切削工具的制作方法_3

文档序号:9277626阅读:来源:国知局
、乙腈(CH3CN)气体0. 1~3. 0体积%,其余为氢(H2)气所 构成的混合气体并导入反应室内,以成膜温度780~880°C、5~25kPa成膜TiCN层的下侧 部分。在此,上述成膜条件之中,反应气体中的乙腈气体的比例调整为0. 1~0. 4体积%,以 及使成膜温度为780°C~880°C,是因为在截面观察中能够形成下侧部分由微细的条(筋) 状晶(MT-TiCN)构成的TiCN层,所以优选。
[0046] 还有,TiCN层的下侧部分的成膜条件可以在单一条件下形成,但也能够中途变更 TiCN层的成膜条件而改变组织状态。例如,增加乙腈(CH3CN)气体的比率,能够使TiCN层 的上侧的结晶成为宽度比下侧的结晶宽的柱状结晶。或者,从上述TiCN层的成膜途中起, 将成膜条件变成为如下条件,即调整由四氯化钛(TiCl4)气体1~5体积%、乙腈(CH3CN) 气体0. 5~5体积%、氮(N2)气10~30体积%、其余为氢(H2)气所构成的混合气体并导 入反应室内,使腔室内为950~1100°C、5~40kPa,由此,能够使TiCN层的上侧的结晶成为 宽度比下侧的结晶宽的柱状结晶。在此条件中,将乙腈(CH3CN)气体的一部分以4~10体 积%的比例变成甲烷(CH4)气体,也可以形成期望的TiCN层。
[0047] 接着,将构成TiCN层的上侧部分的HT-TiCN层进行成膜。HT-TiCN层的具体的成 膜条件优选为,调整由四氯化钛(TiCl4)气体2. 5~4体积%、甲烷(CH4)气体0.1~10体 积%、氮(N2)气5~20体积%、其余为氢(H2)气所构成的混合气体并导入反应室内,使腔 室内为900~1050°C、5~40kPa,成膜时间为20~60分钟。
[0048] 再成膜中间层。具体的成膜条件为,调整由四氯化钛(TiCl4)气体1~4体积%、 甲烷(CH4)气体0~7体积%、氮(N2)气0~20体积%、二氧化碳(CO2)气1~5体积%、 其余为氢(H2)气所构成的混合气体。将调整这些混合气体并导入反应室内,以腔室内为 900~1050°C、5~40kPa,成膜时间为20~60分钟的条件成膜。
[0049] 然后,继续成膜Al2O3层。作为Al203层的成膜方法,优选使用由三氯化铝(AlCl3) 气体0.5~5.0体积%、氯化氢(HCl)气体0.5~3. 5体积%、二氧化碳(CO2)气体、0.5~ 5. 0体积%、硫化氢(H2S)气体0. 0~0. 5体积%、其余为氢(H2)气所构成的混合气体,以 950 ~IKKTC、5~IOkPa进行。
[0050]另外,根据期望成膜最表层。具体的成膜条件为,作为反应气体组成,调整由四氯 化钛(TiCl4)气体0. 1~10体积%、氮(N2)气0~60体积%、其余为氢(H2)气所构成的 混合气体并导入反应室内,使腔室内为960~1100°C、10~85kPa即可。
[0051] 在上述被覆层的成膜中,作为使一侧的主面侧的Al2O3层的厚度与另一侧的主面 侧的Al2O3层的厚度不同的方法的一例,可列举使一侧的主面侧的邻接的试料间的间隔与 另一侧的主面侧的邻接的试料间的间隔不同的方法。这时,通过使对置的前刀面上所设的 断肩槽形状与不对置的前刀面上所设的断肩槽形状不同,所得到的切削工具能够在两面不 同的切削条件下使用。另外,通过使上下的试料间的间隔与左右的试料间的间隔不同,能够 使切刃和前刀面的Al2O3层的厚度、最表层的结晶结构不同。
[0052] 接着,对于作为第二实施方式的通过物理气相沉积(PVD)法成膜被覆层的方法的 一例进行说明。作为PVD法,可以优选适用离子镀法或溅射法。若对于成膜方法的一例详 细说明,则以电弧离子镀法制作被覆层时,将分别独立含有金属钛(Ti)、金属铝(Al)和既 定的金属M(其中,M是从Cr、Si、W、Mo、Ta、Hf、Nb、Zr和Y中选择的至少一种以上)的金属 靶、复合化的合金靶或烧结体靶放置在腔室的侧壁面位置。
