覆表面切削工具的制作方法

本发明涉及覆表面切削工具。

背景技术：

作为覆表面切削工具，已知有如下(参照专利文献1)。即，为在基材上具备内层和外层的多层的覆表面切削工具。此处，内层由至少包含al、cr和v中的至少任意元素、以及选自氮、碳、氧中的1种以上的元素的化合物形成，主要由立方晶化合物形成。外层由包含al、cr和v中的至少任意元素的氮化物、碳氮化物或碳氮氧化物形成，主要由六方晶化合物形成。而且，其特征在于，外层具有比内层还大的al含量。该覆表面切削工具通过具备内层和外层，从而改善耐熔接性能和耐磨性能。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2006-26783号公报

技术实现要素：

发明要解决的问题

然而，对于专利文献1的手法，在加工中，有导致耐熔接性能降低的担心。已知工具用的覆盖层通常由外层逐渐开始损伤，在切削加工中，主要由六方晶化合物形成的外层首先损伤，具体而言，有剥离、磨耗的可能性。其结果，耐熔接性能降低，产生熔接所导致的覆盖层的剥离，切削工具的损伤进展。本发明是鉴于上述实际情况而作出的，其目的在于，改善覆表面切削工具的耐熔接性和耐磨性，可以以以下的方式实现。

用于解决问题的方案

(1)一种覆表面切削工具，其为在工具基体的表面具有由cr与al与v的复合氮化物形成的单层的覆盖层的覆表面切削工具，前述复合氮化物用组成式craalbvcn表示的情况下满足：0.11≤a≤0.260.73≤b≤0.850<c≤0.04a+b+c＝1(其中，a、b、c均为原子比)。

该构成的覆表面切削工具中，具有由特定的组成式的cr与al与v的复合氮化物形成的单层的覆盖层，因此，覆表面切削工具的耐熔接性和耐磨性改善。

(2)根据技术方案1所述的覆表面切削工具，其中，六方晶与立方晶混合存在于前述单层的覆盖层中。

该构成的覆表面切削工具中，六方晶与立方晶混合存在于单层的覆盖层中，因此，覆表面切削工具的耐熔接性和耐磨性改善。

(3)根据技术方案2所述的覆表面切削工具，其中，用x射线衍射测定前述单层的覆盖层，将前述立方晶的(111)面的峰强度设为ia、前述六方晶的(100)面的峰强度设为ib时，峰强度比(ia/ib)的值为1.5以上且5.8以下。

峰强度比(ia/ib)的值表示立方晶相对于六方晶的存在比率，低于1.5时，六方晶的影响成为支配性的，有覆盖层硬度降低的倾向，耐熔接性改善，但有耐磨性会劣化的担心。另一方面，如果大于5.8，则立方晶的影响成为支配性的，覆盖层硬度上升，耐磨性改善，但有耐熔接性会劣化的担心。峰强度比(ia/ib)的值如果为1.5以上且5.8以下的范围，则成为兼具耐熔接性和耐磨性的覆盖层、即、具有立方晶与六方晶的特性的覆盖层。

(4)根据技术方案2或3所述的覆表面切削工具，其中，用x射线衍射测定前述单层的覆盖层，将前述立方晶的(111)面的峰强度设为ia、前述立方晶的(200)面的峰强度设为ic时，峰强度比(ia/ic)的值为0.9以上。

峰强度比(ia/ic)的值限定立方晶(111)相对于立方晶(200)的强度比率。无取向的覆盖层的上述比率为0.9左右，通过设为0.9以上，从而可以改善耐缺陷性。

发明的效果

根据本发明，可以实现耐熔接性和耐磨性得到改善的覆表面切削工具。

附图说明

图1为覆表面切削工具的一例的立体图。

图2为覆表面切削工具的一例的俯视图。

图3为示出基于x射线衍射的覆盖层的测定结果的说明图。

具体实施方式

1.覆表面切削工具的构成覆表面切削工具在工具基体的表面具有由cr(铬)与al(铝)与v(钒)的复合氮化物形成的单层的覆盖层。复合氮化物的特征在于，用组成式craalbvcn表示的情况下满足：0.11≤a≤0.260.73≤b≤0.850<c≤0.04a+b+c＝1(其中，a、b、c均为原子比)。需要说明的是，“单层的覆盖层”是指，实质上由同一元素构成的覆盖层，利用基于sem(扫描型电子显微镜)的观察，未观察到伴有构成元素的差异的界面的覆盖层。

