表面被覆硬质合金刀具的制作方法

专利名称：表面被覆硬质合金刀具的制作方法
技术领域：
本发明是关于一种表面被覆硬质合金刀具(以下简称被覆硬质合金刀具)，其耐磨损被覆层对于碳化钨基硬质合金基体(以下简称硬质合金基体)表面具有良好的附着力，并且耐碎裂性也很好，因此在施加高的热冲击和机械冲击的高切深和高进给等强力切削条件下对各种钢或铸铁进行断续切削时，上述耐磨损被覆层不会产生剥离或碎片(微小缺陷)，可以长斯保持良好的耐磨损性。
背景技术：
一般地说，切削刀具可以分为可以随意装卸在刀头端部、用于各种钢或铸铁等被切削材料的车削加工和刨削加工的不磨刃刀片；用于上述被切削材料的钻孔切削加工等的钻头和微型钻头；以及用于上述被切削材料的车端面加工、槽加工、台肩加工的整体式立铣刀；此外，还有可以随意装卸上述不磨刃刀片、与上述整体式立铣刀同样进行切削加工地不磨刃立铣刀。
现已知道一种被覆硬质合金刀具，它是使用通常的化学蒸镀装置，在上述硬质合金基体的表面上蒸镀耐磨损被覆层而制成的，所述的耐磨损被覆层是由Ti的碳化物(以下简称TiC)层、氮化物(以下简称TiN)层、碳氮化物(以下简称TiCN)层、碳氧化物(以下简称TiCO)层和碳氮氧化物(以下简称TiCNO)层中的1层或2层以上的复合层构成，其平均层厚为1-15μm。该刀具被用于各种钢和铸铁等的连续切削和断续切削。
另外，已知还有一种被覆硬质合金刀具，它是在上述硬质合金基体的表面上蒸镀耐磨损被覆层而制成的，所述的耐磨损被覆层由下列部分构成(a)使用通常的化学蒸镀装置，蒸镀由Ti的碳化物(以下简称TiC)层、氮化物(以下简称TiN)层、碳氮化物(以下简称TiCN)层、碳氧化物(以下简称TiCO)层和碳氮氧化物(以下简称TiCNO)层中的1层或2层以上的复合层构成，并且平均层厚为0.5-15μm的下侧被覆层；(b)使用通常的化学蒸镀装置，蒸镀由氧化铝(以下简称Al2O3)层以及例如在特开昭57-39168或特开昭61-201778中所述的在Al2O3基体上分散分布氧化锆(以下简称ZrO2)相而形成的Al2O3-ZrO2混合层(以下简称Al2O3-ZrO2混合层)中的任1层或2层构成并且平均层厚为0.5-15μm的下侧被覆层。该刀具被用于各种钢和铸铁等的连续切削和断续切削。
现已知道，一般地说，例如使用图1所示的一种物理蒸镀装置即电弧离子镀装置，将装置内的气氛形成5Pa的真空，用加热器将装置内加热至500℃的温度，然后例如在电压35V、电流90A的条件下，在阳极电极与安置了具有规定组成的Ti-Al合金的阴极电极(蒸发源)之间进行电弧放电，同时向装置内导入氮气或者氮气与甲烷气的混合气体作为反应气体，在硬质合金基体上例如施加-200V的偏压，在这样的条件下，在上述硬质合金基体的表面上，作为耐磨损被覆层，例如按照特开昭62-56565中所述，以0.5-15μm的平均层厚蒸镀由满足组成式(Ti1-XAlX)N和(Ti1-XAlX)C1-YNY(式中，以原子比，X表示0.15-0.65，Y表示0.5-0.99)的Ti与Al的复合氮化物〔以下用(Ti，Al)N表示〕层和复合碳氮化物〔以下用(Ti，Al)CN表示〕层中的任一方的单层或两方的复合层构成的表面硬质层，制成被覆硬质合金刀具。
另外，还知道一种被覆硬质合金刀具，它是在上述硬质合金基体的表面上蒸镀耐磨损被覆层的下侧硬质层和上侧硬质层而形成的，作为上述下侧被覆层，例如使用图1所示的一种物理蒸镀装置即电弧离子镀装置，将装置内的气氛形成0.5Pa的真空，用加热器将装置内加热至500℃的温度，然后例如在电压35V、电流90A的条件下，使阳极电极与安置了具有规定组成的Ti-Al合金的阴极电极(蒸发源)之间产生电弧放电，同时向装置内导入氮气或者氮气与甲烷气的混合气体作为反应气体，在硬质合金基体上例如施加-200V的偏压，在这样的条件下，例如按照特开昭62-56565中所述，以0.5-15μm的平均层厚物理蒸镀满足组成式(Ti1-XAlX)N和(Ti1-XAlX)C1-YNY(式中，以原子比，X表示0.15-0.65，Y表示0.5-0.99)的Ti与Al的复合氮化物〔以下用(Ti，Al)N表示〕层和复合碳氮化物〔以下用(Ti，Al)CN表示〕层中的任一方的单层或两方的复合层，作为上侧硬质层，使用通常的化学蒸镀装置，以0.5-10μm的平均层厚，化学蒸镀氧化铝(以下用Al2O3表示)层和例如特开昭57-39168或特开昭61-201778中所述的在Al2O3基体上分散分布氧化锆(以下用ZrO2表示)相形成的Al2O3-ZrO2混合层(以下简称Al2O3-ZrO2混合层)中的任1层或2层。该刀具被用于各种钢和铸铁的连续切削和断续切削。
近年来，切削加工装置的性能越来越高，另外对于切削加工强烈要求省工、节能和降低成本，伴随这种趋势，要求切削刀具尽可能不受切削条件的影响，具有通用性。但是，上述的现有技术被覆硬质合金刀具，虽然在用于钢和铸铁等的通常条件下的连续切削和断续切削时没有问题，但是，在高切深和高进给等强力切削条件下，用切削刃为断续切削形态的立铣刀或钻头进行切削加工，以及用不磨刃刀片进行断续车削加工(以下总称为“断续切削”)时，由于切削时产生的高的热冲击和机械冲击，上述表面硬质层容易从硬质合金基体表面上剥离，另外，由于基底层和表面硬质层都非常硬，在伴随有高的热冲击和机械冲击的强力切削条件下断续切削时，切削刃部容易产生碎片，结果在较短的时间内刀具就达到了使用寿命。
发明的说明
为了解决上述问题，本发明研制出下面所述的具有耐磨损被覆层的表面被覆硬质合金刀具。
本发明的第1方面的表面被覆硬质合金制切削刀具，是在采用电弧离子镀表面处理、在距表面1-50nm范围内的平均深度形成非晶质化层的碳化钨基硬质合金基体的表面上，物理蒸镀和/或化学蒸镀由Ti的碳化物层、氮化物层、碳氮化物层、碳氧化物层和碳氮氧化物层中的1层或2层以上的复合层构成并且平均层厚为1-15μm的耐磨损被覆层而制成，所述的耐磨损被覆层具有良好的附着力。
这一实施方式的表面被覆硬质合金刀具，即使是在伴随有极高的热冲击和机械冲击的、钢和铸铁的强力切削条件下进行断续切削加工时，由于在硬质合金基体表面部形成的非晶质化层，确保了上述硬质合金基体表面与耐磨损被覆层之间具有很强的粘附性，因而耐磨损被覆层不会由于附着力不足而产生剥离，耐磨损被覆层可以发挥良好的耐磨性。相比之下，上述没有形成非晶质化层的现有技术被覆硬质合金刀具，在上述强力切削条件下断续切削时，由于耐磨损被覆层的附着力不足而发生剥离，在较短的时间内就达到了使用寿命。
如上所述，本发明的被覆硬质合金刀具，对于各种钢或铸铁等在通常条件下的连续切削和断续切削加工当然不存在任何问题，即使用于在伴随有高的热冲击和机械冲击的强力切削条件下的断续切削加工时，耐磨损被覆层对于硬质合金基体表面仍显示出良好的附着力，可以长时期发挥良好的切削性能，因而可以充分满足切削加工的通用性，进一步实现切削加工的省工、节能和降低成本。
本发明的第2方面的硬质合金制切削刀具，是在采用电弧离子镀表面处理、在距表面1-50nm范围内的平均深度上形成非晶质化层的碳化钨基硬质合金基体表面上，以0.5-15μm的平均层厚物理蒸镀由满足组成式(Ti1-XAlX)N和(Ti1-XAlX)C1-YNY(式中，以原子比计，X表示0.15-0.65，Y表示0.5-0.99)的Ti与Al的复合氮化物层以及Ti与Al的复合碳氮化物层中的一方或两方构成的单层或复层的硬质被覆层，这样形成的硬质被覆层具有良好的附着力。
第2实施方式的表面被覆硬质合金制切削刀具，与上述第1实施方式同样，在用于伴随有高的热冲击和机械冲击的强力切削条件下断续切削时，耐磨损被覆层对于硬质合金基体表面具有良好的附着力，可以长时期发挥良好的切削性能。
本发明的第3方面的表面被覆硬质合金制切削刀具，是在采用电弧离子镀表面处理、在距表面1-50nm范围内的平均深度上形成非晶质化层的碳化钨基硬质合金基体表面上，物理蒸镀和/或化学蒸镀由(a)下侧被覆层和(b)上侧被覆层构成的耐磨损被覆层而形成的，所述的下侧被覆层是由Ti的碳化物层、氮化物层、碳氮化物层、碳氧化物层和碳氮氧化物层中的1层或2层以上的复合层构成，平均厚度为0.5-15μm，所述的上侧被覆层是由氧化铝层以及在氧化铝基体中分散分布有氧化锆相的氧化铝-氧化锆混合层中的任一方或两方构成，并且平均层厚为0.5-15μm。这样形成的耐磨损被覆层具有良好的附着力。
这一实施方式的被覆硬质合金刀具，对于各种钢或铸铁等在通常条件下的连续切削和断续切削加工当然不存在任何问题，即使用于在伴随有高的热冲击和机械冲击的强力切削条件下的断续切削加工时，耐磨损被覆层对于硬质合金基体表面仍显示出良好的附着力，可以长时期发挥良好的切削性能，因此可以充分满足切削加工的通用性，进一步实现切削加工的省工、节能和降低成本。
本发明的第4方面的表面被覆硬质合金制切削刀具，是在采用电弧离子镀表面处理、在距表面1-50nm范围内的平均深度上形成非晶质化层的碳化钨基硬质合金基体表面上，采用物理蒸镀被覆下面所述的(a)层和(b)层而制成的。这些被覆层是由(a)基底韧性层和(b)表面硬质层构成的，所述的基底韧性层是由氮化钛层构成，平均层厚为0.1-5μm，所述的表面硬质层是由满足组成式(Ti1-XAlX)N和(Ti1-XAlX)C1-YNY(式中，以原子比计，X表示0.15-0.65，Y表示0.5-0.99)的Ti与Al的复合氮化物层以及Ti与Al的复合碳氮化物层中的任一方的单层或两方的复层构成，并且平均厚度为0.5-15μm。这样得到的硬质合金制切削刀具，其表面硬质层与耐磨损被覆层具有良好的附着力，并且表面硬质层与基体材料的附着力也很好，具有良好的抗碎裂性，因此这种表面被覆硬质合金制切削刀具显示出良好的性能。
这一实施方式的被覆硬质合金刀具，对于各种钢或铸铁等在通常条件下的连续切削和断续切削加工当然不存在任何问题，即使用于在伴随有高的热冲击和机械冲击的强力切削条件下的断续切削加工时，耐磨损被覆层对于硬质合金基体表面仍显示出良好的附着力，可以长时期发挥良好的切削性能，因此可以充分满足切削加工的通用性，进一步实现切削加工的省工、节能和降低成本。
本发明的第5方面的表面被覆硬质合金制切削刀具，是在采用电弧离子镀表面处理、在距表面1-50nm范围内的平均深度上形成非晶质化层的碳化钨基硬质合金基体表面上，利用物理蒸镀和/或化学蒸镀形成耐磨损被覆层，所述的耐磨损被覆层是由(a)基底韧性层、(b)下侧硬质层和(c)上侧硬质层构成，所述的基底韧性层是由氮化钛层构成，平均层厚为0.1-5μm，所述的下侧硬质层是由满足组成式(Ti1-XAlX)N和(Ti1-XAlX)C1-YNY(式中，以原子比计，X表示0.15-0.65，Y表示0.5-0.99)的Ti与Al的复合氮化物层和Ti与Al的复合碳氮化物层中的任一方的单层或两方的复层构成，并且平均层厚为0.5-15μm，所述的上侧硬质层是由氧化铝层以及在氧化铝基体中分散分布氧化锆相的氧化铝-氧化锆混合层中的任一单层或两者的复层构成，平均层厚为0.5-10μm。这样形成的耐磨损被覆层具有良好的附着力和耐碎裂剥离性。
这一实施方式的被覆硬质合金刀具，即使是在伴随有极高的热冲击和机械冲击的钢和铸铁的强力切削条件下进行断续切削加工时，由于在硬质合金基体表面部形成的非晶质化层，确保了上述硬质合金基体表面与耐磨损被覆层之间具有很强的粘附性，因而耐磨损被覆层不会由于附着力不足而产生剥离，耐磨损被覆层可以发挥良好的耐磨性，相比之下，上述没有形成非晶质化层的现有技术被覆硬质合金刀具，在上述强力切削条件下断续切削时，由于耐磨损被覆层的附着力不足而发生剥离，在较短的时间内就达到了使用寿命。
如上所述，本发明的被覆硬质合金刀具，对于各种钢或铸铁等在通常条件下的连续切削和断续切削加工当然不存在任何问题，即使用于在伴随有高的热冲击和机械冲击的强力切削条件下的断续切削加工时，耐磨损被覆层对于硬质合金基体表面仍显示出良好的附着力，可以长时期发挥良好的切削性能，因而可以充分满足切削加工的通用性，进一步实现切削加工的省工、节能和降低成本。
附图的简要说明
图1是电弧离子镀装置的示意说明图。
图2A和2B表示被覆硬质合金刀片，其中，2A是被覆硬质合金刀片的立体示意图，2B是被覆硬质合金刀片的纵剖面示意图。
