表面包覆切削工具的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種表面包覆切削工具，其在由WC基硬質(zhì)合金、TiCN基金屬陶瓷、cBN基超高壓燒結(jié)體構(gòu)成的基體表面，包覆有通過例如含有Al（CH3）3來作為反應(yīng)氣體成分的化學(xué)蒸鍍法成膜的六方晶相和立方晶相的混合組織構(gòu)成的（Ti1-XAlX）（CYN1-Y）層，其中，X、Y均以原子比計為0.60≤X≤0.95、0.0005≤Y≤0.005，測定上述六方晶相的晶粒的（0001）面的法線相對于基體表面的法線方向所成的傾斜角時，在2～12度范圍內(nèi)的傾斜角分區(qū)存在最高峰值，并且在該傾斜角分區(qū)中所占的度數(shù)比例為40%以上，優(yōu)選立方晶粒的平均縱橫尺寸比αc小于2，平均粒子寬度ωc為0.3μm以下，并且，六方晶粒的平均縱橫尺寸比αh為2以上，平均粒子寬度ωh為0.1～2μm。
【專利說明】表面包覆切削工具【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種表面包覆切削工具(以下，稱為包覆工具)，其硬質(zhì)包覆層在伴有合金鋼等的高熱產(chǎn)生并且沖擊性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。
【背景技術(shù)】
[0002]以往已知有如下包覆工具，其通常在由碳化鎢(以下用WC表示)基硬質(zhì)合金、碳氮化鈦(以下用TiCN表示)基金屬陶瓷或立方晶氮化硼(以下用cBN表示)基超高壓燒結(jié)體構(gòu)成的基體(以下將它們統(tǒng)稱為基體)的表面，通過物理蒸鍍法蒸鍍形成有T1-Al系復(fù)合氮化物層來作為硬質(zhì)包覆層，這些包覆工具發(fā)揮優(yōu)異的耐磨損性。
[0003]但是，上述以往的蒸鍍形成有T1-Al系復(fù)合氮化物層的包覆工具雖然耐磨損性相對優(yōu)異，但是在高速斷續(xù)切削條件下使用時容易產(chǎn)生崩刀等異常損耗，因此對硬質(zhì)包覆層的改善提出了各種建議。
[0004]例如，專利文獻I中，提出有在基體的表面通過物理蒸鍍法蒸鍍形成當(dāng)以組成式:(TipxAlx) N表示時，滿足0.35 SXS 0.60 (其中，X為原子比)的Ti和Al的復(fù)合氮化物構(gòu)成的硬質(zhì)包覆層，并且將硬質(zhì)包覆層作為上述(T1、Al) N層的粒狀晶組織和柱狀晶組織的交替層疊結(jié)構(gòu)而構(gòu)成，由此在高硬度鋼的高速斷續(xù)切削加工中，硬質(zhì)包覆層發(fā)揮優(yōu)異的耐崩刀性、耐缺損性及耐剝離性。
[0005]但是，該包覆工具通過物理蒸鍍法蒸鍍形成硬質(zhì)包覆層，因此無法將Al的含有比例X設(shè)為0.6以上，要求進一步提高切削性能。
[0006]從如上觀點出發(fā)，還提出了通過化學(xué)蒸鍍法形成硬質(zhì)包覆層，從而將Al的含有比例X提高至0.9左右的技術(shù)。`
[0007]例如，專利文獻2中，記載有在TiCl4、A1C13、NH3的混合反應(yīng)氣體中，在650~900°C的溫度范圍中進行化學(xué)蒸鍍，從而能夠蒸鍍形成Al的含有比例X的值為0.65~0.95的(TigAlx) N層，但在該文獻中，以在該(TVxAlx) N層上進一步包覆Al2O3層，并由此提高絕熱效果為目的，但未揭示形成將X的值提高至0.65~0.95的(TigAlx) N層，對切削性能有何種影響。
[0008]并且，例如專利文獻3中，提出有將TiCN層、Al2O3層作為內(nèi)層，通過化學(xué)蒸鍍法在其之上將立方晶結(jié)構(gòu)或包含六方晶結(jié)構(gòu)的立方晶結(jié)構(gòu)的(TigAlx) N層(其中，X為0.65~0.9)作為外層進行包覆，并且通過對該外層賦予100~IlOOMPa的壓縮應(yīng)力來改善包覆工具的耐熱性和疲勞強度的建議。
