的时间设定为如表示3所示的时间。如表3所示，对样品2-101 和2-103至2-105未进行这种处理。
[0235] 表 3
[0236]
[0237] 〈形成密合层和上部层的步骤(S230和S240)>
[0238] 然后，形成密合层211。将用于提供具有表2所示组成的密合层211和上部层212的 各烧结合金靶设置为电弧蒸发源25a和电弧蒸发源25b，向腔室22内引入氮气和甲烷气体作 为反应气体，旋转基材托架31，同时在下述条件下形成膜，当上部层212的厚度达到表2中所 示的值时，停止向阴极供给电流。在此，通过成膜后切割样品，并在切割面处进行TEM-EDX分 析从而证实了表2所示的各层的组成。在表2中，对于不包括密合层的样品（No. 2-101和2-103至2-105)，为了方便起见，在上部层的栏中示出了全部覆膜的组成和厚度。
[0239] 〈成膜条件〉
[0240]基材的温度:500°C (恒定）
[0241] 反应气体压力：2.0Pa(恒定）
[0242] 偏压：-30V至-800V(恒定或连续改变）
[0243] 电弧电流：100A(恒定）
[0244] 在此，"恒定或连续改变"是指:例如维持为"-30V至-800V"这一范围内的某一恒定 值，或者在"-30V至-800V"这一范围内连续升高或降低。
[0245] 〈覆膜的评价〉
[0246] 通过切割各样品，并利用TEM观察切割面，从而测量密合层211的厚度。表2示出了 结果。利用TEM进一步观察在基材201与密合层211之间的界面处以及密合层211与上部层 212之间的界面处晶格是否是连续的。表4示出了结果。表4中"晶格的连续性"一栏中的"连 续"是指晶格在基材201与密合层211之间的界面处以及密合层211与上部层212之间的界面 处是连续的，"不连续"是指在至少一个界面处晶格是不连续的。
[0247] 对该切割面进行TEM-EDX分析，从而确认密合层211的组成，并确认在密合层的厚 度方向上，C和N各自的组成是否是连续变化的。表4示出了结果。表4中"厚度方向上C、N量的 变化"一栏中的"有"是指包含于密合层211内的C的组成比在由上部层212侧朝向基材201的 方向上连续升高，并在密合层211与基材201间的界面处达到最大值;并且包含于密合层211 内的N的组成比在由基材201侧朝向上部层212的方向上连续升高，并在密合层211与上部层 212间的界面处达到最大值，"无"是指不存在这样的组成比的变化。
[0248] 根据此前所描述的方法，在切割面中设置长度为3μπι的基准线，并获得基材201中 与密合层211接触的部分中的WC颗粒的占有率。表4示出了结果。
[0249] 表 4
[0250]
[0251] 〈工具寿命的评价〉
[0252] 使用上述制造的各样品进行干式断续切削试验，以评价工具的寿命。切削条件如 下所示，并测定直至达到工具寿命时的切削距离。表5示出了结果。在表5中，切削距离越长 表示工具的寿命越长。
[0253] 〈切削条件〉
[0254] 加工材料:不锈钢(SUS 316)
[0255] 切削速度：200m/min
[0256] 进给速度:0.2mm/刀刃
[0257] 切削量ap:2.0mm
[0258] 切削量 ae :50mm
[0259] 在此，"切削量ap"是指轴向方向上的切削量，"切削量ae"是指半径方向上的切削 量。
[0260] 表 5
[0261]
[0262] 由表2和5可以看出，表面被覆工具(样品No. 2-1至2-23)包括基材和形成在基材上 的覆膜，所述基材包含WC颗粒以及含有Co并将WC颗粒彼此结合在一起的结合相，该覆膜包 括与基材接触的密合层、以及形成在密合层上的上部层，密合层的厚度为〇.5nm以上20nm以 下，并且该密合层包含碳化物、氮化物或碳氮化物，该碳化物、氮化物或碳氮化物含有:选自 Cr、Ti、Zr和Nb中的一种或多种元素;选自形成基材的元素中的一种或多种元素；以及选自 形成上部层的元素中的一种或多种元素，该表面被覆工具(样品No.2-1至2-23)比不满足这 些条件的表面被覆工具(样品No. 2-24和2-25以及No. 2-101至2-105)呈现出稳定的更长的 寿命。
