表面被覆氮化硼烧结体工具的制作方法_2

文档序号:9353986阅读:来源:国知局
变小而造成的表面被覆氮化硼烧结体工具的耐磨性劣化。当覆层 的厚度为15ym以下时,能够改善覆层在切削的初始阶段的耐崩裂性。覆层的厚度优选为 0? 7ym以上4ym以下。
[0036] 在本文中,覆层的整体厚度和下述每个层的厚度、以及层叠层的数量均通过以下 方式确定:切削表面被覆氮化硼烧结体工具,并用SEM(扫描电子显微镜)或TEM(透射电子 显微镜)观察截面。用配备有SEM或TEM的EDX分析仪(能量色散型X射线分析仪)测定 构成覆层的下述各层的组成。
[0037] 覆层可以仅设置在表面被覆氮化硼烧结体工具的切削刃部分,它也可以设置在表 面被覆氮化硼烧结体工具基材的全部表面上,或者可以不设置在与切削刃部分区域不同的 部分。或者,在与切削刃部分不同的区域中,覆层中的一部分的层叠结构可以是部分不同 的。
[0038] 〈A层〉
[0039] A层由MLazal构成,其中M表示Al、Si、以及在日本使用的元素周期表中的4族元 素、5族元素和6族元素中的一种或多种;La表示B、C、N和0中的一种或多种;且zal为 0.85以上1.0以下。这使得A层能够发生平滑磨损。换句话说,A层发生磨损而不会发生 剥落、破损、崩裂等。因此,能够改善表面被覆氮化硼烧结体工具的耐月牙洼磨损性和耐后 刀面磨损性。
[0040] A层优选由(Ti1xaMaxa) (C1za2Nza2)构成,其中Ma表示Al、Si、以及在日本使用的 元素周期表中除了Ti之外的4族元素、5族元素和6族元素中的一种或多种;xa为0以上 0. 7以下;za2为0以上1以下。当A层包含Ti时,可以进一步抑制磨损过程中A层的剥 落、破损、崩裂等。更优选地,Ma的组成xa为0以上0.3以下。其使得进一步抑制了磨损过 程中A层的剥落、破损、崩裂等。值得注意的是,当A层由(Tilxa⑴xa⑵Ma(I)xa⑴Ma(2)xa⑵) (C1za2Nza2)组成时,xa⑴和xa⑵之和优选为0以上0. 7以下,更优选为0以上0. 3以下。 这也同样适用于如下所述的B层、C层和D层。
[0041] 优选地,在A层中,N的组成从A层的cBN烧结体侧朝向其表面侧以阶梯式或坡度 式的方式变化。例如,当A层的cBN烧结体侧的N组成高时,能够改善耐缺损性和耐剥落 性。当A层的表面侧的N组成低时,能够进一步抑制A层在磨损期间的剥落、破损、崩裂等。 此处所使用的表述"N的组成从A层的cBN烧结体侧朝向其表面侧以阶梯式的方式改变"是 指由A层的cBN烧结体侧朝向A层的表面侧,N的组成不连续地升高或降低,这意味着(例 如)通过层叠具有不同N组成的两种以上的层而获得的结构。此处所使用的表述"N的组 成从A层的cBN烧结体侧朝向其表面侧以坡度式的方式变化"是指由A层的cBN烧结体侧 朝向A层的表面侧,N的组成连续地升高或降低,这意味着(例如)在连续地改变N原料气 体与C原料气体之间的流速比的同时形成的结构。
[0042] 优选地,A层在其表面侧具有这样的区域,该区域中的C组成高于A层的cBN烧结 体侧的C组成。其结果是改善了A层的cBN烧结体侧的耐缺损性和耐剥落性,同时进一步 抑制了A层的表面侧在磨损期间发生A层的剥落、破损、崩裂等。此处所使用的表述"A层 的cBN烧结体侧"是指在朝向A层的内部的方向上,距离A层的最接近cBN烧结体的面0 y m 以上0.1 y m以下的区域。此处所使用的"A层的表面侧"是指A层的与cBN烧结体侧相对 的一侧,并且是指在朝向A层的内部的方向上,距离A层的最远离cBN烧结体的面0 ym以 上0.Iym以下的区域。
[0043] A层的厚度为0. 2 y m以上10 y m以下。当A层的厚度为0. 2 y m以上时,能够提供 具有优异的耐月牙洼磨损性和耐后刀面磨损性的表面被覆氮化硼烧结体工具。另一方面, 当A层的厚度超过10ym时,可能难以进一步改善表面被覆氮化硼烧结体工具的耐月牙洼 磨损性和耐后刀面磨损性。A层优选位于比B层更接近表面被覆氮化硼烧结体工具的表面 侧的位置。因此,由于A层经历平滑磨损,所以能够抑制裂缝的形成。即使形成裂缝,B层 也能够抑制裂缝朝向基材蔓延。
