專利名稱：表面被覆燒結(jié)體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及表面被覆燒結(jié)體，該表面被覆燒結(jié)體包括立方氮化硼燒結(jié)體和在其表面上形成的表面覆蓋層。
背景技術(shù)：
通常，立方氮化硼燒結(jié)體硬度高，因此，其已經(jīng)被廣泛用作諸如切削工具之類的工具用材料。另外，還已知，出于提高耐磨性等的目的，在立方氮化硼燒結(jié)體的表面上形成表
面覆蓋層。例如，日本專利特開N0.2005-047004 (專利文獻I)公開了一種高硬度的工具用復(fù)合材料，其為這樣的立方氮化硼燒結(jié)體，該立方氮化硼燒結(jié)體的表面上設(shè)有由4a族、5a族或6a族元素的氮化物或碳化物等化合物形成的中間層和位于該中間層上的TiAlN等覆蓋層。另外，日本專利特開N0.2002-144110 (專利文獻2)公開了一種氮化硼表面被覆燒結(jié)體工具，其由這樣的氮化硼燒結(jié)體形成，該氮化硼燒結(jié)體的表面上設(shè)有由選自4a族、5a族和6a族元素中的至少一種元素形成的中間層，以及位于該中間層上的硬質(zhì)覆蓋層。另外，日本專利特開N0.2000-129423 (專利文獻3)公開了一種硬質(zhì)覆蓋層，其具有形成于基材上的第一層以及形成于該第一層上的第二層，其中所述第一層由4a族、5a族或6a族的金屬形成，并且所述第二層由TiAlVN等形成。引用列表專利文獻專利文獻1:日本專利特開N0.2005-047004`
專利文獻2:日本專利特開N0.2002-144110專利文獻3:日本專利特開N0.2000-12942
發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題當(dāng)在立方氮化硼燒結(jié)體上形成硬質(zhì)覆蓋層時，所述硬質(zhì)覆蓋層往往具有較差的韌性。特別是，當(dāng)硬質(zhì)覆蓋層受到強的沖擊負荷或變動負荷時，硬質(zhì)覆蓋層可能會脫落，這導(dǎo)致工具壽命縮短的問題。因此，如專利文獻I至3所述，已提出了在硬質(zhì)覆蓋層和基材(立方氮化硼燒結(jié)體)之間形成中間層，從而提高硬質(zhì)覆蓋層與基材的粘附性。然而，在專利文獻I中，盡管描述了由4a族、5a族或6a族元素的氮化物或碳化物等化合物構(gòu)成的中間層與TiAlN等覆蓋層(硬質(zhì)覆蓋層)相比提高了粘附性，但是，當(dāng)如上所述施加強的沖擊負荷或變動負荷時，還需要進一步提高粘附性。另外，在專利文獻2中，由于中間層由金屬構(gòu)成，而不是由專利文獻I中所述的化合物構(gòu)成，因此這種金屬擴散至立方氮化硼燒結(jié)體和硬質(zhì)覆蓋層這二者中，并在其中擴散有金屬的部分中形成諸如金屬硼化物或金屬氮化物等固溶體。因此，期望能夠提供比專利文獻I中更強的粘附性。然而，由于這種固溶體趨于表現(xiàn)出固溶體本身堅硬且脆的特點，因此當(dāng)如上所述施加強的沖擊負荷或變動負荷時，則需要進一步提高粘附性。另一方面，與專利文獻2類似，專利文獻3公開了形成金屬層作為中間層以減輕應(yīng)力。當(dāng)硬質(zhì)覆蓋層的應(yīng)力大時，預(yù)計這種應(yīng)力的減輕是有效的。但是，如果硬質(zhì)覆蓋層本身的應(yīng)力小，則預(yù)計這種應(yīng)力的減輕不能起效。此外，由于未指明基材的類型，因此當(dāng)使用立方氮化硼燒結(jié)體作為基材時，并不清楚會有怎樣的效果。鑒于這些情況完成了本發(fā)明，本發(fā)明的一個目的是提供一種由其上形成有表面覆蓋層的立方氮化硼燒結(jié)體形成的表面被覆燒結(jié)體，即使當(dāng)該表面覆蓋層受到強的沖擊負荷或變動負荷時，其也具有足夠的粘附性。解決問題的手段為了克服上述問題，本發(fā)明的本發(fā)明人進行了認(rèn)真研究，結(jié)果獲得了以下發(fā)現(xiàn)。當(dāng)使用金屬作為中間層時，可以預(yù)期該中間層將起到基材與硬質(zhì)覆蓋層之間的結(jié)合中介的作用，或者在一定程度上減輕沖擊，因此可以預(yù)期該中間層將具有一定程度上提高基材與硬質(zhì)覆蓋層之間的粘附性的效果。然而，該中間層易于被強的沖擊負荷破壞，而這可能是由與金屬熔點和中間層的構(gòu)造相關(guān)的因素造成的。因此，本發(fā)明的本發(fā)明人基于這一發(fā)現(xiàn)更為詳細地研究了金屬類型和中間層的構(gòu)造，由此完成了本發(fā)明。具體而言，本發(fā)明的表面被覆燒結(jié)體包括:立方氮化硼燒結(jié)體和在其表面上形成的表面覆蓋層，所述立方氮化硼燒結(jié)體包含20體積％至99.5體積％的立方氮化硼、以及粘結(jié)劑；所述表面覆蓋層包括粘附層和至少一層硬質(zhì)覆蓋層，所述粘附層是至少含有W的金屬層，并且該粘附層被形成為覆蓋在所述立方氮化硼燒結(jié)體的表面的一部分上，所述硬質(zhì)覆蓋層被形成為覆蓋在所述立方氮化硼燒結(jié)體和所述粘附層上，在所述立方氮化硼燒結(jié)體表面中，與粘附層接觸的立方氮化硼顆粒相對于與粘附層或硬質(zhì)覆蓋層接觸的立方氮化硼顆?？倲?shù)的比率為0.01%至20%。這里，優(yōu)選的是，粘附層為非晶態(tài)或者由平均粒度等于或小于5nm的超細顆粒構(gòu)成，并且粘附層含有0.05原子％至95原子％的W。優(yōu)選的是，粘附層包含Ti和Cr中的一者或兩者，并且Ti和Cr中的一者或兩者相對于W的原子比值為0.1至3，并且優(yōu)選的是，粘附層含有0.1原子％至20原子％的選自由Co、Ni和Fe構(gòu)成的組中的至少一種元素。此外還優(yōu)選的是,粘附層的厚度為0.5nm至30nmo優(yōu)選的是，硬質(zhì)覆蓋層的應(yīng)力為_1.5GPa至+0.5GPa，并且優(yōu)選的是，硬質(zhì)覆蓋層包括作為最底層的與立方氮化硼燒結(jié)體和粘附層接觸的第一覆蓋層，并且所述第一覆蓋層由這樣的化合物構(gòu)成，所述化合物由從元素周期表的IVa族元素(T1、Zr、Hf等)、Va族元素(V、Nb、Ta等)和VIa族元素(Cr、Mo、W等)、Al和Si所構(gòu)成的組中選出的至少一種元素與從硼、碳、氮和氧所構(gòu)成的組中選出的至少一種元素形成。優(yōu)選的是，第一覆蓋層由從TiAIN、AlCrN和TiSiN所構(gòu)成的組中選出的至少一種化合物構(gòu)成，或者由含有所述化合物的固溶體構(gòu)成；或者第一覆蓋層由超多層層疊體構(gòu)成，該超多層層疊體具有所述化合物或所述固溶體作為構(gòu)成層。另外還優(yōu)選的是，所述第一覆蓋層具有與所述粘附層的界面相距20nm以內(nèi)的由粒度為Inm至20nm的柱狀晶體構(gòu)成的區(qū)域。此外，還優(yōu)選的是，本發(fā)明的硬質(zhì)覆蓋層的厚度為0.5 μ m至20 μ m。此外，本發(fā)明還涉及一種切削工具， 其是通過將上述表面被覆燒結(jié)體接合至由硬質(zhì)合金制成的基材的切削刃部分而形成的。本發(fā)明的有益效果具有上述構(gòu)造的本發(fā)明表面被覆燒結(jié)體具有在立方氮化硼燒結(jié)體與表面覆蓋層之間提供優(yōu)異粘附性這樣的顯著優(yōu)異的效果。
具體實施例方式下文將更具體地描述本發(fā)明。<表面被覆燒結(jié)體>本發(fā)明的表面被覆燒結(jié)體包括立方氮化硼燒結(jié)體和在所述立方氮化硼燒結(jié)體的表面上形成的表面覆蓋層。本發(fā)明的表面被覆燒結(jié)體可以具有被形成為全部或部分地覆蓋立方氮化硼燒結(jié)體的表面的表面覆蓋層。具體而言，如下文將要描述的那樣，當(dāng)表面被覆燒結(jié)體與基材接合并加以使用時，與所述基材接合的那部分處的表面被覆燒結(jié)體上并不需要具有表面覆蓋層。<立方氮化硼燒結(jié)體>本發(fā)明的立方氮化硼燒結(jié)體包含20體積％至99.5體積％的立方氮化硼、以及粘結(jié)劑。本發(fā)明的立方氮化硼燒結(jié)體可以包含任何其他組分(包括不可避免的雜質(zhì))，只要其包含這兩種組分即可。此外，本發(fā)明的立方氮化硼燒結(jié)體由大量的立方氮化硼顆粒形成，并且粘結(jié)劑起到粘結(jié)立方氮化硼顆粒 的作用。對這樣的粘結(jié)劑并沒有特別限制，可以選擇具有以下所示組成的粘結(jié)劑。組成1:由從元素周期表的IVa族元素、Va族元素和VIa族元素、Al和Si構(gòu)成的組中選出的至少一種元素與從硼、碳、氮和氧構(gòu)成的組中選出的至少一種元素形成的化合物；組成2:含有上述化合物的固溶體；組成3:金屬單質(zhì)，例如Co、W、N1、Al等；組成4:含有Co、W、N1、Al等的化合物；組成5:含有組成I的化合物以及Co、W、N1、Al等的固溶體；以及組成6:還包含Co、W、N1、Al等的組成I的化合物。立方氮化硼燒結(jié)體中所包含的這樣的粘結(jié)劑的量通常為除了立方氮化硼之外的余量。立方氮化硼燒結(jié)體通常由平均粒度大約為0.2 μ m至10 μ m的立方氮化硼顆粒構(gòu)成。然而，如果粒度存在一定的分布，那么優(yōu)選使粒度大的顆粒分布在接近于表面的位置(即，分布在與表面覆蓋層接觸的一側(cè))，這是因為這能夠使燒結(jié)體更牢固地粘附于稍后將描述的粘附層。需要說明的是，可以使用光學(xué)顯微鏡或掃描電鏡(SEM)觀察燒結(jié)體的截面，從而測量立方氮化硼顆粒的平均粒度。<表面覆蓋層>本發(fā)明的表面覆蓋層包括粘附層以及一層或多層硬質(zhì)覆蓋層。表面覆蓋層可以包括任何其他的層，只要表面覆蓋層包括上述這些層即可。
