專利名稱：表面被覆切削工具的制作方法
技術領域：
本發明涉及表面被覆切削工具，其包括基材和形成于基材上的覆膜。
背景技術：
作為切削工具的最近趨勢，由于以下原因，工具的切削刃溫度趨于越來越高，這些原因包括:從地球環境保護的角度考慮需要不使用切削油劑的干式加工；工件材料越來越多樣化；切削速度越來越高以進一步提高加工效率，等等。此外，由于近年來切削加工常常要求深切削和更大的進給量，因此對切削材料性能的要求越來越嚴苛。關于對工具材料性能的要求，與切削工具的壽命相關的耐磨性和耐缺損性的提高、以及在高溫下形成于基材上的覆膜的穩定性(抗氧化性和覆膜的粘附性)變得更為重要。為了提高耐磨性和表面保護功能，對由WC基硬質合金、金屬陶瓷、高速鋼等硬質基材形成的切削工具以及耐磨工具的表面進行涂布。該涂布的主流方式是通過化學氣相沉積法(CVD)來實現的。尤其是，廣泛采用在相對中等的溫度至低溫下的MT (中溫)-CVD涂布或者在大于或等于1000°C的高溫下的HT (高溫)-CVD涂布。日本專利公開N0.2008-087150 (專利文獻I)可被引用作為公開了使用MT-CVD的現有技術的文獻。根據專利文獻1，引入了包含CH3CN的原料氣體以及碳數為2至20的鏈烷烴作為過剩碳源，從而通過MT-CVD來涂布TiCN覆層。通過這種方式形成的TiCN層具有含大量碳的柱狀結構的晶體結構。然后，用抗氧化性優異的氧化鋁層涂布TiCN層的表面。日本專利公開N0.63-195268 (專利文獻2)可被引用作為公開了采用HT-CVD的現有技術的文獻。根據專利文獻2，引入了 CH4、N2和TiCl4作為主要原料，以通過HT-CVD在基材的表面上涂布Ti的碳氮氧化物層。引用列表專利文獻專利文獻1:日本專利公開N0.2008-087150專利文獻2:日本專利公開N0.63-195268
發明內容
技術問題不能說由于通過專利文獻I中的MT-CVD而生長的TiCN層可能具有(422)取向，則其硬度就足夠高。尤其在具有高硬度的工件的斷續切削中不能實現充分的耐磨性。另外，專利文獻2中HT-CVD的膜生長速率低于MT-CVD的膜生長速率。從制造效率的觀點考慮，這是不優選的。另外，還存在如下問題:如果在HT-CVD中膜生長條件即使發生了輕微的變化，TiCN層的組成和晶體結構也會發生顯著的變化。這表明在TiCN層中存在低硬度的不連續部分。在切削鑄鐵等硬質工件材料或者對具有微小凸凹的工件進行斷續加工的切削條件下，表面被覆切削工具易于發生缺損或崩 ο鑒于前述情況，本發明的目的是提供一種均衡地兼具高水平的耐磨性和耐缺損性的表面被覆切削工具。解決問題的手段本發明人研究了由化學氣相沉積形成覆膜的方法。他們發現，通過形成碳氮化鈦層作為構成覆膜的層中的一層，并且控制碳氮化鈦層的晶體取向，同時消除碳氮化鈦層的硬度變化，從而可實現優異的耐磨性和耐缺損性。通過基于該發現的進一步刻苦研究，本發明人完成了本發明。本發明的表面被覆切削工具包括基材、以及形成于該基材上的覆膜。所述覆膜包括至少一層碳氮化鈦層。在碳氮化鈦層的織構系數TC (hkl)中，取向指數TC (220)具有最大值。當標準硬度塊的壓痕硬度為Hs并且碳氮化鈦層的壓痕硬度為Ht時，多次測量的相對硬度Ht/Hs的平均值大于或等于3。碳氮化鈦層的相對硬度的最大值Htmax/Hs和最小值Htmin/Hs之間的差值與相對硬度Ht/Hs的平均值的比值小于或等于0.5。上述的碳氮化鈦層的相對硬度的最大值Htmax/Hs和最小值Htmin/Hs之間的差值與相對硬度Ht/Hs的平均值的比值優選為小于或等于0.3。碳氮化鈦層中相對于全部碳和氮的碳原子比優選為大于或等于0.7。覆膜包括至少一層氧化鋁層。該氧化鋁層由α型氧化鋁制成，并且平均層厚度優選為大于或等于2μπι且小于或等于15 μ m。本發明的有益效果本發明的表面被覆切削工具由于具有以上所述的結構而均衡地具有高水平的耐磨性和耐缺損性。