图3A和3B表示被覆硬质合金立铣刀，其中，3A是被覆硬质合金立铣刀的正面示意图，3B是其切削刃部的横断面示意图。
图4A和4B表示被覆硬质合金钻头，其中，4A是被覆硬质合金钻头的正面示意图，4B是其槽形成部的横断面示意图。
发明的详细说明
下面，参照


本发明的表面被覆硬质合金制切削刀具的优选实施方式，但本发明不受这些实施例的限制，例如也可以将这些实施方式的构成要素彼此适当地组合。
第1实施方式
基于上述原因，为了进一步提高构成上述现有技术被覆硬质合金刀具的耐磨损被覆层对于硬质合金基体表面的附着力，本发明人进行了深入的研究，结果得到下面所述的见解。
(a)将上述硬质合金基体安装在例如图1所示的一种物理蒸镀装置的电弧离子镀装置上，首先，不使用阴极电极，按下列条件对上述硬质合金基体表面进行前处理
装置内气氛温度(硬质合金基体温度)300-500℃
气氛气体Ar
气氛压力1-10Pa
电弧放电电流(电弧电源-OFF)
加在硬质合金基体上的偏压-800～-1000V
处理时间2-10分钟然后，例如使用金属Ti作为阴极电极，按下列条件对硬质合金基体表面进行电弧离子镀表面处理
装置内气氛温度450-550℃
气氛气体Ar
气氛压力1-10Pa
电弧放电电流100-200A
加在硬质合金基体上的偏压-900～1200V此时，上述硬质合金基体表面上没有形成作为蒸镀层的金属Ti层，根据使用透射电子显微镜进行组织观察的结果判断，在上述硬质合金基体本体的表面部位形成了非晶质化层。
(b)按照下列条件，使用电弧离子镀装置蒸镀形成金属Ti层
装置内气氛温度300-500℃
气氛气体(不使用)
气氛压力0.1Pa以下的真空
阴极电极金属Ti
电弧放电电流50-100A
加在硬质合金基体上的偏压-30～-100V
(c)在距表面1-50nm范围内的平均深度形成上述非晶质化层的状态下，采用上述物理蒸镀装置或常规的化学蒸镀装置，在上述硬质合金基体表面上形成上述现有技术被覆硬质合金刀具的耐磨损被覆层时，由于上述非晶质化层具有高的活性，反应性很高，因而在蒸镀形成耐磨损被覆层时与之反应，确保了上述硬质合金基体表面与耐磨损被覆层之间具有极强的粘附性。结果形成的被覆硬质合金刀具，即使用于在伴随有高的热冲击和机械冲击的强力切削条件下的断续切削加工时，耐磨损被覆层也不会发生剥离，从而可以充分发挥耐磨损被覆层所具有的良好的耐磨损性。
这一实施方式是基于上述见解而完成的，该被覆硬质合金刀具的特征在于，在采用电弧离子镀表面处理、在距表面1-50nm范围内的平均深度上形成非晶质化层的硬质合金基体表面上，物理蒸镀和/或化学蒸镀由TiC层、TiN层、TiCN层、TiCO层和TiCNO层中的1层或2层以上的复层(以下统称为Ti化合物层)构成、且平均层厚为1-15μm的耐磨损被覆层，所形成的耐磨损被覆层具有良好的附着力。
下面说明上述限定本发明被覆硬质合金刀具的在硬质合金基体表面部形成的非晶质化层的平均层厚和耐磨损被覆层的平均层厚的依据。
(1)硬质合金基体表面部的非晶质化层的平均厚度
如上所述，非晶质化层的作用是与耐磨损被覆层之间形成良好的粘附性，其深度小于1nm时，不能确保所希望的良好粘附性，另一方面，提高耐磨损被覆层对于硬质合金基体表面的附着力效果，在非晶质化层距表面的平均深度为50nm时才是最充分的，因此将其平均深度限定为1-50nm。
(2)耐磨损被覆层的平均层厚
构成耐磨损被覆层的Ti化合物层的作用是提高切削刀具的耐磨损性，其平均层厚小于1μm时，不能确保所希望的耐磨损性，另一方面，其平均层厚大于15μm时，在强力切削条件下断续切削时，上述耐磨损被覆层容易发生塑性变形，引起不均匀磨损，因此将其平均层厚限定为1-15μm。
下面通过实施例具体地说明本实施方式的被覆硬质合金刀具。
实施例1-1
作为原料粉末，制备平均粒径均为0.5-4μm的WC粉末、(Ti，W)C(质量比，以下相同、TiC/WC＝30/70)粉末、(Ti，W)CN(TiC/TiN/WC＝24/20/56)粉末、(Ta，Nb)C(TaC/NbC＝90/10)粉末、Cr3C2粉末以及Co粉末，将这些原料粉末按表1-1所示的配比配合，用球磨机湿式混合72小时，干燥后以100MPa的压力压制成规定形状的压坯，将该压坯在6Pa的真空和1410℃温度下保持1小时进行真空烧结，分别制成ISO·CNMG120408规定的不磨刃刀片形状的硬质合金基体A1-1～A1-6。
随后，在丙酮中超声波清洗这些硬质合金基体A1-1～A1-6，在干燥的状态下将它们分别装入图1所示的常规电弧离子镀装置中，对上述各硬质合金基体A1-1～A1-6的表面，首先，按下列条件进行前处理
装置内气氛温度(硬质合金基体温度)400℃
气氛气体Ar
气氛压力3Pa
阴极电极(不使用)
电弧放电电流(电弧电源-OFF)
加在硬质合金基体上的偏压-900V
处理时间3分钟然后，按下列条件进行电弧离子镀表面处理
装置内气氛温度500℃
气氛气体Ar
气氛压力3Pa
阴极电极金属Ti
电弧放电电流150A
加在硬质合金基体上的偏压-1000V
经过上述处理，在上述硬质合金基体A1-1～A1-6的表面部形成非晶质化层。上述非晶质化层的距离表面的形成深度可以通过调节上述条件的电弧离子镀表面处理的处理时间来控制。
另外，使用透射电子显微镜对上述硬质合金基体A1-1～A1-6的表面部形成的非晶质化层进行组织观察(放大倍数50万倍)，根据观察结果进行判别和测定，结果分别显示出表3所示的距表面的平均深度(5点测定的平均值)。
接着，在这些硬质合金基体A1-1～A1-6的表面上，在经过珩磨的状态下，使用常规的化学蒸镀装置，按照表1-2(表中的1-TiCN表示特开平6-8010中记载的具有纵长生长结晶组织的TiCN层的形成条件)所示的条件，形成由表1-3所示组成和目标层厚的Ti化合物层构成的耐磨损被覆层，分别制成具有图2A的立体图和图2B的纵剖面图所示形状的、作为本发明被覆硬质合金刀具的本实施方式的表面被覆硬质合金制不磨刃刀片(以下简称本发明被覆硬质合金刀片)1-1～1-6，然后，将上述硬质合金基体A1-2、A1-4、A1-5和A1-6装入图1例示的常规电弧离子镀装置中，按下列条件在上述硬质合金基体表面上形成由表1-3所示组成和目标层厚的Ti化合物层构成的耐磨损被覆层
炉内气氛温度650℃
气氛气体氮气、甲烷气或者氮气与甲烷气按一定比例的混合气体
气氛压力5Pa
阴极电极金属Ti
电弧放电电流80A
加在硬质合金基体上的偏压-200V分别制成图2A、图2B所示形状的本发明被覆硬质合金刀片1-7～1-10。
此外，为了进行比较，如表1-4所示，不进行使用电弧离子镀装置对上述硬质合金基体A1-1～A1-6表面按上述条件的前处理和电弧离子镀表面处理，因此，除了没有在上述硬质合金基体A1-1～A1-6的表面部形成非晶质化层之外，在相同的条件下分别制造作为现有技术被覆硬质合金刀具的以往的表面被覆硬质合金制不磨刃刀片(以下简称以往的被覆硬质合金刀片)1-1～1-10。
随后，对于上述本发明被覆硬质合金刀片1-1～1-10和以往的被覆硬质合金刀片1-1～1-10，用固定夹具将其固定在工具钢制成的车刀端部，按下列条件进行合金钢的干式高切深断续切削试验
被切削材料JIS·SCM440的长度方向等间隔带有4根直槽的圆棒
切削速度120m/min
切深5.4mm
进给量0.19mm/rev
切削时间5分钟按下列条件进行碳钢的干式高进给量断续切削试验
被切削材料JIS·S20C的长度方向等间隔带有4根直槽的圆棒
切削速度115m/min
切深1.5mm
进给量0.48mm/rev
切削时间5分钟最后，按下列是条件进行铸铁的干式高切深断续切削试验
被切削材料JIS·FC200的长度方向等间隔带有4根直槽的圆棒
切削速度155m/min
切深6.5mm
进给量0.17mm/rev
切削时间5分钟
在所有的切削试验中，测定切削刃的后面磨损宽度，测定结果示于表1-5中。
表1-1
表1-2
表1-3
表1-4
表1-5
(表中，使用寿命都表示耐磨损被覆层的剥离而引起的)
实施例1-2
作为原料粉末，制备平均粒径5.5μm的中粗粒WC粉末、平均粒径0.8μm的微粒WC粉末、平均粒径1.3μm的TaC粉末、平均粒径1.2μm的NbC粉末、平均粒径1.2μm的ZrC粉末、平均粒径2.3μm的Cr3C2粉末、平均粒径1.5μm的VC粉末、平均粒径1.0μm的(Ti，W)C粉末和平均粒径1.8μm的Co粉末。将这些原料粉末按表1-6所示的配比配合，添加蜡，在丙酮中球磨混合24小时，减压干燥后以100MPa的压力压制成规定形状的各种压坯，将这些压坯在6Pa的真空气氛中，以7℃/分的升温速度升温至1370-1470℃范围内的规定温度，在该温度下保持1小时后，在炉冷条件下烧结，形成直径8mm、13mm和26mm的3种用于形成硬质合金基体的圆棒烧结体，由这3种圆棒烧结体，经过磨削加工，按表1-6所示的组合，分别制成刀刃部的直径×长度分别为6mm×13mm、10mm×22mm和20mm×45mm的立铣刀用硬质合金基体B1-1～B1-8。
随后，在丙酮中超声波清洗这些硬质合金基体B1-1～B1-8，在干燥的状态下将它们分别装入图1所示的电弧离子镀装置中，在上述各硬质合金基体的表面上，按照与上述实施例1同样的条件进行前处理和电弧离子镀表面处理，在上述硬质合金基体B1-1～B1-8的表面部形成非晶质化层。上述非晶质化层的距离表面的形成深度可以通过调节电弧离子镀表面处理的处理时间来控制。
另外，使用透射电子显微镜对上述硬质合金基体B1-1～B1-8的表面部形成的非晶质化层进行组织观察(放大倍数50万倍)，根据观察结果进行判别和测定，结果分别显示出表1-7所示的距表面的平均深度(5点测定的平均值)。
接着，在这些硬质合金基体B1-1～B1-8的表面上，在经过珩磨的状态下，使用常规的化学蒸镀装置，按照表1-2所示的条件，形成由表1-7所示组成和目标层厚的Ti化合物层构成的耐磨损被覆层，分别制成具有图3A的正面图和图3B的刀刃部横剖面图所示形状的、作为本发明被覆硬质合金刀具的本发明被覆硬质合金制立铣刀(以下简称本发明被覆硬质合金立铣刀)1-1～1-8。
另外，为了进行比较，如表1-8所示，不进行使用电弧离子镀装置对上述硬质合金基体B1-1～B1-8表面按上述条件的前处理和电弧离子镀表面处理，因此，除了没有在上述硬质合金基体B1-1～B1-8的表面部形成非晶质化层之外，在相同的条件下分别制造作为现有技术被覆硬质合金刀具的以往的表面被覆硬质合金制立铣刀(以下简称以往的被覆硬质合金立铣刀)1-1～1-8。
随后，在上述本发明被覆硬质合金立铣刀1-1～1-8和以往的被覆硬质合金立铣刀1-1～1-8中，对于本发明被覆硬质合金立铣刀1-1’～1-3’和以往的被覆硬质合金立铣刀1-1’～1-3’，按下列条件进行铸铁的湿式高切深侧面切削加工试验
被切削材料平面尺寸100mm×250mm、厚度50mm的JIS·FC250板材
转速5350min-1
轴向切深12mm
径向切深1.6mm
进给量590mm/min
对本发明被覆硬质合金立铣刀1-4’～1-6’和以往的被覆硬质合金立铣刀1-4’～1-6’，按下列条件进行碳钢的湿式高切深侧面切削加工试验
被切削材料平面尺寸100mm×250mm、厚度50mm的JIS·S10C板材
转速2000min-1
轴向切深20mm
径向切深2.6mm
进给量260mm/min
对本发明被覆硬质合金立铣刀1-7’～1-8’和以往的被覆硬质合金立铣刀1-7’～1-8’，按下列条件进行淬火钢的湿式高切深侧面切削加工试验
被切削材料平面尺寸100mm×250mm、厚度50mm的JIS·SKD61(硬度HRC52)板材
转速650min-1
轴向切深26mm
径向切深1.4mm
进给量72mm/min
在所有侧面切削加工试验(所有试验都使用水溶性切削油)中，测定外周刃的后面磨损宽度达到使用寿命目标0.1mm的切削长度，测定结果示于表1-7和1-8中。
表1-6
表1-7
表1-8
(表中，使用寿命都表示耐磨损被覆层的剥离引起的)
实施例1-3
