了根據如上所述的第四實施方案的示例性的強度分布。
為了對比目的，按類似方式制造表面涂敷切削工具，但是以下條件除外在金屬離子從合金構成的靶中開始蒸發之后，基底偏電壓花費60分鐘從-200V到-20V均勻地下降(對比實施例8)。
在根據對比實施例8的表面涂敷切削工具中，涂膜的壓縮應力的強度分布不具有相對最高點也不具有相對最低點，和壓縮應力從涂膜的底面到涂膜的表面均勻地下降。
<表面涂敷切削工具的耐磨性的評價>
按以上所述方法制造的根據實施例31到40和對比實施例7和8的表面涂敷切削工具中的每一種接受在以上表1中所示的條件下的濕(水溶性的乳液)連續式切削試驗和中斷式切削試驗。然后，在切削刃上的側面磨損寬度超過0.20mm的時間是作為切削時間來測量的。
表24和25顯示了，作為表面涂敷切削工具的耐磨性的評價結果，如上所述方法測量的切削時間。隨著切削時間變得更長，耐磨性是優異的。另外，在連續切削試驗中，還觀察在所要切削的材料的加工表面上的光亮度。表24和25同樣地給出了觀察結果。這里，“光亮的”表示所要切削的材料的加工表面具有光亮度，而“昏暗”表示所要切削的材料的加工表面不具有光亮度而是昏暗的。
從表24和25中能夠清楚地看出，在連續的切削試驗和中斷的切削試驗兩者中，與在對比實施例7和8中的表面涂敷切削工具相比，已經證實，在實施例31-40中的根據本發明的表面涂敷切削工具獲得了進一步改進的耐磨性(參見連續切削試驗)和韌性(參見中斷的切削試驗)，由于在加工表面上的光亮度而具備的優異的耐膜層碎屑化的性能，和進一步改進的壽命。
<在表面涂敷切削工具的加工表面上光亮度的評價>
按以上所述方法制造的根據實施例31到40和對比實施例7和8的表面涂敷切削工具中的每一種接受用于評價在以下所示條件下在加工表面上光亮度的一種試驗。
對于切削的條件，具體地說，如以上表1中所示，S45C用作被切削的材料。濕旋削試驗在下面條件下進行10分鐘切削速度設定至200m/min，進給速率設定為0.2mm/rev，和切削深度設定為0.5mm。
表24和25顯示了在各表面涂敷切削工具的加工表面上光亮度的評價的結果。從表24和25中能夠清楚地看出，與在對比實施例7和8中的表面涂敷切削工具相比，已經證實在實施例31-40中的根據本發明的表面涂敷切削工具獲得了在加工表面上進一步改進的光亮度和優異的耐膜層碎屑化的性能。
表24
表25
以上公開的實施方案和實施例是為了舉例說明的目的但并不起限定作用，本發明的精神和范圍不受以上實施方案和實施例限制而是受到權利要求的限制并且希望包括在權利要求范圍內的全部改進和變化。
權利要求
1.表面涂敷切削工具(1)，包括基礎材料(2)；和在所述基礎材料(2)上形成的涂膜(3)；其中該涂膜(3)作為在所述基礎材料(2)上的最外層并且具有壓縮應力，該壓縮應力發生變化以使得在所述涂膜(3)的厚度方向上具有強度分布，并且該強度分布特征在于在所述涂膜的表面(4)處的壓縮應力從所述涂膜的所述表面(4)向著位于所述涂膜的所述表面(4)與所述涂膜的底面(6)之間的第一中間點(5)連續地提高，并且該壓縮應力在所述第一中間點(5)處達到相對最高點。
2.根據權利要求1的表面涂敷切削工具(1)，其中所述強度分布特征在于在所述涂膜的所述表面(4)處達到最低壓縮應力以及該壓縮應力從所述第一中間點(5)到所述涂膜的所述底面(6)保持恒定值。
3.根據權利要求2的表面涂敷切削工具(1)，其中所述壓縮應力是在至少-15GPa到至多0GPa范圍內的應力。
