表面被覆切削工具部件和在切削工具表面形成硬質被覆層的方法技術

本發明專利技術提供在高速切削加工中硬質被覆層發揮優異的耐磨性的表面被覆切削工具部件。是在碳化鎢基超硬合金基體或碳氮化鈦系金屬陶瓷基體或立方晶氮化硼基燒結材料的表面，以１－１５μｍ的整體平均層厚物理蒸鍍Ａｌ與Ｔｉ的復合氮化物構成的硬質被覆層而成的表面被覆切削工具部件，其中，用下述硬質被覆層構成該表面被覆切削工具部件的硬質被覆層，所述硬質被覆層沿層厚方向隔給定間隔交替地重復存在Ａｌ最高含有點（Ｔｉ最低含有點）和Ａｌ最低含有點（Ｔｉ最高含有點），并且從Ａｌ最高含有點到Ａｌ最低含有點、從Ａｌ最低含有點到Ａｌ最高含有點，Ａｌ（Ｔｉ）含量具有連續變化的成分濃度分布結構，而且，Ａｌ最高含有點滿足組成式：（Ａｌ↓［Ｘ］Ｔｉ↓［１－Ｘ］）Ｎ（其中，用原子比表示，Ｘ表示０．７０－０．９５），Ａｌ最低含有點滿足組成式：（Ａｌ↓［Ｙ］Ｔｉ↓［１－Ｙ］）Ｎ（Ｙ表示０．４０－０．６５），并且相鄰的Ａｌ最高含有點和Ａｌ最低含有點的間隔為０．０１－０．１μｍ。（*該技術在2023年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及硬質被覆層具有優異的高溫特性、因此特別是在各種鋼和鑄鐵等的伴有高熱發生的高速切削加工中發揮優異的耐磨性的表面被覆切削工具部件(以下稱為被覆切削工具)。另外，本專利技術涉及在切削工具表面形成上述硬質被覆層的方法。
技術介紹
一般地，切削工具有在各種鋼和鑄鐵等被切削材料的車削加工和平削加工中在刀具尖端部裝卸自如地進行安裝而使用的多刃刀片、在上述被削材料的開孔切削加工等中使用的鉆頭和小型鉆頭、以及在上述被削材料的面削加工和溝槽加工、肩加工等中使用的立體型立銑刀等，另外已知裝卸自如地安裝上述多刃刀片與上述立體型立銑刀同樣進行切削加工的多刃立銑刀工具等。而且，以提高耐磨性為目的，已知下述方法在例如圖2說明示意圖表示的1種物理蒸鍍裝置電弧離子鍍裝置內裝入碳化鎢(以下用WC表示)基超硬合金或碳氮化鈦(以下用TiCN表示)基金屬陶瓷、或者立方晶氮化硼(以下用c-BN表示)基燒結材料構成的切削工具，在用加熱器將裝置內加熱到例如500℃的溫度的狀態下，使陽極電極和設置具有給定組成的Al-Ti合金的陽極電極(蒸發源)之間在例如電流90A的條件下發生電弧放電，同時向裝置內導入作為反應氣體的氮氣，形成例如2Pa的反應環境，另一方面，在對上述切削工具外加例如-100V的偏電壓的條件下，在上述切削工具表面，以1-15μm的平均層厚形成滿足組成式(AlZTi1-Z)N(其中，用原子比表示，Z表示0.4-0.65)的Al與Ti的復合氮化物層構成的硬質被覆層。近年的切削加工裝置的高性能化令人矚目，另一方面，對切削加工的省力和節能化、進而低成本化的要求強烈，與之相伴，切削加工有高速化的傾向，但對于上述現有切削工具，在通常的切削加工條件下使用的場合雖沒有問題，但在伴有高的發熱的高速切削條件下使用的場合，構成它的硬質被覆層的磨損顯著增強，因此現狀是在比較短的時間達到使用壽命。