表面包覆切削工具的制作方法_2

文档序号:8480894阅读:来源:国知局
lt; 0. 005,所述复合氮化物或复合碳氮 化物的层至少包含具有NaCl型面心立方结构的Ti及Al的复合氮化物或复合碳氮化物的 相,
[0023] 对于所述复合氮化物或复合碳氮化物的层,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0~45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0~12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。
[0024] (2)根据(1)所述的表面包覆切削工具,其中,所述复合氮化物或复合碳氮化物的 层由具有NaCl型面心立方结构的Ti及Al的复合氮化物或复合碳氮化物的单相构成。
[0025] (3)根据(1)所述的表面包覆切削工具,其中,所述复合氮化物或复合碳氮化物的 层由共存有两种以上的多个相的混合相构成,该混合相至少包含具有NaCl型面心立方结 构的Ti及Al的复合氮化物或复合碳氮化物的相,共存于混合相的其他各相由如下化合物 构成,该化合物由选自Ti及Al中的至少一种元素及选自C与N中的至少一种元素构成。
[0026] (4)根据⑴或⑶所述的表面包覆切削工具,其中,对于所述复合氮化物或复合 碳氮化物的层,进行基于X射线衍射的晶体结构分析时,可观察到来源于立方晶结构的峰 及来源于六方晶的峰,基于立方晶结构的{200}的峰值强度Ic{200}与基于六方晶结构的 {200}的峰值强度Ih{200}的峰值强度比Ic{200}/Ih{200}大于3.0。
[0027] (5)根据(1)、(3)或(4)中任一项所述的表面包覆切削工具,其中,所述复合氮化 物或复合碳氮化物的层由具有立方晶结构的上部层及具有六方晶结构的下部层构成,所述 下部层的平均层厚为0. 3~1.0 μ m,晶粒的平均粒径R为0.0 l~0. 30 μ m。
[0028] (6)根据⑴~(5)中任一项所述的表面包覆切削工具,其中,在由所述碳化钨基 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 体与所述Ti及Al的复合氮化物或复合碳氮化物的层之间,存在Ti化合物层,所述Ti化合 物层由Ti的碳化物层、氮化物层、碳氮化物层、碳氧化物层及碳氮氧化物层中的一层或两 层以上构成且具有0. 1~20 μ m的总计平均层厚。
[0029] (7)根据(1)~(6)中任一项所述的表面包覆切削工具,其中,在所述复合氮化物 或复合碳氮化物的层的上部存在上部层,所述上部层至少包含具有1~25 μ m的平均层厚 的氧化铝层。
[0030] (8)根据⑴~(7)中任一项所述的表面包覆切削工具,其中,所述复合氮化物或 复合碳氮化物的层通过至少含有三甲基铝作为反应气体成分的化学蒸镀法成膜。
[0031] 接着,对本发明的包覆工具的硬质包覆层进行更详细说明。
[0032] Ti及Al的复合氮化物或复合碳氮化物的层的的平均层厚:
[0033] 本发明的硬质包覆层中的Ti及Al的复合氮化物或复合碳氮化物的层中,若其 平均层厚小于1 μ m,则无法在长期使用中充分确保耐磨性,另一方面,若其平均层厚超过 20 μ m,则在伴有高热产生的高速断续切削中易产生热塑性变形,这会成为偏磨的原因。因 此,优选将其平均层厚设为1~20 μ m,更优选设为1~10 μ m。
[0034] 并且,关于形成于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与Ti及Al的复合氮化物或复合碳氮化物的层之 间的Ti的碳化物层、氮化物层、碳氮化物层、碳氧化物层及碳氮氧化物层的平均总计层厚, 若小于0. 1 μ m则层厚较薄,因此无法在长期使用中确保耐磨性,另一方面,若平均层厚大 于20 μ m,则工具基体与Ti及Al的复合氮化物或复合碳氮化物的层的粘附强度降低,并且 耐剥离性降低,因此优选将其平均层厚设为〇. 1~20 μ m。
[0035] 在作为上部层包含氧化铝层时,若氧化铝层的平均层厚小于1 μ m,则层厚较薄,因 此无法在长期使用中确保耐磨性,若超过25 μ m,则晶粒易粗大化,并且易产生崩刀,因此优 选氧化铝层的平均层厚设为1~25 μ m。
[0036] Ti及Al的复合氮化物或复合碳氮化物的层(OVxAlx) (CyNh)层)的组成:
[0037] 构成本发明的硬质包覆层的主要层的(TigAlx) (CyN1J层中,若Al的平均含有比 例Xavg(原子比)小于〇. 60,则高温硬度不足而耐磨性下降,另一方面,若Xavg(原子比)超 过0. 95,则相对的Ti含量比例减少,由此(IVxAlx) (CA_Y)层本身的高温强度降低,变得易 产生崩刀、缺损。因此,需将Al的平均含有比例Xavg(原子比)的值设为0.60以上0.95以 下。
[0038] 并且在所述(TigAlx) (CyN1J层中,C成分具有提高硬度的作用,而N成分具有提 高高温强度的作用,但是若C成分的平均含有比例Y avg (原子比)超过0. 005,则高温强度降 低。因此,将C成分的平均含有比例Yavg(原子比)设定为0彡Yavg彡0. 005。
[0039] 另外,通常通过物理蒸镀法成膜所述组成、即Al的平均含有比例Xavg(原子比)为 0. 60以上0. 95以下的(TigAlx) (CyN1J层时,晶体结构会成为六方晶结构,但是本发明中, 通过后述的化学蒸镀法成膜,因此能够在维持立方晶结构的状态下获得如上述的组成的 (TigAlx) (CyN1J层。由此避免硬质包覆层的硬度的降低。
[0040] 对Ti及Al的复合氮化物或复合碳氮化物的层((IVxAlx) (CyNh)层)内的具有 立方晶结构的各个晶粒晶面、即{100}面的倾斜角度数分布:
[0041] 对于本发明的所述(TigAlx) (CyN1J层,使用电子背散射衍射装置从其纵截面方 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,测定所述晶粒的晶面、即{100}面的法线相对于基体表面的法线(截面研磨面中的与 基体表面垂直的方向)所呈的倾斜角(参考图1的(a)、(b)),并将该倾斜角中相对于法线 方向在0~45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 度数时,在0~12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0~12度的 范围内的度数总计为倾斜角度数分布中的所有度数的45%以上的比例,显示这种倾斜角度 数分布形态时,由所述Ti及Al的复合氮化物或复合碳氮化物的层构成的硬质包覆层在维 持立方晶结构的状态下具有高硬度,而且通过如上述的倾斜角度数分布形态,硬质包覆层 与基体之间的粘附性得到飞跃性提高。
[0042] 因此,这种包覆工具例如在用于不锈钢的高速断续切削等时,崩刀、缺损、剥离等 的发生也得到抑制,而且发挥优异的耐磨性。
[0043] 使用电子背散射衍射装置分析各个晶粒的结晶方位时,无法视为倾斜角大于12 度的晶面为{100}取向,硬度降低,{100}取向较强且硬度不会降低的范围为〇~12度,因 此将倾斜角分区设定为〇~12度。
[0044] Ti及Al的复合氮化物或复合碳氮化物的层((IVxAlx) (CyU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
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