具體實施例方式以下將詳細說明本發明。在本發明中，層厚度或膜厚度通過電子掃描顯微鏡(SEM)測量，并且構成覆膜的各層的組成通過能量色散X射線光譜(EDS)測量。〈表面被覆切削工具〉本發明的表面被覆切削工具包括基材、以及形成于該基材上的覆膜。具有該基本結構的本發明表面被覆切削工具非常適合用作鉆頭、端銑刀、銑削和車削用可轉位刀片、金工鋸、齒輪切削工具、鉸刀、螺絲攻、曲軸針銑用刀片等。< 基材 >作為本發明表面被覆切削工具的基材，可以使用切削工具的任何常規已知基材，而對其沒有特別的限制。例如，可列舉的這些基材的例子有:硬質合金(如WC基硬質合金，或者除了 WC還含有Co的硬質合金，或者添加有Ti碳氮化物、Ta碳氮化物或Nb碳氮化物的硬質合金)、金屬陶瓷(具有TiC、TiN, TiCN等作為主要成分)、高速鋼、陶瓷(碳化鈦、碳化硅、氮化硅、氮化鋁、氧化鋁或其混合物)、立方氮化硼燒結體、以及金剛石燒結體等。當將硬質合金用作基材時，即使硬質合金在其結構中具有游離的碳或所謂H相的異常相，本發明的效果仍會表現出來。這些基材可經過表面改性。例如， 在為硬質合金的情況中，可在表面上形成脫β層(β-free layer)。在為金屬陶瓷的情況中，可形成表面硬化層。即使經過這種表面改性，也可顯示出本發明的效果。< 覆膜 >本發明的覆膜的特征在于其由單層或多層形成，該覆膜包括至少一層碳氮化鈦層。碳氮化鈦層因具有特定的晶體取向而具有優異的耐磨性，并且由于具有均勻的硬度，因此覆膜上不易于產生缺損。本發明的覆膜包括完全覆蓋基材的情況、局部形成覆膜的情況、以及一部分覆膜局部地具有不同的疊層特征的情況。本發明的覆膜的整體厚度優選為大于或等于5 μ m且小于或等于25 μ m。如果膜厚度小于5 μ m，則耐磨性可能劣化。如果膜厚度超過25 μ m，則與基材的粘附性以及耐缺損性可能劣化。該覆膜的膜厚度優選為大于或等于10 μ m且小于或等于20μπι。下文將進一步詳細說明構成該覆膜的各層。〈碳氮化鈦層〉本發明的覆膜包括至少一層碳氮化鈦層。碳氮化鈦層優選包括TiCN作為主要成分。碳氮化鈦層的(220)面的取向指數TC (220)具有最大值，其中(220)面為TiCN的主滑移面(primary glide plane)。此處所用的取向指數TC (hkl)由以下等式(I)定義。[等式I]
權利要求
1.一種表面被覆切削工具，包括: 基材；以及 形成于所述基材上的覆膜， 所述覆膜包括至少一層碳氮化鈦層，其中 在所述碳氮化鈦層的織構系數TC (hkl)中，取向指數TC (220)具有最大值， 多次測量的相對硬度Ht/Hs的平均值大于或等于3，其中Hs為標準硬度塊的壓痕硬度，Ht為所述碳氮化鈦層的壓痕硬度，并且 所述碳氮化鈦層的相對硬度的最大值Htmax/Hs和最小值Htmin/Hs之間的差值與所述相對硬度Ht/Hs的比值小于或等于0.5。
2.根據權利要求1所述的表面被覆切削工具，其中所述碳氮化鈦層中相對于全部碳和氮的碳原子比為大于或等于0.7。
3.根據權利要求1或2所述的表面被覆切削工具，其中所述覆膜包括至少一層氧化鋁層，并且 所述氧化鋁層由α型氧化鋁制成，并且其平均層厚度大于或等于2μπι且小于或等于.15 μ m。
全文摘要
本發明提供了一種使耐磨性和耐崩裂性高度結合的表面被覆切削工具。該表面被覆切削工具的特征在于包括基材和形成于基材上的覆膜，該覆膜包括至少一層碳氮化鈦層；其特征還在于在碳氮化鈦層的織構系數TC(hkl)中，取向指數TC(220)具有最大值，當標準硬度塊的壓痕硬度為Hs，并且碳氮化鈦層的壓痕硬度為Ht時，多次測量的相對硬度Ht/Hs的平均值大于或等于3，并且碳氮化鈦層的相對硬度的最大值Htmax/Hs和最小值Htmin/Hs之間的差值與相對硬度Ht/Hs的比值小于或等于0.5。
文檔編號C23C16/36GK103108716SQ20118004291
公開日2013年5月15日 申請日期2011年7月5日 優先權日2010年9月7日
發明者阿儂薩克·帕索斯, 伊藤實, 岡田吉生, 金岡秀明, 鈴木智惠 申請人:住友電工硬質合金株式會社