表面包覆切削工具的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种在不锈钢等的伴有高热产生并且冲击性负荷作用于切削刃的高 速断续切削加工等中，硬质包覆层发挥优异的耐崩刀性的表面包覆切削工具（以下，称为 包覆工具）。
【背景技术】
[0002] 以往，已知有如下包覆工具，其通常在由碳化钨（以下，以WC表示）基硬质合金、 碳氮化钛（以下，以TiCN表示）基金属陶瓷或立方晶氮化硼（以下，以cBN表示）基超高 压烧结体构成的基体（以下，将这些统称为基体）的表面，通过物理蒸镀法包覆形成Ti-Al 系的复合氮化物层作为硬质包覆层。已知这种包覆工具发挥优异的耐磨性，用于加工中心 或复合加工机等各种用途。
[0003] 然而，以往的包覆形成有Ti-Al系的复合氮化物层的包覆工具的耐磨性比较优 异，但是在高速断续切削条件下使用时易产生崩刀等异常损耗，因此提出有针对硬质包覆 层的改善的各种建议。
[0004] 例如，专利文献1中公开有一种通过在基体表面蒸镀形成由改性（Al、Ti)N层构 成的硬质包覆层，从而获得硬质包覆层在高速重切削加工中发挥优异的耐缺损性的包覆工 具，所述改性（AUTi)N层由满足组成式（AlgTi x) N(其中，X以原子比计为0.40~0.60) 的Al与Ti的复合氮化物层构成，且对所述复合氮化物层进行基于电子背散射衍射装置的 结晶方位分析时示出如下晶体排列。即，在从表面研磨面的法线方向0~15度的范围内具 有结晶方位{111}的晶粒的面积比例为50%以上，并且测定相邻的晶粒彼此所呈的角时， 示出如小角晶界（〇 < Θ < 15° )的比例为50%以上。
[0005] 并且，专利文献2中公开有如下包覆工具：在包覆有Ti及Al的复合氮化物、碳氮 化物、碳化物的立铣刀中，将硬质包覆层的X线衍射中的{111}面的衍射强度设为1(111)， 并将{200}面的衍射强度设为1(200)时，使I (200)/1(111)的值成为2.0以下，由此在超 过洛氏硬度50 (C标度）的高硬度钢的切削加工中，改善硬质包覆层的粘附性及耐磨性。
[0006] 然而，上述的专利文献1、2中公开的包覆工具通过物理蒸镀法成膜了硬质包覆 层，因此无法使Al的含有比例X成为0.6以上，希望进一步提高切削性能。
[0007] 从这种观点出发，还提出有通过以化学蒸镀法形成硬质包覆层来将Al的含有比 例X提高至〇. 9左右的技术。
[0008] 例如，专利文献3中记载有如下内容：在TiCl4、A1C13、NH 3的混合反应气体中，在 650~900°C的温度范围内进行化学蒸镀，由此能够成膜Al的含有比例X的值为0. 65~ 0.95的（TigAlx)N层，但是该文献中，通过将在该（TigAlx)N层上进一步包覆Al 2O3层来提 高绝热效果为目的，因此并没有阐明通过形成将X的值提高至〇. 65~0. 95的（TigAlx)N 层，会对切削性能是否有什么样的影响。
[0009] 而且，专利文献4中公开有利用化学蒸镀法形成如下硬质包覆层的包覆工具具有 优异的耐热性及循环疲劳强度，所述硬质包覆层中，作为上部层，由TigAl#、TigAl xC和/ 或IVxAlxCN构成，(λ 65彡X彡(λ 9,优选为(λ 7彡X彡(λ 9,该上部层具有100~IlOOMPa 之间的压缩应力，优选具有400~800MPa之间的压缩应力，TiCN层或Al2O3层配置于所述 上部层之下。
[0010] 专利文献1 :日本专利公开2008-264890号公报
[0011] 专利文献2 :日本专利公开平9-291353号公报
[0012] 专利文献3 :日本专利公表2011-516722号公报
[0013] 专利文献4 :日本专利公表2011-513594号公报
[0014] 近年来的切削加工中的省力化及节能化要求强烈，随此，切削加工有进一步高速 化、高效化的趋势，对包覆工具要求进一步的耐崩刀性、耐缺损性、耐剥离性等耐异常损伤 性，并且要求在长期使用中发挥优异的耐磨性。
