表面被覆氮化硼烧结体工具的制作方法

文档序号:9924652阅读:414来源:国知局
表面被覆氮化硼烧结体工具的制作方法
【技术领域】
[0001 ]本发明设及一种表面被覆氮化棚烧结体工具。
【背景技术】
[0002] 存在运样的切削工具:其由立方氮化棚烧结体下也将其称为"CBN(立方氮化 棚)烧结体")作为基材而形成,在该立方氮化棚烧结体的表面上形成有覆膜。运样的切削工 具(例如)用于加工难切削材料如泽火钢。例如,W02010/150335(专利文献1)和W02012/ 005275(专利文献2)分别披露了由CBN烧结体形成的工具,其中该烧结体的表面被覆有由多 层陶瓷形成的覆膜。
[0003] 引用列表
[0004] 专利文献
[0005] 专利文献 1:W02010/150335
[0006] 专利文献 2:W02012/005275

【发明内容】

[0007] 技术问题
[000引近年来,已经要求切削工具具有高加工精度。例如,对于泽火钢的切削加工而言, 可能需要与磨削加工相当的加工精度。具体而言,要求精加工表面粗糖度为3.2Z(由十点平 均粗糖度(Rzjis)定义)的精密部件也是通过切削进行加工的。用于运种应用的切削工具在 不能维持规定的精加工表面粗糖度时的时间点被确定为达到其使用寿命。
[0009] 通常,例如,如专利文献1和专利文献2所公开的那样,通过在基材的表面上形成覆 膜,由此切削工具的耐磨损性等得到了改进。然而,运些技术没有改进加工材料的精加工表 面粗糖度。此外,对于利用cBN烧结体制成的切削工具而言,直到目前为止尚未开发出能够 改善加工材料的精加工表面粗糖度的覆膜。
[0010] 鉴于上述问题,本发明的目的在于提供一种具有优异加工精度的表面被覆氮化棚 烧结体工具。
[0011] 问题的解决方案
[0012] 表面被覆氮化棚烧结体工具包括立方氮化棚烧结体和在其上形成的覆膜。该覆膜 包括A层和C层。A层由Ti 1-xaMaxaCi-yaNya(其中Ma是Cr、师和W中的一种或多种;xa为0 < xa < 0.7;且ya为0 < ya。)构成。C层由Ali-(xc+yc)CrxcMcycN(其中Me为Ti、V和Si中的一种或多种; 又。为0.2含义。含0.8巧。为0含7。含0.6;且义。+7。为0.2含义。+7。含0.8)构成。4层形成在覆膜的 最外表面或者形成在覆膜的最外表面和C层之间。覆膜的最外表面和C层的上表面之间的距 离为0.1皿W上1.0皿W下。
[0013] 本发明的有益效果
[0014] 根据W上描述,本发明提供了一种具有优异加工精度的表面被覆氮化棚烧结体工 具。
【附图说明】
[0015] 图1是示出了根据本发明一个实施方案的表面被覆氮化棚烧结体工具的结构的一 个实例的示意性截面图。
[0016] 图2是示出了根据本发明一个实施方案的表面被覆氮化棚烧结体工具的结构的另 一实例的示意性截面图。
【具体实施方式】
[0017] [本申请发明的实施方案的说明]
[0018] 首先,下面将通过W下列出的(1)至(11)项对本发明的一个实施方案(下文中也称 为"本实施方案")的概要进行说明。
[0019] 当本发明人对高精度加工期间被视为达到其使用寿命终点的工具的损坏状态进 行详细分析时,W下结果显而易见。具体而言,在运样的工具的切削刃中,除常规已知的月 牙法磨损和后刀面磨损外,还会在对应于磨损部分的一端的前边界部中发生边界磨损。该 边界磨损W局部呈长且尖的形状发展,运与月牙法磨损或后刀面磨损那样在较宽区域内W 坑法形状发展的磨损的形状和方式不同。此外,发现运种边界磨损的形状会转移到加工材 料上,因此使精加工表面粗糖度恶化。
[0020] 根据上述发现,本发明人对于提高加工材料的精加工表面粗糖度的方法进行了认 真研究。作为运些研究的结果,本发明人已发现具有特定组成的陶瓷层能抑制边界磨损发 展,并进一步进行了反复研究,从而完成了本实施方案。具体而言,本实施方案的表面被覆 氮化棚烧结体工具具有如下所述的构成。