這樣構(gòu)造本發(fā)明的表面覆蓋層，使得首先形成粘附層以覆蓋立方氮化硼燒結(jié)體的表面的一部分，然后使硬質(zhì)覆蓋層覆蓋粘附層以及立方氮化硼燒結(jié)體的沒有被粘附層覆蓋的部分。形成這樣的表面覆蓋層主要是為了增強立方氮化硼燒結(jié)體的耐磨性。下文將對各層加以描述?！凑掣綄印当景l(fā)明的粘附層是至少包含W的金屬層，并且該粘附層被形成為覆蓋在立方氮化硼燒結(jié)體的表面的一部分上。本發(fā)明的特征在于:在所述立方氮化硼燒結(jié)體表面中，與粘附層接觸的立方氮化硼顆粒相對于與粘附層或硬質(zhì)覆蓋層接觸的立方氮化硼顆?？倲?shù)的比率為0.01%至20%，更優(yōu)選為0.02%至1%。當(dāng)按照上述方式構(gòu)造粘附層時，本發(fā)明的表面被覆燒結(jié)體具有高度的耐熱性、強度和韌性，由此表現(xiàn)出使立方氮化硼燒結(jié)體與表面覆蓋層非常牢固地彼此粘附的優(yōu)異效果。這里，“金屬層”是指構(gòu)成該層的主要成分為金屬單質(zhì)，如果表面覆蓋層的成分已擴散至立方氮化硼燒結(jié)體的某一部分，則“立方氮化硼燒結(jié)體的表面”包括這一部分。粘附層含有W，W為熔點較高的金屬材料，因此，即使當(dāng)表面被覆燒結(jié)體被施加高溫時(例如，當(dāng)將表面被覆燒結(jié)體用于切削工具時，在切削時其切削刃部分等會被施加高溫)，其軟化程度也是有限的。另外，W高度地粘附至構(gòu)成立方氮化硼燒結(jié)體的立方氮化硼顆粒，并且還高度地粘附至硬質(zhì)覆蓋層。至少含有W的粘附層使得表面覆蓋層具有非常優(yōu)異的韌性。據(jù)信，W表現(xiàn)出如此優(yōu)異的效果是因為，W能夠與具有共價結(jié)合性及電絕緣性的立方氮化硼形成化學(xué)鍵，并且還能夠與具有金屬結(jié)合性及導(dǎo)電性的硬質(zhì)覆蓋層形成化學(xué)鍵。由于立方氮化硼和硬質(zhì)覆蓋層均為硬質(zhì)陶瓷，因此其中立方氮化硼和硬質(zhì)覆蓋層彼此接觸的界面具有高強度，但是當(dāng)該界面在高負荷下發(fā)生變形時，其會脆裂損壞。此外，立方氮化硼和粘附層之間的界面表現(xiàn)出了其強度在高溫下迅速降低的趨勢。因此，預(yù)計當(dāng)向表面被覆燒結(jié)體施加高溫時(例如，如果將表面被覆燒結(jié)體用于切削工具，則在切削過程中其切削刃部分會被施加高溫)，立方氮化硼顆粒與表面覆蓋層之間的界面在受到強的沖擊負荷或者周期性或非周期性重復(fù)負荷(變動負荷)時會被破壞并脫落，從而導(dǎo)致粘附性降低。然而，這種預(yù)計是基于立方氮化硼燒結(jié)體的表面被粘附層或硬質(zhì)覆蓋層連續(xù)地覆蓋的情況，而當(dāng)采取本發(fā)明中的構(gòu)造時，則能夠獲得完全不同于該預(yù)計的效果。具體而言，通過如下方式，成功地獲得了立方氮化硼燒結(jié)體與表面覆蓋層之間的非常牢固的粘附，所述方式為:這樣構(gòu)造表面覆蓋層，使得首先形成粘附層以覆蓋立方氮化硼燒結(jié)體的表面的一部分，然后使硬質(zhì)覆蓋層覆蓋粘附層以及立方氮化硼燒結(jié)體的沒有被粘附層覆蓋的部分；并且采用這樣的構(gòu)成:在所述立方氮化硼燒結(jié)體的表面中，與粘附層接觸的立方氮化硼顆粒相對于與粘附層或硬質(zhì)覆蓋層接觸的立方氮化硼顆?？倲?shù)的比率為0.01%至20%。即，通過使如下兩個界面以上述特定比率存在，可制得即使在高溫下也具有高硬度和優(yōu)異韌性的界面，所述兩個界面為:其中立方氮化硼顆粒與硬質(zhì)覆蓋層彼此直接結(jié)合的牢固且耐熱性高的界面；以及其中立方氮化硼顆粒與粘附層彼此直接結(jié)合的具有優(yōu)異韌性的界面。據(jù)認(rèn)為，表現(xiàn)出這種優(yōu)異效果的原因可能主要是前一界面經(jīng)受高負荷而后一界面吸收變形。還預(yù)計上述兩種界面的存在會抑制在不同界面間的邊界處的裂紋生長，從而防止因裂紋生長導(dǎo)致的表面覆蓋層的脫落，由此提高了立方氮化硼燒結(jié)體和表面覆蓋層之間的粘附性。需要說明的是，如果在立方氮化硼燒結(jié)體的表面中，與粘附層接觸的立方氮化硼顆粒相對于與粘附層或硬質(zhì)覆蓋層接觸的立方氮化硼顆粒總數(shù)的比率小于0.01%，則表面被覆燒結(jié)體不能吸收界面的變形并且會具有較差的韌性；如果上述比率高于20%，則表面被覆燒結(jié)體具有差的耐熱性和強度。〈粘附層的狀態(tài)〉優(yōu)選的是，本發(fā)明的粘附層為非晶態(tài)，或者由平均粒度等于或小于5nm的超細顆粒構(gòu)成。更優(yōu)選的是，本發(fā)明的粘附層是它們的混合相。通常，結(jié)合性或?qū)щ娦圆煌牟牧喜荒茉谒鼈冎g直接形成化學(xué)鍵，并且它們的界面具有較差的粘附性?？梢詫⑦@些材料混合，以使這些材料間的界面具有由這些材料的元素混合在一起而形成的化合物，在本發(fā)明中，將會形成包含在表面覆蓋層中的金屬成分的硼化物或氮硼化物作為這樣的化合物。然而，這種氮化物或氮硼化物是脆性材料，并且，最終會形成共價結(jié)合性且電絕緣性的材料或金屬結(jié)合性且導(dǎo)電性的材料。因此據(jù)信，這種界面的粘附性不會得到實質(zhì)性的改善。與此相對，本發(fā)明的粘附層含有W，其為具有金屬結(jié)合性及導(dǎo)電性的金屬，并且為過渡金屬中電子數(shù)最多的元素之一。因此W能夠呈現(xiàn)各種電子排布方式，并且據(jù)信，W有可能與共價結(jié)合性材料形成化學(xué)鍵。本發(fā)明的本發(fā)明人已經(jīng)研究證實，呈非晶態(tài)或由平均粒度等于或小于5nm的超細顆粒構(gòu)成的粘附層(特別是W)呈現(xiàn)出特定的電子結(jié)構(gòu)，并由此產(chǎn)生共價成分和金屬結(jié)合性成分，因而能夠與作為共價材料的立方氮化硼以及具有金屬結(jié)合性和導(dǎo)電性的硬質(zhì)覆蓋層這二者形成強的化學(xué)鍵。值得注意的是，平均粒度超過5nm會導(dǎo)致僅僅是顆粒表面具有上述電子結(jié)構(gòu)，由此導(dǎo)致上述合適的狀態(tài)在粘附層整體中所占的比例降低，從而使得大部分由普通的金屬結(jié)合性W形成。這降低了與 立方氮化硼間的化學(xué)鍵的密度。另一方面，平均粒度具有較小的值是優(yōu)選的，因此不必特別限定其下限值。然而，平均粒度小于0.5nm實質(zhì)上與非晶態(tài)并無差另1J。值得注意的是，雖然W可部分地與立方氮化硼混合，但是主相優(yōu)選為具有非晶態(tài)或由上述超細顆粒構(gòu)成的W金屬。具有上述狀態(tài)的粘附層的強度、硬度、韌性以及類似的機械特性得到提高，因此就這一點而言該粘附層也是特別優(yōu)異的。然而，如果粘附層完全是非晶態(tài)的，那么其具有均勻的結(jié)構(gòu)，因此其可能具有較差的強度。如果粘附層完全僅由上述超細顆粒構(gòu)成，那么在超細顆粒的顆粒邊界處可能存在間隙，因而粘附層可能具有較差的強度和韌性。因此，具有由非晶態(tài)和超細顆粒構(gòu)成的混合相的粘附層是特別優(yōu)選的，因此該粘附層具有填充于超細顆粒之間的間隙處的非晶相，或者具有存在于非晶相的基相中的超細顆粒，因而成為強度和韌性特別優(yōu)異的粘附層。另外，通過這樣形成粘附層，使得具有較多非晶態(tài)的部分更靠近于立方氮化硼燒結(jié)體，從而可使粘附層具有更優(yōu)異的粘附性。值得注意的是，可以使用透射電鏡(TEM)/能量色散型X射線光譜(EDS)測量粘附層的透射電子衍射，從而確定粘附層的這種狀態(tài)。在這種情況中，當(dāng)透射電子衍射圖像包含暈圈成分(halo component)時,表示存在非晶態(tài)(非晶相)。當(dāng)存在衍射圖案時,表示包含超細顆粒。當(dāng)二者均被觀察到時，表示是二者的混合相?？梢栽诟叻糯蟊堵实腡EM圖像中確認(rèn)超細顆粒的粒度，并且可以通過測量10個或更多個這種顆粒的粒度并計算這些粒度的平均值來獲得這些顆粒的平均粒度。〈粘附層的組成〉優(yōu)選的是，本發(fā)明的粘附層含有0.05原子％至95原子％的W，這是因為含有W使得粘附層能夠獲得上述優(yōu)異效果。含有小于0.05原子％的W的粘附層可能無法充分地獲得上述優(yōu)異效果。另外，通過混合少量的不同元素可以促進W的效果，因此小于或等于95原子％是優(yōu)選的。所述不同元素的例子可以包括:氧、碳、氮、硼和類似的輕質(zhì)元素；IVa族元素、Va族元素、VIa族元素和類似的過渡金屬；Co、Fe、Ni和類似的鐵族金屬；以及Y、Al、Si等。值得注意的是，如果W的含量超過95原子％，則W可能結(jié)晶并且易于形成不利的粗顆粒。W的含量更優(yōu)選為5原子％至70原子％。另外，粘附層優(yōu)選含有Ti和Cr中的一者或兩者，并且Ti和Cr中的一者或兩者相對于W的原子比值為0.1至3，更優(yōu)選為0.8至2.5。當(dāng)同時含有Ti和Cr時，它們的總原子比值應(yīng)落入上述范圍內(nèi)。 當(dāng)以上述原子比值含有Ti和Cr中的一者或二者時，可以提供提高了的機械特性。值得注意的是，如果上述原子比值小于0.1，可能不會獲得這種提高了的機械特性，而原子比值超過3則可能會導(dǎo)致硬且脆的粘附層，由此不利地導(dǎo)致差的機械特性。另外，本發(fā)明的粘附層優(yōu)選含有0.1原子％至20原子％、更優(yōu)選為I原子％至10原子％的選自由Co、Ni和Fe構(gòu)成的組中的至少一種元素。當(dāng)含有這些元素中的兩種或更多種時，優(yōu)選的是，這些元素的總量落入上述范圍內(nèi)。添加選自由Co、Ni和Fe構(gòu)成的組中的至少一種元素可使得W能夠更為密集地提供化學(xué)鍵，并使機械特性得到提高。這是因為粘附層能夠更有效地具有上述非晶態(tài)或超細顆粒結(jié)構(gòu)，并且能夠使共價結(jié)合性成分增多。特別是，提高了的機械特性的例子可以包括:粘附層的韌性提高、以及防止粘附層因疲勞斷裂而造成的脫落。值得注意的是，如果上述含量小于0.1原子％，那么不能獲得上述效果，如果上述含量超過20原子％，那么W的特性可能受到損失?？梢酝ㄟ^透射電鏡(TEM) /能量色散型X衍射光譜(EDS)來確定粘附層的這種組成。〈粘附層的厚度〉優(yōu)選的是，粘附層的厚度為0.5nm至30nm。粘附層厚度位于該范圍內(nèi)時粘附層可具有高強度并很好地粘附于立方氮化硼和硬質(zhì)覆蓋層二者上(或者對立方氮化硼和硬質(zhì)覆蓋層這二者具有高的親和性)。