[0053] 作为成膜条件,通过离子镀法或溅射法成膜被覆层,S卩,使用这些靶,通过电弧放 电、辉光放电等使金属源蒸发而离子化的同时,与氮源的氮(N2)气、碳源的甲烷(CH4)/乙炔 (C2H2)气体发生反应。还有,在成膜上述被覆层时,考虑到被覆层的结晶结构,为了能够制 作高硬度的被覆层,并且提高与基体的密接性,在本实施方式中,施加35~200V的偏压。
[0054] 另外,为了成膜将上述的薄层交替层叠的层叠膜,可以通过如下方式制作,即,将 第一靶和第二靶放置在腔室的侧壁面对面的位置等既定的位置,一边使试料转动,接近或 远离第一靶和第二靶,一边进行成膜。
[0055] 实施例1
[0056] 对于由表1所述的平均粒径构成的碳化钨(WC)粉末,添加、混合平均粒径I. 2ym 的金属钴(Co)粉末和平均粒径2. 5ym的Cr3C2粉末,用振动磨机进行粉碎,直至混合粉末 的平均粒径达到0. 9~I.Iym的范围。此时,对于Co的添加而言,关于表1中将添加时期 记述为途中的试料,在粉碎途中的混合粉末的平均粒径处于2. 0~2. 2ym的范围的时刻添 加Co粉末,关于将添加时期记述为初始的试料,在开始粉碎前添加Co粉末。
[0057] 其后,将利用喷雾干燥器进行造粒而得到的混合粉末通过压制成形,成形为切削 工具形状之后,实施脱粘合剂处理,在真空度为〇. 5~IOOPa的真空中,以表1所示的温度 焙烧1小时,以表1所示的降温速度降温,制作表1所示的超硬合金。还有,焙烧后的超硬 合金中的各金属含量与调合组成相同。此外,对于所制作的超硬合金,以喷丸加工对于前刀 面侧实施刀尖处理(R珩磨)。
[0058] 接着,对于上述超硬合金,通过CVD法成膜被覆层。成膜条件为,首先以880°C、 16kPa的成膜条件,流过TiCl4:2. 0体积%、N2:33体积%、其余为H2的混合气体,以0.Iym 的厚度成膜TiN层。接下来,以825°C、9kPa的成膜条件,流过TiCl4:2. 5体积%、N2:23 体积%、CH3CN:0. 4体积%、其余为H2的混合气体,以2. 5ym的厚度成膜平均结晶宽度为 〇? 3ym的第一TiCN层。然后,以1010°C、20kPa的成膜条件,流过TiCl4:3. 5体积%、CH4: 0~3体积%、N2:0~10体积%、CO2:2体积%、其余为H2的混合气体,以0?Iym的厚度形 成中间层。其后,以1005°C、9kPa的成膜条件,流过A1C13:1.5体积%、HC1 :2体积%、C02: 4体积%、H2S:0. 3体积%、其余为4的混合气体,以0. 5ym的厚度成膜aAl203层。最后, 以1010°C、30Pa的成膜条件,流过TiCl4:3. 0体积%、N2:30体积%、其余为H2的混合气体, 以0.5ym的厚度成膜最表层。关于最表层,是以TiN为基本的组成,但由于碳(C)的扩散 等造成混入,而成为TiCN。
[0059]对于所得到的切削工具,以磁特性测量装置测量矫顽力(He)和饱和磁化(Ms),以 JISZ2245测量洛氏硬度,以JISR1607测量断裂韧性值(Kle)。另外,以11. 5mm的长度切割各 切削工具,使之成为竖:横:长的比为3 : 4 : 10的矩形形状,依据JISR1601和JISR1625 测量、计算抗弯强度(三点弯曲强度)和威布尔系数。结果显示在表2中。
[0060] 另外,对于得到的切削工具的切断面,通过波长色散型X射线分析(WDS)进行键合 相的组成分析,确认键合相内的钨的含量。对于在距合金的表面的深度为500ym~600ym 的范围内散布着各键合相中的钨的含量的键合相的各自的位置进行测量。另外,对于在合 金的表面~距表面的深度为300ym的范围内散布的各键合相中的钨的含量也进行测量, 表面~深度300ym的范围内的钨的含量比500ym~600ym的范围内的钨的固溶量高的 区域存在时,确认钨的含量达到最大的深度。还有,关于从内部到表面钨量没有变化的试 料,即在表面~深度300ym的范围内不存在比钨的固溶量高的区域的试料,表中记述为恒 走。结果显不在表2中。
[0061] 然后,使用该切削工具,按照下述的条件,进行切削试验,评价耐磨损性和耐缺损 性。结果显示在表3中。
[0062] (切削条件)
[0063]
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