使用上述实施例1-2制造的直径8mm(用于形成硬质合金基体B1-1～B1-3)、13mm(用于形成硬质合金基体B1-4～B1-6)和26mm(用于形成硬质合金基体B1-7和B1-8)3种圆棒烧结体，由这3种圆棒烧结体，经过磨削加工，分别制成槽形成部的直径×长度分别为4mm×13mm(硬质合金基体C1-1～C1-3)、8mm×22mm(硬质合金基体C1-4～C1-6)和16mm×45mm(硬质合金基体C1-7和C1-8)的钻头用硬质合金基体C1-1～C1-8。
随后，在丙酮中超声波清洗这些硬质合金基体C1-1～C1-8，在干燥的状态下将它们分别装入图1所示的电弧离子镀装置中，在这些硬质合金基体的表面上，按照与上述实施例1同样的条件进行前处理和电弧离子镀表面处理，在上述硬质合金基体C1-1～C1-8的表面部形成非晶质化层。上述非晶质化层的距离表面的形成深度可以通过调节电弧离子镀表面处理的处理时间来控制。
另外，使用透射电子显微镜对上述硬质合金基体C1-1～C1-8的表面部形成的非晶质化层进行组织观察(放大倍数50万倍)，根据观察结果进行判别和测定，结果分别显示出表1-9中所示的距表面的平均深度(5点测定的平均值)。
接着，在这些硬质合金基体B1-1～B1-8的表面上，在经过珩磨的状态下，使用常规的化学蒸镀装置，按照表1-2所示的条件，形成由表1-9所示组成和目标层厚的Ti化合物层构成的耐磨损被覆层，分别制成具有图4A的正面图和图4B的槽形成部的横剖面图所示形状的、作为本发明被覆硬质合金刀具的本发明表面被覆硬质合金制钻头(以下简称本发明被覆硬质合金钻头)1-1”～1-8”。
另外，为了进行比较，如表1-10所示，不进行使用电弧离子镀装置对上述硬质合金基体C1-1～C1-8表面按上述条件的前处理和电弧离子镀表面处理，因此，除了没有在上述硬质合金基体C1-1～C1-8的表面部形成非晶质化层之外，在相同的条件下分别制造作为现有技术被覆硬质合金刀具的以往的表面被覆硬质合金制钻头(以下简称以往的被覆硬质合金钻头)1-1”～1-8”。
随后，在上述本发明被覆硬质合金钻头1-1”～1-8”和以往的被覆硬质合金钻头1”～8”中，对于本发明被覆硬质合金钻头1-1”～1-3”和以往的被覆硬质合金钻头1-1”～1-3”，按下列条件进行铸铁的湿式高进给量钻孔切削加工试验
被切削材料平面尺寸100mm×250mm、厚度50mm的JIS·FC250C板材
切削速度45m/min
进给量0.42mm/rev
对于本发明的被覆硬质合金钻头1-4”～1-6”和以往的被覆硬质合金钻头1-4”～1-6”，按下列条件进行碳钢的湿式高进给量钻孔切削加工试验
被切削材料平面尺寸100mm×250mm、厚度50mm的JIS·S10C板材
切削速度48m/min
进给量0.36mm/rev
对于本发明的被覆硬质合金钻头1-7”～1-8”和以往的被覆硬质合金钻头1-7”～1-8”，按下列条件进行合金钢的湿式高进给量钻孔切削加工试验
被切削材料平面尺寸100mm×250mm、厚度50mm的JIS·SCM440板材
切削速度63m/min
进给量0.43mm/rev
在所有的湿式高进给量钻孔切削加工试验(所有试验都使用水溶性切削油)中，测定顶端切削刃面的后面磨损宽度达到0.3mm时的钻孔加工数，测定结果分别示于表1-9和1-10中。
表1-9
表1-10
(表中，使用寿命都表示耐磨损被覆层的剥离引起的)
另外，使用能量分散型X射线测定装置和俄歇能谱分析装置以及扫描电子显微镜，测定所得到的作为本发明被覆硬质合金刀具的本发明被覆硬质合金刀片1-1～1-10、本发明被覆硬质合金立铣刀1-1’～1-8’和本发明被覆硬质合金钻头1-1”～1-8”、以及作为以往的被覆硬质合金刀具的以往的被覆硬质合金刀片1-1～1-10、以往的被覆硬质合金立铣刀1-1’～1-8’和以往的被覆硬质合金钻头1-1”～1-8”的硬质被覆层的组成和层厚，结果显示与表1-3、1-4、1-7～1-10的目标组成和目标层厚基本上相同的组成和平均层厚(与任意5个位置测定的平均值的比较)。
第2实施方式
本发明的第2实施方式，是基于上述第1实施方式中得到的(a)～(c)的见解而进行的。即，该实施方式是被覆硬质合金刀具，其特征在于，在采用电弧离子镀表面处理、在距表面1-50nm范围内的平均深度上形成非晶质层的硬质合金基体的表面上，以0.5-15μm的层厚，物理蒸镀由满足组成式(Ti1-XAlX)N和(Ti1-XAlX)C1-YNY(式中，以原子比计，X表示0.15-0.65，Y表示0.5-0.99)的(Ti，Al)N层和(Ti，Al)CN层中的任一方或两方构成的单层或复层的硬质被覆层，所形成的硬质被覆层具有良好的附着力。
在这一实施方式的被覆硬质合金刀具中，将硬质合金基体表面部上形成的非晶质化层的距表面的平均深度限定为1-50nm是因为，该深度小于1nm时，不能确保所希望的良好的附着力，另一方面，提高硬质被覆层对于硬质合金基体表面的附着力的效果，在非晶质化层距表面的深度为50nm时才是最充分的。
此外，在本发明的被覆硬质合金刀具中，构成硬质被覆层的(Ti，Al)N层和(Ti，Al)CN层中的Al，是为了提高TiCN的硬度、从而提高耐磨损性而固溶的，因此，组成式(Ti1-XAlX)N和(Ti1-XAlX)C1-YNY的X值低于0.15时，不能确保所希望的良好耐磨损性，反之，该值高于0.65时，刀刃容易产生碎片，因而将X值限定为0.15-0.65(原子比)。另外，(Ti，Al)CN层中的C成分具有提高硬度的作用，因而(Ti，Al)CN层具有比(Ti，Al)N层更高的硬度，C成分的比例小于0.01、即Y值高于0.99时，不能得到预期的硬度提高效果，反之，C成分的比例高于0.5、即Y值小于0.5时，韧性急剧降低，因而将Y值限定为0.5-0.99，优选的是0.55-0.9。
此外，硬质被覆层的平均层厚限定为0.5-15μm是因为，该层厚小于0.5μm时，不能确保所希望的良好耐磨损性，反之，该层厚高于15μm时，刀刃容易产生碎片。
下面，通过实施例具体地说明本发明的被覆硬质合金刀具。
实施例2-1
作为原料粉末制备平均粒径均为1-3μm的WC粉末、TiC粉末、ZrC粉末、VC粉末、TaC粉末、NbC粉末、Cr3C2粉末、TiN粉末、TaN粉末和Co粉末。将这些原料粉末按表2-1所示的配比配合，用球磨机湿式混合72小时，干燥后以100MPa的压力压制成压坯，将该压坯在6Pa的真空和1400℃温度下保持1小时进行烧结，烧结后对刀刃部分进行R0.05的珩磨加工，分别制成具有刀片形状的ISO·SNGA120412的硬质合金基体A2-1～A2-6和ISO·SNMA120412的硬质合金基体A2-7～A2-10。
随后，在丙酮中超声波清洗这些硬质合金基体A2-1～A2-10，在干燥的状态下将它们分别装入图1所示的常规电弧离子镀装置中，对上述各硬质合金基体A2-1～A2-10的表面，首先，按下列条件进行前处理
装置内气氛温度(硬质合金基体温度)400℃
气氛气体Ar
气氛压力3Pa
阴极电极(不使用)
电弧放电电流(电弧电源-OFF)
加在硬质合金基体上的偏压-900V
处理时间3分钟然后，按下列条件进行电弧离子镀表面处理
装置内气氛温度500℃
气氛气体Ar
气氛压力3Pa
阴极电极金属Ti
电弧放电电流150A
加在硬质合金基体上的偏压-1000V
经过上述处理，在上述硬质合金基体A2-1～A2-10的表面部形成非晶质化层。上述非晶质化层的距离表面的形成深度可以通过调节上述条件的电弧离子镀表面处理的处理时间来控制。
另外，使用透射电子显微镜对上述硬质合金基体A2-1～A2-10的表面部形成的非晶质化层进行组织观察(放大倍数50万倍)，根据观察结果进行判别和测定，结果分别显示出表2-2、2-3中所示的距表面的平均深度(5点测定的平均值)。
接着，使用电弧离子镀装置，按下列条件，在上述表面部形成非晶质化层的硬质合金基体A2-1～A2-10的表面上，蒸镀表2-2和2-3所示目标组成和目标层厚的硬质被覆层
装置内气氛温度500℃
气氛气体氮气或氮气与甲烷气的一定比例的混合气体
气氛压力6Pa
阴极电极具有各种成分组成的Ti-Al合金
电弧放电电流70A
加在硬质合金基体上的偏压-100V
分别制成具有图2A的立体图和图2B的纵剖面图所示形状的本发明被覆硬质合金刀片2-1～2-20。
为了进行比较，如表2-4和2-5所示，不进行使用电弧离子镀装置对上述硬质合金基体A2-1～A2-10表面按上述条件的前处理和电弧离子镀表面处理，因此，除了没有在上述硬质合金基体A2-1～A-10的表面部形成非晶质化层之外，在相同的条件下分别制造现有技术被覆硬质合金刀片2-1～2-20。
随后，对于上述本发明被覆硬质合金刀片2-1～2-20和以往的被覆硬质合金刀片2-1～2-20，用固定夹具将其固定在工具钢制成的车刀端部，按下列条件进行合金钢的干式高切深断续切削试验
被切削材料JIS·SCM440的长度方向等间隔带有4根直槽的圆棒
切削速度125m/min
切深5mm
进给量0.2mm/rev
切削时间5分钟按下列条件进行碳钢的干式高进给量断续切削试验
被切削材料JIS·S20C的长度方向等间隔带有4根直槽的圆棒
切削速度120m/min
切深1.5mm
进给量0.45mm/rev
切削时间5分钟最后，按下列条件进行碳钢的干式高速断续切削试验
被切削材料JIS·S10C的长度方向等间隔带有4根直槽的圆棒
切削速度250m/min
切深2mm
进给量0.2mm/rev
切削时间4分钟
在所有的切削试验中，测定切削刃的后面磨损宽度，测定结果示于表2-6和2-7中。
表2-1
表2-2
表2-3
表2-4
表2-5
表2-6
(表中，使用寿命表示硬质被覆层的剥离所致)
表2-7
(表中，使用寿命是硬质被覆层的剥离所致)
实施例2-2
作为原料粉末，制备平均粒径5.5μm的中粗粒WC粉末、平均粒径0.8μm的微粒WC粉末、平均粒径1.3μm的TaC粉末、平均粒径1.2μm的NbC粉末、平均粒径1.2μm的ZrC粉末、平均粒径2.3μm的Cr3C2粉末、平均粒径1.5μm的VC粉末、平均粒径1.0μm的(Ti，W)C粉末和平均粒径1.8μm的Co粉末。将这些原料粉末按表2-8所示的配比配合，添加蜡，在丙酮中球磨混合24小时，减压干燥后以100MPa的压力压制成规定形状的各种压坯，将这些压坯在6Pa的真空气氛中，以7℃/分的升温速度升温至1370-1470℃范围内的规定温度，在该温度下保持1小时后，在炉冷条件下烧结，形成直径8mm、13mm和26mm的3种用于形成硬质合金基体的圆棒烧结体，由这3种圆棒烧结体，经过磨削加工，按表2-8所示的组合，分别制成刀刃部的直径×长度分别为6mm×13mm、10mm×22mm和20mm×45mm的立铣刀用硬质合金基体B2-1～B2-8。
随后，在丙酮中超声波清洗这些硬质合金基体B2-1～B2-8，在干燥的状态下将它们分别装入图1所示的电弧离子镀装置中，在上述各硬质合金基体的表面上，按照与上述实施例1同样的条件进行前处理和电弧离子镀表面处理，在上述硬质合金基体B2-1～B2-8的表面部形成非晶质化层。上述非晶质化层的距离表面的形成深度可以通过调节电弧离子镀表面处理的处理时间来控制。
另外，使用透射电子显微镜对上述硬质合金基体B2-1～B2-8的表面部形成的非晶质化层进行组织观察(放大倍数50万倍)，根据观察结果进行判别和测定，结果分别显示出表2-9和2-10所示的距表面的平均深度(5点测定的平均值)。
接着，使用电弧离子镀装置，在它们的表面上，按照与上述实施例1相同的条件，作为表面硬质层蒸镀形成表2-9和2-10所示目标组成和目标层厚的(Ti，Al)N层和(Ti，A1)CN层中的任一单层或两者的复层，分别制成具有图3(a)的正面图和图3(b)的刀刃部横剖面图所示形状的、作为本发明被覆硬质合金刀具的本发明表面被覆硬质合金制立铣刀(以下简称本发明被覆硬质合金立铣刀)2-1’～2-16’。
另外，为了进行比较，如表2-11和2-12所示，不进行使用电弧离子镀装置对上述硬质合金基体B2-1～B2-8表面按上述条件的前处理和电弧离子镀表面处理，因此，除了没有在上述硬质合金基体B2-1～B2-8的表面部形成非晶质化层之外，在相同的条件下分别制造作为现有技术被覆硬质合金刀具的以往的表面被覆硬质合金制立铣刀(以下简称以往的被覆硬质合金立铣刀)2-1’～2-16’。