(1)工具基体作为工具基体，可以适宜使用切削工具的领域中一直以来广泛使用者，没有特别限定。例如，作为工具基体，可以适合举出超硬合金、金属陶瓷、立方晶型氮化硼烧结体、陶瓷(碳化硅、氮化硅、氮化铝、氧化铝、碳化硅、碳化钛、和它们的复合材料等)、金刚石烧结体。作为超硬合金，可以举出wc-co系合金、wc-tic-co系合金、wc-tic-tac-co系合金等wc基超硬合金。

(2)覆表面切削工具的种类覆表面切削工具可以用于切削加工中使用的以往公知的各种切削工具。作为覆表面切削工具，可以适合举出旋削加工用或铣削加工用刀尖更换型刀头(切削嵌件、不重磨刀片)、钻头、立铣刀、锯片铣刀、齿轮切削刀具、铰刀、丝锥。此处，关于覆表面切削工具的一例，参照图1、2的同时进行说明。此处，示出作为覆表面切削工具的开槽加工用工具(切削嵌件)1。开槽加工用工具1在侧面视下呈大致平行四边形状。开槽加工用工具1的角部1a突出。开槽加工用工具1被支架3拧紧，能进行更换。

(3)覆盖层覆表面切削工具中的覆盖层形成于工具基体的表面。覆盖层为由cr与al与v的复合氮化物形成的单层。复合氮化物用组成式craalbvcn表示的情况下满足下述关系式：0.11≤a≤0.260.73≤b≤0.850<c≤0.04a+b+c＝1。

上述组成式中的a、b、c优选满足下述的关系式。0.19≤a≤0.260.73≤b≤0.800<c≤0.03a+b+c＝1

a、b、c满足上述的关系式的情况下，覆表面切削工具的耐熔接性和耐磨性改善。需要说明的是，如果为“b<0.73”，则覆盖层成为立方晶的单一相，难以发挥六方晶的特性。另一方面，如果为“0.85<b”，则覆盖层中六方晶成为主相，难以发挥立方晶的特性。由此，通过设为“0.73≤b≤0.85”，从而使立方晶和六方晶混合存在于单层的覆盖层中，可以使覆盖层发挥立方晶和六方晶的优异特性。

另外，覆盖层中，设为“0<c”，v成分是必须的。通过添加v，从而可以改善覆盖层与被削材的滑动性。v的氧化开始温度低，优先使氧吸附而形成v2o5。v2o5可以期待良好地保持覆盖层与被削材的滑动的效果。然而，若“0.04<c”，则v2o5的效果成为支配性的，有导致覆盖层的硬度、和耐热性降低的倾向。由此，通过设为“0<c≤0.04”，从而在维持了覆盖层的硬度、和耐热性的状态，可以良好地保持被削材的滑动。

由cr与al与v的复合氮化物形成的单层的覆盖层的厚度没有特别限定。从确保充分的耐熔接性和耐磨性的方面出发，该单层的覆盖层的厚度优选0.5μm以上、更优选0.8μm以上、特别优选1.5μm以上。需要说明的是，覆盖层的厚度通常为10μm以下。覆盖层的厚度可以通过切断覆表面切削工具，并对其截面利用sem进行观察而测定。

六方晶与立方晶混合存在于单层的覆盖层中。对于六方晶与立方晶混合存在的情况，可以通过单层的覆盖层的x射线衍射而确认。图3中示出利用使用cu-kα射线的x射线衍射装置测得的x射线衍射的测定结果的一例。图3的横轴为峰位置的衍射角2θ。纵轴为衍射强度。分别在下述位置观察到立方晶的(111)面、立方晶的(200)面、六方晶的(100)面的峰。根据这些位置处的峰的有无而可以确认六方晶与立方晶的存在。本实施方式中，六方晶与立方晶混合存在，因此，均观察到六方晶和立方晶中的任意峰。·立方晶的(111)面的峰…37.7°·立方晶的(200)面的峰…43.8°·六方晶的(100)面的峰…32.6°

本实施方式中，利用x射线衍射测定单层的覆盖层，将立方晶的(111)面的峰强度设为ia、六方晶的(100)面的峰强度设为ib时，峰强度比(ia/ib)的值优选以下的范围。即，峰强度比(ia/ib)的值优选1.5以上且5.8以下，更优选5.5以上且5.8以下。峰强度比(ia/ib)的值表示立方晶相对于六方晶的存在比率，低于1.5时，六方晶的影响成为支配性的，有覆盖层硬度降低的倾向，耐熔接性改善，但有耐磨性会劣化的担心。另一方面，如果大于5.8，则立方晶的影响成为支配性的，覆盖层硬度上升，耐磨性改善，但有耐熔接性会劣化的担心。峰强度比(ia/ib)的值如果为1.5以上且5.8以下的范围，则成为兼具耐熔接性和耐磨性的覆盖层、即、具有立方晶与六方晶的优异特性的覆盖层。