[0009]專利文獻1:日本特開2011-224715號公報
[0010]專利文獻2:日本特表2011-516722號公報
[0011]專利文獻3:日本特表2011-513594號公報
[0012]近年來，對切削加工中的節(jié)省勞力化及節(jié)能化的要求強烈，隨此，切削加工有更加高速化、高效化的傾向，因此對包覆工具進一步要求耐崩刀性、耐缺損性及耐剝離性等耐異常損傷性，并且要求在長期使用中發(fā)揮優(yōu)異的耐磨損性。
[0013]但是，上述專利文獻I中記載的包覆工具通過物理蒸鍍法蒸鍍形成由(TinAlx) N層組成的硬質(zhì)包覆層，并無法提高硬質(zhì)包覆層中的Al含量X，因此例如當(dāng)供于合金鋼的高速斷續(xù)切削時，不能說耐崩刀性充分。
[0014]另一方面，對于上述專利文獻2中記載的通過化學(xué)蒸鍍法蒸鍍形成的(TinAlx) N層，能夠提高Al含量X，并且能夠形成立方晶結(jié)構(gòu)，因此能夠得到具有預(yù)定的硬度且耐磨損性優(yōu)異的硬質(zhì)包覆層，但是與基體的粘附強度不充分，而且韌性較差。
[0015]另外，上述專利文獻3中記載的包覆工具具有預(yù)定的硬度且耐磨損性優(yōu)異，但韌性較差，因此供于合金鋼的高速斷續(xù)切削加工等時，容易產(chǎn)生崩刀、缺損、剝離等異常損傷，不能說發(fā)揮能夠令人滿意的切削性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]本發(fā)明的目的在于提供一種即使在供于合金鋼的高速斷續(xù)切削等的高速斷續(xù)切削加工時，仍具備優(yōu)異的韌性，并且在長期使用中發(fā)揮優(yōu)異的耐崩刀性、耐磨損性的包覆工具。
[0017]本發(fā)明人等從上述觀點出發(fā)，為了改善通過化學(xué)蒸鍍來蒸鍍形成至少包含Ti和Al的復(fù)合碳氮化物(以下有時用“(Ti，Al) (C，N)”或“(IVXA1X) (CyN1J”表示)的硬質(zhì)包覆層的包覆工具的耐崩刀性、耐磨損性而反復(fù)進行深入研究的結(jié)果，得到了如下見解。
[0018]即，發(fā)現(xiàn)在由碳化鎢基硬質(zhì)合金(以下用“WC基硬質(zhì)合金”表示)、碳氮化鈦基金屬陶瓷(以下用“TiCN基金屬陶瓷”表示)或立方晶氮化硼基超高壓燒結(jié)體(以下用“cBN基超高壓燒結(jié)體”表示)中任一種構(gòu)成的基體的表面，例如能夠通過含有三甲基鋁(Al (CH3)3)來作為反應(yīng)氣體成分的化學(xué)蒸鍍法蒸鍍形成由立方晶相和六方晶相的預(yù)定的面積比例的混合組織構(gòu)成的(TinAlx) (CyN1-Y)層作為復(fù)合碳氮化物層，并且能夠?qū)⒃搹?fù)合碳氮化物層的六方晶相的晶粒的(0001)面的法線相對于基體表面的法線方向所成的傾斜角度數(shù)分布比例設(shè)為40%以上，由此，復(fù)合碳氮化層保持較高的耐磨損性的同時韌性提高，且在長期使用中顯示出優(yōu)異的耐崩刀性、耐磨損性。
[0019]并且，本發(fā)明人等發(fā)現(xiàn)如下:在由上述立方晶相和六方晶相的混合組織構(gòu)成的(TigAlx) (CyN1-Y)層中，通過將由對各晶相的晶粒進行測定的粒子寬度及縱橫尺寸比求出的各晶相的晶粒的平均粒子寬度、平均縱橫尺寸比限制在預(yù)定的數(shù)值范圍內(nèi)，從而能夠維持復(fù)合碳氮化物層的韌性，并且進一步提高復(fù)合碳氮化物層的耐磨損性。
