表面涂覆的切削工具的制作方法

专利名称：表面涂覆的切削工具的制作方法
技术领域：
本发明涉及如钻头、端铣刀、铣削或车削的不磨刃刀片、金工锯、齿轮切削工具、绞刀、和丝锥这样的切削工具。特别是，本发明涉及在其表面上形成耐磨涂层的切削工具。
背景技术：
在这些年中，除了高速、高精密和高效加工，切削加工还追求干加工以处理环境问题。而且，随着工业技术的进步，一些经常使用例如用于航空器、空间开发和核发电的难切削材料和新材料的产业表现日益强烈的活力。从而期待这样的材料将会在品质方面的多样性上增加并在数量上增加。因此，这些材料的切削加工应该处理所述材料的这种增加。一些处理所述问题的表面涂层的切削工具已经被提出并付诸实际应用。
例如，专利文献1公开了一种硬质层涂覆的(hard-layer-coated)工具和一种硬质层涂覆的构件。明确地，在如切削工具和耐磨工具这样工具的如WC硬质合金、金属陶瓷或高速钢这样的硬质基材的表面上，为了改善耐磨性和表面保护功能，形成了硬质涂覆层即如同(AlxTi1-x-ySiy)(NzC1-z)层(其中0.05≤x≤0.75，0.01≤y≤0.1，0.6≤z≤1)的AlTiSi-基的层。
专利文献2公开了至少一种包含适量Si和Ti作为主要组分的氮化物、碳氮化物、氧氮化物或氧碳氮化物的层，和至少一种包含Ti和Al作为主要成分的氮化物、碳氮化物、氧氮化物或氧碳氮化物的层，被交替地形成为涂覆层。这里，在如TiSi-基化合物这种化合物的精细结构中，Si3N4和Si作为包含Ti为主要组分的碳氮化物、氧氮化物或氧碳氮化物中的独立相存在。公开了具有上述涂层并用于干的和高速切削加工的切削工具的性能得以显著地改善。根据专利文献2，至于常规的TiAlN膜，虽然通过切削过程中发生的表面氧化而产生的氧化铝层充当防止氧向内扩散的氧化保护层，但是最上面的氧化铝层不足以处理氧化的前进，因为氧化铝层容易从直接下面的多孔Ti氧化物层剥离。公开了，专利文献2本身中所描述发明的TiSi-基涂层是高度抗氧化的。另外，因为含Si并高度致密的Ti和Si的复合氧化物形成在最上表面，所以没有形成传统技术问题来源的多孔Ti氧化物层，改善了所述性能。
而且，专利文献3公开了，与TiAlN膜相比，AlCrV的碳氮化物或氮化物能用于为切削工具产生在硬度和耐磨性方面更高的涂层质量。
专利文献1日本专利No.2793773专利文献2日本专利No.3347687专利文献3日本专利公开No.2003-34859发明内容发明要解决的问题为了在切削过程中进行高速和高效的加工或完全消除润滑油使用的干加工，所述涂层在高温下的稳定性是不足的。换句话说，挑战在于发现具有优越性质的涂层如何能够在基材表面长时间保持足够的粘合性而不发生剥离和破裂。
明确地，当在如低碳钢、不锈钢材料或球墨铸铁这样容易在刃口沉积的材料上进行切削时，所述材料的沉积可能引起涂层剥离并由于涂层剥离也可能发生破裂。因此，对于剥离的预防，重要的是如何防止所述材料的沉积，而且同时重要的挑战是找到如何使所述涂层特性可以在耐磨性方面做得优越。
已经获得了本发明以解决前述问题，并且本发明的目的是提供适合作为如钻头、端铣刀、铣削或车削的不磨刃刀片、金工锯、齿轮切削工具、绞刀、和丝锥这样的工具并与传统工具相比在耐剥离性和耐磨性方面改善的表面涂覆的切削工具。
解决问题的方法以解决所述问题为目的，本发明的发明人进行了在工具表面上形成多种涂层的研究，发现，用形成于基材上的内层和形成于内层上的最外层涂覆基材，具有这样结构的表面涂覆的切削工具能够防止涂层的剥离同时表现优越的耐磨性和抗碎落性，所述内层由包含Al，元素Cr和V的一种或两种，以及氮、碳和氧中至少一种的化合物所组成，所述最外层由TiSi的碳氮化物组成，并因此发明人完成了本发明。
本发明明确地如下。
