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耐崩刀性、耐缺損性優(yōu)異的表面包覆切削工具的制作方法與工藝

文檔序號:12039099閱讀:425來源:國知局
耐崩刀性、耐缺損性優(yōu)異的表面包覆切削工具的制作方法與工藝
本發(fā)明涉及一種表面包覆切削工具(以下稱為包覆工具),在伴有高熱產(chǎn)生且斷續(xù)的沖擊性負荷作用于切削刃的各種鋼或鑄鐵的高速斷續(xù)切削加工中,由于硬質(zhì)包覆層具備優(yōu)異的耐崩刀性,從而經(jīng)長期使用而發(fā)揮優(yōu)異的切削性能。

背景技術(shù):
以往,已知有通常在由碳化鎢(以下,以WC表示)基硬質(zhì)合金或碳氮化鈦(以下,以TiCN表示)基金屬陶瓷構(gòu)成的基體(以下,將這些總稱為工具基體)的表面上,形成由以下(a)下部層及(b)上部層構(gòu)成的硬質(zhì)包覆層而成的包覆工具,已知該包覆工具用于各種鋼或鑄鐵等的切削加工。(a)下部層為由均由化學(xué)蒸鍍而形成的Ti的碳化物(以下,以TiC表示)層、氮化物(以下,以TiN表示)層、碳氮化物(以下,以TiCN表示)層、碳氧化物(以下,以TiCO表示)層及碳氮氧化物(以下,以TiCNO表示)層中的1層或2層以上構(gòu)成的Ti化合物層;(b)上部層為由化學(xué)蒸鍍而形成的氧化鋁(以下,以Al2O3表示)層。然而,所述包覆工具在較大負荷施加于切削刃的切削條件下,存在易產(chǎn)生崩刀、缺損等,且工具壽命較短的問題,因此為了消除這些問題,一直以來,提出有幾種方案。例如,專利文獻1中提出有如下內(nèi)容:發(fā)現(xiàn)具有由TiC層、TiN層、TiCN層、Ti的硼化物層、Ti的硼氮化物層等中的1層以上構(gòu)成的下部層、及以由0.01~0.5μm粒度的α-氧化鋁與晶化氧化鋁構(gòu)成的氧化鋁組成的包覆層作為硬質(zhì)包覆層,由此上部層的氧化鋁為微粒,且生產(chǎn)率較高,從而改善包覆工具的耐崩刀性。并且,專利文獻2中公開有具有由TiC層、TiN層、TiCN層等組成的下部層與由Al2O3組成的上部層構(gòu)成的硬質(zhì)包覆層的切削工具,其中,上部層的Al2O3為由晶化Al2O3構(gòu)成的層與由非晶Al2O3或非晶Al2O3與晶化Al2O3的混合而成的層的層疊,由此得到刀尖強度優(yōu)異,耐剝離性、耐崩刀性、耐缺損性優(yōu)異的切削工具。并且,專利文獻3中公開有通過包覆有包含Al等的氧化物、氮化物及氮氧化物的1種或2種以上的皮膜的切削工具,其中,所述皮膜由厚度為1.0μm以下的非晶層與厚度為2.0μm以下的結(jié)晶層的至少合計4層以上的交替層構(gòu)成,由此與以往顯著的柱狀結(jié)晶相比不易產(chǎn)生龜裂,即使產(chǎn)生龜裂,龜裂的進展也由非晶層所抑制,因此能夠減小包覆引起的工具強度下降,從而兼?zhèn)鋬?yōu)異的耐磨性與強度,除連續(xù)切削以外還能夠適用于沖擊荷載反復(fù)施加的連續(xù)切削或小部件的多個切削用途中。