随后，在上述本发明被覆硬质合金立铣刀2-1’～2-16’和以往的被覆硬质合金立铣刀1’～16’中，对于本发明被覆硬质合金立铣刀2-1’～2-3’和2-9’～2-11’以及以往的被覆硬质合金立铣刀2-1’～2-3’及2-9’～2-11’，按下列条件进行铸铁的湿式高切深侧面切削加工试验
被切削材料平面尺寸100mm×250mm、厚度50mm的JIS·FC250板材
转速5050min-1
轴向切深12mm
径向切深1.6mm
进给量610mm/min
对于本发明被覆硬质合金立铣刀2-4’～2-6’和2-12’～2-14’以及以往的被覆硬质合金立铣刀2-4’～2-6’和2-12’～2-14’，按下列条件进行碳钢的湿式高切深侧面切削加工试验
被切削材料平面尺寸100mm×250mm、厚度50mm的JIS·S10C板材
转速1910min-1
轴向切深20mm
径向切深2.6mm
进给量280mm/min
对于本发明的被覆硬质合金立铣刀2-7’～2-8’和2-15’～2-16’以及以往的被覆硬质合金立铣刀2-7’～2-8’和2-15’～2-16’，按下列条件进行淬火钢的湿式高切深侧面切削加工试验
被切削材料平面尺寸100mm×250mm、厚度50mm的JIS·SKD61(硬度HRC52)板材
转速620min-1
轴向切深26mm
径向切深1.4mm
进给量75mm/min
在所有侧面切削加工试验(所有试验都使用水溶性切削油)中，测定外周刃的后面磨损宽度达到使用寿命目标0.1mm的切削长度，测定结果示于表2-9和2-12中。
表2-8
表2-9
表2-10
表2-11
(表中，使用寿命是硬质被覆层剥离所致)
表2-12
(表中，使用寿命是硬质被覆层剥离所致)
实施列2-3
使用上述实施例2-2中制造的直径8mm(用于形成硬质合金基体B2-1～B2-3)、13mm(用于形成硬质合金基体B4～B6)和26mm(用于形成硬质合金基体B7、B8)的3种圆棒烧结体，由这3种圆棒烧结体，经过磨削加工，分别制成槽形成部的直径×长度分别为4mm×13mm(硬质合金基体C2-1～C2-3)、8mm×22mm(硬质合金基体C2-4～C2-6)和16mm×45mm(硬质合金基体C2-7和C2-8)的钻头用硬质合金基体C2-1～C2-8。
随后，在丙酮中超声波清洗这些硬质合金基体C2-1～C2-8，在干燥的状态下将它们分别装入图1所示的电弧离子镀装置中，在这些硬质合金基体的表面上，按照与上述实施例1同样的条件进行前处理和电弧离子镀表面处理，在上述硬质合金基体C2-1～C2-8的表面部形成非晶质化层。上述非晶质化层的距离表面的形成深度可以通过调节电弧离子镀表面处理的处理时间来控制。
另外，使用透射电子显微镜对上述硬质合金基体C2-1～C2-8的表面部形成的非晶质化层进行组织观察(放大倍数50万倍)，根据观察结果进行判别和测定，结果分别显示出表2-13和2-14中所示的距表面的平均深度(5点测定的平均值)。
接着，在这些硬质合金基体的表面上，使用电弧离子镀装置，按照与上述实施例1相同的条件，作为表面硬质层蒸镀形成表2-13和2-14所示目标组成和目标层厚的(Ti，Al)N层和(Ti，Al)CN层中任一单层或两者的复层，分别制成具有图4(a)的正面图和图4(b)的槽形成部的横剖面图所示形状的、作为本发明被覆硬质合金刀具的本发明表面被覆硬质合金制钻头(以下简称本发明被覆硬质合金钻头)2-1”～2-16”。
另外，为了进行比较，如表2-15和2-16所示，不进行使用电弧离子镀装置对上述硬质合金基体C2-1～C2-8表面按上述条件的前处理和电弧离子镀表面处理，因此，除了没有在上述硬质合金基体C1～C8的表面部形成非晶质化层之外，在相同的条件下分别制造作为现有技术被覆硬质合金刀具的以往的表面被覆硬质合金制钻头(以下简称以往的被覆硬质合金钻头)2-1”～-2-16”。
随后，在上述本发明被覆硬质合金钻头-1”～2-16”和以往的被覆硬质合金钻头2-1”～2-16”中，对于本发明被覆硬质合金钻头2-1”～2-3”和2-9”～2-11”以及以往的被覆硬质合金钻头2-1”～2-3”和2-9”～2-11”，按下列条件进行铸铁的湿式高进给量钻孔切削加工试验
被切削材料平面尺寸100mm×250mm、厚度50mm的JIS·FC250板材
切削速度42m/min
进给量0.43mm/rev
对于本发明的被覆硬质合金钻头2-4”～2-6”和2-12”～2-14”以及以往的被覆硬质合金钻头2-4”～2-6”和2-12”～2-14”，按下列条件进行碳钢的湿式高进给量钻孔切削加工试验
被切削材料平面尺寸100mm×250mm、厚度50mm的JIS·S10C板材
切削速度45m/min
进给量0.37mm/rev
对于本发明的被覆硬质合金钻头2-7”～2-8”和2-15”～2-16”以及以往的被覆硬质合金钻头2-7”～2-8”和2-15”～2-16”，按下列条件进行合金钢的湿式高进给量钻孔切削加工试验
被切削材料平面尺寸100mm×250mm、厚度50mm的JIS·SCM440板材
切削速度60m/min
进给量0.45mm/rev
在所有的湿式高进给量钻孔切削加工试验(所有试验都使用水溶性切削油)中，测定顶端切削刃面的后面磨损宽度达到0.3mm时的钻孔加工数，测定结果分别示于表2-13～2-16中。
表2-13
表2-14
表2-15
(表中，使用寿命是硬质被覆层剥离所致)
表2-16 (表中，使用寿命是硬质被覆层剥离所致)
另外，使用能量分散型X射线测定装置和俄歇能谱分析装置以及扫描电子显微镜，测定所得到的作为本发明被覆硬质合金刀具的本发明被覆硬质合金刀片2-1～2-20、本发明的被覆硬质合金立铣刀2-1’～2-16’和本发明被覆硬质合金钻头2-1”～2-16”、以及作为现有技术被覆硬质合金刀具的以往的被覆硬质合金刀片2-1～2-20、以往的被覆硬质合金立铣刀2-1’～2-16’和以往的被覆硬质合金钻头2-1”～2-16”的硬质被覆层的组成和层厚，结果显示与表2-2、2-5、2-9～2-16的目标组成和目标层厚基本上相同的组成和平均层厚(与任意5个位置测定的平均值的比较)。
第3实施方式
接下来，基于上述(a)～(c)的见解实现本发明的第3实施方式。
本实施方式的被覆硬质合金刀具，其特征在于，在采用电弧离子镀表面处理、在距表面1-50nm范围内的平均深度上形成非晶质化层的硬质合金基本表面上，物理蒸镀和/或化学蒸镀由(a)下侧被覆层和(b)上侧被覆层构成的耐磨损被覆层，所述的下侧被覆层是由TiC层、TiN层、TiCN层、TiCO层和TiCNO层中的1层或2层以上的复层(以下统称Ti化合物层)构成，其平均层厚为0.5-15μm；所述的上侧被覆层由Al2O3层以及在Al2O3基体上分散分布ZrO2相的Al2O3-ZrO2混合层中的任一方或两方构成，其平均层厚为0.5-15μm，这样所形成的耐磨损被覆层具有良好的附着力。
在本发明的被覆硬质合金刀具中，如上所述，硬质合金基体的表面部上形成的非晶质化层具有提高硬质合金基体与耐磨损被覆层(下侧被覆层)之间的粘附性的作用，其深度小于1nm时，不能确保所希望的良好的粘附性，另一方面，提高下侧被覆层对于硬质合金基体表面的附着力效果，在非晶质化层距表面的平均深度为50nm时才最充分的，因此将其平均深度限定为1-50nm。
构成下侧被覆层的Ti化合物层的作用是，提高耐磨损被覆层的韧性，因而，即使在伴随有高的热冲击和机械冲击的强力切削条件下断续切削时，也可以大大抑制上述耐磨损被覆层产生碎片剥离，其平均层厚小于0.5μm时，不能确保耐磨损被覆层获得所希望的韧性，反之，如果平均层厚超过15μm，在强力切削条件下断续切削时，耐磨损被覆层容易产生塑性变形，导致不均匀磨损，因此将其平均层厚限定为0.5-15μm。
构成上侧被覆层的Al2O3层和Al2O3-ZrO2混合层的作用是，赋予耐磨损被覆层以硬度和耐热性，因此，该上侧被覆层与上述下侧被覆层同时存在时，不会产生碎片，可以发挥良好的耐磨损性。其平均层厚小于0.5μm时，不能确保所希望的良好耐磨损性，反之，平均层厚大于15μm时，耐磨损被覆层容易产生碎片，因而将其平均层厚限定为0.5-15μm。
下面通过实施例具体地说明该实施方式的被覆硬质合金刀具。
实施例3-1
作为原料粉末，制备平均粒径均为0.5-4μm的WC粉末、(Ti，W)C(质量比，以下相同、TiC/WC＝30/70)粉末、(Ti，W)CN(TiC/TiN/WC＝24/20/56)粉末、(Ta，Nb)C(TaC/NbC＝90/10)粉末、Cr3C2粉末以及Co粉末，将这些原料粉末按表3-1所示的配比配合，用球磨机湿式混合72小时，干燥后以100MPa的压力压制成规定形状的压坯，将该压坯在6Pa的真空和1410℃温度下保持1小时进行真空烧结，烧结后对刀刃棱线部进行R0.05的珩磨，分别制成ISO·SNGA120412规定的不磨刃刀片形状的硬质合金基体A3-1～A3-6。
随后，在丙酮中超声波清洗这些硬质合金基体A3-1～A3-6，在干燥的状态下将它们分别装入图1所示的常规电弧离子镀装置中，对上述各硬质合金基体A～F的表面，首先，按下列条件进行前处理
装置内气氛温度(硬质合金基体温度)400℃
气氛气体Ar
气氛压力3Pa
阴极电极(不使用)
电弧放电电流(电弧电源-OFF)
加在硬质合金基体上的偏压-900V
处理时间3分钟然后，按下列条件进行电弧离子镀表面处理
装置内气氛温度500℃
气氛气体Ar
气氛压力3Pa
阴极电极金属Ti
电弧放电电流150A
加在硬质合金基体上的偏压-1000V经过上述处理，在上述硬质合金基体A～F的表面上形成非晶质化层。上述非晶质化层的距离表面的形成深度可以通过调节上述条件的电弧离子镀表面处理的处理时间来控制。
另外，使用透射电子显微镜对上述硬质合金基体A3-1～A3-6的表面部形成的非晶质化层进行组织观察(放大倍数50万倍)，根据观察结果进行判别和测定，结果分别显示出表3-3所示的距表面的平均深度(5点测定的平均值)。
接着，在这些硬质合金基体A3-1～A3-6的表面上，使用常规的化学蒸镀装置，按照表3-2(表中的1-TiCN表示特开平6-8010中记载的具有纵长生长结晶组织的TiCN层的形成条件)所示的条件，形成由表3-3所示组成和目标层厚的Ti化合物层(下侧被覆层)以及Al2O3层和/或Al2O3-ZrO2混合层(上侧被覆层)构成的耐磨损被覆层，分别制成具有图2A的立体图和图2B的纵剖面图所示形状的、作为本发明被覆硬质合金刀具的本实施方式的表面被覆硬质合金制不磨刃刀头(以下简称本发明被覆硬质合金刀片)3-1～3-10。
另外，为了进行比较，如表3-4所示，不进行使用电弧离子镀装置对上述硬质合金基体A3-1～A3-6表面按上述条件的前处理和电弧离子镀表面处理，因此，除了没有在上述硬质合金基体A3-1～A3-6的表面部形成非晶质化层之外，在相同的条件下分别制造作为现有技术被覆硬质合金刀具的以往的表面被覆硬质合金制不磨刃刀片(以下简称以往的被覆硬质合金刀片)3-1～3-10。
随后，对于上述本发明被覆硬质合金刀片3-1～3-10和以往的被覆硬质合金刀片3-1～3-10，用固定夹具将其固定在工具钢制成的车刀端部，按下列条件进行合金钢的干式高切深断续切削试验
被切削材料JIS·SCM440的长度方向等间隔带有4根直槽的圆棒
切削速度130m/min
切深5.3mm
进给量0.18mm/rev
切削时间5分钟然后，按下列条件进行碳钢的干式高进给量断续切削试验
被切削材料JIS·S20C的长度方向等间隔带有4根直槽的圆棒
切削速度135m/min
切深1.4mm
进给量0.5mm/rev
切削时间5分钟最后，按下列是条件进行球墨铸铁的干式高切深断续切削试验
被切削材料JIS·FCD450的长度方向等间隔带有4根直槽的圆棒
切削速度170m/min
切深7mm
进给量0.2mm/rev
切削时间5分钟
在所有的切削试验中，测定切削刃的后面磨损宽度，测定结果示于表3-5中。
表3-1
表3-2
(混合层①、②中的ZrO2表示目标含量)
表3-3
表3-4
表3-5
