[发明专利]表面被膜构件及其制造方法以及切削工具和机床

说明书

技术领域

本发明涉及直接或间接覆盖在由硬质材料构成的基材上而形成的表面被膜构件及其制造方法以及切削工具和切削装置。

背景技术

近年，对环境问题的意识越来越高，在涉及切削的领域中，对该问题的意识也随之提高，并严重指出了针对润滑油的环境不适合性的问题。为此，从减轻对环境的不良影响并且同时削减成本的观点来看，越发需要完全不使用润滑油的干式切削技术。

干式切削加工的优点可以举出不产生因切削油剂和添加物导致的环境问题，容易循环，削减花费在使用和处理润滑油上的成本。但是，另一方面，在不使用润滑油的情况下，由于切削工具和被切削件的润滑、冷却等由润滑油得到的效果消失，所以要求严格的切削条件。

为了能够对应干式切削加工，开发了通过物理蒸镀技术在基材上形成高硬度被膜的技术，并能像TiN系被膜或TiAlN系那样适用于工具等。但是，TiN系被膜在约500℃、TiAlN系被膜在约800℃下开始被氧化，所以具有无法在高温下的切削条件下用于工具的问题。

之后开发了专利文献1(日本特开平10-25565号公报)中公开的TiAlN系被膜。专利文献1中记载的TiAlN系被膜由于在约1000℃至1200℃下开始被氧化，所以也能对应高温下的切削条件。

但是，专利文献1中记载的TiAlN系被膜虽然能对应在高温下的切削条件，但容易发生剥离。另外，在暴露于更高温的条件下使用时，耐氧化性不充分。

发明内容

本发明鉴于上述现有技术的问题而作出，目的在于提供具有高硬度和优异的耐氧化性的表面被覆构件及其制造方法以及切削工具和切削装置。

本发明为实现上述目的，提供一种表面被膜构件，其特征在于，含有Li且至少以与Al的复合氧化物为主要成分的耐氧化被膜层直接或隔着高硬度被膜层覆盖在由硬质材料构成的基材表面。

具有含有Li且至少以与Al的复合氧化物为主要成分的耐氧化被膜层的表面被膜构件除具有高硬度和优异的耐氧化性之外，摩擦系数小，不易发热，所以具有抑制温度上升的效果，并兼具优异的耐磨损性。另外，在本发明的表面被膜构件中，基材优选超硬合金或高速钢(也包括高速工具钢)等硬质材料。

另外，本发明的表面被膜构件由于兼具高硬度和优异的耐氧化性，所以优选用作工具或模具的表面处理用的被膜材料，工业上的利用价值高。进而，本发明除具有高硬度和耐氧化性之外，还具有比高密接性更优异的耐磨损性，所以优选用作不使用切削油的干式切削加工(不使用切削液的切削加工)用的切削工具的被膜材料。

另外，上述发明的特征在于，由含有Li和其他金属的氧化物形成的复合氧化物构成的耐氧化被膜层覆盖在形成于由所述硬质材料构成的基材上的高硬度被膜层的表面上。

并且，较优选所述复合氧化物可以是含有Li与Al、Li与Al与Mg或Si的金属氧化物形成的复合氧化物。

进而，上述表面被膜构件的特征在于，所述高硬度被膜层为含有以下元素的氮化物，所述元素包含Al、Si，还包含从由Zr、Hf、Pd、Ir及稀土元素构成的组中选择的至少一种。

另外，所述高硬度被膜层的特征在于，含有Al、Si且含有Cr、Ti的至少一种元素的氮化物。

另外，上述表面被膜构件的特征在于，所述耐氧化被膜层的膜厚设为A，所述高硬度被膜层的膜厚设为B的情况下，A≤B。

耐氧化被膜层所含的Li对高硬度被膜层所含的氮化物的亲和性大，满足与氮化物的结晶结构的整合性。因此，耐氧化被膜层和高硬度被膜层的密接性提高，不易剥离。

另外，上述表面被膜构件的特征在于，在所述基材和所述高硬度被膜层之间具有中间层，所述中间层含有从由Al、Ti、Cr构成的组中选择的至少一种元素的氮化物、碳化物和碳氮化物中的至少一种。

通过设置上述中间层，由于基材和高硬度被膜层的密接性提高，高硬度被膜层不易剥离，所以耐氧化被膜层的耐磨损性提高。

另外，本发明的表面被膜构件的制造方法的特征在于，通过配置在能够密封的容器内的支架，将由硬质材料构成的基材直接支承在所述容器内，或将在所述基材表面覆盖有高硬度被膜层的高硬度被膜层被覆材料支承在所述容器内，

将以Li和至少Al为主要成分形成的复合氧化物形成用靶配置在该容器内，向所述容器中供给氧，

以所述耐氧化被膜层形成用靶作为阳极，以所述支架作为阴极，通过在该耐氧化被膜层形成用靶和该支架之间产生放电，在所述基材上或在高硬度被膜层被覆材料的表面形成耐氧化被膜层，得到所述表面被膜构件。