表面包覆切削工具的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种长期显示优异的耐磨性的表面包覆切削工具（以下，称为包覆工 具）。该包覆工具中，即使在高速且断续性、冲击性负载作用于切削刃的断续切削条件下进 行各种钢或铸铁等的切削加工，硬质包覆层也发挥优异的耐剥离性及耐崩刀性。
【背景技术】
[0002] 以往，已知有通常在由碳化钨（以下，以WC表示）基硬质合金或碳氮化钛（以下， 以TiCN表示）基金属陶瓷构成的基体（以下，将这些统称为工具基体）的表面蒸镀形成由 以下（a)及（b)构成的硬质包覆层而成的包覆工具：（a)下部层为由Ti的碳化物（以下，以 TiC表示）层、氮化物（以下，以TiN表示）层、碳氮化物（以下，以TiCN表示）层、碳氧化 物（以下，以TiCO表示）层及碳氮氧化物（以下，以TiCNO表示）层中的一层或两层以上 构成的Ti化合物层；(b)上部层为在化学蒸镀状态下具有α型晶体结构的氧化铝层（以 下，以Al 2O3层表示）。
[0003] 但是，如前述的以往的包覆工具，虽然例如在各种钢或铸铁等的连续切削中发挥 优异的耐磨性，但是将此用于高速断续切削中时，易发生包覆层的剥离或崩刀，存在工具寿 命变短的问题。
[0004] 为此，为了抑制包覆层的剥离、崩刀，提出了对下部层、上部层加以改良的各种包 覆工具。
[0005] 例如，专利文献1中公开有如下内容，即包覆层依次层叠有TiCN层与Al2O 3层，在 100 μ m2区域观察时，TiCN层由平均粒子宽度为3~6 μ m且各粒子的粒径分布以标准偏差 〇计为平均粒子宽度的〇. 3倍以下的TiCN粒子构成，Al2O3层由10~30面积％的粒径为 3~6 μ m的Al2O3巨大粒子及70~90面积％的粒径为0· 3~1. 5 μ m的Al 203微细粒子构 成，由此获得优异的耐崩刀性及耐缺损性。
[0006] 并且，专利文献2中公开有如下内容，即包覆层包含一层或若干层的耐火物层，至 少一层为沿（104)方向集合组织化的密集微细晶体的α型Al 2O3层，由此显示出优异的表 面精加工且显示出得到很大改良的磨损性及韧性特性。
[0007] 并且，专利文献3中公开有如下内容，即一种蒸镀形成下部层为Ti化合物层且上 部层由α型Al 2O3层构成的硬质包覆层而成的表面包覆切削工具，其中，下部层正上方的 Al2O3晶粒的30~70%由（11~20)取向Al2O3晶粒构成，上部层的所有Al 2O3晶粒的45% 以上由（0001)取向Al2O3晶粒构成，更优选下部层的最表面层由仅在至500nm为止的深度 区域含有〇. 5~3原子％的氧的含氧TiCN层构成，并且下部层最表面层的含氧TiCN晶粒 数与下部层和上部层的界面中的Al2O 3晶粒数之比的值为0. 01~0. 5,由此硬质包覆层在 高速重切削、高速断续切削中发挥优异的耐剥离性、耐崩刀性。
[0008] 并且，专利文献4中公开有如下内容，即一种在工具基体的表面包覆形成有由Ti 化合物层构成的下部层和由Al2O3层构成的上部层的表面包覆切削工具，其中，对于上部层 的Al 2O3晶粒，测定（0001)面的法线所成的倾斜角，当距相邻的测定点的测定倾斜角的角 度差为5度以上时是不同的晶粒，从而来确定晶粒，求出各个晶粒的纵横尺寸比时，纵横尺 寸比小于5的晶粒以面积比计占10~50%，且纵横尺寸比为5以上的晶粒以面积比计占 50~90 %，并且，求出各个晶粒的晶粒内平均方位差时，纵横尺寸比小于5的晶粒的晶粒内 平均方位差的平均值显示为小于5度，另一方面，所述纵横尺寸比为5以上的晶粒的晶粒内 平均方位差的平均值显示为5度以上，由此在高速断续切削加工中硬质包覆层发挥优异的 耐崩刀性。
[0009] 专利文献1 :日本专利公开2012-144766号公报 [0010] 专利文献2 :日本专利公开平9-507528号说明书