并且,專利文獻4中公開有在WC基硬質(zhì)合金基體的表面,將包含Al2O3層的硬質(zhì)包覆層例如由TiC層、TiN層、TiCN層、TiO2層、TiCO層、TiNO層及TiCNO層組成的Ti化合物層中的1種或2種以上與Al2O3層構(gòu)成的硬質(zhì)包覆層以2~20μm的平均層厚進行化學(xué)蒸鍍和/或物理蒸鍍而成的表面包覆硬質(zhì)合金制切削工具,其中,將構(gòu)成所述硬質(zhì)包覆層的Al2O3層以Al2O3的主體具有α型結(jié)晶結(jié)構(gòu)且柱狀晶粒具有縱向并列配置的結(jié)晶組織的Al2O3層構(gòu)成,從而提供一種具有優(yōu)異的耐崩刀性的表面包覆硬質(zhì)合金制切削工具。專利文獻1:日本專利公開昭59-28565號公報專利文獻2:日本專利公開昭59-25970號公報專利文獻3:日本專利公開平1-295702號公報專利文獻4:日本專利公開平10-76405號公報現(xiàn)狀如下:近年來,對切削加工的省力化及節(jié)能化的要求強烈,隨此,包覆工具也逐步在更加苛刻的條件下使用,例如,所述專利文獻1至4中所示的包覆工具使用于伴隨高熱產(chǎn)生,并且斷續(xù)的沖擊性負荷作用于切削刃的高速斷續(xù)切削加工時,上部層的耐機械沖擊性、耐熱沖擊性不充分,因此易由切削加工時的高負荷而產(chǎn)生切削刃的崩刀、缺損,其結(jié)果,在比較短時間內(nèi)達到使用壽命。

技術(shù)實現(xiàn)要素:
因此,本發(fā)明人等從如上觀點出發(fā),對于即使在使用于伴隨高熱產(chǎn)生,且斷續(xù)的沖擊性負荷作用于切削刃的高速斷續(xù)切削加工時,硬質(zhì)包覆層仍具備優(yōu)異的沖擊吸收性,其結(jié)果在長期使用中發(fā)揮優(yōu)異的耐崩刀性、耐缺損性的包覆工具進行深入研究的結(jié)果,得到以下見解。即,已知由所述以往的柱狀縱向生長氧化鋁晶相構(gòu)成的層作為硬質(zhì)包覆層的包覆工具,其中,與粒狀氧化鋁層相比具有高強度及高韌性,因此優(yōu)選以2~25μm的平均層厚包含該層的硬質(zhì)包覆層具有優(yōu)異的耐崩刀性、耐缺損性。然而,隨著柱狀縱向生長氧化鋁晶相的增加,導(dǎo)熱率增高,與其相反,熱屏蔽效果下降,因此在伴隨高熱產(chǎn)生,并且斷續(xù)的沖擊性的負荷作用于切削刃的各種鋼或鑄鐵的高速斷續(xù)切削加工中,耐崩刀性、耐缺損性下降,因此在長期使用中無法發(fā)揮充分的耐磨性,并且,也不無法稱之為能夠滿足工具壽命的硬質(zhì)包覆層。因此,本發(fā)明人等發(fā)現(xiàn),通過由具有預(yù)定平均層厚的Ti化合物層組成的下部層與具有預(yù)定平均層厚的氧化鋁層組成的上部層構(gòu)成硬質(zhì)包覆層,并使預(yù)定占有比例的板狀生長氧化鋁晶相與填充其間隙的非晶氧化鋁相存在于上部層的氧化鋁層,從而不會招致氧化鋁層的熱屏蔽效果的下降而能夠提高機械、熱耐沖擊性,其結(jié)果,即使在伴隨高熱產(chǎn)生,并且斷續(xù)的沖擊性負荷作用于切削刃的各種鋼或鑄鐵的高速斷續(xù)切削加工中,也發(fā)揮優(yōu)異的耐崩刀性、耐缺損性。并且發(fā)現(xiàn),尤其在氧化鋁層的表面研磨面中的板狀生長氧化鋁晶相的面內(nèi)方向的最大粒子長度與最大粒子寬度的縱橫尺寸比的平均值為5~30時,所述效果顯著。其中,本發(fā)明中的板狀生長氧化鋁晶相是指由具有形狀各向異性的較薄且較平地生長的氧化鋁結(jié)晶構(gòu)成的相。進一步發(fā)現(xiàn),對于構(gòu)成上部層的氧化鋁層的截面研磨面,通過將板狀生長氧化鋁晶相的面內(nèi)方向的最大粒子寬度的平均值設(shè)為20~1000nm,并且將最大粒子寬度與層厚方向的最大粒子長度的縱橫尺寸比的平均值設(shè)為5~100,所述效果顯著提高。