更優(yōu)選的是，粘附層的厚度為2nm至20nm。粘附層的厚度小于0.5nm時可能不能夠獲得上述效果。粘附層的厚度超過30nm時，金屬W的強度起主導(dǎo)作用，由此與立方氮化硼之間的界面的強度可能降低?？梢允褂猛干潆婄R(TEM) /能量色散型X射線光譜(EDS)來確定粘附層的這種厚度。<硬質(zhì)覆蓋層>本發(fā)明的表面覆蓋層包括一層或多層硬質(zhì)覆蓋層，該硬質(zhì)覆蓋層被形成為覆蓋在立方氮化硼燒結(jié)體(其上未形成有粘附層的部分)和粘附層上。優(yōu)選的是，硬質(zhì)覆蓋層的應(yīng)力為-1.5GPa 至 +0.5GPa,更優(yōu)選為-1GPa 至 OGPa。這里，由帶有符號“ + ”的數(shù)值表示的應(yīng)力表示拉伸應(yīng)力，由帶有符號的數(shù)值表示的應(yīng)力表示壓縮應(yīng)力?？梢酝ㄟ^(例如)siη2φ法等來測量所述應(yīng)力。如果硬質(zhì)覆蓋層的應(yīng)力超過0.5GPa，則硬質(zhì)覆蓋層的強度和韌性會大幅下降，當(dāng)將該硬質(zhì)覆蓋層用于切削工具時，工具的切削刃的抗崩裂性(或耐磨性)可能會降低。另外，如果應(yīng)力小于-1.5GPa時，硬質(zhì)覆蓋層會發(fā)生自破損、崩裂和脫落，并且可能不再能夠改善耐磨性(或者可能降低與立方氮化硼燒結(jié)體間的粘附性)。優(yōu)選的是，這樣的硬質(zhì)覆蓋層由一層或多層構(gòu)成，并且包含下面將要描述的第一覆蓋層作為其中的一層。優(yōu)選的是，這種硬質(zhì)覆蓋層由這樣的化合物構(gòu)成，該化合物由從元素周期表的IVa族元素、Va族元素和VIa族元素、Al和Si構(gòu)成的組中選出的至少一種元素與從硼、碳、氮和氧構(gòu)成的組中選出的至少一種元素形成。這能夠提供優(yōu)異的耐磨性。另外，優(yōu)選的是，本發(fā)明的硬質(zhì)覆蓋層的厚度為0.5μπι至20μπι，更優(yōu)選為
0.75 μ m至7 μ m。當(dāng)硬質(zhì)覆蓋層的厚度小于0.5 μ m時,硬質(zhì)覆蓋層可能不能表現(xiàn)出充分的耐磨性，而當(dāng)硬質(zhì)覆蓋層的厚度超過20 μ m時，硬質(zhì)覆蓋層往往會崩裂和脫落。<第一覆蓋層>優(yōu)選的是，本發(fā)明的硬質(zhì)覆蓋層包括作為最底層的與立方氮化硼燒結(jié)體和粘附層接觸的第一覆蓋層，第一覆蓋層由這樣的化合物構(gòu)成，該化合物由從周期表的IVa族元素(T1、Zr、Hf等)、Va族元素(V、Nb、Ta等)、VIa族元素(Cr、Mo、W等)、A1和Si構(gòu)成的組中選出的至少一種元素與從硼、碳、氮和氧構(gòu)成的組中選出的至少一種元素形成。這種化合物的例子可包括TiN、TiCN, TiB2^ TiAlN, AlCrN, TiSiCN等。值得注意的是，在本發(fā)明中，當(dāng)由化學(xué)式(例如)TiCN表示所述化合物時，除非另有說明，否則該化合物應(yīng)當(dāng)包括任何常規(guī)已知的原子比，而并不表示T1、C和N的原子比為1:1:1。特別地，優(yōu)選的是，第一覆蓋層由從TiAIN、AlCrN和TiSiCN構(gòu)成的組中選出的至少一種化合物構(gòu)成，或者由含有所述化合物的固溶體構(gòu)成；或者所述第一覆蓋層由超多層層疊體構(gòu)成，該超多層層疊體具有所述化合物或所述固溶體作為構(gòu)成層。具有上述構(gòu)造的第一覆蓋層的硬度可顯著提高，由此，其機械特性與粘附層的機械特性以及立方氮化硼燒結(jié)體的機械特性相匹配，并且獲得了高的對粘附層和立方氮化硼燒結(jié)體的粘附性。這種第一覆蓋層為具有導(dǎo)電性和金屬結(jié)合性的覆蓋層，當(dāng)?shù)谝桓采w層的組成中包含Al的氮化物或Si的碳化物/氮化物、以及它們的固溶體時，這些化合物部分地包含共價鍵。因此，由于本發(fā)明的粘附層既包含共價鍵又包含金屬結(jié)合性鍵，因此第一覆蓋層和粘附層具有更強的化學(xué)鍵，并且因此可以獲得極高的粘附性。另一方面，當(dāng)?shù)谝桓采w層由超多層層疊體構(gòu)成時，在粘附層上形成的多個初始層受到粘附層的影響，從而變?yōu)楦子谛纬苫瘜W(xué)鍵的電子結(jié)構(gòu)，由此能夠進一步提高對粘附層的粘附性。值得注意的是，超多層層疊體是指由約10至5000層納米層形成的層疊體，各層均由上述化合物或固溶體構(gòu)成且為約0.5nm至20nm。更優(yōu)選的是，兩種或更多種上述構(gòu)成層反復(fù)堆疊是合適的。另外，優(yōu)選的是，第一覆蓋層具有與粘附層的界面相距20nm以內(nèi)的由粒度為Inm至20nm的柱狀晶體構(gòu)成的區(qū)域(S卩，沿厚度方向的區(qū)域)。這樣第一覆蓋層能夠與粘附層具有優(yōu)異的結(jié)構(gòu)一致性，并由此進一步提高粘附性。這里，柱狀晶體的粒度是指其直徑。可以通過高分辨率SEM或TEM觀測來確認(rèn)柱狀晶體，并且柱狀晶體的粒度也可以通過TEM觀測來確定。< 應(yīng)用 >本發(fā)明的表面被覆燒結(jié)體可以單獨使用，其也可以(例如)與由硬質(zhì)合金等構(gòu)成的基材接合，從而用作切削工具等。特別地，本發(fā)明適于用作這樣的切削工具，該切削工具是通過將表面被覆燒結(jié)體接合至由硬質(zhì)合金形成的基材的切削刃部分而形成的。這里,優(yōu)選的是,上述硬質(zhì)合金至少包含WC和Co。<制造方法>本發(fā)明的立方氮化硼燒結(jié)體可以通過常規(guī)已知的制造方法獲得，例如超高壓燒結(jié)法。另外，可以按照(例如)如下方式在立方氮化硼燒結(jié)體上形成表面覆蓋層:具體而言，可以通過濺射在立方氮化硼燒結(jié)體上形成構(gòu)成粘附層的金屬，然后通過蝕刻部分地去除該金屬，由此形成粘附層。也可通過提高濺射用偏壓從而在立方氮化硼燒結(jié)體上直接形成粘附層(在這種情況下，同時進行膜沉積和蝕刻)。另一方面，可以通過電弧放電式離子鍍或濺射來形成硬質(zhì)覆蓋層。當(dāng)采用電弧放電式離子鍍時，可以通過使用將構(gòu)成硬質(zhì)覆蓋層的某種金屬的金屬蒸發(fā)源以及反應(yīng)性氣體(例如CH4、N2, O2等)，并采用常規(guī)已知的條件來形成硬質(zhì)覆蓋層。當(dāng)采用濺射時，可以通過使用將構(gòu)成硬質(zhì)覆蓋層的某種金屬的金屬蒸發(fā)源、反應(yīng)性氣體(例如CH4、N2, O2等)以及濺射氣體(例如Ar、Kr、Xe、He、Ne等)，并采用常規(guī)已知的條件來形成硬質(zhì)覆蓋層。

由此可制得本發(fā)明的表面被覆燒結(jié)體。當(dāng)將表面被覆燒結(jié)體與(例如)由硬質(zhì)合金形成的基材接合以獲得切削工具時，可以按照如下方式來制備切削工具。首先，可以按照常規(guī)已知的燒結(jié)和成形方法來制備硬質(zhì)合金制基材。然后，使用已知的釬焊料并通過已知的接合方法將表面被覆燒結(jié)體接合至所述基材的合適部分，從而可制得切削工具。例子下面將參照實施例更詳細地描述本發(fā)明。然而本發(fā)明不限于這些實施例。值得注意的是，在以下說明中，除非另有說明，否則硬質(zhì)覆蓋層表示第一覆蓋層。<實施例1至7和比較例I至2>將表面被覆燒結(jié)體接合至硬質(zhì)合金制基材的切削刃部分，從而制備切削工具。作為硬質(zhì)合金制基材，制備了形狀為ISO CNMA120408的硬質(zhì)合金(相當(dāng)于K10)，其切削刃部分(或角部)具有按照以下將要描述的方式制得的、通過T1-Zr-Cu釬焊料接合至其上的立方氮化硼燒結(jié)體(形狀:底面為等腰三角形且厚度為2mm的三棱鏡狀，該等腰三角形的頂角為80°、并且將該頂角夾在中間的兩腰的邊長為2mm)，隨后對該接合體的外周以及上下表面進行研磨，從而獲得具有負倒棱(negative-land)(寬度為150 μ m,角度為25度)的切削刃(該產(chǎn)品在下文中將被稱為燒結(jié)體工具)。通過將粉狀立方氮化硼與粘結(jié)劑用粉狀原料(使用了 Ti以使得粘結(jié)劑的組成為TiN和TiB2)混合在一起，以使立方氮化硼的含有率(體積％)如下表I所示，并通過在14500C和5.5GPa下對該混合物進行燒結(jié)，由此來制備立方氮化硼燒結(jié)體。(需要注意的是，除非另有說明，粉狀原料的混合比例反映出立方氮化硼燒結(jié)體的組成比例，這也適用于以下各實施例。)將燒結(jié)體工具置于膜沉積裝置中，隨后將該裝置抽真空，此后將燒結(jié)體工具加熱至500°C，并使用Ar離子對其進行蝕刻。接著，在所述膜沉積裝置中在立方氮化硼燒結(jié)體上形成粘附層。按照如下方式形成粘附層:準(zhǔn)備組成為包含25原子％的W、50原子％的Cr、12.5原子％的Co和12.5原子％的Fe的靶材，并在引入Ar的同時，在IPa下和5kW的濺射電力下進行一段時間的濺射，直至獲得厚度為20nm的層。隨后，用Ar離子對粘附層進行蝕刻以使其厚度為lnm，由此通過如下方式調(diào)整粘附層的覆蓋率。具體而言，這樣調(diào)整粘附層的覆蓋率，使得在立方氮化硼燒結(jié)體的表面中，與粘附層接觸的立方氮化硼顆粒相對于與粘附層或硬質(zhì)覆蓋層接觸的立方氮化硼顆?？倲?shù)的比率為15%?？赏ㄟ^調(diào)節(jié)經(jīng)濺射而預(yù)先形成的粘附層的厚度以及Ar離子的蝕刻量來進行所述調(diào)整。需要注意的是，將濺射過程中的溫度調(diào)節(jié)至300°C以提供處于非晶態(tài)的粘附層。接下來，通過電弧放電式離子鍍在粘附層和立方氮化硼燒結(jié)體的其上未形成有粘附層的部分上形成硬質(zhì)覆蓋層。硬質(zhì)覆蓋層的組成為Tia 9Si0.#，并且將用來提供該覆蓋層組成的蒸發(fā)源作為陰極以進行冷陰極電弧放電從而進行蒸發(fā)和電離，這持續(xù)一段時間直至獲得2 μ m的厚度，從而形成Tia9Sia ^硬質(zhì)覆蓋層。