[发明专利]氮化钛铝硬质皮膜、硬质皮膜包覆工具及它们的制造方法

说明书

一种形成于基体上的具有柱状晶体组织的氮化钛铝层，其具有fcc结构的含有高Al的TiAlN及fcc结构的网状的含有高Ti的TiAlN，所述含有高Al的TiAlN具有由(Tix₁，Aly₁)N表示的组成(其中x₁和y₁是分别满足按原子比计x₁＝0.005～0.1及y₁＝0.995～0.9的数字)，所述含有高Ti的TiAlN具有由(Tix₂，Aly₂)N表示的组成(其中x₂和y₂是分别满足按原子比计x₂＝0.5～0.9且y₂＝0.5～0.1的数字)，并且含有高Al的TiAlN被网状的含有高Ti的TiAlN所围绕。

技术领域

本发明涉及具有优异的耐磨性和抗氧化性的氮化钛铝硬质皮膜、硬质皮膜包覆工具和它们的制造方法。

背景技术

以往，在耐热合金钢与不锈钢的切削加工中，使用包覆了单层或多层TiAlN、TiC、TiN、Ti(CN)、Al₂O₃等的硬质皮膜的切削工具。随着这种硬质皮膜包覆工具的使用条件逐渐变得严苛，例如，在低碳钢的高速切削的情况下，在切削中切削工具的刀尖温度显著上升。在变为高温的刃部有如下问题：硬质皮膜的晶体结构变化而硬度降低，随着前刀面受到月牙洼磨损，导致寿命缩短。为了解决这样的问题，进一步期望得到具有在高温下的优异的耐磨性和抗氧化性的硬质皮膜的切削工具。

JP2001-341008A公开了如下的包覆切削工具：作为原料气体使用卤化钛气体、卤化铝气体和NH₃气体，通过在700～900℃下的热CVD方法，在WC基硬质合金基体的表面形成了包含0.01～2％的氯的具有面心立方晶体结构(fcc结构)的氮化钛铝硬质皮膜。但是，已经发现，由于JP2001-341008A的氮化钛铝硬质皮膜由微细的颗粒状晶体组织构成，因此当在高温下使用时，抗氧化性降低，导致寿命缩短。

JP2008-545063A公开了一种硬质皮膜包覆工具，该硬质皮膜包覆工具具有氮化钛铝硬质皮膜，该皮膜在基体的表面通过热CVD方法形成，且组成由Ti_1-xAl_xN(0.75x≤0.93)表示，具有晶格常数为0.412～0.405nm的fcc结构，或该硬质皮膜包覆工具具有多相皮膜，该多相皮膜具有作为主相的氮化钛铝，也具有其他相。但是，已经发现，因为JP2008-545063A的氮化钛铝硬质皮膜也由颗粒状晶体组织构成，当在高温下使用时，其抗氧化性降低，导致寿命缩短。

JP2014-129562A公开了一种工具，该工具使用图14所示的CVD装置100来包覆了氮化钛铝硬质皮膜。CVD装置100具备装载了多个基体102的多个支架103、覆盖支架103的反应容器104、围绕反应容器104的控温装置105、具有两个入口106、107的导入管108和排气管109。氮化钛铝硬质皮膜具有下述结构：由TiAlN、AlN或TiN的硬质颗粒构成的第一单位层和第二单位层交替层叠于WC基硬质合金基体的表面。这是因为：(1)第一原料气体和第二原料气体(混合气体)在相反方向上(180°)，从距导入管108的中心以相同距离设置的喷嘴喷出至炉内，且(2)原料气体与本发明不同。已经知晓，基于层之间由于组成不同而导致的热膨胀系数差，在高温下使用时会产生层间剥离，并且由于晶体结构为微粒组织，因此在高温下使用时抗氧化性大幅度降低，导致寿命缩短。

因此，本发明的第一目的是提供具有优异的耐磨性和抗氧化性的长寿命的氮化钛铝硬质皮膜。

本发明的第二目的是提供包覆了这种氮化钛铝硬质皮膜的工具。

本发明的第三目的是提供用于制造所涉及的氮化钛铝硬质皮膜和硬质皮膜包覆工具的方法。

发明内容