于是，本專利技術人從上述觀點出發，特別著眼于上述現有切削工具的硬質被覆層(Al，Ti)N層，為了開發在高速切削加工中發揮優異的耐磨性的(Al，Ti)N層而進行了研究，結果得到以下(a)和(b)所示的研究結果(a)使用上述圖2所示的電弧離子鍍裝置形成的現有的硬質被覆層(Al，Ti)N層，在整個層厚范圍內具有均質的高溫硬度和耐熱性、以及韌性，但是使用例如圖1A的示意性俯視圖、圖1B的示意性主視圖表示的結構的電弧離子鍍裝置，即使用在裝置中央部設置切削工具安裝用轉臺、將夾著上述轉臺、一側Al含量相對高(Ti含量低)的Al-Ti合金、另一側Ti含量相對高(Al含量低)的Ti-Al合金作為陰極電極(蒸發源)而對向設置的電弧離子鍍裝置，在該裝置的上述轉臺上，在從上述轉臺的中心軸沿徑向離開的位置裝入上述切削工具，在該狀態下使裝置內的反應環境為氮氣環境，在旋轉上述轉臺的同時，出于謀求蒸鍍形成的硬質被覆層的層厚均勻的目的，也使切削工具自身自轉，同時在使上述兩側的陰極電極(蒸發源)和陽極電極之間發生電弧放電的條件下形成(Al，Ti)N層時，在上述切削工具的表面，在從轉臺上的中心軸沿徑向離開的位置配置的上述切削工具，在與上述一側的Al含量相對高(Ti含量低)的Al-Ti合金陰極電極(蒸發源)最接近的時刻，在層中形成Al最高含有點，另外，上述切削工具在與上述另一側的Ti含量相對高(Al含量低)的Ti-Al合金陰極電極最接近的時刻，在層中形成Al最低含有點，因此，通過上述轉臺的旋轉，在層中沿厚度方向，上述Al最高含有點和Al最低含有點具有給定間隔，交替地反復出現，同時，形成具有從上述Al最高含有點到上述Al最低含有點、從上述Al最低含有點到上述Al最高含有點Al(Ti)含量連續地變化的成分濃度分布結構的(Al，Ti)N層。(b)對于上述(a)的反復連續變化成分濃度分布結構的(Al，Ti)N層，例如調制對置的陰極電極(蒸發源)各自的合金組成的同時，控制安裝著切削工具的轉臺的旋轉速度，使得上述Al最高含有點滿足組成式(AlXTi1-X)N(其中，用原子比表示，X表示0.70-0.95)、上述Al最低含有點滿足組成式(AlYTi1-Y)N(其中，用原子比表示，Y表示0.40-0.65)，并且相鄰的上述Al最高含有點和Al最低含有點的厚度方向的間隔為0.01-0.1μm時，上述Al最高含有點部分，與上述現有(Al，Ti)N層相比，Al含量相對地變高，因此顯示更優異的高溫硬度和耐熱性(高溫特性)，另一方面，上述Al最低含有點部分，與上述Al最高含有點部分相比，Al含量低，Ti含量高，因此可確保高韌性，并且使這些Al最高含有點與Al最低含有點的間隔極小，從而作為層整體的特性，在保持高韌性的狀態下，具備優異的高溫特性，因此，形成這樣構成的(Al，Ti)N層作為硬質被覆層的切削工具，在伴有高的發熱的鋼和鑄鐵等的高速切削加工中發揮優異的耐磨性。
技術實現思路