根据本发明，表面涂层的切削工具包括用形成于基材上的内层和形成于内层上的最外层涂覆的基材，所述内层由包含Al，元素Cr和V的至少一种，以及至少一种选自氮、碳和氧组成的组的元素的化合物所组成，所述最外层由TiSi的碳氮化物组成。
优选地，关于本发明的表面涂覆的切削工具，所述最外层具有0.1-2μm的厚度。
优选地，所述最外层的TiSi的碳氮化物具有平均晶体直径至多为0.1μm。
优选地，关于本发明的表面涂覆的切削工具，所述内层由包含(Al1-a-bCraVb)(其中0≤a≤0.5，0≤b≤0.5，0≠a+b≤0.5)和碳、氮和氧中的至少一种元素的化合物组成。这里，更优选，所述a+b满足0.3＜a+b＜0.45。还更优选，“a”具有满足0＜a＜0.35的值和“b”具有满足0＜b＜0.35的值。特别是，“a”和“b”优选分别具有满足20＜a/b＜100的值。
优选地，关于本发明的表面涂覆的切削工具，所述内层包含以原子百分率计算小于5％的Ti。
而且，关于本发明的表面涂覆的切削工具，所述内层优选包含以原子百分率计算至多为30％的Si和/或B。
而且，关于本发明的表面涂覆的切削工具，所述表面涂覆的切削工具优选在所述基材与所述内层之间和/或所述内层与所述最外层之间具有TiSiN层。
优选地，所述内层被TiSiCxN1-x(其中0≤x≤0.5)层分开。所述TiSiCxN1-x优选TiSiN。
关于本发明的表面涂覆的切削工具，所述基材用总厚度为0.5-8μm的所述多层涂覆。
发明效果根据本发明，对于如钻头、端铣刀、铣削或车削的不磨刃刀片、金工锯、齿轮切削工具、绞刀、和丝锥这样的工具，可以在耐剥离性和耐磨性方面做出改善。从而，本发明能够提供长寿命的表面涂覆的切削工具。
实施本发明的最佳方式本发明的表面涂覆的切削工具包括用内层和形成在所述内层上的最外层涂覆的基材。所述内层由包含Al，元素Cr和V中的至少一种，以及至少一种选自氮、碳和氧组成的组的元素的化合物所组成。所述最外层由TiSi的碳氮化物(TiSiCN)组成。所述内层可直接覆盖基材表面而形成或者覆盖基材与内层之间的另一种层(例如稍后于此所述的最内层)而形成。类似地，所述最外层可直接覆盖内层而形成或覆盖内层与最外层之间的另一层(例如稍后于此所述的中间层)而形成。
本发明的表面涂覆的切削工具具有的特征是，所述基材用化学稳定性优越并在切削金属材料过程中表现优越的耐磨性的内层涂覆，其中所述内层由包含Al，元素Cr和V中的至少一种，以及至少一种选自氮、碳和氧组成的组的元素的化合物所组成。本发明的表面涂覆的切削工具进一步具有的特征是所述内层用TiSi的碳氮化物涂覆，其对于金属材料具有低摩擦系数和润滑性、表现高化学稳定性并与内层具有良好的粘合性，所述内层由包含Al，元素Cr和V中的至少一种，以及至少一种选自氮、碳和氧组成的组的元素的化合物所组成，因而形成了具有高化学稳定性的最外层。具有上述特征的本发明能够改善如钻头、端铣刀、铣削或车削的不磨刃刀片(chips)、金工锯、齿轮切削工具、绞刀、和丝锥这样工具的耐剥离性和耐磨性，以使本发明能够提供具有长寿命的表面涂覆的切削工具。
这里，当所述层由包含Al，元素Cr和V的至少一种，以及至少一种选自氮、碳和氧组成的组的元素的化合物(例如AlCrN)所组成，所述层在高硬度和高抗氧化性方面表现了良好的性能。然而，通过切削评价，由于碎落的发生，证实了低抗碎落性和低耐剥离性。以克服此缺陷为目的，进行了多方面的研究，发现，由上述化合物组成的内层和形成于内层之上由TiSi的碳氮化物(TiSiCN)组成的最外层能够提供在抗碎落性和耐剥离性方面改善的表面涂覆的切削工具。这可能是因为最外层的TiSiCN形成了细颗粒结构而提供了切削过程中的高抗冲击性，以致传达到内层的冲击被减轻，从而改善了所述性能。认为，由于TiSiCN或TiSiN层和由包含Al，元素Cr和V的至少一种，以及至少一种选自氮、碳和氧组成的组的元素的化合物所组成的层之间的粘合性是非常优异的，可以获得所述切削工具的特别优越的剥离性质，和所述层性质一样。当由(Al1-a-bCraVb)(其中0≤a≤0.5，0≤b≤0.5，0≠a+b≤0.5)所限定的组分满足0.3＜a+b＜0.45的条件时，粘合性特别优异。