(表中，使用寿命是硬质被覆层剥离所致)
实施例3-2
作为原料粉末，制备平均粒径5.5μm的中粗粒WC粉末、平均粒径0.8μm的微粒WC粉末、平均粒径1.3μm的TaC粉末、平均粒径1.2μm的NbC粉末、平均粒径1.2μm的ZrC粉末、平均粒径2.3μm的Cr3C2粉末、平均粒径1.5μm的VC粉末、平均粒径1.0μm的(Ti，W)C粉末和平均粒径1.8μm的Co粉末，将这些原料粉末按表3-6所示的配比配合，添加蜡，在丙酮中球磨混合24小时，减压干燥后以100MPa的压力压制成规定形状的各种压坯，将这些压坯在6Pa的真空气氛中，以7℃/分的升温速度升温至1370-1470℃范围内的规定温度，在该温度下保持1小时后，在炉冷条件下烧结，形成直径8mm、13mm和26mm的3种用于形成硬质合金基体的圆棒烧结体，由这3种圆棒烧结体经过磨削加工，按表3-6所示的组合，分别制成刀刃部的直径×长度分别为6mm×13mm、10mm×22mm和20mm×45mm的立铣刀用硬质合金基体B3-1～B3-8。
随后，在丙酮中超声波清洗这些硬质合金基体B3-1～B3-8，在干燥的状态下将它们分别装入图1所示的电弧离子镀装置中，在上述各硬质合金基体的表面上，按照与上述实施例1同样的条件进行前处理和电弧离子镀表面处理，在上述硬质合金基体B3-1～B3-8的表面部形成非晶质化层。上述非晶质化层的距离表面的形成深度可以通过调节电弧离子镀表面处理的处理时间来控制。
另外，使用透射电子显微镜对上述硬质合金基体B3-1～B3-8的表面部形成的非晶质化层进行组织观察(放大倍数50万倍)，根据观察结果进行判别和测定，结果分别显示出表3-7所示的距表面的平均深度(5点测定的平均值)。
接着，在它们的表面上，使用电弧离子镀装置，按表3-2所示的条件，形成由表3-7所示组成和目标层厚的Ti化合物层(下侧被覆层)和Al2O3层和/或Al2O3-ZrO2混合层(上侧被覆层)构成的耐磨损被覆层，分别制成具有图3A的正面图和图3B的刀刃部横剖面图所示形状的、作为本发明被覆硬质合金刀具的本发明被覆硬质合金制立铣刀(以下简称本发明被覆硬质合金立铣刀)3-1’～3-8’。
另外，为了进行比较，如表3-8所示，不进行使用电弧离子镀装置对上述硬质合金基体B3-1～B3-8表面按上述条件的前处理和电弧离子镀表面处理，因此，除了没有在上述硬质合金基体B3-1～B3-8的表面部形成非晶质化层之外，在相同的条件下分别制造作为现有技术被覆硬质合金刀具的以往的表面被覆硬质合金制立铣刀(以下简称以往的被覆硬质合金立铣刀)3-1’～3-8’。
随后，在上述本发明被覆硬质合金立铣刀3-1’～3-8’和以往的被覆硬质合金立铣刀3-1’～3-8’中，对于本发明被覆硬质合金立铣刀3-1’～3-3，和以往的被覆硬质合金立铣刀3-1’～3-3’，按下列条件进行铸铁的湿式高切深侧面切削加工试验
被切削材料平面尺寸100mm×250mm、厚度50mm的JIS·FC250板材
转速5500min-1
轴向切深12mm
径向切深1.6mm
进给量590mm/min
对本发明被覆硬质合金立铣刀3-4’～3-6’和以往的被覆硬质合金立铣刀3-4’～3-6’，按下列条件进行碳钢的湿式高切深侧面切削加工试验
被切削材料平面尺寸100mm×250mm、厚度50mm的JIS·S10C板材
转速2200min-1
轴向切深20mm
径向切深2.5mm
进给量260mm/min
对本发明被覆硬质合金立铣刀3-7’～3-8’和以往的被覆硬质合金立铣刀3-7’～3-8’，按下列条件进行淬火钢的湿式高切深侧面切削加工试验
被切削材料平面尺寸100mm×250mm、厚度50mm的JIS·SKD61(硬度HRC52)板材
转速670min-1
轴向切深26mm
径向切深1.4mm
进给量70mm/min
在所有侧面切削加工试验(所有试验都使用水溶性切削油)中，测定外周刃的后面磨损宽度达到使用寿命目标0.1mm的切削长度，测定结果示于表3-7和3-8中。
表3-6
表3-7
表3-8
(表中，使用寿命的耐磨损被覆层的剥离)
实施例3-3
使用上述实施例2制造的直径8mm(用于形成硬质合金基体B3-1～B3-3)、13mm(用于形成硬质合金基体B3-4～B3-6)和26mm(用于形成硬质合金基体B3-7、B3-8)的3种圆棒烧结体，由这3种圆棒烧结体，经过磨削加工，分别制成槽形成部的直径×长度分别为4mm×13mm(硬质合金基体C3-1～C3-3)、8mm×22mm(硬质合金基体C3-4～C3-6)和16mm×45mm(硬质合金基体C3-7、C3-8)的钻头用硬质合金基体C3-1～C3-8。
随后，在丙酮中超声波清洗这些硬质合金基体C3-1～C3-8，在干燥的状态下将它们装入图1所示的电弧离子镀装置中，在这些硬质合金基体的表面上，按照与上述实施例1同样的条件进行前处理和电弧离子镀表面处理，在上述硬质合金基体C3-1～C3-8的表面部形成非晶质化层。上述非晶质化层的距离表面的形成深度可以通过调节电弧离子镀表面处理的处理时间来控制。
另外，使用透射电子显微镜对上述硬质合金基体C3-1～C3-8的表面部形成的非晶质化层进行组织观察(放大倍数50万倍)，根据观察结果进行判别和测定，结果分别显示出表3-9中所示的距表面的平均深度(5点测定的平均值)。
接着，在它们的表面上使用电弧离子镀装置，按照表3-2所示的条件，形成由表3-9所示组成和目标层厚的Ti化合物层(下侧被覆层)以及Al2O3层和/或Al2O3-ZrO2混合层(上侧被覆层)构成的耐磨损被覆层，分别制成具有图4(a)的正面图和图4(b)的槽形成部的横剖面图所示形状的、作为本发明被覆硬质合金刀具的本发明表面被覆硬质合金制钻头(以下简称本发明被覆硬质合金钻头)3-1～3-8。
另外，为了进行比较，如表3-10所示，不进行使用电弧离子镀装置对上述硬质合金基体C3-1～C3-8表面按上述条件的前处理和电弧离子镀表面处理，因此，除了没有在上述硬质合金基体C3-1～C3-8的表面部形成非晶质化层之外，在相同的条件下分别制造作为现有技术被覆硬质合金刀具的以往的表面被覆硬质合金制钻头(以下简称以往的被覆硬质合金钻头)3-1”～3-8”。
随后，在上述本发明被覆硬质合金钻头3-1”～3-8”和以往的被覆硬质合金钻头3-1”-3～8”中，对于本发明被覆硬质合金钻头3-1”～3-3”和以往的被覆硬质合金钻头3-1”～3-3”，按下列条件进行铸铁的湿式高进给量钻孔切削加工试验
被切削材料平面尺寸100mm×250mm、厚度50mm的JIS·FC250板材
切削速度48m/min
进给量0.41mm/rev
对于本发明的被覆硬质合金钻头3-4”～3-6”和以往的被覆硬质合金钻头3-4”～3-6”，按下列条件进行碳钢的湿式高进给量钻孔切削加工试验
被切削材料平面尺寸100mm×250mm、厚度50mm的JIS·S10C板材
切削速度50m/min
进给量0.36mm/rev
对于本发明的被覆硬质合金钻头3-7”～3-8”和以往的被覆硬质合金钻头3-7”～3-8”，按下列条件进行合金钢的湿式高进给量钻孔切削加工试验
被切削材料平面尺寸100mm×250mm、厚度50mm的JIS·SCM440板材
切削速度65m/min
进给量0.42mm/rev
在所有的湿式高进给量钻孔切削加工试验(所有试验都使用水溶性切削油)中，测定顶端切削刃面的后面磨损宽度达到0.3mm时的钻孔加工数，测定结果分别示于表3-9和3-10中。
表3-9
表3-10
(表中，使用寿命是硬质被覆层剥离所致)
另外，使用能量分散型X射线测定装置和俄歇能谱分析装置以及扫描电子显微镜，测定所得到的作为本发明被覆硬质合金刀具的本发明被覆硬质合金刀片3-1～3-20、本发明被覆硬质合金立铣刀3-1’～3-8’和本发明被覆硬质合金钻头3-1”～3-8”、以及作为以往的被覆硬质合金刀具的以往的被覆硬质合金刀片3-1～3-20、以往的被覆硬质合金立铣刀3-1’～3-8’和以往的被覆硬质合金钻头3-1”～3-8”的硬质被覆层的组成和层厚，结果显示出与表3-3、3-4、3-7～3-10的目标组成和目标层厚基本上相同的组成和平均层厚(与任意5个位置测定的平均值的比较)。
第4实施方式
第4实施方式是基于上述(a)～(c)的见解而进行的，为的是进一步提高构成上述以往的被覆硬质合金刀具的耐磨损被覆层(表面硬质层)对于硬质合金基体表面的附着力，从而进一步提高粘附性。使用图1所示的电弧离子镀装置，得到下述试验结果。
(a)将硬质合金基体安装在电弧离子镀装置上，首先，不使用阴极电极，按下列条件对上述硬质合金基体表面进行前处理
装置内气氛温度(硬质合金基体温度)300～500℃
气氛气体Ar
气氛压力1～10Pa
电弧放电电流(电弧电源-OFF)
加在硬质合金基体上的偏压-800～-1000V
处理时间2-10分钟然后，在硬质合金基体表面上，例如使用金属Ti作为阴极电极，按下列条件进行电弧离子镀表面处理
装置内气氛温度450～550℃
气氛气体Ar
气氛压力1～10Pa
电弧放电电流100～200A
加在硬质合金基体上的偏压-900～1200V
在上述硬质合金基体的表面上，没有形成作为蒸镀层的金属Ti层，使用透射电子显微镜对上述硬质合金基体的表面部进行组织观察，根据观察结果判断，形成了非晶质化层。使用电弧离子镀装置蒸镀形成金属Ti层一般是在下列条件下进行的
装置内气氛温度300～500℃
气氛气体(不使用)
气氛压力0.1Pa以下的真空
阴极电极金属Ti
电弧放电电流50～100A
加在硬质合金基体上的偏压-30～-100V。
(b)在上述表面部形成非晶质化层的硬质合金基体表面上，在距表面1-50nm范围内的平均深度上形成上述非晶质化层，在这种状态下，中间夹着具有维氏硬度2000-2500、极富韧性的氮化钛(以下用TiN表示)层，使用电弧离子镀装置形成构成上述以往的被覆硬质合金刀具的表面硬质层的(Ti，Al)N层和(Ti，Al)CN层，此时，由于上述非晶质化层具有很高的活性，反应性很强，因而在蒸镀形成上述TiN层时与之反应，在上述硬质合金基体表面与上述TiN层之间形成极强的粘附性，同时，还确保了上述TiN层与表面硬质层之间产生极强的粘附性。
(c)因此，结果形成的被覆硬质合金刀具在用于伴随有高的热冲击和机械冲击的强力切削条件下的断续切削加工时，由上述TiN层和表面硬质层构成的耐磨损被覆层不会产生剥离，而且，由于中间存在TiN层，上述耐磨损被覆层本身的韧性显著提高，可以抑制刀刃部产生碎片，因而可以充分发挥上述表面硬质层所具有的良好的耐磨损性。
本发明是基于上述研究结果而完成的。本发明的被覆硬质合金刀具的特征在于，其耐磨损被覆层具有良好的附着力和耐碎裂剥离性，该耐磨损被覆层是按以下所述形成的，即，在采用电弧离子镀表面处理、在距表面1-50nm范围内的平均深度上形成非晶质化层的硬质合金基体表面上，物理蒸镀由(a)基底韧性层和(b)表面硬质层构成的耐磨损被覆层，所述的基底韧性层由TiN层构成，其平均层厚为0.1-5μm，所述的表面硬质层由满足组成式(Ti1-XAlX)N和组成式(Ti1-XAlX)C1-YNY(式中，以原子比计，X表示0.15-0.65，Y表示0.5-0.99)的(Ti，Al)N层和(Ti，Al)CN层中的任一单层或两者的复层构成，其平均层厚为0.5-15μm。
在本发明的被覆硬质合金刀具中，将硬质合金基体表面部上形成的非晶质化层的距表面的平均深度限定为1-50nm是因为，该深度小于1nm时，不能确保与基底韧性层TiN之间产生所希望的良好的附着力，另一方面，提高TiN层对于硬质合金基体表面的附着力的效果只有在距表面的平均深度为50nm时才是最充分的。
另外，在本发明的被覆硬质合金刀具中，构成表面硬质层的(Ti，Al)N层和(Ti，Al)CN层中的Al，是为了提高TiCN的硬度、从而提高耐磨损性而固溶的，因此，组成式(Ti1-XAlX)N和(Ti1-XAlX)C1-YNY的X值低于0.15时，不能确保所希望的良好耐磨损性，反之，该值高于0.65时，刀刃容易产生碎片，因而将X值确定为0.15-0.65(原子比)。另外，(Ti，Al)CN层中的C成分具有提高硬度的作用，因而(Ti，Al)CN层具有比(Ti，Al)N层更高的硬度，C成分的比例小于0.01、即Y值高于0.99时，不能得到预期的硬度提高效果，反之，C成分的比例高于0.5、即Y值小于0.5时，韧性急剧降低，因而将Y值限定为0.5-0.99，优选的是0.55-0.9。