還發(fā)現(xiàn),對于構(gòu)成上部層的氧化鋁層的表面研磨面的法線,測定板狀生長氧化鋁晶相的晶面即(0001)面的法線所呈的傾斜角,在該測定傾斜角中,將在0~90度范圍內(nèi)的測定傾斜角按照0.25度的間距進行分區(qū),并且使在合計各分區(qū)內(nèi)存在的度數(shù)而成的傾斜角度數(shù)分布曲線圖中,將其設(shè)為75~90度范圍內(nèi)存在的度數(shù)的合計表示占傾斜角度數(shù)分布曲線圖中的所有度數(shù)的45%以上的比例的傾斜角度數(shù)分布曲線圖,從而能夠控制成板狀生長氧化鋁結(jié)晶在層厚方向上較薄地生長。其結(jié)果,硬質(zhì)包覆層的韌性得到提高,耐崩刀性、耐缺損性得到提高。并且,具有前述結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)包覆層例如能夠通過以下的化學(xué)蒸鍍法進行成膜。(a)使用一般的化學(xué)蒸鍍法在工具基體表面形成由預(yù)定目標厚度的Ti化合物層構(gòu)成的下部層,(b)在所述(a)的成膜過程之后,通過使用由TMA(三甲基鋁):0.1~0.5容量%、O2:10~20容量%、Ar:剩余部分構(gòu)成的反應(yīng)氣體,并將反應(yīng)氣氛壓力設(shè)為1~2.5kPa,將反應(yīng)氣氛溫度設(shè)為760~900℃來將化學(xué)蒸鍍進行預(yù)定時間,從而形成板狀生長氧化鋁相與非晶氧化鋁相以預(yù)定比例存在的預(yù)定目標厚度的上部層。本發(fā)明是根據(jù)上述見解而完成的,其具有如下特征:(1)在由碳化鎢基硬質(zhì)合金或碳氮化鈦基金屬陶瓷構(gòu)成的工具基體表面設(shè)置有硬質(zhì)包覆層的表面包覆切削工具,其特征在于,所述硬質(zhì)包覆層由下部層與上部層構(gòu)成,(a)所述下部層為由Ti的碳化物層、氮化物層、碳氮化物層、碳氧化物層及碳氮氧化物層中的1層或2層以上構(gòu)成,且具有3~20μm的合計平均層厚的Ti化合物層,(b)所述上部層為具有1~25μm平均層厚的氧化鋁層,構(gòu)成所述上部層的氧化鋁層含有板狀生長氧化鋁晶相與非晶氧化鋁相,在所述上部層的表面,板狀生長氧化鋁晶相的占有比例為5~35面積%,非晶氧化鋁相以填充板狀生長氧化鋁晶相的間隙的方式存在,氧化鋁層的表面研磨面中的板狀生長氧化鋁晶相的面內(nèi)方向的最大粒子長度與最大粒子寬度的縱橫尺寸比為5~30。(2)如(1)中所述的表面包覆切削工具,其特征在于,構(gòu)成所述上部層的氧化鋁層的截面研磨面中的板狀生長氧化鋁晶相的面內(nèi)方向的最大粒子寬度的平均值為20~1000nm,所述最大粒子寬度與層厚方向的最大粒子長度的縱橫尺寸比的平均值為5~100。