[0020]另外，本發(fā)明人等發(fā)現(xiàn)如下:在具有上述復(fù)合碳氮化物層的立方晶相的晶粒的立方晶結(jié)構(gòu)的結(jié)晶內(nèi)存在(TigAlx) (CyN1-Y)的Ti和Al的周期性的濃度變化，且通過將周期性變化的X的最大值和最小值及周期限制在預(yù)定的數(shù)值范圍內(nèi)，從而能夠提高復(fù)合碳氮化物層的硬度，并進一步提高復(fù)合碳氮化物層的耐磨損性。
[0021]因此，將具備如上述的復(fù)合碳氮化物層的包覆工具用于例如合金鋼的高速斷續(xù)切削等時，能夠抑制崩刀、缺損、剝離等的產(chǎn)生，并且能夠在長期使用中發(fā)揮優(yōu)異的耐磨損性。
[0022]該發(fā)明是根據(jù)上述的研究結(jié)果而完成的表面包覆切削工具，具有如下特征:
[0023]( I) 一種表面包覆切削工具，其在由碳化鎢基硬質(zhì)合金、碳氮化鈦基金屬陶瓷或立方晶氮化硼基超高壓燒結(jié)體中的任一種構(gòu)成的基體的表面，包覆有硬質(zhì)包覆層，其中，[0024](a)上述硬質(zhì)包覆層至少含有通過化學(xué)蒸鍍法蒸鍍形成的平均層厚I~20 μ m的Ti和Al的復(fù)合碳氮化物層，當(dāng)將其平均組成以下述組成式表示時，Al含有比例X及C含有比例Y (其中，X、Y均為原子比)分別滿足0.60≤X≤0.95,0.0005 ^ Y ^ 0.005，
[0025]組成式:(IVxAlx)(CyNh)
[0026](b)對于上述復(fù)合碳氮化物層，使用電子背散射衍射裝置對每個晶粒的結(jié)晶結(jié)構(gòu)從上述Ti和Al的復(fù)合碳氮化物層的縱截面方向進行分析時，由觀察到立方晶格的電子背散射衍射圖像的立方晶相和觀察到六方晶格的電子背散射衍射圖像的六方晶相的混合組織構(gòu)成，并且，六方晶相在立方晶相和六方晶相的合計中所占的面積比例為10~50面積％，
[0027](c)測定上述復(fù)合碳氮化物層的六方晶相的晶粒的結(jié)晶面、即(0001)面的法線相對于基體表面的法線方向所成的傾斜角，并在該測定的傾斜角中，將相對于基體表面的法線方向在O~90度范圍內(nèi)的測定傾斜角按0.25度間距進行分區(qū)并合計存在于各分區(qū)內(nèi)的度數(shù)時，在2~12度范圍內(nèi)的傾斜角分區(qū)存在最高峰值，并且存在于該2~12度的傾斜角分區(qū)內(nèi)的度數(shù)合計為傾斜角度數(shù)分布中的總度數(shù)的40%以上。
[0028](2)上述(I)所述的表面包覆切削工具，其中，
[0029]上述復(fù)合碳氮化物層的立方晶相的晶粒的平均粒子寬度ω。為0.3 μ m以下，且平均縱橫尺寸比α。小于2，并且，
[0030]上述復(fù)合碳氮化物層的六方晶相的晶粒的平均粒子寬度coh為0.1~2 μ m，且平均縱橫尺寸比ah為2以上。
[0031](3)上述(I)或(2)所述的表面包覆切削工具，其中，
[0032]在具有上述復(fù)合碳氮化物層的立方晶相的晶粒的立方晶結(jié)構(gòu)的結(jié)晶內(nèi)，存在(TigAlx) (CyN1-Y)的T i和Al的周期性的濃度變化，且周期性變化的X的最大值與最小值之差為0.05~0.25，優(yōu)選為0.10~0.20，且該周期為3~30nm。
[0033](4)上述(I)至(3)中任一項所述的表面包覆切削工具，其中，
[0034]上述復(fù)合碳氮化物層為通過至少含有三甲基鋁來作為反應(yīng)氣體成分的化學(xué)蒸鍍法蒸鍍形成的層。
[0035]另外，本發(fā)明的硬質(zhì)包覆層將如上所述的復(fù)合碳氮化層作為其本質(zhì)性結(jié)構(gòu)，但通過進一步與已知的下部層和上部層等共同使用，能夠創(chuàng)造出更加優(yōu)異的特性。
[0036]接著，對該發(fā)明的包覆工具的硬質(zhì)包覆層進行更具體的說明。
