表面包覆材料、利用該表面包覆材料的切削工具及機床的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種表面包覆材料、利用該表面包覆材料的切削工具及機床。
【背景技術】
[0002] 作為在機床中進行切削加工的切削工具，已開發出利用以離子鍍法為代表的物理 蒸鍍法，在基材的表面形成高硬度皮膜的切削工具。其中，實用化進程最快的是TiN系或 TiAlN系等金屬氮化物層形成于基材表面的切削工具。
[0003] 以往技術文獻 [0004] 專利文獻
[0005] 專利文獻1 :日本專利公開平10-25566號公報
[0006] 專利文獻2 :日本專利公開2005-330539號公報
[0007] 專利文獻3 :日本專利公開2009-285758號公報
[0008] 專利文獻4 :日本專利第3963354號說明書
【發明內容】
[0009] 發明要解決的技術課題
[0010] 然而，若在超過800°c的更高溫的區域使用上述切削工具，則上述金屬氮化物開始 氧化，因此存在無法長期使用的問題。因此，作為能夠在更高溫的區域中使用的切削工具， 可以考慮將AlCrN皮膜或（AlCrM)N皮膜（M為除Cr以外的周期表4a、5a、6a族的元素，是 選自B、Si、Y中的至少一種或兩種以上的元素）等的包覆材料設置于基材的表面（例如參 考上述專利文獻1~4)。
[0011] 但是，在上述表面包覆材料設置于基材表面的切削工具中，在表面包覆材料的粘 附性方面存在問題，在伴隨較高的發熱且高負荷局部施加于切削刃部的高速高進給的切削 條件下，提前發生表面包覆材料的剝離和崩刀（微小裂紋），在比較短的時間內達到壽命， 存在該表面包覆材料無法充分發揮原本就具有的高溫區域中的耐磨性優異的特性的課題。
[0012] 這種問題并不限定于如上所述的用于機床的切削工具，只要是適用要求高溫區域 中的耐磨性優異的特性的表面包覆材料的零件或金屬模具，則有可能與上述情況同樣地產 生。
[0013] 鑒于這種情況，本發明是為了解決上述課題而完成的，其目的在于提供一種能夠 顯現出高耐剝離性及高耐崩刀性的表面包覆材料、利用該表面包覆材料的切削工具及機 床。
[0014] 用于解決技術課題的手段
[0015] 解決上述課題的第1發明所涉及的表面包覆材料在表面具有由A層和B層交替層 疊一層以上而成的上部層，所述A層由鋁、鉻及硅的氮化物構成，所述B層由鋁、鉻及釔的氮 化物構成，
[0016] 所述上部層設置于金屬氮化物的表面。
[0017] 解決上述課題的第2發明所涉及的表面包覆材料為上述第1發明所涉及的表面包 覆材料，其中，
[0018] 當以組成式！(Al1IbCraSi b)N表示所述A層時，以原子比滿足0. 15彡a彡0. 59、 0· 01 彡 b 彡 0· 1，
[0019] 當以組成式：(Al1IdCrcT d)N表示所述B層時，以原子比滿足0. 15彡c彡0.60、 0. 005 ^ d ^ 0. 1〇
[0020] 解決上述課題的第3發明所涉及的表面包覆材料為上述第1或第2發明所涉及的 表面包覆材料，其中，
[0021] 所述A層及所述B層的厚度分別為240nm以下。
[0022] 解決上述課題的第4發明所涉及的表面包覆材料為上述第1發明所涉及的表面包 覆材料，其中，
[0023] 所述B層中還包含硅的氮化物。
[0024] 解決上述課題的第5發明所涉及的表面包覆材料為上述第4發明所涉及的表面包 覆材料，其中，
[0025] 當以組成式！(Al1IbCraSi b) N表示所述A層時，以原子比滿足0. 15彡a彡0. 60、 0· 01 彡 b 彡 0· 1，
[0026] 當以組成式：(AlmCreSidYe) N表示所述B層時，以原子比滿足0. 15彡c彡0. 60、 0· 01 彡 d 彡 0· 1、0· 005 彡 e 彡 0· 1〇
[0027] 解決上述課題的第6發明所涉及的表面包覆材料為上述第4或第5發明所涉及的 表面包覆材料，其中，
[0028] 所述A層及所述B層的厚度分別為150nm以下。
[0029] 解決上述課題的第7發明所涉及的表面包覆材料為上述第1至第6發明中的任一 發明所涉及的表面包覆材料，其中，
[0030] 所述上部層的厚度為2 μ m以上且8 μ m以下。
[0031] 解決上述課題的第8發明所涉及的表面包覆材料為上述第1至第7發明中的任一 發明所涉及的表面包覆材料，其中，