(3)如(1)或(2)所述的表面包覆切削工具,其特征在于,以傾斜角度數(shù)分布曲線圖表示時,75~90度范圍內(nèi)的傾斜角分區(qū)存在最高峰值,并且所述75~90度范圍內(nèi)存在的度數(shù)的合計,占所述傾斜角度數(shù)分布曲線圖中的所有度數(shù)的45%以上的比例,其中,該傾斜角度數(shù)分布曲線圖如下制作而成:對構(gòu)成所述上部層的氧化鋁層的表面研磨面中的板狀生長氧化鋁晶相,使用電子背散射衍射裝置從構(gòu)成所述上部層的氧化鋁層的表面研磨面方向分析每個晶粒的結(jié)晶方位時,測定所述氧化鋁層所含的板狀生長氧化鋁晶相的晶面即(0001)面的法線相對表面研磨面的法線所呈的傾斜角,將在所述測定傾斜角中處于0~90度范圍內(nèi)的測定傾斜角按照0.25度的間距進行分區(qū),并且合計各分區(qū)內(nèi)存在的度數(shù)。下部層的Ti化合物層:由Ti的碳化物層、氮化物層、碳氮化物層、碳氧化物層及碳氮氧化物層中的1層或2層以上的Ti化合物層構(gòu)成的下部層能夠以一般的化學(xué)蒸鍍條件形成,其本身具有高溫強度,硬質(zhì)包覆層通過該下部層的存在而具備高溫強度,除此以外,與工具基體和由氧化鋁構(gòu)成的上部層均堅固地粘附,由此,具有有助于提高硬質(zhì)包覆層的相對于工具基體的粘附性的作用。尤其在合計平均層厚為3~20μm時,顯著發(fā)揮其效果。其原因在于,合計平均層厚不足3μm時,由于層厚較薄,因此不足以發(fā)揮所述作用,另一方面,若其合計平均層厚超過20μm,則Ti化合物的晶粒易粗大化,易產(chǎn)生崩刀。因此,將其合計平均定為3~20μm。對于作為本發(fā)明的切削工具的主要特征部分的硬質(zhì)包覆層的上部層,在圖1中示意地表示,并且對于其特征在以下進行詳細說明。上部層的氧化鋁層:眾所周知,構(gòu)成上部層的氧化鋁層具備高溫硬度與耐熱性,其平均層厚不足1μm時,無法確保長期使用中的耐磨性,另一方面,若其平均層厚超過25μm,則氧化鋁晶粒易粗大化,其結(jié)果,不僅高溫硬度、高溫強度下降,而且高速斷續(xù)切削加工時耐崩刀性、耐缺損性下降,因此將其平均層厚定為1~25μm。板狀生長氧化鋁晶相與非晶氧化鋁相在上部層的氧化鋁層中的占有比例:構(gòu)成上部層的氧化鋁層通過由板狀生長氧化鋁晶相構(gòu)成,從而發(fā)揮優(yōu)異的耐崩刀性、耐缺損性,但板狀生長氧化鋁晶相具有因?qū)嵝暂^高而熱屏蔽效果下降的特性。本發(fā)明中,通過以填充板狀生長氧化鋁晶相的間隙的方式形成非晶氧化鋁相,從而抑制熱屏蔽效果的下降,并且非晶氧化鋁相所具有的優(yōu)異的韌性與板狀生長氧化鋁晶相所具有的所述特性協(xié)同作用,從而即使在切削刃曝露于高溫中且受到機械或熱沖擊的高速斷續(xù)切削加工中,也具備優(yōu)異的高溫強度、高溫硬度,同時發(fā)揮優(yōu)異的耐崩刀性、耐缺損性。在此,若板狀生長氧化鋁晶相在上部層的表面中的占有比例不足5面積%,則無法確保對上部層所要求的耐崩刀性、耐缺損性,另一方面,若超過35面積%,則由于非晶氧化鋁相的占有比例減少,因此無法充分發(fā)揮非晶氧化鋁相所起的韌性提高效果與所述板狀生長氧化鋁晶相所起的耐崩刀性、耐缺損性提高效果的協(xié)同效果。因此,板狀生長氧化鋁晶相在上部層的表面中的占有比例定為5~35面積%。板狀生長氧化鋁晶相在氧化鋁層的表面研磨面中的縱橫尺寸比:若板狀生長氧化鋁晶相在構(gòu)成上部層的氧化鋁層的表面研磨面中的面內(nèi)方向的最大粒子長度與最大粒子寬度的縱橫尺寸比的平均值不足5,則作為板狀生長氧化鋁的特征的較高的耐磨性下降,因此不優(yōu)選。另一方面,若超過30則韌性反而下降,耐崩刀性、耐缺損性下降,因此不優(yōu)選。因此,板狀生長氧化鋁晶相在表面研磨面中的縱橫尺寸比的平均值定為5~30。