表面被覆氮化硼烧结体工具的制作方法_2

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] 在该情况下,xa优选为0含xa含0.5,更优选为0含xa含0.3,并且还更优选为0 < xa < 0.2。运是因为当xa落入上述范围内时,耐磨损性倾向于得到改善。类似地,从耐磨损性的 观点出发,ya优选为0.1 < ya < 0.9,更优选为0.2 < ya < 0.8,并且还更优选为0.3 < ya < 0.7。
[0化5] A层10的厚度优选为0.1皿W上0.7皿W下,更优选为0.2皿W上0.6皿W下,并且还 更优选为〇.3ymW上0.5皿W下。运是因为当A层10的厚度落入上述范围内时,耐后刀面磨损 性倾向于得到改善。
[0056] (W坡度式或阶梯式的方式变化的区域)
[0057] 优选地,A层10 (T i i-xaMaxaCi-yaNya)包括运样的区域,在该区域中,ya的值在A层的厚 度方向(例如,图1中的纵向方向等化W坡度式或阶梯式的方式变化。例如,在A层10的基材 1侧ya相对较大的情况下,耐断裂性和耐剥离性倾向于得到改进。另外,例如,在A层的上表 面侧ya的值相对较小的情况下,能够抑制磨损期间A层10的剥落、断裂或崩裂等。
[0058] 在此所使用的表述"ya的值在A层的厚度方向上W坡度式的方式变化"意味着从A 层10的下表面朝向A层10的上表面,ya的值连续地降低或升高。当利用电弧离子锻(AIP)法 形成A层时,运样的构成(例如)可W通过连续改变N(氮)的原料气体和C(碳)的原料气体的 流速比而获得。
[0059] 此外,在此所使用的表述"ya的值在A层的厚度方向上W阶梯式的方式变化"意味 着从A层10的下表面朝向A层10的上表面,ya的值不连续地降低或升高。运样的构成(例如) 可W通过将两层或多层具有不同ya值的层层叠而获得。
[0060] <c 层〉
[00川 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 < XC < 0.8巧(3为0<7(3<0.6;且又。+7(3为0.2<又。+7(3<0.8)构成。由此,(:层具有耐边界磨损性。
[0062] 在该情况下,ye优选为0 < ye < 0.4,更优选为0 < ye < 0.3,并且还更优选为0 < ye < 0.2。本发明人进行的研究结果表明,当C层包含较少的Ti、V和Si时,耐边界磨损性更加优 异。因此,yc = 0是最优选的。此外,xc+yc优选为0.2含xc+yc^ 0.6,更优选为0.2含xc+yc < 0.4。
[0063] C层的厚度优选为O.UimW上l.OymW下。由此,能够进一步更加可靠地抑制边界磨 损的发展。另外,C层的厚度更优选为O.UimW上0.7皿W下,并且还更优选为0.1皿W上0.化 mW下。
[0064] <B 层〉
[0065] 图1所示的覆膜100具有作为A层10和C层30之间的密合层的B层20。由此,A层10和C 层30之间的剥离得W抑制。B层20优选包含选自由Al、Cr和Ti构成的组中的一种或多种元素 与N形成的一种或多种化合物。运样的化合物对于A层10和C层30均具有相对较高的亲和力, 并且可W紧密且牢固地密合至各层。B层20的厚度优选为0.005皿W上0.7皿W下,更优选为 0.1皿W上0.6皿W下,并且还更优选为0.1皿W上0.4ymW下。
[0066] 作为具体构成,B层20可W(例如)形成为多层结构,该多层结构通过交替层叠一层 或多层B1层(未示出)和一层或多层B2层(未示出)而形成,其中所述各B1层由TiN形成,所述 各B2层由AlCrN形成。由此,B层20可W整体形成为对于各A层10和C层20具有相对较高的亲 和力。因此,B层20也能够有助于改善耐月牙法磨损性和耐后刀面磨损性。
[0067] 在上述构成中,B1层和B2层各形成为具有0.5nmW上且小于30nm的厚度。将运种薄 的B1层和薄的B2层交替层叠,从而使A层10和C层30能够进一步彼此牢固且紧密地密合在一 起。在B层20具有多层结构的情况下,层叠层的层数(B1层和B2层的总层数)例如为4W上50 W下,优选为8W上40W下,更优选为10W上20W下。此外,从进一步提高密合性的观点出 发,优选W使B1层(TiN层)与A层10接触,而B2层(AlCrN层)与C层接触的方式将B1层和B2层 交替层叠。