关于本发明的表面涂覆的切削工具，尽管所述最外层的厚度没有特别限于特定厚度，但因为以下原因，所述厚度优选0.1-2μm，更优选0.2-1μm。当最外层的厚度小于0.1μm时，不能显示出最外层的优越效果。当最外层的厚度大于2μm时，所述涂层可能剥离。最外层的厚度可以通过将表面涂覆的切削工具切削并用SEM(扫描电子显微镜)观察横截面而测定。
根据本发明，所述表面涂覆的切削工具的最外层优选由具有平均晶体直径至多为0.1μm、更优选至多为0.05μm的TiSi的碳氮化物组成。因而，获得了既在润滑性又在与内层的粘合力方面特别优越的最外层。在耐磨性方面，形成最外层的TiSi的碳氮化物的平均晶体直径优选至少为1nm，更优选其至少为3nm。所述表面涂覆的切削工具最外层中的TiSi的碳氮化物的平均晶体直径可被测定，例如通过借助于SEM或TEM观察涂层横截面或断面。
关于表面涂覆的切削工具，其具有由如上所述的优选平均晶体直径的TiSi碳氮化物构成的最外层，当所述表面涂覆的切削工具通过阴极电弧离子镀敷法生产时，例如稍后于此描述的方法，所述最外层优选在基材偏离电压在-150到-10V范围内的条件下形成。
本发明的表面涂覆的切削工具具有如上述由包含Al，元素Cr和V的至少一种，以及至少一种选自氮、碳和氧组成的组的元素的化合物所组成的内层。形成内层的所述化合物，在不破坏本发明效果范围内，可包含不同于上述那些的任何元素(例如稍后于此描述的Ti、Si、B)。根据本发明，因为所述内层包含Al，所以改善了抗氧化性质并提高了热传导性。因此获得的效果是在切削过程中产生的热能够被从所述工具表面释放出。
关于组成本发明内层的化合物，除Al以外的Cr和V的含量优选由(Al1-a-bCraVb)(其中0≤a≤0.5，0≤b≤0.5，0≠a+b≤0.5)限定。更准确地说，由于以下原因，本发明的表面涂覆的切削工具内层优选由至少一种含有(Al1-a-bCraVb)(其中0≤a≤0.5，0≤b≤0.5，0≠a+b≤0.5)和碳、氮和氧的至少一种的化合物。关于(Al1-a-bCraVb)，当a和b的至少一个大于0.5，所述内层的硬度会下降并且因此耐磨性表现不足。当满足0.3＜a+b＜0.45的条件时，获得特别优选的耐磨性。优选由a+b在此范围内而确定的值，因为与最外层的TiSiCN层或中间层的TiSiN层的粘合性改善，以致所述涂层具有优异的耐剥离性。而且，关于(Al1-a-bCraVb)，优选a的值满足0＜a＜0.35的条件并且b的值满足0＜b＜0.35的条件，因为从同时含有Cr和V并且a和b各自的值都小于0.35的事实可以预期优异的耐剥离性。尽管为此的原因还不清楚，但是推测低温下Cr的润滑性和相对高温范围内V的润滑性被改善并且同时含有的Cr和V在切削条件的宽范围内提供了优异的耐剥离性。而且，特别优选a和b的值具有20＜a/b＜100的关系。关于所述表面涂覆的切削工具，组成内层的化合物的组成可以通过X-射线光电子分光仪(XPS)或俄歇电子分光仪(AES)而鉴定。