板狀生長氧化鋁晶相在氧化鋁層的截面研磨面中的最大粒子寬度與縱橫尺寸比:并且,若在構(gòu)成上部層的氧化鋁層的截面研磨面中,板狀生長氧化鋁晶相的面內(nèi)方向的最大粒子寬度與膜厚方向的最大粒子長度的縱橫尺寸比小于5,則有板狀生長氧化鋁的特征即較高的耐磨性下降的傾向,另一方面,若超過100,則韌性反而下降,有耐崩刀性、耐缺損性下降的傾向。因此,更加優(yōu)選將板狀生長氧化鋁晶相的最大粒子寬度與膜厚方向的最大粒子長度的縱橫尺寸比的平均值設(shè)為5~100。并且,若在截面研磨面中板狀生長氧化鋁晶相的面內(nèi)方向的最大粒子寬度不足20nm,則無法維持較高的耐磨性,因此不優(yōu)選,另一方面,若超過1000nm,則由于韌性下降,因此不優(yōu)選。因此,通過將板狀生長氧化鋁晶相在截面研磨面的面內(nèi)方向上的最大粒子寬度的平均值設(shè)為20~1000nm,從而本發(fā)明的切削工具能夠發(fā)揮更加優(yōu)異的效果。其中,最大粒子寬度與最大粒子長度是指,在計量板狀生長氧化鋁晶相的1個相(粒子)時,將粒子寬度(短邊)中最大的值叫作最大粒子寬度,另一方面,將粒子高度(長邊)中最大的值叫作最大粒子長度。本發(fā)明中,由使用掃描電子顯微鏡的截面研磨面的觀察圖像,通過圖像處理計算出。板狀生長氧化鋁結(jié)晶的結(jié)晶取向性:另外,當構(gòu)成上部層的板狀生長氧化鋁結(jié)晶的結(jié)晶取向性滿足下述條件時,起到更進一步優(yōu)異的效果。即,以傾斜角度數(shù)分布曲線圖表示時,75~90度范圍內(nèi)的傾斜角分區(qū)存在最高峰值,并且75~90度范圍內(nèi)存在的度數(shù)的合計,占傾斜角度數(shù)分布曲線圖中的所有度數(shù)的45%以上的比例時,硬質(zhì)包覆層的耐崩刀性、耐缺損性進一步提高。其中,該傾斜角度數(shù)分布曲線圖如下制作而成:對構(gòu)成上部層的氧化鋁層的表面研磨面中的板狀生長氧化鋁晶相,使用電子背散射衍射裝置從構(gòu)成上部層的氧化鋁層的表面研磨面方向分析每個晶粒的結(jié)晶方位時,測定氧化鋁層所含的板狀生長氧化鋁晶相的晶面即(0001)面的法線相對表面研磨面的法線所呈的傾斜角,將在測定傾斜角中處于0~90度范圍內(nèi)的測定傾斜角按照0.25度的間距進行分區(qū),并且合計各分區(qū)內(nèi)存在的度數(shù)。其原因在于,構(gòu)成上部層的氧化鋁結(jié)晶一般在下部層之上沿層厚方向柱狀生長,但通過基于本發(fā)明的制造方法進行成膜時,板狀生長氧化鋁結(jié)晶在層厚方向較薄地生長。因此,硬質(zhì)包覆層的韌性得到提高,耐崩刀性、耐缺損性得到提高。本發(fā)明的包覆工具為在由碳化鎢基硬質(zhì)合金或碳氮化鈦基金屬陶瓷構(gòu)成的工具基體表面設(shè)置有硬質(zhì)包覆層的表面包覆切削工具,其中,硬質(zhì)包覆層由下部層與上部層構(gòu)成,下部層為由Ti的碳化物層、氮化物層、碳氮化物層、碳氧化物層及碳氮氧化物層中的1層或2層以上構(gòu)成,且具有3~20μm的合計平均層厚的Ti化合物層,上部層為具有1~25μm平均層厚的氧化鋁層,構(gòu)成上部層的氧化鋁層含有板狀生長氧化鋁晶相與非晶氧化鋁相,在上部層的表面,板狀生長氧化鋁晶相的占有比例為5~35面積%,非晶氧化鋁相以填充板狀生長氧化鋁晶相的間隙的方式存在,氧化鋁層的表面研磨面中的板狀生長氧化鋁晶相的面內(nèi)方向的最大粒子長度與最大粒子寬度的縱橫尺寸比為5~30,從而即使在使用于鋼或鑄鐵等的伴隨高熱產(chǎn)生且斷續(xù)的沖擊性高負荷作用于切削刃的高速斷續(xù)切削加工時,耐崩刀性、耐缺損性仍優(yōu)異,其結(jié)果,在長期使用中發(fā)揮優(yōu)異的耐磨性,可實現(xiàn)包覆工具的長壽命化。