[发明专利]耐崩刀性、耐剥离性、耐磨损性优异的表面包覆切削工具

说明书

技术领域

本发明涉及一种在伴有高热发生，并且断续性/冲击性负荷作用于切削刃的不锈钢、碳钢等的高速断续切削加工中，硬质包覆层发挥优异的耐崩刀性、耐剥离性及耐磨损性的表面包覆切削工具（以下，称为包覆工具）。

背景技术

例如，如专利文献1所示广泛所知，在工具基体表面，成膜由选自周期表的4a、5a、6a族的至少1种以上元素的碳化物、氮化物、碳氮化物等构成的硬质皮膜来作为基底层，在其上进一步通过化学蒸镀形成来作为上部层的氧化铝层的包覆工具，但也已知在如上氧化铝层中，层中产生由热膨胀系数差等引起的冷却龟裂。

并且，为了解决因冷却龟裂产生的问题，从以往提出了各种提案。

例如，专利文献2中提出一种包覆工具，在由碳化钨（WC）基硬质合金或碳氮化钛（TiCN）基金属陶瓷构成的工具基体的表面，包覆由下部层和上部层构成的硬质包覆层，作为上部层，包覆形成如下氧化铝层：对在化学蒸镀形成的状态下具有κ型或θ型的结晶结构的氧化铝实施加热处理而使结晶结构相变为ɑ型结晶结构而形成，并且将具有分布有加热相变生成龟裂的组织及1～15μm的平均层厚的加热相变ɑ型氧化铝层作为层基体，且在通过所述层基体表面的喷砂处理使将所述层基体中存在的树枝状非连续龟裂的分布形态为网络状连续龟裂的状态下，将以与所述层基体的总量中所占的比例计为0.5～5质量%的氮化钛对其化学蒸镀填充而成的龟裂填充加热相变ɑ型氧化铝层，该包覆工具已知例如在各种钢或铸铁等的高速断续切削中也显示了优异的耐崩刀性。

专利文献1：日本专利公开平11-229144号公报

专利文献2：日本专利公开2005-205547号公报

上述以往的包覆工具中，将此用于通常条件的高速切削、断续切削时并无特别的障碍，但特别是将此用于伴有高热发生、并且断续性/冲击性负荷作用于切削刃的不锈钢、碳钢等的高速断续切削时，上述包覆工具中，产生熔敷，或根据断续切削的冲击在切削刃部发生崩刀或剥离，因此存在经长期使用无法发挥能够充分满足的切削性能的问题。

发明内容

因此，本发明人等为提供耐崩刀性、耐剥离性优异，且即使在高速断续切削之类的严峻条件下，也能够在长期使用中发挥优异的耐磨损性的包覆工具，进行深入研究的结果，发现了如下见解。

即，发现了在由碳化钨基硬质合金、碳氮化钛基金属陶瓷构成的工具基体表面上通过化学蒸镀或物理蒸镀包覆形成含有选自周期表的4a、5a、6a族、Al及Si的至少一种以上元素的碳化物、氮化物、碳氮化物、碳氧化物及碳氮氧化物的硬质包覆层作为基底层后，在包覆形成作为硬质包覆层的氧化铝层之际，通过化学蒸镀（CVD）法形成氧化铝层来作为底层，且在底层表面形成预定的凹部之后，在该底层的表面以埋入凹部的方式通过溶胶-凝胶法包覆形成非晶氧化硅层时，上层平滑且润滑性优异，而且，与底层的粘附性较大，由此能够成膜耐崩刀性、耐剥离性、耐磨损性优异的硬质包覆层。

即，发现了以往以化学蒸镀（CVD）法成膜的结晶氧化铝层中，因其表面的润滑性或光滑性不足，虽然因熔敷等在短时间内发生崩刀、剥离等异常损伤或月牙洼磨损，但是将此作为底层，且成膜以溶胶-凝胶法成膜的非晶氧化硅层作为其上层时，润滑性、光滑性、切屑排出性提高，且可发挥较高的耐磨损性，并且，由于上层与底层的界面呈凹形状，因此即使在施加冲击性负荷的高速断续切削中，根据锚定效果上层变得难以剥离，并且，即使在硬质包覆层有所磨损时，也由于以在凹部填充上层的非晶氧化硅层的方式成膜，因此能够在长期使用过程中同时发挥上层的润滑性与底层的耐磨损性。

本发明为基于上述见解而完成的，其特征在于，

（1）一种表面包覆切削工具，在由碳化钨基硬质合金或碳氮化钛基金属陶瓷构成的工具基体的表面形成有硬质包覆层，该硬质包覆层由通过化学蒸镀或物理蒸镀包覆形成的基底层及在该基底层上形成的底层和上层构成，该底层由氧化铝构成，该上层由氧化硅构成，其特征在于，

（a）该基底层为具有1.0～15.0μm的平均层厚的选自周期表的4a、5a、6a族、Al及Si中的至少一种以上的元素的碳化物、氮化物、碳氮化物、碳氧化物及碳氮氧化物层，

（b）底层为通过化学蒸镀形成的具有0.8～10.0μm的平均层厚的结晶氧化铝层，

（c）上层为具有0.2～4.0μm的平均层厚的非晶氧化硅层。

（d）底层的结晶氧化铝层的表面形成有凹部，上层的非晶氧化硅层以埋入底层的上述凹部的方式填充成膜，