[0037]構(gòu)成硬質(zhì)包覆層的Ti和Al的復(fù)合碳氮化物((TigAlx) (CyN1-Y))層的平均組成:
[0038]在上述(TigAlx) (CyU層中，若Al的含有比例X (原子比)的值小于0.60，則復(fù)合碳氮化物層的組織中的六方晶相的面積比例減少，從而耐月牙洼磨損性降低，且變得容易產(chǎn)生崩刀、缺損等異常損傷，另一方面，若X (原子比)的值超過0.95，則由于Ti含有比例相對減少，從而復(fù)合碳氮化物層的組織中的立方晶相的面積比例減少，從而硬度降低，并且耐后刀面磨損性降低，因此需將X (原子比)的值設(shè)為0.60以上0.95以下。
[0039]并且，在上述(TLxAlx) (CA_Y)層中，C成分具有提高層的潤滑性的作用，另一方面，N成分具有提高層的高溫強度的作用，但是若C成分的含有比例Y(原子比)小于0.0005，則無法得到高潤滑性，另一方面，若Y (原子比)超過0.005，則高溫強度降低，因此將Y (原子比)的值定為0.0005以上0.005以下。
[0040]另外，上述(TigAlx) (CyNh)層，若其平均層厚小于I μ m，則無法充分確保在長期使用中的耐磨損性，另一方面，若其平均層厚超過20 μ m,則在伴有高熱產(chǎn)生的高速斷續(xù)切削中容易引起熱塑性變形，這成為偏磨損的原因，因此將其總計平均層厚定為I?20μπι。
[0041]該發(fā)明中，在由具有上述平均組成的(TigAlx) (CyN1-Y)層組成的復(fù)合碳氮化物層中，并非遍及層整體的單相組織，而是作為六方晶相和立方晶相的混合組織形成。
[0042]S卩，對于復(fù)合碳氮化物層的截面，使用電子背散射衍射裝置對其結(jié)晶結(jié)構(gòu)進行分析時，由觀察到立方晶格的電子背散射衍射圖像的立方晶相和觀察到六方晶格的電子背散射衍射圖像的六方晶相的混合組織構(gòu)成，且六方晶相在立方晶相和六方晶相的合計中所占的面積比例為10?50面積％。
[0043]在由上述混合組織構(gòu)成的復(fù)合碳氮化物層中，若六方晶相的面積比例超過50面積％，則硬度降低，尤其耐后刀面磨損性降低。
[0044]另一方面，當(dāng)六方晶相的面積比例變得小于10面積％時，耐月牙洼磨損性下降，且切削刃變得容易引起異常損傷，其結(jié)果工具壽命變短。
[0045]由此，將六方晶相在由立方晶相和六方晶相的混合組織構(gòu)成的復(fù)合碳氮化物層中所占的面積比例設(shè)為10?50面積％。
[0046]并且，該發(fā)明中，為了進一步提高復(fù)合碳氮化物層的耐月牙洼磨損性，需要對于在復(fù)合碳氮化物層中構(gòu)成六方晶相的晶粒，使用場發(fā)射型掃描電子顯微鏡和電子背散射衍射裝置來測定六方晶相的晶粒的結(jié)晶面、即(0001)面的法線相對于基體表面的法線方向所成的傾斜角，且在該測定的傾斜角中，將相對于基體表面的法線方向在O?90度范圍內(nèi)的測定傾斜角按0.25度間距進行分區(qū)并合計存在于各分區(qū)內(nèi)的度數(shù)時，使在2?12度范圍內(nèi)的傾斜角分區(qū)存在最高峰值，并且使存在于該2?12度傾斜角分區(qū)內(nèi)的度數(shù)合計占傾斜角度數(shù)分布中的總度數(shù)的40%以上。
[0047]并且，上述六方晶相的晶粒的結(jié)晶面、S卩(0001)面的法線相對于基體表面的法線方向所成的傾斜角存在于2?12度傾斜角分區(qū)內(nèi)的度數(shù)小于傾斜角度數(shù)分布中的總度數(shù)的40%時，無法期待優(yōu)異的耐月牙洼磨損性，因此需要將存在于所述2?12度傾斜角分區(qū)內(nèi)的度數(shù)比例設(shè)為40%以上。
