[发明专利]切削工具用多层硬膜

说明书

技术领域

本发明涉及一种膜，其形成在刀片、立铣刀、钻头等硬质合金以及金属陶瓷刀具等切削工具(可转位刀片)的表面上，尤其涉及一种切削工具用多层硬膜，其具有组成比与膜结构分别不同的基层、中间层以及顶层并连续沉积，从而可以提高耐磨性以及耐氧化性。

背景技术

一般，为了提高耐磨性，在切削工具/耐磨性工具上利用物理汽相沉积(vapor deposition)法的电弧法(arc process)与溅射法等沉积TiN，TiCN，TiAlN等N系涂层硬质合金，该些膜中，高温中的耐磨性最优秀以及最近在金属切削领域最引人注目的是TiAlN涂层硬质合金。

但是，TiAlN膜虽然其硬度高、耐磨性优秀，但与TiN、TiCN膜相比，其耐冲击性较弱，不适合用于施加冲击的工作条件或者中低速条件，TiN、TiCN根据加工条件有可能发生同样的情况。

根据沉积方法以及沉积因素的变化，可以提高耐磨性以及耐冲击性，但很难提高所有性能。一般，耐磨性与耐冲击性是物性相反的，因此很难同时得以改善，根据各膜的适用领域或者用途来决定膜的物性，但是，在实际加工时，一般同时要求耐磨性与耐冲击性，因此，在各种加工条件以及加工物沉积具有适当的物性的膜是不可能的。

根据所述必要性，如本申请人于2003年6月30申请的大韩民国专利申请第200343513号公报，最近提出了能够减少因机械冲击的破损率的2次性方法，该方法并不试图改善膜本身的物性，而是在耐磨性优秀的TiAlN膜结合润滑性优秀的TiN膜或者其他膜从而减少因机械冲击的破损率。

但是，在此情况，除沉积主膜的蒸发源之外还需要用于沉积润滑膜的另一个蒸发源，由于减少了蒸发源，因此存在需要沉积时间长的问题，没有改善膜本身的根本物性，所以切削时发生工具的破损。

为了解决所述问题，由本申请人的大韩民国专利授权第100622912号“耐冲击以及耐磨性出色的TiAiN系多层硬膜”已被授权，但具有提高耐磨性以及耐氧化性有限制的缺点。

另外，最近的工业技术动向是为提高生产性要求高速加工化，根据此动向，代替TiN与TiCN，一般使用具有进一步提高的耐氧化性的TiAlN膜的切削工具。

而且，由于切削加工速度逐渐高速化，也持续开发膜，例如，美国专利US5580653中，为了改善耐氧化性，提出对AiTiN膜结构添加Si元素的单膜，在美国专利US6586122中，提出第二膜结构为根据Si含量的高低以两种膜为一个周期的多层膜结构。

但是，在此处含有Si元素的膜与没有含有Si元素的膜相比具有相当高的压缩应力，因此存在脆性较强的问题，并且，由于该压缩应力高，因此将含有Si元素的膜直接沉积在切削工具上时，容易发生剥离现象。

为了解决所述问题，在切削工具上沉积未含有Si元素的膜，为了提高耐磨性与耐氧化性，提出Si元素比各不同的多层膜技术。

但是，所述技术是在PVD涂层装置内必须设置两个以上Si含量不同的对象物源，并且，添加Si的对象物的费用高，因此存在经济效应差的问题。

因此，实现以下多层膜结构，即只设置一个Si元素的对象物或者只设置一个添加了Cr元素的对象物，不但经济效果好，而且重要的是提高了所述引用文件所要求的耐磨性与耐剥落性的多层膜结构以及在此基础上同时提高耐磨性与耐氧化性的多层膜结构。

发明内容

本发明为解决所述问题点而提出的，其目的在于提供一种用于可转位刀片的多层硬膜，通过在刀片上以各不相同的组成比和膜结构顺序沉积基层、中间层以及顶层，从而可以减低在高速切削加工中所发生的剥离、工具磨损现象。

本发明的另一目的在于，提供一种提高耐磨性与耐氧化性的切削工具用多层硬膜，将组成比各不同的A层、B层、C层以及D层以A/B/C/D或者A/D/C/B的顺序作为一个沉积周期来沉积。

为达成所述目的，根据本发明的一实施例的切削工具用多层硬膜，为了提高紧贴力以及面(200)的晶体取向，通过物理汽相沉积法在硬质合金的刀片、立铣刀、钻头或者金属陶瓷刀片上沉积基层，接着沉积作为中间层的(Ti、Al)N多层膜以提高耐冲击性以及耐剥落性，然后通过交替堆叠A层、B层、C层以及D层来形成顶层，其中：

[组成式1]：A、C层的膜组成比

[Ti(1-x)Alx][C(1-y)Ny]，0.3≤x≤0.5，0.5≤y≤1，

[组成式2]：B层的膜组成比

[Ti(1-q)Alq][C(1-r)Nr]，0.6≤q≤0.8，0.5≤r≤1，

[组成式3]：D层的膜组成比