本实施方式中，利用x射线衍射测定单层的覆盖层，将立方晶的(200)面的峰强度设为ic时，峰强度比(ia/ic)的值优选0.9以上、更优选1.6以上。需要说明的是，峰强度比(ia/ic)的值的上限值通常为5.0。峰强度比(ia/ic)的值限定了立方晶(111)相对于立方晶(200)的强度比率。无取向的覆盖层的上述比率为0.9左右，通过设为0.9以上，从而可以改善耐缺陷性。

(4)由cr与al与v的复合氮化物形成的单层的覆盖层以外的覆盖层本实施方式的覆表面切削工具中，也可以具有除了由cr与al与v的复合氮化物形成的单层的覆盖层以外的覆盖层(以下，称为“其他覆盖层”)。作为其他覆盖层，没有特别限定，例如可以适合举出tin、ticn、tialn、craln。其他覆盖层的厚度没有特别限定。其他覆盖层可以为比由cr与al与v的复合氮化物形成的单层的覆盖层还位于内侧(工具基体侧)，也可以比由cr与al与v的复合氮化物形成的单层的覆盖层还位于外侧。另外，其他覆盖层的层的数量没有特别限定，可以为单层、多层，均可。另外，其他覆盖层为多层的情况下，同一组成的层可以被层叠，或不同组成的层可以被层叠。

(5)实施方式的覆表面切削工具的效果本实施方式的覆表面切削工具中，六方晶与立方晶混合存在于由cr与al与v的复合氮化物形成的单层的覆盖层内。该单层的覆盖层与现有技术(上述专利文献1)的层叠膜相比，为硬质，认为不易引起覆盖层的性能降低，推测与切削性能的改善有关。本实施方式的覆表面切削工具中，通过降低被削材与工具表面的亲和性，即，通过减少覆盖层中的铁系元素，从而耐熔接性能比现有产品得到改善。另外，通过控制al、cr、v的量，从而使立方晶与六方晶混相，可以改善覆盖层的特性。通过在覆盖层中添加v，从而可以改善覆盖层与被削材的滑动性。v的氧化开始温度低，优先吸附氧，形成v2o5。v2o5可以期待良好地保持覆盖层与被削材的滑动的效果。通过进行(111)取向，即，使峰强度比(ia/ic)的值为0.9以上，从而耐缺陷性能、耐破片性能改善，工具寿命延长。此处，耐破片性能是指，工具精细且不易崩刃的性能。

2.覆表面切削工具的制造方法覆表面切削工具的制造方法没有特别限定。例如，通过电弧离子镀蒸发法，可以在工具基体的表面形成由cr与al与v的复合氮化物形成的单层的覆盖层。该制造方法中，通过控制表面覆盖的形成条件，可以得到期望的覆表面切削工具。本实施方式中，形成于工具基体的表面的、由cr与al与v的复合氮化物形成的覆盖层为单层，因此，该覆盖层的形成中可以使用1种靶(蒸发源)。作为靶，使用含有al、cr和v的合金制靶，作为反应气体，使用氮气。

实施例

根据实施例，对本发明进一步具体地进行说明。

1.覆表面切削工具的制作作为工具基体，使用的是，等级为jis标准k种的超硬合金、刀头形状为开槽加工用的工具基体。将工具基体设置于阴极电弧离子镀装置。通过真空泵，将腔室内减压，且通过设置于装置内的加热器，将工具基体加热至温度500℃，进行抽真空直至腔室内的压力成为4.0×10^-3pa。接着，导入氩气，将腔室内的压力保持为1.0pa，边使基体偏置电源的电压缓慢上升成为-350v，进行工具基体的表面的清理20分钟。之后，将氩气排气。接着，在上述装置中设置含有al、cr和v的合金制靶，边导入作为反应气体的氮气边维持基体温度为500℃、反应气体压力为1.0pa、基体偏置电压为-30v不变地，向阴极电极供给100a的电弧电流，由电弧式蒸发源产生金属离子，在刀尖形成1.5μm的覆盖层。本发明中，使用如下特征的蒸发源：磁力线延伸至被处理体，被处理体附近处的成膜气体的等离子体密度与以往的蒸发源相比格外高。比较例1～4的覆表面切削工具通过适宜调整前述覆盖条件而制造。如此，得到下述表1所示的、实施例1～4、比较例1～4的覆表面切削工具。利用使用cu-kα射线的x射线衍射装置(rigakucorporation制的rint-ttr3)测定得到的覆表面切削工具的覆盖层。需要说明的是，实施例1～4、比较例1～4中，通过调整合金制靶的al、cr和v的含有比率，从而如下述表1调整表面的覆盖层的组成和晶相。