此外，表面硬质层的平均层厚定为0.5-15μm是因为，该层厚小于0.5μm时，不能确保所希望的良好耐磨损性，反之，该层厚高于15μm时，刀刃容易产生碎片。
上述基底韧性层的平均层厚设定为0.1-5μm是因为，该层厚小于0.1μm时，不能确保耐磨损被覆层具有所希望的韧性，反之，该层厚高于5μm时，容易产生塑性变形，导致在强力切削条件下断续切削时刀刃产生不均匀磨损。
下面，通过实施例具体地说明本发明的被覆硬质合金刀具。
实施例4-1
作为原料粉末制备平均粒径均为1-3μm的WC粉末、TiC粉末、ZrC粉末、VC粉末、TaC粉末、NbC粉末、Cr3C2粉末、TiN粉末、TaN粉末和Co粉末。将这些原料粉末按表1所示的配比配合，用球磨机湿式混合72小时，干燥后以100MPa的压力压制成压坯，将该压坯在6Pa的真空和1400℃温度下保持1小时进行烧结，烧结后对刀刃部分进行R0.05的珩磨加工，分别制成具有刀片形状的ISO·SNGA120412的硬质合金基体A4-1～A4-6和ISO·SNMA120412的硬质合金基体A4-7～A4-10。
随后，在丙酮中超声波清洗这些硬质合金基体A4-1～A4-10，在干燥的状态下将它们分别装入图1所示的常规电弧离子镀装置中，对上述各硬质合金基体A4-1～A4-10的表面，首先，按下列条件进行前处理
装置内气氛温度(硬质合金基体温度)400℃
气氛气体Ar
气氛压力3Pa
阴极电极(不使用)
电弧放电电流(电弧电源-OFF)
加在硬质合金基体上的偏压-900V
处理时间3分钟然后，按下列条件进行电弧离子镀表面处理
装置内气氛温度500℃
气氛气体Ar
气氛压力3Pa
阴极电极金属Ti
电弧放电电流150A
加在硬质合金基体上的偏压-1000V
经过上述处理在上述硬质合金基体A4-1～A4-10的表面部形成非晶质化层。上述非晶质化层的距离表面的形成深度可以通过调节上述条件的电弧离子镀表面处理的处理时间来控制。
另外，使用透射电子显微镜对上述硬质合金基体A4-1～A4-10的表面部形成的非晶质化层进行组织观察(放大倍数50万倍)，根据观察结果进行判别和测定，结果分别显示出表4-2和4-3中所示的距表面的平均深度(5点测定的平均值)。
接着，使用电弧离子镀装置，
(A)首先，作为基底韧性层，按下列条件在上述表面部形成非晶质化层的硬质合金基体A4-1～A4-10的表面上，蒸镀形成表4-2和4-3所示目标层厚的TiN层
装置内气氛温度500℃
气氛气体氮气
气氛压力6Pa
阴极电极金属Ti
电弧放电电流70A
加在硬质合金基体上的偏压-50V
(B)然后，作为表面硬质层，按下列条件在上述TiN层的表面上蒸镀形成表4-2和4-3所示目标组成和目标层厚的(Ti，Al)N层和(Ti，Al)CN层中的任一单层或两者的复层
装置内气氛温度500℃
气氛气体氮气或者氮气与甲烷气的一定比例的混合气体
气氛压力6Pa
阴极电极具有各种成分组成的Ti-Al合金
电弧放电电流70A
加在硬质合金基体上的偏压-90V分别制造具有图2A的立体图和图2B的纵剖面图所示形状的、作为本发明被覆硬质合金刀具的本实施方式的表面被覆硬质合金制不磨刃刀片(以下简称本发明被覆硬质合金刀片)4-1～4-20。
另外，为了进行比较，如表4-4和4-5所示，不进行使用电弧离子镀装置对上述硬质合金基体A-1～A-10的表面按上述条件的前处理和电弧离子镀表面处理，因此，除了在上述硬质合金基体A4-1～A4-10的表面部不存在非晶质化层并且未形成作为基底韧性层的TiN层之外，在相同的条件下分别制造作为现有技术被覆硬质合金刀具的以往的表面被覆硬质合金制不磨刃刀片(以下简称以往的被覆硬质合金刀片)4-1～4-20。
随后，对于上述本发明被覆硬质合金刀片4-1～4-20和以往的被覆硬质合金刀片4-1～4-20，用固定夹具将其固定在工具钢制成的车刀端部，按下列条件进行合金钢的干式高切深断续切削试验
被切削材料JIS·SNCM439的长度方向等间隔带有4根直槽的圆棒
切削速度110m/min
切深5.0mm
进给量0.2mm/rev
切削时间2分钟然后，按下列条件进行模具钢的干式高进给量断续切削试验
被切削材料JIS·SKD61的长度方向等间隔带有4根直槽的圆棒
切削速度30m/min
切深1.4mm
进给量0.45mm/rev
切削时间2分钟
最后，按下列是条件进行铸铁的干式高切深断续切削试验
被切削材料JIS·FC300的长度方向等间隔带有4根直槽的圆棒
切削速度150m/min
切深7mm
进给量0.2mm/rev
切削时间3分钟
在所有的切削试验中，测定切削刃的后面磨损宽度，测定结果示于表4-6和4-7中。
表4-1
表4-2
表4-3
表4-4
表4-5
表4-6
(表中，※表示刀刃上产生碎片、※※表示耐磨损被覆剥离所致)
表4-7(表中，※表示刀刃上产生碎片、※※表示耐磨损被覆层剥离所致)
实施例4-2
作为原料粉末，制备平均粒径5.5μm的中粗粒WC粉末、平均粒径0.8μm的微粒WC粉末、平均粒径1.3μm的TaC粉末、平均粒径1.2μm的NbC粉末、平均粒径1.2μm的ZrC粉末、平均粒径2.3μm的Cr3C2粉末、平均粒径1.5μm的VC粉末、平均粒径1.0μm的(Ti，W)C粉末和平均粒径1.8μm的Co粉末。将这些原料粉末按表4-8所示的配比配合，添加蜡，在丙酮中球磨混合24小时，减压干燥后以100MPa的压力压制成规定形状的各种压坯，将这些压坯在6Pa的真空气氛中，以7℃/分的升温速度升温至1370-1470℃范围内的规定温度，在该温度下保持1小时后，在炉冷条件下烧结，形成直径8mm、13mm和26mm的3种用于形成硬质合金基体的圆棒烧结体，由这3种圆棒烧结体，经过磨削加工，按表4-8所示的组合，分别制成刀刃部的直径×长度分别为6mm×13mm、10mm×22mm和20mm×45mm的立铣刀用硬质合金基体B4-1～B4-8。
随后，在丙酮中超声波清洗这些硬质合金基体B4-1～B4-8，在干燥的状态下将它们分别装入图1所示的电弧离子镀装置中，在上述各硬质合金基体的表面上，按照与上述实施例1同样的条件进行前处理和电弧离子镀表面处理，在上述硬质合金基体B4-1～B4-8的表面部形成非晶质化层。上述非晶质化层的距离表面的形成深度可以通过调节电弧离子镀表面处理的处理时间来控制。
另外，使用透射电子显微镜对上述硬质合金基体B4-1～B4-8的表面部形成的非晶质化层进行组织观察(放大倍数50万倍)，根据观察结果进行判别和测定，结果分别显示出表4-9和4-10所示的距表面的平均深度(5点测定的平均值)。
接着，使用电弧离子镀装置，在它们的表面上，按照与上述实施例1相同的条件，首先，作为基底韧性层，蒸镀形成表4-9和4-10所示目标层厚的TiN层，随后，作为表面硬质层，蒸镀形成表4-9和4-10所示目标组成和目标层厚的(Ti，Al)N层和(Ti，Al)CN层中的任一单层或两者的复层，分别制成具有图3(a)的正面图和图3(b)的刀刃部横剖面图所示形状的、作为本发明被覆硬质合金刀具的本发明表面被覆硬质合金制立铣刀(以下简称本发明被覆硬质合金立铣刀)4-1’～4-16’。
另外，为了进行比较，如表4-11和4-12所示，不进行使用电弧离子镀装置对上述硬质合金基体B-1～B-8表面按上述条件的前处理和电弧离子镀表面处理，因此，除了在上述硬质合金基体B-1～B-8的表面部不存在非晶质化层，并且未形成作为基底韧性层的TiN层之外，在相同的条件下分别制造作为现有技术被覆硬质合金刀具的以往的表面被覆硬质合金制立铣刀(以下简称以往的被覆硬质合金立铣刀)4-1’～4-16’。
随后，在上述本发明被覆硬质合金立铣刀4-1’～4-16’和以往的被覆硬质合金立铣刀4-1’～4-16’中，对于本发明被覆硬质合金立铣刀4-1’～4-3’和4-9’～4-11’以及以往的被覆硬质合金立铣刀4-1’～4-3’及4-9’～4-11’，按下列条件进行铸铁的湿式高切深侧面切削加工试验
被切削材料平面尺寸100mm×250mm、厚度50mm的JIS·FC300板材
转速5150min-1
轴向切深12mm
径向切深1.6mm
进给量600mm/min
对于本发明被覆硬质合金立铣刀4-4’～4-6’和4-12’～4-14’以及以往的被覆硬质合金立铣刀4-4’～4-6’和4-12’～4-14’，按下列条件进行合金钢的湿式高切深侧面切削加工试验
被切削材料平面尺寸100mm×250mm、厚度50mm的JIS·SNCM439板材
转速1900min-1
轴向切深20mm
径向切深2.6mm
进给量270mm/min
对于本发明的被覆硬质合金立铣刀4-7’～4-8’和4-15’～4-16’以及以往的被覆硬质合金立铣刀4-7’～4-8’和4-15’～4-16’，按下列条件进行淬火钢的湿式高切深侧面切削加工试验
被切削材料平面尺寸100mm×250mm、厚度50mm的JIS·SKD61(硬度HRC52)板材
转速625min-1
轴向切深26mm
径向切深1.4mm
进给量71mm/min
在所有侧面切削加工试验(所有试验都使用水溶性切削油)中，测定外周刃的后面磨损宽度达到使用寿命目标0.1mm的切削长度，测定结果示于表4-9和4-12中。
表4-8
表4-9
表4-10
表4-11
(表中，※表示刀刃上产生碎片、※※表示耐磨损被覆层剥离所致)
表4-12
(表中，※表示刀刃上产生碎片、※※表示耐磨损被覆层剥离所致)
实施例4-3
使用上述实施例2制造的直径8mm(用于形成硬质合金基体B4-1～B4-3)、13mm(用于形成硬质合金基体B4-4～B4-6)和26mm(用于形成硬质合金基体B4-7、B4-8)的3种圆棒烧结体，由这3种圆棒烧结体，经过磨削加工，分别制成槽形成部的直径×长度分别为4mm×13mm(硬质合金基体C4-1～C4-3)、8mm×22mm(硬质合金基体C4-4～C4-6)和16mm×45mm(硬质合金基体C4-7和C4-8)的钻头用硬质合金基体C4-1～C4-8。
随后，在丙酮中超声波清洗这些硬质合金基体C4-1～C4-8，在干燥的状态下将它们分别装入图1所示的电弧离子镀装置中，在这些硬质合金基体的表面上，按照与上述实施例1同样的条件进行前处理和电弧离子镀表面处理，在上述硬质合金基体C4-1～C4-8的表面部形成非晶质化层。上述非晶质化层的距离表面的形成深度可以通过调节电弧离子镀表面处理的处理时间来控制。
另外，使用透射电子显微镜对上述硬质合金基体C4-1～C4-8的表面部形成的非晶质化层进行组织观察(放大倍数50万倍)，根据观察结果进行判别和测定，结果分别显示出表4-13和4-14中所示的距表面的平均深度(5点测定的平均值)。
接着，在这些硬质合金基体的表面上，使用电弧离子镀装置，按照与上述实施例1相同的条件，首先，作为基底韧性层蒸镀形成表4-13和4-14所示目标层厚的TiN层，然后，作为表面硬质层，蒸镀形成表4-13和表4-14所示目标组成和目标层厚的(Ti，Al)N层和(Ti，Al)CN层中任一单层或两者的复层，分别制成具有图4A的正面图和图4B的槽形成部的横剖面图所示形状的、作为本发明被覆硬质合金刀具的本发明表面被覆硬质合金制钻头(以下简称本发明被覆硬质合金钻头)4-1”～4-16”。
另外，为了进行比较，如表4-15和4-16所示，不进行使用电弧离子镀装置对上述硬质合金基体C4-1～C4-8表面按上述条件的前处理和电弧离子镀表面处理，因此，除了在上述硬质合金基体C4-1～C4-8的表面部上不存在非晶质化层并且未形成作为基底韧性层的TiN层之外，在相同的条件下分别制造作为现有技术被覆硬质合金刀具的以往的表面被覆硬质合金制钻头(以下简称以往的被覆硬质合金钻头)4-1”～4-16”。
随后，在上述本发明被覆硬质合金钻头-1”～4-16”和以往的被覆硬质合金钻头4-1”～4-16”中，对于本发明被覆硬质合金钻头4-1”～4-3”和4-9”～4-11”以及以往的被覆硬质合金钻头4-1”～4-3”和4-9”～4-11”，按下列条件进行铸铁的湿式高进给量钻孔切削加工试验
