表面被覆氮化硼烧结体工具的制作方法_2

文档序号:9649905阅读:来源:国知局
μm以下的区域内,各cBN颗粒的粒径可以设定为0. 1μm以上 1μm以下,并且在朝向cBN烧结体的内部距离cBN烧结体和覆膜之间的界面超过20μm且 小于等于300μπι以下的区域内,各cBN颗粒的粒径可以设定为2μπι以上10μπι以下。
[0048] 在本说明书中,按以下方法测定各cBN颗粒的粒径。具体而言,在计算cBN颗粒的 体积含量时所获得的cBN烧结体结构的反射电子图像中,测量与cBN颗粒外接的圆的直径 (即,外接圆等效直径)。然后,将该直径定义为cBN颗粒的粒径。
[0049] 此外,在本发明的实施方案中,cBN烧结体可以仅设置在被覆cBN工具的切削刃部 分。换言之,被覆cBN工具的基材可以包括由cBN烧结体制成的切削刃部分、以及由不同于 cBN烧结体的材料(例如,硬质合金)制成的基材主体。在这种情况下,优选利用铜焊材料 等将由cBN烧结体制成的切削刃部分接合至基材主体上。根据需要可以考虑接合强度和熔 点来选择铜焊材料。此外,cBN烧结体也可构成被覆cBN工具的整个基材。
[0050]〈覆膜〉
[0051] 本发明实施方案的覆膜包括A层和B层。在本发明的实施方案中,覆膜可以包括 除了这些A层和B层之外的任何层,只要其包括A层和B层即可。即使覆膜包括其他层,也 能够实现本发明的效果。在这种情况下,其他层的例子可以是:如下所述的位于A层和B层 之间的C层;作为最底层的D层;等。需注意的是,其他层不限于上述描述的那些层,并且即 使包括了除了以上描述那些层以外的层,也没有偏离本发明的范围。
[0052] 在本发明的实施方案中,整体覆膜的厚度为0.5μπι以上15μπι以下。当覆膜的厚 度为0. 5μm以上时,能够防止发生由于薄的覆膜而造成的被覆cBN工具的耐磨性下降的情 况。此外,当整体覆膜的厚度为15μπι以下时,能够改善覆膜在切削的初始阶段的耐崩裂 性。整体覆膜的厚度更优选为1. 5μπι以上15μπι以下。
[0053] 在本说明书中,覆膜的各厚度和下述各层的厚度、以及层叠层的数量均通过以下 方式确定:用扫描电子显微镜(SEM)或透射电子显微镜(ΤΕΜ)观察通过切削被覆cBN工具 而获得的截面。此外,用配备有SEM或TEM的能量色散型X射线光谱仪(EDX)测定形成覆 膜的各层的组成。在这种情况下,可通过(例如)使用聚焦离子束系统(FIB)、截面抛光机 (CP)等制备截面观察用样品。
[0054] 此外,在本发明的实施方案中,覆膜仅需要设置在被覆cBN工具的切削刃部分而 不需要设置在与切削刃部分不同的区域的部分,或者它可以被覆在被覆cBN工具的基材的 全部表面上。此外,在与切削刃不同的部分中,覆膜中的一部分的层叠结构可以是部分不同 的。
[0055]〈A层〉
[0056] 在本发明的实施方案中,A层包含MLazal (M表示在日本使用的元素周期表中的4族 元素、5族元素和6族元素、以及A1和Si中的一种或多种;La表示B、C、N和0中的一种或 多种;且zal为0.85以上1.0以下)。由此,在切削加工中A层平滑磨损。换言之,A层能 够在不经历剥落、破裂或崩裂等的情况下磨损。因此,能够提高被覆cBN工具的耐月牙洼磨 损性、耐后刀面磨损性等。
[0057] 上述A层更优选包含xaMaxa)(Qza2Nza2) (Ma表示在日本使用的元素周期表中除 了Ti之外的4族元素、5族元素和6族元素、以及A1和Si中的一种或多种;xa为0以上 0. 7以下;za2为0以上1以下)。以这种方式,当A层包含Ti时,可以进一步有效抑制磨损 发生时A层的剥落、破裂或崩裂等。在这种情况下,更优选地,上述xa为0以上0.3以下。 当xa落入该范围内时,能够进一步提高上述效果。当A层包含(Tilxa⑴xa〇!)Ma(l)xaU)Ma(2) xa?)(Qza2Nza2)时,xa(l)和xa⑵之和优选为0以上0. 7以下,更优选为0以上0. 3以下。 这也同样适用于以下将描述的B层、C层和D层。