[0044] 〈B层〉
[0045] B层是通过交替层叠一层或多层的各薄膜层而形成的,其中所述各薄膜层为具有 不同组成的两种或多种薄膜层。在下文中,将通过示例的方式描述具有这样结构的B层,在 所述结构中,一层或多层的各Bl薄膜层和B2薄膜被交替层叠。然而,本发明的B层可包括 除Bl薄膜层和B2薄膜层之外的其他层,只要它包括Bl薄膜层和B2薄膜即可。B层的厚度 为0. 05ym以上5ym以下。
[0046] 优选地,B层整体的Si组成的平均值为0. 003以上0. 25以下。这提高了B层的 耐剥落性,从而阻止了氧气进入B层和A层或基材之间的界面。B层整体的Si组成的平均 值更优选为0.05以上0.2以下,甚至更优选为0.005以上0. 15以下。本文中,使用以下等 式确定B层整体的Si组成的平均值:
[0047] (B层整体的Si组成的平均值)= [{(构成B层的各层的Si组成)X(各层的厚 度)}的总和V(B层的总厚度)。
[0048] Bl薄膜层由(Ti1xblyblSixblMlybl) (C1zblNzbl)构成,其中Ml表示A1、以及在日本使用 的元素周期表中除了Ti之外的4族元素、5族元素和6族元素中的一种或多种;xbl为0.01 以上0. 25以下;ybl为0以上0. 7以下;且zbl为0. 4以上1以下。优选地,Ml表示Cr、Nb 和W中的至少一者。Ml的组成ybl优选为0以上0.4以下,且更优选为0.05以上0. 15以 下。Bl薄膜层的厚度为超过30nm且小于200nm〇
[0049] B2薄膜层是通过交替层叠一层或多层的各化合物层而形成的,所述各化合物层为 具有不同组成的两种或多种化合物层。在下文中,将通过示例的方式描述具有这样结构的 B2薄膜层,在所述结构中,一层或多层的各B2a化合物层和B2b化合物层被交替层叠。然 而,本发明的B2薄膜层可包括除B2a化合物层和B2b化合物层之外的其他层,只要它包括 B2a化合物层和B2b化合物层即可。B2薄膜层的厚度为超过30nm且小于200nm。
[0050] B2a化合物层由(Ti1 xb2yb2Sixb2M2yb2) (C1zb2Nzb2)构成,其中M2表示A1、以及在日本 使用的元素周期表中除了Ti之外的4族元素、5族元素和6族元素中的一种或多种;xb2为 0. 01以上0. 25以下;yb2为0以上0. 7以下;且zb2为0. 4以上1以下。M2优选表示Cr、 Nb和W中的至少一者,且更优选表示与所述Ml的元素相同的元素。M2的组成yb2优选为 0以上0. 4以下,更优选为0. 05以上0. 15以下。更优选地,M2的组成yb2具有与Ml的组 成ybl的值相同的值。B2a化合物层的厚度为0? 05nm以上且小于30nm〇
[0051] B2b化合物层由(Al1xb3M3xb3) (C1zb3Nzb3)构成,其中M3表示Si、以及在日本使用的 元素周期表中的4族元素、5族元素和6族元素中的一种或多种;xb3为0.2以上0.77以 下;且zb3为0. 4以上1以下。优选地,M3优选表示Ti和Cr中的至少一者。M3的组成xb3 优选为〇. 25以上0. 5以下,且更优选为0. 25以上0. 4以下。B2b化合物层的厚度为0. 5nm 以上且小于30nm。
[0052] 值得注意到是B层的底层可以是BI薄膜层或是B2薄膜层。B层的顶层可以是BI 薄膜层或是B2薄膜层。B2薄膜层的底层可以是B2a化合物层或是B2b化合物层。B2薄膜 层的顶层可以是B2a化合物层或是B2b化合物层。
[0053] 优选地,B2薄膜层的平均厚度t2与Bl薄膜层的平均厚度tl之比t2/tl落入 0. 5〈t2/tl< 10. 0的范围内。这使得表面被覆氮化硼烧结体工具的耐边界磨损性(特别是 低速切削过程中的表面被覆氮化硼烧结体工具的耐边界磨损性)得到进一步改善。此处, 使用以下等式确定Bl薄膜层的平均厚度tl。也用类似的方式确定B2薄膜层的平均厚度 t2〇