被切削材料平面尺寸100mm×250mm、厚度50mm的JIS·FC300板材
切削速度40m/min
进给量0.42mm/rev
对于本发明的被覆硬质合金钻头4-4”～4-6”和4-12”～4-14”以及以往的被覆硬质合金钻头4-4”～4-6”和4-12”～4-14”，按下列条件进行合金钢的湿式高进给量钻孔切削加工试验
被切削材料平面尺寸100mm×250mm、厚度50mm的JIS·SNCM439C板材
切削速度40m/min
进给量0.37mm/rev
对于本发明的被覆硬质合金钻头4-7”～4-8”和4-15”～4-16”以及以往的被覆硬质合金钻头4-7”～4-8”和4-15”～4-16”，按下列条件进行淬火钢的湿式高进给量钻孔切削加工试验
被切削材料平面尺寸100mm×250mm、厚度50mm的JIS·SKD61(硬度HRC53)板材
切削速度24m/min
进给量0.36mm/rev
在所有的湿式高进给量钻孔切削加工试验(所有试验都使用水溶性切削油)中，测定顶端切削刃面的后面磨损宽度达到0.3mm时的钻孔加工数，测定结果分别示于表4-13～4-16中。
表4-13
表4-14
表4-15(表中，※表示刀刃上产生碎片、※※表示耐磨损被覆层剥离所致)
表4-16(表中，※表示刀刃上产生碎片、※※表示耐磨损被覆层剥离所致)
另外，使用能量分散型X射线测定装置和俄歇能谱分析装置经及扫描电子显微镜，测定所得到的作为本发明被覆硬质合金刀具的本发明被覆硬质合金刀片4-1～4-20、本发明的被覆硬质合金立铣刀4-1’～4-16’和本发明被覆硬质合金钻头4-1”～4-16”、以及作为现有技术被覆硬质合金刀具的以往的被覆硬质合金刀片4-1～4-20、以往的被覆硬质合金立铣刀4-1’～4-16’和以往的被覆硬质合金钻头4-1”～4-16”的硬质被覆层的组成和层厚，结果显示与表4-2、4-5、4-9～4-16的目标组成和目标层厚基本上相同的组成和平均层厚(与任意5个位置测定的平均值的比较)。
第5实施方式
第5实施方式是基于上述(a)～(c)的见解而进行的，为的是制造进一步提高耐磨损被覆层对于硬质合金的附着力的表面被覆硬质合金制切削刀具。
本实施方式的被覆硬质合金刀具，其耐磨损被覆层具有良好的附着力和耐碎裂剥离性，所述的耐磨损被覆层，是在采用电弧离子镀表面处理、在距表面1-50nm的范围内的平均深度上形成非晶质化层的硬质合金基体表面上物理蒸镀和/或化学蒸镀(a)基底韧性层、(b)下侧硬质层和(c)上侧硬质层构成的耐磨损被覆层而形成的，所述的(a)基底韧性层是由TiN层构成，平均层厚为0.1-5μm，所述的(b)下侧硬质层，是由满足组成式(Ti1-XAlX)N和组成式(Ti1-XAlX)C1-YNY(式中，以原子比计，X表示0.15-0.65，Y表示0.5-0.99)的(Ti，Al)N层和(Ti，Al)CN层中的任一单层或两者的复层构成，其平均层厚为0.5-15μm，所述的(c)上侧硬质层，是由Al2O3层和在Al2O3基体上分散分布ZrO2相的Al2O3-ZrO2混合层中的任一单层或两者的复层构成，平均层厚为0.5-10μm。
下面说明在本发明的被覆硬质合金刀具中，对于硬质合金基体表面部形成的非晶质化层和耐磨损被覆层按以上所述进行数值限定的根据。
(1)硬质合金基体表面部的非晶质化层
如上所述，非晶质化层的作用是，在它与耐磨损被覆层(基底韧性层)之间形成良好的粘附性，其深度小于1nm时，不能确保与基底韧性层TiN层之间形成所希望的良好粘附性，另一方面，提高TiN层对于硬质合金基体表面的附着力效果，只有在非晶质化层距表面的平均深度为50nm时才是最充分的，因此将其平均深度限定为1-50nm。
(2)基底韧性层
如上所述，基底韧性层的作用是，提高耐磨损被覆层的韧性，从而在伴随有热冲击和机械冲击的强力切削条件下进行断续切削时，能显著抑制耐磨损被覆层产生碎裂，其平均层厚小于0.1μm时，不能确保耐磨损被覆层产生所希望的韧性，反之，平均层厚大于5μm时，在强力切削条件下断续切削时容易产生塑性变形，导致耐磨损被覆层发生不均匀磨损，因而将平均层厚限定为0.1-5μm。
(3)下侧硬质层
构成下侧硬质层的(Ti，Al)N层和(Ti，Al)CN层的作用是，赋予耐磨损被覆层硬度和韧性，因而不会发生剥离，在与上侧硬质层共存时发挥良好的耐磨损性。即，下侧硬质层中的Al可以提高具有高韧性的TiN的硬度，因而是为了提高耐磨损性而固溶的，因此，组成式(Ti1-XAlX)N和组成式(Ti1-XAlX)C1-YNY中的X值小于0.15时，不能获得所希望的提高硬度效果，反之，高于0.65时，耐磨损被覆层容易产生碎裂，因而将X值限定为0.15-0.65(原子比)。另外，(Ti，Al)CN层中的C成分具有进一步提高硬度的作用，因而(Ti，Al)CN层比上述(Ti，Al)N层具有更高的硬度，C成分的比例低于0.01、即Y值高于0.99时，不能得到所希望的提高硬度效果，反之，C成分的比例高于0.5、即Y值低于05时，韧性急剧降低，因而Y值限定为0.5-0.99，优选的是0.55-0.9。
另外，其平均层厚小于0.5μm时，不能确保所希望的耐磨损性，反之，平均层厚高于15μm时，耐磨损被覆层容易产生碎裂，因而将其平均层厚限定为0.5-15μm。
(4)上侧硬质层
构成上侧硬质层的Al2O3层和Al2O3-ZrO2混合层，具有良好的高温硬度和耐热性，在与上述下侧硬质层共存的状态下，具有进一步提高耐磨损被覆层的耐磨损性的作用，其平均层厚低于0.5μm时，不能确保所希望的良好耐磨损性，反之，平均层厚高于10μm时，耐磨损被覆层容易产生碎裂，因而将其平均层厚限定为0.5-10μm。
下面通过实施例具体说明该实施方式。
实施例5-1
作为原料粉末，制备平均粒径均为1-3μm的WC粉末、TiC粉末、ZrC粉末、VC粉末、TaC粉末、NbC粉末、Cr3C2粉末、TiN粉末、TaN粉末和Co粉末。将这些原料粉末按表5-1所示的配比配合，用球磨机湿式混合72小时，干燥后以100MPa的压力压制成压坯，将该压坯在6Pa的真空和1400℃温度下保持1小时进行烧结，烧结后对刀刃部分进行R0.05的珩磨加工，分别制成具有不磨刃刀片形状的ISO·SNGA120412的硬质合金基体A5-1～A5-10。
随后，在丙酮中超声波清洗这些硬质合金基体A5-1～A5-10，在干燥的状态下将它们分别装入图1所示的常规电弧离子镀装置中，对上述各硬质合金基体A5-1～A5-10的表面，首先，按下列条件进行前处理
装置内气氛温度(硬质合金基体温度)400℃
气氛气体Ar
气氛压力3Pa
阴极电极(不使用)
电弧放电电流(电弧电源-OFF)
加在硬质合金基体上的偏压-900V
处理时间3分钟然后，按下列条件进行电弧离子镀表面处理
装置内气氛温度500℃
气氛气体Ar
气氛压力3Pa
阴极电极金属Ti
电弧放电电流150A
加在硬质合金基体上的偏压-1000V经过上述处理，在上述硬质合金基体A5-1～A5-10的表面部形成非晶质化层。上述非晶质化层的距离表面的形成深度可以通过调节上述条件的电弧离子镀表面处理的处理时间来控制。
另外，使用透射电子显微镜对上述硬质合金基体A5-1～A5-10的表面部形成的非晶质化层进行组织观察(放大倍数50万倍)，根据观察结果进行判别和测定，结果分别显示出表5-3、5-5中所示的距表面的平均深度(5点测定的平均值)。
接着，使用电弧离子镀装置，
(A)首先，作为基底韧性层，按下列条件在上述表面部形成非晶质化层的硬质合金基体A5-1～A5-10的表面上，蒸镀形成表5-3、5-5所示目标层厚的TiN层
装置内气氛温度500℃
气氛气体氮气
气氛压力6Pa
阴极电极金属Ti
电弧放电电流70A
加在硬质合金基体上的偏压-50V
(B)然后，作为下侧硬质层，按下列条件在上述TiN层的表面上蒸镀形成表5-3、5-5所示目标组成和目标层厚的(Ti，Al)N层和(Ti，Al)CN层中的任一单层或两者的复层
装置内气氛温度500℃
气氛气体氮气或者氮气与甲烷气的一定比例的混合气体
气氛压力6Pa
阴极电极具有各种成分组成的Ti-Al合金
电弧放电电流70A
加在硬质合金基体上的偏压-90V
(C)最后，在上述下侧硬质层的表面上，作为上侧硬质层，使用常规的化学蒸镀装置，按表5-2所示的条件，蒸镀形成表5-4、5-6所示目标层厚的α型或κ型晶体结构的Al2O3层或者Al2O3-ZrO2混合层，分别制造具有图2A的立体图和图2B的纵剖面图所示形状的、作为本发明被覆硬质合金刀具的本发明表面被覆硬质合金制不磨刃刀片(以下简称本发明被覆硬质合金刀片)5-1～5-20。
另外，为了进行比较，如表5-7～5-10所示，不进行使用电弧离子镀装置对上述硬质合金基体A5-1～A5-10的表面按上述条件的前处理和电弧离子镀表面处理，因此，除了在上述硬质合金基体A5-1～A5-10的表面部不形成非晶质化层，并且未形成作为基底韧性层的TiN层之外，在相同的条件下分别制造作为现有技术被覆硬质合金刀具的以往的表面被覆硬质合金制不磨刃刀片(以下简称以往的被覆硬质合金刀片)5-1～5-20。
随后，对于上述本发明被覆硬质合金刀片5-1～5-20和以往的被覆硬质合金刀片5-1～5-20，用固定夹具将其固定在工具钢制成的车刀端部，按下列条件进行合金钢的干式高切深断续切削试验
被切削材料JIS·SNCM439的长度方向等间隔带有4根直槽的圆棒
切削速度130m/min
切深5mm
进给量0.19mm/rev
切削时间5分钟然后，按下列条件进行模具钢的干式高进给量断续切削试验
被切削材料JIS·SKD61的长度方向等间隔带有4根直槽的圆棒
切削速度35m/min
切深1.6mm
进给量0.45mm/rev
切削时间5分钟最后，按下列是条件进行球墨铸铁的干式高切深断续切削试验
被切削材料JIS·FCD500的长度方向等间隔带有4根直槽的圆棒
切削速度160m/min
切深7mm
进给量0.15mm/rev
切削时间5分钟在所有的切削试验中，测定切削刃的后面磨损宽度，测定结果示于表5-4、5-6、5-8和5-10中。
表5-1
表5-2
表5-3
表5-4
表5-5
表5-6
表5-7
表5-8(表中，※表示耐磨损被覆层产生碎裂、※※表示耐磨损被覆层产生剥离)
表5-9
表5-10(表中，※表示耐磨损被覆层产生碎裂、※※表示耐磨损被覆层产生剥离)
实施例5-2
作为原料粉末，制备平均粒径5.5μm的中粗粒WC粉末、平均粒径0.8μm的微粒WC粉末、平均粒径1.3μm的TaC粉末、平均粒径1.2μm的NbC粉末、平均粒径1.2μm的ZrC粉末、平均粒径2.3μm的Cr3C2粉末、平均粒径1.5μm的VC粉末、平均粒径1.0μm的(Ti，W)C粉末和平均粒径1.8μm的Co粉末。将这些原料粉末按表5-11所示的配比配合，添加蜡，在丙酮中球磨混合24小时，减压干燥后以100MPa的压力压制成规定形状的各种压坯，将这些压坯在6Pa的真空气氛中，以7℃/分的升温速度升温至1370-1470℃范围内的规定温度，在该温度下保持1小时后，在炉冷条件下烧结，形成直径8mm、13mm和26mm的3种用于形成硬质合金基体的圆棒烧结体，由这3种圆棒烧结体经过磨削加工，按表5-11所示的组合，分别制成刀刃部的直径×长度分别为6mm×13mm、10mm×22mm和20mm×45mm的立铣刀用硬质合金基体B-1～B-8。
随后，在丙酮中超声波清洗这些硬质合金基体B5-1～B5-8，在干燥的状态下将它们分别装入图1所示的电弧离子镀装置中，在上述各硬质合金基体的表面上，按照与上述实施例1同样的条件进行前处理和电弧离子镀表面处理，在上述硬质合金基体B5-1～B5-8的表面部形成非晶质化层。上述非晶质化层的距离表面的形成深度可以通过调节电弧离子镀表面处理的处理时间来控制。
另外，使用透射电子显微镜对上述硬质合金基体B5-1～B5-8的表面部形成的非晶质化层进行组织观察(放大倍数50万倍)，根据观察结果进行判别和测定，结果分别显示出表5-12、5-14所示的距表面的平均深度(5点测定的平均值)。
