表面被覆氮化硼烧结体工具的制作方法_2

文档序号:9400356阅读:来源:国知局
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 1.5iim以上 4.5iim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。A层的表面侧是指不同于A层的cBN烧结体侧的部分。
[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层的厚度优选为Iym以上3ym以下。
[0044] 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。
[0045] 〈B 层〉
[0046] B层是通过交替层叠一层或多层的各化合物层而形成的,其中所述各化合物层为 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B 层,在所述结构中,一层或多层的各Bl化合物层和B2化合物层被交替层叠。然而,本发明 的B层可包括除Bl化合物层和B2化合物层之外的其他层,只要它包括Bl化合物层和B2 化合物层即可。B层的厚度为0. 05ym以上5ym以下。
[0047] 优选地,B层整体的Si组成的平均值为0. 005以上0. 1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0.01以上0.07以下,甚至更优选为0.02以上0.05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:
[0048] (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)。
[0049] Bl化合物层由(Ti1xblyblSixblMlybl) (C1 zblNzbl)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。Bl化合物层的厚 度为0. 5nm以上且小于30nm。
[0050] B2化合物层由(Al1xb2M2xb2) (C1 zb2Nzb2)构成,其中M2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;xb2为0.2以上0.77以 下;且zb2为0. 4以上1以下。M2优选表示Ti和Cr中的至少一者。M2的组成xb2优选为 0. 25以上0. 5以下,且更优选为0. 25以上0. 4以下。B2化合物层的厚度为0. 5nm以上且 小于30nm。
[0051] B层的底层可以是BI化合物层或是B2化合物层。B层的顶层可以是BI化合物层 或是B2化合物层。
[0052] 优选地,B2化合物层的平均厚度t2与Bl化合物层的平均厚度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得到 进一步改善。此处,使用以下等式确定Bl化合物层的平均厚度tl。也用类似的方式确定 B2化合物层的平均厚度t2。
[0053] (BI化合物层的平均厚度tl) = (BI化合物层的厚度总和)ABl化合物层的层 数)。
[0054] 在难以确定Bl化合物层的厚度的情况下,使用以下等式确定Bl化合物层的平均 厚度tl。也用类似的方式确定B2化合物层的平均厚度t2。
[0055] (BI化合物层的平均厚度tl)=(仅由BI化合物层的层叠而形成的B层的厚度)/ (层叠的Bl化合物层的数目)。
[0056] 更优选地,t2/tl落入l〈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。此外,对于小工件的重复加工或者轻断续切削,表面被覆氮 化硼烧结体工具的使用寿命得以延长。更优选地,t2/tl落入I.I〈t2/tl< 4. 5的范围内。
[0057] 甚至更优选地,在A层位于比B层接近表面侧的位置时,在cBN烧结体侧,t2/tl落 入l〈t2/tl < 5. 0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0. 5〈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"是指如下两个区域中 较窄的那个区域,这两个区域为:在朝向B层的内部的方向上,距离B层中最接近A层的面 Oym以上而不超过B层厚度的1/2的区域;和在朝向B层的内部的方向上,距离B层中最 接近A层的面Oym以上0.1 ym以下的区域。此处使用的"B层的cBN烧结体侧"是指如下 两个区域中较窄的那个区域,这两个区域为:在朝向B层的内部的方向上,距离B层中最接 近cBN烧结体的面Oym以上而不超过B层厚度的1/2的区域;和在朝向B层的内部的方向 上,距离B层中最接近cBN烧结体的面Oym以上0.1 ym以下的区域。
[0058] 〈C 层〉
[0059] 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。
[0060] 更优选地,C层的厚度为0.005 ym以上0.5 ym以下。当C层的厚度在0.005 ym 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。
[0061] 更优选地,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。
[0062] 更优选地,C层包含至少一种或多种构成A层和B层的元素。当C层包含至少一 种或多种构成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 多种构成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 或多种构成位于A层的C层侧和B层的C层侧的一部分的元素。
[0063] 〈D 层〉
[0064] 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,Ld是N。
[0065] 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。甚至更优选地,Md2为 Ti、Cr和V中的至少一种或多种。
[0066] 更优选地,D层的厚度为0.05ym以上Iym以下。当D层的厚度为0.05ym以上 时,通过设置D层能够获得足够好的效果。当D层的厚度在Iym以下时,能
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