[0058] 根据本发明的实施方案,在A层中,优选地,上述N的组成(za2)从cBN烧结体侧 朝向A层的表面侧以梯度式或坡度式的方式变化。例如,在A层的cBN烧结体侧的N组成 相对大的情况下,耐断裂性和耐剥落性倾向于提高。此外,例如,在A层的表面侧的N组成 相对小的情况下,能够抑制A层在磨损期间的剥落、破裂或崩裂等。在这种情况下,表述"N 的组成从cBN烧结体侧朝向A层的表面侧以梯度式的方式变化"是指从cBN烧结体侧朝向 A层的表面侧,N的组成不连续地降低或升高,例如,其为通过层叠具有不同N组成的两种以 上的层而获得的结构。此外,表述"N的组成从cBN烧结体侧朝向A层的表面侧以坡度式的 方式变化"是指从cBN烧结体侧朝向A层的表面侧,N的组成连续地降低或升高,例如,其为 当利用电弧离子镀法形成A层时,通过连续地改变N原料气体与C原料气体之间的流速比 而获得的结构。
[0059] 此外,优选地,A层在其表面侧具有这样的区域,该区域中的C组成大于其cBN烧 结体侧的C组成。由此,改善了A层的cBN烧结体侧的耐断裂性和耐剥落性,同时能够有效 抑制A层的表面侧在磨损期间发生A层的剥落、破裂或崩裂等。在这种情况下,A层的cBN 烧结体侧是指朝向A层的内部距离最接近cBN烧结体的A层表面为0μm以上0. 1μm以下 的区域。此外,A层的表面侧是指不同于A层的cBN烧结体侧的部分。
[0060] 本发明的实施方案中的A层的厚度为0.2μL?以上10μL?以下。当A层的厚度为 0. 2μπι以上时,倾向于提高被覆cBN工具的耐月牙洼磨损性或耐后刀面磨损性等。如果A 层的厚度超过10μm,可能难以改善耐月牙洼磨损性或耐后刀面磨损性等。因此,需要A层 的厚度在10μm以下。A层的厚度更优选为1μm以上3μm以下。
[0061] 此外,在本发明的实施方案中,A层优选被设置在比下述B层更接近被覆cBN工具 的表面侧的位置。因此,A层经历平滑磨损,因而能够抑制裂缝的形成。此外,即使出现裂 缝,B层也能够抑制裂缝朝向基材侧蔓延。
[0062] 〈B层〉
[0063] 在本发明的实施方案中,B层是通过交替层叠一层或多层的各化合物层而形成的, 其中所述各化合物层为具有不同组成的两种或多种化合物层。以下示出了这样一种构造, 该构造通过将一层或多层的各B1化合物层和B2化合物层交替层叠而获得。只要本发明实 施方案的B层包括B1化合物层和B2化合物层,就可以实现本发明的效果,即使该B层包括 除B1化合物层和B2化合物层之外的层也是如此。此外,B层的厚度为0. 1μm以上5μm以 下。
[0064] 〈B1化合物层〉
[0065] 形成B层的B1化合物层包含xblyblSixblMlybl)(QzblNzbl) (Ml表示在日本使用 的元素周期表中除了Ti之外的4族元素、5族元素和6族元素、以及A1中的一种或多种;xbl为0. 01以上0. 25以下;ybl为0以上0. 7以下;且zbl为0. 4以上1以下)。在这种 情况下,B1化合物层的厚度为30nm以上300nm以下,更优选40nm以上200nm以下,特别优 选50nm以上150nm以下。
[0066] 〈B2化合物层〉
[0067]与B1化合物层一起形成B层的B2化合物层包含(Ahxb2M2xb2)(Qzb2Nzb2) (M2表示 在日本使用的元素周期表中的4族元素、5族元素和6族元素、以及Si中的一种或多种;xb2 为0. 2以上0. 7以下;且zb2为0. 4以上1以下)。在这种情况下,M2优选表示Ti和Cr中 的至少一者。当B2化合物层包含A1且包含Ti和Cr中的至少一者时,B2化合物层能够具 有作为兼具耐磨性与耐热性的高韧性层的功能。
[0068]此外,M2的组成xb2优选为0. 25以上0. 5以下,且更优选为0. 25以上0. 4以下。 此外,B2化合物层的厚度为30nm以上300nm以下,更优选40nm以上200nm以下,特别优选 50nm以上150nm以下。
[0069] 此外,B层的最底层可以是B1化合物层或是B2化合物层。另外,B层的最上层可 以是B1化合物层或是B2化合物层。