[0032] 所述金屬氮化物由鈦、鋁、鉻、鋯中的至少一種的氮化物構成。
[0033] 解決上述課題的第9發明所涉及的表面包覆材料為上述第1至第8發明中的任一 發明所涉及的表面包覆材料，其中，
[0034] 所述金屬氮化物設置于基材的表面。
[0035] 解決上述課題的第10發明所涉及的表面包覆材料為上述第9發明所涉及的表面 包覆材料，其中，
[0036] 所述基材由高速鋼或硬質合金制成。
[0037] 解決上述課題的第11發明所涉及的切削工具由上述第1至第10發明中的任一發 明所涉及的表面包覆材料構成。
[0038] 解決上述課題的第12發明所涉及的機床具備由上述第1至第10發明中的任一發 明所涉及的表面包覆材料構成的切削工具。
[0039] 發明效果
[0040] 根據本發明所涉及的表面包覆材料，能夠顯現出高耐剝離性及高耐崩刀性，因此 上部層能夠充分發揮原本就具有的高溫區域中的耐磨性優異的特性。
【附圖說明】
[0041] 圖1是本發明所涉及的表面包覆材料的一實施方式的結構說明圖。
【具體實施方式】
[0042] 根據附圖對用于良好地實施本發明所涉及的表面包覆材料、利用該表面包覆材料 的切削工具及機床的方式進行說明，但本發明并非僅限定于根據【附圖說明】的以下實施方 式。
[0043] 根據圖1對本發明所涉及的表面包覆材料、利用該表面包覆材料的切削工具及機 床的一實施方式進行說明。
[0044] 如圖1所示，本實施方式所涉及的表面包覆材料10具備：基材11，由高速鋼或硬 質合金制成；下部層12,設置于基材11的表面，且由鈦（Ti)、鋁（Al)、鉻（Cr)、鋯（Zr)中的 至少一種的氮化物（N)構成；及上部層13,設置于下部層12的表面，且由A層14和B層15 交替層疊一層以上（圖示例中為7層）而成，所述A層由鋁（Al)、鉻（Cr)及硅（Si)的氮化 物（N)構成，所述B層由鋁（A1)、鉻（Cr)及釔（Y)的氮化物（N)構成。
[0045] 并且，優選所述B層15中包含硅（Si)的氮化物（N)。
[0046] 通過如濺射蒸鍍法和離子鍍法等物理蒸鍍法（PVD)等，在所述基材11上設置由上 述組合物構成的所述下部層12之后，設置由所述A層14和所述B層15交替層疊一層以上 而成的所述上部層13,由此能夠輕松地制造所述表面包覆材料10。
[0047] 在這種所述表面包覆材料10中，設為由以（AlCrSi) N構成的A層14與以（AlCrY) N或（AlCrSiY)N構成的B層15的交替層疊結構（多層結構），由此能夠提高上部層13的 耐剝離性及耐崩刀性，且以Al、Cr、Si、Y為必要成分的復合氮化物即硬質皮膜能夠充分發 揮原本就具有的高溫區域中的耐磨性優異的特性。
[0048] 另外，下部層12由鈦（Ti)、鋁（Al)、鉻（Cr)、鋯（Zr)中的至少一種的氮化物（例 如TiN、CrN、ZrN、TiAlN等）構成，由此能夠提高與基材11 (切削工具表面）的粘附性。
[0049] 因此，利用本實施方式所涉及的表面包覆材料10的切削工具及機床，即使在局部 施加高負荷的條件下使用，也能夠在長期使用中防止發生所述上部層13的剝離和崩刀，因 此所述上部層13能夠充分發揮原本就具有的高溫區域中的耐磨性優異的特性。
[0050] 另外，優選以組成式：(Al^dCrcTd) N表示所述B層15時，以原子比滿足 0. 15彡c彡0. 6、0. 005彡d彡0. 1。這是因為，若所述c的組成比率小于0. 15,則鋁（Al) 元素比率越高，尤其鋁（Al)元素比率超過0.75時，B層15本身的硬度越容易下降，因此不 太優選，若所述c的組成比率大于0.6,則鉻（Cr)元素比率越高，B層15本身的硬度越容易 下降，因此不太優選，若所述d的組成比率小于0.005,則難以得到通過添加釔（Y)來提高耐 熱性的效果，因此不太優選，若所述d的組成比率大于0. 1，則難以制造 B層15本身，因此不 太優選。
[0051] 當能夠由以原子比滿足0.15彡。彡0.6、0.005彡(1彡0.1的組成式^11_。_ (1(：1^(1) N表示所述B層15時，優選以組成式：(AHraSib)N表示所述A層14,以原子比滿足 0· 15彡a彡0· 59、0· 01彡b彡0· 1。這是因為，若所述a的組成比率小于0· 15,則鋁（Al) 元素比率越高，尤其鋁（Al)元素比率超過0.75時，A層1