本專利技術是基于上述研究結果而完成的，提供一種在高速切削加工中硬質被覆層發揮優異的耐磨性的被覆切削工具，其特征在于，在切削工具基體表面以1-15μm的整體平均層厚物理蒸鍍(Al，Ti)N構成的硬質被覆層而構成的被覆切削工具中，上述硬質被覆層沿層厚方向隔給定的間隔交替重復存在Al最高含有點(Ti最低含有點)和Al最低含有點(Ti最高含有點)，并且從上述Al最高含有點到上述Al最低含有點、從上述Al最低含有點到上述Al最高含有點，Al(Ti)含量具有連續變化的成分濃度分布結構，而且，上述Al最高含有點滿足組成式(AlXTi1-X)N(其中，用原子比表示，X表示0.70-0.95)、上述Al最低含有點滿足組成式(AlYTi1-Y)N(其中，用原子比表示，Y表示0.40-0.65)，并且相鄰的上述Al最高含有點和Al最低含有點的間隔為0.01-0.1μm。另外，本專利技術還提供一種在切削工具表面形成在高速切削加工中發揮優異的耐磨性的硬質被覆層的方法，其特征在于，在電弧離子鍍裝置內的轉臺上，在從上述轉臺的中心軸沿徑向離開的位置自轉自如地安裝WC基超硬合金和/或TiCN基金屬陶瓷和/或c-BN基燒結材料構成的切削工具，使上述電弧離子鍍裝置內的反應環境為氮氣環境，使夾持上述轉臺而對置的Al最高含有點(Ti最低含有點)形成用Al-Ti合金陰極電極和Al最低含有點(Ti最高含有點)形成用Ti-Al合金陰極電極、和與這些陰極電極分別并列設置的陽極電極之間發生電弧放電，從而在于上述轉臺上一邊自轉一邊旋轉的上述切削工具的表面以1-15μm的整體平均層厚物理蒸鍍(Al，Ti)N層構成的硬質被覆層，該(Al，Ti)N層沿厚度方向隔給定間隔交替重復存在Al最高含有點(Ti最低含有點)和Al最低含有點(Ti最高含有點)，并且從上述Al最高含有點到上述Al最低含有點、從上述Al最低含有點到上述Al最高含有點，Al(Ti)含量具有連續變化的成分濃度分布結構，而且，上述Al最高含有點滿足組成式(AlXTi1-X)N(其中，用原子比表示，X表示0.70-0.95)、上述Al最低含有點滿足組成式(AlYTi1-Y)N(其中，用原子比表示，Y表示0.40-0.65)，并且相鄰的上述Al最高含有點和Al最低含有點的間隔為0.01-0.1μm。下面說明如上所述限定本專利技術的硬質被覆層的構成的理由。(a)本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種在高速切削加工中硬質被覆層發揮優異的耐磨性的表面被覆切削工具部件，其特征在于，在碳化鎢基超硬合金基體或碳氮化鈦系金屬陶瓷基體或立方晶氮化硼基燒結材料的表面以１－１５μｍ的整體平均層厚物理蒸鍍Ａｌ與Ｔｉ的復合氮化物構成的硬質被覆層而成的表面被覆切削工具部件中，上述硬質被覆層沿層厚方向隔給定間隔交替地重復存在Ａｌ最高含有點（Ｔｉ最低含有點）和Ａｌ最低含有點（Ｔｉ最高含有點），并且從上述Ａｌ最高含有點到上述Ａｌ最低含有點、從上述Ａｌ最低含有點到上述Ａｌ最高含有點，Ａｌ（Ｔｉ）含量具有連續變化的成分濃度分布結構，而且，上述Ａｌ最高含有點滿足組成式：（Ａｌ↓［Ｘ］Ｔｉ↓［１－Ｘ］）Ｎ（其中，用原子比表示，Ｘ表示０．７０－０．９５），上述Ａｌ最低含有點滿足組成式：（Ａｌ↓［Ｙ］Ｔｉ↓［１－Ｙ］）Ｎ（其中，用原子 比表示，Ｙ表示０．４０－０．６５），并且相鄰的上述Ａｌ最高含有點和Ａｌ最低含有點的間隔為０．０１－０．１μｍ。

【技術特征摘要】
...

【專利技術屬性】
技術研發人員：佐藤和則，近藤曉裕，田中裕介，
申請(專利權)人：三菱麻鐵里亞爾株式會社，
類型：發明
國別省市：JP[日本]