并且,構(gòu)成上部層的氧化鋁層的截面研磨面中的板狀生長氧化鋁晶相的面內(nèi)方向的最大粒子寬度的平均值為20~1000nm,最大粒子寬度與層厚方向的最大粒子長度的縱橫尺寸比的平均值為5~100,從而能夠發(fā)揮更加優(yōu)異的效果。并且,以傾斜角度數(shù)分布曲線圖表示時,75~90度范圍內(nèi)的傾斜角分區(qū)存在最高峰值,并且75~90度范圍內(nèi)存在的度數(shù)的合計,占傾斜角度數(shù)分布曲線圖中的所有度數(shù)的45%以上的比例,從而,能夠發(fā)揮更加優(yōu)異的效果。其中,該傾斜角度數(shù)分布曲線圖如下制作而成:對構(gòu)成上部層的氧化鋁層的表面研磨面中的板狀生長氧化鋁晶相,使用電子背散射衍射裝置從構(gòu)成所述上部層的氧化鋁層的表面研磨面方向分析每個晶粒的結(jié)晶方位時,測定氧化鋁層所含的板狀生長氧化鋁晶相的晶面即(0001)面的法線相對表面研磨面的法線所呈的傾斜角,將在測定傾斜角中處于0~90度范圍內(nèi)的測定傾斜角按照0.25度的間距進行分區(qū),并且合計各分區(qū)內(nèi)存在的度數(shù)。附圖說明圖1是表示本發(fā)明包覆工具的上部層的示意圖。圖2是構(gòu)成本發(fā)明包覆工具的上部層的板狀生長氧化鋁相的(0001)面的傾斜角度數(shù)分布曲線圖的一例。圖3是本發(fā)明包覆工具6的表面觀察照片的示意圖。圖4是比較例包覆工具6的表面觀察照片的示意圖。具體實施方式以下,通過實施例更具體地說明本發(fā)明的包覆工具。[實施例]作為原料粉末,準備均具有1~3μm平均粒徑的WC粉末、TiC粉末、ZrC粉末、VC粉末、TaC粉末、NbC粉末、Cr3C2粉末、TiN粉末及Co粉末,將這些原料粉末配合成表1所示的配合組成,進一步加入石蠟在丙酮中球磨混合24小時,減壓干燥后,以98MPa的壓力沖壓成型為預(yù)定形狀的壓坯,將該壓坯在5Pa的真空中且1370~1470℃的范圍內(nèi)的預(yù)定溫度中保持1小時的條件下真空燒結(jié),燒結(jié)后,對切削刃部實施R:0.07mm的刃口修磨加工,從而分別制造出具有ISO·CNMG120412中規(guī)定的刀片形狀的WC基硬質(zhì)合金制工具基體A~E。并且,作為原料粉末,準備均具有0.5~2μm平均粒徑的TiCN(質(zhì)量比為TiC/TiN=50/50)粉末、Mo2C粉末、ZrC粉末、NbC粉末、TaC粉末、WC粉末、Co粉末、及Ni粉末,將這些原料粉末配合成如表2所示的配合組成,并以球磨機濕式混合24小時,干燥后,以98MPa的壓力沖壓成形為壓坯,將該壓坯在1.3kPa的氮氣氣氛中,以在溫度1540℃中保持1小時的條件進行燒結(jié),燒結(jié)后,對切削刃部分實施R:0.09mm的刃口修磨加工,從而形成具有ISO標準·CNMG120412的刀片形狀的TiCN基金屬陶瓷制工具基體a~e。