2.耐磨性试验用各覆表面切削工具，进行基于以下条件的切断加工，测定300pass后的刀尖的前退刀磨耗幅度。切削条件如下：被削材设为sus304(φ20)、切削速度设为60m/分钟、输送量设为0.05mm/rev。

3.试验结果将试验结果示于表1。

[表1]

覆盖层的组成式craalbvcn中、全部满足“0.11≤a≤0.26”、“0.73≤b≤0.85”、“0<c≤0.04”的实施例1～5与比较例1～4相比，确认了磨耗幅度小，耐磨性改善。另外，实施例1～4中，确认了基本未引起熔接剥离所导致的破片。比较例1中，al的含量少，因此，成为立方晶的单一相。因此，无法发挥六方晶的特性，因此，耐熔接性差，引起熔接剥离，由于破片而磨耗进展。比较例2中，al的含量多，因此，六方晶的影响变强，磨耗进展。比较例3示出以往的由craln形成的覆盖层的情况。比较例3中，不含有v，且al的含量较少，因此，成为立方晶的单一相。因此，无法发挥六方晶的特性，因此，耐熔接性差，引起熔接剥离，由于破片而磨耗进展。比较例4中，v的含量多，因此，六方晶的影响变强，磨耗进展。另外，比较例4中，耐热性差。

接着，对于峰强度比(ia/ib)的值进行了研究。实施例1～5中，任意峰强度比(ia/ib)的值成为1.5以上且5.8以下，确认了磨耗幅度小。另一方面，比较例1、3中，仅为立方晶，因此，无法计算峰强度比(ia/ib)的值。另外，比较例2、4中，峰强度比(ia/ib)的值成为低于1.5，确认了磨耗幅度大。由以上的结果确认了，峰强度比(ia/ib)的值为1.5以上且5.8以下的情况下，为兼具耐熔接性和耐磨性的覆盖层。

接着，对峰强度比(ia/ic)的值进行了研究。实施例1～5中，任意峰强度比(ia/ic)的值均成为0.9以上，确认了磨耗幅度小。另一方面，比较例1、3中，峰强度比(ia/ic)的值成为低于0.9，确认了磨耗幅度大。需要说明的是，比较例2、4中，峰强度比(ia/ic)的值为0.9以上，但覆盖层的组成为本发明的范围外。由以上的结果确认了，峰强度比(ia/ic)的值为0.9以上的情况下，为兼具耐熔接性和耐磨性的覆盖层。

此处，对实施例1和实施例3详细进行了比较研究。实施例1与实施例3中，对于峰强度比(ia/ib)的值，近似。然而，实施例1的峰强度比(ia/ic)为“0.9”，小于实施例3的“1.6”。比较磨耗幅度时，实施例3大于实施例1。如下进行研究时，确认了峰强度比(ia/ic)如果为1.6以上，则耐磨性极良好。

4.实施例的效果根据本实施例，被削材容易熔接在低碳钢、不锈钢材料、延性铸铁等刀尖上的材料的切削中，可以实现耐熔接性和耐磨性的改善。由此，可以提供长寿命的覆表面切削工具。本实施例中，六方晶与立方晶混合存在于由cr与al与v的复合氮化物形成的单层的覆盖层内。该单层的覆盖层与现有技术(上述专利文献1)的层叠品、立方晶单层品相比，耐熔接性优异，可以减轻源自熔接的工具损伤。进而，通过使峰强度比(ia/ic)的值为0.9以上，从而成为耐缺陷性优异的覆盖层，可以延长工具寿命。

<其他实施方式(变形例)＞需要说明的是，本发明不限定于上述实施例、实施方式，在不脱离其主旨的范围内可以以各种方案实施。

(1)上述实施方式中，以开槽加工用工具为一例进行了说明，但本发明可以用于切削加工中使用的各种切削工具。

附图标记说明

1…开槽加工用工具11a…角部3…支架