表面包覆切削工具的制作方法_3

文档序号:8407990阅读:来源:国知局
l2O3晶粒的 取向性的数据。并且,在该数据的基础上,测定所述晶粒的结晶面即(0001)面的法线相对 于所述工具基体表面的法线所成的倾斜角(参考图2)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。并且,测定该倾斜角在〇~10度的范围内的Al 2O3晶粒在该 倾斜角分区中存在的度数的总计在倾斜角度数分布图中的所有度数中所占的面积比例。
[0064] 关于通过前述顺序获得的Al2O3晶粒的(0001)面的法线所成的倾斜角,通过使所 述蒸镀条件中的〇0 2气体量或H2S气体量相对于AlCl3气体量的比相对较多,能够获得倾斜 角度数分布图中存在于〇~10度的倾斜角分区中的度数比例为所有度数的60 %以上的值。 若(0001)取向Al2O3晶粒,即(0001)面的法线所成的倾斜角存在于0~10度的倾斜角分 区中的Al 2O3晶粒小于倾斜角度数分布图中的所有度数的60%,则高温强度及高温硬度降 低。
[0065] 因此,对于上部层与下部层的界面正上方的上部层Al2O3晶粒,Al 2O3晶粒的(0001) 面的法线相对于工具基体表面的法线的倾斜角在〇~10度范围内的晶粒的度数的总计设 定为倾斜角度数分布图中的所有度数的60%以上。
[0066] (e)上部层的纵横尺寸比小于3的晶粒的晶粒内平均方位差:
[0067] 首先,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,测定晶粒的结晶面即(OOOl) 面的法线相对于工具基体表面的法线所成的倾斜角,在相邻的像素之间存在5°以上的方 位差时,将相互相邻的像素的边界作为晶界,将被晶界包围且未被其他晶界分断的范围定 义为一个晶粒。在此,一个像素是使用分析软件对使用场发射式扫描电子显微镜和电子背 散射衍射装置对试料照射电子射线时观察到的图像进行分析时的构成图像内的晶粒图像 的最小单位。
[0068] 并且,在处于晶粒内的像素与相同晶粒内的其他所有像素之间计算方位差,并将 对其进行平均化的值作为晶粒内平均方位差。对使用电子背散射衍射装置观察到的Al 2O3 的晶粒之间进行这些测定。
[0069] 本发明的上部层的纵横尺寸比小于3的晶粒的晶粒内平均方位差小于5度,即通 过使纵横尺寸比较低的粒状组织选择性地(0001)取向,创造出优异的耐磨性。
[0070] 根据本发明的包覆工具,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,(a)下部层具有3~20 μπι的总平均层厚,由TiC、TiN、TiCN、TiCO、 TiCNO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,(b)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,该深度区域中含有 的平均氧含量为深度区域中含有的Ti、C、N、0的总含量的0. 5~3原子%,(c)上部层具有 2~15μπι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Al2O 3层构成,求出构 成该Al2O3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0. 1~I. 0 μπι的范 围,(d)对于整个上部层的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〇~45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%以上,(e)所述(c)中记载的整个上部层的Al 2O3晶粒中,纵横尺寸比小于3的各 个晶粒的晶粒内平均方位差小于5度,通过具有这种本发明特有的结构,发挥提高耐剥离 性及耐磨性的本发明所特有的效果。因此,即使在高速且高负载、冲击性负载作用于切削刃 的高速重切削条件、高速断续切削条件下进行各种钢或铸铁等的切削加工,也显示出优异 的高温强度及高温硬度,不会发生硬质包覆层的剥离、崩刀,在长期使用中发挥优异的切削 性能。
【附图说明】
[0071] 图1是本发明的实施方式的表面包覆工具中的与工具基体表面垂直的方向的剖 面的示意图。
[0072] 图2是表示本发明的实施方式的表面包覆工具中的工具基体表面的法线与上部 层的Al2O 3晶粒的结晶面即(0001)面的法线所成的倾斜角的图,(a)表示倾斜角为0度,(b) 表示倾斜角为45度。
[0073] 图3是本发明的实施方式的表面包覆工具中的工具基体表面的法线与上部层的 Al2O3晶粒的结晶面即(0001)面的法线所成的倾斜角的倾斜角度数分布图。
【具体实施方式】
[0074] 接着,根据实施例对本发明的包覆工具的实施方式进行具体的说明。尤其对于构 成本发明的包覆工具的硬质包覆层的各层进行详细说明。
[0075] [实施例]
[0076] 作为原料粉末,准备均具有1~3 μ m的平均粒径的WC粉末、TiC粉末、ZrC粉末、 TaC粉末、NbC粉末、Cr3C2粉末、TiN粉末及Co粉末,将这些原料粉末以表1所示的配合组成 进行配合,进一步加入石蜡,在丙酮中球磨混合24小时,进行减压干燥之后,以98MPa的压 力冲压成型为预定形状的压坯,在5Pa的真空中,以在1370~1470°C的范围内的预定温度 保持1小时的条件对该压坯进行真空烧结,烧结之后,分别制造出具有ISO标准CNMG120408 的刀片形状的WC基硬质合金制工具基体A~E。
[0077] 并且,作为原料粉末,准备均具有0. 5~2 μπι的平均粒径的TiCN(以质量比计为 TiC/TiN = 50/50)粉末、ZrC粉末、TaC粉末、NbC粉末、Mo2C粉末、WC粉末、Co粉末及Ni粉 末,将这些原料粉末以表2所示的配合组成进行配合,以球磨湿式混合24小时,干燥之后, 以98MPa的压力冲压成型为压坯,在I. 3kPa的氮气氛中,以在1500°C的温度下保持1小时 的条件对该压坯进行烧结,烧结之后,制作具有ISO标准CNMG120412的刀片形状的TiCN基 金属陶瓷制工具基体a~e。
[0078] 接着,将这些工具基体A~E及工具基体a~e分别装入通常的化学蒸镀装置,以 以下顺序分别制造出本发明包覆工具1~13。
[0079] (a)首先,以表3所示的条件蒸镀形成作为表7所示的目标层厚的下部层的Ti化 合物层。
[0080] (b)接着,以表4所示的条件,以表7所示的目标层厚形成作为下部层的最表面层 的含氧TiCN层(即,仅在从该层的表面到500nm为止的深度区域,含有0. 5至3原子%的 (CV(Ti+C+N+0) X 100)的氧)。
[0081] (c)接着,以表5所示的条件,对下部层的最表面的TiCN层进行基于CO及0)2的 混合气体的氧化处理(下部层表面处理)。
[0082] ⑷接着,以表6所示的初期生长条件进行Al2O3的初期生长,进行基于同样示于 表6的上层形成条件的蒸镀,直至成为表7所示的目标层厚,由此分别制造出本发明包覆工 具1~13。
[0083] 并且,以比较为目的,不进行所述本发明包覆工具1~13的所述工序(b)和/或 以表6所示的上层形成条件进行工序(d)的条件,由此分别制造表8所示的比较包覆工具 1 ~13〇
[0084] 接着,关于本发明包
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