关于具有除Al以外Cr和V的含量由(Al1-a-bCraVb)(其中0≤a≤0.5，0≤b≤0.5，0≠a+b≤0.5)表示的优选化合物所组成内层的表面涂覆的切削工具，当所述表面涂覆的切削工具通过阴极电弧离子镀敷法生产时，例如稍后于此讨论的方法，所述内层可在基材偏离电压在例如-300到-20V范围内的条件下形成。特别是，在制造所述表面涂覆的切削工具的过程中，通过设定基材偏离电压在-250到-40V的范围内，可以获得内层由(Al1-a-bCraVb)其中a和b具有20＜a/b＜100的关系所表示的优选化合物所组成的表面涂覆的切削工具。
关于本发明的表面涂覆的切削工具，尽管所述内层的厚度不限于特殊的一个值，优选其厚度是0.4到8μm，更优选1到6μm。当所述内层的厚度小于0.4μm时，耐磨性可不足。当所述内层的厚度大于8μm时，耐破损性可变差。和上述最外层一样，所述内层的厚度可通过将表面涂覆的切削工具切削并用SEM观察横截面而测定。
为了进一步提高最外层和内层粘合的目的，所述内层优选包含少量的Ti。明确地，所述内层优选包含以原子百分率计算小于5％的Ti，更优选其小于3％。当所述内层包含以原子百分率计算5％或更多的Ti，内层的耐磨性有变差的趋势。为了让最外层和内层之间改善的粘合效果充分显示，包含在所述内层中的Ti的原子百分率优选至少为0.01％，更优选其至少为0.1％。这里，表面涂覆的切削工具的内层中Ti的含量例如用XPS可被测定。
TiSiN层(中间层)可包括在所述内层和最外层之间。内层和最外层之间中间层的存在进一步改善了最外层和内层之间的粘合。尽管中间层的厚度不限于特殊的一个值，所述厚度优选0.05到2.0μm，其更优选0.1到1.5μm。当中间层的厚度小于0.05μm时，改善的粘合效果不能充分显示。当中间层的厚度大于2.0μm时，其耐磨性可变差。和上述最外层一样，中间层的厚度可通过将表面涂覆的切削工具切削并用SEM观察横截面而测定。注意到，在如上讨论的粘合改进方面，所述内层包含小于5％原子百分率的Ti并且TiSiN的中间层包括在内层和最外层之间的条件，如上所述，是特别优选的。
而且，关于本发明的表面涂覆的切削工具，为了改善内层与基材之间的粘合的目的，可以在内层和基材之间包括TiSiN层(最内层)。尽管最内层的厚度不限于特殊的一个值，优选其厚度为0.01到1.0μm，更优选其厚度为0.05到0.5μm。当最内层的厚度小于0.01μm时，不能被充分显示粘合改善的效果。当最内层的厚度大于1.0μm时，耐磨性可变差。和上述最外层一样，最内层的厚度可通过将表面涂覆的切削工具切削并用SEM或TEM观察横截面而测定。
而且，关于本发明的表面涂覆的切削工具，当所述内层被TiSiCxN1-x(其中0≤x≤0.5)层分成多层时，可实现优异的耐剥离性。这里，所述内层的分开意味着内层被分成几乎每一层都与基材表面平行的多层。当内层被TiSiCxN1-x层分开并且大应力被突然施加在切削过程中时，多层的一些层会在粘合强度低的界面之间破碎。因而，与原始的未分开的内层相比，切削过程中所述内层的破碎发生在较小的层。从而，可避免突然的大规模的层破碎，并且因此可获得表面涂覆的切削工具的稳定和延长的寿命。这里，为什么TiSiCxN1-x中的x由0≤x≤0.5所限定是因为x大于0.5会引起TiSiCxN1-x层和所述内层之间的粘合过度变差，导致耐磨性的变坏。特别优选x的值是0(即TiSiN)，因为TiSiN层和所述内层之间的粘合相对优异，从而可以保持相对优异的耐磨性。
当所述内层被TiSiCxN1-x层分成多层时，通过分开内层而产生的层数不限于特殊的一个值。内层中的层的各自厚度可互相相同或不同。当所述内层被分开成各自具有不同厚度的层时，有利的是可处理多种断裂应力。尽管内层中的层厚度不限于特殊的一个值，优选通过分开所述内层而产生的内层的所有层各自具有在0.01到1.0μm范围内的厚度，并且内层中的层总厚度在上述内层厚度的范围内。当所述内层中任何层具有小于0.01μm的厚度时，耐磨性可不足。当所述内层中任何层具有大于1.0μm的厚度时，从分开所述内层而得到的优点可变差。和上述最外层一样，所述内层中的层厚度可通过将表面涂覆的切削工具切削并用SEM或TEM观察横截面而测定。