[0048]另外，該發(fā)明中，對于構(gòu)成復(fù)合碳氮化物層中的立方晶相和六方晶相的各自的晶粒，優(yōu)選將平均粒子寬度和平均縱橫尺寸比設(shè)定在預(yù)定的數(shù)值范圍內(nèi)，由此，能夠期待復(fù)合碳氮化物層的硬度與耐月牙洼磨損性的進一步提高。
[0049]另外，該發(fā)明中，在具有上述復(fù)合碳氮化物層的立方晶相的晶粒的立方晶結(jié)構(gòu)的結(jié)晶內(nèi)存在(TinAlx) (CyN1-Y)的Ti和Al的周期性的濃度變化，并優(yōu)選將周期性變化的X的最大值和最小值及周期設(shè)定在預(yù)定的數(shù)值范圍內(nèi)，由此，能夠期待復(fù)合碳氮化物層的硬度與耐后刀面磨損性的進一步提高。
[0050]具體如下。
[0051 ] 首先，對構(gòu)成復(fù)合碳氮化物層中的立方晶相的晶粒進行敘述。
[0052]將與基體表面平行的方向的上述晶粒的粒子寬度設(shè)為W。，并且將與基體表面垂直的方向的上述晶粒的粒子長度設(shè)為l。，且將該W。與l。的比Lyw。設(shè)為各晶粒的縱橫尺寸比A。，并且，將對于每個晶粒求出的縱橫尺寸比A。的平均值設(shè)為平均縱橫尺寸比α。，將對于每個晶粒求出的粒子寬度W。的平均值設(shè)為平均粒子寬度ω。時，將平均縱橫尺寸比α。設(shè)為小于2，并且將平均粒子寬度ω。設(shè)為0.3 μ m以下，從而能夠?qū)⒘⒎骄嘣O(shè)為更高硬度的晶相。
[0053]接著，對于構(gòu)成復(fù)合碳氮化物層中的六方晶相的晶粒進行敘述。
[0054]與關(guān)于構(gòu)成所述立方晶相的晶粒的情況相同地，對于復(fù)合碳氮化物層中的六方晶相的各晶粒，將與基體表面平行的方向的粒子寬度設(shè)為Wh，并且將與基體表面垂直的方向的粒子長度設(shè)為Lh，且將該Wh與Lh的比Lh/Wh設(shè)為各晶粒的縱橫尺寸比Ah，并且，將對于每個晶粒求出的縱橫尺寸比Ah的平均值設(shè)為平均縱橫尺寸比a h，將對于每個晶粒求出的粒子寬度Wh的平均值設(shè)為平均粒子寬度《,時，將平均縱橫尺寸比Cih設(shè)為2以上，并且將平均粒子寬度設(shè)為0.1~2μπι，從而能夠提高六方晶相的耐月牙洼磨損性。
[0055]由此，該發(fā)明中，優(yōu)選將構(gòu)成復(fù)合碳氮化物層中的立方晶相的晶粒的平均縱橫尺寸比α。設(shè)為小于2，并且將平均粒子寬度ω。設(shè)為0.3μπι以下，并且，將構(gòu)成六方晶相的晶粒的平均縱橫尺寸比a h設(shè)為2以上，并且將平均粒子寬度設(shè)為0.1~2 μ m，并由此能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)合碳氮化物層的硬度的提高和耐月牙洼磨損性的提高。
[0056]另外，將具有立方晶結(jié)構(gòu)的結(jié)晶以組成式=(TigAlx) (CyN1-Y)表示時，存在Ti和Al的周期性的濃度變化時，在晶粒中產(chǎn)生應(yīng)變，且硬度提高。然而，若Ti和Al的濃度變化的大小的指標(biāo)、即所述組成式中的X的最大值和最小值之差小于0.05，則前述晶粒的應(yīng)變較小且無法預(yù)計充分的硬度提高。另一方面，若X的最大值和最小值之差超過0.25，則晶粒的應(yīng)變變得過大，晶格缺陷變大，且硬度降低。并且，若濃度變化的周期小于3nm，則韌性降低，并且若超過30nm，則無法預(yù)計硬度的提高效果。因此，對于存在于具有立方晶結(jié)構(gòu)的結(jié)晶內(nèi)的Ti和Al的濃度變化，將周期性變化的X的最大值和最小值的差設(shè)為0.05~0.25，優(yōu)選設(shè)為0.10~0.20，并優(yōu)選將其周期設(shè)為3~30nm，并由此能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)合碳氮化物層的硬度的提聞和耐后刀面磨損性的提聞。