以下,使用一般的化學(xué)蒸鍍裝置,在這些工具基體A~E及工具基體a~e的表面以表3所示的條件且以表7所示的目標合計平均層厚蒸鍍形成Ti化合物層來作為硬質(zhì)包覆層的下部層。以下,停止Ti化合物層的成膜,以表4所示的條件且以表7所示的目標平均層厚蒸鍍形成氧化鋁層來作為硬質(zhì)包覆層的上部層,從而制造出表7所示的本發(fā)明包覆工具1~15。并且,以比較的目的,在工具基體A~E及工具基體a~e的表面上以表3所示的條件且以表8所示的目標合計平均層厚與本發(fā)明包覆工具1~15相同地蒸鍍形成作為硬質(zhì)包覆層的下部層的Ti化合物層。以下,停止Ti化合物層的成膜,以表5所示的條件且以表8所示的目標平均層厚蒸鍍形成氧化鋁層來作為硬質(zhì)包覆層的上部層,從而制作出表8所示的比較例包覆工具1~10。另一方面,成膜Ti化合物層后,以與本發(fā)明相同的反應(yīng)氣體,但形成條件與本發(fā)明不同的表6所示的條件且以表8所示的目標平均層厚蒸鍍形成氧化鋁層來作為硬質(zhì)包覆層的上部層,從而制作出表8所示的參考例包覆工具11~15。并且,使用掃描電子顯微鏡測定本發(fā)明包覆工具1~15、比較例包覆工具1~10及參考例包覆工具11~15的各結(jié)構(gòu)層的截面,并測量觀察視場內(nèi)的5點的層厚取其平均來求出平均層厚,結(jié)果均示出與表7及表8所示的目標平均層厚實際上相同的平均層厚。使用掃描電子顯微鏡(倍率20000倍)對所述本發(fā)明包覆工具1~15、比較例包覆工具1~10及參考例包覆工具11~15的上部層的表面研磨面進行遍及縱10μm×橫10μm的視場觀察。其結(jié)果,對于本發(fā)明包覆工具1~15,觀察到均存在板狀生長氧化鋁晶相及填充其間隙的非晶氧化鋁相。并且,由視場觀察結(jié)果求出板狀生長氧化鋁晶相的占有比例(面積%)。另外,若用掃描電子顯微鏡觀察板狀生長氧化鋁晶相與非晶氧化鋁相,則能夠以對比度差異加以區(qū)別,對于對比度不同的兩個相則使用電子背散射衍射圖像裝置,將可得到電子背散射衍射圖像的作為晶相,得不到電子背散射衍射圖像的作為非晶氧化鋁相。并且,對于所述不同的兩個相,使用透射電子顯微鏡進行電子衍射的結(jié)果,在板狀生長氧化鋁晶相中觀察到具有六方晶格的氧化鋁結(jié)晶的衍射圖像,而在非晶氧化鋁相中未觀察到衍射圖像,確認其為非晶組織。另一方面,對于比較例包覆工具1~10,確認到均不存在板狀生長氧化鋁晶相及非晶氧化鋁相。并且,對于參考例包覆工具11~15,雖然能夠確認到板狀生長氧化鋁晶相及非晶氧化鋁相,但也確認到未滿預(yù)定的板狀生長氧化鋁晶相的占有比例(面積%),或者板狀生長氧化鋁晶相的形狀各向異性過小或過大,因此滿足不了預(yù)定的縱橫尺寸比。將其結(jié)果示于表7及表8。另外,將本發(fā)明包覆工具6的表面觀察照片的示意圖示于圖3,比較例包覆工具6的表面觀察照片的示意圖示于圖4。以下,使用電子背散射衍射圖像裝置,對所述本發(fā)明包覆工具1~15及參考例包覆工具11~15的構(gòu)成硬質(zhì)包覆層的上部層的氧化鋁層的表面研磨面分別制作傾斜角度數(shù)分布曲線圖。