而且，当所述内层被TiSiCxN1-x层分成多层时，TiSiCxN1-x层厚度(当形成多个TiSiCxN1-x层时，每一层的厚度)优选1到200nm，其更优选10到100nm。当TiSiCxN1-x层厚度小于1nm时，将所述内层分开成多层所得到的优点可变差。当TiSiCxN1-x层厚度大于200nm时，耐磨性变差。和上述最外层一样，所述TiSiCxN1-x层的厚度可通过将表面涂覆的切削工具切削并用SEM或TEM观察横截面而测定。
在表面涂覆的切削工具的抗氧化性、耐磨性和耐剥离性的改善方面，所述内层可优选包含以原子百分率计至多30％的Si，其更优选其至多为20％，其还更优选其至多为15％。当所述内层包含Si时，实现了内层的更精细结构并且提高了内层的硬度。而且，所述内层中Si的存在改善了内层与TiSiCN所组成的最外层之间的粘合。然而，所述内层中Si的含量超过30％原子百分率不是优选的，因为内层变脆并且促进了不合需要的磨损。当所述内层包含Si时，为了获得更精细结构效果的目的，优选包含至少1％原子百分率的Si，其更优选其至少为5％。这里，表面涂覆的切削工具的内层中Si的含量例如通过XPS或AES可被测定。
而且，所述内层可优选包含以原子百分率计至多30％的B，更优选其至多为15％，还更优选其至多为10％。所述内层中B的存在提供了如下优点，涂层具有高硬度并且在切削过程中通过表面氧化而产生的B氧化物特别使Al的氧化物更密集。而且，由于B氧化物具有低熔点，在切削过程中B氧化物可充当润滑油以提供优异耐剥离性的优点。然而，所述内层中的B含量超过30％是不优选的，因为耐磨性不合需要地变差。而且，当所述内层包含B时，为了改善耐磨性和耐剥离性的目的，优选至少含有1％原子百分率的B，更优选其至少为5％。表面涂覆的切削工具的内层中B含量例如借助于XPS可被测定。
关于本发明的表面涂覆的切削工具，优选所述内层具有残余应力为-6到0GPa，更优选其为-4到-1GPa。当残余应力小于-6GPa时，涂层表面中压缩的残余应力太大并且因此与基材的粘合强度趋于下降。当残余应力超过0GPa时，拉伸应力保留在涂层中。结果，裂纹可能会在涂层中打开，并且抗碎落性和耐破损性会变差。所述残余应力例如用X-射线残余应力测定仪或Sin2ψ法可被测定。
具有上述优选残余应力的表面涂覆的切削工具可在下列途径中实现。当所述表面涂覆的切削工具例如通过稍后于此所述的阴极电弧离子镀敷法生产时，在基材偏离电压例如在-300到-20V的范围内的条件上形成所述内层。
而且，关于本发明的表面涂覆的切削工具，基材涂有的层(所述层是内层、最外层、和中间层，如果形成中间层的话)优选具有总厚度为0.5到8μm，其更优选1.0到6.0μm。当所述总厚度小于0.5μm时，耐磨性不能充分改善。当所述总厚度超过8μm时，会发生覆盖基材的层中残余应力大到引起与基材的粘合力下降。和上述最外层的厚度一样，所述总厚度可通过将表面涂覆的切削工具切削并用SEM观察横截面而测定。
作为用于本发明表面涂覆的切削工具的基材，本技术领域中已经广泛使用的任何材料都可被采用，所述基材不限于特殊的一种。然而，所述基材优选WC硬质合金、金属陶瓷、高速钢、陶瓷(碳化硅、氮化硅、氮化铝、氧化铝、碳化硅、碳化钛和其组合物)、烧结立方氮化硼、和烧结金刚石，因为这样的材料在高温下具有高硬度。特别是，优选WC硬质合金、金属陶瓷或烧结立方氮化硼用作基材。
本发明的表面涂覆的切削工具适用于多种已知用于切削加工的切削工具。特别是，本发明所述涂层切削工具优选钻头、端铣刀、铣削或车削的不磨刃刀片、金工锯、齿轮切削工具、绞刀、和丝锥的任何一种。