4.根據權利要求2的表面涂敷切削工具(1)，其中所述第一中間點(5)位于與所述涂膜的所述表面(4)相距相當于所述涂膜(3)厚度的至少0.1％到至多50％的距離的位置上。
5.根據權利要求2的表面涂敷切削工具(1)，其中在所述涂膜的所述表面(4)處的所述壓縮應力被設定至相當于在所述涂膜(3)的所述第一中間點(5)處的壓縮應力的25-95％的值。
6.根據權利要求5的表面涂敷切削工具(1)，其中在所述涂膜的所述表面(4)處的所述壓縮應力被設定至相當于在所述涂膜(3)的所述第一中間點(5)處的壓縮應力的35-85％的值。
7.根據權利要求2的表面涂敷切削工具(1)，其中所述壓縮應力在所述涂膜的所述表面(4)處達到最低值，該最低壓縮應力在從所述涂膜的所述表面(4)跨越到所述第一中間點(5)的規定距離內得到保持，并且之后所述壓縮應力向著所述第一中間點(5)連續地提高。
8.根據權利要求1的表面涂敷切削工具(1)，其中所述強度分布特征在于所述壓縮應力從所述第一中間點(5)向著所述涂膜的所述底面(6)連續地下降。
9.根據權利要求8的表面涂敷切削工具(1)，其中所述壓縮應力是在從至少-15GPa到至多0GPa范圍內的應力。
10.根據權利要求8的表面涂敷切削工具(1)，其中所述第一中間點(5)位于與所述涂膜的所述表面(4)相距相當于所述涂膜(3)的厚度的至少0.1％到至多50％的距離的位置上。
11.根據權利要求8的表面涂敷切削工具(1)，其中所述壓縮應力在所述涂膜的所述表面(4)處達到最低值。
12.根據權利要求8的表面涂敷切削工具(1)，其中在所述涂膜的所述表面(4)處的所述壓縮應力被設定至相當于在所述涂膜(3)的所述第一中間點(5)處的壓縮應力的25-95％的值。
13.根據權利要求12的表面涂敷切削工具(1)，其中在所述涂膜的所述表面(4)處的所述壓縮應力被設定至相當于在所述涂膜(3)的所述第一中間點(5)處的壓縮應力的35-85％的值。
14.根據權利要求8的表面涂敷切削工具(1)，其中在所述涂膜的所述表面(4)處的所述壓縮應力在從所述涂膜的所述表面(4)跨越到所述第一中間點(5)的規定距離內得到保持，并且之后所述壓縮應力向著所述第一中間點(5)連續地提高。
15.根據權利要求1的表面涂敷切削工具(1)，其中所述強度分布特征在于所述壓縮應力從所述第一中間點(5)向著位于所述第一中間點(5)和所述涂膜的所述底面(6)之間的第二中間點(9)連續地下降并在所述第二中間點(9)處達到相對最低點。
16.根據權利要求15的表面涂敷切削工具(1)，其中所述壓縮應力是在至少-15GPa到至多0GPa范圍內的應力。
17.根據權利要求15的表面涂敷切削工具(1)，其中所述第一中間點(5)位于與所述涂膜的所述表面(4)相距所述涂膜(3)厚度的至少0.1％到至多50％的距離的位置上。
18.根據權利要求15的表面涂敷切削工具(1)，其中所述第二中間點(9)位于與所述涂膜的所述表面(4)相距所述涂膜(3)厚度的至少0.2％到至多95％的距離的位置上。
19.根據權利要求15的表面涂敷切削工具(1)，其中所述壓縮應力在所述涂膜的所述表面(4)處達到最低值。
20.根據權利要求15的表面涂敷切削工具(1)，其中在所述涂膜的所述表面(4)處的所述壓縮應力被設定至相當于在所述涂膜(3)的所述第一中間點(5)處的壓縮應力的25-95％的值。