[0054] (BI薄膜层的平均厚度tl) =(BI薄膜层的厚度总和V(BI薄膜层的层数)。
[0055] 更优选地,t2/tl落入I. 5〈t2/tl< 5. 0的范围内。这使得表面被覆氮化硼烧结 体工具的耐边界磨损性(特别是低速切削过程中的表面被覆氮化硼烧结体工具的耐边界 磨损性)得到进一步改善。由此,可以提供对于重复冲击、振动等具有优异耐磨性的表面被 覆氮化硼烧结体工具。还更优选地,t2/tl落入2. 0〈t2/tl< 4. 5的范围内。
[0056] 甚至更优选地,在A层位于比B层更接近表面侧的位置时,在cBN烧结体侧,t2/ tl落入I. 5〈t2/tl< 5.O的范围内,并且在朝向A层的方向上t2/tl降低,并在A层侧落入I. 2〈t2/tl〈2的范围内。这样的结果是抑制在B层的A层侧上形成裂缝,同时在B层的cBN 烧结体侧抑制了裂缝朝向cBN烧结体蔓延。此处所使用的"B层的A层侧"是指位于最接近 A层的Bl薄膜层和B2薄膜层。此处使用的"B层的cBN烧结体侧"是指位于最接近cBN烧 结体的Bl薄膜层和B2薄膜层。
[0057] 〈C层〉
[0058] 优选地,覆层还包括位于A层和B层之间的C层,C层由McLcz。构成,其中Mc表示 Al、Si、以及在日本使用的元素周期表中的4族元素、5族元素和6族元素中的一种或多种; Lc表示B、C、N和0中的一种或多种;且zc为0以上0.85以下。这增加了A层和B层之间 的密着性。此外,在A层位于比B层更接近表面侧的情况下,能够在C层中阻止A层中形成 的裂缝朝向基材蔓延。
[0059] 更优选地,C层的厚度为0.005ym以上0.5ym以下。当C层的厚度在0.005ym 以上时,通过设置C层能够获得足够好的效果。当C层的厚度在0.5ym以下时,能够避免由 于设置C层而导致的覆层的厚度过大。甚至更优选地,C层的厚度为0. 01ym以上0. 2ym 以下。
[0060] 更优选地,在构成C层McLczc中,Lc的组成zc大于0且小于0. 7。当Lc的组成 zc大于0时,能够改进C层的耐热性以及化学耐磨损性,其结果是在c层中有效地抑制了A 层中形成的裂缝蔓延。甚至更优选地,Lc的组成zc为0. 2以上0. 5以下。
[0061] 更优选地,C层包含至少一种或多种形成A层和B层的元素。当C层包含至少一 种或多种形成A层的元素时,能够增加A层和C层之间的密着性。当C层包含至少一种或 多种形成B层的元素时,能够增加A层和B层之间的密着性。更优选地,C层包含至少一种 或多种形成位于A层的C层侧和B层的C层侧的一部分的元素。
[0062] 〈D层〉
[0063] 优选地,覆层还包括位于基材和B层之间的D层,D层由MdLdzd构成,其中Md表示 Al、Si、以及在日本使用的元素周期表中的4族元素、5族元素和6族元素中的一种或多种; Ld表示B、C、N和0中的一种或多种;且zd为0.85以上1.0以下。该D层与cBN烧结体 间具有优异的密着性。因此,当覆层还包括D层时,能够增加cBN烧结体和覆层之间的密着 性。更优选地,在形成D层的MdLdzd中,Ld是N。
[0064] 更优选地,D层由(Al1xdMd2xd)Ldzd构成,其中Md2表示Si以及在日本使用的元素 周期表中的4族元素、5族元素和6族元素中的一种或多种;且xd为0.25以上0.45以下。 当D层包括Al时,能够进一步增加cBN烧结体和覆层之间的密着性。更优选地,在构成D 层的(Al1xdMd2xd)Ldzd中,Md2为Ti、Cr和V中的至少一种或多种。
[0065] 更优选地,D层的厚度为0.05ym以上LOym以下。当D层的厚度为0.05ym以 上时,通过设置D层能够获得足够好
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