表面包覆切削工具的制作方法_3

文档序号:8480894阅读:来源:国知局
向垂直的面内在将整体设为100 %时的面积比例;
[0045] 得到如下见解,即从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时,与工件的磨损阻力减轻,切 削中的初期磨合性提高,耐崩刀性得到提高。若存在小于90度的角度,则该角中基于切削 的负荷变大,润滑性受损,因此设为不具有小于90度的角度。
[0046] 然而,若在与层厚方向垂直的面内,将整个该面设为100%时的所述刻面的面积比 例小于50%,则无法充分发挥上述的本发明所特有的效果,因此不优选。因此,将所述刻面 在与层厚方向垂直的面内的面积比例设为50%以上。
[0047] 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IM200}的峰值强度比Ic{200}/Ih{200}:
[0048] 本发明的复合氮化物或复合碳氮化物的层为以立方晶结构为主的晶体结构,由此 耐磨性得到提高,但是随着六方晶结构的比例的增加,复合氮化物或复合碳氮化物的层的 硬度降低,耐磨性受损,因此不优选。
[0049] 因此,存在六方晶结构时,关于立方晶结构相对于六方晶结构的比与耐磨性之间 的关系进行研究的结果,明确了基于立方晶结构的{200}的峰值强度Ic{200}与基于六方 晶结构的{200}的峰值强度IM200}的峰值强度比Ic{200}/Ih{200}超过3.0时,显著出 现耐磨性的改善效果。因此,优选将基于立方晶结构的{200}的峰值强度Ic {200}与基于 六方晶结构的{200}的峰值强度IM200}的峰值强度比Ic{200}/Ih{200}设为大于3.0。
[0050] 另外,Ic {200}的值设为存在于显示于JCPDS00-038-1420立方晶TiN与 JCPDS00-046-1200立方晶AlN的同一晶面{200}的衍射角度之间43. 59~44. 77°的衍射 峰值的峰值强度值,Ih{200}的值设为存在于显示于JCPDS00-025-1133六方晶AlN的同一 晶面{200}的衍射角度的36. 00°的衍射峰值的峰值强度。
[0051] 具有微粒六方晶结构的层的平均层厚及粒径R :
[0052] 本发明中,能够将具有六方晶结构的微粒晶粒层设为柱状立方晶层的下部层,由 此,与柱状立方晶层之间的粘附强度提高,韧性得到提高。若六方晶微粒晶粒层的平均层厚 小于0. 3 μ m,则看不到韧性提高的效果,若变得大于I. 0 μ m,则硬度降低,耐磨性受损,因 此优选将平均层厚设为〇. 3~I. 0 μ m。并且,若微粒晶粒的平均粒径R过大,则阻碍上部层 的柱状组织的生长,因此不优选。因此,优选将由微粒六方晶构成的层的微粒晶粒的平均粒 径R设为〇· 01~〇· 30ym。
[0053] 关于本发明的(IVxAlx) (CyN1J层的成膜,例如在工具基体或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上仅成膜立方晶层时,成膜具有柱状立方 晶且在表面具有多角形组织的层。成膜粒状六方晶层与立方晶层时,能够通过两个阶段的 蒸镀法进行,即作为"第1阶段",成膜粒状六方晶层之后,作为"第2阶段",成膜具有柱状 立方晶且在表面具有多角形组织的层。
[0054] 本发明的(IVxAlx) (CyN1J层的成膜使用通常的化学蒸镀装置,在如下条件下进 行柱状立方晶单层或者由粒状六方晶层与柱状立方晶构成的两层的成膜。
[0055] "第1阶段"
[0056] 在如下条件下蒸镀形成粒状六方晶的(TigAlx) (CyN1J层,即,
[0057] 反应气体组成(体积% ):
[0058] 順36~10%、11(:140.5~1.5%、八1(:133~5%、%6~11%、剩余部分为!1 2,
[0059] 反应气氛温度:800~900°C,
[0060] 反应气氛压力:2~5kPa。
[0061] "第2阶段"
[0062] 在如下条件下改变气体组成及反应气氛温度来进行柱状立方晶的规定目标层厚 的(IVxAIx) (CA_Y)层的蒸镀形成,即,
[0063] 反应气体组成(体积% ):
[0064] NH32 ~6 %、TiCl4O. 1 ~0· 5 %、AlCl3O. 5 ~2. 5 %、N2IO ~15 %、Al (CH3) 30 ~ 0.5%、剩余部分为H2,
[0065] 反应气氛温度:800~900°C,
[0066] 反应气氛压力:2~3kPa。
[0067] 仅成膜具有柱状立方晶且在表面具有多角形状的层时,在上述的第2阶段的条件 下蒸镀。
[0068] 本发明的包覆工具中,例如通过含有三甲基铝(Al(CH3)3)作为反应气体成分的热 CVD法等化学蒸镀法,成膜有如下硬质包覆层,即以组成式:(TigAlx) (CyN1J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 Yavg(其中,Xavg、Yavg均为原子比)分别满足〇· 60彡X avg彡0· 95、0彡Y avg彡(λ 005,且由立方 晶结构的复合氮化物或复合碳氮化物的层构成,该硬质包覆层中,使用电子背散射衍射装 置,从所述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的结晶方位时,测定所述晶粒的晶面、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,并总计存在各分区内的 度数来求出倾斜角度数分布时,在0~12度的范围内的倾斜角分区中存在最高峰值,并且 存在于该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,该多角形状不具有小于90度的角度,且由该晶粒 的以{100}表示的等价晶面形成的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,通过这种本发明特有的结构,在用于伴有高热产生,并且断续性、冲击性负荷 作用于切削刃的不锈钢等的高速断续切削时,也不会产生崩刀、缺损、剥离等异常损伤,在 长期使用中发挥优异的耐磨性。
【附图说明】
[0069] 图1的(a)、(b)是表示构成硬质包覆层的(TigAlx) (CyN1J层中的(001)面的法 线相对于基体表面的法线所呈的倾斜角的测定范围的概要说明图,该(001)面为晶粒的以 晶面即{100}面表示的等价晶面中的一个。
[0070] 图2是针对本发明包覆工具的Ti及Al的复合氮化物或复合碳氮化物作成的 {100}面的倾斜角度数分布图的一例。
[0071] 图3表示本发明包覆工具的硬质包覆层表面的基于扫描电子显微镜的观察图像 的一例。
【具体实施方式】
[0072] 本发明是一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等硬质工具材料构成的工具基体的表面设置有硬质包 覆层,其中,硬质包覆层至少包含通过化学蒸镀法成膜的平均层厚为1~20μπι的Ti及Al 的复合氮化物或复合碳氮化物的层,当以组成式=(TigAlx) (CyN1J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)分别满足〇. 60彡X avg< 〇. 95、0彡Y avg彡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,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
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