[0068] 此外,B层20可W具有单层结构。在运种情况下,B层20优选包含由AlTiCrN形成的 化合物。AlTiCrN为组成几乎介于构成A层10和C层30的化合物的组成之间的化合物。因此, 即使B层20是单层,也能够获得足够高的密合性。
[0069] <D 层〉
[0070] 如图1所示,覆膜100还可包括位于C层30和基材1之间的D层40。0层40可W (例如) 由MLdzd(Md为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、W及A巧日Si中的 一种或多种;Ld为B(棚)、C、N和0(氧)中的一种或多种;且zd为0含zcKl.O)形成。通过形成 运样的D层40,覆膜100和基材1之间的密合性得W提高,同时能够抑制因覆膜100较薄而导 致的工具使用寿命缩短的问题。D层40的厚度(例如)为0.5μηι W上3. Ομηι W下,优选为1. Ομηι W 上 2.0ymW 下。
[0071] <cBN 烧结体〉
[0072] 本实施方案的cBN烧结体在被覆cBN工具101的切削刃部分处形成该工具101的基 材IdcBN烧结体仅需设置在被覆CBN工具101的切削刃部分。换言之,被覆CBN工具的基材可 W包括由cBN烧结体形成的切削刃部分、W及由不同于cBN烧结体的材料(例如,硬质合金) 制成的基材主体。在运种情况下,优选利用针焊材料等将由CBN烧结体形成的切削刃部分接 合至基材主体上。可W通过考虑接合强度和烙点来适当选择针焊材料。CBN烧结体也可构成 被覆cBN工具101的整个基材。
[0073] cBN烧结体优选包含30体积%^上80体积下的cBN颗粒,并且还包含结合相作 为剩余部分。
[0074] 在运种情况下,结合相优选包含:选自由在日本使用的元素周期表中的4族元素、5 族元素和6族元素的氮化物、碳化物、棚化物和氧化物及其固溶体构成的组中的至少一种化 合物;侣化合物;W及不可避免的杂质。结合相将烧结体结构中的CBN颗粒彼此结合在一起。 当烧结体结构中含有30体积% W上的cBN颗粒时,能够防止cBN烧结体的耐磨损性降低。此 夕h当烧结体结构中包含80体积% W下的cBN颗粒时,具有优异强度和初性的cBN颗粒能够 充当烧结体结构中的骨架结构,从而能够确保CBN烧结体的耐断裂性。
[0075] 在本说明书中,根据W下方法测定CBN颗粒的体积含量。具体而言,对CBN烧结体进 行镜面抛光,然后用SEMW2000倍的放大倍率观察任意区域的CBN烧结体结构的背散射电子 图像。在运种情况下,观察到cBN颗粒为黑色区域,而观察到结合相为灰色或白色区域。在观 察视野图像中,利用图像处理对cBN颗粒区域和结合相区域进行二值化,从而测定cBN颗粒 区域的占有面积。然后,通过将占有面积代入如下方程式,从而计算cBN颗粒的体积含量:
[0076] (cBN颗粒的体积含量)=(cBN颗粒的占有面积)^ (视野图像中cBN烧结体结构的 面积)X100。
[0077] 更优选地,cBN颗粒的体积含量为50体积% ^上75体积% ^下。当cBN颗粒的体积 含量为50体积% W上时,被覆cBN工具倾向于表现出耐磨性和耐断裂性之间的优异均衡性。 此外,当cBN颗粒的体积含量为75体积% W下时,则结合相适当地分布,从而通过结合相实 现的cBN颗粒之间的接合强度倾向于增加。另外,cBN颗粒的体积含量特别优选为50体积% W上60体积% W下。
[0078] [第二实施方案]
[0079] W下将对本实施方案的第二实施方案进行说明。图2是示出了根据第二实施方案 的被覆CBN工具的结构的一个实例的示意性截面图。如图2所示,根据第二实施方案的被覆 cBN工具201包括由cBN烧结体形成的基材1、和在其上形成的覆膜200。此外,覆膜200包括多 个A层(第一A层11、第二A层12、第ΞΑ层13和第四A层14),W及多个尽层(第一C层31、第二C 层32、第层33和第四C层34)。此外,覆膜200包括各自具有设置在C层上的A层的四个层叠 单元。
