[发明专利]耐磨性优异的表面包覆切削工具的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种耐磨性优异的表面包覆切削工具的制造方法，尤其涉及一种如下特征的耐磨性优异的表面包覆切削工具的制造方法，其通过溶胶-凝胶法在包括碳化钨基硬质合金、碳氮化钛基金属陶瓷、高速钢或立方晶氮化硼基超高压烧结体的工具基体（以下仅称为工具基体）的表面或在该工具基体表面上形成的硬质皮膜的最表面形成氧化铝层。

背景技术

众所周知，一直以来，通过在工具基体表面包覆形成包括选自周期表的4a、5a、6a族中的至少1种以上元素的碳化物、氮化物、碳氮化物等的硬质皮膜来谋求提高切削工具的耐磨性。

并且，硬质皮膜中尤其是α型氧化铝层的热稳定性优异，反应性较低，并且为高硬度，由于这一点，大多包覆形成α型氧化铝层作为包括选自上述周期表的4a、5a、6a族中的至少1种以上元素的碳化物、氮化物、碳氮化物等的硬质皮膜的最表面层。

作为氧化铝层的包覆形成方法，一般采用化学蒸镀（CVD）法，但除此之外，还已知通过物理蒸镀（PVD）法、溶胶-凝胶法形成氧化铝层。

例如，如专利文献1所示，为了避免工具基体、硬质皮膜的特性劣化、变形，提出了一种在低温条件下（1000℃以下）形成α型氧化铝层的方法，作为该方法，通过物理蒸镀（PVD）法在工具基体表面形成包括以Al和选自包括4a族、5a族、6a族及Si的组中的至少1种元素为必需成分的氮化物、碳化物、碳氮化物、硼化物、氮氧化物、碳氮氧化物的硬质皮膜后，对该硬质皮膜进行氧化来形成含氧化物层，并在该含氧化物层上进行物理蒸镀（PVD），由此蒸镀形成耐磨性及耐热性优异且以α型晶体结构为主体的作为最表面层的氧化铝层。

另外，如专利文献2所示，提出了一种通过物理蒸镀（PVD）法蒸镀形成硬质包覆层的表面包覆切削工具，其中，由（Ti、Al）N层构成第1层，并且，由氧化铝层

（优选γ型氧化铝层）构成第2层。

另外，如专利文献3所示，提出了一种具有力学特性和耐久性的氧化铝包覆结构体的制造方法，作为该方法，利用溶胶-凝胶法在母材上包覆包括晶体结构为非晶结构或γ型的氧化铝或者它们的混合物的第1氧化铝层后，通过溅射包覆形成以γ型为主体的第2氧化铝层。

专利文献1：日本专利公开2004-124246号公报

专利文献2：日本专利公开2007-75990号公报

专利文献3：日本专利公开2006-205558号公报

在包覆形成包括硬质皮膜和形成在其最表面的氧化铝的硬质包覆层的上述以往表面包覆切削工具（以下，仅称为包覆工具）中，最表面的氧化铝层在切削加工钢等时例如提高了在包覆工具的前刀面中的耐磨性，这尤其是因为α型氧化铝的热稳定性、非反应性较高所致。

上述专利文献1中提出了通过物理蒸镀（PVD）法在低温条件下形成α型氧化铝层，但是当蒸镀形成氧化铝层时存在如下问题，首先，尽管需要使硬质皮膜氧化并在其表面形成含氧化物层，但含氧化物层与氧化铝层的粘附性不充分，并且，作为氧化铝，不仅存在α型氧化铝，而且还存在γ型氧化铝，因此无法得到充分的耐热性，其结果，无法经长期使用而发挥令人满意的切削性能。

另外，在上述专利文献2、3中，存在如下问题：由于所形成的氧化铝为γ型氧化铝，因此缺乏高温中的稳定性，并且，在高速切削加工中无法发挥令人满意的切削性能。

发明内容

因此，本发明人等对在工具基体表面利用物理蒸镀（PVD）法形成硬质皮膜后包覆形成其最表面层的溶胶-凝胶法进行深入研究后发现，在铝醇盐中添加醇和酸，并在低温条件下进行长时间的水解、低温熟化处理，接着，通过添加水实施高晶化处理而制备的氧化铝溶胶作为最表面层进行涂布、干燥后进行烧成，从而能够包覆形成具有α型晶体结构的氧化铝层。

即，发现在制备氧化铝溶胶时，作为低温熟化处理，通过进行比通常更低的温度下的搅拌和长时间保持来抑制水解及缩聚的反应速度，并紧密地形成包括Al-O键的氧化铝前躯体后，作为高晶化处理，添加水使铝醇盐中的铝量成为预定浓度，并实施预定温度下的加热，这时，能够更加促进铝醇盐的水解及缩聚反应，并形成更多接近刚玉型结构的八面体AlO₆，因此若涂布该氧化铝溶胶作为硬质皮膜的最表面层，并进行干燥、烧成，则能够形成包括具有致密且结晶性较高的刚玉型晶体结构的α氧化铝层的硬质皮膜的最表面层。