[0057]該發(fā)明的(TigAlx) (CyN1-Y)層能夠通過例如下述條件的化學(xué)蒸鍍法蒸鍍形成。
[0058]反應(yīng)氣體組成(容量％):
[0059]TiCl42.0 ~3.0%、Al (CH3) 33.0 ~5.0%、
[0060]A1C133.0 ~5.0%、ΝΗ32.0 ~5.0%、
[0061]Ν26.0 ~10.0%、C2H4O ~1.0%、
[0062]剩余Η2、
[0063]反應(yīng)氣氛溫度:700~900 V、
[0064]反應(yīng)氣氛壓力:2~5kPa,
[0065]通過上述條件的化學(xué)蒸鍍法， 可蒸鍍形成平均組成滿足0.60≤X≤0.95、
0.0005 ^ Y ^ 0.005 (其中，X、Y均為原子比)，且以下述組成式表示的Ti和Al的復(fù)合碳氮化物層，
[0066]組成式=(TinAlx)(CyNh)。
[0067]另外，復(fù)合碳氮化物層中的立方晶相和六方晶相的面積比例，尤其受到NH3的含量的影響，例如，將其他條件設(shè)為恒定(反應(yīng)氣體組成(容量％):TiCl43.0%、Al (CH3) 34.0%、A1C135.0%、N28.0%、C2H41%、剩余H2、反應(yīng)氣氛溫度:900°C及反應(yīng)氣氛壓力:4kPa)，而僅使NH3的含量變化時，NH3的含量為下限的2.0%時，六方晶相的面積比例成為33%，并且，為上限的5.0%時，六方晶相的面積比例成為10%。
[0068]另外，進行所述成膜工序時，暫時停止反應(yīng)，并將由TiCl4:2.0~5.0%、H2:剩余、反應(yīng)氣氛壓力:3.0kPa及反應(yīng)氣氛溫度:800?900°C的條件構(gòu)成的TiCl4蝕刻工序插入預(yù)定次數(shù)，從而蒸鍍形成在具有復(fù)合碳氮化物層的立方晶相的晶粒的立方晶結(jié)構(gòu)的結(jié)晶內(nèi)存在(TigAlx) (CyNh)的Ti和Al的周期性的濃度變化的Ti和Al的復(fù)合碳氮化物層。通過將如前述的TiCl4蝕刻工序插入成膜工序中，立方晶TiAlCN選擇性地被蝕刻，在晶粒內(nèi)形成Ti和Al的局部性的組成差異，其為了穩(wěn)定化而引起原子的重排，產(chǎn)生組成的周期性變化，其結(jié)果發(fā)現(xiàn)硬度提高。
[0069]通過上述化學(xué)蒸鍍法形成的復(fù)合碳氮化物層，使用電子背散射衍射裝置對每個晶粒的結(jié)晶結(jié)構(gòu)從上述Ti和Al的復(fù)合碳氮化物層的縱截面方向進行分析時，由觀察到立方晶格的電子背散射衍射圖像的立方晶相和觀察到六方晶格的電子背散射衍射圖像的六方晶相的混合組織構(gòu)成，并且，在復(fù)合碳氮化物層的縱截面方向的測定區(qū)域內(nèi)，在觀察到電子背散射衍射圖像的立方晶相和六方晶相的合計中所占的六方晶相的面積比例為10?50面積％。
[0070]另外，對上述混合組織中的六方晶相的晶粒的結(jié)晶面、S卩(0001)面的法線所成的傾斜角進行測定，并在該測定傾斜角中將相對于基體表面的法線方向在O?90度范圍內(nèi)的測定傾斜角按0.25度間距進行分區(qū)并合計存在于各分區(qū)內(nèi)的度數(shù)時，形成如下傾斜角分布形態(tài):在2?12度范圍內(nèi)的傾斜角分區(qū)存在最高峰值，并且存在于該2?12度的傾斜角分區(qū)內(nèi)的度數(shù)合計為傾斜角度數(shù)分布中的總度數(shù)的40%以上。
[0071]并且，在所述化學(xué)蒸鍍條件中，通過進行進一步限定蒸鍍條件的蒸鍍，形成構(gòu)成復(fù)合碳氮化物層中的立方晶相的晶粒的平均縱橫尺寸比α。小于2，并且平均粒子寬度ω。為0.3 μ m以下，并且，構(gòu)成六方晶相的晶粒的平均縱橫尺寸比a h為2以上，并且平均粒子寬度cohS0.1?2μπι的立方晶相和六方晶相的混合組織。