[0080] 与第一实施方案相同,覆膜200的厚度优选为0.5ymW上lOymW下,更优选为1 .Ομηι W上5.ΟμL?Κ下。图2中示出的构成仅是示例性的,在本实施方案中覆膜所包含的层叠单元 的层数可W是一个(第一实施方案)、可W是两至Ξ个、或者可W是五个W上。
[0081] 在运种情况下,第一A层11、第二A层12、第ΞΑ层13和第四A层14可W形成为具有与 第一实施方案中所述的A层10相同的构成。然而,第一 A层到第四A层可W在厚度和组成上彼 此不同。例如,第ΞΑ层13(从最表面S1侧算起的第二A层)可W形成为比第四A层14(最接近 最外表面S1的A层)更厚。运是因为一旦通过第四层叠单元54中的第四C层34抑制了边界磨 损发展,则因此第Ξ层叠单元53中的边界磨损的发展速度也可W与第四层叠单元54中的速 度有所不同。
[0082] 此外,第一C层31、第二C层32、第层33和第四?层34也可W形成为具有与第一 实施方案中描述的C层30相同的组成。运些C层可W在厚度和组成上彼此不同。
[0083] 在第二实施方案中,第四A层14构成覆膜的最外表面S1。换言之,第四A层14形成在 覆膜200的最外表面S1上。此外,覆膜200的最外表面S1和第四尽后34的上表面S2之间的距 离d为O.lymW上l.OymW下。由此,可W与第一实施方案中相同的方式改善加工材料的精加 工表面粗糖度。
[0084] 在如第二实施方案那样覆膜包括多个?层的情况下,假定覆膜的最外表面S1和g 层的上表面S2之间的距离d表示最外表面S1和多个C层中最接近最外表面S1的C层的上表面 S2之间的距离。另外,与第一实施方案相同,也可W在第四A层14上形成另一个层。
[0085] 此外,覆膜200包括四个层叠单元(第一层叠单元51、第二层叠单元52、第Ξ层叠单 元53和第四层叠单元54),每个层叠单元均具有设置在C层上的A层。因此,优异的精加工表 面粗糖度可维持相当长的时间,从而提供优异的表面粗糖度寿命。换言之,即使第四层叠单 元54由于磨损消失,第Ξ层叠单元53至第一层叠单元51仍然具有同样的效果。因此,仍然可 W抑制边界磨损和后刀面磨损的发展。
[0086] 在覆膜200中,B层(第一 B层21、第二B层22、第ΞΒ层23和第四B层24)分别形成在A 层W及C层之间。由此,各层叠单元内的密合性增加,从而使表面粗糖度寿命得W提高。
[0087] 应注意的是,层叠单元之间可包括可任选的层。例如,在第一层叠单元51和第二层 叠单元52彼此相邻地形成的情况下,在第一 A层11和第二C层32之间优选还设置B层(密合 层)。因此,层叠单元之间的密合性增大,从而能进一步提高表面粗糖度寿命。
[008引如图2所示,C层(图2中的第一 C层31)优选与基材1接触。具有上述组成的C层对cBN 烧结体有优异的密合性。因此,当C层与基材1接触时,能够抑制整体覆膜200的脱落与剥离。
[0089] <表面被覆氮化棚烧结体工具的制造方法〉
[0090] 上述本实施方案的被覆cBN工具能够如下所述进行制造。
[0091] <基材的制造〉
[0092] 通过将基材主体和由CBN烧结体形成的基材接合,从而能够制备本发明实施方案 的基材。可W使用例如硬质合金等材料来制造基材主体。运样的基材主体可W (例如)通过 常规已知的烧结方法和成型方法来制造。此外,可W (例如)通过在高溫和高压条件下烧结 cBN颗粒和结合相原料粉末的混合物,从而来制备由cBN烧结体形成的基材。然后,通过利用 常规已知的针焊材料将由CBN烧结体形成的基材接合至基材主体的适当部分,然后对其进 行磨削加工W使其形成预定的形状,由此能够制造所述基材。整个基材当然也能由CBN烧结 体构成。
[0093] <覆膜的形成〉
[0094] 在上述获得的基材上形成覆膜,由此能够制造被覆CBN工具。在运种情况下,覆膜 优选利用电弧离子锻法(AIP法:利用真空电弧放电使固体材料蒸发的离子锻法)或瓣射法 形成。根据AIP法,可使用包含用于形成覆膜的金属种类的金属蒸发源,W及诸如CH4、化或化 之类的反应气体来形成覆膜。此外,可W采用常规已知条件作为形成覆膜的条件。根据瓣射
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