[0011] 专利文献3 :日本专利公开2013-63504号公报
[0012] 专利文献4 :日本专利公开2013-111721号公报
[0013] 近年来，切削装置的高性能化显著，另一方面，对于切削加工的省力化、节能化以 及低成本化的要求强烈。随此，切削加工更加高速化，并且高切深量和高进给速度等的重切 肖IJ、断续切削等中存在对切削刃施加高负载的倾向。将前述的以往的包覆工具用于钢或铸 铁等的通常条件下的连续切削时并没有问题。但是，在高速断续切削条件下使用以往的包 覆工具时，构成硬质包覆层的由Ti化合物层构成的下部层及由Al 2O3层构成的上部层的紧 贴强度不充分。因此，产生上部层与下部层之间的剥离、崩刀等异常损伤，在比较短的时间 内达到工具寿命。
【发明内容】
[0014] 为此，本发明人等从如前述的观点出发，为了改善由Ti化合物层构成的下部层与 由Al 2O3层构成的上部层的紧贴性，由此防止剥离、崩刀等异常损伤的发生，并且实现工具 寿命的长寿命化，进行了深入研宄，其结果，得到了以下见解。
[0015] (1)发现包覆形成有由Ti化合物层构成的下部层及由Al2O3层构成的上部层的包 覆工具中，通过实现Al 2O3的微粒化，能够抑制裂纹向膜厚方向的扩散，并且松弛残留应力。 通过这些，实现耐剥离性的提高。
[0016] (2)并且，发现通过实现上部层的Al2O3的微粒化，与形成于下部层与上部层之间 的含氧TiCN层的紧贴性得到提高，其结果，耐剥离性得到提高。
[0017] (3)发现通过在下部层的最表面形成由含氧TiCN层构成的中间层，上部层的C轴 取向性得到提高，高温硬度、高温强度得到提高。
[0018] (4)发现关于Al2O3的微粒化，通过在形成Al 203时增加 HCl气体分压来产生蚀刻， 引起新的核形成，其结果，产生Al2O3的微细化。
[0019] 本发明是根据前述见解反复进行研宄的结果完成的，其具有如下特征。
[0020] 一种表面包覆切削工具，其具备：工具基体，由碳化钨基硬质合金或碳氮化钛基金 属陶瓷构成；及硬质包覆层，蒸镀形成于该工具基体的表面，所述表面包覆切削工具的特征 在于，
[0021] 所述硬质包覆层具有形成于工具基体表面的下部层及形成于该下部层上的上部 层，
[0022] (a)所述下部层具有3~20μπι的总平均层厚，由TiC、TiN、TiCN、TiC0、TiCN0中 的两层以上构成，其中至少一层由以TiCN层构成的Ti化合物层构成，
[0023] (b)所述下部层的最表面层由具有至少500nm以上的层厚的TiCN层构成，仅在从 该TiCN层与所述上部层的界面到沿所述TiCN层的层厚方向最大500nm为止的深度区域含 有氧，所述深度区域中含有的平均氧含量为所述深度区域中含有的Ti、C、N、O的总含量的 0. 5~3原子％，
[0024] (c)所述上部层具有2~15 μ m的平均层厚且由在化学蒸镀的状态下具有α型晶 体结构的Al2O3层构成，求出构成该Al A层的各个晶粒的纵横尺寸比时，该纵横尺寸比小于 3的晶粒以面积比计占整个上部层的60~90 %，且所述纵横尺寸比小于3的晶粒的平均粒 径包含于〇. 1~1. 〇 μπι的范围，
[0025] (d)对于整个所述上部层的Al2O3晶粒，通过使用场发射式扫描电子显微镜和电子 背散射衍射装置，对每个存在于该上部层的剖面研磨面的测定范围内的具有六方晶格的晶 粒照射电子射线，测定所述晶粒的结晶面即（0001)面的法线相对于工具基体表面的法线 所成的倾斜角时，将所述测定倾斜角中在0~45度范围内的测定倾斜角按0. 25度的间距 进行分区，并且以合计存在于各分区内的度数而成的倾斜角度数分布图表示时，该倾斜角 在0~10度范围内的Al 2O3晶粒在该倾斜角分区中存在的度数的总计为倾斜角度数分布图 中的所有度数的60%以