本发明的表面涂覆的切削工具可通过已知的膜沉积法制造，用其可生产高结晶度的化合物并且其中所述基材用内层和最外层(最内层、中间层诸如此类，依情况而定)涂覆。作为膜沉积法，优选物理蒸气沉积法，因为压缩应力可被施加在涂层中。所述物理蒸气沉积法包括例如离子镀敷、喷镀和电子束蒸气沉积法。当制造本发明的表面涂覆的切削工具并采用离子镀敷时，优选电弧离子镀敷，因为容易确保与基材的粘合。当采用喷镀时，优选磁控管溅射(平衡和非平衡磁控管溅射)，因为它在非导电材料的涂层中是优异的。在它们中，特别优选具有高元素离子比的阴极离子镀敷。当使用所述的阴极电弧离子镀敷时，可在内层形成之前对基材表面进行金属离子轰击法，以致显著改善了所述内层的粘合。
利用实例，现在将具体地描述表面涂覆的切削工具的耐磨性是如何改善的。实例中的组成用X-射线光电子分光仪(XPS)和俄歇电子分光仪(AES)鉴定。
实施例1-8，比较例1-3作为基材，使用了由JIS定义的K20级别硬质合金和由JIS定义的SPGN1020308形状的尖端，并且将它们安装在阴极电弧离子镀敷装置上。
首先，在利用装置提供的加热器将所述基材加热到温度为650℃的同时，用真空泵降低腔室中的压力。产生真空直到腔室中的压力达到1.0×10-4Pa。然后，供应氩气并保持腔室内的压力在3.0Pa。当基材偏离电压源的电压逐渐升高达到-1500V时，将基材的表面清扫15分钟。此后，放出氩气。
接下来，为了所述内层化合物的组成是表示在表1中的任何一种，规定了作为金属气化源的合金靶子。作为反应气，可供应能产生本发明所述涂层的氮气、甲烷和氧气的任何一种。当所述基材的温度为650℃，保持反应气的压力为2.0Pa和基材偏离电压为-100V，将100A的电弧电流供应到阴极电极而从电弧蒸气源产生金属离子并因此形成涂层(内层)。当所述内层具有表1所示预定厚度的任何一种时，停止供应到蒸气源的电流。
接着，在所述内层上形成了最外层即TiSiCN层。明确地，将Ti和Si放置在所述腔室中。当向其中供应氮气和氧气作为反应气时，将基材的温度设定在650℃、将反应气压力设定在2.0Pa并且将基材偏离电压设定在-50V。然后，将100A的电弧电流供应到阴极电极以引起从电弧蒸气源产生金属离子。从而，形成了具有平均晶体直径为0.05μm的TiSi的碳氮化物的最外层。当所述最外层具有预定厚度时，停止供应到蒸气源的电流，并进行逐步冷却。
关于实施例5到7和比较例2，在所述内层形成前，在基材上形成最内层即TiSiN层。明确地，将Ti和Si放置在所述腔室中，当向其中供应氮气作为反应气时，保持基材的温度为650℃、反应气压力为2.0Pa和基材偏离电压为-100V。然后，将100A的电流供应到阴极电极以引起从电弧蒸气源产生金属离子并因此形成了最内层。当所述最内层具有预定厚度时，停止供应到蒸气源的电流。
关于实施例7，在所述内层形成后并在所述最外层形成之前，以形成最内层的同样方式形成中间层即TiSiN层。
而且，关于实施例8，通过设定基材偏离电压在-30V而形成最外层，以致产生由平均晶体直径为0.3μm的TiSi的碳氮化物组成的最外层。
在通过上述方法获得的实施例1到8和比较例1到3的产物上，在下列条件下进行干磨试验，以测定切削刀刃的侧面被磨损的宽度超过0.2mm所用的时间。切削条件是，待切削的材料是SUS304不锈钢(HB＝180)、切削速度是70m/min、每转的进料量是0.2mm/rev和切削深度是1mm。结果表示在表1中。
*1可进行切削的时间

从表1清楚地看出，根据本发明，当用于切削很可能发生涂层剥离的SUS304时，相对于比较例1到3，显著地改善了实施例1到8的每一个切削工具的寿命。