[0072]在此，進一步進行限定的蒸鍍條件例如如下。
[0073]反應(yīng)氣體組成(容量％):
[0074]TiCl4:2.0 ?2.5%、A1 (CH3) 3:3.0 ?4.0%、
[0075]AlCl3:3.0 ?4.0%、NH3:2.0 ?5.0%、
[0076]N2:6.0 ?10.0%、C2H4:0 ?1.0%、剩余:H2、
[0077]反應(yīng)氣氛溫度:800?900°C、
[0078]反應(yīng)氣氛壓力:2?3kPa。
[0079]本發(fā)明的包覆工具，通過例如含有三甲基鋁(Al (CH3)3)來作為反應(yīng)氣體成分的化學(xué)蒸鍍法包覆形成由含有10?50面積％的六方晶相的立方晶相和六方晶相的混合組織構(gòu)成的(TigAlx) (CyNh)層作為復(fù)合碳氮化物層，并且，測定該復(fù)合碳氮化物層中的六方晶相的晶粒的結(jié)晶面即(0001)面的法線所成的傾斜角時，相對于基體表面的法線方向在2?12度范圍內(nèi)的傾斜角分區(qū)中存在最高峰值，并且顯示出存在于該2?12度傾斜角分區(qū)中的度數(shù)合計占傾斜角度數(shù)分布中的總度數(shù)的40%以上的傾斜角度數(shù)分布形態(tài)，因此復(fù)合碳氮化物層保持較高的耐磨損性的同時韌性提高，其結(jié)果，即使在用于合金鋼的高速斷續(xù)切削等的高速斷續(xù)切削加工時，也能夠在長期使用中發(fā)揮優(yōu)異的耐崩刀性、耐磨損性。
[0080]并且，本發(fā)明中，通過在進一步限定的條件下進行上述蒸鍍，在由立方晶相和六方晶相的混合組織構(gòu)成的(TigAlx) ( CyNh)層中，將各晶相的晶粒的平均粒子寬度、平均縱橫尺寸比設(shè)定在預(yù)定的數(shù)值范圍內(nèi)時，維持復(fù)合碳氮化物層的韌性的同時，能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)合碳氮化物層的耐磨損性的進一步提高。
[0081]另外，本發(fā)明中，進行上述蒸鍍工序時，暫時停止反應(yīng)，并通過插入預(yù)定次數(shù)的TiCl4蝕刻工序，從而在具有復(fù)合碳氮化物層的立方晶相的晶粒的立方晶結(jié)構(gòu)的結(jié)晶內(nèi)存在(TigAlx) (CyN1-Y)的Ti和Al的周期性的濃度變化，且將周期性變化的X的最大值和最小值及周期設(shè)定在預(yù)定的數(shù)值范圍內(nèi)時，能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)合碳氮化物層的硬度和耐后刀面磨損性的進一步提聞。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0082]圖1是表示本發(fā)明包覆工具的復(fù)合碳氮化物層縱截面的概略說明圖。
【具體實施方式】
[0083]接著，根據(jù)實施例對該發(fā)明的包覆工具進行更具體的說明。
[0084][實施例1] [0085]作為原料粉末，準(zhǔn)備均具有1~3 μ m的平均粒徑的WC粉末、TiC粉末、ZrC粉末、TaC粉末、NbC粉末、Cr3C2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的真空中在以1370~1470°C范圍內(nèi)的預(yù)定溫度保持I小時的條件下進行真空燒結(jié)，燒結(jié)后，分別制造出具有IS0.SEEN1203AFSN所規(guī)定的刀片形狀的WC基硬質(zhì)合金制基體A~D。