即,所述傾斜角度數(shù)分布曲線圖通過以下制作:對于本發(fā)明包覆工具1~15及參考例包覆工具11~15的上部層,以將表面設(shè)為研磨面的狀態(tài)固定于場發(fā)射型掃描電子顯微鏡的鏡筒內(nèi),在所述研磨面,以70度的入射角度將15kV加速電壓的電子射線以1nA的照射電流,對30×50μm的區(qū)域以0.1μm/step的間隔照射電子射線,并使用電子背散射衍射圖像裝置,測定所述表面研磨面的測定范圍內(nèi)存在的板狀生長氧化鋁晶相的具有六方晶格的氧化鋁晶粒的晶面即(0001)面的法線相對于所述研磨面的法線所呈的傾斜角,基于該測定結(jié)果,將在所述測定傾斜角中處于0~90度范圍內(nèi)的測定傾斜角按照0.25度的間距進行分區(qū),并且合計各分區(qū)內(nèi)存在的度數(shù),從而制作傾斜角度數(shù)分布曲線圖。另外,由于所述表面研磨面的測定范圍內(nèi)存在的非晶氧化鋁相即使照射電子射線也得不到電子背散射衍射圖像,因此所述傾斜角度數(shù)分布曲線圖是針對板狀生長氧化鋁晶相進行合計的曲線圖。表7中示出本發(fā)明包覆工具1~15的在氧化鋁層的傾斜角度數(shù)分布曲線中75~90度范圍內(nèi)的傾斜角分區(qū)中存在的度數(shù)占整個傾斜角度數(shù)分布曲線圖的比例,表8中示出參考例包覆工具11~15的在氧化鋁層的傾斜角度數(shù)分布曲線中75~90度范圍內(nèi)的傾斜角分區(qū)中存在的度數(shù)占整個傾斜角度數(shù)分布曲線圖的比例。[表1][表2][表3][表4][表5][表6][表7](注1)縱橫尺寸比,最大粒子寬度表示平均值。(注2)·表示在權(quán)利要求2的范圍外,··表示在權(quán)利要求3的范圍外。[表8](注1)縱橫尺寸比、最大粒子寬度表示平均值。以下,對于所述本發(fā)明包覆工具1~15、比較例包覆工具1~10及參考例包覆工具11~15,以表9所示的條件實施切削加工試驗,在切削試驗中均測定切削刃的后刀面磨損寬度。將其測定結(jié)果示于表10。[表9](注)工件均為長度方向等間隔帶四根縱槽圓棒[表10](比較例包覆工具及參考例包覆工具欄的切削試驗結(jié)果表示以崩刀、缺損等為原因達到壽命為止的切削時間(分鐘))從表7及10所示結(jié)果明確可知,本發(fā)明包覆工具1~15中,硬質(zhì)包覆層的上部層的氧化鋁層含有具有預(yù)定的縱橫尺寸比及傾斜角的板狀生長氧化鋁晶相與非晶氧化鋁相,在上部層的表面中板狀生長氧化鋁晶相的占有比例為5~35面積%,從而即使在使用于鋼或鑄鐵等的伴隨高熱產(chǎn)生且斷續(xù)的沖擊性高負荷作用于切削刃的高速斷續(xù)切削加工,耐崩刀性、耐缺損性仍優(yōu)異,其結(jié)果,在長期使用中發(fā)揮優(yōu)異的耐磨性,并實現(xiàn)包覆工具的長壽命化。與此相對,明確可知對于硬質(zhì)包覆層的上部層的氧化鋁層未含有板狀生長氧化鋁晶相與非晶氧化鋁相的比較例包覆工具1~10及具有板狀生長氧化鋁晶相但占有比例(面積%)及縱橫尺寸比不進入預(yù)定范圍的參考例包覆工具11~15,在使用于伴隨高熱產(chǎn)生且斷續(xù)的沖擊性高負荷作用于切削刃的高速斷續(xù)切削加工中時,由于崩刀、缺損等的產(chǎn)生而在短時間內(nèi)達到壽命。產(chǎn)業(yè)上的可使用性如前述,本發(fā)明的包覆工具是例如在鋼或鑄鐵等的伴隨高熱產(chǎn)生且斷續(xù)的沖擊性高負荷作用于切削刃的高速斷續(xù)切削加工中,發(fā)揮優(yōu)異的耐崩刀性、耐缺損性,并能夠延長使用壽命的包覆工具。
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