需要注意的是，將偏壓調(diào)至-30V、將壓力調(diào)至3.5Pa、并將基材的溫度調(diào)至600°C，從而使得硬質(zhì)覆蓋層的應(yīng)力為-1.lGPa，并使得該硬質(zhì)覆蓋層具有與粘附層的界面相距20nm以內(nèi)且由粒度為2nm的柱狀晶體構(gòu)成的區(qū)域。由此，制備了實施例1至7和比較例I至2的切削工具?！磳嵤├?01 至 109〉將表面被覆燒結(jié)體接合至硬質(zhì)合金制基材的切削刃部分，從而制備切削工具。作為硬質(zhì)合 金制基材，制備了形狀為ISO CNMA120408的硬質(zhì)合金(相當(dāng)于K10)，其切削刃部分(或角部)具有按照以下將要描述的方式制得的、通過T1-Zr-Cu釬焊料接合至其上的立方氮化硼燒結(jié)體(形狀:底面為等腰三角形且厚度為2mm的三棱鏡狀，該等腰三角形的頂角為80°、并且將該頂角夾在中間的兩腰的邊長為2mm)，隨后對該接合體的外周以及上下表面進行研磨，從而獲得具有負倒棱(negative-land)(寬度為150 μ m、角度為25度)的切削刃(該產(chǎn)品在下文中將被稱為燒結(jié)體工具)。通過將粉狀立方氮化硼與粘結(jié)劑用粉狀原料(使用了 W、Co、B和C，以使得粘結(jié)劑的組成為W的碳化物、W、Co的碳化物或Co的硼化物、以及W-Co的固溶體)混合在一起，以使得立方氮化硼的含有率為92體積％，并通過在1500°C和5.5GPa下對該混合物進行燒結(jié)，由此來制備立方氮化硼燒結(jié)體。將燒結(jié)體工具置于膜沉積裝置中，隨后將該裝置抽真空，此后將燒結(jié)體工具加熱至500°C，并使用Ar離子對其進行蝕刻。接著，在所述膜沉積裝置中在立方氮化硼燒結(jié)體上形成粘附層。按照如下方式形成粘附層:準(zhǔn)備W的靶材以及包含Al和Si(組成比例為2:1)的靶材，并在引入Ar的同時，在IPa下以及各靶材的濺射電力為0.1kW至IOkW下進行一段時間的濺射，直至獲得厚度為30nm的層，其中將各個靶材調(diào)節(jié)為具有表2中的組成。然而，需要注意的是，對于實施例109中的粘附層，僅使用W靶材在5kW下進行濺射。隨后，用Kr離子對粘附層進行蝕刻以使其厚度為2nm，由此通過如下方式調(diào)整粘附層的覆蓋率。具體而言，這樣調(diào)整粘附層的覆蓋率，使得在立方氮化硼燒結(jié)體的表面中，與粘附層接觸的立方氮化硼顆粒相對于與粘附層或硬質(zhì)覆蓋層接觸的立方氮化硼顆?？倲?shù)的比率為15%?？赏ㄟ^調(diào)節(jié)Kr氣體流速、偏壓、真空度以及基材溫度來進行所述調(diào)整。需要注意的是，將濺射過程中的溫度調(diào)節(jié)至350°C。接下來，通過電弧放電式離子鍍在粘附層以及立方氮化硼燒結(jié)體的其上未形成有粘附層的部分上形成硬質(zhì)覆蓋層。硬質(zhì)覆蓋層的組成為Tia65Cra2AlaiSiatl5N，并且將用來提供該覆蓋層組成的蒸發(fā)源作為陰極以進行冷陰極電弧放電從而進行蒸發(fā)和電離，這持續(xù)一段時間直至獲得1.1ym的厚度，從而形成Tia65Cra2AlaiSiatl5N硬質(zhì)覆蓋層。需要注意的是，將基材的溫度調(diào)至600°C、將壓力調(diào)至4Pa并將偏壓調(diào)至-30V，從而使得硬質(zhì)覆蓋層的應(yīng)力為-0.5GPa。此外，在膜沉積的初期將基材的溫度設(shè)定為500°C，從而使硬質(zhì)覆蓋層具有與粘附層的界面相距20nm以內(nèi)且由粒度為4nm的柱狀晶體構(gòu)成的區(qū)域。由此制得實施例101至109的切削工具。實施例101至108中的粘附層是由平均粒徑為2nm的超細顆粒形成的，而實施例109中的粘附層是由粒徑為IOnm的結(jié)晶狀態(tài)的粗顆粒形成的?！磳嵤├?01 至 207〉將表面被覆燒結(jié)體接合至硬質(zhì)合金制基材的切削刃部分，從而制備切削工具。作為硬質(zhì)合金制基材，制備了形狀為ISO CNMA120408的硬質(zhì)合金(相當(dāng)于K10)，其切削刃部分(或角部)具有按照以下將要描述的方式制得的、通過T1-Zr-Cu釬焊料接合至其上的立方氮化硼燒結(jié)體(形狀:底面為等腰三角形且厚度為2mm的三棱鏡狀，該等腰三角形的頂角為80°，并且將該頂角夾在中間的兩腰的邊長為2mm)，隨后對該接合體的外周以及上下表面進行研磨，從而獲 得具有負倒棱(negative-land)(寬度為150 μ m,角度為25度)的切削刃(該產(chǎn)品在下文中將被稱為燒結(jié)體工具)。通過將粉狀立方氮化硼與粘結(jié)劑用粉狀原料(使用了 Ti和Al，使得粘結(jié)劑的組成為TiCN、TiB2、AlN和AlB2)混合在一起，以使得立方氮化硼的含有率為70體積％，并通過在1400°C和5.0GPa下燒結(jié)所得混合物，從而制備立方氮化硼燒結(jié)體。將燒結(jié)體工具置于膜沉積裝置中，隨后將該裝置抽真空，此后將燒結(jié)體工具加熱至620°C，并使用Xe離子對其進行蝕刻。接著，在所述膜沉積裝置中在立方氮化硼燒結(jié)體上形成粘附層。按照如下方式形成粘附層:準(zhǔn)備含有W、Co、Ni和Cr (原子組成W:Co:N1:Cr=5:4:4:Xl，其中Xl如表3中所示那樣變化)的靶材，在引入Ar的同時，在IPa下和5kW的濺射電力下進行一段時間的濺射，直至獲得厚度為50nm的層。隨后，用Cr離子對粘附層進行蝕刻以使其厚度為10nm，由此通過如下方式調(diào)整粘附層的覆蓋率。具體而言，這樣調(diào)整粘附層的覆蓋率，使得在立方氮化硼燒結(jié)體的表面中，與粘附層接觸的立方氮化硼顆粒相對于與粘附層或硬質(zhì)覆蓋層接觸的立方氮化硼顆?？倲?shù)的比率為15%。此時，在電弧電流為100A、引入了 Ar的壓力為IPa、偏壓為600V的條件下進行蝕刻。可通過調(diào)節(jié)Cr蒸發(fā)源的電弧電流、偏壓、真空度、氣體類型(N2、Ar)及其比率來進一步進行所述調(diào)整。需要注意的是，將濺射過程中的溫度調(diào)節(jié)至300°C，以構(gòu)成具有由非晶態(tài)和平均粒徑為Inm的超細顆粒構(gòu)成的混合相的粘附層。接下來，通過電弧放電式離子鍍在粘附層以及立方氮化硼燒結(jié)體的其上未形成有粘附層的部分上形成硬質(zhì)覆蓋層。硬質(zhì)覆蓋層的組成為Tia5Ala5N,并且將用來提供該覆蓋層組成的蒸發(fā)源作為陰極，從而進行冷陰極電弧放電以進行蒸發(fā)和電離，這持續(xù)一段時間直至獲得3 μ m的厚度,從而形成Tia 5Α1α 5Ν硬質(zhì)覆蓋層。需要注意的是，硬質(zhì)覆蓋層的應(yīng)力為-lGPa。此外，在膜沉積的初期將基材的溫度設(shè)定為500°C，從而使硬質(zhì)覆蓋層具有與粘附層的界面相距20nm以內(nèi)且由粒度為4nm的柱狀晶體構(gòu)成的區(qū)域。由此制得實施例201至207的切削工具?！磳嵤├?01 至 307〉將表面被覆燒結(jié)體接合至硬質(zhì)合金制基材的切削刃部分，從而制備切削工具。作為硬質(zhì)合金制基材，制備了形狀為ISO CNMA120408的硬質(zhì)合金(相當(dāng)于K10)，其切削刃部分(或角部)具有按照以下將要描述的方式制得的、通過T1-Zr-Cu釬焊料接合至其上的立方氮化硼燒結(jié)體(形狀:底面為等腰三角形且厚度為2mm的三棱鏡狀，該等腰三角形的頂角為80°，并且將該頂角夾在中間的兩腰的邊長為2mm)，隨后對該接合體的外周以及上下表面進行研磨，從而獲得具有負倒棱(negative-land)(寬度為150 μ m,角度為25度)的切削刃(該產(chǎn)品在下文中將被稱為燒結(jié)體工具)。通過將粉狀立方氮化硼與粘結(jié)劑用粉狀原料(使用了 T1、W和C，使得粘結(jié)劑的組成為TiWN、WC和TiB2)混合在一起，以使得立方氮化硼的含有率為50體積％，并通過在1350°C和5.5GPa下燒結(jié)所得混合物，從而制備立方氮化硼燒結(jié)體。將燒結(jié)體工具置于膜沉積裝置 中，隨后將該裝置抽真空，此后將燒結(jié)體工具加熱至620°C，并使用Xe離子對其進行蝕刻。接著，在所述膜沉積裝置中在立方氮化硼燒結(jié)體上形成粘附層。按照如下方式形成粘附層:準(zhǔn)備含有W、T1、Cr和Co (原子組成W:T1:Cr:Co=60:9:9:X2，其中X2如表4所示那樣變化)的靶材，并在引入Ar的同時，在IPa下和5kW的濺射電力下進行一段時間的濺射，直至獲得厚度為35nm的層。隨后，用Cr離子對粘附層進行蝕刻以使其厚度為7nm，由此通過如下方式調(diào)整粘附層的覆蓋率。具體而言，這樣調(diào)整粘附層的覆蓋率，使得在立方氮化硼燒結(jié)體的表面中，與粘附層接觸的立方氮化硼顆粒相對于與粘附層或硬質(zhì)覆蓋層接觸的立方氮化硼顆?？倲?shù)的比率為15%?？赏ㄟ^調(diào)節(jié)Cr蒸發(fā)源的電弧電流、偏壓、真空度、氣體類型(N2、Ar)及其比率來進行所述調(diào)整。需要注意的是，將濺射過程中的溫度調(diào)節(jié)至350°C，以構(gòu)成具有由非晶態(tài)和平均粒徑為3nm的超細顆粒構(gòu)成的混合相的粘附層。接下來，通過電弧放電式離子鍍在粘附層以及立方氮化硼燒結(jié)體的其上未形成有粘附層的部分上形成硬質(zhì)覆蓋層。硬質(zhì)覆蓋層的組成為Ala 7Cr0.23Si0.07N,并且將用來提供該覆蓋層組成的蒸發(fā)源作為陰極，從而進行冷陰極電弧放電以進行蒸發(fā)和電離，這持續(xù)一段時間直至獲得1.8 μ m的厚度,從而形成Ala 7Cr0 23Si0 07N硬質(zhì)覆蓋層。需要注意的是，硬質(zhì)覆蓋層的應(yīng)力為-1.3GPa。此外，在膜沉積的初期將基材的溫度設(shè)定為600°C，從而使硬質(zhì)覆蓋層具有與粘附層的界面相距20nm以內(nèi)且由粒度為1.5nm的柱狀晶體構(gòu)成的區(qū)域。由此制得實施例301至307的切削工具?！