[0070] 在本发明的实施方案中,将B1化合物层的平均厚度tl与B2化合物层的平均厚度 t2之比定义为t2/tl,其满足关系式0. 5〈t2/tl< 10. 0。在本说明书中,利用以下计算式计 算B1化合物层的平均厚度tl(同样适用于计算B2化合物层的平均厚度t2)。
[0071] (B1化合物层的平均厚度tl) = (B1化合物层的总厚度)+ (B1化合物层的层数)。
[0072] 此外,在难以确定B1化合物层的厚度的情况下,可使用以下计算式确定B1化合物 层的平均厚度tl(同样适用于计算B2化合物层的平均厚度t2)。
[0073] (B1化合物层的平均厚度tl)=(仅层叠B1化合物层而形成的B层的厚度)+ (层 叠的B1化合物层的数目)。
[0074] 当上述t2/tl满足关系式0. 5〈t2/tl彡10. 0时,能够显著改善被覆cBN工具的 耐边界磨损性。由此,即使在重复施加冲击和振动的严格操作条件下,例如在断续切削过 程中,也能提供足够的表面粗糙度寿命。在这种情况下,t2/tl优选满足关系式1.6〈t2/ tl< 5. 0,更优选满足关系式3. 0〈t2/tl< 4. 0。
[0075] 此外,在A层设置为比B层更接近表面侧的情况下,假设各B1化合物层的厚度 表示为tl。,各B2化合物层的厚度表示为t2。,且相互接触的B1化合物层和B2化合物层 的厚度比表示为〖2。八1。,则优选的是,所述〖2。八1。在cBN烧结体侧满足关系式1. 0〈t2。/ tl。彡5. 0,t2Q/tl。从cBN烧结体侧向A层侧逐渐降低,且在A层侧满足关系式0. 5〈t2。/ tlQ〈3. 0。因此,在B层的A层侧可以抑制裂缝的发生,同时在B层的cBN烧结体侧能够抑制 裂缝蔓延至cBN烧结体侧。在这种情况下,B层的A层侧表示以下两个区域中较小的区域: 从B层最接近A层的表面朝向B层的内部距离为Ομπι以上B层厚度的1/2以下的区域;以 及从Β层最接近Α层的表面朝向Β层的内部距离为Ομπι以上0.Ιμπι以下的区域。此外,Β 层的cBN烧结体侧表示以下两个区域中较小的区域:从Β层的最接近cBN烧结体的表面朝 向B层的内部距离Ομπι以上B层厚度的1/2以下的区域;以及从B层的最接近cBN烧结体 的表面朝向B层的内部距离为0μπι以上0. 1μπι以下的区域。
[0076] 关于如上所述包含Si的Β层,优选整个Β层中Si组成的平均值为0.005以上0. 1 以下。由此,能够提高B层的耐剥落性,并且能够抑制氧气渗入B层与A层之间,或B层与 基材之间的界面。整个B层中Si组成的平均值更优选为0. 01以上0. 07以下,并且还更优 选为0. 035以上0. 05以下。在本发明的说明书中,利用以下计算式计算整个B层中Si组 成的平均值。
[0077](整个B层中Si组成的平均值)= {(形成B层的各层的Si组成)X(各层厚度) 的总和} + (整个B层的厚度)。
[0078]〈C层〉
[0079] 优选地,本发明实施方案的覆膜还包括位于A层和B层之间的C层。优选地,C层 包含McLcz。(Me表示在日本使用的元素周期表中的4族元素、5族元素和6族元素、以及A1 和Si中的一种或多种;Lc表示B、C、N和0中的一种或多种;且zc为0以上0. 85以下)。 通过设置C层,性质和结构彼此不同的A层和B层可以牢固地彼此接合。此外,当A层位于 比B层更接近表面侧的位置时,能够通过C层阻止A层磨损导致的损坏和A层中出现的裂 缝朝向基材侧蔓延。
[0080] 此外,优选地,C层的厚度为0. 005μm以上0. 5μm以下。当C层的厚度在0. 005μm 以上时,能够提高A层和B层之间的密着性。此外当C层的厚度在0. 5μm以下时,能够避 免由于设置C层而导致的覆膜的厚度过大。在这种情况下,C层的厚度优选为0. 01μm以 上0· 2μm以下。
[0081] 在上述McLczc中,更优选地,Lc的组成zc大于0小于0.
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