[0021] (1)本实施方案的表面被覆氮化棚烧结体工具包括立方氮化棚烧结体和在其上形 成的覆膜。该覆膜包括A层和C层。A层由Tii-xaMaxaCi-yaNya(其中Ma是Cr (铭)、Nb(妮)和W(鹤) 中的一种或多种;xa为0 < xa < 0.7;且ya为0 < ya。)构成。C层由Ah-(xc+yc)CrxcMcycN(其中 Me为Ti (铁)、V(饥)和Si (娃)中的一种或多种;XC为0.2<又。<0.8;7。为0<7。<0.6;且又。+ ye为0.2 ^ xc+yc ^ 0.8)构成。A层形成在覆膜的最外表面或者形成在覆膜的最外表面和C层 之间。覆膜的最外表面和C层的上表面之间的距离为O.lymW上l.OymW下。
[0022] 根据本发明人进行的研究,上述由Ah-(xc+yc)CrxcMcycN构成的C层起到抑制边界磨 损的发展的作用。同样,在本实施方案中,覆膜的最外表面到C层上表面的距离为O.lymW上 l.OymW下。由此切削的初期阶段的边界磨损的最大长度可W被限制在特定的值W下。如上 所述,边界磨损的形状对加工材料的精加工表面粗糖度具有直接影响。因此,将边界磨损的 最大长度限制在特定值W下意味着能够将加工材料的精加工表面粗糖度的大小限制在特 定值W下。
[002引此外,本实施方案的覆膜包括位于C层上的A层,其中A层由上述Ti l-xaMaxaCl-yaNya构 成。A层在抑制边界磨损方面的效果相对较小,但其可W在减缓月牙法磨损和后刀面磨损的 发展的同时发生平滑磨损。A层设置在C层上,从而抑制由月牙法磨损和后刀面磨损的发展 引发的起伏的发生,从而可使精加工表面粗糖度得W改善。此外,A层和C层协同作用,从而 也能够提高从最外表面到C层运一区域内的耐磨损性。
[0024] W上述方式,本实施方案的表面被覆氮化棚烧结体工具可具有优异的加工精度和 耐磨损性。
[0025] (2)覆膜的最外表面和C层的上表面之间的距离优选为0.化mW上0.化mW下。由 此,进一步提高精加工表面粗糖度。
[0026] (3)C层的厚度优选为0.1皿W上l.OymW下。通过使C层具有运样的厚度,抑制边界 磨损发展的功能趋向于提高。
[0027] (4)覆膜优选包括多层A层和多层C层,并包括两个W上的层叠单元,其中各层叠单 元均具有设置在C层上的A层。
[0028] 如上所述,根据本实施方案的表面被覆氮化棚烧结体工具,A层和C层按特定顺序 层叠,从而能够抑制月牙法磨损和后刀面磨损的发展W及边界磨损的发展,由此提高加工 精度。因此,由于覆膜重复包括如上所述的层叠单元,因而优良的加工精度可W维持相对较 长的时间。换言之,可W延长基于精加工表面粗糖度而定义的工具使用寿命(在下文中将称 为"表面粗糖度寿命")。
[0029] (5)覆膜优选还包括在A层和C层之间的B层,且B层含有由选自A1(侣)、化和Ti所构 成的组中的一种或多种元素与N(氮)形成的一种或多种化合物。
[0030] 形成上述B层的化合物由包含在A层和C层中的元素构成。因此,B层对于A层和C层 均具有相对较高的亲和性,因此,可W紧密且牢固地密合至各层。因此,在A层和C层之间形 成B层,从而提高了A层与C层之间的密合性,从而可W抑制运些层之间的剥离。
[0031] (6)B层优选包括通过交替层叠一层或多层B1层和一层或多层B2层而形成的多层 结构,其中各B1层由TiN形成,各B2层由A1化N形成。由此,可W改善A层和C层之间的密合性。
[0032] (7)B1层及B2层各自的厚度优选为0.5nmW上且小于30皿。B层是由薄的B1层和薄 的B2层形成的超多层结构,从而使A层和C层之间的密合性可W得到改善。
[0033] (8)B层优选包含由AlTiCrN形成的化合物。MTiCrN是组成几乎介于构成A层和C层 的化合物的组成之间的化合物。因此,运种AlTiCr卿寺别适合作为构成用W增加 A层和C层之 间的密合性的B层的化合物。
[0034] (9)A层优选包括运样的区域,在该区域中,ya在A层的厚度方向上W坡度式或阶梯 式的方式变化。由此,覆膜可具有耐断裂性等。
[0035] (l〇)C层优选与立方氮化棚烧结体接触。由Ah-(x。+y。)Crx。Mcy。N构成的C层对于构成 基材的CBN烧结体来说具有相对更高的亲和性。因此,设置C层使其与CBN烧结体相接触,从 而可提高基材和覆膜之间的密合性。