实施例9-12除了所述内层和所述最外层是用表2所示组合物形成的，如以上讨论的实施例1的同样方式，生产了本发明的表面涂覆的切削工具。如上所述，在实施例9到12上进行切削试验而发现如表2所示的性能。
*1可进行切削的时间

如表2所示，具有由化合物(Al1-a-bCraVb)(其中a和b的值满足5＜a/b＜100关系)所组成的内层的实施例9到12，在切削工具寿命方面特别优异。
实施例13除了形成所述内层的方法和形成类似于最内层形成物的TiSiN层的方法交替进行以生产内层被厚度为0.05μm的TiSiN层分开成15层的表面涂覆的切削工具之外，以相同的方式形成了如实施例6相同组成的内层。被分开的所述内层的多层具有同样厚度为0.2μm。在作为结果的实施例13之上，以上述同样方式进行了切削试验。从而，发现了表3所示的性能。
*1可进行切削的时间

从表3可证实，具有被TiSiN层分开的所述内层的实施例13在切削工具寿命方面是显著优异的。
应当注意，这里公开的实施方案和实施例只是作为说明和实例，不是被用来作为限定。这意味着，本发明的范围不是由上述说明而限定，而是由后附的权利要求的范围所限定，并且包括所有在与这些权利要求等效的含义和范围内的修改和变化。
权利要求
1.一种表面涂覆的切削工具，其包含基材，该基材用形成在基材上的内层和形成在所述内层上的最外层涂覆，所述内层由含有Al、元素Cr和V中的至少一种和选自由氮、碳和氧组成的组的至少一种元素的化合物组成，并且所述最外层由TiSi的碳氮化物组成。
2.权利要求1的表面涂覆的切削工具，其中所述最外层的厚度为0.1-2μm。
3.权利要求1的表面涂覆的切削工具，其中所述TiSi的碳氮化物的平均晶体直径至多为0.1μm。
4.权利要求1的表面涂覆的切削工具，其中所述内层由含有(Al1-a-bCraVb)(其中0≤a≤0.5，0≤b≤0.5，0≠a+b≤0.5)和碳、氮和氧中的至少一种元素的化合物组成。
5.权利要求4的表面涂覆的切削工具，其中所述a+b满足0.3＜a+b＜0.45。
6.权利要求4的表面涂覆的切削工具，其中所述a具有满足0＜a＜0.35的值和所述b具有满足0＜b＜0.35的值。
7.权利要求4的表面涂覆的切削工具，其中所述a和b具有满足20＜a/b＜100的各自值。
8.权利要求1的表面涂覆的切削工具，其中所述内层含有以原子百分率计小于5％的Ti。
9.权利要求1的表面涂覆的切削工具，其中所述内层含有以原子百分率计至多30％的Si和/或B。
10.权利要求1的表面涂覆的切削工具，其中所述表面涂覆的切削工具在所述基材与所述内层之间和/或在所述内层与所述最外层之间具有TiSiN层。
11.权利要求1的表面涂覆的切削工具，其中所述内层被TiSiCxN1-x(其中0≤x≤0.5)层分开。
12.权利要求11的表面涂覆的切削工具，其中所述TiSiCxN1-x是TiSiN。
13.权利要求1的表面涂覆的切削工具，其中所述基材用总厚度为0.5-8μm的所述多层涂覆。
全文摘要
一种表面涂覆的切削工具，包括基材，其上形成由包含Al、元素Cr和V的至少一种和选自由氮、碳和氧组成的组的至少一种元素的化合物组成的内层，并且由TiSi的碳氮化物组成的最外层进一步形成于所述内层之上。所述表面涂覆的切削工具适合用作如钻头、端铣刀、铣削或车削的不磨刃刀片、金工锯、齿轮切削工具、绞刀、和丝锥这样的工具。从而可以提供与常规工具相比在耐剥离性和耐磨性方面改善的表面涂覆的切削工具。
文档编号B23C5/16GK1933932SQ20058000851
公开日2007年3月21日 申请日期2005年3月16日 优先权日2004年3月18日
发明者森口秀树, 福井治世, 大森直也, 今村晋也, 濑户山诚 申请人:住友电工硬质合金株式会社, 住友电气工业株式会社