[发明专利]硬质包覆层发挥优异耐磨性的表面包覆切削工具

说明书

技术领域

本发明涉及表面包覆切削工具(以下称为包覆工具)，该表面包覆 切削工具即便在伴有高发热且对切削刃作用高负荷的高速重切削条件 下进行各种钢或铸铁等的被切削材料的切削加工时，硬质包覆层也不发 生崩刃，经长期使用也可发挥优异的耐磨性。

背景技术

以往已知以下包覆工具。由碳化钨(以下用WC表示)基硬质合金 (camented carbide)或碳氮化钛(以下用TiCN表示)基金属陶瓷构成 的基体(以下将其统称为工具基体)的表面上蒸镀形成有包括Ti化合 物层的下部层和包括α型Al₂O₃层的上部层作为硬质包覆层。该包覆工 具中，对于上部层，使用场致发射型扫描电子显微镜和电子背散射衍射 图像装置，对存在于表面抛光面的测定范围内的晶粒逐个照射电子射 线，测定包括六方晶晶体点阵的晶粒的构成晶面的各个法线与上述表面 抛光面的法线相交的角度。由该测定结果算出相邻晶粒的相互的晶体取 向关系，算出各个构成界面的构成原子在上述晶粒相互间共有一个构成 原子的阵点(构成原子共有阵点)的分布。用∑N+1表示存在N个上 述构成原子共有阵点间不共有构成原子的阵点(其中，N为刚玉型密排 六方晶体的晶体结构上2以上的偶数，在分布频率上N的上限为28时， 不存在4、8、14、24和26的偶数)时，在表示各∑N+1占∑N+1全 体的分布比例的构成原子共有阵点分布图中，∑3存在最高峰，且由表示 上述∑3占∑N+1全体的分布比例为60～80％的构成原子共有阵点分布 图的α型Al₂O₃层构成上部层。已知该包覆工具在高速间歇切削加工中 发挥优异的耐崩刃性。

另外，对于上述包覆工具，还已知由含有少量Zr的α型(Al，Zr) ₂O₃层(以下称为现有AlZrO层)构成其上部层的包覆工具(以下称为 现有包覆工具)。而且，已知该现有包覆工具也与上述一样，可在高速 间隔切削加工中发挥耐崩刃性。

专利文献1：特开2006-198735号公报

专利文献2：特开2006-289557号公报

发明内容

近年来切削装置的高性能化显著，另一方面对切削加工的省力化和 节能化、以及低成本化的要求高。随之而来，切削加工有更加高速化的 趋势，但对于上述现有包覆工具，在高速连续切削或高速间歇切削中使 用时，上部层具有优异的高温强度，耐冲击性优异，因此在可防止崩刃 等发生上优异。但是，构成硬质包覆层的上部层的上述α型Al₂O₃层、 上述现有AlZrO层的高温强度和表面性状无法令人满意，因此在更高速 条件下进行重切削加工时，不仅容易发生崩刃，而且还容易发生热塑性 变形、不均匀磨损。现状是由于其引起的耐磨性的降低在较短时间内就 达到使用寿命。

于是，本发明人出于上述观点，特别是对于在更高速条件下的切削 加工中，不发生硬质包覆层崩刃、缺损、剥离等，而且经长期使用可发 挥优异的耐磨性的上部层的构造进行了研究，结果得出下述见解。

(a)包括上述现有包覆工具的现有AlZrO层的上部层，例如用通 常的化学蒸镀装置，作为第1阶段，在下述条件下，在作为下部层的Ti 化合物层的表面形成具有满足组成式(Al_1-xZr_x)₂O₃(其中，以原子比 计，X为0.003～0.05)、优选20～200nm(0.02～0.2μm)的平均层厚 的Al-Zr复合氧化物核(以下称为AlZrO核)薄膜，

反应气体组成(容量％)：

AlCl₃：2.3～4％、

ZrCl₄：0.02～0.13％、

CO₂：1～5％、

HCl：1.5～3％、

H₂S：0.05～0.2％、

H₂：余量、

反应气氛温度：750～900℃、

反应气氛压力：6～10kPa。