[0263] 获得这种结果的原因可能是：由于存在具有上述特定组成的密合层，所以改进了 覆膜与基材之间的密合性，并且抑制了覆膜的剥离。
[0264] 通过以上例子证明，通过包括以下步骤的制造方法获得的表面被覆工具为在基材 和覆膜之间具有优异的密合性的工具，并且即使在严苛的切削条件下也能经受住考验，其 中所述步骤为：制备基材的步骤，其中所述基材包含WC颗粒以及包含Co并将WC颗粒彼此结 合在一起的结合相;在所述基材上形成覆膜的步骤，形成覆膜的步骤包括:将选自Cr、Ti、Zr 和Nb中的一种或多种元素附着到基材表面上的步骤，在基材上形成密合层的步骤，以及在 密合层上形成上部层的步骤，其中该密合层的厚度为〇.5nm以上20nm以下，并且所述形成密 合层的步骤包括通过使选自用于形成上部层的元素中的一种或多种元素沉积在经过所述 附着步骤的表面上，从而生成这样的碳化物、氮化物或碳氮化物的步骤，其中该碳化物、氮 化物或碳氮化物包含选自Cr、Ti、Zr和Nb中的一种或多种元素，选自用于形成基材的元素种 的一种或多种元素，以及选自用于形成上部层的元素中的一种或多种元素。
[0265] 应当理解的是，本文所公开的实施方案在每个方面都是示例性而非限制性的。本 发明的范围由权利要求书的权项、而不是上述实施方案来限定，并且旨在包括与权利要求 书的权项等同的范围和含义内的任何修改。
[0266] 参考符号列表
[0267] 1，21成膜装置；2、22腔室；3转台；5&、513、5(3、5(1、25 &、2513、25(3电弧蒸发源；7&、713、 27a、27b直流电源；8、28偏置电源11，31基材托架；12、32气体排出口 ；13、33气体引入口； 100、200表面被覆工具；10U201基材；110、210覆膜；11U211密合层；112交替层；112a A层； 112b B层；以及212上部层。
【主权项】
1. 一种表面被覆工具，包括： 基材;和 形成在所述基材上的覆膜， 所述覆膜包括一层或多层A层和一层或多层B层交替地层叠的交替层， 所述A层和所述B层各自的厚度为2nm以上lOOnm以下， 所述A层的平均组成表示为TiaAlbSicN(0 · 5〈a〈0 · 8，0 · 2〈b〈0 · 4，0 · 01〈c〈0 · 1，a+b+c= 1)， 所述B层的平均组成表示为TidAleSifN(0 · 4〈d〈0 · 6，0 · 3〈e〈0 · 7，0 · 01〈f〈0 · 1，d+e+f= 1)，并且 满足条件〇 · 〇5〈a-cK0 · 2和0 · 05〈e-b< 0 · 2。2. 根据权利要求1所述的表面被覆工具，其中 满足条件1<λΑ/λΒ〈5， 其中λ·Α表不所述Α层的厚度，λβ表不所述Β层的厚度。3. 根据权利要求1或2所述的表面被覆工具，其中 所述覆膜在与所述基材接触的部分中进一步包括密合层， 所述密合层的厚度为〇.5nm以上20nm以下，并且 所述密合层包含碳化物、氮化物或碳氮化物，该碳化物、氮化物或碳氮化物含有选自Cr、Ti、Zr和Nb中的一种或多种元素、选自形成所述基材的元素中的一种或多种元素、以及 选自A1和Si中的一种或多种元素。4. 根据权利要求3所述的表面被覆工具，其中 所述基材包含含有WC的硬质颗粒、以及含有Co并将所述硬质颗粒相互结合在一起的结 合相，并且 所述密合层包含含有1、0、11^1和51的氮化物。5. -种表面被覆工具，包括： 基材;和 形成在所述基材上的覆膜， 所述基材含有WC颗粒、以及含有Co并将所述WC颗粒相互结合在一起的结合相， 所述覆膜包括与所述基材接触的密合层、以及形成在所述密合层上的上部层， 所述密合层的厚度为〇.5nm以上20nm以下，并且 所述密合层包含碳化物、氮化物或碳氮化物，该碳化物、氮化物或碳氮化物含有选自Cr、Ti、Zr和Nb中的一种或多种元素、选自形成所述基材的元素中的一种或多种元素、以及 选自形成所述上部层的元素中的一种或多种元素。