磳嵤├?01 至 409〉將表面被覆燒結(jié)體接合至硬質(zhì)合金制基材的切削刃部分，從而制備切削工具。作為硬質(zhì)合金制基材，制備了形狀為ISO CNMA120408的硬質(zhì)合金(相當(dāng)于K10)，其切削刃部分(或角部)具有按照以下將要描述的方式制得的、通過T1-Zr-Cu釬焊料接合至其上的立方氮化硼燒結(jié)體(形狀:底面為等腰三角形且厚度為2mm的三棱鏡狀，該等腰三角形的頂角為80°，并且將該頂角夾在中間的兩腰的邊長為2mm)，隨后對該接合體的外周以及上下表面進行研磨，從而獲得具有負倒棱(negative-land)(寬度為150 μ m,角度為25度)的切削刃(該產(chǎn)品在下文中將被稱為燒結(jié)體工具)。通過將粉狀立方氮化硼與粘結(jié)劑用粉狀原料(使用了 T1、Hf和Al，使得粘結(jié)劑的組成為TiHfCN、TiB2, HfB2, AlN和AlB2)混合在一起，以使得立方氮化硼的含有率為60體積％，并通過在1400°C和5.5GPa下燒結(jié)所得混合物，從而制備立方氮化硼燒結(jié)體。將燒結(jié)體工具置于膜沉積裝置中，隨后將該裝置抽真空，此后將燒結(jié)體工具加熱至620°C，并使用Xe離子對其進行蝕刻。接著，在所述膜沉積裝置中在立方氮化硼燒結(jié)體上形成粘附層。按照如下方式形成粘附層:準(zhǔn)備具有如下組成的靶材，其中W為53原子％、Cr為5原子％、并且Co為42原子％ ;并在引入Ar的同時，在IPa下和5kW的濺射電力下進行一段時間的派射，直至獲得厚度為1.5nm至180nm的層。隨后，用Cr離子對粘附層進行蝕刻以使其具有如表5中所示的厚度，由此通過如下方式調(diào)整粘附層的覆蓋率。具體而言，這樣調(diào)整粘附層的覆蓋率，使得在立方氮化硼燒結(jié)體的表面中，與粘附層接觸的立方氮化硼顆粒相對于與粘附層或硬質(zhì)覆蓋層接觸的立方氮化硼顆?？倲?shù)的比率為15%。可通過調(diào)節(jié)Cr蒸發(fā)源的電弧電流、偏壓、真空度、氣體類型(N2, Ar)及其比率來進行所述調(diào)整。需要注意的是，將濺射過程中的溫度調(diào)節(jié)至350°C，以構(gòu)成具有由非晶態(tài)和平均粒徑為0.7nm的超細顆粒構(gòu)成的混合相的粘附層。接下來，通過電弧放電式離子鍍在粘附層以及立方氮化硼燒結(jié)體的其上未形成有粘附層的部分上形成硬質(zhì)覆蓋層。硬質(zhì)覆蓋層的組成為Tia ^、.^和Ala Wra3SiaiN這兩種組成彼此交替堆疊而形成的超多層層疊體，其中每種組成為50層，這種硬質(zhì)覆蓋層是通過以下方式制得的:使Tia4Alaf^P Ala6Cra3Siai這兩種蒸發(fā)源同時放電，并且使燒結(jié)體工具旋轉(zhuǎn)通過所述蒸發(fā)源之間。持續(xù)進行膜沉積，直至硬質(zhì)覆蓋層的厚度達到I μ m。需要注意的是，通過在50kHz下施加-50V至+15V的脈沖偏壓作為偏壓，使得硬質(zhì)覆蓋層的應(yīng)力為+0.4GPa。此外，在膜沉積的初期將基材的溫度設(shè)定為550°C，從而使硬質(zhì)覆蓋層具有與粘附層的界面相距20nm以內(nèi)且由 粒度為2nm的柱狀晶體構(gòu)成的區(qū)域。由此制得實施例401至409的切削工具?！磳嵤├?01 至 507〉將表面被覆燒結(jié)體接合至硬質(zhì)合金制基材的切削刃部分，從而制備切削工具。作為硬質(zhì)合金制基材，制備了形狀為ISO CNMA120408的硬質(zhì)合金(相當(dāng)于K10)，其切削刃部分(或角部)具有按照以下將要描述的方式制得的、通過T1-Zr-Cu釬焊料接合至其上的立方氮化硼燒結(jié)體(形狀:底面為等腰三角形且厚度為2mm的三棱鏡狀，該等腰三角形的頂角為80°，并且將該頂角夾在中間的兩腰的邊長為2mm)，隨后對該接合體的外周以及上下表面進行研磨，從而獲得具有負倒棱(negative-land)(寬度為150 μ m,角度為25度)的切削刃(該產(chǎn)品在下文中將被稱為燒結(jié)體工具)。通過將粉狀立方氮化硼與粘結(jié)劑用粉狀原料(使用了 T1、Al和Zr，使得粘結(jié)劑的組成為TiCN、TiB2、AlN、AlB2和ZrO2)混合在一起，以使得立方氮化硼的含有率為85體積％，并通過在1450°C和5.5GPa下燒結(jié)所得混合物，從而制備立方氮化硼燒結(jié)體。將燒結(jié)體工具置于膜沉積裝置中，隨后將該裝置抽真空，此后將燒結(jié)體工具加熱至620°C，并使用Xe離子對其進行蝕刻。接著，在所述膜沉積裝置中在立方氮化硼燒結(jié)體上形成粘附層。通過濺射來氣相沉積W和Co、同時通過電弧放電式離子鍍來氣相沉積Cr，從而形成具有如下組成的粘附層:w為33.3原子％、Cr為33.3原子％、并且Co為33.3原子％。所述形成持續(xù)一段時間，直至粘附層的厚度達到40nm。隨后，用Cr離子對粘附層進行蝕刻以使其厚度為9nm，由此通過如下方式調(diào)整粘附層的覆蓋率。具體而言，這樣調(diào)整粘附層的覆蓋率，使得在立方氮化硼燒結(jié)體的表面中，與粘附層接觸的立方氮化硼顆粒相對于與粘附層或硬質(zhì)覆蓋層接觸的立方氮化硼顆?？倲?shù)的比率為15%?？赏ㄟ^調(diào)節(jié)Cr蒸發(fā)源的電弧電流、偏壓、真空度、氣體類型(N2、Ar)及其比率來進行所述調(diào)整。需要注意的是，在基材的溫度被調(diào)整為350°C至650°C、并且偏壓被調(diào)整為-50V至-500V的情況下進行濺射和電弧放電式離子鍍，從而如表6所示那樣改變粘附層的狀態(tài)。接下來，通過電弧放電式離子鍍在粘附層和立方氮化硼燒結(jié)體的其上未形成有粘附層的部分上形成硬質(zhì)覆蓋層。硬質(zhì)覆蓋層的組成為Ala65Tici 3Sici ci5Cci ci具.95，并且將用來提供該覆蓋層組成的蒸發(fā)源作為陰極，從而進行冷陰極電弧放電以進行蒸發(fā)和電離，這持續(xù)一段時間直至獲得4.5 μ m的厚度，從而形成Ala Jia3SiaCl5Na95硬質(zhì)覆蓋層。需要注意的是，通過在50kHz下施加-50V至OV的脈沖偏壓作為偏壓，使得硬質(zhì)覆蓋層的應(yīng)力為-0.2GPa。此外，在膜沉積的初期將基材的溫度設(shè)定為250°C至550°C，從而使硬質(zhì)覆蓋層具有與粘附層的界面相距20nm以內(nèi)且由粒度為1.5nm的柱狀晶體構(gòu)成的區(qū)域。
·
由此制得實施例501至507的切削工具。<實施例601至605以及比較例601至602〉將表面被覆燒結(jié)體接合至硬質(zhì)合金制基材的切削刃部分，從而制備切削工具。作為硬質(zhì)合金制基材，制備了形狀為ISO CNMA120408的硬質(zhì)合金(相當(dāng)于K10)，其切削刃部分(或角部)具有按照以下將要描述的方式制得的、通過T1-Zr-Cu釬焊料接合至其上的立方氮化硼燒結(jié)體(形狀:底面為等腰三角形且厚度為2mm的三棱鏡狀，該等腰三角形的頂角為80°，并且將該頂角夾在中間的兩腰的邊長為2mm)，隨后對該接合體的外周以及上下表面進行研磨，從而獲得具有負倒棱(negative-land)(寬度為150 μ m,角度為25度)的切削刃(該產(chǎn)品在下文中將被稱為燒結(jié)體工具)。通過將粉狀立方氮化硼與粘結(jié)劑用粉狀原料(使用了 W、Co、B和C，使得粘結(jié)劑的組成為W、Co、B和C的化合物，如WC和WCoB2)混合在一起，以使得立方氮化硼的含有率為95體積％，并通過在1450°C和6.0GPa下燒結(jié)所得混合物，從而制備立方氮化硼燒結(jié)體。將燒結(jié)體工具置于膜沉積裝置中，隨后將該裝置抽真空，此后將燒結(jié)體工具加熱至620°C，并使用Xe離子對其進行蝕刻。接著，在所述膜沉積裝置中在立方氮化硼燒結(jié)體上形成粘附層。通過濺射來形成W和Co，并通過電弧放電式離子鍍來形成Cr，由此形成具有如下組成的粘附層:W為29原子％、Cr為58原子％并且Co為13原子％。所述形成持續(xù)一段時間，直至粘附層厚度達到75nm。隨后，用Cr離子對粘附層進行蝕刻以使其厚度為15nm，由此通過如下方式調(diào)整粘附層的覆蓋率。具體而言，這樣調(diào)整粘附層的覆蓋率，使得在立方氮化硼燒結(jié)體的表面中，與粘附層接觸的立方氮化硼顆粒相對于與粘附層或硬質(zhì)覆蓋層接觸的立方氮化硼顆?？倲?shù)的比率如表7中所示，可通過調(diào)節(jié)蝕刻條件以使電弧電流為50Α、$ΛΑι^ΡΝ2 (比例為9:1)的壓力為IPa并且偏壓為300V至900V，從而進行這種調(diào)整。需要注意的是，濺射和電弧放電式離子鍍同時進行，以構(gòu)成具有由非晶態(tài)和平均粒徑為0.6nm的超細顆粒形成的混合相的粘附層。接下來，通過電弧放電式離子鍍在粘附層以及立方氮化硼燒結(jié)體的其上未形成有粘附層的部分上形成硬質(zhì)覆蓋層。硬質(zhì)覆蓋層的組成為Ala7Tia3N,并且將用來提供該覆蓋層組成的蒸發(fā)源作為陰極，從而進行冷陰極電弧放電以進行蒸發(fā)和電離，這持續(xù)一段時間直至獲得4 μ m的厚度，從而形成Ala7Tia3N硬質(zhì)覆蓋層。需要注意的是，通過在50kHz施加-20V至OV的脈沖偏壓作為偏壓，使得硬質(zhì)覆蓋層的應(yīng)力為±0GPa。此外，在膜沉積的初期將基材的溫度設(shè)定為600°C，從而使硬質(zhì)覆蓋層具有與粘附層的界面相距20nm以內(nèi)且由粒度為15nm的柱狀晶體構(gòu)成的區(qū)域。由此制得實施例601至605以及比較例601至602的切削工具?！磳嵤├?01 至 707〉將表面被覆燒結(jié)體接合至硬質(zhì)合金制基材的切削刃部分，從而制備切削工具。