[0086]并且，作為原料粉末，準(zhǔn)備均具有0.5~2 μ m的平均粒徑的TiCN (以質(zhì)量比計為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表2所示的配合組成，用球磨機濕式混合24小時，干燥后，以98MPa的壓力沖壓成型為壓坯，將該壓坯在1.3kPa的氮氣氛中在以1540°C的溫度保持I小時的條件下進行燒結(jié)，燒結(jié)后，制作出具有ISO標(biāo)準(zhǔn).SEEN1203AFSN的刀片形狀的TiCN基金屬陶瓷制基體a~d。
[0087][表1]
[0088]
【權(quán)利要求】
1.一種表面包覆切削工具，其在由碳化鎢基硬質(zhì)合金、碳氮化鈦基金屬陶瓷或立方晶氮化硼基超高壓燒結(jié)體中的任一種構(gòu)成的基體的表面，包覆有硬質(zhì)包覆層，該表面包覆切削工具的特征在于， (a)上述硬質(zhì)包覆層至少含有通過化學(xué)蒸鍍法蒸鍍形成的平均層厚I~20μ m的Ti和Al的復(fù)合碳氮化物層，當(dāng)將其平均組成以下述組成式表示時，Al含有比例X及C含有比例Y分別滿足0.60≤X≤0.95,0.0005≤Y≤0.005，其中，X、Y均為原子比，
組成式=(Ti1-XAl5i) (CyN1-Y) (b)對于上述復(fù)合碳氮化物層，使用電子背散射衍射裝置對每個晶粒的結(jié)晶結(jié)構(gòu)從上述Ti和Al的復(fù)合碳氮化物層的縱截面方向進行分析時，由觀察到立方晶格的電子背散射衍射圖像的立方晶相和觀察到六方晶格的電子背散射衍射圖像的六方晶相的混合組織構(gòu)成，并且，六方晶相在立方晶相和六方晶相的合計中所占的面積比例為10~50面積％， (c)測定上述復(fù)合碳氮化物層的六方晶相的晶粒的結(jié)晶面、即(0001)面的法線相對于基體表面的法線方向所成的傾斜角，并在該測定的傾斜角中，將相對于基體表面的法線方向在O~90度范圍內(nèi)的測定傾斜角按0.25度間距進行分區(qū)并合計存在于各分區(qū)內(nèi)的度數(shù)時，在2~12度范圍內(nèi)的傾斜角分區(qū)存在最高峰值，并且存在于該2~12度的傾斜角分區(qū)內(nèi)的度數(shù)合計為傾斜角度數(shù)分布中的總度數(shù)的40%以上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面包覆切削工具，其特征在于， 上述復(fù)合碳氮化物層的立方晶相的晶粒的平均粒子寬度ω。為0.3 μ m以下，且平均縱橫尺寸比α。小于2，并且， 上述復(fù)合碳氮化物層的六方晶相的晶粒的平均粒子寬度OhS 0.1~2μπι，且平均縱橫尺寸比ah為2以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的表面包覆切削工具，其特征在于， 在具有上述復(fù)合碳氮化物層的立方晶相的晶粒的立方晶結(jié)構(gòu)的結(jié)晶內(nèi)，存在(TigAlx) (CyN1-Y)的Ti和Al的周期性的濃度變化，且周期性地變化的X的最大值與最小值之差為0.05~0.25，且該周期為3~30nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的表面包覆切削工具，其特征在于， 上述復(fù)合碳氮化物層為通過至少含有三甲基鋁來作為反應(yīng)氣體成分的化學(xué)蒸鍍法蒸鍍形成的層。
【文檔編號】C23C16/30GK103801718SQ201310395586
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2013年9月3日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月13日
【發(fā)明者】龍岡翔, 巖崎直之, 山口健志, 長田晃 申請人:三菱綜合材料株式會社