[0015] 但是，上述的专利文献1、2中记载的包覆工具通过物理蒸镀法成膜由（TigAlx)N 层构成的硬质包覆层，无法提高膜中的Al含量X，因此例如当用于合金钢的高速断续切削 时，存在耐崩刀性不充分的课题。
[0016] 另一方面，对于上述专利文献3、4中记载的通过化学蒸镀法包覆形成的（TigAlx) N层，能够提高Al含量X，并且能够形成立方晶结构，因此可获得具有规定硬度且耐磨性优 异的硬质包覆层，但是其与基体的粘附强度不充分，并且韧性较差，因此当作为用于合金钢 的高速断续切削的包覆工具而使用时，易产生崩刀、缺损、剥离等异常损伤，无法说其发挥 令人满意的切削性能。
【发明内容】
[0017] 为此，本发明的目的在于提供一种即使在用于不锈钢等的高速断续切削等的情况 下也发挥优异的耐崩刀性，并且在长期使用中发挥优异的耐磨性的包覆工具。
[0018] 本发明人们从上述观点出发，为了实现通过化学蒸镀包覆形成有由Ti及Al的复 合氮化物或复合碳氮化物（以下，有时以" OVxAlx) (CA_Y) "表示）构成的硬质包覆层的 包覆工具的耐崩刀性、耐磨性的改善，反复进行深入研究的结果，得到了如下见解。
[0019] 发现在由WC基硬质合金、TiCN基金属陶瓷或cBN基超高压烧结体中的任一种构成 的基体表面上，例如作为硬质包覆层，具有如下新型结构时，硬质包覆层的表面与工件之间 的摩擦阻力会减少，切削时的润滑性会提高，并且示出优异的耐崩刀性：至少包含通过含有 三甲基铝（Al(CH 3)3)作为反应气体成分的热CVD等化学蒸镀法成膜的Ti及Al的复合氮化 物或复合碳氮化物的层，当以组成式：(TigAl x) (CyNh)表示时，Al在Ti及Al的总量中所 占的平均含有比例Xavg及C在C与N的总量中所占的平均含有比例Y avg(其中，Xavg、Yav#^ 为原子比）分别满足0. 60 < XavgS 0. 95、0 < Y avg< 0. 005,构成复合氮化物或复合碳氮化 物的层的晶粒中存在具有立方晶结构的晶粒，通过调整蒸镀时的成膜条件，硬质包覆层在 使用电子背散射衍射装置从上述Ti及Al的复合氮化物或复合碳氮化物的层的纵截面方向 分析各个晶粒的结晶方位时，存在可观测到立方晶晶格的电子背散射衍射图像的立方晶晶 相，测定所述立方晶晶粒的晶面、即{100}面的法线相对于工具基体表面的法线方向所呈 的倾斜角，并将该倾斜角中相对于法线方向在〇~45度的范围内的倾斜角按0. 25度的间 距进行分区，并总计存在于各分区内的度数来求出倾斜角度数分布时，在〇~12度的范围 内的倾斜角分区中存在最高峰值，并且存在于所述〇~12度的范围内的度数的总计示出所 述倾斜角度数分布中的所有度数的45 %以上的比例，并且，从所述复合氮化物或复合碳氮 化物的层的表面侧使用扫描电子显微镜观察该层的组织时，所述复合氮化物或复合碳氮化 物的层内的具有立方晶结构的各个晶粒在与层厚方向垂直的面内具备多角形状的刻面，该 多角形状不具有小于90度的角度，该刻面形成于所述晶粒的以{100}表示的等价晶面中的 一个，该刻面在与所述层厚方向垂直的面内占整体的50%以上的面积比例。
[0020] 因此，将具备有如上述的硬质包覆层的包覆工具例如在用于合金钢的高速断续切 削等时，能够抑制崩刀、缺损、剥离等的产生，并且在长期使用中发挥优异的耐磨性。
[0021] 本发明是基于如上述的研究结果而完成的，具有以下特征。
[0022] (1) -种表面包覆切削工具，其在由碳化钨基硬质合金、碳氮化钛基金属陶瓷或立 方晶氮化硼基超高压烧结体中的任一种构成的工具基体的表面设置有硬质包覆层，其中， 所述硬质包覆层至少包含通过化学蒸镀法成膜的平均层厚为1~20 μ m的Ti及Al的复合 氮化物或复合碳氮化物的层，当以组成式：(TipxAlx) (CWy)表示时，Al在Ti及Al的总量 中所占的平均含有比例Xavg及C在C与N的总量中所占的平均含有比例Y avg (其中，Xavg、Yavg 均为原子比）分别满足0. 60 < XavgS 0. 95、0 < Y avg&