作為硬質(zhì)合金制基材，制備了形狀為ISO CNMA120408的硬質(zhì)合金(相當(dāng)于K10)，其切削刃部分(或角部)具有按照以下將要描述的方式制得的、通過T1-Zr-Cu釬焊料接合至其上的立方氮化硼燒結(jié)體(形狀:底面為等腰三角形且厚度為2mm的三棱鏡狀，該等腰三角形的頂角為80°，并且將該頂角夾在中間的兩腰的邊長為2mm)，隨后對該接合體的外周以及上下表面進行研磨，從而獲得具有負倒棱(negative-land)(寬度為150 μ m,角度為25度)的切削刃(該產(chǎn)品在下文中將被稱為燒結(jié)體工具)。通過將粉狀立方氮化硼與粘結(jié)劑用粉狀原料(使用了 T1、Zr和Al，使得粘結(jié)劑的組成為TiZrCN和Al2O3)混合在一起，以使得立方氮化硼的含有率為45體積％，并通過在1350°C和5.5GPa下燒結(jié)所得混合物，從而制備立方氮化硼燒結(jié)體。將燒結(jié)體工具置于 膜沉積裝置中，隨后將該裝置抽真空，此后將燒結(jié)體工具加熱至620°C，并使用Xe離子對其進行蝕刻。接著，在所述膜沉積裝置中在立方氮化硼燒結(jié)體上形成粘附層。按照如下方式形成粘附層:準(zhǔn)備具有如下組成的靶材，其中W為70原子％、Fe為30原子％ ;在引入Ar的同時,在IPa下和5kW的派射電力下進行一段時間的派射,直至獲得厚度為70nm的層。隨后，用Cr離子對粘附層進行蝕刻以使其厚度為15nm，由此通過如下方式調(diào)整粘附層的覆蓋率。具體而言，這樣調(diào)整粘附層的覆蓋率，使得在立方氮化硼燒結(jié)體的表面中，與粘附層接觸的立方氮化硼顆粒相對于與粘附層或硬質(zhì)覆蓋層接觸的立方氮化硼顆粒總數(shù)的比率為15%。可通過調(diào)節(jié)Cr蒸發(fā)源的電弧電流、偏壓、真空度、氣體類型(N2、Ar)及其比率來進行所述調(diào)整。需要注意的是，將濺射過程中的溫度調(diào)節(jié)至400°C，以構(gòu)成具有由非晶態(tài)和平均粒徑為4.5nm的超細顆粒構(gòu)成的混合相的粘附層。接下來，通過電弧放電式離子鍍在粘附層以及立方氮化硼燒結(jié)體的其上未形成有粘附層的部分上形成硬質(zhì)覆蓋層。硬質(zhì)覆蓋層的組成為Tia93Siatl7N和Tia5Ala3CraiSiaiN這兩種組成彼此交替堆疊而形成的超多層層疊體，其中每種組成為1050層，并且這種硬質(zhì)覆蓋層是通過以下方式制得的:使兩種蒸發(fā)源同時放電并且使燒結(jié)體工具旋轉(zhuǎn)通過所述蒸發(fā)源之間，其中所述兩種蒸發(fā)源被制備為使得構(gòu)成所述覆蓋層的兩種層分別具有TU93Siatl7N和Tia5Ala3CraiSiaiN的組成。持續(xù)進行膜沉積，直至硬質(zhì)覆蓋層的厚度達到6.3 μ m。需要注意的是，通過在 50kHz 下施加 +20V、+10V、-10V、-25V、-50V、_80V、-100V 至OV的脈沖偏壓作為偏壓，使得硬質(zhì)覆蓋層的應(yīng)力如表8所示那樣變化。此外，在膜沉積的初期將基材的溫度設(shè)定為600°C，從而使硬質(zhì)覆蓋層具有與粘附層的界面相距20nm以內(nèi)且由粒度為3nm的柱狀晶體構(gòu)成的區(qū)域。由此制得實施例701至707的切削工具?！磳嵤├?01 至 807〉將表面被覆燒結(jié)體接合至硬質(zhì)合金制基材的切削刃部分，從而制備切削工具。作為硬質(zhì)合金制基材，制備了形狀為ISO CNMA120408的硬質(zhì)合金(相當(dāng)于K10)，其切削刃部分(或角部)具有按照以下將要描述的方式制得的、通過T1-Zr-Cu釬焊料接合至其上的立方氮化硼燒結(jié)體(形狀:底面為等腰三角形且厚度為2mm的三棱鏡狀，該等腰三角形的頂角為80°，并且將該頂角夾在中間的兩腰的邊長為2mm)，隨后對該接合體的外周以及上下表面進行研磨，從而獲得具有負倒棱(negative-land)(寬度為150 μ m,角度為25度)的切削刃(該產(chǎn)品在下文中將被稱為燒結(jié)體工具)。通過將粉狀立方氮化硼與粘結(jié)劑用粉狀原料(使用了 Al，使得粘結(jié)劑的組成為Al、AlN和AlB2)混合在一起，以使得立方氮化硼的含有率為98體積％，并通過在1450°C和6.0GPa下燒結(jié)所得混合物，從而制備立方氮化硼燒結(jié)體。將燒結(jié)體工具置于膜沉積裝置中，隨后將該裝置抽真空，此后將燒結(jié)體工具加熱至620°C，并使用Xe離子對其進行蝕刻。接著，在所述膜沉積裝置中在立方氮化硼燒結(jié)體上形成粘附層。按照如下方式形成粘附層:準(zhǔn)備組成為包含90原子％的W和10原子％的Ti的靶材，并在引入Ar的同時，在IPa下和5kW的濺射電力下進行一段時間的濺射，直至獲得厚度為IOOnm的層。隨后，用Cr離子對粘附層進行蝕刻以使其厚度為22nm，由此通過如下方式調(diào)整粘附層的覆蓋率。具體而言，這樣調(diào)整粘附層的覆蓋率，使得在立方氮化硼燒結(jié)體的表面中，與粘附層接觸的立方氮化硼顆粒相對于與粘附層或硬質(zhì)覆蓋層接觸的立方氮化硼顆粒總數(shù)的比率為15%?？赏ㄟ^調(diào)節(jié)Cr蒸發(fā)源的電弧電流、偏壓、真空度、氣體類型(N2、Ar)及其比率來進行所述調(diào)整。需要注意的是，將濺射過程中的溫度調(diào)節(jié)至300°C，以構(gòu)成處于非晶態(tài)的粘附層。接下來，通過電弧放電式離子鍍在粘附層以及立方氮化硼燒結(jié)體的其上未形成有粘附層的部分上形成硬質(zhì)覆蓋層。硬質(zhì)覆蓋層的組成為Ala 8Cr0.2N,并且將用來提供該覆蓋層組成的蒸發(fā)源作為陰極以進行冷陰極電弧放電從而進行蒸發(fā)和電離，這持續(xù)一段時間直至獲得表9中所示的厚度，從而形成Ala8Cra2N硬質(zhì)覆蓋層。需要注意的是，通過在50kHz下施加-50V至+30V的脈沖偏壓作為偏壓，使得硬質(zhì)覆蓋層的應(yīng)力為-0.2GPa。此外，在膜沉積的初期將基材的溫度設(shè)定為600°C，從而使硬質(zhì)覆蓋層具有與粘附層的界面相距20nm以內(nèi)且由粒度為18nm的柱狀晶體構(gòu)成的區(qū)域。由此制得實施例801至807的切削工具?！磳嵤├?01 至 906〉將表面被覆燒結(jié)體接合至硬質(zhì)合金制基材的切削刃部分，從而制備切削工具。作為硬質(zhì)合金制基材，制備了形狀為ISO CNMA120408的硬質(zhì)合金(相當(dāng)于K10)，其切削刃部分(或角部)具有按照以下將要描述的方式制得的、通過T1-Zr-Cu釬焊料接合至其上的立方氮化硼燒結(jié)體(形狀:底面為等腰三角形且厚度為2mm的三棱鏡狀，該等腰三角形的頂角為80°，并且將 該頂角夾在中間的兩腰的邊長為2mm)，隨后對該接合體的外周以及上下表面進行研磨，從而獲得具有負倒棱(negative-land)(寬度為150 μ m,角度為25度)的切削刃(該產(chǎn)品在下文中將被稱為燒結(jié)體工具)。通過將粉狀立方氮化硼與粘結(jié)劑用粉狀原料(使用了 Ti和Al，使得粘結(jié)劑的組成為TiC、TiCN、TiB2、AlN和AlB2)混合在一起，以使得立方氮化硼的含有率為65體積％，并通過在1350°C和6.0GPa下燒結(jié)所得混合物，從而制備立方氮化硼燒結(jié)體。將燒結(jié)體工具置于膜沉積裝置中，隨后將該裝置抽真空，此后將燒結(jié)體工具加熱至620°C，并使用Xe離子對其進行蝕刻。接著，在所述膜沉積裝置中在立方氮化硼燒結(jié)體上形成粘附層。按照如下方式形成粘附層:準(zhǔn)備組成為包含76原子％的W、8原子％的Co、8原子％的Ni和8原子％的Fe的靶材，并在引入Ar的同時，在IPa下和5kW的濺射電力下進行濺射；接下來，向燒結(jié)體工具施加-750V的偏壓以通過電弧放電式離子鍍將Ti蒸發(fā)并進行混合，從而形成組成如下的35nm厚的粘附層，該粘附層含有:45原子％的W、40原子％的T1、5原子％的Co、5原子％的Ni以及5原子％的Fe。
隨后，用Cr離子對粘附層進行蝕刻以使其厚度為7nm，由此通過如下方式調(diào)整粘附層的覆蓋率。具體而言，這樣調(diào)整粘附層的覆蓋率，使得在立方氮化硼燒結(jié)體的表面中，與粘附層接觸的立方氮化硼顆粒相對于與粘附層或硬質(zhì)覆蓋層接觸的立方氮化硼顆粒總數(shù)的比率為15%?？赏ㄟ^調(diào)節(jié)Cr蒸發(fā)源的電弧電流、偏壓、真空度、氣體類型(N2、Ar)及其比率來進行所述調(diào)整。需要注意的是，將濺射過程中的溫度調(diào)節(jié)至380°C，以構(gòu)成具有由非晶態(tài)和平均粒徑為1.Snm的超細顆粒構(gòu)成的混合相的粘附層。接下來，通過電弧放電式離子鍍在粘附層以及立方氮化硼燒結(jié)體的其上未形成有粘附層的部分上形成硬質(zhì)覆蓋層。硬質(zhì)覆蓋層的組成為Ala7Cra3N和Tia^la4SiaiN這兩種組成彼此交替堆疊而形成的超多層層疊體，其中每種組成為800層，并且這種硬質(zhì)覆蓋層是通過以下方式制得的:使兩種蒸發(fā)源同時放電并且使燒結(jié)體工具旋轉(zhuǎn)通過所述蒸發(fā)源之間，其中所述兩種蒸發(fā)源被制備為使得構(gòu)成所述覆蓋層的兩種層分別具有Ala7Cra3N和Tia5Ala4SiaiN的組成。持續(xù)進行膜沉積，直至硬質(zhì)覆蓋層的厚度達到8 μ m。需要注意的是，通過在50kHz下施加-25V至OV的脈沖偏壓作為偏壓，使得硬質(zhì)覆蓋層的應(yīng)力為+1.4GPa。此外，在膜沉積的初期將基材的溫度設(shè)定為300°C至600°C，從而使硬質(zhì)覆蓋層具有與粘附層的界面相距20nm以內(nèi)且由具有表10中所示粒度的柱狀晶體構(gòu)成的區(qū)域。由此制得實施例901至906的切削工具?！磳嵤├?001〉將表面被覆燒結(jié)體接合至硬質(zhì)合金制基材的切削刃部分，從而制備切削工具。作為硬質(zhì)合金制基材，制備了形狀為ISO CNMA120408的硬質(zhì)合金(相當(dāng)于K10)，其切削刃部分(或角部)具有按照以下將要描述的方式制得的、通過T1-Zr-Cu釬焊料接合至其上的立方氮化硼燒結(jié)體(形狀:底面為等腰三角形且厚度為2mm的三棱鏡狀，該等腰三角形的頂角為80°，并且將該頂角夾在中間的兩腰的邊長為2mm)，隨后對該接合體的外周以及上下表面進行研磨，從而獲得具有負倒棱(negative-land)(寬度為150 μ m,角度為25度)的切削刃(該產(chǎn)品在下文中將被稱為燒結(jié)體工具)。通過將粉狀立方氮化硼與粘結(jié)劑用粉狀原料(使用了打八丨力和胃，使得粘結(jié)劑的組成為TiCN、TiB2, AIN, AlB2和WC)混合在一起，以使得立方氮化硼的含有率為65體積％，并通過在1300°C和6.0GPa下燒結(jié)所得混合物，從而制備立方氮化硼燒結(jié)體。