[0036] (11)覆膜的厚度优选为0.5皿W上10皿W下。由此工具的使用寿命得W提高。
[0037] [本申请发明的实施方案的详述]
[0038] 虽然W下将对根据本实施方案的表面被覆氮化棚烧结体工具进行详细描述,但本 实施方案不限于此。
[0039] [第一实施方案]
[0040] <表面被覆氮化棚烧结体工具〉
[0041] 图1是示出了根据第一实施方案的表面被覆氮化棚烧结体工具(在下文中称为"表 面被覆cBN工具")的结构实例的示意性截面图。如图1所示,被覆cBN工具101包括由cBN烧结 体形成的基材1、和在其上形成的覆膜100。覆膜100包括A层10和C层30。覆膜100具有最外表 面S1,C层30具有上表面S2。
[0042] A层 10 由 Τ i i-xaMaxaCi-yaNy a (其中Ma 是Cr、Nb和W中的一种或多种;xa 为0<xa<0.7; 且ya为0<ya<l)构成,并具有减慢月牙法磨损和后刀面磨损的发展(即,耐月牙法磨损性 和耐后刀面磨损性)并同时发生平滑磨损的功能。
[00创此外,C层30由Ah-(xc+yc)CrxcMcycN(其中Me为Ti、V和Si中的一种或多种;XC为0.2 < 又。<0.8巧(3为0^7(3^0.6;且义。+7(3为0.2^义。+7(3^0.8)构成,并具有抑制边界磨损的发展 的功能(即,耐边界磨损性)。
[0044] A层10形成在覆膜100的最外表面S1上。在本实施方案中,A层10的形成位置仅需要 比C层30的上表面S2更接近最外表面S1即可,而并不必须使A层10形成于最外表面S1上。例 如,可W在A层10上形成另一层(由TiN等形成的着色层等)。换言之,本实施方案中的A层10 形成在覆膜的最外表面S1上,或者形成在最外表面S1和C层30的上表面S2之间。
[0045] 覆膜100的最外表面S1和C层30的上表面S2之间的距离为0. ΙμL?Κ上1. OymW下。由 此切削的初期阶段的边界磨损的最大长度可W被限制在恒定值W下。此外,在C层30上形成 有A层10,从而抑制了由月牙法磨损和后刀面磨损的发展所导致的起伏的发生,因此,可W 很好地维持加工材料的精加工表面粗糖度。此外,距离d更优选为0.上0.下。
[0046] 在运种情况下,假定按照如下方式测量最外表面S1和C层30的上表面S2之间的距 离d。具体而言,用扫描电子显微镜(SEM)或透射型电子显微镜(TEM)观察通过切削被覆cBN 工具获得的横截面,从而测量距离d。可W(例如)使用聚焦离子束系统(FIB)、截面抛光机 (CP)等来制备横截面观察用样品。另外,该测定方法也同样适用于覆膜本身的厚度或形成 覆膜的各层的厚度的测量。
[0047] 此外,假定形成覆膜的各层的组成由SEM或TEM附带的能量色散型X射线光谱仪 化DX)测定。
[004引 W下将对构成被覆cBN工具101的各部分进行描述。
[0049] < 覆膜〉
[0050] 覆膜100包括A层10和C层30。覆膜100可包括其它层,只要其包括A层10和C层30即 可。例如,如图1所示,可W在A层10和C层30之间包括下述B层20(密合层)等,或可W在C层30 和基材1之间包括下述D层40。
[0051 ]覆膜100优选的厚度为0.上lOymW下。当覆膜的厚度为0.上时,可W防 止因覆膜较薄而导致的工具使用寿命缩短。此外,当覆膜的厚度为lOymW下时,在切削的初 期阶段的耐崩裂性可W得到改善。覆膜的厚度更优选为l.OymW上5.0ymW下。
[0化2] <A 层〉
[0化 3 ] A层 10 由 T i i-xaMaxaCi-yaNy a (其中Ma 是Cr、Nb和W中的一种或多种;xa 为0<xa<0.7; 且ya为0<ya<l)构成。由此,A层具有耐月牙法磨损性和耐后刀面磨损性,从而抑制由月牙 法磨损和后刀面磨损的发展所导致的起伏的发生,因此,可W很好地维持加工材料的精加 工表面粗糖度。
[0054
当前第1页1 2 3 4 5 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1