接着，使用电弧离子镀装置，在它们的表面上，按照与上述实施例1相同的条件，首先，作为基底韧性层蒸镀形成表5-12、5-14所示目标层厚的TiN层，随后，作为下侧硬质层，蒸镀形成表5-12、5-14所示目标组成和目标层厚的(Ti，Al)N层和(Ti，Al)CN层中的任一单层或两者的复层，最后，在上述下侧硬质层的表面上，作为上侧硬质层，使用常规的化学蒸镀装置，按表5-2所示的条件，蒸镀形成表5-13、5-15所示目标层厚的α型或κ型晶体结构的Al2O3层或者Al2O3-ZrO2混合层，分别制造具有图3A的正面图和图3B的刀刃部横剖面图所示形状的、作为本发明被覆硬质合金刀具的本发明表面被覆硬质合金制立铣刀(以下简称本发明被覆硬质合金立铣刀)5-1’～5-16’。
另外，为了进行比较，如表5-16～5-19所示，不进行使用电弧离子镀装置对上述硬质合金基体B5-1～B5-8的表面按上述条件的前处理和电弧离子镀表面处理因此，除了在上述硬质合金基体B5-1～B5-8的表面部不存在非晶质化层，并且未形成作为基底韧性层的TiN层之外，在相同的条件下分别制造作为现有技术被覆硬质合金刀具的以往的表面被覆硬质合金制立铣刀(以下简称以往的被覆硬质合金立铣刀)5-1’～5-16’。
随后，在上述本发明被覆硬质合金立铣刀5-1’～5-16’和以往的被覆硬质合金立铣刀5-1’～5-16’中，对于本发明被覆硬质合金立铣刀5-1’～5-3’和5-9’～5-11’以及以往的被覆硬质合金立铣刀5-1’～5-3’和5-9’～5-11’，按下列条件进行铸铁的湿式高切深侧面切削加工试验
被切削材料平面尺寸100mm×250mm、厚度50mm的JIS·FC300板材
转速5300min-1
轴向切深12mm
径向切深1.6mm
进给量585mm/min
对于本发明被覆硬质合金立铣刀5-5’～5-6’和5-12’～5-14’以及以往的被覆硬质合金立铣刀5-4’～5-6’和5-12’～5-14’，按下列条件进行合金钢的湿式高切深侧面切削加工试验
被切削材料平面尺寸100mm×250mm、厚度50mm的JIS·SNCM439板材
转速2100min-1
轴向切深20mm
径向切深2.6mm
进给量250mm/min
对于本发明的被覆硬质合金立铣刀5-7’、5-8’和5-15’、5-16’以及以往的被覆硬质合金立铣刀5-7’、5-8’和5-15’、5-16’，按下列条件进行淬火钢的湿式高切深侧面切削加工试验
被切削材料平面尺寸100mm×250mm、厚度50mm的JIS·SKD61(硬度HRC52)板材
转速650min-1
轴向切深26mm
径向切深1.4mm
进给量68mm/min
在所有侧面切削加工试验(所有试验都使用水溶性切削油)中，测定外周刃的后面磨损宽度达到使用寿命目标0.1mm的切削长度，测定结果示于表5-13、5-15、5-17和5-19中。
表5-11
表5-12
表5-13
表5-14
表5-15
表5-16
表5-17(表中，※表示耐磨损被覆层产生碎裂、※※表示耐磨损被覆层产生剥离)
表5-18
表5-19(表中，※表示耐磨损被覆层产生碎裂、※※表示耐磨损被覆层产生剥离)
实施例5-3
使用上述实施例2制造的直径8mm(用于形成硬质合金基体B5-1～B5-3)、13mm(用于形成硬质合金基体B5-4～B5-6)和26mm(用于形成硬质合金基体B5-7、B5-8)的3种圆棒烧结体，由这3种圆棒烧结体，经过磨削加工，分别制成槽形成部的直径×长度分别为4mm×13mm(硬质合金基体C5-1～C5-3)、8mm×22mm(硬质合金基体C5-4～C5-6)和16mm×45mm(硬质合金基体C5-7和C5-8)的钻头用硬质合金基体C5-1～C5-8。
随后，在丙酮中超声波清洗这些硬质合金基体C5-1～C5-8，在干燥的状态下将它们分别装入图1所示的电弧离子镀装置中，在这些硬质合金基体的表面上，按照与上述实施例1同样的条件进行前处理和电弧离子镀表面处理，在上述硬质合金基体C5-1～C5-8的表面部形成非晶质化层。上述非晶质化层的距离表面的形成深度可以通过调节电弧离子镀表面处理的处理时间来控制。
另外，使用透射电子显微镜对上述硬质合金基体C5-1～C5-8的表面部形成的非晶质化层进行组织观察(放大倍数50万倍)，根据观察结果进行判别和测定，结果分别显示出表5-20、5-22中所示的距表面的平均深度(5点测定的平均值)。
接着，使用电弧离子镀装置，在它们的表面上，按照与上述实施例1相同的条件，首先，作为基底韧性层蒸镀形成表5-20、5-22所示目标层厚的TiN层，然后，作为下侧硬质层，蒸镀形成表5-20、5-22所示目标组成和目标层厚的(Ti，Al)N层和(Ti，Al)CN层中任一单层或两者的复层，最后，作为上述硬质层，使用常规的化学蒸镀装置，按表5-2所示的条件，蒸镀形成表5-21、5-23所示目标层厚的α型或κ型晶体结构的Al2O3层或者Al2O3-ZrO2混合层，分别制造具有图4A的正面图和图4B的槽形成部横剖面图所示形状的、作为本发明被覆硬质合金刀具的本发明表面被覆硬质合金制钻头(以下简称本发明被覆硬质合金钻头)5-1”～5-16”。
另外，为了进行比较，如表5-24和-27所示，不进行使用电弧离子镀装置对上述硬质合金基体C5-1～C5-8表面按上述条件的前处理和电弧离子镀表面处理，因此，除了在上述硬质合金基体C5-1～C5-8的表面部上不存在非晶质化层并且未形成作为基底韧性层的TiN层之外，在相同的条件下分别制造作为现有技术被覆硬质合金刀具的以往的表面被覆硬质合金制钻头(以下简称以往的被覆硬质合金钻头)5-1”～5-16”。
随后，在上述本发明被覆硬质合金钻头5-1”～5-16”和以往的被覆硬质合金钻头5-1”～5-16”中，对于本发明被覆硬质合金钻头5-1”～5-3”和5-9”～5-11”以及以往的被覆硬质合金钻头5-1”～5-3”和5-9”～5-11”，按下列条件进行铸铁的湿式高进给量钻孔切削加工试验
被切削材料平面尺寸100mm×250mm、厚度50mm的JIS·FC300板材
切削速度48m/min
进给量0.40mm/rev
对于本发明的被覆硬质合金钻头5-4”～5-6”和5-12”～5-14”以及以往的被覆硬质合金钻头5-4”～5-6”和5-12”～5-14”，按下列条件进行合金钢的湿式高进给量钻孔切削加工试验
被切削材料平面尺寸100mm×250mm、厚度50mm的JIS·SNCM439板材
切削速度50m/min
进给量0.38mm/rev
对于本发明的被覆硬质合金钻头5-7”～5-8”和5-15”～5-16”以及以往的被覆硬质合金钻头5-7”～5-8”和5-15”～5-16”，按下列条件进行淬火钢的湿式高进给量钻孔切削加工试验
被切削材料平面尺寸100mm×250mm、厚度50mm的JIS·SKD61(硬度HRC53)板材
切削速度30m/min
进给量0.34mm/rev
在所有的湿式高进给量钻孔切削加工试验(所有试验都使用水溶性切削油)中，测定顶端切削刃面的后面磨损宽度达到0.3mm时的钻孔加工数，测定结果分别示于表5-21、5-23、5-25和5-27中。
表5-20
表5-21
表5-22
表5-23
表5-24
表5-25(表中，※表示耐磨损被覆层产生的碎片、※※表示产生剥离)
表5-26
表5-27(表中，※表示耐磨损被覆层产生的碎片，※※表示产生剥离)
另外，使用能量分散型X射线测定装置和俄歇能谱分析装置以及扫描电子显微镜，测定所得到的作为本发明被覆硬质合金刀具的本发明被覆硬质合金刀片5-1～5-20、本发明的被覆硬质合金立铣刀5-1’～5-16’和本发明被覆硬质合金钻头5-1”～5-16”、以及作为以往的被覆硬质合金刀具的以往的被覆硬质合金刀片5-1～5-20、以往的被覆硬质合金立铣刀5-1’～5-16’和以往的被覆硬质合金钻头5-1”～5-16”的硬质被覆层的组成和层厚，结果显示与表5-3～5-10、5-12～5-27的目标组成和目标层厚基本上相同的组成和平均层厚(与任意5个位置测定的平均值的比较)。
权利要求
1.表面被覆硬质合金制切削刀具，其特征在于，耐磨损被覆层具有良好的附着力，该刀具是在采用电弧离子镀表面处理、在距表面1-50nm范围内的平均深度形成非晶质化层的碳化钨基硬质合金基体的表面上，物理蒸镀和/或化学蒸镀由Ti的碳化物层、氮化物层、碳氮化物层、碳氧化物层和碳氮氧化物层中的1层或2层以上的复合层构成并且平均层厚为1-15μm的耐磨损被覆层而制成。
2.表面被覆硬质合金制切削刀具，其特征在于，硬质被覆层具有良好的附着力，该刀具是在采用电弧离子镀表面处理、在距表面1-50nm范围内的平均深度上形成非晶质化层的碳化钨基硬质合金基体表面上，以0.5-15μm的平均层厚物理蒸镀由满足组成式(Ti1-XAlX)N和(Ti1-XAlX)C1-YNY(式中，以原子比计，X表示0.15-0.65，Y表示0.5-0.99)的Ti与Al的复合氮化物层以及Ti与Al的复合碳氮化物层中的一方或两方构成的单层或复层的硬质被覆层而制成。
3.表面被覆硬质合金制切削刀具，其特征在于，耐磨损被覆层具有良好的附着力和而碎裂性，该刀具是在采用电弧离子镀表面处理、在距表面1-50nm范围内的平均深度上形成非晶质化层的碳化钨基硬质合金基体表面上，物理蒸镀(a)基底韧性层和(b)表面硬质层而制成的，所述的基底韧性层由氮化钛层构成，平均层厚为0.1-5μm，所述的表面硬质层由满足组成式(Ti1-XAlX)N和(Ti1-XAlX)C1-YNY(式中，以原子比计，X表示0.15-0.65，Y表示0.5-0.99)的Ti与Al的复合氮化物层以及Ti与Al的复合碳氮化物层中的任一方的单层或两方的复层构成，平均层厚为0.5-15μm。
4.表面被覆硬质合金制切削刀具，其特征在于，耐磨损被覆层具有良好的附着力，该刀具是在采用电弧离子镀表面处理、在距表面1-50nm范围内的平均深度上形成非晶质化层的碳化钨基硬质合金基体表面上，物理蒸镀和/或化学蒸镀由(a)下侧被覆层和(b)上侧被覆层构成的耐磨损被覆层而制成的，所述的下侧被覆层由Ti的碳化物层、氮化物层、碳氮化物层、碳氧化物层和碳氮氧化物层中的1层或2层以上的复合层构成，平均层厚为0.5-15μm，所述的上侧被覆层由氧化铝层以及在氧化铝基体中分散分布氧化锆相的氧化铝-氧化锆混合层中的任一方或两方构成，平均层厚为0.5-15μm。
5.表面被覆硬质合金制切削刀具，其特征在于，耐磨损被覆层具有良好的附着力和耐碎裂性，该刀具是在采用电弧离子镀表面处理、在距表面1-50nm范围内的平均深度上形成非晶质化层的碳化钨基硬质合金基体表面上，物理蒸镀和/或化学蒸镀(a)基底韧性层、(b)下侧硬质层和(c)上侧硬质层而制成的，所述的基底韧性层是由氮化钛层构成，平均层厚为0.1-5μm，所述的下侧硬质层是由满足组成式(Ti1-XAlX)N和(Ti1-XAlX)C1-YNY(式中，以原子比计，X表示0.15-0.65，Y表示0.5-0.99)的Ti与Al的复合氮化物层和Ti与Al的复合碳氮化物层中的任一方的单层或两方的复层构成，并且平均层厚为0.5-15μm，所述的上侧硬质层是由氧化铝层以及在氧化铝基体中分散分布氧化锆相的氧化铝-氧化锆混合层中的任一方的单层或两方的复层构成，平均层厚为0.5-10μm。
全文摘要
本发明提供了耐磨损被覆层具有良好的附着力和耐碎裂性的表面被覆硬质合金制切削刀具。该刀具是在采用电弧离子镀表面处理、在距表面1－50nm范围内的平均深度上形成非晶质化层的碳化钨基硬质合金基体表面上，物理蒸镀下面所述的(a)基底韧性层和(b)表面硬质层而制成的。所述的(a)基底韧性层由氮化钛层构成，平均厚度为0.1－5μm，所述的(b)表面硬质层，是由满足组成式(Ti1－XAlX)N和(Ti1－XAlX)C1－YNY(式中，以原子比计，X表示0.15－0.65，Y表示0.5－0.99)的Ti与Al的复合氮化物层以及Ti与Al的复合碳氮化物层中的任一方的单层或两方的复层构成，并且平均厚度为0.5－15μm。
文档编号C23C30/00GK1390679SQ0212313
公开日2003年1月15日 申请日期2002年3月28日 优先权日2001年6月11日
发明者冈田恒辉, 田代安彦, 中村惠滋 申请人:三菱综合材料株式会社