將燒結(jié)體工具置于膜沉積裝置中，隨后將該裝置抽真空，此后將燒結(jié)體工具加熱至620°C，并使用Xe離子對其進行蝕刻。接著，在所述膜沉積裝置中在立方氮化硼燒結(jié)體上形成粘附層。按照如下方式形成粘附層:準(zhǔn)備組成為包含40原子％的W、40原子％的Cr、以及20原子％的Co的靶材，并在引入Ar的同時，在IPa下和5kW的濺射電力下進行一段時間的濺射，從而獲得厚度為60nm的層。隨后，用Cr離子對粘附層進行蝕刻以使其厚度為llnm，由此通過如下方式調(diào)整粘附層的覆蓋率。具體而言，這樣調(diào)整粘附層的覆蓋率，使得在立方氮化硼燒結(jié)體的表面中，與粘附層接觸的立方氮化硼顆粒相對于與粘附層或硬質(zhì)覆蓋層接觸的立方氮化硼顆?？倲?shù)的比率為15%。可通過調(diào)節(jié)Cr蒸發(fā)源的電弧電流、偏壓、真空度、氣體類型(N2、Ar)及其比率來進行所述調(diào)整。需要注意的是，將濺射過程中的溫度調(diào)節(jié)至350°C，以構(gòu)成具有由非晶態(tài)和平均粒徑為1.1nm的超細顆粒構(gòu)成的混合相的粘附層。接下來，通過電弧放電式離子鍍在粘附層以及立方氮化硼燒結(jié)體的其上未形成有粘附層的部分上形成硬質(zhì)覆蓋層。硬質(zhì)覆蓋層由組成為TiN且厚度為0.3 μ m的第一覆蓋層、以及形成于該第一覆蓋層上且厚度為2.7 μ m的Tia5Ala5N層(下文中將其稱為“第二覆蓋層”)構(gòu)成。具體而言，將用來提供該覆蓋層組成的蒸發(fā)源作為陰極，從而進行冷陰極電弧放電以進行蒸發(fā)和電離，并調(diào)節(jié)膜沉積時間以獲得上述厚度。需要注意的是，通過在50kHz下施加-50V至OV的脈沖偏壓作為偏壓，使得硬質(zhì)覆蓋層的應(yīng)力為-0.6GPa。此外，在膜沉積的初期將基材的溫度設(shè)定為600°C，從而使第一覆蓋層具有與粘附層的界面相距20nm以內(nèi)且由粒度為1.5nm的柱狀晶體構(gòu)成的區(qū)域。由此制得實施例1001的切削工具?！磳嵤├?002〉將表面被覆燒結(jié)體接合至硬質(zhì)合金制基材的切削刃部分，從而制備切削工具。作為硬質(zhì)合金制 基材，制備了形狀為ISO CNMA120408的硬質(zhì)合金(相當(dāng)于K10)，其切削刃部分(或角部)具有按照以下將要描述的方式制得的、通過T1-Zr-Cu釬焊料接合至其上的立方氮化硼燒結(jié)體(形狀:底面為等腰三角形且厚度為2mm的三棱鏡狀，該等腰三角形的頂角為80°，并且將該頂角夾在中間的兩腰的邊長為2mm)，隨后對該接合體的外周以及上下表面進行研磨，從而獲得具有負倒棱(negative-land)(寬度為150 μ m,角度為25度)的切削刃(該產(chǎn)品在下文中將被稱為燒結(jié)體工具)。通過將粉狀立方氮化硼與粘結(jié)劑用粉狀原料(使用了 T1、Al和W，使得粘結(jié)劑的組成為TiCN、TiB2, AIN, AlB2和WC)混合在一起，以使得立方氮化硼的含有率為50體積％，并通過在1300°C和6GPa下燒結(jié)所得混合物，從而制備立方氮化硼燒結(jié)體。將燒結(jié)體工具置于膜沉積裝置中，隨后將該裝置抽真空，此后將燒結(jié)體工具加熱至620°C，并使用Xe離子對其進行蝕刻。接著，在所述膜沉積裝置中在立方氮化硼燒結(jié)體上形成粘附層。按照如下方式形成粘附層:準(zhǔn)備具有如下組成的靶材，其中W為45原子％、Ti為32原子％、并且Co為23原子％ ；并在引入Ar的同時，在IPa下和5kW的濺射電力下進行濺射一段時間，以獲得厚度為40nm的層。隨后，用Cr離子對粘附層進行蝕刻以使其厚度為8nm，由此通過如下方式調(diào)整粘附層的覆蓋率。具體而言，這樣調(diào)整粘附層的覆蓋率，使得在立方氮化硼燒結(jié)體的表面中，與粘附層接觸的立方氮化硼顆粒相對于與粘附層或硬質(zhì)覆蓋層接觸的立方氮化硼顆?？倲?shù)的比率為15%?？赏ㄟ^調(diào)節(jié)Cr蒸發(fā)源的電弧電流、偏壓、真空度、氣體類型(N2、Ar)及其比率來進行所述調(diào)整。需要注意的是，將濺射過程中的溫度調(diào)節(jié)至400°C，以構(gòu)成具有由非晶態(tài)和平均粒徑為1.2nm的超細顆粒構(gòu)成的混合相的粘附層。接下來，通過電弧放電式離子鍍在粘附層以及立方氮化硼燒結(jié)體的其上未形成有粘附層的部分上形成硬質(zhì)覆蓋層。硬質(zhì)覆蓋層由組成為Tia2Ala7SiaiN且厚度為0.7μπι的第一覆蓋層、以及形成于該第一覆蓋層上且厚度為1.3 μ m的Tia92Siatl8Ca2Na8層(下文中將其稱為“第二覆蓋層”)構(gòu)成。具體而言，將用來提供該覆蓋層組成的蒸發(fā)源作為陰極，從而進行冷陰極電弧放電以進行蒸發(fā)和電離，并調(diào)節(jié)膜沉積時間以獲得上述厚度。需要注意的是，通過在50kHz下施加-60V至OV的脈沖偏壓作為偏壓，使得硬質(zhì)覆蓋層的應(yīng)力為-0.4GPa。此外，在膜沉積的初期將基材的溫度設(shè)定為600°C，從而使第一覆蓋層具有與粘附層的界面相距20nm以內(nèi)且由粒度為1.2nm的柱狀晶體構(gòu)成的區(qū)域。由此制得實施例1002的切削工具?！磳嵤├?003〉將表面被覆燒結(jié)體接合至硬質(zhì)合金制基材的切削刃部分，從而制備切削工具。作為硬質(zhì)合金制基材，制備了形狀為ISO CNMA120408的硬質(zhì)合金(相當(dāng)于K10)，其切削刃部分(或角部)具有按照以下將要描述的方式制得的、通過T1-Zr-Cu釬焊料接合至其上的立方氮化硼燒結(jié)體(形狀:底面為等腰三角形且厚度為2mm的三棱鏡狀，該等腰三角形的頂角為80°，并且將該頂角夾在中間的兩腰的邊長為2mm)，隨后對該接合體的外周以及上下表面進行研磨，從而獲得具有負倒棱(negative-land)(寬度為150 μ m,角度為25度)的切削刃(該產(chǎn)品在下文中將被稱為燒結(jié)體工具)。通過將粉狀立方氮化硼與粘結(jié)劑用粉狀原料(使用了 TiN、AlN和W，使得粘結(jié)劑的組成為TiCN、TiB2, AIN、AlB2和WC)混合在一起，以使得立方氮化硼的含有率為42體積％，并通過在1300°C和5.0GPa下燒結(jié)`所得混合物，從而制備立方氮化硼燒結(jié)體。將燒結(jié)體工具置于膜沉積裝置中，隨后將該裝置抽真空，此后將燒結(jié)體工具加熱至620°C，并使用Xe離子對其進行蝕刻。接著，在所述膜沉積裝置中在立方氮化硼燒結(jié)體上形成粘附層。按照如下方式形成粘附層:準(zhǔn)備組成為W為85原子％且Ni為15原子％的靶材，并在引入Ar的同時，在IPa下和5kW的濺射電力下進行濺射一段時間，以獲得厚度為30nm的層。隨后，用Cr離子對粘附層進行蝕刻以使其厚度為6nm，由此通過如下方式調(diào)整粘附層的覆蓋率。具體而言，這樣調(diào)整粘附層的覆蓋率，使得在立方氮化硼燒結(jié)體的表面中，與粘附層接觸的立方氮化硼顆粒相對于與粘附層或硬質(zhì)覆蓋層接觸的立方氮化硼顆?？倲?shù)的比率為15%?？赏ㄟ^調(diào)節(jié)Cr蒸發(fā)源的電弧電流、偏壓、真空度、氣體類型(N2、Ar)及其比率來進行所述調(diào)整。需要注意的是，將濺射過程中的溫度調(diào)節(jié)至450°C，以構(gòu)成具有由非晶態(tài)和平均粒徑為1.3nm的超細顆粒構(gòu)成的混合相的粘附層。接下來，通過電弧放電式離子鍍在粘附層以及立方氮化硼燒結(jié)體的其上未形成有粘附層的部分上形成硬質(zhì)覆蓋層。硬質(zhì)覆蓋層由組成為Tia JraiSia#且厚度為0.5 μ m的第一覆蓋層、以及作為超多層層疊體形成于該第一覆蓋層上且厚度為I μ m的層構(gòu)成(下文中稱之為“第二覆蓋層”)，其中該超多層層疊體通過交替層疊Tia7Zra ^ia2N和Ala7Tia3N而形成，每種組成為25層。具體而言，按照如下方式制備第一覆蓋層:將用來提供該覆蓋層組成的蒸發(fā)源作為陰極，從而進行冷陰極電弧放電以進行蒸發(fā)和電離，并調(diào)節(jié)膜沉積時間以獲得上述厚度。通過使Tia7Zr0.!Si0.2和Ala7Ti0.3這兩種蒸發(fā)源同時放電，并且使燒結(jié)體工具旋轉(zhuǎn)通過蒸發(fā)源之間，從而制備第二覆蓋層。需要注意的是，通過在50kHz下施加-50V至OV的脈沖偏壓作為偏壓，使得硬質(zhì)覆蓋層的應(yīng)力為-1.2GPa。此外，在膜沉積的初期將基材的溫度設(shè)定為600°C，從而使第一覆蓋層具有與粘附層的界面相距20nm以內(nèi)且由粒度為