21.根據權利要求20的表面涂敷切削工具(1)，其中在所述涂膜的所述表面(4)處的所述壓縮應力被設定至相當于在所述涂膜(3)的所述第一中間點(5)處的壓縮應力的35-85％的值。
22.根據權利要求15的表面涂敷切削工具(1)，其中在所述涂膜的所述表面(4)處的所述壓縮應力跨越從所述涂膜的所述表面(4)到所述第一中間點(5)的規定距離得到保持，并且之后所述壓縮應力向著所述第一中間點(5)連續地提高。
23.根據權利要求1的表面涂敷切削工具(1)，其中所述強度分布特征在于所述壓縮應力從所述第一中間點(5)向著位于所述第一中間點(5)與所述涂膜的所述底面(6)之間的第二中間點(9)連續地下降并在所述第二中間點(9)處達到相對最低點，并且該強度分布在所述第二中間點(9)和所述涂膜的所述底面(6)之間具有一個或多個相似的所述相對最高點。
24.根據權利要求23的表面涂敷切削工具(1)，其中所述強度分布在所述第二中間點(9)和所述涂膜的所述底面(6)之間具有一個或多個相似的所述相對最低點。
25.根據權利要求23的表面涂敷切削工具(1)，其中所述強度分布在所述第二中間點(9)和所述涂膜的所述底面(6)之間具有一個或多個所述相似的相對最高點和一個或多個所述相似的相對最低點，所述的相對最高點和相對最低點按照這一順序交替和重復。
26.根據權利要求23的表面涂敷切削工具(1)，其中所述壓縮應力是在至少-15GPa到至多0GPa范圍內的應力。
27.根據權利要求23的表面涂敷切削工具(1)，其中所述第一中間點(5)位于與所述涂膜的所述表面(4)相距所述涂膜(3)厚度的至少0.1％到至多40％的距離的位置上。
28.根據權利要求23的表面涂敷切削工具(1)，其中所述第二中間點(9)位于與所述涂膜的所述表面(4)相距所述涂膜(3)厚度的至少0.2％到至多80％的距離的位置上。
29.根據權利要求23的表面涂敷切削工具(1)，其中所述壓縮應力在所述涂膜的所述表面(4)處達到最低值。
30.根據權利要求23的表面涂敷切削工具(1)，其中在所述涂膜(3)的所述第二中間點(9)處的所述壓縮應力被設定至相當于在所述涂膜(3)的所述第一中間點(5)處的壓縮應力的10-80％的值。
31.根據權利要求30的表面涂敷切削工具(1)，其中在所述涂膜(3)的所述第二中間點(9)處的所述壓縮應力被設定至相當于在所述涂膜(3)的所述第一中間點(5)處的壓縮應力的20-60％的值。
32.根據權利要求23的表面涂敷切削工具(1)，其中在所述涂膜的所述表面(4)處的所述壓縮應力跨越從所述涂膜的所述表面(4)到所述第一中間點(5)的規定距離得到保持，并且之后所述壓縮應力向著所述第一中間點(5)連續地提高。
全文摘要
根據本發明的表面涂敷切削工具(1)包括基礎材料(2)和在基礎材料(2)上形成的涂膜(3)。涂膜(3)作為在基礎材料(2)上的最外層并且具有壓縮應力。該壓縮應力發生變化以使得在涂膜(3)的厚度方向上具有強度分布。強度分布特征在于在涂膜的表面上的壓縮應力從涂膜的表面向著位于涂膜的表面與涂膜的底面之間的第一中間點連續地提高以及壓縮應力在第一中間點上達到相對最高點。
文檔編號B23C5/16GK1905972SQ20058000166
公開日2007年1月31日 申請日期2005年7月15日 優先權日2004年7月23日
發明者森口秀樹, 福井治世, 今村晉也, 山口浩司, 飯原順次 申請人:住友電工硬質合金株式會社, 住友電氣工業株式會社