6. 根据权利要求5所述的表面被覆工具，其中 所述上部层包含选自在日本使用的元素周期表中的IV族元素、V族元素和VI族元素、以 及Si和A1中的一种或多种元素，以及选自C、N和0中的一种或多种元素。7. 根据权利要求5或6所述的表面被覆工具，其中 所述密合层包含碳氮化物，该碳氮化物含有选自Cr、Ti、Zr和Nb中的一种或多种元素，W，以及选自A1和Si中的一种或多种元素。8. 根据权利要求5至7中任一项所述的表面被覆工具，其中 所述WC颗粒在所述基材的与所述密合层接触的部分中的占有率为80 %以上。9. 根据权利要求5至8中任一项所述的表面被覆工具，其中 在所述覆膜的厚度方向上， 包含于所述密合层中的C的组成比在由所述上部层侧朝向所述基材的方向上连续增 加，并且在所述密合层与所述基材的界面处达到最大值， 包含于所述密合层中的N的组成比在由所述基材侧朝向所述上部层的方向上连续增 加，并且在所述密合层与所述上部层的界面处达到最大值。10. 根据权利要求5至9中任一项所述的表面被覆工具，其中 所述WC颗粒的平均粒径为2μπι以下，并且 所述基材中的Co含量为10质量％以下。11. 一种制造表面被覆工具的方法，包括以下步骤： 制备基材，所述基材包含WC颗粒、以及含有Co并将所述WC颗粒相互结合在一起的结合 相；以及 在所述基材上形成覆膜， 所述形成覆膜的步骤包括以下步骤： 将选自Cr、Ti、Zr和Nb中的一种或多种元素附着至所述基材的表面上， 在所述基材上形成密合层，以及 在所述密合层上形成上部层， 所述密合层的厚度为〇.5nm以上20nm以下，并且 所述形成密合层的步骤包括:通过使选自形成所述上部层的元素中的一种或多种元素 沉积在经过所述附着步骤的表面上，从而生成碳化物、氮化物或碳氮化物的步骤，该碳化 物、氮化物或碳氮化物包含选自Cr、Ti、Zr和Nb中的一种或多种元素、选自形成所述基材的 元素中的一种或多种元素、以及选自形成所述上部层的元素中的一种或多种元素。12. 根据权利要求11所述的制造表面被覆工具的方法，其中 所述附着步骤包括利用选自Cr、Ti、Zr和Nb中的一种或多种元素的离子通过离子轰击 处理来清洁所述表面的步骤。13. 根据权利要求11或12所述的制造表面被覆工具的方法，其中 所述形成覆膜的步骤还包括:在所述附着步骤之前，利用Ar离子通过离子轰击处理去 除在所述基材的所述表面上露出的所述结合相中的至少一部分的步骤。
【专利摘要】本发明提供了一种表面被覆工具(100)，其具有基材(101)和形成在所述基材(101)上的覆膜(110)。所述覆膜(110)包括交替层(112)，其中一层或多层A层(112a)和一层或多层B层(112b)交替地层叠。所述A层(112a)和所述B层(112b)各自的厚度为2nm-100nm。所述A层(112a)的平均组成表示为TiaAlbSicN(0.5<a<0.8，0.2<b<0.4，0.01<c<0.1，a+b+c＝1)，所述B层(112b)的平均组成表示为TidAleSifN(0.4<d<0.6，0.3<e<0.7，0.01<f<0.1，d+e+f＝1)，并且满足0.05<a-d≤0.2和0.05<e-b≤0.2。
【IPC分类】B23C5/16, C23C14/06, B23B27/14, B23B51/00
【公开号】CN105473261
【申请号】CN201580001606
【发明人】田中敬三, 竹下宽纪, 广濑和弘, 福井治世
【申请人】住友电工硬质合金株式会社
【公开日】2016年4月6日
【申请日】2015年5月19日
【公告号】US20160175939, WO2015186503A1