[发明专利]硬质包覆层发挥优异的耐崩刀性的表面包覆切削工具

说明书

技术领域

本发明涉及一种表面包覆切削工具(以下称为包覆工具)，例如即使在钢或铸铁等的伴随高热产生且冲击性负载作用于刀刃的高速断续切削加工中使用时，由于硬质包覆层具有优异的附着强度，所以也不会在刀刃上产生崩刀(微小碎片)，而在长期使用中发挥优异的切削性能。 

背景技术

以往，广泛公知有在碳化钨基硬质合金制基体(以下称为硬质基体)或TiCN基金属陶瓷基体(以下称为金属陶瓷基体。并且，将硬质基体和金属陶瓷基体总称为工具基体)的表面上蒸镀形成由下述(a)、(b)构成的硬质包覆层的包覆工具， 

(a)下部层为由具有3～20μm的整体平均层厚的TiC层、TiN层、TiCN层、TiCO层及TiCNO层中的1层或2层以上构成的Ti化合物层， 

(b)上部层为具有1～15μm的平均层厚且在化学蒸镀形成的状态下具有α型结晶结构的氧化铝(以下用Al₂O₃表示)层， 

该包覆工具在钢或铸铁等的切削加工中发挥优异的耐磨性。 

并且，也公知有为了提高工具基体和在其上蒸镀形成的硬质包覆层的接合强度而在工具基体表面以0.2～2μm左右的厚度包覆Fe、Ni或Co的单一金属层、复合金属层。 

专利文献1：日本专利公告昭50-14237号公报 

专利文献2：日本专利公开昭53-23810号公报 

现状为如下：近年来，对切削加工的节省劳力化以及节能化的要求强烈，伴随这一点，切削加工逐渐具有高速化、高效率化的倾向，与此相反，谋求 工具寿命的延长寿命化这一点上也要求硬质包覆层的厚膜化，但是若使用形成由作为下部层的Ti化合物层和作为上部层的Al₂O₃层构成的硬质包覆层的以往包覆工具，例如在高速条件下进行钢的断续切削，则所述Al₂O₃层因为高温强度和韧性不充分，因此容易产生硬质包覆层的崩刀、剥离等，并且为了提高工具基体和硬质包覆层的接合强度，即使在工具基体表面包覆金属Fe、Ni或Co，也由于下部层-上部层之间的附着度不充分，所以也产生崩刀、剥离等，由此为原因在较短时间内达到使用寿命。 

因此，本发明者们为了改善包覆工具的耐崩刀性、及耐剥离性，对硬质包覆层的层构造进行了深入研究，结果得到如下见解。 

包覆工具的硬质包覆层中，由TiC层、TiN层、TiCN层、TiCO层以及TiCNO层中的1层或2层以上形成的Ti化合物层所构成的下部层根据其本身所具备的优异的高温强度而有助于硬质包覆层的高温强度提高，并且、由Al₂O₃层构成的上部层其耐氧化性和热稳定性优异且具有高硬度，但在伴随高热产生且冲击性负载作用于刀刃的高速断续切削中，下部层-上部层之间的附着强度并不充分。 

因此，为了提高下部层-上部层之间的附着强度，对两层的附着界面区域的改善反复进行了多次试验发现如下现象：微量的Zr原子、Lu原子、Y原子、Cr原子中的任1种或2种以上仅存在(不均匀)于下部层和上部层的界面区域(以下部层和上部层的界面为中心的±5nm的范围内的区域)时，该Zr原子、Lu原子、Y原子、Cr原子的任1种或2种以上的原子在下部层的Ti化合物层和上部层的Al₂O₃层之间形成牢固的化学粘结剂，其结果提高下部层与上部层之间的附着强度。 

更具体而言，例如在下部层形成之后上部层形成之前，在含有Zr化合物的在气体气氛中短时间处理(以下，称为“Zr处理”)下部层表面，接着，通过蒸镀形成上部层，可以使微量的Zr原子仅存在(不均匀)于所述下部层和上部层的界面区域内，而且，由此提高由Ti化合物层构成的下部层和由Al₂O₃层构成的上部层的附着强度，其结果，即使在伴随高热产生且冲击性 负载作用于切刃的高速断续切削加工中，也不会产生崩刀、剥离，在长期使用中能发挥优异的切削性能。 

并且，不仅是Zr原子，也在Lu原子、Y原子、Cr原子分别单独的情况下，甚至在Zr原子、Lu原子、Y原子、Cr原子中的2种以上的情况下，使这些原子仅存在(不均匀)于下部层和上部层的界面区域时，由Ti化合物层构成的下部层与由Al₂O₃层化合物构成的上部层的附着强度提高，其结果，即使在伴随高热产生且冲击性负载作用于切刃的高速断续切削加工中，也不会产生崩刀、剥离，在长期使用中可以发挥优异的切削性能。 

发明内容