1.4nm的柱狀晶體構(gòu)成的區(qū)域。由此制得實施例1003的切削工具。< 比較例 1001〉將表面被覆燒結(jié)體接合至硬質(zhì)合金制基材的切削刃部分，從而制備切削工具。作為硬質(zhì)合金制基材，制備了形狀為ISO CNMA120408的硬質(zhì)合金(相當(dāng)于K10)，其切削刃部分(或角部)具有按照以下將要描述的方式制得的、通過T1-Zr-Cu釬焊料接合至其上的立方氮化硼燒結(jié)體(形狀:底面為等腰三角形且厚度為2mm的三棱鏡狀，該等腰三角形的頂角為80°，并且將該頂角夾在中間的兩腰的邊長為2mm)，隨后對該接合體的外周以及上下表面進行研磨，從而獲得具有負倒棱(negative-land)(寬度為150 μ m,角度為25度)的切削刃(該產(chǎn)品在下文中將被稱為燒結(jié)體工具)。通過將粉狀立方氮化硼與粘結(jié)劑用粉狀原料(使用了 T1、Al和W，使得粘結(jié)劑的組成為TiCN、TiB2、AIN、AlB2和WC)混合在一起，以使得立方氮化硼的含有率為40體積％，并通過在1350°C和5GPa下燒結(jié)所得混合物，從而制備立方氮化硼燒結(jié)體。將燒結(jié)體工具置于膜沉積裝置中，隨后將該裝置抽真空，此后將燒結(jié)體工具加熱至620°C，并使用Xe離子對其進行蝕刻。接著，在所述膜沉積裝置中在立方氮化硼燒結(jié)體上未形成粘附層，而是通過 電弧放電式離子鍍在立方氮化硼燒結(jié)體上直接形成硬質(zhì)覆蓋層。該硬質(zhì)覆蓋層由厚度為3μπι的Tia5Ala5N層構(gòu)成。具體而言，將用來提供該覆蓋層組成的蒸發(fā)源作為陰極，從而進行冷陰極電弧放電以進行蒸發(fā)和電離，調(diào)整膜沉積時間，從而獲得上述厚度。需要注意的是，通過在50kHz下施加-70V至OV的脈沖偏壓作為偏壓，使得硬質(zhì)覆蓋層的應(yīng)力為-lGPa。此外，在膜沉積的初期將基材的溫度設(shè)定為600°C，從而使硬質(zhì)覆蓋層具有與基材的界面相距20nm以內(nèi)且由粒度為IOnm的柱狀晶體構(gòu)成的區(qū)域。由此制得比較例1001的切削工具。<測量條件>如下所述測量上述實施例和比較例中的數(shù)值。〈表面覆蓋層的測量〉通過如下測量來評價粘附層的狀態(tài)(或結(jié)構(gòu))，包括厚度、組成、結(jié)晶度、以及粘附層的超細顆粒的平均粒度:具體而言，首先，通過聚焦離子束(FIB)法形成包含立方氮化硼燒結(jié)體和表面覆蓋層的截面。然后，利用掃描透射電子顯微鏡(STEM) /能量色散型X射線光譜(EDS)觀察截面中立方氮化硼燒結(jié)體與粘附層之間的界面。隨后，利用“截面的STEM圖像觀察”來測量粘附層的“厚度”、形成超細顆粒的情況下它們的粒徑、以及硬質(zhì)覆蓋層(第一覆蓋層)中的與硬質(zhì)覆蓋層和粘附層間的界面相距20nm以內(nèi)的區(qū)域中的柱狀晶體的粒度。另外，利用“EDX分析”對組成進行評價，并利用“電子衍射”對結(jié)晶度加以評價。此外，按照與對粘附層進行的相似的方法也獲得硬質(zhì)覆蓋層的厚度、組成等。
值得注意的是，對經(jīng)離子束處理至厚度為約IOOnm的樣品進行EDS分析，并且將STEM的電子束直徑設(shè)置為I nm φ,并將觀察時的放大倍率設(shè)為100000倍以上。在此情況下，調(diào)整電子束的入射角度，使得與其他金屬元素成分(包括構(gòu)成硬質(zhì)覆蓋層的金屬元素)、B等相比，粘附層的對比度或W的對比度最大。另外，粘附層具有不均勻性，在觀察粘附層的組成時，可以檢測出硬質(zhì)覆蓋層的元素或立方氮化硼燒結(jié)體的元素。另外，在形成粘附層或硬質(zhì)覆蓋層時，可以控制用于沉積膜的種類的能量，從而使粘附層與立方氮化硼燒結(jié)體或硬質(zhì)覆蓋層混合，并且這也會產(chǎn)生上述這樣的分析結(jié)果。在這種情況下檢測出的結(jié)果也作為粘附層的組成?！凑掣綄拥母采w率〉按照下述方式測量在立方氮化硼燒結(jié)體的表面中，與粘附層接觸的立方氮化硼顆粒相對于與粘附層或硬質(zhì)覆蓋層接觸的立方氮化硼顆?？倲?shù)的比率。具體而言，首先利用離子束處理上述形成的截面(該截面包含立方氮化硼燒結(jié)體和表面覆蓋層)以使該截面變平。然后，對于經(jīng)過平整處理的截面，用高分辨率掃描電鏡(SEM)觀察立方氮化硼顆粒與表面覆蓋層之間的界面，并利用EDS對界面中檢測出W的立方氮化硼顆粒以及界 面中未檢測出W的立方氮化硼顆粒進行計數(shù)。由此獲得上述比率。值得注意的是，SEM在圖像中示出了組成，觀察到含W的粘附層作為具有尤其高的亮度的層，因此，可以從是否存在該亮的層來簡單地確定粘附層?！丛u價方法〉使用上述獲得的實施例和比較例的切削工具，在如下切削條件下進行兩種切削測試。切削測試A可主要評價硬質(zhì)覆蓋層的粘附性、耐磨性和由累積崩裂引起的損壞，切削測試B可以評價硬質(zhì)覆蓋層的粘附性、耐磨性和抵抗較大崩裂的耐崩裂性。這兩種測試均以后刀面磨損量(Vb)達0.2mm時所花費的時間(即切削時間)作為工具壽命，切削時間越長，則表明立方氮化硼燒結(jié)體與表面覆蓋層之間的粘附性越好(即，耐磨性和韌性均優(yōu)異)。結(jié)果在表I至11中示出。值得注意的是，在這些表中，術(shù)語“脫落/崩裂”表示在切削測試期間，表面覆蓋層脫落或者切削工具崩裂，因而無法測量其切削時間。<切削測試A (輕間斷式測試)>切削速度:V=170m/min進給速度:f=0.1 mm/rev切削深度:d=0.2mm濕式/干式:干式工件:SCM435滲碳材料(HRC62)，具有一個槽和氧化皮的圓棒形式〈切削測試B(強間斷式測試)>切削速度:V=200m/min進給速度:f=0.05mm/rev切削深度:d=0.2mm濕式/干式:干式工件:SUJ2 (HRC60)，具有6個縱向延伸的槽的圓棒形式[表 I]
權(quán)利要求
1.一種表面被覆燒結(jié)體，包括: 立方氮化硼燒結(jié)體；和 在其表面上形成的表面覆蓋層， 所述立方氮化硼燒結(jié)體包含20體積％至99.5體積％的立方氮化硼、以及粘結(jié)劑， 所述表面覆蓋層包括粘附層和至少一層硬質(zhì)覆蓋層， 所述粘附層是至少含有W的金屬層，并且該粘附層被形成為覆蓋在所述立方氮化硼燒結(jié)體的表面的一部分上， 所述硬質(zhì)覆蓋層被形成為覆蓋在所述立方氮化硼燒結(jié)體和所述粘附層上， 在所述立方氮化硼燒結(jié)體的表面中，與所述粘附層接觸的立方氮化硼顆粒相對于與所述粘附層或所述硬質(zhì)覆蓋層接觸的立方氮化硼顆?？倲?shù)的比率為0.01%至20%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面被覆燒結(jié)體，其中所述粘附層為非晶態(tài)或者由平均粒度等于或小于5nm的超細顆粒構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面被覆燒結(jié)體，其中所述粘附層含有0.05原子％至95原子％的W。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面被覆燒結(jié)體，其中所述粘附層含有Ti和Cr中的一者或兩者，并且Ti和Cr中的一者或兩者相對于W的原子比值為0.1至3。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面被覆燒結(jié)體，其中所述粘附層含有0.1原子％至20原子％的選自由Co、Ni和Fe構(gòu)成的組中的至少一種元素。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的 表面被覆燒結(jié)體，其中所述粘附層的厚度為0.5nm至30nm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面被覆燒結(jié)體，其中所述硬質(zhì)覆蓋層的應(yīng)力為-1.5GPa至+0.5GPa0
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面被覆燒結(jié)體，其中: 所述硬質(zhì)覆蓋層包括作為最底層的與所述立方氮化硼燒結(jié)體和所述粘附層接觸的第一覆蓋層；并且 所述第一覆蓋層由這樣的化合物構(gòu)成，所述化合物由從元素周期表的IVa族元素、Va族元素和VIa族元素、Al和Si所構(gòu)成的組中選出的至少一種元素與從硼、碳、氮和氧所構(gòu)成的組中選出的至少一種元素形成。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的表面被覆燒結(jié)體，其中所述第一覆蓋層由從TiAlN、AlCrN和TiSiN所構(gòu)成的組中選出的至少一種化合物構(gòu)成，或者由含有所述化合物的固溶體構(gòu)成；或者所述第一覆蓋層由超多層層疊體構(gòu)成，該超多層層疊體具有所述化合物或所述固溶體作為構(gòu)成層。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的表面被覆燒結(jié)體，其中，所述第一覆蓋層具有與所述粘附層的界面相距20nm以內(nèi)的由粒度為Inm至20nm的柱狀晶體構(gòu)成的區(qū)域。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面被覆燒結(jié)體，其中所述硬質(zhì)覆蓋層的厚度為0.5μπι至20μ m0
12.—種切削工具，其通過將權(quán)利要求1中所述的表面被覆燒結(jié)體接合至硬質(zhì)合金制基材的切削刃部分而形成。
全文摘要
本發(fā)明的表面被覆燒結(jié)體包括立方氮化硼燒結(jié)體；以及在其表面上形成的表面覆蓋層，所述立方氮化硼燒結(jié)體包含20體積%至99.5體積%的立方氮化硼、以及粘結(jié)劑，所述表面覆蓋層包括粘附層和至少一層硬質(zhì)覆蓋層，所述粘附層是至少含有W的金屬層，并且該粘附層被形成為覆蓋在所述立方氮化硼燒結(jié)體的表面的一部分上，所述硬質(zhì)覆蓋層被形成為覆蓋在所述立方氮化硼燒結(jié)體和所述粘附層上，在所述立方氮化硼燒結(jié)體的表面中，與所述粘附層接觸的立方氮化硼顆粒相對于與所述粘附層或所述硬質(zhì)覆蓋層接觸的立方氮化硼顆粒總數(shù)的比率為0.01%至20%。
文檔編號B23B27/20GK103228383SQ20118005608
公開日2013年7月31日 申請日期2011年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月26日
發(fā)明者瀨戶山誠, 岡村克己, 月原望 申請人:住友電工硬質(zhì)合金株式會社